專利名稱：平板型揚(yáng)聲器的制作方法
本申請(qǐng)是2000年1月17日提交的美國申請(qǐng)系列號(hào)No.60/177,033的部分繼續(xù)申請(qǐng)。
近年來，逐漸需要生產(chǎn)出廉價(jià)的且厚度薄的小型揚(yáng)聲器，它們特別適應(yīng)苛刻的環(huán)境條件，并且能在揚(yáng)聲器的整個(gè)使用壽命期間在寬的帶寬范圍內(nèi)產(chǎn)生高的輸出聲級(jí)。這種應(yīng)用包括汽車工業(yè)、計(jì)算機(jī)工業(yè)及類似產(chǎn)業(yè)。在揚(yáng)聲器的發(fā)展中，原有的手段通常不能滿足這一需要。
因此，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到需要制造更小型的平面型或平板型揚(yáng)聲器，以用在受限制的區(qū)域中，這種揚(yáng)聲器還能夠在揚(yáng)聲器的整個(gè)使用壽命期間在寬的帶寬范圍內(nèi)以高的輸出聲級(jí)發(fā)出聲音。
用于傳統(tǒng)揚(yáng)聲器的最普通的揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器組件采用了一個(gè)音圈和固定在錐形膜片上的永磁鐵，其中，經(jīng)過音圈的變動(dòng)的電流使膜片振動(dòng)。當(dāng)膜片振動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生作為聲音而被感受到的空氣波。具有傳統(tǒng)的錐形揚(yáng)聲器的傳統(tǒng)音圈驅(qū)動(dòng)單元的效率非常低，只將不到百分之五左右的作用電能轉(zhuǎn)變?yōu)槁暷?。試圖提高這些單元的效率的努力不合乎理想地要求笨重的揚(yáng)聲器外殼及類似結(jié)構(gòu)。
大揚(yáng)聲器有很多缺點(diǎn)。例如，這些揚(yáng)聲器中所固有的巨大機(jī)械慣性減小了它們能振動(dòng)的頻率范圍，而這又減小了它們能發(fā)出的聲音的帶寬。另一缺點(diǎn)為，這些揚(yáng)聲器不能用于要求安裝在非常受限制的緊湊區(qū)中的應(yīng)用場合。例如安裝在汽車門板上等的這種應(yīng)用通常要求比較扁平的小型揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)。
用于音圈組件的另一種揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器為壓電式變換器。該壓電式變換器利用了在受到電壓作用時(shí)能進(jìn)行機(jī)械振動(dòng)的晶體材料。雖然壓電式揚(yáng)聲器能夠用在較緊湊的揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)中，但是，通常所產(chǎn)生的晶體振動(dòng)不能產(chǎn)生達(dá)到實(shí)用水平的聲音輸出和可復(fù)制的聲音的寬帶寬。因此，壓電變換器式揚(yáng)聲器本身通常不能實(shí)現(xiàn)在許多空間受限制的應(yīng)用場合中所需的高的聲音輸出水平和聲音復(fù)制質(zhì)量。
另一種可選擇的揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)組件為靜電驅(qū)動(dòng)器，它利用一張薄片或薄膜作為與平板或平篩網(wǎng)耦合的聲輻射器。薄膜與板通常作為電容器一起工作。使一音頻信號(hào)與橫跨電容器作用的高直流極化電壓混合。當(dāng)高的直流極化電壓按照音頻信號(hào)變化時(shí)，跨越電容器的靜電荷也發(fā)生變化。當(dāng)電荷變化時(shí)，則板與板之間的作用力也發(fā)生變化，該力又使薄膜振動(dòng)。不過，靜電驅(qū)動(dòng)器要求有昂貴的直流電壓源和變壓器以進(jìn)行工作，而該變壓器又增加了揚(yáng)聲器的制造成本和尺寸。因此，靜電式揚(yáng)聲器天生是昂貴而笨重的，并且通常不僅不能適用于一般的應(yīng)用，而且更不能被應(yīng)用于空間受限制的場合。
一種相對(duì)比較緊湊的平板型揚(yáng)聲器方案采用一個(gè)實(shí)心板作為聲共振器，它通過被直接連接至傳統(tǒng)的音圈上或壓電驅(qū)動(dòng)器上而被驅(qū)動(dòng)。不過，實(shí)心板共振器難于產(chǎn)生寬的聲帶寬，除非它的振動(dòng)特性與復(fù)雜的彎曲性能一致。為了將剛性板的構(gòu)形做成能作相應(yīng)地響應(yīng)，必須精確地制造和裝配板件，達(dá)到準(zhǔn)確的公差。這不僅十分費(fèi)時(shí)，而且成本很高，這種做法在揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)中是很不合理的。因此，在空間受限制的應(yīng)用中不能接受采用剛性板式平板型揚(yáng)聲器。
另一種現(xiàn)有技術(shù)中的平板型揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)利用了一種在一框架中預(yù)先受到張力作用的單獨(dú)的薄片或薄膜膜片。該單獨(dú)的薄片起著聲音共振器的作用。雖然薄膜片消除了剛性板膜片的成本高的缺陷，但是它也有其缺點(diǎn)。例如，難于在裝配時(shí)獲得恰當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力。此外，該預(yù)應(yīng)力在揚(yáng)聲器的整個(gè)使用壽命期間必須保持基本恒定，以便能經(jīng)久地產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的聲音性能。要保持這一預(yù)應(yīng)力是困難的，因?yàn)楸∧つて睦匣蜔嵝?yīng)有隨著時(shí)間的推移大大減小預(yù)應(yīng)力的量的趨勢。薄膜膜片式揚(yáng)聲器的另一缺點(diǎn)為，它很容易受到物理損壞如刺穿，該刺穿能大大降低揚(yáng)聲器的聲音質(zhì)量。因此，薄膜膜片式平板型揚(yáng)聲器雖然可用在空間受限制的應(yīng)用場合，但是它不能令人滿意地在揚(yáng)聲器的整個(gè)使用壽命期間一致地和可重復(fù)地產(chǎn)生高質(zhì)量的聲音輸出。
以前提出的方案包括例如Yokoyama的美國專利No.5,009,281。Yokoyama提出了聲設(shè)備的幾種實(shí)施例，其中，振動(dòng)器的膜片直接發(fā)射并且還驅(qū)動(dòng)一共振器。所公開的共振器呈腔室狀，而非扁平的板。Yokoyama的專利還包括一排呈目錄狀排列的現(xiàn)有技術(shù)的變換器。Polk的美國專利No.4,903,300公開了一種用在墻上洞穴中的平板型揚(yáng)聲器，但是它利用了墻壁空間的整個(gè)體積，以得到所要求的輸出。Kumada等人的美國專利No.4,352,961公開了一種平板型揚(yáng)聲器，其中在一手表中使用了一種壓電式驅(qū)動(dòng)器。該驅(qū)動(dòng)器裝在用作共振器的表的透明面上。其它的具有壓電式驅(qū)動(dòng)器的薄形輪廓音頻裝置示于Kumada的美國專利No.4,471,258中。Skaggs的美國專利No.4,714,133公開了一種揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)，其中，傳統(tǒng)的錐形揚(yáng)聲器按聲學(xué)方式耦合至一輻射器上。Kasai等人的美國專利No.4,551,849公開了一種薄型汽車音頻系統(tǒng)，它使用了一塊直接被驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的車板件。Yanagishima等人的美國專利No.4,514,599同樣公開了一種汽車音頻系統(tǒng)，其中，由揚(yáng)聲器的驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)車板件。Watters等人的美國專利No.3,347,335建議采用夾放在兩個(gè)剛性薄片之間的蜂窩芯作為扁平的聲輻射器。Matsuda等人的美國專利No.4,122,314公開了一種具有平面振動(dòng)膜片的揚(yáng)聲器，其中，膜片的形狀為夾層結(jié)構(gòu)。Guenther等人的美國專利No.6,097,829公開了一種采用夾層結(jié)構(gòu)制造的扁平平面式膜片。Barlow的美國專利No.3,111,187同樣公開了一種使用夾層結(jié)構(gòu)制造的扁平板式膜片。Pearson的美國專利No.3,861,495公開了一種揚(yáng)聲器，其中，一錐形喇叭按聲學(xué)方式通過伸縮式截頭圓錐形構(gòu)件耦合至一扁平的振動(dòng)板上。Murase的美國專利No.3,674,109公開了一種用于揚(yáng)聲器的熱塑性層壓振動(dòng)板，該揚(yáng)聲器包括一位于中間的錐形部分和一包圍該錐形部分的扁平部分。錐形部分僅僅占整個(gè)膜片區(qū)的一部分。Matsuda等人的美國專利No.4,252,211公開了一種具有扁平板式膜片的揚(yáng)聲器，該膜片由許多互相隔開的磁力驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。Matsuda等人的美國專利No.4,198,550公開了一種扁平板夾層式膜片，其中的邊緣受到了增強(qiáng)。
因此，希望開發(fā)出一種小型的平板型揚(yáng)聲器，它在揚(yáng)聲器的整個(gè)使用壽命期間可在寬的帶寬范圍內(nèi)一致地而可重復(fù)地發(fā)出高質(zhì)量的聲音。還希望開發(fā)出這樣一種揚(yáng)聲器，其聲音特性基本上不受溫度、濕度、輻射及類似情況變化的影響。也希望發(fā)明出這樣一種揚(yáng)聲器，它的制造成本低，而且能抵抗老化作用。還希望開發(fā)出一種可以抵抗由于物理損傷如刺穿及類似情況而引起的聲音變劣的揚(yáng)聲器。按照本發(fā)明，現(xiàn)有技術(shù)的這些和其它困難都已經(jīng)得到了克服。
本發(fā)明的另一目的為通過提供一種制造成本低的平板型揚(yáng)聲器而使制造成本降為最小。
本發(fā)明的又一目的為生產(chǎn)一種平板型揚(yáng)聲器，它比傳統(tǒng)的單壁揚(yáng)聲器膜片更能抵抗像刺穿這樣的物理損傷。
本發(fā)明公開了一種獨(dú)特的平板型揚(yáng)聲器，它具有一扁平的呈相互隔開一段距離的層狀結(jié)構(gòu)的共振器，該共振器通過一向外擴(kuò)張的輻射器固定在一驅(qū)動(dòng)器上。該獨(dú)特的共振器主要包括一具有一上層和一下層的多層結(jié)構(gòu)。這些層通過位于其間的間壁保持處于相互隔開的關(guān)系。間壁和各個(gè)層在共振器中限定出許多腔室或內(nèi)部通道。共振器保持自張緊的狀態(tài)，而且可以將間壁布置成很多種構(gòu)形。在一優(yōu)選實(shí)施例中，將間壁布置成互相隔開的、直線形平行關(guān)系，它們在共振器內(nèi)形成內(nèi)部通道。這種構(gòu)形還在共振器的周邊形成內(nèi)部通道的開口端。共振器可例如通過擠出工藝或疊鋪工藝形成。共振器在擠出時(shí)全部形成的擠出工藝通常是可供使用的共振器成形工藝中最便宜的。疊鋪工藝適用于形成具有例如波紋狀、正弦形或螺旋形間壁的共振器。在另一個(gè)實(shí)施例中，由間壁形成的內(nèi)部通道形成許多單獨(dú)的小室。可將由間壁形成的這些小室做成許多形狀，例如圓形、正方形、梯形、三角形、六角形、八角形、等等。在一個(gè)實(shí)施例中，將各小室的形狀做成蜂窩形結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的獨(dú)特的共振器可以用許多材料如聚合物、金屬箔和纖維素基材料制造。如果有要求，在一個(gè)共振器中也可以使用一種或更多種的材料。扁平板共振器也可以用均質(zhì)的或不均質(zhì)的復(fù)合材料制造，這種材料沿共振器板在任何方向，或在各層之間，或在間壁中，有均勻的或不均勻的密度、特性或尺寸。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，共振器通過擠出聚酰亞胺熱塑性材料而制造。在共振器的周邊上的共振器的內(nèi)部通道的開口端可以密封，也可以不被密封。揚(yáng)聲器的聲音特性可以例如通過密封、不密封或部分地密封這些開口端來控制。
平板型揚(yáng)聲器還包括一框架組件、一具有許多聲音釋放開口的安裝板、一固定在安裝板上的驅(qū)動(dòng)器和一做成錐形的輻射器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有面積不同的頸部區(qū)和口部區(qū)。共振器沿其周邊固定在框架組件上，并固定在輻射器的口部上。輻射器的口部可以按要求固定在共振器的上層或下層上。但是，當(dāng)共振器以其上層固定在輻射器上時(shí)，在共振器中必須設(shè)置一個(gè)孔。輻射器的頸部與驅(qū)動(dòng)器相連。盡管共振器的結(jié)構(gòu)要使得共振器保持通常為自張緊的狀態(tài)，但是，如果需要的話，也可以使用一個(gè)用于將共振器張緊地固定在框架上的裝置。這種張緊固定裝置可以例如采取張緊桿的形式。輻射器響應(yīng)驅(qū)動(dòng)器的振動(dòng)而振動(dòng)。輻射器又使共振器振動(dòng)。輻射器最好為一三維的錐形物體，其形狀為直立圓形殼體，并且殼體的表面被定義為繞一旋轉(zhuǎn)軸線的回轉(zhuǎn)曲面。可以將輻射器做成各種形狀，如截錐形、拋物面形、鐘形等等。最好將輻射器固定成略微離開共振器的幾何中心，以便消除經(jīng)過共振器傳播的聲波的抵消。
與傳統(tǒng)的平板型揚(yáng)聲器相比，此處所描述的平板型揚(yáng)聲器在聲音質(zhì)量和音量輸出以及耐用性方面都有相當(dāng)大的改進(jìn)。


圖11為圖1所示共振器的等角圖；圖12為按照本發(fā)明的揚(yáng)聲器的示意側(cè)面剖視圖，圖中示出了某些尺寸和比例；圖13為圖12所示實(shí)施例的平面圖；圖14為與圖13相似的平面圖，它示出了其它的結(jié)構(gòu)；以及圖15為按照本發(fā)明的共振器的擠出實(shí)施例的端視圖。
本發(fā)明的共振器驅(qū)動(dòng)器16可以按要求是傳統(tǒng)的音圈電磁型、壓電型，等等。由于希望保持平板型揚(yáng)聲器的整體厚度為最小，因此，在安裝板上設(shè)有開口20，其中放置共振器驅(qū)動(dòng)器，以使共振器驅(qū)動(dòng)器的底部與安裝板12的底部對(duì)齊。
框架14最好具有與安裝板12相同的形狀，但是如果需要的話，也可以采用其它形狀。在所選的用于說明的實(shí)施例中，安裝板12固定在框架14上。在圖1所示的實(shí)施例中，框架是矩形的，沿著邊緣是實(shí)心的，而在中間是敞開的。出于美學(xué)上的原因，框架14或揚(yáng)聲器的整體形狀可以有任何所要求的形狀，如圓形、橢圓形、梯形、六角形、星形，等等。但是，共振器應(yīng)當(dāng)是不對(duì)稱的矩形，即它應(yīng)當(dāng)呈矩形的形狀，而不是正方形。
共振器驅(qū)動(dòng)器16響應(yīng)一交流電信號(hào)而振動(dòng)，它通過一錐形的輻射器振動(dòng)多層共振器18。如果與壓電式驅(qū)動(dòng)器組件一起使用，則晶體材料將響應(yīng)所作用的電壓而振動(dòng)，它通過一錐形輻射器固定在共振器上，使共振器振動(dòng)。
對(duì)本發(fā)明有重要意義的是多層共振器的構(gòu)形。共振器18的獨(dú)特之處在于，它被做成層狀的或夾層狀結(jié)構(gòu)，具有用間壁104互相隔開的上層100和下層102，而該間壁固定在兩層之間。這類構(gòu)形在此處被定義為自張緊的，也就是說，該結(jié)構(gòu)為自支承的，并且在未裝配的狀態(tài)，也就是在被固定到揚(yáng)聲器的框架上之前，大體保持平面形狀。這種構(gòu)形不需要用于支承共振器18的附加的橫向構(gòu)件。
共振器的各層最好用薄的彈性材料制造，該材料很耐用，足以經(jīng)受共振器驅(qū)動(dòng)器16的振動(dòng)力，但是又有足夠的剛度，可響應(yīng)共振器驅(qū)動(dòng)器16而振動(dòng)。任何具有大體為自張緊的結(jié)構(gòu)的薄型材料都可以使用，只要它有足夠的剛度，可發(fā)出聲波，同時(shí)又足夠結(jié)實(shí)，足以經(jīng)受苛刻的環(huán)境條件。這種不利的環(huán)境條件包括極端的冷熱循環(huán)和變化的濕度。這些條件常常會(huì)在汽車工業(yè)應(yīng)用中遇到。具有高度的抗吸水性或經(jīng)過處理后能如此的材料是理想的。在所示的實(shí)施例中，采用了聚酰亞胺材料，因?yàn)樗粌H滿足了上述要求，而且還因?yàn)樗潜容^便宜的材料。在共振器結(jié)構(gòu)中所用的聚酰亞胺材料是一種特別理想的材料，因?yàn)樗銐蚪Y(jié)實(shí)，能經(jīng)受物理約束條件，還因?yàn)樗材突瘜W(xué)腐蝕與環(huán)境腐蝕。如果需要，可以使用許多其它的聚合物材料，例如尼龍、聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚氨脂、聚氯乙烯、聚氟乙烯，等等。還有，如果需有的話，也可以使用許多纖維素基材料，如纖維紙等。此外，如果有要求，也可以使用金屬箔材料，如鋁箔、錫箔，等等。
共振器18也可以由均質(zhì)的或不均質(zhì)的復(fù)合材料構(gòu)成。此外，例如通過使用具有變化的密度的不同材料等手段可使共振器的某些部分比其它部分重。不均質(zhì)的復(fù)合構(gòu)形可以達(dá)到較大的聲音帶寬特性，但是制造成本會(huì)增加?？梢圆捎闷渌牟牧霞捌鋸?fù)合物，只要最終的結(jié)構(gòu)保持自張緊狀態(tài)即可。共振器的自張緊狀態(tài)通常有助于使揚(yáng)聲器在揚(yáng)聲器能夠的整個(gè)使用壽命期間保持優(yōu)質(zhì)的聲音再生。
可以相信，多層共振器可提供明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的單膜膜片的優(yōu)點(diǎn)。例如，與單膜膜片相比，在共振器上添加附加層可提供額外的防老化或輻射損害的保護(hù)。此外，共振器的自張緊性能更容易得到一種穩(wěn)定的張緊結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)上，可更容易地在揚(yáng)聲器的整個(gè)使用壽命期內(nèi)重復(fù)振動(dòng)模型，由此導(dǎo)致形成更一致的和可重復(fù)的聲音特性。另外，多層結(jié)構(gòu)為由意外的接觸等引起的物理性誤用提供了附加的保護(hù)，該接觸可造成刺穿。與傳統(tǒng)的單膜揚(yáng)聲器膜片相比，由于有多層結(jié)構(gòu)，可大大減少由于刺穿而引起的明顯的聲音變質(zhì)。
按照一個(gè)實(shí)施例，共振器18的總的用標(biāo)號(hào)22代表的周向邊緣牢固地安裝在框架14上，以便保持共振器處于扁平的自張緊狀態(tài)。在一個(gè)實(shí)施例中，共振器內(nèi)的通道在周向邊緣22與框架14相連時(shí)在周向邊緣22處密封，從而建立起密封的內(nèi)部通道。在某些情況下，發(fā)現(xiàn)這樣能改善揚(yáng)聲器的聲音質(zhì)量，并提供附加的保護(hù)，防止環(huán)境條件的波動(dòng)，如濕度改變，等等。另外還發(fā)現(xiàn)，在不對(duì)稱的實(shí)施例中，如果共振器的較長的周向邊緣不固定在框架上，則可以大大改善低頻聲音的質(zhì)量。例如，在共振器18為5英寸乘3英寸的矩形的實(shí)施例中，5英寸長的邊最好不固定在框架上。一般而言，聲音質(zhì)量的改進(jìn)在于，留下此長邊敞開，至少擴(kuò)大了由共振器產(chǎn)生的聲音范圍的下限。這樣就產(chǎn)生了更低的頻率。共振器的一個(gè)優(yōu)選形式為，通過線性地延長用于在共振器內(nèi)限定出狹長的腔室的壁而形成內(nèi)肋。在這種細(xì)長的矩形共振器形狀中，內(nèi)肋或內(nèi)壁最好平行于一個(gè)周向邊緣延伸。將矩形共振器裝在框架中，使得它只在其四個(gè)角上固定，再加上在共振器的一個(gè)通常橫向于肋延伸的周向邊緣上的一個(gè)點(diǎn)，一般會(huì)產(chǎn)生非常理想的聲音響應(yīng)。在局部進(jìn)行更多的部分固定，或者甚至整個(gè)固定共振器的橫向于肋延伸的邊，通常會(huì)降低共振器能夠產(chǎn)生的最大分貝等級(jí)。在框架與共振器之間設(shè)置更多的固定點(diǎn)提高了安裝的穩(wěn)定性，而且這在使用中預(yù)期會(huì)受到?jīng)_擊和振動(dòng)的地方可能是首選的。
共振器18與驅(qū)動(dòng)器16的耦合通過包含輻射器24來達(dá)到。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，輻射器能改進(jìn)揚(yáng)聲器的聲音輻射能力。輻射器24的一端固定在共振器驅(qū)動(dòng)器16上，而另一端固定在共振器18上。理想的是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)輻射器24可放大從驅(qū)動(dòng)器傳到共振器的振動(dòng)。
輻射器24的頸部26最好固定在驅(qū)動(dòng)器16上，同時(shí)口部28固定在共振器18上。來自驅(qū)動(dòng)器16的振動(dòng)通過輻射器24傳送并傳給共振器18。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)特性可通過改變輻射器的形狀、厚度或構(gòu)件材料來改變。例如，圖1和圖6都描繪了一種鐘形輻射器，它有一頸部26、一口部28和一表面32，該表面沿圓周加大并在頸部26與口部28之間向外擴(kuò)張。圖8描繪了一種可供選擇的總的用標(biāo)號(hào)34代表的拋物面形輻射器，它有一頸部26、一口部28和一表面36，該表面在頸部26和口部28之間形成外凸的拋物面形狀。圖7描繪了另一種可供選擇的總的用標(biāo)號(hào)38代表的輻射器，它具有截頭圓錐形狀。該輻射器38有一頸部26、一口部28和一表面40，該表面在頸部26和口部28之間形成一直的橫截面。所示的輻射器的形狀僅僅是例子，而且如果需要的話，可以采用許多其它形狀。例如，可以對(duì)輻射器的形狀進(jìn)行微調(diào)，以便得到揚(yáng)聲器的理想頻率響應(yīng)。
圖9描繪了一種構(gòu)形，其中，輻射器24的邊緣46在上層100處固定在共振器18上。在此構(gòu)形中(它也在圖1中示出)，在共振器上設(shè)置一個(gè)孔42，以允許插入輻射器24。在圖10中示出了一種可供選擇的構(gòu)形，在該處，輻射器24的邊緣46在下層102處固定在共振器18的底部上。在此構(gòu)形中，在共振器中無需開有孔，但是如果需要的話，也可以設(shè)置。一般來說，如果要求有較好的聲音質(zhì)量，則應(yīng)當(dāng)設(shè)置一個(gè)孔?？梢酝ㄟ^許多本技術(shù)領(lǐng)域中熟知的措施，例如使用粘結(jié)材料，采用超聲焊合或類似手段來實(shí)現(xiàn)輻射器在共振器上的固定。合適的粘結(jié)材料例如包括環(huán)氧基粘結(jié)材料及類似物。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，超聲焊合在材料的性質(zhì)允許其使用的地方是令人滿意的而且特別便宜。熱塑性材料通常是最適合于用超聲焊連接的。連接至上層的做法有將平板型揚(yáng)聲器做得更薄的優(yōu)點(diǎn)，而連接至下層的做法則有使平板型揚(yáng)聲器更易于裝配的優(yōu)點(diǎn)。如果需要，可以采用其中任一種構(gòu)形。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，孔42的設(shè)置通過建立一條用于使空氣經(jīng)過輻射器和共振器的暢通路徑而大幅度地改善了共振器18的中頻和高頻聲發(fā)射?？?2最好與輻射器24的口部28的尺寸差不多相同，而且輻射器固定在共振器的上層或下層上。不管是在上層還是在下層處，孔42的周邊44通常都與輻射器24的邊緣46相連。如果需要的話，分層的共振器內(nèi)所有的在孔的周邊44處露出的內(nèi)部通道都可以被密封，以保護(hù)共振器不受波動(dòng)的環(huán)境條件的影響。留下一個(gè)或更多的內(nèi)部通道敞開通常能改善聲音質(zhì)量。留下一些未固定在框架上的邊通?？蛇M(jìn)一步改善聲音質(zhì)量。
可預(yù)張緊的共振器可以進(jìn)一步提高揚(yáng)聲器的聲音質(zhì)量。共振器的預(yù)加應(yīng)力可以在將其安裝至框架上時(shí)通過在張力下放置共振器來完成。這可以例如如圖1所示的通過在兩相對(duì)端穿過共振器地安裝預(yù)應(yīng)力保持器50來完成。這些保持器一旦在框架內(nèi)嵌入其各自的安裝位置，就可在共振器中產(chǎn)生拉伸預(yù)應(yīng)力?？梢詫⒖蚣苤械陌惭b位置的尺寸定成在共振器中得到任何所要求的預(yù)應(yīng)力。另一種方案為，如果需要的話，可以采用本技術(shù)領(lǐng)域中已知的其它預(yù)加應(yīng)力結(jié)構(gòu)，以加大共振器的張力并改善揚(yáng)聲器的聲音質(zhì)量。
有許多方法可用于將共振器18固定在框架上。例如，一種廉價(jià)的手段為采用市場上可得到的粘結(jié)劑如環(huán)氧膠等。如果需要，除去將共振器粘接至框架14上，這種粘結(jié)劑也可以用于在共振器的邊緣密封內(nèi)部通道的一個(gè)或更多的露出端。
盡管可以使用任何粘結(jié)劑粘結(jié)材料，但是重要的是，粘結(jié)材料不能含有會(huì)不利地侵蝕共振器的材料的溶劑，而且該材料一旦固化，就能經(jīng)得起在揚(yáng)聲器的整個(gè)使用期內(nèi)所遭受的周期性振動(dòng)力。如果小心地控制，也可以使用溶劑粘接，但是它不是首選的。另一種方案為，如果需要，可以通過按機(jī)械方式將共振器固定在框架上而不使用粘結(jié)劑。這些方法在本技術(shù)領(lǐng)域中是眾所周知的，并且包括例如壓配合、卡環(huán)及類似措施。如果有要求，可以將共振器夾持在應(yīng)有的位置上，但是并不剛性地固定在框架上。這樣，可以使安裝的阻尼效應(yīng)為最小。
對(duì)于本發(fā)明，重要的是，共振器按扁平的互相隔開的方式成層。通常，這要求有某種保持裝置保持共振器的上層和下層固定地互相隔開。如圖2所示，間壁104保持上層100和下層102互相隔開，從而形成總的用標(biāo)號(hào)106標(biāo)出的內(nèi)部通道。如果需要的話，有幾乎無數(shù)的間壁構(gòu)形可以采用。如圖3所示，上層100和下層102由按波紋方式構(gòu)成的間壁108保持處于扁平的互相隔開的關(guān)系。在圖2和3所示的構(gòu)造中，由間壁形成的內(nèi)部通道沿共振器的整個(gè)長度從一端延伸至另一端，也就是說，從一端延伸至共振器周邊上的相對(duì)端。例如，如圖5所示，間壁110可以被做成六角形或蜂窩形圖案，以便以扁平的方式保持上層和下層互相隔開。在此構(gòu)形中，內(nèi)部通道形成總的用標(biāo)號(hào)112標(biāo)示的單獨(dú)的小室。在圖4中示出了又一種構(gòu)形，其中，將單個(gè)間壁114的形狀做成螺線或渦旋形圖形，從而建立一個(gè)在共振器中延伸的、總的用標(biāo)號(hào)116示出的纏繞的內(nèi)部通道。按照本發(fā)明，可以將間壁改造成許多與蜂窩形、波紋形、渦旋形等不同的構(gòu)形，只要上層和下層保持處于扁平的相互隔開的關(guān)系即可?？梢哉J(rèn)為，間壁能進(jìn)一步地使共振器保持所要求的自張緊狀態(tài)。
在本技術(shù)領(lǐng)域中都非常理解，共振器剛度應(yīng)當(dāng)最大，重量應(yīng)當(dāng)最小。按照本發(fā)明，共振器的大部分體積應(yīng)當(dāng)在結(jié)構(gòu)上是中空的。優(yōu)選的是，共振器的空腔體積與整個(gè)體積之比應(yīng)為大約0.95～0.6至1，最好約為0.85～0.7至1。
框架組件不僅包括周邊框架14，而且還包括其中安裝有驅(qū)動(dòng)器組件的安裝板12。最好，在安裝板12上設(shè)置許多開口或聲音釋放出口48，以便提高聲音的清晰度。這些開口48防止空氣在揚(yáng)聲器的背面被截留在安裝板12與共振器18之間。如果沒有這些開口，被截留的空氣將對(duì)揚(yáng)聲器產(chǎn)生不理想的阻尼作用。最佳的是，開口的數(shù)目和/或尺寸應(yīng)當(dāng)盡可能的大，只要能保持安裝板的結(jié)構(gòu)完整性即可。這樣，安裝板結(jié)構(gòu)最好為最小。
如圖1所示，最好將輻射器24放在略微偏離共振器18的中心的位置。據(jù)信，這種偏心的構(gòu)形消除了不理想的音頻阻尼作用，而這個(gè)阻尼作用會(huì)在從輻射器傳播至框架并傳回輻射器的聲波互相抵消時(shí)產(chǎn)生。這樣，可以認(rèn)為，偏置使這個(gè)不理想的阻尼作用減為最小，并有助于優(yōu)化揚(yáng)聲器的聲音質(zhì)量。
特別參看圖11，該處標(biāo)示出了圖示共振器的邊緣和角部，以便描述共振器在有關(guān)框架上的固定。共振器18中的肋104彼此平行地并且平行于邊緣25和27地延伸。肋通常垂直于邊緣23和對(duì)應(yīng)的未標(biāo)出的相對(duì)邊緣延伸。最理想的聲音特性一般由共振器18在其只在角部29、31、33和35處以及在共振器周邊上的一個(gè)點(diǎn)37處固定在支承框架上時(shí)產(chǎn)生。點(diǎn)37最好不對(duì)稱地定位，也就是說，它沿共振器的邊緣定位在角部31與周向邊緣25的中點(diǎn)之間。為了有附加的穩(wěn)定性，但是又以略微降低聲音質(zhì)量為代價(jià)，在相對(duì)的周向邊緣27上可以設(shè)置第二個(gè)不對(duì)稱設(shè)置的固定點(diǎn)39。不對(duì)稱設(shè)置的固定點(diǎn)最好在相對(duì)邊緣上，并且在不對(duì)稱的矩形共振器的較短的相對(duì)的邊緣上。也就是說，矩形共振器不會(huì)界定一個(gè)正方形。還有，分別由肋104和上層100與下層102形成的細(xì)長腔室的兩端最好任其敞開，除非環(huán)境方面的考慮有其它要求。
特別參看圖12和13，它們示出了共振器-輻射器組件的各個(gè)尺寸。一共振器60裝在直立的截頭圓錐形輻射器的唇部上。輻射器的標(biāo)稱壁用標(biāo)號(hào)64示出，一可供選擇的壁的構(gòu)形用標(biāo)號(hào)68標(biāo)示出。一揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器66裝在安裝結(jié)構(gòu)62上。輻射器的小端的直徑用D代表，大端的直徑用C代表。直徑C和D的端部之間的距離用長度L代表。為了說明的目的，標(biāo)稱壁64在兩個(gè)直徑C和D的端點(diǎn)之間形成一條直線，縱使實(shí)際的壁可能采取其它的形狀，例如如標(biāo)號(hào)68所示。長度L總是作為直徑C和D之間的直線距離來測量。共振器-輻射器組件的從共振器60的外表面至驅(qū)動(dòng)器66的后表面的厚度用T代表。輻射器的壁64相對(duì)于平行于共振器60的平面的平面延伸的角度用a示出。特別如圖13所示，矩形共振器60的寬度用W代表，共振器60的高度用H代表。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，按照本發(fā)明，首選某些尺寸和比例。不考慮共振器的尺寸后發(fā)現(xiàn)，對(duì)于輸出超過1瓦的共振器-輻射器組件，輻射器的長度L最好約為5～20mm，輻射器的外徑C最好大于約15mm，共振器板的厚度最好約為1/16～1/4英寸，輻射器的角度a最好約為30～60度。外徑C大于內(nèi)徑D，而且輻射器有直立的大致為圓形的形狀。共振器的寬度W最好至少大約為輻射器外徑C的三倍。包括驅(qū)動(dòng)器的共振器-輻射器組件的厚度T與共振器的寬度W成比例。最好，共振器-輻射器組件的T與W的比例在大約0.3～0.005至1的范圍內(nèi)。共振器的縱橫尺寸(高度H與寬度W)比一般為大約1.2～10至1，最好為大約1.3～2.0至1。
圖14示意地示出了共振器60在框架70中的安裝。在共振器60中沿縱向延伸的內(nèi)壁或肋用標(biāo)號(hào)86代表。壁86通常平行于共振器60的長邊延伸。共振器60的較長的邊緣如標(biāo)號(hào)72處所示，與框架70隔開一段距離并且不固定在其上。共振器60的四個(gè)角如標(biāo)號(hào)74、76、80和84處所示，固定在剛性框架70上。圖中示出了第五和第六固定點(diǎn)78和82。固定點(diǎn)78和82最好偏離共振器60的中線。另外，固定點(diǎn)78和82最好在中線的同一側(cè)按相同的量偏置，從而使它們大致與共振器60的同一內(nèi)肋對(duì)齊。輻射器在共振器60中不對(duì)稱地放置。共振器60不對(duì)稱是因?yàn)樗皇钦叫巍?br> 圖14示出了共振器在其例如在固定點(diǎn)78和80之間所呈現(xiàn)的情況下的端視圖。在圖15所示的實(shí)施例中，共振器88通過擠出形成。腔室90沿共振器88的全長延伸。頂壁92和底壁96通過內(nèi)壁94隔開一段距離。腔室90最好有一成如此比例的橫截面，即，分別由頂壁92和底壁96形成的壁為內(nèi)壁94的長度的1至3倍。在一優(yōu)選實(shí)施例中，所有的壁都大致為0.2mm厚，共振器88約為0.125英寸厚，而腔室90的橫截面成如此比例，即，它們的長約為寬的兩倍。在此優(yōu)選實(shí)施例中，共振器的大致80％是空的。
上面所描述的是優(yōu)選實(shí)施例，在不背離所附權(quán)利要求書的精神和范圍的前提下，可以對(duì)其作出各種改進(jìn)和改動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種平板型揚(yáng)聲器，它具有一寬度、一高度和一厚度，所述平板型揚(yáng)聲器包括一個(gè)共振器板，它具有大體為扁平的、不對(duì)稱的矩形形狀，所述共振器板有四個(gè)角，兩個(gè)大致相對(duì)的短周向邊緣，以及兩個(gè)通常相對(duì)的長周向邊緣，所述長周向邊緣按一至少約為1.3至1的比例長于所述短周向邊緣，至少一上層元件和一下層元件通過肋構(gòu)件互相隔開，以在所述上元件和下元件之間限定出腔室，所述共振器板裝在一支承框架中；一個(gè)輻射器結(jié)構(gòu)，它具有一大體被做成與一回轉(zhuǎn)曲面一致的形狀、從而限定出一直立的三維錐形的材料薄片，所述三維錐形有一旋轉(zhuǎn)軸線、一具有第一直徑的敞開的共振器端部，和一具有第二直徑的沿軸向相對(duì)的敞開的驅(qū)動(dòng)器端部，所述第一直徑大于所述第二直徑，所述共振器端部剛性地安裝在所述共振器板上，一個(gè)所述的短周向邊緣至少約為所述第一直徑的3倍；一個(gè)驅(qū)動(dòng)器構(gòu)件，所述驅(qū)動(dòng)器構(gòu)件具有標(biāo)稱直徑并適于響應(yīng)電信號(hào)地在音頻頻率范圍內(nèi)振動(dòng)，所述驅(qū)動(dòng)器端部裝在所述驅(qū)動(dòng)器構(gòu)件上，以便與其一起振動(dòng)，所述輻射器結(jié)構(gòu)有在所述共振器和驅(qū)動(dòng)器端部之間延伸的長度，所述長度約為5～20mm，所述驅(qū)動(dòng)器構(gòu)件裝在一支承構(gòu)件上，所述輻射器、驅(qū)動(dòng)器和共振器被裝配成一個(gè)具有厚度的共振器-輻射器組件；所述厚度按約為0.3～0.005至1的比例與所述短周向邊緣成正比。
2.如權(quán)利要求1所述的平板型揚(yáng)聲器，其特征為，所述輻射器按一個(gè)與平行于所述共振器的平面成大約30～60度的角延伸。
3.如權(quán)利要求1所述的平板型揚(yáng)聲器，其特征為，所述腔室按橫截面通常變化的螺線排列。
4.如權(quán)利要求1所述的平板型揚(yáng)聲器，其特征為，所述腔室包括大體呈直線形的通道，它們按基本上平行于所述長周向邊緣的方式排列。
5.如權(quán)利要求1所述的平板型揚(yáng)聲器，其特征為，所述腔室包括大體為直線形的通道，它們按基本上平行于所述長周向邊緣的方式排列，所述共振器板在所述四個(gè)角附近安裝在所述支承框架上。
6.如權(quán)利要求1所述的平板型揚(yáng)聲器，其特征為，所述腔室包括大體為直線形的通道，它們按基本上平行于所述長周向邊緣的方式排列，所述共振器板在所述四個(gè)角附近和至少在一個(gè)所述短周向邊緣的另一地點(diǎn)處安裝在所述支承框架上，所述的另一個(gè)地點(diǎn)與一個(gè)所述短周向邊緣的中點(diǎn)隔開一段距離。
7.如權(quán)利要求1所述的平板型揚(yáng)聲器，其特征為，所述腔室包括大體為直線形的通道，它們按基本上平行于所述長周向邊緣的方式排列，所述共振器板在所述四個(gè)角附近和至少在所述短周向邊緣上的兩個(gè)其它地點(diǎn)處安裝在所述支承框架上，所述短周向邊緣有中點(diǎn)，所述兩個(gè)其它地點(diǎn)與所述中點(diǎn)隔開一段距離。
8.如權(quán)利要求1所述的平板型揚(yáng)聲器，其特征為，所述共振器有一總體積和一空腔體積，所述空腔體積與所述總體積之比約為0.95～0.6至1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種平板型揚(yáng)聲器(10)，它具有獨(dú)特的多層聲音共振器板(18)。共振器(18)具有保持處于扁平的分開關(guān)系的上層(100)和下層(102)。設(shè)有間壁或肋(104)以保持上層和下層分開以及在內(nèi)部腔室內(nèi)處于自張緊的狀態(tài)。共振器的各層和間壁形成多個(gè)可被封閉或未封閉的內(nèi)部通道或腔室。平板型揚(yáng)聲器(10)包括一個(gè)具有一安裝板(12)和一固定在安裝板上的共振器驅(qū)動(dòng)器(16)的框架組件(14)。驅(qū)動(dòng)器(16)響應(yīng)于電信號(hào)并固定在一可隨著驅(qū)動(dòng)器的移動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的輻射器(24)上。扁平的分開的共振器(18)固定在輻射器(24)和框架(14)上，它在振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生聲音。共振器的縱橫尺寸(高度與寬度)比最好至少約為1.3至1或更大。
文檔編號(hào)H04R1/28GK1401202SQ01805130
公開日2003年3月5日 申請(qǐng)日期2001年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月17日
發(fā)明者柳川真之, 武藤桂子 申請(qǐng)人:柳川真之, 武藤桂子