具有长端口的带通换能器系统技术方案

一种用来驱动换能器单元（２０）的设备，该换能器单元（２０）包括至少一个容纳在外壳（２２）中的换能器（２１）。该设备包括映射装置，用来将具有第一音频频率范围的输入信号分量映射到第二音频频率范围。第二音频频率范围比第一音频频率范围窄，并且第二频率范围包括换能器单元（２０）的Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ频率。一种用来和所述设备一起使用的换能器单元（２０）被优化，以工作在Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ频率（ｆ↓［Ｈ］）或者接近Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ频率（ｆ↓［Ｈ］）的窄的频率范围内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有长端口的带通换能器系统本专利技术涉及高效音频换能器(transducer)。本专利技术尤其涉及用来在某个频率驱动换能器的方法和设备，并且涉及设计成在某个频率被驱动的换能器。众所周知，诸如扬声器之类的音频换能器具有有限的频率范围，在该有限的频率范围内它们能够在某个最小的声级上如实地呈现声音。高保真音频系统通常具有相对小的换能器(高音喇叭)来再现高频范围，以及相对大的换能器(低音喇叭)来再现低频范围。需要用来在适当的声级上再现最低音频(接近20-100Hz)的换能器占用了大量的空间。然而，消费者通常更喜欢必定具有小型换能器的紧凑型音响。已经建议使用诸如“虚拟音调(virtualpitch)”之类的心理声学现象来解决这个问题。通过创建低频信号成分的和声，有可能让人觉得该信号分量存在，而不用真正再现这些分量。然而这种解决方案不是实际产生的低频(低音部)信号分量的替代。国际专利申请WO2005/027569(Philips)公开了一种用于为诸如扬声器之类的换能器产生驱动信号的设备。该驱动信号的频率基本上等于换能器的谐振频率。通过在谐振频率驱动换能器，可以实现在低频上的非常高效的声音再现。然而，已经发现，为了在某些谐振频率上实现高声级，换能器的位移(displacement)变得非常大，有时甚至大得不可接受。本专利技术的目的是提供一种用来驱动换能器的设备和方法，其设置成使用相对小的换能器和相对小的换能器位移来提供高声级。因此，本专利技术提供了一种用来驱动换能器单元的设备，换能器单元包括至少一个换能器和一个外壳，在该外壳中容纳了所述的至少一个换能器，该设备包括用来将输入信号分量从第一音频频率范围映射到第二音频频率范围的映射装置，其中，第二音频频率范围比第一音频频率范围窄，并且其中第二音频频率范围包括换能器单元的Helmholtz频率。通过将第一频率范围映射到较窄的第二频率范围，第一频率范围的频率分量能够在换能器效率最高的频率上再现。通过在其Helmholtz频率上驱动换能器单元，则换能器的位移(在扬声器的情况下是圆锥体位移)最小而声级高。应当指出，在这里提及的Helmholtz频率是容纳在外壳中时换能器的“抗共鸣”频率，外壳的大小以及特征，连同换能器的特性一起决定了Helmholtz频率。应当指出，美国专利申请US2004/0028246公开了一种扬声器设备，其包括耦接到声室的声管，在声室中安装了扬声器。该管和室构成了Helmholtz共鸣器。然而，该公知的设备被设计成提供从Helmholtz谐振频率到声管的谐振频率的连续频带，而本专利技术提供的换能器单元被设计成在包括Helmholtz频率的相对窄的频带上被驱动。所述窄的频率范围优选地在5％的Helmholtz频率之内扩展，更优选地在2％的Helmholtz频率之内扩展。即，第二频率范围从95％Helmholtz频率扩展到105％Helmholtz频率，但是优选只是从98％Helmholtz频率扩展到102％Helmholtz频率。在本专利技术的驱动设备的一个优选实施方式中，映射装置包括：检测单元，用来检测第一音频频率范围内的第一信号分量，发生器单元，用来生成在第二音频频率范围内的第二信号分量，幅度控制装置，用来根据第一信号分量的幅度控制第二信号分量的幅度。这样的驱动设备允许有效地将第一频率范围映射到第二频率范围。本专利技术还提供了一种换能器单元，用来与以上定义的设备一起使用，该换能器单元包括至少一个换能器和其中安装所述至少一个换能器的外壳，外壳包括末端开口的管。应当指出，本专利技术使用的管至少有一个在一端的开口，而开口的特定形状和管的特定形状不是必须的。虽然管优选具有恒定的直径，但是也可以使用锥形管。在本专利技术的一个优选实施方式中，换能器单元的体积和其它特性之间的关系是良好定义的。尤其是，外壳优选在换能器和管之间定义一个容积V1，该容积至少近似满足等式：其中c是声音在空气中的速度，S是管的内部横截面，fw是第二音频频率范围的中心频率(即换能器单元的工作频率，所述工作频率约等于它的Helmholtz频率)，η是由η≈0.85·2π·fw·r/c给出，r是管的内半径，T由T＝tan(2π·L·fw/c)给出，并且L是管的长度。这样可以实现非常高效率的换能器。在另一种优选实施方式中，在力因子(forcefactor)Bl和其它特性之间存在良好定义的关系。更具体地，换能器优选具有力因子Bl，它至少近似满足等式：其中RE是换能器的电阻，RM是换能器的机械阻力。S是换能器的有效辐射面，ρ是空气密度，c是声音在空气中的速度，T由T＝tan(2π·L·fH/c)给出，L是管的长度，η由η≈0.85·2π·fH/c给出，m是换能器的运动质量(movingmass)，fH是换能器单元的Helmholtz频率，f0是没有外壳伸出到换能器和开放的空气之间时，换能器的谐振频率。如果换能器单元满足该要求，则效率得到进一步加强。在一个替换实施方式中，外壳定义了附加容积V2，该附加容积基本上是封闭的，容积V1和V2优选位于换能器的相对面。应当指出，可以存在小的泄漏来均衡容积V2上的压力，容积V1和V2可以由另一个管声学地耦合而不是位于换能器的相对面。有利的是，外壳的任何边沿或者相关的管的任何边沿基本上被圆整。这防止了任何效率损失。此外，优选基本上没有阻尼材料出现。此外，管的开口端可以有利地具有凸缘。本专利技术还提供了一种换能器单元，该换能器单元还包括如上所定义的驱动设备。本专利技术还提供了一种音频系统，其包括音频放大器、至少一个换能器和至少一个如上所定义的设备，该音频系统优选还包括声源。本专利技术还提供了一种驱动换能器单元的方法，该换能器单元包括至少一个容纳在外壳中的换能器，该外壳具有末端开口的管，该方法包括将输入信号映射到窄频率范围上的步骤，该窄频率范围包含了换能器单元的Helmholtz频率。优选地，该窄频率范围在Helmholtz频率的5％范围内扩展，优选是在2％范围之内扩展。本专利技术还提供了一种计算机程序产品，用来实施以上定义的方法。计算机程序产品可以包括保存在数据载体上的计算机可执行指令集，所述数据载体比如是CD或者DVD。所述计算机可执行指令集允许可编程计算机来实施如上所定义的方法，也可以比如通过互联网从远端服务器上下载而得到。下面将参照附图中说明的示范实施方式来进一步地解释本专利技术，其中：图1示意性地示出了根据本专利技术的换能器单元的第一实施方式。图2示意性地示出了根据本专利技术的换能器单元的第二实施方式。图3示意性地示出了作为频率的函数的换能器的电阻抗。图4示意性地示出了作为输入信号的频率函数的换能器单元的声压级。图5示意性地示出了作为频率的函数的图4换能器单元的电输入阻抗。图6示意性地示出了作为频率的函数的图4的换能器单元的锥位移。图7示意性地示出了优选在本专利技术的换能器单元中使用的管的末端。图8示意性地示出了根据本专利技术的第一和第二频率范围。图9示意性地示出了根据本专利技术用于驱动换能器的设备。图10示意性地示出了根据本专利技术的音频系统。只是以非限制性的例子在图1中图示的换能器单元20包括外壳22，在该外壳中安装了诸如扬声器之类的换能器21。在图1的实施方式中，外壳22包括两个腔室(chamber)以及管23，所述腔室分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用来驱动换能器单元（２０）的设备（１），该换能器单元（２０）包括至少一个换能器（２１）和外壳（２２），在外壳（２２）中容纳所述的至少一个换能器，该设备包括映射装置（１０），用来将输入信号分量从第一音频频率范围（Ⅰ）映射到第二音频频率范围（Ⅱ），　其中第二音频频率范围（Ⅱ）比第一音频频率范围（Ⅰ）窄，并且其中第二频率范围（Ⅱ）包括换能器单元（２０）的Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ频率（ｆ↓［Ｈ］）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2005-9-20 05108634.61.一种用来驱动换能器单元(20)的设备(1)，该换能器单元(20)包括至少一个换能器(21)和外壳(22)，在外壳(22)中容纳所述的至少一个换能器，该设备包括映射装置(10)，用来将输入信号分量从第一音频频率范围(I)映射到第二音频频率范围(II)，其中第二音频频率范围(II)比第一音频频率范围(I)窄，并且其中第二音频频率范围(II)包括换能器单元(20)的Helmholtz频率(fH)，其中外壳(22)限定了换能器(21)和管(23)之间的容积V1，所述容积满足等式：其中c是声音在空气中的速度，S是管的内部横截面，fw是第二音频频率范围(II)的中心频率，η由η≈0.85·2π·fw·r/c给出，r是管的内半径，T由T＝tan(2π·L·fw/c)给出，并且L是管(23)的长度。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述窄的频率范围(II)在Helmholtz频率(fH)的5％以内扩展。3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述窄的频率范围(II)在Helmholtz频率(fH)的2％以内扩展。4.根据权利要求1所述的设备，其中映射装置(10)包括：检测单元(12)，用来检测第一音频频率范围(I)内的第一信号分量，发生器单元(15)，用来产生在第二音频频率范围(II)内的第二信号分量，幅度控制装置(14)，用来根据第一信号分量的幅度控制第二信号分量的幅度。5.根据权利要求1所述的设备，还包括第二换能器单元(29)和处理单元(19)，该处理单元(19)包括延迟元件，用来延迟馈送到第二换能器单元(29)的信号，使得所述换能器单元(20)的声压约等于第二换能器单元(29)的声压。6.一种音频系统，包括根据权利要求1所述的设备(1)以及换能器单元(20)，该换能器单元(20)包括至少一个换能器(21)和外壳(22)，在外壳(22)中安装了所述的至少一个换能器，该外壳包括一个末端开口的管(23)，其中外壳(22)限定了换能器(21)和管(23)之间的容积V1，所述容积满足等式：其中c是声音在空气中的速度，S是管的内部横截面，fw是第二音频频率范围(II)的中心频率，η由η≈0.85·2π·fw·r/c给出，r是管的内半径，T由T＝tan(2π·L·fw/c)给出，并且L是管(23)的长度。7.根据权利要求6所述的音频系统，其中换能器(21)具有力因子...

【专利技术属性】
技术研发人员：RM阿茨，O奥韦尔特杰斯，JAM纽文迪克，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]