CN1922920A - 扬声器和在其结构中使用的部件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种扬声器和在其结构中使用的部件。在本发明的一个方面，本发明一般涉及一种新型的扬声器，其包括具有声辐射元件的驱动器，至少两个电动元件，在操作时它们协同操作以使声辐射元件响应施加的信号而运动，以及被连接到声辐射元件和电动元件的固定元件，其中所述第一电动元件被机械地连接到声辐射元件，其中驱动器包括至少两个机械质量，在操作时，它们响应施加的信号而独立地运动。所述机械质量被机械地连接，使得在操作时驱动器具有至少四阶频率特性。这例如帮助构成四阶扬声器系统，其操作类似于未采用开口的倒相式音箱系统。还披露了能够在其它扬声器结构中使用的相关的扬声器部件和设计方法。

Description

扬声器和在其结构中使用的部件

技术领域

本发明一般涉及扬声器，更具体地说，涉及一种新型的扬声器设计和用于扬声器结构中的部件。

背景技术

已知的扬声器系统一般包括驱动器和箱体(enclosure)。驱动器的部件一般包括磁体(更具体地说，具有顶板和磁轭的磁体)、音圈、声辐射元件(一般是锥体部分(cone))、悬挂装置以及支架或框架。圆锥体部分也被称为辐射器或振膜。

在已知的扬声器中，音圈被刚性地连附在锥体部分上，磁体是静止的，被连附在扬声器箱上。音圈和磁体被这样设置，使得音圈处于磁体的磁场中。在操作时，电流流过音圈，当处于磁场中时，使音圈响应施加的信号而运动。因为音圈和锥体部分作为一个实体而运动，因此音圈的运动导致锥体部分的运动，从而发出声音。

在已知的扬声器的设计中，通常采用具有给定参数组的驱动器，然后根据这些参数选择最好类型的箱体。一般在扬声器的分类中使用Thiele-Small参数。这些参数是从扬声器的基本的物理参数导出的，例如其锥体部分质量、顺从性、容积等。给定这些参数，可以构造用于扬声器的合适的箱体。还可以根据最终扬声器产品的所需的外部特征来确定驱动器参数。

虽然在已知的扬声器中使用的驱动器按照相同的基本概念来工作，但驱动器的尺寸和功率具有宽的范围。例如，低音扬声器是被设计用于再现最低频率或者可听的声谱的低音端的驱动器。亚低音扬声器是一种特定类型的扬声器，其一般被设计用于再现声谱的最低的部分。因为低音扬声器和亚低音扬声器是专用的再现器，其设计使得其用于再现最低频率的的潜力最大。因此，它们一般被设计具有这样的锥体部分，其以这样的方式被悬挂，使得促进最大的前后运动。

此外，在低频，扬声器产生和扬声器箱中的所有的开口的净输出容积速度成正比的声压。这要求在箱体内的空气的压缩和膨胀。因而，开口的数量和给定的扬声器系统的内部结构用于确定其类型。

密封式音箱系统一般被认为是最简单的一种类型的扬声器系统。这种扬声器系统包括在一个音箱内的驱动器，没有其它的开口。在这种扬声器系统中，借助于驱动器(例如锥体部分)直接使空气运动。对于给定的音箱尺寸和低音截止频率，这种扬声器系统趋于被认为是一种低效率的扬声器系统。这种密封式音箱系统在本领域中是熟知的。

倒相式音箱系统(vented enclosure system)是已知的扬声器系统的另一个例子。倒相式音箱系统包括驱动器，其具有一次声辐射元件(primary sound radiating element)例如锥体部分，以及至少一个二次声辐射元件(second sound radiating element)。倒相式音箱系统的二次声辐射元件可以是在箱体中的开口或开孔，其提供用于一次声辐射元件的后输出的装置，以贡献于扬声器系统的总输出，一般具有非常窄的频率范围。在这种情况下，空气的净输出容积速度是由锥体部分传输的容积速度和由所述开口产生的容积速度的和。开口通常被制成具有合适的横截面积和长度的管子。虽然可以设计具有多个驱动器和多个开口的特定的倒相式音箱系统，但是总能得到呈现相同性能特性的对应的单驱动器/单开口的扬声器系统。这种倒相式音箱系统在本领域是熟知的。

或者，倒相式音箱系统的二次声辐射元件可以是无源辐射体或无源锥体部分。当没有足够的空间用于箱体中的长的开口时，或者当由开口中的快速运动的空气产生的噪声的大小不能被接受时，可以使用这种扬声器系统。出于本说明书和权利要求书的目的，这种无源辐射体系统也被称为倒相式音箱系统。这种包括无源辐射体和/或锥体部分的音箱系统在本领域内是熟知的。

包括多个腔体、驱动器和开口的另一种类型的扬声器系统在本领域中也是熟知的。其中的一些被构成带通扬声器系统。

倒相式音箱系统一般被认为比密封式音箱系统效率更高，假定相同的低音截止频率和尺寸。此外，倒相式音箱系统一般对再现的信号引入相对小的失真。这些特性对于倒相式音箱系统的广泛流行具有大的贡献。

近来，对于能够在具有最小失真的高声压值下再现非常低的频率并具有相对小的箱体尺寸的扬声器系统的市场需求不断增加。最初，似乎倒相式音箱系统这种形式的扬声器是一个好的选择。

不过，倒相式音箱系统的性能取决于若干个因素，其中包括箱体的尺寸、低频扩展以及输入功率。高声压值要求在倒相式音箱系统的开口中的空气的高的输出容积速度。不幸的是，小的箱体尺寸可能不允许使用具有大的横截面积的开口。结果，在相对窄的开口内空气的线速度可以达到高的值，因而产生可听的扰动。这些扰动在低频范围的底部拐角处是尤其可听的，此时扬声器的声音主要由开口辐射。

另外，无源辐射体可以代替开口。不过，虽然这将消除空气扰动，但其制造成本较高。此外，可能需要无源辐射体和有源驱动器一样大甚至更大，这一般需要将无源辐射体安装在扬声器箱上的一个单独表面上。这限制这种扬声器在房间内的放置的灵活性。

由倒相式音箱系统产生的总的声压是由倒相式音箱系统的一次和二次声辐射元件产生的压力之和。这可以产生扬声器的设计者并不总能察觉的另一个问题。倒相式音箱系统的一次和二次声辐射元件可以在箱体的表面上被分开，或者被安装在扬声器箱的不同的表面上，甚至可能在相对的表面上。这些因素，以及扬声器在房间内的放置，可以对这些压力引入相对的相位和幅值失真，从而防止它们的完全相加，因而在一些频率下降低扬声器的效率。一些非常大功率的扬声器系统被构成密封式音箱系统，以便避免这个问题，尽管其具有较低的效率。

发明内容

本发明一般涉及扬声器，更具体地说涉及一种至少克服一些已知的扬声器系统的这些缺点的新型扬声器。

在本发明的一个实施例中，提供一种作为倒相式音箱系统工作的扬声器，同时其只有一个直接驱动器或只有一个声辐射元件。这和倒相式音箱系统大不相同，其需要一个直接驱动器和至少一个开口，或至少一个和所述直接驱动器协同操作的至少一个无源辐射体，用于辐射声音。在本发明的这个实施例中，扬声器没有开口或无源辐射体而工作，形成四阶频率特性。这种扬声器具有倒相式音箱系统的优点，包括相对较高的效率和较小的失真，同时克服了倒相式音箱系统的一些缺点，包括可听的开口扰动、不完全的相加和空间布置问题。此外，这种扬声器不用任何电容器和电感器，而在本发明的实施例中形成其四阶频率特性。

在本发明的另一个实施例中，提供一种包括驱动器的扬声器，所述驱动器包括：至少一个声辐射元件；至少第一和第二电动元件，它们在操作时协同操作以响应施加的信号使所述至少一个声辐射元件运动；以及被连接到所述至少一个声辐射元件以及所述第一和第二电动元件的固定元件；其中所述第一电动元件被机械地连接到所述至少一个声辐射元件；其中所述驱动器包括至少第一和第二机械质量，在操作时，它们响应施加的信号以不同的速度运动；其中所述第一机械质量包括所述至少一个声辐射元件的质量；并且其中所述第一和第二机械质量被机械地连接，使得在操作时，所述驱动器具有至少四阶频率特性。

在本发明的另一个实施例中，提供一种驱动器，包括：至少一个声辐射元件；至少第一和第二电动元件，在操作时，它们协同操作，以响应施加的信号使所述至少一个声辐射元件运动；以及被连接到所述至少一个声辐射元件以及所述第一和第二电动元件的固定元件；其中所述第一电动元件被机械地连接到所述至少一个声辐射元件；其中所述驱动器包括至少第一和第二机械质量，在操作时，它们响应施加的信号以不同的速度运动；其中所述第一机械质量包括所述至少一个声辐射元件的质量；并且其中所述第一和第二机械质量被机械地连接，使得在操作时，所述驱动器具有至少四阶频率特性。

在本发明的另一个实施例中，提供一种扬声器，其中所述扬声器的部件被这样设置，使得满足第一条件和第二条件中的至少一个，所述第一条件是：第一电动元件响应在扬声器的操作期间施加的信号可以相对于至少一个声辐射元件和地运动，第二条件是：第二电动元件响应在扬声器的操作期间施加的信号可以相对于地运动。

在本发明的另一个实施例中，提供一种用于扬声器结构的机械杠杆，所述扬声器包括驱动器，其中机械杠杆提供至少第一和第二连接点，以及其中驱动器包括至少第一和第二电动元件以及至少一个声辐射元件，所述第一电动元件以这种结构借助于所述机械杠杆机械地连接到所述至少一个声辐射元件，第一电动元件在机械杠杆的一个连接点被连接到机械杠杆，以及至少一个声辐射元件在机械杠杆上的另一个连接点被连接到机械杠杆。

在本发明的另一个实施例中，提供一种包括驱动器的扬声器，所述驱动器包括：至少一个声辐射元件；至少第一和第二电动元件，在操作时，它们协同操作以响应施加的信号使所述至少一个声辐射元件运动；以及被连接到所述至少一个声辐射元件和所述第一和第二电动元件的固定元件，所述固定元件包括至少一个机械杠杆；其中所述第一电动元件借助于所述至少一个机械杠杆被机械地连接到所述至少一个声辐射元件，第二电动元件是静止的；其中至少一个机械杠杆的每一个提供至少第一和第二连接点，第一电动元件在各个连接点的一个连接点被连接到至少一个机械杠杆的每一个，至少一个声辐射元件在各个连接点的另一个连接点被连接到至少一个机械杠杆的每一个；其中至少一个机械杠杆的每一个提供至少一个在扬声器的操作期间静止的附加点；其中第一电动元件可以响应在扬声器的操作期间施加的信号相对于至少一个声辐射元件运动；以及其中在操作时，所述驱动器具有至少二阶频率特性。

在本发明的另一个实施例中，驱动器的第一和第二电动元件分别包括音圈和磁体。

在本发明的另一个实施例中，一种扬声器或驱动器包括以下至少之一：多个声辐射元件、多个声辐射元件段、多个音圈、以及多个磁体，它们在扬声器或驱动器的操作期间同时工作。

在本发明的另一个实施例中，提供一种包括多个扬声器的扬声器系统，其中多个扬声器中的至少一个按照本发明的实施例被构造。

在本发明的另一个实施例中，本发明涉及用于把声辐射元件固定到扬声器箱上的至少一个连接的新的使用，其中每个连接包括至少两个平行的带，所述带由柔性材料构造。

在本发明的另一个实施例中，提供一种用于设计扬声器的方法，所述扬声器具有和参考扬声器系统的频率特性基本相同的频率特性，所述方法包括以下步骤：识别在参考扬声器系统的模型中的至少一个声学元件；通过利用等效的机械元件代替在参考扬声器系统的模型中的至少一个声学元件的每一个产生扬声器的等效模型；由所述等效模型确定扬声器的多个结构参数；以及根据所述结构参数构造扬声器。

附图说明

为了更好地理解本发明的这些和其它的实施例，并以举例的方式清楚地表示如何实现这些实施例，现在参看附图，这些附图将在下面的说明中用于说明本发明的实施例，其中：

图1是一种典型的倒相式音箱系统的模拟等效电路模型；

图2是一种假设的四阶扬声器的模拟电路模型，其中图1的开口用机械质量代替；

图3表示用于设计图2的假设的扬声器的两个等效电路；

图4是按照本发明的实施例设计的四阶扬声器的模拟电路模型；

图5表示用于确定图4的扬声器的参数的两个电路；

图6是表示倒相式音箱系统和如图4中所示的该系统的等效扬声器的示意图；

图7提供用于表示在本发明的一个示例的实现中的倒相式音箱系统及其如图4所示的等效扬声器的模拟的响应曲线；

图8是用于表示按照本发明的另一个实施例设计的四阶扬声器的示意图；

图9表示图8的扬声器的模拟电路模型；

图10是表示在本发明的不同的示例的实现中用于图8的扬声器的几组参数的表；

图11是表示按照本发明另一个实施例设计的四阶扬声器的示意图；

图12是图11的扬声器的模拟电路模型；

图13是表示在本发明的不同的示例的实现中用于图11的扬声器的几组参数的表；

图14表示用于进一步导出图11的扬声器参数的电路；

图15是和图2的电路等效的模拟电路，用于进一步导出图11的扬声器的参数；

图16是和图12的电路等效的模拟电路；

图17是和图16的电路等效的模拟电路；

图18是用于表示在本发明的不同的示例的实现中由图17的电路表示的扬声器的几组参数的表；

图19是用于表示在本发明的实施例中使用的机械杠杆的操作的示意图；

图20是表示在使用图19的机械杠杆的本发明的示例的实现中扬声器的部件的示意图；

图21是在本发明的实施例中包括两个扬声器的扬声器系统结构的截面图；

图22是图21的扬声器系统结构的截面的透视的顶侧图；以及

图23是图21的扬声器系统结构的一个扬声器的声辐射元件的后面的内部视图。

具体实施方式

本发明一般涉及扬声器，更具体地说，本发明涉及克服已知的扬声器系统的至少一些缺点的新型扬声器。

虽然扬声器可被认为是一种包括驱动器和箱体的单个单元，但单个的扬声器在本文中还可以被更一般地称为“扬声器系统”。不过，本领域技术人员应当理解，因为每个单个的扬声器单元可以和其它的扬声器单元组合，本文使用的“扬声器系统”这个术语，根据使用该术语的上下文，可用于指包括多个单个扬声器单元的系统。

在一个宽的方面，本发明涉及一种作为四阶倒相式音箱系统工作的新型扬声器。已知的倒相式音箱系统一般使用具有二阶频率特性的驱动器，其和一个或多个开口或无源辐射体结合操作，以产生四阶频率特性。按照本发明，提供一种在操作时具有四阶频率特性的驱动器，其等效于已知的四阶倒相式音箱系统。

在本发明的实施例中，可以和扬声器结构中的箱体一道使用四阶驱动器，以提供一种在操作时具有四阶频率特性的扬声器。

在本发明的实施例中，扬声器只具有一个直接驱动器或只有一个声辐射元件。本发明的扬声器的音圈被机械地连接到声辐射元件，其和一些带通扬声器系统十分不同，例如后者的声音不是由驱动器直接辐射的。

和已知的扬声器对比，在已知的扬声器中，音圈相对于声辐射元件例如锥体部分是固定的，并且其中磁体相对于扬声器箱是固定的，而在本发明的一个实施例中，音圈和磁体中的至少一个是响应施加的信号可动的。换句话说，按照本发明的这个实施例，扬声器的部件被以这种方式设置，使得响应在扬声器的操作期间施加的信号：

(a)音圈可以相对于声辐射元件运动；或者

(b)磁体可以运动，其中所述运动是相对于地的运动，假定箱体相对于地不运动；或者

(c)上述两个条件都被满足，即：音圈可以相对于声辐射元件运动，并且磁体也可以运动。

按照本发明的实施例设计的扬声器具有四阶高通频率特性，并且不利用任何电容和电感来形成四阶特性。这将对扬声器系统提供这样的优点：其组合密封式音箱二阶扬声器系统设计和外部一阶或二阶无源滤波器，以便产生具有三阶或四阶特性的扬声器系统。位于外部滤波器和扬声器系统的机械部分之间的音圈电阻的存在限制了系统的效率。需要大而昂贵的电容器和电感器的外部滤波器也可以使得这种扬声器系统成为不实际的。

按照本发明的实施例设计的扬声器改善了倒相式音箱系统的性能，尤其对于在低频下的辐射声音。因而，在本发明的这个实施例的一种应用中，扬声器可用作低音扬声器或亚低音扬声器。

为了更好地理解本发明，首先提供在按照本发明的扬声器的设计中使用的分析，然后给出本发明的若干个示例的实施例的详细说明。

给定类型的扬声器系统的频率响应及其效率和充分限定该系统的扬声器的基本物理参数直接相关，所述参数例如可以包括：音箱或箱体的容积及其类型、锥体部分的质量和有效面积、悬挂装置的顺从性、BI乘积、线圈电阻、以及开口的谐振频率。给定的扬声器系统的特性可以以用于进行分析的多项式的形式表达或模拟，或者例如使用模拟等效电路。

现在使用模型说明本发明，所述模型呈扬声器系统的模拟等效电路的形式，在本发明人的观点看来，该模型简化了数学分析，同时提供和例如使用多项式进行分析而获得的相同的最终结果。在任何情况下，这里使用的分析方法的选择不用于限制本发明的范围。

模拟等效电路可用于描述低频时的扬声器特性，并且可由已公开的文献得知。许多扬声器设计者使用它们作为基本工具。所使用的电路可以根据应用以及要解决的问题的复杂性而不同。为清楚起见，在下面的分析中使用的电路将结合所使用的符号和惯例的说明。

机械系统或声学系统的模拟等效电路被表示为以和要模拟的系统相同的方式工作的电路。这意味着，在电路中的电压和电流表示被模拟的系统的某些物理参数。一个机械系统可以借助于表示其结构内部的所有的力和速度被描述。类似地，一个声学系统可以借助于表示所有的压力和容积速度被描述。机械系统可被表示为两种可能的模拟电路，一种是其中用电压模拟力，用电流模拟速度，另一种是用电压模拟速度，用电流模拟力。类似地，声学系统可以用两种可能的用于模拟声学参数例如压力和容积速度的模拟电路的任何一种模拟电路来表示。

虽然不限制本发明的范围，下面的分析使用电压来模拟线速度和容积速度，使用电流模拟力和压力。本发明人认为这种方法是更直觉的，因为电压和速度比电流和力更容易观察。这种方法的使用还意味着，电容代表机械的和声学的质量，电感代表机械的和声学的顺从性。

倒相式音箱系统的分析

参见图1，一种典型的倒相式音箱系统的模拟等效电路在整体上被表示为10。电路10是在扬声器设计中通常使用的一种修改的电路，其中的元件通常用复合形式表示。电路10提供了更多的细节，并清楚地把系统分为3个部分：电的、机械的和声学的。为了简化下面的讨论，未包括音圈电感(在较高频率时是重要的)和某些系统损耗。为简化起见，某些系统损耗也未反映在随后的图中。不过，这些简化不旨在缩小这里的分析的范围。

如上所述，电路10具有3个不同的部分：电的部分12，机械部分14和声学部分16。电路10包括用参数B1表征的电-机变换器18，其连接电的部分12和机械部分14。电路10还包括用参数S_d表征的机-声变换器20，其连接机械部分14和声学部分16。

电-机变换器18的模拟模型具有变压系数为B1的理想变压器的形式。实际上，这个变换器是一种包括永磁体和音圈的电动机结构。因而：

F_m＝i_e·Bl                                   (1)

$V_m=\frac{V_e}{\mathrm{Bl}}...\left(2\right)$

作为力系数的Bl是已知的，其可以用牛顿/安培[N/A]为单位表示；i_e是用安培[A]表示的音圈电流；电流F_m表示以牛顿[N]表示的由音圈产生的力；电压V_m表示用米/秒[m/s]表示的音圈的线速度；以及V_e是用伏[V]表示的电压，其可以在音圈以速度V_m运动时在开路的扬声器输入端被测量。

图1所示的电压V_md表示扬声器的锥体部分的线速度，单位是米/秒[m/s]。在作为电路10示出的示例的系统中，V_m＝V_md。

机-声变换器20的模拟模型具有理想的变压器的形式，变压系数为S_d。在以电路10示出的示例的系统中，S_d是锥体部分的有效面积，单位是平方米[m²]。

具有变压系数S_d的理想变压器是机-声变换器的模型。在这个例子中，S_d是锥体部分的有效面积，单位是平方米[m²]。因而：

$p=\frac{F_a}{S_d}...\left(3\right)$

V_ad＝V_md·S_d                             (4)

电流p表示在扬声器箱的内部由锥体部分产生的声压，单位是帕斯卡[Pa]；电流F_a表示用于产生这个压力所需的力，单位是牛顿[N]；以及电压V_ad表示锥体部分的容积速度，单位是立方米/秒[m³/s]。

图1所示的其余参数的意义如下：E是施加的输入电压，单位是[V]；R_ac是音圈的电阻，单位是欧姆[Ω]；电流F_s表示使锥体部分的机械部件运动以及使空气运动所需的力，单位是牛顿[N](为简化起见，但不限制本发明的范围，F_s在随后的图中未明示)；电压V_av表示在扬声器的开口中的空气的容积速度，单位是立方米/秒[m³/s]；电压V_ab的单位是立方米/秒[m³/s]，表示开口和锥体部分的总的容积速度，其决定在箱体的内部和外部产生的声压，并作为V_ad和V_av的和被计算；电容M_ms表示运动的扬声器部件的机械质量，单位是千克[kg]；电阻R_ms表示机械损失，单位是米/秒/牛顿[m/s/N]；电感C_ms是扬声器悬挂装置的顺从性，单位是米/牛顿[m/N]；电容M_av表示开口中的空气的声学质量，单位是千克/四次方米[kg/m⁴]；电感C_ab表示在箱体中的空气的声学顺从性，单位是[m⁴.s²/kg]。

顺从性C_ab和箱体的内部容积V_b(单位是立方米[m³])由下面已知的公式关联：

$C_{\mathrm{ab}}=\frac{V_b}{{\mathrm{\ρ}}_0{c}^2}=\frac{V_b}{\mathrm{\γ}{P}_0}...\left(5\right)$

在这个公式中，c是声音在空气中的速度，ρ₀是空气密度，单位是千克/立方米[kg/m³]，P₀是大气压力，单位是帕斯卡[Pa]；以及γ是比热(空气为1.4)。

假定声音辐射进入半空间(2π)，则可以导出下面已知的公式：

$p_r=\frac{\mathrm{j\ω}{\mathrm{\ρ}}_0}{2\mathrm{\πr}}(V_{\mathrm{ad}}+V_{\mathrm{av}})=\frac{\mathrm{j\ω}{\mathrm{\ρ}}_0}{2\mathrm{\πr}}{V}_{\mathrm{ab}}...\left(6\right)$

在这个公式中，p_r是在距离扬声器r米处的声压，单位是帕斯卡[Pa]，ω＝2πf，其中f是频率，单位是赫兹[Hz]，并且j是虚数单位。

本领域技术人员应当理解，电路10的参数可以被测量，或者使用已知的技术被导出，并且可以对于已知的倒相式音箱系统确定这个电路。

此外，本领域技术人员还应当理解，由电路10表示的系统可被表征为四阶系统，因为其含有4个电抗性部件(C_ms，M_ms，M_av，C_ab)，这些电抗性部件不能通过任何的电路变换被减少。例如，在一种电路变换中，一个具有合适的值的电感可以代替两个并联的电感。

倒相式音箱系统的改进

然后本发明人提出以下问题：对于已知的倒相式音箱系统(例如图1的电路10所示的)，能够以保留其作为四阶高通系统的主要特征，但不通过开口辐射声音的方式进行改进吗？在这个例子中，这意味着，声音只通过一个孔或声辐射元件进行辐射，而不是两个(或多个)。如果能够肯定地回答这个问题，则可以提出下面的问题：这个系统能够具有和已知的倒相式音箱系统相同的频率特性吗？

电压V_ab表示进出其容积由C_ab表示的音箱或箱体内部的空气的总的容积速度。保留V_ab的任何电路变换都具有相同的声输出，如公式(6)提供的。在设计等效于一个参考扬声器系统的扬声器时，所述参考扬声器系统在这种情况下是所述已知的倒相式音箱系统，按照本发明的实施例，声学质量被一个等效机械质量代替。

例如，更具体地说参看图1的电路10，开口以及其声学质量M_av由声学部分16估计，并由机械部分14内部的机械质量M_mv代替，以按照本发明的这个实施例设计一个等效扬声器。

参见图2，其中图1的开口被机械质量M_mv代替的一个假设的四阶扬声器的模拟电路模型由30表示。

在电路30中，V_mv表示质量M_mv的线速度或机械速度。在电路30中，音圈速度V_m不再等于锥体部分速度V_md。

如果质量M_mv满足以下条件：

$M_{\mathrm{mv}}=M_{\mathrm{av}}\·S_d^2...\left(7\right)$

则由图2的电路30表示的扬声器系统辐射的声音和由图1的电路10表示的参考扬声器系统辐射的声音相同，这是因为V_ab保持不变。公式(7)是一种简单的电路变换的结果，其中的电容C₂作为C₁被从变压器的二次侧移动到变压器的一次侧，如图3所示。C₂＝C₁·N²，其中N是变压系数。熟悉电路理论的技术人员应当理解这种变换。

下面具体说明由图1的电路10推导图2的电路30的步骤，其中参考扬声器系统的声学质量由一个等效机械质量代替。图2表示电路30，其至少在理论上似乎描述呈现四阶特性的等效扬声器系统，由于消除了开口，其中只使用一个直接驱动器或声辐射元件用于辐射声音，并且其具有和电路10表示的参考扬声器系统相同的频率特性。

不过，本发明人看来，由图2的电路表示的等效扬声器系统实际上不能使用当前可利用的材料来实现。例如，由图2的电路表示的扬声器系统需要质量为0的锥体部分。

在设计本发明的各个实施例时，考虑在电路30的机械部分14中可以使用的部件的不同的可能的改变，以及检查它们的可行性。这需要在某种程度上能够流畅地建立模拟电路模型，并能够流畅地进行电路分析。本发明人考虑了这些改变中的许多改变，以便发现本发明的许多实施例，这些实施例将在下面详细说明。

下面参照附图说明本发明的若干个实施例，应当理解，通过进一步分析，可以导出许多其它的实施例，这些附加的实施例也在本发明的范围内。

相对于箱体可以运动的磁体

参看图4，图中用32表示按照本发明的实施例设计的四阶扬声器的模拟电路模型。

图2的电路30和图4的电路32是相同的，除了在各个图中分别被标记为A和B的电路部分之外。这些部分从各自的图中被抽出，如图5的电路A和电路B所示。

如果两个电路的数学描述相同，则认为它们在功能上相同。有许多用于描述电路行为的方法。为了进行下面的分析但不限制本发明的范围，选择导纳[Y]的矩阵。

在电路B中机-声变换器33的模拟模型具有变压系数为S_m的理想变压器的形式。

参见图5：

$\left[\begin{array}{c}{i}_1\\ i_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{Y}_{11}& Y_{12}\\ Y_{21}& Y_{22}\end{array}\right]\×\left[\begin{array}{c}{U}_1\\ U_2\end{array}\right]...\left(8\right)$

矩阵[Y]的元素由下列公式确定：

$Y_{11}=\frac{i_1}{U_1}{|}_{U_2=0},Y_{12}=\frac{i_1}{U_2}{|}_{U_1=0},Y_{21}=\frac{i_2}{U_1}{|}_{U_2=0},Y_{22}=\frac{i_2}{U_2}{|}_{U_1=0}...\left(9\right)$

由上述公式，可以分别对于图5的电路A和B导出下面的矩阵[Y]_A和[Y]_B：

${\left[Y\right]}_A=\left[\begin{array}{cc}\mathrm{j\ω}(M_{\mathrm{ms}}+M_{\mathrm{mv}})& \mathrm{j\ω}{M}_{\mathrm{mv}}\frac{1}{S_d}\\ \mathrm{j\ω}{M}_{\mathrm{mv}}\frac{1}{S_d}& \mathrm{j\ω}{M}_{\mathrm{mv}}\frac{1}{S_d^2}\end{array}\right]...\left(10\right)$

${\left[Y\right]}_B=\left[\begin{array}{cc}\mathrm{j\ω}{M}_{\mathrm{mm}}& \mathrm{j\ω}{M}_{\mathrm{mm}}\frac{1}{S_m}\\ \mathrm{j\ω}{M}_{\mathrm{mm}}\frac{1}{S_m}& \mathrm{j\ω}(M_{\mathrm{mm}}+M_{\mathrm{md}})\frac{1}{S_m^2}\end{array}\right]...\left(11\right)$

如果[Y]_B＝[Y]_A，则：

M_mm＝M_ms+M_mv                            (12)

$\frac{M_{\mathrm{mm}}+M_{\mathrm{md}}}{S_m^2}=\frac{M_{\mathrm{mv}}}{S_d^2}...\left(13\right)$

$\frac{M_{\mathrm{mm}}}{S_m}=\frac{M_{\mathrm{mv}}}{S_d}...\left(14\right)$

求解公式(12)，(13)和(14)，以获得图5的电路B的参数，于是得到下面的公式：

$S_m=S_d\·(1+\frac{M_{\mathrm{ms}}}{M_{\mathrm{mv}}})...\left(15\right)$

$M_{\mathrm{md}}=M_{\mathrm{ms}}\·(1+\frac{M_{\mathrm{ms}}}{M_{\mathrm{mv}}})...\left(16\right)$

M_mm＝M_ms+M_mv                            (17)

此外，可由公式(7)计算M_mv。可以使用C_ab(来自式(5))和M_av确定开口谐振频率f_v如下：

$f_v=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{M_{\mathrm{av}}\·C_{\mathrm{ab}}}}...\left(18\right)$

如果已知箱体内部净容积V_b和开口谐振频率f_v，则可以使用公式(5)，(18)和(7)交替地计算M_mv。

如果图4的电路32和图2的电路30的元件符合公式(15)，(16)和(17)，并且所有其它的相关元件具有相同的值，则在给定频率下，两个被模拟的系统将产生相同的输出。此外，由E/i_e表征的它们的输入阻抗将相同。由图4的电路32模拟的扬声器系统的实际实现在图6中被示意的表示为扬声器34，连同相关的倒相式音箱系统，在图6中被示意地表示为倒相式音箱系统36。

如图6所示，扬声器34和倒相式音箱系统36二者都包括在箱体44内的磁体38，音圈40，锥体部分42以及固定元件46。固定元件46可以包括例如用于在箱体44内支撑磁体38的刚性元件，以及用于在各个系统中悬挂各个部件的柔性元件(例如“蜘蛛状装置(spider)”或音圈悬挂装置)。两个系统不是带通系统，音圈40在机械上(即和在声学上相连相对)和锥体部分42相连。

不过，和包括开口48的倒相式音箱系统36不同，扬声器34没有开口。在本发明的这个实施例中，箱体44被密封，磁体38的质量是动态系统的一部分。磁体38沿着锥体部分42的轴线具有相对于音圈40的运动自由度。此外，磁体38不被刚性地固定在箱体44上，而是在扬声器34的操作期间可以响应施加的信号相对于地运动(假定箱体44相对于地是静止的)。

本领域技术人员应当注意，因为导出的扬声器34除去贡献于扬声器34的声辐射的锥体部分42之外，不包括任何二次声辐射元件，倒相式音箱系统36的开口已被完全转换为扬声器34的驱动器的机械部件，实际上得到的是一种等效的四阶扬声器驱动器，其中驱动器的四阶频率特性基于扬声器系统的电抗性机械部件，而不基于电抗性声学部件。在这个例子中，使用具有密封式音箱的四阶驱动器，得到一种四阶扬声器系统。不过，在本发明的改型的实施例中，可以在其它类型的音箱中使用扬声器34的四阶驱动器。

在扬声器34中，磁体38相对于箱体44或地的速度是V_mm，音圈40和锥体部分42的速度是V_md。音圈40相对于磁体38的速度V_m则是这些速度之差：

V_m＝V_md-V_MM                           (19)

这和图4所示的相关的电压一致。

仅仅以举例的方式，考虑由下面特定的参数限定的倒相式音箱系统36：R_dc＝4Ω，Bl＝10N/A，C_ms＝300μm/N，R_ms＝0.4m/s/N，M_ms＝0.07kg，S_d＝0.002m²，V_b＝0.003m³(30L)，f_s＝31Hz。因而，C_ab＝2.1E-7，M_av＝125kg，以及M_mv＝0.05kg。因而，和倒相式音箱系统36不同的扬声器34的参数具有通过公式(15)到(17)计算而得的下列值：S_m＝0.048m²，M_md＝0.168kg，以及M_mm＝0.12kg。

为了模拟的目的，这些值被指定为图1的电路10(或图2的电路30)中的参数，因而以及图4的电路32中的参数。在该模拟中的输入信号的值是E＝2V_RMS。根据式(6)电压V_ab被转换成压力，其中假定r＝1m。然后压力的值被指定为20μPa，其对应于0dB的声压值(SPL)。然后使用这些电路模拟扬声器34和倒相式音箱系统36二者的声压值和输入阻抗。模拟结果示于图7。

图7表示对于两个系统，产生的声压值和输入阻抗是相同的，因为两个系统的对应的曲线完全重叠。两个系统的响应就其绝对值而言是相同的，这还意味着其绝对效率也相同。阻抗曲线在高频下不呈现感性增加，如图7所示，这是因为，在这些模拟中，音圈的电感被忽略了。不过，本领域技术人员应当理解，如果把这些电感包括进去，它们将对两个系统具有相同的影响。

公式(15)和(16)表示在扬声器34中的锥体部分42必须比倒相式音箱系统36中的锥体部分42较重，并且在扬声器34中的锥体部分42的有效面积也必须较大。在上述例子中，扬声器34的锥体部分42需要的重量和表面积必须分别是对应的倒相式音箱系统36中的锥体部分42的2.4倍。

在倒相式音箱系统36中，磁体38的尺寸必须充分地足够产生用于音圈40的必须的磁场。只要磁体38在其间隙内提供合适的磁场，这个尺寸不直接和其它的系统参数相关。不过，相比之下，在扬声器34中的磁体38必须满足一个附加的要求：其质量必须具有一个特定的值，这是因为在扬声器34的操作期间，其作为动态系统的一个整体部分而运动。

在上述的例子中，在扬声器34中磁体38必须具有的质量是0.12kg(4.2oz)。不过，有经验的扬声器设计者会观察到，实际上，和某些其它参数，特别是Bl，其在本例中具有10N/A的值，相比，这个质量可能太小。给定Bl的这个特定的值，在实际实现中，似乎使用大约20oz重的陶瓷磁体可能是更合适的。不过，对于满足计算要求，这种磁体似乎太重。重的磁体对应于非常低的开口谐振频率，这将导致接近已知的密封式音箱系统的扬声器性能。在这种响应是可接受的或者是需要的一些应用中，这种解决方案并非完全不可；不过，对于作为亚低音扬声器使用的扬声器，这种解决方案一般是不理想的。这一般意味着，一些而不是全部现有的倒相式音箱系统实际上可被复制为按照本实施例的扬声器34的形式。

可以考虑使用当前可得到的其它类型的磁体，例如钕磁体。不过，即使钕磁体一般比陶瓷磁体轻得多，但它们的尺寸对于本发明的许多实际应用或实现太大。因而，给定当前可利用的材料，本发明的这个实施例对于某些实现可能遇到一些实际问题，至少直到得到合适的替换材料为止。

在扬声器结构中机械杠杆的使用

按照本发明的一个方面，在扬声器系统的机械部分提供机械杠杆。这种机械杠杆将用于本发明的其它实施例中，这些实施例在下面要进行详细说明。机械杠杆提供附加的自由度，这些自由度对于分离对于磁体尺寸和其它参数的许多的通常是矛盾的要求是必须的。

在本发明的一个实施例中，机械杠杆被提供作为驱动器部件的固定元件。机械杠杆至少提供两个连接点。这些连接点可以按照不同的排列被提供在杠杆上的不同的位置，它们被相互分开不同的距离。在本发明的至少一个实施例中，音圈通过机械杠杆被机械地连接到声辐射元件，音圈在一个连接点被连接到机械杠杆，声辐射元件在一个其它的连接点被连接到机械杠杆。在扬声器的操作期间，音圈的运动通过经机械杠杆进行的能量传递使声辐射元件辐射声音。

在本说明的上下文中，术语“连接点”一般被限定为在机械杠杆上的一个位置，在此位置，可以连附一个或多个驱动器或扬声器部件，或其它的固定元件。本领域技术人员应当理解，可以使用各种手段把这些元件或部件连接到机械杠杆。

在本发明的一些改型的实现中，可以使用多个机械杠杆，除去上述的主要功能外，例如它们可以帮助支撑扬声器的各个部件。根据在扬声器的设计中的对称性要求，可以使用基本相同的多个机械杠杆。

本领域技术人员应当理解，磁体的尺寸一般是标准化的，如同线材号数那样。锥体部分的尺寸也可以由供应市场或其它约束来限制。尽管这些限制，按照本发明的机械杠杆的使用使得能够实现否则一般不能实现的扬声器系统的性能的精细的、更精确的以及更加优化的调节。

下面详细说明使用这种机械杠杆的本发明的若干实施例。

具有杠杆的静止磁体

参见图8，其中用标号60一般性地表示按照本发明的另一个实施例设计的四阶扬声器的示意图。

扬声器60使用机械杠杆62，在杠杆62的一端的第一连接点锥体部分42和其相连，在第二连接点，音圈40和所述杠杆相连。在杠杆62上的第一和第二连接点被分开距离l₁，如图8所示。音圈40能够响应在扬声器60的操作期间施加的信号相对于锥体部分42(以及磁体38和箱体44)运动，并且不被直接固定到锥体部分42上。

在本发明的这个实施例中，扬声器60还包括在杠杆62的另一端的第三连接点和杠杆62连接的质量为M_mm的附加杠杆质量63，在扬声器60的操作期间，所述质量能够相对于地或箱体44(假定箱体44相对于地是静止的)运动。在杠杆62上的第二和第三连接点被分开距离l₂，如图8所示。在杠杆62上的连接点不重叠(即l₁，l₂大于0)。如下面所述，杠杆62使得杠杆质量63的值的选择具有灵活性。虽然杠杆质量63一般是在连接点被连附于杠杆62上的单独的质量，但在本发明的变型的实施例中，杠杆质量63可以在杠杆62上的一个位置被集成在杠杆62的结构中。

杠杆是一种机械变压器。其电的等效物是变压系数等于杠杆臂l₁和l₂的比的理想变压器或自耦变压器66。扬声器60的模拟等效电路在图9中一般性地由标号64表示。

对于由图9的方框C内的电路64表示的扬声器系统，矩阵[Y]_c的形式如下：

${\left[Y\right]}_C=\left[\begin{array}{cc}\mathrm{j\ω}(M_{\mathrm{vc}}+M_{\mathrm{mm}}{(1+N_C)}^2)& \mathrm{j\ω}\frac{M_{\mathrm{mm}}}{S_m}{N}_C(1+N_C)\\ \mathrm{j\ω}\frac{M_{\mathrm{mm}}}{S_m}{N}_C(1+N_C)& \mathrm{j\ω}(M_{\mathrm{md}}+M_{\mathrm{mm}}{N}_C^2)\frac{1}{S_m^2}\end{array}\right]...\left(20\right)$

其中

$N_C=\frac{l_2}{l_1}...\left(21\right)$

如果[Y]_c＝[Y]_A(见公式(20)和(10))，则由图2的电路30以及图9的电路64表示的扬声器系统等效。因而：

M_vc+M_mm(1+N_C)²＝M_ms+M_mv                  (22)

$(M_{\mathrm{md}}+M_{\mathrm{mm}}{N}_C^2)\frac{1}{S_m^2}=M_{\mathrm{mv}}\frac{1}{S_d^2}...\left(23\right)$

$\frac{M_{\mathrm{mm}}}{S_m}{N}_C(1+N_C)=M_{\mathrm{mv}}\frac{1}{S_d}...\left(24\right)$

和由图4的电路32表示的扬声器系统的实施例对比，其中音圈的质量是音圈被固定在其上的锥体部分的质量M_md的一部分，在本发明的这个实施例中，音圈独立地运动，因此其质量M_vc在这些公式中必须被单独地考虑。在公式(22)、(23)和(24)的左侧共有5个参数。其中的一些被假定：M_vc是容易选择的，这是因为其和电动结构有关，一般不能被自由地选择；锥体部分的表面积S_m作为输入参数也是特定的，因为一般确定所需的锥体部分尺寸比确定杠杆比N_c其更容易。

方程(22)，(23)和(24)的解被确定如下：

$N_C=\frac{1}{\left(\frac{S_d}{S_m}\right)\·\frac{M_{\mathrm{ms}}+M_{\mathrm{mv}}-M_{\mathrm{vc}}}{M_{\mathrm{mv}}}-1}...\left(25\right)$

$M_{\mathrm{mm}}=(M_{\mathrm{ms}}+M_{\mathrm{mv}}-M_{\mathrm{vc}})\·{(1-\left(\frac{S_m}{S_d}\right)\frac{M_{\mathrm{mv}}}{M_{\mathrm{ms}}+M_{\mathrm{mv}}-M_{\mathrm{vc}}})}^2...\left(26\right)$

$M_{\mathrm{md}}={\left(\frac{S_m}{S_d}\right)}^2\·M_{\mathrm{mv}}\·\frac{M_{\mathrm{ms}}-M_{\mathrm{vc}}}{M_{\mathrm{ms}}+M_{\mathrm{mv}}-M_{\mathrm{vc}}}...\left(27\right)$

使用公式(25)，(26)和(27)根据几组示例的特定参数值组计算几个用于限定本发明的本实施例的不同的实现的几个例子。这些计算的结果示于图10。最后的两个例子是有趣的，因为N_c具有负值。这意味着和杠杆相连的音圈和锥体部分的位置被互换。本领域技术人员应当理解，根据不同的规定的参数值，可以设计本发明的不同的实现。

按照本发明的这个特定的实施例使用机械杠杆的扬声器系统可以具有任何的磁体重量，这是因为在这种情况下磁体是静止的。另一方面，磁体必须在扬声器系统的音圈的运动范围内产生磁场，因而磁体的尺寸必须是特定的。机械杠杆的使用分离了关于磁体尺寸和重量这两个通常是矛盾的要求。

为了说明的目的，用于导出图10的表中的值的特定的输入参数和在前面几个例子(关于扬声器34的)中使用的参数相同。然后使用图10中的计算的值模拟扬声器系统的响应，发现其和图7显示的响应相同。

本领域技术人员应当注意，因为导出的扬声器60除去贡献于由扬声器60产生的声音的辐射的锥体部分42之外，不包括任何二次声辐射元件，并且倒相式音箱系统36的开口已被全部转换成扬声器60的驱动器的机械部件，实际上得到的是一种等效的四阶扬声器驱动器，其中驱动器的四阶频率特性基于电抗性机械部件，而不基于扬声器系统的电抗性声学部件。在这个例子中，使用具有密封式音箱的四阶驱动器，得到一种四阶扬声器系统。不过，在本发明的改型的实施例中，扬声器60的四阶驱动器部件可以用于其它类型的音箱中。

本领域技术人员应当理解，关于扬声器的各个元件(例如锥体部分、音圈和杠杆质量)和杠杆的连接的各种变更都是可能的，这些改型都应当落在本发明的范围内。根据上面给出的分析，可能需要对相关的公式和杠杆比的确定作某些改变，这些都在本领域技术人员的专业知识的范围内。

具有杠杆的运动磁体

参见图11，其中一般性地用标号70表示按照本发明的另一个实施例设计的四阶扬声器的示意图。

扬声器70使用机械杠杆62，锥体部分42在杠杆62的一端在第一连接点和杠杆相连，磁体38在第二连接点和杠杆相连，音圈40在杠杆62的另一端在第三连接点和杠杆相连。在本发明的这个实施例中使用具有类似连接的附加杠杆62，用于在箱体44内支撑磁体38。在每个杠杆62上各个连接点之间的距离是相同的，因此多个杠杆作为一个较强的杠杆协同工作。在每个杠杆62上的第一和第二连接点由距离l₁分开，在每个杠杆62上的第二和第三连接点由距离l₂分开，如图11所示。在本发明的这个实施例中，在扬声器70的操作期间，响应施加的信号，磁体38相对于地和箱体44(假定箱体相对于地静止)运动，音圈40相对于锥体部分42(以及磁体38和箱体44)运动。如下所述，杠杆62使得在选择磁体38的质量的值时具有灵活性。

如前所述，杠杆是一种机械变压器。其电等效物是变压系数等于杠杆臂l₁和l₂的比的理想变压器或自耦变压器66。扬声器70的模拟等效电路在图12中一般性地用标号72表示。

由所示的图12的方框D内部的电路72表示的扬声器系统的矩阵[Y]_D具有以下的形式：

其中

$N_D=\frac{l_1}{l_2}...\left(29\right)$

如果[Y]_D＝[Y]_A(见公式(28)和(10))，则由图2的电路30表示的扬声器系统和图12的电路72等效。因而：

$M_{\mathrm{vc}}{(1+N_D)}^2+M_{\mathrm{mm}}{N}_D^2=M_{\mathrm{ms}}+M_{\mathrm{mv}}...\left(30\right)$

$(M_{\mathrm{mm}}+M_{\mathrm{vc}}+M_{\mathrm{md}})\frac{1}{S_m^2}=M_{\mathrm{mv}}\frac{1}{S_d^2}...\left(31\right)$

$(M_{\mathrm{mm}}{N}_D+M_{\mathrm{vc}}(1+N_D))\frac{1}{S_m}=M_{\mathrm{mv}}\frac{1}{S_d}...\left(32\right)$

公式(30)，(31)和(32)的解如下：

$N_D=\frac{M_{\mathrm{ms}}+M_{\mathrm{mv}}-M_{\mathrm{vc}}}{M_{\mathrm{mv}}\frac{S_m}{S_d}+M_{\mathrm{vc}}}...\left(33\right)$

$M_{\mathrm{mm}}=\frac{M_{\mathrm{mv}}^2{\left(\frac{S_m}{S_d}\right)}^2-M_{\mathrm{vc}}^2}{M_{\mathrm{ms}}+M_{\mathrm{mv}}-M_{\mathrm{vc}}}-M_{\mathrm{vc}}...\left(34\right)$

$M_{\mathrm{md}}^{!}=\frac{M_{\mathrm{mv}}(M_{\mathrm{ms}}-M_{\mathrm{vc}}){\left(\frac{S_m}{S_d}\right)}^2+M_{\mathrm{vc}}^2}{M_{\mathrm{ms}}+M_{\mathrm{mv}}-M_{\mathrm{vc}}}...\left(35\right)$

使用公式(33)，(34)和(35)根据几组示例的特定参数值组计算几个用于限定本发明的本实施例的不同的实现的几个例子。这些计算的结果示于图13。本领域技术人员应当理解，根据不同的规定的参数值，可以设计本发明的不同的实现。

为了说明的目的，用于导出图13的表中的值的特定的输入参数被选择和在前面几个例子中使用的参数相同。然后使用图13中的计算的值模拟扬声器系统的响应，发现其和图7显示的响应相同。

公式(33)，(34)和(35)是在假定导出的扬声器和参考扬声器系统(例如倒相式音箱系统)的Bl值相同的情况下导出的。不过，也可以导出更一般的一组公式，用于确定扬声器的参数，其中Bl的乘积可被精确地确定，从而允许相对于参考扬声器系统改变这个参数。在已知的扬声器系统的设计中，Bl一般具有特定的值，该值和特定扬声器系统的其它参数以及频率响应有关。

不过，使用机械杠杆允许规定Bl的新的值。在下面的分析中将推导给出其它参数的新的值的一般公式，其中假定在参考扬声器系统中的Bl已被改变为新的值Bl_m。本领域技术人员应当注意，当BI值保持不变时(即Bl＝Bl_m)，下面导出的一般公式将还原为式(33)，(34)和(35)。较高的Bl值和减少的音圈行程相关联，而较低的Bl值和增加的音圈行程相关联。提供指定Bl值的灵活性考虑到按照其它的标准例如成本选择用于给定的扬声器的电动结构的增加的灵活性。

为了进行进一步分析，考虑图14中所示的用标号74一般性表示的电路。示出的电路74具有理想的输入变压器。具有输入变压器的系统[Y]的导纳矩阵具有由以下公式给出的形式：

$\left[\begin{array}{c}{i}_1\\ i_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\frac{Y_{11}}{N^2}& \frac{Y_{12}}{N}\\ \frac{Y_{21}}{N}& Y_{22}\end{array}\right]\×\left[\begin{array}{c}{U}_1\\ U_2\end{array}\right]...\left(36\right)$

其中N是变压系数。

然后由图2的电路进行变换，以具有在图15中一般性地被表示为76的电路的形式。在图15中，C_ms和R_ms已被变换到电路76的电部分12。

按照公式(10)和(36)，由图15的电路76表示的扬声器系统的方块AB的矩阵[Y]_AB具有以下公式的形式：

${\left[Y\right]}_{\mathrm{AB}}=\left[\begin{array}{cc}\mathrm{j\ω}\frac{M_{\mathrm{ms}}+M_{\mathrm{mv}}}{{\mathrm{Bl}}^2}& \mathrm{j\ω}\frac{M_{\mathrm{mv}}}{\mathrm{Bl}\·S_d}\\ \mathrm{j\ω}\frac{M_{\mathrm{mv}}}{\mathrm{Bl}\·S_d}& \mathrm{j\ω}\frac{M_{\mathrm{mv}}}{S_d^2}\end{array}\right]...\left(37\right)$

矩阵[Y]_AB表示，只要该矩阵中的元素不变，不同的扬声器系统具有相同的外部特性是可能的。其可以被表示为以下公式的形式：

$\left[\begin{array}{cc}\frac{M_{\mathrm{ms}}+M_{\mathrm{mv}}}{{\mathrm{Bl}}^2}& \frac{M_{\mathrm{mv}}}{\mathrm{Bl}\·S_d}\\ \frac{M_{\mathrm{mv}}}{\mathrm{Bl}\·S_d}& \frac{M_{\mathrm{mv}}}{S_d^2}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{C}_{11}& C_{12}\\ C_{21}& C_{22}\end{array}\right]...\left(38\right)$

公式(38)的右侧的矩阵是常数矩阵。

如果想要改变S_d，同时保留扬声器系统的特性，则必须按照以下公式修改M_mv：

$M_{\mathrm{mv}}=S_d^2\·C_{22}...\left(39\right)$

因而：

$\frac{S_d}{\mathrm{Bl}}=\frac{C_{12}}{C_{22}}...\left(40\right)$

显然，S_d中的任何改变必须伴随着Bl的成比例的改变，并且所有的质量必须和Bl²以及Sd²成比例。对于本发明的不使用机械杠杆的一个实施例的扬声器(例如图6的扬声器34)以及倒相式音箱系统，这是真的。

不过，在如本发明的这个实施例中使用机械杠杆的情况下，情况发生了变化。作为说明，图12的电路72的一种改变的型式示于图16，一般性地用标号78表示。

电路78使用电-机变换器79，其具有变压系数为Bl_m的理想变压器的形式。图16的电路78表示的扬声器系统的方块DB的矩阵[Y]_DB具有下述的公式的形式：

如果[Y]_DB＝[Y]_AB(见公式(41)和(37))，则由图15的电路76表示的扬声器系统和图16的电路78是等效的。因而：

$\frac{M_{\mathrm{vc}}{(1+N_D)}^2+M_{\mathrm{mm}}{N}_D^2}{{\mathrm{Bl}}_m^2}=\frac{M_{\mathrm{ms}}+M_{\mathrm{mv}}}{{\mathrm{Bl}}^2}...\left(42\right)$

$\frac{M_{\mathrm{mm}}{N}_D+M_{\mathrm{vc}}(1+N_D)}{S_m\·{\mathrm{Bl}}_m}=\frac{M_{\mathrm{mv}}}{\mathrm{Bl}\·S_d}...\left(43\right)$

$\frac{M_{\mathrm{mm}}+M_{\mathrm{vc}}+M_{\mathrm{md}}}{{S_m}^2}=\frac{M_{\mathrm{mv}}}{{S_d}^2}...\left(44\right)$

公式(42)，(43)和(44)的解如下：

$N_D=\frac{(M_{\mathrm{ms}}+M_{\mathrm{mv}})\·{\left(\frac{B{l}_m}{\mathrm{Bl}}\right)}^2-M_{\mathrm{vc}}}{M_{\mathrm{mv}}\frac{{\mathrm{Bl}}_m}{\mathrm{Bl}}\frac{S_m}{S_d}+M_{\mathrm{vc}}}...\left(45\right)$

$M_{\mathrm{mm}}=\frac{{\left(M_{\mathrm{mv}}\frac{{\mathrm{Bl}}_m}{\mathrm{Bl}}\frac{S_m}{S_d}\right)}^2-M_{\mathrm{vc}}^2}{(M_{\mathrm{ms}}+M_{\mathrm{mv}})\·{\left(\frac{{\mathrm{Bl}}_m}{\mathrm{Bl}}\right)}^2-M_{\mathrm{vc}}}-M_{\mathrm{vc}}...\left(46\right)$

$M_{\mathrm{md}}=\frac{M_{\mathrm{mv}}{\left(\frac{S_m}{S_d}\right)}^2\·[M_{\mathrm{ms}}{\left(\frac{{\mathrm{Bl}}_m}{\mathrm{Bl}}\right)}^2-M_{\mathrm{vc}}]+M_{\mathrm{vc}}^2}{(M_{\mathrm{ms}}+M_{\mathrm{mv}})\·{\left(\frac{{\mathrm{Bl}}_m}{\mathrm{Bl}}\right)}^2-M_{\mathrm{vc}}}...\left(47\right)$

这些公式可用于确定按照本发明的这个实施例的扬声器系统的参数，例如其中考虑到了参数Bl_m和锥体部分面积S_m的选择。

R_ms和C_ms从机械部分14被移到了电部分12，如图16所示。能够建立包括这些部件的机械块的矩阵。不过，这将增加分析的公式的复杂性，并降低其清晰度，而对最终结果没有影响。本发明人认为，用上述的方式处理是更方便的，并在进行系统变换之后，把R_ms和C_ms移回其在机械部分14中的位置。不过，使用这种方法不在于限制本发明的范围。如果Bl的乘积改变，则这些部件的值必须按照下式调整：

$\mathrm{New}{R}_{\mathrm{ms}}=R_{\mathrm{ms}}{\left(\frac{\mathrm{Bl}}{{\mathrm{Bl}}_m}\right)}^2...\left(48\right)$

$\mathrm{New}{C}_{\mathrm{ms}}=C_{\mathrm{ms}}{\left(\frac{\mathrm{Bl}}{{\mathrm{Bl}}_m}\right)}^2...\left(49\right)$

R_ms和C_ms被移回到图16中的扬声器系统的机械部分的结果的扬声器系统作为电路被提供在图17中，一般性地用标号80表示。

和上述相同的过程可以类似地用于推导包括静止磁体和机械杠杆的扬声器的各种部件的新的公式和新的值(例如图8的扬声器60)，以适应Bl(和锥体部分面积S_m)的不同的值。

在此处所述的本发明的实施例中，假定在计算中使用参考扬声器系统的相同的规定参数，各个扬声器系统的声学频率响应、效率和输入阻抗保持不变。在图18中提供了含有若干个数值例子的表。在该表中未包括的参数(例如箱体的内部容积和R_dc)和前面的例子中的相同。

本领域技术人员应当理解，因为导出的扬声器70除去贡献于扬声器70的声辐射的锥体部分42之外，不包括任何二次声辐射元件，倒相式音箱系统36的开口已被完全转换为扬声器70的驱动器的机械部件，实际上得到的是一种等效的四阶扬声器驱动器，其中驱动器的四阶频率特性基于扬声器系统的电抗性机械部件，而不基于扬声器系统的电抗性声学部件。在这个例子中，使用具有密封式音箱的四阶驱动器，得到一种四阶扬声器系统。不过，在本发明的改型的实施例中，可以在其它类型的音箱中使用扬声器70的四阶驱动器部件。

本领域技术人员应当理解，关于扬声器的各个元件(例如磁体、锥体部分和音圈)和杠杆的连接的各种变更都是可能的，这些改型都应当落在本发明的范围内。根据上面给出的分析，可能需要对相关的公式和杠杆比的限定作某些改变，这些都在本领域技术人员的专业知识的范围内。

扬声器的结构

上述的本发明的实施例可被表征为属于下列3类之一：

1.运动磁体，无杠杆；

2.静止磁体，具有杠杆；以及

3.运动磁体，具有杠杆。

按照本发明的这些实施例之一构成的每个扬声器或驱动器的部件被这样设置，使得扬声器系统产生所需的频率响应。不过，可以观察到，在所有这些实施例中，其中使用的四阶驱动器至少包括两个在驱动器的操作期间能够独立运动的机械质量。在此处使用的术语“独立地”指的是两个质量以不同的速度运动，但二者都响应于相同的施加的输入信号。第一机械质量包括声辐射元件(例如锥体部分)的质量；第二声辐射元件的质量可以和附加的质量(例如在一些情况下的音圈)一起运动，其可以和声辐射元件的质量结合，以共同构成第一机械质量。第二机械质量包括运动的磁体(类1和3)或附加的杠杆的质量(类2)；这些部件可以和附加的质量一起运动，其可以和各个部件结合，以共同构成第二机械质量。

此外，这种四阶驱动器的两个机械质量机械地彼此相连，或者通过使用机械杠杆(类2和3)，或者通过使用“蜘蛛状装置”或其它的悬挂装置(类1)。这两个运动的机械质量、蜘蛛状装置或杠杆的灵活性以及锥体部分悬挂装置都是贡献于驱动器的四阶频率特性的元件。如果驱动器被安装在箱体中，则锥体部分悬挂装置的顺从性和内部容积的顺从性相结合，其中后者占优势。

如上所述类1实施例的实际应用在当前受到限制，这是因为关于磁体重量和尺寸相互矛盾的要求。类2的实施例是有用的，不过，它们一般需要附加的、通常非常大的运动的质量，因而其最终的机械结构可能更加复杂。由实际实现的前景看来，类3的实施例似乎对本发明人更有吸引力。如果所需的锥体部分的面积足够大，则由于磁体的运动使得所需的磁体的重量(见数值的例子)将超过由于其必须产生的磁场的强渡而所需的重量。如果由于上面计算的结果而需要较大的质量，则可以对磁体连附附加的质量。

杠杆是属于类2和3的本发明的实施例的重要元件。在本发明的某些实现中，杠杆具有3个支点连接，每个支点连接位于杠杆上的一个连接点上。这些支点连接在一些实现中可以使用轴和轴承装置被构成，这种解决方案是可行的，但是连接部分可能随时间而磨损，并且内部摩擦可能产生不希望的噪声。一般在扬声器的操作中所需的摆角相当小。这使得考虑要使用另一种类型的连接和摆动元件。按照本发明的实施例，使用由弹性片或其它柔性和一定强度的材料制成的柔性带构成摆动元件。

机械杠杆可以由各种任何已知的材料构成，但是使用的材料应当使杠杆具有足够的刚性。如果杠杆是柔性的，则其中使用杠杆的扬声器系统的作用将相当于低通滤波器，限制被再现的声音的上部的范围。因而，当杠杆也用于支撑磁体的重量时，柔性杠杆不能合适地或安全地提供所需的支撑。

此外，机械杠杆不能太重。在上述的本发明的实施例中，杠杆随音圈而运动，引导音圈通过磁体间隙而不会摩擦磁体。杠杆的质量可以认为是音圈组件的总质量的一部分。这个总质量对于锥体部分的必须的质量具有直接的影响。例如，由上述分析可以看出，杠杆的质量越大，锥体部分必须越轻。因而，相对于特定的杠杆质量的必须的锥体部分质量将受到实际的限制。

虽然在构成机械杠杆时应当考虑这些因素，本领域技术人员应当理解，这些限制在实际上一般是容易满足的。一般容易制成轻的、刚性的杠杆。

参见图19，其中示出了用于说明在本发明的实施例中使用的机械杠杆的操作的示意图。杠杆具有其相关的连接或摆动元件，在图19中被一般性地表示为62，其具有相关的性能。如果不施加力，窄带钢的弹性作用使杠杆62朝向其静止位置运动。这个现象是所希望的，并代替在已知的倒相式音箱系统存在的C_ms。其是用于限定其中使用杠杆的本发明的实施例的驱动器的四阶特性的四个元件之一。换句话说，在杠杆中的连接的灵活性取代了已知的扬声器的“蜘蛛状装置”和锥体部分悬挂装置的灵活性，因而取消了它们。此外，在按照本发明的实施例的扬声器的结构中，如下面参看其余的附图所示，使用机械杠杆使得不需要引导音圈通过磁体间隙的“蜘蛛状装置”。而是，使用杠杆的扬声器结构是“自引导”的。而且，在这种扬声器结构中锥体部分悬挂装置的唯一的功能是支撑整个结构，并且应当使其顺从性最大。

参见图20，其中示出了用于说明在使用图19的杠杆的本发明的一个示例的实现中扬声器的部件的示意图，被一般性地表示为90。在这个实现的例子中，在扬声器系统90中的每个杠杆62提供3个连接点，扬声器系统90的元件可以连附于这些连接点。在杠杆62的一端，音圈40和杠杆62相连。配备有固定元件46的磁体38连接在杠杆62的另一个连接点。在杠杆62的另一端，通过在图20被示为92的铰接元件使锥体部分42和杠杆62的另一个连接点相连。

在操作时，相对于磁体38的具有幅值A₂的音圈40的运动通过杠杆62被传送，从而引起磁体38相对于具有幅值A₁的锥体部分42的运动。本领域技术人员应当理解，A₁/A₂＝l₁/l₂，如图20所示。使磁体38及其固定元件46运动所需的力产生推动锥体部分42的力。

可选地，锥体部分42可以通过柔性的锥体部分悬挂元件或连接94被固定到箱体44上。按照本发明的实施例，连接94由柔性带(钢或其它合适的柔性材料)的平行带构成，其功能类似于图19所示的杠杆62的连接。连接94可以由和用于构成图19的杠杆62的连接相同的材料构成。具有这些特征的连接94也可以用于其它类型的扬声器系统的结构中，例如壁式扬声器。

在按照本发明的实施例构成的扬声器中的锥体部分或辐射体的悬挂装置的主要功能基本上和已知的扬声器的相同。悬挂装置的功能是用于锥体部分的运动并密封内部空间。不过，这种扬声器的悬挂元件也可以用于支撑扬声器系统中的运动元件的重的重量，例如在磁体不是静止的实施例中的磁体(例如在图18的表中示出了一个磁体和锥体部分的总质量大约为12.8kg的例子)和锥体部分。在本发明的一个示例的实现中，锥体部分被构成方形的，锥体部分悬挂装置由钢带构成。锥体部分悬挂元件的操作和铰链的操作类似。

在本发明的一个实施例中，每个连接是直的，并且包括至少两个平行的柔性带。在这个实施例中，这些连接是声辐射表面的边界，所使用的按照本发明构成的连接的数量取决于声辐射元件的表面形状。例如，如果表面是三角形的，可以使用3个连接，如果是方形或矩形的，可以使用4个连接等。在不同的实现中可以使用几个连接。按照本发明构成的连接还可以和其它的常规的固定元件结合。

参见图21-23，其中示出了扬声器系统结构96的不同的视图，其中包括按照本发明的实施例的两个扬声器和在所述结构中使用的部件。

如图21的扬声器系统96的截面图所示，本发明的这个实施例中的扬声器系统包括两个背对背设置的扬声器。因为每个扬声器单元在操作期间受到振动，以使振动相互抵消的方式设置两个单元。不过，每个扬声器单元可被独立地操作。本领域技术人员应当理解，在本发明的不同的实施例中，可以使用多个扬声器单元的其它的形状、组合和方位。按照本发明的实施例构成的扬声器可以和本发明的不同的实施例中的其它已知类型的扬声器结合。

此外，如图22中所示的扬声器系统96的截面的透视顶侧图所示，声辐射元件的表面呈大的、扁平的和方形的形状，并基本上和本发明的这个实施例中的箱体的外表面齐平。不过，本发明不限于具有这些特征的实现。

本发明有助于构成具有大的、扁平的锥体部分表面的扬声器，这在美学观点看来是需要的。在本发明的一些实施例中，这种扬声器也可被用作壁式扬声器。按照本发明，可以设计具有非常大的锥体部分的扬声器系统，其具有电动装置(例如磁体和音圈)，具有用于较小的驱动器的按照常规设计的参数。在本发明的不同实现中，也可以使用具有齐平的或凹陷的或具有其它各种构型的表面的锥体部分。例如，可以使用任何锥体部分形状，只要其能够被合适地悬挂即可。

图23进一步表示在图21和22所示的扬声器系统96的一个扬声器的声辐射元件的后方的内部视图。在本发明的这个实施例中，使用并设置4个相同的杠杆元件62，用于在扬声器系统96的箱体44内支撑磁体38的重量。

在本发明的实施例中，描述的扬声器呈现四阶特性而没有开口或无源辐射体，并且适合于在低频下操作。这种扬声器能够在较高的频率下工作，不过在较低的频率下最能体现这种扬声器的优点。在这个实施例中，声音只被一个声辐射元件辐射，而不像在已知的倒相式音箱系统使用两个(或多个)。本发明的本实施例的扬声器不用电容和电感来形成其四阶特性。

不过，本领域技术人员应当理解，在本发明的不同的实施例中，其它的元件例如外部电容、电感、开口、无源辐射体以及具有多个空间或室的箱体可被附加于本发明的扬声器，以构成高于四阶的扬声器系统。

本领域技术人员应当理解，其它的不影响本发明的扬声器作为四阶扬声器系统的基本性能的声辐射元件可附加于本发明的扬声器。例如，在本发明的一个改变的实施例中，一个开口可被附加于包括按照本发明构成的四阶驱动器的扬声器，例如其中开口被调谐到远低于扬声器系统的期望带宽的极低的频率。在这种情况下，开口对于辐射的声音的贡献不大，由扰动产生的任何噪声可以被保持为最小，在某些应用中被认为是可以接受的。

虽然术语“箱体”在一般的意义上被定义为用于扬声器的一个箱或容器，本发明不限于利用这种常规类型的箱体的应用。例如，在本发明的一些改型的实现中，扬声器的部件可以在其中操作的在两个壁之间的空间可以构成“箱体”。

在本发明的改型的实施例中，需要扬声器的某些部件不能在箱体内操作，虽然某些改变可能是尤其不实际的，因为暴露的部件可能易于被破坏。

本领域技术人员应当理解，按照本发明的实施例构成的扬声器系统的四阶驱动器不必作为一个模块单元被提供。例如，在本发明的一种改型的实施例中，可以使常规的驱动器部件和其它部件相连，所述其它部件例如包括机械杠杆以及相关的作为单独的部分提供的杠杆质量，例如在最后的装配期间连附于扬声器，甚至可以被扬声器箱的其它元件局部地支撑着。尽管如此，在机械杠杆和相关的杠杆质量与常规的驱动器部件协同操作以在扬声器的操作期间辐射声音的情况下，如按照本发明的实施例所述，机械杠杆和相关的杠杆质量被认为是四阶驱动器的一部分。

这里使用的“驱动器”在本发明的某些改型的实现中也可被称为变换器。

在本发明的改型的实施例中，可以使用各种设计的不同的机械杠杆。在一些实现中，可能需要对杠杆或磁体的附加支撑，其中使用杠杆帮助支撑磁体的重量。

在本发明的改型的实施例中，扬声器可以包括多个磁体和/或多个音圈，它们协同操作用于推动声辐射元件(例如锥体部分)。这些部件同时工作而引起声辐射元件的运动。此外，多个磁体和/或多个音圈可以和本发明的实施例的一个或不同的机械杠杆相连。这种扬声器系统可以由本领域技术人员根据这里提供的本发明的实施例的说明以及已知的电路或系统变换构成。

在本发明的改型的实施例中，声辐射元件可以包括并行地工作以辐射声音的多个声辐射元件部分。

在本发明的改型的实施例中，包括按照本发明构成的四阶驱动器的驱动器或扬声器也可以包括并行地工作以辐射声音的多个声辐射元件。

在本发明的改型的实施例中，可以根据上述说明构成二阶的密封式音箱扬声器系统结构。在这种情况下，扬声器系统的磁体是静止的，和图8所示的扬声器系统类似；不过，消除了附加的杠杆质量63，并且杠杆62在其上的第三连接点被固定到箱体44上，或者是静止的。所得的扬声器系统具有和使用机械杠杆相关的优点，包括使用大的锥体部分尺寸和常规尺寸的磁体的灵活性。

在上面提供的本发明的各个实施例的说明中，假定音圈机械地连接到声辐射元件(例如锥体部分)，并假定磁体提供使音圈响应施加的信号而在其中运动的磁场，使得音圈的运动引起声辐射元件的运动。不过，本领域技术人员应当理解，使用的电动元件(例如磁体和音圈)以及它们相对于声辐射元件的布置仅仅是作为例子提供的。例如，在本发明的改型的实施例中，磁体和音圈的位置可以互换(即磁体被机械地连接到声辐射元件，并且在扬声器或驱动器的操作期间磁体随声辐射元件运动，而音圈独立于声辐射元件运动)。在一些这种改型的实施例中，音圈甚至可以是静止的，和/或具有和其相连的附加质量。在一些这种改型的实施例中，扬声器或驱动器的效率可能受磁体的重量和尺寸的影响。

在上面的说明中提供的标题只是为了便于参看，并不用于以任何方式限制本发明或其实施例的范围。

已经参照特定实施例说明了本发明。不过，本领域技术人员应当理解，不脱离所附权利要求限定的本发明的范围，可以作出许多其它的改变和改型。

Claims (60)

1.一种包括驱动器的扬声器，所述驱动器包括：

a)至少一个声辐射元件；

b)至少第一和第二电动元件，它们在操作时协同操作，以响应施加的信号使所述至少一个声辐射元件运动；以及

c)被连接到所述至少一个声辐射元件以及所述第一和第二电动元件的固定元件；

其中所述第一电动元件被机械地连接到所述至少一个声辐射元件；

其中所述驱动器包括至少第一和第二机械质量，在操作时，它们响应所述施加的信号以不同的速度运动；

其中所述第一机械质量包括所述至少一个声辐射元件的质量；并且

其中所述第一和第二机械质量被机械地连接，使得在操作时，所述驱动器具有至少四阶频率特性。

2.如权利要求1所述的扬声器，所述第一电动元件确切地说是一个音圈，以及所述第二电动元件确切地说是一个磁体。

3.如权利要求1所述的扬声器，其中所述第一电动元件包括至少一个音圈和至少一个磁体之一，以及其中所述第二电动元件包括至少一个音圈和至少一个磁体中的另一个。

4.如权利要求3所述的扬声器，其中第一条件和第二条件中的至少之一被满足，所述第一条件是，在所述扬声器的操作期间，所述第一电动元件能够响应所述施加的信号相对于所述至少一个声辐射元件运动，以及所述第二条件是，在所述扬声器的操作期间，所述第二电动元件能够响应所述施加的信号运动。

5.如权利要求4所述的扬声器，其中所述扬声器相对于地是静止的，其中当满足所述第一条件时，所述第一电动元件相对于地是可动的，以及其中当满足所述第二条件时，所述第二电动元件相对于地是可动的。

6.如权利要求4所述的扬声器，所述第一电动元件确切地说是一个音圈，以及所述第二电动元件确切地说是一个磁体。

7.如权利要求1所述的扬声器，其中所述驱动器确切地说包括一个声辐射元件。

8.如权利要求7所述的扬声器，既不包括电容器也不包括电感器而形成所述驱动器的所述至少四阶频率特性。

9.如权利要求1所述的扬声器，其中所述至少一个声辐射元件包括锥体部分。

10.如权利要求9所述的扬声器，其中所述锥体部分具有基本上是平的外表面。

11.如权利要求10所述的扬声器，其中所述外表面基本上是方形的。

12.如权利要求10所述的扬声器，还包括箱体，其中所述外表面基本上和所述箱体的外表面齐平。

13.如权利要求1所述的扬声器，还包括箱体。

14.如权利要求13所述的扬声器，其中所述箱体是密封式的。

15.如权利要求14所述的扬声器，其中所述驱动器可以在所述箱体内操作。

16.如权利要求15所述的扬声器，其中在操作时，所述驱动器可以在其中操作的所述扬声器具有至少四阶频率特性。

17.如权利要求1所述的扬声器，其中所述第一电动元件相对于所述至少一个声辐射元件是固定的，以及所述第二电动元件在所述扬声器的操作期间响应所述施加的信号沿着所述至少一个声辐射元件的轴线的方向是可动的，所述第二机械质量包括所述第二电动元件的质量。

18.如权利要求17所述的扬声器，其中所述第一电动元件包括至少一个音圈和至少一个磁体之一，以及其中所述第二电动元件包括至少一个音圈和至少一个磁体中的另一个。

19.如权利要求17所述的扬声器，所述第一电动元件确切地说是一个音圈，以及所述第二电动元件确切地说是一个磁体。

20.如权利要求17所述的扬声器，其中在操作时，所述驱动器具有这样的频率特性，所述频率特性和至少包括一次和二次声辐射元件并具有和其相关的特定参数的倒相式音箱系统的频率特性基本相同。

21.如权利要求20所述的扬声器，其中所述第一电动元件包括至少一个音圈，以及所述第二电动元件包括至少一个磁体；其中所述至少一个声辐射元件具有机械质量M_md和有效面积S_m，以及所述至少一个磁体具有质量M_mm；其中所述倒相式音箱系统的所述一次声辐射元件具有机械质量M_ms和有效面积S_d，以及所述倒相式音箱系统的所述二次声辐射元件具有机械质量M_mv；所述机械质量M_ms、所述有效面积S_d、以及所述机械质量M_mv是和所述倒相式音箱系统相关的特定参数；以及其中：

$S_m=S_d\·(1+\frac{M_{\mathrm{ms}}}{M_{\mathrm{mv}}})$

$M_{\mathrm{md}}=M_{\mathrm{ms}}\·(1+\frac{M_{\mathrm{ms}}}{M_{\mathrm{mv}}})$ 以及

M_mm＝M_ms+M_mv。

22.如权利要求1所述的扬声器，其中所述固定元件包括至少一个机械杠杆，所述至少一个机械杠杆的每一个提供至少第一和第二连接点；其中所述第一电动元件通过所述至少一个机械杠杆被机械地连接到所述至少一个声辐射元件，所述第一电动元件和所述至少一个机械杠杆的每一个在其上的所述各个连接点中的一个连接点连接，以及所述至少一个声辐射元件和所述至少一个机械杠杆的每一个在其上的所述各个连接点的另一个连接。

23.如权利要求22所述的扬声器，其中所述第一电动元件和所述至少一个声辐射元件中的至少一个以轴-轴承装置被连接到所述至少一个机械杠杆。

24.如权利要求22所述的扬声器，其中所述第一电动元件和所述至少一个声辐射元件中的至少一个借助于柔性带被连接到所述至少一个机械杠杆。

25.如权利要求24所述的扬声器，其中所述柔性带是弹簧钢。

26.如权利要求22所述的扬声器，其中所述第二电动元件是静止的，以及所述第一电动元件在所述扬声器的操作期间响应所述施加的信号相对于所述至少一个声辐射元件是可动的；其中所述扬声器还包括至少一个杠杆质量；以及其中所述至少一个杠杆质量的每一个在其上的各个第三连接点被提供在所述至少一个机械杠杆中的一个上，所述第二机械质量包括所述至少一个杠杆质量的质量。

27.如权利要求26所述的扬声器，其中所述第一电动元件包括至少一个音圈和至少一个磁体之一，以及其中所述第二电动元件包括至少一个音圈和至少一个磁体中的另一个。

28.如权利要求26所述的扬声器，所述第一电动元件确切地说是一个音圈，以及所述第二电动元件确切地说是一个磁体。

29.如权利要求26所述的扬声器，其中所述扬声器包括多个机械杠杆，其中所述多个机械杠杆支撑所述第二电动元件。

30.如权利要求26所述的扬声器，其中在操作时，所述驱动器具有这样的频率特性，所述频率特性和至少包括一次和二次声辐射元件并具有和其相关的特定参数的倒相式音箱系统的频率特性基本相同。

31.如权利要求30所述的扬声器，其中对于每个机械杠杆，所述至少一个声辐射元件在所述各个第一连接点和其相连，所述杠杆质量在所述各个第三连接点和其相连，以及所述第一电动元件在位于所述各个第一和第三连接点之间的所述各个第二连接点和其相连。

32.如权利要求31所述的扬声器，其中所述第一电动元件包括至少一个音圈，以及所述第二电动元件包括至少一个磁体；其中所述至少一个声辐射元件具有机械质量M_md和有效面积S_m，所述至少一个杠杆质量具有质量M_mm，以及所述至少一个音圈具有质量M_vc；以及其中所述倒相式音箱系统的所述一次声辐射元件具有机械质量M_ms和有效面积S_d，以及所述倒相式音箱系统的所述二次声辐射元件具有机械质量M_mv；所述机械质量M_ms，所述有效面积S_d，以及所述机械质量M_mv是和所述倒相式音箱系统相关的特定参数；以及其中：

$\mathrm{Nc}=\frac{1}{\left(\frac{S_d}{S_m}\right)\·\frac{M_{\mathrm{ms}}+M_{\mathrm{mv}}-M_{\mathrm{vc}}}{M_{\mathrm{mv}}}-1};$

$M_{\mathrm{mm}}=(M_{\mathrm{ms}}+M_{\mathrm{mv}}-M_{\mathrm{vc}})\·{(1-\left(\frac{S_m}{S_d}\right)\·\frac{M_{\mathrm{mv}}}{M_{\mathrm{ms}}+M_{\mathrm{mv}}-M_{\mathrm{vc}}})}^2;$ 以及

$M_{\mathrm{md}}={\left(\frac{S_m}{S_d}\right)}^2\·M_{\mathrm{mv}}\·\left(\frac{M_{\mathrm{ms}}-M_{\mathrm{vc}}}{M_{\mathrm{ms}}+M_{\mathrm{mv}}-M_{\mathrm{vc}}}\right);$

其中N_c是在所述至少一个机械杠杆的每一个上在所述各个第一和第二连接点之间的第一距离与在所述各个第二和第三连接点之间的第二距离的比。

33.如权利要求22所述的扬声器，其中所述第二电动元件在所述扬声器的操作期间响应所述施加的信号是可动的，以及所述第一电动元件在所述扬声器的操作期间响应所述施加的信号相对于所述至少一个声辐射元件是可动的；其中所述第二电动元件和所述至少一个机械杠杆的每一个在其上的各个第三连接点相连，所述第二机械质量包括所述第二电动元件的质量。

34.如权利要求33所述的扬声器，其中所述第一电动元件包括至少一个音圈和至少一个磁体之一，以及其中所述第二电动元件包括至少一个音圈和至少一个磁体中的另一个。

35.如权利要求33所述的扬声器，所述第一电动元件确切地说是一个音圈，以及所述第二电动元件确切地说是一个磁体。

36.如权利要求33所述的扬声器，其中所述扬声器包括多个机械杠杆，其中所述多个机械杠杆支撑所述第二电动元件。

37.如权利要求33所述的扬声器，其中在操作时，所述驱动器具有这样的频率特性，所述频率特性和至少包括一次和二次声辐射元件并具有和其相关的特定参数的倒相式音箱系统的频率特性基本相同。

38.如权利要求37所述的扬声器，其中对于每个机械杠杆，所述至少一个声辐射元件在所述各个第一连接点和其相连，所述第二电动元件在所述各个第三连接点和其相连，以及所述第一电动元件在位于所述各个第一和第三连接点之间的所述各个第二连接点和其相连。

39.如权利要求38所述的扬声器，其中所述第一电动元件包括至少一个音圈，以及所述第二电动元件包括至少一个磁体；其中所述至少一个声辐射元件具有机械质量M_md和有效面积S_m，所述至少一个磁体具有质量M_mm，以及所述至少一个音圈具有质量M_vc；其中所述倒相式音箱系统具有和其相关的力系数B1，所述倒相式音箱系统的一次声辐射元件具有机械质量M_mm和有效面积S_d，以及所述倒相式音箱系统的所述二次声辐射元件具有机械质量M_mv；所述力系数Bl、所述机械质量M_ms、所述有效面积S_d、以及所述机械质量M_mv是和所述倒相式音箱系统相关的特定参数；以及其中：

$N_D=\frac{(M_{\mathrm{ms}}+M_{\mathrm{mv}})\·{\left(\frac{{\mathrm{Bl}}_m}{\mathrm{Bl}}\right)}^2-M_{\mathrm{vc}}}{M_{\mathrm{mv}}\·\left(\frac{{\mathrm{Bl}}_m}{\mathrm{Bl}}\right)\left(\frac{S_m}{S_d}\right)+M_{\mathrm{vc}}};$

$M_{\mathrm{mm}}=\frac{{[M_{\mathrm{mv}}\·\left(\frac{B{l}_m}{\mathrm{Bl}}\right)\left(\frac{S_m}{S_d}\right)]}^2-{M_{\mathrm{vc}}}^2}{(M_{\mathrm{ms}}+M_{\mathrm{mv}})\·{\left(\frac{{\mathrm{Bl}}_m}{\mathrm{Bl}}\right)}^2-M_{\mathrm{vc}}}-M_{\mathrm{vc}};$ 以及

$M_{\mathrm{md}}=\frac{M_{\mathrm{mv}}\·{\left(\frac{S_m}{S_d}\right)}^2\·[M_{\mathrm{ms}}\·{\left(\frac{B{l}_m}{\mathrm{Bl}}\right)}^2-M_{\mathrm{vc}}]+{M_{\mathrm{vc}}}^2}{(M_{\mathrm{ms}}+M_{\mathrm{mv}})\·{\left(\frac{{\mathrm{Bl}}_m}{\mathrm{Bl}}\right)}^2-M_{\mathrm{vc}}};$

其中N_D是在每个机械杠杆上分别在所述第一和第三连接点之间的第一距离与在所述第二和第三连接点之间的第二距离的比，其中Bl_m是和所述扬声器相关的力系数。

40.一种包括驱动器的扬声器，所述驱动器包括：

a)至少一个声辐射元件；

b)至少第一和第二电动元件，在操作时，它们协同操作，以响应施加的信号使所述至少一个声辐射元件运动；以及

c)被连接到所述至少一个声辐射元件以及所述第一和第二电动元件的固定元件，所述固定元件包括至少一个机械杠杆；

其中所述第一电动元件通过所述至少一个机械杠杆被机械地连接到所述至少一个声辐射元件，以及所述第二电动元件是静止的；

其中所述至少一个机械杠杆的每一个提供至少第一和第二连接点，所述第一电动元件在所述各个连接点的一个连接点被连接到所述至少一个机械杠杆的每一个，以及所述至少一个声辐射元件在所述各个连接点的另一个连接点被连接到所述至少一个机械杠杆的每一个；

其中所述至少一个机械杠杆的每一个提供至少一个在所述扬声器的操作期间静止的附加点；

其中所述第一电动元件可以响应在所述扬声器的操作期间施加的信号相对于所述至少一个声辐射元件运动；以及

其中在操作时，所述驱动器具有至少二阶频率特性。

41.如权利要求40所述的扬声器，其中所述第一电动元件包括至少一个音圈和至少一个磁体之一，以及其中所述第二电动元件包括至少一个音圈和至少一个磁体中的另一个。

42.如权利要求40所述的扬声器，所述第一电动元件确切地说是一个音圈，以及所述第二电动元件确切地说是一个磁体。

43.一种扬声器系统，包括多个扬声器，其中所述多个扬声器中的至少一个是权利要求1到42中的一个所述的扬声器，以及其中所述多个扬声器并行地操作。

44.一种扬声器系统，确切地说包括两个相邻的扬声器，其中所述两个扬声器中的至少一个是如权利要求1到42中的一个所述的扬声器，以及其中所述两个扬声器并行地操作，并被这样连接，使得其各自的至少一个声辐射元件在所述系统的操作期间沿基本上相反的方向辐射声音。

45.一种用于扬声器结构的驱动器，包括：

a)至少一个声辐射元件；

b)至少第一和第二电动元件，在操作时，它们协同操作，以响应施加的信号使所述至少一个声辐射元件运动；以及

c)被连接到所述至少一个声辐射元件以及所述第一和第二电动元件的固定元件；

其中所述第一电动元件被机械地连接到所述至少一个声辐射元件；

其中所述驱动器包括至少第一和第二机械质量，在操作时，它们响应所述施加的信号以不同的速度运动；

其中所述第一机械质量包括所述至少一个声辐射元件的质量；以及

其中所述第一和第二机械质量被这样机械地连接，使得在操作时，所述驱动器具有至少四阶频率特性。

46.如权利要求45所述的驱动器，其中所述第一电动元件包括至少一个音圈和至少一个磁体之一，以及其中所述第二电动元件包括至少一个音圈和至少一个磁体中的另一个。

47.如权利要求45所述的驱动器，所述第一电动元件确切地说是一个音圈，以及所述第二电动元件确切地说是一个磁体。

48.一种用于扬声器结构的机械杠杆，所述扬声器包括驱动器，其中：

a)所述机械杠杆提供至少第一和第二连接点；以及

b)所述驱动器包括至少第一和第二电动元件和至少一个声辐射元件，所述第一电动元件通过所述结构中的所述机械杠杆和所述至少一个声辐射元件机械相连，所述第一电动元件和所述机械杠杆在其上的所述连接点中的一个连接点相连，以及所述至少一个声辐射元件和所述机械杠杆在其上的所述连接点中的另一个连接点相连。

49.如权利要求48所述的机械杠杆，其中所述第一电动元件包括至少一个音圈和至少一个磁体之一，以及其中所述第二电动元件包括至少一个音圈和至少一个磁体中的另一个。

50.如权利要求48所述的机械杠杆，其中所述第一电动元件确切地说是一个音圈，以及所述第二电动元件确切地说是一个磁体。

51.如权利要求48所述的机械杠杆，还包括杠杆质量。

52.如权利要求51所述的机械杠杆，其中所述杠杆提供第三连接点，在所述结构中所述杠杆质量被连接到所述第三连接点。

53.如权利要求48所述的机械杠杆，其中所述第一电动元件和所述至少一个声辐射元件中的至少一个以轴-轴承装置被连接到所述结构中的所述机械杠杆。

54.如权利要求48所述的机械杠杆，其中所述第一电动元件和所述至少一个声辐射元件中的至少一个以柔性带被连接到所述结构中的所述机械杠杆。

55.如权利要求54所述的机械杠杆，其中所述柔性带是弹簧钢。

56.一种用于构造扬声器的方法，所述扬声器包括驱动器和箱体，其中至少一个声辐射元件通过至少一个连接被固定到所述箱体的至少一个表面上，每个连接包括至少两个平行带，所述带由柔性材料构成。

57.如权利要求56所述的方法，其中每个带是金属。

58.如权利要求57所述的方法，其中每个带是弹簧钢。

59.一种用于设计其频率特性和参考扬声器系统的频率特性基本上相同的扬声器的方法，所述方法包括以下步骤：

a)识别在所述参考扬声器系统的模型中的至少一个声学元件；

b)通过利用等效的机械元件代替在所述参考扬声器系统的所述模型中的所述至少一个声学元件的每一个产生所述扬声器的等效模型；

c)由所述等效模型确定所述扬声器的多个结构参数；以及

d)根据所述结构参数构造所述扬声器。

60.如权利要求59所述的方法，其中所述参考扬声器系统是倒相式音箱系统。

Images