TWI773950B - 倒相管及音箱 - Google Patents

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TWI773950B
TWI773950B TW108145513A TW108145513A TWI773950B TW I773950 B TWI773950 B TW I773950B TW 108145513 A TW108145513 A TW 108145513A TW 108145513 A TW108145513 A TW 108145513A TW I773950 B TWI773950 B TW I773950B
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Abstract

本發明實施例提供一種倒相管以及具有該倒相管的音箱。較佳地，倒相管的空氣流動方向是360度全周向的，如此可提升音箱的效率、減少風切噪音，並增加低音延展性。

Description

倒相管及音箱
本發明是關於一種倒相管以及一種倒相式音箱。
倒相管通常是音箱中的一節空心管，作為音箱外部與內部相通的通道。現有喇叭音箱的倒相管通常為水平或直立設置的單一空心圓柱。例如，中華民國專利TWI420913B揭露一種倒相式音箱，其中，直立設置的空心圓柱倒相管與音箱的腔體相連通。
圖1A與圖1B為傳統音箱1的示意圖。如圖1A與1B所示，音箱1內具有喇叭單體10，以及水平設置的倒相管11。
當喇叭單體10工作時，其振膜101會振動。如圖1A所示，振膜101向內時會擠壓音箱1內的空氣，使其通過倒相管11向外排出。如圖1B所示，振膜101向外時會將音箱1外部的空氣吸入倒相管11內。
因此，當振膜101反覆振動時，音箱1內的空氣會在倒相管11中來回流動，無論其流動方向，空氣的總容積相同。
然而，由於音箱1的機構設計，在倒相管11的進氣口111或出氣口112容易被音箱1的機構擋住，例如，圖1A與圖1B顯示倒相管11的出氣口112被障礙物12擋住。
當倒相管11的出氣口112或進氣口111有障礙物12遮擋且遮擋面積太大時，空氣流動的截面積突然變小，使得空氣僅能在限縮的空間來回流動，造成風切噪音。
另一方面，為了搭配音箱1的造型，倒相管11的所需長度常常不足，導致低音的延展性變差。
本發明的目的之一是設計一種不易受音箱機構影響的倒相管。
根據本發明一實施例，一種倒相管，設置於一音箱內，包含一360˚全周的第一開口、一通道，以及一第二開口。該通道連接該第一開口。該第二開口連接該通道。其中該音箱內的氣體以360˚全周方向進入該第一開口，通過該通道，並由該第二開口排出；或者，該音箱外的氣體進入該第二開口，通過該通道，並以360˚全周方向通過該第一開口而進入該音箱內。
根據本發明一實施例，該倒相管包含第一隔板以及第二隔板，該第一隔板及該第二隔板構成該第一開口、該通道，以及該第二開口。
在一實施例中，該倒相管更包含第三隔板，該通道分成相連通的第一通道以及第二通道，該第一隔板及該第二隔板構成該第一開口以及該第一通道，該第二隔板及該第三隔板構成該第二通道以及該第二開口。
根據本發明一實施例，一種音箱，包含：一單體，具有一振膜；以及前述任一實施例的倒相管。
以下將詳述本案的各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細描述之外，本發明還可以廣泛地實行在其他的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本案的範圍內，並以之後的專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的了解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部這些特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的程序步驟或元件並未描述於細節中，以避免造成本發明不必要之限制。
圖2A、圖2B、圖2C分別為根據本發明一實施例的倒相管20的立體圖、中心剖面圖，以及爆炸圖。圖2D為根據本發明一實施例具有倒相管20的音箱2。
如圖2A至2D所示，倒相管20設置於音箱2內。倒相管20包含360˚全周的第一開口201、通道202，以及第二開口203。通道202連接第一開口201，第二開口203連接通道202。在本文中，「360˚全周的開口」指的是該開口的氣體流動方向是360˚全周向的。較佳者，360˚全周的開口為環形的(annular)，例如圓環或圓柱，但不限定於此。
音箱2內設置有至少一個單體21，單體21可具有振膜211。當振膜211向內運動時，音箱2內的氣體以360˚全周方向進入第一開口201，通過通道202，並由第二開口203排出；當振膜211向外運動時，音箱2外的氣體進入第二開口203，通過通道202，並以360˚全周方向通過第一開口201而進入音箱2內。
值得注意的是，如圖2A中雙向箭頭所示的氣體流動方向，音箱2內的氣體是以360˚全周方向進入第一開口201，或音箱2外的氣體是以360˚全周方向通過第一開口201而進入音箱2內。
在本實施例中，較佳地，第二開口203也是360˚全周的開口。如圖2A中的雙向箭頭所示，音箱內的氣體以360˚全周方向由第二開口203排出，或者音箱外的氣體以360˚全周方向進入第二開口203。在另一個實施例中，為搭配音箱2的造型或其他原因，氣體排出或進入第二開口203的方向，可以不是360˚全周方向。
在本文中，「截面積」是指與氣體流動方向正交的表面的面積。如圖2A與2B所示，在本實施例中，倒相管20的第一開口截面積AI 與第二開口截面積AO 為圓環或圓柱狀的面積。
在一個實施例中，較佳地，通道202於其任意位置處具有與第一開口201大致相同的截面積。在一個實施例中，較佳地，第二開口203具有與第一開口201大致相同的截面積；亦即，截面積AI 大致等於截面積AO 。在一個實施例中，第一開口201、通道202，以及第二開口203具有大致相同的截面積。在說明書或申請專利範圍中記載的用語「大致」，其修飾的每個數值應該至少根據所述有效數字的數量，以及透過應用普通的捨入技術來解釋。而兩個截面積「大致相同」指的是在該兩個截面積與理論截面積的差異均在一容差範圍內，而該容差範圍是根據音箱尺寸、單體參數，及/或實驗結果所決定。
在一個實施例中，通道202所需要的長度，以及第一開口201、通道202，以及第二開口203的截面積可以根據實驗式搭配實驗獲得，例如，根據Vance Dickason所著Loudspeaker Design Cookbook 7th Edition所提供的實驗式：
Figure 02_image001
其中，Lv為倒相管的長度(英吋)；fB 為音箱所想要的頻率(Hz)；VB 為倒相管的半徑(英吋)。
根據以上實驗式，取得倒相管20所需的截面積與長度，結合單體21的參數進行設計與實驗，使倒相管20內空氣振動頻率與單體21低頻振動頻率相互匹配。
如圖2A至2C所示，在本實施例中，倒相管20包含第一隔板204以及第二隔板205。第一隔板204及第二隔板205構成前述的第一開口201、通道202，以及第二開口203。其中，為了達到需要的通道202長度，亦即，第一開口201至第二開口203的路徑長度，第一隔板204與第二隔板205的形狀可以是彎曲的(bended)、旋繞的(convoluted)或其他可增加路徑的造型。
在一些實施例中，在第一開口201、第二開口203，以及通道202任意位置的寬度W，亦即，第一隔板204與第二隔板205的距離為一變數。例如，在本實施例中，在第二開口203處的直徑大於第一開口201處的直徑；因此，為使兩處具有相同的截面積，在第二開口203處第一隔板204與第二隔板205的距離小於在第一開口203處第一隔板204與第二隔板205的距離。
如圖2D所示，在本實施例中，第一隔板204可與音箱2的壁23固定，作為音箱2的底部。此外，可包含數個固定元件，例如螺絲，以固定第一隔板204與第二隔板205。
圖3A、圖3B、圖3C分別為根據本發明另一實施例的倒相管30的立體圖、中心剖面圖，以及爆炸圖。圖3D為根據本發明一實施例具有倒相管30的音箱3。
如圖3A至3D所示，倒相管30設置於音箱3內。倒相管30包含360˚全周的第一開口301、通道302，以及第二開口303。通道302連接第一開口301，第二開口303連接通道302。
音箱3內設置有至少一個單體21，單體21可具有振膜211。當振膜211向內運動時，音箱3內的氣體以360˚全周方向進入第一開口301，通過通道302，並由第二開口303排出；當振膜211向外運動時，音箱3外的氣體進入第二開口303，通過通道302，並以360˚全周方向通過第一開口301而進入音箱3內。
在本實施例中，較佳地，第二開口303也是360˚全周的開口。如圖3A中的雙向箭頭所示，音箱內的氣體以360˚全周方向由第二開口303排出，或者音箱外的氣體以360˚全周方向進入第二開口303。在另一個實施例中，為搭配音箱3的造型或其他原因，氣體排出或進入第二開口303的方向，可以不是360˚全周方向。
在本實施例中，倒相管30的第一開口截面積AI 與第二開口截面積AO 為圓柱狀的面積。在一個實施例中，較佳地，通道302於其任意位置處具有與第一開口301大致相同的截面積。在一個實施例中，較佳地，第二開口303具有與第一開口301大致相同的截面積。在一個實施例中，第一開口301、通道302、第二開口303具有大致相同的截面積。
如圖3A至3C所示，在本實施例中，倒相管30包含第一隔板304、第二隔板305，以及第三隔板306，其中第二隔板305位於第一隔板304與第三隔板306之間。此三個元件構成倒相管30的第一開口301、通道302，以及第二開口303。
其中，通道302分成相連通的第一通道3021以及第二通道3022，第一隔板304及第二隔板305構成第一開口301及第一通道3021，第二隔板305及第三隔板306構成第二通道3022以及第二開口303。為了達到需要的通道302長度，第一隔板304、第二隔板305、第三隔板306的形狀可以是彎曲的、旋繞的或其他可增加路徑的造型。例如，在本實施例中，第一隔板304、第二隔板305、第三隔板306構成一個倒相管30，倒相管30的外形結構為一火山造型之錐狀結構。在一些實施例中，在第一開口301、第二開口303，以及通道302任意位置的寬度W，為一變數。
如圖3D所示，在本實施例中，第二隔板305可與音箱3的壁33固定，作為音箱3的底部。此外，可包含數個固定元件，例如螺絲，以固定第一隔板304、第二隔板305，以及第三隔板306。
圖4為根據本發明另一實施例具有倒相管40的音箱4。在本實施例中，倒相管40與前述的倒相管30具有類似的結構，由第一隔板404、第二隔板405，以及第三隔板406構成倒相管40的第一開口401、通道402，以及第二開口403。音箱4內的氣體以360˚全周方向進入第一開口401，通過通道402，並由第二開口403排出；或者，音箱4外的氣體進入第二開口403，通過通道402，並以360˚全周方向通過第一開口401而進入音箱4內。
其中，通道402分成相連通的第一通道4021、第二通道4022，以及第三通道4023。第一隔板404及音箱的壁43構成第一通道4021及第一開口401，第一隔板404及第二隔板405構成第二通道4022，第二隔板405及第三隔板406構成第三通道4023以及第二開口403。
圖5例示根據本發明一實施例音箱3的立體圖。相同的造型也可以用於前述的音箱2或音箱4。
在前述各實施例中，音箱中單體21的軸與倒相管的軸平行。然而，在一些實施例中，單體的軸與倒相管的軸可具有一夾角Θ。例如，圖6顯示根據本發明另一實施例的音箱5，其中，單體21的軸與倒相管30的軸具有90度夾角Θ。此配置方式經實驗後發現不會影響音箱5的效能。
圖7為具有本發明實施例倒相管的音箱的聲壓(sound pressure level）測試與阻抗(impedance)測試。採用圖3A至3D具有倒相管30的音箱3進行測試。其中，「0-SPL」曲線為音箱4封閉(不包含倒相管30)的低頻響應(dB)特性。「1-SPL」為具有倒相管3的音箱30的響應曲線，由測試結果可看出低頻的聲壓明顯提升，證實倒相管30發揮作用。「2-SPL」也是具有倒相管30的音箱3的響應曲線，但是將第二開口303的寬度W利用墊高間隔的方式加大，由測試結果可看出低頻的聲壓略有提升。下方「0-IMP」、「1-IMP」、「2-IMP」為相應「0-SPL」、「1-SPL」、「2-SPL」的阻抗曲線，由測試結果可證實倒相管30發揮如同一般開孔導管式倒相管的作用。
根據本發明實施例所提供的倒相管，其氣體流動方向為360度全周式，並無特定方向或角度，如此可以避免或減少其第二開口或第一開口被音箱機構遮蔽的面積，從而減少風切噪音。
此外，本發明實施例所提供的倒相管，其機構可進行3D的彎曲或旋繞，如此可容易達到所需要的倒相管長度，且不容易受到音箱造型以及音箱內部機構的影響。
此外，本發明實施例所提供的倒相管，其整體結構可以是360度對稱，因此可結合音箱的外殼進行外觀設計。相較之下，傳統倒相管通常是在音箱上形成單一開孔，然而開孔的位置不一定能夠對稱，影響產品的美觀。
本說明書所揭露的每個/全部實施例，本領域熟悉技藝人士可據此做各種修飾、變化、結合、交換、省略、替代、相等變化，只要不會互斥者，皆屬於本發明的概念，屬於本發明的範圍。可對應或與本案所述實施例特徵相關的結構或方法，及/或發明人或受讓人任何申請中、放棄，或已核准的申請案，皆併入本文，視為本案說明書的一部分。所併入的部分，包含其對應、相關及其修飾的部分或全部，(1)可操作的及/或可建構的(2)根據熟悉本領域技藝人士修飾成可操作的及/或可建構的(3)實施/製造/使用或結合本案說明書、本案相關申請案，以及根據熟悉本領域技藝人士的常識和判斷的任何部分。
除非特別說明，一些條件句或助詞，例如「可以(can)」、「可能(could)」、「也許(might)」，或「可(may)」，通常是試圖表達本案實施例具有，但是也可以解釋成可能不需要的特徵、元件，或步驟。在其他實施例中，這些特徵、元件，或步驟可能是不需要的。
本文前述的文件，其內容皆併入本文，視為本案說明書的一部分。本發明提供的實施例，僅作為例示，不是用於限制本發明的範圍。本發明所提到的特徵或其他特徵包含方法步驟與技術，可與相關申請案所述的特徵或結構做任何結合或變更，部分的或全部的，其可視為本案不等的、分開的、不可替代的實施例。本發明所揭露的特徵與方法其對應或相關者，包含可從文中導出不互斥者，以及熟悉本領域技藝人士所做修飾者，其部分或全部，可以是(1)可操作的及/或可建構的(2)根據熟悉本領域技藝人士的知識修飾成可操作的及/或可建構的(3)實施/製造/使用或結合本案說明書的任何部分，包含(I)本發明或相關結構與方法的任何一個或更多部分，及/或(II)本發明所述任何一或多個發明概念及其部分的內容的任何變更及/或組合，包含所述任何一或多個特徵或實施例的內容的任何變更及/或組合。
1:音箱
2:音箱
3:音箱
4:音箱
5:音箱
10:喇叭單體
11:倒相管
12:障礙物
20:倒相管
21:單體
23:壁
30:倒相管
33:壁
40:倒相管
43:壁
101:振膜
111:進氣口
112:出氣口
201:第一開口
202:通道
203:第二開口
204:第一隔板
205:第二隔板
211:振膜
301:第一開口
302:通道
303:第二開口
304:第一隔板
305:第二隔板
306:第三隔板
401:第一開口
402:通道
403:第二開口
404:第一隔板
405:第二隔板
406:第三隔板
3021:第一通道
3022:第二通道
4021:第一通道
4022:第二通道
4023:第三通道
AI :第一開口截面積
AO :第二開口截面積
W:寬度
Θ:夾角
圖1A與圖1B為傳統音箱設計的示意圖。
圖2A為根據本發明一實施例的倒相管的立體圖。
圖2B為根據本發明圖2A中倒相管的中心剖面圖。
圖2C為根據本發明圖2A中倒相管的爆炸圖。
圖2D為根據本發明一實施例具有圖2A中倒相管的音箱的剖面圖。
圖3A為根據本發明另一實施例的倒相管的立體圖。
圖3B為根據本發明圖3A中倒相管的中心剖面圖。
圖3C為根據本發明圖3A中倒相管的爆炸圖。
圖3D為根據本發明一實施例具有圖3A中倒相管的音箱的剖面圖。
圖4為根據本發明另一實施例的倒相管與音箱的剖面圖。
圖5為根據本發明一實施例的音箱的立體圖。
圖6為根據本發明另一實施例的倒相管與音箱的剖面圖。
圖7為具有本發明實施例倒相管的音箱的聲壓(sound pressure level)測試與阻抗測試。
30:倒相管
304:第一隔板
305:第二隔板
306:第三隔板

Claims (18)

  1. 一種倒相管，設置於一音箱內，該倒相管包含：一第一開口；一通道，連接該第一開口；以及一第二開口，連接該通道；其中，該第一開口的截面積的形狀為圓環或圓柱，該音箱內的氣體以360°全周方向進入該第一開口，通過該通道，並由該第二開口排出；或者，該音箱外的氣體進入該第二開口，通過該通道，並以360°全周方向通過該第一開口而進入該音箱內；以及其中，該通道的寬度沿著該第一開口至該第二開口改變。
  2. 如申請專利範圍第1項的倒相管，其中該通道具有與該第一開口大致相同的截面積。
  3. 如申請專利範圍第1項的倒相管，其中該第二開口具有與該第一開口大致相同的截面積。
  4. 如申請專利範圍第1項的倒相管，其中該第二開口的截面積的形狀為圓柱，該音箱內的氣體以360°全周方向由該第二開口排出，或者該音箱外的氣體以360°全周方向進入該第二開口。
  5. 一種倒相管，設置於一音箱內，該倒相管包含：一第一隔板；以及一第二隔板；其中該第一隔板及該第二隔板構成一第一開口、一通道，以及一第二開口，該第一開口的截面積的形狀為圓環或圓柱，該音箱內的氣體以360°全周方向進入該第一開口，通過該通道，並由該第二開口排出；或者，該音箱外的氣體進入該第二開口，通過該通道，並以360°全周方向通過該第一開口而進入該音箱內；以及其中，該通道的寬度沿著該第一開口至該第二開口改變。
  6. 如申請專利範圍第5項的倒相管，更包含一第三隔板，該第二隔板位於該第一隔板及該第三隔板之間，該通道分成相連通的一第一通道以及一第二通道，該第一隔板及該第二隔板構成該第一開口以及該第一通道，該第二隔板及該第三隔板構成該第二通道以及該第二開口。
  7. 如申請專利範圍第5項的倒相管，更包含一第三隔板，該通道分成相連通的一第一通道、一第二通道，以及一第三通道，該第一隔板及該音箱的一壁構成該第一通道及該第一開口，該第一隔板及該第二隔板構成該第二通道，該第二隔板及該第三隔板構成該第三通道以及該第二開口。
  8. 如申請專利範圍第5項的倒相管，其中該通道具有與該第一開口大致相同的截面積。
  9. 如申請專利範圍第5項的倒相管，其中該第二開口具有與該第一開口大致相同的表面積。
  10. 如申請專利範圍第5項的倒相管，其中該第二開口的截面積的形狀為圓柱，該音箱內的氣體以360°全周方向由該第二開口排出，或者該音箱外的氣體以360°全周方向進入該第二開口。
  11. 如申請專利範圍第5項的倒相管，其中該倒相管的外形結構為一火山造型之錐形結構。
  12. 一種音箱，包含：一單體，包含一振膜；一倒相管，包含：一第一開口；一通道，連接該第一開口；以及一第二開口，連接該通道；其中，該第一開口的截面積的形狀為圓環或圓柱，當該振膜振動時，該音箱內的氣體以360°方向進入該第一開口，通過該通道，並由該第二 開口排出；或者，該音箱外的氣體進入該第二開口，通過該通道，並以360°方向通過該第一開口而進入該音箱內；其中該通道的寬度沿著該第一開口至該第二開口改變。
  13. 如申請專利範圍第12項的音箱，其中該通道具有與該第一開口大致相同的截面積。
  14. 如申請專利範圍第12項的音箱，其中該第二開口具有與該第一開口大致相同的表面積。
  15. 如申請專利範圍第12項的音箱，其中該第二開口的截面積的形狀為圓柱，該音箱內的氣體以360°方向由該第二開口排出，或者該音箱外的氣體以360°方向進入該第二開口，該單體的軸與該倒相管的軸平行或具有一夾角。
  16. 如申請專利範圍第12項的音箱，其中該倒相管包含一第一隔板以及一第二隔板，該第一隔板及該第二隔板構成該第一開口、該通道，以及該第二開口，其中該第一隔板連接該音箱的一壁。
  17. 如申請專利範圍第12項的音箱，其中該倒相管包含一第一隔板、一第二隔板，以及一第三隔板，該第二隔板位於該第一隔板及該第三隔板之間，該通道分成相連通的一第一通道以及一第二通道，該第一隔板及該第二隔板構成該第一開口以及該第一通道，該第二隔板及該第三隔板構成該第二通道以及該第二開口，其中該第二隔板連接該音箱的一壁。
  18. 如申請專利範圍第12項的音箱，其中該倒相管包含一第一隔板、一第二隔板，以及一第三隔板，該第二隔板位於該第一隔板及該第三隔板之間，該通道分成相連通的一第一通道、一第二通道，以及一第三通道，該第一隔板及該音箱的一壁構成該第一通道及該第一開口，該第一隔板及該第二隔板構成該第二通道，該第二隔板及該第三隔板構成該第三通道以及該第二開口，其中該第二隔板連接該音箱的該壁。
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