CN202713603U - 一种自带变面积式电容振动传感器的动圈式扬声器 - Google Patents

Abstract

一种自带变面积式电容振动传感器的动圈式扬声器，其磁路结构为外磁式磁路或内磁式磁路，线圈绕在导电音圈骨架上构成音圈，並设有电容/运动信号转换电路，在导磁柱和导磁上板之间设有与导电音圈骨架同轴向、用于测量音圈位移的变面积式电容振动传感器，该变面积式电容振动传感器输出的电容变量输至电容/运动信号转换电路输入端。由于变面积式电容振动传感器的电容值与音圈位移成线性关系，具有大范围的线性输出，特别满足了大振幅大动态的低频扬声器测量要求，该传感器输出通过电容/运动信号转换电路的检测就能得到扬声器音圈的运动信号，作为反馈信号输入到运动伺服式放大器的反馈输入端，从而实现扬声器的闭环控制。

Description

一种自带变面积式电容振动传感器的动圈式扬声器

技术领域

本实用新型涉及扬声器技术领域，尤其是涉及一种自带变面积式电容振动传感器的动圈式扬声器。

背景技术

电声领域的放音环节中数码音源及功率放大器的失真度均能轻易达到0.01%以下。然而，处于放声环节最末端的扬声器，失真度一般都大于1%以上，超低频段更是达到5%以上，成为放声系统保真度进一步提高的颈瓶。

动圈式扬声器根据磁路结构分为内磁式及外磁式两种，而内磁式又可以根据磁铁的充磁方向分为轴向充磁磁路及径向充磁磁路，按音圈与磁隙的长短关系可再分为长磁隙短线圈设计及短磁隙长线圈设计。通常由以下部件组成：振膜、音圈骨架、线圈、盆架、折环、定心支片、永磁体、导磁上板、导磁下板、导磁柱组成。对于内磁式还设有导磁碗，线圈卷绕在音圈骨架上，并定位于导磁柱与导磁上板之间称为磁隙的环状间隙中，磁隙中分布着由永磁体产生的辐向磁场。折环及定心支片均起着支撑音圈的作用，保持音圈悬置于磁隙的中间，防止音圈与导磁柱、导磁板发生机械摩擦。当音圈通上信号电流后，将受到电磁力的作用。电磁力通过音圈骨架传递到振膜，振膜在驱动力的作用下作受迫振动，驱动空气发出声音。动圈式扬声器的音圈骨架可以使用导电金属片或有机片卷绕而成，在一般的应用中只作为机械部件使用，并不强调与电路的信号连接。导磁上板、导磁柱为金属部件但只作单纯的导磁元件使用，同样不强调与电路的信号连接。动圈式扬声器的构造决定着它会存在以下的失真：

（1）由驱动力引起的失真：主要是由磁隙磁场分布不均匀，及线圈电感的非线性引起。虽然采用对称磁路可减少一部分失真，但受限于成本及其他因数，扬声器的线性冲程总是有限的，对于大幅振动的低音扬声器则经常会在大动态时超出线性区域而造成失真。

（2）悬置系统的非线性引起的失真：由于材料性能的限制，起支撑作用的折环及定心支片的回复力跟振膜位移关系呈磁滞回线形状，而非线性关系，特别是低频段振膜大幅振动时尤为明显。

（3）瞬态失真：振膜在音圈驱动力的作用下做受迫振动，振动系统具有一定质量及一定阻尼的，并不能够迅速跟随快速变化的输入信号振动，总是存在一定的延时。前沿上升特性慢的扬声器，因达到稳态声压时间过长，造成音头信号的缺失；而后沿下降特性差的扬声器，因输入信号消失后，振动阻尼差，造成声音拖尾现象。

（4）频响失真：实际的扬声器对不同频率的输入信号有着不同的响应，形成高低起伏的频率响应曲线。不能真实还原原有信号中各种频率声波的能量分配比例，也算是一种失真。这种失真在高频段主要是因为振膜的分割振动产生，而低频段则因为扬声器工作频率过低，工作频点远离振动质量控制区进入弹性控制区而造成。

使用常规办法降低扬声器失真总会顾此失彼，例如为扩展扬声器低频下限（亦即降低频响失真）往往要增加扬声器的振动质量来降低共振频率，反效果是造成效率下降及瞬态失真加剧。而采用反馈技术将扬声器包含在放大器的反馈环路中，则可全面纠正扬声器的固有失真，提高整个放声系统的保真度。目前扬声器反馈信号获取方式有以下方法：

（1）中国专利公报公开了公开号为CN1377566A的扬声器装置：在扬声器附近加装拾音器，拾取扬声器发出的声音信号，转换为电信号然后反馈到功率放大器的反馈端。此方法存在以下缺点：声音信号从扬声器发出要经过一段时间才能到达拾音器，信号的反馈存在较长的时间滞后，相位关系复杂，反馈一般不能加得太深，否则容易造成系统的震荡。因此负反馈放声效果的改善并不明显。同时，拾音过程亦存在失真，而低失真的传声器价格较高。此外，外界的声噪音很容易通过拾音器引入到系统中，降低了系统的信噪比。

（2）中国专利公报公开了公开号为CN85204257U的动反馈式扬声器：它在普通动圈式扬声器基础上，增加测速线圈，测速线圈输出电压正比于扬声器音圈振动速度，反馈信号经过一阶微分后反馈至放大器输入端。此方法额外增加一个磁路和线圈，结构复杂工艺性差，而且测速磁路同样存在分布不均匀的现象，造成失真。

（3）中国专利公报公开了公开号为CN2319986y的低失真扬声器振动负反馈系统组件：它使用反射式光电传感器来检测振膜的位移。可以预见此方法很容易受到作为反射面的振膜的锥角、振膜材料反射特性的影响，其实施例中使用了ON2152作为所述的传感器，ON2152的说明书中列出了白纸90%反射与镜面反射的Ic-D图，可印证其受反射面的影响，其输出线度并不理想。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种自带变面积式电容振动传感器的动圈式扬声器，该扬声器包含一变面积式电容振动传感器，其电容值与音圈位移成线性关系，具有大范围的线性输出，特别满足了大振幅大动态的低频扬声器测量要求，该传感器的输出通过电容/运动信号转换电路的检测就能得到扬声器音圈的运动信号，作为反馈信号输入到运动伺服式放大器的反馈输入端，从而实现扬声器的闭环控制。

本实用新型所提出的技术解决方案是这样的：

一种自带变面积式电容振动传感器的动圈式扬声器，包括折环1、振膜2、定心支片5、盆架6、导电音圈骨架4、线圈7、导磁柱8、导磁上板9、永磁体10、导磁下板11，其磁路结构为外磁式磁路或内磁式磁路，线圈7绕在导电音圈骨架4上构成音圈，还设有电容∕运动信号转换电路14，在所述导磁柱8和导磁上板9之间设有与所述导电音圈骨架4同轴向、用于测量音圈位移的变面积式电容振动传感器24，该变面积式电容振动传感器24输出的电容变量输至所述电容∕运动信号转换电路14输入端。

所述变面积式电容振动传感器24包括下面多种结构：所述导电音圈骨架4与导磁柱8外柱面构成变面积式电容振动传感器24，导电音圈骨架4和导磁柱8外柱面分别通过第1导电引线3和第2导电引线13接入所述电容∕运动信号转换电路14输入端。导磁柱8表面固装有直筒状内电极16，所述导电音圈骨架4与直筒状内电极16构成变面积式电容振动传感器24，导电音圈骨架4和直筒状内电极16分别通过第1导电引线3和第2导电引线13接入所述电容∕运动信号转换电路14输入端。所述导电音圈骨架4和导磁上板9内柱面构成变面积式电容振动传感器24，导电音圈骨架4和导磁上板9分别通过第1导电引线3和第3导电引线17接入所述电容∕运动信号转换电路14输入端。

在所述音圈的外围设有其内径比音圈外径大的直筒状外电极18，该直筒状外电极18与导电音圈骨架4同轴向，并固定在导磁上板9上，所述导电音圈骨架4与直筒状外电极18构成变面积式电容振动传感器24，导电音圈骨架4和直筒状外电极18分别通过第1导电引线3和第3导电引线17接入所述电容∕运动转换电路14输入端。

在所述音圈的外围设有其内径比音圈外径大的直筒状外电极18，该直筒状外电极18与导电音圈骨架4同轴向，并固定在导磁上板9上，所述导电音圈骨架4、直筒状外电极18和导磁柱8外柱面共同构成变面积式电容振动传感器24，导电音圈骨架4、直筒状外电极18和导磁柱8外柱面分别通过第1导电引线3、第3导电引线17和第2导电引线13接入所述电容∕运动信号转换电路14输入端。

在所述音圈的外围设有其内径比音圈外径大的直筒状外电极18，该直筒状外电极18与导电音圈骨架4同轴向，并固定在导磁上板9上，在所述导磁柱8表面固装有直筒状内电极16，所述导电音圈骨架4、直筒状内电极16、直筒状外电极18共同构成变面积式电容振动传感器24，导电音圈骨架4、直筒状内电极16和直筒状外电极18分别通过第1导电引线3、第2导电引线13和第3导电引线17接入所述电容∕运动信号转换电路14输入端。

所述线圈7外表面包覆有导电金属箔19，该导电金属箔19卷绕成不闭合的筒状，导电金属箔19与导电音圈骨架4电连接。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

（1）本实用新型对普通动圈式扬声器结构作相当巧妙的改造即可使扬声器包含一个变面积式电容振动传感器，从而实现扬声器振动测量，所使用的零部件结构简单容易制造，成本低。

（2）由于构成电容振动传感器为变面积式的，因而具有大范围的线性输出，特别满足了大振幅大动态的低频扬声器测量要求。相比之下，现有采用测速线圈的方法为获得同等大振幅的线度所付出的代价是巨大的。

（3）由于所有部件均安装于扬声器的磁路中，结构紧凑，受外界影响小，能迅速响应音圈的运动，延时短，并不存在增加拾音器方案那样复杂的相位关系，因而，可以设置高增益及深度负反馈来全面纠正失真。

（4）本实用新型可以使音响系统设计摆脱对扬声器参数、箱体容积等参数的依赖，使设计更简单，并能满足产品小型化的需求。利用本实用新型构造的有源伺服式扬声器系统可显著降低重放频率下限，提高低频段放声的保真度。

本实用新型的自带变面积式电容振动传感器的动圈式扬声器主要应用于有源伺服扬声器系统中。它可以应用于外磁式磁路的动圈式扬声器亦可应用于内磁式设计的轴向磁路扬声器及径向磁路扬声器。

附图说明

图1是本实用新型第1个实施例的一种自带变面积式电容振动传感器的动圈式扬声器的纵截面结构示意图。

图2是本实用新型第2个实施例的扬声器纵截面结构示意图。

图3是本实用新型第3个实施例的扬声器纵截面结构示意图。

图4是本实用新型第4个实施例的扬声器纵截面结构示意图。

图5是本实用新型第5个实施例的扬声器纵截面结构示意图。

图6是本实用新型第6个实施例的扬声器纵截面结构示意图。

图7是本实用新型第7个实施例的扬声器纵截面结构示意图。

图8是本实用新型第8个实施例的扬声器纵截面结构示意图。

图9是本实用新型第9个实施例的扬声器纵截面结构示意图。

图10是本实用新型第10个实施例的扬声器纵截面结构示意图。

图11是本实用新型第11个实施例的扬声器纵截面结构示意图。

图12是本实用新型第12个实施例的扬声器纵截面结构示意图。

图13是本实用新型第13个实施例的扬声器纵截面结构示意图。

图14是本实用新型第14个实施例的扬声器纵截面结构示意图。

图15是本实用新型第15个实施例的扬声器纵截面结构示意图。

图16是改进了的音圈结构示意图。

图17是采用本实用新型自带变面积式电容振动传感器的动圈式扬声器的一种有源伺服扬声器系统结构方框图。

图18是图17所示伺服驱动与普通开环恒压驱动方式下音箱的频响曲线对比图。图中细线曲线为开环恒压驱动频响曲线；粗线曲线为伺服驱动频响曲线。

图19是图18所示伺服驱动与普通开环恒压驱动方式下音箱输出的30Hz声波波形。图中虚线波形为开环恒压驱动声波波形；实线波形为伺服驱动声波波形。

图20是图19所示的两种方式下输出的30Hz声波波形的FFT分析图。图中虚线波形为开环恒压驱动声波波形FFT；实线波形为伺服驱动声波波形FFT。

图中标号说明： 1、折环；2、振膜；3、第1导电引线；4、导电音圈骨架；5、定芯支片；6、盆架；7、线圈，8、导磁柱；9、导磁上板；10、永磁体；11、导磁下板；12、导磁碗；13、第2导电引线，14、电容/运动信号转换电路； 15、电容/运动信号转换电路接口； 16、直筒状内电极；17、第3导电引线；18、直筒状外电极；19、导电金属箔；20、误差放大器；21、控制器；22、功率放大器；23、扬声器，24、变面积式电容振动传感器。

具体实施方式

通过下面实施例对本实用新型作进一步详细阐述。

实施例1

参见图1所示，一种自带变面积式电容振动传感器的动圈式扬声器由折环1、振膜2、定心支片5、盆架6、导电音圈骨架4、线圈7、导磁柱8、导磁上板9、永磁体10、导磁下板11、电容∕运动信号转换电路14组成，在导磁柱8和导磁上板9之间设有与导电音圈骨架4同轴向、用于测量音圈位移的变面积式电容振动传感器24，该变面积式电容振动传感器24输出的电容变量输至电容∕运动信号转换电路14输入端。所述的导电音圈骨架4可以用金属片或表面镀有导电层的有机片制作。本实施例为外磁式磁路的扬声器，导电音圈骨架4和导磁柱8外柱面构成变面积式电容振动传感器24，导电音圈骨架4和导磁柱8外柱面分别通过第1导电引线3和第2导电引线13接入电容∕运动转换电路14输入端，电容∕运动信号转换电路14输出信号可以通过电容∕运动信号转换电路接口15输至伺服扬声器系统中。为了预防音圈与导磁柱8发生机械摩擦时造成短路，导磁柱8外柱面及音圈表面可覆上绝缘层。导磁柱8与导磁下板11不管是电连接还是电绝缘均可实现振动测量的功能，如果两者电绝缘处理后可将导磁下板11、磁体10及导磁上板9作接地处理，使变面积式电容振动传感器24处于一个屏蔽空间内，提高其信噪比。如果两者为电连接则需要考虑，与导磁下板11接触的永磁体10有一定的导电性，同样会引入干扰，为提高信噪比，可将导磁下板11与永磁体10作绝缘处理后将导磁上板9及永磁体10作接地处理。

实施例2

参见图2所示，本实施例为内磁式轴向磁路的扬声器，此种扬声器设有导磁碗12。除磁路结构不同外，其余与实施例1相同。应用时一般将导磁柱8、导磁下板11、永磁体10、导磁碗12之间的其中一个接触面中插入绝缘层，并将导磁上板9、导磁碗12作接地处理，可获得最高的信噪比。

一些内磁式磁路扬声器的似乎没有导磁上板9，其实此种设计只是将导磁上板9内孔不断扩大至与导磁上板9外径重合，此时导磁碗处于磁隙的部分充当了导磁上板9的功能，可以认为就是本专利所述的导磁上板9，只是与导磁碗12制造在一起。

有一些内磁式轴向磁路扬声器设计乎没有导磁下板11，其实导磁柱8与永磁体10接触的部分起着导磁下板11的功能，可以认为此部分就是在本专利所述的导磁下板11，只是导磁柱8与导磁下板11已制造做在一起了。

相对于内磁式轴向磁路的扬声器，内磁式径向磁路的扬声器永磁体10或固定于导磁柱外柱面8上，或固定于导磁上板9内柱面上，或固定于导磁上板9外柱面上。为了将轴向磁路的扬声器与径向磁路的扬声器统一描述作以下规定：内磁式径向磁路的扬声器若永磁体10固定于导磁柱8上则将两者视为一个整体的导磁柱8，若永磁体10固定于导磁上板9上则将两者视为统一的导磁上板9。

实施例3

参见图3所示，本实施例为外磁式磁路的扬声器，在导磁柱8外表面固装有直筒状内电极16，导电音圈骨架4与直筒状内电极16构成变面积式电容振动传感器24，导电音圈骨架4和直筒状内电极16分别通过第1导电引线3和第2导电引线13接入电容∕运动信号转换电路14输入端。为了得到足够大的线性输出振幅，直筒状内电极16的轴向长度应满足音圈作最大振幅运动时不至于超出直筒状内电极16的上下沿边。为避免直筒状内电极16的厚度增加擦圈的几率，对于导磁柱8采用等径设计的扬声器，直筒状内电极16建议采用0.02mm至0.1mm厚的金属箔制造。为了预防音圈与直筒状内电极16发生机械摩擦时造成短路，直筒状内电极16外柱面及音圈表面可覆上绝缘层。直筒状内电极16与导磁柱8电连接或电绝缘均可实现振动测量的功能，若直筒状内电极16与导磁柱8绝缘则可将导磁下板11、永磁体10、导磁上板9及导磁柱8作接地处理，以提高信噪比；若直筒状内电极16与导磁柱8电连接，则工艺相对简单并且可以借助导磁柱8的外表面扩大线性输出的范围，为提高信噪比，导磁下板11、永磁体10及导磁上板9，与导磁柱8作绝缘处理后，可作接地处理。

实施例4

参见图4所示，本实施例为内磁式轴向磁路的扬声器，导磁柱8的纵截面为T字形，直筒状内电极16套于导磁柱8小径处，除此之外，其余与实施例3相同。直筒状内电极16套于导磁柱8小径处时，建议内电极16外径做成与导磁柱8磁隙部分直径一致。若直筒状内电极16套于导磁柱8大径处时，为避免直筒状内电极16的厚度增加擦圈的几率，直筒状内电极16建议采用0.02mm至0.1mm厚的金属箔制造。

实施例5

参见图5所示，本实施例为外磁式磁路而且是长磁隙短线圈设计的扬声器，导电音圈骨架4与导磁上板9内柱面构成变面积式电容振动传感器24，其分别通过第1导电引线3及第3导电引线17接入电容∕运动信号转换电路14的输入端。为了预防音圈与导磁上板9发生机械摩擦时造成短路，导磁上板9内柱面、音圈表面可覆上绝缘层。还要注意的是，与导磁上板9接触的永磁体10有一定的导电性，可能会引入干扰，为提高信噪比，可将导磁上板9与永磁体10作绝缘处理后将导磁下板11及永磁体10作接地处理。

实施例6

参见图6所示，本实施例为内磁式轴向磁路而且是长磁隙短线圈设计的扬声器，除此之外，其余与实施例5相同。要注意的是与导磁上板9接触的导磁碗12会引入干扰，为提高信噪比，可将导磁上板9与导磁碗12作绝缘处理后将导磁碗12作接地处理。

实施例7

参见图7所示，本实施例为外磁式磁路而且是短磁隙长线圈设计的扬声器，在音圈的外围设有内径比音圈外径大的直筒状外电极18，该直筒状外电极18与导电音圈骨架4同轴向，其上端部固定在导磁上板9中心孔的下边缘上，导电音圈骨架4与直筒状外电极18构成变面积式电容振动传感器24，导电音圈骨架4和直筒状外电极18分别通过第1导电引线3和第3导电引线17接入电容∕运动信号转换电路14的输入端。直筒状外电极18的内径越小灵敏度越高，但应考虑装配的难度，因为直筒状外电极18内径越小则与音圈发生机械摩擦的几率越大。为了预防音圈与直筒状外电极18发生机械摩擦时造成短路，直筒状外电极18内柱面、音圈表面可覆上绝缘层。直筒状外电极18的轴向长度应满足音圈作最大振幅运动时不至于超出直筒状外电极18的上下边沿而造成失真。直筒状外电极18与导磁上板9电连接或电绝缘均可实现振动测量的功能，若直筒状外电极18与导磁上板9绝缘则可将导磁上板9作接地处理，可以提高信噪比；若直筒状外电极18与导磁上板9紧密贴合并电连接，且直筒状外电极18内径与导磁上板9内径一致，则可以借助导磁上板9的内柱面充当直筒状外电极18的延伸而扩大线性输出的范围，即使大动态时导电音圈骨架4下边沿超出了直筒状外电极18上边沿进入磁隙亦不会出现明显的失真，但要注意与导磁上板9接触的永磁体10有一定的导电性，可能会引入干扰，为提高信噪比，可将导磁上板9与永磁体10作绝缘处理后将导磁下板11及永磁体10作接地处理。

实施例8

参见图8所示，本实施例为内磁式轴向磁路而且是短磁隙长线圈设计的扬声器，除此之外，其余与实施例7相同。若直筒状外电极18与导磁上板9电连接要注意的是，与导磁上板9接触的导磁碗12会引入干扰，为提高信噪比，可将导磁上板9与导磁碗12作绝缘处理后将导磁碗12作接地处理。

实施例9

实施例8为短磁隙长线圈设计的扬声器，对于长磁隙短线圈设计的扬声器亦可以通过增加直筒状外电极18来改善变面积式电容振动传感器24输出的线性范围。参见图9所示，相对于实施例6，此时可改善下边沿的线性范围。图9所示的直筒状外电极18应与导磁上板9紧密贴合并电连接。

实施例10

参见图10所示，本实施例为内磁式轴向磁路的扬声器，在本实施例中，将外径与导磁上板9内径相配合的直筒状外电极18嵌入导磁上板9中心孔中。为了避免直筒状外电极18的厚度对磁隙的影响，直筒状外电极18可采用0.02mm至0.1厚的金属箔制造，而突出导磁上板9的部分可用塑料件或环氧树脂加固。除此之外，其余与实施例7相同。

实施例11

参见图11所示，本实施例为外磁式磁路的扬声器，在音圈的外围设有其内径比音圈外径大的直筒状外电极18，该直筒状外电极18与导电音圈骨架4同轴向，其上端部固定在导磁上板9中心孔的下边缘上，所述导电音圈骨架4、导磁柱8外柱面和直筒状外电极18共同构成变面积式电容振动传感器24，导电音圈骨架4、导磁柱8外柱面和直筒状外电极18分别通过第1导电引线3、第2导电引线13和第3导电引线17接入电容∕运动信号转换电路14的输入端。应用时可将导电音圈骨架4接地作屏蔽极使用，电容/运动信号转换电路14检测直筒状外电极18与导磁柱8外柱面之间的电容；亦可将导电音圈骨架4作为公共电极，电容/运动信号转换电路14检测导电音圈骨架4与直筒状外电极18及导磁柱8外柱面之间的电容。直筒状外电极18的内径越小则变面积式电容振动传感器24的灵敏度越高，但应考虑装配的难度，因为直筒状外电极18内径越小则与音圈发生机械摩擦的几率越大。为了预防音圈与直筒状外电极18、导磁柱8发生机械摩擦时造成短路，导磁柱8外柱面、直筒状外电极18内柱面、音圈表面可覆上绝缘层。直筒状外电极18的轴向长度应满足音圈作最大振幅运动时不至于超出直筒状外电极18的上下边沿而造成失真。直筒状外电极18与导磁上板9电连接或电绝缘均可实现振动测量的功能，若直筒状外电极18与导磁上板9绝缘则可将导磁上板9作接地处理，可以提高信噪比；若直筒状外电极18与导磁上板9紧密贴合并电连接，且直筒状外电极18内径与导磁上板9内径一致，则可以借助导磁上板9的内柱面充当直筒状外电极18的延伸而扩大线性输出的范围，即使大动态时导电音圈骨架4下边沿超出了直筒状外电极18上边沿进入磁隙亦不会出现明显的失真。应确保导磁柱8与直筒状外电极18之间，及两者与电路其他不同电位的部件之间的绝缘，必要时可在零件之间作绝缘处理，例如当直筒状外电极18与导磁上板9电连接时要注意，一些永磁体10具有一定的导电性，会造成直筒状外电极18与导磁柱8之间通过导磁下板11-永磁体10-导磁上板9连通而影响测量，为此可在导磁柱8、导磁下板11、永磁体10、导磁上板9互相的一个或多个接触面中加插绝缘层，例如在导磁上板9与永磁体10接触面、导磁柱8与导磁下板11接触面均加插绝缘层，并且可进一步将导磁下板11接地来增加信噪比。

实施例12

参见图12所示，本实施例为内磁式轴向磁路的扬声器，在本实施例中，将外径与导磁上板9内径相配合的直筒状外电极18嵌入导磁上板9中心孔中。为了减少直筒状外电极18的厚度对磁隙的影响，直筒状外电极18可采用0.02mm至0.1mm厚的金属箔制造，突出导磁上板9的部分可用塑料件或环氧树脂加固。除此之外，其余与实施例11相同。应用时一般将导磁柱8、导磁下板11、永磁体10、导磁碗12之间的其中一个接触面中插入绝缘层，直筒状外电极18与导磁上板9之间作绝缘处理，导磁上板9、导磁碗12作接地处理，可获得最高的信噪比。

实施例13

参见图13所示，本实施例为外磁式磁路的扬声器，在音圈的外围设有其内径比音圈外径大的直筒状外电极18，该直筒状外电极18与导电音圈骨架4同轴向，其上端部固定在导磁上板9中心孔的下边缘上，在导磁柱8表面固装有直筒状内电极16，所述导电音圈骨架4、直筒状内电极16、直筒状外电极18共同构成变面积式电容振动传感器24，导电音圈骨架4、直筒状内电极16和直筒状外电极18分别通过第1导电引线3、第2导电引线13和第3导电引线17接入电容∕运动信号转换电路14输入端。应用时，可将导电音圈骨架4接地作屏蔽极使用，电容/运动信号转换电路14检测直筒状外电极18与直筒状内电极16之间的电容；亦可将导电音圈骨架4作为公共电极，电容/运动信号转换电路14检测导电音圈骨架4与直筒状外电极18及直筒状内电极16之间的电容。直筒状外电极18的内径越小则变面积式电容振动传感器24的灵敏度越高，但应考虑装配的难度，因为直筒状外电极18内径越小则与音圈发生机械摩擦的几率越大。为了预防音圈与直筒状外电极18、直筒状内电极16发生机械摩擦时造成短路，直筒状外电极18内柱面、直筒状内电极16外柱面、音圈表面可覆上绝缘层。直筒状外电极18及直筒状内电极16的轴向长度应满足音圈作最大振幅运动时不至于超出该两电极的上下边而造成失真。直筒状内电极16与导磁柱8电连接或电绝缘，直筒状外电极18与导磁上板9电连接或电绝缘均可实现振动测量的功能，若直筒状外电极18与导磁上板9绝缘则可将导磁上板9作接地处理，可以提高信噪比；若直筒状外电极18与导磁上板9紧密贴合并电连接，且直筒状外电极18内径与导磁上板9内径一致，则可以借助导磁上板9的内柱面充当直筒状外电极18的延伸而扩大线性输出的范围，即使大动态时导电音圈骨架4下边沿超出了直筒状外电极18上边沿进入磁隙亦不会出现明显的失真。但应确保直筒状内电极16与直筒状外电极18之间，及两者与电路其他不同电位的部件之间的绝缘，必要时可在零件之间作绝缘处理，例如直筒状外电极18与导磁上板9电连接及直筒状内电极16与导磁柱8电连接时要注意，一些永磁体10具有一定的导电性，会造成直筒状外电极18与直筒状内电极16之间通过导磁柱8-导磁下板11-永磁体10-导磁上板9连通而影响测量，为此可在导磁柱8、导磁下板11、永磁体10、导磁上板9两两之间一个或多个接触面中加插绝缘层，例如在导磁上板9与永磁体10接触面、导磁柱8与导磁下板11接触面加插绝缘层，并且可进一步将导磁下板11接地来增加信噪比。

实施例14

参见图14所示，本实施例为内磁式轴向磁路的扬声器，本实施例中，将外径与导磁上板9内径相配合的直筒状外电极18嵌入导磁上板9中心孔中。为了减少直筒状外电极18的厚度对磁隙的影响，直筒状外电极18可采用0.02mm至0.1mm厚的金属箔制造，突出导磁上板9的部分可用塑料件或环氧树脂加固。除此之外，其余与实施例13相同。应用时一般将直筒状内电极16与导磁柱8之间作绝缘处理，直筒状外电极18与导磁上板9之间作绝缘处理，导磁柱8、导磁上板9、永磁体10、导磁下板11、导磁碗12作接地处理，可获得最高的信噪比。

实施例15

参见图15所示，本实施例为内磁式径向磁路的扬声器，其余与实施例14相同。应用时一般直筒状内电极16与永磁体10之间作绝缘处理，直筒状外电极18与导磁上板9之间作绝缘处理，导磁柱8、导磁上板9、导磁碗12作接地处理，可获得最高的信噪比。

实施例16

图16是本实用新型的一种改进了的音圈结构示意图，线圈7以金属箔19包覆，所述导电金属箔19与导电音圈骨架4电连接。为降低涡流损耗，金属箔19卷绕为不闭合的筒状。金属箔19的作用是屏蔽线圈的电场，从而降低线圈7引入的干扰。

实施例17

将本实用新型的扬声器应用到有源伺服扬声器系统，其电路方框结构参见图17所示。本实用新型的自带变面积式电容振动传感器的动圈式扬声器23内包含有一个电容值正比于音圈位移的变面积式电容振动传感器24，本有源伺服扬声器系统由误差放大器20、控制器21、功率放大器22、自带变面积式电容振动传感器24的扬声器23和装在扬声器23上的电容∕运动信号转换电路14组成。电容∕运动信号转换电路14对变面积式电容振动传感器24进行检测，经信号转换得到扬声器23音圈的运动信号，如加速度、速度、位移等，并输入误差放大器20的反馈输入端与外部输入的信号In比较，所得的误差信号输入控制器21，该控制器21的输出端连接功率放大器22输入端，功率放大器22输出驱动信号至扬声器23。

为了验证本实用新型的实际效果，采用附图11所示的自带变面积式电容振动传感器的动圈式扬声器按本实施例的系统方框图制作了一台有源低音音箱，音箱设有转换开关，可使扬声器工作于伺服驱动方式或普通开环恒压驱动方式。图18为上述两种工作方式在同一声学环境下测得的频响曲线。普通开环恒压驱动方式受限于共振频率从65Hz开始以16dB/oct的速度滚降，-3db的频率只能去到60Hz左右。而采用闭环伺服驱动方式，其频响曲线较为平直，-3db的频率直达35Hz，低频下限得到大幅的扩展。在开环恒压驱动方式下，使用均衡器将低频段作适当提升处理同样可以扩展低频下限，但得到的低音失真是相当大的。图19、图20将会揭示这后果。图19是上述的两种方式播放30Hz相同声压正弦波的波形图，伺服驱动方式的波形未见明显失真，但开环恒压驱动方式的波形已明显变形。图20为这两个波形的FFT分析图，开环恒压驱动方式二次谐波及三次谐波失真率均为9%。而采用本实用新型的伺服驱动方式二次谐波畸变率为0.9%，为开环恒压驱动方式的十分之一，三次谐波畸变率为0.6%，仅为开环恒压驱动方式的十五分之一，改善效果相当明显。

Claims (8)

1.一种自带变面积式电容振动传感器的动圈式扬声器，包括折环（1）、振膜（2）、定心支片（5）、盆架（6）、导电音圈骨架（4）、线圈（7）、导磁柱（8）、导磁上板（9）、永磁体（10）、导磁下板（11），其磁路结构为外磁式磁路或内磁式磁路，线圈（7）绕在导电音圈骨架（4）上构成音圈，还设有电容∕运动信号转换电路（14），其特征在于：在所述导磁柱（8）和导磁上板（9）之间设有与所述导电音圈骨架（4）同轴向、用于测量音圈位移的变面积式电容振动传感器（24），该变面积式电容振动传感器（24）输出的电容变量输至所述电容∕运动信号转换电路（14）输入端。

2.根据权利要求1所述的自带变面积式电容振动传感器的动圈式扬声器，其特征在于：所述导电音圈骨架（4）与导磁柱（8）外柱面构成变面积式电容振动传感器（24），导电音圈骨架（4）和导磁柱（8）外柱面分别通过第1导电引线（3）和第2导电引线（13）接入所述电容∕信号转换电路（14）输入端。

3.根据权利要求1所述的自带变面积式电容振动传感器的动圈式扬声器，其特征在于：在导磁柱（8）表面固装有直筒状内电极（16），所述导电音圈骨架（4）与直筒状内电极（16）构成变面积式电容振动传感器（24），导电音圈骨架（4）和直筒状内电极（16）分别通过第1导电引线（3）和第2导电引线（13）接入所述电容∕运动信号转换电路（14）输入端。

4.根据权利要求1所述的自带变面积式电容振动传感器的动圈式扬声器，其特征在于：所述导电音圈骨架（4）和导磁上板（9）内柱面构成变面积式电容振动传感器（24），导电音圈骨架（4）和导磁上板（9）分别通过第1导电引线（3）和第3导电引线（17）接入所述电容∕运动信号转换电路（14）输入端。

5.根据权利要求1所述的自带变面积式电容振动传感器的动圈式扬声器，其特征在于：在所述音圈的外围设有其内径比音圈外径大的直筒状外电极（18），该直筒状外电极（18）与导电音圈骨架（4）同轴向，并固定在导磁上板（9）上，所述导电音圈骨架（4）与直筒状外电极（18）构成变面积式电容振动传感器（24），导电音圈骨架（4）和直筒状外电极（18）分别通过第1导电引线（3）和第3导电引线（17）接入所述电容∕运动转换电路（14）输入端。

6.根据权利要求1所述的自带变面积式电容振动传感器的动圈式扬声器，其特征在于：在所述音圈的外围设有其内径比音圈外径大的直筒状外电极（18），该直筒状外电极（18）与导电音圈骨架（4）同轴向，并固定在导磁上板（9）上，所述导电音圈骨架（4）、直筒状外电极（18）和导磁柱（8）外柱面共同构成变面积式电容振动传感器（24），导电音圈骨架（4）、直筒状外电极（18）和导磁柱（8）外柱面分别通过第1导电引线（3）、第3导电引线（17）和第2导电引线（13）接入所述电容∕运动信号转换电路（14）输入端。

7.根据权利要求1所述的自带变面积式电容振动传感器的动圈式扬声器，其特征在于：在所述音圈的外围设有其内径比音圈外径大的直筒状外电极（18），该直筒状外电极（18）与导电音圈骨架（4）同轴向，并固定在导磁上板（9）上，在所述导磁柱（8）表面固装有直筒状内电极（16），所述导电音圈骨架（4）、直筒状内电极（16）、直筒状外电极（18）共同构成变面积式电容振动传感器（24），导电音圈骨架（4）、直筒状内电极（16）和直筒状外电极（18）分别通过第1导电引线（3）、第2导电引线（13）和第3导电引线（17）接入所述电容∕运动信号转换电路（14）输入端。

8.根据权利要求1所述的自带变面积式电容振动传感器的动圈式扬声器，其特征在于：所述线圈（7）外表面包覆有导电金属箔（19），该导电金属箔(19)卷绕成不闭合的筒状，导电金属箔（19）与导电音圈骨架（4）电连接。

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