CN1232947C - 电声换能器 - Google Patents

Abstract

电声换能器(1)包括一个由磁性材料制成的基座(24)；一个放置在基座上的由磁性材料制成的磁芯(22)；一个由磁性材料制成的振膜(20)；一个与基座(24)、磁芯(22)和振膜(20)共同构成一个磁路用来提供一个静态磁场的磁场产生体(25)；以及绕磁芯设置的一个线圈(23)用以向磁路提供振荡磁场。磁场产生体包含多重环体，其与所述振膜相对的表面分别具有同性的磁极，所述多重环体包括设置成包围所述线圈的环形磁体以及设置成包围所述环形磁体的支撑环。

Description

电声换能器

技术领域

本发明涉及一种通过电磁声音转换产生声音的电声换能器。

背景技术

图10为一透视图，显示常规领域中的一个电声换能器的例子。电声换能器90的配置是：由磁性材料制成的振膜93，磁片94固定在中央；向振膜93提供振荡磁场的电磁线圈(未图示)；放置振膜93和电磁线圈的外壳91，等等。由于直径大于磁片94的发声口91b在相对于振膜93的顶盘91a内形成，因此这样的换能器通常被称为开放式电声换能器。

当电振荡信号供给电磁线圈时，振膜93由电磁线圈产生的振荡磁场振荡产生声音。通过发声口91b向外发出声音。

支撑振膜93外围部分的支撑环和提供静态磁场的环状磁体安置在电声换能器90中。当磁体的尺寸设计得尽量大以增强磁体产生的磁场时，磁体结构成与支撑环内层紧密接触。

另一方面，当振膜后部空间体积较小时，空气湿度效应提高了振膜的共振频率f0。因此，当换能器尺寸较小时，空气湿度效应发挥了很大的作用。

在这些情况下，当选择具有最大能量输出(BHmax)的磁性材料作为磁性材料以减小磁体尺寸时，可以确保磁体和支撑环之间的空间。由此，可增大后部空间的体积。在这种情况下，磁体与支撑环分离，从而可采用使用粘结剂的固定方法。然而，这种固定方法有令人担忧之处，如粘结剂随着时间推移变质，以及执行粘合步骤增加了生产成本。

发明内容

本发明解决了上述问题。因此，该发明的一个目的是提供一个电声换能器，可可靠地将磁体固定其中以确保振膜的较大的后部空间，它可微型化并产生高声压。

根据本发明的第一方面，提供一种电声换能器，它包括：一个由磁性材料制成的基座；一个放置在所述基座上并由磁性材料制成的磁芯；一个由磁性材料制成的振膜；一个与所述基座、磁芯和振膜共同构成一个磁路，用来提供一个静态磁场的磁场产生体；以及绕所述磁芯设置的一个线圈，用以向所述的磁路提供振荡磁场；其中，所述的磁场产生体包含多重环体，环体的表面与所述振膜相对，分别具有同性的磁极，所述多重环体包括设置成包围所述线圈的环形磁体以及设置成包围所述环形磁体的支撑环。

在本发明的第一方面，所述的磁场产生体包含多重环体，环体的表面与所述振膜相对，分别具有同性的磁极。因此，一个磁场环可为多重，该磁场环从与环体表面相对的振膜开始直至振膜中央，然后通过磁芯和基座回到环体的底面。与单个磁场环的情况相比，可大大提高振膜的磁性引力。其结果是，可提高振膜产生的声音压力级，可使声音频率特性平直。

根据本发明的第二方面，环形磁体和支撑环之间设置沿其圆周方向间歇排列的耦合肋条。

因此，当环体与间歇排列的肋条耦合时，肋条之间形成了空间，从而增加了振膜的后部空间。结果，即使换能器缩小，空气湿度效应的影响也会减小。

由于环体结合在一起，可通过减少组件和固定位置降低生产成本，并可提高组件的定位准确性。

根据本发明的第三方面，所述支撑环的底面形成内部与外部互相连通的连通槽。

因此，当支撑环的底面形成连通槽时，可确保振膜的后部空间与外部空间的通路。其结果是，降低了后部空间的密闭度，从而能够进一步减少空气湿度效应的影响。

根据本发明的第四方面，它还提供了固定在振膜上的一个磁片，其直径等于或大于环形磁体的内径。

因此，由于磁片的直径等于或大于环形磁体的直径，通过磁片的磁力线的数量增加，从而增强了振膜的磁性引力。

根据本发明的第五方面，所提供的一个电声换能器包括：一个由磁性材料制成的基座；一个放置在所述基座上的由磁性材料制成的磁芯；一个由磁性材料制成的振膜；一个与所述基座、磁芯和振膜共同构成一个磁路用来提供一个静态磁场的磁场产生体；以及绕所述磁芯设置的一个线圈，用以向所述的磁路提供振荡磁场；其特征在于，所述的磁场产生体包含多重环体，其与所述振膜相对的表面分别具有同性的磁极，所述磁场产生体包括支撑环和位于支撑环内侧的多个延伸的肋条，所述支撑环和延伸的肋条一体形成。

根据本发明，磁场产生体配置有一个环体以及向内延伸的多个肋条。因此，在肋条之间可形成空间，同时确保磁体的体积，从而可增加振膜的后部空间。其结果是，即使换能器被缩小，空气湿度效应的影响也会减小。

根据本发明的第六方面，在环体的底面形成内部与外部互相连通的连通槽。

因此，当环体的底面形成连通槽时，可确保振膜的后面空间与外部空间的通路。因此，降低了后部空间的密闭度，从而能够进一步减少空气湿度效应的影响。

根据本发明的第七方面，它还提供了固定在振膜上的一个磁片，其直径等于或大于肋条的最里面的直径。

因此，由于磁片的直径等于或大于最里面的肋条的直径，通过磁片的磁力线的数量增加，从而增强了振膜的磁性引力。

附图说明

图1为显示本发明的一个实施例的分解透视图；

图2A为从发声口11看的正视图(左半部)和剖面图(右半部)，图2B为底部图，图2C为沿着图2A的A-A线截取的端面图；

图3A为本发明的另一个实施例的分解透视图，图3B为从上侧看的正视图；

图4为采用图1中的磁场产生体情况下的磁场分布图；

图5为比较例子1中的磁场分布图；

图6为比较例子2中的磁场分布图；

图7为采用图3A和3B中的磁场产生体情况下的磁场分布图；

图8为示意性表示根据本发明的图4所显示的电声换能器的频率特性图；

图9为示意性表示换能器的频率特性图，其中，通过由钕(neodium)形成磁体构成图5所示的比较例1；以及

图10为显示一例常规电声换能器的透视图。

具体实施方式

现在参照附图详述本发明的实施例。

图1为显示本发明的一个实施例的分解透视图，图2A为从发声口11看的正视图(左半部)和剖面图(右半部)，图2B为底部图，图2C为沿着图2A的A-A线截取的端面图。

电声换能器1通过将一个基座24、一个磁芯22、一个线圈23、一个磁场产生体25和一个振膜20放置在一个外壳10中配置而成，它的整体形状为扁柱形。例如，整个换能器尺寸大约为直径12mm×高度3mm。

基座24形状如同盘状，其切割部分24a沿圆周形成。在实施例中，三个切割部分24a相隔120度沿圆周形成，其中二个切割部分24a形成U形。柱形磁芯22位于基座中央之上。线圈23绕磁芯22设置。基座24和磁芯22由磁性材料制成，通过铆接或类似方法结合在一起从而配置成单个极一片体。

一个比基座24外径稍小的盘形印刷线路板30附着在基座24底面上。通过焊接或类似方法与线圈23的引线23a和23b电连接的连接焊盘31a和31b在印刷线路板30的上表面形成。连接焊盘31a和31b分别放置在U形切割部分24a以便由基座24的厚度确保连接处理部分32a和32b的空间。

将连接处理部分32a和32b放置在内部空间的一面使得连接引线23a和23b的工作容易进行，并且使换能器变薄以减小安装高度。由于连接处理部分32a和32b不暴露在外，提高了连接处理部分的可靠性。

如图2B所示，用于获取与外部线路板电连接的连接焊盘33a和33b在印刷线路板30的底面同心形成。连接焊盘33a和33b部分形成通孔34a和34b以获取上表面的连接焊盘31a和31b与底面的连接焊盘33a和33b之间的连接。

回到图1，磁场产生体25具有一个环形磁体25a和一个支撑环26同心放置其中的一个多重环结构，它位于基座24上与其形成同心。制造磁场产生体25方法的一个例子是这样一个例子，其中，将铁一类永久磁性材料的粒子散布在塑料材料中，后者被注塑成所需形状。当磁场沿磁场产生体25的厚度方向施加时，可分别在磁体25a和支撑环26的上表面和底面产生N极和S极或S极和N极。

磁场产生体25具有一个多重环结构，其中，与振膜20相对的表面分别具有同极性的磁极。因此，可形成一个多重磁环，其中，磁力线从磁体25a和支撑环26的上表面导入振膜20的中央，并通过磁芯22和基座24然后回到磁体25a和支撑环26的底面。结果，与单个磁场环的情况相比，振膜20的磁性引力可显著提高。

磁体25a和支撑环26相互间与间歇沿圆周方向排列的耦合肋条(rib)27一起整体形成。例如，三个耦合肋条27间隔120度排列，三个垂直延伸的间隔27a分别在邻近一对的耦合肋条27之间形成。间隔27a在振膜20的后部空间开口。因此，扩大了振膜20的后部空间以减少空气湿度效应的影响。

支撑环26的外径大体上与基座24的相等。如图2A所示，多个环状阶梯在支撑环26内部形成。在这些阶梯中，上面一个形成为一个振膜支撑阶梯28。盘形振膜20放置在支撑阶梯28上，并定位其中。

内部与外部空间互相连通的连通槽29在支撑环26的底面形成。三个连通槽29间隔120度形成，以分别与基座24的切割部分24a的位置相应。

振膜20由磁性材料制成，通过支撑环26的支撑阶梯28支撑在外围边缘部分，确保振膜20的后面中央和磁芯22前端之间的恒定的空气间隙。

盘形磁片21固定在振膜20前面的中央以增大振膜20的质量，从而提高使空气振荡的效率。

较佳地，磁片21的外径等于或大于磁体25a的内径。根据此配置，通过磁片21的磁力线的数量增加，从而增强了振膜20的磁性引力。

外壳10由合成树脂如热塑树脂制成，并形成圆筒盒形以符合基座24的外径。如图2C所示，外壳10、基座24和印刷线路板30用一种连结材料19如粘结剂或注模塑树脂连结在一起。

在外壳10的上表面，直径大于磁片21的发声口11相对振膜20形成，从而构成开放式电声换能器。例如，磁片21的直径为6mm，而发声口11的直径大约为8mm。在发声口11，横梁12(外围边缘通过其桥接)跨越磁片21形成。横梁12与外壳10结合。在该实施例中，显示了三根横梁间隔120度排列的例子。也可以是，二根横梁间隔180度排列，四根横梁间隔90度排列，或使用五根或五根以上横梁。

当横梁12如上所述形成时，就有可能保护振膜20不受外来物品损坏并加固外壳10。如图2C所示，横梁12在横梁允许振膜20正常振荡而不使换能器整体高度增加的位置形成。

较佳地，横梁形成情况下的有效开口区域与横梁未形成情况下的开口区域的比例为70％或以上。该比例下，横梁对于声音性能的影响小得可忽略。

三个切割部分13在外壳10的侧面底部间隔120度形成。切割部分13的位置与支撑环26的连通槽29的位置相应，并与如图2B所示的基座24的切割部分24a的位置相应。

安置了连通槽29、切割部分24a和切割部分13，并且如上所述间隔排列耦合肋条27时，可形成振膜20的后部空间Vb和外部空间Vc互相连通的通路。在该实施例中，显示了三条外部连通通路间隔120度排列的例子。也可以是，二条连通通路间隔180度排列的配置，四条连通通路间隔90度排列，或五条或五条以上的外部连通通路排列的配置，或采用非对称排列的外部连通通路。

接下来描述操作情况。磁场产生体25沿厚度方向磁化。例如，当磁体25a和支撑环26的上表面磁化成N极，底面磁化成S极时，磁体25a的上表面形成的磁力线按次序通过振膜20、磁片21、磁芯22、基座24和磁体25的底面的第一路径。支撑环26的上表面形成的磁力线按次序通过振膜20、磁片21、磁芯22、基座24和支撑环26的底面的第二路径。这二个磁环在磁片21附近互相重叠构成一个封闭成一体的双重磁路。

磁场产生体25具有向磁路提供静态磁场的功能。在振膜被静态磁场吸引至磁芯22、磁体25a和支撑环26的状态下，振膜20被稳定支撑。

当线路板通过连接焊盘33a和33b、穿孔34a和34b、连接焊盘31a和31b以及引线23a和23b向绕在磁芯22上的线圈23提供电振荡信号时，线圈向磁路提供振荡磁场。然后，振荡磁场在振膜20被振荡的静态磁场叠加。其结果是，振膜20前面和后面的空气被振荡。

振膜20前面产生的声音通过发声口11被发送至外界。振膜20后面产生的声音与前面的声音相位相反，因而，必须尽量抑制干扰前面的声音。为符合此要求，振膜20后面的声音通过外壳10的环状内部空间、间隔27a、连通槽29、切割部分24a和切割部分13发送至外界。

以此方式安置用于后面声音的连通路径时，可有效降低振膜20后部空间的空气湿度效应，从而有可能实现尺寸小且产生高声压的电声换能器。

切割部分13在外壳10侧壁的形成即使在换能器的底面紧密安装在线路板上的状况下也能防止后面通路被关闭。因此，可降低安装高度。

图3A为本发明的另一个实施例的分解透视图，图3B为从上表面看的正视图。在该实施例中，磁场产生体25的形状与图1所示不同，其他组件与图1所示的相同。因此，部分省略了这些组件的图示。

在磁场产生体25中，支撑环26和伸入支撑环26内侧的多个延伸肋条27b一体形成，放置在基座24上，以便按照与图1相同方式与磁芯22同心。制造磁场产生体25方法的一个例子是一个永久磁性材料如铁的粒子散布在一个注塑成所需形状的塑料材料中。当沿磁场产生体25的厚度方向施加磁场时，可分别在支撑环26和延伸肋条27b的上表面和底面产生N极和S极或S极和N极。

如图3B所示，较佳地，磁片21的直径等于或大于延伸肋条27b最里面的直径。根据此配置，通过磁片21的磁力线的数量增加，从而增强了振膜20的磁性引力。

延伸肋条27b沿圆周方向间隔排列。例如，三个延伸肋条27b间隔120度排列，并且三个垂直延伸的间隔27a分别在邻近一对的延伸肋条27b之间形成。间隔27a在振膜20的后部空间开口。因此，扩大了振膜的后部空间以减少空气湿度效应的影响。

支撑环26的外径大体上与基座24的相等。多重环状阶梯在支撑环26内部形成。在这些阶梯中，上表面一个形成为一个振膜支撑阶梯28。在与图1所示相同的方式中，盘形振膜20放置在支撑阶梯28上，并定位其中。

将内部空间与外部空间互相连通的连通槽29在支撑环26的底面形成。三个连通槽29间隔120度形成，以分别与基座24的切割部分24a的位置相应。

图4为采用图1中的磁场产生体情况下的磁场分布图。该图是通过采用有限元法分析沿着辐射方向从磁芯22中心延伸出来的磁场分布的局部视图。磁场产生体25是由铁粒分散其中的塑料磁性材料制成。

从图中可看到，存在这样一个内部磁回路：磁体25a的上表面→振膜20和磁片21→磁芯22→基座24→磁体25的底面，以及支撑环26的上表面的外部磁环→振膜20和磁片21→磁芯22→基座24→支撑环26的底面。这时，振膜20的磁性引力为0.59N。

图5为比较例1中的磁场分布图。在比较例1中，支撑环26由非磁性材料制成，磁体25a的材料与图4中的一致。

从图中可看到，磁体25a的上表面产生的大致为内部一半的磁力线发至磁芯22并通过振膜20和磁片21，余下一半磁力线向外发出。因此，可降低磁性利用因素，振膜20的磁性引力为0.19N。

图6为比较例2中的磁场分布图。比较例2中，未使用磁体25a，支撑环26还被作为磁体使用，并且支撑环的材料与图4中的一致。

从图中可看到，支撑环26的上表面产生的大致内部一半的磁力线发至磁芯22并通过振膜20和磁片21，余下一半磁力线向外发出。因此，可降低磁性利用因素，振膜20的磁性引力为0.24N。

图7为采用图3A和3B所示的磁场产生体25情况下的磁场分布图。该图以从磁芯22中心延伸出来并通过延伸肋条27b的磁场分布的局部视图方式显示。磁场产生体25的材料与图4中的一致。

从图中可看到，大体上分布均匀的磁力线在支撑环26和延伸肋条27b的上表面产生，然后通过振膜20和磁片21。延伸肋条27b与图4中耦合肋条27上的槽的形状相应。因此，磁性利用因素可大致等于图4中的，振膜20的磁性引力为0.60N。

如上所述，图4和7中的换能器中，通过振膜20和磁片21的磁力线的数量大于图5和6中的换能器中的数量，因而，可看到振膜20的磁性引力显著增强。

图8为根据本发明例举的图4所显示的电声换能器的频率特性图，图9为根据本发明例举的换能器的频率特性图，其中图5中的比较例1是由通过钕形成磁体配置的。在曲线图中，水平轴表示声音频率(Hz)，垂直轴指示声压级(dB)。钕的最大能量输出(BHmax)是铁粒散布其中的塑料磁性材料的五倍。

曲线图形相比时，可看到图8中曲线的频率特征整体上是平的，特别是，在属于通常驱动频率范围的1至2kHz附近提高声压级约10dB。

从上述可看到，即使磁性材料具有小的最大能量输出(BHmax)，可通过改进外型提高声压级，并可获取更多理想的频率特性。

如以上详述的，根据本发明，可通过用多个环体配置磁场产生体形成多重磁环，这些磁环的相对振膜的表面分别具有同性的磁极。与单一磁场环的情况相比，由此，振膜的磁性引力可显著增强，声压级可提高，并且频率特性变平直。

此外，振膜的后部空间可增大。即使换能器被缩小，由此，空气湿度效应的影响也会减小。

Claims (7)

1.一种电声换能器包括：

由磁性材料制成的基座；

放置在所述基座上的由磁性材料制成的磁芯；

由磁性材料制成的振膜；

与所述基座、磁芯和振膜共同构成一个磁路，用来提供一个静态磁场的磁场产生体；以及

绕所述磁芯设置的一个线圈，用以向所述的磁路提供振荡磁场；

其中，所述磁场产生体包含多重环体，其与所述振膜相对的表面分别具有同性的磁极，

所述多重环体包括设置成包围所述线圈的环形磁体以及设置成包围所述环形磁体的支撑环。

2.如权利要求1所述的电声换能器，其特征在于，所述环形磁体和支撑环之间设置沿其圆周方向间歇排列的耦合肋条。

3.如权利要求1所述的电声换能器，其特征在于，所述支撑环的底面形成内部与外部互相连通的连通槽。

4.如权利要求1所述的电声换能器，其特征在于还包括：固定在振膜上的一个磁片，所述磁片的直径等于或大于所述环形磁体的内径。

5.一种电声换能器，包括：

由磁性材料制成的基座；

放置在所述基座上由磁性材料制成的磁芯；

由磁性材料制成的振膜；

与所述基座、磁芯和振膜共同构成一个磁路，用来提供一个静态磁场的磁场产生体；以及

绕所述磁芯设置的一个线圈，用以向所述的磁路提供振荡磁场；

其中，所述磁场产生体包含多重环体，其与所述振膜相对的表面分别具有同性的磁极，

所述磁场产生体包括支撑环和位于支撑环内侧的多个延伸的肋条，所述支撑环和延伸的肋条一体形成。

6.如权利要求5所述的电声换能器，其特征在于，在所述环体的底面形成内部与外部互相连通的连通槽。

7.如权利要求5所述的电声换能器，其特征在于还包括固定在所述振膜上的一个磁片，所述磁片的直径等于或大于最里面的所述肋条的直径。

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