專利名稱：聲音裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種聲音裝置，更具體地涉及一種彎曲波聲音裝置，例如揚聲器。特別是本發(fā)明涉及一種方法和裝置，藉由該裝置經(jīng)過固體傳播的聲音能量可以轉化為面外運動(out of plane motion)，以致可以在空中輻射聲音。因此本發(fā)明可以應用在產(chǎn)生共振的彎曲波面板型揚聲器，例如WO97/09842中所描述的類型。
背景技術：
本發(fā)明特別涉及一種驅動面板型揚聲器的方法，包括藉由一激勵器沿著面板平面來驅動面板，也就是說以壓縮方式來進行。取道面板平面，也就是經(jīng)由該面板材料的部分從大面積面板表面間中央經(jīng)過的一條線，以下將稱為“壓縮”驅動。如果輻射器面板是平面的，也就是說平的，材料將會移動和振動，但是非常少的聲音會產(chǎn)生出來，因為該結構所產(chǎn)生的面外偏轉十分地小。換句話說，平的面板可以攜帶機械聲音能量，但是不能有效地輻射成聲音。

發(fā)明內(nèi)容
從一觀點來看，本發(fā)明提供一種制造彎曲波揚聲器的方法，包括選取一面板型輻射器和一電動機械振動激勵器，耦合該激勵器至該輻射器，在振動激勵器的電動機械阻抗和輻射器的機械阻抗之間具有用于輻射器工作帶寬所需的關系，安排該輻射器的彎曲硬度在范圍0.001到1000Nm中，安排在激勵器和輻射器之間的耦合使得所施加能量的成分在輻射器中產(chǎn)生壓縮波，并提供該輻射器具有中央面對稱的突變(break)以產(chǎn)生聲音輻射。中央面對稱是指傳統(tǒng)平面面板的特性，它通?？捎米鞣植寄Ｊ綋P聲器。中央面是一個與面板的面平行的假想平面，它將面板的深度切成兩分使得面板關于該面對稱。當面板特性關于該中央面變得不對稱時，出現(xiàn)中央面對稱的突變。
該方法可包括耦合該振動激勵器至該輻射器的邊緣。
該方法可包括限制與耦合該激勵器的邊緣相對的輻射器邊緣。
該方法可包括耦合該振動激勵器至該輻射器的兩相對邊緣。
該方法可包括耦合該多個激勵器至該輻射器。
該方法可包括排列多個激勵器的至少兩個，使與其工作軸成某個角度。
該方法可包括產(chǎn)生具有局部中斷的輻射器。
該方法可包括在接近與耦合該激勵器的邊緣相對的輻射器邊緣處，設置局部中斷。
該方法可包括在接近輻射器中央處，設置局部中斷。
該方法可包括形成輻射器為中央凸起或中央凹下的彎曲。
該方法可包括產(chǎn)生不一致的曲線。
該方法可包括形成輻射器為一層壓板，其由對壓縮波而言具有不同特性的材料層形成，以及耦合該激勵器以驅動這些層。
該方法可包括形成輻射器為具有疊置層的層壓板，耦合該激勵器以驅動其中一層，并在激勵器耦合位置的遠端位置處限制其他層。
該方法可包括產(chǎn)生有高形狀比的輻射器。
該方法可包括排列輻射器和激勵器，以致輻射器在低頻受到整體運動的驅動。
該方法可包括安排輻射器以在高頻下產(chǎn)生共振。
該方法可包括安排該輻射器以作為分布模式裝置工作。
從另一觀點，本發(fā)明是一種彎曲波揚聲器，包括一面板型輻射器和一耦合至輻射器的電動機械振動激勵器，其中該輻射器的彎曲硬度在范圍0.001至1000Nm之間，其中在激勵器和輻射器之間的耦合使得所施加能量的成分在輻射器中產(chǎn)生壓縮波，且其中該輻射器具有一中央面對稱的突變，以產(chǎn)生聲音輻射。
輻射器的彎曲硬度可在范圍0.01至100Nm之間，優(yōu)選地在范圍0.01至10Nm之間。
振動激勵器可耦合到輻射器的邊緣。
與耦合激勵器的邊緣相對的輻射器邊緣可加以限制。
振動激勵器可耦合到輻射器的相對邊緣。
多個激勵器可耦合到輻射器。至少兩個激勵器可排列成具有某角度的工作軸。
該輻射器可形成一局部中斷。該局部中斷可位于接近與耦合該激勵器的邊緣相對的輻射器邊緣的位置處。該局部中斷的位置可靠近輻射器中心。
該輻射器可以中央凸起或中央凹下地彎曲。該曲線可以是不一致的。
該輻射器可以是一層壓板，其由對壓縮波而言具有不同特性的至少兩種不同材料所組成，以及可耦合該激勵器以驅動該至少兩種材料。
該輻射器可以是一包括至少兩層的層壓板，以及可耦合該激勵器以驅動其中一層，其他層可限制在激勵器耦合位置的遠端位置。
該輻射器可以具有高的形狀比。
排列該輻射器和激勵器，以致輻射器在低頻受到整體運動的驅動。
排列該輻射器和激勵器，以致輻射器在高頻下共振。
該輻射器可排列成當作分布模式裝置工作。
激勵分布模式揚聲器(DML)的常用方法是利用一移動線圈馬達。這個馬達的設計對于DML帶寬和靈敏度性能的最佳化是很重要的，但是當高和低頻率范圍均最大化時，會發(fā)生沖突。
高頻時，面板的理論點阻抗通常是真的且固定不變。移動線圈激勵器具有一機械輸出阻抗，其在高頻時被音圈裝配件的移動質(zhì)量加上耦合器加上蛛網(wǎng)形懸吊配置所控制。因此，為了要達到良好的高頻效能，音圈裝配件的質(zhì)量應根據(jù)下列公式來限制ωMms≤8Bμ]]>這個限制規(guī)定了馬達系統(tǒng)的設計，其中音圈裝配件的移動質(zhì)量針對最佳高頻水平是最小化的。
在低頻時，音圈裝配件的移動質(zhì)量的限制較少。在這個區(qū)域，通常關心兩方面。首先，裝置的懸吊柔量需要設計成使得它所代表的阻抗與所關心頻帶中的面板阻抗相比較是較小的。第二，音圈裝配件需要根據(jù)該裝置的偏移限制設計，該限制與功率處理和裝置帶寬直接有關。這個設計限制可以很嚴格，因為一般程序材料在低頻時通常能含量會增加，因此增加了音圈裝配件在功率處理和偏移方面的需求。
這個設計明顯地與用于極高頻率水平的小而輕音圈裝配件和用于極低頻率水平的大偏移和功率處理的需求相互沖突。任何設計都表示在這兩個極端頻率之間的妥協(xié)。
解決這個沖突的一個方式是使所用面板的硬度最大化。這樣做的結果是使對激勵器而言的驅動點阻抗最大化，允許使用較重的音圈，而不限制高頻響應。這個方法的缺點包括兩方面1)增加面板的硬度通常也會增加它的質(zhì)量，這不利于裝置的靈敏度。因此硬度增加的結果是要犧牲靈敏度來增加裝置的帶寬?？山逵蓪⑤^大磁鐵應用到音圈上來彌補，但是這會增加裝置的成本。
2)對于給定的尺寸而言，裝置第一彎曲模式的硬度增加。其結果是，為了要實現(xiàn)全模態(tài)方案，將需要增加面板面積。替代的是一混合方案，藉此模態(tài)響應趨向一低頻的活塞運動，也是一種選擇方式。這增加了管理活塞至模態(tài)轉變的復雜性。
本發(fā)明提供至激勵器的增加驅動點阻抗以改進在高和低頻端的帶寬，同時在最低頻率降低對于音圈偏移的限制。此外，本發(fā)明不需要傳統(tǒng)地增加面板的硬度，允許低質(zhì)量面板用于良好靈敏度。
裝置的工作不被限制在裝置的第一壓縮共振之上的頻率，因為整個主體壓縮可用于這個頻率之下。整個主體壓縮的作用，與面板的對稱突變相結合，相對于傳統(tǒng)面外配置，在低頻提供一增加的驅動點阻抗。這個方法對于音圈相當?shù)偷钠瓶捎脕碓黾訌募钇鞯矫姘宓哪芰狂詈稀＿@個壓縮釋放為面外移動，且特別有用于十分低頻率響應的延伸。
本發(fā)明因此提供一種方法，藉由放松對傳統(tǒng)面外激勵的馬達設計所規(guī)定的限制，改進一聲音裝置的高頻和低頻限制。
許多面板形狀可以與壓縮驅動一起使用，例如高形狀比的矩形面板和長窄條形面板。在本發(fā)明中，來自激勵器的驅動能量通常會施加到面板的邊緣。在低頻率，激勵器可驅動整個面板，但是在較高頻率，壓縮波在材料中形成。相比于彎曲波，壓縮波以非常高的速度傳播通過材料。例如，在中等硬度的塑性材料中彎曲波的速度僅僅是1kHz時50m/s，但是在相同的材料中，壓縮波的速度是1500m/s，也就是說要快上30倍。彎曲波的速度仰賴材料硬度和頻率來決定，所以彎曲波和壓縮波之間的波速差異比是可變的和寬的，且典型在10到50倍的范圍。


在附圖中將透過實例的方式對本發(fā)明加以概略地說明，其中圖1A是輻射器面板和激勵器組合的正視圖；圖1B是圖1A組合的側視斷面圖；圖2是類似圖1B組合的斷面?zhèn)纫晥D，顯示本發(fā)明揚聲器操作的第一個方法；圖3是類似圖1B組合的斷面?zhèn)纫晥D，顯示本發(fā)明揚聲器操作的第二個方法；圖4是類似圖1B組合的斷面?zhèn)纫晥D，顯示本發(fā)明揚聲器操作的第三個方法；圖5是類似圖1B組合的斷面?zhèn)纫晥D，顯示本發(fā)明揚聲器操作的第四個方法的一觀點；圖6是類似圖5組合的斷面?zhèn)纫晥D，顯示本發(fā)明揚聲器操作的第四個方法的另一觀點；圖7是本發(fā)明揚聲器第一具體實施例的正面透視圖；圖8A是本發(fā)明揚聲器第二具體實施例的正面透視圖；圖8B是圖8A揚聲器的側視圖；圖8C是圖8A揚聲器修正版的側視圖，對應到圖8B的揚聲器；圖9是本發(fā)明揚聲器第三具體實施例的正面透視圖；圖10是圖9喇叭的斷面?zhèn)纫晥D；圖11是壓縮驅動的曲梁式輻射器的面外速度圖解；圖12是在圖11中顯示該類型喇叭的典型聲音輸出的統(tǒng)計圖表；圖13到17是斷面?zhèn)纫晥D，類似根據(jù)本發(fā)明喇叭各種不同具體實施例圖2到6的情況；圖18是具有雙重激勵和單一端激勵的聲音輸出的統(tǒng)計圖表；圖19和20是顯示驅動大致上為矩形面板的方法的圖表；圖21和22是顯示驅動大致上為三角形面板的方法的圖表；圖23A和23B分別是本發(fā)明卵形喇叭的正視圖和側視圖，以及圖24A和24B、25A和25B以及26A和26B分別是本發(fā)明喇叭三個其他具體實施例的側視圖和正視圖。
附圖標記說明
1揚聲器2輻射器面板3激勵器4輻射器的一端5輻射器的另一端6輻射器的角或隅角7慣性力或夾具 8層壓板層9層壓板層 10 層壓板層11 層壓板層 12 底座13 懸吊 14 底座的一端15 夾具 16 底座的相對端17 機罩 18 一半的輻射器19 其他一半的輻射器 20 壓電21 口22 底座具體實施方式
在圖1A和1B中，顯示一揚聲器1，包括一長條形面板型輻射器2和一振動激勵器3耦合到輻射器的一端。一條面內(nèi)線經(jīng)由輻射器2，標示為虛線a。
根據(jù)本發(fā)明的第一方法，如下所述將面內(nèi)的能量轉變成面外能量，使用輻射器內(nèi)的局部中斷，將面內(nèi)移動轉變?yōu)槊嫱庖苿?，這導致產(chǎn)生彎曲波。然后這些彎曲波按照類似于傳統(tǒng)DML的方式有效率地輻射。在圖2所示的例子中，中斷在輻射器板上呈90度彎曲的形式。
圖2顯示揚聲器1，其具有一平的面板型輻射器2和一激勵器3耦合在一起，以驅動該輻射器的一端4。在與激勵點4相對的端部5處，輻射器經(jīng)由角或隅角6彎曲。來自激勵器3具有壓縮波c的形式的面內(nèi)移動導致隅角6如圖箭頭b所示在面內(nèi)移動。這個由虛線e所示的隅角面內(nèi)移動引起隅角附近的扭矩。該扭矩提供面外刺激，負責產(chǎn)生如虛線d所示的彎曲波。從該圖也很清楚地顯示，使扭矩產(chǎn)生以回應面內(nèi)移動的任何中斷都適合將面內(nèi)能量轉化為更加有助于聲音的彎曲波。
與激勵器3相距遙遠的輻射器端部5受到慣性力或者夾具7的限制。
局部中斷或角的轉變方法根據(jù)頻率以三種方式產(chǎn)生聲音，如下所述1)在高頻率時，面內(nèi)壓縮波在角處導致旋轉并形成彎曲波。
2)在中頻率時，整個主體的面內(nèi)移動導致集中在隅度位置上的彎曲波產(chǎn)生。
3)在低頻率時，來自激勵器的面內(nèi)整個主體移動導致面外面板的整個主體撓曲。
可看出，使用這種方法，通過中斷面內(nèi)的運動在某一點或一線上可以轉化為面外運動，即可以輻射寬頻率范圍的聲音。
如果從面內(nèi)運動到面外運動的轉變展開到一定距離上，而不只是在輻射器的一點或一線上動作，則轉變裝置的外形會變成彎曲形的輻射器2，如圖3所示，這也就是根據(jù)本發(fā)明將面內(nèi)能量轉化為面外能量的第二種方法。
因此，平面的替代變形是曲線，這也可以把面內(nèi)運動轉化成面外運動。要說明這個工作如何進行，可能要先將該曲線想象成連結在一起產(chǎn)生角的面板的許多平面區(qū)段沿著該面板的長度方向蔓延。如果平面區(qū)段的數(shù)量大幅增加(且每一個的長度縮短)，終究會形成一個平滑的曲線。每個單獨的平面區(qū)段都產(chǎn)生像參見圖2時所描述的角或隅角的情況一樣的效果。這樣就可以看到曲線以類似角的方式起作用，但從面內(nèi)運動到面外運動的轉變會均勻地分布在整個面板長度上，而不是僅發(fā)生在某個點或某一線上。
但是，在角和曲線方法之間存在重大差異。在高頻率時，當面內(nèi)波長比面板長度的兩倍短時，會形成壓縮波。壓縮波的面外成分導致面板在面內(nèi)波長移動到面外。如稍早所述，壓縮波長通常比彎曲波長長10到50倍，因為壓縮波速高。來自這個額外面外移動的聲音輻射的特性類似于上述fc(coincidence frequency，重合頻率)彎曲波輻射，這很有效率但有方向性，并傾向于達到偏離面板法線軸的聲音輸出的峰值。
曲線的轉變方法根據(jù)頻率以三種方式產(chǎn)生聲音，如下所述1)在低頻率時，面內(nèi)整個主體移動導致面外整個主體撓曲，因為位于激勵器的相對端處的面板是固定的。
2)在中頻率時，整個主體撓曲的面外成分分解為彎曲波。
3)在高頻率時，面內(nèi)壓縮波導致面內(nèi)波長下的面外運動，并發(fā)生上述fc型輻射。
將面內(nèi)能量轉變成面外能量的第三種方法如圖4所示，它是第一種方法的變形，但在接近面板中央?yún)^(qū)的位置具有角或局部中斷6。
將面內(nèi)能量轉變成面外能量的第四種方法如圖5和6所示，使用平的堆疊面板的差異驅動或具有不同硬度和波傳播速度的平面堆疊材料。這個方法很有用，因為它使平面輻射器成為可利用的裝置。各位將會發(fā)現(xiàn)，在某些視屏應用中，有必要使用絕對平的透明材料來控制光反射性。
輻射器2(其是兩種平面材料的層壓板)的面內(nèi)驅動可產(chǎn)生面外移動，如果該層壓板的一層8受到驅動，并且另一層9以例如一底座或質(zhì)量為基準或是受到激勵器3的反向驅動，如圖5所示。層壓板的各層8、9沿相反的方向被驅動，且每一單獨層的中心線與層壓板的中心線間的差異使得整個層壓板旋轉，因此聲音被輻射出來。
圖6顯示材質(zhì)硬度和波速不同的兩層10、11層壓板的輻射器2如何受到面內(nèi)驅動以產(chǎn)生面外移動。在低頻率時，不同的硬度產(chǎn)生面外整個主體撓曲，在高頻率時，不同的壓縮波速度導致旋轉和彎曲波的形成。
圖5差異驅動層壓板的轉變方法以三種方式產(chǎn)生聲音，如下所示1)在高頻率時，面內(nèi)波的推拉作用導致面內(nèi)波長下的面外旋轉。
2)在中頻率時，低于最低面內(nèi)共振的差動作用以彎曲波的形式在面外釋放旋轉能量。
3)在低頻率時，激勵的差動作用導致面外整個主體撓曲，即可輻射出聲音。
圖6所示層壓板的轉變方法以三種方式從面內(nèi)能量產(chǎn)生聲音，如下所示1)在高頻率時，兩層結合板中不同的壓縮波傳播速率會導致旋轉發(fā)生，這在面內(nèi)波長下產(chǎn)生面外移動。
2)在中頻率時，低于最低面內(nèi)共振的不同傳播速度以彎曲波的形式在面外釋放能量。
3)在低頻率時，兩平板不同的面內(nèi)硬度導致面外整個主體撓曲，即可輻射聲音。
圖7是本發(fā)明揚聲器1的第一具體實施例，包括一矩形面板型輻射器2，在其寬度方向凸起地彎曲，并具有耦合到輻射器的兩相對端4、5的四個激勵器3排。面板材料由一透明單片材料所構成，用來像平板揚聲器一樣運作，將要置于顯示屏的前面，產(chǎn)生喇叭與顯示的組合。
該面板揚聲器在高頻時像模態(tài)的壓縮波裝置般運作，在中間范圍音頻下像模態(tài)的彎曲波裝置般運作。在低頻時，面內(nèi)的激勵方法也可設計成使面板像彈性整體輻射器般運作。壓縮、彎曲和整體撓曲三種類型操作組合，使得本具體實施例的揚聲器涵蓋整個音頻譜的寬部分。尤其這個具體實施例提供了比純粹彎曲波輻射器用途更廣的頻率范圍。
在圖8A和8B所示揚聲器1的第二具體實施例中，面板/喇叭屏幕可以是平的，這對于在某些應用中控制光反射特性時是必要條件。當面板型輻射器在面內(nèi)受到激勵器3驅動時，能量會由于輻射器相對側的成角邊緣或隅角6轉變?yōu)閺澢?。當輻射器在面?nèi)移動時，角6(其受到慣性力或只是單純由底座12支撐)旋轉并傳送能量回輻射器成為彎曲波。
在圖8C所示第二具體實施例的變形中，面板2的兩個平面部分以一開放角度或短曲線6結合。該方法可能不適合屏幕應用，因為角6在面板的中央?yún)^(qū)，這樣會影響到透明度。該方法本身具有高形狀比(aspect ratio)設計，其中按照下面圖9和10具體實施例中的曲線高度的相同方式，該角限定了激勵器放大倍率。
圖9和10說明高形狀比面板型喇叭1的實際具體實施例。這類揚聲器裝置可能十分適合用在有空間限制需求的應用上。范例包括電視或監(jiān)視器應用的立體聲側面喇叭。
圖9和10所示的具體實施例由凸起彎曲的面板型輻射器2組成，尺寸為400mm×50mm×5mm厚，曲線高度為40mm。面板型輻射器2利用彈性懸吊13沿著各側長度安裝在框架或底座12上，允許輻射器不受限制的移動，同時防止面板前后之間空氣的自由流動。一預先成形的懸吊設計成允許在面板和底座之間向上/向下和縱長移動，且它固定在底座12和面板2之間全都沿著曲線長度方向。一氣密也裝配在振動換能器3的周圍。該懸吊13不需要保持面板的位置，因此只需使用合適的彈性輕量平面材料簡單設計制成即可。懸吊可利用膠粘劑裝配在面板上，并利用夾板裝配在底座上。
底座的一端14支撐電動力移動線圈換能器3，換能器3被精確地對齊以施加力到它的面內(nèi)的面板2。換能器藉由一夾具15固定在面板的端部邊緣4，面板的相對端5通過穩(wěn)固地固定到底座12的相對端16上而保持不動。在非常低的頻率時，面內(nèi)激勵和面板彎曲形狀的組合產(chǎn)生輻射聲音的面外整體撓曲。選擇曲線高度以放大激勵器的動作，這大幅增加換能器上的機械負載阻抗，允許即使在最低音頻下也施加高驅動力。
整個主體撓曲是面板的最低模式，取決于頻率低至40Hz時在面板的后部可以產(chǎn)生空氣負載。隨著頻率增加，會激勵輻射聲音的彎曲模式。當頻率進一步增加到超過上述最低壓縮模式的頻率時，面板的彎曲形狀會導致面內(nèi)產(chǎn)生共振，以表現(xiàn)出面外成分。這個面外成分引起聲音的有效輻射，類似于上述fc彎曲波輻射。
圖10顯示圖9高形狀比例面板的剖面圖。如圖10所示，底座12可選擇性地包括所謂的無限反射板罩，以容納來自輻射器2的后端輻射。
壓縮驅動的優(yōu)點包括下列各項1.在高頻率下不存在換能器孔徑效應。
2.送到換能器的機械驅動阻抗可加以設計及制造成在所有頻率下都足夠高，以致于換能器的移動質(zhì)量變得較不重要。
3.經(jīng)過壓縮的邊緣驅動可以產(chǎn)生與面外中央驅動相同的輸出水平，這在激勵必須是從邊緣產(chǎn)生的情形下提供很重要的優(yōu)勢。
關于功率從激勵器到面板的轉移，在許多應用中，面內(nèi)激勵改進了傳統(tǒng)移動線圈激勵器的驅動負載阻抗的適合性。在低頻率時，當利用面外激勵驅動需要大激勵器偏移的輕量面板材料時，下降至最低頻時面內(nèi)激勵器載荷仍然高，因為彎曲面板用作放大激勵器移動的杠桿。在高頻率時，較長的面內(nèi)波長維持激勵器上的高負載，以致于音圈質(zhì)量比較不重要，而且在非常高的頻率下，壓縮波延伸帶寬超過音頻范圍。在一些應用中，來自小幅移動高力壓電激勵器的激發(fā)也適用于面內(nèi)驅動。
用于圖7第一具體實施例的激勵器參數(shù)如下所示。
Zhejiang Tianle 25線圈架直徑 ＝25mm線圈層的數(shù)量＝2Mms ＝0.683gm(音圈裝配件的移動質(zhì)量)Rms ＝0.103Ns/m(懸吊的機械阻抗)B1 ＝3.564Tm(馬達轉換因子)Re ＝9.62Ω(音圈的直流電阻)Le ＝1.4uH(1kHz下音圈的電感因子)Cms ＝0.196e-3m/N(懸吊的柔量)用于高形狀比實施例的面板材料連同它的技術參數(shù)一起提供如下。
Rotrex Lite 51LS(商品名)材料，聚甲基丙烯酰亞胺(polymethacrylimide)熱塑性泡沫的5mm厚芯，與玻璃罩/熱塑性外殼。面板尺寸400mm×50mm。

現(xiàn)在將解釋曲線高度與面內(nèi)到面外轉換之間的關系。較低曲線高度具有較大曲線半徑，當在面內(nèi)驅動時，這賦予激勵器移動較大的放大倍率以及更加延伸的低頻率響應，但是靈敏度較低。
壓縮驅動彎曲面板因此像具有一些不尋常特性的桿一樣操作。在低頻率時，當激勵器沿著面板平面推動時，中心移動至面外。更多的彎曲等同較小的半徑，這會導致較小的激勵器移動放大倍率，但有更多的面外成分來自面內(nèi)能量。
圖11顯示被面內(nèi)驅動的彎曲梁的面外速度的激光測量。在軌跡左端形成的長波長是已經(jīng)沿著梁長度移動的脈沖的開始。它是展現(xiàn)這種材料的面內(nèi)波長的壓縮波面外成分。在它的后面在梁的右端，彎曲波的脈沖已經(jīng)形成，其將沿著梁更加緩慢地傳播。面內(nèi)和彎曲波振幅是類似的，而且兩者波型的組合產(chǎn)生來自彎曲面板的模式和聲音輸出。
典型聲音測量的范例如圖12所顯示。軸上輸出顯示為1伏特輸入時來自安裝在墻隔音板上的40mm高曲線390mm×50mm。
本發(fā)明的喇叭可以許多方式修改，以改變輻射面積，以使得面板配合激勵器，以控制兩種類型的模態(tài)分布，以變更影響帶寬的空氣載荷，以及以便改變高頻散射。如圖10所示，罩可用來避免前后抵消，而且在這種情況中，載荷條件必須是施加到傳統(tǒng)密閉揚聲器的相同限制。一些可能的修改范例如圖13到17所顯示。
在圖13中，顯示與圖9和10相同大類的揚聲器1，其中輻射器2沿著它的長度有一可變曲線。
參見圖14，顯示一與圖13相同類型的喇叭1，但是其中輻射器2沿著它的長度形成有多個曲線。
在圖15中，顯示圖13大類的喇叭1，其中輻射器形成具有一接近其中央的局部中斷或隅角6，以及其中輻射器2的一半18彎曲，而且另一半19是平的。輻射器2的端部4由一個移動線圈激勵器3驅動，同時該輻射器的端部5由一個壓電激勵器20驅動。
在圖16中，一喇叭1包括共同運作而且用作罩17的一對彎曲輻射器梁。將需要特別的測量來控制例如圖示罩口21的密閉容積的內(nèi)部壓力。如圖17所示，激勵可施加至面板的兩端。
圖18顯示雙重激勵所產(chǎn)生的聲音差異圖。在直到1kHz的低頻率范圍中聲音輸出是類似的，除了極低頻率范圍和功率處理在雙重激勵器中較大。在1kHz以上，輸出比較高。
現(xiàn)在將討論，面內(nèi)驅動的二維空間面板。為了清楚，圖10的圖例是一維空間剖視圖。除了圖9和10具體實施例的高形狀比形狀的面板之外，其它面板也可以被壓縮驅動，且存在將面內(nèi)能量轉換成面外運動的幾種方式。
圖19顯示一矩形面板型輻射器2，在一個面內(nèi)具有一彎曲面，它可在一個或多個位置上(例如隅角處)受到驅動，以將面內(nèi)運動轉換成聲音輻射。收聽者可以位于面對凸面或凹面的面板的任一側。虛線顯示面板2可以是凸起或凹下的彎曲。激勵器3排列在彎曲方向上，而且它可以應用在側邊或隅角位置處，相比較于中央面外驅動，其優(yōu)點是能夠在邊緣分界線處驅動，而不會損失輸出。
圖20顯示一矩形面板型輻射器2，在二個面內(nèi)具有彎曲面，其可以在一個或多個位置(例如在隅角)受到驅動，以將面內(nèi)運動轉換成聲音輻射。虛線顯示面板2可以是凸起或凹下的彎曲。在本例中，從成形可以獲得一些額外的硬度，而且為了提高靈敏度可以降低面板材料的硬度和質(zhì)量。
除了矩形之外的形狀(例如三角形)可以工作在面內(nèi)驅動。在圖21中顯示的彎曲三角形面板型輻射器2可以從它的任何隅角處驅動，而且圖22顯示一平的三角形面板型輻射器2，具有用作波變換器的傾斜底座22。
圖23A和23B顯示正面及側面視圖中具有卵形輻射器2的喇叭范例，形成的大小可適合驅動點的激勵器3，但其朝向中央面積增加。面板在垂直方向上彎曲，以從激勵器的面內(nèi)能量產(chǎn)生面外移動。
圖24A和24B顯示喇叭1實施例的平面圖和后視圖。采用了用作透明顯示面板的輻射器2的壓縮驅動。兩個激勵器3背對背地連結，向外驅動至面板2的面內(nèi)，此處它在隅角6處回折疊以形成一個幾乎閉合的環(huán)。這個方法的優(yōu)點是在所有頻率下，所有激勵器的能量都施加在面板的面內(nèi)，也就是說激勵器是自定位(self referencing)的。在低頻范圍時，轉換為彎曲和整個主體撓曲發(fā)生在兩個隅角處，以及在更高頻率時，產(chǎn)生中央激勵的影響。
圖25A和25B顯示與24A和24B中所示的相同大類的喇叭1的另一版本的平面圖和正視圖，設計成可提高系統(tǒng)的聲音輸出。輻射器中在6處折疊的角允許從激勵器看來少許控制面板的機械阻抗。
圖26A和26B是平面圖和正視圖，示出了圖24大體類型的喇叭(但是包括兩個表面聲音面板型輻射器2)如何能堆疊在一起且在面內(nèi)驅動。因為堆疊部分確保在兩個隅角6處產(chǎn)生的力矩取消，如此所有能量都用來達到彎曲正面和背面面板輻射器的曲線，因此增強低頻性能。
權利要求
1.一種包括一面板型輻射器和一耦合至該輻射器的電動機械振動激勵器的彎曲波揚聲器，其中該輻射器的彎曲硬度在范圍0.001至1000Nm之間，其中該激勵器和該輻射器之間的耦合使得所施加能量的一成分在該輻射器中產(chǎn)生壓縮波，且其中該輻射器具有一中央面對稱的突變以產(chǎn)生聲音輻射。
2.如權利要求1的揚聲器，其中該振動激勵器被耦合到該輻射器的一邊緣。
3.如權利要求2的揚聲器，其中該輻射器的與該激勵器的耦合邊緣相對的邊緣受到限制。
4.如權利要求2的揚聲器，其中該振動激勵器被耦合到該輻射器的相對邊緣。
5.如前述權利要求中任一項的揚聲器，其中多個激勵器耦合到該輻射器，且至少兩個激勵器排列成它們的工作軸成某個角度。
6.如前述權利要求中任一項的揚聲器，其中該輻射器形成為具有一局部中斷。
7.如權利要求6的揚聲器，其中該局部中斷的位置靠近與耦合該激勵器的邊緣相對的該輻射器邊緣。
8.如權利要求6的揚聲器，其中該局部中斷的位置接近該輻射器的中心。
9.如前述權利要求中任一項的揚聲器，其中該輻射器是中央凸起或中央凹下彎曲。
10.如權利要求9的揚聲器，其中該彎曲是不一致的。
11.如前述權利要求中任一項的揚聲器，其中該輻射器是一包括從壓縮波來看特性不同的至少兩種材料層的層壓板，且其中該激勵器被耦合以驅動所述至少兩層。
12.如權利要求1至10中任一項的揚聲器，其中該輻射器是一包括至少兩層的層壓板，其中該激勵器被耦合以驅動其中一層，且其中其它層被限制在遠離該激勵器耦合位置的位置處。
13.如前述權利要求中任一項的揚聲器，其中該輻射器具有高形狀比。
14.如前述權利要求中任一項的揚聲器，其中該輻射器和該激勵器排列成使得該輻射器在低頻下受到整體運動的驅動。
15.如前述權利要求中任一項的揚聲器，其中排列該輻射器和該激勵器使得該輻射器在高頻產(chǎn)生共振。
16.如權利要求15的揚聲器，其中該輻射器排列成像分布模式裝置般地運作。
17.一種制造彎曲波揚聲器的方法，包括選取一面板型輻射器和一電動機械振動激勵器，耦合該激勵器至該輻射器以在該振動激勵器的電動機械阻抗和該輻射器的機械阻抗之間具有用于該輻射器工作帶寬的關系，設置該輻射器的彎曲硬度在范圍0.001到1000Nm中，設置在該激勵器和該輻射器之間的耦合使得所施加能量的一成分在該輻射器中產(chǎn)生壓縮波，以及使得該輻射器具有一中央面對稱的突變以產(chǎn)生聲音輻射。
18.如權利要求17的方法，包括耦合該振動激勵器到該輻射器的一邊緣。
19.如權利要求18的方法，包括限制與耦合該激勵器的邊緣相對的該輻射器的邊緣。
20.如權利要求18的方法，包括耦合振動激勵器到該輻射器的相對邊緣。
21.如權利要求17、18、19或20的方法，包括耦合多個激勵器到該輻射器，以及安排至少兩個激勵器使得它們的工作軸成某個角度。
22.如權利要求17至21中任一項的方法，包括該輻射器形成為具有一局部中斷。
23.如權利要求22的方法，包括該局部中斷的位置接近與耦合該激勵器的邊緣相對的該輻射器的邊緣處。
24.如權利要求22的方法，包括在接近該輻射器的中心處設置該局部中斷。
25.如權利要求17至24中任一項的方法，包括形成該輻射器為中央凸起或中央凹下的彎曲。
26.如權利要求25的方法，包括形成該彎曲是不一致的。
27.如權利要求17至26中任一項的方法，包括形成該輻射器為一包括對壓縮波而言具有不同特性的材料層的層壓板，以及耦合該激勵器以驅動所述層。
28.如權利要求17至26中任一項的方法，包括形成該輻射器為具有疊置層的層壓板，耦合該激勵器以驅動其中一層，并在該激勵器耦合位置的一遠端位置處限制其他層。
29.如權利要求17至28中任一項的方法，包括形成該輻射器為具有高的形狀比。
30.如權利要求17至29中任一項的方法，包括排列該輻射器和該激勵器使得該輻射器在低頻下受到整體運動的驅動。
31.如權利要求17至30中任一項的方法，包括將該輻射器排列成在高頻產(chǎn)生共振。
32.如權利要求31的方法，包括將該輻射器排列成像一分布模式裝置般地運作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種彎曲波揚聲器，包括一面板型輻射器和一機電振動激勵器耦合至輻射器，其中輻射器的彎曲硬度在范圍0.001至1000Nm之間，其中激勵器和輻射器之間的耦合使得所加能量的成分在輻射器中產(chǎn)生壓縮波，且其中輻射器具有中央面對稱的突變以產(chǎn)生聲音輻射。一種制造彎曲波揚聲器的方法，包括選取一面板型輻射器和一機電振動激勵器，耦合激勵器至輻射器以便在振動激勵器的機電阻抗和輻射器的機械阻抗之間具有可用于該輻射器的工作帶寬的關系，安排輻射器的彎曲硬度在范圍0.001到1000Nm，安排激勵器和輻射器之間的耦合使得所加能量的成分在輻射器中產(chǎn)生壓縮波，并提供輻射器具有中央面對稱的突變以產(chǎn)生聲音輻射。
文檔編號H04R7/00GK1643976SQ03807051
公開日2005年7月20日 申請日期2003年4月10日 優(yōu)先權日2002年4月17日
發(fā)明者亨利·阿齊馬, 尼古拉斯·P·R·希爾, 丹尼斯·莫里克羅夫特 申請人:新型轉換器有限公司