CN1194085A

CN1194085A - 具有面板型声辐射元件的扬声器

Info

Publication number: CN1194085A
Application number: CN96196547A
Authority: CN
Inventors: 亨利·阿兹玛; 马丁·科洛姆斯; 尼尔·哈里斯
Original assignee: New Transducers Ltd
Current assignee: NVF Tech Ltd
Priority date: 1995-09-02
Filing date: 1996-09-02
Publication date: 1998-09-23
Also published as: JPH11512255A; EA199800246A1; TR199800361T1; HUP9900168A3; WO1997009845A2; SK26398A3; WO1997009845A3; HK1008644A1; ES2131957T3; DE69602279T2; CA2230161A1; AU6881496A; HUP9900168A2; IL123487A; BR9610466A; EP0847664A2; PL325211A1; EP0847664B1; DE69602279D1; ATE179563T1

Abstract

一种面板型扬面器(81),包括:具有外缘的谐振分布式声辐射器;安装在该辐射器上的换能器(9),以在该辐射器中激励分布式谐振;和支撑该辐射器的框架(1),该换能器耦接于该辐射器和该框架之间,以振动该面板而使其谐振,从而产生声输出,其特征在于该框架采用耦接于该框架和该辐射器外缘之间的弹性悬挂装置来围绕其外缘支撑该辐射器。

Description

具有面板型声辐射元件的扬声器

技术领域

本发明涉及扬声器，尤其涉及具有面板型声辐射元件的扬声器。

技术背景

已知在GB-A-2262861中提出了一种面板型扬声器，该扬声器包括：

谐振多模式辐射器元件，它是一种由带有横向蜂窝结构的芯子分开的两个表层材料形成的一体化夹层板，其中该面板在所有方位上的抗弯刚度(B)与每单位表面积(μ)上面板质量的立方幂之比至少为10；

固定装置，它以自由无阻尼方式支撑该面板或将其粘贴到一支撑体；和

与该面板耦接的机电传动装置，用于响应于在扬声器的工作频带中的电输入来激励辐射器面板中的多模式谐振。

发明公开

本发明的各实施例中所采用的组件的特征、结构和配置可通常和/或特别通过实施与本发明同日一起提出的PCT专利申请(我方案号为P.5711)的内容而获得。因此这些组件：具有通过有效区域内的偏转波而保持和传播输入振动能量的能力，该工作区域厚度的横向伸展经常但不是必须到各组件的边缘；被配置成具有或不具有抗弯刚度的各向异性，以使谐振式振动元件分布于所述区域，从而有益于与周围空气进行声耦合；和在所述区域内具有用于换能器装置(尤其是其可操作有源或移动部分)的预定优选位置或地点，该换能器装置与所述区域内的声振动活动和相应于这种振动活动的声音成份信号密切相关，该信号通常为电信号。对这些组件的使用在与本发明同日提出的国际专利申请(我方案号为P.5711)中公开，这些组件：或者是在例如用于混响或用于声滤波或用于声学“发声(Voicing)”于一空间或场所内的无换能器装置的“无源”声学设备中，或者是在具有换能器装置的“有源”声学设备中，例如在声源或扬声器被提供有将被转换成所述声音的输入信号时的相当宽的范围内，或者在例如麦克风被暴露于将被转换成其它信号的声音时。

本发明尤其涉及扬声器形式的有源声学设备。

这里，如上所述的各组件称为分布式声辐射器，并将在上述PCT专利申请和/或另外在此特别提供的说明中给出其特征。

本发明是面板型扬声器，它包括：具有外缘的谐振分布式声辐射器；安装在该辐射器上的换能器，以在该辐射器中激励分布式谐振；和支撑该辐射器的框架，该换能器耦接于该辐射器和该框架之间，以振动该面板而使其谐振，从而产生声输出，其特征在于该框架采用耦接于该框架和该辐射器外缘之间的弹性悬挂装置来支撑该辐射器的外缘。该框架可具有包裹该辐射器面板的部分。该弹性悬挂部分可采用弹性材料制成，采用该材料也可使该辐射器进行活塞式运动。

最好，采用该换能器既引起辐射器谐振，又活塞式地移动该辐射器。

该框架可包括：具有与地固定部分的地板支架；从该与地固定部分伸展的基本直立部分；和从该直立部分伸展的多个臂，这些臂的末端承载弹性悬挂部分。

该辐射器可以是矩形，而且这些臂可伸展至靠近该辐射器的边角。

该换能器可安装在或相邻于该框架的直立部分。该换能器可安装在从该直立部分凸出的凸块上。可设置一对平衡换能器。

该辐射器可包括轻重量芯子，该芯子将一对高模数轻重量表层隔开。

附图简述

附图中以示例形式图示说明了本发明，附图中：

图1是表示上面所述并在我们的与本发明同日提出的国际专利申请(我方案号P.5711)中所公开的分布式扬声器的示意图；

图2是图1中沿A-A线的部分剖面图；

图2b是图2a中所示那种分布式辐射器的放大剖面图，并表示出两个可替换结构；

图3a是本发明分布式扬声器的一实施例的前视图；

图3b是图3a的分布式扬声器的侧视图；和

图3c是图3a的扬声器的后视图。

实现本发明的最佳模式

参照附图中的图1，该图示出在我们的与本发明同日提出申请的国际专利申请(我方案号P.5711)中描述和限定的那种面板型扬声器81，该扬声器包括矩形框架1，该框架绕其内缘带有一支撑分布式声辐射面板2的弹性悬挂部分。例如参照我们的与本发明同日提出申请的国际专利申请(我方案号P.5683/4/5)中详细描述的换能器9整体并独立地安装在面板2上的由线度x和y限定的位置上或位置中，该位置的计算如在我们的与本发明同日提出申请的国际专利申请(我方案号P.5711)中描述的那样进行计算，以将偏转波发射到该面板中，以使该面板谐振从而辐射声输出。

换能器9由信号放大器10例如音频放大器来驱动，该放大器用导线28与该换能器相连。类似于常规的锥形扬声器，所需的放大器负荷及功率很一般，当处于室内安装条件下其灵敏度的数量级在86-88dB/瓦特。放大器的负载阻抗大致为6欧姆，使用功率为20-80瓦特。其中该面板芯子和/或表层用金属制成，可用作该换能器的散热器，以消除来自该换能器的电机线圈的热量，从而改善使用功率。

图2a和2b为图1中扬声器81的部分典型剖面图。图2a表示框架1、包裹部分3和面板2由相应的粘接组件20连接在一起。适用于该框架的材料包括轻重量框，例如诸如铝合金的压制金属或塑料的画框。适用的包裹部分材料包括诸如泡沫橡胶或泡沫塑料的弹性材料。适用于组件20的粘接材料包括环氧树脂、丙烯酸和腈基丙烯酸脂等粘合剂。

图2b放大地示出面板2是一种硬质轻重量面板，该面板具有诸如硬质塑料泡沫97(例如交联的聚氯乙烯)的芯子，或者蜂窝基体98，即金属箔、塑料或类似物的蜂房基体，其每个单元横向伸展到该面板的面上，并由对置的表层21例如纸张、卡片、塑料或金属箔或片来密封。尽管该表层采用塑料来制成，但也可采用例如碳、玻璃、Kevlar(聚芳酰胺纤维)(RTM)等纤维以一种熟知方式来加强自身，从而增强它们的模数。

因此，所设想的表层材料和增强物包括：碳、玻璃、Kevlar(聚芳酰胺纤维)(RTM)、Nomex(聚芳酰胺)(RTM)即aramid(芳香胺)等各种层次和编排的纤维；以及纸张、粘合纸层、芯子、三聚氰酰胺、和各种高模数合成塑料薄膜，例如Mylar(聚对苯二甲酸乙二酯薄膜)(RTM)、Kaptan(聚酰亚胺薄膜)(RTM)、聚碳酸脂、酚醛、聚脂或相关塑料、和纤维增强塑料等；及金属片或箔。对液晶聚合物热塑性塑料的维克特拉等级(Vectra grade)的研究表明，它们有助于对超薄表层或更小尺寸的外层，比如说直径达到约30厘米的注模。这种材料本身在注入方向上形成定向晶体结构，该方向是高频能量从驱动点向面板周边良好传播的优选方向。

此外，对这种和其它热塑性塑料的压模允许压模工具带有诸如沟槽或圆环的定位和对准部件，以用于对换能器部分例如电机线圈和磁悬挂部分进行精确定位。此外，采用一些较弱的芯子材料，已计算出局部增加表层的厚度(例如在大至换能器直径的150％的区域或圆环中)是有益的，以增强该区域并有效地将振动能量耦合到该面板。以这种方法，采用较软的泡沫材料将改善高频响应。

所设想的芯层材料包括装配好的蜂窝结构和槽纹，这些蜂窝结构和槽纹为铝合金片或箔、Kevlar(聚芳酰胺纤维)(RTM)、Nomex(聚芳酰胺)(RTM)、平滑或粘着纸、各种合成塑料薄膜以及多孔或泡沫塑料或纸浆材料，甚至为具有合适低密度的气凝胶金属。一些适用的芯层材料在其制造过程中有效地展现出实用的自身表层(self-skinning)，和/或另外在两个表层之间不采用夹层时具有足够的内在刚度。已知有一种高性能的蜂窝状芯子材料以其商品名“Rohacell”著称，该材料适于用作辐射器面板，并且没有表层。在实际中，其目的在于针对特定目标解决总体轻巧性和刚度问题，尤其包括从芯子到表层之间的最佳分布以及它们之间的过渡。

面板的几种优选组成采用金属或金属合金表层，或另外采用一种碳纤维增强物。这两种组成以及采用合金气凝胶或金属蜂窝状芯子的设计将具有相当的射频筛选特性，这在几种EMC(电子测量控制)应用中很重要。传统的面板或锥形扬声器不具有内在的EMC筛选能力。

此外，优选型的压电动态换能器具有可以忽略不计的电磁辐射或漏磁场。除非采用特殊的补偿抵消措施，传统的扬声器具有高至1米距离的大磁场。

在应用中保持筛选显得比较重要的情况下，可将适当的DML面板的传导部分电气连接，或者将导电泡沫或类似界面用作边缘固定。

悬挂部分3阻尼面板2的边缘，以防止该面板过度向边缘移动。此外或可替换地，可采用进一步的阻尼，例如象补丁(patch)一样粘到该面板上所选位置，以抑制过量运动，从而在该面板上均匀地分布谐振。这些补丁采用如通常传统扬声器外壳所用的沥青基材料制成，或可由弹性或刚性聚合物片状料制成。有些材料，主要为纸张或卡片，和一些芯子可具有自阻尼能力。在有必要的情况下，通过采用弹性设置的而不是刚性设置的粘接剂来增加面板结构中的阻尼。

有效的所述可选择阻尼包括对该面板的特殊应用，该面板含有与其永久连接的片状材料装置。对于面板的主要且分散较少的低频振动模式而言，边缘和边角可能是特别重要的。尽管它们的边角通常可以是相对自由的，阻尼装置的边缘固定可有益地使一面板与其所述片状材料完全适合，比如说希望扩展到更低频操作。可采用粘接或自粘接材料来进行粘着。有效阻尼的其它形式，特别是对于更精密的效果和/或中和高频来讲，可通过在所述区域的预定有效中间局域位置上固接适当物质或多种物质的方式来进行。

上述声面板为双向式。来自后部的声能量与来自前部的声能量并非很强地相位相关。因此，这对房间中声功率的整体累积、声能量的均匀频率分布、减弱了的反射和驻波效应非常有益，并且对再现的声唱片中的自然空间和外界的再现方面有极大的优势。

尽管出声面板的辐射大多数为无方向性的，但相位相关信息的百分比随偏轴(off axis)增加。就仿真立体图象的改进而言，位于普通站立的人的高度的扬声器的位置，与图象一样，对适当的偏轴位置有利，从而使位于恰当位置上的听众能得到最佳立体声效果。同样，相对于听众的三角形左/右几何图形提供进一步的角分量。从而可获得良好的立体声。

与传统的扬声器再现相比，对一群听众来讲还有进一步的好处。声面板声辐射的固有分散特性使其音量不服从对距等效点声源距离的负二次方定律。由于随距离降落的声强度远低于由负二次方定律预测的强度，因此，与传统的扬声器相比，对于不位于中心和处于不恰当位置上的听众而言，面板扬声器的强度场提供更逼真的立体声效果。这是因为，偏离中心处的听众不再遇到较靠近的听众所遇到的双重问题：首先是从附近扬声器发出的音量的过分增强，其次是从较远扬声器发出的音量的相应降低。

对于平坦的、轻重量面板型扬声器而言，其优点还在于其外观美丽、具有良好的音质、只需一个换能器、和从每个面板振动膜发出的全部声音范围内没有交叠点。

图3示出通常在图1和2中所示那种安装在地板上的面板型扬声器81，其中轻重量刚性矩形分布式声辐射面板2安装在弹性包裹部分3中，包裹部分3又依次支撑于矩形框架1。

框架1由具有与地固定脚83的地板支架23支撑，与地固定脚83支撑具有四个通常为水平臂85的直立杆84，这些水平臂84的末端86连接到框架1的相应边角87。图7至图12中所示的一对平衡换能器9安装在面板2的一相应端，并且它们的其它端又支撑在杆84的凸块88上，以驱动该面板。

该对换能器9位于面板2的如后述的预定位置上。这样的设置是为了通过使杆84动作而以低频活塞式驱动面板2，该驱动动作是由面板2反作用于沿着臂85的杆84而进行的，其作用与传统扬声器驱动单元的机架相同，并使该面板以高频振动，进而谐振以产生声输出。这样的设置需要悬挂部分3为柔性的，即就象活塞式扬声器锥形驱动器的卷式包裹部分。

工业实用性

本发明的面板型扬声器相对容易制作，而其平坦特性使其相对容易安装。与传统扬声器相比，其具有宽角度声分布。

Claims

1.一种面板型扬声器，包括：具有外缘的谐振分布式声辐射器；安装在所述辐射器上的换能器，以在所述辐射器中激励分布式谐振；和支撑所述辐射器的框架，所述换能器耦接于所述辐射器和所述框架之间，以振动所述面板而使其谐振，从而产生声输出，其特征在于所述框架采用耦接于所述框架和所述辐射器外缘之间的弹性悬挂装置来围绕其外缘支撑所述辐射器。

2.如权利要求1所述的面板型扬声器，其特征在于所述框架具有包裹所述辐射器面板的部分。

3.如权利要求1或2所述的面板型扬声器，其特征在于所述弹性悬挂部分由弹性材料制成。

4.如权利要求1至3中任意一个所述的面板型扬声器，其特征在于采用所述悬挂部分以使所述辐射器还可进行活塞式运动。

5.如权利要求4所述的面板型扬声器，其特征在于所述换能器既用来使所述辐射器谐振又用来活塞式移动所述辐射器。

6.如前述权利要求中任意一个所述的面板型扬声器，其特征在于所述框架包括：具有与地固定部分的地板支架；从所述与地固定部分伸展的基本直立部分；和从所述直立部分伸展的多个臂，其末端承载弹性悬挂部分。

7.如权利要求6所述的面板型扬声器，其特征在于所述辐射器为矩形，并且所述各臂伸展到所述辐射器边角附近。

8.如权利要求6或7所述的面板型扬声器，其特征在于所述换能器安装在或相邻于所述框架的所述直立部分。

9.如权利要求6至8中任意一个所述的面板型扬声器，其特征在于所述换能器安装在从所述直立部分凸出的凸块上。

10如前述权利要求中任意一个所述的面板型扬声器，其特征在于采用一对平衡换能器。

11.如前述权利要求中任意一个所述的面板型扬声器，其特征在于所述辐射器包括轻重量芯子，该芯子将一对高模数轻重量表层隔开。