CN111279715B - 带有波前成形装置的扬声器 - Google Patents
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Abstract
扬声器包括在膜的振动区域和扬声器的外侧之间延伸的声音通道，所述声音通道的中心轴垂直于膜延伸，其中，所述声音通道包括波前成形部分，所述波前成形部分布置成将从膜发出的所产生的声音的大体上平的波前转换成具有从至少一个方向上看呈弓形形状的横截面的波前，其中所述声音通道的所述波前成形部分通过分隔壁分隔成多个子通道，其中所述分隔壁从所述波前成形部分的入口开口延伸到所述波前成形部分的出口开口，其中，从所述至少一个方向上的横截面看，每个子通道的侧壁从所述波前成形部分的入口开口到出口开口朝向彼此靠拢，其中从所述至少一个方向上的横截面看，每个所述分隔壁的中心线邻近所述波前成形部分的出口开口朝向彼此靠拢。
Description
技术领域
本发明涉及包括设置有安装在框架中的膜的壳体的扬声器，该膜布置成振动以产生具有大体上平的波前的声音，其中，扬声器包括在膜的振动区域和扬声器的外侧之间延伸的声音通道，声音通道的中心轴垂直于膜延伸，其中，声音通道包括波前成形部分，波前成形部分布置成将从膜发出的所产生的声音的大体上平的波前转换成具有从至少一个方向上看呈弓形形状的横截面的波前，其中，声音通道的波前成形部分通过分隔壁分隔成多个子通道，其中，分隔壁从波前成形部分的入口开口延伸到波前成形部分的出口开口，其中，从至少一个方向上的横截面看，每个子通道的侧壁从波前成形部分的入口开口到出口开口朝向彼此靠拢。在第3,668,335号美国专利(Beveridge)中公开了这样的扬声器。
背景技术
从这样的扬声器发出的波前具有弓形的横截面(例如：球形的或圆柱形的)。在第3,668,335号美国专利的情况下，和本发明的优选实施例一样，波前形成了截柱体。在许多声音应用中，期望从扬声器发出的波前具有针对所有的可听频率具有固定的波束宽度角度(例如，大约90°)的弓形横截面。此外，期望声压级(Sound Pressure Level，SPL)没有显示出针对特定频率在特定偏轴角度处扰动的峰值或下降。还期望在偏轴角度处的声压级(SPL)不高于靠近扬声器的中心轴的声压级(SPL)，因为这不是扬声器所期望的性能。本发明目的在于达到这些目标中的一个或多个目标。
发明内容
根据本发明的第一方面，从所述至少一个方向上的横截面看，每个所述分隔壁的中心线邻近所述波前成形部分的出口开口朝向彼此靠拢。
根据本发明的第二方面，在所述波前成形部分内，从所述至少一个方向上的横截面看，每个所述分隔壁的中心线在至少大体上它的整个长度上形成直的、不弯曲的线。
优选地，所述波前成形部分布置成将从膜发出的所产生的声音的大体上平的波前转换成具有呈截柱体(cylindrical segment)形状的横截面的波前，其中所述分隔壁是平板。
优选地，从垂直于所述至少一个方向上的横截面看，每个子通道的侧壁彼此发散(diverge)，使得波前表面面积沿着每个子通道的轴向长度保持大体上相同，以避免声波的压缩。
优选地，从所述至少一个方向上的横截面看，声音通道的外部的、靠拢的壁在所述波前成形部分的出口开口处连接声音喇叭的发散的壁。所述分离壁优选地不包括延伸进入声音喇叭的发散的壁之间的空间的延伸部。优选地，所述波前成形部分与声音喇叭是一体的。优选地，所述波前成形部分通过可拆卸的附接手段连接到扬声器的壳体。
在优选的实施例中，所述扬声器是如在第WO2004/080119A1号国际专利申请公布(De Haan)中公开的类型，该国际专利申请公布通过引用并入本文。所述扬声器设置有产生磁场的磁单元，并且平的膜设置有按图案(pattern)布置在膜上的电导体，该膜在磁场中的定位使得当通过所述膜上的导体图案馈送电流时产生力，该力能够将膜设定在振动运动中以产生声音，所述导体图案在所述膜的振动区域中设置在膜上，其中，所述导体图案在至少两个间隔开的振动区域中设置在膜上，扬声器优选地设置有在两个振动区域和所述波前成形部分的入口开口之间延伸的至少两个内部声音通道，其中，这两个内声音通道的中心轴位于每个内部声音通道的外壁和内壁之间，并且在离膜的特定距离上彼此倾斜。优选地彼此距离最远地定位的两个内部声音通道的外壁在离膜的特定距离上朝向彼此倾斜。彼此距离最近地定位的两个内声音通道的内壁优选地在离膜的至少特定距离上朝向彼此倾斜。每个内部声音通道的内壁和外壁优选地大体上彼此平行地延伸。所述特定距离优选地是内部声音通道的宽度的至少0.5倍，更优选地至少1倍。在壳体的外侧上的内部声音通道的内壁之间的距离优选地小于在膜的侧面上的内壁之间的距离的0.5倍，更优选地小于0.2倍。
本发明还涉及具有声音通道的波前成形装置，所述声音通道带有波前成形部分，所述波前成形部分布置成将扬声器的大体上平的波前转换成具有从至少一个方向上看呈弓形形状的横截面的波前，其中，所述波前成形声音通道通过分隔壁分隔成多个子通道，其中，所述分隔壁从所述波前成形部分的入口开口延伸到所述波前成形部分的出口开口，其中，从所述至少一个方向上的横截面看，每个子通道的侧壁从所述波前成形部分的入口开口到出口开口朝向彼此靠拢，其中，从所述至少一个方向上的横截面看，每个所述分隔壁的中心线邻近所述波前成形部分的出口开口朝向彼此靠拢。在优选实施例中，在所述波前成形部分内，所述中心线在至少大体上它的整个长度上形成直的、不弯曲的线。所述波前成形部分优选地布置成将扬声器的大体上平的波前转换成具有截柱体形状的横截面的波前，其中，所述分隔壁是平板。优选地，从所述至少一个方向上的横截面看，声音通道的外部的、靠拢的壁在所述波前成形部分的出口开口处连接声音喇叭的发散壁。所述分离壁优选地不包括有延伸进入声音喇叭的发散的壁之间的空间的延伸部。
本发明还涉及具有声音通道的波前成形装置，所述声音通道带有波前成形部分，所述波前成形部分布置成将扬声器的大体上平的波前转换成具有从至少一个方向上看呈弓形形状的横截面的波前，其中，所述波前成形声音通道通过分隔壁分隔成多个子通道，其中，所述分隔壁从所述波前成形部分的入口开口延伸到所述波前成形部分的出口开口，其中，从所述至少一个方向上的横截面看，每个子通道的侧壁从所述波前成形部分的入口开口到出口开口朝向彼此靠拢，其中，从垂直于所述至少一个方向上的横截面看，每个子通道的侧壁彼此发散，使得波前表面面积沿着每个子通道的轴向长度保持大体上相同，以避免声波的压缩。
附图说明
现将借助于如附图中所示的实施例更详细地解释本发明，在附图中：
图1是用于与本发明一起使用的现有技术的扬声器的透视图；
图2是图1的扬声器的平的膜单元的透视图；
图3是图1的扬声器的横截面图；
图4是现有技术的波前成形装置的示意性横截面图；
图5A是图4的现有技术的波前成形装置在不同频率下的截柱体波束宽度角度的计算机模拟绘图；
图5B是图4的现有技术的波前成形装置在不同频率和偏轴角度下的声压级(SPL)的计算机模拟绘图；
图5C是图4的现有技术的波前成形装置在不同频率和偏轴角度下相对于轴上的声压级(SPL)的相对声压级(SPL)的计算机模拟绘图；
图6A-6C是带有根据本发明的波前成形装置的扬声器的透视图；
图7A-7B是图6A-6C的波前成形装置和扬声器的示意性横截面图；
图8是波前成形装置的示意性横截面图；
图9A是图8的波前成形装置在不同频率下的截柱体波前波束宽度角度的计算机模拟绘图；
图9B是图8的波前成形装置在不同频率和偏轴角度下的声压级(SPL)的计算机模拟绘图；以及
图9C是图8的波前成形装置在不同频率和偏轴角度下相对于轴上的声压级(SPL)的相对声压级(SPL)的计算机模拟绘图。
具体实施方式
根据图1，如在第WO2004/080119A1号国际专利申请公布(De Haan)号中所公开的，扬声器包括由两个大体上相同的金属部分1、2组成的壳体，金属部分1、2借助于螺钉3安装在一起。每个壳体部分1、2具有两个细长的狭缝形凹槽或声音通道4、5，这两个细长的狭缝形凹槽或声音通道4、5使在扬声器中产生的声音能够朝着外部传播。此外，壳体部分1设置有电连接点6、7，放大器的声音信号线可以连接到该电连接点6、7。壳体1、2设置有用于驱散在扬声器中产生的热量的散热片8。
壳体部分1、2围封成如图2中所示的框架，该框架由第一框形框架构件9和两个条形框架构件10、11组成。振动膜12贴附到框架构件9并设置有电导体图案14，该电导体图案14连接到连接点6、7，并且当电信号通过放大器提供到扬声器时，电导体图案14导致膜振动。
为了那个目的，扬声器包括如图3中所示的磁体13，磁体13产生永久磁场，膜12的电导体图案14位于该永久磁场内。电导体图案14是通过在膜12的一侧上以细长的、矩形的螺旋形布置的电导线所形成。
导线的两端连接到在框架构件10上的电流馈送(feed-through)连接件15、16，电流馈送连接件15、16又电连接到连接点6、7。电流馈送连接件15、16与框架构件10电绝缘。电导体图案14的线在框架构件10、11之间在纵向上彼此平行地延伸，形成两个间隔开的振动区域17、18。
参照图3，声音通道4、5从位于靠近膜12的表面上的两个间隔开的振动区域17、18的点延伸到壳体部分1、2的外侧；然而，声音通道4、5的一侧被封闭板封闭，因为扬声器必须在仅在一个方向上发出声音。声音通道4、5首先在垂直于膜的方向上延伸，从膜上看，也就是在磁体13之间的区域中延伸，并且随后声音通道4、5朝向彼此倾斜。每个声音通道4、5的内壁20和外壁19都朝向彼此倾斜，而声音通道4、5的内壁20和外壁19持续彼此平行地延伸。在扬声器的外侧上，两个声音通道4、5的内壁20之间仅保留小间距，该间距至少数倍地小于振动区域17、18之间的间距。以这种方式，由两个振动区域17、18产生的声波的波前朝向彼此并且合并，因此避免了在两个波前之间的不利干涉。从声音通道4、5发出的合并的波前因此是连续的、平的矩形波前。
图4是如在第3,668,335号美国专利(Beveridge)中公开的现有技术的波前成形装置的示意性横截面图。这个现有技术的波前成形装置包括波前成形部分，该波前成形部分具有靠拢的、弯曲的侧壁135和在侧壁135之间的大量的靠拢的、弯曲的分隔壁131，这些壁一起在静电扬声器的平的振动膜片112前方形成大量靠拢的、弯曲的声音通道136。由于在邻近侧壁135的外侧处的声音通道136的长度长于邻近扬声器的中心轴的声音通道136的长度，从波前成形部分离开的波前处于截柱体的形式。每个分隔壁131的中心线邻近波前成形部分的出口开口(即，在声音通道的最狭窄的部分)彼此平行。波前成形装置还设置有带有发散的侧壁132的短音喇叭，并且分隔壁131的发散的延伸部131’在侧壁132之间的空间中延伸，因此将声音通道136延伸进入声音喇叭。
图5A是图4的现有技术的波前成形装置在不同频率(以Hz为单位的对数尺度)下相对于轴上SPL通过6dB的SPL下降来定义的截柱体波束宽度角度(以°为单位)的计算机模拟绘图。绘图示出了在3,000Hz和20,000Hz之间的频率下的波束宽度角度是大约90°，在1000Hz和2,000Hz之间的波束宽度角度大大超过120°，而在大约13,000Hz下也是大于120°。
图5B是图4的现有技术的波前成形装置在不同频率(以Hz为单位的对数尺度)和偏轴角度(以°为单位)下的声压级(SPL，以dB为单位)的计算机模拟绘图。绘图示出了针对不同的偏轴角度，SPL显示出不同的陡峰陡降，尤其是在大约2,000Hz、1,300Hz和13,000Hz以上。
图5C是图4的现有技术的波前成形装置在不同频率(以Hz为单位的对数尺度)和偏轴角度(以°为单位)下相对于轴上的声压级(SPL)的相对声压级(SPL，以dB为单位)的计算机模拟绘图。绘图示出了对于一定的偏轴角度(5°–30°)，在大约14,000Hz下，偏轴SPL高于轴上SPL。这是不期望的性能。
图6A-6C示出了可以借助于螺钉可拆卸地安装到根据图1至图3的扬声器的壳体1上的波前成形装置30。如图7A-7B中所示，根据本发明的优选实施例的波前成形装置包括波前成形部分，波前成形部分具有靠拢的、平的侧壁35和在侧壁35之间的空间中延伸的大量的靠拢的、平的分隔壁31，这些壁一起形成大量的靠拢的声音通道36，以使声音通道36的侧壁邻近波前成形装置的出口开口朝向彼此靠拢。因为在邻近侧壁35的外侧处的声音通道36的长度长于邻近扬声器的中心轴的声音通道36的长度，从波前成形部分离开的波前处于截柱体的形式。靠拢的分隔壁31的数量应当选择为使得声音通道36的宽度在它们的狭窄出口处应当接近最高的可听频率(大约20,000Hz)的波长，即大约17mm。
波前成形装置优选地设置有如图6A-6C和图7A-7B中所示的声音喇叭33。从图7A的横截面看，波前成形部分的外部的、靠拢的侧壁35连接声音喇叭33的发散的壁32。声音喇叭33提供波前的逐渐加宽，波前在所述波前在环境中进一步加宽之前离开波前成形部分。
从图7B的横截面看，声音喇叭33具有在扬声器的声音通道4、5的外部端部和声音喇叭的外部端部之间的连续的、发散的壁34’、34，如第WO 2004/080119 A1号国际专利申请公布(De Haan)中所公开的，其中壁部分34’形成波前成形部分的侧壁。每个声音通道36的侧壁34’因此彼此发散，以使波前表面面积沿着每个声音通道36的轴向长度保持大体上相同，以避免声波的压缩。
也在这种情况下，具有由金属制成的喇叭的波前成形装置有助于扬声器的散热。
图8是根据本发明的波前成形装置的示意性横截面图。
图9A是图8的波前成形装置在不同频率(以Hz为单位的对数尺度)下相对于轴上SPL通过6dB的SPL下降来定义的截柱体波前波束宽度角度(以°为单位)的计算机模拟绘图。该绘图示出了在所有频率下波束宽度角度是大约90°。
图9B是图8的波前成形装置在不同频率(以Hz为单位的对数尺度)和偏轴角度(以°为单位)下的声压级(SPL，以dB为单位)的计算机模拟绘图。该绘图示出了对于偏轴角度而言，没有一个频率下SPL具有陡峰陡降。此外，SPL通常高于图5B的绘图中所示出的。
图9C是图8的波前成形装置，在不同频率(以Hz为单位的对数尺度)和偏轴角度(以°为单位)下相对于轴上的声压级(SPL)的相对声压级(SPL，以dB为单位)的计算机模拟绘图。该绘图示出了偏轴SPL大体上从不高于轴上SPL。
因此，借助于优选实施例已经对本发明进行了说明书。然而，应理解的是，这里披露的内容仅仅是示例性的。虽然提出了结构和功能的各种细节，但是在所附的权利要求所表达的术语的通常含义所延伸的最大程度下，所做出的改变可理解为在本发明的原理内。说明书和附图应用于解释权利要求。权利要求不应解释为寻求保护的程度要理解为通过权利要求中使用的文字的严格的、字面的意义所定义的意思，采用的说明书和附图仅用于解决在权利要求中发现的不清楚的目的。为了确定通过权利要求所寻求保护的程度的目的，应适当考虑等同于在其中指明的元素的任何元素。
Claims (15)
1.一种扬声器，所述扬声器包括设置有安装在框架中的膜的壳体，所述膜布置成振动以产生具有平的波前的声音，
其中，所述扬声器包括声音通道，所述声音通道在所述膜的振动区域和所述扬声器的外侧之间延伸，所述声音通道的中心轴垂直于所述膜延伸，
其中，所述声音通道包括波前成形部分，所述波前成形部分布置成将从所述膜发出的所产生的声音的所述平的波前转换成具有从至少一个方向上看呈弓形形状的横截面的波前，
其中，所述声音通道的所述波前成形部分通过分隔壁分隔成多个子通道，其中，所述分隔壁从所述波前成形部分的入口开口延伸到所述波前成形部分的出口开口，
其中，从所述至少一个方向上的横截面看，每个子通道的每个侧壁从所述波前成形部分的所述入口开口到所述出口开口朝向彼此靠拢，
其中，从所述至少一个方向上的横截面看，每个所述分隔壁的中心线邻近所述波前成形部分的所述出口开口朝向彼此靠拢。
2.如权利要求1所述的扬声器，其特征在于，在所述波前成形部分内，从所述至少一个方向上的横截面看，每个所述分隔壁的中心线在至少它的整个长度上形成直的、不弯曲的线。
3.如权利要求1所述的扬声器，其特征在于，所述波前成形部分布置成将从所述膜发出的所产生的声音的所述平的波前转换成具有呈截柱体形状的横截面的波前。
4.如权利要求1所述的扬声器，其特征在于，所述分隔壁是平板。
5.如权利要求1所述的扬声器，其特征在于，从垂直于所述至少一个方向上的横截面看，每个子通道的每个侧壁彼此发散，使得波前表面面积沿着每个子通道的轴向长度保持相同，以避免声波的压缩。
6.如权利要求1所述的扬声器，其特征在于，从所述至少一个方向上的横截面看，所述声音通道的外部的、靠拢的壁在所述波前成形部分的所述出口开口处连接声音喇叭的发散的壁。
7.如权利要求6所述的扬声器，其特征在于，所述分隔壁不包括延伸进入所述声音喇叭的所述发散的壁之间的空间的延伸部。
8.如权利要求6所述的扬声器，其特征在于，所述波前成形部分与所述声音喇叭是一体的。
9.如权利要求1所述的扬声器，其特征在于，所述波前成形部分通过可拆卸的附接手段连接到所述扬声器的壳体。
10.如权利要求1至9中任意一项所述的扬声器，其特征在于，所述扬声器设置有产生磁场的磁单元，并且所述膜是设置有电导体的平的膜，所述电导体按图案布置在所述膜上，所述膜在所述磁场中的定位使得当通过所述膜上的导体图案馈送电流时产生力，所述力能够将所述膜设定在振动运动中以产生所述声音，所述导体图案在所述膜的振动区域中设置在所述膜上，其中，所述导体图案在至少两个间隔开的振动区域中设置在所述膜上，所述扬声器设置有在两个振动区域和所述波前成形部分的所述入口开口之间延伸的至少两个内部声音通道，其中，所述两个内部声音通道的中心轴位于每个内部声音通道的外壁和内壁之间，并且在离所述膜的特定距离上朝向彼此倾斜。
11.一种具有声音通道的波前成形装置，所述声音通道带有波前成形部分，所述波前成形部分布置成将扬声器的平的波前转换成具有从至少一个方向上看呈弓形形状的横截面的波前，
其中，所述波前成形声音通道通过分隔壁分隔成多个子通道，其中，所述分隔壁从所述波前成形部分的入口开口延伸到所述波前成形部分的出口开口，
其中，从所述至少一个方向上的横截面看，每个子通道的每个侧壁从所述波前成形部分的所述入口开口到所述出口开口朝向彼此靠拢，
其中，从所述至少一个方向上的横截面看，每个所述分隔壁的中心线邻近所述波前成形部分的所述出口开口朝向彼此靠拢。
12.如权利要求11所述的波前成形装置，其特征在于，在所述波前成形部分内，从所述至少一个方向上的横截面看，每个所述分隔壁的中心线在至少它的整个长度上形成直的、不弯曲的线。
13.如权利要求12所述的波前成形装置，其特征在于，所述波前成形部分布置成将所述扬声器的所述平的波前转换成具有呈截柱体形状的横截面的波前，其中，所述分隔壁是平板。
14.如权利要求12或13所述的波前成形装置，其特征在于，从所述至少一个方向上的横截面看，所述声音通道的外部的、靠拢的壁在所述波前成形部分的所述出口开口处连接声音喇叭的发散的壁。
15.一种具有声音通道的波前成形装置，所述声音通道带有波前成形部分，所述波前成形部分布置成将扬声器的平的波前转换成具有从至少一个方向上看呈弓形形状的横截面的波前，
其中，所述波前成形声音通道通过分隔壁分隔成多个子通道，其中，所述分隔壁从所述波前成形部分的入口开口延伸到所述波前成形部分的出口开口，
其中，从所述至少一个方向上的横截面看，每个子通道的每个侧壁从所述波前成形部分的所述入口开口到所述出口开口朝向彼此靠拢，
其中，从垂直于所述至少一个方向上的横截面看，每个子通道的每个侧壁彼此发散，使得波前表面面积沿着每个子通道的轴向长度保持相同，以避免声波的压缩。
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