CN201352848Y - 弦乐器式扬声器系统 - Google Patents

Abstract

“弦乐器式扬声器系统”采用具有共鸣腔的共鸣器(1)结构，共鸣器除弯曲波谐振式扬声器(6)以外的部分开设孔隙(7)，孔隙的总面积S与共鸣器表面扬声器振板总面积S′之间存在下述关系：0.3S′≤S≤S′。它解决了现有弯曲波谐振式扬声器音响声音单薄、结像力/定位感差等问题，充分发挥弯曲波谐振式扬声器双向辐射的优势；解决了弯曲波谐振式扬声器无法应用于“多单元分频扬声器系统”/“低频系统”的问题；提供一种具有乐器质感与临场感的“原生态”声音解决方案。本实用新型适用于壁挂式尤其是落地式与迷你型弯曲波谐振式扬声器音响；共鸣器可以采用各种工艺造型，拓展了其工业设计空间。

Description

弦乐器式扬声器系统

技术领域

本实用新型涉及一种扬声器系统，具体说是一种应用弯曲波谐振式扬声器的扬声器系统。

背景技术

扬声器按其振动方式可以分为“活塞式扬声器”(如传统锥形扬声器)与“弯曲波谐振式扬声器”(如NXT公司的DML)。

音箱正是为了解决活塞式扬声器前后声波相位相反导致的“声短路”问题而产生的。一般音箱的主要作用并不是共鸣，而最常见的密闭式音箱会尽力避免之，如采用吸声材料将音箱内部的声波消除掉，以防止其对扬声器振动的不良影响。倒相式/空纸盆式/A.S.W 式/QWL加载式等音箱虽然也运用了共振原理，但其主要目的是倒相/滤波，只适用于活塞式扬声器低频系统，与弦乐器在振动发声方式/共鸣效果上有很大区别——为了避免混淆，本实用新型名称未采用“音箱”，而是“扬声器系统”。

弯曲波谐振式扬声器前后声波相位相同，无需箱体，故一般不采用音箱结构——以突出其“超薄/平板”的外观。DML(分布模式扬声器)的后壳(Rear Box)并不是音箱，只是扬声器的一部分，起着固定振板/驱动器的作用，如同传统锥形扬声器的“框架”(Frame)/“盖罩”(Cap)等构件——并无共鸣作用或共鸣作用非常有限。

与传统扬声器的活塞式振动/点声源不同，弯曲波谐振式扬声器的振动发声方式接近于弦乐器的“真发声”(随机性振动/弥散性辐射)——但弯曲波谐振式扬声器一般不采用共鸣腔结构(为突出“超薄/平板”)，同弦乐器相比其声音“发散/单薄”，缺乏质感与临场感，结像力/定位感差。

由于结构/材料的限制，目前弯曲波谐振式扬声器平面音响大多是单一振板扬声器系统。弯曲波谐振式扬声器虽然频响范围宽，但高频响应与低频响应却无法同时兼顾(频率响应与振板材料有关)——因而往往会给人一种“音质差”的印象(低音下不来/高音上不去)。

现有的专利技术很多虽然名为“平板音箱”，但实际上只是框架结构的弯曲波谐振式扬声器；一些采用箱体结构的技术，由于追求“超薄”外观以及壁挂式设计的需要，其箱体净深度一般都不超过30mm(驱动器大多紧贴背板甚至露出音箱)，因为空间有限，而且大多都采用吸声材料消除内部的声波以降低失真，因而并不能进行充分有效的共鸣。

中国专利(CN2425468Y)公开了“一种平板音箱”，其音箱实际上主要并非起共鸣箱的作用，而是采用易振材料与振板后面的声波产生共振，使其相位得以延迟，从而降低直接反射对于扬声器的干扰，而且是“单向辐射”。

弯曲波谐振式扬声器的优势之一就是“双向辐射”——实际上，现有的弯曲波谐振式扬声器平面音响基本上都是“单向辐射”。由于弯曲波谐振式扬声器厚度小且面积大，规格稍大些如AV系统，就只能采用壁挂式(“屏风式”一般用于PA工程，并不适合家庭使用)，虽然其背板上开设导气孔，但由于紧贴墙壁而形同虚设。其音箱体积小，“空气弹簧”使得低频响应更差/声音发板——弯曲波谐振式扬声器音箱(非壁挂式)虽然也会采用导气孔设计，但一般数量较少，而只有当导气孔的面积(总)达到一定数值时，才能充分发挥出“双向辐射”的效果。

目前壁挂式平面音响还存在一种“视觉与听觉最佳效果的矛盾”——根据人的视觉习惯(站立/平视“视高”约为1.5-1.6米)设定其挂置高度位置，一般距地面1.6米以上。而人听音响时大多为坐姿，其“耳高”一般为1米甚至更低，距音响/电视约为1.5-3米远，这样某些频率的声音虽然也能听到，但是会衰减/且易产生失真。弯曲波谐振式扬声器的指向性好但也并非无限的(且与频率/位置相关)。有效声能输出被消耗于墙体反射等“无用功”上，故其电声转换效率/频率响应/音质/定位感等方面会受影响。如果降低挂置高度，又不符合人的视觉习惯——故很多人反映平面音响“坐着听不如站着听效果好”。

传统Hi-Fi/AV音响大多存在“噪声污染”问题，因而并不适于普通家居环境，这也是音响市场低迷的深层次原因——而“低音炮”(大动态/大气流)则是这种噪声污染的主要来源。弯曲波谐振式扬声器虽然噪声污染小(动态小)，但其低频响应差，仍需配置活塞式扬声器“低音炮”。

实用新型内容

本实用新型所要解决的问题是：现有弯曲波谐振式扬声器音响声音单薄、结像力/定位感差、频响范围窄、“单向辐射”等问题——提供一种具有弦乐器质感(声音)与临场感(声场)的扬声器系统，并拓展其工业设计空间。

本实用新型的技术方案是：采用具有共鸣腔的共鸣器结构，弯曲波谐振式扬声器置于共鸣器表面，振板背面与共鸣腔相通，共鸣器除弯曲波谐振式扬声器以外的部分开设孔隙，孔隙为通孔，孔隙的总面积S与共鸣器表面弯曲波谐振式扬声器振板总面积S′之间存在下述关系：0.3S′≤S≤S′。

共鸣器由刚性材料(如MDF板/塑料/树脂/金属等)制成；可以采用各种造型，包括几何体(如圆柱体/棱台体等)以及工艺造型(如融入苹果/小提琴等形状元素的工业设计造型)——因为弦乐器丰富多彩的音色就与其形态各异的共鸣箱有关。

共鸣器采用刚性材料主要是为了提高声阻抗率，使声波充分反射/并弥补因开设孔隙导致的反射波损耗。而采用具有一定阻尼系数的刚性材料(如原木)，则能够使共鸣器本身“共鸣”与共鸣腔中空气共鸣有机结合起来(如同弦乐器)。

为了充分利用扬声器振板背面的振动能量并保证充分共鸣，共鸣器内部不设置吸声材料——共鸣腔是由非吸声材料构成的声波反射空间。

孔隙形状可采用几何图形(如曲线形/多边形)或图案，或符号(如文字/标点/数字等)，以提高装饰性与声扩散性——一些封闭结构(如口/A)可借鉴镂空雕刻工艺作分段或闭合处理。

本实用新型采用1个或2个以上的弯曲波谐振式扬声器，采用2个以上扬声器时，扬声器可以位于相同或不同平面，以获得不同的声场效果。

由于共鸣器具有一定的几何体空间，使得“多单元功率分频扬声器系统”成为可能，可以获得更好的频率响应——本实用新型采用多单元功率分频设计，也可分别采用宽音域扬声器单元(最大频响范围：100Hz-18KHz)与低频扬声器单元，后者为电子分频设计。弯曲波谐振式扬声器的振板为平面或曲面(如某些工艺造型共鸣器)；为配合不同造型的共鸣器，振板可以采用各种形状，包括多边形(如矩形/正六边形等)以及曲线形(如椭圆形/自由曲线形等)。

由于声速受气温变化的影响——故“1/4波长”取值应按较高温度(如30℃)时声速计，充分留有设计裕量，以适应不同气候聆听环境——计算公式为1/4λ≈1000×(331.5+0.6t)/4f，其中λ为波长/t为温度/f为频率，单位为毫米。

本实用新型与传统弦乐器如板胡具有异曲同工之处——扬声器振板相当于“音板”/驱动器相当于“弓弦”/共鸣器相当于“椰壳”，孔隙相当于“音孔”——弯曲波谐振式扬声器的驱动器(振源)振动，使振板“强迫振动”产生弯曲波，并使共鸣腔内空气产生共鸣。共鸣器设计符合一般弦乐器共鸣箱“空腔/开口”的结构性。

与管乐器单纯驻波共鸣相比，弦乐器共鸣复杂得多。弦乐器共鸣实质上是一种广义的概念——不仅是指共振，还包括反射与声波干涉，它们共同形成了弦乐器的音色。共鸣腔内反射声包括近次反射声与混响声。当弦乐器共鸣腔尺寸等于某频率声波的1/4波长时，就会产生驻波而发生共振。“共鸣频带”(包括反射/干涉/共振)可以覆盖整个频响范围——共鸣腔的长度大，则其“共鸣频带”宽，低频响应好。

实质上，共振与近次反射/干涉(加强)的作用是相同的——即提高某一频率声音的声压级(只是幅度不同)，而后者的有效范围更宽，可以使更多频率的声音尤其是中高频得以加强(三者中近次反射所占比例最大)——这就是弦乐器共鸣箱相对于单纯亥姆霍茨共鸣器的优越之处。某些弦乐器如小提琴也会形成亥姆霍茨共鸣器(f孔/共鸣腔)，但共振频率只占“共鸣频带”的极小部分，绝大部分还是与近次反射/干相关。

同弦乐器一样，弯曲波谐振式扬声器两面辐射同相声波——实质上是由于随机性振动/振幅小/弥散性辐射，而“淡化”了相位特性(不象活塞式扬声器那样“敏感”)——故对于即使是反相的共振声波(驻波)也具有良好的相位宽容性。

乐器的振动/共鸣都与驻波相关——由声波反射/干涉形成的驻波，与共振(如亥姆霍茨共鸣器)的驻波在本质上是相同的，其效果也相似——在弦乐器共鸣腔中前者更为普遍。然而驻波对于活塞式振动的传统扬声器音箱，却会产生“恶劣”的音质(故会尽力避免之)。本实用新型采用弦乐器振动发声/共鸣方式的弯曲波谐振式扬声器，其振幅小/弥散性辐射——若是恰当运用驻波，则会产生一种“刚柔相济”的效果。

本实用新型采用弦乐器共鸣原理——可以采用不同长度的共鸣腔，以获得不同的共鸣效果/频率响应。根据其外形/体积不同，可以为落地式/书架式/壁挂式/微型系列等，但其原理/结构是相同的。

本实用新型并非完全模拟乐器，简单照搬弦乐器结构——而是将弦乐器的共鸣发声原理抽象出来，与扬声器系统进行有机结合，并且从声学角度采用与众不同的设计，以保证其作为音响的音质。

实际上，大多数失真都与扬声器振动时振膜前后“气压不平衡”有关——“双向辐射”的弯曲波谐振式扬声器振板前后处于一种“动态性气压平衡”状态，因而比传统活塞式扬声器密闭式音箱失真小/频响曲线平坦，声音更为自然舒展。

B&W Nautilus(鹦鹉螺)实质上正是通过消音管设计，实现了扬声器振膜前后“动态性气压平衡”，获得失真极小的纯净声音(减法)；“A.S.W式”音箱扬声器前后均为有声负载，从而降低了“气压不平衡”导致的失真(加法)。

增加音箱体积V，可以减小“空气弹簧”的劲度，在一定程度上能够改善“气压不平衡”的影响，还可以避免扬声器f0上升——故大音箱比小音箱放出来的声音更舒畅，低频响应好。吸声材料可以增加阻尼/声顺，也有改善“气压不平衡”的作用，然而却是以牺牲扬声器辐射能量为代价的(转化为热能或通过阻尼振动消耗掉)。

本实用新型采用孔隙设计，形成一个“隔而不隔”的虚拟开放空间——可以将共鸣声波传播出来，同时增加共鸣腔声顺，从而获得一种“动态性气压平衡”。孔隙设计可以使小体积共鸣器也能够达到与大音箱相同的效果，因而应用范围更广泛(桌面式/微型音响等)。开设孔隙/不使用吸声材料，还有利于扬声器驱动器散热。孔隙将共鸣器内部的声波能量传递出去，可以减小其对于扬声器振动的负面影响，并且有效降低大动态信号时共鸣器可能产生的“谐振失真”。

一些弦乐器如琵琶共鸣箱为密闭式，只是为了追求某种特殊音色效果——实际上如同“单向辐射”的弯曲波谐振式扬声器音箱，从音响角度看却是一种失真(气压不平衡)，且混响过度声底“发酥”——而共鸣箱开设发音孔的弦乐器如柳琴，相对于之声音更为通透自然，发声效率更高。弦乐器发音孔面积(总)一般较小的原因，主要是为了获得“亥姆霍茨共鸣器效应”的较低共振频率。

孔隙起着“连通器”的作用(呼吸般)——孔隙面积(总)大，则共鸣时间短；孔隙面积(总)小，则共鸣时间长——选择合适的孔隙面积(总)，可以营造出不同的共鸣效果。

当某一声音信号传来，扬声器振动使共鸣腔内气压增加(大于外界大气压)，从产生气压差到气压恢复平衡这段时间为充分共鸣时间——共鸣时间过长，则失真大(气压不平衡)/声音发闷/瞬态响应变差；而共鸣时间过短，则声音不丰满/共鸣效果不明显——调整共鸣时间，在降低失真与共鸣之间取得一种平衡。

从微观上看，孔隙与共鸣腔可以形成多个并联的“亥姆霍茨共鸣器”，并构成低通“声学滤波器”——孔隙的这种“亥姆霍茨共鸣器效应”可以加强某一频率的共鸣，但其最低谐振频率(f0b)以上的声波会衰减，这对于共鸣腔内声波的传播形成阻碍而影响共鸣效果，使“共鸣频带”变窄——增加孔隙面积/降低共鸣器壁厚度，以降低孔隙声阻抗；孔隙形状采用长条形比相同面积的圆形更易使声波衍射——则可以避免这种“副作用”，使孔隙处于一种畅通的声透射或声衍射状态。弦乐器(如中阮)正是通过降低发音孔声阻抗，兼顾“亥姆霍茨共鸣器效应”共振与其它共鸣声波，而获得良好的共鸣频带响应。

当然也可以利用孔隙的“亥姆霍茨共鸣器效应”加强共鸣，则应减小孔隙面积/增加共鸣器壁厚度，但音色不如前者丰富，共鸣频带窄——不宜采用孔径小于1mm的“微孔”结构，因为其声能损耗大(相当于增加阻尼吸声材料)。

一般而言，本实用新型弯曲波谐振式扬声器振板面积(总)与共鸣器体积成正比，设共鸣器体积(共鸣腔声顺)为定值，通过理论分析与实验得出以下结论——当孔隙的总面积S大于共鸣器表面弯曲波谐振式扬声器振板总面积S′时，本实用新型接近于“双向辐射”的弯曲波谐振式扬声器，但共鸣效果与共鸣器结构强度较差；当S＜0.3S′时，共鸣效果与结构强度较好，但失真较大(气压不平衡)，混响时间长，高频衰减；当0.3S′≤S≤S′时，可以在共鸣效果/音质/结构强度与声顺等方面获得一种平衡，近次反射声在共鸣频带所占比例较大，并且实现“动态性气压平衡”，充分发挥弯曲波谐振式扬声器“双向辐射”的优势。

另外，孔隙总面积取值还与共鸣器体积有关——共鸣器体积小(如壁挂式/微型系列)，则孔隙总面积应较大，以利于增加声顺/降低失真/提高低频响应；低频系统/多单元功率分频系统一般体积，共鸣腔声顺好，故其孔隙总面积应较小，有利于加强低频共鸣——为了便于计算，孔隙总面积取值范围以扬声器振板面积/而非共鸣器(有些为工艺造型)表面积为参照物。

相对于前后开放的弯曲波谐振式扬声器——本实用新型共鸣腔为有限空间，共鸣器内部阻尼低/Q值(品质因数)高，故扬声器振动更充分/且振动速度大，有助于改善结像力；由于孔隙的存在，共鸣器内外阻尼会逐渐趋于平衡，使Q值下降，则有利于提升瞬态响应。而现有“平板音箱”大多使用吸声材料，使阻尼增加/Q值降低，故改善结像力的作用并不显著。

弯曲波谐振式扬声器由于振幅小/弥散性辐射，故反射作用小于活塞式扬声器，这也有利于降低反射导致的失真——其实“声反射”并非一无是处，而必须用吸声材料消除，反射是共鸣的基础，可以使能量更集中。

近次反射声可以增加临场感与力度感，使声音生动饱满；混响声可以增加空间感/丰满度，使声音更圆润并具有感染力。声波反射还能形成干涉(加强)，本实用新型采用弦乐器振动发声方式的弯曲波谐振式扬声器——故声波干涉在听感上与传统活塞式扬声器音箱的声波干涉有很大区别，没有那种生硬的感觉，更接近弦乐器自然生动的效果。

由于是面声源/非相关信号(相位各异)再合成，弯曲波谐振式扬声器的“结像力”(扬声器对声像的聚焦能力)比较差，结像力差则会平淡/不生动，声音“打成一片”——近次反射/干涉(加强)有助于提升清晰度以及对细节的解析力，能够起到一种增强声像轮廓的作用，使之如“浮雕”般凸现。

弯曲波谐振式扬声器虽然具有宽阔的声场，但由于定位感差，往往会给人一种“大而无当”的感觉——近次反射/干涉(加强)对直达声具有强化作用，有助于改善其方向定位感。

与活塞式扬声器的“前室效应”相似——弯曲波谐振式扬声器音圈以内振板的“尖峰效应”使得某些特定频率凸兀，听感不自然——而本实用新型的共鸣作用则能够平衡之，反而会使频响曲线更平坦些。

本实用新型采用独特的孔隙设计，充分发挥弯曲波谐振式扬声器“双向辐射”的优势——本实用新型与现有“弯曲波谐振式扬声器音箱”的本质区别不在于箱体深度大小/是否有发声孔，而是对弯曲波谐振式扬声器背面声波能量的处理方式——是充分利用之/还是用吸声材料消除之(全部/部分)。

弯曲波谐振式扬声器一般为平面(板)扬声器，但平面(板)扬声器不等于弯曲波谐振式扬声器——也可以是活塞式扬声器。一些平面(板)扬声器音箱虽然外观与本实用新型相似，但却是采用活塞式平面(板)扬声器——因而两者具有实质性差异；其箱体也可能开设“发声孔”，但其实为拓扑变形的倒相管(类似于“克尔顿式”音箱)。

本实用新型打破了“弯曲波谐振式扬声器不采用共鸣器”的惯例——弯曲波谐振式扬声器虽然前后声波相位相同(无需箱体)，但其声音单薄，结像力/定位感等方面较差，本实用新型的共鸣器设计则可以有效解决上述问题。大多数弯曲波谐振式扬声器平面音响单纯强调超薄外观与装饰性，其实并非反对装饰性——但毕竟作为音响，“声音”才是第一要素。

但是如果按照传统Hi-Fi标准，本实用新型的共鸣效果却是一种“失真”(声染色)——按照这种标准，被其所极力模拟的大多数乐器声音(都具有丰富的共鸣)，也都是“失真”，这本身就是一种矛盾。正如胆机，虽然很多指标都算不上“高保真”，但其音色却为大多数人喜爱。返朴归真——本实用新型以弦乐器的振动发声与共鸣方式，相对于传统Hi-Fi音箱的“人工模拟”(往往事倍功半)，更容易演绎出自然真实的“原生态”音乐。

弦乐器共鸣(反射/干涉/共振)虽然是一种“声染色”，但却会产生醇厚温暖/令人陶醉的音色——与胆机的“偶次谐波失真”异曲同工。数字音源(CD/DVD/MP3/PC等)越来越普及——而采用弦乐器共鸣方式的本实用新型有助于改善其冷硬的“数码声”。

实质上，充分利用空气的共鸣，不仅仅是听感效果上的需要，更是为了提高发声效率——几乎所有的乐器(除少数体鸣乐器)都概莫例外。而传统音箱却千方百计避免共鸣，其电声转换效率本身就非常低(一般活塞式扬声器不到1％)——这在全球能源危机日益严重的今天显得格格不入。本实用新型则采用效率高的弯曲波谐振式扬声器，不仅充分利用扬声器背面的振动能量，而且进一步使之与箱内空气产生共鸣以提高发声效率，故具有绿色性。

本实用新型具有以下有益效果——

本实用新型的共鸣器具有“声聚焦”的作用，并能够增强解析力/结像力——原来一些微弱的信号都变得清晰悦耳，更有质感；低频更有弹性/力度感。使弯曲波谐振式扬声器更接近于真实乐器的现场效果，鲜活的声像呼之欲出，更适于诠释Hi-Fi纯音乐及人声(包括卡拉OK)。

从“平面”到“立体”——余音缭绕的共鸣声从共鸣器不同侧面通过孔隙传播出来，与扬声器的直达声共同形成一个层次丰富的声场，可以改善弯曲波谐振式扬声器的定位感，使之更适于演绎AV音效。

充分发挥弯曲波谐振式扬声器“双向辐射”的优势——实现“动态性气压平衡”，降低失真，改善低频响应，提高电声转换效率(绿色节能)，其声压级可以提高3dB。

使“落地式/书架式”家用AV弯曲波谐振式扬声器音响成为可能——有利于充分发挥其“双向辐射”的优势，从而打破了“壁挂式”的单一格局。

突破了弯曲波谐振式扬声器音响无法采用“多单元功率分频扬声器系统”的限制，将不同振板材料的弯曲波谐振式扬声器优化组合，从而获得更好的频率响应，而且避免了宽音域扬声器可能产生的“互调失真”。由于是面声源/散射性声波，相对于传统活塞式扬声器(点声源)的分频式音箱，不同频率的声音融合性好，故“相位失真”小/定位感好。

解决了弯曲波谐振式扬声器不能用于“低频系统”(取代低音炮)的问题——可以有效降低噪声污染。

解决了壁挂式平面音响“视觉与听觉效果之间的矛盾”——“俯射式”设计使其指向性/定位感更好。

共鸣器可采用各种造型，孔隙/扬声器振板可采用各种形状——拓展了弯曲波谐振式扬声器音响的工业设计空间。

可以有效改善弯曲波谐振式扬声器“微型音响”的音质/音色与造型设计——从而促进弯曲波谐振式扬声器“微型音响”上的应用。

附图说明

附图的图面说明如下：

图1是本实用新型落地式一个示例(多单元功率分频系统)的主视图；

图2是本实用新型桌面式一个示例(“360°”)的主视图，图3是其侧视图；

图4是本实用新型低频系统一个示例(“双面鼓”)的主视图，图5是其A-A剖视图；

图6是本实用新型壁挂式一个示例(俯射式)的侧视图；

图7是本实用新型微型系列一个示例(“心·简”)的示意效果图。

图中各标号的说明如下：

1-共鸣器，2-共鸣腔，3-弯曲波谐振式扬声器高频单元，4-弯曲波谐振式扬声器低频单元，5-中高频弯曲波谐振式扬声器中高频单元，6-弯曲波谐振式扬声器宽音域单元，7-孔隙。

具体实施方式

本实用新型通过对共鸣器进行声学优化设计以及制造材料的选择等方式，降低失真/提高音质——

扬声器与其对立面最好是成一定角度的非平行结构——以降低反射声波对扬声器振动的不良影响。“落地式/书架式”共鸣器采用这种非平行结构(如塔形)，还可以保证其力学稳定性。

弯曲波谐振式扬声器可以采用不同的振板材料(如蜂巢板/KT板等)与驱动器(如DMA/GMM等)，以获得不同的音色。如果振板的刚性差，则易受反射声波的影响，故应该采用刚性好的振板材料以提高音质。

本实用新型振板还可以采用天然木材如桐木板——其密度/阻尼特性/刚性等方面都符合弯曲波谐振式扬声器要求，使音色更接近弦乐器，并有利于加强共鸣。厚度小，适用于中高频单元；厚度大，适用于低频单元。可按乐器工艺作表面处理(不贴画)。

化整为零，灵活多变——共鸣器为较复杂的工艺造型(如城堡)设计时，可以采用多个扬声器单元(分频/不分频)，振板形状与各个部位(窗户/屋顶等)相适应——则共鸣效果更好。

孔隙的数量/位置，可以根据共鸣效果/共鸣器造型与音响类型(如壁挂式/落地式)等因素进行灵活调整。可以是单一形状/面积的孔隙均匀分布，也可以是不同形状/面积的孔隙有机组合——前者便于规模化制造，后者则更具工艺性。

孔隙形状还可以与文字/图形(如品牌商标等)结合起来——使其具有特殊意义。

孔隙的面积大小可以根据共鸣器体积/材料等因素确定。孔隙各种形状的面积参数计算可以借助于CAD软件——从而能够较为容易地进行复杂的孔隙设计。

扬声器对立面共鸣器孔隙的面积/数量应相对较小，最好不开设孔隙——使声波得以充分反射，有利于加强共鸣。

共鸣腔深度D值(扬声器振板背面与其对立面之间的距离)，以矩形体共鸣器为例——“落地式”D值不小于200mm/“书架式”D值不小于140mm/“桌面式”D值不小于80mm/“壁挂式”D值不小于60mm/“微型系列”D值不小于36mm。

D值过小，则扬声器振动易受反射波的干扰而产生失真。如果共鸣器采用工艺造型(曲面“漫反射”)，则能够降低这种失真，因而可以适当减小D值(如小提琴的厚度不超过50mm)。保证一定的D值(而非“超薄”)，还可以保证共鸣腔具有一定的容积，而能够进行充分有效的共鸣，使深度方向能够产生较低频率的共振。

如果采用金属支架式结构，以保证弯曲波谐振式扬声器“双向辐射”的优势，则往往会由于力学稳定性差，而导致谐振失真以及安全隐患，且无丰富的共鸣效果——本实用新型的共鸣器起着固定/支撑扬声器的作用，具有一定的体积与力学稳定性，因而可以采用“落地式/书架式”设计——比“壁挂式”更有利于充分发挥“双向辐射”的优势。

“落地式”/“书架式”的中高频与高频扬声器单元位置/角度应采取适当的设计——以保证其最佳指向性。低频单元置于共鸣器长度方向的侧面，有利于f0′的共振。还可以与“地面增压式”结合起来，进一步加强低频。

“落地式”示例(参见图1)：多单元功率分频“弦乐器式扬声器系统”——共鸣器采用“塔形”设计(W310×D420/100×H1200mm)；频率响应为40Hz-21kHz/±3dB(f0′≤80Hz)，分频点(fc)为200Hz/9kHz；功率RMS为60w(8Ω)；弯曲波谐振式扬声器高频单元振板为铝蜂巢板，中高频单元振板为PU蜂巢板，低频单元(振板为7mm厚矩形KT板/驱动器为GMM)置于共鸣器底部，向下辐射并通过底座/地面反射出来，扬声器与底座之间应保持一定距离以有利于声扩散。

“桌面式”——适用于PC多媒体音响/“休闲迷你音响”，其体积介于“书架式”与“微型系列”之间，对音质的要求高于“微型系列”——可采用工艺造型(尤其是“休闲迷你音响”)。

“桌面式”示例(参见图2/图3)：360°“弦乐器式扬声器系统”——“塔形”共鸣器(W160×D200/40×H280mm)；频率响应150Hz-16kHz/±3dB；功率RMS为12w(4Ω)；前后两个相同的宽音域扬声器单元同相并联，PU蜂巢振板/单点驱动——将共鸣与“双向发声”进一步结合，如同乐器般演绎360°声场信息的临场感。这种相同弯曲波谐振式扬声器单元相对排列的结构，有利于加强共鸣。

弯曲波谐振式扬声器f0可以达到100Hz以下，但声压级会严重衰减，故其低频响应不如活塞式扬声器——而本实用新型采用共鸣器设计，能够使衰减的低频得以加强。

采用适当的弯曲波谐振式扬声器与体积设计，可以获得良好的低频效果——如采用弹性系数小(自然共振频率低)的KT板；驱动器采用GMM(磁致伸缩式)材料，其灵敏度高/瞬态响应好/低频响应好(f0为40Hz)；共鸣腔长度L＞1092mm(按30℃时声速349.5m/s计)，就能够使f0′下潜至80Hz以下。

因此能够足以获得“超重低音”(200Hz以下)所要求的能量感与包围感，完全可以满足一般家居环境Hi-Fi/AV需求——作为专门的低频系统，取代噪声污染大的活塞式扬声器低音炮，与“壁挂式”配合组成5.1AV系统。不应以传统AV“爆棚”效果衡量之——而应该是一种全新的低频系统音响理念：环保/和谐/自然(如清风般)。

应尽量避免弯曲波谐振式扬声器的“活塞式”振动(只要f0下潜到一定数值即可)——因为提升低频响应并非靠扬声器本身推动更多空气，而是充分发挥共鸣器的共鸣作用(共振/反射/干涉等)——后者所能支配的空气量远大于前者。

提高振板厚度(↑m0)可以↑Q0，使f0↓并使其振动衰减更慢；还可以增加振板的刚性，由于机械阻抗增加，使振幅减小以避免“活塞式”振动，并且使大动态时振动更均匀，降低分割振动导致的失真。弯曲波谐振式扬声器可采用GMM“双振板”结构，提高电声转换效率与输出声压级。

可以利用孔隙的“亥姆霍茨共鸣器效应”增强低频效果——孔隙的面积应减小/共鸣器壁厚度应增加，但共鸣频带会变窄，应避免产生气流噪声——应该使孔隙最低谐振频率(f0b)与f0′统一起来。

“低频系统”示例(参见图4/图5)：——共鸣器(“双面鼓”)为金属材料/圆柱体(Φ360×H1200mm)；频率响应40-200Hz/±3dB(f0′≤80Hz)；功率RMS为90w(4Ω)；上下两个弯曲波谐振式扬声器同相并联，圆形振板为KT板(7mm厚)，驱动器为GMM(多点驱动)；孔隙的面积小/位置靠近共鸣器中部，两端不开设孔隙——共鸣器可以降低直径/长度，与“桌面式”/“微型系列”配合组成2.1系统。

本实用新型为壁挂式时，可以采用“俯射式”设计(参见图6)——弯曲波谐振式扬声器振板与共鸣器背面的夹角为7°-30°(共鸣器背面为平面)，具体取值与高度/距离相关(一般取15°左右为宜)——则有效保证了音质/指向性/定位感，解决了现有壁挂式平面音响“视觉与听觉效果的矛盾”，这种非平行结构也有利于降低反射声波对扬声器干扰产生的失真。

共鸣器背面设置隔振垫，以避免共鸣器振动(箱振)通过墙体传导产生噪声污染。而由孔隙传播出来的声波因墙体的隔声作用(基本上都被反射)，这种噪声污染则小得多——隔振垫应采用吸音系数小的隔振材料，具有一定弹性系数与厚度(≥6mm)，如PP垫。以保证共鸣器与墙体保持一定距离，使声波充分传播出来。

共鸣器背面可以开设孔隙，但最好开设于共鸣器侧面。“俯射式”设计由于重心外移，应选用牢固的挂件与安装方式(如钉子以锐角而非直角向下钉入墙体)，以保证其安全性。

“俯射式”设计与共鸣器巧妙融合——振板下倾多出来的空间可以作为共鸣腔，而且解决了因增加箱体深度(共鸣腔)而导致的“不美观”问题。画框(面)尺寸可以大于共鸣器，共鸣器大部分都被“掩饰”起来，在视觉上会产生“薄化”的效果，故不会显得突兀，反而有一种灵动的感觉。

还可以采用简洁现代的“无框式”结构设计——将与振板耦合的驱动器金属外壳固着(粘合/焊接)于质轻强度大的金属板条上，再将金属板条用螺栓固定于共鸣器上，且更有利于散热。

“壁挂式”由于安全性/美观性等因素D值会受限制，故其效果(音质/共鸣)可能会不如“落地式/书架式”——但指向性/定位感/结像力/电声转换效率等方面比现有壁挂式平面音响有所改善。

本实用新型在“微型音响”(与MP3等便携式数字音源配合使用)上亦大有用武之地——按频率上限为16kHz计算，即使其共鸣腔长度L≤87mm(f0′≥1kHz)，共鸣频带也可以覆盖绝大多数的频率(94％左右)。“共鸣器/孔隙”设计可以改善其音色/结像力与临场感，并且可以采用面积更小的振板，外形更小巧——共鸣器可以同各种丰富多彩的工艺造型结合起来，扬声器振板可采用非矩形的任意形状，拓展了其工业设计空间。

实际上，弯曲波谐振式扬声器本身轻/薄，驱动器体积小，其声音特性更适于微型音响的“近声场”要求。虽然振板小，但“驱动器/振板面积比”大，因而振动更均匀/充分，不需要多个驱动器(“单点驱动”即可)，驱动器可采用动圈式或DMA(压电式)。弯曲波谐振式扬声器的频率响应主要与振板材料/驱动器类型相关——故选择合适的振板材料(如KT板)/驱动器(如GMM)，而采用小面积振板设计，也能够获得良好的低频响应。

可以将电子系统(如功放IC)置于共鸣器内部，还可采用“左/右/Bass声道3个共振式扬声器+1个共鸣器”设计——组成“一体化”2.1系统，则更简洁实用。

“微型音响”由于体积小/一般置于桌面，位于人耳下方，不宜沿用传统音响声场方向设计(虽然弯曲波谐振式扬声器指向性优于活塞式扬声器)——而应采用扬声器向上方/侧上方辐射的声场设计，以获得最佳指向性与聆听效果(见图7)。

“微型系列”小体积共鸣器相对于弯曲波谐振式扬声器的完全开放式空间，低频响应会变差——适当增加孔隙的数量/面积，提高共鸣腔声顺，则可以改善之；也可以减小孔隙面积，利用“亥姆霍茨共鸣器效应”加强低频，但其共鸣频带会变窄。“微型系列”虽然体积小(D值小)，但由于一般采用工艺造型(曲面“漫反射”)，故失真会降低很多——而在某种意义上，“微型音响”的最大卖点正是这种造型设计。

综合考虑反射/干涉/共振等因素，“共鸣频带”的下限实际上是扬声器最低谐振频率f0/而非共鸣器最低共振频率f0′(与“1/4波长”相关)——故除低频系统外，共鸣器长度可以不必严格按照“1/4波长定律”设计，尤其是“桌面式”/“微型系列”——增加了设计/制造宽容度。

本实用新型在保证音质的同时，也注重其工艺美学性——因为音响是一种科技与艺术结合的产品，而很多乐器本身就是一种工艺品——如共鸣器可采用各种造型(这样有利于降低失真/获得更丰富的音色)，孔隙/扬声器振板可采用各种形状等，从而打破了传统音箱单调的箱体外观。

本实用新型的“装饰性”并不受影响——弯曲波谐振式扬声器振板表面仍然可以贴画；或者直接在振板表面印制图案，应选用附着力强的油墨，涂层宜薄而均匀。还可以采用透明或半透明振板，于共鸣器内设置彩色发光二极管，则可以进一步提高装饰性。

Claims (6)

1.一种“弦乐器式扬声器系统”，采用弯曲波谐振式扬声器，其特征是

采用具有共鸣腔的共鸣器结构，弯曲波谐振式扬声器置于共鸣器表面，振板背面与共鸣腔相通，

共鸣器除弯曲波谐振式扬声器以外的部分开设孔隙，孔隙为通孔，

孔隙的总面积S与共鸣器表面弯曲波谐振式扬声器振板总面积S′之间存在下述关系：

0.3S′≤S≤S′。

2.根据权利要求1所述的“弦乐器式扬声器系统”，其特征是所述共鸣器是由刚性材料制成。

3.根据权利要求1所述的“弦乐器式扬声器系统”，其特征是所述孔隙形状包括符号。

4.根据权利要求1所述的“弦乐器式扬声器系统”，其特征是所述弯曲波谐振式扬声器为1个或2个以上，后者位于相同或不同平面。

5.根据权利要求1所述的“弦乐器式扬声器系统”，其特征是采用多单元功率分频设计或分别采用弯曲波谐振式扬声器宽音域单元与弯曲波谐振式扬声器低频单元。

6.根据权利要求1所述的“弦乐器式扬声器系统”，其特征是所述弯曲波谐振式扬声器振板形状包括多边形与曲线形。

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