CN1350765A - 声音装置 - Google Patents

Abstract

一种声音装置(1),支持多个弯曲波模式组,例如一奇数模式组及一偶数模式组。每一个组的模式皆实质上正交于另一个组。至少有一个换能器(3)耦合于面板上,而可优先地激发一组的模式。另一个换能器(5)则可用于优先地激发另一个组的模式。

Description

声音装置

本发明涉及一声音装置，特别是一分布模式装置。

平板型弯曲波模式扬声器已为人所熟知，例如专利WO97/09842所提出。此份文件揭示了一种具有放射器组件，及一个在放射器组件中激发弯曲波的激发器的扬声器。

放射器组件的形状及其材料特性决定了一些放射器组件的共振弯曲波模式，每一个皆具有特定的模式形状及频率。这些参数的选定，可以使得放射器组件的共振弯曲波模式，以频率方式被分布在操作频率范围之内。通过将共振弯曲波模式尽可能地以频率方式均匀地分布，即可使声音装置的声音响应也可能地以频率方式均匀地分布，而可避免在响应中过多的沉降及突出。

WO97/09842所提，将激发器置于模式被平均激发处，也就是一种激发器的位置，尽可能均匀地耦合到所有模式。

这些模式是零星地以频率方式分布在操作频率范围的较低的部分，因此其是位于在最能够平均地激发模式的频率区域中。因此，激发器的位置可以在操作频率范围的较低部分，而平均地耦合于所有的共振弯曲波模式。

通常在面板上也有一些折衷性的位置，也可平均地耦合于一些模式，专利WO97/09842中也揭示了在许多个这样的位置上放置多个激发器。

根据本发明所提供的一声音装置，其包含有一面板，可以支持多个共振弯曲波模式，其中每一个模式皆有一共振频率，此共振弯曲波模式划分为多个相重叠共振频率的模式组，及一换能器，其位置可优先地耦合于该模式组中的一个。

根据本发明，并不需要将激发器放置在一个或多个特定位置，来尽可能地平均地耦合到所有的共振弯曲波模式，或甚至所有较低共振弯曲波模式。这样的激发器位置不可避免地是一种折衷方式。相反，仅需要找出能够平均地耦合于一个组即一共振弯曲波模式的子集合的激发器位置。

模式组并不仅是划分成不同频率范围的组，更精确地说，为具有重叠共振频率的模式组。当然，个别模式的正确频率，除非特殊状况，不相同，但整体而言，模式组皆大致落在相同的频率范围内。

最好是，每一个组的模式皆大致正交于不是该组的模式。

弯曲波模式的组可以是奇数模式及偶数模式。一种划分奇数及偶数模式的方法是以频率渐增的顺序将模式进行编号；然后，奇数模式即为那些编号为奇数的，而偶数模式即为偶数编号的模式。

如此划分成奇数及偶数模式，可以产生两组大致正交的模式。然后，换能器的位置可对一个或其它的组进行最优化。

另外，奇数模式对于一预定的轴为非对称性的对称模式，此轴基本上为共振面板的对称轴之一。例如，当面板为长方形时，奇数模式可以是关于平行于长方形短边的轴的非对称模式。偶数模式则为关于同样的轴的对称模式。对于一椭圆形面板，非对称及对称模式则为相对于椭圆的短轴的对称性。

很重要地是必须区分出关于一个轴的非对称模式和沿着该轴的模式。一些共振弯曲波模式具有一模式形状，其中面板与面板的中央平面的距离，会沿着一轴而明显改变，而不是沿着一正交轴改变。这些模式基本上为一维空间，并可称之为沿着该单一轴的模式。图1会在下面做进一步的讨论，但其可在此处简单地说明，所示的n＝2模式为沿着x轴的模式，也就是沿该轴而改变，而所示的n＝3模式是沿着y轴的模式。沿着一轴的模式是关于该轴对称的，但可以是对其正交轴对称或是非对称。

如果其中有两个对称轴，模式则可对于每一个对称轴称之为非对称或对称。共振弯曲波模式因此可以划分为四个模式组；非对称/非对称，如果它们是对于每一对称轴皆为非对称；非对称/对称，如果它们是沿着长轴非对称，而对于短轴对称；对称/非对称，如果对于长轴对称，而对于短轴非对称；或，对称/对称，如果对于两个轴皆对称。

在具体实施例中，换能器可配置成优先地耦合于部分或所有的模式。特别是，对称/对称模式可以比其它模式，非对称/非对称、非对称/对称或对称/非对称，都更加强力地耦合于周边环境，例如外墙或外壳。将一个或多个换能器优先地耦合至非对称/非对称，非对称/对称，及/或对称/非对称模式会有优点，但需要尽量避免耦合于对称/对称模式。以此方式制造的扬声器，与所有模式皆同等地耦合于扬声器相比较，会降低其与周边环境的交互作用。

另一个换能器或多个换能器可以用来优先地耦合于其它的模式组。每一个模式组皆可耦合于一个或其他换能器。在此实施例中，奇数模式耦合于一个换能器，而偶数模式则耦合至另一个换能器。每一个换能器的位置可以个别地对相关的模式组进行最佳化；由此可以得到比对于所有模式的每一个换能器都进行最佳化的结果要好。

声音装置可以是一扬声器，此换能器或多个换能器可以是一激发器，用以激发面板的模式而使面板产生声音输出。

第二方面来说，本发明提供一面板，其中一换能器是安装于图3或4中以“X”标示区域之一。最好是，一换能器位于图3中标示为“X”的区域，而一换能器则位于图4中以“X”标示的区域。

本发明也可提供一声音装置的制造方法，其包含步骤如下：

提供一面板，其具有多个弯曲波模式，弯曲波模式被划分为多个模式组，及

将一换能器安装于能够优先地耦合于一组的模式的位置。

为了更加了解本发明，以一特定的具体实施例来说明，其仅做为范例，而可参考附图，其中：

图1所示为一共振面板的最低模式；

图2所示为图1的面板模式的节点线；

图3所示为图1的面板的非对称模式的节点线；

图4所示为图1的面板的偶数模式的节点线；

图5所示为根据本发明的一扬声器。

在图1中，显示一长方形面板1，及其x与y轴。对于二维的弯曲波等式，存在有一些共振模式。以频率顺序所做的模式编号以整数n做标示。第0个模式(n＝0)相当于面板1的整体运动，于图中并未显示。第一模式(n＝1)，具有一对如图所示沿着轴的节点线的最低频率(位置的轨迹并不动)；这个模式实际上是一扭曲模式，而不是弯曲模式。第二模式(n＝2)事实上为最低频率的弯曲波模式，并具有两条节点线，大致平行于短轴而延伸，并沿着长轴分开配置。第三模式(n＝3)有两条节点线，大致平行于长轴而延伸，并沿着短轴而分开配置。这三种模式示于图1，图中的“+”及“-”符号表示弯曲具有正的还是负的符号，也就是在特定时间，是否面板会偏离于中央平面之上或之下。这些模式是依据n的值而划分为两个组，即奇数或偶数。

所示的弯曲波是由理论得出，并代表一四阶微分方程式的解。由求解此方程式而得到的模式，并不像二阶方程式中的简单正弦波，而事实上为三角几何与双曲线三角几何函数的组合，如传统理论所熟知。当然，一实际面板的真实模式，举例而言，取决于面板的安装，任何夹持方式，或固定于任何盒子上，或位于接近组件的反射板。然而，仍然可以使用相同的方法。

较低模式的节点线示于图2，这些节点线划分为奇数模式的节点线，如图3所示；及偶数模式的节点线，如图4所示。

换能器的位置是由前述专利申请WO97/09842所提出，其中所有的较低模式皆尽可能地耦合于换能器。为了造成与模式间良好的耦合，换能器必须位于离节点线一段距离。不同的适当的区域在图2中以“X”进行标示；其中一些位置由专利WO97/09842所提出的较好位置相对应。

符号“X”并不只是标示单一的点，而可针对区域而言。实际上，换能器的尺寸有限并位于良好的安装位置，换能器可以位在离节点线之外的一适当范围之内。

适于优先耦合于奇数模式的区域，在图3中标示为“X”。这些区域位于奇数模式的节点线之外。同样地，适于优先耦合于偶数模式的区域，则在图4中标示为“X”。

一第一换能器置于可优先耦合于奇数模式的位置，及一第二换能器置于可优先耦合于偶数模式的位置。整个面板的较好性能，可以通过使用两个分别位于适于激发所有模式的位置而达到。

图5所示为使用此技术的扬声器的说明图。图5不像是图2到4，而并没有依比例绘制。一面板1具有一第一激发器3，在一优先激发奇数模式的位置耦合于此面板，及一第二激发器5，在一优先激发偶数模式的位置耦合于该面板。

有许多原因可以说明为何用于优先耦合于奇数或偶数的模式的位置较具优点。具体地说，优先的激发可允许扬声器设计者多一个自由度，可以用于调整响应输出，而使其符合所需要的听觉特性。

在实施例中，节点可以划分成非对称/非对称，对称/非对称，非对称/对称，及对称/对称模式，然后一个或多个换能器可以被提供激发部分或所有的这些组。如果需要避免对称/对称模式，例如要降低边际效应，然后，一个，两个，或三个换能器可用于优先地激发非对称/非对称，对称/非对称，及非对称/对称模式。

另一个问题是，典型的惯性激发器耦合于，并供给能量给一很大范围的模式。未来，激发器可以用于选择性地激发某些模式的类别；一个例子是在国际专利申请号WO00/13464中由New Transducers公司所提出的扭力激发器(torsional exciter)，其可以选择性地激发某些模式，或至少可忽略整体模式。举例而言，这种扭力激发可由将相对的惯性激发器放置在节点线的两侧来达到。如果激发器位于围绕非对称组对称组的一些节点线处，此方法则可允许该模式组的扭力激发。其很难找到适当的位置而同等地激发非对称及对称模式，因为没有一种位置可同时通过非对称及对称模式的大量节点线。因此，一种分别激发对称与非对称模式的方法特别适用于使用惯性激发器的扭转激发模式。

虽然所述的实施例关于一扬声器，此优先耦合于奇数与偶数模式的换能器也可应用到其它分布模式面板的应用，例如做为一麦克风或其它声音装置。在这些状况下，然而这些换能器当然需要适用于这些应用。

Claims (13)

1.一种声音装置，包括：

一面板(1)，其支持多个共振弯曲波模式组，每一个模式具有一共振频率，此共振弯曲波模式被划分为多个重叠共振频率的模式组，及

至少一个换能器(3)，位于能够优先地耦合于该模式组中的一个。

2.如权利要求1所述的声音装置，其中每一个组的该模式皆实质上与不在该组中的模式成正交。

3.如权利要求2所述的声音装置，其中该模式划分为由奇数模式及偶数模式组成的组。

4.如权利要求3所述的声音装置，其中所述模式被划分为奇数模式及偶数模式，通过将所述模式以渐增频率的顺序编号并做模式标示，使得奇数模式为那些标示为奇数的模式，而偶数模式则为那些标示为偶数的模式。

5.如权利要求3所述的声音装置，其中所述奇数模式是对于一预定轴的非对称性的对称模式。

6.如权利要求5所述的声音装置，其中该预定轴为一共振面板(1)的对称轴。

7.如权利要求6所述的声音装置，其中

该面板(1)具有一长对称轴及一短对称轴，及

共振弯曲波模式划分为四个模式组：非对称/非对称，如果它们是对于每一对称轴皆为非对称；非对称/对称，如果它们是沿着长轴非对称，而对于短轴对称；对称/非对称，如果对于长轴对称，而对于短轴非对称；和对称/对称，如果对于两个轴皆对称。

8.如权利要求7所述的声音装置，其中的每一个换能器皆配置安排在优先耦合于非对称/非对称，非对称/对称，及/或对称/非对称模式，但要避免耦合于对称/对称模式。

9.如前面任何一个权利要求所述的声音装置，还包括一另外的换能器或多个换能器，而可优先地耦合于一模式组，而不是所述至少一个换能器所优先耦合的所述一组。

10.如前面任何一个权利要求所述的声音装置，其中该至少一换能器是一激发器，用以激发面板的共振弯曲波模式，而引起该面板的声音输出。

11.一种声音装置的制造方法，包括步骤：

提供一面板，具有多个弯曲波模式，此弯曲波模式被划分为多个重叠频率的模式组，及

在面板的一位置上安装一换能器，在该位置换能器可优先地与一个组中的模式相耦合。

12.一种声音装置，具有：

一长方形面板，能够支持如图3及图4所示的弯曲波模式；

一个在图3中标示为“X”的区域内耦合于面板的换能器；及

另一个位于在图4中标示为“X”的区域内的换能器。

13.一种声音装置，具有：

一面板，能够支持共振弯曲波模式，这些模式划分为一第一对称模式组，及一第二非对称模式组；

一第一换能器，在一位置耦合于面板，该位置使得第一换能器能优先地耦合于该第一模式组；及

一第二换能器，在一位置耦合于面板，该位置使得第二换能器能优先地耦合于该第二模式组。

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