CN116438808A - 具有非对称竖直方向性的全向扬声器 - Google Patents

Abstract

一种用于全向扬声器的压缩驱动器包括：马达组件；以及环形振膜，其同轴设置在所述马达组件下方并可操作地连接到所述马达组件。调相插塞安装到所述马达组件并包括：顶部部分，其面向所述振膜；底部部分，其从所述顶部部分向下从第一端部延伸到第二端部；以及多个孔口，其延伸穿过所述调相插塞。所述底部部分具有内表面，所述内表面限定空腔并从所述第一端部到所述第二端部加宽，所述内表面具有多个径向通道，所述径向通道具有在声学上连接到所述孔口的对角线取向。壳体安装到所述调相插塞并接纳在所述空腔内，所述壳体具有与所述底部部分的所述内表面间隔开的外表面以形成波导，所述波导被布置成以非对称竖直方向性向下和向外辐射声波。

Description

具有非对称竖直方向性的全向扬声器

技术领域

实施方案涉及具有非对称竖直方向性的全向扬声器，以及在全向扬声器中使用的压缩驱动器和波导。

背景技术

全向扬声器在所有方向上辐射声音。天花板全向扬声器、悬垂式全向扬声器和柱式全向扬声器的当前设计包括具有锥形振膜或球顶振膜的直接辐射换能器，所述换能器具有以全向方式扩散声波的相应“扩散器”。换能器以振膜轴线竖直取向的方式取向，使得声辐射被转换成在水平面中的分布。遗憾的是，直接辐射换能器的效率很低，最高只有几个百分点。这限制了提供全向辐射的换能器和扬声器系统的效率、灵敏度和最大声压级(SPL)。此外，在天花板扬声器或悬垂式扬声器中，声辐射通常对称地分布在竖直平面中，但上部竖直半球中的辐射是不需要的或不期望的。

发明内容

在一个或多个实施方案中，一种用于全向扬声器的压缩驱动器包括：马达组件，所述马达组件围绕中心轴线设置；以及环形振膜，所述环形振膜同轴设置在所述马达组件下方并可操作地连接到所述马达组件。调相插塞安装到所述马达组件并且包括面向所述振膜的顶部部分并在所述振膜与所述顶部部分之间限定压缩室。所述调相插塞包括底部部分，所述底部部分从所述顶部部分向下沿着所述中心轴线从第一端部延伸到第二端部，所述调相插塞包括延伸穿过其的多个孔口。所述底部部分具有内表面，所述内表面限定空腔并从所述第一端部到所述第二端部加宽，所述内表面具有多个径向通道，所述径向通道具有在声学上连接到所述孔口的对角线取向。壳体沿着所述中心轴线安装到所述调相插塞并接纳在所述空腔内，所述壳体具有与所述底部部分的所述内表面间隔开的外表面以形成波导，所述波导被布置成以非对称竖直方向性向下和向外辐射声波。

在一个或多个实施方案中，一种用于全向扬声器的波导包括调相插塞，所述调相插塞包括顶部部分和从所述顶部部分向下沿着中心轴线从第一端部延伸到第二端部的底部部分。所述调相插塞包括延伸穿过其的多个孔口，并且所述底部部分具有内表面，所述内表面限定空腔并从所述第一端部到所述第二端部加宽，所述内表面具有多个径向通道，所述径向通道具有在声学上连接到所述孔口的对角线取向。壳体沿着所述中心轴线安装到所述调相插塞并接纳在所述空腔内，所述壳体具有与所述底部部分的所述内表面间隔开的外表面以形成环形通路，所述环形通路被布置成以非对称竖直方向性向下和向外辐射声波。

在一个或多个实施方案中，一种全向扬声器包括压缩驱动器，所述压缩驱动器具有：马达组件，所述马达组件围绕中心轴线设置；以及环形振膜，所述环形振膜同轴设置在所述马达组件下方并可操作地连接到所述马达组件。调相插塞安装到所述马达组件并且包括面向所述振膜的顶部部分并在所述振膜与所述顶部部分之间限定压缩室。所述调相插塞包括底部部分，所述底部部分从所述顶部部分向下沿着所述中心轴线从第一端部延伸到第二端部，所述调相插塞包括延伸穿过其的多个孔口。所述底部部分具有内表面，所述内表面限定空腔并从所述第一端部到所述第二端部加宽，所述内表面具有多个径向通道，所述径向通道具有在声学上连接到所述孔口的对角线取向。壳体沿着所述中心轴线安装到所述调相插塞并接纳在所述空腔内，所述壳体具有与所述底部部分的所述内表面间隔开的外表面以形成波导，所述波导被布置成向下和向外辐射声波。喇叭沿着所述中心轴线安装到所述压缩驱动器，以便以非对称竖直方向性传播所述声波。

附图说明

图1是根据一个或多个实施方案的在具有非对称竖直方向性的全向扬声器中使用的压缩驱动器的分解透视图；

图2是图1的组装好的压缩驱动器的横截面视图；

图3是图1的组装好的压缩驱动器的仰视透视图；

图4是根据一个或多个实施方案的压缩驱动器的调相插塞的俯视图；

图5是图4的调相插塞的仰视图；

图6A和图6B分别是对称性全向驱动器和图1至图3的非对称性全向驱动器在竖直平面中的方向性的示意图；

图7是根据一个或多个实施方案的包括图1至图5的压缩驱动器和附接的喇叭的具有非对称竖直方向性的全向扬声器的横截面视图；

图8是根据另一实施方案的包括图1至图5的压缩驱动器和附接的喇叭的具有非对称竖直方向性的全向扬声器的横截面视图；

图9是根据另一实施方案的压缩驱动器的调相插塞的俯视图；以及

图10是图9的调相插塞的仰视图。

具体实施方式

按照要求，本文公开了本发明的详细实施方案；然而，应当理解的是，所公开的实施方案仅仅是可以各种替代形式体现的本发明的示例。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中公开的特定结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员以不同方式运用本发明的代表性基础。

本文公开的实施方案包括全向扬声器，所述全向扬声器在水平面中提供全向方向性，同时提供非对称竖直方向性。利用压缩驱动器，因此与用于相同SPL的直接辐射扬声器相比，提供了高效率和灵敏度以及更低的失真。此外，本文公开的调相插塞和波导的配置使得可同时向下和向外辐射声音，同时自然地混合到向外和向下辐射的对应喇叭中，以提供优化的SPL覆盖。

首先参考图1至图5，示出压缩驱动器100，其包括马达组件102、设置在马达组件102下方并可操作地连接到所述马达组件的环形弯曲振膜104、安装到马达组件102的调相插塞106以及安装到调相插塞106的壳体108，所有这些部件均沿着中心轴线110同轴。在一个或多个实施方案中，马达组件102可包括设置在环形顶板114与背板116之间的环形永磁体112，所述背板包括居中设置的圆柱形或环形极片118，但马达组件102不限于这种构造。如本领域中已知的，马达组件102提供用于与音圈(未示出)电动耦合的永磁场，其中音圈机械地联接到振膜104并产生振膜104的柔性部分的移动，以将所接收的电信号转换成声波。马达组件102、振膜104、调相插塞106和壳体108可通过紧固件或粘合剂连接在一起。

存在两种主要类型的压缩驱动器，第一种利用球顶振膜，另一种使用如本文所公开的环形弯曲振膜104。环形振膜的一个优点是，与具有相同移动音圈直径的球顶振膜相比，振膜的移动部分的径向尺寸更小。在压缩驱动器中，振膜104由压缩室120(图2)加载，所述压缩室是将振膜104与调相插塞106分开的薄空气层。截留在压缩室120中的空气的体积的特征在于与压缩室120的体积成比例的声学顺应性。在实践中，压缩室120的高度可以非常小(例如，大约0.5mm或更小)，使得压缩室120的体积也小。环形振膜104的小径向尺寸对应于匹配的压缩室120的小径向尺寸，这将室内不期望的空气谐振(交叉模式)移位到更高的频率，有时在音频范围之上。由于环形振膜104在振膜104的移动部分的内侧和外侧具有两个夹持周边，因此与仅具有外部夹持的球顶振膜相比，环形振膜104具有更好的动态稳定性，并且不易发生摇摆模式。振膜104可包括诸如V形区段122的异型区段，或者可具有其他合适的构形。

作为背景，图6A示出了典型对称性全向扬声器在竖直平面中的方向性图案的示意图。在低频时，扬声器在竖直平面中实际上是全向的。然而，随着频率的增加，向上和向下的辐射衰减，如箭头所示。存在许多需要竖直非对称性辐射的应用，诸如天花板扬声器或悬垂式扬声器。对于此类系统，上部竖直半球中的辐射是不需要的或不期望的。图6B示出了如本文所公开的非对称性全向扬声器在竖直平面中的方向性图案的示意图，所述方向性图案是天花板扬声器或悬垂式扬声器在竖直平面中的期望方向性图案。

在图6B所示的这种情况下，声能主要向下和向侧面引导，如箭头所示，从而在覆盖特定区域的扬声器下面提供声音照亮。所期望的是，扬声器下方的方向性响应的凹陷补偿随着收听者移动远离悬垂式扬声器或天花板扬声器，在水平面(在收听者水平)中的方向性响应随距离的衰减。例如，对于具有140度覆盖范围(对应于极性响应中的-6dB衰减)的典型天花板扬声器或悬垂式扬声器，对应于扬声器下面的投射收听平面的衰减为约-15dB。因此，方向性图案应补偿由从极性方向性要求到收听平面方向性的变换引起的额外衰减。

为了实现对收听平面中的额外衰减的补偿，本文公开的调相插塞106包括顶部部分124和从顶部部分124向下沿着中心轴线110延伸的底部部分126，如图1和图4至图5中最佳所示。顶部部分124包括面向振膜104的顶侧128，其中压缩室120限定在振膜104与顶侧128之间的空间中。顶部部分124可与底部部分126一体地形成，或者可通过任何合适的方式附接到底部部分126。调相插塞106的顶部部分124可以为大致圆形或者可具有任何其他合适的几何形状。顶部部分124可联接或安装到马达组件102的背板116。

参考图2和图4，调相插塞106可包括位于顶部部分124上的安装构件130，所述安装构件从顶侧128向上靠。安装构件130可具有适于将调相插塞106联接到马达组件102或联接到压缩驱动器100的后部的任何构形。在一个实施方案中，安装构件130可以圆柱体的形式设置，所述圆柱体被布置成压配合到形成于极片118中的凹陷部132中。调相插塞106还可包括中心孔134，以用于经由紧固件(未示出)将调相插塞106联接或安装到马达组件102的背板116。

如图1至图3所示，底部部分126具有靠近顶部部分124设置的第一端部136和距顶部部分124一定距离设置的第二端部138。底部部分126的外表面140可以为大致圆柱形的，而底部部分126的内表面142可相对于中心轴线110从第一端部136到第二端部138加宽。因此，内表面142可以为大致截头圆锥形状并且限定空腔144，其中从中心轴线110到内表面142的半径从第一端部136到第二端部138增加。

如图1至图2和图4至图5所示，调相插塞106包括多个孔口146，所述多个孔口从顶部部分124穿过调相插塞106延伸到底部部分126，由振膜104产生的声能可穿过这些孔口传播。对于孔口146，调相插塞106的入口的面积显著地小于振膜104的面积。在本文描绘的实施方案中，孔口146可围绕中心轴线110大致周向地布置，大致形成圆形。然而，孔口146不限于本文描绘的实施方案，并且可包括其他合适的形状和构形。例如，在图9和图10中描绘的替代实施方案中，孔口146可以为端到端定位的对角线狭槽，诸如以“之字形”或锯齿型图案围绕中心轴线110大致周向地布置。孔口146的这种“曲折”分布可能具有抹去压缩室120中的空气谐振的效果，以便成形和改善离开压缩驱动器100的波前。

在一个或多个实施方案中，底部部分126的内表面142可具有中心区段148和从所述中心区段向下和向外延伸的多个臂150，如图1和图5最佳所示。孔口146可沿着中心区段148的边缘152设置或形成所述边缘，其中臂150在每对相邻的孔口146之间延伸。换句话说，臂150可设置在孔146的每一侧上。从仰视图(参见图5)可以明显看出，每个臂150可以为大致三角形形状。对于三角形形状，臂150在邻近中心区段148的边缘152处最宽，并且宽度朝向底部部分126的第二端部138逐渐变细。当然，应当理解，调相插塞106不限于本文描绘的实施方案，并且顶部部分124和底部部分126可包括其他合适的形状和构形。例如，在替代实施方案中，每个臂150可具有宽度大致恒定的薄壁构形。

因此，每个孔口146在声学上连接到限定在每对相邻臂150之间的对应径向通道154。径向通道154可具有扩展宽度并在底部部分126的第二端部138处汇合。通道154可用于确保声压在整个压缩驱动器100周围的均匀分布，以实现声音在水平面中的全向辐射。有利地，调相插塞106中的径向通道154的对角线取向同时向外和向下引导声学信号。除了本文描绘的实施方案之外，还可以设想的是，调相插塞106可包括更少或更多数量的孔口146或通道154，或者替代地可构造成没有径向扩展的通道154。

参考图1至图3，壳体108被接纳在空腔144内并且附接到调相插塞106的底部部分126。壳体108具有设置在调相插塞106上或附接到所述调相插塞的顶端156(例如，在底部部分126的中心区段148处)，以及设置在距底部部分126一定距离处的底端158。壳体108可包括向下延伸的凸台160，所述凸台具有中心孔162，以用于经由紧固件(未示出)将壳体108安装到底部部分126和马达组件102。如图所示，壳体108可以为大致截头圆锥形形状，其中壳体108的外表面164可具有从顶端156到底端158的大致直的光滑轮廓。当组装时，调相插塞106的底部部分126和壳体108一起形成波导166。更具体地，底部部分126的内表面142和壳体108的外表面164可协作地形成压缩驱动器100的波导166和环形出口168，为声波从孔口146到环形出口168的传播提供大致环形通路。波导166可用于控制从压缩驱动器100传播到周围环境中的声波的方向性(即，特定收听区域上的声压的覆盖范围)，并用于增加特定频率范围内的再现SPL。

参考图7和图8，示出了根据一个或多个实施方案的包括压缩驱动器100和附接的喇叭200的全向扬声器300的横截面视图。压缩驱动器100和喇叭200围绕中心轴线110大致对称地设置。如图7和图8所示，喇叭200可包括包围喇叭200的内部204的一个或多个壁202。喇叭壁202可从中心轴线110向外加宽以提供扩展的横截面区域，声波通过所述扩展的横截面区域传播。喇叭壁202形成入口206或喉部(与调相插塞106的底部126相邻)以及出口208(也称为喇叭口)。喇叭200包括用于通过紧固件或粘合剂(诸如经由壳体108的凸台160和中心孔162)安装到压缩驱动器100的合适构造。调相插塞106、壳体108和波导166如本文所公开的那样形成，提供到对应取向的轴对称喇叭200的平滑过渡，这提供了对扬声器下面的收听区域的均匀覆盖。

在操作中，由马达组件102对振膜104的致动在压缩室120内生成高压声学信号，所述高压声学信号作为声波经由孔口146传播通过调相插塞106的顶部部分124和底部部分126。然后，声学信号穿过由底部部分126和壳体108的外表面164形成的波导166内的径向通道154，并从环形出口168出来。声波通过附接的喇叭入口206进入并辐射，通过喇叭200的内部204，并从喇叭出口208传播到周围环境中。包括孔口146和向外辐射通道154的空气路径的总声学横截面积逐渐增加以提供声波的平滑过渡。

图7和图8示出了压缩驱动器100和喇叭200的组装的示例，其中在竖直平面中具有不同的覆盖范围并且在扬声器300下面和一定距离处具有不同的SPL比率。图7的构形提供了“更长的声距”，即在扬声器300下面并且在距扬声器300一定距离处的SPL差大于图8所示的版本中的SPL差。每个图中的箭头表示喇叭200的辐射方向的取向。可在图7的较小喇叭210中提供高音扬声器(未示出)。图7和图8中描绘的喇叭200仅仅是示例性的，并且完全可设想其他配置。

应当理解，本文使用的诸如顶部、底部、上方、下方、上部、下部、向上和向下的方向标识符并非旨在进行限制，而是仅用于为如本文所公开的压缩驱动器100、喇叭200和全向扬声器300的部件提供示例性环境。本文使用的任何方向性术语仅用于表示压缩驱动器100、喇叭200和全向扬声器300的各种部件的相对布置，而不旨在进行限制。

本文所述的压缩驱动器100和全向扬声器300的应用包括但不限于景观音响系统、家庭生活扬声器系统、公共广播系统、警报和警告音响系统、基于蓝牙的便携式音频扬声器、大功率悬垂式扬声器、负方向性天花板扬声器、或其中期望或要求水平面中的全向性和非对称竖直方向性的其他应用。与直接辐射球顶扬声器相比，在本文公开的全向扬声器300中使用压缩驱动器100导致效率和灵敏度的十倍增加，以及最大声压级的增加。

虽然以上描述示例性实施方案，但并不意味这些实施方案描述了本发明的所有可能形式。实际上，在说明书中使用的措词是用于描述而非限制，并且应当理解，可在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种改变。另外，各种实现实施方案的特征可以结合起来以形成本发明的另外的实施方案。

Claims (20)

1.一种用于全向扬声器的压缩驱动器，所述压缩驱动器包括：

马达组件，所述马达组件围绕中心轴线设置；

环形振膜，所述环形振膜同轴设置在所述马达组件下方并可操作地连接到所述马达组件；

调相插塞，所述调相插塞安装到所述马达组件并且包括面向所述振膜的顶部部分并在所述振膜与所述顶部部分之间限定压缩室，所述调相插塞包括底部部分，所述底部部分从所述顶部部分向下沿着所述中心轴线从第一端部延伸到第二端部，所述调相插塞包括延伸穿过其的多个孔口，所述底部部分具有内表面，所述内表面限定空腔并从所述第一端部到所述第二端部加宽，所述内表面具有多个径向通道，所述径向通道具有在声学上连接到所述孔口的对角线取向；以及

壳体，所述壳体沿着所述中心轴线安装到所述调相插塞并接纳在所述空腔内，所述壳体具有与所述底部部分的所述内表面间隔开的外表面以形成波导，所述波导被布置成以非对称竖直方向性向下和向外辐射声波。

2.如权利要求1所述的压缩驱动器，其中所述多个径向通道具有扩展宽度并在所述底部部分的所述第二端部处汇合。

3.如权利要求1所述的压缩驱动器，其中所述多个孔口围绕所述中心轴线大致周向地布置。

4.如权利要求1所述的压缩驱动器，其中所述底部部分的所述内表面具有中心区段和从所述中心区段向下和向外延伸的多个臂，其中一对相邻臂在它们之间限定所述多个径向通道中的一个，其中所述多个臂中的一个在每对相邻的孔口之间延伸。

5.如权利要求4所述的压缩驱动器，其中所述多个臂中的每一个为大致三角形形状并且在邻近所述中心区段的边缘处最宽并且在宽度上朝向所述底部部分的所述第二端部逐渐变细。

6.如权利要求1所述的压缩驱动器，其中所述底部部分的所述内表面具有截头圆锥形状，其中从所述中心轴线到所述内表面的半径从所述第一端部向所述第二端部增大。

7.如权利要求1所述的压缩驱动器，其中所述壳体为大致截头圆锥形状，并且其中所述外表面具有从顶端到底端的大致直的光滑轮廓。

8.一种用于全向扬声器的波导，所述波导包括：

调相插塞，所述调相插塞包括顶部部分和底部部分，所述底部部分从所述顶部部分向下沿着中心轴线从第一端部延伸到第二端部，所述调相插塞包括延伸穿过其的多个孔口，所述底部部分具有内表面，所述内表面限定空腔并从所述第一端部到所述第二端部加宽，所述内表面具有多个径向通道，所述径向通道具有在声学上连接到所述孔口的对角线取向；以及

壳体，所述壳体沿着所述中心轴线安装到所述调相插塞并接纳在所述空腔内，所述壳体具有与所述底部部分的所述内表面间隔开的外表面以形成环形通路，所述环形通路被布置成以非对称竖直方向性向下和向外辐射声波。

9.如权利要求8所述的波导，其中所述多个径向通道具有扩展宽度并在所述底部部分的所述第二端部处汇合。

10.如权利要求8所述的波导，其中所述多个孔口围绕所述中心轴线大致周向地布置。

11.如权利要求8所述的波导，其中所述底部部分的所述内表面具有中心区段和从所述中心区段向下和向外延伸的多个臂，其中一对相邻臂在它们之间限定所述多个径向通道中的一个，其中所述多个臂中的一个在每对相邻的孔口之间延伸。

12.如权利要求11所述的波导，其中所述多个臂中的每一个为大致三角形形状并且在邻近所述中心区段的边缘处最宽并且在宽度上朝向所述底部部分的所述第二端部逐渐变细。

13.如权利要求8所述的波导，其中所述底部部分的所述内表面具有截头圆锥形状，其中从所述中心轴线到所述内表面的半径从所述第一端部向所述第二端部增大。

14.如权利要求8所述的波导，其中所述壳体为大致截头圆锥形状，并且其中所述外表面具有从顶端到底端的大致直的光滑轮廓。

15.一种全向扬声器，其包括：

压缩驱动器，所述压缩驱动器包括：

马达组件，所述马达组件围绕中心轴线设置；

环形振膜，所述环形振膜同轴设置在所述马达组件下方并可操作地连接到所述马达组件；

调相插塞，所述调相插塞安装到所述马达组件并且包括面向所述振膜的顶部部分并在所述振膜与所述顶部部分之间限定压缩室，所述调相插塞包括底部部分，所述底部部分从所述顶部部分向下沿着所述中心轴线从第一端部延伸到第二端部，所述调相插塞包括延伸穿过其的多个孔口，所述底部部分具有内表面，所述内表面限定空腔并从所述第一端部到所述第二端部加宽，所述内表面具有多个径向通道，所述径向通道具有在声学上连接到所述孔口的对角线取向；以及

壳体，所述壳体沿着所述中心轴线安装到所述调相插塞并接纳在所述空腔内，所述壳体具有与所述底部部分的所述内表面间隔开的外表面以形成波导，所述波导被布置成向下和向外辐射声波；以及

喇叭，所述喇叭沿着所述中心轴线安装到所述压缩驱动器，以便以非对称竖直方向性传播所述声波。

16.如权利要求15所述的全向扬声器，其中所述多个径向通道具有扩展宽度并在所述底部部分的所述第二端部处汇合。

17.如权利要求15所述的全向扬声器，其中所述多个孔口围绕所述中心轴线大致周向地布置。

18.如权利要求15所述的全向扬声器，其中所述底部部分的所述内表面具有中心区段和从所述中心区段向下和向外延伸的多个臂，其中一对相邻臂在它们之间限定所述多个径向通道中的一个，其中所述多个臂中的一个在每对相邻的孔口之间延伸。

19.如权利要求18所述的全向扬声器，其中所述多个臂中的每一个为大致三角形形状并且在邻近所述中心区段的边缘处最宽并且在宽度上朝向所述底部部分的所述第二端部逐渐变细。

20.如权利要求15所述的全向扬声器，其中所述壳体为大致截头圆锥形状，并且其中所述外表面具有从顶端到底端的大致直的光滑轮廓。

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