專利名稱：音頻驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及音頻驅(qū)動(dòng)器并且具體地涉及能夠同時(shí)輻射聲音和生成氣流的音頻驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
在許多應(yīng)用中，例如電子電路的主動(dòng)冷卻是期望的或必需的。典型地，這種冷卻被實(shí)現(xiàn)為使用機(jī)械風(fēng)扇的空氣冷卻或在更極端的情況下被實(shí)現(xiàn)為水或其他液體冷卻。然而，已經(jīng)提出也使用基于生成氣流的聲學(xué)冷卻器的空氣冷卻。事實(shí)上，已經(jīng)表明，在許多應(yīng)用中，由于效率和壽命預(yù)期的原因，這種聲學(xué)冷卻作為風(fēng)扇的替代物是有利的。對(duì)于這些應(yīng)用，聲學(xué)冷卻器被最優(yōu)化以盡可能多地冷卻，同時(shí)仍然是安靜的。聲學(xué)冷卻典型地被實(shí)現(xiàn)為諸如擴(kuò)音器之類的聲學(xué)換能器，其被最優(yōu)化以生成氣流而不是產(chǎn)生聲音。 在歐洲專利申請(qǐng)EP0712^20. 3中公開了這種冷卻器的一個(gè)實(shí)例。然而，對(duì)于使用聲學(xué)冷卻和輸出聲音這二者的應(yīng)用和系統(tǒng)，常規(guī)方法需要兩個(gè)不同的擴(kuò)音器分別用于產(chǎn)生聲音和氣流。特別地，常規(guī)聲學(xué)冷卻被最優(yōu)化以用于氣流的高效生成，同時(shí)保持安靜操作，并且因此它們對(duì)于產(chǎn)生聲音而言趨于非常低效。因此，一種改進(jìn)的方法將是有利的，且具體而言，一種允許增加的靈活性、改進(jìn)的氣流生成、改進(jìn)的音頻生成、降低的復(fù)雜性、方便的實(shí)現(xiàn)和/或提高的性能的方法將是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明優(yōu)選地設(shè)法單獨(dú)地或以任何組合地減輕、緩解或消除上面提及的缺點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種音頻驅(qū)動(dòng)器，其包括用于輻射聲音的振膜，該振膜具有第一側(cè)和第二側(cè)并且被設(shè)置成使得該振膜的一部分至少部分地在第二側(cè)處形成腔；換能器元件，其在所述第二側(cè)上耦合到振膜并且被設(shè)置成將電輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成振膜的運(yùn)動(dòng)；空氣管道，其耦合到腔并且具有進(jìn)入腔的第一開口和在腔之外的第二開口 ；其中空氣管道和腔形成亥姆霍茲(Helmholtz)共振器，其具有小于該音頻驅(qū)動(dòng)器的自由空氣聲學(xué)共振頻率的一半的共振頻率。發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，有可能將高效的聲音產(chǎn)生和氣流的聲學(xué)生成結(jié)合。事實(shí)上，本發(fā)明可以允許改進(jìn)的聲音和氣流從單個(gè)音頻驅(qū)動(dòng)器的同時(shí)產(chǎn)生。該音頻驅(qū)動(dòng)器具體而言可以提供改進(jìn)質(zhì)量的聲音和/或改進(jìn)的氣流。例如，該方法可以允許振膜表面積足以提供改進(jìn)質(zhì)量的低頻聲音，例如適用于擴(kuò)音器應(yīng)用。而且，可以實(shí)現(xiàn)可以提供雙重功能的高效、易于制造、低復(fù)雜度和/或低成本的音頻驅(qū)動(dòng)器。本發(fā)明可以允許針對(duì)聲音輻射和氣流生成這二者的集成的音頻驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)，同時(shí)允許至少部分地分離針對(duì)聲音和氣流生成的設(shè)計(jì)決策。在許多實(shí)施例中，可以通過設(shè)計(jì)音頻驅(qū)動(dòng)器以使得聲學(xué)共振頻率明顯高于由空氣管道和腔提供的亥姆霍茲共振頻率來有效地分離聲音生成和氣流生成。具體而言，該設(shè)計(jì)可以確保高氣流和典型地噴流形成，而不會(huì)導(dǎo)致明顯的音頻人工產(chǎn)物。而且，可以實(shí)現(xiàn)高效且高質(zhì)量的聲音再現(xiàn)(r印roduction)，而這并沒有明顯降級(jí)氣流生成。特別地，本發(fā)明可以允許通過音頻驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)來分離振膜的相同運(yùn)動(dòng)，使得該運(yùn)動(dòng)的一部分(典型地在腔和管道(conduit)的亥姆霍茲共振頻率附近的較低頻率運(yùn)動(dòng))支持氣流生成而對(duì)聲音再現(xiàn)影響小，而該運(yùn)動(dòng)的其他部分(典型地較高頻率)支持聲音生成而對(duì)氣流生成影響小。所述管道可以是僅具有少數(shù)(例如一個(gè)或兩個(gè))腔外開口的封閉的管道。該管道可以是導(dǎo)管(pipe)或管子(tube)，其長(zhǎng)度超過腔外的所有開口的面積的平方根并且/或者超過該導(dǎo)管/管子的橫截面積的平方根。該音頻驅(qū)動(dòng)器可以特別地在管道的縱軸的方向上以噴氣的形式生成氣流。該氣流和/或噴氣可以從第二開口噴射。該音頻驅(qū)動(dòng)器可以僅包括單個(gè)振膜或膜。該振膜可以是音頻驅(qū)動(dòng)器的單個(gè)重要 (significant)聲音產(chǎn)生元件。振膜的第一側(cè)在使用時(shí)可以對(duì)應(yīng)于瞄向收聽位置的正面 (frontal)方向。第一側(cè)可以朝向音頻驅(qū)動(dòng)器的主要聲音輻射的方向。所述管道可以遠(yuǎn)離振膜延伸。該管道可以特別地不橫穿對(duì)應(yīng)于振膜遠(yuǎn)離換能器元件的延伸的平面。該腔可以僅部分地封閉。該管道可以是唯一的來自腔的出氣口。在具有其他出氣口的場(chǎng)景中，該管道可以是主要的(dominant)出氣口。例如，通過振膜的至少一部分的運(yùn)動(dòng)從腔擠出(express)的空氣的至少50%可以通過空氣管道。該空氣管道可以是細(xì)長(zhǎng)的管道。該空氣管道可以基本沿著對(duì)應(yīng)于音頻驅(qū)動(dòng)器的中心軸上方向的軸。所述振膜的至少一部分可以特別地包括防塵蓋或由防塵蓋組成。這可以使制造便利并且提供聲音和氣流生成之間的改進(jìn)的分離。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，振膜的一部分對(duì)應(yīng)于小于振膜的表面積的20%。這可以允許改進(jìn)的聲音質(zhì)量和/或改進(jìn)的氣流生成。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，共振頻率不高于100Hz。這可以減少對(duì)氣流生成的所產(chǎn)生的聲音的影響。具體而言，它可以允許旨在創(chuàng)建對(duì)收聽者而言不那么可聽的氣流的振膜運(yùn)動(dòng)。該特征可以允許聲音生成和氣流生成之間的改進(jìn)的分離。在許多實(shí)施例中，對(duì)于不高于50Hz的亥姆霍茲共振頻率，可以實(shí)現(xiàn)特別有利的性能。具體而言，低共振頻率可以允許聲音和氣流生成之間改進(jìn)的分離，同時(shí)允許聲音再現(xiàn)延伸到深低音(de印bass)頻率。它還可以減少由氣流生成引起的任何噪聲的可感知性。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，空氣管道包括導(dǎo)管，其長(zhǎng)度至少是該導(dǎo)管的最大橫截面尺寸(dimension)的三倍。這可以允許特別有利的操作和性能。具體而言，它可以允許生成改進(jìn)的氣流并且在許多實(shí)施例中可以允許形成噴流并將之導(dǎo)向優(yōu)選的方向。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，第二開口的面積足夠小以提供由于所述振膜的至少一部分的運(yùn)動(dòng)而通過第二開口排出的空氣的噴射形成。這可以允許特別有利的操作和性能。具體而言，振膜相對(duì)于第二開口的面積和形狀的行程(stroke)以及所述振膜的至少一部分的面積可以使得噴射形成的標(biāo)準(zhǔn)得以滿足。
根據(jù)本發(fā)明的可選特征，所述振膜的至少一部分是該振膜的中心部分。這可以允許特別有利的操作、性能和/或?qū)崿F(xiàn)方式。具體而言，在許多實(shí)施例中， 它可以允許改進(jìn)的振膜驅(qū)動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，空氣管道至少部分地通過換能器元件形成。這可以允許特別有利的操作、性能和/或?qū)崿F(xiàn)方式。在許多實(shí)施例中，它可以允許特別緊湊和高效的實(shí)現(xiàn)方式。對(duì)于所述管道的至少一部分，所述管道可以由換能器元件形成，并且對(duì)于所述管道的至少一部分可以特別地由換能器元件的永磁體形成。該管道可以特別地沿著換能器元件的中心或?qū)ΨQ軸穿過換能器元件和/或永磁體。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，換能器元件包括音圈和永磁體，并且振膜耦合到音圈，且腔至少部分地由永磁體形成。這可以允許特別有利的操作、性能和/或?qū)崿F(xiàn)方式。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，提供一種揚(yáng)聲器裝置，其包括外殼；和安裝在外殼中的上述音頻驅(qū)動(dòng)器。本發(fā)明可以允許能夠同時(shí)生成聲音輸出和氣流(例如定向的噴氣)的改進(jìn)的揚(yáng)聲
器裝置。所述音頻驅(qū)動(dòng)器可以安裝在外殼中，使得第一側(cè)面向外殼外且第二側(cè)面向內(nèi)。該音頻驅(qū)動(dòng)器可以安裝在外殼的一側(cè)上，其中振膜形成該外殼的閉合部分。該揚(yáng)聲器裝置特別地可以是擴(kuò)音器。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，第二開口在外殼之外。在許多場(chǎng)景中，這可以允許改進(jìn)的性能和/或便利化的操作。具體而言，它可以允許氣流和聲音生成特性的增加的分離。例如，它可以允許外殼將被設(shè)計(jì)用于最優(yōu)化聲音再現(xiàn)，并且可以允許氣流功能對(duì)聲音質(zhì)量的影響降低。該外殼可以形成低音反射揚(yáng)聲器系統(tǒng)或可以例如形成封閉的箱式揚(yáng)聲器系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，所述揚(yáng)聲器裝置的系統(tǒng)聲學(xué)共振頻率比腔和空氣管道的共振頻率高至少50%。這可以減少氣流生成對(duì)所產(chǎn)生的聲音的影響。具體而言，它可以允許旨在創(chuàng)建對(duì)收聽者而言不太可聽的氣流的振膜運(yùn)動(dòng)。該特征可以允許聲音生成和氣流生成之間的改進(jìn)的分離。具體而言，腔和管道相對(duì)于揚(yáng)聲器裝置的最低聲學(xué)共振頻率的低共振頻率可以確保以生成氣流的頻率低效地再現(xiàn)聲音，從而降低由此引起的音頻級(jí)(level)。 根據(jù)本發(fā)明的可選特征，所述系統(tǒng)聲學(xué)共振頻率是音頻驅(qū)動(dòng)器的低音反射口的共振頻率。本發(fā)明可以在較低(低音)頻率處提供特別高的聲音質(zhì)量，同時(shí)提供對(duì)收聽者的音頻體驗(yàn)影響小的氣流。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，提供一種音頻系統(tǒng)，其包括上述音頻驅(qū)動(dòng)器并且進(jìn)一步包括驅(qū)動(dòng)單元，該驅(qū)動(dòng)單元用于生成電輸入信號(hào)以包括窄帶氣流驅(qū)動(dòng)信號(hào)分量和音頻信號(hào)分量，在共振頻率和自由空氣聲學(xué)共振頻率之間，該窄帶氣流驅(qū)動(dòng)信號(hào)具有的中心頻率更靠近所述共振頻率。這可以允許一種生成氣流同時(shí)保持聲音再現(xiàn)對(duì)聲音質(zhì)量的小影響的特別有利和高效的方式。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種包括上述音頻驅(qū)動(dòng)器的冷卻裝置。本發(fā)明可以允許一種可以同時(shí)用于聲音生成的特別高效的冷卻裝置，例如電子電路。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種生成氣流的方法，該方法包括提供音頻驅(qū)動(dòng)器， 該音頻驅(qū)動(dòng)器包括用于輻射聲音的振膜，該振膜具有第一側(cè)和第二側(cè)并且被設(shè)置成使得振膜的一部分至少部分地在第二側(cè)處形成腔；換能器元件，其在第二側(cè)上耦合到振膜并且被設(shè)置成將電輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成振膜的運(yùn)動(dòng)；空氣管道，其耦合到腔并且具有進(jìn)入腔的第一開口和在腔之外的第二開口 ；其中空氣管道和腔形成共振器，共振器具有小于音頻驅(qū)動(dòng)器的自由空氣聲學(xué)共振頻率的一半的共振頻率；以及生成包括氣流信號(hào)分量和音頻信號(hào)分量的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)；以及將該電驅(qū)動(dòng)信號(hào)作為電輸入信號(hào)饋送到換能器元件。本發(fā)明的這些和其他方面、特征和優(yōu)點(diǎn)根據(jù)下文所描述的實(shí)施例(一個(gè)或多個(gè))而清楚明白并且將參照這些實(shí)施例而被闡明。


本發(fā)明的實(shí)施例將僅通過實(shí)例的方式參照附圖來描述，在附圖中
圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的音頻驅(qū)動(dòng)器的橫截面視圖的實(shí)例； 圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的音頻驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電路的實(shí)例； 圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的揚(yáng)聲器裝置的橫截面視圖的實(shí)例；以及圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的揚(yáng)聲器裝置的橫截面視圖的實(shí)例。
具體實(shí)施例方式圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的音頻驅(qū)動(dòng)器的橫截面視圖的實(shí)例。該音頻驅(qū)動(dòng)器特別地是擴(kuò)音器單元。圖1的音頻驅(qū)動(dòng)器提供雙重功能并且可以用于同時(shí)生成音頻/聲音輸出和例如可以用于冷卻的氣流輸出。因此，該音頻驅(qū)動(dòng)器允許由單個(gè)驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)不同的功能并且可以例如在電子設(shè)備(例如計(jì)算機(jī))中實(shí)現(xiàn)，以同時(shí)提供聲音生成和聲學(xué)冷卻。該音頻驅(qū)動(dòng)器包括振膜，其在特定實(shí)例中由膜101和中心防塵蓋103構(gòu)成。膜101 通過彈性懸架(suspension) 107附接到揚(yáng)聲器框架105，該彈性懸架允許振膜相對(duì)于揚(yáng)聲器框架運(yùn)動(dòng)。該揚(yáng)聲器框架固定地連接到換能器元件109、111，其包括固定部件109 (其相對(duì)于揚(yáng)聲器框架105是固定的)和可移動(dòng)部件111 (其相對(duì)于揚(yáng)聲器框架105是可移動(dòng)的)。 換能器元件109、111的可移動(dòng)部件111連接到振膜的一側(cè)，后文中該側(cè)被稱為振膜的后側(cè)。換能器元件109、111可以接收交變電信號(hào)，其導(dǎo)致固定部件109和可移動(dòng)部件111 之間的對(duì)應(yīng)的交變相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在圖1的實(shí)例中，固定部件109由永磁體形成，而可移動(dòng)部件 111由音圈形成，并且這些部件在下文中將部分地通過這些術(shù)語來提及。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在其他實(shí)施例中，可以使用其他裝置，例如靜止的音圈和可移動(dòng)的永磁體。在圖1的實(shí)例中，變化的電信號(hào)被饋送到音圈111。最后得到的變化的磁場(chǎng)與永磁體的磁場(chǎng)相互作用以移動(dòng)音圈111，從而移動(dòng)振膜。該電信號(hào)特別地包括音頻信號(hào)分量，其使得振膜生成聲音輸出。該聲音輸出的質(zhì)量可以是高的，并且可以由于使用相對(duì)較大的振
7膜的可能性而擴(kuò)展到相對(duì)較低的頻率。圖1的音頻驅(qū)動(dòng)器進(jìn)一步被構(gòu)造成使得振膜的一部分至少部分地在振膜的后側(cè)上形成腔113。在該特定實(shí)例中，(部分地)形成腔113的振膜的部分對(duì)應(yīng)于防塵蓋103，但是應(yīng)當(dāng)理解，在其他實(shí)施例中，振膜的其他部分可以形成腔113。防塵蓋103的形成腔113 的用途提供一種特別有利的實(shí)現(xiàn)方式，因?yàn)樗奖阒圃烨沂褂?在許多揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)中)已經(jīng)存在的組件來執(zhí)行附加功能。而且，防塵蓋的使用可以提供用于生成氣流的功能和用于生成聲音的功能的改進(jìn)的分離。防塵蓋還趨于具有特別合適的幾何形狀(在大小和形狀這兩方面)。例如，防塵蓋103具有凹的形狀，其在腔113內(nèi)提供更大量的空氣。在該實(shí)例中，腔113基本由防塵蓋103和換能器元件109、111形成，且主要由防塵蓋103和換能器的固定部件109 (即永磁體109)形成。所述音頻驅(qū)動(dòng)器進(jìn)一步包括空氣管道115，其耦合到腔并且其具有進(jìn)入腔的第一開口 117和進(jìn)入音頻驅(qū)動(dòng)器之外的自由空氣空間的第二開口 119。在該特定實(shí)例中，空氣管道115由基本圓柱形的導(dǎo)管或管子形成。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在其他實(shí)施例中，可以使用其他出氣口，并且音頻驅(qū)動(dòng)器可以例如使用具有不同的或變化的橫截面的空氣管道和/或可以包括多個(gè)空氣管道。在一些實(shí)例中，腔113可以除了空氣管道115之外被完全封閉(S卩，腔中的唯一開口可以是第一開口 117)。然而，在其他實(shí)施例中，腔113可以僅部分地封閉(除了第一開口 117之外)。在圖1的音頻驅(qū)動(dòng)器中，一些泄漏可以通過音圈111周圍的空氣間隙發(fā)生。然而， 在大多數(shù)實(shí)施例中，較小的泄漏是可接受的并且典型地通過保持任何空氣間隙的聲阻與空氣管道115的損失相比高來保持為低。例如，在圖1的音頻驅(qū)動(dòng)器中，音圈109周圍的空氣間隙的聲阻通過包括具有高聲阻的輻(spider) 121而增加。在許多實(shí)施例中，音頻驅(qū)動(dòng)器被構(gòu)造成使得從腔擠出的空氣的至少60%且更優(yōu)選地多于80%或90%通過空氣管道115擠出。圖1的音頻驅(qū)動(dòng)器因此被構(gòu)造成提供雙重功能。特別地，該音頻驅(qū)動(dòng)器通過振膜的根據(jù)施加到音圈109的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的音頻信號(hào)分量的運(yùn)動(dòng)而輻射聲音。擴(kuò)音器振膜的前側(cè) (椎體101和防塵蓋103)用于輻射聲音。椎體101的后側(cè)也用于輻射聲音。此外，防塵蓋 103用于在腔113內(nèi)生成壓力，其導(dǎo)致空氣經(jīng)由第一開口 117通過空氣管道115而擠出并且經(jīng)由第二開口 119離開。因此，當(dāng)防塵蓋103 (具體而言，響應(yīng)于施加于音圈111的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的氣流信號(hào)分量)運(yùn)動(dòng)時(shí)，朝向聲音換能器109、111的運(yùn)動(dòng)增加了腔113中空氣上的壓力，從而導(dǎo)致氣流離開空氣管道115。因此，該音頻驅(qū)動(dòng)器同時(shí)用作聲音源和氣流發(fā)生器 (吹風(fēng)器)。該音頻驅(qū)動(dòng)器被構(gòu)造成使得它提供不同功能的有效分離，從而降低提供一種功能對(duì)其他功能的性能的影響。具體而言，該音頻驅(qū)動(dòng)器被構(gòu)造成使得空氣管道115和腔113形成共振器，其具有不高于音頻驅(qū)動(dòng)器的自由空氣聲學(xué)共振的一半的亥姆霍茲共振頻率。因此，腔113和空氣管道115被定尺寸和構(gòu)造成使得它們形成亥姆霍茲共振器，其具有可以如下表達(dá)的亥姆霍茲頻率fh:其中，
(^為聲音在空氣中的速度(m/s) Sp為管道117、119的橫截面積(m2) Lp為管道117、119的長(zhǎng)度(m) V=腔113的容積(πΓ3)。而且，這個(gè)共振器被構(gòu)造成使得音頻驅(qū)動(dòng)器的自由空氣聲學(xué)共振至少是腔113和管道115的共振頻率(為簡(jiǎn)潔起見，此后也被稱為氣流共振頻率)的兩倍。這允許饋送到音圈111的信號(hào)具有氣流信號(hào)分量，這個(gè)氣流信號(hào)分量使得振膜以所述氣流共振頻率附近的頻率運(yùn)動(dòng)，從而提供高效的氣流生成。而且，當(dāng)氣流共振頻率被明顯地從自由空氣聲學(xué)共振頻率移開時(shí)，音頻驅(qū)動(dòng)器將以這個(gè)頻率提供非常低效的聲音生成并且這將導(dǎo)致源自所述氣流信號(hào)分量的聲音具有低音量并且被大大地衰減。同時(shí)，它允許被饋送到音圈的信號(hào)的聲音信號(hào)分量被高效地輻射，而不對(duì)氣流生成的性能產(chǎn)生顯著影響。在許多實(shí)施例中，通過控制氣流共振頻率不高于IOOHz或者在一些實(shí)施例中甚至不高于60Hz或30Hz，來提供特別有利的性能?？梢栽谑褂猛ǔＲ策m合于其他揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)需求和偏好(例如總體大小、音頻性能等)的尺寸等等的同時(shí)實(shí)現(xiàn)這樣的低頻率。而且，它們確保了氣流操作處于低頻率，在該低頻率處人的音頻感知是非常不敏感的并且因此導(dǎo)致來自氣流信號(hào)分量的甚至更低的感知的聲音。此外，它還允許用于聲音生成的頻率間隔和氣流共振之間的高分離，從而允許該驅(qū)動(dòng)器甚至用于低頻率。音頻驅(qū)動(dòng)器的自由空氣共振頻率可以特別地被確定為音頻驅(qū)動(dòng)器的最低共振頻率。這可以例如被確定為當(dāng)被具有恒定幅度(和變化的頻率)的單個(gè)音調(diào)(tone)驅(qū)動(dòng)時(shí)聲音級(jí)輸出中出現(xiàn)峰的最低頻率，或者可以例如根據(jù)音頻驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量和懸架剛度分析地確定。圖1的音頻驅(qū)動(dòng)器因此允許單個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)被施加到音圈111，其中該單個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)包括氣流信號(hào)分量和聲音再現(xiàn)信號(hào)分量這二者。這兩種信號(hào)典型地在頻域中分離，使得氣流信號(hào)分量是靠近氣流共振頻率的窄帶信號(hào)，并且聲音再現(xiàn)信號(hào)分量包括更高的頻率且特別地可以包括人可感知的音頻帶。圖2圖示了圖1的音頻驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)例。在該實(shí)例中，音頻信號(hào)yin從適當(dāng)?shù)囊纛l源接收。音頻信號(hào)yin被饋送到高通濾波器201，其使頻率衰減到低于可能接近聲學(xué)共振頻率的給定截止頻率。在許多實(shí)施例中，高通濾波器201的3dB截止頻率有利地處于[50Hz ； 150Hz]的頻率間隔中并且經(jīng)常甚至更有利地處于[70Hz ； 120Hz]的頻率間隔中。此外，所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括氣流信號(hào)分量源203，其生成具有接近音頻驅(qū)動(dòng)器的氣流共振頻率的中心頻率的窄帶頻率信號(hào)。特別地，窄帶信號(hào)的3dB降落(drop off)頻率可以小于來自氣流共振頻率的30Hz，并且經(jīng)常更有利地小于20Hz或者甚至小于10Hz。在圖2的實(shí)例中，氣流信號(hào)分量源203生成具有非常接近音頻驅(qū)動(dòng)器的氣流共振頻率的頻率的單個(gè)音調(diào)信號(hào)(即大體正弦曲線)。事實(shí)上，氣流信號(hào)分量源203設(shè)法提供頻率等于氣流共振頻率的音調(diào)信號(hào)。在許多實(shí)施例中，所生成的音調(diào)信號(hào)的頻率有利地保持在氣流共振頻率的IOHz以內(nèi)，或者經(jīng)常甚至更有利地保持在5Hz以內(nèi)。氣流信號(hào)分量源203被耦合到增益205，其根據(jù)增益因子^kj1縮放所生成的音調(diào)信號(hào)(具有頻率f。-)。因此最后得到的氣流信號(hào)分量的幅度等于^^。增益205被耦合到組合器207，高通濾波器201也被耦合到組合器207。該組合器207將來自高通濾波器201 的音頻信號(hào)分量與來自增益205的氣流信號(hào)分量組合起來(并且在特定實(shí)例中簡(jiǎn)單地相加) 以生成單個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)y。ut。這個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)然后被饋送到音圈111。因此，生成包括窄帶氣流驅(qū)動(dòng)信號(hào)分量和音頻信號(hào)分量的單個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在音頻驅(qū)動(dòng)器的自由空氣聲學(xué)共振頻率和氣流共振頻率之間，窄帶氣流驅(qū)動(dòng)信號(hào)的中心頻率更接近氣流共振頻率，并且可以有利地處于氣流共振頻率的30Hz、20Hz或者甚至IOHz內(nèi)。因此，圖1的音頻驅(qū)動(dòng)器允許單個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)被施加以便提供兩種功能。而且，這個(gè)信號(hào)的各個(gè)驅(qū)動(dòng)分量可以單獨(dú)地受控，從而提供有效的操作和分離。作為特定實(shí)例，氣流生成可以獨(dú)立于聲音再現(xiàn)信號(hào)分量通過縮放因子^kj1來控制。因此，氣流的量和聲音音量級(jí)可以單獨(dú)地且個(gè)別地控制。在圖1的實(shí)例中，音頻驅(qū)動(dòng)器被配置成使得第二開口之外的所生成的氣流形成噴氣。噴射可以提供從開口射出到周圍介質(zhì)(空氣)的流體(空氣)的相干流。在圖1的實(shí)例中，尺寸被選擇成使得當(dāng)防塵蓋103向后(朝向換能器109、111)移動(dòng)時(shí)，隨后噴氣被從第二開口擠出。這特別地通過在區(qū)域119中創(chuàng)建足夠大的空氣速度來實(shí)現(xiàn)，從而導(dǎo)致噴射形成。更特別地，用于噴射形成的標(biāo)準(zhǔn)通過應(yīng)當(dāng)足夠小(<0. 4)的斯特勞哈爾數(shù)(Strouhal number)來指定。斯特勞哈爾數(shù)=(f · d) /V 斯特勞哈爾數(shù)<0. 4
其中
f是氣流的頻率(即，氣流驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率，其典型地被認(rèn)為是腔和管道的亥姆霍茲頻
率)
d是第二開口 119的直徑 ν是空氣在第二開口 119處的速度。因此，第二開口 119的面積被設(shè)計(jì)成足夠小以提供由于振膜的至少一部分的運(yùn)動(dòng)而通過第二開口 119排出的空氣的噴射形成。因此，在該實(shí)例中，開口面積和/或半徑保持足夠低以相對(duì)于空氣的頻率和速度保持噴射形成。生成這種噴氣的優(yōu)點(diǎn)在于，它可以行進(jìn)長(zhǎng)距離而不消散。事實(shí)上，典型地可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度近似為開口直徑10倍的噴射。而且，所發(fā)射的空氣的噴射形成和方向方面通過被實(shí)現(xiàn)為細(xì)長(zhǎng)的空氣管道的空氣管道115而被進(jìn)一步加強(qiáng)。特別地，空氣管道115被實(shí)現(xiàn)為導(dǎo)管，其長(zhǎng)度至少為該導(dǎo)管的最大橫截面尺寸的三倍。因此，對(duì)于圓形導(dǎo)管(即該導(dǎo)管的中空開口是圓形的)，最大橫截面尺寸是直徑并且因此該導(dǎo)管至少是該導(dǎo)管的直徑的三倍。在一些實(shí)施例中，該導(dǎo)管的長(zhǎng)度可以有利地至少是最大橫截面尺寸的五倍?？諝夤艿?15的細(xì)長(zhǎng)性質(zhì)可以進(jìn)一步方便在期望方向上引導(dǎo)噴流，并且特別地可以用于朝向要被冷卻的元件或區(qū)域引導(dǎo)噴射。而且，在圖1的實(shí)例中，腔113的容積相對(duì)于第一開口的面積保持相對(duì)較小，并且特別地腔113的容積小于20 · (-.,, )5，其中A是第一開口 117的面積。通過保持腔的容積相對(duì)較小，可以確保振膜(且特別地防塵蓋103)的甚至相對(duì)較小的偏移(excursion)允許生成足夠的空氣壓力以排出強(qiáng)噴射。因此，圖1的音頻驅(qū)動(dòng)器由連接到導(dǎo)管或管子的擴(kuò)音器構(gòu)成。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種系統(tǒng)適合用作人造噴射致動(dòng)器。空氣的聲學(xué)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致在導(dǎo)管/管子的出口處形成脈動(dòng)噴射因?yàn)榭諝庠谥芷诘囊话肫陂g(在振膜朝向換能器109、111移動(dòng)時(shí))被推出導(dǎo)管。然后在出口的邊緣處出現(xiàn)流分離并且形成噴射。在周期的吸入部分期間，空氣被吸入到導(dǎo)管中，但是與周期的空氣輸出部分相比， 它的定向性小得多，即空氣從寬范圍的方向上被吸入。在完整周期上取平均，沒有質(zhì)量 (mass)被注入空氣域中。然而，由于空氣在入口處的向內(nèi)運(yùn)動(dòng)和噴射形式的向外運(yùn)動(dòng)之間的所述差異，凈動(dòng)量被注入到空氣域中。因此，人造噴射致動(dòng)器也被稱為零凈質(zhì)量流量、非零動(dòng)量流量設(shè)備。在該實(shí)例中，(部分地)形成腔并導(dǎo)致氣流的振膜的部分對(duì)應(yīng)于防塵蓋103。然而， 在其他實(shí)施例中，振膜的其他部分可以被使用，例如膜103的區(qū)域。例如，腔可以形成為小的圓形同心環(huán)，其與振膜的中心等距。然而，在大多數(shù)實(shí)施例中，用于形成腔并提供氣流的振膜的部分的面積小于振膜的總面積的20%。這可以允許氣流生成對(duì)聲音再現(xiàn)的影響被降低并且可以方便在許多場(chǎng)景中的實(shí)現(xiàn)和制造。而且，在該實(shí)例中，(部分地)形成腔的振膜的部分是振膜的中心部分，并且特別地它是振膜的包括振膜的中心點(diǎn)的部分。因此，形成腔并生成氣流的部分包括振膜的對(duì)稱的中心點(diǎn)。這可以在許多場(chǎng)景中方便制造并提供特別有利的實(shí)現(xiàn)方式。在該實(shí)例中，腔113主要由振膜的所述部分(特別是防塵蓋103)和換能器(且特別地固定部件109)形成。而且，所述空氣管道至少部分地通過換能器元件109、111形成并且特別地部分地由換能器元件109、111形成。在該實(shí)例中，空氣管道115由通過固定部件109 的圓柱形開口并且由另外的從所述固定部件向后中空突出形成。這可以提供高效的實(shí)現(xiàn)和便利化的制造。圖1的音頻驅(qū)動(dòng)器可以例如用作揚(yáng)聲器裝置的一部分，其中音頻驅(qū)動(dòng)器安裝在適當(dāng)?shù)耐鈿ぶ?可能連同其他音頻驅(qū)動(dòng)器一起)。在這樣的系統(tǒng)中，音頻產(chǎn)生可以進(jìn)一步通過外殼等的設(shè)計(jì)控制。在一些這樣的揚(yáng)聲器裝置中，第二開口 119在外殼的外部。這可以允許噴氣/氣流被朝向外殼外部的元件或器件導(dǎo)向并且可以進(jìn)一步允許外殼和揚(yáng)聲器裝置的音頻設(shè)計(jì)高度獨(dú)立于氣流操作并與氣流操作分離。類似地，該氣流生成和使用不需要被外殼音頻設(shè)計(jì)的特定特性或需求限制。圖3圖示了安裝在揚(yáng)聲器外殼303中的圖1的音頻驅(qū)動(dòng)器301的實(shí)例。如圖所示，外殼303形成具有空氣管道115的封閉箱(cabinet)，空氣管道115延伸到外殼之外，從而允許所生成的噴氣被例如朝向需要被氣流冷卻的任何外部元件導(dǎo)向。在該實(shí)例中，封閉箱外殼303可以被設(shè)計(jì)成提供期望的音頻特性，而不用考慮氣流功能。特別地，內(nèi)部封閉的容積Vb簡(jiǎn)單地充當(dāng)振膜上的額外彈簧并且可以相應(yīng)地被定尺寸以提供期望的聲學(xué)性能，這是技術(shù)人員將知道的。圖3的特定實(shí)例因此提供揚(yáng)聲器裝置，其中聲音在振膜的第一方向上輻射(即，在為從振膜遠(yuǎn)離換能器元件的方向的向前方向上)。同時(shí)，噴氣形式的氣流被生成并且在向后的方向上導(dǎo)向。圖4圖示了安裝在揚(yáng)聲器外殼403中的圖1的音頻驅(qū)動(dòng)器401的另一個(gè)實(shí)例。在該實(shí)例中，外殼403包括可以用于進(jìn)一步增強(qiáng)所生成的聲音的較低頻率的低音反射口 405。 該低音反射可以被調(diào)諧為低頻率，從而擴(kuò)展音頻驅(qū)動(dòng)器401的有效頻率范圍。在封閉箱實(shí)例和低音反射口實(shí)例這二者中，以及對(duì)于許多其他實(shí)現(xiàn)方式，腔和管道的共振頻率保持低于最后得到的(最低)系統(tǒng)共振頻率。特別地，當(dāng)將音頻驅(qū)動(dòng)器安裝在外殼中時(shí)，音頻驅(qū)動(dòng)器的自由空氣聲學(xué)共振頻率可以被外殼修改以提供組合的系統(tǒng)的聲學(xué)共振頻率，其典型地低于音頻驅(qū)動(dòng)器的自由空氣聲學(xué)共振頻率。因此，盡管這些系統(tǒng)聲學(xué)共振頻率可以低于音頻驅(qū)動(dòng)器的自由空氣共振頻率，它們?nèi)匀坏湫偷乇辉O(shè)計(jì)成高于氣流共振頻率。在許多實(shí)施例中，通過不小于比氣流共振頻率高30%、50%或者甚至100%的揚(yáng)聲器裝置的系統(tǒng)共振頻率來實(shí)現(xiàn)有利性能。例如，對(duì)于圖4 的系統(tǒng)，低音反射口 405的共振頻率被設(shè)計(jì)成明顯高于氣流共振頻率。這確保了氣流功能和聲音產(chǎn)生功能仍然有效地被分離，而不論音頻驅(qū)動(dòng)器在外殼中的安裝和最后得到的有效頻率范圍的擴(kuò)展。例如，如果圖4的低音反射箱被調(diào)諧到60Hz， 則氣流功能可被調(diào)諧到30Hz。在這個(gè)頻率處，低音反射箱在產(chǎn)生聲音方面非常低效，因?yàn)樗龅鸵舴瓷淇诤妥刁w的聲音壓力有效地彼此抵消。對(duì)于60Hz及以上的頻率，氣流功能變得非常低效，而聲音生成變得在這個(gè)范圍內(nèi)非常高效。作為另一個(gè)實(shí)例，如果圖3的揚(yáng)聲器裝置的封閉盒(box)共振頻率被調(diào)諧到60Hz，則氣流功能可被調(diào)諧到30Hz。相應(yīng)地，氣流效果將在30Hz處具有最大輸出。然而，在這個(gè)頻率處，封閉盒箱在產(chǎn)生聲音時(shí)非常低效。然而，對(duì)于60Hz及以上的頻率，封閉盒非常高效，并且氣流功能變得日益不那么高效。應(yīng)當(dāng)理解，所述方法可以用于許多不同的應(yīng)用。例如，所述音頻驅(qū)動(dòng)器可以用于生成可以朝向要被冷卻的元件或區(qū)域而導(dǎo)向的冷卻氣流。而且，細(xì)長(zhǎng)的空氣管道(例如導(dǎo)管或管子)的使用可以方便這個(gè)氣流被朝向要冷卻的區(qū)域或元件導(dǎo)向。事實(shí)上，在一些實(shí)施例中，空氣管道可以至少部分地使用柔性材料來生成，從而空氣管道可以容易地被手動(dòng)修改以在期望的方向上引導(dǎo)噴氣。而且，這個(gè)高效冷卻可以實(shí)現(xiàn)，而同時(shí)提供相對(duì)較高質(zhì)量的聲音產(chǎn)生。因此，相同的音頻驅(qū)動(dòng)器可以同時(shí)用于多個(gè)目的，從而降低成本和復(fù)雜度。例如， 計(jì)算機(jī)可以使用既用于提供聲音輸出又用于提供內(nèi)部冷卻的音頻驅(qū)動(dòng)器。這樣的實(shí)現(xiàn)方式可以例如特別地適用于便攜式計(jì)算機(jī)，例如膝上型計(jì)算機(jī)，其中小的形狀因素是關(guān)鍵的。然而，所生成的氣流也可以用于其他應(yīng)用，例如以生成到用戶的觸覺輸出。例如， 空氣管道可以被朝向用戶導(dǎo)向，使得噴氣可以被用戶感覺。這可以例如提供虛擬應(yīng)用(例如游戲)的增強(qiáng)的效果，或者可以用于多模態(tài)反饋。例如朝向用戶的臉導(dǎo)向的氣流可以用作警報(bào)指示。應(yīng)當(dāng)理解，為了清楚起見，上面的描述已經(jīng)參照不同功能單元和元件描述了本發(fā)明的實(shí)施例。然而，對(duì)特定功能單元的引用僅僅被視為對(duì)用于提供所述功能的適當(dāng)裝置的引用，而不是指示嚴(yán)格的邏輯或物理結(jié)構(gòu)或組織。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的元件和組件可以以任何適當(dāng)方式物理地、功能性地和邏輯地實(shí)現(xiàn)。盡管已經(jīng)結(jié)合一些實(shí)施例描述了本發(fā)明，但其并不旨在受限于本文闡述的特定形式。相反地，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求限制。此外，盡管特征可以看上去是結(jié)合具體實(shí)施例描述的，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到所描述的實(shí)施例的各種特征可以根據(jù)本發(fā)明組合。在權(quán)利要求中，術(shù)語包括不排除其他元件或步驟的存在。另外，盡管各個(gè)特征可以包括在不同權(quán)利要求中，但是這些可能可以有利地組合， 并且包括在不同的權(quán)利要求中并不意味著特征的組合不是可行的和/或有利的。特征包括在一類權(quán)利要求中也并不意味著限于這個(gè)類別，而是指示該特征同樣可以合適地適用于其他權(quán)利要求類別。而且，特征在權(quán)利要求中的順序并不暗示這些特征必須按其工作的任何特定順序，并且具體而言方法權(quán)利要求中的各個(gè)步驟的順序并不意味著這些步驟必須按此順序執(zhí)行。相反地，這些步驟可以按任何適當(dāng)順序執(zhí)行。此外，單數(shù)引用不排除多個(gè)。因此， 對(duì)“一”、“一個(gè)”、“第一”、“第二”等的引用不排除多個(gè)。權(quán)利要求中附圖標(biāo)記僅被作為澄清性的實(shí)例提供，而不應(yīng)當(dāng)被解釋為以任何方式限制權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種音頻驅(qū)動(dòng)器，包括-用于輻射聲音的振膜(101，103)，該振膜(101，103)具有第一側(cè)和第二側(cè)并且被設(shè)置成使得振膜(103)的一部分至少部分地在第二側(cè)處形成腔(113)；-換能器元件(109，111)，其在所述第二側(cè)上耦合到振膜(101，103)并且被設(shè)置成將電輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成振膜(101，103)的運(yùn)動(dòng)；-空氣管道(115)，其耦合到腔(113)并且具有進(jìn)入腔的第一開口(117)和在腔(113) 外部的第二開口(119)；其中空氣管道(115)和腔(113)形成亥姆霍茲共振器，其具有小于所述音頻驅(qū)動(dòng)器的自由空氣聲學(xué)共振頻率的一半的共振頻率。
2.權(quán)利要求1的音頻驅(qū)動(dòng)器，其中所述振膜(103)的一部分對(duì)應(yīng)于小于振膜(101，103) 的表面積的20%。
3.權(quán)利要求1的音頻驅(qū)動(dòng)器，其中所述共振頻率不高于100Hz。
4.權(quán)利要求1的音頻驅(qū)動(dòng)器，其中空氣管道(115)包括導(dǎo)管，其長(zhǎng)度至少是該導(dǎo)管的最大橫截面尺寸的三倍。
5.權(quán)利要求1的音頻驅(qū)動(dòng)器，其中第二開口(119)的面積足夠小以提供由于所述振膜 (103)的至少一部分的運(yùn)動(dòng)而通過第二開口(119)排出的空氣的噴射形成。
6.權(quán)利要求1的音頻驅(qū)動(dòng)器，其中所述振膜(103)的至少一部分是振膜(101，103)的中心部分。
7.權(quán)利要求1的音頻驅(qū)動(dòng)器，其中空氣管道(115)至少部分地通過換能器元件 (109，111)形成。
8.權(quán)利要求1的音頻驅(qū)動(dòng)器，其中換能器元件(109，111)包括音圈(111)和永磁體 (109)，并且振膜(101，103)耦合到音圈(109)，且腔(113)至少部分地由永磁體(109)形成。
9.一種揚(yáng)聲器裝置，包括-外殼(303，403)；和-安裝在外殼(303，403)中的權(quán)利要求1的音頻驅(qū)動(dòng)器(301，401)。
10.權(quán)利要求9的揚(yáng)聲器裝置，其中第二開口(119)在外殼(303，403)外部。
11.權(quán)利要求10的揚(yáng)聲器裝置，其中揚(yáng)聲器裝置的系統(tǒng)聲學(xué)共振頻率至少比腔(113) 和空氣管道(115)的共振頻率高50%。
12.權(quán)利要求10的揚(yáng)聲器裝置，其中所述系統(tǒng)聲學(xué)共振頻率是音頻驅(qū)動(dòng)器(401)的低音反射口(405)的共振頻率。
13.一種音頻系統(tǒng)，包括根據(jù)權(quán)利要求1的音頻驅(qū)動(dòng)器并且進(jìn)一步包括用于生成電輸入信號(hào)以包括窄帶氣流驅(qū)動(dòng)信號(hào)分量和音頻信號(hào)分量的驅(qū)動(dòng)單元，在自由空氣聲學(xué)共振頻率和共振頻率之間，所述窄帶氣流驅(qū)動(dòng)信號(hào)具有的中心頻率更接近共振頻率。
14.一種包括權(quán)利要求1的音頻驅(qū)動(dòng)器的冷卻裝置。
15.一種生成氣流的方法，該方法包括提供音頻驅(qū)動(dòng)器，該音頻驅(qū)動(dòng)器包括-用于輻射聲音的振膜(101，103)，該振膜(101，103)具有第一側(cè)和第二側(cè)并且被設(shè)置成使得振膜(103)的一部分至少部分地在第二側(cè)處形成腔(113)；-換能器元件(109，111)，其在第二側(cè)上耦合到振膜(101，103)并且被設(shè)置成將電輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成振膜(101，103)的運(yùn)動(dòng)；-空氣管道(115)，其耦合到腔(113)并且具有進(jìn)入腔的第一開口(117)和在腔(113) 外部的第二開口(119)；其中空氣管道(115)和腔(113)形成共振器，其具有小于音頻驅(qū)動(dòng)器的自由空氣聲學(xué)共振頻率的一半的共振頻率；以及-生成包括氣流信號(hào)分量和音頻信號(hào)分量的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)；以及 -將該電驅(qū)動(dòng)信號(hào)作為電輸入信號(hào)饋送到換能器元件。
全文摘要
一種音頻驅(qū)動(dòng)器，包括具有第一側(cè)和第二側(cè)的振膜(101,103)。該振膜(101,103)在第二側(cè)上被耦合到換能器元件(109,111)并且被設(shè)置成輻射聲音。換能器元件(109,111)將電輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成振膜(101,103)的運(yùn)動(dòng)。振膜(101,103)被設(shè)置成使得振膜(103)的一部分至少部分地在第二側(cè)處形成腔(113)，并且空氣管道(115)耦合到腔(113)。該空氣管道(115)具有進(jìn)入腔的第一開口(117)和在腔(113)外部的第二開口(119)。空氣管道(115)和腔(113)形成共振器，其具有小于所述音頻驅(qū)動(dòng)器的自由空氣聲學(xué)共振頻率的一半的共振頻率。本發(fā)明可以允許同時(shí)產(chǎn)生聲音和生成聲學(xué)氣流，同時(shí)保持這兩種功能之間的高效分離。
文檔編號(hào)H04R9/02GK102388626SQ201080016079
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2010年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月10日
發(fā)明者K. 庫伊曼 G., A. M. 紐文迪克 J., 奧韋爾特斯 O., M. 阿爾茨 R. 申請(qǐng)人:Nxp 有限公司, 皇家飛利浦電子股份有限公司