一種串聯(lián)共鳴式揚(yáng)聲器系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種揚(yáng)聲器系統(tǒng)一一具體說(shuō)是一種運(yùn)用“串聯(lián)共鳴”聲學(xué)原理以及音樂(lè)“和聲”原理的揚(yáng)聲器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]亥姆霍茨共鳴器(Helmholtz Resonator)屬于“集中參數(shù)系統(tǒng)”，產(chǎn)生“串聯(lián)共鳴”——亥姆霍茨共鳴器聲腔聲順Ca與聲管聲質(zhì)量Ma以及聲阻Ra串聯(lián)，共鳴于fop (fop=1/2 31 V MaCa)。亥姆霍茨共鳴器可構(gòu)成二階低通濾波器(一 12dB/oct，180° )，因此具有“倒相”的作用。
[0003]實(shí)際上，倒相箱共鳴頻率fop之外一一揚(yáng)聲器振膜前/后面輻射聲波都可能會(huì)通過(guò)倒相管發(fā)生“聲短路”，使聲輻射效率下降，低頻響應(yīng)變差。
[0004]“聲短路”還會(huì)影響到音質(zhì)與音色一一如結(jié)像力/解析度/聲音質(zhì)感/層次感/動(dòng)態(tài)范圍等方面。
[0005]無(wú)源福射器(Passive Radiator)--實(shí)質(zhì)上也是“二階低通聲學(xué)濾波器”(一
12dB/oct，180° )，具有倒相作用--無(wú)源福射器質(zhì)量Mm相當(dāng)于聲質(zhì)量Ma，與音箱內(nèi)部聲順Ca及其力順Cm構(gòu)成亥姆霍茲共鳴器。以無(wú)源輻射器取代倒相管一一可以避免“聲短路”以及倒相管的“湍流”問(wèn)題，但無(wú)源輻射器共鳴時(shí)失真更大，瞬態(tài)響應(yīng)較差。
[0006]一般低頻系統(tǒng)無(wú)論是倒相箱還是無(wú)源輻射器音箱，都只有一個(gè)共鳴頻率fop—一雖然可以改善低頻響應(yīng)，利用揚(yáng)聲器背面的輻射聲能，但聲輻射效率提升的帶寬很窄一一僅限于共鳴頻率fop附近。
[0007]一些無(wú)源輻射器音箱采用兩個(gè)或多個(gè)無(wú)源輻射器一一但其共鳴頻率fop相同。
[0008]為降低無(wú)源輻射器的失真，一些無(wú)源輻射器音箱采用兩個(gè)fop相同的無(wú)源輻射器對(duì)稱(chēng)排列一一共鳴時(shí)振動(dòng)方向相反，使部分能量抵消而減小振幅一一這種方式實(shí)際上是以犧牲效率為代價(jià)的。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]本實(shí)用新型目的在于提供一種低頻響應(yīng)帶寬更大的揚(yáng)聲器系統(tǒng)一一充分利用揚(yáng)聲器背面的輻射聲能，避免“聲短路”，提高電聲轉(zhuǎn)換效率，改善低頻響應(yīng)與音質(zhì)。
[0010]本實(shí)用新型的技術(shù)方案一一揚(yáng)聲器背面與一封閉結(jié)構(gòu)聲順腔體耦合，具有至少兩個(gè)無(wú)源輻射器，其諧振頻率fop不相同。
[0011]串聯(lián)共鳴式揚(yáng)聲器系統(tǒng)(theSeries Resonance mode Speaker System)--以下簡(jiǎn)稱(chēng)為SRSS。參照?qǐng)D1。
[0012]SRSS電-力-聲類(lèi)比圖——揚(yáng)聲器的振動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量Mm/支撐系統(tǒng)Cm與后腔聲順Ca/聲阻Ra(Rr/Rm)構(gòu)成“串聯(lián)諧振”;無(wú)源輻射器的振動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量Mm/支撐系統(tǒng)Cm與后腔聲順Ca/聲阻Ra(Rr/Rm)構(gòu)成“串聯(lián)共鳴”(亥姆霍茲共鳴器)，多個(gè)(k = 1,2,3,……，n)無(wú)源輻射器并聯(lián)。參照?qǐng)D2。
[0013]傳統(tǒng)無(wú)源輻射器音箱一般只有一個(gè)共鳴頻率(fop)，而SRSS具有多個(gè)共鳴頻率(fopl/fop2/fop3/…/fopn)--頻響曲線對(duì)比圖參照?qǐng)D3。
[0014]“串聯(lián)共鳴”——由聲質(zhì)量Ma/聲順Ca/聲阻Ra(包括Rr)串聯(lián)組成的系統(tǒng)(亥姆霍茨共鳴器)，在外加聲壓Pa的作用下共鳴于fop—一如倒相音箱。音箱聲順Ca/倒相管空氣柱Ma/聲阻Ra串聯(lián)，屬于“集中參數(shù)系統(tǒng)”，產(chǎn)生“串聯(lián)共鳴”。
[0015]“并聯(lián)共鳴”——由聲質(zhì)量Ma/聲順Ca/聲阻Ra(包括Rr)并聯(lián)組成的系統(tǒng)(波導(dǎo)駐波共鳴器)，在外加聲壓Pa的作用下共鳴于fop—一如管樂(lè)器。管樂(lè)器空氣柱既有Ma又有Ca/Ra (并聯(lián))，屬于“分布參數(shù)系統(tǒng)”，產(chǎn)生“并聯(lián)共鳴”。
[0016]聲學(xué)系統(tǒng)的“串聯(lián)共鳴” 一一類(lèi)比于電學(xué)系統(tǒng)的“串聯(lián)諧振” /機(jī)械系統(tǒng)的“串聯(lián)共振”。
[0017]聲學(xué)系統(tǒng)的“并聯(lián)共鳴” 一一類(lèi)比于電學(xué)系統(tǒng)的“并聯(lián)諧振” /機(jī)械系統(tǒng)的“并聯(lián)共振”。
[0018]管樂(lè)器一般為“并聯(lián)共鳴”(波導(dǎo)駐波共鳴器)一一而塤主要為“串聯(lián)共鳴”(亥姆霍茨共鳴器)。塤有多個(gè)共鳴頻率，并將其按一定音程排列，能夠演奏出各種曲調(diào)(類(lèi)似于陶笛)。管樂(lè)器一般一次只能吹奏一個(gè)音(律音)一一產(chǎn)生單一頻率的駐波共鳴及其諧波。
[0019]倒相音箱只能產(chǎn)生單一共鳴頻率，無(wú)法構(gòu)成“一腔多管”式亥姆霍茨共鳴器一一由于“開(kāi)口箱”結(jié)構(gòu)，多個(gè)倒相管會(huì)使聲順Ca —⑴(相當(dāng)于“開(kāi)路”)，“串聯(lián)共鳴”品質(zhì)因數(shù)Qop O (Qop = I / ω CaRa) ο微孔板吸聲孔(Φ < Imm)聲阻尼大，聲順Ca # 00，可以形成多個(gè)并聯(lián)的亥姆霍茨共鳴器。
[0020]與倒相箱不同一一無(wú)源輻射器音箱(閉箱)聲順不會(huì)趨向于無(wú)窮大，因此SRSS可以構(gòu)成“單聲順/多聲質(zhì)量并聯(lián)式亥姆霍茨共鳴器”。而且不同共鳴頻率可以同時(shí)發(fā)聲一一形成具有一定音程關(guān)系的和聲(Harmony)。
[0021]由于多個(gè)無(wú)源輻射器諧振頻率fop各不相同一一當(dāng)信號(hào)頻率中同時(shí)包含其中兩個(gè)fop時(shí)，人們可以聽(tīng)到其“差頻”(fop2 — fopl)，從而獲得“虛擬低頻” (Virtual Bass)效果。聲腔聲順Ca與各無(wú)源輻射器質(zhì)量Mm之和(串聯(lián))也可構(gòu)成“串聯(lián)共鳴” 一一其共鳴頻率 fop’ 低于 fopl/fop2。
[0022]如fopl = 120Hz，fop2 = 180Hz——除了 120Hz (fopl)/180Hz (fop2)的聲音以外--還可以聽(tīng)到60Hz(fop2 — fopl)與300Hz (fopl+fop2)的聲音等。根據(jù)fop =
1/2 JT V MaCa 可以計(jì)算出 fop’——120Hz = 1/2 π V MalCa, 180Hz = 1/2 π V Ma2Ca, fop'
=1/2 JT V (Mal+Ma2)Ca--則fop’ =99.8Hz。不但可以“降低”低頻下限(“虛擬fop”
可達(dá)60Hz)——低頻響應(yīng)帶寬也可大大提升(60Hz-99.8Hz-120Hz-180Hz-300Hz...)。
[0023]本實(shí)用新型具有以下有益效果——
[0024]SRSS可以避免倒相箱的“聲短路”及其導(dǎo)致的音質(zhì)劣化問(wèn)題一一效率更高，結(jié)像力
/解析度與聲音質(zhì)感更好。
[0025]SRSS采用多個(gè)無(wú)源輻射器/高順性折環(huán)(Cm/Rm丨)，相當(dāng)于增加聲順Ca與聲阻Ra 能夠減小“串聯(lián)共鳴”Q值，降低失真，提尚瞬態(tài)響應(yīng)相對(duì)于能量抵消方式(對(duì)稱(chēng)排列)，可以兼顧音質(zhì)與效率。
[0026]相對(duì)于封閉式音箱一一SRSS折環(huán)力順可以降低聲順腔體“空氣彈簧”的勁度，使揚(yáng)聲器振膜前后形成一種動(dòng)態(tài)性“氣壓平衡”，減少失真。
[0027]SRSS具有多個(gè)共鳴頻率，低頻響應(yīng)帶寬擴(kuò)展——共鳴聲此起彼伏，“交相輝映”，不絕于耳，可以給人一種驚喜感。
[0028]“虛擬低頻”(Virtual Bass)——SRSS利用心理聲學(xué)原理營(yíng)造低頻氛圍，如“差音”(Difference Tone)，可以使低頻下限fop向下延伸--音質(zhì)豐滿，有彈性且柔和。
[0029]“塤風(fēng)?陶韻”一一類(lèi)似于管樂(lè)器(塤/陶笛)，SRSS構(gòu)成“單聲順/多聲質(zhì)量并聯(lián)式亥姆霍茨共鳴器”，而且不同共鳴頻率可以同時(shí)發(fā)聲一一形成具有一定音程關(guān)系的和聲。
[0030]借鑒音樂(lè)和聲原理一一SRSS “協(xié)和音程”設(shè)計(jì)使聲音更和諧動(dòng)聽(tīng)。采用多個(gè)不同諧振頻率的無(wú)源輻射器一一可以使音色更豐富，具有層次感。
[0031]【附圖說(shuō)明】——
[0032]圖1為SRSS結(jié)構(gòu)示意圖
[0033]圖2為SRSS電-力-聲類(lèi)比圖
[0034]圖3為頻響曲線對(duì)比圖(fop)
[0035]圖4為五聲音階SRSS實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖(圖4A/圖4B剖面圖)
[0036]其中--
[0037]1-無(wú)源輻射器，2-聲順腔體，3-揚(yáng)聲器
【具體實(shí)施方式】
[0038]參照?qǐng)D1——揚(yáng)聲器(3)背面與一封閉結(jié)構(gòu)聲順腔體(2)耦合，具有至少兩個(gè)無(wú)源輻射器(I)。SRSS電-力-聲類(lèi)比圖參照?qǐng)D2，其頻響曲線對(duì)比圖參照?qǐng)D3。
[0039]與一般低頻揚(yáng)聲器系統(tǒng)不同一一SRSS并非單純的音箱，更像是一件“樂(lè)器”。因此共鳴頻率不僅僅限于200Hz以下一一其上限可以擴(kuò)展至1000Hz中低頻音域。
[0040]無(wú)源輻射器諧振頻率fop可以按照一定音階(Scale)設(shè)置一一如自然七聲音階或中國(guó)傳統(tǒng)的五聲音階(宮/商/角/徵/羽)，提升音響的藝術(shù)品味。
[0041]音樂(lè)是感性的，聲學(xué)是理性的一一音響則是藝術(shù)與科學(xué)的完美結(jié)合。
[0042]SRSS多個(gè)無(wú)源輻射器按照一定程序依次產(chǎn)生共鳴一一甚至能夠“演奏音樂(lè)”?？梢愿鶕?jù)其諧振頻率特性將一些耳熟能詳?shù)慕?jīng)典曲目(如流行歌曲/古典音樂(lè))重新編曲，制作專(zhuān)用測(cè)試軟件。
[0043]五聲音階SRSS實(shí)施例(塤風(fēng))一一揚(yáng)聲器位于底部向下輻射，通過(guò)桌面向側(cè)上方反射聲波(“彈性抗增壓”原理)，音箱采用腳墊支撐。塤造型音箱外殼為陶土燒制而成。5個(gè)無(wú)源輻射器諧振頻率fop構(gòu)成五聲音階一一散布于音箱表面，其形狀為圓形或橢圓形。參照?qǐng)D4。
[0044]SRSS無(wú)源輻射器諧振頻率相鄰fop的頻率比為2:1或3:2或4:3或5:3。
[0045]當(dāng)信號(hào)頻率中同時(shí)包含其中兩個(gè)fop時(shí)，兩個(gè)無(wú)源輻射器同時(shí)共鳴——可以構(gòu)成純八度“極完全協(xié)和音程”(2:1)或純五度“完全協(xié)和音程”(3:2)或純四度“完全協(xié)和音程”(4:3)或大六度“不完全協(xié)和音程”(5:3)一一 “協(xié)和音程”可以給人一種平靜/柔和/協(xié)調(diào)的感覺(jué)，使聲音更和諧動(dòng)聽(tīng)。
[0046]SRSS無(wú)源輻射器可以采用高順性折環(huán)一一類(lèi)似于氣墊式音箱(Accusiveuspens1n)的“懸浮式”設(shè)計(jì)。
[0047]增加無(wú)源輻射器折環(huán)力順Cm/增加折環(huán)數(shù)量(多個(gè)無(wú)源輻射器)，相當(dāng)于增加聲順Ca;同時(shí)可以增加力阻Rm，相當(dāng)于增加聲阻Ra—一可以減小“串聯(lián)共鳴”品質(zhì)因數(shù)Qop (Qop = l/oCaRa)，則fop諧振時(shí)失真降低，瞬態(tài)響應(yīng)提高。還可以降低fop (fop =1/2 JT V MaCa)，改善低頻響應(yīng)。
[0048]力阻Rm包括無(wú)源輻射器振動(dòng)系統(tǒng)(振板)與支撐系統(tǒng)(折環(huán))材料的摩擦阻尼。一般而言，阻尼與剛性成反比，振板采用高阻尼材料可能會(huì)導(dǎo)致分割振動(dòng)。增加折環(huán)力順Cm相當(dāng)于增加振板力阻Rm—一因此可以采用剛性大的振板材料，降低失真。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種揚(yáng)聲器系統(tǒng)，揚(yáng)聲器背面與一封閉結(jié)構(gòu)聲順腔體耦合，其特征在于所述聲順腔體具有至少兩個(gè)無(wú)源輻射器，其諧振頻率fop不相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，其特征在于無(wú)源輻射器諧振頻率fop按照一定音階設(shè)置，所述音階包括自然七聲音階與五聲音階。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，其特征在于所述無(wú)源輻射器諧振頻率相鄰fop的頻率比為2:1或3:2或4:3或5:3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一權(quán)利要求所述的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，其特征在于所述無(wú)源輻射器采用高順性折環(huán)。
【專(zhuān)利摘要】一種串聯(lián)共鳴式揚(yáng)聲器系統(tǒng)(SRSS)——揚(yáng)聲器背面與一封閉結(jié)構(gòu)聲順腔體耦合，具有至少兩個(gè)無(wú)源輻射器，其諧振頻率fop不相同——充分利用揚(yáng)聲器背面的輻射聲能，提升電聲轉(zhuǎn)換效率，拓展低頻響應(yīng)帶寬。SRSS可以避免倒相箱的“聲短路”及其導(dǎo)致的音質(zhì)劣化問(wèn)題；利用心理聲學(xué)原理營(yíng)造低頻氛圍(V-Bass)。類(lèi)似于管樂(lè)器(塤/陶笛)——SRSS可以構(gòu)成“單聲順/多聲質(zhì)量并聯(lián)式亥姆霍茨共鳴器”，音色豐富，具有層次感。無(wú)源輻射器“協(xié)和音程”設(shè)計(jì)——借鑒音樂(lè)和聲原理使聲音更和諧動(dòng)聽(tīng)。
【IPC分類(lèi)】H04R1-20
【公開(kāi)號(hào)】CN204362287
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520046301
【發(fā)明人】鄒士磊
【申請(qǐng)人】鄒士磊
【公開(kāi)日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年1月23日