专利名称：扬声器装置、声源模拟系统及回声消除系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括低音反射结构的扬声器装置。
背景技术：
一种传统的增强低音的扬声器装置的示例包括设有低音反射端口的倒相型外壳的扬声器装置(例如，参见专利文献I)。 然而，随着扬声器装置的尺寸和低音反射端口的横截面积的减小，端口内部的空气的流速相应地增大，因而极易出现气流导致的噪声，使得涡环气流从端口的开口喷出。而且，当端口内部的空气的流速增大时，端口内部的气流阻力也增大，从而低音增强效果降低。因此，在小尺寸扬声器装置中，很少使用低音反射结构。另一方面，专利文献2提出了一种扬声器装置，其中通过端口形状的设计来降低端口内部的空气的流速，从而使得即使在小尺寸扬声器装置中也能够使用低音反射结构。现有技术引证专利文献专利文献I JP-A-2008-48176专利文献2 JP-A-2009-26095
发明内容
本发明要解决的技术问题然而，扬声器装置的尺寸越小，低音反射端口的再现频率越高。而且，扬声器装置的尺寸越小，收听位置和扬声器装置的位置之间的距离越小；因此，低音反射端口和扬声器单元之间的明显的角度差增大。因此，扬声器装置的尺寸越小，低音反射端口的定位性越高，因此扬声器单元和低音反射端口将被识别为出现在不同位置的声源。于是，取决于执行再现的声源的频带，声源位置将在扬声器单元和低音反射端口之间移动。因此，本发明的一个目的是提供一种扬声器装置，其被形成为即使在使用提供低音反射端口定位的小尺寸扬声器单元时声源位置也不会改变。解决技术问题的技术手段本发明涉及一种扬声器装置，其包括设有扬声器单元和低音反射端口的倒相型外壳。所述低音反射端口具有管状体，从管状体端部开始到管状体中心，该管状体的中空截面面积沿着低音反射端口的轴向逐渐减小，并且管状体被形成为在一个方向上的中空截面的长度沿着轴向不变。在这种低音反射端口中，管状体的一个开口的截面面积大于端口内部的截面面积，从而降低了吸入管状体的空气的流速从而抑制了管状体开口端的紊流。而且，管状体具有使得中空截面在一个方向上的长度沿着轴向不变的恒定尺寸；因此，从在一个方向上彼此面对的壁表面向中空区域内部的空气持续施加压力，从而要被排出的空气将在其他方向上扩散。以此方式，在壁表面彼此面对的方向上持续施加压力，从而空气在其他方向上扩散；因此，要被排出的空气的流速将急剧降低。从而，从低音反射端口排出的空气的流速显著降低，几乎没有气流产生，并且没有涡环气流喷出。而且，在根据本发明的扬声器装置中，低音反射端口的一个处于外壳内部位置的开口设置为与扬声器单元相对，从而低音反射端口夹置于该开口和扬声器单元之间。以此方式，低音反射端口的内部开口设置为与扬声器单元相对，而低音反射端口夹置于二者之间，从而允许另一开口(外部开口)靠近扬声器单元定位。具体地讲，当扬声器单元的位置和低音反射端口的外部开口的位置彼此靠近时，基本上将会定位单个点声源，从而即使在诸如提供低音反射端口的定位的小尺寸扬声器中，声源位置也不会随频率发生变化。具体地，低音反射端口具有以下结构。第一反射端口被布置成轴向与扬声器单兀的声波发射方向正交，并且低音反射端口的位于外壳外部位置的开口被设置为在与扬声器单兀的声波发射方向相同的方向上延伸。换句话说，扬声器单兀的声音发射方向和低音反射端口的该开口的声音发射方向彼此—致。更具体地，扬声器单元的中心位置和外部开口的中心位置之间的距离等于或小于扬声器单兀的直径。由于根据本发明的扬声器装置中的低音反射端口具有上述的流速降低效果，因此即使在诸如栅格或穿孔金属之类的外部结构(例如，开口率为50%或者更小的保护结构)位于外部开口前方并且靠近外部开口，在外部开口中也几乎不存在任何气流；因此，排出的涡环气流将不会与保护结构碰撞而产生噪声。因此，即使设置了具有低开口率并且通常用于笔记本个人电脑等的扬声器的保护的穿孔金属，也能够使用该低音反射端口。而且，根据本发明的扬声器装置适于用于实现虚拟环绕声等的点声源模拟系统，该点声源模拟系统通过使用从虚拟声源开始到达收听者的系统的传递函数(与头相关的函数)来再现声场。使用与头相关的传递函数执行的虚拟声源模拟是基于点声源设计的；因 此，当低音反射端口的定位性增大时，不能识别出点声源，从而不能够执行准确的声场再现。然而，采用根据本发明的扬声器装置，基本上能够定位单个点声源，从而能够实现准确的声场再现。而且，根据本发明的扬声器装置还适于与回声消除器结合使用，该回声消除器用于通过模拟从扬声器开始到麦克风的反馈声学系统的传递函数并且通过对要提供给扬声器的声音信号执行滤波处理来产生伪回声分量，并且用于从麦克风获取的声音信号中去除所产生的伪回声分量。在这种回声消除器中，使用了用于模拟反馈声学系统的传递函数的自适应滤波器；然而，当低音反射端口的定位性增大时，声源将移动或者将出现多个声源，因此，传递函数将频繁变化。因此，自适应滤波器变得不能准确估计传递函数，回声消除效果降低。采用根据本发明的扬声器装置，将基本上定位单个点声源，从而能够实现准确的传递函数估计。本发明所获得的技术效果根据本发明，即使使用提供低音反射端口的定位的小尺寸扬声器单元，声源位置也不会改变。
图I是根据第一实施例的扬声器装置的外部透视图。图2 (A)是根据该实施例的扬声器装置的正视图，图2 (B)是该扬声器装置的侧视图，图2 (C)是沿图2 (A)的线A-A’截取的截面图，图2 (D)是沿图2 (A)的线B-B’截取的截面图，以及图2 (E)是沿图2 (A)的线C-C’截取的截图面。图3 (A)和图3 (B)是示出了如何吸入气流的示意图。图4 (A)和图4 (B)是示出了如何排出气流的示意图。图5 (A)和图5 (B)是示出了当通过穿孔金属封闭开口时声压如何改变的示图。图6 (A)和图6 (B)是示出了低音反射端口的其他结构示例的示图。图7是根据示例I的笔记本个人电脑的外部视图。
图8是根据示例2的桌面个人电脑的外部视图。图9是根据示例3的电视机的外部视图。图10是根据示例4的麦克风扬声器的外部视图。图11 (A)和图11 (B)是分别显示根据本发明的应用示例的模拟系统的构造的框图。
具体实施例方式首先，将参照图I至图2 (E)描述根据本发明的第一实施例的扬声器装置I。如图I至图2 (E)所示，在扬声器装置I中，倒相型外壳(箱体)11设有扬声器单元SP和低音反射端口 10。低音反射端口 10具有外部开口 17和内部开口 18。箱体11具有矩形平行六面体形状，并且由以下面板形成彼此平行的前面板12和后面板13、彼此平行的顶面板14和底面板15、以及彼此平行的侧面板16A和16B。顶面板14和底面板15之间的距离比其它的每对面板之间的距离大。在该实施例中，在顶面板14和底面板15之间延伸的方向将被称为“长度方向”，在侧面板16A和16B之间延伸的方向将被称为“宽度方向”，而在前面板12和后面板13之间延伸的方向将被称为“深度方向”。考虑到扬声器单元SP的电气特性和机械特性，箱体11的体积被设置为使频率特性平坦所需要的体积。将基于以下示例描述第一实施例使用全音域扬声器单元，其直径为30mm，深度为21. 5mm，有效隔膜半径为11. 5mm，最小谐振频率为300Hz，以及额定输出为2W ；在内部体积是80cc时，能够获得基本平坦的频率特性。通常，低音反射端口的谐振频率被设置为扬声器单元的最小谐振频率的约O. 7倍至约O. 5倍；因此，在第一实施例中，低音反射端口的谐振频率被设置为150Hz。在150Hz至300Hz的频带内，从低音反射端口 10发出的声音与从扬声器单元SP发出的声音之间的比率持续变化。在这种低输出且小尺寸的扬声器单元中，收听者将会在靠近扬声器装置的位置(例如，位于距离扬声器装置750mm的位置)听到声音。箱体11在长度方向上的内部尺寸必须等于或大于在长度方向上按所示顺序布置扬声器单兀SP和低音反射端口 10所需的长度。箱体11在宽度方向上的内部尺寸由扬声器单元SP的宽度决定。扬声器单元11在深度方向上的内部尺寸由扬声器单元SP的深度决定。箱体11优选地被设计为其厚度和尺寸尽可能地小。例如，在第一实施例中，必须在150Hz产生谐振，因此，低音反射端口 10在长度方向上除了外部开口 17之外的尺寸必须约为100mm。因此，箱体11具有长度方向上的161mm的内部尺寸(以及165mm的外部尺寸)；深度方向上的20mm的内部尺寸(以及24. 5mm的外部尺寸);以及宽度方向上的32mm的内部尺寸(以及35mm的外部尺寸)。前面板12布置有扬声器单元SP并且设有外部开口 17，因此用作隔板。在该实施例中，扬声器单元SP在前面板12的长度方向上设置在靠近顶面板14的位置，低音反射端口 10的外部开口 17形成为紧邻扬声器单元SP，而内部开口 18形成在与扬声器单元SP相对的位置(或者靠近底面板15的位置)，其中低音反射端口 10夹置于外部开口 17和内部开口 18之间。在该示例中，外部开口 17具有在箱体11的宽度方向上延长的矩形形状。外部开口 17以此方式形成，从而使得外部开口 17形成为更靠近扬声器单元SP。在该示例中，扬声器单元SP的中心位置和外部开口 17的中心位置之间的距离为23. 5mm，该距离等于或小于扬声器单元SP的直径。在这种情况下，在位于750mm距离的收听者位置处，从扬声器单元SP和低音反射端口 10发出的声音之间的到达时间差(相当于二者之间的相位差)将约为I. 15微秒。注意,扬声器单兀SP和外部开口 17在长度方向上相对于箱体11中心位置位于箱体11的一侧。
人类听觉对于150Hz或更小的超低频率范围没有方向感；然而，在第一实施例中，低音反射端口的谐振频率为150Hz或更小，因此，还需要提供低音反射端口 10的定位。具体地讲，通常来说人类在等于或小于1600Hz的频率下能够通过相位差获得定位，并且已经清楚的是，在约150Hz到约1700Hz的频率范围内，为了获得定位，声音到达两个耳朵的时间差的阈值约为9微秒。特别地，假设即使在声音到达时间差约为6微秒时，也能够获得诸如连续噪声之类的声音的定位(参见 B. C. J. “An Introduction to Psychology of Hearing”)。因此，当扬声器单元SP的中心位置和外部开口 17的中心位置之间的距离增大并且收听位置靠近扬声器装置时，声音到达两个耳朵的时间差增大，因此声源位置将取决于执行再现的声源的频带而在扬声器单元和低音反射端口之间移动。例如，假设使用类似于第一实施例中的扬声器单元和使用传统的直筒圆柱形低音反射端口，在具有类似于第一实施例中的内部容积的箱体中，形成低音反射扬声器；在这种情况下，扬声器单元的中心位置和外部开口的中心位置之间的距离为140_，因此在听者位置位于750_的距离处时，声音到达时间差为37. 7微秒，从而从扬声器单元和低音反射端口发出的声音被识别为从不同声源位置发出。于是，收听者将感觉到诸如男声的低音来自低音反射端口，而诸如女声的高音来自扬声器单元，这在听觉上是不希望的。而且，人们相信，当相同声音从扬声器单元和低音反射端口同时发出时，声音将以使得这些声音不能看作是从点声源发出的程度被传播出去，从而降低了声音清晰度并且还使得声音质量恶化(注意，用于立体声再现的声场是以点声源为前提的)。然而，采用根据本实施例的扬声器装置，在收听者位置位于750mm距离处时，从扬声器单元SP和低音反射端口 10发出的声音之间的到达时间差约为I. 15微秒，因此比被视为最小阈值的6微秒小很多。因此，基本上可以视作单个点声源。接下来，将详细描述低音反射端口 10的结构和功能。低音反射端口 10具有主管部分100，其形成为在长度方向(轴向)上延长；以及连接至主管部分100的轴端的空气调节器101和102。外部开口 17设置为邻近扬声器单元SP和空气调节器101，而内部开口 18设置为邻近空气调节器102。低音反射端口 10设置为其轴向与扬声器单元SP的声波发射方向正交，而外部开口 17设置为沿着与轴向不同的方向(B卩，沿着扬声器单元SP的声波发射方向)开放。内部开口 18位于距箱体11的底表面的距离约等于外部开口 17的轴向长度“a”(及其深度长度“a”)的位置处。主管部分100以及空气调节器101和102具有中空管形状，并且被形成为它们沿着中空管形状的长度方向延伸的中心轴彼此一致。主管部分100的垂直于轴向的中空截面形状被形成为圆形，并且中空截面形状的面积由沿主管部分100的长度方向上的每个位置处的恒定的中空管区190构成。中空管区190的长度和内径基于期望被外壳增强的低音的频率而被设置为多个值。中空管区190的内径越小，主管部分100的长度可以越短。中空管区190的截面面积优选地被设置为小于扬声器单元SP的有效面积(例如，主管部分100的中空截面面积优选地被设置为扬声器单元SP的有效面积的O. 2至I. O倍)。在该实施例中，中空管区190的长度为30mm，内径为7mm。空气调节器101连接至主管部分100的一个开口端，面向外部开口 17，并且从空气调节器101与主管部分100的连接处开始连续形成内径变化区103和主变化区104.
在内径变化区103邻近主管部分100的一端，内径变化区103的中空形状具有与中空管区190相同的圆形截面形状，而在内径变化区103邻近主变化区104的一端，内径变化区103的中空形状被形成为尺寸等于或稍微大于中空管区190的内径的正方形截面形状。对内径变化区103的壁表面131至134进行模塑，使得内径变化区103的中空形状从圆形截面形状逐渐变化为正方形截面形状，如上所述。在主变化区104邻近内径变化区103的一端，主变化区104的中空形状具有与内径变化区103相同的正方形截面形状，而在主变化区104邻近外部开口 17的一端，主变化区104的中空形状被形成为面积大于内径变化区103的面积的矩形截面形状。在形成主变化区104的中空形状的壁表面141至144中，在箱体11的深度方向上彼此面对的壁表面141和142分别连接至在内径变化区103的深度方向上彼此面对的壁表面131和132。在这种情况下，彼此面对的壁表面141和142的平面被设置为彼此平行。采用这种结构，彼此面对的壁表面141和142的平面之间的距离在任何位置都相同，因此主变化区104的中空形状在深度方向上不会加宽。在该示例中，在箱体11的宽度方向上彼此面对的壁表面143和144被形成为二者之间的距离从内径变化区103向外部开口 17按指数函数增大。该结构使得空气调节器101能够具有以下形状其中空截面面积从其与主管部分100的连接处开始朝向外部开口 17逐渐增大，而壁表面之间的距离在箱体11的深度方向上不变。利用夹置在扬声器单元SP和空气调节器102之间的主管部分100，空气调节器102连接至主管部分100上与扬声器单元SP相对的位置，并且从空气调节器102与主管部分100连接处开始连续形成内径变化区105和主变化区106。在内径变化区105邻近主管部分100的一端，内径变化区105的中空形状具有与中空管区190相同的圆形截面形状，而在内径变化区105邻近主变化区106的一端，内径变化区105的中空形状被形成为尺寸等于或稍微大于中空管区190的内径的正方形截面形状。对内径变化区105的壁表面151至154进行模塑成型，使得内径变化区105的中空形状如上所述从圆形截面形状逐渐变化为正方形截面形状。在主变化区106邻近内径变化区105的一端，主变化区106的中空形状具有与内径变化区105相同的正方形截面形状，而在主变化区106邻近底面板15的一端，主变化区106的中空形状被形成为其面积大于内径变化区105的面积的矩形截面形状。在形成主变化区106的中空形状的壁表面161至164中，在箱体11的深度方向上彼此面对的壁表面161和162分别连接至在内径变化区105的深度方向上彼此面对的壁表面151和152。在这种情况下，彼此面对的壁表面161和162的平面被设置为彼此平行。采用这种结构，彼此面对的壁表面161和162的平面之间的距离在任何位置都相同，因此主变化区106的中空形状在深度方向上不会加宽。在箱体11的宽度方向上彼此面对的壁表面163和164被形成为二者之间的距离从内径变化区105朝向底面板15按指数函数增大。该结构使得空气调节器102能够具有以下形状其中空截面面积从其与主管部分100的连接处开始向内部开口 18逐渐增大，而壁表面之间的距离在箱体11的深度方向上不变。在具有上述结构的外壳中，扬声器单元SP振动，从而执行以下操作。
图3 (A)至图4 (B)是示出了气流如何从空气调节器102 (以及内部开口 18)吸入以及如何从空气调节器101 (以及外部开17)排出的说明示图，以用于比较本发明的结构和传统示例的结构。图3 (A)示出了当前实施例的结构中执行的空气吸入操作，图3 (B)示出了通过使用传统的简单圆柱形低音反射端口执行的空气吸入操作。另一方面，图4 (A)示出了当前实施例的结构中执行的空气排出操作，图4 (B)示出了通过使用外部开口端类似于漏斗在所有方向上都平滑扩展的低音反射端口。注意，在图3 (A)至图4 (B)中，具有中空头的每个箭头表示气流，每个箭头指示的方向表示气流方向，而每个箭头的长度表示流速。如图3 (B)所示，在传统的简单的圆柱形低音反射端口中，空气在空气吸入时从所有方向流入端口 ；因此，在拐角处出现涡流，而涡流产生噪声。另一方面，在根据当前实施例的低音反射端口 10中，内部开口 18的中空截面面积显著大于主管部分100的中空截面面积。因此，在空气调节器102的内部开口 18处，空气吸入流速显著降低，而在开口端处几乎没有紊流产生。注意，空气调节器102的中空截面面积沿着空气行进方向按照指数函数平滑降低，因此即使在空气流过空气调节器102也不会产生紊流。而且，在空气调节器102和主管部分100之间的连接处，通过内径变化区105，中空形状从符合空气调节器102的主变化区106的正方形截面形状平滑地变化为符合主管部分100的圆形截面形状。因此，即使当空气到达主管部分102并且其流速增大，在从空气调节器102流入主管部分100时也不会产生紊流。如上所述，空气调节器102能够在空气吸入时显著地抑制紊流，并且能够显著地抑制源于紊流的噪声的产生。如上所述，主管部分100的恒定的中空截面面积小于扬声器单元SP的有效面积。通过主管部分100，从空气调节器102流入的空气能够以给定流速流动并且输出到空气调节器101。在这种情况下，流经主管部分100的气流在各个壁之间在所有方向上引起均匀压力；然而，主管部分100具有恒定的圆形管形状，因此能够在期望的频率产生Helmholtz谐振，而不会在主管部分100内部引起紊流。在传统的简单的圆柱形低音反射端口中，当外部开口被诸如栅格或穿孔金属之类的保护结构覆盖时，整个端口的空气阻力增大，从而低音反射效率显著降低。而且，在传统的简单的圆柱形低音反射端口中，大多数气流在空气排出时直接流经外部开口端，从而卷入开口端周围的空气而形成涡环气流。一旦形成涡环，涡环就会易于显著地降低空气阻力，从而到达远处。因此，当外部开口的正面设有诸如栅格或穿孔金属之类的保护结构时，涡环气流与保护结构碰撞从而产生噪声。在传统的低音反射端口中，外部开口端的拐角通常是圆的；然而，采取这些措施的主要目的是防止空气吸入时在外部开口端的拐角处产生的涡流引起噪声；因此在空气排出时，这些措施对流速降低和防止涡环气流的产生具有很小的效果。例如，在如图4 (B)所示的外部开口端类似于漏斗在所有方向上平滑扩展的情况下，在中空截面面积的增大很小时，气流将在整个中空截面上扩散的同时前进，从而流速将降低；然后，当中空截面面积的增大逐渐变得急剧并且气流和壁之间的压力变为零时，气流将直接流过，而不沿壁流动，并且将卷入周围空气而形成涡环气流，该涡环气流将通过端口的外部开口排出。在这种端口中，为了充分地降低流速而不引起涡环气流，有必要降低端口 的扩展程度，并且逐渐地增大端口的中空截面面积，使得壁和气流之间的压力在气流流速充分减小之前不会变为零。在这种情况下，端口的纵向长度必然增大，这将需要增大端口的厚度以便保持相同的低音反射谐振频率，从而导致端口尺寸的增大。因此，人们相信对于外部开口端像漏斗一样在所有方向上都平滑扩展的低音反射端口来说，很难适于小尺寸扬声器。另一方面，在根据当前实施例的低音反射端口的情况下，其在主管部分100和空气调节器101之间的连接处的中空形状通过内径变化区103从符合主管部分100的圆形截面形状平滑变化为符合主变化区104的正方形截面形状。空气调节器101的主变化区104的中空截面面积沿着空气流动方向按照指数函数平滑增大。然而，壁表面141和142之间的距离保持恒定；因此，在主变化区104内部，从壁表面141和142向将朝向壁表面141和142扩散的空气连续施加压力。因此，空气被推向彼此之间逐渐分开的壁表面143和144。换句话说，空气在由壁表面141至144包围的主变化区104的整个中空截面上扩散的同时不变地流经主变化区104。因此，空气在主变化区104的整个中空截面上扩散的同时流经主变化区104的流速立刻降低，这是因为主变化区104的截面面积急剧增大。于是，在空气到达主变化区104的外部开口 17之前流速被充分降低，并且与通过主管部分100的空气的流速相比，要被排出的空气的流速被显著降低，从而产生了几乎没有气流产生的状态。当然，在主管部分100内部，可以在期望频率处产生Helmholtz谐振，因此从外部开口 17发出通过低音反射效果放大了的低音分量。在这种情况下，几乎没有气流从外部开口 17产生；因此，即使在低音反射端口的轴向与扬声器单元的声波发射方向正交并且外部开口 17被设置为在与轴向方向不同的方向上延伸(例如，或者在扬声器单兀SP的声音发射方向上延伸),气流也不会与内壁表面碰撞而产生噪声。因此，在低音反射端口 10的轴向和箱体11的长度方向彼此一致并且整个扬声器装置尺寸减小的同时，使得扬声器单兀SP和低音反射端口 10的声音发射方向彼此一致。当使得扬声器单兀SP的声音发射方向和低音反射端口的声音发射方向彼此一致时，进一步促进了单个声源的定位。而且，实际上没有涡环气流从外部开口 17产生；因此，即使外部开口 17的正面上设置了诸如栅格或穿孔金属之类的保护结构，空气也不会与该保护结构碰撞而产生噪声。具体地讲，当设置了具有低开口率(例如，50%或者更低)的保护结构时，整个端口的气流阻力通常增大，因此低音反射端口的效果显著降低；然而，在根据当前实施例的低音反射端口中，几乎没有气流在外部开口 17中产生(或者，几乎没有作为压缩波的声波产生)，因此即使开口设置有保护结构，整个端口的气流阻力也不会增大，从而不会抑制低音反射端口内部的 Helmholtz 谐振。图5 (A)是不出了外部开口被开口率为22. 5%的穿孔金属封闭时声压在低音反射谐振频率如何变化的示图。在该曲线图中，水平轴表示输入功率(W)，而垂直轴表示当开口被开口率为22. 5%的穿孔金属封闭时声压变化的百分比，其中假设了当外部开口没有阻碍时每个扬声器在低音反射谐振频率处的声压为100%。在传统的简单的圆柱形低音反射端口中，如该曲线图上绘制的矩形所示，随着输入功率的增大，输出升压降低程度增大，从而很难获得低音反射端口的效果。另一方面，在根据当前实施例的低音反射端口 10中，即使输入功率增大，输出声压也几乎没有变化，因此即使设置了开口率低的穿孔金属等也不会降低低音反射端口的效果。注意，空气调节器101和102具有相同的结构，因此，即使从外部开口 17吸入空气，如上所述空气吸入时的流速也会被显著降低，另外，从内部开口 18排出的空气的流速 也会被显著降低。除此之外，内部开口 18面向与扬声器单元SP相对的底面板18。因此，从内部开口 18排出的空气对扬声器单元SP没有任何影响(诸如隔膜振动)。注意，在以上描述中，主管部分的中空截面形状被形成为圆形形状，但是作为选择，可以被形成为多边形形状，诸如正方形或矩形形状，类似于图6 (A)所示的主管部分IOOA0还应当注意，当主管部分和空气调节器的拐角如图6 (B)所示为R形倒角时更有效。而且，在以上描述中，示出了其中空气调节器设置在低音反射端口的主管部分的两端上的示例，但是作为选择，可以使用空气调节器仅仅设置在两端中的一端上的结构。而且，在以上描述中，示出了按照指数函数改变一对壁表面之间的距离(改变空气调节器的壁表面距离)的示例，但是可以使用一种可选结构壁表面距离沿着长度方向单调增加(或减小)，只要在内部壁表面上没有拐角形成即可。而且，在以上描述中，已经示出了主管部分和空气调节器的中空区的中心轴沿着低音反射端口的长度方向彼此一致的示例，但是可以提供上述各中心轴彼此稍微偏离并且彼此平行的结构。而且，可以根据针对扬声器装置所执行的低音增强的规范来适当设置低音反射端口内部的中空截面面积和长度。具体地讲，即使在不提供上述的主管部分(即，即使只提供空气调节器)时，也可以提供以下结构低音反射端口的长度方向上的中心部分的截面面积最小，截面面积从该中心部分朝向外部开口和内部开口逐渐变大；以及宽度方向上的距离保持恒定；因此，可以产生Helmholtz谐振，并且可以执行类似于在上述第一实施例中描述的操作，从而能够获得类似的效果。注意，在上述实施例中，已经示出了空气调节器101和102具有相同形状的情况，但是空气调节器101和102不需要一定具有完全相同的形状。接下来，将基于扬声器装置被应用到以下设备中的假设来描述本发明的示例笔记本个人电脑(以下称为“笔记本PC”)；桌面个人电脑(以下称为“桌面PC”)；电视机；以及麦克风/扬声器集成设备。〈示例I〉
图7是根据示例I的笔记本PC的外部视图，该笔记本PC包括多个扬声器装置，每个扬声器装置具有类似于第一实施例中描述的扬声器装置的结构。笔记本PC 3包括显示器框31，其包括16英寸宽显示器；以及主体框32，其配备有键盘和各种器件。显示器框31和主体框32通过铰链彼此连接。两个扬声器装置2设置在主体框32上并且位于键盘上方。两个扬声器装置2的扬声器单元位于主体框32的外侧位置(右端和左端)，使得声音发射位置彼此之间尽可能远离，从而能够获得立体声扬声器效果。而且，两个扬声器装置2均覆盖有穿孔金属。穿孔金属具有开口率为22. 5%的60°交错布置(直径为O. 5mm,间距为1臟，以及厚度为O. 5mm),并且用于通常的笔记本PC。根据示例I的扬声器装置2使用全音域扬声器单元(额定输出为1W，孔径为20_，最小谐振频率为600Hz)并且通常用于设有16英寸宽显示器的笔记本PC。在这种情况下，将 基于当体积为15cc时获得基本上平坦的频率特性的假设进行以下描述。在300Hz至600Hz的频率范围内，从低音反射端口和扬声器单元发出的声音之间的比率连续变化。该低音反射端口的结构类似于第一实施例中所描述的低音反射端口的结构。在这种非常小的扬声器装置中，低音反射端口的内径极其小(例如，约3mm至约
3.5mm)，从而低音反射端口内部的空气阻力增大。因此，当使用传统的常用低音反射端口时，流速显著增大，低音反射端口的效果降低。然而，在根据示例I的扬声器装置的结构中，端口中只有一部分具有极其小的内径，而低音反射端口的气流阻力整体上减小，从而实现了很难降低低音反射端口的效果的特性。图5 (B)是示出当使用全音域扬声器单元(额定输出为1W，孔径为20mm，最小谐振频率为600Hz)并且箱体体积为15cc时相对于输入功率的在低音反射谐振频率的再现声压的曲线图。在该曲线图中，水平轴表示输入功率(W)，而垂直轴表示声压(dBSPL/m)。假设绘制了理论值的斜率为3dB/oct (对于该斜率，当输入电压加倍时，输出声压也加倍)的虚线，从而在输入为IW时该虚线穿过根据示例I的低音反射扬声器的声压；于是，可以看出，在该曲线图上，所述虚线与根据示例I的低音反射扬声器的声压基本上重叠，并且示例I中的低音反射操作具有理想的输入/输出线性。另一方面，在传统的简单的圆柱形低音反射端口中，从该曲线图上绘制的矩形可以看出，随着输入功率的增大，声压增大变得小于3dB/oct的理论值,从而随着输入电压增大变得更加难以获得低音反射端口的效果，从而降低了输入/输出线性。而且，当使用了如上所述的设置在笔记本PC中的扬声器装置时，收听者将在非常靠近扬声器装置(例如，距离扬声器装置600_)的位置处听到声音。当然，也为低音反射端口提供了定位，并且当使用传统的通常低音反射端口时，低音发射端口和扬声器单元将被识别为处于不同位置上的声源。然而，在该示例中，扬声器单元的中心位置和低音反射端口的外部开口的中心位置之间的距离为16. 5mm，该距离等于或小于扬声器单元的直径。在这种情况下，在收听者位置处在600mm距离时，从扬声器单元和低音反射端口 10发出的声音之间的到达时间差(相当于二者之间的相位差)约为O. 66微秒。因此，该到达时间差比人类能够获得定位的约为6微秒的最小阈值短得多，因此扬声器单元和低音反射端口基本上可以被识别为单个点声源。
而且，类似于第一实施例，几乎没有气流从低音反射端口产生；因此，即使设置了开口率为22. 5%的穿孔金属，也不会对低音反射端口的效果产生任何影响。除此之外，上述的穿孔金属可以防止扬声器单元被看到，因此还增大了设计优势。〈示例2〉图8是根据示例2的桌面PC的外观视图，该桌面PC包括根据本发明的扬声器装置。桌面PC 4包括主体框41，其配备有20英寸宽显示器和各种器件。两个扬声器装置I设置在主体框上并且位于显示器下方。两个扬声器装置I的扬声器单元位于主体框的外侧位置(右端和左端)，使得声音发射位置彼此之间尽可能远离，从而能够获得立体声扬声器效果。而且，两个扬声器均覆盖有穿孔金属。类似于示例1，穿孔金属具有开口率为22. 5%的60°交错布置(直径为O. 5mm,间距为1mm，以及厚度为O. 5mm),并且用于通常的笔记本PC。根据示例2的扬声器装置I使用如第一实施例中所述的全音域扬声器单元(额定·输出为2W，孔径为30mm，最小谐振频率为300Hz)，并且在体积为80cc时获得基本上平坦的频率特性。低音反射端口的谐振频率为150Hz。在150Hz至300Hz的频率范围内，从低音反射端口和扬声器单兀发出的声音之间的比率连续变化。同样如在第一实施例中所述，扬声器单元的中心位置和低音反射端口的外部开口的中心位置之间的距离为23. 5_，该距离等于或小于扬声器单元的直径。在这种情况下，在收听者位置位于750mm距离时，从扬声器单元和低音反射端口 10发出的声音之间的到达时间差(相当于二者之间的相位差)约为I. 15微秒。因此，该到达时间差比人类能够获得定位的约为6微秒的最小阈值短得多，因此扬声器单元和低音反射端口基本上可以被识别为单个点声源。〈示例3〉图9是根据第三示例的电视机的外观视图，该电视机包括本发明的扬声器装置。该图中所示的电视机5包括主体框51，其配备有32英寸宽显示器和各种器件。两个扬声器装置7设置在主体框51上并且位于显示器下方。两个扬声器装置7的扬声器单元位于主体框51的外侧位置(右端和左端)，使得声音发射位置彼此之间尽可能远离，从而能够获得立体声扬声器效果。而且，两个扬声器7均覆盖有穿孔金属。类似于示例1，穿孔金属具有开口率为22. 5%的60°交错布置(直径为O. 5mm,间距为1mm，以及厚度为O. 5mm),并且用于通常的电视机。根据示例3的扬声器装置7使用全音域扬声器单元(额定输出为10W，孔径为50mm，最小谐振频率为200Hz)，并且在体积为450cc时获得基本上平坦的频率特性。低音反射端口的谐振频率为IOOHz。在IOOHz至200Hz的频率范围内，从低音反射端口和扬声器单元发出的声音之间的比率连续变化。扬声器单元的中心位置和低音反射端口的外部开口的中心位置之间的距离为47. 0mm，该距离等于或小于扬声器单元的直径。在这种情况下，在收听者位置位于1200_距离时，从扬声器单元和低音反射端口发出的声音之间的到达时间差(相当于二者之间的相位差)约为2. 7微秒。因此，该到达时间差比人类能够获得定位的约为6微秒的最小阈值短得多，因此扬声器单元和低音反射端口基本上可以被识别为单个点声源。〈示例4〉图10是根据不例4的麦克风扬声器8的外观视图，该麦克风扬声器8包括本发明的扬声器装置。该麦克风扬声器设有位于穿孔金属内侧的扬声器装置2和麦克风9，并且用作USB连接型麦克风扬声器，其通过布置在笔记本PC的显示器框的上部来使用。在根据示例4的麦克风扬声器8中，使用类似于示例I的两个扬声器装置2。虽然在示例I中扬声器装置2设置在显示器下方，但是在示例4中扬声器装置2设置在显示器框的上部。因此，在收听者位置，从扬声器单元和低音反射端口发出的声音之间的到达时间差基本上等于示例I中的从扬声器单元和低音发射端口发出的声音之间的到达时间差，因此扬声器单元和低音反射端口基本上可以识别为单个点声源。在这种情况下，如图11 (A)所示，根据示例4的麦克风扬声器8在功能上结合了回声消除器27。在回声消除器27中，使用了模拟反馈声学系统的传递函数的自适应滤波器271。自适应滤波器271模拟从扬声器装置2开始到麦克风9的反馈声学系统的传递函数，并且对要提供给扬声器装置2的声音信号执行滤波处理，从而产生伪回声分量。然后，从由麦克风9获取的声音信号中去除产生的伪回声分量。自适应滤波器271被馈送有已经去除了伪回声分量的剩余声音信号，并且自动地更新滤波器系数以使得剩余声音信号减小 或者变为零(或者更新滤波器系数以使得滤波器系数相当于反馈声学系统的传递函数)。如果扬声器单元和低音反射端口彼此之间具有一定距离，或者扬声器单元和低音反射端口的声音发射方向彼此不同，则声源将移动或者声源将从单个声源变成多个声源(或者从多个声源变成单个声源)，因此频繁地改变反馈声学系统的传递函数。因此，自适应滤波器变得不能够正确地估计传递函数，从而将降低回声消除效果。然而，在根据示例4的麦克风扬声器中，基本上实现了单个点声源的定位，因此能够准确估计传递函数。注意，可以为每个扬声器装置提供自适应滤波器，或者可以提供单个自适应滤波器来在两个扬声器装置之间共用。无论哪种情况，声源都不会移动，从而能够准确估计传递函数。〈应用示例〉图11 (B)是示出根据本发明应用示例的点声源模拟系统的构造的框图。该点声源模拟系统包括根据示例I至示例4中的任意一个的扬声器装置(在该图中示出为扬声器装置2);以及信号处理器6，用于给扬声器装置提供声音信号。处理器6将从虚拟点声源位置开始到收听者的系统的传递函数(与头相关的传递函数)分配给声音信号，从而实现虚拟环绕声。信号处理器6可以实现为分立产品，如AV放大器，或者可以作为软件安装在上述的笔记本PC等上。人类不仅通过到达右耳和左耳的声音之间的声级差或时间差而且通过他或她的头部和外耳引起的频谱形状的变化来获得定位；因此，从虚拟点声源位置开始到右耳和左耳的系统的传递函数(与头相关的传递函数)通过信号处理器6被分配给各单耳信号，从而产生将在右耳和左耳位置处接收到的双耳信号。这些信号被提供给右耳和左耳，从而使收听者感觉声像位于虚拟点声源的位置处。在这种情况下，为了在虚拟点声源位置准确地定位声像，首先收听者必须在声音从右扬声器装置和左扬声器装置以相同声压同时到达收听者的位置处听到声音；即，收听者必须在与两个扬声器装置距离相等的线上的位置处听到声音。然而，即使收听者处于这种位置，但从左右两个扬声器装置开始到达左右耳的声传输路径如图11 (B)所示至少包括四条直接路径，因此，从左扬声器发出的声音首先到达左耳，并且在一定时间延迟后也到达右耳。从右扬声器发出的声音也以类似方式到达两个耳朵，因此导致两个耳朵之间的串扰并且很难获得准确的声像定位。因此，信号处理器6还对双耳信号执行用于消除串扰的串扰消除处理。例如，从右扬声器装置发出一个针对从左扬声器装置发出到达右耳的串扰的相反相位分量，来消除右耳位置处的声压，从而抑制左扬声器发出的能被右耳听到的声音。另一方面，从左扬声器装置发出一个针对从右扬声器装置发出到达左耳的串扰的相反相位分量，来消除左耳位置处的声压，从而抑制右扬声器发出的能被左耳听到的声音。将右扬声器装置和左扬声器装置的位置作为虚拟点声源位置来模拟到达右耳和左耳的声音之间的时间差和声级差，以此来获得相反相位的声音。而且，频谱会由于收听者面部对一部分串扰的衍射而发生变化；因此，为了进行更加有效的串扰消除，使用与头相关的传递函数来进行模拟。在示例I至4中所述的扬声器装置主要用于个人使用，并且尤其是在计算机的情况下，基本上能识别出用户耳朵的位置，因此通过细致模拟能够预期有效的环绕声效果。当使用传统的通常的低音反射端口扬声器时，扬声器单兀和低音反射端口将被识别为处于不同位置的声源，因此声源位置将根据发出声音的频带而发生变化。而且，当扬声器单元和低音反射端口的声音发射方向不同时，串扰不仅会出现在直接路径上而且也会出·现在与反射相关的间接路径上。因此，实际值和在点声源前提下进行模拟所获得的值之间的误差将增大，并且消除效果将降低，从而串扰消除特性变差。然而，采用示例I至4中所述的扬声器装置，从扬声器单元和低音反射端口发出的声音基本上可以被识别为从单个点声源发出，另外，串扰路径主要由直接路径提供，这是因为扬声器单元和低音反射端口的声音发射方向彼此一致；因此，在实际值和通过模拟获得的值之间几乎没有误差，从而能够提供有效的虚拟环绕声效果。
权利要求
1.一种扬声器装置,包括设有扬声器单兀和低音反射端口的外壳， 其中，低音反射端口具有朝向外壳外部开放的外部开口和朝向外壳内部开放的内部开口，并且具有管状体，从管状体的各端部开始到管状体中心，该管状体的中空截面面积沿着低音反射端口的轴向逐渐减小，并且该管状体被形成为在一个方向上的中空截面的长度沿着所述轴向不变；以及 其中，所述低音反射端口的内部开口与所述扬声器单元相对，而所述低音反射端口夹置于这二者之间。
2.根据权利要求I所述的扬声器装置， 其中，低音反射端口布置为轴向与所述扬声器单兀的声波发射方向正交。
3.根据权利要求2所述的扬声器装置， 其中，低音反射端口的外部开口的开口方向与所述扬声器单兀的声波发射方向相同。
4.根据权利要求I至3中的任意一项所述的扬声器装置， 其中，所述扬声器单元的中心位置与所述外部开口的中心位置之间的距离等于或小于所述扬声器单元的直径。
5.根据权利要求I至4中的任意一项所述的扬声器装置， 其中，所述外部开口设有保护结构，该保护结构在声波发射方向上具有50%或更小的开口率。
6.根据权利要求I至5中的任意一项所述的扬声器装置， 其中，所述扬声器单兀和所述低音反射端口的外部开口在长度方向上相对于所述外壳的中心位置位于所述外壳的一侧。
7.根据权利要求I至6中的任意一项所述的扬声器装置， 其中，所述低音反射端口的外部开口形成为矩形，并且该矩形的长度方向与所述轴向正交。
8.—种声源模拟系统,包括 根据权利要求I至7中的任意一项所述的扬声器装置；以及 信号处理器，其构造为向所述扬声器装置提供声音信号，其中 所述信号处理器向所述声音信号分配从虚拟声源位置开始到收听者的系统的传递函数。
9.一种回声消除系统,包括 根据权利要求I至7中的任意一项所述的扬声器装置； 麦克风，其构造为获取声音信号；以及 回声消除器，其构造为通过模拟从所述扬声器装置开始到所述麦克风的系统的传递函数和通过对要提供给所述扬声器装置的声音信号执行滤波处理来产生伪回声分量，并且构造为从由所述麦克风获取的声音信号中去除所产生的伪回声分量。
全文摘要
公开了一种扬声器装置，其包括设有扬声器单元和低音反射端口的外壳，其中低音反射端口具有朝向外壳外部开放的外部开口和朝向外壳内部开放的内部开口；以及具有管状体，该管状体的中空截面面积从其端部到其中心沿着低音反射端口的轴向逐渐减小，并且该管状体被形成为在一个方向上的中空截面的长度沿着轴向不变，并且其中低音反射端口的内部开口与扬声器单元相对，而低音反射端口夹置于这二者之间。
文档编号H04R3/02GK102918870SQ201180027368
公开日2013年2月6日 申请日期2011年5月31日 优先权日2010年6月2日
发明者新井明 申请人:雅马哈株式会社