CN113170256A

CN113170256A - 同轴波导

Info

Publication number: CN113170256A
Application number: CN201980078798.2A
Authority: CN
Inventors: G·J·扎斯图皮尔; J·J·库蒂尔; G·L·默里
Original assignee: Bose Corp
Current assignee: Bose Corp
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2019-11-25
Publication date: 2021-07-23
Also published as: US20200177988A1; JP2022510222A; US10694281B1; EP3888378A1; WO2020112653A1; JP7342123B2

Abstract

各种具体实施包括扬声器。在一些特定情况下，扬声器包括：高频(HF)驱动器；低频(LF)驱动器，该低频驱动器与HF驱动器同轴布置；和波导，该波导覆盖LF驱动器的声音辐射表面，波导具有孔图案，使得LF驱动器的声音辐射方向图在参考位置处与HF驱动器的声音辐射方向图匹配。

Description

同轴波导

技术领域

本公开整体涉及扬声器。更具体地，本公开涉及具有同轴波导的扬声器，该同轴波导用于控制来自低频驱动器和高频驱动器的声音辐射方向图。

背景技术

对薄型扬声器应用的需求日益增加。然而，随着扬声器的深度减小，低频驱动器(低音扬声器)和高频驱动器(高音扬声器)之间的距离减小可带来声学挑战。例如，低频驱动器的波束宽度在这些条件下可能难以控制。常规扬声器无法解决这些挑战。

发明内容

下文提及的所有示例和特征均可以任何技术上可能的方式组合。

各种具体实施包括具有同轴波导的扬声器。在附加的具体实施中，同轴波导用于控制扬声器的声学输出。

在一些特定方面，扬声器包括：高频(HF)驱动器；低频(LF)驱动器，该低频驱动器与HF驱动器同轴布置；以及波导，该波导覆盖LF驱动器的声音辐射表面，该波导具有孔图案，使得LF驱动器的声音辐射方向图在参考位置处与HF驱动器的声音辐射方向图匹配。

在另一方面，扬声器包括：高频(HF)驱动器；低频(LF)驱动器，该低频驱动器与HF驱动器同轴布置；波导，该波导覆盖LF驱动器的声音辐射表面，波导具有板，该板具有轴向延伸穿过其中的多个孔，其中LF驱动器的声音辐射方向图在参考位置处与HF驱动器的声音辐射方向图匹配；以及位于波导和LF驱动器之间的絮，其中絮控制LF驱动器和波导之间的腔共振。

在另外的方面，一种方法包括：提供扬声器，该扬声器具有：高频(HF)驱动器；低频(LF)驱动器，该低频驱动器与HF驱动器同轴布置；和波导，该波导覆盖LF驱动器的声音辐射表面；以及在扬声器处将电信号转换为声学输出，其中波导具有孔图案，使得声学输出包括LF驱动器的声音辐射方向图，该声音辐射方向图在参考位置处与HF驱动器的声音辐射方向图匹配。

在另一方面，扬声器包括：高频(HF)驱动器；低频(LF)驱动器，该低频驱动器与HF驱动器同轴布置；波导，该波导覆盖LF驱动器的声音辐射表面；壳体，该壳体限定LF驱动器前面的声学体积；和Helmholtz共振器，该Helmholtz共振器与LF驱动器前面的声学体积耦接。

在另一方面，扬声器包括：高频(HF)驱动器；低频(LF)驱动器，该低频驱动器与HF驱动器同轴布置；波导，该波导覆盖LF驱动器的声音辐射表面；外壳，该外壳限定LF驱动器和HF驱动器之间的声学后腔；和Helmholtz共振器，该Helmholtz共振器与LF驱动器和HF驱动器之间的声学后腔耦接。

具体实施可包括以下特征中的一个特征、或它们的任何组合。

在一些情况下，波导包括孔口，HF驱动器通过该孔口暴露出来。

在特定方面，扬声器还包括位于波导和LF驱动器之间的絮，其中絮控制LF驱动器和波导之间的腔共振，并且其中絮在低频下为透声的并且在高频下充当刚性声学边界。

在某些具体实施中，波导位于LF驱动器的前面。

在一些方面，波导包括刚性挡板，该刚性挡板围绕HF驱动器并限定孔图案。

在特定情况下，孔图案包括布置在HF驱动器周围的多个孔。

在某些方面，来自LF驱动器的能量通过孔图案中的孔排出以控制声学输出的波束宽度。

在一些情况下，波导包括用于耗散来自HF驱动器的热量的材料。

在特定具体实施中，扬声器还包括：壳体，该壳体限定LF驱动器前面的声学体积；和Helmholtz共振器，该Helmholtz共振器与LF驱动器前面的声学体积耦接。

在一些情况下，扬声器包括与LF驱动器前面的声学体积耦接的Helmholtz共振器中的声学絮。

在某些具体实施中，扬声器还包括：外壳，该外壳限定LF驱动器和HF驱动器之间的声学后腔；和Helmholtz共振器，该Helmholtz共振器与LF驱动器前面的声学体积耦接。Helmholtz共振器可位于LF驱动器和HF驱动器之间的声学后腔内。

在一些方面，扬声器包括LF驱动器和HF驱动器之间的声学后腔中的声学絮。

在特定情况下，来自LF驱动器的能量通过孔图案中的孔排出以控制声学输出的波束宽度，其中扬声器还包括位于波导和LF驱动器之间的絮，其中絮控制LF驱动器和波导之间的腔共振，并且絮在低频下为透声的并且在高频下充当刚性声学边界。

本公开中所述的两个或更多个特征，包括本发明内容部分中所述的那些，可组合以形成在本文未具体描述的具体实施。

一个或多个具体实施的细节在附图和以下描述中论述。其他特征、对象和有益效果在说明书、附图和权利要求书中将是显而易见的。

附图说明

图1是根据各种具体实施的扬声器的侧面剖视图。

图2是图1的扬声器的俯视剖面图。

图3示出了根据各种附加具体实施的扬声器的侧面剖视图。

图4是根据各种另外具体实施的扬声器的侧面剖视图。

图5示出了示例频率响应曲线图，其示出了与常规扬声器相比，根据各种具体实施的扬声器的声压级(SPL)与频率的关系。

图6示出了常规扬声器和根据各种具体实施的扬声器的示例性波束宽度曲线图。

需注意，各种具体实施的附图未必按比例绘制。附图仅旨在示出本公开的典型方面，因此不应视为限制具体实施的范围。在附图中，类似的编号表示附图之间类似的元件。

具体实施方式

本公开至少部分地基于以下认识：同轴波导可以有利地结合到扬声器中。例如，具有同轴波导的扬声器可在齐平安装或表面安装的应用中提供期望的声学输出。

出于说明的目的，附图中通常标记的部件被认为是基本上等同的部件，并且为了清楚起见，省略了对那些部件的冗余讨论。

如本文所述，薄型扬声器系统由于其高频(HF)驱动器(或者，高音扬声器)与低频(LF)驱动器(或者，低音扬声器)之间的间距减小而面临系统设计挑战。因为许多最终用户应用需要齐平安装或表面安装的扬声器设计，所以扬声器系统设计者必须在HF驱动器和LF驱动器之间间距减小的情况下尝试提供所需的声学输出。解决这个问题的常规方法未能控制低频下的波束宽度、表现出腔共振和/或表现出不一致的离轴声学输出。

与常规系统相比，根据各种具体实施公开的扬声器包括与HF驱动器同轴布置的LF驱动器。扬声器包括具有孔图案的波导，该孔图案用于控制LF驱动器的声音辐射方向图，以在扬声器前面的参考位置处与HF驱动器的声音辐射方向图匹配。在某些情况下，扬声器的声音辐射方向图可由其波束宽度来限定。根据各种具体实施公开的扬声器可例如在HF和LF驱动器的中心轴线外围的各种距离处提供一致的离轴声学输出。集成波导构造可改善整个宽频率范围内(例如，从LF驱动器的低频截止到HF驱动器控制扬声器响应的交变频率)的声学输出的一致性。另外，根据各种具体实施公开的扬声器可包括用于控制LF驱动器和HF驱动器之间的腔共振的声学絮。在一些情况下，波导还可充当散热器以冷却HF驱动器，从而允许与常规系统相比具有较高声压级(SPL)的较高功率应用。

图1示出了根据各种具体实施的扬声器10的侧面剖视图，并且图2示出了根据各种具体实施的扬声器10的平面剖视图。同时参考图1和图2。根据各种具体实施，扬声器10包括容纳高频(HF)驱动器30和低频(LF)驱动器40的壳体20。在一些情况下，HF驱动器30包括高音扬声器，诸如圆顶高音扬声器、锥形高音扬声器、压电高音扬声器等。在一个具体实施中，HF驱动器30是圆顶高音扬声器。在某些具体实施中，LF驱动器40包括低音扬声器。在一些具体实施中，LF驱动器40与HF驱动器30同轴布置，使得LF驱动器40的中心运动轴线与HF驱动器30的中心运动轴线重合，如图1中的轴线(A)所示。然而，在其他具体实施中，HF驱动器30的中心轴线可以相对于轴线(A)成角度/旋转，使得扬声器10的输出是不对称的。

应当理解，HF驱动器30和LF驱动器40均可与一个或多个控制电路(未示出)耦接，控制电路用于提供电信号以激励驱动器30、40中的一者或两者。每个驱动器30、40包括用于产生声学输出的声音辐射表面。一个或多个控制电路可包括处理器和/或微控制器，该处理器和/或微控制器可包括解码器、DSP硬件/软件等，用于在HF驱动器30或LF驱动器40中的一者或两者处回放(渲染)音频内容。一个或多个控制电路还可包括用于将数字音频信号转换成模拟音频信号的一个或多个数模(D/A)转换器。该音频硬件还可包括向HF驱动器30和/或LF驱动器40提供放大的模拟音频信号的一个或多个放大器。

壳体20限定LF驱动器40前面的声学体积50，当LF驱动器40由电信号激励时，声学体积50响应于LF驱动器40的运动。扬声器10还包括外壳60，该外壳限定位于LF驱动器40和HF驱动器30之间的声学后腔70。在一些情况下，当HF驱动器30被电信号激励时，声学后腔70响应于该驱动器的运动。在其他具体实施中，HF驱动器30可以包括密封到其换能器的单独的后腔，使得HF驱动器30不与声学后腔70相互作用。在任何情况下，壳体20和外壳60可由任何常规扬声器材料例如重塑料、金属、复合材料等形成。

波导90覆盖LF驱动器40的声音辐射表面80，该波导用于将声能从LF驱动器40引导至扬声器壳体20的前面100。在各种具体实施中，波导90包括至少一个孔口110，HF驱动器30通过该孔口暴露出来。也就是说，波导90包括孔口110以容纳HF驱动器30，使得HF驱动器30暴露在扬声器壳体20的前面100处。

如图1所示，波导90位于LF驱动器40的前面。在各种具体实施中，波导90包括孔图案120，该孔图案包括围绕HF驱动器30布置的多个孔130(示出为孔130A、130B、130C等)。孔130的这种布置仅仅是一个示例性布置，并且应当理解，根据各种具体实施，可以使用各种孔位置和/或尺寸。孔130延伸穿过波导90以允许声学体积50和壳体20的前面100之间的气流，即，到达环境。如本文所述，在多个具体实施中，孔图案120被配置为使得LF驱动器40的声音辐射方向图在参考位置处与HF驱动器30的声音辐射方向图匹配。在一些示例中，该参考位置包括在扬声器的前面由扬声器10的覆盖图案或波束宽度限定的横向距离内的大约十(10)米的任何位置。在某些示例中，扬声器10的波束宽度可在大约130度和大约150度之间的范围内。也就是说，根据各种具体实施，来自LF驱动器40的能量通过波导90的孔图案120中的孔130A、130B、130C等排出，以控制来自扬声器10的声学输出的波束宽度。

在某些具体实施中，波导90包括刚性挡板，该刚性挡板围绕HF驱动器30并限定孔图案120。即，在一些示例中，孔图案120可被配置为使得由与中心轴线(A)相交的线测量的孔130之间的中心至中心间距为约2英寸至约5英寸(并且在一些特定示例性情况下，为约3.5英寸)。应当理解，图案中的各种孔130可具有不同的中心至中心间距，并且这些值仅仅是特定具体实施的示例。

在各种具体实施中，波导90由用于耗散来自HF驱动器30的热量的材料形成。在一些情况下，波导90包括金属，诸如铝(或铝的合金)，然而，在其他情况下，波导90包括具有足够热导率的另一种材料，以有助于从HF驱动器30散热。

在某些特定情况下，扬声器10还包括位于波导90和LF驱动器40之间的声学体积50中的絮140。絮140可包括棉或合成纤维，并且可附连(例如，粘附或安装)在波导90的背侧或附连到壳体20或外壳60的一个或多个壁。在特定示例性具体实施中，如图1所示，絮140附连到波导90的背侧。在各种具体实施中，絮140可有助于控制LF驱动器40和波导90之间的腔共振。在絮140附连到波导90的背侧的情况下，絮140在低频(例如，低于LF驱动器40的交变频率的频率)下可为透声的，但在高频(例如，高于LF驱动器40的交变频率的频率)下可充当刚性声学边界。另外，当絮140附连到波导90的背侧时，棉絮140可抑制在交变频率附近的频率(例如，约2千赫兹(kHz)的频率)下发生的声学体积50中的腔共振。即，当絮140附连到波导90的背侧时，其可提供来自HF驱动器30的更平滑(较少混响)的对轴响应，以及来自HF驱动器30的更一致的离轴响应。

在其他情况下，如本文所述，絮140附连到壳体20和/或外壳60的一个或多个壁，其中絮140附连或不附连到波导90的背侧。这些附加位置中的絮可抑制扬声器10中的共振振，但在高频率下可能不充当刚性声学边界。

在操作中，扬声器10中的控制电路被配置成在HF驱动器30和LF驱动器40处将电信号转换成声学输出。如本文所述，波导90中的孔图案120被配置成使得声学输出具有LF驱动器40的声音辐射方向图，该声音辐射方向图在参考位置处与HF驱动器40的声音辐射方向图匹配。即，来自LF驱动器30的能量通过孔图案120中的孔130排放以控制声学输出的波束宽度。在某些情况下，絮140用于控制LF驱动器40和波导90之间的声学体积50中的腔共振，使得絮140在低频下为透声的并且在高频下充当刚性声学边界。

图3示出了扬声器300的附加具体实施的横截面示意图。如图3所示，扬声器300可包括与LF驱动器40前面的声学体积50耦接的Helmholtz共振器320。在某些情况下，Helmholtz共振器320位于靠近LF驱动器40的壳体20的壁内。在扬声器10的操作期间，Helmholtz共振器320可以抑制声学腔50中的腔共振。在一些具体实施中，Helmholtz共振器320包括通过变窄的颈部部分340与声学体积50耦接的气体(例如，空气)的凹坑330。在其他示例性具体实施中，Helmholtz共振器320的凹坑的一部分填充有声学絮140，声学絮140可以控制Helmholtz共振器320的Q因子。Q因子是指示谐振元件内的能量损耗的无量纲参数。絮140可附连到Helmholtz共振器320的内表面，并且可用于将Helmholtz共振器320的Q因子与其所耦接的声学体积50的Q因子匹配。

图4示出了扬声器400的附加具体实施的横截面图示。如图4所示，扬声器400可包括与LF驱动器40和HF驱动器30之间的声学体积50耦接的Helmholtz共振器320。在某些情况下，Helmholtz共振器320位于HF驱动器30后面的外壳60的壁内。根据一些具体实施，Helmholtz共振器320位于外壳60的壁内在LF驱动器40和HF驱动器30之间的位置处，例如，延伸到LF驱动器40和HF驱动器30之间的声学后腔70中。Helmholtz共振器320在一些情况下与声学絮140结合可用于抑制声学体积50中的腔共振。在一些具体实施中，Helmholtz共振器320包括通过变窄的颈部部分(图4中未标记)与声学后腔70耦接的气体(例如，空气)的凹坑。在某些具体实施中，如参考图3中的Helmholtz共振器320所讨论的，声学后腔70的一部分填充有声学絮140。

返回图1，应当理解，扬声器10还可包括参考图3和图4所示和所述的位置中的一者中的Helmholtz共振器320。这些示例性具体实施以虚线示出，其中Helmholtz共振器320耦接到声学体积50并且位于壳体20的壁中(类似于图3中的扬声器300)，或者位于外壳60的壁中(类似于图4中的扬声器400)。

图5示出了示例性频率响应曲线图，其示出了根据各种具体实施的扬声器(例如，扬声器10、300或400)和没有本文所述的一个或多个波导(例如，波导90或波导310)的常规扬声器的声压级(SPL)与频率的关系。图5示出了与没有本文所述的波导的常规扬声器相比，根据各种具体实施的扬声器(例如，扬声器10、300或400)的频率响应在频率范围内具有显著更小的变化(即，该响应更平滑)。

图6示出了用于以下各项的示例性波束宽度曲线图：(a)没有本文所述的波导的常规扬声器；以及(b)根据各种具体实施描述的扬声器(例如，扬声器10、300或400)。这些曲线图示出了每个对应扬声器的波束宽度相对于频率的变化。如在与曲线图(a)中的常规扬声器的该比较中可见，高频率和低频率之间的波束宽度在曲线图(b)中显著更一致，表示根据各种具体实施的扬声器(例如，扬声器10、300或400)的响应。

与常规扬声器相比，扬声器10、300和400可提供具有一致的离轴响应和平滑的对轴高频响应的薄型(例如，齐平安装的或表面安装的)扬声器配置。例如，在一些情况下，本文所述的扬声器可提供与具有显著更大深度的扬声器相当的声学输出。

应当理解，如本文所包括的附图中所示的扬声器100、300、400及其部件和特征的相对比例、尺寸和形状可以仅仅是这些部件的此类物理属性的示例。即，可根据各种具体实施修改这些比例、形状和尺寸以适合各种产品。例如，虽然可根据特定具体实施示出基本上矩形的扬声器，但应当理解，扬声器也可采用其他三维形状以便提供本文所述的声学功能。

在各种具体实施中，被描述为彼此“耦接”的部件可沿一个或多个接口接合。在一些具体实施中，这些接口可包括不同部件之间的结合部，并且在其他情况下，这些接口可包括实心和/或一体形成的互连件。即，在一些情况下，可同时形成彼此“耦接”的部件以限定单个连续构件。然而，在其他具体实施中，这些耦接部件可形成为单独的构件，并且随后通过已知工艺(例如，焊接、紧固、超声焊接、粘结)接合。在各种具体实施中，被描述为“耦接”的电子部件可以经由常规的硬连线和/或无线装置链接，使得这些电子部件可以彼此传送数据。另外，给定部件内的子部件可被认为是经由常规路径链接的，这可能不一定被示出。

已描述了多个具体实施。然而，应当理解，在不脱离本文所述发明构思的范围的情况下，可进行附加修改，并且因此，其他具体实施在以下权利要求书的范围内。

Claims

1.一种扬声器，所述扬声器包括：

高频(HF)驱动器；

低频(LF)驱动器，所述低频驱动器与所述HF驱动器同轴布置；和

波导，所述波导覆盖所述LF驱动器的声音辐射表面，所述波导具有孔图案，使得所述LF驱动器的声音辐射方向图在参考位置处与所述HF驱动器的声音辐射方向图匹配。

2.根据权利要求1所述的扬声器，其中所述波导包括孔口，所述HF驱动器通过所述孔口暴露出来。

3.根据权利要求1所述的扬声器，还包括位于所述波导和所述LF驱动器之间的絮，其中所述絮控制所述LF驱动器和所述波导之间的腔共振，并且其中所述絮在低频下为透声的并且在高频下充当刚性声学边界。

4.根据权利要求1所述的扬声器，其中所述波导位于所述LF驱动器的前面。

5.根据权利要求1所述的扬声器，其中所述波导包括刚性挡板，所述刚性挡板围绕所述HF驱动器并限定所述孔图案。

6.根据权利要求5所述的扬声器，其中所述孔图案包括围绕所述HF驱动器布置的多个孔。

7.根据权利要求1所述的扬声器，其中来自所述LF驱动器的能量通过所述孔图案中的孔排出以控制声学输出的波束宽度。

8.根据权利要求1所述的扬声器，其中所述波导包括用于耗散来自所述HF驱动器的热量的材料。

9.根据权利要求1所述的扬声器，还包括：

壳体，所述壳体限定所述LF驱动器前面的声学体积；和

Helmholtz共振器，所述Helmholtz共振器与所述LF驱动器前面的所述声学体积耦接。

10.根据权利要求1所述的扬声器，还包括：

外壳，所述外壳限定所述LF驱动器和所述HF驱动器之间的声学后腔；和

Helmholtz共振器，所述Helmholtz共振器与所述LF驱动器和所述HF驱动器之间的所述声学后腔耦接。

11.一种扬声器，所述扬声器包括：

高频(HF)驱动器；

低频(LF)驱动器，所述低频驱动器与所述HF驱动器同轴布置；

波导，所述波导覆盖所述LF驱动器的声音辐射表面，所述波导包括板，所述板具有轴向延伸穿过其中的多个孔，其中所述LF驱动器的声音辐射方向图在参考位置处与所述HF驱动器的声音辐射方向图匹配；和

絮，所述絮位于所述波导和所述LF驱动器之间，其中所述絮控制所述LF驱动器和所述波导之间的腔共振。

12.根据权利要求11所述的扬声器，其中所述波导包括孔口，所述HF驱动器通过所述孔口暴露出来。

13.根据权利要求11所述的扬声器，其中所述絮在低频下为透声的，并且在高频下充当刚性声学边界。

14.根据权利要求11所述的扬声器，其中所述波导位于所述LF驱动器的前面。

15.根据权利要求11所述的扬声器，其中所述板包括刚性挡板，并且其中所述多个孔围绕所述HF驱动器布置。

16.根据权利要求11所述的扬声器，其中来自所述LF驱动器的能量通过所述多个孔排出以控制声学输出的波束宽度。

17.根据权利要求11所述的扬声器，还包括：

壳体，所述壳体限定所述LF驱动器前面的声学体积；和

18.根据权利要求11所述的扬声器，还包括：

19.一种方法，所述方法包括：

提供一种扬声器，所述扬声器包括：

高频(HF)驱动器；

波导，所述波导覆盖所述LF驱动器的声音辐射表面；以及

在所述扬声器处将电信号转换成声学输出，

其中所述波导具有孔图案，使得所述声学输出包括所述LF驱动器的声音辐射方向图，所述声音辐射方向图在参考位置处与所述HF驱动器的声音辐射方向图匹配。

20.根据权利要求19所述的方法，其中来自所述LF驱动器的能量通过所述孔图案中的孔排出以控制所述声学输出的波束宽度，其中所述扬声器还包括位于所述波导和所述LF驱动器之间的絮，其中所述絮控制所述LF驱动器和所述波导之间的腔共振，并且所述絮在低频下为透声的并且在高频下充当刚性声学边界。