專利名稱：帶有可調(diào)受控擴散的波導揚聲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及揚聲音器箱，更具體地說，涉及用于這些音箱的喇叭式揚聲器。
背景技術(shù)：
嚴格地說，由于其獨特有效的聲音擴散控制特性，喇叭式揚聲器目前被廣泛地使用，特別是在專業(yè)放大領(lǐng)域中，其中日益重要的是獲得高定向性和準確擴散，從而有助于在多媒體系統(tǒng)內(nèi)揚聲器音箱間不受干涉地實現(xiàn)聲音耦合。
喇叭式揚聲器的應用總是受限于其尺寸，這與它們能夠有效地再現(xiàn)的低頻以及必需的擴散緊密相關(guān)，并且其尺寸某些時候要遠遠大于其將被安裝在內(nèi)的揚聲器音箱類型所需要或要求的尺寸。
根據(jù)相對波長，用于再現(xiàn)低頻的大口部面積，例如，相當于很長的到喉部的喇叭長度，這是由再現(xiàn)這個頻帶所要求的非常緩慢的擴張而造成的。
人們已經(jīng)想出了各種方法來減少構(gòu)成喇叭的至少一個尺寸，例如其長度，該長度是根據(jù)面積的擴張來確定的，傳統(tǒng)上，在喇叭的管部的開始部分是指數(shù)型的，但是隨后更快速地擴張，以便形成具有相同口部面積的更短的整個管部(例如Tractrtix或Wilson喇叭)。然而，常用的并仍然是最流行的方法是，依據(jù)所需的性能，以各種方法將喇叭折回其本身之上，以便獲得就喇叭管的深度或長度而言盡可能緊湊的外部尺寸。
然而，這種技術(shù)雖然已經(jīng)廣為人知并成功地應用于低頻喇叭的構(gòu)造，但這種技術(shù)不能用于以同樣方法再現(xiàn)中頻和高頻，例如從500Hz開始直到人的耳朵能夠聽到的最高的頻率極限15/20KHz。
這是因為，直到現(xiàn)在還沒有發(fā)現(xiàn)一種折疊喇叭，它可以在借助子預設(shè)的“截止”頻率或最低有效再現(xiàn)頻率保持再現(xiàn)最低頻率的能力的同時，不損害前面提到的頻帶的較高部分，例如從2000Hz往上的頻率，即使在這些頻率到達其將被饋出的喇叭口之前也是這樣，因此，最終不能均勻擴散聲音并且不能做到在所需的精確的擴散角度上沒有缺陷。
這一事實妨礙了采用折疊喇叭再現(xiàn)中/高頻可以在有效性和緊湊的尺寸方面獲得的很大的優(yōu)勢，而另一方面，同樣的技術(shù)被用于聲音增強系統(tǒng)里的低頻，特別是專業(yè)的聲音增強系統(tǒng)。
發(fā)明概述本發(fā)明旨在克服這種局限，實現(xiàn)可以有效地適合于中/高頻率而同時保持有限尺寸和腳印圖以便易于使用的折疊喇叭。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種喇叭，由于其不尋常的形狀和尺寸，適用于各種類型的揚聲器音箱。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種能精確地控制聲音擴散角度的喇叭，由于其具有非同尋常的形狀和尺寸，可適用于不同類型的揚聲器音箱。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種折疊式喇叭，它適用于能夠?qū)崿F(xiàn)更自由的、更小的外形的用于中/高頻帶的揚聲器音箱。
本發(fā)明的這些目的以及從中產(chǎn)生的優(yōu)點是通過這樣選擇喇叭的形狀而實現(xiàn)的，該選擇基于同時應用并且因此包括三個已知的聲學原理衍射、反射、吸收中的至少兩個進行的。
這里，傳統(tǒng)意義上的喇叭”的定義“似乎不如廣義上的“波導”更適合，因為本發(fā)明的目的不是根據(jù)通常的關(guān)于喇叭的數(shù)學規(guī)則進行幾何上的構(gòu)建。因此，此后本發(fā)明的目的被精確地稱為“波導”。
根據(jù)本發(fā)明，鑒于對上述原則的應用，可以以各種形狀和尺寸建造波導，所述的各種形狀和尺寸適合于有關(guān)揚聲器音箱設(shè)計選擇的各種場合，波導必須被以簡單實用的方式整個地安裝在所述的揚聲器音箱內(nèi)。
實際上，僅僅結(jié)合這些原則中的兩個或全部三個，利用與傳統(tǒng)準則截然不同的形狀和尺寸，就可保持比被稱為恒定方向的喇叭更好的有效性和對方向性的控制，這些傳統(tǒng)準則是通過使用這些類型的波導創(chuàng)建的，例如圓錐形、指數(shù)形、雙曲線形及基于它們的組合或部分修改。


下面將參照附圖更好地解釋本發(fā)明，這些附圖是示意性的而不是限制性的，其中圖1是衍射和反射原理的示意圖；圖2是應用吸收原理的示意圖；圖3是在折疊波導的例子中衍射、反射和吸收這三個原理結(jié)合的示意圖；圖3A、3B、3C、3D和3E以兩個簡化的視圖(截面圖和俯視圖)表示表示定義了聲音的擴散的反射表面的幾何形狀的各種不同的反射效果。
圖4、4A、4B、4C、4D和4E給出了應用衍射和反射原理，使折疊波導適應預設(shè)空間的一些例子中的一個；圖5、5A、5B和5C示出了與直的波導相比，折疊波導被用于傳統(tǒng)揚聲器音箱或那些適于形成垂直或水平陣列的揚聲器音箱的情況；圖6A、6B、6C示出了各種類型的傳統(tǒng)的(A和B)以及低輪廓(C)的監(jiān)聽揚聲器的示意圖；圖7是安裝在監(jiān)聽揚聲器中的折疊波導的截面示意圖；圖8是該同樣的波導和監(jiān)聽揚聲器工作所必須的其它部件的截面示意圖；圖9是揚聲器音箱實際實現(xiàn)的截面示意圖；圖10帶有腳輪的揚聲器音箱的底部視圖；圖11是帶有吊環(huán)螺栓或吊環(huán)的揚聲器音箱的同樣的視圖；發(fā)明的詳細說明圖1中示出了一種應用了衍射、反射原理的可調(diào)整波導(11)。該波導(11)具有衍射槽(12)，接著是一形成口部(13)的擴張部分。該口部是由壁(14)形成的，壁的至少一個(14’)具有傾角，該傾角可以借助于鉸鏈或在開始選擇孔徑角而改變。其中，大于衍射槽的尺寸的波段(15)穿過的聲波被衍射，并被該波導的壁饋給(這是波長小于發(fā)射口的情況)，而比衍射槽小的波段(16)被由壁(14)形成的至少一個反射面(17)反射，該反射面，根據(jù)聲音所需的方向，可以是具有平面、凹面或凸面等圖3A、3B、3C、3D、3E中給出的所有已知的幾何變形，通過改變實際壁的傾角就可調(diào)整其方向。被衍射的具有比口部(13)的尺寸大的波長(18)的頻帶在其邊緣被以適當?shù)碾娗谐?electrical cut)消除了。
圖2示出了應用吸收原理的示意圖，根據(jù)該原理，由于其波長類似于實際口部尺寸的頻率及具有小于口部尺寸的波長的聲波，口部(13)邊緣處衍射產(chǎn)生的聲波(19)撞擊用于應用該原理的吸收材料(20)的表面而被吸收。
圖3示出了一種折疊波導，其具有衍射喉部(21)、如圖3A、3B、3C、3D、3E中給出并具有其效果的平的、凹的或凸的反射壁(22)以及在側(cè)面上的吸收材料(23)，圖3表示了三種原理衍射、反射和吸收的結(jié)合應用。
圖4示出了使折疊波導適應預設(shè)空間的一個例子。以具有最大可用截面的容器(A)開始，以聲學設(shè)計參數(shù)計算要實際安裝在可利用截面A的空間內(nèi)的喇叭(B)，如C所示，并且如D所示，檢查在這個空間內(nèi)的定位。然后，圖4E示出了根據(jù)本發(fā)明的折疊波導的解決方案，其被整個地包含在最初的容器內(nèi)，并且其性能實際上保持未變或具有類似的性能。
圖5示出了與等同的直的波導相比的折疊波(11)導，它被安裝在傳統(tǒng)的適于形成垂直或水平線性陣列的揚聲器音箱類型(A、B和C)內(nèi)。在圖5中，根據(jù)不同的布局，波導(11)與各個揚聲器(24)結(jié)合在一起，這使得可以獲得與傳統(tǒng)的喇叭相似的或更好的聲學效果，雖然如圖B和C所示，使其本身適應減小的容器或音箱的深度。
為了更好的強調(diào)本發(fā)明的概念，結(jié)合特定的用于專業(yè)聲音增強的精確功能的揚聲器音箱(25)給出了一個非限定性的例子，其中，通過采用被根據(jù)上述原理設(shè)計的本發(fā)明主題的波導，實現(xiàn)了所需的目的，并在尺寸、性能和形狀以及能夠獲得的優(yōu)點方面是適合使用的。
當今在一些演出中(從現(xiàn)代音樂會到電視轉(zhuǎn)播等)，廣泛地使用專用揚聲器音箱，以使藝術(shù)家和主演，或者甚至是有關(guān)的音響技師能夠?qū)崟r地聆聽或“監(jiān)聽”他們自己和/或其他人的表演，以便優(yōu)化整個藝術(shù)效果。
這些揚聲器音箱通常被稱為監(jiān)聽器或舞臺監(jiān)聽器，因為它們經(jīng)常被放在舞臺上。
出于這個原因，它們通常具有主體或箱體(26)，所述的主體或箱體既不是平行六面體也不是立方體，而是以這樣的方式被幾何設(shè)計并制造，它具有一個前面板，揚聲器(24)被裝配在該面板上并總是(顯然)對著藝術(shù)家或收聽者的面部。其形狀通常被設(shè)計成使揚聲器音箱(25)的主體(26)具有站在地面上的基底(27)(圖6A、6B和6C)。
因此，根據(jù)設(shè)計者選擇的構(gòu)造，并根據(jù)角度，揚聲器音箱將要有相對于底面傾斜的前部，這是因為某些時候預見有多于一個的安放位置。
這類揚聲器音箱的另一個必要的幾何的特點是具有緊湊的整體尺寸，但最重要的是具有(相對于站在舞臺的一側(cè))降低了高度的較低的輪廓，這(由于監(jiān)聽器被放在藝術(shù)家和聽眾之間)不會危及后者沒有任何視覺障礙地欣賞表演的可能性。這種特性還大大地有助于監(jiān)聽器的偽裝，這是布景設(shè)計師、導演和藝術(shù)家自己都很欣賞的。
直到現(xiàn)在，由于緊湊的尺寸，這些特征，基于使用者的要求，極大地限制了這種被稱為低輪廓揚聲器音箱的性能，正如已經(jīng)提到的或是專業(yè)用途的揚聲器音箱所要求的(特別是從聲壓和擴散控制的角度來看)，因為就高度而言，用于安裝喇叭所需的尺寸應是具有必要長度并具有寬的口部以確保高水平的聲學性能。
事實上，這類低輪廓監(jiān)聽器通常使用非常短的喇叭，它不能裝入能在聲學上很好地再現(xiàn)人類聲音典型的中頻范圍的喇叭，其結(jié)果是這個范圍被以不適合的揚聲器再現(xiàn)，諸如具有大的錐形的(通常是紙的)電動揚聲器，并且因此不夠精確且通常不能以所需的分辨率再現(xiàn)放大的聲音(圖6C”)。
再有以這種方式設(shè)計的揚聲器音箱，其具有主要是在高度(低輪廓)上的讓步，還是由于這樣的事實，即它們只能安裝小的喇叭，不具有必要的非常重要的在人聲的典型頻率范圍內(nèi)控制方向的特性。
由于來自在其前面的藝術(shù)家或講話者的麥克風產(chǎn)生的反饋，這最后一個負面影響還使得使用它們是危險的，只有大大降低從該監(jiān)聽器本身饋出的音量才有可能使用它們。然而，這與對監(jiān)聽器的基本要求形成了極大的反差，該基本要求是在反饋之前獲得高的音量，這是出于這樣的目的，即當由主音響系統(tǒng)再現(xiàn)時，在所有再現(xiàn)的聲音的剩余部分之上可以聽到它實際上信號就是因為這個目的被送到監(jiān)聽器的。
換言之，與其它類型的高度不受限制的監(jiān)聽器相比，對“低輪廓監(jiān)聽器”的實現(xiàn)一般意味著相當?shù)偷男阅堋?br> 另一方面，由于使用了折疊波導(圖7)，本發(fā)明克服了所有的尺寸問題以及由它們而產(chǎn)生的聲學問題，獲得了最好的聲學性能而沒有由于尺寸而產(chǎn)生的任何折中，由于本發(fā)明的特征，其大小格外地緊湊。事實上，借助于不同的反射表面，應用前面提及的聲學原理，能在各種場合以適合于將要將其安裝在內(nèi)的揚聲器音箱的形式和尺寸，建造這種獨特的“波導”，而不必考慮其類型和功能(圖5B和5C；圖8；圖9)，其不僅具有由于本身尺寸而具有的方向性特性，就如在常規(guī)的喇叭中那樣，而且還具有由于這些原理的效果而獲得的精確性，這些原理被揚聲器音箱的設(shè)計者結(jié)合并設(shè)定以實現(xiàn)在多配置中的使用(一個挨著一個地放置或是在垂直的陣列內(nèi)或是水平陣列內(nèi)一個放在另一個之上)，而不會出現(xiàn)傳統(tǒng)的緊湊系統(tǒng)(圖5B和圖5C)的有害的干涉現(xiàn)象或是缺少方向性。
在圖7、圖8和圖9中，可以看到如何僅通過折疊波導就滿足了減小低輪廓監(jiān)聽器和舞臺監(jiān)聽器的尺寸的要求，即使是具有較高的聲學性能和通頻帶。
最后一個值得注意的優(yōu)點(圖10和圖11)是安裝有至少一個波導11的揚聲器音箱主體和箱體可以具有安裝在其底面上的腳輪(28)或吊環(huán)螺栓(29)以易于搬運和運輸，并且底和后面板之間的拐角具有特別地倒圓的形狀(30)，其中直角連接器(31)可以被安裝在凹陷的保護位置中，而不會對占用的空間產(chǎn)生任何影響。
權(quán)利要求
1.一種用于為揚聲器音箱實現(xiàn)波導揚聲器的方法，其中所述波導具有由平的、凹的或凸的壁構(gòu)成的管道，壁圍成衍射喉部，并且終止于口部內(nèi)，并且其中可以在所述的衍射喉部之前或之后產(chǎn)生反射，該方法包括如下步驟利用有限的喇叭長度控制和調(diào)整聲學擴散以便再現(xiàn)寬的中/高頻帶，通過同時采用基本的、用于聲音擴散的聲學原理，例如，衍射、反射和吸收中的至少兩個改變其口部的形狀和尺寸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中通過修改形成波導口部的壁中的至少一個壁的傾角來改變衍射和反射角度，控制并調(diào)整聲學擴散。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中通過改變形成波導口部的壁中的至少一個壁的傾角以改變反射，并通過在口部周圍適當?shù)夭捎孟舨牧蟻硐煽诓窟吘壣系难苌洚a(chǎn)生的聲波，控制并調(diào)整聲學擴散。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中通過修改形成波導口部的壁中的至少一個壁的傾角以改變衍射，并在衍射喉部較短的邊上采用消音材料，控制并調(diào)整聲學擴散。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中通過改變形成波導口部的壁中的至少一個壁的傾角以改變反射和衍射，并通過在所述喉部和/或口部周圍適當?shù)夭捎孟舨牧蟻硐珊聿亢?或口部邊緣上的衍射產(chǎn)生的聲波以及撞擊該吸收材料的聲波，控制并調(diào)整聲學擴散。
6.一種用于揚聲器音箱的波導揚聲器，包括從驅(qū)動喉部到衍射槽的完整的第一管道，從所述的衍射槽到口部的第二管道，其中所述的第一和/或第二管道由平的、凹的或凸的壁形成，其特征在于，所述口部相對于所述喉部被折回，并且具有為同時采用衍射、反射和吸收三個基本原理中的至少兩個所選擇的形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的波導揚聲器，其特征在于，所述口部相對于所述喉部被折回，并且所述口部由諸壁形成，其中至少一個壁具有可以調(diào)整的傾角以便至少改變并設(shè)置衍射和反射的角度，從而以有限的喇叭或波導長度再現(xiàn)中/高頻率的寬的頻帶。
8.根據(jù)權(quán)利要求6和7的波導揚聲器，其中至少一個形成口部的壁可以被移動以改變其傾角。
9.根據(jù)權(quán)利要求6和7的波導揚聲器，其中至少一個形成口部的壁具有在初始處選定的、適合于揚聲器音箱的形狀和尺寸的固定的傾角，所屬揚聲器被安裝于所述的揚聲器音箱內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8和9的波導揚聲器，其中消音材料位于所述喉部和/或口部的邊緣以調(diào)整由所述喉部和/或口部邊緣上的衍射所產(chǎn)生的聲波的吸收，并且吸收撞擊到該材料本身的聲波。
11.根據(jù)權(quán)利要求6的波導揚聲器，其中凸反射表面是雙曲面。
12.根據(jù)權(quán)利要求6的波導揚聲器，其中凹反射表面是拋物面或橢圓面。
13.一種揚聲器音箱，其特征在于包括根據(jù)權(quán)利要求6到10中任意一項的揚聲器或波導，并且以權(quán)利要求1到5中任意一項的實現(xiàn)揚聲器或波導的方法被構(gòu)建，其目的在于可利用減小尺寸的揚聲器音箱和受控的擴散再現(xiàn)中/高頻帶。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有可調(diào)受控擴散的波導揚聲器，它包括由平的、凹的或凸的壁形成的管道，所述的壁圍成一個衍射喉部并終止于一個口部內(nèi)，其中，反射可以發(fā)生在所述的衍射喉之前或之后。所述口部相對于所述喉部被折回，并具有同時應用衍射、反射和吸三個聲音擴散基本原理中的至少兩個而選擇的尺寸和形狀。本發(fā)明還涉及一種獲得揚聲器的方法，所述揚聲器具有至少改變并設(shè)置衍射和反射角度的裝置，以便以有限的喇叭或波導長度再現(xiàn)寬廣的中/高頻帶。
文檔編號H04R1/00GK1561652SQ02819361
公開日2005年1月5日 申請日期2002年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月3日
發(fā)明者G·諾塞利, S·諾塞利 申請人:奧特蘭諾塞利G&C公司