恒定方向性双向楔形扬声器系统的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年9月21日提交的美国临时专利申请号62/561,480的优先权，通过引用将其全部内容并入以用于任意目的。

本发明涉及扬声器系统，尤其涉及恒定方向性双向楔形扬声器系统。

背景技术：

随着表演者和发起者竞争以达到更高水平的声音质量和性能，娱乐场所对声音舞台布置的技术需求不断增加。这些需求直接转化为对扬声器系统设计的挑战。扬声器不仅需要洪亮而清楚，而且还必须满足多个频域上的波束宽度、方向性和功率损耗的指数。需要新的设计来满足这些技术需求。

技术实现要素：

本文公开了一种扬声器设计，该扬声器设计能够被用作独立设备，但是也被特别设计成用于堆叠式扬声器系统。扬声器的显著特征包括楔形的箱体，该箱体包含障板、低频驱动器、以及高频驱动器阵列。障板覆盖箱体正面的一部分。低频驱动器位于障板后面，朝向箱体的背面。在某些实施例中，障板覆盖箱体的正面的中央部分，并且从低频驱动器发出的声能绕障板的边缘行进以离开扬声器。高频驱动器阵列被支撑在障板的正面上。在某些实施例中，阵列内的驱动器之间具有恒定的间隔。本文公开的扬声器包括插销特征，该插销特征使得扬声器能够以堆叠的方式彼此附接。在某些实施例中，(每个扬声器的)高频驱动器阵列被设计成使得驱动器之间的间隔甚至在跨各个扬声器时也保持恒定，从而跨扬声器系统创建无缝的高频驱动器阵列。高频输出的无缝质量提高了扬声器系统的整体性能，该扬声器系统具有极好的波束宽度、方向性、以及功率传输指数。

在某些实施例中，高频驱动器阵列在形状上是弓形的，并且在某些实现中，弓形形状采用圆的限定角度跨度的圆周的片段。在某些实施例中，单个扬声器的阵列跨越大约20度的角度。

附图说明

图1是根据本发明的包括两个楔形扬声器箱体的扬声器系统的侧视图。

图2是图1中所示的扬声器系统的前透视图。

图3是图2中所示的扬声器系统的后透视图。

图4是根据本发明的单个楔形箱体的前平面图。

图5是根据本发明的楔形扬声器箱体的内部的透视剖视图，其中侧面和后部被去除。

图6是根据本发明的能够在楔形扬声器箱体中合适地使用的高频阵列的透视图。

图7示出了系统200，该系统200包括耦合到两个超低音扬声器箱体的根据本发明的四个楔形扬声器箱体202、204、206、208。

图8是示出一个、两个和三个箱体系统的增益值和波束宽度相对频率的关系图的表。

具体实施方式

本文公开了双向恒定方向性楔形扬声器系统的实施例。扬声器系统的实施例容纳单个12″低频驱动器和安装在实心弯曲障板上的部分圆弧(例如，约20°)中的高频驱动器阵列。高频阵列能够由多个50.8mm(2″)的全音域驱动器组成，并且能够被定位为覆盖低频驱动器。高频阵列被配置为跨越扬声器的整个垂直高度。低频驱动器能够是300mm(12″)800w低音扬声器。在某些实现中，障板覆盖低频驱动器。障板能够在任一侧打开，以便低频驱动器和端口的声音输出能够逸出到外部。在某些实施例中，单个扬声器系统(例如，跨越20°的弧)能够包括配备有四声道平板扩音器的楔形箱体。两个桥接通道能够用于驱动低频扬声器，其余的其他通道能够用于驱动八个驱动器高频阵列。单独的楔形箱体能够一起组合成多个，以形成从一个直至六个箱体的更大的圆弧阵列。因为高频阵列覆盖了扬声器的整个高度或弧度，因此在被组合时，相邻或邻接的箱体上的阵列将形成无缝单元，并且在箱体之间不会出现明显的断裂。以这种方式，组合的阵列能够提供在约15°至约90°范围内的垂直波束宽度。能够确定并且选择合适的扩音器增益，以平滑每种阵列尺寸的极性覆盖范围。

图1是根据本发明的实施例的包括两个楔形扬声器箱体102、104的扬声器系统100的侧视图。能够看出，箱体的各自的前表面103、105形成约18°至约22°的范围(例如，约20度)的短圆弧跨度。当如在所描绘的系统100中的，将扬声器102、104定位在另一个之上时，前表面组合以跨越等于单独地跨越每一个的角度之和，约36°至44°。箱体能够由本领域已知的任何合适的材料制成，诸如桦木。

图2是扬声器系统100的前透视图。如图所示，扬声器102包括低频驱动器(“lf驱动器”)112和垂直对齐的高频驱动器阵列114(“hf阵列”)。在某些实现中，hf阵列114包括八个50.8mm(2″)的全音域驱动器。hf阵列114被定位在障板116上，障板116跨越楔形扬声器箱体102的垂直范围，但是不覆盖扬声器的整个水平跨度，在障板的两侧上留下开放的声音通道，例如118，以用于声音从lf驱动器穿出来。类似地，楔形扬声器箱体104包括lf驱动器122、垂直对齐的hf阵列124、障板126、以及开放的声音通道128。在该配置中，lf驱动器112、122的声学输出流出并且围绕hf阵列114、124。该系统能够遍及相当低的频率(例如，约400hz)，这有助于避免由于将lf驱动器放置在hf阵列后面而引起的任何频率响应异常。

在某些替代实施例中，障板116、126能够由金属制成并且是弯曲的。金属障板能够是固体，在hf阵列的任一侧保持粗略127mm(5″)，并且在其余部分进行打孔，使得lf驱动器和端口的声音输出能够逸出到外部。

圆弧hg阵列的独特形状和轮廓确保在将楔形扬声器按多个使用时，hf阵列形成更大的无缝的分段的圆弧阵列。这确保在15°至90°范围内提供各种垂直波束宽度的所有阵列尺寸的垂直覆盖范围的均匀性。所有阵列的水平波束宽度能够较宽，例如约150°，能够保持直至约10khz。

图3是扬声器系统100的后透视图。如图所示，楔形扬声器箱体102的一侧是柄132，而在楔形扬声器箱体104的一侧是柄134。能够是销钉锁定的堆叠元件的耦合特征140允许楔形扬声器箱体102、104被堆叠并且还附接到超低音扬声器箱体，以用于低于50hz的增加的lf输出。作为说明性的示例，图7示出了系统200，其中，四个楔形扬声器202、204、206、208使用销钉锁定元件被耦合到两个超低音扬声器箱体210、212。底部的四个楔形扬声器箱体202-208构成一个带有32个hf驱动器的单个80°圆弧系统。再次回到图3，将扩音器152、154和相关的电连接器安装在各自的楔形扬声器箱体102、104的背面。

在某些实施例中，箱体尺寸为高0.5m×宽0.5m×深0.4m(19.85″×19.75″×15″)。该箱体实施例的负载重量能够是约29.5kg(65lbs)。净内部容积约为0.045cum(1.6cuft.)。低频驱动器能够包括直径为4″的音圈。

每个楔形扬声器箱体都能够开口。图4是根据本发明的单个楔形扬声器箱体例如102的前平面图。如图所示，箱体102包括分别位于箱体的四个角中的每个角处的四个圆形开口152、154、156、158。图5是根据本发明的楔形扬声器箱体的内部的透视剖视图，其中侧面和后部被去除。图5示出了如何将四个通风口152、154、156、158作为前置圆柱体的端口。在某些实现中，开口152-158的直径能够是50.8mm(2″)，而长度能够是228.6mm(9″)。将端口定位在前面是有利的，因为这确保了声音从箱体的前面发出，并且侧面或背面的端口不会被遮盖。开口箱体调音能够相对较低，例如为48hz，这提供了低至42hz的强声输出，这是电贝司吉他开放“e”弦的频率。箱体的顶部和底部与水平面成大约10°的角度，以形成20°的弧，而箱体的侧面则是直的。

图6是能够适用于根据本发明的楔形扬声器的示例性hf阵列的透视图。示例性的hf阵列114由八个50.8mm(2″)的全音域驱动器(例如，172、174)组成并且总阵列高度约为504.2mm(19.85″)。从前面看，阵列的驱动器是垂直布置的，但在图5的透视图中，能够看到驱动器以大约20°的部分圆弧角被布置，与扬声器箱体的楔形角度匹配。选择hf阵列的角度跨度以在所有hf驱动器之间保持恒定的中心之间的间距。当扬声器箱体堆叠在一起时，在每个单个箱体与下一个箱体之间无缝过渡的情况下，阵列有效地变得更大。选择hf阵列和箱体的楔形角度，使得单个箱体扬声器具有约15°的波束宽度，因为波束宽度趋向于约为楔形箱体的圆弧角的75％。

楔形扬声器中使用的每个扩音器(例如，152、154)能够包括具有安装在平板扩音器上的四个通道的内置数字信号处理器(dsp)，每个通道具有500w(4ohm负载)。两个通道串联桥接，以按1000w驱动lf驱动器(例如，8ohm)，而另外两个500w的通道分别驱动hf阵列的顶部四个驱动器和底部四个驱动器。内置扩音器的高功率使得能够再现非常高的峰值spl。dsp功能能够包括fir、iir、参数eq、全通、搁架(shelf)、高通和低通滤波、延迟、以及限波等。以太网或dante能够包括完整的网络控制能力。

选择hf驱动器扩音器的增益或权重，以保持每个阵列尺寸的平滑和一致的极性。增益是上下对称的，中心具有最高值，而两端具有最小值。每个箱体都有与两个扩音通道相关联的两个增益值，所述两个扩音通道分别为阵列中的上下高音扬声器供电。在一个实现中，为每个阵列尺寸设置以下增益值：一个箱体：0、0db；两个箱体：-6、0、0、-6db；三个箱体：-7.6、-2.2、0、0、-2.2、-7.6db；四个箱体：-8.8、-3.8、-1.2、0、0、-1.2、-3.8、-8.8db；五个箱体：-9.5、-4.9、-2.3、-0.7、0、0、-0.7、-2.3、-4.9、-9.5db；以及，六个箱体：-10.1、-5.9、-3.3、-1.6、-0.5、0、0、-0.5、-1.6、-3.3、-5.9、-10.1db。这种振幅渐变(tapering)或振幅晕渲(shading)对于使扬声器阵列的极性响应中的旁瓣平滑和最小化大有帮助。图9示出了仿真结果，结果表明，系统中的楔形箱体之间的hf驱动器的无缝连接产生了统一的声音体验，而且，随着系统中所连接的箱体的数量增加，晕渲特性也得到改善，并且粒度降低，并且在更高程度上接近连续勒让德(legendre)晕渲。因此，已经发现，根据本发明的包括与相邻扬声器的驱动器无缝组合的hf阵列弧的楔形扬声器在功率和声学特性方面随着增加更多的箱体扬声器而提高，直至约12.5khz的频率边界。

图8-14示出了一个、两个、三个、四个、五个和六个箱体系统的仿真结果。仿真结果包括增益设置、波束宽度相对频率响应、方向性指数相对频率、以及等级(db)相对频率的关系。仿真结果还显示了按频率的极性图。

结果要点

实验仿真表明，能够设计和构造非常实用的恒定覆盖/方向性宽范围楔形扬声器系统，当被用于形成更大的阵列时，能够提供各种表现良好的更宽的覆盖图案，具有非常均匀的垂直和水平覆盖。每个楔形扬声器箱体实际上是同轴设计，提供了非常好控制的垂直图案和非常宽的水平图案。整个系统提供了45hz至15khz的宽带响应，并且由于其内置的板式扩音器可经由dante或以太网进行控制，因此非常通用。包括侧面安装的引脚加载式硬件，以便于堆叠。

将理解到，这里公开的任何结构和功能细节都不被解释为限制系统和方法，而是被提供为代表性的实施例和/或布置，以教导本领域技术人员实现方法的一种或多种方式。

将进一步理解到，附图中相同的附图标记在若干图中表示相同的要素，并且并非所有实施例或布置都需要参照附图描述和图示的所有组件和/或步骤。

这里使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不意图限制本发明。如这里所使用的，单数形式的“一个(a)”、“一个(an)”、以及“该”也意图包括复数形式，除非上下文另有明确指出。将进一步理解到，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”当在本说明书中被使用时，指定所记载的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组的存在或添加。

方位术语在这里仅用于约定和参考的目的，而不被解释为限制性的。然而，认识到这些术语能够参照观察者来使用。因此，不暗示或推断出任何限制。

同样，这里所使用的措词和术语是出于描述的目的，并且不应该被视为限制。这里使用的“包括(including)、“包括(comprising)”或“具有(having)、“包含(containing)”、“涉及”及其变型意在涵盖其后列出的项及其等价物以及添加项。

尽管已经参照示例性的实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以做出各种改变并且可以用等价物代替其要素。另外，本领域技术人员将意识到众多修改，以使得特定的仪器、场景或材料适应本发明的教导，而不脱离其实质范围。因此，意图本发明不限于作为构思用于执行本发明的最佳模式而公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求书的范围内的所有实施例。