专利名称：具有质量元件的无源辐射器的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种无源辐射器，它包括一个框架和连接到上述框架并且可以沿着一个平移轴相对于上述框架移动的辐射体。
从US-A3,669,215中所知的这种辐射器是被用在一种低音反射扩音器中。公知的无源辐射器包括一个篮状框架和一个悬挂在框架上的圆锥体。采用的悬挂体是由在圆锥体的最大圆周肋和框架之间延伸的一个可以变形的悬挂环构成的。有一个板被紧固在圆锥体的最小圆周肋上，并且还通过三个弹性金属丝元件紧固在框架的背部。这一悬挂体仅仅能够限制圆锥体相对于框架的轴向位移，因此，除非圆锥体具有足够大的横向尺寸才有可能排挤较大体积的空气。
本发明的目的是对上述的无源辐射器进行改进，在辐射器具有有限的横向尺寸的同时有可能排挤较大体积的空气。
按照本发明，用来实现这一目的的无源辐射器的特征在于辐射体包括一个中心质量元件和相对于中心质量元件同心定位的至少一个质量元件，同时具有用来活动连接每两个相互邻接的质量元件的连接装置，并且将一个质量元件活动固定在框架上，每个上述连接装置包括至少一个弹性环状连接元件，使中心质量元件及其邻接的连接装置象每个锥形定位的质量元件及其邻接的连接元件一样构成一个质量弹性系统，而所有的这些质量弹性系统具有至少是基本一致的谐振频率。
使用由弹性连接元件相互连接的两个以上质量元件会形成一种多重悬挂的构造，每个质量元件在工作中都对总的空气位移起作用。在操作中，一个质量元件沿着辐射体的平移轴相对于邻接的质量元件执行独立的运动，这样产生的相对于框架的位移是独立运动的累积。按照这种方式就能实现质量元件的比较大的位移，从而用比较小的辐射体实现体积可观的位移。为了在使用中抵消寄生的谐振，如上所述，在按照本发明的无源辐射器中的质量弹性系统必须有相同或是几乎相同的谐振频率。如果不能满足这种要求，单个质量元件的运动就可能偏离相位，在使用中造成严重的声音畸变和/或衰减。必要时可以使用阻尼装置来抵消单个质量元件的不规则运动。
值得注意的是WO-A97/46047(PHN15.840)公开了一种无源辐射器，它包括一个框架，一个质量元件以及在框架和质量元件之间延伸的副框架，利用第一弹性悬挂环将质量元件活动地紧固在副框架上，再利用第二弹性悬挂环将副框架活动地紧固到框架上。质量元件的最大行程是由每个上述悬挂环的最大行程的总和来确定的。尽管采用这种公知结构有可能实现大体积的位移，为了防止低频范围内的谐波畸变，在功率比较高时需要更大的最大行程。
按照本发明的一个实施例，无源辐射器的特征在于连接装置能够使质量元件主要沿着辐射体的平移轴运动，并且抵消其他运动。本实施例能够防止质量元件在操作期间发生彼此相对的倾斜运动，这种倾斜运动会导致声音重放的畸变。可以采用公知弹性材料制成的环形连接元件，例如是聚亚安酯或橡胶，并且各自具有折叠或波纹结构。连接元件的形状和尺寸处在比较窄的限制范围内，它是由操作期间发生的压力变化所需的阻力和柔软变形的容量所决定的，也就是在质量元件运动的过程中不应该有卷曲或抵触等有害作用。过于松弛和/或不能柔软变形的连接元件会在声音重放时产生有害的畸变，特别是二阶和更高阶的畸变，随之产生令人讨厌的噪声。因此，US-A3,664,215所提出的增大辐射器的悬挂环尺寸或是WO-A97/46047提出的增大辐射器的悬挂环尺寸的方式不会达到满意的结果。按照这样的方式获得较大体积的位移会不可避免地伴随低劣的声音重放质量。
按照本发明一个实施例的辐射器的特征在于至少有一定数量的连接元件包括深层弹性环状连接元件，沿着辐射体的平移轴测量，这种连接装置的深层连接元件和上述的连接元件彼此之间有一定的距离。这一实施例特别适合用来代替平面的薄辐射体，采用一种具有可观的轴向尺寸也就是在与辐射体的平移轴平行的方向上的尺寸的辐射体。在本实施例中使用的连接元件的特殊结构能够有效地维护辐射体的质量元件的有限位移，这样就能避免由于压力变化和/或寄生谐振造成的摆动。
按照本发明一个实施例的辐射器的特征在于质量元件的数量是三或四个。尽管也可以采用不同数量的质量元件，按照三或四个质量元件的设计实际上就能达到满意的结果，可以实现比较大空气体积的位移。
按照本发明一个实施例的辐射器的特征在于连接元件是彼此相同的。如果要使每一个质量元件相对于其邻接的质量元件具有相同的最大轴向行程，最好是采用这一实施例。在一个具体实施例中，连接元件例如可以采用Ω形状。如果有任何深层连接元件，最好是将其设在相对于其他连接元件的镜像位置上，防止质量元件的位移和振幅不对称。
按照本发明一个实施例的辐射器的特征在于至少有一定数量的连接元件具有相互不同的尺寸，上述尺寸在远离中心质量元件的方向上逐渐增大。这样就能使每一个环形质量元件能够比中心质量元件也就是位置上比它更加靠近中心位置的其他质量元件执行更大的最大位移。这种结构的优点在于优化利用了连接元件的行程，连接元件不会发生有害的变形。
按照本发明一个实施例的辐射器的特征在于辐射体和连接装置共同构成一个整体单元。同一个单元中的质量元件和连接元件是用一种材料例如橡胶制成的。整体单元可以用一块皮革特别是薄皮革构成，将它的外圆周边缘紧固在框架上。本实施例中的质量元件数量可以比按照说明书中所述的三到四个更多。
本发明进一步涉及到一种扩音器，它包括用来容纳一个扬声器和一个无源辐射器的外壳或是舱室。扬声器可以采用任何公知的类型。在按照本发明的扩音器中使用的无源辐射器具有权利要求1到7之一所限定的结构。在按照本发明的系统中的连接装置和无源辐射器能够使质量元件按照外壳中的压力变化相互位移，这种位移产生比较大量的空气位移，这样就能获得比较大的声压。在这种系统中，各种连接装置按照外壳内的压力变化来影响行程，在系统中充分协调辐射器和调谐频率即所谓Helmholz谐振的总运动量。
本发明进一步涉及到一种提供听觉可能还有视觉信息的装置，本发明的这种装置具有按照本发明的扩音器。
对于权利要求书来说，在从属权利要求中限定的各种特征的组合都是可能的。
以下要参照附图用举例的方式来解释本发明，在附图中
图1是一个纵向截面示意图，表示本发明第一实施例的无源辐射器，
图2是一个纵向截面示意图，表示本发明第二实施例的无源辐射器，图3是一个纵向截面示意图，表示第三实施例的辐射器，图4是一个纵向截面示意图，表示本发明一个实施例的扩音器，以及图5是一个示意图，表示本发明一个实施例的装置的正视图。
图1所示的本发明的无源辐射器适合在一个低音反射扩音器中使用。辐射器包括一个框架1，可以沿着一个平移轴T相对于框架1移动的辐射体3，以及用来将辐射体3灵活连接到框架1上的连接装置。框架1在本例中是圆筒形的。本例中的辐射体3包括一个中心质量元件3a和围绕着中心质量元件3a同心布置的三个质量元件3b，3c和3d。本例中的中心质量元件3a是由具有两个闭合的凸起端面的圆筒构成的。本例中的其他质量元件3b，3c和3d也是圆筒形的，但是具有开口的端面。圆筒可以具有闭合的圆筒壁或者是有或多或少个开口的圆筒壁。上述连接装置在本例中包括四个连接装置5a，5b，5c和5d。三个连接装置5a，5b和5c用来连接每次可以共同移动的各自相邻的两个质量元件3a和3b；3b和3c；以及3c和3d。连接装置5d用来将质量元件3d移动连接到框架1上。在本例中，各个连接装置5a，5b，5c和5d是分别由两个环状连接元件5a1，5a2；5b1，5b2；5c1，5c2；以及5d1，5d2构成的。这些连接元件在本例中具有Ω形的截面并且用橡胶制成。在使用中，利用公知的手段例如是一种胶将环形连接元件的边缘连接到质量元件3a，3b，3c和3d和框架1，并且由于其形状和材料特性能够允许质量元件3a，3b，3c和3d在工作中沿着平移轴T做主要运动，同时抵消质量元件不应有的倾斜运动。在本例中，连接元件是彼此相同的，获得一种对称的悬挂结构，使两个相对的连接元件5a1和5a2；5b1和5b2；5c1和5c2；以及5d1和5d2的波形顶峰相互背离。
在本发明如图1所示的无源辐射器中有四个相互独立的质量弹性系统。这些质量弹性系统是由质量元件3a及其邻接的连接装置5a(或是其邻接的连接元件5a1和5a2)；质量元件3b及其邻接的连接元件5a1，5a2和5b1和5b2；质量元件3c及其邻接的连接元件5b1，5b2和5c1和5c2；以及质量元件3d及其邻接的连接元件5c1，5c2和5d1和5d2构成的。本实施例的一个具体特征在于这些质量弹性系统全都具有相同或是基本上相同的谐振频率，从而保证质量元件3a，3b，3c和3d在工作中永远都是同相位运动。采取这种措施来保证无源辐射器可靠地工作，中心质量元件3a从图1所示的空闲位置起的最大位移是各个连接装置5a，5b，5c和5d所允许的最大位移之和。从图中显而易见，质量元件3b的最大位移是各个连接装置5b，5c和5d的最大行程之和；质量元件3c的最大位移是连接装置5c和5d的最大行程之和；而质量元件3d的最大位移对应着连接装置5d的最大行程。由这种辐射体3获得的比较大的最大位移能够产生比较大量的空气位移。
本发明如图2中所示的无源辐射器具有一个环形框架11和一个包括许多质量元件的辐射体13。辐射体13能够沿着平移轴T*相对于框架11偏移。在本例中，辐射体13有一个圆筒形中心质量元件13a和两个圆筒形质量元件13b和13c。质量元件13a，13b和13c都处在同一区域，并且以平移轴T*作为公共轴相互同轴地排列。分别利用成对的弹性环状连接元件5a1，5a2和5b1，5b2将质量元件13a，13b和13c机械地两-两相连。再利用一对弹性环状连接元件5c1，5c2将质量元件13c机械地连接到框架11上。在本实施例中使用的质量元件13a，13b和13c和连接元件5a1，5a2；5b1，5b2；和5c1，5c2的结构意味着有三个质量弹性系统。这些质量弹性系统分别是由质量元件13a和一对连接元件5a1，5a2；质量元件13b和连接元件5a1，5a2和5b1，5b2；以及质量元件13c和连接元件5b1，5b2和5c1，5c2构成的。所有这些质量弹性系统具有相同的谐振(自然)频率。采用的连接元件5a1，5a2；5b1，5b2；和5c1，5c2都是柔软的，并且在与平移轴T*平行的方向上屈服，并且具有足够的抗横向变形能力。连接元件在本实施例中大小不同，其目的是为了使质量元件13a，13b和13c在轴向也就是与平移轴T*平行的方向上具有彼此不同的位移。在本实施例中，一对连接元件5a1，5a2允许最小的轴向位移，而一对连接元件5c1，5c2允许最大的轴向位移。各个质量元件13a，13b和13c的最大绝对位移或者说是相对于框架11的最大位移是按照13c，13b和13c的顺序逐渐增大的，中心质量元件13a具有最大的最大绝对位移量。
本发明如图3所示的无源辐射器具有一个框架21和紧固在框架21上并且能够沿着平移轴T**屈服的箔片22。橡胶制成的箔片22在厚度或密度变化上具有一种同心的结构，它包括一个中心质量元件23a和大量环状质量元件23x以及环状连接元件25y这些元件相互连接构成具有相同谐振频率的质量弹性系统。箔片22是一个单元，这其中从整体上容纳了具有质量元件和用来柔软地连接辐射体和框架以及柔软地相互连接质量元件的连接元件的辐射体。可以利用计算机运算和/或模拟来确定适当的结构。
本发明如图4所示的扩音器是一种低音反射系统，它包括一个外壳或是谐振箱100，其内装有用标号103代表的如图1所示本发明实施例的一个无源辐射器和一个扬声器102。在工作中由扬声器102驱动辐射器103，在这种情况下由扬声器和辐射器共同保证在声音频谱的低频范围内发声。该系统是一种次低音扬声器设备。系统的外壳100上设有第一开口104，无源辐射器103的框架1从中穿过，并且具有第二开口106，扬声器102的框架101从中穿过。框架1和框架101分别被紧固在外壳上围绕开口104和106的边缘部位100a和100b。
为了进一步说明无源辐射器，读者可以参照说明书中有关图1的论述，还应该注意到质量弹性系统的谐振频率等于系统的Helmholz谐振。
系统中采用的扬声器102包括一个副框架101a，一个膜片105，和一个电磁激励器107。圆锥形的副框架101a在框架101和圆锥形膜片105之间延伸。在本实施例中，膜片105有一个防尘盖117。副框架101a有一个闭合的包络面，可以在框架101中设置与其相对的混响开口。膜片105有一个带有开口109的前部105a和带有管状中心元件111的后部105b。在本实施例中，将激励器107的一个线圈形式的第一激励器部分107a设在元件111上。线圈107a通过导体108用电路连接到紧固在框架101上的连接触点110。激励器107进一步包括第二激励器部分107b，在本实施例中，它具有一个环形磁铁107b1，扼铁部分107b2，以及紧固在框架101的一个框架部分101b上的扼铁部分107b3。线圈107a在一个气隙107c中延伸，该气隙位于扼铁部分107b2和107b3之间。在激励器受到激励时，线圈107a和膜片105会沿着膜片轴线105c在双向箭头X所指的任一轴向上执行轴向运动。
膜片105被悬挂在副框架101a中，而副框架101a又被悬挂在扬声器102的框架101中。扬声器102为此设有第一柔软连接元件113，将膜片105的前部105a连接到副框架101a上，还有第二柔软连接元件115，在前部105a的高度上将副框架101a连接到框架101。在本实施例中，连接元件113和115采用了具有Ω形截面的环形元件结构。在本实施例中，利用胶分别将例如由聚亚安酯制成的连接元件113和115紧固到膜片105和副框架101a，以及副框架101a和框架101上。最好是让彼此相对地轴向延伸的第一连接元件113和第二连接元件115构成一体的柔软元件。
扬声器102中还有一个柔软的中心元件119，在本实施例中它采取了一个中心盘的形状，具有用适当的材料例如纤维纺织品构成的同心波纹图形，将副框架101a连接到后部105b特别是中心元件111上。中心元件119和连接元件113及115作为支承装置在沿着箭头X的轴向上比较松弛和容易屈服，但是在其他方向上比较坚挺，因此，带线圈107a的膜片105连同副框架101a都能够相对于框架101执行限定的轴向位移。也可以采用不同于本实施例的扬声器，例如是具有单一悬挂振动系统的扬声器元件。
本发明如图5所示的设备是一种平板式多媒体电视机。该设备的箱体201中装有一个屏幕203和两个本发明的扬声器系统。箱体201的前面有一个开/关转换装置207。在本实施例中，扬声器系统对应着图4所示的扬声器系统，在图5中用标号205表示。每个扬声器系统205具有一个外壳100，壳内装有本发明的扬声器102和无源辐射器103。本发明的设备也可以用于普通的电视机，监视器或者是音响设备。进而，设备中采用的辐射器可以采用图2或3的结构，或者是采用本发明范围内的其他形式，并且可以使用与图4所示有所不同的扬声器。进而，本发明并非仅限于图1和2所示的辐射器的实施例。也可以用两个或是四个以上质量元件代替上述的三到四个质量元件，并且可以用正弦或是其他适当形状的连接元件代替Ω形的连接元件。
权利要求
1.一种无源辐射器，包括一个框架和连接到上述框架上并且可以沿着一个平移轴相对于上述框架移动的辐射体，其特征是辐射体包括一个中心质量元件和相对于中心质量元件锥形布置的至少一个质量元件，还具有用来活动连接每两个邻接的质量元件的连接装置，并且将一个质量元件可活动地固定在框架上，每个上述连接装置包括至少一个弹性环状连接元件，使中心质量元件及其邻接的连接装置象每个锥形布置的质量元件及其邻接的连接元件一样构成一个质量弹性系统，而所有的这些质量弹性系统具有至少是基本一致的谐振频率。
2.按照权利要求1的无源辐射器，其特征在于连接装置能够使质量元件主要沿着辐射体的平移轴运动，并且抵消其他运动。
3.按照权利要求2的无源辐射器，其特征在于至少有一定数量的连接元件包括深层弹性环状连接元件，沿着辐射体的平移轴测量，这种连接装置的深层连接元件和上述的连接元件彼此之间有一定的距离。
4.按照权利要求1的无源辐射器，其特征在于质量元件的数量是三或四个。
5.按照权利要求1或3的无源辐射器，其特征在于连接元件是彼此相同的。
6.按照权利要求1或3的无源辐射器，其特征在于至少有一定数量的连接元件具有相互不同的尺寸，上述尺寸在远离中心质量元件的方向上逐渐增大。
7.按照权利要求1的无源辐射器，其特征在于辐射体和连接装置共同构成一个整体单元。
8.一种扬声器系统包括一个外壳，在外壳内容纳一个电动扬声器和一个按照权利要求1到7之一的无源辐射器。
9.一种提供听觉可能还有视觉信息的装置，其特征是具有权利要求8的扬声器系统。
全文摘要
一种无源辐射器包括框架(1)和连接到框架上并且可以沿着一个平移轴(T)相对于框架移动的辐射体(3)。这种辐射器适合排挤体积比较大的空气。辐射器包括一个中心质量元件(3a)和相对于中心质量元件同心布置的至少一个质量元件(3b,3c,3d)。辐射器进一步包括用来活动连接每一对邻接的质量元件的连接装置(5a,5b,5c,5d),并且将一个质量元件活动固定在框架上。每个上述连接装置包括至少一个弹性环状连接元件(5a1,5a2;5b1, 5b2;5c1,5c2;5d1,5d2),使中心质量元件及其邻接的连接装置象每个同心布置的质量元件及其邻接的连接元件一样构成一个质量弹性系统,而所有的这些质量弹性系统具有至少是基本一致的谐振频率。
文档编号H04R1/24GK1336091SQ00801623
公开日2002年2月13日 申请日期2000年5月29日 优先权日1999年6月7日
发明者G·O·M·德霍格 申请人:皇家菲利浦电子有限公司