CN1151699C - 扬声器 - Google Patents

Abstract

提供一种小型并能产生低音频段和获得低声级的扬声器。扬声器10包括圆柱形主体12，其两端构成开口部分，由环形的第一阻尼器14压紧的发声体16紧密设置到每个开口部分，使主体12的内部保持气密。主体12侧面的中部形成一个圆形的第一开口18。带底部的圆柱形盖体20通过环形的第二阻尼器24紧密设置到两个发声体16的外侧，使盖体20内部保持气密。盖体20底部的中部周围形成圆形的第二开口22。

Description

扬声器

技术领域

本发明涉及扬声器，尤其涉及适用于3D中心声道低音扬声器系统的一种扬声器，该低音扬声器系统应用于某些立体声重放系统。

本发明还涉及采用陶瓷制成的压电体的扬声器，该扬声器适用于3D中心声道低音扬声器，它是立体声重放系统中的一个扬声器。

背景技术

立体声发生系统中所谓的3D系统是一个仅仅产生低音频段的系统，该声频约为100赫兹至150赫兹或更低，其方向几乎是低音系统(包括对应于左声道信号的发声体和对应于右声道信号的发声体)的一个扬声器所不能感受的。

图5表示用于低音系统的一种现有技术的扬声器，该低音系统用于产生这样一种信号，其中组合了为100至150赫兹或更低的左、右声道信号。

扬声器60包括主体100，置于主体100内的隔板200，安装在隔板200上的两个发声体300和400，以及置于主体100前面板下部的出音孔500。发声体300和400设置得朝向主体100的底部。

尽管未图示，当例如左声道信号输入至发声体300，右声道信号输入至发声体400时，输出左右声道为100至150赫兹或更低的低音频段的声音。

此时，直接从发声体300和400发出的声音不发射到主体100的外面。只有出音口500与主体100产生的共振频率才发射到主体100的外面。

然而，由于在上述现有技术的扬声器中采用了允许获得大幅值音量的例如锥形板之类的发声体，以在低音频段获得大的输出，故扬声器必须很大。可以用一种板状压电元件来制成发声体以解决这一问题。然而，当把这种压电元件用作与上述现有技术的扬声器相应的发声体时，由于同锥形板制成的发声体相比其位移幅度较小，故该扬声器不能获得足够的低音频段，从而不能获得与现有技术的扬声器的结构(尺寸)相应的足够的幅度。为了解决这一问题，就必须扩大压电元件的尺寸，以增加压电元件的幅度，由此而不可避免地增加了扬声器的尺寸。

再者，由于低音频段取决于出音口与主体之间的共振频率，且在现有技术的扬声器中仅有一个共振频率，故不可能为与共振频率分离的低音频段获得足够低的声级，在较宽的声频范围内所产生的声级很小。

再者，在由压电体制成的扬声器中，由于通常将陶瓷制成的压电体用作发声体，发声体产生的声波的振幅不够大。因此，迄今为止，还不能将由这种压电体制成的扬声器用作产生低音频段的低音系统的扬声器。

而本发明的发明人已经申请了第9327091号日本专利申请，它是用于低音系统的一种扬声器，由压电体组成并能产生低频声。

现在参照图6说明该扬声器。该扬声器1包括其两端具有开口部分的圆柱形主体2。环形阻尼器6分别设置在主体2两端的开口部分，发声体3安装到阻尼器6上。发声体3是紧密设置的，使主体2内部保持气密。主体2侧面的中部形成第一圆形开口2a。

此外，两个发声体3的外侧上设置带底部的圆柱形盖体4，以覆盖主体2两端的开口部分，并紧密设置使盖体4的内部保持气密。在盖体4底部当中周围形成第二圆形开口4a。主体2和盖体4的内部设置吸音体5，吸收和衰减高音频段的声波分量。

这里，在双压电晶片结构中，发声体3包括金属组成的盘形振动板3a，盘形压电元件3b作为振动源紧密设置在振动板3a同心圆上其两个主表面的中部。

尽管未作图示，通过在盘形压电体的两个主表面上形成电极膜来构成压电元件3b。

第一开口2a和第二开口4a的尺寸小于发声体3的振动板3a的尺寸。

然后，通过一根引线(未图示)将两个发声体3中的一个连接到置于主体2外侧的一个输入端(未图示)，并通过另一根引线(未图示)，将另一个发声体3连接到置于主体2外侧的另一个输入端(未图示)。此时，当电信号从放大器(未图示)输入到一个输入端时，两个发声体3中的一个振动，当电信号从放大器(未图示)输入到另一输入端时，另一个发声体3振动。

然后，驱动发声体3，同时通过两个发声体3使主体2内部的压力增大/减小。即，当立体声信号中的一个声道信号例如右声道信号输入到一个输入端时，立体声信号中的另一声道信号，即左声道信号则输入至另一输入端。

通过如上所述输入信号，在主体2内由两个发声体3产生声波，并从主体2的第一开口2a发出。同时，声波也在盖体4内由两个发声体3产生，并从盖体4的第二开口4a发出。

此时，由于主体2的第一开口2a的尺寸小于发声体3的振动板3a的尺寸，且由于从主体2的第一开口2a发出的声波振幅大于主体2内由两个发声体3产生的声波振幅，故低音频段得到加强并发出。

再者，由于两个发声体3产生的中/高音频段的相位相互相反在主体2内部已被抵消，故只有低音频段信号得到加强并从第一开口2a发出。

因此，通过采用压电体而不是大的振动板、大的壳体或大的反射板，扬声器1即可产生低音频段的声波。

此外，由于吸音体5吸收和衰减主体2和盖体4内由两个发声体3产生的声波中的高音频段分量，结果，所产生的声波中的低音频段得到进一步加强。

然而，在采用压电体制成发声体的现有技术的扬声器中，由于发声体是由板状压电体组成的，发声体的振动区域根据输入到其的信号频率，按其模式划分为活塞振动区域和分割振动区域。

这样，在利用共振现象的扬声器中，尽管共振现象发生在活塞振动所产生的声波上，但在由分割振动所产生的声波上由于其固有地易遭受大失真而无共振现象。

当未产生共振现象时，低音频段未能得到加强。结果，中/高音频段得到加强，扬声器不能用作低音系统的扬声器。

相反，采用由压电体制成发声体的现有技术的扬声器，利用由主体容积和第一开口形状所限定的共振现象，以及由盖体容积和第二开口形状所限定的共振现象作为低音系统的扬声器。

当现有技术的扬声器的主体内存在的两个发声体所产生的分割振动引起声波时，由于从两个发声体分别产生的中/高音频段声波的相位相互相反，故主体内中/高音频段的声波被抵消，没有由分割振动产生的中/高音频段的声波从第一开口发出。

然而，与主体内部不同，在盖体内侧存在仅由两个发声体中的一个发声体所产生的分割振动而形成的声波，故由该分割振动产生的中/高音频段中的声波未被抵消。

因此，当分割振动产生的中/高音频段内的声波来自于盖体的第二开口时，它还是被发出了。吸音体不能完全吸收高音频段，结果，高音频段和低音频段的声波都将从第二开口发出。此外，由于分割振动产生的声波未形成共振现象，故低音系统的扬声器的声音发出时具有许多混浊度和少量的低声级。

发明内容

因此，本发明的主要目的在于解决上述问题，提供一种扬声器，其体积小并允许产生低音频段，而且在较宽的低音频段内能获得足够低的声级。

再者，本发明的另一目的在于提供一种扬声器，其体积小并允许产生低音频段，通过仅产生低音频段而获得清晰的低声级。

为了实现上述目的，本发明的扬声器包括其两端具有开口部分的圆柱形主体；置于主体两端开口部分并通过电信号振动的两个发声体；设置成覆盖两个发声体的带底部的两个圆柱形盖体；以及设置在主体侧部的第一开口和设置在盖体底部的第二开口，其中，沿着使主体内压和盖体内压增强/减弱的方向驱动两个发声体。该扬声器的特点在于主体内部的共振频率不同于两个盖体内侧的共振频率。

较佳地，发声体采用由陶瓷制成的压电体。

较佳地，输入立体声信号中一条声道信号的一个输入端连接到两个发声体中的一个发声体，输入立体声信号中另一条声道信号的另一输入端连接到另一个发声体。

较佳地，在盖体内侧的发声体与第二开口之间设置一隔膜。

为此，因低音频段存在多个共振频率，使低音频段的范围得到了展宽，由扬声器所产生的低声级在较宽的低音频段得到了改善。

当电信号输入到两个发声体致使主体的内压由两个发声体引起增强/减弱时，声波在主体内由两个发声体所产生，并从主体的第一开口向外发出。同时，由于第一开口的直径小于发声体，从第一开口发出的声波的振幅变成大于从发声体产生的声波的振幅。

因此，本发明不仅因为其采用了比现有技术的低音扬声器所用的锥形板构成的发声体更薄、更小的板状压电体而实现了超小型化的扬声器，而且，可以实现能完整产生低声级的低音扬声器。

此外，有可能获得一种扬声器，它允许完全用简单的结构和低成本获得低声级，这样的扬声器适用于3D中心通道低音系统，因为通过将两个发声体安装到一个主体上，取出左、右声道信号的总输出以及仅仅利用来自主体和盖体上开口的声压，即可构成声学低通滤波器。

再者，由一个发声体产生的分割振动而引起的声波，在经过隔膜的阻尼之后从置于盖体上的第二开口向外发出，隔膜在盖体内侧用作一个壁，而分割振动引起的声波撞击隔膜被均匀引起位移时，被转换成无失真的声波。由此，本发明的扬声器作为低音扬声器，可以抑制令人不快的刺耳声并产生一种清晰的声音。

从以下的说明和附图(其中相同的部件用相同的参照号表示)中，本发明的特有性质以及其它的目的、用途和优点将更为清楚。

附图说明

图1是表示根据本发明第一个实施例的扬声器结构的透视图；

图2是表示根据本发明第一个实施例的扬声器结构的截面图；

图3是表示根据本发明第二个实施例的扬声器结构的透视图；

图4是表示根据本发明第二个实施例的扬声器结构的截面图；

图5是表示现有技术的扬声器结构的示意图；

图6是表示另一例现有技术的扬声器结构的剖面图。

具体实施方式

以下将参照附图详细说明本发明的实施例。

图1和图2表示根据本发明第一个实施例的扬声器。

扬声器10包括一个圆柱形主体12。主体12的两端形成开口部分，环形的第一阻尼器14设置在各个开口部分。发声体16置于第一阻尼器14，另一个第一阻尼器14设置在发声体16的外侧上。即，发声体16紧密设置，使主体12的内部保持气密，同时由两个第一阻尼器14压紧。

然后，在主体12一侧的中部形成一个圆形的第一开口18。再者，环形的第二阻尼器24设置在位于两个发声体16外侧上的第一阻尼器14上。带底部的圆柱形盖体20置于第二阻尼器24上。盖体20紧密设置，使之覆盖主体12的开口部分，使盖体20的内部保持气密。圆形的第二开口22在盖体20底部的中心周围形成。

这里，主体12和盖体20由合成树脂材料诸如切割成圆柱形的塑料或木材制成。

发声体16还包括例如由金属制成的盘形振动板16a，盘形压电元件16b紧密设置在振动板16a的两个主表面的中部，与振动板16a形成同心圆，分别作为双压电晶片结构中的振动源。尽管未作图示，压电元件16b是通过在盘形压电体的两个主表面上形成电极膜而制成的。

较佳地，第一阻尼器14和第二阻尼器24由质量大且具有高度密封性的一种材料制成。

再者，尽管未作图示，扬声器10置于一个支架(未图示)上，使主体10的第一开口18正面朝下。

然后，两个发声体16中的一个通过引线(未图示)连接到置于主体12外侧的一个输入端(未图示)，另一个发声体16通过另一根引线(未图示)连接到置于主体12外侧的另一个输入端(未图示)。

此时，当电信号由放大器(未图示)输入到一个输入端时，一个发声体16振动，当来自放大器(未图示)的电信号输入到另一输入端时，另一发声体16振动。

然后，驱动发声体16，同时通过如此构成的扬声器10内的两个发声体16增大/减小主体12的内压。即，当立体声信号中的一个声道信号例如右声道信号输入一个输入端时，立体声信号中的另一声道信号，即左声道信号输入到另一输入端。

通过如上所述输入信号，由主体12内的两个发声体16产生声波，并在主体12与第一开口18之间产生共振。只有通过共振而加强的声音才从第一开口18向主体12的外侧发出。

其中，低音频段在右声道信号与左声道信号之间没有相位差，并作为其中合成了右声道信号和左声道信号的具有双重声压的声音时向主体12的外侧发出，即使主体12的尺寸较小，也可以获得足够的声压，这样，即使扬声器较小，也可以获得完整发出低声级的扬声器10。

注意，由于合成了右声道信号和左声道信号，在右声道信号与左声道信号之间具有相位差的中音频段/高音频段被抵消，因此，所发出之声音的低音频段进一步得到加强。

盖体20内侧也由两个发声体16产生声波，并在盖体20与第二开口22之间发生共振。然后，只有所产生的经共振增强的声音才由第二开口22向盖体20外面发出。

这里，可以根据亥姆霍兹定律用以下等式表示共振频率：

$f=\frac{c}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{{\mathrm{\πr}}^2}{V(1+1.3r)}}$

其中，(f)表示共振频率，(c)表示声速，(V)表示共振器容积，(1)表示共振器厚度，(r)表示开口的半径。

于是，在扬声器10中，当主体12的共振频率为f12，盖体20的共振频率为f18时，低音频段的范围加宽，当构成扬声器10时，例如通过增加主体12的容积使之大于盖体20的容积而使f12≠f18，可以在较宽的低音频段内改善扬声器10所产生的低声级。

再者，尽管未作图示，主体12和盖体20内侧也可以设置由玻璃织物制成的吸音体。由于它们吸收和衰减了主体12和盖体20内产生的中音/高音频段的声波，故所产生的声波的低音频段得到进一步增强。

在本发明的扬声器10中，当电信号输入到两个发声体16，使主体12的内压被两个发声体16增大/减小时，在主体12内部由发声体16产生声波，并从主体12的第一开口18送到外面。同时，由于第一开口18的直径设置得小于发声体16，故从第一开口18发出的声波，其振幅变成大于从发声体16产生的声波。因此，本发明不仅因为其采用了比现有技术的低音扬声器所用的锥形板构成的发声体更薄、更小的板状压电体而实现了超小型化的扬声器，而且，采用该压电体可以实现能完整产生低声级的低音扬声器。

此外，扬声器10允许用简单的结构和低成本获得低声级，并可实现适用于3D中心通道低音系统，因为，通过将两个发声体16安装到一个主体12上，取出左、右声道信号的总输出以及仅仅利用来自主体12和盖体20上的开口的声压，即可构成声学低通滤波器。

注意，尽管在实现本发明的模式中，使主体形成圆柱形，但也可以使主体形成圆柱形以外的任何其它的柱形状，诸如方柱形状。同样，盖体也可以是带底部的圆柱形以外的其它任何带底部的圆柱形状，诸如带底部的方柱形状。

此外，组成发声体的振动板和压电元件可以成型为盘形以外的任何其它形状，诸如方形的板。而且，振动板也可以由金属以外的材料诸如橡胶或合成树脂制成。

再者，发声体不仅可以采用双压电晶片结构的压电元件，而且可以采用单压电晶片结构的压电元件，或者采用由陶瓷制成层叠结构的压电元件，采用3层或多层层叠的压电体。

接下来将参照图3和图4详细说明本发明的第二个实施例。

图3和图4表示根据本发明的第二个实施例的扬声器。

扬声器10包括圆柱形主体12，其两端具有开口部分。环形的第一阻尼器14设置在主体12两端的开口部分，发声体16紧密设置得使主体12的内部保持气密，同时由第一阻尼器14卡紧。在主体12侧面的中部形成一个圆形的第一开口18。

此外，环形的第二阻尼器24沿着从发声体16到靠近主体12开口部分的方向紧密设置到第一阻尼器14。盘形隔膜26紧密设置到第二阻尼器24，带底部的圆柱形盖体20设置在隔膜26上。盖体20紧密设置得使其覆盖主体12的开口部分，并使盖体20的内部保持气密。每个盖体20的底部中心周围形成一个圆形的第二开口22。

这样，隔膜26就位于盖体20的第二开口22与发声体16之间。

较佳地，第一阻尼器14和第二阻尼器24由质量大的材料制成。

此外，隔膜26较佳地由弹性材料诸如硅橡胶片制成。

再者，尽管未作图示，扬声器10’设置在未图示的固定件上，因此，主体12的第一开口18头朝下。

然后，两个发声体16中的一个发声体经由引线(未图示)连接到主体12外侧上设置的一个输入端(未图示)，另一个发声体16经由另一根引线(未图示)连接到主体12外侧上设置的另一个输入端(未图示)。

这时，当电信号从放大器(未图示)输入至一个输入端时，发声体16中的一个振动，当电信号从放大器(未图示)输入至另一输入端时，另一个发声体16振动。

然后，驱动发声体16，同时通过如此构成的扬声器10’内的发声体16增大/减小主体12的内压。即，当立体声信号中的一个声道信号例如右声道信号输入一个输入端时，立体声信号中的另一声道信号即左声道信号输入到另一输入端。

通过如上所述输入信号，由主体12内的两个发声体16产生声波，并在主体12与第一开口18之间产生共振。只有通过共振而产生的共振频率才从第一开口18向主体12的外侧发出。

其中，低音频段在右声道信号与左声道信号之间没有相位差，并作为其中合成了右声道信号和左声道信号的双重声压的共振向主体12的外侧发出，即使主体12的尺寸较小，也可以获得足够的声压，这样，即使扬声器较小，也可以获得完整发出低声级的扬声器10’。

注意，当右声道信号和左声道信号合成时，在右声道信号与左声道信号之间具有相位差的中音/高音频段被抵消，因此，所发出之声音的低音频段进一步得到加强。

盖体20内侧也由两个发声体16产生声波，并在盖体20与第二开口22之间发生共振。然后，只有经共振而产生的共振才由第二开口22向盖体20外面发出。

在本发明的扬声器10’中，由于发声体16由板状压电体组成，根据输入到发声体16的信号的频率，发声体16的振动区域依其固有特性划分为活塞振动区域和分割振动区域。

这样，尽管在发声体16的活塞振动区域所产生的声波上形成共振现象，但在分割振动区域产生的声波上由于其固有的大失真而不形成共振现象。

其中，主体12内存在由两个发声体16所产生的分割振动而引起的声波时，由于分别由两个发声体16所产生的中音/高音频段的声波的相位相互相反，故中音/高音频段的声波在主体12内部被抵消，没有由分割振动而产生的中音/高音频段的声波从第一开口18发出。

此外，与主体12的内部不同，在盖体20内侧仅存在由两个发声体16中的一个发声体所产生的分割振动而引起的声波，故因分割振动而引起的中音/高音频段的声波未被抵消。然而，盖体20内侧由一个发声体16所产生的分割振动而引起的声波，在经过盖体20与第二开口22之间设置的隔膜26阻尼之后，从盖体20的第二开口22向外发出，隔膜26扮演一个壁的角色，当分割振动碰到隔膜26被均匀引起其位移时，分割振动引起的声波被转换成无失真的声波。如此，扬声器10’可以抑制令人不快的刺耳声并产生一种清晰的声音。

此外，隔膜26的作用是保护发声体16免遭经第二开口22渗入的灰尘和类似东西的破坏，以及扬声器10’周围的环境变化诸如温度变化。

注意，尽管未作图示，由玻璃织物组成的吸音体也可以设置在主体12与盖体20内侧。由于它们吸收和阻尼了主体12和盖体20内侧所产生的中音/高音频段的声波，故所产生的低音频段的声波得到进一步加强。

当将电信号输入到两个发声体16使主体12的内压被两个发声体16而增加/减小时，在主体12内由两个发声体16产生声波，并从主体12的第一开口18向外发出。同时，由于第一开口18的直径设置得小于发声体18，故从第一开口18发出的声波的振幅变成大于从发声体16产生的声波的振幅。因此，本发明不仅因为其采用了比现有技术的低音扬声器所用的锥形板构成的发声体更薄、更小的板状压电体而实现了超小型化的扬声器，而且，可以实现能完整产生低声级的低音扬声器。

此外，扬声器10’允许用简单的结构和低成本获得低声级，并可适用于3D中心通道低音系统，因为，通过将两个发声体16安装到一个主体12上，取出左、右声道信号的总输出以及仅仅利用来自主体12和盖体20上的开口的声压，即可构成声学低通滤波器。

在上述实施例中，尽管隔膜和第二阻尼器是分开形成的，但它们也不必特地分开形成，隔膜和第二阻尼器也可以模制成一体。

如上所述，根据本发明的扬声器，通过将主体内部的共振频率与两个盖体内侧的共振频率区分开来，在低音频段存在多个共振频率，因此，低音频段的范围得到展宽，由扬声器所产生的低声级在较宽的低音频段内得到了改善。

再者，当将电信号输入到两个发声体使主体的内压被两个发声体增加/减小时，在主体内由两个发声体产生声波，并从主体的第一开口向外发出。同时，由于第一开口的直径小于发声体，故从第一开口发出的声波的振幅变成大于从发声体产生的声波的振幅。因此，本发明不仅因为其采用了比现有技术的低音扬声器所用的锥形板构成的发声体更薄、更小的板状压电体而实现了超小型化的扬声器，而且，通过采用该压电体，可以实现能完整产生低声级的低音扬声器。

此外，本发明提供一种扬声器，它允许用简单的结构和低成本获得完全的低声级，并可适用于3D中心通道低音系统，通过将两个发声体安装到一个主体上，取出左、右声道信号的总输出以及仅仅利用来自主体和盖体上的开口的声压，即可获得由声学低通滤波器组成的该低音系统。

再者，根据本发明的扬声器，由一个发声体产生的分割振动而引起的声波，在经过隔膜的阻尼之后从置于盖体上的第二开口向外发出，隔膜在盖体内侧扮演一个壁的角色，分割振动碰到隔膜被均匀引起声波位移时，分割振动引起的声波被转换成无失真的声波。由此，本发明的扬声器作为低音扬声器，可以抑制令人不快的刺耳声并产生一种清晰的声音。

Claims (4)

1.一种扬声器(10；10’)，包括

其两端具有开口部分的圆柱形主体(12)；

置于主体两端开口部分并通过电信号振动的两个发声体(16)；

设置成覆盖所述两个发声体的带底部的两个圆柱形盖体(20)；以及

设置在所述主体侧部的第一开口(18)和设置在所述盖体底部的第二开口(22)；

其中，沿着使所述主体内压和所述盖体内压增强/减弱的方向驱动所述两个发声体；

其特征在于，所述主体(12)内部的共振频率不同于所述两个盖体(20)内侧的共振频率。

2.如权利要求1所述的扬声器，其特征在于所述发声体(16)采用由陶瓷制成的压电体。

3.如权利要求1或2所述的扬声器，其特征在于输入立体声信号中一条声道信号的一个输入端连接到所述两个发声体中的一个发声体(16)，输入立体声信号中另一条声道信号的另一输入端连接到另一个发声体(16)。

4.如权利要求1或2所述的扬声器(10；10’)，其特征在于，在所述盖体(20)内侧的所述发声体(16)与所述第二开口(22)之间设置一隔膜(26)。

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