CN1894998A

CN1894998A - 弯曲波扬声器

Info

Publication number: CN1894998A
Application number: CNA2004800060990A
Authority: CN
Inventors: D·M·E·科里南
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: PSS Belgium NV
Priority date: 2003-03-07
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2007-01-10
Also published as: EP1604542A1; WO2004080118A1; WO2004080118B1; US20060153406A1; JP2006520568A

Abstract

一种扬声器，包括具有两个基本平行的主面(5A，5B)的声平板(₁)，并包括设置在所述主面之一上的电激励器(3)。一旦激励器被激励，至少随后由于在该板内产生弯曲波的结果，该板产生声辐射。为了改善扬声器的能量响应，该板具有相对该激励器延伸的调谐区域(₂₁)，该调谐区域具有的基本谐振频率低于在该板的其余部分内任一类似区域的基本谐振频率，如果在相同条件下确定的话。

Description

弯曲波扬声器

技术领域

本发明涉及一种扬声器，包括具有两个主面的声平板(acousticpanel)，并包括设置在所述主面之一上的电激励器，一旦激励该激励器，至少随后由于在板内生成弯曲波的结果，该板产生声辐射。

背景技术

PCT专利申请WO 99/67974公开了一种扬声器，具有各向异性平面或由两个表层(skin)生成的略微弯曲的膜片和在这些表层之间延伸的结构。该膜片具有大于横向弯曲强度的纵向弯曲强度。将具有在表层之间延伸的壁(wall)的聚丙烯共聚物的压制膜片称作可能的型式。该膜片承载一个或多个激励器。

PCT专利申请WO 97/09842公开了一种板状扬声器，它具有包括刚性蜂窝状核(core)的类似夹层结构(具体地说，格状结构)的板，以及密闭该核并粘接到该核的两个表层。提及轻金属和合成材料作为用于该核的材料。扬声器还具有一个或多个激励器，相对于板被设置在这样的位置上，以便在给定频率上在该板内生成弯曲波，这导致具有更多振动活动的区域和具有更少振动活动的区域的不规则图形，这是该专利文献所涉及的并且通常被称作平板(flat-panel)扬声器类型的扬声器的特征。

公知的板状扬声器具有其声音性能具有鼻音分量的问题。测量已表明：公知的板状扬声器的功率响应在大约2kHz和大约8kHz之间的中频范围内呈现峰值。

发明内容

本发明的目的是提供一种在开头段落中定义类型的板状扬声器，其在使用期间产生中性声音。

利用根据本发明的扬声器来实现这一目的，其特征在于，该板具有至少部分地相对激励器延伸的调谐区域，该调谐区域具有的基本谐振频率低于在该板的其余部分内任一类似区域的基本谐振频率，如果在相同条件下确定的话。这样的确定可以是测量或计算。收听测试已揭示：所应用的测量提供再现声音的显著改善。测量已经表明：所应用的测量提供了获得基本上平坦的能量响应的可能性。这是有利的，因为平衡的能量响应给予更好的声音性能的事实。

在其周边上支持的圆形振膜区域的基本谐振频率f₀利用等式

f_{0} \approx \frac{1}{r^{2}} \cdot \sqrt{\frac{B}{μ}}

给出，其中r是相关区域的半径(单位为米)，B是在该区域内材料的弯曲刚性(单位为Nm)，μ是该区域的表面密度(单位为kg/m²)。因而，可用于调谐膜片区域的基本谐振频率的参数是弯曲刚性(B)、表面密度(μ)和半径(r)。功率降低的效率与相关区域的半径成比例。

实验上已经显现：如果调谐区域即与激励器相对设置的板区域的基本谐振频率低于1.5kHz，则获得最佳结果。因此，最好选择B、μ、和r，使得：

\frac{1}{r^{2}} \sqrt{\frac{B}{μ}} < 1500 Hz .

在实际的实施例中，该板具有与激励器相对定位的切口(cut-off)或开口，并包括膜片，该膜片具有分别覆盖所述切口和开口的膜片部分，其中由膜片部分形成调谐区域。该膜片可以以箔片的形式在所述切口或开口中或在其上延伸，其中该膜片可以是板的整体部分，或者可以例如通过粘合剂粘附到板的部分上。通常，切口或开口将具有圆柱形状，并且膜片部分将是盘状的。

用于膜片部分的合适材料例如是某种热塑性塑料物质，例如聚氯乙烯、聚对酞酸乙二酯或玻璃纤维(加固)环氧树脂。合适的粘合剂例如是聚丙烯粘合剂，并且这样的粘合剂可以以带状的形式加以应用。

已经显现：当提供带有调谐孔(aperture)的调谐区域时，利用根据本发明的扬声器能够实现三次谐波失真的降低。在上述的实际实施例的情况下，这意味着膜片部分提供有相对激励器设置的相对小的开口。

可选择地，或者除了调谐孔之外，调谐区域还可以提供有毡制品或类似材料的层。

在所述的实际实施例的情况下，该板最好包括两个墙壁，其形成该板的主面，并通过在壁之间延伸的平行带状隔板的结构相互连接，其中这些壁和隔板由在该板内使用的具有临界阻尼的材料制成，其中所述临界阻尼至少是在该板内使用的相关材料的临界阻尼的2.5％。机械地，这样的板是各向异性的，其中该板可以围绕与隔板平行延伸的轴轻易地相对弯曲，并围绕与之横向定向的轴相对地刚性弯曲。从PCT专利申请WO 01/18132(在此引用作为参考)中本身公知具有这样一种板的扬声器。这种扬声器已经在市场上销售若干年，并被视为是本领域技术人员所公知的。用于该板的墙和隔板的适当材料是聚丙烯，最好是聚丙烯的共聚物。

尽管从WO 01/18132A2中公知的扬声器在宽范围的频率上具有良好的声音性能，但是测试已经表明：当提供有如权利要求3定义的膜片时，该板具有显著改进的声音特性，即有规律的声音能量响应。

应当指出，根据本发明的扬声器适于在高保真、家庭、汽车和多媒体音频系统内的声音再现。本发明还涉及显然将在根据本发明的扬声器内使用的板。

参考权利要求书，注意，在权利要求中定义的特征特性的各种组合是可能的。

附图说明

现在，将通过例子参见附图更详细地描述本发明，在附图中：

图1以剖视图示意地图示根据本发明的板状扬声器的第一实施例；

图2图示在图1的扬声器中应用的板的第一实施例和公知板上执行的声功率测量的结果的第一图形表示；

图3图示在根据本发明的扬声器的板的两个不同实施例上执行的声功率测量的结果的第二图形表示；

图4至图9以剖视图示意地图示根据本发明的扬声器的若干实施例；

图10图示在图4的扬声器内使用的板上执行的声压电平测量的结果的第三图形表示；

图11图示在图5的扬声器内使用的板上执行的声压电平测量的结果的第四图形表示；

图12示意地图示测试设备；和

图13示意地图示提供有平行带状隔板结构的一个板。

具体实施方式

图1所示的根据本发明的板状扬声器的实施例包括板 1，在这个例子中为平板，和用于驱动该板 1的激励器 3。该板 1具有由两个主壁7A和7B形成的两个主面5A和5B。中间结构9在两个主壁7A和7B之间延伸，并相互连接这些壁。在这个实施例中，结构9包括如在上述PCT专利申请WO 01/18132中所公开的被设置和构造的平行带状隔板。壁7A和7B和结构9构成通过挤压聚丙烯共聚物而制造的一个产品。在这个例子中，板 1具有大约1.5mm的总体厚度，并且所应用的聚丙烯共聚物具有2.9％的内部阻尼。其它的板和结构在本发明的范围内是有可能的。

图1所示的扬声器还包括框架11，通过合适的连接装置将板 1固定到该框架上，合适的连接装置例如是诸如软橡胶或类似橡胶材料的软材料的顺应性带状元件13。位于板1的轮廓上的带状元件13具有粘结到板 1的壁部分的一个侧面，并具有粘结到框架11的框架部分的另一个侧面。

激励器 3与主面5A相邻设置，并且在该例子中，它提供有电磁激励器系统，包括固定到板 1的壁7A的线圈架15上的激励器线圈3a和用于通过空气隙与线圈架15配合的磁单元3b。磁单元3b包括永磁铁和磁轭，并通过弹性悬挂装置17悬挂在线圈架15上。原理上，激励器系统可以是公知的系统，例如在上述PCT专利申请WO 01/18132中公开的激励器系统。

图1所示的扬声器具有的特征在于：板 1包括调谐区域 21，其具有的基本谐振频率在相同环境下执行测量的条件下低于在该板内其它任一类似区域的基本谐振频率。

可以利用图12中示意表示的设备执行这样的测量。该设备包括固定部分202a以及具有语音线圈104a的空心可移动部分104。两个部分102和104通过柔性装置106例如支架(spider)相互柔性连接。可以通过激励语音线圈104a来测量该设备的电阻抗。在将待测试的膜片部分123a的周围边缘123b固定到可移动部分104之后，可以再次测量电阻抗。可以通过公知的方式根据两次测量之间的差值本身推导出膜片部分123a的机械阻抗和因而推导出基本谐振频率。

作为替代方式，可以计算膜片部分的基本谐振频率。例如，对于在其轮廓上支持的圆形膜片部分，给出计算条件。

f_{0} \approx \frac{0,3 . t}{r^{2}} \sqrt{\frac{E}{ρ (1 - v^{2})}}

或

f_{0} \approx \frac{1}{r^{2}} \cdot \sqrt{\frac{B}{μ}},

B = \frac{E . t^{3}}{12 . (1 - v^{2})}

和μ＝p.t

E：杨氏模数，单位为N/m²(Pa)；

B：弯曲刚性，单位为Nm；

ρ：体积密度，单位为kg/m³；

μ：表面密度，单位为kg/m²；

t：厚度，单位为m；

r：有效膜片半径，单位为m；

v：泊松比(～0，3)。

在当前实施例中，调谐区域 21由膜片部分23a构成，该膜片部分23a是利用粘结剂固定到板 1的主壁7B的膜片23的一部分。该膜片部分23a覆盖在板 1中提供的切口25，并相对激励器 3定位。以这样的方式，调谐区域 21相对激励器 3延伸。膜片23和因而其部分23a由聚氯乙烯的薄片构成。调谐区域21的基本谐振在这种情况下是89Hz；因此，

\frac{1}{r^{2}} \sqrt{\frac{B}{μ}} = 89 Hz .

一旦激励该激励器线圈3a，则将弯曲波发射到板1内，以使谐振生成声输出。

在图2中的图形表示图示了在图1所示的实施例上在不同频率上执行的声功率测量的结果，即在包括由聚氯乙烯薄片形成并具有89Hz的基本谐振的调谐区域的扬声器上以及在PCT专利申请WO 01/18132中公开类型的扬声器即没有调谐区域的扬声器上的结果。除了公知的扬声器的板没有调谐区域的事实之外，两个板是相同的，即它们具有相同的尺寸、相同的结构和由相同的板材料制成。与根据本发明的扬声器的调谐区域相对应的公知板的虚构区域的基本谐振频率是4465Hz。在该表示中，单位为dB/W的声能量(AP)沿着垂直轴来绘制，单位为kHz的频率沿着水平轴来绘制。曲线A表示对根据本发明的扬声器执行的测量，而(虚)曲线B表示对公知扬声器执行的测量。图2清楚地图示：曲线A在2kHz和8kHz之间的频率范围内，具有比曲线B明显更规则的形状。在大约2.5和6kHz的频率上在曲线B内出现的功率峰值在曲线A内并未出现。由于不存在这样的功率峰值，所以利用扬声器生成的声音具有中性特性。

图3中的图形表示描述了基于对根据本发明的扬声器的实施例在不同频率上执行的声功率测量的结果的曲线C，所述扬声器提供有由聚对酞酸乙二酯薄片形成的调谐区域。该调谐区域具有584Hz的基本谐振频率。与图1类似，声功率沿着纵轴来绘制，而频率沿着水平轴来绘制。图3还图示图1所示的曲线A，然而，现在是以虚线来绘制。

除了膜片以及因而膜片部分是由不同材料制成的事实之外，两个实施例的板是相同的。曲线A和B之间进行的比较表明：它们的形状实际上是相同的。这意味着：在声音性能方面几乎没有任何差别，换句话说，根据本发明的扬声器的两个实施例能够生成自然发声输出。

在下文中将参考图4-图9描述根据本发明的扬声器的若干实施例。对于类似于图1所示的实施例的对应单元的构造单元而言，将应用图1的实施例描述所使用的相同参考符号。

图4中图示的实施例包括板 1和固定到板 1的主壁7A的激励器 3。板 1安装有与激励器 3相对设置的圆柱切口25，覆盖该切口25的膜片23。膜片25被密封到板 1，并包括盘状膜片部分23a，其具有的基本谐振频率低于在板1的其余部分内任何类似区域的基本谐振频率，并因而构成调谐区域 21。除了在膜片部分23a内以开口的形式具体地说以中央开口的形式存在调谐孔27之外，图5所示的可选实施例与图4所示的实施例相同。该实施例还在图13中以透视图进行图示。如图13所示，板 1包括两个主壁7A和7B以及在主壁之间延伸和连接这些主壁的中间结构9。结构9包括平行带状隔板9a。

图6所示的实施例包括板1和连接到板 1的主壁7A的激励器 3，该板 1具有与激励器 3相对设置的开口25。覆盖开口25的膜片23具有与激励器 3相对设置的膜片部分23a。在粘接载体29上提供膜片23，通过粘接载体29将其粘接到板 1。膜片部分23a具有的特性是其基本谐振频率足够低以符合权利要求1中定义的要求。图7所示的替代实施例类似于图6的实施例，但是具有开口形式的在膜片部分23a内的调谐孔 27。

图8和图9所示的实施例分别类似于图6和图7的实施例，但是现在利用类似于毡制品的材料层31来覆盖膜片23。

尚未提及的图4至图9所示的扬声器的部分可以具有类似于图1的实施例内相应部分的结构。

图10中的图形表示图示在图4的扬声器内使用的板上执行的声压电平测量的结果。该板的调谐区域具有200Hz的基本谐振频率。

在该表示中，单位为dB/W/m的声压电平(SPL)沿着纵轴来描绘，而单位为kHz的频率沿着水平轴来表示。该表示包括分别涉及基波、二次谐波和三次谐波的三个曲线C1、C2和C3。利用提供给扬声器的1W的功率(P_ref＝20μPa)在距离扬声器1米的距离上执行这些测量。

在图5的实施例的板上执行相同的测量。这些测量的结果表示在图11中的图形表示中。与图10类似，声压电平沿着纵轴来描绘，而频率沿着水平轴来表示。该表示包括对应于图10中的曲线C1、C2和C3的三条曲线，但是现在分别用参考符号T1、T2和T3来标记。曲线C1至C3与曲线T1至T3之间的比较表明：调谐孔的存在降低了三次谐波失真，并因而进一步提高了根据本发明的扬声器的声音质量。

应当指出：本发明并不限于所示的实施例。例如，在本发明的范围内可以进行若干变化，尤其例如在板和膜片的尺寸、结构和材料方面。此外，也可以使用不同类型例如压电类型的激励器来替代电磁激励器。

权利要求书

(按照条约第19条的修改)

1.一种扬声器，包括具有两个基本平行的主面(5A，5B)的声平板( 1)，并包括设置在所述主面之一上的电激励器( 3)，一旦激励器被激励，至少随后由于在该板内产生弯曲波的结果，该板产生声辐射，其中该板具有相对该激励器延伸的调谐区域( 21)，如果在相同条件下确定的话，该调谐区域具有的基本谐振频率低于在该板的其余部分内任一类似区域的基本谐振频率，其中该板具有相对该激励器设置的切口(25)，并包括具有覆盖所述切口的膜片部分(23a)的膜片(23)，该调谐区域由该膜片部分形成，并且其中该调谐区域具有调谐孔。

2.如权利要求1的扬声器，其中该调谐区域的基本谐振频率低于1500Hz。

3.如权利要求1或2的扬声器，其中该调谐区域具有类似于毡制品材料的层。

4.如权利要求1的扬声器，其中该板具有两个壁，这两个壁形成主面并利用在这些壁之间延伸的平行带状隔板的中间结构相互连接，这些壁和隔板利用在该板内使用的具有内部阻尼的材料制成，其中所述内部阻尼至少是在该板内使用的相关材料的临界阻尼的2.5％。

5.一种面板，呈现在任何一项前面权利要求中公开的板的特征，并因而被构造和显然将用于任何一项前面权利要求中的扬声器内。

Claims

1.一种扬声器，包括具有两个基本平行的主面(5A，5B)的声平板( 1)，并包括设置在所述主面之一上的电激励器( 3)，一旦激励器被激励，至少随后由于在该板内产生弯曲波的结果，该板产生声辐射，其中该板具有相对该激励器延伸的调谐区域( 21)，如果在相同条件下确定的话，该调谐区域具有的基本谐振频率低于在该板的其余部分内任一类似区域的基本谐振频率。

3.如权利要求1或2的扬声器，其中该板提供有相对该激励器设置的切口(25)，并包括膜片(23)，该膜片具有覆盖所述切口的膜片部分(23a)，该调谐区域由该膜片部分形成。

4.如权利要求1或2的扬声器，其中该调谐区域提供有调谐孔。

5.如权利要求1或2的扬声器，其中该调谐区域提供有类似于毡制品材料的层。

6.如权利要求3的扬声器，其中该板具有两个壁，这两个壁形成主面并利用在这些壁之间延伸的平行带状隔板的中间结构相互连接，这些壁和隔板由在该板内使用的具有内部阻尼的材料制成，其中所述内部阻尼至少是在该板内使用的相关材料的临界阻尼的2.5％。

7.一种板，呈现在任一前面权利要求中公开的板的特征，并因而被构造和显然将用于如任一前面权利要求的扬声器内。