CN1390433A - 具有振动膜固定结构的电声换能器和方法 - Google Patents

Abstract

一种电声换能器,其包括具有工作表面(15,17)的至少一个固定片元件(14,16),和与该固定片元件的工作表面彼此隔开的悬置的发射器振动膜(12),使该振动膜能够响应施加的信号电压(19)而振动。该振动膜沿着振动膜的一个方向(31)和在发射器分段内具有增加的刚度,从而使发射器振动膜能够振动而不沿着刚度方向施加拉伸。由夹持件(22)将振动膜固定,以将该振动膜相对该固定片保持在一固定位置,从而使失真最小。该夹持件可被设置来限定多个隔离的发射器分段,用以提高该换能器的频率响应。

Description

具有振动膜固定结构的电声换能器和方法

发明背景

发明领域

本发明涉及充电电容的换能器，具体地说，涉及一种在电声扬声器中的振动膜结构，其中振动膜被定向地增强并通过一固定结构和固定片元件隔开。

现有技术

静电扬声器在理论和结构上相当简单。基本上，其中的元件包括(i)一或两个刚度的固定片，在其上施加音频电压，以及(ii)在固定片之间或和固定片相邻的柔性的发射器振动膜，其通常利用高压偏置，以便具有最佳性能。一般地说，一个平面振动膜被伸展在相对的固定片之间并和固定片稍微分开，以便提供一个小的气隙，振动膜在所述气隙中振动。这种结构有时被称为推拉式换能器，因为一个固定片被推动的同时另一个固定片被拉动，或者释放振动膜。

这种静电扬声器的一个优点在于，其具有在其表面的所有点上被同等地驱动的振动膜，借以提供线性操作并减小破裂、谐波失真以及相位差。因为振动膜和固定片可以非常轻，并且一般没有如在电动扬声器中那样的磁体，所以静电扬声器和其尺寸相比一般非常轻。

静电扬声器从1940年的后期出现在市场上，但是由于技术问题，只有有限的使用和可利用性。一些困难包括对于振动膜的拉伸、谐振频率、偏置电压和振动膜的稳定性的强制的要求。现有技术的静电扬声器还需要大的表面积，以便产生低频，并在高频时趋于产生不希望程度的方向性和容性阻抗。

振动膜的拉伸设置尤其是一个挑战的问题。在振动膜上施加和保持精确的拉伸时遇到的困难是既要避免失真，同时又要获得最佳的频率响应范围。如果振动膜太松，则失真变得明显。如果振动膜上的拉伸太紧，则可能减弱或者丧失低频。因而，实现在宽的频谱范围内的频率响应可能是困难的。

另一个关键问题是，扬声器的振幅一般以每倍频程6分贝开始衰减。谐振频率通常出现在发生分贝衰减的主要部分之后。在换能器的谐振频率上，出现一个主要的振幅峰值，随后是甚至更大的每倍频程12分贝的附加的振幅衰减。这些振幅衰减使得难于在较低的频率上保持一致的音量。

一些静电扬声器的设计者通过使用不同大小的驱动器解决了频率范围问题，这增加了扬声器的成本、体积和复杂性。另外一些静电扬声器的设计者把振动膜的区域分成更容易处理的子平面，每个子平面具有其自身的频率响应特性。West的美国专利US5,054,081披露了一种静电换能器，其中这样构成和设置许多伸展的振动膜分段，使得每个分段具有和其它振动膜分段不同的谐振频率。不过，和振动膜上的所需的精确的拉伸有关的灵敏度问题仍然存在。

需要一种不要求精确的拉伸便能获得宽的频率响应的静电换能器。此外，需要一种不会因为分贝衰减和谐振频率振幅峰值而使得振幅具有显著改变的静电换能器。还需要一种重量轻，成本低和结构简单的静电换能器。

发明目的和发明概述

本发明的目的在于提供一种具有宽的频带、高音质的输出的电声扬声器。

本发明的另一个目的在于，提供一种在机械性能上优于现有技术的静电扬声器换能器的静电扬声器。

本发明的另一个目的在于，对振动膜提供足够的刚度，从而使得振动膜能够进行可操作的振动，而不需要使振动膜处于拉伸作用下。

本发明的另一个目的在于，提供一种用于补偿振幅衰减、静电换能器的谐振频率尖峰并加强扬声器的频率响应的方法。

本发明的另一个目的在于，提供一种重量轻、成本低和结构简单的静电扬声器。

在一个优选的实施例中，一种电声换能器包括至少一个固定片元件，其具有和发射器振动膜相邻设置的工作表面。所述振动膜与该固定片元件的工作表面相邻悬置并隔开一足够的距离，以响应一施加的信号电压而启动振动膜的振动，而不招致和固定片元件的工作表面接触。该振动膜具有至少一个刚度增加的取向，其沿着振动膜并在发射器分段内提供一有方向性的刚度，从而使发射器振动膜能够振动而不沿刚度增加的方向施加拉伸。对振动膜和固定片元件的工作表面施加一种固定结构或夹具，用于使振动膜相对于固定片保持在一固定的位置。

在另一个优选实施例中，提供了一种用于从电声换能器产生音频输出的方法。让具有一工作表面的至少一个固定片元件邻近一发射器振动膜定位。所述振动膜被悬置并且和该固定片元件的工作表面隔开一足够的距离，以响应一施加的信号电压在振动膜的发射器分段中启动振动膜的振动，而不和固定片元件的工作表面产生干扰接触。该振动膜具有至少一个刚度增加的取向，其沿着振动膜提供一有方向性的刚度，以使发射器振动膜振动而不沿刚度的方向施加拉伸。在振动膜和固定片元件的工作表面之间设置一固定结构，以使振动膜相对于固定片保持在一固定的位置。

本发明的其它目的和特征通过结合附图阅读下面的详细说明将会看得更加清楚。

附图说明

图1是电声换能器的局部剖开的透视图，其具有被夹持件设置在相对的固定片之间并和所述固定片分开的基本上呈正弦曲线形状的振动膜；

图2是图1所示实施例的正视图；

图3是具有振动膜以及和所述振动膜相连的增强带的电声换能器的正视图；

图4是具有和非平面振动膜接触的一个夹持件的电声换能器的局部正视图；

图5是表示和振动膜的两侧接触的一对夹持件的电声换能器的局部正视图；

图6是表示被固定到非平面振动膜上的并具有和非平面振动膜的形状一致的内表面的一对夹持件的电声换能器的另一个局部正视图；

图7是一电声换能器的局部正视图，表示用于固定非平面振动膜并具有和非平面振动膜的形状一致的内表面的单个夹持件；

图8表示一电声换能器的正视图，其具有被变形为基本上是平的形状并被固定到一对夹持件的内平面之间的非平面振动膜；

图9是一电声换能器的局部正视图，表示一被变形为基本上是平的形状并被固定到一夹持件的内平面上的非平面振动膜；

图10是图1电声换能器的侧视图，具有一在固定片元件的内表面上方支撑振动膜的夹持件；

图11是图10所示电声换能器的顶视平面图，其具有被设置在沿着振动膜的中间位置的跨过振动膜沿横向延伸的夹持件；

图12是按照图10和图11所示本发明实施例的振动膜的发射器分段的频率响应曲线；

图13是一电声换能器的侧视图，其中具有在靠近电声换能器前后端附近的中间位置的两个夹持垫片；

图14是一电声换能器的侧视图，其中具有在沿着振动膜的增强方向在中间位置的三个夹持垫片；

图15为一电声换能器的顶视平面图，其具有一相对于振动膜的纵轴呈锐角跨过振动膜延伸的夹持件；

图15a表示沿图15中线15a所取的截面图；

图16是图15所示振动膜发射器分段的频率响应曲线；

图17是一电声换能器的顶视平面图，表示跨过振动膜沿横向延伸的一个夹持件和相对于振动膜的纵轴呈锐角延伸的另一个夹持件；

图18是一种电声换能器，其中采用了磁体用以利用交叉的磁体极性的磁场驱动振动膜；

图19是一种电声换能器，其中采用了磁体用以利用平面磁场驱动振动膜；

图20是该静电换能器的凹凸的实施例；

图21是一种静电换能器，其具有同心的圆柱固定片和非平面的振动膜；

图22是一静电换能器的端视图，其具有弯曲结构的振动膜和固定片；

图23是一种静电换能器，其具有正弦曲线形状的固定片和夹持结构；

图24是一半球形的静电扬声器的截面侧视图；

图25是一半球形静电扬声器的透视图；

图26是一球形静电扬声器的透视侧视图；

图27表示按照本发明的振动膜和固定结构组件的示意的平面图；

图28表示按照本发明的振动膜和固定结构组件另一个实施例的示意的平面图；

图29是一立面透视图，表示本发明磁实施例的剖开的部分，具有波纹状振动膜的被整流过的标记(rectified sign)形式；

图30是本发明的一个附加的磁实施例的剖开的端视立面图；

图31是表示本发明的磁方式的另一个实施例的侧视透视图；

图32是另一个实施例的透视端视图，表示多个夹持结构；

图33是一顶平面图，表示由4个不同的夹持件固定的振动膜；以及

图34是图33所示的结构从图的右侧或左侧看时的侧视图。

优选实施例的详细说明

现在参见图1和图2，所示为一种静电换能器，其具有一在一对相对的固定片14和16之间隔开并与其分开的基本上是正弦形的振动膜12。在固定片14，16中的狭槽或开口18和20分别和振动膜的谷或凹陷相邻地设置，以便提供声能输出和对于该系统的音频输出的透明性。

正弦形状的振动膜12提供沿着振动膜的纵向延伸的交错的峰27和谷29，并沿振动膜的纵向31产生增加的刚性。所述刚性足以使振动膜能够振动以提供声音音调，而没有沿振动膜的纵向施加任何拉伸。这种刚度在此处被称为“增加刚度的取向”，其相应于通道23或其它增强装置的定向的刚度。

夹具22被设置在沿着振动膜的增强的纵向的中间位置。夹具22包括相对的夹持件24和26，它们跨过振动膜16的横向延伸。所述夹具22可以由任何刚度材料制成，最好具有绝缘性能，以便隔离振动膜12的各个发射器分段28和30，并提供某个所需的频率响应，如后所述。图1的断开的部分表示夹持件24，其具有和振动膜12的正弦形状一致的内表面25。一种类似的正弦夹持结构如图6所示。

应当注意，任何用于常规的静电换能器的导电材料可以用于本发明的固定片，包括金属，有涂料的塑料和具有导电涂层的非导电的衬底。固定片14和16最好被构造成能提供均匀的电荷分布和刚度支撑，如本领域技术人员熟知的那样。振动膜12最好是柔性的，并且可以被构造成使在其外表面上具有导电层。不过，最好使用双面的聚酯-金属-聚酯膜，以使振动膜和固定片之间不会形成电弧。其它熟知的用于发射器膜的成分可被用于所述振动膜。最好所述振动膜被预模制成正弦形状，并具有柔性，使得在暂时变形之后可以恢复其形状。

由图2可清楚地看出，振动膜12和固定片14和16的工作表面15和17分别离开一个小的距离或间距，使得振动膜能够响应一施加的电压振动而不接触各个工作表面。使振动膜和工作表面离开避免干扰接触和失真。此处所述的“干扰接触”指的是振动膜和固定片之间的这样的接触，例如通过敲击或变形产生接触。与此相对，振动膜可以和固定片具有一些不引起变形的轻微的接触或者和固定片与振动膜之间的有衬垫的表面的接触。在工作期间，音频信号19被施加于固定片14和16上，振动膜12以常规方式利用高压21偏置。此外，音频信号19可以施加于振动膜12上，而在固定片14和16上施加偏压。

虽然在图1和图2的实施例中所示的振动膜12具有正弦形状，应当理解，其它的非平面形状，例如整流后的半波形状，或者峰和谷的随机阵列，对于本发明也是合适的。所选择的形状沿振动膜的纵向具有增加的刚度也是重要的。此外，本发明的振动膜可以是被在固定片34和36之间隔开的基本上是平面的膜32，如图3所示。此时增强带38和振动膜32相连，并沿其纵向延伸。此外，代替增强带38，一平面振动膜32可以具有被一体化在该振动膜中的具有少量柔性成分的刚性带。还应当理解，本领域中其它已知的方法也可以用于使振动膜沿纵向增强，因而产生可操作的声学振动而不沿纵向施加拉伸。

参见图4到图9，其中示出了用于固定振动膜的夹持件的不同的实施例。在图4中，夹持件40和柔性的非平面膜40相邻地延伸，使得其内表面44接触或连接振动膜的峰部。应当用合适的连接方法，例如粘结剂45或夹子46，用于使振动膜42固定到夹持件40上。在图5中，振动膜50被设置在相对的夹持件52和54之间，其内部夹持表面56和58被固定到非平面膜50的峰部。应当注意，可以通过粘结剂或其它常规的固定方法把振动膜50固定到夹持件52和54上。

如图6所示，夹持件62和64的内表面66和68可以被构造成相应于振动膜60的正弦形状，以便牢固地夹住振动膜60，并实现发射器分段9(未示出)的基本绝缘，而不会挤压振动膜60的非平面形状。这种夹持结构基本上和图1所示的相同。为了说明方便，夹持件62和64被表示为和振动膜60是分开的。在使用中，夹持件62和64被牢固地夹在振动膜60上。同样，在图7中，一夹持件72也具有形状和振动膜70的形状一致的内表面74。此外，振动膜70通过粘结剂或其它常规方法被固定到夹持件72上。根据本说明可以理解，夹持件可以具有和振动膜一致的其它的构型，例如锯齿状、整流的正弦波形状或其它类似的形状。在本发明的另一个实施例中，夹持件可以被构造成沿着增强的方向产生一些拉伸，只要所述拉伸不干涉膜的振动即可。当然，对振动膜施加拉伸不作为一个要求，但是可以使用一定的拉伸。

如图8所示，具有相对的夹持件83和84的夹持装置82具有相对的内部平面86和88，它们夹紧非平面振动膜80，在表面86和88之间把振动膜的形状挤压成基本上为平的形状。最好这种形状挤压只发生在夹持件83和84的直接的内表面上，并且振动膜80在夹持件的每一侧上的发射器分段保持其非平面的形状和刚度取向。振动膜80最好被热成形，从而当除去夹持压力时能够恢复其非平面形状。虽然图9所示的实施例的效果较差，但是具有平的表面94的单个夹持件92可以具有非平面的振动膜90，该振动膜在和表面94的相邻处基本上被挤压成平的。振动膜90也利用常规方法例如利用粘结剂被固定到夹持件92上。

现在参看图10到15，其中示出了在静电发射器的振动膜上的夹具的各种构型和一个或几个位置。在所有图中，刚性增加的方向用箭头31表示。图10和11分别是图8所示的实施例的侧视图和顶视图，其中夹具82由一对被固定到振动膜80上的夹持件83和84构成。如图所示，夹具82被设置在固定片81上沿振动膜80纵向增强方向31的中间位置，而且振动膜80垂直于所述增强方向延伸。夹具82的中间位置把振动膜80分成两个相互隔离的发射器分段85和86，每个分度具有其自身的谐振频率或一些频率，其取决于该分段的形状和面积。在另一个实施例中，分段85a-d可以由具有减小的柔性的不同的材料制成，以便增加刚度。

本发明的另一个重要的优点在于，夹具82的配置至少具有两个效果。第一，夹具82限定了两个不同的并且隔离的发射器分段，从而使所需的用于产生振荡的振动和变形最小。第二，夹具82建立了具有不同尺寸的发射器分段，每个分段支持一组不同的谐振频率。这种结构使得容易扩展换能器的有效频率范围。图12表示具有不同谐振频率92和93的至少两个不同的信号90和91。这两个信号在其频率响应中具有不同的点94和95，在这些点以下，每个信号的振幅以每倍频程6分贝的速率衰减。此外，在点94和95以下，信号达到其谐振频率92和93，产生幅值峰值96和97。因为幅值峰值96和97位于不同的频率上，它们趋于组合，因而至少局部地偏移其各自的信号衰减。更具体地说，如图12所示，组合的信号响应98在点95之后只有稍微的衰减，这是因为信号90尚未达到其衰减点94。组合的信号在点94以下基本上保持恒定，这是因为信号90的幅值衰减被信号91在其谐振频率93的峰值97所补偿。此后，当组合信号98再度开始衰减时，随着达到其谐振频率92，其被信号90的幅值增加96提高。结果得到一个组合的频率响应，其具有大大增加的信号，特别是在低频范围内。

在图13中，示出了图10和11实施例的改型。两个夹具100和102被设置在固定片104上，用于固定振动膜106，并形成发射器分段107，108和109。每个发射器分段具有不同的尺寸和频率响应，它们共同提供一增强的换能器频率响应。类似地，在图14中，在固定片114上设置有3个夹具110，111和112，用于在3个不同的位置固定振动膜116。夹具的位置确定了在振动膜116上的4个发射器分段113，115，117，119的尺寸和形状，借以使得能够产生所需的合成频率响应。

现在参看图15，其中示出了本发明的另一个优选实施例，其中夹具120被设置在振动膜122上，相对于振动膜122的刚度增加的纵向31呈锐角。这种结构提供了大的发射器分段124和125，它们是梯形的而不是矩形的。因而，每个分段124和125按照沿刚度增加的纵向分段130-134的长度改变支持较小的多重的谐振频率。所得的多重谐振130-134协同地组合，如图16所示，从而产生特别是在低频范围被大大增强的频率响应的组合信号136。在分段125的子分段126中产生类似的多重谐振频率。图15a是一反向的整流正弦波结构128，其表示另一种可以被支撑在固定片129上的许多刚性结构的排列。

在图17中示出了本发明的另一个实施例，其中两个夹具140和142被设置在振动膜144上的不同位置和不同角度。图中的夹具把振动膜分成三个不同的分段146，147和148。分段146可以被进一步使用夹具或增强区域细分为多个尺寸相等的分段146a-e。这些子分段中的每一个产生相同的谐振频率。使用多个具有相等尺寸的分段使得每个分段能够被加到由该组分段所产生的总的声音上，这增强了特定谐振频率的声音输出。通过改变夹具的数量和位置与角度，可以由所述换能器获得宽范围的频率响应。

对于图10-17所示的所有实施例，本发明的范围包括可以使用和在每个图中所示的固定片相对的另一个固定片，如图1所示。此外，其中所示的夹具也可以具有在各自的振动膜上方的第二夹持件，用于帮助固定振动膜。此外，在每个实施例中所示的振动膜可以是具有增强机构的平面或非平面，如上面的一些实施例所示。该夹具可以通过接触和附加的固定装置例如粘结剂被固定到振动膜上。最后，该换能器可以具有静电驱动装置，如图1所示，或者可以是磁驱动的，如下面参照图18和19所述。

图18表示第一磁实施例，其中上磁条151，153，155，157和159被固定到上支撑件152的内表面156上，并使其磁取向作为北极。支撑件152和154只提供支撑，因而不作为固定片来驱动振动膜150。而是，声驱动信号被引入在磁条元件之间的振动膜的导电性中，并使用磁条作为磁驱动。

下磁条161，163，165，167，169被固定到下支撑件154的内表面158上，并且使其磁取向作为南极。让下磁条相对于上磁条偏移，使得磁场具有一定角度，如在上下磁极之间呈一定角度的虚线所示。这种作用趋于和磁力线成90度角驱动振动膜150。因为振动膜150的非平面结构，其沿着磁力的方向弯曲，从而提供声学响应而没有显著的变形。

参见图19，图中示出了本发明的另一个实施例，其中振动膜190借助于在相对的支撑件192和194之间的一个或几个固定件(未示出)被悬置。多个磁条170-178被固定在上支撑件192的内表面191上，并跨过上支撑件192的断面被沿纵向分开。同样，多个磁条180-108被固定到下支撑件194的内表面193上，并跨过下支撑件194的断面被沿纵向分开。上磁条170-178和相应的下磁条180-188交叉地设置。

上磁条170-178分别被交替地作为北极，南极，北极，南极和北极。同样，相对的磁条180-188分别具有北极，南极，北极，南极和北极的同样的磁取向。因而，磁场的磁力线在振动膜190的上下方以平面的方式流通，如图所示。因为磁力线强制振动膜以和磁力线成90°角的方向运动，所以振动膜190根据需要被驱动沿垂直方向振动。

现在说明本发明的几个弯曲的实施例。参见图20，具有相对的固定片200和202的本发明的一种形式是固定片分别呈凸面形状，形成相同的嵌套结构。这种设计包括一圆弧形状，其提供一种凸出的发射面204，以通过固定片中的多个孔212提供声音206的发散的传播。这个实施例也使用分成段的夹具208和分成段的垫层210，它们都以不连续的方式被分成一些段。夹具段208用于把振动膜保持在固定片上，衬垫段210的位置使得其和沿着至少一个固定片的内表面延伸的连续的峰相接触。

图21是一种静电换能器的截面图，其中各个第一和第二固定片222和224被分别构成同心圆柱形，形成一封闭的几何结构，从而提供一具有基本上完整的环绕发射表面的音频扬声器。振动膜226悬置在环形开口228内，被稳定在相对的固定片的内表面之间。声音从周边发出，并和中心谐振室230垂直。开口232沿着声音传播的径向取向提供声学透明性。波纹状的环形夹具(未示出)也可以被固定于圆柱的端部，用于夹持振动膜使其固定。在优选实施例中所示的振动膜呈正弦波形状，但是应当理解也可以使用其它形状的振动膜，例如整流过的正弦波形，或修改的锯齿形。

图22是弯曲形状的固定片和振动膜的端视图。图22的几何形状包括两个夹持件240和242，以及连附的固定片244和246，它们分别是凹形和凸形的，并和可调整地分开的振动膜248的相对边沿接触，如图22和23所示。重要的是注意到本发明的弯曲的实施例使得振动膜可以弯曲，并且和固定片离开相等的距离，这在常规的拉伸振动膜系统中是困难的。

图23表示静电换能器250的另一种几何形状的实施例，其中第一和第二夹具256和258的内表面252和254的几何形状被这样构成，使得其和振动膜264的所需的峰260和谷262的几何形状基本一致。也可以使用具有夹具256和258波纹状的夹具的静电固定片，以便支撑图23中的夹具。这使得能够紧密地固定第一和第二固定片(未示出)的各个内表面，使其离开振动膜的距离相等，如图所示。在各个固定片中提供有开口，用于增强声学透明性。根据上述内容显然可以设想出其它形状的夹持结构，用于把固定片紧密地固定到振动膜上以便增加静电场对振动膜影响的效果。

图24示出了静电换能器的另一个实施例。图中示出了被锚固在底座352上的半球形的静电换能器351的截面图。图24是图25沿着箭头370的截面图。两个圆柱形的波纹状的固定片356形成半球形的形状，并且在两个相对的固定片之间设置非平面振动膜360。此外，支撑结构353沿着半球的内表面延伸或者沿着半球的纵轴延伸。应当理解，固定片具有孔或小孔，使得它们在声学上是透明的，并使得声波能够通过。振动膜被偏压350偏置，并被施加音频信号电压354，从而在空气中产生压缩波。衬垫层或绝缘层被包含在固定片内，使得振动膜不直接接触固定片上的导电层，因而避免和固定片的其它的变形接触。根据上述内容还可以看出，在两个固定片356之间可以包括柱，用于把振动膜360分成许多分段。

图25是半球形静电换能器的透视图。因为本实施例的半球的性质，通过固定片356发出的声音按多条轴线以180°角发射。本发明的全球实施例如图26所示。该图表示球实施例380的局部剖开的示意图，其可以是图25所示的两个半球的组合。这种球结构使得声波能够沿所有可能的方向产生。一电器组件384(图中被切掉了)可以是两个半球的基座。如果需要，所述电器组件的尺寸也可以足够小，以便被包括在半球内。通过偏置输入388对包括在半球内的振动膜施加偏置，并通过386施加音频信号。

在图27中示出了振动膜和固定结构部件400，其具有固定结构401a，401b，用于夹持振动膜402的每一端，从而形成发射器分段403。振动膜被构成具有波纹，所述波纹的取向使得增加在固定结构401a，401b之间的定向刚度。发射器分段403借以根据皱纹的高度、宽度和长度在所需的频率下谐振。在振动膜位移期间，发射器分段403将在固定结构401a，401b之间以弯曲的方式工作，利用弯曲的刚度确定谐振频率。这和图15到图17的讨论一致。

图28表示振动膜和固定结构部件410，其中利用固定结构401a，b和c产生发射器分段403和404，通过跨过振动膜的刚度增加方向夹持，以便控制每个发射器分段的谐振频率。和只使用固定结构401a，和c相比，这在每个发射器分段403和404中产生高的谐振频率。通过设置固定结构401b距离固定结构401a和c的距离相等，在发射器分段403和404中的谐振频率将基本上相同。以不相等的距离偏移固定结构401b将趋于具有一个以上的谐振频率。这些谐振频率不仅由振动膜的拉伸和夹持状况确定，而且由在预定的距离夹持振动膜以便沿着有波纹的振动膜的刚度增加的方向增加或减少弯曲的刚度的状况确定。

图29表示本发明的另一个磁实施例的剖开的端视图，其中具有整流过的正弦形状的有波纹的振动膜422，具有导电层431，432，和433，被设置使得悬置在由通过极靴441，442和443连接的磁体426，427，和428产生的磁场中。和前面的磁实施例中说明的那样，图中所示的磁体以交替排列的北极/南极，南极/北极和北极/南极的取向设置。下支撑件430可以由含铁的材料制成。示出了一个固定结构421，夹持着振动膜使得在至少一个发射器分段403固定。

图30表示另一个磁实施例的端视图，其在机械上以和图29所示的方式类似地工作，但是使用铁背板430作为磁返回路径，用于形成磁北极极靴444，从而代替图29的磁体427。所示的固定结构夹持着振动膜422的端部。

图31的工作和图30中的装置相同，只是背板430的结构稍微不同。

图32表示的本发明的操作在机械上和图29-31所示的相同，其中包括不同的磁路。导电层433被悬置在由磁体428产生的磁场中，所述磁体428从左右方向被磁化成北极/南极，通过极靴453a，453b联结。固定结构421a，421b夹持着振动膜422，并形成谐振的发射器分段403。在该实施例中的背板460最好为非铁的。

本领域的技术人员熟知的不同的激励装置，包括磁路的，静电的，压电的和其它类型的，都可以应用于本发明的固定结构中，用于形成被夹持着的发射器分段，所述发射器分段由沿有波纹的振动膜的刚度方向的夹持而产生谐振频率。

图33和34按照上述实施例中构成本发明结构的方式被构成，其中利用被构造成用于沿着一个方向增加刚度的振动膜，并利用夹持结构夹持，以便设置预定的谐振频率，使所述振动膜在固定结构之间以弯曲的方式工作。图33和34还增加了对于特定的频率范围和输出能够优化的区域。

在图33中示出了振动膜和固定结构500，其中具有固定结构521a，b，c和d，用于夹持振动膜522而成为发射器分段502，503A和503B。在这种情况下，发射器分段502是一个较高频率的发射器分段，其可被称为高频扬声器区，其余的发射器分段503A和B是低频发射器分段。发射器分段502可以或者不可以和系统的其余部分共用相同的振动膜522。发射器分段502可以专门地使用专用于这个高频区域的单独的振动膜。

图34是图33所示的结构的一个优选实施例的侧视图。其中，固定结构521a，b，c和521d也把振动膜522分成发射器分段502(高频区域)，503A和503B(低频区域)。还示出了固定片区域510A，510B在521a和521d之间延伸并向低频发射器分段503A，503B提供信号的位置。固定片区域511A和B向较高频率的发射器分段505提供信号。出于性能的原因，在振动膜522的发射器分段505和固定片区域511A之间具有一小于在发射器分段503和固定片区域510A、510B之间的间隙505的高频间隙是有利的。这可以通过使固定片结构被成形或被固定，并通过确定固定结构的尺寸和形状，从而使对于所有的区域利用一个振动膜522构成，以便在低频区域和高频区域之间都以预定的方式改变间隙。如图33所示，振动膜可以是在所有区域中使用的一个统一的膜片，或者对于每个区域被分成单独的膜片。虽然不是必须的，高频固定片区域和低频固定片区域可以相互电气绝缘，并由适用于不同频率范围的并对于不同的频率范围优化的单独的音频信号驱动。

对于本领域技术人员来说，显然，利用上述的本发明的构思可以得到许多改型。这些改型都应当落在此处披露的以及后面所附的权利要求限定的本发明的范围内。

Claims (55)

1.一种电声换能器，包括：

至少一个固定片元件，其具有和发射器振动膜相邻设置的工作表面；

一发射器振动膜，其与该固定片元件的工作表面相邻悬置并隔开一足够的距离，以响应一施加的信号电压而启动振动膜的振动，从而允许振动膜在至少一个发射器分段内运动而不招致和固定片元件的工作表面的干扰接触；

所述振动膜被构造成具有至少一个增加刚度的取向，其沿着振动膜并在发射器分段内提供一有方向性的刚度，从而使发射器振动膜能够在所需的谐振频率下可操作地振动；以及

沿着横向方向相对于该振动膜上的刚度增加取向和该固定片元件的工作表面施加的至少一个固定结构，以把振动膜固定到一固定位置。

2.如权利要求1所述的电声换能器，其中所述至少一个固定结构是单个的细长元件，其具有和固定片元件接触的外表面和被固定到振动膜上的内表面。

3.如权利要求2所述的电声换能器，其中所述细长元件的内表面利用粘结剂被固定到振动膜上。

4.如权利要求2所述的电声换能器，其中所述细长元件的内表面和振动膜的形状一致。

5.如权利要求1所述的电声换能器，其中至少一个固定结构是一对在振动膜的相对两侧上的细长元件，每个细长元件具有和固定片元件接触的外表面以及被固定到振动膜上的内表面。

6.如权利要求5所述的电声换能器，其中所述振动膜是一种非平面结构，并且所述一对细长元件的内表面基本上是平面，并被基本上彼此相邻地设置，使所述振动膜位于其间，借以在细长元件的接触点使振动膜的非平面结构变形。

7.如权利要求1所述的电声换能器，其中所述振动膜的增加刚度的取向是由具有基本上是非平面截面的振动膜在振动膜的刚度增加方向沿着振动膜提供，借以提供支撑，使得在沿此刚度方向没有拉伸的情况下所述振动膜能够振动。

8.如权利要求7所述的电声换能器，其中所述固定片的构型和振动膜的非平面截面一致。

9.如权利要求7所述的电声换能器，其中振动膜的非平面截面被构造成沿着所述截面具有多个峰和谷。

10.如权利要求7所述的电声换能器，其中振动膜的非平面截面被构造成近似于正弦波。

11.如权利要求7所述的电声换能器，其中振动膜的非平面截面被构造成近似于被整流的正弦波。

12.如权利要求7所述的电声换能器，其中振动膜的非平面截面被构造成具有沿着刚度增加方向延伸的至少一个对于振动膜增加的厚度。

13.如权利要求7所述的电声换能器，其中所述振动膜的非平面截面被构造成具有沿着刚度增加方向延伸的在振动膜上呈带状的减小柔性的不同的成分。

14.如权利要求1所述的电声换能器，其中至少一个固定结构包括至少一个细长的夹持件，其在相对于振动膜的刚度增加方向在一中间位置上跨过振动膜延伸，以形成至少两个所述的发射器分段。

15.如权利要求14所述的电声换能器，其中至少一个细长的夹持件跨过振动膜延伸，从而把振动膜分成不同尺寸的至少两个所述发射器分段。

16.如权利要求14所述的电声换能器，其中至少一个细长的夹持件基本上垂直于振动膜的刚度增加方向延伸。

17.如权利要求14所述的电声换能器，其中至少一个细长的夹持件以与振动膜的刚度增加方向成锐角延伸，从而形成具有多个谐振频率的至少一个发射器分段。

18.如权利要求1所述的电声换能器，其中至少一个固定片元件包括在振动膜的相对两侧基本上和振动膜平行地设置的相对的固定片。

19.如权利要求18所述的电声换能器，其中所述相对的固定片和振动膜包括用于在相对的固定片上施加信号电压以及对振动膜施加偏压的装置，以使振动膜能够以声学方式振动。

20.如权利要求19所述的电声换能器，其中所述相对的固定片和振动膜包括用于以静电方式对相对的固定片施加信号电压的装置。

21.如权利要求18所述的电声换能器，其中所述相对的固定片和振动膜具有相同几何形状的截面。

22.如权利要求1所述的电声换能器扬声器，其中振动膜在沿着刚度增加方向没有拉伸施加的情况下可操作地振动。

23.如权利要求1所述的静电扬声器，其中所述振动膜利用沿着刚度增加的方向施加的拉伸可操作地振动。

24.如权利要求1所述的静电扬声器，还包括多个等间距设置的夹具，以产生一些振动膜区域，每个所述振动膜区域具有相等的谐振频率，以增强在所述频率下的声音输出。

25.如权利要求1所述的静电扬声器，其中所述固定结构是非平面的，并且和振动膜的截面一致。

26.一种电声换能器，包括：

基本上相互平行相对的固定片，每个固定片具有面向相对固定片的工作表面的工作表面；

一发射器振动膜，其被悬置在相对的固定片之间，并和固定片的工作表面离开足够的距离，以响应施加的信号电压在振动膜的发射器分段启动振动膜的振动，而不招致和固定片的工作表面的干扰接触；

振动膜被构造成具有这样一个取向，所述取向沿着振动膜并在发射器分段内提供一基本上定向的刚度，以便在沿着该刚度方向不施加拉伸的情况下可操作地使发射器振动膜振动；以及

至少一个固定结构，其被设置在振动膜和每个固定片的工作表面之间，用以相对于固定片把振动膜固定在一固定位置，以在其间限定一间隙。

27.如权利要求26所述的电声换能器，其中所述振动膜被构造成具有非平面截面，以沿着振动膜提供定向的刚度。

28.如权利要求26所述的电声换能器，其中至少一个固定结构包括一夹持件，其夹持所述振动膜并跨过振动膜刚度增加方向延伸。

29.如权利要求26所述的电声换能器，其中该夹持件以与振动膜刚度增加方向成锐角延伸，以形成具有多个谐振频率的至少一个发射器分段。

30.如权利要求27所述的电声换能器，其中至少一个固定结构和相对固定片的操作，主要是被构造成和振动膜的非平面截面一致。

31.一种电声换能器，包括：

至少一个有波纹的固定片元件，其具有用于定位相邻发射器振动膜的工作表面；

一发射器振动膜，其被邻近固定片元件的工作表面并和固定片元件的工作表面离开足够的距离悬置，以响应一施加的信号电压而启动振动膜的振动，并允许振动膜在至少一个发射器分段内运动，而不招致和固定片元件的工作表面的干扰接触；以及

所述振动膜被构造成具有至少一个增加刚度的取向，所述取向沿着振动膜并在发射器分段内提供定向的刚度，以使发射器振动膜在所需的频率下可操作地振动。

32.如权利要求31所述的电声换能器，还包括至少一个固定结构，其沿着横向方向相对于该振动膜上的刚度增加取向和有波纹的固定片元件的工作表面施加，以把振动膜固定在一固定位置。

33.如权利要求32所述的电声换能器，其中所述振动膜上具有波纹。

34.如权利要求33所述的电声换能器，其中所述发射器振动膜距离至少一个有波纹的固定片元件上的直接相邻的点的距离基本相等，并通过至少一个固定结构被固定。

35.如权利要求33所述的电声换能器，还包括有波纹的固定片元件，和至少一个固定结构，用于把振动膜等距离地固定在有波纹的固定片元件之间。

36.如权利要求32所述的电声换能器，其中至少一个固定结构以与振动膜的刚度增加方向成锐角延伸，以形成具有多个谐振频率的至少一个发射器分段。

37.如权利要求3所述的电声换能器，还包括在振动膜中构成至少两个发射器分段的至少三个固定结构。

38.一种电声换能器，包括：

基本上相互平行相对的有波纹的固定片，每个固定片具有一工作表面，其面对着相对的固定片的工作表面；

一发射器振动膜，其被悬置在相对的固定片之间，并和固定片的工作表面离开足够的距离，以便响应施加的信号电压在振动膜的发射器分段启动振动膜的振动，而不招致和固定片的工作表面的干扰接触；以及

其中振动膜是有波纹的，其具有刚度增加取向，所述取向沿着振动膜并在发射器分段内提供一基本上定向的刚度，以便在沿着刚度方向不施加拉伸的情况下使发射器振动膜可操作地振动。

39.如权利要求38所述的电声换能器，还包括至少一个固定结构，其被设置在振动膜和每个有波纹的固定片的工作表面之间，以把振动膜固定在相对于有波纹的固定片一个固定的位置。

40.如权利要求39所述的电声换能器，其中至少一个固定结构是具有波纹的结构。

41.如权利要求39所述的电声换能器，其中所述发射器振动膜距离相对的有波纹固定片上的直接相邻点的距离相等，并通过至少一个固定结构被固定就位。

42.如权利要求38所述的电声换能器，还包括在相对的有波纹的固定片中的开口，以提供声学透明性。

43.如权利要求38所述的电声换能器，其中有波纹的固定片形成基本上弯曲的形状。

44.如权利要求38所述的电声换能器，其中有波纹的固定片形成基本上是半球的形状。

45.如权利要求38所述的电声换能器，其中有波纹的固定片形成基本上是球面形状。

46.如权利要求38所述的电声换能器，其中有波纹的固定片形成基本上是圆柱的形状。

47.如权利要求40所述的电声换能器，包括至少两个固定结构，用于在两个固定结构之间和至少一个有波纹的固定片上的直接相邻的点等距离地固定振动膜。

48.如权利要求40所述的电声换能器，还包括至少三个固定结构，其中从振动膜上的点到第一和第二固定结构之间的至少一个有波纹的固定片元件上的直接相邻的点存在第一个基本相等的距离，从振动膜上的点到第二和第三固定结构之间的至少一个有波纹的固定片元件上的直接相邻的点存在第二个基本相等的距离。

49.如权利要求39所述的电声换能器，其中至少一个固定结构以与振动膜的刚度增加方向成锐角延伸，以形成至少一个具有多个谐振频率的发射器分段。

50.一种用于消除电声换能器中的振动膜上施加拉伸的方法，包括以下步骤：

让具有一工作表面的至少一个固定片元件邻近一发射器振动膜定位；

悬置一发射器振动膜，使其和该固定片元件的工作表面相邻并离开所述工作表面一足够的距离，以响应一施加的信号电压在振动膜的发射器分段中启动振动膜的振动，而不招致和固定片元件的工作表面的干扰接触；

该振动膜被构造成具有至少一个刚度增加的方向，所述方向沿着振动膜并在发射器分段内提供基本上定向的刚度，以使发射器振动膜在沿着刚度增加方向没有拉伸的情况下可操作地振动；以及

在振动膜和固定片元件的工作表面之间设置一固定结构，以相对于固定片把振动膜固定在一固定位置。

51.由权利要求50的电声换能器产生音频输出的方法，其中设置所述固定结构的步骤包括设置至少一个细长的夹持件，使其相对于振动膜的刚度增加方向在中间位置跨过振动膜延伸，以形成至少两个所述的发射器分段。

52.由权利要求51的电声换能器产生音频输出的方法，其中所述设置步骤包括设置该细长的夹持件，使其垂直地跨过振动膜的刚度增加方向延伸，以把振动膜分成不同尺寸的至少两个所述发射器分段。

53.由权利要求51的电声换能器产生音频输出的方法，其中所述设置步骤包括设置至少一个细长的夹持件，使其基本上横过振动膜的刚度增加方向延伸。

54.由权利要求51的电声换能器产生音频输出的方法，其中所述设置步骤包括设置至少一个细长的夹持件，使其以与振动膜的刚度增加方向成锐角延伸，以形成具有多个谐振频率的至少一个发射器分段。

55.一种用于提高电声换能器效率的方法，包括以下步骤：

基本上相互平行地设置相对的固定片，每个固定片具有一工作表面，其面向相对的固定片的工作表面；

在相对的固定片之间等距离地并离开固定片的工作表面一足够的距离悬置一发射器振动膜，以响应一施加的信号电压在振动膜的发射器分段内启动振动膜的振动，而不招致和固定片元件的工作表面的干扰接触；

所述振动膜被构造成使其具有刚度增加的取向，所述取向沿着振动膜并在发射器分段内提供基本上定向的刚度，以使发射器振动膜在沿着刚度方向没有拉伸的情况下可操作地振动；以及

在振动膜和固定片的工作表面之间设置一固定结构，以相对于固定片把振动膜固定在一固定位置。

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