平板扬声器的制作方法

平板扬声器


背景技术：

1.所提出的技术解决方案是一种声波产生器，所述声波产生器也可作为宽频谱的平板扬声器而工作。以所提出的方式设计及制造的平板扬声器旨在为声学系统的性能提供质量优势。这是具有共振激励膜的平板声学系统，所述平板声学系统可用于音乐及录音的高质量再现。存在包括锥型扬声器、圆顶型扬声器及平板型扬声器的许多传统的声学装置。此种装置具有许多基本的缺点。最重要的缺点之一是此种声学装置的操作所必需的气团的体积。并且此继而会导致直接取决于频率的例如相位偏移及不一致性等主要缺点。
2.由于扬声器是偶极发射器，因此必须使扬声器前部的正相位与扬声器后部的负相位匹配。
3.这正是使用空气填充壳体的原因，空气填充壳体被精确设计，以对扬声器背部的相位进行反转且将其添加到前部组件。因此，我们得到声学系统，所述声学系统被调谐以用于在声学范围的特定频率内进行高效操作。在偏离调谐频率的情况下，会发生相位调制，从而将寄生谐波引入到以下情况中：录音再现及相位特性的失真、以及引起声音信号的振幅-频率响应的改变的调制。
4.已知有人试图创造不具有这些缺点的声学装置。其中，基于共振发声膜的操作原理的平板型扬声器占据特殊地位。此种声学装置不需要任何壳体且具有双极音频信号产生模式(即，基本上在来自膜的两个方向上同相)的特点。根据经验，已建立了会直接影响此种类型的声学装置的有用质量的许多设计参数。此种参数在俄罗斯及国际专利中均被指出。所述参数中包括膜的宽度对高度的比例比率(proportional ratio)、声学激励器的贴合点、膜贴合方法、所用致动器的类型、框架或壳体的设计、对声学系统的振幅-频率响应进行校准的可能方式以及其他设计特征的重要性。
5.所推荐的技术及方法在不同的专利中差别很大。当尝试将它们付诸实践时，我们在确保所需的声音质量方面面临许多困难。以上提及的设计特征全部彼此紧密相关的事实并未被阐述及忽略。不可能改变一个参数而不影响另一个参数，那么便会影响另一个参数，等等。一般来说，许多专利中阐述的设计特征更可能是潜在可行的，而不是实际适用的，也就是说，这都归结于尝试这种或那种组合、使用这种或那种比例的可能性，但没有人知道它们中的哪一者将生成有用的声学效果，因为它完全由合理的实用性决定。
6.众所周知，在扬声器中，使用各种设计的发声膜。举例来说，wo95/31805专利提出使用平板电脑壳(case)的塑料元件作为发声膜。
7.俄罗斯联邦专利第2692096号(阐述膜的性质以及影响所述性质的参数(例如，此种面板的蜂窝结构、增强纤维或间隔件以及覆盖应用于特定复合多层元件中的芯体的外壳(shell)或片材的交织物，所述特定复合多层元件在每一侧上包括不同取向或相对倾斜的颗粒或者在每一侧上呈若干层的形式))假定使用在空间中弯曲的蜂窝结构膜。
8.俄罗斯联邦专利第2427100号建议使用玻璃、木材或塑料作为膜本体。并且专利us 377933 6a提出将粒状聚苯乙烯模制成膜。所有这些材料的参数均可强烈影响膜的物理性质。
9.然而，在不参照扬声器本身的几何参数的条件下简单地利用这些材料来制造膜将不会改善扬声器系统的声音再现质量。
10.与我们的发明最接近的发明是由亨利
·
阿齐姆(henry azim)在2001年12月18日提出的专利us6,332,029中阐述的装置。它阐述了一种具有平板膜的声学装置，所述声学装置包含至少一个声学振动驱动器，所述至少一个声学振动驱动器装设在与贴合到膜的特殊位置相对的空间中，所述声学装置根据弯曲共振模式原理进行操作。附加地，它为面板区域内的声学激励器贴合提供有利的比例。给出许多个值。例如：3\7、4\9及5\13，从每一隅角给出24种可能的组合。也就是说，建议进行激励器贴合的多个位置。
11.我们已发现，使用此种比例可能无法确保声学系统的最大声音再现质量。


技术实现要素：

12.技术结果是声学系统的声音再现质量的改善。
13.技术结果是通过平板扬声器来实现，平板扬声器包括呈支撑框架形式的壳体、贴合到框架的发声矩形膜、以及与膜相对设置的至少一个电动式激励器。此外，至少一个激励器在沿着矩形膜的平面穿过的专用线内使其端部中的一者贴合到膜，专用线从矩形膜的任意顶点发出且终止于膜的水平侧的相对的顶点上的一点处，所述点位于膜的相对侧在水平方向上距顶部的2/3距离处；膜被制作成蜂窝填料、表面层在两个侧上胶粘到蜂窝结构、且基于聚氨酯底漆及清漆的稳定浸渍溶液覆盖表面层。
14.基于聚氨酯底漆及清漆的稳定浸渍溶液的层也可覆盖有丙烯酸聚合物的附加层。
15.蜂窝填料包括：纸、聚芳酰胺纤维、铝或具有低比重的其他金属。
16.此外，矩形膜应优选地具有围绕其周边的卷边的特征。
17.如果膜刚度在不同方向上为均匀的，则膜的长边对其短边的比率为9/5。
18.如果膜刚度在不同方向上为非均匀的且膜的长边对其短边的比率为9
˙
k/5，其中k是纵向方向上的膜刚度对横向方向上的膜刚度的比率。
19.另外，发声矩形膜应通过放置在膜的周边周围的泡沫胶带而贴合到支撑框架。
附图说明
20.本发明是通过图进行例示。
21.图1展示出所提出的平板扬声器的概况。
22.图2、图3展示出所提出的平板扬声器的主要元件。
23.图4展示出发声膜的平面内的专用(红色)线的位置，建议在所述位置放置至少一个或若干个声学激励器。
24.图5展示出发声膜的结构性截面。
25.所述图指示：
26.1.发声膜。
27.2.面板端部的缘饰，由塑料材料制成。
28.3.将膜固定到壳体的泡沫胶带。
29.4.框架。
30.5.安装条带。
31.6、6.1-6.5.电动式声学激励器。
32.7.放大器连接端子，\
33.8.蜂窝填料，
34.9.覆盖纸，
35.10.基于聚氨酯底漆及清漆的浸渍溶液，
36.11.丙烯酸聚合物。
具体实施方式
37.作为大量实践研究的结果，我们提出许多技术解决方案，所述技术解决方案对创造具有卓越消费者性质的声学系统具有直接积极的影响。这是在特定的实体装置中实施的且是一种用于应用旨在提供积极声学效果的技术解决方案的方法。
38.所述装置由支撑框架4(参见图2)组成，支撑框架4应由能够有效地吸收振动能量的非弹性塑料材料制成，且足够结实以用作已从激励器到达面板的边缘(膜1)的弯曲波的支点，激励器旨在产生声学振动且将声学振动传递到空气。在此种膜的表面上，与不同范围的可再现频率相关联的区被调制，但是这些区本身分散在膜的整个区域之上。至少一个或若干个电动式激励器6与膜相对地定位且在沿着膜的平面穿过的专用线(参见图4)内使其端部中的一者贴合到膜。各个激励器通过柔性导电配线连接放大器连接端子7(参见图2)。
39.决定平板型扬声器系统的最终声音质量的重要设计参数之一是发声膜的纵横比。
40.也就是其长边对其短边的比率。此种膜的优选纵横比已通过实验被确定为长边的至少九份对短边的五份。此比例的参数有可能出现偏差。如果膜刚度在不同方向上为非均匀的，在这种情况下，必须通过k因子来对9/5的纵横比进行调整。k因子对纵向方向上的膜刚度相对于横向方向上的膜刚度之间的百分比的差进行界定。因此，如果膜刚度在纵向方向上比在横向方向上高百分之k，则比率将为9k\5。
41.设计此种类型的扬声器系统的另一个重要参数是激励器在膜区域内的位置。举例来说，前述us6,332,029专利阐述了声学激励器在面板区域内的多个优选安装比率。它代表了许多值。例如：3\7、4\9及5\13，从每一隅角给出24种可能的组合。也就是说，建议进行激励器贴合的多个位置。
42.我们已发现，使用此种比例可能无法确保声学系统的最大声音再现质量。
43.大量的实际实验已构建出沿着发声膜的平面穿过的专用eb线(参见图4)，在所述线内应装设其中的一个声学激励器或若干个声学激励器，使得激励器的旋转轴线的点包括专用线或者与装设在专用线附近的激励器电路的前部投影交叉。因此，对于具有使用点a、b、c及d表示的角度的发声膜而言，激励器进行贴合的专用“红色”线将从点b穿过到达点e。反过来，e是膜的dc侧上的点，在所述点处，它按以下比例划分dc段：de\ec＝1\2。在eb线内，可装设一个或多个激励器(参见图6)。对于在此种线内具有一个声学激励器的技术解决方案，有必要根据以下比例来确定x点：eb\xb＝1.62。为了在此种线内使用若干激励器，从对第一个激励器6.1(参见图6)的贴合点进行界定的点x起，在点b的方向上以使其间的距离尽可能小的方式安装多个激励器6.2、6.3、6.4。还建议使用被设计成在高频率范围中工作的声学激励器，参见图6的6.5。此种激励器与一个或多个宽带信号激励器分开安装，但在专用“红色”eb线内，优选靠近隅角b。
44.自然地，红色eb线可沿着膜的对称轴中的任意者对称地进行反射，因此它的作用同样延伸到af线、dh线及cg线(参见图4)。假设在膜区域内贴合激励源，在膜区域内呈专用线的形式的所提出的技术解决方案的优点是：确保膜区域内的谐振调制的最佳分布，此继而对振幅-频率响应的均匀性具有积极影响；以及确保声音自然度，这与由扬声器系统的操作引起的失真总量、相位偏移的减少密切相关；以及确保此种系统的操作中的最大频率范围。
45.另一个直接确保良好声学效果的重要参数是膜。
46.大量的实际研究确定了发声共振型膜(参见图5)的最佳设计解决方案。此种膜由蜂窝填料8组成，蜂窝填料8是蜂窝结构，所述蜂窝结构由例如以下各种材料组成：纸、聚芳酰胺纤维、铝或具有低比重的另一金属。它包含表面层9的片材，表面层9使用可承受反复的振动弯曲振荡的粘合剂组合物在两个侧上胶粘到蜂窝结构。提议使用密度为每平方米面积30g到125g的纸9作为覆盖材料。接下来，基于聚氨酯底漆及清漆的稳定浸渍溶液10对覆盖纸9进行浸渍。如有必要，则使用丙烯酸聚合物11的层(包括矿物及有机物质(石英、核桃壳、大米及稻壳等)的微米级研磨)。
47.图5中的层10及层11在很大程度上决定了发声膜的弹塑性质、以及振幅-频率响应的最终音调平衡——负责声音内容再现的可靠性的参数。还揭示了尽可能减少成品膜的最终质量的重要性。此会直接影响扬声器系统的灵敏度；在其他条件等同的情况下，膜的质量越小，脉冲信号前沿的上升速率越高。
48.完全完成的发声膜的实际密度(处于350g/1平方米到750g/1平方米的范围内)具有实用价值。膜还包括边缘处置：围绕整个膜的周边的半圆形海绵的卷边(flanging)。
49.卷边由具有相对高(塑性)比重及高水平塑性特征的材料制成，此有助于使此种材料的厚度中的振动快速衰减。卷边2(参见图2)用于增大膜的边缘的质量，以对从声学影响的源朝向膜的边缘同心发散的表面行进波进行支撑，且有效地在相反方向上反射此波，从而确保频率相关振幅脉冲的调制区振荡模式。
50.在实际应用中，蜂窝膜的内部结构可为从3mm到7mm厚。厚度及刚度参数应与膜的绝对大小关联。基于实验研究揭示的系数而推荐特定刚度的膜的绝对大小。
51.除了以上提及的技术解决方案之外，有必要提及将膜固定在声学装置的框架中的方式的重要性。这是决定面板区域内的振幅调制的正确位置的关键参数，此继而完全决定平板扬声器的声学性质。
52.我们还确定了一种将膜贴合到支撑框架的实际上优选的方法，从而确保振动振幅频率调制增大的区在其表面上的最佳分布。它是一种半开式贴合类型，其中泡沫胶带沿着整个周边安装到膜的一个侧，此继而最经常是膜与支撑框架之间的10mm间隙。当对从声学激励的源发散的表面行进一次波进行转换且将其处理成二次表面行进波时，此泡沫胶带对膜的端部进行固持以提供所需的支撑质量(以及使用塑料材料的膜端部的缘饰)，来自一次波的干涉将在面板内形成振幅增大的区，此是声学系统本身进行有效操作的关键。半开式贴合类型有助于有效发挥泡沫橡胶的其他功能，即在膜与支撑框架之间提供声学隔离，此会极大地影响声音质量，从而减少声学信号产生过程中的谐波失真。
53.所建议的技术解决方案允许以较少的劳动力及材料成本在一个膜内实现扬声器系统的质量特性的显著改善。同时，使用最少数目的声学影响因子(acoustic pathogens)
可显著提高质量，从而节省资金及材料。
54.应用我们专利中阐述的设计方法及技术解决方案可创造一个全频扬声器系统。实际上，这意味着紧凑(平板)装置可产生人耳可听到的介于从20hz到20,000hz的范围内的整个声音频谱。而当我们可谈论在实践中实施最高类别的声学时，谐波失真的水平降低到最低。
55.这在很大程度上是由于上述技术解决方案，所述技术解决方案被设计成对振动振幅的频率相关脉冲区在发声膜的区域之上的正确分布的过程进行控制。它们的正确分布(在频率响应图中反映为偏离直线最小的线)实施此种有用的声学效果，即在宽范围内减少声音产生的“都卜勒效应(doppler effect)”。此种有害现象的特征在于对听者的失真，这是由以下现象而引起：当一个扬声器同时产生不同的频率时，较高振幅的低频率变成了具有较低振幅的较高频率的载波。因此，高频率分量依次向听者靠近并远离听者，从而引起“颤音”效应(声音抖动形式的失真)。