专利名称：具有流线型倒相管的音箱的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及音响设备，特别是涉及具有流线型倒相管的音箱。
当前，倒相式音箱由于效率高和抑制喇叭谐振点失真而获得广泛的应用。音箱箱体的谐振频率由箱体体积和倒相孔面积所决定，箱体越大，倒相孔面积越小，则谐振频率越低。然而，由于声功率的大小与物体的振动面积成正比，与振动速度的平方成正比，同时，倒相式音箱在谐振时，声功率主要由倒相孔辐射，亦即，倒相式音箱的效率是与倒相孔的面积有关的，如要发挥最大效率，倒相孔的面积需大至约等于扬声器纸盆的有效面积。在这样的情况下，如欲保持箱体的谐振频率不变，只能增大箱体体积，于是导致成本和所占空间都增加，此外，音箱的谐振频率和倒相孔内空气质量密切相关，若空气质量增加，谐振频率就下降。因此，加厚倒相孔的边缘厚度或是在孔上加装一个套筒，便可显著地减小音箱体积而保持谐振频率不变。综上所述，于是使形成了目前常规使用的圆柱形倒相管。这种倒相管的截面积可小于纸盆的有效面积，并且配置这种倒相管的音箱体积可做得较小巧，在此情况下仍能保持适当的谐振频率。然而，截面积小于纸盆有效面积的圆柱形倒相管会引起倒相孔内空气流速增大，使气体摩擦损失增大，从而使低频端的效率降低，即低频端声压下降。并且，这种倒相管还会因进出音箱的气流阻力系数不相等而引起二次谐波失真。这可从流体力学的观点分析得知。
气流进出音箱时受到的阻力包括在倒相管两端分别受到的局部阻力和沿程阻力，后者由于管体一般较短而可以忽略。气流阻力损失的经验公式如下
△P＝∑
(υ2ρ)/2其中
－局部阻力系数υ－气流速度ρ－气流容重而 (υ2ρ)/2 称为动压。
2当气流从音箱外流入音箱内时，在外侧看来，属于圆柱形外管嘴出流，查流体力学手册，可得到气流在倒相管入口端的局部阻力系数为
1－1＝0.5，而在倒相管内侧看来，气流则是经过一圆柱形喷口而进入音箱，在倒相管的气流出口端的
1－2＝1。于是气流流入音箱时的阻力系数
1＝
1－1＋
1－2＝1.5。
再看气流从音箱内流至音箱外的情况。在内侧看来，该气流在倒相管的气流入口端属于流体力学上的伸入管嘴出流，此时的局部阻力系数
2－1随着倒相管壁厚的增加而减小，其变化范围为
2－1＝0.5－1.0。各种倒相管的壁厚情况较复杂，估计一般为使
2－1＝0.7－0.8。在倒相管外侧，气流仍可视作经过一圆柱形喷口而流出音箱，所以在倒相管的气流出口端阻力系数
2－2＝1。于是气流流出音箱时的阻力系数
2＝
2－1＋
2－2＝1.7－1.8。
由此可见，气流经圆柱形倒相管后流入和流出音箱时的阻力系数是不同的，这就使得气体流入和流出的流速不等，从而使声辐射不等，产生二次谐波失真。此外，由于流速不等，流入的多，流出的少，使音箱内空气增加，纸盆偏离原位而外凸，导致失真增加。
于是，本实用新型的目的在于为倒相式音箱设计一种倒相管，它使经过它而进出音箱的气流阻力系数相等并尽可能减小，从而有效地防止二次和三次谐波的失真和低频率端的效率降低，提高低频声功率，从而有效地提高音质。
本实用新型是这样来实现的在一个包括箱体，扬声器和倒相管的音箱里，使倒相管的中间管体部分呈空心圆柱体形，而其两端则呈两个相同的渐扩口或称喇叭口，从而使倒相管形成一流线型管，该渐扩口的内表面母线一般为曲率半径R是在0.05D≤R≤D之间的一个定值的圆弧线，其中D为管体部分的直径，或者，该渐扩口的内表面母线是曲率半径连续变化的弧线，作为一种特例，它也可以是一直线，即其曲率半径无限大，它与倒相管轴线的夹角α为10°≤α≤60°。这种流线型倒相管可以使气流的阻力系数减小，并且，气流流进倒相管的阻力系数
1′，等于气流流出倒相管的阻力系数
2′，因此，与圆柱形倒相管比较，在阻力损失相等的情况下，其流速便增大。根据声学理论，声功率大小与振动速度，在此也即流速的平方成正比，于是声功率便可以增大。对于圆柱形倒相管音箱来说，要达到同样的声功率，只有增大倒相管的截面积，与此同时，要保持谐振频率不变，只能进而增大音箱体积，这样就增加了成本和所占空间。并且，倒相管的瞬态特性随着倒相管内空气质量的增加而变劣，因此，在相同的频率特性下，即使不计成本，用增大音箱体积和倒相管截面积的方法来使圆柱形倒相管的音箱和本实用新型流线型倒相管的音箱声功率相等，瞬态特性也是后者好。
此外，流线型倒相管对于音箱的外形还具有装饰作用。
以下结合附图对本实用新型具有流线型倒相管的音箱加以详细描述，特别是对其流线型倒相管与常规的圆柱形倒相管的结构从流体力学的观点作分析比较，从而显现本实用新型的优点和效果。
图1是已有技术倒相管呈空心圆柱体形的倒相式音箱的结构示意图。
图2是气流从图1的音箱外流入音箱内时在圆柱形倒相管的气流入口端圆柱形外管嘴出流的示意图。
图3是气流从图1的音箱内流出音箱外时在圆柱形倒相管的气流入口端圆柱形伸入管嘴出流的示意图。
图4是本实用新型具有流线型倒相管的音箱的结构示意图。
图5是图4的B向视图。
图6是气流从图4的音箱外流入音箱内时在流线型倒相管的气流入口端流线型外管嘴出流的示意图。
图7是气流从图4的音箱内流出音箱外时在流线型倒相管的气流入口端流线型伸入管嘴出流的示意图。
图8为流线型倒相管的气流阻力系数随管端部分的曲率半径与管体部分的直径之比值变化的关系曲线。
图9为本实用新型中的流线型倒相管的一个实施例，它显示了沿倒相管轴向的剖视图。
图10是图9的沿B－B线剖视图。
图11是本实用新型中的流线型倒相管的另一个实施例，它显示了沿倒相管轴向的剖视图。
图12是图10的沿C－C线的剖视图。
在下面的描述中，为了简便起见，相同的构件均用相同的参考号表示。
参见图1，倒相式音箱一般由箱体1、扬声器2和倒相管组成。在已有技术中，倒相管为空心圆柱体形倒相管13。当气流从音箱外流入音箱内时，从外侧看来，如图2所示，属于圆柱形外管嘴出流。气流从周围会聚进入倒相管13，流束在进入位于箱体壁上的倒相管第一管端15a后先发生收缩，然后再逐渐扩大，即气流在作为入口端的第一管端形成较大的涡流损失，查表可得此处局部阻力系数为
1－1＝0.5。气流经过倒相管13后由其位于音箱内的第二管端15b流出而进入音箱，从音箱的内侧看来，气流出口端即第二管端15b是个圆柱形喷口，气流在此的阻力损失主要是动压损失，其局部阻力系数为
1－2＝1，在不考虑气流沿程阻力的情况下，气流流入音箱的阻力系数便为
1＝
1－1＋
1－2＝1.5。
当气流从音箱内流出音箱外时，先在倒相管13作为气流入口端的第二管端15b处作伸入管嘴出流。如果倒相管壁极厚，则与图2的情况相同，此处的局部阻力系数为
2－1＝0.5，反之，如果倒相管壁极薄而趋于零，如图3所示，则
2－1＝1，即涡流损失很大。也就是说，局部阻力系数随壁厚的增加而减小，对于实际的壁厚，
2－1＝0.7－0.8，气流经过倒相管后由其位于箱体壁上的第一端口15a流出音箱时，该气流出口端即倒相管第一管端是个圆柱形喷口，气流在此的阻力损失主要是动压损失，此处的局部阻力系数
2－2＝1，在同样不考虑气流沿程阻力的情况下，气流流入音箱的阻力系数
2＝
2－1＋
2－2＝1.7－1.8。
由此可见，气流流进和流出具有圆柱形倒相管的音箱时的阻力系数是不等的。这是导致二次谐波失真的一个原因。
参见图4和图5，本实用新型的倒相式音箱同样包括箱体1、扬声器2和倒相管，其改进在于，该倒相管是一种流线型倒相管3，它由中间的管体部分4和其两端的两个相同的渐扩口4a和4b组成。设位于箱体壁上的渐扩口4a为第一渐扩口，位于箱体内的渐扩口5b为第二渐扩口，管体部分4呈空心圆柱体形，其内径为D。对于这种流线型的倒相管而言，气流从外界经过其第一渐扩口5a流入倒相管3的流线如图6所示，而气流从音箱内经其第二渐扩口4b流入倒相管3的流线如图7所示，它们所分别对应的局部阻力系数
1－1′和
2－1′均随该处渐扩口的曲率半径R与管体部分4的内径之比值的不同而变化，其变化曲线如图8的曲线Ⅰ和Ⅱ所示。从曲线Ⅰ和Ⅱ可见，当R／D≥0.2时， 1－1′和 2－1′均趋近于0.03。可见它们的涡流损失很小。而气流从倒相管3内经其第二渐扩口5b流入音箱时的局部阻力系数 1－2′和气流从倒相管3内经其第一渐扩口4a流出的局部阻力系数 2－2′均仍为1。于是气流流入箱体的阻力系数为 1′＝ 1－1′＋ 1－2′＝1.03，气流流出箱体的阻力系数为 2′＝ 2－1′＋ 2－2′＝1.03，两者相等。从而使气流进出时流速相等。另一方面，与圆柱形倒相管相比，气流的流速可因阻力系数的减小而增加。在阻力损失相同的情况下，流速的增加至少为 ＝ ＝1.207。根据声学理论，声功率大小与振动速度即流速的平方成正比，所以与圆柱形音箱相比，声功率增加△Q＝10 1g(1.207)2＝1.6dB本实用新型还可减小三次谐波失真。根据流体力学理论，局部阻力系数在流速很小的时候其值可能减小，对圆柱形倒相管来说，它的 1－1和 2－1在很低流速时将小于0.5和0.7－0.8，然而 1－2和 2－2由于是动压损失还是为1，因此圆柱形倒相管在流速很小时∑ 偏离常数，这就产生三次谐波失真。而本实用新型的倒相管入口局部阻力系数仅为0.03，接近于0。出口由于动压损失， 1－2′＝ 2－2′＝1，它不论流速大小 1′和 2′都接近于1，线性很好，因此不会产生三次谐波失真。
由此可见，本实用新型流线型倒相管的音箱既减小了二次和三次谐波的失真，又增加了低频声功率，从而有效地提高了音质。
图9为本实用新型的倒相式音箱的流线型倒相管的一个具体实施例，它是沿倒相管的纵轴作倒相管的剖视图得到的。图10是图9的沿B－B线剖视图。渐扩口5a和5b的内表面母线6a和6b为弧线，它们与管体部分4的内表面母线7组成连续的流线形曲线，其中弧线6a和6b可以是曲率半径为定值R的圆弧线，R可取0.05D≤R≤D。而该圆弧线的长度最好取以其曲率半径R为半径所作的圆的周长之1／4，如图9所示。然而上述弧线6a、6b也可以是曲率半径连续变化的曲线，如双曲线、椭圆线等。
作为一种特例，本实用新型的倒相式音箱两个相同的渐扩口的内表面母线也可以是曲率半径无限大的直线6c、6d，亦即，倒相管3的两个渐扩口的内表面形成截锥体。如图11所示，图11是该种倒相管沿其轴线的纵剖面图，而图12是图11的沿C－C线剖视图，其渐扩口内表面的母线6c、6d与其轴线的夹角α一般取20°≤α≤60°，而母线6c和6d的长度1宜取0.2D≤1≤1.5D。这种倒相管加工较前一种渐扩口的母线呈弧形的倒相管简单，但效果稍差。
权利要求1.一种包括箱体1、扬声器2和倒相管3的倒相式音箱，其特征在于，上述倒相管3包括中间的空心圆柱形的管体部分4和其两端的两个相等的渐扩口5a和5b。
2.按照权利要求1所述的倒相式音箱，其特征在于，上述渐扩口5a、5b内表面的母线为弧线6a、6b，弧线6a和6b是曲率半径为定值R的圆弧线，R取0.05 D≤R≤D，其中，D为管体部分4的内径。
3.按照权利要求2所述的倒相式音箱，其特征在于，上述圆弧线6a和6b的长度为以其曲率半径为半径的圆周长的1／4。
4.按照权利要求1所述的倒相式音箱，其特征在于，上述渐扩口5a、5b内表面的母线为弧线6a、6b，弧线6a、6b是曲率半径连续变化的曲线。
5.按照权利要求1所述的倒相式音箱，其特征在于，上述渐扩口5a、5b内表面的母线为直线6c、6d，其与倒相管3轴线的夹角为α，α取20°≤α≤60°。
6.按照权利要求5所述的倒相式音箱，其特征在于，上述渐扩口的母线6c、6d的长度为1，0.2D≤1≤1.5D，其中D为管体部分4的内径。
专利摘要本实用新型提供了一种具有流线型倒相管的音箱，它克服了现有空心圆柱体形倒相管造成的气流进出音箱的阻力系数不等产生的二次和三次谐波失真以及流速不同造成的箱内空气渐增而使扬声器纸盆偏移造成的失真加大，它通过使现有倒相管两端形成对称的渐扩口而使进出气流的阻力系数相等并减小，故可减小二次和三次谐波失真，并在电功率和箱体积、倒相管截面积不变的情况下增加流速以达到低频声功率的增加，因而有利地提高了音质。
文档编号H04R1/20GK2060273SQ89217599
公开日1990年8月8日 申请日期1989年9月30日 优先权日1989年9月30日
发明者赵仁伟 申请人:赵仁伟