专利名称：倒相式扬声器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有波导口的倒相式扬声器装置。这种扬声器在扬声器设计领域中是众所周知的，并从1938年开始就在美国销售及使用。倒相式扬声器比装在封闭音箱中的扬声器具有更高的效率和更低的频率极限。这是因为它具有亥姆霍兹谐振器的功能，它把来自声源背后的低频声波送出音箱外面并使该声波和直接来自声源前方的声波同相。有效谐振频率由波导口的空气质量和音箱中空气所具有的柔量所决定。
虽然波导本身也能对半波长等于波导长度或其等分数的声波起谐振器的作用，但这是一个不希望有的现象，因为这些谐振所对应的频率会从音箱内部传到外面，影响扬声器的中间音域。这些不希望有的谐振的发声现象可用下列方法减轻或消除，即强迫声波通过波导截面的不同部分以便有不同长度的路程，或者在波导后面增加一个低通滤波器。
第一种解决方法可以使用具有急弯的波导来大致做到。也可以按美国专利4,933,982号中所述的方法，即使用一个包含同心插入件的直波导，强迫声波在进、出口之间走不同长度的路径。然而，这两种波导都是造价昂贵，并且后者还十分笨重。
第二种解决方法的一个例子在美国专利4,953,655号中有提到，即在倒相波导的终端有一个分开的室，该室有一个通道通向音箱外面。这个分开的室和它的通道起着低通滤波器的作用，在声波从波导中到达扬声器箱外部之前，谐振被消除掉了。然而，扬声器箱由于增加了这个额外的室，使总尺寸、复杂度和成本都增加了。
本发明的一个目的是提供一种倒相式扬声器装置，它使用波导口，但不会通过波导口使扬声器箱内部的中频讯号发生不希望有的泄漏，也不需要对波导或扬声器箱做复杂、笨重或昂贵的设计。
本发明另外的目的和优点，一部分将在后面的说明书部分中解述，一部分在看了说明书后自然明白，或者在实施本发明时领悟到。本发明的目的和优点在从属权利要求书中特意指出的方法及组合中可被理解及得到。
本发明目的的达到是通过一个倒相式扬声器装置，它有一个音箱，一个装在音箱中向音箱外发射声波的声源，一个在该音箱壁上的倒相波导口，一个装在音箱内以一端连接倒相波导口的两端开口的波导，该波导具有至少一个位于两端之间的附加开口，以及一个覆盖在该附加开口上的挠性膜。
下面的附图是参与说明并构成说明书的一部分，显示了本发明的各实施例，和说明文字一起，用来解释本发明的原理。
图1是通过按照本发明倒相式扬声器装置第一实施例的垂直剖面图。
图2是用于图1倒相式扬声器装置中的从左侧看波导的一个视图。
图3是一个图表，显示图1中倒相式扬声器装置的倒相口的声压作为频率的函数，图中实线表示具有刚性壁的波导，虚线表示按照本发明的波导。
图4是通过装在按照本发明倒相式扬声器装置第二实施例的波导上的非弹性膜所作的垂直剖面图。
图5是图4中所示的装在波导上的膜的前视图。
图6是图4中所示的装在圆管形波导上的膜的水平剖面图。
现将参照附图对本发明的优先实施例进行详细介绍。
图1显示通过双频道倒相式扬声器装置10所作的垂直剖面图，包括一个扬声器箱11，一个低音/中音声源12，一个高频声源(高音头)16和一个波导口19。为了清楚起见，倒相式扬声器装置中所有和本发明无关的元件，例如用于声源12和高音头16的分频器、电线，以及用于扬声器箱的吸音材料都不在图1中示出。
该低音/中音声源12有一个纸盆13，它由位于磁性装置14中的音圈(未示出)所驱动，并由一个金属制的透音盆架15支持。纸盆13的开口端通过一个称为环筋的柔性圈和盆架15连接，该环筋在纸盆13和音箱11的外侧之间形成密封，但是允许纸盆做进/出运动。环筋通常是半圆环形的，所以当纸盆13运动时，材料只是卷曲而没有拉伸。纸盆13的小端通过一个具有多个同心折纹的被称为弹簧板(扬声器支承圈)的膜和磁性装置相连接。该环筋和该弹簧板允许纸盆作纯粹的进/出运动，因此当声源12的音圈被连接到音频放大器的输出端子上时，纸盆13的前面直接地向音箱外面播音，而纸盆13的后面通过开放的盆架播送180°相位差的声音进入封闭的音箱11中。高音头16有一个由位于磁性装置18之中的音圈(未示出)所驱动的音膜17。音膜17由环筋所支持，但通常不具有弹簧板。当高音头的音圈被连接到音频放大器的输出端子上时，音膜17的前面直接地向音箱的外面播音。音膜17的后面播音进入装载磁性装置的密闭室中，所以高音头并不影响音箱11内部的声压。
音箱11的内部只能通过波导口19和外界通声、而声波必须先经过具有壁21的波导20的开口22才到达波导口19，波导20是用卡纸或塑料制成的。波导20和音箱内部形成一个亥姆霍兹谐振器，其谐振频率由音箱11内的空气具有的柔量和波导20内空气的质量所决定。在波导口19处测得的亥姆霍兹谐振器的频率响应曲线示于图3。具有相等于亥姆霍兹谐振器的谐振频率fo的声波，通过波导口19后倒相180°，因此从口19出来的频率为fo的声压直接叠加在从纸盆13前面出来的声压上。所有其他频率的声波都被衰减。通过选择一个比声源12的滚降频率低半个音阶的频率作为谐振频率fo，就可以得到比密封式音箱中扬声器的低音频率更低半个音阶的平滑响应曲线而不需要增加放大器的功率，这是倒相式扬声器装置的目的所在。
如果波导20具有刚性的壁21，正如在本领域中所常用的那样，频率响应曲线就如图3中实线所示。在此例子中在频率f1和f2上有两个寄生谐振峰。在一个扬声器中其fo＝42赫，使用一个波导20是250毫米长，内径是35毫米时，各谐振峰在f1＝550赫和f2＝1200赫处测到，此时波导20是使用刚性壁21。在正常大气压下20℃时空气中的声速是344米/秒，所以550赫的声波的半波长是313毫米，1200赫的声波的半波长是143毫米。波导20是250毫米长，这接近于上述两个声波峰的一个半波长度和两个半波长度。该两个处于550赫和1200赫的峰明显地由具有刚性壁21的波导20中的驻波造成。
从波导口19出来的位于频率f1和f2处的声波强度峰值大大低于位于该f1和f2频率的来自声源12前面的声压，但是在高保真扬声器中音部分的个别的峰即使在低音量时还是能被听到，这就是失真。
按照本发明，在波导20中的各驻波能被消除，这是利用在波导20的壁21设置附加的开口31，32在该些开口上覆盖着挠性膜35，例如弹性膜，见图1和图2所示。图1中的亥姆霍兹谐振器有一个波导20，在其壁21上有两个覆盖着膜的开口31和32，这种谐振器的频率响应曲线在图3中以虚线表示。位于550赫和1200赫的两个峰已被消除，整个中频部分得到了平滑得多的频率响应曲线。
在靠近峰压变量会出现在频率被衰减的波导20中设置开口31和32。开口31接近频率f1的四分之一波长处，开口32接近频率f2的四分之一波长处。膜35可以用平片的形式粘在波导20的壁21的外面如图1和图2所示，或可以被制成套管，套在壁21上，用绳索绑住。
用作膜35的薄膜必须足够地柔软，使得每一个膜在频率f1和f2时在波导上就像一个开口，但又要有足够的刚度，使得该膜在亥姆霍兹谐振频率f0时能起密封作用。具有已知柔度的膜的声阻抗和频率成反比，所以在f1或f2和f0之间巨大比例使得它容易得到上述效果。薄乳胶膜工作得很好，但是它会老化和变脆。以商品名WALOPUR出售的0.025毫米厚度聚氨脂膜具有较长的寿命，被用在扬声器中，它的频率响应曲线如图3中虚线所示。其他合适的薄膜材料在市场上也都可以买到。
乳胶膜的弹性吸音能力很小，所以当使用乳胶膜时，必须另加吸音材料以防止覆盖在开口31和32上的膜产生不受控制的振荡。这可以通过在波导20的外面松松地缠上棉花或类似棉花材料制成的捻线，使它轻轻接触覆盖在开口31和32上的膜。当膜的材料本身吸音能力不足够时也能采用其他方法来增加膜的吸音能力。聚氨脂膜具有足够的吸音性，所以不需要外加吸音措施。
挠性膜35也能由基本上非弹性的材料制得，这在图4至图6中示出。图4至图6显示一种按照本发明的非弹性膜35，它被装在圆管形波导20上，波导20的壁21有开口。该非弹性膜35利用环筋36而被制成可挠曲的，环绕着膜35的周围形成环筋36。环筋36的作用和普通纸盆的环筋一样，允许膜35作进/出挠动。环筋36可以用和膜相同的材料制成，或者可以用不同的材料制成后粘在膜35上。在环筋36的外边是边部37，用来把带有环筋36的膜35安装和密封在波导20的壁21上。在图4至图6中显示的挠性膜的功能和上面参照图1和图2所述的单个弹性膜所形成的挠性膜是一样的。
当波导20是圆筒形时，见图4至图6所示，安装用的边部37应该如图6中所示的那样做成相应的复杂形状，因为整个环筋36必须处于一个平面内以便正常工作。如果波导20有一个平的壁部，则安装边部37能和膜35以及环筋36在同一平面中，因此带有环筋36的可动膜35和安装边部37能非常简单地从一片薄的塑性材料制成，例如用热压法制成。
一种由非弹性材料制成的挠性膜，见图4至图6所示，比一种单个弹性膜要难做得多，但是它的成本还是很低的，而且可以使用很多种不能用来做弹性膜的材料波导20的壁21上所需的开口(31，32)数目，按不同情况而异，取决于波导20的长度和低音/中音声源12所需的分隔频率的上限。在大多数场合一个开口已足够，很少会需要三个以上的开口。本发明并不限制开口的数目。
因此，要指出的是本发明包含由从属权利要求及其等同物范围内按照本发明的倒相式扬声器装置的改进和变化，并不受环境限制。
权利要求1. 一种倒相式扬声器装置，其特征为包括(a)一个音箱；(b)一个装在该音箱中的用来从该音箱中向外发射声波的声源；(c)一个在该音箱壁上的倒相波导口；(d)一个两端开口的装在该音箱内的用其一端和该波导口相连接的波导，该波导在其两端之间有一个附加开口；(e)一个覆盖该附加开口的可挠膜。
2. 如权利要求1中所述的倒相式扬声器装置，其特征为，该可挠膜由一个弹性膜做成。
3. 如权利要求2中所述的倒相式扬声器装置，其特征为，还包括吸收该弹性膜谐振的装置。
4. 如权利要求2中所述的倒相式扬声器装置，其特征为，该弹性膜用聚氨脂制成。
5. 如权利要求1中所述的倒相式扬声器装置，其特征为，该可挠膜包括一个刚性膜和一个支持该刚性膜并允许该刚性膜运动的环筋。
6. 如权利要求1中所述的倒相式扬声器装置，其特征为，该波导是一个基本上直的管子。
7. 如权利要求1中所述的倒相式扬声器装置，其特征为，该附加开口被布置在离开该波导口大致上等于该波导中驻波的四分之一长度的距离上。
8. 如权利要求7中所述的倒相式扬声器装置，其特征为，该可挠膜是用弹性薄膜做成的。
9. 如权利要求7中所述的倒相式扬声器装置，其特征为，该可挠膜包括一个刚性膜和一种支持该刚性膜并允许该刚性膜运动的环筋。
10. 如权利要求1中所述的倒相式扬声器装置，其特征为，该波导有多个由该波导的长度以及该声源的分隔频率上限决定的附加开口。
11. 如权利要求10中所述的倒相式扬声器装置，其特征为，该可挠膜由弹性薄膜做成。
12. 如权利要求10中所述的倒相式扬声器装置，其特征为，该挠性膜包括一个刚性膜和一个支持该刚性膜并允许该刚性膜运动的环筋。
13. 如权利要求1中所述的倒相式扬声器装置，其特征为，该可挠性膜具有一个足够高的柔度能使该膜在相应于该波导中驻波的频率时基本上起着该波导的开口的作用。
14. 如权利要求13中所述的倒相式扬声器装置，其特征为，该可挠性膜是由弹性薄膜做成的。
15. 如权利要求13中所述的倒相式扬声器装置，其特征为，该可挠性膜包括一个刚性膜和一个支持该刚性膜并允许该刚性膜运动的环筋。
16. 如权利要求1中所述的倒相式扬声器装置，其特征为，该波导有平的壁部。
17. 如权利要求16中所述的倒相式扬声器装置，其特征为，该可挠性膜包括一个刚性膜和一个支持该刚性膜并允许该刚性膜运动的环筋。
专利摘要一种具有波导口的倒相式扬声器装置，它利用波导中的驻波谐振使扬声器的中频段不失真，本倒相式扬声器装置包括波导两端间壁上的一个或多个开口，以及该些开口上覆盖着的挠性膜，例如乳胶状材料薄膜或是具有柔性边缘的刚性膜。这些增设的开口防止寄生驻波在四分之一波长处的压力增加，从而消除该些驻波，但又不影响波导在该倒相式扬声器装置的亥姆霍兹频率(HELMHOLTZ FREQUENCY)时的工作。
文档编号H04R1/20GK2217861SQ9420995
公开日1996年1月17日 申请日期1994年4月16日 优先权日1994年4月16日
发明者陈锦海 申请人:家电宝实业有限公司