CN1671248A - 声音辐射 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种设备，其包括声学装置，该声学装置包括波导，而波导在面向空间的一端处具有声音开口，该设备还包括音频源、在波导另一端处的声音驱动器、面对收听区域的声音驱动器、以及作为一个整体音频系统支撑声学装置、音频源和声音驱动器的构件。该声音驱动器和波导的开口与所述构件面向基本上不同的方向。

Description

声音辐射

技术领域

本申请涉及声音辐射。

背景技术

在诸如市场可购得的Bose^WAVE收音机、WAVE^收音机/CD以及ACOUSTIC WAVE^(Massachusetts州Framingham的Bose公司)音乐系统的产品中，已经利用波导实现了声音辐射。声音辐射还已经利用扬声器箱体上的所谓的声音辐射口实现。在一些示例中，声音辐射口的开口处于扬声器箱体的前部，并面向收听区域。在其他示例中，声音辐射口的开口在箱体的后部，并背向收听区域。已经在收音机中使用了背向收听区域的辐射口开口。一些喇叭具有背向收听区域的相关波导。

发明内容

总的来说，在一个方面，该设备包括：一个声学装置，该声学装置包括波导，波导在其面向一空间的一端处具有声音开口；音频源；在波导另一端处的声音驱动器，该声音驱动器面向收听区域；以及支撑声学装置、音频源和声音驱动器的构件。作为一个整体的音频系统，声音驱动器和波导中的开口面向与构件完全不同的方向。

该设备可以包括一个或多个以下特征。声音驱动器和波导的声音开口面向完全相反的方向。波导的声音开口部不面对收听区域。波导包括一个主干和耦合到主干上的分支。每个分支具有相应的声音驱动器。由声学装置所辐射的声音与从波导辐射的声音具有不同的频谱。整体的音频系统包括收音机。

总的来说，在另一方面，该设备包括音频源、由壳体支撑并面向收听区域的声音驱动器、声学装置，该声学装置包括波导或辐射口，该波导具有由声音驱动器驱动的一端和第二开口端，在整体音频系统中壳体支撑音频源、声音驱动器和声学装置，壳体具有面向不同于收听区域的方向的孔隙，空隙包括两个或多个开口，波导的第二开口端与壳体的空隙间隔开一空间，并且相对于该空隙取向，使得从开口端辐射的声音穿过空隙。

设备可以包括一个或多个以下特征。所述空隙包括栅格。所述空隙包括壳体上的开槽。声学装置包括折叠的波导。空间至少要大的足以实质上减小由壳体的空隙所引起的声学装置所辐射出的声音的失真。

总的来说，在另一方面，设备包括音频源、面向收听区域的声音驱动器、在整体音频系统中支撑音频源和声音驱动器的壳体，壳体包括空隙，该空隙包括两个或多个开口，声学装置包括波导，波导具有由声音驱动器驱动的一端和第二开口端，波导的第二开口端与壳体的空隙间隔开一空间，并相对于空隙取向，使得从开口辐射的声音穿过空隙。

在本发明的一些设备中，在波导端部处的第二开口是喇叭形的。

其他方面可以包括制造和利用该设备的方法、包括该设备的系统、以及该设备的各组成部件。

其他优点和特征将从下面的描述并从权利要求书中变得更清楚。

附图说明

图1是目标和测得的室内频响的曲线表示图；

图2是波导系统的示意横截面图；

图3是波导系统的示意表示图；

图4是波导系统的示意横截面图；

图5是示例性波导系统的透视图；

图6A到6E是分别是去掉覆盖段的波导的三维视图、俯视图、前视图、仰视图和剖开图；

图7A、7B和7C分别是图5的设备的覆盖段的三维视图、侧视图和仰视图；

图8A、8B和8C是波导的示意性表示图；

图9是去掉覆盖段的波导的透视图；

图10A和10B是包括示例性波导的收音机的前视三维图和后视三维图；

图11是收音机的各部分的示意性俯视图；

图12是收音机的各部分的顶部透视图。

具体实施方式

对于在此讨论的实施例，“波导”定义为具有特定的特征。具体地说，在此所使用的波导指的是长度与波导的最低工作频率相关并且适于耦合到声能源上以使得声波沿着波导的长度传播的一种声音包围体。波导还包括一个或多个波导出口或开口，该波导出口或开口具有一定的横截面积，面对自由空气，并允许由声能源耦合到波导中的能量可以通过波导出口辐射到自由空气中。示例性波导特征在于波导出口的横截面积与在波导低频截止处的声音波长之间的特定关系，其中，低频截止可以定义为-3dB频率。-3dB频率一般在频率上稍低于可以由波导支持的最低频率驻波，这通常是在波导的最长尺寸是波长的四分之一时的频率。图1用曲线示出根据一个实施例的波导的示例性的目标频响12和测得的室内频响14。本发明的各实施例具有以下特征：

$\left(\sqrt{A}\right)/\mathrm{\λ}\≤1/15\left(0.067\right)$

其中，A是波导出口的横截面积，而λ是波导系统在-3dB频率下的波长。在一个示例性实施例中，低频截止是55Hz，而相应的波长λ是20.6英尺。波导出口A的横截面积是2.5平方英寸(0.0174平方英尺)：

$\left(\sqrt{A}\right)/\mathrm{\&lambda;}={\left(0.0174\right)}^{1/2}/20.6\mathrm{ft}=0.2\mathrm{ft}/20.6\mathrm{ft}=0.0064<1/15\left(0.067\right)$

从图2中可以看出，电声波导系统15包括：中空的主干声音波导段20，该段具有单独一个开口端部25；以及中空的分支声音波导段30a、30b、30c和30d。每个分支段，如30a，具有开口端部35a和终止端部40a。分支段的开口端部在位置41a、41b、41c和41d处耦合到主干段20。中空主干从其开口端部25延伸到位置41。分支段(如40a)的一个或多个终止端部40声音耦合到声能源50上。

每个声能源可以包括声音驱动器55，该声音驱动器55具有辐射表面，而辐射表面具有面向自由空气的外侧60和面向主干段20的内侧65。虽然驱动器55被示为定位在分支波导段的外侧，但是驱动器也可以位于一个或多个分支段的内侧。声能源50通过功率放大器连接到音频源(未示出)上，该音频源例如是收音机、CD或DVD播放器或麦克风。分支段可以布置成面对自由空气的辐射表面大致瞄准一个指定的收听区域70。由声音驱动器所产生的声音通过空气投射到收听区域70内，并通过波导段投射到主干段20的开口端部25处的区域71内。任何数量(或无)分支段驱动器可以耦合成面对自由空气。此外，可以存在一个耦合到驱动器(未示出)上的后包围体。虽然区域70和71被示作分开的，但实际上同一区域或各区域可以不象所示出的分开那么远(例如，大约一英尺或两英尺)，以保持波导以及其中应用了波导的产品紧凑(例如，波导可以折叠在其自身上，来实现这个目的)。

分支段的物理尺寸和取向可以为适应特定的声音需求修改。例如，相应分支段的长度可以相同或不同。沿着每个分支段和主干段以及各段之间的横截面积和形状可以相同或不同。对于波导各段的耦合位置41a到41d可以沿着主干处于共同位置或不同位置，例如，如图2所示。分支段的空间分离使得从声能源50提供到收听区域70内的不同节目信息可以在空间上分布。

关于声音波导的其他信息在Bose的美国专利4628528和6278789以及2003年10月31日提交的专利申请10/699304中描述，这些专利和专利申请合并于此作为参考。

如图3所示，电声波导80具有大致树形结构，并且包括开口端部根节点85₁、85₂......85_m以及终止端部叶节点90₁、90₂......90_n。根节点沿着在根节点102₁......102_m处的主干段100的第一部分95由叶节点87₁、87₂......87_m连接。端部叶节点90₁、90₂...90_n分别由初级、次级和第三级内部波导段110₁、...110_i，115₁、...115_j和120₁、...120_n和内部节点125₁、...125_j构成的分支网络连接到主干段100的第二部分105上。叶节点90₁、90₂、...90_n中的每一个可以耦合到声能源上，该声能源具有包括辐射表面的声音驱动器，如图2所示。

根节点在空间上彼此分开。叶节点在空间上彼此分开。不同的节目信息供给到不同的叶节点内，以便产生节目信息的空间分布。例如，具有类似或相同低频分量但具有不同高频分量的节目信息可以提供到叶节点中。叶节点的声音驱动器的辐射表面的外侧面对指定的收听区域101，而内侧面对区域102。

当节目信息被提供到驱动叶节点90的声音源中时，与内部各段110、115、120和内部节点125一起，叶节点与图2的分支段30相当。由于该节目信息可以汇合并传送到根节点85，根节点与叶分支段87和主干段100一起与图2的中空主干20相当。虽然在图2和图3中示出主干和分支段的特殊组合，但是在示例性波导中可以实现其他的主干和分支段的组合和构型。

在图4所示的示例中，电声波导系统110包括主干段115和两个分支段125a、125b，主干段具有单独一个开口端部120，而分支段从主干段的另一端伸出。两个分支段具有开口端部130a和130b以及终止端部135a和135b。两个分支部分的开口端部在基本上共同的位置140处耦合到主干段20上。两个分支段声学耦合到位于终止端部135a和135b处的声能源145a和145b上。声能源可以各自包括声音驱动器150a和150b。每个声音驱动器在声音驱动器的后侧155a、155b以及声音驱动器的前侧160a、160b处还具有辐射表面，其中后侧面对自由空气，而前侧大体上朝主干段115取向。应注意的是驱动器马达150a、150b可以位于分支段125a、125b的内侧，而不是如图所示的外侧取向，并且前侧160a、160b将面对自由空气。

单独的节目信息可以提供到每个分支段内，这些信息可以高度相关或不相关，或者可以仅在一个给定频率范围上高度相关，例如，如在低频范围上。

图4所示结构的各种实现方式都是有可能的。在一个实施例中，如图5所示，该实施例适用于桌上收音机/CD播放器，波导200具有右部205、中部210和左部215。例如，波导是利用合成树脂，如LUSTRAN^448(Bayer Corporation，Elkhart，Indiana)通过注模工艺形成的刚性结构。如图6A、6B和6C所示，波导包括图6A到6E所示的主体220以及图7A到7C所示的覆盖段225，它们单独模制并粘结到一起。

共同参考图6A到6E以及图7A和7C，波导包括左框架230a和右框架230b，它们位于波导的左部和右部内，并包含左声音驱动器235a和右声音驱动器235b(示意性示出)。驱动器各自包括辐射表面(未示出)，该辐射表面的第一侧面对自由空气，而与第一侧相对的第二侧面对波导。

图6A到6E示出波导主干段255和左、右分支段240a和240b的详细视图。每个分支段是一个折叠的连续管，该折叠的连续管限定了一个内部通道，并从波导任一端处的包含驱动器的左框架和右框架延伸到分支汇合处250。主干段255从分支汇合处250延伸到单独一个主干开口260，该主干开口260具有一个喇叭形的端部。每个折叠在分支段内限定了一个分段。每个分段由从波导的前部伸向后部的挡板或面板围绕。例如，波导壳体还具有支持部件，如CD播放器、AM天线和电源。如图所示的声音波导系统还可以包括电子器件，这些电子器件利用声能源来向分支段提供节目信息。

第一左分段和右分段265a、265b分别由驱动器235a、235b附近的锥形第一面板270a、270b的外侧表面(面对驱动器)部分形成，并向第二分段275a、275b延伸。第二分段由锥形第一面板270a、270b的内侧表面(面对主干部分255)以及第二面板280a、280b的外侧表面形成，并延伸到第三分段290a、290b。通常，每个面板是从波导的前部或后部伸出的弯曲垂直表面，并包括自由边缘。在每个自由边缘形成一个轮廓立柱(contoured post)285，以减少声压波的损失和湍流。第三分段290a、290b由第二面板的内侧表面和第三面板的外侧表面295a、295b形成，并伸向第四分段300a、300b。第四分段由第三面板的内侧表面和主干段侧壁305a、305b的外侧表面形成，并从第三分段伸出，而在分支汇合处250与主干段255连接。

每个分支段的横截面积沿着从左框架到右框架到分支汇合处250的路径连续减小。第一和第二分段相对大，并与第三和第四分段以及共同的主干部分相比锥度更大。在从第二分段向第三和第四分段延伸的同时，相邻面板的横截面积以及锥度随着分段的高度沿中部210减小而减小。左分支段和右分支段的总容积和横截面积分布相类似。但是，左段和右段不完全对称，这是由为了适应将不同尺寸的电子器件封装在波导200内而造成的。例如，AM天线(未示出)位于左部内，而电源/变压器(未示出)位于右部内。

特别参照图6A和6B，波导的前部包括横向通道310，该横向通道310从左驱动器框架230a的上部延伸到右驱动器框架230b的上部。横向通道形成在第二、第三和第四面板以及中部面板315的前部。在分支汇合处250附近的通气口320将横向通道310的中心连接到主干段255上。横向通道310包括从通气口320向左驱动器框架的上部延伸的左分支通道322a以及从通气口320向右驱动器框架的上部延伸的右分支通道322b。左和右分支通道322a、322b形成诸如示出的细长空腔的声学结构，该声学结构为了减小谐振峰值的大小来确定尺寸和结构。该细长空腔的长度选择成在需要控制波导内谐振峰值的大小的频率范围内呈现出谐振特性。细长空腔设计成使得由于在细长元件内谐振而产生的声压与波导内存在的声压相消干涉，从而减小峰值大小，其中，由细长元件内谐振而产生的声压存在于细长元件与波导相耦合的位置处。

在一个示例中，例如，靠近通气口320的横向通道310的中心包含阻性声阻尼材料324，如聚酯泡沫或纤维，以有利于减小这个峰值。在一个示例中的谐振峰值是380Hz。在一个示例中，细长元件的长度选择成使得它是需要减小的谐振峰值频率的四分之一波长。通气口320的横截面积可以是主干的横截面积的25％那么小。

另外，如图所示，可以分别在每个驱动器的后面、第一左和右分段265a、265b内放置阻性声阻尼材料325a、325b，来衰减较高频率(在一个示例中为710Hz到1.2kHz)处的峰值，但是不影响低频，如在美国专利6278789的主题中所公开的那样。应注意到：通气口250以及空腔322a、322b的位置不限于图6A和6B中所示出的。空腔的位置可以沿着整个波导系统在与目标驻波的压力最大值以及要衰减的特定谐振峰值相对应的任何位置。这种衰减谐振峰值的空腔的用途不局限于具有公共主干和分支段结构的波导。

现在，参照图8A，波导系统包括一波导330，该波导具有带有单个开口端部334的主干段332以及从主干段的相对端伸出的两个分支段336a、336b。两个空腔338a、338b在两个分支段之间、通气口340处连接到波导上。通过在主干中建立通气口340，显著减小目标频率分量(在一个示例中为380Hz)。阻性声阻尼材料342位于通气口340附近和/或空腔338a、338b中的一个或二者内。空腔也可以位于分支段或分叉成多个空腔，来减小多个谐振峰值。

现在参照图8B和8C，波导系统包括一声音波导344，该声音波导344具有终止端部346和开口端部348。电声驱动器350耦合到终止端部346上。波导344通过通气口353与空腔352相连接，或如图8C所示，具有第一和第二分段354a、354b的分叉空腔在通气口353处共同连接到波导344上。在另一示例中，波导344直接漏出到波导344外侧的空间内(未示出)。通气口353可以具有等于或小于空腔的横截面积的横截面积。与波导344的容积相比，空腔352、354a、354b限定了一个较小的容积，并且例如可以包括谐振管。各种其他实施例在2003年10月31日提交的Bose的专利申请第10/699304的主题中公开。声阻尼材料356(图8B)可以位于通气口353附近，并可以填充空腔352的一部分或基本上空腔的全部，如声阻尼材料356′所表示的。声阻尼材料358(图8C)可以填充一个或两个空腔354a、354b的一部分或基本上全部，如由声阻尼材料358′所表示的。

参照图9，且在一个示例中，波导200具有如下尺寸。主干段255从分支汇合处250到主干开口260的长度T_L是4.8英寸(122.4mm)，而主干开口260的横截面积T_A是2.5平方英寸(1622平方毫米)。波导的左分段240a从左框架230a处的起始点到靠近分支汇合处250的左分段的端部的长度L_L是21.4英寸(543.7mm)，右分段240b从在右框架230b处的右分段的起始点到靠近分支汇合处250的右分段的端部的长度R_L是21.0英寸(535mm)。在左分段起始处的横截面积LS_A是7.9平方英寸(5134平方毫米)，而在右分段起始处的横截面积RS_A是8.3平方英寸(5396平方毫米)。在左分段和右分段端部处的横截面积LE_A、RE_A分别是0.7平方英寸(448平方毫米)。如上所述，构想其他尺寸，其中波导的长度与最低工作频率相关，而横截面积与波导系统的-3dB低频相关。

如图10A和10B所示，收音机400包括壳体402以封闭波导系统200(图5)。在这个示例中，壳体基本是梯形的，接近波导的总体形状。收音机400包括对应于驱动器235a和235b的左开口和右开口404a、404b、以及大致靠近主干开口260的后开口460。从而，该收音机是整体音频系统的一个示例，在这种情况下，该系统包括音频源、两个声音驱动器、分体波导形式的声学装置以及支撑音频源、驱动器和声学装置的壳体。整体音频系统的各种其他构型都是有可能的。

如图11和12所示，当使用这种收音机时，驱动器235a和235b大致面向朝向收听区域602的方向600，而主干开口604(波导声音开口的一个示例)面向空间608的方向606。壳体中的后开口406(孔隙的一个示例)包括多个垂直开口609(狭槽)，并与主干开口604隔开空间610。空间610在这个示例中是32mm，但是可以更大或更小，这取决于壳体的结构。保持该空间较小可以实现整体音频系统结构紧凑。但是，如果空间过小，它们分离的肋611和狭槽609的构型可能导致湍流，这会随着声音从后开口460辐射出去而使得声音失真。从而，希望使得空间足够大，以减小(或基本消除)否则会发生的失真。主干开口604具有喇叭口605，这有助于减小被辐射的声音的湍流。由于主干开口面向后，因此喇叭口可以比位于空间更紧张的前壁内更易于实现。后开口406具有各种构型，如传统的金属或织物格栅以及其他狭槽、孔的图案或其他开口图案。

主干开口取向成使得从主干开口辐射的声音穿过壳体的后开口，并进入空间608内。声音的低频分量全向辐射，并到达收听区域，在该收听区域处，该低频分量与从扬声器发出的声音相结合。从主干开口发射出来的声音的较高频分量，如较高频失真分量，趋于直接远离收听区域辐射，并不会被听到。

方向600和606在图11所示的示例中大致相反。由于收音机的壳体的前表面是完全的，因此它们并非精确相反。驱动器面对方向601和603与方向600成较小角度。在其他示例中，方向600和606不需要相反，但是例如可以彼此成90度，或者其他各种角度。在很多示例中，方向606不会指向收听区域。

例如，(a)将波导的主干端部与壳体的后端狭槽或格栅间隔开以及(b)将主干端部面向收听区域之外的方向的技术也可以与声音辐射口的开口端部一同使用，该声音辐射口在其另一端部由通过壳体内的空气起作用的驱动器加以驱动。

包括CD播放器和显示器的部件410例如大致沿着波导的中部210(图6A)安装。

在工作中，音频回路(例如，音频放大器或与诸如收音机或CD播放器的音频源相结合的音频放大器)驱动两个扬声器(或其他声能源)，这两个扬声器安装在两个分支波导段的终止端部。这两个扬声器由不同的音频节目部分驱动，例如，由音频源的左声道和右声道驱动。波导增强了由驱动器产生的声音，并且分支和主干段的平滑的内部通道减小了湍流，并使得声音反射最小化。由于分支波导部分空间上分离开，因此，被增强的节目部分分别传输到听众。在共同的主干处，在两个分支段内传输的不同节目部分可以汇合，并且因为仅提供单独一个主干，所以可以节省空间，而不会影响到用户所体验的两个节目部分的音频分离。从而，该结构通过在远离声能源的端部处提供单个主干，而在节省空间的同时实现了空间分离波导的益处。

其他实施方式都处于所附权利要求书的范围内。

Claims (31)

1.一种设备，包括：

声学装置，该声学装置包括波导，波导在面对空间的一端具有声音开口；

音频源；

在波导另一端的声音驱动器，该声音驱动器面对收听区域；以及

作为一个整体音频系统支撑声学装置、音频源和声音驱动器的构件，

声音驱动器和波导的开口与所述构件面对实质上不同的方向。

2.如权利要求1所述的设备，其中，声音驱动器和波导的声音开口面对基本相反的方向。

3.如权利要求1所述的设备，其中，波导的声音开口不面对收听区域。

4.如权利要求1所述的设备，其中，波导包括主干和耦合到主干上的分支。

5.如权利要求4所述的设备，其中，每个分支具有相应的声音驱动器。

6.如权利要求1所述的设备，其中，由波导的开口端部所辐射的声音与从声音驱动器辐射的声音具有不同的频谱。

7.如权利要求1所述的设备，其中，整体音频系统包括收音机。

8.一种设备，包括：

音频源；

由壳体支撑并面向收听区域的声音驱动器；

声学装置，该声学装置包括波导或辐射口，该波导或辐射口具有由声音驱动器驱动的一端以及第二开口端；以及

在一个整体音频系统中支撑音频源、声音驱动器和声学装置的壳体，

壳体具有面向不同于收听区域的方向的孔隙，该孔隙包括两个或多个开口，声学装置的第二开口端与壳体的孔隙间隔开一空间，并且相对于该孔隙取向成使得从开口辐射的声音穿过孔隙。

9.如权利要求8所述的设备，其中，孔隙包括格栅。

10.如权利要求8所述的设备，其中，孔隙包括壳体内的狭槽。

11.如权利要求8所述的设备，其中，声学装置包括折叠的波导。

12.如权利要求8所述的设备，其中，该空间至少足够大以实质上减小由壳体的孔隙在从声学装置辐射的声音中造成的失真。

13.如权利要求8所述的设备，其中，声音驱动器和声学装置的开口端面对基本相反的方向。

14.如权利要求8所述的设备，其中，声学装置的开口端不面向收听区域。

15.如权利要求8所述的设备，其中，声学装置包括波导，该波导具有主干和耦合到主干上的分支。

16.如权利要求15所述的设备，其中，每个分支具有相应的声音驱动器。

17.如权利要求8所述的设备，其中，由声学装置的开口端所辐射的声音具有与声音驱动器所辐射的声音不同的频谱。

18.如权利要求8所述的设备，其中，该整体音频系统包括收音机。

19.一种设备，包括：

音频源；

面对收听区域的声音驱动器；

在整体音频系统中支撑音频源和声音驱动器的壳体；

包括孔隙的壳体，该孔隙包括两个或多个开口；

声学装置，该声学装置包括波导，该波导具有由声音驱动器所驱动的一端和第二开口端，声学装置的第二开口端与壳体的孔隙间隔开一空间，并相对于孔隙取向成使得从开口辐射的声音穿过孔隙。

20.如权利要求19所述的设备，其中，孔隙包括格栅。

21.如权利要求19所述的设备，其中，孔隙包括壳体中的狭槽。

22.如权利要求19所述的设备，其中，声学装置包括折叠的波导。

23.如权利要求19所述的设备，其中，所述空间至少足够大以基本上减小由壳体的孔隙在从声学装置所辐射的声音中造成的失真。

24.如权利要求19所述的设备，其中，声音驱动器和声学装置的开口端面对基本相反的方向。

25.如权利要求19所述的设备，其中，声学装置的开口端不面向收听区域。

26.如权利要求19所述的设备，其中，声学装置包括波导，该波导具有主干和耦合到主干上的分支。

27.如权利要求26所述的设备，其中，每个分支具有相应的声音驱动器。

28.如权利要求19所述的设备，其中，由声学装置的开口端所辐射的声音具有与声音驱动器所辐射的声音不同的频谱。

29.如权利要求19所述的设备，其中，该设备包括收音机。

30.如权利要求1所述的设备，其中，在波导端部处的开口是喇叭形的。

31.如权利要求8或19所述的设备，其中，声学装置的第二开口端是喇叭形的。

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