專利名稱：揚聲器裝置和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種適用于揚聲器系統中的揚聲器裝置。該裝置具體的適用于具有在低于300Hz操作的無限障板拓撲的揚聲器系統中，更具體的適用于包含亥姆霍茲諧振器的系統。
背景技術：
亥姆霍茲諧振器被添加到揚聲器出于三個主要原因(i)通過調諧在或在接近于與揚聲器驅動器相關聯的操作頻帶的底端提供低頻擴展；(ii)通過調諧在或在接近于該操作頻帶的頂端提供聲學的濾波；和(iii)在所述操作頻帶或通頻帶中產生紙盆最小化。在每種情況下，諧振器的物理形式可容易地被識別為包含空氣體積和通氣管的腔。本發明可出于一個完全不同的原因并以一種完全不同于現有技術中的亥姆霍茲諧振器的形式來利用亥姆霍茲諧振器。本發明適用于具有無限障板拓撲的揚聲器系統。盡管術語“無限”被用于表述實際上不是無限的障板，但是在效果上確實是非常大的。例如，房間的壁，天花板或地板，或車輛的頂部，壁或地板可被認為是用于實際目的的無限障板。與無限障板拓撲應用到車輛中的揚聲器相關聯的一個潛在的問題是結構化弱化。例如，切割出的大洞，諸如對于在車輛的任何部分的12英寸的揚聲器驅動器將導致結構化弱化。關于這個問題的一個已知方式是把揚聲器驅動器安裝在獨立的箱子中并且通過很小的開口引導聲音到收聽環境。有幾種這樣做的已知方式。一個方式是通過合適設計的波導。另一種方式是使用與亥姆霍茲諧振器相關聯的導氣管以刺入車輛的后行李架或行李臺以引導該聲音到該收聽環境。用于刺入車輛中行李架的已知亥姆霍茲諧振器以傳統方式被調諧以產生帶通對準和/或以擴展低頻響應和/或如上所述的在通頻帶中產生紙盆最小化。當以這些方式使用時，使用亥姆霍茲諧振器的現有技術無限障板拓撲揚聲器系統自然地就很大。沒有亥姆霍茲諧振器的無限障板拓撲揚聲器在它們操作頻帶的低端滾降，具有與密封箱拓撲揚聲器類似的截止頻率。該安排不能提供低頻擴展。本發明可提供一種揚聲器裝置，包括電聲變換器或驅動器；及適用于使用在揚聲器系統中的至少一個亥姆霍茲諧振器。該揚聲器裝置可以是相對的小尺寸并且可以具有相對高的靈敏度。它還可具有與相同的或類似的驅動器的密封箱拓撲相比而言相對低的截止頻率。現有技術教導低頻擴展是通過調諧低的、接近所要求的截止低頻而獲得。與現有技術中相反的直覺是低頻擴展可通過調諧更高的、超出該揚聲器裝置的操作頻帶而獲得。
調諧更高以提供低頻擴展將具有揚聲器裝置變得非常小的優勢。該揚聲器可被制造成如需要的那么小以滿足包含成本和空間可用性的實際要求。在一些應用中，使揚聲器裝置更小以獲取一個需要的響應是合適的。包括安裝在障板中的驅動器的揚聲器系統的電抗部件(reactive component),可以作為并行諧振電路被模擬。亥姆霍茲諧振器的電抗部件作為一系列諧振電路而被模擬。當亥姆霍茲諧振器被添加到安裝在障板中的揚聲器驅動器時，該系列諧振電路的部件與并行諧振電路的部件相互作用以產生a)更低的調諧頻率，其決定通常被稱為“低截止頻率”的低頻滾降，b)中間頻率，通常被稱為“箱調諧”或“端口調諧”；以及c)更高的調諧頻率，其決定高頻滾降。為避免不確定，引用遠遠超過操作頻帶的頻率是引用更高的調諧頻率。這里引用被作為現有技術給出的專利文件或其他素材不被作為承認，作為在任何權利要求的優先權日當天，該文件或素材是，在澳大利亞，已知的或它包含的信息是常用一般知識的一部分。本說明書的全部描述和權利要求書中，詞語復數“包括”和該詞語的變體，諸如分詞“包括”和單數“包括”，并非意在排除其他附件或部件或整體。
發明內容
按照本發明的一個方面，提供了一種揚聲器裝置，適用于具有無限障板拓撲的揚聲器系統中，所述裝置包含驅動器，所述驅動器包含紙盆和筐；和至少一個亥姆霍茲諧振器，所述亥姆霍茲諧振器包含腔和與所述腔相通并適用于穿過所述無限障板的通氣管，其中所述腔的尺寸被做成為提供遠遠超過與所述驅動器相關聯的操作頻帶的調諧頻率。所述腔的體積的尺寸被做成使它相對于尺寸被做成為提供在與所述驅動器相關聯的操作頻帶之內或接近于與所述驅動器相關聯的操作頻帶的調諧頻率的腔是相對緊湊的或小型的。例如，20cm的驅動器可與包含可在略微大于零體積到基本上3升之間的腔體積的亥姆霍茲諧振器相關聯。所述通氣管的橫截面面積被設定為最小化所述通氣管內的空氣噪聲并且所述通氣管的長度被設定為控制低頻擴展。揚聲器裝置可包含兩個亥姆霍茲諧振器，其中，在所述驅動器的每一側定位一個諧振器。在一些實施例中，揚聲器裝置可適用于機動車輛。所述無限障板可以包含所述車輛的乘客室的周界并且所述通氣管可以適用于通過該周界。所述無限障板可以包含所述車輛的外殼并且所述管可以適用于通過所述外殼。所述管可以適用于通過在所述外殼上的已有開口，諸如通氣口。除了亥姆霍茲諧振器外，相關聯的揚聲器系統的頻率響應可以在或在接近于所述操作頻帶的頂端滾降。在限制情況下，除了與所述紙盆相關聯的偏移范圍或掃過的體積中捕獲的空氣以外，至少一個亥姆霍茲諧振器的腔接近零體積。本發明可提供一種組合揚聲器裝置，包含前面所述的至少一個揚聲器裝置，其中所述組合揚聲器裝置被安排成聲學對稱。所述組合揚聲器裝置可包含兩個基本相同的揚聲器裝置，其被面對面安排并適用于作為等壓對被驅動。按照本發明的另一方面，提供一種揚聲器裝置，適用于具有無限障板拓撲的揚聲器系統中，所述裝置包含驅動器，所述驅動器包含紙盆和筐，其中所述筐包含基本連續的屏障用于捕獲在由所述屏障和所述紙盆形成的后腔中的所述紙盆后面的空氣，所述后腔由在所述筐中的通氣管來通氣。所述揚聲器裝置可以包含另外屏障，用于捕獲在由所述另外屏障和所述紙盆形成的前腔中的所述紙盆之前的空氣，所述前腔由在該另外屏障中的另外通氣管來通氣。本發明可以提供一種組合揚聲器裝置，包含兩個面對面安排的揚聲器裝置，兩者之間具有密封空間，其中，每個揚聲器裝置被構建為使用如上所述在后腔中捕獲的空氣，并且適用于作為等壓對操作。按照本發明的另一方面，提供了一種揚聲器裝置，適用于具有無限障板拓撲的揚聲器系統中，所述裝置包括驅動器，所述驅動器包含紙盆和筐，其中所述驅動器包含基本連續的屏障用于捕獲在由所述屏障和所述紙盆形成的前腔中的所述紙盆之前的空氣，所述前腔由在所述連續屏障中的通氣管來通氣。本發明可提供一種組合揚聲器裝置，包含兩個背靠背安排的揚聲器裝置，其中，每個揚聲器裝置如上所述被構建，并且所述組合裝置適用于作為等壓對操作。按照本發明的另一方面，提供了一種調諧揚聲器裝置的方法，所述揚聲器裝置適用于具有無限障板拓撲的揚聲器系統中，所述裝置包含驅動器，所述驅動器包含紙盆和筐；和至少一個亥姆霍茲諧振器，所述亥姆霍茲諧振器包含腔和與所述腔相通并適用于穿過所述無限障板的通氣管，所述方法包括把所述腔的尺寸做成為提供遠遠超過與所述驅動器相關聯的操作頻帶的調諧頻率。所述方法可包含設定所述通氣管的橫截面面積以便最小化所述通氣管內的空氣噪聲，和設定所述通氣管的長度以便控制低頻擴展。按照本發明的揚聲器裝置，可從現有技術部件制成。替換之，它可以以具有一個或多個內置亥姆霍茲諧振器的驅動器的形式制造。本發明可允許揚聲器裝置被安裝在無限障板中而不用考慮噪聲、灰塵、泥漿、水和/或其他環境條件，該其它環境條件包含在障板對著收聽環境的一側定向通氣孔到障板的所述側。屏蔽噪聲、灰塵和類似物可如需求的被提供。
參考相應附圖，本發明的優選實施例現在將被描述，其中圖I示出通常的現有技術沒有亥姆霍茲諧振器的無限障板拓撲場聲器系統的示例性代表；圖2示出通常的現有技術融合亥姆霍茲諧振器并調諧在操作頻帶的高端的無限障板拓撲揚聲器系統的不例性代表；圖3示出按照本發明的一個實施例的使用單一亥姆霍茲諧振器的無限障板拓撲揚聲器系統的不例性代表；圖4示出按照本發明的一個替換實施例的使用單一亥姆霍茲諧振器的無限障板拓撲揚聲器系統的不例性代表；圖5示出按照本發明的一個實施例的安裝在車輛中的使用兩個亥姆霍茲諧振器的無限障板拓撲揚聲器系統的不例性代表；圖6示出通常的現有技術揚聲器驅動器；圖7示出按照本發明的一個實施例的在其后側具有亥姆霍茲諧振器的揚聲器裝置；圖8示出按照本發明的一個實施例的在其前側具有亥姆霍茲諧振器的揚聲器裝置；圖9示出按照本發明的一個實施例的在其兩側都具有亥姆霍茲諧振器的揚聲器
裝置；圖10示出按照本發明的一個實施例的在其兩側都具有亥姆霍茲諧振器的組合揚
聲器裝置；圖11示出按照本發明的一個實施例的在其兩側都具有亥姆霍茲諧振器的組合揚
聲器裝置；圖12示出按照本發明的一個實施例的在其兩側都具有亥姆霍茲諧振器并且在其中央也有一個亥姆霍茲諧振器的機械平衡的組合揚聲器裝置；以及圖13示出具有其與亥姆霍茲腔相關聯的體積接近于零的前和后亥姆霍茲腔的揚聲器裝置的橫截面。
具體實施例方式一種已知的構建無限障板拓撲揚聲器系統的方法是簡單地將揚聲器驅動器直接安裝在如圖I所示的無限障板上。圖I中揚聲器驅動器10被安裝在無限障板12上并且輻射聲音到收聽環境15。圖I還示出包含在與驅動器10相關聯的操作頻帶的每個端的滾降的頻率響應圖。在高端的滾降可通過電子器件獲取。低頻滾降是驅動器參數的結果。圖I的驅動器10被示為向前面朝收聽環境15。這是一種常見的現有技術安排，因為它不需要突出到收聽環境15中。該具體拓撲的缺點是對于低頻擴展，響應不能被調整。一種已知的調整方式是添加一個亥姆霍茲諧振器。通常的現有技術的具有亥姆霍茲諧振器的無限障板拓撲揚聲器如圖2所示。在圖2中，腔20結合通氣管21被安裝到無限障板22以形成亥姆霍茲諧振器。揚聲器驅動器23被安裝在包含空氣體積24并且通過通氣管21通氣到收聽環境25的腔20內。通氣管21刺入無限障板22，其具有的優點在于在障板22上僅僅需要一個很小的洞。如圖2所示的現有技術亥姆霍茲諧振器通常被調諧以在fH處滾降，即在與驅動器23相關聯的操作頻帶的高端處滾降，如圖2中的頻率響應圖所示，以產生聲學的帶通結構。腔20通常比驅動器23大很多。注意，圖2中的曲線中操作頻帶通過在每個端的滾降被定義。圖3示出被安裝到無限障板31的揚聲器驅動器30。在圖3中，腔32由驅動器30的封閉它和前壁35之間的小空氣體積34的紙盆33形成。腔32由通氣管36通氣，其穿過無限障板31并輻射聲音到收聽環境37。腔32和通氣管36形成亥姆霍茲諧振器。圖3還示出一個相關聯的頻率響應曲線，其用于表示在與具有亥姆霍茲諧振器的驅動器30相關聯的操作頻帶的兩端處的滾降，該亥姆霍茲諧振器被調諧到高以產生在fH處的滾降，該fH遠遠超過該操作頻帶。通過使腔32基本上小于現有技術的用于低頻應用的無限障板拓撲揚聲器中的亥姆霍茲腔，調諧亥姆霍茲諧振器可產生遠遠超過該操作頻帶的滾降。腔32可通常與驅動器30大小相似。在圖3的例子中，腔32在體積上比驅動器30小。在實際應用中，腔32可從零體積到幾倍于驅動器30的體積變化，只要亥姆霍茲諧振器被調諧以產生遠遠超過該操作頻帶的滾降。優選的是，定向所述揚聲器系統以使通氣管36如圖3所示輻射聲音到收聽環境37。但是，還有可能如圖4所示的反轉該取向。圖4中所示的部件類似于圖3，但是指示每個部件的前綴3改成4。例如，圖3中的障板31變成圖4中的障板41。在圖4中，驅動器40從所述紙盆的后部輻射聲音到收聽環境47。但是對于多數應用，這不是優選實施例，部分因為這樣的安排的響應與理想狀態差太遠。圖5不出安裝于包含外殼51和里層52的車輛的壁中的無限障板拓撲揚聲器系統的一個實際安排。揚聲器驅動器53通過(a)包含小空氣體和腔54與通氣管55諧振以便提供遠遠超過驅動器53的操作頻帶的調諧的前亥姆霍茲諧振器和(b)包含小空氣體積腔56與通氣管57諧振以便也提供遠遠超過驅動器53的操作頻帶的調諧的后亥姆霍茲諧振器，被增強。相對小的亥姆霍茲諧振器腔54、56，使得揚聲器系統可被放置在對于無限障板拓撲揚聲器使用現有技術亥姆霍茲諧振器對準可能不實際的地方。在圖5中，通氣管55被示為通過通氣口 58刺入車輛的外殼51，而通氣管57刺入車輛的里層52以輻射聲音到車內部的收聽環境59。制造商可在能夠使用在車輛的外殼中的已存在的開口方面發現價值。替換之，如果在需要位置沒有已存在的開口，附加的開口可被提供。在一個優選實施例中，通氣管可刺入車輛的外殼，但是性能可被通過刺入到車輛的后行李架，臺或防火壁來交換以節約成本。在其他例子中，本發明的無限障板拓撲揚聲器可被安裝在建筑的壁、天花板、房頂或地板中。圖6示出現有技術揚聲器驅動器60，包括磁體61、筐62，筐62上的允許空氣響應于紙盆移動而流過的通氣孔63，和在驅動器60的筐62和紙盆之間的小體積的空氣64。因為用于按照本發明的亥姆霍茲諧振器所需的空氣的體積可能相對比較小，圖7所示的揚聲器裝置70可被構建，其中如圖6所示的通氣孔63不被提供。替換之，筐71除了通氣管72以外被封閉。在裝置70的筐71和紙盆之間的體積和通氣管72 —起形成亥姆霍茲諧振器。替換之，包含筐81的揚聲器驅動器80可在如圖8所示的前端通過壁82被封閉，形成通過通氣管83通氣的小腔以產生按照本發明的揚聲器裝置。在每個例子中，亥姆霍茲諧振器可因為小封閉空氣體積而導致遠遠超過驅動器70、80想要的操作頻帶的高頻滾降。關聯的通氣管72、83的橫截面面積可變化，以便最小化管的空氣噪聲并且通氣管的長度可以變化，以便設定需要的低頻擴展。圖9示出按照本發明的用于無限障板拓撲應用的揚聲器裝置的增強版本。圖9中的驅動器90包含在驅動器90的每一側的亥姆霍茲諧振器。驅動器90的筐91除了通氣管93以外被封閉，并且驅動器90的前面除了通氣管94以外由壁92封閉。在一個優選實施例中，這樣形成的亥姆霍茲諧振器可在相同頻率上產生高頻諧振,該相同頻率遠遠超過驅動器90想要的操作頻帶。圖10示出按照本發明的組合揚聲器裝置的對稱版本，其中所述組合揚聲器裝置由兩個面對面安排的揚聲器裝置形成，以使得它們的紙盆獲取它們之間的空氣體積。每個揚聲器裝置具有自己的相應的除了通氣管104和105以外被封閉的筐102和103。揚聲器裝置的動力裝置100和101通常是異相的有線連接以使得它們的紙盆在相同的方向上移動。在紙盆之間的腔形成死體積，其作為等壓腔運行。圖11示出按照本發明的組合揚聲器裝置的替換對稱版本，其中兩個揚聲器裝置被背靠背安排，具有相互面對的磁體110和111并潛在地對接在一起。揚聲器裝置的前面除了通氣管114和115以外被相應的壁112和113封閉。相關聯的筐116、117和動力裝置被安裝在圖11中所示的削開的圓柱形封殼118中。相關聯的動力裝置可以是異相的有線連接以使得圓柱形封殼118作為等壓腔運行。圖12示出按照本發明的組合揚聲器裝置的進一步增強，其中兩個揚聲器裝置120、121被面朝面安排并且被圓柱形封殼122連結在一起。揚聲器裝置120、121的筐123、124除了通氣管125和126以外被封閉，以形成亥姆霍茲諧振器。連結揚聲器裝置120、121的圓柱形封殼122由通氣管127通氣到收聽環境并形成第三亥姆霍茲諧振器。在上述例子中，與揚聲器裝置120、121相關聯的動力裝置通常可以同相(非等壓)有線連接以提供具有最小化振動的機械平衡操作。每個亥姆霍茲諧振器可被調諧以產生遠遠超過該組合揚聲器裝置的想要的操作頻帶的諧振頻率。在一個優選實施例中，每個亥姆霍茲諧振器可被調諧以產生相同的諧振頻率。在按照本發明的一些實施例中，給任何體積到亥姆霍茲諧振器的腔具有很少價值或沒有價值。除了考慮到紙盆偏移外，該體積可以基本上是零或在實際中盡可能接近于零。圖13示出按照本發明的“零體積”揚聲器裝置130如何被構建。在圖13中，紙盆131把后亥姆霍茲腔132與前亥姆霍茲腔133分開。腔132、133分別由通氣管134和135通氣。可以看到的是，在考慮到紙盆偏移之后，剩余的封閉的與腔132、133相關聯的空氣體積是非常小的或接近于零。最后，需要理解的是，各種變形，修正和/或附加可被引入到之前描述的部件的構建和安排中，而不脫離本發明的精神或范圍。
權利要求
1.一種揚聲器裝置，適用于具有無限障板拓撲的揚聲器系統中，所述裝置包含驅動器，所述驅動器包含紙盆和筐；和至少一個亥姆霍茲諧振器，所述亥姆霍茲諧振器包含腔和與所述腔相通并適用于穿過所述無限障板的通氣管，其中所述腔的尺寸被做成為提供遠遠超過與所述驅動器相關聯的操作頻帶的調諧頻率。
2.如權利要求I所述的揚聲器裝置，其中所述腔的體積相對于尺寸被做成為提供在與所述驅動器相關聯的所述操作頻帶之內或接近于與所述驅動器相關聯的所述操作頻帶的調諧頻率的腔是小型的。
3.如權利要求I或2所述的揚聲器裝置，其中所述通氣管的橫截面面積被設定為最小化所述通氣管內的空氣噪聲。
4.如權利要求1、2或3所述的揚聲器裝置，其中所述通氣管的長度被設定為控制低頻擴展。
5.如前面任意一個權利要求所述的揚聲器裝置，包含兩個亥姆霍茲諧振器，其中，在所述驅動器的每一側定位一個諧振器。
6.如前面任意一個權利要求所述的揚聲器裝置，適用于機動車輛，其中，所述無限障板包含所述車輛的乘客室的周界并且所述通氣管適用于通過所述周界。
7.如權利要求6所述的揚聲器裝置，其中所述無限障板包含所述車輛的外殼并且所述管適用于通過所述外殼。
8.如權利要求7所述的揚聲器裝置，其中所述管適用于通過在所述外殼上的已有開口，諸如通氣口。
9.如前面任意一個權利要求所述的揚聲器裝置，其中，除了亥姆霍茲諧振器外，所述揚聲器系統的頻率響應在或在接近于所述操作頻帶的頂端滾降。
10.如前面任意一個權利要求所述的揚聲器裝置，其中，除了與所述紙盆相關聯的偏移范圍中的捕獲的空氣以外，至少一個亥姆霍茲諧振器的腔接近零體積。
11.一種組合揚聲器裝置，包含前面任意一個權利要求所述的至少一個揚聲器裝置，其中所述組合揚聲器裝置被安排成聲學對稱。
12.如權利要求11所述的組合揚聲器裝置，其中兩個基本相同的揚聲器裝置被面對面安排并適用于作為等壓對被驅動。
13.—種揚聲器裝置，適用于具有無限障板拓撲的揚聲器系統中，所述裝置包含驅動器，所述驅動器包含紙盆和筐，其中所述筐包含基本連續的屏障用于捕獲在由所述屏障和所述紙盆形成的后腔中的所述紙盆后面的空氣，所述后腔由在該筐中的通氣管來通氣。
14.如權利要求13所述的揚聲器裝置，包含另外屏障，用于捕獲在由所述另外屏障和所述紙盆形成的前腔中的所述紙盆之前的空氣，所述前腔由在所述另外屏障中的另外通氣管來通氣。
15.一種組合揚聲器裝置，包含兩個面對面安排的揚聲器裝置，兩者之間具有密封空間，其中，每個揚聲器裝置按照權利要求13構建并使用在后腔中捕獲的空氣，并且所述組合揚聲器裝置適用于作為等壓對操作。
16.一種揚聲器裝置，適用于具有無限障板拓撲的揚聲器系統中，所述裝置包含驅動器，所述驅動器包含紙盆和筐，其中所述驅動器包含基本連續的屏障用于捕獲在由所述屏障和所述紙盆形成的前腔中的所述紙盆之前的空氣，所述前腔由在所述連續屏障中的通氣管來通氣。
17.—種組合揚聲器裝置，包含兩個背靠背安排的揚聲器裝置，其中，每個揚聲器裝置按照權利要求16構建，并且所述組合揚聲器裝置適用于作為等壓對操作。
18.—種揚聲器裝置,基本上如這里參考附圖3-5和7-13中的任何一個所描述的。
19.一種揚聲器系統，包含前述任何一個權利要求所述的揚聲器裝置或組合揚聲器裝置。
20.一種調諧揚聲器裝置的方法，所述揚聲器裝置適用于具有無限障板拓撲的揚聲器系統中，所述裝置包含驅動器，所述驅動器包含紙盆和筐；和至少一個亥姆霍茲諧振器， 所述亥姆霍茲諧振器包含腔和與所述腔相通并適用于穿過所述無限障板的通氣管，所述方法包括把所述腔的尺寸做成為提供遠遠超過與所述驅動器相關聯的操作頻帶的調諧頻率。
21.如權利要求20所述的調諧揚聲器裝置的方法，其中所述腔的體積相對于尺寸被做成提供在與所述驅動器相關聯的操作頻帶之內或接近于與所述驅動器相關聯的操作頻帶的調諧頻率的腔是小型的。
22.如權利要求20或21所述的調諧揚聲器裝置的方法，包含設定所述通氣管的橫截面面積以便最小化所述通氣管內的空氣噪聲。
23.如權利要求20、21或22所述的調諧揚聲器裝置的方法，包含設定所述通氣管的長度以便控制低頻擴展。
24.—種調諧揚聲器裝置的方法,基本上如這里參考附圖3-5和7-13中的任何一個所描述的。
全文摘要
揚聲器裝置和系統。一種適用于具有無限障板拓撲的揚聲器系統中的揚聲器裝置被公開。所述裝置包含驅動器，所述驅動器包含紙盆和筐，和至少一個亥姆霍茲諧振器，所述亥姆霍茲諧振器包含腔和與所述腔相通并適用于穿過所述無限障板的通氣管。所述腔的尺寸被做成為提供遠遠超過與所述驅動器相關聯的操作頻帶的調諧頻率。通氣管的橫截面面積和長度可被設定以提供對管空氣噪聲和低頻擴展的控制。一種調諧適用于具有無限障板拓撲的揚聲器系統中的揚聲器裝置的方法也被公開。
文檔編號H04R1/20GK102934463SQ201080055225
公開日2013年2月13日 申請日期2010年10月22日 優先權日2009年10月23日
發明者Z·威里肯 申請人:藍圖聲學股份有限公司