專利名稱：具有提高的空氣動(dòng)力效率的縱向分隔的揚(yáng)聲器出聲管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有裝有出聲管的機(jī)箱的高質(zhì)量揚(yáng)聲器領(lǐng)域，更具體地涉及空氣動(dòng)力調(diào)諧的揚(yáng)聲器機(jī)箱出聲管，它改善了通過(guò)出聲管的氣流從而形成一個(gè)更加響應(yīng)靈敏的揚(yáng)聲器系統(tǒng)。沿著出聲管的葉片有助于降低出聲管內(nèi)及其周圍的摩擦損耗，有效地降低了激勵(lì)器的動(dòng)態(tài)阻抗并提高激勵(lì)器的響應(yīng)和性能。
激勵(lì)器的物理特性使其更適于在一定頻率范圍內(nèi)再現(xiàn)聲音。高頻聲音需要可以反應(yīng)迅速的激勵(lì)器，但不需要必須移動(dòng)一定距離的膜片。低頻聲音需要能夠移動(dòng)較長(zhǎng)距離的激勵(lì)器，但不需要反應(yīng)那么迅速。因此，較大的激勵(lì)器，所謂低頻揚(yáng)聲器，典型地用于再現(xiàn)低頻聲音而很小的剛性激勵(lì)器，所謂高頻揚(yáng)聲器，用于高頻聲音。一個(gè)高質(zhì)量揚(yáng)聲器一般會(huì)有多個(gè)激勵(lì)器以再現(xiàn)各個(gè)頻率范圍內(nèi)的聲音。許多揚(yáng)聲器會(huì)有至少一個(gè)低頻揚(yáng)聲器、中頻揚(yáng)聲器和一個(gè)高頻揚(yáng)聲器以再現(xiàn)整個(gè)聲音頻譜，但是，如下文所述，這可以以其他方式實(shí)現(xiàn)。
典型激勵(lì)器設(shè)計(jì)的一個(gè)固有問(wèn)題是當(dāng)膜片從延伸位置回彈時(shí)產(chǎn)生的“背波”。這產(chǎn)生從膜片后面發(fā)出的聲波，如果不加控制，它會(huì)干涉并且甚至消除由膜片產(chǎn)生的主聲波。
處理背波干涉的一個(gè)方法是將激勵(lì)器裝在一個(gè)密封的機(jī)箱內(nèi)，這會(huì)吸收掉背波的絕大部分而防止背波饋達(dá)聽(tīng)者。這就是公知的“聲支撐”揚(yáng)聲器。另一種處理背波發(fā)射的現(xiàn)行方法是允許部分背波經(jīng)一個(gè)出口或出聲管到達(dá)收聽(tīng)區(qū)。這就是所謂的“低音反射”設(shè)計(jì)。再一個(gè)方法是使用一個(gè)無(wú)源輻射器或“無(wú)線激勵(lì)器”隨背波振動(dòng)從而吸收能量并幫助消除背波。所有這些方法一定程度上有助于消除背波干涉，但是是以損耗能量和性能的代價(jià)而完成的。
現(xiàn)有揚(yáng)聲器技術(shù)的另一個(gè)問(wèn)題是由于膜片或錐形振膜變形使得音圈和永磁體的不對(duì)準(zhǔn)而導(dǎo)致。激勵(lì)器包圍層和支架必須是彈性的以提供對(duì)電輸入的必要響應(yīng)，但是這使得激勵(lì)器膜片極易受流經(jīng)其表面區(qū)域的不均空氣壓力的影響。當(dāng)膜片經(jīng)受因機(jī)箱不連續(xù)或空氣流動(dòng)樣式而產(chǎn)生的不均空氣壓力時(shí)，膜片變形導(dǎo)致所連接的音圈偏離其中心軸線旋轉(zhuǎn)。這會(huì)導(dǎo)致永磁體和音圈的精確平衡的磁場(chǎng)不對(duì)準(zhǔn)從而導(dǎo)致一個(gè)感應(yīng)偏差和擴(kuò)音器增大的電流降。這導(dǎo)致操作電量下降，聲音的不良響應(yīng)和不精確再現(xiàn)。
在先技術(shù)的揚(yáng)聲器機(jī)箱設(shè)計(jì)的另一個(gè)固有問(wèn)題源于揚(yáng)聲器出聲管和機(jī)箱中的空氣動(dòng)力摩擦損耗，這限制了低頻響應(yīng)和低頻頻譜內(nèi)的均衡響應(yīng)。在先技術(shù)的設(shè)計(jì)沒(méi)有充分考慮由揚(yáng)聲器機(jī)箱內(nèi)的壓力變化導(dǎo)致的揚(yáng)聲器激勵(lì)器膜片上的阻尼。
這一問(wèn)題對(duì)于低頻高輸出的低頻揚(yáng)聲器尤為顯著。低頻聲音的再現(xiàn)需要一個(gè)低頻揚(yáng)聲器膜片置換大量空氣。低頻聲音以高音量的再現(xiàn)需要聲波發(fā)射過(guò)一定距離。這種結(jié)合迫使激勵(lì)器膜片以相當(dāng)高的速度移動(dòng)大量空氣。即使一個(gè)相對(duì)平均尺寸為10”的低頻揚(yáng)聲器具有的膜片面積達(dá)大約78平方英寸。高質(zhì)量低頻揚(yáng)聲器膜片經(jīng)常能位移超過(guò)1”的振蕩總振幅。這種位移和膜片面積的結(jié)合能很容易地產(chǎn)生超過(guò)50立方英尺每分鐘(cfm)的空氣流量。當(dāng)這一容量強(qiáng)行進(jìn)入一個(gè)直徑約為2”的出聲管時(shí)，空氣速度可以超過(guò)2000英尺每分鐘或大約25米每小時(shí)。在這個(gè)范圍內(nèi)的空氣速度和流量能夠容易地產(chǎn)生摩擦損耗而影響膜片響應(yīng)。
空氣摩擦損耗問(wèn)題因激勵(lì)器高速振蕩而加劇。揚(yáng)聲器機(jī)箱出聲管在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)可以有一個(gè)2000英尺每分鐘的流出空氣速度和一個(gè)僅延遲幾毫秒的相等的流入空氣速度。這些出聲管內(nèi)的氣流振蕩產(chǎn)生恒定的出聲管入口和出口損耗并且在出聲管自身內(nèi)引起交叉擾動(dòng)。入口擾動(dòng)、出口擾動(dòng)和出聲管內(nèi)交叉擾動(dòng)產(chǎn)生摩擦損耗并且還抑制出聲管內(nèi)層流的形成。
揚(yáng)聲器出聲管還具有自共振效果，也稱之為“器管效果(organ pipeeffect)”，其中出聲管可以放大特定頻率。出聲管的這個(gè)共振頻率對(duì)應(yīng)于出聲管的物理尺寸，因?yàn)樗鼈兌枷嚓P(guān)于共振頻率的波長(zhǎng)。該共振在激勵(lì)器的共振頻率處可用于抵消激勵(lì)器的減弱的性能但同時(shí)也放大了信號(hào)不必要地導(dǎo)致聲音輸出的失真。
因此，本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例提供一個(gè)具有縱向隔板的揚(yáng)聲器機(jī)箱出聲管。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例提供一個(gè)提高揚(yáng)聲器響應(yīng)均衡性的揚(yáng)聲器機(jī)箱出聲管。
還有，本發(fā)明的該優(yōu)選實(shí)施例提供一個(gè)具有改進(jìn)的低頻響應(yīng)性的揚(yáng)聲器機(jī)箱。此外，本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例提供更加均衡的動(dòng)態(tài)變化的阻抗。
另外，本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例提供出聲管自共振的減小或消除。
優(yōu)選實(shí)施例詳述在以下說(shuō)明中，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例參照功能圖、示意圖、功能流程圖、程序流程圖和其他圖表說(shuō)明進(jìn)行說(shuō)明，這些圖表有助于講解用于實(shí)施本發(fā)明所述裝置、系統(tǒng)和方法的優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和程序。使用圖表和其他描述展示本發(fā)明不應(yīng)認(rèn)為是對(duì)其范圍的限制。
本發(fā)明的出聲管可用于各種類型和設(shè)計(jì)的揚(yáng)聲器，包括低音反射、等壓和其他出聲管的設(shè)計(jì)，但是，在高度響應(yīng)的高性能系統(tǒng)中其優(yōu)點(diǎn)最為明顯。
參照

圖1，示出一個(gè)等壓多極揚(yáng)聲器的橫截面圖，具有揚(yáng)聲器機(jī)箱2和包含外隔板6及內(nèi)隔板8的等壓腔4。一個(gè)聲腔10將正面輸出從內(nèi)隔板8引導(dǎo)至機(jī)箱2。在該具體實(shí)施例中，本發(fā)明所述新穎的出聲管12設(shè)置在聲腔10的前端，在該處聲音由此沿使用者的方向發(fā)射。出聲管12也可以設(shè)置在機(jī)箱的后面或其他位置。應(yīng)當(dāng)指出，大部分使用現(xiàn)有調(diào)諧出聲管的其他揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)可收益于本發(fā)明的出聲管設(shè)計(jì)，本發(fā)明的好處不僅限于如圖1所示并用于演示該優(yōu)選實(shí)施例的具體的等壓多極設(shè)計(jì)。
如圖2-4所示，本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例包括一個(gè)具有內(nèi)部縱向隔板22的外圍壁20，該內(nèi)部縱向隔板將出聲管的區(qū)域分隔為各別的空氣通道26，在空氣通道之間氣流不能經(jīng)過(guò)。一個(gè)圓形的同心縱向隔板24也用于將出聲管隔板為各別的通道。外圍壁20和內(nèi)部縱向隔板22、24可以由幾乎任何限制氣流流過(guò)的固體材料制成。但是優(yōu)選的材料要光滑、具有低摩擦系數(shù)?？梢允褂媒饘俨牧?，但優(yōu)選的是塑料，因?yàn)樗芰细鼮榻?jīng)濟(jì)并且更加容易模制。制造本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方法是塑料材料的注模。
本發(fā)明的內(nèi)部縱向隔板22、24可以制成為各種樣式并且可以構(gòu)造有幾乎任何數(shù)量的空氣通道26只要出聲管區(qū)域被縱向分隔為各別的空氣通道26。內(nèi)部縱向隔板22、24可以制成為出聲管內(nèi)的具有圓形橫截面的徑向隔板22。它們也可以制成為如同心隔板24一樣的出聲管內(nèi)的同心圓。還可以制成為其他樣式，例如但不限于，一個(gè)蜂窩樣式、一個(gè)圓管格柵、平行的線形隔板或構(gòu)成一個(gè)格柵的多組平行隔板。任何這些樣式都將形成具有多種橫截面形狀的空氣通道26，每一個(gè)空氣通道目的都在于將出聲管氣流分隔為獨(dú)立的縱向片段。然而，當(dāng)出聲管截面面積被分成具有小于0.10平方英寸截面面積的空氣通道時(shí)，發(fā)現(xiàn)性能降低。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例采用了具有不對(duì)稱形狀的空氣通道26，其目的是減少駐波和附帶的“器管”效果的發(fā)生。
如圖2-5所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例是一個(gè)模塊化的，分段的出聲管，由長(zhǎng)度為大約0.25到1英寸的短段構(gòu)成?？梢约庸と魏蔚姆侄伍L(zhǎng)度以得到所需的最終出聲管長(zhǎng)度。這些分段30連接到一起以構(gòu)成用于給定應(yīng)用的具有合適長(zhǎng)度的出聲管。這種生產(chǎn)工藝允許使用標(biāo)準(zhǔn)出聲管部件用于各種應(yīng)用。由塑料材料制成的出聲管分段可以用搭扣配合結(jié)構(gòu)、塑膠或其他粘合劑或者其他連接工藝連接。本發(fā)明也可以由單一部件而不是模塊化分段構(gòu)造。
應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明的外圍壁20也可以制成為各種形狀。例如但不限于，外圍壁20可構(gòu)造為正方形、三角形、圓形、梯形、橢圓形、長(zhǎng)方形或其他形狀。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，如圖2-4所示，外圍壁20為圓形截面，具有一個(gè)2.375”的外徑和一個(gè)2.125”的內(nèi)徑。結(jié)構(gòu)為徑向的內(nèi)部縱向隔板22具有0.06”的厚度并從外圍壁20的內(nèi)表面延伸到同心隔板24的外表面。同心隔板24具有一個(gè)0.5”的外徑和一個(gè)0.375”的內(nèi)徑。在該優(yōu)選實(shí)施例中，一個(gè)蓋子放置在中心空氣通道28的端部，它對(duì)出聲管的氣流不起作用。這樣，具有多余截面面積的出聲管將其空氣通道蓋住以改善出聲管的性能或增加出聲管的的美觀。
參照?qǐng)D5，可以看到模塊化出聲管分段組裝為所需要的出聲管長(zhǎng)度。對(duì)準(zhǔn)銷25確保模塊化分段的適當(dāng)對(duì)準(zhǔn)從而縱向隔板在整個(gè)出聲管內(nèi)連續(xù)。
參照?qǐng)D6可以看到本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，該圖示出一個(gè)如圖1所示的雙極等壓揚(yáng)聲器的阻抗-頻率曲線。圖6示出具有圓形截面的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)口式出聲管的揚(yáng)聲器的頻率/阻抗曲線以及使用本發(fā)明的出聲管的同一個(gè)揚(yáng)聲器的頻率/阻抗曲線。
圖6中很明顯，本發(fā)明的出聲管在低頻區(qū)有一個(gè)很均勻的響應(yīng)。在先技術(shù)的開(kāi)口式出聲管有一個(gè)在30Hz處12歐姆的波谷50和一個(gè)在50Hz處33歐姆的波峰46。這些值在波峰46和波谷50之間形成一個(gè)21歐姆的阻抗范圍。本發(fā)明的出聲管有一個(gè)在28Hz處12.4歐姆的波谷48和一個(gè)在48Hz處32.3歐姆的波峰44。從而形成一個(gè)19.9歐姆的阻抗范圍。這個(gè)在低頻區(qū)的均勻響應(yīng)曲線使得揚(yáng)聲器較好地再現(xiàn)聲音而沒(méi)有失真。
圖6中示出的本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)使用本發(fā)明得到的較低的截止頻率。在先技術(shù)的出聲管的波谷導(dǎo)致一個(gè)30Hz的波谷頻率50，典型地為截止頻率，而在使用了本發(fā)明的同一個(gè)揚(yáng)聲器中形成一個(gè)28Hz的波谷頻率，從而降低了在現(xiàn)有揚(yáng)聲器上得到的截止頻率并且增加了揚(yáng)聲器的范圍。
在先技術(shù)的開(kāi)口式出聲管的設(shè)計(jì)包括了各種因素。機(jī)箱體積、激勵(lì)器共振頻率、機(jī)箱理想的共振頻率以及出聲管直徑是出聲管設(shè)計(jì)中的所有因素。使用各種公知的公式來(lái)確定出聲管長(zhǎng)度和其他特征。但是，一旦一個(gè)典型的開(kāi)口式出聲管的尺寸設(shè)定好，出聲管將具有一個(gè)特有的共振頻率，揚(yáng)聲器輸出將在此頻率被加強(qiáng)。這種現(xiàn)象將增大在出聲管共振頻率處的揚(yáng)聲器輸出，這一效果不利于精確再現(xiàn)聲音，因?yàn)樵诔雎暪芄舱耦l率范圍內(nèi)的聲音將被不合規(guī)律地放大。本發(fā)明的出聲管避免了這種不希望的放大，如圖6所示，具有典型的開(kāi)口式出聲管的揚(yáng)聲器在910Hz處有一個(gè)放大的輸出和11.7歐姆的增大的阻抗54，而本發(fā)明的出聲管在同一頻率處形成一個(gè)11.2歐姆的阻抗56從而形成一個(gè)更加線性的曲線和更加可預(yù)測(cè)和合乎規(guī)律的響應(yīng)。
本發(fā)明可以以其他具體形式實(shí)施而不脫離其實(shí)質(zhì)或本質(zhì)特征。無(wú)論如何，所述的實(shí)施例是僅作為示例而不是限制。因此，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)確定，而不是以上的說(shuō)明書(shū)。所有符合權(quán)利要求書(shū)的等同體的內(nèi)涵和范圍的修改都將包括在其范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種揚(yáng)聲器機(jī)箱出聲管，包括一個(gè)長(zhǎng)形管；以及一個(gè)或多個(gè)在所述管內(nèi)的內(nèi)部縱向隔板。
2.如權(quán)利要求1所述的揚(yáng)聲器機(jī)箱出聲管，其特征在于，所述管具有圓形橫截面。
3.如權(quán)利要求1所述的揚(yáng)聲器機(jī)箱出聲管，其特征在于，所述管包含四個(gè)所述隔板。
4.如權(quán)利要求1所述的揚(yáng)聲器機(jī)箱出聲管，其特征在于，一個(gè)或多個(gè)所述隔板是具有圓形橫截面的分隔管。
5.如權(quán)利要求4所述的揚(yáng)聲器機(jī)箱出聲管，還包括徑向的縱向隔板，它隔開(kāi)所述分隔管和所述長(zhǎng)形管之間的區(qū)域。
6.一種揚(yáng)聲器出聲管，包括激勵(lì)器裝置；封裝所述激勵(lì)器裝置的裝置，具有一個(gè)內(nèi)部空間和一個(gè)外部空間；在所述內(nèi)部空間和所述外部空間之間流通空氣的裝置；以及減小所述流通空氣的裝置中空氣擾動(dòng)的裝置。
7.如權(quán)利要求6所述的揚(yáng)聲器機(jī)箱出聲管，其特征在于，所述減小空氣擾動(dòng)的裝置包括一個(gè)減小所述流通空氣的裝置中的交叉氣流的裝置。
8.如權(quán)利要求6所述的揚(yáng)聲器機(jī)箱出聲管，其特征在于，所述減小空氣摩擦的裝置包括一個(gè)減小所述流通空氣的裝置中的橫向旋渦流的裝置。
9.一種揚(yáng)聲器裝置，包括一個(gè)揚(yáng)聲器機(jī)箱；至少一個(gè)激勵(lì)器；一個(gè)在所述機(jī)箱和所述外部空間之間的出聲管，所述出聲管包括一個(gè)具有縱向隔板的長(zhǎng)形管，該縱向隔板將所述管內(nèi)的區(qū)域分成縱向空間。
10.如權(quán)利要求9所述的揚(yáng)聲器裝置，其特征在于，所述隔板包括一個(gè)由徑向隔板包圍層的具有圓形橫截面的管狀隔板，該徑向隔板將所述管狀隔板和所述出聲管之間的空間分開(kāi)。
11.一種揚(yáng)聲器裝置，包括至少一個(gè)揚(yáng)聲器機(jī)箱；至少一個(gè)等壓腔；至少一個(gè)聲腔；一對(duì)或多對(duì)基本一樣的隔板，每一對(duì)包括一個(gè)第一激勵(lì)器和一個(gè)第二激勵(lì)器，所述激勵(lì)器裝在所述等壓腔內(nèi)從而所述第一激勵(lì)器的輸出被引入一個(gè)外部空間而所述第二激勵(lì)器的輸出被引入所述聲腔；以及至少一個(gè)出聲管，在所述聲腔和所述外部空間之間設(shè)有開(kāi)口，所述至少一個(gè)出聲管由至少一個(gè)具有一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部縱向隔板的中空管結(jié)構(gòu)組成。
12.如權(quán)利要求11所述的揚(yáng)聲器裝置，其特征在于，所述中空管結(jié)構(gòu)具有圓形橫截面，并且一個(gè)或多個(gè)所述縱向隔板是一個(gè)具有圓形橫截面的管狀隔板，并進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)徑向隔板。
13.如權(quán)利要求12所述的揚(yáng)聲器裝置，其特征在于，所述管狀隔板與所述中空管結(jié)構(gòu)同心。
全文摘要
本發(fā)明是一種改進(jìn)的揚(yáng)聲器機(jī)箱出聲管,具有內(nèi)部縱向隔板,有助于減小出聲管內(nèi)的擾動(dòng)并控制出聲管自共振。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例包括一個(gè)中心圓管或桿,它有徑向隔板將中心管連接于出聲管內(nèi)壁。本發(fā)明的內(nèi)部縱向隔板其目的是減小出聲管內(nèi)的空氣摩擦損耗并且減小出聲管內(nèi)的交叉氣流擾動(dòng),從而形成一個(gè)具有在激勵(lì)器膜片上更加均衡的空氣動(dòng)力阻尼的更加響應(yīng)靈敏的揚(yáng)聲器。
文檔編號(hào)H04R1/28GK1387742SQ00813307
公開(kāi)日2002年12月25日 申請(qǐng)日期2000年9月19日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月23日
發(fā)明者蒂爾里·R·巴奇 申請(qǐng)人:蒂爾里·R·巴奇