[發明專利]帶有被動低頻方向性控制的揚聲器

有效

• 申請號: 201080020139.2
• 申請日: 2010-03-19
• 公開（公告）號: CN102422653A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: J·D·邁耶;J·P·馬明;P·埃斯皮諾沙;P·科瓦爾奇克
• 申請（專利權）人: 麥耶聲音實驗室股份有限公司
• 主分類號: H04R25/00
• 分類號: H04R25/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 侯穎媖

技術領域

本發明一般涉及揚聲器，更具體地涉及傾向于在其包括低頻的工作頻率范圍內具有方向性極化圖的揚聲器。

背景技術

術語“極化圖(polar?pattern)”是指由揚聲器所產生的聲能在整個空間中的分布，通常按照在揚聲器周圍的一個圓或球上的各個點的聲壓相對于直接在換能器前面的(零度)軸上的聲壓的幅值以分貝(dB)為單位來表示。在波長相對于換能器膜片較小的高頻率處，揚聲器自然是方向性的，且通常會產生被描述為“心”形的方向性極化圖。(真正的心形極化圖將表現為在揚聲器前面的(零度)軸上具有最大聲壓級且在揚聲器背后的(180度)軸上沒有聲壓。真正心形模式的變型包括“過心形(hypercardioid)”和“超心形(supercardioid)”。)此外，在高頻率處的極化圖可以用波導(號角)來輕松地操縱。但在波長大于換能器膜片的低頻率處，揚聲器往往會產生全方向的極化圖。將揚聲器的方向性特性擴展到低頻率范圍對揚聲器設計師來說是一種挑戰。

在低頻處在揚聲器中產生方向性特性的一個已知方法是加入輔助換能器，所述輔助換能器已被優化以在空間的所需區域中抵消由揚聲器的主換能器所產生的聲能。這種抵消會導致方向性極化圖。例如，已知的是使用兩個低頻換能器，其中一個正常運行，而另一個被優化以抵消在揚聲器背后的區域中由第一個發射器(radiator)所產生的聲能，從而在低頻處產生心形或接近心形的極化圖。這是通過用極性反轉和時間延遲的信號來驅動第二個發射器而實現的，所述第二個發射器具有與第一個發射器不同的均衡，使得在空間中在所需的點處兩個發射器的貢獻是幅值相等和極性相反的。類似地，方向性極化圖已經通過提供相應的輔助發射器組而由包括一個以上發射器的組所產生，所述輔助發射器組已被優化以選擇性地抵消由主發射器的組所產生的聲能，雖然這種“主動式(active)”方案已被證明是有效的，但它們需要兩倍數量的發射器和放大器以及復雜的信號處理電路，因此，它們的制造相對昂貴。

在較寬的頻率范圍內實現方向性極化圖的另一種方案描述于美國專利US3739096中。這里描述了一種揚聲器系統，其中揚聲器外殼配備有用聲學阻尼材料覆蓋的狹縫，所述聲學阻尼材料的行為類似于聲阻。在這個方案中，所述狹縫在換能器膜片背后的外殼內有效地產生了諧振管，允許在換能器膜片的背面產生的聲壓波傳播到外殼之外，在這里它可以與圍繞揚聲器的外殼折射的前波中的聲能相結合。為了以這樣一種被動的方案產生抵消，從揚聲器外殼形成的所述背波需要被延遲，因為在揚聲器背后的抵消點處所述前波和背波的路徑長度存在差異。眾所周知的是，阻尼振蕩會引入延遲。然而，阻尼也降低了振蕩的幅值。因此，雖然在美國專利US?3?739?096中所述的覆蓋外殼端口或狹縫的方案可以一定程度地延遲背波，但這種方案不能非常有效地在揚聲器的極化圖的前面和背面之間產生高程度的衰減，其最佳只能實現“亞心形”的響應，其中在180度處的抵消是不完整的。為了實現高水平的衰減以及因而實現高程度的方向性，如在真正的心形或超心形響應中所發生的，離開有端口的外殼的背波不僅必須在期望的抵消區域中被充分地延遲到極性反轉，它還必須相對于將被抵消的前波的幅值具有基本上未被衰減的幅值。

發明內容

本發明提供了一種揚聲器，它克服了之前方案的缺點，實現了在低頻的對揚聲器所產生的聲能的方向性控制。本發明的揚聲器消除了上述主動式方案的復雜性和附加的成本以在揚聲器背后產生所需的抵消，并提供了一個獨特而有效的方案來產生高程度的方向性極化圖，其中對揚聲器所產生的聲能具有高的前至后的衰減。

簡單地說，本發明提供了一種揚聲器，它在低頻被動地實現了揚聲器的方向性極化響應，在揚聲器的前面和背面之間具有高程度的衰減。預計在根據本發明的具有單個換能器的揚聲器中可以實現在180度處-10dB量級的衰減。然而，本發明不限于具有單個換能器的揚聲器。預計根據本發明的揚聲器可以包括額外的低頻換能器，且本發明可以裝入具有高頻換能器的揚聲器系統中，例如，在裝有高頻驅動器的號角中。