CN101971644B - 嵌套式复合扬声器驱动单元 - Google Patents

Abstract

一种扬声器驱动器(22)，适于复合的应用场合，该驱动器(22)包括刚性的扬声器框架(11，13，15，19，8)，永磁体(13)附接于该扬声器框架(11，13，15，19，8)，声音线圈绕组(9)适于通过电磁力与永磁体(13)相互作用。声音线圈绕组(9)适于传递轴向移动到隔膜组件(21)。隔膜组件(21)包括弹性的外部(2)，外部(2)的外缘(5)附接于扬声器框架(11)的外部。隔膜组件(21)包括附接在弹性的外部(2)和弹性的内部(3)之间的基本刚性的主振动隔膜(4)，其内缘(10)附接于所述扬声器框架(8)的内部。所述声音线圈绕组(9)通过所述声音线圈架(6)固定于主振动隔膜(4)，声音线圈架(6)适于移动所述隔膜组件(21)。

Description

嵌套式复合扬声器驱动单元

技术领域

本发明涉及扬声器。更具体地，本发明涉及一种新型的驱动单元。根据一个优选实施方式，该驱动单元可以是嵌套式的复合驱动单元，其特别适于中频和高频的声音重现应用。

背景技术

传统地，复合扬声器包括至少两个驱动单元，所述驱动单元提供适合的低频和高频频带的再现。传统地，低频和高频驱动单元一直是分开的实体，但是当追求高的保真度而不存在响应误差和方向性误差时，驱动单元略微同心地定位。因此，改进的复合扬声器驱动单元一般是与高频驱动单元集成在一起的频率/中频单元，其中每个高频驱动单元都单独地附接在系统的低频声音线圈的前面或附近。在文献US5548657(Fincham)中可以找到后者的示例，其中高频驱动器已经嵌套在低频声音线圈内，并且从所述线圈隔开足够的间隙以允许所述声音线圈的无接触轴向运动。

其他的现有技术复合或同轴驱动单元的示例能够在下列文献中找到：

US6493452

US5604815

US6356640

US6745867

现有技术的设计一般经受高频隔膜与其附近的边界声学表面(主要是包括其周围部分的低频锥体(low frequency cone))之间的声学不匹配。如果高频隔膜从低频锥体颈部向前升高(文献US6493452和US6356640)，则高频隔膜的一部分辐射朝低频锥体向后指引，并从该锥体进一步向前反射回来，结果与来自高频隔膜的直接辐射相干涉。这将由于使梳型滤波器效应(comb-filter effect)进入系统的声学频率响应而降低高频隔膜的高频辐射特性。

参照文献US5548657中描述的申请，另一种类型的声学不匹配出现在锥体21和高频隔膜27之间，其中在锥体和高频驱动器环形挡板44之间留有圆形间隙以允许低频锥体的轴向移动。该间隙对高频隔膜形成声学耦合不匹配，并且由于其圆形形状和所述隔膜前面的辐射波的放射特性，在系统的正向辐射轴线上通常出现显著的衍射。取决于使用的驱动器的几何形状，这种衍射的频率范围通常在2kHz至20kHz之间。同样的现象还使外部柔性包围件22产生声学不匹配，导致以与声学线圈颈部相同的方式但以不同的频率发生光学衍射(radial diffraction)。在文献US6745867中已经试图通过使包围件的几何形状平滑来避免此问题。

一般而言，已知的为了提供复合扬声器的尝试具有复杂的机械结构和由隔膜的几何形状不连续造成的衍射问题。该衍射问题通常导致频率响应和方向性控制变差。

发明内容

本发明的目的是提供一种低频/中频驱动单元，该驱动单元可用在复合扬声器应用中并将克服至少一些上述缺点。因此，提出了一种新型的中频范围驱动器构造原理，其提供了一种声学耦合原理，该原理已经通过双光学悬挂隔膜(dual radial suspension diaphragm)利用轴向移动的推拉线性化原理(push-pull linearization principle)而得以实现，以减少所述中频驱动器的谐波失真。

另外，本发明的目的是提供一种原理，其中，高频隔膜与空气的声学耦合尽可能地连续，即所述隔膜的紧邻向前的边界几何形状没有突然的中断，特别是会导致二次声学辐射并因此导致所述隔膜的直接辐射与所述二次辐射之间的声学干涉的光学属性(radial nature)。这将使得系统的高频驱动器的轴上和轴外频率响应(on-axis and off-axis frequency response)提高。

本发明基于一种新型的扬声器驱动器，其包括基本刚性的底座和基本柔性的悬挂元件，所述悬挂元件被基本刚性的主振动隔膜移动。

更具体地，根据本发明的装置的特征在于独立要求中所述的内容。

利用本发明获得了显著的优点。与现有技术的设计相比，本发明提供了声音辐射方面衍射减少的产品，其导致更平顺的频率相应和更好的方向性控制。由于悬挂件的直线性得以提高，所以本发明受益于声学谐波失真减少。另外，由于本发明具有相当简单的机械构造，并且可以应用已有的部件和制造技术，从而能够实现本发明的经济性生产。

附图说明

现在将参照附图详细描述本发明的一些实施方式，其中：

图1示出了嵌套式同轴应用中具有连续的隔膜的驱动器横截面图；

图2示出了嵌套式同轴应用中具有分开的隔膜的驱动器横截面图；

图3示出了同轴复合驱动器组件的分解视图；

图4示出了描绘轴线偏移与隔膜的悬挂件硬度之间的关系的曲线；

图5示出了安装在40mm声音线圈架(voice coil former)中的25mm嵌套式圆顶形高音扩音器的频率响应上1mm宽的内部径向间隙的效果的示例。

具体实施方式

在本文中，术语“刚性”指的是被认为不随着系统中的任何声音线圈产生的所施机电力而显著振动的结构，并且术语“弹性”指的是由于系统中的任何声音线圈产生的所施机电力而弯曲、压缩或膨胀的结构。另外，术语“向前方向”指的是声波从扬声器辐射的主要方向，即隔膜移动接近假定的声音接收器的方向。相反，术语“向后方向”指的是向前方向的反向。相应地，术语“前”和“后”指的是扬声器的位于所述向前方向或向后方向的方向上的一侧。术语“声音线圈架”用来表示任何类型的能够将声音线圈与振动隔膜以机械方式相连的结构，这意味着其也可以是所述两个部件之间的直接结合。

如图1所示，根据本发明的一个实施方式，扬声器由包括下列部件的刚性框架形成：外部刚性结构11和内部刚性结构8以及支撑结构：(高频驱动器)安装适配器12，磁极元件(magnetic pole piece)19，磁路轭板(magnetic circuit yoke plate)14以及磁路背板(magnetic circuit backplate)15，将在后面进一步讨论这些部件。扬声器结构的首先提及的部分连接于或形成封壳的至少一部分。该部分还容纳内部刚性结构8和声音产生部分(即振动部分)，这些部分位于外部刚性结构11和内部刚性结构8之间或位于内部刚性结构8内。从此处开始，外部刚性结构11还将称作组件底座11，并且内部刚性结构8还将称作高频驱动器底座8。

更详细地，驱动器组件22具有嵌套式的复合结构，该复合结构构建在扬声器组件底座11上。换言之，扬声器组件底座11容纳中频驱动器和高频驱动器，其构建在中频驱动器声音线圈架6内，如图1和2所示。所示为横截面图，因此使用竖向点划线来表示回转的假想轴线。中频驱动器声音线圈架6的回转轴线不是必须与高频驱动器声音线圈20的轴线相同(虽然这是最可能实际的实施情况)。高频驱动器声音线圈20就其本身而言是非常小的，并且可以具有10mm至55mm之间的适当的直径。

扬声器组件底座11从其后部凸缘连接于磁路轭板14。磁路轭板14进一步固定于磁路背板15。在这两者之间，具有永磁体13，其提供进入到磁性空气间隙23中的连续磁场。根据一个实施方式，永磁体13是由铁素体材料(例如，“钡铁氧体300”)制成的环，外径为134mm，高度为20mm。磁性空气间隙23的通量密度优选为1.4T(即，B＝1.4T)，这是由6mm和1.35mm的宽度得到的。

板14和15、中央磁极元件19以及永磁体13形成磁路结构，驱动器的声音线圈关于该磁路结构而移动。磁路中央磁极元件19还附接于(高频)安装适配器12，该适配器12将组件底座11连接于高频驱动器底座8。高频驱动器底座8可用来承载高频驱动器隔膜7及其磁体以及高频驱动器声音线圈绕组20，如图1所示。一般而言，高频驱动器底座8是隔膜组件21的安装构件。高频驱动器底座8可以适当地具有向前的开口角度，当沿其半径方向在声音线圈20的移动轴线和底座8的切线之间分段测量时，所述角度在30至80度之间。声音线圈组件(包括声音线圈绕组9和声音线圈架6)通过电流引起的电磁力而起作用，所述电磁力由永磁体13和声音线圈绕组9提供，声音线圈绕组9的适当的直径可以是在15mm至110mm之间。

隔膜组件21从其外部接缝5附接到扬声器组件底座11，并从其内部接缝10附接到高频驱动器底座8。另外，隔膜组件21具有附接于其表面的基本刚性的主振动隔膜4。该附接一般通过将所述隔膜1至4胶结、热碾压、焊接或模制成一个整体部分而制成，其中主振动隔膜4可以位于所述弹性隔膜1的前侧或后侧，或者可以完全模制在所述隔膜1内。弹性隔膜1本身优选由弹性发泡橡胶，更具体地为EPDM-NR-SBR封闭壳橡胶制成，其适当的厚度可以在0.1mm至6mm之间，优选为大约2mm，并且其硬度在肖氏20至50之间，直径大约为120mm。隔膜1和主振动隔膜4可以利用氯丁橡胶粘结剂结合起来。适当的是，在任何情况下主振动隔膜4都具有实心的附接件，其适当的直径可以在35mm至250mm之间，适当的厚度可以在0.05mm至5mm之间。更具体地，主振动隔膜4优选由0.2mm厚的深拉铝板制成，其直径为100mm。另外，主振动隔膜4可以具有向前的开口角度，当沿其半径方向在声音线圈9的移动轴线和隔膜1的切线之间分段测量时，所述角度在30至80度之间。更具体地，所述角度适当地为大约63度。

已经为弹性隔膜1留下了主振动隔膜4与扬声器组件底座11之间的间隙，以用作柔性悬挂元件，从而允许主振动隔膜4的轴向移动。该间隙被称为外部径向部分2。该外部径向部分2完全由弹性隔膜1覆盖。已经为弹性隔膜1留下了主振动隔膜4与高频驱动器底座8之间的间隙，以用作柔性悬挂元件，从而允许主振动隔膜4的轴向移动。该间隙被称为内部径向部分3。该内部径向部分3完全由弹性隔膜1覆盖。扬声器组件底座11的柔性隔膜接头(即隔膜组件外部接缝5与组件底座11之间的截面)已经制成平滑且连续的，以便最小化声学衍射并改进高频驱动器隔膜7的声学耦合，特别是在同轴应用的情况下。一般来说，适当的平滑(即连续的径向轮廓)可以定义为隔膜1与底座11之间的轴向偏离小于跨过接缝5测得的2mm，以及隔膜1与高频底座8之间的轴向偏离小于跨过接缝18测得的2mm。

主振动隔膜4连接于声音线圈架6，声音线圈架6在其另一端具有声音线圈绕组9。声音线圈架6可以由0.1mm厚的滚轧铝板制成，其具有51mm的直径和30mm的长度。相应地，声音线圈绕组9可以由0.3mm厚的包覆了铜的铝线制成，其具有双层的7mm绕组长度。声音线圈绕组9通过电流引起的电磁力与永磁体13一起工作。声音线圈绕组9的轴向移动通过声音线圈架6传递到主振动隔膜4。由于主振动隔膜4通过声音线圈架6连接到声音线圈绕组9并且由于隔膜组件21连接到高频驱动器底座8，所以一般不需要传统的三脚架型轴向悬挂件。

随着主振动隔膜4轴向移动，该移动被传递到隔膜组件21。该轴向移动使得外部径向部分2和内部径向部分3通过轴向和径向变形而遵从所述移动。所述径向部分的硬度与隔膜组件21的轴向偏离之间的关系示出在图4中。在正向和负向(即，向前和向后)偏移过程中，所述变形的几何形状具有外部柔性径向部分和内部柔性径向部分之间的对称属性。外部径向部分2、主振动隔膜4以及外部径向部分3的组合还可以表示为等同的弹簧-刚性构件-弹簧结构，其中两个弹簧均具有非线性硬度对偏移特性的曲线，并且这两个曲线关于偏移方面彼此非常对称。该特性带来隔膜组件21的轴向悬挂件的线性化组合硬度。继而，这导致与仅仅具有单个柔性径向部分的情况相比，显著降低了驱动单元的偶次谐波声学失真的产生。

如图2所示，主振动隔膜4可附接于隔膜组件21，使其形成外部径向部分2与内部径向部分3之间的径向部分。这样，在主振动隔膜4的上方没有覆盖的柔性隔膜1，这正是根据图1所示的实施方式的情况。相反，从驱动器前面观察时，隔膜组件21被分为三个不同的同轴环，其中主振动隔膜4形成产生轴向移动的中间径向部分。主振动隔膜4从其延伸的附接凸缘附接到内部径向部分3和外部径向部分2。该附接一般通过胶结、热碾压、焊接或模制而制成。内部径向部分3以与参照图1所描述的实施方式中相似的方式从其内部边缘10附接到高频驱动器底座8，这也是外部径向部分2与组件底座11的附接的情况。内部径向部分3与高频驱动器底座8的附接件是关键的部分，因为该附接件应当形成尽可能平滑的界面，以最小化声学衍射并改进高频驱动器隔膜7的声学耦合，特别是在同轴应用的情况下。这同样也是上述隔膜组件外部接缝5与组件底座11之间的附接件的情况。如果内部径向部分3和高频底座8之间将要具有间隙，将导致如图5所示的频率响应削弱。根据本发明的构造，高频频带一般在3kHz至20kHz之间，并且平均灵敏度为大约88dB/W/1m。相应地，中频频带一般在450Hz至3kHz之间，并且平均灵敏度为94dB/W/1m。

如参照图1描述的实施方式中那样，主振动隔膜4进一步附接到相似的声音线圈绕组9。声音线圈绕组9经由声音线圈架6附接于主振动隔膜4的内部延伸附接凸缘。随着主振动隔膜4轴向移动，外部径向部分2和内部径向部分3通过如图1所示的实施方式中那样变形而发生屈服。所述变形遵从图4所示的模式。

图3示出了图1所示的实施方式的分解视图和组装图，其特征在于若干示例性的基本细节。外部安装环31具有安装表面(图1和图2中的外部安装表面17)，该安装表面向内倾斜并精密地制造成容纳隔膜组件21的外部接缝5。此外，图3示出了两个从声音线圈绕组9伸出的声音线圈柔性线32。功率放大器或这种装置通过可能的被动交叉过滤器(未示出)经由柔性线32连接于声音线圈绕组9。替代性地，这些过滤器可以由主动电子过滤器替代。在这种情况下，这些过滤器位于功率放大器之前，每个过滤器利用信号带宽和补充所述驱动器的可能的均衡来驱动其特定的声音线圈9、20。

上述实施方式仅仅代表一些有利的可选方案。实质上，存在其他可选的实施权利要求中限定的本发明的方式。例如，主振动隔膜4也可粘着于外部径向部分2和内部径向部分3，使得这些部分具有统一的结构，该结构具有刚性和柔性的分段属性。这些属性在理论上能够通过用统一的具有不同的横截面厚度或密实性的材料制造隔膜而实现。

Claims (16)

1.一种扬声器驱动器(22)，包括：

-刚性的扬声器框架(11，13，15，19，8)，

-永磁体(13)，其附接于所述扬声器框架(11，13，15，19，8)，

-声音线圈绕组(9)，其适于通过电磁力与所述永磁体(13)相互作用，所述声音线圈绕组(9)适于传递轴向移动到隔膜组件(21)；

-隔膜组件(21)，其前侧形成用于声音重现的主要方向，其后侧用于连接到所述声音线圈绕组(9)，所述隔膜组件(21)包括弹性外部(2)，所述弹性外部(2)的外缘(5)附接于所述扬声器框架(11)的外部；

其特征在于

-所述隔膜组件(21)包括附接在所述弹性外部(2)和弹性内部(3)之间的刚性主振动隔膜(4)，所述弹性内部(3)的内缘附接于所述扬声器框架(8)的内部；并且

-所述隔膜组件(21)的前侧和所述内缘(10)具有基本连续的径向轮廓，由此，所述隔膜组件(21)及其与所述扬声器框架(8)的所述内部的耦合不引起突然的中断。

2.如权利要求1所述的扬声器驱动器(22)，

其特征在于

-所述隔膜组件(21)还包括弹性隔膜(1)，所述主振动隔膜(4)附接到所述隔膜组件(21)上，使得当从所述驱动器的前侧看时，所述主振动隔膜(4)由所述弹性隔膜(1)覆盖。

3.如权利要求1所述的扬声器驱动器(22)，

其特征在于

-所述主振动隔膜(4)附接到所述隔膜组件(21)上，使得当从所述驱动器的前侧看时，所述主振动隔膜(4)是暴露的。

4.如权利要求1至3中任一项所述的扬声器驱动器(22)，

其特征在于

-所述驱动器(22)是嵌套式驱动器，其包括高频隔膜(7)以及所述隔膜组件(21)。

5.如权利要求4所述的扬声器驱动器(22)，

其特征在于

-所述高频隔膜(7)容纳在所述扬声器框架(8)的所述内部刚性部分中。

6.如权利要求1至3中任一项所述的扬声器驱动器(22)，

其特征在于

-所述隔膜组件(21)具有基本恒定的向前扩口角度。

7.如权利要求1至3中任一项所述的扬声器驱动器(22)，

其特征在于

-所述隔膜组件(21)具有逐渐增大的向前扩口角度。

8.如权利要求6所述的扬声器驱动器(22)，

其特征在于

-所述向前开口的扩口角度在30至80度之间。

9.如权利要求6所述的扬声器驱动器(22)，

其特征在于

-所述扬声器框架(8)的所述内部刚性部分与所述隔膜组件(21)共享向前的扩口角度。

10.如权利要求9所述的扬声器驱动器(22)，

其特征在于

-所述驱动器(22)是嵌套式驱动器，其包括高频隔膜(7)以及所述隔膜组件(21)，所述高频隔膜(7)容纳在所述扬声器框架(8)的所述内部刚性部分中，

-所述扬声器框架(8)的所述内部刚性部分具有向前的开口角度，当沿其半径方向在所述高频隔膜(7)的声音线圈(20)的移动轴线和所述扬声器框架(8)的切线之间分段测量时，所述角度在30至80度之间。

11.如权利要求1至3中任一项所述的扬声器驱动器(22)，

其特征在于

-所述隔膜组件(21)和所述组件底座(11)之间的轴向偏离小于跨过所述外缘(5)测得的2mm。

12.如权利要求1至3中任一项所述的扬声器驱动器(22)，

其特征在于

-所述隔膜组件(21)和所述扬声器框架(8)的所述内部刚性部分之间的轴向偏离小于跨过接缝(18)测得的2mm，所述接缝(18)位于所述隔膜组件(21)与所述扬声器框架(8)之间。

13.如权利要求5所述的扬声器驱动器(10)，

其特征在于

-所述高频隔膜(7)的声音线圈(20)具有10mm至55mm之间的直径。

14.如权利要求1至3中任一项所述的扬声器驱动器(22)，

其特征在于

-所述声音线圈绕组(9)具有15mm至110mm之间的直径。

15.如权利要求1至3中任一项所述的扬声器驱动器(22)，

其特征在于

-所述主振动隔膜(4)具有35mm至250mm之间的直径。

16.如权利要求14所述的扬声器驱动器(22)，

其特征在于

-所述主振动隔膜(4)具有100mm的直径。

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