专利名称：板式扩音器的制作方法
技术领域：
本发明涉及扩音器，尤其涉及包含板式声学元件的扩音器。
背景技术：
英国专利GB-A-2262861中提出了一种板式扬声器，这种扬声器包括共振多模态辐射器元件，这是由夹有横向蜂窝结构的间隔芯的二层蒙皮材料组成的一元夹层板，其中该夹层板在所有测定方位上的弯曲刚度(B)对于单位表面面积的板质量(μ)的立方的比值至少为10；安装装置，该装置以自由的无阻尼的方式支承所述板件或将其安装到一支架上；以及连接到所述板的电气-机械驱动装置，该装置用于响应在扬声器工作频带范围内的电气输入并在辐射器板中激励多模态共振。
发明的公开本发明各实施例所使用的构件的本质特性、结构和配置可在与本发明同日的待审PCT专利申请No.(我方案号P.5711)的指导下全面和/或具体地获得。因此这种构件具有承受和传播输入振动能量的能力，这是通过在厚度方向的工作面中横向延伸至元件边缘部分的弯曲波来实现的，但弯曲波也不是非要延伸至元件边缘不可；以或不以弯曲刚度的各向异性来构造，以具有在所述工作区(诸工作区)上分布的有利于与周围空气进行声耦合的诸共振模态振动分量；以及具有在所述工作区内安放换能器装置的诸预定优先位置或场所，尤其在操作上具有对所述工作区(诸工作区)中的声振动活动有效的换能器主动或运动部件(诸主动或运动部件)；及具有与这种振动活动的声学内容对应的通常是电信号的信号。在与本发明同日的待审国际申请No.(我方案号P.5711)中展望了把这种构件用作或用于无换能器装置的声学设备中，诸如用于混响或用于声音滤波或用于使声音“传到”(voicing)一空间或场所；及用作或用于有换能器装置的“有源”声学设备，例如当收到需要被转换成声音的输入信号时，将其用于具有极宽频率范围的声源或扬声器中。
本发明特别涉及扩音器形式的有源声学设备。
在本文中把如上的构件称作分布模态声辐射器，并且准备使其具有上述PCT申请中的和/或本文专门提供的其他特征。
本发明是一种板式扩音器，其特征为具有分布模态的声学构件与换能器整体唯一地结合到一起，以产生与由入射声能引起的构件共振相对应的信号。所述构件可借助于插入的弹性支持物而安装在围框中。
板式扩音器可以是在构件上具有一定间隔的位置处的至少二个所述换能器。板式扩音器可包括在构件上的响应由入射声能引起的构件共振而产生信号的又一个换能器，还可包括比较设备，用于将所述又一个换能器产生的信号与前述换能器产生的信号进行比较。
比较设备可包括信号接收器、调节器以及信号输出设备。
分布模态声学构件可以是具有夹在蒙皮之间的蜂窝式间隔芯的刚性轻质板。
所述换能器或每个换能器可以是压电器件。
附图的简要说明对本发明以举例的方式在附图中进行图示，其中
图1是同时待审的我们的国际申请No…(我方案号P.5711)中所述的和所要求权利的分布模态扬声器的图；图2a是沿图1线A-A的部分截面图；图2b是图2a所示类型的分布模态辐射器的放大截面图，该图示出两种可能的结构；图3是按照本发明所述的分布模态扩音器的实施例的图；以及图4是振动换能器的透视图。
实现本发明的最佳方式参照附图中的图1，该图表示同日进入的我们的待审国际申请(我方案号P.5711)中所述和所要求权利的那种板式扬声器81，扬声器81包括在内周边周围载有弹性悬置物3的矩形框架1，悬置物3支承分布模态声辐射板2。如与本发明同日进入的，我们的待审国际申请(我方案号P.56831415)中所详述的换能器9，在由尺寸x和y规定的预定位置处完整地和唯一地装在板2上或板2中，对该位置的计算如与本发明同日进入的我们的待审国际申请中(我方案号P.5711)所述，以便把弯曲波动投射到板中，使该板共振以辐射一声学输出。换能器9由用导线28连接到该换能器的信号放大器10，例如音频放大器，所驱动。
放大器的加载和功率要求可以是完全标称的，与常规的圆锥型扬声器相同，在室内加载条件下灵敏度约为86-88分贝/瓦。放大器负载的阻抗基本上是电阻性的，为6欧姆，功率转换能力为20-80瓦。当板芯和/或蒙皮用金属制造时，它们可以起到换能器散热器的作用以从换能器动圈除去热量，因此提高了功率转换能力。
图2a和2b是图1扬声器81的部分典型截面图。图2a表示框架1、围绕物3和板2用各自的粘合连接层20连接在一起。框架的合适材料包括轻质框，例如由挤压金属(如铝合金)或塑料制成的画框。合适的围绕物材料包括弹性材料，例如海绵橡胶和泡沫塑料。连接层20用的合适粘合剂包括环氧树脂、聚丙烯和氰基丙烯酸酯等粘合剂。
图2b以放大的尺寸示出板2是一具有芯子22的刚性轻质板，该芯子22由例如刚性泡沫塑料97(如交联的聚氯乙烯)或蜂窝状基体98(即用金属薄片、塑料或类似物质制成的蜂窝状基体)制成，各蜂房结构横向地伸展在板的平面上，并且由对置的蒙皮21(如纸、卡片纸、塑料、或金属薄片或金属薄板)封闭。在蒙皮用塑料制成的情况下，可以用已知的方式，如用碳、玻璃、Kevlbar(注册商标)或类似材料的纤维来强化蒙皮以增加其模数。
预期的蒙皮层材料和强化物因此包括各种捻法和织法的碳、玻璃、Kevlar(注册商标)、Nomex(注册商标)，即芳香族聚酰胺等的纤维，此外还有纸、粘合纸层压板、蜜胺，及各种高模数的合成塑料薄膜如Mylar(注册商标)、Kaptan(注册商标)、聚碳酸酯、酚醛、聚酯或有关的塑料、及纤维强化塑料等，及金属薄板或薄片。对Vectra牌的诸液晶聚合物热塑塑料的考察表明，这些热塑料可用于超薄蒙皮或小尺寸(比方说直到约30厘米直径)超薄蒙皮或壳体的注塑成形。该材料本身在注射方向上形成一有向晶体结构，即形成一可从驱动点向板周边很好地传送高音能量的择优位向。
此外，使用这种或其他热塑材料允许使模具上帝有如槽，环一类的定位特征，用于使如动圈，磁铁一类的换能部件精确定位。对于某些较软的芯体件材料，还要补充计算最好在多达换能器直径的150％的区域或环形区域中所需增加的蒙皮厚度，以强化该区域并有利于把振动能量耦合到板中。采取此措施能在使用较软的泡沫材料时改善高频响应。
预期的芯层材料包括用铝合金薄板或薄膜或用Kevlar(注册商标)、Nomex(注册商标)、普通纸或粘合纸、及各种合成塑料薄膜，以及充气塑料或泡沫塑料或者木浆原料。甚至各种航空胶凝金属制造的蜂窝或瓦楞结构，如果它们具有适当低的密度的话。某些合适的芯层材料在其制造过程中呈现可利用的蒙皮自生成现象和/或具有足够的固有刚度，因而可以直接使用而不作为蒙皮层之间的夹层。以商标名“Rohacell”而闻名的高性能蜂窝状芯子材料适合作辐射板，这种材料无需蒙皮。实际上，目的在于全面达到适合于一特定用途的轻度和刚度，具体来说，包括对芯层和蒙皮层以及其间过渡部分的优化。
板的若干优先组合方案采用金属和金属合金的蒙皮，或者作为另一选择采用碳纤维强化物。这二种材料，以及使用合金航空胶凝物质或金属蜂窝芯子的设计方案，都具有显著的射频屏蔽特性，这些特性在一些EMC(电磁兼容性)应用中应该说是重要的。常规的板式或圆锥式扬声器则不具有内在的EMC屏蔽能力。
此外，压电动态换能器的优选形式具有很小的电磁辐射或杂散磁场。常规的扬声器则具有大的磁场，除非采取专门的补偿对策，否则磁场最远可达1米。
在一应用中，如果保持屏蔽是重要的，则可与合适的DML板的导电部件进行电气连接或者把导电泡沫塑料或类似连接材料用于边的安装。
悬置物3可对板的各边起阻尼作用以防板产生过大的边沿运动。此外，或作为另一种选择，通过把例如一些补钉粘合到板的经过选择的位置上，可以施加进一步的阻尼以阻止过大的运动并使共振均匀分布在板上。补钉可以是如在常规扬声器外罩中常用的基于沥青的材料或者是弹性或刚性聚合物薄板材料。某些材料，特别是纸和卡片纸，和某些芯子可以是自阻尼的。在需要时，通过使用弹性凝固而不是刚性凝固的粘合剂，可以在板的结构方面增加阻尼。
有效的所述可选阻尼包括给包含其薄板材料在内的板件专门施加永久与其相连的装置。边和角对于本发明板的主要和低分散的低频振动模态特别重要。在边上安装阻尼装置有利于使所述薄板材料完全被框所框住，然而，比方说为了进行希望扩展到更低频率的操作，常常可使板的各个角相对自由。可以用粘合剂或自粘合材料来粘接。另一些形式的有用阻尼，特别就更细微效果和/或中频及更高频率而言，可以通过在所述区域的预定有效居中位置上把适当的质块或诸质块粘贴到薄板材料上而实现。
上述板件对作为出现在板上的声学振动声音而言是良好接收器。最好是轻质的板结构有助于灵敏度的提高，振动可通过一个但最好是更多个简单的弯曲换能器(例如以下图4所述的压电品种)来检测。多个换能器的使用和这些换能器的安放位置优化了从分布的板振动到所需电输出信号的变换的质量。安放位置应在高模态密度的位置上，在板的内部，同时，板本身应具有产生良好模态分布的最佳的实际或等效几何形状。
入射在板上的声能被变换成自由模态振动。该振动可由诸光学或电动振动换能器检测，其结果是成为一扩音器。对于要求不苛刻的应用，安放在等效的、优化的驱动点处的单个检测器是很有效的。
为了获得良好的效果，必须考虑换能原理的非互易特性。与之有关的共有二个因素第一，要有一些依赖于频率的均衡以获得平坦的频率响应，第二，需要捕获声板的复杂振动的更广泛样本。至少需要三个换能器；它们可以是输出是并联形式的便宜的压电弯曲器。或者是使用面积较大的聚合物压电薄膜，并形成适当的几何拾取图案以便为获得最优的灵敏度/频率响应而确定出振动综合区。
对于扩音器应用，最好是板的重量很轻，以便提供空气的辐射阻抗与板之间的最佳匹配。板的质量越小，得到的灵敏度越高。对于单个换能器而言，理论模型的计算指出最佳位置是在板的角落处，因为能在各角处可“用语音激发”(voiced)所有振动模态。
图3示出按照本发明图1和2类型的准备用作声接收器即扩音器的分布模态板2。虽然图中未示出，但是板2是以图1和2所示的方式安装在围框1中并且通过弹性悬置物3连接到该围框上。该围框悬吊在例如从天花板来的或在地板直立框(未示出)上的一对线33上。
所述板上载有在板上以一定间隔放置的四个振动换能器63的阵列，这些换能器可以是下面图4所示的类型的压电换能器，它们并联连接以驱动连接到输出66的信号接收器和调节器65。
图4表示分布模态板2用的换能器9，其形状为晶体的盘状压电弯曲器27，弯曲器27安装在例如黄铜制成的盘118上，换能器9例如用粘合剂20粘合到板2的面上。在操作中，通过电线28加到换能器9的音频信号能使压电盘27弯曲，从而局部而有弹性地使板2变形，把弯曲波动投射到板中。
权利要求
1.一种板式扩音器，其特征在于，具有分布模态声学构件及具有完整地和唯一地连接到该构件以响应由入射声能引起的构件共振而产生信号的换能器。
2.按照权利要求1所述的板式扩音器，其特征在于，所述构件借助插入的弹性支持物而安装在围框中。
3.按照权利要求1或2所述的板式扩音器，其特征在于，在所述构件上具有一定间隔的诸位置处有至少二个所述换能器。
4.按照以上任一权利要求所述的板式扩音器，其特征在于，所述构件是具有夹在蒙皮之间的蜂窝状芯的刚性轻质板。
5.按照以上任一权利要求所述的板式扩音器，其特征在于，所述换能器是压电器件。
全文摘要
一种板式扩音器,其特征为具有分布模态声学构件12和与构件整体唯一地相连的换能器,用以产生一个与由入射声能引起的构件共振相对应的信号。
文档编号H04R1/22GK1195463SQ9619670
公开日1998年10月7日 申请日期1996年9月2日 优先权日1995年9月2日
发明者亨利·阿兹玛, 马丁·科洛姆斯, 尼尔·哈里斯 申请人:新型转换器有限公司