扬声器及其制造方法

专利名称：扬声器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及扬声器，更特别涉及国际专利申请WO97/09842号所描述的一般类型的共振弯曲波扬声器，该国际申请描述一种新型的被公知为分布模式扬声器(DML)的扬声器。
背景技术：
由国际申请WO97/09846号已知提供一种包括两个分开受驱动的板的扬声器。第一板较小，且将第一板设计为在比大型的第二板更高的频率操作，第一板悬挂于第二板中，各板的频率范围可在中间范围处重叠，且可添加一配合分音网络(cross-over network)以控制任何在重叠频率范围中的输出。
由国际申请WO98/52381号已知具有一种扬声器，包括由一共同驱动器所激励的一较大的低频板及一较小的较高频板。可由一种形成一控制柔性耦合的材料将较小及较大板附接在一起。由此区分出扬声器的高与较低频部分。

发明内容
根据本发明的一方面，提供一种扬声器，此扬声器包括至少两弯曲波板型声学构件的一组件，各声学构件具有在频率上分布的一组模式，选择至少两个声学构件的参数以使得各声学构件的模式分布显著不同，且其配置可使得声学构件组件的模式分布在频率上呈现结构性交叉；以及换能器装置，用以将弯曲波能施加到声学构件使其共振产生一声输出。
通过结构性交叉声学构件的模式分布与任何单个声学构件的模式分布相比较，扬声器的整体模式分布更加稠密，就是在一已知频率范围中具有更多模式。因此与已有技术不同，将声学构件设计为覆盖住大致重叠或大体相同的频率范围、而不是在中间范围(就是约1或2千赫兹左右)具有部分重叠的不同的频率范围。
特别是，模式分布可结构性交叉，使得组件的整体模式分布中的模式相较于任何单个声学构件的模式在频率上更平均地分布，因此，在整体分布中可明显降低单个声学构件中可能出现的模式的任何“挤靠(bunching)”或聚集，组件的模式分布中的模式可在频率上大体平均地分布。可利用这些方式来增强扬声器的整体输出，并可达成一更平滑化的频率响应。
声学构件可具有不同的面积或形状，使得各声学构件依需要具有一不同的模式分布。或者，可利用具有不同机械参数(就是，例如弯曲硬度、阻尼、单位面积的质量或杨氏模数等参数)的声学构件达成不同的模式分布。
可由耦合装置将至少两个声学构件耦合在一起，故可将弯曲波能在声学构件之间传输。因此，可由耦合装置将声学构件加以机械性及声性耦合。利用此方式，仅需将一换能器安装到一个面上，而相邻面可通过传输过耦合装置的弯曲波能所驱动。因此可使得组件中位于声学构件之间复杂的机械性与声性交互作用受到鼓励，而增加各构件中可取用模式的激励，特别是如果在部分声学构件不是主动受到激励时。
声学构件的组件可由单件的硬性轻质材料片所制成，由此应可大幅简化制程及组装。或者，此组件可包括由硬性轻质材料片所制成的多个分离的声学构件，硬性材料为可自行支撑的材料，耦合装置可具有足以扁平构装此组件的挠性，耦合装置可为连续性或不连续性。
对于由单片制成的一组件，耦合装置可以由材料片中至少一个折印或一对平行的折印所形成。双折可在面之间提供额外弹性及更大的退耦，可将材料片设置沟槽以形成各折印，且设置沟槽时可包括将材料片局部压缩。
对于一种由分离构件制成的组件，耦合装置可包括耦合构件，耦合构件可包括铰链部使得声学构件可彼此相对移动。
声学构件的组件可形成限定一体积的一立体或箱型扬声器；可具有任何适当的几何形状，例如四面体；且可由构件的不同定向呈现打开或封闭。此组件可包括一前面及侧面且可配置为例如在一对相对的背面之间限定一背后的开口，至少一个或两个声学构件可大体呈三角形，此组件可形成一截角角锥，且截角平面可相对于角锥底部的平面呈现例如20°的斜角状。
或者，声学构件可配置为大体位于相同平面，声学构件可为板型而在一或多个平面呈平坦或弯曲状。对于弯曲的板，板可配置于一旋转体积的相同表面上。
各声学构件可对于一相邻的声学构件作为一挡板，例如可利用泡沫或其它已知的声处理材料来部分地或完全地充填组件所限定的体积，藉以改良挡板效果。
换能器装置可包括一惯性或落地振动换能器，此惯性或落地振动换能器可以是一个移动线圈惯性激励器，其包括一磁铁组件及一音圈组件、一压电换能器、一磁致伸缩性换能器、一弯曲或扭曲性换能器(例如WO00/13464号揭示的类型)或一分布模式换能器(例如WO01/54450号揭示的类型)。特别是对于折叠扬声器，换能器最好为惯性。如国际申请WO97/09859号、WO98/31188号或WO98/52383号所述，换能器可安装到声学构件上上。可将换能器及尤其低频换能器设计为具有比扬声器所需要的低频范围更低的一固有悬挂共振，且可利用一过滤器来防止换能器的下限低于其固有共振。
换能器可以是一移动线圈惯性激励器，其包括一磁铁组件及一音圈组件。若换能器安装在一斜面上，将具有不平均的重量负载而导致磁铁组件产生不良的非轴向移动，因此，磁铁组件可支撑在一换能器壳体中，此换能器壳体安装到声学构件上，壳体可以是使换能器质量与声学构件退耦的一塑胶中心盘的形式。换能器壳体可阻止磁铁组件产生不良的非轴向移动，因此可减轻音圈的损害，且可限制换能器的偏离。
换能器装置可以包括安装到相应的声学构件的相应的振动换能器上，通过将换能器设置在不只一面上，可由单一物体获得立体音源。一换能器可安装到箱型结构的各面上，藉以改良高频的单方向性。
可对于不同的频率范围使用不同的换能器，应可由一配合分音(crossover)来连接这些不同的换能器，例如包括一系列电感器的第一级低通配合分音。过滤器可包括一第一级系列电容器，此第一级系列电容器经选择具有可在其中扬声器的整体输出很微弱时频率与系列电感器共振的一个值，以在一受控制的频带提供放大作用。可使用一被动式第二级高通过滤器将讯号进行频带限制(band-limiting)以保护换能器，但也可以使得过滤器的拐点“振荡(ring)”以获得低音的放大，而有助于补偿一双极梯度滚奏或其它低音值损失。也可利用经修改的放大器转移功能将低音值放大。
硬性轻质的材料片可以是瓦楞板或类似物，瓦楞板可以是含有嵌夹一瓦楞芯板的表面覆皮，所述组件可具有一带有一底部的前面、以及至少一个具有一底部的侧面，且瓦楞芯板可使在前面中的瓦楞部与底部呈垂直延伸及/或使在侧面中的瓦楞部与其底部呈一锐角。
或者，硬性轻质的材料片可以是一真空成形塑胶或挤制双壁式聚丙烯片，例如大体等同于瓦楞硬纸板且以“寇瑞斯(Correx)”商标销售者。所以这些材料皆可制造极轻、可携带、低成本及可以是可弃式的扬声器。或者，可使用更耐久、长效或更高性能，例如以“卓马赖特(Traumalite)”商标销售的材料片。
各扬声器可具有一底部且可限定一封闭的箱，扬声器可悬挂于楼板上且底部可为一辐射性声学构件。或者，底部可由扬声器站立的表面所限定，扬声器可以安装在一基座上、一安装在各声学构件的底部边缘或分离的脚或声学构件本身的脚状延伸部上的泡沫或橡胶型条上。或者，声学构件的悬挂部可以位于模制槽中的泡沫或橡胶型条、结合至声学构件的表面的泡沫或橡胶型条、或“包覆缠绕”模制件等形式。
根据本发明的另一形态，提供一种弯曲波板型扬声器的制造方法，其包括选择至少两个弯曲波板型声学构件，各弯曲波板型声学构件具有在频率上分布的一组模式，所有各声学构件的模式分布是明显不同，并且装声学构件使得声学构件组件的模式分布在频率上呈现结构性交叉，并将换能器装置耦合至此组件以将弯曲波能施加到声学构件使其共振产生一声输出。
此方法可以包括由单件硬性轻质材料片来制造声学构件的组件，可例如通过局部压缩方式在材料片形成至少一个沟槽以单件材料片来形成声学构件，可形成一对平行的沟槽，且沟槽的配置可使材料片受到折叠。
此方法可包括将至少两个声学构件耦合在一起，故可将弯曲波能在声学构件之间传输，可通过此耦合将组件加以扁平构装。
硬性轻质材料片可为包括表面覆皮的类型，表面覆皮嵌夹住一瓦楞芯板，且此组件可以配置为限定一具有一底部的前面以及至少一个具有一底部的侧面，瓦楞芯板可使其瓦楞部在前面中与底部呈垂直延伸并使其瓦楞部在侧面中与其底部呈一锐角。
各声学构件的模式组是从一固有的或最低的模式开始并由包括声学构件的材料的几何结构及性质等参数所限定，因此该方法可包括从以下各物的群组中选择出声学构件的参数几何结构、尺寸、表面质量密度、弯曲硬度、内部自身阻尼、及弯曲硬度或厚度的异向性或同向性。最低模式可以由最大单个构件的尺寸所决定。因此，可选择最大声学构件的尺寸以使得扬声器的输出延伸至一所需要的低频极限。可选择一声学构件的最低模式使其低于一个相耦合的换能器装置的固有共振频率，例如至少更低二或三个八度。通过适当地选择参数，声学构件可具有低达5赫兹的模式，并使用一具有40赫兹固有惯性共振的换能器，一声学构件的固有共振或完整体部弯曲模式并未对于声输出产生贡献。因此，在整个频率范围输出可以是密集模态并且与相位不相关。
此方法可包括提供多个分离的换能器装置并将其选择为具有不同的固有共振频率。特别是，使用不同类型具有不同固有共振频率的低频激励器将传播这些共振对于扬声器的影响。
在正常操作中，一驱动一声学构件的耦合的换能器可使位于换能器耦合器正下方的声学构件材料变硬，特别是，受到一移动线圈换能器的一音圈所包围的声学构件的圆形区域维持固有的且保持整齐几何结构的强烈鼓状模式。发生此局部共振的频率称为孔隙共振频率并且其取决于耦合器覆盖面的形状及声学构件的性质。可选择分离的换能器装置为具有不同尺寸的耦合器覆盖面，就是不同直径的音圈，使其相应的孔隙共振处于不同的频率。或者，可使用移动线圈及压电换能器的组合，各孔隙共振模式可与声学构件的模式分布呈结构性交叉。


现在参照附图以范例描述本发明，其中图1为根据本发明的一扬声器的透视图；图2为用于形成图1所示的扬声器的硬纸板胚料的平面图；图3及4为根据可替代实施例的扬声器的透视图；图5为根据本发明另一形态与一壁面相邻的一扬声器的透视图；图6至10c为根据可替代实施例的扬声器的平面图；图11及12为用于表示可替代铰链机构的两种可替代扬声器的透视图；图13a、14a及15a及13b、14b及15b分别为可替代铰链机构处于打开及封闭状态的分解剖视图；图16为用于表示能量传输通过铰链的一个铰链的分解剖视图；图17至20、22及24至26为用于连接根据本发明的扬声器中可使用的两板连接的机构的剖视图；图22及24分别为用于连接两板的两可替代的机构的平面图及透视图；
图27a及27b表示对于两个具有类似形状的弯曲波板在频率上的模式分布；图28为一两梁扬声器的平面图；图29为对于图28的扬声器相对于α的成本曲线图；图30为一两板扬声器的透视图；图31及32为三及四梁环扬声器的平面图；图33a及33b表示分别对于图31及32的三及四梁环的频率的模式分布图33c表示对于添加至三梁环以形成四梁环的第四梁的频率的模式分布；及图34a至34c表示对于三、四及五梁环的模式分布。
具体实施例方式
图1及2表示本发明的第一实施例，其中扬声器大体为一截角状正方形底部角锥体的形式，图1表示扬声器处于经组装的使用位置，而图2表示折叠形成扬声器的瓦楞硬纸板的胚料。
此扬声器包括一前面82、两个侧面84及一背面，此背面具有由可供扬声器作为通气部的一间隙90所分隔的两段86。因此，扬声器限定一大体封闭的体积，将单个换能器88安装到各侧面84上，且一对换能器安装到前面82上，使得各面形成一分开受驱动的板型弯曲波声辐射器或构件。背面86为被动性且可经由如前述的铰链耦合而成为模式主动性(modally active)。为此，扬声器包括五个弯曲波板型声学构件的一组件，其中至少三个声学构件由换能器所直接驱动以产生一声输出。
根据本发明，每个声学构件或面的形状和尺寸不同而使声学构件的模式分布基本不同且可在结构上交叉。每个前面和侧面82，84一般的形式为顶边长度为10cm的截头三角形。所述前面82具有一个长度为56cm的底及一个基本上垂直的侧边长度为100cm。每个侧面84一般形式为一个具有底角为大约80°底边为47cm的等边三角形。在所述背面形成的区段86一般为底边大约20cm而自由边大约100cm的三角形。
如所示的，图1所示的所述扬声器没有平行的背面和边。由此在扬声器内部的驻波的声音混响受到压制。而且，每个声学构件布置在不同的取向上，与单独板形声学构件相比，增加了扬声器与环境和受声者之间相互作用的复杂性。由此，在房间里单个驻波的优先激励和所谓“最佳聆听点”被去掉或减少了。
在所有的实施例中，可以选择将所述换能器耦合在使共振弯曲波模式大致均匀的位置。换句话说，可以将所述换能器放置在振动激励共振非节点的数量相对较高且相反的共振节点数相对较低的位置。在本实施例中，通过将换能器88放在前面上距离底边90cm和30cm而距离其基本垂直的侧边14cm和30cm的位置上实现的。通过大致垂直所述前面的一侧连接在侧面上的所述换能器88被安装到所述侧面上，其位置为从所述大致垂直侧距离为16cm及距离所述侧面的底面为40cm。在另外一侧的所述换能器88被安装在距离所述前面的斜边18cm及距离所述侧面的底面25cm。
所述背面86控制所述侧面84的后边缘的运动。所述背面附加了有效的挡板尺寸，由此改进了低音的响应。所述挡板的形状可以根据房间的尺寸或声学上的要求来调节。或者挡板可以布置成图3和图4所示，其中一个扬声器包括一个截头三角形的前面82和两个三角形侧面84。所述前面82由一个换能器(未示出)来激励而所述侧面84当作挡板。所述侧面的后边缘限定一个间隙，它可被认为是一个背面92，94的开口。
图3表示一个基本上封闭的挡板，其中所述侧面的后边缘几乎靠上。由此所述打开的背面92较小且每个侧面的下边缘相对所述前面的下边缘具有一个锐角α。图4表示一个基本上打开的挡板，其中打开的背面挡板94较大且每个所述侧面的下边缘相对所述前面的下边缘具有一个钝角θ。挡板越打开就越具有非常好的低音量。
图5表示一个扬声器22，其中一般与图3的类似的扬声器邻近一个墙壁安装。由于所述侧面84以与所述壁面一个角度地邻近所述壁面24，由壁面24反射的辐射的连贯性被扰乱了，以给出矮房间声音混响的好处和更好的立体声的聚集。从另一侧面和所述前面发出的所述辐射也扰乱所述反射。所述扬声器放置在一个铺地毯的楼板上，它限定了在所述声学构件的下边缘或底面上的终止条件。这样就增加了用于泄漏的最短声学通路的长度并且可有效地加倍了所述挡板的尺寸。
图1到图5所示的扬声器中所述声学构件的组件限定一个体积。或者，所述声学构件可一般安排成的一个平面上，如图6到10所示。在图6中，所述声学构件组件26形成一堆，它们能够几何学地整理或伪随机的被分开后连接在一起。在图7中，所述组件包括一个大的声学构件30，它具有一个大的、低频换能器32和一个小的声学构件34，对应地安装一个小的、中/高频换能器36。所述大的截头三角形构件30部分地围绕所述小的三角形构件34。可以使用更小的构件且可以安排所述大的构件30完全地后部分地围绕每个小的构件34。
在图8中，所述组件包括一个前三角形声学构件40，它以一个角度安装在一个后面三角形声学构件44的上方，使所述后面的声学构件44部分被所述声学构件40盖住。所述角度可以改变以使所述后面的声学构件44完全地被盖住。所述前面的声学构件40由一个换能器42驱动而所述后面的声学构件44可由其自己的换能器(未示出)驱动后被动地通过一个盖住耦合器46由所述前面的声学构件40驱动。这样一个连接器，形式为如一个销或多个销，分别连接到所述构件的被发现的所述主模式的高速运动的点上。销或多个销46也可以用作质量块，在一个或两个构件上影响所述模式是已知的。
参考图9，所述扬声器包括一个声学构件的组件，形式为将平板三角形板100、102、104布置在同一平面上且镶嵌成一个组合的超级板106。换能器108、110安装在所述两个大的板100和104上因此它们是主动的而最小的板102是被动的。
图10a表示一个声学构件的形式为板120、122、124、126安排在一个不对称或斜的十字轮机构128。一个换能器130安排在所述组件的十字的中心，它对于整个组件来说是偏离中心的。
图10b中，此组件包括由换能器150驱动的单一主动等腰三角形板140、以及三个较小的被动耦合板142、144及146。板142及144为沿着其斜边耦合的直角三角形，且板146为一矩形。通过低剪力强度接合部152在单一平面中将板固持在一起(见图17)。将一质量负载148添加至一个本来是相同的被动直角三角形上以改变其相对于其它三角形的模态(modality)，而进一步增高整体扬声器的模式合成。
如图10c所示，通过去掉材料制出槽222、224将单一的板分成准分离的声学构件180、182，且在其间具有硬连接部220，这些槽可为由开口端的槽222或封闭的槽224。
图1至5的立体扬声器的声学构件或面最好是由可使声学构件彼此相对移动的耦合装置所连接，因此，耦合装置可作为图11至16所示类型的铰链。图11至14b中，铰链与面成为一体，因此相邻面可由单件材料制成。图15a及15b中，铰链为一分离构件而连接至两面，因此两面可由分开的材料件所制成。
扬声器可由一可折叠材料所制成，例如一具有一可压溃芯板的单一体(monolith)或覆皮板。图11及12表示可由这些材料折叠成的铰链，图11表示一用于连接两面52的不连续性单铰链50，铰链50包括折印54以及折印之间的切除段或开口56。图12表示一种在两面52之间具有一双折58且可使用于例如硬纸板等较厚材料的铰链。
若此面由一不可折叠材料制成，一铰链可设有如图13a及13b所示的V形槽，图13a及13b表示铰链的打开及封闭状态，各面由一复合板制成，复合板包括一个嵌夹在两皮62之间的芯板60。在限定出使各面可彼此相对旋转的支点66的V形的点，切除掉芯板的一V形段，包括一侧覆皮板，一面可在箭头B方向中从使两面处于相同平面的一位置(图13a)旋转至使两面彼此垂直的一位置(图13b)。在所述槽的区域沿着板的两侧添加强化带64，强化带在内侧设置封闭所述铰链。可通过例如胶粘剂等任何适当的替代方式来取代强化带64。
图14a、14b表示一个双铰链，此双铰链包括图13a、13b所示的两个V形槽因此具有相同的编号，各面在箭头C及D方向中从使两面处于相同平面的位置旋转至使两面平行但不共面的位置，因而达成180°折叠。
图15a、15b表示两面52，两面52分隔开来限定大约等于各面厚度的一间隙并由构成铰链的一条自粘带68加以连接。一面可在箭头B方向中从使两面处于相同平面的位置(图15a)旋转至使两面彼此垂直的位置(图15b)。此自粘带选择为具有一高度内部阻尼及一适当的高粘性胶粘剂，如果该声学构件由一切割的芯板制成，自粘带可防止松散边缘吱喳作响。
铰链可具有足够挠性以使扬声器扁平地构装，铰链的挠性可以为从大体可抵抗挠曲的程度到完全挠性的程度。若为呈完全挠性，此铰链是作为一受激励板的一简单支撑的边缘终端并很少有或没有弯曲波能传输过铰链。或者，若铰链可抵抗挠曲，就是折叠后具有残留的弯曲硬度，则弯曲波能可从一受激励面传输过铰链前往一相邻面。虽然当频率增高时可能有损失，铰链可设计成使其在操作范围内的所有频率传输弯曲波能，就是至少高达20千赫兹。
图16表示弯曲波能是从一受驱动面76传输过一铰链80而前往一相邻面78，受驱动面中的弯曲波能造成沿着铰链80的纵轴线的一旋转性枢转作用(箭头D)，铰链80将弯曲波能驱入相邻面78内，来自受驱动面76的弯曲波抵达铰链80作为局部侧向角位移，通过铰链将此局部侧向角位移转换成相邻面78中的相对极性的位移，相对极性的位移具有与原始位置相等且反向的角度并通过面78的面积质量(areal mass)、硬度及惯性将弯曲波驱入相邻面78内。如同分别表示受驱动面76及相邻面78中的局部弯曲波振动方向的箭头E及F所示，相邻面78以受驱动面76的反相位(anti-phase)受到激励。
相反地，图7、图9、10a及10b的平面性扬声器的声学构件最好是由耦合装置所连接，所述装置允许形成一具有稳定尺寸且可如同单板一样地加上框架或受到支撑的自行支撑板，在此同时，耦合装置或接合部应具有低剪力强度以使组件中的声学构件或板维持其本身的弯曲波模式而与其邻者独立无关。
图17及18中，两个板型声学构件160、162是彼此相邻放置且使其较近边缘相隔1公厘至2公厘，耦合装置为安装到两板的前与后表面的高张力膜164的形式，所述膜具有小于200微米的厚度以及大于1GPa的平面中张力模数。如箭头168、169所示，板160、162的相邻边缘的弯曲动作为反相位性(anti-phase)。
图17及18中，在板边缘与膜之间所密闭的空间166充填有空气或可替代充填物170。通过适当地选择充填物，接合部可抵抗板彼此的相对旋转及侧向压溃，就是封闭的板之间的间隙，但具有接近零的剪力强度。充填物可为另一种气体、一种液体或一种挠性泡沫、或为也可对于接合部增加阻尼或随着频率改变的硬度的纤维性材料。
图19及20中，耦合装置为双面自粘泡沫塑胶带176且其结合至板160、162的相邻边缘172、174，此接合部具有明显低的剪力强度、在板的平面中压缩、如图20所示侧向压缩并可使板彼此相对具有某程度的转动。泡沫170可为开放或封闭的隔出的小室且所产生的泡沫接合部可通过板的一或两侧上的带加以强化，此带应为挠性(例如P.V.C.带)，可在箭头178方向上具有侧向的板移动，此构造可有效地用于汽车应用中，特别是售后产品、自定安装或建筑的音响。
如图21所示，耦合装置184是分开的并且将声学构件或板180、182锁在一起以成为一整体几何结构，同时仍可具有独立的弯曲模式振动。耦合装置为完全刚性的接合部且可表示于图22至26中。
图22中，接合部包括基本上刚性的肋186，肋186跨过间隙结合至板182及182的表面。图23中，接合部包括一个块188的硬固胶或其它类似材料。图24中，一大体刚性的销190位于各板180、182的边缘面194的孔192中。图25中，板180、182具有包括一个嵌夹在覆皮板202之间的芯板200的复合构造，且接合部包括一大体刚性的杆204，所述杆204放在一个芯板200的切入各板边缘面内的凹部206中。图26表示的一螺母及螺栓214、212的夹固位于垫圈210之间板180、182的配置。
图27a表示分别对于大三角形板型声学构件及一类似形状但缩小50％的声学构件的模式分布70、72。图27b表示分别对于相同的大型声学构件及一类似形状但缩小20％的声学构件的模式分布70、74。因为这些构件具有类似的形状，各分布中的模式具有相同的相对间隔。然而，对于较大的声学构件的分布与较小构件明显不同，例如更为稠密、更平均分布及延伸至更低频率。如图所示，单个构件的模式在频率上呈结构性交叉。
可由图28所示使两个具有长度L1及L2的梁14、16在一端点接合在一起的简单例中能得出改进的总体模式分布的方式，接点18为刚性且假定可满足一简单支撑的边界条件，且通过转动在接点周围传输任何弯曲波能，此简单例的模式频率遵循组合长度所设定的一基本间隔，以两长度比值差异(就是定义为L1∶L2的尺寸比α)所决定的一速率来调节频率的实际间隔。
图29表示从计算出的简单扬声器的模式频率来决定最佳尺寸比的两个曲线，第一曲线20表示成本函数cd(就是，模式频率的中央差异)相对于尺寸比，曲线中的谷部代表最佳的尺寸比；第二曲线25表示cd相对于α的导函数，曲线中第一、第三及第五个谷部代表良好的尺寸比数值。由曲线可看出，最佳的尺寸比为1.134就是 对于1.41(就是 )及1.76的尺寸比也获得良好的结果。
可将成本函数定义如下
其中fm为模式频率，r为适当比值(1∶a∶a2∶…aN)中的一长度向量，且总长度为l。
x为使r回到n(梁数)及α的函数的一项函数因为成本函数是测量模式的中央差异，故指示出对于频率的模式分布。为此，当尽量减小成本函数时，模式在频率上更平均地分布，就是降低了模式的任何“挤靠(bunching)”或聚集。得自WO99/56497号对于成本函数的一种可替代等效表示方式为SEE(f)=1last(f)-3Σm=1last(f)-1(fm+1+fm-1-2·fm)2]]>可将结果延伸至图30所示的两长方形板21、23，因为此两板可视为一系列的梁。两板具有相同高度H及长度L1与L2，将两梁以最佳尺寸比设定长度L1及L2，就是α=9/7]]>并如上文所述计算出一成本函数，高度H对于最宽的板的最佳比值也为 因此，L1∶L2∶H的尺寸比值等于1:9/7:9/7.]]>此结果也可延伸至具有的n梁28的环，因此也延伸至一具有n板的扬声器，其中n至少为3且梁具有由1∶α∶α2∶…αN决定的长度比值。三或四梁28的环表示于图31及32中，下列成本函数对于一具有三梁的环的α绘出，且良好的α值为1.1至1.2及1.4至1.5的范围。
图33a及33b表示分别对于图31及32的三及四梁环的频率的模式分布，各环中最长的梁具有单位长度，因此两环具有发生于大约10赫兹的相同的最低模式。在10至550赫兹的频率范围中，三及四梁环分别具有18及20模式。因此，通过增加额外的一环，将使一已知频宽中的模式数增加，所以模式分布的密度也会增大。并且，尤其在200赫兹以下，模式在频率上更平均地分布。
图33c表示对于添加至三梁环形成四环梁的第四梁的频率的模式分布，第四梁的模式分布与三梁环明显不同，就是并无模式发生在相同频率。第四梁及三梁环的模式分布因为均具有图示频率范围(就是20赫兹至500赫兹)中的模式，所以互相重叠。如图所示，四梁环的模式分布并不是对于三梁环及第四梁的模式组的总和。
图34a至34c表示对于三、四及五梁环的模式分布，其中环的整体长度为固定单位长度。最大梁的尺寸因此随着梁数增多而减小，如图34a至34c所示，最低模式分别发生在对于三、四及五梁环的9.5、13及14的本徵值。因为发生模式的频率与本徵值平方成正比，梁的最低模式是减低频率，因而随着最大梁尺寸的增加而使扬声器的频宽的频率下限增大，因为各情形中均有相同的环的组合尺寸，所以各图中具有相同的模式的间隔。
虽然上述揭示有关板尺寸，可通过改变其它板参数来获得类似的结果，目的在于板的优化的固有模式比值。若有相同的材料及厚度，模式的比值恰为长度比值的平方，因此，对于上述简单的两梁或两板情形的最佳的固有频率比值为1∶9/7且对于n梁为1∶9/7……∶9n/7n，可通过改变包括弯曲硬度或厚度的等向性或异向性等任何参数或相关参数来达成此作用。
权利要求
1.一种扬声器，其中包括至少两个弯曲波板型声学构件的一组件，各所述声学构件具有在频率上分布的一组模式，选择至少两个所述声学构件的参数使得各声学构件的模式分布明显不同且其配置可使得该声学构件组件的模式分布在频率上呈结构性交叉，且所述换能器装置将弯曲波能施加到所述声学构件使其共振产生一声输出。
2.如权利要求1的扬声器，其特征在于所述至少两个声学构件是通过耦合装置耦合在一起，使得弯曲波能可在所述声学构件之间传输。
3.如权利要求2的扬声器，其特征在于所述声学构件组件由单件的硬性轻质材料片制成。
4.如权利要求3的扬声器，其特征在于所述耦合装置由所述材料片中的至少一折印所形成。
5.如权利要求4的扬声器，其特征在于至少两相邻声学构件之间的所述折印包括一对平行的折印。
6.如权利要求4或5的扬声器，其特征在于通过将所述材料片设置沟槽来形成所述折印。
7.如权利要求6的扬声器，其特征在于所述沟槽包括所述材料片的局部压缩。
8.如权利要求2的扬声器，其特征在于所述耦合装置具有能够扁平地构装所述组件的足够的挠性。
9.如权利要求1或2的扬声器，其特征在于所述声学构件组件包括由硬性轻质材料片制成的多个分离的声学构件。
10.如权利要求9的扬声器，其特征在于所述耦合装置包括耦合构件。
11.如权利要求2到10中任意的一个扬声器，其特征在于所述耦合装置为不连续性。
12.如前面任意一个权利要求的扬声器，其特征在于包括具有不同面积的声学构件。
13.如前面任意一个权利要求的扬声器，其特征在于包括具有不同形状的声学构件。
14.如前面任意一个权利要求的扬声器，其特征在于包括具有不同机械参数的声学构件。
15.如前面任意一个权利要求的扬声器，其特征在于包括所述声学构件组件限定一体积。
16.如前面任意一个权利要求的扬声器，其特征在于包括至少一个所述声学构件为一大体三角形。
17.如权利要求16的扬声器，其特征在于一具有大体三角形的至少两个声学构件的组件。
18.如权利要求17的扬声器，其特征在于所述组件形成一截角角锥。
19.如权利要求18的扬声器，其特征在于所述截角平面相对于所述角锥底部的平面呈斜角状。
20.如权利要求16到19中任意的一个扬声器，其特征在于所述组件包括一前面及侧面，所述配置使得所述组件限定一后开口。
21.如权利要求20的扬声器，其特征在于所述组件包括一对相对的背面，在所述对的背面之间限定所述后开口。
22.如前面任意一个权利要求的扬声器，其特征在于所述换能器装置包括安装到相应的声学构件上的相应的振动换能器。
23.如权利要求3到22中任意的一个扬声器，其特征在于所述硬性轻质材料片为瓦楞板，此瓦楞板为包括表面覆皮且所述表面覆皮嵌夹一瓦楞芯板的类型。
24.如权利要求23的扬声器，其特征在于所述组件限定一具有一底部的前面以及至少一侧面，且其中所述前面中的瓦楞芯板配置成使其瓦楞部对于所述底部呈垂直延伸。
25.如权利要求24的扬声器，其特征在于所述至少一侧面具有一底部，且其中位于至少一侧面中的所述瓦楞部的定向与其底部呈一锐角。
26.如前面任意一个权利要求的扬声器，其特征在于所述换能器装置包括一惯性电动装置，所述惯性电动装置包括一耦合至所述辐射器的线圈组件、以及一弹性悬挂于所述辐射器上的磁铁组件。
27.一种弯曲波板型扬声器的制造方法，所述方法包括选择至少两个弯曲波板型声学构件，各所述声学构件具有在频率上分布的一组模式，使得各所述声学构件的模式分布明显不同，并且组装所述声学构件使得所述声学构件组件在频率上呈结构性交叉，并且将换能器装置耦合至所述组件以将弯曲波能施加到所述声学构件使其共振产生一声输出。
28.如权利要求27的方法，其特征在于将至少两个所述声学构件耦合在一起，使得弯曲波能可在所述声学构件之间传输。
29.如权利要求27或28的方法，其特征在于由单件硬性轻质材料片来制造所述声学构件组件。
30.如权利要求29的方法，其特征在于通过在所述材料片中形成至少一个沟槽而以所述单件材料片来限定所述声学构件。
31.如权利要求30的方法，其特征在于在至少两个相邻的声学构件之间形成一对平行的沟槽。
32.如权利要求30或31的方法，其特征在于将所述沟槽配置为能够折叠所述材料片。
33.如权利要求30到32中任意的一个方法，其特征在于通过局部压缩所述材料片来形成所述沟槽。
34.如权利要求28到33中任意的一个方法，其特征在于将所述声学构件耦合在一起而可扁平地构装所述组件。
35.如权利要求27到34中任意的一个方法，其特征在于选择一硬性轻质材料片作为所述声学构件的一种材料，所述材料为包括表面覆皮且所述表面覆皮嵌夹一瓦楞芯板的类型，并且配置所述组件以限定一具有一底部的前面以及至少一侧面，并且将所述瓦楞芯板配置于所述前面中使其瓦楞部对于所述底部呈垂直延伸。
36.如权利要求35的方法，其特征在于所述至少一侧面具有一底部，并包括将至少一侧面中的所述瓦楞部的定向配置为与其底部呈一锐角。
37.如权利要求27到36中任意的一个方法，其特征在于自包括以下各物的群组选择所述声学构件的参数几何结构、尺寸、表面质量密度、弯曲硬度及内部自我阻尼。
38.如权利要求27到37中任意的一个方法，其特征在于选择一声学构件的最低模式，使其低于一相耦合的换能器装置的固有共振频率。
39.如权利要求27到38中任意的一个方法，其特征在于提供多个分离的换能器装置并将所述换能器装置选择为具有不同的固有共振频率。
40.如权利要求38或39的方法，其特征在于将分离的换能器装置选择为具有不同尺寸的耦合器覆盖面，使其相应的孔隙共振处于不同的频率。
全文摘要
一种扬声器是包括至少两弯曲波板型声学构件(82，84)的一组件，弯曲波板型声学构件(82，84)各具有在频率上分布的一组模式，选择至少两个声学构件(82，84)的参数以使得各声学构件的模式分布显著不同，且其配置可使得声学构件组件的模式分布在频率上呈现结构性交叉；以及换能器装置(88)，以将弯曲波能施加到所述声学构件使其共振产生一声输出。并且有关于一种此扬声器的制造方法。
文档编号H04R1/06GK1507766SQ02809376
公开日2004年6月23日 申请日期2002年4月4日 优先权日2001年4月5日
发明者安德鲁·D·班克, 伊恩·D·麦克法兰, 基斯·D·希尔斯, 保罗·伯顿, 尼尔·哈里斯, D 希尔斯, D 麦克法兰, 伯顿, 哈里斯, 安德鲁 D 班克 申请人:新型转换器有限公司