CN112104951A

CN112104951A - 可调吸声板

Info

Publication number: CN112104951A
Application number: CN201910521134.0A
Authority: CN
Inventors: 张宇敏; 黄立锡; 王春启
Original assignee: Zhejiang Institute Of Research And Innovation University Of Hong Kong
Current assignee: Zhejiang Institute Of Research And Innovation University Of Hong Kong
Priority date: 2019-06-17
Filing date: 2019-06-17
Publication date: 2020-12-18

Abstract

本发明提供了一种吸声板，其包括至少一个吸声单元，其中，所述吸声单元包括线圈‑磁铁结构和振膜，所述线圈‑磁铁结构连接至至少一个分流电路，用于提供附加至所述振膜的声阻抗。本发明通过调整电路参数即可调整室内混响系数，操作简单。

Description

可调吸声板

技术领域

本发明属于声学技术领域，尤其涉及一种可调吸声板。

背景技术

声波在室内传播时，要被墙壁、天花板、地板等障碍物反射，每反射一次都要被障碍物吸收一些。这样，当声源停止发声后，声波在室内要经过多次反射和吸收，最后才消失，我们就感觉到声源停止发声后还有若干个声波混合持续一段时间(室内声源停止发声后仍然存在的声延续现象)。这种现象叫做混响，这段时间叫做混响时间。

不同功能的室内空间需要满足不同混响效果，混响时间T60是最重要的混响指标，它表示一个声音下降60分贝所需要的时间。演讲厅需要较小的混响时间以便声音清晰的传达(混响效果小)；为了欣赏音乐，音乐厅需要相对较长的混响时间，而不同的音乐形式亦需要不同的室内混响配合才能达到最好的欣赏效果。室内混响控制和墙面及装饰物的吸声系数有关。室内墙面及装饰物拥有越高的吸声系数，室内混响时间就越低。对于一个固定的室内空间，装修完成后，该室内的吸声系数很难再调整。目前人们都通过可折叠/卷叠的布帘，可转动的吸声板或者可拆卸的吸声板来调整室内总体吸声面积，从而达到控制室内混响的目的。亦有研究通过充气膨胀展开的吸声体达到调节室内声吸收条件的目的。这些方法或者设备都有其局限性。可转动/可折叠的吸声帘或者吸声板操作繁琐，只能粗略的调整室内吸声系数及混响时间。充气/抽气膨胀收缩的吸声体亦有相同的局限性。

现有技术通常采用安装于墙面的可旋转吸声板，通过将吸声板吸声的一面或者不吸声的一面正对于室内从而增加或者减小吸声系数从而控制室内混响。亦有通过卷动收纳的吸声帘来调整室内吸声系数的方法，还有一些研究通过充气膨胀结构扩大吸声面积从而调整室内混响的装置。这些现有的技术或者装置都有一些固有的缺点。它们的安装和操作都比较麻烦，同时难以准确的控制室内混响时间。它们都是基于吸声棉的技术或者结构，因此只在中高频有效，难以控制低频声音在室内的混响。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种吸声板，其包括至少一个吸声单元，其中，所述吸声单元包括线圈-磁铁结构和振膜，所述线圈-磁铁结构连接至至少一个分流电路，用于提供附加至所述振膜的声阻抗。

根据本发明的吸声板，优选地，所述振膜为板状振膜。

根据本发明的吸声板，优选地，所述线圈-磁铁结构和所述板状振膜设置在骨架上。

根据本发明的吸声板，优选地，所述振膜为盆状振膜，所述盆状振膜和所述线圈-磁铁结构构成动圈扬声器。

根据本发明的吸声板，优选地，还包括背腔和面板，所述至少一个吸声单元设置在背腔内，并用面板封装。

根据本发明的吸声板，优选地，所述至少一个分流电路为无源电路。

根据本发明的吸声板，优选地，所述无源电路包括电阻、和/或电容和/或电感。

根据本发明的吸声板，优选地，所述至少一个吸声单元为吸声单元的n×n阵列，所述吸声单元的n×n阵列中的每个吸声单元连接至至少一个分流电路，其中n为大于或者等于2的整数。

根据本发明的吸声板，优选地，所述吸声单元的n×n阵列中的每个吸声单元分别连接至一个相应的分流电路。

根据本发明的吸声板，优选地，所述至少一个分流电路为可调电路。

本发明的吸声系数可调的吸声板，可用于调整室内吸声系数，从而调整混响时间。这种吸声板基于带分流电路的扬声器单元。电路一般是无源的，被动的。亦可以用有源电路实现。通过调整电路中基本电子元件的参数，或者选择连接不同的电路，可以使吸声板达到不同的吸声系数。当这种吸声板安装于室内时，即可达到用电路来控制室内混响的效果。

与现有技术相比，本发明通过调整电路参数即可调整室内混响系数。本发明的吸声板可以用调整电路调节其吸声系数，在100Hz-1000Hz的低频范围内都有良好的可调吸声效果。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1：根据本发明的第一实施例的可调吸声板的立体视图和俯视图；

图2：图1中所示的动圈扬声器单元1的俯视图和纵剖面视图；

图3：当动圈扬声器单元连接不同的分流电路后实验测量得到的正入射吸声系数；

图4：根据测量得到的动圈扬声器连接不同分流电路后的正入射声阻抗，使用已有公式计算所得的随机入射吸声系数；以及

图5：根据本发明的第二实施例的吸声单元的结构视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

第一实施例

本发明的第一实施例提供一种可调吸声板。如图1所示的该第一实施例的可调吸声板的立体视图(左图)和俯视图(右图)，吸声板包括由一组动圈扬声器单元(吸声单元)1构成的4×4阵列。动圈扬声器单元1的结构如图2所示，图2示出动圈扬声器单元1的俯视图(左图)和纵剖面视图(右图)。每个动圈扬声器单元1由动圈扬声器2、背腔3、面板4、选择开关组5、导线6和分流电路组7组成。选择开关组5包括n个选择开关5₁、5₂…5_n，分别用于选择接入分流电路组7中的分流电路7₁、7₂…7_n。背腔3用木板构成，面板4用塑料板或者木板构成。背腔3和面板4共同地封装动圈扬声器2，面板4上设置有暴露扬声器2的正面(喇叭口)的开口，除喇叭口之外，扬声器2的其他部分被背腔3和面板4密封，因此其选材要有良好的密封性。背腔3的深度由具体应用决定，要求能够容纳动圈扬声器2。在本实施例中，扬声器的背腔尺寸为17cm×17cm×6cm(长×宽×深)。导线6的总电阻低于0.1Ω，否则导线的电阻太大会使得系统的总电阻不能太小，从而使得吸声系数可调范围变小。分流电路7₁、7₂…7_n具有不同的电路参数，因此，当闭合不同的开关5₁、5₂…或5_n时，接入不同的分流电路，得到不同的吸声系数。如需要n种不同的吸声系数则需要设置n个可连接电路。在该实施例中，分流电路7₁、7₂…7_n分别为无源电路，由不同的电阻、电容和电感串联组成。动圈扬声器2中的动圈需要极低的电阻，例如R_c＝0.3欧姆。在本发明中，每一个动圈扬声器单元的正入射吸声系数由动圈扬声器2的动力学参数及其连接的电路参数共同决定。对于连接第n个分流电路7_n的单元，它的声阻抗可以写成

其中i为虚数单位，ω为角频率，m为扬声器振膜的动质量，δ为阻尼，k为扬声器系统的刚度(包括背腔刚度)，Bl为扬声器的力系数，Z_en为第n个分流电路的电阻抗。若线圈和分流电路组成的电路系统可以等效为电阻、电感、电容串联电路，则

其中R_t、L_t和C_t为分流电路7_n的等效电阻、电感和电容。该单元的正入射吸声系数为

其中ρ₀、c₀和A分别为空气密度，声速及单元表面积，我们通常将Z_n/ρ₀c₀A称为归一化声阻抗或者声阻抗系数。吸声系数α取决于扬声器单元连接的第n个分流电路7_n时的声阻抗。因此可以用电路来控制单元的正入射吸声系数。

图3(a)示出实验测得的单个动圈扬声器单元的正入射吸声系数。四个分流电路都是R-L-C串联电路。表1列出了四个电路的等效电路参数，每组参数列出的电阻及电感值都已包含动圈扬声器的电阻和电感。声阻抗以复数表示，实部为声阻，虚部为声抗。图3(b)和(c)分别为测量得到的单个动圈扬声器单元的归一化声阻及声抗。

表1

	R(Ω)	L(μH)	C(μF)
				分流电路1	1.3	440	750
分流电路2	1.7	440	180
				分流电路3	4.2	700	93
分流电路4	6.9	1423	44

通过图3所示的测量得到的单个动圈扬声器单元的正入射声阻抗，利用下述已有公式可以估算阵列吸声板随机入射的吸声系数，注意这个吸声系数是当声波入射面积与吸声板面积相等的情况下进行的计算，因此吸声板的随机入射吸声系数与阵列的面积无关。但是，当这种吸声板应用于室内混响时，吸声板面积，或者说扬声器单元数量就需要根据实际情况考虑。

其中α_rand为随机入射吸声系数。在室内环境，声源没有特定的入射角，一般认为是随机入射至吸声板的。θ_I为入射角，

是当入射角为θ_I时的吸声系数。real(Z_n)为对扬声器单元的正入射声阻抗取实部，imag(Z_n)为对扬声器单元的正入射声阻抗取虚部。这样计算所得随机入射吸声系数如图4所示。

举例来说，典型的私人影院的尺寸为6米×3.7米×2.4米，应用3平米这种吸声板，并考虑墙面本身的吸声系数为0.04，可以通过赛宾公式简单的计算得到

当吸声板吸声系数调整到0.3时，混响时间T60＝1.76秒。

当吸声板吸声系数调整到0.9时，混响时间T60＝1.16秒。

基于图3的实验数据，可认为在150Hz-1000Hz内，此吸声板可调整所述的房间的室内混响时间范围为1.16秒～1.76秒。

本发明所述的第一实施例中单个动圈扬声器单元的总表面积为0.0289m²，因此需要使用139个这种扬声器单元来组装成这种4平米的可调吸声板。如果采用更大的动圈扬声器作为吸声板的基本单元，如采用0.3米的正方形单元，那么只需要45个动圈扬声器单元即可达到同样的效果。

基于前述实施例，本领域技术人员能够理解，本发明采用具有分流电路的动圈扬声器来调节吸声板的吸声系数，从而调节混响时间。只要吸声板中设置有至少一个具有分流电路的动圈扬声器，就能够改变吸声板的吸声系数；另外，将分流电路的电路参数设置为可调，也能够调节吸声板的吸声系数。在本发明中，任意形式的分流电路都可以达到调整吸声系数的目的。最基本的分流电路是R-L-C串联电路，即电阻电感、电容串联电路，并且分流电路的电阻值、电感值、电容值可调整直至为0。

第二实施例

根据本发明的第二实施例，吸声单元采用如图5所示的结构，其包括骨架3，该骨架3包括第一环形部3-1、第二环形部3-2和连接第一和第二环形部的连接部3-3，连接部3-3的截面为“L”形，第一环形部3-1的内直径和外直径分别大于第二环形部3-2的内直径和外直径，第一环形部3-1的内侧设置有质量板1并且通过弹性悬挂2连接质量板1，缠绕有线圈8的线圈纸环或铝环7通过第二环形部3-2的内侧抵接至质量板1，第二环形部3-2的外侧依次设置有导磁体4、永磁体5和导磁体软铁6，导磁体4和永磁体5分别为厚度不同的环形，导磁体软铁6包括圆盘部分和圆柱部分，截面为“T”形，圆柱部分的一部分插入线圈纸环或铝环7内。线圈8的两个信号输入端分别通过导线连接至分流电路。通电的线圈8在磁体的作用下构成动圈，通过磁场和线圈的耦合改变吸声单元的声学阻抗，从而改变吸声板的吸声系数。该实施例中的分流电路可以采用第一实施例中的分流电路组，其包括多个分流电路，通过接入不同的分流电路，调节吸声单元的声阻抗，继而调节吸声板的吸声系数，从而调节混响时间。

根据本发明的其他实施例，吸声板的吸声单元并不限于前述结构，只要其包括线圈-磁铁结构和振膜，并且线圈-磁铁结构的线圈连接至分流电路，就可以通过分流电路调节吸声单元的声阻抗。另外，分流电路可以包含在吸声单元内，也可以是独立于吸声单元的单独的部分。

虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。

Claims

1.一种吸声板，其包括至少一个吸声单元，其中，所述吸声单元包括线圈-磁铁结构和振膜，所述线圈-磁铁结构连接至至少一个分流电路，用于提供附加至所述振膜的声阻抗。

2.根据权利要求1所述的吸声板，其中，所述振膜为板状振膜。

3.根据权利要求2所述的吸声板，其中，所述线圈-磁铁结构和所述板状振膜设置在骨架上。

4.根据权利要求1所述的吸声板，其中，所述振膜为盆状振膜，所述盆状振膜和所述线圈-磁铁结构构成动圈扬声器。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的吸声板，还包括背腔和面板，所述至少一个吸声单元设置在背腔内，并用面板封装。

6.根据权利要求5所述的吸声板，其中，所述至少一个分流电路为无源电路。

7.根据权利要求6所述的吸声板，其中，所述无源电路包括电阻、和/或电容和/或电感。

8.根据权利要求1所述的吸声板，其中，所述至少一个吸声单元为吸声单元的n×n阵列，所述吸声单元的n×n阵列中的每个吸声单元连接至至少一个分流电路，其中n为大于或者等于2的整数。

9.根据权利要求8所述的吸声板，其中，所述吸声单元的n×n阵列中的每个吸声单元分别连接至一个相应的分流电路。

10.根据权利要求8或9所述的吸声板，其中，所述至少一个分流电路为可调电路。