CN110024420A

CN110024420A - 扬声器振膜

Info

Publication number: CN110024420A
Application number: CN201680091211.8A
Authority: CN
Inventors: 托马斯·奥布莱恩; 马夏尔·安德烈·罗伯特·鲁索
Original assignee: B&W Group Ltd
Current assignee: Bowers and Wilkins Group Ltd
Priority date: 2016-11-29
Filing date: 2016-11-29
Publication date: 2019-07-16
Also published as: WO2018100326A1; JP2020501469A; EP3549356B1; EP3549356A1; KR20190087581A

Abstract

一种扬声器振膜(12)包括编织纤维体，该编织纤维体在面朝后方的表面(24)上支撑例如PVA聚合物等阻尼材料(25)。编织纤维体可以由包覆有薄金属覆层(32)的非金属纤维材料(例如玻璃纤维)的节段(14)形成。阻尼材料(25)的层的质量可以明显大于编织纤维体的质量。因此，可以提供使不合乎需要的振动减弱同时呈现较平坦的频率响应曲线(50)的看起来具有引人注目的闪耀外观的扬声器振膜(12)。

Description

扬声器振膜

技术领域

本发明涉及扬声器振膜以及用于制造这种振膜的方法。更具体地，但不排它地，本发明涉及包括对阻尼材料进行支撑的编织纤维体的扬声器振膜。本发明还涉及扬声器驱动单元和扬声器音箱。

背景技术

GB1491080(由B&W扬声器有限公司或“B&W”做出)披露了一种由例如等开式网状编织纤维材料制成的扬声器振膜，开式网状编织纤维材料利用热固性树脂增强使得在相邻纤维之间留有空隙。这些空隙部分地填充有诸如PVA(聚乙酸乙烯酯)乳液等阻尼材料。织物的丝线之间的空隙允许PVA乳液与编织纤维材料之间良好的粘合。英国公司Bowers&Wilkins(“B&W”—参见www.bowers-wilkins.co.uk)已经将包含由编织织物制成、利用树脂增强并且包覆有PVA的扬声器振膜的中音驱动单元商业化。在编织纤维材料上刷涂一层或多层PVA材料，通常获得形成扬声器振膜的总质量的约10％至15％的PVA材料。结果是得到半柔性锥体(在下文中称为“B&W凯夫拉锥体”)，其表现出有用的分裂行为、较少的音染和发射声音的更均匀的扩散，如现在将进一步详细解释的(更进一步的细节可在http://www.bowers-wilkins.com/Discover/Discover/Technologies/Kevla r.html获得)。

不受所施加的输入信号支配的扬声器振膜的持续振动可能导致“时间拖尾”－一种音染形式－并且造成对响应于给定输入信号而产生的声音的清晰度以及声音基于输入信号的精确再现的损害。PVA材料提供阻尼，而B&W凯夫拉锥体的各向异性性能被认为是重要的：在被编织的情况下，B&W凯夫拉锥体的机械性能根据与纤维方向所成的角度而不同。声波行进通过锥体的材料所花费的时间根据行进方向而不同。同样地，行进跨过B&W凯夫拉锥体的声波在锥体的边缘周围发生反射的时间不同，导致声波的图案不太对称，并减少了形成驻波对声音的影响。收听者接收到的声音比按照其他方式由锥体辐射的缓发能所产生的声音少。结果，存在较少不合乎需要的“时间拖尾”噪音。因此，锥体产生明显更清晰且可传达更精细的细节的发射声音。表述为提供对声音再现的质量的控制的设计细节包括：编织类型、锥体几何形状以及增强树脂和阻尼材料的类型的选择。

B&W凯夫拉锥体用于许多B&W的产品，广泛地用于在B&W的扬声器中供应的中音驱动单元(参见www.bowers-wilkins.eu/Speakers/Theatre_Solutions/FPM_VM_Series/Technologies.html)。凯夫拉不仅具有上述的有益性能，而且合宜地具有引人注目且与众不同的外观，这使得凯夫拉适于用作扬声器驱动单元的振膜的面朝前方的声音发射表面。然而，凯夫拉是昂贵的材料，并且使用能够以提供类似或更好的声学特性的方式被利用的替代材料将是实用的。这需要这种材料也是有益的，不仅要达到技术性能并满足材料需要的技术特点，还要具有适于在高保真环境内使用的外观。

本发明寻求缓解上述问题中的一个或多个。作为选择或附加地，本发明寻求提供改进的扬声器振膜。作为选择或附加地，本发明寻求提供具有大体相同或更好的声学特性的如上所述的B&W凯夫拉锥体的替代物。

发明内容

本发明提供一种扬声器振膜，该扬声器振膜包括编织纤维体，编织纤维体具有面朝前方的声音辐射表面和支撑阻尼材料的面朝后方的表面，该阻尼材料优选地形成振膜的形状。根据本发明的一个重要但不一定必需的方面，编织纤维体由带金属覆层的非金属纤维材料形成，优选这样的带金属覆层的非金属纤维材料：当被光照射时，不论是自然光还是来自不同光源的光，使得振膜看起来具有闪耀的外观，例如如同在用肉眼观察时所感知到的。

可以使用这种带金属覆层的非金属纤维材料制作扬声器振膜，这种带金属覆层的非金属纤维材料即使不优于B&W凯夫拉锥体也和B&W凯夫拉锥体表现得一样好，并且具有无需使用凯夫拉的潜在益处，凯夫拉价格昂贵且限制了其如何呈现(特别是考虑到凯夫拉的天然色泽是淡黄色)。本发明不仅具有提供现有技术的凯夫拉纤维锥体的替代物的益处，本发明还提出了具有特别与众不同且引人注目的外观的扬声器振膜。编织以形成编织纤维体的纤维的节段彼此交织，使得振膜的表面在局部等级(例如，在微米至毫米级别)具有非平滑的几何形状。非平滑的几何形状意味着金属覆层将在振膜上相对靠近的位置之间沿明显不同的方向对(相对于振膜的轴线或向前方向)以给定入射角接收的入射光进行反射。优选地，外金属表面主要是镜面反射表面，例如使得表面具有镜状外观而不是更亚光的外观。因此，当被光照射时，无论是自然光还是来自不同光源的光，振膜都可以具有引人注目的闪耀外观或其它异常醒目的外观。此外，可能的是，阻尼材料可能具有不美观的外观和/或随时间推移而褪色的可能性。使用具有闪耀的视觉上醒目的面朝前方的表面的扬声器振膜可以具有额外的益处：对位于后方的阻尼材料的可能不美观的外观进行掩蔽或者至少从阻尼材料的可能不美观的外观转移注意力，否则阻尼材料的可能不美观的外观可能更明显。在本发明的其它方面，编织纤维体可以由不是带金属覆层的非金属纤维材料形式的材料形成，但仍然能提供益处。

根据本发明的另一个重要但不一定必需的方面，阻尼材料层的层的质量比编织纤维体的质量大超过25％。令人惊讶的是，已经发现，在本发明的实施例中，阻尼材料层的质量与编织纤维体的质量具有相对高的比率可以提供改进的声学特性。在本发明的实施例中，就6英寸驱动单元而言，编织纤维体的质量和阻尼材料的质量分别可以是3克和5克。作为比较，(现有技术的)6英寸B&W凯夫拉锥体的编织纤维体的质量和阻尼材料的质量分别可以是6克和1克。因此，B&W凯夫拉锥体具有由编织纤维体提供的某一最小等级的刚度和结构支撑，并且添加阻尼材料以提供阻尼而不是结构。在本发明的该方面的实施例中，阻尼材料的性能对振膜的物理结构和声学特性方面起到更大的作用，而编织纤维体起到较小作用。本发明的编织纤维体的可能是首要作用的一个作用可以是用作对形成振膜本体的阻尼材料进行支撑的基板或骨架结构。编织纤维体的可能是次要作用的一个作用可以是其提供具有美感的面朝前方的表面。

如上所述，已经发现的是，具有相对大量的阻尼材料，并且其数量远远大于迄今为止在B&W凯夫拉锥体设计(其具有编织纤维体，编织纤维体具有仅支撑相对薄的阻尼材料层的面朝后方的表面)的背景下提出的阻尼材料的数量，可能有令人惊讶的益处。阻尼材料层的质量可以比编织纤维体的质量大超过50％。可能的是，阻尼材料层的质量是编织纤维体的质量的至少两倍。阻尼材料层的质量可以例如在100g/m²至500g/m²的范围内。编织纤维体的质量可以在阻尼材料层的质量的25％至80％之间。

可能的是，阻尼材料层的厚度大于编织纤维体的厚度。阻尼材料层的厚度可以例如大于0.2mm。阻尼材料层的厚度可以小于0.5mm。

可能的是，编织纤维体形成振膜的面朝前方的声音辐射表面。可能的是，阻尼材料层形成振膜的面朝后方的表面。因此，可能的是，在振膜的面朝后方的表面上不存在编织纤维体，如果振膜为夹层结构的形式则可能是这种情况。

可能的是，阻尼层是单一结构。可能的是，阻尼层是具有均匀成分的整体结构。因此，阻尼层可以使得在其结构内具有很少且优选没有纤维材料。

如上所述，在某些实施例中，可能的是，编织纤维体由非金属纤维材料制成。可能的是，编织纤维体由带金属覆层的纤维形成。在编织纤维体由带金属覆层的纤维形成的情况下，金属覆层的厚度可以小于10微米。可能的是，金属覆层小于1微米厚。

编织纤维体可以包括纤维和树脂，例如(至少部分地)结合在固化树脂基质内的纤维。树脂可以是酚醛树脂。树脂可以有助于编织纤维体的刚度。因此，树脂可以是增强树脂的形式。纤维体和树脂可以是复合材料结构的形式。

在编织纤维体由至少部分为金属的纤维形成的情况下，金属部分可以受到漆层保护。漆层可以有助于编织纤维材料的刚度。当还使用除漆以外的增强树脂来增强纤维材料时，随后可以使用每单位面积编织纤维材料较少的增强树脂。漆优选为半透明的，并且可以是颜色清亮的，例如大致为透明的。可能的是，树脂的每单位面积的质量比漆的每单位面积的质量大5倍以下。树脂和漆加在一起的每单位面积的质量可能在20g/m²至60g/m²的范围内。

振膜可以是平坦形状。振膜可以具有大体锥形形状。振膜可以具有至少约50mm的直径。振膜可以具有不大于约200mm的直径。

编织纤维体可以由玻璃纤维材料形成。玻璃纤维容易获得并且相对便宜，但通常是透明的，因此允许光经由玻璃从编织纤维材料的一侧透射到另一侧。使光到达编织纤维体的面朝后方的表面上的阻尼材料和/或从编织纤维体的面朝后方的表面上的阻尼材料透过可能是不利的，并且在这种情况下，玻璃纤维可能被认为不代表材料的最佳选择。然而，如果这种玻璃纤维材料包覆有诸如由上文提出的金属覆层所提供的不透明覆层，则可能会减少或克服这些潜在缺点。

编织纤维体可以具有相对规则的编织。例如，每单位面积的丝线节段的密度在振膜的表面上可以是大致恒定不变的。在本文中，共同形成材料的单个节段的纤维的集合本身可以被认为是单根丝线，材料的单个节段与材料的其它这种节段交织。

振膜的纤维体的编织属性可以使得材料段彼此交织以形成纤维体。相邻的材料段之间可以存在间隙。编织纤维体可以限定这种间隙的阵列。应当理解，间隙的阵列通常将具有相对复杂的三维几何形状，并且通常不会是规则阵列。通常由一对相邻纤维与另一对相邻纤维交叉形成的每个间隙可以具有至少50微米、并且优选至少100微米的最大尺寸。可能的是，阻尼材料大致填充全部如此限定的间隙。

阻尼材料在1kHz与8kHz之间的频率处可以具有至少0.25的机械损耗系数。例如，阻尼材料在3kHz与6kHz之间的频率处可以具有至少0.5的机械损耗系数。在振膜的工作频率范围内的频率处，损耗系数可能大于0.75。这种阻尼材料在使振膜的振动可能以其它方式开始分裂(即，偏离简单的活塞式行为)的频率处可以提供特别强的阻尼。阻尼材料可以是弹性材料。阻尼材料可以是合成树脂的形式。阻尼材料可以是合适的聚合物的形式。乙烯基聚合物可能是合适的。阻尼材料可以是高阻尼聚合物材料，诸如PVA(聚乙酸乙烯酯)材料等。这种材料随时间推移的褪色意味着这种材料在高保真扬声器振膜中的使用通常将被限制在正常使用中不可见的区域。因此，可能存在这样的本发明的实施例：通过被金属包覆的纤维材料体有效地掩蔽、隐藏或以其它方式伪装阻尼材料。

可能的是，阻尼材料的厚度在支撑阻尼材料的面朝后方的表面的即使不是大致整个范围也是大部分范围上大致恒定不变。应当认识到，在本文中不考虑由于纤维的编织属性和编织中的任何间隙而导致的小的厚度变化，这是因为阻尼层的厚度是相对于相关振膜的宏观形状而言的(因此，排除/忽略由纤维的编织属性所贡献的振膜的几何形状的变化)。然而，阻尼材料的厚度可以选择为在某些位置更厚，例如在观察到分裂的振动的节点/节线的区域处或区域中。因此，存在表示大于面朝后方的表面与阻尼材料之间的接触范围的10％的区域(也表示为大于总接触区域的10％的区域)，在该区域中，阻尼材料的平均厚度(均值)比面朝后方的表面与阻尼材料之间的不同接触区域中的阻尼材料的平均厚度(均值)大超过10％。可能的是，阻尼材料的厚度在振膜的直径的至少5％上随着径向距离的增加而单调地变化。

根据本发明的另一方面，还提供了一种制造扬声器振膜的方法，该扬声器振膜例如用作本文所描述或要求保护的扬声器振膜。这种方法可以包括将液体阻尼材料施加到可以旋转的编织纤维体上的步骤。使编织纤维体旋转可以帮助促进液体阻尼材料的均匀施加。当一开始将液体阻尼材料沉积到面朝后方的表面上(例如成螺旋图案)时，编织纤维体可以以相对低的角速度旋转，例如小于100rpm。当随后使编织纤维体旋转以促进液体阻尼材料在面朝后方的表面上的均匀施加时，编织纤维体可以以相对高的角速度旋转，例如以约100rpm至1000rpm之间的速度旋转。在以相对高的角速度旋转的步骤中，编织纤维体可以以大于500rpm的速度旋转。以相对高的角速度旋转的过程可以包括以约100rpm与500rpm之间的第一速度旋转的第一步骤以及随后以第二角速度旋转的第二步骤，其中，第二角速度比第一速度快超过50％且优选高于500rpm。

可以存在固化阻尼材料的步骤以便阻尼材料从液体材料转变为固体(非流动)材料。液体阻尼材料可以以例如水基乳液等乳液的形式施加。固化阻尼材料的步骤可以在低于100℃的温度下进行。当阻尼材料包括诸如PVA材料的水基乳液等溶液时，在相对低的温度下进行固化可能是重要的。PVA层可以在40℃与80℃之间固化。

可以执行该方法以生产具有由非金属纤维材料形成的编织纤维体的扬声器振膜。制造扬声器振膜的方法可以包括将金属覆层施加到例如编织纤维体的非金属纤维材料的步骤。施加金属覆层的步骤可以通过气相沉积法执行。

根据本发明的另一方面，还提供一种扬声器驱动单元，该扬声器驱动单元包括根据本文所要求保护或描述的本发明的任一方面的振膜。这种扬声器驱动单元可以构造为在高保真扬声器中用作中音驱动单元。扬声器驱动单元可以具有在包括20Hz的频率的频带上的工作范围。扬声器驱动单元可以具有在延伸到高达至少6kHz并且可能高达至少8kHz的频带上的工作范围。例如，工作范围可以包括200Hz至5kHz。当扬声器驱动单元的振膜具有小于80mm的直径时，可能的是，驱动单元具有在延伸到高达至少10kHz并且可能高达至少15kHz的频带上的工作范围。

根据本发明的又一方面，还提供一种扬声器音箱，该扬声器音箱包括根据本文所要求保护或描述的本发明的任一方面的扬声器驱动单元。

根据本发明的另一方面，还提供了一种制造扬声器振膜的方法，该扬声器振膜例如用作本文所描述或要求保护的扬声器振膜。这种方法可以包括使用具有玻璃纤维编织物和阻尼材料的复合结构来制造扬声器振膜的步骤。例如，玻璃纤维编织物可以包括EO823，并且阻尼材料可以包括诸如PVA等聚合物。玻璃纤维编织物对于5英寸或6英寸直径的扬声器振膜可以起到高达1kHz的刚性活塞的作用。若高于该频率，则扬声器振膜会呈现出机械共振。在一些实施例中，扬声器振膜中的材料质量比可以为25％至40％的玻璃纤维编织物和60％至75％的PVA。应注意的是，复合结构的刚度可以选择为使机械共振的声辐射最小化。

在一些实施例中，玻璃纤维编织物由玻璃、凯夫拉、石英纤维、以及编织碳纤维复合物中的一种或多种替代或补充。此外，在一些实施例中，阻尼材料包括PVA(并且，更一般地，聚合物)和微球的复合物。例如，微球可以包括玻璃、陶瓷、金刚石、金刚石SP3、氧化铝、以及碳化硼中的一种或多种。复合阻尼材料可以包括体积比为35％至55％的PVA与45％至65％的微球。此外，微球可以具有20μm和60μm之间的直径。应注意的是，PVA和微球的复合物的体积密度可以在0.6至0.8之间，复合物的厚度可以在0.2mm和0.4mm之间，并且可以导致在变形期间PVA中剪切应变和拉伸应变的混合。

另外，可以通过将PVA乳液与微球混合、并且随后将混合物涂刷或喷涂在基板上来制造PVA和微球的复合物。PVA和微球的复合物具有小于-50dB(诸如-60dB)的三次谐波失真。

当然应当认识到，关于本发明的一个方面的所描述的特征可以并入本发明的其它方面。例如，本发明的方法可以包括包含针对本发明的装置描述的任何特征，反之亦然。

附图说明

现在，仅参考所附示意图通过举例对本发明的各实施例进行描述，其中：

图1是根据本发明的第一实施例的包含编织纤维锥体的扬声器音箱的透视图；

图2示出了图1所示的编织纤维锥体的纤维的方向；

图3示出了图1所示的锥体的侧视图；

图4包括图1所示的编织纤维锥体的一部分的放大视图；

图5是图4所示的编织纤维锥体的沿图4中的以线A-A表示的平面截取的部分的剖视图；

图6是图5所示的一个材料段的放大剖视图；

图7和图8示出了将图1所示的扬声器的声学特性与现有技术的可比扬声器进行比较的频率响应曲线；并且

图9是示出根据本发明的第二实施例的制造方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了呈大致长方体箱体4形式的高保真扬声器音箱2。箱体4容纳有中音/低音驱动单元6和高音喇叭8。扬声器通过面向前方的孔口10通风。驱动单元6包括从正前方观看具有大体凹形形状的锥形振膜12(如图1所示)。振膜具有约150mm的直径(6英寸驱动单元)，并且在范围从20Hz至6kHz的频率上工作。振膜由在图2和图3中示意性示出的编织纤维锥体形成，图2和图3分别示出了锥体的正前方和侧视图。因此，存在彼此大致平行排布的相邻纤维段14，相邻纤维段14与横交于相邻纤维段14排布的其它相应的相邻纤维段交织，从而形成编织垫。纤维材料的节段14以彼此不同的角度弯曲和交叉，以便限定振膜的期望的(凹形)锥形形状。振膜12限定面朝前方的声音辐射表面和支撑阻尼材料的面朝后方的表面。图2示出了纤维段14中的仅一些的纵向范围，示出了振膜12的纤维段具有的非直线形状。

从图3将看出，锥体形状的振膜12的大体凹形形状由围绕中心轴线12a延伸360度的壁16形成，壁16具有当在截面中观察时呈现柔和弯曲的凸形形状的形状。图3还示出了振膜的面朝前方的声音辐射表面22(同样如在图1中可见的)和面朝后方的表面24。

图4示出了锥体12及其一部分的放大视图18。如将从图4看出的，各个纤维段14以相对稀松(开式)编织的方式被编织在一起，使得在给定方向上排布的大体平行的相邻纤维段14之间存在空隙20。图5高度示意性地示出了纤维材料的三个平行的节段14沿图4所示的线A-A截取的截面。面朝前方的声音辐射表面22在图5的顶部，而面朝后方的表面24位于图5的底部。编织玻璃纤维材料的层具有约0.2mm至0.3mm的厚度T_f。振膜的面朝后方的表面24支撑阻尼材料25的层，阻尼材料25对编织纤维段14之间的空隙20进行填充。阻尼材料是固化的PVA聚合物形式，并且具有约240g/m²的质量。阻尼材料具有平均厚度T_d，平均厚度T_d与玻璃纤维层的厚度T_f没有很大差异，平均厚度T_d为约0.2mm至0.3mm。固化的PVA层25对纤维材料的节段14之间的间隙20进行填充，并且由此用作密封层(在没有固化的PVA层25的情况下，锥体将是多孔的)。

在图6中示出了纤维材料的单个节段14的截面。纤维材料的节段包括平行排列以形成丝线28的各个玻璃纤维26(在图6中未单独示出)的集合。编织玻璃纤维具有质量密度为约120g/m²(干燥时)的稀松编织。

纤维段14之间的间隙20具有约400μm至500μm的宽度。形成丝线28的纤维26被嵌入在树脂基质30中，树脂基质30的外表面包覆在铝薄层32中，铝薄层32进而被漆层34保护。每单位面积使用的树脂量本身少于在玻璃纤维层中提供优选量值的刚度所需的理想树脂量。然而，漆层34有助于编织纤维材料的刚度，并且尽管漆层34的每单位面积的质量低于树脂的每单位面积的质量，但漆层34的质量仍具有与树脂的质量相同的数量级。根据具体应用，树脂和漆加在一起的每单位面积的质量通常在20g/m²至60g/m²的范围内。(包括树脂和漆的编织玻璃纤维由此具有约160g/m²±20g/m²的量级的质量密度)。铝层32为约0.1μm厚，因而与振膜的其它组成材料的质量相比，铝层32的质量可忽略不计。铝层32的存在提供了不透明度，在没有不透明度的情况下，位于后面的PVA层25和/或玻璃纤维丝线周围的树脂基质30比理想状态可能暴露于更多的光线和/或更加可见。铝层32具有银色外观并且向丝线提供有光泽的高反射性外表面。利用丝线的编织，入射光沿各个不同方向被反射，从而赋予振膜闪耀的外观。经纱和纬纱以不同的方式捕捉光线，这也带来视觉醒目的外观。此外，视角的轻微偏移可能对于光的反射方式具有显著的影响，这也导致振膜具有不同寻常的光学性能和可用于扬声器振膜的外观，特别是当用两只眼睛观察和/或在观察者和振膜之间有轻微的相对移动时。

在本文中所描述的实施例中使用的PVA阻尼材料的数量提供了振膜关于机械共振(也被描述为分裂)的改进的特性。适当地处理机械共振对扬声器振膜的特性非常重要。对于在高达约500Hz的频率处运行的低频单元，可以通过选择正确的形状和材料来设计具有频带外的机械共振的锥体。材料比模量(杨氏模量除以密度)是量化结构刚度的良好度量。通过选择高比模量材料(如铝或碳纤维)，锥体分裂被推到远高于500Hz，并且单元因此仅以类似活塞的方式做出行为。在中音或中低音驱动单元的情况下，问题不是很容易解决，因为这些单元必须覆盖例如从20Hz到6kHz的宽范围的频率，这使得更难以设计在该(宽)频带中不会表现出分裂的锥体。已经使用现有技术的振膜的凯夫拉编织的各向异性属性和其它机械性能来减少与工作的频率范围内的分裂模式相关的问题。

图7示出了频率响应曲线50，频率响应曲线50是随着正弦输入信号(沿x轴)的频率的升高、由沿着第一实施例的振膜的轴线位于与振膜外径的平面相距1米的位置处的麦克风测得的声压级(沿y轴)的曲线图。为了允许比较，使用等效直径的B&W凯夫拉锥体的扬声器的相应的频率响应曲线52也示出在曲线图中，扬声器在其它各个方面都是相同的。图8的放大视图示出了图7的曲线图的部分54。从图7和图8将看出，尽管B&W凯夫拉锥体的频率响应曲线52在200Hz至6kHz的范围内相对平坦，但仍有进一步改进的空间。已经将PVA基阻尼材料用在(现有技术的)凯夫拉振膜中以提供阻尼，但本实施例提出了更大量的PVA基阻尼材料，并且PVA基阻尼材料与玻璃纤维编织锥体结合而不是与由凯夫拉制成的编织锥体结合。可能令人惊讶的是，当玻璃纤维而不是凯夫拉纤维的使用与更多量的PVA材料的使用相结合时，能够产生更好的结果。因此，将看出的是，第一实施例的振膜的频率响应(参见图8中的曲线50)与凯夫拉振膜的频率响应(参见图8中的曲线52)相比更有利。凯夫拉振膜的频率响应在约3.5kHz和5kHz处具有两个峰值56，而第一实施例的振膜的频率响应在这些频率处较平坦。从图7还将看出，第一实施例的振膜的频率响应(参见图8中的曲线50)与凯夫拉振膜在低频下的频率响应(参见图8中的曲线52)一样平坦。

要使用的诸如PVA材料等高阻尼聚合物材料的类型在所关注的频带(在上述第一实施例中，在约3.5kHz和约5kHz处)中可能表现出高的机械损耗系数(高于0.5)。机械损耗系数可以通过DMTA(动态机械热分析)测试来测量。这种测试方便在25摄氏度进行。

图9示出了说明根据本发明的第二实施例的方法的流程图。因此，作为第一步骤162，提供编织的圆盘形玻璃纤维垫，其中，对成束的排齐的玻璃纤维的节段114进行编织以形成纤维材料垫。作为下一步骤164，随后用树脂包覆该纤维材料，使得纤维包覆有(并且部分地预浸渍有)未固化的树脂130(从而形成“预浸渍体”垫)。然后，在真空成型模具装置中，使用使所获得的浸渍树脂的玻璃纤维垫的形状呈现振膜所需的锥体形状的模具，对包覆树脂的垫进行热处理。在制品中一旦树脂固化，间隙120就保留在浸渍树脂的成束的玻璃纤维的节段之间。在下一步骤(图9中的框166)中，随后使用金属气相沉积系统将铝覆层132施加到纤维段上。然后使用漆喷涂系统在金属覆层上施加漆层134(步骤168)。然后使用锥体旋转施加系统将厚的PVA材料层125施加到材料锥体的后表面，下文将进一步详细描述(步骤170)。然后对锥体进行修整，并以本领域常规方式将锥体结合到扬声器驱动单元中。

旋转锥体施加PVA的步骤170的结果是：在倒置锥体的背面上沉积大量的呈液体形式的PVA(PVA保持在水基乳液中)，使用离心力使液体在锥体表面上漫延。这是按照下述方式实现的。使液体(PVA)的连续液滴挤出并沉积在以低速(小于100转/分钟)旋转的材料锥体的后表面上的螺旋路径中。使用气流将液体分散到锥体表面上，从而在锥体上生成液体的连续不间断的覆盖。所使用的气流还促使PVA进入编织纤维材料的编织间隙中。然后按照如下方式在两阶段处理中使锥体高速旋转。旋转的第一阶段是在第二阶段之前试图将PVA在锥体上抹平。旋转的第一阶段旨在去除任何非PVA的岛状区，以使第二阶段适当地旋转。第一阶段的转速为约150rpm并持续大致5秒。旋转的第二阶段为在750rpm转速下持续约5秒(但对于较大直径的锥体，可能需要更长的持续时间)。这些高速转动阶段具有令人惊讶的效果：将PVA在锥体的表面上抹平，并且在锥体的整个区域上提供使PVA的厚度相对恒定的精修。然后使PVA在约65摄氏度迅速地固化以使液体干燥，使得PVA可以被触摸并减少PVA流动并失去其形状的风险。使用相对低的空气温度(<100℃)来固化PVA，以便减少乳液中的水沸腾的风险。在本实施例中，所使用的PVA聚合物在25摄氏度和5kHz下具有高于0.5的损耗系数。沉积PVA层，使得PVA层形成锥体的总质量的2/3(三分之二)。

如上所述，具有其中PVA层形成明显多于锥体质量的一半的锥体提供了特别有益的阻尼水平。PVA层的作用类似于自由层阻尼系统，但也用于密封振膜(在没有PVA层的情况下，锥体将是多孔的)。

尽管已经参考特定实施例描述和示出了本发明，但是本领域普通技术人员将会理解的是，本发明适用于在本文中未具体示出的许多不同的变型。现在将仅通过举例对某些可能的变型进行描述。

如上所述，具有其中PVA层形成明显多于锥体质量的一半的锥体提供了特别有益的阻尼水平。应理解的是，形成锥体质量的62.5％以上的PVA层将被判定为明显多于锥体质量的一半，从而提供特别的益处。

PVA覆层的恒定厚度不是必需的。实际上，提供具有变化厚度的PVA覆层可能是有利的。

可以使用除PVA以外的材料，诸如具有高机械损耗的其它合成树脂弹性材料等，只要材料在相关频率处能产生适当的高损耗。具有高粘度和高迟滞性的材料可以是合适的替代品。由Barrett Varnish公司出售作为锥体边缘阻尼器E-5525的乙烯树脂基热塑性材料可以是合适的替代品。另一个潜在的候选对象是PVB(聚乙烯醇缩丁醛)，其也能够作为乳液并且表现出良好的阻尼性能。

不使用利用旋转锥体的PVA施加方法，而是也可以通过刷涂、用海绵擦拭或以其它方式添加连续的聚合物层来施加聚合物。可能需要许多层以达到需要的厚度。

在本文中使用术语“编织材料”(例如在“编织纤维材料”的情况下)以包括任何这样的材料：其由被编织、针织或以其它方法以互连方式布置的材料的丝线或节段形成，以形成具有网状结构的纤维，并且在形成材料的主要子结构的丝线(或材料的节段)之间具有空隙。尽管在所描述的实施例中所使用的材料是编织玻璃纤维织物的形式，但也可以使用其它编织或针织材料。例如，本发明的各实施例可以具有这样的应用：纤维材料由芳纶(芳族聚酰胺纤维)或诸如凯夫拉等类似材料制成。

用来浸渍编织纤维材料的树脂(用作增强材料的树脂)可以是合成树脂，例如酚醛树脂、环氧树脂或三聚氰胺树脂。然而，可以使用任何其它柔性耐热热固性树脂或高温热塑性树脂材料。

在描述关于扬声器振膜的其它变型之前，提供对设计约束条件的讨论。诸如扬声器振膜等电动换能器依赖于刚性活塞的构思将电信号转换成声压，这部分地是因为可以使用分析方程来描述振动活塞的声辐射。然而，由于该构思的实际实施方式通常使用具有有限刚度的材料，因此在组件中自然会产生机械共振(这有时被称为“分裂模式”)。

在机械共振频率下，扬声器振膜的加速在锥体表面上不均匀(即，锥体表面上的各点不再全部同相地移动)。反而，锥体表面会具有节点和波腹(腹点)，诸如在圆形膜的振动模式的情况下。因此，这些机械共振会在轴上(在轴)和轴外(离轴)两者的声响应中产生峰值和下降(因此换能器功率响应也会受到影响)。此外，由于大多数材料几乎没有固有的机械阻尼，因此在分裂频率下压力大小通常很高。

通常，换能器可以设计成通过使组件非常刚硬来使机械共振移动或置于频带之外(诸如低于100Hz和高于10kHz)，这是希望高频机械共振是听不见的。

扬声器振膜(有时被称为“连续锥体”)可以通过使用非常柔顺的锥体结构来解决这些难题。从机械的观点来看，这意味着扬声器振膜可以仅在相对低的频率(例如，对于5英寸或6英寸直径的锥体，高达约1kHz)下起到刚性活塞的作用。若高于该频率范围，则扬声器振膜会呈现分裂模式，通过向结构或组件增加机械阻尼(由结构损耗因子所量化)来控制分裂模式。例如，在一些实施例中，扬声器振膜中的基体结构可以由低刚度(诸如20GPa至140GPa的杨氏模量)的开式玻璃纤维编织物制成。此外，扬声器振膜可包括施加到玻璃编织物的高阻尼材料(诸如聚合物等，例如PVA)的厚层。此外，扬声器振膜中的材料质量比可以为25％至40％的玻璃和60％至75％的PVA。在一些实施例中，材料质量比为约33％的玻璃和66％的PVA。

基体玻璃结构的柔顺性可以提高扬声器振膜的性能，这是由于柔顺结构与刚性结构相比可以更容易衰减振动。例如，对于夹层材料而言，如同在几个实施例中的情况那样，复合物损耗因子可以是两个层的机械模量比的函数。换言之，对于给定的阻尼层来说，随着基层刚度增加，复合物损耗因子会减小。

此外，扬声器振膜中复合结构的刚度可以选择为使分裂模式的辐射最小化。这会与材料中的机械波长(其进而会与复合物模量和密度有关)与相同频率下的声波长之间的关系有关。复合物模量和密度可以选择为使共振辐射最小化，并且增加的阻尼可以进一步抑制振幅。

在扬声器振膜的变型中，可以将多种材料用于基材，这些材料包括：EO823玻璃编织物、玻璃、凯夫拉、石英纤维、编织碳纤维复合物等。

此外，可以将多种材料用于高阻尼材料，这些材料包括基于玻璃微球(GMS)的PVA复合物。该PVA-GMS复合物可以包括大量填装有中空GMS的PVA(例如，体积比为35％至55％的PVA与45％至65％的GMS，诸如45％的PVA和55％的GMS)，以形成与PVA连接在一起的GMS的紧密网络。GMS可以具有20μm和60μm之间的平均直径，诸如为40μm。此外，PVA-GMS复合物可以具有：与浸渍有PVA的低刚度开式玻璃纤维编织物类似的复合物模量；以及0.6至0.8的低体积密度，例如0.7(对应于约为60％的球体填充密度)。应注意的是，PVA-GMS复合物可以具有在变形期间导致PVA的剪切应变和拉伸应变的混合的拓扑结构(因为PVA在刚性球体之间变形)。与拉伸变形占主导地位的设计相比，这会导致更高的阻尼水平。另外，应注意的是，可以通过将PVA乳液与GMS混合、并且随后将混合物涂刷或喷涂在基板上来制造PVA-GMS复合物。在一些实施例中，PVA-GMS复合物的厚度在0.2mm和0.4mm之间。PVA-GMS复合物可以具有非常低的谐波失真(诸如小于-50dB的三次谐波失真，例如-60dB或0.1％)，这是因为阻尼可以减小应变幅度，并且这可以减少非线性，并且可以促进锥体质量减小。

在一些实施例中，PVA-GMS复合物可以使用更宽范围或分布的微球直径以增加填充率。这会进一步降低密度。此外，微球可以包括诸如陶瓷或金刚石等刚性材料。例如，微球可以包括：硅铬、金刚石SP3、氧化铝(Al₂O₃)、碳化硼(B₄C)等。这可以增加微球与PVA的刚度比，这会导致PVA中更多的应变集中，并且因此导致更多的阻尼。此外，微球表面可以化学官能化以改善PVA与微球界面(并因此提高锥体强度)。

在前面的描述中，提及具有已知的、明显的或可预见的等同内容的整体或元件，随后将这些等同内容并入在本文中，如同单独列出的那样。应当参考权利要求书以用于确定本发明的真实范围，权利要求书应被解释为包括任何这种等同内容。读者还应了解到，本发明的被描述为优选的、有利的、方便的等整体或特征是可选的并且不限制独立权利要求的范围。此外，应当理解，这种可选的整体或特征尽管在本发明的一些实施例中可能是有益的，但在其它实施例中可能不是令人满意的因而可能不存在。

Claims

1.一种扬声器振膜，其具有面朝前方的声音辐射表面和面朝后方的表面，所述振膜包括：

编织纤维体，其对形成所述振膜的形状的阻尼材料进行支撑，

其中，所述阻尼材料的质量比所述编织纤维体的质量大超过25％。

2.根据权利要求1所述的扬声器振膜，其中，所述编织纤维体由带金属覆层的非金属纤维材料形成。

3.根据权利要求2所述的扬声器振膜，其中，所述金属覆层的厚度小于1μm。

4.根据权利要求2或3所述的扬声器振膜，其中，

所述编织纤维体包括有助于所述编织纤维体的刚度的树脂，

所述金属覆层涂覆有漆，所述漆也有助于所述编织纤维材料的刚度，并且

所述树脂的每单位面积的质量比所述漆的每单位面积的质量大5倍以下。

5.根据前述任一项权利要求所述的扬声器振膜，其中，

所述振膜包括彼此交织以形成所述编织纤维体的材料段，

在相邻的材料段之间存在间隙，使得所述编织纤维体限定间隙的阵列，每个间隙具有至少为100微米的最大尺寸，并且

所述阻尼材料大致填充全部所述间隙。

6.根据前述任一项权利要求所述的扬声器振膜，其中，所述阻尼材料在1kHz与8kHz之间的频率处具有至少0.5的机械损耗系数。

7.根据前述任一项权利要求所述的扬声器振膜，其中，所述阻尼材料是合成树脂弹性材料。

8.根据前述任一项权利要求所述的扬声器振膜，其中，所述阻尼材料是聚乙酸乙烯酯材料。

9.根据前述任一项权利要求所述的扬声器振膜，其中，所述阻尼材料的厚度在所述振膜的直径的至少5％上随着径向距离的增加而单调地变化。

10.一种制造根据前述任一项权利要求所述的扬声器振膜的方法，其中，所述方法包括向旋转的编织纤维体施加液体阻尼材料的步骤。

11.一种制造根据权利要求1至9中任一项所述的扬声器振膜的方法，其中，形成所述扬声器振膜的所述编织纤维体由非金属纤维材料形成，并且所述方法包括通过气相沉积法将金属覆层施加到所述非金属纤维材料的步骤。

12.一种扬声器驱动单元，其包括根据权利要求1至9中任一项所述的振膜和/或由权利要求10或11中任一项所述的方法制造的振膜。

13.根据权利要求12所述的扬声器驱动单元，其适于在扬声器音箱中用作中音驱动单元。

14.一种扬声器音箱，其包括根据权利要求12或13所述的扬声器驱动单元。

15.一种扬声器振膜，其包括：

编织纤维体，其具有面朝前方的声音辐射表面和支撑阻尼材料的面朝后方的表面，

其中，所述编织纤维体由被金属包覆的非金属纤维材料形成，使得所述振膜在被光照射时看起来具有闪耀的外观。