CN108696804B

CN108696804B - 具有振动控制系统的扬声器

Info

Publication number: CN108696804B
Application number: CN201810263342.0A
Authority: CN
Inventors: C·桑奇西; D·奇纳尼; A·法尔奇奥尼
Original assignee: Ask Industries SpA
Current assignee: Ask Industries SpA
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2021-05-04
Anticipated expiration: 2038-03-28
Also published as: US20180288529A1; EP3383066A1; EP3383066B1; US10412497B2; JP7276981B2; JP2018170762A; CN108696804A

Abstract

本发明涉及一种具有振动控制系统的扬声器(1)，包括：包含气隙(T)的磁性组件(M)；由圆柱形支撑件(30)支撑的音圈(3)；与所述磁性组件(M)连接的盆架(4)；与所述盆架(4)和所述圆柱形支撑件(30)连接的定心装置(5)；与所述盆架(4)和所述圆柱形支撑件(30)连接的膜(6)；围绕所述磁性组件(M)设置的外筒(7)；由所述外筒(7)支撑且直指所述磁性组件的至少一个控制线圈(71、72)；与所述外筒连接以允许所述外筒(7)相对于所述磁性组件(M)的轴向移动的至少一个弹性悬架(8、8’)。

Description

具有振动控制系统的扬声器

技术领域

用于工业发明的本专利申请涉及一种用于控制由扬声器产生以及在安装扬声器的挡板(箱体、面板、门板、后架等)上感应的振动的解决方案。

背景技术

参考图1和图2，传统类型的扬声器100包括其中产生气隙T的磁性组件M。磁性组件M包括设置在下极板2和上极板29之间的磁铁28。

下极板2具有“T”形截面且通常是被称为“T-铁”。下极板2包括称为芯20的圆柱形柄。磁铁28和上极板29具有环形形状。气隙T形成在下极板的芯20和上极板29之间。

音圈3安装在圆柱形支撑件30上且设置在磁性组件的气隙T中，并且可以沿轴向移动。盆架4固定于磁性组件M。

定心装置5固定于盆架4和音圈的圆柱形支撑件30以将音圈3保持在磁性组件的气隙T中。膜6固定于盆架4和音圈的圆柱形支撑件30。

扬声器100适于通过盆架4的外边缘连接到挡板(未示出)。

根据洛伦兹(Lorentz)定律，当电流穿过浸在径向磁场中的音圈3时，产生一种导致音圈的圆柱形支撑件30的轴向移动的力，导致膜6移动和振动从而产生声音。因此，扬声器100由于膜6的位移而产生声音。

扬声器包括移动部件，该移动部件包括：膜6、定心装置5以及具有音圈3的圆柱形支撑件30。由于其惯性质量的运动，移动部件可以在安装扬声器的挡板上产生振动。因此，挡板可以振动并产生虚假的声音。

参考图1A，必须注意的是，在传统的扬声器中，在磁性组件M周边边缘附近产生分散在外部并且未被使用的外围磁感应线I。

而且，在一些应用中，有必要增加与扬声器发出的低频声音相对应的挡板的振动。在这种情况下，需要能够有效控制挡板的振动的系统。

US4720868公开了一种动态扬声装置，其具有用于再现高频声音的小型振动板和扬声器的磁性组件附近的附加线圈。

发明内容

本发明的目的在于通过公开一种具有振动控制系统的扬声器，其能够控制安装扬声器的挡板的振动，从而消除现有技术的缺点。

本发明的另一个目的在于获得一种结构紧凑、低成本且制造和安装简单的扬声器。

这些目的通过本发明的技术方案来实现。

本发明的有利的实施例通过其他技术方案来体现。

为了阻止安装扬声器的挡板的振动，本发明提供了将振动器集成在扬声器结构中。适于电信号供电的振动器会在挡板上产生感应振动，适于反作用并减少/抑制由扬声器的移动部件的运动而引起的不希望的振动。

附图说明

本发明的附加特征将从下面的详细描述中变得更清楚，下面的详细描述仅是说明性的而非限制性实施例，其中：

图1为传统扬声器的轴向剖面图；

图1A为图1的详细视图，示出了传统扬声器中的磁感应线；

图2为图1的扬声器的各种元件的分解立体图；

图3为根据本发明的扬声器的轴向截面图；

图3A为图3的详细视图，示出了根据本发明的扬声器的磁感应线；

图4为图3的扬声器的各部分的分解立体图；

图5和图6为根据本发明的扬声器的另外的实施例的截面图；以及

图7为根据本发明的用于机械研究的扬声器的示意图。

具体实施方式

在下面的描述中，与上述部分相同或对应的部分用相同的标号标识，省略其详细描述。

参照图3和图4，公开了根据本发明的扬声器，其通常用附图标记1表示。

扬声器1包括围绕所述磁性组件M设置的外筒7。该外筒由铁磁材料制成。外筒7支撑至少一个直指磁性组件M的控制线圈71、72。

至少一个弹性悬架8、8’连接到外筒7和磁性组件M，以此保持外筒7相对于磁性组件处于同轴位置。鉴于此，当为控制线圈71、72供电时，外筒7可利用磁性组件M的磁场轴向移动。外筒7相对于磁性组件M的运动允许控制安装扬声器的挡板上的振动(图中未示出)。

磁性组件M、支撑至少一个控制线圈71、72、的外筒7以及弹性悬架8、8’作为振动器工作，该振动器具有支撑至少一个控制线圈71、72的外筒7作为惯性质量。

在图3和图4的实施例中，扬声器1包括安装在外筒7上的第一控制线圈71和第二控制线圈72。第一控制线圈71和第二控制线圈72分别设置在磁性组件的下极板2和上极板29内。

扬声器1包括：

-固定于下极板2和外筒7的下边缘的第一弹性悬架8，以及

-固定于上极板29和外筒7的上边缘的第二弹性悬架8’。

每个弹性悬架8、8’包括适于固定到磁性组件M的内环80和适于固定到外筒7的外环81。多个辐条82将弹性悬架的内环80与外环81连接。辐条82具有非常低的厚度以便弹性地弯曲。辐条82具有基本呈“S”形的曲线形状。外环81具有适于接收外筒7的一个边缘的凹槽83。内环80具有适于粘合在磁性组件M上的平坦表面。

下极板2包括：

-中心部分21，芯部20从此处突出，以及

-周边部分22，其相对于中心部分21凹入。

显然，下极板2可以具有较低的平坦表面。

弹性悬架的内环80固定于下极板的周边部分22上，并具有合适厚度使得弹性悬架的下表面与下极板的中心部分21的下表面基本处于同一水平。

参考图3A，在磁性组件M的外周边缘和扬声器1的外筒7之间产生具有外围磁感应线I的气隙T’。在所述外围线之间找到影响气隙T’的径向外围线I’。在这种情况下，与传统扬声器不同，外围磁感应线I不向外面散布，而是由铁磁外筒7传送并径向穿过固定到外筒的控制线圈71、72所在的气隙T’。当电流向控制线圈71、72供电时，洛伦兹力引起控制线圈71、72以及它们粘合于其上的外筒7的位移。

两个控制线圈71、72通常串联连接。在控制线圈71、72内，电流通常沿相反的方向循环。

图5示出扬声器100的第二实施例，其中外筒7集成在磁性组件M下方延伸的杯(cup)70中。杯70通过至少一个弹性悬架8与磁性组件M的下极板22连接。

弹性悬架8可以包括板簧、螺旋弹簧、波形弹簧或塑料材料的弹性元件(橡胶、硅橡胶、聚氨酯泡沫等)。如图3所示，两个弹性悬架8可以包括固定到下极板2的内环、固定到外筒7的外环以及连接内环和外环的辐条。

外筒7可以与杯70一体制成；在这种情况下，整个部件将由铁磁材料制成。

或者，杯70可以部分(如杯子的底部)由塑料材料制成。在这种情况下，杯70的塑料部分可以至少部分地与弹性悬架整合。杯70可以包括铁磁材料的外筒7和例如通过共同模制两种不同材料(铁磁材料和塑料材料)获得的塑料材料的底部。杯70的塑料部分可以集成两个弹性悬架。

在图3和图5所示的解决方案中，两个控制线圈71、72相对应存在于两个气隙中。尽管如此，扬声器1可以仅具有一个浸入气隙中的控制线圈。

图6示出了扬声器1的第三实施例，该扬声器仅具有一个控制线圈72，该控制线圈对应于上极板29的周边设置。在这种情况下，振动器的惯性质量由控制线圈72和外筒7的质量表示，最终与固定于外筒7上的附加质量(附图中未示出)一体化。在这种情况下，外筒不应该由铁磁材料制成，因为它会干扰气隙中的磁感应线。

支撑控制线圈72的外筒7通过弹性悬架8’固定于上极板29上。

下极板22的外径大于磁铁28和上极板29的直径。下极板22具有从下极板的边缘向上突出且位于外筒7的外侧的周边套环24。鉴于此，在上极板29和下极板的周边套环24之间形成气隙T’。因此，控制线圈72设置在所述气隙T’中。

本发明的扬声器100提供了将传统扬声器(具有振动膜)与惯性系统(振动器)整合，提供一种具有至少一个控制线圈71、72的外筒7，该控制线圈设置在传统扬声器的磁性组件M外部产生的磁场中。惯性系统的控制线圈71、72通过合适的信号供电，以便：

-在降噪应用中降低挡板上产生的振动，或者

-在低音增强应用中(低音增强器)增强挡板上产生的振动。

当需要振动感觉时，需要低音增强器应用以及声学感觉。例如，所述低音增强应用可以通过将根据本发明的扬声器1集成在座椅内获得。以这种方式，用户将感觉到由振动器的运动产生的座椅振动的增加，同时通过扬声器的膜6的运动产生的低频的声发射。

扬声器1的控制线圈可以通过DSP、放大器和滤波器进行供电。

本发明的扬声器1结构紧凑，并且可用于噪声/振动控制应用，在ANC(主动噪声控制)系统或者用于增强由音频再现系统中的低频率产生的振动的应用中。

参考图7，描述了根据本发明的扬声器1的机械研究。

在机械学中，固定在扬声器上的振动器可以作为动态振动的阻尼器被识别和研究，这通常被称为自由度2-DOF(两个自由度)TMD(调谐质量阻尼器)。TMD是一种适用于通过耦合第二个振荡器(振动器)来衰减振荡器(扬声器)宽度的系统。

M、K、C分别表示扬声器的质量、刚度和阻尼，而m、k、c分别表示振动器的质量、刚度和阻尼。

参照图4，扬声器的质量是圆柱形支撑30、音圈3、定心装置5、以及膜6的重量。相反，振动器的质量是外筒7以及控制线圈71、72的重量。

x1和x2分别代表M和m的绝对位置；x2可以用m相对于M的相对位置代替，假设x2-x1。

假设阻尼力与速度成正比，并且在M上施加力p0cos(ωt)，则用C＝0简化，系统的运动可用微分方程式表示：

Mx1″+Kx1+k(x1-x2)+c(x1′-x2′)＝p0cos(ωt)

mx2″+k(x2-x1)+c(x2′-x1′)＝0

其中x1’是时间的导数，用下述两个方程式的和来代替第一个方程式：

Mx1″+Kx1+mx2″＝p0cos(ωt)

mx2″+k(x2-x1)+c(x2′-x1′)＝0

然后周期性解决方案(periodical solutions)以如下形式获得：

x1＝acos(ωt)+bsen(ωt)

x2＝ccos(ωt)+dsen(ωt)

代入微分方程，得到方程组：

调用矩阵系数M，M可以写成块(blocks)并反转：

因此

其中，

A＝r1/，B＝r2/，C＝r3/-s1W，D＝r4/+s1W，

r1=K-Mω²，r2=-mω²，r3=-k，r4=k-mω²，s1=cω

替代A和B，得到：

现在我们来定义r和s

AD-BC＝(r1r4-r2r3)l+s1(r1+r2)W＝r1+sW

结果是:

x1的宽度为

而x2的宽度为

显然，我们可以写A1²和A2²

从这里我们可以写出以下常量：

自动频率：

质量比：

阻尼比：

来自于

c＝2ξ₂mω2²

C＝2ξ₁mω

刚度关系为k＝μK

当阻尼器调整到结构的基本部分时，给出阻尼器频率的最佳近似值，即：

ω2＝ω1

最佳频率ω2＝f_optω1

如果我们考虑周期性激励：

p＝p0sen(Ωt)

答复是由

u1＝x1sen(Ωt+δ1)

u2＝x2sen(Ωt+δ1+δ2)

给出。

其中x和δ分别表示位移的宽度和相移。临界负载处于共振状态Ω＝ω，在这种情况下，解决方案具有以下形式：

无阻尼器的响应由下式给出：

为了比较这两种情况，(1)用等效阻尼比表示：

其中，

(3)表示阻尼器参数对总阻尼的相对贡献。质量比增加时，阻尼会增加。

根据本发明的扬声器的尺寸

假设ξ＝0，阻尼比为10％。通过使用(3)和插入ξ_e＝0.1，我们得到μ和ξ₂之间的以下关系：

相对位移由(2)给出：

结合(4)和(5)并代入ξ＝0，我们得到：

近似(6)，消除根和方

(7)的概括形式从(3)：

例如，选择

我们达到了μ的估值：

而从(2)，我们得到了：

从刚度关系k＝μK，我们得到了：

k＝μK＝20K

在具体的情况下，考虑到10％的阻尼，从(8)我们获得振动器的移动组件的质量m是扬声器的移动组件的质量M的四倍。在类似的解决方案中，振动器的移动组件的质量m有利地可以为扬声器的移动组件的质量M的3～5倍高。

可以对本发明的当前实施例进行许多等同的变化和修改，这些实施例均在本领域的专家所能达到的范围内，其在任何情况下均落入本发明的范围内。

Claims

1.具有振动控制系统的扬声器(1)，其包括：

-磁性组件(M)，包括位于下极板(2)和上极板(29)之间的磁铁(28)，其中，所述下极板(2)包括芯(20)，以此在所述下极板(2)的芯(20)和所述上极板(29)之间产生气隙(T)，

-由圆柱形支撑件(30)支撑的音圈(3)，

-与所述磁性组件(M)连接的盆架(4)，

-与所述盆架(4)和所述圆柱形支撑件(30)连接的定心装置(5)，所述定心装置(5)旨在弹性移动以允许所述圆柱形支撑件(30)相对于所述磁性组件(M)的轴向移动，以及

-与所述盆架(4)和所述圆柱形支撑件(30)连接的膜(6)，

-围绕所述磁性组件(M)设置的外筒(7)，

-与所述外筒(7)连接的至少一个弹性悬架(8、8’)，以允许所述外筒(7)相对于所述磁性组件(M)的轴向移动，

其特征在于，

所述扬声器还包括由所述外筒(7)支撑且分别位于对应所述下极板(2)和所述上极板(29)的两个控制线圈(71、72)。

2.如权利要求1所述的扬声器(1)，其中，所述外筒由铁磁材料制成。

3.如权利要求1或2所述的扬声器(1)，其中，所述弹性悬架(8、8’)包括与所述磁性组件连接的内环(80)，与所述外筒(7)连接的外环(81)以及将所述弹性悬架的内环(80)与外环(81)连接的多个弹性、柔性辐条(82)。

4.如权利要求1或2所述的扬声器(1)，其包括杯(70)，所述外筒(7)整合于此；所述杯(70)具有位于所述磁性组件(M)下方的底部。

5.如权利要求4所述的扬声器(1)，其中，所述弹性悬架(8)将所述杯(70)与所述磁性组件的下极板(2)连接，并且，所述弹性悬架(8)包括板簧、螺旋弹簧、波形弹簧或由塑料材料制成的弹性元件。

6.如权利要求4所述的扬声器(1)，其中，所述杯(70)的底部由弹性塑料材料制成且所述弹性悬架一体成形或至少部分成形在所述杯(70)的底部。

7.具有振动控制系统的扬声器(1)，其包括：

-由圆柱形支撑件(30)支撑的音圈(3)，

-与所述磁性组件(M)连接的盆架(4)，

-与所述盆架(4)和所述圆柱形支撑件(30)连接的膜(6)，

-围绕所述磁性组件(M)设置的外筒(7)，

-与所述外筒(7)连接的弹性悬架(8’)，以允许所述外筒(7)相对于所述磁性组件(M)的轴向移动，

其特征在于，

所述扬声器还包括由所述外筒(7)支撑且位于对应所述上极板(29)的外周边缘的仅一个控制线圈(72)，其中，用于支撑所述控制线圈(72)的外筒(7)通过所述弹性悬架(8’)与所述上极板(29)连接。

8.如权利要求7所述的扬声器(1)，其中，所述下极板(2)的外径比所述磁铁(28)和所述上极板(29)的直径大；

所述下极板(2)具有从下极板的边缘向上突出且位于所述外筒7的外侧的周边套环(24)，以此在所述上极板和所述下极板的周边套环(24)之间形成气隙(T’)；

所述外筒(7)由非铁磁材料制成；并且

所述控制线圈位于所述气隙(T’)内。

9.如前述任意一项权利要求所述的扬声器(1)，包括：

-第一移动组件，其包括所述圆柱形支撑件(30)、所述音圈(3)、所述定心装置(5)和所述膜(6)，以及

-第二移动组件，其包括所述外筒(7)和所述至少一个控制线圈(71、72)；

其中，所述第二移动组件的质量为所述第一移动组件质量的3～5倍。