专利名称：自动增(半)音的喇叭口的制作方法
自动增(半)音的喇叭口发明背景 发明领域本发明涉及在较宽的频率范围内提高声压水平的自动增(半)音的低音反射端 口。该端口以端口能振动的方式悬挂在扬声器机箱壁的孔中从而减少在低频响应方面比较 先进的端口里面的空气扰动。
背景技术：
使用各种不同的配置已经研发了有能力产生大的功率输出的扬声器系统。当大的 输出功率将用小机箱实现的时候，来自小喇叭圆锥体后面的辐射往往成为失真的来源；因 此使用吸收材料减少这种效应。然而，吸收材料改变扬声器系统的频率响应，通常过度地衰 减低频响应。已经有人推荐改善小扬声器系统的低频响应和效率的技术。结果，敞开式扬声器 系统已经变成流行的。实现敞开式扬声器系统的两种常见技术是涵道式端口和无源辐射 器。在一种技术(例如，khott描述的技术)中，低音反射喇叭箱被描绘成用涵道式端口 减少低频失真。这些先前系统的端口声学上以低频负荷扬声器圆锥体并减少失真。端口 的输出能在低音功率和延伸部分之间的权衡中接近圆锥体的输出。低音反射端口的效应以 Helmholtz共振器原理为基础，该原理本身是已知的，再生的声音频率取决于机箱的体积、 端口的长度和截面以及声音的速度。小的扬声器机箱需要截面比较小的端口。机箱中空气 的声学质量以Helmholtz频率或端口调谐频率振动。然而，为了 Helmholtz频率下或其附 近在小机箱中获得与大机箱相同的声压，单位时间通过端口的空气流量相同是必需的。结 果，端口的空气流速小机箱的比较高。已经观察到在Helmholtz频率或其附近在高声级下， 截面恒定不变的低音反射端口由于空气的扰动经历声音失真。端口输出在这些声级下与喇 叭分离并且诱发噪音和声学损失，尤其是对于小的端口截面。往往简单地增大端口截面就 能解决这些问题，但是可能产生其它问题，例如，大机箱不方便和中音输出过多。代替截面 较大的端口，扩张式端口能用来减少端口非线性取得一些成功。因此，扩张式端口在适度的 机箱中减少端口截面、减少端口扰动和改善低频性能。这些复杂的端口和实施方案可能在 高声压水平下仍然存在减少端口输出的缺点。增加端口输出与喇叭耦合的方法减少先前指 出的不想要的风琴管谐振。调谐隔音板能用来在倒相障板扬声器机箱里面改正一些缺点。这些隔音板包括多 个簧片，这些簧片充当内部调谐端口控制扬声器柜体里面的空气谐振。结果往往是比现有 技术的倒相障板机箱平滑且深的低频响应。无源辐射器也已经在流体不能透过的机箱中用来改善扬声器系统的低频响应和 产生与倒相障板扬声器类似的低频响应。无源辐射器高水平地消除噪音，但是缺乏倒相障 板系统的效率。小机箱很少适应无源辐射器，无源辐射器需要比有源低音辐射器大的截面。 业已表明，增加容纳在扬声器机箱里面的空气的声学质量能产生介于扬声器端口或无源辐射器之间的低音特性。声学透镜利用多个无源辐射器而且有时放大低音输出。但是，早先 的方法需要非常复杂精密的构造方法。通常，喇叭机箱的内部略微受到抑制，因为任何类型 的低音负荷都无法以完美的效率把移动喇叭圆锥体的反射波转变成有用的声学输出。
发明内容
考虑到上述内容，本发明的目标是提供一种紧凑的以较小的低频扬声器装置提供 与装有较大的低频扬声器装置的较大的箱子类似的低频响应的扬声器系统。更具体地说， 本发明的目标是提供改善扬声器系统的低频响应和输出的低音反射端口。另一个目标是提 供降低低频扬声器装置的半功率响应点的低音反射端口。提供在放大端口输出的同时保持 或增加通带的低音反射端口也是本发明的目标。本发明的其它目标和特征将在下文中被部 分地显现和部份地指出。依照本发明，描述一种紧凑的扬声器系统。至少一个低频喇叭被装在密封的机箱 里面。低音反射端口位于与通常提供统一的声学负荷的低频喇叭有关的机箱里面。低音反射端口以略微弯曲的方式安装在机箱上，与现有技术的扬声器相比提供额 外的低音增强和降低半功率响应点。频率响应曲线表明这些改进是因为低音反射端口允许 来自低音喇叭的移动圆锥体的反射波通过端口更有效地退出机箱获得的。这利用该反射波 提供更有用的声学能量和放大的端口输出。传统端口的在端口响应方面定义为-3分贝点 的通带和本发明的扬声器系统可能不同，本发明的扬声器系统有较宽的通带。扼要地说，本 发明的扬声器系统在相同尺寸的机箱中有比传统端口大的低音延伸部分。本发明的其它特征包括提供将提供从低频到中频更接近线性的响应从而大幅度 减少谐振峰的扬声器系统；改善低音瞬态响应；通过令压力形成的能量花费在有用的声音 辐射中而不是产生假的“箱”谐振减弱橱柜共振输出减少不自然的低频赋色。功率处理也 得到改善。本发明提供有能力产生响应相对平坦而且通过低频效率好的高音量输出的扬声 器系统。前面概述的本发明包括下文描述的构造，本发明的范围是用增补的权利要求书指 出的。
在举例说明本发明的各种不同的可能的实施方案之一的附图中，对应的参考符号 在不同的附图中处处提及对应的零配件，其中图1是依照本发明包括机箱、低频扬声器装置和低音反射端口的扬声器系统的剖 视图；图2是该扬声器系统的分解透视图；图3是安装在机箱的壁中的低音反射端口的放大的正视图；图4是沿着图1的线4-4截取的放大剖视图；图5是与机箱分离的低音反射端口的分解透视图。具体实施方法参照附图，更具体地说用参考字符，参考数字10表示的扬声器系统包括适应低频 扬声器装置14的机箱12和以下描述的自动增(半)音的低音反射端口 16。
机箱12包括声学空腔而且如图3所示通常是作为前壁18和后壁20与侧壁22以 及上壁M和下壁沈互相连接的木制橱柜形成的。经常用于机箱12的木材包括胶合板、颗 粒板、中密度纤维板(MDF)和层压木板。在许多类型的可用材料当中，MDF、层板或颗粒板在 价格、可加工性和声学特性方面目前是最好的选择。虽然机箱12被举例说明为矩形的或平 行管状结构，但是人们将理解机箱12可能有其它的形状，例如，四面体形的、球形的或组合 形的，该形状可能更多地用美学而不是功能规定的。机箱12也可能是用其它材料(包括金 属、塑料，等等)制成的，只要它是不透气的而且安装低频扬声器装置14的壁是比较硬的和 无振动的即可。前壁18有众多容纳低音、中音和高音喇叭的喇叭开口，但是为了清楚，只举例说 明用于图2所示的低频扬声器装置14的开口观。在此使用的术语低频扬声器装置14包括 在大约200赫兹以下共鸣的喇叭，因此包括亚低音扬声器，低音扬声器而且在一些例证中 包括中音喇叭。喇叭(包括低频扬声器装置14)可以用适当的螺钉、胶水或其它紧固件安 装到前壁18的内表面或外表面上，必要时加垫圈30。喇叭栅罩32展示在图2和图3中，用 于美学目的。举例说明的栅罩32不覆盖低音反射端口 16是一种非必选的安排。用于交越 的组件34也被描绘出来。低音反射端口 16包括一端开口对着机箱12的内部体积而相对的一端对着收听空 间的管状体36。该管状体36可能是用适当的材料(例如，木材、塑料、橡胶、厚纸板等等) 制成的。用于管状体36的适当的木材包括前面对于机箱12提到的那些材料。聚氯乙烯之 类的塑料就成本和机械性质而言可能是优选的。虽然管状体36被举例说明为圆筒形的和 无孔的，但是人们将理解管状体36可能有向外展开的末端或狭窄的中段以及其它形状(例 如，星形的、卵形的等等)而且可能是有孔的。管状体36的尺寸是为把适当的低音负荷供应给低频扬声器装置14而选定的。许 多软件程序和表是在扬声器文献中使用低音喇叭的Thiele-Small参数可得的。机箱12也 可能是有选择地衰减以便调整负荷。如图所示，孔38是在前壁18中提供的，用来安装低音反射端口 16。然而，人们将 理解低音反射端口 16可能安装在机箱12的任何其它的壁上。孔38是按略微大一点的尺 寸制作的，以致管状体36不与机箱12形成硬接触。举例来说，如图3和图4所示，在孔38 中在管状体36的周围可能提供大约1/4英寸的间距40。人们将理解这个测量结果是针对 OD为2英寸的管状体38举例说明的而且不是限制。管状体36借助法兰42悬挂在孔38中。法兰42比孔38大而且包括以管状体36 的内壁注册的孔口 44。管状体36可能用紧固件、胶水附着到法兰42上，或者可能被融合或 模塑成整体单元。作为替代，法兰42可能包括管状体36能滑进并且靠摩擦力啮合的套筒。 法兰42可能是用适合于管状体36的同类材料制成的。法兰42和管状体36以不透气的方式安装到前壁18上，阻尼垫46夹在其间。阻 尼垫46可能是用阻尼材料制成的。这样的材料包括弹性体(例如，橡胶)或塑料(例如， 一些聚氨脂)。海绵、异形聚合物(例如，蛋箱泡沫材料)、毛毡或像Dynamat (有粘接剂背 衬的嵌铅毛毡)那样的夹心材料可能是有用的。法兰42、阻尼垫46和前壁18都可能为了 收容螺钉48、铆钉、Hurricane螺母或其它适当的紧固件被钻孔。为了美观和防止外来物体 插入，可能在低音反射端口 16上提供不过分地限制空气流动的粗网(未展示)。
在使用中，当阻尼垫46遏制振动从低音反射端口 16到机箱12的传递的时候，管 状体36在孔38中自由振动。结果是扬声器系统10利用较小的机箱12产生品质比采用现 有技术可能的品质高的低音。其它的优点包括与需要多个无源辐射器和显著地更错综复 杂的精细木工的声学透镜相比，低音反射端口 16较小而且更有成本效益。低音反射端口 16 与用无源辐射器的基本负载相比也更有成本效益和更容易可靠地调谐。低音反射端口 16 在有小驱动器的使用向外展开的端口加载扬声器的锋面波的小机箱的范围内是优选的，因 为那些扬声器系统需要精心制作的价格昂贵的细木家具和大量的调谐。低音反射端口 16 在有向外展开的端口的小机箱范围内也是优选的，因为那些机箱能忍受高输出下的端口去 耦而且可能是不实用的，因为端口从机箱向外凸出。如同簧片加载的倒相障板设计，低音反射端口 16增宽外部端口的频率响应并且 改善扬声器的瞬态响应。另一方面，低音反射端口 16与需要错综复杂的细木工而且调谐 要求高的簧片加载的倒相障板设计相比建造费用较低。除此之外，虽然簧条加载的倒相 障板设计需要相对小的机箱而且减少在许多倒相障板设计的低音响应中发现的单音符 (one-note)品质，但是簧片加载的倒相障板设计不同于低音反射端口 16无法提供充份的 低音放大。
实施例在一个特定的实施例中，Vifa 8〃低音扬声器(#MG22W009_08)被装在外形尺寸 为22〃 (H) X 12" (W) X9. 5" (D)的机箱12上。有2〃外径和5. 3〃长度的聚氯乙烯管状 体36被安装在上述的孔38中。据估计，低音反射端口 16依照在消声室中的测量从44赫 兹减少低频扬声器装置14的半功率响应点。因为低音反射端口 16将端口输出放大(即， 自动增(半)音)，所以改进被获得。此外，传统的和自动增(半)音的端口的调谐频率保 持不变。结果，主题低音反射端口 16的通带(定义为端口响应的-3分贝点)比传统端口 的通带更宽。鉴于上文，人们将看到本发明的一些目标已实现而且其它的有利结果已获得。因 为不脱离本发明的范围，可以对上述的构造做出各种不同的变化，所以在前面的描述中包 含的或在附图中展示的全部内容都应该被解释为是说明性的而不应该作为限制。
权利要求
1.一种包括适应低频喇叭装置和低音反射端口的机箱的扬声系统，所述端口是管状体，一端开口朝向机箱的内部体积而另一端开口朝向收听空间，所述 的管状体借助法兰悬挂在机箱的孔中，以致该管状端口与机箱没有硬接触而且在法兰上是 没有振动的，阻尼垫是在法兰和机箱的外面之间提供的抑制振动从管状体和法兰向机箱的 转移，端口的振动在较宽频率范围内提供较平坦的频率响应，借此改善低频响应。
2.根据权利要求1的扬声器系统，其中端口有适当的尺寸为低频喇叭装置供应足够的 低音负荷。
3.权利要求2的扬声器系统，其中机箱包括刚性的前壁，在该前壁中提供用于低频喇 叭装置的喇叭孔口和用于低音反射端口的孔。
4.根据权利要求2的扬声器系统，其中管状体附着在法兰上。
5.根据权利要求2的扬声器系统，其中管状体和法兰是整体成形的。
6.根据权利要求1的扬声器系统，其中机箱是适当的阻尼机箱。
7.一种包括适应低频喇叭装置和低音反射端口的机箱的扬声器系统，所述机箱是作为木制橱柜形成的，前后壁与侧壁和上下壁互相连接形成矩形的气密结构，所述的低频喇叭装置连同至少一个其它的喇叭一起安装在前壁的喇叭孔口中， 所述端口是管状体，一端的开口朝向机箱的内部体积，另一端的开口朝向收听空间，所 述的管状体借助法兰悬挂在机箱前壁的孔中，以致该管状与机箱不形成硬接触而且不在法 兰上振动，阻尼垫是在法兰和机箱的外面之间提供的，以便抑制振动从管状体和法兰到机 箱的传递，端口的振动扩展低频响应而且与现有技术的倒相障板扬声器相比提供附加的低音增强。
8.根据权利要求7的扬声器系统，其中管状体和法兰是用塑料制成的。
9.根据权利要求8的扬声器系统，其中塑料是聚氯乙烯。
10.根据权利要求8的扬声器系统，其中阻尼垫是弹性体。
11.根据权利要求8的扬声器系统，其中阻尼垫是橡胶制成的。
12.根据权利要求8的扬声器系统，其中阻尼垫是毛毡制成的。
13.根据权利要求8的扬声器系统，其中管状体附着在法兰上。
14.根据权利要求8的大声扬声器系统，其中管状体和法兰是整体成形的。
全文摘要
紧凑的高音频功率扬声器系统包括提供至少一个低频喇叭装置和低音反射端口的机箱。低音反射端口以半弯曲的方式安装在机箱上，以致该端口能振动与现有技术的扬声器相比提供附加的低音增强。该低音反射端口增宽端口的频率响应而且与现有技术的倒相障板系统相比较少受制于“单音符低音(one-note bass)”。
文档编号H04R1/20GK102131137SQ201110022379
公开日2011年7月20日 申请日期2011年1月17日 优先权日2010年1月16日
发明者威廉·E·柯林斯 申请人:威廉·E·柯林斯