CN102067627A - 改进的声学装置 - Google Patents

Abstract

一种用于活塞式地操作以及在弯曲模式操作的声学装置(50，80)，包括：面板形式的声学辐射器(51，70)；磁驱动系统，其包括在管状的线轴(54)上的音圈(55)，所述线轴直接耦合到辐射器以直接驱动辐射器；以及连接到线轴以及在辐射器的弯曲谐振的第一节点线上或附近位置连接到辐射器的耦合装置(60，60′，60″)。一种改进扬声器的轴上响应的方法，该扬声器具有面板形式的辐射器(51，70)并用于活塞式地操作以及在弯曲模式操作，该方法包括：通过直接连接的管状的线轴(54)驱动辐射器；以及通过提供在面板的第一节点线上或附近从线轴连接到辐射器的耦合器(60，60，60″)实质上抑制最低自然频率。

Description

改进的声学装置

技术领域

本发明涉及声学装置，例如扬声器和麦克风，以及涉及用于这样的装置的驱动单元。更特别地，本发明涉及如前所述的声学装置，其具有面板形式的声学辐射器，该声学辐射器以弯曲模式和活塞式工作，例如作为在声谱的实质部分上工作的全范围装置。

背景技术

减小大致平的面板形式的扬声器辐射器的深度显然是有利的，并且已经有许多尝试来提供实用的设计，但是在轴上(on-axis)频率响应中的不规则性的内在缺点并没有被克服。

本发明的目的是减少现有技术的扬声器的缺点。

发明内容

根据本发明，一种声学装置，包括：面板形式的或者平面的声学辐射器；磁驱动系统，其包括在管状线轴上的音圈，所述线轴连接来直接驱动辐射器；以及连接到线轴上以及在辐射器的第一弯曲节点线上或附近的位置连接到辐射器上的耦合装置。

平面膜片或辐射器扬声器驱动器是优选的，因为它们避免传统的圆锥类型驱动器的潜在的谐振声学腔。但是，圆锥膜片对于其质量来说相对刚性，在圆锥变为次级谐振之前具有相当宽的活塞频率范围。当辐射器或膜片形成为面板形式时，抗弯刚性低很多并且要求采用一些措施来控制弯曲行为以为了延伸频率范围。在低频，面板作为活塞操作，但是在更高频率，其中弯曲行为是不可避免的，使用传统的小尺度的音圈和线轴是有利的，在这种情况下较高频率范围内在响应和方向性方面保持满意。中等音圈尺寸同样更加经济。

对于这样的扬声器驱动器，由于频率响应的不规则性而存在问题。该不规则性通过本发明借助例如小圆锥形式的重量轻的辅助耦合器而得以解决。该辅助耦合器连接到在直接连接到面板的音圈线轴和面板周边之间的面板膜片的区域。辅助耦合器的较大的直径连接到面板；较小的直径连接到音圈线轴。

这样，例如，圆形面板可以从小线轴直径的音圈并且经由较大直径面板上的辅助耦合器圆锥同时驱动。其它的耦合器控制较宽频率范围的平面膜片的响应不规则性。

在辐射器面板为圆形的场合，耦合装置可以为在面板直径的大约2/3处的圆上连接到辐射器面板的圆锥。该圆可以为面板直径的2/3±20％，优选地±10％。该圆可以为面板直径的0.68。

替代地，辐射器面板可以为矩形的，并且耦合装置可以沿着大致与面板的第一节点线重合的至少两条直线连接到辐射器面板。

耦合装置可以安置为刚好在产生第一节点线的频率之上的频率从辐射器面板解耦。

根据本发明的扬声器的优点在于，音圈的尺寸可以为对于那样尺寸的面板现有技术中常用的尺寸，但是可以减轻轴上响应不规则性。本发明可以应用到在New Transducers有限公司的国际申请WO2005/101899中描述的那种类型的平衡模式的面板形式的辐射器。平衡模式的辐射器扬声器可以为这样的声学装置，其包括：辐射器膜片，该膜片具有一区域并具有一工作频率范围并且膜片使得它在该工作频率范围具有谐振模式；电磁换能器，其具有耦合到膜片并适于与膜片交换能量的驱动部分；以及至少一个机械阻抗装置，其耦合到膜片或与膜片成一体，所述至少一个机械阻抗装置的定位和质量使得在膜片的所述区域上的净横向模式速度趋于为零。

附图说明

本发明通过例子参照附图示意性地示出，其中：

图1是圆形扬声器驱动器的横截面；

图2是现有技术的扬声器的典型的轴上频率响应；

图3是根据本发明的扬声器的轴上频率响应；

图4-9示出图1实施例的微小变型；

图10是矩形辐射器扬声器驱动器的实施例的前视图；

图11是图10的驱动器的横截面视图；

图12是扬声器驱动器的其它实施例的横截面侧视图；以及

图13是图12的扬声器驱动器的改进形式的平面视图。

具体实施方式

在图1中，示出扬声器驱动单元50形式的声学装置，该驱动单元意图为活塞式地和以弯曲方式工作，在它的周边具有通过附着到圆形底盘53的柔性圆形悬架52支撑的圆形的平的面板形式的辐射器51。圆柱形线轴或线圈架54同心地附着到面板51的后侧，例如通过胶粘剂，线轴的远离面板的末端承载音圈55，音圈55定位在杯状件58与磁体57的前面板56之间的空气间隙中。在音圈55和面板51之间连接到线轴54的圆周的是圆形悬架或外伸支架(spider)59，该悬架或外伸支架59将线轴支撑在底盘53中，用于在空气间隙中轴向运动。

在外伸支架和面板51之间的位置上同样连接到线轴54的是圆锥耦合器60，耦合器60的外边缘在面板的第一节点线上或附近连接到面板51；该节点线是面板直径的大约2/3的圆。

在工作中，音圈55使得线轴54振动并且线轴在较低频率活塞式地驱动面板形式的辐射器51并且在较高频率以弯曲模式区域地驱动面板形式的辐射器51，悬架52和外伸支架59允许这样的运动，同时提供面板位移时的轴向回复力和定心力。在第一节点线处圆锥耦合器的连接抑制面板51的最低自然频率，而线轴在其它更高频率直接驱动面板。

现参照图2，其示出典型的现有技术的平板扬声器的特征。在以分贝为单位的声压级SPL相对于以赫为单位的频率F的曲线中，轴上频率响应R在大约2千赫具有明显的下降(dip)，而分别在第二、第三和第四谐波D1、D2、D3具有失真曲线，它们全部在该频率处表现出清晰的峰值。

图3示出类似于图2但是根据本发明制造的扬声器的特征。轴上频率响应R′在2千赫处并不表现出下降，在谐波D1′、D2′、D3′处的失真特征得以改善。

圆锥耦合器60优选地仅需要在如下的频率范围内耦合到面板51，在该频率范围否则会存在如图2所示的不利的响应不规则性。耦合器60可以利用熟知的声学技术通过材料和轮廓的选择，例如利用金属箔、纸张或聚合物壳以及如圆锥形的和扩口形的轮廓进行设计。耦合器用于抑制面板辐射器51的最低自然频率，但是优选地应当在从刚好高于面板的最低自然频率到低于产生第二模式的频率的较高频率从面板解耦。对于自由圆盘，这两个频率为1∶4.2的比率。以创造性方式使用耦合器60还允许音圈55的直径是相对于面板51的直径为传统大小的。

面板形式的辐射器51可以是复合的，包括粘接到重量轻的芯部或者由铝、纸张、“Nomex”^TM、展开的聚合物、轻木等制成的蜂窝状芯部的上下表皮，该表皮由纸张、铝箔、玻璃纤维、碳纤维、Nomex、聚合物薄膜、结晶聚合物等制成。可替代的，辐射器51可以是单体的并且是上述的任何表皮材料。所有这些材料是扬声器结构中传统使用的。扬声器设计者选择材料以在选取频率处赋予面板的第一谐振模式。耦合器60可以由与面板51相同范围的材料或者常用于传统的扬声器制造的材料制成，并且可以具有截面为直的、上凸或下凹或者复杂的形状。

图4-9是示出图1结构的变型的放大的详细部分，且相同的部件相应地使用相同的附图标记。

在图4中，耦合器60通过矩形横截面的环形柔性构件(compliant member)62连接到面板51，通过耦合器60的向外延伸的凸缘63承载。柔性构件可以由橡胶、泡沫塑料或其它这样刚度的类似材料制成，其中在较低频率但不是在辐射器的第一和第二自然弯曲频率之间的范围内的频率，来自线轴54的力经由耦合器60传递到面板51。这样，耦合器60在较高频率通过柔性构件62解耦。面板还通过比耦合器更小直径的线轴54直接驱动。

图5示出图4配置的替代配置，其中耦合器60的外缘具有垂直于面板51的小的唇部64，柔性构件62附着于唇部64和面板51。该配置允许剪切动作，由此柔性材料可更始终如一地表现。

在图6中，耦合器60形成有穿孔65，该穿孔65允许空气不受限制的运动以避免耦合器不期望的空气弹簧刚度，该不期望的空气弹簧刚度会导致不期望的“噗噗”声音。穿孔可以用于减小耦合器的质量。线轴54可类似地在与耦合器60的连接处上方和/或下方的位置具有穿孔(未示出)以避免不期望的喷吹声音。在两个例子中，穿孔都可以是具有例如50％-60％的开口面积的网孔。对于耦合器和线轴二者，穿孔，不管是不是网孔，的存在具有减小扬声器辐射器的整体运动质量从而增大其灵敏度的优点。

图7示出耦合器60′，其具有朝面板51的后侧的上凸弯曲；图8示出耦合器60″，其具有朝面板的后侧的下凹弯曲。在这些变型中，可以选取弯曲以使得耦合器在期望频率从面板自解耦。

图9示出位于耦合器60的外边缘中的三角形截面的环形柔性构件62′。同样，选择所述材料以使得它在低频相对刚性但是在选取频率之上解耦。

在第一实施例的任何变型中，耦合器不必是连续的，而是可以为片段式的，或者具有缝槽，或者形成条形式的。这减小整体运动质量并提高敏感度。到面板的连接优选地是在整圆上，以使得耦合器整体上为单一件的。

用于活塞式地驱动以及在弯曲模式驱动的扬声器驱动单元80形式的声学装置的第二实施例示出在图10和11中，其中面板70是矩形的。在它的边缘周围是矩形柔性悬架，该悬架具有通过圆形拐角73连接的长和短直边段71、72。线圈76和圆柱的线轴75是可见的。线轴75承载音圈76于杯状件74中的磁体77的空气间隙中。

耦合器78是对称安置并形成“蝴蝶结”形状的两个部分78A、78B。部分78A和78B沿着弯曲边缘连接到圆柱形的线轴75，但是沿着第一节点线连接到辐射器面板70，所述第一节点线在矩形面板中是在辐射器被驱动位置的各侧上的直线。所述连接是在79A、79B处。在稍微变化的变型中，耦合器78可围绕线轴75的整个圆周延伸。

在用以活塞式地驱动以及在弯曲模式驱动的形成为扬声器驱动单元的声学装置的其它的未示出的实施例中，面板形式的辐射器的材料可以是抗弯刚度方面各向异性的，在该情形下，第一节点线将是椭圆的，并且在与辐射器的连接处将要求椭圆的耦合器。

对于矩形辐射器面板，尤其是高纵横比(aspect ratio)的一种，可以设置两个或多个间隔开的线轴，每一个具有在辐射器的第一节点线上或附近安装到辐射器的耦合器。

在图12中示出基本类似于上述图1的扬声器驱动器形式的声学装置90，该声学装置90包括圆形的平面的声学辐射器或膜片91，其通过耦合在辐射器的周边边缘和底盘之间的柔性悬式围绕物93悬置在底盘92中。动圈式电机94安装成它的磁体系统95位于底盘上，而其音圈组件96，该音圈组件96包括音圈和管状线圈架或线轴，悬置以用于在磁体组件中的环形间隙中的轴向运动。音圈组件的音圈靠近线轴的一个末端布置在环形间隙中，并且音圈组件的另一端固定到辐射器，例如通过胶粘剂，经由由塑料材料形成的环形的底部100，所述底部刚性地固定到线轴末端。悬式外伸支架97耦合在音圈线圈架和底盘之间以在它的轴向运动中导引音圈组件并防止其侧向运动。大致截头圆锥的耦合件98在其较小端安装到线圈架而在其较大端在辐射器的第一弯曲模式处或附近安装到辐射器下侧。应当注意到，耦合器构件的壁厚向着它的较小直径向内逐渐减小。

在图12的实施例中，三个同心环形质量块99以在New Transducers有限公司的WO2005/101899中描述的方式定位在辐射器上，由此声学装置变为平衡模式的辐射器。

用于图12的驱动器的耦合件改善轴上下降和BMR驱动器产品的失真，但是当使用硬的各向异性的面板时，第一面板模式的模式形状会稍微扭曲。这意味着从该模式的轴上体积速度并不恰好为零。减小面板刚度可以通过减小各向异性而改善轴上下降，但是这将导致较低的模式频率，这会是不期望的。

BMR的教导给出用于BMR的增加质量的值，以使得平衡对于各向同性的面板将是理想的，但是在面板是各向异性的情形，芯部和表皮产生优选的刚度方向性。这会随着芯部厚度而变化，因为芯部经常决定了整个面板刚度。该各向异性对于熟悉面板扬声器的人员来说是熟知的。在该情形中，会仍然存在由在第一模式的体积速度的不平衡引起的轴上下降。

为了克服该缺点，相同的平衡质量块，也就是相当于BMR所教导的环形圈质量块的整个质量的质量块102，可以聚集在两个直径方向相对的位置，大致在面板的更硬的轴101上，如图13所示。这减小体积速度方面的不平衡性并通过消除响应下降而修复轴上响应。对于这两个增加的质量块的质量中心位置是与在各向同性的面板BMR设计中对于增加的质量所规定的大致相同的径向位置处。在研制过程中会需要一些最后的调节，以及增加模制特征以关于面板定位质量块。质量块可以典型地由模制橡胶、塑料制成，甚至可以由金属或金属与聚合物的组合制成以适应每种设计。较硬的轴可以从面板结构推导出并且对于较厚的面板通常为蜂窝状芯部的轴。激光可以用户检查面板模式形状。

上面提出的在各个实施例中所描述和示出的扬声器驱动器可以用于具有在至少七个八度音阶上延伸的频率范围的全范围扬声器。

Claims (14)

1.一种声学装置(50，80)，用于活塞式地操作以及以弯曲模式操作，包括：面板形式的声学辐射器(51，70)；包括在管状线轴(54)上的音圈(55)的磁驱动系统，所述线轴直接耦合到所述辐射器以直接驱动所述辐射器；以及连接到所述线轴以及在所述辐射器的弯曲谐振的第一节点线上或附近的位置连接到辐射器的耦合装置(60，60′，60″)。

2.如权利要求1所述的声学装置，其中，所述辐射器(51)是圆形的，所述耦合装置(60)是在面板直径的大约2/3处的圆上连接到所述辐射器的圆锥形的。

3.如权利要求2所述的声学装置，其中，所述圆锥的耦合器(60)的侧部是上凸或下凹的。

4.如权利要求1所述的声学装置，其中所述辐射器(70)是矩形的，所述耦合装置(60)沿着在所述辐射器的第一节点线处或附近的至少一个直线连接到所述辐射器。

5.如前述权利要求中任一项所述的声学装置，其中，所述耦合装置(60)安置为在刚好在所述第一节点线的频率之上的频率从所述辐射器解耦。

6.如前述权利要求中任一项所述的声学装置，其中，所述耦合装置(60)安置为在刚好在产生第一节点线的频率之上的频率从所述辐射器解耦。

7.如权利要求6所述的声学装置，其中，所述耦合装置(60)通过提供所述解耦的柔性构件(62，62′)连接到所述辐射器。

8.如前述权利要求中任一项所述的声学装置，其中，所述辐射器(91)具有这样的区域和工作频率范围，并且所述辐射器使得它具有在所述工作频率范围的谐振模式，并且至少一个机械阻抗装置(99)耦合到所述辐射器或者与所述辐射器成一体，所述至少一个机械阻抗装置的定位和质量使得在所述辐射器的所述区域上的净横向模式速度趋于零。

9.如权利要求8所述的声学装置，其中，所述辐射器在抗弯刚度方面是各向异性的并且具有对称布置的更大抗弯刚度的轴，其中所述至少一个机械阻抗装置的质量块定位在大致在所述较大刚度的轴上的两个相对的位置处。

10.如权利要求9所述的声学装置，其中，所述两个质量块布置在所述辐射器的边缘上或附近。

11.如前述权利要求中任一项所述的声学装置，用作具有至少七个八度音阶的频率范围的全范围装置。

12.一种扬声器，包括如前述权利要求中任一项所述的声学装置。

13.一种扬声器驱动单元，包括如前述权利要求中任一项所述的声学装置。

14.一种改善扬声器的轴上响应的方法，所述扬声器具有面板形式的辐射器(51，70)并用于活塞式地操作以及以弯曲模式操作，所述方法包括：通过直接连接的管状线轴(54)驱动所述辐射器；以及通过提供在面板的第一节点线上或附近从所述线轴连接到所述辐射器的耦合器(60，60′，60″)基本上抑制所述辐射器的最低自然频率。

Images