专利名称：带通低音扬声器和方法
技术领域：
本发明涉及一种带通低音扬声器和配置这种扬声器的方法，尤其涉及这样一种扬声器和方法，它被优化成非常小的尺寸，但效率损失较小。
背景技术：
带通型低音扬声器已经大体上被接受了，并且作为一种从较小的箱体内以良好的效率产生适量的低音的装置已经变得有些流行了。然而，使这类低音扬声器受到重视花费了很长时间。
带通低音扬声器的基本思想自本世纪前期就已知了。甚至在1934年授予A.D’Alton的美国专利No.1,969,704中已经讨论了双孔带通音箱(诸如Bose公司生产的初期产品AM-5)。但一直到20世纪70年代，在Thiele和Small开展的工作之后，都没有对带通型低音扬声器真正关注过。在A.N.Thiele的“开孔音箱内的扬声器”一文中阐述了它们的工作概要，一组连载文章出现在音响工程协会会刊第19卷(1971年5月)第382-392页以及Richard H.Small的“开孔音箱的扬声器系统”上，还有一组连载文章出现在音响工程协会会刊上。此后，Louise Fincham于1979年5月15-18日在洛杉矶向音响工程协会的大会推荐了一篇论文，名称为带通扬声器箱，这篇论文提出了一种较好的基本原理来分析带通系统响应特性。自那时起，出现了众多的论文和文章在一定深度上讨论了这一主题。在这些论文中值得注意的是Earl Geddes和David Fawcett在1986年11月12-16日在洛杉矶召开的音响工程协会大会上发表的一篇非常详细的论文，题名为带通扬声器箱。Geddes和Fawcett的论文讨论了第四至第八阶带通系统的解决方案。
如上所述，有了适当的理论工具，强大的个人计算机和工作站可以分析和确定复杂的带通低音扬声器设计。然而，这些系统与标准开孔或者声学支撑(acoustic suspension)设计相比，其固有的高成本和窄带宽限制了它们的吸引力，一直到20世纪80年代后期，三件式或者次低音扬声器卫星(satellite)系统才流行起来。这些新的次低音扬声器卫星系统的吸引力主要来自体积小以及卫星扬声器的效用。带通次低音扬声器完美地补偿了这些小卫星扬声器，在该带通次低音扬声器中，它是较密致的次低音扬声器，具有尖锐的高频截止，使次低音扬声器的可定位性最小。由于部分流行3件式系统，近年来，已经看到了基本带通方案的多种变化。这些变化包括双开孔系统，两腔体直接向外界空间开孔；内双开孔系统，它的第二个腔开孔到第一个腔内，而第一个腔开孔向外；三腔体系统，其两个腔体共用一个驱动单元，后者被开孔朝向第三个腔，而第三个腔开孔向外。
虽然人们对这些新的变化感兴趣，而且它具有潜力，但最近的研究和实验表明基本的单开孔带通低音扬声器的潜力还未完全得到开发。另外，单开孔带通系统的单端声学性质使它具有显著的优点，在两个方面超过了双开孔带通和通常的开孔低音扬声器系统，即受益于室内增益，并对室内布置的敏感性减小。另外，家庭影院系统的持续流行使自供电次低音扬声器为高质量家庭系统实际的需求。然而，市场研究显示，事实上，所有购买自供电次低音扬声器的客户都喜欢它们做得更小。设计放大器和低音扬声器系统的机会提供了令人感兴趣的可能性，它可以对次低音扬声器中的体积与效率问题重新进行评估。尤其是，为获得稍大功率放大器而产生的成本差完全可以由箱体体积减小节省的费用所抵消。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种带通型低音扬声器系统，它被调谐成在小箱体容积内工作。
本发明的又一个目的在于提供这样一种带通型低音扬声器系统，其中，小箱体容积仅涉及了适中的效率损耗。
本发明的再一个目的在于提供这样一种带通型低音扬声器系统，在该系统中引入了新颖的通孔几何形状，可以实际实现要求开孔的扬声器调谐，在较小的空间内具有较大的声学质量。
简言之，根据本发明的一个实施例，带通低音扬声器系统包括一个箱体，它具有一个隔板把它分成第一腔和第二腔。第一腔密闭，第二腔具有一个无源辐射元件和与箱外空气相通的开孔或气孔。在隔板上安装一个驱动器，它是一种换能器，具有一个有前后侧的振动膜。限定调谐比，建立多个变量之间的关系，这些变量包括驱动器的运动质量、第一密闭腔内驱动器的共振频率、驱动器的声学运动质量、驱动器支撑和第一密闭腔的声学顺从性、驱动器动圈的声阻、无源辐射元件或者开孔的声学质量，以及具有无源辐射开孔的第二腔的声学顺从性。通过调节这些变量的值，使调谐系数保持在根据经验确定的值内，实现平坦响应、带宽与效率之间良好的关系。意外的是，根据本发明已经发现，用高于正常运动质量和B1乘积的驱动器在非常小的箱体容积内得到了一种可以接受的带通低音扬声器系统。
根据带通低音扬声器系统的一个实施例，用一个新颖的无源辐射开孔几何形状使开孔尺寸最小，并减小听得到的声扰动。
本发明的其它目的和优点将从附图结合下面的详细描述变得明了。
附图概述
图1是表示单开孔带通低音扬声器系统的模拟声学电路图。
图2是使用如以前构成的单个10英寸驱动器的典型的单开孔带通低音扬声器系统的频率响应曲线图。
图3是根据本发明的带通低音扬声器系统的频率响应曲线，在该系统中，系统变量之间的调谐比限制在预定值范围内，这导致了箱体容积仅为图2系统一小部分的系统的响应曲线等同于图2系统的响应曲线。
图4是根据本发明在该箱体内使用两个驱动器的带通低音扬声器系统的剖面图。
图5是根据本发明的一个方面的次低音扬声器/卫星系统的框图。
图6是计算得到的图4所示系统的响应曲线图。
图7是测得的图4系统的响应曲线图，它是在一间大的地平面测量室内让话筒非常靠近开孔而测得的。
本发明的实施方式请参考共同待批专利申请No.07/764,335，它是1992年9月30日以“具有成对面对面驱动器的带通次低音扬声器”提出的发明申请。此处援引该共同待批专利申请所揭示的内容，以作参考。根据在该专利申请中描述的发明，用在较小密闭箱内具有极大运动质量的驱动器构成小型的高效带通低音扬声器。这些驱动器以这样的方式连接，以给出不寻常的高B1乘积来控制高的运动质量。这实际上产生了可以描述成过阻尼电动机系统连接到一个欠阻尼机械和声学系统的说法。这种组合结果得到了适当阻尼的系统，其中用高运动质量来减小密闭腔的体积，否则在该密闭腔内需要给定的驱动器共振频率。
在根据上面参考的共同待批专利申请中描述的内容进行的另外研究和开发工作中，已经发现可以为单开孔带通系统规定一系列控制变量之间的内部关系的调谐比。如果调谐比保持在根据经验确定的值的范围内，则可以获得具有非常理想的特性的一组低音扬声器调谐。这些理想的特性包括用于给定低频扩展的体积非常小的箱体、用于给定动态范围的体积非常小的箱体、高的效率与带宽比、需要时易于控制响应曲线的斜率的平坦响应，以及在体积和效率之间易于选择的折衷。
正如任何一种声学设备一样，可以画出模拟或者等效的电路图来表示系统的声学性能。图1是这种模拟的等效电路图，它表示了单开孔带通低音扬声器系统。在图1中，Pg指声压发生器，它基本上表示了把进入系统的电功率转变成声压。至于图1所示的其它元件，R0为驱动器音圈电阻的声学表示符号，RAS是驱动器机械损耗的声学表示符号，MAS表示了驱动器声学运动质量和它向周围推动的空气质量，CAS是驱动器支撑劲度的声学表示符号。表示成CA1和CA2的表示符号分别是密闭腔和开孔腔内空气劲度的表示符号。最后，MAP2是开孔或气孔内的声学质量空气声学表示符号。
此处所用的声学分量标志对于那些本技术领域的熟练人员以及研究声学模拟电路的人来说应当是熟悉的。为了定义这些变量和计算分量声学值的公式，可以参考“声学”一书，Leo L.Beranek；Mass Institute Technology；BoltBeranek Newman Inc.；Cambridge Mass.；McGraw Hill Book Co.1954。
在图1的等效电路中，通过分析电路可以计算出声学响应，它与流过等效电感MAP2(开孔的声学质量)的电流乘以频率成正比。
对图1电路的分析得到了下面系统相对于Pref＝0dBSPL(声压级)的以dBSPL(声压级)计的声学响应的公式，其中Pref定义成2×10-5牛顿.平方米-2(1)----Pn=20log[|1Pref·ckA(sn)2B·(sn)4+C·(sn)3+D·(sn)+E·sn+1|]]]>其中c＝344.8m.sec-1ρ＝1.18kg.m-3k＝li(ρ)(c/2πr)，其中r是从测量话筒到声源的距离sn＝离散频率的合成阵列对图1电路和多项式(1)(参见上面引用的Geddes和Fawcett撰写的名为“带通扬声器箱”的论文)进一步的数学分析得到下面的公式(1)的多项式系数这些系数为A＝CAT·[Eg·B1/((Rg+Re)·Sd)]B＝CAT·MAS·CA2·MAP2C＝CA2·MAP2·CAT·(R0+RAS)D＝CA2·MAP2+CAT·MAP2+CAT·MASE＝CAT·(R0+RAS)下面的变量将在全文中使用，它们对于本技术的熟练人员来说是熟悉的。(参见上面引用的Beranek的“声学”)Eg＝放大器输出电压Rg＝放大器源电压B1＝驱动电动机力因数Re＝驱动器音圈直流电阻Sd＝驱动器圆锥面积Mmd＝驱动器运动质量，以千克为单位Cms＝驱动器支撑顺从性Rms＝驱动器的机械损耗V1＝密闭腔的容积V2＝开孔腔的容积Sp2＝开孔的截面积t2＝开孔的长度fs＝驱动器的大气共振频率fc＝驱动器在密闭腔内的共振频率fp＝开孔质量对气孔腔的共振频率CAT＝驱动器支撑和密闭腔的组合声学顺从性MAS＝驱动器的声学运动质量RAS＝驱动器的声学机械损耗CA2＝气孔腔的声学顺从性MAP2＝气孔的声学质量R0＝音圈的声阻，定义成R0＝[(B12/Sd2)/(Rg+Re)]根据本发明，基于实验和观察，带通单气孔低音扬声器的三种调谐比的定义如下(2)----Qmc=Mmd·fckg·sec-1]]>(3)----Qtc=(MASCAT)5·1R0]]>(4)----Qtp=(MAP2CA2)5·1R0]]>公式(2)至(4)所定义的所有这些调谐比都是不寻常的，且是不明显的，其中，它们都除去了所有机械损耗。例如，该技术领域的熟练人员在定义单气孔低音扬声器的“品质因数”时一般使用称为系统总Q或Qt的量。Qt一般如下计算(5)----Qt=(MASCAT)5·1R0+RAS]]>其中RAS为驱动器内的机械损耗。
除了去除了RAS之外，根据本发明以及在公式(3)定义的调谐比Qtc是类似的。Qtp除了使用了气孔腔质量和顺从性的声学值代替密闭腔的驱动器运动质量和顺从性之外是相同的。Qmc主要是获取运动质量对密闭的腔体容积的比值，它对1个机械欧姆(1kg/sec)进行归一化。
实验发现，当Qtc＝1.0，Qtp＝1.0以及fc＝fp时，在单气孔低音扬声器的变量之间存在良好的关系，实现了平坦的响应、良好的带宽和效率。具体地说，在响应曲线上，对于3dB的下降点，带宽约为1.5个倍频程。
还发现，根据本发明的、并且系统变量之间具有根据本发明的适当关系的单气孔带通系统可以完全通过指定或者选择Qtc、Qtp、Qmc、fc、fp、Sd、Cms以及Re值来确定。给出这些变量，余下的系统参数B1、Mmd、V1、V2以及MAP2都根据本发明的原理用上面定义的调谐比来确定。而且，还确定完全可以用调谐比Qmc本身来确定对给定调谐频率fc的尺寸与效率的折衷值。
现在结合图2和图3来解释一种方法，在这种方法中，可以用调谐比以及本发明教授的内容来确定单气孔带通低音扬声器诸变量之间的关系。首先，参见图2，图2示出了该技术领域已知的单气孔带通扬声器系统的一个典型例子的频率响应曲线。在图2中示出其响应曲线的例子在单气孔箱体内使用了单个10英寸的驱动器，其参数如下驱动器B1＝6.755weber.m-1Cms＝.00510m.newton-1Sd＝.035m2Re＝4ohmMmd＝.030kgfs＝38.363HzRms＝1.707kg.sec-1fc＝50.001Hz
开孔机箱Sp2＝14in2(密闭)V1＝3.731ft3t2＝6.212in (气孔)V2＝1.69ft3fp＝49.997Hz上面设置并用来实现图2响应的驱动器参数是这种尺寸的驱动单元的典型参数，对于该技术领域的熟练人员来说，这是明显的。虽然这种结构似乎得到了如图2所示的所希望的响应曲线，但机箱总尺寸超过5.4立方英尺说明有严重的实用性问题。为了与下面讨论的例子作比较，如果对具有上面讨论参数的系统计算根据本发明定义的调谐系数，其结果如下Qtc＝1Qmc＝1.5Qtp＝1现在来考虑图3，图3示出了使用类似于上述例子的10英寸驱动器的系统的频率响应曲线，但在该系统中，把根据本发明的调谐比Qmc设置成等于5.0，同时保持fc＝fp＝50Hz，Qtc＝Qtp＝1，并保持Sd、Cms以及Re的值与图2示出其响应的例子相同。
如此构成的系统的参数以及根据本发明的调谐比来确定的参数之间的关系如下驱动器B1＝11.558weber.m-1Cms＝.00510m.newton-1Sd＝.035m2Re＝4ohmMmd＝.100kgfs＝21.88Hzfc＝49.996Hz开孔 机箱Sp2＝14in2(密闭)V1＝0.71ft3t2＝23.432in(气孔)V2＝0.577ft3fp＝50.009Hz如上所设置的，用来确定B1乘积、Mmd以及机箱体积V1和V2的调谐系数为Qtc＝1，Qmc＝5，Qtp＝1。
图3的响应曲线通常与图2的曲线相同，但机箱总体积显著地减小到小于1.3立方英尺。图3对图2所示的效率损失仅约为4.4dB。然而，需要对Mmd和B1根据调谐比确定新的驱动器参数。如对于该技术领域的熟练人员来说明显的一样，11.558weber.m-1的BI乘积对于10英寸驱动器来说稍高，但并不是前所未闻的。然而，100克的运动质量(Mmd)对于10英寸的驱动器来说远远超出正常的指标范围。这些参数与箱体指标组合是极其不同寻常的，是根本不明显的或者不直观的。我们认为本技术领域的任何熟练人员不可能不进行细致分析和实验(这些分析和实验开发出了此处设置的新调谐比，即Qmc、Qtc和Qtp以及它们适当的数值范围)而得到这些参数和规格。
上面例子中要求的B1和Mmd驱动器参数虽然在实践中可以实现，但是它们并不落入到可以从驱动器供应商得到的10英寸驱动器的原始参数的范围内--必须定制一个具有这些参数的驱动器。事实上，如果不具备定制具有这里所述的非寻常参数的驱动器的能力，则不太可能理解需求、甚至不能进行实验以便作出这里所述的分析和限定在此处定义的三个新颖调谐比的理想值。
调谐比Qmc可以看作系统中压缩箱体容积的一个量度。通常，从Qmc的定义清楚地看出，较高的Qmc值导致较高的运动质量和较高的B1乘积，但也导致较小的箱体容积。在图3的例子中，更大的Qmc值预示着进一步减小箱体容积的可能性。然而，在诸如Mmd和B1等驱动器参数的一些点值上，将变得较大，不实用。然而，通常具有较高调谐频率fc或者较大振动膜面积Sd的系统可以使用比具有低调谐频率的系统高得多的Qmc值，Mmd或者B1乘积不需要不切合实际的很大的值。
实验发现，fc接近等于fp、调谐比Qtc和Qtp的值在0.75与1.25之间的单气孔带通扬声器系统具有近似于图2和图3所示的理想的响应特性曲线。这种理想的响应特性曲线可以定义成在通带的中心处相对于响应曲线的最高点向下不大于-2dB，并在-3dB点之间覆盖至少1.25个倍频程的范围。根据实验重要地，确定了把这种系统调谐成工作在低音扬声器或者次低音扬声器通常的范围内，即通常低于100Hz，另外，当这一系统具有这里定义的大于5.0的调谐比Qmc时，该系统的特征是驱动器的运动质量和B1乘积的值相对于驱动器的锥体尺寸显得异常高，，而且相对于驱动器的锥体尺寸和调谐频率，其箱体容积显得异常小。实际上，根据实验重要地确定了调谐比Qmc大于调谐频率fc的十分之一、振动膜面积小于约0.050平方米的系统，其特征是驱动器的运动质量和B1乘积的值相对于驱动器的锥体尺寸显得异常高，其箱体容积相对于驱动器的锥体尺寸和调谐频率显得异常小。根据实验也已发现使用较大振动膜面积的系统的特征是，当调谐比Qmc的值部分大于使用0.050平方米的振动膜的系统时，运动质量和B1乘积的值异常高。例如，振动膜面积为0.100平方米的系统，当调谐比Qmc的值大于调谐频率fc的值的十分之二时，表现出运动质量和B1乘积的值异常地大。
根据本发明的单气孔带通扬声器的频率响应曲线可能有些变化。例如，改变fc对fp的比率，将使频率响应曲线以fp的方向向上倾斜，同时保留了小尺寸和效率的优点。即，如果fp大于fc，则通带的高频侧将向上倾斜。相反，如果fp小于fc，则通带的低频侧将向上倾斜。实验已经确定，当根据本发明与上述规定的Qtc、Qtp和Qmc值结合使用时，大于0.75而小于1.25的fc/fp比值可产生有用的特性。
根据本发明的又一个方面，发现了一种结构，它把所谓的带通低音扬声器的“速度”与原工作在高频范围内的较小的扬声器匹配。这涉及到在具有两个或多个更小“卫星”扬声器的系统中共用带通低音扬声器，这些“卫星”扬声器设计成再现低音扬声器所再现的频率之上的频率范围。设计这些系统时最困难的问题之一是使次低音扬声器和“卫星”扬声器以这样一种方式再现它们各自的频率范围，即是使声音象一个同一发声源，覆盖次低音扬声器加上卫星扬声器的组合频率范围。处理该问题的典型已有技术是在卫星扬声器和次低音扬声器内产生互补的频率响应曲线，使两者的组合在组合范围内表现出平坦的频率响应。然而，通常，这不会形成同一发声源。其原因还没有完全弄清楚。然而，根据本发明，通过实验已经发现，当带通低音扬声器的Qtc小于1.25并且在大于卫星扬声器的Qtc的75％而小于110％的范围内时，组合频率响应接近平坦的次低音扬声器/卫星系统发出的声音更象单个同一发声源发出的声音。最近的开发工作建议使具有匹配Qtc’值的系统的组合脉冲响应更接近带宽等于次低音扬声器加上卫星扬声器的组合范围，并具有类似Q值的单个同源系统的脉冲响应。
在应用本发明的原理在小尺寸的箱体内构置单气孔低音扬声器时，会遇到一实际问题。具体地说，根据本发明的低音扬声器的调谐比值，需要的气孔声学质量MAP2常常相当高。另外，根据本发明的系统由于低频响应和动态范围的原因，必须在排气孔内运动的空气容量计算值相当大。考虑到这些原因，建议使用大直径的气孔，通过减小空气的流速以使扰动最小。然而，气孔的长度必须以气孔直径的平方增加，以保持相等的声学质量。在结合图3所讨论的例子中，使用了长2英尺、直径为4 1/4英寸的气孔。然而实验显示，该直径太小了，仍有能听见的扰动。直径6英寸的排气孔是合适的，但其长度不得不接近4.5英尺，以维持相等的声学质量，提供小尺寸箱体的目的需用不切实际的长度来实现。
1994年1月4日提出的名称为“开孔扬声器系统和方法”的共同待批专利申请No.08/177,080揭示了一项发明，它提出并解决了在小直径气孔内实现必要的空气声学质量的问题，而不会引入不可接受的气孔噪声和扰动。此处引用该共同待批专利08/177,080所揭示的内容，以作参考。简言之，该申请的发明提供了这样一种技术，在气孔系统中实现与端部扩展的直通气孔相同的操作，但在性能上有几个优点，并且更简单，成本更低。这是通过在扬声器助声板上开一个气孔并以必需的声学质量达到所希望的调谐频率实现的，调谐频率是由一个或多个预定尺寸的盘或助声板设置的，这些盘或助声板多少与气孔同心并相邻，但与它间隔一预定的距离。这在两端之一产生一种大体上为端部扩展的截面的管道，从箱体内的空气容量到箱体外的空气提供一条非直线的通路。
在另一个同一日提出的名称为“空气扰动减小的气孔扬声器系统和方法”的共同待批专利申请(它是1994年1月4日提出的前一申请的部分继续申请)中，揭示和要求保护对气孔几何形状的进一步改进。具体地说，对盘或助声板增加了定形的空气导管以遮挡有非层流气流的区域并进一步减小空气扰动与噪声，定形的空气导管可以构成具有凹面的倒置的圆形漏斗。该共同待批专利申请与本申请同日申请，其所揭示的内容在此引用作为参考。
既然已经讨论了本发明的基本方案，下面就描述一个较佳实施例。请转向参照图4，图4示出了根据本发明的单开孔带通扬声器系统的剖面图。在图4所示的系统中，使用了两个10英寸的驱动器。本发明同样可以适用于使用一个或者多个相同或者不相同的驱动器，以串联或者并联布线。对于多个驱动器，此处讨论的某些驱动器参数或者变量，诸如锥体面积、运动质量等只是简单地对多个驱动器相加。其它的诸如支撑顺从性等驱动器参数计算成多个支撑顺从性之积除以它们之和。诸如音圈电阻等电参数则根据驱动单元是串联还是并联布线遵循一般的组合电路的规则。当多个相同驱动单元并联连接时，其组合B1积与单个驱动单元的相同。当串联连接时，组合B1积是多个如此连接的驱动器的简单相加，无论它们是否相同的。并联连接的非相同的驱动单元的组合B1积可能是没有意义的，除非在声学范畴进行分析。
参见图4，它设置有一个箱体11，由隔板14分成两个腔12和13。两个动圈换能器型驱动器16和17安装在隔板14上。在图4所示的例子中，两个驱动器安装成驱动器16的前锥面向腔开口12，驱动器17的前锥面向腔13开口。然而，根据本发明这并不是必要的。当使用多个驱动器作为另一种方案时，它们可以都向两个腔中的一个或者另一个开口。
如图4所示，腔12是密闭的，腔13设置有一个无源辐射开孔，用标号18表示，它由设置在腔13内的开孔或者气孔管19形成。根据上面引用的涉及开孔几何形状的两共同待批专利申请中所揭示的原理和特点，图4的系统设置有圆盘21和22，它们设置在具有流动导管23和24的开孔两端之一上形成遮挡区域，否则这里就成了停滞或者非层流气流区。在图4中，两流动导管23和24由连接器16连接，连接器16通过似环形圆筒截面开辟了空气流过开孔的通路。圆盘、流动导管和连接器可以通过短25适当地安装到箱体结构中，以不明显地影响空气流动。如图4所示，开孔或者气孔管19在其端头设置有圆形边缘，例如19a，其半径与流动导管23和24的弯曲部分同心，以确保平稳的层流气流流过开孔。图4所示的开孔布置成这样一种开孔构造，其截面面积从开孔或气孔管中心的最小平稳地增大到两端较大的截面，其流动特性大体上保持恒定，具有较高容量流动速度。因此，可以大大地减少空气扰动和噪声。
图4所示系统的实际参数或变量如下驱动器B1＝14.72weber.m-1Cms＝.00263m.newton-1Sd＝.0648m2Re＝4.04ohmMmd＝.170kgfs＝23.168Hzfc＝53.622Hz开孔 机箱Sp2＝48in2(密闭)V1＝1.2ft3t2＝39.6in(气孔)V2＝1.26ft3fp＝47.964Hz任意选择开孔规格Sp2和t2，为图4所示的并在与本申请同日申请的、名称为“空气扰动减小的开孔扬声器系统和方法”的共同待批专利中所揭示的开孔结构提供不明的声学质量。如该共同待批专利申请中所教授的，可以实现具有相等或者更好性能的更小的开孔。
根据本发明的原理，图4系统的三个调谐比为Qtc＝1.168Qmc＝9.116Qtp＝1.019把调谐比Qtc、Qmc和Qtp的值限制在根据本发明确定的值内，图4系统的特征是运动质量和B1乘积的值相对于驱动器锥体尺寸显得异常高，其箱体容积相对于驱动器锥体尺寸和调谐频率显得异常小。
图4的带通系统还可以在次低音扬声器卫星系统内用作次低音扬声器。这种结构示于图5中，它示出了一个次低音扬声器27和两个小的卫星扬声器28和29。根据本发明，在一较佳实施例中，其次低音扬声器如结合图4描述的次低音扬声器/卫星系统的卫星扬声器，每个由4个在0.610立方英尺密闭的箱体内的4.5英寸驱动器组成，其Qtc接近1.250。如前面所指出的，可应用于这种系统的本发明的一个方面使用的次低音扬声器的Qtc小于1.25，该次低音扬声器的Qtc在大于卫星扬声器的Qtc的75％但小于110％的范围内。
现在转到图6，图6示出了对结合图4讨论的带通低音扬声器系统计算得到的频率响应曲线。计算得到的响应一般处于如前所述的平坦响应、带宽以及效率之间具有良好的关系。请注意，本例中由于fp小于fc，所以图6的响应曲线的斜率在高频侧使曲线向下倾斜。
图7示出了图4系统实际的频率响应曲线，测量时把话筒非常靠近在大接地平面测量室的开孔。图7的响应曲线有0.2倍频程平滑度，以消除测量的不规则情况，并补偿了已知的话筒和放大器的响应。如可以看到的，实际的响应曲线非常接近于计算得到的响应，在平坦响应、带宽和效率之间产生非常令人满意的输出关系。
虽然已经结合目前的较佳实施例图示和描述了本发明的各个方面，显然，可以根据那些较佳实施例作出各种改变和变化而不脱离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种带通低音扬声器系统，包含一个箱体，它有一个隔板把所述箱体分成第一腔和第二腔，所述第一腔密闭，所述第二腔具有一个与所述箱体外空气相通的无源辐射开孔、驱动器包含具有前后侧面的振动膜的换能器，所述驱动器安装在隔板上，其特征在于所述带通低音扬声器系统具有多个设计变量，包含Mmd＝驱动器运动质量，以千克为单位fc＝驱动器在第一密闭腔内的共振频率MAS＝驱动器的声学运动质量CAT＝驱动器支撑和第一密闭腔的声学顺从性R0＝驱动器动圈的声阻MAP2＝无源辐射开孔的声学质量CA2＝具有无源辐射开孔的第二腔的声学顺从性第一调谐比Qm、第二调谐比Qtx和第三调谐比Qtp根据下面的所述变量来限定Qmc=Mmd·fckg·sec-1]]>Qtc=(MASCAT)5·1R0]]>Qtp=(MAP2CA2)5·1R0]]>所述带通扬声器系统构筑成所述变量使所述第一调谐比Qmc的值大于5.0，所述第二调谐比Qtc落在约从0.75至1.25的范围内，所述第三调谐比Qtp落在约从0.75至1.25的范围内。
2.如权利要求1所述的带通低音扬声器系统，其特征在于，该系统还具有多个设计变量，包含fp＝开孔质量对开孔腔的共振频率Sd＝驱动器锥体面积Cms＝驱动器支撑顺从性Re＝驱动器音圈直流电阻B1＝驱动电动机力因数V1＝密团腔的容积V2＝开孔腔的容积所述带通扬声器系统构筑成把Qtc、Qtp和Qmc指定和选择在权利要求1所设置的值内，也指定和选择变量fc、fp、Sd、Cms和Re，并且用第一、第二和第三调谐比计算B1、Mmd、V1、V2和MAP2的值。
3.如权利要求1所述的带通低音扬声器系统，其特征在于，所述无源辐射开气孔包含气孔管，它具有变化的截面，可以箱体内到箱体外连续地变化，它从气孔管两端之间的最小值向其至少一端的最大截面单调增加，所述气孔管的变化截面由在箱体壁上的开口限定；至少一个面积大于最小值的第一圆盘或者板；以及基本上垂直于所述气孔管并向所述气孔管下面延伸并与气孔管的所述一端离一预定距离安装所述第一圆盘或板的装置，随着开口基本上围绕所述圆盘的边缘延伸时，在所述一端上构成所述气孔管。
4.如权利要求3所述的带通低音扬声器系统，其特征在于，包括一流动导管，它连接到至少第一圆盘上并基本上位于气孔管的中心，所述流动导管包含倒置的圆形漏斗结构，它具有凹面，主要用以填充和阻隔停滞的非层流气流。
5.如权利要求4所述的带通低音扬声器系统，其特征在于，包含面积大于最小值的第二圆盘和基本上垂直于所述气孔管、向所述气孔管下面延伸并与所述相对端的气孔管一端保持一预定距离安装所述第二圆盘的装置，随着开口基本上围绕所述第二圆盘边缘延伸，在所述相对端上构成所述气孔管，还包括，连接到所述第二圆盘上并基本上位于气孔管中心的第二流动导管。
6.如权利要求1至5之一所述的带通低音扬声器系统，其特征在于，所述带通扬声器系统构置成使fc对fp的比率在约从0.75至1.25的范围内。
7.如权利要求1至5之一所述的带通低音扬声器系统，其特征在于，构置成起到次低音扬声器的作用，它与多个卫星扬声器结合，次低音扬声器的Qtc在大于卫星扬声器的调谐比Qtc的75％但小于110％的范围内。
8.一种构成单气孔带通低音扬声器系统的方法，该系统能令人满意地工作在较小的箱体容积内，只有适量的效率损耗，其特征在于，扬声器系统具有一个箱体，它有一个隔板把所述箱体分成第一腔和第二腔，第一腔密闭，第二腔具有一个与箱体外空气相通的无源辐射开孔、隔板安装一个动圈换能型驱动器，带通低音扬声器系统具有多个设计变量，包含Mmd＝驱动器运动质量，以千克为单位fc＝驱动器在第一密闭腔内的共振频率MAS＝驱动器的声学运动质量CAT＝驱动器支撑和第一密闭腔的声学顺从性R0＝驱动器动圈的声阻MAP2＝无源辐射开孔的声学质量CA2＝具有无源辐射开孔的第二腔的声学顺从性限定第一调谐比Qm、第二调谐比Qtx和第三调谐比Qtp的步骤如下Qmc=Mmd·fckg·sec-1]]>Qtc=(MASCAT)5·1R0]]>Qtp=(MAP2CA2)5·1R0]]>控制设计变量，使Qmc的值大于5.0，Qtc的值落在约从0.75至1.25的范围内，Qtp的值落在约从0.75至1.25的范围内。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该扬声器系统还具有多个设计变量，包含fp＝开孔质量对开孔腔的共振频率Sd＝驱动器锥体面积Cms＝驱动器支撑顺从性Re＝驱动器音圈直流电阻B1＝驱动电动机力因数V1＝密闭腔的容积V2＝开孔腔的容积它包含把Qtc、Qtp和Qmc指定在权利要求8所述的范围内的步骤、指定变量fc、fp、Sd、Cms和Re的步骤，还包含用第一、第二和第三调谐比计算B1、Mmd、V1、V2和MAP2值的步骤。
10.如权利要求5所述的带通低音扬声器系统，其特征在于，还包括连接器，它沿气孔管的中央部分延伸并连接所述第一和第二流动导管。
11.如权利要求1至5之一所述的带通低音扬声器系统，其特征在于，调谐频率fc小于50Hz，驱动器锥体面积Sd小于0.050平方米。
12.如权利要求6所述的带通低音扬声器，其特征在于，调谐频率fc小于50Hz，驱动器锥体面积Sd小于0.050平方米。
13.如权利要求7所述的带通低音扬声器，其特征在于，调谐频率fc小于50Hz，驱动器锥体面积Sd小于0.050平方米。
14.如权利要求1至5之一所述的带通低音扬声器，其特征在于，调谐频率fc小于100Hz，驱动器锥体面积Sd小于0.050平方米，调谐比Qmc大于10。
15.如权利要求6所述的带通低音扬声器，其特征在于，调谐频率fc小于100Hz，驱动器锥体面积Sd小于0.050平方米，调谐比Qmc大于10。
16.如权利要求7所述的带通低音扬声器，其特征在于，调谐频率fc小于100Hz，驱动器锥体面积Sd小于0.050平方米，调谐比Qmc大于10。
17.如权利要求1至5之一或10所述的带通低音扬声器，其特征在于，调谐比Qmc大于或等于调谐频率乘以驱动器锥体面积再除以0.050的十分之一。
18.如权利要求6所述的带通低音扬声器，其特征在于，调谐比Qmc大于或等于调谐频率乘以驱动器锥体面积再除以0.050的十分之一。
19.如权利要求7所述的带通低音扬声器，其特征在于，调谐比Qmc大于或等于调谐频率乘以驱动器锥体面积再除以0.050的十分之一。
20.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，包括把调谐频率fc控制在小于50Hz，把驱动器锥体面积Sd控制在小于0.050平方米的步骤。
21.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，包括把调谐频率fc控制在小于100Hz，把驱动器锥体面积Sd控制在小于0.050平方米、把调谐比Qmc控制在大于10的步骤。
22.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，包括把调谐比Qmc控制在大于或等于调谐频率乘以驱动器锥体面积再除以0.050的十分之一的步骤。
全文摘要
一种单气孔带通低音扬声器系统设计和方法，能工作在较小的箱体容积内，仅有适量的效率损耗。带通系统具有一箱体(11)，它具有一隔板(14)把它分成第一密闭腔(12)和第二腔(13)，第二腔(13)具有一与箱体外空气相通的无源辐射开孔(18)。驱动器(16，17)安装在隔板上，新颖的实验确定的调谐比根据系统变量来限定。调节系统变量，把调谐比保持在实验确定的值内，这样可以实现平坦响应、带宽与效率之间良好的关系。意料之外的是，使用高于正常的驱动器运动质量产生了一可接受的箱体容积非常小的系统。
文档编号H04R1/28GK1158688SQ95195236
公开日1997年9月3日 申请日期1995年8月9日 优先权日1994年8月23日
发明者小马修斯·S·波尔克 申请人:不列颠尼亚投资有限公司