CN1156197C - 号角型扬声器系统 - Google Patents
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Abstract
一种改进的号角型扬声器系统(100)，用于从一个相应的电信号产生一个声信号，包括：一个换能器组件(102)、一个声变换器(104)和一个输出号角组件(106)。换能器组件(102)包括一个内部激励器锥(114)、一个外部激励器锥(112)和一个防尘帽(116)，于是从音圈(110)到外部激励器锥周边的引导路径距离基本等于从音圈(110)到防尘帽顶部的距离。借助于声变换器穿过多个径向波导管(126，138)，由换能器组件(102)传播的声信号被引导向号角组件(106)。声变换器到换能器的形状和邻近程度还具有对于换能器组件(102)的一致的低的机械阻抗。所述声变换器还包括喉形阻挡件，用于干涉在号角组件的起始中出现的无关的情况。
Description
技术领域
本发明涉及扬声器系统，特别是涉及一种有效和精确地将声能从电/声换能器耦合到外界空气中的扬声器系统。
技术背景
扬声器是一种将电信号转变为声信号(即声音)并将声信号引导到一个或多个听众。通常，扬声器包括一个电磁换能器，该换能器接收电信号并转换为机械振动。机械振动在大气压力环境中产生局部的压力变化，该压力变化在环境介质中传播以形成声信号。号角型扬声器通常包括一个换能器组件、一个声变换器和一个声波导管或号角。换能器组件可以包括一个锥形激励器10，如图1中剖面视图所示，其中音圈12通过输入端子14接收电信号并在环形锥16中以电信号为函数产生机械振动。锥形激励器10还包括连接并覆盖在音圈12上的防尘帽18。锥形激励器10通常围绕中央轴线对称构造。在锥周边22和防尘帽18的影响下，绝大多数声信号从所述锥发射出去。
声变换器26(也称为相塞(phase plug))通常设置在锥16附近，如图2的剖面视图所示。声变换器26的用途是减少被锥形激励器10所激励的空气室的容积。如果没有声变换器26，声系统面对激励器10的机械阻抗很高，只允许在锥16和防尘帽19中的低频机械振动。当机械振动的频率提高时，高的机械阻抗会阻尼振动，于是会减少激励器的放射效率。声变换器28的存在产生了减小了空气容积的腔室28。这将减少机械阻抗，于是允许在锥16和防尘帽19中的高频机械振动。
一个声波导管(也称为号角)接收由激励器和声变换器放射的声信号并将声信号沿着特定的方向引导。通常，激励器/阻抗匹配组件的传播区域大于号角所限定的区域。号角趋向于限制激励器/声变换器的传播区域，因此总体上增强了扬声器的方向性。
现有的锥形激励器10的缺点在于，从锥形区域22放射的声音没有与从防尘帽顶部24的声音及时耦合。这是因为从音圈12到锥周边22的路径长度大于从音圈到防尘帽顶部24的路径长度。尽管时间差只有几微妙，却足够影响从激励器10发射出的最终的声信号，于是声信号不是原始声源的真实代表。现有技术的激励器10的另外的缺点是：相塞(phase plug)的存在基本上挡住了除了号角喉部周边的所有区域，产生了被基本上称作“环发射器”的装置。当激励器10的频率增加时，声波输出更加具有方向性。尽管任何发射器都在一定程度上展示这个效果，相对于频率，环发射器的方向性增强比直接发射锥形激励器的更快。
因此，本发明的目的是提供一种克服或减少上述缺点的扬声器系统，并具有下述的优点。
本发明简述
本发明是一种扬声器系统，用于接收电信号和通过传送介质传播声信号，包括：一个换能器组件，用于接收所述电信号和产生代表所述电信号的所述声信号，所述换能器组件具有多个发射区域；以及
一个声变换器，用于将所述换能器组件与所述传送介质相配，用于接收来自所述换能器组件的基本全部发射区域的声信号，和用于沿着预定的方向引导所述声信号。
在一个实施例中，换能器组件包括锥形激励器、一个锥和一个防尘帽，上述激励器具有围绕中央轴线均匀设置的音圈，上述锥共轴地固定连接到所述音圈上，上述防尘帽共轴地固定连接到所述内部锥上。从所述音圈到防尘帽顶部的距离基本上等于从所述音圈到所述锥外部周边的距离。
根据本发明的另一个实施例，上述锥可以包括两个不同部分，即共轴地固定连接到所述音圈上的外部锥和共轴地固定连接到所述音圈上的内部锥，单一整体的锥和两个不同锥具有相同的形状和功能。
在另外的实施例中，声变换器包括围绕着所述中央轴线均匀布置的相塞芯，上述相塞芯具有在所述锥的相反两端的第一表面和第二表面，所述第一表面基本上靠近所述锥型激励器。所述第一表面具有基本上与所述锥元件和所述锥型激励器的所述防尘帽相配合地轮廓，于是在所述声变换器和所述锥型激励器之间形成一致的空气腔室。
在另一个实施例中，所述锥至少部分限定了多个波导管，所述波导管基本上平行于所述中央轴线穿过所述声变换器。所述波导管的宽度沿着中央轴线在远离所述第一表面的方向增大，于是每个所述波导管在第一表面处最窄，在第二表面处最宽。
在其它的实施例中，所述声变换器还包括围绕中央轴线设置的喉形阻挡件，基本上靠近并固定地连接到所述声变换器上，所述喉形阻挡件包括多个从所述中央轴线径向延伸的翼板。
附图简述
通过参考附图对本发明的进一步描述，将更好地全面理解本发明的前述和其它目的以及不同的特点，其中：
图1是现有技术的换能器组件的剖面视图；
图2是与现有技术的相塞相连接的现有技术的换能器组件的剖面图；
图3A是显示了本发明的改进的号角型扬声器系统的一个优选实施例的剖面图；
图3B是在图3A中显示的换能器组件和声变换器的透视图；
图3C是图3B的换能器组件和声变换器的分解的透视图；
图4是图3A-3C的系统的换能器组件的简化剖面图；
图5是本发明的换能器组件和声变换器的剖面示意图；
图6是在图5中显示的声变换器的换能器组件和相塞芯的后示意图；
图7是在图3-6所示的声变换器的相塞芯的前视图；
图8A是本发明扬声器输出的子波变换图；
图8B是现有技术的扬声器输出的子波变换图。
本发明的详细描述
本发明涉及一种改进的号角型扬声器系统，用于从相应的电信号再生产声信号。图3A说明了一个改进的号角型扬声器系统100的优选实施例，包括换能器组件102、声变换器104和输出号角组件106。图3B是作为一个部件的换能器组件102和声变换器104的透视图。图3C是换能器组件102和声变换器104的分解透视图。
根据一个优选实施例，在图4的剖面图中详细显示的换能器组件102包括一个音圈110、具有内部分114和外部分112的锥和防尘帽116。在所述的实施例中，上述锥是连续的，并且只是为了描述的目的而将外部分112和内部分114设计为相互分离的。在其它的实施例中，上述锥可以包括分离的内和外部分，它们可以组装在一起以形成一个锥，该锥基本上具有与图4中所示的锥相同的形状和性能。图4的剖面图显示了在中央轴线CA剖开的换能器组件的一半，该轴线优选是系统产生的声能的传播轴线。激励器锥的外部分和内部分都具有在两端被截去的锥的形状。外部分112的较小端的周边和内部分114的较大端的周边在结合118处重合，并且上述锥在结合118处被固定连接到音圈110上。防尘帽116被固定连接到激励器锥的内部分114上，并且在防尘帽顶部120与中央轴线CA相交。在图4中沿着内部分114和防尘帽116从结合118到防尘帽顶部120的距离被设计为D1。沿着外部分112从结合118到外部周边122的距离被设计为D2。在本发明的一个优选实施例中，距离D1基本上等于D2。源自音圈110的机械振动在结合118处被传给外部分112和内部分114。机械振动沿着相等的路径D1和D2分别穿过外部分112和内部分114，于是防尘帽顶部120和外部周边122产生具有基本相等的时间关系的声信号。从防尘帽顶部120和外部周边122产生声信号相互耦合，并且沿着中央轴线CA(即轴向)建设性地增强(因为相等的时间关系)，于是导致被换能器组件102接收的电信号的真实代表。只有在沿路径D1和D2传播的机械振动的速度基本相等的情况下，这种耦合的传送才有可能。在所述的实施例中，这是确实的，因为内部分114、外部分112和防尘帽116的构造材料是相同的。在其它的实施例中，可以包括相似材料的路径D1和D2，在相似材料中的机械振动的传播速度是基本相等的。
在图3C的分解透视图中显示的声变换器104包括相塞芯124、相塞体126和喉形阻挡件128。相塞芯124围绕着中央轴线CA基本对称设置并且基本靠近换能器组件102，如图5的剖面图所示。相塞芯相对于换能器组件设置，以便在相塞芯124的后表面127和换能器组件102的传播表面之间形成减少容积的空气腔室130。这个减少容积的空气腔室130允许通过换能器组件102传播到号角的频率比在开阔空气腔室中的传播的频率高。相塞芯124的后表面127的轮廓形状与外部激励器锥112、内部激励器锥114和防尘帽116的轮廓相配合，以便在换能器组件102的全部传播表面上保持一致的空气腔室，即在相塞芯124的后表面127和换能器组件102的前表面之间的空间在贯穿相塞芯和换能器组件的相互面对的表面上基本上是一致的。一致的空气腔室130代表对换能器组件的全部传播表面的一个一致的负载，其将导致一个机械振动到声能的有效转换。相塞芯124的后表面包括面对锥的外锥部分112的第一锥部分132，和面对锥的内部分114和防尘帽116的第二锥部分134。在一个优选的实施例中，第一锥部分132和第二锥部分134在顶部136处相交。这个顶部136至少在围绕轴线CA与外部激励器锥和音圈连接处相对的区域延伸，当相塞相对于换能器组件102被正确固定时。优选的是，顶部的轮廓尽可能紧密地与由外部激励器锥连接到音圈处形成的轮廓配合。于是顶部是圆形的，如图所示，尽管顶部也可能形成尖锐的边。
如图5所示，相塞芯124还包括具有前表面142和侧表面144的前部分140，前表面142优选是一个平面，侧表面144随着从前表面142到周边146的半径增加而成锥形，在此侧表面144连接到第二锥形部分134上。于是所述塞锥从边146开始形成锥形，其直径沿着轴线CA的两个方向减小。
如图6所示，相塞芯124的后表面位于换能器组件102的对面。一个标号为136的实线被用于指示顶部136。中央轴线CA显示为在声变换器的表面的中心的一点。如图6所示，声变换器优选包括多个伸长的径向槽138，从138a到138f显示了六个径向槽(然而槽的数目是可以变化的)，它们从内部径向位置R向外径向延伸到边146处。从轴线CA到径向位置R的径向距离优选从第一锥形部分到后表面142逐渐减小。
在所述的实施例中，槽138是相同的并以相等的角度间隔围绕中央轴线CA布置。有利的是，可设置的多个槽不是四的倍数。如图所示，在槽之间的锥段都是与另一个段间隔180°对称设置，以便对于任何两个共线的槽(即槽间隔180°设置)，相塞芯124的沿着正交于共线轴线(即Y轴线与穿过图6中的槽138a和138d的中心的X轴线相隔90°设置)的轴线的部分是实体的。这个特定的结构通过去耦在号角组件的一半和四分之一内的声能，以趋向于减少到扬声器系统中的号角的传播中出现的“断开”的情况。
每个伸长的槽138与相塞体126形成一个内部的声波导管，该声波导管沿着中央轴线CA的方向穿过相塞芯124。图7是相塞芯124的前表面视图，显示了六个声波导管。如图7所示，随着声波导管从后表面127到前表面142穿过相塞芯124，每个槽(于是内部声波导管)的宽度增加。这种每个内部波导管的加宽使由换能器组件102产生的声音在穿过每个波导管传播的时候逐渐在空间扩展，于是适应输出号角组件106的形状和开孔尺寸大小。如图7所示，每个槽从声音进入波导管的最窄的宽度“a”处扩展到声音出口的最宽处“b”。
相塞体126围绕着中央轴线CA基本上对称设置并基本上靠近相塞芯124，如图3C的分解透视图和图5的示意图所示。当声变换器被组装时，相塞体126被固定连接到换能器组件102上，于是将相塞芯124完全包围，如图3B和图5所示。相塞体126具有用于相塞芯的外部边界和用于号角输入的孔，该号角延伸穿过喉形阻挡件128，如在图3A的106所示。
在所描述的实施例中，相塞芯124和相塞体126是不同的部件，当组装时形成一个声变换器104的一部分。在另外的实施例中，相塞芯124和相塞体126可以是相同的单一部件。
喉形阻挡件128基本上围绕中央轴线CA对称设置并基本在相塞体126的前面，如图5所示。喉形阻挡件128基本上一个两端截去的锥150，其围绕着中央轴线CA基本对称设置，以及面对换能器组件102(阻挡件后表面)具有较小端152和面对号角组件106(阻挡件前端)具有较大端154。在所述的实施例中，锥150的壁是弯曲的，尽管在本发明的其它形式中锥150可以是一个真实的锥段。喉形阻挡件128还包括多个围绕着中央轴线CA等间隔设置并向外径向延伸的翼板156。优选翼板的数目等于相塞芯124的槽的数目。于是，在所述的实施例中，喉形阻挡件128优选包括以60°间隔围绕中央轴线CA布置的六个翼板，尽管可以理解的是上述翼板的数目可以多于和少于六个。喉形阻挡件128相对于相塞芯124设置，以便在喉形阻挡件128的翼板之间的间距是轴向对齐的，于是有效延伸并与内部波导管相重合，上述内部波导管是由穿过相塞芯124的槽所提供。具体来说，翼板156围绕着中央轴线CA与后表面142的平面部分成一定角度对齐，该后表面142保留在相塞芯124的每个槽138之间。从喉形阻挡件128延伸的翼板156趋向于破坏在扬声器紧接着由相塞体的槽形成的波导管的外侧的区域(即号角喉部区域)所产生的无关情况。在所描述的实施例中，相塞芯124、相塞体126和喉形阻挡件128是分离的部件，当组装在一起时，形成声变换器104。在其它的实施例中，相塞芯124、相塞体126和喉形阻挡件128可以是单独的一体的部件。
相对于现有技术，在图8A和8B中显示了本发明的主要优点。这两个图都是波变换图，其通过灰色标度表示声源的RMS输出水平与在横坐标上的时间和与纵坐标上的频率之间的关系。图8A表示了本发明实施例所得到的结果。图8B显示了具有现有的相塞的现有技术设备所得到的结果。对于频率响应，这两种设备存在小的差异；这两种设备都显示了随着频率的增加，频率的响应也增加。它们主要的差别在于时间方面。与图8B的现有技术相比，在图8A中本发明提供了更加紧密、更加连贯的到达图形。另外，与现有技术相比，能量信号的边界更加接近于垂直，这意味着本发明的声信号在频率上以更加一致地方式到达接收器。图8B表示了来自现有技术声源的信号在时间上更加扩展，进一步指示出在图8A中没有显示出的在传输频带上的不规则。
在不脱离本发明的精神和保护范围的情况下，本发明可以具有其它特定形式的实施例。本发明上述的实施例只是作为描述的作用，而不是对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种扬声器系统，用于接收电信号和通过传送介质传播声信号，包括：
一个换能器组件，用于接收所述电信号和产生代表所述电信号的所述声信号，所述换能器组件具有多个发射区域，所述换能器组件包括锥形激励器、一个外部锥、一个内部锥和一个防尘帽，上述激励器具有围绕中央轴线均匀设置的音圈，上述外部锥共轴地固定连接到所述音圈上，上述内部锥共轴地固定连接到所述音圈上，上述防尘帽共轴地固定连接到所述内部锥上，通过所述中央轴线与所述防尘帽的相交限定了一个防尘帽顶部；以及
一个声变换器，将所述换能器组件与所述传送介质相配合，以接收来自所述换能器组件的全部发射区域的声信号，和沿着预定的方向引导所述声信号，其中从所述音圈沿着所述内部锥垂直延伸到所述防尘帽顶部的第一距离等于从所述音圈沿着所述外部锥垂直延伸到所述锥型激励器的第二距离。
2.根据权利要求1所述的扬声器系统，其特征在于，所述声变换器包括围绕着所述中央轴线均匀布置的相塞芯，上述相塞芯具有在所述锥的相反两端的第一表面和第二表面，所述第一表面靠近所述锥型激励器。
3.根据权利要求2所述的扬声器系统，其特征在于，所述第一表面具有与所述锥元件和所述锥型激励器的所述防尘帽相配合地轮廓，于是在所述声变换器和所述锥型激励器之间形成一致的空气腔室。
4.根据权利要求2所述的扬声器系统，其特征在于，所述芯至少部分限定了多个波导管，所述波导管平行于所述中央轴线穿过所述声变换器。
5.根据权利要求4所述的扬声器系统，其特征在于，所述波导管的宽度沿着中央轴线在远离所述第一表面的方向增大，于是每个所述波导管在第一表面处最窄，在第二表面处最宽。
6.根据权利要求2所述的扬声器系统，其特征在于，所述相塞芯被所述相塞体所包围，所述相塞体具有与所述第二表面相对的孔，于是所述波导管将由所述激励器组件产生的声信号引导向所述孔。
7.根据权利要求1所述的扬声器系统，其特征在于，所述声变换器还包括围绕中央轴线设置的喉形阻挡件，靠近并固定地连接到所述声变换器上，所述喉形阻挡件包括多个从所述中央轴线径向延伸的翼板。
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