盆架內含音箱低諧振頻率電動揚聲器的製作方法

2023-10-07 23:26:39 1

專利名稱：盆架內含音箱低諧振頻率電動揚聲器的製作方法
技術領域：
揚聲器。
背景技術：
目前，公知的電動揚聲器，由振動系統和磁路系統兩部分組成。電動揚聲器結構簡單，振動情況複雜，一直是音響系統中最薄弱的技術環節，特別是低頻諧振頻率偏高，不能滿足使用要求。
人耳能聽到的聲音範圍為20赫茲到20千赫茲，鋼琴的最低音頻率是27.5赫茲。音箱要良好播放傳統樂器最低音或把有效頻率範圍延伸到20赫茲以下，則要求裝箱的電動揚聲器諧振頻率降低到接近20赫茲或20赫茲以下。
要降低電動揚聲器的諧振頻率，根據電動揚聲器的工作原理，必須加大揚聲器振動系統的等效質量和等效力順。廣泛使用的高順性揚聲器，振動系統等效力順已很大，加大振動系統等效質量也有難度設一300毫米口徑電動揚聲器，諧振頻率為36赫茲，要把諧振頻率降至18赫茲，則揚聲器振動系統等效質量要提高4倍。

發明內容
為了克服現有電動揚聲器諧振頻率偏高的不足，本發明提供一種電動揚聲器，該電動揚聲器諧振頻率很低，而且可以使用傳統電動揚聲器的磁鋼、盆架、振動系統，不增加振動系統質量。如一300毫米口徑電動揚聲器，諧振頻率36赫茲，不增加振動系統質量，使用本發明，可將諧振頻率降至18赫茲以下。
發明從發現開始，要降低電動揚聲器諧振頻率，必須研究是否有影響已知電動揚聲器諧振頻率的其它因素和該因素如何控制。在實驗中發現兩個奇怪的現象1.一內容積120升閉箱，電動揚聲器口徑300毫米(諧振頻率36赫茲)，音箱諧振頻率50赫茲。做一實驗，需減小音箱容積，把音箱水平放置，用書籍放入箱內充填空間，當大部分空間充填完畢，裝入揚聲器測試，音箱諧振頻率大幅度下降。
2.把諧振頻率為45赫茲的200毫米口徑電動揚聲器裝入內容積15升的閉箱，不出現低頻諧振峰。不斷增加音箱內吸音材料，直到幾乎把吸音材料壓實時，音箱力阻很大，有效容積很小，音箱頻響曲線低頻端反而提升並向低延伸。
以上音箱容積減小，諧振頻率下降的奇怪現象，和音箱設計理論相悖。這說明還有其它影響音箱諧振頻率的因素。應該是低頻駐波。電動揚聲器在有空氣、裝障板(或不裝障板)、自由空間條件下，影響紙盆振動的因素1.空氣阻力。
2.振動系統力阻。
3.駐波。
駐波形成和紙盆振動方向相反的阻力(紙盆兩面都有駐波)，減小紙盆振幅。聲波頻率越高衰減越大，駐波頻率越低強度越高。駐波的影響，可能也是電動揚聲器效率很低(百分之幾或更小)的原因之一。降低駐波強度，減小紙盆振動阻力，可以降低揚聲器諧振頻率。
音箱技術資料中經常出現的兩個問題1.一閉箱，箱內放置吸音材料後，音箱諧振頻率下降，相當於增加了箱體容積。
2.一閉箱，使用同一電動揚聲器，箱體內容積不變，吸音材料質量不變，改變音箱的形狀、尺寸比例，音箱的諧振頻率會改變。
這兩個問題似乎是矛盾的，但可以用駐波的影響來解釋。發射波和反射波相位差180度，形成駐波，駐波頻率越低傳輸損耗越小，強度越高。低頻駐波迫使揚聲器紙盆減小振幅，使諧振頻率升高。一閉箱內放置了吸音材料(聲波頻率越低，吸聲係數越小，吸音效果越差)，降低了低頻駐波強度，使音箱諧振頻率降低，相當於增加了箱體容積。一閉箱容積不變，改變音箱的形狀、尺寸比例，因低頻聲波在音箱內經多次反射才能形成駐波，改變音箱形狀、尺寸比例，會改變低頻聲波的反射次數、途徑，改變反射損耗，亦改變了低頻駐波強度，使音箱諧振頻率改變。音箱諧振頻率改變的實質，是揚聲器諧振頻率改變。這說明駐波是影響電動揚聲器諧振頻率的重要因素。
兩個實驗1.一300毫米口徑電動揚聲器由裡向外安裝在小障板上，用恆流法測得揚聲器諧振頻率為36赫茲(36赫茲峰峰值電壓為0.5伏，100赫茲峰峰值電壓為0.2伏)，逐步減小釋放孔面積(揚聲器紙盆面對的有孔障板部分可視為開口式音箱)，揚聲器諧振頻率也隨之降低，當諧振頻率降至22赫茲時，諧振峰電壓開始下降(可視為揚聲器力阻增加)，此時的障板釋放孔面積可定為臨界釋放孔面積(不同口徑、不同諧振頻率、不同開口箱容積，臨界釋放孔面積均不同)。
2.任何口徑的電動揚聲器裝入小容積(容積小於揚聲器口徑的三次方)開口箱，改變釋放孔面積為臨界釋放孔面積，再減小開口箱容積，可降低揚聲器諧振頻率。
以上實驗會增加電動揚聲器力阻，但同時揚聲器諧振頻率降低卻是無疑的。實驗沒有增加揚聲器振動系統質量，揚聲器振動空氣負荷重量肯定增加，增加多少，有待進一步研究，但揚聲器諧振頻率降低能方便地用低頻駐波強度降低來解釋。
上述實驗開口箱釋放孔較小，箱體阻擋了一部分箱外低頻反射聲波到達紙盆，降低了箱外低頻駐波強度；箱內容積減小，紙盆到箱體的反射距離縮短，多次的聲波反射損耗降低了箱內低頻駐波強度。低頻駐波強度的降低，降低了揚聲器諧振頻率。現在可以得出兩點結論1.減小開口箱釋放孔面積，可降低揚聲器諧振頻率。
2.減小開口箱容積，可降低揚聲器諧振頻率。
揚聲器裝入箱體後，揚聲器和箱體便成為一個整體；音箱就是揚聲器，揚聲器就是音箱。事實上，任何一隻低頻電動揚聲器，都可視為是開口音箱揚聲器紙盆是揚聲器，盆架是箱體(可定為0開口箱)。
根據結論1，減小電動揚聲器盆架釋放孔面積，可降低揚聲器諧振頻率。實驗電動揚聲器只留一釋放孔(盆架接線架位置)，其餘盆架釋放孔封閉，釋放孔面積大於臨界釋放孔面積(下文所指釋放孔，釋放孔面積均大於臨界釋放孔面積)。結果實測如下一300毫米口徑電動揚聲器諧振頻率降至22赫茲(原諧振頻率36赫茲)；一200毫米口徑電動揚聲器諧振頻率降至34赫茲(原諧振頻率45赫茲)；一100毫米口徑電動揚聲器諧振頻率降至60赫茲(原諧振頻率80赫茲)。減小盆架釋放孔面積的電動揚聲器暫定名為「降駐波揚聲器」(「降駐波揚聲器」已於2003年8月23日提出發明專利申請，申請號031552307，名稱降駐波無諧振峰零容積高保真參差調諧匹配音箱技術。已通過初審)。
根據結論2，減小「降駐波揚聲器」盆架內部容積，可降低揚聲器諧振頻率。在「降駐波揚聲器」盆架內粘貼幾塊硬質泡沫塑料(泡沫塑料和紙盆、定心支片保持一定距離)，減小盆架內部容積。結果實測如下一300毫米口徑「降駐波揚聲器」諧振頻率降至17赫茲(原諧振頻率22赫茲)；一200毫米口徑降「駐波揚聲器」諧振頻率降至30赫茲(原諧振頻率34赫茲)。
可以看出，大口徑電動揚聲器諧振頻率下降幅度很大，300毫米口徑電動揚聲器諧振頻率從36赫茲降至17赫茲。
能不能在不增加電動揚聲器振動系統質量的基礎上，再進一步降低電動揚聲器的諧振頻率呢？答案是肯定的。
本發明解決其技術問題所採取的技術方案是1.影響開口箱諧振頻率的兩要素容積、釋放孔面積。要減小開口箱容積降低諧振頻率的最佳方案，是把開口箱安裝到揚聲器盆架內部去。在揚聲器紙盆後安裝一圓錐形開口箱(可定為第1開口箱)，箱內壁錐度等於揚聲器紙盆錐度。圓錐形開口箱頂部開釋放孔，基部和揚聲器盆架粘接固定。圓錐形開口箱內壁和揚聲器紙盆背面的距離為大於等於揚聲器諧振時紙盆最大振幅的二分之一，此距離可定為臨界距離(兩圓錐形間垂線距離)。圓錐形開口箱箱體材料要求1)材料密度要小。
2)有一定的機械強度。
3)較大的內部阻尼。
2.在電動揚聲器盆架內安裝第2開口箱即在圓錐形開口箱(第1開口箱)和音圈定心支片外緣之間粘接安裝一圓筒形開口箱，在音圈引出線方向開釋放孔。第2開口箱亦可視為第1開口箱箱壁加厚延伸。第1開口箱和第2開口箱可分別製作，亦可整體製作，材料要求同方案1。方案2可用方案1第1開口箱箱壁加厚延伸來代替。該揚聲器暫定名為盆架內含音箱低諧振頻率電動揚聲器。
3.在電動揚聲器紙盆正面安裝一圓錐形開口箱，箱內壁錐度等於揚聲器紙盆錐度。圓錐形開口箱頂部開釋放孔(可加大釋放孔面積，釋放孔邊緣要減小箱體壁厚)，基部和揚聲器盆架基部粘接固定。圓錐形開口箱內壁和揚聲器紙盆正面的距離為臨界距離。材料要求同方案1。
4.改變電動揚聲器盆架設計(適用250毫米以上大口徑電動揚聲器)，盆架與定心支片外緣垂直至紙盆臨界距離處為為圓筒形，再改變為圓錐形(錐度和紙盆相同)，與紙盆保持臨界距離至盆架安裝邊。只留接線架安裝處一釋放孔。盆架圓錐形部分作為第1開口箱的全部或一部分。
5.在電動揚聲器盆架安裝邊內側，安裝第3開口箱(或第2開口箱)。開口箱為圓筒形，內徑等於盆架安裝邊內徑，可用塑料管制成，筒口套住揚聲器盆架，筒底密封后開釋放孔，容積為揚聲器口徑三次方的二分之一。釋放孔同時作為揚聲器引出線孔。第3開口箱亦可安裝在音箱內，作為音箱的一部分，形狀、材料任意。
6.在電動揚聲器第3開口箱上增加第4開口箱(或第3開口箱)。第4開口箱形狀、容積同第3開口箱。第4開口箱筒口和第3開口箱筒底粘接固定，第4開口箱釋放孔作為揚聲器引出線孔。第3開口箱、第4開口箱可整體製造。第4開口箱亦可安裝在音箱內，作為音箱的一部分，形狀、材料任意。封閉第4開口箱釋放孔，第4開口箱便成閉箱，揚聲器成為可以播放超重低音，完全獨立的揚聲器音箱系統。揚聲器作為閉箱獨立使用時(或作為設備配套揚聲器可以從後向前安裝時)，第3開口箱、第4閉箱可整體製造，亦可分體製造，形狀任意(可充分利用設備空間，甚至可以用任何截面形狀，截面面積適宜的塑料軟管作為箱體之間的連接或作為箱體直接使用)，容積可以適當縮小或增大，可根據加裝中、高音揚聲器單元尺寸，改變外形。由於箱體容積很小，在實用上有很大的靈活性。
以上技術方案適用於任何口徑的高順性電動揚聲器(含橢圓形電動揚聲器)。
幾點說明1.以上技術方案可根據需要單獨使用或組合使用1)方案5可與方案1、方案2、方案3、方案4、普通電動揚聲器，分別組合使用。
2)方案4可與方案1、方案2、方案3，分別組合使用。
3)方案3可與方案1、方案2，分別組合使用。
4)方案1、方案2可與方案5、方案6組合使用。
5)一般情況下，使用方案1、方案2即可滿足使用要求。
2.文中所提「臨界釋放孔面積」和「臨界距離」不是最佳值。下文所用音箱都是隨機的，音箱容積為內容積，均沒有扣除揚聲器容積；容積不是最佳容積。
3.開口箱內不得充填吸音材料，可在箱壁粘貼吸音材料，以保證釋放孔之間氣流暢通。
4.各開口箱的容積、容積比例、釋放孔面積、釋放孔面積比例、釋放孔通道厚度、選用材料等，有待進一步研究優化。
本發明的有益效果是結構簡單，不增加電動揚聲器振動系統質量，降低揚聲器諧振頻率，而且可以使用傳統電動揚聲器的磁鋼、盆架、振動系統。可以降低傳統音箱諧振頻率，實現低諧振頻率音箱小型化。
舉例說明1.一120升音箱(閉箱)，使用300毫米口徑，諧振頻率36赫茲電動揚聲器，音箱諧振頻率50赫茲。揚聲器經降駐波、減盆腔容積處理後，諧振頻率由36赫茲降至17赫茲，音箱諧振頻率由從50赫茲降至28赫茲，有效頻率範圍延伸到20赫茲以下。
2.一200毫米口徑，諧振頻率45赫茲電動揚聲器，用方案1、方案2改裝後，諧振頻率降至21赫茲；裝入15升音箱(閉箱)，音箱諧振頻率35赫茲。音箱饋入1瓦功率，為方便比較，諧振頻率點頻響作為0分貝。
0分貝35赫茲-3分貝 28赫茲-6分貝 22赫茲-10分貝 18赫茲3.一200毫米口徑，諧振頻率45赫茲電動揚聲器，用方案1、方案2改裝後，諧振頻率降至21赫茲，用方案5，裝入4升第3開口箱，諧振頻率降至16赫茲，用方案6加裝4升閉箱，諧振頻率為43赫茲。揚聲器饋入1瓦功率，頻響實測如下
0分貝43赫茲-3分貝 36赫茲-6分貝 30赫茲-10分貝 22赫茲具體實施方式
以200毫米口徑盆架內含音箱低諧振頻率電動揚聲器為例實驗開口箱1用剪去泡沫橡皮折環的200毫米口徑同型號揚聲器(南鯨YD220-8X)紙盆製作，中心釋放孔直徑60毫米(揚聲器音圈直徑32毫米)，開口箱內壁和揚聲器紙盆垂直運動方向距離為6毫米。為減小箱壁振動，必須加大箱壁厚度。用5毫米厚不透氣硬質泡沫塑料板製作4道內外徑各不相同的圓環，要求圓環內圈和開口箱紙盆外壁粘接，圓環外圈在開口箱定位時與盆架內側接觸。4道泡沫塑料圓環用704密封膠和開口箱紙盆外壁粘接成一個完整的箱體，外徑小的2道環切去80毫米，缺口作為釋放孔和音圈引出線空間。開口箱1，工廠生產可一次性整體製造。
實驗開口箱2，用5毫米厚泡沫塑料板製作3道圓環，要求圓環內徑和定心支片外緣內徑相同，外徑和圓環定位時的盆架內徑相同。3道環粘接成筒形整體，外徑大的2道環切去80毫米，缺口作為釋放孔。開口箱2，工廠生產可一次成型整體製造。開口箱1和開口箱2亦可一次成型整體製造。
方案2、方案1，盆架朝上，把音圈放入磁隙，在音圈內側和磁極間互成90度插入長60毫米、寬15毫米、厚0.25毫米照相紙4條，調整音圈位置，使音圈線圈中間位置處於磁力線中間位置，引出線位置方向朝盆架接線架，把引出線彎入音圈內；把定心支片外緣粘接到盆架；粘接定心支片內緣和音圈外壁；在定心支片外緣粘接圓筒形開口箱2(方案2)，開口箱缺口對齊接線架位置釋放孔；粘接開口箱1(方案1)，開口箱1和開口箱2、開口箱1和盆架之間不得漏氣，開口箱1箱壁缺口對齊接線架釋放孔，開口箱1和紙盆間的垂線距離為6毫米；把紙盆泡沫橡皮邊外緣粘接到盆架邊上；粘接紙盆頂邊和音圈外壁；待粘接膠完全固化後，在紙盆靠音圈引出線位置處打2個小孔，穿入盆架接線架銅編織線，把音圈引出線和銅編織線焊接在一起並用膠封閉紙盆穿線孔；撤去4條音圈定位紙條；粘接防塵罩；粘接盆架邊泡沫塑料護圈。
本發明結構簡單，只是幾隻開口箱的簡單重複而已。電動揚聲器為0箱室，開口箱1、開口箱2可視為「箱中箱」，開口箱3、開口箱4可視為「箱外箱」。
權利要求
1.一種電動揚聲器，在盆架內，音圈、定心支片、「第1開口箱」、紙盆順序安裝，其特徵是在紙盆背面安裝一圓錐形開口箱，開口箱頂部開釋放孔，箱體和盆架粘接固定。
2.根據權利要求1所述的電動揚聲器，其特徵是在「第1開口箱」和定心支片外緣之間安裝一圓筒形「第2開口箱」，在音圈引出線方向開釋放孔。
3.根據權利要求1所述的電動揚聲器，其特徵是在紙盆正面安裝一圓錐形開口箱，頂部開釋放孔，基部和揚聲器盆架基部粘接固定。
4.根據權利要求1所述的電動揚聲器，其特徵是改變電動揚聲器盆架設計，盆架只在接線架安裝處開一個釋放孔，盆架錐度和紙盆錐度相同，使盆架錐體成為「第1開口箱」的全部或一部分。
5.根據權利要求1所述的電動揚聲器，其特徵是在電動揚聲器盆架安裝邊內側安裝一圓筒形「第3開口箱」(或在音箱內安裝「第3開口箱」，形狀任意)，筒底開釋放孔。
6.根據權利要求1所述的電動揚聲器，其特徵是在電動揚聲器「第3開口箱」箱底安裝圓筒形「第4開口箱」(或在音箱內安裝「第4開口箱」，形狀任意)，箱底開釋放孔(或不開釋放孔)。
全文摘要
盆架內含音箱低諧振頻率電動揚聲器，是一種諧振頻率很低的電動揚聲器。它結構簡單，不增加電動揚聲器振動系統質量，只是在揚聲器盆架內、外安裝小容積開口箱，降低揚聲器的諧振頻率，解決了揚聲器諧振頻率偏高的問題，而且可以使用傳統電動揚聲器的磁鋼、盆架、振動系統。可以降低傳統音箱的諧振頻率，實現低諧振頻率音箱小型化。使用「第4開口箱」的電動揚聲器，封閉釋放孔，揚聲器便成為可以播放超重低音，完全獨立的小容積揚聲器音箱(閉箱)系統，或者說是不需要加裝音箱的低音揚聲器單元。它可在汽車、火車等交通工具上安裝使用，特別適合安裝在電視機上，(使用DVD時)播放超重低音立體聲。
文檔編號H04R9/00GK1753575SQ20041007887
公開日2006年3月29日 申請日期2004年9月26日 優先權日2004年9月26日
發明者魏援 申請人:魏援