专利名称：扬声器喇叭的自动化定制的制作方法
扬声器喇P八的自动化定制
本申请是申请号为201080039314. 2 (国际申请号为PCT/US2010/045571)、国际申请日为2010年8月16日、发明名称为“扬声器喇叭的自动化定制”的中国发明专利申请的分案申请。
背景技术：
该公开涉及扬声器的自动化定制。用于大型场所的音频再现系统通常使用模块化扬声器阵列以产生用声音填充该场所所必需的声能的水平和分布。在一些例子中，试图用单个扬声器填充一部分场所的一次性定制扬声器，可基于设计者对该扬声器正确尺寸的估计而制成。
发明内容
—般地,在一些方面，扬声器包括喇ΠΛ，其包括第一端板，第二端板，第一侧板，和第二侧板。至少第一侧板和第二侧板的边缘限定衍射槽开口。第一侧板和第二侧板每个都是由通过至少刚性支撑元件保持为受压、弯曲形状的柔性材料片制成。实现方式可能包括一个或多个以下特征。第一端板和第二端板每个包括刚性片材。衍射槽开口具有相对喇叭内侧的凸曲率。侧板在对应于衍射槽开口的方向上弯曲，并在垂直于槽开口的方向上保持直线。第一侧板和第二侧板的弯曲形状每个都具有对应于直角圆锥表面的扇形的尺寸。该圆锥表面扇形由具有第一半径的第一圆弧，具有第二半径的第二圆弧，和与位于圆锥表面上的与第一圆弧和第二圆弧的每个的末端及圆锥顶点相交的直线共线的直线边缘界定。圆锥表面扇形由具有第一半径的第一圆弧，具有变化的半径的第二弧线，和与位于圆锥表面上的与第一弧线和第二弧线的每个的末端及圆锥顶点相交的直线共线的直线边缘界定。第一侧板和第二侧板具有平坦时对应于由内径、外径和角度限定的平面环带扇形的尺寸。第一侧板和第二侧板每个在长度和曲率上沿着槽开口的广度变化。第一侧板和第二侧板每个都包括第一边缘，每个侧板的第一边缘在张力下被耦合到刚性支撑元件，并且无需沿着第一边缘的长度的紧固件。每个侧板的第一边缘以沿着第一边缘的长度变化的角度耦合到刚性骨架元件。该扬声器包括多个歧管组件，每个具有耦合到衍射槽开口的输出口，该多个歧管组件的输出口在衍射槽开口处一同构成衍射槽源；以及多个电声转换器，每个耦合到歧管组件之一的输入口。每个歧管组件具有两个输入口并包括两个声音通道，每个声音通道分别在两个输入口之一具有第一末端，在输出口具有第二末端，并且每个声音通道在不同的方向上弯曲远离输出口，这样输入口位于喇叭的相对侧附近。每个歧管组件具有一个输入口，并包括一个声音通道，该声音通道在输入口具有第一末端且在输出口具有第二末端，每个歧管组件的声音通道在与相邻歧管组件的声音通道的方向相反的方向上弯曲远离输出口，这样输入口位于喇叭的与相邻歧管组件的输入口相对侧附近。—般地,在某些方面,工艺获得扬声器数据，其标识将用于扬声器中的电声换能器的数量，扬声器的水平覆盖角和垂直覆盖角，和扬声器喇叭的壁长。该工艺计算具有基于换能器数量的长度的扬声器的衍射槽的曲率，对应于垂直覆盖角限定扬声器喇叭的顶端板和底端板，限定具有基于换能器数量，水平覆盖角和垂直覆盖角，和衍射槽曲率的长度、宽度和曲率的喇叭的第一侧壁和第二侧壁，计算对应于限定的第一侧壁和第二侧壁的平板的尺寸，以及输出可机读平面图用于顶端板和底端板及第一侧壁和第二侧壁的制造。实现方式可以包括一个或多个以下特征。平板基于输出平面图制造，并组装形成喇叭。制造平板包括将平面图输入到CNC铣床，操作CNC铣床根据平面图切割薄柔性材料板。该薄柔性材料包括PVC。组装平板以形成喇叭包括固定每个侧壁板的第一边缘和第二边缘到顶端板和底端板的第一边缘和第二边缘，并弯曲侧壁板以使每个侧壁板的第三边缘与计算的曲率一致。弯曲侧壁板包括固定顶端板或底端板中的第一个到对应于计算的曲率的弯曲支撑结构的第一末端，并朝该弯曲支撑结构的第二末端拉顶端板或底端板中的另一个，这样每个侧壁板的第三边缘各自座落在弯曲支撑结构中的槽中。包括对应于计算的曲率的弯曲支撑结构的龙骨被组装。多个歧管组件被固定到支撑结构，每一个具有位于支撑结构内的输出口，其中多个歧管组件的输出口一同形成衍射槽源。多个电声换能器分别被固定到歧管组件之一，每个换能器耦合到对应的歧管组件的输入口。该龙骨被耦合到根据平面图制成的喇叭，这样衍射槽源被耦合到喇叭中的由至少第一侧板和第二侧板的边缘限定的衍射槽开口。限定第一侧壁和第二侧壁包括计算环带的内圆周的半径R1，环带的外圆周的半径R2,和环带扇形的角度Vf，侧壁分别对应于由计算的角度界定的环带扇形。该半径R1通过使
_B_
脈2Si<丄计算，其中8是换能器之一的尺寸，H是连接扬声器的位置
的平面到覆盖区域侧面之间的角度，V是连接扬声器的位置的平面到覆盖区域的前和后之间的角度，而N是换能器数量。半径R2由公式R2 = RfL计算，其中L是喇叭长度。角度Vf由公式Vf = Vcos (H/2)计算，其中H是连接扬声器的位置的平面到覆盖区域侧面之间的角度，而V是连接扬声器的位置的平面到覆盖区域的前和后之间的角度。限定第一侧壁和第二侧壁包括模拟一套子喇叭，其每个对应于衍射槽扇形并成形为限制通过衍射槽扇形向覆盖区域的相应扇形传播的声能，以及变形并连接梯形子喇叭的邻接对侧壁以限定跨越所有的子喇叭的连续弯曲片。覆盖区域的每个扇形对应于垂直于从衍射槽的相应扇形到该扇形的传播方向的投影区域，所有投影区域具有实质上相同的区域。衍射槽的曲率包括圆弧。衍射槽的曲率包括具有逐渐减小半径的曲线。限定侧壁包括基于描述侧壁材料特性的数据修改侧壁的曲率。获取扬声器数据包括接收描述场地、该场地中扬声器位置、场地内的覆盖区域、和与覆盖区域关联的声压级的输入数据。在扬声器中将要使用的电声换能器数量，水平覆盖角和垂直覆盖角，和喇叭长度都要通过输入数据来确定。确定换能器数量包括从用户处接收作为输入的换能器数量。确定换能器数量包括计算向覆盖区域提供来自扬声器位置的声压级所需的声功率的量，以及计算的声功率的量除以换能器模型的功率容量。计算衍射槽曲率包括(a)将覆盖区域划分为多个对应换 能器数量的带，(b)定位具有长度和轴的第一模拟源，其长度的第一端在平面上连接扬声器位置到覆盖区域的后部，以及其轴指向与覆盖区域尾部关联的多个带的第一个中的中心位置，(c)定位下ー个具有长度和轴的模拟源，其长度的第一端与第一模拟源的长度的第二端一致，其轴指向邻近多个带中的第一的多个带中的下ー个中的中心位置，以及(d)重复步骤(C)以相对每个以前的模拟源定位另外的模拟源直到模拟源的全部数量等于确定的电声换能器的数量，衍射槽的曲率是连接所有模拟源的曲线。优点包括提供单个集成系统，其提供用于特定场所的指定声学覆盖，包括至少部分自动化设计和定制扬声器组件的制造。根据说明书和权利要求书，其他特征和优点将变得显而易见。
图I示出了设计定制扬声器的エ艺。图2示出了场地中的扬声器模型的透视图。图3A、图3B和图7A不出了场地中的扬声器模型的不意侧视图。图4A示出了由平板构成的扬声器喇叭的透视图。图4B示出了图4A中扬声器喇叭的侧视图。图4C示出了图4A中扬声器喇叭的前视图。图5A、图5B和图6A示出了构成扬声器喇叭所使用的平板。图6B和图6C示出了用于限定图6A中的平板的圆锥截面。图7B示出了场地中的扬声器模型的平面示意图。图7C示出了扬声器喇叭中间模型的侧视图。图7D示出了图7C中的中间模型的前视图。图7E示出了图7C中的中间模型的平面图。图7F示出了扬声器喇叭模型的侧视图。图7G示出了图7F中的模型的前视图。图7H示出了图7F中的模型的平面图。图71示出了图7F中的模型的透视图。图8示出了示例换能器歧管元件。图9示出了用于具有示例换能器歧管元件的扬声器组件的支撑组装件。图10和图11示出了组装后的扬声器。图12A示出了扬声器组装件的尾部透视图。图12B示出了图12A中的扬声器组装件的前部透视图。图13示出了在场地中的两个扬声器的平面图。图14示出了在场地中的扬声器阵列的侧视图。
具体实施例方式自动化扬声器设计系统使用如图I所示的エ艺。在使用该系统时，用户用场地的构造模型开始，然后输入设计目标，比如演讲者位置，听众区域，声音的期望带宽，和要达到的声级。场地的简化表示如图2所示。该系统使用输入參数设计要符合特定设计目标的定制扬声器。在一些例子中，该系统工作为定制扬声器补充其他组件，如低音扬声器，放大器，和控制器。该系统也可以确定那些组件的配置參数，如均衡曲线，连接拓扑，时间延迟，和输出限制。在图I的自动化扬声器设计工艺100中，用户通过输入(102)场地的构造模型，在图2中以简单矩形房间152表示，来开始。这可以通过载入从构造设计或CAD软件输出的文件，或通过使用系统提供的用户接口来创建场地模型。在2004年10月13日提交的美国专利申请10/964，421中描述了一个这样的系统，并在此纳入参考。然后，用户指定(104)一个或多个扬声器154将设置在场地中的哪里。提到“扬声器”，指的是主动的电声转换器和被动组件如波导，端口，和喇叭组成的完整的组装件，其一同工作向场地发送声音。在图2中，一个扬声器154以对应于喇机的通常的梯形盒子,扬声器最可见的部分不出。通常，根据构造，美学，或其他考虑，在哪里安放扬声器是有限制的选择。在一些例子中，该系统的自动化部分可以为扬声器指定一个或多个位置。用户也指定(106,108)收听区域156,和收听区域的声音系统所需要的声压级(SPL)。在一些例子中，用户指定(110)扬声器的拓扑，比如其是指数喇机，具有弧形的直线阵列，递进的(螺旋的)，或J形曲线，或一些其他拓扑。所描述的系统尤其适合具有连续弯曲形状，也就是圆形曲率或递进曲线，耦合到大喇叭或波导上的长衍射槽源的扬声器。扬声器拓扑的选择也可以自动化，通过系统选择最佳拓扑以提供所要求的覆盖。其他用户输入(未示出)可以包括带宽或要产生的声音类型(如音乐或人声)，多个覆盖区域的确认，或音频信号输入源类型，以举几个例子。给出这些输入后，系统开始设计(112)第一(如果多于一个)扬声器，其包括源160和喇叭158。作为第一步，系统为水平覆盖角H和垂直覆盖角V确定(114)初始确定值，扬声器将需要通过这些投射声音覆盖收听区域156。H和V都由收听区域的尺寸和扬声器位置几何地确定。在图2中，由于衍射槽源160不同的长度和宽度，V基于那些表面到实际位于扬声器154后面的假设点源155处的相交的投影，在喇叭的顶壁和底壁之间测量，而H从位于喇叭后边缘的后面的侧壁的投影的相交来测量。垂直覆盖角V是从连接垂直点源位置的平面到收听区域的前后排的角度。水平覆盖角H是从连接衍射槽源的平面到座位区域的左右侧的角度。如下所述，使用的最后值可以根据由场地结构而建议的初始角度而改变。对于矩形座位区域，角度H可以根据喇叭高度改变，其将在顶部比底部更窄以在后排更大的距离覆盖相同的宽度。对于随着距离(适当的尺寸)而加宽的座位区域，角度H可以按照喇叭高度而恒定，增加的覆盖距离匹配增加的座位区域后部的宽度。总体上说，角度H沿着喇叭高度根据基于覆盖区域距离的变化的功能而变化。通过充分多数量的驱动器，极端复杂的座位区域可以被很有效的覆盖。该系统预测(116)总传播功率，其是对于对收听区域提供指定的声级的需要的。该功率和覆盖角可以独立确定，或它们可以相互依赖。如果衍射槽源由多个声音换能器，则将其作为驱动器，驱动，用户可选地选择(118)数量N个驱动器来使用。驱动器数量可以相对于喇叭的壁长L而权衡(见图4A)以达到所需的传播功率。具有更长的壁的喇叭(对于给定的覆盖角H和V)将具有更宽的口，提供方向性控制降到更低的频 率，因此比更短的喇叭需要更少的功率覆盖给定的区域。给定的驱动器具有固定量的可用功率，因此所需驱动器数量受喇叭提供的在功率分布和驱动器阻抗匹配，到喇叭提供的自由空气上的控制的数量的影响。该源的总长度，由驱动器数量和其尺寸决定，也影响效率，通过其传送由驱动器提供的功率。在许多情况下，喇叭尺寸由构造和视觉考虑而约束，驱动器数量由提供给收听区域的指定的SPL所要求的功率而规定。驱动器的不同模型也可以指定以发送不同功率级。一旦H，V，N，和L已经被确定或输入，该系统具有设计将提供指定的覆盖范围的源和喇口Λ所需的息。
在几何上，如下所述，换能机构可以远离传播声音的孔径或表面。所指传播孔径或表面，其安排在一条线上以作为“源”而形成衍射槽源以从“驱动器”衍射它们，其实质是将电信号转换成声压。这里参考图I至图3讨论的是这些“源”的布置。图3中一般的演讲者符号被用于表示源而没有暗示任何特别的换能器技术或驱动器和源之间的几何关系。驱动器的精确位置可以相对源的位置而独立，其将参考图8-图10稍后描述。对于扬声器算法设计的讨论，如所述的，源可以认为是直接位于衍射槽处的驱动器。对于圆弧形衍射槽，N个源简单定位(120)在弧线上，其在对应于完全垂直覆盖角V的弧线的角度范围上，半径由源的数量N而规定，其必须以该角度和它们的高度适合于弧线。对于具有递进曲线形状的衍射槽，曲率半径随位置变化的地方，有几种方法可以用于确定所组成的源的角度和位置。在一些例子中，该角度由算法或其他数学级数确定，如几何级数，其位置被设置以形成沿着该曲线的连续源。在另外的例子中，该系统可以使用通过图3A图解并在以下描述的模型来设计曲线衍射槽并定位源。在图7A和图7B中的喇叭定位的图解也可以为该讨论提供信息。给出H，V，和收听区域所需功率，系统将收听区域156沿着收听区域的长度划分(120a)为N个等功率带162i (在图3A的情况中，N = 7，因此有7个带162a_162g)，每一个跨越其整个宽度，并排列出对应于带162i的N个源的阵列170 (图3A中160a_160g)。对于来自驱动器和合适尺寸喇叭的给定可用功率，每个源可以辐射垂直于源的轴线的一定尺寸的区域(在更大距离上等尺寸区域需要更窄的喇叭，将功率限制在更窄的立体角中)。带162i代表提供来自由均匀功率的驱动器驱动的源的相同声级的收听区域部分。带是否随着增加从扬声器的距离增加，减少(如图所示)，或保持恒定深度，取决于一些因素，包括收听区域是否增加或减小宽度，扬声器和每个带之间的角度，和扬声器在增加的距离上控制传播如何。源160i被瞄准(120b)每个覆盖其相应的带162i，以及被设置以形成连续曲线。在一些例子中，收听区域被按如下划分为等功率带。图3B示出了图3A中的一个带162g的细节，包括表示出的另外的测量值。当扬声器以角度发射到收听区域带162g时，该收听区域被垂直于由轴164g表示的辐射方向的投影区域180g覆盖。对收听区域带162g的投射由前和后平面182a和182b界定。对于在从扬声器向下的角度v的收听区域的小扇形，称其为覆盖区域Ac，其投射区域Ap (V)通过覆盖区域Ac (V)和入射角Θ计算Ap(v) = Ac (V) X cos ( Θ )(I)提供指定的直接场强Id所需的功率等于强度乘以覆盖区域。对于到收听区域足够近的扬声器，入射角从收听区域前部到后部略微的变化，实际覆盖区域随着角度而变化(其随着位置依次变化)，甚至当投射区域在距离上保持恒定时，因此计算收听区域上的积分(也就是，在前部的垂直角vO和尾部的vn之间)以找到全部的所需的功率
=]λ(νΚ(ν)⑵釋V(2)在积分(2)中限定AJv)的函数取决于场地几何和扬声器位置，如Θ。直接场强Id也可以是收听区域的位置的函数，或其也可以是恒定的。该积分的特定的结果将因此基于对エ艺100的输入，其也可以根据系统执行エ艺100的能力，数字地或代数地解決。所需功率Wrai通过除以由一个驱动器提供的标称功率Ws以找到N的更低边界，就
是
权利要求
1.一种扬声器,包括 喇叭，其包括第一端板、第二端板、第一侧板、和第二侧板，至少第一侧板和第二侧板的边缘限定衍射槽开口； 多个歧管组件，每个具有耦合到衍射槽开口的输出口，该多个歧管组件的输出口在衍射槽开口处一同构成衍 射槽源；以及 多个电声转换器，每个耦合到歧管组件之一的输入口。
2.如权利要求I所述的扬声器，其中，第一端板和第二端板每个包括刚性片材。
3.如权利要求I所述的扬声器，其中，衍射槽开口具有相对于喇叭内侧的凸曲率。
4.如权利要求I所述的扬声器，其中，侧板在对应于衍射槽开口的方向上弯曲，而在垂直于该槽开口的方向上保持直线。
5.如权利要求I所述的扬声器，其中，第一侧板和第二侧板具有平坦时对应于由内径、外径和角度限定的平面环带扇形的尺寸。
6.如权利要求I所述的扬声器，其中，第一侧板和第二侧板每个在长度和曲率上沿着槽开口的广度变化。
7.如权利要求I所述的扬声器，其中 每个歧管组件具有两个输入口并包括两个声音通道， 每个声音通道分别在两个输入口之一具有第一末端，在输出口具有第二末端，以及 每个声音通道在不同的方向上弯曲远离输出口，这样输入口位于喇叭的相对侧附近。
8.如权利要求I所述的扬声器，其中 每个歧管组件具有一个输入口，并包括一个声音通道，该声音通道在输入口处具有第一末端且在输出口处具有第二末端， 每个歧管组件的声音通道在与相邻歧管组件的声音通道的方向相反的方向上弯曲远离输出口，这样输入口位于喇叭的与相邻歧管组件的输入口相对侧附近。
9.一种扬声器阵列,包括 第一扬声器模块，其包括 第一喇叭,其包括第一端板、第二端板、第一侧板、和第二侧板,至少第一侧板和第二侧板的边缘限定沿第一半径弯曲的第一衍射槽开口； 第一多个歧管组件，每个具有耦合到第一衍射槽开口的输出口，该多个歧管组件的输出口在第一衍射槽开口处一同构成衍射槽源；以及 第一多个电声转换器，每个耦合到第一多个歧管组件之一的输入口 ；以及 第二扬声器模块，其包括 第二喇叭，其包括第三端板、第四端板、第三侧板、和第四侧板，至少第三侧板和第四侧板的边缘限定沿第二半径弯曲的第二衍射槽开口； 第二多个歧管组件，每个具有耦合到第二衍射槽开口的输出口，该多个歧管组件的输出口在第二衍射槽开口处一同构成衍射槽源；以及 第二多个电声转换器，每个耦合到第二多个歧管组件之一的输入口 ； 其中，第二端板邻近第三端板，并且第一衍射槽开口和第二衍射槽开口一起有效形成连续衍射槽开口。
10.一种扬声器阵列，包括扬声器模块，每个扬声器模块包括喇叭，其具有水平覆盖角和垂直覆盖角，喇叭包括顶端板、底端板、第一侧板、和第二侧板，至少第一侧板和第二侧板的边缘限定沿半径弯曲的衍射槽开口； 多个歧管组件，每个具有耦合到衍射槽开口的输出口，该多个歧管组件的输出口在衍射槽开口处一同构成衍射槽源；以及 多个电声转换器，每个耦合到歧管组件之一的输入口， 该阵列包括 第一扬声器模块，其具有第一水平覆盖角、第一垂直覆盖角、和第一半径；以及第二扬声器模块，其具有大于第一水平覆盖角的第二水平覆盖角、大于第一垂直覆盖角的第二垂直覆盖角、和小于第一半径的第二半径， 其中，第一扬声器模块的底端板邻近第二扬声器模块的顶端板，并且第一衍射槽开口和第二衍射槽开口一起有效形成连续衍射槽开口。
11.如权利要求10所述的扬声器阵列，进一步包括 第三扬声器模块，其具有第一水平覆盖角、第一垂直覆盖角、和第一半径；以及第四扬声器模块，其具有大于第一水平覆盖角和第二水平覆盖角的第三水平覆盖角、大于第一垂直覆盖角和第二垂直覆盖角的第三垂直覆盖角、和小于第一半径和第二半径的第二半径， 其中，第三扬声器模块的底端板邻近第一扬声器模块的顶端板，第四扬声器模块的顶端板邻近第二扬声器模块的底端板，并且第一衍射槽开口、第二衍射槽开口、第三衍射槽开口、和第四衍射槽开口一起有效形成连续衍射槽开口。
12.—种方法,包括 获得扬声器阵列数据，其标识将用于扬声器阵列中的扬声器模块的数量、将由扬声器阵列声学辐射的收听区域的水平覆盖尺寸和垂直覆盖尺寸、和从扬声器阵列到收听区域的距离和角度； 计算收听区域到对应于扬声器模块的数量的多个扇形的划分； 基于从扬声器阵列到收听区域的距离和角度计算每个扬声器模块用以辐射收听区域的划分的对应一个的水平覆盖角和垂直覆盖角；以及 输出扬声器模块的计算的水平覆盖角和垂直覆盖角的列表。
13.如权利要求12所述的方法，其中，计算每个扬声器模块的水平覆盖角和垂直覆盖角包括 计算理想水平覆盖角和理想垂直覆盖角；以及 从覆盖角对的预定集选择最紧密匹配理想水平覆盖角和理想垂直覆盖角的水平覆盖角和垂直覆盖角对， 其中，对于在第一扬声器模块之后的每个扬声器模块，计算理想垂直覆盖角包括调节理想垂直覆盖角的计算以考虑在对于前一扬声器模块计算的理想垂直覆盖角与对于该前一扬声器模块选择的预定垂直覆盖角之间的任何差异。
全文摘要
一种扬声器包括喇叭，其包括第一端板，第二端板，第一侧板，和第二侧板。至少第一侧板和第二侧板的边缘限定衍射槽开口。第一侧板和第二侧板每个都是由通过至少刚性支撑元件保持为受压、弯曲形状的柔性材料片制成。这些板由自动工艺基于将要用于扬声器中的电声变换器的数量，扬声器的水平覆盖角和垂直覆盖角，和扬声器的喇叭的壁的长度而设计。
文档编号H04R31/00GK102625225SQ20121009744
公开日2012年8月1日 申请日期2010年8月16日 优先权日2009年9月11日
发明者C·A·亨里克森, C·B·艾克尔, K·D·雅各布, 持丸彰, 林祖一路 申请人:伯斯有限公司