CN104936112B - 一种双振膜结构的扬声器及驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双振膜结构的扬声器，特别是一种动磁和压电复合式宽频带扬声器及该扬声器的驱动方法。该复合式扬声器包括外壳以及设置于外壳内的振动元件，振动元件包括第一振动元件和第二振动元件，还包括动磁驱动组件和压电驱动组件，动磁驱动组件用于驱动第一振动单元振动，压电驱动组件用于驱动第二振动单元振动。本发明提供的扬声器的动磁驱动组件主要用于重放低中音，压电驱动组件主要用于重放中高音；动磁部分与压电部分的口径相当，可以保证较低的谐振频率并确保较大的声输出；磁铁、导磁板以及导磁碗与振动单元直接相连，增加了振动质量，可以降低谐振频率，进一步加强低音效果，具有结构紧凑轻便、宽频带等优点。

Description

一种双振膜结构的扬声器及驱动方法

技术领域

本发明涉及扬声器技术领域，尤其涉及一种双振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器。

背景技术

扬声器是一种电-力-声换能器，它是音响设备中的重要元件。扬声器在人们平时的日常生活中广泛被使用，带来了很多的便利，汽车、广播、电视、音箱、手机、MP4、电脑等电子产品领域中，扬声器的应用几乎随处可见。扬声器的种类很多，按其能量转换原理可分为电动式(即动磁式)、静电式(即电容式)、动磁式(即舌簧式)、压电式等几种；按频率范围可分为低音扬声器、中音扬声器、高音扬声器，其中动磁式扬声器应用最为广泛。而压电扬声器因其小、薄、轻的特点，在当今器件小型化的趋势下，具有极其光明的前景与未来。

目前大多数压电扬声器的振动发声部分的基本原理为：电极接通交流电，由于逆压电效应，压电陶瓷片产生振动，使金属振膜发生弯曲变形，从而产生振动，进而推动空气振动，产生声压，发出声音。

与传统的动磁扬声器相比，压电扬声器有以下几点优势：

1.压电扬声器结构中不需要磁铁，从而也不会存在任何的磁场对周围的电路产生干扰和影响，也不会从周围空间吸纳尘粒。

2.压电扬声器的厚度超薄，相比动磁式扬声器，压电扬声器可安装于更为扁平空间中，这一点使其在当今市场极具有竞争力；

3.压电扬声器具有轻便的特点，重量一般都小于1g，比传统的动磁扬声器轻50％-80％；

4.压电扬声器功耗低，一般小于15mW，是动磁式扬声器消耗功率的1/5-1/2，这大大延长了器件的电池寿命；

5.压电扬声器的声学设计简单，背面只需很少空间，甚至不需要对于动磁扬声器所必须的用于提高声压级的空腔。

在相比于传统扬声器具备很大优势的同时，普通压电扬声器也存在一些缺点。传统的压电扬声器的第一阶谐振频率(频率响应曲线的一个峰对应的频率)一般较高，低频特性稍差，低频带宽窄，即低音重放效果较差。例如13×19规格的压电扬声器的第一阶谐振频率一般在1.2kHz～1.4kHz之间，20×20规格的压电扬声器的第一阶谐振频率一般在600Hz～1kHz之间。另外现有的压电平板扬声器的声压频响曲线在中频带一般有较剧烈的起伏，从而造成谐波失真高、音质差，相对而言动磁式扬声器的中频带要平坦的多。此外，基于单层陶瓷片的压电平板扬声器的平均声压输出一般要较相同尺寸的动磁扬声器低。

可以设想，如果能将传统的成熟动磁式扬声器与新兴的压电式扬声器相结合，保留各自的优势并规避各自的不足，应该可以得到一种具有上佳听感的扬声器。

公开号为102821344A的专利公布了一种利用压电材料或多功能发声振动器件的高低音耦合的扬声器系统。该专利所述结构中，由于振膜尺寸(口径)较大，压电陶瓷或MFD的振动部分驱动振膜主要用于重放低音，且压电陶瓷的位置可以起到调节振膜的振动模态，优化音质的作用；而振膜中心利用现有的设计成熟的小尺寸扬声或MFD的发声部分主要用于重放中高音，可规避压电驱动式扬声器中高频音质不佳的缺点。但是由于压电陶瓷和振动板相对于动磁式扬声器的振膜刚度要大不少，相应的谐振频率要明显偏高，相同口径的条件下，压电陶瓷发声部分的低频重放效果明显差于传统的动磁扬声器，低频带宽不足。而由于尺寸限制，该专利中小尺寸扬声器的声输出不足，低频带宽亦不足，很可能不足以弥补整体的低频重放效果。总体来看，该专利属于一种压电结构与动磁结构的简单组合式创新，着眼于通过动磁扬声器弥补压电扬声器的高频音质，但低频特性和低频带宽不适用于一些高要求的应用场合。

发明内容

本发明的目的在于提出一种扬声器，该扬声器结构紧凑轻便。

本发明的目的在于提出一种扬声器，该扬声器频带宽、音量高。

本发明的目的在于提出一种扬声器的驱动方法，能够优化扬声器的频响曲线。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种双振膜结构的动磁和压电复合式扬声器，包括外壳以及设置于所述外壳内的振动元件，所述振动元件包括第一振动元件和第二振动元件，还包括动磁驱动组件和压电驱动组件，所述动磁驱动组件用于驱动所述第一振动单元振动，所述压电驱动组件用于驱动所述第二振动单元振动。

优选的，所述外壳包括两端开口的盆架以及压合件，所述第一振动元件和所述第二振动单元分别设置于所述盆架两端的开口处，且所述第一振动元件和所述第二振动单元的外边沿通过所述压合件压合固定于所述盆架上；

优选的，所述压合件为压环。

优选的，所述动磁驱动组件包括均与所述第一振动单元的一侧面由外周向中心依次贴合设置的音圈、环状的导磁板以及柱状的第一磁铁，所述导磁板的内周面与所述第一磁铁的外周面贴合设置，所述导磁板的外周面与所述音圈的内周面之间具有间隙；

优选的，所述间隙小于5mm。

优选的，所述第一振动单元为折环，所述动磁驱动组件设置于所述折环的内侧面，所述折环的外侧面贴合设置有振动板。

优选的，所述压电驱动组件包括与所述第二振动单元至少一侧面贴合设置的压电陶瓷以及与所述第二振动单元另一侧面贴合设置的压电部分磁铁和导磁环，所述导磁环设置于所述压电部分磁铁的外周上；

优选的，所述音圈、导磁板以及第一磁铁伸入所述导磁环内且与所述压电部分磁铁之间具有间隙；

优选的，所述压电陶瓷为单层、多层或多片复合结构；

优选的，所述第二振动单元为振膜。

优选的，所述压电部分磁铁和所述第一磁铁相同磁极面相对设置。

优选的，所述压电陶瓷与所述第二振动单元之间贴合设置有压电陶瓷基板。

优选的，所述音圈、所述导磁板以及所述第一磁铁与所述第一振动单元之间均通过粘合剂粘接；

所述振动板与所述第一振动单元之间通过粘合剂粘接；

所述压电陶瓷、所述压电部分磁铁以及所述导磁环与所述第二振动单元之间均通过粘结剂粘接。

优选的，所述振膜单元由金属材料、高分子材料或纤维树脂类复合材料制成；

优选的，所述振膜单元的材料为镍铁合金、不锈钢、聚萘二甲酸乙二醇酯纤维、聚醚酮纤维或FR4玻璃纤维增强型环氧树脂。

优选的，所述动磁驱动组件的音频信号依次通过动磁部分焊盘以及动磁部分引线分别接入所述音圈的正负电极；

所述压电驱动组件的音频信号依次通过压电部分焊盘以及压电部分引线分别接入所述压电陶瓷的正负电极。

优选的，所述扬声器呈圆形、方形、矩形、椭圆形或跑道形。

优选的，动磁部分第一振膜3上的振动板4与第一压环21的直径比例不小于50％。

优选的，振动板4与第一压环21的直径比例在60％～80％之间。

优选的，动磁部分第一振膜3上的振动板4的直径与第一压环21的直径的比例不小于50％，压电部分的第二振膜6上的压电陶瓷基板16的直径与和第二压环22的直径的比例不小于50％。

优选的，上述比例在60％～80％之间。

优选的，第一振膜与第二振膜的尺寸相当。

本发明提出一种扬声器的驱动方法，其中，

提供第一振动部分，该第一振动部分包括第一振动元件和动磁驱动组件，所述动磁驱动组件驱动所述第一振动单元振动；

提供第二振动部分，该第二振动部分包括第二振动元件和压电驱动组件，所述压电驱动组件驱动所述第二振动单元振动；

第一振动部分与第二振动部分的频响曲线不相同。

优选的，所述动磁驱动组件至少部分设置在第一振动部分上；和/或，所述压电驱动组件设置在第二振动部分上。

本发明还提供一种扬声器在耳机中的应用，具体为前述任意一种扬声器在耳机中的应用，特别是在入耳式耳机和/或耳罩式耳机中的应用。

本发明的有益效果为：

本发明提供的扬声器的动磁驱动组件主要用于重放低中音，压电驱动组件主要用于重放中高音；动磁部分与压电部分的口径相当，可以保证较低的谐振频率并确保较大的声输出；磁铁、导磁板以及导磁碗与振动单元直接相连，增加了振动质量，可以降低谐振频率，进一步加强低音效果。

上述设计将动磁部分和压电部分的结构设计和磁路设计有机结合在一起，充分利用动磁部分的低频带宽和良好的低频重放效果以及压电部分的高频带宽，具有结构紧凑轻便、宽频带、高音量等优点，可应用于要求小尺寸、宽频带、优音质的高保真耳机等以及要求宽频带、高音量的便携式音箱。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的双振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器的三维3/4剖视图；

图2是图1中A-A向剖视图；

图3是图2中I区局部放大视图；

图4是本发明实施例二提供的双振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器的剖视图。

图中，1、盆架；21、第一压环；22、第二压环；3、第一振膜；4、振动板；5、音圈；6、第二振膜；7、导磁板；8、第二磁铁；9、第一磁铁；10、压电陶瓷；11、导磁环；12、动磁部分焊盘；131、第一动磁部分引线；132、第二动磁部分引线；14、压电部分焊盘；151、第一压电部分引线；152、第二压电部分引线；16、压电陶瓷基板。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明提供了一种双振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器，其包括外壳以及设置于所述外壳内的振动元件，所述振动元件包括第一振动元件和第二振动元件，还包括动磁驱动组件和压电驱动组件，所述动磁驱动组件用于驱动所述第一振动单元振动，所述压电驱动组件用于驱动所述第二振动单元振动。

本发明提供的扬声器将动磁部分和压电部分的结构设计和磁路设计有机结合在一起，充分利用动磁部分的低频带宽和良好的低频重放效果以及压电部分的高频带宽，具有结构紧凑轻便、宽频带、高音量等优点，可应用于要求小尺寸、宽频带、优音质的高保真耳机等以及要求宽频带、高音量的便携式音箱。

实施例一：

本实施例提供了一种双振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器，如图1至图3所示，该双振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器包括外壳以及设置于外壳内的第一振动元件和第二振动元件，还包括动磁驱动组件和压电驱动组件，动磁驱动组件用于驱动第一振动单元振动，压电驱动组件用于驱动第二振动单元振动。于本实施例中，第一振动单元为第一振膜3。第二振动单元为第二振膜6，第二振膜6的材料可以采用包括镍铁合金、不锈钢等在内的金属材料或者包括聚萘二甲酸乙二醇酯纤维(PEN)、聚醚酮纤维(PEEK)等在内高分子材料，亦或是FR4玻璃纤维增强型环氧树脂等纤维树脂类复合材料。

外壳包括两端开口的盆架1以及压合件，于本实施例中，压合件为两个压环，分别为第一压环21和第二压环22。第一振膜3和第二振膜6分别设置于盆架1两端的开口处，且第一振膜3和第二振膜6的外边沿分别通过第一压环21和第二压环22压合固定于盆架1上。第一振膜3可以具有平整的中心部分、以及围绕中心部分的折环部分。本领域技术人员容易理解的是，第一振膜也可以具有别的形状，如完全平面。

动磁驱动组件包括均设置于第一振膜3的内侧面、且由外周向中心依次贴合设置的音圈5、环状的导磁板7以及柱状(例如圆柱状)的第一磁铁9，第一振膜3的外侧面贴合设置有振动板4。优选的，音圈5、环状的导磁板7、第一磁铁9、振动板4均设置于第一振膜3的中心部分。

导磁板7的内周面与第一磁铁9的外周面贴合设置，导磁板7的外周面与音圈5的内周面之间具有间隙，间隙设置为小于5mm。音圈5、导磁板7、第一磁铁8与第一振膜3之间，以及振动板4与第一振膜3之间均通过粘合剂粘接。

压电驱动组件包括与第二振膜6的外侧面贴合设置的压电陶瓷10以及与第二振膜6的内侧面贴合设置的第二磁体8和导磁环11，导磁环11设置于第二磁体8的外周上并保持接触。音圈5、导磁板7以及第一磁铁9伸入导磁环11内且与第二磁体8之间具有间隙。第二磁体8和第一磁铁9相同磁极面相对设置，即相邻的两个磁极面为具有相同磁性。第二磁体8以及导磁环11与第二振膜6之间均通过粘结剂粘接。

压电陶瓷10可以为单层或者多层结构，也可以为多片压电陶瓷复合在一起的复合结构，且压电陶瓷10不局限于设置在第二振膜6的一侧，也可以在第二振膜6的两侧均设置压电陶瓷10。

优选的，动磁部分第一振膜3上的振动板4与第一压环21的直径比例应当不小于50％，以此来保证能获得更大的声学等效辐射面积和气流推动效率，相应的可以获得更佳的低频重放性能。优选的，振动板4与第一压环21的直径比例在60％～80％之间。

如图3所示，动磁驱动组件的音频信号依次通过动磁部分焊盘12以及动磁部分第一引线131和动磁部分第二引线132分别接入音圈5的正负电极。压电驱动组件的音频信号依次通过压电部分焊盘14以及压电部分第一引线151和压电部分第二引线152分别接入压电陶瓷10的正负电极。

于本实施例中，扬声器的外形整体呈圆形，相应的内部结构也呈圆形。当然也可以为正方形、矩形、椭圆形、跑道形(即中部为矩形或正方形、两端各为半圆形的拼接形状，其中半圆形的直径与矩形的相重叠或连接一侧的边长相等)等其他形状。

实施例二：

本实施例提供了一种双振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器，其结构与实施例一基本相同，如图4所示，包括外壳以及设置于外壳内的第一振膜3和第二振膜6，还包括动磁驱动组件和压电驱动组件，动磁驱动组件用于驱动第一振膜3振动，压电驱动组件用于驱动第二振膜6振动。动磁驱动组件包括均与第一振膜3的内侧面由外周向中心依次贴合设置的音圈5、环状的导磁板7以及柱状的第一磁铁9，第一振膜3的外侧面贴合设置有振动板4。压电驱动组件包括与第二振膜6的外侧面贴合设置的压电陶瓷10以及与第二振膜6的内侧面贴合设置的第二磁体8和导磁环11，导磁环11设置于第二磁体8的外周上并保持接触。

不同之处在于，本实施例在压电陶瓷10与第二振膜6之间贴合设置有压电陶瓷基板16，压电陶瓷基板16通过粘结剂分别与压电陶瓷10和第二振膜6粘接。压电陶瓷基板16的材料可为包含发泡海绵等低密度发泡材料夹层的复合材料。

本发明扬声器优化声效的原理为：

扬声器振动体的谐振频率f可由如下公式计算：

其中，M为振动质量，振动板、音圈、导磁板、第一磁铁和折环共同构成动磁部分的振动质量，压电部分磁铁、压电陶瓷和振膜共同构成压电部分的振动质量；K为倔强系数，而折环和振膜分别构成动磁部分和压电部分的倔强系数K。可见本发明中压电部分和动磁部分均将磁铁等磁路的组成部分作为振动质量可以有效降低谐振频率，优化扬声器的声压级-频响曲线。

优选的，动磁部分第一振膜3上的振动板4的直径与第一压环21的直径的比例不小于50％，压电部分的第二振膜6上的压电陶瓷基板16的直径与和第二压环22的直径的比例不小于50％，基本相当以此来保证能获得更大的声学等效辐射面积和气流推动效率，相应的可以获得更佳的低频重放性能。优选的，上述比例在60％～80％之间。

优选的，动磁部分第一振膜3上的振动板4的直径与压电部分的第二振膜6上的压电陶瓷基板16的直径基本相当。

振动板4、压电陶瓷基板16两者的形状可以相同，例如均为圆形、或者其它形状，两者也可以为不同的形状，但口径相差不大。

第三实施例

本实施例提供一种宽频带扬声器的驱动方法，该方法包括，提供第一振动部分，该第一振动部分包括第一振动元件和动磁驱动组件，所述动磁驱动组件驱动所述第一振动单元振动；

提供第二振动部分，该第二振动部分包括第二振动元件和压电驱动组件，所述压电驱动组件驱动所述第二振动单元振动；

第一振动部分与第二振动部分的频响曲线不相同。

本发明提供的扬声器的动磁驱动组件主要用于重放低中音，压电驱动组件主要用于重放中高音；两个频响曲线相互补充，可以取得更好的音频效果。

优选的，所述动磁驱动组件至少部分设置在第一振动部分上；和/或，所述压电驱动组件设置在第二振动部分上。

动磁驱动组件至少包括第一磁铁9、环状的导磁板7等，与第一振动单元直接相连，增加了振动质量，可以降低谐振频率，进一步加强低音效果。

优选的，动磁部分第一振膜3上的振动板4与压电部分的第二振膜6上的压电陶瓷基板的口径基本相当；优选的，动磁部分第一振膜3上的振动板4的直径与第一压电环21的直径的比例不小于50％，压电部分的第二振膜6上的压电陶瓷基板16的直径和第二压环22的直径的比例不小于50％，基本相当以此来保证能获得更大的声学等效辐射面积和气流推动效率，相应的可以获得更佳的低频重放性能，保证较低的谐振频率并确保较大的声输出。优选的，上述比例在60％～80％之间。

本发明提供的方法和结构，充分利用动磁部分的低频带宽和良好的低频重放效果以及压电部分的高频带宽，具有结构紧凑轻便、宽频带、高音量等优点，可应用于要求小尺寸、宽频带、优音质的高保真耳机等以及要求宽频带、高音量的便携式音箱。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双振膜结构的动磁和压电复合式扬声器，包括外壳以及设置于所述外壳内的振动元件，其特征在于：所述振动元件包括第一振动元件和第二振动元件，还包括动磁驱动组件和压电驱动组件，所述动磁驱动组件用于驱动所述第一振动元件振动，所述压电驱动组件用于驱动所述第二振动元件振动；

所述动磁驱动组件包括均与所述第一振动元件(3)的一侧面由外周向中心依次贴合设置的音圈(5)、导磁板(7)以及第一磁铁(9)；

在所述第二振动元件(6)第二侧面设置有第二磁铁(8)和导磁环(11)，所述导磁环(11)设置于所述第二磁铁(8)的外周上；

所述音圈(5)、导磁板(7)以及第一磁铁(9)伸入所述导磁环(11)内且与所述第二磁铁(8)之间具有间隙。

2.根据权利要求1所述的扬声器，其特征在于：所述外壳包括两端开口的盆架(1)以及压合件，所述第一振动元件和所述第二振动元件分别设置于所述盆架(1)两端的开口处，且所述第一振动元件和所述第二振动元件的外边沿通过所述压合件压合固定于所述盆架(1)上；

所述压合件为压环。

3.根据权利要求1所述的扬声器，其特征在于：所述导磁板(7)的内周面与所述第一磁铁(9)的外周面贴合设置，所述导磁板(7)的外周面与所述音圈(5)的内周面之间具有间隙；

所述第一振动元件为第一振膜(3)，该第一振膜(3)包括平面状的中心部分和环绕中心部分的折环部分，所述动磁驱动组件设置于所述第一振膜(3)中心部分的内侧面，所述第一振膜(3)中心部分的外侧面贴合设置有振动板(4)。

4.根据权利要求1所述的扬声器，其特征在于：所述压电驱动组件包括与所述第二振动元件(6)至少第一侧面贴合设置的压电陶瓷(10)；

所述压电陶瓷(10)为单层、多层或多片复合结构；

所述第二振动元件为第二振膜(6)。

5.根据权利要求4所述的扬声器，其特征在于：所述第二磁铁(8)和所述第一磁铁(9)相同磁极面相对设置。

6.根据权利要求4所述的扬声器，其特征在于：所述压电陶瓷(10)与所述第二振动元件之间贴合设置有压电陶瓷基板(16)。

7.根据权利要求4所述的扬声器，其特征在于：所述音圈(5)、导磁板(7)以及第一磁铁(9)与所述第一振动元件之间均通过粘合剂粘接；

所述振动板(4)与所述第一振动元件之间通过粘合剂粘接；

所述压电陶瓷(10)、所述第二磁铁(8)以及所述导磁环(11)与所述第二振动元件之间均通过粘结剂粘接。

8.根据权利要求5至7任一项所述的扬声器，其特征在于：所述振膜由金属材料、高分子材料或纤维树脂类复合材料制成；

所述振膜的材料为镍铁合金、不锈钢、聚萘二甲酸乙二醇酯纤维、聚醚酮纤维或FR4玻璃纤维增强型环氧树脂；

所述动磁驱动组件的音频信号依次通过动磁部分焊盘(12)以及动磁部分引线分别接入所述音圈(5)的正负电极；

所述压电驱动组件的音频信号依次通过压电部分焊盘(14)以及压电部分引线分别接入所述压电陶瓷(10)的正负电极；

所述扬声器呈圆形、正方形、矩形、椭圆形或其他形状。

9.一种扬声器的驱动方法，其特征在于，

提供第一振动部分，该第一振动部分包括第一振动元件和动磁驱动组件，所述动磁驱动组件驱动所述第一振动元件振动；

提供第二振动部分，该第二振动部分包括第二振动元件和压电驱动组件，所述压电驱动组件驱动所述第二振动元件振动；

第一振动部分与第二振动部分的频响曲线不相同；

所述动磁驱动组件至少部分设置在第一振动元件上；

其中，所述动磁驱动组件包括均与所述第一振动元件(3)的一侧面由外周向中心依次贴合设置的音圈(5)、导磁板(7)以及第一磁铁(9)；

在所述第二振动元件(6)第二侧面设置有第二磁铁(8)和导磁环(11)，所述导磁环(11)设置于所述第二磁铁(8)的外周上；

所述音圈(5)、导磁板(7)以及第一磁铁(9)伸入所述导磁环(11)内且与所述第二磁铁(8)之间具有间隙。