CN110708641B - 声学面板组件 - Google Patents

Abstract

声学面板组件(100)包括：声学面板(4)；磁电路(101)，其产生间隙(T)；音圈(106)，其设置在间隙(T)中，以便随着电流的通过而移动。音圈(106)连接到声学面板(4)，以便移动声学面板(4)从而发出声音。磁电路(101)与音圈(106)相对应地设置，从而相对于声学面板在前面和后面突出。

Description

声学面板组件

技术领域

本发明涉及声学面板组件。

背景技术

声学面板，也称为分布模式扬声器(DML)，通过在面板主体中传播“弯曲波(bending waves)”，以所谓的“分布模式”再现大音频范围内的声音。激励装置产生面板的弯曲和波纹，获得分布在音频范围内的声学响应。

利用这种操作和声音产生机制，显然，在刚性、阻尼和自噪声方面，对用于面板的材料的特性的选择是获得具有高质量和高保真度的音频响应的基础。

DML声学面板的一个非常受欢迎的特性(这将它们与其他扬声器区分开来)是在宽的音频范围内发射非定向扩散声场。然而，声学面板具有低频再现性差的缺点。

而且，众所周知，直到给定的过渡频率，扬声器膜的运动取决于膜的尺寸(直径)。膜的这种运动相当于活塞运动；换句话说，膜的所有点都是同相移动的。

对于比过渡频率更高的频率，声音通过膜的弯曲和波纹再现，膜的弯曲和波纹倾向于使声音着色，从而以干扰的方式降低其保真度。同样在这种情况下，正确选择材料对于表征声音并确保其保真度至关重要。

众所周知，传统的DML声学面板通过直接固定在声音面板主体上的激励器/振动器来加压。用于面板的最常见的材料是层压复合型的，通常具有蜂窝结构，这意味着蜂窝芯以夹层结构胶合在层压片上，其被称为“表皮”。

US2003/0081799公开了不管用于激励面板的技术方案如何均可适用于改善由声学面板产生的声音的材料。US2003/0081799提出了最合适的材料以便与现有技术相比实现一些改进，即：更好的信噪比(S/N)、频率响应的更好扩展(特别是在低频率下)、以及更好的动力处理。

US2003/0081800使用US2003/0081799中描述的材料的规则，并且公开了一种用于声学面板的声音激励的方案，其使用在传统扬声器的结构中已知的技术。US2003/0081800公开了典型的扬声器技术的结构元件，其允许实现声学响应的额外改进，尤其是在低频率下。这种结构元件是：平面膜(面板)和外部框架(篮)之间的悬架或弹性边界、由与框架连接的桥(篮)所支撑的磁电路、以及与面板连接的移动线圈。鉴于上述情况，获得了一种混合声学系统，对于低功率电信号，其作为分布模式扬声器(DML)而操作；相反，对于高体积，特别是对于低频，由于外部边界的弹性悬挂系统，面板以活塞模式而操作，就像传统的扬声器一样。

与具有锥形膜的扬声器相比，声学面板具有更小的轴向体积；因此，在安装在低深度空间的情况下，声学面板是优选的并且实际上是不可替代的。这种较小体积的声学面板特别需要安装于车辆中，该车辆在车门中、在靠背座椅中、在车顶/车顶内衬中、在固定挡风玻璃的支柱中、以及在车辆仪表板中均具有狭小空间。

图1示出了根据现有技术的声学面板组件，总体用附图标记600表示。

磁电路1由桥2支撑，桥2牢固地固定到外框架3，外框架3通过弹性边界5支撑声学面板4。音圈6通过圆柱形音圈架60牢固地固定在声学面板4上。音圈在由磁电路1产生的间隙T内自由移动。当音圈6被电流穿过并且浸没在间隙T中时，音圈6接收确定其运动的力(洛伦兹力)。因此，磁电路1和音圈6用作驱动器从而移动声学面板4以产生声音。

有利地，与具有锥形膜的传统扬声器相比，声学面板组件600具有更小的体积，因为锥形膜由平面的声学面板4代替。

然而，声学面板组件600具有传统的磁电路1，其包括设置有芯11的下极板(T形轭)10、上极板12和设置在T形轭10与上极板12之间的磁体13。

这种传统的磁电路1需要完全设置在面板后面，并且在任何情况下产生轴向体积，该轴向体积增加到面板厚度并且可能过大，特别是在空间小的情况下，如汽车中可用的空间。

DE3123098公开了用于电声换能器的膜的不同实施例。DE3123098的图1-4示出了传统的音圈，其具有围绕连接到膜的圆柱形环的缠绕。

DE3123098的图5和图6的换能器既未提供磁性单元又为提供浸没在磁性单元的间隙中的音圈。面板的激励系统是静电型的，由通过具有恒定电压和电阻的发生器获得的电极化场而产生，该电极由电声信号调制。电声信号使所述电极化场不平衡，在面板的两个相对侧上产生吸引力和相斥力，以允许声音信号的声音产生。

DE3123098的图7示出了传统的线圈，其通过将线绕着刚性圆柱体螺旋缠绕而获得，其中清楚地示出了线圈的线的重叠层。由磁性材料的环或块获得的磁系统的配置不是非常有效，因为能够径向穿过音圈的磁感应线的数量有限。

WO97/09842公开了声学面板的不同实施例。所有方案都采用惯性装置，称为“振动器”或“激励器”，作为面板的激励元件。所有实施例都示出了传统的音圈，其通过将导线缠绕在圆柱形表面上而获得。WO97/09842的图清楚地显示了音圈中重叠的导线层。

图WO97/09842的图9、图10、图11、图12、图16、和图17公开了一种声学面板，其中通过具有磁性移动系统的振动器(激励器)而获得激励系统。在所述装置中，音圈固定到面板上，并且通过磁性移动系统引起的振动获得向面板的信号传输，该磁性移动系统接收来自其磁感应线与在音圈中流动的电流之间相互作用的力(洛伦兹力)。

US2011/0200204公开了一种声学面板，其中激励装置采用机械杠杆系统将振动传递到面板。磁体的极性和布局使得当矩形音圈被声信号穿过时，音圈在与磁体平面平行的方向上并且在与中心磁极(T-轭)正交的方向上移动。线圈的这种横向运动通过复杂的机械杠杆机构传递到面板。

US2005/0220320公开了一种具有平面线圈的扬声器，该平面线圈由以螺旋形配置沉积在膜上的导电膜条构成，其可以通过用于制造印刷电路的传统技术而获得。

发明内容

本发明的目的是通过公开一种具有小轴向体积的声学面板组件来消除现有技术的缺点，这是有效、高效和可靠的。

本发明的另一个目的是公开这样一种声学面板组件，该声学面板组件设有激励系统和允许面板轴向移动的装置，以便在低频下也能产生良好的再现。

根据具有独立权利要求1的特征的本发明实现了这些目的。

本发明的有利实施例从从属权利要求中显现。

本发明的声学面板组件在权利要求1中限定。

附图说明

从下面的详细描述中可以清楚地看出本发明的其他特征，该描述仅仅是说明性的而非限制性的实施例，其中：

图1是根据现有技术的声学面板组件的剖视轴向视图；

图2是根据本发明的声学面板组件的第一实施例的轴向剖视图。

图3是图2的声学面板组件的扁平平面环形线圈的平面图。

图3A是沿图2的A-A平面的轴向剖视图。

图4是根据本发明的声学面板组件的第二实施例的轴向剖视图。

图5是根据本发明的声学面板组件的第三实施例的轴向剖视图。

图6是根据本发明的声学面板组件的第四实施例的轴向剖视图。

图7A、图7B、图7C、图7D、图7E和图7F是根据本发明的声学面板组件的弹性边界的不同实施例的剖视图。

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附图标记表示，省略其详细描述。

图2示出了根据本发明第一实施例的声学面板组件100。

声学面板组件100包括具有圆柱形通孔40的声学面板4。

音圈106设置在声学面板的通孔40中。声学面板4直接作为用于支撑音圈106的支撑件。

参考图3和图3A，音圈106是扁平平面型的并且具有包含内径D1和外径D2的环形形状。

音圈106通过将扁平线缠绕成没有重叠线的环形平面构造而获得。在这种情况下，音圈106具有较小的高度，因为没有导线垂直重叠。线圈的高度H和厚度S之间的比率小于1，优选地小于1/3。相反，必须注意的是，在传统的音圈中，例如图1所示的音圈6，线圈的高度H和厚度S之间的比率大于1，一般大于5。

音圈106设置在面板4的环形座144中，围绕面板的通孔40，使得线圈的平面位于面板厚度的一半处。

尽管未在图中示出，但是环形座144可以省略，并且音圈106可以简单地设置在面板4的表面上并围绕通孔40。在这种情况下，用作磁电路中心极的间隔器14以这样的方式安装，即线圈106的平面位于间隔器高度的一半处。

音圈106浸没在由磁电路101产生的径向磁场中。图2示出了由磁电路101的径向磁场产生的磁感应线F。

磁电路101包括两个磁体13a、13b，它们通过设置在该两个磁体13a、13b之间的间隔器14而连接。间隔器14设置在音圈106的内部，并且其高度高于音圈的高度。因此，间隔器14的外径D3小于音圈的内径D1。

磁体13a、13b设置成相斥配置；即，第一磁体13a的北极N面向第二磁体的北极N，或者第一磁体13a的南极S面向第二磁体的南极S磁体13b。

两个磁体具有轴A。音圈106具有环形形状，其轴线与磁体的轴线A重合。

根据其最简单的实施例，间隔器14可以具有圆柱形状，并且磁体13a、13b可以具有包含外径D4的盘状形状。图2示出了磁体13a、13b，其外径D4小于间隔器的外径D3。然而，磁体的外径可以等于或大于间隔器的外径，但在任何情况下都小于音圈的内径D1。

间隔器14可以通过组合磁性和铁磁性材料而方便地获得，并且可以具有不一定是圆柱形的几何形状，以便增加由磁体13a、13b产生的磁感应场的强度及其在音圈的运动区域中的均匀性。以这种方式，间隔器14用作中心磁极。间隔器14的高度由允许音圈106在径向磁感应场内沿间隔器高度的整个尺寸尽可能恒定的轴向移动的需要而确定。

间隔器14的高度的这种尺寸与要再现的信号的频率和其电功率有关，以及与声学系统产生的被认为是可接受的失真有关。

间隔器14可涂覆有良好导电材料的板，例如铜，以便限制涡电流的影响并因此将声学响应扩展到高频。

例如，磁电路101通过螺纹螺钉8固定到桥2，螺纹螺钉8轴向地穿过磁体13a、13b、间隔器14和桥2并且用螺母80拧紧。

桥2固定到框架3，框架3在周边支撑声学面板4。弹性边框5安装在框架3中以弹性地悬挂声学面板4。

磁电路101设置在面板的通孔40中，以便相对于声学面板在前面和后面突出。特别地，磁电路101具有从声学面板向前突出长度La的前部，以及从声学面板向后突出长度Lb的后部。当音圈106安装在面板中的环形座144中时，磁电路的前部的长度La等于后部的长度Lb。支架C可用于在磁电路101与音圈106之间保持稳定的定心并可用于调节弹性边界5的刚性。例如，支架C可以设置在面板4与第二磁体13b之间。

与图1的声学面板组件600相比，图2的声学面板组件100具有较低的后部容积。事实上，声学面板组件100包括磁电路101，其比声学面板组件600的磁电路1更紧凑。此外，声学面板组件100的磁电路101以夹层结构对称地设置在声学面板4的前部的一半和后部的一半。

在图2的例子中，音圈106的内径D1大于磁体13a、13b的外径D4。音圈106设置在间隔器14的外部(以其厚度的一半)，并且以允许音圈106的高行程的方式设置在磁体13a、13b的体积的外部上，从而防止音圈干扰磁电路的元件并避免产生噪声和失真。

为了说明的目的，图2示出了插入在面板4中的环形座144中的音圈106。音圈106的厚度明显小于间隔器14的厚度，使得在面板4移动期间，音圈106主要设置在间隔器14的厚度内，即在具有最高均匀性的径向磁场区域中。

在这种情况下使用的音圈106是扁平线型的，类似于图3和图3A之一。或者，音圈106可以由具有圆形截面的传统导线而获得，但是绕组H的总厚度小于间隔器14的高度，以这样的方式，根据电力、根据语音信号的频率内容、并根据所接受的失真，音圈106的移动尽可能地包含在具有更均匀的径向磁场的间隔器的厚度内。

图4示出了根据本发明第二实施例的声学面板组件200。

声学面板组件200包括扁平平面型的音圈106，其设置在面板4中的凹座44中。凹座44的深度可以使得音圈106的平面位于面板4厚度的一半处。

声学面板组件200包括磁电路201，其具有设置成相斥配置的两个磁体13a、13b。音圈106设置在两个磁体13a、13b之间。磁体13a、13b固定在设置在面板4后面和前面的桥2a、2b上。桥2a、2b固定到框架3上，框架3通过弹性边界在周边支撑声学面板4。

图3和图3A中所示的扁平平面环形音圈106具有比面板4更低的厚度，因此可以根据相对于面板厚度的中间平面定位在面板中的凹座44中。鉴于上述情况，由于音圈的厚度较小，两个磁体13a、13b可以移动得更近，从而额外地减小了磁电路201的轴向体积，并增加了磁感应，因为两个磁体13a、13b的位置更近。

在这种情况下，磁体13a、13b的外径D4包括在音圈的内径D1与外径D2之间。

图5示出了根据本发明第三实施例的声学面板组件300。

声学面板组件300包括具有孔40的面板4。扁平的平面音圈106与图3和图3A中所示的相同。音圈106固定在孔40中的面板4上。音圈的外围部分固定到面板4的环形边界，该环形边界将孔40限定在面板的一半厚度处。显然，孔40可以设置有形状为平面圆形冠的表面，其与面板连接，其中音圈106被胶合。

磁电路101包括设置在两个磁体13a、13b之间和音圈106内部的间隔器14。

在这种情况下，两个磁体13a、13b的外径D4大于间隔器14的外径D3，并且磁体13a、13b的外径D4包括在音圈106的内径D1和外径D2之间。

图6示出了根据本发明第四实施例的声学面板组件400。

声学面板组件400包括磁电路301，其具有设置在第一极板10a与第二极板10b之间的磁体13。磁电路301通过螺纹螺钉8中心固定在桥2上，螺纹螺钉8轴向穿过桥2、第二极板10b、磁体13和第一极板10a。螺纹螺钉8用螺母固定。桥2固定到框架3，框架3在周边支撑声学面板4。弹性边框5安装在框架3中以弹性地悬挂声学面板4。

圆筒9设置在声学面板的通孔40中，并固定到声学面板4，使得磁电路301设置在圆筒9内。圆筒9优选地由铁磁材料制成。

扁平悬架90、91，例如弹簧或支架，将圆筒9弹性地连接到磁电路301，以确保磁电路301在圆筒9内的对中。悬架90、91连接到沿轴向设置在磁电路301中的螺纹螺钉8。

第一音圈6a对应于第一极板10a而固定到圆筒9的内表面。

第二音圈6b对应于第二极板10b而固定到圆筒的内表面。

该结构也是夹层状结构，其中声学面板4相对于包围磁电路301的圆筒40的高度沿中间板设置。

两个音圈6a、6b由相反方向的电流供电。例如，在第一音圈6a中，电流沿逆时针方向循环。相反，在第二音圈6b中，电流沿顺时针方向循环，以便使用在磁感应线Fa、Fb具有相反方向的下间隙和上间隙Ta、Tb中产生的洛伦兹力。

在图2、图4和图5的实施例中，优选地由铁磁材料制成的环形元件可以方便地使用并设置在音圈周边之外并且在不同配置的优化位置牢固地设置在面板上，以增加磁感应场的强度和它在音圈的运动区域的均匀性。

图2、图4、图5和图6示出了设置在声学面板4的一个位置的单个驱动器。这种驱动器仅包括一个磁电路101、201、301和至少一个与磁电路相关的音圈106、6a、6b。然而，本发明的声学面板组件可包括设置在面板的不同位置的两个或更多个驱动器。

图7A、图7B、图7C、图7D、图7E和图7F示出了弹性边界5、105、205、305、405、505的不同方案，以将声学面板4弹性地悬挂到框架3上并允许声学面板4的更好的活塞操作。

图7A示出了弹性边界5，其具有固定到框架3的主体50和接收声学面板4的周边部分的U形座51。

图7B示出了弹性边界105，也被定义为具有三角形轮廓的边界，其具有固定到框架3的第一端150、固定到声学面板的周边部分4的第二端151和具有M形截面的中间部分152。

图7C示出了弹性边界205，其具有固定到框架3的第一端150、固定到声学面板4的周边部分的第二端151和具有半圆周截面并向下凹陷的中间部分252。

图7D示出了弹性边界305，其具有固定到框架3的第一端150、固定到声学面板4的周边部分的第二端151和具有半圆周截面并向上凹陷的中间部分352。

图7E示出了平面弹性边界405，其为泡沫状并围绕面板4的周边设置。

图7F示出了弹性边界505，其包括设置在面板4上方和下方的两个支撑件550。支撑件550是弹性管状元件，其填充有空气从而作为减震器。

根据项目要求的声学特征，还可以仅弹性地悬挂声学面板4的一些周边区域。

可以对本发明的当前实施例进行许多等同的变化和修改，这些实施例在本领域技术人员的能力范围内，在任何情况下落入由所附权利要求所公开的本发明的范围内。

Claims (6)

1.声学面板组件(100)，包括：

-声学面板(4)；

-磁电路(101)，其产生间隙(T)；和

-音圈(106)，其设置在该间隙(T)中，以便随着电流通过而移动；所述音圈(106)连接到所述声学面板(4)，以便移动该声学面板(4)从而发出声音；

其中，所述磁电路(101)包括设置在相对于面板(4)的前部位置的第一磁体(13a)和设置在相对于面板(4)的后部位置的第二磁体(13b)；其中该第一磁体(13a)和该第二磁体(13b)设置成相斥配置；

该第一磁体(13a)和该第二磁体(13b)具有圆形形状和轴线(A)和外径(D4)；

所述音圈(106)是环形的，其具有内径(D1)和外径(D2)并具有轴线；

其中该音圈的轴线与该第一磁体和该第二磁体的轴线(A)重合，并且该音圈的外径(D2)大于该第一磁体和该第二磁体的外径(D4)；并且

所述音圈(106)是平坦平面型的，具有由扁平线制成的匝，其高度不重叠；

其特征是

该第一磁体和该第二磁体的外径(D4)小于该音圈的内径(D1)。

2.根据权利要求1所述的声学面板组件(100)，其特征是，所述磁电路(101)具有从所述声学面板向前突出一段长度(La)的前部和从所述声学面板向后突出一段长度(Lb)的后部，其中该磁电路的该前部的长度(La)等于该后部的长度(Lb)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的声学面板组件(100)，其特征是，还包括固定到所述磁电路(101)和框架(3)的至少一个桥(2)，该框架(3)通过至少一个弹性边界(5)固定到所述声学面板(4)的周边部分。

4.根据权利要求3所述的声学面板组件(100)，其特征是，所述面板(4)具有通孔(40)，所述磁电路(101)插入该通孔(40)中，并且所述音圈(106)固定到所述面板(4)并围绕该面板的所述通孔(40)，其中所述磁电路(101)包括该第一磁体(13a)、该第二磁体(13b)、和设置在该第一磁体(13a)和该第二磁体(13b)之间的间隔器(14)，使得该第一磁体(13a)和该第二磁体(13b)设置在相对于该音圈(106)的前部位置和后部位置，并且该音圈(106)设置为围绕该间隔器(14)。

5.根据权利要求4所述的声学面板组件(100)，其特征是，还包括销(8)，其轴向地穿过该第一磁体(13a)和该第二磁体(13b)、该间隔器(14)和该桥(2)，以便将该磁电路(101)固定到该桥(2)。

6.根据权利要求4所述的声学面板组件(100)，其特征是，所述音圈(106)围绕该面板的所述通孔(40)固定在该面板(4)的环形座(44)中。

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