CN102197659B

CN102197659B - 扬声器装置和提供扬声器装置的方法

Info

Publication number: CN102197659B
Application number: CN200980143028.8A
Authority: CN
Inventors: J.L.贝热尔; B.比雷特
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Voko Sound Innovation In Belgium LLC; Gibson Innovations Belgium NV; Koninklijke Philips NV
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2009-10-26
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2029-10-26
Also published as: US8873787B2; JP2012507182A; WO2010049867A1; EP2356824B1; KR20110082583A; US20110194720A1; CN102197659A; EP2356824A1

Abstract

一种扬声器装置包括第一声换能器（101），其用于再现较低频率范围的声音并且具有第一轴上方向以及第一中心点。该装置还包括第二声换能器（103），其用于再现较高频率范围的声音，该第二声换能器（103）安装在第一声换能器的前面并具有第二轴上方向以及第二中心点。所述换能器被设置成使得第一轴上方向和第二轴上方向之间的角度在45°和135°之间，且使得第一中心点和第二中心点之间的距离不大于对应于交叉频率的交叉波长。较低频率范围和较高频率范围之间的交叉频率被选择在从1.5kHz至3kHz的区间内。可以实现改进的点源近似。

Description

扬声器装置和提供扬声器装置的方法

技术领域

本发明涉及扩音器（loudspeaker）装置，并且具体但非专门地涉及用于近似点源音频再现的扩音器。

背景技术

针对许多音频应用，理想的声辐射器被表征为无尺寸的全带宽全方向的脉动球体，也称为“点源”。然而，实际上不可能提供这样的声辐射特性，并且试图接近这样的理想声发生已经证明是困难的且是具有挑战性的，这是因为这些需求有冲突的倾向。例如，很小的扬声器（speaker）（即接近无尺寸的扬声器）难以移动大量的空气，而这是在显著声音水平再现低音频率所需要的。

传统的扩音器箱典型地包含两个或更多个换能器，所述换能器竖直对齐并且部分地共享交叉区域周围的相同频率范围的再现。这倾向于得到高定向性的扬声器，该扬声器在竖直平面内表现出强干扰模式。

扩音器设计的示例在专利合作条约专利公布WO2006/097857中进行了描述。所公开的扩音器设计使用与高频扩音器组合的低频扩音器，高频扩音器在远离低频扬声器处安装。特别地，两个扩音器必须被设置成距离为扩音器之间交叉频率的波长的至少两倍。

WO2006/097857的系统具有多个令人感兴趣的特性。例如，所述装置在由低频扩音器和高频扩音器独立再现的频率处倾向于具有低方向性。另外，扩音器之间的干扰倾向于在低水平处被感知。该系统倾向于提供非常宽且深的声舞台（sound stage）的再现，并且其中难以察觉到扬声器箱的存在。

因此，WO2006/097857的系统倾向于提供非常身临其境的收听体验，扬声器就像混合在声舞台中。然而，该设计的缺点在于它导致了大型扬声器，该扬声器典型地只适合作为大型落地扬声器来使用。

扬声器设计的另一示例是共轴扬声器装置的使用，其中高频换能器被置于低频换能器的前面或中间。换能器典型地被布置成直接对着与两个换能器的所感知的听觉中心重合的期望的收听位置。然而，这样的扬声器倾向于受到高频波在低频换能器表面上反射的影响，从而导致高定向性的方向性模式，并且因此不适合于设法生成点源音频辐射的应用。

美国专利申请公布US2003/0179899A1中提供了一种改进的共轴扬声器装置，该公布公开了高频高音扬声器（tweeter）和宽带宽扩音器的共轴装置。该共轴装置布置为部分上射式（upfiring）配置并且提供有反射器，该反射器在水平方向反射角度向上的声音从而提供降低的方向性。然而，尽管在许多实施例中该扬声器设计可以提供适当的特性，但是它倾向于具有某些关联的缺点。例如，该设计复杂并且对特定尺寸的变化敏感。例如，必须仔细地设计、制造和安装反射器以提供期望的效果。因此，制造倾向于是次最优的和/或昂贵的。另外，在某些应用中，该扬声器装置倾向于不能提供最优的声音质量。特别地，对反射声音的依赖倾向于导致提供给收听者较不集中的声像。

大型落地扬声器的另一示例是由Linkwitz实验室设计并在网站http://www.linkwitzlab.com/Pluto/intro.htm上公开的“Pluto”扬声器。

Pluto扩音器将前射式（frontfiring）宽带宽声换能器与低频低音扬声器（woofer）一起使用。该低音扬声器在低频处协助宽带宽声换能器。该宽带宽声换能器和低频低音扬声器之间的截止频率是1kHz。在该设计中，宽带宽声换能器由高的声负载所支持的相对较大的扩音器来实现，该高的声负载由其中安装有该宽带宽声换能器的相对较大的管状物提供。事实上，为了提供期望的音频特性，该扬声器设计需要相对较大的前射式声换能器，该声换能器与大的声负载耦合，从而要求该前射式声换能器安装在相对较大的壳体内。在该设计中，低频低音扬声器被布置成上射式配置。

Pluto扩音器可针对许多音频应用提供适当的性能，但再现的声音质量倾向于是次最优的，并且该设计导致相对较高的方向性。显著地，来自低音扬声器声波的某些反射和衍射将发生在顶部上，该顶部具有与交叉频率周围的波长相比不可忽视的尺寸。针对高频使用大的驱动单元还导致更高的方向性。另外，该设计是大型且落地式扩音器，这对许多应用而言都不合适。

因此，改进的扬声器装置是有利的，并且具体地，允许扬声器尺寸降低、成本降低、便于制造、设计灵活性增加、音频质量改进、便于部署、点源近似增加和/或性能改进的扬声器装置将是有利的。

发明内容

因此，本发明优选地设法单独地或以任何组合方式减轻、缓解或消除一个或多个上述缺点。

按照本发明的一方面，提供一种扬声器装置，该扬声器装置包括：第一声换能器，其用于再现较低频率范围的声音并且具有第一轴上方向以及第一中心点；以及第二声换能器，其用于再现较高频率范围的声音，该第二声换能器安装在第一换能器的前面并具有第二轴上方向以及第二中心点；其中第一轴上方向和第二轴上方向之间的角度在45°和135°之间，且较低频率范围和较高频率范围之间的交叉频率处于从1.5kHz至3kHz的区间内，并且第一中心点和第二中心点之间的距离不大于对应于所述交叉频率的交叉波长。

本发明可以提供一种改进的扬声器装置。可以实现尺寸降低的扬声器装置，其例如可适合于书架扩音器实施方式。在许多场景中可以实现改进的声音质量。特别地，可以实现增加的点源特性。可以实现定向的和非定向的声音之间改进的折衷，从而导致在感知到点源近似的同时产生集中的声像。该设计可以允许非常小的安装装置被用于第二声换能器，并且特别地可以允许实现改进的视觉冲击。与交叉频率的波长有关的两个换能器之间的短距离可以特别地降低梳状滤波效应。

交叉频率可以特别地为如下频率：当在消音条件下测量时在距离第二声换能器1米处第一和第二声换能器产生相同的声压水平的频率。

声换能器的中心点可以特别地为对称点、声换能器的声学中心、声换能器的几何中心点和/或重心。特别地，该中心点可以是该换能器的辐射表面上的对称点，比如与轴上方向相交的辐射表面的点。

第一声换能器可以特别地为高效率高音扬声器。该扬声器装置还可以包括驱动单元，其用于从输入音频信号向第一换能器提供较低频率驱动信号以及向第二换能器提供较高频率驱动信号。

声换能器的轴上方向可以特别地为对称辐射轴。例如，声换能器可以是围绕该轴上方向旋转不变的或对称的。该轴上方向可以是该声换能器的最高声输出的方向。因此，轴上方向可以对应于最大声能辐射的方向。轴上方向可以特别地由穿过该声换能器中心的轴来限定。

按照本发明的可选特征，第一声换能器被布置成上射式配置，其中在扬声器装置处于操作配置的情况下，第一轴上方向具有相对于竖直方向小于50°的角度。

这在许多场景中可以提供改进的性能。具体地，它可以提供对点源近似的改进，同时允许扩音器装置的实际定位。操作配置可以特别地对应于立在水平表面（如地面或支架）上的扬声器装置。

在许多实施例中可以发现针对小于30°的角度的特别有利的操作。

按照本发明的可选特征，第二换能器被布置成前射式配置，其中在扬声器装置处于操作配置的情况下，第二轴上方向具有相对于水平方向小于50°的角度。

这在许多场景中可以提供改进的性能。具体地，它可以提供对点源近似的改进，同时允许扩音器装置的实际定位。该前射式配置可以特别地提供改进的声像的集中。所述操作配置可以特别对应于立在水平表面（如地面或支架）上的扬声器装置。

在许多实施例中可以发现针对小于20°角度的特别有利的操作。

按照本发明的可选特征，用于第二声换能器的壳体的最大尺寸小于交叉波长的四分之一。

这在许多实施例中可以提供改进的性能，并且可以具体地提供能够提供高质量声音再现以及提供改进的对点源声辐射近似的扬声器装置。具体地，该特征可以降低换能器之间的干扰，从而提供改进的声像感知。

所述壳体可以是第二声换能器的专用壳体并且可以不包括任何其它声换能器。

按照本发明的可选特征，用于第二声换能器的壳体的容积小于4·d³，其中d为第二声换能器的辐射表面的最大尺寸。

所述壳体可以是第二声换能器的专用壳体并且可以不包括任何其它声换能器。所述最大尺寸例如可以对应于圆形辐射表面的直径。

按照本发明的可选特征，用于第二声换能器的壳体的容积小于150cm³。

按照本发明的可选特征，在由沿第一轴上方向无限延伸的第一声换能器的辐射表面的外围限定的空间内用于第二声换能器的安装装置的元件的容积小于6·d³，其中d为第二声换能器的辐射表面的最大尺寸。

所述安装装置可包括用于第二声换能器的壳体以及第二声换能器本身的元件。壳体可以是第二声换能器的专用壳体，并且可以不包括任何其它声换能器。所述最大尺寸例如可以对应于圆形辐射表面的直径。

在某些实施例中，在由沿第一轴上方向无限延伸的第一声换能器的辐射表面的外围限定的空间内用于第二声换能器的安装装置的元件的容积小于3·(0.5·d)³，其中d为第一声换能器的辐射表面的最大尺寸。

按照本发明的可选特征，在由沿第一轴上方向无限延伸的第一声换能器的辐射表面的外围限定的空间内用于第二声换能器的安装装置的元件的容积小于200cm³。

按照本发明的可选特征，所述扬声器装置还包括：第一壳体，其仅包括第一声换能器；第二壳体，其仅包括第二声换能器；以及安装结构，其用于将第一壳体相对于第二壳体定位。

这可以提供便利的实施方式和/或改进的音频性能。具体地，第一壳体可包括第一声换能器，除此以外没有别的有源声换能器，且第二壳体可包括第二声换能器，除此以外没有别的有源声换能器。

第二壳体可以特别地被设计成不包括任何衍射边。因此，可以使用平滑的例如球状或滴状壳体。

按照本发明的可选特征，在由沿第一轴上方向无限延伸的第一声换能器的辐射表面的外围限定的空间内的安装结构的容积小于0.5·d³，其中d为第二声换能器的辐射表面的最大尺寸。

这在许多实施例中可以提供改进的性能，并且可以具体地提供能够提供高质量声音再现以及提供改进的对点源声辐射近似的扬声器装置。具体地，该特征可以降低声换能器之间的干扰，从而提供改进的声像感知。所述最大尺寸例如可以对应于圆形辐射表面的直径。

所述安装装置可包括用于第二声换能器的壳体以及第二声换能器本身的元件。壳体可以是第二声换能器的专用壳体，并且可以不包括任何其它声换能器。最大尺寸例如可以对应于圆形辐射表面的直径。

按照本发明的可选特征，用于第二声换能器的壳体的容积小于21升。

本发明在许多实施例中可以提供改进的性能，并且可以具体地提供能够提供高质量声音再现以及提供改进的对点源声辐射近似、同时维持适合用于例如书架大小的扬声器的低物理尺寸的扬声器装置。

按照本发明的可选特征，被沿用于第二换能器的安装装置的元件的第一轴上方向的投影覆盖的第一声换能器的辐射表面的面积小于辐射表面总面积的50％。

这在许多实施例中可以提供改进的性能，并且可以具体地提供能够提供高质量声音再现的扬声器装置以及可提供改进的对点源声辐射的近似。具体地，该特征可以降低换能器之间的干扰，从而提供改进的声像感知。

按照本发明的可选特征，第二中心点位于由沿第一轴上方向无限延伸的第一声换能器的辐射表面的外围限定的空间内。

这在许多实施例中可以提供改进的性能，并且可以具体地提供能够提供高质量声音再现以及提供改进的对点源声辐射近似的扬声器装置。

按照本发明的可选特征，从第二声换能器的最近点到第一轴上方向的距离小于第一声换能器的辐射表面的最大尺寸的四分之一。

按照本发明的可选特征，第一中心点和第二中心点之间的距离大于交叉波长的十分之一。

这在许多实施例中可以提供改进的性能，并且可以具体地降低声换能器之间的干扰。具体地，可以降低从第二声换能器到第一声换能器的音频信号的反射。

按照本发明的一方面，提供了一种提供权利要求1的扬声器装置的方法，该方法包括：提供第一声换能器，其用于再现较低频率范围的声音并且具有第一轴上方向以及第一中心点；并且提供第二声换能器，其用于再现较高频率范围的声音，该第二声换能器安装在第一换能器的前面并且具有第二轴上方向以及第二中心点；其中第一轴上方向和第二轴上方向之间的角度在45°和135°之间，且较低频率范围和较高频率范围之间的交叉频率处于从1.5kHz至3kHz的区间内，并且第一中心点和第二中心点之间的距离不大于对应于所述交叉频率的交叉波长。

本发明的这些以及其它方面、特征和优点根据以下描述的实施例将是明显的，并且参考这些实施例进行阐述。

附图说明

本发明的实施例将参考附图仅通过示例来描述，在附图中，

图1是按照本发明某些实施例的扬声器装置示例的说明；

图2是按照本发明某些实施例的扬声器装置示例的说明；

图3是按照本发明某些实施例的扬声器装置示例的说明；以及

图4是按照本发明某些实施例的扬声器装置示例的说明；

图5是按照本发明某些实施例的扬声器装置示例的说明；

图6图示了按照本发明某些实施例的扬声器装置的高频换能器的测量的极性模式（polar pattern）的示例；以及

图7图示了安装在传统的书架大小的扬声器挡板中的高频换能器的测量的极性模式的示例。

具体实施方式

图1图示了按照本发明某些实施例的扬声器装置的示例。该扬声器装置包括低频（声）换能器101，在特定示例中它是低频扬声器。该扬声器装置还包括高频（声）换能器103，在特定示例中它是高频和高效率的高音扬声器。两个声换能器101、103因此提供双路扬声器装置，其中低频换能器101主要产生较低频率范围的声音，而高频换能器103主要产生较高频率范围的声音。该扬声器装置具有交叉频率，该交叉频率可定义为两个换能器101、103对所产生的声音作出同等贡献的频率。特别地，交叉频率可定义为如下频率：在消音条件下测量时在离高频换能器103的距离为1米处低频换能器101和高频换能器103产生相同声压水平的频率。

该扬声器装置由驱动电路105驱动，该驱动电路接收用于再现的音频信号并且为低频换能器101和高频换能器103产生单独的驱动信号。驱动电路105可以特别地包括交叉滤波器，其执行输入信号的低通滤波以产生用于低频换能器101的驱动信号以及执行输入信号的高通滤波以产生用于高频换能器103的驱动信号。

将理解到，交叉频率可以被确定为包括驱动电路105的特性。因此，在某些实施例或场景中，驱动电路105可以被认为是扬声器装置的一部分，并且在确定用于该系统的交叉频率时可以包括交叉滤波器的影响。

将理解到，尽管以下描述将集中在扬声器系统是双路系统的实施例上，但是其它实施例可以使用三路或更多路系统。例如，由图1的低频换能器101覆盖的频率范围可以被其它实施例中的多个扬声器（例如中间范围扬声器和亚低音扬声器）覆盖。

每个换能器具有轴上方向和中心点。

声换能器的轴上方向可以特别地是对称的辐射轴。例如，声换能器可以是围绕轴上方向旋转不变的或者对称的。该轴上方向可以是声换能器的最高声输出的方向。因此，该轴上方向可对应于最大声能被辐射的方向。该轴上方向可以特别地由穿过声换能器中心的轴来限定。

在某些实施例中，中心点可以定义为声换能器的声学中心（看似声波起源的点）。可替换地，中心点可以是声换能器的几何中心点。特别地，该中心点可以是换能器的辐射表面的中心点。例如，对于对称的辐射表面，中心点可以是辐射表面的对称中心点。例如，对于圆形辐射表面，中心点是辐射表面的中心。因此，扩音器的中心点可以是该扩音器的隔膜的中间点（即隔膜表面上的中心点）。在某些场景中，中心点可以被认为是换能器的重心。

特别地，中心点可以是轴上方向与声换能器的辐射表面相交的点。

在该系统中，低频换能器101和高频换能器103被布置成使得它们的轴上方向形成在45°和135°（包括这两个值）之间的角度。特别地，如图2所示，低频换能器101和高频换能器103可以安装成使得它们的轴上方向可以相对彼此成基本为90°的角度·。在许多场景中，最佳性能在70°至130°之间的角度实现，并且特别地在90至130度的相对角度（即高频换能器103稍微上射）实现。

在图2的特定示例中，低频换能器101被设置成上射式配置。因此，当扬声器装置处于操作配置时，例如用于低频换能器101的壳体被放置在基本水平的平面（如地面或支架）上，低频换能器101的轴上方向相对于水平方向成基本90°的角度，即，它基本是竖直的。

此外，高频换能器103被布置成前射式配置。因此，当扬声器装置处于操作配置时，例如用于低频换能器101的壳体被放置在基本水平的平面（例如地面或支架）上，高频换能器103的轴上方向相对于竖直方向成基本90°的角度，即它基本是水平的。

因此，该扬声器装置使得较低频率范围在向上方向上辐射并且典型地经由各种反射和间接路径到达收听者。然而，较高频率范围直接朝向收听位置辐射并且提供更少的漫射和更多定向的感知。

较低和较高频率范围之间的交叉是从1.5kHz至3kHz（包括这两个值）。因此，来自前射式高频换能器103的直接声辐射被限制于相对较高的频率，而较低频率和中间范围频率被间接辐射。这提供了改进的音频感知并且特别地导致改进的点源近似。特别地，与使用了比如1kHz或更低的交叉频率的相似装置相比，通过在上射式配置中辐射中间范围而实现了改进的点源近似。此外，这是在没有显著损失定向感知的情况下实现的，因为高频被直接辐射，且向收听者提供更为显著的定向线索。因此，仍然维持了集中的声像。

高频换能器103置为离低频换能器101很近。特别地，两个换能器101、103的中心点之间的距离小于交叉频率的波长。因此，实现了非常紧凑的装置，其可以例如适合于例如书架扬声器尺寸的实施方式。换能器101、103之间这样紧密地靠近是通过控制和降低换能器101、103之间的干扰及反射实现的。

高频换能器103置于低频换能器101之上。因此，高频换能器103置于低频换能器101的主声辐射的方向上，即在低频换能器101的具有最高声辐射增益的一侧上。此外，高频换能器103置为使得高频换能器103的沿着轴上方向以及在低频换能器101之上的投影将至少部分地落在低频换能器101的辐射表面内。

因此，高频换能器103将至少部分地处于虚构管状物的空间内，该虚构管状物通过在平行于低频换能器101的轴上方向的方向上无限延伸低频换能器101的辐射表面的外围来限定。对于典型的中间范围扩音器，辐射表面将是膜片/隔膜，其被移动以产生声音。对于圆形膜片，沿轴上方向延伸的膜片的周界将限定虚构圆柱体，即，无限长圆柱体将具有对应于轴上方向的中心轴以及对应于膜片直径的直径。图2图示了该示例，其中虚构圆柱体具有作为中心轴的轴上方向201且（以截面203示出的）壁由低频换能器101的辐射表面的外围来限定。

高频换能器103随后将至少部分地置于该虚构管状物内并且典型地将完全处于该虚构管状物内。在许多实施例中，通过将高频换能器103相对于低频换能器101居中设置将实现改进的视觉冲击和音频质量。在特定示例中，高频换能器103的中心点基本置于低频换能器101的轴上方向上。在许多实施例中，通过将从高频换能器103到低频换能器101的轴上方向的距离保持在小于低频换能器101的辐射表面的最大尺寸的四分之一，实现了有利的性能和视觉冲击。特别地，到轴上方向的距离可以小于低频换能器101的声发生膜片的直径的四分之一。

因此，高频换能器103置于低频换能器101的主波束方向上以及置为靠近低频换能器101。事实上，换能器被布置得如此接近，使得低频换能器101的中心点和高频换能器103的中心点之间的距离小于（或等于）交叉频率的波长。

高频换能器103紧密靠近低频换能器101允许产生紧凑的扩音器装置。具体地，它允许产生书架大小的扬声器，其可以提供来自接近点源的扬声器的高质量声音。

换能器101、103的定位还使得高频换能器103和低频换能器101的中心点之间的距离大于交叉波长的十分之一。这可以改进声音质量并且可以具体地降低从一个换能器到另一换能器的干扰和反射。具体地，它可以减少高频信号在低频换能器101的辐射表面上的反射，从而降低声音的干扰和串色（cross coloration）。

低频换能器101和高频换能器103安装在不同的壳体中。图3图示了包括所描述的扬声器装置的可能的扬声器系统的示例。在该示例中，低频换能器101安装在第一壳体301中，该第一壳体可以例如是封闭的隔音罩或者可以例如包括低音反射部分、无源声换能器等。还将理解到，在某些实施例中，第一壳体301可以包括多个声换能器，比如亚低音扬声器扩音器等。然而，在图3的示例中，低频壳体只包括低频换能器101，除此之外没有其它（有源）声换能器。

第一壳体301的容积可以保持相对较低，并且事实上对于低于21升的容积可以实现高质量声音再现，从而允许扬声器系统针对例如书架扬声器市场来设计。在特定示例中，低频换能器101是15.5cm直径的扩音器，其为较低范围和中间范围提供高质量音频再现。

类似地，高频换能器103安装在第二壳体303中，该第二壳体位于低频换能器101之上。第二壳体303只包括高频换能器103，除此以外没有其它声换能器。在特定示例中，高频换能器103是高效率的高音扬声器，其安装在具有圆形或平滑形状的隔音罩中，从而降低或基本消除了衍射效应。

第二壳体303通过安装结构305相对于第一壳体301被固定，在特定示例中，该安装结构是单个支撑元件，该支撑元件被固定到第一和第二壳体301、303上并且具有使得第二壳体303相对于第一壳体301被保持在期望位置的形状。

为了维持低的干扰以及获得高程度的点源近似，保持小的第二壳体303的尺寸。事实上，第二壳体303的尺寸被设置成使得第二壳体303的最大尺寸小于交叉波长的四分之一。特别地，对于1.5kHz的交叉频率，第二壳体303的任何截面将不具有大于约6cm的任何内部长度，而对于3kHz的交叉频率，第二壳体303的任何截面将不具有大于约3cm的任何内部长度。

在特定示例中，高频换能器103是直径约为4cm以及深度约为2.5cm的高音扬声器。该高音扬声器被保持在具有最大直径约5cm以及沿轴上方向的长度约4cm的壳体内。

第二壳体303被保持为低的容积以及特别地该容积小于4·d³，其中d是高频换能器103的辐射表面的最大尺寸。该辐射表面可以被认为对应于典型小于高音扬声器本身（因而小于外壳303）的声学“活塞”或移动部件。

在示例中，使用了高音扬声器，其直径为33.5mm并带有直径为40mm的覆盖格栅。对于特定示例，辐射表面的直径约为25mm，从而得到4·(2.5)³=62.5 cm³（其等同于直径为49mm的球体）。因此，在该特定示例中，第二壳体303的总容积保持低于62.5cm³。

在大多数实施例中，通过使第二壳体的容积低于150cm³，可以实现特别有利的性能。

为了降低声学冲击，安装结构305也保持低的容积和截面（当从低频换能器101的辐射表面观看时）。在特定示例中，安装结构305是支撑第二壳体303的细长元件。该安装结构典型地具有小于该细长元件长度的十分之一的截面尺寸。这样，长且细的条形物或杆状物可以被用来将高频换能器103保持在低频换能器101之上的适当位置。

保持小的物理尺寸，使得低频换能器101上的声学冲击被降低。这是通过使来自第二壳体303的低频换能器101的辐射表面和安装结构的视觉覆盖保持低实现的。特别地，该系统被设计成使得当用于高频换能器103的安装装置（包括第二壳体303和安装结构305）投影在低频换能器101的辐射表面上时，得到的被覆盖的面积小于辐射表面的总面积的50％。该投影沿着轴上方向。

另外，该设计使得安装装置在由低频换能器101的辐射表面的外围限定的虚构管状物内的部分保持低。特别地，高频换能器103的安装装置的元件的总容积（包括高频换能器103本身）小于6·d³，其中d是高频换能器103的辐射表面的最大尺寸。例如，对于先前提及的高音扬声器，安装装置的在该虚构管状物内的容积小于94cm³。

在许多实施例中，使用了甚至更小的设计。在许多实施例中，对于使用了小于200cm³的总容积，可以实现特别有利的性能。

高频换能器103的安装装置在虚构管状物内的部分的容积相对于低频换能器101也保持低。特别地，虚构管状物内的容积保持低于3·(0.5·d)³，其中d是第一声换能器的辐射表面的最大尺寸。

特别地，虚构管状物内的安装结构305的容积保持很低，并且典型地仅被设计成大到足以提供期望的物理强度。典型地，安装结构的容积的总容积保持低于0.5d³，其中d是高频换能器103的辐射表面的最大尺寸。

高的交叉频率导致高频换能器103只需要支持高频范围而无需支持中间范围或全部范围的音频，第二壳体303可以制做得小。结果，由第二壳体303对来自低频换能器101的声音的反射可以得到显著降低，这提供了增加的点源近似，并且还允许低频换能器101不仅提供亚低音扬声器性能而且还支持整个中间范围。因此，具有与针对高频范围的前射式高音扬声器耦合的上射式低频和中间范围的声换能器的设计提供了降低的反射和交叉换能器干扰，从而得到改进的声音质量以及改进的点源近似。

此外，通过使用很小的高频换能器，可以利用针对支撑装置的物理强度需求，从而不仅降低了反射，而且允许改进的视觉外观。例如，可以获得小的圆形壳体“浮”在低频换能器的较大壳体之上的视觉印象。

将理解到，壳体301、303和安装结构305不必是分离的元件，而是可以例如形成为整体单元。

将理解到，尽管先前的描述集中在扬声器装置上，其中低频换能器101是精确地上射式的（即，轴上方向是竖直的），但是在某些实施例中，低频换能器101可以相对于该角度倾斜。特别地，如图4和5所示，当处于操作配置/位置时，低频换能器101的轴上方向可以倾斜。这种倾斜可以允许针对特定实施例的偏好来调整低频声音和中间范围频率声音之间的声平衡的折衷。然而，对于轴上方向和竖直方向之间的角度低于50°且特别是小于25°，倾向于实现最佳性能。特别地，在许多实施例中，对于轴上方向和竖直方向之间的角度在15°和25°之间（包括这两个值），可以实现特别有利的性能。

类似地，高频换能器103不必特别地设置成具有水平的轴上方向。更确切地，在轴上方向和水平方向之间的角度低于50°且特别是小于15°的情况下可实现有利的性能。

所描述的扬声器装置提供了具有多个有利特性的极有利的系统。具体地，该系统提供了改进的对点源声辐射的近似同时允许紧凑的实施方式。

低频换能器101的上射式配置可以提供在水平平面内更全方向的辐射。此外，它提供了高频换能器103和低频换能器101的每个点之间路径差的更佳平均/消除，从而有助于降低这些换能器之间的干扰。

对于位于水平平面内的收听者而言，高频换能器103的位置在低频换能器101之上减少了扬声器壳体对高频换能器103的声波的反射。因此，高频换能器的该定位可以防止来自所发射的声波在低频换能器壳体上的反射到达主收听区域。

所述装置可以允许高频换能器103安装在针对高频换能器103最优化的壳体内。

高频换能器103是前射式的，由此提供了高频处改进的频率响应中的线性（例如高音扬声器在高频处变得很有方向性）。这可以提供更为集中的声像。

图6图示了针对按照所描述的方法安装的高频换能器103的测量的极性模式的示例。图7图示了安装在传统的书架大小扬声器挡板上的相同高频换能器103的测量的极性模式的示例。可以看出，所描述的方法展示了高频处朝向前方的渐进射束，其中随着频率升高，带挡板的高音扬声器显示出形状变化的极性模式。

此外，通过将高频换能器103限制在始自1.5kHz及其以上的高频范围，可以使用很小的壳体和安装结构，从而减少反射并允许显著改进的视觉冲击。承载高频换能器103的壳体的小尺寸确保了来自较低频率换能器101的声波在它上面的反射最小。

与交叉频率的波长有关的两个换能器之间的短距离可以进一步导致梳状滤波效应降低。

本发明可以以任何适当形式来实现。本发明实施例的元件和部件可以以任何适当方式物理地、功能性地以及逻辑地实现。事实上，所述功能可以在单个单元中实现，在多个单元中实现，或者作为其它功能单元的一部分来实现。

尽管本发明已经结合某些实施例进行了描述，但其本意并非受限于这里提及的特定形式。更为确切地，本发明的范围仅由所附权利要求限定。另外，尽管特征可能看似结合特定实施例进行了描述，但是本领域技术人员将认识到所描述实施例的各个特征可以按照本发明进行组合。在权利要求中，词语包括不排除其它元件或步骤的存在。

此外，尽管单独列出，但多个装置、元件或方法步骤可以通过例如单个单元或处理器来实现。另外，尽管各个特征可以包括在不同的权利要求中，但这些特征可能可以被有利地组合，并且包含在不同权利要求中并不意味着特征的组合是不可行的和/或不利的。另外，在一类权利要求中包含一种特征不意味着受制于该类别，而是表明该特征在适当情况下同样可适用于其它权利要求类别。此外，权利要求中特征的次序不意味着这些特征必须按任何特定次序工作，以及具体地，方法权利要求中的各个步骤的次序不意味着这些步骤必须以该次序执行。相反，这些步骤可以以任何适当的次序来执行。另外，单数引用不排除复数。因此，对“一”、“一个”、“第一”、“第二”等的引用不排除多个。权利要求中的附图标记仅仅作为说明性示例来提供，不应解释为以任何方式限制权利要求的范围。

Claims

1.一种扬声器装置，包括：

第一声换能器（101），其布置成上射式配置，用于再现较低频率范围的声音并且具有第一轴上方向以及作为第一声换能器的声学中心的第一中心点；以及

第二声换能器（103），其布置成前射式配置，用于再现较高频率范围的声音，该第二声换能器（103）安装在第一声换能器的前面并具有第二轴上方向以及作为第二声换能器的声学中心的第二中心点；

其中第一轴上方向和第二轴上方向之间的角度在105°和135°之间，且较低频率范围和较高频率范围之间的交叉频率处于从1.5kHz至3kHz的区间内，并且第一中心点和第二中心点之间的距离不大于对应于所述交叉频率的交叉波长，以及其中较低频率和交叉频率由布置成上射式配置的第一声换能器（101）间接辐射。

2.如权利要求1所述的扬声器装置，其中用于第二声换能器（103）的壳体的最大尺寸小于交叉波长的四分之一。

3.如权利要求1所述的扬声器装置，其中用于第二声换能器（103）的壳体的容积小于4·d³，其中d为第二声换能器（103）的辐射表面的最大尺寸。

4.如权利要求1所述的扬声器装置，其中在由第一声换能器（101）的辐射表面的外围沿第一轴上方向无限延伸所限定的空间内用于第二声换能器（103）的安装装置的元件的容积小于6·d³，其中d为第二声换能器（103）的辐射表面的最大尺寸。

5.如权利要求1所述的扬声器装置，还包括：

第一壳体（301），其仅包括第一声换能器（101）；

第二壳体（303），其仅包括第二声换能器（103）；以及

安装结构（305），其用于将第一壳体相对于第二壳体定位。

6.如权利要求5所述的扬声器装置，其中在由第一声换能器（101）的辐射表面的外围沿第一轴上方向无限延伸所限定的空间内的安装结构（305）的容积小于0.5·d³，其中d为第二声换能器（103）的辐射表面的最大尺寸。

7.如权利要求1所述的扬声器装置，其中在由第一声换能器（101）的辐射表面的外围沿第一轴上方向无限延伸所限定的空间内用于第二声换能器（103）的安装装置的元件的容积小于200cm³。

8.如权利要求1所述的扬声器装置，其中用于第二声换能器(103)的壳体的容积小于21升。

9.如权利要求1所述的扬声器装置，其中被沿着用于第二声换能器的安装装置的元件的第二轴上方向的投影覆盖的第一声换能器（101）的辐射表面的面积小于辐射表面总面积的50％。

10.如权利要求1所述的扬声器装置，其中第二中心点位于由第一声换能器（103）的辐射表面的外围沿第一轴上方向无限延伸所限定的空间内。

11.如权利要求1所述的扬声器装置，其中从第二声换能器（103）的最近点到第一轴上方向的距离小于第一声换能器（101）的辐射表面的最大尺寸的四分之一。

12.如权利要求1所述的扬声器装置，其中第一中心点和第二中心点之间的距离大于交叉波长的十分之一。

13.一种提供权利要求1的扬声器装置的方法，该方法包括：

提供第一声换能器（101），其布置成上射式配置，用于再现较低频率范围的声音并且具有第一轴上方向以及作为第一声换能器的声学中心的第一中心点；并且

提供第二声换能器（103），其布置成前射式配置，用于再现较高频率范围的声音，该第二声换能器（103）安装在第一声换能器的前面并且具有第二轴上方向以及作为第二声换能器的声学中心的第二中心点；

14.如权利要求13所述的方法，其中，通过扬声器装置，第一声换能器（101）被布置成上射式配置，第一轴上方向具有相对于竖直方向小于50°的角度。

15.如权利要求13所述的方法，其中，通过扬声器装置，第二声换能器（103）被布置成前射式配置，第二轴上方向具有相对于水平方向小于50°的角度。