CN1774954A

CN1774954A - 铍声学换能器

Info

Publication number: CN1774954A
Application number: CNA2004800103572A
Authority: CN
Inventors: 多米尼克·巴克; 雅克·马胡
Original assignee: Focal JMLab SAS
Current assignee: Focal JMLab SAS
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2004-03-22
Publication date: 2006-05-17
Also published as: FR2854021A1; JP2006523981A; US20090200101A1; WO2004095881A2; WO2004095881A3; US7878297B2; US20060113144A1; AU2004231892A1; FR2854021B1; CA2522519A1; KR20060008898A; CA2522519C; EP1618761A2; RU2005135455A

Abstract

本发明涉及一种用于扬声器音箱的扬声器，特别是高频扬声器或者中频扬声器，包括直接辐射的球形薄膜，该薄膜具有相对于线圈的凹面，并且移动线圈放置在特定高度，例如在中间高度或者基本上中间高度处，以确保能够高效地再现低于1kHz的频率的最佳机械耦合。纯Be或Be/Al合金或者类似合金被用于形成薄膜。本发明特别涉及高频扬声器或者中频扬声器，特别是用于高保真度的扬声器音箱。

Description

铍声学换能器

技术领域

本发明涉及音箱特别是它们的“高频扬声器”部件技术领域。更具体地，本发明涉及一种具有直接辐射的声音再现装置，它使用很高性能的发射器振膜，其中该振膜由具有在音频和超声波频率范围内的很宽通频带的发射器点源构成。

更具体地，本发明涉及用于音箱的扬声器，特别是高频扬声器类型的扬声器，例如，用于再现高音频的扬声器，或者甚至是用于中频以及特别是用于高保真音箱的扬声器。

背景技术

换能器的振膜确保位于空气隙中并且其中流过调制电流的移动线圈与空气分子之间的机械耦合，以便确保声音再现。三个标准控制着高频扬声器振膜的性能：振膜的重量，振膜的硬度以及振膜的阻尼。

振膜通常由在上述三个特定标准之间提供合理折衷的材料构成。结果是，对于高频扬声器来说，材料的固有硬度线限制了高频响应。

在从20Hz到40KHz甚至更宽频带上，在数字源品质和放大系数(在音乐创建和再现中)上做出的改进对换能器提出了新的要求，即：高频扬声器的更高硬度，以便加宽频率响应；甚至更小的质量，以便获得适于对所述频率响应产生的瞬态进行再现的加速因子；受控的阻尼，以便消除在振膜材料中固有的声音“着色(colorations)”，其中该着色与脉冲模式下的过量振动相关。

考虑包括例如24比特/96kHz、Dolb^TM数字、SACD^TM、DVD^TM音响等的新数据音频格式，关键在于改进电动换能器，使得由这些格式引起的品质跳变最终可在通过音箱的再现上检测到。

人们已经知道，已经不能再进一步改进由传统材料构成的高频扬声器振膜。提供合适的重量/硬度比的可供应金属(例如铝和钛)不允许超过25kHz的频率。

理论上，大量的材料能够帮助本领域普通技术人员利用与上述现有技术中所知道的类型不同的材料。

]铍(Be)可包括在这些材料中，但是本领域普通技术人员意识到了它固有的缺点：

-对于相同的质量，]铍的硬度几乎是钛和铝的7倍，在理论上，这对于高频扬声器的制造来说是优点；但是对于这些振膜，]铍也具有缺点，因为它的硬度明显地禁止它形成为薄片；

-它是非常昂贵的；

-对于这种金属，还不知道在工业规模上可用的冶金工艺；到目前为止，可以在大约20小时的周期内在熔炉中形成纯Be工件，这在工业规模上不便于管理，，即使可以克服其它缺点，包括高昂的成本和供应商的稀缺。

-由于它的毒性，Be要求严格控制的制造工艺。

技术问题的声明：

在用于音箱的扬声器领域，特别是高或者非常高极限的扬声器领域中，在重量或者质量、硬度和阻尼这三个振膜特性上，要求实现比目前更好的折衷方案。

正如以上注意到的，Be是潜在的候选者。但是，到目前为止，它是不可用的，除非伴随着减少Be的成本以及尽管它公知的硬度但也能够形成薄片的技术的出现，以及除非改进高频扬声器本身的技术。

发明内容

本发明提出了一种用于音箱的扬声器，特别是高频扬声器或者中频扬声器，具有原始的结构，包括具有直接辐射的球形振膜，该振膜具有相对于线圈的前凹面，并且优选地在特定水平处，例如中间高度或者大约中间高度处，在该前凹面上附着有移动线圈，以便实现能够高效地再现低于1kHz的频率的最佳机械耦合。

通过“在特定水平处，例如中间高度或者大约中间高度处”，本领域技术人员可以理解，线圈可以附着在图1所示例的类型的中间水平，本领域普通技术人员知道如何适应和优化该水平。

本领域技术人员知道高频扬声器具有小于50-70mm的直径，而中频扬声器通常具有100到200mm的直径以及0.1到0.4mm的厚度。

高频扬声器的低谐振频率是可根据需要调节的，优选地使用具有高柔顺性的安装悬挂装置。对于高频响应极限，应当减小振膜的质量以及增加它的硬度。

利用如下所述制造的纯Be振膜，高频响应可以被扩展到在40KHz上。

最终，结合凹球顶技术，优选地利用安装悬挂装置，利用纯Be振膜本身的特性，可以设计具有直接辐射和低方向性的发射器点源，具有从1Hz到40kHz的5个八音度的通频带，并具有92dB/1W/1m的高效率。

而且，具有固有阻尼的Be的性能提供了优异的脉冲响应，而没有任何寄生的过度振动和着色(振铃)。

本发明也涉及和使用用于形成特定金属或者合金特别是Be的薄片的方法。更具体地，但不局限于此，由此形成的薄片可以使用在音箱的高频扬声器和中频扬声器的球顶上。

特别地，Be是优选的；但是，根据本发明，也可以考虑Be合金，尤其为Be/Al合金，特别是由重量比为20-80％的Be/重量为80-20％的Al构成的Be/Al合金，优选地由40-60％的Be/60-40％Al构成的Be/Al合金，在任何情况下，Be的重量比至少为5％。纯Be应当用于高极限的品牌，以及Be./Al合金用于中频范围的品牌。

对于，低极限的品牌，也可以使用铝或者铝合金(特别是上述用于中频范围品牌的Al/Be合金)。

优选地，也可以使用镁以及它与铝的合金。有趣地，但不局限于此，可以使用铝5056合金。对于本领域技术人员来说都知道这是包含大约5％镁的铝合金。

该形成方法是一个英国专利申请的主题，该英国专利申请是以Roy Rodriguez的名义在与本申请相同的日期申请的。它也应用到可能对Be或者其它金属的属性感兴趣的其它工业中，但是缺乏用于其铸造的技术设施(例如航空、航海、核能、和/或电子工业)。

具体实施方式

根据非限定性的但是优选的实施例(图1)本发明提出了一种具有原始结构的高频扬声器1，包括一个球形振膜2，该球形振膜2具有直接辐射并且具有相对于线圈3为凹状的形状。

在现有技术中可以发现相对于线圈为凹状(也就是说，如同在线圈上方的“球顶”的形状)的球形振膜。但是，在本发明中，振膜形成为在线圈上方的一个杯子。

高频扬声器的低谐振频率根据需要可以调整，优选地借助于具有高柔顺性的安装悬挂装置来调节，也就是说，借助于例如泡沫或者由橡胶做成的软的接头、或者随着时间变化保持为“软”的粘胶剂的高柔性材料作成的悬挂装置来调节。

根据本发明的最优选的振膜由纯Be制成。

根据最佳实施例，对于直径为25mm以及深度为3到6mm的常用高频扬声器球顶以及直径为15到20mm的线圈，由纯Be制成的振膜具有20到500微米的厚度，优选地为至少30微米。

对于100mm的中频扬声器，球顶厚度可以达到100微米。

球顶可以具有半球形或者复杂轮廓形，或者是椭圆形、球茎形、或者具有倾斜侧面。

根据特定实施例，在图1A中所使用的振膜2由纯Be做成，并且厚度为25微米；它的半球轮廓相对于线圈3凹入，以及对其进行优化，使得其向下到达其自身谐振频率的高度。

根据另一个实施例，移动线圈附着在半球振膜的球顶和外周(平面AB)之间，以便实现理想的机械耦合。

根据质量/线圈直径/球顶硬度比，在研究期间，调整该平面的精细位置。应当强调：通常，线圈附着在球顶的外周，使得导致远差于在此方案中的机械耦合(本领域技术人员可以参考公知的传统高频扬声器的设计)。

可以看到，在该高频扬声器上，线圈的动作F充分地传送到平面AB的球顶处。

根据特定和优选的实施例，正如图1A所示，可以增加具有合适柔顺性的安装的S悬挂装置，以便确保振膜连接到支撑体，并具有足够低的谐振频率，通常为1kHz。

根据本发明，也可以制作例如图1B所示的单块球顶。

这种高频扬声器的优点在于：它可以再现5个八度上的频率范围，而没有借助于被称为“超级高频扬声器”的技术，其中该超级高频扬声器通过引入由于在大约1cm波长的频率处的多个发射器源引起的时间偏移而产生了问题，这样，湮没了为3D声音空间的再现所必要的点源的概念。

而且，在这种结构中对于滤波的要求导致了相位失真和信号分辨率的损失。

正如图2所示的，利用Be实现了良好的脉冲响应，也就是说，具有很好受控阻尼的很干净的响应(图2A)。与利用钛相比(图2B)，记录了振动声音着色(振铃)，其即使没有为人耳所觉察，也对声音复原的高保真性和听力舒适性是有害的。

在图3中，我们已经显示了用于具有25mm直径的高频扬声器球顶的钛球顶和Be球顶的叠置脉冲响应曲线。

根据它的一般原理，本发明使用在英国专利申请中描述的薄片形成方法来制造Be振膜，该英国专利申请是以Roy Rodriguez的名义申请并与本申请的申请日相同，其特征在于：在所述金属片的一侧上施加室温或者接近室温下的气压，来使该金属片变形；接下来，使用所述压力效果，所述变形薄片的另一侧被施加到模具上，该模子再现将制造的元件的3D几何形状；最后，在形成所述金属薄片同时没有物理化学降解所必需的时间期间，使所述模具处于高温。

这样，本发明也使用用于形成薄金属片的工具(在所述英国专利申请中也描述了该工具)，使得制造具有给定3D几何形状的工件，其特征在于：所述形成工具包括上模具和下模具(通常，我们认为工具是水平的)，上模具包括至少一个加压气体喷嘴，以及下磨具的上面再现将形成的工件的3D轮廓(footprint)，并且该工具包括加热其质量的装置。

该薄片放置在轮廓(footprint)的侧支撑体上。

根据一个特定实施例，所述模具是阴模。

根据本发明的一个实施例，该金属为Be。该金属提供了用于高频扬声器或者中频扬声器球顶的最大潜力，并且显示了最大的形成困难。

根据另一实施例，所述金属由铝或者铝合金组成，或者由为本领域技术人员知道的并且根据本领域技术人员的知识适合于知道高频扬声器球顶的其它材料组成。

根据一个特定实施例，由Be(或者Al或者铝合金、或者右旋地Be合金，特别是Be/Al合金)制成的薄片的开始厚度为10到500微米之间。

根据另一个特定实施例，所述厚度在20到100微米之间。

根据另一个特定实施例，所述厚度为25到50微米的量级。

由喷嘴注入的气体是空气或者氮气。

优选地，使用氮气。

根据一个特定实施例，对于小于50mm的球顶直径，所述气体压力在10到30巴之间。

根据另一个实施例，所述压力在15到25巴之间。

根据另一个实施例，对于具有25微米厚度的Be薄片，所述压力应当是大约20巴。

根据一个变型，对于具有25微米厚度的铝薄片，所述压力应当为15巴。

在模具的质量中，例如借助于放置在所述模具下方或者周围的加热元件20，对于铝或者镁或者它们的合金制成的薄片，使得模具处于100到400℃量级的温度，以及对于由Be或者其合金制成的薄片，使得所述模具处于700到1000℃量级的温度。

根据特定实施例，对于具有25微米厚度的纯Be薄片，所述温度为900℃的量级。

本领域技术人员都知道，在合金的情况下，温度必须低于纯金属的情况下的温度；因此，本领域技术人员应该根据他/她所使用的合金来改变上述温度范围，以及如果必要，应当通过一些简单的常规测试来指导。

形成工具由适于传导所述方法的温度并且抵抗所施加的压力以及在这些温度和压力条件下不与Be发生反应的任何材料制成。在这些材料当中，我们将引用特种钢，优选地进行了表面处理的特种刚。

实例

1、通过使用上述方法和工具，在900℃的温度下，通过模具，使用N₂作为压力施加气体并施加到薄片上，利用25微米厚的Be薄片，在仅仅2分钟中，形成了直径为25mm的高频扬声器球顶。

2、通过使用上述方法和工具，在750℃的温度下，通过模具，使用N₂作为压力施加气体并施加到薄片上，利用30微米厚的60％Be和40％Al的薄片，在仅仅3分钟中，形成了直径为35mm的高频扬声器球顶。

3、通过使用上述方法和工具，在900℃的温度下，通过模具，使用N₂作为压力施加气体并施加到薄片上，利用0.1mm厚的Be薄片，在仅仅5分30秒中，形成了直径为120mm的中频扬声器球顶。

4、通过使用上述方法和工具，在400℃的温度下，通过模具，使用N₂作为压力施加气体并施加到薄片上，利用38微米厚的Al/Mg合金(95％Al/5％Mg)薄片，在仅仅15秒中，形成了直径为35mm的高频扬声器球顶。

本发明也涉及由此制造的高频扬声器和中频扬声器的球顶，以及包括至少一个例如上述扬声器和/或至少一个例如上述球顶的音箱。

本发明也包括本领域技术人员在阅读了本申请之后根据他自己的知识，优选地通过实施简单的常规测试，可以直接获得的所有实施例和所有申请。

Claims

1、一种用于音箱的扬声器，特别是高频扬声器或者中频扬声器，其特征在于：它包括具有直接辐射的球形薄膜或者振膜2，作为其“球顶”，该薄膜或振膜2具有相对于线圈3的前凹面，并且优选地在平面A-B的特定水平，例如在中间高度或者大约中间高度处，移动线圈附着到该前凹面上，以便实现能够高效地再现低于1kHz的频率的最佳机械耦合。

2、根据权利要求1的扬声器，其中，借助于使用具有高柔顺性的安装的S悬挂装置，即，借助于由例如泡沫橡胶、或者由橡胶做成的软接合体、或者随着时间变化保持为“软”的粘胶剂的高柔韧性材料制成的安装的S悬挂装置，可调节低谐振频率。

3、根据权利要求1或2的扬声器，其中，所述球顶的材料为纯Be。

4、根据权利要求1或2的扬声器，其中，所述球顶的材料从Be合金中选择，特别是Be/Al合金，特别是重量比为20-80％的Be/重量比为80-20％的Al，优选地40-60％的Be/60-40％的Al，在任何情况下，Be的重量比至少为5％。

5、根据权利要求1或2的扬声器，其中，所述球顶的材料从铝或铝合金中选择，特别是根据权利要求3的Al/Be合金。

6、根据权利要求1或2的扬声器，其中，所述球顶的材料从镁和镁铝合金中选择，特别是Al 5056，所述Al 5056是包含大约5％镁的铝合金。

7、根据权利要求3的扬声器，其中，对于直径为25mm以及深度为3到6mm的常用高频扬声器球顶和直径为15到20mm的线圈，所述振膜由纯Be制成并且具有25到100微米的厚度，特别地具有等于25微米的厚度，以及优选地，至少30微米的厚度。

8、根据权利要求3的扬声器，对于直径为100mm的中频扬声器，由纯Be制成的振膜的球顶厚度可达到500微米。

9、根据权利要求1到8任意一个的扬声器，所述球顶的形状可以是半球形或者复杂轮廓形，椭圆形、球茎形、或者具有倾斜侧面的形状。

10、根据权利要求1和3到9任意一个的扬声器，其中，它包括“单块”球顶。

11、根据权利要求1到3和7到10任意一个的扬声器，其中，利用纯Be制成的振膜，高频响应可以扩展到在40kHz上。

12、根据权利要求1到3和7到11任意一个的扬声器，其中，它包括具有直接辐射和低方向性的发射器点源，具有在从11Hz到40kHz的5个八度上的通频带以及92dB/1W/1m的高效率。

13、一种振膜制造方法，涉及形成根据权利要求1到12任意一个所描述的由金属或合金制成的薄金属片，用于制造高频扬声器或者中频扬声器的球顶，其中，该薄片放置在轮廓的侧支撑体上，通过在室温或者接近室温下施加到所述薄片的一侧上的气压，来使所述薄片变形；然后所述压力效果被用来将所述变形薄片的第二侧施加到模具上，其中该模具再现待制造的工件的3D几何形状(“轮廓”)；以及最后，在形成所述薄片同时没有发生物理化学降解所必需的时间期间，使所述模具处于高温。

14、一种用于制造具有给定3D几何形状的工件的薄片金属成形工具，用于实施根据权利要求13的方法，其中，它包括上模具和下模具(通常，该工具被认为是水平的)，上模具包括至少一个加压气体喷嘴，以及下模具的上面再现待成形的工件的3D轮廓，并且该工具具有用于加热其质量的装置。

15、根据权利要求13的方法，其中，由Be(或者Al或者铝合金、或者优选地Be合金，特别是Be/Al合金)制成的薄片的开始厚度在10到500微米之间，特别在20到100微米之间，以及甚至更好地在25到50微米之间。

16、根据权利要求13或15的方法，其中，由喷嘴注入的气体是空气或者氮气。

17、根据权利要求13、15或者16任意一个的方法，其中，对于小于50mm的球顶直径，所述气体的压力在10到30巴之间，优选地在15到25巴之间，特别地，对于具有25微米厚度的Be薄片，大约为20巴，以及对于具有25微米厚度的铝薄片，大约为15巴。

18、根据权利要求13、15、16和17任意一个的方法，其中，在模具的质量中，例如借助于放置在所述模具下方或者周围的加热元件，对于由铝或者镁或者它们的合金制成的薄片，使得模具处于100到400℃量级的温度，以及对于由Be或者其合金制成的薄片，使得所述模具处于700到1000℃量级的温度，对于具有25微米厚度的纯Be薄片，所述温度为900℃的量级。

19、一种球顶，用于音箱的扬声器，特别是用于高频扬声器或者中频扬声器，其中，它是如根据权利要求1到12任意一个所描述的球顶或者使用根据权利要求13到18任意一个方法所制造的球顶。

20、一种音箱，其中，它包括至少一个根据权利要求1到12任意一个的扬声器或者根据权利要求19的球顶。