专利名称：扬声器系统和扬声器箱的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种扬声器系统和扬声器箱的技术。
背景技术：
已经研制了不同类型的扬声器系统。例如，低音反射扬声器系统(bass reflex speaker system)或者拉伸锥盆扬声器系统(drawn cone speaker system)是这些扬声器系统的代表。
“低音反射”是通过利用赫尔姆霍茨共振增强低音的技术。“拉伸锥盆”是通过利用与箱容积内的空气共振来增强低音的技术，在该箱内安装无驱动电路的扬声器单元。
在“低音反射”中，如果箱的容积小，则需要小尺寸且细长的共振管用来降低共振频率。结果，因为空气阻力变得太大而存在低音增强功能被显著削弱的问题。此外，因为空气经过共振管的速度变得太高而存在产生像口哨一样的风噪音的问题。
在“拉伸锥盆”中，为了减小共振频率，需要增加扬声器系统的质量。尽管为了减小共振频率，需要使支撑振动板的边缘的柔量(compliance)提高，但是为了支撑质量大的振动板，需要使该边缘的弹簧特性(spring characteristic)和强度提高。这同柔量相矛盾。此外，重的振动板几乎不能极佳地平行振动，所以，重的振动板的振动易于包括被称为“滚动”或者“摇摆”的异常振动。该异常振动引起失真增加和能量消耗的浪费，从而使效率降低。
例如，为了弥补“拉伸锥盆”的缺陷，已经提出了WO00/32010中公开的技术。根据所提出的技术，可防止滚动或者摇摆。然而，所提出的技术具有振动板的重量由围绕该振动板设置的边缘来支撑的结构。由于这个原因，边缘需要强固，所以，存在振动的Q由于边缘的阻尼效应而减小的问题。
发明内容
为了解决前述问题，本发明的目的是提供一种尽管扬声器系统或扬声器箱的尺寸小，但却能够输出充分增强的低音，并可以在防止滚动或摇摆的同时使振动板的振动的Q增大的扬声器系统和扬声器箱。
根据本发明的一种扬声器系统，其包括扬声器箱，其具有表面；扬声器，其安装在扬声器箱中；振动部，其一端固定在扬声器箱的表面上，以允许该振动部弹性地振动；开口部，其设置在扬声器箱设置振动部的表面中，并且该开口部布置在与振动部的振动区域对应的位置处；以及密封构件，其在使振动部能够振动的同时，覆盖振动部与开口部的缘部之间形成的间隙，以保持扬声器箱的气密性。
优选地，扬声器安装在设置振动部和开口部的表面上。
优选地，开口部以在保留由线围成的平面图形的一部分轮廓的同时，将该平面图形的其余轮廓切掉的方式形成在该表面中，从而与该平面图形对应的部分用作振动部。
根据本发明的一种扬声器箱，其包括主体，其具有表面并设置有用于安装扬声器的扬声器安装孔；振动部，其一端固定在主体的表面上，以允许该振动部弹性地振动；开口部，其设置在主体设置振动部的表面中，并且该开口部布置在与振动部的振动区域对应的位置处；以及密封构件，其在使振动部能够振动的同时，覆盖振动部与开口部的缘部之间形成的间隙，以保持主体的气密性。
通过参考附图对本发明的优选示例性实施例的详细说明，本发明的上述目的和优点将变得更明显，其中图1是示出根据本发明第一实施例的扬声器系统的外观的图；图2A和2B是示出该实施例的内部构造的图；图3是示出处于将振动板拆除的状态下的该实施例的主视图；图4是该实施例的仰视图；图5是沿图3中A-A线所取的剖视图；图6A和6B是示出该实施例的频率特性的曲线图；图7是扬声器的电等效电路；图8是扬声器箱的电等效电路；图9是背景技术无源辐射器的等效电路；图10是背景技术无源辐射器系统的等效电路；图11是本发明中振动板的等效电路；图12是本发明中扬声器系统的等效电路；图13是示出根据本发明第二实施例的扬声器系统的外观的立体图；图14A和14B是示出该实施例的内部结构的图；图15是该实施例中挡板50a的后视图；图16是示出该实施例的一个变形例的图；图17A至17C示出该实施例的另一变形例的图；图18A和18B是示出本发明另一实施例的图；图19A至19C是示出本发明另一实施例的图；图20A和20B是示出本发明另一实施例的图；
图21(A)至(D)是示出本发明另一实施例的图；图22A至22C是示出本发明另一实施例的图。
具体实施例方式
以下将参考
本发明的实施例。
第一实施例图1是示出根据本发明第一实施例的扬声器系统的外观的立体图。图2A和2B是示出根据该实施例的扬声器系统的构造的侧剖视图和侧视图。
在图1中，具有音圈、磁体等的扬声器10被安装在扬声器箱20的前表面。扬声器箱20是具有六个表面、每个表面均由板状构件(例如木材、合成树脂、金属或者这些材料的胶合板等)制成的长方体封闭式箱。
如图2A所示，在扬声器箱20的前表面，薄板状振动板30附着到挡板20a上。振动板30形成为具有与扬声器箱20的前表面的尺寸相等的尺寸，从而扬声器箱20的前表面被振动板30完全覆盖。扬声器安装孔被设置成穿透振动板30和挡板20a二者。将扬声器10插入扬声器安装孔。在该情况下，扬声器10的前架通过螺钉固定到振动板30和挡板20a。
如图2A所示，挡板20a形成为仅对应于扬声器箱20的前表面的上半部。扬声器箱20的底面20c形成为比扬声器箱20的顶面20d稍短。如图2A所示，底面20c的前侧自下向前上升，从而形成向上延伸的前端部20e。
如图2A和2B所示，扬声器箱20的各侧表面20f的前下部在从挡板20a的下端到底面20c的前端部20e的范围内倾斜，从而形成倾斜部20g。
由挡板20a的下端、倾斜部20g和前端部20e的上缘包围的空间被设置为开口部20b。在上述的构造中，振动板30的上部被固定到挡板20a，而振动板30的下部与开口部20b相对。由于这个原因，振动板30的下部用作悬臂的自由端，从而由于振动板30的弹性，振动板30的下部可自由地振动。在下文中，将振动板30的下部称作“振动区域30a”。
在该情况下，振动板30由具有声学上足够的强度和弹性二者的构件制成。术语“声学上足够的强度”意味着该构件是不透气的并且密度与空气相比足够高，从而在该构件振动时，该构件具有足够的强度和弹性产生声波。振动板30具有利用振动板30本身可以阻断某一程度的声波的性质。
“弹性”的程度是当固定振动板30的一边、水平放置振动板30时，可以支撑振动板30的自重、基本水平地保持振动板30的程度。为了满足该特性，振动板30由例如薄木材、薄合成树脂、金属或这些材料的胶合板等板状构件制成。
附图标记40表示设置在振动板30的振动区域30a的外周缘与开口部20b的缘部之间的、用于保持扬声器箱20的气密性的边缘。在该情况下，在振动区域30a的侧缘与倾斜部20g之间，边缘40向扬声器箱20的内部空间突出，使边缘40的折弯部分(以下称作“折弯部40a”)垂直延伸。另外，在振动区域30a的下端缘与前端部20e之间，边缘40向扬声器箱20的内部空间突出，使边缘40的折弯部分(以下称作“折弯部40b”)水平延伸。
图3是处于将振动板30拆除状态下的扬声器箱20的主视图。图3中的阴影部分示出了边缘40。向扬声器箱20的内部空间突出的边缘40的部分是折弯部40a和40b。图4是扬声器箱20的仰视图。图5是沿图3中A-A线所取的剖视图。
图3所示的边缘40的外周缘部被粘结到振动板30的振动区域30a的外周缘部，从而保持扬声器箱20的气密性。可以自由地弯折边缘40的折弯部40a和40b，从而振动区域30a可以不受干扰地自由振动。尽管图2A和2B中未示出，与扬声器10的音圈连接的扬声器端子设置在扬声器箱20的后表面。
在上述构造中，当驱动扬声器10时，扬声器10的盆纸(conepaper)的振动传播到扬声器箱20内的空气，从而振动板30的振动区域30a与空气的振动一致地振动。在这场合，在通过边缘40保持扬声器箱20气密性的状态下振动板30振动使扬声器箱20内的空气体积在振动板30振动时被压缩或膨胀。因此，在除了振动板30的弹性之外，还基于扬声器箱20的空气弹簧特性的柔量(机械挠性)与振动板30的等效质量之间设置新的共振频率。结果，以振动板30的共振频率作为中心再现声音。
空气弹簧和振动板30的弹性(弹簧特性)等效于起到两个弹簧被彼此并联连接的作用。然而，由于空气弹簧的柔量小于振动板30的弹簧功能的柔量，所以基于空气的柔量和振动板30的等效质量来基本确定作为扬声器系统的共振频率的振动板30的共振频率。
可以容易地将如此确定的共振频率设定为低音区域中的期望值。例如，在扬声器箱20的内部容积设定为3.5公升的状态下，当将具有8cm有效直径、70Hz最低共振频率以及0.35的Q的扬声器用作扬声器10时，如果共振板30的质量为135克，则可以获得50Hz的共振频率作为振动板的共振频率。
图6A示出了在前述特定例中的扬声器10的频率特性。图6B示出了在前述特定例中的振动板30的频率特性。如从图6A和6B中显而易见的，当在该实施例中设定前述数值时，可将具有接近50Hz强调频率的低音加强输出。以这种方式，在该实施例中，通过利用振动板30的弯曲振动，可以获得如拉伸锥盆等无源辐射器的功能。
振动区域30a以振动区域30a在总体被弯折成像“纸扇”的状态下振动的一次振动方式再现低音。这是因为尽管在振动板30中存在二次和三次振动方式以及更高次振动方式，但是通过空气整体地驱动振动板30，从而一次振动方式的发生水平变得最强，而其他振动方式的发生水平变小。为了更充分地抑制高次方式，可以通过振动板30的材料和厚度或者材料的层叠来进行调整。
顺便提及，在该实施例中，因为振动板30具有足够的弹性支撑其自重，所以即使在振动板30被水平放置的情况下，振动板30也可以自己保持水平。尽管振动板30自身的弹性用作自由共振的柔量，但是由于具有弹性的振动板30的内部损失远小于具有相同程度弹性的边缘40的内部损失，所以振动时的损失十分小。
在该实施例中，边缘40的材料可以比背景技术中拉伸锥盆中所使用的边缘的材料软。而且，边缘40不需要具有机械强度。在如拉伸锥盆等背景技术无源辐射器中，因为无源辐射器需要由边缘来支撑刚性振动板的构造，所以边缘具有支撑振动板和保持扬声器箱气密性两种功能。然而，在该实施例中，由于振动板30自身有支撑振动板30的功能，所以边缘40不需要具有任何支撑功能。由于这个原因，只要可以保持扬声器箱20的气密性，可将在背景技术中不能使用的软材料用作边缘40的材料。可以形成振动板30的振动不受妨碍的状况，从而可以使振动的Q增大。
当振动板30的质量增大时，可以使振动板30的共振频率减小。也就是说，可依照振动板30的尺寸、材料等调整共振频率。当向振动板30贴附某构件时，也可容易地调整共振频率。
以下将结合等效电路说明本发明与背景技术的差别。图7示出了扬声器的电等效电路。该电等效电路具有由Cmes、Res和Lces构成的低频共振电路(共振频率＝F0)通过音圈阻抗来电压驱动的构造。
在图7中，附图标记如下。
Re＝音圈直流电阻Le、L2、R2＝高频阻抗上升因子Cmes＝扬声器振动系统的等效质量电容Lces＝扬声器振动系统的等效柔量电感(equivalentcompliance inductance)Res＝扬声器振动系统的机械阻尼电阻图8示出了扬声器箱的等效电路。在图8中，附图标记Lve表示等效容积电感。
图9示出了如拉伸锥盆或铰接固定的振动板等背景技术无源辐射器的等效电路。如图9所示，该等效电路具有将音圈要素从扬声器去除的电路构造。质量Cmep通过边缘的柔量Lcep和阻尼电阻Rep支持。
在图9中，附图标记如下。
Cmep＝无源辐射器的等效质量电容Lcep＝无源辐射器的等效柔量电感Rep＝无源辐射器的机械阻尼电阻图10示出了背景技术无源辐射器系统的等效电路。由信号电压驱动的扬声器的音响输出通过扬声器箱容积驱动无源辐射器。
该系统的低频共振频率基本等于Cmep和Lve的共振频率。为了通过小容积减小共振频率，需要提高Cmep。这意味着无源辐射器变重。为了支撑重的无源辐射器，需要边缘耐用并且强固。另一方面，因为要求边缘的柔软性，所以采用如橡胶或聚氨脂等软材料作为边缘的材料。因此，为了增大强度，需要使边缘变厚。然而，使边缘变厚意味着提高阻尼力并减小等效柔量Lcep(即，根据电等效电路中的表达式减小电阻值Rep)。由于这个原因，无源辐射器的损失变大，以致低音再现能力降低。
图11示出了根据本发明的振动板的等效电路。因为振动板的一侧被完全固定，所以振动板自身具有支撑其自重的柔量Lceb。因为振动板由弹性物质制成，所以如边缘材料等电阻成分可以被忽略。由于边缘不需要支撑振动板的重量，因此可采用薄材料作为边缘的材料。因此，可使柔量Lcex增大至非常大的值，从而必然可使损失降至非常小的值(即，可根据电等效电路中的表达式使阻尼电阻Rex提高至大的值)。
在图11中，附图标记如下。
Cmeb＝振动板的等效质量电容Lceb＝振动板的等效柔量电感Lcex＝振动板边缘的等效柔量电感Rex＝振动板边缘的机械阻尼电阻图12示出了根据本发明的扬声器系统的等效电路。与图10相比，当扬声器和扬声器箱的容积与图10中的相同时，如果保持以下关系，则使低频共振频率等于图10中的低频共振频率。
Cmep＝Cmeb尽管要求与支撑振动板的重量的柔量相同的柔量，但是由于图10中的Lcep并且图12中Lcex＞＞Lceb，所以柔量变成基本等于Lceb。当进行适当设计时，基本保持以下关系。
Lcep＝Lceb在上述的因素中，图10和图12之间不存在大的差异。但是，如从上述说明显而易见的，本发明的重要特征是满足以下关系。
Rex＞＞Rep因此，应理解与背景系统相比，损失大大减小而带来在低音再现方面的优势。
第二实施例接着，说明本发明的第二实施例。图13是示出本发明第二实施例的外观的立体图。在图13中，扬声器10被安装在长方体扬声器箱50的前表面中的挡板50a的上部。以细长U形部切掉的开口部60被设置在从挡板50a的中央部到挡板50a的下部的范围中。
在该情况下，U形部的内部用作振动板51。也就是说，振动板51的上部与挡板50a为一体，而振动板51a的其它部分通过U形开口部60与挡板50a分离。因此，振动板51可以在振动板51的上端固定的状态下自由地振动。
图14A和14B是示出该实施例的侧剖视图和截面图。如图14A和14B所示，开口部60被在剖视图中形状像弓形的边缘70从扬声器箱50的内侧覆盖。结果，保持扬声器箱的气密性。图15是挡板50a的后视图。如图15所示，边缘70沿U形开口部60的形状覆盖U形开口部60。
在该实施例中，因为振动板51的一侧被设置为连接到挡板50a的固定端，所以振动板51自身具有支撑功能。由于这个原因，只要边缘70具有保持扬声器箱气密性的功能，边缘70不需要支撑振动板51的重量。因此，可采用软材料作为边缘70的材料。结果，可形成不抑制振动板51的振动的状况，即，振动板51可以容易地运动的状况。该实施例的操作与第一实施例相同，使振动板51的共振频率附近的频带(低音带)增强。
尽管就开口部60被边缘70从扬声器箱50的内侧覆盖的情况说明了该实施例，开口部60可以如图16所示被边缘70从扬声器箱50的外侧覆盖。顺便提及，图16是对应于图14B的截面图。
尽管就开口部被设置在扬声器箱的扬声器设置表面中从而形成振动板的情况说明了第二实施例，但形成振动板(即，设置开口部)的位置不限于此。只要该位置处于扬声器箱的壁表面中，可以采用任何位置。
图17A至17C是示出形成振动板的位置的例子的图。图17A是示出扬声器系统的外观的立体图。图17B是从后面看该变形例的立体图。图17C是侧剖视图。如图17A至17C所示，在该示例中，开口部60被设置在与挡板50a相对的表面，即扬声器箱50的后表面中。
变形例尽管以上已说明了本发明的诸实施例，但本发明不限于这些实施例，而是可进行各种变形。以下将说明这些变形的示例。
(1)当如第二实施例所述形成细长开口部时，开口部的形状不限于U形。简单地说，假设在扬声器箱的任意表面中由线围成的平面图形，可以以在保留该平面图形的一部分轮廓的同时，将该平面图形的其余轮廓切掉的方式来形成开口部。当以该方式形成开口部时，对应于平面图形的部分用作振动板。图18B示出扬声器系统的外观。例如，如图18B所示，开口部60可以形成为使挡板50a的整个下部形成为振动板51。图18A是在该情况下的侧剖视图。
(2)图19A至19C示出了将高音用扬声器和低音用扬声器安装在纵向长的扬声器箱80的挡板80a中，而振动板81形成在挡板80a之下的示例。图19A是主视图。图19B是侧剖视图。图19C是后视图。在图19A至19C示出的示例中，当将具有8cm有效直径和70Hz最低共振频率的扬声器容置在具有3.5公升内部容积的扬声器箱中时，在将振动板的共振频率调整到50Hz时，可以再现从40Hz(-10dB)开始的低音。
(3)图20A和20B示出了将两个扬声器水平安装在扬声器箱85的挡板85a中，而挡板85a的下部形成为振动板86的示例。图20A是主视图。图20B是沿图20A中A-A′线所取的剖视图。在图20A和20B所示的示例中，当将两个具有3cm有效直径和190Hz最低共振频率的扬声器容置在具有400cc内部容积的扬声器箱中时，在将振动板的共振频率调整到120Hz时，可以再现从100Hz(-10dB)开始的低音。
(4)图21(A)至21(D)示出了将两个扬声器分别安装在成一角度连接的两个挡板90a和90b中，而振动板91形成在扬声器箱90的后表面中的示例。图21(A)是主视图。图21(B)是后视图。图21(C)是沿图21(A)中A-A′线所取的剖视图。图21(D)是沿图21(C)中B-B′线所取的剖视图。在图21(A)至21(D)所示的示例中，当将两个具有3cm有效直径和190H z最低共振频率的扬声器容置在具有400cc内部容积的扬声器箱中时，在将振动板的共振频率调整到120Hz时，可以再现从100Hz(-10dB)开始的低音。
(5)图22A至22C示出了将两个扬声器分别安装在扬声器箱100的左和右侧表面中，而振动板101形成在扬声器箱100的前表面中的示例。图22A是后视图。图22B是侧视图。图22C是主视图。在图22A至22C所示的示例中，当将两个具有3cm有效直径和190Hz最低共振频率的扬声器容置在具有300cc内部容积的扬声器箱中时，在将振动板的共振频率调整到120Hz时，可以再现从100Hz(-10dB)开始的低音。
(6)如各前述实施例所示，将开口部设置在与振动板的振动区域对应的位置处。也就是说，可以将开口部设置在振动板的背后或者振动板的周围，从而使振动板可以振动。
本申请基于2005年6月30日提交的日本专利申请No.2005-193071，该申请的内容通过引用包含于此。
权利要求
1.一种扬声器系统，其包括扬声器箱，其具有表面；扬声器，其安装在所述扬声器箱中；振动部，其一端固定在所述扬声器箱的所述表面上，以允许该振动部弹性地振动；开口部，其设置在所述扬声器箱设置所述振动部的表面中，并且该开口部布置在与所述振动部的振动区域对应的位置处；以及密封构件，其在使所述振动部能够振动的同时，覆盖所述振动部与所述开口部的缘部之间形成的间隙，以保持所述扬声器箱的气密性。
2.根据权利要求1所述的扬声器系统，其特征在于，所述扬声器安装在设置所述振动部和所述开口部的表面上。
3.根据权利要求1所述的扬声器系统，其特征在于，所述开口部以在保留由线围成的平面图形的一部分轮廓的同时，将该平面图形的其余轮廓切掉的方式形成在所述表面中，从而与该平面图形对应的部分用作所述振动部。
4.一种密闭的扬声器箱，其包括主体，其具有表面并设置有用于安装扬声器的扬声器安装孔；振动部，其一端固定在所述主体的所述表面上，以允许该振动部弹性地振动；开口部，其设置在所述主体设置所述振动部的表面中，并且该开口部布置在与所述振动部的振动区域对应的位置处；以及密封构件，其在使所述振动部能够振动的同时，覆盖所述振动部与所述开口部的缘部之间形成的间隙，以保持所述主体的气密性。
全文摘要
公开了一种扬声器系统和扬声器箱，该扬声器系统包括扬声器箱，其具有表面；扬声器，其安装在扬声器箱中；振动部，其一端固定在扬声器箱的表面上，以允许该振动部弹性地振动；开口部，其设置在设置振动部的表面中，并且该开口部布置在与振动部的振动区域对应的位置处；以及密封构件，其在使振动部能够振动的同时，覆盖振动部与开口部的缘部之间形成的间隙，以保持扬声器箱的气密性。
文档编号H04R1/20GK1893732SQ20061009077
公开日2007年1月10日 申请日期2006年6月30日 优先权日2005年6月30日
发明者野吕正夫, 新井明 申请人:雅马哈株式会社