一种串联共鸣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“串联共鸣”声学原理以及音乐“和声”原理的扬声器系统。
【背景技术】
[0002]亥姆霍茨共鸣器(Helmholtz Resonator)属于“集中参数系统”，产生“串联共鸣”——亥姆霍茨共鸣器声腔声顺Ca与声管声质量Ma以及声阻Ra串联，共鸣于fop (fop=1/2 31 V MaCa)。亥姆霍茨共鸣器可构成二阶低通滤波器(一 12dB/oct，180° )，因此具有“倒相”的作用。
[0003]实际上，倒相箱共鸣频率fop之外一一扬声器振膜前/后面辐射声波都可能会通过倒相管发生“声短路”，使声辐射效率下降，低频响应变差。
[0004]“声短路”还会影响到音质与音色一一如结像力/解析度/声音质感/层次感/动态范围等方面。
[0005]无源福射器(Passive Radiator)--实质上也是“二阶低通声学滤波器”(一
12dB/oct，180° )，具有倒相作用--无源福射器质量Mm相当于声质量Ma，与音箱内部声顺Ca及其力顺Cm构成亥姆霍兹共鸣器。以无源辐射器取代倒相管一一可以避免“声短路”以及倒相管的“湍流”问题，但无源辐射器共鸣时失真更大，瞬态响应较差。
[0006]一般低频系统无论是倒相箱还是无源辐射器音箱，都只有一个共鸣频率fop—一虽然可以改善低频响应，利用扬声器背面的辐射声能，但声辐射效率提升的带宽很窄一一仅限于共鸣频率fop附近。
[0007]一些无源辐射器音箱采用两个或多个无源辐射器一一但其共鸣频率fop相同。
[0008]为降低无源辐射器的失真，一些无源辐射器音箱采用两个fop相同的无源辐射器对称排列一一共鸣时振动方向相反，使部分能量抵消而减小振幅一一这种方式实际上是以牺牲效率为代价的。
【实用新型内容】
[0009]本实用新型目的在于提供一种低频响应带宽更大的扬声器系统一一充分利用扬声器背面的辐射声能，避免“声短路”，提高电声转换效率，改善低频响应与音质。
[0010]本实用新型的技术方案一一扬声器背面与一封闭结构声顺腔体耦合，具有至少两个无源辐射器，其谐振频率fop不相同。
[0011]串联共鸣式扬声器系统(theSeries Resonance mode Speaker System)--以下简称为SRSS。参照图1。
[0012]SRSS电-力-声类比图——扬声器的振动系统质量Mm/支撑系统Cm与后腔声顺Ca/声阻Ra(Rr/Rm)构成“串联谐振”;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(Rr/Rm)构成“串联共鸣”(亥姆霍兹共鸣器)，多个(k = 1,2,3,……，n)无源辐射器并联。参照图2。
[0013]传统无源辐射器音箱一般只有一个共鸣频率(fop)，而SRSS具有多个共鸣频率(fopl/fop2/fop3/…/fopn)--频响曲线对比图参照图3。
[0014]“串联共鸣”——由声质量Ma/声顺Ca/声阻Ra(包括Rr)串联组成的系统(亥姆霍茨共鸣器)，在外加声压Pa的作用下共鸣于fop—一如倒相音箱。音箱声顺Ca/倒相管空气柱Ma/声阻Ra串联，属于“集中参数系统”，产生“串联共鸣”。
[0015]“并联共鸣”——由声质量Ma/声顺Ca/声阻Ra(包括Rr)并联组成的系统(波导驻波共鸣器)，在外加声压Pa的作用下共鸣于fop—一如管乐器。管乐器空气柱既有Ma又有Ca/Ra (并联)，属于“分布参数系统”，产生“并联共鸣”。
[0016]声学系统的“串联共鸣” 一一类比于电学系统的“串联谐振” /机械系统的“串联共振”。
[0017]声学系统的“并联共鸣” 一一类比于电学系统的“并联谐振” /机械系统的“并联共振”。
[0018]管乐器一般为“并联共鸣”(波导驻波共鸣器)一一而埙主要为“串联共鸣”(亥姆霍茨共鸣器)。埙有多个共鸣频率，并将其按一定音程排列，能够演奏出各种曲调(类似于陶笛)。管乐器一般一次只能吹奏一个音(律音)一一产生单一频率的驻波共鸣及其谐波。
[0019]倒相音箱只能产生单一共鸣频率，无法构成“一腔多管”式亥姆霍茨共鸣器一一由于“开口箱”结构，多个倒相管会使声顺Ca —⑴(相当于“开路”)，“串联共鸣”品质因数Qop O (Qop = I / ω CaRa) ο微孔板吸声孔(Φ < Imm)声阻尼大，声顺Ca # 00，可以形成多个并联的亥姆霍茨共鸣器。
[0020]与倒相箱不同一一无源辐射器音箱(闭箱)声顺不会趋向于无穷大，因此SRSS可以构成“单声顺/多声质量并联式亥姆霍茨共鸣器”。而且不同共鸣频率可以同时发声一一形成具有一定音程关系的和声(Harmony)。
[0021]由于多个无源辐射器谐振频率fop各不相同一一当信号频率中同时包含其中两个fop时，人们可以听到其“差频”(fop2 — fopl)，从而获得“虚拟低频” (Virtual Bass)效果。声腔声顺Ca与各无源辐射器质量Mm之和(串联)也可构成“串联共鸣” 一一其共鸣频率 fop’ 低于 fopl/fop2。
[0022]如fopl = 120Hz，fop2 = 180Hz——除了 120Hz (fopl)/180Hz (fop2)的声音以外--还可以听到60Hz(fop2 — fopl)与300Hz (fopl+fop2)的声音等。根据fop =
1/2 JT V MaCa 可以计算出 fop’——120Hz = 1/2 π V MalCa, 180Hz = 1/2 π V Ma2Ca, fop'
=1/2 JT V (Mal+Ma2)Ca--则fop’ =99.8Hz。不但可以“降低”低频下限(“虚拟fop”
可达60Hz)——低频响应带宽也可大大提升(60Hz-99.8Hz-120Hz-180Hz-300Hz...)。
[0023]本实用新型具有以下有益效果——
[0024]SRSS可以避免倒相箱的“声短路”及其导致的音质劣化问题一一效率更高，结像力
/解析度与声音质感更好。
[0025]SRSS采用多个无源辐射器/高顺性折环(Cm/Rm丨)，相当于增加声顺Ca与声阻Ra 能够减小“串联共鸣”Q值，降低失真，提尚瞬态响应相对于能量抵消方式(对称排列)，可以兼顾音质与效率。
[0026]相对于封闭式音箱一一SRSS折环力顺可以降低声顺腔体“空气弹簧”的劲度，使扬声器振膜前后形成一种动态性“气压平衡”，减少失真。
[0027]SRSS具有多个共鸣频率，低频响应带宽扩展——共鸣声此起彼伏，“交相辉映”，不绝于耳，可以给人一种惊喜感。
[0028]“虚拟低频”(Virtual Bass)——SRSS利用心理声学原理营造低频氛围，如“差音”(Difference Tone)，可以使低频下限fop向下延伸--音质丰满，有弹性且柔和。
[0029]“埙风?陶韵”一一类似于管乐器(埙/陶笛)，SRSS构成“单声顺/多声质量并联式亥姆霍茨共鸣器”，而且不同共鸣频率可以同时发声一一形成具有一定音程关系的和声。
[0030]借鉴音乐和声原理一一SRSS “协和音程”设计使声音更和谐动听。采用多个不同谐振频率的无源辐射器一一可以使音色更丰富，具有层次感。
[0031]【附图说明】——
[0032]图1为SRSS结构示意图
[0033]图2为SRSS电-力-声类比图
[0034]图3为频响曲线对比图(fop)
[0035]图4为五声音阶SRSS实施例结构示意图(图4A/图4B剖面图)
[0036]其中--
[0037]1-无源辐射器，2-声顺腔体，3-扬声器
【具体实施方式】
[0038]参照图1——扬声器(3)背面与一封闭结构声顺腔体(2)耦合，具有至少两个无源辐射器(I)。SRSS电-力-声类比图参照图2，其频响曲线对比图参照图3。
[0039]与一般低频扬声器系统不同一一SRSS并非单纯的音箱，更像是一件“乐器”。因此共鸣频率不仅仅限于200Hz以下一一其上限可以扩展至1000Hz中低频音域。
[0040]无源辐射器谐振频率fop可以按照一定音阶(Scale)设置一一如自然七声音阶或中国传统的五声音阶(宫/商/角/徵/羽)，提升音响的艺术品味。
[0041]音乐是感性的，声学是理性的一一音响则是艺术与科学的完美结合。
[0042]SRSS多个无源辐射器按照一定程序依次产生共鸣一一甚至能够“演奏音乐”。可以根据其谐振频率特性将一些耳熟能详的经典曲目(如流行歌曲/古典音乐)重新编曲，制作专用测试软件。
[0043]五声音阶SRSS实施例(埙风)一一扬声器位于底部向下辐射，通过桌面向侧上方反射声波(“弹性抗增压”原理)，音箱采用脚垫支撑。埙造型音箱外壳为陶土烧制而成。5个无源辐射器谐振频率fop构成五声音阶一一散布于音箱表面，其形状为圆形或椭圆形。参照图4。
[0044]SRSS无源辐射器谐振频率相邻fop的频率比为2:1或3:2或4:3或5:3。
[0045]当信号频率中同时包含其中两个fop时，两个无源辐射器同时共鸣——可以构成纯八度“极完全协和音程”(2:1)或纯五度“完全协和音程”(3:2)或纯四度“完全协和音程”(4:3)或大六度“不完全协和音程”(5:3)一一 “协和音程”可以给人一种平静/柔和/协调的感觉，使声音更和谐动听。
[0046]SRSS无源辐射器可以采用高顺性折环一一类似于气垫式音箱(Accusiveuspens1n)的“悬浮式”设计。
[0047]增加无源辐射器折环力顺Cm/增加折环数量(多个无源辐射器)，相当于增加声顺Ca;同时可以增加力阻Rm，相当于增加声阻Ra—一可以减小“串联共鸣”品质因数Qop (Qop = l/oCaRa)，则fop谐振时失真降低，瞬态响应提高。还可以降低fop (fop =1/2 JT V MaCa)，改善低频响应。
[0048]力阻Rm包括无源辐射器振动系统(振板)与支撑系统(折环)材料的摩擦阻尼。一般而言，阻尼与刚性成反比，振板采用高阻尼材料可能会导致分割振动。增加折环力顺Cm相当于增加振板力阻Rm—一因此可以采用刚性大的振板材料，降低失真。
【主权项】
1.一种扬声器系统，扬声器背面与一封闭结构声顺腔体耦合，其特征在于所述声顺腔体具有至少两个无源辐射器，其谐振频率fop不相同。
2.根据权利要求1所述的扬声器系统，其特征在于无源辐射器谐振频率fop按照一定音阶设置，所述音阶包括自然七声音阶与五声音阶。
3.根据权利要求1所述的扬声器系统，其特征在于所述无源辐射器谐振频率相邻fop的频率比为2:1或3:2或4:3或5:3。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的扬声器系统，其特征在于所述无源辐射器采用高顺性折环。
【专利摘要】一种串联共鸣式扬声器系统(SRSS)——扬声器背面与一封闭结构声顺腔体耦合，具有至少两个无源辐射器，其谐振频率fop不相同——充分利用扬声器背面的辐射声能，提升电声转换效率，拓展低频响应带宽。SRSS可以避免倒相箱的“声短路”及其导致的音质劣化问题；利用心理声学原理营造低频氛围(V-Bass)。类似于管乐器(埙/陶笛)——SRSS可以构成“单声顺/多声质量并联式亥姆霍茨共鸣器”，音色丰富，具有层次感。无源辐射器“协和音程”设计——借鉴音乐和声原理使声音更和谐动听。
【IPC分类】H04R1-20
【公开号】CN204362287
【申请号】CN201520046301
【发明人】邹士磊
【申请人】邹士磊
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年1月23日