CN102187688A - 平膜片低频扬声器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种扬声器系统，其中的扬声器膜片，特别是其周边区域具有确定的厚度，并且其中该膜片的机械静止位置具有以一个，最好两个镜像的、相同的部件形成的轴对称悬架，并且实现至少50％的后音传播通过磁体系统的内部；本发明还涉及作为扬声器或在收音机、电视机、无线电接收机、手持收音机、测试接收机、手机和耳机中的扬声器系统的应用等。

Description

平膜片低频扬声器

本发明涉及一种扬声器系统，其中的扬声器膜片，特别是其外周区域具有确定的厚度，并且该膜片的机械静止位置具有轴对称悬架，该悬架由一个或最好两个镜像的相同部件形成，并且使至少50％的后声波辐射通过磁体系统的内部实现；本发明还涉及作为收音机的扬声器、电视机、无线电接收机、手持收音机、测试接收机、手机和耳机的扬声器系统的应用等。

从严格意义上看，扬声器是将低频电信号转换为声音的装置。更普遍地，扬声器有时被归入到术语“声换能器”或“喇叭”中。声音通常指噪音、音调、音符或其他声音类型，因为它们被人或动物从听觉上感知。自从扬声器被应用在如电影院、电视机，特别是也在耳机或便携式无线电子设备等生活的各个领域，喇叭呈现不同的大小和设计，尤其是非常不同的品质。对于扬声器的大小，尤其是扬声器膜片的大小，规则是：产生越高的音调，尺寸越小，这与许多其他问题相关。

在本领域现有的扬声器也涉及到底架或驱动器，尽管这些术语仅描述扬声器系统的某些元件，如所谓的盆架(basket)或膜片执行器(diaphragm actuator)。

许多本领域现有的扬声器的基本原理是基于在至少一个膜片、膜片的悬架、磁体系统以及振荡器线圈的相互作用下所产生的电能向声波的转换，例如WO9847317中所描述的。这通常包括扁平漏斗状锥形同心膜片的应用，例如GB2335821A中所描述的。

这些膜片，利用机械振荡来产生听觉上可感知的信号。在大多数情况下，这些元件充当活塞发射器；因此，膜片的整个表面将相等地和均匀地运动。在本领域现有技术中，认为这通常仅能在低频被实现，其波长与膜片直径有很大的关联。

扬声器的主要设计是具有中央驱动的电动扬声器，在这种类型中，膜片被电流和恒定磁场之间的相互作用所驱动。一个载流线圈位于磁体的恒定磁场中。众所周知的电动扬声器具有一个中心振荡线圈，但也有被描述的具有远程驱动的类型。

动态扬声器(dynamic loudspeaker)或者动态锥形扬声器被设计成为，通过和震荡线圈的机械连接，将薄漏斗形膜片弹性且非直接地悬挂在膜片的外表面上。由于悬架不同的直径、材料和形状而具有多种的灵活性，取决于运动和行程的方向。在一些扬声器底架中，具有拱顶形甚至平膜片而不是漏斗形膜片，而其却显示了在本领域现有技术中的张力方面的相同属性。对于所有这些膜片，目的是在振荡线圈的区域内具有最大的材料强度并且在周围边缘具有最小的膜片厚度。

传统扬声器底架的另一个特点是扬声器膜片的后音发出，由此声音典型地被发送到磁体系统的外部(如图3和图4中所例示)。当底架需要一个大振荡线圈和/或大磁体时，这便有了特殊的问题。在这种情况下，在磁体系统中产生了有害的反射和折射。

此外，防尘外壳发出的、朝向通过膜片和振荡线圈支架中的窄磁极铁心孔或通风孔的磁极铁心的声音不能得到最佳传播。

在较大的膜片偏斜的情况下这导致了非线性机械损耗和干扰。对于小型扬声器，底架中的开口却又非常短，以至于挡板的安装几乎将它们封闭(见附图4)。在本领域现有技术，挡板开口在内部倾斜；由于产生了具有破裂边缘的声道，无法避免安装造成的底架的频率响应的显著变形。

根据本领域现有技术，传统扬声器底架的另一个实施如JP60091798中所描述的同轴扬声器，其中额外具有放置在中低范围膜片附近的高频扬声器。

在传统扬声器中，振荡线圈与膜片直径相比是相对小的，这会导致与温度相关的明显动态压缩。在本领域现有技术中描述的用于通过将磁体放置在振荡线圈内以允许更大的线圈的尝试却导致了困难的流动条件，因此至今没有对该问题的合适的解决方案。

本发明的目的提供一种没有具有本领域现有技术的缺陷的扬声器系统，并且其显示了特别好的性能参数。

出乎预料的是，本发明的主要问题能够通过使用包含至少一个膜片、它的悬架、磁体系统和振荡线圈的扬声器系统来解决，由此出现的膜片的悬架实质上以轴对称的方式围绕机械静止位置，并且由一个或最好两个镜像的相同部件形成。该扬声器系统包括至少一个膜片、它的悬架、磁体系统和振荡线圈，其中

a)该膜片的悬架具有围绕在该膜片的机械静止位置的轴对称悬架，以及

b)该膜片的外径具有大于膜片直径的10％的厚度，以及

c)实现至少50％后方主要辐射通过磁体系统的内部。

完全出乎预料的是，通过各种技术特征的组合产生了功能上的相互作用，导致了一种没有本领域现有技术的缺陷的扬声器系统。术语“实质上”在本发明中的含义不是相对的，因此是不清楚的术语。

如果膜片的悬架不完全对称，本发明取得的效果也不会变的突然不可实现。完全对称悬架的概念表示一种理论的可能，却不能实际实现，因为即使一个与理想的理论上对称的悬架有非常小角度差别的悬架仍会被考虑来解决本发明目的的问题。因此，词语“实质上”表明了一个包含于按照该对称悬架的发明的教导中的以同样方式和同样结果的实质上对称的悬架。

声学领域的专家将认识到围绕机械静止位置且由一个或最好两个镜像的相同部件形成的轴对称方式的轴对称悬架对于膜片来说在本发明中的意义，并且他们将了解为了实现本发明的目的，他们将使切实可行、实质上对称的悬架相对理论上完全对称的形状偏离到什么程度。

因此，首选的是提供一种包括单片对称挠性膜片悬架(附图2(5))或者至少包含两个部分的镜像挠性膜片悬架电动式扬声器底架，(参见附图1(4)，2(4))。提供了以轴对称的方式围绕机械静止位置且由一个或者两个镜像的相同部件形成的轴对称悬架(参见附图2)。如果是完全对称的，该弹性悬架是有利的。该词语“完全对称悬架”是被声学扬声器领域技术人员所熟知的，他们了解在他们的专业领域中完全对称悬架如何理解。

当固定在所描述的对称悬架中的膜片在膜片的外径(outer diameter)上具有与膜片中心区域至少相同的厚度时，作为本发明主题的扬声器系统的操作能够被意想不到的改进；据此在膜片的边缘，即膜片外径的厚度，大于膜片直径的10％。

这意味着例如当膜片的直径值为10CM时，在膜片外径上膜片的厚度为大于1CM。譬如，在这种情况下，该膜片中心位置的厚度可以是半厘米。

另外，仅有单膜片技术特征的扬声器系统在外径上具备大于膜片直径10％的厚度，预料不到地在听觉感知信号重放期间具有优越的性能。

完全预料不到的是，膜片的振荡特性能通过作为本发明主题的这种形式的设计被改进。

有利的是，区别于技术规范将膜片厚度增加(与本领域现有技术相比)，容许了以一个或两个镜像且实质上相同的部件的形成的对称悬架。按照本发明具备那些在膜片的外径上的膜片厚度以及悬架的技术特征的组合导致了扬声器系统特别的改进。非常厚的膜片，至少在其边缘，有利于允许具有特别低振动的悬架，特别是对称悬架(参见附图1和2)。

如果至少50％的后音辐射通过磁体系统的内部，则根据本发明的扬声器系统或根据本发明的扬声器将进一步得到改进。这是可能的，例如，如果相比于已知设备的先前尺寸，振荡线圈相对于膜片直径是很大的，使得该后音辐射能被传送通过磁体系统的内部(参见附图1)。振荡线圈的一个特性是电感。为提高电感，电导体，譬如具有一定匝数的电线线圈，被应用于线圈主体。由于单个匝之间的磁链以及单个匝的空间排列，线圈的电感增加，尤其与匝数的平方值相关。

根据本发明，振荡线圈是扬声器的驱动单元。其由围绕振荡线圈支架的细线构成。该振荡线圈进入到其中具有磁场的永磁体或电磁体的间隙中。线圈支架与扬声器的膜片单元连接。由电流产生的变换磁场将振荡线圈连同膜片向前和向后移动，并且从而将电流振荡变为空气振荡。

至少50％后音辐射通过磁体设计的中心，使得以非常低的空气压缩来实现声音发射。

与膜片直径相比非常大的振荡线圈允许通过振荡线圈加热的方式来减小动态压缩。

由于该非常大的振荡线圈，可由单个磁体片段组成的外部磁体系统被实施，例如环状或圆形的磁体片的子片段或其它期望的形状，或封闭环状，用于确保后音发射能通过磁体设计的中心。

如果振荡线圈的直径在尺寸上接近膜片的直径，例如如果是相等的，则最大膜片厚度的区域处于振荡线圈的区域中。根据本发明，由于振荡线圈直径至少为膜片直径的75％，该非常大的循环振荡线圈最好能够达到膜片的边缘区域。

在一个较好的实施例中，膜片和振荡线圈具有相同的尺寸；然后作为本发明进一步较好的变形的情况，振荡线圈的直径大于膜片的直径。

在本发明进一步较好的实施例中，期望除了高频扬声器之外，较佳的以拱顶形高频扬声器(同轴扬声器)为特征，还包括膜片，较佳的是低频扬声器膜片。拱顶形高频扬声器是动态扬声器，较佳的是频率大约在2到3kHz范围，特别是其膜片呈球帽状(半球帽)。与传统扬声器相比，该高频扬声器在高频中较佳地具有更大的辐射角度。该高频扬声器较佳的是置于低频扬声器膜片中但与其没有明显或直接的相互作用的独立系统。该高频扬声器可被置于低频扬声器的中部或中心，或中心附近，或其中的其他任何位置。在较佳的实施例中，高频扬声器被置于低频扬声器的一个轴的中心处。

尤其较佳的是，位于高频扬声器内的磁体系统通过低频扬声器的膜片上的开口发出声音。

磁体系统较佳的尺寸包括安装在中心的高频扬声器，其位于低音膜片上并位于磁体系统中。例如，该高频扬声器可以是如DE20 2004 015 635 111中所描述的产品。

在上述较佳的实施例中，如果根据本发明的扬声器系统额外具有高频扬声器，则期望，组合扬声器系统包括外部和内部悬架(图2(4，5和17))。内部和外部悬架的概念对于专业人员来说是不言自明的。如果高频扬声器被放置在低频扬声器膜片中，则一方面具有低频扬声器膜片的外边缘，另一方面具有高频扬声器膜片的外边缘，后者被低频膜片至少部分地围绕。例如，该外部悬架能在低/中范围使膜片居中或对其定位。

所谓的内环是指被在低/中范围的膜片环绕的高频扬声器的外边缘区域。在低频扬声器和低/中范围膜片和高频扬声器之间的范围和/或间隙可以较佳的被为专业人员所熟知的材料所密封，使得在低/中范围扬声器的膜片运动不被限制，并且使锥体共振被抑制(图2(17))。

在本发明另一个较佳的实施例中，相应的在位于膜片的外边缘上的至少一个区域上附接外部悬架(珠子)，该悬架由最好是具有永久弹性的挠性开孔(open-cell)或闭孔(close-cell)泡沫形成。当然，也可以期望代替传统膜片悬架，通过使用泡沫将膜片定位从而使膜片在底架中居中。例如，较佳的是利用织物(fabric)，例如丙烯酸、高熔点芳香族聚酰胺(Nomex)和/或结合了苯酚和/或环氧树脂的棉织物，将膜片在低/中范围内定位或居中，或者利用悬架形式的橡胶结构将其定位或居中。

预料不到的是，这些上述的技术特征与根据本发明的那些进一步的设计特征的结合导致了在已知设备之上改善声音质量的同轴扬声器的结构。

对于上文所述的膜片和高频扬声器的结合来说，泡沫作为内部悬架并作为对于低/中范围膜片和高频扬声器之间空隙的密封的应用是特别期望的，特别是当在低/中范围的基本设计是一个平整表面时，其形成了该高频扬声器的直接环境。十分预料不到的是，泡沫作为内部悬架的应用容许了在已知设备之上改善声音质量的同轴扬声器的设计。

在本发明另一个较佳的实施例中，该磁体系统包括下列中的至少一种磁体：钐钴磁体，铈钴磁体，铝镍钴磁体，铁氧体磁体和/或最好是钕磁体。

根据本发明的扬声器系统较佳的包括特别设计为夹层状膜片的膜片，它可以具有来自芯材料和外层的组合的刚性形式。

较佳的，芯材料是蜂窝结构，并且可以由例如芳香族聚酰胺纤维(aramid fibers)，纸张，聚酯纤维，聚丙烯或铝形成。膜片的外层可以包括纤维材料，金属箔和/或塑料薄膜。该纤维材料可以是，例如，纸张或棉花。当然，也有可能使用碳纤维或玻璃/芳香族酰胺纤维或平纹棉麻织物(scrim)的专业织物。

当碳、玻璃或芳香尼龙纤维被使用时，织物必须至少在一侧具有基体式(matrix like)结构，例如它可能是由热塑性或热固性塑料制成。

该以纤维为基础的材料可较佳地是纤维塑料合成物，其中包括了增强纤维和塑料基体，该基体围绕着通过使用粘合剂或粘着力而绑定到基体上的纤维。根据本发明，该纤维塑料组合物可以被视为一种结构。

其元素必须被组合以产生期望的性能。通过纤维材料和基体材料的特定性能的相互作用，可产生对膜片涂层或膜片加固所期望的原料。纤维嵌入在基体中，例如，在空间上被固定，容许负荷的引入或引出。此外，基体支撑着纤维。负荷由纤维、基体和核心之间的粘着力所传送。纤维可以是例如：芳纶，碳，涤纶，尼龙，聚乙烯，陶瓷，玻璃，硼，亚麻，大麻纤维和/或其他纤维。

在下面，将通过实例对本发明作进一步说明，但不局限于这些实例。

附图说明

图1是穿过根据本发明的膜片和一个扬声器底架的截面图，其中该膜片通过由两个镜像的部件组成的挠性膜片悬架的方式被而居中和定位。

图2是根据本发明的一个带有中间悬挂式高频扬声器的膜片的截面图，

图3和4是表示在扬声器系统中壳壁的截面图。

图1表示了一个电动扬声器底架，其特征在于：由两个镜像且相同的部件(4)组成的围绕膜片机械静止位置的轴对称悬架，与膜片直径的尺寸相类似的振荡线圈以及振荡线圈支架(6，7)，并且后音辐射主要通过磁体系统(10，11，12)内部产生。为实现这个实例的结构样式，有必要在边缘区域具有一个非常厚的膜片。该非常厚的膜片，至少在该实例的边缘，容许低振动、对称的悬架(4)。

一个实例，由两个镜像且相同的部件组成的围绕膜片机械静止位置的完全对称的悬架，容许了一种优越的扬声器系统的结构。与膜片直径尺寸相类似的振荡线圈，连同为降低由动态线圈发热引起的动态压缩的振荡线圈支架，也改善了扬声器系统实例。外部磁体系统(10，11，12)由单个的磁体片段或封闭环构成，为了确保从磁体结构的中央发出的主音产生非常低的空气压缩。

该设计的另一个优点在其设置为同轴扬声器时得以体现(如图2)。高频扬声器为锥形膜片形式的平面。此外，在代替波纹纤维或泡沫橡胶折叠的悬架而将直泡沫环用于悬挂该膜片时，可以优化这个平整表面。任何类型的高频扬声器从低频扬声器膜片上的一个孔传播其声音。在这个例子中该高频扬声器在扬声器磁体系统之内。在与该高频扬声器的实例结合的情况下，除了基本设计的利益之外，在低/中范围导致了高频扬声器邻近的一个平面上的巨大优势，特别是当使用泡沫作为内部悬架时。具有平面外形的泡沫作为对带有平的或稍微弯曲的膜片表面的同轴喇叭的扬声器悬架(图2(4，5，17))的应用是具有特殊益处的。

作为进入中等范围的有意义的声波机能的前提是当今轻型材料在膜片中的应用。

图3和4表示了具有扬声器膜片后音辐射的传统扬声器底架的特有特征，据此声音典型地被传送到磁体系统的大部分。当需要带有大振荡线圈和/或大磁体的底架时，这尤其成问题。在这种情况下，在磁体系统中产生有害的反射和折射。图4表示了非常小的扬声器问题。

在已知的底架中靠近壳壁导致了从壁内部的强反射，其通过膜片被发射到外部，并且因而造成了声波干扰(18)。可能由于缺乏空间，在这个位置的抑制并不有效。为此，在当前的扬声器中，推荐使用宽挡板以解决上述问题。在图1中的实例结构中，主要的发射首先是经由底架中心来实现的，并且因此没有从相邻的壁产生任何干扰。

其次，从侧面放出的声音在向外界反射时被更好地抑制，因为它需要穿过在中间具有空气容量的两个膜片。

参考列表：

图1：

1 膜片

2 芯材料

3 层

4 围绕膜片机械静止位置、以两个镜像且相同的部件形成的轴对称悬架

6 振荡线圈支架

7 振荡线圈

8 振荡线圈供给

9 连接插头

10 上极板

11 下极板

12 磁体

13 间隔套

14 螺丝

15 盆架

图2：

1 膜片

4 围绕膜片机械静止位置、以两个镜像且相同的部件形成的轴对称悬架

5 围绕膜片机械静止位置的以一个部件形成的轴对称悬架

15 盆架

17 内部悬架/密封环

16 高频扬声器

图3：

1 膜片

15 盆架

18 早期反射

19 膜片的主要声音

图4：

20 压缩声波

Claims (8)

1.一种扬声器系统，包括至少一个膜片，该膜片的悬架，磁体系统以及振荡线圈，其特征在于：

a)该膜片的悬架具有围绕该膜片机械静止位置的轴对称悬架，并且

b)该膜片在外径的厚度大于该膜片直径的10％，并且

c)至少50％的后方主传播通过该磁体系统的内部发生。

2.根据权利要求1的扬声器系统，其特征在于：

该膜片形成为低频扬声器膜片，并且还包含高频扬声器。

3.根据上述任意一项权利要求的扬声器系统，其特征在于：

该振荡线圈的直径与该膜片直径的关系为至少是0.75∶1

4.根据上述任意一项权利要求的扬声器系统，其特征在于：

定位在该磁体系统内部的该高频扬声器通过该低频扬声器的膜片上的开口发出声音。

5.根据上述任意一项权利要求的扬声器系统，其特征在于：

该膜片的波纹的至少一个区域由挠性泡沫形成。

6.根据上述任意一项权利要求的扬声器系统，其特征在于：

该磁体系统包括至少一个磁体，从由钐钴磁体，铈钴磁体，铝镍钴磁体，铁氧体磁体和/或钕磁体组成的组合中选择。

7.根据上述任意一项权利要求的扬声器系统，其特征在于：

该膜片是夹层状膜片。

8.根据上述任意一项权利要求的扬声器系统，其特征在于：

该夹层状膜片的芯材料包括由芳香族聚酰胺纤维、纸张、高熔点芳香族聚酰胺、塑料、最好是聚酯和/或聚丙烯制成的蜂窝结构，包括铝，和/或包括纤维材料的外层、金属箔和/或塑料薄膜，或者该芯材料包括泡沫，最好是专业泡沫。

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