CN104469629A - 平面音圈扬声器及平面音圈扬声器模块 - Google Patents

Abstract

一种平面音圈扬声器，包含一电路板模片；一个或若干个音圈，设置于电路板模片相互对应的两个表面；一个或若干个磁石组，该磁石组包含一个或若干个磁石；该磁石组在第一方向上依序形成下列磁场方向组：第一磁场方向组，磁场方向垂直于第一方向与第三方向并远离音圈；第二磁场方向组，磁场方向垂直于第二方向与第三方向并朝向第三磁场方向组；第三磁场方向组，磁场方向垂直于第一方向与第三方向构成的平面上并与第一磁场方向的磁场方向相差180度；所述第一方向、第二方向、第三方向彼此间垂直。另，本发明还提供一种平面音圈扬声器模块。所述平面音圈扬声器结构能使磁场均匀的分布在平面音圈上。

Description

平面音圈扬声器及平面音圈扬声器模块

技术领域

本发明涉及平面音圈扬声器，尤其涉及一种可将电路板膜片平面化，以提供音圈设置于其上或下平面的平面音圈扬声器及平面音圈扬声器模块。

背景技术

现有的平面音圈扬声器，如专利申请号TW 201116076，主要包含一电路板膜片，该电路板膜片上设有音圈，又在电路板膜片上设置有一定位膜圈，该定位膜圈的上、下侧均设置有一定位片，再在两定位片的上、下端分别设置有一导磁盘，且在两导磁盘里面均设置有若干磁石，而在各磁石上设置一导磁盘。

一般市面上常见的电声产品，主要为动圈式扬声器。但此类扬声器都普遍存在着失真过大与相位不一致的问题，动圈式扬声器的缺点主要在于音圈带动膜片振动时，施力点局限，无法给予均匀受力，因此膜片容易变型，导致失真。平面音圈扬声器设计上主要的不同是将受力分布在电路板模片，或称振膜之上，使之在振动时的形变量减少，在不增加振动质量下将振膜震动的结构优化。但传统的设计会遇到一个问题，便是如何将磁场均匀地分布在平面音圈上。

上述现有平面音圈扬声器，是利用电路板膜片去减少振动时造成的变形，抗拒空气的阻力与电路板膜片本身的刚性平面音圈，但此设计却没改变到音圈在振动受磁力的不均，以及上下内外磁在设计中出现很多漏磁现象，无法有效的利用磁铁的磁力及作用，因此也造成磁回体积庞大，重量沉重，造成一些应用上的限制。

海尔贝克平面音圈扬声器有着音压较大、声能转换效率较高的优势，也是非常值得发展的应用领域。原则上圆形与长条型的平面音圈扬声器都可以运用，主要是将其当作是一个单元，彼此间以电路串联再并联或并联再串联的模式，便可维持总电阻不变的效果。 其原理与多颗传统的扬声器的组合相同，但是可以将振膜、音圈、悬边做整合的设计，可再降低起振频率，组装上也比传统的动圈式扬声器容易。

海尔贝克数组是在1980年由美国柏克莱实验室的Klaus Halbach(德国人/物理博士)所设计的。原本的目的是为集中粒子加速器的粒子束，增强单一方向的磁力并减少漏磁。

海尔贝克磁铁数组所形成的磁场分布请参考图1，其磁场方向以箭头表示。磁场方向组排列如下所述：

在第一方向上依序形成下列至少五个磁场方向组，其中第一磁场方向组101的磁场方向垂直于第一方向与第三方向并远离音圈；第二磁场方向组102的磁场方向垂直于第二方向与第三方向并朝向第三磁场方向组103；第三磁场方向组103的磁场方向垂直于第一方向与第三方向构成的平面上并与第一磁场方向的磁场方向相差180度；第四磁场方向组104的磁场方向垂直于第二方向与第三方向并朝向第三磁场方向组；第五磁场方向组105的磁场方向垂直于第一方向与第三方向构成的平面上并与第一磁场方向的磁场方向相差0度；上述第一方向、第二方向、第三方向彼此间垂直，例如一般常用三维坐标的XYZ轴。

其中上述第一磁场方向组101与第五磁场方向组105的磁场方向亦可朝向音圈，并和第三磁场方向组103的磁场方向相差180度；此时第二磁场方向组102的磁场方向将朝向第一磁场方向组101，而第四磁场方向组104的磁场方向将朝向第五磁场方向组105。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种使磁场均匀地分布在平面音圈上、提升磁铁功率密度并比起传统动圈式扬声器更具有自动化生产优势的平面音圈扬声器。

另，本发明还提供一种平面音圈扬声器模块。

一种平面音圈扬声器包含：一电路板模片；一个或若干个音圈，设置于电路板模片相互对应的两个表面；一个或若干个磁石组，该 磁石组包含一个或若干个磁石；该磁石组在第一方向上依序形成下列磁场方向组：第一磁场方向组，磁场方向垂直于第一方向与第三方向并远离音圈；第二磁场方向组，磁场方向垂直于第二方向与第三方向并朝向第三磁场方向组；第三磁场方向组，磁场方向垂直于第一方向与第三方向构成的平面上并与第一磁场方向的磁场方向相差180度；所述第一方向、第二方向、第三方向彼此间垂直。

其中上述第一磁场方向组的磁场方向亦可朝向音圈，并和第三磁场方向组的磁场方向相差180度；此时第二磁场方向组的磁场方向将朝向第一磁场方向组。

一种平面音圈扬声器模块，包含：一个或若干个平面音圈扬声器；所述音圈平面扬声器包含，一电路板模片；一个或若干个音圈，设置于电路板模片相互对应的两个表面；一个或若干个磁石组，该磁石组包含一个或若干个磁石；该磁石组形成的磁场方向组至少包含：第一磁场方向组，磁场方向垂直于第一方向与第三方向并远离音圈；第二磁场方向组，磁场方向垂直于第二方向与第三方向并朝向第三磁场方向组；第三磁场方向组，磁场方向垂直于第一方向与第三方向构成的平面上并与第一磁场方向的磁场方向相差180度；所述第一方向、第二方向、第三方向彼此间垂直。

其中上述第一磁场方向组的磁场方向亦可朝向音圈，并和第三磁场方向组的磁场方向相差180度；此时第二磁场方向组的磁场方向将朝向第一磁场方向组。

一种平面音圈扬声器，包含：一电路板模片；一个或若干个音圈，设置于电路板模片相互对应的两个表面；一个或若干个磁石组，该磁石组包含一个或若干个磁石；该磁石组的磁场排列样式致使电路板模片对应的两个平面其中一面的磁场迭加后大于另一面的磁场迭加。

本发明系受海尔贝克数组启发，将其原理导入平面式扬声器，以获得所需的磁场分布。图2为一轴对称型海尔贝克数组排列，图中Z轴为其对称轴，与Z轴垂直的平面方向称为径向，其磁场方向以箭头表示。已知至少三个磁场方向组排列如图2便可有效提升磁 铁于径向的功率密度。海尔贝克数组磁环分解后的平行磁场与径向磁场的相互迭加，使得另一侧的磁场强度大幅度提升，便是使用体积更小的磁铁达到相同的磁铁功率密度；或在同样的磁铁大小下，获得更大的磁铁功率密度，使音圈所受的磁力大幅度的提升。

平面音圈扬声器比起传统动圈式扬声器更具有自动化的生产优势。主要在于引线部分，可同时制作在软板上，裁切成线状贴合于悬边直接拉到外面。相较传统式的悬空引线，本结构制作上较为简单，且不会与其他部件产生碰撞。

本发明利用海尔贝克磁铁数组以自屏蔽效应产生单边磁场分布，便不再需要磁性材料(轭铁与垫片)为其提供通路。这样不仅省去了传统的部件，而且可以使系统有较好的快速附应性能。

现有扬声器工作时，常因振膜强度不足或受力不均的问题而产生分割运动，致使频响曲线不平整。在本发明中，由于线圈分布于振膜之上，且利用海尔贝克数组的磁场分布来产生电磁的反电动势，便能有效的自动诱发阻尼，抑制分割运动。

附图说明

图1为海尔贝克数组磁场的分布示意图；

图2为以2D轴对称图描述海尔贝克环形数组的磁场分布示意图；

图3为双面型海尔贝克平面音圈扬声器磁回与振膜的结构图；

图4为单面型海尔贝克平面音圈扬声器的结构图；

图5为长条型海尔贝克平面音圈扬声器磁回与振膜的结构图；

图6为长条型海尔贝克扬声器的双层平面音圈的结构图；

图7为轴对称型海尔贝克扬声器磁回开孔方式示意图；

图8为长条型海尔贝克扬声器磁回开孔方式示意图；

图9为轴对称型海尔贝克扬声器磁铁分块充磁示意图。

主要元件符号说明

第一磁场方向组    101

第二磁场方向组    102

第三磁场方向组    103

第四磁场方向组    104

第五磁场方向组    105

第一磁场方向组    201

第二磁场方向组    202

第三磁场方向组    203

振膜              301 

音圈              302 

磁石组            303、304

振膜              401 

音圈              402 

磁石组            403 

磁石              4031 

支架              404 

振膜              501 

音圈              502 

磁石组            503 

振膜              601 

音圈              602 

磁石组            701 

支架              702 

透气孔            703、704

磁石组            801 

透气孔            802 

磁石组            901 

切块磁石          9011 

支架              902 

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

平面音圈扬声器利用海尔贝克磁铁数组形成磁场，主要可以用双面式结构或单面式结构达成。双面式结构包含两个磁石组分别设置于振膜相互对应的两个表面的音圈上或外侧；单面式结构则仅包含一个磁石组设置于振膜任一表面的音圈上或外侧。上述磁石组可由一个或若干个磁性物质或磁石组成。

以下说明将结合附图详细说明本发明实施例的平面音圈扬声器。

以圆形轴对称的扬声器来说明双面式结构与单面式结构的差异：图3所示为双面式结构扬声器的实施例，包含振膜301、音圈302、第一磁石组303、第二磁石组304，能将磁场更有效地压制在音圈302震动的范围之内，磁场也较均匀，方向也较一致。但也因此其前方出音方向上受到阻挡，对于前方开放式的音响，高频部分会受到影响，应用时需对前音腔做适当的设计，有时也不免要在第一磁石组303、第二磁石组304中的磁石上开孔，可先参照图7，至于开孔的详细要求将在后面补述。但如果是应用在耳罩式耳机上，则只需要在扬声器的支架404上开孔即可，如图4；图4实施例为单面式结构扬声器，包含振膜401、音圈402、磁石组403与支架404，其磁场分布可由加厚磁石组403中的磁石进行调整，仍然可以在音圈402的震动范围内有相当的一致性；且由于前方没有阻挡，制造上也比较容易。

以图3表示另一实施例，主要以圆形轴对称平面扬声器的音圈302说明走线方式。其做法类似双层走线的软性电路板，先选定螺线绕行的方式，按顺时针或者逆时针方向，由振膜301的上面开始往内圈缠绕，到达最内圈时透过打孔的方式转到另一个面，再继续以同样方式往外圈绕行，完成后，其音圈302绕行在振膜301相互对应的两个表面形成封闭形状。从振膜301其中一面的方向看过去，振膜两面音圈302电流所走的方向相同，可能为顺时针或逆时针方向。

另一实施例主要为长条型平面音圈扬声器。同样的它也可以是单面式结构与双面式结构的设计，优缺点也与圆形轴对称平面扬声器相同，但它更适合于当成一个单元做较大面积铺设。图5为单面式长条型平面音圈扬声器，包含振膜501、振膜502、磁石组503；其音圈502走线方式与圆形轴对称平面扬声器的音圈走线方式相似，分上下两层，并须考虑磁场的方向、电流的方向，使得电流通过时，振膜受力方向一致。图6即为长条型平面音圈扬声器的音圈602走线范例；同样的，从振膜601其中一面的方向看过去，振膜601两面部分或全部的音圈602电流所走的方向相同。本说明书中图示的线圈的圈数大小为示意图，为方便说明了解，实施时不限于特定圈数，可依实际应用做调整。

在其他实施例中，动圈式扬声器的音圈可为跑道形、长方形或四个角导R角的长方形，其基本原则是将先前实施例的圆形结构加以变形。同样的道理，也可以将本设计做同样的运用，依应用与需求来改变其形状。

图7为在磁石组701上开透气孔703、704的实施例。在最好的情况下，建议透气孔703开在支架702上。但若需在磁石组701上开孔，请参考图7中透气孔704的开设，该磁石组701上透气孔704的长边与该磁石组701内磁场通过该透气孔704的方向垂直。图7中箭头所指的方向为磁石内部磁场方向。只要缝隙大小控制好，在此缝隙中的磁场基本上仍会沿着既定的磁场方向；虽不可避免漏磁，但能降低其损失的程度。图8为长条型平面音圈扬声器的磁石组701中磁石数组摆设方式，而图中箭头所指的方向即是磁石充磁后余磁的方向，概念与图7中的实施例相近，故不赘述。

为使制造上方便充磁，可将图4中的单一磁石4031切块如图9的实施例所示，后续将9011切块磁石进行独立充磁，其磁场方向以箭头表示，并在空间上排列使切块磁石9011的磁力迭加后磁场方向与未切块的单一磁石4031相同；但其切块方式不限于图9所示的实施例。上述切块磁石可用支架902固定于扬声器中。

一般的平面音圈附在膜片上，以双层的为主，如前面实施例所 说明的方式绕线。但在其他实施例中，可有多层式音圈走线方式。所述的圆形音圈很容易按照着顺时针或者逆时针的原则来加多层数，可依需求来设计。长条型的走线方式，由于它需两层才可形成一个完整的回路，所以它的层数只能是双数型，如二、四、六层等。此种方式将可应用在微型扬声器上，将更多的线圈绕在有限的膜片面积之上。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化。故，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (43)

1.一种平面音圈扬声器，其特征在于，该平面音圈扬声器包含：

一电路板模片；

一个或若干个音圈，设置于该电路板模片相互对应的两个表面；

一个或若干个磁石组，该磁石组包含一个或若干个磁石；

该磁石组在第一方向上依序形成下列磁场方向组：

第一磁场方向组，磁场方向垂直于第一方向与第三方向并远离音圈；

第二磁场方向组，磁场方向垂直于第二方向与第三方向并朝向第三磁场方向组；

第三磁场方向组，磁场方向垂直于第一方向与第三方向构成的平面上并与第一磁场方向组的磁场方向相差180度；所述第一方向、第二方向、第三方向彼此间垂直。

2.如权利要求1所述的平面音圈扬声器，其特征在于，该第一磁场方向组的磁场方向朝向音圈时，第二磁场方向组的磁场方向朝向第一磁场方向组。

3.如权利要求2所述的平面音圈扬声器，其特征在于，该磁石组在第一方向上形成的磁场方向组，除了第一磁场方向组、第二磁场方向组与第三磁场方向组外，还在第三磁场方向组后依序形成：

第四磁场方向组，磁场方向垂直于第二方向与第三方向并朝向第五磁场方向组；

第五磁场方向组，磁场方向垂直于第一方向与第三方向构成的平面上并与第一磁场方向组的磁场方向相差0度。

4.如权利要求1所述的平面音圈扬声器，其特征在于，该第一磁场方向组的磁场方向远离音圈时，第二磁场方向组的磁场方向朝向第三磁场方向组。

5.如权利要求4所述的平面音圈扬声器，其特征在于，该磁石组在第一方向上形成的磁场方向组，除了第一磁场方向组、第二磁场方向组与第三磁场方向组外，还在第三磁场方向组后依序形成：

第四磁场方向组，磁场方向垂直于第二方向与第三方向并朝向第三磁场方向组；

第五磁场方向组，磁场方向垂直于第一方向与第三方向构成的平面上并与第一磁场方向组的磁场方向相差0度。

6.如权利要求1所述的平面音圈扬声器，其特征在于，该音圈形状为圆形、跑道形、长方形或四个角导R角的长方形。

7.如权利要求1所述的平面音圈扬声器，其特征在于，该音圈线路绕行电路板模片相互对应的两个表面形成封闭形状。

8.如权利要求1所述的平面音圈扬声器，其特征在于，该音圈线路绕行电路板模片相互对应的两个表面，并在部分或全部两个表面线路上下交迭的部分有相同方向的电流。

9.如权利要求1所述的平面音圈扬声器，其特征在于，该音圈层数为双数。

10.如权利要求1所述的平面音圈扬声器，其特征在于，该磁石组设置于电路板模片任一表面的音圈上或外侧。

11.如权利要求1所述的平面音圈扬声器，其特征在于，该磁石组包含第一磁石组与第二磁石组，所述第一磁石组与第二磁石组分别设置于电路板模片相互对应的两个表面的音圈上或外侧。

12.如权利要求1所述的平面音圈扬声器，其特征在于，该磁石通过切块进行独立充磁，并在空间上排列使切块磁石的磁力迭加后磁场方向与未切块磁石相同。

13.如权利要求12所述的平面音圈扬声器，其特征在于，该平面音圈扬声器还包括支架，该切块磁石间的缝隙以支架填补。

14.如权利要求13所述的平面音圈扬声器，其特征在于，该平面音圈扬声器还包括透气孔，该透气孔设置于该支架上或该磁石组上。

15.如权利要求14所述的平面音圈扬声器，其特征在于，该磁石组上透气孔的长边与该磁石组内磁场通过该透气孔的方向垂直。

16.一种平面音圈扬声器模块，其特征在于，该平面音圈扬声器模块包含：

一个或若干个平面音圈扬声器；

所述音圈平面扬声器包含，

一电路板模片；

一个或若干个音圈，设置于电该路板模片相互对应的两个表面；

一个或若干个磁石组，该磁石组包含一个或若干个磁石；

该磁石组形成的磁场方向组至少包含：

第一磁场方向组，磁场方向垂直于第一方向与第三方向并远离音圈；

第二磁场方向组，磁场方向垂直于第二方向与第三方向并朝向第三磁场方向组；

第三磁场方向组，磁场方向垂直于第一方向与第三方向构成的平面上并与第一磁场方向组的磁场方向相差180度；

所述第一方向、第二方向、第三方向彼此间垂直。

17.如权利要求16所述的平面音圈扬声器，其特征在于，该第一磁场方向组的磁场方向朝向音圈时，第二磁场方向组的磁场方向朝向第一磁场方向组。

18.如权利要求17所述的平面音圈扬声器，其特征在于，该磁石组在第一方向上形成的磁场方向组，除了第一磁场方向组、第二磁场方向组与第三磁场方向组外，还在第三磁场方向组后依序形成：

第四磁场方向组，磁场方向垂直于第二方向与第三方向并朝向第五磁场方向组；

第五磁场方向组，磁场方向垂直于第一方向与第三方向构成的平面上并与第一磁场方向组的磁场方向相差0度。

19.如权利要求16所述的平面音圈扬声器，其特征在于，该第一磁场方向组的磁场方向远离音圈时，第二磁场方向组的磁场方向朝向第三磁场方向组。

20.如权利要求19所述的平面音圈扬声器模块，其特征在于，该磁石组在第一方向上形成的磁场方向组，除了第一磁场方向组、第二磁场方向组与第三磁场方向组外，还在第三磁场方向组后依序形成：

第四磁场方向组，磁场方向垂直于第二方向与第三方向并朝向第三磁场方向组；

第五磁场方向组，磁场方向垂直于第一方向与第三方向构成的平面上并与第一磁场方向组的磁场方向相差0度。

21.如权利要求16所述的平面音圈扬声器模块，其特征在于，该音圈形状为圆形、跑道形、长方形或四个角导R角的长方形。

22.如权利要求16所述的平面音圈扬声器模块，其特征在于，该音圈线路绕行电路板模片相互对应的两个表面形成封闭形状。

23.如权利要求16所述的平面音圈扬声器模块，其特征在于，该音圈线路绕行电路板模片相互对应的两个表面，并在部分或全部两个表面线路上下交迭的部分有相同方向的电流。

24.如权利要求16所述的平面音圈扬声器模块，其特征在于，该音圈层数为双数。

25.如权利要求16所述的平面音圈扬声器模块，其特征在于，该磁石组设置于电路板模片任一表面的音圈上或外侧。

26.如权利要求16所述的平面音圈扬声器模块，其特征在于，该磁石组包含第一磁石组与第二磁石组，所述第一磁石组与第二磁石组分别设置于电路板模片相互对应的两个表面的音圈上或外侧。

27.如权利要求16所述的平面音圈扬声器模块，其特征在于，该磁石通过切块进行独立充磁，并在空间上排列使切块磁石的磁力迭加后磁场方向与未切块磁石相同。

28.如权利要求27所述的平面音圈扬声器模块，其特征在于，该平面音圈扬声器还包括支架，该切块磁石间的缝隙以支架填补。

29.如权利要求28所述的平面音圈扬声器模块，其特征在于，该平面音圈扬声器还包括透气孔，该透气孔设置于该支架上或该磁石组上。

30.如权利要求29所述的平面音圈扬声器模块，其特征在于，该磁石组上透气孔的长边与该磁石组内磁场通过该透气孔的方向垂直。

31.如权利要求16所述的平面音圈扬声器模块，其特征在于，该音圈扬声器模块若包含若干个平面音圈扬声器，其平面音圈扬声器间的电性连接为并联，以维持总电阻不变或变小。

32.如权利要求16所述的平面音圈扬声器模块，其特征在于，该音圈扬声器模块若包含若干个平面音圈扬声器，其平面音圈扬声器间的电性连接为先串联再并联或先并联再串联，以维持总电阻不变或变小。

33.一种平面音圈扬声器，其特征在于，该平面音圈扬声器包含：

一电路板模片；

一个或若干个音圈，设置于该电路板模片相互对应的两个表面；

一个或若干个磁石组，该磁石组包含一个或若干个磁石；

该磁石组的磁场排列样式致使电路板模片对应的两个平面其中一面的磁场迭加后大于另一面的磁场迭加。

34.如权利要求33所述的平面音圈扬声器，其特征在于，该音圈形状为圆形、跑道形、长方形或四个角导R角的长方形。

35.如权利要求33所述的平面音圈扬声器，其特征在于，该音圈线路绕行电路板模片相互对应的两个表面形成封闭形状。

36.如权利要求33所述的平面音圈扬声器，其特征在于，该音圈线路绕行电路板模片相互对应的两个表面，并在部分或全部两个表面线路上下交迭的部分有相同方向的电流。

37.如权利要求33所述的平面音圈扬声器，其特征在于，该音圈层数为双数。

38.如权利要求33所述的平面音圈扬声器，其特征在于，该磁石组设置于电路板模片任一表面的音圈上或外侧。

39.如权利要求33所述的平面音圈扬声器，其特征在于，该磁石组包含第一磁石组与第二磁石组，所述第一磁石组与第二磁石组分别设置于电路板模片相互对应的两个表面的音圈上或外侧。

40.如权利要求33所述的平面音圈扬声器，其特征在于，该磁石通过切块进行独立充磁，并在空间上排列使切块磁石的磁力迭加后磁场方向与未切块磁石相同。

41.如权利要求40所述的平面音圈扬声器，其特征在于，该平面音圈扬声器还包括支架，该切块磁石间的缝隙以支架填补。

42.如权利要求41所述的平面音圈扬声器，其特征在于，该平面音圈扬声器还包括透气孔，该透气孔设置于该支架上或该磁石组上。

43.如权利要求42所述的平面音圈扬声器，其特征在于，该磁石组上透气孔的长边与该磁石组内磁场通过该透气孔的方向垂直。