CN112188354A - 声音放大装置 - Google Patents

Abstract

本发明公布一种声音放大装置，它属于音响设备，其解决了在自然空气常态下声音放大不能的缺陷，解决了现有音响扩声技术所存在的体积大、耗能大、成本高这三个突出的问题，其主要包括声源结构，自动充压控制结构，声门结构，储压腔结构，放大腔结构和装置外层箱体结构，适用于各种音响系统扩声的场合，特别适用于工矿、学校、公共场所大功率单只全频扬声器要求的场合。

Description

声音放大装置

技术领域

本发明涉及音响系统中的扩声技术，特别是涉及声音在特定装置箱体内推动基准压力空气随声音的波动形式变化而变化，从而起到扩声(放大)作用的声音放大装置。

背景技术

现有声音放大技术是通过电子扩声电路将声音转变为电信号，再经电路逐级放大，输出到合适的功率与相匹配的音箱扬声器电声转换后达到所需能量的声音。现有扩声技术不能解决自然空气常态下的声音放大，而且结构、技术复杂、体积和耗能大，成本高，是人们长久以来需要解决的问题。

发明内容

为解决现有技术不能在自然空气常态下将声音放大的缺陷，解决现有技术条件下存在体积大、耗能大、成本高的问题，本发明提供一种用机械方式将声音放大的装置，即声音放大装置。

技术方案

用特有的机械装置将声音增压重放，实现声音放大的目的，从而又解决了上述三个突出的问题。声音放大装置的合成结构是将密闭声箱23放入一个几乎密闭的箱体中，密闭声箱内有一个6寸30瓦的全频扬声器作为声音放大的驱动声源13，为使扬声器驱动自然又防止密闭声箱共振产生次声污染，密闭声箱上下面和后面板帖紧吸音棉11。扬声器通过连线22经插孔12-2、12-1连接外部设备功放机。声音放大装置后面板中心处有一小型充压机1，充压机1与空气输入管道2，装置单向输入门3(只进不出的门)以及装置放大腔21内的压力感应器8，电源供断连线4，共同组成自动充压控制结构。密闭声箱扬声器口的对面是一弹性伸宿并可前后移动的声门，声门的结构是由橡皮边16-1、16-2，橡胶伸缩网17-1、17-2。声门中心园柱槽14，绕在园柱槽线圈19，声门园柱槽定位柱18-1、18-2共同合成，橡皮边与线圈、伸缩网、装置箱体相互连接固定。储压腔5-1、5-2的结构有两个橡胶制成的伸缩网门9-1、9-2。

声音放大装置的工作程序和原理，工作程序是扬声器工作前由充压机注入合适的基准工作压力空气至放大腔的箱体内，这个基准压力空气的压力值是扬声器在自由空间工作时扬声器口产生空气压力值的3倍。本发明的声音放大装置内的基准压力空气压力值是根据密闭声箱30瓦扬声器在自由空间工作时扬声器口所产生的0.15W声功率所具有的空气压力值的3倍。这里的基准空气压力值等于声门伸缩网张力起动临界值。当充压机注入的空气压力达到这个临界值时停止工作，完成装置静态空压值状态，但声门有微量空气压力从声门中心线圈与中心定位园柱槽的间隙处流出，因此充压机注入的压力空气在装置内具有一定的指向性，这个指向性与扬声器声波传播方向相一致，从而减小了扬声器克服阻力做功的阻力值、使扬声器能自然起动。装置声音放大的工作原理是当扬声器产生的波动压力加入时，由于增加了箱体内的压力，箱体内的压力值超过声门伸缩网张力起动临界值，伸缩网张开量的变化便随着扬声器产生的波动压力的变化而变化，即声门的变化量随着扬声器产生的波动压力的变化而变化输出声音能量。具体地说扬声器产生的正向压力压缩单位体积空气分子量等于声门排出的单位体积空气分子量，扬声器反向回压力压缩空气分子移动的数量等于声门吸入的空气分子移动的数量，最终使声门使声门形成随扬声器波动形式变化的声音形式输出，但因为声门输出的声音压力是扬声器在自由空间工作时扬声器口的声音压力值的3倍，因此声门输出的声波的幅度是扬声器在自由空间工作时产生的声波幅度的3倍，需要指出的是装置内被正向压力或反向压力压缩的分子移动的数量和相对应的声门排出或吸入的分子移动的数量是逞动态变化的。当扬声器产生的正向压力出现时，声门向前位移张开，正向输出声音能量，当场声器产生的反向压力出现时，声门向后位移张开，反向输出声音能量。由于声门张开，箱体内波动的空气压力迅速指向声门，即装置内的基准空气压力依照扬声器产生的声音的波动形成迅速指向声门，最终形成了3倍于扬声器在自由空间工作时的声音压力值的能量输出。因为声功率(后称媒功率)是媒压和媒移的乘积，媒压增大了3倍，本质就是声波的幅度增大了3倍，无疑声音放大了3倍。因为声音的能量70％在中低频及甚低频，故声门必须可前后移动，以此增加声门的灵敏度和动态余量，即扩展了低频的响应带宽。中高频声音和带宽则由声门伸缩网的灵敏度决定。装置声音放大倍数等于装置产生的媒功率或媒压与扬声器在自由空间工作时所产生的媒功率或媒压的比值，根据上述原理表明声音在自然空气常态下可以机械放大，而要声音不失其输出，则必须要解决和实现两个必要的条件，一是声门直径的大小必须与扬声器声盘仰角输出面直径大小相对应，避免声频频带变窄引起失真，二是扬声器必须工作在与声门对应的中心线上，避免声音产生消波失真，使声音发破。

维持装置内空气压力恒定的工作原理是，声音放大装置内有储压腔5-1，5-2和放大腔21两个腔室，储压腔和放大腔腔门(伸缩网)的张力起动临界值相同，扬声器工作前充压机的运转时间由放大腔内的压力感应器决定。充压机起动后向储压腔注入压力空气，随着时间的延长，压力达到或超过储压腔腔门(伸缩网)张力起动临界值时，腔门(伸缩网)张开，空气压力进入放大腔，放大腔内的空气压力也达到放大腔腔门(伸缩网)张力起动临界值时，放大腔内的压力感应器触点断开，充压机停止运转，空气压力注入停止，完成装置内部静态工作压力状态。扬声器工作后，装置内部空气压力的恒定就由扬声器和储压腔来完成，直到扬声器停止工作后，放大腔内的空气压力恢复到自然空气压力状态时，充压机才再次起动，压力感应器的触点重新接通，充压机运转重复如前过程。扬声器工作的这段时间内装置内部空气压力恒定的工作原理是因为扬声器工作时产生的作用力是正反向推动放大腔内的基准压力空气依照扬声器的声音波动形式由声门输出，声门输出的正向空气压力和时间与反向吸入的空气压力和时间相等，因此装置输出的媒质冲量与吸入的媒质冲量相等，产生媒质冲量守恒，这个冲量守恒是动态守恒，也就维持了扬声器工作段内的压力值的恒定。当声门反向吸入压力空气时，放大腔的空气压力大于储压腔的压力，使储压腔存储压力能量，扬声器迅即正向输出时，储压腔空气压力也迅即跟随输出。本质上储压腔门与放大腔门同步变化，直到扬声器停止工作，冲量守恒和声门的变化才得以停止，压力感应器的触点重新接通电源，充压机重新启动注入空气压力。装置外部充压机的启动和停止的工作原理是依靠压力感应器内的敏感元件因压力变化而产生的弹性形变使机械触点位移而使充压机的电源连线触点接通或断开。

理论数据及相关概念媒功率、媒压、媒移依据来源，声音不是物质，所谓的声压、声功率声阻抗许多概念在音响设计计算很不方便，不能准确表达声音的物质本性，所以本发明人从唯物辩证的角度形成新的表现声音物质本性的概念和计算方法，从本质上看，形成声音信息传播的物质分子称为媒质，实际电声转换的本质就是电能转换成媒能的结果，由此可引出其他媒的概念，即媒质在空气中所受到压力称为媒压；媒质运动所遇到的阻力为媒阻；媒质在外力作用下产生位移的分子数量为媒移；媒质在外力作用下所具有的总能量为媒功率，设媒功率为mp，媒压为mr，媒阻为mz、媒移为me，则mp＝mr×me此式是扬声器在自由空间工作时所具有的总媒功率，而mp＝3mr×me，则是本发明所表现出的计算总媒功率的结果式。所以，媒功率的增量mp_Δ＝mp₁-mp₀，又设本装置声音的放大倍数为F，则F＝mp₁/mp₀或F＝mr₁/mr₀，其中mp₁mr₁为本装置产生的媒功率和媒压，mp₀和mr₀为扬声器在自由空间工作时所产生的媒功率和媒压，本发明人将媒移的单位定为方的摩尔常数，0.0224立方体积的分子数量为6.0221367×10²³，扬声器的转换效率为0.5-1，通过测量装置输出口和扬声器输出口的媒压，就可以很方便计算出其他媒的具体数据，就可以在声学工程设计中得到广泛的应用。

有益效果

本发明与现有声音放大器(功放机)比较有如下有益效果：

1、体积小，重量轻，结构简单，但获得的媒功率是扬声器在自由空间工作时产生的媒功率的2倍以上，能使未来音响系统结构小型化，轻便化。

2、成本低。

3、节能突出，每通道可节能≥90％，即节省的能量是原耗能的10倍以上，系统节能则≥80倍以上。

4、利用本工程原理对同一声源建立逐级放大程序可获得更大的媒功率增益和节能增益。

5、对未来声音放大技术应用的前景有重大影响，甚至改变应用技术的方向。

附图说明

这是声音放大装置侧面刮视图，充压机1，充压机空气压力输入管2，空气压力输入单向门3，充压机与压力感应器的电能供断连接线4，储压腔5-1、5-2，密闭声箱定位柱固定螺丝6-1、6-2，密闭声箱定位柱和支撑板7-1、7-2，压力感应器9，储压腔腔门9-1、9-2，扬声器面板固定螺丝10-1、10-2，密闭声箱吸音棉11，音频线插孔12-1、12-2，扬声器13，声门中心园柱槽14，声门固定螺丝15-1、15-2，声门橡皮边16-1、16-2，声门伸缩网17-1、17-2，声门中心园柱槽固位架18-1、18-2，声门园柱槽与伸缩网连接线圈19，外层木质箱体20，放大腔21，扬声器与外接推动声源功放机的连接线22，密闭声箱23，装置后面板固定螺丝24-1、24-2。

具体实施方式

1、装置各部分的连接和作用

密闭声箱23作为装置的主要放大声源，密闭声箱由扬声器13，吸音棉11，音频线输入插孔12-2，音频接入线22，扬声器面板及螺丝10-1、10-2，密声箱上下后面板构成。密闭声箱中的扬声器由连线22经插孔12-2、12-1与外接设备30W功放机连接。吸音棉11主要用于吸收扬声器反向声能并防止密闭声箱共振，使扬声器能自然工作，运动自如，支撑柱及定位板7-1、7-2及螺丝6-1、6-2起固定位的作用，柱与板连成一体，板与密闭音箱用白乳胶连接固定，充压机1与压力感应器由连线4连接起到自动连接或断开电源的作用。扬声器面板可由螺丝10-1、10-2可装卸。声门中心园柱槽14由定位柱18-1、18-2固定位，园柱槽线圈19与伸缩网17-1、17-2及橡皮边16-1、16-2与装置外层板用螺丝15-1、15-2固定，橡皮边16-1、16-2，伸缩网17-1、17-2，线圈19，构成声门起到随扬声器声波形式变化而变化输出声音能量的作用。

2、材料选用，装置箱体材料20，声门中心园柱槽14，定位架18-1、18-2，密闭声箱支撑柱7-1、7-2，均为高密度坚硬木质材料，储压腔腔门伸缩网9-1、9-2和声门伸缩网17-1、17-2均用塑胶网状材料。扬声器选用阻抗8欧，功率30W的全频扬声器。

3、装置设定的工作程序

充压机启动→空气压力→进入储压腔→放大腔→达到声门伸缩网张力起动临界值→充压机停止运转→完成装置静太空压值状态→扬声器工作→推动放大腔基准空气压力依照声波波动形式变化→推动声门张开变化形式→声门输出声音→扬声器停止工作→自动返回充压机重新起动。

4、外接设备

声源→声电转换→初始放大调谐设备→电路末级功放→装置电声转换→放大→装置输出声音。

Claims (10)

1.一种声音放大装置，其特征主要包括声源结构(1)，自动充压控制结构(2)，储压腔结构(3)，放大腔结构(4)，声门结构(5)，装置外层箱体结构(6)合成的实体。

2.根据权利要求1、声源的结构其特征是由密闭声箱(1)，辅助支撑和起稳固作用的支撑柱(板)(2)，螺丝(3)合成的实体。

3.根据权利要求2，密闭声箱其特征是由扬声器(1)、吸音棉(2)、木质箱体(3)，扬声器与外部功放相连接的导线(4)合成的实体。

4.根据权利要求1，自动充压控制结构其特征是充压机(1)、压力空气输入管(2)、空气单向输入门(3)、压力感应器(4)，充压机与压力感应器的电源供断连线(5)合成的实体。

5.根据权利要求1、储压腔其特征是外层木质箱体(1)、密闭声箱体(2)、伸缩网门(3)合成的实体空间，储压腔存储、排放声能压力空气。

6.根据权利要求1、放大腔其特征是由外层木质箱体(1)、密闭声箱扬声器面板(2)、声门、(3)储压腔腔门合成的实体空间。

7.根据权利要求1、声门结构其特征是由橡皮边(1)、弹性伸缩网(2)、绕在声门中心圆柱槽的线圈(3)，相互连接的实体，声门可前后移动，前后移动时间段，吸入的媒质冲量与排出的媒质冲量相等守恒。

8.根据权利要求1、放大腔注入的空气压值(1)、声门伸缩网的张力起动临界值(2)相等。

9.根据权利要求1，装置工作表现特征是充压机注入放大腔的基准空气压力静态时(1)，扬声器产生的正向或反向压力加入时压缩单位体积的分子量(2)等于声门排出或吸入的单位体积的分子量(3)，产生的媒功率(4)等于煤压(5)与媒移的乘积，放大倍数(7)等于装置产生的媒功率与扬声器在自由空间工作时产生的媒功率的比值。媒移的单位为方的摩尔常数(8)。

10.根据权利要求1、声音放大装置，其可持续连动发展的特征是利用本工作原理对同一声源建立逐级放大程序可获得更大的媒功率增益(1)和节能增益(2)。

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