CN101374370B - 一种直接驱动球顶式扬声器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直接驱动球顶式扬声器，本扬声器包括有可以产生一个圆环带形径向永久磁场的扬声器磁路结构，和，具有凸球顶状音膜及其相连的折环，本发明的特点是在音膜球顶与折环连接处的音膜面上，直接形成线绕音圈，工艺上该音圈可以是以包覆绝缘层的导线，直接在该连接处绕制而成，也可以是预先绕好的线圈直接固定在该连接处，特别地是当选用的音膜为织物音膜时，该线圈可以是采用包覆绝缘层的导线在该连接处以类似缝纫的方式编织而成，进一步加强音膜与音圈的一体化。本扬声器兼有平膜式的直接驱动频响宽，球顶式的音膜选材自由，音色优美及其线绕音圈的体积小、效率高、磁场均匀性好的优点。

Description

一种直接驱动球顶式扬声器

技术领域

本发明涉及一种球顶式扬声器的结构改进。

背景技术

现有的球顶式扬声器，其结构如图1所示，包括由T形铁件(7)、环形永久磁钢(6)、环形导磁铁片(5)构成扬声器的磁路结构，球顶状的音膜(1)，折环(2)，骨架(4)和音圈(3)。其球顶状的音膜可以为内凹或外凸，装配于扬声器的中央，是扬声器的发声部分，所用材质可以有织物布料，PU塑料薄膜等软质材料，也可以用铍、铝、钛、钻石、陶瓷等材质的硬性薄壳材料，并且分别叫做软球顶扬声器和硬球顶扬声器。音膜的外缘是折环，一般是半圆型的，向上凸和向下凹都有，折环是提供垂直方向振动的顺性和振幅的，同时也提供横向的“定芯”作用，防止音膜与音圈出现横向位移，折环一般以布、塑胶等柔性材料制成，软球顶扬声器通常折环与球顶为同一材料，热定型而成一体化球顶与折环，硬球顶则是折环胶合在球顶的边缘。音圈以铝、纸、CAPTON等作为骨架，骨架的下半部绕音圈，音圈骨架顶部固定在音膜上球顶与折环的连接处，即球顶的边缘，音圈骨架一方面是音圈的支撑，又是音圈与音膜的连接件，并传递驱动力。普通球顶扬声器的这种音膜与音圈的结构，由于球顶与折环及其连接处都在磁路结构的上面，而音圈却在磁路中，音圈音膜之间有一定的距离，而且为了保证扬声器有一定的振幅，这个距离还不能太小。就必然要有一个音圈骨架或者类似的部件来连接音圈与音膜。当音圈流过电信号时在磁场作用下产生驱动力，该力通过音圈骨架向上传递到音膜上，驱动音膜上下振动而发声，这样从声学力学分析上就存在三个元件：①音膜，②有一定刚性的力传导臂(音圈骨架)，③力源(音圈)，是“间接驱动”。故此，由于三个元件产生的共振和力源(音圈)的电感使得整个振动系统处于欠阻尼状态，整个扬声器的阻抗曲线如图9所示，存在明显的共振峰。并且由于音圈骨架的有限刚性，使得高频振动无法从线圈传递到振膜，从而限制了高频带宽。加强音圈骨架刚性又会带来总等效振动质量的增加，据分析，对28芯软球顶扬声器来说，总等效振动质量约为0.45克，其中音膜的等效质量加上两侧同振的空气质量约为0.15克左右，其余0.3克都是无用的(对于发声来说)音圈及音圈骨架的质量，音圈骨架质量以28芯的铝骨架计约为：πD×h×d×2.7克/cm³＝π×2.8×0.5×0.01×2.7≈0.12克，尚未计入骨架上耐热涂覆及与线圈胶合所用胶水的质量。这样大的总等效振动质量限制高频带宽，也限制了效率。而且音圈骨架的有限刚性也损害瞬态特性。

近年来在硬球顶扬声器中出现了一种将音圈骨架与音膜一体化的新设计，它在普通金属硬球顶的边缘向下延伸了一段圆筒状，起到音圈骨架的作用，在其下部可以绕线圈形成音圈，再安装上折环，装配到扬声器的磁路结构中。该种设计是把音圈骨架与音膜连接为一体，这样避免了音圈骨架与音膜的胶合问题。一是工艺简省，二是避免了胶合剂的刚性、耐热性、持久性等问题，有其明显的优点。缺点是音膜成型时，冲压模具的延伸量大了不少，模具难度大了，而且对音膜材质的延展性要求也提高了，工艺生产上容易产生音膜冲压时破裂变形等问题。而且在这种音膜上绕线比之标准化生产的音圈可能难度要大些。而且该设计除了把骨架与硬球顶连在一起而外，并无其它变化，球顶与折环及其连接处依然都在磁间隙的上面，线圈在磁场中。产生的驱动力仍然需要经过一段力臂才传递到音膜上的该连接处，依然是“间接驱动”。其各方面性能指标与普通硬球顶扬声器相仿，只是因为音圈骨架与音膜一体化后，散热会好一些，功率承受会大点，安装时简单一点。

在CN1222049A文件中公开了一种改进的球顶形扬声器，这是一种具有U型环状音圈架的薄型球顶式扬声器，它的磁路系统与普通球顶式扬声器完全相同，其音膜也有一圆凸顶状球顶及相连的折环(在CN1222049A中称为“边缘阻尼器”)。不同之处在于，在两者连接处，向下延伸多出一个U型环状槽沟，被称为“环形音圈架”，绕制好的音圈放入此槽内，再灌胶填充固定，其优点是安装方便，并且音圈与球顶的连接强度较高。但由于其线圈是在音膜的下方，它与磁场作用产生的力，仍然要由U型环状音圈架的上半部分传递到音膜上，这上半部分U型环状音圈架的作用就是一个传递力的力臂，仍然起音圈骨架的作用，依然是“间接驱动”。这种结构还存在以下局限：

一是音膜的加工难度大了，因为这种狭窄的深槽的热定型较为复杂，并且要保证内外径及深度的精度，对于许多材质如织物或金属薄膜等或许是难于实现的，一般只能采用高分子树脂薄膜来热定型实施该技术，这将对扬声器的性能产生了限制。

二是音圈被胶和环形音圈架包裹在中间，不利于音圈的散热。因此，大功率使用时音圈温度过高而烧毁的风险大大提高。对于一般扬声器来说，往往要有10～20W的功率承受，音圈处的温度往往会达到200℃或更高，对于这种不利于散热的结构来说，音圈温度还会更高一些，而高分子树脂薄膜的音膜材料一般使用温度仅在100℃左右，这就限定这种结构只适用于一些小功率的使用场合，如应用在CN1222049A中所述的便携式电话的受话器等对功率要求低而要求结构紧凑的场合。

三是对折环形状的限制。由于其折环下是磁极板，为了保证扬声器有足够的振幅，其只能是采用凸折环的形状，如果是反凹的折环，那环状音圈架的深度要加大许多，其间要多填充许多胶，质量的增加会带来无法承受的灵敏度下降和高频响应劣化。

发明内容

本发明的目的是提出一种真正将音膜和音圈一体化，用音圈直接驱动音膜振动发声的直接驱动球顶式扬声器。

实现本发明的目的的技术方案，包括有可以产生一个圆环带形径向永久磁场的扬声器磁路结构，和，具有凸球顶状音膜及其相连的折环(包括凹折环、凸折环或其他形式的折环)，其特征是在该凸球顶音膜与折环的连接处的音膜面上直接形成线绕音圈，所说的凸球顶状音膜与折环的连接处及该连接处的音圈均位于所说的磁路结构的圆环带形的径向永久磁场或其磁间隙中。在其球顶与折环的连接处的音膜面上所直接形成的线绕音圈，工艺上可以是以包覆绝缘层的导线(如漆包线)，直接在该连接处绕制而成，也可以是预先绕好的线圈直接固定在该连接处，特别地是当选用的音膜为织物音膜时，该线圈可以是采用包覆绝缘层的导线在该连接处以类似缝纫的方式编织而成，进一步加强音膜与音圈的一体化。

所述的可以产生一个圆环形径向永久磁场的扬声器磁路结构，可以是一个由T形铁件或U形铁碗、环形永久磁钢、环形导磁铁片构成的传统扬声器的磁路结构，也可以是由一片磁极板和两片磁钢构成，两片磁钢的同名磁极分别与磁极板的上下面结合，形成一个在磁极板的侧面附近会聚的径向磁场的扬声器的磁路结构。

本发明的基本构思，是把平膜音圈带式扬声器的直接驱动原理，与球顶式扬声器线绕音圈的特点相结合，形成一种采用线绕音圈的，音膜材质可以较大范围选取的直接驱动式扬声器，使之兼有平膜式的直接驱动频响宽的优点，与球顶式的音膜选材自由，音色优美及其线绕音圈的体积小、效率高、磁场均匀性好的优点。

相对于传统球顶扬声器，本发明技术方案的有益技术效果如下：

在本发明的技术方案中，球顶的边缘在磁间隙或磁路的磁场中与折环平滑的连接，而在该连接处的音膜面上直接形成线绕音圈。这样驱动源与振动部分合为一体，而且省掉了中间连接件——音圈骨架，在声学力学分析上就仅剩下音膜+音圈，并且一体化了，化三为二，又合二为一，实现了“直接驱动”。从而大大降低了振动质量，改善了低频时的阻尼，使得整个振动系统处于“过阻尼”状态，这样就不存在低频共振峰，其阻抗曲线如图10所示意，近乎一条直线。

由于驱动力直接产生并作用于振动发声件上，故此可以改善瞬态反应与高端频响，而且由于化繁为简，省掉音圈骨架，总等效振动质量约为0.3克左右。也可以提高上限频率和效率。用同样的音膜制造的普通球顶扬声器高频上限在25KHz，而制成直接驱动式球顶扬声器，高频带宽达到40KHz。而且音圈位置外移(相对于传统的球顶式扬声器)到了扬声器表面的相对开放的空间，利于散热；音圈随音膜一起振动，也可形成有效的“自动风冷散热”，即输入功率越大、音圈发热越大、音膜振幅越大、流经音圈并散到外界的空气越多、散热越好。由于其基本结构和工艺与传统球顶扬声器相仿，故其音色风格也相同。这样既拓宽了频响上限和改善了瞬态响应和功率承受，又保持了传统球顶扬声器的音色。

相对于将音圈骨架与音膜一体化的硬球顶扬声器来说，本发明设计的直接驱动硬球顶式扬声器，球顶与折环是穿过磁间隙或磁路的磁场来平滑连接的，连接处在磁间隙或磁路的磁场中并且在该处直接装配音圈，且音圈与音膜的接触是一个面而不是传统设计的一条线，音圈产生的力直接驱动音膜，无需任何力传导件，是“直接驱动”。从而解决了驱动力仍然需要经过一段力臂才传递到音膜上而产生的问题，同时由于消除了力臂的重量，有效地改善扬声器的高频响应特性。

本发明与环形音圈架式球顶扬声器比较，具有以下有益技术效果：

相对于具有U型环状音圈架的球顶扬声器，本发明的设计可以说不存在任何形式的音圈架或音圈骨架来连接音膜并传递驱动力，是磁场与音膜面上固定的线圈作用产生驱动力，并直接驱动音膜振动发声，这与环形音圈架式设计的“间接驱动”相比，还有以下优点：一是散热好，功率承受大。这是由于本发明将音圈固定在开放的空间里，与外界空气直接接触，工作时其上流过的气流形成自动风冷散热，功率承受要大过传统设计。而“环形音圈架式”由于音圈仍然位于相对封闭的内部，并且还完全包裹在一层胶和一层薄膜形成的“保温层”内，其散热效果要差于音圈无包裹的传统式球顶设计，更差于本发明方案的设计。二是由于没有音圈架的质量，基于上述同样的理由，扬声器的灵敏度和高频响应都得到提高。三是本发明方案可以选用任何材料，与传统式球顶扬声器相同，织物、高分子树脂薄膜、金属、陶瓷等任何传统的球顶式音膜材料都可以使用本发明技术。四是本发明方案可以采用绕好的音圈安装在音膜的边缘，也可以是直接在该处绕制音圈，甚至可以在织物音膜的球顶的边缘直接编织形成音圈，易于加工。

综合来说，本发明方案对比于“环形音圈架式”设计具有“直接驱动”，加工易，限制少，散热好，功率大，质量轻，效率高，高频响应好的优点。

附图说明

图1是传统球顶式扬声器的结构示意图；

图2是图1中音圈部位放大显示图；

图3是本发明的直接驱动球顶式扬声器一实施例的结构示意图；

图4是图3中的音圈部位放大显示图；

图5是本发明的直接驱动球顶式扬声器的直接绕制式音圈的结构示意图；

图6是图5的A部放大图；

图7是本发明的直接驱动球顶式扬声器的编织式线绕音圈的结构示意图；

图8是本发明的直接驱动球顶式扬声器另一实施例的结构示意图；

图9是传统球顶式扬声器的阻抗特性；

图10是本发明的直接驱动球顶式扬声器的阻抗特性。

具体实施方案

实施例一

本直接驱动球顶式扬声器实施例的结构如图3所示，包括由T形铁件7、环形永久磁钢6、环形导磁铁片5构成扬声器的磁路结构，具有凸球顶状音膜1及其相连的凹折环2，在该凸球顶音膜1与凹折环2的连接处的音膜面上直接形成线绕音圈3(如图4所示)，所述的凸球顶音膜1是使用传统的球顶式扬声器同样的28芯丝质(或称为织物)球顶音膜，其中间是一个凸球顶，外边是反凹的半圆形折环2，材料是布质并经树脂处理后热压定型而成。凸球顶音膜1与凹折环2连接处的直径约28毫米，并且在该处有一拐角，在该处以0.06毫米直径的漆包线绕13匝三层线圈，线圈的轴向高度约为1毫米，径向厚度约为0.3毫米(如图5、图6所示)。然后装入图中的由环形导磁铁片(华司)5、T形铁件(T铁)7、和环形钕铁硼磁钢6组成的磁路中，充磁并引线安装端子后，即可得到阻抗为8Ω，频响为1KHz～40KHz的直接驱动式球顶高音扬声器。如果使用大一些的球顶如75毫米球顶，用稍粗一些的线绕制线圈，就可以得到直接驱动式球顶中音扬声器。

实施例二

本直接驱动球顶式扬声器实施例的磁路结构与实施例一基本相同，并具有基本相同的凸球顶状音膜1及其相连的凹折环2，在该凸球顶音膜1与凹折环2的连接处的音膜面上直接形成线绕音圈3，所述的线绕音圈3是在织物球顶音膜1上上编织进五根0.06毫米直径的漆包线构成编织式线绕音圈(如图7所示)。

实施例三

本直接驱动球顶式扬声器实施例的结构如图8所示，包括由一片磁极板9和两片磁钢(上磁钢8和下磁钢10)构成的磁路结构，上磁钢8和下磁钢10的同名磁极分别与磁极板的上下面结合，形成一个在磁极板的侧面附近会聚的径向磁场的扬声器的磁路。在下磁钢的下面设置有一铁质平板11，用以加强磁场，减少漏磁，整个磁路结构装配在支架12上，由此，在磁极板9的侧面附近形成一个会聚的径向磁场。还具有凸球顶状音膜1及其相连的凹折环2，该凸球顶音膜1与凹折环2的连接处的音膜面安装固定一线绕音圈3，该线绕音圈3用预先绕好的线圈直接固定在该处，所述的凸球顶音膜1是使用传统的球顶式扬声器同样的28芯丝质(或称为织物)球顶音膜，其中间是一个凸球顶，外边是半圆形的凹折环2，材料是布质并经树脂处理后热压定型而成。所述的凹折环2安装固定于支架12上，线绕音圈3则置于磁极板9的侧面外周。

Claims (4)

1.一种直接驱动球顶式扬声器，具有凸球顶状音膜（1）、以及与凸球顶状音膜（1）相连的折环（2），和一个产生有圆环带形径向永久磁场的磁路结构，其特征是：在该凸球顶音膜（1）与折环（2）的连接处的音膜面上直接形成线绕音圈（3），所说的凸球顶状音膜（1）与折环（2）的连接处及该连接处的音圈（3）均位于所说的磁路结构的圆环带形的径向永久磁场或其磁间隙中。

2.根据权利要求1所述的直接驱动球顶式扬声器，其特征在于所述的音圈（3）用包覆绝缘层的导线直接在音膜面上绕制而成。

3.根据权利要求1所述的直接驱动球顶式扬声器，其特征在于所述的音圈（3）由包覆绝缘层的导线以类似缝纫的方式编织在织物音膜上。

4.根据权利要求1所述的直接驱动球顶式扬声器，其特征在于所述的音圈（3）由预先绕制好的线圈安装固定在音膜面上。

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