CN102474684A - 微型扬声器 - Google Patents

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Abstract

扬声器包括永久磁铁(2)以及放置于永久磁铁(2)周围并且附着至膜片(10)的线圈(8)，其中所述膜片包括厚度小于0.3mm并且杨氏模量低于100MPa的弹性体。

Description

微型扬声器
本发明涉及一种微型扬声器，例如用于诸如移动电话、蜂窝电话、便携式摄像机、PDA、数码相机、笔记本电脑、LCD电视、DVD之类的微型电子设备上的声音重放。
微型扬声器用于空间非常有限的情况。在这样的应用中，需要扬声器应该尽可能紧凑并且背部体积(形成扬声器的安装结构的一部分)应该尽可能小。尽管如此，也需要扬声器应该能够在可能的最广泛频率范围内输出。这些是冲突的要求。
扬声器包括附着至声音线圈的膜片(membrane)，所述膜片放置于永久磁铁和偏转系统(yoke arrangement)限定的磁场内。扬声器的效果依赖于共振频率。在共振频率之上，输出响应相对平坦。因此，较低的共振频率带来宽带性能。共振频率是移动部分作为硬度和质量的函数。移动部分的强度依赖于两个要素：膜片的强度和背部体积的硬度。
传统微型扬声器内的膜片包括由深冲压或冲压形成的热塑性箔片。所述箔片的杨氏模量通常在1-2GPa的范围内。这样引起了相对高的共振频率，通常至少750Hz。
根据本发明，提供了一种扬声器，所述扬声器包括永久磁铁和放置于永久磁铁周围且附着至膜片上的线圈，其中所述膜片包括厚度小于0.3mm并且杨氏模量低于100MPa的弹性体。
本发明基于这样的认识：膜片的柔度(所述柔度是硬度的倒数，所述硬度进而将主要由杨氏模量限定)应该尽可能高。这就意味着共振频率由背部体积的效果控制。为了这个目的，优选地膜片的高柔度至少高于背部体积的柔度10倍。这样就可以选择尽可能小的背部体积，同时保持共振频率小于所需阙值，因此维持宽带性能。
小背部体积意味着背部体积的小柔度，使得背部体积的减少仅可以实现为针对给定的光学性能的限制。利用根据本发明的高柔度膜片，背部体积就可以减小到最小。
弹性体可以包括硅酮。优选地，膜片是注模成型的，具有所需低样式模量并且可以注模成型的硅酮是可用的。优选地，所述膜片包括单层单片结构。
为了使扬声器外形尽可能小，膜片可以包括平坦中央区域和一个环托(torus)，而且扬声器还可以包括置于与膜片的与线圈相对一侧的平坦中央区域上的加固元件。
扬声器还可以包括限定背部体积的支撑结构，其中所述背部体积小于1cm3。使用高柔度膜片能够在给定的声音效果下实现小的背部体积。所述背部体积可以小于0.5cm3。优选地，共振频率小于300Hz，或者更优选地小于250Hz。
本发明也提供了一种制造扬声器的方法，包括：
从弹性体膜片，其中所述膜片厚度小于0.3mm并且杨氏模量低于100MPa；
将线圈附着至膜片；以及
通过悬置膜片的方式装配扬声器，使得将线圈放置在永久磁铁周围。
现在将参考附图描述对本发明的示例，其中：
图1示出了已知扬声器的构造，其中可以采用本发明的膜片设计；以及
图2示出了安装到设备上以限定背部体积的扬声器。
本发明基于以下认识：膜片柔度的减小可以提供减少的共振频率，因此引起改进的宽带性能。另外，本发明基于以下认识：如果可以显著地减小柔度以提供极其柔软的膜片，那么背部体积可以主导性地决定共振频率，这可以能够实现由于制造公差的原因而在声学性能的变化减小的扬声器。
使用传统的深冲压成型方法生产本发明的极其柔软的膜片是不实际的。所需的膜片厚度值非常小，在10微米的范围内。为了生产小的薄膜片，需要对超薄的箔片进行深冲压。为了生产非常柔软的膜片，所述箔片应该即非常柔软和/或非常薄和/或应该进行高变形比的深冲压。因此，生产非常薄软的箔片极其困难。特别是，使用高变形比的非常薄的箔片进行深冲压导致了不稳定的深冲压工艺和较差的可靠性。
传统的膜片也是依赖温度的并且对温度敏感的。例如，柔软热塑性箔片具有较高的阻尼能力，但是硬度(杨氏模量E)和因此共振频率都严重受到温度的影响。这是个严重的问题，因为微型扬声器的工作温度可以处于-40℃到+100℃之间。传统硬度的不受温度影响的箔片可以通过增加箔片的厚度来实现更强的阻尼，但是膜片的硬度会呈线性增长并且另外共振频率变得更高。
通过传统工艺制成的超薄膜片也具有厚度的较差稳定性的问题。膜片厚度的较大变化引起柔度和共振频率的较大差异。
在解释本发明膜片的设计之前，先给出扬声器结构的概述。
图1示意性地示出了常规电动微型扬声器的结构。
扬声器包括：用于产生磁通量的磁路；振动系统，由于抵抗作用于磁路上的磁通量的排斥力而振动；以及主体。
磁路包括：永久磁铁2；包含永久磁铁2的偏转系统4；以及附着至永久磁铁2上表面的顶板6。
振动系统包括安置于永久磁铁2和偏转系统4的内径之间的间隙中的音圈8。当将电流驱动到线圈中时音圈8产生磁通量。没有示出与所述线圈的电连接，并且弹簧夹典型地用于为音圈提供外部连接的这一目的。
扬声器膜片10与音圈8结合。，膜片10包括平坦中央区域12和形成支撑边缘区域的环托，所述支撑边缘区域限定了膜片14的柔度。
将加固元件16设置在膜片10的与线圈8相对一侧上的平坦中央区域12上。
扬声器包括以框架18形式出现的主体和盖子部分20，将膜片固定到所述框架18上。盖子包括在其顶部收纳阻尼构件24的开口22，所述阻尼构件限定了扬声器的输出面。阻尼构件24包括开口阵列，以允许响应于膜片移动的空气流动，以及为声音提供输出开口。可以将顶部保护部分固定在盖子部分20(未示出)的顶部上。将通风口(vent)25也设置在偏转系统中，用于排出膜片下的体积。
这只是本发明可以应用的一种可能设计。
典型地，微型扬声器的下限频率(为了低音声音的再现)是750Hz或者以上。这意味着低音质量较差，而且传统微型扬声器仅能从总体再现的声音质量再现了不包括柔和逼真声音的尖锐噪声声音。
本发明特别涉及了膜片设计，并且提供了一种设计，所述设计能够减小下限频率和/或能够减小背部体积来实现更紧凑的设计。
本发明提供了一种膜片，其包括厚度小于0.3mm并且杨氏模量低于100MPa的弹性体。杨氏模量可以低于50MPa，更优选地低于12MPa甚至低于10MPa。这提供了极其柔软的膜片。
利用这种极其柔软的膜片可以使得能够实现扬声器的非常低的共振频率，即使在背部体积非常小的情况下。可以减小背部体积，例如与传统膜片的相同设计相比较减少一半。这意味着可以在最小可能空间内实现宽带应用。
图2示出了安装在设备中的扬声器30，所述设备包含顶壳32和底壳34，它们之间限定了封闭的背部体积36。这可以是气室或者可以体积中存在阻尼元件。如图示意性所示，顶壳和底壳一起限定了用于扬声器的底座结构。背部体积的尺寸可以是约1cm3的量级，但是本发明可以能够实现背部体积尺寸的减小。
扬声器的共振频率可以由以下公式得出：
f res = 1 2 π k M + k BV m . . ( 1 )
其中fres是共振频率，kM是膜片硬度，kBV是背部体积硬度，m是移动质量。可以看出通过降低膜片的硬度和/或背部体积可以获得低共振频率。背部体积硬度在自由空间内为零；背部体积越小，硬度越强。因此存在冲突的需求：需要大的背部体积来实现良好的宽带响应，同时需要小的背部体积来实现良好的紧凑性。
通过使膜片的柔度(硬度k的倒数)达到极高，通过硬度并且由此通过背部体积的大小控制了扬声器的共振频率。出于同样的原因，极柔软膜片的硬度和厚度的工艺变化都不会影响共振频率。优选地，膜片的柔度至少高于背部体积柔度的十倍，使得扬声器的共振频率几乎仅仅由背部体积确定。
通过利用更高级的阻尼材料或者更大的厚度来调节膜片的阻尼能力。然而，在极高柔度膜片的情况下，这些措施不会影响共振频率。即使膜片的柔度是依赖温度的，但是对共振频率的影响可以忽略不计。
所需的极柔软膜片可以利用弹性体材料生产。这些材料的柔度比传统膜片箔片的柔度高10000倍。
弹性体材料也是不依赖温度的。
使用弹性体材料的膜片可以注模制造。这是一种非常稳定的工艺，膜片的厚度变化非常小。另外，与深冲压工艺不同的是，注模不会产生废料，因此是一种有益环境的工艺。
弹性体材料比热塑性箔片便宜，而且在生产寿命期间不产生毒气。
膜片的边缘环托区域和中央区域可以彼此独立设计但是注模成单一的元件。利用插入或者2元件技术，可以减少工艺步骤。例如，为2元件技术提供的2个元件可以是框架和膜片，或者是加固元件和膜片。
弹性体膜片可以利用传统胶黏剂结合在框架18和线圈8上。弹性体膜片不会随着时间损坏，这就保证了较长的寿命。
为了具有平坦输出响应的重低音效果，共振频率可以减小为小于400Hz，或者小于300Hz或者250Hz。典型地，扬声器的尺寸在10-20mm乘10-20mm、近似3mm厚的量级。因此扬声器的输出表面的表面面积小于400mm2。
如上所述，可以使用加固元件。公式(1)中的质量m包括音圈的质量、膜片的质量和加固元件的质量。
弹性体材料具有较大的弹性、较大的断裂伸长度、以及非常低的杨氏模量。此外，玻璃态转化温度低于室温。
典型地，与传统深拉箔片的最高至±10％的典型变化相比较，注模工艺给出±6％的厚度变化。这样就给出了共振频率的较小变化，这是由于容易控制的背部体积上的较大依赖性和减小的膜片工艺变化。
对特别是用于便携声学设备的更小更薄设计的需求使得使用具有小背部体积和宽带解决方案(共振频率尽可能低)的极柔软膜片的极具吸引力。
适合的弹性体示例是：
橡胶：(例如CSM：氯磺化聚乙烯橡胶，MVQ：甲基-乙烯基-硅橡胶MVQ)。
硅酮：(例如LSR：液态硅酮橡胶，RTV：室温硫化橡胶，HTV：高温硫化橡胶)。
热塑性弹性体：(例如TPC：热塑性共聚多酯弹性体，TPE-E：热塑性聚酯弹性体)。
各种修改对于本领域普通技术人员而言将是清楚明白的。

Claims (14)

1.一种扬声器，包括：永久磁铁(2)以及放置于永久磁铁周围并且附着至膜片(10)上的线圈(8)，其中所述膜片(10)包括厚度小于0.3mm并且杨氏模量小于100MPa的弹性体。
2.根据权利要求1所述的扬声器，其中所述弹性体(10)包括硅酮。
3.根据权利要求1或2所述的扬声器，其中所述膜片(10)是注模成型的。
4.根据任一前述权利要求所述的扬声器，其中所述膜片(10)包括单层单片结构。
5.根据任一前述权利要求所述的扬声器，其中所述膜片(10)包括平坦中央区域和支撑边缘区域，其中所述扬声器还包括在膜片(10)的相对于线圈(8)的相对一侧上的平坦中央区域上的加固元件(16)。
6.根据任一前述权利要求所述的扬声器，还包括限定了背部体积(36)的支撑结构(32，34)，其中所述背部体积小于1cm3。
7.根据权利要求6所述的扬声器，其中所述背部体积(36)小于0.5cm3。
8.根据任一前述权利要求所述的扬声器，其中共振频率小于300Hz。
9.根据任一前述权利要求所述的扬声器，其中共振频率小于250Hz。
10.一种制造扬声器的方法，包括：
从弹性体形成膜片(10)，其中所述膜片厚度小于0.3mm并且杨氏模量小于100MPa；
将线圈(8)附着至膜片(10)；以及
通过悬置膜片(10)的方式装配扬声器，使得将线圈(8)放置在永久磁铁(2)周围。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述弹性体(10)包括硅酮。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中所述薄膜(10)包括单层单片结构。
13.根据权利要求10、11或12所述的方法，其中所述薄膜(10)是注模成型的。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其中所述膜片(10)形成为具有平坦中央区域和支撑边缘区域，其中所述方法还包括在膜片(10)的相对于线圈(8)的相对一侧上的平坦中央区域上形成加固元件(16)。
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