CN110446144A - 发声器件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发声器件，包括振动系统和用于驱动振动系统振动发声的磁路系统，磁路系统具有磁间隙，振动系统包括振动组件和与振动组件连接的音圈组件，音圈组件插设于磁间隙中，磁路系统在磁间隙具有磁力线集中区，音圈组件包括与振动组件连接的第一音圈和设于第一音圈远离振动组件一侧的第二音圈，当只有第一音圈位于磁力线集中区时，仅向第一音圈输入电信号；当只有第二音圈位于磁力线集中区时，仅向第二音圈输入信号。本发明提供的发声器件，音圈组件在驱动振动系统振动发声的同时可以大幅度降低音圈组件的有效热功率。

Description

发声器件

【技术领域】

本发明涉及声学设计技术领域，尤其涉及一种发声器件。

【背景技术】

随着移动互联网时代的到来，智能移动设备的数量不断上升。而在众多移动设备之中，手机无疑是最常见、最便携的移动终端设备。用于播放声音的发声器件被大量应用到现在的手机等智能移动设备之中。

现有的发声器件包括盆架和分别固定于盆架的振动系统以及具有磁间隙的磁路系统，磁路系统包括固定于盆架的磁轭、固定于磁轭的主磁钢、与主磁钢共同围成磁间隙的副磁钢以及插设在磁间隙中以用于驱动振动系统振动发声的单音圈，现有的单音圈在驱动振动系统振动发声时，音圈的有效热功率较高，为降低单音圈的有效热功率，设计双音圈结构，两个音圈串联，实验发现，采用串联的双音圈发声器件相较于单音圈发声器件，其有效热功率下降了5.9572％。虽然，有效热功率下降了5.9572％，但是下降的幅度较小，不能很好地满足降低功耗的要求。

因此，实有必要提供一种新的发声器件解决上述技术问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种发声器件，其可以大幅度降低有效热功率。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种发声器件，包括振动系统和用于驱动所述振动系统振动发声的磁路系统，所述磁路系统具有磁间隙，所述振动系统包括振动组件和与所述振动组件连接以用于驱动所述振动组件振动发声的音圈组件，所述音圈组件插设于所述磁间隙中，所述磁路系统在所述磁间隙具有磁力线集中区，所述音圈组件包括与所述振动组件连接的第一音圈和与所述第一音圈远离所述振动组件一侧连接的第二音圈，当只有所述第一音圈位于所述磁力线集中区时，仅向所述第一音圈输入电信号；当只有所述第二音圈位于所述磁力线集中区时，仅向所述第二音圈输入信号。

所述磁路系统包括磁碗和固定在所述磁碗内并与所述磁碗形成所述磁间隙的磁钢组件，所述磁钢组件包括磁钢和与所述磁钢层叠设置的极芯，所述极芯包括与所述磁钢连接的第一表面和与所述第一表面相背设置的第二表面，所述磁间隙位于所述第一表面所在平面和所述第二表面所在平面之间的区域为所述磁力线集中区。

作为一种改进方式，所述磁路系统包括主磁钢组件和与所述主磁钢组件间隔设置并形成所述磁间隙的副磁钢组件，所述主磁钢组件包括第一主磁钢和与所述第一主磁钢层叠设置的主极芯，所述副磁钢组件包括对称设置于所述第一主磁钢两相对侧的两个第一副磁钢和与所述第一副磁钢层叠设置的副极芯，定义与所述主极芯的上表面和所述副极芯的上表面连接的平面为第一平面，与所述主极芯的下表面和所述副极芯的下表面连接的平面为第二平面，所述磁间隙位于所述第一平面和所述第二平面之间的区域为所述磁力线集中区。

作为一种改进方式，所述主磁钢组件还包括设于所述主极芯远离所述第一主磁钢一侧的第二主磁钢，所述副磁钢组件还包括设于所述副极芯远离所述第一副磁钢一侧的第二副磁钢，所述第一主磁钢和所述第二主磁钢相对的一端极性相同，所述第一副磁钢和所述第二副磁钢相对的一端极性相同，所述第一主磁钢和所述第二主磁钢相对一端的极性与所述第一副磁钢和所述第二副磁钢相对一端的极性相反。

作为一种改进方式，所述发声器件还包括弹性支撑件和用于供所述振动系统和所述磁路系统安装的盆架，所述弹性支撑件的一侧与所述副极芯或者所述盆架连接、另一侧与所述音圈组件连接。

作为一种改进方式，所述弹性支撑件设有两个，所述音圈组件呈带圆角的矩形结构，两个所述副磁钢设于所述音圈组件长轴的两侧，两个所述弹性支撑件设于所述音圈组件短轴的两侧。

作为一种改进方式，所述副极芯呈环形，所述副极芯包括与两个所述副磁钢正对设置的第一极芯部和两个夹设在两个所述第一极芯部之间的第二极芯部，每个弹性支撑件的一侧与一所述第二极芯部连接、另一侧与所述音圈组件连接。

作为一种改进方式，每个所述弹性支撑件包括与所述第二极芯部连接的第一固定臂、与所述音圈组件连接的第二固定臂、以及连接于所述第一固定臂与所述第二固定臂之间的弹臂。

作为一种改进方式，所述第二固定臂夹设于所述第一音圈与所述第二音圈之间。

作为一种改进方式，所述弹性支撑件为柔性电路板，所述第一音圈和所述第二音圈与所述弹性支撑件电连接。

作为一种改进方式，所述振动组件包括环形振膜和设于所述环形振膜内侧的球顶，所述第一音圈与所述环形振膜连接。

作为一种改进方式，所述第一音圈的高度和所述第二音圈的高度相等。

作为一种改进方式，所述第一音圈的厚度和所述第二音圈的厚度相等。

本发明实施方式相对于现有技术而言，通过设置音圈组件包括第一音圈和第二音圈，当只有第一音圈位于磁力线集中区时，仅向第一音圈输入电信号；当只有第二音圈位于磁力线集中区时，仅向第二音圈输入信号。这样，通过控制只让处于磁力线集中区的音圈输入电流，音圈组件在驱动振动系统振动发声的同时可以大幅度降低音圈组件的有效热功率。

【附图说明】

图1为本发明实施例提供的发声器件的结构示意图；

图2为图1中A-A截面示意图；

图3为本发明实施例提供的发声器件的爆炸示意图；

图4为本发明实施例提供的发声器件第一运行状态示意图；

图5为本发明实施例提供的发声器件第二运行状态示意图；

图6为本发明实施例提供的发声器件第三运行状态示意图；

图7为音圈组件、第一音圈以及第二音圈的BL曲线示意图；

图8为本发明实施例提供的发声器件的BL曲线示意图；

图9为音圈组件、第一音圈、第二音圈的电压曲线示意图；

图10为本发明其他实施例提供的磁路组件的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的扬声器系统的方框示意图；

图12为现有的双音圈串联的结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、内、外、顶部、底部……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，该元件可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

请参阅图1-3，本发明的实施例公开一种发声器件100，包括盆架10、振动系统20和磁路系统30，振动系统20和磁路系统30安装在盆架10上，磁路系统30用于驱动振动系统20振动发声。

盆架10包括磁轭11和支撑架12，振动系统20与支撑架12连接，磁路系统30设于磁轭11的中间位置。

振动系统20包括振动组件21和与振动组件21连接以用于驱动振动组件21振动发声的音圈组件22，振动组件21包括环形振膜211和球顶212，环形振膜211的外侧与支撑架12连接，环形振膜211的内侧与球顶212连接。

磁路系统30具有磁间隙41，音圈组件22插设于磁间隙41中磁路系统30在磁间隙41具有磁力线集中区42，音圈组件22包括与振动系统20连接的第一音圈221和与第一音圈221远离振动系统20一侧连接的第二音圈222，当只有第一音圈221位于磁力线集中区42时，仅向第一音圈221输入电信号；当只有第二音圈222位于磁力线集中区42时，仅向第二音圈222输入电信号。

本实施例中，通过设置当只有第一音圈221位于磁力线集中区42时，仅向第一音圈221输入电信号；当只有第二音圈222位于磁力线集中区42时，仅向第二音圈222输入信号。这样音圈组件22在驱动振动系统20振动发声的同时可以大幅度降低音圈组件22的有效热功率。

以下以音圈组件22的三种运动状态说明为何上述的电信号输入控制方式能够大幅度降低有效热功率。如图4所示，初始位置，第一音圈221和第二音圈222的接合处在磁力线集中区42的中间位置，第一音圈221和第二音圈222都有部分位于磁力线集中区42的范围内，此时在第一音圈221和第二音圈222中输入的电流均能起到有效控制第一音圈221和第二音圈222切割磁力线，第一音圈221和第二音圈222的功率消耗相当于现有的单音圈的功率消耗。如图5所示，当音圈组件22朝向振动组件21的方向大幅偏移，直至只有第二音圈222位于磁力线集中区42，此时，由于第一音圈221已经严重偏离磁力线集中区42，即使在第一音圈221输入电流，磁力线集中区42中的磁力线对第一音圈221也不起作用，因而，可以不往第一音圈221中输入电流，从而降低第一音圈221的热功率。如图6所示，当音圈组件22朝向远离振动组件21的方向大幅偏移，直至只有第一音圈221位于磁力线集中区42，此时，由于第二音圈222已经严重偏离磁力线集中区42，即使在第二音圈222输入电流，磁力线集中区42中的磁力线对第二音圈222也不起作用，因而，可以不往第二音圈222中输入电流，从而降低第二音圈222的热功率。

请参阅图2和图7，以下是如何根据BL曲线判断音圈组件21的热功率是否降低的说明：

图7中，曲线H₁代表的是音圈组件22的BL曲线BL_total，曲线H₂代表的是音圈组件22的BL曲线曲线H₃代表的是第二音圈222的BL曲线BL_down，曲线H₄代表的是第一音圈221的BL曲线BL_up；

由音圈的驱动力不能降低可知

BL_total×I＝BL_up(or BL_dowm)×I′ 公式1

其中，I为音圈组件22中通入的电流，I′为第一音圈221位于磁力线集中区或者第二音圈222位于磁力线集中区时，第一音圈221或者第二音圈222输入的电流。

由功耗降低可知

I²×R≥I^′2×R/2 公式2

其中，R为音圈组件22的阻值。

将公式1代入公式2得知

对应单个音圈的加载电压为：

公式4可以作为单个音圈能够降低功耗的判断依据，由图7可知，只有图7中椭圆形区域Z圈出的部分满足公式4的条件，也就是说，使用单个线圈通电的方案，只有在这一段，功耗才会降低。

曲线与曲线BL_up的交接点是电压从双音圈加载到单个音圈加载的渐变区。U_originU为交叉点前两个音圈加载的电压总和。

根据图8和图9所示，图8中，曲线L₁是音圈组件21的BL曲线，曲线L₂是第二音圈222的BL曲线，曲线L₃是第一音圈221的BL曲线，曲线L₄是节能基准曲线。图9中，S₁是音圈组件21的电压曲线，S₂是第二音圈222的电压曲线，S₃是第一音圈221的电压曲线。在X₁＝-0.115和X₂＝0.115时，音圈组件22的有效热功率相对于单音圈下降了44.5％。具体计算过程如下：

通过磁场聚焦设计实现BL_X曲线，以虚线与实线交点X₁为界，实线高于虚线的区域，其加载电压为公式4。对应的功率节省量为

设定加载信号为简谐波，音圈在X₁至X₂区间的运动速度更大，对应的时间占比更小，计算可得最终总的省电效率为

第一音圈221与环形振膜211连接。

作为本实施例的一种改进方式，磁路系统30包括主磁钢组件31和与主磁钢组件31间隔设置并形成磁间隙41的副磁钢组件32，主磁钢组件31包括第一主磁钢311和与第一主磁钢311层叠设置的主极芯312，副磁钢组件32包括对称设置于第一主磁钢311两相对侧的两个第一副磁钢321和与第一副磁钢321层叠设置的副极芯322，定义与主极芯312的上表面313和副极芯322的上表面323连接的平面为第一平面，与主极芯312的下表314面和副极芯322的下表面324连接的平面为第二平面，磁间隙41位于第一平面和第二平面之间的区域为磁力线集中区42。

作为本实施例的一种改进方式，主磁钢组件31还包括设于主极芯312远离第一主磁钢311一侧的第二主磁钢315，副磁钢组件32还包括设于副极芯322远离第一副磁钢321一侧的第二副磁钢325，第一主磁钢311和第二主磁钢315相对的一端极性相同，第一副磁钢321和第二副磁钢325相对的一端极性相同，第一主磁钢311和第二主磁钢315相对一端的极性与第一副磁钢321和第二副磁钢325相对一端的极性相反。例如，第一副磁钢321和第二副磁钢325相对的一端都为N极，而第一副磁钢321和第二副磁钢325相对一端都为S极。通过设置第二主磁钢315和第二副磁钢325，可以使得主磁钢组件31和副磁钢组件32之间的磁力线聚焦在磁力线集中区42，提升对音圈组件22的驱动力，也即，在获得同等驱动力的情况下，音圈组件22中可以通入较小的电信号，从而实现更好的节能效果。

请参阅图10，需要说明的是，磁路系统不局限于采用上述的设置方式，例如，磁路系统31'也可以设置为包括磁碗311'和固定在磁碗311'内并与磁碗311'形成磁间隙312'的磁钢组件313'，磁钢组件313'包括磁钢314'和盖接于磁钢314'上的极芯315'，极芯315'包括与磁钢314'连接的第一表面316'和与第一表面316'相背设置的第二表面317'，磁间隙41位于第一表面316'所在平面和第二表面317'所在平面之间的区域为磁力线集中区42。

作为本实施例的一种改进方式，第一音圈221的高度和第二音圈222的高度相等。其中，第一音圈221的高度指的是第一音圈221在第一音圈221振动方向上两个表面的距离，第二音圈222的高度指的是第二音圈222在第二音圈222振动方向上两个表面的距离。当然，第一音圈221和第二音圈222的高度也可以是不相等，此时，第一音圈221的BL曲线和第二音圈222的BL曲线不对称，第一音圈221和第二音圈222的高度的比例可近似等于音圈组件22的BL曲线在正负极限振幅处的BL值的比值，即音圈组件22的BL曲线在X轴两个端点对应的BL值的比值。

作为本实施例的一种改进方式，第一音圈221的厚度和第二音圈222的厚度相等。其中第一音圈221的厚度指的是第一音圈221在垂直于第一音圈221振动方向上两个表面的距离，第二音圈222的厚度指的是第二音圈222在垂直于第二音圈222振动方向上两个表面的距离。

作为本实施例的一种改进方式，发声器件还包括弹性支撑件50，弹性支撑件50的一侧与副极芯322连接、另一侧与音圈组件22连接。通过设置弹性支撑件50，弹性支撑件50对音圈组件22形成支撑，使得音圈组件22的振动更为稳定，提升音质。

作为本实施例的一种改进方式，弹性支撑件50设有两个，音圈组件22呈带圆角的矩形结构，两个副磁钢321设于音圈组件22长轴的两侧，两个弹性支撑件50设于音圈组件22短轴的两侧。双弹性支撑组件50的设置形成对称结构，使所述音圈组件22的支撑效果更稳定，防止音圈组件22横向摆动，效果更优。

作为本实施例的一种改进方式，副极芯322呈环形，副极芯322包括与两个副磁钢321正对设置的第一极芯部401和两个夹设在两个第一极芯部401之间的第二极芯部402，每个弹性支撑件50的一侧与一第二极芯部402连接、另一侧与音圈组件22连接。需要说明的是，弹性支撑件50的一侧不局限于设置为与副极芯216连接，例如弹性支撑件50的一侧设置为与盆架10连接也是可以的。

作为本实施例的一种改进方式，每个弹性支撑件50包括与第二极芯部402连接的第一固定臂51、与音圈组件22连接的第二固定臂52、以及连接于第一固定臂51与第二固定臂52之间的弹臂53。

作为本实施例的一种改进方式，第二固定臂52夹设于第一音圈221与第二音圈222之间。需要说明的是，可以根据实际需要设置第二固定臂52的厚度来调节第一音圈221与第二音圈222的距离，以实现第一音圈221的BL曲线与第二音圈222的BL曲线的调节，进而使得音圈组件22适用于不同最大振幅的发声器件。

作为本实施例的一种改进方式，弹性支撑件50为柔性电路板，第一音圈221和第二音圈222与弹性支撑件50电连接。通过设置弹性支撑件50为柔性电路板，将音圈组件22的支撑和供电结构整合设计，使得发声器件100的结构更为紧凑。

请参阅图11，本发明的实施例还公开一种扬声器系统200，该扬声器系统200包括控制器201、功率放大器202以及上述的发声器件100，控制器201与功率放大器202电连接，功率放大器202与发生器件100电连接，具体地，功率放大器202与第一音圈221以及第二音圈222电性连接，控制器201用于控制第一音圈221和第二音圈222中电信号的输入，即上述的当第一音圈221与第二音圈222的接合处位于磁力线集中区42时，同时向第一音圈221和第二音圈222中输入电信号；当只有第一音圈221位于磁力线集中区42时，仅向第一音圈221输入电信号；当只有第二音圈222位于磁力线集中区42时，仅向第二音圈222输入电信号。

作为本实施例的一种改进方式，该控制器201还用于根据输入第一音圈221和第二音圈222中的电信号预测音圈组件22的位置，以便后续优化输入第一音圈221和第二音圈222的电信号以提升发声器件的性能。具体地，控制器201中内置有运算指令，控制器201执行该运算指令时以执行以下步骤：

步骤一,根据当前帧和前一帧输入的电信号，通过发声器件模型，计算环形振膜的当前位置；

步骤二，以环形振膜的当前位置为基点，对下一帧的输入信号进行计算以预测出下一帧输入的电信号时环形振膜应运动到的位置以及第一音圈和第二音圈在磁路组件中所处的位置。

预测到第一音圈221和第二音圈222的位置后，通过优化下一帧输入到第一音圈221和第二音圈222中的电信号以提升环形振膜的振动效果。

在其他实施方式中，该扬声器系统200还包括两个传感器203，两个传感器203都与控制器201电连接，两个传感器203分别用于检测第一音圈221和第二音圈222的实时位置，并将检测的信号传递给控制器201，控制器201根据两个传感器203检测的信号优化优化下一帧输入到第一音圈221和第二音圈222中的电信号以提升环形振膜的振动效果。

请参阅图12，现有的双音圈串联的连接方式中，上音圈60和下音圈70串联，上音圈60串联第一旋变数字转换器80，下音圈70串联第二旋变数字转换器90，计算上音圈60和下音圈70的位移时，以BL为常数，通过感应电动势计算音圈速度，然后对速度进行积分获取位移：

V_coil＝U_T/BL

其中，V_coil为音圈组件的运行速度，X为音圈组件的位移，U_T为音圈组件的电动势，BL为间隙磁感应强度与有效音圈线长的乘积，b为常量。

现有的计算方式存在缺点：

实际使用时,BL是随位移X变化的，并非是一个常数；

常量b需要单独标定(受材料与结构的非线性影响，扬声器的动态平衡位置与静态平衡位置有差异，常量b并不是一个确定的量，无法通过简单的产品检测实现，准确标定难度较大)。

本实施例公开的第一音圈和第二音圈独立控制的方式，设定第一音圈的电动势为U₁、第二音圈的电动势为U₂，由第一音圈和第二音圈振动速度相同可知：

假设BL₁(x)和假设BL₂(x)为线性形式

BL₁(x)＝ax+BL₀

BL₂(x)＝-ax+BL₀

得到

本实施例提供的第一音圈221和第二音圈222独立控制的方式，相对于现有的双音圈串联的方式，可以实现扬声器等效的BL的线性程度得到提高，因此由于BL非线性带来的时失真问题可以有所降低。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种发声器件，包括振动系统和用于驱动所述振动系统振动发声的磁路系统，所述磁路系统具有磁间隙，所述振动系统包括振动组件和与所述振动组件连接以用于驱动所述振动组件振动发声的音圈组件，所述音圈组件插设于所述磁间隙中，其特征在于，所述磁路系统在所述磁间隙具有磁力线集中区，所述音圈组件包括与所述振动组件连接的第一音圈和与所述第一音圈远离所述振动组件一侧连接的第二音圈，当只有所述第一音圈位于所述磁力线集中区时，仅向所述第一音圈输入电信号；当只有所述第二音圈位于所述磁力线集中区时，仅向所述第二音圈输入信号。

2.根据权利要求1所述的发声器件，其特征在于，所述磁路系统包括磁碗和固定在所述磁碗内并与所述磁碗形成所述磁间隙的磁钢组件，所述磁钢组件包括磁钢和与所述磁钢层叠设置的极芯，所述极芯包括与所述磁钢连接的第一表面和与所述第一表面相背设置的第二表面，所述磁间隙位于所述第一表面所在平面和所述第二表面所在平面之间的区域为所述磁力线集中区。

3.根据权利要求1所述的发声器件，其特征在于，所述磁路系统包括主磁钢组件和与所述主磁钢组件间隔设置并形成所述磁间隙的副磁钢组件，所述主磁钢组件包括第一主磁钢和与所述第一主磁钢层叠设置的主极芯，所述副磁钢组件包括对称设置于所述第一主磁钢两相对侧的两个第一副磁钢和与所述第一副磁钢层叠设置的副极芯，定义与所述主极芯的上表面和所述副极芯的上表面连接的平面为第一平面，与所述主极芯的下表面和所述副极芯的下表面连接的平面为第二平面，所述磁间隙位于所述第一平面和所述第二平面之间的区域为所述磁力线集中区。

4.根据权利要求3所述的发声器件，其特征在于，所述主磁钢组件还包括设于所述主极芯远离所述第一主磁钢一侧的第二主磁钢，所述副磁钢组件还包括设于所述副极芯远离所述第一副磁钢一侧的第二副磁钢，所述第一主磁钢和所述第二主磁钢相对的一端极性相同，所述第一副磁钢和所述第二副磁钢相对的一端极性相同，所述第一主磁钢和所述第二主磁钢相对一端的极性与所述第一副磁钢和所述第二副磁钢相对一端的极性相反。

5.根据权利要求3所述的发声器件，其特征在于，所述发声器件还包括弹性支撑件和用于供所述振动系统和所述磁路系统安装的盆架，所述弹性支撑件的一侧与所述副极芯或者所述盆架连接、另一侧与所述音圈组件连接。

6.根据权利要求5所述的发声器件，其特征在于，所述弹性支撑件设有两个，所述音圈组件呈带圆角的矩形结构，两个所述副磁钢设于所述音圈组件长轴的两侧，两个所述弹性支撑件设于所述音圈组件短轴的两侧。

7.根据权利要求6所述的发声器件，其特征在于，所述副极芯呈环形，所述副极芯包括与两个所述副磁钢正对设置的第一极芯部和两个夹设在两个所述第一极芯部之间的第二极芯部，每个弹性支撑件的一侧与一所述第二极芯部连接、另一侧与所述音圈组件连接。

8.根据权利要求7所述的发声器件，其特征在于，每个所述弹性支撑件包括与所述第二极芯部连接的第一固定臂、与所述音圈组件连接的第二固定臂、以及连接于所述第一固定臂与所述第二固定臂之间的弹臂。

9.根据权利要求8所述的发声器件，其特征在于，所述第二固定臂夹设于所述第一音圈与所述第二音圈之间。

10.根据权利要求5所述的发声器件，其特征在于，所述弹性支撑件为柔性电路板，所述第一音圈和所述第二音圈与所述弹性支撑件电连接。

11.根据权利要求1所述的发声器件，其特征在于，所述振动组件包括环形振膜和设于所述环形振膜内侧的球顶，所述第一音圈与所述环形振膜连接。

12.根据权利要求1所述的发声器件，其特征在于，所述第一音圈的高度和所述第二音圈的高度相等。

13.根据权利要求1所述的发声器件，其特征在于，所述第一音圈的厚度和所述第二音圈的厚度相等。