CN115336288A - 电声换能器和包括所述电声换能器的扬声器、麦克风和电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开提出了一种电声换能器，该电声换能器包括具有中心区域和外部区域的振膜，以及机械地耦合到振膜的动态线圈，其中动态线圈被布置在振膜的外部区域的至少一部分之上或之中，并且沿着振膜的外部区域的至少一部分缠绕。至少一个另外的线圈相对于动态线圈同心地布置，并且其限定了以下之一：如果布置在振膜的至少中心区域之上或之中并且沿着振膜的至少中心区域缠绕，则限定附加动态线圈；以及，如果缠绕在振膜附近并且被配置为与动态线圈电磁相互作用，则限定静态场线圈。本公开还涉及扬声器、麦克风和电子设备，每个都包括根据本公开的电声换能器。

Description

电声换能器和包括所述电声换能器的扬声器、麦克风和电子 设备

本发明涉及电声换能器。

术语电声换能器意味着能量的转换，例如在信号中携载的能量以两种方式转换：从电信号到声信号(扬声器)和/或从声信号到电信号(麦克风)。信号可以在时域或频域中定义。如果在频域中表达，信号可以包括多个频带。例如，信号可以包括较低信号频率的低音频带、中间频率的中频带和较高频率的高音频带。通常，几个电声换能器被组合以覆盖跨越多个频带的频率范围。

电声换能器通常根据电磁感应原理工作，并且包括附接到振膜的动态线圈。声波激励振膜，使动态线圈在由永磁体产生的静磁场中振动。相反，可以将电信号施加到动态线圈上，以便产生交变磁场，该交变磁场与静磁场相互作用，以激励振膜中的运动，从而产生声波。

传统电声换能器的振膜在其整个表面区域上发射或收集声波，而动态线圈附接到振膜的一小部分或甚至单个点。例如，在传统的扬声器中，振膜具有端部开口的圆锥的形状，并且动态线圈在其较小的开口端部的周边上附接到所述圆锥，并且在传统的麦克风中，圆形振膜的中心附接到动态线圈。

上述电声换能器的缺点是，为了可靠地转换信号，对振膜提出了限制性的和相互不相容的要求。传统电声换能器的振膜必须：

(a)非常有刚性(infinitely stiff)以通过整个振膜传播声波；

(b)强烈的声阻尼(sound damping)，以避免嗡嗡声(ringing)或以其他方式影响接收或发射的声波；和

(c)质量轻，以减少振膜关于声波的惯性。

由于在已知的复合材料中不容易满足这些要求，更不用说在已知的纯材料中，在已知的电声换能器中，转换的保真度受到损害和/或被限制在相对窄的频带内。例如，具有高刚度的材料自然也具有相对较弱的阻尼特性。

US 6 137 891 A公开了一种电声换能器，其具有在一片柔韧的电绝缘材料上形成音圈的导体图案。多个音圈以相邻间隔排列的方式显示在振膜上。

WO 02/063922 A2公开了一种单端电声换能器，其包括振膜，该振膜具有附着的导电带(strip)，用于与以平行的行(parallel row)排列的永磁体配合。

GB 2 071 460 A公开了一种电声换能器，其包括平面型振膜和具有匹配磁化图案的磁体板，其中音圈以同心圆片段的形式布置在振膜上。

US 4 471 173 A，特别是其图6-图7和相关描述，公开了一种具有带肋的平坦振膜的换能器，导体线路(conductor runs)嵌入该肋中。这些肋平行于磁化带布置，使得肋可以移入和移出磁化带之间的空间。

US 6 137 891 A、WO 02/063922 A2、GB 2 071 460 A和US 4 471 173 A被认为是现有技术，并且各自都描述了具有振膜的电声换能器，电导体缠绕在振膜上以用作动态线圈。

本发明的目的是提供一种改进的电声换能器。

这是通过本发明实现的，本发明提出了一种电声换能器，该电声换能器包括具有中心区域和外部区域的振膜，以及机械地耦合到振膜的动态线圈，其中动态线圈被布置在振膜的外部区域的至少一部分之上或之中，并且沿着振膜的外部区域的至少一部分缠绕，并且其中至少一个另外的线圈相对于动态线圈同心地布置，并且其限定了以下之一：

如果其设置在振膜的至少中心区域之上或之中并沿着该中心区域缠绕，则限定附加动态线圈；和

如果其缠绕在振膜附近，并且被配置为与动态线圈电磁相互作用，则限定静态场线圈。

通过将动态线圈布置在振膜的外部区域的至少一部分之上或之中并沿着该部分缠绕，获得了动态线圈和振膜之间的分布式机械接触，这导致了更好的换能和解除了限制性材料要求。现在可以实现一种改进的和高度可靠的电声换能器，对其振膜的要求简化，振膜最多需要声阻尼，并且质量优选地较轻。不再需要以前对刚性振膜的限制性要求。事实上，在根据本发明的电声换能器中，柔性振膜是有利的，其自然也导致更好的声阻尼并且通常更轻。柔性振膜可靠地跟随由进入或产生的声波引起的局部运动。声阻尼和质量轻这两种特性可以在许多不同的材料(如橡胶或聚碳酸酯)中结合起来。这极大地提高了声波发射和记录的质量。

此外，与传统电声换能器相比，根据本发明的电声换能器不需要对称振膜。振膜可以是平坦的，并且基本上是任何二维形式，或者可以是三维形状，包括立方体或曲面。这进一步解除了对电声换能器设计的限制。例如，可以省去传统使用的端部开口的锥形扬声器振膜。这解除了在这种振膜上的中心孔(central hole)的必要性。

根据本发明，至少一个另外的线圈相对于动态线圈同心地布置。如果该至少一个另外的线圈被布置在振膜之上或之中并且沿着振膜缠绕，则该至少一个另外的线圈形成另一个动态线圈，并且如果缠绕在振膜附近并且被配置为与动态线圈电磁相互作用，则该至少一个另外的线圈形成静态场线圈。动态线圈和至少一个另外的线圈的同心布置可以在同一表面上，也可以在沿着和/或穿过振膜的方向上间隔开。当布置在振膜之上或之中并沿着振膜缠绕时，至少一个另外的线圈形成另一个动态线圈。当缠绕在振膜附近并被配置成与动态线圈电磁相互作用时，至少一个另外的线圈形成静态场线圈。在每种情况下，动态线圈和至少一个另外的线圈的组合提高了电声换能器的保真度，同时与已知的电声换能器相比提供了更通用的布置和减小的厚度。特别地，当至少一个另外的线圈是静态场线圈时，可以避免使用产生永久磁场的磁体或磁化材料。

一般而言，当另外的线圈布置在振膜之上或之中并沿着振膜缠绕时，它限定了附加动态线圈。然而，在另外的线圈缠绕在振膜附近并被配置成与动态线圈电磁相互作用的情况下，它限定了静态场线圈。线圈装置的同心度应理解为动态线圈和至少一个另外的线圈绕公共数学轴缠绕，但是线圈不需要共面，因此可以沿着该数学轴存在偏移。此外，线圈不需要以特定的模式(例如圆形、螺旋形(helix)或螺旋状(spiral))缠绕。当另外的线圈限定了附加动态线圈时，该附加动态线圈可以相对于动态线圈以径向偏移或间隔布置。还可以设想，代替相对于动态线圈的径向偏移或间隔，或者除了相对于动态线圈的径向偏移或间隔之外，将附加动态线圈相对于动态线圈布置在振膜厚度的偏移或间隔处。

振膜可作为动态线圈的框架。动态线圈可以沿着振膜的整个有效表面(activesurface)缠绕，以获得动态线圈和振膜之间在最大表面积上的机械接触。然后可以在振膜上的每个位置驱动振膜，而不管其形状如何。

传统上由永磁体产生的静磁场可以以传统方式和替代地以本公开中公开的方式在本发明的电声换能器中实现。

优选地，振膜基本上是平坦的。基本平坦的振膜具有各种优点。例如，与传统的电声换能器相比，它导致本发明的电声换能器的厚度减小。此外，平坦形状不需要在振膜上有孔，如在传统扬声器中必然存在的孔。没有这样的孔，振膜可以更可靠地发射或接收声波，特别是在较高频率下。

优选地，动态线圈嵌入在振膜中。振膜因此可以部分或完全封装动态线圈。当动态线圈嵌入振膜中时，动态线圈和振膜之间的机械接触被进一步改善，导致换能保真度的提高。此外，这种配置导致更薄的结构。

优选地，动态线圈电连接到输入或输出端子。输入或输出端子可以被配置为向动态线圈提供电信号和/或从动态线圈接收电信号。输入或输出端子可以通过连接引线电连接到动态线圈。

在本发明的一个有利实施例中，多个动态线圈布置在振膜之上或之中，每个动态线圈与一个频带相关联。也就是说，每个动态线圈可以与其自己的频带相关联，该频带与其余动态线圈的声频带有差异或不同。在该实施例中，每个动态线圈可以电连接到输入或输出端子。因此，可以采用多个输入或输出端子，每个端子提供或接收与声频带相关的信号。附加地或替代地，在该实施例中，多个动态线圈可以同心地布置。此外，在该实施例中，多个动态线圈可以按照声频带的顺序排列。此外或可替换地，在该实施例中，与最高声频带相关联的动态线圈可以被布置成最靠近振膜的中心区域或布置在振膜的中心区域。多个动态线圈可以同心布置，与最高声频带相关联的动态线圈位于中心。这种布置通过在更宽的频率范围内更精确地接收和发射声波，进一步改进了电声换能器。

在任何一个公开的实施例中，振膜在与动态线圈相关的声频带中可以是弹性的。因此，振膜抑制了这种声频，同时由于其弹性，在所述频率处还具有低惯性。这不同于特别用于扬声器中的现有技术的振膜，现有技术的振膜通常是刚性的而不是弹性的。弹性振膜局部顺从于通过电信号或声信号引起的机械变形。如果提供一个以上的动态线圈，则可以包含相等数量的相关带。

优选地，振膜包括至少一种选自包括以下项的组的材料：类橡胶材料、橡胶、硅树脂、聚酰亚胺、聚酰胺、优选地用碳和/或玻璃纤维增强的聚酯树脂、和聚碳酸酯。该材料组确保阻尼和低惯性，提高转换的保真度。

有利的是，本发明可以是透明的。这是通过为动态线圈选择足够小的导线直径和为振膜选择透明材料来实现的。由于振膜的小厚度和透明性，本发明创造了透明电声换能器的可能性，从而可以与显示技术相结合。

优选地，振膜由杨氏模量在0.01GPa和5GPa之间，更优选地在0.1GPa和2.4GPa之间的材料构成。这个范围特别适合于激励或接收可听频谱中的声波，同时与传统电声换能器的振膜相比具有相对较低的刚度。

优选地，根据本发明的电声换能器还包括至少一个静态场线圈，该静态场线圈被配置为与动态线圈电磁相互作用。静态场线圈使得传统的永磁体变得多余。这减少了换能器的质量，并节省了在电声换能器的永磁体中通常使用的稀土金属，例如钕。

优选地，至少一个静态场线圈缠绕在振膜附近。这加强了至少一个静态场线圈和动态线圈之间的相互作用，提高了声音转换的保真度。此外，电声换能器的厚度进一步减小。应当理解，任何静态场线圈优选地与振膜隔开。

至少一个静态场线圈可以作为相对于提供给动态线圈或多个动态线圈中的每一个的信号的电接地或者作为由动态线圈或多个动态线圈中的每一个提供的信号的电接地。至少一个静态场线圈中的每一个可以单独连接到多个动态线圈中的一个，以在所述动态线圈的声频带中相互作用。在这种情况下，静态场线圈可以形成参考线圈，并且在机械意义上可以理解为相对于机械动态振膜是静态的。

至少一个静态场线圈优选布置在平面中。优选地，当振膜是平坦的时，至少一个静态场线圈平行于振膜的平面布置。这种平行平面之间的间距优选地小于振膜的横截面。这些优选的特征进一步提高了磁相互作用，从而提高了声音转换的保真度。

静态场线圈可以布置在刚性平面(rigid plane)中，或者可替代地布置在与振膜相比具有相同或不同刚度的第二振膜中。

优选地，振膜和至少一个静态场线圈布置在底盘中，该底盘被配置为限制至少一个静态场线圈相对于底盘的移动。因此，底盘限制了由至少一个静态场线圈产生的电磁场在空间中的移动。振膜然后在空间固定的电磁场内移动。

底盘优选地包括3D打印结构。相对于现有技术的电声换能器，这进一步减少了结构的质量，在现有技术的电声换能器中，底盘通常由两个金属环和两个环之间的至少三个连接腿或肋组成。使用3D打印，可以创建更复杂的设计，如三角形框架。因此，在减少材料使用的同时，可以生产刚性的底盘。所公开的底盘也可以用于传统的电声换能器，例如基于锥体的扬声器。

在任何一个公开的实施例中，振膜可以由被配置为悬挂振膜的悬架支撑。悬架可以通过振膜的周边(优选地，振膜的外边缘)安装振膜。

当电声换能器包括底盘和悬架二者时，底盘和悬架可以集成在一个单一部件中。这进一步减小了电声换能器的厚度和质量，并简化了其结构。注意，在传统的电声换能器中，底盘必须是刚性的，而悬架必须是顺应性的或弹性的。然而，对于根据本发明的电声换能器，悬架也可以是刚性的，因此可以与底盘集成在一起，因为振膜不需要是刚性的也不需要被弹性悬挂。

本发明还涉及扬声器、麦克风和电子设备，每一个都包括根据本发明的电声换能器。

通过以下附图进一步阐明本发明，其中：

图1示意性地描绘了用于参考的传统电声换能器的横截面；

图2示意性地描绘了根据本发明的电声换能器的实施例；

图3示意性地描绘了具有平坦振膜的电声换能器的实施例的透视图；

图4示意性地描绘了振膜和一个静态场线圈的优选布置的透视图；

图5示意性地描绘了包括图3布置中的电声换能器的电子设备的横截面；

图6至图8示意性地描绘了具有多个动态线圈的各种布置的振膜的平面图；

图9示意性地描绘了根据本发明的电声换能器的实施例的侧视图，该电声换能器具有根据本公开的底盘；

图10示意性地描绘了具有根据本公开的底盘的传统电声换能器；

图11示意性地描绘了两个动态线圈的布置，振膜的任一侧有一个动态线圈；和

图12和图13示意性地描绘了根据本公开的悬架的实施例。

在以下对附图的详细描述中，以扬声器为例，以连贯的方式说明本发明。然而，本发明不应被理解为局限于电声换能器的这种特定应用，因为本发明的限制仅由所附权利要求来设定。

使用了下列附图标记：

1 电声换能器，

2 振膜，

2.1 中心区域，

2.2 外部区域，

3 动态线圈，

3.1 低音线圈，

3.2 中频线圈，

3.3 高音线圈，

4 输入或输出端子，

5 静态场磁体/线圈，

6 底盘，

7 悬架，

7.1 内角狭缝，

7.2 外角狭缝，

7.3 径向狭缝，

8 扬声器，

9 麦克风，

10 电子设备，

11 控制器。

图1示出了传统电声换能器，特别是扬声器，通过其中心轴线的横截面。所示的传统电声换能器围绕所述轴线呈圆形对称。传统的扬声器具有端部开口的圆锥形式的振膜2，该振膜由悬架7悬挂，悬架7又连接到底盘6。动态线圈3在振膜2的中心处机械地耦合到振膜2，并且通过布置在静态场磁体5的开口中而磁耦合到永久静态场磁体5。通过常规手段(未示出)从动态线圈3提供或接收电信号。可以将交变电信号提供给动态线圈3，以产生交变磁场，该交变磁场与来自静态场磁体5的静态场相互作用，以便将电信号转换成振膜2的机械运动，这在周围介质中产生声学信号。相反，作为声信号的结果的振膜2的机械运动在静态场内移动动态线圈3，并在动态线圈2中感应出电信号。

图2示出了根据本发明的电声换能器1的实施例，该电声换能器1具有振膜2，该振膜2具有中心区域2.1和外部区域2.2。动态线圈3机械地耦合到振膜2。动态线圈3布置在振膜2的外部区域2.2的至少一部分之上或之中。振膜2被图示为端部开口的圆锥体，例如在传统的扬声器中的振膜，尽管振膜2可以具有各种形式或形状，例如圆锥形、半球形、球形、平面形、圆形、椭圆形、矩形、瓣状以及它们的组合，每个都具有或不具有开口。在本公开中给出了示例。

动态线圈3的功能是通过根据提供的电信号产生交变磁场来移动振膜2。动态线圈3和振膜2之间的机械耦合导致振膜2振动，从而产生声波。动态线圈3由导线形式的电导体组成。动态线圈3的转数取决于振膜2的材料密度、振膜2的面积和电导体的密度。

图2的电声换能器1还包括静态场磁体5，它可以是永久磁体和/或电磁线圈。在本发明的有利实施例中，静态场磁体5是静态场线圈5。静态场磁体5可以布置在不同的位置，例如在锥形振膜内或周围，这导致更薄的结构。图示的电声换能器1还包括底盘6。然而，存在于传统电声换能器中的悬架7是多余的。

静态场磁体或线圈5的功能是产生与动态线圈3的磁场相反的静磁场。静态场线圈5由导线形式的电导体组成。静态场线圈5的特性可以与动态线圈3的特性相同，但也可以不同。还要注意，动态线圈3和/或静态场线圈5可以由多个部分组成，以限制所述线圈的电感。

图2的电声换能器1特别适合用作扬声器8，但不限于此功能。例如，它也可以用作麦克风9。所示的例子有意以传统扬声器的形式呈现，以示出本发明在现有系统中的实现。在该示例中，布置在静态场磁体5的开口内的传统音圈被布置在替换振膜2的外部区域2.2的至少一部分之上或之中的动态线圈2所替换。

当将图1的电声换能器与图2的电声换能器1进行比较时，本发明的优点变得特别明显，这两者在功能上都是具有端部开口锥形振膜2、动态线圈3、静态场磁体5和底盘6的扬声器。振膜6由动态线圈3的运动驱动。在图1中，动态线圈3布置在振膜2的中心区域，而在图2中，动态线圈3布置在振膜2的外部区域的至少一部分上。由于图2所示的布置，与图1的常规扬声器的中心区域相比，动态线圈3在振膜2的外部区域的至少一部分上驱动振膜2，在图1的常规扬声器中，动态线圈安装在振膜2的较小开口端的周边。图1的振膜2需要是刚性的、阻尼的和低质量的，以通过振膜2可靠地传播声波。此外，需要柔性悬架7。然而，在图2中，振膜2不需要是刚性的以通过整个锥体传递力来获得可靠的声音产生，并且不需要柔性悬架7。因此，增加了对材料的选择，简化了结构，提高了声音产生的质量。

上述论点同样适用于具有麦克风9功能的电声换能器1，其中声波被收集而不是被产生。不再需要刚性振膜2，因此不再限制电声换能器1的设计。

图3示出了电声换能器1的另一个实施例，其中振膜2基本上是平坦的。与如图1所示的传统电声换能器相比，基本平坦的振膜2减小了电声换能器1的厚度。提供了静态场磁体5，其可以是永磁体和/或电磁体。

图3的电声换能器1特别适合用作麦克风9，但不限于此功能。例如，它也可以用作扬声器8。

图4示出了圆形平坦振膜2，其中集成了动态线圈3。动态线圈3连接到输入或输出端子4和电接地。静态场线圈5形式的静态场磁体5平行于振膜2布置。静态场线圈5也连接到输入或输出端子4和电接地。静态场线圈5可以有利地在平面中缠绕，例如在图4所示的螺旋中缠绕，和/或可以固定在空间中。

图4的实施例构成了一个有利改进的电声换能器1，其包括两个线圈3、5，即动态线圈3和静态场线圈5，它们以堆叠方式放置，线圈3、5之间的距离很小。动态线圈3优选地结合在振膜2中，并因此机械地耦合到振膜2。动态线圈3充当接收线圈或音圈，而静态场线圈5产生静磁场。经由输入或输出端子4施加到两个线圈3、5的音频电信号产生相互作用的磁场，这使得两个线圈3、5根据所施加的电信号相互吸引或排斥。动态线圈3和振膜2之间的机械耦合迫使振膜2开始振动，并因此根据所施加的电信号产生声波。两个扁平线圈3、5的使用导致更薄的电声换能器，从而可以更容易地集成到各种其他系统中。

上述特征不限于图4所示的实施例。本发明的任何实施例的电声换能器1优选地还包括至少一个静态场线圈5，其被配置为与动态线圈3电磁交互。在采用多个动态线圈3的情况下，优选相等数量的静态场线圈5。多个静态场线圈5然后优选地以与多个动态线圈3相似的方式布置。具有多个动态线圈3和/或多个静态场线圈5的配置将参照图6-图8进一步阐述。

至少一个静态场线圈5优选地在振膜2附近缠绕。当振膜2是三维形状时，至少一个静态场线圈5可以平行于振膜2的三维形状布置。进一步优选的是，至少一个静态场线圈5布置在平面中，尤其是当振膜2是平坦的时。振膜2和至少一个静态场线圈5的平行配置是优选的，如图4所示。

图5示出了将图4的电声换能器1集成在电子设备10中的示例。示出了横截面的侧视图。电子换能器1的振膜2在这里安装在悬架7中。悬架7例如在电子设备10的表面悬挂振膜2，以便从电子设备10外部的环境接收声波和/或向电子设备10外部的环境发射声波。可以提供底盘6来将静态场线圈5固定在空间中。可选地，底盘6和悬架7可以集成在单一部件中。电子设备还可以包括控制器11，如图5所示，控制器11经由输入或输出端子4连接到电声换能器1，并且被配置成向动态线圈3和静态场线圈5提供电信号或从动态线圈3和静态场线圈5接收电信号。

电子设备10具有相对于环境完全封闭的优点，因为安装在电子设备10中的电声换能器1的振膜密封了电子设备10中的安装了电声换能器1的开口。这与传统的电声换能器形成对比，传统的电声换能器保持电子设备的外部环境和内部环境之间的连接。这些的示例为移动设备中的麦克风和扬声器。这具有电子设备和/或其电声换能器变脏、故障或阻塞的负面后果。具有根据本发明的电声换能器1的电子设备10被更好地密封，并且甚至可以防水和/或防气体。

此外，电子设备10还可以做得更小，因为与传统电声换能器相比，根据本发明的电声换能器1的厚度更小，因此需要的空间更少。

最后，根据本发明的电声换能器1可以用作麦克风9和/或扬声器8，并且可以另外(例如通过控制器11)在这些功能之间切换，从而不需要单独的麦克风9和单独的扬声器8，并且单个电声换能器1可以用于执行这两种功能。

图6、图7和图8示出了具有多个动态线圈5的振膜2的平面图。多个动态线圈5被布置在振膜2上或振膜2中。每个动态线圈5优选地与声频带相关联。这可以例如通过分别向每个动态线圈5提供或接收电信号来实现。多个动态线圈5中的每一个可以电连接到输入或输出端子4。因此，多个动态线圈5可以共同可靠地覆盖选定的声学频谱。

在单个振膜2上或单个振膜2中具有多个动态线圈5的情况下，根据本发明的电声换能器1可以覆盖更宽的频率范围。此外，可以避免传统情况下的多个电声换能器的组合，并且根据本发明的单个电声换能器1可以用于用一个设备覆盖相似的频带。

在图6中，示出了具有标记为3.1、3.2和3.3的三个动态线圈3的圆形振膜6。线圈3.1、3.2、3.3同心地布置，并且各自都电连接到单独的输入或输出端子4，标记为4.1、4.2和4.3，对应于它们各自的线圈3.1、3.2、3.3。在示出的示例中，动态线圈3.1可以是低音线圈3.1，动态线圈3.2可以是中频线圈3.2，并且动态线圈3.3可以是高音线圈3.3，使得低音线圈3.1、中频线圈3.2和高音线圈3.3按照声频带的顺序排列，其中最高声频带的高音线圈3.3布置为最靠近振膜2的中心区域或布置在振膜2的中心区域。如图所示，动态线圈3相对于彼此以径向偏移或间隔布置在振膜2上。

作为扬声器，每个输入端子4.1、4.2、4.3接收其自身的音频供应，根据多个动态线圈3.1、3.2、3.3中每一个的频带，从该音频供应中滤除较高频率的信号。对于低音线圈3.3，输入端子4.3比输入端子4.2向中频线圈3.2提供更低的声频。反过来，输入端子4.2向中频线圈3.2提供的声频比输入端子4.1向高音线圈3.1提供的声频低。因此，动态线圈3.1、3.2、3.3越大，提供给它的频带越低。尽管这种布置是优选的，但是也可以考虑其他顺序以及两个或四个或更多个动态线圈3。

将动态线圈3分成多个部分的优点在于，振膜2的中心以整个声谱中的频率振动，而振膜2的外部以声谱的较低部分振动。由不同区域产生的频率受到声波波长和振膜2的尺寸的限制，在这个例子中是圆形振膜2的直径。当波长小于所述直径时，波开始穿过振膜2的表面传播。这导致产生的声音有缺陷。区域的数量和相应的直径可以基于不同倍频程的波长来确定。这产生了具有可靠声音产生的全频程扬声器8。

虽然上述优点在图6中作为扬声器8进行解释，但在麦克风9中，动态线圈5被分成多个动态线圈5，每个动态线圈与一个音频带相关联，也可以获得类似的优点。

图7示出了矩形振膜2中多个动态线圈5的替代布置。这里，示出了单个低音线圈3.1、两个中频线圈3.2和单个高音线圈3.3。在本发明的任何实施例中，可以布置多个动态线圈5来覆盖相同或相似的频带。为了清楚起见，图中省略了输入或输出端子4。

图8示出了瓣状振膜2中多个动态线圈3的替代布置。低音线圈3.1布置在振膜2的最大瓣之上或之中，中频线圈3.2布置在振膜2的中间瓣中，并且高音线圈3.3布置在振膜2的最小瓣中。优选地，振膜2围绕其外周固定在悬架7和/或底盘6内。为了清楚起见，图中省略了输入或输出端子4。

在上文中，作为具有动态线圈3的振膜2，对图6、图7和图8进行了讨论。然而，这些图还涉及多个静态场线圈5的布置，这些静态场线圈5可以与相应的振膜2和多个动态线圈3相结合，以获得与例如图4和图5一致的有利的电声换能器1。例如，图8的具有三个动态线圈3的瓣状振膜可以与三个静态场线圈5组合，这三个静态场线圈5与三个动态线圈3处于相同的布置，其中每个静态场线圈5被配置为与对应的一个动态线圈3磁交互。

图9以侧视图示出了根据本发明实施例的具有底盘6的电声换能器1。底盘6被配置为限制至少一个静态场线圈5相对于底盘6的移动。底盘6可以进一步保持振膜5，可选地经由被配置为悬挂振膜2的悬架7。在图9中，为了清楚起见，悬架7被单独示出，但是也可以被结合在底盘6中，优选地作为单一部件。例如，悬架7和底盘6可以由实心金属件铣削而成，或者可以通过3D打印联合制造。

在底盘6的优选实施例中，底盘6包括3D打印结构。替代地或附加地，底盘6包括三角形结构。这些为底盘6提供强度，并且相对于底盘6固定至少一个静态场线圈5，从而允许至少一个静态场线圈5提供静态场，在该静态场中振膜2可以自由振动，以获得可靠的电声转换。如图9和图10所示，3D打印结构限定了相对于至少一个静态场线圈5支撑振膜2的底盘6的肋。

图10示出了具有根据本发明的底盘6的传统电声换能器。在侧视图中示出的底盘6在这里安装了图1的传统扬声器，其部件以横截面示出以指示它们在底盘6内的位置。由于永久静态场磁体5在空间中固定的位置，底盘6保持静态场。因此可以理解，底盘6可以与根据本发明的电声换能器1以及传统的电声换能器一起使用。

由于根据本发明的底盘6可以是3D打印的，优选地具有三角形结构，因此底盘6具有相对简单和刚性的设计。甚至更复杂的设计也是可能的。与现有技术的底盘相比，这使得使用更少的材料生产更坚硬的底盘成为可能。在现有技术中，底盘通常由两个金属环组成，这两个金属环以其之间具有一定距离而相互堆叠在一起。这些环由三根金属梁连接，每根梁之间的间距为120度。

图11示出了振膜2上或振膜2中的两个动态线圈3的有利布置。如这里所示，第一动态线圈3布置在振膜2的上侧上或上侧中，第二动态线圈3布置在振膜2的与上侧相对的下侧上或下侧中。(为了清楚起见，两个动态线圈3以夸大的相互间距示出。)以这种方式布置动态线圈3增加了动态线圈3和振膜2之间的接触，以提高电声换能器1的保真度和寿命。两个动态线圈3穿过或跨过振膜2相互连接，例如通过穿过或穿透振膜2布置的电触点相互连接。输入或输出端子4和电接地现在可以布置在振膜2的外周，而不与动态线圈3的绕组重叠(这是图3和图6中的情况)。这减少了磁场中的失真，从而进一步提高了换能器1的保真度。此外，当从振膜2的一侧观察时，两个动态线圈3可以以相同的方向(例如，顺时针或逆时针)缠绕。在这种布置中，每个动态线圈3以类似的方式增强另一个的磁场(或者对外部磁场敏感)。替代地或附加地，两个动态线圈3可以被布置在平行平面中和/或被配置成遵循空间上偏移的但又相同的路径。通过两个动态线圈3的联合电磁相互作用，这进一步提高了电声换能器1的灵敏度。

如图11所示，第一和第二动态线圈3沿振膜的厚度相对于彼此偏移布置。这种偏移可以用来代替两个动态线圈3之间的径向偏移，或者作为这种偏移的补充。两个动态线圈3穿过或跨过振膜2电连接，并且可以被配置为从布置在振膜2的外周的联合输入或输出端子4接收相同的电声信号。在这种布置中，在振膜上延伸的引线或振膜的潜在有效区域中的固定端子被避免，从而进一步提高了电声换能器的保真度和功率传输。

尽管图11中示出了两个动态线圈3，但这种布置可应用于多对动态线圈3，例如图6、图7和图8所示。穿透振膜2的每对动态线圈3的触点也可以径向偏移而不是居中布置。动态线圈3和/或用于其输入或输出端子4或电接地的引线可以在不同的深度位置嵌入振膜2中。

图12和图13示出了用于振膜2的有利的悬架7。悬架被配置成改善振膜2与附接结构的隔音效果。如图12所示，可以通过在振膜2中设置狭缝来提供悬架7的结构。悬架7因此可以与振膜2成一体。可选地，所示实施例的悬架7可以作为不同的部件提供。狭缝被配置成通过限定内部耦合到悬架7的部件和外部耦合到悬架7的部件(例如，振膜2和底盘6)之间的机械连接的曲折路径，来减少机械振动穿过悬架7的传递。

如图12和图13所示，悬架7包括内角狭缝7.1、外角狭缝7.2和径向狭缝7.3。这里，术语“角”和“径向”表示相对于由悬架7包围的平面或空间(例如振膜2)的中心的方向。内角狭缝7.1和外角狭缝7.2在角度方向上部分重叠，但是在径向方向上间隔开。径向狭缝7.3连接到内角狭缝7.1，并且优选地朝向对应于外角狭缝7.3的径向尺寸突出，并且可以突出到两个外角狭缝7.3之间的位置。尽管角度狭缝7.1、7.2被示出为同心圆片段，但是其他形状也是可能的，例如椭圆形、线性和成角度的形式。径向狭缝7.3也可以用角部件(angularcomponent)来实现。因此，狭缝7.1、7.2、7.3的各种替代布置是可能的。

因此，图12和图13中的悬架7提供了机械完整性，同时改善了由悬架7封闭的平面或空间(例如振膜2)和相邻结构(例如底盘6或电子设备10)的隔音效果。狭缝7.1、7.2、7.3因此可以限定悬架7，而振膜2又可以由悬架7来界定。例如，悬架7可以设置在平坦物体中，例如电子设备10的表面，并且将振膜2限定为由悬架7包围的部分，例如，如图13所示。限定悬架7的狭缝结构因此可以与已知的电声换能器以及根据本发明的电声换能器1一起使用。

本发明的任何实施例的振膜2优选地在与多个动态线圈3.1、3.2、3.3相关的声频带中或者至少在仅存在一个动态线圈3的情况下在动态线圈3的频带中具有弹性。附加地或替代地，振膜2包括来自一组材料中的至少一种材料，该组材料包括类橡胶材料、橡胶、硅树脂、聚酰亚胺、聚酰胺、优选用碳和/或玻璃纤维增强的聚酯树脂、和聚碳酸酯。来自该组的材料具有足够的柔性，以适应由于撞击声波和/或由于一个或更多个动态线圈3的致动而产生的局部变形。附加地或替代地，振膜2由非刚性材料构成，优选地具有0.1GPa和2.4GPa之间的杨氏模量。在根据本发明实施例的电声换能器的测试中，发现这些材料和这个范围提供了电信号到声信号的有效转换。

扬声器8可包括根据本发明的电声换能器1。在附图中，特别是在图2中示出了例子。当扬声器8包括根据本发明的电声换能器1时，动态线圈3被配置为接收电信号的音圈，并且被配置为在与静态场磁体5电磁相互作用时将电信号转换为声信号。静态场磁体5可以是永磁体或电磁体，例如所公开的电声换能器1的优选实施例的静态场线圈5。

麦克风9可包括根据本发明的电声换能器1。在附图中，特别是在图3中示出了例子。当麦克风9包括根据本发明的电声换能器1时，动态线圈3被配置成接收声学信号，并且在与静态场磁体5电磁相互作用时将声学信号转换成电信号。静态场磁体5可以是永磁体或电磁体，例如所公开的电声换能器的优选实施例的静态场线圈5。

电子设备10可包括根据本发明的电声换能器1。在附图中，特别是在图5中示出了例子。当电子设备10包括根据本发明的电声换能器1时，电声换能器1可以被配置成在不同或相似的频带中充当扬声器8和/或麦克风9。在优选实施例中，振膜2是平坦的，并且没有孔，因此提供了电声换能器1，其可以有利地密封电子设备10中的开口，该开口被布置成接收电声换能器1。

尽管本发明的各种特征已在单独的图中进行了描述和说明，但可以理解的是，这些特征可进行组合，以获得本发明的有利实施例。例如，在本发明的任何实施例中，底盘可以设置有静态场磁体5和/或静态场磁体5可以是至少一个静态场线圈5。此外，动态线圈3或多个动态线圈3、3.1、3.2、3.3可以各自电连接或连接到输入或输出端子4、4.1、4.2、4.3。本公开不限于所示的配置，并且保护范围仅由所附权利要求限定。

Claims (22)

1.一种电声换能器，包括：

具有中心区域和外部区域的振膜；和

机械地耦合到所述振膜的动态线圈，

其中，所述动态线圈被布置在所述振膜的所述外部区域的至少一部分之上或之中，并沿着所述外部区域的至少一部分缠绕；并且

其中，至少一个另外的线圈相对于所述动态线圈同心地布置，并且所述至少一个另外的线圈限定了以下之一：

如果布置在所述振膜的至少所述中心区域之上或之中并沿着至少所述中心区域缠绕，则所述至少一个另外的线圈限定附加动态线圈；和

如果缠绕在所述振膜附近并且被配置为与所述动态线圈电磁相互作用，则所述至少一个另外的线圈限定静态场线圈。

2.根据权利要求1所述的电声换能器，其中，所述振膜基本上是平坦的。

3.根据权利要求1或2所述的电声换能器，其中，所述动态线圈和/或所述附加动态线圈嵌入在所述振膜中。

4.根据任一前述权利要求所述的电声换能器，其中，所述动态线圈电连接到输入或输出端子。

5.根据权利要求4所述的电声换能器，其中，所述静态场线圈电连接到相同的所述输入或输出端子。

6.根据权利要求4或5所述的电声换能器，其中，所述附加动态线圈电连接到相同的所述输入或输出端子。

7.根据权利要求6所述的电声换能器，其中，所述附加动态线圈经由所述动态线圈电连接到相同的所述输入或输出端子。

8.根据权利要求6或7所述的电声换能器，其中，所述动态线圈和所述附加动态线圈通过所述振膜电连接，并且被配置为从布置在所述振膜外周的联合输入或输出端子接收相同的电声信号。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的电声换能器，其中，所述动态线圈和所述附加动态线圈电连接到单独的输入或输出端子。

10.根据权利要求9所述的电声换能器，其中，所述动态线圈和所述附加动态线圈各自与它们自己的声频带相关联。

11.根据权利要求9或10所述的电声换能器，其中，所述附加动态线圈相比于所述动态线圈与更高的声频带相关联。

12.根据任一前述权利要求所述的电声换能器，其中，所述动态线圈和所述附加动态线圈同心地布置在所述振膜之上或之中，并且具有相互间隔地沿着所述振膜缠绕。

13.根据任一前述权利要求所述的电声换能器，其中，所述附加动态线圈沿着所述振膜的厚度与所述动态线圈分隔开。

14.根据任一前述权利要求所述的电声换能器，其中，所述振膜在与所述动态线圈和所述附加动态线圈相关联的声频带中是弹性的。

15.根据任一前述权利要求所述的电声换能器，其中，所述静态场线圈布置在平面中。

16.根据任一前述权利要求所述的电声换能器，其中，所述振膜和所述静态场线圈布置在底盘中，所述底盘被配置成限制所述静态场线圈相对于所述底盘的移动。

17.根据权利要求16所述的电声换能器，其中，所述底盘包括3D打印的三角形结构，优选地，所述三角形结构限定所述底盘的肋，所述肋相对于所述至少一个静态场线圈支撑所述振膜。

18.根据任一前述权利要求所述的电声换能器，其中，所述振膜由悬架保持，所述悬架被配置为悬挂所述振膜，其中，所述悬架优选地由环绕所述振膜的狭缝形成。

19.根据权利要求16和18所述的电声换能器，其中，所述底盘和所述悬架集成在单一部件中。

20.一种扬声器，其包括根据前述权利要求中任一项所述的电声换能器。

21.一种麦克风，其包括根据权利要求1-19中任一项所述的电声换能器。

22.一种电子设备，其包括根据权利要求1-19中任一项所述的电声换能器。

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