CN117121505A - 用于与平板显示装置一起使用的窄孔径波导扩音器 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种扬声器，其具有用于从平面显示面板的后侧传输声音的窄孔径波导。所述扬声器的换能器通过所述波导且从所述显示面板的后面向外并围绕所述显示面板的边缘辐射声音以形成直接或几乎直接向位于所述显示面板的前面的听者辐射的声波。所述波导包含控制离开所述波导且围绕所述显示面板的所述边缘的声波的方向性的鳍片。

Description

用于与平板显示装置一起使用的窄孔径波导扩音器

相关申请案的交叉参考

本申请案主张2021年4月14日申请的第63/174,797号美国临时申请案及2021年4月14日申请的第21168313.1号欧洲专利申请案的优先权，所述全部申请案的全文以引用方式并入本文中。

技术领域

实施例大体上涉及一种包括具有窄孔径的波导的音频扬声器及一种组装此类音频扬声器的方法。

背景技术

商业电子领域的产品一直在朝着更薄、更轻且更时尚的工业设计方向发展。在台式及便携式计算机以及电视、游戏机等的显示屏或监视器的情况中尤其如此。工业设计者的愿望是让显示面板恰好延伸到产品外壳的边缘，其中边框区域非常小，即材料延伸到可视屏幕区域的上方、下方及侧。

显示屏通常具有集成或紧密耦合的扬声器，以允许回放声音以及视觉内容。将扬声器集成到显示器中会无需提供单独的扬声器壳体，且还允许设计者将扬声器放置成使得声音似乎是从显示器的视觉平面的近区发出。然而，显示器的目前设计趋势严重约束了集成高质量扬声器的能力。由于扬声器锥体及音圈的宽度，现代平板显示屏通常太薄而无法在显示面板的边缘周围容纳集成前向扬声器。同样地，这些薄显示器内的容积不足限制了声学背音量产生令人满意的低频内容。因此，集成音频/视频(A/V)平板显示器通常依赖于外部安装的扬声器，或安装到显示器的背面或下侧的扬声器。

此类型的外部扬声器封装阻碍了高保真音频系统的实施，因为此类背面或下侧安装的扬声器通常不会直接向听者发射，这是由于前向发射的外部扬声器将需要安装在显示器的边缘上或显著添加到边框区域。由于扬声器在较高频率下通常更具方向性，因此在立体声及环绕声内容的频率响应及空间呈现两方面，不直接指向听者的扬声器对于高保真音频回放来说不是最佳的。需要处理这些及其它限制，以增强平板安装扬声器的回放质量。

发明内容

实施例包含一种具有用于从平板显示面板的后侧传输声音的窄孔径波导的扬声器。所述扬声器的换能器通过所述波导且从所述显示面板的后面向外并围绕所述显示面板的边缘辐射声音以形成直接或几乎直接向位于所述显示面板的前面的听者辐射的声波。所述波导包含控制离开所述波导且围绕所述显示面板的所述边缘的波形的方向性的鳍片。

实施例进一步涉及一种用于平板显示器中或与所述平板显示器一起使用的扬声器，所述扬声器具有换能器、附接到所述换能器且具有增加的横截面纵横比及面积的波导，及附接到所述波导或形成于所述波导中且包括弯曲管段的孔径部分。所述波导具有形成于所述波导内的数个通道，所述通道经配置以在所述换能器以向外发射配置附接到平板显示器时引导来自所述换能器的声音且通过所述孔径以基本上垂直于所述平板显示器的前表面从所述平板显示器的边缘传输。所述通道由在所述波导内形成阵列或点阵结构的一组横向及可选纵向鳍片形成。可提供谐振器以消除或最小化所述波导内产生的谐振。所述孔径部分具有基本上大于所述换能器的纵横比的纵横比以提供窄孔径扬声器。

实施例又进一步涉及一种通过以下方式将声波从安装于显示面板的背面中或安装于所述显示面板的所述背面上的扬声器直接引导到用户的方法：提供具有附接到换能器的波导的扬声器，所述波导具有增加的横截面纵横比及面积；形成包括弯曲管段的孔径部分；及在所述波导内形成多个通道，所述通道引导来自所述换能器的声音且通过所述孔径以在基本上垂直于所述显示面板的前表面的方向上从所述显示面板的边缘传输。

此类实施例提供一种方式来使安装于显示面板的背面中的相对大的扬声器向听者发出声音，就像它是前置的一样。它还通过防止在平板显示器中封装前置扬声器所涉及的视觉混乱而最小化对现代显示面板的工业设计的负面影响。

附图说明

在以下图式中，相同参考数字用于是指相同元件。尽管以下各图描绘各种实例，但一或多个实施方案不限于各图中所描绘的实例。

图1A示出按照一些实施例的包含将声波朝向用户引导的后置式窄孔径扬声器的显示面板的前透视图。

图1B示出按照一些实施例的显示面板，在显示面板内包含作为集成单元的上置式窄孔径扬声器。

图2示出按照一些实施例的图1B的显示面板的后视图。

图3示出按照实例性实施例的图1B的显示面板且相对于用户的侧视图。

图4示出按照一些实施例的窄孔径扬声器的后视图。

图5A是按照实施例的图4的扬声器的透视剖视图。

图5B示出按照一些实施例的图5A的孔径的纵横比。

图5C示出按照实例性实施例的图5A的扬声器的组件的组合件。

图6是展示按照一些实施例的谐振器在波导扬声器中的效应的实例性频率响应曲线。

图7示出按照实例性实施例的具有鳍片式波导的实例性窄孔径扬声器。

图8是按照实例性实施例的图7的扬声器及波导的侧视图。

图9是按照一些实施例的图8的扬声器的孔径的特写侧视图。

图10A是展示按照一些实施例的纵向及横向鳍片的配置的法向于波导的孔径平面的视图。

图10B是图10A的鳍片阵列且如从换能器向上观看的仰视图。

图11A是展示由纵向及横向鳍片形成通道的图10A的波导顶部部分的更详细剖视图。

图11B是由图10B中所展示的鳍片制成的声音通道的底部的更详细剖视图。

图12示出在实例性实施例中的具有单个窄孔径扬声器的显示面板。

具体实施方式

实施例涉及一种弯曲扩音器波导，其用于集成在平板显示器的背面中或安装到平板显示器的背面以将声波向上引导且围绕显示面板的顶部边缘并朝向用户。所描述的实施例中的任何者可单独使用或依任何组合彼此一起使用。尽管各种实施例可能已由本说明书中可能讨论的当前及已知解决方案的各种缺陷引起，但这些实施例未必处理这些缺陷中的任何者。不同实施例可处理不同缺陷，且可仅部分地处理一些缺陷。

为了本说明书的目的，以下术语具有相关联含义：术语“扬声器(speaker)”或“扩音器(loudspeaker)”意指具有机柜或设置于包围一或多个驱动器的壳体中的音频回放扬声器，其中术语“驱动器”意指将电音频信号转换成声波的个别音频换能器，且可被实施为锥体、穹顶、压缩驱动器、微型扬声器或平面驱动器，且可为全范围驱动器或经配置以回放特定频率范围的驱动器，诸如高音扬声器、中范围驱动器、低音扬声器、超低音扬声器等。术语“机柜”意指容纳一或多个换能器(或驱动器)的扬声器壳体或盒子，其通常是被完全包围的，以在声学上隔离换能器的后面，但在需要时也可为通风的或部分开放的以用于某些音频响应特性。术语“波导”意指附接到换能器以将换能器产生的声波以期望方向或辐射模式引导出的中空结构，典型实例是喇叭。术语“收听环境”意指任何开放的、部分包围的或完全包围的区域，诸如可单独用于回放音频内容或与来自任何适当源的视频或其它内容一起使用的空间，且可体现在家庭、电影院、剧院、观众席、演播室、游戏机等中。

术语“显示器”或“监视器”意指展示视觉内容的电子显示装置，且可包含液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)、等离子面板、电致发光面板及其它类型的LED技术(例如有机LED、量子点LED)等。

关于音频信号及内容，术语“声道”意指音频信号加上元数据，其中位置被编码为声道标识符，例如左前或右上环绕声；“基于声道的音频”是经格式化以用于通过具有相关联的标称位置(例如5.1、7.1等)的预定义扬声器区域集合(即刚刚定义的声道集合)回放的音频；术语“对象”意指具有参数源描述的一或多个音频声道，诸如视在源位置(例如，3D坐标)、视在源宽度等；“基于对象的音频”意指刚刚定义的对象集合；且“沉浸式音频”(替代地为“空间音频”或“自适应音频”)意指基于声道及对象或基于对象的音频信号加上元数据，其使用其中位置被编码为空间中的3D位置的音频流加上元数据而基于回放环境来呈现音频信号。

描述了扬声器设计的实施例，所述扬声器设计允许安装到显示面板的背面的扬声器听起来像是直接向位于显示面板的前面的听者投射(前射)。扬声器具有波导结构，从换能器投射的声音通过波导结构离开扬声器。波导具有形成为薄的纵向开口的口部或孔径，在本文中被称为向平板显示器设计提供最小结构限制的“窄孔径”。

实施例涉及用于计算机、游戏机、工作站及其它A/V回放装置的平板显示器或监视器中的扬声器，所述计算机、游戏机、工作站及其它A/V回放装置通常放置于其中用户(听者)通常就座且位于显示器正前方约一到五英尺处的桌子或工作台上。此类显示器的大小通常在从15英寸到27英寸对角线的范围内，但在现代显示器的情况中，具有不到1英寸的厚度。尽管关于计算机显示器进行描述，但实施例不限于此，且可应用于电视显示器、家庭娱乐系统等，其中显示面板可具有大得多的大小，但厚度接近相等。

如先前所述，在计算机、电视及其它A/V装置中使用或与其一起使用的现代显示器具有显示面板，所述显示面板由于其扁平、薄的外形及封装而对音频回放系统构成巨大挑战。并入扬声器本身的此类显示器由于紧密封装及在很宽频率范围内的扬声器响应的空间及容积的简单缺乏而经常遭受较差的音频质量。此外，采用最小边框大小及整洁前面板的时尚设计的趋势意指扬声器的开口(以及开关等)经常被移除，因此进一步复杂化在平板显示器中提供前置扬声器。

实施例包含经配置以附接到显示面板的背面的扩音器，所述扩音器利用波导将声音向外(例如，向上)引导且围绕显示面板的边缘(例如，顶部)直接或基本上直接指向位于显示器前面的听者，其中基本上直接意指更多的音频信号沿用户视线的水平面引导，而非垂直向上朝向用户上方的天花板、向下朝向地板、或侧向朝向收听环境的墙壁。图1A示出按照一些实施例的包含将声波引导向用户的一或多个后置式窄孔径扬声器的显示面板的前透视图。如图1A中所展示，系统110包含用于与台式计算机或类似处理或A/V回放装置一起使用的平面显示面板102。面板在对角线长度上可为大约15英寸到27英寸，但任何实际大小是可能的。图1A的实例性显示面板102包含用于放置于工作台、桌子或其它类似表面或装备上的底座108。显示面板102可为用于与单独中央处理单元(CPU)或A/V呈现装置一起使用的无源显示装置，或其可为集成一体机，诸如Apple iMac或类似计算机。显示面板102的特征在于具有扁平的矩形平面尺寸及构成大约小于一英寸的宽度的薄侧轮廓，具有最小的边框(环绕)区域106。由于最小边框区域，控制及接口区域限于装置的极端边缘及/或装置的后表面。

诸如图1A中所示出的显示装置通常不具有包含于其外壳内的任何内部扬声器，或其可仅包含用于回放警报或基本效应的最小扬声器。为再现高质量音频，诸如音乐、对话、音轨或其它高保真音频，通常使用外部扬声器。为提供集成的独立的产品，设计者及制造商可将一或多个扬声器附接到显示面板的背面。此类外部扬声器可经配置及放置以将其音频声波从显示设备的顶部、底部或侧引导出来。如果所述扬声器经安置以将声音直接投射到用户，那么其必须伸出显示面板的顶部、侧或下侧作为前置扬声器，或并入到前面板的较大区域(例如，“下巴”)或扩大的边框区域。从产品或工业设计的角度来看，此类突出部或可见扬声器可能是不希望的，因为其干扰或混杂了简单的窄/无边框显示面板的平滑线条。

图1A示出具有两对扬声器104a、104b的显示面板，所述扬声器安装于显示面板102的背面上且在最小化显示面板本身的混杂同时提供前置能力。扬声器104a及104b各自具有向上且围绕显示面板102的顶部边缘引导声波使其基本上直接向用户投射的弯曲波导。

针对其中提供足够空间的薄显示面板，扬声器104a、104b可集成于显示面板的机柜内。图1B示出按照一些实施例的显示面板系统120，在显示面板内包含作为集成单元的顶部前置式扬声器。针对此实施例，显示面板112具有宽度111，其至少部分具有提供足够内部容积以容纳扬声器104a及104b以安装于面板壳体内的厚度。

尽管如图1A及1B中所展示，关于向上发射驱动器及围绕显示面板的顶部边缘引导声波展示及描述实施例，但应注意，实施例不限于此，且扬声器可经放置及配置以在显示面板的顶部、底部、左侧或右侧或角落中的任何者周围向外投射声音。

图2示出按照一些实施例的图1B的显示面板的后视图。如图2中所展示，扬声器104a、104b安装于显示面板202内。这些扬声器可经配置以将其音频声波从显示装置的顶部引导出去。类似扬声器可经提供及配置以从显示装置的侧或底部投射声音，但为了描述的目的，将关于内部安装的、上置式前置扬声器描述实施例，但实施例不限于此。

针对图1A及1B的实例性实施例，上扬声器104a及104b经展示为安装于面板壳体202内，使得扬声器波导的最上部分(被称为扬声器的“口部”或“孔径”)最少地突出超过显示面板的边界或边缘。为符合简单及干净的设计约束，最上部分将与上边缘平齐或接近平齐，然而，可提供一些突出量，诸如大约几毫米或更小。为防止上扬声器的声波方向从显示面板完全向上引导，扬声器104a及104b的实施例包含经塑形及配置以向上且围绕显示面板112的上边缘引导声音的波导。因此，如图1A及1B中所展示，可见每一扬声器104a及104b的口部从显示面板102或112的前面突出一定角度而非笔直向上朝向天花板。

图3示出按照一些实例性实施例的图1的显示面板且相对于用户的侧视图。如早前所述，显示面板可经配置以与相对紧密接近用户的台式计算机或类似装置一起使用。针对图3中所展示的实施例，显示面板302位于大致平视显示面板的顶部边缘的用户304的特定距离d处。扬声器306(表示上扬声器104a或104b中的一者)包含引导声波310以沿平行于或基本上平行于用户的观看轴线的轴线向外辐射的上波导部分308。因此，从扬声器306发出的声音不会从扬声器笔直向上且向外引导，而是听起来像是从显示面板的前面发出。

针对计算机实施方案，取决于显示器大小、空间大小、用例等，距离d可为大约一到五英尺。然而，任何其它尺度是可能的，诸如用于电视、家庭娱乐系统、公众观看系统等。图3仅供说明目的，且应注意，用户304相对于显示面板302及扬声器306的任何其它实际位置是可能的。

在仅具有向上发射扬声器的目前系统中，声波的方向性在高频时通常会太窄。因此，坐于或位于屏幕正前方的听者将无法听到高频，以及在声波指向用户的情况下也是如此。准确的高频再现不仅对音质保真度及语音清晰度很重要，而且对沉浸式音频应用中的虚拟高度线索的感知也很重要。为克服此限制，扬声器306的实施例包含具有窄孔径的波导308及用于向上且围绕显示器302的边缘且朝向听者304引导声波310的内部鳍片布置。扬声器306具有使得面向前的声孔径(或波导口部)308相对于显示器302的高度具有低垂直轮廓以适合于显示屏的工业设计约束的外形。也就是说，其不会过度突出超过显示器的顶部边缘，也无需增加显示器周围的边框区域。

图4示出按照一些实施例的窄孔径扬声器的前视图。如图4中所展示，扬声器400包括具有振膜404的换能器及壳体段402，振膜404将声音向上投射到波导段406中。波导406经配置以具有增加的横截面面积及增加的横截面纵横比，如所展示，其中波导的口部408的上部尺寸长于耦合到换能器402的下部部分。此增加的横截面配置提供阻抗匹配机制(如同传统喇叭设计)以增加灵敏度且还帮助控制及实现从扬声器400的口部部分408发出的声波的期望方向性。

换能器402可具有适合于与窄孔径(诸如长方形或矩形形状)一起使用的任何形状且其可充当高音扬声器、中范围驱动器或低音扬声器中的任一或多者。

图5A是按照实施例的图4的扬声器的透视剖视图。扬声器图500展示具有安装于换能器404上方的波导406的壳体402。波导406的顶部具有以与换能器404的振膜的垂直轴线成一定角度的角度通过窄孔径向外引导声波的有角度的孔径部分408。针对图5A的实施例，换能器部分402包含一对亥姆霍兹谐振器504a及504b。

一般来说，波导406的使用在波导内产生可能的谐振，因此扰乱频率响应。这些谐振由于沿波导的长轴来回反弹的波的相长及相消干涉而产生。为抑制此谐振，使用谐振器504a及504b。实例性谐振器是亥姆霍兹谐振器，其具有可在很窄频率范围内存储声能且随着时间推移将其消散的一个颈部及容积元件。声能的此时间扩展降低谐振峰的瞬时幅度及Q因子。在实施例中，可使用用作声学过滤元件的任何谐振器，其在精确调谐时从扬声器500的总响应减轻不期望的波导谐振。因此，可将谐振器设计为亥姆霍兹谐振器或四分之一波谐振器，或类似设计。

图6是按照一些实施例的展示谐振器在波导扬声器中的效应的实例性频率响应曲线。图6的图式600示出在一些实例性谐振器配置下的扬声器500的不同配置的以分贝(dB)为单位的声压级(SPL)与频率(以Hz为单位)之间的关系。实例性曲线展示在坐于显示面板外壳扬声器的600mm距离处时的听者的耳朵位置处的频率响应。如图6中所展示，曲线602示出不具有声学谐振校正的波导的实例性频率响应，即没有谐振器504a及504b的扬声器500，且曲线604示出在空的亥姆霍兹谐振器与波导一起使用时的频率响应。如可见，曲线602的SPL峰值由于波导内的谐振相对于曲线604被衰减，然而引入了在频率上向下移位的额外谐振。曲线606示出其中将阻尼材料添加到谐振器腔的内部的阻尼谐振器配置的频率响应。如图6中可见，在阻尼谐振器配置中，SPL电平的谐振峰显著降低。可使用任何适当阻尼材料，诸如聚酯纤维、岩棉等。

如音频工程领域已知，扬声器倾向于在较高频率下进行单向辐射。如图5A中所展示，扬声器500的换能器由于其高纵横比(即换能器长度与宽度的相对窄形状)而靠近线源。此意指：在高于聚束频率时，波阵面以圆柱形形状传播，其长度大致由换能器长度定义。聚束一般是指辐射模式随频率的变化，其中较高频率比较低频率更窄地被辐射。聚束频率经定义为f＝(2*c)/(π*D)，其中f是扬声器开始聚束的频率(Hz)，‘c’是声速(343m/s)，且‘D’是扬声器的有效直径(m)。窄孔径扬声器的实施例帮助有效提高聚束频率f以允许与设计约束的平板显示器一起使用的适当方向性。

针对图5A的实施例，波导孔径408比换能器长得多且薄得多，但在较高频率下，大部分压力波阵面通过波导406的中间直接向上行进。圆柱形传播波阵面不沿波导展开或延长，导致在水平面中的高频(例如，>12kHz)下的方向性图案窄得令人无法接受(例如，<10°)。为控制波阵面在高频下的传播，波导406在波导的内部内包含某些鳍片结构502a及502b。这些鳍片形成将波阵面分开且引导其出去使得孔径末端处的波阵面比扬声器振膜处的波阵面更长的弯曲通道。通道的不同路径长度还导致波阵面的弯曲。此因为传播速度恒定而发生，但通道之间的路径长度差导致朝向波导的边缘的逐渐延迟的孔径到达时间。此导致波阵面的弯曲，使其更接近球面。

如从图5A明白，鳍片可具有随着波导远离换能器延伸而增加的厚度。

图5B示出按照一些实施例的图5A的孔径的纵横比。图510示出具有换能器402及振膜404的波导部分(从下往上看)。换能器部分402具有沿纵向轴线的长度尺寸x及沿横向轴线的宽度尺寸y。此扬声器的纵横比经定义为扬声器的长度与宽度之比。如在图5B的实例中可见，x尺寸的长度明显长于y尺寸的长度，使得长宽比(x/y)是相对高的正数。同样地，波导口部408具有x'/y'的纵横比。假定换能器及波导口部的宽度相同或几乎相同(即y大致等于y')，由于x'大于x，因此波导口部408的纵横比大于换能器402本身的纵横比，使得纵横比在3到20、5到10之间或为15。换能器及波导口部处的波导的纵横比的相对差可取决于在换能器上方的闪光量及口部的延伸来定制，且可例如大1.5到5或2到3倍。

图5A的实例性配置展示波导406中的两个鳍片502a及502b，波导406通常不具有足够鳍片以确保高频波阵面在正常操作下加宽。鳍片的数目、放置及曲率可因此改变以适合特定波导配置及操作条件。令人满意的高频谐振可基于满足或超过预定义阈值的响应(诸如4kHz以上最大-3dB或任何其它适当频率响应)来量化。

波导/鳍片配置可使用有限元法模拟(或类似方法)来确定以视觉化在经判定为在零鳍片配置中具有良好方向性的频率(例如550Hz)下向上移动波导的压力波阵面的形状。鳍片可根据由模拟预测的压力流线的形状来设计。明确来说，鳍片的壁应在标称上沿波导的长度保持垂直于预测波阵面。由鳍片的行或点阵创建的通道可间隔足够近以确保高频下的窄压力波阵面由许多通道捕获，而不仅仅是中心的几个通道。鳍片之间的通道的大小可被做得足够小，使得由其内部反射表面产生的任何谐振超过感兴趣的频率范围。

图7示出按照一些实施例的具有安装于换能器702上的鳍片式波导701的实例性窄孔径扬声器700。如图7中所展示，相对大量的横向鳍片704安装于波导内且垂直于孔径706的轴线延伸。在实施例中，鳍片704由其2D段的由前向后挤压形成，如虚线704所展示。因而，其具有侧对侧曲率，如所展示。曲率从图式上方的鳍片的底部安装位置向外到孔径706。如图7中所展示，此曲率对于至少大多数鳍片是不同的，其中中心鳍片的弯曲程度小于外鳍片，且取决于波导701的尺寸及在波导的垂直长度上增加的横截面面积的量。

横向鳍片704之间的间距可为相等的或可基于鳍片位置而不同。例如，中心鳍片可相对于鳍片的间距朝向波导的外部部分稍微进一步隔开。此外，横向鳍片可基于关于波导701的中心垂直轴线对称而不同地配置。图7的实例展示对称配置，其中波导的左侧及右侧上的鳍片在相等但相反方向上隔开及弯曲以匹配波导的外曲率。在另一实施例中，鳍片可不对称地排列以进一步定制离开孔径706的声波的方向性。

在实施例中，除横向鳍片704之外，还可提供一组纵向鳍片。图8是按照实例性实施例的图7的扬声器的侧视图。如图8中所展示，扬声器700包含具有谐振器708的换能器部分702。波导部分701从换能器向上延伸且远离换能器的垂直轴线弯曲，如由弯曲孔径706的形状所展示。为清楚起见，横向鳍片704未在此视图中展示，但波导701包含沿孔径的长度延伸的数个(例如，3个)纵向鳍片705。这些纵向鳍片具有至少一个曲率，诸如以匹配孔径706相对于换能器702的轴线的曲率。

在实施例中，纵向鳍片开始向上，接着朝向孔径弯曲(以指向用户)。因此，横向及纵向鳍片的组合产生由具有两个曲率(一个是侧对侧，且另一个是由后向前)的这些两组鳍片形成的声音通道，其中每一组鳍片提供一个曲率。在其它实施例中，横向或纵向鳍片中的一者或两者可取决于波导的配置及系统的期望方向性而依复合(多个不同)弯曲或线性方式形成。

如图8中所展示，波导701的曲率由离开孔径706的声波的出射角形成。图9是按照一些实施例的图8的扬声器的孔径的特写图。在垂直平面中传播的中心轴线垂直于孔径平面912。经展示具有三个纵向鳍片902的孔径900经塑形为具有倾斜角α的三角形，所述倾斜角定义离开波导的声波相对于换能器振膜的平面的方向。角度可取决于扬声器配置、显示器大小、用户距离及要求及约束而变动。一般来说，孔径平面912与驱动器振膜平面914之间的40度到60度之间的角度通常用于大多数实施方案。

图10A是展示按照一些实施例的纵向及横向鳍片的配置的法向于波导的孔径平面的视图。图10A的视图1000展示具有顶部部分1001的波导主体1002，所述顶部部分具有与纵向鳍片1006交叉的横向鳍片1004。如图10A中所展示，波导经塑形使得其在从扩音器上升时明显向外扩张。图10B是展示在从换能器向上观看时的鳍片1004及1006的阵列的仰视图1001。在此视图中，波导主体1002向上且向外延伸，如排列于波导内的鳍片1004及1006一样。

横向及纵向鳍片两者的使用在扬声器波导1002内产生管状(矩形或正方形横截面)通道阵列或单独较小波导。图11A是在实例性实施例中的图10A的孔径1000的俯视图。如图11A中所展示，孔径1100包括由用纵向鳍片1006互锁的横向鳍片1004产生的点阵形成的数个个别通道1101。任何数目或大小的通道1101可取决于横向及纵向鳍片的数目而产生。图11B是展示通道1101及鳍片1004及1006的图10B的栅格阵列的更详细仰视图。

可使用任何数目的横向及纵向鳍片且波导通道的大小及形状将相应地改变。例如，如果不使用纵向鳍片，那么将产生平行于孔径的轴线且形成通道1101的一系列柱；如果使用一个纵向鳍片，那么将产生两组柱等。纵向鳍片可不用于控制方向性，但可替代地用于保持通道1101足够小使得通道中的驻波谐振在超过感兴趣的范围的频率下发生。然而，在其它实施例中，这些鳍片还可用于至少在垂直平面中控制方向性。

一般来说，扬声器700的宽度通常经约束以最小化经组合面板/扬声器组合的总宽度，诸如例如以尽可能平齐抵抗壁或保持期望的工业设计/格式。孔径900的纵横比由宽度相对于长度的关系定义。纵横比由显示器面板工业设计(ID)约束及沿波导的长度保持恒定或增加的横截面面积的需要来设置。例如，考虑其中ID约束在于边框可在屏幕上方投射最大7.5mm的情况，且为了简单起见，在此实例中，假设孔径不成角度(例如，图1A)，而是与屏幕共面。还假设在换能器振膜与波导喉部之间的接口处，波导具有10mm×40mm的横截面，使得横截面面积为400mm²。出射孔径的纵横比必须设置为使得其横截面面积等于或大于400mm²。从塑料壁厚的总高度裕量减去2.5mm，得出最大孔径高度为5毫米。因此，孔径的高度必须为5mm，且长度大于80mm。所描述的尺寸仅用于说明目的，且可使用任何其它合适尺寸。

如果孔径横截面面积等于喉部处的横截面面积，那么不会提供阻抗匹配且波导不会提供灵敏度及效率增益。如果期望此类增益，那么应增加横截面面积。

一般来说，与换能器的纵横比相比，波导出口的纵横比具有高纵横比。依此方式，波导及通道(鳍片阵列)布置取由短的正方形换能器产生的波阵面(即长度y尺寸不大幅超过其宽度x)，将其延长，接着引导其绕过显示面板的(顶部)角，从长度y基本上大于x的尺寸的孔径出来，如图10A的实例中所展示。

应注意，可使用任何大小的显示屏，且一般来说，显示器的大小不会决定扬声器的大小，除了由于现代显示面板的薄度而通过施加深度约束之外。针对多扬声器应用，显示面板的长度可影响扬声器之间的间距，但扬声器可适当定位于显示面板内或显示面板的后表面上的任何位置。此外，波导的顶部部分可经配置使其稍微突出超过面板的顶部边缘，或其可集成于显示器的顶部(或侧或底部)边框内，在此情况中，最大可允许的边框区域还将决定扬声器的大小

孔径可经塑形为任何适当形状，诸如矩形(如所展示)、梯形、椭圆形或任何其它对称或不对称形状。此形状可用于进一步控制扬声器的方向性。其它形状可因此用于赋予不同方向性特性。

声波310在其离开波导时的方向性由波导内的鳍片控制。鳍片的曲率经选择以延长具有给定大小及尺寸的扬声器的圆柱形波阵面。鳍片的间距由再现的内容的频率上限确定。更明确来说，鳍片之间的通道的最长内部尺寸必须短于频率上限的四分之一波长以避免扰乱感兴趣的范围内的频率响应的内部谐振。明确来说，接着鳍片通道中的内壁之间的最长尺寸必须如下：

S_max＝c/f_max/4，其中：S_max是鳍片间距(即鳍片通道内的最大壁间尺寸)，c是声速(在空气中为343m/s)，且f_max是扬声器必须具有平坦频率响应的频率范围的上限。f_max可为人耳可听到的典型频率，且可例如在1到30kHz之间，诸如5到20kHz、10到15kHz或约12kHz。此对应于鳍片通道内的最大壁间尺寸在2.6到86mm之间，诸如4.3到17mm、5.7到8.6mm或约7mm。因此，孔径的宽度及鳍片的间距定义横向鳍片的数目。

类似因素可用于确定任何可选纵向鳍片的配置，但如上所述，此类鳍片通常仅用于形成最小化驻波谐振的通道，与纯方向性相反。

针对图7的实例，对于长约两到三英寸且宽约1/2英寸的扬声器，鳍片间距足以延长圆柱形波阵面。针对此扬声器，辐射方向图的实验数据表明，高频下的水平面波束宽度很宽，直到离轴30°时才出现主要零点。在与屏幕600mm的距离处，听者的耳朵在水平面上偏离扬声器的中心轴线大约17°，因此此方向性通常是可接受的。

此实例的扬声器在其最大尺寸(例如，在波导孔径处)大小约为3英寸乘1/2英寸。用于典型的目前平板显示器中及回放用于供此类显示器使用的典型音频内容的扬声器可具有相同或类似尺寸。针对其它应用，诸如较大显示器或甚至更小显示器(诸如用于笔记本式计算机、平板计算机、手机等)，这些扬声器尺寸可适当放大或缩小。在这些应用中，主要尺寸仍是扬声器宽度，其由显示面板壳体的宽度或由扬声器机柜可添加到面板的最大宽度量决定。

数个设计特征可因此经定义以定制窄孔径扬声器的声音方向性及频率响应特性。一般来说，扬声器的整体尺寸将由集成扬声器或附接扬声器的显示面板的大小及配置决定。此设置了扬声器400的宽度，且接着基于换能器402及振膜404的期望或目标纵横比来确定其长度。接着定义波导配置(大小、形状、曲率等)及孔径设计(形状、纵横比、倾斜角等)。在波导内，针对横向及可选纵向鳍片设置鳍片布置。鳍片的数目、间距及曲率决定控制离开波导孔径及围绕显示面板的顶部(或底部或侧)的声波的方向性的通道1101的配置。适当谐振器504a、504b还可经选择以最小化波导内产生的谐振。

图7及8仅供实例目的，且实施例不限于所展示的扬声器实施方案。任何数目及配置的波导及包含的鳍片可取决于系统要求及约束而使用。

一般来说，任何适当材料可用于塑造鳍片704，诸如塑料、玻璃纤维、纸板等，以在波导内提供刚性。鳍片的数目、尺寸及形状可取决于扬声器配置、波导配置及操作条件而变动，且可在波导内使用任何数目及配置的鳍片。

在实施例中，窄孔径扬声器400可经提供为用于立体声实施方案的一对扬声器中的一者，诸如图2中所展示。然而，实施例不限于此，且任何数目的扬声器可取决于音频回放要求而使用。此外，扬声器可经安装以将声音从显示面板202的任何边缘(诸如顶部边缘，如图2中所展示，或侧边缘或甚至底部边缘)引导出去。

尽管已关于将两个扬声器用于计算机显示器的立体声应用描述实施例，但扬声器可作为单个扬声器来提供(诸如在音棒配置中)，或作为具有多个换能器的单个整体式机柜来提供。图12示出在实例性实施例中的具有单个窄孔径扬声器的显示面板。针对图12的实例，单个扬声器1202安装到显示面板1204的背面的上部中心区域。此单个扬声器1202可体现为例如扬声器700。

如图1B的实例性实施例中所展示，一或多个窄孔径扬声器与显示面板一起集成或制造为显示面板的部分，其中面板及扬声器经提供为单个整体产品。在一些情况中，扬声器的部分(诸如格栅或可为机柜的部分)可提供为外部或半外部单元(如图1A中所展示)。扬声器本身可依任何适当方式组装。图5C示出按照实例性实施例的图5A的扬声器的组件的组合件。针对此实施例，扬声器包括用于包含腔室540或谐振器的成型段的换能器的外壳或壳体538。用于换能器的框架536附接到外壳538且保持换能器/振膜组合件534。波导532接着附接到包括壳体538、换能器框架536及换能器/振膜534的扬声器主体。波导532可具有形成通道阵列的横向及/或纵向鳍片阵列，如所展示。扬声器组合件520的构成组件可通过任何适当方式(诸如胶水、钉子、螺丝、粘合等)连接到一起。

扬声器组合件520的至少一些组件可提供为安装到显示面板的后表面的外部扬声器，或其可提供为集成到显示面板中(诸如显示面板主体或外壳的内部容积的部分中)的组合件。在此情况中，一或多个组件可在制造显示面板时适当地或根据需要嵌入或模制到显示面板外壳中。

本文中所描述的具有窄孔径的扬声器的实施例可用于回放任何适当音频内容，诸如单声道、立体声或多声道环绕声音频。实施例还可用于回放具有高度声道的空间或沉浸式音频内容，诸如系统。扬声器可与用于回放计算机系统、电视、家庭娱乐或其它音频内容的音频的任何适当呈现系统结合使用。

除非上下文另有清楚要求，否则在整个说明书及权利要求书中，词语“包括(comprise)”、“包括(comprising)”等应解释为包容意义而非排他性或穷尽意义。使用单数或复数的词语也分别包含复数或单数。当词语“或”用于两个或更多个项目的列表时，所述词语涵盖所述词语的以下所有解译：列表中的任何项目、列表中的所有项目及列表中的项目的任何组合。

尽管已通过实例且根据特定实施例描述一或多个实施方案，但应理解，一或多个实施方案不限于此。描述希望涵盖如所属领域的技术人员将明白的各种修改及类似布置。因此，应对所附权利要求书的范围给予最广泛解译以涵盖所有此类修改及类似布置。

本发明的各个方面可从以下列举的实例性实施例(EEE)来了解：

EEE1.一种扬声器，其包括：

换能器；

波导，其附接到所述换能器，且具有增加的横截面纵横比及面积；及

孔径部分，其与所述波导一起形成且包括经配置以围绕容纳所述扬声器的显示面板的边缘且基本上直接向位于所述显示面板的前面的听者引导声波的弯曲管段。

EEE2.根据EEE 1所述的扬声器，其中所述孔径在所述显示面板的所述边缘上方突出，且具有大于所述换能器的纵横比的纵横比，其中所述纵横比是对象的长度相对于其宽度的关系。

EEE3.根据EEE 2或3所述的扬声器，其中所述波导包含控制离开所述波导且围绕所述显示面板的所述边缘的声波的方向性的鳍片。

EEE4.根据EEE 3所述的扬声器，其中所述鳍片在所述波导内形成多个通道，所述多个通道经配置以在所述换能器依向外发射配置附接到平板显示器时基本上垂直于所述平板显示器的前表面围绕所述平板显示器的所述边缘引导所述声波。

EEE5.根据EEE 4所述的扬声器，其中所述鳍片包括鳍片阵列，所述鳍片阵列包含：沿垂直于所述换能器的纵向轴线的轴线横向排列的第一组鳍片，各自具有对应于所述波导的所述增加的横截面纵横比的第一曲率；及平行于所述换能器的所述纵向轴线纵向排列且具有对应于所述孔径弯曲管段的倾斜角的第二曲率的第二组鳍片。

EEE6.根据EEE 1到5中任何者所述的扬声器，其进一步包括所述换能器中的用于最小化所述波导中的谐振的谐振器，其中所述谐振器包括亥姆霍兹谐振器或四分之一波谐振器中的一者。

EEE7.一种用于在基本上前射方向上从平面显示面板的后面传输声音的扬声器，其包括：

壳体，其经配置以集成到所述显示面板中或安装于所述显示面板上；

换能器，其安装于所述壳体中且经配置以在所述换能器定位成靠近所述显示面板的边缘时从所述壳体的表面向外且围绕所述显示面板的所述边缘向外辐射声音；及

弯曲波导，其具有窄孔径且安装于所述换能器上且经配置以围绕所述显示面板的边缘辐射声音以形成朝向位于所述显示面板的前面的听者引导的声波。

EEE8.根据EEE 7所述的扬声器，其中所述波导包括具有增加的横截面纵横比及与到所述换能器的距离成比例增加的面积的弯曲管段，且进一步其中所述波导进一步包括具有大于所述换能器的纵横比的纵横比的孔径，其中所述纵横比是对象的长度相对于其宽度的关系，且又进一步其中所述孔径包括在所述显示面板的所述边缘上方突出的弯曲管段。

EEE9.根据EEE 7或8中任何者所述的扬声器，其中所述边缘包括所述显示面板的顶部边缘，且其中所述壳体包括形成于所述显示面板的内部容积的部分内的结构，且进一步其中所述显示面板包括用于与由位于所述显示面板的前面大约两到五英尺的用户观看的台式计算机一起使用的平板显示屏，且其中所述壳体不超过半英寸宽。

EEE10.根据EEE 7到9中任何者所述的扬声器，其中所述壳体包含用于最小化所述波导内产生的谐振的谐振器，且其中所述谐振器包括四分之一波谐振器或亥姆霍兹谐振器，且可选地包含谐振空腔中的阻尼材料。

EEE11.根据EEE 8所述的扬声器，其中所述弯曲管段与垂直于所述显示面板的平面呈40度到60度之间的倾斜角。

EEE12.根据EEE 11所述的扬声器，其中所述波导包含沿垂直于所述换能器的纵向轴线的轴线横向排列的第一组鳍片，各自具有对应于所述波导的增加的横截面纵横比及面积的第一曲率。

EEE13.根据EEE 12所述的扬声器，其中所述波导包含平行于所述换能器的所述纵向轴线纵向排列且具有对应于所述倾斜角的第二曲率的第二组鳍片。

EEE14.根据EEE 13所述的扬声器，其中所述第一组鳍片及所述第二组鳍片形成多个通道，所述多个通道从所述换能器延伸且通过所述波导以将所述声波引导到所述显示面板的所述边缘上方以产生感觉为从所述显示面板的前表面发出的音频，且其中所述波导及鳍片经配置以产生超过预定义阈值的高频音频响应。

EEE15.一种方法，其包括：

将扬声器与平板显示器组合，所述扬声器包括换能器及振膜组合件；

与所述换能器一起提供具有增加的横截面纵横比及面积的波导，所述波导进一步具有包括弯曲管段的孔径部分，所述弯曲管段带有具有长比宽的高纵横比轮廓的声音开口；及

配置所述扬声器以围绕显示面板的边缘基本上朝向位于所述显示面板的前面的听者引导由所述换能器产生的声波。

EEE16.根据EEE 15所述的方法，其中所述扬声器设置于壳体中，所述壳体可附接到所述平板显示器的后表面或可集成于所述平板显示器内以变成形成于所述平板显示面板的内部容积内的结构，且进一步其中所述平板显示器与由位于所述显示面板的前面大约两到五英尺的用户观看的台式计算机一起使用，且其中所述平板显示器不超过半英寸宽。

EEE17.根据EEE 15所述方法，其进一步包括在所述壳体中提供谐振器以最小化所述波导中的谐振，其中所述谐振器包括亥姆霍兹谐振器或四分之一波谐振器中的一者。

EEE18.根据EEE 15到17中任何者所述的方法，其进一步包括在所述波导内形成多个通道，所述多个通道在所述换能器依向外发射配置附接到所述平板显示器时基本上垂直于所述平板显示器的前表面围绕所述平板显示器的所述边缘引导所述声波。

EEE19.根据EEE 18所述的方法，其中所述波导包含沿垂直于所述振膜的纵向轴线的轴线横向排列的第一组鳍片，所述第一组鳍片中的每一鳍片具有对应于所述波导的增加的横截面纵横比的第一曲率。

EEE20.根据EEE 19所述的方法，其中所述波导包含平行于所述换能器的所述纵向轴线纵向排列的第二组鳍片，所述第二组鳍片中的每一鳍片具有对应于所述孔径弯曲管段的倾斜角的第二曲率。

Claims (15)

1.一种扬声器，其包括：

换能器；

波导，其附接到所述换能器，且具有增加的横截面纵横比及增加的横截面面积，所述横截面纵横比及横截面面积两者随着所述波导远离所述换能器延伸而增加；及

孔径部分，其与所述波导一起形成，其中所述孔径部分包括经配置以围绕容纳所述扬声器的显示面板的边缘且基本上直接向位于所述显示面板的前面的听者引导声波的弯曲段；

其中所述波导包含控制离开所述波导且围绕所述显示面板的所述边缘的声波的方向性的鳍片，且其中所述鳍片在所述波导内形成多个通道，所述通道经配置以在所述换能器依向外发射配置附接到所述显示面板时基本上垂直于所述显示面板的前表面围绕所述显示面板的所述边缘引导所述声波，且由所述鳍片形成的所述多个通道内的最大壁间尺寸由c/f_max/4定义，其中c是声速且f_max是频率范围的上限，在所述频率范围内，所述扬声器具有平坦频率响应。

2.根据权利要求1所述的扬声器，其中所述孔径突出超过所述显示面板的所述边缘，且具有大于所述换能器的纵横比的纵横比，其中所述纵横比是对象的长度相对于其宽度的关系。

3.根据权利要求1或2中任一权利要求所述的扬声器，其进一步包括所述换能器中的用于最小化所述波导中的谐振的谐振器，其中所述谐振器包括亥姆霍兹谐振器或四分之一波谐振器中的一者。

4.根据权利要求1到3中任一权利要求所述的扬声器，其中所述鳍片具有随着所述波导远离所述换能器延伸而增加的厚度。

5.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的扬声器，其中所述鳍片包括鳍片阵列，所述鳍片阵列包含沿垂直于所述换能器的纵向轴线的轴线横向排列的第一组鳍片，各自具有对应于所述波导的所述增加的横截面纵横比的第一曲率。

6.根据权利要求5所述的扬声器，其中所述鳍片阵列包括平行于所述换能器的所述纵向轴线纵向排列且具有对应于所述孔径弯曲段的倾斜角的第二曲率的第二组鳍片。

7.根据权利要求1到6中任一权利要求所述的扬声器，其进一步包括包围所述换能器及所述波导的至少部分的壳体。

8.根据权利要求7所述的扬声器，其中所述壳体经配置以安装于所述显示面板的外壳中以集成于所述显示面板的内部容积内，其中所述孔径突出超过所述显示面板的所述边缘。

9.根据权利要求7或8所述的扬声器，其中所述壳体经配置以安装到所述显示面板的后表面上以形成外部扬声器，其中所述孔径突出超过所述显示面板的所述边缘。

10.根据权利要求7到9中任一权利要求所述的扬声器，其中所述边缘包括所述显示面板的顶部边缘，及/或其中所述显示面板包括用于与由位于所述显示面板前面大约两到五英尺的用户观看的台式计算机一起使用的显示屏，及/或其中所述壳体不超过半英寸宽。

11.一种方法，其包括：

将具有换能器的扬声器与显示面板组合；

与所述换能器一起提供具有增加的横截面纵横比及增加的横截面面积的波导，所述横截面纵横比及横截面面积两者随着所述波导远离所述换能器延伸而增加；

提供与所述波导一起形成的孔径部分，其中所述孔径部分包括经配置以围绕所述显示面板的边缘且基本上直接向位于所述显示面板的前面的听者引导声波的弯曲段；及

在所述波导内形成多个鳍片，所述鳍片形成多个通道，所述通道在所述换能器依向外发射配置附接到所述显示面板时基本上垂直于所述显示面板的前表面围绕所述显示面板的所述边缘引导所述声波，其中由所述鳍片形成的所述多个通道内的最大壁间尺寸由c/f_max/4定义，其中c是声速且f_max是频率范围的上限，在所述频率范围内，所述扬声器具有平坦频率响应。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述扬声器设置于能附接到所述显示面板的后表面或能集成于所述显示面板内以变成形成于所述显示面板的内部容积内的结构的壳体中，及/或其中所述显示面板与由位于所述显示面板前面大约两到五英尺的用户观看的台式计算机一起使用，及/或其中所述显示面板不超过半英寸宽。

13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括在所述壳体中提供谐振器以最小化所述波导中的谐振，其中所述谐振器包括亥姆霍兹谐振器或四分之一波谐振器中的一者。

14.根据权利要求11到13中任一权利要求所述的方法，其进一步包括模拟零鳍片配置中以预定频率沿所述波导移动的压力波阵面的形状，且其中形成鳍片包括形成所述鳍片的标称上垂直于沿所述波导的长度的所述模拟波阵面的壁。

15.根据权利要求11到14中任一权利要求所述的方法，其中所述波导包括：

第一组鳍片，其沿垂直于所述换能器的纵向轴线的轴线横向排列，所述第一组鳍片中的每一鳍片具有对应于所述波导的增加的横截面纵横比的第一曲率；及

第二组鳍片，其平行于所述换能器的所述纵向轴线纵向排列，所述第二组鳍片中的每一鳍片具有对应于所述孔径弯曲段的倾斜角的第二曲率。