專利名稱：平板型揚(yáng)聲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于平板型(pane-form)揚(yáng)聲器的共振多模輻射元件。具體地說，所考慮的是這樣的共振多模輻射元件，它能夠通過減少揚(yáng)聲器的工作帶寬內(nèi)空氣共振的發(fā)生來改進(jìn)這類揚(yáng)聲器的聲質(zhì)量。
美國專利3247925披露了平板型低頻揚(yáng)聲器，其工作原理是在重量輕的剛性平板內(nèi)激發(fā)彎曲波，該平板在沒有彎曲波的情況下基本上保持靜止。這樣的輻射平板可以由蜂窩結(jié)構(gòu)或類似格狀形狀的蜂窩芯墻(core)構(gòu)成。
聲失真可能出現(xiàn)在平板型揚(yáng)聲器中，在這種揚(yáng)聲器中空氣共振發(fā)生在平板的芯墻中。專利申請PCT/GB91/01262公開了這種類型的聲學(xué)共振是如何通過確保平板芯墻內(nèi)出現(xiàn)的第一空氣共振所出現(xiàn)的頻率高于揚(yáng)聲器的工作頻率上限而得到減少的。該頻率f芯墻是空氣聲速c和平板厚度d的函數(shù)，其關(guān)系式如下f芯墻＝c/(2*d)該關(guān)系式根據(jù)揚(yáng)聲器的期望工作頻率帶寬來確定平板芯墻的厚度，揚(yáng)聲器的期望工作頻率上限fmax與平板厚度成反比。
可以看出當(dāng)局部共振出現(xiàn)在緊靠各個(gè)芯墻單格(cell)上方的外板(skin)中的時(shí)候在平板型揚(yáng)聲器中在平板內(nèi)出現(xiàn)具有一定頻率的第二類聲學(xué)失真。該局部外板共振的結(jié)果是減少平板揚(yáng)聲器的有效抗彎勁度，并因而降低平板的輻射效率。
本發(fā)明提供用于具有工作頻率上限fmax的平板型揚(yáng)聲器的共振多模輻射器元件，該元件具有外板和以蜂窩為基的芯墻，外板的厚度h，楊氏模量E，泊松比ν和材料密度ρ，芯墻具有單格尺寸lcell，其特征在于單格尺寸lcell小于πh4fmax(E3ρ(1-ν2))12]]>
可以看出各外板的第一共振頻率fskin可以通過使外板彎曲波長與芯墻單格尺寸的兩倍匹配而被預(yù)測。這樣對于抗彎勁度Bskin、每單位面積的質(zhì)量mskin和單格尺寸lcell，外板的第一共振頻率fskin可以作如下定義fskin=π2lcell2Bskinmskin]]>對于厚度h、楊氏模量E、泊松比ν和材料密度ρ的各向同性的外板，這演變?yōu)?
這樣，通過選擇芯墻單格尺寸以確保fskin大于揚(yáng)聲器的工作頻率上限fmax，共振效應(yīng)明顯得到降低。重新排列方程(1)并使之與平板型揚(yáng)聲器的工作頻率上限相關(guān)聯(lián)，根據(jù)下列方程可預(yù)測出適當(dāng)?shù)膯胃癯叽鏻cell
因此單格尺寸的減少可以使外板的第一空氣共振頻率位于揚(yáng)聲器的工作帶寬之外，從而改進(jìn)聲音的質(zhì)量。由于該頻率是反比于單格尺寸的平方，因此對單格尺寸作小的變動(dòng)就可以獲得明顯的改進(jìn)。
本發(fā)明的又一方面提供包含前文所述的多模輻射器元件的平板揚(yáng)聲器。揚(yáng)聲器還包括一個(gè)安裝裝置，該裝置以自由無阻尼的方式支撐著輻射器元件或?qū)⒅潭ǖ街误w上；以及一個(gè)耦合到平板上的機(jī)電驅(qū)動(dòng)裝置，該裝置的作用是響應(yīng)在揚(yáng)聲器的工作頻段內(nèi)的輸入電信號而在輻射器元件中激發(fā)多模共振。
優(yōu)選的是，揚(yáng)聲器的特征還在于沒有一個(gè)外形尺寸小于在揚(yáng)聲器的工作頻率最低限處的彎曲波長的一半。
盡管在說明根據(jù)本發(fā)明的輻射器和揚(yáng)聲器的時(shí)候采用術(shù)語“揚(yáng)聲器”作為合宜的術(shù)語，應(yīng)當(dāng)明白的是這不應(yīng)被理解為要對其作任何限制的暗示，比如只限制其為高保真揚(yáng)聲器。相反，本發(fā)明可以適用于范圍包括從較小尺寸的揚(yáng)聲器到使用于比如大范圍公共廣播系統(tǒng)中的非常大的揚(yáng)聲器在內(nèi)的各種尺寸的揚(yáng)聲器。
下面借助于例子參考由0.5m×0.5m平方的鋁制外板、鋁制蜂窩為芯墻的復(fù)合材料，示意說明本發(fā)明的具體平板芯墻。芯墻深度是0.02米，每個(gè)外板的厚度是0.003米。對于鋁，E＝7×1010，ρ＝2700，并且ν＝0.3(單位mks，即米-千克-秒)，這樣
近似等于3081.7m/s。假設(shè)期望的頻率上限是28kHz，并且應(yīng)用上面的方程(2)，那么lcell的最大可期望大小變得近似為0.016米。
權(quán)利要求
1.用于具有工作頻率上限fmax的平板型揚(yáng)聲器的共振多模輻射器元件，該元件具有外板和以蜂窩(即，格狀結(jié)構(gòu))為基的芯墻，外板的厚度h，楊氏模量E，泊松比ν和材料密度ρ，芯墻具有單格尺寸lcell，其特征在于單格尺寸lcell小于πh4fmax(E3ρ(1-ν2))12]]>
2.包含多模輻射器元件的平板型揚(yáng)聲器，該揚(yáng)聲器還包括一個(gè)安裝裝置，該裝置以自由無阻尼的方式支撐輻射器元件或?qū)⒅潭ǖ街误w上；以及一個(gè)耦合到所述元件上的機(jī)電驅(qū)動(dòng)裝置，該驅(qū)動(dòng)裝置的作用是響應(yīng)位于揚(yáng)聲器的工作頻段內(nèi)的輸入電信號而在輻射器平板中激發(fā)多模共振，其特征在于該多模輻射器元件是如權(quán)利要求1所述的多模輻射器元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的平板型揚(yáng)聲器，其特征還在于沒有一個(gè)外形尺寸小于在揚(yáng)聲器的工作頻率低限處的彎曲波長的一半。
全文摘要
為了克服平板芯墻單格中局部共振所引起的聲學(xué)失真,提供了用于具有工作頻率上限f
文檔編號H04R7/00GK1245628SQ9718174
公開日2000年2月23日 申請日期1997年12月8日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月11日
發(fā)明者K·H·赫倫 申請人:英國國防部