CN1939088A - 分布式声箱 - Google Patents

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Abstract

一种用于声学换能器(2)的封闭罩(1)，该封闭罩包括用于容纳该声学换能器(2)的第一腔室(11)和第二腔室(12)，该第一腔室和第二腔室通过耦合部分(15)声学耦合，其中该第一腔室(11)和第二腔室(12)被分隔开。该耦合部分的直径可以小于所述第一和第二腔室。可选的另一个耦合部分(16)可以将第一腔室(11)与可选的第三腔室(13)声学耦合。该封闭罩的容积被分布在各腔室中，从而提供相对较大的封闭罩，即使当第一腔室(11)较小时也是如此。由所述耦合部分(15，16)招致的任何非基本谐振都落在所述换能器(2)的有效区域之外。

Description

分布式声箱
本发明涉及一种分布式声箱。更具体来说，本发明涉及一种用于容纳声学换能器(比如扬声器)的封闭罩。
将扬声器之类的声学换能器典型地容纳在盒子形状的封闭罩或者“箱”中是众所周知的。在没有封闭罩或者至少将正面与换能器背面分离的面板的情况下使用扬声器或者类似的换能器将导致只能产生非常有限的音量，因为在所述正面和背面之间存在“短路”。特别地，低频声音将受到这种“短路”的不利影响。
封闭罩消除了这种声学“短路”，但是如果设计不正确的话可能会引入其他不希望的效应。封闭罩中的空气将典型地充当弹簧，从而提高由换能器和封闭罩构成的声学系统的谐振频率，特别是当该封闭罩的容积太小时尤其如此。由于这一点明显是不理想的，因此封闭罩的容积相对于换能器的尺寸必须具有特定的最小容积。
在包含声学换能器的许多装置中，空间量必须受到限制。例如，在给定屏幕尺寸的情况下，电视机的外壳典型地被设计得尽可能小。对于每个扬声器都提供相对较大的封闭罩将使得外壳变得过大，而提供相对较小的封闭罩又将导致上述的不利效果。
欧洲专利申请EP-A 0 519 509公开了一种低音扩音器(woofer)模块，其被用在具有CRT(阴极射线管)屏幕的电视机中。该低音扩音器模块包括细长封闭罩以及两条声音通道，扬声器被容纳在该封闭罩中。第一通道位于换能器的正面，第二通道连接换能器的内部及其外部。该封闭罩可以被安装在电视机外壳的下后部，所述两条通道将声音从背面传送到电视机的正面。
尽管上述已知封闭罩避免了在电视机的一侧占用太大体积，但是它也具有几个缺点。首先，该实际的封闭罩仍然较大，虽然它可以被容纳在具有CRT屏幕的电视机中，但是它对于具有LCD(液晶显示器)或者等离子屏幕的电视机来说还是太大了。此外，所述声音通道导致对声音的不利“着色”，即改变了声音的频率特性。
因此，本发明的一个目的在于克服现有技术的上述缺点，并且提供一种用于声学换能器的封闭罩，该封闭罩可以被容易地放入相对较小的外壳中，同时仍然具有相对较大的容积。相应地，本发明提供一种用于声学换能器的封闭罩，该封闭罩包括用于容纳该声学换能器的第一腔室以及第二腔室，所述第一腔室和第二腔室通过耦合部分声学地耦合，其中所述第一腔室和第二腔室被分隔开。
通过提供分隔开但是声学耦合的至少两个腔室，可以获得较大的总容积，即使当各单独腔室分别具有相对较小的容积时也是如此。结果，构成所述封闭罩的各个腔室可以被容纳在装置外壳的不同部分中，从而产生了分布式换能器封闭罩。
应当注意到，德国专利申请DE-A 31 44 545公开了一种用于换能器的被分割的封闭罩。该现有技术封闭罩包括两个相邻腔室，这两个相邻腔室通过分割壁而被隔开。这两个腔室通过延伸到这两个腔室中的相对较短的管子声学耦合。这个管子构成谐振元件，并且对于由所述换能器和封闭罩形成的声学系统的声学属性有所贡献。更具体来说，这个管子中的空气在所谓的四阶谐振系统中充当声质量(acousticmass)，该四阶谐振系统包括换能器的声学移动质量、第一容积的声学顺从性、管子中的空气的声质量以及第二容积的声学顺从性。结果，该已知声学系统的操作频率范围受到管子中的空气质量的影响。在本发明中，各腔室不相邻而是分隔开，并且所述至少一个耦合部件被设计成使得该耦合部件所包含的空气对所述封闭罩的总容积有贡献，而不是形成单独的声质量。
在一个优选实施例中，所述耦合部分比起第一腔室和/或第二腔室具有更小的直径(或者一般来说更小的横截面)。也就是说，从垂直于长度的方向看去，该耦合部分的内部尺寸小于其所耦合的各腔室。提供相对较窄的耦合部分减小了封闭罩的局部尺寸，从而使得该封闭罩更易于被容纳在外壳中，或者更一般来说，更易于将该封闭罩放入可用空间中。应当理解的是，所述(一个或多个)耦合部分可以具有圆形、椭圆形、矩形、八角形或者其他横截面，并且术语“直径”不意图将本发明限制到圆形耦合部分。
所述各腔室以及至少一个耦合部件的组合将具有特定的声学特性。在一个特定优选实施例中，将封闭罩的尺寸设置成使得该封闭罩构成所谓的二阶声学系统。也就是说，优选地将该封闭罩的尺寸设置成使得由所述换能器和封闭罩构成的声学系统作为二阶系统在其操作频率范围内运行。这种系统可以与传统的“闭盒”系统相比较，所述“闭盒”系统由封闭罩的声学顺从性(包括换能器)以及换能器的声质量构成。这样，就将任何不想要的负面效应(有害谐振)排除在操作频率范围之外。
虽然本发明的封闭罩可以在一个或多个腔室中具有开口(例如用于均衡化该封闭罩内的静态压力或者用于提供“低音反射”效果)，但是本发明的封闭罩优选地是基本闭合的。也就是说，该封闭罩优选地构成一个基本上闭合的容积。当然，必须为换能器提供开口以便与外部空气相接触，但是该开口被认为由换能器闭合。
在一个优选实施例中，所述封闭罩还包括第三腔室，其通过另一个耦合部分与第一腔室或者第二腔室声学耦合。该实施例的优点在于提供了更大的容积，或者使用更小的各腔室提供类似的容积。因此，有可能把封闭罩的容积分布在三个或更多腔室中。应当理解，还可以提供另外的腔室，比如通过相应的耦合部分耦合的第四腔室以及可选地第五腔室。
优选地，所述另一个耦合部分比起第一腔室、第二腔室和/或第三腔室具有更小的直径。
如上所述，本发明的封闭罩可以以灵活的方式被容纳在可用空间中，这是因为可以在所述空间内分布各腔室。例如，第一腔室、第二腔室和第三腔室可以构成三维排列。附加地或者替换地，第二腔室的纵向可以基本上垂直于第一腔室的纵向。在该实施例中，各腔室基本上是细长的，并且被设置成彼此成直角。应当理解的是，多种其他排列也是可能的，例如各腔室彼此成一条直线，或者彼此成锐角或钝角。此外，各腔室不必位于基本上相同的平面内。相反，各腔室可以在三个可能互相正交的方向上延伸，从而形成三维排列。
此外，优选地，所述换能器位于第一腔室的外表面，也就是说，其相对接近于所述腔室的外部。这样确保由该换能器产生的声音不受到任何通道的影响(即“着色”)。
虽然在上面参考单个换能器讨论了本发明，但是所述封闭罩可以包括两个或者更多换能器，例如三个或者四个换能器。所述至少一个换能器优选地是具有可移动振盆(cone)的扬声器，但是也可以应用其他换能器，比如静电换能器。
本发明附加地提供一种音频系统，其包括容纳在如上定义的封闭罩中的声学换能器，特别是容纳在第一腔室中的声学换能器。这种音频系统还可以包括放大器以用于向至少一个换能器提供激励信号，并且优选地包括信号源，比如调谐器、CD播放器、DVD播放器、MP3播放器、麦克风和/或计算机。
在本发明的音频系统中，所述分布式封闭罩的设计可能导致在某些频率下发生谐振。因此，在一个有利实施例中，换能器操作的频率范围被选择成使得排除由所述换能器和封闭罩构成的所述声学系统的任何更高的谐振频率。因此，在该实施例中，只有基本(即典型地最低的)谐振频率位于该声学系统的操作频率范围内。然而，其他替换实施例也是可能的，其中该声学系统的操作频率低于其任一个谐振频率。
在一个特别有利的实施例中，所述换能器被设置成在其所构成的声学系统的谐振频率下操作。被安装在封闭罩中并且操作在如此形成的声学系统的(基本)谐振频率下的换能器是非常高效的，并且以相对较低的输入电流产生高声级。在提交号为No.03103396.2(合并在此以作参考)的欧洲专利申请EP中描述了被设计成操作在其谐振频率下的声学换能器的特别适当的实例。在这种换能器中，高品质因数(Q)是特别优选的。
本发明还提供一种电视机，特别是包括平面屏幕(比如LCD屏幕和等离子屏幕)以及监视器的电视器，所述平面屏幕和监视器各配备有根据本发明的封闭罩。
下面将参照附图详细描述本发明的示例性实施例，其中：
图1示意性地示出根据本发明的封闭罩的第一实施例的横截面视图；
图2示意性地示出根据本发明的封闭罩的第二实施例的横截面视图；
图3示意性地示出根据本发明的封闭罩的第三实施例的透视图；以及
图4示意性地示出根据本发明的封闭罩的频率特性。
在图1中以非限制性实例示出的封闭罩1包括第一腔室11、第二腔室12、第三腔室13、第一耦合部分15和第二耦合部分16。在本实例中由扬声器构成的声学换能器2被贴着前壁容纳在第一腔室11中，在该第一腔室11中提供了一个或多个适当的开口。
第一耦合部分15连接第一腔室11和第二腔室12，以便提供声学耦合。类似地，第二耦合部分16连接第一腔室11和第三腔室13。在所示出的例子中，耦合部分15和16的直径小于腔室11、12和13的直径。然而，可以构想这样的实施例，其中各耦合部分的直径与各腔室的直径基本上相同。此外，在图1的例子中，腔室11、12和13被排列成直线。然而这并不是必须的，正如下面将参照图2所解释的那样。
在图1的示例性实施例中，第二腔室12和第三腔室13位于第一腔室11的两侧，换能器2被容纳在第一腔室11中。在另一个实施例(未示出)中，第三腔室13耦合到第二腔室12而不是第一腔室11。该实施例仍然提供分布式封闭罩，该封闭罩具有由相对较小的腔室容积构成的相对较大的组合容积。
在图1的实施例中，第一腔室11的容积可以是例如0.30dm3，而第二和第三腔室12和13的容积可以分别是0.25dm3。如果耦合部分15和16的容积分别是0.2dm3，则在该特定实例中获得1.2dm3的总容积。因此，该封闭罩的容积为1.2dm3，而各单独腔室的容积不超过0.30dm3。很明显，比起现有技术的封闭罩，在消费装置的外壳中容纳本发明的封闭罩要容易得多。
如上所述，腔室11和12以及任何可选的其他腔室不必成直线。在图2的实施例中，例如所述封闭罩基本上是U形的。第二腔室12相对于第一腔室11成直角，第三腔室13相对于第二腔室12成直角并且平行于第一腔室11。在该实施例中，耦合部分15和16由封闭罩1的拐角部分构成。换能器2被容纳在第一腔室11中，与图1的实施例一样。与图2的基本上二维的排列不同，基本上三维的排列也是可能的，例如其中三个腔室11、12和13在彼此正交的方向上延伸。在图3中示出了这种实施例。
图2和3的实施例特别适用于电视器或类似装置，其中无法容纳单个大腔室。通过使用根据本发明的多个分布式腔室，仍然获得较大的封闭罩。应当理解的是，各腔室的互相排列可以根据具体应用的要求而改变，以便例如适用于特定外壳。本发明可以被用于提供扬声器箱。许多消费者不是很愿意把大的盒形扬声器箱放在房间中，而是更愿意接受具有分布式设计的扬声器箱。
在图4中示出了本发明的声学系统的频率特性。由容纳在本发明的封闭罩(图1和2中的附图标记1)中的换能器产生的声压级(SPL)被显示为频率f的函数。该声压级以分贝(dB)测量，频率在从10Hz到1000Hz的范围内在对数尺度上以Hz计。
可以看出，换能器(图1和2中的附图标记2)和封闭罩(图1和2中的附图标记1)的设置在近似60Hz处产生峰值声压级(第一或基本谐振)。由封闭罩的设计(特别是相对较窄的耦合部分，在图1中被标记为15和16)造成的其他谐振出现在近似200Hz和500Hz处。
根据本发明的另一方面，包括至少一个换能器和所述封闭罩的声学系统的有效操作范围不与任何更高的谐振频率重叠。在图4的实例中，该换能器的操作频率范围在该封闭罩的更高谐振频率以下延伸，并且例如可以从50Hz延伸到150Hz。
在一个特别有利的实施例中，所述至少一个换能器被设置成操作在该声学系统的基本谐振频率下，在本例中近似为60Hz。操作在所述声学系统的基本谐振频率下的换能器非常高效，并且以相对较低的输入电流产生高声级。
在提交号为No.03103396.2的欧洲专利申请中描述了被设计成操作在谐振频率下的声学换能器的特别适当的实例，在本文献中合并其全部内容以作参考。
被容纳在本发明的封闭罩中并且被设计成操作在所述谐振系统的(基本或更高)谐振频率下的换能器在低激励电流下提供非常高的声级，同时避免出现任何单个大箱室。
本发明是基于这样的认识：可以通过提供两个或更多相对较小的腔室来获得相对较大的声学封闭罩，所述各小腔室声学耦合在一起以便形成分布式封闭罩。本发明还获益于这样的认识：由各腔室的耦合导致的任何谐振频率不一定会带来问题，因为可以将所述封闭罩设计成使得更高的谐振频率落在所述声学系统的有效范围之外。本发明还获益于这样的认识：这种封闭罩特别适用于在该声学系统的谐振频率下被驱动的换能器。
应当注意到，本文献中使用的任何术语不应当被理解成限制本发明的范围。特别地，“包括”一词并不意味着排除任何没有特别声明的元件。单个(电路)元件可以由多个(电路)元件或其等效物替代。
本领域技术人员应当认识到，本发明不限于上面描述的实施例，相反，在不脱离由所附权利要求书限定的本发明范围的情况下可以作出许多修改和添加。

Claims (16)

1、一种用于声学换能器(2)的封闭罩(1)，该封闭罩包括用于容纳该声学换能器(2)的第一腔室(11)和第二腔室(12)，该第一腔室和第二腔室通过耦合部分(15)声学耦合，
其中，该第一腔室(11)和第二腔室(12)被分隔开。
2、根据权利要求1的封闭罩，其中，所述耦合部分(15)的横截面小于所述第一腔室(11)和/或第二腔室(12)。
3、根据权利要求1或2的封闭罩，该封闭罩的尺寸被设置成构成二阶声学系统。
4、根据任一前述权利要求的封闭罩，该封闭罩基本上是闭合的。
5、根据任一前述权利要求的封闭罩，还包括第三腔室(13)，该第三腔室(13)通过另外的耦合部分(16)与所述第一腔室(11)或者第二腔室(12)声学耦合。
6、根据权利要求5的封闭罩，其中，所述另外的耦合部分(16)的直径小于所述第一腔室(11)、第二腔室(12)和/或第三腔室(13)。
7、根据权利要求5或6的封闭罩，其中，所述第一腔室(11)、第二腔室(12)和第三腔室(13)构成三维排列。
8、根据任一前述权利要求的封闭罩，其中，所述第二腔室(12)的纵向基本上垂直于所述第一腔室(11)的纵向。
9、根据任一前述权利要求的封闭罩，其中，所述换能器(2)位于所述第一腔室(11)的外表面处。
10、根据任一前述权利要求的封闭罩，其包括两个或更多换能器(2)。
11、一种音频系统，其包括容纳在根据权利要求1到10中的任何一条的封闭罩(1)中的至少一个声学换能器(2)。
12、根据权利要求11的音频系统，还包括放大器以用于向所述至少一个换能器(2)提供激励信号，并且优选地包括信号源，比如调谐器、CD播放器、DVD播放器、MP3播放器、麦克风和/或计算机。
13、根据权利要求11或12的音频系统，其中，所述换能器(2)被设置成操作在一定频率范围内，该频率范围被选择成排除由该换能器(2)和所述封闭罩(1)构成的所述声学系统的任何更高的谐振频率
14、根据权利要求11、12或13的音频系统，其中，所述换能器(2)被设置成操作在由该换能器(2)和所述封闭罩(1)构成的所述声学系统的基本谐振频率下。
15、一种电视机，其包括容纳在根据权利要求1到10中的任何一条的封闭罩(1)中的至少一个声学换能器(2)。
16、一种监视器，其包括根据权利要求1到10中的任何一条的封闭罩并且配备有声学换能器。
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PB01 Publication
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20070328