CN116349247A - 由单个永磁体和一个或多个音圈驱动的扁平扬声器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了扁平扬声器的实施例，该扬声器包含单个永磁体、与单个永磁体相对的磁轭，以及位于单个永磁体和磁轭之间的一个或多个音圈板。一个或多个音圈板中的每一个包括线轴和布置在线轴的一侧或两侧上的线圈。

Description

由单个永磁体和一个或多个音圈驱动的扁平扬声器

优先权声明

本申请要求2020年8月26日提交的题为“Single Magnet Speaker”的美国临时专利申请第63/070,748号和2021年1月6日提交的题为“Flat Speaker Driven By A SinglePermanent Magnet And One Or More Voice Coils”的美国专利申请第17/143,088号的优先权。

技术领域

本申请公开了扁平扬声器的实施例，该扬声器包含单个永磁体、与单个永磁体相对的磁轭，以及位于单个永磁体和磁轭之间的一个或多个音圈板。

背景技术

图1中显示了常用的现有技术锥形扬声器100的示意图。锥形扬声器100通常呈圆柱形并使用圆柱形永磁体110。锥形扬声器100还包括音圈111、振膜112、篮框/框架113和阻尼器114。值得注意的是，由于振膜112是锥形的，因此它具有显著的高度，这限制了整个扬声器结构能够减厚的程度。而且，T形磁轭115也具有显著的高度，并且限制了整个扬声器结构能够减厚的程度。

此外，圆柱形磁体110的使用迫使框架采用封闭锥形结构，出于实际考虑，其受限于具有由同一个音圈驱动的多个振膜。现有技术还包括同轴扬声器，其中多个锥形扬声器被容纳在一个共同的结构中，例如嵌入在低音扬声器中的高音扬声器，但在那些情况下，每个扬声器都由单独的音圈和磁性结构驱动，而不是由相同的音圈和磁性结构驱动。因此，在现有技术中，现有的唯一的多频范围扬声器将两个独立的扬声器(具有两个振膜，每个由单独的音圈和磁体驱动)组合成一个结构，这导致设计中的更复杂的结构以及额外的尺寸和重量。

此外，为了支持三维环绕声系统的最新发展或行业所需的其他各种不同的声音再现，扬声器必须能够以低失真再现广泛的声音信号。每个振膜的物理尺寸固有地限制了振膜可有效地产生的声音的频率范围。相对小的振膜无法有效地再现低频声音，因为声音的波长大于振膜本身。另一方面，主要设计用于再现低频声音的相对大的振膜可能不适合再现高频声音，因为较大的现有技术锥形振膜通常不够硬以在不出现振膜破裂和模态行为的情况下再现高频声音，从而导致显著失真。现有技术缺乏既能解决空间限制又能满足声音的宽频率范围要求的高效扬声器结构。一种现有技术解决方案是使用多个不同频率范围的扬声器，彼此之间设置一定的距离，但是这种方法导致占用不必要的大空间。因此，需要一种改进的扬声器，其能够有效地再现宽频率范围的声音但比现有技术的扬声器占据更少的空间。

发明内容

本申请公开了扁平扬声器的实施例，该扬声器包含单个永磁体、与单个永磁体相对的磁轭，以及位于单个永磁体和磁轭之间的一个或多个音圈板。一个或多个音圈板中的每一个包括线轴和布置在线轴的一侧或两侧上的线圈。

附图说明

参考附图来描述本发明的示例性实施例，其中：

图1描绘了具有锥形结构的传统扬声器。

图2A描绘了扬声器的一个实施例的侧视图。

图2B描绘了图2A的扬声器的各种部件的俯视图。

图2C描绘了图2A的扬声器的各种部件的俯视图。

图3A描绘了音圈板。

图3B描绘了由信号源驱动的图3A的音圈板。

图3C描绘了图3A的音圈板，其中电流方向相比于图3A被反转。

图3D描绘了由信号源驱动的图3A的音圈板，其中电流方向相比于图3A被反转。

图4A描绘了扬声器的另一实施例的侧视图。

图4B描绘了图4A的扬声器的各种部件的俯视图。

图4C描绘了图4A的扬声器的各种部件的俯视图。

图5A描绘了扬声器的另一实施例的侧视图。

图5B描绘了图5A的扬声器的各种部件的俯视图。

图5C描绘了图5A的扬声器的各种部件的俯视图。

图6A描绘了扬声器的另一实施例的侧视图。

图6B描绘了图6A的扬声器的各种部件的俯视图。

图7A描绘了扬声器的另一实施例的侧视图。

图7B描绘了图7A的扬声器的各种部件的俯视图。

图8A描绘了另一个扬声器的实施例的侧视图。

图8B描绘了图8A的扬声器的各种部件的俯视图。

图9描绘了扬声器的另一实施例。

具体实施方式

通过以下描述并结合附图，本发明的上述特征和优点将变得明显。根据这些描述，具有适当技术专长的人将能够在相关行业中实施本发明所阐明的技术思想。由于本发明可以有多种不同的应用并且可以采取不同的形式和形状，因此仅通过附图来说明具体示例，并且在正文中找到详细描述。然而，这绝不意味着将本发明限制于所公开的特定形式；其派生物、等同物和替代物必须被理解为都被涵盖在本发明的范围内。本文使用的术语仅用于描述特定示例，并不旨在限制本发明。

图2A描绘了使用单个振膜和单个条形磁体的扬声器设计的侧视图。扬声器200包括条形磁体210、上板220、下板230、磁轭240、振膜250和音圈板260。音圈板260包括线轴(bobbin)261和音圈262。扬声器200进一步包括扬声器框架270。条形磁体210具有北极和南极。在一端上，音圈板260通过振膜250和环绕材料290固定到扬声器框架270，并且在另一端上，音圈板260通过多脚架(spider)280或通过第二振膜(未示出)固定到扬声器框架270。环绕材料290包括诸如橡胶的柔性材料。扬声器由信号源205驱动，下文将更详细地描述。板230中的虚线表示板230是单个工件，尽管它在该特定横截面中看起来是两块。例如，板230可以是细长的甜甜圈形状。

可选地，音圈板260周围的间隙填充有铁磁流体295。在一个实施例中，铁磁流体295包括悬浮在液体载体中的铁颗粒。铁磁流体295可以帮助将音圈板260居中放置在间隙中，并用作液体缓冲器，使其不会与磁轭240、板220或230或条形磁体210摩擦，这种摩擦会导致过多的噪音和失真。铁磁流体295还可以根据流体的粘度帮助微调驱动器的机械阻尼，并可以增加驱动器的导热性，从而提高额定功率并减少声音可能发生的热压缩。

上板220附接到条形磁体210的上部，并且下板230附接到条形磁体210的下部。上板220和下板230用作磁轭，其与磁轭240一起在音圈板260所在的磁体之间的区域中容纳并引导磁场。上板220和下板230可选地可延伸超过条形磁体210进入磁隙，以增加在磁隙中感生出的磁通量密度。

振膜250位于上板220上方，但也可以改为位于下板230下方。振膜250必须被配置为根据振膜250的尺寸产生相应频率范围的声音。在该实施例中，振膜250基本上是平坦的。然而，振膜250可以改为是上凸的或下凹的，或者相对于为任何应用相关的声学设计而设计的框架的顶表面呈现任何形状。

图2B描绘了下板230、线轴261和音圈262的横截面俯视图。

图2C描绘了振膜250、音圈262、下板230、上板220、框架270、磁轭240和线轴261的横截面俯视图。

图3A、图3B、图3C和图3D展示了扬声器200和下面讨论的其他扬声器的操作方法。参照扬声器200，音圈板260必须以基本上刚性的平面形式定位在条形磁体210和磁轭240之间的间隙中。线圈262可以被放置在线轴261的一侧上或两侧上。振膜250将通过由条形磁体210感生出的磁场和在音圈262中流动的电流在特定频率范围内振动。

在图3A中，线圈262中的黑色圆圈表示电流“流出页面”，而带X的圆圈表示电流“流入页面”。

在图3B中，在操作期间，线圈262通过导体311和311’从信号源205接收电音频信号。由条形磁体210通常在从北极(N)到南极(S)的方向上感生出磁场。在信号周期的前半部分(定义为“正半周期”)，电流如图3A所示流过线圈262。图3B中从不同的视角显示了该电流流动方向。当在图2的背景下安装音圈板260时，由通过线圈262与由条形磁体210生成的磁场相互作用而产生洛伦兹力，其向上推动音圈板260，并根据来自信号源的电信号的强度向上推动振膜250。

参考图3C，在信号周期的后半部分(定义为“负半周期”)，电流沿相反方向流动。参考图3D，由于线圈262中的电流方向被反转，因此来自与由条形磁体210生成的磁场的相互作用的洛伦兹力将向下推动音圈板260，从而根据来自信号源的电信号的的强度向下拉动振膜250。

图4A、图4B和图4C描绘了扬声器400。除了音圈462缠绕在线轴261的两侧上而不是仅缠绕在一侧上之外，扬声器400与图2A、图2B和图2C中的扬声器200是相同的。扬声器400由信号源205驱动。洛伦兹力以与先前参考图3A-图3D针对扬声器200所描述的相同方式在扬声器400中产生。

图5A、图5B和图5C描绘了扬声器500。除了多脚架280被振膜555代替之外，扬声器500与图2A、图2B和图2C中的扬声器200是相同的。扬声器500由信号源205驱动。洛伦兹力以与先前参考图3A-图3D针对扬声器200所描述的相同方式在扬声器500中产生。本领域普通技术人员将理解，可以对扬声器400进行相同的修改(即，多脚架280可以用振膜555代替)。

图6A描绘了使用单个振膜、单个条形磁体和两个音圈板的扬声器设计的侧视图。扬声器600包括条形磁体610、上板620、下板630、磁轭640、振膜650以及音圈板661和662。音圈板661包括线轴663和音圈665。音圈板662包括线轴664和音圈666。扬声器600进一步包括扬声器框架670。条形磁体610具有北极性和南极性。在一端上，音圈板661和662每个都通过振膜650和环绕材料690固定到扬声器框架670，并且在另一端上，音圈板661和662每个都通过多脚架680或通过第二振膜(未显示)固定到扬声器框架670。

上板620附接到条形磁体610的上部，并且下板630附接到条形磁体610的下部。上板620和下板630与磁轭640串联操作以在音圈板661和662所在的磁体与磁轭之间的区域中容纳并引导磁场。上板620和下板630可选地可以延伸超过条形磁体610进入磁隙，以增加在磁隙中感生出的磁通量密度。音圈665和音圈666均由单个信号源205电异相驱动，使得线圈665顶部的电流与线圈666顶部的电流沿相反方向流动，而音圈665底部的电流与线圈666底部的电流沿相反方向流动。这提供了音圈板661和662在相同方向上的机械运动，使得每个线圈板可以串联驱动振膜650。

振膜650定位在上板620上方或下板630下方。在这种情况下，振膜650必须被配置为根据振膜650的尺寸产生相应频率范围的声音。在该实施例中，振膜650基本上是平坦的。然而，振膜650可以改为是上凸的或下凹的，或者相对于为任何应用相关的声学设计而设计的框架的顶表面呈现任何形状。

可选地，音圈板661和662周围的间隙填充有铁磁流体295.

图6B描绘了下板630、线轴663和664以及音圈665和666的横截面俯视图。

图7A和图7B描绘了扬声器700。除了音圈765缠绕在线轴663的两侧上而不是仅一侧上并且音圈766缠绕在线轴664的两侧上而不是仅一侧上之外，扬声器700与图6A和图6B中的扬声器600是相同的。音圈765和音圈766均由单个信号源205电异相驱动，因此线圈765顶部的电流与线圈766顶部的电流沿相反方向流动，而音圈765底部的电流与线圈766底部的电流沿相反方向流动。这提供了音圈765和766在相同方向上的机械运动，使得每个线圈板可以串联驱动振膜。可选地，音圈板765和766周围的间隙填充有铁磁流体295。

图8A和图8B描绘了扬声器800。除了多脚架680被振膜855和环绕物895代替之外，扬声器800与图6A和图6B中的扬声器600是相同的。洛伦兹力以与先前参考图3A-图3D针对扬声器600所描述的相同方式在扬声器800中产生。此处，音圈765和766仅出现在每个线轴的一侧上，但本领域的普通技术人员将理解，它们可以改为缠绕在每个线轴的两侧。

图9描绘了使用单个振膜和单个条形磁体的扬声器设计的侧视图。扬声器900包括条形磁体910、上板990、下板930、磁轭940、振膜950和音圈板960。音圈板960包括线轴961和音圈962。扬声器900进一步包括扬声器框架970。条形磁体910具有北极性和南极性。在一端上，音圈板960通过振膜950固定到扬声器框架970。

上板990附接到条形磁体910的上部，并且下板930附接到条形磁体910的下部。上板990和下板930与磁轭940串联操作以在音圈板960所在的磁体与磁轭之间的区域中容纳并引导磁场。上板990和下板930可选地可以延伸超过条形磁体910进入磁隙，以增加在磁隙中感生出的磁通量密度。

振膜950定位在上板990上方或下板930下方。在这种情况下，振膜950必须被配置为根据振膜950的尺寸产生相应频率范围的声音。在该实施例中，振膜950基本上是平坦的。然而，振膜950可以改为是上凸的或下凹的，或者相对于为任何应用相关的声学设计而设计的框架的顶表面呈现任何形状。振膜950通过环绕材料980连接到框架970。可选地，围绕音圈板962的间隙填充有铁磁流体295。

可以理解的是，扬声器900在设计上类似于扬声器200，不同之处在于音圈板960位于由条形磁体910生成的磁性区域的更上方，使得音圈962的上半部分根本不与由条形磁体910、磁轭940以及板990和930形成的磁性区域发生磁性相互作用。也就是说，音圈板960的所有运动都是由作用在音圈962的下部的磁力引起的。

在扬声器的所有实施例中，每个音圈可由任何导电材料组成，包括但不限于铜线、印刷电路板、柔性印刷电路板或其他导电金属或合金的任何变体。

在扬声器的所有实施例中，来自一个或多个信号源的电音频信号被转换成动能以移动一个或多个振膜，从而再现声音。

根据前面讨论的示例，不同于扬声器100等传统扬声器，可以实现矩形的扁平扬声器而不是圆形扬声器，以简化支撑音圈板和多个振膜的零件，从而通过改变振膜的尺寸同时播放多频率范围的声音，并且总体上播放范围广泛的声音。此外，这些实施例仅使用单个条形磁体，这显著降低了实施例的制造成本，因为条形磁体是相对昂贵的部件。

这些实施例使扬声器能够超轻超薄，这完全符合在轻薄物体中使用的扬声器的需求。对于这种具有扁平音圈的条形磁体式扬声器，通过仅使用一个条形磁体而不是多于一个条形磁体，这些实施例与传统扬声器相比具有显著降低的制造成本。

上述仅说明了本公开的原则。鉴于本文的教导，对于本领域技术人员来说对所描述的实施例的各种修改和变更将是明显的。因此，可以理解的是，本领域技术人员将能够设想许多系统、布置和程序，这些系统、布置和程序虽然在本文没有明确地显示或描述，但体现了本公开的原则，因此可以在本公开的精神和范围内。本领域具有普通技能的人应该理解的是，各种不同的示例性实施例可以彼此一起使用，也可以互换使用。此外，在本公开(包括其说明书、附图和权利要求书)中使用的某些术语可以在某些情况下以同义词的方式使用，包括但不限于例如数据和信息。应该理解的是，虽然这些词和/或其他可能彼此同义的词可以在这里被用作同义词，但在某些情况下，这些词可能有意不用作同义词。此外，就现有技术知识没有通过引用被明确地包含在本文内的程度而言，它在这里被明确地完整地包含在内。本文所引用的所有出版物均以全文引用的方式纳入。

Claims (22)

1.一种扬声器，其包括：

条形磁体，其包括北极和南极；

磁轭，其位于与所述条形磁体相距预定距离处并平行于所述条形磁体；

音圈板，其位于所述条形磁体和所述磁轭之间，所述音圈板包括用于接收电信号的线圈；以及

振膜，其在所述扬声器的第一侧上并附接到所述第一音圈板的第一端；

其中响应于由所述线圈中的电信号与所述条形磁体的所述北极和所述南极之间的磁场生成的力，所述音圈板振动所述振膜。

2.根据权利要求1所述的扬声器，其中所述音圈板进一步包括线轴。

3.根据权利要求2所述的扬声器，其中所述线圈仅缠绕在所述线轴的一侧上。

4.根据权利要求2所述的扬声器，其中所述线圈缠绕在所述线轴的两侧上。

5.根据权利要求1所述的扬声器，其进一步包括：

多脚架，其在所述扬声器的第二侧上并附接到所述音圈板的第二端。

6.根据权利要求1所述的扬声器，其进一步包括:

第二振膜，其在所述扬声器的第二侧上并附接到所述音圈板的第二端。

7.根据权利要求1所述的扬声器，其中所述线圈的一半在所述扬声器的操作期间总是在所述磁场之外。

8.根据权利要求1所述的扬声器，其进一步包括与所述条形磁体的所述北极相邻的第一板以及与所述条形磁体的所述南极相邻的第二板。

9.根据权利要求1所述的扬声器，其进一步包括框架。

10.根据权利要求9所述的扬声器，其中所述振膜通过环绕材料连接到所述框架。

11.根据权利要求1所述的扬声器，其中所述音圈板被铁磁流体包围。

12.一种扬声器，其包括：

条形磁体，其包括北极和南极；

顶板，其定位于所述条形磁体上方；

底板，其定位于所述条形磁体下方；

第一磁轭，其在所述条形磁体的第一侧上，在所述第一磁轭与所述条形磁体之间产生第一气隙；

第二磁轭，其在所述条形磁体的第二侧上，所述第二侧与所述第一侧相对并且在所述第二磁轭与所述条形磁体之间形成第二气隙；

第一音圈板，其在所述条形磁体的第一侧上位于所述条形磁体与所述磁轭之间的所述气隙中，所述第一音圈板包括用于接收电信号的第一线圈；

第二音圈板，其在所述条形磁体的第二侧上位于所述条形磁体与所述磁轭之间的所述气隙中，所述第二侧与所述第一侧相对，所述第二音圈板包括第二线圈，所述第二线圈用于接收相对于施加于所述第一线圈的电信号以180度异相施加的电信号；

振膜，其在所述扬声器的第一侧上并附接到所述第一音圈板的第一端和所述第二音圈板的第一端；

其中响应于第一力和第二力，所述第一音圈板和所述第二音圈板振动所述振膜，所述第一力通过所述第一线圈中的所述第一电信号以及由所述磁体生成并由所述顶板和所述底板及第一磁轭引导的磁场来生成，所述第二力通过相对于施加于所述第一音圈的电信号以180度异相施加于所述第二线圈的电信号以及由所述磁体生成并由所述顶板和所述底板及第二磁轭引导的所述磁场来生成。

13.根据权利要求12所述的扬声器，其中所述第一音圈板进一步包括第一线轴并且所述第二音圈板进一步包括第二线轴。

14.根据权利要求13所述的扬声器，其中所述第一线圈缠绕在所述第一线轴的一侧上，并且所述第二线圈缠绕在所述第二线轴的一侧上。

15.根据权利要求13所述的扬声器，其中所述第一线圈缠绕在所述第一线轴的两侧上，并且所述第二线圈缠绕在所述第二线轴的两侧上。

16.根据权利要求12所述的扬声器，其进一步包括：

多脚架，其在所述扬声器的第二侧上并附接到所述第一音圈板的第二端和所述第二音圈板的第二端。

17.根据权利要求12所述的扬声器，其进一步包括：

第二振膜，其在所述扬声器的第二侧上并附接到所述第一音圈板的第二端和所述第二音圈板的第二端。

18.根据权利要求12所述的扬声器，其中所述线圈的同一半在所述扬声器的操作期间总是在所述条形磁体的所述磁场之外。

19.根据权利要求12所述的扬声器，其进一步包括与所述条形磁体的所述北极相邻的第一板以及与所述条形磁体的所述南极相邻的第二板。

20.根据权利要求12所述的扬声器，其进一步包括框架。

21.根据权利要求20所述的扬声器，其中所述振膜通过环绕材料连接到所述框架。

22.根据权利要求12所述的扬声器，其中所述第一音圈板和所述第二线圈板被铁磁流体包围。

Images