專利名稱：具有無源輻射器的四階帶通揚聲器系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種能進行電能和聲能轉換的揚聲器系統(tǒng)，確切地說，涉及一種利用無源輻射器輔助低頻輻射的四階帶通型揚聲器系統(tǒng)。
背景技術：
傳統(tǒng)的四階帶通式的揚聲器系統(tǒng)聲學結構如附圖1所示，是由主動揚聲器，前、后共振箱，倒相管三大部分組成。揚聲器的振動膜受驅動后，產生振動，并通過與共振箱內空氣的耦合，使共振箱內空氣產生振動，箱內空氣與倒相管的耦合向空間輻射聲波，由于前共振箱和倒相管所組成的并聯(lián)聲諧振系統(tǒng)，具有低通的聲學特性，加上揚聲器和后共振箱組成高通系統(tǒng)，從而實現(xiàn)四階帶通型響應。其聲學類比線路圖如附圖2所示，附圖2中，Pg為等效聲壓源，Ma為主動揚聲器的等效聲質量，Ca為主動揚聲器的等效聲順，Ra為主動揚聲器的等效聲阻，Cbf為前共振箱的等效聲順，Mp為倒相管的等效聲質量，Cbr為后共振箱的等效聲順。分析附圖二，可得出該系統(tǒng)的聲壓頻率響應函數為Pv=ρPg4πrMa|Gv(jw)|]]>Gv(jw)=(jw)2Wbs21+jw(1+α)WsQt+(jw)2(1(1+α)Ws2+1+ββWp2)+(jw)3Wp2(1+α)WsQt+(jw)4(1+α)Wp2Ws2]]>其中α=CaCbr;Cab=Ca1+α;Cbf=βCab;Ws=1MaCa;Qt=WsMaRa;Wp=1MpCbf;]]>
可以看出其頻率響應為典型的四階帶通型響應特性，如要獲得預期的響應特性或響應類型，則可根據系統(tǒng)函數的參數方程來確定箱體參數及倒相管尺寸和揚聲器參數。
倒相管與共振箱耦合的調諧頻率決定了系統(tǒng)響應的上下限，對于給定的揚聲器系統(tǒng)，調諧頻率FB是一定的，共振箱的容積也是一定的，由下面的公式FB=1/2πMpCb]]>----------Mp為倒相管聲質量，Cb為共振箱等效聲順，Mp＝ρL/Sp---------------L為倒相管長度，Sp為倒相管等效輻射面積，P＝(ρf/2r)Up-----------P為輻射聲壓，Up為空氣體積速度，Up＝VpSp---------------Vp為管內的空氣速度，可以看出，要提高低頻輻射聲壓，則必須保證或增大管中傳輸的空氣體積速度，而空氣體積速度為管內空氣振動速度和倒相管的截面積乘積，由于倒相管的截面積取值有一定的局限性(通常遠小于主動揚聲器的有效輻射面積)，那么，要提高低頻輻射聲壓，必將導致倒相管中的空氣振動速度很高，這將不可避免的帶來空氣摩擦噪聲；因此，我們并不希望空氣振動速度太大，相反，希望在保證聲壓輸出的情況下降低空氣振動速度，從而降低低頻失真，如此則必須增大倒相管尺寸，必然會導致管子長度變得很長，管子的長度和面積成反比，這在結構上常會遇到一定的困難(在小體積揚聲器箱中尤其明顯)。另一方面，該系統(tǒng)箱體內外的空氣通過倒相管直接連通，因此箱內聲波簡正方式的影響就不可避免，表現(xiàn)在系統(tǒng)的非線性失真較大。

發(fā)明內容
本實用新型的目的是提供一直具有無源輻射器的四階帶通揚聲器系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用無源輻射器取代了傳統(tǒng)四階帶通式揚聲器系統(tǒng)中的倒相管，性能優(yōu)異、低失真，并在結構安裝方面方便可行。
本實用新型的技術方案是一種具有無源輻射器的四階帶通揚聲器系統(tǒng)，包括共振箱，主動揚聲器，其特征在于在共振箱上安裝設置有無源輻射器，無源輻射器固定于共振箱上，并將固定處密封，使無源輻射器與共振箱形成密封的整體。主動揚聲器受驅動后，產生振動并通過與共振箱內空氣的耦合，使共振箱內空氣產生振動，共振箱內空氣與用密封安裝于共振箱上的無源輻射器的耦合，導致無源輻射器做活塞振動，向空間輻射聲波，從而實現(xiàn)四階帶通響應。
所述主動揚聲器為傳統(tǒng)直接輻射式電動揚聲器，其安裝的具體位置為共振箱前后腔體中間的隔板上，受驅動后，分別向前后腔體輻射聲波，其安裝必須牢固，不可出現(xiàn)機械振動，并在與隔板連接處加墊密封棉，如EVA棉。
所述共振箱，由前、后兩個共振箱組成，所述的無源輻射器安裝于前共振箱上，兩共振箱通過主動揚聲器連接，共振箱的箱體材料必須選擇堅固不易震動材料制成如MDF板材，要求密封。
所述無源輻射器，是由復合材料制成的，由彈性良好的折環(huán)連接一塊平面或錐面的振動發(fā)聲器；折環(huán)必須具有很好的彈性，同時不易產生非彈性形變；振動發(fā)聲器必須具備足夠的剛性，以保證振動時不會產生形變，振動為活塞振動。
上述的無源輻射器，其具體的結構為中間是振動發(fā)聲器，該振動發(fā)聲器為平板結構或者是錐形結構，振動發(fā)聲器的外緣具有折環(huán)，折環(huán)向外連接有支架，振動發(fā)聲器通過支架連接于共振箱上。
本實用新型采用無源輻射器取代傳統(tǒng)的倒箱管，輻射面積大，同等輸出聲壓情況下，降低了空氣振動速度，而改善了低頻輻射失真，表現(xiàn)在系統(tǒng)在做低頻重放時空氣摩擦噪聲大幅降低；無源輻射器的主要參數的調整與結構尺寸沒有必然的關系，結構尺寸自由度相對比較高，因此在結構設計上具有較大的靈活性，尤其適合于小型聲學系統(tǒng)的設計；同時，無源輻射器將共振箱和外界空氣隔開，可有效抑制共振箱內聲波簡正方式對系統(tǒng)聲輻射的影響，有效降低了系統(tǒng)的非線性失真。


圖1傳統(tǒng)的四階帶通式的揚聲器系統(tǒng)聲學結構圖，圖2傳統(tǒng)的四階帶通式的揚聲器系統(tǒng)聲學類比線路圖，圖3本實用新型的聲學結構示意圖，圖4本實用新型的聲學類比線路圖，圖5為無源輻射器的結構示意圖，圖6為無源輻射器的側面示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖進一步介紹本實用新型的結構特征和實施本實用新型的聲學結構及安裝示意圖如附圖3所示，本實用新型實施的具有無源輻射器的四階帶通式揚聲器系統(tǒng)，包括共振箱，主動揚聲器，其特征在于在共振箱上安裝設置有無源輻射器，無源輻射器固定于共振箱上，并將固定處密封，使無源輻射器與共振箱形成密封的整體。
其中，主動揚聲器為傳統(tǒng)直接輻射式電動揚聲器，其安裝的具體位置為共振箱前后腔體中間的隔板上，受驅動后，分別向前后腔體輻射聲波，其安裝必須牢固，不可出現(xiàn)機械振動，并在與隔板連接處加墊EVA密封棉。
共振箱，由前、后兩個共振箱組成，上述的無源輻射器安裝于前共振箱上，兩共振箱通過主動揚聲器連接，共振箱的箱體材料必須選擇堅固不易震動材料制成如MDF板材，并要求密封。
結合圖5、圖6，無源輻射器，是由復合材料制成的，具體地說是由彈性良好的折環(huán)2連接一塊平面的振動發(fā)聲器1；振動發(fā)聲器1的外緣具有折環(huán)2，折環(huán)2向外連接有支架3，振動發(fā)聲器1通過支架3連接于共振箱上。折環(huán)2必須具有很好的彈性，同時不易產生非彈性形變；振動發(fā)聲器1必須具備足夠的剛性，以保證振動時不會產生形變，同時，無源輻射器與前共振箱固定部位通過螺釘及膠水固定密封，使整個系統(tǒng)密閉。
可以看出無源輻射器能將箱內外的空氣隔開，可以有效的抑制箱內聲波簡正方式對系統(tǒng)聲輻射的影響，有效降低了系統(tǒng)的非線性失真。
根據聲學類比原理可以畫出本實用新型的聲學類比線路圖，如圖4所示。其中Pg為等效聲壓源，Ma為主動揚聲器的等效聲質量，Ca為主動揚聲器的等效聲順，Ra為主動揚聲器的等效聲阻，Cbf為前共振箱的等效聲順，Mp為無源輻射器的等效聲質量，Cp為無源輻射器的等效聲順，Cbr為后共振箱的等效聲順。由此可以推導出本實用新型的聲學系統(tǒng)所輻射的聲壓頻率響應函數如下Ppr=ρPg4πrMa|Gpr(jw)|]]>Cpr(s)=(jwW0)2WpCpWbs(Cp+Cab+Cbf)Cbf1+sWpWbs(Cp+Cbf)QbtCbf(Cp+Cab+Cbf)34+s3WpWbsCbf4QbtCbf(Cp+Cab+Cbf)34+s4+s2[WpWbsCp+Cbf(Cp+Cab+Cbf)Cbf+WbsWpCbf+Cab(Cp+Cab+Cbf)Cbf]]]>其中α=CaCbr;Cab=Ca1+α;Ws=1MaCa;Qt=WsMaRa;Wp=1MpCp;]]>WbsWs=QbtQt=1+α;W0=Wbs2Wp2Cp+Cab+CbfCbf4;s=jwW0]]>可以看出，本使用新型的系統(tǒng)函數特性和傳統(tǒng)的四階帶通系統(tǒng)的系統(tǒng)函數的特性非常相似的，是典型的四階帶通函數，四階帶通響應系統(tǒng)函數有如下一般形式G(s)=A1b1Q2s21+a1b1Qs+(2+1b1Q2)s2+a1b1Qs3+s4]]>其中A1為系統(tǒng)函數增益，通帶品質因數Q＝1/Δs；Δs＝sH-sL；Δs=sH-sL;sL=1+4Q2-1/2Q,sH=1/sL;]]>sL和sH分別對應通帶中心頻率點幅值下降3dB，所對應的頻點；a1和b1為二階低同函數所對應的系數值，幾種典型的響應(如Butterworth，Chebyshev)值是一定的。解系數方程可得箱體參數Cbr=Ca(b1Qa1Qt)2(A1b1Q2+A1-b1Q2A1b1Q2)-1;Cbf=A1Ca(a1Qtb1Q)2]]>無源輻射器參數Wp=Wsb1(b1Q2-A1)a1Qt;Cp=(a1Qtb1Q)2(A12b1Q2-A1)Ca]]>對于特定的預期響應無源輻射器的參數是一定的，也就是無源輻射器的諧振頻率及無源輻射器的順性值可以通過對響應特性分析而得出。無源輻射器的諧振頻率由以下公式給出fp=12πMmpCmp=12πMpCp;Mp=MmpSp2;Cp=CmpSp2;]]>LLMmp為無源輻射器的等效質量，單位為Kg，Mp為無源輻射器的等效聲質量LLCmp為無源輻射器的等效力順，單位為m/N，Cp為無源輻射器的等效聲順可以看出，調整無源輻射器的諧振頻率可以通過改變振動發(fā)聲器的重量和折環(huán)的彈性系數來實現(xiàn)，這在實際使用過程中非常容易實現(xiàn)，同時無源輻射器諧振頻率的調整完全可以在不改變其結構尺寸的情況下進行，這使其具有安裝及調整方便的優(yōu)點。
同時可以看出在條件允許的情況下，振動發(fā)聲器的面積可以盡可能的做大(一般都大于主動揚聲器的有效輻射面積)，只要保證等效聲質量及等效聲順不變，則不會改變無源輻射器的諧振頻率，面積增大只需要調整振動發(fā)聲器的重量及折環(huán)的順性即可，不會導致無影響安裝的縱向尺寸的增加，相較于傳統(tǒng)的六階帶通系統(tǒng)，本實用新型在小型系統(tǒng)設計中有著得天獨厚的優(yōu)勢。
而輻射聲壓與輻射面積及振動速度有這樣的關系P=ρf2rVpSp]]>------P為輻射聲壓，Vp為輻射器振動速度，Sp為輻射器有效輻射面積輻射面積的增大意味著在輸出同樣的聲壓級的情況下，本實用新型所采用的無源輻射器所驅動的空氣的速度將大為降低，而無源輻射器的有效輻射面積遠大于傳統(tǒng)的倒相管的面積，這就意味著在輸出同樣聲壓級的情況下，本實用新型所推動空氣的振動速度遠低于傳統(tǒng)六階帶通式系統(tǒng)，因此本實用新型可以有效降低低頻輻射失真，表現(xiàn)在系統(tǒng)在做低頻重放時空氣摩擦噪聲大幅降低。
綜上所述，本實用新型有如下優(yōu)點1、用無源輻射器輻射面積大的特征，同等輸出聲壓情況下，降低了空氣振動速度，而改善了低頻輻射失真，表現(xiàn)在系統(tǒng)在做低頻重放時空氣摩擦噪聲大幅降低；2、由于無源輻射器的主要參數的調整與結構尺寸沒有必然的關系，結夠尺寸自由度相對比較高，因此在結構設計上具有較大的靈活性，尤其適合于小型聲學系統(tǒng)的設計；3、因為無源輻射器將共振箱和外界空氣隔開，可有效抑制共振箱內聲波簡正方式對系統(tǒng)聲輻射的影響，有效降低了系統(tǒng)的非線性失真；4、具有和傳統(tǒng)四階帶通式揚聲器系統(tǒng)相似的頻響特性。
權利要求1.一種具有無源輻射器的四階帶通揚聲器系統(tǒng)，包括共振箱，主動揚聲器，其特征在于在共振箱上安裝設置有無源輻射器，無源輻射器固定于共振箱上，并將固定處密封，使無源輻射器與共振箱形成密封的整體。
2.如權利要求1所述的具有無源輻射器的四階帶通揚聲器系統(tǒng)，其特征在于主動揚聲器為傳統(tǒng)直接輻射式電動揚聲器，其安裝的具體位置為共振箱前后腔體中間的隔板上，分別向前后腔體輻射聲波。
3.如權利要求2所述的具有無源輻射器的四階帶通揚聲器系統(tǒng)，其特征在于主動揚聲器與隔板連接處加墊有密封棉。
4.如權利要求1所述的具有無源輻射器的四階帶通揚聲器系統(tǒng)，其特征在于主動揚聲器所述共振箱，由前、后兩個共振箱組成，所述的無源輻射器安裝于前共振箱上，兩共振箱通過主動揚聲器連接。
5.如權利要求1或4所述的具有無源輻射器的四階帶通揚聲器系統(tǒng)，其特征在于主動揚聲器所述無源輻射器，是由復合材料制成的，由彈性良好的折環(huán)連接一塊平面或錐面的振動發(fā)聲器；折環(huán)具有很好的彈性，振動發(fā)聲器具備足夠的剛性。
6.如權利要求5所述的具有無源輻射器的四階帶通揚聲器系統(tǒng)，其特征在于主動揚聲器上述的無源輻射器，其具體的結構為中間是振動發(fā)聲器，該振動發(fā)聲器為平板結構或者是錐形結構，振動發(fā)聲器的外緣具有折環(huán)，折環(huán)向外連接有支架，振動發(fā)聲器通過支架連接于共振箱上。
專利摘要本實用新型是一種具有無源輻射器的四階帶通揚聲器系統(tǒng)，包括共振箱，主動揚聲器，其特征在于在共振箱上安裝設置有無源輻射器，無源輻射器固定于共振箱上，并將固定處密封，使無源輻射器與共振箱形成密封的整體。本實用新型輻射面積大，同等輸出聲壓情況下，降低了空氣振動速度，而改善了低頻輻射失真，無源輻射器將共振箱和外界空氣隔開，可有效抑制共振箱內聲波簡正方式對系統(tǒng)聲輻射的影響，有效降低了系統(tǒng)的非線性失真。
文檔編號H04R9/06GK2774059SQ200520053989
公開日2006年4月19日 申請日期2005年1月18日 優(yōu)先權日2005年1月18日
發(fā)明者盧斯榮 申請人:深圳Tcl新技術有限公司