声音换能器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种声音换能器（10），其具有声源（12）、与该声源（12）相连的狭窄部以及与该狭窄部（14）相连的喇叭（16）。该喇叭（16）可设置在墙壁（18）上，其中所述狭窄部（14）这样构成，即与远离墙壁（18）的区域相比，在靠近墙壁（18）的区域中的从声源（12）至狭窄部（14）和喇叭（16）之间的边界面（22）的声响行进路线更小。
【专利说明】声音换能器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种声音换能器以及这种声音换能器的应用。
【背景技术】
[0002]已知的声音换能器具有声源、与该声源相连的狭窄部以及与该狭窄部相连的喇口八。此外还已知一种声音换能器，它作为整体或借助喇叭可固定在墙壁上、尤其是可固定在隧道中。如果这种声音换能器固定得朝墙壁(即反射声响的表面)间隔一定的距离，则一部分声响直接从声音换能器行进至该墙壁并在该墙壁上反射。这意味着，位于声音换能器附近的人既能听到直接来自声音换能器的声响，也能听到在墙壁上反射的声响。因为直接到达的声响和反射的声响经过了不同的距离，所以在人的位置上这两个声波之间具有不同的相位差。该相位差在人的听觉平面中产生与位置有关的破坏性的干扰，这会降低音质。
[0003]破坏性的干扰尤其在相对较低且声音生硬的周围环境(如隧道或多层停车场)中是个问题，在这些地方墙壁由水泥或硬层构成并因此会良好地反射声响。
[0004]因此文献EPl 474 951B1提出了一种声音换能器，其具有事先固定的、用来引导从声音中心产生的声响的结构，其中该事先固定的结构这样设置，即如果该声音换能器位于固定墙壁上，则在运行时产生的声响通过该事先固定的结构在固定墙壁所处的位置上推移到已经推移的声音中心。通过该布局，声响直接由墙壁发出，而不会在墙壁上产生不期望的反射。
【发明内容】
[0005]因此本发明的目的是，提供一种声音换能器，它可在边界面或墙壁上或它们的附近运行，而不会在该边界面上产生巨大的反射。
[0006]所述目的通过权利要求1的特征得以实现。
[0007]相应地，按本发明的声音换能器具有声源、与该声源相连的狭窄部以及与该狭窄部相连的喇叭，其中该喇叭可设置在墙壁上并且该狭窄部这样构成，即与远离墙壁的区域相比，从声源至狭窄部和喇叭之间的边界面的声响行进路线在靠近墙壁的区域中更小。通过声响的不同行进路线，与在远离墙壁的区域中边界上的声波相比，边界上的声波在靠近墙壁的区域中具有不同的相位。这使声响传播方向从墙壁上转向或偏离。在此，从声源中发出的声响的波阵面可这样与狭窄部和喇叭之间的边界面相交，即在墙壁附近区域中就已经在狭窄部外面延伸的波阵面在远离墙壁的区域中还位于狭窄部的内部。
[0008]由于在墙壁法线方向中的行进路线变化，声音换能器的喇叭的与墙壁平行定向的张角不是或只是在较小的程度上由声音导向器在狭窄部中的规划决定，并因此能够非常可变地与不同的安装情况下适应。具有不同张角的喇叭尤其能够与同一个由声源和狭窄部构成的单元结合起来。
[0009]可以规定，狭窄部和喇叭之间的边界面基本上垂直于墙壁表面进行延伸。
[0010]声响的波阵面优选在狭窄部和喇叭之间的边界面的下游区域中基本上垂直地竖立在墙壁上(或竖立在喇叭的从属于墙壁的侧表面上)。因此避免了墙壁上的反射。
[0011]该狭窄部可具有至少两个在空间上隔开的通道，它们对于声响来说是指不同长度的行进路线(从声源至狭窄部和喇叭之间的边界面)。狭窄部例如可具有三个或四个或更多个空间上隔开的通道。这些空间上隔开的通道能够在声源上以及在狭窄部和喇叭之间的边界面上彼此连接。通过具有长度不同的行进路线的通道，使在声源中产生的声波分为多个局部波，它们在经过这些空间上隔开的通道之后具有不同的相位。因此，在狭窄部和喇叭之间的边界面上产生的声波具有不同的相位。如同上面已阐述的一样，这使声波的传播方向从墙壁上转向或偏离。
[0012]在实施例中该狭窄部这样构成，即声响的行进路线(从声源至狭窄部和喇叭之间的边界面)从墙壁开始沿墙壁的方向增大。这使声波的传播方向沿墙壁的方向转向或偏离。在转向或偏离之后，声响的传播方向基本上平行或略微偏离墙壁地定向。还可规定，行进路线持续不断地和/或均匀地从墙壁附近区域开始沿墙壁方向增大。
[0013]本发明的另一可能的构造方案的特征在于，狭窄部具有两个基本上垂直于墙壁延伸的侧表面，它们从靠近墙壁的区域沿墙壁的方向具有增大的侧表面拱起。该侧表面的拱起在此基本上垂直于墙壁法线。该增大的拱起的作用是，声响的行进路线(即从声源输出直至狭窄部和喇叭之间的边界面的距离)在靠近墙壁的区域中最短，并且沿墙壁的方向越来越长。狭窄部的侧表面在墙壁附近区域中没有拱起(即笔直地延伸)，并且在狭窄部的背向墙壁的侧表面上具有最大的拱起。
[0014]该喇叭可具有长方形的横截面。可规定,喇叭的横截面在狭窄部的方向上沿着声响传播方向增大。该增大可以是持续的，例如是线性的或指数的。
[0015]在狭窄部的中心直线和喇叭的中心直线之间可在平行于墙壁的进行延伸的平面中产生小于180°的角度。该角度可例如足够大，以致声音换能器能够借助喇叭的(第二)侧表面并借助声源贴靠在平坦的表面(例如第二墙壁)上。
[0016]在狭窄部的中心直线和喇叭的中心直线之间的角度可为在120°和180°之间，尤其优选为在150°和170°之间。
[0017]该声音换能器可设置在两个基本上相互垂直延伸的墙壁的边缘中。
[0018]按另一方面，本发明涉及到至少一个按本发明的声音换能器在墙壁、尤其在低处伸展的空间(例如隧道或停车场的多层房屋)中的应用。其优点是，在墙壁上不会出现声波的反射，并因此改善在低处伸展的空间(例如隧道)内的音质。此外还可规定，声音换能器可设置在两个墙壁之间的边缘(尤其是隧道边缘)上，因此声音换能器可从该处在两个墙壁上无反射地发出。
[0019]按另一实施方案，应用了至少两个声音换能器，所述方案依据同步纵向声音辐射(英文:同步水平公告扬声器系统 synchronized longitudinal announcement speakersystem, SLASS)的原理来运行。此处，如此运行至少两个沿着隧道设置的扬声器，即由第一扬声器尤其沿着隧道发出的声波与由第二扬声器发出的声波是同步的，因此在隧道中不会产生干扰性的回声，而是由至少两个扬声器发出的声波因相同的相位重叠。这些扬声器优选只沿着一个方向(尤其是隧道)发出声波。通过同步纵向声音辐射的原理，在应用了至少两个这种声音换能器的隧道中可明显改善广播通知的效果，在有些环境下甚至是首次实现。【专利附图】
【附图说明】
[0020]以下借助实施例并参照附图以示例性的方式阐述本发明。其中:
[0021]图1在不同的视图中示出了声音换能器的第一实施例；
[0022]图2在不同的视图中示出了声音换能器的第二实施例；以及
[0023]图3示出了声音换能器的示例性应用。
[0024]方向术语如“上”、“下”、“竖直”、“水平”和类似表达的作用是，以示例性的方式阐
述这些安装位置的实施例、例如在顶棚墙壁上的安装位置。所述墙壁的其它方位、或配合该墙壁的喇叭的狭窄部的侧表面、或狭窄部的其它方位同样是可能的。此外还应注意，墙壁的概念或与之有关的概念如“靠近墙壁”、“远离墙壁”、“与墙壁平行”或“背离墙壁”和类似表达都涉及声音换能器在墙壁上拟定的安装位置，并且不应理解为必须实际已经存在该墙壁。参照于墙壁也可近似地理解为参照于狭窄部或喇叭的相对于该墙壁的侧表面。即，例如“与墙壁平行”也可理解为“与狭窄部或喇叭相对于该墙壁的侧表面平行”。(与安装在该墙壁上的狭窄部或喇叭的侧表面平行)
【具体实施方式】
[0025]图1示出了按照本发明的声音换能器10的第一实施例。
[0026]该声音换能器10包括声源12、与该声源12相连的狭窄部14以及与该狭窄部14相连的喇叭16。电子信号在声源12中转化成声音的波阵面，该波阵面在声源12周围的空间中传播。
[0027]声音换能器10的声源12可具有例如压缩驱动器(Kompressionstreiber)、圆锥形的扬声器或其它构造形式的扬声器。该声源12例如可以是80瓦的压缩驱动器。该声源12可以是直径例如为I至8cm (尤其例如3至5cm)的声响排出孔，它在压缩驱动器的输出端产生具有较小的振幅和相对较高的压力的圆形的、平缓的波阵面。
[0028]从声源12发出的响声、其音调或音色可例如是播报的新闻、报警信号、音乐或任何其它的声音信号。
[0029]喇叭的狭窄部14的功能通常是，将源自声源12的波阵面转化成与喇叭16的形状相一致或匹配的形状。
[0030]图1示出了声音换能器10的实施例的三个不同的视图。图1A的视图示出了该实施例的示意性透视图。图1B示出了仰视图，其中绘图平面为与安装平面(墙壁，在此例如是顶棚墙壁)平行的平面，例如水平平面。图1C示出了沿着垂直于安装平面(墙壁)延伸的、例如竖直平面的剖面图，该竖直平面延伸经过声源12、喇叭的狭窄部14和喇叭16。在该剖面图中安装平面或边界面作为墙壁18示出，具有喇叭16和声源12的声音换能器10可安装或固定在该墙壁上。此外，在图1C中示出了在喇叭16中传播的声音在喇叭16的内部形成的波阵面20。在此处，三个波阵面示例性地用参考标记20表示。声源12、喇叭的狭窄部14和喇叭16基本上位于与墙壁18平行的平面中，即例如水平延伸的平面。
[0031]在图1C的视图中可看到，喇叭16的上方侧壁面16a和声源12的上方边界12a可以位于一个平面中，并且例如喇叭16的上方侧壁面16a和声源12的上方边界12a接触到墙壁18，该喇叭和声源被固定在该墙壁18上。边界面22位于狭窄部14和喇叭16之间的衔接处。在图1B的视图中可以看到，声源12、狭窄部14和喇叭16可对称地设置在水平的(即与墙壁平行的)平面中。可看到，在该平面中穿过声源12和狭窄部14的中心直线(Mittelpunktsgerade)与穿过喇ΒΛ 16的中心直线能够重合。喇口入16的横截面例如是矩形的(见图1A)，并且可在背离狭窄部14的方向上沿着声响传播的方向持续地、例如线性或指数地增大。
[0032]喇叭16的水平张角可以但不必须相当于狭窄部14的水平张角。该狭窄部14可在声响传播的方向上打开、直线性地延伸或如同在图1B中可看到的，该狭窄部14逐渐变细。在按照本发明的声音换能器中，喇叭16的水平张角的选择在很大程度上与狭窄部14的水平张角或变细角无关，或与声响从声波12直至狭窄部14和喇叭16之间的边界面22的声响导向无关。如果例如由于施工的实际情况预先设置了特定的狭窄部的几何形状是尤其有利的。
[0033]此外，在图1A和图1C的视图中可以看到，设置在声源12和喇叭16之间的狭窄部14具有多个在空间上分隔开的通道24、26和28。例如可设置数量多于I个、2个、3个或4个通道。这些通道24、26和28在声源12和喇叭16之间的区域中在空间上分别相互分隔开。这些通道在声源12上在中心的、相对较小的区域中(例如在声源12的声响输出口的附近)联合在一起，并且在狭窄部14和喇叭16之间的边界面22的附近或在该边界面22上沿着全部边界面22联合在一起。
[0034]通道24、26和28为从声源12发出的声响提供了从声源12至狭窄部14和喇叭16之间的边界面22的不同长度的行进路线。因此相较于从声源12通过通道26或通道28向边界面22行进的声波，从声源12通过通道24向边界面22行进的声波在边界面22处具有不同的相位。因为从声源12向边界面22的通道28的行进路线大于通道26的行进路线，并且它也大于通道24的行进路线，所以在边界面22处出现了多个(在此例如三个)具有不同相位的区域。因为通道24的行进路线比通道28的行进路线短，所以从声源12发出并且通过通道24向边界面22行进的部分声波已经位于喇叭16中，而与刚才提到的声波同时从光源12发出的并且通过通道28行进的部分声波例如正好才抵达边界面22处或者还位于狭窄部14的通道28中。
[0035]在竖直方向上通过狭窄部的横截面积由狭窄部的几何形状强制造成的行进路线的变化使声波的传播方向转为背向或偏离墙壁18的方向。该转向或偏离可以例如调整为声响的波阵面在狭窄部14和喇叭16之间的边界面22的下游区域中基本上垂直于墙壁18，因此不会在墙壁18上或在喇叭16的内部的侧壁面16a上出现反射。
[0036]本发明的优点在于，尽管对声响的导向有明确地规划，即声波从声源12通过狭窄部14引导至狭窄部14和喇叭16之间的边界面22，但仍可以使用具有不同水平张角的不同的喇叭16。
[0037]声音换能器10的整体布局可例如长为约0.8m至约1.20m。狭窄部14可例如具有10至30cm的长度，如情况许可具有约20cm的长度。狭窄部14和喇叭16之间的边界面22在水平方向可例如具有约2cm (-lcm, +3cm)的宽度B，并且在垂直方向具有例如约IOcm(+/-5cm)的高度H。边界面22的高度H可例如大于边界面22的宽度B。上述所有给出的尺寸，也可以为不同的标注尺寸。
[0038]在竖直方向上喇叭16的张角(图1C)可例如约为10°至20°，尤其是例如约为15°。在水平方向上(图1B)，喇叭16的张角可例如为在20°和50°之间，例如约为30°。此处所述张角也可与这些说明不同，例如喇叭16在水平方向的张角也可达100°或更大。
[0039]图2在不同的视图中示出了声音换能器10的第二实施例。图2A示出了仰视图，即朝向换能器10背向安装平面(墙壁)的侧表面；图2B示出了侧面的剖面图，图2C示出了俯视图，即朝向换能器10面向安装平面(墙壁)的侧表面。如同在第一实施例中的一样，这里声响也在声源12中产生并且之后通过狭窄部14进入到喇叭16中，为了之后从喇叭16的末端离开喇叭16。
[0040]第二实施例与第一实施例的区别例如仅在于，狭窄部14具有不同的造型。对第一实施例所做的说明，尤其是标注尺寸和角度范围的说明例如同样适用于第二实施例。
[0041]在图2C的视图中可看到，喇叭狭窄部14的上方靠近墙壁的区域从声源12出发一直通向狭窄部14和喇叭16之间的边界面22，并且如第一实施例例如可以直接的通向，并且例如笔直的构成，即在声音传播方向的水平侧方向上没有拱起。在图2C和2A中看到，狭窄部14的下方背向墙壁的区域在朝向声响传播方向的水平侧方向上具有拱起(或至少具有比上方区域更明显的拱起)，因此与在狭窄部14的上方靠近墙壁的位置上经过狭窄部14的声波相比，在狭窄部14的下方远离墙壁的位置上经过的狭窄部14的声波经历了更长的行进路线。在此，狭窄部14的两个向下更大拱起的侧壁在同一个侧方向上拱起，如在图1A中可看到的一样，其中狭窄部14的拱起侧壁基本上平行地、即在与墙壁固定间距的横截面内彼此延伸。也可能的是，狭窄部14以未示出的方式向两侧的拱起，其中在这种情况下狭窄部14在上方靠近墙壁的区域中还是未分开的，但随着与墙壁的间距的增大分成两个弯路通道，这两个弯路通道具有增加的墙壁拱起和路线长度。
[0042]与第一实施例相似，在狭窄部14中由狭窄部14的造型强制造成的、与墙壁的间距有关的行进路线的变化使声波的传播方向由墙壁18上转向或偏离。因此，从狭窄部14中输出的声波能以与针对第一实施例描述的相同方式进行改造，并且尤其是从墙壁18上绕过。与第一实施例不同的是，第二实施例的狭窄部14可由唯一的通道构成，该通道没有分为多个相互隔开的通道。
[0043]这里要指出，这两个实施例中说明的、用来影响穿过狭窄部14的声响行进路线的措施也可结合在一起。也就是说，例如可将所述狭窄部14设置为既是多通道的也从侧面通过增大的墙壁间距增大一侧或两侧方向的拱起。在这种情况下，通道24、26和28按照这样的次序具有增大的侧表面拱起。
[0044]如同已提到的一样，本发明允许应用不同的喇叭16，其在一个和相同的声响导向器(狭窄部14)中具有不同的水平张角。还可能的是，喇叭16例如已作为凹陷处成型在墙壁18中，并且声源12和狭窄部14必须相应地安装在墙壁上并且在已存在的墙壁凹陷处(喇叭16)中射出。
[0045]图3示出了声音换能器10的第三实施例。在此，图3A根据之前所述的图2C示出了该第三实施例，图3B示出了声音换能器10的第三实施例在两个相互垂直设置的墙壁截面之间的边缘上的布局，例如在隧道墙壁边缘或类似位置上的布局。
[0046]声音换能器10的第三实施例在第一实施例的范例的基础上进行描述，但也可以应用类似第二实施例或结合第一和第二实施例的的方式实现。与迄今描述的实施例不同的是，穿过声源12和狭窄部14的中心直线与穿过喇叭16的中心直线在水平方向上具有角度。该角度在此选择使得在图3A下方描绘的喇叭16的侧壁16b和声源12的下方边界12b可贴靠在平坦的墙壁上并且可固定在这里。狭窄部14的中心直线和喇叭16的中心直线之间的角度可例如为在120°和180°之间，尤其优选为在150°和170°之间。
[0047]在图3B可看到，声音换能器10的第三实施例如何借助喇叭16的侧壁16b和声源12的外周边界12b平面地贴靠在墙壁19上或固定在该墙壁上。在所述的情况下，墙壁19例如为竖直地延伸。此外，声音换能器10还借助喇叭16的上方侧壁面16a和声源12的上方区域固定在例如水平延伸的墙壁18上。该墙壁18和19可以为相互垂直,并且可例如是低处空间(例如隧道)中的边缘。声音换能器10的这种布局在这种墙壁边缘上是有利的，因为该布局一方面节省空间，另一方面不会在墙壁18和19上引起反射。通过在隧道外周的侧面边缘区域中的布局同样也可以实现，在相对而立的隧道墙壁区域中仅在相对远离换能器10的地方发生声响反射。还可通过把发出的声响聚集在相对较小的立体角中，还可进一步改进这一点。
[0048]图3A中可看到的、喇叭16和狭窄部14之间的角度对声响或噪音的影响取决于所用的声音频率。波长大于狭窄部14和喇叭16之间的边界面22使用的最小尺寸的频率不会受喇叭16和狭窄部14之间的折弯影响。在数值为2cm时，频率小于约17000Hz，这基本上相当于人的听力范围。
【权利要求】
1.一种声音换能器(10)，其具有声源(12)、与该声源(12)相连的狭窄部以及与该狭窄部(14)相连的喇叭(16)，其中所述喇叭(16)可设置在墙壁(18)上，并且其中所述狭窄部(14)这样构成，即与远离墙壁(18)的区域相比，在靠近墙壁(18)的区域中的从声源(12)至狭窄部(14)和喇叭(16)之间的边界面(22)的声响行进路线更小。
2.按权利要求1所述的声音换能器(10)，其中声响的波阵面(20)在狭窄部(14)和喇叭(16)之间的边界面(22)的下游区域中基本上垂直于墙壁(18)。
3.按权利要求1或2所述的声音换能器(10)，其中所述狭窄部(14)具有至少两个在空间上隔开的通道(24、26、28)，它们对于声响来说是指不同长度的行进路线，该行进路线是指从声源(12)至狭窄部(14)和喇叭(16)之间的边界面(22)。
4.按上述权利要求中任一项所述的声音换能器(10)，其中狭窄部(14)这样构成，即从声源(12)至狭窄部(14)和喇叭(16)之间的边界面(22)的声响行进路线从靠近墙壁(18)的区域开始沿墙壁(18)的方向增大。
5.按权利要求4所述的声音换能器(10)，其中喉狭窄部(14)具有两个基本上垂直于墙壁(18)延伸的侧表面，它们从墙壁(18)的区域开始沿墙壁(18)的方向具有增大的侧表面拱起。
6.按权利要求5所述的声音换能器(10)，其中喉狭窄部(14)的两个侧表面的侧面拱起相同地定向或相反地定向。
7.按上述权利要求中任一项所述的声音换能器(10)，其中边界面(22)的宽度(B)在墙壁方向上小于它的高度(H)。
8.按上述权利要求中任一项所述的声音换能器(10),其中喇口八(16)具有长方形的横截面。
9.按上述权利要求中任一项所述的声音换能器(10),其中喇口八(16)的横截面在狭窄部(14)的方向上沿着声响传播的方向增大。
10.按上述权利要求中任一项所述的声音换能器(10)，其中在狭窄部(14)的中心直线和喇叭(16)的中心直线之间产生小于180°的角度。
11.将至少一个按上述权利要求中任一项所述的声音换能器(10)应用在低处伸展的空间中的墙壁上。
12.按权利要求11所述的应用，其中应用了至少两个声音换能器(10)，它们根据同步纵向声音福射的原理来运行。
【文档编号】H04R1/32GK103634722SQ201310365790
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年8月21日 优先权日:2012年8月21日
【发明者】弗兰克·博特 申请人:迪碧音响技术有限公司