CN1301038C - 带有可调受控扩散的波导扬声器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有可调受控扩散的波导扬声器，它包括由平的、凹的或凸的壁形成的管道，所述的壁围成一个衍射喉部并终止于一个口部内，其中，反射可以发生在所述的衍射喉之前或之后。所述口部相对于所述喉部被折回，并具有同时应用衍射、反射和吸三个声音扩散基本原理中的至少两个而选择的尺寸和形状。本发明还涉及一种获得扬声器的方法，所述扬声器具有至少改变并设置衍射和反射角度的装置，以便以有限的喇叭或波导长度再现宽广的中/高频带。

Description

带有可调受控扩散的波导扬声器

技术领域

本发明涉及扬声音器箱，更具体地说，涉及用于这些音箱的喇叭式扬声器。

背景技术

严格地说，由于其独特有效的声音扩散控制特性，喇叭式扬声器目前被广泛地使用，特别是在专业放大领域中，其中日益重要的是获得高定向性和准确扩散，从而有助于在多媒体系统内扬声器音箱间不受干涉地实现声音耦合。

喇叭式扬声器的应用总是受限于其尺寸，这与它们能够有效地再现的低频以及必需的扩散紧密相关，并且其尺寸某些时候要远远大于其将被安装在内的扬声器音箱类型所需要或要求的尺寸。

根据相对波长，用于再现低频的大口部面积，例如，相当于很长的到喉部的喇叭长度，这是由再现这个频带所要求的非常缓慢的扩张而造成的。

人们已经想出了各种方法来减少构成喇叭的至少一个尺寸，例如其长度，该长度是根据面积的扩张来确定的，传统上，在喇叭的管部的开始部分是指数型的，但是随后更快速地扩张，以便形成具有相同口部面积的更短的整个管部(例如Tractrtix或Wilson喇叭)。然而，常用的并仍然是最流行的方法是，依据所需的性能，以各种方法将喇叭折回其本身之上，以便获得就喇叭管的深度或长度而言尽可能紧凑的外部尺寸。

然而，这种技术虽然已经广为人知并成功地应用于低频喇叭的构造，但这种技术不能用于以同样方法再现中频和高频，例如从500Hz开始直到人的耳朵能够听到的最高的频率极限15/20KHz。

这是因为，直到现在还没有发现一种折叠喇叭，它可以在借助于预设的“截止”频率或最低有效再现频率保持再现最低频率的能力的同时，不损害前面提到的频带的较高部分，例如：从2000Hz往上的频率，即使在这些频率到达其将被馈出的喇叭口之前也是这样，因此，最终不能均匀扩散声音并且不能做到在所需的精确的扩散角度上没有缺陷。

这一事实妨碍了采用折叠喇叭再现中/高频可以在有效性和紧凑的尺寸方面获得的很大的优势，而另一方面，同样的技术被用于声音增强系统里的低频，特别是专业的声音增强系统。

发明概述

本发明旨在克服这种局限，实现可以有效地适合于中/高频率而同时保持有限尺寸和脚印图以便易于使用的折叠喇叭。

本发明的另一目的在于提供一种喇叭，由于其不寻常的形状和尺寸，适用于各种类型的扬声器音箱。

本发明的另一目的在于提供一种能精确地控制声音扩散角度的喇叭，由于其具有非同寻常的形状和尺寸，可适用于不同类型的扬声器音箱。

本发明的另一目的在于提供一种折叠式喇叭，它适用于能够实现更自由的、更小的外形的用于中/高频带的扬声器音箱。

本发明的这些目的以及从中产生的优点是通过这样选择喇叭的形状而实现的，该选择基于同时应用并且因此包括三个已知的声学原理：衍射、反射、吸收中的至少两个进行的。

这里，传统意义上的喇叭”的定义“似乎不如广义上的“波导”更适合，因为本发明的目的不是根据通常的关于喇叭的数学规则进行几何上的构建。因此，此后本发明的目的被精确地称为“波导”。

根据本发明，鉴于对上述原则的应用，可以以各种形状和尺寸建造波导，所述的各种形状和尺寸适合于有关扬声器音箱设计选择的各种场合，波导必须被以简单实用的方式整个地安装在所述的扬声器音箱内。

实际上，仅仅结合这些原则中的两个或全部三个，利用与传统准则截然不同的形状和尺寸，就可保持比被称为恒定方向的喇叭更好的有效性和对方向性的控制，这些传统准则是通过使用这些类型的波导创建的，例如圆锥形、指数形、双曲线形及基于它们的组合或部分修改。

附图说明

下面将参照附图更好地解释本发明，这些附图是示意性的而不是限制性的，其中：

图1是衍射和反射原理的示意图；

图2是应用吸收原理的示意图；

图3是在折叠波导的例子中衍射、反射和吸收这三个原理结合的示意图；

图3A、3B、3C、3D和3E以两个简化的视图(截面图和俯视图)表示表示定义了声音的扩散的反射表面的几何形状的各种不同的反射效果。

图4、4A、4B、4C、4D和4E给出了应用衍射和反射原理，使折叠波导适应预设空间的一些例子中的一个；

图5、5A、5B和5C示出了与直的波导相比，折叠波导被用于传统扬声器音箱或那些适于形成垂直或水平阵列的扬声器音箱的情况；

图6A、6B、6C示出了各种类型的传统的(A和B)以及低轮廓(C)的监听扬声器的示意图；

图7是安装在监听扬声器中的折叠波导的截面示意图；

图8是该同样的波导和监听扬声器工作所必须的其它部件的截面示意图；

图9是扬声器音箱实际实现的截面示意图；

图10带有脚轮的扬声器音箱的底部视图；

图11是带有吊环螺栓或吊环的扬声器音箱的同样的视图；

发明的详细说明

图1中示出了一种应用了衍射、反射原理的可调整波导(11)。该波导(11)具有衍射槽(12)，接着是一形成口部(13)的扩张部分。该口部是由壁(14)形成的，壁的至少一个(14’)具有倾角，该倾角可以借助于铰链或在开始选择孔径角而改变。其中，大于衍射槽的尺寸的波段(15)穿过的声波被衍射，并被该波导的壁馈给(这是波长小于发射口的情况)，而比衍射槽小的波段(16)被由壁(14)形成的至少一个反射面(17)反射，该反射面，根据声音所需的方向，可以是具有平面、凹面或凸面等图3A、3B、3C、3D、3E中给出的所有已知的几何变形，通过改变实际壁的倾角就可调整其方向。被衍射的具有比口部(13)的尺寸大的波长(18)的频带在其边缘被以适当的电切除(electrical cut)消除了。

图2示出了应用吸收原理的示意图，根据该原理，由于其波长类似于实际口部尺寸的频率及具有小于口部尺寸的波长的声波，口部(13)边缘处衍射产生的声波(19)撞击用于应用该原理的吸收材料(20)的表面而被吸收。

图3示出了一种折叠波导，其具有衍射喉部(21)、如图3A、3B、3C、3D、3E中给出并具有其效果的平的、凹的或凸的反射壁(22)以及在侧面上的吸收材料(23)，图3表示了三种原理：衍射、反射和吸收的结合应用。

图4示出了使折叠波导适应预设空间的一个例子。以具有最大可用截面的容器(A)开始，以声学设计参数计算要实际安装在可利用截面A的空间内的喇叭(B)，如C所示，并且如D所示，检查在这个空间内的定位。然后，图4E示出了根据本发明的折叠波导的解决方案，其被整个地包含在最初的容器内，并且其性能实际上保持未变或具有类似的性能。

图5示出了与等同的直的波导相比的折叠波(11)导，它被安装在传统的适于形成垂直或水平线性阵列的扬声器音箱类型(A、B和C)内。在图5中，根据不同的布局，波导(11)与各个扬声器(24)结合在一起，这使得可以获得与传统的喇叭相似的或更好的声学效果，虽然如图B和C所示，使其本身适应减小的容器或音箱的深度。

为了更好的强调本发明的概念，结合特定的用于专业声音增强的精确功能的扬声器音箱(25)给出了一个非限定性的例子，其中，通过采用被根据上述原理设计的本发明主题的波导，实现了所需的目的，并在尺寸、性能和形状以及能够获得的优点方面是适合使用的。

当今在一些演出中(从现代音乐会到电视转播等)，广泛地使用专用扬声器音箱，以使艺术家和主演，或者甚至是有关的音响技师能够实时地聆听或“监听”他们自己和/或其他人的表演，以便优化整个艺术效果。

这些扬声器音箱通常被称为监听器或舞台监听器，因为它们经常被放在舞台上。

出于这个原因，它们通常具有主体或箱体(26)，所述的主体或箱体既不是平行六面体也不是立方体，而是以这样的方式被几何设计并制造，它具有一个前面板，扬声器(24)被装配在该面板上并总是(显然)对着艺术家或收听者的面部。其形状通常被设计成使扬声器音箱(25)的主体(26)具有站在地面上的基底(27)(图6A、6B和6C)。

因此，根据设计者选择的构造，并根据角度，扬声器音箱将要有相对于底面倾斜的前部，这是因为某些时候预见有多于一个的安放位置。

这类扬声器音箱的另一个必要的几何的特点是具有紧凑的整体尺寸，但最重要的是具有(相对于站在舞台的一侧)降低了高度的较低的轮廓，这(由于监听器被放在艺术家和听众之间)不会危及后者没有任何视觉障碍地欣赏表演的可能性。这种特性还大大地有助于监听器的伪装，这是布景设计师、导演和艺术家自己都很欣赏的。

直到现在，由于紧凑的尺寸，这些特征，基于使用者的要求，极大地限制了这种被称为低轮廓扬声器音箱的性能，正如已经提到的或是专业用途的扬声器音箱所要求的(特别是从声压和扩散控制的角度来看)，因为就高度而言，用于安装喇叭所需的尺寸应是具有必要长度并具有宽的口部以确保高水平的声学性能。

事实上，这类低轮廓监听器通常使用非常短的喇叭，它不能装入能在声学上很好地再现人类声音典型的中频范围的喇叭，其结果是这个范围被以不适合的扬声器再现，诸如具有大的锥形的(通常是纸的)电动扬声器，并且因此不够精确且通常不能以所需的分辨率再现放大的声音(图6C”)。

再有以这种方式设计的扬声器音箱，其具有主要是在高度(低轮廓)上的让步，还是由于这样的事实，即它们只能安装小的喇叭，不具有必要的非常重要的在人声的典型频率范围内控制方向的特性。

由于来自在其前面的艺术家或讲话者的麦克风产生的反馈，这最后一个负面影响还使得使用它们是危险的，只有大大降低从该监听器本身馈出的音量才有可能使用它们。然而，这与对监听器的基本要求形成了极大的反差，该基本要求是在反馈之前获得高的音量，这是出于这样的目的，即当由主音响系统再现时，在所有再现的声音的剩余部分之上可以听到它：实际上信号就是因为这个目的被送到监听器的。

换言之，与其它类型的高度不受限制的监听器相比，对“低轮廓监听器”的实现一般意味着相当低的性能。

另一方面，由于使用了折叠波导(图7)，本发明克服了所有的尺寸问题以及由它们而产生的声学问题，获得了最好的声学性能而没有由于尺寸而产生的任何折中，由于本发明的特征，其大小格外地紧凑。事实上，借助于不同的反射表面，应用前面提及的声学原理，能在各种场合以适合于将要将其安装在内的扬声器音箱的形式和尺寸，建造这种独特的“波导”，而不必考虑其类型和功能(图5B和5C；图8；图9)，其不仅具有由于本身尺寸而具有的方向性特性，就如在常规的喇叭中那样，而且还具有由于这些原理的效果而获得的精确性，这些原理被扬声器音箱的设计者结合并设定以实现在多配置中的使用(一个挨着一个地放置或是在垂直的阵列内或是水平阵列内一个放在另一个之上)，而不会出现传统的紧凑系统(图5B和图5C)的有害的干涉现象或是缺少方向性。

在图7、图8和图9中，可以看到如何仅通过折叠波导就满足了减小低轮廓监听器和舞台监听器的尺寸的要求，即使是具有较高的声学性能和通频带。

最后一个值得注意的优点(图10和图11)是安装有至少一个波导11的扬声器音箱主体和箱体可以具有安装在其底面上的脚轮(28)或吊环螺栓(29)以易于搬运和运输，并且底和后面板之间的拐角具有特别地倒圆的形状(30)，其中直角连接器(31)可以被安装在凹陷的保护位置中，而不会对占用的空间产生任何影响。

Claims (13)

1.一种用于为扬声器音箱实现波导扬声器的方法，其中所述波导具有由平的、凹的或凸的壁构成的管道，壁围成衍射喉部，并且终止于口部内，并且其中可以在所述的衍射喉部之前或之后产生反射，该方法包括如下步骤：通过修改形成波导扬声器口部的壁中的至少一个壁的倾角来改变衍射和反射角度，控制并调整声学扩散。

2.根据权利要求1的方法，还包括，在所述口部周围适当地采用消音材料来消除由所述口部边缘上的衍射产生的声波，控制并调整声学扩散。

3.根据权利要求1的方法，还包括，在所述衍射喉部较短的边上采用消音材料，控制并调整声学扩散。

4.根据权利要求1的方法，还包括，通过在所述喉部和/或所述口部周围适当地采用消音材料来消除由所述喉部和/或所述口部边缘上的衍射产生的声波以及撞击该吸收材料的声波，控制并调整声学扩散。

5.一种用于扬声器音箱的波导扬声器，包括从驱动喉部到衍射槽的完整的第一管道，从所述的衍射槽到口部的第二管道，其中所述的第一和/或第二管道由平的、凹的或凸的壁形成，其特征在于，所述口部相对于所述喉部被折回，并且具有为同时采用衍射、反射和吸收三个基本原理中的至少两个所选择的形状。

6.根据权利要求5的波导扬声器，其特征在于，所述口部相对于所述喉部被折回，并且所述口部由诸壁形成，其中至少一个壁具有可以调整的倾角以便至少改变并设置衍射和反射的角度，从而以有限的喇叭或波导长度再现中/高频率的宽的频带。

7.根据权利要求5或6的波导扬声器，其中至少一个形成口部的壁可以被移动以改变其倾角。

8.根据权利要求5或6的波导扬声器，其中至少一个形成口部的壁具有在初始处选定的、适合于扬声器音箱的形状和尺寸的固定的倾角，所述扬声器被安装于所述的扬声器音箱内。

9.根据权利要求7的波导扬声器，其中消音材料位于所述喉部和/或口部的边缘以调整由所述喉部和/或口部边缘上的衍射所产生的声波的吸收，并且吸收撞击到该材料本身的声波。

10.根据权利要求8的波导扬声器，其中消音材料位于所述喉部和/或口部的边缘以调整由所述喉部和/或口部边缘上的衍射所产生的声波的吸收，并且吸收撞击到该材料本身的声波。

11.根据权利要求5的波导扬声器，其中凸反射表面是双曲面。

12.根据权利要求5的波导扬声器，其中凹反射表面是抛物面或椭圆面。

13.一种扬声器音箱，其特征在于包括根据权利要求5到10中任意一项的波导扬声器，并且以权利要求1到4中任意一项的实现波导扬声器的方法被构建，其目的在于可利用减小尺寸的扬声器音箱和受控的扩散再现中/高频带。

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