向上反射增压式扬声器系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种扬声器系统一一具体说是一种运用“弹性抗增压”原理，向上反射声波的扬声器系统。
【背景技术】
[0002]“镜像原理” 一一刚性壁前一个小球源的辐射声场，可视为该小球源与一个在其对称位置上的“虚源”所产生的合成声场(反射)一一相当于“同相球源”。
[0003]一般理论认为一一 “刚性壁反射增压”是利用“镜像原理”，但扬声器并非“脉动球源”(球源表面各点沿径向同振幅/同相位振动)，而是“偶极子”(振幅相同/相位相反)。
[0004]目前，运用“刚性壁反射增压”的主要为低频扬声器系统(如地面增压式低音炮)。地面增压式低音炮大多置于桌面，实际上为“桌面增压”，主要为衍射/而非反射一一200Hz声波的波长为1720mm，大于桌面尺寸(一般为900X500mm)——故“刚性壁反射增压”并非利用“镜像原理”。
[0005]一些Notebook电脑扬声器也采用“向上反射式”设计(置于机身底部)一一但由于体积有限，扬声器口径太小，音质较差一一作为电脑的附属结构，并非独立的“扬声器系统”。
[0006]一般“360°辐射型”音响主要采用扬声器向上辐射设计一一利用导流锥的“波导效应”，使声波沿向水平方向传播。如Mirage Omnipolar技术(参照中国专利CN1647579A “带有成形声场的扬声器”)。由于导流锥相对于桌面或地面面积小，其“增压”作用有限(尤其低频)。
[0007]号筒式扬声器(Horn loudspeakers)属于间接福射式扬声器，其效率高--但无论正号筒还是反号筒，都不可避免地会产生“驻波共鸣”，声染色导致音质劣化。
[0008]传统音响大都存在着一种“声压与健康/环保”之间的矛盾一一“音量开小了不出效果；开大了不但自己难以忍受，还会影响周围邻居” 一一尤其是AV家庭影院与“近声场”聆听的PC多媒体音响。
[0009]由于一般扬声器的电声转换效率大约只有1%左右——音响往往采用增加输出功率(RMS)的方式，获得较高的声压级(SPL)，追求一种大功率/大动态的“爆棚”效果。这种设计的误区并不符合“生理/心理声学”要求，容易引起听觉疲劳；而且会产生噪声污染一一既不节能，也不健康/环保。
【发明内容】
[0010]本实用新型目的在于提供一种声辐射效率高/音质柔和的扬声器系统一一解决传统音响“效率/声压与健康/环保”之间的矛盾。
[0011]本实用新型的技术方案是一一扬声器置于音箱底部向下辐射，通过桌面或地面等刚性壁向侧上方反射声波，音箱采用脚垫支撑；垂直方向扬声器声轴与空间直角坐标系(三维笛卡尔坐标系)Y轴的夹角α (即与桌面或地面的夹角)满足下述关系:60° ( α<90° ;水平方向扬声器声轴与空间直角坐标系X轴的夹角β满足下述关系:0°< β < 45° (参照图1);扬声器沿空间直角坐标系Z轴方向可分层布置，层数η彡I。
[0012]福射阻抗Zr包括福射阻Rr与福射抗Xr (Zr = Rr+jXr)--福射阻(Rr)表示声源向介质辐射声能量的能力；辐射抗(Xr)代表“无功声能”，储存于近场中，而不辐射出去。一般认为，辐射抗(Xr)为“质量抗”(Xm)，即“附加辐射质量”(Mr)—一实际上，辐射抗还包括“弹性抗”(Xe)。“质量抗”相当于感抗(\)，“弹性抗”相当于容抗(X。)。“质量抗”(Xm)与扬声器系统振动的“排气量”(V)成正比一一 “排气量”(V)与体速度(U)相关一一V t—u t — Wr t (ffr = U2Za)。
[0013]“空气弹簧”——声波为纵波，空气为弹性媒质，在空气中传播时，空气振动产生“容变”(压缩/膨胀)一一“空气弹簧”弹性系数Km丨一辐射阻Rr丨(势能一动能)，密部(Km ? )—疏部(Rr t )。Km t —弹性抗Xe (容抗Xg) ? —辐射阻Rr ?，则声压Pa ? (Pa=uRr) /辐射声功率Wr ? (Wr = u2Rr/2)，声辐射效率σ r增加——Xr (Xe/Xm)代表势能，Rr代表动能，势能可以转化为动能。
[0014]号筒式扬声器(Horn loudspeakers)属于间接福射式扬声器--“号筒”即截面积逐渐变化的声管，实质上就是通过增加辐射抗Xr (Xm/Xe)而增加声压Pa/辐射声功率Wr--故其效率高。
[0015]声阻抗Za(波阻抗)——某表面的声压与体积流量的复数比。弹性抗Xe与声阻抗相关，但并非同一概念一一弹性抗强调辐射势能；而声阻抗强调介质对声波的阻碍作用。
[0016]“弹性抗增压”原理一一扬声器辐射声波，被桌面/地面/墙面等刚性壁反射或衍射，具有“增压”(Pa)作用一一刚性壁反射或衍射可以使弹性抗Xe (辐射抗Xr)增加，“空气弹簧”弹性系数Km丨一弹性抗Xe丨一辐射阻Rr丨，则声压Pa增加，辐射声功率Wr提升。虽然“固定端反射”(波阻抗Za =m)存在能量损失一一但由于声压增加，声辐射效率or提尚。
[0017]“刚性壁反射增压”(地面增压式低音炮)并非利用“镜像原理” 一一而是“弹性抗增压”原理。
[0018]频率f丨一波数K丨一“空气弹費”弹性系数Km丨一福射阻Rr丨一Wr丨故“低频比高频辐射更困难”。地面增压式低音炮利用“弹性抗增压”原理一一 “空气弹簧”弹性系数Km丨一弹性抗Xe丨一辐射阻Rr丨一声压Pa丨，可以增加低频的声辐射效率。
[0019]扬声器声轴与刚性壁垂直(夹角α = 90° )时——反射产生的弹性抗Xe最大，“增压”效果最显著。扬声器声轴与刚性壁的夹角α #90°时，非轴向辐射声波与刚性壁仍然可以构成90°夹角(垂直)一一尤其是中低频，其指向性好。
[0020]相对于声衍射一一声反射的弹性抗Xe更大，“增压”效果更好。当声波波长大于障板尺寸时，发生衍射/而非反射一一故低频扬声器系统的“地面增压”效果优于“桌面增压”以及“顶面增压”(音箱顶部设置障板)，“墙面增压”效果与“地面增压”相似。
[0021]“向上反射增压式扬声器系统”--the reflecting Upward&Increasing Pa mode
loudspeaker System(以下简称为UIS)。实质上，UIS属于间接福射式扬声器，类似于号筒式扬声器--都是通过增加福射抗Xr而增加声压Pa/福射声功率Wr，从而提升电声转换效率。与号筒式扬声器不同，UIS由于不采用声管结构，“波导驻波共鸣器”效应(λ/2或λ/4驻波)并不明显一一因此可以避免号筒式扬声器驻波共鸣“声染色”导致的音质劣化问题。
[0022]UIS电-力-声类比图(参照图3) —一扬声器/无源辐射器的振动系统质量Mm/支撑系统Cm与后腔声顺Ca/声阻Ra(Rm/Rr)分别构成“串联谐振”一一扬声器与刚性壁之间声学空间主要考虑声顺Ce (Xe = 1/oCe)。
[0023]目前，运用“弹性抗增压”原理的主要为低频扬声器系统，低频扬声器系统频率响应一般为fo-200Hz。UIS将“弹性抗增压”原理应用于全频带扬声器(频率响应一般为100-18k Hz)，提升辐射声功率与声辐射效率的频率范围更大一一因此更具有现实意义(节能/低碳)。
[0024]“向上反射式”Notebook电脑扬声器与UIS类似，但两者所属技术领域存在差异一一前者为电脑的附属结构；后者为“扬声器系统”，自成体系，具有独立的箱体结构一一可以拓展“弹性抗增压”原理的应用空间。
[0025]一般“360°辐射”