CN114930872A - 用于通过混响扩散声音的音箱 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于通过混响扩散声音的音箱(10)，包括：扬声器(11)，扬声器包括固定框架(12)、圆柱形支撑件(13)和连接到固定框架(12)的上支承表面(16)的膜(14)；以及安装在所述上支承表面(16)上的波导(20)，所述波导大致呈截棱锥的形式，具有形成前表面(Fa)的长壁(21)、短壁(22)和侧向直立件(23)，所述波导(20)包括紧固到所述侧向直立件(23)的至少一个声学壁(25)，所述声学壁(25)相对于所述圆柱形支撑件(13)的最靠近所述前表面(Fa)的母线(Dg)切向地延伸。

Description

用于通过混响扩散声音的音箱
技术领域
本发明涉及一种用于通过混响扩散声音的音箱，即，旨在将声波投射到反射表面(通常是房间的天花板或墙壁)上的音箱。
本发明更具体地涉及一种在通过混响获得的声波与投射在音箱前方的声波之间的串扰高的音箱。
本发明针对使声波空间化的家庭影院设施、电影院或音乐收听室发现了特别有利的应用。
背景技术
为了使房间中的声波空间化，已知在房间中的不同位置处集成若干音箱，以向听众提供来自若干方向的声音。特别地，该解决方案用于改善电影中的沉浸感或改善一段音乐的收听质量。
波莱蒂(Poletti)等人于《美国声学学会杂志(J.Acoust.Soc.Am.)》上发表的“利用具有固定方向性音箱的声音再现(Sound reproduction with fixed-directivityenclosures)”这篇科学出版物描述了用于根据听众的位置在房间中正确地形成空间化声波的布局约束。如在该出版物中所指出的，该技术推广的主要障碍在于集成用于形成空间化声波所需的音箱的复杂性。例如，对于希望创建家庭影院的个体来说，将音箱集成在天花板或墙壁中通常是复杂的。
为了解决这个问题，目前市场上的音箱使得将声波投射到用作声镜的反射表面(通常是房间的天花板或墙壁)上成为可能。
该解决方案使得模拟音箱在墙壁或天花板上的定位成为可能。因此，代替接收直接来自面向听众的音箱的声波，听众还可以接收通过远离反射表面的音箱通过在所述反射表面上的混响获得的一个或更多个声波。
在图1的示例中，用于通过混响扩散声音的音箱100放置在家庭影院室的屏幕(未示出)前方的地板40上。音箱100包括扬声器110，扬声器110朝向天花板41定向，以通过家庭影院室的天花板41上的混响来传输声波。
然而，这种类型的音箱造成串扰问题。在本发明的含义内，串扰对应于听众通过混响拾取的声音Sr与直接从音箱拾取的声音Sd之间的比率。例如，该串扰可以由麦克风42测量，如图1所示。
显然，通过混响获得的声波的传播时间大于直接从音箱的扬声器发射的声波的传播时间。因此，直接传输的声波的存在干扰了通过混响获得的声波的收听质量，因此试图限制声音的直接传输以改善串扰。
此外，由扬声器辐射的声能与行进距离的平方成比例地减弱。因此，使用通过混响操作的扬声器，扬声器必须提供比用于获得直接传播的声能大得多的声能。
为了满足这些要求，可以使用具有大直径(即，具有大于20cm的直径)的扬声器。
然而，对于这种类型的扬声器，不可能获得低轮廓的音箱，即小于14cm(高)×28cm(长)×18cm(宽)。
为了获得低轮廓音箱，需要使用较小的扬声器。然而，较小尺寸的扬声器方向性较差，并且造成衍射和声破碎的问题，这使声学性能劣化。
为了部分地解决这些问题，可以在扬声器110上使用波导120，以限制声音Sd的传播，如图1所示。然而，即使使用波导120，也必须限制扬声器和音箱箱体的长度之间的倾斜角α，以用低轮廓扬声器获得可接受的串扰水平。通常，低轮廓音箱的倾斜角α1接近70°，这限制了扬声器100与听众之间的可能距离。因此，低轮廓音箱通常放置在距听众小于2m的位置，使得通过天花板上的混响获得的声波正确地到达听众。
相同的问题出现在用于通过被配置为将声波投射到房间中的墙壁上的混响扩散声音的音箱中。
因此，本发明的技术问题是找到如何改善用于通过混响扩散声音的音箱(特别是对于低轮廓音箱)的串扰。
发明内容
为了解决这个问题，本发明提出使用集成到波导中的至少一个声学壁，以改善波导的性能。
本发明是通过观察到在用于通过混响扩散声音的音箱的情况下，波导没有正确地拾取最高频率而发现的结果。
为了解决这个问题，本发明需要广泛地研究来确定如何修改由用于通过混响扩散声音的音箱的扬声器产生的高频的方向性。特别地，测试了形状和位置非常不同的声学壁。从这些研究中可以看出，当至少一个声学壁被紧固到波导的侧向直立件上时，并且当该声学壁相对于扬声器的圆柱形支撑件的最靠近音箱的前表面的母线切向地延伸时，串扰以非常惊人的方式得到改善。
为此，根据第一方面，本发明涉及一种用于通过混响扩散声音的音箱，包括：
-扬声器，包括：
·固定框架，
·能够平移移动的圆柱形支撑件，以及
·膜，其环形外边缘通过悬架连接到所述固定框架的上支承表面，并且环形内边缘被紧固到所述圆柱形支撑件上；以及
-波导，其安装在所述框架的所述上支承表面上，所述波导大致呈截棱锥的形状，具有长壁、短壁和连接所述长壁和所述短壁的侧向直立件；
其中所述长壁形成所述音箱的前表面，使得所述长壁阻挡声音在所述音箱前方的传播，以便所述声音的大部分被朝向反射表面引导。
本发明的特征在于，所述波导还包括紧固到所述侧向直立件上的至少一个声学壁，所述声学壁相对于最靠近所述前表面的所述圆柱形支撑件的母线切向地延伸。
在波导上进行的修改使得能够通过引导由音箱产生的高频来改善用于通过混响扩散声音的音箱的串扰。
串扰的这种改善使得能够使用具有较小直径(通常直径在5cm至15cm之间)的扬声器，以获得尺寸减小的音箱。例如，所述音箱可以制成盒，所述扬声器和所述波导固定在所述盒上，箱体的高小于14cm，长小于28cm，宽小于18cm。
这些减小的尺寸使得满足个体的空间限制成为可能。
改善的串扰还使得能够减小扬声器相对于盒的长度的倾斜角度。因此，现在可以使扬声器相对于盒的高度以30°至50°之间的角度倾斜。
根据本发明，扬声器相对于盒的长度的倾斜意味着扬声器的穿过圆柱形支撑件的中心的轴线相对于沿着盒的长度延伸的轴线(例如指向预定收听点的轴线)偏移。
增加扬声器的倾斜角度使得增加音箱与听众之间的距离成为可能。实际上，虽然低轮廓音箱必须放置在距听众小于2m的位置，使得通过天花板上的混响获得的声波正确地到达听众，但是本发明使得可以将音箱放置在3m至4.5m之间的距离处。因此，音箱可以离听众更远，这也限制了布局约束。相同的原理适用于将声音投射到墙壁上的音箱。
为了实现在该距离处保持可接受的声级所需的功率性能，圆柱形支撑件的上表面优选地设置有圆顶，例如倒置的圆顶。
在本发明的含义内，倒置圆顶由其弯曲朝向固定框架的内部部分定向的圆顶构成。
然而，增加低轮廓音箱的功率将增加衍射和声破碎的问题。为了解决这些问题，可以通过使用第二声学壁来进一步限制串扰。
根据一个实施例，所述波导还包括第二声学壁，其紧固在所述侧向直立件之间以及相对于母线切向延伸的所述第一声学壁与所述前表面之间，所述第二声学壁大致平行于所述第一声学壁延伸，第一声学壁与第二声学壁之间的距离大致等于所述圆柱形支撑件的半径。
第二声学壁的这种特定定位使得能够有效地引导由第一声学壁拾取的高频与由波导拾取的低频之间的中频。
根据一个实施例，相对于母线切向延伸的声学壁包括半圆形唇缘，该半圆形唇缘大致在所述侧向直立件的中心处沿着所述圆柱形支撑件的方向延伸。
该实施例通过将最靠近扬声器产生的最高频率引导到第一声学壁上来进一步改善串扰。
因此，本发明使得能够获得用于通过具有显著串扰的混响来扩散声音的低轮廓音箱。
根据第二方面，本发明涉及一种集成有根据本发明的第一方面的音箱的家庭影院设施。
附图说明
实现本发明的方式以及由此产生的优点将从以下实施例中清楚地显现，这些实施例通过指示而非限制的方式给出，以支持附图，在附图中：
[图1]：图1是在家庭影院设施中使用的用于通过混响扩散声音的现有技术音箱的示意性截面图；
[图2]：图2是在家庭影院设施中实现的根据本发明的第一实施例的用于通过混响扩散声音的音箱的示意性截面图；
[图3]：图3是根据本发明的第二实施例的扬声器和波导的示意性截面图；
[图4]：图4是图3的波导的第一声学壁的示意性截面图；
[图5]：图5是图3的波导的第二声学壁的示意性截面图；
[图6a]：图6a至图6f是由图3的扬声器和波导针对扬声器产生的不同频率的截面图:100Hz(图6a)；1kHz(图6b)；2kHz(图6c)；5kHz(图6d)；10kHz(图6e)和16kHz(图6f)；
[图6b]：图6a至图6f是由图3的扬声器和波导针对扬声器产生的不同频率的截面图:100Hz(图6a)；1kHz(图6b)；2kHz(图6c)；5kHz(图6d)；10kHz(图6e)和16kHz(图6f)；
[图6c]：图6a至6f是图3的扬声器和波导针对扬声器产生的不同频率的截面图:100Hz(图6a)；1kHz(图6b)；2kHz(图6c)；5kHz(图6d)；10kHz(图6e)和16kHz(图6f)；
[图6d]：图6a至6f是图3的扬声器和波导针对扬声器产生的不同频率的截面图:100Hz(图6a)；1kHz(图6b)；2kHz(图6c)；5kHz(图6d)；10kHz(图6e)和16kHz(图6f)；
[图6e]：图6a至6f是图3的扬声器和波导针对扬声器产生的不同频率的截面图:100Hz(图6a)；1kHz(图6b)；2kHz(图6c)；5kHz(图6d)；10kHz(图6e)和16kHz(图6f)；
[图6f]：图6a至6f是图3的扬声器和波导针对扬声器产生的不同频率的截面图:100Hz(图6a)；1kHz(图6b)；2kHz(图6c)；5kHz(图6d)；10kHz(图6e)和16kHz(图6f)；
[图7a]：图7a是图3的扬声器和波导的第一透视图；
[图7b]：图7b是图3的扬声器和波导的第二透视图；
[图7c]：图7c是图3的扬声器和波导的第三透视图；以及
[图7d]：图7d是图3的扬声器和波导的第四透视图。
具体实施方式
图2示出了集成到家庭影院室中的用于通过混响扩散声音的音箱10。为此，将音箱10放置在屏幕(未示出)前方的地板40上。音箱10包括扬声器11，扬声器11朝向家庭影院室的天花板41定向，以将天花板41用作从扬声器11发射的声波的反射表面。反射表面的性质可以在不改变本发明的情况下变化。
例如，音箱10可以被放置在天花板41上，使用地板40作为反射表面，或者音箱10可以转动90°角以使用家庭影院室的墙壁作为反射表面。
扬声器11包括框架12，框架12紧固在形成音箱10的外部尺寸的盒30内。优选地，盒30的高小于14cm，长小于28cm，宽小于18cm。优选地，扬声器11的功率大致为250瓦。
扬声器11相对于盒30的定向使得能够调节倾斜角α1，从而调节通过混响获得的声波在音箱10和听众之间行进的距离。在图2的示例中，扬声器11的旋转轴线Ar与沿着盒30的长度延伸的轴线之间的角度α1在40°至60°之间，并且优选地在50°至52°之间。
框架12支撑用于膜14的驱动马达。为此，扬声器11包括圆柱形支撑件13，圆柱形支撑件13可借助于由马达(未示出)产生的磁场平移移动。该圆柱形支撑件13通过膜14的环形内边缘18连接到膜14，环形内边缘18被紧固到圆柱形支撑件13的上端上。
在本说明书中，相对术语“上”或“下”是参考扬声器的常规定位，如图3所示，其中马达布置在扬声器11的下部中，而膜14布置在扬声器11的上部中。显然，扬声器11可以在不改变本发明的情况下转动。
膜的环形外边缘15本身通过悬架17连接到框架的上支承表面16。因此，框架12从扬声器11的基部延伸到其上端，围绕圆柱形支撑件13和膜14。
在扬声器11的下部中，圆柱形支撑件13优选地具有上表面28，上表面28设置有圆顶，例如倒置的圆顶。在扬声器11的上部中，框架12的上支承表面16优选地具有在5厘米至15厘米之间的直径。
除了膜14的紧固之外，该上支承表面16还可以安装波导30(也紧固在盒30内)。该波导20大致具有截头棱锥形状，具有长前壁21和短后壁22。
对相对术语“前”和“后”的引用应当根据图2来理解，其中音箱10的前部是旨在靠近听众定位的部分，而音箱10的后部是旨在最远离听众定位的部分。显然，扬声器11可以不同地布置而不改变本发明，但是在所有情况下，关于声波的传播，长前壁21形成音箱10的前表面Fa。
应设法限制在音箱10的前部中传播而增加音箱10串扰的声波。例如，借助于通过混响而由听众拾取的声音Sr与由听众直接从音箱10拾取的声音Sd之间的比率Sr/Sd，通过麦克风42在听众的高度处测量串扰。
在波导20中，长壁21限制直接声波Sd的传播，以促进听众接收通过天花板41上的混响获得的声波Sr。波导20的长壁21和短壁22通过侧向直立件23连接。波导20的开口角度，即，波导20的各个壁21至23偏离框架12的上支承表面16的倾斜角α2优选地在5度与10度之间。
对于其上支承表面16在5cm与15cm之间的扬声器11，长前壁21的长度可以在12cm至20cm之间，优选地在14cm至15cm之间。
短后壁22的长度可以在0至5cm之间。在壁21至23的末端周围，即，在与被紧固到框架12的上支承表面16上的端部相对的端部处，波导20可以具有翼片，该翼片旨在允许将波导20紧固到盒30上。
本发明提出了通过集成被紧固在侧向直立件23之间的至少一个声学壁25来改进波导20。因此，在图2的实施例中，音箱10包括单个声学壁25，而在图3的第二实施例中，波导20集成第二声学壁26。图3的该实施例也在图7a至7d中以透视图示出。
第一声学壁25紧固在侧向直立件23之间。它可以在这些侧向直立件23的整个高度上延伸，以形成大致为梯形的板。替代地，该声学壁25的高度可以仅在竖直的直立件23的高度的一部分上延伸。
此外，该第一声学壁25大致与圆柱形支撑件13的母线Dg相切地延伸。实际上，圆柱形支撑件13具有旋转轴线Ar，一组母线围绕该旋转轴线Ar形成圆柱的不同点。在所有这些母线中，最靠近前表面Fa的母线Dg构成在其上形成第一声学壁的母线。因此，如图4所示，母线Dg大致穿过第一声学壁25的梯形形状的中心。
优选地，第一声学壁25的下部设置有半圆形唇缘25，该半圆形唇缘25在圆柱形支撑件13的方向上延伸并且大致在侧向直立件23的中心处。
在图3的示例中，第二声学壁26也仅在这些侧向直立件23的部分高度上被紧固在两个侧向直立件23之间，如图5所示。
例如，第一声学壁25和第二声学壁26之间的距离D1优选地大致等于圆柱形支撑件13的半径R。因此，第二声学壁26沿着平行于旋转轴线Ar和平行于母线Dg的轴线A2延伸。
图6a-6f示出了图3的实施例的声波的传播模拟。如图6a所示，膜14的整个表面用于产生100Hz声波，并且波导20的前表面Fa足以将声波朝向天花板41引导。
当声波的频率增加时，如图6b中所示，对于1kHz的频率，声波倾向于通过前表面Fa从波导20逸出，并且这些声波有对听众造成干扰的风险。
从2kHz的频率，如图6c所示，第二声学壁26拾取由扬声器11产生的声波的一部分，以将它们朝着天花板41的方向重新定向。
对于甚至更高的频率，诸如图6d中所示的5kHz频率，声波的生成非常局限于膜14的中心。在该模拟中，第二声学壁26变得不起作用，并且是第一声学壁25使得可以将声波朝向天花板41引导。
然后，对于较高的频率，诸如图6e中所示的10kHz频率或图6f中所示的16kHz频率，从扬声器11的倒置的圆顶的高度产生声波。对于这些频率，第一声学壁25的半圆形唇缘27使得可以在第一声学壁25上引导声波，以朝着天花板41的方向传输声波。
总之，为了改善串扰，本发明提出修改用于通过混响扩散声音的音箱10的波导20。
串扰的这种改善使得可以减小扬声器11的倾斜角α1，并且因此将音箱10放置得离听众更远，以减少音箱10的安装约束。由此可见，本发明使得更容易创建家庭影院或音乐收听室。

Claims (9)

1.一种用于通过混响扩散声音的音箱(10)，所述音箱(10)包括：
-扬声器(11)，所述扬声器(11)包括：
·固定框架(12)，
·能够平移移动的圆柱形支撑件(13)，以及
·膜(14)，其环形外边缘(15)通过悬架(17)被连接到所述固定框架(12)的上支承表面(16)，并且环形内边缘(18)被紧固到所述圆柱形支撑件(13)上；以及
-波导(20)，其安装在所述固定框架(12)的所述上支承表面(16)上，所述波导大致呈截棱锥的形状，具有长壁(21)、短壁(22)和连接所述长壁(21)和所述短壁(22)的侧向直立件(23)；
其中，所述长壁(21)形成所述音箱(10)的前表面(Fa)，使得所述长壁(21)阻挡声音在所述音箱(10)前方的传播，以便所述声音的大部分被朝向所述反射表面(41)引导；
其特征在于，所述波导(20)还包括紧固到所述侧向直立件(23)上的至少一个声学壁(25)，所述声学壁(25)相对于所述圆柱形支撑件(13)的最靠近所述前表面(Fa)的母线(Dg)切向地延伸。
2.根据权利要求1所述的用于通过混响扩散声音的音箱，其中，所述波导(20)还包括第二声学壁(26)，所述第二声学壁(26)紧固在所述侧向直立件(23)之间以及在相对于所述母线(Dg)切向延伸的所述第一声学壁(25)与所述前表面(Fa)之间，所述第二声学壁(26)大致平行于所述第一声学壁(25)延伸，所述第一声学壁(25)和所述第二声学壁(26)之间的距离(D1)大致等于所述圆柱形支撑件(13)的半径(R)。
3.根据权利要求1或2所述的用于通过混响扩散声音的音箱，其中，相对于所述母线(Dg)切向延伸的所述声学壁(25)包括半圆形唇缘(27)，所述半圆形唇缘(27)大致在所述侧向直立件(23)的中心处沿着所述圆柱形支撑件(13)的方向延伸。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于通过混响扩散声音的音箱，其中，所述音箱(10)包括盒(30)，所述扬声器(11)和所述波导(20)集成在所述盒(30)上，所述盒(30)具有小于14cm的高度(H)、小于28cm的长度和小于18cm的宽度。
5.根据权利要求4所述的用于通过混响扩散声音的音箱，其中，所述扬声器(11)相对于所述盒(30)的长度以40°至60°之间的角度(α1)倾斜。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于通过混响扩散声音的音箱，其中，所述圆柱形支撑件(13)的上表面(28)设置有圆顶。
7.根据权利要求6所述的用于通过混响扩散声音的音箱，其中，所述圆顶是倒置的。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的用于通过混响扩散声音的音箱，其中，所述扬声器(11)具有直径在5cm至15cm之间的膜(14)。
9.一种家庭影院设施，包括根据权利要求1至8中任一项所述的用于通过混响扩散声音的音箱。
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