[实用新型]一种偶极辐射式扬声器系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种扬声器系统——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

扬声器的电声转换效率极低，电动式扬声器一般只有1％左右，大部分都变为热能白白浪费掉了——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。

“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)——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)——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。

“偶极型”扬声器系统(敞开式音箱/开口箱)——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，如独树一帜的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。

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”——“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。

“声短路”会导致辐射效率下降/低频响应变差——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)。

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——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——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”。

“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”——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究——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)——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S₁的管中传入截面积为S₂的管中，S₂管对S₁管相当一个“声负载”——可以引起声波的反射/透射。面积比S₂₁＝S₂/S₁也称为“扩张比”——当S₂₁＜1即S↓时，相当于声波遇到“硬”边界，发生反射(声阻抗增加)；当S₂₁＜＜1即S₂远小于S₁时，相当于声波遇到刚性壁，发生“全反射”；当S₂₁＞1即S↑时，相当于声波遇到“软”边界，发生透射(声阻抗减小)；当S₂₁＞＞1即S₂远大于S₁时，如同声波遇到“真空”边界。

一般理论认为——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

本实用新型目的在于提供一种偶极辐射式扬声器系统——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——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。

本实用新型的技术方案——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≥9mm；当频响范围f＜1000Hz时，100μm≤孔径Φ≤300μm，孔隙率p≤0.1‰；当频响范围f≥1000Hz时，300μm＜孔径Φ＜1000μm，孔隙率p≤3％——孔隙率p按导声孔总面积与扬声器投影面积之比计算。