專利名稱：板式擴(kuò)音器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及擴(kuò)音器，尤其涉及包含板式聲學(xué)元件的擴(kuò)音器。
背景技術(shù)：
英國(guó)專利GB-A-2262861中提出了一種板式揚(yáng)聲器，這種揚(yáng)聲器包括共振多模態(tài)輻射器元件，這是由夾有橫向蜂窩結(jié)構(gòu)的間隔芯的二層蒙皮材料組成的一元夾層板，其中該夾層板在所有測(cè)定方位上的彎曲剛度(B)對(duì)于單位表面面積的板質(zhì)量(μ)的立方的比值至少為10；安裝裝置，該裝置以自由的無阻尼的方式支承所述板件或?qū)⑵浒惭b到一支架上；以及連接到所述板的電氣-機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置，該裝置用于響應(yīng)在揚(yáng)聲器工作頻帶范圍內(nèi)的電氣輸入并在輻射器板中激勵(lì)多模態(tài)共振。
發(fā)明的公開本發(fā)明各實(shí)施例所使用的構(gòu)件的本質(zhì)特性、結(jié)構(gòu)和配置可在與本發(fā)明同日的待審PCT專利申請(qǐng)No.(我方案號(hào)P.5711)的指導(dǎo)下全面和/或具體地獲得。因此這種構(gòu)件具有承受和傳播輸入振動(dòng)能量的能力，這是通過在厚度方向的工作面中橫向延伸至元件邊緣部分的彎曲波來實(shí)現(xiàn)的，但彎曲波也不是非要延伸至元件邊緣不可；以或不以彎曲剛度的各向異性來構(gòu)造，以具有在所述工作區(qū)(諸工作區(qū))上分布的有利于與周圍空氣進(jìn)行聲耦合的諸共振模態(tài)振動(dòng)分量；以及具有在所述工作區(qū)內(nèi)安放換能器裝置的諸預(yù)定優(yōu)先位置或場(chǎng)所，尤其在操作上具有對(duì)所述工作區(qū)(諸工作區(qū))中的聲振動(dòng)活動(dòng)有效的換能器主動(dòng)或運(yùn)動(dòng)部件(諸主動(dòng)或運(yùn)動(dòng)部件)；及具有與這種振動(dòng)活動(dòng)的聲學(xué)內(nèi)容對(duì)應(yīng)的通常是電信號(hào)的信號(hào)。在與本發(fā)明同日的待審國(guó)際申請(qǐng)No.(我方案號(hào)P.5711)中展望了把這種構(gòu)件用作或用于無換能器裝置的聲學(xué)設(shè)備中，諸如用于混響或用于聲音濾波或用于使聲音“傳到”(voicing)一空間或場(chǎng)所；及用作或用于有換能器裝置的“有源”聲學(xué)設(shè)備，例如當(dāng)收到需要被轉(zhuǎn)換成聲音的輸入信號(hào)時(shí)，將其用于具有極寬頻率范圍的聲源或揚(yáng)聲器中。
本發(fā)明特別涉及擴(kuò)音器形式的有源聲學(xué)設(shè)備。
在本文中把如上的構(gòu)件稱作分布模態(tài)聲輻射器，并且準(zhǔn)備使其具有上述PCT申請(qǐng)中的和/或本文專門提供的其他特征。
本發(fā)明是一種板式擴(kuò)音器，其特征為具有分布模態(tài)的聲學(xué)構(gòu)件與換能器整體唯一地結(jié)合到一起，以產(chǎn)生與由入射聲能引起的構(gòu)件共振相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。所述構(gòu)件可借助于插入的彈性支持物而安裝在圍框中。
板式擴(kuò)音器可以是在構(gòu)件上具有一定間隔的位置處的至少二個(gè)所述換能器。板式擴(kuò)音器可包括在構(gòu)件上的響應(yīng)由入射聲能引起的構(gòu)件共振而產(chǎn)生信號(hào)的又一個(gè)換能器，還可包括比較設(shè)備，用于將所述又一個(gè)換能器產(chǎn)生的信號(hào)與前述換能器產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行比較。
比較設(shè)備可包括信號(hào)接收器、調(diào)節(jié)器以及信號(hào)輸出設(shè)備。
分布模態(tài)聲學(xué)構(gòu)件可以是具有夾在蒙皮之間的蜂窩式間隔芯的剛性輕質(zhì)板。
所述換能器或每個(gè)換能器可以是壓電器件。
附圖的簡(jiǎn)要說明對(duì)本發(fā)明以舉例的方式在附圖中進(jìn)行圖示，其中

圖1是同時(shí)待審的我們的國(guó)際申請(qǐng)No…(我方案號(hào)P.5711)中所述的和所要求權(quán)利的分布模態(tài)揚(yáng)聲器的圖；圖2a是沿圖1線A-A的部分截面圖；圖2b是圖2a所示類型的分布模態(tài)輻射器的放大截面圖，該圖示出兩種可能的結(jié)構(gòu)；圖3是按照本發(fā)明所述的分布模態(tài)擴(kuò)音器的實(shí)施例的圖；以及圖4是振動(dòng)換能器的透視圖。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式參照附圖中的圖1，該圖表示同日進(jìn)入的我們的待審國(guó)際申請(qǐng)(我方案號(hào)P.5711)中所述和所要求權(quán)利的那種板式揚(yáng)聲器81，揚(yáng)聲器81包括在內(nèi)周邊周圍載有彈性懸置物3的矩形框架1，懸置物3支承分布模態(tài)聲輻射板2。如與本發(fā)明同日進(jìn)入的，我們的待審國(guó)際申請(qǐng)(我方案號(hào)P.56831415)中所詳述的換能器9，在由尺寸x和y規(guī)定的預(yù)定位置處完整地和唯一地裝在板2上或板2中，對(duì)該位置的計(jì)算如與本發(fā)明同日進(jìn)入的我們的待審國(guó)際申請(qǐng)中(我方案號(hào)P.5711)所述，以便把彎曲波動(dòng)投射到板中，使該板共振以輻射一聲學(xué)輸出。換能器9由用導(dǎo)線28連接到該換能器的信號(hào)放大器10，例如音頻放大器，所驅(qū)動(dòng)。
放大器的加載和功率要求可以是完全標(biāo)稱的，與常規(guī)的圓錐型揚(yáng)聲器相同，在室內(nèi)加載條件下靈敏度約為86-88分貝/瓦。放大器負(fù)載的阻抗基本上是電阻性的，為6歐姆，功率轉(zhuǎn)換能力為20-80瓦。當(dāng)板芯和/或蒙皮用金屬制造時(shí)，它們可以起到換能器散熱器的作用以從換能器動(dòng)圈除去熱量，因此提高了功率轉(zhuǎn)換能力。
圖2a和2b是圖1揚(yáng)聲器81的部分典型截面圖。圖2a表示框架1、圍繞物3和板2用各自的粘合連接層20連接在一起?？蚣艿暮线m材料包括輕質(zhì)框，例如由擠壓金屬(如鋁合金)或塑料制成的畫框。合適的圍繞物材料包括彈性材料，例如海綿橡膠和泡沫塑料。連接層20用的合適粘合劑包括環(huán)氧樹脂、聚丙烯和氰基丙烯酸酯等粘合劑。
圖2b以放大的尺寸示出板2是一具有芯子22的剛性輕質(zhì)板，該芯子22由例如剛性泡沫塑料97(如交聯(lián)的聚氯乙烯)或蜂窩狀基體98(即用金屬薄片、塑料或類似物質(zhì)制成的蜂窩狀基體)制成，各蜂房結(jié)構(gòu)橫向地伸展在板的平面上，并且由對(duì)置的蒙皮21(如紙、卡片紙、塑料、或金屬薄片或金屬薄板)封閉。在蒙皮用塑料制成的情況下，可以用已知的方式，如用碳、玻璃、Kevlbar(注冊(cè)商標(biāo))或類似材料的纖維來強(qiáng)化蒙皮以增加其模數(shù)。
預(yù)期的蒙皮層材料和強(qiáng)化物因此包括各種捻法和織法的碳、玻璃、Kevlar(注冊(cè)商標(biāo))、Nomex(注冊(cè)商標(biāo))，即芳香族聚酰胺等的纖維，此外還有紙、粘合紙層壓板、蜜胺，及各種高模數(shù)的合成塑料薄膜如Mylar(注冊(cè)商標(biāo))、Kaptan(注冊(cè)商標(biāo))、聚碳酸酯、酚醛、聚酯或有關(guān)的塑料、及纖維強(qiáng)化塑料等，及金屬薄板或薄片。對(duì)Vectra牌的諸液晶聚合物熱塑塑料的考察表明，這些熱塑料可用于超薄蒙皮或小尺寸(比方說直到約30厘米直徑)超薄蒙皮或殼體的注塑成形。該材料本身在注射方向上形成一有向晶體結(jié)構(gòu)，即形成一可從驅(qū)動(dòng)點(diǎn)向板周邊很好地傳送高音能量的擇優(yōu)位向。
此外，使用這種或其他熱塑材料允許使模具上帝有如槽，環(huán)一類的定位特征，用于使如動(dòng)圈，磁鐵一類的換能部件精確定位。對(duì)于某些較軟的芯體件材料，還要補(bǔ)充計(jì)算最好在多達(dá)換能器直徑的150％的區(qū)域或環(huán)形區(qū)域中所需增加的蒙皮厚度，以強(qiáng)化該區(qū)域并有利于把振動(dòng)能量耦合到板中。采取此措施能在使用較軟的泡沫材料時(shí)改善高頻響應(yīng)。
預(yù)期的芯層材料包括用鋁合金薄板或薄膜或用Kevlar(注冊(cè)商標(biāo))、Nomex(注冊(cè)商標(biāo))、普通紙或粘合紙、及各種合成塑料薄膜，以及充氣塑料或泡沫塑料或者木漿原料。甚至各種航空膠凝金屬制造的蜂窩或瓦楞結(jié)構(gòu)，如果它們具有適當(dāng)?shù)偷拿芏鹊脑挕Ｄ承┖线m的芯層材料在其制造過程中呈現(xiàn)可利用的蒙皮自生成現(xiàn)象和/或具有足夠的固有剛度，因而可以直接使用而不作為蒙皮層之間的夾層。以商標(biāo)名“Rohacell”而聞名的高性能蜂窩狀芯子材料適合作輻射板，這種材料無需蒙皮。實(shí)際上，目的在于全面達(dá)到適合于一特定用途的輕度和剛度，具體來說，包括對(duì)芯層和蒙皮層以及其間過渡部分的優(yōu)化。
板的若干優(yōu)先組合方案采用金屬和金屬合金的蒙皮，或者作為另一選擇采用碳纖維強(qiáng)化物。這二種材料，以及使用合金航空膠凝物質(zhì)或金屬蜂窩芯子的設(shè)計(jì)方案，都具有顯著的射頻屏蔽特性，這些特性在一些EMC(電磁兼容性)應(yīng)用中應(yīng)該說是重要的。常規(guī)的板式或圓錐式揚(yáng)聲器則不具有內(nèi)在的EMC屏蔽能力。
此外，壓電動(dòng)態(tài)換能器的優(yōu)選形式具有很小的電磁輻射或雜散磁場(chǎng)。常規(guī)的揚(yáng)聲器則具有大的磁場(chǎng)，除非采取專門的補(bǔ)償對(duì)策，否則磁場(chǎng)最遠(yuǎn)可達(dá)1米。
在一應(yīng)用中，如果保持屏蔽是重要的，則可與合適的DML板的導(dǎo)電部件進(jìn)行電氣連接或者把導(dǎo)電泡沫塑料或類似連接材料用于邊的安裝。
懸置物3可對(duì)板的各邊起阻尼作用以防板產(chǎn)生過大的邊沿運(yùn)動(dòng)。此外，或作為另一種選擇，通過把例如一些補(bǔ)釘粘合到板的經(jīng)過選擇的位置上，可以施加進(jìn)一步的阻尼以阻止過大的運(yùn)動(dòng)并使共振均勻分布在板上。補(bǔ)釘可以是如在常規(guī)揚(yáng)聲器外罩中常用的基于瀝青的材料或者是彈性或剛性聚合物薄板材料。某些材料，特別是紙和卡片紙，和某些芯子可以是自阻尼的。在需要時(shí)，通過使用彈性凝固而不是剛性凝固的粘合劑，可以在板的結(jié)構(gòu)方面增加阻尼。
有效的所述可選阻尼包括給包含其薄板材料在內(nèi)的板件專門施加永久與其相連的裝置。邊和角對(duì)于本發(fā)明板的主要和低分散的低頻振動(dòng)模態(tài)特別重要。在邊上安裝阻尼裝置有利于使所述薄板材料完全被框所框住，然而，比方說為了進(jìn)行希望擴(kuò)展到更低頻率的操作，常?？墒拱宓母鱾€(gè)角相對(duì)自由。可以用粘合劑或自粘合材料來粘接。另一些形式的有用阻尼，特別就更細(xì)微效果和/或中頻及更高頻率而言，可以通過在所述區(qū)域的預(yù)定有效居中位置上把適當(dāng)?shù)馁|(zhì)塊或諸質(zhì)塊粘貼到薄板材料上而實(shí)現(xiàn)。
上述板件對(duì)作為出現(xiàn)在板上的聲學(xué)振動(dòng)聲音而言是良好接收器。最好是輕質(zhì)的板結(jié)構(gòu)有助于靈敏度的提高，振動(dòng)可通過一個(gè)但最好是更多個(gè)簡(jiǎn)單的彎曲換能器(例如以下圖4所述的壓電品種)來檢測(cè)。多個(gè)換能器的使用和這些換能器的安放位置優(yōu)化了從分布的板振動(dòng)到所需電輸出信號(hào)的變換的質(zhì)量。安放位置應(yīng)在高模態(tài)密度的位置上，在板的內(nèi)部，同時(shí)，板本身應(yīng)具有產(chǎn)生良好模態(tài)分布的最佳的實(shí)際或等效幾何形狀。
入射在板上的聲能被變換成自由模態(tài)振動(dòng)。該振動(dòng)可由諸光學(xué)或電動(dòng)振動(dòng)換能器檢測(cè)，其結(jié)果是成為一擴(kuò)音器。對(duì)于要求不苛刻的應(yīng)用，安放在等效的、優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)處的單個(gè)檢測(cè)器是很有效的。
為了獲得良好的效果，必須考慮換能原理的非互易特性。與之有關(guān)的共有二個(gè)因素第一，要有一些依賴于頻率的均衡以獲得平坦的頻率響應(yīng)，第二，需要捕獲聲板的復(fù)雜振動(dòng)的更廣泛樣本。至少需要三個(gè)換能器；它們可以是輸出是并聯(lián)形式的便宜的壓電彎曲器?；蛘呤鞘褂妹娣e較大的聚合物壓電薄膜，并形成適當(dāng)?shù)膸缀问叭D案以便為獲得最優(yōu)的靈敏度/頻率響應(yīng)而確定出振動(dòng)綜合區(qū)。
對(duì)于擴(kuò)音器應(yīng)用，最好是板的重量很輕，以便提供空氣的輻射阻抗與板之間的最佳匹配。板的質(zhì)量越小，得到的靈敏度越高。對(duì)于單個(gè)換能器而言，理論模型的計(jì)算指出最佳位置是在板的角落處，因?yàn)槟茉诟鹘翘幙伞坝谜Z音激發(fā)”(voiced)所有振動(dòng)模態(tài)。
圖3示出按照本發(fā)明圖1和2類型的準(zhǔn)備用作聲接收器即擴(kuò)音器的分布模態(tài)板2。雖然圖中未示出，但是板2是以圖1和2所示的方式安裝在圍框1中并且通過彈性懸置物3連接到該圍框上。該圍框懸吊在例如從天花板來的或在地板直立框(未示出)上的一對(duì)線33上。
所述板上載有在板上以一定間隔放置的四個(gè)振動(dòng)換能器63的陣列，這些換能器可以是下面圖4所示的類型的壓電換能器，它們并聯(lián)連接以驅(qū)動(dòng)連接到輸出66的信號(hào)接收器和調(diào)節(jié)器65。
圖4表示分布模態(tài)板2用的換能器9，其形狀為晶體的盤狀壓電彎曲器27，彎曲器27安裝在例如黃銅制成的盤118上，換能器9例如用粘合劑20粘合到板2的面上。在操作中，通過電線28加到換能器9的音頻信號(hào)能使壓電盤27彎曲，從而局部而有彈性地使板2變形，把彎曲波動(dòng)投射到板中。
權(quán)利要求
1.一種板式擴(kuò)音器，其特征在于，具有分布模態(tài)聲學(xué)構(gòu)件及具有完整地和唯一地連接到該構(gòu)件以響應(yīng)由入射聲能引起的構(gòu)件共振而產(chǎn)生信號(hào)的換能器。
2.按照權(quán)利要求1所述的板式擴(kuò)音器，其特征在于，所述構(gòu)件借助插入的彈性支持物而安裝在圍框中。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的板式擴(kuò)音器，其特征在于，在所述構(gòu)件上具有一定間隔的諸位置處有至少二個(gè)所述換能器。
4.按照以上任一權(quán)利要求所述的板式擴(kuò)音器，其特征在于，所述構(gòu)件是具有夾在蒙皮之間的蜂窩狀芯的剛性輕質(zhì)板。
5.按照以上任一權(quán)利要求所述的板式擴(kuò)音器，其特征在于，所述換能器是壓電器件。
全文摘要
一種板式擴(kuò)音器,其特征為具有分布模態(tài)聲學(xué)構(gòu)件12和與構(gòu)件整體唯一地相連的換能器,用以產(chǎn)生一個(gè)與由入射聲能引起的構(gòu)件共振相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。
文檔編號(hào)H04R1/22GK1195463SQ9619670
公開日1998年10月7日 申請(qǐng)日期1996年9月2日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月2日
發(fā)明者亨利·阿茲瑪, 馬丁·科洛姆斯, 尼爾·哈里斯 申請(qǐng)人:新型轉(zhuǎn)換器有限公司