CN102884813B - 具有浮置悬架和球顶形体的电动换能器 - Google Patents

Abstract

电动换能器（1），所述电动换能器包括：确定磁隙的磁路（2）；活动系统（16），其包括球顶形的膜片（17）和活动音圈（18），活动音圈与膜片（17）相连在一起和伸入磁隙中；支架（20），活动系统在支架上悬挂；悬架（34），悬架保证在活动系统（16）和支架（20）之间的连接，该悬架（34）相对于支架（20）是浮置的，从而允许径向的自由度。

Description

具有浮置悬架和球顶形体的电动换能器

技术领域

本发明涉及利用又被称为电动换能器或电声换能器的扬声器进行声音再现的领域，扬声器保证将通常由功率放大器提供的电能转化为声能的功能。

背景技术

声能通过振膜进行辐射，振膜的移动引起周围空气的压力变化，其以声波的形式在空间中传播。

在最常见的Rice-Kellog类型的电动换能器中，振膜由活动音圈促动，活动音圈包括螺线管，螺线管由（来自放大器的）电流经过和伸入到由永磁体产生的磁场占据的磁隙中。电流和磁场之间的相互作用产生以名称“洛伦兹力（force de LAPLACE）”已知的作用力，该作用力产生活动音圈的移动，活动音圈借此带动振膜，振膜的振动是声辐射源。

为实施振膜，已设计过许多形式；最常见的是锥形体（其母线可以是直线的或曲线的）和球顶形体、或这两者的结合。

在锥形体的情形中，活动音圈通常固定在实施于振膜中心的开口的周廓上。活动系统的体积和质量相对较大，这使得该类型的结构特别适于实施这样的换能器：其被设计用以需要相对低频但大幅度的振膜振动来再现低音和中音。

在球顶形体的情形中，活动音圈通常被固定在振膜的周沿边部上。活动系统的尺寸和质量可被最小化，这使得该类型的结构特别适于实施这样的换能器：其被设计用以由于高频率和小幅度的振膜振动而再现高音。

无论振膜的形状如何，振膜通常通过周沿悬架被固定在换能器的框架上，周沿悬架除其支撑振膜的主要功能之外，通常承担三种功能：

-使振膜向息止位置回复，

-产生添加于振膜声辐射的副声辐射，

-活动系统（包括振膜和活动音圈）相对于磁隙的定中心和轴向引导。

在锥形振膜的情形下，由于这种类型的换能器的大行程，周沿悬架通常并不足以保证将振膜相对于磁隙的引导，和通常使用补充的定中心装置，其例如是定心支片类型的（参照例如以申请人名义提交的法国专利申请FR2667212）。

在行程小得多的球顶振膜的情形中，通常设置单一的周沿悬架来共同地保证上述的三种功能。这种布局长久就是已知的，参照例如美国专利US2242791（Edward C.Wente（爱德华C.温特）/贝尔实验室），其追溯至1948年6月。更近的例子在美国专利申请US 2008/0166010（Stiles及同事）中陈述。

通常承认的是，振膜相对于磁隙的定中心和其轴向引导组成悬架的基本功能。实际上，需要排除或至少最小化振膜的横向运动（摆动、摇摆），这些横向运动被视为是在振膜所发射的声音信号中产生失真和干扰杂音的缺陷。特别地，会出现音圈摩擦磁隙的壁。这种摩擦产生使这类换能器不可用的强失真及干扰杂音。

这就是为什么活动系统相对于磁隙的定中心是一项困难的安装操作的原因，该安装操作需要考虑所有的制造公差（特别是磁路的）和要求悬架在换能器的框架上特别精确的固定。这类操作难以自动化。即便采取各种预防措施，仍会发生活动音圈在磁隙的壁上摩擦的情形，和为最小化其频率，通常在活动音圈和磁隙之间设置为零点几毫米的较大的内和外运行间隙。

然而，磁隙的任何增宽都会导致如下有害后果：

-对于同一磁路，降低在磁隙内部的磁通量密度，这相应地降低传递给活动音圈的驱动力和因此损害换能器的效能级别，

-由于环绕音圈和作为隔热层作用的空气层的厚度，降低由焦耳效应在音圈中产生的热量的消散能力。

扬声器制造商的一部分努力朝向探寻在活动系统相对磁隙的定中心的公差（和因此悬架的定尺寸和/或固定）、与换能器的声性能之间的更好折中。如已经看到的，前者的增大使后者降低。不言自明的是，在工业制造 的范围内，以损害声性能为代价，选择通常趋向公差的增大。

面对这种问题，申请人进行相反的选择，不牺牲性能和就在换能器的本身结构中寻求合适和合理的解决方案。

发明内容

因此，本发明旨在对解决上文所述的问题献计献策，特别是涉及到高音换能器，对球顶换能器进行改进，尤其是允许方便安装而不牺牲声性能。

为此，根据第一方面，本发明提出一种电动换能器，所述电动换能器包括：

-确定磁隙的磁路，

-活动系统，活动系统包括球顶形膜片和活动音圈，活动音圈与膜片相连在一起和伸入磁隙中；

-支架，活动系统悬挂于支架；

-悬架，悬架保证在活动系统和支架之间的连接，该悬架相对于支架是浮置的，从而允许径向的自由度。

这样，悬架的定中心功能消失。当调制电流经过活动音圈时，直接地在磁隙处获得这种定中心功能。这种结构使得减小在活动音圈周围的运行间隙成为可能，有利于换能器的灵敏度。

这种间隙减小会减小围绕螺线管的空气层的厚度，和因此减小在螺线管和磁路之间的热阻。这改进散热和因此允许增大容许的换能器功率。

根据一实施方式，支架包括周沿凹槽，悬架呈内边部嵌入所述周沿凹槽中的环的形式。优选地，在悬架和周沿凹槽的底部之间设置大于0.1mm的间隙。

支架例如包括：盘板，周沿凹槽设置在盘板中；和杆，杆与盘板相连在一起和支架通过该杆被固定在磁路上。

根据一实施方式，凹槽通过相对的两个侧板界定，悬架在这两个侧板之间略微地预受应力。

优选地，悬架以网状的聚合物泡沫塑料如三聚氰胺泡沫塑料制成。

根据一优选的实施方式，所述磁隙的壁的至少之一被覆以小摩擦系数材料层，所述小摩擦系数材料如聚四氟乙烯PTFE。

此外，优选地，磁隙和活动音圈被定尺寸以使得活动音圈在磁隙中的占用率大于或等于50%。

根据一实施方式，磁路包括极性构件，在该极性构件和活动音圈之间的间隙小于1/10毫米。

可在悬架和支架之间放置润滑剂（优选地呈糊状的）。

根据第二方面，本发明提出一种具有至少两路的同轴扬声器系统，包括：低音换能器，其被设计用于再现低音和/或中音；和如上文所述的电动换能器，其被设计用于再现高音。

在该系统中，高音换能器可以相对于低音换能器以同轴的和在正前的方式安装。

根据第三方面，本发明提出一种音箱，所述音箱包括如上文所述的电动换能器或同轴扬声器系统。

附图说明

通过以下参照附图进行的说明，本发明的其它的目的和优点将得到展示，附图中： 

-图1是示出根据本发明一实施方式的球顶高音换能器的剖视图；

-图2是图1的一细部的视图；

-图3是按另一视角的图1换能器的一细部的放大比例的剖视图；

-图4是剖视图，示出一同轴扬声器系统，其包括主低音换能器、和以同轴的和正前的方式安装的图1的高音换能器；

-图5是与图4相似的视图，示出包括主低音换能器和根据一实施变型的高音换能器的同轴扬声器系统；

-图6是透视图，示出包括如图4上所示的同轴扬声器系统的音箱。

具体实施方式

在图1到图5上，和更详细地在图1到图3上示出适于再现高音频即大约1kHz到大约20kHz的电动换能器1。

换能器1包括磁路2，磁路2包括中心环形的永磁体3，永磁体3被夹置在形成场板的两个极性构件之间，这两个极性构件即后极性构件4和前极性构件5，它们通过粘接被固定在磁体3的两个相对的表面上。

磁体3和极性构件4、5围绕形成换能器1的总轴线的公共轴线A2回转对称。

优选地，磁体3以钕-铁-硼稀土合金制成，钕-铁-硼稀土合金具有这样的优点：提供的能量密度高（直至钡铁氧体永磁体的能量密度的12倍）。

如在图1上清晰可见的，称为磁轭的后极性构件4在此情形下是整体件的和以低碳钢制成。其具有呈U形横截面的剖面形状并包括：底部6，其固定于磁体3的后表面7；和周沿侧壁8，其从底部6起轴向地延伸。侧壁8在与底部6相对的前端部终止于环形的前表面9。底部6具有后表面10。

被称为磁芯的前极性构件5也以低碳钢制成。其呈环形和具有：后表面12，被称为磁芯的前极性构件通过后表面12被固定在磁体3的前表面13上；和相对的前表面14，前表面14与磁轭4的侧壁8的前表面9在相同的平面中延伸。

如在图1上可见的，磁路2是超薄的，即其厚度与其全径相比较小。此外，磁路2延伸直到换能器1的外径。换句话说，磁路2的尺寸相对于换能器1的全径最大化，这增加其功率性能以及磁场值、和因此换能器1的灵敏度。

磁芯5具有的全径小于磁轭4的侧壁8的内径，使得在磁芯5和磁轭4的侧壁8之间确定磁隙15，在该磁隙内集中了由磁体3产生的磁场的大部分。

在磁隙15处，磁芯5和磁轭4的棱边可被倒角，或优选地和如图1上所示的，这些棱边是修圆的，以避免有害的飞边。

换能器1此外还包括活动系统16，活动系统16包括球顶形的膜片17和与膜片17连在一起的活动音圈18。

膜片17以刚性和轻质材料如热塑性聚合物或甚至铝基轻质合金、以镁或钛制成。其被定位成在磁芯5侧上覆盖磁路2，和以使其回转对称轴线与轴线A2重合。

在这些条件下，膜片17的位于轴线A2上的顶部可被视为是其声中心C2，即换能器1的声辐射从其发射的等同的点声源。

膜片17具有圆形的周沿边部19，其略微抬高以方便活动音圈18的固 定。

活动音圈18包括（例如铜制或铝制的）导体金属线螺线管，其优选宽度为0.3mm，呈螺旋形卷绕以形成圆柱体，该圆柱体的上端部通过粘接被固定于膜片17的抬高的周沿边部19。活动音圈18在这里未设有支架，不过该动音圈可以包括支架。

活动音圈18伸入在磁隙15中。活动音圈18的内径极略微地大于磁芯5的外径，使得设置在活动音圈18和磁芯5之间的内运行间隙相对磁隙15的宽度很小，即便作为变型，该运行间隙也能以惯常的方式被定尺寸。

根据一优选的实施方式，磁芯5的至少周廓（和必要时侧壁8的内表面）被覆以低摩擦系数聚合物层，如聚四氟乙烯（PTFE，商业名称为特氟龙）层，其厚度接近或小于1/100毫米，优选地为数十微米（例如大约20微米）。

由此，尽管磁芯5和活动音圈18之间的间隙小，但一方面，活动音圈18在磁隙15中的安置到位是相对容易的，和另一方面，在运行时，活动音圈18的轴向运动不会受到磁芯5接近的妨碍，即便假定这两个元件会偶然地和暂时地相互接触。

实际上，活动音圈18和磁隙15优选地被定尺寸以使得：

-在活动音圈18和磁芯5（包含覆层）之间的间隙小于1/10毫米，例如在0.05mm到0.1mm之间。根据一优选的实施方式，内间隙为0.08mm（而不排除用传统的方式对该间隙定尺寸）；

-设在活动音圈18和磁轭4的侧壁8之间的外间隙小于0.2mm，例如在0.1mm到0.2mm之间。根据一优选的实施方式，外间隙为0.17mm。

因此，对于宽度为0.3mm的活动音圈18，磁隙15的最大宽度为0.6mm（内间隙为0.1mm和外间隙为0.2mm）。在该构型中，活动音圈18在磁隙15中的占用率接近50%，这是最小的，其中所述占用率等于活动音圈18和磁隙15的截面之比。在优选构型中，对于0.55mm的磁隙宽度、0.08mm的内间隙和0.17mm的外间隙，活动音圈18在磁隙15中的占用率为大约55%。

这些大于或等于50%的值与现有技术的换能器的占用率相比，小大约35%。

因此使得在磁隙15中的磁通量密度增大，和换能器1的灵敏度的随之增大，灵敏度与处于磁隙15中的磁场的密度的增量的平方成比例。

可具有这样的优点：为磁隙15配以载有磁性微粒的矿物油，例如由FERROTEC公司（日本磁性流体技术株式会社）以商业名称Ferrofluid（磁性流体）（注册商标）投放市场的类型。这类填料具有以下的优点：

-其有利于活动音圈18在磁隙15内的定中心，

-其具有动态润滑的作用，有利于换能器1的运行静音，

-借助其远高于空气导热率的导热率，其有利于向磁路2、和特别地向磁轭4排放由焦耳效应在活动音圈18中产生的热量。

换能器1此外包括支架20，支架20固定于磁路2，活动系统16悬挂于该支架。支架20以反磁性和电绝缘的材料制成，例如以如聚酰胺或聚甲醛（含或不含玻璃）的热塑性材料制成，该支架20具有呈T形截面的围绕与轴线A2重合的一轴线的回转对称整体形状。

是整体件的支架20，对于换能器1形成内骨架；其包括：环形盘板21，盘板21紧贴靠磁芯5的前表面14；和圆柱形的杆22，杆22从盘板21的中心起向后凸出地延伸和容置在互补的圆柱形的空槽部（emplacement）23中，空槽部23实施在磁路2中和由制在磁轭4、磁体3和磁芯5中的一系列同轴开孔形成。

如在图1上所示的，内骨架20利用螺母24刚性地固定于磁路2，螺母24在锪孔25内旋拧在杆22的螺纹部分上和紧靠磁轭4，锪孔25在后表面10的中心实施在该后表面上。这样，盘板21紧贴靠磁芯5的前表面14，而没有转动的可能性。这种固定如有需要可通过在盘板21和磁芯5之间涂覆一薄层黏合剂来完成。

考虑到盘板21相对于磁路2的正前定位，该盘板在膜片17所界定的透镜状的内容积空间中延伸。盘板21包括周沿环形的边框26和中心盘27，杆22连接到该中心盘。中心盘27可开通有孔洞28，这些孔洞28的作用在于最大化在膜片17下方的空气容积，以降低活动系统16的谐振频率。

边框26基本具有滑轮的轮廓，和包括周沿环形的凹槽29，凹槽29径向地通向外部、与位于边部19附近的膜片17内表面的周沿环形部分30相对。

凹槽29将边框26分成相对的两个侧板，它们形成凹槽29的侧壁，这两个侧板即支靠磁芯5的前表面14的后侧板31、和前侧板32。侧板31、32通过形成凹槽29的底部的圆柱形腹板33相连接。

活动系统16通过内悬架34安装在内骨架20上，内悬架34保证在膜片17和盘板21之间的连接。这种悬架34呈以轻质、弹性和非声发射性材料制成的环的形式（为此可选择多孔材料）。优选地，这种材料耐抗换能器中存在的热量，材料弹性选择成使活动系统16的谐振频率小于通过换能器1再现的最低频率（在此情形下是500Hz到2kHz）。网状的聚合物泡沫塑料（例如聚酯或三聚氰胺）特别地适合，因为其具有高的孔隙性。

作为变型，悬架34能以天然纤维（例如棉）或合成纤维（例如聚酯、聚丙烯酸、尼龙和更为特别地芳纶，其中有Kevlar（凯芙拉，即聚对苯二甲酰对苯二胺），注册商标）的无纺布或织物制成，或能以天然纤维和合成纤维的混合物（例如涤棉）制成，这些纤维浸有热固性或热塑性的树脂和热成型以便以定心支片的方式在其中形成波纹。

由于悬架34的非声发射性，仅仅呈球顶形状的膜片17发射声辐射。这样，避免了本征模、谐振、和更为一般性地悬架34的干扰声辐射，其会干扰膜片17的声辐射和严重破坏换能器1的性能。

悬架34在截面上具有基本多边形的形状，该悬架包括：直的、即呈围绕轴线A2的回转圆柱形的内边部35；和基本截锥形的周沿外边部36。

悬架34通过其截锥形的外边部36，通过粘接被固定在膜片17的内表面的周沿部分30上。作为变型，假定活动音圈18包括与膜片17连在一起的、和螺线管将安装在其上的圆柱形支架，则悬架34可通过其周沿外边部（其此时是圆柱形的）固定在该支架的内表面上。

如在图1上所示的，悬架34的厚度（沿轴线A2测量）即便小于其自由长度（在侧板31、32的外边和膜片17的内表面30之间径向地测量），但并非相对于其是可忽略的，而是相同量级的。更为确切的说，悬架34的自由长度和厚度之间的比率优选地小于5（在此情形下该比率小于3）。这样最小化悬架34的自由长度的事实，允许稳定活动系统16和阻止其摆动（反摇摆效应）。

悬架34在其内边部35侧上，被容置在凹槽29中，同时在侧板31、 32之间略微地预受应力以避免干扰杂音，但并未固定于这些侧板。此外，悬架34的内径大于凹槽29的内径（即大于边框的腹板的外径），使得在悬架34和腹板33之间设置一环形空间37。

这样，悬架34相对于盘板21的边框26是浮置的，从而允许径向的自由度，悬架34能在侧板31、32上滑动。为有利于这种滑动，可在侧板31、32上涂覆糊状润滑剂层如润滑脂层。由在悬架34和腹板33（即凹槽29的底部）之间的环形空间37确定的径向间隙优选地大于0.1mm，但小于1mm。根据一优选的实施方式，该间隙大约为0.5mm。出于清晰的考量，在附图上该间隙被夸大。

此外，优选的是，悬架34的在凹槽29中容置的部分的宽度（径向地测量）大于或等于其厚度，以保证平面支撑类型的机械连接和最小化悬架34相对于盘板21的有害的倾转效应。

因此，膜片17的悬架34在该膜片内部延伸。外周沿悬架的取消允许消除在已知换能器中膜片辐射和其悬架的辐射之间存在的声干扰。

此外，悬架34不在膜片17上施加任何径向应力，其不强加使膜片相对于磁路2定中心的功能，有利于换能器1的装配的简易性或在发生故障的情形下替换膜片17的简易性。

膜片17的定中心在活动音圈18处实施，活动音圈18以小间隙在磁芯5上配合，和自伸入在磁隙15的磁场中的活动音圈18通过调制电流被施以运动起，相对于其自动地定中心。

相反地，悬架34保证活动系统16向中间息止位置的复位功能，中间息止位置是在没有施加于活动音圈18上的轴向应力的情形下（即实际上，在没有电流经过活动音圈的情形下）采用的。在附图上示出的换能器1正是在该中间位置。

悬架34还保证对膜片17的基部的保持功能，即在垂直于轴线A2的平面中保持膜片17的周沿边部19的功能，以避免加重膜片运行负担的膜片17的任何倾转或摇摆。

电流通过两个电路38被引至活动音圈18，这两个电路将活动音圈18的端部与换能器1的两个供电电接线柱（未显示）相连接。

如在图1上所示，每个电路38包括：

-大截面的导体39，其包括通过塑料罩隔绝的铜线，穿过磁路2，同时被容置在纵向地实施于内骨架20的杆22中的槽道内，其裸露的前端部40通过在中心盘的孔洞28之一处从磁路2凸伸出，通到膜片17的内容积空间中；

-电气接合元件，其例如呈嵌接在所述孔洞28中的（例如铜或黄铜制）金属环圈（oeillet）41的形式，导体39的裸露的端部40与之电连接（例如通过未显示的焊点）；

-小截面的导体42，其呈非常柔软的和合适地被成形的金属带的形式，跨过边框26和悬架34，在膜片17的内容积空间中延伸，其内端部43电连接到金属环圈41（例如通过未显示的焊缝），而其相对的外端部电连接到活动音圈18的一端部。

在图1上可见单一的小截面导体42，与第一小截面导体径向相对的第二小截面导体位于附图剖平面的前侧。

补充于这些导体42大柔性的（U状）弧形形状，允许这些导体毫无困难地发生变形和跟随伴随活动音圈18振动的膜片17的行程运动，而无需施加会损害活动系统16的定位自由度的径向或轴向的机械应力。

最后，换能器1包括与磁路2连在一起的声波导44。

波导44呈以具有大于50W.m^-1.K^-1的高导热率的材料例如铝（或以铝合金）制成的整体件的形式。

呈回转形状的波导44在磁轭4上固定和包括基本圆柱形的外侧壁45，外侧壁45在磁轭4的侧壁8的延长部分中延伸。优选地，利用数目等于3或大于3的螺钉通过拧紧进行固定。为最大化在这两个构件之间的热接触，有利的是通过涂覆导热膏来补充该拧紧操作。

如在图1和图2上可看见的，波导44在后周沿边部上具有一裙部46，裙部46会配合在制于磁轭4中的具有互补形廓的凹部47中。因此产生波导44相对于磁轭4、更一般性地相对于磁路2和膜片17的精确定中心。此外，在两构件4、44之间的热传导得到改善。

波导44具有后表面48，后表面48具有基本球形的帽状的形状，与膜片17同心地、与该后表面部分地覆盖的膜片外表面相面对和相邻近地延伸。

根据在图1到图4上示出的一优选的实施方式，后表面48是开有孔眼的和包括：连续的周沿部分49，周沿部分49在波导44的后边部附近延伸；和非连续的中心部分50，其由一系列翼片51带有，从侧壁45向内（即向换能器1的轴线A2）径向地凸伸。后表面48在内部、即在膜片17侧，由花瓣形状的边棱52界定。

如在图1上可见的，翼片51没有接合到轴线A2上，而在离开轴线A2一段距离处的内端部中断。翼片51每个在其顶部具有一曲线形的边棱53。

波导44的侧壁45向内由非连续的截锥形的前表面54界定，前表面54分布在多个角扇区55上，所述多个角扇区在翼片51之间延伸。前表面54形成喇叭筒开始部分（amorce de pavillon），该喇叭筒开始部分从内向外和从后边部直到前边部56延伸，其中，所述后边部由构成喇叭筒开始部分54的喉部（gorge）的花瓣形的边棱52形成，而前边部56构成喇叭筒开始部分54的开口。喇叭筒开始部分54的角扇区55是这样的回转锥体的一些部分：所述回转锥体的对称轴线与轴线A2重合，和其母线是曲线形的（例如按圆周定律、指数定律或双曲线定律）。喇叭筒开始部分54保证在由喉部52界定的空间和由开口56界定的空间之间的声阻抗的连续匹配。

根据一实施方式，所述喇叭筒开始部分54在开口56上的切线与垂直于换能器1的轴线A2的平面形成介于30°到70°之间的角度。在图上示例中，该角度大约为50°。

翼片51特别地具有这样的作用：增大波导44的表面，以有利于在活动音圈18处产生的热量的辐射和对流式散逸；这些翼片51每个在侧面具有两个颊面57，这两个颊面在外侧通过倒圆角58连接于喇叭筒开始部分54的角扇区55。颊面57有助于对膜片17所产生的声波的引导。

在图5上所示的实施变型中，波导44形成的不是喇叭筒开始部分，而是形成一个完整的喇叭筒（例如围绕轴线A2回转对称），其喉部52的轮廓是圆形的和其开口56的直径远大于喉部52的直径。

波导44在膜片17上界定两个相区分的和互补的区域，即：

-暴露的内区域59，其呈花瓣状，在外侧由喉部52界定，

-遮盖的外区域60，其与暴露的内区域59形状互补，在内侧由喉部52界定。

波导44的后表面48和膜片17的对应的遮盖的外区域60在它们之间确定空气容积空间61，其被称为压缩腔，在压缩腔中，由在磁隙15中移动的活动音圈18带动的振动膜片17的声辐射不是自由的，而是受到压缩。暴露的内区域59与相对的喉部52直接地连通，所述喉部集中整个膜片17的声辐射。

换能器1的压缩率由其发射表面积与由喉部52的在垂直于轴线A2的平面中的投影所界定的表面积之商确定，其中，所述发射表面积对应于膜片17的（在边部19上测量的）全径所界定的平坦表面。该压缩率优选地大于1.2：1，例如大于或等于大约1.4：1。可考虑例如直到4：1的高压缩率。

刚刚进行描述的高音换能器1可单独地进行使用，或与低音换能器62相联接以形成多路同轴扬声器系统63，该系统被设计用以覆盖宽广的声谱，理想地覆盖整个声频带。

实际上，低音换能器62可被设计用以再现低音和/或中音，如有需要再现一部分高音。为此，低音换能器的直径优选地介于10cm到38cm之间。尽管本发明的主要目的不是在于确定涉及系统63的不同换能器所覆盖的声谱的建议，但要明确指出的是，由低音换能器62覆盖的声谱可以覆盖：低音，即20Hz到200Hz的声频带；或中音，即200Hz到2kHz的声频带；或甚至低音和中音的至少一部分（和例如全部低音和中音）；如有需要，一部分高音。作为示例，低音换能器可被设计用以覆盖20Hz到1kHz或从20Hz到2kHz、或者甚至从20Hz到5kHz的声频带。

高音换能器1优选地被设计成其通频带在低音换能器62的通频带的高音中至少是互补的。因此要注意的是，高音换能器1的通频带覆盖至少部分中音和直到20kHz的全部高音。

优选的是，换能器1、62的响应的线性部分局部地交迭，和高音换能器1的灵敏度至少等于低音换能器62的灵敏度，以避免在对应低音换能器62的声谱的高音部分和高音换能器1的声谱的低音部分的某些频率所述系统63的总体响应的降低。

低音换能器62包括磁路64，磁路64包括环形的磁体65，磁体65被夹置在形成场板的两个低碳钢制极性构件之间，这两个极性构件即后极性 构件66和前极性构件67，它们通过粘接被固定在磁体65的两个相对的表面上。

磁体65和极性构件66、67围绕公共轴线A1回转对称，公共轴线A1形成低音换能器62的总轴线。

在所示出的实施方式中，称为磁轭的后极性构件66是整体件。其包括：环形的底部68，其固定于磁体65的后表面69；和圆柱形的中心的磁芯70，其在底部68的相对向上具有前表面71，和开通有中心孔道72，该中心孔道通达到磁轭66的两侧。

前极性构件或前场板67具有环形垫圈的形状。前极性构件或前场板具有：后表面73，所述前极性构件或前场板通过该后表面固定于磁体65的前表面74；和相对的前表面75，其与磁芯70的前表面71在相同平面中延伸。

前场板67在其中心具有孔道76，孔道76的内径大于磁芯70的外径，使得在该孔道76和容置于其中的磁芯70之间确定磁隙77，由磁体65产生的磁场的一部分处于该磁隙中。

此外，低音换能器62包括：框架78，其称为盆架，包括基座79，盆架78通过该基座被固定在磁路64上，更为确切地固定在前场板67的前表面75上；环冠80，换能器62通过所述环冠被固定在承载结构上；和多个分支81，所述多个分支将基座79连接于环冠80。

低音换能器62此外包括活动系统82，活动系统82包括振膜83和活动音圈84，活动音圈84包括螺线管85，螺线管85卷绕在与振膜83连在一起的圆柱形支架86上。

振膜83以刚性和轻质的材料如浸渍纤维素纸浆制成，和具有带曲线形母线（例如根据圆周定律、指数定律或双曲线定律）的围绕轴线A1的锥形或伪锥形的回转形状。

振膜83通过周沿悬架（又被称为边部）87固定在环冠80的周廓上，周沿悬架87可由在振膜83上附加和粘接的环形构件组成。悬架87能以弹性体（例如天然橡胶或合成橡胶）、聚合物（蜂窝状的或非蜂窝状的）、或以浸渍和涂层织物制成。

振膜83在其中心确定开口88，支架86以前端部通过粘接被固定在开 口88的内边部上。采用一级近似，开口88的几何中心被视为是低音换能器62的声中心C1，即主换能器62的声辐射从其发射出的虚拟点声源。

以非声发射性材料制成的半球形的防尘帽（cache-noyau）89可在开口88附近被固定在振膜83上，以保护其不受粉尘侵入。

以（例如铜或铝制）金属导线制成的螺线管85，在支架86的伸入到磁隙77中的后端部处被卷绕在该支架上。根据低音换能器62的直径，螺线管85的直径可介于25mm和一百多mm（plus de 100mm）之间。

活动系统82的定中心、弹性复位和轴向引导共同地通过周沿悬架87和又称为定心支片（spider）的中心悬架90来保证，该定心支片通常呈环形，带有同心波纹，定心支片具有周沿边部91，定心支片90借助周沿边部91（通过粘接）被固定在盆架78的邻近基座79的凸缘92上，定心支片还具有内边部93，定心支片90借助内边部93（也通过粘接）固定在圆柱形的支架86上。

利用两个电导体（未显示）以传统的方式实施对螺线管85提供电信号，所述两个电导体将螺线管85的两个端部中的每一端部连接到换能器62的一接线柱，在此处执行与功率放大器的连接。

如在图4上所示的，高音换能器1被容置在低音换能器62中，同时被接纳在正前中心的空间内（即在磁路64的前侧），该空间向后由磁芯70的前表面71界定和在侧面由支架86的内壁界定。

如在图4和图5上所示的，高音换能器1同时以如下方式安装在低音换能器62中：

-以同轴的方式，即低音换能器62的轴线A1与高音换能器1的轴线A2重合，

-以正前的方式，即换能器1布置在磁路64的前方（换句话说，在振膜83延伸的磁路64侧上）。

被形容为“正前”的该安装与在后部的安装相反，在后部的安装中，换能器被安装在磁轭的后表面上（参照例如Tannoy（天朗）专利US4,164,621），借助于不减小膜片17的发射表面而获得的高音换能器的微型化，这种正前安装成为可能。

这种微型化同时源自于磁路2（其达到换能器1的全径）的超薄和超 宽的实施和源自于膜片17的允许其发射表面最大化的特别设计。

磁路2的紧凑性（特别是其小厚度）通过使用钕-铁-硼永磁体3而成为可能。不过，如果膜片17以常见的方式实施而包括周沿悬架，则这种紧凑性会是无意义的。

实际上，在这类构型中，膜片的有效辐射表面的直径小于膜片的全径，悬架的仅仅内部分在声辐射中起作用，而固定于换能器的固定部分上的其外部分实际上是不参与的。在已知的这类构型中，有效辐射表面的直径不足不允许正前同轴的安装，因为在选定的空间中，能够与低音换能器的振膜的型廓对齐的短的喇叭筒开始部分的实施，实际上不是能实现的。

已知类型的膜片具有的有效辐射表面小于其物理表面，和经常不足以允许位于高音的低音频部分中或在高中音中的频率的良好再现，这不允许高音换能器保证与由低音换能器再现的声谱的高音频部分的接合。

相反地，上文所述的高音换能器1的带有内悬架34的膜片17，具有达100%的辐射表面，即有效辐射表面的直径等于膜片17的全径。因此相对于已知的带有周沿悬架的膜片，产生大于大约1/6、即百分之十六多的辐射表面增益。

这种增益允许降低通过高音换能器1再现的声频带的下限值和因此改进系统63的均匀性。活动音圈18的直径的相应（induite）增大，允许以一因数增加换能器1的灵敏度和功率性能，该因数与辐射表面的增益成比例（即与膜片17的直径的平方成比例）。

实际上，换能器1在磁路64的前方被固定在该磁路上，同时其被接纳在这样的空间中：该空间向后由磁芯70的前表面71界定，和在侧面由圆柱形支架86的内壁界定；磁路2的磁轭4（直接地或通过隔板）紧贴磁芯70的前表面71。为此，换能器1具有的全径小于圆柱形支架86的内径。不过，优选最小化在换能器1和支架86之间的间隙，以降低通过设在它们之间的环形腔所产生的有害声学效应。但是，该间隙应足以避免支架86在换能器1上的摩擦。为十分之几毫米（例如介于0.2mm到0.6mm之间）的小间隙构成良好的折中（在图4和图5上，出于视图清晰的目的，该间隙被夸大）。

如在图4和图5上所示的，内骨架20的杆22被接纳在磁芯70的孔道 72中，换能器1利用螺母94刚性地被固定于低音换能器62的磁路64，螺母94在杆22的螺纹部分上拧紧，紧靠磁轭66和必要时可插置有垫片。

除换能器1相对于低音换能器62的正前同轴定位以外，它们各自的几何形状，特别地（而非仅仅地），磁路2、64的厚度和振膜83的曲度（和因此深度）优选地适于允许换能器1、62的声中心C1和C2的至少大致的重合，使得在换能器1、62的声辐射之间的时间偏移是感知不到的（此时则认为换能器1、62时间配准）。系统63则可被视为是完美一致的，尽管存在声源的双重性。

此外，在图4上所示的实施方式中，高音换能器1相对于低音换能器62的轴向定位和波导44的几何形状使得：振膜83在喇叭筒开始部分54的延长部分中延伸。换句话说，喇叭筒开始部分54在开口56上的切线与振膜83在其中心开口88上的切线相重合。在该构型中，波导44和低音换能器的振膜共同形成用于换能器1的一个完整喇叭筒，从而允许两个换能器1、62具有均匀的指向性特征。

在图5的实施变型中，形成完整喇叭筒的波导44独立于低音换能器62的振膜83。在该构型中，两换能器1、62的指向性特征是相区分开的和可以单独地被优化，这在某些应用如在舞台回响扬声器中是有利的。

系统63可安装在各种类型的音箱上，例如具有倾斜正前面的舞台回响音箱95，如在图6上作为示例所示的。

Claims (14)

1.电动换能器(1)，所述电动换能器包括：

－磁路(2)，其确定磁隙，

－活动系统(16)，其包括球顶形的膜片(17)、和活动音圈(18)，所述活动音圈与所述膜片(17)相连在一起和伸入在所述磁隙中；

－支架(20)，所述活动系统悬挂于所述支架；

－悬架(34)，所述悬架保证所述活动系统(16)和所述支架(20)之间的连接，

所述电动换能器(1)的特征在于，一环形空间(37)设置在悬架(34)和支架(20)的腹板(33)之间，从而允许悬架(34)相对于支架(20)的径向的自由度。

2.根据权利要求1所述的电动换能器(1)，其特征在于，所述支架(20)包括周沿凹槽(29)，所述悬架(34)呈内边部嵌入所述周沿凹槽(29)中的环的形式。

3.根据权利要求2所述的电动换能器(1)，其特征在于，大于0.1mm的间隙被设置在所述悬架(34)和所述周沿凹槽(29)的底部之间。

4.根据权利要求2或3所述的电动换能器(1)，其特征在于，所述支架(20)包括：盘板(21)，所述周沿凹槽(29)设置在所述盘板中；和杆(22)，所述杆与所述盘板(21)相连在一起，所述支架(20)通过该杆被固定在所述磁路(2)上。

5.根据权利要求2所述的电动换能器(1)，其特征在于，所述周沿凹槽(29)通过相对的两个侧板(31，32)界定，所述悬架(34)在所述两个侧板(31，32)之间略微地预受应力。

6.根据权利要求2所述的电动换能器(1)，其特征在于，所述悬架(34)的自由长度与厚度之比小于5。

7.根据权利要求1所述的电动换能器(1)，其特征在于，所述悬架(34)以网状的聚合物泡沫塑料制成。

8.根据权利要求1所述的电动换能器(1)，其特征在于，所述磁隙(15)的壁的至少之一被覆以小摩擦系数材料层。

9.根据权利要求1所述的电动换能器(1)，其特征在于，所述磁隙(15)和所述活动音圈(18)被定尺寸成：所述活动音圈在所述磁隙中的占用率大于或等于50％。

10.根据权利要求1所述的电动换能器(1)，其特征在于，所述磁路(2)包括极性构件(5)，所述活动音圈(18)围绕所述极性构件定位，在所述极性构件和所述活动音圈之间具有小于1/10毫米的间隙。

11.根据权利要求1所述的电动换能器(1)，其特征在于，润滑剂放置在所述悬架(34)和所述支架(20)之间。

12.具有至少两路的同轴扬声器系统(63)，所述同轴扬声器系统包括：低音换能器(62)，其被设计用于再现低音和/或中音；和根据前述权利要求中任一项所述的电动换能器(1)，其被设计用于再现高音。

13.根据权利要求12所述的同轴扬声器系统(63)，其特征在于，用于高音的电动换能器(1)以相对于所述低音换能器(62)同轴和在正前的方式安装。

14.音箱(95)，所述音箱包括根据权利要求1到11中任一项所述的电动换能器(1)、或根据权利要求12或13所述的同轴扬声器系统(63)。