[发明专利]带有被动低频方向性控制的扬声器

说明书

技术领域

本发明一般涉及扬声器，更具体地涉及倾向于在其包括低频的工作频率范围内具有方向性极化图的扬声器。

背景技术

术语“极化图(polar pattern)”是指由扬声器所产生的声能在整个空间中的分布，通常按照在扬声器周围的一个圆或球上的各个点的声压相对于直接在换能器前面的(零度)轴上的声压的幅值以分贝(dB)为单位来表示。在波长相对于换能器膜片较小的高频率处，扬声器自然是方向性的，且通常会产生被描述为“心”形的方向性极化图。(真正的心形极化图将表现为在扬声器前面的(零度)轴上具有最大声压级且在扬声器背后的(180度)轴上没有声压。真正心形模式的变型包括“过心形(hypercardioid)”和“超心形(supercardioid)”。)此外，在高频率处的极化图可以用波导(号角)来轻松地操纵。但在波长大于换能器膜片的低频率处，扬声器往往会产生全方向的极化图。将扬声器的方向性特性扩展到低频率范围对扬声器设计师来说是一种挑战。

在低频处在扬声器中产生方向性特性的一个已知方法是加入辅助换能器，所述辅助换能器已被优化以在空间的所需区域中抵消由扬声器的主换能器所产生的声能。这种抵消会导致方向性极化图。例如，已知的是使用两个低频换能器，其中一个正常运行，而另一个被优化以抵消在扬声器背后的区域中由第一个发射器(radiator)所产生的声能，从而在低频处产生心形或接近心形的极化图。这是通过用极性反转和时间延迟的信号来驱动第二个发射器而实现的，所述第二个发射器具有与第一个发射器不同的均衡，使得在空间中在所需的点处两个发射器的贡献是幅值相等和极性相反的。类似地，方向性极化图已经通过提供相应的辅助发射器组而由包括一个以上发射器的组所产生，所述辅助发射器组已被优化以选择性地抵消由主发射器的组所产生的声能，虽然这种“主动式(active)”方案已被证明是有效的，但它们需要两倍数量的发射器和放大器以及复杂的信号处理电路，因此，它们的制造相对昂贵。

在较宽的频率范围内实现方向性极化图的另一种方案描述于美国专利US3739096中。这里描述了一种扬声器系统，其中扬声器外壳配备有用声学阻尼材料覆盖的狭缝，所述声学阻尼材料的行为类似于声阻。在这个方案中，所述狭缝在换能器膜片背后的外壳内有效地产生了谐振管，允许在换能器膜片的背面产生的声压波传播到外壳之外，在这里它可以与围绕扬声器的外壳折射的前波中的声能相结合。为了以这样一种被动的方案产生抵消，从扬声器外壳形成的所述背波需要被延迟，因为在扬声器背后的抵消点处所述前波和背波的路径长度存在差异。众所周知的是，阻尼振荡会引入延迟。然而，阻尼也降低了振荡的幅值。因此，虽然在美国专利US 3 739 096中所述的覆盖外壳端口或狭缝的方案可以一定程度地延迟背波，但这种方案不能非常有效地在扬声器的极化图的前面和背面之间产生高程度的衰减，其最佳只能实现“亚心形”的响应，其中在180度处的抵消是不完整的。为了实现高水平的衰减以及因而实现高程度的方向性，如在真正的心形或超心形响应中所发生的，离开有端口的外壳的背波不仅必须在期望的抵消区域中被充分地延迟到极性反转，它还必须相对于将被抵消的前波的幅值具有基本上未被衰减的幅值。

发明内容

本发明提供了一种扬声器，它克服了之前方案的缺点，实现了在低频的对扬声器所产生的声能的方向性控制。本发明的扬声器消除了上述主动式方案的复杂性和附加的成本以在扬声器背后产生所需的抵消，并提供了一个独特而有效的方案来产生高程度的方向性极化图，其中对扬声器所产生的声能具有高的前至后的衰减。

简单地说，本发明提供了一种扬声器，它在低频被动地实现了扬声器的方向性极化响应，在扬声器的前面和背面之间具有高程度的衰减。预计在根据本发明的具有单个换能器的扬声器中可以实现在180度处-10dB量级的衰减。然而，本发明不限于具有单个换能器的扬声器。预计根据本发明的扬声器可以包括额外的低频换能器，且本发明可以装入具有高频换能器的扬声器系统中，例如，在装有高频驱动器的号角中。