CN106170116B - 惯性电声换能器单元 - Google Patents

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Abstract

一种惯性电声换能器单元(300、400)，包括第一激励器(100)和第二激励器(200)，第二激励器(200)以翻转的姿态设置在第一激励器(100)上，也就是说，在第一结构中两个杯体(40)的基座(41)互相面对，或在第二结构中两个杯体的空腔互相面对；两个激励器(100、200)被固定到一起或被固定到将要进行振动的平面上，从而使得线圈的圆柱形支撑件(10)的轴线(A)是重合的，两个激励器的线圈(1)的端部以反相连接，从而获得了两个激励器的磁性单元(4)在相同方向的一致的移动。

Description

惯性电声换能器单元
技术领域
用于工业发明的本专利申请涉及一种惯性电声换能器单元。
背景技术
如目前所知，传统的扬声器包括连接到音圈的膜，该音圈在由一个固定磁性单元产生的空气间隙中移动。所述膜的振动产生声音。
日本专利公开JPS60 25910中公开了一种传统的扬声器，它包括连接到单个圆柱形支撑件的膜。第一线圈和第二线圈安装在单个圆柱形支撑件的端部。两个磁性单元产生用于两个线圈的对应的空气间隙。
每个磁单元是传统类型的，并且包括极芯、环形磁体和极板。磁流被设置在每个磁性单元的空气间隙中从而将线圈的圆柱形支撑件居中。因此这样的扬声器不提供相对于该磁性单元将线圈的圆柱形支撑件居中的任何弹性悬挂。
磁性单元锁定在适当位置并且线圈的圆柱形支撑件能够振动从而使固定到圆柱形支撑件上的膜振动。
最近，惯性电声换能器(通常被称为激励器或摇动器)已经变得流行，以替代传统的膜扬声器。
激励器包括固定到凸缘上的线圈，该凸缘固定到刚性元件上。定心装置支撑磁性单元，从而该磁性单元产生空气间隙，其中所述线圈被定位并且所述磁性单元能够相对于所述线圈移动。因此，振动在固定到产生声音的激励器的凸缘上的刚性元件中传播。
因此，惯性电声换能器基于一个相对于传统的扩音器完全不同的操作原理。激励器被配置为，磁性单元移动，而线圈的筒状支撑件保持静止。相反，传统的扬声器被配置为，线圈的圆柱形支撑件移动，而磁性单元保持静止。因此，那些打算制作惯性电声换能器的本领域专家不会考虑传统的扬声器。
相同申请人的专利文献WO2011/029768中公开了一种激励器。图1示出了根据WO2011/029768的激励器，其通常用标号(100)表示。
激励器(100)包括安装在圆柱形支撑件(10)上的线圈(1)。圆柱形支撑件(10)固定到凸缘(2)上。凸缘(2)包括一个中央轴环(20)，所述线圈的圆柱形支撑件(10)固定于中央轴环(20)上。所述凸缘(2)被固定到刚性元件(例如由刚性材料制成的面板，在图1中未示出)，其将被置于振动中以产生声音。
凸缘(2)连接到定心装置(3)，所述定心装置(3)包括支持磁性单元(4)的弹性悬架。磁性单元(4)包括具有基座(41)的杯体(40)和具有边界(46)的侧壁(42)，它们界定出圆柱形壳体，磁体(43)和极板(44)被布置于圆柱形壳体中。
磁体(43)具有圆柱形形状，并且居中设置在杯体(40)座内，并固定在杯体(40)的基座(41)上。极板(44)具有圆柱形形状，并固定在磁体(43)上。极板(44)具有自由表面(45)，与杯体的侧壁的边界(46)齐平。
磁体(43)和极板(44)具有比所述杯体(40)座小的直径。因此，在磁体(43)和极板(44)的外部侧表面与杯体的侧壁(42)的内部侧表面之间产生具有环形形状的空气间隙(T)。
磁性单元(4)被定心装置(3)保持，从而将线圈(1)设置在空气间隙(T)中。
定心装置(3)包括固定到凸缘(2)的外圆柱(30)和固定到杯体(40)的内圆柱(31)。外圆柱(30)比内圆柱(31)高。定心装置的外圆柱(30)通过弹性柔性辐条(32)被连接到内圆柱(31)，从而内圆柱(31)被布置在外圆柱(30)内的同心位置。鉴于上述情况，磁性单元(4)能够相对于所述线圈的圆柱支撑件(10)在轴向方向上、沿与该线圈的圆柱支撑件轴线重合的轴线(A)移动。
这种类型的激励器受到在谐波失真方面的一些缺点的影响。
如公知的，通常在惯性电声换能器中使用的上述磁回路，不会在空气间隙中和在空气间隙外部区域的附近提供恒定的磁感应场。
为了解释这种情况，让我们考虑一个假想的圆柱形表面，例如圆柱支撑件(10)的区域，具有等于极板(44)高度的2倍的高度，相对于极板(44)的高度在沿轴向方向上对称地定位，从而所述圆柱形表面在极板(44)的平面表面、上表面和下表面(45)的投影长度相同。
磁场的径向线(与所述圆柱形表面垂直相交并且是对磁性单元相对于所述线圈运动有用的成分)一般不是均匀的，并在超过极板(44)高度的两个圆柱形表面区域是恒定的。这是由磁性系统的几何布置引起的，并且可以通过仪器和软件仿真系统来评估。
当磁性单元(4)以箭头(F1)的方向向上移动时，磁性单元离开线圈(1)。相反，当磁性单元(4)以箭头(F2)的方向向下移动时，磁性单元接近线圈(1)。这些移动影响从极板(44)的边界(46)突出的前述圆柱形表面区域，其中磁场线不恒定，产生了机械振动发生和声音再生的失真。因此，发生谐波失真。
总谐波失真(THD)是一个衡量总谐波失真的衡量单位，当评估需要再生高保真音频节目的音频装置的质量时，必须重点考虑总谐波失真。
发明内容
本发明的目的是通过公开一种具有低谐波失真的惯性电声换能器单元以消除现有技术的缺点。
本发明的另一目的是公开这样一种惯性电声换能器单元，其能以减小的径向尺寸来处理高功率音频信号。
这些目的是根据本发明第一方案具有的特性来实现的。
有利的实施例记载在从属方案中。
本发明的惯性电声换能器单元包括：第一激励器和第二激励器。每个激励器都包括：
-线圈，由固定到凸缘的圆柱形支撑件支撑，
-磁性单元，包括具有基座和侧壁的杯体，其界定出空腔，其中磁体和极板被设置于空腔中，从而生成一个环形空气间隙，和
-定心装置，具有固定到所述凸缘的外圆柱、固定到所述杯体的内圆柱，从而使得线圈设置在磁性单元的空气间隙中，并且还具有弹性辐条，其将所述外圆柱连接到定心装置的所述内圆柱，从而当线圈被电流供电时所述磁性单元能够相对于与线圈的支撑件的轴线重合的轴线轴向地移动。
第二激励器相对于第一激励器以翻转的姿态设置。根据第一结构，两个杯体的基座相互面对地设置，或者根据第二结构，两个杯体的空腔相互面对地设置。
两个激励器被固定到一起或者被固定到将要进行振动的平面上，从而使得线圈的圆柱形支撑件的轴线是重合的。两个激励器的线圈的端部以反相进行电连接。
本发明的惯性电声换能器单元允许最小化谐波失真并且通过在两个激励器之间拆分音频信号而管理音频信号的功率。
附图说明
本发明的附加特征将在下面进行详细描述，其仅仅是说明性的，而非限制性的实施方案，其中：
图1是根据现有技术的激励器的轴向视图；
图2是根据现有技术的激励器的轴向分解视图，其被设置为第一结构，从而获得根据本发明的惯性电声换能器单元；
图3是在组装状态下的图2的惯性电声换能器单元的改进的轴向视图；
图4是图3的惯性电声换能器单元的进一步改进的轴向视图；
图5是图2的惯性电声换能器单元的第二实施例的轴向视图，其中两个激励器设置为第二结构；
图6是图5的惯性电声换能器单元的改进的轴向视图；
图7和图8是显示了图2的惯性电声换能器单元的两个可能的应用的示意侧视图，其被固定于将要进行振动的平面上；
图9和图10是显示了图5的惯性电声换能器单元的两个可能的应用的示意侧视图，其被固定于将要进行振动的平面上。
具体实施方式
现在参考图2，公开了根据本发明的惯性电声换能器单元的第一实施例，其一般地由附图标记(300)表示。
惯性电声换能器单元(300)包括：第一激励器(100)和第二激励器(200)。两个激励器(100、200)是相同的。在下面的描述中，与之前描述部分相同或相对应的部分采用相同的附图标记，省略对它们的详细描述。在以下的说明中，术语“上”和“下”是参考在附图中的布置，也就是说，在垂直位置具有轴线(A)，可以理解，该电声换能器单元(300)可以以任何类型的布置来设置。
参考图2，根据第一结构，第一激励器(100)被设置成具有面朝下的凸缘(2)和面朝上的磁性单元的杯体(40)的基座(41)。第二激励器(200)相对于第一激励器为翻转的姿态。换句话说，第二激励器(200)具有面朝上的凸缘(2)和面朝下的磁性单元的杯体(40)的基座(41)。两个激励器的杯体的基座(41)彼此面对。
每个激励器的定心装置(3)的外圆柱(30)具有与凸缘(2)相对的边界(35)。可以将两个激励器一个堆叠在另一个的顶部，从而使得定心装置的外圆柱的边界(35)相互阻挡并且两个定心装置的磁性单元的杯体(40)是在近端位置，一个面对另一个。
第二激励器(200)固定在第一激励器(100)上，从而使得这两个激励器的轴线(A)是重合的。这种固定可通过对两个激励器的定心装置的外圆柱的边界(35)进行胶粘或热焊接而获得，或通过例如连接器、夹具、夹子、搭扣嵌合等应用到定心装置的外圆柱(30)的固定装置而获得。
各线圈(1)的端部设置有两个销。两个线圈(1)的四个销以反相连接，从而使得激励器的磁性单元(4)可以根据需要移动。为了获得两个激励器(100、200)安装在轴向位置这样的结果，仅仅需要连结/焊接相应的销(顶部的销与底部的销)。
以这样的方式，获得了两个激励器的磁性单元(4)在相同方向的一致的移动。换句话说，当第一激励器(100)的磁性单元(4)以箭头(F 1)的方向轴向地向上移动时，第二激励器(200)的磁性单元(4)也以箭头(F2)的方向轴向地向上移动。类似地，当第二激励器(200)的磁性单元(4)以箭头(F3)的方向轴向地向下移动时，第一激励器(100)的磁性单元(4)也以箭头(F4)的方向轴向地向下移动。
考虑到两个激励器以相对方向设置，当第一激励器(100)的磁性单元(4)离开线圈(1)时，第二激励器(200)的磁性单元(4)接近线圈(1)。反之亦然，当第一激励器(100)的磁性单元(4)接近线圈(1)时，第二激励器(200)的磁性单元(4)离开线圈(1)。结果是，考虑到与两个线圈中的电流相互作用的磁场的总和，获得了两个激励器提供的惯性电声换能器单元的磁场的高度对称性和恒定强度。这些特性是在被由磁性单元组成的惯性质量的轴向移动所影响的两个激励器的空气间隙的内部区域和外部区域发现的，并且这些特性减少了本发明的惯性电声换能器单元(300)的谐波失真。
另外，必须考虑的是，本发明的惯性电声换能器单元(300)能够管理为由单个激励器(100、200)管理的电功率的两倍的电功率。事实上，两个激励器(100、200)之间的电力信号是被拆分的。在此情况下，惯性电声换能器单元(300)的外直径与单个激励器的外直径是相同的，从而减少了径向尺寸的增量(该增量是使用大直径电线圈的正常结果)，这对于管理增加的电功率是很有必要的。另外，更大的电线圈要求使用更大的磁回路，该磁回路作为惯性质量并且变得更重，该磁回路不可避免地在受音频再生影响的频率方面改变了振动行为。
惯性电声换能器单元(300)能够连接至任何类型的由信号放大器组成的电源，该信号放大器适用于放大将要再生的电信号。
图3示出了惯性电声换能器单元(300)的改进，其包括：固定到第一激励器(100)的凸缘(2)的第一端板(5)和固定到第二激励器(200)的凸缘(2)的第二端板(6)。端板(5、6)优选地分别由刚性导热材料(例如金属材料)制成，从而散发惯性电声换能器单元(300)的线圈的圆柱形支撑件(10)的热能。
第一端板(5)包括中央柄(50)，该中央柄(50)被压插入线圈的圆柱形支撑件(10)中，从而坚固地将线圈的圆柱形支撑件(10)固定在第一端板的中央柄(50)与凸缘(2)的轴环(20)之间。第一端板(5)趋向于固定到需要振动以产生声音的刚性元件上。
第二端板(6)包括中央柄(60)，该中央柄(60)被压插入线圈的圆柱形支撑件(10)中，从而坚固地将线圈的圆柱形支撑件(10)固定在第二端板的中央柄(60)与凸缘(2)的中央轴环(20)之间。第二端板的中央柄(60)是打开的并且具有通孔(61)以促进散热。
尽管在图3中，第一端板的柄(50)是关闭的而第二端板的柄(60)是打开的，但第一和第二端板的柄(50、60)能够都关闭或都打开，从而得到相对于穿过两个激励器(100、200)的连接表面的平面的完美对称装置。这样的方案通过简单地倒置需要与将要振动的刚性元件接触的端板(5、6)而允许使用多个装置(同相的或不同相的)，因此为使用者简化了装置的调音。
图4示出了图3的惯性电声换能器单元(300)的进一步的改进。在此情况下，第二端板(6)包括侧壁(62)，该侧壁(62)从两个激励器的定心装置的外圆柱(30)延伸出来，直到其达到第一激励器(100)的凸缘(2)的水平，不碰触第一端板(5)。
在两个激励器的定心装置的外圆柱(30)与第二端板(6)的侧壁(62)之间界定出环形空气间隙(I)，所述环形空气间隙(I)中填满了例如泡沫塑料材料的吸音材料(7)，从而限制任何不想要的振动。
尽管在图4中，侧壁(62)在第二端板(6)中，但很明显，所述侧壁可以在第一端板(5)中并且可以向第二端板(6)延伸。
在两个激励器的两个杯体(40)的基座(41)之间设置连接部(8)，从而将基座(41)连结到一起。由此看来，磁性单元(4)一致地以相同方向移动。有利地，连接部(8)由刚性导热材料(优选为金属材料)制成，从而允许散热并且获得在磁性单元的两个杯体(40)中的热均匀性。
相反，如果要求两个磁性单元(4)的移动的机械阻尼，连接部(8)由例如有机硅凝胶或海绵材料的弹性材料制成，从而允许两个磁性单元(4)的移动的机械阻尼。
有利地，惯性电声换能器单元(300)包括：
-第一弹性缓冲器(90)，设置在第一激励器的线圈的圆柱形支撑件(10)中，在第一端板的中央柄(50)与第一激励器的磁性单元的极板(44)之间，和/或
-第二弹性缓冲器(91)，设置在第二激励器的线圈的圆柱形支撑件(10)中，在第二端板的中央柄(60)与第二激励器的磁性单元的极板(44)之间。
弹性缓冲器(90、91)由可变形的弹性材料制成，例如有机硅凝胶或海绵材料。弹性缓冲器(90、91)既用于散热又用于在移动中抑制磁性单元的振动。
图5示出了本发明的惯性电声换能器单元的第二实施例，其一般地由附图标记(400)表示，其中，两个激励器(100、200)设置为第二结构。固定到定心装置的外圆柱(30)的凸缘(2)以相反的姿态设置，一个在另一个的顶部，并且固定到一起，从而使得线圈的支撑件的轴线(A)是重合的。在此情况下，线圈的支撑件(10)在近端位置并且磁性单元的杯体(40)的基座互相面对面，反之，杯体的基座(41)在远端位置。同样在此情况下，线圈(1)被充电从而使得磁性单元(4)以相同方向一致地移动。
在此情况下，端板(5、6)被固定到定心装置的外圆柱(30)的边界(35)，端板不具有固定到线圈的支撑件的中央柄。
在线圈的圆柱形支撑件(10)的两个极板(44)之间设置有连接部(8)，从而将极板固定在一起。在此情况下，如果有的话，连接部(8)必须由非磁性材料制成，否则由于磁体(43)的磁吸引力，不可能完成安装。另外，在连接部中的磁性金属材料的存在会妨碍由磁体(43)产生的磁场线，将其从限制在空气间隙(T)和其周围的“有用”场移除。
在杯体的基座(40)与固定到定心装置的外圆柱的边界(35)上的相应端板(5、6)之间设置弹性缓冲器(90、91)。
图7示出了根据图2的第一实施例的惯性电声换能器单元(300)，其中第一激励器(100)的凸缘(2)被固定到平面(P)，例如嵌板或刚性平面，该平面(P)将要振动以产生声音。第二激励器(200)以翻转的姿态固定到第一激励器(100)上。两个定心装置的两个外圆柱的端边界(35)被固定到一起，从而使得线圈的圆柱形支撑件(10)的轴线(A)是重合的。
图8示出了根据图2的第一实施例的惯性电声换能器单元(300)，其中第一激励器(100)和第二激励器(200)的定心装置的外圆柱的边界(35)被固定到平面(P)上位于平面(P)的两侧，从而使得线圈的圆柱形支撑件(10)的轴线(A)是重合的。换句话说，将要振动的平面(P)被设置在两个激励器(100、200)的定心装置的外圆柱的边界(35)之间。
图9示出了根据图5的第二实施例的惯性电声换能器单元(400)，其中第一激励器(100)和第二激励器(200)的凸缘(2)被固定到平面(P)上位于平面(P)的两侧，从而使得线圈的圆柱形支撑件(10)的轴线(A)是重合的。换句话说，将要振动的平面(P)被设置在两个激励器(100、200)的两个凸缘(2)之间。
图10示出了根据图5的第二实施例的惯性电声换能器单元(400)，其中第一激励器(100)的定心装置的外圆柱的端边界(35)被固定到平面(P)，该平面(P)将要振动以产生声音。第二激励器(200)以翻转的姿态固定到第一激励器(100)上。换句话说，两个激励器的凸缘(2)被固定到一起，从而使得线圈的圆柱形支撑件(10)的轴线(A)是重合的。
在本领域技术人员的知识范围内可以对本发明的实施例进行各种变化和改变，这些变化和改变无论如何均落入本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种惯性电声换能器单元(300)，包括：第一激励器(100)和第二激励器(200)，
每个激励器都包括：
-线圈(1)，由固定到凸缘(2)的圆柱形支撑件(10)支撑，
-磁性单元(4)，包括具有基座(41)和侧壁(42)的杯体(40)，其界定出空腔，其中磁体(43)和极板(44)被设置于空腔中，从而生成一个环形空气间隙(T)，和
-定心装置(3)，具有固定到所述凸缘(2)的外圆柱(30)、固定到所述杯体(40)的内圆柱(31)，从而使得线圈(1)设置在磁性单元的空气间隙(T)中，并且还具有弹性辐条(32)，其将所述外圆柱(30)连接到定心装置的所述内圆柱(31)，从而当线圈(1)被电流供电时所述磁性单元(4)能够相对于与线圈的圆柱形支撑件(10)的轴线重合的轴线(A)轴向地移动，
其特征在于，
第二激励器(200)相对于第一激励器(100)以翻转的姿态设置，从而两个杯体(40)的基座(41)相互面对，
两个激励器(100、200)被固定到一起或者被固定到将要进行振动的平面(P)上，从而使得线圈的所述圆柱形支撑件(10)的轴线(A)是重合的，
两个激励器的每个线圈(1)都具有两个端部，两个激励器的四个端部以反相连接，从而获得了两个激励器的磁性单元(4)在相同方向的一致的移动。
2.根据权利要求1所述的惯性电声换能器单元(300)，其特征在于，定心装置的所述外圆柱(30)包括边界(35)，并且所述第一和第二激励器(100、200)被设置为使得两个定心装置的边界(35)相互接触，并且磁性单元的两个杯体(40)的基座(41)相互面对。
3.根据权利要求2所述的惯性电声换能器单元(300)，其特征在于，所述惯性电声换能器单元(300)包括第一和第二端板(5、6)，它们分别被固定到第一和第二激励器(100、200)的凸缘(2)上。
4.根据权利要求3所述的惯性电声换能器单元(300)，其特征在于，至少一个所述第一和第二端板(5、6)包括侧壁(62)，该侧壁(62)从第一和第二激励器的定心装置的所述外圆柱(30)延伸出来并且平行于第一和第二激励器的定心装置的所述外圆柱(30)，从而在定心装置的外圆柱(30)与端板(6)的侧壁(62)之间界定出环形空气间隙(I)。
5.根据权利要求4所述的惯性电声换能器单元(300)，其特征在于，所述惯性电声换能器单元(300)包括设置在定心装置的外圆柱(30)与端板(6)的侧壁(62)之间的所述环形空气间隙(I)中的吸音材料(7)。
6.根据权利要求2～5中任一项所述的惯性电声换能器单元(300)，其特征在于，所述惯性电声换能器单元(300)包括设置在两个激励器的两个杯体(40)的基座(41)之间的连接部(8)，从而将基座(41)连结到一起，所述连接部(8)由刚性导热材料制成以允许散热，或者由弹性材料制成以允许两个磁性单元(4)的移动的机械阻尼。
7.根据权利要求1或2所述的惯性电声换能器单元(300)，其特征在于，所述惯性电声换能器单元(300)包括至少一个弹性缓冲器(90、91)，所述弹性缓冲器(90、91)设置在至少一个激励器的线圈的圆柱形支撑件(10)内，在端板(5、6)与至少一个激励器的极板(44)之间。
8.根据权利要求7所述的惯性电声换能器单元(300)，其特征在于，每个端板(5、6)包括中央柄(50、60)，所述中央柄(50、60)被压插入线圈的圆柱形支撑件(10)中，从而坚固地将每个线圈的圆柱形支撑件(10)固定在每个端板的中央柄(50、60)与每个凸缘(2)的轴环(20)之间，其中，所述第一和第二端板(5、6)是由刚性导热材料制成的，从而从线圈的所述圆柱形支撑件(10)上散发热量。
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