CN102812728A

CN102812728A - 扬声器力矩和扭矩平衡

Info

Publication number: CN102812728A
Application number: CN2011800157290A
Authority: CN
Inventors: R·T·卡尔玛克; G·C·奇克; B·M·鲁卡斯; T·C·施罗埃德; J·A·斯塔拜尔
Original assignee: Bose Corp
Current assignee: Bose Corp
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2031-03-18
Also published as: EP2553943A1; JP2013524630A; CN102812728B; HK1174762A1; WO2011123266A9; US8295537B2; JP5541827B2; US20110243366A1; WO2011123266A1

Abstract

一种包括动磁式电动机的扬声器。动磁式电动机包括含有带磁体的电枢，以及耦合电枢和枢轴的杠杆臂。杠杆臂还耦合电枢和声隔膜以向声隔膜传递电枢的运动，从而引起声隔膜移动。所描述的扬声器可以进行扭矩平衡和力矩平衡。

Description

扬声器力矩和扭矩平衡

技术领域

本说明书描述了一种运用杠杆以从电动机向声隔膜传递力的扬声器。说明书还描述了一种运用扭矩平衡和力矩平衡的杠杆的扬声器。

发明内容

在一个方面中，扬声器包括动磁式电动机。动磁式电动机包括电枢。电枢包括：带磁体；以及杠杆臂，耦合电枢和枢轴。杠杆臂还耦合电枢和声隔膜以向声隔膜传递电枢的运动以引起声隔膜移动。杠杆臂可以将电枢耦合到声隔膜以引起声隔膜在弧形路径中移动。扬声器还可以包括：包围件，将声隔膜机械地耦合到隔声罩并且将声隔膜的一侧相对于另一侧气动式密封。包围件的一侧可以比另一侧更宽。扬声器还可以包括：枢轴，将杠杆臂耦合到声隔膜，其允许声隔膜以活塞方式移动。将杠杆臂耦合到声隔膜的枢轴可以包括曲折件。将杠杆臂耦合到声隔膜的枢轴可以在与枢轴的旋转轴垂直的方向上具有顺度。枢轴可以包括曲折件。曲折件可以是x曲折件。x曲折件可以包括具有包入塑料中的相对边缘的可偏转平坦件。可以通过嵌件模塑来形成曲折件。曲折件可以在曲折件的旋转轴的方向上具有比杠杆的长度的50％更大的尺度。枢轴可以在与枢轴的旋转轴垂直的方向上具有顺度。杠杆臂和带磁体可以是一体结构。枢轴点可以在电枢和声隔膜中间。电枢可以在枢轴和声隔膜中间。动磁式电动机以非接触方式向杠杆臂施加力。

在另一方面中，一种扬声器包括：声隔膜；力源；以及杠杆臂，其耦合力源和声隔膜。杠杆臂可以包括力源的一部分。力源可以是动磁式电动机。动磁式电动机可以包括磁体结构。杠杆臂可以包括磁体结构。扬声器还可以包括枢轴，该枢轴包括x曲折件。

在另一方面中，一种扬声器包括：第一电动机，包括第一电枢；声隔膜；第一杠杆臂，机械地耦合第一电枢和声隔膜，第一杠杆臂耦合到第一枢轴，从而第一电枢的运动引起第一杠杆臂绕着第一电枢的旋转，导致在第一方向上关于第一枢轴的自由体扭矩。扬声器还包括：第二电动机，包括第二电枢；以及第二杠杆臂，机械地耦合第二电枢和声隔膜，第二杠杆臂耦合到第二枢轴，从而第二电枢的运动引起第二杠杆臂绕着第二枢轴旋转，导致在与第一方向不同的第二方向上关于第二枢轴的自由体扭矩。第一电动机和第二电动机被布置使得由于第一杠杆臂的旋转和第二杠杆臂的旋转而产生的总自由体扭矩小于由于第一杠杆臂和第二杠杆臂之一的旋转而产生的自由体扭矩。第一杠杆臂可以包括：第一杠杆臂第一分节，耦合第一枢轴和第一电枢；第一杠杆臂第二分节，耦合第一枢轴和声隔膜。第一杠杆臂第一分节的质量分布和第一电枢的质量分布具有关于第一枢轴的第一力矩。第一杠杆臂第二分节的质量分布和声隔膜的质量分布具有关于第一枢轴的第二力矩。第一力矩的量值和第二力矩的量值中的较小者可以是第一力矩的量值和第二力矩的量值中的较大者的至少2/3。第二力矩的量值还可以包括被隔膜移动的空气的质量。第一力矩的量值和第二力矩的量值中的较小者可以是第一力矩的量值和第二力矩的量值中的较大者的至少90％。第二杠杆臂可以包括：第二杠杆臂第一分节，耦合第二枢轴和第二电枢；以及第二杠杆臂第二分节，耦合第二枢轴和声隔膜。第二杠杆臂第一分节的质量分布和第二电枢的质量分布具有关于第二枢轴的第三力矩。第二杠杆臂第二分节的质量分布和声隔膜的质量分布具有关于第二枢轴的第四力矩。第三力矩的量值和第四力矩的量值中的较小者可以是第一力矩的量值和第二力矩的量值中的较大者的至少2/3。第一电枢可以包括动磁式电动机的磁体结构。第一枢轴可以包括x曲折件。第一杠杆臂第一分节可以用允许第一隔膜的活塞运动的方式耦合到第一隔膜。第一杠杆臂第一分节可以通过x曲折件耦合到第一隔膜。隔膜的振荡可以在两个平行平面之间的空间中。第一电枢的一部分可以定位于这两个平面之间。扬声器可以包括一个或者多个附加电动机，每个电动机包括对应电枢以及机械地耦合每个电枢和声隔膜的对应杠杆臂。对应杠杆臂中的每个对应杠杆臂耦合到对应枢轴，从而对应电枢中的每个对应电枢的运动引起对应杠杆臂中的每个对应杠杆臂绕着对应枢轴旋转，从而在与第一方向不同的方向上引起扭矩。一个或者多个附加电动机被定位和设定尺度以使得由于所有杠杆臂的旋转而产生的总自由体扭矩小于由于第一杠杆臂、第二杠杆臂或者对应杠杆臂中的任一对应杠杆臂之一的单独的旋转而产生的自由体扭矩。对应杠杆臂中的每个对应杠杆臂可以包括：杠杆臂第一分节，耦合对应枢轴和对应电枢；以及杠杆臂第二分节，耦合对应枢轴和声隔膜。对应杠杆臂第一分节的质量分布和对应电枢的质量分布具有对应第一力矩。对应杠杆臂第二分节的质量分布和声隔膜的质量分布可以具有对应第二力矩。对应第一力矩和对应第二力矩中的较小者可以是对应第一力矩和对应第二力矩中的较大者的至少2/3。对应第一力矩和对应第二力矩中的较小者可以是对应第一力矩和对应第二力矩中的较大者的至少90％。

在另一方面中，一种扬声器包括：电动机，包括电枢；声隔膜；以及杠杆臂，机械地耦合电枢和声隔膜。杠杆臂耦合到枢轴，从而电枢的运动引起杠杆臂绕着枢轴的振荡。杠杆臂可以包括耦合枢轴和电枢的第一分节。杠杆臂还包括耦合第一枢轴和声隔膜的第二分节。第一分节和电枢的质量分布由关于枢轴的第一力矩来表征。第二分节和声隔膜的质量分布由关于枢轴的第二力矩来表征。第一力矩的量值和第二力矩的量值中的较小者是第一力矩的量值和第二力矩的量值中的较大者的至少2/3。第一力矩的量值和第二力矩的量值中的较小者可以是第一力矩的量值和第二力矩的量值中的较大者的至少90％。

其他特征、目的和优点将从在与以下附图结合阅读时的下文具体描述中变得清楚：

附图说明

图1是扬声器的图解横截面视图；

图2A-图2C是扬声器的图解横截面视图；

图3是扬声器的图解俯视平面视图；

图4是力源和线性电动机致动器的图解视图；

图5A和图5B是用于向杠杆臂施加力的布置的视图；

图6示出了曲折枢轴的三个平面视图；

图7是图6的曲折枢轴的一个实施例的视图；

图8A和图8B分别是配置为第三类杠杆的扬声器的等距视图和横截面视图；

图9A是包括杠杆、磁体结构和隔膜的组件；

图9B是图9A的组件的质量分布图；

图10A和图10B是图9A的组件的一个实施方式的视图；

图11是力矩平衡和扭矩平衡的结构的图解视图；

图12A和图12B是图11的结构的一个实施方式的视图；

图13是具有附加特征的图9A的组件的视图；

图14A-图14C示出了图11的结构的变化；

图15图示了图13、图14A和图14B的结构的优点；以及

图16是力矩平衡和扭矩平衡的扬声器的等距视图。

具体实施方式

图1示出了扬声器的图解横截面视图。出于示例的目的，这一视图中省略了扬声器的一些元件而放大了一些尺度。在这一实例中为圆锥形扬声器隔膜的隔膜10通过包围件14装配到隔声罩12。扬声器包括杠杆臂16，该杠杆臂在沿着杠杆臂的一点18机械地连接到隔膜，而在沿着杠杆臂的另一点20机械地连接到振荡力源，在此幅图中振荡力源由字母F和双向箭头22表示。在枢轴点24，杠杆臂以使得杠杆臂从枢轴点径向地延伸的方式枢轴式连接到静止物体，诸如罩12或者扬声器的刚性地耦合到罩的框。坐标系100指示图中各部件的定向。因此例如在图1中，杠杆16在X方向上延伸，当杠杆臂在中间位置时在Z方向上施加力，并且枢轴24绕着Y轴旋转。

杠杆臂16可以如图所示笔直或者可以弯曲。在枢轴点24的关节可以是如图所示铰链布置、但是在其他实施例中可以是轴承或者扭力杆或者如下文将描述的曲折布置或者一些其他类型的枢轴。在常规扬声器中，包围件14作为气动密封件和悬置元件二者来工作。在图1的扬声器中，包围件主要作为气动密封件来工作，并且对作为悬置元件来工作的要求是最小限度的，因为如下文将描述的那样由扬声器的其他元件提供定心。

现在参考图2A，枢轴点24、杠杆臂16和隔膜10配置为第三类杠杆。使用杠杆术语，施加力的点是杠杆力点(effort)，并且力点在代表杠杆支点的枢轴点24和代表杠杆阻力点的与隔膜10的附着点中间。在图2A的布置中，当向杠杆臂施加振荡力时，隔膜10和施力点20二者都在弧形路径中移动，并且隔膜移动的距离大于施力点移动的距离。隔膜的与枢轴点24最远的边缘28移动距离d1，其比与枢轴点最近的边缘30移动的距离d2更大。d1和d2二者均大于施力点20移动的距离d3。就第三类杠杆配置而言，隔膜10移动的距离大于施加力的点20移动的距离。距离相差的数量由s1(从隔膜附着点到枢轴的距离)和s2(从施力点到枢轴的距离)的相对长度来确定。

图2B示出了配置为第一类杠杆的枢轴点24、杠杆臂16和隔膜10。在图2B的配置中，枢轴点24(杠杆支点)在施力点20(杠杆力点)和隔膜附着点18(杠杆阻力点)中间。在图2B的布置中，当向杠杆臂施加振荡力时，施力点20和隔膜10二者在弧形路径中移动。就第一类杠杆配置而言，如果从隔膜附着点18到枢轴点24的距离s1大于从枢轴点24到施力点20的距离s2，则隔膜移动的距离大于施力点20移动的距离d3。如果距离s1小于距离s2，则如图2B中那样，隔膜移动的距离小于施力点移动的距离。在任一情况下，隔膜的与枢轴点24最远的边缘28移动的距离d1比与枢轴点最近的边缘30移动的距离d2更大。

图2C示出了配置为第二类杠杆的枢轴点24、杠杆臂16和隔膜10。在图2C的布置中，当在点20向杠杆臂施加振荡力时，隔膜10和施力点20二者在弧形路径中移动，并且隔膜移动的距离小于施力点移动的距离。隔膜的与枢轴点24最远的边缘28移动的距离d1比与枢轴点最近的边缘30移动的距离d2更大。d1和d2二者均小于施力点20移动的距离d3。就第二类杠杆配置而言，隔膜10移动的距离小于施加力的点20移动的距离。距离相差的数量由s1(从隔膜附着点到枢轴的距离)和s2(从施力点到枢轴的距离)的相对长度来确定。

在扬声器中，经常希望增加隔膜的偏移，因而最常见配置将是距离s1大于距离s2的图2A的第三类杠杆或者图2B的第一类杠杆。为了方便，将用s1＞s2的图2A的配置或者图2B的配置示出例子的其余部分，其中应当理解这里描述的原理可以应用于图2C的配置和其他配置。

图3是图1的扬声器的俯视平面视图。如在图2A和图2B的讨论中所言，隔膜上的与枢轴点24最远的点28移动的距离大于隔膜上的与枢轴点24最近的点30移动的距离。包围件14被布置成允许点28移动比点30更大的距离。例如在图3的扬声器中，包围件14是半圈包围件，该半圈包围件在尺度上设定成包围件在点28处的曲率半径r1和包围件的宽度w1大于包围件在点30处的曲率半径r2和宽度w2。如图2A和图2B中所示，这一布置允许点28在扬声器的操作期间移动比点30更大的距离。对于其他包围件拓扑结构，例如具有椭圆形横截面或者具有多圈的包围件，其他不对称性可以允许隔膜的一侧的移动大于另一侧。图3也示出了杠杆臂16沿着圆形表面32附着到隔膜，从而将附着点18作为圆形表面32的中心。图1和图3也示出了隔膜可以不对称，因而例如具有从隔膜附着点18到隔膜上的点28的距离x1大于从隔膜附着点18到隔膜上的点30的距离x2的椭圆形。在其他实施方式中，隔膜可以不对称而x1＝x2，或者隔膜可以对称或者不对称或者可以是一些规则或不规则的非椭圆形状。

图1中由“F”表示的力可以机械式施加，例如可以通过如图4中所示的一些链接布置将杠杆臂16连接到线性致动器的电枢。

在图5A和图5B中示出了用于向杠杆臂施加力的另一布置。图5A示出了杠杆臂16的两个相对侧，该杠杆臂包括基本上平面磁体结构34，该磁体结构具有分别由“N”和“S ”表示的北极和南极。磁体结构可以包括带磁体和一个或者多个永磁体。带磁体和杠杆二者可以是一个一体结构的一部分。磁体结构的第一面的上部分62A被磁化为北极，而磁体结构的第一面的下部分64A被磁化为南极。磁体结构的第二面的上部分62B被磁化为南极，而磁体结构的第二面的下部分64B被磁化为北极。磁体结构可以包括带磁体66，该带磁体围绕以所示方式磁化的单个磁体或者置于带磁体中使得如图所示布置磁极的两个单独的磁体。杠杆臂被定位成使得磁体结构34在低磁阻材料的芯37(线圈38缠绕于该芯上)中的间隙36中。交变电流流过线圈，从而磁体结构34、芯37和线圈38的组合形成动磁式电动机，其例如与在通过引用而结合于此的美国专利第5,216,723号中描述的动磁式电动机相似。在这一布置中，由于流动于线圈中的电流在间隙中造成的磁场与磁体结构34的磁场的相互作用而产生力，因而以非接触方式向杠杆施加力。

动磁式电动机受到由于在芯37与磁体结构34之间的磁吸引而产生的“碰撞力”。磁力基本上在Y方向上。磁吸引力根据在磁体结构与芯之间的距离而变化；磁体结构与芯越接近，碰撞力就越强。将结构视为需要“碰撞硬度”可能是方便的，该碰撞硬度考虑吸引力随距离的变化。碰撞硬度可以表现为“负硬度”。枢轴24和杠杆臂16必须提供相对于在Y方向上的移位而言的大量硬度(足以抵抗最大碰撞力)。碰撞硬度(在这一配置中为悬置件在Y方向上的硬度)特别重要，因为希望间隙36尽可能小。更小间隙36意味着在磁体结构34的表面与电动机芯37之间的更小距离。当减少间隙尺度时可以容许在磁体结构34与芯37之间的更少相对运动。需要枢轴24的高Y轴硬度以保证在Y轴尺度上在磁体结构34与芯37之间有很小的相对运动。

磁力往往推进磁体结构以在图5B中所示位置在Z方向上位于间隙中间。因此，枢轴24无需相对于绕着Y轴的旋转而言的硬度以提供定心力，并且减少对包围件14的定心力要求。可以配置包围件14和枢轴24使得包围件14和枢轴24仅需将磁体结构维持于间隙中而在间隙内的定心力由磁力提供。然而在实际实施方式中，希望枢轴24(和/或包围件14)提供至少一些附加定心力，因为枢轴24(和/或包围件14)提供的定心力通常会比磁定心硬度更线性。

可以容许在X方向上的一些顺度，因为磁体结构34可以在X方向上移动并且仍然主要保留于间隙36中。在X轴方向上的相对运动未引起如典型的轴对称电动机设计(诸如动圈式电动机)的情况那样的在电动机结构的部件之间的机械干扰。在X方向上的移位未引起对其他部件(比如隔膜10、线圈38或者芯37)的损坏。如下文将描述的那样，在X方向上的顺度可以在一些境况中实际上有利。

图6示出了在Y方向上以及绕着Z轴和X轴提供大量硬度的曲折枢轴124的三个平面视图。曲折轴124包括近似18mm x 20mm厚0.13mm的曲折材料(比如高疲劳强度不锈钢)的多个(在这例子中为四个)分节53。出于示例的目的，在图6中极度夸大了厚度尺度。分节可以是基本上平坦的。曲折材料抵抗在分节的平面中的拉伸或者压缩变形、但是响应于与分节的平面垂直的力而变形或者曲折。分节定位于至少两个平面中，这两个平面相对于彼此倾斜，从而平面沿着线相交，并且使得当沿着Y轴查看时，这些分节形成“X”配置。分节的末端包入保持分节就位的塑料块44、46中。曲折枢轴124机械地附着到杠杆臂16。曲折枢轴124具有沿着Z轴的相对宽的“足迹(footprint)”。例如曲折枢轴124沿着Z轴的尺度s_z可以大于杠杆16在它的最粗点的厚度(也就是杠杆臂在Y方向上的尺度)。在一个实施方式中，杠杆的厚度为5mm，并且s_z是6.5mm或者为杠杆在它的最粗点的厚度的约130％。曲折枢轴124具有沿着Y轴的很宽足迹。例如沿着Y轴的尺度s_y可以大于杠杆16的长度的50％并且是杠杆臂的厚度的10多倍。在一个实施方式中，杠杆的长度是84mm，并且s_y是75mm或者说是杠杆的长度的89％，杠杆的厚度是5mm，因而s_y是杠杆臂的厚度的15倍。

曲折枢轴124具有用于杠杆16的附着表面，其包括法兰或者延伸件48，该法兰或者延伸件具有沿着Y轴和Z轴的对应足迹，该曲折枢轴124沿着Y轴的很宽足迹(图6的尺度s_y)和沿着Z轴的宽足迹(图6的尺度s_z)允许使用若干机械紧固器，例如螺杆、铆钉等，并且也为粘合剂提供宽敞表面并且提供对在Y方向上的移位的阻力。因此有很大硬度(大于碰撞硬度，并且优选为碰撞硬度的好几倍(例如10倍)并且更优选为许多倍(例如50倍或者甚至70倍))。在一个实施方式中，动磁式电动机具有约120Nt/mm的碰撞硬度，并且在Y方向上的枢轴硬度沿着Y轴以及绕着X轴和绕着Z轴约为8600Nt/mm。

由于曲折枢轴沿着X轴的足迹相对宽，并且由于曲折材料分节被与曲折材料分节的平面垂直的力所偏转，所以曲折枢轴124向绕着Y轴的旋转提供低硬度，例如0.133Nt/度或者7.6Nt/弧度。此外，存在X方向上的一些顺度，并且枢轴点可以在X方向上移动，其将在下文描述。

可以通过嵌件模塑来形成图6的曲折枢轴124以消除对紧固器或者粘合剂的需要。曲折分节53可以放置于嵌件模塑工具中并且塑料块44和46被模制成封装该曲折分节53。此外，可以在单个嵌件模塑操作中嵌件模塑磁体结构34、曲折枢轴124和杠杆臂16中的一些或者所有部件。

分节可以基本上平坦或者可以在末端弯曲或者如图7中所示具有在末端附着的法兰57以增加对来自塑料块44、46的横向拉出的阻力。

图8示出了配置为如图2A中所示第三类杠杆并且使用如图6中所示曲折枢轴124的扬声器的一个实施方式。图8中的编号指代前图中的对应编号的元件。图8的实施方式包括机械式紧固的曲折枢轴，其与通过嵌件模塑来组装形成对比。

图9A示出了另一实施方式的包括杠杆16、磁体结构34和隔膜10的组件。图9A的组件如图2B中那样配置为第一类杠杆。配置图9A的组件的元件的质量和图9A的元件内的质量分布使得其关于枢轴点力矩平衡。如图9B中所示，如果磁体结构34的质量和杠杆臂的在枢轴24的与磁体结构相同的一侧上的部分具有组合质量M1并且其重心与枢轴相距距离d1，并且隔膜10的质量(并且如果希望的话，还包括随隔膜移动的空气的质量)和杠杆臂的在枢轴的与隔膜10相同的一侧上的部分具有组合质量M2并且其重心与枢轴相距距离d2，则M1×d1的量值＝M2×d2的量值。为了方便，下文将把M1×d1的量值称为M1×d1而将把M2×d2的量值称为M2×d2。此外，组合质量M1和M2的重心在枢轴点。配置元件并且配置元件内的质量分布使得关于某一点的力矩平衡，这通常通过计算机分析来进行，例如通过计算机辅助设计(CAD)软件或者可以凭经验进行或者对于简单几何形状而言可以手工计算。

如果力矩未精确相等，那么如果M1×d1和M2×d2中的较小者大于更大者的2/3，则仍然可以获得可察觉的有益效果；然而优选的是M1×d1和M2×d2中的较小者是较大者的至少0.9倍。

在操作中，力矩平衡的布置导致更少机械振动被传递到扬声器电动机所刚性地耦合的结构。由于更少机械振动被传递到刚性耦合的结构，所以相比于未进行力矩平衡的扬声器而言，运用图9A的组件的扬声器对机械地耦合到扬声器的结构要求更少的振动阻尼和更少硬化。磁体结构34通常比圆锥10更重，因而为了平衡力矩，杠杆16的在与圆锥10相同一侧上的部分52比杠杆16的在与磁体结构相同一侧上的部分50更长。因此，圆锥比磁体结构移动更远，这通常是有利的。

动磁式架构使得更易于实现扭矩抵消(下文将描述)和力矩平衡。由于磁体相对小且密集，所以容易完成对磁体结构重新定位以实现扭矩平衡和力矩平衡。例如就动圈式电动机而言，线轴和线圈组件并不小或者密集或者容易重新定位。然而力矩平衡可以有利地应用于动圈式电动机，特别是如果在线圈中有大量导体(通常为铜)的情况下。

可能希望杠杆16由枢轴56耦合到圆锥10，该枢轴允许圆锥10如箭头58所示地活塞式移动而不是如图2A-图2C中所示在弧形路径中移动。允许圆锥10的活塞运动要求允许在枢轴24与圆锥10之间的距离随着圆锥10在Z轴中的偏移而变化。加长可以由复杂链接布置来实现，或者可以通过提供在枢轴24与圆锥体10之间的一些系统顺度来实现，例如在枢轴24或者56中的一个或者两个中。如上文所言，图6的曲折枢轴124在X方向上具有顺度、因此可以有利地针对枢轴24或者56或者二者来实施。在一个实施方式中，枢轴56具有与图6的枢轴124相似的结构、但是具有两个曲折分节53而不是四个。

杠杆臂16、枢轴24和枢轴56(包括在枢轴56与隔膜10之间的关节)形成具有谐振的机械子系统。通过变更杠杆臂16、枢轴24和枢轴56中的一个或者多个部件的特性，机械子系统可以被调谐成具有增加扬声器带宽的谐振。例如，如果扬声器在已知频率具有滚降，则机械子系统可以被调谐成在该已知频率附近的频率处、在隔膜10的运动方向(在这一例子中为Z方向)上具有谐振，从而有效地增加扬声器的带宽。尽管杠杆臂16、枢轴25或者枢轴56中的任何部件的特性可以被设置成在给定频率具有谐振，但是通常最方便的是设置在杠杆16与隔膜10之间的枢轴56的特性以获得所需谐振。优选地，枢轴56在Z轴方向上的顺度将被选择成在所需谐振频率处随着隔膜10的移动质量而谐振。可以改变附加特性以通过引入阻尼来影响谐振的Q。例如选择成针对枢轴56提供顺度的材料也可以被选择成具有所需内部损耗特性。备选地，枢轴56到杠杆臂16或者隔膜10中的任一个或者两个部件的附着可以包含阻尼元件，诸如软粘合剂。可以通过计算机分析(例如结构有限元分析(FEA))来实现变更机械子系统的一个或者多个部件的特性以在所需频率处实现谐振。

图10A和图10B分别是扬声器的一个实施方式的平面视图和等距视图，该扬声器包括图9A的组件并且包括用作图9A的枢轴56的曲折枢轴156。曲折枢轴156包括曲折材料的两个分节。图10A和图10B中的编号指代前图中的对应编号的元件。

图11示出了力矩平衡和扭矩平衡的组件。第一子组件包括磁体结构34A、杠杆16A，该杠杆在枢轴24A的任一侧上具有部分50A和52A。杠杆16A通过允许圆锥10如箭头58所示进行活塞式移动的枢轴56A连接到圆锥10。第一子组件按照图9的实施方式那样进行力矩平衡。图11还包括第二子组件，该第二子组件包括磁体结构34B、杠杆16B，该杠杆在枢轴24B的任一侧上具有部分50B和52B。杠杆16B通过允许圆锥10如箭头58所示进行活塞式移动的枢轴56B(在此视图中被遮挡)连接到圆锥10。第二子组件也按照图9的实施方式那样进行力矩平衡。配置两个子组件使得两个子组件的Y轴自由体扭矩关于Y轴在相反方向上并且自由体扭矩抵消(offset)。如果扭矩相等并且相反，则总自由体扭矩(也就是说，假设部件是刚性的)可以是零。即使自由体扭矩不相等或者自由体扭矩基本上、但是未精确相反，则有一些扭矩抵消并且系统的总自由体扭矩比任一单个自由体扭矩更小。图11的组件既进行了力矩平衡又进行了扭矩平衡，因而有比图9的组件甚至更少的机械振动。

图12A和图12B分别是包括图11的组件的扬声器的一个实施实施方式的平面视图和等距视图。图12A和图12B中的编号指代前图中的对应编号的元件。

图13A示出了具有附加特征的图9A的组件。图9A的圆锥型隔膜10替换为通过悬置元件14机械地耦合到包围结构(未示出)的平面隔膜10A。类似地，图14A示出了图11的扬声器而图14的隔膜10替换为通过悬置元件14机械地耦合到包围结构(未示出)的平面隔膜10A。图14B示出了图14A的扬声器，其中施力点20A和20B在隔膜上的不同点处。图14C示出了图14B的结构，不同之处在于杠杆臂16A和16B在X方向上相交，或者换而言之，杠杆臂16A的施力点20A在朝向枢轴24B的方向上超出隔膜中点76，而杠杆臂16B的施力点20B在枢轴24A的方向上超出隔膜中点76。图12B示出了图14C的配置的一种实现的等距视图，不同的是图12B的实施方式使用圆锥形隔膜而不是图14C的平面隔膜。

图12B、图14B和图14C的配置可以有用地用来防止隔膜的“摇摆”行为。摇摆行为是隔膜10A绕着X轴和/或Y轴的旋转。就图12B、图14B和图14C的配置而言，可以并联接线连接两个电动机(磁体结构34A和34B中的每个磁体结构是电动机的一部分)，从而在点20A和20B处在Z方向上施加的力的分量同相。在隔膜上的不同点处在Z方向上的同相力施加激发了隔膜的所需平面非摇摆运动。如果例如由于包围件14的非线性行为而存在摇摆行为，则摇摆运动将与施力点20A和20B的运动相反，从而在与施力点关联的电动机中造成反向电动势(EMF)。反向EMF使摇摆行为阻尼。

图15图示了图13、图14A、图14B和图14C的实施方式的优点。在操作中，杠杆臂16绕着枢轴24振荡以引起隔膜10A在极限向上位置(虚线)与极限向下位置(实线)之间振荡，从而限定在Z方向上由与Z轴垂直的平面68和70界定并且在X方向和Y方向上由线(例如在隔膜的运动方向上从隔膜的边缘延伸的线72和74)限定的包络内的完整操作范围。在操作中，电枢的部分(例如磁体结构34)可以在扬声器的完整操作范围内在平面68与70之间的空间中、在X方向和Y方向上的包络之外。可以在希望保持Z尺度小的情形(例如口袋尺寸的电子设备，诸如蜂窝电话、个人数据助理、通信设备、口袋尺寸的计算机等)中实施根据图13、图14A、图14B和图14C的扬声器。图13的扬声器进行了力矩平衡，图14A、图14B和图14C的扬声器进行了力矩平衡和扭矩平衡，这意味着如果使用于口袋尺寸的电子设备中，则设备在操作时比未进行力矩平衡、扭矩平衡或者二者的类似设备振动更少。此外，图13、图14A、图14B和图14C的扬声器仅有一个隔膜。因此，在图13、图14A、图14B和图14C的扬声器中，可以从设备的一侧辐射来自设备的所有声能，因而相比于具有从设备的两侧辐射的隔膜的扬声器，设备可以在例如平躺于桌上使用时提供全声性能。如果在更大规模上实施，则希望保持Z尺度小并且希望从设备的一侧辐射所有声能的其他情形可以是汽车行李架或者车门或者用于装配于房间的墙壁以向房间辐射声音的扬声器。在这一视图中省略前图的包围件14。

图16是进行了力矩平衡和扭矩平衡的扬声器的等距视图，该视图图示了可以用多于两个子组件(每个子组件包括磁体结构、杠杆臂和枢轴)来实施扭矩平衡这一事实。图16还图示了可以用奇数数目的子组件以及多于两个子组件来实施力矩平衡和扭矩平衡的扬声器这一事实。在图16的实施方式中，没有一个磁体结构、杠杆臂和枢轴子组件抵消任何一个其他磁体结构、杠杆臂和枢轴子组件的自由体扭矩。然而在操作中，所有电动机和杠杆臂子组件的操作的净结果是由于所有电动机和杠杆臂子组件所导致的总合成自由体扭矩小于由于任何单个电动机和杠杆臂单独所导致的自由体扭矩。图16的实施方式使用扭力曲折件而不是其他实施方式中的X曲折件。

可以进行这里公开的具体装置和技术的诸多使用和从这些具体装置和技术的偏离而未脱离发明概念。因而本发明将理解为涵盖这里公开的每一个新颖特征和特征组合并且仅由所附权利要求的精神实质和范围限制。

Claims

1.一种扬声器，包括：

第一电动机，包括第一电枢；

声隔膜；

第一杠杆臂，其机械地耦合所述第一电枢和所述声隔膜，所述第一杠杆臂耦合到第一枢轴，从而所述第一电枢的运动引起所述第一杠杆臂绕着所述第一枢轴旋转，导致在第一方向上关于所述第一枢轴的自由体扭矩；以及

第二电动机，包括第二电枢；以及

第二杠杆臂，其机械地耦合所述第二电枢和所述声隔膜，所述第二杠杆臂耦合到第二枢轴，从而所述第二电枢的运动引起所述第二杠杆臂绕着第二枢轴旋转，导致在与所述第一方向不同的第二方向上关于所述第二枢轴的自由体扭矩；以及

所述第一电动机和第二电动机布置成使得由于所述第一杠杆臂的所述旋转和所述第二杠杆臂的所述旋转而产生的总自由体扭矩小于由于所述第一杠杆臂和所述第二杠杆臂之一的所述旋转而产生的所述自由体扭矩。

2.根据权利要求1所述的扬声器，其中所述第一杠杆臂包括：

第一杠杆臂第一分节，耦合所述第一枢轴和所述第一电枢；

第一杠杆臂第二分节，耦合所述第一枢轴和所述声隔膜；

其中所述第一杠杆臂第一分节的质量分布和所述第一电枢的质量分布具有用量值表征的关于所述第一枢轴的第一力矩；

其中所述第一杠杆臂第二分节的质量分布和所述声隔膜的质量分布具有关于所述第一枢轴的第二力矩；并且

其中所述第一力矩的量值和所述第二力矩的量值中的较小者是所述第一力矩的量值和所述第二力矩的量值中的较大者的至少2/3。

3.根据权利要求2所述的扬声器，其中所述第二力矩的量值还包括所述隔膜移动的空气的质量。

4.根据权利要求2所述的扬声器，其中所述第一力矩的量值和所述第二力矩的量值中的较小者是所述第一力矩的量值和所述第二力矩的量值中的较大者的至少90％。

5.根据权利要求2所述的扬声器，其中所述第二杠杆臂包括：

第二杠杆臂第一分节，耦合所述第二枢轴和所述第二电枢；以及

第二杠杆臂第二分节，耦合所述第二枢轴和所述声隔膜；

其中所述第二杠杆臂第一分节的质量分布和所述第二电枢的质量分布具有关于所述第二枢轴的第三力矩；

其中所述第二杠杆臂第二分节的质量分布和所述声隔膜的质量分布具有关于所述第二枢轴的第四力矩；并且

其中所述第三力矩的量值和所述第四力矩的量值中的较小者是所述第三力矩的量值和所述第四力矩的量值中的较大者的至少2/3。

6.根据权利要求1所述的扬声器，其中所述第一电枢包括具有动磁式电动机的磁体结构。

7.根据权利要求1所述的扬声器，其中所述第一枢轴包括x曲折件。

8.根据权利要求1所述的扬声器，其中所述第一杠杆臂第一分节以允许第一隔膜的活塞运动的方式耦合到所述第一隔膜。

9.根据权利要求8所述的扬声器，其中所述第一杠杆臂第一分节通过x曲折件耦合到所述第一隔膜。

10.根据权利要求1所述的扬声器，其中所述隔膜的振荡在由限定所述隔膜的最小和最大偏移的两个平行平面界定的空间中，其中所述第一电枢的一部分定位于所述两个平面之间。

11.根据权利要求1所述的扬声器，还包括一个或者多个附加电动机，每个电动机包括对应电枢以及机械地耦合每个电枢和所述声隔膜的对应杠杆臂，所述对应杠杆臂中的每个对应杠杆臂耦合到对应枢轴，从而所述对应电枢中的每个对应电枢的运动引起所述对应杠杆臂中的每个对应杠杆臂绕着所述对应枢轴旋转，在与所述第一方向不同的方向上引起扭矩；

其中所述一个或者多个附加电动机被定位和设定尺度使得由于所有所述杠杆臂的旋转而产生的总自由体扭矩小于由于所述第一杠杆臂、所述第二杠杆臂或者所述对应杠杆臂中的任一对应杠杆臂之一的单独地旋转而产生的自由体扭矩。

12.根据权利要求11所述的扬声器，所述对应杠杆臂中的每个对应杠杆臂包括：

杠杆臂第一分节，耦合所述对应枢轴和所述对应电枢；以及

杠杆臂第二分节，耦合所述对应枢轴和所述声隔膜；

其中所述对应杠杆臂第一分节的质量分布和所述对应电枢的质量分布具有对应第一力矩；

其中所述对应杠杆臂第二分节的质量分布和所述声隔膜的质量分布具有对应第二力矩；并且

其中所述对应第一力矩和所述对应第二力矩中的较小者是所述对应第一力矩和所述对应第二力矩中的较大者的至少2/3。

13.根据权利要求12所述的扬声器，其中所述对应第一力矩和所述对应第二力矩中的较小者是所述对应第一力矩和所述对应第二力矩中的较大者的至少90％。

14.一种扬声器，包括：

电动机，包括电枢；

声隔膜；以及

杠杆臂，机械地耦合所述电枢和所述声隔膜，所述杠杆臂耦合到枢轴，从而所述电枢的运动引起所述杠杆臂绕着所述枢轴的振荡；

其中所述杠杆臂包括耦合所述枢轴和所述电枢的第一分节；

其中所述杠杆臂还包括耦合所述第一枢轴和所述声隔膜的第二分节；并且

其中所述第一分节和所述电枢的质量分布由关于所述枢轴的第一力矩来表征；

其中所述第二分节和所述声隔膜的质量分布由关于所述枢轴的第二力矩来表征；并且

15.根据权利要求14所述的扬声器，其中所述第一力矩的量值和所述第二力矩的量值中的较小者是所述第一力矩的量值和所述第二力矩的量值中的较大者的至少90％。