CN1481195A - 活塞式音箱 - Google Patents

Abstract

一种音箱设计方法和构造方案，就是在密闭音箱装上橡胶活塞，使音箱容积和音箱阻尼随低音扬声器的振动需要而自由变换。从而改变传统音箱设计方法和构造方案。改变橡胶活塞的振动质量和振动面积，都可以改变音箱阻尼，橡胶活塞使音箱内外气压保持平衡。本发明音箱具有箱体体积小，设计简便，音频范围宽，灵敏度好，有效避免声短路和相互干扰现象。

Description

活塞式音箱

本发明技术领城属于音箱的设计方法和构造方案。

目前，音箱按箱体结构，分为密封式、倒相式、号简式、空纸盘式等多种类型，但都设计复杂、技术要求高、体积大、成本高，都难以做到体积小，音质又好的情况。

于上有技术中的不足，本发明的目的就是提供一种技术要求低、设计简便、构造上加入活塞，使箱体体积小，箱体阻尼可调，音质又好的音箱制作方案。

人耳的听觉范围为下限20Hz-上限20KHz，在音箱中重放高音20KHz都能做到，只要高音扬声器能达到20KHz就行。对于重放低音20Hz，就是我们制作音箱的目的。决定音箱低音效果优劣有两个：一个是静态参数——下限频率，另一个是动态参数——瞬间响应。在设计音箱时，我们希望下限频率越低越好。而对于瞬间响应，则希望达到图1-1所示情况，此时音箱的品质因数：Q＝0.707为最佳阻尼状态，这两个参数，对音箱起决定性作用，是箱体设计的关键所在。下面我们来看它们互相关系，密闭音箱由下述公式计算： $\mathrm{foc}=\sqrt{f_o^2+\frac{{255a}^4}{m_{o}v}}$ 其中：foc—音箱下限频率

fo—低音扬声器谐振频率

m_o—低音扬声器振动质量

a—低音扬声器有效振动半径

v—音箱的净容积

由上式可以看出，foc是由四个参数决定，但是，当我们选定扬声器品牌和型号之后，fo、m_o和a这三个参数都已确定下来，设计者已无能为力，只剩下箱体净容积v可以由设计者确定。由上式可知，v与foc²呈一定反比例关系，v越大，foc越低，但过大的箱体会导致瞬态特性变差，如图1-2所示，箱体也不能过小，过小的容积会使音箱处于深度过阻尼状态，如图1-3所示。所以下限频率和瞬间响应这两个参数是互相牵制的，传统的音箱设计就是在这两方面综合考虑，使音箱的品质因数Qoc＝0.707。

活塞式音箱理论认为：Qoc＝0.707的阻尼状态，还不是最好的，还没有使低音扬声器系统充分的发挥。还有一种状态——自由阻尼自由容积状态。它能使低音频率更下限，灵敏度更高，箱体容积更小，能最大限度挖掘扬声器潜力。

本音箱发明标准结构原理如图2所示，音箱分为A室和B室，A为低音扬声器安装室，B室为活塞室，B活塞室由一个活塞组成，安装在箱体的背面，橡胶振膜会随低音扬声器振动而振动，因为橡胶是声音的不良传导体的特殊材料，所以不会发出声音，海棉的作用是缓解橡胶振膜的振动和吸收音波，B室活塞作用可使A室的容积随低音扬声器振动的需要，自由调节箱体容积、箱体阻尼状态和平衡箱体内外气压，并对低音扬声器加载，增大低音扬声器振动质量，使音箱频率下限。实行扬声器振动软着陆，改善音箱灵敏度、瞬态失真、消除共振等等。活塞室的作用是由橡胶折环弯折运动，橡胶振膜缓振振动，海棉阻振运动共同完成。活塞室加载大小是随低音扬声器振幅大小成正比，振幅大时，阻尼大、加载大，下限频率就低，低音效果就好。改变活塞室振动质量和振动面积，可改变音箱阻尼大小。

本音箱发明设计技术要求是：箱体要密闭、低音扬声器和高中音扬声器要隔开密闭，箱体大小原则是可安装下扬声器就行，箱体尺寸比例不可为整数倍，以免声染色。活塞总工作容积等于低音扬声器在音箱额定功率振幅容积，即：有效振动面积×振幅距离＝振幅容积，活塞总振膜面积近于低音扬声器振膜面积，但不可偏差太大，活塞振膜质量要尽量小，以便增大调整。

现在，我们来看本音箱发明的两个重要参数：

静态参数——下限频率。低音扬声器工作时，使箱内空气带动橡胶振膜振动，橡胶折环前后运动，这样，可以看成低音扬声器带动活塞工作，就增大扬声器振动质量。由上述公式得知，振动质量和下限频率成反比例，所以频率进一步下限。

动态参数——瞬间响应。当有一个瞬间信号来临时，A室空气负载加于低音扬声器，活塞室有一个瞬间滞后，其瞬态会出现如图3所示情况，其中a为最佳阻尼响应曲线，b为变容积阻尼响应曲线，由于活塞室滞后的原因，仅有A室内空气作用于低音扬声器，此时，音箱处于欠阻尼状态，图3中b响应曲线斜率最大，表示振膜振动速度最快，在t₁时间后，由于活塞室迅速作用低音扬声器振膜，音箱迅速恢复到正常阻尼状态，曲线斜率逐渐下降，表示振膜逐渐下降，并恢复到正常阻尼速度，由于活塞室作用图1-3所看到的曲线下降未端的拖尾现象被有效抑制，实行振膜软回位，这样说明瞬态变好。

本音箱发明和现有技术相比有如下优点和积极效果。

(一)本发明首次在音箱上使用活塞，从而使音箱的容积可变，阻尼可变。改变传统音箱复杂的设计方法，从而，使音制作进入一个新的领域、新的概念。

(二)本发明和传统比较：具有设计简单，技术要求不高，体积小，造价低廉。

(三)本发明和现有技术比较：重放音场宽阔，低频灵敏度高，解析力好，有效减少扬声器振幅，箱内不会产生驻波，有效避免声短路和相互干涉现象。平衡音箱内外气压。尽量挖掘扬声器潜力。

图4为本发明音箱实验品结构，低音洙江牌YD-300mm 80W，高音天籁牌TL10-10S15W，佳讯牌二分频器，分频频率为4000HZ。箱体净容积约为18升，活塞组成由1只直径300mm扬声器，去掉磁铁、音圈、纸盆，再在橡胶折环上粘上直径244mm，厚2mm的橡胶振膜，橡胶振膜两个面再粘上直径240mm，厚4mm的海棉。箱体用厚18mm高密板，胶水粘贴，每隔30mm用木镙丝固紧，用沥青浇灌箱体里面缝隙，贴20mm厚橡胶膜，再贴20mm厚海棉，不要遮住安装孔。安装扬声器时，要垫橡胶密封圈，用木镙丝固紧，最后用AB固化胶，密封所有缝隙，严防漏气。高音扬声器的背后用小木箱罩住，隔绝箱内空气，防止互相干扰。

附图说明：

图1为音箱在不同阻尼情况下瞬间响应图

其中：1-1为最佳阻尼状态

      1-2为欠阻尼状态

      1-3为过阻尼状态

图2为本发明原理图

其中：A为低音扬音器安装室

      B为活塞室

      1—支架                        2—橡胶折环

      3—橡胶振膜                    4—海棉

图3为音箱在最佳阻尼状态和自由容积阻尼状态对比图

其中：s—声音响度                    t—时间

      t₁—某一时间                  o—坐标起点

      a—最佳阻尼状态                b—自由容积阻尼状态

图4为本发明音箱实施图

其中：(4-1)为正面图，(4-2)为右侧面图，(4-3)为左侧面图

      1—高音安装孔                  2—低音安装孔        3—活塞安装孔

该实验音箱额定功率100W，试听时，用功率100W放大器，低音沉重，不拖泥带水，音箱板材没有发生共振，可明显看见活塞在运动，把活塞去掉，就会出现低音不纯，而且硬，板材有震动感。频率响应28Hz-20KHz。灵敏度92分贝。

Claims (4)

1.一种音箱领域用的设计方法和构造方案。其构造方案在于，在密闭音箱中使用活塞室。活塞室是由一个或多个活塞组成。活塞可以安装在音箱的任何一面。活塞是由支架、橡胶折环、橡胶振膜、海绵构成。其设计方法在于，在能够安装下音箱所需的部件的情况下，音箱的体积可大可小，可做成任意形状箱体。

2.根据权利1所述的音箱，其构造方案还在于，利用橡胶材料是声音的不良导体的特殊性来做活塞，活塞的工作使音箱的容积、音箱的阻尼，随低音扬声器的振动需要而不断变动，使低音扬声器的振动始终处于软着陆状态，平衡音箱内外气压。其设计方法还在于，活塞的工作是由低音扬声器振膜背面声波推动音箱内空气而振动的，活塞的被动缓振振动可以把来自音箱内的声波进行吸收、缓冲、阻隔，使低音扬声器振膜前面声波不受干扰，尽量发挥扬声器的潜力。

3.根据权利1和权利2所述的音箱，其构造方案和设计方法在于，活塞室的工作容积等于低音扬声器振动容积，活塞室的振动面积等于低音扬声器有效振动面积。改变活塞室振动面积或振动质量，都可以改变音箱组尼。

4.根据权利1所述的音箱，其构造方案还在于，活塞支架是用来固定活塞到箱体上和支撑橡胶折环外圈，橡胶振膜是粘在橡胶折环内圈上，橡胶振膜的两个面都粘有一层薄薄的海棉。其设计方法在于，活塞的工作是由橡胶折环的弯折运动.橡胶振膜的缓振振动和海棉阻振运动共同完成。

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