專利名稱：一種用于語音廣播的高頻氣流揚聲器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于揚聲器技術領域，特別涉及一種用于語音廣播的高頻氣流揚聲器的結構設計。
目前使用的播放語言和音樂的揚聲器大多是電動揚聲器，這種揚聲器的頻帶寬，可以清晰地播放各種音頻信號，但它的單個發(fā)音頭的功率不能做得很大，目前單個揚聲器的電功率一般只能做到1000瓦以下。如果需要大功率廣播，常常需要將若干個組合起來，即使這樣也不可能滿足大范圍、長距離或高聲強廣播的要求。
氣流揚聲器是用電信號調(diào)制高壓氣流，類似人類發(fā)聲的原理，可以產(chǎn)生很強的聲音，目前單個發(fā)音頭可以做到1萬～2萬聲瓦以上聲功率，相當電動揚聲器電功率5萬～10萬瓦。但其頻帶較窄一般很難達到2500Hz以上，因此播音的清晰度較差。聲音在傳播時高頻成分比低頻成分衰減快，在遠處由于高頻衰減多，因此清晰度差，聽不清楚，可懂度差，因此很難用于長距離大范圍廣播或高聲強播音。而為了有效調(diào)制氣流需要在大振幅狀態(tài)下工作，目前的氣流揚聲器不能長時間無故障工作，因此很難可靠地用于高聲強語言播音。
Ling公司生產(chǎn)的一種環(huán)閥式調(diào)制方式的揚聲器，其工作原理如圖1所示由動環(huán)33和靜環(huán)32組成一個環(huán)形套閥，在動環(huán)和靜環(huán)上開有相對的環(huán)縫，氣流可以從縫隙中通過，當動環(huán)相對靜環(huán)上下移動時動環(huán)和靜環(huán)上的縫隙將錯動相互遮擋，使氣流的流通面積改變，產(chǎn)生閥門作用，改變氣流的流量，達到調(diào)制氣流的目的。其動環(huán)33是處于靜環(huán)32的外面，因而氣流將動環(huán)33推向靜環(huán)32，而且由于動環(huán)和靜環(huán)之間的間隙很小，雖然可減少了耗氣量，但接觸面積很大，因而產(chǎn)生的摩擦力較大，容易損壞、卡住。
本申請發(fā)明人設計的一項阻擋射流揚聲器專利(專利號ZL92102274.3)，其主要結構如圖2所示，該揚聲器主要包括由上殼體和下殼體組成的外殼，上殼體上端部為敞口可接喇叭號筒(圖中未示出)，側面開有排氣消聲孔，下殼體下端中部開有進氣口，支撐板置于上殼體和下殼體之間且將殼體內(nèi)空間分成有氣道相通的上下兩部分，上部殼體內(nèi)設置有喉管2、中心錐19、環(huán)形噴嘴14、阻擋環(huán)15、音圈13及其引線；喉管的下端部形成環(huán)狀分流劈20，分流劈內(nèi)側與中心錐外壁組成喉道；阻擋環(huán)15與音圈通過橡膠支撐16被下壓板17和上壓板18壓合成一體，使阻擋環(huán)精確地固定在一定位置并且通過橡膠圈的彈性作用可以上下位移，下部設置有磁鋼及與其相連的內(nèi)磁極11和外磁極10。
雖然這種揚聲器克服了由美國Ling公司生產(chǎn)的環(huán)形閥式氣流揚聲器的缺點，可以用于大功率語音廣播，但它存在以下不足之處其一、該揚聲器采用阻擋射流的方式調(diào)制射流的方向，達到將高壓氣流轉(zhuǎn)變成壓力波的目的，但由于該喉道2的下端部的環(huán)狀分流劈20為鈍圓形，高頻調(diào)制不靈敏，且阻擋環(huán)15與環(huán)形噴嘴14之間有較大的間隙，會產(chǎn)生較大漏氣，使氣流利用率不高，如圖1所示，信號正半周時阻擋環(huán)15向下使射流沖入喉道2轉(zhuǎn)變成聲波，而在負半周時，阻擋環(huán)15向上，使射流射向前沿為鈍圓形的分流劈20阻擋環(huán)，繼續(xù)向上，射流被分流劈20引向后部進入排氣消聲孔而排放入大氣中，由于只是為了改變射流方向，阻擋環(huán)15與噴嘴14之間的距離較大，一部分氣流將從阻擋環(huán)15與噴嘴14之間泄漏，這部分氣流對發(fā)聲未作貢獻而流散消耗了。采用的分流劈20的前沿為鈍圓形，對高頻的分流靈敏度較低，高頻效果不好。雖然氣聲轉(zhuǎn)換效率比環(huán)閥式提高了很多，但該專利的氣流利用率仍有待提高。
其二、由于采用整體輕金屬鈦制作阻擋環(huán)15，在強磁場中將產(chǎn)生渦流，會產(chǎn)生阻尼作用和發(fā)熱，頻率越高阻尼作用越大，發(fā)熱也越大。因而高頻的調(diào)制效率較低，工作時溫度很高，難于長時間穩(wěn)定工作。由于阻擋環(huán)15采用整體結構用輕金屬鈦(比重4.5)制成，其重量仍較重，其共振頻率仍較低，高頻時其振幅較小，不能有效調(diào)制，因此高頻氣聲轉(zhuǎn)換效率低，一般高頻范圍不能提高到3500Hz以上，遠處的清晰度較低。
其三、信號線圈-音圈13工作時所加的信號功率較大，一般可達到400～2000瓦以上，因而發(fā)熱量較大，散熱措施不夠。一般工業(yè)空氣壓縮機的排氣溫度可達90℃，加上整體金屬音圈13在強磁場中運動產(chǎn)生渦流發(fā)熱，因此阻擋環(huán)15和音圈13在工作時溫度較高，容易燒毀，不能長時間無故障工作。
其四、由于阻擋環(huán)15的振幅較大，因此音圈13的引線采用銅絲編織線，容易疲勞折斷，引起工作故障。

發(fā)明內(nèi)容
為此本發(fā)明的目的在于為了克服已有技術的不足之處，提供一種用于語音廣播的高頻氣流揚聲器，其調(diào)制氣流的原理為調(diào)制通流面積同時改變射流方向，具有環(huán)形氣閥調(diào)制通流面積和阻擋射流式調(diào)制氣流方向兩種調(diào)制方式的優(yōu)點，減少了氣流消耗，因而其氣聲轉(zhuǎn)換效率得以進一步提高，改進了環(huán)狀分流劈、音圈和引線的結構，增加了冷卻系統(tǒng)，因而提高了高頻調(diào)制靈敏度，提高了工作可靠性，延長了無故障工作時間；可以實際應用于大范圍、長距離或高聲強語音廣播。
本發(fā)明提出的一種用于語音廣播的高頻氣流揚聲器，主要包括由上殼體和下殼體組成的外殼，上殼體上端部為敞口，側面開有排氣消聲孔，下殼體下端中部開有進氣口，支撐板置于上殼體和下殼體之間且將殼體內(nèi)空間分成有氣道相通的上下兩部分，上部殼體內(nèi)設置有喉管、中心錐、環(huán)形噴嘴、阻擋環(huán)、音圈及其引線；喉管的下端部形成環(huán)狀分流劈，分流劈內(nèi)側與中心錐外壁組成喉道；固定阻擋環(huán)與音圈的下壓板和上壓板，下部設置有磁鋼及與其相連的內(nèi)磁極和外磁極，音圈置于內(nèi)磁極和外磁極之間的磁隙中，外磁極與下殼體之間的空間形成高壓氣室，高壓氣流從進氣口進入高壓氣室，通過支撐板上的通孔進入環(huán)形噴嘴；其特征在于，所述阻擋環(huán)與環(huán)形噴嘴的端部之間具有當阻擋環(huán)上下滑動時不與環(huán)形噴嘴的端部產(chǎn)生磨擦的縫隙。
所述的環(huán)狀分流劈的端部為尖前沿。
本發(fā)明的上述結構中還可包括一冷卻系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)包括在外磁極底部開有將高壓氣室與內(nèi)磁極和外磁極之間的空隙相連通的通孔，以使內(nèi)磁極和外磁極之間的空隙形成側冷卻氣道，在內(nèi)磁極的上端部與下壓板之間設置使空氣流通的上冷卻氣道，在磁鋼及內(nèi)磁極的中部開有分別與高壓氣室和上冷卻氣道相連通的中冷卻氣道。
上述的阻擋環(huán)由鎂合金材料制成，其下部的音圈由纖維復合薄膜制成，其上纏繞著鋁漆包線，阻擋環(huán)和音圈由硅橡膠環(huán)固定。
上述的引線由從內(nèi)到外的合金鋼絲絞線、銅絲編織網(wǎng)套管、纖維編織的保護網(wǎng)套管及絕緣保護外層套管組成。
本發(fā)明的工作原理，結構特點及技術效果本發(fā)明為了減少耗氣量提高氣聲轉(zhuǎn)換效率，采用環(huán)閥式改變通流面積和阻擋射流式改變氣流方向兩種調(diào)制方式的復合調(diào)制方式，既提高了調(diào)制的靈敏度，又減少了耗氣量。
本發(fā)明為了提高高頻時調(diào)制氣流的靈敏度，分流劈為尖前沿，在高速氣流中尖劈后的氣流處于不穩(wěn)定狀態(tài)，很容易偏向一邊，因而可以很靈敏地改變其流向。類似處于開關狀態(tài)，這樣就提高了高頻調(diào)制的靈敏度，達到提高高頻范圍的目的。
為了冷卻音圈，將其上的熱量散去，本發(fā)明增加了冷卻系統(tǒng)，低溫氣流將音圈兩邊的熱量帶走散去，使得音圈的工作可靠性得以提高。同時也將保證磁鋼處于較低的溫度，不會退磁保證了氣流揚聲器發(fā)音頭可以長期無故障工作。
本發(fā)明為了減少渦流采用不導電的穩(wěn)定性較好的纖維復合材料薄膜作音圈，阻擋環(huán)由鎂合金制成，音圈的導線用鋁漆包線繞制。鎂金屬環(huán)與復合薄膜用高強度膠粘接成一體，這樣就減少了渦流，減少了阻尼作用同時進一步減少了運動部件的重量，因此提高了共振頻率和高頻調(diào)制效率。
由于阻擋環(huán)在工作時的振幅較大，其引線常常因疲勞而折斷。為了提高引線的疲勞壽命，本發(fā)明設計了專門的引線結構，這樣可以長時間工作而不會折斷。延長了無故障工作時間。
本發(fā)明由于減少了氣流損耗，因而氣聲效率進一步提高，用一般的工業(yè)空氣壓縮機就可以發(fā)出很大的聲功率，體積相對較小，可以將整套裝置安裝在一個標準集裝箱中，便于安裝在汽車上或安裝在艦船上，也可以方便地固定在需要大范圍廣播的地方，如海港碼頭，城市報警，地震海嘯，災害報警等。
由于提高了共振頻率，高頻范圍可以擴大到3500Hz以上，因此遠處播音清晰度提高，能很好聽清楚。


圖1為已有的一種環(huán)閥式氣流揚聲器工作原理示意圖。
圖2為已有的一種阻擋射流揚聲器工作原理示意圖。
圖3為本發(fā)明的高頻氣流揚聲器實施例結構示意圖。
圖4為本發(fā)明的高頻氣流揚聲器工作原理示意圖。
圖5為本實施例的冷卻系統(tǒng)結構示意圖。
圖6為本實施例的阻擋環(huán)和音圈結構示意圖。
圖7為本實施例的引線結構示意圖。
圖8為本實施例的引線連接示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提出的一種用于語音廣播的高頻氣流揚聲器，其結構及工作原理結合附圖及實施例進一步說明如下本實施例的總體結構如圖3所示，包括由上殼體1和下殼體7組成的外殼，上殼體1上端部為敞口可以接喇叭或聲波輻射器(圖中未示出)，側面開有排氣消聲孔3，下殼體7下端中部開有進氣口8，支撐板5置于上殼體1和下殼體7之間且將殼體內(nèi)空間分成有氣道12相通的上下兩部分，上部殼體內(nèi)設置有喉管2、中心錐19、環(huán)形噴嘴14、阻擋環(huán)15、音圈13及其引線，喉管2的下端部形成環(huán)狀分流劈20，分流劈內(nèi)側與中心錐外壁組成喉道；中心錐與上下壓板用定位螺釘4固定；阻擋環(huán)15與音圈13通過硅橡膠支撐16被下壓板17和上壓板18壓合成一體，下部設置有磁鋼9、內(nèi)磁極10和外磁極11，音圈13置于內(nèi)磁極10和外磁極11之間的磁隙中，外磁極與下殼體之間的空間形成高壓氣室，高壓氣流從進氣口8進入高壓氣室，通過支撐板5的通孔12進入環(huán)形噴嘴14；阻擋環(huán)15與環(huán)形噴嘴14的端部之間有一很小縫隙，只用于當阻擋環(huán)上下滑動時不與環(huán)形噴嘴的端部產(chǎn)生磨擦，環(huán)狀分流劈20的端部為尖前沿。
本實施例的工作原理本實施例采用環(huán)閥式改變通流面積和阻擋射流式改變氣流方向兩種調(diào)制方式的復合調(diào)制方式，工作原理如圖3所示，從進氣口8通入0.55～0.65Mpa的高壓氣流，從環(huán)狀分布的通氣孔12進入環(huán)形噴嘴14，從其出口處形成環(huán)形片狀射流。在噴嘴14出口處有一上下滑動的阻擋環(huán)15，音頻信號經(jīng)放大后，送入處于高磁場強度的磁隙中的音圈13上，產(chǎn)生上下推拉的電磁力，阻擋環(huán)15被橡膠支撐16固定，上下推拉的電磁力克服橡膠支撐的彈性反力而推拉阻擋環(huán)15，在環(huán)形噴嘴14出口處上下滑動。當信號正半周時，阻擋環(huán)15向下移動，將噴嘴14完全打開，環(huán)形片狀射流將全部射入喉道2，形成壓力波。當信號負半周，阻擋環(huán)15被電磁力推向上，將逐漸減小噴嘴14流通面積，使環(huán)形片狀射流變薄，同時改變方向，向上沖向分流劈20，由于高速射流流過尖前沿時不穩(wěn)定，很容易偏向外側，因而使變薄的環(huán)形片狀射流逐漸偏轉(zhuǎn)，經(jīng)分流劈20向外側流向外部，經(jīng)排氣消聲孔3排入大氣。而喉道2中的壓力將逐漸減小，形成壓力波動。由于排氣消聲孔3對聲能的耗散作用，因而發(fā)音頭后部不會很響，由于阻擋環(huán)15和噴嘴14之間的間隙很小，當阻擋環(huán)15再繼續(xù)向上時則噴嘴14完全被遮住，氣流只能從阻擋環(huán)15和噴嘴14之間很小的間隙中少量泄漏相當于閥門關閉，這樣在信號的負半周時，音圈13向上，起到環(huán)形閥的作用，因而減少了負半周時氣流的消耗，此時喉道中的壓力達到最小值。
當信號逐漸變正時，在電磁拉力作用下阻擋環(huán)15逐漸向下，逐漸開啟噴嘴14，氣流開始形成偏斜的射流，阻擋環(huán)15繼續(xù)向下，噴嘴口逐漸開大，環(huán)形片狀射流逐漸變厚，并沖向分流劈20，由于不穩(wěn)定因此很容易偏向內(nèi)側，而沖向喉道，這樣就提高了高頻調(diào)制靈敏度，擴展了高頻范圍。
本實施例的阻擋環(huán)15與噴嘴14間雖然只有很小的間隙，處于滑動狀態(tài)，但由于阻擋環(huán)15處于噴嘴14內(nèi)沿，當噴嘴14中高壓氣流射出時，將均勻沖向阻擋環(huán)15，將其推向中心，因而雖然間隙很小但也不會產(chǎn)生摩擦，即使局部產(chǎn)生摩擦，其摩擦力也是很小的。
由于音圈13在工作時其上加了很大的信號電功率，一般可達400～2000瓦，因而將會產(chǎn)生很大的熱量，加上壓縮機供給的氣流溫度可以高達90℃，因此音圈13在工作時其溫度將超過100℃，這樣音圈13很容易過熱而燒毀。為了冷卻音圈13，將其上的熱量散去，同時冷卻磁鋼，本實施例設計了冷卻系統(tǒng)，其結構如圖5所示，該冷卻系統(tǒng)包括在外磁極11底部開有將高壓氣室與內(nèi)磁極和外磁極之間的空隙相連通的冷卻氣小孔6、22，以使內(nèi)磁極和外磁極之間的空隙形成側冷卻氣道，在內(nèi)磁極的上端部與下壓板之間設置使空氣流通的上冷卻氣槽道24，在外磁極的中部開有冷卻氣小孔21，在磁鋼及，內(nèi)磁極的中部開有通過通孔21與高壓氣室和上冷卻氣道相連通形成中冷卻氣道23。
該冷卻系統(tǒng)的工作原理為從氣室中引入三股氣流6、22和21進入導磁體31，由于磁體31內(nèi)部與大氣相通，因而壓力較低，高壓氣流通過小孔后將膨脹，氣流的溫度將降低。通過小孔6和22膨脹后的低溫氣流將從音圈13外側流過，將音圈13外側的熱量帶走，形成低壓氣流25，通過環(huán)形噴嘴14下面的孔道，經(jīng)上殼體1上的排氣消聲孔3，排入大氣。通過中心處的小孔21的氣流膨脹后，經(jīng)中心通道23至內(nèi)磁極10上向四周分布的與磁隙聯(lián)通的槽道24，這股低壓氣流經(jīng)音圈13的內(nèi)側，對內(nèi)側冷卻后與外側的氣流匯合成25，排向大氣。這樣低溫氣流將音圈13兩邊的熱量帶走，達到冷卻降溫的目的，同時也對磁鋼9進行冷卻，使其不會因高溫而退磁，由于有效的冷卻系統(tǒng)，保證了氣流揚聲器發(fā)音頭可以長期無故障工作。
本實施例的阻擋環(huán)和音圈的結構如圖6所示，本實施例為了減少渦流采用不導電的穩(wěn)定性較好的纖維復合材料薄膜作音圈，阻擋氣流的金屬環(huán)15由輕金屬鎂合金(比重1.8)制成。處于強磁場中的音圈部分由高強度纖維復合薄膜26制成，音圈13的導線用鋁漆包線繞制。鎂金屬環(huán)與復合薄膜用高強度膠粘接成一體，這樣就減少了渦流，減少了阻尼作用同時進一步減少了運動部件的重量，因而整個運動部件很輕。音圈13處于由內(nèi)磁極10和外磁極11組成的磁隙中。高強磁鋼9保證磁隙中產(chǎn)生很強的磁場強度。從而保證在信號功率的驅(qū)動下產(chǎn)生電磁推拉力。阻擋環(huán)15由處于上壓板17和下壓板18之間的橡膠支撐16固定，使阻擋環(huán)15只能上下平行運動，橡膠支撐16的彈性同樣決定振動系統(tǒng)的共振頻率，其彈性可以調(diào)節(jié)，達到改變共振頻率的目的，因此提高了共振頻率，使高頻范圍可以達到3500Hz以上。
由于阻擋環(huán)13在工作時的振幅較大，其引線常常因疲勞而折斷。為了提高引線的疲勞壽命，本發(fā)明采用了專門的引線結構，如圖7所示，該引線的中心為高強度高彈性的合金鋼絲絞線27，外面為導電良好的彈性銅絲編織網(wǎng)套管28，銅絲編織網(wǎng)套管28的外面是用高強度纖維編織的保護網(wǎng)套管29，最外面是用硅橡膠浸漬的防水防潮絕緣保護外層套管30，通過焊片36與音圈13的鋁線焊在一起，然后再用高強度纖維線37綁牢如圖8所示，這樣結構的引線可以長時間工作，不會疲勞折斷。
本實施例用一般的工業(yè)空氣壓縮機就可以發(fā)出很大的聲功率，體積相對較小，可以將整套裝置安裝在一個標準集裝箱中，便于用汽車或安裝在艦船上，也可以方便地固定在需要大范圍廣播的地方，如海港碼頭，城市報警，地震海嘯，災害報警等。
按照本發(fā)明的實施例可以制成不同尺寸和輸出功率的發(fā)音頭，配上相應的號筒(未畫出)可以產(chǎn)生頻響范圍達到50～3500Hz以上，用于語音廣播的高頻氣流揚聲器。
不言而喻，尺寸不同，部分零件的改變都屬于本發(fā)明的變形，必然落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種用于語音廣播的高頻氣流揚聲器，主要包括由上殼體和下殼體組成的外殼，上殼體上端部為敞口，側面開有排氣消聲孔，下殼體下端中部開有進氣口，支撐板置于上殼體和下殼體之間且將殼體內(nèi)空間分成有氣道相通的上下兩部分，上部殼體內(nèi)設置有喉管、中心錐、環(huán)形噴嘴、阻擋環(huán)、音圈及其引線；喉管的下端部形成環(huán)狀分流劈，分流劈內(nèi)側與中心錐外壁組成喉道；固定阻擋環(huán)與音圈的下壓板和上壓板，下部設置有磁鋼及與其相連的內(nèi)磁極和外磁極，音圈置于內(nèi)磁極和外磁極之間的磁隙中，外磁極與下殼體之間的空間形成高壓氣室，高壓氣流從進氣口進入高壓氣室，通過支撐板上的通孔進入環(huán)形噴嘴；其特征在于，所述阻擋環(huán)與環(huán)形噴嘴的端部之間具有當阻擋環(huán)上下滑動時不與環(huán)形噴嘴的端部產(chǎn)生磨擦的縫隙。
2.如權利要求1所述的高頻氣流揚聲器，其特征在于，所述的環(huán)狀分流劈的端部為尖前沿。
3.如權利要求1或2所述的高頻氣流揚聲器，其特征在于，還包括一冷卻系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)包括在外磁極底部開有將高壓氣室與內(nèi)磁極和外磁極之間的空隙相連通的通孔，以使內(nèi)磁極和外磁極之間的空隙形成側冷卻氣道，在內(nèi)磁極的上端部與下壓板之間設置使空氣流通的上冷卻氣道，在磁鋼及內(nèi)磁極的中部開有分別與高壓氣室和上冷卻氣道相連通的中冷卻氣道。
4.如權利要求1所述的高頻氣流揚聲器，其特征在于，所述的阻擋環(huán)由鎂合金材料制成，其下部的音圈由纖維復合薄膜制成，其上纏繞著鋁漆包線，阻擋環(huán)和音圈由硅橡膠環(huán)固定。
5.如權利要求1所述的高頻氣流揚聲器，其特征在于，所述的引線由從內(nèi)到外的合金鋼絲絞線、銅絲編織網(wǎng)套管、纖維編織的保護網(wǎng)套管及絕緣保護外層套管組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于語音廣播的高頻氣流揚聲器，屬于揚聲器技術領域。包括外殼、排氣消聲孔、進氣口、支撐板、喉管、中心錐、環(huán)形噴嘴、阻擋環(huán)、音圈及其引線；固定阻擋環(huán)與音圈的下壓板和上壓板，磁鋼及與其相連的內(nèi)磁極和外磁極，音圈置于內(nèi)磁極和外磁極之間的磁隙中；其特點為，阻擋環(huán)與環(huán)形噴嘴的端部之間具有很小縫隙。本發(fā)明具有環(huán)形氣閥調(diào)制通流面積和阻擋射流式調(diào)制氣流方向兩種調(diào)制方式的優(yōu)點，減少了氣流消耗，提高了氣聲轉(zhuǎn)換效率，改進了環(huán)狀分流劈、音圈和引線的結構，增加了冷卻系統(tǒng)，提高了高頻調(diào)制靈敏度，可靠性，延長了無故障工作時間；可以實際應用于大范圍、長距離或高聲強語音廣播。
文檔編號H04R23/00GK101018426SQ20071006413
公開日2007年8月15日 申請日期2007年3月2日 優(yōu)先權日2007年3月2日
發(fā)明者席葆樹 申請人:席葆樹