用于減小擋板振動的系統和方法

專利名稱：用于減小擋板振動的系統和方法
技術領域：
本公開涉及振動減小的揚聲器音頻系統。
背景技術：
電聲換能器中的移動隔膜在支持該隔膜的籃體(basket)上生成反作用力，該反 作用力被傳遞至將空間分為聽音空間和后空間的擋板或者外罩。擋板通常是輕量級的，并 且在擋板的平面是剛性的，但是易受到垂直于擋板平面的振動的影響。具有垂直于擋板平 面的分量的反作用力可能生成嗡鳴或者可聽見的噪聲，其分散自電聲換能器生成的聲學信 號。重的外罩可以減小反作用力生成的嗡鳴或者可聽見的噪聲，但代價是以外罩的重量。2006年1月10日公告的美國專利號6，985，593,2005年5月26日公開的美國公 開號US2005/0111673、以及2006年11月1日提交的共同未決的美國申請號11/591，285描 述了用于減小擋板振動的方法和系統，并且在此通過引用將其整體并入。在所描述的方法 和系統中，兩個或更多個隔膜相對于彼此定向，以使得兩個或更多個隔膜生成的凈反作用 力優選地是零，或者小于單個隔膜生成的反作用力。

發明內容
一種用于減小擋板振動的系統和方法，包括平衡兩個或更多個移動隔膜生成的 慣性力，以及平衡作用在支持兩個或更多個移動隔膜的外殼上的聲壓，以使得作用在擋板 上的凈力基本上是零。作用在外殼上的聲學力可以獨立于慣性力平衡而平衡。在另一配置 中，可以通過非零的凈慣性力來平衡作用在外殼上的聲學力。本發明的一個實施方式涉及一種裝置，包括具有第一隔膜的第一電聲換能器，第 一隔膜通過定義第一隔膜的移動的第一軸來表征；具有第二隔膜的第二電聲換能器，第二 隔膜通過定義第二隔膜的移動的第二軸來表征；以及支持第一電聲換能器和第二電聲換能 器的外殼，該外殼將第一軸維持在相對于第二軸的預定方向，其中第一隔膜生成的慣性力、 第二隔膜生成的慣性力和聲學力的矢量和基本上是零。在一個方面，通過聲學力來平衡第 一隔膜生成的慣性力的第一分量和第二隔膜生成的慣性力的第一分量。在另一方面，通過 第二隔膜生成的慣性力的第二分量來平衡第一隔膜生成的慣性力的第二分量。在又一方 面，外殼附接到擋板上，該擋板選自包括以下的組中車輛儀器板、車輛后行李架、車輛門飾 板、車輛內門板、房間墻壁、房間地板和房間天花板。在另一方面，外殼附接至外罩。在另一 方面，外殼包括具有前側端壁的前側導管，第一隔膜的前側以及第二隔膜的前側直接耦合 至前側導管；具有第一后側端壁的第一后側導管，第一隔膜的后側直接耦合至第一后側導 管；以及具有第二后側端壁的第二后側導管，第二隔膜的后側直接耦合至第二后側導管，其 中前側端壁上的聲學力、第一后側端壁上的聲學力以及第二后側端壁上的聲學力的矢量和 基本上是零。在又一方面，第一軸與第二軸共線。本發明的另一實施方式涉及一種裝置，包括至少兩個電聲換能器，每個電聲換能 器具有隔膜，每個隔膜通過定義隔膜的移動的軸來表征；支持至少兩個電聲換能器的外殼，
4外殼將每個軸維持在相對于彼此的預定方向，其中至少兩個隔膜的每一個的移動生成的慣 性力與聲學力的矢量和基本上是零。在一個方面，每個軸在平行于擋板的平面上的投影與 相鄰軸產生360° /n的角度，其中η是外殼支持的電聲換能器的數目。在另一方面，通過第 一方向上的慣性力的分量的和來平衡第一方向上的聲學力的分量。本發明的另一實施方式涉及一種裝置，包括具有第一隔膜的第一電聲換能器，第 一隔膜通過定義第一隔膜的移動的第一軸來表征；具有第二隔膜的第二電聲換能器，第二 隔膜通過定義第二隔膜的移動的第二軸來表征；支持第一電聲換能器和第二電聲換能器的 外殼，外殼維持第一軸與第二軸共線；以及聲學平衡器，其提供聲壓所作用的表面，這在外 殼的一部分上產生平衡聲學力的力，其中減小了凈聲學力。在一個方面，聲學平衡器是基 座，其具有附接至外殼底的桿的以及懸于對聽音空間的開口之上的盤，該盤提供聲壓所作 用的表面。本發明的另一實施方式涉及一種用于減小擋板振動的方法，包括利用第二隔膜 生成的第二慣性力來平衡第一隔膜生成的第一慣性力；以及平衡第一隔膜和第二隔膜生成 的聲學力，其中傳遞至擋板的凈力基本上是零，該凈力包括經平衡的慣性力和聲學力的矢 量和。在一個方面，平衡聲學力獨立于平衡慣性力來執行。在另一方面，通過包括第一慣性 力和第二慣性力的分量的凈慣性力來平衡聲學力。在另一方面，平衡第一慣性力和第二慣 性力進一步包括相對于表征第二隔膜的運動的軸來定向表征第一隔膜的運動的軸。


圖1是本發明的一個實施方式的示意性側視圖。圖2是本發明的另一實施方式的示意性側視圖。圖3a是本發明的另一實施方式的示意性俯視圖。圖3b是圖3a中示出的實施方式的示意性側視圖。
具體實施例方式在圖1所示的示例中，外殼120支持兩個電聲換能器130。外殼120附接至擋板 或者外罩110，并且與擋板110共同作用以便將聽音空間101和后空間103分開。擋板110 可以是車輛或者房間的內表面，例如車輛儀器板、車輛后行李架、車輛門飾板、車輛內門板、 房間墻壁、房間地板或者房間天花板。每個電聲換能器130通過定義換能器的隔膜的位移的軸135來表征。隔膜也稱為 揚聲器紙盆(cone)，由外圍和星形盤(spider)支持。隔膜的外邊緣環繞地附接至外圍的內 邊緣。隔膜的內邊緣附接至線筒。星形盤的內邊緣附接至線筒。外圍的外邊緣和星形盤的 外邊緣附接至籃體。外圍和星形盤優選地限制隔膜沿電聲換能器的軸135移動。籃體支持 磁體、極板、后極板和極片。線筒安置在形成于極板和極片之間的環狀間隙內。圍繞線筒纏 繞線盤，線筒和線圈包括音圈，并且接收表示聲學信號的電信號。線盤響應于施加的電信號 生成磁場，其與磁體產生的場互相作用，使得隔膜相對于籃體并且沿軸135移動。附接至隔 膜的防塵罩防止在間隙中積聚顆粒。移動部分(諸如隔膜、音圈等，之后統稱為隔膜)的質 量，隨著互相作用的磁場加速隔膜，在籃體上產生慣性力。關于電聲換能器的構造和操作的 進一步細節可以參見例如2007年2月28日提交的未決美國申請序列號11/680，358，在此
5通過引用將其整體并入。在圖1所示的示例中，每個電聲換能器130由外殼120支持，使得電聲換能器130 的軸是共線的。隨著隔膜沿軸135移動，生成了反作用力(在此也稱為慣性力)，并且施加 到籃體，并且傳遞到外殼120和擋板110。電聲換能器的每個隔膜具有直接耦合至腔室105 的前表面和直接耦合至后空間103的后表面。腔室105由外殼120和電聲換能器130限定， 并且具有對聽音空間101的開口。在優選實施方式中，電聲換能器130是相同類型的，并且 以相同幅度和基本同相地來電驅動，以使得兩個電聲換能器130的隔膜一致地移入或者移 出腔室105。隨著電聲換能器135的隔膜一致地移動，由一個電聲換能器在外殼120上生成的 反作用力被另一電聲換能器生成的反作用力平衡，使得傳遞至擋板的凈反作用力(即，每 個電聲換能器籃體上的反作用力的矢量和)基本上是零。應當理解，在任何宏觀系統中，反 作用力的精確平衡是不大可能的，并且“基本上是零”的表達應當理解為意味著兩個或更多 個反作用力產生的凈力比單個隔膜生成的反作用力小至少一個數量級(10% )，并且優選 地小至少兩個數量級(1%)。然而，隔膜移動生成的反作用力不是作用在擋板上唯一的力。例如，隨著電聲換能 器130的隔膜移入腔室105，腔室中的壓力增加，并且在腔室壁和底上施加力。移動隔膜在 腔室中生成的壓力產生在聽音空間聽到的聲音，在此將其稱為聲壓。如在此使用的，聲學力 是作用在腔室表面的一部分上的聲壓。腔室的一個壁上的聲學力被腔室的相對壁上的聲學 力平衡，使得施加到腔室壁上的凈力基本上是零。然而，由于腔室對聽音空間中的開口，所 以施加到外殼120的腔室底125的聲學力沒有被平衡。如圖1中箭頭140所指示的，腔室 底上未平衡的聲學力傳遞到擋板，并且可能生成不期望的擋板振動或者嗡鳴。諸如基座150的聲學平衡器附接至外殼120的底125。基座150包括垂直桿152， 其附接至腔室底125，并且以懸于腔室開口之上的盤154為頂部。作用在盤154的底部上 的聲壓生成聲學力，其可以至少部分地平衡腔室底125上的聲學力，使得減小產生的凈聲 學力。由箭頭142指示的作用在基座150上的聲學力通常小于作用在腔室底125上的聲學 力，使得聲學力140和142的矢量和僅被部分平衡。在圖1所示的示例中，聲學力獨立于慣性力而被平衡，使得慣性力的矢量和基本 上是零，并且獨立于聲學力的矢量和。圖1所示的電聲換能器的隔膜生成的慣性力僅在橫 向具有非零的力矢量分量。如在此使用的，力矢量可以由三個矢量分量的總和組成。每個矢 量分量是表示幅度的標量和單位基矢量的乘積。每個單位基矢量與其他兩個基矢量正交， 并且每個都具有單位幅度。在圖1所示的示例中，第一基矢量可以表示從左到右或者橫向 的方向，第二基矢量可以表示從底部到頂部或者垂直的方向，而第三基矢量可以表示離開 圖1的平面的方向或者深度方向。垂直軸上的慣性力分量描述圖1所示的平面中的上下運 動，而深度軸描述進入和離開圖1的平面的運動，二者都基本上是零，并且產生垂直和深度 方向基本上是零的力分量。在橫向，左側電聲換能器的橫向上的慣性力分量基本上等于右 側電聲換能器的橫向上的慣性力分量，并且與其相反，使得慣性力的橫向分量的總和基本 上是零。腔室的垂直壁上的聲學力被腔室的相對壁上的聲學力平衡，使得聲學力的橫向分 量的總和基本上是零，并且聲學力的深度分量的總和基本上是零。在圖1所示的示例中，聲 學力的垂直分量由作用在腔室底上的力和通過腔室開口作用在盤154的部分上的聲學力的總和給出。接近腔室開口的聲壓小于接近腔室底的聲壓，使得垂直方向的聲學力的總和 減小，但是為非零的。圖2示出了不需要圖1所示的基座的另一實施方式。在圖2中，外殼220支持兩 個電聲換能器230。外殼220附接至擋板或者外罩210。外殼220和擋板210將聽音空間 201和后空間203分開。擋板210可以是車輛或者房間的內表面，例如，車輛儀器板、車輛后 行李架、車輛門飾板、車輛內門板、房間地板、房間墻壁或者房間天花板。電聲換能器的每個隔膜具有直接耦合至腔室205的前表面和直接耦合至后空間 203的后表面。腔室205由外殼220和電聲換能器230限定，并且具有對聽音空間201的開每個電聲換能器230由定義換能器的隔膜的位移的軸235來表征。隨著隔膜沿軸 235移動，生成了反作用力，其被傳遞至外殼220和擋板210。外殼220支持電聲換能器230， 使得每個電聲換能器的軸235定向為與擋板210的平面呈角度α。隨著隔膜例如沿著其相 應的軸向內移動，隔膜生成的慣性反作用力可以分解為水平分量236 (其通常與擋板平行) 和垂直分量238。在圖2所示的對稱配置中，水平力分量彼此平衡，產生基本上是零的凈力。 每個反作用力的垂直分量238疊加，并且可以使其平衡通過α的選擇施加到外殼底上的聲 學力(如箭頭240所示)。α的選擇可以通過考慮電聲換能器的特性和腔室的尺寸來進行。例如，對于在開 口處接近9cm寬、16cm高、24cm深的腔室中，一對分別由大約20cm和13cm的主直徑和小直 徑表征的電聲換能器，大約12°的α，更一般地在8° -15°之間，對于平衡外殼底上的聲 壓是有效的。通常認為α在Γ -20°的范圍中可以覆蓋通常遇到的電聲換能器_腔室幾 何形狀組合的范圍。在圖2所示的示例中，聲學力和慣性力在力矢量的深度分量上彼此獨立地進行平 衡，使得作用在腔室前壁上的聲學力和作用在腔室后壁上的聲學力的總和基本上是零，并 且作用在前壁上的慣性力和作用在后壁上的慣性力的總和基本上是零。在橫向上，聲學力 獨立于慣性力而進行平衡，使得作用在左壁上的聲學力和作用在右壁上的聲學力的總和基 本上是零，并且作用在左壁上的慣性力236的橫向分量和作用在右壁上的慣性力236的橫 向分量的總和基本上是零。然而，在垂直方向上，慣性力的垂直分量238平衡聲學力240的 垂直分量，使得慣性力和聲學力的垂直分量的總和基本上是零。與圖1所示的示例不同，圖 2所示的示例平衡聲學力和慣性力二者，使得聲學力和慣性力的矢量和基本上是零。圖3a是另一配置的示意性俯視圖，該另一配置具有前側和后側導管。在圖3a中， 電聲換能器330、331優選地是相同類型的，在包括前側導管305和后側導管303、307的外 殼320中被支持。電聲換能器330、331定向為使得其軸335、336是共線的。每個電聲換能 器330、331的隔膜的前側直接耦合至前側導管305。電聲換能器330的隔膜的后側直接耦 合至后側導管303，而電聲換能器331的隔膜的后側直接耦合至后側導管307。圖3b是圖3a中所示的配置的示意性側視圖。外殼320附接至擋板或者外罩310， 并且它們一起將聽音空間301與后空間302分開。擋板310可以是車輛或者房間的內表 面，例如，車輛儀器板、車輛后行李架、車輛門飾板、車輛內門板、房間墻壁、房間地板或者房 間天花板。前側導管305耦合至聽音空間301。后側導管303、307耦合至后空間302。電聲換能器330、331優選地被驅動，使得每個電聲換能器的隔膜一致地移入或者
7移出前側導管。隨著兩個隔膜被驅動到前側導管305中，前側導管中的壓力增加，并且在端 壁306的面積上施加聲壓從而生成聲學力，由前側導管305的端壁306上箭頭345指示。 隨著隔膜移入前側導管305中，隔膜移出后側導管303、307，從而降低了后側導管303、307 中的壓力。降低的壓力在端壁304和308的面積上施加聲壓，從而生成聲學力，分別由端壁 304和308上的箭頭347和349指示。同時，作用在端壁304、308上的聲學力平衡作用在端 壁306上的聲學力。前側導管305和后側導管303、307的大小調整為使得聲學力被平衡， 并且具有基本上是零的凈扭矩，以及后壁的彎曲張力小于0. 1%，優選地小于0. 01%。在圖3a和圖3b所示的示例中，聲學力獨立于慣性力而進行平衡。聲學力的矢量 和與慣性力的矢量和每個都基本上是零。由此描述了本發明的至少說明性實施方式，各種修改和改進將對本領域技術人員 變得易見，并且旨在包括在本發明的范圍之內。例如，雖然圖中示出了兩個電聲換能器，但 是可以使用任意數目的電聲換能器。例如，可以做出三個電聲換能器的配置，使得每個換 能器軸與其他軸相交于位于腔室的垂直旋轉軸上的一點，并且與其相鄰軸具有360° /3 = 120°的角度。類似地，四個電聲換能器可以配置為使得每個換能器軸與其他軸相交于腔室 的垂直旋轉軸上的一點，并且與其相鄰軸具有360° /4 = 90°的角度。因此，以上描述僅 是通過示例的方式，并且并不旨在限制。本發明僅由所附權利要求及其等同物限定。
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權利要求
一種裝置，包括至少兩個電聲換能器，每個電聲換能器具有隔膜，每個隔膜由定義所述隔膜的移動的軸來表征；支持所述至少兩個電聲換能器的外殼，所述外殼將每個所述軸維持在相對于彼此的預定方向，其中由至少兩個隔膜中的每一個的移動生成的慣性力與聲學力的矢量和基本上是零。
2.如權利要求1的裝置，其中由所述至少兩個隔膜的第一隔膜生成的慣性力的第一分 量與由所述至少兩個隔膜的第二隔膜生成的慣性力的第一分量被所述聲學力平衡。
3.如權利要求2的裝置，其中由所述第一隔膜生成的慣性力的第二分量被所述第二隔 膜生成的慣性力的第二分量平衡。
4.如權利要求1的裝置，其中所述外殼附接至擋板，所述擋板選自包括以下的組車輛 儀器板、車輛后行李架、車輛門飾板、車輛內門板、房間墻壁、房間地板或者房間天花板。
5.如權利要求1的裝置，其中所述外殼附接至外罩。
6.如權利要求1的裝置，其中所述外殼包括具有前側端壁的前側導管，所述第一隔膜的前側和所述第二隔膜的前側直接耦合至所 述前側導管；具有第一后側端壁的第一后側導管，所述第一隔膜的后側直接耦合至所述第一后側導 管；以及具有第二后側端壁的第二后側導管，所述第二隔膜的后側直接耦合至所述第二后側導管，其中所述前側端壁上的聲學力、所述第一后側端壁上的聲學力以及所述第二后側端壁 上的聲學力的矢量和基本上是零。
7.如權利要求6的裝置，其中第一軸與第二軸共線。
8.如權利要求1的裝置，其中每個軸在平行于擋板的平面上的投影與相鄰軸產生 360° /n的角度，其中η是所述外殼支持的電聲換能器的數目。
9.如權利要求1的裝置，其中第一方向上的聲學力的分量被所述第一方向上的慣性力 的分量的總和平衡。
10.一種裝置，包括具有第一隔膜的第一電聲換能器，所述第一隔膜由定義所述第一隔膜的移動的第一軸 來表征；具有第二隔膜的第二電聲換能器，所述第二隔膜由定義所述第二隔膜的移動的第二軸 來表征；支持所述第一電聲換能器和所述第二電聲換能器的外殼，所述外殼維持所述第一軸與 所述第二軸共線；以及聲學平衡器，其提供聲壓所作用的表面，這產生對所述外殼的一部分上的聲學力進行 平衡的力，其中減小了凈聲學力。
11.如權利要求10的裝置，其中所述聲學平衡器是基座，其具有附接至外殼底的桿和 懸于對聽音空間的開口之上的盤，所述盤提供所述聲壓所作用的表面。
12.一種用于減小擋板振動的方法，包括利用第二隔膜生成的第二慣性力的第一分量來平衡第一隔膜生成的第一慣性力的第 一分量；以及平衡由所述第一隔膜和所述第二隔膜生成的聲學力，其中傳遞至所述擋板的凈力基本上是零，所述凈力包括經平衡的慣性力和聲學力的矢量和。
13.如權利要求12的方法，其中平衡所述聲學力獨立于平衡所述慣性力來執行。
14.如權利要求12的方法，其中通過包括所述第一慣性力和所述第二慣性力的分量的 凈慣性力來平衡所述聲學力。
15.如權利要求12的方法，其中平衡所述第一慣性力和所述第二慣性力進一步包括 相對于表征所述第二隔膜的運動的軸來定向表征所述第一隔膜的運動的軸。
全文摘要
一種用于減小擋板振動的系統和方法，包括平衡兩個或者更多個移動隔膜生成的慣性力以及平衡作用在支持兩個或者更多個移動隔膜的外殼上的聲壓，使得作用在擋板上的凈力基本上是零。作用在外殼上的聲學力可以獨立于慣性力平衡而進行平衡。在另一配置中，作用在外殼上的聲學力可以由非零的凈慣性力來平衡。
文檔編號H04R1/22GK101983512SQ200980112063
公開日2011年3月2日 申請日期2009年3月10日 優先權日2008年4月11日
發明者C·B·伊科爾, K·J·巴斯蒂爾, R·S·瓦克蘭德 申請人:伯斯有限公司