专利名称：小型喇叭式扬声器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用以产生听觉信号的扬声器，更具体说涉及用在紧急事物车辆上的带喇叭的扬声器。
背景技术：
许多紧急事物车辆备有报警扬声器，用以产生紧急报警听觉信号。这种扬声器一般带有喇叭以提高它们的发声效率。
传统的带喇叭扬声器的一个主要缺陷是它们一般都很笨重，这是由于使声能与外界空气有效耦合所需的喇叭长度造成的。普遍的做法是使带喇叭扬声器的喇叭结构弯曲，以减小扬声器的总长度。尽管如此，即使采用弯曲的喇叭结构，喇叭式扬声器仍然往往较大和较重。
笨重的喇叭式扬声器使它们难以适当放置在许多场合。对于设计来用于紧急车辆上的报警扬声器而言这一问题尤其严重。这是由于报警扬声器通常是紧急车辆的后增项目，并且在紧急车辆上常常难以找到足够的空间来容纳一个带喇叭的报警扬声器。
在美国专利4,893,343中所公开的扬声器中，在减小带喇叭报警扬声器的总尺寸方面取得了显著进展。该扬声器带有一个面对扬声器的朝后方向的传统驱动器和一个绕驱动器弯曲的喇叭。喇叭的第一部分形成在与扬声器的纵轴线垂直的喇叭板上。驱动器的位置与喇叭板上的一中心孔对准，该中心孔与喇叭板上的喇叭相通并形成喇叭的喉部。喇叭在喇叭板上分叉两次，而形成四个通道。扬声器还包括安装驱动器的喇叭外壳。一拱形帽安装在驱动器组件的端部。外壳的侧壁和拱形帽的表面限定了一个面对扬声器朝前方向的喇叭口。该喇叭口与喇叭板上的通道耦合，以便将其中传导的声能与外界空气耦合。
在喇叭板上及绕驱动器使喇叭弯曲明显减小了扬声器的长度。尽管如此，即使采用这种结构减小了长度，扬声器仍然具有相当的长度和重量。结果，在紧急车辆上经常难以找到足够的位置来安装扬声器。通常将扬声器安装在紧急车辆的保险杠的下方。在此位置，直接暴露于雨水，风和沙尘大大缩短了扬声器的使用寿命。
用在紧急车辆上的带喇叭报警扬声器的另一普遍问题涉及驱动器的冷却。用在紧急车辆上的报警扬声器需产生很高等级的声量。在高功率操作期间，在驱动器的音圈和磁铁组件中产生的热需被有效地扩散。驱动器中积累的热会使效率丧失，并在某些情况下会烧毁音圈或减小磁铁组件的磁场强度。但是，很难取得有效的热扩散，特别是在为获得紧凑的尺寸而紧紧围绕驱动器弯曲喇叭的设计中。可以采用一主动装置如电扇来迫使空气绕磁铁组件循环。由于增加了动力损耗，复杂性以及扬声器的成本，这种动力冷却是不理想的。
发明概述鉴于上面所述的，本发明的一主要目的是提供一种适用于紧急车辆上的喇叭式扬声器，与现有的带喇叭报警扬声器相比，该扬声器更为紧凑及质轻，这样就明显改善了安装时的灵活性。
本发明的一个相关目的是提供一种小型喇叭式扬声器，可以有效冷却发声部件，而无需采用主动空气循环装置。
本发明的另一相关目的是提供一种小型的喇叭式扬声器，它具有易于制造和组装的简单及坚固的结构。
根据本发明的这些和其他目的，提供了一种喇叭式扬声器，与同等音量输出能力的现有喇叭式扬声器相比，它更为紧凑。本发明的扬声器包括一个与绕动力回路弯曲的喇叭耦合的动力回路。动力回路包括一磁铁组件，一可动膜片，和一安装在可动膜片上的音圈。该扬声器的喇叭结构包括一喇叭板和一喇叭口部分。喇叭板带有至少一个在喇叭板的平面内弯曲的喇叭。动力回路的相位塞整体形成在喇叭板上。相位塞带有至少一个与喇叭板上的弯曲喇叭相通的孔，这样形成喇叭的喉部。喇叭口部分带有一个连接于喇叭板上的弯曲喇叭的喇叭口，用以使声波与外界空气耦合。
在一优选实施例中，喇叭口部分具有一单一的本体，该本体由铝之类的导热材料制成。该单一本体的前侧被成形为一个与喇叭板上的弯曲喇叭连接的喇叭口。喇叭口部分的该单一本体的后侧有一整体形成的用以容纳动力回路磁铁组件的容纳室，容纳室的尺寸被设计为与磁铁组件匹配以便在磁铁组件和喇叭口部分之间提供导热装置。喇叭口部分的单一本体起散热器的作用，以便在操作期间有效扩散由动力回路所产生的热。
附图的详细描述
图1是实施本发明的小型喇叭式扬声器的透视图；图2是显示图1中的扬声器的后侧的透视图3是图1所示扬声器的透视图；图4A是图1所示扬声器的喇叭板的前视图；图4B是图4A所示喇叭板的后视图；图4C是类似于图4A的喇叭板的前视图，但发声膜片安装在其上；图5A是示意图，示出了动力回路与图4B所示喇叭板上的多个喇叭的耦合；图5B是示意图，示出了动力回路与现有技术扬声器上的一个喇叭的耦合；图6A是图1所示扬声器的喇叭口部分后视图，磁铁组件安装在其上；图6B是类似于图6A的喇叭口部分的后视图，但没有磁铁组件；图7是曲线图，示出了带有和不带有图6A所示喇叭口部分提供的散热效果的动力回路操作温度数据；图8是示意图，示出了在一车辆上安装图1所示小型喇叭式扬声器的可能位置；图9是一安装支架的透视图，用于将图1所示的扬声器安装在车辆上；图10是喇叭式扬声器的另一实施例的剖视图。
尽管在附图中示出及在后面的描述了某些说明性实施例，但本发明可具有多种改动和其他结构。应当理解，本发明无意被限制于所公开的具体形式，而是相反，本发明意在覆盖由后附权利要求书所限定的在本发明精神和范围之内的所有改动、其他结构和等同物。
优选实施例的详细描述现在参照图1，其中示出了根据本发明构造的一小型喇叭式扬声器20的一优选实施例。扬声器20有一动力回路36(图3)和一喇叭结构，该喇叭结构绕动力回路被弯曲并完全包围动力回路。如图1所示，扬声器20有一通常为正方形的周边形状并包括一喇叭板22，一喇叭口部分24，和一端板26。喇叭口部分的前部被成形为一喇叭口28，用以将由扬声器发出的声能与外界空气耦合。由箭头30表示的朝前方向表示由扬声器产生的声音的主要传送轴线。如图2所示，扬声器20的后侧终止于端板26。端板26与喇叭板22配合限定了形成在喇叭板上的弯曲的喇叭。在端板26和喇叭板22之间可插入一衬垫，以防空气泄漏。在所示实施例中，通常为正方形的喇叭口28的侧边尺寸约为5.75英寸。扬声器的总长度，即端板26到喇叭口部分24的前端之间的距离，约为2.63英寸。
本领域熟练技术人员立即可以体会到，与声音输出能力相似的现有带喇叭的报警扬声器相比，喇叭式扬声器20紧凑的多。例如，美国专利4,893,343中公开的具有类似喇叭口尺寸的现有技术扬声器具有约为5.25英寸的总长度，这是根据本发明构造的扬声器20的总长度的两倍。本发明的喇叭式扬声器在长度上的显著减小是通过将动力回路的结构和弯曲喇叭的结构合成一体而实现的。
现在参照图3的剖视图，动力回路36包括一磁铁组件38，一拱形膜片40，和一在连接于膜片的框架上的音圈41。膜片40被支承成可沿扬声器的纵轴线振动。音圈41与磁铁组件38相互作用以驱动膜片振动，而产生声能。一相位塞42与膜片40隔开一小间隙，该间隙通常称为“前侧声顺性”。相位塞42与振动膜片40配合以产生声波，该声波通过扬声器的喇叭结构与外界空气耦合。
在所示实施例中，相位塞42一体地形成在喇叭板22上，并在其上形成有孔。正如下面所要详细描述的，各孔通向喇叭板22上的一个喇叭并形成了相应喇叭的喉部。在喇叭板上一体地形成动力回路的相位塞，显著减小了扬声器20的总长度。
将动力回路36容纳在喇叭结构的喇叭口部分24内进一步减小了长度。如图3所示，动力回路36的磁铁组件38容纳在一个一体地形成在扬声器喇叭口部分24上的容纳室44内。如下面所描述的，一体的动力回路结构和喇叭结构不仅缩短了扬声器的长度，而且为安装动力回路36提供了一个很简单，精确和坚固的装置，且十分有利于控制动力回路的操作温度。
从图4A和4B中可最清楚地看出喇叭板22的结构。在所示实施例中，喇叭板22的厚度约为0.75英寸。喇叭板22最好形成为单独一个件，最好由铝模制而成。如图4A所示，喇叭板22的前侧的中部有一个一体地形成的凹入表面，用作动力回路的相位塞42。相位塞42在其上形成有四个孔45-48。每个孔45-48都通向喇叭板22后侧上的一弯曲的喇叭，如图4B所示。喇叭板22的前侧安装有两个定位销89和90，用以将动力回路的膜片40与喇叭口部分24相对于喇叭板22对准。
如图4B所示，喇叭板22的后侧上形成有四个弯曲的喇叭49-52。通过在垂直于扬声器纵向的喇叭板22的平面内使喇叭弯曲，可以在沿扬声器纵向的很小尺寸内取得相当长度的喇叭。相位塞42上的孔45-48将动力回路产生的声能送入弯曲的喇叭49-52，因此形成了相应的弯曲喇叭的喉部。穿过喇叭49-52的声能沿扬声器的朝前方向经喇叭板前侧上的四个矩形槽53-56被重新定向。
操作动力回路的电信号经两个绝缘导线91和92连接于动力回路，该导线通过喇叭板侧面上的孔94进入扬声器。分别通过两个通孔95和96将导线从喇叭板22的后侧穿到其前侧。图4C示出了位于喇叭板22前侧上的动力回路膜片40。导线91和92的端部分别被焊接在导电簧片97和98上。导电簧片97和98然后连接于音圈41的端部，音圈41绕在安装于膜片40上的框架上。膜片40的端部上形成有两个定位孔，当膜片40安装在其操作位置时用以与喇叭板22上的相应定位销89,90配合。
所示实施例的特征是将直接位于相位塞42处的动力回路与喇叭板22上的一组分离的喇叭耦合。图5A示意性地示出了这种耦合，这里四个喇叭45-48直接从相位塞42发送。声波穿过喇叭并在喇叭口28处重新组合，以便有效地与外部空气耦合。如图1和图5A所示，在所示实施例中，两个喇叭区段57,58保持分离，直到喇叭结构的端部。声波的最后重组并非发生在扬声器内，而是有效地发生在扬声器的前部。
作为对比，图5B示意性地示出了上述美国专利4,893,343所公开的现有技术扬声器中实施的驱动器喇叭耦合。由动力回路59(包括未示出的相位塞)发生的声能通过一喇叭喉部62与单独一个喇叭60耦合，该喉部与动力回路分离。喇叭60被两次分叉，首先是通过偏转表面64，然后是通过偏转表面65和66，而成四个喇叭通道。穿过四个喇叭通道的声波在喇叭口48处重新组合。
在图6A和6B中可最清楚地看出所示实施例的喇叭口部分24的结构。喇叭口部分24有一个由导热材料制成的单一的本体25。在优选实施例中，本体是由铝模制而成然后机加工，以提供相关特征的精确尺寸。图1示出了喇叭口部分24的前侧。图6A示出了喇叭口部分24的后侧，其中容纳了动力回路的磁铁组件38。图6B示出了喇叭口部分24，而磁铁组件38从中卸下。在喇叭口部分24的后侧的中心整体地形成有容纳室44，用以容纳动力回路的磁铁组件38。在所示实施例中，容纳室44呈圆柱形凹槽的形式。在喇叭口部分的边缘附近，是四个大致矩形的槽71-74，其位置与喇叭板22前侧上的四个孔45-48相对应。喇叭口部分有两个定位孔101和102，当喇叭板固定在喇叭口部分上时所述定位孔101和102与喇叭板22上的定位销89,90配合。如图1所示，四个槽71-74通向形成在喇叭口部分前侧上喇叭口28。这样，由动力回路产生的声能通过在喇叭板22上的四个弯曲喇叭传递，然后在喇叭口28处发出。
除了明显减小了本发明扬声器的总长度，动力回路的结构和喇叭部分的结构的整体性提供了(1)将动力回路安装在喇叭式扬声器上的一种非常简单、坚固和精确的方式，和(2)明显改善了动力回路所产生的热量的扩散。在喇叭口部分24上的容纳室44将磁铁组件38牢固地保持在设计位置，与其他扬声器零件对齐。借助于这种简单的安装设置，该扬声器具有很简单的结构。在所示实施例中，扬声器20仅有五个分立的主要零件，即喇叭口部分24，磁铁组件38，膜片40，喇叭板22，和端板26。相位塞42在喇叭板22上整体形成避免了由于在膜片前面采用一个单独插入的相位塞所引起的准直误差。因为不存在在装配这些零件时所需要的调整，就确保了膜片40，相位塞42，和喇叭结构之间的适当准直，以提供最佳性能。
本发明的一个特征是将磁铁组件38安装成与喇叭结构的导热部分有效地热接触。在一优选实施例中，喇叭口部分24上形成的容纳室44的尺寸和形状设计为与磁铁组件38匹配，以便在磁铁组件38和喇叭口部分之间提供有效的热传导。采用这种设置，整个喇叭口部分24就变成一个动力回路36的散热器，通过喇叭口的空气有助于冷却动力回路。在优选实施例中，通过形成非常略微地小于磁铁组件38的容纳室44，并用约5000磅的力将磁铁组件推入容纳室以形成牢固的金属对金属的接触，就提高了磁铁组件38和喇叭口部分24之间的热传导。
作为另一种选择，容纳室可被成形为与磁铁组件紧配合或稍松些的配合。例如，在图10的剖视图中示出了采用这样一种设置的扬声器。扬声器的喇叭口部分120有一个形成在其上的容纳室122，磁铁组件124容纳在该容纳室内。通过用导热粘结剂薄层128充满磁铁组件和容纳室之间的间隙126，可在磁铁组件124和喇叭口部分120之间提供适当的传热装置。粘结剂层128将磁铁组件124牢固地安装在容纳室122内并有效地将动力回路产生的热传导到喇叭口部分。
在动力回路和喇叭结构之间的传热装置提供的有效热扩散对于控制动力回路的操作温度尤其重要。不够充分的热扩散会使动力回路的零件的温度升高，导致扬声器的发声效率下降。在严重的情况下，热可能使动力回路的音圈41烧毁或使磁铁组件38丧失其磁场强度。在图7所示的经测量的操作温度数据中，可以清楚地看出由有效的热扩散造成的在动力回路操作温度上的明显差别。曲线80上的数据点示出了安装在图1所示扬声器中的动力回路的磁铁组件的测量温度数据。曲线82上的数据点是一个纯动力回路的测量温度数据，该纯动力回路仅由一个带音圈的膜片和一磁铁组件构成。曲线84示出了外界空气的温度数据作为参考。完整的扬声器和纯动力回路两者在16瓦特的直流电输入功率下操作45分钟。
如图7所示，在扬声器中的动力回路的温度在操作期间缓慢升高并在50℃下有达到平衡的趋势。作为鲜明的对比，由于没有喇叭口部分赋予的有效热交换，纯动力回路的温度在操作期间持续快速地增加，在测量结束时达到接近90℃。图7中的数据是采用直流电输入而取得的，故扬声器不发出声波。应当理解，在实际操作时在喇叭口处的声波的很高空气速度将有助于进一步减小动力回路的操作温度。
本发明的喇叭式扬声器的紧凑尺寸明显改善了放置扬声器的灵活性。结果，该扬声器可安装在笨重的现有技术报警扬声器不可能放置的地方。例如，如图8所示，扬声器20很小的纵向尺寸允许将其安装在汽车的辐射器及挡风裙106前面的前车体架104之间的较窄空间内。扬声器可安装在固定于前车体架上的一个支架上。为此，扬声器20有两个加工在其侧面上的安装孔111(图1)用以容纳固定件。作为举例，图9示出了一安装支架108，用以将扬声器20安装在图8所示的指定汽车位置上。可以理解，不同的汽车可能需要不同结构的安装支架。
从上面的详细描述中可以理解，本发明提供了一种喇叭式扬声器，其尺寸比现有的带喇叭报警扬声器紧凑的多。扬声器的紧凑尺寸明显改善了将扬声器安装在紧急事物车辆上的灵活性。紧凑性是通过将动力回路的结构和喇叭结构合为一体而取得的。整体的结构进一步导致了一种很简单的构造，它坚固，成本低，易于制造，并可有效地扩散在操作期间由动力回路产生的热。
权利要求
1．一种小型喇叭式扬声器，包括一动力回路，带有一可动膜片，一安装在可动膜片上的音圈，和一磁铁组件，该磁铁组件与音圈相互作用而移动可动膜片，从而产生声能；一喇叭板，带有至少一个在喇叭板的平面内弯曲的喇叭和一个面对可动膜片且与之隔开的整体形成的相位塞，相位塞带有至少一个与喇叭板上的至少一个喇叭相通的孔，用以将声能送入所述至少一个喇叭；一喇叭口部分，带有一个连接于喇叭板上的所述至少一个喇叭的喇叭口，用以使声能与外界空气耦合。
2．如权利要求1所述的小型喇叭式扬声器，其中喇叭板包括一组在其中弯曲的喇叭，并且其中相位塞有一组孔，每个孔与喇叭板上的相应一个喇叭相通，以将声能送入相应的喇叭。
3．如权利要求2所述的小型喇叭式扬声器，其中喇叭板的平面垂直于喇叭式扬声器的纵向。
4．如权利要求3所述的小型喇叭式扬声器，其中喇叭板有四个形成在其上的弯曲喇叭。
5．如权利要求1所述的小型喇叭式扬声器，其中喇叭口部分有一容纳室，用以容纳动力回路的磁铁组件。
6．如权利要求5所述的小型喇叭式扬声器，其中喇叭口部分有一单一的本体，容纳室整体形成在其上。
7．如权利要求6所述的小型喇叭式扬声器，其中喇叭口部分的单一本体由导热材料制成，并且容纳室的尺寸设计为与磁铁组件紧密配合，以便在磁铁组件和喇叭口部分之间提供直接的热接触，用以扩散在操作期间由动力回路所产生的热。
8．如权利要求6所述的小型喇叭式扬声器，其中喇叭口部分由导热材料制成，并且用导热粘结剂将磁铁组件牢固地安装在容纳室内，以便将操作期间由动力回路所产生的热传导到喇叭口部分。
9．一种喇叭式扬声器，包括一动力回路，带有一磁铁组件和一可动膜片，用以产生声能；一与动力回路耦合的喇叭，用以将声能与外界空气耦合，该喇叭带有一个部分，该部分具有一个由导热材料制成的本体并具有一个整体形成的用以容纳磁铁组件的容纳室，容纳室的尺寸和形状与磁铁组件匹配，以便提供一个从磁铁组件到喇叭的该部分的传热装置，用以将操作期间在动力回路中产生的热扩散。
10．如权利要求9所述的小型喇叭式扬声器，其中导热材料是铝。
11．如权利要求9所述的小型喇叭式扬声器，其中喇叭的该部分是喇叭的喇叭口部分。
12．如权利要求9所述的小型喇叭式扬声器，其中容纳室的尺寸设计为与磁铁组件紧密配合，以便与磁铁组件提供直接的机械和热接触。
13．如权利要求9所述的小型喇叭式扬声器，其中用导热粘结剂将磁铁组件牢固地安装在容纳室内。
14．一种小型喇叭式扬声器，包括一动力回路，带有一拱形可动膜片，一安装在可动膜片上的音圈，和一磁铁组件，该磁铁组件与音圈相互作用而移动可动膜片，从而产生声能；一喇叭板，带有一组在喇叭板的平面内弯曲的喇叭和一个与可动膜片隔开的整体形成的凹入相位塞，相位塞带有一组孔，每个孔与相应一个弯曲喇叭相通，用以将声能送入相应一个弯曲喇叭；一喇叭口部分，具有一单一的本体，该本体由导热材料制成并成形为一喇叭口，该喇叭口与该组弯曲喇叭连接用以使声能与外界空气耦合，该单一的本体有一整体形成的用以容纳磁铁组件的容纳室，容纳室的尺寸和形状与磁铁组件匹配以提供热接触，从而将操作期间由动力回路所产生的热传导到喇叭口部分。
15．如权利要求14所述的小型喇叭式扬声器，其中喇叭板有四个在其上弯曲的喇叭。
16．如权利要求15所述的小型喇叭式扬声器，其中喇叭板用铝模制而成。
17．如权利要求14所述的小型喇叭式扬声器，其中形成喇叭口部分的单一本体的导热材料是铝。
18．如权利要求14所述的小型喇叭式扬声器，其中容纳室的尺寸设计为与磁铁组件紧密配合，以便在磁铁组件和喇叭口部分之间提供直接的机械和热接触。
19．如权利要求14所述的小型喇叭式扬声器，其中用导热粘结剂将磁铁组件牢固地安装在容纳室内，以便将操作期间由动力回路所产生的热传导到喇叭口部分。
全文摘要
一种适用于紧急车辆的小型喇叭式扬声器,具有一朝后的动力回路,一喇叭板和一喇叭口部分。喇叭板在垂直于扬声器纵向的一平面内有一组弯曲的喇叭。动力回路的相位塞整体形成在喇叭板上并带有一组孔,每个孔与喇叭板上的一弯曲喇叭相通。弯曲喇叭与成形在喇叭口部分上的喇叭口连接。喇叭口部分由导热材料制成并具有整体形成的用以容纳动力回路磁铁组件的容纳室。容纳室将动力回路牢固地变成在位并通过喇叭结构为操作期间动力回路产生的热提供有效的热扩散。
文档编号H04R1/22GK1236466SQ98801072
公开日1999年11月24日 申请日期1998年7月28日 优先权日1997年7月30日
发明者C·I·贝尔特兰 申请人:联邦信号公司