CN107079225B - 扬声器装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是在减少关于振动片的驱动损耗的上下文中在宽频带之上维持令人满意的声音输出状况。扬声器设备设置有：环形线圈线轴，至少部分地设置在轭和磁体之间；缠绕在线圈线轴周围的线圈，驱动电流被供给线圈，并使线圈与线圈线轴一起振荡；压电元件，压电元件的一个端部接合到线圈线轴在振荡方向上的一个端部，并且向压电元件供给电流，从而使得所述压电元件伸缩并且在与线圈线轴的振荡方向相同的方向上振荡；以及振动片，振动片的内周部分接合到压电元件的另一个端部。振动片接合到压电元件的部分和压电元件接合到线圈线轴的部分位于振荡方向上的一条直线上。

Description

扬声器装置

技术领域

本技术涉及具有用于使膜片振动的驱动部分的扬声器装置的技术领域，该驱动部分包括磁电路和压电元件。

背景技术

引文列表

专利文献

专利文献1：日本实用新型申请公开第H1-17917号

发明内容

存在输出由放大器放大的声音的扬声器装置。例如，扬声器装置被配置为使得通过驱动磁电路使膜片振动，该磁电路包括磁体、轭和线圈，并且还通过伸缩压电元件使膜片振动(例如，参见专利文献1)。

在专利文献1中描述的扬声器装置中，轭被设置为穿过环形磁体的中心，并且管状线圈线轴被设置在磁体和轭之间。线圈缠绕在线圈线轴的外圆周面周围，并且线圈被设置在轭和磁体之间形成的磁间隙中。压电元件被形成为盘状，并且耦合到线圈线轴在轴向方向(即，移动方向)上的一个端部。膜片耦合到压电元件的中心部分。

在专利文献1中描述的扬声器装置中，基于从放大器输出的声音信号将驱动电流供应给线圈，线圈与线圈线轴整体地移动，并且对应于线圈线轴的移动使膜片振动。同时，还基于从放大器输出的声音信号将电流供应给压电元件，伸缩压电元件来移动该压电元件，并且也对应于压电元件的移动使膜片振动。因此，膜片对应于线圈线轴和压电元件二者的移动而被振动，并且声音是根据膜片的振动输出的。

在磁电路和压电元件被用作使膜片振动的驱动部分的扬声器装置中，可以获得通过使用磁电路的动态驱动和使用压电元件的大驱动力所获得的大振动振幅。因此，可以确保良好的声音输出。

技术问题

在上述包括两种类型的驱动部分(即，磁电路和压电元件)的扬声器装置中，膜片经由压电元件耦合到线圈线轴，并且由磁电路生成的驱动力经由压电元件从线圈线轴传送到膜片。

因此，如果压电元件抑制由磁电路生成的驱动力被传送到膜片，则不能获得大的振动振幅，并且不会在扬声器装置中输出良好的声音。期望由磁电路生成的驱动力无损耗地经由压电元件传送到膜片。

而且，期望在较宽的带宽中输出不具有单峰特性的良好的声音。

根据本技术的扬声器装置的目的是克服上述问题，以减少膜片中的驱动损耗，并确保在较宽的带宽中良好的声音输出。

对问题的解决方案

首先，根据本技术的扬声器装置包括：至少部分地设置在轭和磁体之间的环形线圈线轴；缠绕在线圈线轴周围的线圈，线圈被构造为随线圈线轴移动，其中驱动电流被供给线圈；压电元件，压电元件的一端耦合到线圈线轴在移动方向上的一端，压电元件被构造为在电流被供给压电元件的情况下伸缩并且在与移动方向相同的方向上移动；以及具有耦合到压电元件的另一端的内圆周部分的膜片，膜片与压电元件的耦合部分和压电元件与线圈线轴的耦合部分位于移动方向上的直线上。

因此，由磁电路生成的驱动力经由位于直线上的两个耦合部分传送到膜片。

第二，在上述扬声器装置中，期望压电元件耦合到线圈线轴在圆周方向上的一部分。

因此，扬声器装置的驱动部分不太重。

第三，在上述扬声器装置中，期望设置多个压电元件，并且在线圈线轴的圆周方向上以相等的间隔分开地设置多个压电元件。

因此，确保压电元件相对于线圈线轴的良好位置平衡。

第四，在上述扬声器装置中，期望压电元件被形成为环形，并且压电元件耦合到线圈线轴的整个圆周方向并且耦合到膜片的整个圆周方向。

因此，确保压电元件相对于线圈线轴和膜片的良好位置平衡。

第五，在上述扬声器装置中，期望压电元件是层叠型压电元件，其中在移动方向上层叠各层。

因此，即使在低电压下，压电元件的移动量也是增加的。

第六，在上述扬声器装置中，期望执行时间校正，以便使驱动电流被供给线圈时膜片的初始驱动时间与电流被供给压电元件时膜片的初始驱动时间大致匹配。

因此，驱动电流被供给线圈驱动部分时膜片的相位与驱动电流被供给压电驱动部分时膜片的相位之间的失配被校正。

第七，在上述扬声器装置中，期望执行相位校正，以便使驱动电流被供给线圈时膜片的相位与电流被供给压电元件时膜片的相位匹配。

因此，驱动电流被供给线圈驱动部分时膜片的相位与驱动电流被供给压电驱动部分时膜片的相位之间的失配被校正。

第八，在上述扬声器装置中，期望压电元件是使用d33模式的压电元件。

因此，获得压电元件在移动方向上的大驱动力。

发明的有益效果

根据本技术，由于由磁电路生成的驱动力经由位于直线上的两个耦合部分传送到膜片，因此膜片中的驱动损耗减少并且在较宽的带宽中确保良好的声音输出。

应当注意，在本说明书中描述的效果仅仅是说明性的而不是限制性的，并且可以具有其它效果。

附图说明

图1结合图2至图9示出了根据本技术的扬声器装置的实施例，并且是扬声器装置的放大的横截面视图。

图2是示出当在线圈驱动部分和压电驱动部分中的每一个中执行驱动时的脉冲响应特性的图。

图3是示出线圈驱动部分和压电驱动部分中的每一个的相位特性的图。

图4是示出包括校正控制装置的电路的示例的框图。

图5是示出包括校正控制装置的电路的另一个示例的框图。

图6示出了在执行时间校正和相位校正之前和之后的特性，并且是示出脉冲响应特性的图。

图7示出了在执行时间校正和相位校正之前和之后的特性，并且是示出频率响应特性的图。

图8是示出相关技术中仅包括线圈驱动部分的扬声器装置和根据本技术的扬声器装置在高带宽处的频率响应特性的图。

图9是根据替代实施例的使用压电元件的扬声器装置的放大横截面视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述根据本技术的扬声器装置的实施例。

在以下的描述中，示出了上下方向、前后方向以及左右方向，其中扬声装置指向的方向被定义为前方的方向。

应当注意到，下面描述的上下方向、前后方向以及左右方向是为了描述的方便，并且本技术可在不限于这些方向的情况下被应用。

<扬声器装置的配置>

扬声器装置1具有框架2以及附连到框架2的各个部分(参见图1)。

框架2具有形成为环状的底面部分3(底面部分3面向前后方向)，与底面部分3的外圆周部分连续的圆周面部分4，以及从圆周面部分4的前端向外延伸的凸缘状附连部分5。底面部分3的中心孔形成为插入通孔3a。圆周面部分4倾斜，以便在向前移动时向外移位。

端子(未示出)附连到附连部分5或圆周面部分4的外表面。该端子被设置为用于连接到放大器(未示出)的端子部分。

环形磁体6附连到底面部分3的背面。磁体6具有比底面部分3的插入通孔3a小的中心孔6a。中心孔6a和插入通孔3a的中心轴是共同的。

轭7附连到磁体6的背面。轭7包括基座轭8和连接轭9。

基座轭8包括面向前后方向的盘形的基座面部分10，以及从基座面部分10的中心部分向前突出的杆状插入突出部分11，并且基座面部分10和插入突出部分11一体成形。基座轭8的插入突出部分11的前端被插入磁体6的中心孔6a。因此，在磁体6的内圆周面和插入突出部分11的外圆周面之间形成空间，该空间形成为磁间隙。

连接轭9被形成为环形形状，并具有稍小于插入突出部分11在轴向方向上的长度的厚度。连接轭9的背面附连到在基座面部分10的正面处的外圆周侧部分，并且连接轭9的正面附连到磁体6的背面处的外圆周侧部分。

圆柱形线圈线轴12部分地设置在磁间隙中。线圈线轴12能够在轴向方向(前后方向)上相对于插入突出部分11移动(往复运动)。

线圈13缠绕在线圈线轴12的外圆周面周围。线圈13的两端都从缠绕部分引出，并且连接到端子。线圈13被部分地设置在磁间隙中。

由于线圈13设置在磁间隙中，因此线圈13、磁体6和轭7构成磁电路。

应当注意到，扬声器装置1可以具有阻尼器，该阻尼器抑制线圈线轴12在轴向方向上的过度运动。

例如，三个压电元件14、14和14的后端被耦合到线圈线轴12的前端。例如，在线圈线轴12的圆周方向上以相等的间隔分开地设置压电元件14、14和14(为便于理解，图1示出了处于与实际不同的位置关系的压电元件14、14和14)。应当注意到，压电元件14的数量是任意的，并且可以设置至少一个压电元件14。但是，在设置多个压电元件14、14、...的情况下，期望在圆周方向上以相等的间隔分开地设置压电元件14、14、...。

例如，压电元件14是在前后方向上延伸形成的层叠型压电元件，并且其中在前后方向上层叠各层。可以使用单层型压电元件14。但是，就增加移位量(驱动力)而言，期望使用层叠型压电元件。

在移动方向(前后方向)上层叠各层的层叠型压电元件被用作压电元件14的情况下，即使在低电压下压电元件14的移动量也增加，并且可以明显地改进高频特性。

使用d33模式的压电元件14。通过使用d33模式的压电元件14，可以在移动方向(前后方向)上获得大驱动力，并且可以改进声音质量。

此外，d33模式的压电元件14的特征在于，每一层的移位量相同，而与厚度无关。因此，在层叠薄层以形成压电元件14的情况下，可以在使压电元件14小型化的同时确保大驱动力。但是，在厚度减小的情况下，耐受电压降低。期望通过考虑驱动力和耐受电压来确定压电元件14的厚度。

此外，d33模式具有更大的启动应力，并且与d31模式相比更不可能具有单峰特性。因此，d33模式的压电元件14可以确保需要的声压，并改进广域特性。

另外，压电元件14的单层可具有简单的形状(诸如矩形和圆形)，这导致制造容易并降低了制造成本。

电线(未示出)连接到压电元件14、14和14，并且连接到端子。电流经由电线被供给压电元件14、14和14。

膜片15的外圆周部分附连到框架2的附连部分5。在圆周方向上以相等的间隔设置的压电元件14、14和14的前端耦合到膜片15的内圆周部分。因此，膜片15与压电元件14、14和14中的每一个的每个耦合部分、以及压电元件14、14和14与线圈线轴12的每个耦合部分分别位于移动方向上的直线上。

膜片15使用其前端作为支点，对应于线圈线轴12在前后方向上的移动，以及压电元件14、14和14在前后方向上的移动而振动。

膜片15对应于由磁电路的驱动引起的线圈线轴12的移动而振动，并且还对应于由压电元件14、14和14的伸缩引起的移动而振动。因此，压电元件14、14和14用作磁电路的一部分，并且还用作用于使膜片15振动的驱动部分。

圆顶形盖16附连到膜片15的内圆周部分。

<扬声器装置的操作>

在如上所述构造的扬声器装置1中，在驱动电流被供给线圈13的情况下，在磁电路中生成推力，线圈线轴12在前后方向(轴向方向)上移动，线圈线轴12的驱动力(驱动能量)经由压电元件14、14和14传送到膜片15，并且膜片15对应于线圈线轴12的移动而振动。同时，电流被供给压电元件14、14和14，相应的压电元件14、14和14伸缩，并在前后方向上移动，以及膜片15还对应于压电元件14、14和14的移动而振动。随着膜片15的振动，输出由放大器放大的声音。

如上所述，在扬声器装置1中，压电元件14、14和14耦合到线圈线轴12在圆周方向上的相应部分。因此，扬声器装置1的驱动部分不会过重，改进了瞬态特性，并且确保了宽带再现。因此，确保了良好的声音质量和良好的声压。

此外，在线圈线轴12的圆周方向上以相等的间隔设置压电元件14、14和14。因此，确保了压电元件14、14和14相对于线圈线轴12的良好位置平衡。驱动力(驱动能量)稳定地经由压电元件14、14和14从线圈线轴12传送到膜片15，并且驱动力(驱动能量)稳定地从压电元件14、14和14传送到膜片15，由此减少了驱动损耗。

<操作期间对扬声器装置的控制>

在下文中，将描述操作期间对扬声器装置1的控制(参见图2至图7)。

首先，将描述在扬声器装置1中执行的控制的测量结果。

图2示出了当扬声器装置1的每个驱动部分被驱动时所获得的脉冲响应特性的结果。具体而言，将驱动电流被供给线圈13以操作驱动部分(线圈驱动部分)的状态与电流被供给压电元件14、14和14以操作驱动部分(压电驱动部分)的状态相比，并示出比较结果。供给线圈13的驱动电流和供给压电元件14、14和14的电流是基于相同的输入信号的。

在图2中，水平轴表示时间，并且垂直轴表示增益(声压)。实线表示线圈驱动部分被驱动的状态，并且虚线表示压电驱动部分被驱动的状态。

如图2中所示，通过驱动线圈驱动部分而操作的膜片15的初始驱动时间与通过驱动压电驱动部分而操作的膜片15的初始驱动时间之间存在差异。驱动线圈驱动部分的操作从驱动压电驱动部分的操作延迟了时间T。

图3示出了通过扬声器装置1的每个驱动部分而操作的膜片15的相位特性。具体而言，对于线圈驱动部分和压电驱动部分中的每一个测量加速度和相位，其中交叉频率被定义为7kHz。

在图3中，水平轴表示频率，并且垂直轴表示加速度或相位。上部的两个图示出了线圈驱动部分的加速度和相位，而下部的两个图示出了压电驱动部分的加速度和相位。

如图3中所示，由驱动线圈部分驱动的膜片15的相位从由压电驱动部分驱动的膜片15的相位反转。

基于如上所述的时间延迟T和相位反转的结果，在扬声器装置1中执行如下所述的时间校正和相位反转控制。

例如，它们受校正控制装置30控制(参见图4)。校正控制装置30是算术处理装置(诸如DSP(数字信号处理器))，该校正控制装置响应于输入信号而将线圈驱动部分的操作时间延迟时间T，并将压电驱动部分的相位反转180度。

输入信号P被输入到向线圈13传送信号的放大器31，并且被输入到向压电元件14、14和14传送信号的放大器32。操作时间和相位被校正控制装置30校正的信号被输入到放大器32。因此，由校正控制装置30校正后的信号从放大器32输入到压电元件14、14和14。

应当注意到，如图5中所示，扬声器装置1可以被配置为使得LPF(低通滤波器)电路33插入到用于放大器31的输入电路中，以取出低频率分量并且抑制高频分量，并且HPF(高通滤波器)电路34被插入到用于放大器32的输入电路中，以取出高频分量并抑制低频分量。

图6和图7示出了在执行时间校正和相位校正之前和之后的特性的结果。图6示出了脉冲响应特性，而图7示出了频率响应特性。

在图6中，水平轴表示时间，并且垂直轴表示增益(声压)。在图7中，水平轴表示频率，并且垂直轴表示增益(声压)。在图6和图7中，实线表示校正之后的状态，虚线表示校正之前的状态。

如图6中所示，在执行时间校正和相位校正之后，增益尤其在峰值处较高，并且获得良好的声压。而且，如图7中所示，在执行时间校正和相位校正之后，增益尤其在高频区域较高，并且获得良好的声压。

如上所述，在扬声器装置1中执行时间校正，以便使驱动电流被供给线圈13时膜片的初始驱动时间与电流被供给压电元件14、14和14时膜片的初始驱动时间大致匹配。

因此，在线圈驱动部分和压电驱动部分操作时的响应特性中的时间滞后被抵消，并且确保了良好的声音质量。

此外，由于对线圈驱动部分和压电驱动部分执行时间校正，因此如同操作一个驱动部分那样操作线圈驱动部分和压电驱动部分。因此，声音质量可以得到改进。

此外，执行相位校正，以便使驱动电流被供给线圈13时膜片15的相位与电流被供给压电元件14、14和14时膜片15的相位匹配。

因此，驱动电流被供给线圈驱动部分时膜片15的相位与驱动电流被供给压电驱动部分时膜片15的相位之间的失配被校正，并且确保了更好的声音质量。

<结论>

图8示出了相关技术中仅包括线圈驱动部分的扬声器装置和根据本技术的扬声器装置1在高带宽处的频率响应特性的结果。应当注意到，除压电元件14、14和14之外，相关技术中的扬声器装置的构造与扬声器装置1的构造相似，以及包括相同的构件并且由与扬声器装置1一样的材料形成。

在图8中，水平轴表示频率，并且垂直轴表示增益(声压)。实线表示扬声器装置1的状态，而虚线表示相关技术中的扬声器装置的状态。

如图8中所示，与相关技术中的扬声器装置相比，在扬声器装置1中，在高带宽处增益高并且获得良好的声压，以及在宽再现带宽处也获得了良好的增益。

如上所述，扬声器装置1包括压电元件14、14和14，以及膜片15。压电元件14、14和14中的每一个的一端(后端)耦合到线圈线轴12在移动方向(前后方向)上的前端，并且压电元件14、14和14在与线圈线轴12的移动方向(前后方向)相同的方向上移动。膜片15的内圆周部分耦合到压电元件14、14和14中的每一个的另一端(前端)。膜片15与压电元件14、14和14中的每一个的每个耦合部分以及压电元件14、14和14与线圈线轴12的每个耦合部分位于移动方向上的直线上。

因此，由磁电路生成的驱动力经由位于直线上的两个耦合部分传送到膜片15。因此，在膜片15中的驱动损耗减少的同时，在较宽的带宽处确保良好的声音输出。

而且，压电元件14、14和14的耦合部分位于比膜片15的中心更靠外的位置，并且压电元件不与膜片的中心部分耦合，在中心部分处的频率响应特性有可能是单峰特性。因此，在较宽的带宽上确保了良好的声音输出。

此外，各自具有较大驱动力和快速响应能力的d33模式的压电元件14、14和14被用作驱动部分。与仅线圈线轴12被用作驱动部分的情况相比，可以改进瞬态响应特性。

<压电元件的替代实施例>

上面的说明书示出了在前后方向(移动方向)上延伸并且在圆周方向上分开地设置的压电元件14、14和14。在扬声器装置1中，可以代替压电元件14、14和14使用圆形(例如环形)压电元件14A(参见图9)。

例如，压电元件14是单层元件。应当注意到，与压电元件14类似，压电元件14A可以是层叠型压电元件，其中在前后方向上层叠各层。

压电元件14A的一端(背面)耦合到线圈线轴12的前端的整个圆周，并且压电元件14A的另一端(正面)耦合到膜片15的内圆周部分的整个圆周。因此，膜片15与压电元件14A的耦合部分和压电元件14A与线圈线轴12的耦合部分位于移动方向上的直线上。

与压电元件14类似，压电元件14A使用d33模式的压电元件。

如上所述，由于环形压电元件14A耦合到线圈线轴12的整个圆周方向，因此确保了压电元件14A相对于线圈线轴12和膜片15的良好位置平衡。因此，驱动力(驱动能量)稳定地经由压电元件14A从线圈线轴12传送到膜片15中，并且驱动力(驱动能量)稳定地从压电元件14A传送到膜片15，由此减少驱动损耗。

此外，由于使用耦合到线圈线轴12的整个圆周并耦合到膜片15的整个圆周的压电元件14A，因此膜片15在输出声音的整个频率区域之上稳定且可靠地振动。

<其它>

上面的说明书示出了从前侧按照膜片15、压电元件14或14A、和线圈线轴12的次序定位。例如，膜片15、压电元件14或14A、和线圈线轴12之间的位置关系可以被配置为使得从前侧按照膜片15、线圈线轴12、和压电元件14或14A的次序定位。

<本技术>

本技术可以具有以下配置。

(1)一种扬声器装置，包括：

环形线圈线轴，至少部分地设置在轭和磁体之间；

缠绕在所述线圈线轴周围的线圈，线圈被构造为随线圈线轴移动，其中驱动电流被供给线圈；

压电元件，压电元件的一端耦合到线圈线轴在移动方向上的一端，压电元件被构造为在电流被供给压电元件的情况下伸缩并且在与所述移动方向相同的方向上移动；以及

膜片，具有耦合到压电元件的另一端的内圆周部分，

膜片与压电元件的耦合部分和压电元件与线圈线轴的耦合部分位于移动方向上的直线上。

(2)根据以上(1)所述的扬声器装置，其中

压电元件耦合到线圈线轴在圆周方向上的一部分。

(3)如以上(2)所述的扬声器装置，其中

设置多个压电元件，以及

在线圈线轴的圆周方向上以相等的间隔分开地设置所述多个压电元件。

(4)根据以上(1)至(3)中任一项所述的扬声器装置，其中

压电元件被形成为环形，以及

压电元件耦合到线圈线轴的整个圆周方向并且耦合到膜片的整个圆周方向。

(5)根据以上(1)至(4)中任一项所述的扬声器装置，其中

压电元件是层叠型压电元件，其中在移动方向上层叠各层。

(6)根据以上(1)至(5)中任一项所述的扬声器装置，其中

执行时间校正，以便使驱动电流被供给线圈时膜片的初始驱动时间与电流被供给压电元件时膜片的初始驱动时间大致匹配。

(7)根据以上(1)至(6)中任一项所述的扬声器装置，其中

执行相位校正，以便使驱动电流被供给线圈时膜片的相位与电流被供给压电元件时膜片的相位匹配。

(8)根据以上(1)至(7)中任一项所述的扬声器装置，其中

所述压电元件是使用d33模式的压电元件。

附图标记列表

1 扬声器装置

6 磁体

7 轭

12 线圈线轴

13 线圈

14 压电元件

15 膜片

14A 压电元件

Claims (6)

1.一种扬声器装置，包括：

环形线圈线轴，至少部分地设置在轭和磁体之间；

缠绕在所述线圈线轴周围的线圈，线圈被构造为随线圈线轴移动，其中驱动电流被供给线圈；

压电元件，压电元件的一端耦合到线圈线轴在移动方向上的一端，压电元件被构造为在电流被供给压电元件的情况下伸缩并且在与所述移动方向相同的方向上移动；以及

膜片，具有耦合到压电元件的另一端的内圆周部分，

膜片与压电元件的耦合部分和压电元件与线圈线轴的耦合部分位于移动方向上的直线上，

其中，压电元件耦合到线圈线轴在圆周方向上的一部分，

设置多个压电元件，以及

在线圈线轴的圆周方向上以相等的间隔分开地设置所述多个压电元件。

2.根据权利要求1所述的扬声器装置，其中

压电元件被形成为环形，以及

压电元件耦合到线圈线轴的整个圆周方向并且耦合到膜片的整个圆周方向。

3.根据权利要求1所述的扬声器装置，其中

压电元件是层叠型压电元件，其中在移动方向上层叠各层。

4.根据权利要求1所述的扬声器装置，其中

执行时间校正，以便使驱动电流被供给线圈时膜片的初始驱动时间与电流被供给压电元件时膜片的初始驱动时间大致匹配。

5.根据权利要求1所述的扬声器装置，其中

执行相位校正，以便使驱动电流被供给线圈时膜片的相位与电流被供给压电元件时膜片的相位匹配。

6.根据权利要求1所述的扬声器装置，其中

所述压电元件是使用d33模式的压电元件。