CN1201181A - 薄膜视频监视器装置中使用的薄膜扬声器 - Google Patents

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Abstract

有薄膜视频显示屏和相邻加强板的薄膜视频监视器装置中的扬声器系统。加强板通常由蜂窝状铝板或聚碳酸酯板等材料构成,其一边有多个压电式扬声器变换器。其它可用材料包括镁壳或ABS塑料。规定扬声器须有第一和第二声道,以适当反映立体声左右声道。监视器与加强板间设有电磁干扰(EMI)屏蔽件。还有一传输线将第一和第二变换器连成能按对两变换器规定的传输线距离在变换器间有频率重叠。不涉及频率重叠时两扬声器间传输线可有相同距离。加强板用于增加工作时较低频率中的动能。

Description

薄膜视频监视器装置中使用的薄膜扬声器
本发明总的说来涉及计算机系统中使用的声频系统，具体说，涉及便携式计算机中使用的一种声频系统，更具体说，本发明还涉及一种采用压电变换器来提高形状系数有限的便携式膝上型计算机中的声频保真度从而优化声频音响的声频系统。
目前，膝上型计算机系统已应用到多媒体计算机。这些多媒体计算系统一般都具有彩色LCD(液晶显示)显示屏、CD ROM(只读光盘存储器)驱动器和声频场声系统。在多媒体综合系统应用到膝上型计算机之前，大多数膝上型计算机只有动态范围极其有限的单一声源或声频输出装置。此外，大多数膝上型计算机中通常都没有能重现全真高保真度音响的声卡。随着多媒体系统的出现，这些经改进的声卡系统加入到膝上型计算机中，而且增加了高保真度立体声。
遗憾的是，膝上型计算机的形状系数有限，一般笔记本或单张纸的大小大致相当于8 1/2×11英寸的尺寸，从而使可供增设扬声器的表面积或空间有限。目前，LCD显示屏的大小仍然可以容许在膝上型计算机的监视器屏面两角上装两个小扬声器。随着LCD技术使监视器体积的扩大化，监视器本身完全占满了监视显示器内屏的整个表面，从而使面对用户的屏面上没有可装扬声器的位置。此外，扬声器在大多数膝上型计算机中的位置无论在频率响应和动态范围的优化或在音响的特殊分布方面都不理想。各扬声器安置得较近，彼此在监视器显示盖四角的间距都在1英尺以内。
解决上述问题的一种方法是更换一般场声器中使用的动膜片扬声器元件以构成压电式扬声器。
压电式扬声器一般是聚合物薄片(PVDF)或陶瓷盘，实质上可装在任何地方，不象一般膜片式扬声器那样必须给磁铁和声道必要的移动留出一定的位置。此外，由于压电式扬声器薄，因而膝上型计算机上部的形状系数就可基本上给显示屏本身专用，而压电式扬声器可以隐蔽装设。
遗憾的是，即使膝上型计算机中采用了压电式扬声器也还有其它本来就存在的问题。这些问题包括压电式扬声器的失真和缺乏高保真度的问题。一般说来，压电式扬声器频率响应的低频端因漂移上的限制而受到限制，但用来达到高频端频率响应却是最合适不过。目前，膝上型计算机中采用压电式扬声器仍然存在的问题是低频端的频率效应和膝上型计算机盖的声学性能问题。因此，需要通过提高压电式扬声器的性能或另行设计既与膝上型计算机盖中扩大了的屏面相适应又能在多媒体环境中提供音色全面而丰富的音响的扬声器，以改进计算机中的高保真度音响系统。
本发明公开了薄膜视频监视器装置中使用的一种扬声器系统。该视频监视器装置包括一个薄膜视频显示屏和一个毗邻薄膜视频显示屏配置的加强板。此外，加强板的一边附有多个压电式扬声器变换器。加强板一般由诸如蜂窝形铝板或聚碳酸酯板之类的材料构成。其它可用作加强板的材料还有薄镁板或ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物)塑料。这里规定各扬声器必须配备有第一声道和第二声道，由这些声道可确定适当立体声分布的左右声道。视频监视器与加强板之间设有一个电磁干扰(EMI)屏蔽件。此外，还配置了一条传输线，将第一压电式变换器与第二压电式变换器连接成使两变换器之间能根据给第一压电式变换器和给第二压电式变换器规定的传输线距离在频率上出现重叠。此外，传输线与两扬声器的距离在频率是否重叠无关重要的场合可以相同。设加强板的目的是增加工作过程中较低频率中的动能。
在另一个实施例中，薄膜扬声器装置是为膝上型计算机中使用而设计的。在任何情况下，薄膜扬声器都可包括多个音响补偿器，每个压电式变换器都可附上一个音响补偿器。音响补偿器可以在音响重播时起优化各变换器的作用。另外，还可设一个延时器，以按设计者需要加强频率重叠和其他音响变换。
图1示出了本发明装有音响扬声器系统的膝上型计算机。
图2绘出了图1膝上型计算机上盖的展开图。
图3绘出了两个扬声器用不同长度的传输线连接从而使频率重叠的曲线。
图4绘出了本发明音响系统的多声道实施例。
图5绘出了音响系统中采用延时元件和优化音响的音响补偿器的方框图。
图6绘出了图2计算机上壳中采用的蜂窝形铝板支承件的剖视图。
图7绘出了各扬声器在计算机支承件上的布局。
图8绘出了扬声器安置在例如台灯支架上的另一个实施例。
图1示出了本发明的多媒体膝上型计算机10。膝上型计算机10是多媒体型计算机，具有监视器显示屏12、键盘14、指示器件16、盘存储装置18和声频扬声器20。盘存储装置18可包括各种类型的盘存储器件，例如软磁盘驱动器、硬磁盘驱动器或只读光盘存储器(CD-ROM)驱动器，或本技术领域的行家们一般周知的其它类型可写或可擦存储器。键盘14和指示器件16一样，供用户输入数据用。此外，视频监视器显示屏12是基本上占满膝上型计算机10上盖22的那种显示屏。键盘14、指示器件16和存储装置通常放在计算机10的下壳24中。
计算机10内还有其它各种运作装置。这些装置包括中央处理机，例如那些通常由象奔腾芯片或也出现在膝上型计算机的IBM高效个人计算机芯片之类的个人计算微处理机的英特儿系列提供的中央处理机。此外，还装有快速和反应与CPU有同样操作速度的短暂存储器，按一般的上述硬磁盘驱动器18的大容量存储单元那样装设。计算机中还装有其它控制元件和外围设备，膝上型计算机的基本结构基本上与本技术领域行家们周知的差别不大。这些元件和外围设备放在下壳24中。
图2详细示出了装在膝上型计算机10上壳22中的声频输出系统。声频输出系统包括多个图中画出的压电式扬声器。图2示出了上壳24的展开图，上壳24同时作为膝上型计算机10的盖，配置得使各压电式扬声器理想地安置成使其形状系数与计算机10不断在扩大的监视器显示屏12相适应。各扬声器20安置得使音响在工作过程中可以从膝上型操作装置分布开来。这是因为在起作用状态下，膝上型计算机盖要打开供用户观测显示屏12的缘故。在这种状态下，膝上型计算机的上部不面向用户，从而使各扬声器可以将音响偏离用户引导出去。这时，在音响偏离用户的情况下可以提高音响在空间的映象作用，然后从用户四周围的墙壁或侬俱或两者反射回来。此外，在播放音响时，背向用户外伸的各扬声器理想的情况应在播放过程中面向听众。
虽然图中所示是将各扬声器安置在LCD屏面背后，但不言而喻，各压电式扬声器除装在监视器外壳外也可以装在其它地方。举例说，压电式扬声器可以装在LCD屏面本身或在下壳的搁掌架上。此外，膝上型计算机还可以附加一些翼板，供装设压电式扬声器用，且翼板薄得足以轻易运送，由用户装设和操作。
扬声器20装在搁掌支架中时，如图7所示，音响几乎是畅通无阻地通过用户的两只手传播出去。扬声器20装在搁掌架中是非强制性的，但却具有意外的好处：音响通过用户双手传播，在音量的失真或变小方面比膜片式扬声器小得多。
扬声器装在上壳22背后时，实际上可以设计成在制造盖本身时一次性制取。此外，从通常装在膝上型计算机10的一般位于键盘部分下面主机电路板上的声频输出源引出的引线是与敷设在板内的软电缆连接的。
传输线26是为提高压电式扬声器20音色丰富和声响应而设的。图2中所示的传输线使膝上型计算机10上壳22背面的压电式扬声器20可以装在监视器屏面前面。这种传输线形成监视器屏面中的薄形状态系数适用的简单单面传输路线的迷宫。由于监视器屏面可利用的厚度不大，因而随着界面面积的减小，这种传输线是最适合不过的。传输线可以调谐到有相同的频差，这取决于制造厂家或最终用户的要求。
传输线的用处是可以使一对扬声器占用一般因欠缺原本可以有的漂移而失去特定频率的频率响应范围。之所以如此是因为传输线被调节得使两扬声器之间一个长度与另一个长度的比值取得使两场声器之间的频率响应充满各间隙而重叠。这方面如图3A中的曲线所示。图3A中，输入信号在某频率范围内是扭曲的，以便占满图3B中所示的间隙和响应范围，在图3B的情况下，可采用另外的滤波器来截除声波在可使用状态下实际上不能扭曲的任何部分。现在，在两扬声器通过传输线连接的情况下，声映像扩大了，而这如果不采用传输线是不可能做到的。
此外，杜比实验室研制出叫做AC3的经改进的音响处理电路，这种电路用来合成5个声道的前序音响。在这种AC3系统中，可以采用5个分立的声道，这使视频系统设计人员能将音向系统细调到使音响的重叠或抵消能优化系统用户实际听到和享受的音响。举例说，图4中画出的一个实施例包括第一或左声道52、第二或右声道54和中间声道或第三声道56。此外，还可以通过采用两个分立的声道配置低频声道58，各低频声道驱动低音扬声器60中的同一个低频响应频率。可以看到，这个实施例中采用5个分立的声道。系统的声道可以少到只有一个声道，但理想的情况是应至少有三个声道，一个供左信号用，一个供右信号用，一个供低频响应用。此外，设计人员可以根据系统的需要采用其它声道布局。
各声道调节得使极坐标声图形达到最佳的布局，这可采用多个压电式变换器。在此实例中，各左声道、中间声道和右声道都有三个分立的压电式扬声器。所有这些扬声器放在膝上型计算机监视器屏面后面。此外，各声道还配有一个专用的音响补偿器(EQ)62，如图5中所示。一般都配有延时器(T)64和音响补偿器62，从图5的方框图中可以看到这两个器件。图5中，下右声道可以进行音响补偿然后延时，接着下左声道也可以进行音响补偿和延时，然后输出到其各种不同的扬声器装置或压电式变换器上。此外，中间扬声器56和左右低音扬声器一样也进行音响补偿连同延时。
此外，压电式扬声器都是定制和优化到使其达到所要求的声映像，而一旦达到所要求的声映像时，技术行家是完全可以满足这个最优化的要求的。
图2的监视器上壳22还有一个蜂窝状铝支架70，如图6中的局部透视图所示，其作用有二：首先是增强装有LCD监视器的塑料壳，其次是通过降低自然频率响应(fo)提高音响重放的质量，从而提高Nrad效率并优化从压电式扬声器至上壳22的效率。支架70的厚度在0.125英寸至0.250英寸之间。监视器上壳22中还配有电磁干扰(EMI)屏蔽件72，可在扬声器20与LCD监视器屏面18之间移动。此外，还配有塑料外壳74，将整个装置直到上壳22都罩住。
有了蜂窝状铝支架70，压电式扬声器20就可以装在支架70的任一边，在某些实施例中可以彼此对置地装在支架70的两边。其它类型的支架70可以用聚碳酸酯或ABS塑料或甚至镁板制取。
这之后，压电式变换器20也可以调谐到不同时协调状态，以提高聚束作用从而进一步分离声道。其次，根据LCD/屏面空气隙检验边界条件，然后适当加以抑制和加强。接着，再检查边界条件以确定各屏面附着点是否引起了不希望有的作用，以便进一步抑制和消解反作用力从而优化空间音响和音量的质量。这是通过用机械方法缓冲加强板支架70或改变各驱动器之间的相对协调情况进行的。此外，优化较低频率的模态能，方法是维持模态密度和采用加强支架70来提高辐射效率。
虽然上面是就传输线在膝上型计算机中的应用进行说明的，但如此举例说明的传输线系统也同样适用于在薄形状系数(即缺乏深度)下采用压电式扬声器变换器的理想场合。这适用于设计出简单的LCD监视器供桌面式计算机用的不适宜将笨重的扬声器安置在桌面式计算机本身上的场合。这种扬声器设计可以用到这种LCD桌面监视器上，而且当将其设计成配合与LCD监视器一起使用的特定监视器外壳时也能达到同样的音响质量。这样做保持了原本安置各扬声器所需用的桌面式计算机的宝贵空间。
此外，具有任何一般与用户有关的可利用表面(例如图8中所示的台灯支架)时，压电式扬声器可以装在音响支架的上表面上，使音响朝用户播出或背向扁平表面以扩大音响的播放效果。
这里就一种新型的供形状系数有限的环境(例如膝上型计算机)使用的、采用多声道、传输线和传统调谐的音响系统进行了说明。上面对本发明的说明仅仅是举例而已，在不脱离本发明精神实质前提下是可以对其大小、形状、材料、部件、电路元件配线和触点以及所举设计细节、结构和操作方法进行种种修改的。

Claims (27)

1.一种薄膜视频监视器装置，包括：
一个薄膜视频显示屏；
一块加强板，与所述薄膜视频显示屏毗邻配置；
多个压电式变换器，附在所述加强板的至少第一边上。
2.如权利要求1所述的薄膜视频监视器装置，其特征在于，所述加强板由蜂窝状铝板构成。
3.如权利要求1所述的薄膜视频监视器装置，其特征在于，所述加强板由聚碳酸酯板构成。
4.如权利要求1所述的薄膜视频监视器装置，其特征在于，所述多个压电式变换器有至少第一声道和第二声道，分别对应于第一压电式变换器和第二压电式变换器。
5.如权利要求1所述的薄膜视频监视器装置，其特征在于，它还包括一个电磁干扰(EMI)屏蔽件，靠近所述薄膜视频显示屏的后部和所述加强板配置。
6.如权利要求1所述的薄膜视频监视器装置，其特征在于，它还包括一条传输线，供连接从所述多个压电式变换器中选取的第一压电式变换器和第二压电式变换器，连接成使所述第一压电式变换器具有第一距离，使所述第二压电式变换器具有第二距离，且使所述两压电式变换器之间的频率重叠，所述第一和第二压电式变换器基本上相同。
7.如权利要求1所述的薄膜视频监视器装置，其特征在于，在所述薄膜视频显示屏与所述加强板之间还有一个空气间隙。
8.如权利要求1所述的薄膜视频监视器装置，其特征在于，所述多个压电式变换器还包括一个低频声道扬声器变换器，装在所述加强板上供维持所述较低频率的模态能。
9.如权利要求1所述的薄膜视频监视器装置，其特征在于，所述加强板包括一块蜂窝状铝板。
10.一种薄膜扬声器装置，包括：
一个薄膜视频显示屏；
一个加强板，与所述薄膜视频显示屏毗邻配置；
多个压电式变换器，附在所述加强板的至少第一边上；和
多个音响补偿器，各耦合到所述多个压电式变换器相应的一个上。
11.如权利要求10所述的薄膜扬声器装置，其特征在于，还包括一个延时器，耦合到所述多个音响补偿器之一上。
12.如权利要求10所述的薄膜扬声器装置，其特征在于，所述加强板由蜂窝状铝板构成。
13.如权利要求10所述的薄膜扬声器装置，其特征在于，所述加强板由聚碳酸酯板构成。
14.如权利要求10所述的薄膜扬声器装置，其特征在于，所述多个压电式变换器具有至少第一声道和第二声道，分别对应于第一压电式变换器和第二压电式变换器。
15.如权利要求10所述的薄膜扬声器装置，其特征在于，还包括一个电磁干扰(EMI)屏蔽件，靠近所述薄膜视频显示屏的后面部分和所述加强板配置。
16.如权利要求10所述的薄膜扬声器装置，其特征在于，还包括一个传输线，供连接从所述多个压电式变换器中选取的第一压电式变换器和第二压电式变换器，连接成使所述第一压电式变换器具有第一距离，使所述第二压电式变换器具有第二距离，且使所述两压电式变换器之间的频率重叠，所述第一和第二压电式变换器基本上相同。
17.如权利要求10所述的薄膜扬声器装置，其特征在于，在所述薄膜视频显示屏与所述加强板之间还有一个空气间隙。
18.如权利要求10所述的薄膜扬声器装置，其特征在于，所述薄膜视频显示器耦合到一个便携式计算机装置上，从而形成一个便携式计算机。
19.如权利要求10所述的薄膜扬声器装置，其特征在于，所述加强板由蜂窝状铝板构成。
20.形状系数受限制的计算机部件中使用的一种声频扬声器系统，包括：
第一压电式扬声器变换器，装在所述计算机部件的第一位置；
第二压电式扬声器变换器，装在所述计算机部件的第二位置；
第一和第二音向补偿器，分别耦合到所述第一和第二扬声器变换器上；
一条传输线，供将所述第一压电式扬声器变换器连接到所述第二压电式扬声器变换器，且所述第一压电式扬声器变换器的第一距离和所述第二压电式扬声器变换器的第二距离使所述第一和第二压电式扬声器变换器之间的频率重叠。
21.如权利要求20所述的膝上型计算机，包括：
第一声道，对应于所述第一压电式扬声器变换器；和
第二声道，对应于所述第二压电式扬声器变换器。
22.如权利要求20所述的膝上型计算机，其特征在于，所述传输线还有一个音响室，沿所述第二壳体的第一边缘配置。
23.如权利要求21所述的膝上型计算机，其特征在于，所述第一声道对应于左声道，所述第二声道对应于右声道，用以将从所述第一压电式扬声器变换器和所述第二压电式扬声器变换器发出的所述音响以立体声映像的形式发出去。
24.如权利要求20所述的膝上型计算机，其特征在于，所述声频扬声器系统包括多达5个分立的声道，且与A-3音响处理系统相适应。
25.如权利要求20所述的膝上型计算机，其特征在于，所述声频扬声器系统保证所述扬声器变换器安装成使其在所述第二壳体垂直取向时将声压从用户处引开，从而便于所述用户观测所述视频监视器。
26.如权利要求20所述的膝上型计算机，其特征在于，所述传输线为单面迷宫。
27.如权利要求20所述的膝上型计算机，其特征在于，还包括一个延时器，耦合到所述多个音响补偿器之一上。
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