CN1973575B - 声元件 - Google Patents

Abstract

扬声器ROTOSUB包含驱动装有翼片或叶片转子的电机，翼片在其节距上是可调节的，并且通过信号、尤其是相当于所希望的音响的信号、来调制节距。特别是在非常低的频率时，在每个声波期间有转动许多圈的时间的扬声器转子能够迁移大量空气，而大量空气本身又形成大的空气压力和声压。这种专门技术是基于通过调制翼片角度而产生声波。在低频率时，转子在每一个信号周期期间有转动几圈的时间，这就构成所增大的压力。由于能够把翼片以任意角度装在枢轴上，因此能够用所希望的方法来控制压力。

Description

声元件

技术领域

本发明涉及一些声元件，例如，尤其是用于较低频率的扬声器或微音器。如今的低音扬声器为了达到良好的音响复播和音响强度必须是很大的，而且常常也是昂贵的。当可利用空间不足时，例如在汽车里，人们必须深受音响复播之苦。由上述的问题看来，对于改进用于较低频率的扬声器有很大需求。尤其是，由于在很多情况下不能安装大型扬声器，因此对用于较低频率的小型扬声器有很大需求。所以本发明的目的在于分别获得既能够用低频率覆盖又能够做得小的、紧凑而有效的扬声器和微音器。

根据本发明，通过包含具有在使用时转动和与与要达到的音调或声音或者声压相一致地来调制翼片节距的装有翼片的转子(扬声器转子)的扬声器来达到上述目的。在交替调节用于分别把空气朝向收听者推压(正压缩)和在离开收听者的反方向上推压(负压缩)的叶片期间，达到与在传统扬声器膜片振动时同样的压缩条件。在恰当地控制翼片节距的情况下在每个瞬间内能够分别达到所希望的空气迁移和声压。在很慢地交变节距期间能够产生极低频率的音响，甚至低于可听得见的范围。因而通过到扬声器转子的电信号来控制其翼片节距(正信号-正压力和流动以及负信号-负压力和流动)，来控制音响的瞬时声压。不是能够用各不相同大的翼片角度就是能够用速度来控制所产生的音响的声级，由于这两种方法能够分别影响在每个声波中的声压和空气迁移量，因此控制所产生音响的声级。

人们也会想到，以扬声器转子的翼片倾角和速度的结合方式分别控制声级。正如所意识到的那样，所复播的音响不一定必须取成正弦形状，而是用根据本发明的装置通过控制与由声压曲线形状合成所希望的形状相对应的一些翼片角度也能够产生由若干音调调合的一些声波。

如果希望功率更大，则能够并联使用一些根据本发明的扬声器转子，用替换方法，则可以使用更大的扬声器转子。人们也会考虑采用相互安装以后以致增加驱动能力的一些转子，驱动能力是最大可达到的声压。优势是人们可使一些转子具有交变的转动方向和一些对向的节距角以便减少扰动、使空气流最佳化而提高效率。

相反，人们可以通过使用带有可在枢轴上安装的一些翼片的转子来制作同样可以用于非常低的一些音调的微音器。通过使翼片能够自由移动，可以在转子转动时通过导致音响的气流前后流动来控制翼片的移动，按照适当方式(例如光学或电学方式)通过检测翼片角位移能检测到气流的流动。

人们也会考虑在除空气外的其他介质，例如水中应用本发明来产生或者检测声波或声学现象。

根据本专利权利要求书中和下面参照附图所描述的实施方式，不仅本发明进一步的优点和特征而且本发明思想进一步的发展是显而易见的。

附图说明

图1示意表示翼片角度和声压之间关系曲线图。

图2表示随着声压变化，翼片位置是如何变化的结果。

图3表示声压和每分钟转数之间的关系曲线。

图4表示在不同的每分钟转数时声压和频率之间的关系曲线。

图5示意表示用电机驱动、根据本发明的扬声器转子。

图6表示在通过离心力来平衡力时的翼片和补偿重物。

附图标记6.1示意表示在转子中的补偿重物。

附图标记6.2示意表示在转子中的翼片。

附图标记6.3示意表示在转子中的翼片枢轴。

附图标记6.4示意表示在转子中的翼片轴承架。

图7表示翼片力和由离心力产生的在枢轴上旋转力。

图8表示补偿力和由离心力产生的在枢轴上旋转力。

图9示意表示在通过所设计的不对称翼片来平衡力时所设计的翼片。

附图标记9.1示意表示翼片中的较小部分。

附图标记9.2示意表示翼片中的较大部分。

附图标记9.3示意表示转子内的翼片轴承架。

图10表示翼片力和由离心力产生的在枢轴上旋转力。

图11表示来自气流的补偿力和由所设计的不对称翼片产生的在枢轴上旋转力。

图12表示用于力线性化的叶片。

附图标记12.5表示有用于力线性化的附加翼片面积的叶片。

图13表示在成角度和不成角度状态时用于力线性化的调制力。

图14表示带有大于80％的叶片的转子，标出承受压力损失的面积。

图15表示带有小于80％的叶片的转子。

图16示意表示一些元件，调制转子、气流闸、空腔和出口。

附图标记16.1表示从上面看到的调制转子构件。

附图标记16.2表示从上面看到的调制转子翼片。

附图标记16.3表示从侧面看到的调制转子构件和气流闸。

附图标记16.4表示从下面看到的到气流闸的出口。

图17示意表示在空腔中有制动材料和出口中的气流闸的情况下与气流闸接触的调制转子。

附图标记17.1示意表示构件、调制转子。

附图标记17.2示意表示在空腔中有制动材料的情况下的空气闸。

附图标记17.3示意表示带有声闸的出口管道网。

图18示意表示在空腔中没有制动材料而在出口中有气流闸的情况下与气流闸接触的调制转子。

附图标记18.1示意表示构件、调制转子。

附图标记18.2示意表示在空腔中没有制动材料情况下的空气闸。

附图标记18.3示意表示带有声闸的出口管道网。

图19表示从不同角度看的转子元件。

图20表示从不同角度看的外壁(管)。

图21表示安装在没有封口的管内装有成角度和没有成角度的翼片的转子。

图22表示安装在有球形切开封口的管内装有成角度和没有成角度的翼片的转子。

图23表示封闭安装在有球形切开封口的管内的转子。

图24表示密封安装在有球形切开封口和波纹管密封的管内的转子。

具体实施方式

在图5中根据本发明表示的扬声器包含直接驱动的转子，直接驱动的转子是把转子直接装配在电机的电机轴上。在本实施例中扬声器转子装有三个翼片2，用其内端面安装在翼叶毂3内的三个翼片2是以枢轴为中心而旋转的。围绕一些基本上径向的枢轴4的一些翼片是以枢轴为中心而旋转的。用电机1转动翼片毂3。在本实施例中每个翼片具有相当于大约三分之一的圆环面积并且每个翼片在内端离枢轴一定距离处经由臂架7连接到相对于转子可轴向移动的线圈，从而线圈5的轴向移动使翼片枢轴转动。线圈5被固定的永磁铁6包裹并且向顶着制动弹簧作用的线圈供电，因此使线圈5向前或向后移动，取决于电流方向。优势是，把一些翼片的一些枢轴稍稍设置在压力中心(接近翼片面积的重力中心)的前面一点，因此在没有空气驱动的情况下在不给线圈供以电流时一些翼片向中心位置移动。同时用于使围绕一些翼片枢轴的一些翼片以枢轴为中心而旋转所要求的力是非常小的。上述两种情况中的任何一种情况都能用来交变地放大音响以补偿由在翼片动作中磁铁和线圈之间结构引起的潜在弱耦合。

为了产生音响，是靠这种翼片来回的力量把电信号施加到线圈上。这种移动经由臂架联动到以适合的方法改变翼片角的翼片。通过电机驱动扬声器转子来传输用于空气来回运动也就是产生音响的能量。因此根据本发明的扬声器元件将起功率放大器作用。

随着声频降低，扬声器转子在一个声波长期间转动的转数会增加，转数增加就增大空气的迁移量而因此在低频率时能够使声压保持不变，与在通常扬声器时的情况不同。根据本发明的装置基本上能够产生任选低频的音响。对于具有较高频率的声波来说，扬声器转子的翼片将不应该是重的。所以人们会考虑使用像在涡轮中那样的许多较小翼片或者会考虑制造在需要更大功率时能够一起放在面板里一些比较小的扬声器。更进一步，能够把根据本发明的一些扬声器元件和一些常规型的扬声器元件安装在一起，以便获得足够的频段。设想了在本发明的框架范围内能够用不同的一些方法设计扬声器件转子的操纵以使一些翼片以颈轴为中心而旋转。

在一个或若干个磁铁固定在一些翼片上或者为了受到固定线圈感应而一些翼片本身可以是磁性的情况下能够是电磁操纵的。用一种替换方法，在改变通过线圈的电流并且把线圈置于向固定的永磁铁产生的固定磁场内时安装在转子内的线圈可以用机械方法对一些翼片起作用。作为可供选择的方法，每个翼片可以装有一个或若干个线圈。人们也可以考虑通过在翼片内部具有与活塞或线圈机械耦接的地方把活塞或线圈置于转子中心来控制一些翼片。此外还能够用各种方法来实现翼片的加固及其以枢轴为中心的旋转而人们例如会考虑用已冲孔、模压和磁化的薄铁板材制作扬声器转子并且用一个或若干个线圈包裹扬声器转子。在本发明的思想范围内人们也会考虑为了实现所要求的转子中翼片在枢轴上转动/弯曲而应用其他物理现象，像例如一些压电元件那样。

扬声器转子没有必要必须是如以上所述那的扁平状或螺旋桨状而是人们还会考虑使用一种装有对其角度可调的叶片的鼓状装置。

根据本发明的扬声器转子是非常类似于风扇，那么人们会进一步考虑，为了通风目的而用风扇输送空气，这不是通过改变翼片的节距而是通过给其以一恒定节距(在希望通风时)就能做到。那时扬声器转子仅起风扇作用。相反，如果人们选择使节距能够随预定的一些音响信号来改变，但是不在转子没有输送什么空气的中心位置周围而是在具有一定节距的位置周围，则同时获得风扇和扬声器功能。

在把枢轴稍微装在压力中心前面一点的情况下和在电磁控制节距的情况下通过使翼片装在枢轴上能自由移动的情况下也能够把根据本发明的扬声器元件安装在排气出口内。这一点例如通过在一些翼片外边缘上设置带有圆环形伸出部的一些磁铁就能做到。围绕扬声器转子往外放置线圈。随着排气系统推压通过扬声器转子的空气量增加，转子的一些翼片会偏离其正中位置，电动机械上强制的翼片附加偏角会在排气偏角周围振动，因此与排气无关地产生音响。通过和排气系统的结合，自然而然就获得分立固定件而相当于一些扬声器箱的一些大部件(呈空气导管的形状)减小了音响的失真。尤其是在汽车内，这可能意味着显著改进音响质量。

在以上所述的实施例中，电机直接耦接到扬声器转子上，但是如果希望这样的话，那么或是在每一个电机一个转子情况下或是用一个电机共同驱动若干转子的情况下，人们也会考虑传动带驱动。也可以把若干个扬声器转子安装在一个而且是同一个轴上以增强声驱动能力。对于若干个转子来说，可以以一致的方式共同地或单独地控制翼片节距。可以进一步通过连接电机的电力网来驱动扬声器转子而由来自声放大器的信号来控制翼片角。一看到这种情况，那么就想到对大功率放大器以及在放大器与一些低音扬声器之间密集连接和低欧姆连接的要求降低了。

由于一些根据本发明的扬声器允许空气流通过，减小了在露天设备上风阻力，因此抵消了在其他方面引起的压力偏差。所以露天就能够获得更自然而又更好的音响质量的音响。

除产生可听得的音响外，本发明的扬声器可用于产生次声。在这种情况中，可以消除以前能够引起恶心、头痛并且使驾驶员睡眠的已存在的次声。

对于装在枢轴上的翼片来说在转子转动时如果力没有传递到翼片上，则翼片随气流的不同而改变其倾角，因此阻力变得尽可能的小而人们能够记录翼片的变化节距，例如通过把线圈连接到测量仪器来交替地在光学上记录翼片节距，因此尤其对低频来说，即使重叠恒定空气流存在，“扬声器转子”仍可以起微音器的代替作用。如果要检测恒定气流中的音响，则翼片以与恒定气流相对应的恒定节距运转。在检测音响或气流变化时，翼片环绕这个零位置枢轴转动。根据本发明的微音器具有的优点在于其在检测之前已把恒定气流分量与变化气流分量分开，从而减少在所测量的音响中的噪音。如果希望这样的话，可以通过上述以枢轴为中心旋转翼片的节距平均值来检测平均气流值。

由于转子速度对产生的音响幅度和即时音响功率有极大影响，因而有利的是以恒定速度或者至少在受监控的或者受控制的每分钟转数的情况下驱动转子。即使为了输出音量因而改变翼片节距和制动，人们也会考虑给转子装上储能轮或者很大转动质量以便提供恒定不变的旋转。电机也能够装有控制速度来补偿负载变化可能产生的速度变化的灵敏控制。

人们也会采用恒速电机或者用增加相当于输出音响功率的功率来驱动电机。人们也可能考虑代替监测速度因此为了能够产出预定的声压能够以增大翼片倾角来补偿速度的降低。

由于翼片角度直接调制声压，因此有利的是人们可以把有效反馈用于确定叶片角度。然后能够用光/压电传感器或电动机械传感器来实现角度检测。

在图5中，翼片中的枢轴不对称地安装在转子的翼片上。转子顺时针旋转。这就造成在装枢轴中心后面的一半翼片上推压力稍大于在枢轴前面一半的翼片部分上压力，因而翼片将总是形成抗增大在枢轴上旋转的一个反力。这也意味着，将所希望的翼片在枢轴上旋转越快或者用于翼片的节距越大就必须施加越大的功率并且用这样的方法从转子获得线性声响应而且能够通过力的作用(图15、12、13)来控制翼片节距。

当转子的翼片因为完全平坦的状态而且具有一个增角度时，装在枢轴上旋转的各个翼片环绕其自身的轴转动。在具有像例如图5所示翼片那样较宽翼片的转子上翼片端部将垂直向内向翼片的枢轴、也就是向内向转子的转动中心、移动。因而翼片移动必须克服对翼片起作用的离心力的影响。在转子转速高时，这些离心力可以是非常显著的并且离心力制止电机翼片的电偏斜。这就以不希望的方式增加功率消耗。为了补救，就把如图6所示这样的平衡元件6.1相对于翼片的面积6.2垂直安装。平衡元件具有垂直于叶片表面、例如固定在翼片轴内端面内、在其外端面内装有重块的手臂形状。这些重块会随着翼片端部相对于翼片枢轴垂直移动。由于垂直安装这些重块因此在翼片以枢轴为中心而旋转时将相对于转子轴径向向外移动。通过恰当选定重块的断面尺寸，获得平衡来自翼片离心力(图7)的离心力(图8)，有效地减小另外必须传递到翼片的控制力(图6、7、8)是可以实现的。

通过不对称地设计翼片(图9)并且把每个翼片的枢轴置于在转动方向上观察到的压力中心后面，不对称产生的力(图11)也可以用于均衡由离心力(图10)引起的在枢轴上旋转(图9、10、11)。

为了防止空气在转子在其外端面的一些侧面之间迁移，有利的是把转子安装在管道或者合适的壳体内(图2)。然而，参阅图21、如以上所述，一些翼片的一些外部拐角随着节距增大而向内移动。同时内部拐角向外移动。这就造成转子的前后侧面之间的漏气而降低装置的效率。所以用图22所示的方法分别设计转子叶片和围绕的壳体以及转子毂。把围绕转子的壳体内的密封表面设计成在翼片枢轴与转子轴交切处球形表面中心在转子中心内的球形形状。在翼片以枢轴为中心而旋转时翼片圆形外边缘则始终保持紧靠壳体的内表面。

为了达到密封状态，还在翼片的内边缘处用转动对称密封表面和取成相符形状的翼片内边缘构成转子毂(图23)。在密封处在毂上也采用具有转子转动轴上的中心和具有与翼片内边缘一致的弧线的球形密封期间，此时球形表面中心保持在枢轴上。在这种方法中毂作为一个整体可以是转动对称的。由于在内边缘处没有相互转动而仅仅是以枢轴为中心而转动，因此在那里可以用某种别的方法，例如用波纹管那样的装置(图24)，形成密封。(图19、20、21、22、23、24)。

在图17、18中，表示一种扬声器，这种扬声器包括安装在箱体内根据本发明的转动的扬声器元件。扬声器箱不是完全封闭的而是经由气流闸或限流板连接到外界。用这种方法来消除转子遭受停止转动，也就是空气迁移完全不顾转子转动而停止的风险。通过选择材料和开口能修改抗气流的阻力，结果是抗气流的阻力与频率相关，因此优选通过转子的最佳气流视频率而定。用这样的方法能够使所产生的压力最佳化，能够避免发生停止转动以及在压力波动的吸入物处的声短路。(图16、17、18)。

由于主要通过产生怎样合适的压力来控制构件的效率，因此首要的是设计叶片必须考虑到压力而不考虑气流。最大压力形成发生在叶片速率在最大时的地方。低叶片速率造成高压力处的漏气而降低效率。这就意味，正在形成压力中为了令人满意的效率，叶片应该具有尽可能高的叶片速率。由于在转子中心内叶片速率是低的，因此这意味着，如果一些叶片一直伸进去，则会出现漏气。问题的解决在于设计较小的叶片和使核心要点能够覆盖叶片速率太低的部分。为了有效形成，叶片必须小于80％的转子半径。在图14中，表示具有大于80％转子半径的叶片的转子，标明遭受压力损失的面积。在图15中，表示具有小于80％转子半径的叶片的转子。(图14、15)。

为了在压力形成时进一步提高效率，在转子中可以设计几层叶片。人们也会考虑一些转子以后相互安装。由于在调制介质(例如空气)中转动产生一些转动现象，有利的是，人们可以使转子能够以交变的转动方向转动，因此导致转子能够应用在介质(例如空气)中出现的一些转动现象。

在转动移动能够迁移空气(或液体)，也就是涡轮方面的径向式风扇、正切式风扇、汽轮机等等的情况下的所有类型元件内能够应用本发明，有利的是人们通过综合技术可以使用能够在涡轮工序中使用这种技术。在许多情况下，串音音响是由转动迁移空气元件和由本发明产生的，特别是由于串音音响常常是连续的，因此人们会考虑或是通过安装的额外转子螺旋桨等等或是通过控制产生音响的转动元件来降低串音音响。

Claims (9)

1.一种由受电机驱动、装有多个翼片或多个叶片的转子构成的扬声器元件，其中多个翼片或多个叶片在其节距上是可调节的，因此在转子旋转时能够分别调制与所希望的音响信号相对应的迁移空气体积和所达到的空气压力，其特征在于，所述节距能够随着预定的一些音响信号来在一定节距的位置周围改变，从而同时获得风扇和扬声器功能。

2.根据权利要求1的扬声器元件，其特征在于用电动机械方法完成多个叶片或多个翼片以枢轴为中心的旋转；以及

把永磁铁安装在多个叶片或多个翼片上或者把永磁铁与多个叶片或多个翼片结合起来，并且在于为了使磁铁对多个叶片或多个翼片以枢轴为中心旋转起作用而安装固定的一个线圈或多个线圈，或者多个翼片装有集成的线圈。

3.根据权利要求1的扬声器元件，其特征在于应用压电效应来改变多个翼片或多个叶片的节距。

4.根据权利要求1的扬声器元件，其特征在于用于周围的壳体的球形密封翼片区域以球表面上的中心在转子中心内的方式包围转子，因此壳体和多个翼片之间距离保持恒定，与转子的多个翼片的枢轴转动无关。

5.根据权利要求1的扬声器元件，其特征在于把在多个翼片和转子中心之间转动对称的密封槽配置在转子中心和多个翼片之间，转动对称表面具有其与翼片枢轴重合的轴，因此多个翼片和转子之间距离保持恒定，与转子的多个翼片的枢轴转动无关。

6.根据权利要求5的扬声器元件，其特征在于所述密封槽是球形的。

7.根据权利要求1的扬声器元件，其特征在于波纹管装置配置在转子中心和多个翼片内端面之间，以用于密封。

8.根据权利要求1的扬声器元件，其特征在于多个翼片装有相对于翼片表面垂直安装的平衡重物，因此随着节距角变化，补偿在多个翼片上的离心力。

9.根据权利要求1的扬声器元件，其特征在于通过多个翼片的偏角/弯曲使得多个翼片或多个叶片在其节距上是可调节的。

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