專利名稱：彎曲波揚聲器的制作方法
技術領域：
本發明涉及彎曲波揚聲器，其通常為扁平面板揚聲器。
背景技術：
扁平面板揚聲器實為最傳統的揚聲器，直到最近仍以活塞系統作業，但自然崩潰造成對所期望模式作業的干擾。特別是，錐式揚聲器有不同的缺點，包括有限的帶寬及在其較高作業頻帶寬的聚束，此一現象與隔膜尺寸有關。
其它扁平面板揚聲器以利用隔膜的伸屏式振動片知名，其以跨面板表面的恒速波傳播而作業。此情況下，自然尺寸，面質量密度及振動片張力主要決定面板中的模態的性質及范圍，雖然，多數材料固有的振動片阻尼有將模態降低至一程度的趨勢。此型式的揚聲器有一些理想聲特性，即寬輻射圖案及合理的寬帶寬。但結構的性質上，此揚聲器甚難制成一致的品質。
最近，彎曲波揚聲器已被發展出，如揭示于Heron的EP 0541,646及Azima等人的EP 0847661之例，其依賴多模式或分布模式作業。二情況下，特別是后者，稱為DML，其實際上，利用板共振再生聲輸出，以限定寬帶揚聲器的新型式的基準，模態是由有限的板尺寸及因為板的尺寸，彎曲硬度，及材料的面質量密度引起的模式的建立造成。已顯示此型揚聲器可展現理想的聲特性，此乃現有技術所無法達到的。在分布模式揚聲器時，較低頻率范圍在有些情況有稀疏模態，至少限制揚聲器于其較低頻率作業時的高傳真度目的。
本發明的目的為達到一更有效的利用彎曲波，以便在揚聲器較低作業范圍聲音的再生。本發明擬避免全面降低或至少在全作業范圍或至少較低作業頻率范圍，降低面板的模態行為。理想上，面板應視其本身為無限尺寸，意即無能量自邊界被反射而不論其有限實際尺寸。本發明的中心理想為，聲孔隙加在觀念上無限面板，導致在面板的遠場中重合頻率之下及以上，可用的靜聲功率。
文件已指出，在彎平面波中作業的無限大面板，在其重合頻率以下(面板中聲速到達其四周空氣(液體)的頻率)，輻射甚少，或不輻射聲能。為克服此一限制，分布模式揚聲器事實上施加一有限的機械孔隙于無限面板上(以其有限尺寸及邊界條件)，因此，建立一模態目的以達此一效應。此孔隙的效應是給面板提供一零(箝位的邊緣)或無限大(自由邊緣)的機械阻抗，因此，鼓動反射以建立面板中的自然共振行為。
反之，本發明規定在面板邊界終止面板結構，以理想的吸收入射的彎曲波能量。此舉等于一無限面板有一有限孔隙于其上一樣。此點與現有技術大不相同，及與模態目的相反。

發明內容
根據本發明，提供一揚聲器，包括一面板，其足夠堅固以支撐彎曲波，面板有一邊界，一轉換器裝在面板上，以施加一擴散行波形式的彎曲波能量于第一位置，以響應加在轉換器的電信號，以使面板振動及輻射一聲輸出，揚聲器有一頻率范圍，自較低頻率伸展至較高頻率，面板有一硬度，提供一高于較低頻率的重合頻率，及包括在第二位置在面板上的及與面板有關的構件，以衰減面板中的行彎曲波，以防止或至少緩和面板共振，衰減機構是以在無限彎板上一聲孔隙方式作用。
衰減機構可包括在面板邊界的機械阻抗裝置，并與機械阻抗匹配以吸收到達面板邊界的彎曲波能量。衰減機構可位于面板上或其中，以在其到達面板前，衰減彎曲波能量。衰減機構與頻率有關。此頻率依存在可使彎曲波能量的較高頻率，自面板邊界被反射。
機械阻抗機構可在圍繞全面板邊界延伸。
衰減機構可包括一預定的硬度或跨面板的結構機械阻抗輪廓。
機械阻抗機構可增加彎曲波能量吸收，或跨面板邊界的至少一部分，增加彎曲波能量的轉移。
衰減機構可在至少跨面板的一部分提供一非均勻或改變的機械阻抗輪廓。
衰減機構可提供在向面板邊界的衰減增加。
衰減機構可提供向面板中心的衰減降低。
衰減機構可有一機械阻抗，其與在至少面板一部分與面板框架間的一界面的機械阻抗匹配。
衰減機構可包括一至少跨面板的一部分的厚度或密度變化。
衰減機構可含在面板上一表面或二表面的一層，及/或并入面板內。
彎曲波面板可包括一終止部，位于或在至少面板的一部分。
終止部可有一預定機械阻抗以實際上終止至少面板的一部分的機械阻抗為面板框架的一部分的機械阻抗。此終止部可有一預定機械阻抗，以降低向面板邊界移動的彎曲波能量。
第一位置可能位于面板中心。
本發明另一特性為一麥克風，包括一面板，其硬度足以支撐彎曲波，面板有一邊界，一轉換器裝在面板上以產生一電信號，以響應彎曲波能量，其形式為面板中入射的聲幅射造成的擴散行波，麥克風有一頻率范圍，自較低頻率延伸至較頻率，面板有一硬度，提供一比該較低頻率為高的重合頻率，及有一機構于面板上或與面板有關，以衰減面板中的行波彎曲波，以防止或至少緩和面板共振，衰減機械作業方式是以在無限彎曲板中做為一聲間隙。
由另一特性，本發明為一包括一面板的聲裝置，面板足夠堅硬以支撐彎曲波，面板有邊界，聲裝置的頻率范圍可自低頻率延伸至高頻率，面板有一硬度可提供高于較低頻率的重合頻率，及包括一在面板上或與其有關的機構，以衰減面板中的行波彎曲波，以防止或至少緩和面板共振，衰減機構以在無限彎曲板上作為一聲間隙方式作用。
有二主要方法以達到本發明的目的。本發明的彎曲波目的可用二技術的組合。
理想上面板系統應有一具有繞其邊界，用以終止面板的機械阻抗的機械阻抗的結構。此舉可導致達邊界的彎曲波能量的充分吸收。
另一方法為面板內并入足夠及適當的阻尼，無論是固有或施加阻尼材料于其表面或內部結構，以逐漸吸收自激勵器輻射的彎曲波能量。因此，當波到達邊界時，其將失去大多數或所有能量，因此造成少或無反射。
實際上，以上二技術的組合可用以達到理想性能。二情形下，阻尼結構可指定材料及/或結構予以特別設計，以與頻率有關以達到特定的聲目標，例如，如面板在較高頻率變成模態則甚為理想。
根據上述的二方法，阻尼可并入或在面板的四周，以實質降低面板邊界的彎曲波能量，或當彎曲波到達面板邊界時降低。但以上二方法均不涉及并入阻尼而使面板的效率不當的被危害。理想的阻尼可經由跨面板的預定硬度或結構阻抗輪跨而達到，或并入邊緣終止部的形式達到。
本發明的一形式中，彎曲波面板提供一媒體，以便至少在面板邊界的一部分，降低彎曲波能量的反射。
本發明另一彎曲波面板形式中，跨面板有一逐漸降低或增加的阻尼或阻抗。
本發明另一形式的彎曲波面板中，跨面板的阻尼或阻抗的增加實際為線性。
本發明另一形式的彎曲波面板中，跨面板的阻尼的增加或降低，為非線性或指數。
本發明的另一形式，一彎曲波面板包括一媒體，其對面板中的彎曲波有一阻抗。
這里，阻抗包括電抗及/或電阻。
此處，聲或聲學包括紅外聲及超聲。
本發明不限于揚聲器的應用，亦可用于其他聲轉換器如麥克風，及耦合器等。


本發明以舉例及伴隨附圖予以說明，其中圖1a至1k為彎曲波面板不同實施例的剖面側視圖；圖1m為彎曲波面板一實施例的立體圖；圖2a-2n為彎曲波面板的邊緣的實施例的部分剖面側視圖；圖3a為模制的內部修改面板的剖面邊緣圖，將本發明揚聲器并入以供汽車之用；圖3b-3f為圖3a中型式的修改面板實施例的正面圖；圖4為在面板邊緣的一阻尼彎曲波的略圖；圖5為反頻率阻尼特性的材料圖；圖6為在邊緣阻尼的面板中一彎曲波的圖形；圖7為在一阻尼的面板中的一彎曲波圖形；
圖8為一末端阻尼的圖形；圖9為以頻率為函數的邊緣反射系數圖；圖10為最大吸收比較圖；圖11a-11b為終端阻抗及梁阻抗曲線圖；圖12a為反射系數的波幅圖；圖12b為反射系數相位圖；圖13a為反射系數的波幅圖；圖13b為反射系數的相位圖；圖14a為反射系數的波幅圖；圖14b為反射系數的相位圖；圖15a為反射系數的波幅圖；圖15b為反射系數的相位圖；圖16為未處理及表面處理梁的阻尼因數對頻率的比較圖；圖17為應用一阻尼條的梁的阻尼因數圖；圖18為應用二阻尼條的梁的阻尼因數圖；圖19為應用三阻尼條的梁的阻尼因數圖；圖20為邊緣終止部的彎曲波梁圖形；圖21為圖20的梁的反射因數波幅圖；圖22a為一試驗面板的后視圖；圖22b為圖22a的面板正視圖，顯示一阻尼條裝置；圖23至26為圖形顯示22a的面板在不同驅動點的驅動點速度；圖27為一圖形，顯示圖22a的面板的聲壓力；圖28a-f為一梁終止器的不同構型；圖29a-f為圖形，顯示圖28a邊緣終止器構型的反射系數波幅；圖30a-c為一梁的壓縮邊緣終止的不同構型，及圖31a-c為圖形，顯示圖30a-c的邊緣終止的不同構型的反射系數波幅。
具體實施例方式
目前有許多材料，其行為如模數及損耗因數，可配合設計與頻率及溫度無關或有關。在所述二方法中，選擇適當材料及正確吸收因數，應相當容易以適合制造程序及成本。
邊緣終止可由許多方式達到，但在各計劃中，有用性能可應用逐漸阻尼執行一單線性函數或更理想的指數律而達到。后者可提供以阻尼材料處理的一較小的面板面積。
模制阻尼材料于面板中以達到較佳順服與較少成本，亦甚為理想，如設計合乎注入模制程序。某情況下，較佳以阻尼材料終止面板，其有一開放結構以防止不當輻射自其射出。
能以頻率控制阻尼的材料，在構型面板的最佳性能以適合應用，則最為有用。例如，如面板能為聲學理由，頻率范圍的一部分以DM方式作用則更為理想。內阻尼內阻尼的意義為阻尼加在遠離面板邊緣的面板上。此例中，可應用不同方法以建造一面板，以便增加需要的阻尼。此一想法使彎曲波在到達面板的末端前，將其衰減，以避免自邊緣反射。此方法可包括a)利用有高固有阻尼的單塊面板。
b)在面板上加一層阻尼材料，面板可為組合或單塊面板此層可為單阻尼泡沫，或為涂層。
c)利用一阻尼層作為制造面板的一層，即，一黏膠層或核心材料，或d)在形成泡沫及共模造程序中，作為加至基本材料的注入模造程序中的一部分。
表面阻尼可應用不同的普通及密秘材料達到。材料的表面質量密度為一重要參數，其應為最小以達到最佳效率。適當的材料包括開放或閉合結構的聚合體泡沫，纖維，PVC，薄自然或綜合皮，紙基材料，液體材料的表面涂層等。圖1a-1h顯示施加不同厚度的阻尼層2在面皮的一或二表面上。圖1b、1c、1f及1g顯示一位于板1的一表面或兩個表面上的具有均勻厚度的阻尼層。或者，除提供一或二阻尼層于面板的一或二表面外，一或二阻尼層可并入面板本身的結構中。或者，面板1可由單塊或低損耗合成材料構成，如圖1d所示，或由高損耗材料構成，如圖1e所示。
內阻尼或結構阻尼可選擇適當的材料設計于面板中，例如以面板的尺寸的阻尼應足夠以減低自邊界的彎曲波能量反射至有用水平。為使性能最佳，應避免過度阻尼。
例如，聚氨基甲酸酯較以夾心結構的聚合酯可制成較佳的自行阻尼泡沫核心。圖1j顯示具有聚氨基甲酸酯泡沫核心3及面皮4的面板1。其他二種結構阻尼方法亦可適應，其中的阻尼材料注入核心空腔，以提供適當及良好的阻尼以適于應用。圖1k顯示根據結構阻尼方法的自行面皮穿出面板1，圖1m則根據第二結構阻尼方法的具有蜂巢式核心5及面皮(未示出)的面板1，阻尼泡沫6是注入其中。如注入材料為輕質及彈性，則面板的其它特性如硬度及面質量密度，不會因為面板阻尼的修改以配合設計需求而大幅改變。
邊緣阻尼可認為是和模型化為質量彈簧及減震器系統。特別是，邊緣阻尼可認為是系列彈簧/減震器系統，其逐漸增加其強度。彈簧/減震器系統可加在面板的邊緣，邊緣區域或自面板的輻射為最小之處。圖2a-2n顯示一機構，由此機構，自面板的邊緣區的輻射或反射可為最小。
根據一方法，當邊緣終止接近時，硬度應強。硬度應以逐漸方式增加，以避免突然的機械阻抗改變，及隨后的反射。阻尼亦可以相同方式增加，彎曲波的波幅亦應在波到達面板邊緣時，逐漸降低為零。圖2a-2j顯示面板1具有一邊緣阻尼6，其構成一機構，其可在波到達面板邊緣時，逐漸降低彎曲波的波幅。圖2a-2d中的面板硬度以局部增加面板厚度，在面板邊緣區域7處增強。圖2d中，阻尼材料固定在剛性框架8。圖2e-2g的實施例中，面板1為均勻厚度，當在邊緣的阻尼材料6為錐形厚度。
根據另一方法，如圖2k-2m所示，面板的厚度及硬度在邊緣部分降低，如圖9所示。此舉與表面阻尼結合，導致邊緣區的波速降低，其在吸收入射的彎曲波能量甚為有效。入射的彎曲波能量的吸收，如利用在頻率有效的阻尼材料則更為改進。
空中及地面運輸，即車輛的內部模造面板微調及結構，可提供此技術的有用應用。如圖3所示，汽車微調面板10是以聲主動面板區11，由震動轉換器12激勵而構成，其性能由利用阻尼6于主動區外的面板區而改進。此一技術在其它應用亦甚為有效，其結構的主動區功能為一揚聲器電視箱，電腦包封等。
圖4為阻尼系統13略圖，此系統用于梁束15的一末端或邊緣14，其由箭頭16所指的轉換器激勵震動。但圖4的阻尼系統可用于一面板上。在阻尼系統中，彈簧，17代表硬度，18代表阻尼或損耗。實際上，阻尼系統為一分布結構。如硬度及阻尼值跨面板為可變的，及該值向面板的末端變化較為理想。
某些聚合體材料可設計為具有所需硬度及阻尼特性，該硬度及阻尼特性與頻率無關。此種于聚合體材料可用以配合面板的行為。例如，阻尼可在高頻率時降低，以期在此等頻率時保留模態，其可適于特殊應用的輻射特性。圖5為某材料的硬度及阻尼特性的圖形，此特性可由設計控制。此種材料可有利的用以達到面板揚聲器的特殊設計目標。例如，如材料規定有‘阻尼因數(a)’則阻尼將隨頻率增加而降低，面板將在高頻率變為模態。由于模態在高頻率范圍，正常時相當密，及提供一擴散輻射，此可為一理想設計目標。
圖6為彎曲波跨一邊緣阻尼的面板向面板邊緣擴展的圖形。自圖6可見，朝向面板邊緣的彎曲波仍有高能量水平，但受到接近面板邊緣時，逐漸增加的限制或硬度損失。硬度及阻抗的增加造成阻尼或損耗，其以逐漸方式吸收彎曲波能量，故無或少許能量自面板邊緣反射。邊緣阻尼可以具有適當機械特性的材料，提供面板邊緣而達到，如圖2a-2j所示。或者，邊緣阻尼可構成一面板為漸尖形或火焰形而達到，如圖2a-2d中所示。面板的漸尖邊緣可在面板的一側或二側具有線性或指數輪廓。以此方法，面板硬度可增加，硬度可增加彎曲波速度。硬度增加及對應的阻尼增加，可造成彎曲波的能量的一比例，在到達面板邊緣時已被消耗。此技術可用以制造具有自行形成框架的可能性。
圖7為跨表面或向面板邊緣的內阻尼面板的彎曲波擴展圖。如圖7所示，彎曲波的波輻因為速度，而自激勵點至面板邊緣變化。根據內在阻尼面板方法，當彎曲波自激勵點傳輸至面板的邊緣時，面板有足夠阻尼以吸收彎曲波能量。最理想是，內在阻尼能足夠，以造成彎曲波到達面板邊緣時損失大部或所有能量。但即使入射能量的一部分在面板邊緣被反射，亦不足以在面板中建立實際的共振模式。因此甚少或無模態頻率優先，可由于面板中的有限尺寸結果而存在。因此，甚少或無能量自面板邊緣反射，面板僅輻射原有彎曲波的能量，其在第一例時產生。自圖7可見，“未阻尼”面板的彎曲波波幅，當彎曲波向面板邊緣傳輸時降低。應注意，波幅的降低是因為波擴展，并非由于能量損耗。混響彩色在面板中提供內在或面阻尼及邊緣阻尼，在某情況下可提供低損耗DML面板的進一步優點。只要面板混響時間少于10ms，面板共振即無法聽到，并可增加聲音的廣泛性。但，在低損耗面板中或有極低硬度及低彎曲波速度的小面板，面板中的混響時間可超過可聽到的閾值，因此聲音采取回聲型護賦色，其可減低聲音品質及良好可識度。所述的阻尼方法可降低甚至消除此一效應。阻尼的次最優應用在降低上述問題上，尚有一段路程。自由層阻尼現在說明關于應用自由層于一板上的背景理論。面板上使用此一處理十分有效，以提供面板一寬帶阻尼，如本發明一實施例以下所述。面板上使用泡沫條，可在特殊頻率產生能量吸收，此與阻尼層的機械特性及尺寸有關，詳述如下具有機械特性及時間依存性的粘彈性材料，常以液體涂層或片狀直接加于面板上，以增加系統的阻尼特性，以消除或降低不當的震動。當粘彈性層直接加在一震動板上而無任何限制時，稱為“自由層”，此層與便板表面以延伸/壓縮成平行作業。自由層在板的運動特性的效應，曾廣為研究及公布。阻尼處理是由混合損耗因數控制，如等式1ηs=AE2E1(H2H1)2η2]]>其中ηs＝系統阻尼因數A＝系統常數H1＝基層厚度H2＝自由層厚度E1＝自由層楊氏模數E2＝自由層楊氏模數η2＝自由層阻尼因數因此，簡單說，系統損耗因數隨層厚度(與基層相對)，自由層模數(與基層相對)，及自由層阻尼而增加。但此等式不能涵蓋所有構型。發現自由層阻尼方法為‘局部反應’，如面板完全由自由層處理所涵蓋時，效應與模態形狀或頻率無關，但可提供相當寬帶能量吸收。
但當一自由層僅加在面板的一特殊區域，將有與此層相關的自由層厚度，張力/壓縮中的模數，密度及自由層阻尼相關的共振頻率。如以下的等式2所示fr∝KM]]>其中fr＝共振頻率(Hz)K＝張力/壓縮的有效硬度M＝自由層質量自由層的有效度由以下等式3控制K∝EAt]]>其中E＝張力/壓縮中的楊氏模數A＝自由層表面面積t＝自由層厚度加在面板的全表面的自由層阻尼提供一寬帶阻尼，如等式1所述。
條形或分立件的自由層可用于面板表面的特殊區域，以提供在控制水平及控制的頻率范圍下的能量吸。邊緣吸收邊緣吸收的目的為吸收自一激勵器入射一邊緣的某些或全部能量。
激勵器發射的波按距離跨彎曲波板擴展。在其到達面板邊緣時，其曲率大幅降低，并接近為一平面波。此近似平面波的邊界的大部長度均為有效，而距面板的角落的最遠處最佳。
當近似平面波變成一維時，即入射于平面邊界的平面波，可將問題簡化。此問題可認為是一維(ID)波束，沿其傳播的波，及在邊緣終止而解決。重要的是，實驗及隨后的理論并非意味著分析被限制于與梁相似的面板。由阻抗終結的一ID梁考慮圖8說明的裝置此裝置為一輸送線問題，含以下部分(a)ID波導；(b)波入射于邊緣；(c)一終端阻抗；以及(d)邊緣的波反射。
如邊緣的邊界條件為已知，此問題易于解決，條件為(a)終端阻抗僅偶合至橫向速度，即不提供任何轉矩阻抗，因而使邊緣的彎曲瞬間等于零，及(b)橫向剪力與邊緣的速度比值等于終端阻抗。
此舉導致邊緣反射系數以下的結果R=-ZrZB-iZrZB+1]]>其中ZT為泡沫的終端阻抗，ZB為梁的末端的機械阻抗，由下式表之ZB=Bk32ϖ(1+i)]]>其中B為材料彎曲硬度，為角頻率，k為彎曲波的波向量，由標準彎曲波擴散關系所得(μ為材料表面密度)k=ϖμB]]>由此等式得知以下各項1.梁端阻抗與終端阻抗的比值決定反射系數；2.梁阻抗與頻率有關，并與頻率的平方根成比例；3.梁阻抗在等加權(即45度相位角)中為實數及反應性；4.反射系數多與頻率有關。
此等因數可協助工程師/設計梁終端。例1-純阻抗阻尼第一例中考慮一典型面板材料，其有一在邊緣的純阻抗阻尼；材料為5mm厚的聲66，其為酚紙制混合物，有一蜂房心，其材料參數如下B＝18.4Nm＝0.44kgm-2圖9為施加阻抗性阻尼的范圍的以頻率為函數的反射系數的振幅。此曲線說明純阻抗阻尼的以下數點
1.系統在施加的阻抗水平增加時的頻率，吸收最大；2.在此點的吸收與阻抗無關，等于0.41，及3.最大吸收并非100％，但甚有用。
圖10為梁終端阻抗的模數與加在梁終端的阻抗性阻抗的比較。其清楚顯示此二者相等時，吸收最大，此時系數為0.41(41％)。
1.以純阻抗性阻尼，最小反射系數為0.41，在梁終端阻抗模數等于阻抗性阻抗的值時發生。
2.反射系數的值的趨勢為在此頻率的二側。
3.反射的相位在頻率增加時，以-π至-π/2變化。例2以一阻抗及一柔量終止利用復合阻抗可有更大彈性，及用以終止一梁，例如在一窄頻帶。為使反射系數等于零，下列關系可被滿足-ZT1ZB-iZTZB+1=0]]>⇒ZTZB=-i]]>⇒Re[ZT]=Im[ZB]]]>Im[ZT]＝-Re[ZB]以具有柔量及阻抗性阻抗終止一梁，可實現此條件如圖，如圖11所示。圖11a顯示(x)為終端阻抗的實數部分與梁阻抗的虛數部分，圖11b顯示(y)為終端阻抗的虛數部分與梁阻抗的負實數部分。終止的參數為機械阻抗＝40Ns/m柔量＝4.8×10-6N/m以此選擇的參數，上述條件在820Hz時可達到。計算后的反射系數如圖12所示，此頻率時所望的零值。此條件下的反射相位自π至-π/2變化。
當阻抗及柔量值無法以此方式匹配時，吸收小于最大。如圖13所示，柔量在最佳終止柔量的上下變化。亦證明反射系數的頻率及值由所選的柔量決定。
分析指出
1.可利用復合阻抗的完全終止邊緣。此可用一具有阻抗及柔量部分的阻抗達到。
2.如邊緣已完全終止，反射系數在頻率中變為較小及較窄。
3.反射相位自π至-π/2變化。
4.如終端的阻抗與柔量與邊緣在任何頻率均不匹配，仍有最大吸收，但并不深，其頻率與強度與所選的值有關。例3以阻抗，柔量及質量終止增加質量供邊緣終端阻抗不致改變此一情勢。仍然可能匹配邊緣的阻抗至一完美吸收，但考慮到終端阻抗的虛數部分，柔量及質量均應考慮在內。再者，當終端阻抗自匹配成不匹配時，吸收在頻率及深度移位。反射相位現在自π至-π變化。
當考慮到以實際阻尼泡沫終止一面板時，有效阻抗，柔量及泡沫質量通常與頻率相關。但每一泡沫/面板材料顯示的特性行為及吸收水平可予以評估。以復合阻抗，接近匹配標準終止此案例下，系統被選為Miers泡沫，其為軟PVC閉合單元泡沫，5mm厚終止聲66，5mm厚。此系統的行為如以柔量，阻抗性及質量組件的匹配終端，導致一尖銳的吸收，如圖13，14a所示，相位自π至-π變化。以阻抗終止此例中，以一由碳纖維皮制成的梁，于一5mm厚AL蜂巢心之上。此梁以綜合聚合體阻尼器終止，其以高阻抗Sorbothane 30“00”聞名。最后的吸收系數如圖15所示，顯示一純阻抗終端的特性相位及波幅變化。此為接近0.4吸收最小的波幅，相位變化與一π至-π/2相似。在一典型彎曲波面板的模態行為上的能量吸收處理的效應此目的為說明在以梁形式的特殊材料上，能量吸收的效應，之后延伸此分析為一全尺寸的面板。
選擇一低阻尼，高硬度的梁以說明能量吸收處理的效益。利用環氧粘膠，將一碳纖維皮壘層在一鋁蜂巢心上。其機械特性列于下表1中

此種材料的梁于是接受下列處理，及此梁的特性分析如下梁的邊緣處理的效應填充聚合體的薄膜，含具有嵌入鉛粒的聚合體，跨加在表1中的梁的全表面。此系統的增加的阻尼因數與圖16的未處理的梁阻尼因數比較。
自圖16可知，聚合體阻尼層是系統增加可觀的阻尼自300Hz至10kHz。此頻率范圍中未處理的梁的平均阻尼值為0.003，而處理后，阻尼因數增加為0.0194(因數6.5的增加)。
填充的聚合體層跨梁的全表面已增加阻尼的廣泛水平，反射系數的量度未受加在面板的阻尼層而受影響。低模數泡沫條如上所述，加在面板上的填充聚合體層可產生一廣泛帶阻尼效應。但如上述，亦可加一低模數泡沫材料條，其在面板的某一特殊區域及特殊頻率吸收能量。
此情形下，低模數PVC泡沫，其為優異的閉合單元，沿表1中梁長度施加一寬5mm的條。此泡沫條有一與厚度，壓縮模數，材料阻尼及此條的密度相的共振頻率。圖17顯示以低模數泡沫的單一條沿梁長度加在梁上(表1)的阻尼因數。
圖17指出在3.3kHz時，泡沫條的共振，其以將此頻率附近的阻尼大幅改進。泡沫共振有效的增加了此裝置的能量吸收。
前例中使用的二低模數泡沫條，是一條在另一條的上沿梁長度配置，泡沫的吸收頻率改變如圖18所示。自等式3，為獲得最佳吸收，泡沫的有效硬度，如自由層的質量加倍則應降低2因數，因而導致吸收頻率中的因數2的降低。
比較圖17及18，共振頻率的降低如自等式2及3所測的因數2。
沿每一梁施加三個泡沫條于梁上，吸收頻率保持相同，但由于增加的阻尼，即增加的阻尼，峰值變為更寬。圖19顯示此效應。
以三泡沫條沿每一梁時，峰值阻尼因數約為0.058，但吸收頻率約為3.3kHz。此可與在單一泡沫條的3.3kHz時，較小峰值阻尼因數0.036比較。Sorbothane邊緣終止增加邊緣終止于面板的效益已如上充分分析。施加二聚氨基甲酸酯，高機械耗柔量聚合體Sorbothane 6條至表1的梁15的邊緣。如圖20所示，能量吸收的有用程度即可達到。條尺寸及梁端與框架8間的間隙可為最佳，以吸收500Hz以下的能量及6kHz以上的能量，如圖21所示的一梁上邊緣終止的反射系數。加至面板的阻尼處理此段的目的在顯示上述之三處理的效應，即填充的聚合體層，低模數泡沫條及表1中的面板模態行為及聲性能的邊緣處理。
圖22a顯示面板尺寸及用于此等振動中四個激勵器位置。如以下所示的面板，單一電動力激勵器(25mm直徑)被輸流配置于以下說明的四個位置中，以測量驅動點速度及軸上聲壓力。此等測量以上述的加至面板的三種處理予以重復。此等處理如下所述1.填充的聚合體層加在全面板表面的1側，2.低模數泡沫條(單層及雙層的3條加在面板的1側，成輻條構型(條長＝560mm)跨面板中點)，見圖22b節3.如圖20詳述的沿面板的全周圍的Sorbothane邊緣條件驅動點速度測量當面板以一不變的力激勵時，面板中激勵的模態分布可在驅動點的速度特性作最佳表現，速度的平滑度程度用以展示面板中模式除去的成功。
自由面板及阻尼處理面板的驅動點速度如圖27-30所示。在一560mm×530mm的板中，每圖的激勵器位置摘要如下(自底部左角測量，見圖26a)圖23面板驅動點(280mm，265mm)圖24 4/9Lx，3/7Ly位置(310mm，300mm)圖25面板邊緣中點，(280mm，430mm)圖26面板角落(460mm，430mm)自圖23-26，不同阻尼處理在面板的模態行為上的影響，清晰可見。即激勵器位置的效應由阻尼處理而降低。自由面板的尖銳，低阻尼(高Q)模式，已被阻尼處理大幅降低，結果，在激勵器驅動點的速度，在頻率高至20kHz時，相當平滑及扁平。軸上聲壓力測量圖27顯示自由面板對阻尼處理面板激勵器位置1(面板中點)，的軸上聲壓力。
自圖27，可知在自由面板中的低阻尼模式，由于加面板的阻尼處理，其強度已大幅降低。
當圖23中的面板的模式行為與圖27的面板的聲響應比較時，在聲響應中可見更多的振動。此因為衍射及輻射未顯示于速度測量中。
a)供能量吸收的自由層阻尼技術及邊緣阻尼處理的模式，為面板材料及能量吸收處理顯示已實驗證實的有用行為。
b)利用能量吸收處理后，面板的模態活動可大幅降低。
c)單一面板模態的反射系數分析及系統阻尼因數可方便面板行為上，不同處理的效應的預測。邊緣終止的形狀/形式的改變對反射系數的作用泡沫形狀的改變在反射系數(波幅及相位)及阻尼因數上，對碳纖維鋁蜂巢梁的效應如上所述，形狀在自由層上的影響應予以檢討。
較低模數PVC泡沫條以不同構型，跨梁的全寬度加在表1的梁的末端，如圖28a-28f所示。以圖28d-28f中的構型言，泡沫的連續段或楔形加在梁上。以所有構型而言，梁為自由構型，即無負載或壓縮加在邊緣條件。對應圖式29a-29f顯示此等構型的反射系數。
圖28a中，低模數PVC泡沫的方塊條19加在梁的末端的二面，以四，三，二，一條的獨立層加上，如圖示。
圖28b與圖28a的構型具有相同的條，但層為不同安排，基層及中間層為四條，頂層為二條，如圖示。
圖28c的構型與圖28b相似，但泡沫條的安排相反。
圖28d構型包括一相對的低模數PVC匯沫楔20，固定于梁末端的反面。
圖28e構型與圖28d構型相似，但泡沫楔20的方向相反。
圖28f的構型與圖28d及28e相似，但其泡沫楔已由矩形低模數PVC泡沫段21所取代。此構型中的泡沫段的體積相同，因此，其質量與泡沫楔與圖28d及28e構型中相同。形狀對限制層的效應以圖28a-28f構型使用的泡沫的連續楔及段而言，分析予以重復，但另一壓縮經框架8加在泡沫段或楔上。
圖30a利用相同楔段20如圖28d構型所用者，但泡沫段由原厚度28mm壓縮至10mm厚度。
圖30b的構型利用同一楔段20如圖28e一樣，但泡沫邊緣由原來的28mm壓縮至10mm。
圖30c的構型利用相同的矩形段21，如圖28f一樣，但泡沫邊緣自原來的14mm壓縮為10mm。
甚為清楚，即邊緣終端的形狀及型式對邊界條件的能量吸收特性有極大影響，自圖28a及28b構型的吸收特性的比較可知，分立吸收器的高度影響吸收，其與此等段的共振頻率有關，如前所述。圖28a的構型有一以低頻率為中心的吸收低處，與圖28b不同，此因為其有較大的泡沫高度，即4段而非3段。
將泡沫段加以箝位及限制，與所有泡沫/梁構型的自由情況相比，可改變邊緣吸收特性。因此，邊緣阻抗由泡沫的壓縮而大幅改變，此點亦影響吸收特性。
所有案例檢討后，所加的泡沫產生一高于2kHz的寬帶能量吸收的有用水平。此由反射系數在高于此頻率0.6-0.8間變化的波幅顯示出。
本發明的揚聲器的優點可包括下列各點1.面板在其全作業范圍產生所有頻率，而不受低范圍的稀疏模態影響，如DML情況一樣。
2.面板形狀及幾何結構在揚聲器的性能上無影響。與DML不同，軸對稱驅動方法可為激勵的較佳方法。事實上，一圓形面板在中間被激勵，可提供有效答案，及有跨全周圍的均勻終止。
3.激勵器配置變為不重要，在邊緣終止方法中，只要其不置于太接近面板邊界。
4.驅動點的機械阻抗為常數及平滑，及無DML揚聲器所受的影響-已達理想無限尺寸面板行為。
5.輻射特性及有效輻射區可以構型以適于適當的阻尼策略的選擇，即其頻率依存的強度。
6.低頻率輸出水平可以控制，以便將激勵器自面板中心移動以提供降低的LF功率，以適于應用。
7.施加阻尼以控制模態行為降低了性能對激勵器位置的靈敏度，并可包括中央位置。
權利要求
1.一種揚聲器，包括一面板，其足夠堅硬以支撐彎曲波，面板具有一邊界，一轉換器裝在面板上，以擴散行波方式施加彎曲波能量于第一位置，以響應加至轉換器的電信號，以造成面板振動及輻射聲輸出，揚聲器的頻率范圍自較低頻率延伸至較高頻率，面板有一硬度，可提供一高于此鉸低頻率的重合頻率，及包括一機構于面板上第二位置或與其有關，以衰減面板中的行波彎曲波，以防止或至少緩和面板共振。
2.如權利要求1所述的揚聲器，其中，衰減機構包括至少一面板邊界及匹配的面板機械阻抗，供到達面板邊界的彎曲波能量的吸收。
3.如權利要求1或2所述的揚聲器，其中，衰減機構位于面板上或其中，以便在彎曲波到達面板邊界前，衰減彎曲波能量。
4.如權利要求1-3中任一項所述的揚聲器，其中，衰減機構為頻率依存性。
5.如權利要求4所述的揚聲器，其中，頻率依存性為，彎曲波能量的較高頻率自面板的邊界反射。
6.如權利要求2-5中任一項所述的揚聲器，其中，機械阻抗機構繞全面板邊界延伸。
7.如前述任一項權利要求所述的揚聲器，其中，衰減機構包括跨面板的一預定的硬度或結構機械阻抗輪廓。
8.如權利要求2-7中任一項所述的揚聲器，其中，機械阻抗機構在至少面板邊界的一部分，增加彎曲波能量吸收，及彎曲波能量轉移。
9.如前述任一項權利要求所述的揚聲器，其中，衰減機構跨至少面板的一部分提供非均勻或改變的機械阻抗輪廓。
10.如前述任一項權利要求所述的揚聲器，其中，衰減機構向面板的邊界，提供增加的衰減。
11.如前述任一項權利要求所述的揚聲器，其中，衰減機構向面板的中心提供一降低的衰減。
12.如前述任一項權利要求所述的揚聲器，其中，衰減機構有一機械阻抗，其實際上與在至少面板之一部分與面板的框架間的界面的機械阻抗匹配。
13.如前述任一項權利要求所述的揚聲器，其中，衰減機構包括一跨至少面板的一部分的面板厚度或密度的變化。
14.如前述任一項權利要求所述的揚聲器，其中，衰減機構包括面板一或二表面上的一層，及/或并入面板中。
15.如前述任一項權利要求所述的揚聲器，其中彎曲波面板包括一終止部，備于或向面板的邊界的一部分處。
16.如權利要求15所述的揚聲器，其中終止部有一預定的阻抗，以實際上將面板的至少一部分的機械阻抗與面板框架的一部分的阻抗匹配。
17.如權利要求15或16所述的揚聲器，其中，終止部有一預定的機械阻抗，以降低向面板邊界移動的彎曲波能量。
18.如前述任一項權利要求所述的揚聲器，其中，第一位置為位于面板中心。
19.一種麥克風，包括一面板，其足夠堅硬以支撐彎曲波，面板具有一邊界，一轉換器裝在面板上以產生一電信號，以響應由入射聲輻射造成的面板中擴散行波型式的彎曲波能量，麥克風有一頻率范圍，自較低頻率至較高頻率，面板有一硬度能提供一高于較低頻率的重合頻率，及包括一機構，以裝在面板上或與其有關，以衰減面板中的行波彎曲波，以防止或至少緩和面板共振，衰減機構以聲孔隙的方式在一無限彎曲板上起作用。
20.一種聲裝置，包括一面板，其足夠堅硬以支撐彎曲波，面板有一邊界，此裝置有一頻率范圍，自較低頻率延伸至較高頻率，面板有一硬度可提供一比該較低頻率為高的重合頻率，及包括一機構于面板上或與其有關，以衰減面板中的行波彎曲波，以防止或至少緩和面板共振，衰減機構在一無限板上以聲孔隙方式動作。
全文摘要
一種揚聲器包括一面板，其足夠堅固以支撐彎曲波，面板有一邊界，一轉換器裝在面板上以擴散行波方式施加彎曲波能量于第一位置，以響應加至轉換器的電信號，以使面板振動及輻射一聲輸出，揚聲器具有一頻率范圍自低頻延伸至較高頻，面板有一硬度，可發出一高于低頻率的重合頻率，及包括在或與面板相關的第二位置的機構，以在面板中衰減行波彎曲波，以防止或至少減緩面板共振。
文檔編號H04R7/18GK1470148SQ01812538
公開日2004年1月21日 申請日期2001年7月27日 優先權日2000年8月3日
發明者亨利·阿齊馬, 亨利 阿齊馬 申請人:新型轉換器有限公司