一种偶极辐射式扬声器系统的利记博彩app
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种扬声器系统一一具体说是一种扬声器双向偶极辐射的扬声器系统。
【背景技术】
[0002]扬声器的电声转换效率极低，电动式扬声器一般只有I %左右，大部分都变为热能白白浪费掉了一一在能源日益紧缺的当代社会，这不符合“低碳节能”的绿色消费理念。
[0003]“声短路”(Acoustic Short Circuit)--振动方向相反的两列声波在空间相遇后相互抵消的现象，声压级SPL为零。由两个相距很近，以相同振幅/相反相位(相差180° )的小球源组成的“声偶极子”可以产生“声短路”(尤其是低频)一一如电动式扬声器正面与背面声辐射，“声短路”会导致电声转换效率进一步下降。由于“声短路”问题，一般扬声器系统都采用封闭式音箱结构(相当于无限大障板)一一虽然避免了 “声短路”，但却无法利用扬声器背面的辐射声能，效率低。音箱内部的声波还会对扬声器振动产生干扰，导致失真。
[0004]“偶极型”扬声器系统(敞开式音箱/开口箱)一一音箱前/后方向辐射的声波相位相反，相当于“声偶极子”，虽然效率低(声短路)，但可以避免封闭式音箱结构导致的失真，如独树一巾只的Linkwitz Dipole Loudspeaker系列。中国专利CN102413399A “无箱体音箱”/CN202634689U “一种敞开式扬声器装置”等在这方面也作了积极有益的探索。
[0005]不同频率声波的指向特性不同，低频声波的有效辐射角度大，比中高频声波更容易发生“声短路” 一一 “偶极型”扬声器系统一般只用于中高频扬声器系统，而不用于低频与全频带扬声器系统。
[0006]“声短路”会导致辐射效率下降/低频响应变差一一实际上，“声短路”还会影响到音质与音色(如结像力/解析度/声音质感/层次感/动态范围等方面)。
[0007]低频扬声器系统大多采用“亥姆霍兹共鸣器”(如倒相管/无源辐射器设计)或“波导驻波共鸣器”(如传输线型音箱)改善低频响应，同时利用扬声器背面的辐射声能一一但声辐射效率提升的带宽很窄，仅限于共鸣频率fop附近。实际上，倒相箱/传输线型音箱共鸣频率fop之外一一扬声器振膜正面与背面声辐射其它频率的声波，都可能会通过倒相管/声波导管发生“声短路”。
[0008]“消声器”是一种允许气流通过而衰减噪声的装置。“抗性消声器” 一一通过管道截面的突变或旁接共振腔等，引起声阻抗的改变，使声波反射/干涉，而衰减向外辐射的声能。“抗性消声器”起源于声滤波器的研宄一一早期用于飞机发动机设计，后在内燃机排气系统与通风空调系统中广泛应用。“扩张式消声器”(膨胀式消声器)一一利用管道截面突变导致声阻抗突变，引起声波的反射与干涉进行消声。声波从截面积为管中传入截面积为S2的管中，S2管对S 1管相当一个“声负载” 一一可以引起声波的反射/透射。面积比S21= S2ZiS1也称为“扩张比”一一当S21< I即S I时，相当于声波遇到“硬”边界，发生反射(声阻抗增加)；当s21<< I即S 2远小于S ^寸，相当于声波遇到刚性壁，发生“全反射”；当S21>1即S t时，相当于声波遇到“软”边界，发生透射(声阻抗减小)；当521>>1即S2远大于，如同声波遇到“真空”边界。
[0009]一般理论认为一一截面突变的变径管消声效果明显；而截面渐变的管道，声能大部分可以透过，反射很少。在管内传播的声波当其波长远大于管径时，如果管端出口缩小或有障碍物，声波在出口处的反射量将增大。当声阻抗达到某一临界值时，反射将发生突变，产生类似一端封闭的“闭管”(Stoped pipe)效果，声波只能在管内反射，而不会传出管端(全反射)。
【发明内容】
[0010]本实用新型目的在于提供一种偶极辐射式扬声器系统一一减小“声短路”的模态密度，充分利用扬声器背面的辐射声能，提高电声转换效率，改善低频响应一一解决偶极辐射型扬声器系统无法用于低频与全频带扬声器系统的问题。
[0011]本实用新型的技术方案一一扬声器背面与一刚性壁声腔耦合，声腔刚性壁具有导声孔，导声孔为通孔，相邻导声孔间距d彡9mm ;当频响范围f < 100Hz时，100 μ m <孔径Φ ( 300 μ m，孔隙率P彡0.1%。;当频响范围f彡100Hz时，300 μ m<孔径Φ < 1000 μ m，孔隙率P ( 3%一一孔隙率P按导声孔总面积与扬声器投影面积之比计算。
[0012]“偶极福射式扬声器系统”(Dipolar Radiat1n mode Loudspeaker System)--
以下简称为DRLS，可以减小“声短路”的模态密度，提高电声转换效率。
[0013]DRLS电-力-声类比图——扬声器的振动系统质量Mm/支撑系统Cm与后腔声顺Ca/声阻Ra(Rm/Rr)构成“串联谐振”；导声孔的质量抗Xm(空气柱质量Mm’)/弹性抗Xe/声阻尼Da(Rm’)与后腔声顺Ca可构成“串联共鸣”(亥姆霍兹共鸣器)，多个(k = 1，2，3，……，n)导声孔并联。参照图1。
[0014]木质音箱壳壁厚度t 一般为9-18mm(MDF板规格)，塑料音箱(如ABS) —般t ( 5mm——故导声孔的长度L按照L ( 18mm计。音箱壳壁厚度t丨一导声孔长度L ? /孔径Φ丨；t丨一导声孔长度L丨/孔径Φ丨。可以根据具体情况一一设置导声孔的孔径与数量，调节声阻抗Za/声阻尼Da，获得不同的延时效果。
[0015]实际上一一 “闭管”(Stoped pipe)理论及其应用是基于气体绝热过程的“物态方程”(静态)，体积小则压强大，V丨(S丨)/P丨一声阻抗Za丨。而抗性消声器声波在波导管中传播，与气流相关(气流速度V ^ 0) 一一因此应该考虑气流对于声波的影响，采用“流体力学”可以动态/准确地诠释之。对于飞机发动机设计，气流速度一般大于声速(Ma > I)，根据“伯努利方程”一一管道截面积S ? (管径d t )，Ρ I /V t，声阻抗Za I ;SI (d丨)，P丨/V丨，Za丨一一而通风空调系统等抗性消声器管道中气流速度一般小于声速，属于“不可压缩流体”(Ma <0.3)—一则S丨(d丨)，P丨/V丨，Za丨；S丨(d| )，P I /ν ? , Za I ο
[0016]管道截面积S减小，则声阻抗Za减小一一无论截面突变还是截面渐变，声波反射的模态密度都会减小，故向外辐射的声能并不会衰减。气流速度增加(P丨/V丨)一一则更有利于声辐射，突破“瓶颈”。并且使声波(低频)更容易通过孔，而发生衍射。“扩张式消声器”一般采用中间插管设计一一插管的长度等于声波波长λ/4的奇数倍时，反射最强；而长度等于波长λ/2的整数倍时，声波可以全部透过一一因此“消声”具有频率选择性，实际上是利用驻波原理一一前者入口端为波腹，出口端为波节(Za最大)；后者入口端/出口端都为波腹(Za最小)，中间为波节。对于频率低于抗性消声器“低频截止频率”(fl =0.4c/ V S2)的声波，并无消声效果。
[0017]“波动”与“流动”是两回事一一空气粒子在原地振动，并不随声波前进。声波辐射不一定产生气流，扬声器振动/辐射声波宏观上是“静态”的一一适用气体绝热过程的“物态方程”(v丨/P丨)；扬声器系统形成“亥姆霍兹共鸣器”或“驻波共振”时产生气流(同消声器)一一则适用“流体力学”(动态)。
[0018]相位主要与时间相关，一般认为相位与空间无关一一但声辐射的指向特性可以影响“声短路”的模态一一通过调整辐射方向，避免轴向声波发生“声短路”，从而减小其模态密度(尤其是中高频)。反射(f丨/ λ丨)可以改变相位，降低“声短路”；衍射(f I /λ丨)会产生延时而改变相位，即使不能改变相位一一也可以改变声辐射方向，改变声波的指向特性，减小“声短路”的模态密度。
[0019]导声孔衍射会将原来的平面波变为球面波一一改变声辐射方向(指向特性)。音箱“半封闭”结构具有障板/波导作用一一通过反射/衍射改变声波传播途径，从而改变扬声器背面声波的指向特性，也有利于降低“声短路”。
[0020]DRLS采用独特的导声孔(Acoustic Transmissible Vent)设计--降低“声短路”
的模态密度，实现偶极双向辐射。参照图2/图3。
[0021]导声孔的声阻抗Za包括质量抗Xm与弹性抗Xe——以弹性抗Xe为主，Xe具有电容性质(容抗X。)，相当于“高通滤波器”(高通/低阻)；声阻尼Da主要为摩擦力阻Rm。对于低频，导声孔的作用主要表现为声阻抗Za ;对于高频，导声孔的作用主要表现为声阻尼Da——f I，Da丨/Za丨；f t，Za丨/Da丨。f I，Xe丨；f丨一Rm丨一Da丨，吸声系数增加。
[0022]声阻尼Da/声阻抗Za都可以使声传播延时(At)，改变相位(Δ P)——降低“声短路”模态密