CN1329809A - 扬声器 - Google Patents

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Abstract

一种窗式扬声器组合装置,包括一玻璃或其他透明材料的窗板和耦合于其上以在其中生成弯曲波而产生一音频输出的振动激励器,该窗板的周边能够支撑于一个边框内,其特征在于,该振动激励器是一电动惯性装置,该装置具有一轻质量的音圈、一与该音圈相关联的磁力系统,以及一将该音圈安装至该磁力系统中以使二者彼此相对运动的悬承装置,该振动激励器整体地安装在该窗板之上。

Description

扬声器
本发明涉及扬声器,特别是涉及板式扬声器。
有一种公知的建议是,驱动手表透明表面使其用作蜂鸣器或发声器,例如,发出简单音调而用作手表佩带者的闹钟用。
另一种公知的情况是,将重且均匀质量惯性激励器用在窗户上,即窗玻璃上构成扬声器,但其效果甚差。有两个问题是可以确认的,即激励器/玻璃耦合处,由于板式结合件及/或螺栓或螺钉的介入所形成的重质量会限制高频的范围,及激励器安装时所耦合的全部质量形成了与玻璃窗板柔度的低频率谐振而产生鼓音效应,因此限制低频率的输出。结果受限频率范围及在工作范围内产生严重问题的谐振使其市场乏人问津,而且所有现有技术的建议均被证实是不成功的。
无论如何,采用能够支撑弯曲波以再现声音的可用窗板的概念仍有其利用价值,大面积的一般窗户用作扬声器的优点是,这样的装置能够建模成对限定为声学管道的给定房间容积的区域驱动。
这个模型说明了,室内的响度对位置来说是不变的,这与相对较小的一般为面积百分之一的圆锥形驱动器是不同的,圆锥形驱动器以点源规则工作,其输出按与距离平方成反比的关系下降。因此,一大型弯曲波窗,其响度覆盖的面积显著地优于一常用的扬声器。
成功的窗型扬声器装置必须提出其主要的问题,即该窗的玻璃必须是物理上的坚实媒介,及就安全与结构理由而言,该窗玻璃必须具有4至8mm的厚度。非常高的刚度结合有高密度,使玻璃板会呈现非常高的机械阻抗,因此,机械声学激励器难以驱动。故需辅助激励器技术,以获得有效结果。
本发明目的之一是提供一种窗户,例如车辆、建筑物或其他形成有窗户或观察口的设备中用的窗户,对其进行驱动以用作扬声器,例如来再现说话或音乐。
本发明基于一种惊人的发现:如果满足下面描述的条件,那么,具有非常高的刚度并且非常致密的材料,如窗用玻璃,可成功地由用来驱动刚性轻质板的惯性振动激励器来驱动,这种惯性振动激励器如WO97/09842中所描述的。
根据本发明,提供了一种窗扬声器组合装置,包括:玻璃或其他透明材料的窗板(pane),其周边能够支撑在一个边框上;及一振动激励器,耦合在该窗板上,以在其中产生弯曲波而产生一音频输出,其特征是,该振动激励器是一电动惯性装置,该装置具有一轻质量音圈、与该音圈相关联的磁力系统及将该音圈至安装该磁力系统中以在二者间产生相对运动的悬承装置,该振动激励器,通过例如音圈,安装在该窗板上。激励器在该窗板上的配置最好最好使得弯曲波振动的谐振模式的关联(interleaving)最大。该窗户可以包括叠在一起并间隔开的内、外窗板,其间界定一流体空隙,振动激励器可配置在内窗板上。
该窗板或每一窗板的周边可支撑在橡胶或橡胶类的玻璃窗密封条中。
该窗扬声器组合装置可以包括在该窗板上的电线,将该振动激励器连接至信号源,该导线基本上是不可见的。
该窗户或其他构件可以是塑料或者玻璃或者其他透明材料,如透明塑料,其可构成如汽车、飞机,火车或船只等机动工具的一部分,或也可构成建筑物或其他固定结构或其他具有窗户或观察孔的装置的一部分。
可配置一个以上的振动激励器,以向该窗板施加弯曲波能量,使其谐振而产生一音频输出。驱动装置可按照WO99/37121的教导安装于板状构件的边缘或边部分,或者安装在窗板上透明部分的外侧或至少作窗户用的部分的外侧。
从其他方面的方面讲,本发明使具有一个或多个上述扬声器窗户的机动工具或其他结构。
本发明在附图中以举例的方式进行了图解说明。其中:
图1是装有本发明窗型扬声器的公共汽车或火车车箱的部分透视图;
图2是装有本发明窗型扬声器的飞机客舱的部分透视图;
图3是装有本发明窗型扬声器的汽车等机动车辆挡风玻璃正视图;
图4是装有本发明窗型扬声器的汽车后挡风玻璃透视图;
图5是装有本发明窗型扬声器的汽车车门透视图;
图6是装有本发明窗型扬声器的汽车固定侧车窗透视图;
图7是装有本发明窗型扬声器的建筑物窗户透视图;
图8是装有本发明窗型扬声器的建筑物凹窗透视图;
图9是装有本发明窗型扬声器的建筑物门的正视图;
图10是装有本发明窗型扬声器的建筑物对开玻璃门正视图;
图11是装有本发明窗型扬声器的建筑物双面玻璃窗正视图;
图12是图11双面玻璃窗/扬声器组合的部分截面图;
图13是一窗型扬声器范例的频率响应曲线图;
图14是一双层玻璃窗的衰减曲线图;
图15是一距离该窗型扬声器1m及2m处的室内声压曲线图;
图16是图12所示双面玻璃窗/扬声器的数学模型;
图17是对应图14所示的数学模拟曲线图;及
图18是图16所示模型中,该无源从动窗板的数学模拟速度曲线图。
图1示出了一公共汽车或火车车箱2内部1的一部分,该公共汽车或火车车箱2具有乘客座位3和同座位相关联的车窗4。该车窗由加在窗板下缘6看不见的位置上的振动激励器5驱动谐振,用作基本上象本申请人的国际专利申请WO99/37121所描述的那种扬声器。另一种如WO97/09842所述的谐振板式扬声器7安装在车箱2的车顶(未示出)。
图2示出了飞机8的客舱2内部1的一部分,其舱窗4是以与图1所示大致相似方式被驱动用作一扬声器用。
图3是一汽车等机动车辆挡风玻璃9的视图,其中该振动激励器5配置在风挡边缘部分,因此,乘员看不到。该振动激励器的设置可使该风挡谐振,以用作本申请人的国际专利申请WO99/37121所描述的那种扬声器。车辆仪表板10和方向盘11及后视镜12一起用虚线示出。
图4与图3所示相似,说明一汽车等机动车辆的后挡风玻璃13,其被驱动以用作谐振板式扬声器,该图同时示出了一后货架14。
图5示出了一汽车车门15,该车门具有能够打开的可在车窗框架17中滑动的车窗16,振动激励器5配置于乘员看不到的车窗玻璃下缘6,并驱动该车窗谐振,以用作本申请人的国际专利申请WO99/37121所描述的那种扬声器。
图6是一汽车18的部分视图,该车具有固定式后车窗19,振动激励器5配置于乘员看不到的玻璃窗窗板19下缘6,因此,可驱动该窗谐振,以构成本申请人的国际专利申请WO99/37121所描述的那种扬声器。
图7示出了一建筑物21墙壁22中的窗户20,该窗户包括一玻璃窗板,该玻璃窗板通过一对振动激励器5对隐藏于窗框架后方看不到的上缘23处进行的激励,构成本申请人的国际专利申请WO99/37121所描述的那种扬声器。
图8示出了一建筑物21内的凹窗24,其中,通过安装在各窗板下缘附近隐藏于窗框架后方看不到位置处的振动激励器5,对玻璃窗板25驱动谐振,构成了本申请人前述申请中描述的那种扬声器。
图9示出了一建筑物21的门26,该门具有一玻璃窗板25,该玻璃窗板通过安装在窗板下缘隐藏于窗框架后方看不到位置处的振动激励器5,受激励谐振而用作一扬声器,例如,本申请人前述申请中描述的那种扬声器。
图10示出了一建筑物21的对开玻璃门27,每扉门由一对安装在门上缘的振动激励器5驱动谐振,而用作本申请人前述申请中描述的那种扬声器。
图11及图12示出了一建筑物21墙壁22中的双层玻璃窗28,其界定了一房间29,还示出了,如需要时,振动激励器5可安装在内层玻璃边缘上,即接近窗板中央部位之处,使其用作本申请人的国际专利申请WO97/09842中描述的那种扬声器。这种激励器是WO97/09842及WO98/34320所描述的那种电动惯性激励器,可以单独地通过音圈整体安装在窗板上,也可以通过在窗板与磁力组件间具有弹性悬承装置的音圈安装在窗板上。
图12示出的是,该振动激励器5安装于一对玻璃窗板30,31中的内窗板30上,这对玻璃窗板30,31构成了双层玻璃窗单元28,通过橡皮或如橡皮等玻璃窗密封条33安装于建筑物21墙壁22的窗框32中。二窗板30,31间界定了一空气隙34。
图13示出了图11及图12所示窗户的频率响应曲线图,其证实了在20Hz至15kHz内的有效的宽声音输出范围。
图14示出了在室内量取的图11及图12所示窗型扬声器双层窗板的声衰减效果曲线图。下曲线是外层窗板31的激励曲线,上曲线是内层(室内)窗板30的激励曲线。
图15是图11及图12所示窗型扬声器范例的室内声压曲线图,粗线是在1m处量取的曲线,细线是在2m处量取的曲线。该结果证明了大面积房间音量驱动行为,随着距离下降很小。
自住宅及商用办公室窗户发出的声音可作为广播、背景音乐、噪音抵消或噪音屏蔽,例如,采用低声级的格哒声或相似加权噪音来减低其他更多的周期噪音源的恼人效果。建议考率双极双向声音辐射窗,例如,在外壁的窗。声音向外辐射不利于住家,但有利于面向街道的橱窗展示,激励器位于内侧的保护位置。
现代双层及三层玻璃窗单元给有效的窗型扬声器提供了新机会,因为对于离该单元的从动窗最远的环境可获得有用的衰减。每一空气层与该窗的元件,根据窗板及空气隙宽度厚度,可提供约8至12dB的衰减。对于外部的开放空间,远场声音强度主要遵守平方反比律,声压随距离的增加而迅速降低。这样,加入了选择多层玻璃安装装置,可成功地控制外部泄漏。
鼓励对此主题恢复兴趣的因素包括:多层玻璃整体、基本上无谐振的可用宽波带、低驱动质量激励器,如国际专利申请WO98/34320所述的并适于驱动WO97/09842所述的分布模式扬声器的激励器。此外,在扬声器领域第一次分析了玻璃板的机械特性以决定作为优良扬声器的有效激励方法。
自我支撑式激励器可配置于多个有效位置,包括接近边缘配置以不引起使用者的注意,如WO99/37121所述,或配置于如WO97/09842所述的接近中央的最佳位置。因为这些激励器非常小并且可以使用细线或透明的氧化锡导线,所以,这些小型激励器可被接受地配置于由轻小的盖进行保护和加强的位置。
例如,对于接近在窗板边缘的一般模制橡胶支撑/密封时,基本是自由边缘条件,对一大小为1.25×1.1m、厚为4mm的窗户进行了分析。高质量的即使相当薄的等级的玻璃是明显的,8.8kg/m2远远高于供弯曲板式扬声器用的标准薄膜材料。机械阻抗也很高,468.7Ns/m。尽管刚度高,但大面积与高质量产生了15Hz的低基本谐振,这样,低频率输出就能部分地得自高大约一个倍频程的频率,即30Hz。
建立了一个双层玻璃窗/扬声器,在接近中央位置使用了WO 98/34320所述的25mm线圈惯性电动激励器。自前至后侧边(未驱动)对衰减进行了测量,如图14所示。应注意,就该测量而言,二次读数都是在室内测量声功率,而在实践中,由于接近自由空间辐射情况,外漏显著地低。
图16及图18的电脑模拟根据图16所示的窗型扬声器,同时也相似于图11至图15所示的模拟。该窗是双层的,玻璃为4mm厚,在窗板之间具有10mm的空气隙。该振动激励器如WO 97/09842所述位于在后中央位置。
图17的曲线图是一简化的二维模型,示出了在1m(粗曲线)及2m(细曲线)处的平均外部(自由场)声压级。图18的曲线图是对双层玻璃窗中从动及无源窗板的速度所进行的二维电脑分析。该结果表明,该二窗板在低频率时能非常好地耦合,但在高频率时会有力地去耦。本发明可容易地生产弯曲波扬声器/窗组合装置,但避免了现有技术中遇到的严重问题。

Claims (7)

1.一种窗式扬声器组合装置,包括一玻璃或其他透明材料的窗板和耦合于其上以在其中生成弯曲波振动而产生一音频输出的振动激励器,该窗板的周边能够支撑于一个边框内,其特征在于,该振动激励器是一电动惯性装置,该装置具有一轻质量的音圈、一与该音圈相关联的磁力系统,以及一将该音圈安装至该磁力系统中以使二者彼此相对运动的悬承装置,该振动激励器整体地安装在该窗板之上。
2.根据权利要求1所述的组合装置,其特征在于,该振动激励器安装在该窗板上的位置使弯曲波振动的谐振模式有最大的关联。
3.根据权利要求1或2所述的组合装置,其特征在于,该窗户包括叠在一起并间隔开的内、外窗板,其间界定一流体空隙,振动激励器配置在内窗板上。
4.根据前述任何一项权利要求所述的组合装置,其特征在于,所述窗板的周边支撑在橡胶或橡胶类的玻璃窗密封条中。
5.根据前述任何一项权利要求所述的组合装置,其特征在于,在窗板上的电线将振动激励器连接至信号源,该导线基本上是不可见的。
6.一种机动工具,其特征在于,包括根据权利要求1-5中任何一项所述的窗/扬声器组合装置。
7.一种建筑物或其他结构体,其特征在于,包括根据权利要求1-5中任何一项所述的窗/扬声器组合装置。
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