CN113950843B - 扬声器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于产生低音频率声音的扬声器，包括：膜片；框架，其中，膜片的近端通过至少一个近端悬挂元件悬挂在框架上，其中，至少一个近端悬挂元件被配置成大致阻止膜片的近端相对于框架的平移运动，同时允许膜片的与膜片的近端相对的远端的平移运动；以及驱动单元，其被配置成基于电信号使膜片的远端运动。

Description

扬声器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年5月23日提交的GB1907267.7的优先权，其内容和要素通过引用的方式并入本文，以用于所有目的。
技术领域
本发明涉及用于产生低音频率声音的扬声器。
背景技术
用于产生低音频率声音的扬声器是已知的。
在可听频谱中的频率中，较低频率是在较大距离上最佳承载的频率，并且是难以保持在房间内部的频率。例如，来自邻近大声音乐的滋扰大部分具有低频频谱。“低”频也可以称为“低音”频率，并且这些术语可以在本文中互换使用。
现今，许多车辆都配备有主音频系统，该主音频系统通常由具有内部或外部音频放大器的中央用户界面控制台以及放置在车门中的一个或多个扬声器构成。这种类型的音频系统用于确保相同内容(例如无线电或CD重放)对于所有乘客具有足够的响度。
一些车辆包括个人娱乐系统(音乐、游戏和电视)，其通常配备有耳机，以确保各个乘客接收个性化的声音，而不打扰欣赏不同视听内容的其它乘客(或被其打扰)。
一些车辆包括非常靠近单个乘客放置的扬声器，使得在该单个乘客的耳朵处可以获得具有足够高的声压级(sound pressure level，SPL)的声音，而在其他乘客的位置处具有低得多的SPL。
本发明人观察到，个人声音茧区(personal sound cocoon)的概念是理解为将扬声器放置在用户附近的方法的有用方式，其中个人声音茧区是用户能够体验具有被认为对于他们的欣赏而言可接受地高的SPL的声音的区域，而在个人声音茧区之外，声音被认为具有比个人声音茧区内的SPL低的SPL。
全部由本申请人提交的PCT/EP2018/084636、PCT/EP2019/056109和PCT/EP2019/056352涉及旨在用于创建个人声音茧区的扬声器，其中用户的耳朵非常靠近(例如距离20cm或更小)扬声器的膜片或声音出口。
在旨在距用户耳朵近距离使用(例如以便创建个人声音茧区)的扬声器中，异音以及谐波失真优选地保持在听不见的水平，以便不打扰“茧区”内的收听体验，而且增加茧区的大小。
需要仔细地设计结合有传统的侧倾悬挂件(roll suspension)和/或弹波悬挂件(spider suspension)的扬声器，以在距用户近距离处实现听不见的异音以及谐波失真，特别是在扬声器要进行显著水平的偏移(例如在正常使用中为10mm或更大或者20mm或更大)时。
而且，围绕膜片的侧倾悬挂件需要围绕膜片延伸的框架，该框架占据不能用作有效辐射表面的空间。而且，如果扬声器被配置为偶极子扬声器(例如在PCT/EP2018/084636和PCT/EP2019/056109中)，则侧倾悬挂件将充当用于偶极子扬声器的挡板，这将使个人声音茧区的有效性变差(因为这增加了声音的路径长度，这可能使茧区形成变差，详情请参见PCT/EP2018/084636和PCT/EP2019/056109)。
对于将结合到靠枕中的扬声器，靠枕中的空间可用性有限，且在许多情况下与其它设备(例如高度调节机构)共享空间，因此需要能够移动空气体积的静音工作扬声器的智能集成。
对于作为重低音扬声器(subwoofer)工作的扬声器，扬声器需要能够在40Hz到150Hz的低音频率范围内工作。如果扬声器将与传统的中高频单元(通常以500Hz或更高的频率工作)一起使用，则扬声器可能需要在100Hz至500Hz的额外频率范围内工作。
根据上述考虑设计出本发明。
发明内容
本发明的第一方面提供了：
一种用于产生低音频率声音的扬声器，包括：
膜片；
框架，其中，膜片的近端通过至少一个近端悬挂元件悬挂在框架上，其中，至少一个近端悬挂元件被配置成大致阻止膜片的近端相对于框架的平移运动，同时允许膜片的与膜片的近端相对的远端的平移运动；
驱动单元，其被配置成基于电信号使膜片的远端运动。
本发明人发现，该种扬声器非常适合于在用户的耳朵附近提供声音(例如为了创建个人声音茧区)，因为它非常适合于减少异音和谐波失真以及提供类似偶极子的性能。
扬声器的膜片可以具有第一辐射面和第二辐射面，其中，第一辐射面和第二辐射面位于膜片的相对面上。
框架可以被配置成允许由第一辐射面产生的声音沿第一方向从扬声器的第一侧传播出去，并且允许由第二辐射面产生的声音沿第二方向从扬声器的第二侧传播出去，例如使得扬声器呈现类似偶极子的行为。本领域技术人员将理解，这将意味着框架应当充分地打开，以最大程度地避免妨碍由第一辐射面和第二辐射面产生的声音，使得由第一辐射面和第二辐射面产生的声音能够彼此干涉，而不会被框架(或安装到框架的元件)过度地抑制或引导。本领域技术人员将理解，框架在扬声器的第一侧和第二侧打开的程度将取决于许多因素，例如期望的个人声音茧区的水平、期望的个人声音茧区的大小和其它设计考虑(例如在车辆靠枕中实现扬声器可能需要框架或其它结构中的一些位于第一辐射面和/或第二辐射面的前方)。因此，框架在扬声器的第一侧和第二侧应当打开以实现期望的个人声音茧区形成水平的程度无法容易地以精确的方式限定。
根据本发明第一方面的扬声器可以被配置成与位于收听位置的用户的耳朵一起使用，收听位置在膜片的第一辐射面的前方并且距离第一辐射面50cm或更小(更优选地40cm或更小，更优选地30cm或更小，更优选地25cm或更小，更优选地20cm或更小，更优选地15cm或更小)。
由于PCT/EP2018/084636和PCT/EP2019/056109中解释的原因，如果由扬声器的第一辐射面和第二辐射面产生的声音能够从扬声器传播出去，那么耳朵在膜片的第一辐射面前方并且靠近该第一辐射面(例如距离第一辐射面50cm或更小)的用户将优选地听到由该第一辐射面产生的声音，但是更远离该第一辐射面的用户将优选地听到低频的具有大大减小的SPL水平的声音，相信这是由于来自由式膜片的第二辐射面产生的异相声音的干涉。因此，在这样的配置中，用户能够体验低频的有效个人声音茧区。
在此，应当注意，尽管相对于膜片的第一辐射面限定了收听位置，但是这并不排除在另一收听位置可实现类似的“接近”效应的可能性。实际上，预期可以相对于膜片的第二辐射面实现类似的效果。
膜片的远端可以通过至少一个远端悬挂元件悬挂在框架上，其中，至少一个远端悬挂元件被配置成允许膜片的远端的平移运动。例如，远端悬挂元件可以是侧倾悬挂件。
至少一个近端悬挂元件可以被配置成阻止膜片的近端的转动，在这种情况下，膜片在本文中可以被称为“悬臂式膜片”。例如，近端悬挂元件可以是将膜片的近端夹到框架的夹具，如在下面讨论的“类型1”扬声器中。
至少一个近端悬挂元件可以被配置成允许膜片的近端的转动，在这种情况下，膜片在本文中可以被称为“铰接式膜片”。例如，近端悬挂元件可以与膜片成一体(如在下面讨论的“类型2”扬声器中)，与框架成一体(如在下面讨论的“类型3”扬声器中)，或者作为附接到框架的单独元件(如在下面讨论的“类型4”扬声器中)。
优选地，驱动单元被配置成在膜片上与膜片的二次谐波模式中的波节相对应的位置处向膜片施加力(例如通过使音圈在该位置处附接到膜片)。
例如，可以根据使用有限元建模的模式分析来计算该位置。
通过在膜片上的该位置施加力，可以抑制膜片的二次谐波模式，从而允许扬声器在二次谐波模式的频率下使用，从而显著地扩展了扬声器可以在没有问题失真的情况下使用的范围。
驱动单元可以是电磁驱动单元，其包括被配置成在气隙中产生磁场的磁体单元和附接到膜片的音圈。在使用中，可以激励音圈(使电流通过它)，以产生磁场，该磁场与由磁体单元产生的磁场相互作用，并且使音圈(并且因此使膜片)相对于磁体单元运动。磁体单元可以包括永磁体。音圈可以被配置成当膜片静止时位于气隙中。这样的驱动单元是已知的。
膜片可以是主膜片，其中，次膜片通过一个或多个次悬挂元件悬挂在主膜片上。
这样，可以显著地扩展扬声器的频率范围，例如，其中主膜片被配置成在产生相对低频(例如低音频率)的声音方面占主导，而次膜片被配置成在产生较高频率的声音方面占主导。
优选地，驱动单元被配置成通过在次膜片处施加力使膜片的远端(基于电信号)运动。例如，音圈可以直接附接到次膜片，因此将经由次膜片附接到主膜片。
以示例的方式，次膜片可以与主膜片一体形成(例如从主膜片上切出)，其中，主膜片的区域(例如未切割区域)提供了将次膜片悬挂在主膜片上的次悬挂元件。
优选地，扬声器可以被配置成产生低音频率的声音，其中，低音频率优选地包括60Hz至80Hz范围内的频率、更优选地50Hz至100Hz范围内的频率、更优选地40Hz至100Hz范围内的频率，并且可以包括40Hz至160Hz范围内的频率。
扬声器因此可以是重低音扬声器。
在一些实施例中，扬声器可以被配置成产生更扩展的频率范围内的声音，该频率范围例如包括50Hz至500Hz、50Hz至1000Hz或甚至50Hz至20kHz范围内的频率。这可以通过上述技术中的一者来实现(例如通过将驱动单元配置成在膜片上与膜片的二次谐波模式中的波节相对应的位置处向膜片施加力，和/或通过将次膜片由一个或多个次悬挂元件悬挂在主膜片上)。
在一些实施例中，膜片的远端可以被配置成当扬声器正常使用时，在膜片处于其在正向上的最大程度时的膜片位置与膜片处于其在相反方向上的最大程度时的膜片位置之间具有10mm或更大、或者甚至20mm或更大的偏移(沿着扬声器的纵轴测量的距离)(其中，纵轴平行于使膜片通过驱动单元运动的方向)。
在一些实施例中，膜片可以具有非圆形形状(例如矩形或正方形形状)。这可以有助于在其他设计约束内(例如将扬声器结合到车辆靠枕中)最大化第一辐射面和第二辐射面的表面积。
在一些实施例中，驱动单元的磁体单元可以附接到框架的一部分(例如悬挂在该部分上)。
优选地，驱动单元的磁体单元通过至少一个磁体单元悬挂元件悬挂在框架上。至少一个磁体单元悬挂元件可以是侧倾悬挂件。至少一个磁体单元悬挂元件可以包括框架中的波纹或弱化区域(在这种情况下，将框架中的波纹或弱化区域连接到磁体单元的框架部分可以被认为是至少一个磁体单元悬挂元件的一部分)。如果至少一个磁体单元悬挂元件包括框架中的波纹或弱化区域，则膜片的近端优选地悬挂在框架的悬挂磁体单元的部分上。
至少一个磁体单元悬挂元件优选地被配置(例如调谐)成在由驱动单元产生的振动到达框架之前对这些振动提供预定水平的衰减。例如，至少一个磁体单元悬挂元件可以被调谐成在由驱动单元产生的振动到达框架之前在一些预定频率范围内衰减这些振动。
在一些实施例中，驱动单元的磁体单元可以经由至少一个磁体单元悬挂元件悬挂在膜片上(例如在下面讨论的“类型3”扬声器中)。
在一些实施例中，扬声器可以被配置用于执行噪声消除(例如在低音频率处)。例如，扬声器的驱动电路可以被配置成向膜片提供电信号，该电信号被配置成时膜片运动，使得膜片的第一辐射面产生被配置成消除收听位置处的环境声音的声音，其中，一个或多个麦克风被配置成检测环境声音。
为了避免任何疑问，根据本发明的第一方面的扬声器可以被配置成用作或用于PCT/EP2018/084636中阐述的偶极子扬声器、PCT/EP2019/056109中阐述的扬声器单元、或PCT/EP2019/056352中阐述的扬声器单元。在这些申请中描述的扬声器和扬声器单元都需要悬挂在框架上的膜片，并且由于根据本发明的第一方面的扬声器也需要(通过至少一个近端悬挂元件)悬挂在框架上的膜片，因此根据本发明的第一方面的扬声器可兼容用于PCT/EP2018/084636、PCT/EP2019/056109和PCT/EP2019/056352的扬声器和扬声器单元。
在第二方面，本发明可以提供一种座椅组件，包括座椅和根据本发明第一方面的扬声器。
优选地，座椅被配置成定位坐在座椅中的用户，使得用户的耳朵位于如上所述的收听位置，例如在膜片的第一辐射面的前方并且距离第一辐射面50cm或更小(更优选地40cm或更小，更优选地30cm或更小，更优选地25cm或更小，更优选地20cm或更小，更优选地15cm或更小)的收听位置。
扬声器可以安装在座椅的靠枕(“座椅靠枕”)内。由于典型的靠枕被配置成与坐在座椅中的用户的耳朵相距较小距离(例如30cm或更小)，因此这是将座椅配置成定位坐在座椅中的用户使得用户的耳朵位于如上所述的收听位置的特别方便的方式。
座椅的靠枕可以包括后部，其被配置成当座椅在使用中时位于坐在座椅中的用户的头部后面。
座椅的靠枕可以包括翼部，其被配置成当座椅在使用中时至少部分地沿着坐在座椅中的用户的头部的一侧延伸。
膜片可以至少部分地延伸到翼部中。膜片的远端可以位于翼部中。
膜片可以是弯曲的，例如以便遵循靠枕的面向用户的表面的曲率。
座椅的靠枕可以包括：第一翼部，其被配置成当座椅在使用中时至少部分地沿着坐在座椅中的用户的头部的第一侧延伸；和第二翼部，其被配置成当座椅在使用中时至少部分地沿着坐在座椅中的用户的头部的第二侧延伸。
靠枕可以包括两个根据本发明第一方面的扬声器。
座椅可以被配置成定位坐在座椅中的用户，使得用户的第一只耳朵位于在两个扬声器中的第一个扬声器的膜片的第一辐射面的前方并距离该第一辐射面50cm或更小(更优选地40cm或更小，更优选地30cm或更小，更优选地25cm或更小，更优选地20cm或更小，更优选地15cm或更小)的收听位置，并且使得用户的第二只耳朵位于在两个扬声器中的第二个扬声器的膜片的第一辐射面的前方并距离该第一辐射面50cm或更小(更优选地40cm或更小，更优选地30cm或更小，更优选地25cm或更小，更优选地20cm或更小，更优选地15cm或更小)的收听位置。
两个扬声器中的第一个扬声器的膜片可以至少部分地延伸到第一翼部中，并且两个扬声器中的第二个扬声器的膜片可以至少部分地延伸到第二翼部中。
座椅可以具有刚性座椅框架。扬声器的框架可以是刚性座椅框架的一部分或者固定地附接到刚性座椅框架。
座椅可以是交通工具座椅，用于例如车辆(“车辆座椅”)或飞机(“飞机座椅”)的交通工具。
座椅可以是在交通工具以外使用的座椅。例如，座椅可以是用于计算机游戏玩家的座椅、用于工作室监测或家庭娱乐的座椅。
在第三方面，本发明可以提供一种具有多个根据本发明第二方面的座椅组件的交通工具(例如车辆或飞机)。
本发明包括所描述的方面和优选特征的组合，除非这种组合明显是不允许的或明确避免的。
附图说明
现在将参考附图讨论说明本发明原理的实施例和实验，附图中：
图1比较了A)通过两个传统的侧倾悬挂件悬挂在框架上的膜片与仅在近端处悬挂在框架上的膜片(其中B)近端被阻止枢转(“悬臂式膜片”)以及C)近端被允许枢转(“铰接式膜片”))；
图2例示了图1B所示的悬臂式膜片的一次谐波(标记为“一次”)、二次谐波(标记为“二次”)和三次谐波(标记为“三次”)的悬臂模式形状；
图3例示了图1B所示的悬臂式膜片的二次谐波模式的波节；
图4例示了对于B)自由式膜片、C)铰接式膜片以及D)悬臂式膜片的基本谐波模式的位移比较A)；
图5A和图5B例示了根据本发明的“类型1”扬声器；
图6A和图6B例示了根据本发明的“类型2”扬声器；
图7A和图7B例示了根据本发明的“类型3”扬声器；
图8A和图8B例示了根据本发明的“类型4”扬声器；
图9A至图9C示出了“类型1”、“类型2”、“类型3”和“类型4”扬声器的模拟结果；
图10A和图10B示出了示例性扬声器，该扬声器例示了A)扩大的气隙以及B)沿着音圈的路径成形的磁体单元；
图11A至图11C示出了第一示例性膜片构造；
图11D示出了替代性第一示例性膜片构造；
图12A至图12C示出了第二示例性膜片构造；
图13A至图13B示出了第三示例性膜片构造；
图14A(i)和图14A(ii)示出了结合有根据本发明的扬声器的第一示例性靠枕；
图14B(i)示出了结合有根据本发明的扬声器的第二示例性靠枕；
图14C(i)和图14C(ii)示出了结合有根据本发明的扬声器的第三示例性靠枕；
图14D(i)和图14D(ii)示出了结合有根据本发明的扬声器的第四示例性靠枕；
图14E(i)和图14E(ii)示出了结合有根据本发明的扬声器的第五示例性靠枕；以及
图15示出了A)实验装置(500)以及B)、C)使用图15A的实验装置获得的实验数据。
具体实施方式
现在将参考附图讨论本发明的方面和实施例。其他方面和实施例对于本领域技术人员而言将是明了的。本文中提及的所有文献以引用的方式并入本文。
本文中对与给定扬声器有关的“应用”的引用旨在指代本文描述的扬声器刚性连接到的装置。例如，如果扬声器安装在车辆的靠枕中，则“应用”可以指代车辆靠枕(或者与车辆靠枕刚性连接的车辆座椅)。
初步考虑
图1A示出了当膜片2a静止(灰色)时和当膜片2a处于其最大偏移(黑色)时通过两个传统的侧倾悬挂件4a悬挂在框架6a上的膜片2a。
图1B示出了膜片2b，该膜片仅在其近端P处悬挂在框架6b上，使得大致阻止膜片2b的近端P相对于框架6b的平移运动，同时允许与膜片2b的近端P相对的膜片2b的远端D的平移运动。当膜片2b静止(灰色)时和当膜片2b处于其最大偏移(黑色)时，都示出了膜片2b。
在该示例中，膜片2b的近端P被阻止枢转。这样悬挂的膜片在本文中称为“悬臂式膜片”。
注意，悬臂式膜片不需要任何侧倾悬挂件来允许稳定的膜片运动，也不需要任何弹波来将音圈相对于磁体系统保持在适当的位置。这两个功能现在由膜片本身(以及它所固定到的框架)来执行。
图1C示出了膜片2c，该膜片2c仅在其近端P处悬挂在框架6c上，使得大致阻止膜片2c的近端P相对于框架6c的平移运动，同时允许与膜片2c的近端P相对的膜片2c的远端D的平移运动。当膜片2c静止时(灰色)和当膜片2c处于其最大偏移时(黑色)，都示出了膜片2c。
在该示例中，膜片2c的近端P被允许枢转。这样悬挂的膜片在本文中称为“铰接式膜片”。
在铰接式膜片中，柔度(compliance，Cm)由铰链的设计限定，因此与膜片的特性无关，而关于悬臂，Cm整体地取决于膜片的机械特性。这给出了更多的设计自由度，例如，对于使用能够具有更宽频率范围(在更高频率下的模式)的非常刚性的膜片。
对于悬臂式膜片2b和铰接式膜片2c，不存在任何阻尼器/侧倾悬挂件有助于实现静音工作。
悬臂式膜片2b或铰接式膜片2c可以被常规地驱动(例如用刚性地附接到膜片并且位于磁体单元的气隙中的音圈)。然而，当常规地驱动悬臂式膜片2b或铰接式膜片2c时，由于音圈(刚性地附接到膜片)相对于磁体单元的转动运动，磁体单元的气隙与传统的电动扬声器相比应当更大。这也将进一步有助于驱动单元的静音工作，因为不会发生空气压缩效应(吹送噪音)。
图2例示了图1B所示的悬臂式膜片2b的一次谐波(标记为“一次”)、二次谐波(标记为“二次”)和三次谐波(标记为“三次”)的悬臂模式形状，其中，Xr是膜片2b相对于膜片2b的静止位置的位移，r是距膜片2b的近端P的距离(膜片2b从该近端P悬挂)，并且L是膜片2b的长度。
悬臂式膜片的基本(一次谐波)模式的频率(f1)由下式给出：
其中，E＝杨氏模量【Pa】，ρ＝密度【kg/m3】，t＝厚度【m】，l＝长度【m】。
悬臂式膜片的二次谐波模式的频率(f2)由下式给出：
f2＝6.27·f1
悬臂式膜片的三次谐波模式的频率(f3)由下式给出：
f3＝17.55·f1
二次谐波模式发生在为基本谐波模式的频率(f1)的6.27倍的频率(f2)下。如图3例示，该二次谐波模式具有位于距膜片2b的近端P 0.78L距离处的波节10b。注意，在该二次谐波模式中，膜片的远端区域(位于波节10b的与膜片2b的近端P相对的一侧)相对于膜片的近端区域(位于波节10b的与膜片的近端P相同的一侧)异相运动。
本发明人观察到，为了扩展膜片2b可以完全同相运动的频率范围，从而帮助最大化体积位移，可以通过在膜片2b的二次谐波模式中的波节10b的位置处(即在如图3所示的波节10b处)驱动膜片2b来抑制二次模式。这是因为在波节10处驱动膜片2b避免了能量被给予膜片2b的二次谐波模式(因为膜片2b的二次谐波模式要求该位置处于静止)。
因此，通过在膜片2b的二次谐波模式中的波节10b的位置处驱动膜片2b，可以避免谐波模式的悬臂式膜片2b的有用频率范围从f1扩展到f2(f1到6.27.f1)，从f1扩展到f3(f1到17.55.f1)。
以示例的方式，考虑具有20Hz的基本谐波模式频率(f1)的夹紧(悬臂式)膜片2b。对于该膜片2b，二次谐振模式的频率(f2)将是6.27.f1＝125Hz，并且三次谐振模式的频率(f3)将是17.55.f1＝350Hz。
无论在哪里驱动膜片2b，该膜片2b都可以在f1＝20Hz(实际上略高于20Hz)到f2＝125Hz(实际上略低于125Hz)的频率跨度(对于个人重低音扬声器是有用的频率范围)内驱动而不被谐波模式失真。
然而，如果该膜片2b将在膜片2b的二次谐波模式中的波节10b的位置处驱动，那么二次谐波模式将被抑制，并且膜片2b可以在f1＝20Hz(实际上略高于20Hz)到f3＝350Hz(实际上略低于350Hz)的频率跨度(开始扩展到中间范围的频率范围)内驱动而不被谐波模式失真。
注意，用于更复杂形状的膜片(例如在长度或宽度方向上弯曲、膜片上的厚度变化、层叠结构、变化的刚度分布、各向异性等)的在膜片2b的二次谐波模式中的波节10b的确切位置可以通过实验和/或通过借助于有限元建模执行模式分析来检索。
图4A例示了自由式膜片(如图4B所示)、铰接式膜片(如图4C所示)和悬臂式膜片(如图4D所示)的基本谐波模式的位移比较。
针对具有相同大小和形状的矩形膜片的这些布置的空气体积位移是1：0.5：0.4(自由式：铰接式：悬臂式)。
示例性扬声器类型
图5A和图5B例示了根据本发明的“类型1”扬声器101a。
在该类型1的扬声器101a中，膜片102a是悬臂式膜片，因此空气体积位移是等同自由式膜片的0.4倍。在此，附接到膜片102a的音圈108a(以及因此膜片的部分质量)延伸到磁体系统中的磁隙(未示出)中。柔度Cd和质量Md分布在膜片102a上。经由两个侧倾悬挂件104a悬挂在地面或应用的质量Ma(框架)上的磁体单元Mm限定总柔度Cm，以便过滤到达悬挂磁体单元Mm的应用的振动，这些振动高于Cm和Mm的调谐频率。
图6A和图6B例示了根据本发明的“类型2”扬声器101b。
在该类型2的扬声器101b中，膜片102b是铰接式膜片，因此空气体积位移是等同自由式膜片的0.5倍。柔度Cd由膜片102b中的用作铰链的调谐弱化区域109b来提供。该铰链将膜片102b推回到静止位置。质量Md由铰接式膜片102b限定。注意，这里膜片102b的刚度与铰链的柔度Cd无关，并且这有利地允许独立于膜片102b的材料调谐基频(膜片102b的一次谐波模式的频率)。磁电路Mm经由在保持磁电路Mm的框架中的调谐波纹Cm悬挂在地面或应用的质量Ma上。
图7A和图7B例示了根据本发明的“类型3”扬声器101c。
在该类型3的扬声器101c中，膜片102c是铰接式膜片，因此空气体积位移是等同自由式膜片的0.5倍。在此，铰链Cd集成在框架Ma中，由此根据本发明，框架材料的超出铰链Cd的部分应当被视为膜片102c的一部分(因为它充当膜片，而不是框架)。在该示例中，磁电路Mm凭借柔度Cm悬挂在膜片102c上。
图8A和图8B例示了根据本发明的“类型4”扬声器101d。
在该类型4的扬声器101d中，膜片102d是铰接式膜片，因此空气体积位移是等同自由式膜片的0.5倍。在该示例中，第一柔度件Cd1借助于泡沫或橡胶而执行为铰链，其中，膜片102d被夹紧到框架(Ma)。较小的次级膜片Md2悬挂在较大的主膜片Md1内。主膜片提供了次级柔度件Cd2，该次级柔度件Cd2将次膜片悬挂在主膜片上。Md2与Md1相比可以以更高的频率运动，从而扩展扬声器的工作频率范围。磁电路Mm也可以借助于泡沫或橡胶悬挂件Cm弹性地悬挂到框架Ma。
本领域技术人员可以在本发明的范围内设想其他扬声器“类型”(例如基于来自上述类型1致类型4扬声器的特征的组合)。
图9A示出了对于类型1和类型2扬声器两者当扬声器被给定以下参数时在输入功率为1W时分别作用在Md、Mm和Ma上的力的计算结果：
·Re＝3.4欧姆【Re是DC(0Hz)下的音圈电阻】
·BL＝2Tm【BL是电机力因数(由音圈线长度(L)和磁场(B)产生的力)】
·Rm＝1Ns/m【Rm是磁体系统的悬挂件中的损失的机械阻力】
·Rd＝1Ns/m【Rd是膜片的悬挂件中的损失的机械阻力】
·Cm＝0.5mm/N【Cm是磁体单元悬挂件的柔度】
·Cd＝2mm/N【Cd是膜片的柔度】
·Mm＝70g【Mm是磁电路的质量】
·Md＝15g【Md是膜片的质量】
·Ma＝0.5kg【Ma是应用的质量】
从图9A中，可以看到在应用Ma(可以是例如悬挂扬声器的框架)上的力的强烈减小水平。力的峰值在约30Hz，这指示这是磁电路悬挂件的调谐频率。在f1下不应使用扬声器，因此该扬声器可被配置成例如在40Hz或更高的频率下使用。
然而，例如可以将f1调谐到可听带宽以下(假设20Hz以下或甚至10Hz以下)，以扩展有用的音频带宽并进一步减小应用上的力。可以使用该调谐频率的力峰值来在靠枕或座椅中生成强机械振动，以用于报警目的；例如，如果向示例性系统供应30Hz的电信号，则强振动可以经由用户的座椅传递给用户。
图9B示出了对于类型3扬声器当扬声器被给定以下参数时在输入功率为1W时分别作用在Md、Mm和Ma上的力的计算：
·Re＝3.4欧姆
·BL＝3Tm
·Rm＝2Ns/m
·Rd＝1Ns/m
·Cm＝0.6mm/N
·Cd＝2mm/N
·Mm＝200g
·Md＝20g
·Ma＝1kg
从图9B中，与图9A相比，可以看到在应用Ma上的力的稍微更差的衰减(参见标记为Ma的虚线)。
图9C示出了对于类型4扬声器当扬声器被给定以下参数时在输入功率为1W时分别作用在Md、Mm和Ma上的力的计算：
·Re＝3.4欧姆
·BL＝4Tm
·Rm＝1Ns/m
·Rd1＝1Ns/m【Rd1是较大膜片的悬挂件中的损失的机械阻力】
·Rd2＝1Ns/m【Rd2是较小膜片的悬挂件中的损失的机械阻力】
·Cm＝0.2mm/N
·Cd1＝1mm/N【Cd1是较大膜片的悬挂件的柔度】
·Cd2＝0.3mm/N【Cd2是较小膜片的悬挂件的柔度】
·Mm＝250g
·Md1＝30g【Md1是较大的外膜片的质量】
·Md2＝5g【Md2是较小的内膜片的质量】
·Ma＝0.5kg
从图9C中，可以看到在提供最大力的较大膜片(Md1)与提供最大力的较小膜片(Md2)之间在约250Hz处的交叉点。因此，在较低频率下，较大的膜片占主导，而在较高频率下，较小的膜片占主导。
类型1至类型4设计可以总结如下：
·类型1：磁电路弹性地悬挂在地面上的悬臂
·类型2：磁电路弹性地悬挂在地面上的铰链
·类型3：磁电路弹性地悬挂在膜片上的悬臂或铰链
·类型4：双向系统
可能的膜片构造
根据应用，多种材料可以用于膜片。例如，膜片可以由以下材料制成：
·复合材料(例如层压材料“片材/填料/片材”)，其中，片材通常是刚性材料(纸、铝、聚酯薄膜、碳纤维等)，并且填料的功能是将顶部和底部片材保持在限定复合材料的结果刚度的固定距离处。用于填料的典型材料是泡沫和波纹材料(例如具有低密度的蜂窝形态)。
·普通闭孔泡沫或一侧层压泡沫，由于它们的保护性柔软性质而特别适合用于靠枕应用。
·特别为低质量设计的注塑结构，其具有用纸、织物或泡沫覆盖的格栅或穿孔结构。可以用一层开孔泡沫覆盖这种结构，该层开孔泡沫对于中频和高频通常具有非常好的吸声特性。这样，重低音扬声器膜片的大的辐射区域能够同时起作用，以限制中频和高频泄漏到靠枕之外。中频和高频将通常由单独的较小换能器(例如高频扬声器或小的全频程扬声器)生成。用户的头部将反射中频和高频的声能，因此头部周围的吸收越多，对于中频和高频(例如1kHz和以上)在茧区外部的泄漏越少。
·注意，开孔泡沫可以以各种密度和孔结构获得，这些密度和孔结构限定了泡沫的关于流动阻力和吸声的特性。
·插入模制结构(例如塑料件(例如塑料片材或结构))，其在泡沫的制造/注射之前插入泡沫的模具中。这样，可以实现覆盖有泡沫的较刚性的内部塑料件的均匀组件。在一些示例中，泡沫可以是开孔PU泡沫。注塑PU泡沫的过程由于在模具中形成泡沫而将导致设置有闭孔表层的开孔泡沫件。然而，与开孔表面结构相比，表层将反射更多的中频和高频的声音。这样做的一个很好的原因是，围绕塑料插入件的泡沫可以为膜片提供额外的阻尼，这在将膜片用于扩展的频率范围(例如高达1kHz，或者甚至高达20kHz的全频程)时改善了膜片的性能。注意，通常，开孔泡沫太软而不能单独用作悬臂式设计的膜片。与闭孔泡沫(例如EPP或EPS)相比，开孔泡沫的杨氏模量通常小于1000倍；通常为约10kPa。
用于膜片的构造和材料可用于将膜片配置成具有基本模式，该基本模式具有预定频率(f1)。一些示例可以如下：
示例性EPP泡沫：
·E＝15MPa【杨氏模量】
·ρ＝100kg/m3【密度】
·t＝0.01m【厚度】
·l＝0.14m【长度】
·f1＝32Hz【基本或一次谐波频率】
示例性EPS泡沫
·E＝7MPa【杨氏模量】
·ρ＝25kg/m3【密度】
·t＝0.005m【厚度】
·l＝0.14m【长度】
·f1＝22Hz【基本或一次谐波频率】
示例性ABS塑料
·E＝2GPa【杨氏模量】
·ρ＝1100kg/m3【密度】
·t＝0.002m【厚度】
·l＝0.14m【长度】
··f1＝22Hz【基本或一次谐波频率】
现在描述一些示例性膜片构造，其可以结合到根据本发明的扬声器中。
图10A示出了示例性扬声器，其例示了扩大的气隙。
图10A的扬声器201a包括：悬臂式膜片202a，其与音圈架成一体，其中音圈208a安装在音圈架上；以及对应的磁体单元210a。
在此，磁体单元210a具有扩大的气隙(例如3mm或更大，沿平行于静止的膜片202a的辐射面的方向)，以允许音圈208a的转动运动，这也有益于进行膜片202a的二次谐波模式中的波节10a的位置的操作，但是如果膜片202a在该位置处未被驱动，那么膜片202a的二次谐波模式将不会被抑制，因此膜片202a能够被使用的频率范围将减小。在普通扬声器中，气隙的尺寸被设计为使得在音圈的外侧和内侧上产生大约0.5mm的间隙。因此，如果音圈的缠绕宽度是1mm，则气隙将是2mm宽。对于悬臂式设计的相同音圈，气隙优选地为3mm或更大。
在图10A中，字母X指示膜片在参考点(例如膜片的外端)的偏移，F指示驱动单元(经由音圈-磁体单元相互作用)实现偏移X所需的力。
通过向内(即朝向膜片202a的近端P)移位驱动点，可以减小音圈208a所需的偏移。可以实现膜片202a的相同偏移，因此需要更大的力因数(BL)。在此，力因数(或“BL”)BL是磁场B与音圈进入磁场的线长度的乘积，该磁场定义了在电流I通过线时所产生的力，其中，力(F)由B*L*I给出。
图10B示出了示例性扬声器201b，其例示了沿着音圈208b的路径成形的磁体单元210b。
在该示例中，膜片202b具有其中安装音圈208b的孔(其中音圈208b的轴线在孔处垂直于膜片202b的辐射面)。
在该示例中还示出了开放式磁电路210b，该磁电路布置有沿着音圈的路径弯曲的内芯212b(例如由钢制成)和两个外磁体214b。各个外磁体214b被布置成具有面向另一个外磁体214b的相同磁极(即北-北或南-南)。这将磁通量推出内芯212b，从而提供了在向音圈208b供应电流时允许驱动单元工作的磁场。
图11A至图11C示出了示例性膜片构造301a。
在此，图11A和图11C示出了塑料格栅结构(例如由聚碳酸酯、ABS、聚丙烯制成)，该塑料格栅结构设计成具有所需量的刚度，同时减轻重量。图11C中示出了用于将音圈架安装到膜片302a的安装件316a。
图11B示出了由覆盖材料317a(例如由纸、开孔或闭孔泡沫、织物制成)覆盖以允许体积位移的塑料格栅结构的一侧。优选地，塑料格栅结构的两侧将被覆盖材料317a覆盖，优选地留下孔，以允许经由安装件316a安装音圈架，以提供膜片302a。
图11D示出了图11A至图11C所示的膜片构造的替代实现方式，其中，塑料格栅结构插入模制在开孔泡沫(例如PU泡沫)中(在泡沫的制造/注射之前插入泡沫的模具中)。
图12A至图12C示出了另一示例性膜片构造301b。
在此，膜片302b沿长度方向(从近端P到远端D)以及宽度方向(横向于长度方向)弯曲，以增加刚度同时最小化材料。
用于音圈架的安装件316b被示出为附接到膜片302b的底部。
弯曲材料可以是塑料。塑料可以嵌入泡沫中，如图12C所示。
图13A至图13B示出了另一示例性膜片构造301c。
在此，膜片302c是层压材料，其中在两个表层之间定位有波纹芯。
膜片302c的近端P通过悬挂元件(未示出)悬挂在框架306c上，该悬挂元件被配置成大致阻止膜片302c的近端P相对于框架306c的平移运动，同时允许与膜片302c的近端P相对的膜片302c的远端D的平移运动。
膜片302c的远端D通过两个额外的悬挂元件(侧倾悬挂件304c)悬挂在框架306c上，悬挂元件被配置成允许膜片302c的远端D的平移运动。额外悬挂元件304c被配置成减少潜在的摇摆模式并且向膜片302c的运动添加额外的刚度。
根据上面引用的类型4扬声器101d，主膜片302c中的切口318c意味着第二较小膜片Md2悬挂在较大膜片(Md1)内。注意，在此，未切割区域319c用作较小膜片Md2的悬挂件。
示例性靠枕实现方式
图14A(i)至图14E(ii)例示了用于结合两个根据本发明的扬声器401-1a-e、401-2a-e的靠枕400a-e的若干示例。在可能的情况下，相同的特征被赋予对应的附图标记，使得这些特征可以不需要进一步详细描述。
在各个示例中，靠枕400a-e是用于车辆的座椅组件的一部分，座椅组件包括座椅、靠枕400a-e和两个扬声器401-1a-e、401-2a-e。
座椅的靠枕400a-e包括：后部430a-e，其位于坐在座椅中的用户的头部后面；第一翼部432-1a-e，其从后部430a-e的第一侧延伸到至少部分地沿着坐在座椅中的用户的头部的第一侧的位置；以及第二翼部432-2a-e，其从后部430a-e的第二侧延伸到至少部分地沿着坐在座椅中的用户的头部的第二侧的位置。
靠枕400a-e通过靠枕支架433a-e附接到座椅，该靠枕支架从座椅向上延伸并且穿过靠枕400a-e的后部430a-e。
扬声器401-1a-e、401-2a-e安装在座椅的靠枕400a-e内，使得第一扬声器401-1a-e位于第一翼部432-1a-e内，第二扬声器401-2a-e位于第二翼部432-2a-e内。
在各种情况下，各个扬声器401-1a-e、401-2a-e包括悬挂在框架406a-e上的一个或多个膜片402-1a-e、402-2a-e。框架406a-e的至少一部分位于靠枕400a-e的后部430a-e内，并且被配置成与靠枕支架433a-e相互作用。第一框架部分406-1a-e从后部430a-e的第一侧延伸，并且至少部分地延伸到第一翼部432-1a-e中。第二框架部分406-2a-e从后部430a-e的第二侧延伸，并且至少部分地延伸到第二翼部432-2a-e中。
各个膜片402-1a-e、402-2a-e包括第一辐射面421-1a-e、421-2a-e和位于膜片402-1a-e、402-2a-e的相对侧上的第二辐射面422-1a-e、422-2a-e。第一辐射面421-1a-e、421-2a-e面向坐在座椅中的用户的头部，而第二辐射面422-1a-e、422-2a-e背对坐在座椅中的用户的头部。
第一扬声器401-1a-e的膜片402-1a-e/各个膜片402-1a-e从第一框架部分406-1a-e并且至少部分地沿着第一翼部432-1a-e延伸，使得其第一辐射面421-1a-e至少部分地沿着坐在座椅中的用户的头部的第一侧定位。类似地，第二扬声器401-2a-e的膜片402-2a-e/各个膜片402-2a-e从第二框架部分406-2a-e并且至少部分地沿着第二翼部432-2a-e延伸，使得其第一辐射面421-2a-e至少部分地沿着坐在座椅中的用户的头部的第二侧定位。
各个扬声器401-1a-e、401-2a-e具有驱动单元，其被配置成基于源自音频源的电信号使各个相应扬声器401-1a-e、401-2a-e、402-2a-e内的膜片402-1a-e/各个膜片402-1a-e运动。
各个扬声器401-1a-e、401-2a-e的驱动单元是电磁驱动单元，其包括被配置成产生磁场的磁体单元410-1a-e、410-2a-e、以及被配置成与由磁体单元410-1a-e、410-2a-e产生的磁场相互作用的音圈408-1a-e、408-2a-e。
在使用中，可以激励各个音圈408-1a-e、408-2a-e(使电流穿过音圈)，以产生磁场，该磁场与由相应磁体单元410-1a-e、410-2a-e产生的磁场相互作用，并且使音圈408-1a-e、408-2a-e(且因此使各个膜片402-1a-e、402-2a-e)相对于相应磁体单元410-1a-e、410-2a-e运动。各个磁体单元410-1a-e、410-2a-e可包括永磁体。各个磁体单元410-1a-e、410-2a-e可被配置成提供气隙，并且可被配置成在气隙中提供磁场。各个音圈408-1a-e、408-2a-e可以被配置成当相应的膜片402-1a-e、402-2a-e静止时位于相应的气隙中。
当电流穿过各个音圈408-1a-e、408-2a-e时，它将产生磁场，该磁场与由各个相应的磁体单元410-1a-e、410-2a-e产生的磁场相互作用，这将使相应的膜片402-1a-e、402-2a-e相对于相应的磁体单元410-1a-e、410-2a-e运动。这样的驱动单元是已知的。
当扬声器401-1a-e、401-2a-e在使用中时，座椅可以被配置成定位坐在座椅中的用户，使得用户的第一只耳朵位于在第一扬声器的膜片402-1a-e的第一辐射面421-1a-e的前方并距离该第一辐射面50cm或更小(更优选地40cm或更小，更优选地30cm或更小，更优选地25cm或更小，更优选地20cm或更小，更优选地15cm或更小)的第一收听位置，并且用户的第二只耳朵位于在第二扬声器的膜片402-2a-e的第一辐射面421-2a-e的前方并距离该第一辐射面50cm或更小(更优选地40cm或更小，更优选地30cm或更小，更优选地25cm或更小，更优选地20cm或更小，更优选地15cm或更小)的收听位置。
本文中将参考图14A(i)至图14E(ii)描述结合有根据本发明的两个扬声器401-1a-e、401-2a-e的用于车辆的靠枕400a-e的示例的另外特征。图14A至图14E(i)是当由坐在座椅中的用户使用时的靠枕400a-e的俯视图，并且图14A、图14C至图14E(ii)是当由坐在座椅中的用户使用时的靠枕400a-e的侧视图。
图14A(i)和图14A(ii)示出了结合有两个根据本发明的扬声器401-1a、401-2a的第一示例性靠枕400a。
如图14A(i)所示，第一扬声器401-1a的膜片402-1a通过其近端P由刚性夹具刚性地附接到第一框架部分406-1a。由此可见，大致阻止了膜片402-1a的近端P-1相对于框架406a的平移运动，而允许与膜片402-1a的近端P相对的膜片402-1a的远端D的平移运动。
该膜片402-1a是如上参考图1B所讨论的悬臂式膜片。
第二扬声器401-2a的膜片402-2a通过其近端P由柔性夹具柔性地附接到第二框架部分406-2a。柔性夹具可以由弹性材料(例如橡胶)形成。由于膜片402-2a柔性地附接到第二框架部分406-2a，所以允许膜片402-2a的近端P相对于框架406a的平移运动。还允许膜片402-2a的远端D的平移运动。
该膜片402-2a是如上参考图1C所讨论的铰接式膜片。
第一框架部分406-1a从靠枕400a的后部430a中的框架406a延伸，并且在长度方向上围绕用户头部的第一侧弯曲，使得第一扬声器401-1a的膜片402-1a的第一辐射面421-1a近似平行于坐在座椅中的用户的头部的第一侧。
类似地，第二扬声器401-2a的膜片402-2a的第一辐射面421-2a近似平行于坐在座椅中的用户的头部的第二侧。
各个膜片402-1a、402-2a近似为线性的，使得膜片402-1a、402-2a的第一辐射面421-1a-e、421-2a-e近似为平坦的。由此可见，第一扬声器401-1a的膜片402-1a的第一辐射面421-1a与第二扬声器401-2a的膜片402-2a的第一辐射面421-2a相对并且近似平行。
第一扬声器401-1a和第二扬声器401-2a的膜片402-1a、402-2a的第一辐射面421-1a近似垂直于靠枕400a的后部430a中的框架406a。
各个扬声器401-1a、401-2a的电磁驱动单元包括磁体单元410-1a、410-2a和音圈408-1a、408-2a。各个音圈408-1a、408-2a刚性地附接到膜片402-1a、402-2a中的相应一者。各个磁体单元410-1a、410-2a弹性地悬挂在框架406上，优选地使得磁体单元410-1a、410-2a及其悬挂件的谐振频率低于扬声器401-1a、401-2a的最低工作频率。
在各个扬声器401-1a、401-2a中，磁体单元410-1a、410-2a和音圈408-1a、408-2a在沿着膜片402-1a、402-2a的位置处位于膜片402-1a、402-2a上，该位置对应于如上参考图3所讨论的膜片402-1a、402-2a的第二基频中的波节。
各个音圈408-1a、408-2a可经由音圈联接器428-1a、428-2a(参考第二音圈408-2a示出)附接到相应的膜片402-1a、402-2a。音圈联接器428-1a、428-2a是通过提供额外机械强度来加强膜片的延伸音圈联接器428-1a、428-2a。
音圈联接器428-1a、428-2a可以由塑料(例如ABS、PC或PVC)制成，并且可以填充有玻璃纤维(例如20％)，以提高结构强度。音圈联接器428-1a、428-2a也可以穿孔，以便于胶粘和/或允许目测所使用的胶的量和固化。音圈联接器428-1a、428-2a的大小可以根据碰撞冲击保护的需要而扩展。在该示例中例示的扬声器401-1a、401-2a分别是如上面参考图5A和图5B以及图6A和图6B所讨论的类型1和类型2扬声器。在此，注意，两个磁电路都柔性地悬挂在设置在框架406中的空腔中(注意，框架围绕膜片延伸，以便允许膜片的偏移，同时提供用于泡沫的结构或另一开放结构来覆盖它，以允许靠枕的舒适整理)。而且，延伸框架被穿孔或具有足够的开口，以允许膜片产生的体积位移通过。
在该示例中，膜片402-1a、402-2a被材料层(标记为Oa)围绕，该材料层从框架406a延伸并具有穿孔结构。在各个膜片402-1a、402-2a与Oa层之间形成空腔442-1a、442-1a，以为各个膜片402-1a、402-2a提供足够的空间来振动。具有例如泡沫的材料层(标记为Fa)围绕Oa层，并且形成靠枕400a的形状。该泡沫可以在膜片前方具有开孔结构(以允许体积位移)，同时为了靠枕舒适，可以在别处使用更致密的泡沫(较少开口)。整个靠枕400a结构由多孔织物整理层(标记为Ta)覆盖。
图14B(i)示出了结合有两个根据本发明的扬声器401-1b、401-2b的第二示例性靠枕400b。
在该示例中，第一扬声器401-1b的膜片402-1b和第二扬声器401-2b的膜片402-2b两者通过其近端P刚性地附接到框架406-1b、406-2b的相对端，使得大致阻止膜片402-1b、402-2b的近端P相对于框架406b的平移运动，而允许膜片402-1b、402-2b的远端D的平移运动。
因此，在该示例中，膜片402-1b、402-2b都是如上所述的悬臂式膜片的示例。在此，膜片的曲率主要是为了在给定的靠枕设计内延长膜片的有效长度，使得悬臂的较大表面(最靠近耳朵的远端部分)形成最大偏移。事实上最佳地最大化了可用空间。最终，在另一实现方式(未示出)中，两个悬臂式膜片可以在用户头部后面的中间以其近端彼此相遇。
在该示例中，各个膜片402-1b、402-2b的近端区域在长度方向上(从近端P到远端D)围绕用户的头部弯曲，使得第一膜片402-1b的近端区域围绕用户头部的第一侧弯曲，第二膜片402-2b的近端区域围绕用户头部的第二侧弯曲。
在此，各个膜片402-1b、402-2b的远端区域是近似平坦的，以提供近似平坦的辐射面421-1b、421-2b、422-1b、422-2b。但是根据靠枕的设计，曲率可以在悬臂的整个长度上是连续的。第一扬声器401-1b的膜片402-1b的第一辐射面421-1b与第二扬声器401-2b的膜片402-2b的第一辐射面421-2b相对并且近似平行。第二辐射面422-1b、422-2b类似地布置。
磁体单元410-1b、410-2b悬挂在框架上。相应的音圈408-1b、408-2b刚性地附接到各个膜片402-1b、402-2b。
音圈408-1b刚性地附接到第一扬声器401-1b的膜片402-1b的第二辐射面422-1b。膜片402-1b具有安装在第二辐射面422-1b上的联接器，第二辐射面上安装有音圈408-1b，其中音圈408-1b的轴线与膜片402-1b的第二辐射面422-1b在联接器处成一定角度，以便与膜片402-1b的转动轴线对齐。这表明驱动单元不必垂直于膜片安装。这由于驱动单元(电机)效率的原因而对于限制所需的气隙宽度是有用的。注意，扩大的气隙对于静音工作是有用的，然而这以电机效率为代价。因此，对于弯曲的膜片，分析音圈位置处的轨迹路径并相应地优化音圈和磁电路的角度可以是有用的。
第二扬声器401-2b的膜片402-2b的磁体单元410-2b沿着音圈408-2b的路径成形，如上面参考图10B所讨论的。磁体单元410-2b悬挂在框架上，并且音圈408-2b在沿着膜片402-2b的一个位置处刚性地附接到膜片402-2b，该位置对应于如上所述的膜片402-2b的第二基频中的波节。
在该示例中例示的两个扬声器401-1b、401-2b都是如上面参考图5A和图5B讨论的类型1扬声器。在该示例中，膜片402-1b、402-2b被材料层围绕，该材料层从框架406a延伸并具有开孔或穿孔结构(该材料层标记为Ob，注意，在该图中，Ob是穿孔的框架结构的延伸)。在各个膜片402-1b、402-2b与Ob层之间形成空腔442-1b、442-1b，以为各个膜片402-1b、402-2b提供足够的空间来振动。具有开孔结构的材料(例如泡沫)层(标记为Fb)围绕Ob层，并形成靠枕400b的形状。整个靠枕400b结构由多孔织物整理层(标记为Tb)覆盖。
图14C(i)和图14C(ii)示出了结合有两个根据本发明的扬声器401-1c、401-2c的第三示例性靠枕400c。
在该示例中，扬声器401-1c、401-2c各自包括由框架Oc一体形成的膜片402-1c、402-2c。一体膜片由围绕支架433c嵌入的闭孔泡沫(例如EPP)制成，而穿孔塑料框架Oc围绕一体膜片，以允许偏移并提供限定靠枕形状的坚固结构，该结构可以用开孔泡沫406c和织物Tc覆盖。
由此可见，第一框架部分406-1c从靠枕支架433c在靠枕400c的后部430c中的第一侧延伸，以形成第一扬声器401-1c的膜片402-1c。一体形成的膜片402-1c的近端区域在长度方向上围绕用户头部的第一侧弯曲。一体形成的膜片402-1c的远端区域是线性的，这提供了近似平坦的辐射面421-1b、421-2b。第一辐射面421-1b沿着用户头部的第一侧延伸并且与其平行。
第二扬声器401-2c的膜片402-2c类似地形成，使得第一辐射面421-2b沿着用户头部的第二侧延伸并且与其平行。第一扬声器401-1c的膜片402-1c的第一辐射面421-1c与第二扬声器401-2c的膜片402-2c的第一辐射面421-2c相对并且近似平行。
铰链401-9c设置在靠枕400c的后部430c中的框架406c与各个一体膜片402-1c、402-2c之间。铰链401-9c由框架406c的较薄的弱化区域提供，该区域位于靠枕400c的后部430c中的框架406c与各个一体膜片402-1c、402-2c之间。
因此，在该示例中，膜片402-1c、402-2c都是如上参考图1C所讨论的铰接式膜片的示例。
磁体单元410-1c、410-2c和音圈408-1c、408-2c在沿着各个膜片402-1c、402-2c的位置处通过金属弹簧425-1c、425-2c悬挂在各个膜片402-1c、402-2c上，该位置对应于如上所述的膜片402-1c、402-2c的第二基频中的波节。
磁体单元410-1c、410-2c和音圈408-1c、408-2c悬挂在各个膜片402-1c、402-2c的第二辐射面422-1c、422-2c上。替代性地，磁体单元410-1c、410-2c和音圈408-1c、408-2c可以悬挂在各个膜片402-1c、402-2c的第一辐射面421-1c、421-2c上。第一扬声器401-1c的磁体单元410-1c和音圈408-1c被定位成与第二扬声器401-2c的磁体单元410-2c和音圈408-2c相对。优选地，使用两个彼此远离的金属弹簧来提供磁电路的稳定运动；即阻止磁电路相对于音圈倾斜。金属螺旋形弹簧作为传统的织物弹波的替代物是已知的，当然也可以使用。
因此，在该示例中例示的两个扬声器401-1c、401-2c是如上面参考图7A和图7B讨论的类型3扬声器。框架406c和各个一体膜片402-1c、402-2c由具有闭孔结构的材料(例如泡沫)(标记为F1c)形成，该材料围绕靠枕支架433c贴合。然后，框架Oc和各个扬声器401-1c、401-2c被具有开孔或穿孔结构的材料层(标记为406c)围绕。在各个膜片402-1c、402-2c与Oc层之间形成空腔442-1c、442-2c，以为各个膜片402-1c、402-2c提供足够的空间来振动。具有开孔结构的第二材料(例如泡沫)层(标记为F2c)围绕标记为Oc的层。F1c(例如EPP)层可以是与F2c(开孔)层不同的材料。整个靠枕400c结构由多孔织物整理层(标记为Tc)覆盖。
图14D(i)和图14D(ii)示出了结合有两个根据本发明的扬声器401-1d、401-2d的第四示例性靠枕400d。
在此，扬声器401-1d、401-2d各自包括膜片402-1d、402-2d，其由靠枕400d的后部430d中的靠枕支架433d一体形成。
在该示例中，第一扬声器401-1d的膜片402-1d是线性的，并且以与靠枕支架433c的法向轴线成近似45°的角度从靠枕支架433-1c的第一侧延伸。
因此，与所有上述示例对比，第一扬声器401-1d的膜片402-1d不与坐在座椅中的用户的头部的第一侧近似平行地延伸。相反，第一扬声器401-1d的膜片402-1d定位于坐在座椅中的用户的第一只耳朵正后方，使得膜片402-1d的第一辐射面421-1d近似平行于用户头部的第一后侧延伸，其中头部的后侧位于头部的后部与头部的侧面之间。
第二扬声器的膜片402-2d类似地布置。由此可见，膜片402-1d、402-2d的第一辐射面421-1d、421-2d彼此不平行，如以上示例的情况。
在各个扬声器401-1d、401-2d中，磁体单元410-1d、410-2d和音圈408-1d、408-2d在沿着各个膜片402-1d、402-2d的位置处位于各个膜片402-1d、402-2d的第二辐射面422-1d、422-2d上，该位置对应于如上面参考图3所讨论的膜片402-1d、402-2d的第二基频中的波节。
因此，在该示例中例示的两个扬声器401-1d、401-2d都是如上面参考图5A和图5B所讨论的类型1扬声器。
在该第四示例中，附接到支架433d的框架406d由例如EPP、闭孔泡沫的材料形成。闭孔泡沫(例如EPP)可提供足够的结构强度，以用作靠枕的框架，同时具有关于用户头部上的碰撞冲击的非常好的特性。闭孔泡沫也用于头盔中。
靠枕支架433d和扬声器401-1d、401-2d被具有多个穿孔440d的框架406d围绕。在各个膜片402-1d、402-2d与结构泡沫406d层之间形成空腔442-1d、442-2d，以向各个膜片402-1d、402-2d提供足够的空间来振动。结构泡沫406d被具有开孔结构的材料(例如泡沫)层(标记为Fd)围绕。整个靠枕400d结构由多孔织物整理层(标记为Td)覆盖。
图14E(i)和图14E(ii)示出了结合有两个根据本发明的扬声器401-1e、401-2e的第五示例性靠枕400e。
如图14E(i)所示，靠枕400e包括：靠枕支架433e，其呈梯形，具有第一长边434e和第二长边435e，该第一长边和第二长边彼此相对且平行。第一长边434e比第二长边435e长，并且更靠近坐在座椅中的用户的头部。靠枕支架443e还具有第一短边436-1e和第二短边436-1e，该第一短边和第二短边具有相同的长度，并且彼此相对。
扬声器401-1e包括框架(或托架)406-1e和连接到靠枕支撑433e的第一短边436-1e并从其延伸的膜片402-1e。
框架406-1e以与靠枕支架433e的法向轴线成近似45°的角度从靠枕支架433e的第一短边436-1e延伸。由此可见，第一扬声器401-1e的框架406-1e定位于坐在座椅中的用户的第一只耳朵的正后方。
框架406-1e包括沿着框架406-1e的长度近似在中途的调谐波纹447-1e(上面参考图6A讨论)，用于调节磁电路的谐振频率。在此，磁电路质量的谐振频率与柔度447-1e一起优选地被调谐到低于设备的音频工作带宽，而该谐振频率的激励可以用于生成如上所述的报警机械振动。
膜片402-1e的近端区域的一侧刚性地附接到靠枕支架433e的第一短边436-1e。
膜片402-1e包括三个组成部分；第一线性部分、第二线性部分和将第一线性部分和第二线性部分连接在一起的弯曲部分。膜片402-1e最初平行于第一短边436-1e和框架406-1e延伸，使得膜片402-1e的第一线性部分定位于坐在座椅中的用户的第一只耳朵的正后方。由此可见，膜片402-1e的第一辐射面421-1e的第一部分近似平行于用户头部的第一后侧延伸。
膜片402-1e然后延伸超过框架406-1e的远端，并且在该点，膜片402-1e在长度方向上弯曲，以使膜片402-1e的第二线性部分沿着用户头部的第一侧。由此可见，膜片402-1e的第一辐射面421-1e的第二部分近似平行于用户头部的第一侧延伸。可以使用弯曲部分中的一些肋来加强膜片，以达到期望的性能。
音圈408-1e在沿着膜片402-1e的第一线性部分靠近膜片402-1e的弯曲部分的位置处悬挂在膜片402-1e的第二辐射面422-1e上。磁体单元410-1e悬挂在框架406-1e上，与膜片402-1e的音圈408-1e相对。
在各个膜片408-1e、408-2e的远端是适合于伴随偶极子低音扬声器或重低音扬声器的中高频单元445-1e。
框架406e和膜片402-1e被具有开孔或穿孔结构的材料层(标记为Oe)围绕。在此Oe也是从433e和434e延伸的框架，并且实际上是穿孔的塑料壳。在膜片402-1e与Oe层之间形成空腔442-1e，以向膜片402-1e提供足够的空间来振动。具有开孔结构的材料(例如泡沫)层(标记为Fe)围绕Oe层。整个结构被多孔织物整理层(标记为Te)覆盖。
第二扬声器401-2e具有类似于第一扬声器401-1e布置的对应特征。由此可见，第一扬声器401-1e的膜片402-1e的第一辐射面421-1e的第二部分近似平行于第二扬声器401-2e的膜片402-2e的第一辐射面421-2e的对应第二部分。
因此，该示例的两个扬声器401-1e、401-2e都是如上面参考图5A和图5B所讨论的类型1扬声器。
在该示例中，靠枕支架433e包括用于改变靠枕400e的位置的特征(例如电动高度和角度设定)。在此，两个圆形部件表示两个磁体单元，每个膜片一个。当然，可以选择用多于一个的电机激励单个膜片。
实验
图15A示出了实验装置500。图15B和图15C示出了使用图15A的实验装置500获得的实验数据。
如图所示，实验装置500包括在近端P固定到底座506的悬臂式膜片502。音圈508定位于距底座506 25cm处，该距离为膜片502的长度(32cm)的0.78倍，即，位于膜片502上对应于膜片502的第二基频中的波节10的位置(参见上文对图3的讨论)。
在该示例中，膜片参数如下：
·复合材料【以酚醛纸蜂窝结构为填料的酚醛纸表层】
·E＝2.4GPa【杨氏模量】
·ρ＝200kg/m3【密度】
·t＝0.002m【厚度】
·l＝0.32m【长度】
驱动单元参数如下：
·Re＝7.4Ω【DC(0Hz)下的音圈电阻】
·Bl＝4.9Tm【电机力因数】
根据上面的等式(1)，实验装置500的膜片502的基本模式(基本膜片模式)的频率(f1)是8.5Hz(包括音圈508质量)(11.0Hz，在没有附接音圈508的情况下)。
图15B示出了在静止时和在1W输入功率的情况下在距膜片502 10cm处的SPL(声压级)。
图15C示出了在静止时和在1W输入功率的情况下在距膜片502 10cm处的THD(总谐波失真)。
图15B和图15C中的短划线指示二次谐波模式f2(在71Hz左右)被抑制，并且虽然在频率响应中仍然可见，但是其幅度和失真足够低，使得膜片502可以在f2处使用，并且实际上在10Hz-160Hz的带宽上使用。如图15C中的虚线所示，40Hz与160Hz之间的失真非常低(＜1％)，这是亚低音扬声器的特别有用的再现范围。
相反，图15B和图15C中的点划线指示三次谐波模式f3(在185Hz左右)没有被抑制，并且生成了大量的失真，使得膜片502无法在该频率下使用。
我们注意到，实验数据示出了8.5Hz的非常低的基频谐振，这对于所公开的技术的实际实现方式而言是不理想的。
在普通扬声器中，膜片悬挂件连同音圈的阻尼器悬挂件一起限定了移动系统的总刚度。该总刚度可以被调整成与膜片的特性完全分离。
由于我们不需要允许膜片平移运动的常规悬挂元件(侧倾悬挂件、弹波等)，因此对于类型1扬声器(例如在该实验装置中使用的扬声器)，膜片和音圈悬挂件刚度完全由膜片的材料特性和尺寸设计限定，并因此直接与使用等式(1)限定的其基本谐振f1有关。
为了使膜片具有足够的“恢复力”，以便音圈与磁体单元相互作用，膜片的刚度应该足够高(缺乏恢复力将导致音圈相对于磁电路偏离其中心位置)。然而，由于我们可以改变来实现这一点的几个参数中的一者是基本模式的频率(f1)，所以我们必须找到对于该类型1扬声器的带宽与刚度之间的折衷(即，将f1设定为足够高以给出大带宽和足够恢复力，但又足够低以提供在扬声器要执行的频率范围的低端(对于典型的亚低音扬声器，可能在20Hz-40Hz的范围内)的覆盖的折衷)。
理想地，f1对于音圈恢复力是高的，但是低于所选择的工作带宽中的最低频率。
优选f1位于20Hz与40Hz之间。例如，如果我们在二次模式f2的波节处驱动膜片，则F1＝30Hz将允许30Hz-500Hz的带宽。
补充说明
在上述说明书或所附权利要求书或附图中公开的特征(以其特定形式或根据用于执行所公开的功能的装置、或用于获得所公开的结果的方法或过程来表达)可以适当地单独地或以这些特征的任意组合来用于以其不同形式实现本发明。
虽然已经结合上述示例性实施例描述了本发明，但是当给出本发明时，许多等同的修改和变化对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，上述本发明的示例性实施例被认为是说明性的而非限制性的。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对所述实施例进行各种改变。
为了避免任何疑问，提供本文提供的任何理论解释是为了改善读者的理解。发明人不希望受这些理论解释中的任何一者的限制。
本文所用的任何章节标题仅用于组织目的，而不应被解释为限制所描述的主题。
在整个说明书中，包括随后的权利要求书，除非上下文另有要求，词语“包括”和“包含”及其变体应理解为暗示包括所述的整体或步骤或整体或步骤的组，但不排除任何其它整体或步骤或整体或步骤的组。
必须注意，如说明书和所附权利要求中所用，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代，除非上下文另外清楚地指示。范围在本文中可以表达为从“约”一个特定值和/或到“约”另一个特定值。当表达这样的范围时，另一个实施例包括从一个特定值和/或到另一个特定值。类似地，当通过使用先行词“约”将值表达为近似值时，应当理解，特定值形成另一个实施例。与数值相关的术语“约”是可选的，并且是指例如+/-10％。
参考文献
为了更充分地描述和公开本发明以及与本发明相关的现有技术，上面引用了许多文献(包括专利申请)。这些参考文献的完整引用提供如下。这些参考文献中的每一者的全部内容都并入本文。
·PCT/EP2018/084636
·PCT/EP2019/056109
·PCT/EP2019/056352

Claims (13)

1.一种用于产生低音频率声音的重低音扬声器，其中，所述低音频率包括跨50Hz至100Hz范围的频率，并且所述重低音扬声器包括：
膜片，其具有第一辐射面和第二辐射面，其中，所述第一辐射面和所述第二辐射面位于所述膜片的相对面上；
框架，其中，所述膜片的近端通过至少一个近端悬挂元件悬挂在所述框架上，其中，所述至少一个近端悬挂元件被配置成阻止所述膜片的所述近端相对于所述框架的平移运动，以及允许所述膜片的与所述膜片的所述近端相对的远端的平移运动，所述框架被配置成允许由所述第一辐射面产生的声音沿第一方向从所述重低音扬声器的第一侧传播出去，并且允许由所述第二辐射面产生的声音沿第二方向从所述重低音扬声器的第二侧传播出去，使得在使用时由所述第一辐射面和所述第二辐射面产生的声音彼此干涉；以及
驱动单元，其被配置成基于电信号使所述膜片的所述远端运动。
2.根据权利要求1所述的重低音扬声器，其中，所述重低音扬声器被配置成与位于收听位置的用户的耳朵一起使用，所述收听位置在所述膜片的第一辐射面的前方并且距离所述第一辐射面50cm或更小。
3.根据权利要求1或2所述的重低音扬声器，其中，所述驱动单元被配置成在所述膜片上的与所述膜片的二次谐波模式中的波节相对应的位置处向所述膜片施加力。
4.根据权利要求1或2所述的重低音扬声器，其中，所述至少一个近端悬挂元件被配置成阻止所述膜片的所述近端的转动。
5.根据权利要求1或2所述的重低音扬声器，其中，所述至少一个近端悬挂元件被配置成允许所述膜片的所述近端的转动。
6.根据权利要求1或2所述的重低音扬声器，其中，所述膜片的所述远端通过至少一个远端悬挂元件悬挂在所述框架上，其中，所述至少一个远端悬挂元件被配置成允许所述膜片的远端的平移运动。
7.根据权利要求1或2所述的重低音扬声器，其中，所述膜片是主膜片，其中，次膜片通过一个或多个次悬挂元件悬挂在所述主膜片上，
所述次膜片与所述主膜片一体形成，
所述主膜片的一部分区域提供成所述次悬挂元件，并且
所述驱动单元被配置成通过在所述次膜片处施加力使所述膜片的所述远端运动。
8.根据权利要求1或2所述的重低音扬声器，其中，所述驱动单元的磁体单元通过至少一个磁体单元悬挂元件悬挂在所述框架上，其中，所述至少一个磁体单元悬挂元件被配置成在由所述驱动单元产生的振动到达所述框架之前对所述振动提供预定水平的衰减。
9.根据权利要求1或2所述的重低音扬声器，其中，所述驱动单元的磁体单元经由至少一个磁体单元悬挂元件悬挂在所述膜片上。
10.一种座椅组件，包括：
座椅；和
根据前述权利要求中任一项所述的重低音扬声器；
其中，所述座椅被配置成定位坐在所述座椅中的用户，使得所述用户的耳朵位于收听位置，所述收听位置在所述膜片的第一辐射面的前方并且距离所述第一辐射面50cm或更小。
11.根据权利要求10所述的座椅组件，其中，所述座椅的靠枕包括翼部，所述翼部被配置成当所述座椅在使用中时至少部分地沿着坐在所述座椅中的用户的头部的一侧延伸，其中，所述膜片至少部分地延伸到所述翼部中，所述膜片的所述远端位于所述翼部中。
12.根据权利要求11所述的座椅组件，其中，
所述靠枕能够包括两个根据权利要求1至9中任一项所述的重低音扬声器；
所述座椅被配置成定位坐在所述座椅中的用户，使得所述用户的第一只耳朵位于在两个所述重低音扬声器中的第一重低音扬声器的所述膜片的第一辐射面的前方并距离所述第一辐射面50cm或更小的收听位置，并且使得所述用户的第二只耳朵位于在两个所述重低音扬声器中的第二重低音扬声器的所述膜片的第一辐射面的前方并距离所述第一辐射面50cm或更小的收听位置。
13.根据权利要求10所述的座椅组件，其中，所述座椅具有刚性座椅框架，并且所述重低音扬声器的所述框架是所述刚性座椅框架的一部分或者固定地附接至所述刚性座椅框架。
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