CN1296719A - 声学设备 - Google Patents

Abstract

本发明的一个方面是一种声学设备,例如扬声嚣,包括:具有相对面的共振多模式声板;一个振动激励器;设置用来向共振板施加弯曲波振动而产生声音输出;空腔限定装置,其封闭一个板面的至少一部分,并安排用来抑制来自该板面的所述部分的声辐射,其中该空腔用来改变板的模态行为。本方面的另一方面是一种改变共振板声学设备的模态行为的方法,包括使共振板紧靠边界表面以在二者之间限定一个共振腔。

Description

说明书 声学设备

本发明涉及声学设备，特别是，但不排除，装有共振多模式板声辐射器的扬声器，例如我们的国际申请W097/09842中描述的那种扬声器。如WO97/09842所描述的扬声器已被称为分布模式(DM)扬声器。

分布模式扬声器(DML)通常与从两侧均等地并以复合扩散方式辐射声能的既薄又轻的板有关。虽然这是DML的有用贡献，但是，存在各种现实世界的情况，根据实际的应用和边界要求，单极形式的DML可能是较好的。

在这些应用场合中，这种产品可能具有又轻又薄且不引人注目的优点。

从国际专利申请WO97/09842已知，在较浅的密封箱中安装多模式共振声辐射器，从而抑制来自辐射器一个面的声辐射。在这方面，应指出，本文中的术语“浅”是相对于在容积足够的壳体中活塞式纸盆扬声器驱动单元的典型比例而言。容积与活塞式振动膜面积的典型比例是80∶1，以ml比cm²表示。与集中空气容积的活塞式驱动关系很小的共振板扬声器的浅壳体可具有20∶1的比例。

根据本发明，声学设备包括共振多模式声共振器或具有相对面的辐射器板和限定包围一个板面的至少一部分并设置成抑制来自该板面的所述部分的声辐射的空腔的装置，其中该空腔用来改变板的模态行为。该空腔可以是密封的。可安排一个振动激励器向共振板施加弯曲波以产生声输出，以使该设备作为扬声器。

该空腔尺寸可以改变板的模态行为。

空腔可以较浅。空腔可以足够浅，使与所述一个板面相邻的内部空腔面和这一板面之间的距离足够小，以产生于该板的流体耦合。空腔中的共振模式可包括平行于该板，即沿该板调制的交叉模式，和与板成直角的垂直模式。该空腔最好足够浅，以使交叉模式(X，Y)比垂直模式(Z)在改变板的模态行为方面更明显。在实施例中，垂直模式的频率可处在感兴趣的频率范围之外。

空腔体积与板面积之比(ml∶cm²)可小于10∶1，比如说在约10∶1至0.2∶1的范围。

板的边缘终端为一般的传统弹性环绕圈。环绕圈可以类似于传统活塞式驱动单元卷起的环绕圈并可包括一个或多个波纹。弹性环绕圈可包括泡沫橡胶带。

另一方面，板的边缘夹在壳体中，例如，象我们在1999年3月30日提交的待审PCT专利申请PCT/GB99/00848中所描述的。

可将该壳体看作包含流体的浅盘，可认为其表面具有波状特性，并且其具体特性取决于流体(空气)和三维或立体箱的几何形状。板与该有效波表面耦合接触放置，板的表面波激励激励流体。相反，流体的固有波特性与板相互作用以改变其特性。这是本领域中具有新声学特性的复杂耦合系统。

通过在壳体中提供反射，例如简单的挡板，和/或在壳体中提供频率选择吸收可在板的模态行为中实现微小变化。

本发明的另一方面是改变共振板扬声器或共振器的模态行为的方法，包括使共振板紧靠边界表面以便在二者之间限定一个共振空腔。

图1是密封箱共振板扬声器第一实施例的截面图；

图2是图1实施例放大比例的详细截面图；

图3是密封箱共振板扬声器第二实施例的截面图；

图4表示两侧上DML自由辐射的极坐标响应曲线；

图5表示自由空间中的声压级(实线)和与壁相距35mm布置的DML的声压级(虚线)之间的比较结果；

图6表示自由空间中DML的声功率(虚线)和在前、后之间的板周围具有挡板的声功率之间的比较结果；

图7表示根据本发明的扬声器；

图8表示DML板系统；

图9表示部件的耦合；

图10表示单板的本征函数；

图11表示在十分之一真空板模式中频率响应的幅度；

图12表示根据本发明实施例的扬声器中相同模式的频率响应的幅度；

图13表示壳体对板速度谱的影响；

图14表示两种模式形状；

图15表示电抗的频率响应；

图16表示板速度测量；

图17表示为该测量建立的麦克风；

图18表示各种板的机械阻抗；

图19表示各种板的功率响应；

图20表示各种板的极坐标响应；

图21表示为在壳体中测量内部压力建立的麦克风；

图22表示内部压力等值线；

图23表示使用图21的阵列测量的内部压力；

图24表示各种板的速度和位移；

图25表示自由和封闭空间中A5板的速度谱；

图26表示自由和封闭空间中另一个A5板的速度谱；

图27表示两个深度的壳体中A2板的功率响应，和

图28表示使用滤波器的均衡情况。

在附图中，特别是参考图1和2，密封箱扬声器1包括箱状壳体2，其前面由WO97/09842中描述的那种共振板形声辐射器5封闭，而构成了空腔13。辐射器5由振动激励器4激励，并且其周边由弹性悬架6密封到壳体上。悬架6包括相对的弹性带7，例如泡沫橡胶，弹性带7安装在相应的L形截面的框架构件9，10中的，框架构件9，10由紧固件11固定在一起以形成框架8。壳体2的背面3的内面形成加固肋12以使背壁的振动最小。壳体可以是装配加固肋的塑料模件或铸件。

该实施例的板可以是A2尺寸，空腔13的深度可以是90mm。

图3的扬声器实施例总的说来与图1和2的相似，但在此处，辐射器5安装在置于辐射器5的边缘和壳体之间的单个弹性带悬架6，例如泡沫橡胶上，以密封空腔。辐射器板的尺寸可以是A5，空腔深度约3或4mm。

可以理解，虽然图1至3的实施例涉及扬声器，但是也可以使用图1至3所示一般种类的设备等效地生成声共振器，以改变空间，例如会议室或音乐厅的声学特性，不过要省略振动激励器4。

它表明，与活塞式扬声器相比，以这种形式配置的板可用相对于膜片尺寸非常小的壳体体积提供非常有用的带宽。检验造成该边界与分布模式作用的相互作用最小的机理，进一步表明，通常，简单的无源均衡网络可能都需要产生平的功率响应。它还以这种表现形式证明，DML可在其工作频率范围向2Pi空间产生近似理想的半球方向性图形。

通过对板和壳体组合的耦合系统的弯曲波方程式求解，给出一种封闭形式的解。得出系统声阻抗函数并用来计算耦合的壳体对本征频率的影响，并预测相关移位以及该板模式的增加。

最后，对改变集中参数和尺寸的许多实例的实验测量数据进行分析，并将该测量结果与来自分析模型的结果比较。

图4表示自由DML的典型极坐标响应曲线。应指出，板的板中压力的降低是由声辐射在边缘或边缘附近的抵消效应造成的。当自由DML接近边界时，特别是与边界表面平行时，对于接近500cm²表面积的板，随着到表面的距离减小到低于约15cm，开始发生声干扰。该效应的严重性和特性随着到边界的距离以及板尺寸改变。尽管如此，该结果总是低频扩展的减小、较低的中频区段的响应峰值和中频段和较低高音音域中的某些偏差，如图5的实例所示。由于这一原因，虽然事实上可很容易补偿峰值，在边界附近应用“自由”DML变得相当受限制。

当DML放置在密封箱或所谓的足够大体积的“无限反射板”(indifinitebaffle)中时，板的后部造成的辐射受到抑制，其前部辐射通常增加其中频和低频响应，得益于两个方面。首先是因为没有在其可与自由板尺寸相比的空气中的声学波长的频率处由前、后辐射造成的干扰效应；其次，得益于因反射和辐射到2Pi空间造成中至低频边界加强，见图6。在此，我们可看到通过0.25m²表面积的板在100Hz实现了几乎20dB的增加。

虽然这在使带宽最大方面是一个明显的优点，它不能体现在实用中，除非该应用适合于该解。适当的应用包括蒙顶瓦管扬声器(ceiling tileloudspeaker)和定做的内壁安装(customin-wall installation)。

在其它各种应用中，利用″无限反射板″结构的好处有明显的优点，而不需要在板后面浪费大量的封闭空气容积。该应用也可得益于整个扬声器的薄且轻。本发明的一个目的是理解这种配置形式和提供分析解。

大量的工作体积支持以各种模式工作的常规活塞式扬声器，特别是当在壳体中使用时预测其低频行为。值得注意的是，分布模式扬声器是最新开发的，因此实际上几乎没有帮助得到类似分析解的现有知识出版物。在下文中，采用了对在包括具有小壳体的负荷的各种机械声学界面条件下开发的DML提供一组有效解的方案。

图7示意性地示出处在分析中的系统。在该实例中，板的前侧向自由空间中辐射，而其另一侧装载有壳体。将该耦合系统作为图8的方框图所示的速度和压力网络处理。部件从左到右分别是机电驱动部分，板的模型系统，和声学系统。

沿振动板的弯曲波场的法向速度决定着其声辐射。该辐射又导致改变板振动的反作用力。在DML从两侧均等地辐射的情况下，作为反作用元素的辐射阻抗与板的机械阻抗相比通常不太明显。然而，当板向小壳体中辐射时，由其后部辐射所产生的声学效果就不小了，事实上，它将改变和增加板的模态规模。

如图9所示，该耦合等同于反作用声压是由板本身的速度所造成的机械声学闭环系统。该压力改变弯曲波场的模型分布，该弯曲波场对板的声压响应和方向性又有影响。

为了计算方向和检验力和在系统中的流量，需要对该板速度求解。然后，通过借助如PANZER，J；HARRIS，N在San Francisco 1998＃4783的第105届AES大会发表的题为“分布模式扬声器辐射模拟”的文章中描述该速度的傅立叶变换可获得该远场声压响应。然后可借助网络分析找出该力和流量。该问题是通过如CREMER，L；HECKL，M；UNGAR，E在SPRINGER1973年发表的″结构传播声″，和BLEVINS，R.D.在Malabar 1984年发表的″自然频率和模式形状公式″(KRIEGER出版)中说明的，利用真空板本征函数(3，4)展开全部系统的速度和压力解决的。例如，可从方程式(1)计算在板上任何点的速度。 $v_{(x,y)}=\underset{i=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_{\mathrm{pi}\left(\mathrm{jw}\right)}\·F_{\mathrm{oi}\left(\mathrm{jw}\right)}\·{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{pi}(x_0,y_0)}\·{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{pi}(x,y)}----\left(1\right)$

该级数表示当耦合到机电集中元件网络以及其最接近的声学边界时，描述板弯曲波方程式(2)的微分方程的一个解。

L_B{v_(x，y)}-μ·ω²·v_(x，y)=jω·p_m(x，y)-jω·p_a(x，y)    (2)

L_B是x和y中四阶的弯曲刚度微分运算符，v是弯曲波速度的法向分量，μ是每单位面积的质量，ω是激励频率。由图7所示的机械驱动压力P_m，和声学反作用声压场p_a扰乱板。

方程式(1)中数列的每一项被称为模型速度，或简称为“模式”。模型分解是一个通用的傅立叶变换，其本征函数φ_pi共享具有与傅立叶变换相关联的正弦和余弦函数的正交特性。φ_pi的正交特性是使微分方程(2)产生适当解的必要条件。从方程式(2)的同源形式，即切断驱动力之后找出该组本征函数和其参数。这种情况下，板仅以其自然频率或所谓的固有频率ω_i振动，以满足边界条件。

在方程式(2)中，φ_pi(x’y)是在观察该速度的位置处第i个板的本征函数值。φ_pi(x0’y0)是向板施加驱动力F_pi(jω)的位置处的本征函数。驱动力包括与在(x0，y0)的驱动致动器相关联的机电部件，例如激励器，悬架等的传递函数。由于驱动力取决于在驱动位置的板速度，在驱动位置(s)就存在着与机电耦合相似的反馈情况，虽然该影响实际上非常小。

图10给出沿DML板的单个本征函数的速度幅度分布的实例。黑线是速度为零的波节线。随着模式下标的增加，速度图形变得更加复杂。对于中等尺寸的板，必须将接近200种模式相加以覆盖音频范围。

模态导纳Y_pi(jω)是这些模式的加权函数，并确定以何幅度和何相位将第i种模式加入到方程式(1)的和中。如方程式(3)所描述的，Y_pi取决于激励频率，板本征值，在本文中最重要的是取决于壳体的声阻抗以及由自由场辐射造成的阻抗。 $Y_{\mathrm{pi}\left(s\right)}=\frac{1}{R_{\mathrm{pi}}}\·\frac{s_p\·d_{\mathrm{pi}}}{s_p^2+s_p\·d_{\mathrm{pi}}+{\mathrm{\γ}}_{\mathrm{piv}}^2}--------\left(3\right)$

s_p=s/ω_p是归一化到基本板频率ω_p的拉普拉斯频率变量，ω_p又取决于板的弯曲刚度K_p和质量M_p，即ω_p ²=K_p/M_p。R_pi是材料损耗造成的模态电阻，并描述在S_p=λ_pi时共振的Y_pi(jω)的值。λ_pi是比例系数，并且是第i个板本征值λ_pi和如方程式(4)描述的总辐射阻抗Z_mai的函数。 ${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{pi}\left(s\right)}=\sqrt{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{pi}}^4+s_p\·Z_{\mathrm{mai}\left(\mathrm{jw}\right)}\·\sqrt{\frac{1}{K_p\·M_p}}}-------\left(4\right)$

在真空情况下(Z_mai=0)，方程式(3)中的第二项变成具有阻尼系数d_pi的二阶的带通传递函数。图11表示当板的十分之一模式在边缘夹紧时真空中Y_pi(jω)的频率响应的幅度。板本征频率与这些曲线的峰值一致。

如果现在将相同的板安装在壳体上，该模式不仅频率偏移，而且改变，如在图12中所看到的。这是板和壳体两种模型的系统之间的相互作用的结果引起的，其中整个系统的模型导纳不再是象真空情况中那样的二阶函数。事实上，可以高阶多项式的形式展开方程式(3)的分母，这将反映出所得到的展开后的特征函数。

图13的频率响应曲线图表示壳体对板速度谱的影响。在相同驱动条件下计算两个频率响应曲线，然而，左手的曲线图表示真空情况，而右手的曲线图表示当板的两侧装配有壳体时的速度。在该实例中使用双壳体以便排除空气的辐射阻抗。观察点在激励器的驱动点。显然，在右图中可看到板本征频率偏移对更高频率的影响，也可在图12中看到。值得注意的是，作为壳体影响的结果，和随后增加的模式数量和密度，获得了描述该速度谱的更均匀分布的曲线。

机械辐射阻抗是辐射引起的反作用力与板速度的比值。对于单一模式，可认为辐射阻抗是板面积上的常数，并且可以利用单一模式的声学辐射功率P_pi表示。因此，可用方程式(5)描述第i种模式的模型辐射阻抗。 $Z_{\mathrm{mai}}=2\·\frac{p_{\mathrm{ai}}}{\⟨v_i{\⟩}^2}---------\left(5\right)$

<ⅵ>是沿与第ⅰ种模式相关联的板上的平均速度。由于将该值平方并因此总是正数和实数，辐射阻抗Z_mai直接关系到一般是复数值的声功率的性质。Pai的实数部分等于辐射的远场功率，该远场功率影响Z_mai的电阻部分，造成板的速度场的阻尼。由耦合系统的储能机制产生的P_pi的虚数部分，生成电抗Z_mai的正或负值。

声质量的出现引起正电抗。该声质量通常例如辐射到自由空间。另一方面，负电抗Z_mai表示出现了具有等效刚度的密封壳体。在物理用语中，“质量”型辐射阻抗是由无压缩的空气运动造成的，而当空气被压缩而未移动时存在“弹簧”型阻抗。

辐射阻抗的虚部的主要影响是板的真空本征频率的偏移。正电抗Z_mai(质量)使板本征频率下偏移，而负电抗(刚度)上偏移该本征频率。在给定频率，板模式本身指出了哪种效果占主导地位。图14的示意图清楚地表明了这一现象，该图示出对称模式形状引起空气压缩，“弹簧”行为，而非对称模式形状左右偏移空气，生成声“质量”特性，通过板与壳体电抗之间的相互作用产生它们分开时在二者中的任何一个系统中不出现的新模式。

图15表示壳体辐射阻抗的虚部的频率响应。左手的曲线图表示“弹性型”电抗，通常由对称板模式产生。直到第一壳体本征频率，该电抗主要为负。处在该频率区内的板的真空本征频率向上偏移。相反，右图表示“质量型”电抗行为，通常由非对称板模式产生。

如果将壳体密封并具有与板表面平行的刚性壁，如我们这里的情况，第i种模式的机械辐射阻抗则是方程式(6)： $Z_{\mathrm{mai}}=-j\&CenterDot;\mathrm{\&omega;}\&CenterDot;{\mathrm{\&rho;}}_a\&CenterDot;\frac{A_0^2}{A_d}\&CenterDot;\underset{k,l}{\mathrm{\&Sigma;}}\frac{{\mathrm{\&Psi;}}_{(i,k,l)}^2}{k_{z(k,l)}\&CenterDot;\tan (k_{z(k,l)}\&CenterDot;L_{\mathrm{dz}})}--\left(6\right)$

Ψ_(i’k’l)是考虑到截面边界条件并与板和壳体本征函数有关的耦合整数。方程式(6)中的下标i是板模式数；L_dz是壳体的深度；k_z是z方向(垂直于板)的模态波数分量。对于刚性矩形壳体，由方程式(7)描述k_z： $k_{z(k,l)}=\sqrt{k_a^2\&lsqb;{\left(\frac{k\&CenterDot;\mathrm{\&pi;}}{L_{\mathrm{dx}}}\right)}^2+{\left(\frac{l\&CenterDot;\mathrm{\&pi;}}{L_{\mathrm{dy}}}\right)}^2\&rsqb;}----\left(7\right)$

下标k和l是x和y方向的壳体交叉模式数，其中L_dx和L_dy是该平面中的壳体尺寸。A₀是板的面积，A_d是壳体在x和y平面中的交叉部分面积。

方程式(6)是一个复杂函数，它详细描述了板模式与壳体模式的相互作用。为理解该公式的特性，让我们通过将该系统仅限制在板的第一模式和壳体的z模式(k=l=0)来将其简化。这将导致下面简化的关系。 $Z_{\mathrm{ma}0}=-j\&CenterDot;Z_a\&CenterDot;\frac{A_0^2}{A_d}\&CenterDot;\cot (k_z\&CenterDot;L_{\mathrm{dz}})---------\left(8\right)$

方程式(8)是熟知的封闭导管(6)的驱动点阻抗。如果乘积k_z·L_dz<<1，则可进一步简化如下。 $Z_{\mathrm{ma}0}=A_0^2\frac{1}{j\&CenterDot;\mathrm{\&omega;}\&CenterDot;C_{\mathrm{ab}}}------\left(9\right)$

其中C_ab=V_b/(ρ_a·c_a ²)是体积为Vb的壳体的声柔度。方程式(9)是壳体的低频集中元件模式。如果声源是带有具有柔度C_ms的悬架的质量为M_ms的刚性活塞，基本“模式”则具有本征值λ_po=1，方程式(4)的耦合系统的比例系数变成如方程式(10)所示的熟知的关系，[1]。 ${\mathrm{\&gamma;}}_{\mathrm{po}}=\sqrt{1+\frac{C_{\mathrm{ms}}}{C_{\mathrm{mb}}}}---------\left(10\right)$

而壳体空气体积的等效柔度C_mb=C_ab/A₀ ²。

进行各种测试以研究浅背壳体对DM扬声器的影响。除了将一般的理解带入壳体中的DML板的行为外，设计该实验以帮助检验该理论模型并建立这些模型在预测DML板和其壳体的耦合模态系统的行为时的准确范围。

选择两种不同尺寸和容积特性的DML板作为我们的测试对象。一方面，决定了这些具有足够不同的尺寸，另一方面，其容积特性具有有有的差别，以按比例覆盖了良好的范围。选择第一组“A”作为具有三种不同容积机械特性的149mm×210mm的A5尺寸的小板。这些是聚碳酸酯蜂窝体上的聚碳酸酯表层A5-1；Rohacell上的A5-2碳纤维；和没有表层的RohacellA5-3。选择组“B”比其大八倍，近似420mm×592mm的A2尺寸。A2-1由聚碳酸酯蜂窝体芯上的玻璃纤维表层构成，而A2-2是铝蜂窝体上的碳纤维表层。表1列出了这些对象的容积特性。由设置在最佳位置的单个电动动圈激励器实现驱动。使用两种类型的激励器，从而适合于测试中的大部分板的尺寸在A2板的情况下，采用Bl=2.3Tm，Re=3.7Ω和Le=60μH的25mm的激励器，而在较小的A5板的情况下，采用Bl=1.0Tm，Re=7.3Ω和Le=36μH的13mm的模型。

                           表1

板	类型	B(Nm)	μ(Kg/m2)	Zm(Ns/m)	尺寸(mm)
						A2-1	PC芯上的玻璃	10.4	0.89	24.3	5×592×420
A2-2	AI芯上的碳	57.6	1.00	60.0	7.2×592×420
						A5-1	PC芯上的PC	1.39	0.64	7.5	2×210×149
A5-2	Rohacell上的碳	3.33	0.65	11.8	2×210×149
						A5-3	Rohacell芯	0.33	0.32	2.7	3×210×149

板由软聚氨酯泡沫进行悬承并安装在具有可调节深度的背壳体上。可对组“A”在16，28，40和53mm上调节壳体深度，可对组“B”板在20，50，95和130mm调节壳体深度。对每种测试情况和验证结果在不同壳体深度进行各种测量。

使用激光测振仪测量板的速度和位移。用1600个点的线性频率标度覆盖感兴趣的频率范围。用图16所示的设置通过计算在驱动点施加的力与板速度的比值来测量板的机械阻抗。 $Z_m=\frac{F}{V}$

在该过程中，从激励器的集中参数信息计算施加的力。虽然板速度本身反馈到机电电路中，其耦合非常弱。可以表示出，对于较小值的激励器Bl，(1-3Tm)，假设驱动放大器输出阻抗较低(恒定电压)，耦合回到机电系统的模态足够弱，使该假设是合理的。因此，可忽略该近似法中产生的小误差。图18a至f示出从激光测振仪测量的板速度和施加的力的测量结果得到的A5-1和A5-2板的机械阻抗。应指出，每种壳体深度的阻抗最小值出现在系统共振模式。

在350立方米的大空间中测量各种板的声压等级和极坐标响应曲线，并根据测量结果使用MLSSA针对无回声响应选通12至14ms。采用图17b所示的9个麦克风阵列系统和图17a所示的设置进行功率测量。图19a至d描绘了各种壳体深度的功率测量结果。由曲线图上的标记突出了系统共振。

针对28mm深度的壳体测量A5-1和A5-2板的极坐标响应曲线并在图20a和b中示出该结果。在与图1中的自由DML的极坐标图比较时，它们验证了背面封闭的DML的方向性改进的明显效果。

为进一步研究该特性和壳体对板行为的影响，特别是在组合的系统共振时，做出一个专用夹具以允许在如图21所示的9个预定点测量壳体的内部压力。麦克风以预定深度插入A5壳体夹具的背面壁板上设置的孔中，同时用硬橡胶护孔环紧密地阻塞其它八个位置的孔。在测量期间，用适当的橡胶护孔环使麦克风与壳体机械隔离。

从该数据生成等值曲线以表示在系统共振时，该频率任何一侧的压力分布，如图22a至c所示。还对九个位置描绘了压力频率响应，如图23所示。该曲线图在与壳体内的测量点相关联的所有曲线的共振区中呈现了良好的分辨力(definition)。然而，该压力趋于随着频率的增加沿壳体截面区而改变。

用扫描激光测振仪测量沿该板的速度和位移的法向分量。描绘速度和位移沿板的分布，以试验板在耦合的系统共振周围的行为。这些结果得到了证明并在图24a至d中示出多种情况。这些结果建议了随着板整体的移动该板在共振处的定音(timpanic)模态行为，尽管随着向板边缘移动，速度和位移更小。

实际上，虽然模式形状根据一个复杂的参数组，包括板刚度、质量、尺寸和边界条件从一种情况到另一种情况而改变，这种行为对板的所有边界条件是一致的。在该限度中并且对于无限刚性的板，该系统共振被看做是影响到壳体空气体积的刚度的活塞的基本刚性壳体模式。将DML系统共振称为“整体模式”或WBM很方便。

已经用New Transducer有限公司的一套软件中实现了耦合系统的全部理论推导。在本文中用该程序包的一个版本模拟我们的测试对象的机声特性。该程序包考虑了与板、激励器和具有框架或壳体的机械声学界面相关的所有电、机械和声学变量，并预测其它参数中的远场声压、整个系统的功率和方向性。

图25a示出夹在框架中的A5-1板在自由空间中从两侧均等辐射的自由辐射的对数速度谱。实线表示模拟曲线，虚线是测量速度谱。在低频，板与激励器共振。1000Hz以上的频率范围中的差异是因模拟模式中没有自由场辐射阻抗造成的。

图25b示出与图25a相同的板，但此时装配有两个相同的壳体，在板的每侧上有一个壳体，与该板具有相同截面，深度为24mm。设计并使用双壳体以便在板的一侧上排除自由场的辐射阻抗，并使该试验与自由场辐射阻抗无关。应指出，该实验装置仅用于理论验证。

为了能对板进行速度测量，用透明材料制成两个壳体的背壁以便允许激光束进入板表面。使用没有表层，具有不同容积特性的板A5-3 Rohacell重复该测试，其结果在图26a和b中示出。在两种情况下，使用200点对数量程进行模拟，而激光测量使用1600点线性量程。

从上面的理论和工作清楚地得出：装配到DML的小壳体带来了许多益处，但有一个缺陷。它表现为在系统共振处由WBM引起的过多的功率，如图27a和b所示。值得注意的是，除了该峰值，在所有其它方面，封闭的DML可提供包括增加功率带宽在内的明显改善的性能。

已发现在大多数情况下，可设计与共振峰值均衡的简单的二阶带阻均衡网络，该网络具有适当的Q，与功率共振峰值的Q匹配。此外，在某些情况下，单极高通滤波器经常通过摆动该LF区来对其进行调节，以提供一个大致平坦的功率共振。由于DML板的特有特性和其电阻性的电阻抗共振，滤波器为有源或无源，其设计非常简单。图28a示出带有带阻无源滤波器进行均衡的情况。在图28b和c中可看到其它实例，示出了具有与扬声器串联使用的电容的单极EQ。

当在壁附近并与之平行使用自由DML时，必须特别注意确保与壁的相互作用最小，这是由于其特有的复杂双极特征。该相互作用是到边界的距离的函数，因此不能一般化地固定。板的全反射在扩展系统的低频共振方面具有明显优点，但这在大量应用的情况下可能不是一个实用的建议。

与DML一起使用的非常小的壳体会使其与周围的环境无关，并使该系统可预测其声学性能。导出的数学模型证明了耦合系统中DML的复杂程度。这在DML的预测和设计以及常规活塞式辐射器的预测和设计之间产生一个鲜明的对照。虽然可以通过相对简单的计算(甚至手器)，就可以找出箱内纸盆(cone-in-box)的机械声学性能，但是，与DML及其壳体相关的机械声学性能却是一种复杂的相互作用关系，使得它表明该系统如果没有适当的工具就不能进行预测。

在与板的尺寸相比深度较小情况下，系统性能随壳体体积的变化而改变是非常明显的。然而，还可看到，超过特定深度，LF响应的增加就几乎到极限了。这当然与壳体中刚性活塞的行为一致。作为实例，可设计具有50mm壳体深度的A2尺寸的板具有向下扩展到约120Hz的带宽，如图24。

看到具有小壳体的DML的另一个特性是明显改善了系统的中、高频响应。这是在本文中的许多测量和模拟曲线图中，当然是由本理论讨论过的。很显然，板系统模态的增加主要是由这种改进造成的，然而，通过增加系统的阻尼，壳体损耗对此可能也有影响。

作为抑制板的后部辐射的固有结果，封闭系统的方向性大致上从双极形状改变成近似的心形线，如图17所示。可以设想，与背面封闭的DML有关的方向性可在希望更强的横向覆盖的特定应用中找到用途。

当利用封闭的DM系统工作时，发现测量功率共振以观察可能需要补偿的过量能量区是非常有用。这与在DM扬声器上进行的其它工作一致，其中，已发现了功率响应是与DML的主观性能有良好关系的最具代表性的声测量。使用该功率响应时，已发现实际上简单的带通或单极高通滤波器是需要在该区中均衡功率响应的全部内容。

Claims (11)

1．一种声学设备，包括：具有相对面的共振多模式声板；空腔限定装置，其封闭一个板面的至少一部分，并安排用来抑制来自该板面的所述部分的声辐射，其中该空腔用来改变板的模态行为。

2．根据权利要求1所述的声学设备，其中空腔尺寸能够改变板的模态行为。

3．根据权利要求2所述的声学设备，其中空腔较浅。

4．根据权利要求3所述的声学设备，其中该空腔足够浅，使面对所述一个板面的空腔的后面流体耦合到板。

5．根据权利要求4所述的声学设备，其中X和Y交叉模式通常是主要的。

6．根据前面任何一个权利要求所述的声学设备，其中空腔是密封的。

7．根据前面任何一个权利要求所述的声学设备，其中空腔体积与板面积的比值(ml∶cm2)在约10∶1至0.2∶1的范围。

8．根据前面任何一个权利要求所述的声学设备，其中板通过外缘环绕圈安装并密封到空腔限定装置。

9．根据权利要求8所述的声学设备，其中该环绕圈是弹性的。

10．一种扬声器，包括前面任何一个权利要求所述的声学设备，并具有安排用来向共振板施加弯曲波振动以产生声输出的振动激励器。

11．一种增加共振板声学设备的模态行为的方法，包括：使共振板紧靠边界表面，以便在二者之间限定一个共振腔。

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