CN105556987A - 具有亥姆霍兹共振器的扬声器 - Google Patents

具有亥姆霍兹共振器的扬声器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种扬声器(1)。该扬声器(1)包括：用来保持磁铁的U形轭件，该U形轭件具有底座(12)，该底座具有环绕底座(12)的周部的直立侧(14)；框架(20)，该框架(20)具有环绕U形轭件的环形件(22)，该环形件具有U形截面，该U形截面定向成U形的底座(24)临靠U形轭件的侧面(12)；圆顶形振动膜(40)，该圆顶形振动膜(40)通过环绕该圆顶件(40)的弹性件(30)连接到框架(20)，弹性件(30)与圆顶件(40)悬挂于框架(20)；由圆顶件(40)、弹性件(30)、框架(20)和U形轭件限定的第一腔室(70)；环绕框架(20)的周部的外壁(80)，该外壁(80)密封环形件(22)的U形截面的顶部，从而在外壁(80)与环形件(22)之间形成第二腔室(100)；位于第一腔室(70)与第二腔室(100)之间的在框架(20)内的端口(110)；其中第一腔室(70)和第二腔室(100)和端口(110)形成亥姆霍兹共振器系统。框架(20)的形状与外壁(80)结合允许亥姆霍兹共振器系统建立在现存的扬声器的封装内。

Description

具有亥姆霍兹共振器的扬声器
本发明涉及一种扬声器，具体涉及一种具有亥姆霍兹共振器的扬声器。
扬声器被用来在大频率范围上产生声音。通常的情况是，利用不同的扬声器来产生整个频谱的不同部分的声音，声音在整个频谱产生。这是因为产生声音的频谱的不同部分对扬声器施加不同要求。因此，为了得到最佳的声音质量，使用具有不同配置的不同扬声器。
根据人类可听见的频率范围，频谱通常可以分割为低频范围、中频范围以及高频范围。多数情况下，使用能够覆盖整个频谱或频谱的主要部分的扬声器比在每个频率范围使用一个扬声器具有更多优势。例如，在最紧迫的目标是紧凑时，在耳机中使用所谓全频扬声器是已知的。
通常称为高频扬声器(tweeter)的扬声器通常用来服务于高频范围，且也可以用于中频范围。高频扬声器通常具有锥形振动膜或圆顶形振动膜，声音在该锥形振动膜或圆顶形振动膜上产生。
锥形振动膜或圆顶形振动膜的使用可能影响磁系的选择，扬声器环绕该磁系建造。通常使用两种磁系(T形轭磁系和U形轭系)之一来建造扬声器。
这些是用来生产扬声器的广为人知的系统。根据扬声器需要满足的要求，可以使用任一类振动膜来建造任一磁系。
为了产生最优的声音质量，扬声器对特定频率的响应(频率响应)在扬声器的频率范围内应是恒定的。然而，扬声器具有由悬架活动部分的重量与刚性之间的相互作用引起的基本共振，悬架由扬声器的声学部件的机械悬架和振动膜后面封装空气的声学悬架组成。当基本共振的阻尼不足时，基本共振引起扬声器频率响应峰值。圆顶形高频扬声器通常具有高的基本共振频率，因为它们通常没有声学上连接到一壳体，该壳体提供空气容量来降低共振频率。这导致基本共振落入扬声器的频率范围，从而由于扬声器的频率响应在其频率范围内不稳定，导致声音质量退化。
扬声器的阻尼降低共振峰值的高度。然而，在圆顶形高频扬声器中，阻尼常常不足，这是由于驱动扬声器的磁系强度太小，从而不足以提供足够的阻尼来平滑频率响应。
为了提高圆顶形高频扬声器的阻尼量，通常在音圈所处磁系的空气间隙加入铁磁流体。然而，由于温度的影响，铁磁流体的阻尼效果遭受很大变化。这导致温度随扬声器的频率响应而变化。
将亥姆霍兹共振系统作为一种阻尼形式连接到扬声器是已知的。然而，通常已知的是，这需要将扬声器建造于壳体内或连接到壳体，从而形成用于建立亥姆霍兹共振系统所需的空气容量的腔室。这对于高频扬声器是不合适的，因为高频扬声器通常不连接到壳体，且该壳体对于安装高频扬声器所需的空间来说通常太大。
最一般的情况是，在圆顶形高频扬声器上设置具有亥姆霍兹共振器系统的U形轭磁系，该亥姆霍兹共振器系统建造在扬声器的现有封装内。这通过将扬声器的壁用作腔室的壁并具有合适的框架来生产，该框架允许环绕扬声器的磁系形成腔室，该腔室与扬声器的现有封装内的另一个腔室连通。
根据本发明，可以提供一种扬声器，该扬声器包括：用来保持磁铁的U形轭件，所述U形轭件具有底座，该底座具有环绕所述底座的周部的直立侧；框架，所述框架具有环绕所述U形轭件的环形件，所述环形件具有U形截面，该U形截面定向成U形的底座临靠U形轭件的侧面；振动膜，所述振动膜通过环绕该振动膜的弹性件连接到所述框架上，所述弹性件与所述振动膜悬挂于所述框架；由所述振动膜、弹性件、框架和U形轭件限定的第一腔室；环绕所述框架的周部的壁，所述壁密封所述环形件的所述U形截面的顶部，从而在所述壁与所述环形件之间形成第二腔室；端口，所述端口位于所述第一腔室与所述第二腔室之间在框架内；其中所述第一和第二腔室与所述端口形成亥姆霍兹共振器系统。
将扬声器内的圆顶件、弹性件和框架以及U形轭件之间的空间与环绕框架内的U形轭件形成的空间连通，允许生产紧凑的扬声器。这是因为环绕U形轭件的环形容积被用作第二腔室。这不增加扬声器的总高度或直径，但是使得亥姆霍兹共振器系统集成到具有U形轭配置的扬声器内。
此外，本发明允许亥姆霍兹共振器系统集成到扬声器内，同时由于不需要额外的组件而维持低成本。此外，制造过程没有更复杂。
扬声器组件的配置仅仅导致需要少量的额外材料。因为U形件向外部开口，因此U形环件还可以通过低成本注塑生成。
扬声器可以具有由塑料代替钢制成的空腔壁。这意味着本发明的扬声器几乎没有超过传统扬声器的额外质量。
该亥姆霍兹共振器系统可调谐到所述扬声器的基本共振频率的0.5-4倍。这具有可以降低基本共振频率的频率响应峰值的优点，从而改善本发明的扬声器产生的声音质量。所述亥姆霍兹共振器系统提供相对于温度的恒定的响应，从而一旦所述亥姆霍兹共振器系统调谐到特定频率，在该频率下，亥姆霍兹共振器的效果在整个温度范围恒定。如果由于在使用期间扬声器周围的环境温度上升或由于扬声器的音圈内热量散发导致扬声器热量升高，这允许扬声器响应的效果恒定。
亥姆霍兹共振器系统可以通过调整一个或多个尺寸来调谐：第一腔室和第二腔室的容量以及端口的截面积和长度。亥姆霍兹共振器系统的调谐频率取决于所述端口内的空气质量以及所述两个腔室的两个空气容量的刚度和。因为空气容量的刚度取决于开口的截面积，空气通过该开口加压，在这种情况下，必须考虑端口的截面积、端口的截面积和长度，而不仅仅是的端口的容量，该端口限定了端口内的空气质量。例如，降低一个或两个腔室的容量将提高调谐频率，这是因为刚度之和增加。可选地，可以降低端口的长度或增加端口的截面积，从而提高调谐频率。通过改变端口的截面积和端口的长度，端口的容量可以保持恒定，同时允许调谐亥姆霍兹共振器系统。
所述亥姆霍兹共振器系统可调谐到所述扬声器的基本共振频率的1.5-2倍。这导致基本共振频率的基本共振峰值的改善效果，其可以通过将亥姆霍兹共振器系统调谐到所述扬声器的基本共振频率的0.5-4倍引起。
所述振动膜可以是圆顶形振动膜。这是锥形振动膜的替代。采用圆顶形振动膜具有振动膜在所述框架上的悬挂点可以与所述扬声器的驱动系统的连接点位于相同的水平的优点。
所述亥姆霍兹共振器系统是阻尼亥姆霍兹共振器系统。这通过使系统中的空气振动能量散发来平滑所述扬声器的频率响应。这具有当亥姆霍兹共振器系统调谐到所述扬声器的基本共振频率的特定范围之一的频率时，进一步降低所述扬声器的基本共振频率的峰值的优点。
所述阻尼材料可以定位在第二腔室和/或第一腔室和/或所述腔室之间的所述框架的端口内。这允许各种不同材料被用作阻尼材料以及根据阻尼和阻尼材料所需的特性来选择所述阻尼材料的形状和尺寸。所述阻尼材料可以是，诸如开孔泡沫、纤维材料或织物。
所述端口的尺寸可以设置成引起所述端口内的空气流量损失。这可以通过降低所述端口的截面积从而增加所述端口内的流速来实现。这增加了各空气层之间的摩擦并因此激发能量以散发的形式损失。引起端口内的空气流量损失导致亥姆霍兹共振器系统阻尼。这可以附加于或替代于所述亥姆霍兹共振器系统内的其它阻尼来实现。这允许使用较少的阻尼材料，并意味着阻尼程度可以超过仅仅使用阻尼材料可获得的阻尼程度。在不实质性影响端口内的空气流量损失的情况下，端口的长度可以选择，因为与端口的截面积的尺寸相比，这对空气流速的影响微不足道。
扬声器的框架由UV透明塑料制成。这使得能使用UV硬化胶水将扬声器的各组件相互固定在一起。这意味着通过UV硬化胶水连接的扬声器的各组件之间的连接在将UV硬化胶水暴露于UV光时是立即变硬的。除此以外，在组装过程中还不需要使用传统的粘合剂时所需要的干燥缓冲。因此这降低了组装过程的复杂性。
在所述亥姆霍兹共振器系统与所述扬声器的外部之间可存在通风孔。这允许所述扬声器的各腔室中的空气与所述扬声器外的大气压之间的大气压力均衡。如果扬声器组件是完全气密的，此时根据静态空气压差，圆顶件和附连的音圈将被向外或向内推。该压差可以是由于变化的大气压力，或如果所述扬声器正在使用是由于扬声器内部的空气由于空气加热膨胀。损坏扬声器或使其停止作用的的压力变化风险通过具有通风孔而降低。结合亥姆霍兹共振器系统的一个或两个腔室，通风孔可以像亥姆霍兹共振器一样工作。优选地，通风孔调谐到低于扬声器的工作范围的频率，从而防止其改变工作范围的频率响应。
在所述第一腔室与所述扬声器的外部之间可设有通风孔。可选地，在所述第二腔室与所述扬声器的外部之间可设有通风孔。
可以有多个通风孔。这允许通风孔定位在扬声器上的不同位置。多个通风孔可以位于所述第一腔室和所述扬声器的外部之间或可以位于所述第二腔室和所述扬声器的外部之间。可选地，在所述第一腔室和所述扬声器的外部之间可以有通风孔以及在所述第二腔室和所述扬声器的外部之间具有通风孔。
所述扬声器可安装于主体上，该已安装的扬声器具有第一通风孔和第二通风孔，其中在使用时，所述第一通风孔比所述第二通风孔高，使得由于烟窗效应空气穿过所述扬声器被抽出。这具有通过空气流动来冷却所述扬声器从而允许增加所述扬声器的处理能力的功率的优点。在使用时，该功率通过音圈散发，该功率被转化成热量，该热量通过空气流过所述扬声器带走。安装所述扬声器的主体例如可以是壳体(诸如扬声器壳体)或表面(诸如汽车内部的表面，例如装饰面板上)等。如果扬声器安装于装饰面板上，扬声器可以不必具有扬声器壳体。
所述扬声器可以具有多个第一通风孔和/或多个第二通风孔。空气能够通过多个孔从所述扬声器流出和/或吸入所述扬声器。这增加了通过所述扬声器的气流从而提高了所述气流的冷却效果。
所述扬声器可以具有来自所述扬声器的音圈的引线，该引线电连接至所述第一腔室内的导电标签的端部。所述导电标签可以具有位于所述扬声器的外部的相对端。
将引线连接至所述第一腔室内的导电标签具有由于所述引线仅仅从所述音圈延长至所述导电标签，从而所述引线的长度短的优点。这相对于延长较长距离的传统引线具有优点，这是由于降低引线的长度通过降低引线的电阻和运动质量增加音箱的灵敏度，在音圈驱动圆顶形振动膜时引线与音圈一起运动。导电标签的使用由框架的形状来实现，该框架的形状使得导电标签能够保持在位。更具体地，导电标签的使用通过围绕U形轭件定位以将标签保持在位的框架来实现。结合定位在所述框架上的宽的弹性件，框架具有允许在框架和弹性件之间创建焊料接触空间的直径。例如，弹性件可以具有在其连接到振动膜的内缘与其连接到框架的外缘之间的3-10毫米的宽度，因此框架的表面(导电标签从该表面突入第一腔室)将具有约3-10毫米的可比尺寸。这提供了足够的空间来用于通过焊接接触将引线连接到导电标签。
将引线连接到第一腔室内的导电标签的使用保护了引线不被腐蚀，这是因为引线被包含于扬声器的主体内。除此之外，引线不需要密封。在普通的高频扬声器设计中，引线从音圈拖到扬声器的外部从而离开封闭的空气腔室。引线然后电连接至封闭腔室的外部的标签。引线从封闭腔室至外部空气的通道然后被诸如胶水密封，从而防止由密封腔室内的空气泄漏引起的通过通道的气流噪音。通过将引线的电接触放置于第一腔室内部，引线不需要密封。
所述导电标签可从所述环形件的U形截面的一侧向另一侧穿过所述框架定向。这允许从保护该电连接的扬声器的底座与音圈进行电连接以及该电连接不扩大所述扬声器的封装。
所述导电标签可以是金属导电标签。
所述扬声器可具有用来减小所述扬声器的的带宽的滤波电容器。所述滤波电容器可以定位于所述框架内的保持器内在所述环形件的一部分中，所述保持器与所述亥姆霍兹共振器系统声学上隔离。所述滤波电容器的长轴可以定向在所述环形件的平面外，从而引起所述电容器从所述扬声器的背面的凸出，所述扬声器的背面位于所述振动膜远端。
所述滤波电容器的位置允许所述扬声器具有从所述扬声器的背面至所述圆顶件的峰部的最小高度，这是因为所述滤波电容器利用所述环形件的空间的一部分，从而偏移于所述U形轭件内的磁系。
所述扬声器可以具有连接到所述U形轭件的冷却装置，所述冷却装置具有暴露于所述扬声器外部的比所述U形轭件大的表面积。这引起热量被从所述磁系引导离开并散发到外部。这的一个优点是，与单独的U形轭件的表面相比，接触空气的表面增加。这增加了扬声器的处理功率。
所述冷却装置可以是连接到所述U形轭件的所述底座的板。所述板可以弯曲或具有肋部。这还增加了所述板与空气的接触面。
所述扬声器可具有用来保护所述圆顶件的前盖，所述前盖定位在所述圆顶件上方并可连接至所述扬声器的所述壁。所述前板具有保护所述弹性件和所述圆顶件的安装件不被手指损坏的优点。作为一个独立的优点，环绕所述扬声器的所述壁允许形成第二腔室的壁。由于这壁独立于环形件的独立部分，其能够使环形件以低成本安装，这是由于其具有开口侧。
根据本发明，可以提供一种扬声器的制造方法，包括步骤：将框架安装于定心夹具上，所述框架具有环形件，所述环形件具有U形截面，所述U形截面定向成U形的底座在所述环形件的内缘且U形的顶部在所述环形件的外缘；将线圈放置在所述定心夹具上；在振动膜的边缘和环绕该振动膜的弹性件的外缘放置粘合剂；将所述振动膜的边缘放置于所述框架上的所述弹性件和所述线圈上；固化该粘合剂；环绕所述环形件的外缘安装壁；将U形轭磁系安装在所述环形件的所述内缘内，所述U形轭磁系具有底座，该底座具有环绕所述底座的周部的直立侧，所述直立侧邻靠所述环形件；在所述壁和所述环形件之间以及在所述环形件和所述U形轭磁系之间施加粘合剂；以及固化该粘合剂，其中所述振动膜、弹性件、框架以及U形轭件形成第一腔室，以及在所述壁与所述框架之间存在第二腔室，以及其中在所述第一腔室和第二腔室之间在所述框架上具有端口，所述第一腔室和第二腔室与所述端口形成亥姆霍兹共振器系统。
所述框架可以由UV透明塑料制成，其中所述粘合剂可以是UV硬化胶水，通过将UV光穿过所述UV硬化胶水上方的所述UV透明塑料将所述UV硬化胶水固化。所述UV硬化胶水的使用意味着利用UV硬化胶水实现的连接可以通过将UV光照射在该连接上立即固化。此外，不需要干燥缓冲。
使用UV硬化胶水具有另外的优点，即振动膜到音圈和弹性件到框架的连接可以在一个加工步骤实现。所述环形件到所述前盖的连接以及环形件到U形轭磁系的连接也可以在一个加工步骤中实现。
下文参照附图对本发明的实施例详细描述，其中：
图1示出本发明一实施例的剖视图；
图2示出具有阻尼材料和不具有阻尼材料的本发明实施例的频率响应曲线图；
图3示出现有技术的与温度相关的频率响应变化曲线图；
图4示出本发明一实施例的第二剖视图；
图5示出本发明一实施例的第三剖视图；
图6示出本发明一实施例的第四剖视图；
图7示出具有连接到扬声器电路的滤波电容器和不具有连接到扬声器电路的滤波电容器的本发明实施例的频率响应曲线图；
图8示出本发明一实施例的第五剖视图；
图9示出本发明一实施例的框架一侧的立体图；
图10示出图9所示的本发明一实施例的框架的另一侧的立体图；
图11示出本发明一实施例的一侧的立体图；
图12示出图11所示的本发明一实施例的另一侧的立体图；以及
图13示出本发明一实施例的分解图。
扬声器1是可以用作高频扬声器或全频扬声器的圆顶形扬声器。扬声器1环绕U形轭磁系建造。如图1所示，扬声器1具有用于盘形磁铁(被称为U形轭)的U形保持器10。U形保持器10具有底座，磁铁200坐落在该底座上。该底座相对于U形保持器10的侧面相对宽，该侧面从底座的边缘直立。U形轭件10形成扬声器1的中心部分，其他部分环绕该中心部分定位。
U形轭件10与磁铁200和放置于磁铁200顶部的垫圈210形成U形轭磁系。U形轭件10和垫圈210皆由诸如钢的铁磁材料制成。将磁铁200布置于U形轭件10的底座12上以及将垫圈210布置于磁铁200顶部，来将磁铁200产生的静磁场导入磁铁200和U形轭件10的侧面14之间的空气间隙。当扬声器运行时，这理想地创建了一个音圈能够通过的均匀场。当电流通过音圈时，音圈通过磁场。由于该磁场位于磁铁200的边缘与垫圈210和U形轭件10的侧面4之间的间隙内，因此音圈被允许移动穿过该磁场。
下面的描述涉及附图所示的扬声器1的实施例。扬声器1的特征由参考标号标记。下文所用的参考标号每一个都在附图中明确。如果参考标号未在提到的附图中示出，其在另外一个附图中示出。
图1示出环绕U形轭件10定位的框架20。框架20的一部分形成具有U形截面的环形件22，其中所述U形的底座24形成的环形件22的内侧以及由所述U形的每一侧的峰部或顶部形成外侧。环形件22的内侧与U形轭件10的侧面14接触，以及环形件的侧面形成上侧26和下侧28，上侧26和下侧28由U形截面的底座24分开。框架20还具有唇部23，唇部23在U形轭件10的侧面14的顶部上方的环件的上侧26处，从U形环的底座24延伸。当扬声器1正在构造时，唇部23允许U形轭件10正确定位于环形件22内。
弹性件30悬挂于框架20。弹性件30由轮缘27支撑，轮缘27是框架20上环绕环形件22的上侧26的周部的凸起。弹性件30是环形件并在弹性件30的中部连接到圆顶形振动膜40。弹性件30是柔性的以允许振动膜40运动。弹性件30具有圆顶形截面，当振动膜40运动时，圆顶形截面允许其收缩。弹性件30的作用是以类似于星形轮将锥体在锥形扬声器中中心定向的方式，将振动膜40保持在U形轭磁上中心定向。可以用于弹性件30和圆顶件40的材料是广知的。
弹性件30和振动膜40可以由单件材料形成或由两独立件相互连接形成。音圈形成器50附连到弹性件30和圆顶形振动膜40之间的连接点。音圈形成器50连接到圆顶件的下侧并从连接点延伸入磁铁200和U形轭件10的侧面之间的间隙。音圈形成器50具有音圈60，该音圈在音圈形成器50的位于U形轭件10和垫圈210之间的间隙处的端部缠绕音圈形成器50。在磁铁200的周部和U形轭件10之间还有空气间隙。
弹性件30悬挂于框架导致在框架20、弹性件30、圆顶件40和U形轭件10之间的空间内形成第一腔室70。由于空气能够从框架20和弹性件30之间的空间传送到U形轭件10、垫圈210和圆顶件40之间的空间以及U形轭件10和磁铁200之间的空间，从而该空间也形成第一腔室70的一部分。
扬声器1的周部由外壁80限定，外壁80环绕框架10连接。外壁80直接连接到环形件22的上侧26和下侧28并延伸到框架10的顶部边缘。在框架10的顶部边缘处，有一个前盖90，其形成为与外壁80成一体件。前盖90在弹性件30和圆顶件40上方延伸，以保护弹性件30和圆顶件40不受损坏。在前盖内设有孔95，以允许空气穿过前盖自由运动。
外壁80至环形件22的上侧26和下侧28的连接，通过密封环形件的U形截面的顶部，在环形件22的U形截面的在外壁80和环形件22之间的空间内形成第二腔室100。
图1示出第一腔室70和第二腔室100之间的端口110。该端口位于环形件的上侧26。该端口将两个腔室连通形成亥姆霍兹共振器系统，因为空气被允许从一个腔室运动到另一个腔室。
亥姆霍兹共振器系统优选调谐到基本共振频率的0.5至4倍。更优选地，亥姆霍兹共振器系统调谐到基本共振频率的1至3倍。更优选地，亥姆霍兹共振器系统调谐到基本共振频率的1.5至2倍。最优选地，亥姆霍兹共振器系统调谐到基本共振频率的1.8倍。亥姆霍兹共振器的调谐由腔室的容积与端口的截面积和长度决定。将调谐的亥姆霍兹共振器连接到扬声器降低了扬声器在基本共振频率时的频率响应。
图1所示的扬声器1还具有保持在第二腔室100内的阻尼材料120。这进一步降低基本共振频率的频率响应峰值大小并使得频率响应更平滑。为了使频率响应更平滑，阻尼材料增加了基本共振频率的峰值带宽并降低了峰值高度。这通过从在腔室内运动的空气中吸收能量来实现。
代替本发明使用的U形轭磁系，扬声器可以环绕T形轭磁系建造。然而，更通常的是，将T形轭磁系用于锥形扬声器而不是圆顶形扬声器。由于磁铁必须具有中心孔来允许音圈环绕T形轭件的中心柱通过从而穿过磁场，因此T形轭件比U形轭件占据更多的空间，从而与U形轭扬声器相比，T形轭扬声器不太适合小环境。对于U形轭磁，由于块状或盘状磁铁保持在U形的中心从而不需要中心孔，音圈环绕磁铁通过使得扬声器的框架更紧凑。本发明的扬声器1允许更紧凑的扬声器，其中U形轭磁系与集成的亥姆霍兹共振器系统使用以允许扬声器的频率响应平滑，而不需要将扬声器1连接到外壳并使用现存的扬声器的封装，从而具有建造于扬声器内的亥姆霍兹共振器系统的扬声器的尺寸不超过已经使用的扬声器的直径或高度。
图2示出本发明的扬声器的频率响应曲线图。该曲线图示出频率对以分贝表示的声压级。这示出扬声器对曲线图中明确的每一种扬声器构造在整个带宽上的每一频率的响应。为了与该响应对比，图2示出未设置亥姆霍兹共振器的扬声器。该曲线表明这种从低频的最小值向峰值的增加，然后逐渐减小直到最大频率值。对于相同的频率范围，所示的无阻尼亥姆霍兹共振器系统(诸如在图1中所示)在变换到较低频率时具有降低的峰值。在较高频率时该峰值之后是一个陡峭的镜像峰值，然后在更高频率时，该镜像峰值之后是第二较小峰值。图2还示出具有阻尼亥姆霍兹共振器系统的扬声器的响应。其示出比前两种响应更低的峰值。峰值的带宽较大且具有平滑顶部。因此，与无阻尼亥姆霍兹共振器系统和无亥姆霍兹共振器系统的扬声器相比，这在峰值带宽和扬声器带宽上产生更稳定的响应。
发明人发现，具有阻尼亥姆霍兹共振器系统和无阻尼亥姆霍兹共振器系统的扬声器1的频率响应相对于温度恒定。相反，如图3所示(其示出扬声器的频率对分贝的曲线图)，包含用来调节共振峰值的铁磁流体的扬声器的频率响应随温度变化。因为铁磁流体的粘度随温度变化，因此响应变化。在低温时，包含铁磁流体的扬声器在整个频率范围具有降低等级的曲线响应，从而引起扬声器产生细声音。在室温时，在频率范围的较低部分，频率响应升高到高位，然后在频率响应的剩余部分保持基本恒定。在高温时，频率响应与不包含铁磁流体的扬声器相同，这示出在高温时铁磁流体对扬声器具有小影响或没有影响。这导致扬声器产生刺耳声音。扬声器产生的刺耳声音和细声音都是听者能听到的并且是质量不理想的。低温曲线是在零下20℃产生的响应，而高温曲线是在60℃产生的响应。如为室温、高温和低温描绘的曲线所示，具有用作阻尼的铁磁流体的扬声器的频率响应相对于温度可变化。
优选地，如图1所示，第二腔室100环绕U形轭磁系定位。然而，可能的是，第二腔室可能定位在与框架20、U形轭件10、圆顶件40以及弹性件30之间的第一腔室相同的空间，并将框架的形状做成在这些腔室之间创建屏障。为了在相同的空间具有第一腔室和第二腔室，最合适的构型是在环绕框架20的外壳内具有第二腔室，该第二腔室定位在弹性件22的上侧26上并在环形件22的上侧26与弹性件30之间，并在第二腔室的外壳和弹性件之间保持分开从而用作第一腔室的一部分。这会导致从圆顶形振动膜至磁体的距离的增加。然而，如果圆顶形振动膜悬挂得离磁铁的距离太远，可能会引起声音失真，因为这引起扬声器的音圈环绕磁铁的中心在使用时移动，导致听者听到摩擦和嗡嗡声。
图4示出沿不同于图1所示的平面剖开的扬声器1的剖视图。图4所示的剖视图示出导电标签130，其在框架上径向相对地位于U形轭件10的任一侧。导电标签130从一侧向另一侧穿过环形件，其中一端部突入第一腔室70而一端部从环形件的低侧突出到扬声器1的底座外。每一个导电标签130位于第一腔室70内的端部与来自音圈60的引线(图未示)电连接。该引线和导电标签130通过焊接连接。然而，可以使用另一种形式的电连接代替，例如通过将引线压接或焊接到标签。
每一个导电标签130的暴露在扬声器1的底座外的端部的形状做成允许保持电缆。从电缆露出的引线然后被焊接到导电标签130。形状配置成允许电缆保持在具有圆孔和颈部的槽内，电缆坐落在该圆孔内以及颈部阻止电缆相对于长度侧向移动，这是因为颈部具有比圆孔的直径更小的宽度，该圆孔相对于电缆可比直径。颈部位于该孔和导电标签130的端部之间。电缆焊接到导电标签130以建立到扬声器1的电连接，从而使得电流能够供应到音圈60。
在图4所示的扬声器1的实施例中，每一个导电标签130定位在环形件22的通道内。这将导电标签130与第二腔室100隔离。然而，导电标签130与第二腔室的隔离并不是必须的。可选地，导电标签可以保持在第一腔室70和第二腔室100之间和/或第二腔室100与扬声器外部之间。用于导电标签130的环形件22内的通道具有针对每一个导电标签130的配合尺寸。这保证与导电标签130的紧密配合。导电标签130可以具有保持挂钩(未示出)，该保持挂钩与框架20配合以将导电标签130保持在位。此外或作为保持挂钩的替代，每一个导电标签130穿过其定位的通道具有比穿过该通道定位的导电标签更小的尺寸。这也允许每一个导电标签130保持在位。使用导电标签130和环形件22的这种配置的优点在于这个事实，即具有沿保持在通道内的每一个导电标签长度的长密封长度。这保证了腔室与扬声器外部之间的可靠的气密密封。环绕导电标签130的泄漏将提高摩擦和嗡嗡噪音。允许导电标签130的长度密封于扬声器1的框架内的导电标签的替代配置可以具有同样的优点。
为了使引线容易地连接到每一个导电标签130，每一个导电标签130在暴露于第一腔室70的端部上具有挂钩。该挂钩允许引线容易地插入并由导电标签130保持，同时，其保证了与弹性件30和框架20分开的引线的正确高度位置。如果引线碰到弹性件或框架，将升高摩擦和嗡嗡噪音。
图5示出扬声器1的第二不同剖视图。图5示出扬声器1内的通风孔140。图5所示的扬声器1的实施例中的通风孔140位于环形件22的下侧28的扬声器1的底座上，并与环形件22的上侧26连通，从而提供从第一腔室至扬声器1外侧的空气通道。该通道与第二腔室隔开。各通风孔140定位在框架的径向相对位置。然而，各通风孔140也可以定位在相互不同位置。
作为一种可选配置，可以仅仅有一个通风孔140，该通风孔140可以提供从扬声器外部进入第二腔室100的通道，或可以有提供进入第一腔室70的通道的通风孔140和提供进入第二腔室100的通道的通风孔。通风孔140还可以位于外壁80内而不是位于扬声器1的底座。如果通风孔140位于外壁80中，则通风孔的通道还可以穿过框架10，诸如穿过轮缘27，该轮缘27环绕弹性件22的上侧26的周部。
除了亥姆霍兹共振器系统，通风孔140将与扬声器1的空气容量结合，作为亥姆霍兹共振器工作。因此，通风孔优选调谐到低于扬声器1的工作范围的频率。使用这种方式，扬声器1的频率响应影响小。在该配置中，因为高空气流速发生的频率保持在扬声器1的工作范围内，送风噪音最小化。
当扬声器1安装于其运行环境中时(诸如在汽车内部的装饰面板上)，扬声器可以安装为一个通风孔140定位成比另一个通风孔140高，从而使得各通气孔140定位在相互不同的垂直位置。这通过允许由音圈60内消散的能量加热的热上升空气，从较高定位的通风孔140或较高定位的多个通风孔140逸出创造了冷却效果，从而通过较低定位的通风孔140或多个通风孔140吸走较冷空气。这就是俗称的烟囱或烟囱效应。如果扬声器1在其侧部安装使得外壁80的一部分形成扬声器1的最低部分，如果扬声器定向成使得扬声器1的最低点与通风孔140之间的垂直距离不同，以及如果空气能够流过通风孔140，则通风孔140(其如图5所示定位在扬声器1的底座和亥姆霍兹共振器系统之间)将引起这种效应。
可选地，通风孔140可以定位在外壁80的不同位置和/或定位在扬声器1的底座与外壁80和前盖90的连接处之间的外壁80的不同相对高度。这允许扬声器1定向在不同位置。例如，通风孔140可以在第二腔室100和扬声器1的外部之间定位成水平穿过外壁80，以及第二通风孔140可以在第一腔室70和扬声器1的外部之间定位成水平穿过外壁80，以及如果需要的话穿过框架20。通过将通风孔140这样配置，扬声器可以安装有从表面(诸如，从地板或天花板，或在地板或天花板内)向上指或向下指的圆顶形振动膜。
图6示出扬声器1的第三不同剖面图。这示出保持于保持器160内的滤波电容器。保持器160包括凹部，该凹部在与腔室100隔开的环形件22内并形成可以放置滤波电容器150的中空部。图6所示的滤波电容器为圆筒形并具有比环形件22的底座24的宽度大的高度。这导致当放置于保持器160内时，滤波电容器从环形件22的下侧28突出。为了保证滤波电容器得到保护，保持器160还具有从环形件22的下侧28延伸的凸起。各凸起盖住滤波电容器150的侧部。各凸起被图10所示的凹槽隔开。各凹槽允许连接线通过滤波电容器150的端子，从而允许其在不需要通过凸起的情况下与扬声器1电连接。滤波电容器的端子定位在保持器160内。滤波电容器150可以有不同的形状和尺寸。如果使用不同形状和尺寸的滤波电容器，保持器160的设计将适于与不同尺寸的滤波电容器150更紧密地配合。
与图2和图3类似，图7示出频率对以分贝表示的声压级的曲线图。图7示出扬声器1的频率响应，其中滤波电容器150连接到扬声器1。滤波电容器降低扬声器的带宽。这可以通过图2和图7所示的扬声器1工作的频率范围的比较看出。与亥姆霍兹共振器系统结合，滤波电容器50被用来降低谐振峰值的大小以及在亥姆霍兹共振器系统阻尼时平滑频率响应。
图8示出具有与U形轭件10的底座接触的冷却板170的扬声器1的实施例。冷却板170在扬声器的背面延伸以提供大的暴露表面区域，从而允许热量从磁系吸走并散发到扬声器的外部的空气中。冷却板170可以例如由钢或铝制成。独立地，冷却板170可以具有脊部和/或被弯曲或被弯折以进一步增加与扬声器1的外侧的接触面积。图11示出冷却板170的形状做成尽可能在扬声器1的背部延伸大的面积，同时保持容易制造的设计。冷却板170不与扬声器1的从扬声器1背部延伸的任何部分接触，并具有允许通风孔140暴露于扬声器1的外部的孔。
图9示出扬声器1的框架20的顶侧，其中导电标签130在框架20内保持在位。图9示出环形件22的上侧26和下侧28，上侧26和下侧28由环形件内侧的底座22隔开。在环形件的外侧，图9示出下侧28进一步从底座24延伸超出上侧26。当扬声器1完成时，唇部23定位在U形轭件10的顶部上。唇部23分开成两部分并形成从环形件22的底座24从环形件22会合底座24的上侧26向内突出的唇23。图9还示出穿过环形件22的上侧26的端口110，其允许第一腔室70和第二腔室110连通。通气孔140被示出在环形件22的上侧26。通气孔通道的上部分延伸至扬声器1的外部。如图所示，过滤电容器50的保持件160位于环形件22的周部。图9示出从框架的上侧26突出的导电标签130的端部的形状。
该形状是挂钩以允许引线定位于挂钩的眼部并焊接到导电标签130。环形件22的上侧26具有轮缘27，轮缘27环绕上侧26的周部远离环形件的下侧28向上凸起。弹性件30的外缘定位在轮缘27上，以允许弹性件30和圆顶件40悬挂于框架20并连接到框架20。
图10示出扬声器的框架20的下侧。通风孔140的通道的相对端被示出为位于环形件22的下侧28的径向相对位置。环形件22的下侧28具有檐，该檐环绕远离上侧26凸出的边缘。这有助于定位冷却板170。从环形件22的下侧28凸出的导电标签130的端部具有保持特征，诸如保持挂钩，以允许连接电缆容易组装和焊接。
图11示出扬声器1的下侧。外壁80被示出环绕环形件22的下侧28的边缘夹持，其中冷却板170定位在扬声器的底座上，盖住环形件的下侧28。
图12示出扬声器1的顶部。这示出环绕框架20的外壁80。前盖90在弹性件30和圆顶形振动膜40上方延伸。前盖具有孔95，孔95允许空气穿过孔95运动，同时阻止手指损坏圆顶件40和弹性件30。
图13示出扬声器1的分解图。这示出扬声器的每个组件如何相互定向。扬声器的各组件环绕中心轴线(未示出)布置，该中心轴线穿过前盖90、弹性件30、圆顶件40、保持音圈60的音圈形成器50、垫圈210、磁铁200、U形轭件10以及环形件22的中心点。扬声器的其它部分以槽、开口或凹部形状装配到或抵靠框架20和U形轭件10。当扬声器1完全装配好后，阻尼材料120插入环形件的底座24、上侧26和下侧28之间的开放区域。阻尼材料的形状可以做成环绕环形件内的开放区域的各轮廓装配，诸如由通风孔140的通道、滤波电容器170的保持件160以及导电标签30或任何包含导电标签130的外壳创建的各种轮廓。
滤波电容器150可以以串联的方式与音圈60电连接。滤波电容器150的一个端子以与导电标签130类似的方式与保持在框架内的连接器180电连接，但与亥姆霍兹共振器系统隔离开。连接器180是U形标签，从而具有两个端子。滤波电容器150的一个端子与连接器180的一个端子电连接。连接器180的另一个端子与电缆电连接，在使用时该电缆将扬声器连接至驱动放大器。滤波电容器150的第二端子与导电标签130之一电连接，从而连接到音圈。在使用时，在导电标签130的暴露端处的其它导电标签130的端子通过另外的电缆连接到放大器，从而直接将放大器连接至音圈。通过各标签、端子以及电缆之间的焊接接头在各端子处建立电连接。
扬声器1的制造方法允许有效制造，从而使得大规模生产成为可能。首先，将导电标签130安装于框架20的环形件22内。然后将环形件22放置在线圈定心夹具以将其保持在位。然后，具有环绕其缠绕音圈60的音圈形成器50被放置在线圈定心夹具上。然后，音圈60的每一端(被称为引线)在导电标签130从环形件22的上侧26凸出的一端处被焊接到导电标签130。
然后，环绕圆顶形振动膜40的边缘在圆顶形振动膜40和弹性件30之间的结合处以及弹性件30的边缘放置粘合剂。粘合剂施加于这些位置的每一个的下侧。该下侧是弹性件30和圆顶形振动膜40远离其突出的一侧。一旦粘合剂施加到振动膜40和弹性件30，圆顶件就被放置到音圈60和环形件22上。圆顶件40和弹性件30之间的结合处被放置成与音圈60接触，以及弹性件30的外缘放置成与轮缘27接触，轮缘27从环形件22的上侧26的周部凸出。粘合剂然后固化从而将各组件相互固定。
框架20由UV(紫外线)透明塑料制成。这使得能够利用UV硬化胶水将圆顶形振动膜40和弹性件30固定到音圈60和环形件22。UV硬化胶水通过将UV光穿过框架20的UV透明塑料来固化。
如果框架20是由非UV透明的塑料或其它材料制成，诸如2-组分胶水(如丙烯酸，聚氨酯或环氧树脂)或1-组分胶水(如氰基丙烯酸酯或溶剂或水性胶水)的粘合剂可以用来作为替代。然而，由于使用UV硬化胶水，没有如同2-组分胶水至少所要求的混合。这避免了不同混合比和不良混合的相关工艺问题。UV硬化胶水比其它粘接方式具有更快的固化时间，因此在生产线上不需要硬化或干燥缓冲。
扬声器1的制造过程中的下一个步骤是安装前盖90和外壁80，前盖90和外壁80模制为环绕已组装的扬声器组件的外侧的单件。然后将磁铁200放置于U形轭件10以及将垫圈210放置于磁铁200的顶部来构造磁系。然后，将磁系安装于扬声器1在环形件22的中心的孔内。一旦安装好后，在环形件22和前盖90之间具有间隙以及在环形件和磁体系统之间具有间隙。在环形件22和前盖之间的间隙填充粘合剂。环形件和磁系之间的间隙也填充粘合剂。粘合剂为UV硬化胶水，然后通过将胶水暴露于UV光下来固化该UV硬化胶水。
然后使用2-组件胶水或其它粘合剂将冷却板连接到U形轭件10的底座12。然后将滤波电容器150电连接至扬声器1的电路。这通过将滤波电容器150的一个端子焊接到导电标签130之一上，以及将滤波电容器80的另一个端子焊接至连接标签180来实现。
本发明已经参照优选实施例描述。这些实施例的修改、另外的实施例及其修改对本领域技术人员来说是明显的，因此都在本发明的范围内。

Claims (34)

1.一种扬声器，其特征在于，包括：
用来保持磁铁的U形轭件，所述U形轭件具有底座，该底座具有环绕所述底座的周部的直立侧；
框架，所述框架具有环绕所述U形轭件的环形件，所述环形件具有U形截面，该U形截面定向成U形的底座临靠所述U形轭件的侧面；
振动膜，所述振动膜通过环绕该振动膜的弹性件连接到所述框架上，所述弹性件与所述振动膜悬挂于所述框架；
第一腔室，所述第一腔室由所述振动膜、弹性件、框架和U形轭件限定；
环绕所述框架的周部的壁，所述壁密封所述环形件的所述U形截面的顶部，从而在所述壁与所述环形件之间形成第二腔室；
端口，所述端口在所述框架内并在所述第一腔室与所述第二腔室之间，其中
所述第一腔室和第二腔室与所述端口形成亥姆霍兹共振器系统。
2.根据权利要求1所述的扬声器，其特征在于，所述亥姆霍兹共振器系统调谐到所述扬声器的基本共振频率的0.5-4倍。
3.根据权利要求2所述的扬声器，其特征在于，所述亥姆霍兹共振器系统调谐到所述扬声器的基本共振频率的1.5-2倍。
4.根据权利要求1、2或3任一项所述的扬声器，其特征在于，所述振动膜是圆顶形振动膜。
5.根据前述权利要求任一项所述的扬声器，其特征在于，所述亥姆霍兹共振器系统是阻尼亥姆霍兹共振器系统。
6.根据权利要求5所述的扬声器，其特征在于，所述亥姆霍兹共振器系统通过所述阻尼亥姆霍兹共振器系统的阻尼材料来阻尼。
7.根据权利要求6所述的扬声器，其特征在于，所述阻尼材料位于所述第二腔室内。
8.根据权利要求6或7所述的扬声器，其特征在于，所述阻尼材料位于所述第一腔室内。
9.根据权利要求6至8任一项所述的扬声器，其特征在于，所述阻尼材料位于所述框架的所述端口内。
10.根据权利要求6至9任一项所述的扬声器，其特征在于，所述阻尼材料是开孔泡沫、纤维材料或织物。
11.根据权利要求5至10任一项所述的扬声器，其特征在于，所述端口的尺寸设置成引起所述端口内的空气流量损失。
12.根据前述权利要求任一项所述的扬声器，其特征在于，所述框架由UV透明塑料制成。
13.根据前述权利要求任一项所述的扬声器，其特征在于，在所述亥姆霍兹共振器系统与所述扬声器的外部之间设有通风孔。
14.根据权利要求13所述的扬声器，其特征在于，在所述第一腔室与所述扬声器的外部之间设有所述通风孔。
15.根据权利要求13或14所述的扬声器，其特征在于，存在着多个通风孔。
16.根据权利要求15所述的扬声器，其特征在于，所述扬声器安装于主体上，所述扬声器具有第一通风孔和第二通风孔，其中在使用时，所述第一通风孔比所述第二通风孔高，使得由于烟窗效应空气穿过所述扬声器被抽出。
17.根据权利要求16所述的扬声器，其特征在于，所述扬声器具有多个第一通风孔和/或多个第二通风孔。
18.根据前述权利要求任一项所述的扬声器，其特征在于，来自所述扬声器的音圈的引线电连接至所述第一腔室内的导电标签的端部，所述导电标签具有位于所述扬声器的外部的相对端。
19.根据权利要求17所述的扬声器，其特征在于，所述导电标签从所述环形件的U形截面的一侧向另一侧穿过所述框架定向。
20.根据前述权利要求任一项所述的扬声器，其特征在于，还包括滤波电容器，所述滤波电容器用来减小所述扬声器的的带宽。
21.根据权利要求19所述的扬声器，其特征在于，所述滤波电容器定位于所述框架内的保持器内且在所述环形件的一部分中，所述保持器与所述亥姆霍兹共振器系统声学上隔离。
22.根据权利要求20所述的扬声器，其特征在于，所述滤波电容器的长轴定向在所述环形件的平面外，所述电容器在所述振动膜远端从所述扬声器的背面的凸出。
23.根据前述权利要求任一项所述的扬声器，其特征在于，还包括连接到所述U形轭件的冷却装置，所述冷却装置具有暴露于所述扬声器外部的比所述U形轭件大的面积。
24.根据权利要求22所述的扬声器，其特征在于，所述冷却装置是连接到所述U形轭件的所述底座的板。
25.根据权利要求23所述的扬声器，其特征在于，所述板弯曲或具有肋部。
26.根据前述权利要求任一项所述的扬声器，其特征在于，用来保护所述圆顶件的前盖定位在所述圆顶件上方并连接至所述扬声器的所述壁。
27.一种扬声器，其特征在于，所述扬声器是基本上根据本文参照并结合图1、图3-6和图8-13示出和描述的任一实施例的扬声器。
28.一种扬声器的制造方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
将框架安装于定心夹具上，所述框架具有环形件，所述环形件具有U形截面，所述U形截面定向成U形的底座在所述环形件的内缘且U形的顶部在所述环形件的外缘；
将线圈放置在所述定心夹具上；
在振动膜的边缘和环绕该振动膜的弹性件的外缘放置粘合剂；
将所述振动膜的边缘放置于所述框架上的所述弹性件和所述线圈上；
固化所述粘合剂；
环绕所述环形件的外缘安装壁；
将U形轭磁系安装在所述环形件的所述内缘内，所述U形轭磁系具有底座，该底座具有环绕所述底座的周部的直立侧，所述直立侧临靠所述环形件的内缘；
在所述壁和所述环形件之间以及在所述环形件和所述U形轭磁系之间施加粘合剂；以及
固化该粘合剂，其中
所述振动膜、弹性件、框架以及U形轭件形成第一腔室，以及在所述壁与所述框架之间存在第二腔室，以及其中
在所述第一腔室和所述第二腔室之间在所述框架上存在端口，所述第一腔室和所述第二腔室与所述端口形成亥姆霍兹共振器系统。
29.根据权利要求27所述的扬声器制造方法，其特征在于，所述亥姆霍兹共振器系统调谐到所述扬声器的基本共振频率的0.5-4倍。
30.根据权利要求28所述的扬声器制造方法，其特征在于，所述亥姆霍兹共振器系统调谐到所述扬声器的基本共振频率的1.5-2倍。
31.根据权利要求27、28或29所述的扬声器制造方法，其特征在于，所述振动膜是圆顶形振动膜。
32.根据权利要求27至30任一项所述的扬声器制造方法，其特征在于，所述框架由UV透明塑料制成，以及其中所述粘合剂是UV硬化胶水，通过将UV光穿过所述UV硬化胶水上方的所述UV透明塑料将所述UV硬化胶水固化。
33.根据权利要求27至31任一项所述的扬声器制造方法，其特征在于，所述导电标签穿过所述框架安装，在所述线圈放置于所述定心夹具上之后，将所述线圈的端部焊接到所述导电标签。
34.一种实质上根据本文描述的任一实施例的方法。
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