CN103037293B - 具有两个磁路和一个悬挂件的扬声器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种扬声器，包括振膜（1）、与振膜（1）的外围相连的折环（2）、连接至振膜（1）下侧并且悬挂于相应磁路中的两个音圈（7），以及与所有组件直接或间接相连的支架（3）。上述设计中不含有第二个悬挂件，使得振膜的移动能力最大化为振膜与磁路之间的间距。通过上述结构，扬声器的整体深度可以低于13mm，扬声器的工作带宽可以延伸至低于400Hz。

Description

具有两个磁路和一个悬挂件的扬声器

技术领域

本发明涉及扬声器领域，具体涉及具有一个悬挂件的扬声器。

背景技术

用于再生低频声音的动圈式扬声器通常含有两个悬挂件，其中一个用于将音圈悬挂于磁路组件之内，另一个用于悬挂振膜。振膜通过机械连接与音圈相连，是扬声器中生成外传压力波的组件。振膜通常呈圆形，为了适用于狭窄的安装区域，振膜的形状会被拉长，由通常的圆形变成椭圆形、跑道形或矩形。因为需要两个悬挂件来控制音圈的运动，狭窄的椭圆形状会限制悬挂系统的刚度（亦称劲度）。通常的扬声器设计含有一个位于振膜下面并与音圈连接的悬挂件，其限制了振膜的移动能力或最大移动距离，使得其不能有效等同于磁路与较低的悬挂件之间的垂直距离。

如图6所示的传统扬声器，线圈7与振膜1及弹波9相连。振膜1反过来与折环2相连。弹波9和折环2是悬挂件，并起到将振膜悬挂在扬声器前端、将线圈悬挂在磁路结构的间隙之中的作用，其中磁路结构由上夹板4、磁铁5和铁心6组成。磁路组件、弹波9以及折环2物理接连于支架3并受其支撑。

扬声器的功能特征在于线圈对电子输入信号的响应，由于磁力作用于线圈，在线圈上会产生一个沿线圈轴向方向的力。这个力驱使线圈运动，并使振膜沿同一个方向运动，进而推动扬声器前面的空气。因此线圈和振膜的运动能够产生外传的压力波。

扬声器的工作带宽的下限决定于移动组件的质量以及悬挂件的刚度，两者共同产生移动组件在主共振频率的主要机械共振。这如图7中的频率f ₀ 和箭头(a)所示。图7示意了在特定输入信号下扬声器产生的测量到的声压水平，其中1W表示1瓦特，即输入至扬声器的电子能量的总量，1m表示1米，即测量点与驱动器的距离。可以通过降低扬声器中悬挂件的刚度、或者提高移动组件的质量来调低频率f ₀ 。

扬声器的带宽上限由线圈的电感（其在高频代表对输入信号的额外阻抗）或振膜的中断（break-up）模式控制。中断是指振膜的非活塞式（non-pistonic）行为。在较高频，作为对输入信号的共振响应，振膜可能会弯曲，振膜的一部分与其他部分的运动不协调，这会造成输出声压水平的损失。这在图7中也有表示，图7表示对给定输入信号水平的声压水平，声压水平曲线展示了由于中断而在频率f ₁ 的输出损失。

通常都希望带宽的频率尽可能地延伸到最低，从而覆盖尽可能多的人类听觉范围。对于小型扬声器来说，移动组件的质量通常都非常轻，所以降低刚度能够最大可能地降低较低带宽的截止频率，从而延伸带宽。降低刚度的能力受到两个悬挂件（弹波和折环）的限制，因为它们的每一个都对悬挂系统的刚度有一定程度的贡献。

最大声压输出也受到两个悬挂件的限制。外传的声压波由振膜运动产生，振膜能运动得越远，就能够产生越大的声压。第二个悬挂件即弹波，通常在振膜下与音圈连接。因此，限制最大输出的是弹波与磁路组件的间距，而不是振膜与磁路组件的间距。

图5展示了改进的扬声器的一个例子。该扬声器只有一个悬挂件即折环，因此扬声器的最大输出限制于振膜与磁路组件的间距。这种类型的扬声器也有它的限制。为了正确地控制线圈的运动，并保持该运动主要沿轴方向，扬声器的振膜直径需要设计得很小，通常直径小于40mm。这限制了振膜的面积，亦限制了最大声压水平。这种设计的扬声器，直径为25mm或更小，在1W的输入下通常能够产生74dB的声压水平，并且共振频率超过400Hz。

发明内容

本发明的目的是提供一种扬声器，其克服了现有技术的缺陷，并且含有长且窄的结构、紧凑的尺寸、较宽的带宽，以适合于紧凑的空间。

本发明通过以下技术方案达到上述目的。

一种扬声器，包括振膜、与振膜的外围相连的折环、连接至振膜下侧并且悬挂于相应磁路中的两个音圈，以及与所有组件直接或间接相连的支架。

振膜和相应的折环、支架的形状都是长且窄的形状，虽然这里可以描述为矩形，但并不特定限制为矩形，还可以包括卵形或者椭圆形，可以有效地描述为含有长轴和短轴的形状。

优选地，振膜的形状为矩形。相应于两个音圈的中心，振膜的长轴从振膜的一个短边（优选中点）延伸至另一短边（优选中点），长度为50~90mm。相应于两个音圈的中心，振膜的短轴从振膜的一个长边（优选中点）延伸至另一长边（优选中点），长度为20~28mm。

支架的设计是为了支撑磁路组件和振膜，并且能够安置电子端子（terminal），外部电子输入信号通过电子端子进入。优选地，支架的侧面或底面上还设有声学通孔，从而防止支架形成一个密封的外壳，否则会使扬声器的共振频率达不到目标。为了避免设计中显著的压缩效应，通孔的总面积应该至少为振膜表面积的5%。当设置于支架的底面时，通孔的直径优选为8.0~13.0mm，以符合设计要求。

上述设计还含有引线，是从电子端子引向音圈的惯用设计。这促成了音圈和外部电子输入信号间的电连接。

音圈的尺寸和设计使得整体磁力因子（作用于音圈的输出磁力与输入到音圈的电流之比）足够于产生所需的声压水平，使产品的终端用户能够舒适地聆听产品。控制这一点的设计因素是置于磁路间隙（磁场集中于此）中的音圈电线的长度。根据几何学，这可以根据音圈的圆筒直径、电线的直径和线圈匝数的绕线高度来设置。音圈设计的重要因素是由扬声器产生的声压水平，对于1瓦特的输入能量水平，应该在1米的距离外大于78dB。两个音圈可以视设计者的需求串联或并联，通过电线将音圈与两个电子端子相连。音圈的中心优选沿振膜的长轴设置，并相对于振膜的短轴对称。优选地，音圈的圆柱体的直径为8.0~13.0mm。音圈的圆柱体的侧面高度优选为5~7mm。两个音圈沿长轴放置，并且优选相互分隔40mm。

振膜优选是扁平的，通常其厚度远小于1mm，优选为0.05~0.2mm，从而在扬声器的深度限制下，使扬声器的移动能力最大化。鉴于可取的板箔状原料的种类，振膜的厚度随振膜材料（如铝、钛或其他材料）而变化，对不同的材料可以设计不同的厚度。上述“远小于1mm”与高度限制和移动限制有关。振膜越厚，要么扬声器越高，要么移动间隙越小。

特别地，每个磁路都含有上夹板、磁铁和铁心。更具体地，铁心是在内底面包围磁铁的钢铁组件，磁铁的上表面放置有作为上夹板的钢铁组件，上夹板及磁铁均呈圆柱形，三个组件设置如下：上夹板的外直径与铁心的内圆柱直径之间存在空气间隙，磁化之后，由磁铁产生的磁通量在该空气间隙内集中。而音圈正是悬挂于磁路的这个空气间隙之中。

本发明各个组件所使用的材料都是现有技术中常用的材料。

将一个磁路替换成两个磁路，使得设计者能够自由地上下调整在音圈上产生的磁力，从而使磁路的维度得以保持在扬声器的细小外形及尺寸范围内的同时，改变图7所示的声压水平频率响应曲线的水平，以响应箭头(c)。薄型设计及矩形外形使得扬声器能够被安置于狭窄的应用环境。

进一步地，通过上述适用于所述扬声器的组件选择，能够延伸共振频率的范围，从而达到较低的共振频率。很多场合使用的扬声器都是高频扬声器，较低的共振频率能够使该高频扬声器产生较低频率的音频，从而覆盖更宽的频率范围。

本发明的扬声器包括两套音圈和两个相应的磁路。这使得紧凑的磁路能够被安置于扬声器的尺寸范围之内，因此能够在不扩大扬声器尺寸的前提下产生足够的磁力。如图7中f ₁ 所示，这相对于含有扁平振膜和单个音圈的扬声器，延伸了高频带宽的限制。能够有这样的延伸是因为，振膜沿扬声器长轴的长度、位于两个音圈之间的长度，以及每个音圈和扬声器长轴一端的悬挂件之间的长度，全部都比只含有单个音圈的扬声器有所下降。长度的下降能够提升振膜进入中断行为时的频率，从而提高带宽。对振膜上音圈的连接位置的细微调整，可以调整图7中箭头(b)所指f ₁ 的值。

在本发明中，不含有第二个悬挂件，使得振膜的移动能力最大化为振膜与磁路之间的间距，并降低扬声器悬挂系统的整体刚度。将磁路和音圈沿振膜长轴分布，使得由音圈生成的力沿振膜的长度分布。长条形的扬声器使得振膜的辐射面积得到提升。

通过上述结构，扬声器的整体深度可以低于13mm，扬声器的工作带宽可以延伸至低于400Hz。通过已经制造的本发明的实施例，可以观察到共振频率大约为220Hz。

本发明的有益之处在于，制备了一种薄型、狭窄并能够有效再生低于400Hz的音频信号的低音扬声器。这种产品的阵列可以应用于电视、计算机显示器和扩展坞等外形狭窄的消费电子设备。

附图说明

图1是本发明的顶部视图，展示了振膜和支架；

图2是本发明的底部视图，展示了磁路、支架和端子；

图3是本发明的沿长轴的剖视图，展示了磁路、音圈、支架和振膜；

图4是本发明的爆炸图，展示了所有组件；

图5是现有技术中只含有一个悬挂件和一个磁路的扬声器的顶部视图，展示了振膜和支架；

图6是现有技术中扬声器的剖视图，展示了磁路组件、音圈、支架、振膜、弹波和防尘罩；

图7展示了扬声器的声压水平频率响应和带宽的原理。

具体实施方式

实施例

以下结合附图对本发明进行进一步描述。

参考图1-4，展示了本实施例扬声器的所有结构。所述扬声器包括扁平的振膜1、与振膜1的外围相连的折环2、连接至振膜1下侧并且悬挂于相应的由上夹板4、磁铁5和铁心6组成的磁路中的两套音圈7，以及与所有组件相连的支架3。

相应于音圈7的中心，振膜1的长轴从振膜1的一个短边的中点延伸至另一短边的中点，长度为75mm；相应于音圈7的中心，振膜1的短轴从振膜1的一个长边的中点延伸至另一长边的中点，长度为24.9mm。

音圈7的直径为12mm，音圈7的圆柱体的侧面高度为6mm。

两个音圈连接于振膜1，它们的中心沿振膜1的长轴设置，并相对于振膜1的短轴对称，并且相互分隔40mm。

支架的底部设有直径为12mm的通孔、电子端子8及连接电子端子8和音圈的引线。

磁路含有用于冷却音圈7的磁性液体。

通过上述结构，扬声器的整体深度为11mm，扬声器的工作带宽为220Hz至1kHz。

Claims (9)

1.一种扬声器，其特征在于包括振膜（1）、与振膜（1）的外围相连的折环（2）、连接至振膜（1）下侧并且悬挂于相应磁路中的两个音圈（7），以及与所有组件直接或间接相连的支架（3）,所述扬声器的深度小于13mm，所述扬声器包括设于支架（3）底面或侧面的通孔，所述通孔的面积至少为振膜表面积的5%，所述通孔设于支架（3）的底面，并且通孔的直径为8.0~13.0mm；

振膜（1）为长且窄的结构，并且长轴的长度为50~90mm，短轴的长度为20~28mm；两个音圈（7）的中心沿振膜（1）的长轴设置，并相对于振膜（1）的短轴对称；两个音圈（7）相互分离40mm设置。

2.如权利要求1所述的扬声器，其特征在于音圈（7）的圆柱体的直径为8.0~13.0mm。

3.如权利要求1所述的扬声器，其特征在于音圈（7）的圆柱体的侧面高度为5~7mm。

4.如权利要求1所述的扬声器，其特征在于振膜（1）为扁平状。

5.如权利要求4所述的扬声器，其特征在于振膜（1）的厚度为0.05mm~0.20mm。

6.如权利要求1所述的扬声器，其特征在于每个磁路都包括上夹板（4）、磁铁（5）和铁心（6）。

7.如权利要求1所述的扬声器，其特征在于扬声器的工作带宽延伸至低于400Hz。

8.如权利要求1所述的扬声器，其特征在于磁路含有用于冷却音圈（7）的磁性液体。

9.如权利要求1所述的扬声器，其特征在于所述扬声器还含有设于支架（3）的电子端子（8），以及连接电子端子（8）和音圈（7）的引线。