一种无声染全功倒相HiFi音箱的制作方法

一种无声染全功倒相hifi音箱
技术领域
1.本实用新型涉及一种音箱，具体是涉及一种倒相hifi音箱。


背景技术：

2.电磁扬声器的使用已有一百多年历史，由于简单使用扬声器，中低频声波存在短路现象，人们根据无限大障板理论实用新型了音箱，部分解决了中低频声音衰减、短路的问题。并按照不同听音需求，设计出了多种档次、类型，适合剧场、舞台、多媒体、家庭与公共场合的hifi音箱。从原理上基本可以分为两类，即密闭式和倒相式，或称消声和半消声音箱。hifi的英文为high fidelity，意为高度忠诚，翻译为高保真，即音箱系统必须高度还原扬声器振膜的振动频率与振幅。
3.其中hifi（高保真）音箱领域是社会需求最大，研究最为深入的领域。产生了以箱体谐振理论为主的多种学说，基于这些学说，人们不断改进，设计制作了不同保真度的音箱。音箱售价从数千元至千万元不等。为了达到真正保真目的，音响界一直在不断地追求与改进。
4.鉴于使用箱体所导致的先天性缺陷，近年来世界顶级音响制造商丹麦尊宝，借助双低频扬声器镜像补偿技术，开发了一款无箱体(jamo r909)音箱，这是首款真正意义上的hifi（高保真）装置。我国在2011年也产生了一项立足于低频补偿的附加多媒体无箱体音箱（申请号：201110378048.2）。
5.现有消声和半消声式音箱从理论上讲并不是保真音箱，而是半波音箱或过半波音箱，即中、低频振动有一半振幅是被音箱完全或部分挡住或吸收掉的，频率越低，损失越严重。因此，其非保真性显而易见，主要有四点。
6.其一、如上所述，前述音箱只利用了扬声器振膜振幅的半量或过小半量，波形必然被压缩改变，存在先天性基波波形减半失真和高次谐波削弱问题，尤其是高次谐波的衰减，导致同基波音色趋同，音箱解析能力下降，在重放交响乐类大部制作品时严重缺乏现场感，虽然人耳很难辨识并且对此已经习惯。这就是人们很容易区分发自自然与发自音箱等电声设备声音的原因。
7.其二、声波在半消音音箱内受到箱体谐振、振动混合、呼吸效应、驻波延时等各种调制，由扬声器振膜发出的不同频率的中、低频声波已到干扰与调制，总体频率响应曲线与扬声器系统的频率响应曲线产生了很大差别，尤其是低频驻波的干扰，任何高保真音箱都无法避免特定频率段的隆隆箱音。实际上，除高频扬声器发出的声波不进入音箱之外，所有进入音箱的中低频声波都受到音箱的调制，音箱重放的声音一定是原声与箱声的加合物。因此才有所谓不同风格的所谓高级hifi音箱，从理论上讲，有风格或特点的高端音箱并不是高hifi（高保真）音箱，而是具有特殊箱染的音箱。
8.其三、也是最关键的一点，因为人耳对低频声音较不敏感，存在等响度现象，频率越低，所需能量越大，扬声器振膜振幅很大，会引起体积固定的箱体内产生气压变化，气压的变化反向作用于振膜，限制振膜振幅，使低频音量进一步减弱，因此所有音箱设计都针对
改善中低频音质而进行。低频下潜，即瞬态低频响度和最低频率响应是高级hifi音箱的关键指标。目前的解决方案包括使用多低音扬声器和在功放机上增加低频补偿等方案解决。产生低频压缩和使用大体积音箱的根本原因是由于受扬声器振膜的不透气性误导，理论界并没有注意到声压与气压在概念与原理上的区别，一直处于设计误区。声波振动是空气粒子的原位振动，而不是空气的流动，并不产生气压变化。
9.其四：为了消除驻波干扰，大量使用吸音材料，使扬声器系统的电-声转换功率损失严重，通常不仅需要通过加装双或多低音扬声器进行补偿，同时对功放机的输出功率和低频补偿提出更高要求。
10.其五、箱体设计极为复杂，箱体过大会使系统音染过重，箱体过小则由于弹簧效应加剧扬声器中低频振幅压缩，低频补偿要求更高。箱体结构设计、材料选择已经形成了复杂而庞大的理论体系。
11.其六、由于箱体尺寸设计太大、用料太厚、结构复杂及材质选择十分讲究等方面的原因，高保真（hifi）音箱成本太高，价格十分昂贵。


技术实现要素：

12.本实用新型的目的在于提供一种无声染全功倒相hifi音箱，它具有高保真、成本低、体积小的特点。
13.为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：
14.一种无声染全功倒相hifi音箱，包括扬声器、倒相反射管、声波聚焦反射器和声波导向管，所述倒相反射管内的空腔为圆台状反射腔，所述圆台状反射腔用以封闭与收集镜像声波能量并将镜像声波投射到声波聚焦反射器的反射面上；所述声波聚焦反射器用以将镜像声波倒相后聚焦定向投射到声波导向管中，所述声波导向管用以将倒相声波导出到倒相反射管外；所述扬声器安装在倒相反射管上的圆台状反射腔的大径端，声波聚焦反射器设在圆台状反射腔的小径端，声波导向管的声波入口端设在靠近声波聚焦反射器的反射声波焦点的位置，声波导向管穿越圆台状反射腔中的侧壁孔伸出到倒相反射管外，并且声波导向管的声波出口端的开口方向与声波导向管的声波入口端的开口方向向反；所述声波导向管的声波出口端的开口方向与扬声器的正面方向一致。
15.进一步地，所述圆台状反射腔的圆台倾角为3
°
～15
°
。
16.进一步地，所述圆台状反射腔的大径端直径与扬声器的振膜直径相同，所述圆台状反射腔的长度为扬声器厚度的2～3倍。
17.进一步地，所述倒相反射管上设有侧向环壁空气出入孔，所述侧向空气出入孔靠近圆台状反射腔的小径端且外部连通，
18.进一步地，所述侧向空气出入孔设有多个，多个侧向空气出入孔沿圆台状反射腔的环壁均匀分布，所有侧向空气出入孔的面积总和占侧向空气出入孔所在处的圆台状反射腔横截面积的10%。
19.进一步地，所述声波聚焦反射器的反射面形状为内抛物线反射面或内半球形反射面。
20.进一步地，所述内半球形反射面的平面投影直径与声波聚焦反射器安装处的圆台状反射腔的直径相同。
21.进一步地，所述声波导向管的声波入口端为圆形，声波聚焦反射器的反射声波焦点位于声波导向管内且与声波入口端端面中心的距离为声波导向管半径长度。
22.进一步地，所述倒相反射管是由工程塑料、硬木、金属或石材制成，所述圆台状反射腔的内壁面为光洁面。
23.进一步地，所述声波聚焦反射器是由硬木、工程塑料、黄铜或不锈钢制成，所述声波聚焦反射器的反射面为光洁面。
24.本实用新型的有益效果在于：
25.本专利技术对以往被消音和半消音的镜像声波、声能进行全功倒相，与扬声器正面声波加合，最大限度还原波形和利用声能，消除振幅减半失真，使声音重放系统只服从或反映分频器-扬声器特性，即扬声器的频率响应特征，音量增大尽量接近一倍。该技术适用于绝大部分使用任何口径扬声器的室内声音重放装置，包括hifi音箱以及收音机、多媒体音箱等，大幅度改善音质。
26.本专利与最好的现行技术，即丹麦尊宝的无箱体(jamo r909)音箱相比，其优点是在效果十分接近的前提下，原理十分简单明了，结构极为简单，制造成本要低3至5个数量级。即便比起现行主流顶级音箱，在音响效果完全超越的前提下，制造成本也有数量级差别，寻常百姓享有顶级高保真音箱的时代已经来临。
27.本专利还有一个普通消费者看得见的优点：在喇叭口径相同时，本实用新型的新型音箱体积不足传统音箱的1/2，同时，新型小口径音箱的听音量感赶上和超过向上两个口径规格的音箱，如六寸半音箱的听感超过传统8寸、十寸音箱，即音箱在居家摆设中将不再是一个庞大设备。
28.采用了本专利技术，使音箱壳体不再具有声学功能，只具备外壳和装饰作用，可以进行各种外观设计。
附图说明
29.利用附图对本实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图：
30.图1为本实用新型的结构示意图；
31.图2为图1所示沿a-a线的剖视图。
32.图中：1、扬声器；2、倒相反射管；3、声波聚焦反射器；4、声波导向管；5、圆台状反射腔；6、声波入口端；7、声波出口端；8、侧向空气出入孔。
具体实施方式
33.为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
34.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上表面”、“下表面”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“正转”、“反转”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的
方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
35.如图1、2所示，一种无声染全功倒相hifi音箱，包括扬声器1、倒相反射管2、声波聚焦反射器3和声波导向管4，所述倒相反射管2的外表面结构可以为圆形结构或方形结构，本实施例采用的是圆形结构，倒相反射管2内的空腔为圆台状反射腔5，所述扬声器1安装在倒相反射管2上的圆台状反射腔5的大径端，声波聚焦反射器3设在圆台状反射腔5的小径端，声波导向管4的声波入口端6设在靠近声波聚焦反射器3的反射声波焦点的位置，声波导向管4的声波出口端7穿越圆台状反射腔5中的侧壁孔伸出到倒相反射管2外，并且声波导向管4的声波出口端7的开口方向与声波导向管4的声波入口端6的开口方向向反；所述声波导向管的声波出口端7的开口方向与扬声器1的正面方向一致。
36.所述倒相反射管2采用刚性较强、表面光滑的材料即可，如工程塑料、硬木、金属和石材等，密度越大越好。圆台状反射腔5的内壁面为光洁面。所述圆台状反射腔5用以消除声波短路，封闭与收集镜像声波能量，进行声波-气流分离，为加强腔内声压，反射腔的体积理论上越小越好，以使倒相管输出的倒相声压接近扬声器正面相对声压，即振幅相近且互为推挽，恢复输入声波形态与振幅，消除基波缩幅和高次谐波衰减。为避免声波异向扩散和驻波效应，将该反射腔设计为圆台状的结构；所述圆台状反射腔的圆台倾角为3
°
～15
°
，所述圆台状反射腔的大径端直径与扬声器的振膜直径相同，所述圆台状反射腔的长度为扬声器厚度的2～3倍。本专利的反射腔总体积不足传统音箱理论体积的四分之一，这为大幅度减小音箱体积提供了理论依据。
37.倒相反射管2用以封闭与收集镜像声波能量并将镜像声波导入到声波聚焦反射器的反射面上，所述声波聚焦反射器用以将镜像声波倒相并聚焦定向投射到声波导向管中，以提高能量密度，防止声波径向扩散，对镜像声波的全功倒相聚焦，消除波形失真和减少声能损失。所述声波聚焦反射器的反射面形状为内抛物线反射面或内半球形反射面。也可设计成简易的平面反射面。采用内半球形反射面为最佳，所述内半球形反射面的直径与声波聚焦反射器安装处的圆台状反射腔的直径相同。声波聚焦反射器的反射面应尽量光滑，最好作抛光处理，材料可以与倒相反射管2相同，采用硬木、工程塑料等材料，也可以改用反射性能较好的材料，如黄铜或不锈钢制作。
38.所述声波导向管，用以将倒相声波导出到倒相反射管外，以实现低频镜像声波的补偿。所述声波导向管的声波入口端为圆形，声波聚焦反射器的反射声波焦点位于声波导向管内且与声波入口端端面中心的距离为声波导向管半径长度。声波导向管不仅具有倒相的作用，而且由于声波导向管4的声波出口端7的开口方向与声波导向管4的声波入口端6的开口方向向反，还具有导向的作用。
39.倒相反射管2上设有侧向空气出入孔8，使声波与腔体气压分离，解决了传统音箱技术中扬声器振膜因箱体气压变动产生的反相机械阻抗，低频振幅受限的问题。所述侧向空气出入孔8靠近圆台状反射腔5的小径端且与圆台状反射腔5连通，所述侧向空气出入孔8设有多个，多个侧向空气出入孔沿圆台状反射腔的环壁均匀分布，所有侧向空气出入孔的面积总和占侧向空气出入孔所在处的圆台状反射腔横截面积的10%。
40.侧向空气出入孔8具有声波和腔体变化气压的分离和气压波动缓冲或滤除功能，
使本专利产生类似无限大障板或超大音箱的效果，消除呼吸效应，一是保证了振膜的自由振动，二是防止空气在声波导向管中高速流动产生风声污染。
41.应当指出的是，在本实用新型中，镜像声能是被高效利用的，因此，中低频不会发生衰减。事实上，与传统音箱相比，除了低频声音出现非常可贵的高度解析现象之外，成品“音箱”的低频端音量接近甚至超过传统高保真（hifi）半消音音箱音量的两倍，产生了极佳的动态效果。
42.本实用新型的技术特点：
43.第一、采用了有限体积全功镜像声波聚焦倒相的技术，对以往被消音和半消音的镜像声波、声能进行全功倒相，与扬声器正面声波加合，最大限度还原波形和利用声能，消除振幅减半失真，使声音重放系统只服从或反映分频器-扬声器特性，即扬声器的频率响应特征，中低频声音音量增大尽量接近一倍。
44.第二、废除箱体的声学调音功能，箱体只具有设备外壳和装饰意义，不使用吸声材料，从而消除各种音箱调制带来的箱染与声能损耗，高度还原信号源音质，大幅度减小“音箱”体积，实现真正高保真。
45.第三、采用镜像声波倒相技术将声波与气压变化分离、滤除气压变化，保障扬声器振膜依按照音圈驱动自由振动，获得最大振幅。
46.此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。