专利名称：声音装置的制作方法
技术领域：
本发明是关于能够由曲折波产生音效的声音装置，并特别地(但非专门地)用于或做为扬声器。
共同待审的PCT申请案第GB96/02145包括声响面板零件的本性，结构及外形的通用指导，此等零件能够在声音工作区域内，通过曲折波来保持并传递输入的振荡能量，此区域往往(若非必要)横越其厚度，延伸至此等零件的边缘。特殊指导包括各种特殊面板外形的分析，其外形具有或没有横越该区域的曲折强度的各向异性，以便使谐振模式的振荡元件分布于该区域，有助于与周围空气进行声耦合，且便于决定声音转换装置在该区域内的优选位置，尤其是其操作运动或移动零件，相应于在该区域内的声波振荡活动以及有关信号而起作用，通常为电信号，对应于此等振荡的声音内容。同时，在该PCT申请中也有这此零件用途，做为“无源”声音装置，即没有转换器装置，诸如做为回声，或是声波过滤，或在一空间或室内“传声”；或者做为“有源”声音装置，具有曲折波转换器装置，当供给要转换成声音的输入信号时，包括在一非常宽范围的扬声器做为声源，还包括在诸如麦克风中，用于将声音转换成其他信号。
同时待审的英国专利申请案(P.5840)考虑利用机械阻抗的特性，来完成此类做为例如声音装置的面板零件的曲折波转换装置的形状及/或位置的改善工作。该英国专利申请案及上述PCT申请案的内容均收纳于此，用来解释，增进了解或限定本发明。
本发明特别涉及有源的声音装置-以扬声器的形式，运用面板零件，大致如上的型式工作(于此可被称为散布模式的声音放射体/谐振面板)，而又特别完成曲折波作用与活塞作用的令人满意的组合。然而，本发明有更广泛的特征，下面将更为显而易见。
由第一方面，本发明关于有源声音装置，取决于面板零件中的曲折波作用，尤其提供曲折波转换装置有效的配置，有别于上述PCT及英国专利申请案的特定指导，即并非在源自PCT申请案中的分析及优选的位置，甚至包括于质量及/或几何中心，而非自其偏离。
由第二方面，本发明关于声音装置，取决于面板零件中的曲折波作用，特别提供谐振模式振荡的有效分配，可不同于由上述的PCT及英国专利申请案的特定指导和优选所引起的方案，甚至对于相同的型态或外观。
由第三方面，本发明关于声音装置，取决于面板零件的曲折波作用，特别提供面板零件谐振模式振荡的有效分配，这些零件不同于那些被认为以上的PCT及英国专利申请案的特定指导和优选的型态或形状。
本发明的有效特定实施例运用面板零件本身，足以供谐振模式振荡元件的面积分配，声效大致比得上或近似于上述的PCT及英国申请案的声音呈现，本质上，依靠这种本身为面积分配的声音曲折波作用的简单激励，用于成功的声音作业；完全不同于仅只模仿片断，以将其他在面板零件上的声音作用任意更改，此种分布于内部的谐振模式作用，甚至不是真正的设计所必需，往往是其他特殊结构来满足不同的频率范围及/或选择性地抑制或特地产生/叠加振荡于一面板零件内，而该面板零件本来不及上述的PCT及英国申请案，或在此处，原本即不适于转换装置形状及/或位置。
本发明方法及装置，包括在至少此类面板零件的关于曲折波作用及所需的声音运作对声音有作用的面积上，强度变化的面积分布。在此将变得清楚，这样的变化直接有效地与转换装置的位移有关，该位移是由以上的PCT及英国申请案中特别指导的位置移至本发明的不同位置，及/或相对于此类专利申请案，使不良的面板零件的型态或形状更接近与谐振模式振荡的面积分布有关的声音运作的适合型态或形状，该谐振随之产生曲折波形作用，及/或具有实际的谐振模式分布，可至少有些许不同，这可能是简单地由于其曲折强度不同的面积分布，或由于随后转换装置的不同位置，亦可两者皆有。
上述的PCT申请案的特殊指导，延伸至在跨越希望的声音有效区域的不同方向具有不同的曲折强度的面板零件，该区域可能为全部或少于面板零件的全部区域，典型地在或可分解为两个与坐标有关的方向上，同时，大致上沿此方向均为常数，相对地，此处的实施例的优选的面板零件，沿着穿越该区域的某些方向上具有曲折强度的变化量，其在正规坐标或任何方向上不能分解为恒定量。
曲折强度的区域变化当然易于由声音面板零件的厚度变化而形成，但也可由其他可能方式形成，比如夹层型态结构及/或加强的单块结构的表面的厚度及/或密度及/或拉力强度，常为组合式材料的型态。
可运用的实用性分析可能并非总是容许这种精确而完整的试验，以鉴别并量化面板零件的声音有效谐振模式的振荡的实际区域分布上的变化情形-甚至在相关方向上，具有类似形状及/或平均强度时，如同对于上述的PCT申请案中的特定均质或非均质的实施例-实用的性能显示几乎对有关曲折波作用的成功的声音性能没有显著的减少或衰减，真正鼓舞着对品质水准提升的信心。基本上，上述的PCT及英国专利申请案中，合适的型态/形状的有利效应(就谐振模式的振动的区域分布方面)，在实施上一观点的本发明的两组方面中基本上得以维持极有用的程度及效果。
其中一组已如先前所预示，特别提供声音有效的面板零件或其区域中转换装置的便利的位置，其具有已知的型态或形状，其适合于上述PCT及英国专利申请案的指导的均质或非均质实施例中，通过将目前被称为转换装置的“原始”位置的位置(根据此等专利申请案)，移动至其不同的位置来实现，尤其是通过相对较大和相对较小的曲折强度之一或两者，分别至此原始位置的一侧及另一侧。曲折强度较大的区域有效地将这种原始位置移离此区域，典型地，从该一侧移往另一侧，及曲折强度较低的区域，曲折强度较低区域则移往其本区。另一组可被视为部分有关能力，限定较大整体面板零件形状的至少名义上的副形状，并非适于上述的PCT及英国专利申请案良好分布模式的声音运作；此种副形状不会完全受限，其本身也不必特优，但其部分限定对于分布模式的声音运作具有显著的改良效果，比如倾向于一种已知类型的型态或形状，包括特别适宜的一些，或至少接近此种适宜者；此种改良效果特别适用于在较低频率时的分布谐振模式，但不必(确实优选地不要)限制较高频率的曲折波作用及谐振模式分布为此种副形状，即容许此种较高频谐振模式分布的振荡通过，并超过部分副形状的限定。
至于易于获致所需或所欲的曲折强度的区域变化的面板零件，可具有至少芯层，首先做为基本上为一致的均质或非均质性结构，例如用于以上的PCT及英国申请案，包括夹层结构，在芯层上具有表层。厚度的变化得以轻易地获得所需的强度的区域分布。对于可变形的材料，诸如泡沫，此种厚度变化可由选择性地压缩或碾压而得到，以获致所需的轮廓，例如由受控制下的加热及运用压力，典型地成为任何所需的形状，甚至在运用任何表层之后也可行(取决于此种表层材质的延展能力而定)。该零件的另一可能性，是具有局部的强化或脆弱化，可能尽量将其定出一系列的等级。对于例如其单元的某合适的网状区域的整个单元或蜂窝状材质，从一主要夹层结构的表层延伸至表层，或坚固地维持形状的压不碎的组合体，通过选择性地覆层形成所需厚度的形状/轮廓，厚度的变化即可轻易达成。没有任何可能性关于几何中心的必要改变，但覆形而不是压碎不可避免地造成质量中心的改变。将讨论所制造的芯的所需的厚度/强度的其他替代例，包括不改变质量中心，这对于结合活塞往复式及曲折波动作的转换装置会是很重要的，显然活塞往复式动作是最好的，若以质量中心及几何中心重合点为中心时，得以避免因相对于转换器位置及/或不平衡气压效应的质量分布而引起的差动力矩。
当然，质量中心易于重新定位，典型地定位于几何中心，这通过选择性地将质量加至相关的面板零件上实现，最好不要有不可接受的影响加诸于所需的强度的区域分布上，例如质量够小，不致对低频曲折波动作产生无法接受的影响，并自高频声效有效地去耦合，例如适宜地，半符合地装置小的重量于面板的孔中，同时该重量也要够小，才不致对声效产生无法接受的影响。
增加以上的PCT及英国专利申请案中的远离或朝向转换器定位装置的“原来”位置的一侧的方向上的强度，或减低在大致相反方向或另一侧上的强度，将造成转换器装置于此的定位大致在该一方向至所述一侧，得以有利地朝向几何中心。这种相对的强度的增加/降低是复杂的，以形成面板零件的轮廓，包括所增加的厚度/强度逐渐变细至面板零件的边缘，及/或所减少的厚度/强度渐增，形成大约均匀的边缘厚度的面板零件。
额外的或另外的情形，至少一组的一发明特征是一面板零件能够产生声音曲折波作用，在其有音效区域内具有一曲折强度的分布，其中心不必与该面板零件的质量中心及/或几何中心重合，虽然声音转换装置的位置，对于曲折波作用或往复式动作，亦或两者，可能这种重合是有利的。
在这方面应注意，有两种方式可以认为一面板零件上的强度的区域分布是对中的，一种是类似于质量中心的决定，即使第一强度力矩为零，因此在某种意义上相当于高强度(故在此被称为强度的“高度中心”)；另一种则相反地，使强度的倒数的第一力矩为零，因此在另一层意义上相当于脆弱程度或低强度(故在此被称为强度的“低度中心”)。在均质或非均质的面板零件中，如同在该PCT申请案中所特地分析的，这些名义上所谓强度的“高”及“低”中心(本文中到目前为止的含义)实际上是一致的，通常又与质量中心及几何中心一致；但对于具有如此处的强度分布的面板零件而言，这些名义上的“高”及“低”的强度中心，在特性上是分开的，典型地又与质量中心及/或几何中心分开。
回复到曲折波动作的转换装置(从通过该PCT及英国申请案的较佳指导/分析所提供的位置至其不同位置)的实际有效位置的有效的或名义上的移位(由其强度的有利分布)，可将此项位移视为移向该强度的“低度中心”，因此沿着与所需的名义上的移位相同的方向，及/或远离该强度的“高度中心”，可用以提供至少一结构上的设计参考位置，用来供给在与所欲/所需的相关分布中的曲折强度的变化。曲折强度的变化从“低度中心”向外至有关的面板零件的边缘，于诸多方向上，至少朝向“高度中心”的方向上强度典型地增加为不同的量及/或以不同比率增加。
可行的蜂窝格状有芯的夹层形式的结构，可具有所欲的强度分布，这是由于已得的各种单元形状的影响，实际上并不需要对质量分布及中心有所影响。因此，所欲的强度的区域分布可由单元变化来达成，如对任何或全体单元的面积(或还有形状)，单元高度(芯的厚度)及单元壁厚度，包括按所欲/所需的增加/减少的程度递变。改变曲折强度，而不干扰质量的分布，于本文中是可以达成的，例如，就名义上相同的单元面积而言通过改变单元壁厚度及单元高度，及/或对相同的单元壁厚度而言，改变单元面积及/或单元高度，当然，因表层变化而增大或受到影响，包括改变复合层的数量及/或本质。
而且，此处的面板零件的发明处是至少就名义的或实际弯曲波传输到面板边缘时间的最大和最小差别而言，被认为是相反的实际最有效驱动位置和强度的“低”中心被认为分别起始自转换器位置和强度的低中心位置。
回来看上述的第二种一般情形，具有强度分布的面板零件(可能被称为“偏心的”)，有能力可用来保证某特定或所欲形状的面板(即结构或几何)可实际呈现有效的声音曲折波动作，而迄今认为该形状不能实现，至少根据任何先有技术的有益的建议不能实现；不仅包括与目前认为适合的形状相关的不适合形状，而且包括对于不相关的，但可处理成为至少接近某特别适合的形状的特性的形状。
的确，本发明的能力扩展至实际切实可行的曲折强度的区域分布，甚至适用于不规则形的面板零件，能产生曲折波声音作用，以提供谐振模式特性令人满意的分布的效果，并将实际有效的位置提供给曲折波作用转换装置(包括有限元分析)，甚至不管也不参考任何受到重视的，或已知适合的形状。这些程序可能实际进行到至少某一程度，以尝试错误的方式，至于区域的强度分布，但能以分析其而有所助益，利用如有限元分析，至少依据提供在此所示的有用的“低”及“高”的强度中心，以便对在区域强度分布内的转换装置的有效位置，产生正面的(接近/吸引)及负面(间隔/推开)位置影响，不论其本身是否可以分析。
实际上，以下可看到有用的助益，即寻找构造及/或转换，由此可由已知对特殊面板零件形状及结构有效的偏差中得出偏差，其可能常有效于一不同的面板形状/结构，尤其指出此种不同面板形状的结构特性，以产生可能成功的区域强度分布及转换器驱动位置。
在此与发明有关的一方法中，集中注意力于转换器位置上，包括形式上采取叠置方式，形成一标的形状，一所欲的或既定型态的面板零件及一面板零件的主要几何形状，已知是有效的，且易于进行或可实行详细分析，那么所欲的目标转换器位置与对象形状的实际优选有效的转换器位置一致。即可制出一曲折强度图，对于与目前相一致的标的与对象形状的转换器位置有关，经选定的任一或每一个结构，并超越此类形状，那么该对象面板结构的已知/易于分析的曲折强度，会受到关于目标形状的转变的影响，来给予大致相同或类似或可按比例比较的强度分布，如同在对象形状中，并在目标形状中的声音具有成功的曲折波作用。此种希望的结构包括多条线，从重合的转换器位置至/通过目标及对象形状的边缘(好像代表曲折波的通过/横越)。所注重的相关转换，有赖于在目标及对象形状中的相同构造线的相对长度，及一恰当的关系，典型地关于曲折强度(B)及每单位面积的质量(μ)的比值，即B/μ，比例的变化关于到目标及对象形状的边缘的线长的三及/或四次方。最好的情形，至少感觉更自然些，对于一目标形状小于一相关的对象形状，最好将其叠置，以寻找后者超出前者的最小多余部分，包括将转换处理过程最简化。通常形式相似的目标与对象形状可能是较好的，或适合的对象形状最接近不合适的目标形状，实际上，对于目标形状非常不同于任何可辨识形式的已知合适的型态/结构，被视为可行的。
以上PCT申请案中的面板的例子，就区域曲折强度而言是均质的，并得到了很好的研究/分析，为良好的启始点，用于对象形状/结构。的确，另一结构/转变方法被视为具有潜力，其包括根据(目前一般)转换器位置将曲折强度分开至对象形状/结构的每一侧的方式，寻找配合目标形状/结构，而且，类似或有关的图可能不只用于不同形状之间，而且万一想要或需要给予某一形式的目标形状这样一曲折强度分布，以便于仿造或模仿另一形式的形状/型态，仅就实用的既定形式的形状/型态(例如矩形，椭圆形的)，真的对实际的难以明显地干扰的谐振模式振荡的区域分布有深远的影响。
对于能够产生往复式及曲折波形式的波形的扬声器零件，具有质量中心及几何中心的曲折波转换装置的位置重合，特别有效于容许单一转换器装置于一位置，结合并进行往复式驱动及曲折波的激励。
然而，使用分开的两个转换器是可行的，其中一个在一致的质量中心/几何中心只进行往复式运动，另一个则适合地被间隔位置定位，只进行曲折波运动，虽然可能需增加质量来平衡质量(或与曲折强度的必要分布结合给出)。
本发明的一特别有趣的观点，是关于单一转换器，产生往复式运动及间隔的曲折波运动，但在间隔的位置处可以被使用，不论是否由曲折波转换器位置所形成的间隔(以适配合宜的转换器型态)，或没有应用本发明的上述观点而产生的。
当然，一般说来，应用本发明包括质量分布，从几何中心及/或任何转换器位置移动的质量中心，或诸如此类的。的确，跨越至少面板零件的声音可操作区域的曲折强度的变化及/或质量，可以许多所指示的方式及/或分布，通常逐渐以任何特殊的方向至所欲的边端，其与以往的不同，且其将大致表示非均质，其为不对称的，至少关于质量的几何中心；并将此应用视为在以上的PCT申请案中。
本发明的实际观点包括一扬声器驱动单元，包括有一机架，机架上支撑一转换器，一坚固且质轻的面板膜片，驱动地耦合至该转换器，及一有弹性的边缘悬吊件围绕该膜片，并将此膜片安装于该机架上，其中安置此转换器，以便以相对低的音频往复式地驱动该膜片，以产生一声音输出，并于较高音频以曲折波形振动该膜片，使该膜片谐振而产生一声音输出，这样的配置使该转换器耦合至质量中心及/或膜片的几何中心，且此膜片具有曲折强度的分布，其变化量使膜片有效的声音谐振情形产生(至少尽可能以偏离质量中心处为中心)。
该膜片形状可为圆形或椭圆形，且此转换器可耦合至该膜片的几何中心。此膜片可包括一质轻的网状核心，夹置于相对的表层之间，其中一表层可延伸超过该膜片的边缘，其表层延伸的边界部分附接于该弹性悬吊件上。
该转换器可为电磁式的，且可包括一移动线圈，安装于一线圈管上，将此线圈管驱动连接至该膜片。一第二弹性悬吊件可连接于线圈管与机架之间。线圈管的一端可连接至该膜片，且该第二弹性悬吊件可放置于邻近线圈管的该端，且第三弹性悬吊件可连接于线圈管的另一端与机架之间。
线圈管的该邻近面板膜片的端，可耦合连接，实际上于一点处驱动该面板膜片。锥形装置可连接于线圈管与面板膜片之间。
该线圈管可包括一从一坚固区段径向偏离的柔顺区域，以往复式地驱动该膜片，并提供偏心谐振驱动给膜片。
根据其它方面，本发明提供一包括上述的驱动单元的扬声器；及/或为一坚固而质轻的面板扬声器驱动单元膜片，适于接受往复式地驱动及产生谐振，该膜片具有一位于其几何中心的质量中心，以及偏离其质量中心的强度中心。
现在参考附图来说明/描述示范其特性的实施例，其中
图1A-D为平面及三幅轮廓截面图，表示一声音面板零件的曲折波转换器位置的所欲的定位，包括并由压缩可变形的核心材料或通过描绘核心轮廓或组成材料所形成；图2A，B，C为一椭圆形的声音面板零件的轮廓整体平面图及核心区域图；图3A，B，C为另一椭圆形的面板零件的类似图形；图4A，B，C表示一不适宜的圆形声音面板零件，由部分椭圆形的凹槽/沟槽来提供更适合的零件，且模型分布图没有及具有此种凹槽/沟槽；图5A，B，C为可用于解释可能的图/建构/转变的图形，用来产生所欲的或目标形状的强度分布，用于一矩形面板零件及一结果的一区段/轮廓的表示；图6A，B，C为相对于图5中的有用的方法所考虑的轮廓图；图7A，B为本发明的扬声器驱动单元的一实施例的截面侧视及平面图；图8A，B为另一扬声器驱动单元及一修正的截面侧视图；图9A，B为又一扬声器驱动单元及一修正的截面侧视图；图10A，B为一扬声器驱动耦合或用于往复式及曲折波形的间隔应用的致动器的透视图，并显示安装至一膜片/面板零件的细节；以及图11A，B显示这些作用的关系及交叉情形。
首先参考图1A，示出一大致上为矩形的声音分配模式的面板零件10A，似乎直接取自上述的PCT及英国专利申请案的指导，因此使曲折波转换装置的“原始”位置13与其几何中心12分隔开来，并偏离以虚线11显示的对角线。然而，在本发明的申请中，该转换器位置13位于面板零件10A的几何中心12，即有效地显示沿着实线15移动的情形，这由该面板零件的曲折强度的适当面积分布所达到。到最后，所制得的曲折强度，在几何中心12及“原始”转换器位置13的一侧相对较大(图1A右侧)，而相对的一侧则较小(图1C左侧)，特别在沿着线15的相反方向上，及其直线延伸线15G及15L。
图1B为沿线15的一轮廓截面，包括延长线15G及15L，并显示与图1A相同的位置，即“原始的”转换器位置13B也同样与分布模式的面板零件10B的几何中心12B分隔，见投影线12P，13P。图1B并未详细显示面板零件10B的实际结构；但确实指出单片结构的情形，见实心的外表面线16X，Y，或为夹置形式，见内表面的虚线17X，Y，表示束缚成一内核心18的表层，典型地(虽然不是必要)为细胞格泡棉形式或蜂窝状通孔形式。
图1C表示使用可变形材料的核心18C，特别是可压缩而能挤压成较薄的厚度，典型地如同许多发泡的细胞格材料，适用于分布模式的声音面板零件，并假设于图1C。挤压的情形，于图1C中，通过核心18C的厚度由右至左递减，且其细胞由浑圆全开(19X)渐成扁开状(19Y)来显示。当然，那些细胞本质不必是相同或类似的尺寸，或按规则排列，或在最大厚度处圆形全开(适用的泡棉材料为被部分压缩的泡棉形式)。核心18C又显示表层17A，B。在束缚于表层17A，B上之前，使核心材料18C变形为所欲的轮廓，甚至在平常时，均为可行，但不是必须的，只要如果带有表层17A，B的面板零件10C的无压缩变形有益于分布模式的音效即可。核心18C和面板零件10C所获致的较大及较小的厚度，将与较大及较小的曲折强度有关；显示的形状的厚度渐增，因此强度的变化会使转换器位置13C与几何中心12C一致，见箭头13S及圈起来的参考标号12C，13C。一般以热辅助设备进行挤压变形，并利用一适当形状的压力板。面板零件10C的质量中心将没有改变，即质量中心维持与几何中心12C一致，并与转换器位置13C一致。
此处的核心密度的作用是小的，曲折强度是主要的，可将核心质量作用的线性因数省略，且所欲的区域厚度分布可通过形成聚合泡棉或制成的蜂窝状夹层或没有表层及核心的单体的一均质核心的厚度来达成；而且能够制造，机器加工或模造成这里所需要的任何结构。
图1D显示分布模式的声音面板零件10D，其下表面逐渐削减，使其厚度渐减，类似图1C中零件的形状。对于相同的需求效果，，即达到转换器位置13D与几何中心12D相同，这种轮廓可能有些不同，视面板零件10D所用的材料而定。这些材料可以是经强化的单体式组合，或任何种类的细胞格，典型地有外皮的核心，包括蜂窝形式，其贯通的整个细胞单元从表层延伸至表层。图1D中类似泡棉细胞单元为19Z，可对应于使用泡棉材料，选择未经挤压的，或不适合挤压的材料，但想要做的不过是指出没有显著的密度变化。当然，质量分布及面板零件10D的质量中心必然有所改变，因此与几何中心有所间隔，一般以箭头CM的方向。为了达到整体质量中心与几何中心12D的一致性，面板零件10D显示至少有一额外的平衡质量22，图示为安装于最好为盲孔的接收孔23，而且最好通过由半柔顺装置24，在一适合的，受到机械式或黏着剂固定的衬套或套筒中，在较高频率的所欲振荡分布下，使其惯性压缩逐渐与面板零件10D去耦合。可以有一个以上的平衡质量22，比如在穿过名义上的延长线15L少于180°的轨迹内，或其他的阵列配置，而且不需要全部都是相同的质量，比如随逐渐远离线15L质量削减。
最单纯的，沿着图1B的截面，其厚度被简单地削尖了，虽然一更复杂的尖锥是常用的，包括一均等边缘厚度及/或离开线15-15G，L逐渐而变小。利用曲折频率对尺寸的几何关系需要考虑。对于任何既定的形状，增加其尺寸，降低其基本的振荡频率，反之亦然。优选的转换器位置的有效移动可视为等效于沿着此项移动方向，缩短与曲折有关的有效面板尺寸。
转至图2A-C及3A-C，所有的面板零件均大致显示为椭圆形，参考图号为20A，30A，均质性，因此几何中心与质量中心均一致显示为25，35。对于均质的面板几何形状及结构的意义，强度分布也当然以25，35为中心-或者作为“高中心”(如强度本身)或有关“低中心”(软度或柔顺性)。此外，在图2A，3A显示于26，36，一优选上为良好的或最好的位置(一如在上项的PCT申请案)，用于一曲折波形转换器，并对面板零件20A，30A的所欲求的谐振模式声音性能有效，就如在一扬声器内所使用的。
转入图2B，C及3B，C，现在将面板10B，20B，30B的中心位置标为25，26及35，36，仍相当于几何中心及质量中心(25，35)，但又相当于声音有效的曲折波转换器的位置(26，36)。与图2A，3A比较，转换器位置26，36有效地根据曲折强度分布来配置，在此，伴随“高”及“低”强度中心的配置，以27，28及37，38来指示，通常相对于几何中心25，35相反。图中显示相异的不对称强度分布，因逐渐变化细胞单元29，39而成，尤其关于其高度，因此面板零件20A，30A的厚度改变；但其面积及整体密度也改变(见图2B，C)，或者其面积及壁厚改变，而非整体密度(见图3B，C)，从而完成所欲的强度分布，而没有对质量分布造成显著的干扰，所以质量中心目前与几何中心及转换器位置(25，26；35，36)一致。
仍有可行的方法来改变强度，因而区域分布亦改变；例如通过引入非平面结构，诸如弯曲，曲线等以通常所了解的方式来影响强度；或诸如沟槽，凹槽或表面刻痕，以减少强度或拱肋结构以增加强度，包括逐渐以一连串相间隔的方式提供这些，例如沿着图1A的延长线15G，L(未显示，但利用诸如“有限元分析”可计算)。
图4A显示表面内沟槽，凹槽或刻痕的另一应用，特别用于一声音面板零件40改良分布模式的曲折波形，面板零件40实际上为这样一型态或形状，亦即圆状，已知不宜做为一分布模式的声音面板零件，尤其是具有激励的转换装置的中心位置。该已知的不满意的表现能力是以最常见的频率分布来指示，显示于图4B中，将易于为本领域技术人员所确认及了解，特别相当于同轴的振荡型态。图4C所显示的深远显著的改良情形，已由制造沟槽，凹槽或刻痕达成，如45所指，以椭圆的部分所形成，即以已知的型态/形状的分类，以包括一些非常适合的分布模式的声音面板零件(如上图2，3)，虽非确实根据此一已知的适合的特殊椭圆形。然而，对较低频率的最常见行为的作用，其分布显著优于单纯对中所产生圆型的对称性，且较高频率的最常见行为能够延伸通过，且超过沟槽45的开口端。利用“有限元分析”来改良沟槽45的形状，见所指的复合元模型，此类技术对详细实施本指导具有一般价值。相对于一圆型面板零件的中心不对称间隔的较小拱形结构也是有希望的，且应易于借更进一步的“有限元分析”来改善。
图5A，B显示如上所讨论的结构与转变，特别显示矩形的目标(51A，B)及对象(52A，B)型态/形状。建构线53A，B根据不同的长度及所欲/所需的曲折强度而绘成，显示非常有希望的效果，至少作用于相同矩形的形状时。图5B的方法，特别吸引人之处，在于此对象型态/形状52B是通过目标51B所在的由那个角延伸而由目标型态/形状51B有效地构成，使一具有熟知的对称形状52B的一优选的转换器位置54B简单地与目标形状51B的几何中心一致。图5C显示一典型区，穿过由根据图5B的方法所产生的目标形状51A的目标零件50。
观察B/μ比值或B及/或μ参数值，特别连同其他固定的常数，在各径向53B中，以及从形状52B的面板数学对映至形状51B的面板，容许在此的强度分布以那些方向(53B)来计算，又利用乘方的关系，包括长度的四次方及厚度的二或三次方，取决于所需的曲折强度是否为有表皮的核心夹层面板或一无表皮的单体固体组合结构。
图6A显示图5B的方法的长度对映的比率值，而图6B则显示所需(目标)的曲折情形是如何与图6A的比率值及材料性质相关，尤其是强度包括长度的四次方(实线)，一夹层结构的厚度包括平方(点状线)，以及一单体结构的厚度包括4/3次方(虚线)。对于一夹层结构，表层强度(张力强度)也包括长度的四次方；以及表层厚度包括4/3次方。图6C显示一目标方形面板零件最常见的密度对映，其衰减率为3％，而没有曲折强度分布，以上的PCT申请案的均质面板零件的主要尺寸比1.134∶1，即只关系到相对于一侧差异的调整；并由根据表层参数，尤其是厚度(h)及杨氏模数(E)的曲折强度分布，来改良该方形面板。
参考图7A及7B，一扬声器驱动单元包括一开口框型的机架71，其形如一浅圆形篮或盘状，具有一四周向外突出的凸缘71F，以孔贯穿，因此可将驱动单元安装于一隔板上(未显示)，例如在一扬声器包装(未显示)内，大致为传统的形式。该机架71支撑由一电动驱动马达所形成的转换器72，其包括一磁铁73，夹置于电极片74A，B之间，并提供一环状间隙，其中安装了一个管状线圈管75，附载了一线圈75C，形成该马达的驱动耦合或致动可移动的零件。
将该线圈管的相对端安装于有弹性的悬架76A，B，引导该线圈管75轴向移动于磁铁总成的间隙中。线圈管75的一端以粘接剂77接合至一质轻的坚硬面板70的背面，形成该扬声器驱动单元的一声音放射体膜片，并包括一质轻的细胞式核心70C，例如蜂窝状的材质，夹置于相对的前与后表层70F，R中。通常此面板70如这里所指出的，特别具有曲折强度的分布，提供质量中心与优选曲折波激励器位置与其几何中心的一致性。在图示的实例中，该前表层简便地以传统的圆状形形成其轮廓，且在某些情况下与其包围件/悬架合作进行有效的运作。选择后表层为矩形，形成一组合面板，与分布模式指导柔顺(可由图10A及图10B的差动耦合器直接驱动)。
对于一简单的中央，或中央等效驱动，该分布模式面板区将以优选的典型分布-根据在此所产生的本发明来设计，例如通过控制区域强度实现，以便有用地放置典型的驱动点或区域在或近于几何及质量中心。因此获得在较高频率时的良好典型驱动及在较低频率时的往复式运作，用于一传统类型的驱动器建立及形状。
面板70的前表层70F延伸超过该面板的边缘，且其周界边缘连接至一由机架71支撑的悬架77或卷筒形的包围件，因此该面板可自由地往复式移动。配置该转换器72，使面板70于低频时往复地移动，并使面板70于高频时振荡，以产生曲折波至该面板，因此如以上所讨论的长度谐振。
图8A及8B中所示的配置大致类似于以上所描述的情形，只是机架81更浅，马达72在机架81的外侧，且耦合器/致动器线圈管85延伸进入该机架，并将其悬架86随之加以修正。图9B的修正使用了一只较小的钕马达82N，以及该线圈管85的截面端缩减85A。
图9A及9B中所示的配置极类似于图8A及8B中所显示的情形，除了线圈管95的延伸端95A，B是以双锥剖面的一[单一]个所形成，其尖端95P附接于质轻坚固面板膜片90的背面，位于其几何中心处。
图10A，B显示一膜片耦合器/致动器100，方便地，一驱动马达(未显示)的一线圈管，其驱动端为一主拱形的周围部分108，适于附接107至一坚固质轻的面板100，其是由一半柔顺材料所制成，且相同的坚固端为拱型的周围部分109。透过两个拱形端缘部件108，109，于低频时往复式地驱动面板100。在高频时，耦合器/致动器将由较小的部件109激励曲折波作用，因此面板100中的振动能量产生于一偏离该耦合器/致动器105的轴的位置处。以其半柔顺的本质，主拱形端缘部件108实际上将于高频时静止。因此，真正的驱动位置是与频率息息相关的，即使以相同的方式及装置105来施加亦然。
图示说明的简单情形的一直接耦合区段及一半柔顺区段可将其延伸为多个稳固的接点及多个复杂的半柔顺配置，例如可包括两个或多个优选分布模式的面板零件转换器位置。该半柔顺区段可能是圆锥状或阶梯式的，或在厚度上有许多梯状或是块状性质，以提供交互耦合强度的分级，其计算方式是以面板声音性能标准来进行的，以改善整体性能，或者是具有与几何/质量中心隔开的曲折波转换器位置的分布模式声音面板，以适合便于耦合器/致动器105所需的结构，或是后者，以适合诸如以上PCT及英国专利申请案的转换器位置。
可将此种差频耦合器105与常用于电动激励器中的马达线圈共用。此一耦合器105可以是一预定尺寸或直径的分离元件，便于看出其做为类似直径的一马达线圈的部分接着平面，可能如以上所指出，被选用来包围一分布模式声音面板零件的一或多个优先的驱动转换器位置，特别位于或被坚固的端部件108激励，所需的较高频率响应，是通过在一分布模式的声音面板膜片零件100中的曲折模式振荡实现。较低频率时，该半弹性的部件/插头108会变得更方便并逐渐使致动器/耦合器105的整个周围进入平衡，质量作用的中心，因此于低频率产生令人满意的往复式运作。选择该面板零件100的基本曲折频率及耦合器/致动器部件108的弹性，以容许声音功率，在此频率范围内，由往复式平稳转变为曲折振荡区，能有令人满意的结果。此种转变更可通过部件108的多个阶梯，或由如108A所示的尖锥来辅助。
图11A有助于了解耦合器108的运作情形，其图形勾画出施加给此声音面板所需的速度变化，包括交叉的区间。在低频时，该半柔顺部件108以一均衡往复式的方式提供有效功率给面板零件100。当该振荡面板零件100的机械阻尼变得显著，并在优选偏心位置受到激励时，此类似活塞的动作会随着频率增加而衰减。因此，在高频时所供给的动作速度是由该耦合器的坚固的，偏置的区域所产生的。
图11B又显示往复式驱动及分布模式的激励点，随频率发生的有效变化的配置情形。在低频时，该往复式驱动点主要位于中心及质量中心。随着频率增加，转移至偏离中心的一曲折波激励点，通过适当选择面板设计，还有复杂的耦合器致动器直径和部位形状来加以矫正，以驱动于或接近较佳分布模式点，用于满意恰当的振荡模式的分布。
在上图7A，B中，此种类型的曲折波转换器装置的直径范围为150至200mm，可能操作令人满意的曲折模式性能的一分布模式面板零件的“原始”转换器位置，其出现于150Hz至500Hz的范围。有效的往复式运动从低频，即从30Hz起作用，用于一适合的声音装置，当面板零件进入曲折模式范围时，会在其上部下倾。
本发明的耦合器的差频性能，容许精细的改良用于分布模式的声音面板零件。例如，在一已知的面板中，驱动点随频率不同而产生的变化，对频率控制是希望的，用在特殊应用中，诸如在小型外壳中接近边壁处，以及相关响应修正环境中。半柔顺部件或插头的一个以上的等级及/或尺寸/面积可用于形状合适的耦合器上，逐渐或逐步随频率移动于该标准模件的更或最有效驱动点，并有利于修正所发射的声音。
权利要求
1.一声音装置，包括一延伸横越其厚度的零件，并能够保持曲折波形，由于与在一期望的工作音频范围内，该零件所需可达的音效一致的表面上原始曲折波振荡的谐振模式的区域分布，引发相应的音效，该零件的型态或形状，原本不适于产生此种音效，此零件还有曲折强度的区域分布，包括与使该零件，就该种音效而论，更适于谐振模式的区域分布相关的曲折强度变化情形。
2.根据权利要求1的声音装置，其特征在于，该零件具有取决于该曲折强度的区域分布的位置，用于曲折波转换器装置，以产生该音效。
3.一声音装置，包括一延伸横越其厚度的零件，并能够保持曲折波形，由于与在一期望的工作音频范围内，该零件所需可达的音效一致的表面上原始曲折波振荡的谐振模式的分布，引发相应的音效，此零件具有曲折强度的区域分布，包括与决定位置有关的曲折强度变化，该位置用于曲折波转换装置，以产生该音效。
4.声音装置，包括一延伸横越其厚度的零件，并能够至少在该零件的横向范围的一需要的音效的区域内保持曲折波形，其参数包括曲折强度，其预定在至少该区域内，原始曲折波振荡的谐振模式的分布情形，以便与在一所需的操作音频范围内，该零件所需可达到的音效一致，该曲折强度具有一在所述零件上的区域分布，包括有关所决定位置的曲折强度的变化情形，该位置用于在该区域内的曲折波转动器装置。
5.根据权利要求2，3或4的声音装置，其特征在于，该曲折强度的变化情形包括分别对于该位置不同侧的相对高与相对低的曲折强度，用于曲折波转换器装置。
6.根据前述权利要求中的任一项的声音装置，其特征在于，该曲折强度的变化情形包括分别在该零件或该区域的几何中心的不同侧的相对高与相对低的曲折强度。
7.根据权利要求5或6的声音装置，其特征在于，该曲折强度的分布情形，至少具有名义上的高及低中心，亦即在不同方向上，分别对应于不同的上述侧为高与低。
8.根据前述权利要求中的任一项的声音装置，其特征在于，该零件的较厚及较薄分别相对于该曲折强度的分布中的较高与较低的强度。
9.根据权利要求8的声音装置的制造方法，其特征在于，该零件的可变形材料厚度选择性地减小。
10.根据权利要求8的声音装置的制造方法，其特征在于，该零件的材料选择性地减缓其减少厚度的情形。
11.根据前述任一项权利要求中的声音装置，其特征在于，该零件具有相关装置，选择性地提供额外的质量，而实际上对所需的音效没有任何影响。
12.根据权利要求11的声音装置，其特征在于，该或每一额外质量不足以显著影响低频音效，对于高频音效，具有与该零件有关的装置，实际上有效于将该或每一额外质量去耦合。
13.根据权利要求11或12的声音装置，其特征在于，该质量提供装置为该零件的质量中心而放置额外质量，该质量提供装置位于该零件的所欲位置。
14.根据权利要求13的声音装置，其特征在于，该所欲位置与该零件的几何中心一致。
15.根据权利要求8的声音装置，其特征在于，该零件具有夹层结构，一核心上具有表层，具有细胞单元限定壁，根据提供前述的零件整体质量分布，延伸通过各种厚度，介于该表层之间，限定不同截面尺寸的单元。
16.根据权利要求8的声音装置，其特征在于，该零件具有夹层结构，一核心上具有表层，具有细胞单元限定壁，延伸通过各种厚度，介于该表层之间，根据在该零件上提供前述的质量分布，而具有不同厚度。
17.根据权利要求15及/或16的声音装置，其特征在于，该前述的质量分布是以该零件或区域的几何中心为中心。
18.根据权利要求1，2，3或4的声音装置，其特征在于，该曲折强度的变化情形包括至少该零件的一局部装置。
19.根据权利要求18的声音装置，其特征在于，该或每一局部装置为一较轻微的凹槽，沟槽或对该零件的切口。
20.根据权利要求18或19的声音装置，其特征在于，曲折强度分布的局部变化部分定义该零件的未界定的副形状，且该配置适于曲折波音效，具有依赖曲折波的振动的低频模式的所欲的有效区域分布，该振动相对于曲折波转换器装置所在的位置。
21.根据权利要求20的声音装置，其特征在于，该曲折强度分布的局部变化容许高频模式的依赖于曲折波振荡超过该局部变化。
22.根据权利要求1至7的任一项的声音装置，其特征在于，该零件具有表层的结构，而曲折强度变化是依表层参数而定。
23.根据权利要求22的声音装置，其特征在于，厚度是该表层参数的一项。
24.根据权利要求22或23的声音装置，其特征在于，杨氏模数为一项表层参数。
25.根据前述权利要求的任一项声音装置的面板零件的制造方法，其特征在于，该零件有一原本即适于所需音效的型态或形状，这是由于谐振模式的区域分布，该方法包括决定该零件的曲折强度的区域分布，包括参考曲折波转换装置所需的实际位置的移动的曲折强度变化，该移动由缺少此种曲折强度变化的名义上的装置开始，该项变化包括对于该所需实际位置及名义上的位置的相对侧的相对高及相对低的曲折强度。
26.根据权利要求25的方法，其特征在于，该相对高及相对低的曲折强度沿着一理论上的直线的延长线，穿过该所欲及名义上的位置。
27.根据前述权利要求的任一项的一声音装置的面板零件的制造方法，其特征在于，该零件有一原本即不适于所需音效的型态或形状，这是由于谐振模式的区域分布，而没有曲折强度变化的区域分布，此方法包括决定曲折强度的该变化量，参考不适合型态或形状与一已知适合形状间的差异，不适合型态或形状中的曲折波转换装置的理想的实际位置与已知的适合型态或形状的已知有效曲折波转换器位置相重合叠置，进一步参考经两型态或形状的方向，以及在适合型态或形状中的曲折强度的转变情形。
28.根据权利要求27的方法，其特征在于，该叠置状态为不适合的型态或形状完全内含于适合的型态或形状。
29.根据权利要求27或28的方法，其特征在于，适合与不适合的型态或形状的叠置具有最大的边缘匹配情形。
30.根据权利要求27，28或29的方法，其特征在于，该已知的适合的型态或形状为延伸自该实际的不适合型态或形状的某些边缘而构成。
31.根据权利要求27至30中任一项的方法，其特征在于，该转变情形包括长度的四次方，用于像这样的曲折强度，以及其他次方，相关于各项决定参数，诸如零件的单体结构的厚度，或零件的夹层结构的核心，或后者的表层的核心，或杨氏模数的核心等等。
32.声音装置，包括由权利要求25至31中的任一项的方法所制造的零件。
33.根据任何前述装置的权利要求的声音装置，其特征在于，用以产生该音效的曲折波转换装置的一或该位置，也用作往复式运动的声音转换装置。
34.根据权利要求33的声音装置，其特征在于，于该位置含有声音转换装置，并具有曲折波与往复式运作。
35.扬声器驱动单元，包括一机架，其上支撑一转换器，一坚硬而质轻的面板膜片驱动地耦合至该转换器，膜片周围有一弹性边缘的悬架，并将此膜片安装于机架中，其中配置此转换器以在相对低的音频时，往复式地驱动该膜片，以产生一声音输出，并在较高的音频时，以曲折波振动此膜片，使膜片谐振产生一声音输出，这样的配置使该转换器操作上得以耦合至膜片的质量中心及/或几何中心，且此膜片具有一包括变化量的曲折强度分布，因而获取该膜片声音方面的有效谐振特征。
36.根据权利要求35的扬声器驱动单元，其特征在于，膜片形状呈圆形或椭圆形。
37.根据权利要求35或36的扬声器驱动单元，其特征在于，膜片包括一质轻的细胞格状核心，夹置于相对的表层间。
38.根据权利要求37的扬声器驱动单元，其特征在于，一表层延伸超过该膜片的一边缘，此延伸表层的边界部分接连至此弹性悬架。
39.根据权利要求35至38中的任一项的扬声器驱动单元，其特征在于，膜片为一分布模式的谐振面板。
40.根据权利要求35至39中的任一项的扬声器驱动单元，其特征在于，该转换器为电磁式的，并包括一活动的线圈，安装于一线圈管上，此线圈管操作性地耦合至此膜片。
41.根据权利要求40的扬声器驱动单元，其特征在于，包括一第二弹性悬架，连接于线圈管与机架之间。
42.根据权利要求41的扬声器驱动单元，其特征在于，该线圈管的一端连接至膜片，该第二弹性悬架放置于邻近线圈管的该一端，第三弹性悬架则连接于线圈管的另一端与机架之间。
43.根据权利要求35至42中的任一项的扬声器驱动单元，其特征在于，该邻近面板膜片的线圈管端被耦合，以大致在一点驱动该面板膜片。
44.根据权利要求43的扬声器驱动单元，其特征在于，含有锥形装置，连接于线圈管与面板膜片之间。
45.一坚固而质轻的面板扬声器驱动单元膜片，适于受到往复式的驱动，并随曲折波产生谐振，此膜片的质量中心位于其几何中心处，且强度分布的中心偏离其质量中心。
46.根据权利要求35至44中的任一项的扬声器，包括一驱动装置。
47.扬声器驱动单元致动器，包括偏置柔顺及坚固的驱动耦合部件，以一轴为中心，往复式地驱动一膜片，并提供偏心谐振激励给该膜片。
48.扬声器驱动单元致动器，包括偏置柔顺及坚固的驱动耦合部件，以一轴为中心，往复式地驱动一膜片，包括由至少一该柔顺部件于低频时所起作用，并由至少一该坚固部件于高频时，提供偏心谐振激励给该膜片。
49.声音驱动单元致动器，包括偏置柔顺及坚固的驱动耦合部件，至少在低频时，由至少一该柔顺部件往复式地驱动一膜片，并由曲折波激励该膜片振动，至少在高频时，由至少一该坚固部件引发分布模式的音效。
50.根据权利要求47，48或49的致动器，其特征在于，坚固部件也提供往复式驱动。
51.根据权利要求47至50中任一项的致动器，其特征在于，该部件均为一管状零件的端缘。
52.扬声器驱动器单元，包括一根据权利要求51的致动器，包括该膜片，且其中该管状零件固定于该膜片。
全文摘要
一声音装置具有延伸横越其厚度的零件,并能够保持曲折波形,由于与在一期望的工作音频范围内。该零件所需可达音效一致的原始曲折波振荡的谐振模式的区域分布,引发相应的音效,强度的区域分布包括一些变数,其中被用来取得曲折波转换器所需的位置,及/或源自原本不适宜的零件形状的良好谐振模式的音效。此等零件具有组合的活塞效应驱动及于质量和几何中心处的曲折波激励的特征。
文档编号H04R7/10GK1249892SQ9880305
公开日2000年4月5日 申请日期1998年2月27日 优先权日1997年3月4日
发明者亨利·阿兹马, 马丁·科洛姆斯, 尼尔·哈里斯 申请人:新型转换器有限公司