CN1906970B - 无源声辐射 - Google Patents

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Abstract

一种音频装置，其具有无源辐射器，该无源辐射器由声学驱动器驱动。所述无源辐射器设置成使得净机械振动最小化。

Description

无源声辐射
技术领域
本发明涉及声辐射装置，具体而言，涉及包括无源声辐射器的声辐射装置。
本发明的一个重要目的是提供一种包括振动较小的无源辐射器的声辐射装置。
发明内容
根据本发明，一种声学装置包括：声学壳体，其具有外表面，并包围了一内部容积，此外在所述外表面中还具有一开孔；和各自具有第一辐射表面的第一声学驱动器和第二声学驱动器，它们安装成使得所述第一辐射表面朝向所述壳体的内部容积。所述声学装置还包括一无源辐射模块，其包括限定出一带有开口的腔的封闭三维结构，所述无源辐射模块安装在所述开孔中，以在所述壳体中限定出与所述内部容积分开的一腔。所述声学装置还包括：各自具有一有着两个相对表面的辐射元件的第一无源辐射器和第二无源辐射器，它们安装在所述模块中，使得所述表面中的一个朝向所述腔；以及所述壳体中的隔音结构，其位于所述第一声学驱动器和所述第一无源辐射器与所述第二声学驱动器和所述第二无源辐射器之间。
本发明的另一个方面中，一种在声学壳体中使用的模块包括：限定出一带有开口的腔的封闭三维结构；和具有有着第一和第二表面的振动元件的第一无源辐射器。所述振动元件具有沿着一期望运动方向。所述第一无源辐射器安装在所述结构中，使得所述第一表面朝向所述腔。所述第一无源辐射器具有一定质量和表面积。所述模块还包括具有有着第一和第二表面并具有沿着一第二轴的期望运动方向的振动元件的第二无源辐射器。所述第二无源辐射器安装在所述结构中，使得所述第一表面朝向所述腔。所述第二无源辐射器具有一定质量和表面积。所述第一无源和所述第二无源辐射器还设置成使得所述第一无源辐射器的期望运动方向和所述第二无源辐射器的期望运动方向大致平行。
本发明的另一个方面中，一种声学装置包括由三维边界外形限定边界的声学壳体。所述壳体具有限定出一壳体内部容积的壁。在所述声学壳体中有一腔，其通过所述壁中的一个与内部容积分隔开，并且大致位于所述边界外形的内部。所述装置还包括具有第一表面和相对的第二表面并具有一期望运动方向的第一无源辐射器，其安装在一个壁中，使得所述无源辐射器的第一表面朝向所述腔，所述无源辐射器的第二表面朝向所述壳体内部
本发明的另一个方面中，一种声学装置包括：具有一内部的声学壳体。所述装置还包括安装在所述声学壳体中并具有有着一期望振动方向的振动元件的第一无源辐射器。所述装置还包括安装在所述声学壳体中并具有有着一期望振动方向的振动元件的第二无源声辐射器。所述装置还包括安装在所述声学壳体中并具有有着一期望振动方向的振动元件的第一声学驱动器，其可连接至一音频信号源以使得所述第一声学驱动器的振动元件响应于音频信号而振动，从而将向所述壳体内部中辐射第一声能，以使得所述第一无源声辐射器的振动元件振动，从而辐射第二声能。所述装置还包括安装在所述声学壳体中并具有振动元件的第二声学驱动器，所述振动元件有着平行于所述第一声学驱动器的振动元件的期望振动方向的期望振动方向。所述第二声学驱动器可连接至音频信号源以使得所述第二声学驱动器的振动元件响应于音频信号而相对于所述第一声学驱动器的振动元件在机械上异相地振动，从而与所述第一声能同相地辐射第三声能，以使得所述第二无源声辐射器的振动元件相对于所述第一无源辐射器的振动元件在机械上异相地振动，从而与所述第二声能同相地辐射第四声能。
在本发明的另一个方面中，一种声学装置包括具有一内部的声学壳体；安装在所述壳体中的第一声学驱动器和第二声学驱动器；安装在所述壳体中的第一无源辐射器和第二无源辐射器；以及所述壳体中的一隔音结构，其将所述第一声学驱动器和第一无源辐射器与所述第二声学驱动器和第二无源辐射器声学隔离。
在本发明的另一个方面中，一种声学装置包括具有内部和外部的声学壳体。声学驱动器具有安装在壳体中的一电机结构，使得所述声学驱动器向所述内部和外部辐射声能。所述装置还具有有着两个面的无源辐射器，其安装在所述声学壳体中，使得所述无源辐射器响应于辐射到所述内部的声能而振动，从而向外部辐射声能。所述声学驱动器安装成使得所述电机结构位于所述壳体外部。
在本发明的另一个方面中，一种声学装置包括具有内部和外部的声学壳体。一声学驱动器安装在壳体中，使得声学驱动器向所述内部辐射声能。所述装置还包括安装在壳体中的多于两个的多个无源辐射器。每个无源辐射器响应于辐射到所述内部的声能而振动。每个无源辐射器的所述振动具有期望运动方向和力。无源辐射器构造并设置成使得所述力的总和小于所述力中的任何一个。
在本发明的另一个方面中，一种声学装置包括包围一空气容积的声学壳体。一具有振动表面的第一无源辐射器安装在声学壳体的壁中。多个第一声学驱动器用于向所述声学壳体中辐射声能，使得所述声能与所述空气容积相互作用，从而导致所述振动表面振动。所述多个声学驱动器相对于所述无源辐射器对称设置。
在本发明的另一个方面中，一种声学装置包括一声学壳体。一声学驱动器安装在该声学壳体中，第一无源辐射器和第二无源辐射器安装在声学壳体中，使得所述第一无源辐射器和第二无源辐射器在机械上彼此异相地被声学驱动器驱动。所述装置具有用于将所述声学壳体机械耦接到一结构部件的安装元件。
在本发明的另一个方面中，一种声学装置包括第一声学壳体。该装置还包括第一声学驱动器，其安装在第一壳体内。一第一无源辐射器安装在声学壳体中，使得所述第一声学驱动器导致所述第一无源辐射器沿第一方向振动。所述装置还包括第二声学壳体。一第二声学驱动器安装在所述第二壳体内。一第二无源辐射器安装在所述声学壳体中，使得所述第二声学驱动器导致所述第二无源辐射器沿第二方向振动。还存在一机械耦接结构，其用于耦接所述第一声学壳体和第二声学壳体，使得所述第一方向和第二方向平行，并使得所述第一无源辐射器的振动和第二无源辐射器的振动机械上异相。
附图说明
当结合附图阅读以下详细描述时，本发明的其它特征、目的和优点将变得显而易见。所述附图中：
图1A和1B是根据本发明的声学装置的视图；
图2A和2B是根据本发明的第二声学装置的视图；
图3A和3B是声学装置的横截面图，用于说明本发明的一些方面；
图4是说明共模振动的声学装置的横截面图；
图5A-5D是结合了本发明特征的模块的视图。
图6A-6I是结合了图5A-5D的模块的声学装置；
图7A和7B是用于向结合了本发明的装置提供音频信号的音频信号处理电路的框图；
图8A-8D是结合了本发明的装置的等轴视图；
图9A-9C是本发明其它实施例的横截面图；
图10包括结合了本发明的另一声学装置的两个等轴视图；
图11A-11G是用于图10所示装置的隔音结构(baffle)结构的视图；
图12是根据本发明另一方面的声学装置的等轴视图；以及
图13A-13D是结合了本发明的再一声学装置的视图。
具体实施方式
现参照附图，特别是参照图1A，其中示出了根据本发明的声学装置的等轴视图。第一声学壳体121A由包括侧面123A和127A以及顶面126A的多个表面包围而成。还可能存在例如底面等交界面和例如侧面125A等其它侧面，它们在上述视图中没有示出。安装在侧面127A内的是声学驱动器136A，其安装方式使得一个辐射表面朝向壳体121A内。第二壳体121B被包括侧面123B和125B以及顶面126B的多个表面所包围。还可能存在例如底面等交界面和例如侧面127B等其它侧面，它们在上述视图中没有示出。安装在侧面125B内的是一无源辐射器138B，其安装成使得一个表面朝向壳体121B。壳体121A和121B通过机械耦接件129、131以及133相耦接，也可以通过该视图中没有示出的其它元件机械耦接。声学装置还可以包括其它的声学驱动器和无源辐射器，它们将在后续的视图中出现。
现参照图1B，其示出了沿图1A的线1B-1B截取的图1A所示声学装置的横截面图。图1B示出了图1A中未示出的一些元件。一第二声学驱动器136B安装在声学壳体121B的侧面127B中。一第二无源辐射器138A安装在侧面125A中。两个壳体和机械耦接件构造成使得两个声学驱动器的无源辐射器138A和138B的箭头所示的运动方向具有相当大的一个平行分量，并优选大致平行(在这里包括重合的情况)，使得表面彼此大致平行，并优选使得两个无源辐射器是共轴的。为使效果最佳，无源辐射器具有大致相同的质量和表面积，这在以下将说明。声学驱动器136A和136B通过单声道低音频谱部件(monaural bass spectral component)耦接到音频信号源(该图中未示出)。本发明的频率范围方面的情况将在下文中更全面地说明。两个声学壳体被进一步减小尺寸，并定位成使得当两个声学驱动器由公共音频信号驱动时，声学驱动器使无源辐射器在声学上彼此同相地振动，而在机械上彼此异相地振动。导致无源辐射器在声学上彼此同相振动而在机械上彼此异相振动的一种布置是使得对于两个声学壳体、两个声学驱动器和两个无源辐射器大致相同，并使得两个无源辐射器的外表面彼此相对。
图2A示出结合了本发明的第二声学装置的等轴视图。包围有一内部容积的声学壳体20为呈包围了一容积的多面体、圆柱体、球体的一部分、锥形段、棱柱体或不规则体的形式的三维边界外形(bounding figure)所包络。在图1的示例中，边界外形为正六面体或盒状结构。壳体由与六面体的表面相应的、包括侧面24B盒顶面26的外表面限定。可能存在在该视图中没有示出的、例如底面、背面或第二侧面等其它外表面。壳体20的表面，例如正面22，可以包括通向腔32的开孔，该腔由包括表面28A和30以及该视图中未示出的其它腔表面的腔壁结构限定。该腔基本位于边界外形的内部，并通过腔壁结构与壳体的内部分开。腔壁结构可以由平面壁、或一个或多个弧形壁、或两者的组合构成。腔32可以构造成使得具有从外部环境通向腔的一开口34，或构造成使得具有从外部环境通向腔的两个或更多的开口。声学驱动器36B可以定位成使得锥形体的辐射表面向壳体20内辐射。无源辐射器38A定位成使得一个表面朝向腔32，一个表面朝向壳体20的内部。可以存在该视图中没有示出的其它声学驱动器和无源辐射器。除了图8A-8D以外的几个视图中示出了元件的功能上的相互关系，但是没有成比例绘制。
现参照图2B，其中示出了沿图2A的线2B-2B截取的图2A的声学装置的横截面图。除了图2A中所示的元件以外，该视图示出了该示例中与第一声学驱动器36B相对地安装在侧面24A中的第二声学驱动器36A。该视图还示出了一第二无源辐射器38B，其被定位成使得一个表面朝向壳体的内部，一个表面朝向腔32。第二无源辐射器38B可以定位成使得两个声学驱动器的如箭头所示的运动方向具有相当大的平行分量；优选大致平行(这里包括重合的情况)，使得朝向腔的表面大致彼此平行，并与壳体开孔横交；优选使得两个无源辐射器共轴。为了使效果最佳，无源辐射器具有大致相同的质量和表面积，这将在以下进行说明。此外，图2B示出一隔音结构44，该隔音结构将包括第一声学驱动器36A和第一无源辐射器38A的第一室40与包括第二声学驱动器36B和第二无源辐射器38B的第二室42在声学上隔离。声学驱动器36A和36B通过单声道低音频谱部件耦接到音频信号源。本发明的频率范围方面的情况将在下文中更全面地说明。在该实施例中，腔32和腔开口34(以及其它腔开口，如果存在的话)的尺寸使得它们对辐射到腔32中的声能具有最小的声学影响。在其它实施例中，腔32和腔开口34的尺寸还可以使得它们起到例如声滤波器等声学元件的作用。
壳体20、121A和121B、隔音结构44以及例如正面22、侧面24A和24B、顶面26、侧面123B、123b、125A、125B、127A、127B、腔表面28A、28B和30、以及之前的视图中未示出的其它腔表面的腔表面可以由适用于扬声器壳体的常规材料制成。刨花板、木质层压板(wood laminate)以及各种硬质塑料可以适用。机械耦接件131、133和135可以是硬质材料的，并且可以与一个或两个声学壳体121A和121B集成在一起。声学驱动器136A、136B、36A和36B可以是常规的声学驱动器，例如通过悬架(suspension)***可活动地耦接至支撑结构并耦接至例如线性电机等动力源的、具有适应于声学装置用途的特性的锥型声辐射器。悬架和动力源构造成使得锥体沿期望的方向振动，并使得悬架对抗与所期望的运动方向横交的锥体运动。无源辐射器138A、138B、38A和38B也可以是常规的，例如由“围绕物”或悬架支撑的、刚性平面结构和质量元件，所述“围绕物”或悬架允许平面结构沿期望的运动方向运动，并对抗沿与期望的方向横交的方向的运动。刚性平面结构可以为例如具有诸如弹性体等附加质量元件的蜂窝结构，或者刚性平面结构和质量元件可以为单一结构，例如金属、木质层压板或塑料板。
图1A和1B的声学驱动器以及图2A和2B的声学驱动器具有一些共同特征，其中包括这样的无源辐射器，该无源辐射器具有平行并优选为共轴的运动方向，在声学上彼此同相而在机械上彼此异相地被驱动，它们被安装成使得它们机械耦接至一共同的结构并彼此面对。以下将参照图2A和2B描述该装置的工作情况，应该理解，本发明的原理可以应用于图1A和1B的装置。
图3A和3B是类似于图2A-2B所示的声学装置的一声学装置的横截面图，用于说明本发明的一个方面。在图3A和3B的声学装置中，可以不具有隔音结构，该结构用虚线示出。声学驱动器36A和36B的工作造成邻近朝向壳体内部的无源辐射器表面38A-1和38B-1(以下称为“内表面”)的空气压力振荡，使得该空气压力交替地大于和小于邻近朝向壳体外部的无源辐射器表面(包括朝向腔的表面)(以下称为“外表面”)的空气压力。当邻近内表面的空气压力大于邻近外表面(这里为朝向腔的表面)的空气压力，压力差导致无源辐射器表面朝向彼此运动，如图3A所示。相反，当邻近内表面的空气压力小于邻近外表面(这里为朝向腔的表面)的空气压力时，压力差导致无源辐射器表面远离彼此地运动，如图3B所示。
体现在图1A-3B所示声学装置中的本发明的特征相对于常规的配备无源辐射器的声学装置具有若干优点。
使用无源辐射器(有时称为“低音器(drone)”)在增大低频辐射方面比使用出声管(port)更有利，因为无源辐射器不易于产生粘滞损失、出声管噪声以及与流体流动相关联的其它损失，并且也是因为它们能够设计成占用更小的空间，这在无源辐射器与小型壳体一起使用时尤为重要。
由单个无源辐射器获得期望的频率范围可能需要无源辐射器的质量与声学装置的质量大致成比例。无源辐射器的机械运动可能产生惯性力，这会导致壳体振动或“行走”。壳体的振动很讨厌，在包括了对机械振动敏感的诸如CD驱动器或硬盘存储器装置等部件的装置中尤为麻烦。在正常工作中，根据本发明的装置中的无源辐射器在空间上沿相反方向运动，或者换句话说，机械上异相运动。惯性力趋向于被抵消，从而大大地减小了装置的振动。
设置无源辐射器使得外表面朝向腔并且使得它们横交与壳体的外侧表面比将无源辐射器设置成朝向暴露出的外表面更有利，因为无源辐射器所需的用于避免由于无源辐射器被撞击、被踢、被戳刺等造成的损伤的保护较少。
使用两个或更多无源辐射器比使用一个无源辐射器更有利，因为与无源辐射器相关联的惯性力可以被抵消，并且单个无源辐射器可以更小。这对于小型装置尤为有利，因为小型装置可能没有大至足以能够安装单个无源辐射器的一块表面积。另外，两个无源辐射器中的每一个可以比单个无源辐射器具有更小的质量。这一特征在大型装置中尤为有利，因为单个无源辐射器可能太重，使得无源辐射器悬架***的设计变得困难。
参照图4，其中示出了当诸如无源辐射器或出声管等无源声学元件定位成使得它们能够在声学上耦合并由于该声学上的耦合而谐振时可能发生的“共模”振动情况。如果没有隔音结构44(该图中以虚线示出)则更可能出现共模振动。即使如果无源辐射器在质量、表面积、悬架特性、垫圈泄漏情况、相对于驱动电声换能器的布置和朝向或者其它特性上存在略微的差异，共模振动也更容易出现，而且有可能更加严重。共模振动一般是不希望出现的。两个无源辐射器可以沿相同方向振荡，使得两个无源辐射器的惯性力叠加而非相消，此时造成的振动类似于单个无源辐射器情况下可能出现的振动。另外，由一个无源辐射器辐射的声能可以部分或全部地被另一无源辐射器辐射的声辐射所抵消，导致在一定频率下显著减小装置的输出。共模振动会导致效率损失或对声学装置的例如频率响应的平滑性等其它性能特性的负面影响。
再次参照图2B，隔音结构在声学上隔离了两个室。第一无源辐射器38A声学上耦合至第一声学驱动器36A，并使得第一无源辐射器38A与室42中的空气、与第二无源辐射器38B以及与第二声学驱动器36B声学上隔离。第二无源辐射器38B声学上耦合至第二声学驱动器36B，并且第二无源辐射器38B与室40中的空气、与第一无源辐射器38A以及与第一声学驱动器36A声学上隔离。声学上的隔离减小了发生共模振动情况(common modevibration condition)的可能性。
参照图5A-5D，其中示出了结合了本发明特征的模块的等轴视图、俯视平面图、沿图5A中所示的线截取的横截面图。实现前面图中的元件的部件具有与对应元件相似的标号。模块46可以是三维结构形式的，具有至少一个开口，并由图5D中的壁28A、28B、30和48以及背面50限定边界。模块46具有安装在壁28A中的第一无源辐射器38A和安装在壁28B中、与无源辐射器38A相对并共轴的第二无源辐射器38B。模块46可安装在声学壳体的开孔中，以便形成之前图中的腔32，并使得开口34朝向外部环境。壁的尺寸和构造可以使得腔具有所期望的声学效果，例如，使得腔对由无源辐射器辐射到腔内的声能具有最小的声学影响。另外，根据声学壳体的几何形状和模块的布置，壁30、48或50中的一个或多个可以去掉(例如如图5D所示壁50虚线所示)，从而模块中的一第二开口安装在声学壳体中的一第二开孔中，以形成一第二腔开口。
壁28A、28B、30、48和50可以由适合于扬声器壳体的材料制成，例如刨花板、木头、木质层压板或硬质塑料。使用塑料材料有利于将壁结构模制成一个单元。无源辐射器38A和38B可以是常规的，具有可振动辐射表面52和包括围绕物54的悬架***。无源辐射器可以制成具有符合期望用途的尺寸和构造。
模块46的模块化设计使得设计者能够更灵活地设置结合了本发明的声学装置的元件。图6A-6I示出使用模块46的声学装置的一些图解示例。
图6A-6C示出，具有细长形开口的模块可以定向为使得细长形的方向是垂直的、水平的或倾斜的。另外，如图6D、6E和6F的示例中那样，模块的位置可以在周围移动，以容纳其它的声学驱动器。通过调整开孔在声学壳体中的位置和取向可以实现不同的取向；这种调整不需要很大地改变整个声学壳体。
除了图6A-6F所示的设置以外，声学壳体中用于安装模块46的开孔与声学驱动器相比可以位于壳体的不同表面中，如图6G所示。开孔还可以设置在壳体的顶面(如图6H所示)、侧面(如图6I所示)、或背面，或者如果壳体具有支座以将其底面与其所置表面隔开，则开孔可以位于壳体的底面。
如果无源辐射器模块实现在具有不止一个低音电声换能器的装置中，则在该低音声学驱动器接收到处于无源辐射器具有最大振幅的频段的、大致相同的音频信号的情况下，无源辐射器模块最有效。因此，例如在图6D和6E的实现方式中，如果两个声学驱动器36A和36B是全波段驱动器，则希望发送至两个驱动器的信号处于最大无源辐射器振幅的频段中、大致相同并同相。在图6F的实施方式中，如果声学驱动器78L和78R是高音扬声器、“twiddler”或中频换能器(mid-range transducer)，并且声学驱动器36C是低音扬声器，则如果需要的话，可以通过例如密封换能器78L和78R将无源辐射器模块46与换能器78L和78R声学上隔离。无源辐射器一般用于增大低音声能。提供处于低音频谱段中的、大致相同并同相的音频信号导致两个无源辐射器的运动大致相同并机械上异相，这使得最大程度地抵消无源辐射器引入的惯性力，从而声学装置壳体振动非常小。如果信号不相同，则根据本发明的声学装置在绝大多数情况下会比没有结合本发明的装置振动更小。以下示出了用于提供处于低音频段的大致相同的信号的信号处理***。
现参照图7A和7B，其中示出了用于提供处于低音频谱频率区域中的大致单声道的音频信号的两个声频处理电路。音频信号源56可以包括音频信号存储装置58和音频信号解码器60。音频信号源可以在信号线62上输出左信道信号，在信号线64上输出右信道信号。信号线62将信号源56耦接至加法器66以及分频网络70中的高通滤波器68。信号线64将音频信号源56耦接至加法器66以及分频网络70中的高通滤波器72。加法器66的输出被耦接至低通滤波器74。在图7A中，高通滤波器68的输出被耦接至加法器75，该加法器75耦接至全波段声学驱动器36A；高通滤波器72的输出被耦接至加法器76，加法器76耦接至全波段驱动器36B。低通滤波器74的输出端子耦接至加法器75和76。在图7B中，高通滤波器68的输出端子耦接至非低音换能器78L，高通滤波器72的输出端子耦接至非低音换能器78R，并且低通滤波器74耦接至低频声学驱动器36C。图7A和7B的电路还可以包括这些视图中没有示出的诸如放大器、压缩器、限位器、钳位器、DAC以及平衡器之类与本发明关系不密切的部件。图7A的电路适用于图6D、6E、6G、6H和6I的声学装置，图7B的电路适用于图6F的声学装置。图7A和7B所示电路中的任何一个可以适合于具有不止两个输入信道的音频信号源。有很多用于提供单声道低音信号的其它电路拓扑结构可以使用。
音频信号存储装置58可以是诸如RAM、CD驱动器或硬盘驱动器等数字存储装置。音频信号解码器60可以包括数字信号处理器，还可以包括DAC和模拟信号处理电路。音频信号源56可以是诸如便携式CD播放器或便携式MP3播放器等装置。音频信号存储装置58或音频信号源56或两者可以与其它电路元件机械可拆分。音频信号源56和音频信号存储装置58可以是分立装置，或集成为单个装置，它们可以与其它电路元件机械拆开。其它电路元件可以是常规的模拟或数字部件。如上所述，根据本发明的装置对于结合了硬盘驱动器或CD驱动器或其它对机械振动特别敏感的装置的装置，尤为有利。声学装置还对于用于例如MP3播放器等小型装置的情况有利，因为声音再现***可以制作得很小且容易携带，但是仍然能够比同样尺寸和重量的一般便携式再现装置辐射更多低频声能。非低音换能器78L和78R可以是“twiddler”(即，辐射中波段频率和高频的换能器)、或中波段换能器、或高音扬声器。在壳体中或在多个分立的壳体中还可以安装有其它的换能器。在对图7A和7B的讨论中以及对之前的附图的讨论中，“耦接”对于音频信号的传送而言表示“互通地耦接”，注意，音频信号可以在没有物理耦接的情况下无线传送。
图8A-8D示出实现了本发明原理的装置的等轴视图。在图8A-8D中，标号指代实现了之前的图中相同标号的元件的元件。图8A和8B的装置具有图6D所示形式，使用图7A的信号处理电路。图8A的实现方式包括对接台(docking station)84，其中可以放置声频存储装置58、音频信号解码器60、或音频信号源56。图8B的实现方式示出了图8A的装置，其中音频信号源(这里为便携式MP3播放器)位于对接台84中的适当位置上。图8C示出图8A的装置的分解图。声学壳体20由两个相配合的部分20A和20B形成。模块46构造成使得腔开口34与壳体开孔86匹配。图8D示出模块46的分解图。图8D的实现方式包括诸如支座、凸台等用于帮助组装装置的元件。
图9A-9C示出本发明可选实施例的概略横截面，说明了本发明的其它方面。图9A-9C中的标号表示与其它图中相同标号的元件以相同方式实现大致相同的功能的元件。在图9A中，声学壳体20包括隔音结构44，其将第一室40A、第二室40B以及第三室40C彼此声学隔离。声学驱动器36A-1和36A-2位于室40A的一个壁中，使得它们向室40A中辐射声能。类似地，声学驱动器36B-1和36B-2位于室40B的一个壁中，使得它们向室40B中辐射声能；声学驱动器36C-1和36C-2位于室40C的一个壁中，使得它们向室40C中辐射声能。无源辐射器38A定位成使得一个表面朝向室40A，一个表面朝向腔32。类似地，无源辐射器38B定位成使得一个表面朝向室40B，一个表面朝向腔32；无源辐射器38C定位成使得一个表面朝向室40C，一个表面朝向腔32。类似于图2A和2B的装置，腔32可以构造和设置成使得它对辐射到其内的声能具有最小的声学影响。
图9A的装置以类似于图2A和2B的装置的方式工作。
声学驱动器36A-1、36A-2、36B-1、36B-2、36C-1和36C-2向壳体20外部的环境辐射声能。另外，声学驱动器36A-1、36A-2、36B-1、36B-2、36C-1和36C-2各自向室40A、40B和40C内辐射声能。辐射到室中的声能与室内的空气相互作用，以引起无源辐射器38A、38B和38C振动，从而将声能辐射到腔32中。辐射到腔32中的声能然后被辐射到外部环境，以补充由声学驱动器直接辐射到环境中的声能。
辐射到各个室中的声能与室内空气的相互作用导致向无源辐射器表面施加力，该力用矢量88A-88C表示，其中矢量的大小表示质量与加速度的大小的乘积，矢量的方向表示加速度的方向。图9A的装置的部件的特性、定位和几何形状经选择使得表示三个无源辐射器运动的合成力矢量相加得到大小比各个力矢量中任何一个都小的矢量，优选总和为零。实现零矢量总和的特性、定位和几何形状的一种组合如下：对称设置的大致相同的声学驱动器；三个具有相同容积并大致相同或成镜像的室；大致相同的无源辐射器；具有有着等边三角形横截面的直立棱柱形式的腔；设置无源辐射器使得轴共面并且各自位于等边三角形的一个边的中点处；并且为每个声学装置提供大致相同的音频信号。可以发现，图9A的构造在无源辐射器表面的运动方向不平行或重合的情况下，实现了类似于图2A所示构造的效果。为了实现改进的振动性能，只要加和得到的力质量的大小小于单个无源辐射器的力矢量的大小，力矢量并不必须加和正好为零。图9A的实施例还示出了本发明的另一个特征。各对声学驱动器中的每一对相对于对应的无源辐射器对称设置，使得无源辐射器表面上的压力差较低，优选接近零。实现对称设置一对声学驱动器的一种构造是将两个声学驱动器设置成使得它们的轴与无源辐射器的轴共面，使得声学驱动器锥体的一点(例如中心)与无源辐射器表面的质量中心之间的距离90A-1和另一声学驱动器上对应的一点与无源辐射器表面的质量中心之间的距离90A-2相等，从而声学驱动器36A-1的运动轴线与连接声学驱动器的一点(例如中心)和无源辐射器中心的线之间的夹角θ1等于声学驱动器36A-2的运动轴线与连接所述对应的一点和无源辐射器中心的线之间的夹角θ2。另一种将声学驱动器对称设置的构造是在平行于无源辐射器的平面的平面内将声学驱动器设置成等边三角形，并使得沿无源辐射器的期望运动方向穿过等边三角形中心的直线经过无源辐射器的质量中心。无源辐射器表面上的较低的压力差减小了“滚动”运动的可能性，所述“滚动”运动中，无源辐射器表面的沿直径相对的点沿不同方向运动，导致“晃动”以及声频输出和效率的损失。
图9B示出本发明的另一可选实施例。在该实施例中，壳体和腔具有有着正六边形横截面的直立棱形的形式，每个无源辐射器具有共面的、各自位于六边形的一个边的中点处的运动轴。在图9B的实施例中，各个无源辐射器由单个声学驱动器驱动。声学驱动器设置成使得声学驱动器与对应的无源辐射器共轴。无源辐射器和对应的声学驱动器的共轴设置一般使得无源辐射器表面上的压力差较低。类似于图9A的实施例，声学驱动器36A-36F可以大致相同，并接收大致相同的音频信号；并且无源辐射器38A-38F可以大致相同，并可以设置成施加到无源辐射器表面上的力用合成矢量88A-88F表示，所述矢量相加得到大小比各个力矢量中的任何一个都小(优选加和为零)的矢量。图9B的实施例示出，对于具有大量无源辐射器的情况，可以利用其中各个无源辐射器的期望的运动方向可以不具有相当大的与其它无源辐射器中的某些相平行的分量的构造来实现期望的效果。
图9A和9B的实施例示出了本发明的另一特征。声学驱动器设置成使得声学驱动器的电机结构92位于壳体20的外部。该设置有利于散热，因为电机结构产生的热可以直接辐射到外部环境中，而不是辐射到封闭的壳体中。
在图9C的实施例中，图1所示实施例形式的声驱动装置的声学驱动器设置成使得声学驱动器的电机结构92位于腔32中。声能由声学驱动器直接辐射到腔中，并且由于腔对辐射到其中的声能具有最小的声学影响，所以该声能被辐射到周围环境中。声学驱动器还将声能辐射到壳体内部，在壳体内部该声能与壳体内的空气相互作用，以使得无源辐射器38将声能辐射到腔中，从而辐射到周围环境中。腔中的空气热耦合至外部环境，这有利于散热。基于对9A和9B的讨论中陈述的理由，图9C的构造比其中电机结构位于声学壳体内部的构造更有利于散热。图9C的构造比其中电机结构被暴露的构造更有利，因为这种电机结构所需的用于避免由于踢、戳刺等造成的损伤以及防止用户接触热且导电的元件的保护较少。
图2A、9A、9B和9C所示的元件可以有很多其它的外延和变形。例如，壳体、腔或者这两者可以具有圆柱形形式，而无源辐射器规则地分布在圆周周围。腔、壳体或者这两者可以是多面体或连续外形，其具有足够的规则性和对称性，使得声学驱动器和无源辐射器能够设置成描述无源辐射器运动的力矢量加和为零矢量或非零矢量。腔或壳体或这两者可以是连续外形或球体或部分球体形式的。腔或壳体或这两者可以是非规则外形的，只要无源辐射器能够安装成使得表征无源辐射器运动的力矢量加和为比各个力矢量中任何一个更小的矢量，优选加和为零，并且优选使得无源辐射器表面上的压力差较小。棱形或圆柱形状的壳体可以构造成使得一个或多个声学驱动器或一个或多个无源辐射器或两者位于棱形或圆柱形的一端。
参照图10A和10B，其中示出了结合了本发明的另一声学装置的两个等轴视图。图10A和10B的声学装置可以是音频***或家庭影院音频***的低音扬声器或亚低音扬声器单元，所述音频***或家庭影院音频***除了低音扬声器或亚低音扬声器单元以外还包括有限频带辅助扬声器(limitedrange satellite speaker)(未示出)。图10的装置可以大致为盒形结构，具有标示为侧面A、侧面B、侧面C和侧面D的四个侧面并具有顶面和底面。位于相反的侧面A和C中的每一侧的可以是一个或多个(这里为两个)声学驱动器80A-80D，它们的期望的运动方向大致平行。位于与相对侧面A和C垂直的相对侧面B和D中的每一侧上的可以是无源辐射器82A和82B，它们设置成使得无源辐射器具有大致平行的期望运动方向。
现参照图11A-11G，其中示出了用于图10所示装置的隔音结构的等轴视图和六个平面图。六个平面图是沿图11A中对应箭头的方向得到的。为了有利于观察，隔音结构的面被标识。带有“R”后缀的面标记表示对应编号的面的反面；例如，面“3R”为面“3”的反面。隔音结构构造成位于图10所示结构的内部，使得面1与侧面A的内侧配合，使得面4和7与侧面B的内侧配合，面14(仅在图1中可见)与侧面C的内侧配合，面10R和11R与侧面D配合，面13与顶面的内侧配合，面15(仅在图11G中可见)与底面的内侧配合。
如上所述地被***的图11A-11G所示的隔音结构使得无源辐射器82A声学耦合到声学驱动器80B和80C，并与声学驱动器80A和80D声学隔离。类似地，如上所述地被***的图11A-11G所示的隔音结构使得无源辐射器82B声学耦合到声学驱动器80A和80D，并与声学驱动器80B和80C声学隔离。由隔音结构得到的声学耦合和隔离使得无源辐射器发生共模振动的可能性变小。此外，声学耦合到无源辐射器82A的两个声学驱动器80B和80C分别最靠近相对象限82A-4和82A-2；声学耦合到无源辐射器82B的两个声学驱动器80A和80D分别最靠近相对象限82B-2和82B-4，导致无源辐射器表面上的压力差较低。因此，无源辐射器发生如对图10A的讨论中提到的滚动运动的可能性较小。
图11A-11G的隔音结构使得能够使用多个声学驱动器并将声学驱动器和无源辐射器设置在小的壳体中。对于具有较少声学驱动器、较大壳体并且声学元件间隔较大的装置，可以使用应用了本发明原理的更简单的隔音结构。
现参照图12，其中示出了说明本发明的另一特征的声学壳体。声学壳体94在第一壁96中具有一用于声学驱动器的开口98。位于两个相对的壁中的是用于无源辐射器的开口100、102。声学壳体94包括诸如耳柄104、106等安装元件，所述耳柄104、106带有通孔108、110，用于接收诸如螺栓、螺钉或包括可变形或可挠曲突起的紧固件等机械紧固件。声学壳体可以包括其它的安装元件，例如该视图中不可见的其它耳柄。
声学壳体94可以由塑料或一些其它的适合的材料制成。驱动器开口98和无源辐射器开口100和102设置成使得安装在开口98中的声学驱动器的工作导致安装在开口100和102中的无源辐射器的辐射表面振动，该振动在机械上彼此大致异相。安装在开口100和102中的无源辐射器辐射声能，以增大由开口98中的声学驱动器辐射到环境中的声能。要被安装在壳体中的声学驱动器和无源辐射器是基于了***的声学、电学和机械要求的，并且驱动器开口98和无源辐射器开口100、102的尺寸和形状使得能够容纳选定的驱动器和无源辐射器。在图12的实现方式中，无源辐射器开口具有适合于“跑道”形无源辐射器的形状。其它的实现方式可以具有用于不同尺寸和形状的、或更多的声学驱动器和无源辐射器的开口。其它的实现方式还可以具有用于其它声学驱动器和用于有助于抵消由无源辐射器的工作产生的机械振动的其它无源辐射器构造的开口。
诸如耳柄104、106等安装元件设置用于向例如车辆的结构部件进行附接，将壳体保持在适当位置，并防止常规声学驱动器可能出现的“行走(walking)”问题。但是，包括振动部件的装置的机械附接可能导致振动从该装置被传递至结构部件。振动由振动的装置向结构部件的传递是不希望出现的，并且可能需要使用振动阻尼元件。但是，被设计成使得由于两个无源辐射器的工作造成的结构性振动相抵消的声学驱动器能够减少、简化或消除对振动阻尼元件的需求。
现参照图13B-13D，其中示出结合了本发明的另一音频装置。该音频装置包括一个或多个声学驱动器36A、36B，它们安装在壳体表面中，使得一个辐射表面朝向外部环境，一个辐射表面朝向声学壳体20。在壳体20中，与声学驱动器位于相同壳体表面的是声学输出口112A和112B，这将在以下说明。
图13B示出了沿图13A中的线B-B截取的图13A所示音频装置的横截面图。壳体内部安装有两个无源辐射器38A和38B。无源辐射器的一个表面声学耦合到壳体20的内部114。无源辐射器38A和38B的另一个表面声学耦合到通过通路116与输出口112A和112B耦合的通道。
图13C和13D分别是沿线c-c和d-d截取的横截面图。
图13B-13D所示声学装置的元件类似于之前图中的相似命名和编号并以类似方式实现类似功能的元件。通路116的尺寸和构造可以使得它具有最小的声学影响，或者在其它实施例中，其尺寸和构造使得它起到诸如出声管或波导等声学元件的作用。输出口112A和112B可以用具有最小声学影响的纱罩或格栅覆盖。
图13B-13D所示硬盘装置的优点在于该装置相对于其它实施例的较薄。对于例如要挂在墙上的声学装置或设计成要装配到例如平面电视机柜或车门的较薄空间中的声学装置的情况，薄形是很有利的。
显然，现在在不背离本发明思想的情况下，本领域技术人员可以对这里所公开的具体装置和技术进行各种应用，并且可以脱离这样的具体装置和技术。因此，本发明应该理解成包括这里所公开的所有新颖特征和特征的新颖组合，其仅由所附权利要求的精神和范围的限定。

Claims (22)

1.一种声学装置，其包括：
声学壳体，其具有外表面，并包围了一内部容积，在所述外表面中还具有一开孔；
各自具有第一辐射表面的第一声学驱动器和第二声学驱动器，它们安装成使得所述第一辐射表面朝向所述壳体的内部容积；
无源辐射模块，其包括限定出一带有开口的腔的封闭三维结构，所述无源辐射模块安装在所述开孔中，以在所述壳体中限定出与所述内部容积分开的一腔；
各自具有一有着两个相对表面的辐射元件的第一无源辐射器和第二无源辐射器，它们安装在所述模块中，使得所述两个相对表面中的一个朝向所述腔，所述两个相对表面中的另一个朝向所述壳体的内部容积；以及
所述壳体中的隔音结构，其位于包括所述第一声学驱动器和所述第一无源辐射器的第一室与包括所述第二声学驱动器和所述第二无源辐射器的第二室之间。
2.一种在声学壳体中使用的模块，其包括：
限定出一带有开口的腔的封闭三维结构；
包括具有第一和第二表面并具有沿着一第一轴的期望运动方向的振动元件的第一无源辐射器，所述第一无源辐射器安装在所述结构中，使得所述第一表面朝向所述腔，所述第一无源辐射器具有一定质量和表面积；
包括具有第一和第二表面并具有沿着一第二轴的期望运动方向的振动元件的第二无源辐射器，所述第二无源辐射器安装在所述结构中，使得所述第一表面朝向所述腔，所述第二无源辐射器具有一定质量和表面积，
其中，所述第一无源辐射器和所述第二无源辐射器设置成使得所述第一无源辐射器的期望运动方向和所述第二无源辐射器的期望运动方向平行，并且所述第一无源辐射器振动元件和所述第二无源辐射器振动元件是不共面的，
其中，所述模块构造并设置成可***在包围一内部容积的声学壳体中的第一开孔中，使得所述第一无源辐射器的第二表面朝向所述内部容积，所述第二无源辐射器的第二表面朝向所述内部容积。
3.如权利要求2所述的模块，其中，所述第一轴和所述第二轴共轴。
4.如权利要求2所述的模块，其中，所述第一无源辐射器的振动元件的质量和所述第二无源辐射器的振动元件的质量相等。
5.如权利要求4所述的模块，其中，所述第一无源辐射器的振动元件的表面积和所述第二无源辐射器的振动元件的表面积相等。
6.如权利要求2所述的模块，其中，所述第一无源辐射器的振动元件的表面积和所述第二无源辐射器的振动元件的表面积相等。
7.如权利要求2所述的模块，其中，所述模块构造并设置成可安装在所述声学壳体中的一开孔中，使得所述第一无源辐射器的期望运动方向和所述第二无源辐射器的期望运动方向与所述开孔横交。
8.一种声学装置，其包括：
由一三维边界外形限定边界的声学壳体，所述壳体具有限定出一壳体内部容积的壁；
在一第一轴周围具有第一表面和第二表面的声学驱动器，其中，所述声学驱动器安装在所述声学壳体中，使得所述第一表面朝向所述内部容积；
所述声学壳体中的一腔，其位于所述边界外形的内部；以及
具有第一表面和第二表面并具有沿着一第二轴的期望运动方向的第一无源辐射器，其安装在所述声学壳体中，使得所述第一无源辐射器的第一表面朝向所述腔，所述第一无源辐射器的第二表面朝向所述壳体内部，
其中，所述声学壳体构造并设置成使得所述声学驱动器的第一表面和所述腔之间的所有声学路径都包括所述第一无源辐射器。
其中，所述声学装置进一步包括：
具有第一表面和第二表面并具有沿着一第三轴的期望运动方向的第二无源辐射器，
所述第二无源辐射器安装成使得所述第二无源辐射器的第一表面朝向所述腔，所述第二无源辐射器的第二表面朝向所述壳体内部，并且
所述第二无源辐射器安装成使得所述第一无源辐射器的期望运动方向和所述第二无源辐射器的期望运动方向平行，
其中，所述声学壳体构造并设置成使得所述声学驱动器的第一表面和所述腔之间的所有声学路径都包括所述第一无源辐射器或所述第二无源辐射器。
9.如权利要求8所述的声学装置，其中，所述装置构造并设置成使得所述声学驱动器的工作导致所述第一无源辐射器和所述第二无源辐射器振动，
所述第一无源辐射器和所述第二无源辐射器的所述振动同相地将声能辐射到所述腔中，
所述振动引起所述第一无源辐射器和所述第二无源辐射器的惯性力，
其中，所述第一无源辐射器和所述第二无源辐射器设置成使得所述第一无源辐射器和所述第二无源辐射器的所述惯性力的矢量和小于所述第一无源辐射器和所述第二无源辐射器的所述惯性力中的任何一个。
10.如权利要求9所述的声学装置，其中，所述第一和第二无源辐射器构造并设置成使得所述第一无源辐射器的所述振动和所述第二无源辐射器的所述振动在机械上是异相的。
11.如权利要求8所述的声学装置，其中，所述声学驱动器具有一期望运动方向，其中所述声学驱动器的期望运动方向与所述第一无源辐射器的期望运动方向和所述第二无源辐射器的期望运动方向中的至少一个平行。
12.如权利要求8所述的声学装置，其中，所述声学装置构造并设置成使得所述第一无源辐射器和所述第二无源辐射器响应于由所述声学驱动器辐射到所述内部容积中的所述声能机械上异相地振动。
13.如权利要求12所述的声学装置，其中，所述第二轴与所述第三轴重合。
14.如权利要求13所述的声学装置，其中所述重合的第二和第三轴与所述第一轴平行。
15.如权利要求12所述的声学装置，其中，所述第二轴和所述第三轴与所述第一轴平行。
16.如权利要求8所述声学装置，其中，所述装置进一步包括：
另一声学驱动器，其安装在所述声学壳体中，使得所述另一声学驱动器将声能辐射到所述内部容积中；
所述第一无源辐射器和所述第二无源辐射器之外的多个无源辐射器，它们声学耦合所述内部容积和所述腔，
其中，从所述另一声学驱动器穿过所述内部容积到所述腔的所有声学路径都包括所述多个无源辐射器中的至少一个。
17.一种声学装置，其包括：
由一三维边界外形限定边界的并具有内部容积的声学壳体；
安装在所述壳体中的第一声学驱动器和第二声学驱动器，所述第一声学驱动器具有第一轴；
所述声学壳体中的一腔，其位于所述边界外形的内部；
各自具有一有着两个相对表面的辐射元件的第一无源辐射器和第二无源辐射器，它们安装在所述壳体中，使得所述两个相对表面中的一个朝向所述腔，所述两个相对表面中的另一个朝向所述壳体的内部容积，所述第一无源辐射器具有第二轴；以及
所述壳体中的一隔音结构，其将所述第一声学驱动器和所述第一无源辐射器与所述第二声学驱动器和第二无源辐射器声学隔离。
18.如权利要求17所述的声学装置，其中，该装置进一步包括：
第三声学驱动器和第四声学驱动器，
其中，所述隔音结构将所述第三声学驱动器与所述第一声学驱动器和所述第一无源辐射器声学隔离，并且所述隔音结构还将所述第四声学驱动器与所述第二声学驱动器和所述第二无源辐射器声学隔离。
19.如权利要求18所述的声学装置，其中，所述第一和第三声学驱动器安装在所述壳体的第一公共面上，并且所述第二和第四声学驱动器安装在所述壳体的第二公共面上。
20.如权利要求19所述的声学装置，其中，所述第一声学驱动器设置在所述第三声学驱动器上方，并且所述第四声学驱动器设置在所述第二声学驱动器上方。
21.如权利要求18所述的声学装置，其中，
所述第一声学驱动器相对于所述第一无源辐射器表面的其它象限更靠近所述第一无源辐射器的第一象限，并且所述第四声学驱动器相对于所述第一无源辐射器表面的其它象限更靠近所述第一无源辐射器的第二象限，
其中，所述第一无源辐射器的第一象限和所述第一无源辐射器的第二象限相对，并且所述第二声学驱动器相对于所述第二无源辐射器的其它象限更靠近所述第二无源辐射器的第一象限，所述第三声学驱动器相对于所述第二无源辐射器的其它象限更靠近所述第二无源辐射器的第二象限，并且所述第二无源辐射器的第一象限与所述第二无源辐射器的第二象限相对。
22.如权利要求17所述的声学装置，其中，
所述壳体具有平面壁，
所述第一声学驱动器构造并设置成使得所述第一轴垂直于所述平面壁中的一第一壁，
其中所述第一无源辐射器构造并设置成使得所述第一无源辐射器的期望运动方向垂直于所述壁中的一第二壁，并且
所述第一壁和所述第二壁相垂直。
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