专利名称：用于减小挡板振动的系统和方法
技术领域：
本公开涉及振动减小的扬声器音频系统。
背景技术：
电声换能器中的移动隔膜在支持该隔膜的篮体(basket)上生成反作用力，该反 作用力被传递至将空间分为听音空间和后空间的挡板或者外罩。挡板通常是轻量级的，并 且在挡板的平面是刚性的，但是易受到垂直于挡板平面的振动的影响。具有垂直于挡板平 面的分量的反作用力可能生成嗡鸣或者可听见的噪声，其分散自电声换能器生成的声学信 号。重的外罩可以减小反作用力生成的嗡鸣或者可听见的噪声，但代价是以外罩的重量。2006年1月10日公告的美国专利号6，985，593,2005年5月26日公开的美国公 开号US2005/0111673、以及2006年11月1日提交的共同未决的美国申请号11/591，285描 述了用于减小挡板振动的方法和系统，并且在此通过引用将其整体并入。在所描述的方法 和系统中，两个或更多个隔膜相对于彼此定向，以使得两个或更多个隔膜生成的净反作用 力优选地是零，或者小于单个隔膜生成的反作用力。
发明内容
一种用于减小挡板振动的系统和方法，包括平衡两个或更多个移动隔膜生成的 惯性力，以及平衡作用在支持两个或更多个移动隔膜的外壳上的声压，以使得作用在挡板 上的净力基本上是零。作用在外壳上的声学力可以独立于惯性力平衡而平衡。在另一配置 中，可以通过非零的净惯性力来平衡作用在外壳上的声学力。本发明的一个实施方式涉及一种装置，包括具有第一隔膜的第一电声换能器，第 一隔膜通过定义第一隔膜的移动的第一轴来表征；具有第二隔膜的第二电声换能器，第二 隔膜通过定义第二隔膜的移动的第二轴来表征；以及支持第一电声换能器和第二电声换能 器的外壳，该外壳将第一轴维持在相对于第二轴的预定方向，其中第一隔膜生成的惯性力、 第二隔膜生成的惯性力和声学力的矢量和基本上是零。在一个方面，通过声学力来平衡第 一隔膜生成的惯性力的第一分量和第二隔膜生成的惯性力的第一分量。在另一方面，通过 第二隔膜生成的惯性力的第二分量来平衡第一隔膜生成的惯性力的第二分量。在又一方 面，外壳附接到挡板上，该挡板选自包括以下的组中车辆仪器板、车辆后行李架、车辆门饰 板、车辆内门板、房间墙壁、房间地板和房间天花板。在另一方面，外壳附接至外罩。在另一 方面，外壳包括具有前侧端壁的前侧导管，第一隔膜的前侧以及第二隔膜的前侧直接耦合 至前侧导管；具有第一后侧端壁的第一后侧导管，第一隔膜的后侧直接耦合至第一后侧导 管；以及具有第二后侧端壁的第二后侧导管，第二隔膜的后侧直接耦合至第二后侧导管，其 中前侧端壁上的声学力、第一后侧端壁上的声学力以及第二后侧端壁上的声学力的矢量和 基本上是零。在又一方面，第一轴与第二轴共线。本发明的另一实施方式涉及一种装置，包括至少两个电声换能器，每个电声换能 器具有隔膜，每个隔膜通过定义隔膜的移动的轴来表征；支持至少两个电声换能器的外壳，
4外壳将每个轴维持在相对于彼此的预定方向，其中至少两个隔膜的每一个的移动生成的惯 性力与声学力的矢量和基本上是零。在一个方面，每个轴在平行于挡板的平面上的投影与 相邻轴产生360° /n的角度，其中η是外壳支持的电声换能器的数目。在另一方面，通过第 一方向上的惯性力的分量的和来平衡第一方向上的声学力的分量。本发明的另一实施方式涉及一种装置，包括具有第一隔膜的第一电声换能器，第 一隔膜通过定义第一隔膜的移动的第一轴来表征；具有第二隔膜的第二电声换能器，第二 隔膜通过定义第二隔膜的移动的第二轴来表征；支持第一电声换能器和第二电声换能器的 外壳，外壳维持第一轴与第二轴共线；以及声学平衡器，其提供声压所作用的表面，这在外 壳的一部分上产生平衡声学力的力，其中减小了净声学力。在一个方面，声学平衡器是基 座，其具有附接至外壳底的杆的以及悬于对听音空间的开口之上的盘，该盘提供声压所作 用的表面。本发明的另一实施方式涉及一种用于减小挡板振动的方法，包括利用第二隔膜 生成的第二惯性力来平衡第一隔膜生成的第一惯性力；以及平衡第一隔膜和第二隔膜生成 的声学力，其中传递至挡板的净力基本上是零，该净力包括经平衡的惯性力和声学力的矢 量和。在一个方面，平衡声学力独立于平衡惯性力来执行。在另一方面，通过包括第一惯性 力和第二惯性力的分量的净惯性力来平衡声学力。在另一方面，平衡第一惯性力和第二惯 性力进一步包括相对于表征第二隔膜的运动的轴来定向表征第一隔膜的运动的轴。
图1是本发明的一个实施方式的示意性侧视图。图2是本发明的另一实施方式的示意性侧视图。图3a是本发明的另一实施方式的示意性俯视图。图3b是图3a中示出的实施方式的示意性侧视图。
具体实施例方式在图1所示的示例中，外壳120支持两个电声换能器130。外壳120附接至挡板 或者外罩110，并且与挡板110共同作用以便将听音空间101和后空间103分开。挡板110 可以是车辆或者房间的内表面，例如车辆仪器板、车辆后行李架、车辆门饰板、车辆内门板、 房间墙壁、房间地板或者房间天花板。每个电声换能器130通过定义换能器的隔膜的位移的轴135来表征。隔膜也称为 扬声器纸盆(cone)，由外围和星形盘(spider)支持。隔膜的外边缘环绕地附接至外围的内 边缘。隔膜的内边缘附接至线筒。星形盘的内边缘附接至线筒。外围的外边缘和星形盘的 外边缘附接至篮体。外围和星形盘优选地限制隔膜沿电声换能器的轴135移动。篮体支持 磁体、极板、后极板和极片。线筒安置在形成于极板和极片之间的环状间隙内。围绕线筒缠 绕线盘，线筒和线圈包括音圈，并且接收表示声学信号的电信号。线盘响应于施加的电信号 生成磁场，其与磁体产生的场互相作用，使得隔膜相对于篮体并且沿轴135移动。附接至隔 膜的防尘罩防止在间隙中积聚颗粒。移动部分(诸如隔膜、音圈等，之后统称为隔膜)的质 量，随着互相作用的磁场加速隔膜，在篮体上产生惯性力。关于电声换能器的构造和操作的 进一步细节可以参见例如2007年2月28日提交的未决美国申请序列号11/680，358，在此
5通过引用将其整体并入。在图1所示的示例中，每个电声换能器130由外壳120支持，使得电声换能器130 的轴是共线的。随着隔膜沿轴135移动，生成了反作用力(在此也称为惯性力)，并且施加 到篮体，并且传递到外壳120和挡板110。电声换能器的每个隔膜具有直接耦合至腔室105 的前表面和直接耦合至后空间103的后表面。腔室105由外壳120和电声换能器130限定， 并且具有对听音空间101的开口。在优选实施方式中，电声换能器130是相同类型的，并且 以相同幅度和基本同相地来电驱动，以使得两个电声换能器130的隔膜一致地移入或者移 出腔室105。随着电声换能器135的隔膜一致地移动，由一个电声换能器在外壳120上生成的 反作用力被另一电声换能器生成的反作用力平衡，使得传递至挡板的净反作用力(即，每 个电声换能器篮体上的反作用力的矢量和)基本上是零。应当理解，在任何宏观系统中，反 作用力的精确平衡是不大可能的，并且“基本上是零”的表达应当理解为意味着两个或更多 个反作用力产生的净力比单个隔膜生成的反作用力小至少一个数量级(10% )，并且优选 地小至少两个数量级(1%)。然而，隔膜移动生成的反作用力不是作用在挡板上唯一的力。例如，随着电声换能 器130的隔膜移入腔室105，腔室中的压力增加，并且在腔室壁和底上施加力。移动隔膜在 腔室中生成的压力产生在听音空间听到的声音，在此将其称为声压。如在此使用的，声学力 是作用在腔室表面的一部分上的声压。腔室的一个壁上的声学力被腔室的相对壁上的声学 力平衡，使得施加到腔室壁上的净力基本上是零。然而，由于腔室对听音空间中的开口，所 以施加到外壳120的腔室底125的声学力没有被平衡。如图1中箭头140所指示的，腔室 底上未平衡的声学力传递到挡板，并且可能生成不期望的挡板振动或者嗡鸣。诸如基座150的声学平衡器附接至外壳120的底125。基座150包括垂直杆152， 其附接至腔室底125，并且以悬于腔室开口之上的盘154为顶部。作用在盘154的底部上 的声压生成声学力，其可以至少部分地平衡腔室底125上的声学力，使得减小产生的净声 学力。由箭头142指示的作用在基座150上的声学力通常小于作用在腔室底125上的声学 力，使得声学力140和142的矢量和仅被部分平衡。在图1所示的示例中，声学力独立于惯性力而被平衡，使得惯性力的矢量和基本 上是零，并且独立于声学力的矢量和。图1所示的电声换能器的隔膜生成的惯性力仅在横 向具有非零的力矢量分量。如在此使用的，力矢量可以由三个矢量分量的总和组成。每个矢 量分量是表示幅度的标量和单位基矢量的乘积。每个单位基矢量与其他两个基矢量正交， 并且每个都具有单位幅度。在图1所示的示例中，第一基矢量可以表示从左到右或者横向 的方向，第二基矢量可以表示从底部到顶部或者垂直的方向，而第三基矢量可以表示离开 图1的平面的方向或者深度方向。垂直轴上的惯性力分量描述图1所示的平面中的上下运 动，而深度轴描述进入和离开图1的平面的运动，二者都基本上是零，并且产生垂直和深度 方向基本上是零的力分量。在横向，左侧电声换能器的横向上的惯性力分量基本上等于右 侧电声换能器的横向上的惯性力分量，并且与其相反，使得惯性力的横向分量的总和基本 上是零。腔室的垂直壁上的声学力被腔室的相对壁上的声学力平衡，使得声学力的横向分 量的总和基本上是零，并且声学力的深度分量的总和基本上是零。在图1所示的示例中，声 学力的垂直分量由作用在腔室底上的力和通过腔室开口作用在盘154的部分上的声学力的总和给出。接近腔室开口的声压小于接近腔室底的声压，使得垂直方向的声学力的总和 减小，但是为非零的。图2示出了不需要图1所示的基座的另一实施方式。在图2中，外壳220支持两 个电声换能器230。外壳220附接至挡板或者外罩210。外壳220和挡板210将听音空间 201和后空间203分开。挡板210可以是车辆或者房间的内表面，例如，车辆仪器板、车辆后 行李架、车辆门饰板、车辆内门板、房间地板、房间墙壁或者房间天花板。电声换能器的每个隔膜具有直接耦合至腔室205的前表面和直接耦合至后空间 203的后表面。腔室205由外壳220和电声换能器230限定，并且具有对听音空间201的开每个电声换能器230由定义换能器的隔膜的位移的轴235来表征。随着隔膜沿轴 235移动，生成了反作用力，其被传递至外壳220和挡板210。外壳220支持电声换能器230， 使得每个电声换能器的轴235定向为与挡板210的平面呈角度α。随着隔膜例如沿着其相 应的轴向内移动，隔膜生成的惯性反作用力可以分解为水平分量236 (其通常与挡板平行) 和垂直分量238。在图2所示的对称配置中，水平力分量彼此平衡，产生基本上是零的净力。 每个反作用力的垂直分量238叠加，并且可以使其平衡通过α的选择施加到外壳底上的声 学力(如箭头240所示)。α的选择可以通过考虑电声换能器的特性和腔室的尺寸来进行。例如，对于在开 口处接近9cm宽、16cm高、24cm深的腔室中，一对分别由大约20cm和13cm的主直径和小直 径表征的电声换能器，大约12°的α，更一般地在8° -15°之间，对于平衡外壳底上的声 压是有效的。通常认为α在Γ -20°的范围中可以覆盖通常遇到的电声换能器_腔室几 何形状组合的范围。在图2所示的示例中，声学力和惯性力在力矢量的深度分量上彼此独立地进行平 衡，使得作用在腔室前壁上的声学力和作用在腔室后壁上的声学力的总和基本上是零，并 且作用在前壁上的惯性力和作用在后壁上的惯性力的总和基本上是零。在横向上，声学力 独立于惯性力而进行平衡，使得作用在左壁上的声学力和作用在右壁上的声学力的总和基 本上是零，并且作用在左壁上的惯性力236的横向分量和作用在右壁上的惯性力236的横 向分量的总和基本上是零。然而，在垂直方向上，惯性力的垂直分量238平衡声学力240的 垂直分量，使得惯性力和声学力的垂直分量的总和基本上是零。与图1所示的示例不同，图 2所示的示例平衡声学力和惯性力二者，使得声学力和惯性力的矢量和基本上是零。图3a是另一配置的示意性俯视图，该另一配置具有前侧和后侧导管。在图3a中， 电声换能器330、331优选地是相同类型的，在包括前侧导管305和后侧导管303、307的外 壳320中被支持。电声换能器330、331定向为使得其轴335、336是共线的。每个电声换能 器330、331的隔膜的前侧直接耦合至前侧导管305。电声换能器330的隔膜的后侧直接耦 合至后侧导管303，而电声换能器331的隔膜的后侧直接耦合至后侧导管307。图3b是图3a中所示的配置的示意性侧视图。外壳320附接至挡板或者外罩310， 并且它们一起将听音空间301与后空间302分开。挡板310可以是车辆或者房间的内表 面，例如，车辆仪器板、车辆后行李架、车辆门饰板、车辆内门板、房间墙壁、房间地板或者房 间天花板。前侧导管305耦合至听音空间301。后侧导管303、307耦合至后空间302。电声换能器330、331优选地被驱动，使得每个电声换能器的隔膜一致地移入或者
7移出前侧导管。随着两个隔膜被驱动到前侧导管305中，前侧导管中的压力增加，并且在端 壁306的面积上施加声压从而生成声学力，由前侧导管305的端壁306上箭头345指示。 随着隔膜移入前侧导管305中，隔膜移出后侧导管303、307，从而降低了后侧导管303、307 中的压力。降低的压力在端壁304和308的面积上施加声压，从而生成声学力，分别由端壁 304和308上的箭头347和349指示。同时，作用在端壁304、308上的声学力平衡作用在端 壁306上的声学力。前侧导管305和后侧导管303、307的大小调整为使得声学力被平衡， 并且具有基本上是零的净扭矩，以及后壁的弯曲张力小于0. 1%，优选地小于0. 01%。在图3a和图3b所示的示例中，声学力独立于惯性力而进行平衡。声学力的矢量 和与惯性力的矢量和每个都基本上是零。由此描述了本发明的至少说明性实施方式，各种修改和改进将对本领域技术人员 变得易见，并且旨在包括在本发明的范围之内。例如，虽然图中示出了两个电声换能器，但 是可以使用任意数目的电声换能器。例如，可以做出三个电声换能器的配置，使得每个换 能器轴与其他轴相交于位于腔室的垂直旋转轴上的一点，并且与其相邻轴具有360° /3 = 120°的角度。类似地，四个电声换能器可以配置为使得每个换能器轴与其他轴相交于腔室 的垂直旋转轴上的一点，并且与其相邻轴具有360° /4 = 90°的角度。因此，以上描述仅 是通过示例的方式，并且并不旨在限制。本发明仅由所附权利要求及其等同物限定。
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权利要求
一种装置，包括至少两个电声换能器，每个电声换能器具有隔膜，每个隔膜由定义所述隔膜的移动的轴来表征；支持所述至少两个电声换能器的外壳，所述外壳将每个所述轴维持在相对于彼此的预定方向，其中由至少两个隔膜中的每一个的移动生成的惯性力与声学力的矢量和基本上是零。
2.如权利要求1的装置，其中由所述至少两个隔膜的第一隔膜生成的惯性力的第一分 量与由所述至少两个隔膜的第二隔膜生成的惯性力的第一分量被所述声学力平衡。
3.如权利要求2的装置，其中由所述第一隔膜生成的惯性力的第二分量被所述第二隔 膜生成的惯性力的第二分量平衡。
4.如权利要求1的装置，其中所述外壳附接至挡板，所述挡板选自包括以下的组车辆 仪器板、车辆后行李架、车辆门饰板、车辆内门板、房间墙壁、房间地板或者房间天花板。
5.如权利要求1的装置，其中所述外壳附接至外罩。
6.如权利要求1的装置，其中所述外壳包括具有前侧端壁的前侧导管，所述第一隔膜的前侧和所述第二隔膜的前侧直接耦合至所 述前侧导管；具有第一后侧端壁的第一后侧导管，所述第一隔膜的后侧直接耦合至所述第一后侧导 管；以及具有第二后侧端壁的第二后侧导管，所述第二隔膜的后侧直接耦合至所述第二后侧导管，其中所述前侧端壁上的声学力、所述第一后侧端壁上的声学力以及所述第二后侧端壁 上的声学力的矢量和基本上是零。
7.如权利要求6的装置，其中第一轴与第二轴共线。
8.如权利要求1的装置，其中每个轴在平行于挡板的平面上的投影与相邻轴产生 360° /n的角度，其中η是所述外壳支持的电声换能器的数目。
9.如权利要求1的装置，其中第一方向上的声学力的分量被所述第一方向上的惯性力 的分量的总和平衡。
10.一种装置，包括具有第一隔膜的第一电声换能器，所述第一隔膜由定义所述第一隔膜的移动的第一轴 来表征；具有第二隔膜的第二电声换能器，所述第二隔膜由定义所述第二隔膜的移动的第二轴 来表征；支持所述第一电声换能器和所述第二电声换能器的外壳，所述外壳维持所述第一轴与 所述第二轴共线；以及声学平衡器，其提供声压所作用的表面，这产生对所述外壳的一部分上的声学力进行 平衡的力，其中减小了净声学力。
11.如权利要求10的装置，其中所述声学平衡器是基座，其具有附接至外壳底的杆和 悬于对听音空间的开口之上的盘，所述盘提供所述声压所作用的表面。
12.一种用于减小挡板振动的方法，包括利用第二隔膜生成的第二惯性力的第一分量来平衡第一隔膜生成的第一惯性力的第 一分量；以及平衡由所述第一隔膜和所述第二隔膜生成的声学力，其中传递至所述挡板的净力基本上是零，所述净力包括经平衡的惯性力和声学力的矢量和。
13.如权利要求12的方法，其中平衡所述声学力独立于平衡所述惯性力来执行。
14.如权利要求12的方法，其中通过包括所述第一惯性力和所述第二惯性力的分量的 净惯性力来平衡所述声学力。
15.如权利要求12的方法，其中平衡所述第一惯性力和所述第二惯性力进一步包括 相对于表征所述第二隔膜的运动的轴来定向表征所述第一隔膜的运动的轴。
全文摘要
一种用于减小挡板振动的系统和方法，包括平衡两个或者更多个移动隔膜生成的惯性力以及平衡作用在支持两个或者更多个移动隔膜的外壳上的声压，使得作用在挡板上的净力基本上是零。作用在外壳上的声学力可以独立于惯性力平衡而进行平衡。在另一配置中，作用在外壳上的声学力可以由非零的净惯性力来平衡。
文档编号H04R1/22GK101983512SQ200980112063
公开日2011年3月2日 申请日期2009年3月10日 优先权日2008年4月11日
发明者C·B·伊科尔, K·J·巴斯蒂尔, R·S·瓦克兰德 申请人:伯斯有限公司