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：
本发明涉及一个无源辐射器(passive radiator)，该辐射器具有底架并具有柔性地连接到该底架并沿着一个平移轴相对于底架可移动的辐射器本体。
WO-A 97/46047(PHN 15.840)公开了一个无源辐射器，它包括一个底架、一个质量元件(mass element)和一个在质量元件和底架之间延伸的子底架，而质量元件是通过第一弹性吊环可活动地连接在子底架上，而子底架是通过第二弹性吊环可活动地固定在底架上。质量元件的最大轴向偏移是由每一个所述吊环的最大轴向偏移的和决定的。已经发现，在需要质量元件的相对高的轴向柔量和相对大的轴向偏移的使用时，吊环所形成的悬挂可能会产生扭曲，以至于在操作过程中会产生所不希望的噪音。
本发明的一个目的就是改进开头段中所定义的该种类型的无源辐射器，以消除所不希望的噪音的产生。
这个目的是通过根据本发明的无源辐射器实现的该无源辐射器包括一个底架和连接到该底架上且相对于底架沿着一个平移轴可活动的辐射器本体，辐射器本体包括一个中央质量元件和至少一个与中央质量元件同心布置的质量元件，还提供了可活动地互连相邻的每两个质量元件并将其中一个质量元件可活动地紧固到底架元件的连接单元，每个这样的连接单元包括两个环形的弹性连接件，形成所述元件的一部分的两个相邻元件牢固地连接到这两个连接件上，至少其中一个连接单元的连接件上连有一个封闭室，它在固定到所述单元上的元件之间延伸，且内部充有气态介质，中央质量元件和与其相邻的连接单元以及每个同心布置的质量元件和与其相邻的连接件构成了一个质量弹性系统，这样定义的所有质量弹性系统具有至少基本相同的谐振频率。
使用两个或更多由弹性连接件(也称作连接环)相互连接的质量元件，导致具有多个悬挂的一种构造，在使用过程中，其中每个存在的质量元件都对总的空气位移(air displacement)有贡献。考虑到使用，连接件做成环形。在工作过程中，一个质量元件相对于相邻的质量元件沿着辐射器本体的平移轴作独立的运动。这导致其与底架之间由独立运动的累积所造成的位移。通过这种方式，质量元件能够实现相对较大的位移，这就使相对较小的辐射器本体实现较大的体积位移(volume displacement)。为了阻止寄生谐振及其所带来的在使用中产生的所不希望的噪音，根据本发明的所确定的无源辐射器的质量弹性系统(mass spring system)具有相同或实际相同的谐振频率。使用权利要求1中所定义的一个或更多封闭的、不漏气的室，其结果是辐射器本体的平移引起存在于一个或更多连接单元的连接件之间的气体介质压力的变化。在辐射器本体的平移运动偏转的情况下，这些压力变化就造成压力增加，这对悬挂运动是有益处的，特别是对相应连接单元的连接件有益处。事实上，该压力的增加会导致相应连接件的受压，该压力由封闭室产生并防止连接件作不稳定的行为，如摇摆、抖动或弯曲，这些都会产生所不希望的噪音。采用这个方法还有一个优点，就是可以使用薄的连接件，这就能使连接件所构成的悬挂在辐射器本体的平移方向上实现较高的轴向柔量即低的刚度。整个装置的总的轴向柔量的决定性因素主要在于封闭室中的介质的柔量和悬件的抗形变能力。气态介质可以使用煤气、空气或其它气体混合物。
根据本发明的无源辐射器的一个实施方案的特征在于连接单元允许质量元件主要沿着辐射器本体的平移轴方向运动，并阻止其它运动。在本实施方案中避免质量元件相对之间做所不希望的倾斜运动，这种倾斜运动在声音再现过程会导致扭曲。所使用的环形连接件可以由弹性材料来制造，如聚亚氨脂或橡胶，而且最好具有褶皱或波纹状的结构。
根据本发明中辐射器的一个实施方案的特征在于一个密封室至少在连接单元的连接件之间延伸，而连接单元与中央质量元件相邻。
根据以上所述的辐射器的一个实施方案其优选的特征在于中央质量元件有一个突起，该突起延伸到连接单元的连接件之间的一个位置，而连接单元与中央质量元件是相邻的。采用这种特性特征会导致封闭室的减少，当辐射器本体移动时这会导致更大的压力变化。该方案的一个优点是可以使用薄连接件，最好是膜状件。最好该突起是环形的。
根据本发明的辐射器的一个实施方案具有权利要求5中所定义的特征。该实施方案可以进一步具有权利要求6中所定义的特征。
根据本发明的辐射器的一个实施方案的特征在于密封室中含有阻尼装置，用于缓冲气态介质的移动。该特性特征的采用使该质量弹性系统的机械Q系数减小，其结果是有效地衰减了任何相互之间的谐振。
在以上描述的实施方案中，阻尼装置最好包括多孔材料如象，聚亚胺酯泡沫一样的蜂窝状材料的一个环形体。这种材料具有小型开放单元的结构。在操作过程中，即当辐射器本体平移的时候，密封室中存在的气态介质流经该蜂窝状结构。这种介质流动造成辐射器本体相对于其环境移动的机械阻力。
根据本发明的辐射器的一个实施方案的特征在于多孔材料的环形体构成了辐射器本体中央质量元件的一部分。该环形体随后可以成为紧固在中央质量元件上的一部分。还可以给中央质量元件配备一个调整块，为此可能需要配一个凹口或空腔。
根据本发明的辐射器的一个实施方案的特征在于质量元件的数量是两个，三个或四个。虽然使用更多的质量元件也是有可能的，但是发现，为了得到一个没有所不希望的噪音并具有大偏移的可靠的辐射器，在实际中使用两个、三个或四个质量元件的构造就能满足要求并易于实现。
根据本发明的辐射器的一个实施方案的特征在于连接件的形状彼此相同。如果这个实施方案能够使每个质量元件相对于其相邻的质量元件具有相同的最大轴向偏移，则本实施方案为优选方案。在一个实际的实施方案中，连接件可能是，例如，欧米加形状的。出于对称的原因，任何其它的连接件彼此之间最好布置成镜-倒置位置，以防止质量元件之间偏移和振幅的不对称。
根据本发明的辐射器的一个实施方案的特征在于连接件当中至少有几个相互间尺寸不同，所述尺寸在远离中央质量元件的方向上增大。根据这个方法，相对而言，即相对于位于中央附近或更靠近中央的质量元件而言，一个环形质量元件可以进行较大的最大相对位移。该配置的一个优点在于连接单元能以最佳方式被利用，而不会出现能引起连接件变形的偏转。
本发明还涉及一个扬声器系统，该系统包括一个盒子或箱子，其中放置一个电动扬声器和一个无源辐射器。扬声器可以是本身公知的任何类型。根据本发明，扬声器系统中存在的无源辐射器有如权利要求1~7中任何一项所定义的那样构造。根据本发明，该系统内的无源辐射器的连接单元允许质量元件在盒内压力变动的影响下完成明确规定的相互位移，这种位移又导致了相对大的空气位移，由此保证可以获得一个相对高的声压。在盒内压力变动的影响下，该系统中的各种连接单元允许与辐射器的总的移动质量元件和系统调整频率相适应的偏移，该调整频率又被称做亥姆霍兹谐振。基于以上原因，在根据本发明中的系统具有两个质量元件的情况下，所提供的质量弹性系统的谐振频率最好与包含扬声器和无源辐射器在内的盒子的亥姆霍兹频率相等。
本发明还涉及一个提供音响和可选地可视信息的装置，根据本发明的该装置包括根据本发明的扬声器系统。这样的一个装置就是，例如，一个视听或多媒体装置。
就权利要求而言，需要注意的是权利要求中所定义的特性特征的各种组合都是有可能的。
现在，将参考附图并举例对该发明进行更详细的描述，其中
图1是一个示意性的纵向剖面图，其中显示了根据本发明的无源辐射器的第一个实施方案，图2是一个示意性的纵向剖面图，其中显示了根据本发明的无源辐射器在静止状态下的第二个实施方案，图3是一个示意性的纵向剖面图，其中显示了根据本发明的无源辐射器在工作状态下的第二个实施方案，图4是一个示意性的纵向剖面图，其中显示了根据本发明的无源辐射器的第三个实施方案，图5是一个示意性的纵向剖面图，其中显示了根据本发明的无源辐射器的第四个实施方案，图6是一个示意性的纵向剖面图，其中显示了根据本发明的无源辐射器的第五个实施方案，图7是一个示意性的纵向剖面图，其中显示了根据本发明的扬声器系统的一个实施方案，图8是一个示意性的前视图，其中显示了根据本发明的装置的一个实施方案。
图1中所示的根据本发明的无源辐射器适用于一个低音反射扬声器系统。该辐射器包括一个底架1，一个可以沿着一个平移轴T相对于底架1移动的辐射器本体3，和可以柔性地将辐射器本体3连接到底架1的一个元件1a上的连接装置。在当前的实例中，元件1a是圆柱状的。在当前的例子中，辐射器本体3包括一个中央质量元件3a及三个质量元件3b、3c和3d，这三个质量元件相对于质量元件3a呈同心布置。在当前的例子中，中央质量元件3a被做成一个圆柱体，该圆柱体具有由两个凸起端面所封闭的无孔圆柱壁。当前例子中的其它质量元件3b、3c和3d也是圆柱体，但是两端面开口。这些圆柱体可具有无孔的圆柱面，或者具有或多或少开放的圆柱壁。在当前的例子中，所述连接装置包括四个连接单元5a、5b、5c和5d。三个连接单元5a、5b和5c用来连接两个相应相邻的质量元件3a和3b；3b和3c；以及3c和3d，以使彼此之间可以是相对可活动的。连接单元5d用于将质量元件3d可活动地连接到底架1的元件1a上。在当前的例子中，5a、5b、5c和5d这四个连接单元中的每一个都是分别由两个环形的连接件5a1，5a2；5b1，5b2；5c1，5c2；和5d1，5d2构成。在当前的例子中，这些连接件都具有欧米加形状的横断面且由橡胶制成。适用的是通过本身公知的固定手段，比如粘接剂，在其边缘将这些环形的连接件连接到质量元件3a、3b、3c、和3d并连接到底架1的元件1a上，而且考虑到它们的形状和材质，这些环形的连接件具有这样的特性，以便使在使用过程中主要允许质量元件3a、3b、3c、和3d沿着平移轴T运动，而阻止质量元件的所不希望的倾斜运动。在当前的例子中，连接件都彼此相同，两个相对的连接件5a1和5a2；5b1和5b2；5c1和5c2；以及5d1和5d2的波峰彼此相距较远，以便形成一个对称悬挂结构。
图1中所示的根据本发明的无源辐射器有四个彼此独立的质量弹性系统。这些质量弹性系统是由以下几部分构成的质量元件3a及其相邻的连接单元5a，连接单元5a由相邻的连接件5a1和5a2构成；质量元件3b及其相邻的连接件5a1、5a2和5b1、5b2；质量元件3c及其相邻的连接件5b1、5b2和5c1、5c2；以及质量元件3d及其相邻的连接件5c1、5c2和5d1、5d2。图中所示本实施方案的一个特征是这些质量弹性系统都具有相同的或基本相同的谐振频率，以确保在工作中质量元件3a，3b，3c和3d以同相位移动。如图1中所示的根据本发明的无源辐射器的实施方案具有四个连续的同心室7a，7b，7c和7d，它们与平移轴T同轴，且分别以中央质量元件3a、连接件5a1、4a2以及质量元件3b；质量元件3b、连接件5b1、5b2以及质量元件3c；质量元件3c、连接件5c1，、5c2以及质量元件3d；质量元件3d、连接件5d1、5d2以及底架1的元件1a为界。在7a，7b，7c和7d四个小室中，7a处于关闭或封闭状态，其中充满了空气，在图示辐射器的位置即静止位置上，其内空气的压力等于大气压。作为选择，该压力可以略高于大气压。所采取的一些措施确保该无源辐射器的可靠工作，中央质量元件3a从其静止位置上算起的最大位移是由单个连接单元5a、5b、5c和5d所允许的最大偏移之和。显然，质量元件3b的最大位移是由单个连接单元5b、5c和5d的最大偏移之和；质量元件3c的最大位移是单个连接单元5c和5d的最大偏移之和；质量元件3d的最大位移对应于连接单元5d的最大偏移。由于辐射器本体3在此所获得的相对大的最大位移可能带来大的空气位移。
如图2所示的根据本发明的易于实现的从而实用的无源辐射器具有一个底架11和一个包含两个质量元件的辐射器本体13。辐射器本体13可相对于底架11沿着平移轴T*移动。辐射器本体13具有一个沿圆周封闭的圆柱状中央质量元件13a和一个沿圆周封闭的圆柱状质量元件13b。底架11具有一个圆柱状元件11a。元件11a，3a和13b都位于一个区域，且相互间同轴线布置，中央质量元件13a的中心轴与平移轴T*重合。质量元件13a和13b之间通过一对环弹性形连接件15a1和15a2进行机械互连。质量元件13b还通过一对弹性环形连接件15b1和15b2与底架11的元件11a机械互连。本实施方案中所使用质量元件13a和13b以及连接件15a1、15a2和15b1、15b2的这种配置表明存在两个质量弹性系统。这些质量弹性系统是由质量元件13a和一对连接件15a1、15a2以及质量元件13b和连接件15a1、15a2及15b1、15b2构成的。这些质量弹性系统具有相同的谐振频率(自然频率)。所使用的连接件15a1、15a2和15b1都由橡胶或另一种气密材料制成，它们在与平移轴T*平行的方向上都有弹性而柔软且对侧向形变有足够的抵抗力。在当前的实施方案中，例如由硬塑料制成的中央质量元件13a和质量元件13b，以及连接到元件13a和元件13b上的连接件15a1和15a2所共同围成的空间形成了一个密封室17a，其内部有大量空气。如果需要的话，由质量元件13b、元件11a以及连接到这两个元件上的连接件15b1和15b2也可以形成一个密封室17b，这时元件应当圆周封闭。
图2中所示的实施方案是处于静止位置。图3显示了该实施方案的一部分，但是此时辐射器本体已经在外部压力变化的影响下沿着平移轴T*从静止位置上移开，中央质量元件13a相对于质量元件13b移动了一个偏移A。当辐射器处于静止位置时连接件15a1和15a2的形状在图3中用虚线显示出来。处于工作位置时，辐射器密封室17a的容积，如图3所示，小于辐射器处于静止位置时该密封室的容积。这就意味着，在质量元件13a相对于质量元件13b移动的过程中，空气压力增大了。如前所述，这种压力的上升对连接件15a1和15a2有积极的影响，特别是考虑到对其弯曲形状的保持时。以上所采取的措施造成的一个结果是连接件15a1和15a2可以做得非常薄。在当前的实例中，其厚度为0.3mm。
在对以下其它实施方案的描述中，图2中所示实施方案中使用的参考号将继续被应用在其它各实施方案的类似部件上。
在图4所示的根据本发明的辐射器的实施方案中，在本实施方案中由硬塑料制成的中央质量元件13a具有一个径向突出的环形突起13a1，它同心地环绕着质量元件13a。与质量元件13a集合在一起且具有固有的无孔外壁的突起13a1延伸到充气密封室17a中。突起13a1的存在使密封室17a的容积大为缩减，其结果是当质量元件13a相对于质量元件13b进行轴向偏移时会产生相对大的压力变化。利用位于密封室17a的质量元件13b，突起13a1限定了一个狭窄的通道19，在辐射器本体相对于底架1运动的过程中，该通道对密封室17a中所产生的气流有阻尼作用。环形突起13a1最好具有梯形纵剖面结构，其尺寸沿着朝外的方向径向减小。
图5中所示的实施方案具有一个中央质量元件13a，其上固定着一个多孔材料环形体13a2，在本实例当中该多孔材料为聚亚安酯泡沫。该环形体13a2位于密封室17a中，在工作过程中，它对密封室17a中所产生的气流有阻尼作用。在纵剖面图中，该多孔体13a2为齿状，且具有面对着相邻质量元件13b的顶。优选地，在体13a和质量元件13b之间最好形成一个狭窄的环形缝隙。
图6中所示为根据本发明的具有两个密封室17a和17b的无源辐射器的一个实施方案。中央质量元件13a有一个中央基座13a3和一个延伸到密封室17a中的环形体13a2，基座13a3和体13a2形成了一个具有无孔的壁的结合体。在中央区域质量元件13a有一个接纳调谐块23的空洞。在当前的实例中，底架11的元件11a具有一个环形的内突起11a1，以减小密封室17b的容积。突起11a1及其面对着的质量元件13b之间有一个通道25。
如图7所示的根据本发明的扬声器系统为一个低音反射系统，它包括一个盒子或音箱100，其中装着根据本发明的无源辐射器，在当前的实例中，该辐射器采用图2中所示的实施方案，其参考号为103，配有一个电动式扬声器102。在工作过程中，扬声器102驱动着辐射器103，当前实例中的扬声器和辐射器共同实现声波频谱中低频范围的声波的再现。因而该系统是一个次低音扬声器设备。该系统的盒子100上有第一开口104，无源辐射器103的底架101通过该开口延伸，盒子上还有第二个开口106，扬声器102的底架101通过该开口延伸。底架11和底架101分别固定在盒子的边缘部分100a和100b上，边缘部分100a和100b分别围绕着开口104和106。
对于无源辐射器103的更详细的描述，请参看本文中与图2所示的辐射器相关的段落，需要注意的是辐射器103中所装备的质量弹性系统的谐振频率等于该系统的亥姆霍兹谐振。
所示系统中使用的扬声器102包含一个圆锥形振膜105和一个电磁激励器107。在当前的实例中，振膜105中有一个防尘盖117。振膜105有一个具有一个开口109的前部分105a，其后部分105b具有管状中央元件111。元件111上载有激励器107的第一激励部件107a，在当前的实例中它是线圈形式。线圈107a通过电导体108连接到位于底架上的端子110。激励器107还包含一个第二激励部件107b，该第二激励部件107b在当前的实例中包括一个环形磁铁107b1、一个轭部件107b2和一个固定在底架101的底架部件101b上的一个轭部件107b3。在轭部件107b2和轭部件107b3之间形成了一个空气缝隙107c，线圈107a就在其中延伸。当激励器带电后，线圈107a以及振膜将沿着振膜轴105c在用双箭头X表示的任一轴向方向执行轴向偏移。
扬声器102配有一个柔性的连接件115，该连接件115将振膜105的前部105a连接到底架101上。在当前的实例中，柔性的连接件115是一个断面为。欧米加形状的环形元件。连接件115，由例如]聚亚安酯制造，可以通过粘性接合被连接到振膜105以及底架101上。
在当前的实例中，扬声器102还包括一个中心圆盘形状的柔性的中心元件119，其具有同心波纹图案，且由合适的材料如纺织纤维制成，该元件将底架101连接到后部件105b上，特别是连接到其中央元件111上。中心元件119与连接件113和115都是悬挂装置，其在用X表示方向的轴向上采用相对松弛且柔性的方式，但是它们在其他方向上都较为僵硬，其结果是振膜105和线圈107a能够相对于底架101作规定好的轴向运动。显然，还可以使用除所示扬声器之外的另一个扬声器，例如使用带有多悬挂振动系统的扬声器元件。
图8中所示的根据本发明的装置是一个平板多媒体电视。该装置有一个壳子201，该壳子中装有一个显示屏203和根据本发明的两个扬声器系统。壳子201的前端有一个开/关开关单元207。当前实例中的扬声器系统对应于图7中所示的扬声器系统，并配有图8中的参考号205。因而，每个扬声器系统205都有一个盒子100，该盒中包括根据本发明的一个扬声器102和一个无源辐射器103。除了图中所示的装置之外，根据本发明的装置还可能是一台普通的电视、一个监视器或一件音响设备。而且，所采用的无源辐射器可以如图1、3、4、5或6或以在本发明范围内的一些其它形式构成，而且可以采用与图7所示的扬声器不同的扬声器。此外，本发明还不仅限于图中所示的无源辐射器的这几个实施方案。例如，可以不用两个、三个或四个质量元件，而使用四个以上的元件并且还可以不用欧米加形状的连接件，而使用正弦曲线或其它不同形状的、合适的连接件。
权利要求
1.一种无源辐射器，包括一个底架和辐射器本体，所述辐射器本体连接到所述底架上并可沿着一个平移轴相对于底架移动，该辐射器本体包括一个中央质量元件和至少一个相对中央质量元件同心布置的质量元件，连接单元被提供用于可移动地互连相邻的每两个质量元件以及将其中一个质量元件可移动地紧固到底架的元件上，每个所述的连接单元包括两个环形的弹性连接件，形成所述元件的部分的两个相邻元件被紧固到这两个连接件上，连接单元中的至少一个的连接件上结合有一个封闭室，该封闭室在固定到所述单元上的元件之间延伸，且充有气态介质，中央质量元件及其相邻的连接单元，以及每个同心布置的质量元件及其相邻的连接件，构成一个质量弹性系统，由此定义的所有质量弹性系统具有至少基本相同的谐振频率。
2.如权利要求1中所述的无源辐射器，其中连接单元主要允许质量元件沿着辐射器本体的平移轴做移动，并阻碍其它运动。
3.如权利要求1中所述的无源辐射器，其中密封室至少在与中央质量元件邻接的连接单元的连接件之间延伸。
4.如权利要求3中所述的无源辐射器，其中中央质量元件具有一个突起，该突起至少延伸到与中央质量元件邻接的连接单元的连接件之间的一个位置。
5.如权利要求1中所述的一个无源辐射器，其中密封室至少在与底架的元件邻接的连接单元的连接件之间延伸。
6.如权利要求5中所述的无源辐射器，其中底架的元件有一个突起，该突起延伸到与底架的元件邻接的连接单元的连接件之间的一个位置。
7.如权利要求1中所述的无源辐射器，其中密封室包括一个阻碍气态介质运动的阻尼装置。
8.如权利要求7中所述的无源辐射器，其中阻尼装置包括一个多孔材料制成的环形体。
9.如权利要求8中所述的无源辐射器，其中多孔材料制成的环形体构成了部分的中央质量元件。
10.如权利要求1中所述的无源辐射器，其特征在于质量元件的数量是两个、三个或四个。
11.如权利要求1中所述的无源辐射器，其特征在于连接件的形状彼此相同。
12.如权利要求1中所述的无源辐射器，其特征在于至少几个连接件具有互不相同的尺寸，所述尺寸在远离中央质量元件的方向上增加。
13.一种扬声器系统，包括一个盒子，其中装有一个电动扬声器和一个如权利要求1至12中任意一项所述的无源辐射器。
14.如权利要求13中所述的一个扬声器系统，其中质量元件的数量是两个，且权利要求1中所定义的质量弹性系统的谐振频率与包括其中装有电动扬声器和无源辐射器的盒子的亥姆霍兹频率相等。
15.一种装置，用于播出音响和，可选地，可视信息，该装置包括如权利要求13或14中所述的扬声器系统。
全文摘要
一种无源辐射器包括一个底架(11)和连接到该底架上并沿着一个平移轴(T*)相对于底架可移动的辐射器本体。该辐射器能够移置相对大的空气量。辐射器本体包括一个中央质量元件(13a)和至少一个相对中央质量元件同心布置的质量元件(13b)。该辐射器还包括用于可活动地互连相邻的每对质量元件并用于将其中一个质量元件可活动地连接到底架的元件(11a)上的连接单元。每个所述的连接单元包括两个环形的弹性连接环(5a1,5a2;5b1,5b2),所述弹性连接环具有两个相邻的元件,这两个相邻的元件是紧固到其上的所述元件的一部分。至少其中一个连接单元的连接件上连有一个封闭室(17a),该密封室含有气态介质,以阻止所不希望的噪音。中央质量元件和其相邻的连接单元以及每个同心布置的质量元件及其相邻的连接件,构成一个质量弹性系统,由此定义的所有质量弹性系统具有至少基本相同的谐振频率。
文档编号H04R7/08GK1383699SQ01801465
公开日2002年12月4日 申请日期2001年3月14日 优先权日2000年3月28日
发明者G·O·M·德胡赫 申请人:皇家菲利浦电子有限公司