小型喇叭式揚聲器的製作方法
2023-09-22 11:00:50 3
專利名稱：小型喇叭式揚聲器的製作方法
技術領域：
本發明涉及用以產生聽覺信號的揚聲器，更具體說涉及用在緊急事物車輛上的帶喇叭的揚聲器。
背景技術：
許多緊急事物車輛備有報警揚聲器，用以產生緊急報警聽覺信號。這種揚聲器一般帶有喇叭以提高它們的發聲效率。
傳統的帶喇叭揚聲器的一個主要缺陷是它們一般都很笨重，這是由於使聲能與外界空氣有效耦合所需的喇叭長度造成的。普遍的做法是使帶喇叭揚聲器的喇叭結構彎曲，以減小揚聲器的總長度。儘管如此，即使採用彎曲的喇叭結構，喇叭式揚聲器仍然往往較大和較重。
笨重的喇叭式揚聲器使它們難以適當放置在許多場合。對於設計來用於緊急車輛上的報警揚聲器而言這一問題尤其嚴重。這是由於報警揚聲器通常是緊急車輛的後增項目，並且在緊急車輛上常常難以找到足夠的空間來容納一個帶喇叭的報警揚聲器。
在美國專利4,893,343中所公開的揚聲器中，在減小帶喇叭報警揚聲器的總尺寸方面取得了顯著進展。該揚聲器帶有一個面對揚聲器的朝後方向的傳統驅動器和一個繞驅動器彎曲的喇叭。喇叭的第一部分形成在與揚聲器的縱軸線垂直的喇叭板上。驅動器的位置與喇叭板上的一中心孔對準，該中心孔與喇叭板上的喇叭相通並形成喇叭的喉部。喇叭在喇叭板上分叉兩次，而形成四個通道。揚聲器還包括安裝驅動器的喇叭外殼。一拱形帽安裝在驅動器組件的端部。外殼的側壁和拱形帽的表面限定了一個面對揚聲器朝前方向的喇叭口。該喇叭口與喇叭板上的通道耦合，以便將其中傳導的聲能與外界空氣耦合。
在喇叭板上及繞驅動器使喇叭彎曲明顯減小了揚聲器的長度。儘管如此，即使採用這種結構減小了長度，揚聲器仍然具有相當的長度和重量。結果，在緊急車輛上經常難以找到足夠的位置來安裝揚聲器。通常將揚聲器安裝在緊急車輛的保險槓的下方。在此位置，直接暴露於雨水，風和沙塵大大縮短了揚聲器的使用壽命。
用在緊急車輛上的帶喇叭報警揚聲器的另一普遍問題涉及驅動器的冷卻。用在緊急車輛上的報警揚聲器需產生很高等級的聲量。在高功率操作期間，在驅動器的音圈和磁鐵組件中產生的熱需被有效地擴散。驅動器中積累的熱會使效率喪失，並在某些情況下會燒毀音圈或減小磁鐵組件的磁場強度。但是，很難取得有效的熱擴散，特別是在為獲得緊湊的尺寸而緊緊圍繞驅動器彎曲喇叭的設計中。可以採用一主動裝置如電扇來迫使空氣繞磁鐵組件循環。由於增加了動力損耗，複雜性以及揚聲器的成本，這種動力冷卻是不理想的。
發明概述鑑於上面所述的，本發明的一主要目的是提供一種適用於緊急車輛上的喇叭式揚聲器，與現有的帶喇叭報警揚聲器相比，該揚聲器更為緊湊及質輕，這樣就明顯改善了安裝時的靈活性。
本發明的一個相關目的是提供一種小型喇叭式揚聲器，可以有效冷卻發聲部件，而無需採用主動空氣循環裝置。
本發明的另一相關目的是提供一種小型的喇叭式揚聲器，它具有易於製造和組裝的簡單及堅固的結構。
根據本發明的這些和其他目的，提供了一種喇叭式揚聲器，與同等音量輸出能力的現有喇叭式揚聲器相比，它更為緊湊。本發明的揚聲器包括一個與繞動力迴路彎曲的喇叭耦合的動力迴路。動力迴路包括一磁鐵組件，一可動膜片，和一安裝在可動膜片上的音圈。該揚聲器的喇叭結構包括一喇叭板和一喇叭口部分。喇叭板帶有至少一個在喇叭板的平面內彎曲的喇叭。動力迴路的相位塞整體形成在喇叭板上。相位塞帶有至少一個與喇叭板上的彎曲喇叭相通的孔，這樣形成喇叭的喉部。喇叭口部分帶有一個連接於喇叭板上的彎曲喇叭的喇叭口，用以使聲波與外界空氣耦合。
在一優選實施例中，喇叭口部分具有一單一的本體，該本體由鋁之類的導熱材料製成。該單一本體的前側被成形為一個與喇叭板上的彎曲喇叭連接的喇叭口。喇叭口部分的該單一本體的後側有一整體形成的用以容納動力迴路磁鐵組件的容納室，容納室的尺寸被設計為與磁鐵組件匹配以便在磁鐵組件和喇叭口部分之間提供導熱裝置。喇叭口部分的單一本體起散熱器的作用，以便在操作期間有效擴散由動力迴路所產生的熱。
附圖的詳細描述
圖1是實施本發明的小型喇叭式揚聲器的透視圖；圖2是顯示圖1中的揚聲器的後側的透視圖3是圖1所示揚聲器的透視圖；圖4A是圖1所示揚聲器的喇叭板的前視圖；圖4B是圖4A所示喇叭板的後視圖；圖4C是類似於圖4A的喇叭板的前視圖，但發聲膜片安裝在其上；圖5A是示意圖，示出了動力迴路與圖4B所示喇叭板上的多個喇叭的耦合；圖5B是示意圖，示出了動力迴路與現有技術揚聲器上的一個喇叭的耦合；圖6A是圖1所示揚聲器的喇叭口部分後視圖，磁鐵組件安裝在其上；圖6B是類似於圖6A的喇叭口部分的後視圖，但沒有磁鐵組件；圖7是曲線圖，示出了帶有和不帶有圖6A所示喇叭口部分提供的散熱效果的動力迴路操作溫度數據；圖8是示意圖，示出了在一車輛上安裝圖1所示小型喇叭式揚聲器的可能位置；圖9是一安裝支架的透視圖，用於將圖1所示的揚聲器安裝在車輛上；圖10是喇叭式揚聲器的另一實施例的剖視圖。
儘管在附圖中示出及在後面的描述了某些說明性實施例，但本發明可具有多種改動和其他結構。應當理解，本發明無意被限制於所公開的具體形式，而是相反，本發明意在覆蓋由後附權利要求書所限定的在本發明精神和範圍之內的所有改動、其他結構和等同物。
優選實施例的詳細描述現在參照圖1，其中示出了根據本發明構造的一小型喇叭式揚聲器20的一優選實施例。揚聲器20有一動力迴路36(圖3)和一喇叭結構，該喇叭結構繞動力迴路被彎曲並完全包圍動力迴路。如圖1所示，揚聲器20有一通常為正方形的周邊形狀並包括一喇叭板22，一喇叭口部分24，和一端板26。喇叭口部分的前部被成形為一喇叭口28，用以將由揚聲器發出的聲能與外界空氣耦合。由箭頭30表示的朝前方向表示由揚聲器產生的聲音的主要傳送軸線。如圖2所示，揚聲器20的後側終止於端板26。端板26與喇叭板22配合限定了形成在喇叭板上的彎曲的喇叭。在端板26和喇叭板22之間可插入一襯墊，以防空氣洩漏。在所示實施例中，通常為正方形的喇叭口28的側邊尺寸約為5.75英寸。揚聲器的總長度，即端板26到喇叭口部分24的前端之間的距離，約為2.63英寸。
本領域熟練技術人員立即可以體會到，與聲音輸出能力相似的現有帶喇叭的報警揚聲器相比，喇叭式揚聲器20緊湊的多。例如，美國專利4,893,343中公開的具有類似喇叭口尺寸的現有技術揚聲器具有約為5.25英寸的總長度，這是根據本發明構造的揚聲器20的總長度的兩倍。本發明的喇叭式揚聲器在長度上的顯著減小是通過將動力迴路的結構和彎曲喇叭的結構合成一體而實現的。
現在參照圖3的剖視圖，動力迴路36包括一磁鐵組件38，一拱形膜片40，和一在連接於膜片的框架上的音圈41。膜片40被支承成可沿揚聲器的縱軸線振動。音圈41與磁鐵組件38相互作用以驅動膜片振動，而產生聲能。一相位塞42與膜片40隔開一小間隙，該間隙通常稱為「前側聲順性」。相位塞42與振動膜片40配合以產生聲波，該聲波通過揚聲器的喇叭結構與外界空氣耦合。
在所示實施例中，相位塞42一體地形成在喇叭板22上，並在其上形成有孔。正如下面所要詳細描述的，各孔通向喇叭板22上的一個喇叭並形成了相應喇叭的喉部。在喇叭板上一體地形成動力迴路的相位塞，顯著減小了揚聲器20的總長度。
將動力迴路36容納在喇叭結構的喇叭口部分24內進一步減小了長度。如圖3所示，動力迴路36的磁鐵組件38容納在一個一體地形成在揚聲器喇叭口部分24上的容納室44內。如下面所描述的，一體的動力迴路結構和喇叭結構不僅縮短了揚聲器的長度，而且為安裝動力迴路36提供了一個很簡單，精確和堅固的裝置，且十分有利於控制動力迴路的操作溫度。
從圖4A和4B中可最清楚地看出喇叭板22的結構。在所示實施例中，喇叭板22的厚度約為0.75英寸。喇叭板22最好形成為單獨一個件，最好由鋁模製而成。如圖4A所示，喇叭板22的前側的中部有一個一體地形成的凹入表面，用作動力迴路的相位塞42。相位塞42在其上形成有四個孔45-48。每個孔45-48都通向喇叭板22後側上的一彎曲的喇叭，如圖4B所示。喇叭板22的前側安裝有兩個定位銷89和90，用以將動力迴路的膜片40與喇叭口部分24相對於喇叭板22對準。
如圖4B所示，喇叭板22的後側上形成有四個彎曲的喇叭49-52。通過在垂直於揚聲器縱向的喇叭板22的平面內使喇叭彎曲，可以在沿揚聲器縱向的很小尺寸內取得相當長度的喇叭。相位塞42上的孔45-48將動力迴路產生的聲能送入彎曲的喇叭49-52，因此形成了相應的彎曲喇叭的喉部。穿過喇叭49-52的聲能沿揚聲器的朝前方向經喇叭板前側上的四個矩形槽53-56被重新定向。
操作動力迴路的電信號經兩個絕緣導線91和92連接於動力迴路，該導線通過喇叭板側面上的孔94進入揚聲器。分別通過兩個通孔95和96將導線從喇叭板22的後側穿到其前側。圖4C示出了位於喇叭板22前側上的動力迴路膜片40。導線91和92的端部分別被焊接在導電簧片97和98上。導電簧片97和98然後連接於音圈41的端部，音圈41繞在安裝於膜片40上的框架上。膜片40的端部上形成有兩個定位孔，當膜片40安裝在其操作位置時用以與喇叭板22上的相應定位銷89,90配合。
所示實施例的特徵是將直接位於相位塞42處的動力迴路與喇叭板22上的一組分離的喇叭耦合。圖5A示意性地示出了這種耦合，這裡四個喇叭45-48直接從相位塞42發送。聲波穿過喇叭並在喇叭口28處重新組合，以便有效地與外部空氣耦合。如圖1和圖5A所示，在所示實施例中，兩個喇叭區段57,58保持分離，直到喇叭結構的端部。聲波的最後重組並非發生在揚聲器內，而是有效地發生在揚聲器的前部。
作為對比，圖5B示意性地示出了上述美國專利4,893,343所公開的現有技術揚聲器中實施的驅動器喇叭耦合。由動力迴路59(包括未示出的相位塞)發生的聲能通過一喇叭喉部62與單獨一個喇叭60耦合，該喉部與動力迴路分離。喇叭60被兩次分叉，首先是通過偏轉表面64，然後是通過偏轉表面65和66，而成四個喇叭通道。穿過四個喇叭通道的聲波在喇叭口48處重新組合。
在圖6A和6B中可最清楚地看出所示實施例的喇叭口部分24的結構。喇叭口部分24有一個由導熱材料製成的單一的本體25。在優選實施例中，本體是由鋁模製而成然後機加工，以提供相關特徵的精確尺寸。圖1示出了喇叭口部分24的前側。圖6A示出了喇叭口部分24的後側，其中容納了動力迴路的磁鐵組件38。圖6B示出了喇叭口部分24，而磁鐵組件38從中卸下。在喇叭口部分24的後側的中心整體地形成有容納室44，用以容納動力迴路的磁鐵組件38。在所示實施例中，容納室44呈圓柱形凹槽的形式。在喇叭口部分的邊緣附近，是四個大致矩形的槽71-74，其位置與喇叭板22前側上的四個孔45-48相對應。喇叭口部分有兩個定位孔101和102，當喇叭板固定在喇叭口部分上時所述定位孔101和102與喇叭板22上的定位銷89,90配合。如圖1所示，四個槽71-74通向形成在喇叭口部分前側上喇叭口28。這樣，由動力迴路產生的聲能通過在喇叭板22上的四個彎曲喇叭傳遞，然後在喇叭口28處發出。
除了明顯減小了本發明揚聲器的總長度，動力迴路的結構和喇叭部分的結構的整體性提供了(1)將動力迴路安裝在喇叭式揚聲器上的一種非常簡單、堅固和精確的方式，和(2)明顯改善了動力迴路所產生的熱量的擴散。在喇叭口部分24上的容納室44將磁鐵組件38牢固地保持在設計位置，與其他揚聲器零件對齊。藉助於這種簡單的安裝設置，該揚聲器具有很簡單的結構。在所示實施例中，揚聲器20僅有五個分立的主要零件，即喇叭口部分24，磁鐵組件38，膜片40，喇叭板22，和端板26。相位塞42在喇叭板22上整體形成避免了由於在膜片前面採用一個單獨插入的相位塞所引起的準直誤差。因為不存在在裝配這些零件時所需要的調整，就確保了膜片40，相位塞42，和喇叭結構之間的適當準直，以提供最佳性能。
本發明的一個特徵是將磁鐵組件38安裝成與喇叭結構的導熱部分有效地熱接觸。在一優選實施例中，喇叭口部分24上形成的容納室44的尺寸和形狀設計為與磁鐵組件38匹配，以便在磁鐵組件38和喇叭口部分之間提供有效的熱傳導。採用這種設置，整個喇叭口部分24就變成一個動力迴路36的散熱器，通過喇叭口的空氣有助於冷卻動力迴路。在優選實施例中，通過形成非常略微地小於磁鐵組件38的容納室44，並用約5000磅的力將磁鐵組件推入容納室以形成牢固的金屬對金屬的接觸，就提高了磁鐵組件38和喇叭口部分24之間的熱傳導。
作為另一種選擇，容納室可被成形為與磁鐵組件緊配合或稍鬆些的配合。例如，在圖10的剖視圖中示出了採用這樣一種設置的揚聲器。揚聲器的喇叭口部分120有一個形成在其上的容納室122，磁鐵組件124容納在該容納室內。通過用導熱粘結劑薄層128充滿磁鐵組件和容納室之間的間隙126，可在磁鐵組件124和喇叭口部分120之間提供適當的傳熱裝置。粘結劑層128將磁鐵組件124牢固地安裝在容納室122內並有效地將動力迴路產生的熱傳導到喇叭口部分。
在動力迴路和喇叭結構之間的傳熱裝置提供的有效熱擴散對於控制動力迴路的操作溫度尤其重要。不夠充分的熱擴散會使動力迴路的零件的溫度升高，導致揚聲器的發聲效率下降。在嚴重的情況下，熱可能使動力迴路的音圈41燒毀或使磁鐵組件38喪失其磁場強度。在圖7所示的經測量的操作溫度數據中，可以清楚地看出由有效的熱擴散造成的在動力迴路操作溫度上的明顯差別。曲線80上的數據點示出了安裝在圖1所示揚聲器中的動力迴路的磁鐵組件的測量溫度數據。曲線82上的數據點是一個純動力迴路的測量溫度數據，該純動力迴路僅由一個帶音圈的膜片和一磁鐵組件構成。曲線84示出了外界空氣的溫度數據作為參考。完整的揚聲器和純動力迴路兩者在16瓦特的直流電輸入功率下操作45分鐘。
如圖7所示，在揚聲器中的動力迴路的溫度在操作期間緩慢升高並在50℃下有達到平衡的趨勢。作為鮮明的對比，由於沒有喇叭口部分賦予的有效熱交換，純動力迴路的溫度在操作期間持續快速地增加，在測量結束時達到接近90℃。圖7中的數據是採用直流電輸入而取得的，故揚聲器不發出聲波。應當理解，在實際操作時在喇叭口處的聲波的很高空氣速度將有助於進一步減小動力迴路的操作溫度。
本發明的喇叭式揚聲器的緊湊尺寸明顯改善了放置揚聲器的靈活性。結果，該揚聲器可安裝在笨重的現有技術報警揚聲器不可能放置的地方。例如，如圖8所示，揚聲器20很小的縱向尺寸允許將其安裝在汽車的輻射器及擋風裙106前面的前車體架104之間的較窄空間內。揚聲器可安裝在固定於前車體架上的一個支架上。為此，揚聲器20有兩個加工在其側面上的安裝孔111(圖1)用以容納固定件。作為舉例，圖9示出了一安裝支架108，用以將揚聲器20安裝在圖8所示的指定汽車位置上。可以理解，不同的汽車可能需要不同結構的安裝支架。
從上面的詳細描述中可以理解，本發明提供了一種喇叭式揚聲器，其尺寸比現有的帶喇叭報警揚聲器緊湊的多。揚聲器的緊湊尺寸明顯改善了將揚聲器安裝在緊急事物車輛上的靈活性。緊湊性是通過將動力迴路的結構和喇叭結構合為一體而取得的。整體的結構進一步導致了一種很簡單的構造，它堅固，成本低，易於製造，並可有效地擴散在操作期間由動力迴路產生的熱。
權利要求
1．一種小型喇叭式揚聲器，包括一動力迴路，帶有一可動膜片，一安裝在可動膜片上的音圈，和一磁鐵組件，該磁鐵組件與音圈相互作用而移動可動膜片，從而產生聲能；一喇叭板，帶有至少一個在喇叭板的平面內彎曲的喇叭和一個面對可動膜片且與之隔開的整體形成的相位塞，相位塞帶有至少一個與喇叭板上的至少一個喇叭相通的孔，用以將聲能送入所述至少一個喇叭；一喇叭口部分，帶有一個連接於喇叭板上的所述至少一個喇叭的喇叭口，用以使聲能與外界空氣耦合。
2．如權利要求1所述的小型喇叭式揚聲器，其中喇叭板包括一組在其中彎曲的喇叭，並且其中相位塞有一組孔，每個孔與喇叭板上的相應一個喇叭相通，以將聲能送入相應的喇叭。
3．如權利要求2所述的小型喇叭式揚聲器，其中喇叭板的平面垂直於喇叭式揚聲器的縱向。
4．如權利要求3所述的小型喇叭式揚聲器，其中喇叭板有四個形成在其上的彎曲喇叭。
5．如權利要求1所述的小型喇叭式揚聲器，其中喇叭口部分有一容納室，用以容納動力迴路的磁鐵組件。
6．如權利要求5所述的小型喇叭式揚聲器，其中喇叭口部分有一單一的本體，容納室整體形成在其上。
7．如權利要求6所述的小型喇叭式揚聲器，其中喇叭口部分的單一本體由導熱材料製成，並且容納室的尺寸設計為與磁鐵組件緊密配合，以便在磁鐵組件和喇叭口部分之間提供直接的熱接觸，用以擴散在操作期間由動力迴路所產生的熱。
8．如權利要求6所述的小型喇叭式揚聲器，其中喇叭口部分由導熱材料製成，並且用導熱粘結劑將磁鐵組件牢固地安裝在容納室內，以便將操作期間由動力迴路所產生的熱傳導到喇叭口部分。
9．一種喇叭式揚聲器，包括一動力迴路，帶有一磁鐵組件和一可動膜片，用以產生聲能；一與動力迴路耦合的喇叭，用以將聲能與外界空氣耦合，該喇叭帶有一個部分，該部分具有一個由導熱材料製成的本體並具有一個整體形成的用以容納磁鐵組件的容納室，容納室的尺寸和形狀與磁鐵組件匹配，以便提供一個從磁鐵組件到喇叭的該部分的傳熱裝置，用以將操作期間在動力迴路中產生的熱擴散。
10．如權利要求9所述的小型喇叭式揚聲器，其中導熱材料是鋁。
11．如權利要求9所述的小型喇叭式揚聲器，其中喇叭的該部分是喇叭的喇叭口部分。
12．如權利要求9所述的小型喇叭式揚聲器，其中容納室的尺寸設計為與磁鐵組件緊密配合，以便與磁鐵組件提供直接的機械和熱接觸。
13．如權利要求9所述的小型喇叭式揚聲器，其中用導熱粘結劑將磁鐵組件牢固地安裝在容納室內。
14．一種小型喇叭式揚聲器，包括一動力迴路，帶有一拱形可動膜片，一安裝在可動膜片上的音圈，和一磁鐵組件，該磁鐵組件與音圈相互作用而移動可動膜片，從而產生聲能；一喇叭板，帶有一組在喇叭板的平面內彎曲的喇叭和一個與可動膜片隔開的整體形成的凹入相位塞，相位塞帶有一組孔，每個孔與相應一個彎曲喇叭相通，用以將聲能送入相應一個彎曲喇叭；一喇叭口部分，具有一單一的本體，該本體由導熱材料製成並成形為一喇叭口，該喇叭口與該組彎曲喇叭連接用以使聲能與外界空氣耦合，該單一的本體有一整體形成的用以容納磁鐵組件的容納室，容納室的尺寸和形狀與磁鐵組件匹配以提供熱接觸，從而將操作期間由動力迴路所產生的熱傳導到喇叭口部分。
15．如權利要求14所述的小型喇叭式揚聲器，其中喇叭板有四個在其上彎曲的喇叭。
16．如權利要求15所述的小型喇叭式揚聲器，其中喇叭板用鋁模製而成。
17．如權利要求14所述的小型喇叭式揚聲器，其中形成喇叭口部分的單一本體的導熱材料是鋁。
18．如權利要求14所述的小型喇叭式揚聲器，其中容納室的尺寸設計為與磁鐵組件緊密配合，以便在磁鐵組件和喇叭口部分之間提供直接的機械和熱接觸。
19．如權利要求14所述的小型喇叭式揚聲器，其中用導熱粘結劑將磁鐵組件牢固地安裝在容納室內，以便將操作期間由動力迴路所產生的熱傳導到喇叭口部分。
全文摘要
一種適用於緊急車輛的小型喇叭式揚聲器,具有一朝後的動力迴路,一喇叭板和一喇叭口部分。喇叭板在垂直於揚聲器縱向的一平面內有一組彎曲的喇叭。動力迴路的相位塞整體形成在喇叭板上並帶有一組孔,每個孔與喇叭板上的一彎曲喇叭相通。彎曲喇叭與成形在喇叭口部分上的喇叭口連接。喇叭口部分由導熱材料製成並具有整體形成的用以容納動力迴路磁鐵組件的容納室。容納室將動力迴路牢固地變成在位並通過喇叭結構為操作期間動力迴路產生的熱提供有效的熱擴散。
文檔編號H04R1/22GK1236466SQ98801072
公開日1999年11月24日 申請日期1998年7月28日 優先權日1997年7月30日
發明者C·I·貝爾特蘭 申請人:聯邦信號公司