[发明专利]发声装置、扬声器及扬声器系统

说明书

本发明提供一种发声装置、扬声器及扬声器系统，其包括：空气脉冲产生元件以及控制单元。空气脉冲产生元件包括音腔与致动器。控制单元用以产生施加于空气脉冲产生元件的致动器的驱动电压，使得空气脉冲产生元件根据驱动电压而产生多个空气脉冲。多个空气脉冲具有一脉冲率，且多个空气脉冲的脉冲率高于最大可听频率。本发明实施例提供的发声装置尺寸小，且能够产生高保真度的声音。

技术领域

本发明涉及一种发声装置、扬声器及扬声器系统，特别是涉及一种能够以小尺寸产生保真度高的声音的发声装置。

背景技术

扬声器驱动(speaker driver)在扬声器产业中对于高保真声音再现是最难挑战。在声波传播的物理学教导上，在人类可听频率范围内，通过加速传统扬声器驱动的振膜所产生的声压可表示为P∝S·A(公式-1)，其中S为振膜表面积，A为振膜的加速度。也就是说，声压P正比于振膜表面积S与振膜的加速度A的乘积。此外，振膜位移D可表示为D∝1/2·A·T²∝1/f²(公式-2)，其中T与f分别为声波的周期与频率。传统扬声器驱动所引起的空气运动量V_A,CV可表示为V_A,CV∝S·D。对于特定的扬声器驱动，其中振膜表面积为常数，空气运动量V_A,CV正比于1/f²，即V_A,CV∝1/f²(公式-3)。

举例而言，在传统的电动力学扬声器驱动中，其线圈和磁铁用于产生振膜驱动力，18千赫兹(KHz)的声音是由其振膜于一定的表面积以18KHz振动所产生，而30Hz的声音也是由振膜以30Hz振动所产生。在结果上，在此两频率(即，30Hz与18KHz)之间，由振膜所移动的净空气体积的比率是360,000。换句话说，为了在30Hz与18KHz产生相同的声压位准(soundpressure level,SPL)，扬声器驱动在30Hz所需移动的空气量为在18KHz的360,000倍。

为了覆盖人类可听频率的全部范围，即由20Hz至20KHz，高频扬声器(tweeter)、中范围驱动(mid-range driver)和低频扬声器(woofer)必须包含在传统扬声器中。此些所有附加元件将占据传统扬声器的大空间，并且还增加其生产成本。因此，传统扬声器的设计挑战之一是不可能使用单个驱动来覆盖人类可听频率的全部范围。

通过传统扬声器所产生的高保真度声音的另一个设计挑战是其外壳。扬声器外壳通常用于容纳所产生声音的向后辐射波，以避免在某些频率中消除向前辐射波，其中此声音频率的对应波长明显大于扬声器尺寸。扬声器外壳也可用于帮助改善或重塑低频响应，举例来说，在低音反射(通口盒(ported box))型的外壳中，所产生的通口共振用于反转向后辐射波的相位，并实现与向前辐射波于通口-腔室的共振频率附近的同相位相加效应。另一方面，在声中止(acoustic suspension)(封闭盒(closed box))型的外壳中，外壳用作弹簧功能，其与振动振膜形成共振电路。通过适当选择扬声器驱动与外壳的参数，可利用组合外壳-驱动的共振峰值来增强共振频率附近的声音输出，因此改善所得扬声器的性能。

决定传统扬声器(具有其中一种形式的外壳)的低频保真度的关键因素之一是扬声器外壳的空间，或等效地，为V_A/V_EN的比率，其中V_A表示根据公式-2所计算的通常空气运动量，V_EN表示外壳的空间。当扬声器外壳的内部空间不够大，此比率会上升，外壳内部的压力变动也上升，其导致振膜在其运动范围的最小峰值或最大峰值的附近会出现非线性或畸变运动。为了避免振膜的非线性运动，传统扬声器外壳要求含有足够大的空间。对于最高保真度的扬声器，外壳内部空间因此通常远大于扬声器驱动的实体空间。

近年来，微型扬声器有望被包含在例如智慧型手机、平板、笔记型电脑或甚至耳机等装置中。在任何的小型装置中，由于其主机装置的尺寸限制，扬声器外壳的空间通常非常小。如此小的外壳将导致“外壳压缩所引起的失真”，当声音频率变低时，其导致失真急剧上升，并导致低频声音品质/保真度急剧下降。