CN2370638Y - 点声源音箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可向四周360°范围放音的点声源音箱,它包括箱体、扬声器和反射锥,在箱体的一端至少设置高、低音2个同轴的声道,所述声道由扬声器、反射锥及环状喇叭构成,几个独立的声道上下衔接合成一个点声源。本实用新型使各种频率的声波在水平360°范围都有完全相同的辐射指向,形成一个发声点,同时消除声干涉,减小失真,扩大线性动态范围,有线性相位响应,具有良好的放音效果。可用于家庭影院和高保真放音等。

Description

点声源音箱

本实用新型涉及一种可在360°范围向四周放音的点声源音箱，属音箱领域。

音箱对声音的重放效果有举足轻重的影响，现有的绝大多数音箱都带有根本性质的局限，在播放不同频率的声音时指向性不同，声场发生变化，缺乏足够的、位置正确的反射声构成实际的听音声场，达不到声音的真实重放这一目标。解决的办法是将音箱设计成“点声源”，但现在以点声源理念设计的音箱及同轴扬声器音箱都只做到了在垂直面上的点声源，服务角很窄，距点声源的要求很远。

这里说的“点声源”有两个重要特征：即所有频率的声音由一点发出，均以360°的范围向四面八方扩散；接近于自然界声音发声传播情况。理想点声源还应达到：有平直的频响曲线，良好的瞬态响应，线性的相位响应，无失真和声染色，能不压缩地放音，动态平衡以及垂直扩散受到控制等。

真正的点声源应该是一个脉动的球体，这几乎是无法实现的，现在仅有几种特殊的高音扬声器可以作360°无指向性辐射，缺乏相应的中低音及全频带扬声器。电动式扬声器在偏离轴线30°时已是听音要求允许的下限，要产生一个360°范围的均匀声场若采用多组扬声器以不同的指向复盖的方案会出现扬声器辐射范围不易衔接、扬声器间互相影响使总的频响曲线出现原来没有的峰谷，且体积、成本、制作难度会成倍上升，很难做好，即使做好了也只是无指向性音箱，很难达到“点声源音箱“。扬声器口径悬殊难以靠拢形成一个点等都使得音箱虽有佳作传世、却难见到点声源音箱的芳踪。

武汉顺泰电子有限公司以其研制的“圆柱体超薄膜360°无指向性静电式扬声器“ZL94218231.6、ZL95313626.4为核心，推出了”海军一号“全频带全向静电式扬声器系统，音箱采用球形箱体，ZL95313627.2静电式高音单元装在球体顶部，低音为电动式扬声器装在球体下面，采用锥体作反向扩散以得到圆周无指向性辐射，箱体经4根连接杆固定一个90°锥顶角的圆锥体对向下方向的低频声波进行扩散，音箱采用三脚架支撑，可调节听音高度，达到了无指向性辐射。可改进之处是：高低音单元未能集中形成点声源、低音因箱体小先天不足而逊色，静电式扬声器价贵远不如电动式扬声器便宜易得。

本实用新型要解决的任务是：根据现有的扬声器设计出一种点声源音箱，使各种频率的声波从水平360°至设计的范围都有完全相同的辐射指向，形成一个发声点，并同时消除声干涉，减小失真，扩大线性动态范围，有线性相位响应，使音箱性能有实质性提高。

为完成上述任务基本构想是：用一形状及大小与扬声器匹配的锥体在振膜对面适当位置同轴水平安装，使上下方向的声波经过锥体的反射获得水平方向的圆周辐射波，经过喇叭的声变压器作用与大气更好地耦合，扬声器、锥体、喇叭及箱体结合构成一个整体是为一个独立声道，用于播放一段频率的声音，若干独立声道紧密衔接合成一点声源。

本实用新型的基本技术方案为：包括有箱体、扬声器和反射锥，在箱体的一端至少设置高、低音两个同轴声道，所述声道由扬声器、与其对应设置匹配的反射锥和箱体以及环状喇叭构成，各声道上下衔接合成一个点声源。

上述方案中，所有声道的扬声器和反射锥及环状喇叭中心均沿同一条轴线安装，该轴线与水平面垂直或倾斜5-10°；反射锥通常为圆锥体，反射锥位于环状喇叭的喉部(中心位)，锥角为90°-110°，典型值100°；环状喇叭即为声道的360°环状放音开口，它是由扬声器边缘的外延部分所形成的盘形喇叭壁和反射锥底缘的外延部分所形成的盘形喇叭壁构成。本实用新型的箱体为一个或设置上、下两个，上、下箱体通过连接杆相联，在上、下箱体之间可设置中、高、低3个独立的声道，或者设置低、中、高、超重低音4个独立的声道。声道的轴线通常应避开箱体端面几何对称中心，隔开一段距离。本实用新型根据不同的需求和情况，可在声道外围一侧设置一定范围的反射板，反射板可为平板或弧形或弯折形，以控制直达声的辐射范围，可调整和改变听音室内直达声/反射声的比例和混合情况。

上述技术方案简捷而有效地实现了点声源，使各种频率不同的声波都由同一具有点特征的范围发出，这里点特征是人再不能区分具体发声部位完全以为是一个点这种情况。本结构的音箱和传统结构的音箱相比，其声波分布很不同，由声学原理知道同一声源作360°辐射和装在无限大障板上作半场辐射，场强要降低一半，但听音感觉却不是这样，主要是反射声在起作用，有人说入耳听到的各种声音主要来自反射声，特别是两侧环绕的反射声，对人判断方向、声音特征极有帮助，本结构的音箱发声分布情况便合乎上述规律，有宽阔均匀的声场，反射声自然，在频率范围、幅度及相位上均优于另外采用扬声器获得的反射声，有利于重新构建还原三维声场，听音位置不再严格限制在最佳听音区内，声像定位准确，不因频率的变化漂移。

除此特点外，本结构的音箱还有以下独特的优点：

1、反射锥使扬声器振膜两侧的声波反射后背向离，不会在振幅前方相遇，阻断了振膜中心两侧的同频率等幅度的声波迭加产生声干涉，消除了声干涉所引起的频响曲线上的峰谷，使扬声器可使用频率范围向高端延伸，分频点可提升，功率分配更趋合理；

2、由于使用反射锥使振膜前方的空间是有限的，振膜前方有一空气柱受到压缩，空气劲度增大，振膜运动振幅减小，非线性失真减小，线性动态范围增大；

3、采用喇叭提高了电声转换效率，可减小振幅，非线性失真减小，同时使扬声器前方有各自独立的空间不会通过空气产生调制，互相干扰；

4、可对各声道声波的时序关系进行调整，有利准确地还原信号波形；

5、由于扬声器在箱体端面安装，箱体横截面形状选择完全自由，由于声波辐射方向是上下的，变形发生在上下的端面上而面积小不易变形、有利于消减箱振。

图1为本实用新型第1个实施例的全剖视图。

图2为本实用新型第2个实施例的全剖视图。

图3为本实用新型第3个实施例的全剖视图。

图4为本实用新型第4个实施例的半剖视图。

图5为本实用新型第5个实施例的全剖视图。

图6、7分别为本实用新型高、低音声道的立体剖视图。

图8为本实用新型设置两块反射板的结构图。

图9为图8的右视图。

图10为图9的A-A剖视图。

图11为本实用新型设置一块反射板的结构图。

图12为图11的右视图。

图14为图12的B-B剖视图。

图13、15为其它结构反射板的剖视图。

下面结合附图对音箱各部分作详细说明：

高音声道：剖面形状如图6所示，它由高音扬声器、高音反射锥及环状喇叭三个部分组成。环状喇叭由指数形喇叭旋转360°形成的两个盘状喇叭壁合成，在两个盘状喇叭壁相对的中心喉部分别安装高音扬声器和高音反射锥，高音喇叭壁背面与中、低音喇叭壁和反射锥背面相接，合成一体。它和以往常见的喇叭不同，它对任一方向辐射特征都是一致的，在盘的中心喉部装有反射锥，其对面盘中心安装高音扬声器，所产生的球面波(近似)经有凹型圆弧的锥体反射成为基本平行、水平方向的圆周辐射波，再经过喇叭与大气耦合。

喇叭的作用在于作声变压器，把喉部的高阻抗与喇叭口处的低阻抗相匹配，与大气更好地耦合，提高了扬声器的电声效率，提供更好的声重放。

圆盘状的喇叭如果从圆心向辐射方向加以分割可以形成若干个扇面，其离喉部宽度的增加符合锥形喇叭特征，在锥形喇叭中传播的是球面波，其声速C与频率无关，其声强的衰减遵循平方反比定律。因此可以说由指数形喇叭旋转产生的圆盘状喇叭对各方都是一致的。声波在其中的传播在垂直方向上主要符合指数形喇叭的传播特性为平面波，在水平方向上符合锥形喇叭传播特性是球面波，它们的结合产生了圆周形状的平面波，其声速和频率无关，喉部产生的任何波都可能得到高质量的重放。

指数曲线可以取e为底或其它数作底给出，根据声道垂直尺寸确定。

反射锥位于圆盘形喇叭壁的中央喉部位置，经反射后获得水平方向的圆周辐射作为喇叭的声源，应取钢性使反射损耗最小，剖面形状和扬声器的波形相关，凹球面振膜发出的波近似平面波，以90°锥顶角的圆锥加以反射即可，球顶型扬声器发出的波近似为球面波，相应锥面应有凹圆弧形，锥顶角取100°-106°左右，凹弧中间凹下1-2mm已能较好地满足要求了，锥底部直径应略大于振膜辐射波到达的安装位置，其底缘的外延部分为喇叭壁，在连接部位应圆滑过渡。

中音与低音声道：剖面形状如图7所示，由中音或低音扬声器、对应的反射锥和箱体及环状喇叭构成，扬声器水平安装在箱体的端面，环状喇叭由反射锥底缘外侧的喇叭壁和扬声器外侧的面板合成，喇叭截面形状为指数形或扩散形，中、低音反射锥及喇叭壁用固定杆固定在箱体的一端。反射锥相应尺寸较大，前面深入接近扬声器振膜。为有效地反射声能反射锥体直径应略大于辐射波到达的位置，锥顶角约为90°-110°，典型值100°左右，改变辐射方向时，锥顶角也作相应的变化。

当环状喇叭加长锥体变形时，超重低音不会有声干涉，仅需各处圆顺，有利于气流团运动即可。在中音区声干涉较严重，锥体前部伸长，锥体其余部分的角度为90°。

反射锥距振膜的最近距离是最大单向位移加余量，锥体位置应试听，协调几个声道决定。反射锥体内空间可装高音扬声器，设磁屏蔽，安放吸音材料或视需要设置声滤波器，其余部分填充密实，避免有害振动。

中音或低音环状喇叭：其起始端由扬声器振膜与反射锥体间的空间形状构成，在锥体底部延伸开的喇叭壁与箱体面板间的空间形状是喇叭的中后部，因此面板除安装扬声器外的部分应按指数形喇叭的要求加工，整个喇叭壁仍是圆盘状。同一音箱的几个声道的环状喇叭有相同的直径。由于中、低音反射锥体较大，使喇叭形状没有足够的空间象高音喇叭那样较完全的展开，声波在其中的传播特性类似于高音喇叭，反射锥延伸的喇叭剖面形状可取面板指数曲线的对应部分或扩散形状。

各声道的喇叭壁可采用固定杆固定，或用连接薄板从圆心向外辐射方向分割成若干个均匀的部分加以连接固定。

制造反射锥体、喇叭的材料及方法：反射锥体及喇叭的材料应该致密并避免产生有害振动，起作用的是界面形状，可以采用不锈钢、铜、铝和钢铁等金属材料用模具冲压成型再组合，也可以采用塑料注塑成型或以木材车制，在表面可进行不同的处理，如贴粘呢、绒等材料对音色作细微的调整。

各声道的协调：正确地恢复信号的幅度和时间关系是声音真实重放的首要条件，保证几个声道有一致的相位关系才可能合成一个好的点声源，几个同轴安装的声道可以以高音振膜声波传至喇叭口的距离为准，调整中音和低音声道使其有相等的距离，这是按传统线性相位法安排。

如根据BBE技术分析，由于音圈电感对不同频率的电流具有不相同的滞后作用，高音单元电流滞后最多，中音次之，那么可使高音声波走更短的行程，中音稍短，使高、中、低音声波同时到达喇叭口；另外功率分频也带来了相位的改变，可以通过声波的行程上的安排予以补偿，其它结构的音箱由于喇叭安在一块面板上，很难作较大范围的改变，而本结构的音箱可以作大的调整。

每个声道的声强是喇叭开口处的面积和振幅决定的，因此几个声道的开口面积(相同的圆盘直径、变化反映为垂直尺寸的改变)应基本符合频率对应的效率关系，低频声波效率最低，其开口应最大，这正好与射锥体大小相应，这样有利于幅度关系的恢复。

箱体的型式和形状：可以根据需要取密闭式或倒相式等其它成熟的音箱结构型式，必须注意不破坏点声源效果，例如上面的箱体有一个倒相管，传统计算方法设计的音箱采用本结构时Q值和容积应做修正。

扬声器在箱体端面安装的方法给箱体横截面的选择带来了极大的自由，没有了侧面安装扬声器的限制，可以选择椭圆形、圆形、多边形和梯形、长方形等。

箱体安装扬声器的端面形状应符合喇叭的要求，几个声道的同轴线应避开端面的几何对称中心后退，使前方的声波多受到一些箱体的压缩，使垂直方向的扩散角度小一些，在送到更远时和侧、后方的声波扩散一致，减少天花板和地面声波反射，从侧面来的声波对声场再建是有益的。

我们可以利用一块反射板在辐射声波的开口处对一个方向的声波进行阻挡、反射，造成直达声的哑音区，在哑音区我们听到的仅仅是反射声，在家庭影院中采用杜比四声道(左、中、右、环绕)播放时对环绕声道的要求就是要听不到直达声，用反射声包围听众，THX(卢卡斯电影重放)标准特别提出环绕音箱必须采用偶极型音箱，承受功率不少于100瓦两条要求，当采用偶极型音源时，两边扬声器反相，有一个区域反相声波互相抵消，因此听不到声音，而反相抵消的条件是幅度相同，相位相反，此条件不易在大的区域内满足。而本结构的各种音箱要做到这一条比较容易，可以按需要设置反射板大小，控制辐射范围，同时可加强另一面的声波，注意在反射板中间位置设一尖劈，以免声波返回喇叭形成干扰。

也可以在声道辐射口的两边分别设置单独的反射板，控制左后侧方向、右后侧方向的声辐射，使房间中安放音箱一侧的几面墙的交界面，特别是四个角引起的驻波减小，可以调整反射板安装角及大小得到房间中直达声与以射声不同的比例及混合情况，从而得到更好的声重放。

本实用新型的第1个实施例如图1所示，箱体由下箱体1和上箱体9通过连接杆6相接而成，在上下箱体之间同轴水平设置有中、高、低音3个独立的声道，在下箱体上端水平安装低音扬声器2，其振膜的对应上方用固定杆4安设反射锥5，反射锥底缘外侧的喇叭壁11和低音扬声器外侧的面板3构成环状喇叭，由此合成低音声道；在上箱体9下端水平安装中音扬声器8，其振膜的对应下方用上固定杆10安设反射锥，反射锥底缘外侧的喇叭壁和中音扬声器边缘外侧的面板形成环状喇叭，构成中音声道；高音声道则是在上下2个反射锥体的背面分别设置高音扬声器7和反射锥5a以及由喇叭壁11形成的指数形环状喇叭构成。本实施例中所有扬声器和反射锥及环状喇叭均应同轴安装，并避开箱体端面的几何中心进行安装，并使3个声道发出的声波为水平圆周波，三个独立的同轴声道合成一个点声源。本音箱播放频率宽，可以满足大多数情况对听音的要求，可应用于家庭影院的主音箱，高保真放音系统等。

本实用新型的实施例2如图2所示，它是在上、下箱体之间同轴水平设置高、中、低、超重低音4个独立的声道，在下箱体上端水平安装超重低音扬声器12并在其上方对应设置反射锥5，反射锥用固定杆4固定，反射锥底缘外侧的盘形喇叭壁11和其对面超重低音扬声器外侧的面板3构成环状喇叭，合成超重低音声道；在上箱体9的下端水平安装低音扬声器2，并在其下方通过上固定杆10对应安设反射锥，反射锥底缘外侧的喇叭壁和低音扬声器外侧的面板合成环状喇叭，构成低音声道；在上下反射锥体的背面分别设有高音扬声器7和球顶型中音扬声器8及盘形喇叭壁11，通过固定杆4在上下反射锥体背面之间还安有一隔离盘13，隔离盘的上下面均设有反射锥5、5a和盘形喇叭壁11，由此构成高音、中音2个独立的声道，而在上、下箱体之间整个构成低、高、中、超重低音4个独立的同轴声道，合成一个点声源。

本实用新型的实施例3如图3所示，为高、低音2个独立声道的音箱，在下箱体1的上端安设低音扬声器2，其上方通过固定杆4安设反射锥5，反射锥外侧为盘形喇叭壁11，低音扬声器外侧的面板3为喇叭壁的另一面，；四者构成低音声道，在反射锥5的背面安设高音扬声器7和盘形喇叭壁11，其上方通过固定杆安装有端板15，端板的下面设有反射锥5a和盘形喇叭壁11，构成高音声道，本实施例的2个声道可沿水平位设置，或与水平位形成一个倾斜角，即2个声道的同轴与水平面垂直或倾斜5-10°。

实施例4如图4所示，为一种吸顶式音箱，设有高、低音2个独立声道，在箱体9的下端安设低音扬声器2和相应反射锥5，环状喇叭由面板3和喇叭壁11构成，并向下方倾斜一个角度，在面板和反射锥之间沿辐射方向安有4-8块连接薄板14，用来连接固定反射锥，构成一个向下方倾斜辐射的伞状低音声道，在反射锥的背面内腔中装有高音扬声器7，其对应面通过连接薄板14连接设置反射锥5a，构成与低音声道相对应的向下方倾斜辐射的伞状高音声道。

实施例5如图5所示，其结构和声道设置与实施例1基本相同，具有中、高、低音3个独立的声道，其不同之处在于各声道中的扬声器沿轴线向内后移，安装在箱体或反射锥体背面深处，通过喇叭管19导向反射锥，反射锥前端伸长变形，与喇叭管19相对应。本实施例通过对环状喇叭沿轴线方向的加深来使音箱具有更大的调整范围。

本实用新型的实施例6如图8、9、10所示，它的特点是在上下箱体之间的声道外围一侧设置2块反射板16，反射板为平板形，反射板可与连接杆6活动连接，通过调整它们的摆角，可控制室内直达声、反射声的混合情况，达到最佳听音效果。此外，可将环状喇叭向某一方向延长，使其径向截面呈椭圆形或腰圆形。另外，根据情况也可在声道的外围一侧设置一块反射板17，反射板可为圆弧形或平板形，在反射板的中部沿轴线方向设置一尖劈18，以避免声波反射回环状喇叭，如图11、12、1 3、14所示，或者反射板的形状整个为尖劈状，呈弯折形，从中间向两侧延伸，如图15所示。

本实用新型的扬声器可采用静电式扬声器，带式高音扬声器，并结合低音无源辐射器、恒压驱动技术进行综合应用。

Claims (12)

1、一种点声源音箱，包括有箱体、扬声器和反射锥，其特征在于在箱体的一端至少设置高、低音两个同轴声道，所述声道由扬声器、与其对应设置匹配的反射锥和箱体以及环状喇叭构成，各声道上下衔接合成一个点声源。

2、按权利要求1所述的点声源音箱，其特征在于高音声道由高音扬声器、高音反射锥和环状喇叭构成，其中环状喇叭是由指数形喇叭旋转360°形成的两个盘状喇叭壁合成，在两个盘状喇叭壁相对的中心喉部分别安装高音扬声器(7)和高音反射锥(5a)，高音喇叭壁背面与中、低音喇叭壁和反射锥背面相接，合成一体。

3、按权利要求1所述的点声源音箱，其特征在于低音或中音声道由低或中音扬声器、对应的反射锥和箱体及环状喇叭构成，扬声器水平安装在箱体的端面，环状喇叭由反射锥底缘外侧的喇叭壁和扬声器外侧的面板合成，喇叭纵向截面形状为指数形或扩散形，中、低音反射锥及喇叭壁用固定杆固定在箱体的一端。

4、按权利要求1所述的点声源音箱，其特征在于反射锥为圆锥体，反射锥位于环状喇叭的喉部，与扬声器同轴，反射锥的锥体底径略大于安装时声波辐射到达的位置，高音反射锥的锥角为90°或者100°-110°，锥面为凹圆弧形，中间凹下1至2毫米，中、低音反射锥的锥角为90°-110°，最佳为100°。

5、按权利要求4所述的点声源音箱，其特征在于各声道发声中心经反射锥至喇叭口有相同的距离。

6、按权利要求2或3所述的点声源音箱，其特征在于箱体为上、下两个，上、下箱体(9)、(1)通过连接杆(6)相联，在上下箱体之间设置中、高、低音3个独立的同轴声道。

7、按权利要求2或3所述的点声源音箱，其特征在于箱体为上、下两个，上、下箱体(9)、(1)通过连接杆(6)相联，在上下箱体之间设置中、高、低、超重低音4个独立的同轴声道。

8、按权利要求2或3所述的点声源音箱，其特征在于在下箱体(1)的上端设置高、低音2个独立声道。

9、按权利要求2或3所述的点声源音箱，其特征在于各声道中扬声器沿同轴线后移安装在箱体或反射锥体背面的深处，通过喇叭管(19)将声波导向反射锥，反射锥前端相应伸长变形，并按高、中、低音的顺序使声波至环状喇叭口处的距离依次延长。

10、按权利要求2或3所述的点声源音箱，其特征在于在上箱体(9)的下端安设低、高音2个独立声道，各声道的环状喇叭辐射方向为斜下方，反射锥锥角相应变小。

11、按权利要求2或3所述的点声源音箱，其特征在于在声道外围的一侧设置一块反射板(17)，反射板为圆弧形或平板形，在反射板中部沿轴向设置一尖劈(18)。

12、按权利要求2或3所述的点声源音箱，其特征在于在声道外围一侧设置2块反射板(16)。

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