CN101778327B - 一种电声转换方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电声转换方法及装置，该方法是将永磁体或超导磁体与通有控制电信号的电磁线圈组合，得到可在外部输入电信号控制下围绕一固定数值上下波动的变化磁场，将形成的变化磁场利用导磁体引导到两组相间平行放置的高导磁细金属丝，在相邻金属丝间的空间产生变化的磁场力，利用磁场力控制金属丝表面空气中的氧气分子发生振动，并带动周围的空气发生振动发出声音。其装置由形成偏置磁场的永磁体或超导磁体，形成调制磁场的电磁线圈，两组高导磁细金属丝，将磁场引导到高导磁金属丝的导磁体构成。本发明方法构思新颖，装置设计合理，电声转换效率高，频响范围宽，频响曲线平直，失真小。
Description
技术领域：本发明属于电声转换技术领域，涉及一种新的电声转换方法和装置。
背景技术：当前在各个领域广泛使用的电声转换装置，例如扬声器，虽然在外形和内部结构上存在一定的差异，但其工作原理基本上都是相同的：将含有声音信息的电流或电压信号通入电载体，电载体在磁场或电场中受到电磁力或电场力的作用发生振动，并且带动与其连接在一起的振膜发生相应振动，再由振膜带动附着在其表面的空气发生振动，从而发出声音。在上述由电到声的转换过程中振膜起到了关键的力的传递作用。为了达到电声转换过程高效率、高保真的目标，理想的振膜制作材料应该是质量无穷小、刚度无穷大、内阻尼性能好。不难看出以上几个要求在制造工艺上是互相抵触的，加强振膜制作材料一种特性的同时就会在一定程度上减弱另一种特性。从1925年扬声器的发明到现在，人们也没能找到一种同时满足以上三个基本要求的理想的振膜制作材料。实际制造中只能采取折中的方式，在尽量满足其中一部分要求的情况下兼顾其它的要求。
由于振膜制作材料的不理想而导致现今大量使用的电声转换器件普遍存在许多难以克服的缺陷。主要有以下几个方面：1.由于振膜质量的存在，振膜在振动的过程中需要克服自身质量形成的惯性，浪费了大量的电功率，从而在一定程度上导致整个系统的电声转换效率非常低，一般都在1％至5％左右；2.由于振膜质量的存在所形成惯性的原因，振膜很难使自身的振动完全跟上驱动信号的变化，特别是驱动信号中的快速变化部分，由此而造成还原的声音信号的波形失真；3.振膜的质量与其弹性支撑系统的力顺很容易形成机械谐振系统，并且其具体谐振的频率、幅度非常复杂，不易控制和消除，造成电声转换过程中的频率响应曲线的不平整，产生难以克服的频率响应失真；4.由于振膜的刚度不可能为无穷大，振膜在电信号的驱动下快速振动时，振膜各部分受力的不均匀使振膜不可避免的发生形变，形成难以控制的分区振动等有害振动，而振膜本身的内阻尼性能不能将产生的有害振动加以有效的抑制，进一步加大整个系统的失真。由以上各方面的原因导致固体振膜式扬声器普遍存在电声转换效率低、波形失真大、频响失真大等难以克服的缺陷。人们虽然采取许多方法来尽力的弥补以上各种缺陷，但都无法从根本上加以彻底消除。
由以上分析可知，只有取消在由电到声的转换过程中带来种种弊端且难以改进的振膜，才有可能使电声转换系统的性能达到一个新的水平。铝带式扬声器、静电式扬声器的是人们将振膜与电导体进行合并简化以尽量降低振膜的各种弊端方面所进行的尝试，但其仍属于利用振膜推动空气进行振动发声的扬声器，仍存在效率低、频率响应范围窄等难以克服的缺陷。等离子扬声器是人们彻底取消固体振膜而进行的一种尝试，虽然等离子扬声器消除了振膜式扬声器所固有的一些弊端，但因其工作原理的特殊性，存在有设备复杂、需要高电压、稳定性差、效率低、低频响应差等难以克服的缺点，导致其问世许多年来也不能得到很好的推广应用。
发明内容：本发明的目的是提供一种新型的没有振膜的电声转换方法和装置，用以有效地消除现有技术所存在的电声转换效率低、波形失真大、频率响应差等弊端。
一、本发明提供了一种新的电声转换方法，其特征为该方法包括以下步骤：
(一)利用永磁体或超导磁体形成的稳定磁场作为偏置磁场，将含有音频信息的电信号通入电磁线圈，利用电磁线圈形成的变化磁场作为调制磁场，将电磁线圈和形成偏置磁场的永磁体或超导磁体组合在一起，使形成的调制磁场与偏置磁场相叠加得到随外部输入控制电信号的变化而围绕偏置磁场的大小发生变化的控制磁场。
(二)利用导磁体将控制磁场的两极分别引导到两组相间平行放置的高导磁细金属丝，在相邻金属丝之间的空间内形成随外部输入控制电信号变化的控制磁场。没有外部输入控制电信号时，控制磁场的强度只由偏置磁场的强度决定。高导磁细金属丝周围空间空气中的氧气分子在偏置磁场的产生的磁场力的作用下，向金属丝的表面聚集，使金属丝表面局部空间的气体压力升高，在金属丝表面气体受到的磁场力和其内部分子间的作用力达到平衡后，压力不再升高并维持在一稳定状态。
(三)将含有音频信息的外部控制电信号输入形成调制磁场的电磁线圈，使调制磁场的强度随外部控制电信号的变化而变化，当调制磁场产生的磁场与偏置磁场的方向一致时，其与偏置磁场合成的控制磁场强度将变大，处于金属丝周围磁场空间的空气中的氧气分子受到的磁场力增加，使其压缩程度增加，细金属丝表面的局部空间的气体压力进一步升高，处于相对压缩状态；当外部输入信号使调制磁场产生的磁场与偏置磁场的方向相反时，其与偏置磁场合成的控制磁场强度将变小，处于金属丝周围磁场空间的空气中的氧气分子受到的磁场力减小，使其压缩程度减小，金属丝表面的局部空间的气体压力降低，处于相对膨胀的状态；输入调制磁场电磁线圈的电信号的变化，可使金属丝表面局部空间的含氧气体的状态发生相应的压缩与膨胀，形成局部气体的振动，并带动周围附着的空气发生同样的振动，振动通过空气传播出去，形成声音，从而实现电声转换。
二、本发明还提供了一种新的电声转换装置，其特征为：它由形成稳定的偏置磁场的永磁体或超导磁体，形成调制磁场的电磁线圈，引导磁场的两导磁体，形成高梯度磁场空间的两组高导磁细金属丝，支撑高导磁细金属丝的固定支架组成；上述形成偏置磁场的永磁体或超导磁体和形成调制磁场的电磁线圈组合在一起，形成的调制磁场和偏置磁场相叠加形成控制磁场；上述两导磁体分别与控制磁场的一极相连；上述的高导磁细金属丝支架与高导磁金属丝相垂直并间隔一定距离放置，上述的两组高导磁金属丝都相间平行布设，固定于高导磁金属丝支架上，其中一组高导磁金属丝的一端都分别与N极磁性的导磁体相连，另一端都分别固定在靠近S极磁性的导磁体的一片高导磁金属丝支架上；另一组高导磁金属丝的一端都分别与S极磁性的导磁体相连，另一端都分别固定在靠近N极磁性的导磁体的一片高导磁金属丝支架上。
上述所说高导磁细金属丝的半径优选为r≤500μm。
上述所说高导磁细金属丝的间距优选为0μm＜d≤500μm。
本发明方法构思新颖，其装置结构简单、合理，完全取消了振膜，利用输入控制电信号形成的变化磁场所产生的电磁力直接对空气中的氧气分子进行控制，使其发生振动形成声音，由于受力振动部分气体的质量近乎为零，整体受力均匀，所以其驱动容易，可以以最快的速度响应外部输入控制电信号的变化，其振动的波形可以与输入电信号波形保持一致，不存在振膜式电声转换装置的频率失真和波形失真、电声转换效率高、频响范围宽、频响曲线平直，可使电声转换的整体效果提高到一个新的层次，达到人们期望的比较完美的水平。
附图说明：图1是本发明装置的主视示意图
图2是图1中的A-A剖视图
图3是本发明装置另一实施例的主视示意图
图4是图3中的B-B剖视图
图5是本发明装置第三实施例的主视示意图
图6是图5中的C-C剖视图
具体实施方式：附图给出了本发明的具体实施例，下面结合附图通过实施例对本发明进行详细说明：
实施例1：根据图1、图2所示，图中4是永磁体，该永磁体4的形状为圆柱体，用以形成稳定的偏置磁场，永磁体4的外部缠绕有电磁线圈3，电磁线圈3通入控制电信号，形成随外部输入电信号变化的调制磁场，永磁体4形成的偏置磁场和电磁线圈3形成的调制磁场相叠加，形成随外部输入控制电信号的变化而围绕偏置磁场的大小发生变化的控制磁场，控制磁场两极分别连接一导磁体5，在两导磁体5间，设有与磁场平行的两组高导磁金属丝2和若干片与高导磁金属丝2垂直的固定高导磁金属丝的支架1，两组高导磁金属丝2都相间、且布局范围呈四分之一环形布设，固定于上述高导磁金属丝支架1上，其中一组高导磁金属丝2的一端都分别连接到与控制磁场N极连接的一导磁体5上，另一端都分别固定在靠近与S极连接的导磁体5的一片金属丝支架1上，另一组高导磁金属丝2的一端都分别连接到与控制磁场S极连接的一导磁体5上，另一端都分别固定在靠近与N极连接的导磁体5的一片金属丝支架2上。所述高导磁细金属丝3的半径r＝10μm，金属丝3布局的行间距和列间距均为15μm。
实施例2：根据实施例1，其中所述的导磁体5的截面为圆形，金属丝的布局范围的截面呈环形，如图3、图4所示。利用该装置可在水平面内得到普通扬声器很难得到的360°的声音辐射角度特性。
实施例3：根据实施例1，如图5、图6所示，其中所述的永磁体4为长方体磁体，导磁体5的截面为长方形，高导磁细金属丝的布局范围的截面为长方形。
上述实施例中，通过适当改变导磁体截面的圆心角的大小和高导磁细金属丝的布局，可以使装置的声音辐射角度特性达到实际环境所需要的最佳状态，并可获得普通振膜扬声器难以得到的各种特殊的声音辐射特性。
本发明电声转换装置实施例支持本发明方法的具体实施方式。
Claims (4)
1.一种电声转换方法，其特征在于该方法包括以下几个步骤：
(一)利用永磁体或超导磁体形成的稳定磁场作为偏置磁场，利用通入含有音频信息的电信号的电磁线圈形成的变化磁场作为调制磁场，将电磁线圈和形成偏置磁场的永磁体或超导磁体组合在一起，使形成的调制磁场与偏置磁场相叠加，得到随外部输入控制电信号的变化而围绕偏置磁场的大小发生变化的控制磁场；
(二)利用导磁体将控制磁场的两极分别引导到两组相间平行放置的高导磁细金属丝，在相邻金属丝周围的空间内形成随外部输入控制电信号变化的控制磁场；
(三)将含有音频信息的外部控制电信号输入形成调制磁场的电磁线圈，使调制磁场与偏置磁场合成后的控制磁场的大小随外部控制电信号的变化而变化，控制磁场的变化使高导磁细金属丝表面局部空间空气中的氧气分子受到的磁场力变化，发生受外部输入电信号控制的压缩与膨胀，形成金属丝表面局部气体的振动，并带动周围附着的空气发生同样的振动，振动通过空气传播出去，形成声音，从而实现电声转换。
2.一种电声转换装置，其特征在于它由形成稳定的偏置磁场的永磁体或超导磁体(4)，形成调制磁场的电磁线圈(3)，引导磁场的两导磁体(5)，形成高梯度磁场空间的两组高导磁细金属丝(2)，支撑高导磁细金属丝的固定支架(1)构成；上述形成偏置磁场的永 磁体或超导磁体(4)和形成调制磁场的电磁线圈(3)组合在一起，形成的调制磁场和偏置磁场相叠加形成控制磁场；上述两导磁体(5)分别与控制磁场的一极相连；上述的高导磁金属丝支架(1)与高导磁金属丝(2)相垂直并间隔一定距离放置，上述的两组高导磁金属丝(2)都相间平行布设，固定于高导磁金属丝支架(1)上，其中一组高导磁金属丝(2)的一端都分别连接到N极磁性的导磁体(5)上，另一端都分别固定在靠近S极磁性的导磁体(5)的一片高导磁金属丝支架(1)上；另一组高导磁金属丝(2)的一端都分别连接到S极磁性的导磁体(5)上，另一端都分别固定在靠近N极磁性的导磁体(5)的一片金属丝支架(1)上。
3.根据权利要求2所述的电声转换装置，其特征为所述的高导磁细金属丝的半径r≤500μm。
4.根据权利要求2所述的电声转换装置，其特征为所述的高导磁细金属丝的间距0μm＜d≤500μm。
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