CN109391887A - 一种发声装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发声装置。该发声装置包括：磁路系统，所述磁路系统被配置为用于形成磁场；以及振动系统，所述振动系统包括音圈、振膜和补强层，所述音圈的一端与所述振膜的中心部连接，另一端位于所述磁场中，所述补强层被设置在所述中心部，所述补强层包括碳纤维预浸料层，所述碳纤维预浸料层中的碳纤维的直径小于或者等于7μm，位于同一层的碳纤维为单向且并列设置。

Description

一种发声装置

技术领域

本发明涉及电声转换技术领域，更具体地，涉及一种发声装置。

背景技术

扬声器单体通过振动系统进行发声。振动系统包括振膜、音圈和补强层。补强层通常由塑料、金属制备而成。这两种材料的弹性模量低，导致在高频时补强层容易发生形变。补强层的各部分的振动不一致，会导致扬声器单体出现杂音，大大降低了听音效果。

因此，需要提供一种新的技术方案，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种发声装置的新技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种发声装置。该装置包括：磁路系统，所述磁路系统被配置为用于形成磁场；以及振动系统，所述振动系统包括音圈、振膜和补强层，所述音圈的一端与所述振膜的中心部连接，另一端位于所述磁场中，所述补强层被设置在所述中心部，所述补强层包括碳纤维预浸料层，所述碳纤维预浸料层中的碳纤维的直径小于或者等于7μm，位于同一层的碳纤维为单向且并列设置。

可选地，所述碳纤维预浸料层中的碳纤维的含碳量大于或等于94％。

可选地，所述碳纤维预浸料层中的碳纤维的比模量大于或等于163GPa·cm³/g。

可选地，所述碳纤维预浸料层中的碳纤维为单层或者多层。

可选地，所述补强层包括泡沫芯层以及连接在所述泡沫芯层的上、下表面的两个所述碳纤维预浸料层。

可选地，所述泡沫芯层为PMI发泡材料、PI发泡材料或者聚酯类发泡材料。

可选地，所述碳纤维预浸料层的树脂为环氧树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺数值或者乙烯基树脂。

可选地，所述振膜和所述补强层构成振动板，所述振动板的厚度小于或等于3mm。

可选地，所述补强层呈矩形，所述补强层包括第一边和第二边，所述第一边与所述第二边的长度比为1:1-4:1。

可选地，所述补强层呈矩形，所述补强层包括第一边和第二边，所述第一边的长度为9.1mm-15.2mm，所述第二边的长度为6.1mm-11.2mm。

根据本公开的一个实施例，该发声装置具有高频性能优良的特点。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是根据本公开的一个实施例的发声装置的剖视图。

图2是根据本公开的一个实施例的补强层的结构示意图。

图3是根据本公开的一个实施例的补强层的主视图。

图4是石墨微晶沿纤维轴取向的示意图。

图5是石墨微晶与纤维轴向呈设定夹角取向的示意图。

图6是本公开实施例的发声装置与现有发声装置的声压级对比图。

图7是本公开实施例的发声装置与现有发声装置的THD对比图。

图8是本公开实施例的发声装置与现有发声装置的R&B对比图。

图9-10是根据本公开的实施例的补强层的剖视图

附图标记说明：

11：振膜；13：边缘部；14：折环部；15：补强层；16：音圈；17：定心支片；18：磁间隙；19：磁路系统；20：碳纤维；21：预浸树脂；22：壳体；23：第一边；24：第二边；25：石墨微晶；26：碳纤维预浸料层；27：泡沫芯层；28：外被层。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

根据本公开的一个实施例，提供了一种发声装置。如图1所示，该发声装置包括磁路系统19和振动系统。磁路系统19被配置为用于形成磁场。例如，磁路系统19包括永磁体。永磁体在磁间隙18内形成磁场。磁路系统19为本领域的公知常识，在此不做详细说明。

振动系统包括音圈16、振膜11和补强层15。音圈16的一端与振膜11的中心部连接，另一端位于磁场中。补强层15被设置在中心部。补强层15包括碳纤维预浸料层26。碳纤维预浸料层26中的碳纤维20的取向角小于或等于30°。碳纤维是由无数的石墨微晶25堆砌并取向而成。如图4-5所示，取向角为石墨微晶25与纤维轴的夹角，如图5中所示。石墨微晶25呈片状结构。纤维轴即碳纤维20的主体方向的延伸轴，如图4-5中A箭头所示。

碳纤维20的弹性模量以下列公式计算：

如图4所示，当石墨微晶25与纤维轴平行时，取向角为0，此时，弹性模量为：

如图5所示，当石墨微晶25与纤维轴不平行时，取向角不为0，此时，弹性模量为：

其中，Fz为轴向拉力，Sz为石墨微晶在纤维轴向的投影面积，ε_z为石墨微晶在纤维轴向方向的应变，为石墨微晶片层与纤维轴向的夹角，Lc为：石墨微晶25的堆砌厚度，La_Ⅱ为平行于纤维轴的石墨微晶25的基面宽度，E₀为石墨微晶片层方向的理论模量，E1为石墨片层法向拉伸模量，L_a⊥为垂直于纤维轴的石墨微晶25的基面宽度。

形状因子为石墨微晶25的堆砌厚度与石墨微晶25的基面宽度之比，即当形状因子一定时，弹性模量随着取向角的增大而减小。

当取向角≤30°时，碳纤维20的弹性模量较大，碳纤维预浸料层26的刚度大，对于发声装置的高频的声学性能改善效果良好。

此外，在长期使用过程中，补强层15的依然保持良好的刚度。发声装置的可靠性良好。

当取向角＞30°时，碳纤维20的弹性模量损失较大。碳纤维20的弹性模量相对较小，对发声装置的高频声学性能提升较小。发声装置的可靠性降低。

当取向角一定时，弹性模量随着形状因子的增加而减小。优选地，碳纤维20的形状因子为0.1-1.5时，碳纤维20的弹性模量和抗拉强度比该范围之外的碳纤维20大。碳纤维预浸料层26的刚度大。

在一个例子中，振膜11包括位于中央的中心部、位于边缘的边缘部13和位于中心部和边缘部13之间的折环部14。也可以是，振膜11为平面结构。在磁路系统19上设置有环形的壳体22。边缘部13通过胶粘结在壳体22上。补强层15通过粘结剂或者双面胶被粘结在中心部。补强层15和音圈16分别位于振膜11的上、下侧。

例如，振膜11为由工程塑料、弹性体材料、胶膜等中的一种或多种材料复合而成。例如，工程塑料包括PEEK、PAR等。弹性体材料包括TPU、TPEE、硅橡胶等。胶膜包括丙烯酸酯类胶膜、有机硅类胶膜等。

例如，振膜11的厚度为0.01mm-0.5mm。该范围内的振膜11的弹性良好，强度高。

在一个例子中，在音圈16和振膜11之间设置有定心支片17。音圈16通过定心支片17与外部设备导通。定心支片17能够有效地防止振动系统发生偏振。

在一个例子中，碳纤维预浸料层26中的碳纤维20的含氮量小于或等于6％。碳纤维20的含氮量越低，则含碳量越高。氮原子作为杂原子在碳纤维20中所占比重越少，对碳纤维20的晶相结构的破坏越小，则碳纤维20的弹性模量越高。

例如，聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经高温碳化处理，以得到碳纤维20。通过碳化处理能够降低碳纤维20中的含氮量，提高含碳量，使得石墨微晶取向性增强。

进一步地，碳纤维预浸料层26中碳纤维20的含碳量大于或等于94％。含碳量越高则碳纤维20内的杂质原子越少，弹性模量越高。该范围内的补强层15的具有刚度高的特点。

在一个例子中，碳纤维预浸料层26中的碳纤维20为单层或者多层。位于同一层的碳纤维20为单向且并列设置。

例如，如图2-3所示，多根碳纤维20相互平行地排列成一层。然后，将预浸树脂21采用涂膜的方式涂到碳纤维20上，以形成碳纤维预浸料。在固化后，碳纤维预浸料形成单层的碳纤维预浸料层26。例如，采用热压的方式进行固化。预浸树脂21可以是但不局限于环氧树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、乙烯基树脂等。

例如，上述单层的碳纤维预浸料层26叠设置，以形成多层的预浸料。多层的预浸料在固化后形成多层的碳纤维预浸料层26。每层中的碳纤维20沿相同方向排列。

单层或者多层的碳纤维预浸料层26均具有弹性模量高，沿设定方向的抗拉强度高的特点。

此外，当碳纤维预浸料层26作为补强层的表层时，单向、并列设置的碳纤维在表层形成沟槽结构。在振动时，沟槽结构能有效地梳理气流，这使得气流的杂音成分减小，发声装置的声音纯度提高。

在一个例子中，碳纤维20的碳化处理的温度为1700℃以上。在该温度下，石墨微晶25的取向形更好，取向角在30°以内，甚至接近0°。石墨微晶25排列更加规整。碳纤维20的弹性模量和抗拉强度明显高于低于该碳化处理温度得到的碳纤维20。

此外，在温度范围内，碳纤维20的纤维丝的直径小。例如，直径能够到达7μm以下。碳纤维20的直径越小，则抗拉强度和弹性模量越高。该直径范围内的碳纤维20能满足发声装置对于补强层15的刚度的需求。

此外，这使得相同厚度的碳纤维预浸料层26能够具有更多层的碳纤维20，这使得碳纤维预浸料层26的刚度进一步提高。

在发声装置中，通常沿设定方向的刚度得到改善就能使发声装置具有良好的高频性能。在该例子中，碳纤维20沿设定方向延伸，在该设定方向碳纤维20具有高的抗拉强度，从而使得碳纤维预浸料层26在该设定方向的刚度较大，这样既能提高发声装置的高频性能，又能节约碳纤维20的用量。

在一个例子中，碳纤维预浸料层26中的碳纤维20的比模量大于或等于163GPa·cm³/g。比模量为材料的弹性模量与密度之比。在该比模量越大则材料的弹性模量越大和/或密度越小。在该比模量范围内，补强层15的刚度高，对于发声装置的高频性能提升明显。

在一个例子中，如图9所示，补强层15包括泡沫芯层27以及连接在泡沫芯层27的上、下表面的两个碳纤维预浸料层26。该补强层15为“三明治”结构。泡沫芯层27具有密度小的特点。发声装置的高频性能与补强层15的厚度呈正相关，即随厚度的增加而提高，随厚度的减小而降低。发声装置的高频性能与补强层15的密度呈负相关，即随密度的增加而降低，随密度的减小而提高。泡沫芯层27能够降低补强层15的整体密度，提高补强层15的整体厚度，从而使发声装置的高频性能显著提高。优选地，补强层15的厚度为0.02mm-1mm。在该范围内，补强层15的刚度高，并且不会额外增加发声装置的厚度。

进一步地，补强层15的厚度为0.02mm-0.5mm。

此外，多个碳纤维预浸料层26，使得补强层15的弹性模量显著提高。

泡沫芯层27可以是但不局限于发泡材料。发泡材料的内部具有孔隙。例如，发泡材料包括PMI发泡材料、PI发泡材料、聚酯类发泡材料等。

优选地，泡沫芯层27的厚度为0.05mm-1mm。该厚度范围内，补强层15具有良好的刚度，并且不会额外增加发声装置的整体厚度。

在一个例子中，碳纤维预浸料层26为多层结构。补强层15包括复合在一起的碳纤维预浸料层26和泡沫芯层27。该补强层15的刚度更大，整体密度更小，能够更有效地提高发声装置的高频效果。

优选地，在两个碳纤维预浸料层26之间设置有泡沫芯层27。这种补强层15的刚度更大。

碳纤维20的层数越多则碳纤维预浸料层26的弹性模量越大，但密度也会相应的增加。层数在设定范围内时，弹性模量增加的幅度大于密度增加的幅度，比模量随层数的增加而增加；当层数超过设定值时，弹性模量增加的幅度小于密度增加的幅度，比模量随层数增加反而会减小。例如，在碳纤维预浸料层26中的碳纤维20的层数小于或等于16。在该范围内，碳纤维预浸料层26的比模量随层数的增加而增加，从而能够显著提高发声装置的高频效果。

在一个例子中，如图10所示，补强层15还包括分别结合在碳纤维预浸料层26的远离泡沫芯层27的至少一个表面上的外被层28。在该例子中，外被层28作为补强层15的表层。外被层28为密封性材料，气体和水不能透过外被层28。外被层28的设置能够显著地提高补强层15的气密、防水等级。

例如，外被层28为工程塑料、铝和阻尼材料中的至少一种。阻尼材料包括：阻尼胶水、橡胶等。例如，阻尼胶水为丙烯酸类胶水。上述材料均具有高硬度、低密度的特点，能显著提高补强层15的结构强度。

在一个例子中，补强层15采用热压共固化制备而成。例如，当补强层15仅包括碳纤维预浸料时，将涂膜完成后的材料放置到热压机中，在设定的温度下进行热压。在预浸树脂21固化后，形成补强层15。

当补强层15为多层结构时，例如，补强层15为上述“三明治”结构或者上述的包括外被层28的结构。首先，将各个层按照预定顺序叠放到一起。然后，放置到热压机中，在设定的温度下进行热压。预浸树脂21在固化后与外被层28、泡沫芯层27均能形成结合力。

在其他示例中，碳纤维预浸料层26由带有离型膜的碳纤维20卷材，经裁剪而成。碳纤维20卷材本身为固化后的碳纤维预浸料。在制作时，根据设定的形状将碳纤维20卷材进行裁剪，去除离型膜，然后与其他材料或者多层碳纤维预浸料层26进行热压共固化成型。在加热条件下，碳纤维预浸料的预浸树脂21重新获得粘性，能够与其他材料或者其他碳纤维预浸料进行复合。

在一个例子中，补强层15呈矩形。如图2-3所示，补强层15包括第一边23和第二边24。第一边23的长度大于或等于第二边24的长度。补强层15的面积越大则越容易发生分割振动，越小则无法适应发声装置的尺寸需求。例如，第一边23的长度为9.1mm-15.2mm。第二边24的长度为6.1mm-11.2mm。在该范围内补强层15的分割振动小。

补强层15在一个方向的长度越长，则在该方向上，补强层15容易出现振动不均衡，从而使发声装置出现杂音。例如，第一边23与第二边24的长度比为1:1-4:1。在该范围内，补强层15各个部分的振动更均衡，发声装置的杂音小。

碳纤维预浸料层26的碳纤维20主体方向与第一边23的夹角为45-90°，如图3中B所示。碳纤维20的主体方向是指纤维丝的走向。在通常情况下，振膜11和补强层15构成的振动板。在高频时，在垂直于第一边23方向的分割振动大，因此垂直于第一边23方向的刚度的提高对于发声装置的高频性能的提升有重要影响。该夹角范围内的碳纤维20形成的补强层15，在垂直于第一边23方向的刚度较大，对于发声装置的高频性能的提升明显。

优选地，碳纤维预浸料层26的碳纤维20的主体方向与第一边23垂直，如图3所示。这种设置方式，补强层15在该方向的抗拉强度更高，发声装置的高频性能优良。

实施例1：

在该例子中，对同种材料的不同直径的碳纤维20的性能进行测试。碳纤维20采用聚丙烯腈基碳纤维或者沥青基碳纤维。详见表1。

原丝直径/μm	碳纤维20直径/μm	抗拉强度/GPa	弹性模量/GPa
				6	3.1	5.89	286
7	3.6	5.45	281
				8	5.0	4.46	274
11	7.0	3.79	259
				13	8.5	3.46	251

表1-原丝直径、碳纤维20直径与碳纤维20力学性能的关系

由表1可见，随着碳纤维20直径的减小，碳纤维20的抗拉强度以及弹性模量逐渐增加。在碳纤维20直径为7.0μm以下时，碳纤维20的抗拉强度和弹性模量较大，分别达到了3.79GPa和259GPa以上。该范围内的补强层15碳纤维预浸料层26的刚度大，对于发声装置的高频性能提升明显。

实施例2：

在该例子中，不同牌号、不同直径的碳纤维20的直径与力学性能进行比较。详见表2。

表2-不同牌号的碳纤维20的主要力学性能

由表2可见，上述各种碳纤维20的直径均在7.0μm以内，均具有高的抗拉强度以及弹性模量，这使得补强层15的刚度显著提高。

实施例3：

本发明实施例的发声装置与现有的发声装置的声学性能比较。其中，两个发声装置的功率相同。本发明实施例的发声装置的补强层15为单向的碳纤维预浸料层+PMI泡沫芯层+单向的碳纤维预浸料层的结构。单向的碳纤维预浸料层设置一层碳纤维。碳纤维的直径为4-5μm，排布方向相同；现有的发声装置的补强层15的材质为铝箔+胶膜+PMI泡沫芯层+胶膜+铝箔。两种补强层15的尺寸相同，发声装置的长度为18mm，宽度为13mm。补强层15的长度为14mm，宽度为9mm。

图6是本公开实施例的发声装置与现有发声装置的声压级对比图。其中，横坐标为频率，纵坐标为声压级。

图7是本公开实施例的发声装置与现有发声装置的THD对比图。其中，横坐标为频率，纵坐标为THD。

图8是本公开实施例的发声装置与现有发声装置的R&B对比图。其中，横坐标为频率，纵坐标为R&B。

在图6中，虚线c1代表本发明实施例的发声装置的测试曲线；实线c2为现有的发声装置的测试曲线。由图6可见，在高频段，例如频率6000Hz以上时，c1曲线均位于c2曲线之上。这表明本发明实施例的发声装置具有更加优良的高频性能。

在图7中，虚线d1代表本发明实施例的发声装置的测试曲线；实线d2为现有的发声装置的测试曲线。由图7可见，现有的发声装置在6000Hz附近时声压级明显增高，出现了尖峰。而本发明实施例的发声装置在6000Hz附近时的声压级相对于现有的发声装置降低明显，d1曲线在6000Hz附近没有出现尖峰。这是由于本发明实施例的补强层15具有高的刚度，在该频率附近时能保证补强层15的各部分均衡的振动，有效地抑制了分割振动，使得杂音成分小。而现有的发声装置由补强层15的刚度不足，在该频率附近时出现了振动不均衡，杂音成分大，从而形成尖峰。

因此，本发明的发声装置具有更加优良的听音效果，尤其在高频段。

此外，在其他示例中，本发明实施例的发声装置由于补强层15的刚度高，这使得THD曲线中的高频的尖峰显著向右移动，即向高频方向移动，从而使得在听音频率范围内不会出现尖峰，使得发声装置的高频性能得到改善。

在图8中，虚线e1代表本发明实施例的发声装置的测试曲线；实线e2为现有的发声装置的测试曲线。本发明的发声装置的补强层15为单向的碳纤维预浸料层+PMI泡沫芯层+单向的碳纤维预浸料层的结构。单向的碳纤维预浸料层设置一层碳纤维。碳纤维的直径为4-5μm，排布方向相同。其中，碳纤维预浸料层26作为补强层15的靠近出声侧的表层。碳纤维20呈单向排列。碳纤维20的主体方向与第一边23垂直。表层形成均匀的沟槽结构。现有的发声装置的补强层15为铝箔+胶膜+PMI泡沫芯层+胶膜+铝箔，补强层15的表层为平面结构。

由图8可见，本发明实施例的发声装置的R&B曲线e1在fo(例如，800Hz)附近时明显低于现有的发声装置的R&B曲线e2。本发明实施例的发声装置的听音纯度更高，杂音成分更小。这是由于本发明实施例的补强层15的表面形成均匀分布的沟槽结构，对气流起到梳理作用。在振动时，相比于平面结构的补强层15，沟槽结构使得气流的杂音成分更小。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种发声装置，其中，包括：

磁路系统，所述磁路系统被配置为用于形成磁场；以及

振动系统，所述振动系统包括音圈、振膜和补强层，所述音圈的一端与所述振膜的中心部连接，另一端位于所述磁场中，所述补强层被设置在所述中心部，所述补强层包括碳纤维预浸料层，所述碳纤维预浸料层中的碳纤维的直径小于或者等于7μm，位于同一层的碳纤维为单向且并列设置。

2.根据权利要求1所述的发声装置，其中，所述碳纤维预浸料层中的碳纤维的含碳量大于或等于94％。

3.根据权利要求1所述的发声装置，其中，所述碳纤维预浸料层中的碳纤维的比模量大于或等于163GPa·cm³/g。

4.根据权利要求1所述的发声装置，其中，所述碳纤维预浸料层中的碳纤维为单层或者多层。

5.根据权利要求4所述的发声装置，其中，所述补强层包括泡沫芯层以及连接在所述泡沫芯层的上、下表面的两个所述碳纤维预浸料层。

6.根据权利要求5所述的发声装置，其中，所述泡沫芯层为PMI发泡材料、PI发泡材料或者聚酯类发泡材料。

7.根据权利要求1所述的发声装置，其中，所述碳纤维预浸料层的树脂为环氧树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺数值或者乙烯基树脂。

8.根据权利要求1-7中的任意一项所述的发声装置，其中，所述振膜和所述补强层构成振动板，所述振动板的厚度小于或等于3mm。

9.根据权利要求1-7中的任意一项所述的发声装置，其中，所述补强层呈矩形，所述补强层包括第一边和第二边，所述第一边与所述第二边的长度比为1:1-4:1。

10.根据权利要求1-7中的任意一项所述的发声装置，其中，所述补强层呈矩形，所述补强层包括第一边和第二边，所述第一边的长度为9.1mm-15.2mm，所述第二边的长度为6.1mm-11.2mm。