CN102106158A - 嵌套式复合扬声器驱动单元 - Google Patents
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Abstract
一种嵌套式复合扬声器，包括：扬声器组件底座（11）；外部驱动器（18），所述外部驱动器（18）连接到所述扬声器组件底座（11）且具有内边缘，所述内边缘限定所述外部驱动器（18）中的开口且形成功能边缘（20）；和内部驱动器（8），所述内部驱动器（8）连接到所述扬声器组件底座（11）且至少部分地由外部驱动器（18）的开口环绕，所述内部驱动器（8）具有声学中心轴线，所述声学中心轴线在径向方向（α）位于距功能边缘（20）一定距离（r）处。所述距离（r）在所述声学中心轴线周围不一致，其中，所述距离（r）在第一径向方向（α）具有第一值，且在第二径向方向（α）具有与第一值不同的第二值。
Description
技术领域
本发明涉及扬声器。具体地，本发明涉及一种复合扬声器驱动单元，其中，独立隔膜设置用于复制低频和高频。
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复制。传统地，低频和高频驱动单元是分开的实体，但是当在不存在响应和方向不规则性的情况下追求高的保真度时，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通常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中可以找到后者的示例，文献US5548657公开了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。
现有技术设计通常遇到高频隔膜及其紧密约束的声学表面（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提升，则高频隔膜的一部分辐射朝低频锥体向后导向，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。参考文献US5548657中公开的应用，另一种类型的声学不匹配出现在锥体和高频隔膜之间，其中在锥体和高频驱动器环形挡板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的辐射波前锋的径向特性，在系统的向前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2 kHz至20 kHz之间。同样的现象还使外部柔性周围部分产生声学不匹配，导致以与声学线圈颈部相同的方式但以不同的频率发生径向衍射（radial diffraction）。在文献US6745867中已经试图通过使周围部分的几何形状平滑来避免此问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的嵌套式复合扬声器，其将克服至少一些上述缺点。因此，提出了一种新型的复合驱动器构造原理，该驱动器提供了减少扬声器前表面上径向规则不连续的损害影响的原理。
本发明基于一种新型的扬声器驱动器，包括：扬声器组件底座；连接到所述扬声器组件底座的外部驱动器，所述外部驱动器具有内边缘，所述内边缘限定外部驱动器中的开口且形成功能边缘。内部驱动器还连接到所述扬声器组件底座，所述内部驱动器至少部分由外部驱动器的开口环绕，且具有声学中心轴线，所述声学中心轴线在径向方向位于距功能边缘一定距离处。所述距离在所述声学中心轴线周围不一致，其中，所述距离在第一径向方向具有第一值，且在第二径向方向具有与第一值不同的第二值，从而排除制造公差引起的不一致偏差。
更具体地，根据本发明的装置的特征在于独立权利要求1的特征部分中所述的内容。
利用本发明获得了显著的优点。由于驱动器的前表面的径向不规则的不连续部，内部驱动器发射的声音前锋不同时衍射，从而消除所经受的频率响应损害。因而，由于内部驱动器单元的声学衍射减少的操作环境，共轴和偏轴频率响应两者均保持平稳和中性（neutral）。另外的优势在于，在外部驱动器的轴向偏移的所有范围内减少了衍射。
附图说明
在下文将参照附图描述本发明的某些实施例，其中：
图1示出了根据本发明的第一实施例的截面图。
图2示出了图1的详细图。
图3示出了同一实施例的正视图。
图4示出了根据本发明的另一实施例的竖直截面图。
图5示出了第二实施例的正视图。
图6示出了根据第二实施例的内部驱动器的竖直偏移的正视详细图。
图7和8示出了分别图示根据本发明的前者和后者实施例的内部驱动器的中心轴线和外部驱动器的功能内边缘之间的距离在不同径向方向如何变化的曲线图。
图9示出了外部隔膜的星状形状的内边缘，圆形声音线圈架附连到其后表面。
图10示出了在前边缘具有星形截面且在后边缘具有圆形截面的声音线圈架。
图11示出了从其侧边缘附连到外部隔膜的内边缘的声音线圈架。
图12示出了从其前边缘附连到外部隔膜的后表面的声音线圈架。
图13示出了附连到外部隔膜的星状形状的声音线圈架。
具体实施方式
在下文中，限定了某些基本术语。在该上下文中，术语“声音线圈架”用于指代能够将声音线圈和振动隔膜机械地连接的任何类型的结构。
在该上下文中，术语“向前”指的是声波主要从扬声器辐射的方向，即隔膜移动接近假定的声音接收器的方向。相反，术语“向后”指的是与向前方向相反。相应地，术语“前”和“后”指的是扬声器的位于所述向前或向后方向的方向上的一侧。此外，术语“轴向方向”指的是隔膜适合于移动的方向。相应地，术语“径向方向”指的是与所述的轴向方向垂直的所有方向。此外，假设扬声器和假定的声音接收器共用竖直轴线和水平轴线，即所谓的上下方向。
最后，在该上下文中，“大约n度”指的是角度在n度的短范围内而不是准确地n度，排除常规制造公差。同样，“外部驱动器的功能边缘”在应用低频驱动器适配器时指的是这种元件的内边缘，但是替代地在不包括低频驱动器适配器的应用中指的是外部隔膜的内边缘。
如图1所示，根据本发明的嵌套式复合扬声器具有扬声器组件底座11，扬声器组件底座11容纳扬声器的功能部件且连接到扬声器外壳（未示出）。简而言之，组件底座11及其辅助结构元件容纳嵌套在低频驱动器18内的高频驱动器8，从而高频驱动器8的隔膜7位于低频驱动器18的隔膜4的外边缘的后面。
扬声器组件底座11容纳辅助结构元件，所述辅助结构元件为提供所需声音复制的多个功能元件提供刚性本体。这些结构元件包括磁路轭板（magnetic circuit yoke plate）14，其附连到扬声器组件底座11的后凸缘上。磁路轭板14在中间具有开口，极靴10已经装配到该开口中，极靴10在中间具有孔16，孔16延伸通过整个极靴。在极靴10的后端有肩部，磁路背板（magnetic circuit back plate）15装配到肩部上。磁路背板15和轭板14与带孔极靴10一起为由永磁体13产生的磁场提供所需磁路结构，永磁体13装配在磁路轭板14和背板15之间。
如图2所示，辅助结构元件还包括高频驱动器安装适配器12，高频驱动器安装适配器12从后端附连到极靴10的前端上。高频驱动器安装适配器12从前端附连到高频适配器2上，高频适配器2容纳高频驱动器8。高频驱动器8包括高频驱动器隔膜7，第二声音线圈绕组附连到高频驱动器隔膜7的外边缘以与也嵌套在高频适配器2内的第二永磁体21相互作用。
扬声器的功能元件包括低频驱动器18和高频驱动器8以及永磁体13。低频驱动器18包括隔膜4，隔膜4从外部缝隙通过弹性体外部悬架5附连到扬声器组件底座11。悬架5由弹性有损耗材料（如塑料橡胶）制成。橡胶5有利地制成为尽可能平坦，以避免引起衍射从而损害扬声器频率响应的不必要高部或不连续部。一般而言，外部隔膜4所需偏移尺度越小，产生的外部悬架的轮廓越小。此外，优选选择耗散因数，使得在隔膜4上行进的弯曲波终止于悬架5中。
根据本发明的第一实施例，在隔膜4的内边缘中有低频驱动器适配器1，低频驱动器适配器1还连接到声音线圈架6。在低频驱动器适配器1和高频驱动器适配器2之间存在间隙3，从而允许低频驱动器适配器1连同声音线圈绕组9一起相对于高频驱动器适配器2经历声音生成偏移。更广义地说，间隙3代表高频驱动器适配器2和环绕其的元件（即，在不需要低频驱动器适配器1的应用中，所述元件也可以是隔膜4的内边缘）之间留下的空隙。
高频驱动器适配器2和低频驱动器适配器1以及隔膜4的前表面相切，从而从高频驱动器8发射的声音能够在不由所述表面上的障碍折射的情况下行进。由于低频驱动器适配器1适合于与声音线圈绕组9、线圈架6和隔膜4一起移动，因而有利地由实心轻质材料（例如，塑料、铝或镁）制成，以便使得声音线圈6增加的移动质量最小化。这对驱动器的响应性具有改进的影响。声音线圈架6将低频驱动器适配器1连接到声音线圈绕组9，声音线圈绕组9位于磁路轭板14和极靴10之间的空隙中。磁路轭板14和极靴10之间的前述空隙为声音线圈绕组9前后移动提供了畅通时距（clear headway）。因而，在交流电流传导给声音线圈绕组9时，感应的磁场与永磁体13产生的盛行磁场一起使得声音线圈绕组9向前和向后偏移。该移动经由声音线圈架6传输给隔膜4，隔膜4适合于轴向地改变位置。该移动可直接地或通过低频驱动器适配器1传输给隔膜4。在高频驱动器18中发生类似现象，其中，其驱动装置19（包括永磁体和声音线圈绕组）将轴向前后移动传输给隔膜7。
声音线圈架6通过声音线圈柔性悬架17（通常称为三角架）支承和定中。声音线圈柔性悬架17从一端附连到声音线圈架6的侧面并且从另一端附连到支撑杆。支撑杆固定到扬声器组件底座11的后凸缘的前侧上。声音线圈柔性悬架17包括由具有环状波纹的片材连接的两个共轴环。其支承声音线圈绕组9、声音线圈架6和隔膜4，从而所述机构保持与磁路10、13、14、15的极同心，且从而声音线圈绕组9不与环绕其能够在其中移动的空隙的部件14、10接触。由于隔膜4由声音线圈柔性悬架17良好地支承，因而其可以经受大的轴向偏移和因而显著低的频率。由于低频驱动器可以复制低频，交叉点可低至800 Hz至5 kHz。在这方面，低于交叉点的所有频率将认为是低频，且高于其的频率将认为高频。
如图3所示，根据本发明的第一实施例，低频驱动器适配器1和高频驱动器适配器2设置成使得适配器之间的间隙3不是圆形而是多边形。随着低频驱动器适配器1和实际上隔膜4被致使相对于高频驱动器适配器2移动，升高和下降的低频驱动器适配器1在复合驱动器的前表面上造成不连续。如果间隙3具有圆形形状，那么由高频驱动器8在每个径向方向产生的声音前锋将均同时到达所述不连续处。这将在扬声器的频率响应中引起显著的削弱，从而损害其尽可能中性地复制声音的能力。
为了克服不连续处距高频驱动器8的声学中心的一致径向距离r的不利，间隙3的外边缘20制成以不同距离r环绕驱动器8，从而例如形状为多边形。图3所示的多边形具有八个角，从而每隔一个角是大约180度，且每隔一个角是大约90度。准确地说，每隔一个角大于180度，且每隔一个角小于90度。
多边形也可以具有不同形状。可以是四边形、三角形或甚至具有星状星状，如图9所示。在任何情况下，关键的是尽可能少的声音前锋同时到达所述不连续部。不管形状如何，低频驱动器适配器1和高频驱动器适配器2必须具有对应的形状，这意味着声音线圈架6可能也必须在其前端与该形状一致。例如，如果形状是星状，声音线圈架6将在前端具有星状形状且在后端具有圆形形状，如图10所示。由此，星状声音线圈架6将附连到星形低频驱动器适配器1的内边缘上。替代地，如图9和12所示，声音线圈架6可以一致地为圆形，其中，其将附连到低频隔膜4或驱动器适配器1的后表面上，该后表面可以是星状形状。总之，在图11至13中阐述了用于将声音线圈架6附连到外部隔膜4的不同设置。
如图4至6所示，根据本发明的第二实施例，在各个径向方向α距高频驱动器8的声学中心的各个距离r处使得扬声器的前表面不连续的原理也可以通过将两个驱动器8、18偏心地设置来执行。沿竖直轴线有利地显现不对称性，其中竖直轴线比沿水平轴线具有更少的听觉影响。由此，存在对称水平声学传播，同时由于非常微小的偏移，竖直偏心的声音源仅引起边界扭曲。
与第一实施例相比，第二实施例引入了沿竖直轴线稍微偏移的非对称高频驱动器适配器2。还可以沿水平轴线稍微偏移，但是由于上述原因将不会导致类似显著的结果。由于高频驱动器适配器2与其余结构（例如，极靴孔16）不共用中心轴线，因而，适配器2的前表面在每个方向α都不与周围隔膜4相切，如根据第一实施例的情况那样。然而，所述表面在至少一个方向α（在该具体示例中竖直向下方向）相切。另一个区别在于低频驱动器适配器1没有直接要求。这是因为高频驱动器适配器2不具有附近隔膜4将必须适合的多边形形状。因而，适配器2可在外部周边具有圆形形状，从而使之不必要给低频隔膜4的内边缘配备低频驱动器适配器1。在这种情况下，声音线圈架6将直接连接到隔膜4的后表面或内边缘。
如图7和8所示，关键的是，高频驱动器8的声学中心轴线和由低频驱动器18的最内边缘产生的轴向偏移引起的不连续部20之间的距离r在不同径向方向α不同。从图7可以清楚，高频驱动器8的竖直偏移使得α、r曲线波动，从而曲线不是水平的，即距离r根据高频驱动器8的径向方向α的函数而持续变化。因而，图7和8所示的曲线可以看作这样的函数：距离r是高频驱动器8的径向方向α的函数。取决于低频驱动器的功能边缘的形状，α、r曲线可以服从各种不同的函数。函数可以是连续的或不连续的；具有一个或多个周期的周期性的、非周期性的或甚至随机的。
从图8可以清楚，尽管是锯齿形曲线，但是间隙3的多边形形状提供了类似的效果。然而，在距高频驱动器8的中心相等距离r处当然存在多个点，但是通过这种方式显著更少的声音前锋如常规应用中那样同时到达不连续处。
如所述，在不同径向方向α，距离r的变化性是关键的。最短（rmin）和最长（rmax）距离（r）之间的差通常是5％－20％，有利地为10％－15％。该范围也可以更大，但是最佳结果用大约15％的差异获得。在任何情况下，与常规制造公差（通常在0.5至1 mm或大约1％至2％的范围内）相比，差异具有不同的大小量级。应当注意的是，为了实现期望效果，距离r的差异被故意制成可察觉的，即，由于制造公差引起的自然差异被排除，以便不充分地消除由内部声音源的一致距离处的不连续引起的削弱。此外，在本发明的范围可以组合本文公开的不同特征以产生具有径向不规则的不连续部的复合扬声器。例如，可以构造复合扬声器具有星状形状间隙3且具有竖直偏移的高频驱动器8。本领域技术人员也认为其它的组合是可行的。
附图标记列表
| 附图标记 | 元件 |
| 1 | 低频驱动器适配器 |
| 2 | 高频驱动器适配器 |
| 3 | 间隙（在高频驱动器适配器2和外部驱动器的功能边缘之间） |
| 4 | （外部驱动器的）隔膜 |
| 5 | 外部驱动器的外部悬架 |
| 6 | 声音线圈架 |
| 7 | （高频驱动器的）隔膜 |
| 8 | 高频驱动器 |
| 9 | （高频驱动器的）声音线圈绕组 |
| 10 | 极靴 |
| 11 | 扬声器组件底座 |
| 12 | 高频驱动器安装适配器 |
| 13 | 永磁体 |
| 14 | 磁路轭板 |
| 15 | 磁路背板 |
| 16 | 极靴孔 |
| 17 | 声音线圈柔性悬架 |
| 18 | 外部驱动器 |
| 19 | 高频驱动器8的驱动装置 |
| r | 高频驱动器8的声学中心轴线和外部隔膜的功能外边缘之间的距离[mm] |
| 20 | 功能外边缘 |
| 21 | 高频驱动器8的永磁体 |
| rmin | 测量的最小距离[mm] |
| rmax | 测量的最大距离[mm] |
| α | 测量距离r的角度[deg/π] |
Claims (29)
1. 一种嵌套式复合扬声器，包括：
扬声器组件底座（11）；
外部驱动器（18），所述外部驱动器（18）连接到所述扬声器组件底座（11）且具有内边缘，所述内边缘限定所述外部驱动器（18）中的开口且形成功能边缘（20）；和
内部驱动器（8），所述内部驱动器（8）连接到所述扬声器组件底座（11）且至少部分地由外部驱动器（18）的开口环绕，所述内部驱动器（8）具有声学中心轴线，所述声学中心轴线在径向方向（α）位于距功能边缘（20）一定距离（r）处，
其特征在于：
所述距离（r）在所述声学中心轴线周围不一致，其中，所述距离（r）在第一径向方向（α）具有第一值，且在第二径向方向（α）具有与第一值不同的第二值。
2. 根据权利要求1所述的嵌套式复合扬声器，其特征在于：所述扬声器还包括至少一个磁体（13），用于产生磁场。
3. 根据权利要求1或2所述的嵌套式复合扬声器，其特征在于：每个驱动器（18，8）具有隔膜（4，7）。
4. 根据权利要求3所述的嵌套式复合扬声器，其特征在于：驱动器（18；8）还包括驱动装置（6，9；19，21），以借助于磁场产生至隔膜（4；7）的轴向移动。
5. 根据前述权利要求中任何一项所述的嵌套式复合扬声器，其特征在于：所述内部驱动器（8）具有其自身的磁体（21），用于产生磁场。
6. 根据前述权利要求中任何一项所述的嵌套式复合扬声器，其特征在于：磁体（13，21）是永磁体。
7. 根据前述权利要求中任何一项所述的嵌套式复合扬声器，其特征在于：所述内部驱动器（8）的隔膜（7）比外部驱动器（18）的外边缘安装得在轴向方向更靠后，所述内部驱动器（8）装配在外部驱动器（18）内。
8. 根据前述权利要求中任何一项所述的嵌套式复合扬声器，其特征在于：
低频驱动器适配器（1），所述低频驱动器适配器（1）连接到外部驱动器（18）的隔膜（4）的内边缘，且
低频驱动器适配器（1）的前表面在内部驱动器（8）的至少一个径向方向（α）上与隔膜（4）的前表面相切。
9. 根据前述权利要求中任何一项所述的嵌套式复合扬声器，其特征在于：高频驱动器适配器（2）的前表面在内部驱动器（8）的至少一个径向方向（α）上与外部驱动器（18）的固定低频驱动器适配器（1）的前表面相切。
10. 根据前述权利要求中任何一项所述的嵌套式复合扬声器，其特征在于：距离（r）是内部驱动器（8）的径向方向（α）的函数。
11. 根据权利要求10所述的嵌套式复合扬声器，其特征在于：距离（r）是内部驱动器（8）的径向方向（α）的连续函数。
12. 根据权利要求10所述的嵌套式复合扬声器，其特征在于：距离（r）是内部驱动器（8）的径向方向（α）的不连续函数。
13. 根据权利要求10所述的嵌套式复合扬声器，其特征在于：距离（r）是内部驱动器（8）的径向方向（α）的周期函数。
14. 根据权利要求13所述的嵌套式复合扬声器，其特征在于：函数以周期1为周期。
15. 根据权利要求13所述的嵌套式复合扬声器，其特征在于：函数以周期2为周期。
16. 根据权利要求13所述的嵌套式复合扬声器，其特征在于：函数以周期3为周期。
17. 根据权利要求13所述的嵌套式复合扬声器，其特征在于：函数以周期至少4为周期。
18. 根据权利要求10所述的嵌套式复合扬声器，其特征在于：距离（r）是内部驱动器（8）的径向方向（α）的非周期函数。
19. 根据权利要求10所述的嵌套式复合扬声器，其特征在于：距离（r）是内部驱动器（8）的径向方向（α）的随机函数。
20. 根据前述权利要求中任何一项所述的嵌套式复合扬声器，其特征在于：在从扬声器的前侧看时，外部驱动器（18）的功能边缘（20）为多边形。
21. 根据权利要求1-19中任何一项所述的嵌套式复合扬声器，其特征在于：在从扬声器的前侧看时，高频驱动器适配器（2）和外部驱动器（18）的功能边缘（20）之间的间隙（3）为多边形。
22. 根据权利要求20或21所述的嵌套式复合扬声器，其特征在于：所述多边形是四边形。
23. 根据权利要求20或21所述的嵌套式复合扬声器，其特征在于：所述多边形是八边形。
24. 根据权利要求23所述的嵌套式复合扬声器，其特征在于：八边形的每隔一个角是大约180度，且每隔一个角是大约90度。
25. 根据权利要求24所述的嵌套式复合扬声器，其特征在于：八边形的每隔一个角大于180度，且每隔一个角小于90度。
26. 根据权利要求1-19中任何一项所述的嵌套式复合扬声器，其特征在于：内部驱动器（8）相对于外部驱动器（18）的声音线圈轴线非轴向地安装。
27. 根据权利要求26所述的嵌套式复合扬声器，其特征在于：所述偏移是竖直的。
28. 根据前述权利要求中任何一项所述的嵌套式复合扬声器，其特征在于：最短（rmin）和最长（rmax）距离（r）之间的差是其平均值的5％－20％。
29. 根据权利要求28所述的嵌套式复合扬声器，其特征在于：最短（rmin）和最长（rmax）距离（r）之间的差是其平均值的大约15％。
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