CN111373764B - 扬声器设备 - Google Patents

Abstract

一种扬声器设备包括：外壳；至少一个扬声器，所述至少一个扬声器安装在所述外壳的壁中、介于所述外壳的内部与外部之间，并且被配置成产生声波；第一无源辐射器，所述第一无源辐射器安装在所述外壳的第一壁中、介于所述外壳的所述内部与所述外部之间；第二无源辐射器，所述第二无源辐射器安装在所述外壳的第二壁中、介于所述外壳的所述内部与所述外部之间；以及连接元件，所述连接元件将所述第一无源辐射器连接到所述第二无源辐射器。

Description

扬声器设备

技术领域

本公开涉及一种扬声器设备，具体地涉及一种包括无源辐射器的扬声器设备。

背景技术

在扬声器设备中使用无源辐射器来增加扬声器系统的低频响应(低音)。无源辐射器通常是没有传统扬声器中的磁体和连接到磁体的对应电子部件的扬声器。因此，无源辐射器通常仅包括锥体(薄膜)、悬架和框架。无源辐射器是反作用装置。当驱动器(例如，重低音扬声器)安装在与无源辐射器相同的扬声器外壳内时，驱动器薄膜的物理移动(向后/向前)会影响外壳的内部气压。由驱动扬声器的移动引起的内部气压的波动导致无源辐射器开始前后移动。当无源辐射器移动时，它会产生声音频率，就像普通(有源)驱动器一样。例如，在诸如汽车应用的一些应用中，使用无源辐射器可能是有问题的，因为车辆的振动可能导致无源辐射器的不期望的移动。这可能进一步导致安装在与无源辐射器相同的扬声器外壳中的驱动器的不期望的移动。

发明内容

一种扬声器设备包括：外壳；至少一个扬声器，所述至少一个扬声器安装在所述外壳的壁中、介于所述外壳的内部与外部之间，并且被配置成产生声波；第一无源辐射器，所述第一无源辐射器安装在所述外壳的第一壁中、介于所述外壳的所述内部与所述外部之间；第二无源辐射器，所述第二无源辐射器安装在所述外壳的第二壁中、介于所述外壳的所述内部与所述外部之间；以及连接元件，所述连接元件将所述第一无源辐射器连接到所述第二无源辐射器。

在查阅以下详细描述和附图后，其他装置、系统、方法、特征和优点对于本领域技术人员将是明显的或将变得明显。所有此类附加的系统、方法、特征和优点都旨在包括在本说明书中、在本发明的范围内，并受所附权利要求保护。

附图说明

参考以下描述和附图可以更好地理解所述方法。附图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本发明的原理上。此外，在附图中，相同的附图标记指代贯穿不同视图的对应部分。

图1是扬声器设备的示意图。

图2是示出扬声器设备的横截面的示意图。

图3(包括图3A和图3B)是示出扬声器设备的横截面的示意图。

图4(包括图4A至图4C)是扬声器设备的示意图。

图5是扬声器设备的示意图。

图6示意性地示出了无源辐射器的实例。

图7是示出扬声器设备的示意图。

图8是示出扬声器设备的示意图。

具体实施方式

参考图1，示出了扬声器设备100。扬声器设备100包括封闭的外壳110。在这个背景下，“封闭的外壳”是指外壳没有任何孔口、开口或间隙来使空气可以进入或离开外壳。外壳110在图1中被示出为具有正方形形状(立方体形状)。然而，这仅是实例。外壳110可以具有任何合适形状。扬声器120安装在外壳110的前面板中、介于外壳110的内部与外部之间。然而，这仅是实例。扬声器120也可以安装在外壳110的后面板、侧壁或任何其他壁或挡板中。扬声器120可以是被配置成将电信号转换为声波的任何换能器。例如，扬声器120可以包括附接到音圈并由音圈驱动的振膜，诸如在动态驱动器机构、平衡电枢机构等中。当将电信号施加到扬声器120时，力(例如，机械力或磁力)使振膜前后移动，从而在施加的电信号的控制下再现声音。

当前后移动时，振膜的面向外的表面在扬声器120的前面在外壳110外部产生声波，并且振膜的面向内的表面在扬声器120的后面在外壳110内部产生声波。外壳110的主要作用是防止由振膜的面向内的表面产生的声波与由振膜的面向外的表面产生的声波相互作用。向外和向内产生的声音通常彼此异相，并且它们之间的相互作用通常导致期望的声音信号的至少部分发生抵消。外壳110可以进一步防止回声和混响效应。

扬声器设备100还包括第一无源辐射器130和第二无源辐射器132。无源辐射器130、132可以安装在外壳110的前面板、侧壁或任何其他壁或挡板中。无源辐射器130、132各自包括无源薄膜134(参见例如图6)。无源薄膜是例如通过周围压力的变化、通过振动或通过设备的加速或减速来刺激的薄膜。没有使用致动器来刺激无源薄膜。因此，当外壳110中的压力因扬声器120的振膜移动而改变时，例如，无源辐射器130、132被刺激，取决于外壳110内部的压力。这意味着无源辐射器130、132在静止位置周围以一定距离x移动。这在图2中示例性地示出。距离x可以根据外壳110内部的当前压力而变。距离x可以进一步取决于无源辐射器130、132的材料、厚度、质量或表面积以及无源辐射器130、132的薄膜134如何固定到外壳110。距离x通常是指无源辐射器130、132的中心点从静止位置的偏离。

当被外壳内部的压力变化刺激时，第一无源辐射器130和第二无源辐射器132通常执行基本上相似的移动。这意味着，当扬声器120的振膜122在朝向外壳110的外部的方向上移动时，第一无源辐射器130和第二无源辐射器132都将在朝向外壳110的内部的方向上移动。这在图3A中示意性地示出。当扬声器120的振膜122在朝向外壳110的内部的方向上移动时，第一无源辐射器130和第二无源辐射器132都将在朝向外壳110的外部的方向上移动。这在图3B中示意性地示出。

然而，例如当外壳110安装在移动、振动、摇动或不稳定的环境(诸如车辆)中时，可能会出现问题。例如，如果扬声器设备100安装在车辆中，则可能由运行的发动机或以任何其他方式引起的车辆的振动可以传递到外壳110。振动可以然后从外壳110传递到无源辐射器130、132的薄膜。因此，无源辐射器130、132的薄膜可能以不受控制的方式振动。

如果仅有一个扬声器和一个无源辐射器安装在同一外壳中，则在无源辐射器的振膜(薄膜)的行进方向上的外力将导致无源辐射器的振膜移动。这种移动引起外壳内的压力变化，这进而将导致扬声器的振膜远离其静止位置移动。这会导致过度失真，并且可能导致无源辐射器达到其最大可能的漂移，从而导致无源辐射器产生高度失真。由扬声器产生的任何声音都将严重失真，因为无源辐射器将不会按预期工作。如果一个扬声器和两个无源辐射器安装在同一外壳内并且两个无源辐射器都对外力作出反应，如上文已经关于一个无源辐射器描述，则这可能导致两个无源辐射器达到其最大可能漂移，从而导致无源辐射器产生高度失真。如果两个无源辐射器执行相反的移动并暴露于相同的外力，则在外壳内部将不会产生压力效应。然而，由扬声器产生的声音将严重失真，因为无源辐射器将不会按预期工作。第一无源辐射器130的振动可以不与第二无源辐射器132的振动同时。例如，第一无源辐射器130的薄膜可以在朝向外壳110的外部的方向上移动，并且同时第二无源辐射器132的薄膜可以在朝向外壳110的内部的方向上移动。无源辐射器130、132的这种相反的不对称移动可以导致严重失真，如上文已经描述。此外，如果扬声器设备100安装在车辆中，则车辆的加速和减速也可能例如导致无源辐射器130、132的不期望的移动。如果扬声器设备100安装在房间中并且没有暴露于任何明显的振动或加速/减速，然而无源辐射器130、132可能受到重力的影响，例如如果它们未安装在外壳的侧壁中而是安装到例如外壳的底部面板和上部面板。在这种情况下，例如，重力可能导致一个无源辐射器在朝向外壳110的内部的方向上移动(例如，安装在外壳110的上壁中的无源辐射器)，而另一个无源辐射器在朝向外壳110的外部的方向上移动(例如，安装在外壳110的底壁中的无源辐射器)。这种移动可能是不期望的移动。

如果第一无源辐射器130与第二无源辐射器132一致地(对称地)移动，这意味着第一无源辐射器130的薄膜朝向外壳110的内部移动并且同时第二无源辐射器的薄膜朝向外壳110的内部移动，则这些移动可能导致对扬声器120的薄膜122的不期望的激励。如果第一无源辐射器130的薄膜朝向外壳110的外部移动并且同时第二无源辐射器的薄膜朝向外壳110的外部移动，则这同样适用。例如，如果第一无源辐射器130和第二无源辐射器132的薄膜都同时在朝向外壳110的内部的方向上移动，则扬声器120的薄膜122可能被迫在朝向外壳110的外部的方向上移动。另一方面，如果第一无源辐射器130和第二无源辐射器132的薄膜同时在朝向外壳110的外部的方向上移动，则扬声器120的薄膜122可能被迫在朝向外壳110的内部的方向上移动。这可能导致扬声器120产生不期望的声音。

因此，第一无源辐射器130和第二无源辐射器132借助于连接元件140彼此连接。连接元件140可以延伸穿过(横贯)外壳110的内部。连接元件140被配置成防止无源辐射器130、132的非同时(不对称)移动。这意味着连接元件140不允许无源辐射器中的一者在朝向外壳110的内部的方向上移动而同时另一个无源辐射器在朝向外壳110的外部的方向上移动。此外，在一些情况下，连接元件140还可以完全防止无源辐射器130、132的不期望的移动。

图4中示意性地示出了可以防止无源辐射器130、132的不期望的移动的示例性连接元件140。在这个实例中，连接元件140包括板142，所述板绕轴承144枢转。第一连接杆146的第一端联接到板142，并且第二端与第一无源辐射器130联接。第一连接杆146可以经由接头(未示出)联接到板142，并且可以经由另一接头联接到第一无源辐射器130。第一连接杆146可以在第一无源辐射器130的薄膜的中心处的点处连接到第一无源辐射器130。第二连接杆148的第一端联接到板142，并且第二端联接到第二无源辐射器132。第二连接杆148可以经由接头(未示出)联接到板142，并且可以经由另一接头联接到第二无源辐射器132。第二连接杆148可以在第二无源辐射器132的薄膜的中心处的点处连接到第二无源辐射器132。

例如，如果第一无源辐射器130的薄膜在朝向外壳110的外部的方向上移动，则第一连接杆146向板142施加第一力，所述第一力使板142在第一方向上旋转。如果同时第二无源辐射器132的薄膜在朝向外壳110的内部的方向上移动，则第二连接杆148向板142施加力，所述力使板在与第一方向相反的第二方向上旋转。如果两个力基本上相等，则它们基本上彼此消除，并且板基本上保持在静止位置，如图4A中示意性地示出。

例如，如果第一无源辐射器130的薄膜在朝向外壳110的外部的方向上移动，则第一连接杆146向板142施加第一力，所述第一力使板142在第一方向上旋转。如果同时第二无源辐射器132的薄膜在朝向外壳110的外部的方向上移动，则第二连接杆148向板142施加力，所述力也使板在第一方向上旋转。连接元件140允许两个无源辐射器130、132在朝向外壳110的外部的方向上的这种对称移动，如图4B中示意性地示出。

例如，如果第一无源辐射器130的薄膜在朝向外壳110的内部的方向上移动，则第一连接杆146向板142施加第一力，所述第一力使板142在第二方向上旋转。如果同时第二无源辐射器132的薄膜在朝向外壳110的内部的方向上移动，则第二连接杆148向板142施加力，所述力也使板在第二方向上旋转。连接元件140允许两个无源辐射器130、132在朝向外壳110的内部的方向上的这种对称移动，如图4C中示意性地示出。

第一连接杆146和第二连接杆148可以在相反的端部处联接到板142，以便防止无源辐射器130、132的不对称(不一致)移动并且允许对称(一致)移动。

以这种方式，无源辐射器130、132可以执行由扬声器120和外壳110内部的压力变化引起的期望的对称移动。然而，可以防止不期望的不对称移动。无源辐射器130、132可以至少基本上相同。例如，第一无源辐射器130可以具有与第二无源辐射器132相同的质量。例如，第一无源辐射器130也可以具有与第二无源辐射器132相同的尺寸和相同的材料。然而，可以不要求无源辐射器130、132具有相同尺寸。如果无源辐射器130、132具有相同质量但具有不同尺寸，则它们仍可以向板施加基本上相等的力，所述力基本上彼此抵消。在这种情况下，基本上相等意味着力具有基本上相等的绝对值。然而，所述力可以导致板142在相反的方向上的移动，使得它们基本上彼此抵消，如上文已经描述。

然而，图4所示的布置仅是实例。连接元件140可以以任何其他合适的方式实现。图5中示意性地示出了连接元件140的另一实例。在图5所示的实例中，连接元件140包括液压元件150。第一连接杆146和第二连接杆148可以经由液压元件150进行联接。液压元件150可以至少部分地填充有流体。如果第一无源辐射器130在朝向外壳110的内部的方向上移动，则第一连接杆146移动使得液压元件150内的流体被推向第二连接杆148，从而在导致第二无源辐射器132在朝向外壳110的内部的方向上移动的方向上推动第二连接杆148。因此，例如，如果第二无源辐射器132因外壳110的振动而同时执行朝向外壳110的外部的移动，则在与由第一无源辐射器引起的移动相反的方向上推动第二连接杆148。以这种方式，如果无源辐射器130、132具有基本上相同的质量，则无源辐射器130、132的不对称移动(一个无源辐射器朝向外壳的内部移动，而同时另一个无源辐射器朝向外壳的外部移动)彼此抵消。这个原理与上文参考图4所解释的相同。连接元件140可以以任何其他合适的方式实现。

参考图6，进一步详细地示意性地示出了无源辐射器。无源辐射器通常包括薄膜(振膜)134，如上文已经解释。薄膜134可以包括弹性材料，诸如，例如橡胶、乳胶、聚丙烯、织物或织造物。薄膜134还可以包括至少实际上在一个或多个维度上不可拉伸但仍可弯曲的材料，诸如，例如玻璃纤维或碳。薄膜134可以使用胶水或可选地也可是柔性的粘合剂固定到外壳110。薄膜与外壳的固定还可以包括一个或多个柔性悬架136，所述柔性悬架支撑移动，特别是没有柔性或不可拉伸或者沿主要维度(宽度和长度)略具柔性或略可拉伸的薄膜材料的移动。一个或多个悬架136可以具有顺应性或弹性，这允许薄膜在与薄膜的表面垂直(正交)的方向上的运动。然而，这些仅是实例。薄膜134可以以允许薄膜134响应于外壳110内的压力变化、响应于外壳110的加速或减速或者响应于外壳110的振动而振动的任何其他方式固定到外壳110。这种薄膜振动可以包括整个薄膜134或仅薄膜的部分的移动。为了调节薄膜的重量、柔性和/或刚度，可以相应地选择薄膜134和/或悬架136的材料或材料混合物。此外，可以调节薄膜134的至少部分的厚度以控制薄膜的重量、柔性和/或刚度。对厚度的调节可以产生控制薄膜134的柔性的厚度图案。薄膜134的柔性、形状、尺寸和重量可以进一步调节以控制薄膜134移动离开其静止位置的距离x。

通常，薄膜的质量和一个或多个悬架的顺应性决定了以赫兹为单位测量的自由空气谐振频率。自由空气谐振频率是无源辐射器在未安装在外壳中时的谐振频率。然而，如果这种无源辐射器安装在具有给定的外壳体积的外壳中，那么它将具有不同于自由空气谐振频率的另一谐振频率，所述谐振频率由外壳的体积(增加的刚度)、薄膜表面积、薄膜的移动质量以及无源辐射器的悬架顺应性给出。这个新的谐振频率(通常称为无源辐射器的调谐频率)是无源辐射器在通过安装在同一外壳中的有源驱动器(扬声器)的移动而开始运动时将发生谐振的频率。无源辐射器的薄膜与有源驱动器的振膜在调谐频率下同相地移动(有源驱动器的向外移动＝无源辐射器的向外移动)。在低于或高于调谐频率的频率下，无源辐射器的移动将逐渐有源驱动器异相地移动。在静态压力下，无源辐射器与安装在同一外壳中的有源驱动器的面向外的振膜异相地移动(相反的移动)。

例如，扬声器120可以被配置成再现低频率或极低频率。例如，被配置成再现低频率的扬声器通常称为低音扬声器，而被配置成产生极低频率的扬声器通常称为重低音扬声器。当播放声音或音乐时，通常还需要再现中高频率。附加的扬声器可以集成在同一外壳110中，或者集成在与外壳110相邻或紧邻地布置的不同外壳中。被配置成产生中间频率的扬声器通常称为中音扬声器，并且被配置成产生高频率的扬声器也称为高音扬声器。在许多情况下，扬声器能够产生的最大声压级随着声音信号的频率减小而降低。例如，使用无源辐射器130、132可以增强对低频率或极低频率的感知。然而，所提出的扬声器设备不限于包括产生低频率的扬声器120的扬声器设备，而是还可以用于全频带扬声器，例如，所述全频带扬声器覆盖大部分的可听频率范围并且可选地在没有可以支持全频带扬声器的频率范围之外的频率范围的任何附加扬声器的情况下使用。

在图1至图5所示的实例中，扬声器设备100仅包括通过连接元件140联接的一对无源辐射器130、132。这些实例中的无源辐射器130、132安装在外壳110的相对壁中。然而，扬声器设备100可以包括多于一对无源辐射器130、132。如图7中示意性地示出，扬声器设备100可以包括两对无源辐射器。第一无源辐射器130a和第二无源辐射器132a形成第一对无源辐射器。第一无源辐射器130a利用第一连接元件联接到第二无源辐射器132a，如上文已经描述。第三无源辐射器130b和第四无源辐射器132b形成第二对无源辐射器。第三无源辐射器130b利用第二连接元件联接到第四无源辐射器132b。在图7所示的实例中，第一无源辐射器130a与第三无源辐射器130b安装到外壳110的同一壁，并且第二无源辐射器130b与第四无源辐射器132b安装在外壳110的同一壁中。图7的实例中的壁是外壳110的侧壁。然而，这仅是实例。代替外壳110的侧壁中的一对或多对无源辐射器或作为补充，例如，一对或多对无源辐射器可以安装到外壳的底壁和上壁。

一般而言，一对无源辐射器中的第一无源辐射器可以安装在外壳110的第一壁中，并且同一对无源辐射器中的第二无源辐射器可以安装在外壳110的第二壁中，其中第一壁和第二壁是相对的壁。

参考图8，第五无源辐射器130c可以安装在外壳110的上壁中，并且第六无源辐射器132c可以安装在外壳110的底壁中。在图8的实例中，扬声器设备100包括三对无源辐射器。然而，扬声器设备100也可能仅包括第一对无源辐射器或仅包括第三对无源辐射器。任何其他数量n对无源辐射器都是可能的，其中n≥1。

通过将一个无源辐射器130与另一无源辐射器132连接的连接元件140，可以防止例如由振动或由重力引起的不期望的移动。然而，由扬声器120引起的期望的移动是可能的。

尽管已经描述了本发明的各种实施方案，但本领域普通技术人员将明白，在本发明的范围内更多的实施方案和实现方式是可能的。因此，除了鉴于所附权利要求及其等效物，本发明不应受限制。

Claims (14)

1.一种扬声器设备(100)，其包括：

外壳(110)；

至少一个扬声器(120)，所述至少一个扬声器安装在所述外壳(110)的壁中并且被配置成产生声波；

第一无源辐射器(130)，所述第一无源辐射器安装在所述外壳(110)的第一壁中；

第二无源辐射器(132)，所述第二无源辐射器安装在所述外壳(110)的第二壁中；以及

连接元件(140)，所述连接元件将所述第一无源辐射器(130)连接到所述第二无源辐射器(132)，

其中所述第一无源辐射器(130)能够在朝向所述外壳(110)的内部的方向上和在朝向所述外壳(110)的外部的相反方向上移动；

所述第二无源辐射器(132)能够在朝向所述外壳(110)的所述内部的方向上和在朝向所述外壳(110)的所述外部的相反方向上移动；并且其中所述连接元件(140)被配置成

允许所述无源辐射器(130、132)朝向所述外壳(110)的所述内部的对称移动；

允许所述无源辐射器(130、132)朝向所述外壳(110)的所述外部的对称移动；以及

防止所述无源辐射器(130、132)的不对称移动，其中一个无源辐射器朝向所述外壳(110)的所述内部移动而另一个无源辐射器朝向所述外壳(110)的所述外部移动。

2.如权利要求1所述的扬声器设备(100)，其中所述第一壁和所述第二壁是相对的壁。

3.如权利要求1或2所述的扬声器设备(100)，其中所述第一无源辐射器(130)和所述第二无源辐射器(132)形成第一对无源辐射器，并且所述扬声器设备(100)还包括至少一对附加的无源辐射器(130a、132a、130b、132b、130c、132c)。

4.如权利要求1或2所述的扬声器设备(100)，其中所述连接元件(140)包括第一连接杆(146)和第二连接杆(148)。

5.如权利要求4所述的扬声器设备(100)，其中所述第一连接杆(146)经由绕轴承(144)枢转的板(142)联接到所述第二连接杆(148)。

6.如权利要求5所述的扬声器设备(100)，其中所述第一连接杆(146)联接到所述板(142)的第一端，并且所述第二连接杆(148)联接到所述板(142)的第二端，并且其中所述第一端和所述第二端是所述板(142)的相反端。

7.如权利要求4所述的扬声器设备(100)，其中所述第一连接杆(146)经由液压元件(150)联接到所述第二连接杆(148)。

8.如权利要求7所述的扬声器设备(100)，其中所述液压元件(150)至少部分地填充有流体。

9.如权利要求1或2所述的扬声器设备(100)，其中所述第一无源辐射器(130)和所述第二无源辐射器(132)各自包括薄膜(134)。

10.如权利要求9所述的扬声器设备(100)，其中

每个薄膜(134)借助于柔性悬架(136)联接到所述外壳(110)，所述柔性悬架被配置成使得所述薄膜(134)能够移动，或者

每个薄膜(134)用胶水或粘合剂固定到所述外壳(110)。

11.如权利要求1或2所述的扬声器设备(100)，其中所述第一无源辐射器(130)具有与所述第二无源辐射器(132)相同的质量。

12.如权利要求1或2所述的扬声器设备(100)，其中所述第一无源辐射器(130)具有与所述第二无源辐射器(132)相同的尺寸。

13.如权利要求1或2所述的扬声器设备(100)，其中所述连接元件(140)延伸穿过所述外壳(110)的所述内部。

14.如权利要求1或2所述的扬声器设备(100)，其中所述扬声器设备(100)安装在车辆中。

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