CN1408194A - 带有多个声学滤波器的声学不对称带通扬声器 - Google Patents

Abstract

优选实施例中，带通扬声器音箱(10)中包括三个子腔室(21，22，23)和多个低通声学滤波器，子腔室中的第一个为密封声学悬浮结构的非亥姆霍药反射式腔室，其余两个腔室利用两个无源声辐射器(30，31)实现两个亥坶霍兹反射气孔调谐点，低通声学滤波器提供出一种声学带通特性，具有实质上二阶的高通特性以及低频扩展、陡峭得至少四阶斜率的低通止带特性。

Description

带有多个声学滤波器的 声学不对称带通扬声器

发明背景和相关技术

本发明涉及改善的低频带通扬声器。扬声器音箱技术领域内，有两种基本类型的系统最为普通。有电声换能器安装在一个封闭容体内构成的密封式或声学悬浮式系统具有声学顺从(声顺)特性。其中第二类型通常称为低音反射系统，它包括一个安装在音箱内的电声换能器，利用了一个具有声学质量(声质量)特性的无源声辐射器，声质量与音箱容体的声顺特性相互作用形成亥姆霍兹共振。由反射系统、音箱/气孔-声顺/声质量表现出的亥姆霍兹共振今后称为亥姆霍兹反射。

与本发明关联的现有技术结构之一是多腔室的带通低音扬声器系统。历史已经表明，对于一个给定的有限频带，声学带通音箱系统与诸如基本密封或低音反射或音箱相比较，在效率/低音扩展/音箱尺寸因数方面和大的信号输出方面能给出更好的性能。这类带通系统的基本形式在文献中有论述，例如参见AES(音频工程协会)常规预印稿#1512，5月版内由L.R.Fincham提出的“带通扬声器音箱”文献。

对于单个亥姆霍兹反射式调谐的带通低音扬声器系统，最早的专利文献是Lang的“声音重现系统”，美国专利US Patent 2,689,016。该专利文献预测到今天在许多系统中应用的最普通式样的带通低音扬声器系统。此种类型的系统包括一个具有两个独立室的音箱，一个有源换能器安装于分隔板中，能与两个腔室能沟通。其一个腔室是密封的，起声学悬浮作用；另一个是开口的，工作如一个气孔系统，具有与音箱外界环境沟通的无源声质量特性。

现有技术的单调谐带通低音扬声器系统有多个缺点。首先，它们往往有一系列共振峰，出现在带通系统的通频带之上。这是由于音箱中存在驻波，在上面列出的Fincham的文章中对此有充分论证。现有技术对此问题的解决是应用阻尼材料，但它们在阻尼掉非所需共振的同时可惜也阻尼了有用的系统输出。其次，固然亥姆霍兹反射频率上纸盆的摆幅最小，而单调谐系统只有一个调谐点，且位于所关心的最高频率的频率值附近，在那里的纸盆摆幅与系统的低端频率范围相比较已经不重要了。如果气孔调谐设置于较低的、更有用的频率上，则系统又会发生高频带宽的减小。

在复杂的现有技术带通低音扬声器方面，下一个改革步骤最早表明于美国专利US Patent1,969,704的专利文献中，它是D’Alton于图2中提出的基于双重亥姆霍兹反射式带通低音扬声器系统的“声学装置”。该文献公开了包括两个腔室带通低音扬声器系统的一种音箱，一个有源换能器安装在分隔板上，与两个腔室都沟通。每个腔室有一个无源声辐射器，与音箱的外界环境沟通。Bernhard Puls的欧洲专利0125625“带有集成声学带通滤波器的扬声器音箱”和Amar G.Bose的美国专利4,549,631“多开口扬声器系统”都导出于D’Alton文献中示明的同一基本结构。

双重亥姆霍兹反射式带通系统的另一种布置公开在Palo Krnan的美国专利4,875,546“带有声学带通滤波器的扬声器”中。该系统包括一个有两个独立腔室的音箱，在分隔板上安装一个有源换能器，它与两个腔室沟通。其一个腔室有一个无源声辐射器开口，它与音箱外界环境沟通。在两个腔室之间的内部有一个第二无源声辐射器使它们沟通。

这类双调谐带通次低音扬声器的问题同样是带外高频共振，它们本来是单调谐带通系统的缺点。此外，最低频率处腔室的气孔使较低频率的带外性能受到低于气孔亥姆霍兹反射的调谐，导致输出幅度减小和膜片振幅增加，失真相应增大。这使得在系统截止频率之下幅频特性的斜率滚降较陡而失真加大。因此，这种类型的系统在最低的气孔调谐频率之下无助于均衡，所以，低于该气孔调谐频率时没有可应用的输出。

Schreiber等人的美国专利5,092,424“有至少三个串接子腔室的电声换能”对上面计划带通技术进行扩展。它使用带有至少三个腔室的音箱，做法实质上等效于上面所列的Bose的专利4,549,631，但有一个附加的音箱容积添加到主音箱的外面。该附加的音箱上有来自内部主音箱的两个开口，并有一个附加的无源声辐射器与系统外界环境沟通。象双调谐的带通系统那样，该系统有着同样的低频特性不良问题。

上面各项专利都存在缺点，对于低频重现它们限制了带通方法的潜力。总之，上述系统哪一个都有两个方面的问题，在希望有最大输出的低音范围内高通截止特性太陡，和/或在较高频率上则低通截止特性太缓，而在那里最希望其最大的扩展有着最锐的截止特性，又非衰减的共振会造成可听见的失真。

人们希望有这样一种低音扬声器系统，它能将低频上适度的二价高通滚降特性与高频上扩展频率有陡降的低通特性两者组合起来。

发明概要和目的

本发明的一个目的是利用多个低通声学滤波器特性将内部共振滤除，使得它们的声输出最小化。

本发明的再一个目的是利用至少一种双倍的声学低通滤波器特性滤除可听见的失真成分，而它们是产生高输出声平时会发生的。

本发明的再一个目的是给出一种较小的内部腔室，在那里任何的剩余驻波共振将上移到较高的带外频率上，可取地移出本发明的工作频率范围之外。

本发明的再一个目的是形成一种混合带通/高通低音扬器系统，能够实现频率响应扩展和纸盆摆幅最小。

本发明的再一个目的是创建一个具有陡降低通特性的声学带通，以使得交越点较高和/或实现换能器失真的声学过滤，同时，表现出在扩展到最低频率时有渐降的高通特性。

本发明再又一个目的是利用其扩展的响应如陡降特性使得交越频率较高，减小带外失真，因而使配合本发明低音扬声器系统应用的上端频率范围的卫星扬声器其尺寸和成本要求可以显著地降低。

本发明的一个优选实施例实现这些和其它目的时，提供出一种新型扬声器系统，它采用的音箱具有总共三个子腔室和两个亥姆霍兹反射调谐点。多个腔室中的第一个子腔室工作成非亥姆霍兹反射的声学悬浮腔室，而其余的子腔室工作成亥姆霍兹反射式腔室，提供出双重的低通特性。本发明的扬声器音箱具有至少两个声学低通滤波器，处于电声换能器的一侧与外界环境之间。电声换能器的另一侧包容在非亥姆霍兹反射、实质上密封的声学悬浮子腔室内。

其它实施例表明在一种扬声器系统中，它包括至少一个电声换能器和一个音箱，换能器用于将输入电信号转换成相应的声输出，音箱则由至少的第一和第二分隔板划分成至少的第一、第二和第三子腔室。第一分隔板支撑至少一个电声换能器，与之协同工作，并分界开第一和第二子腔室。专门设计的至少一个无源声辐射器以实现预定的声质量，并使第二和引三子腔室中的至少一个与所述音箱的外界区域相互耦合。每一子腔室有其声顺特性。无源声辐射器声质量与第二和第三子腔室声顺相互作用，在扬声器通频带内两个相隔的频率上形成总共两个亥姆霍兹反射调谐点。

本发明的一个附加实施例中包括一种扬声器系统，它由至少一个电声换能器和一个音箱组成，换能器用于将输入电信号转换成相应的声输出，音箱由至少N-1个分隔板划分成N个子腔室，N≥3。

第一分隔板支撑至少一个电声换器，与之协同工作，并分界开第一和第二子腔室。专门设计的至少一个无源声辐射器以实现预定的声质量，并使除第一子腔室之外的每个子腔室与其外界区域耦合。专门设计的至少一个附加的无源声辐射器以实现预定的声质量，并使第一子腔室除外的至少一个子腔室与音箱的外界区域相互耦合。第一子腔室的特征是工作在非亥姆霍兹反射模式下，而其余每个子腔室具有声顺特性。无源声辐射器声质量与子腔室声顺相互作用，在扬声器通频带内相隔的频率上形成总共N-1个亥姆霍兹反射调谐点。

扬声器系统的另又一个实施例中包括至少一个电声换能器和一个音箱，换能器具有振动膜片用以将输入电信号转换成相应的声输出信号，音箱由至少第一、第二和第三分隔板划分成至少第一、第二、第三和第四子腔室。第一分隔板支撑至少一个电声换能器，与之协同工作，并分界是开第一和第二子腔室。专门设计的至少一个无源声辐射器以实现预定的声质量，并与第二和第三子腔室相互耦合。专门设计的至少一个附加的无源声辐射器以实现预定的声质量，并与第三和第四子腔室相互耦合。专门设计的一个第二附加的无源声辐射器以实现预定的声质量，并使第二、第三或第四子腔室之至少一个与音箱外界区域相互耦合。第二、第三和第四子腔室之每一个具有声顺特性。无源声辐射器声质量和子腔室声顺选择成又在扬声器系统通频带内建立总共三个间隔开的频率，在这些频率上作为频率函数的振动膜片其偏移特性具有最小值。

本发明的还有一个实施例由这样的扬声器系统表明，它具有至少一个电声换能器和一个音箱，换能器用以将输入电信号转换成相应的声输出，音箱由至少第一和第二分隔板划分成第一子腔室的至少第一部分及第二和第三子腔室。第一分隔板支撑至少一个电声换能器，与之协同工作，并分界开第一子腔室的第一部分与第二子腔室。专门设计的至少一个无源声辐射器以实现预定的声质量，并与第二和第三子腔室相互耦合。专门设计的至少一个附加的无源声辐射器以实现预定的声质量，并使第二和第三子腔室中的至少一个与音箱外界区域相互耦合。第二和第三子腔室之每一个具有声顺特性。无源声辐射器声质量与第二和第三子腔室声顺相互作用，在扬声器通频带内两个相隔的频率上形成总共两个亥姆霍兹反射调谐点。第一子腔室的第一部分包括有安装结构用以固定到一个附加的封闭空间，使第一子腔室的箱体构成一个实质上闭合的声学悬浮腔室。

本发明扬声器的一个附加实施例中包括有亥姆霍兹反射式音箱和非亥姆霍兹反射式腔室的一种组合，在声学-力学上它定义了一种非对称带通特性，具有一个至少为三阶斜率特性的上端止带以及一个实质上为二阶斜率的下端止带。

本发明的再一方面提供出一种方法，用于在声学-力学上配置一个低频率范围扬声器系统，在音频系统内用于增强音频输出能力。该方法包括有步骤：a)使低频率范围扬声器系统配置成包括多个低通声学滤波器结构，以达到至少一种三阶声学低级特性；以及b)使低频率范围扬声器系统配置成与一种实质上二阶的高通特性相结合地工作。

此外，本发明的扬声器其特征在于，音箱具有使其与外界环境分界开的外侧板，其中，至少一个附加的无源声辐射器中包含至少一个声顺片，它使第三子腔室通过至少一个外侧板与音箱外界区域相互耦合。

结合附图进行阅看，从下面的详述中对本发明的许多其它特点、目的和优点将会变得很明白。

附图概述

图1是一种现有技术单反射调谐式带通音箱的图例。

图2是一种现有技术双反射调谐式带通音箱的图例。

图3是另一种现有技术双反射调谐式带通音箱的图例。

图4是一种现有技术三反射调谐式带通音箱的图例。

图5示明本发明的一种基本形式，具有三个子腔室、两个气孔和一个密封的声学悬浮第一子腔室。

图6给出图5中本发明的一个图例样式，具有喇叭口的气孔结构。

图7示明对图5中本发明的修改，用无源声学膜片代替气孔。

图8示明图5中的本发明具有的第一子腔室表现出有高声阻的非亥姆霍兹反射和声泄漏。

图9表明图5中的本发明带有第一子腔室开口，适应于向封闭空间中辐射。

图10是本发明的另一种形式，具有三个子腔室、两个气孔和一个密封的声学悬浮第一子腔室。

图11是本发明的另一种形式，具有三个子腔室、三个气孔和一个密封的声学悬浮第一子腔室。

图12是本发明的另一种形式，具有四个子腔室、三个气孔和一个密封的声学悬浮第一子腔室。

图13示明适应于应用在汽车中闭合空间内之本发明的基本形式。

图14是适应于应用在楼房内墙壁设施处闭合空间里本发明基本形式的正视图。

图15是沿图14中15-15线条剖面观看的本发明的侧视图。

图16示明具有多个在声学上并列的换能器的本发明。

图17示明具有多个在声学上并列、推挽布置的换能器的本发明。

图18示明具有多个在声学上串列、推挽布置的换能器的本发明。

图19示明对于高通特性有一个串接电容器来加上一个电高通极点的本发明。

图20示明本发明与现有技术的频率响应曲线的比较。

图21示明本发明与现有技术的膜片位移曲线的比较。

图22a示明图5之本发明的一个透视图，包括有剖面图示明的内部部件的图例，对于无源声辐射器可变更外侧片的材料。

图22b示明图22a的本发明产生出正输出信号。

图22c示明图22a的本发明产生出负输出信号。

附图和优选实施例的详细说明

下面的优选实施例表明了本发明的原理，能使本技术领域内的一般熟练人员按照这里提出的实施例中所公开的以及以众多等效的形式来实现本发明。为了简明，各个实施例中具有共通特征的部件和单元以相同的号码标识。

图1示明Lang提出的美国专利#2,689,016中一种现有技术带通低音扬声器系统，其最简单的形式中有主音箱体10，它包括分隔板51以形成子音箱容体12和13，并带有无源声能辐射器18，对外界环境作出子音箱容体13的气孔。该系统由换能器11激励。系统中只有一个亥姆霍兹反射调谐频率，并具有缓降的12dB/倍频程的止带斜率，所以，必须应用较低的交越频率和较大、较贵的卫星扬声器，这样才能不过载地播放出较低的频率。由于只有一个亥姆霍兹反射调谐频率，故而只有一个纸盆运动减小的频率。如上面提到的Fincham的文献中所声明，此种类型的系统还存在带外共振问题，它既造成声染色，又造成非故意的方向性暗示。

图2示明Bose提出的美国专利#4,549,631中表明的其次复杂程度的现有技术带通低音扬声器系统。主音箱体10内包含带有无源声能辐射器17的子音箱容体14和15，辐射器17对外界环境形成子音箱容体14的气孔，而无源声能辐射器18对外界环境形成子音箱容体15的气孔。依靠两个气孔的声质量和两个子音箱的声顺，系统形成两个亥姆霍兹反射调谐频率。由于两个子腔室为亥坶霍兹反射系统，故低频端高通斜率陡峭，而高频端低通斜率为缓降的12dB/倍频程止带。这与本发明正相反，它并没有所希望的12dB/倍频程的高通特性和陡峭斜率的低通特性。象图1中的系统那样，此系统也存在带外共振问题，它既造成声染色，又造成非故意的方向性暗示。

图3示明图2的另一种布置，是由Palo Krnan提出的美国专利4,875,546“带有声学带通滤波器的扬声器”文献中公开的一种双调谐带通系统。该系统包括带有两个独立腔体14和15的音箱体10，有源换能器11安装在分隔板51上，与两个腔室都沟通。腔室15有一个无源声辐射器18的开口，与音箱外界环境沟通。有一个第二无源声辐射器17，在两个腔室之间实现内部沟通。该系统存在有图2中那样公开的同样多缺点。

图4示明了一个带通系统，公开在Schreiber等人的美国专利5,092,424“有至少三个串接子腔室的电声换能”文献中，它与带有腔室14和15的图2中的带通系统等效，但在图2中的系统输出气孔17和18上添加了附加的分隔板52、子腔室16和气孔19。该系统有三个子腔室和三个气孔，给出三个亥姆霍兹反射调谐点，每个腔室给出一个。象图2和图3中的系统那样，该系统存在陡峭的高通、低频滚降和低频带外纸盆摆幅问题，使得它不能够在无过载和失真下应用于最低气孔调谐频率之下。

图5示出本发明的基本形式。它表明的扬声器系统中包括至少一个电声换能器11，其中包括一个用于将输入电信号转换成相应的声输出信号的振动膜片13。音箱体10由至少的第一分隔板51和第二分隔板52划分成至少的第一子腔室21、第二子腔室22和第三子腔室23。第一分隔板51支撑至少一个电声换能器11，与之协同工作，并分界开第一和第二子腔室21和22。专门设计的至少一个无源声辐射器30以实现预定的声质量，并使第二和第三子腔室22和23相反耦合。专门设计的至少一个附加的无源声辐射器31以实现预定的声质量，并使第三子腔室23与音箱体10的外界区域相互耦合。专门设计的每个无源声辐射器30和31以实现预定的声质量，它恰恰不同于现有的分隔板中的圆孔或缝隙的容许声音通过。三个子腔室之每一个具有声顺持性。声辐射器30和31代表声质量，它们与子腔室22和23的声顺相互作用而在扬声器通频带内两个相隔的频率上形成总共两个亥姆霍兹反射调谐点。这类亥姆霍兹反射调谐点在扬声器系统通频带内又建立了总共两个相隔的频率，在这些频率上作为频率函数的振动膜片的偏移特性具有最小值。本发明中，低通特性的斜率至少为18dB/倍频程，并在图5示明的实施例中能工作到(24-30)dB/倍频程。

第一子腔室21的特征是工作在非亥姆霍兹反射模式下，表示成一种密封的声学悬浮框。两个亥姆霍兹反射调谐和至少一个非亥姆霍兹反射模式相组合产生出了本发明的主旨带通低音扬声器的增强效应。下面的功能分析对此作出说明。

系统的工作情况如下：在所关心的最高频率开始点有一个高频声学悬浮共振，它由换能器膜片13的声质量与子腔室容体22的声顺相共振形成。在稍为低些的频率上有一个亥姆霍兹反射共振，它受控于无源声辐射器30的声质量与子腔室22的声顺之相互作用。频率进一步降低处有一个声学悬浮共振，它由换能器膜片13的声质量与无源声辐射器所耦合起来的子腔室22和23之组合声顺相共振形成。频率进而再降低处有一个第二亥姆霍兹反射共振，它由无源声辐射器31的声质量与子腔室22和23之组合声顺形成。最后的最低频率共振是由耦合一起的换能器膜片13的声质量、子腔室22和23、以及无源声辐射器30和31共同与子腔室21的声顺相共振动形成的。在此频率之下，高通特性的斜率达到平衡态12dB/倍频程的下降特性。

为了得到所需的性能，一种方法是从诸如图1中所示的一种标准带通音箱系统的设计开始，本技术领域内的熟练人员可按照文献中给出的指导去做，例如1988年6月的《Speaker Builder Magazine》中Jean Margerand的文章“The Third Dimension：SysmmetricallyLoaded”。在达到所需效率、箱框容体和低频响应的带通曲线后，便可实现本发明之图5的形式，即是加上第二分隔板52和无源声辐射器30，将无源声辐射器30的声质量选择得与子腔室22的声顺这样地共振，它使第二姆霍兹反射频率高于由无源声辐射器31的声质量与无源声辐射器30所耦合的子腔室22和23之综合声顺相共振形成的亥姆霍兹反射频率。人们可以应用本技术领域内熟练人员已知的标准设计原则调整所需的通频带形状。

一种优选实际例由下面的规范表明：

子腔室21容体：313立方英寸

子腔室22容体：58立方英寸

子腔室23容体：241立方英寸

气孔30直径：1.1英寸

气孔30长度：2.25英寸

气孔31直径：2.12英寸

气孔31长度：6英寸

换能器Qe：0.39

换能器Vas：8公升

换能器Fs：60Hz

气孔30与子腔室22的亥姆霍兹反射共振：165Hz

气孔31与子腔室22和23的亥姆霍兹反射共振：72Hz

子腔室21的基本非亥姆霍兹反射共振：49Hz

高通频率-3dB：48Hz

低通频率-3dB：220Hz

扬声器技术领域内一般认为，在多声道系统中应用的单只次低音扬声器通常必须在120Hz或更低的频率上形成交越，次低音扬声器的高频率开始端不应干扰所呈现声场所需的立体声隔离度和方向性。本发明人的发现之一是这样的，虽然具有12或18dB/倍频程这标准低通特性的低音扬声器系统是理想的，但对于次低音扬声器不干扰方向性的实际准则来说，应当在300Hz处下降至少15-20dB。就标准低通斜率而言，这就要求交越点不大于大约120Hz。即使将现有技术的陡峭电交越斜率方法使用到低音扬声器系统的低通斜率上，节目信号受衰减，但未受到本发明之技术滤除的上端频率(300Hz或更高)失真成分仍然会很大，因而干扰系统方向性，从听觉上干扰了听音者关于次低音扬声器位置的感知。由于至少18dB/倍频程的陡峭低通特性效能好，所以图6实施例中(24-30)dB/倍频程的本发明的低音扬声器系统可做到交越频率为200Hz或更高，而仍然能避免听音声的定位差错。当它与斜率较缓、实质上12dB/倍频程的高通特性相组合时，特别有价值，可以得到更低沉的低音和/或均衡的低音，这对于一定尺寸的音箱给出了典范的性能。此外，由于低通斜率陡峭，因而它所应用的交越频率比之通常的次低音扬声器大约能高一个倍频程，使上端频率范围的扬声器能减小到先前尺寸的八分之一，使用的换能器其纸盆面积只是四分之一。这个上端频率范围扬声器尺寸能减小的情况当与本发明的低音扬声器系统结合应用时，能使上端频率范围扬声器的成本减少50％或更多。在两声道系统中这是重大的成本降低，它能够应用一个次低音扬声器和两个上端频率范围扬声器；对于家庭影院的环绕声系统来说将有十分显著的费用减少，它应用五个或更多声道的上端频率范围扬声器，结合以单个次低音扬声器。本发明的这种上端频率范围扬声器成本降低并结合以失真减小和低频响应扩展，产生出了一种新等的系统价值。

容许从声学-力学上配置一个低端频率范围扬声器系统的本方法应用于音频率系统时，它能够在上端频率范围扬声器系统上减小扬声器尺寸的要求，而应用所述低端频率范围扬声器系统作为次低音扬声器时包括有步骤：

a)配置低端频率范围扬声器系统时要包括有多个低通声学滤波器结构，以达到三阶声学低通特性，更可取地为四阶或更高阶的低通特性；以及

b)使低端频率范围扬声器系统配置成与一个非亥姆霍兹反射式声学悬浮子腔室一起工作，以达到一种实质上的二阶高通特性。

图6具有与图5中那样的本发明相同的构造，变更的是无源声辐射器30和31两者都具有喇叭形端口。这对于无源声辐射器之任一个或是它们两者在使湍流最小和可闻的气孔噪声最小上是很重要的。

图7本质上与本发明的图5相同，只是用无源声学膜片30a和31a替代图5中的气孔30和31作为无源声辐射器。要获得最好的性能，重要的是使环绕/悬浮32中的这些无源膜片装置声耗低和声顺高，并能维持线性特性，达到膜片的真正位移等于或更可取地大于换能器11的位移。对于30或31，从们能够可交换地应用合理设计的气孔或者无源声辐射器。

图8示明本发明在结构上安装入一个由21′表示的、实质上密封的环境，它按照本发明的指导使音箱的封闭子腔室21扩展。附加的密封环境21′其声顺添加到子腔室21的声顺上。所以，它耦合到子腔室21的第一部分上，并由实质上密封的环境21′形成总结构；扬声器系统安装在它上面。这种类型设施的例子示明于图13、图14和图15。

图9概略地表示特别地当子腔室21密封不完善或者安装在后面要讨论的封闭环境诸如是图13、图14和图15中所示的汽车或楼房中时，在子腔室21中可能存在的声阻泄漏41。此种泄漏是极小的，并不造成亥姆霍兹共振。

该声阻泄漏会导致子腔室21之声学悬浮、非亥姆霍兹反射共振的某些损失。希望将这种泄漏保持于最小值，保持到声阻呈支配特性的程度。在某些系统标准中，可以应用声阻泄漏来达到对电声换能器的声阻阻尼。如果换能器的应用中由于小于理想磁场强度而换能器呈现出欠阻尼特性，则声阻泄漏特别有用。当换能器特性呈现欠阻尼或者在其基本共振上呈现出过量的幅度峰起时，也能够应用本技术领域内已知的其它力学和声学结构来阻尼换能器。

图10示明能达到本发明之目的而不同于图5结构的另一种实施例，移动了无源声辐射器31，它现在使第二子腔室22与音箱10外界区域相互耦合。为理解本实施例的工作，在一种优选的校准中，通过使无源声辐射器31的声质量与子腔室22的声顺相互作用做到产生出第一个最高频率的亥姆霍兹反射共振。第二个较低频率的姆霍兹反射调谐点建立自无源声辐射器30，它有效地使子腔室22与23耦合以建立一个较大的组合声顺，然后，声质量与声顺相互作用而产生出较低的调谐频率。

图11也是达到本发明之目的而结构上不同于图5的一种方式，它增加了无源声辐射器33以使第二子腔室22与音箱10外界区域相互耦合。在此场合下，该第三无源声辐射器并不建立起一个第三亥姆霍兹反射模式。声质量30、31和33与声顺22和23选择得在扬声器系统通频带内建立起总共两个相隔的频率，在这些频率上作为频率函数的振动膜片13的偏移特性有最小值。在声质量/声顺参数的一种校准中，图11中的系统在工作上它具有相同声质量的全部无源声辐射器与子腔室22和23的声顺相互作用，依靠无源声辐射器30有效地使两个子腔室22和23耦合，由之建立起第一个最高的亥姆霍兹反射频率。这可使子腔室22和23工作成一个大的子腔室，与并行工作的无源声辐射器31和33相配合，由声辐射器与大的、虚拟的子腔室22/23发生共振。在相隔开的、低于第一个较高的亥姆霍兹反射频率的频率值上，无源声辐射器31的声质量与子腔室22的声顺发生共振，形成第二亥姆霍兹反射模式。这两个亥姆霍兹反射模式建立起一个多极点的声学低通滤波器，它们止带特性至少为24dB/倍频程。在系统功能如上所述的一种参数校准中，子腔室22和23的大小约分别为60％/40％的关系(子腔室22加子腔室23之总容积的百分比)。

图12实质上类同于本发明之图6的设计，只是加上了附加的子腔室26和附加的无源声辐射器39，声辐射器39专门设计来实现预定的声质量。它得出一种四个子腔室的设计，有总共三个亥姆霍兹反射调谐点。一方面，本发明的三腔室样式在许多优选校准下往往具有至少四阶的低通特性，另一方面，本发明的四子腔室、三亥姆霍兹反射调谐点样式在许多优选实施例下实质上可给出六阶的低通特性。

图13示明关于图14讨论的本发明由安装结构64安装在汽车行李箱中的情况，电声换能器11之膜片13的第一侧61面对封闭空间65，由该空间65完成子腔室21的部分21′而形成实质上密封的子腔室21。声音通过开口31辐射入汽车内部听音区域63中。

图14和图15示明一种用于放置在封闭空间内的扬声器系统，诸如放置在楼房的墙柱之间或是大轿车壁上加强肋之间。本实施例包括至少一个支撑于分隔板51上的电声换能器11，它包括一个振动膜片13，换能器11的第一侧61和第二侧62用于将输入电信号转换成相应的声输出信号。音箱体10由至少第一和第二分隔板51和52划分成至少第一子腔室21(带有开口26)及第二和第三子腔室22和23。第一分隔板51支撑电声换能器11，与之协同工作，并分界开第一子腔室21的第一部分21′和第二子腔室22。专门设计的至少一个无源声辐射器30以实现预定的声质量，并使第二和第三子腔室22和23相互耦合。专门设计的至少一个附加的无源声辐射器31以实现预定的声质量，并使第三子腔室23与音箱外界区域相互耦合。

无源声辐射器30和31之每一个具有声质量特性，而第二和第三子腔室22和23之每一个具有声顺特性。声辐射器声质量与第二和第三子腔室声顺相互作用，在扬声器通频带内两个相隔的频率上形成总共两个亥姆霍兹反射调谐点。

第一子腔室21的第一部分21′适应于与安装结构64装置在一起，以封闭空间65进行工作，它使第一子腔室21实质上成为封闭的声悬浮腔室21。本发明适应于安装入任何封闭空间中，只要这种封闭空间可予应用并与听音区域相邻。一些例子中可以是机动车辆，其封闭空间可以是汽车行李箱。安装结构64中可包含支杆和垫衬，以支持音箱作为汽车结构的一部分。另一些例子中，音箱可以放置在楼房内的墙壁处、地板上或天花板下空间内，可以是电视机或电脑音箱、此种场合下，安装结构64可以包括一个密封部分以防止声音泄漏。

图16-18示明可以应用两个或更多的电声换能器以发挥本发明的优点。一些优点是：综合出单个虚拟换能器难以实现的参数，多个音圈可给出较大的热容量，可布置成推挽方式以消除偶次谐波失真，等等。实施此类变型本技术领域内的熟练人员是已知的。例如，图16是对图5中的扬声器在电声换能器11之外提供出带有膜片14的第二换能器41，它由第一分隔板51支撑，与之协同工作，使得由电声换能器11和41两者分界开第一和第二子腔室21和22。图16中，换能器物理上在并行布置下工作，但连线可以串联或并联。

图17相对于图5的扬声器其第二换能器41由第一分隔板支撑，与之协同工作，使得由两个电声换能器共同分界开第一和第二子腔室21和22。这里，换能器在物理上按并行、推换式布置工作，连线中使电信号反相，保持同时相的声输出关系，它们的电连接可以串联或并联。这种安排在消除不对称的偶次谐波失真上是有用的，此类失真是由于力学悬浮或电场不对称造成的。

图18相对于图5的扬声器其第二换能器41象至少的一个电声换能器11那样由第一分隔板41支撑，与之协同工作，使得由两个换能器共同分界开第一和第二子腔室21和22。这里，换能器在物理上按串接或对位的推换式布置工作，连线可以串联或并联，电信号反相，以保持同相的声输出关系。这种安排具有象图17那样同样的减低失真的优点，而它又能仿真单个激励器，使之在参数上无困难地达到诸如是两倍的声质量和两倍的BL。

图19相对于图5的扬声器其电输入信号是通过一个串联连接的电容器66传输到至少一个电声换能器11上的。该电容器除了能对本发明的许多优选实施例中二阶声学高通特性的欠阻尼显著地起作用之外，还能应用来产生一个附加的电高通滤波器极点。该串联电容器既能够平滑欠阻尼响应的峰起，又能够扩展系统的低频截止点，并进而在低频上减小过载。

图20的曲线示明本发明实施例的相对性能，曲线5代表图5的特性，曲线1和4代表图1和图4之现有技术带通低音扬声器系统的特性。这些频率响应曲线表明了本发明的优点，与系统1的缓降止带相比较，本发明低通特性范围扩展了，并有锐降的低通止带。它又示明高通止带滚降较缓，并比之系统4有频率更为扩展的响应。

图21的曲线示明在膜片位移随频率变化方面同样的三个系统的比较。显然，图4的系统在扬声器系统通频带内建立的三个相隔的频率上有其选定的亥姆霍兹反射调谐点，在这些点上作为频率函数的膜片偏移特性有着最小值(DM1，DM2，DM3)，但可以看出，它又有在最低调谐频率之下膜片位移很大的缺点。本发明不仅具有图20中所示的低频响应扩展的优点，它还能控制好膜片位移量恒定，直至降到零频率。这就容许本发明的最低频率能够不过载地仍然有用，对于即使是较宽的响应扩展也可做到均衡，和/或有效地应用动态均衡器，而在现有技术的图4装置中，在最低调谐频率之下是不能应用的。此外，与现有技术图1系统的只有一个位移最小值相比较，本发明在可用的通频带内上两个位移最小值上膜片位移最小。

图22a基本上是带有外侧板的图5的扬声器(以透视图形式示明)，外侧板使音箱与外界环境分界开。至少一个附加的无源声辐射器31b是由至少一个声顺片组成的，它通过至少一个外侧板使第三子腔室23与音箱外界区域相互耦合。在音箱的相对一侧示明有一个第二无源声学膜片31c。这些无源膜片可以由声顺片材料构成，诸如聚酯、橡胶或乙烯树脂。对于一个给定的调谐频率和音箱容积，无源膜片在厚度上其尺寸具有如图5中气孔31同样的声质量值。由于它们表面积大，比之图7中的无源声学膜片31a来说它们的位移要求小得多，而这也给出了本发明的等效功能。该膜片片材可以附着到音箱的一侧上，通过音箱侧板上的孔进行工作，或者孔的大小实质上就是整个侧板的尺寸。该片材也可以覆盖及一个以上的侧面。它可以环绕音箱卷绕，覆盖到音箱的二个、三个、四个或更多的侧面。如图中所示地也可以将各别的片材放置于两个对侧面上。本发明扬声器的这种结构能作出重量十分轻的系统格式，并由于它们的表面积大，能使得无源膜片引入的损耗非常低。也能够将这些膜片做成看起来是透明的。

图22b示明多个无源声学膜片辐射器31b′和31c′自图22a中所示31b和31c的静态位置上向外摆动的情况。

图22c示明多个无源声学膜片辐射器31b″和31c″自图22a中所示31b和31c的静态位置上向内摆动的情况。

显然，本技术领域内的熟绕人员在不偏离本发明的概念下可以作出许多其它修改，它们不同于这里公开的具体装置和技术。因此，对本发明应理解为包罗了这里提出的各种和每种新特性及这些特性的新组合，它们是这里公开的装置和技术所拥有的，并在所附权利要求书的精神和范畴内完全作出了限定。

Claims (37)

1.一种扬声器系统，包括：

至少一个电声换能器，用于将输入电信号转换成相应的声输出；

一个音箱，由至少第一和第二分隔板划分成至少第一、第二和第三子腔室；

所述第一分离隔板支撑所述至少一个电声换能器，与之协同工作，并分界开所述第一和所述第二子腔室；

专门设计的至少一个无源声辐射器，以实现预定的声质量，并使所述第二和第三子腔室相互耦合；

专门设计的至少一个附加的无源声辐射器，以实现预定的声质量，并使所述第二和第三子腔室中的至少一个与所述音箱外界区域相互耦合；

所述子腔室之每一个具有声顺特性；以及

所述无源声辐射器声质量与第二和第三子腔室声顺相互作用，在所述扬声器通频带内两个相隔的频率上形成总共两个亥姆霍兹反射调谐点。

2.权利要求1的扬声器，其中，所述无源声辐射器具有声质量特性，在选择上源于由气孔、开口和悬浮无源膜片组成的总体。

3.权利要求2的扬声器，其中，所述第一子腔室特征在于工作在非亥姆霍兹反射模式下。

4.权利要求1的扬声器，其中，所述至少一个附加的无源声辐射器使所述第三子腔室与所述音箱外界区域相互耦合。

5.权利要求1的扬声器，其中，所述至少一个附加的无源声辐射器使所述第二子腔室与所述音箱外界区域相互耦合。

6.权利要求5的扬声器，其中，所述至少一个附加的无源声辐射器的一个第二者使所述第三子腔室与所述音箱外界区域相互耦合。

7.权利要求1的扬声器，其中，所述第一子腔室实质上是一个封闭框的声学悬浮子腔室。

8.权利要求1的扬声器，其中，所述第一子腔室对所述音箱的外界区域有声泄漏，所述声泄漏的特征是作为一个声阻。

9.一种扬声器系统，包括：

至少一个电声换能器，用于将输入电信号转换成相应的声输出；

一个音箱，由至少第一、第二和第三分隔板划分成第一、第二、第三和第四子腔室；

所述第一分隔板支撑所述至少一个电声换能器，与之协同工作，并分界开所述第一和所述第二子腔室；

专门设计的至少一个无源声辐射器，以实现预定的声质量，并使所述第二和第三子腔室相互耦合；

专门设计的至少一个附加的无源声辐射器，以实现预定的声质量，并使所述二、第三或第四子腔室中的至少一个与所述音箱外界区域相互耦合；

所述子腔室之每一个具有声顺特性；以及

所述无源声辐射器声质量与第二、第三和第四子腔室声顺相互作用，在所述扬声器通频带内三个相隔频率上形成总共三个亥姆霍兹反射调谐点。

10.权利要求9的扬声器，其中，所述无源声辐射器具有声质量特性，在选择上源于由气孔、开口和悬浮无源膜片组成的总体。

11.权利要求9的扬声器，其中，所述第一子腔室实质上是一个封闭框的声学悬浮子腔室。

12.一种扬声器系统，包括：

至少一个电声换能器，具有振动膜片用于将输入电信号转换成相应的声输出信号；

一个音箱，由至少第一和第二分隔板划分成至少第一、第二和第三子腔室；

所述第一分隔板支撑所述第一电声换能器，与之协同工作，并分界开所述第一和所述第二子腔室；

专门设计的至少一个第一无源辐射器，以实现预定的声质量，并使所述第二和第三子腔室相互耦合；

专门设计的至少一个第二无源辐射器，以实现预定的声质量，并使所述第二和第三子腔室中的至少一个与所述音箱外界区域相互耦合；

所述子腔室之每一个的特征在于声顺，所述无源声辐射器声质量与所述声顺选择成在所述扬声器系统的通频带内建立总共两个相隔的频率，在这两个频率上作为频率函数的所述振动膜片的偏移特性具有最小值；以及

其中，所述第一子腔室是一个封闭框的声学悬浮子腔室。

13.权利要求12的扬声器，其中，所述至少一个附加的无源声辐射器使所述第三子腔室与所述音箱外界区域相互耦合。

14.权利要求12的扬声器，其中，所述至少一个附加的无源声辐射器使所述第二子腔室与所述音箱外界区域相互耦合。

15.权利要求14的扬声器，其中，所述至少一个附加的无源声辐射器的一个第二者使所述第三子腔室与所述音箱外界区域相互耦合。

16.权利要求1的扬声器，其中，所述至少一个电声换能器的至少一个第二者由所述第一分隔板支撑，与之协同工作，并使得所述电声换能器分界开所述第一和所述第二子腔室。

17.权利要求16的扬声器，其中，所述电声换能器按力学-声学的并行布置地安装。

18.权利要求16的扬声器，其中，所述电声换能器接力学-声学的串行布置地安装。

19.一种扬声器系统，包括：

至少一个包含有振动膜片的电声换能器，用于将输入电信号转换成相应的声输出信号；

一个音箱，由至少第一和第二分隔板划分成至少第一子腔室的第一部分及第二和第三子腔室；

所述第一分隔板支撑所述至少一个电声换能器，与之协同工作，并分界开所述第一子腔室的第一部分和所述第二子腔室；

专门设计的至少一个无源声辐射器，以实现预定的声质量，并使所述第二和第三子腔室相互耦合；

专门设计的至少一个附加的无源声辐射器，以实现预定的声质量，并使所述第二和第三子腔室中的至少一个与所述音箱外界区域相互耦合；

所述第二和第三子腔室之每一个具有声顺特性；

所述无源声辐射器声质量与第二和第三子腔室声顺相互作用，在所述扬声器通频带内两个相隔的频率上形成总共两个亥姆霍兹反射调谐点；以及

所述第一子腔室的所述第一部分适应于安装和工作在一个封闭空间内，由该空间完成所述第一子腔室的包封，作为一个实质上闭合的声学悬浮腔室。

20.权利要求19的扬声器，其中，所述至少一个附加的无源声辐射器使所述第三子腔室与所述音箱外界区域相互耦合。

21.权利要求19的扬声器，其中，所述至少一个附加的无源声辐射器使所述第二子腔室与所述音箱外界区域相互耦合。

22.权利要求21的扬声器，其中，所述至少一个附加的无源声辐射器的一个第二者使所述第三子腔室与所述音箱外界区域相互耦合。

23.权利要求19的扬声器，其中，所述第一子腔室对所述音箱外界区域有声泄漏，所述声泄漏的特征是作为一个声阻。

24.一种扬声器作为音响系统的一部分，用于在低频率上产生高输出，所述扬声器包含有亥姆霍兹反射式腔室和非亥姆霍兹反射式腔室的组合，它们在声学一力学上定义了一笚为对称带通特性，具有一个至少为三阶斜率特性的上啇频率止带以及实质上工作于二阶斜率的下啇频率止带。

25.权利要求24的扬声器，其中，上端频率止带具有至少四阶斜率的特性。

26.权利要求24的扬声器，其中，上端频率止带具有至少五阶斜率的特性。

27.权利要求24的扬声器，其中，下端频率止带具有欠阻尼二阶斜率的特性。

28.一种用于从声学-力学上配置低频范围扬声器系统的方法，包括：

至少一个包含有振动膜片的电声换能器，安装在一个封闭空间中，提供出至少三阶的声学低通特性，所述方法包括步骤：

a)配置所述低频范围扬声器系统，使它包括多个低通声学滤波器结构；

b)配置所述低频范围扬声器系统，使它有一个安装结构，在所述封闭空间内实质上密封住扬声器系统；

c)配置所述低频范围扬声器系统，使它具有至少一个电声换能器，其中包括有一个带两个表面的振动膜片；

d)配置所述低频范围扬声器系统，使它的所述振动膜片之第一面与所述封闭空间接合；以及

e)配置所述低频范围扬声器系统，使它的所述振动膜片之第二面通过所述声学滤波器向所述封闭空间的外界区域作出辐射。

29.权利要求28的低频范围扬声器还包括更特定的步骤：

f)封闭空间配置为机动车辆的壁室。

30.权利要求28的低频范围扬声器还包括更特定的步骤：

f)封闭空间配置为楼房内墙壁旁空间。

31.权利要求28的低频范围扬声器包括更特定的步骤：

f)封闭空间配置为视频播放器的音箱。

32.权利要求28的低频范围扬声器还包括更特定的步骤：

f)封闭空间配置为电脑壳体。

33.权利要求28的低频范围扬声器还包括步骤：

f)使声学低通特性配置成具有到嫠四阶的陡斜率。

34.权利要求1的扬声器，其中，所述电输入信号通过一个串接的电容器传输到所述至少一个电声换能器上。

35.权利要求9的扬声器，其中，所述电输入信号通过一个串接的电容器传输到所述至少一个电声换能器上。

36.权利要求3的扬声器，其中，所述音箱有外部侧板，使所述音箱与外界环境分界开，又，所述至少一个附加的无源声辐射器由至少一个声顺片组成，它通过所述外部侧板之至少一个侧板使所述第三子腔室与所述音箱外界区域相互耦合。

37.权利要求36的扬声器，其中，所述至少一个声顺片实质上形成至少一个外部侧板。

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