輸出聲音的揚聲器和方法
2023-04-24 13:56:51 1
專利名稱：輸出聲音的揚聲器和方法
技術領域：
本發明涉及輸出聲音的揚聲器和方法。更具體地說，它涉及通過使用構成諧振器的管件將從發聲體輻射的聲波輻射到外部的揚聲器等等。
背景技術：
日本專利申請公開號No.H05-56493已經公開了一種全向揚聲器系統，其中，將揚聲器單元安裝在與管件(管體)相同軸的管件的上開口端。
發明內容
在上述日本專利申請公開號No.H05-56493中公開的上述揚聲器系統中，將基板安裝在管件的底開口端。因此，揚聲器單元僅從管件的上側輻射聲波。然而，通過這種聲波輻射，聽眾可能感到沿其縱向在管件的每一位置上的任何不均勻聲壓。這導致聲象局限到管件的上側。因此，在該揚聲器系統中，難以避免局限聲像和實現沿其縱向從整個管件廣泛擴散聲音來將其聲像散布到整個管件，以便聽眾能在揚聲器上獲得整體聲像。
期望提供一種輸出聲音的揚聲器和方法，實現在其縱向從整個管件廣泛擴散聲音，從而將其聲像散布到整個管件來使聽眾在揚聲器上獲得整體聲像。
根據本發明的實施例，提供一種揚聲器，包括管件，包含相對端，以及發聲體，基於施加到該發聲體的聲信號被驅動。該發聲體排列在與該管件相同的軸上。從該發聲體輻射的聲波從該管件的相對端輻射。
根據本發明的實施例的揚聲器具有管件和發聲體。發聲體排列在與該管件相同的軸上。從該發聲體輻射的聲波從該管件的相對端輻射。例如，發聲體包括其中使用電動致動器的揚聲器單元。
因此，從相對端輻射從該發聲體輻射的聲波使得聽眾從沿其縱向的管件的每一位置感覺任何均勻的聲壓，從而將其聲像散布到整個管件，以便使聽眾獲得揚聲器上的整體聲像。
在根據本發明的實施例的揚聲器中，例如，由分隔構件，將該管件的內部劃分成多個部分以形成通道，每一通道沿該管件的軸向延伸。多個發聲體分別排列在與每一通道中的管件相同的軸上。這防止多個發聲體彼此幹擾。當基於彼此獨立的聲信號，例如，多聲道聲信號或通過在其電平、其延遲時間、其頻率特性上，分別調整相同的聲信號獲得的聲信號，驅動多個發聲體時，可以執行任何聲場處理以便將其聲像散布到整個管件，使聽眾獲得揚聲器上的整體聲像。
此外，在根據本發明的實施例的揚聲器，多個通道的一部分形成在該管件的中心部，以及多個通道的其他部分形成在該管件的中心部處形成的通道部分的周圍。此時，如果通過第一聲信號驅動對應於在管件的中心部分形成的通道部分的發聲體，以及通過第二聲信號驅動對應於在管件的中心部分形成的通道部分周圍形成的通道的發聲體，也可以在管件的圓周的任意點，獲得任何穩定的聲場控制效果。
例如，該發聲部沿該管件縱向排列在該管件的中間部。這使得從管件的相對端輻射的聲波的電平幾乎彼此相等，從而使得聽眾從沿其縱向的管件的每一位置感覺任何均勻的聲壓。
另外，在根據本發明的實施例的揚聲器中，該管件包含其圓形橫截面的不同直徑，朝從該發聲體輻射聲波傳播的方向，使直徑逐漸變大。這使得電感應分量增加以便獲得平坦的頻率特性和諧振阻尼效果。這也使得與不具有其圓形橫截面的逐漸變大直徑的管件相比，使輻射聲波的管件的輸出變大，從而增強聲像的散布。
此外，在根據本發明的實施例的揚聲器中，該發聲體包括第一發聲構件和第二發聲構件。從該第一發聲構件輻射的第一聲波從該管件的末端輻射到外部，以及具有與該第一聲波相同的相位並從該第二發聲構件輻射的第二聲波從該管件的另一端輻射到外部。這使得管件的相對端具有相同的特性，從而防止聽眾感到它們的特性的任何差異。
根據本發明的另一實施例，提供一種通過使用包含相對端的管件將從發聲體輻射的聲波輻射到外部來輸出聲音的方法。該方法包括將該發聲體排列在與該管件相同的軸上，以及將已經從該發聲體輻射的聲波從該管件的相對端輻射到外部的步驟。
因此，根據本發明的該實施例，已經從發聲體輻射的聲波能從管件的相對端輻射到外部。這也允許聽眾從沿其縱向的管件的每一位置感覺任何均勻的聲壓，從而將其聲像散布到整個管件，使聽眾獲得揚聲器上的整體聲像。
本說明書的結論部分特別指出和直接要求本發明的主題。然而，本領域的技術人員將鑑於附圖，通過閱讀本說明書的剩餘部分，更好地理解本發明的組織和操作方法、以及其進一步的優點和目的，其中，相同的參考符號表示相同的元件。
圖1是根據本發明的實施例的揚聲器100A的透視圖；圖2是根據本發明的實施例的揚聲器100A的垂直剖面圖；圖3是根據本發明的實施例的揚聲器100A的俯視圖；圖4是根據本發明的實施例的揚聲器100A的底視圖；圖5是磁致伸縮致動器的截面示意圖；圖6是用於表示磁感應線的圖；圖7是用於表示用於磁致伸縮致動器和揚聲器單元的驅動系統的結構的框圖；圖8是用於表示當管件在其徑向振動時，在管件的底部位置、中心位置和頂部位置的每一個頻率響應的模擬結果的圖；圖9是用於示例說明當管件在其徑向中振動時的振動方向的圖；圖10是用於表示當管件在其軸向振動時，在管件的底部位置、中心位置和頂部位置的每一個的頻率響應的模擬結果的圖；圖11是用於示例說明當管件在其軸向中振動時的振動方向的圖；圖12是用於表示當聲波僅從管件的頂部輻射時，在管件的頂部和底部位置的每一個的聲壓級(SPL)測量結果的圖；圖13是用於示例說明當聲波僅從管件的頂部輻射時，將測量的聲波的輻射方向和位置的圖；圖14是用於表示當聲波從管件的頂部和底部輻射時，管件的頂部和底部位置的每一個的SPL測量結果的圖；圖15是用於示例說明當聲波從管件的頂部和底部輻射時，將測量的聲波的輻射方向和位置的圖；圖16是用於表示用於磁致伸縮致動器和揚聲器單元的驅動系統的另一結構的框圖；圖17是根據本發明的另一實施例的揚聲器100B的垂直截面圖；圖18是沿圖17的線XVIII-XVIII，根據本發明的上述另一實施例的揚聲器100B的橫向截面圖；圖19是根據本發明的上述另一實施例的揚聲器100B的局部省略俯視圖；圖20是根據本發明的另一實施例的揚聲器100C的透視圖；圖21是根據本發明的上述另一實施例的揚聲器100C的垂直截面圖；圖22是根據本發明的上述另一實施例的揚聲器100C的俯視圖；圖23是根據本發明的上述另一實施例的揚聲器100C的底視圖；圖24是用於表示用於磁致伸縮致動器和揚聲器單元的驅動系統的結構的框圖；圖25是根據本發明的另一實施例的揚聲器100D的透視圖；圖26是根據本發明的上述另一實施例的揚聲器100D的垂直截面圖；圖27是根據本發明的上述另一實施例的揚聲器100D的俯視圖；圖28是根據本發明的上述另一實施例的揚聲器100D的底視圖；圖29A和29B是分別用於比較由揚聲器100C和100D獲得的效果的圖；圖30是根據本發明的又一實施例的揚聲器100F的透視圖；圖31是根據本發明的又一實施例的揚聲器100G的示意透視圖；以及圖32是根據本發明的又一實施例的揚聲器100H的示意透視圖。
具體實施例方式
下文將參考附圖，描述本發明的實施例。圖1至圖4表示根據本發明的揚聲器100A的實施例的結構。圖1是根據本發明的實施例的揚聲器100A的透視圖；圖2是其垂直截面圖；圖3是其俯視圖；以及圖4是其底視圖。
揚聲器100A具有基座外殼101、管件102、作為致動器的磁致伸縮致動器103，以及揚聲器單元104。管件102構成管的膜片，作為聲膜片。磁致伸縮致動器103中的每一個的驅動杆103a構成傳輸部，傳送磁致伸縮致動器103中的每一個的位移輸出。揚聲器單元104是其中使用電動致動器的發聲體。
基座外殼101由例如合成樹脂製成。該基座外殼101具有整個象盤的形狀，以及在其中心部分通過它的圓柱開口105。該基座外殼101還具有沿其下外周部分以相同距離的預定數量的多條腿106，在該實施例中，三條腿。
如果基座外殼101具有三條腿106，可以實現比基座外殼101具有例如四條腿的情形更穩定的裝配，因為這三條腿106必定接觸將接觸的任何位置。另外，提供具有腿106的基座外殼101的底面允許其底面遠離將接觸的位置，從而允許從在基座外殼101下提供的揚聲器單元輻射的聲波輻射到外部。
管件102由例如預定材料，諸如透明丙烯酸樹脂製成。管件102安置在基座外殼101上。即，通過使用L形金屬角107，管件102的下端部在多個位置(在該實施例中，四個位置)安置在基座外殼101的頂面上。管件102的大小與具有例如長度1000mm、直徑100mm和厚度2mm的管件有關。
在L形金屬角107的兩端中，鑽用於螺絲的圓孔(未示出)。通過螺絲109，將L形角107的末端擰到基座外殼101的頂面。在基座外殼101中，形成固定螺絲109的螺紋的每一螺絲孔，未示出。將L形角107的末端通過由環形橡膠構件構成的阻尼構件108，固定到基座外殼101的頂面。
通過螺絲110和螺母111，將L形角107的另一端固定到管件102的下端部。在管件102的下端部中形成固定螺絲110的螺紋的每一螺絲孔，未示出。分別由環形橡膠構件構成的阻尼構件112、113分別位於L形角107的另一端和管件102的外表面之間以及螺母1 11和管件102的內表面之間。
由此插入的阻尼構件108、112、113防止磁致伸縮致動器103的任何振動(彈性波)通過管件102和L形角107，傳播到基座外殼101，從而避免將任何聲像局限到基座外殼101。
多個磁致伸縮致動器103(在該實施例中，四個磁致伸縮致動器103)安置在基座外殼101上。在管件102的圓形下端面下並沿管件102的圓形下端面，以相同距離放置四個磁致伸縮致動器103。在基座外殼101的頂面，形成分別用於包含磁致伸縮致動器103的洞。磁致伸縮致動器103分別安置在基座外殼101上，以及它們分別包含在洞114中。
通過由環形橡膠構件構成的阻尼構件115，將磁致伸縮致動器103中的每一個安置在基座外殼101中的洞114的底部上。由此插入的阻尼構件115防止磁致伸縮致動器103的任何振動傳播到基座外殼101，從而防止將任何聲像局限到基座外殼101。
當磁致伸縮致動器103中的每一個安置在基座外殼101上，以及它們包含在其 114中時，將磁致伸縮致動器103中的每一個的驅動杆103a連接到管件102的下端面。此時，使驅動杆103a中的每一個的位移方向定向到垂直於管件102的下端面的方向，即，管件102的軸向。該軸向對應於沿管件102的平面的方向(平行於管件102的平面的方向)。這種結構允許磁致伸縮致動器103通過垂直於管件102的下端面的它們的振動部件，與管件102的下端面一起振動。
圖5表示磁致伸縮致動器103中的任何一個的結構。該磁致伸縮致動器103具有沿其延伸方向放置的杆狀磁致伸縮元件151、用於生成磁場以便將控制磁場施加到磁致伸縮元件151的螺線管152，其位於該磁致伸縮元件151周圍、作為驅動構件的驅動杆103a，其連接到磁致伸縮元件151的末端以及傳送磁致伸縮致動器103的任何位移輸出、以及容器154，在其中包含磁致伸縮元件151和螺線管152。
容器154由固定盤腳161、永磁體162和管狀外殼163a、163b組成。磁致伸縮元件151的另一端連接到固定盤腳161，以便能支撐磁致伸縮元件151。向組成磁路的磁致伸縮元件151和管狀外殼163a、163b施加偏置靜磁場的永磁體162位於它們封閉的磁致伸縮元件151周圍。管狀外殼163a、163b安裝在永磁體162的兩側、驅動杆103a和固定盤腳161的側面上。這些管狀外殼163a、163b由鐵磁材料製成，以便能將偏置靜磁場有效地施加到磁致伸縮元件151。如果固定盤腳161也由鐵磁材料製成，能將偏置靜磁場更有效地施加到磁致伸縮元件151。
在驅動杆103a和容器154間存在間隙155。驅動杆103a由鐵磁材料製成，以便通過間隙155，由永磁體162牽引。這種結構允許在驅動杆103a和容器154間產生牽引磁力。因此，牽引磁力允許對連接到驅動杆103a的磁致伸縮元件151施加預壓。
圖6表示圖5中所示的磁致伸縮致動器103中的磁感應線。源於永磁體162的磁感應線通過管狀外殼163a、間隙155、驅動杆103a和固定盤腳161並經管狀外殼163b，返回到永磁體162。這使得在驅動杆103a和容器154間產生牽引磁力，以便該牽引磁力允許對磁致伸縮元件151施加預壓。源自永磁體162的磁感應線的一部分通過管狀外殼163a、間隙155、驅動杆103a、磁致伸縮元件151和固定盤腳161並經管狀外殼163b，返回到永磁體162。這允許將偏置靜磁場施加到磁致伸縮元件151。
在磁致伸縮致動器103中，驅動杆103a不受軸承支撐。這使得不產生有關驅動杆103a與軸承摩擦的問題，從而基本上降低位移輸出的損失。
在磁致伸縮致動器103中，牽引磁力允許對磁致伸縮元件151施加預壓。這允許即使磁致伸縮元件151的位移周期短，也能使向其施加的預壓保持穩定，從而基於提供給螺線管152的控制電流，獲得適當的位移輸出。
因此，在磁致伸縮致動器103中，流過螺線管152的控制電流和驅動杆103a的位移之間的關係變為更接近線性關係。這使得基於磁致伸縮致動器103的特性產生的任何失真減小，從而降低反饋調整的負擔。
在磁致伸縮致動器103中，永磁體162位於兩個管狀外殼163a、163b間，以便與將永磁體安裝在固定盤腳161的位置的情形相比，能將偏置靜磁場更均勻地施加到磁致伸縮元件151。在該實施例中，可以不必提供具有用於支撐驅動杆103a的任何軸承的磁致伸縮致動器103、用於將驅動杆103a耦合到容器154的任何耦合構件、用於將預壓施加到磁致伸縮元件151的任何彈簧等等，從而允許更易於小型化和以低價格製造該磁致伸縮致動器103。
管件102和磁致伸縮致動器103中的每一個構成用於聲頻頻帶中的高頻範圍的揚聲器部件以便充當高頻揚聲器。揚聲器單元104構成用於聲頻頻帶中的低頻範圍的揚聲器部件，充當低頻揚聲器。
揚聲器單元104通過未示出的螺絲安裝在基座外殼101上，其前側顛倒放置以及其主體容納在基座外殼101的下端的開口105中。
在該實施例中，揚聲器104安置成放在與管件102相同的軸上。從揚聲器單元104的前側輻射的正相位的聲波通過基座外殼101的底部，輻射到外部。從揚聲器單元104的後側輻射的負相位的聲波通過開口105和管件102，從管件102的上端輻射到外部。在該實施例中，管件102充當諧振器。
由例如橡膠材料製成的阻尼構件116安置在管件102的下端面和基座外殼102的頂面間。這防止通過管件102，將磁致伸縮致動器103的任何振動傳播到基座外殼101，並通過管件102增強密封，以便管件102能良好地充當諧振器。
圖7表示用於四個磁致伸縮致動器103和揚聲器單元104的驅動系統的結構。
將構成立體聲信號的聲信號的左分量AL和右分量AR提供給加法器121。該加法器使聲信號的這些分量AL、AR彼此相加以便產生單耳聲信號SA。高通濾波器122接收該單耳聲信號SA以及從其提取其高頻範圍分量SAH。均衡器123接收該高頻範圍分量SAH，以及調整其頻率特性，以便它能對應於磁致伸縮致動器103。放大器124-1至124-4分別接收和放大所調整的高頻範圍分量SAH，以便將其提供給四個磁致伸縮致動器103，作為其控制信號。這使得由相同的高頻範圍分量SAH，驅動四個磁致伸縮致動器103，以致它們的驅動杆103a能根據該高頻範圍分量SAH位移。
低通濾波器125接收該單耳聲信號SA以及從其提取其低頻範圍分量SAL。均衡器126接收該低頻範圍分量SAL以及調整其頻率特性，以便對應於由管件102構成的諧振器。延遲電路127接收和使所調整的低頻範圍的揚聲器延遲若干毫秒。放大器128接收並放大所延遲的低頻範圍分量SAL，以便將其提供給揚聲器單元104，作為其控制信號。這使得揚聲器單元104受低頻範圍分量SAL驅動。
將延遲電路127插入到揚聲器單元104的低頻範圍分量SAL的供給路徑中使得與當高頻範圍的聲波從管件102輻射時的時間點相比，使當低頻範圍的聲波從揚聲器單元104輻射時的時間點延遲。這使得聽眾易於基於人類特性感覺輻射高頻範圍的聲波的管件102上的聲像，以致聲像與所聽聲音的高頻範圍相關。
下文將描述圖1至4所示的揚聲器100A的操作。
由單耳聲信號SA的高頻範圍分量SAH，驅動包含並安置在基座外殼101中的四個磁致伸縮致動器103。它們的驅動杆103a根據高頻範圍分量SAH位移。基於驅動杆103a中的每一個的位移，管件102通過垂直於管件102的下端面(沿管件102的平面)的驅動杆103a的振動分量振動。
通過縱波激勵管件102的下端面以及彈性波(振動)沿其平面方向傳播到管件102。當該彈性波傳播到管件102時，其彈性波重複縱波與橫波的模式切換，以及反之亦然，以便在其中混合縱波和橫波。橫波激勵管件102的水平方向(即垂直於管件102的平面的方向)中的振動。這使得將聲波從管件102輻射到外部。換句話說，管件102的外表面能發出對應於高頻範圍分量SAH的高頻範圍的聲輸出。
應注意到，在該實施例中，基於單耳聲信號SA的相同高頻範圍分量SAH，驅動在管件102的圓形下端面下並沿該圓形下端面以相同距離在基座外殼101中排列的四個磁致伸縮致動器103，以便管件102的圓周能發出具有全向的高頻範圍的聲輸出。
另外，基於單耳聲信號SA的低頻範圍分量SAL，驅動安裝在基座外殼101的底面上的揚聲器單元104。揚聲器單元104的前面發出低頻範圍的聲輸出(正相位)，以便該聲輸出能通過基座外殼101的底面發射到外部。揚聲器單元104的後面發出低頻範圍的聲輸出(負相位)，以便通過開口105和管件102，能將該聲輸出從管件102的頂部發射到外部。
根據圖1至4所示的揚聲器100A，基於單耳聲信號SA的高頻範圍分量SAH驅動的磁致伸縮致動器103通過與管件102的下端面垂直的振動分量，與管件102的下端面一起振動。這防止在振動點出現大的橫波。因此，與來自另一位置相比，聽眾不會聽到非常高聲發聲的、來自振動點的聲波，以便在其縱向中，在整個管件102上，能產生聲像。這導致獲得整體聲像。
下文將描述如果管件102在其軸向中，在其下端面上振動(情形1)以及如果管件102在其徑向中，在其下端面上振動(情形2)，輸入恆定加速度以及輸出示為加速度的模擬。在這些模擬中，假定使用由丙烯酸樹脂製成的、具有長度1000mm、直徑100mm和厚度2mm的管件102。
圖8表示當管件102在其徑向中振動時的模擬結果，如由圖9的箭頭所示。曲線「a」表示位於離管件102的下端面2.8367cm的中心軸C上的管件102的底部位置102a處的頻率響應，曲線「b」表示位於離管件102的下端面50cm的中心軸C上的管件102的中心位置102b處的頻率響應，以及曲線「c」表示位於離管件102的下端面95.337cm的中心軸C上的管件102的頂部位置102c處的頻率響應。
如果管件102在其徑向振動，在振動點出現大的橫波。因此，與來自另一位置的聲波相比，聽眾會聽到非常高發聲的、來自振動點的聲波，以致會使各位置處的加速度(聲壓)間的差值相對大，如圖8所示。這使得聽眾感覺其縱向中，管件102的各位置處的任何不均勻聲壓。這防止獲得整個聲像。
圖10表示當管件102在其軸向中振動時的模擬結果，如由圖11的箭頭所示。曲線「a」表示位於離管件102的下端面2.8367cm的中心軸C上的管件102的底部位置102a處的頻率響應，曲線「b」表示位於離管件102的下端面50cm的中心軸C上的管件102的中心位置102b處的頻率響應，以及曲線「c」表示位於離管件102的下端面95.337cm的中心軸C上的管件102的頂部位置102c處的頻率響應。
如果管件102在其軸向(垂直於管件102的下端面的方向)中振動，在振動點不出現大的橫波。因此，與來自另一位置的聲波相比，聽眾不會聽到以非常高發聲的、來自振動點的聲波，以致使各位置處的加速度(聲壓)間的差值相對小，如圖10所示。這使得聽眾感到在其縱向中，管件102的各位置處的任何均勻聲壓。這允許獲得整體聲像。
根據圖1至4所示的揚聲器100A，磁致伸縮致動器103與管件102的下端面一起振動，以便聲波能從在其縱向中的管件102的各位置輻射。這使得從管件102的外表面發出對應於單耳聲信號SA的高頻範圍分量SAH的高頻範圍的聲輸出。因此，在該揚聲器100A中，任何驅動設備，諸如磁致伸縮致動器不存在於其中產生聲像的管件102的位置，以致如果管件102由完全透明材料製成，看不到驅動設備。因此，可以顯示有關例如在管件102上發出的聲音的任何可視信息，而不被驅動設備打斷。
根據圖1至4所示的揚聲器100A，能通過基座外殼101的底面，將從安裝在基座外殼101的底部上的揚聲器單元104的前面輻射的低頻範圍的聲輸出(正相位)發出到外部，以及通過開口105和管件102，能將從揚聲器104的後面發出的低頻範圍的聲輸出(負相位)發出到外部。這允許相對於其軸向中的管件102的各位置的低頻範圍的聲頻輸出，感覺任何均勻聲壓，從而在其縱向中，在整個管件102上產生聲像，以便獲得整體聲像。
使用麥克風，測量下述測量(1)和(2)中，處於分別遠離管件102的上部和下部中的每一個1米的頂位置M1和底位置M2的聲壓級(SPL)。測量(1)與聲波SW僅從管件102的頂部輻射的情形有關，以及測量(2)與聲波SW、SW從管件102的頂部和底部輻射的情形有關。
圖12表示當聲波SW僅從管件102的頂部輻射時的測量(1)的結果，如由圖13的箭頭所示。曲線「a」表示頂部位置M1處的SPL以及曲線「b」表示底部位置M2處的SPL。如圖12所示，當聲波SW僅從管件102的頂部輻射時，底部位置M2處的SPL低於頂部位置M1的SPL。這防止聽眾感覺在其縱向中的整個管件102上，與低頻範圍的聲輸出有關的任何均勻聲壓。
圖14表示當聲波SW、SW從管件102的頂部和底部輻射時的測量(2)的結果，如圖15的箭頭所示。曲線「a」表示頂部位置M1的SPL，以及曲線「b」表示底部位置M2的SPL。如圖14所示，當聲波SW、SW從管件102的頂部和底部輻射時，底部位置M2的SPL幾乎等於頂部位置M1的SPL。這允許聽眾感覺在其縱向的整個管件102上，與低頻範圍的聲輸出有關的任何均勻聲壓。
已經描述了磁致伸縮致動器103和揚聲器單元104的驅動系統，以致其結構變為如圖7所示，以及通過單耳聲信號SA的相同高頻範圍分量SAH，能驅動四個磁致伸縮致動器103。然而，根據實施例，可以通過任何單獨的高頻範圍分量SAH，驅動這四個磁致伸縮致動器103。
圖16表示用於四個磁致伸縮致動器103和揚聲器單元104的驅動系統的另一結構。在圖16中，相同的參考數字表示圖7的相同元件，將省略其詳細說明。
將由高通濾波器(HPF)122提取的單耳聲信號SA的高頻範圍分量SAH提供給四個信號處理單元129-1至129-4。這四個信號處理單元129-1至129-4在其電平、延遲時間、頻率特性等等上，分別單獨地調整高頻範圍分量SAH(即，執行任何聲場控制處理)，以及執行與磁致伸縮致動器103的輸出特性有關的任何信號補償處理。放大器124-1至124-4分別從四個信號處理單元129-1和129-4接收高頻範圍分量SAH1至SAH4並放大它們。然後，四個磁致伸縮致動器103分別接收放大的四個高頻範圍分量SAH1至SAH4，作為驅動信號。因此，基於單獨的高頻範圍分量SAH1至SAH4，分別驅動這四個磁致伸縮致動器103，因此，使得基於高頻範圍分量SAH1至SAH4，單獨地移動這些磁致伸縮致動器103的驅動杆103a。
將由低通濾波器(LPF)提取的單耳聲信號SA的的低頻範圍分量SAL提供給信號處理單元130。信號處理單元130在其電平、延遲時間、頻率特性等等上調整該低頻範圍分量SAL(即執行任何聲場控制處理)，以及執行與諧振特性有關的任何信號補償處理。放大器128從信號處理單元130接收低頻範圍分量SAL，並放大它。然後，揚聲器單元104接收該放大的低頻範圍分量SAL，作為其驅動信號。因此，基於該低頻範圍分量SAL，驅動該揚聲器單元104。
根據圖16所示的驅動系統的結構，基於通過信號處理單元129-1至129-4中的處理單獨獲得的高頻範圍分量SAH1至SAH4，分別驅動這四個磁致伸縮致動器103。
應注意到儘管在圖16所示的驅動系統的結構中，從單耳聲信號SA已提取用於驅動四個磁致伸縮致動器103的高頻範圍分量SAH1至SAH4，但在本發明的實施例中，可以從構成立體聲信號的左聲信號AL和右聲信號AR，或從多聲道聲信號提取它們。
下文將描述根據本發明的另一實施例的揚聲器100B。圖17至19表示根據本發明的該另一實施例的揚聲器100B的結構。圖17表示揚聲器100B的垂直截面圖；圖18表示沿圖17中所示的XVIII-XVIII清楚所示的下面部分的揚聲器100B的橫截面圖；以及圖19是揚聲器100B的俯視圖(將省略沿圖17的線XVIII-XVIII所示的下面部分)。在圖17至19中，相同參考數字表示圖1至4的相同元件，將省略其詳細描述。
除圖1至4所示的揚聲器100A的結構外，揚聲器100B具有支撐管件102B的支撐構件131。支撐構件131具有安置在基座外殼101的頂面上的下十字條132、安置在管件102B的頂部的上十字條133以及杆134。杆134的末端連接到下十字條132的中心以及其另一端連接到上十字條133的中心。
下十字條132的四端分別具有用於螺絲的圓孔，未示出。其四個末端通過螺絲135分別固定到基座外殼101的頂面。固定螺絲135中的每一個的螺紋的每一螺絲孔(未示出)形成在基座外殼101中。
上十字條133的四個末端133e分別製作得寬以及以直角向下折。這四個末端133e分別具有用於螺絲的圓孔，未示出。上十字條133的四個末端133e通過螺絲136和螺母137被分別固定到管件102B的頂部。在管件102B的頂部中，形成固定螺絲136的螺紋的每一螺絲孔，未示出。
分別由環形橡膠構件構成的阻尼構件138、139位於上十字條133的四個末端133e中的每一個和管件102B的外表面之間以及螺母137中的每一個和管件102B的內表面之間。這防止磁致伸縮致動器103的振動(彈性波)通過管件102B和支撐構件131傳播到基座外殼101。
圖17至19中所示的揚聲器100B的剩餘部件與圖1至4所示的揚聲器100A類似。圖17至19所示的揚聲器100B與圖1至4所示的揚聲器100A的操作類似的操作。
根據揚聲器100B，能獲得與揚聲器100A類似的良好效果，以及由於支撐構件131支撐管件102B，如果拉長管件102B，能確保其平衡。支撐構件131包括如上所述的杆134等等，以便使管件中的它們的佔用容量小，對作為諧振器的管件102B的任何功能的影響小。
下文將描述根據本發明的另一實施例的揚聲器100C。圖20至23表示根據本發明的另一實施例的揚聲器100C的結構。圖20表示揚聲器100C的透視圖；圖21表示其垂直截面圖；圖22表示其俯視圖；以及圖23表示其底視圖。在圖20至23中，相同的參考數字表示圖1至4的相同元件，將省略其詳細描述。
在該揚聲器100C中，通過分隔構件，例如由丙烯酸樹脂製成的分隔壁142，將管件102的內部劃分成多個部分以便形成多個通道，在該實施例中，四個通道141a至141d，每一個沿管件102的軸向延伸。分隔壁142具有如圖22和23所示的十字橫截面。如圖21所示，分隔壁142從管件102的內部向上延伸到基座外殼101的開口105，以便能將基座外殼101的內部劃分成多個部分以形成分別對應於141a至141d的四個單獨通道143a至143d，如圖22和23所示。應注意到由於管件102和基座外殼101的開口105具有不同的直徑，分隔壁142具有對應於其各自的直徑的寬度，以便在其下面位置中形成梯狀，如圖21所示。
揚聲器100C具有四個揚聲器單元104a至104d，分別安置在與四個通道143a至143d中的每一個中的管件102C相同的軸上。這些揚聲器單元104a至104d分別通過螺絲(未示出)安裝在基座外殼101的底面上，以及使它們的前側顛倒，以及它們的主體分別容納在基座外殼101的下端的單獨的通道143a至143d中。
在該實施例中，將揚聲器單元104a至104d排列成將它們放在與各個通道143a至143d中的每一個中的管件102C相同的軸上。從揚聲器單元104a至104d中的每一個的前側輻射的正相位的聲波通過基座外殼101的底部，輻射到外部。從揚聲器單元104a至104d中的每一個的後側輻射的負相位的聲波通過通道143a至143d以及通道141a至141d，輻射到外部。在該實施例中，管件102還充當諧振器。
圖24表示用於四個磁致伸縮致動器103和四個揚聲器單元101a至104d的驅動系統200的結構。
該驅動系統200具有數位訊號處理器(DSP)塊201以及放大塊202和203。DSP塊201具有信號調整和聲場控制子塊201A，用於磁致伸縮致動器，以及信號調整和聲場控制子塊201B，用於揚聲器單元。
用於磁致伸縮致動器的信號調整和聲場控制子塊201A包括分別對應於四個磁致伸縮致動器103的四個信號處理單元211和四個高通濾波器(HPF)212。信號調整和聲場補償子塊201A還包括四對(八個)衰減器210，每一對用於接收和衰減構成用於四個信號處理單元211中的每一個的立體聲的左聲信號AL和右聲信號AR。
信號處理單元211中的每一個以它們的電平、延遲時間和頻率特性等等，接收和調整聲信號AL和AR，以及執行任何處理，諸如聲信號AL和AR的混合(聲場控制處理)。信號處理單元211中的每一個還執行相對於磁致伸縮致動器103的輸出特性的任何信號補償處理。HPF 212中的每一個從相應的信號處理單元211接收聲信號，以及從其提取高頻分量以便將其提供給放大塊202。
放大塊202接收和放大聲信號的高頻分量，DSP塊201的信號調整和聲場補償子塊201A已經在高頻分量上單獨地執行聲音控制處理和信號補償處理以便為磁致伸縮致動器103提供它們。然後，磁致伸縮致動器103分別接收所放大的聲信號的高頻分量。因此，通過已經執行聲音控制處理的高頻分量驅動四個磁致伸縮致動器103允許通過高頻聲輸出，增加整體聲像。
另一方面，用於揚聲器單元的信號調整和聲場控制子塊201B包括四個信號處理單元221和四個低通濾波器(LPF)222，其分別對應於四個揚聲器單元104a至104d。信號調整和聲場補償子塊201B還包括四對(八個)衰減器220，每一對用於接收和衰減構成用於四個信號處理單元221中的每一個的立體聲信號的左聲信號AL和右聲信號AR。
信號處理單元221中的每一個按它們的電平、延遲時間和頻率特性等等，接收和調整聲信號AL和AR，以及執行任何處理，諸如聲信號AL和AR的混合(聲場控制處理)。信號處理單元221中的每一個還相對於諧振器特性，執行任何信號補償處理。LPF 222中的每一個從相應的信號處理單元221接收聲信號以及從其提取低頻分量，以便將其提供給放大塊203。
放大塊203放大聲信號的低頻分量，DSP塊201的信號調整和聲場補償子塊201B已經在低頻分量上單獨地執行聲音控制處理和信號補償處理，以便將它們提供給揚聲器單元104a至104d中的每一個。然後，四個揚聲器單元104a至104d分別接收聲信號的所放大的低頻分量。因此，通過已經在其上執行聲音控制處理的低頻分量驅動四個揚聲器單元104a至104d允許通過低頻聲輸出，增強整體聲像。
在圖24所示的驅動系統200中，在信號調整和聲場補償子塊201A中，沿相反順序排列信號處理單元211和HPF 212，以及類似地，在信號調整和聲場補償子塊201B中，沿相反順序，能排列信號處理單元221和LPF 222。儘管在圖24所示的驅動系統200中，已經從構成立體聲信號的右左聲信號AR、AR，獲得驅動四個磁致伸縮致動器103的高頻分量和驅動四個揚聲器單元104a至104d的低頻分量，但本發明不限於此。能從單耳聲信號或多聲道聲信號獲得它們。
圖20至23所示的揚聲器100C的剩餘部件與圖1至4所示的揚聲器100A類似。圖20至23所示的揚聲器100C與圖1至4所示的揚聲器100A的操作類似地操作。
然而，在該揚聲器100C中，四個揚聲器單元104a至104d安裝在基座外殼101的底面上，以及基於低頻分量SAL1至SAL4，分別地驅動。因此，從揚聲器單元104a至104d中的每一個的前側輻射的正相位的低頻聲波通過基座外殼101的底面，輻射到外部。從揚聲器單元104a至104d中的每一個的後側輻射的負相位的低頻聲波通過通道143a至143d以及通道141a至141d，從管件102的上端輻射到外部。
根據揚聲器100C，除上述揚聲器100A類似的良好效果外，能獲得下述效果。即，在該實施例中，提供四個揚聲器單元104a至104d，以及它們被分隔壁142分開，從而分別排列在與四個通道141a至141d中的每一個中的管件102C相同的軸上，以便它們彼此不幹擾，以及能獲得它們的獨立性。因此，如圖24所示，基於信號處理單元221已經在其上單獨地執行任何處理的低頻分量SAL1至SAL4，驅動四個揚聲器單元104a至104d允許聲場處理，從而增強將獲得的整體聲像。
下文將描述根據本發明的另一實施例的揚聲器100D。圖25至28表示根據本發明的另一實施例的揚聲器100D的結構。圖25是揚聲器100D的透視圖；圖26是其垂直截面圖；圖27是其俯視圖；以及圖28是其底視圖。在圖25至28中，相同的參考數字表示圖1至4相同的元件，將省略其詳細說明。
在該揚聲器100D中，通過分隔構件，例如由丙烯酸樹脂製成的分隔壁146，將管件102的內部分割成多個部分以便形成多個通道，在該實施例中，為五個通道145a至145e，每一個沿管件102的軸向延伸。在該實施例中，在五個通道145a至145e中，一部分145e形成在管件102的中心部上，以及其他部分145a至145d形成在通道145e周圍。
分隔壁146具有在其中心的圓形部的橫向部以及在四個方向中，從圓形部徑向向外延伸的徑向部，如圖27和28所示。
分隔壁146，如圖26所示，從管件102的內部向上延伸到基座外殼101的開口105，以便能將基座外殼101的內部劃分成多個部分以形成分別對應於對應於通道145a至145e的五個單獨的小通道147a至147e，如圖27和28所示。應注意到由於管件102D和基座外殼101的開口105具有不同的直徑，分隔壁146具有對應於其各自的直徑的寬度，以便在其下面位置中形成梯狀。
揚聲器100D具有五個揚聲器單元104a至104e，分別安置在與上述五個通道145a至145e中的每一個中的管件102D相同的軸上。這些揚聲器單元104a至104e分別通過螺絲(未示出)安裝在基座外殼101的底面上，以及使它們的前側顛倒放置，它們的主體分別容納在基座外殼101的下端的單獨的小通道147a至147e中。
在該實施例中，將揚聲器單元104a至104e排列成將它們放在與各個通道145a至145e中的每一個中的管件102D相同的軸上。從揚聲器單元104a至104e中的每一個的前側輻射的正相位的聲波通過基座外殼101的底面，輻射到外部。從揚聲器單元104a至104d中的每一個的後側輻射的負相位的聲波通過小通道147a至147e以及通道145a至145e，輻射到外部。在該實施例中，管件102還充當諧振器。
儘管未示出其驅動系統，但與圖20至23所示的揚聲器100C中的揚聲器單元104a至104d類似，基於單獨處理的低頻分量(見圖24)，單獨地驅動五個揚聲器單元104a至104e。
圖25至28中所示的揚聲器100D的剩餘部件與圖1至4所示的揚聲器100A類似。圖25至28所示的揚聲器100D與圖1至4所示的揚聲器100A的操作類似地操作。
然而，在該揚聲器100D中，五個揚聲器單元104a至104e安裝在基座外殼101的底面上，並基於低頻分量分別驅動。因此，從揚聲器單元104a至104e中的每一個的前側輻射的正相位的低頻聲波通過基座外殼101的底面，輻射到外部。從揚聲器單元104a至104e中的每一個的後側輻射的負相位的低頻聲波通過小通道147a至147e以及通道145a至145e，從管件102的上端輻射到外部。
根據揚聲器100D，除與上述揚聲器100A類似的良好效果外，能獲得下述效果。即，在該實施例中，提供五個揚聲器單元104a至104e，以及通過分隔壁146分開它們以便分別排列在與五個通道145a至145e中的每一個中的管件102D相同的軸上，以致它們彼此不幹擾，以及能獲得它們的獨立性。因此，基於單獨處理的低頻分量，驅動五個揚聲器單元104a至104e，允許聲場處理以便增強將獲得的整體聲像。
另外，根據揚聲器100D，在五個通道145a至145e中，在管件102的中心部形成通道145e，以及將其他通道145a至145d形成在管件102的中心部形成的通道145e周圍。在這種情況下，如果基於聲信號Sa1，驅動對應於中心通道145e的揚聲器單元104e，以及基於聲信號Sa2，驅動對應於周圍通道145a至145d的揚聲器單元104a至104d，在管件102D的任意位置，即，在任何聽眾U1至U4的位置，能獲得均勻聲場控制效果的效果。
如果當例如基於聲信號Sa1，驅動對應於通道141a和141c的揚聲器單元104a和104c，以及基於聲信號Sa2，驅動對應於通道104b和104d的揚聲器單元104a和104d時，與上述揚聲器100C一樣，在管件102D的中心部不形成通道，那麼，在管件102周圍的位置，能獲得不均勻的聲場控制效果。即，在聽眾U1和U3的位置以及聽眾U2和U4的位置，能獲得不同的聲場控制效果。換句話說，能獲得具有不同方向性的任意聲場控制效果。
下文將描述根據本發明的又一實施例的揚聲器100F。圖30表示根據本發明的又一實施例的揚聲器100F的結構。圖30是揚聲器100F的透視圖。在圖30中，相同參考數字表示圖1的相同元件，將省略其詳細說明。
在該揚聲器100F中，使用管件102F，代替圖1中所示的揚聲器100A的管件102。管件102F具有其圓形截面的不同直徑，所述直徑朝從揚聲器單元104輻射的聲波傳播的方向(在圖30中向上)逐漸變大。
圖30中所示的揚聲器100F的剩餘部件與圖1至4所示的揚聲器100A相同。圖30中所示的揚聲器100F類似於圖1至4所示的揚聲器100A的操作來操作。
根據揚聲器100F，除與上述揚聲器100A類似的良好效果外，能獲得下述效果。即，由於管件102F具有其圓形截面的不同直徑，所述直徑朝從揚聲器單元104輻射的聲波傳播的方向逐漸變大，能具有任何增加的電感應分量，從而使得獲得平坦的頻率特性和諧振阻尼效果。由於管件102F具有從其輻射聲波的增大開口，可以增強整個聲像。
儘管在上面的實施例中，已經描述了揚聲器單元安裝在基座外殼101的底面上，本發明不限於此。作為另一實施例，能提供圖31所示的揚聲器100G，其中，將揚聲器單元104G在其縱向中排列在管件102的中間部分上。
根據揚聲器100G，從揚聲器單元104G的前側輻射的正相位的聲波SW1在管件102G中向下傳播，並通過其底端輻射到外部。從揚聲器單元104G的後側輻射的負相位的聲波SW2在管件102G中向上傳播，並通過其上端輻射到外部。在該實施例中，管件102G充當諧振器。
根據揚聲器100G，聲波從管件102G的上下端輻射。這使得聽眾在其縱向中在管件102G的每一位置處感覺平均聲壓，從而允許聽眾沿管件102G的整個長度散布聲像，以便獲得整體聲像。此時，揚聲器單元104G在其縱向中排列在管件102的中間部分，以便能使管件102G的上下端輻射的聲波的電平幾乎相同，從而允許在其縱向中在管件102的每一位置獲得更均勻的聲壓。
儘管在上述實施例中，已經描述正相位的聲波通過管件102、102B、102C、102D、102F或102G的底端，輻射到外部，以及負相位的聲波通過管件102、102B、102C、102D、102F或102G的上端，輻射到外部，本發明不限於此。作為另一實施例，能提供如圖32所示的揚聲器100H，其中，兩個揚聲器單元104Ha、104Hb在其縱向中，排列在管件102H的中間部分。這些揚聲器單元104Ha、104Hb排列在管件102H的中間部分，以及它們背對背排列。基於相同的聲信號，驅動這些揚聲器單元104Ha、104Hb。
根據揚聲器100H，從揚聲器單元104Ha的前側輻射的正相位的聲波SW3在管件102H中向下傳播，並通過其底端輻射到外部。從揚聲器單元104Hb的前側輻射的正相位的聲波SW4在管件102H中向上傳播，並通過其上端輻射到外部。在該實施例中，管件102G充當諧振器。
根據揚聲器104H，聲波從管件102H的上和底端輻射。這使得聽眾在其縱向中在管件102H的每一位置感覺均勻的聲壓，從而允許聽眾沿管件102H的整個長度散布聲像，以便獲得整體聲像。
此時，揚聲器單元104Ha、104Hb在其縱向中排列在管件102H的中間部分，以便能使從管件102H的上和底端輻射的聲波的電平幾乎相同，由此允許在其縱向中在管件102的每一位置，獲得更均勻聲壓。此外，從管件102H的上和底端輻射的聲波具有相同的相位，以便在管件102H的上和底端處，能獲得相同的特性，從而允許聽眾感覺特性無差異的聲像。
儘管在上述實施例中，磁致伸縮致動器和電動致動器已經用作揚聲器單元中的發聲體(換能器)，本發明不限於此。當然，也可以將壓電致動器等等用作發聲體。
根據本發明的上述實施例，可以在可接受的寬範圍內，獲得整體聲像，以便本發明能應用於用於視聽裝置的揚聲器等等。
本領域的技術人員應理解到在落在附加權利要求的範圍或其等效的情況下，由設計需求和其他因素而定，可以想到各種改進、組合、子組合和變化。
權利要求
1.一種揚聲器，包括管件，包含相對端；以及發聲體，基於施加到該發聲體的聲信號被驅動，所述發聲體排列在與該管件相同的軸上，其中，從該發聲體輻射的聲波從該管件的相對端輻射。
2.如權利要求1所述的揚聲器，其中，由分隔構件將該管件的內部劃分成多個部分以形成通道，每一通道沿該管件的軸向延伸；以及其中，多個發聲體分別排列在與每一通道中的管件相同的軸上。
3.如權利要求2所述的揚聲器，其中，該多個通道的一部分形成在該管件的中心部，以及該多個通道的其他部分形成在該管件的中心部處形成的通道部分的周圍。
4.如權利要求1所述的揚聲器，其中，該發聲體沿該管件縱向排列在該管件的中間部。
5.如權利要求1所述的揚聲器，其中，該管件包含其圓形橫截面的不同直徑，朝從該發聲體輻射的聲波的傳播方向，使所述直徑逐漸變大。
6.如權利要求1所述的揚聲器，其中，該發聲體包括第一發聲構件和第二發聲構件；以及其中，從該第一發聲構件輻射的第一聲波從該管件的末端輻射到外部，以及從該第二發聲構件輻射的第二聲波從該管件的另一端輻射到外部，所述第二聲波具有與該第一聲波相同的相位。
7.一種通過使用包含相對端的管件將從發聲體輻射的聲波輻射到外部來輸出聲音的方法，所述方法包括步驟將該發聲體排列在與該管件相同的軸上；以及將已經從該發聲體輻射的聲波從該管件的相對端輻射到外部。
全文摘要
本發明涉及輸出聲音的揚聲器和方法，其中的揚聲器包含管件，該管件包含相對端，以及發聲體，基於施加到該發聲體的聲信號被驅動。該發聲體排列在與該管件相同的軸上。從該發聲體輻射的聲波從該管件的相對端輻射。
文檔編號H04R1/34GK101018425SQ20071000807
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月9日 優先權日2006年2月9日
發明者鈴木伸和, 瓜生勝, 大橋芳雄 申請人:索尼株式會社