高辐射抗型扬声器系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种扬声器系统，具体说是一种运用“间接辐射”声学原理的扬声器系统。
【背景技术】
[0002]“低频辐射比高频更困难” 一一所以低频扬声器的辐射效率低，而人耳听觉特性对低频比较迟钝一一故不得不增加输入功率，或者依靠空气柱共振改善低频响应。
[0003]目前低频扬声器系统主要包括两大类型一一“亥姆霍茨共鸣器”与“波导驻波共鸣器”，前者包括倒相箱以及A.S.ff/Bose Acousticmass等倒相箱衍生体；后者包括传输线型音/QML音箱/Bose Cannon等。“亥姆霍茨共鸣器”属于“集中参数系统”，产生“串联共鸣”；“波导驻波共鸣器”属于“分布参数系统”，产生“并联共鸣”。
[0004]以“点”带“面” 一一实际上，倒相箱/传输线型音箱主要是通过最低谐振频率fop (点)气流共振获得低频效果，fop以外其它频率扬声器振膜前后声波相位差为180°，仍然会发生“声短路”，则效率降低。“波导驻波共鸣器” 一般采用“ λ /4驻波共振”设计，声波导管长度很大(如fop = 30Hz，L = 2860mm)。传输线型音箱采用折叠式声管，虽然体积降低，但结构复杂，制造难度大。
[0005]传统电动式扬声器电声转换效率极低(1%左右)，而号筒式扬声器(Hornloudspeakers)效率高，可达25%，传播距离远一一前者为直接辐射，后者为间接辐射。
[0006]传统号筒理论包括A.G.ffebster/V.Salmon/Paul Klipsch等人的研宄。号筒式扬声器的代表主要有Klipsch/JBL/Avantgarde等公司的产品。
[0007]正号筒(Horn)——声波辐射方向为从小口端(喉部)到大口端(口部)；
[0008]反号筒(Inverse-horn)--声波福射方向为从大口端到小口端。
[0009]一般号筒式扬声器设计都采用正号筒(参照图1)一一号筒相当于“声学变量器”，将扬声器的高声阻抗匹配到空间介质负载的低声阻抗。
[0010]号筒式扬声器应用于低频系统，主要采用正号筒一一前加载式号筒低音箱由于体积庞大，一般用于电影院/体育馆等PA音响。“折叠等宽号筒箱” 一一又称“后加载号筒音箱”，实质为“传输线型+号角式音箱”，一般采用等宽指数型号筒。
[0011]传统理论认为“反号筒会消耗声能，不利于声辐射” 一一根据气体绝热过程的“物态方程” 一一反号筒口部截面积S丨/压强P丨，声阻抗Za丨/声导纳Ya丨，不容易辐射声波(瓶颈效应)。
[0012]B&W"鹦鹉螺"Nautilus采用锥形导管(反号筒)/球形导管式箱体(反号筒)/“蜗壳”式箱体(螺旋式反号筒)一一消减扬声器振膜背面的声能，降低对扬声器振动的干扰，获得纯净的声音。
[0013]“消声器”是一种允许气流通过而衰减噪声的装置。“抗性消声器” 一一通过管道截面的突变或旁接共振腔等，引起声阻抗的改变，使声波反射/干涉，而衰减向外辐射的声能。“抗性消声器”起源于声滤波器的研宄一一早期用于飞机发动机设计，后在内燃机排气系统与通风空调系统中广泛应用。
[0014]“扩张式消声器”(膨胀式消声器)一一利用管道截面突变导致声阻抗突变，引起声波的反射与干涉进行消声。声波从截面积Ss1的管中传入截面积为s2的管中，S2管对S1管相当一个“声负载” 一一可以引起声波的反射/透射。
[0015]面积比S21= S2ZiS1也称为“扩张比”一一当S21<1S卩S I时，相当于声波遇到“硬”边界，发生反射(声阻抗增加)；当s21<< I即S2远小于S 4寸，相当于声波遇到刚性壁，发生“全反射” 一一当s21> I即S丨时，相当于声波遇到“软”边界，发生透射(声阻抗减小)；当&>> I即S2远大于SJt，如同声波遇到“真空”边界。
[0016]一般理论认为一一截面突变的变径管消声效果明显；而截面渐变的管道，声能大部分可以透过，反射很少。在管内传播的声波当其波长远大于管径时，如果管端出口缩小或有障碍物，声波在出口处的反射量将增大。当声阻抗达到某一临界值时，反射将发生突变，产生类似一端封闭的“闭管”(stoped pipe)效果，声波只能在管内反射，而不会传出管端(全反射)。
【实用新型内容】
[0017]本实用新型目的在于提供一种声辐射效率高/失真小的扬声器系统一一解决“低频辐射困难”的问题；以及传统号筒式扬声器非线性失真的问题。
[0018]本实用新型的技术方案一一采用间接辐射式扬声器系统，扬声器正面加载一“声聚能管”增加辐射阻抗，所述“声聚能管”结构包括反号筒。
[0019]福射阻抗Zr包括福射阻Rr与福射抗Xr (Zr = Rr+jXr)--福射阻(Rr)表示声源向介质辐射声能量的能力；辐射抗(Xr)代表“无功声能”，储存于近场中，而不辐射出去。一般认为，辐射抗(Xr)为“质量抗”(Xm)，即“附加辐射质量”(Mr)—一实际上，辐射抗还包括“弹性抗”(Xe)。“质量抗”相当于感抗(\)，“弹性抗”相当于容抗(X。)。
[0020]“质量抗”(Xm)与扬声器系统振动的“排气量”(V)成正比一一“排气量”(V)与体速度(U)相关--V t — u t — Wr t (Wr = U2Za)。
[0021]“空气弹簧”——声波为纵波，空气为弹性媒质，在空气中传播时，空气振动产生“容变”(压缩/膨胀)一一“空气弹簧”弹性系数Km丨一辐射阻Rr丨(势能一动能)，密部(Km ? )—疏部(Rr t )。Km t —弹性抗Xe (容抗Xg) ? —辐射阻Rr ?，则声压Pa ? (Pa=uRr) /辐射声功率Wr ? (Wr = u2Rr/2)，声辐射效率σ r增加——Xr (Xe/Xm)代表势能，Rr代表动能，势能可以转化为动能。
[0022]扬声器声辐射属于“分布参数/并联共鸣”声学系统(恒流源)一一声压Pa类比于电压U，体速度u类比于电流强度I，辐射阻抗Zr类比于电阻抗Z。辐射阻Rr与辐射抗
Xr (Xm/Xe)并联，Pa 相同--Xr (Xm/Xe)个一Pa t，相当于增加 Rr (Pa = uRr)，则 Wr 与 σ r增加。
[0023]频率f丨一波数K丨一“空气弹簧”弹性系数Km丨一辐射阻Rr丨一Wr丨一一故
“低频比高频辐射更困难”。
[0024]声阻抗Za (波阻抗)——某表面的声压与体积流量的复数比。弹性抗Xe与声阻抗相关，但并非同一概念一一弹性抗强调辐射势能；而声阻抗强调介质对声波的阻碍作用。
[0025]一般扬声器系统设计似乎并不重视辐射抗的作用一一传统号筒式扬声器设计往往会增加辐射阻Rr，而降低辐射抗Xr (尤其是弹性抗Xe)，以提高效率/减小失真一一如增加口部面积(Pm多λ)降低声阻抗/波前反射，增加Rr。一般间接辐射式扬声器系统(如传统号筒式扬声器)都是直接增加辐射阻Rr，提高辐射声功率Wr—一而非通过增加辐射抗Xr,间接增加辐射阻Rr提高辐射声功率Wr。
[0026]本实用新型根据声波辐射基本原理，采用间接辐射方式，通过增加辐射抗Xr (质量抗Xm/弹性抗Xe)增加辐射阻Rr，增加声压Pa--从而提升辐射声功率Wr与声辐射效率σ r，解决低频扬声器系统的辐射效率低的问题，提高扬声器系统的电声转换效率。
[0027]本实用新型采用“声聚能管”增加辐射阻抗Xr (Xm/Xe)—一 “声聚能管"(AcousticEnergy Gathered Pipe)是一种具有声能聚集作用的声管，可以增加声压Pa，将势能转化为动能；也可以将动能转化为势能储存起来。“声聚能管”还能够改善低频响应一一质量抗Xm丨一附加福射质量Mr丨一扬声器谐振频率fo丨；低频声波弹性抗Xe丨一“空气弹簧”弹性系数Km丨一辐射阻Rr丨，使“低频辐射更容易”。与倒相管/声波导管不同一一其主要作用并非气流共振。“声聚能管”为刚性材料结构。
[0028]“声聚能管”属于“分布参数系统”一一辐射阻Rr与附加辐射质量Mr (Xm = ?Mr)/声顺Ce (Xe = I/?Ce)可以产生“并联共鸣”一一类似于管乐器的λ/4或λ/2空气柱“驻波”共鸣。
[0029]“声压控制性” 一一间接辐射式扬声器虽然声压高，但是“细水长流”(衰减慢)，势能大于动能，对声压的控制性好一一故其能流密度(I = 2 2A2f2 P u)实际上小于直接辐射式扬声器的，听觉刺激小，具有“绿色性”。
[0030]“声聚能管”实际上是一个“声压增益/压限器” 一一