CN105282663B - 一种平面动圈复合式振膜组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种平面动圈复合式振膜组件，包括动圈磁铁、振膜、第二导线圈，振膜的中心设有动圈磁铁，动圈磁铁周向绕设多圈导线形成第二导线圈。本发明包括围绕动圈磁铁附着在所述振膜上的第一导线圈，所述第一导线圈由至少两组圆环形导线组成，每组圆环形导线由多圈导线组成，相邻两组圆环形导线之间间隔一定距离形成圆环形间隙，所述圆环形间隙上设置相应的环形磁铁，环形磁铁的极性方向应垂直于环形磁铁的所在圆面，相邻环形磁铁的极性方向相反，环形磁铁设在振膜的一侧或两侧对应设置。本发明可让平面振膜和动圈式振膜协同工作，加大振膜受力使其产生更大位移及更迅速的回弹，提供更好的声压级、解析力与瞬态。

Description

一种平面动圈复合式振膜组件
技术领域
本发明涉及耳机技术领域，具体是一种平面动圈复合式振膜组件。
背景技术
音乐作为一种艺术的主要表现形式，是人们生活中所离不开的，欣赏音乐需要一个好的器材才能达到更好的效果，动圈式发声单元以其简单的制备方法和较低的成本以及较高的驱动效率等主要特点而成为目前绝大多数耳机和扬声器都采用的主要的发声部件，但是动圈式发声单元振膜在工作时由于振膜材质和工作原理导致振膜表面受力不均，不可避免的会出现分割震动的现象，发生向内折的振动，此种震动会与正常的向外震动发声相抵消，从而影响声音的响度及频响曲线的平滑程度，而且分割震动还会产生失真，失真则会导致声音出现畸变，引入杂音。
动圈振膜越大，其振膜推动的空气面积越大，能够得到更高的声压级和更好的声音密度，但是必须以有效抑制分割震动为前提，否则声音会非常混乱，极大地影响音质。动圈耳机有全开放式、半开放式和封闭式之分，前两种由于有左右互馈现象以及与外界空气的接触，所以其声音的方向感、空间感、声场及声音的自然度及还原度均会有更好的表现，而后者的低频下潜及瞬态则相对更优秀。
平面振膜耳机由于其工作原理使得振膜震动时受力均匀从而可以避免分割震动，其振膜可以做得很大，且其高频顺滑延伸自然，低频下潜到位，但是高频不够明亮，解析力、声场、声音的动态、气势、灵敏度等相比同等级动圈则略显不足，其驱动效率远不如动圈振膜，想要驱动好平面阵膜比驱动同等级动圈式发声单元难度更大，需要十分优秀而昂贵的台式耳放，也直接导致便携大耳机普遍不采用平面振膜这种相对更难驱动的发声单元。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供一种平面动圈复合式振膜组件，可让平面振膜和动圈式振膜协同工作，加大振膜受力使其产生更大位移及更迅速的回弹，提供更好的声压级、解析力与瞬态，并且更易于驱动，能够实现便携式平面振膜耳机的目的。
一种平面动圈复合式振膜组件，包括动圈磁铁、振膜、第二导线圈，振膜的中心设有动圈磁铁，动圈磁铁周向绕设多圈导线形成第二导线圈，第二导线圈固定在振膜上，其特征在于：还包括围绕动圈磁铁附着在所述振膜上的第一导线圈，所述第一导线圈由至少两组圆环形导线组成，每组圆环形导线由多圈导线组成，相邻两组圆环形导线之间间隔一定距离形成圆环形间隙，所述圆环形间隙上设置相应的环形磁铁，环形磁铁的极性方向应垂直于环形磁铁的所在圆面，相邻环形磁铁的极性方向相反，环形磁铁设在振膜的一侧或两侧对应设置，第一导线圈通电工作时每组圆环形导线内的多圈导线电流方向相同，相邻两组圆环形导线电流方向相反。
进一步的，环形磁铁大小和直径和圆环形间隙的宽度以及直径应相对应。
进一步的，振膜中心部位布置圆环形线圈或设计为穹顶结构。
进一步的，环形磁铁在振膜两侧设置时极性方向相反。
进一步的，还包括振膜支架、磁铁固定架，动圈磁铁和环形磁铁通过磁铁固定架固定在振膜两侧，振膜支架与磁铁固定架相连接实现对整个组件的支撑。
本发明结合了两种传统的发声振膜方式，让平面振膜和动圈式振膜协同工作，利用平面振膜克服动圈式振膜工作时的分割震动现象，避免声音响度，平滑程度方面的负面影响和声音的失真并且得到更好的高频延伸，还可以将振膜面积做得更大，提供更高的声音密度，同时使得动圈式振膜在全开放，半开放的腔体优势前提下还能有优秀的低频下潜，另一方面则通过动圈的高驱动效率和高灵敏度弥补平面振膜难以驱动，高频不够亮，解析力，声场，声音的动态及气势相对不足的缺点，两种工作方式相辅相成能够加大振膜受力使其产生更大位移及更迅速的回弹，提供比任何单独一种振膜震动方式都更好的声压级，解析力与瞬态，并且更易于驱动，能够实现便携式平面振膜耳机的目的。
附图说明
图1是本发明平面动圈复合式振膜组件其中一个方向的分解结构示意图；
图2是本发明平面动圈复合式振膜组件另一个方向的分解结构示意图；
图3是本发明其中一个实施例振膜上线圈的布设结构示意图；
图4是本发明另一个实施例振膜上线圈的布设结构示意图；
图5(a)是本发明其中一个实施例振膜一侧圆环形磁体的布设结构示意图，图5(b)是振膜另一侧圆环形磁体的布设结构示意图；
图6(a)是本发明另一个实施例振膜一侧圆环形磁体的布设结构示意图，图6(b)是振膜另一侧圆环形磁体的布设结构示意图；
图7是本发明中两个导线圈串并切换的电路结构示意图；
图8是人耳戴上头戴式耳机后构成的声学腔体简化模型，其中图8(a)为封闭式腔体，图8(b)为开放式腔体；
图9是本发明振膜工作时的结构和电流截面简化图。
图中：1—振膜支架，2—磁铁固定架，3—环形磁铁，4—动圈磁铁，5—振膜，6—第一导线圈，7—第二导线圈，8—振膜，9—耳机外壳，10—人耳，11—耳垫，61—第一导线圈输入输出端，71—第二导线圈输入输出端。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参考图1及图2，本发明平面动圈复合式振膜组件包括振膜支架1、磁铁固定架2、环形磁铁3、动圈磁铁4、振膜5、第一导线圈6和第二导线圈7。
所述振膜5可为一轻质坚韧薄膜，振膜5的中心设有动圈磁铁4，动圈磁铁4周向绕设多圈导线形成第二导线圈7，第二导线圈7的直径略大于动圈磁铁4的直径以使其能够很好的受力并震动。所述振膜5上还绕制有围绕动圈磁铁4的第一导线圈6，第一导线圈6可通过印刷等其他方式附着在振膜5上。所述第一导线圈6由至少两组圆环形导线组成，每组圆环形导线由多圈导线组成，相邻两组圆环形导线之间间隔一定距离形成圆环形间隙，所述圆环形间隙上设置相应的环形磁铁3(如图5(a)所示)，环形磁铁3大小和直径和圆环形间隙的宽度以及直径应相匹配，用于在第一导线圈6通电时给振膜5施加磁力作用，从而驱动振膜5震动发声。
设置第一导线圈6时应保证振膜通电工作时每组圆环形导线内的多圈导线电流方向相同，相邻两组圆环形导线电流方向相反。
环形磁铁3的个数与间隙数相同，其极性方向应垂直于环形磁铁3的所在圆面，相邻环形磁铁3的极性方向相反。也可在振膜5的另一侧对应圆环形间隙设置环形磁铁3(如图5(b)所示)，振膜5两侧相对应的环形磁铁3的极性方向相反。环形磁铁3排列过多时，虽然对振膜正常工作有利但是会导致重量过重，实际操作时磁铁间相互作用也会导致安放困难，故也可以错开间隔排列(如图6(a)和图6(b)所示)。
振膜5中心部位可以布置圆环形线圈(如图4所示)或采用传统的穹顶设计(如图3所示)。振膜5中间的穹顶设计能够减轻分割震动，而还可以布置圆环形线圈取代穹顶设计，则中心部位同样能够达到均匀受力避免分割震动的目的。振膜5的第一导线圈6的电路层数不固定，可以根据整个振膜5的布局以及中心穹顶的面积进行调整，同时也可以不使用穹顶设计转而在第二导线圈7所围绕的内部振膜上继续附加圆环形电路，使得内部同样有避免分割震动的能力。
第一导线圈6的两尾端为第一导线圈输入输出端61，第二导线圈7的两尾端为第二导线圈输入输出端71(如图3所示)。第一导线圈6和第二导线圈7可通过并联或串联的方式连接，也可使用一个开关装置来达到灵活调控两个线路串联或并联的目的，如图7所示。在图7所示电路中，开关打到1档，第一导线圈6和第二导线圈7串联，此时整个电路上流经电流相同，整个振膜将会工作在最小的失真状态下，适合前端推力较大的情况，开关打到2档，第一导线圈6和第二导线圈7并联，适合前端推力较小的情况。
两种驱动方式结合能够使得振膜在瞬态方面有更好的表现，在线路布置方面，两个线路能够以并联或串联的方式连接，前者(并联)尤其适合前端推力不足的情况，能够在前端能力不足的情况下依然有较好的表现，两种工作方式在前端推力足够的情况下都会有令人满意的表现，而串联方式由于在圆环形电路及动圈电路中流过的电流相同，所以会有更好的表现以及更小的失真。与此同时，两种连接方式还能够方便的调节整个发声装置的电阻，令装置能够适应更多种类的前端，相对于单一的平面振膜或动圈振膜而言，由于此结构在同一个振膜上附有两个驱动电路，故其驱动难度更小。
在组装时，动圈磁铁4位于振膜5中心部位，第二导线圈7环绕设在动圈磁铁4外围，第二导线圈7与动圈磁铁4之间存在间隙。第一导线圈6绕设在振膜5表面，动圈磁铁4和环形磁铁3通过磁铁固定架2固定在振膜5两侧，振膜支架1与磁铁固定架2相互连接实现对整个组件的支撑。
本发明结合了两种传统的发声振膜方式，让平面振膜和动圈式振膜协同工作，利用平面振膜克服动圈式振膜工作时的分割震动现象，避免声音响度，平滑程度方面的负面影响和声音的失真并且得到更好的高频延伸，还可以将振膜面积做得更大，提供更高的声音密度，同时使得动圈式振膜在全开放，半开放的腔体优势前提下还能有优秀的低频下潜，另一方面则通过动圈的高驱动效率和高灵敏度弥补平面振膜难以驱动，高频不够亮，解析力、声场、声音的动态及气势相对不足的缺点，两种工作方式相辅相成能够加大振膜受力使其产生更大位移及更迅速的回弹，提供比任何单独一种振膜震动方式都更好的声压级，解析力与瞬态，并且更易于驱动，能够实现便携式平面振膜耳机的目的。
图8为人耳戴上头戴式耳机后构成的声学腔体简化模型，其中振膜8、耳机外壳9、人耳10和耳垫11整体构成了一个封闭的腔体A，根据前人研究可以将之简化为一个压力室(pressure chamber)模型。
压力室模型中声压级公式为：
p＝c×x×fn (1)
压力室模型及公式引用自“C.A.Poldy.Tutorial AES 120,Paris,May 2006-Headphone fundamentals”。
上式中p为某一频率下的声压级单位为分贝，c为一声学常数，x为振膜在某一频率下的位移，f为振膜工作频率，当腔体封闭几乎无泄漏时n＝0，当腔体有泄漏的情况时n＝1，当腔体泄露严重或类似音箱工作时n＝2。头戴式耳机在工作时整体构成了一个封闭的腔体，声压级仅正比于振膜位移，故振膜位移增大将会有助于提升声压级。
图9为本发明振膜工作时的结构和电流截面简化图，工作时各段导线电流方向可以由振膜制造时布置导线的方向决定，故可轻易实现上述电流方向，组装时按照上述磁铁摆放方向摆放或同时颠倒所有磁铁方向，则其所有受力方向仍能保持一致。
设某瞬间导线圈电流方向如图9，“.”表示电流方向垂直纸面向外，“x”表示电流方向垂直纸面向内，由右手定则可以判断1，2，3，4，5这五处的磁感线方向，用虚线表示，根据同极相斥，异极相吸的基本原理，可以判断这五处振膜均受到向下的作用力，用实线表示。
上述分析可知，由于环形磁铁3对于第一导线圈6的作用力，和动圈磁铁4对第二导线圈7的作用力均最终都施加到了振膜5上，两力方向相同，所以平面动圈振膜工作时其受力比平面振膜或动圈振膜都要大。
又由于理想振膜应具有质轻，韧性强，刚度高的特点，质轻则会使振膜更灵敏解析度更高，韧性强可以使振膜更耐用且低频延展更好，刚度高则不易发生细微形变，对于分割震动有更好的抑制作用，但是上述几个特点往往相互矛盾，一般质轻且韧性强的材料其刚度不高，刚度较高又势必会增大振膜厚度导致振膜变重降低灵敏度和解析力，最后得到的振膜是上述几种矛盾互相调和结果。
而使用相同材质的振膜制造发声单元时，传统的动圈发声方式要求振膜不能太薄否则刚性不够，平面振膜则由于其工作方式不同，振膜受力更均匀，故振膜相对可以更薄更轻，但是平面振膜驱动效率不高，线圈排布没有动圈线紧密，其磁感线密度不够所以往往比动圈振膜需要更大电流才可较好的工作。
而本发明设计的平面动圈式振膜由于其具有平面振膜的震动结构，故其振膜可以做得很薄的同时仍然能够有效避免分割震动。
相对较轻的振膜(影响灵敏度)和前文所述更大的作用力，使得平面动圈复合振膜的振膜位移和振膜的加速度(影响瞬态响应)比平面振膜和动圈振膜都更大，在有助于提高声压级，低频下潜，高频延展，灵敏度和瞬态响应的同时仍然使失真保持极低，而且可以很容易就做出更大的振膜，即使提高驱动电流进一步增大音量也可以有效抑制失真的产生。同时由于其第二导线圈7为动圈，且振膜仍为圆形，因此其具有动圈振膜的优点(高频明亮，解析力、声场、声音的动态、气势、灵敏度较平面振膜更好)的同时失真抑制方面更为优秀。
动圈耳机由于整个振膜只受到来自动圈线圈的牵引力，此圆环型牵引力势必会导致振膜失真，加大驱动电流提高音量的同时，振膜整体受力更大又由于振膜受力点不变，因此失真也会随之增大，而增大振膜厚度提高刚性又会使振膜灵敏度和解析力下降。
在易驱性方面，考虑前端输出质量较低的情况，此时两导线圈并联，而即使前端输出电流不够大，第一导线圈6也可以保证振膜受力均匀分割震动得到有效抑制，此时整个振膜主要受到由动圈磁铁4作用于第二导线圈7的作用力，由于振膜相比普通动圈振膜更轻，第二导线圈7受到的作用力和来自环形磁铁3对于第一导线圈3的较小的作用力使其比常规动圈发声单元具有更高灵敏度和解析力和更低的失真。当前端输出质量很高时，此时两导线圈既可串联也可并联，以下考虑串联情况。两线圈电流完全相同且较大，两线圈所受力完全同步且较大，此时振膜的加速度和位移会更迅速而猛烈，因此其音质也会有极大提升，故两个导线圈的不同连接方法能够使得平面动圈振膜具有更好的前端适应性和潜力。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种平面动圈复合式振膜组件，包括动圈磁铁(4)、振膜(5)、第二导线圈(7)，振膜(5)的中心设有动圈磁铁(4)，动圈磁铁(4)的外围设置由多圈导线形成的第二导线圈(7)，第二导线圈与动圈磁铁(4)之间存在间隙，第二导线圈(7)固定在振膜(5)上，其特征在于：还包括围绕动圈磁铁(4)附着在所述振膜(5)上的第一导线圈(6)，所述第一导线圈(6)由至少两组圆环形导线组成，每组圆环形导线由多圈导线组成，相邻两组圆环形导线之间间隔一定距离形成圆环形间隙，所述圆环形间隙上设置相应的环形磁铁(3)，环形磁铁的极性方向应垂直于环形磁铁(3)的所在圆面，相邻环形磁铁(3)的极性方向相反，环形磁铁(3)设在振膜(5)的一侧或两侧对应设置，第一导线圈(6)通电工作时每组圆环形导线内的多圈导线电流方向相同，相邻两组圆环形导线电流方向相反。
2.如权利要求1所述的平面动圈复合式振膜组件，其特征在于：环形磁铁(3)大小和直径和圆环形间隙的宽度以及直径应相对应。
3.如权利要求1所述的平面动圈复合式振膜组件，其特征在于：振膜(5)中心部位布置圆环形线圈或设计为穹顶结构。
4.如权利要求1所述的平面动圈复合式振膜组件，其特征在于：环形磁铁(3)在振膜(5)两侧设置时极性方向相反。
5.如权利要求1所述的平面动圈复合式振膜组件，其特征在于：还包括振膜支架(1)、磁铁固定架(2)，动圈磁铁(4)和环形磁铁(3)通过磁铁固定架(2)固定在振膜(5)两侧，振膜支架(1)与磁铁固定架(2)相连接实现对整个组件的支撑。
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