CN112154675A - 具有多磁体结构的高效扬声器 - Google Patents

Abstract

一种扬声器包括多磁体结构，该多磁体结构至少包括内部磁体和外部磁体。音圈从膜片被悬置到内部磁体与外部磁体之间的间隙中，并且支承圈被附接到膜片，并且至少部分通过内部磁体而被悬置。支承圈被配置为使膜片在响应于由音圈和多磁体结构生成的力而发生的整个运动范围内稳定。

Description

具有多磁体结构的高效扬声器

背景技术

在扬声器内，电脉冲通常穿过位于永磁体附近的音圈。当由音圈生成的磁场随着接收到的幅度变化的电流脉冲而迅速变化时，音圈被永磁体吸引和排斥。音圈的这些振动通过扬声器膜片的进出运动而被放大以将声波泵入空气中。通常，扬声器的音量与扬声器膜片的冲程范围成比例，并且声音质量会受到扬声器膜片朝向和远离磁体的运动的均匀性的影响。刚性运动(如活塞)往往会提供更高的声音质量，而较不均匀的运动(例如，由于膜片悬置性差而摇摆)会降低声音质量。

在传统的大型扬声器中，被称为支承圈(spider)的柔性波纹状支撑件用于将音圈悬置在篮子壳体内的适当位置。在不同的变体中，支承圈可以在一侧附接到膜片(例如，隔膜)，而在另一侧附接到篮子(basket)或磁体，从而在其整个对应运动范围内为膜片提供稳定。与这些传统的大型扬声器相比，现代的迷你和微型扬声器往往具有更薄的膜片，这种膜片可以更好地响应于较小磁体的磁通范围。通常，迷你和微型扬声器的紧凑布置不允许包括支承圈来稳定膜片，因为在很多情况下，由于间隔限制，支承圈的传统位置被磁体材料占据。

发明内容

本文中公开的实现提供了一种具有多磁体结构的高效扬声器，该多磁体结构至少包括内部磁体和外部磁体。音圈从膜片被悬置到内部磁体与外部磁体之间的间隙中，并且支承圈被附接到膜片并且至少部分通过内部磁体被悬置。支承圈使膜片在响应于由音圈和多磁体结构生成的力而发生的整个运动范围内稳定。

提供本“发明内容”以便以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在下面的“具体实施方式”中进一步描述。本“发明内容”既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。

本文中还描述和叙述了其他实现。

附图说明

图1A示出了示例多磁体扬声器的俯视图；

图1B示出了图1A的多磁体扬声器的截面图；

图2A示出了另一示例多磁体扬声器的俯视图；

图2B示出了图2A的多磁体扬声器的截面图；

图3A示出了另一示例多磁体扬声器的俯视图；

图3B示出了图3A的多磁体扬声器的截面图；

图4A示出了另一示例多磁体扬声器的俯视图；

图4B示出了图4A的多磁体扬声器的截面图；

图5A示出了另一示例多磁体扬声器的俯视图；

图5B示出了图5A的多磁体扬声器的截面图；以及

图6示出了用于组装多磁体扬声器的示例操作。

具体实施方式

以下公开提供了多个高效多磁体扬声器设计。尽管这些设计可以在任何尺寸的扬声器中实现，但是所公开的设计在解决现代迷你扬声器的设计缺陷方面可能特别有用。

在一些迷你扬声器设计中，作为一种节省空间的措施，音圈缠绕在永磁体周围；然而，这种设计将永磁体放置在传统上可能包括支承圈的位置处(例如，在传统的大型扬声器设计中)，以稳定膜片相对于音圈的中心。由于膜片的中心没有固定到支承圈或音圈，因此气压是膜片稳定性的关键来源，并且可以使用其他结构来防止膜片左右摇摆。更具体地，一些迷你扬声器设计的特征是在围绕膜片的外周固定有塑料环。但是，塑料环会增加重量，从而降低扬声器的效率。为了帮助使膜片冲程最大化(并且从而使音量最大化)，与较大扬声器中通常包括的较厚膜片相比，迷你扬声器的特征可以是更薄的膜片，这种膜片对较小洛伦兹力有更好的响应。然而，使用较薄膜片与扬声器灵敏度的下降和给定输入功率下总输出的下降相关。解决这个问题的常用技术是使用较大放大器来驱动扬声器和具有更好热性能的材料，以应对由于放大率增加而引起的音圈温度升高。但是，较大放大器消耗的功率会增加，这在电池供电的扬声器中可能会成为问题，因此扬声器可能需要更快地充电。

本文中公开的技术提供了扬声器效率的提高，其可以允许用较小放大器来驱动迷你扬声器，而无需在音量或声音质量上进行权衡。与包括较大放大器的类似尺寸的扬声器和/或不使用支承圈来稳定膜片的扬声器相比，这种效率提高可以转化为更好的声音和/或更低的功耗。

图1A和图1B表示示例多磁体扬声器100的不同视图。图1A是包括两个环形磁体的多磁体扬声器100的俯视图。内部磁体104被布置在外部磁体102的孔内。外部磁体102和内部磁体104被布置在底板118(如图1B所示)上，并且磁体102、104的尺寸和间隔使得在外部磁体102与内部磁体104之间存在间隙106。音圈108被定位在间隙106内，并且被定位为围绕内部磁体104(围绕垂直于页面的Z轴)缠绕一次或多次。

多磁体扬声器100包括被悬置在内部磁体104的孔内的支承圈110。图1A的俯视图示出了膜片112的外部外周，膜片112的外部外周被示出为透明的以便允许下面的组件可见，例如支承圈110、内部磁体104、间隙106和外部磁体102的内部部分。为清楚起见，图1A中未示出壳体(在图1B中可见为壳体120)的各方面。

图1B示出了沿着X-Z平面截取的图1A的多磁体扬声器100的截面图。该视图示出了在图1A中不可见的几个附加特征。内部磁体104和外部磁体102被示出为布置在底板118上，该底板118被附接到壳体120。音圈108通过线轴114而被固定到膜片112，并且通过线轴114和膜片112而被悬置在内部磁体104与外部磁体102之间的间隙106内。膜片112具有被固定到篮子122(例如，环形篮子)的外部外周，篮子122被附接到壳体120。膜片112的中央部分被附接到支承圈110的中央部分(例如，经由粘合剂)，并且支承圈110本身在内部磁体104的孔内被悬置在底板118上方。支承圈110在内部磁体104内的这种悬置可以通过多种不同方式来实现，诸如通过使用粘合剂将支承圈110直接附接到内部磁体104的侧壁，或者使用提供稳定粘合剂表面的中间层，诸如通过将粘合剂施加到薄的类似塑料的保持器，该保持器被结合到内部磁体104的侧壁和支承圈110的外周。

顶板124(在图1B中示出但在图1A中未示出)包括两块：一块的尺寸和形状被设置为覆盖内部磁体104，而一块的尺寸和形状被设置为覆盖外部磁体102。顶板124的各块之间的间隙沿着Z轴与容纳音圈108的间隙106垂直对准。此外，顶板124的各块之间的间隙也与支承圈110垂直对准。在一种实现中，内部磁体104和外部磁体102由铁氧体或强钕制成，而顶板124和底板118由软铁制成。

与单磁体扬声器相比，这种多磁体设计提供了增强的气流。图1B中的各种箭头指示膜片112、内部磁体104、外部磁体102和壳体120之间的可用通风路径。(注意：线轴114是透气的)。与现有设计相比，由这种设计提供的增强的空气流提供了更大的声压，这种更大的声压转化为膜片112的大的冲程范围。

此外，所公开的多磁体设计使得可以包括支承圈110以实现膜片稳定。支承圈110被包括在中央区域126中，该中央区域在传统的迷你扬声器中被磁性材料占据。当前公开的设计将这种磁性材料有效地移位到音圈108的相对侧。间隙106的宽度和音圈108与两个磁体102、104之间的对应接近度在不同实现中可以基于磁性而变化，但是通常用于确保音圈108经受足够量的通量(例如，与单磁体扬声器设计中相同的通量)以引起预定尺寸的振动。

图2A和图2B表示另一示例多磁体扬声器200的一部分的不同视图。如图2A的俯视图所示，多磁体扬声器200总体上是矩形形状，并且包括五个磁体。四个磁体被布置在由音圈208形成的外周的外部，并且因此被称为外部磁体204、228、230和232。每个外部磁体204、228、230和232被布置为平行于并且邻近于底板218的四个侧面中的对应侧面。磁体中的第五磁体(例如，202)被布置在由音圈208形成的外周的内部，并且因此被称为内部磁体202。

内部磁体202和外部磁体204、228、230和232被布置在底板218上，并且尺寸和间隔被设置为使得存在间隙206，该间隙206在内部磁体202周围形成将内部磁体202与外部磁体204、228、230和232分开的外周。内部磁体202包括在其中心附近的环形腔体，并且支承圈210通过内部磁体202的侧面悬置在环形腔体内。

图2A的俯视图还示出了膜片212的外部外周；然而，膜片212被示出为透明的以便允许下面的组件可见，例如支承圈210、内部磁体202、间隙206以及外部磁体204、228、230和232(它们分别部分地位于膜片212下面)。尽管多磁体扬声器200可以包括具有与关于图1B示出和描述的(例如，壳体120)相同或相似属性的壳体，但是该壳体在图2A或2B中均未示出。

图2B示出了沿着X-Z平面截取的图2A的多磁体扬声器200的截面图。该视图示出了在内部磁体202的相对侧的两个外部磁体228和232。间隙206将内部磁体202与外部磁体204、228、230和232分开，并且音圈208被固定到膜片212(例如，通过线轴或其他机构)并且被悬置在间隙206内。在一种实现中，音圈208围绕Z轴缠绕，以产生绕内部磁体202的多圈。

如图2B所示，支承圈210通过内部磁体202而被悬置在底板218上方，并且具有被固定到膜片212的中央部分的中心。

多磁体扬声器200还包括具有多个个体块的顶板220。在一种实现中，顶板220具有五个个体块，每个个体块的尺寸和形状被设计为与五个磁体中的对应磁体相对应并且与其垂直对准。顶板220的个体块之间的间隙对应于间隙206以及外部磁体204、228、230和232之间的各种间隙。值得注意的是，内部磁体202的x方向厚度大于外部磁体204、228、230和232的x方向厚度。这与图1相反，在图1中，内部磁体104的x方向厚度小于外部磁体102的x方向厚度。如这些图所示，内部磁体和外部磁体的相对尺寸可以根据设计约束、电机强度需求和成本考虑而不同。在一些实现中，一个或多个外部磁体(例如，外部磁体204、228、230和232)围绕底板218的外周而被布置(如图所示)，但是在其他情况下，这种布置可以延伸超过底板218的外周。例如，当扬声器壳体(未示出)的直径大于底板218的直径时(例如，诸如在特别薄的扬声器设计中)，这可能是有益的。这样的设计可以促进减小扬声器的z厚度，而不损害与音圈208相互作用的磁通强度。

图3A和图3B表示另一示例多磁体扬声器300的一部分的不同视图。如图3A的俯视图所示，多磁体扬声器300总体上是矩形的，并且包括八个磁体(例如，302、304、332、334、336、338、340和342)。四个磁体被布置在由音圈308形成的外周的外部，并且因此被称为外部磁体332、334、336和338。每个外部磁体332、334、336和338被布置为平行于并且邻近于底板318的四个侧面中的对应侧面。四个其他磁体在由音圈308形成的外周的内部，并且因此被称为内部磁体302、304、340和342。

内部磁体302、304、340和342以及外部磁体332、334、336和338布置在底板318上，并且尺寸和间隔被设置为使得存在间隙306，该间隙306在内部磁体302、304、340和342周围形成将内部磁体302、304、340和342与外部磁体332、334、336和338分开的外周。内部磁体302、304、340和342被布置为在多磁体扬声器300的中央部分中留下矩形腔体，并且支承圈310在内部磁体302、304、340和342的侧面之间悬置在该腔体中。

图3A的俯视图还示出了膜片312的外周，该膜片被示出为透明的以便允许下面的组件可见。尽管多磁体扬声器300可以包括具有与关于图1B示出和描述的(例如，壳体120)相同或相似属性的壳体，但是该壳体在图3A或3B中均未示出。

图3B示出了沿着X-Z平面截取的图3A的多磁体扬声器300的截面图。该视图示出了在内部磁体302和342的相对侧的两个外部磁体334和338。音圈308被固定到膜片312(例如，通过线轴或其他机构)并且被悬置在间隙306内，而支承圈310通过内部磁体302和342的侧面(并且还通过如图3A所示的内部磁体304和340的侧面)而被悬置在底板318上方。支承圈310的中心被固定到膜片312的中央部分。

多磁体扬声器300还包括具有多个个体块的顶板320。在一种实现中，顶板320具有五个个体块。一个块的尺寸和形状被设置为覆盖内部磁体302、304、340和342，而其余四个块各自的尺寸和形状被设计为覆盖对应的外部磁体332、334、336和338。顶板320的各块之间的间隙对应于间隙306以及外部磁体332、334、336和338之间的各种间隙。

图4A表示又一示例多磁体扬声器400的一部分的俯视图。多磁体扬声器400包括由布置在底板418上的四个内部磁体402、404、440和442以及四个外部磁体432、434、436和438形成。内部磁体和外部磁体被布置在音圈408的相对侧，该音圈408从膜片412(示出为透明的以允许下面的组件可见)被悬置在内部磁体402、404、440和442与外部磁体432、434、436和438之间的间隙406内。

内部磁体402、404、440和442被布置为在多磁体扬声器400的中央部分中形成矩形腔体，并且支承圈410通过内部磁体402、404、440和442的侧面而被悬置在该腔体中。膜片412具有被固定到支承圈410的中心的中心。尽管多磁体扬声器400可以包括具有与关于图1B示出和描述的(例如，壳体120)相同或相似属性的壳体，但是该壳体在图4A或4B中均未示出。

图4B表示沿着X-Z平面截取的图4A的多磁体扬声器400的截面图。本文中未明确描述的图4B的特征可以与以上关于图3B描述的相同或相似。

图5A表示又一示例多磁体扬声器500的一部分的俯视图。多磁体扬声器500包括由被布置在底板518上的两个内部磁体502和504以及四个外部磁体532、534、536和538形成的多磁体结构。内部磁体502和504被示出为是梯形的；但是在另一实现中是三角形的。四个外部磁体532、534、536和538是矩形的。内部磁体502和504以及外部磁体532、534、536和538被布置在音圈508的相对侧，该音圈从膜片512(示出为透明的以允许下面的组件可见)被悬置在内部磁体502、504与外部磁体532、534、536和538之间的间隙506内。膜片512具有被固定到支承圈510的中心的中心，支承圈510本身通过内部磁体502和504的侧壁而被悬置。

图5B表示沿着X-Z平面截取的图5A的多磁体扬声器500的截面图。本文中未明确描述的图5B的特征可以与以上关于图3B描述的相同或相似。在图1-图5的设计中利用的相同或相似的技术可以在与本文中公开的特定设计的不同的很多多磁体扬声器设计中实现，包括与本文中公开的示例性设计相比具有更多磁体和/或不同形状的磁体的设计。

图6示出了用于组装多磁体扬声器的示例操作600。第一附接操作602将膜片的中央部分附接到支承圈。当膜片和支承圈被集成在扬声器内时，支承圈起到当膜片在由多磁体结构和音圈生成的力的作用下移动时使薄膜片朝向和远离多磁体结构稳定的作用。

另一附接操作604将音圈附接到膜片，使得音圈形成在被附接到支承圈的膜片的中央部分周围的外周。固定操作606将膜片的外部外周固定到扬声器壳体。当固定外周时，膜片在多磁体结构之上延伸，并且音圈被悬置在多磁体结构的磁体之间的间隙内。悬置操作608将支承圈悬置在由多磁体结构的一个或多个内部磁体形成的腔体内。

本文中公开的一种示例扬声器包括：至少包括内部磁体和外部磁体的多磁体结构；从膜片被悬置到形成在内部磁体与外部磁体之间的间隙中的音圈；以及被附接到膜片并且至少部分通过内部磁体而被悬置的支承圈。支承圈被配置为使膜片在响应于由音圈和多磁体结构生成的力而发生的整个运动范围内稳定。

根据任何前述扬声器的另一示例扬声器包括悬置在内部磁体的孔内的支承圈。

在任何前述扬声器的另一示例扬声器中，多磁体结构包括被定位在音圈的外周的外部的位置处的多个外部磁体，并且内部磁体被定位在音圈的外周的内部。

在任何前述扬声器的另一示例扬声器中，多磁体结构包括多个外部磁体和多个内部磁体。多个外部磁体被定位在音圈的外周的外部的位置处，并且多个内部磁体被定位在音圈的外周的内部的位置处。

在任何前述扬声器的另一示例扬声器中，音圈被悬置在将多个内部磁体与多个外部磁体分开的间隙中。

在任何前述扬声器的另一示例扬声器中，支承圈通过多个内部磁体而被悬置。

在任何前述扬声器的又一示例扬声器中，外部磁体具有比内部磁体更大的、沿着垂直于膜片的运动轴线的轴线的横截面厚度。

在任何前述扬声器的另一示例扬声器中，膜片与内部磁体完全重叠。

在任何前述扬声器的又一示例扬声器中，膜片与外部磁体的内部部分重叠，但是不与外部磁体的外部部分重叠。

在任何前述扬声器的另一示例扬声器中，内部磁体置放于外部磁体的孔内。

本文中公开的一种示例方法包括将音圈从膜片悬置到多磁体结构的间隙中，并且将支承圈靠着至少一个内部磁体的至少一个壁而悬置。多磁体结构的间隙形成在至少一个内部磁体与至少一个外部磁体之间，并且支承圈被附接到膜片并且被配置为使膜片在响应于由音圈和多磁体结构生成的力而发生的整个运动范围内稳定。

在根据任何前述方法的另一示例方法中，支承圈被悬置在形成于至少一个内部磁体内的孔内。

在根据任何前述方法的又一示例方法中，多磁体结构包括位于音圈的外周外部的位置处的多个外部磁体，并且内部磁体位于音圈的外周内部。

在根据任何前述方法的又一示例方法中，多磁体结构包括多个外部磁体和多个内部磁体。多个外部磁体被定位在音圈的外周的外部的位置处，并且多个内部磁体被定位在音圈的外周的内部的位置处。

在根据任何前述方法的另一示例方法中，间隙将多个内部磁体与多个外部磁体分开。

在根据任何前述方法的又一示例方法中，支承圈通过多个内部磁体而被悬置。

在任何前述方法的又一示例方法中，支承圈被附接到膜片的中央部分。

在任何前述方法的又一示例方法中，膜片与内部磁体完全重叠。

在任何前述方法的又一示例方法中，膜片与外部磁体的内部部分重叠，但是不与外部磁体的外部部分重叠。

本文中公开的一种示例设备包括多磁体结构和音圈，该多磁体结构包括外部磁体和至少一个内部磁体，音圈被附接到膜片并且被悬置在外部磁体与至少一个内部磁体之间的间隙中。

至少一个内部磁体在音圈的内部，而外部磁体在音圈的外部，并且该设备还包括支承圈，该支承圈通过至少一个内部磁体而被悬置并且被附接到膜片，该膜片被配置为在由音圈和多磁体结构生成的力的作用下朝向和远离多磁体结构移动。

本文中公开的一种示例系统包括用于将音圈从膜片悬置到多磁体结构的间隙中的装置、以及用于将支承圈靠着至少一个内部磁体的至少一个壁而悬置的装置。多磁体结构的间隙形成在至少一个内部磁体与至少一个外部磁体之间，并且支承圈被附接到膜片并且被配置为使膜片在响应于由音圈和多磁体结构生成的力而发生的整个运动范围内稳定。

本文中描述的实现被实现为一个或多个计算机系统中的逻辑步骤。逻辑操作可以被实现为(1)在一个或多个计算机系统中执行的一系列处理器实现的步骤，以及(2)一个或多个计算机系统内的互连的机器或电路模块。实现是选择问题，取决于所使用的计算机系统的性能要求。因此，组成本文中描述的实现的逻辑操作被不同地称为操作、步骤、对象或模块。此外，应当理解，逻辑操作可以以任何顺序执行，除非另外明确声明或者权利要求语言固有地需要特定顺序。

Claims (15)

1.一种扬声器，包括：

多磁体结构，至少包括内部磁体和外部磁体；

音圈，从膜片被悬置到形成在所述内部磁体与所述外部磁体之间的间隙中；以及

支承圈，被附接到所述膜片并且至少部分通过所述内部磁体而被悬置，所述支承圈被配置为使所述膜片在响应于由所述音圈和所述多磁体结构生成的力而发生的整个运动范围内稳定。

2.根据权利要求1所述的扬声器，其中所述支承圈被悬置在所述内部磁体的孔内。

3.根据权利要求1所述的扬声器，其中所述多磁体结构包括被定位在所述音圈的外周的外部的位置处的多个外部磁体，所述内部磁体被定位在所述音圈的所述外周的内部。

4.根据权利要求1所述的扬声器，其中所述多磁体结构包括多个外部磁体和多个内部磁体，所述多个外部磁体被定位在所述音圈的外周的外部的位置处，并且所述多个内部磁体被定位在所述音圈的外周的内部的位置处。

5.根据权利要求4所述的扬声器，其中所述音圈被悬置在将所述多个内部磁体与所述多个外部磁体分开的所述间隙中。

6.根据权利要求4所述的扬声器，其中所述支承圈通过所述多个内部磁体而被悬置。

7.根据权利要求1所述的扬声器，其中沿着垂直于所述膜片的运动轴线的轴线，所述外部磁体具有比所述内部磁体更大的横截面厚度。

8.根据权利要求1所述的扬声器，其中所述膜片与所述内部磁体完全重叠。

9.根据权利要求1所述的扬声器，其中所述膜片与所述外部磁体的内部部分重叠，但是不与所述外部磁体的外部部分重叠。

10.根据权利要求1所述的扬声器，其中所述内部磁体置放于所述外部磁体的孔内。

11.一种方法，包括：

将音圈从膜片悬置到多磁体结构的间隙中，所述间隙被形成在至少一个内部磁体与至少一个外部磁体之间；以及

将支承圈靠着所述至少一个内部磁体的至少一个壁而悬置，所述支承圈被附接到所述膜片并且被配置为使所述膜片在响应于由所述音圈和所述多磁体结构生成的力而发生的整个运动范围内稳定。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述支承圈被悬置在形成于所述至少一个内部磁体内的孔内。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述多磁体结构包括被定位在所述音圈的外周外部的位置处的多个外部磁体，所述内部磁体被定位在所述音圈的所述外周内部。

14.根据权利要求11所述的方法，其中所述多磁体结构包括多个外部磁体和多个内部磁体，所述多个外部磁体被定位在所述音圈的外周的外部的位置处，并且所述多个内部磁体被定位在所述音圈的外周的内部的位置处。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述间隙将所述多个内部磁体与所述多个外部磁体分开。

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