專利名稱：具有可按聽音室調(diào)諧音頻放大器的薄壁同軸多層筒形音箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聲重放設(shè)備，尤其是包括傳送通路聲耦合的音箱和可根據(jù)特定聽音環(huán)境調(diào)諧的聲重放設(shè)備。
聲重放系統(tǒng)不斷向較高質(zhì)量聲重放設(shè)備發(fā)展。也就是，通過研究和開發(fā)，聲能因聲波波長變化而變化的所謂“固有的非線性廢”不斷得到改善。從聲音的記錄到聲音的重放，在設(shè)備質(zhì)量上的巨大的改進(jìn)有益于有識別力的聽眾?？上В瑢Υ蟛糠忠纛l設(shè)備而言，所研究的工作仍停留在失真和頻率響應(yīng)的范圍之內(nèi)，特別是在低頻或低音波長。甚至最先進(jìn)的設(shè)備也在極低頻處盲目地追求聲音的線性重放效果。
來自揚聲器振膜的高質(zhì)量的音樂聲波按聲學(xué)規(guī)律耦合到聽音室，而相應(yīng)的反相的聲波則出自揚聲器振膜的背面。這個后輻射聲波，在最終被耦合到周圍的氣團(tuán)中時，就在前輻射聲波所提供的高質(zhì)量環(huán)境聲中引入了非線性效果。解決的方法已取得進(jìn)展，但聲質(zhì)的改進(jìn)相對于花費來講總是不相適合的。
傳統(tǒng)的圓錐形振膜揚聲器將空氣推出音箱，在聽音室內(nèi)產(chǎn)生聲波。發(fā)自揚聲器振膜前面和背面的聲波是互補(bǔ)的，也就是在相位上差180°。因此，在同一聽音室內(nèi)朝前輻射和向后輻射的聲波的耦合，由于聲波的干涉和抵消，能夠在聲效果中引入非線性。理論上講，這樣的后輻射聲波如果耦合到獨立的聽音室，就能夠避免聲波的干涉和抵消；例如，在墻內(nèi)安裝揚聲器振膜，發(fā)送前輻射聲波到第一聽音室，發(fā)送后輻射聲波到第二聽音室?？上?，復(fù)雜的墻固定揚聲器系統(tǒng)對大多數(shù)聽眾來講是不可實現(xiàn)的。
在聽音室內(nèi)傳統(tǒng)的傳送聲效果的裝置是一個放在音箱內(nèi)的揚聲器。揚聲器振膜的前表面直接與聽音室耦合，它的背面與箱體的內(nèi)部耦合。可惜，高音質(zhì)的聲重放還必須將后輻射聲波的音箱開孔或排放，也就是，后輻射的聲波必須最終傳出箱體。自箱體中傳出的后輻射聲波，最好是引入較少的或是不引入任何相對于前輻射聲波的干涉和抵消。
聲傳送通路在音箱內(nèi)控制后輻射聲波。通常，傳送通路音箱沿著傳送通路或者是給定長度或截面的腔由揚聲器振膜的后表面向聽音室提供聲耦合。聲傳送通路的長度是隨特定的聲波頻率的波長而變化的，如揚聲器的諧振頻率。橫截面則對應(yīng)于聲源的有效表面積，如，揚聲器振膜的有效表面積。
已知有多種聲傳送通路揚聲器且商業(yè)上是有價值的。遺憾的是，由于在大部分傳送通路揚聲器中需要有很長的腔長度，以適應(yīng)非常低頻的聲波，所以傳送通路揚聲器已發(fā)展為很大和很笨重的結(jié)構(gòu)。在音箱內(nèi)，聲傳送通路可以按迷宮的方式折疊布置，以在總體像盒子形式的音箱內(nèi)建立所需要的長度。隔板，典型的是木制板，在箱內(nèi)形成所需要的聲傳送通路或具有適當(dāng)?shù)臋M截面的腔室。為防止在聲傳送通路中由聲壓引起的板材的變形，這些板必須是有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，即厚度，以保持抗波壓力的剛性。在音箱內(nèi)，厚板結(jié)構(gòu)組合形成如折疊迷宮式聲音傳送通路，結(jié)果是產(chǎn)生了復(fù)雜且體積很大的音箱。
本發(fā)明的主要目的是提供一種傳送通路音箱，其具有適當(dāng)長度和橫截面的聲傳送通路，而且不需要很大的體積和復(fù)雜的音箱結(jié)構(gòu)。
由周圍的墻壁、地板和天花板產(chǎn)生的混響聲波，在聽音室內(nèi)也帶來與其它聲波間的干涉。這種干涉在揚聲器所提供的另一種高音質(zhì)聲中引入非線性。在聽音室內(nèi)的聲吸收材料和精心的調(diào)諧方案力圖將這樣的非線性減至最小，但是這樣的方法和裝置總是不能與所需要的花費成比例地改善音質(zhì)。
在聽音室內(nèi)的空腔諧振效應(yīng)產(chǎn)生了降低高音質(zhì)聲效果的有效混響干涉源。室的空腔諧振效應(yīng)是在給定的基頻和相關(guān)諧波頻率上諧振的。對于一般典型的屋室尺寸而言，諧振頻率的基頻都落在可聽的頻段內(nèi)。由于空腔諧振效應(yīng)的存在，基頻的聲能不像其它頻率那樣易于消耗。由此而在基頻和諧波頻率上生成并建立起聲壓。于是聽音者就感覺出在基頻和相應(yīng)諧波頻率上有相對較高的聲音。換句話說，在一給定的聽音室內(nèi)；在基頻和諧波頻率上所建立的聲壓趨于過高，而對于有識別力的聽者來說變成突出于線性的聲效果外的煩人的噪聲。
此外，聽音室所具有的空腔諧振頻率隨著空氣密度、室內(nèi)陳設(shè)或氣壓情況而變化。在一給定的聽音室內(nèi)要預(yù)測很窄的空腔諧振頻帶是不可能的。在某些聽音室內(nèi)，空腔諧振頻帶可能會是1Hz(赫茲)那樣窄。另外，由于基頻和諧波頻帶很窄和不可預(yù)測的特性，預(yù)測防止和濾除這些很窄的基頻帶的打算是行不通的。
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于在聲重放時從聲效果中消除空腔諧振的裝置和方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，一種聲傳送通路音箱包括限定前后方向的揚聲器驅(qū)動裝置固定部位。一相對于揚聲器固定部位設(shè)置的第一筒體，以在第一端接收后輻射聲波，并在第二端放送后輻射聲波。一個與第一筒體同軸并在其周圍又相對大于第一筒體的第二筒體。在第二筒體第二端的一蓋用于引導(dǎo)來自第一筒體的后輻射聲波進(jìn)入第一和第二筒體間的空間。
可以在同軸情況下增加其它附加的筒體。每個筒體半徑的增加建立起它自己和接近它的內(nèi)筒體之間的一聲空間，該空間具有與中心筒橫截面相等的一橫截面，即聲傳送通路揚聲器所需要的橫截面。筒體長度可變以確定所需要的聲傳送通路長度。
本發(fā)明的傳送通路音箱，通常包括多個同軸安置的套筒。最中心的一個套筒確定了一給定橫截面的相關(guān)聲空間。其余的每個套筒在它自身和最接近的較小套筒間確定一相關(guān)聲空間。每個相關(guān)聲空間的橫截面與給定橫截面相等。套筒與套筒之間的蓋將其邊緣部分在箱內(nèi)聯(lián)系起來，通過聲空間建立起一道聲傳送通路。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面是，一種聲重放系統(tǒng)聽音室調(diào)諧部分接收一聲音信號，并給出一濾波后的聲信號。這個調(diào)諧部分包括一可應(yīng)用于聽音室的可變頻的并包含一頻率指示器的聲源。一聲輸入轉(zhuǎn)換器測量并指示聽音室內(nèi)的聲能。一濾波器接收聲信號并給出濾波后的聲信號。這個濾波器包括至少一個控制部，以檢錄濾波的頻帶，并對該頻帶用頻率指示器加以標(biāo)定。聲能中的峰值只要一旦進(jìn)入包括聽音室空腔諧振頻率的頻率范圍之內(nèi)，就會指示出將控于濾波器的空腔諧振頻率。
本發(fā)明的一種聲系統(tǒng)對聽音室進(jìn)行調(diào)諧的方法，通過檢測聽音室的空腔諧振頻率開始，然后調(diào)整濾波器至檢測出的諧振頻率，以濾除在諧振頻率上的聲信號。其后，該方法將濾波后的聲信號加到該音聽室內(nèi)的聲轉(zhuǎn)換器。
本發(fā)明的主要內(nèi)容在本說明書的下面部分詳細(xì)地給出并分別提出權(quán)利要求。然而，對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和操作方法及其它的優(yōu)點和目的，通過參照下面與附圖結(jié)合的描述，可以得到最好的理解，圖中相同的部件采用相同的標(biāo)號。
為更好的理解本發(fā)明，并顯示本發(fā)明的可實施性，通過實施例的方式，現(xiàn)對附圖加以說明。
圖1是本發(fā)明的同軸多筒形傳送通路音箱的示意圖。
圖2是圖1音箱給出的聲傳送通路沿圖1中2-2橫切的橫截面圖。
圖3為圖1音箱沿線2-2的剖視圖。
圖4為本發(fā)明的同軸多筒形傳送通路音箱的第二實施例示意圖。
圖5是圖4所示音箱沿圖4線5-5的橫截面圖。
圖6是圖1音箱的更詳細(xì)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是按本發(fā)明第一實施例能根據(jù)給定的聽音室調(diào)諧的一模擬聲頻放大器。
圖8是按本發(fā)明第二實施例能根據(jù)給定的聽音室調(diào)諧的一數(shù)字聲頻放大器。
圖1給出了一個三筒聲傳送通路音箱10的示意圖。音箱10朝外有一頂壁14，側(cè)壁26和底開口27，一揚聲(驅(qū)動)器12安裝在頂壁14上。揚聲器12發(fā)送前聲波16，即，相對于音箱10朝外向上，和后聲波18。后聲波18在音箱10內(nèi)傳送，且最終從底開口27傳出。中心筒體20與箱10的中心軸同軸地安置。中心筒體20的上端20a呈法蘭盤24狀，向箱10的側(cè)壁26徑向延伸張開。后聲波18沿著法蘭盤24的上表面24a路徑，徑上端口12a進(jìn)入中心筒20內(nèi)的空間21。中心筒20的下端20b保持張開。
半徑大于中心筒20的第二筒體30也與中心軸22同軸安置。因此，中心筒20一般同軸設(shè)置在第二筒之內(nèi)。上端20a和法蘭盤24超出第二筒體30的上端30a，并朝揚聲器12延伸。第二筒體30的上端30a的圓周保持張開。一蓋32蓋住第二筒體30的下端30b，但是離中心筒20的開口下端20b有一給定的距離。隨著后聲波18在筒體20的空間21內(nèi)向下傳播和傳出下端20b，聲波18最終撞擊蓋32的內(nèi)表面32a。蓋32a引導(dǎo)來自筒20內(nèi)的聲波18到第二筒體30的空間31。尤其是，蓋32引導(dǎo)聲波18進(jìn)入內(nèi)筒20和外筒30之間的空間并延著空間31向上行。如圖1所示，內(nèi)表面32a包括一凸起的中心部分和凹下的周緣部分。這樣的形狀輪廓可根據(jù)聲波18自中心筒體20進(jìn)入第二筒體30所需要的引導(dǎo)路徑用數(shù)學(xué)方法精確設(shè)定。此外，蓋32必須適當(dāng)?shù)嘏c筒20的端部20b間隔開，以維持從空間21至空間31傳送中所需要的橫截面。
然后聲波18在空間31內(nèi)沿著筒體30的圓周向上傳播，最終到達(dá)筒體30的上端30a。外側(cè)壁26可以制成為一個也與中心軸22同軸的筒體。在這個特定的實施例中采用的外部結(jié)構(gòu)不是一個圓柱筒體，但是在第二筒體30外部和側(cè)壁26之間提供了一空間29。中心筒20和第二筒體30的組合同軸地安置在箱體10內(nèi)，也就是，與箱體10的側(cè)壁26也是共軸的。在這里所說的特定實施例中，側(cè)壁26橫截面按照后面將更全面的描述而被確定為“半一四方形”。
在任一情況下，側(cè)壁26在第二筒體30外表面和側(cè)壁26的內(nèi)表面之間限定一空間29?？臻g29通過箱體10底開口27向聽音室開放。當(dāng)聲波18傳播通過第二筒體30的上端30a，聲波18撞擊法蘭盤24的下表面24b。下表面24b反向引導(dǎo)聲波18沿側(cè)壁26的內(nèi)表面向下，也就是，進(jìn)入第二筒體和側(cè)壁26之間的空間29內(nèi)。聲波18最終從箱體10的底開口27涌出。腿40與側(cè)壁26連接，并在開口27和安放箱體10的地板42之間留出一個間隙。
圖2給出了箱體10內(nèi)空間21、31和29的橫截面，并給出了相同的聲傳送通路橫截面積?？臻g21的橫截面是圓形，并對應(yīng)于揚聲器12的有效位移面積?？臻g31的橫截面，即在筒體20和筒體30之間，是環(huán)形并且與空間21的橫截面積相等?？臻g29也具有一與空間21和31相等的橫截面。而空間29的環(huán)形橫截面是以形成側(cè)壁26采用的筒形部分產(chǎn)生的，在本發(fā)明這個特定實施例中則采用一具有“半一四方”形的結(jié)構(gòu)。
圖3示出了沿圖2中線2-2給出的箱體10的結(jié)構(gòu)示意圖，而且由側(cè)壁26給出了細(xì)致的“半一四方”形。在圖3中，由外壁26形成的，“半一四方”橫截面的形狀是由一筒體60所限定。筒體60是由四個各于中軸線22并行的四部分62形成的“半一四方”形。各部分由一與筒體60所保留的相鄰部分63連接的平板壁64所限定。在每個平板壁64的內(nèi)表面上附加一塊有足夠抗彎力的彎曲板66。在這種方式中，彎曲板66為另一塊平面板64引入了足夠的抗彎力。還是在圖3中所示，彎曲板66在支點70處附著到筒體30的外面上，以便協(xié)助支撐筒體20和30的組合。此外，支撐臂72連接筒體20的外表面和筒體30的內(nèi)表面，以進(jìn)一步有助于結(jié)構(gòu)支撐和剛性。
因此，箱體10提供了一個聲傳送通路，將后聲波18耦合到箱體10外的空氣室中。下面的公式計算出了隨聲波長度(λ)變化的聲傳送通路(L)L＝λ/4箱體10所需要的最小聲傳送通路長度應(yīng)以將被揚聲器12重放的最低音頻頻率計算。例如，為平滑地擴(kuò)展30Hz聲波18的頻率響應(yīng)，最小傳送通路的長度是L＝2.886米或112.8英寸?？梢砸庾R到，這種箱體10的同軸多筒體構(gòu)造可以通過簡單地改變不同筒體結(jié)構(gòu)的長度，很容易實現(xiàn)聲傳送通路長度的修改。
除了長度之外，聲傳送通路必須沿著它的路徑提供相等于其所傳送聲波的橫截面積，即，實際上與揚聲器12的橫截面相等。揚聲器制造商通常用一給定的揚聲器所給出的有效位移面積作為其標(biāo)定值。通過正確地選擇各筒體結(jié)構(gòu)的半徑，沿整個聲傳送通路長，產(chǎn)生一均等的橫截面。
在這里，對應(yīng)于揚聲器12的位移面積的中心筒20的內(nèi)橫截面積用A1。下面的公式為以軸心22為基準(zhǔn)的中心筒20內(nèi)表面求半徑A1π]]>中心筒20壁厚，即，以中心軸22為基準(zhǔn)的內(nèi)表面和外表面半徑之間的差，應(yīng)考慮到所要用的材料和所需要的高抗彎力。這樣的厚度將隨生產(chǎn)規(guī)范的設(shè)計和成本而改變，但是由筒形體如中心筒20提供的固有的高抗彎力，在本發(fā)明中其減至最小。特別是，在本發(fā)明中同軸筒形傳送通路音箱采用高抗彎力結(jié)構(gòu)，使之能夠使用很薄的筒壁。
低音揚聲器可以是在六英寸到十二英寸的范圍。對這些揚聲器而言，筒體20和30的壁厚可以小到0.5-1.5毫米厚的鋁材料。雖然非常薄，這樣的結(jié)構(gòu)是強(qiáng)到足以抗由其中聲壓沖擊引發(fā)的振動變形。同樣的結(jié)果，即使用塑料材料，也可以獲得很薄的壁厚。
在制做同軸多筒形聲傳送通路中鋁和塑料的使用，于所替代的傳統(tǒng)材料如木材相比，筒化了生產(chǎn)。此外，鋁和塑料材料的可再循環(huán)利用為本發(fā)明的另一派生的順應(yīng)環(huán)境和生態(tài)的特點。例如，一鋁筒體可以與一木板構(gòu)成管相比較。對于300毫米的內(nèi)直徑和0.5毫米的壁厚的鋁筒體，在兩個大氣壓下，徑向變形約為0.14毫米。具有相同內(nèi)橫截面如266平方毫米的一木制管，需要約12毫米的壁厚才能承受兩個大氣壓而產(chǎn)生0.18毫米位移。因此，在對應(yīng)于氣體壓力中近似相同的抗變形條件下，筒形結(jié)構(gòu)允許使用非常薄的壁，也就是說，木板構(gòu)成的管有比鋁筒體壁厚約24倍的壁厚。
筒體20的外半徑，即內(nèi)半徑加筒體20壁厚，可設(shè)定為R1，第二筒體30的內(nèi)半徑可由下式計算R12+A1π]]>第二筒體30壁厚考慮到所用的材料確定一所需要的抗彎力。第二筒體30的外半徑可設(shè)定為R2，下一同軸筒體的內(nèi)半徑可用下式計算R22+A1π]]>
以前一個筒體外半徑為基準(zhǔn)，可增加具有適當(dāng)內(nèi)半徑的任何數(shù)量的附加筒體，以保持其間橫截面與揚聲器12有效表面積相等。一適當(dāng)數(shù)量的筒體和筒體長度在音箱內(nèi)形成所需要的聲傳送通路長度。
用蓋32和法蘭盤24在引導(dǎo)聲波自一筒體至下一個筒體的過程中，必須維持指定的橫截面積。相應(yīng)地，這些結(jié)構(gòu)的特定尺寸和形狀，如蓋32和法蘭盤24，可以被設(shè)計成使聲波18在傳送路徑上保持這樣的橫截面。
圖4給出了包括內(nèi)聯(lián)同軸筒體形成一聲傳送通路音箱100的本發(fā)明的第二實施例的示意圖。在圖4中，箱體100包括一與地板142的空間關(guān)系是以腿140方式支撐的盆形體114。盆形體114用作揚聲器112的固定部位。來自揚聲器的前輻射聲波116通過盆形體114和地板142中間發(fā)送出來。音箱100包括一頂中心開口127。揚聲器112產(chǎn)生一后輻射聲波118。聲波118在箱體100內(nèi)傳播，最后在頂中心開口127處流出箱體100，也就是，自外筒體流向中心筒確定的開口127處傳送出來。
中心筒體120直接地安置在揚聲器112的上方，并且在它的上端確定了頂中心開口127。一比筒體120半徑大的第二筒體122與筒體120同軸地安置。一在直徑上比筒體122大的第三筒體124與筒體120和122同軸地安置。一直徑大于筒體124的第四筒體126與筒體120、122和124同軸地設(shè)置。一半徑大于筒體124的外側(cè)壁筒體128與筒體126、124、122和120同軸地安置。外側(cè)壁筒體128以其下邊緣直接連接于盆形體114，并由盆形體114支撐。同軸筒體120、122、124、126和128的組合被內(nèi)聯(lián)支撐部件130的方式保持在固定的關(guān)系上，圖5中可很好的看出。
筒體120的內(nèi)部確定了一空間121。筒體120的外筒體122的內(nèi)部確定了一空間123。筒體122的外筒體124的內(nèi)部確定一空間125。筒體126的外筒體128的內(nèi)部確定一空間129。筒體120、124和128延伸到超過筒體122和126以外。
一環(huán)形蓋150跨在筒體124和128的頂緣上。同樣，環(huán)形蓋152跨在筒體120和124的頂緣上。下面作較全面的說明，蓋150自空間129引導(dǎo)聲波118進(jìn)入空間127。同樣的，蓋152自空間125引導(dǎo)聲波118進(jìn)入空間123。蓋154，包括一凸起的中心部分和凹入的邊緣部分將筒體122的下端封閉住。蓋154內(nèi)表面的凹凸外形自空間123引導(dǎo)聲波118進(jìn)入空間121?？梢砸庾R到，蓋154必須離筒體120間隔足夠的距離，以使聲波傳播路徑保留所需要的橫截面積。環(huán)形蓋156跨在筒體126和122的底緣，從而自空間127引導(dǎo)聲波118進(jìn)入空間125。
聲波118在傳播中被蓋154和156阻擋，沿著盆形體114向外傳送進(jìn)入空間129，并沿著筒體126的周面向上傳送。當(dāng)聲波118到達(dá)筒體126的頂部時，蓋150引導(dǎo)聲波118向下進(jìn)入空間127。然后聲波118沿著筒體126的周面向下傳送直到它撞擊蓋156。蓋156反向引導(dǎo)聲波118進(jìn)入空間125，聲波118沿著筒體124的周面向上傳送。最后，聲波118向上傳送并到達(dá)蓋152，蓋152反向引導(dǎo)聲波118向下進(jìn)入空間123。然而聲波118沿筒體122的周面向下傳送直到撞擊蓋154，蓋154引導(dǎo)聲波118進(jìn)入筒體120的空間121。然后聲波118向上傳送并在頂中心開口127處涌出箱體100。
如上面所討論的，箱體100中所提供的傳送通路的長度，可以通過與以蓋150、152、154和156相間隔的筒體120、122、124、126和128結(jié)合在一起的總長度尺寸的控制，得到調(diào)整以滿足特定的波長。蓋150、152、154及156和相關(guān)的筒體120、122、124、126及128間的相對間隔，必須要考慮應(yīng)保持沿傳送通路箱體100提供的所需要的橫截面積。還有，相對尺寸，即筒體120、122、124、126和128的半徑是按前面描述所求出的，以使空間121、122、123、125、127和129保持相等尺寸的橫截面積。
圖6給出了圖1-3所示實施例的音箱的更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)。在圖6中，音箱10′是以橫截面方式給出，類似于圖3所示的橫截面圖。箱體10′設(shè)置一8英寸揚聲器(圖6中未示出)。箱體10′設(shè)定為前面討論過的“半一四方”形。在圖6示圖中橫向和縱向二者的寬度是280毫米。箱體10′的高度是由所選定的傳送通路長度確定的，即，與周圍空氣團(tuán)最佳耦合的一特定波長為函數(shù)關(guān)系。外側(cè)壁26具有上面所述的“半一四方”橫截面形狀，厚是1.5毫米。內(nèi)壁結(jié)構(gòu)，即筒體20和筒體30僅有0.5毫米厚。筒體20具有87.50毫米的半徑，筒體30具有125.00毫米的半徑。為側(cè)壁26的“半一四方”型構(gòu)成基礎(chǔ)的圓筒體60的半徑為165.00毫米。彎曲板66厚為1.5毫米，它們的彎曲部分是延展在具有116.00毫米半徑和開角為51.39度的弧線150上。箱體10′的圓角，即筒體60的保留部分，是延展在開角為26.09度的弧線152上。
箱體10′還包括在4個沿圓周等角分布、徑向延伸的支撐臂72。尤其是，支撐臂72b連結(jié)筒體30和側(cè)壁26的一個圓角，而支撐臂72a連結(jié)筒體20和筒體30。同樣地，支撐臂72c和72d向外徑向地向箱體10′的下一個圓角延伸，支撐臂72c連結(jié)筒體20和筒體30，而支撐臂72d連結(jié)筒體30和側(cè)壁26。支撐臂72e和72f同樣地相對于箱體10′的第三個圓角設(shè)置。最后，支撐臂72g和72g以同樣的方式向外輻射延伸至箱體10′的最后一個圓角。
這樣，就已給出并描述了一改進(jìn)的聲傳送通路音箱。本發(fā)明的音箱利用筒形結(jié)構(gòu)的固有的剛性和高抗彎力，通過其間的同軸關(guān)系形成選取長度和橫截面積的聲傳送通路。同軸多筒形構(gòu)造可以簡化設(shè)計方法，以建立所需要的長度和橫截面；并且不限制揚聲器的位置、所需筒體的數(shù)量、或聲發(fā)射的方向。本發(fā)明用可重復(fù)利用的材料提供了重量輕、節(jié)省空間的音箱。后輻射的聲波既可安排為自外筒體向中心筒體運動，也可安排為自中心筒體向外筒體運動。
同時在這里說明如圓筒體那樣，其它類似的套筒結(jié)構(gòu)具有固有的高抗彎力，并且可以被用作較理想套筒結(jié)構(gòu)，即圓筒形套筒的分支。例如圖1實施例中外壁126構(gòu)成具有“半一四方”形橫截面的套筒結(jié)構(gòu)。
這里圖示說明的音箱具有產(chǎn)生非常純凈的低頻聲波的能力。常規(guī)揚聲器一般不能重放這樣純凈的低頻聲波。因而，使用這種同軸多筒形音箱引入了聲音重放的新的領(lǐng)域，即產(chǎn)生非常純凈低音頻的能力。這樣純凈低頻聲波的產(chǎn)生是有識別力的聽眾所需要的特性，而且這種很純凈低頻聲波能夠在聽音室內(nèi)形成一種回響效果。換句話說，在這里所說的音箱忠實充分地再現(xiàn)了低頻率的聲波，以在一般的聽音內(nèi)引起腔體回響。
圖7給出了位于給定的一聽音室或腔室212內(nèi)的聲音重放系統(tǒng)210的方框圖?？梢砸庾R到，聽音室或腔室212具有一包括基頻和相關(guān)諧波頻率的給定空腔諧振頻率。系統(tǒng)210包括一聲源214，聲源214將右和左音道216a和216b送至一緩沖放大器218。緩沖放大器218放大音道216并將音道216送到一組串聯(lián)的可變頻陷波濾波器220，在這里分別用濾波器220a，220b和220c表示。例如，陷波濾波器220是可變的或可調(diào)諧的以使每個陷波濾波器具有一窄的頻帶和高抑制比特性。例如，在30Hz左右頻率上，每一濾波器220提供1或從1至1.5Hz寬的“陷口”或濾波帶。每個濾波器220包括三個調(diào)整同步的可變電阻，以成為可調(diào)諧于一很窄頻帶的可調(diào)陷波濾波器。
各濾波器220接收音道216a和216b，濾除其中一很窄且頻率低的波長。并作為輸出音道216a和216b提供給下一個接續(xù)單元。濾波器220a從緩沖放大器218接收音道216a和216b，并輸送音道216a和216b到陷波濾波器220b。濾波器220b輸送音道216a和216b到濾波器220c，濾波器220c輸送音道216a和216b到一均衡濾波器230。各陷波濾波器220a-220c分別包括一相對應(yīng)的控制鈕222a-222c，以控制從音道216a和216b中被濾波的波長。
均衡濾波器230是一個常規(guī)均衡濾波器，它可以在多個較寬的頻帶范圍上加以調(diào)節(jié)修正。均衡濾波器230輸送音道216a和216b到一輸出驅(qū)動器232。輸出驅(qū)動器232將音道216a送到圖7中示意性說明的音箱10a中，并將音道216b送到示意性說明的音箱10b中。音箱10a和10b相應(yīng)為前面所描述的一同軸多筒形聲傳送通路音箱。音箱10a和10b分別包括一在腔室212內(nèi)產(chǎn)生聲波240a和240b的揚聲器。如上面所討論的，音箱10a和10b忠實地再現(xiàn)了很低頻率的聲波，低到足以在腔室212內(nèi)形成諧振回響效果。輸出驅(qū)動器232包括常規(guī)的控制聲音特性的控制鈕232a，如音調(diào)、平衡和音量控制鈕。
聲波240進(jìn)入腔室212，并根據(jù)聲源214給出所希望聲效果。然而，由于腔室212存在的諧振效應(yīng)，聲波240的某些部分趨于形成并送出比聲源214準(zhǔn)備表達(dá)的音量更強(qiáng)的音量感受。特別是，在腔室212內(nèi)，趨于產(chǎn)生某些很低頻率的聲波。
這里，系統(tǒng)210以常規(guī)聲重放系統(tǒng)的方式進(jìn)行常規(guī)運行，但都包含了一系列很窄頻帶的陷波濾波器，以便利用控制鈕222的控制將音道216a和216b中選擇出的窄低頻帶消除掉。
根據(jù)本發(fā)明，系統(tǒng)210還包括一個20Hz到20KHz(千赫)正弦波信號發(fā)生器250，它提供一正弦波252輸入到輸出驅(qū)動器232中。信號發(fā)生器250包括一控制鈕250a用以指定信號252的頻率。連接到信號發(fā)生器250的頻率指示器254可以將信號252的頻率直觀顯示出來。因而，通過手動操作控制鈕250a，系統(tǒng)250的使用者就可以向腔室212中注入一個給定頻率聲波240。
系統(tǒng)210還包括一連接于放大器262的轉(zhuǎn)換器或傳聲器260。放大器262驅(qū)動一聲能顯示器264。在手動操作控制鈕250a的同時通過監(jiān)視聲能顯示器264，使用者就可以確定腔室12的諧振頻率。尤其是，隨著使用者轉(zhuǎn)動控制鈕250a的同時，會使一頻率范圍內(nèi)的聲波逐個出現(xiàn)在腔室212內(nèi)。當(dāng)有一個與腔室212的基頻相同的頻率進(jìn)入腔室212時，則在室212內(nèi)則會產(chǎn)生一相對較大幅度的聲能。此外，在這個基頻上，聲能顯示器264達(dá)到一最大值，系統(tǒng)210的使用者即可用此方法確定此時室212的空腔諧振基波頻率。
一旦控制鈕250a將聲波240調(diào)整到基頻時，用戶觀察頻率指示器254。那么頻率指示器254即為室212顯示其基波頻率。然后用戶調(diào)整其中一個陷波濾波器220，即調(diào)整其控制鈕222，以便與指示器254顯示的頻率值一致?？梢砸庾R到，在控制鈕250a和控制鈕222上所給出的刻度是相一致的，在這樣的情況下能使使用者依據(jù)控制鈕250a的設(shè)定來設(shè)定控制鈕222以便與之相匹配。另一種情況是，控制鈕222可以按頻率指示器254給出的信息而加以標(biāo)定刻度?？傊莶V波器220中的一個是被用于調(diào)整到某一給定的頻帶，該頻帶是根據(jù)所注入到室212的正弦波頻率，能夠提供一相對較大的聲能而設(shè)定的。用戶采用這種方式消除了聲源214中發(fā)出的一窄頻帶。
另外的頻帶，即諧波頻率，也會在聲效果中引入所不希望有的非線性。這樣的諧波頻率也可以進(jìn)一步通過手動操作控制鈕250a和聲能顯示器264的觀察檢測出來。如果用戶觀察到另外的峰值頻率，即在聲能顯示器264上顯示的峰值，那么其他幾個陷波濾波器220可用于濾除相應(yīng)的窄頻帶?？梢砸庾R到，在本發(fā)明給出的實施例中，可以使用多于或少于三個陷波濾波器220。
頻率抑制，即用陷波濾波器220濾波，一般用在250Hz以下。在250Hz以上的頻率中，混響干擾帶很寬，而均衡濾波器230可以用于凈化任何這樣的寬帶干擾頻率。然而，由于腔室諧振涉及是很低和窄的頻帶，傳統(tǒng)的均衡濾波器是不可能恰當(dāng)?shù)叵皇抑C振的。
圖8示出了本發(fā)明的第二實施例，一個提供了更自動地調(diào)諧到給定室312諧頻率振的方法的數(shù)字系統(tǒng)310。在圖8中，數(shù)字式聲源314提供數(shù)字聲頻信號316，它包括有右和左立體聲道，到一數(shù)字信號調(diào)節(jié)組件318。數(shù)字信號調(diào)節(jié)組件318激勵一可變參量數(shù)字濾波器320?？梢砸庾R到，數(shù)字濾波器受到施加參量的控制，以形成選出的一個或多個頻率濾波器功能。數(shù)字濾波器320輸出激勵一數(shù)/模變換器和驅(qū)動器332。驅(qū)動器332提供出一放大的模擬信號316，以316a表示，到輸出換能器340，即到如前面所描述的同軸多筒形音箱，并接受信號316a的右和左聲道。
如先前所描述的，系統(tǒng)310一般是在常規(guī)數(shù)字聲重放下操作的，但是在數(shù)字信號調(diào)節(jié)部分318和驅(qū)動器332之間串聯(lián)了一可變參量數(shù)字濾波器320。
參量設(shè)定和控制部分350操作數(shù)字濾波器320的工作過程。參量設(shè)定控制部分350接收頻率信號352和聲電平信號354。頻率信號352從正弦波發(fā)生器356出發(fā)，通過頻率計數(shù)和讀出部分358而到達(dá)該部分。還有，正弦波發(fā)生器356的輸出施加到數(shù)字信號調(diào)節(jié)部分318作為交流聲源。在這種情況中，系統(tǒng)310在室312內(nèi)注入一選定頻率的聲波。
一輸入轉(zhuǎn)換器，即傳聲器360監(jiān)測室312內(nèi)的聲波并驅(qū)動一放大器362。放大器362驅(qū)動一聲電平組件364。聲電平組件364傳送聲能信號354到參量設(shè)定和控制組件350。傳聲器360可以設(shè)置在室312內(nèi)的一選定位置，即一最佳的聽音位置，以在這選定的聽音位置形成理想的聽音環(huán)境。
系統(tǒng)310是按一給定的室諧振條件為基準(zhǔn)即以室312給定的環(huán)境而設(shè)定的，并通過首先向室312注入一個緩慢變頻的正弦波信號起始的。轉(zhuǎn)換器360接收聲波并通過放大器362提供再現(xiàn)聲到聲電平組件364。參量設(shè)定和控制組件350監(jiān)測室312內(nèi)表示檢測聲能大小的信號354，并檢測出信號354中的峰值。
參量設(shè)定和控制組件350將在信號354中顯示的一峰值與在頻率信號352中的一給定頻率聯(lián)系起來，從而為室312檢測腔室諧振頻率。然后參量設(shè)定和控制組件350在數(shù)字濾波器320內(nèi)建立起一對應(yīng)于檢測出的室312諧振的頻率參量。這樣的過程可以重復(fù)，以在室312內(nèi)檢測另外的峰值聲電平讀數(shù)和相關(guān)的頻率值。在這種情況中，一個或多個頻率參量被加到數(shù)字濾波器320，以從信號316中濾除與室312諧振相關(guān)的窄頻帶。
在起始階段之后，系統(tǒng)310以常規(guī)的方式操作數(shù)字聲源314，但卻用可調(diào)參量數(shù)字濾波器320將檢測到的與室312諧振有關(guān)的窄頻帶消除掉了。從而重放系統(tǒng)310被調(diào)諧到室312的一特定空腔諧振上。可以意識到，這樣的調(diào)諧也可以人為地通過用戶對室內(nèi)環(huán)境的改變而造成。
至此，已經(jīng)給出了一種改進(jìn)的聲重放系統(tǒng)，并描述了具有的調(diào)諧到特定腔室諧振的能力。本發(fā)明的改進(jìn)的音箱能夠產(chǎn)生非常低而平滑的低頻聲波信號，其中包括與腔室諧振相關(guān)的很窄的低頻帶。聲信號中這樣的頻率在改進(jìn)的音箱放送之前已經(jīng)進(jìn)行了濾波。在這種情況下，聲信號在對應(yīng)于腔室諧振頻率的頻率上是“預(yù)衰減”的，從而消除了室內(nèi)隨室諧振變化的聲驟集。因而有識別力的聽者喜歡能欣賞到更為真實的線性的如原錄音中欲表現(xiàn)的那種聲音的重放效果。
可以理解本發(fā)明不限于已說明和圖示的特定實施例，在沒有超出所屬的權(quán)項和等同內(nèi)容的范圍內(nèi)是可以做出改動變化的。
權(quán)利要求
1.一種聲傳送通路音箱，其特征在于包括一個確定前后方向的揚聲器安置部位；一個第一筒體，它相對于所述揚聲器安置部位而設(shè)置，以在第一端接收一后輻射聲波，而在第二端放送所述的后輻射聲波；一個第二筒體，它與所述第一筒體同軸并相對地大于第一筒體，所述第二筒體的內(nèi)半徑是按所述第一筒體的外半徑為基準(zhǔn)來選擇，以使在所述第一和第二筒體間形成的橫截面積實際上與所述第一筒體的內(nèi)橫截面積相等，所述第二筒體的第一端與所述第一筒體的第一端相鄰，所述第二筒體的第二端與所述第一筒體的第二端相鄰；一個蓋位于所述第二筒體的所述第二端以引導(dǎo)來自所述第一筒體的后輻射聲波進(jìn)入所述第一和第二筒體間的所述空間，同時維持與所述空間實質(zhì)上相等的橫截面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲傳送通路音箱，其特征在于所述第一和第二筒體的組合長度與給定的聲傳送通路長度相一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲傳送通路音箱，其特征在于還包括一圍繞所述第二筒體的套筒，所述套筒包括相鄰于所述第二筒體的所述第一端的一第一端，和相鄰于所述第二筒體的所述第二端的一第二端；一導(dǎo)板，它連結(jié)所述第一筒體的所述第一端和所述套筒的所述第一端，并且與所述第二筒體的所述第一端間隔開，以致所述導(dǎo)板將所述后輻射聲波引導(dǎo)出所述第二筒體，并送入所述第二筒體和所述套筒間的空間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聲傳送通路音箱，其特征在于所述套筒的橫截面確定為一半一四方形，所述套筒包括平面壁部分，所述音箱還包括增加所述平面壁部分的抗彎力的支撐壁。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聲傳送通路音箱，其特征在于所述第二圓筒體和所述套筒之間的空間橫截面積與所述第一筒體的橫截面積相一致。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲傳送通路音箱，其特征在于還包括一個以聲音耦合到所述第二筒體的所述第一端的開口。
7.一種聲傳送通道音箱，其特征在于包括多個同軸設(shè)置的套筒，所述套筒中的中心的一個套筒中確定了一相關(guān)的聲空間，并具有一給定的橫截面積，每個余下的套筒在它自身和所述套筒中比它小一號的套筒間確定一相關(guān)聲空間，各所述聲空間的橫截面積實質(zhì)上與所述給定橫截面積相等；多個蓋用于連結(jié)所述各個套筒的邊緣，以通過所述聲空間在所述音箱內(nèi)形成一聲傳送通路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聲傳送通路音箱，其特征在于所述聲傳送通道包括所述套筒中的所述中心一個套筒的聲空間傳聲到與所述套筒的最外一個相關(guān)的一最外的聲空間。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聲傳送通路音箱，其特征在于當(dāng)揚聲器被安裝到所述音箱時，所述中心套筒的所述聲空間首先接收揚聲器的后輻射聲波。
10.一種聲音重放系統(tǒng)聽音室調(diào)諧組件，它接收一聲音信號并給出一濾波過的聲音信號，其特征在于所述的調(diào)諧組件包括一個可應(yīng)用于所述聽音室的可變頻聲源，并包括一頻率指示器；一個在所述聽音室內(nèi)測量和指示聲能的聲輸入轉(zhuǎn)換器；一個接收所述聲信號并給出濾波后聲信號的濾波器，所述濾波器至少包括一個控制鈕，它檢錄由所述濾波器濾除的頻帶，并由所述頻率指示器為基準(zhǔn)加以標(biāo)定。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的調(diào)諧組件，其特征在于所述濾波器是陷波濾波器。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的調(diào)諧組件，其特征在于所述濾波器是可調(diào)諧陷波濾波器。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的調(diào)諧組件，其特征在于所述濾波器是數(shù)字式可變參量濾波器。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的濾波器，其特征在于所述的濾波器包括多個控制鈕，每個檢錄一個濾波頻帶，所述的各控制鈕是以所述頻率指示器為基準(zhǔn)加以標(biāo)定的。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的調(diào)諧組件，其特征在于所述的可變頻聲源是可變正弦波頻率聲源。
16.一種調(diào)諧聽音室聲音系統(tǒng)的方法，其特征在于這方法包括下面步驟檢測所述聽音室的室諧振頻率；調(diào)整濾波器到所述檢測到的諧振頻率，以濾除所述諧振頻率的聲信號；將濾波過的聲信號施加到所述室內(nèi)的聲換能器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于所述的檢測步驟包括如下步驟向所述的腔室注入可變聲波；監(jiān)測所述室內(nèi)峰值聲能電平；當(dāng)注入的聲波頻率與所述峰值聲能電平相關(guān)時，識別出所述腔室諧振頻率。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于所述的步驟是自動調(diào)整的步驟，其中所述的檢測步驟自動地進(jìn)入到一個提供所述檢測到的諧振頻率的步驟上去。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的諧調(diào)方法，其特征在于調(diào)整濾波器的步驟包括調(diào)節(jié)陷波濾波器。
20.一種可按聽音室調(diào)諧的聲重放系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括一提供第一聲信號的聲源；至少一個可變頻陷波濾波器，所述的陷波濾波器包括一用以檢錄濾波頻帶的控制鈕，所述陷波濾波器接收所述第一聲信號，對其履行頻率濾波功能，并給出一濾波后的聲信號；一第二聲源，它提供一第二聲信號作為可變頻聲信號；一聲轉(zhuǎn)換器用于接收一放大的聲信號，并向聽音室注入相應(yīng)的聲波；一聲驅(qū)動器用于接收所述濾波的聲信號和所述第二聲信號，從而所述系統(tǒng)對聽音室調(diào)諧，先是在一個頻率范圍內(nèi)向室內(nèi)注入所述第二聲信號，監(jiān)視所述聲能電平裝置以確定聽音室空腔諧振頻率，并將所述諧振頻率的表示值作為對所述陷波濾波器的控制，于是將所述濾波過的聲信號加到所述聽音室中去，以排除所述的各種諧振頻率。
全文摘要
一種具有同軸圓筒形結(jié)構(gòu)的聲傳送通路音箱，在后輻射聲波和環(huán)繞氣團(tuán)之間建立起聲耦合。圓筒體結(jié)構(gòu)的固有剛性或高抗彎力使其能使用很薄的圓筒體而不需要復(fù)雜和大的箱體。一按聽音室調(diào)諧的聲放大器除去了聲信號中很低很窄的頻帶。用向聽音室注入變頻聲波信號，同時檢測室內(nèi)峰值聲能的方法檢測聽音室的諧振。濾波器從聲波信號頻率中消除與聽音室諧振相關(guān)頻率。
文檔編號H04R3/04GK1165468SQ9710192
公開日1997年11月19日 申請日期1997年2月12日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月12日
發(fā)明者楊一夫 申請人:楊一夫