扬声器制造技术

一种扬声器，包括：声学振膜，其具有前表面和后表面，所述声学振膜在使用中被驱动以便在远离所述扬声器的向前方向上从其前表面振动并辐射声波，并且在向后方向上从其后表面振动并辐射声波；以及驱动单元，其位于所述振膜的后方或前方/外侧，存在在远离所述振膜的向后方向上引导的至少一个开口管道，其中所述至少一个开口管道具有在向后方向上减小的截面面积，并且其中从所述振膜的后表面辐射的声波在接触大致位于所述驱动单元后面并紧邻所述管道的后部的声学超材料吸收器的前表面之前穿过所述开口管道。过所述开口管道。过所述开口管道。

【技术实现步骤摘要】
扬声器


[0001]本专利技术涉及扬声器。

技术介绍

[0002]动圈式扬声器驱动单元的结构和操作是公知的。振膜附接到被称为音圈的线圈，并且音圈被放置在通常由一个或多个永磁体（音圈和磁体一起被称为马达或驱动单元）提供的磁场中。当交流电通过音圈时，在音圈中感应出力，使其往复运动，并且使振膜振动，从而辐射声波。声波从振膜的两侧辐射；从振膜前部辐射的声音指向收听者，而必须仔细处理从振膜的后部辐射的声音，以免其不利地影响用户感知的声音质量。在许多情况下，扬声器设置有外壳，振膜的前部从该外壳突出，使得后部辐射的声音在外壳内被吸收。对于在从大约200Hz到20kHz的中频和高频音频区域中操作的扬声器驱动器，最佳可能的场景是后部辐射的声音完全不受阻碍地传播到外壳中并且被完全吸收而没有反射。该最佳情况将导致最佳可能的声音质量，其中驱动器自由操作而不受外壳的任何影响。
[0003]尝试并实现该理想情况的常见方法是直接在振膜后面提供通向马达系统或围绕马达系统的开口管道，以允许后部声音远离扬声器振膜传播（例如，如我们的US5548657中所示）。图1a示出了来自使用这种方法的同轴驱动器的现有技术的高频高音扬声器2a的截面图，在这种情况下，高频高音扬声器2a具有远离振膜10（在这种情况下，具有25.4mm直径）的后部引导穿过马达或驱动单元6a的大通气管或管道4a。管道4a的截面面积应当尽可能大以使后部声音不受阻碍地传播（从振膜10的前部辐射的声音朝向收听者的方向行进，如箭头A所示，其平行于高音扬声器2a、管道4a、驱动单元6a和振膜10的后
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前轴线XX）。为了吸收后部声音并使反射最小化，整个管道4a填充有吸声材料8，诸如填充物或高密度聚氨酯泡沫。这种简单的方法具有允许相对大体积的后外壳的优点，并且这有助于在低频下减小振膜10后面的压力，但是在衰减后反射方面相当差，并且图1a中的示例在2kHz下反射大约40%的后部声音。
[0004]US2293181A描述了一种扬声器，其试图使用填充有轻质多孔填充物材料的指数地渐缩的管道来实现上述理想情况。这种类型的中频和高频扬声器外壳现在广泛用于高质量扬声器。然而，为了在宽带宽上实现低反射，渐缩管道必须是长的。此外，管道中的空气体积小于图1a的较简单布置结构，并且这导致在低频下较高的后部压力，从而阻碍振膜的自由移动。图1b示出了从另一同轴驱动器（具有25.4mm直径的振膜10并且再次具有后
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前轴线XX）穿过这种已知的高频驱动器2b的截面，该同轴驱动器使用120mm长的指数地渐缩的管道4b，该指数地渐缩的管道4b引导穿过驱动单元6b到后外壳。在使用中，该管道4b再次填充有多孔吸收材料8，诸如聚酯纤维。这样的设计反射处于2kHz的后辐射声音的大约30%或
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10dB，并且因此在声学方面是对图1a中的设计的改进，但是显著大于（特别是在深度上，沿着XX轴线）图1a的设计。
[0005]一直需要提供这样的扬声器，其吸收而不是反射很大比例的后辐射声音，同时保持小的整体尺寸。

技术实现思路

[0006]本专利技术基于使用声学超材料作为吸收材料，并且基于将这样的材料结合在专门定制以减少在小的整体体积中后辐射声音的反射的设计中。超材料是被设计成具有在天然存在的材料中未发现的性质的材料，在本专利技术中，声学超材料是与常规阻尼材料相比具有优异的阻尼或振动声学特性的人造材料。这些改进的特性包括在比常规吸收器更大的程度上和/或在更大种类或范围的频率上阻尼或吸收声音或压力；这些改进的性能通常是由于超材料的结构而不是其材料组成。这样的结构超材料由多个元件的组件制成，所述多个元件由诸如金属和塑料的复合材料制成。材料通常以重复图案布置，并且处于小于它们影响的现象的波长的尺度；在本专利技术中，声波波长跨越通常的可听频率范围，在约20Hz和20kHz之间。声学超材料的元件的精确形状、几何形状、尺寸、取向和布置结构赋予它们智能特性，能够通过阻挡、吸收、增强或弯曲波来操纵声波。结构声学超材料是已知的，例如从US 2014/0027201和WO 2018/047153中已知。超材料吸收器在与诸如渐缩管的常规吸收器相当的尺寸下提供高得多的吸收。例如，WO 2018/047153中概述的装置具有约11cm的长度，并且（大约）仅反射处于2kHz的入射声音的2%。其他非结构超材料包括多个有源和/或机械部件，诸如多个MEMs（微机电系统）振膜，每个振膜具有调谐的质量、刚度和机械阻力，并且这样的非结构超材料提供比阻抗（specific impedance）的吸声。本专利技术不限于结构超材料，而是可以使用任何种类的超材料进行。
[0007]超材料吸收器通常由各种不同长度、形状、取向和/或截面面积的多个窄声学通道构成。超材料吸收表面由形成管道或如我们将在这里所指的通道的紧密间隔的壁形成。这些通道通常足够窄以用于空气的粘性效应以耗散声能。通常（如在WO2018047153A1中），这些通道被折叠以产生紧凑的整体结构。在大多数情况下，大部分声耗散来自这些窄通道中的空气粘度，因此重要的是通道极窄以获得最佳结果。这种布置结构的制造是复杂的。此外，形成穿过超材料的通道的结构壁占据体积，并且在一些布置结构中，这可能降低吸收器的有效性。改进现有设计的直接方法将是通过将超材料直接放置在振膜后面（例如，以便用相同的超材料物理布置结构替换图1a和图1b中所示的材料8）来将超材料结合到扬声器中。该方法的益处在于，外壳的声学行为可以几乎完全由超材料决定。然而，如从图1a和图1b可以理解的，直接在振膜10后面的空间由管道4a、4b的尺寸限制，管道4a、4b的尺寸由驱动单元6a、6b的设计确定。由于对最小超材料壁厚的实际限制，这使得超材料的设计和制造更具挑战性。特别地，由于超材料的结构壁占据体积并且因此占据管道4a、4b的截面面积的一部分，这严重地限制了超材料呈现给后辐射声音的有效开口面积，并且因此后声波的路径被显著地阻碍。如果为了增加粘性损失，使用极窄的超材料通道，则该问题特别严重，因为更多的通道需要更多的壁，这占据向后引导管道的更大比例的截面面积。在上述示例中，假设超材料布置成具有主要平行于开口管道的后前传播轴线布置的窄通道；管道内没有足够的空间使窄通道偏离该轴向方向非常大。
[0008]因此，本专利技术提供了一种扬声器，包括：具有前表面和后表面的声学振膜，所述声学振膜在使用中被驱动以便在远离所述扬声器的向前方向上从其前表面振动并辐射声波并且在向后方向上从其后表面振动并辐射声波；驱动单元；以及至少一个开口管道，所述至少一个开口管道在向后方向上远离所述振膜引导穿过所述驱动单元并且在其后端处具有开口，其中所述至少一个开口管道具有在所述向后方向上延伸的截面面积，其中所述截面
面积沿着所述向后方向的至少一部分渐缩或减小，并且其中从所述振膜的后表面辐射的声波在接触声学超材料吸收器的前表面之前穿过基本上所有的所述开口管道，所述声学超材料吸收器通常位于所述管道的外部并且紧邻所述管道的后部，并且紧邻减小的截面面积的后部。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种扬声器，包括：i. 声学振膜，所述声学振膜具有前表面和后表面，所述声学振膜在使用中被驱动以便在远离所述扬声器的向前方向上从其前表面振动并辐射声波，并且在向后方向上从其后表面振动并辐射声波，以及ii. 驱动单元，以及iii. 至少一个开口管道，所述至少一个开口管道在远离所述振膜的向后方向上引导穿过所述驱动单元并且在其后端处具有开口，在所述扬声器中，所述至少一个开口管道具有在所述向后方向上延伸的截面面积，在所述向后方向上，所述截面面积沿着所述向后方向的至少一部分减小，并且其中从所述振膜的后表面辐射的声波在接触声学超材料吸收器的前表面之前穿过基本上所有的所述开口管道，所述声学超材料吸收器通常位于所述管道的外部并到达所述管道的后部，并且紧邻减小的截面面积的后部。2.根据权利要求1所述的扬声器，其中，所述声学超材料吸收器的前表面位于所述开口管道或每个开口管道的后端处的开口处。3.根据权利要求1或权利要求2所述的扬声器，其中，在所述开口管道或每个开口管道的后端处的开口后面的超材料具有垂直于前后方向的尺寸，所述尺寸大于在所述开口管道或每个开口管道的后端处的开口的尺寸。4.根据权利要求1、权利要求2或权利要求3所述的扬声器，其中，所述超材料在所述前后方向上的长度小于其垂直于所述前后方向的尺寸。5.根据任何前述权利要求所述的扬声器，其中，所述超材料包括适于耗散声能的多个窄通道，并且其中每个通道的垂直远离所述开口管道或每个开口管道的后端处的开口的至少一部分垂直于所述前后方向对准。6.根据任何前述权利要求所述的扬声器，其中，所述开口管道或每个开口管道的截面...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：GP声学国际有限公司，
类型：发明
国别省市：