專利名稱：用板式聲學輻射元件制作的揚聲器的制作方法
技術領域：
本發明涉及揚聲器，尤其涉及包括板式聲學輻射元件的揚聲器。
背景技術：
英國專利GB-A-2262861中提出了一種板式揚聲器，這種揚聲器包括共振多模態輻射器元件，這是由夾有橫向蜂窩結構的間隔芯的二層蒙皮材料組成的一元夾層板，其中該夾層板在所有測定方位上的彎曲剛度(B)對于單位表面面積的板質量(μ)的立方的比值至少為10；安裝裝置，該裝置以自由的無阻尼的方式支承所述板件或將其安裝到一支架上；以及連接到所述板的電氣-機械驅動裝置，該裝置用于響應在揚聲器工作頻帶范圍內的電氣輸入并在輻射器板中激勵多模態共振。
發明的公開本發明各實施例所使用的構件的本質特性、結構和配置可在與本發明同日的待審PCT專利申請No.(我方案號p.5711)的指導下全面和/或具體地獲得。因此這種構件具有承受和傳播輸入振動能量的能力，這是通過在厚度方向的工作面中橫向延伸至元件邊緣部分的彎曲波來實現的，但彎曲波也不是非要延伸至元件邊緣不可；以或不以彎曲剛度的各向異性來構造，以具有在所述工作區(諸工作區)上分布的有利于與周圍空氣進行聲耦合的諸共振模態振動分量；以及具有在所述工作區內安放換能器裝置的諸預定優先位置或場所，尤其在操作上具有對所述工作區(諸工作區)中的聲振動活動有效的換能器主動或運動部件(諸主動或運動部件)；及具有與這種振動活動的聲學內容對應的通常是電信號的信號。在與本發明同日的待審國際申請No(我方案號p.5711)中展望了把這種構件用作或用于無換能器裝置的聲學設備中，諸如用于混響或用于聲音濾波或用于使聲音“傳到”(voicing)一空間或場所；及用作或用于有換能器裝置的“有源”聲學設備，例如當收到需要被轉換成聲音的輸入信號時，將其用于具有極寬頻率范圍的聲源或揚聲器中。
本發明特別涉及擴音器形式的有源聲學設備。
在本文中把如上的構件稱作分布模態聲輻射器，并且準備使其具有上述PCT申請中的和/或本文專門提供的其他特征。
本發明提供一種揚聲器，該揚聲器包括外殼、在外殼中的聲輻射器、把聲輻射器安裝在外殼中使之相對于外殼作有限活塞運動的柔順懸置物、及以用于驅動輻射器用的換能器裝置。所述揚聲器的特征在于所述輻射器是板式分布模態聲輻射器，在于具有完整地和唯一地安裝在所述輻射器上以振動該輻射器使其共振的第一換能器，還在于具有用于改變外殼中的空氣壓力以使所述輻射器作活塞運動的裝置。所述空氣壓力變化裝置可包括一空氣泵。該空氣泵可包括輔助外殼、安裝在該輔助外殼中的活塞式驅動器、以及連接各自外殼的內部使由活塞式驅動器的運動所產生的空氣壓力波動傳送到所述外殼的裝置。
可在所述外殼和/或在輔助外殼中配備聲吸收裝置，例如軟填料。
所述分布模態聲輻射器可包括具有夾在一對高模數輕質蒙皮之間的輕質蜂窩芯子的板件。
附圖的簡要說明對本發明以舉例的方式在附圖中進行圖示，其中
圖1是同時待審的我們的國際申請No…(我方案號P.5711)中所述的和所要求權利的分布模態揚聲器的圖；圖2a是沿圖1線A-A的部分截面圖；圖2b是圖2a所示類型的分布模態輻射器的放大截面圖，該圖示出兩種可能的結構；圖3是按照本發明所述的分布模態擴音器的實施例的圖；實現本發明的最佳方式參照附圖中的圖1，該圖表示同日進入的我們的待審國際申請(我方案號P.5711)中所述和所要求權利的那種板式揚聲器81，揚聲器81包括在內周邊周圍載有彈性懸置物3的矩形框架1，懸置物3支承分布模態聲輻射板2。如與本發明同日進入的，我們的待審國際申請(我方案號P.56831415)中所詳述的換能器9，在由尺寸x和y規定的預定位置處完整地和唯一地裝在板2上或板2中，對該位置的計算如與本發明同日進入的我們的待審國際申請中(我方案號P.5711)所述，以便把彎曲波動投射到板中，使該板共振以輻射一聲學輸出。換能器9由用導線28連接到該換能器的信號放大器10，例如音頻放大器，所驅動。
放大器的加載和功率要求可以是完全標稱的，與常規的圓錐型揚聲器相同，在室內加載條件下靈敏度約為86-88分貝/瓦。放大器負載的阻抗基本上是電阻性的，為6歐姆，功率轉換能力為20-80瓦。當板芯和/或蒙皮用金屬制造時，它們可以起到換能器散熱器的作用以從換能器動圈除去熱量，因此提高了功率轉換能力。
圖2a和2b是圖1揚聲器81的部分典型截面圖。圖2a表示框架1、圍繞物3和板2用各自的粘合連接層20連接在一起。框架的合適材料包括輕質框，例如由擠壓金屬(如鋁合金)或塑料制成的畫框。合適的圍繞物材料包括彈性材料，例如海綿橡膠和泡沫塑料。連接層20用的合適粘合劑包括環氧樹脂、聚丙烯和氰基丙烯酸酯等粘合劑。
圖2b以放大的尺寸示出板2是一具有芯子22的剛性輕質板，該芯子22由例如剛性泡沫塑料97(如交聯的聚氯乙烯)或蜂窩狀基體98(即用金屬薄片、塑料或類似物質制成的蜂窩狀基體)制成，各蜂房結構橫向地伸展在板的平面上，并且由對置的蒙皮21(如紙、卡片紙、塑料、或金屬薄片或金屬薄板)封閉。在蒙皮用塑料制成的情況下，可以用已知的方式，如用碳、玻璃、Kevlbar(注冊商標)或類似材料的纖維來強化蒙皮以增加其模數。
預期的蒙皮層材料和強化物因此包括各種捻法和織法的碳、玻璃、Kevlar(注冊商標)、Nomex(注冊商標)，即芳香族聚酰胺等的纖維，此外還有紙、粘合紙層壓板、蜜胺，及各種高模數的合成塑料薄膜如Mylar(注冊商標)、Kaptan(注冊商標)、聚碳酸酯、酚醛、聚酯或有關的塑料、及纖維強化塑料等，及金屬薄板或薄片。對Vectra牌的諸液晶聚合物熱塑塑料的考察表明，這些熱塑料可用于超薄蒙皮或小尺寸(比方說直到約30厘米直徑)超薄蒙皮或殼體的注塑成形。該材料本身在注射方向上形成一有向晶體結構，即形成一可從驅動點向板周邊很好地傳送高音能量的擇優位向。
此外，使用這種或其他熱塑材料允許使模具上帶有如槽，環一類的定位特征，用于使如動圈，磁鐵一類的換能部件精確定位。對于某些較軟的芯體件材料，還要補充計算最好在多達換能器直徑的150％的區域或環形區域中所需增加的蒙皮厚度，以強化該區域并有利于把振動能量耦合到板中。采取此措施能在使用較軟的泡沫材料時改善高頻響應。
預期的芯層材料包括用鋁合金薄板或薄膜或用Kevlar(注冊商標)、Nomex(注冊商標)、普通紙或粘合紙、及各種合成塑料薄膜，以及充氣塑料或泡沫塑料或者木漿原料。甚至各種航空膠凝金屬制造的蜂窩或瓦楞結構，如果它們具有適當低的密度的話。某些合適的芯層材料在其制造過程中呈現可利用的蒙皮自生成現象和/或具有足夠的固有剛度，因而可以直接使用而不作為蒙皮層之間的夾層。以商標名“Rohacell”而聞名的高性能蜂窩狀芯子材料適合作輻射板，這種材料無需蒙皮。實際上，目的在于全面達到適合于一特定用途的輕度和剛度，具體來說，包括對芯層和蒙皮層以及其間過渡部分的優化。
板的若干優先組合方案采用金屬和金屬合金的蒙皮，或者作為另一選擇采用碳纖維強化物。這二種材料，以及使用合金航空膠凝物質或金屬蜂窩芯子的設計方案，都具有顯著的射頻屏蔽特性，這些特性在一些EMC(電磁兼容性)應用中應該說是重要的。常規的板式或圓錐式揚聲器則不具有內在的EMC屏蔽能力。
此外，壓電動態換能器的優選形式具有很小的電磁輻射或雜散磁場。常規的揚聲器則具有大的磁場，除非采取專門的補償對策，否則磁場最遠可達1米。
在一應用中，如果保持屏蔽是重要的，則可與合適的DML板的導電部件進行電氣連接或者把導電泡沫塑料或類似連接材料用于邊的安裝。
懸置物3可對板的各邊起阻尼作用以防板產生過大的邊沿運動。此外，或作為另一種選擇，通過把例如一些補釘粘合到板的經過選擇的位置上，可以施加進一步的阻尼以阻止過大的運動并使共振均勻分布在板上。補釘可以是如在常規揚聲器外罩中常用的基于瀝青的材料或者是彈性或剛性聚合物薄板材料。某些材料，特別是紙和卡片紙，和某些芯子可以是自阻尼的。在需要時，通過使用彈性凝固而不是剛性凝固的粘合劑，可以在板的結構方面增加阻尼。
有效的所述可選阻尼包括給包含其薄板材料在內的板件專門施加永久與其相連的裝置。邊和角對于本發明板的主要和低分散的低頻振動模態特別重要。在邊上安裝阻尼裝置有利于使所述薄板材料完全被框所框住，然而，比方說為了進行希望擴展到更低頻率的操作，常常可使板的各個角相對自由。可以用粘合劑或自粘合材料來粘接。另一些形式的有用阻尼，特別就更細微效果和/或中頻及更高頻率而言，可以通過在所述區域的預定有效居中位置上把適當的質塊或諸質塊粘貼到薄板材料上而實現。
如上所述的聲板是雙向輻射的。來自后面的聲能與來自前面的聲能之間沒有密切的相位關系。因此存在以下優點在室的聲音功率綜合相加、聲能的頻率分布均勻、反射波和駐波效應減小、在聲音記錄的再現方面獲得自然空間和環境的優良再現。
雖然聲板的輻射主要是非方向性的，但是與相位有關的信息的百分比隨離軸而增長。為了改善對仿真立體聲圖像的聚焦，把揚聲器如圖像一樣安放在站立著的人員的通常高度上帶來的好處是，對于正常坐著的收聽者，適度離軸安放使立體效果最佳。同樣，對收聽者的三角形左/右幾何關系提供又一角度分量。因此可得到良好的立體聲。
與常規的揚聲器再現相比，對于一群收聽者說還有另一好處。聲板聲輻射的固有分散特性給板賦予的聲音音量并不遵守等效點源的與距離平方成反比的定律。因為強度隨距離的衰落比預期的平方反比定律小得多，所以對于不在中心和位置不佳的聽眾來說，板式揚聲器的強度場與常規揚聲器相比發揮了優良的立體聲效果。這是因為位于中心之外的聽眾不受靠近較近揚聲器的雙重問題的影響首先由較近的那個揚聲器產生的音量過度增大，其次由較遠的那個揚聲器產生的音量相應減小。
扁平的輕質板式揚聲器還具有如下優點外觀有吸引力、音質好、只需一個換能器、對來自每個板隔膜的全程聲音沒有交疊。
圖3示出在揚聲器81中混合活塞式和分布模態的共振行為的另一種方法。在該圖中，圖1和2所示類型的剛性分布模態聲輻射器板2形成箱形外殼8的前壁，該外殼8具有諸邊135和例如由中等密度的纖維板制成的后壁12，一起限定一腔體155。由聲吸收材料制成的板51設在腔體155中。由聲吸收材料制成的板51設于腔體中以阻尼駐波。用例如為了模擬常規活塞式圓錐揚聲器的繞周邊滾動(roll surround)的柔順懸置物來把輻射器板2安裝在外殼8上，輻射器板2載有與本發明同日進入的我們的待審國際申請No.(我方案號P.5683/4/5)所述類型的換能器9，該換能器9在與本發明同日進入的我們的待審國際申請No.(我方案號P.5711)所述的預定位置上完整地和唯一地安裝在板2上以把彎曲波動投射到該板中。
外殼8的內腔155用一筒狀管道90連接到低音泵11，即到包含活塞式低音揚聲器驅動單元42的箱式外殼185的內部，因而把低音中的聲頻的空氣壓力波動施加到外殼8的內部155以使板2在其柔順的懸置物7上作活塞式運動而產生低頻聲學輸出。此外用換能器9共振以導致板輻射較高頻率的聲學輸出。設置放大器1以把聲音信號送到低音泵11和換能器9以驅動揚聲器。
權利要求
1.一種揚聲器，包括外殼、在所述外殼中的聲輻射器、把所述聲輻射器安裝在所述外殼，中使之相對于所述外殼作活塞運動的柔順懸置物、及以活塞方式驅動所述輻射器用的換能器裝置，所述揚聲器的特征在于所述輻射器是板式分布模態聲輻射器，在于具有完整地和唯一地安裝在所述輻射器上以振動所述輻射器使其共振的第一換能器，還在于具有改變所述外殼中的空氣壓力以使所述輻射器作活塞運動的裝置。
2.按照權利要求1所述的揚聲器，其特征在于，所述空氣壓力改變裝置包括空氣泵。
3.按照權利要求2所述的揚聲器，其特征在于，所述空氣泵包括輔助外殼、安裝在所述輔助外殼中的活塞式驅動器、以及連接各自外殼的內部使由所述活塞式驅動器的運動所產生的空氣壓力波動傳送到所述外殼的裝置。
4.按照權利要求3所述的揚聲器，其特征在于，所述揚聲器在所述外殼和/或所述輔助外殼中具有聲吸收裝置。
5.按照以上任一權利要求所述的揚聲器，其特征在于，所述分布模態聲輻射器包括具有夾在一對高模數輕質蒙皮之間的輕質蜂窩芯子的板件。
全文摘要
一種揚聲器(81),包括外殼、在該外殼中的聲輻射器(2)、把該輻射器安裝在外殼中使之相對于外殼作活塞運動的柔順懸置物(3)、及以活塞方式驅動輻射器用的換能器裝置(9),所述揚聲器的特征在于所述輻射器是板式分布模態聲輻射器,在于具有完整地和唯一地安裝在所述輻射器上以振動該輻射器使其共振的第一換能器,還在于具有改變外殼中的空氣壓力以使所述輻射器作活塞運動的裝置(11)。
文檔編號H04R1/28GK1195457SQ9619670
公開日1998年10月7日 申請日期1996年9月2日 優先權日1995年9月2日
發明者亨利·阿茲瑪, 馬丁·科洛姆斯, 尼爾·哈里斯 申請人:新型轉換器有限公司