CN204810546U - 一种单振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器，涉及扬声器技术领域。该单振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器包括外壳以及设置于所述外壳内的振动元件，在所述振动元件的两侧分别设置有动磁驱动组件和压电驱动组件，所述动磁驱动组件和所述压电驱动组件用于分别驱动所述振动单元振动。本实用新型提供的扬声器的动磁驱动组件主要用于重放低中音，压电驱动组件主要用于重放中高音；动磁部分与压电部分的口径相当，可以保证较低的谐振频率并确保较大的声输出；磁铁、导磁板以及导磁碗与振动单元直接相连，增加了振动质量，可降低谐振频率，进一步加强低音效果；动磁驱动组件和压电驱动组件驱动同一个振膜使结构更紧凑轻便。

Description

一种单振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器

技术领域

本实用新型涉及扬声器技术领域，尤其涉及一种单振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器。

背景技术

扬声器是一种电-力-声换能器，它是音响设备中的重要元件。扬声器在人们平时的日常生活中广泛被使用，带来了很多的便利，汽车、广播、电视、音箱、手机、MP4、电脑等电子产品领域中，扬声器的应用几乎随处可见。扬声器的种类很多，按其能量转换原理可分为电动式(即动磁式)、静电式(即电容式)、动磁式(即舌簧式)、压电式等几种；按频率范围可分为低音扬声器、中音扬声器、高音扬声器，其中动磁式扬声器应用最为广泛。而压电扬声器因其小、薄、轻的特点，在当今器件小型化的趋势下，具有极其光明的前景与未来。

目前大多数压电扬声器的振动发声部分的基本原理为：电极接通交流电，由于逆压电效应，压电陶瓷片产生振动，使金属振膜发生弯曲变形，从而产生振动，进而推动空气振动，产生声压，发出声音。

与传统的动磁扬声器相比，压电扬声器有以下几点优势：

1.压电扬声器结构中不需要磁铁，从而也不会存在任何的磁场对周围的电路产生干扰和影响，也不会从周围空间吸纳尘粒。

2.压电扬声器的厚度超薄，相比动磁式扬声器，压电扬声器可安装于更为扁平空间中，这一点使其在当今市场极具有竞争力；

3.压电扬声器具有轻便的特点，重量一般都小于1g，比传统的动磁扬声器轻50％-80％；

4.压电扬声器功耗低，一般小于15mW，是动磁式扬声器消耗功率的1/5-1/2，这大大延长了器件的电池寿命；

5.压电扬声器的声学设计简单，背面只需很少空间，甚至不需要对于动磁扬声器所必须的用于提高声压级的空腔。

在相比于传统扬声器具备很大优势的同时，普通压电扬声器也存在一些缺点。传统的压电扬声器的第一阶谐振频率(频率响应曲线的一个峰对应的频率)一般较高，低频特性稍差，低频带宽窄，即低音重放效果较差。例如13×19规格的压电扬声器的第一阶谐振频率一般在1.2kHz～1.4kHz之间，20×20规格的压电扬声器的第一阶谐振频率一般在600Hz～1kHz之间。另外现有的压电平板扬声器的声压频响曲线在中频带一般有较剧烈的起伏，从而造成谐波失真高、音质差，相对而言动磁式扬声器的中频带要平坦的多。此外，基于单层陶瓷片的压电平板扬声器的平均声压输出一般要较相同尺寸的动磁扬声器低。

可以设想，如果能将传统的成熟动磁式扬声器与新兴的压电式扬声器相结合，保留各自的优势并规避各自的不足，应该可以得到一种具有上佳听感的扬声器。

公开号为102821344A的专利公布了一种利用压电材料或多功能发声振动器件的高低音耦合的扬声器系统。该专利所述结构中，由于振膜尺寸(口径)较大，压电陶瓷或MFD的振动部分驱动振膜主要用于重放低音，且压电陶瓷的位置可以起到调节振膜的振动模态，优化音质的作用；而振膜中心利用现有的设计成熟的小尺寸扬声或MFD的发声部分主要用于重放中高音，可规避压电驱动式扬声器中高频音质不佳的缺点。但是由于压电陶瓷和振动板相对于动磁式扬声器的振膜刚度要大不少，相应的谐振频率要明显偏高，相同口径的条件下，压电陶瓷发声部分的低频重放效果明显差于传统的动磁扬声器，低频带宽不足。而由于尺寸限制，该专利中小尺寸扬声器的声输出不足，低频带宽亦不足，很可能不足以弥补整体的低频重放效果。总体来看，该专利属于一种压电结构与动磁结构的简单组合式创新，着眼于通过动磁扬声器弥补压电扬声器的高频音质，但低频特性和低频带宽不适用于一些高要求的应用场合。

发明内容

本实用新型的目的在于提出一种结构紧凑轻便、频带宽、音量高的单振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种单振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器，包括外壳以及设置于所述外壳内的振动元件，在所述振动元件的两侧分别设置有动磁驱动组件和压电驱动组件，所述动磁驱动组件和所述压电驱动组件用于分别驱动所述振动单元振动。

优选的，所述外壳包括一侧开口的盆架，所述振动元件设置于所述盆架的开口处，且所述振动元件的外边沿通过压合件压合固定于所述盆架上；

所述动磁驱动组件包括依次贴合设置的导磁碗、磁铁和导磁板，所述导磁碗的底面与所述振动单元贴合，所述磁铁和所述导磁板设置于所述导磁碗内，还包括设置于所述盆架内侧面的音圈，所述音圈伸入所述导磁碗的碗边与所述磁铁和所述导磁板的外边沿之间，且所述音圈与导磁碗的碗边之间、以及所述音圈与所述磁铁和所述导磁板的外边沿之间均具有间隙；

所述压电驱动组件包括与所述振动单元贴合设置的压电陶瓷；

优选的，所述压电陶瓷为单层、多层或多片复合结构。

优选的，动磁驱动组件部分与压电驱动组件部分的口径相当。

优选的，所述导磁碗的底面与所述振动单元之间、所述导磁碗与所述磁铁之间、所述磁铁与所述导磁板之间以及所述音圈与所述盆架之间均通过粘合剂粘接；

所述压电陶瓷与所述振动单元之间通过粘结剂粘接。

优选的，所述振动单元为振膜，所述振膜的外边沿通过压合件压合固定于所述盆架上，或者，

所述振动单元为折环，所述折环的外边沿通过压合件压合固定于所述盆架上，所述折环与所述压电陶瓷之间贴合设置有振动板。

优选的，在所述折环至少一侧面的褶皱区内圈以内设置有张力环。

优选的，所述振动板与所述压电陶瓷之间贴合设置有压电陶瓷基板。

优选的，所述压合件为压环或护盖。

优选的，所述振膜由金属材料、高分子材料或纤维树脂类复合材料制成；

优选的，所述振膜的材料为镍铁合金、不锈钢、聚萘二甲酸乙二醇酯纤维、聚醚酮纤维或FR4玻璃纤维增强型环氧树脂。

优选的，所述动磁驱动组件的音频信号依次通过动磁部分焊盘以及动磁部分引线分别接入所述音圈的正负电极；

所述压电驱动组件的音频信号依次通过压电部分焊盘以及压电部分引线分别接入所述压电陶瓷的正负电极。

优选的，所述扬声器呈圆形、方形、矩形、椭圆形或跑道形。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供的扬声器的动磁驱动组件主要用于重放低中音，压电驱动组件主要用于重放中高音；动磁部分与压电部分的口径相当，可以保证较低的谐振频率并确保较大的声输出；磁铁、导磁板以及导磁碗与振动单元直接相连，增加了振动质量，可以降低谐振频率，进一步加强低音效果；动磁驱动组件和压电驱动组件驱动同一个振膜使结构更加紧凑轻便。

上述设计将动磁部分和压电部分的结构设计和磁路设计有机结合在一起，充分利用动磁部分的低频带宽和良好的低频重放效果以及压电部分的高频带宽，具有结构紧凑轻便、宽频带、高音量等优点，可应用于要求小尺寸、宽频带、优音质的高保真耳机等以及要求宽频带、高音量的便携式音箱。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的单振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器的三维3/4剖视图；

图2是图1中B-B向剖视图；

图3是图2中I区局部放大视图；

图4是本实用新型实施例二提供的单振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器的剖视图；

图5是本实用新型实施例三提供的单振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器的剖视图；

图6是本实用新型实施例四提供的单振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器的剖视图。

图中，1、盆架；2、压环；3、折环；31、折环褶皱区；4、振动板；5、音圈；6、振膜；7、磁铁；8、导磁碗；81、碗边；9、导磁板；10、压电陶瓷；11、护盖；12、张力环；13、动磁部分焊盘；141、动磁部分第一引线；142、动磁部分第二引线；15、压电部分焊盘；161、压电部分第一引线；162、压电部分第二引线；17、压电陶瓷基板。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

本实用新型提供了一种单振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器，其包括外壳以及设置于外壳内的振动元件，在振动元件的两侧分别设置有动磁驱动组件和压电驱动组件，动磁驱动组件和压电驱动组件用于分别驱动振动单元振动。

本实用新型提供的扬声器将动磁部分和压电部分的结构设计和磁路设计有机结合在一起，充分利用动磁部分的低频带宽和良好的低频重放效果以及压电部分的高频带宽，具有结构紧凑轻便、宽频带、高音量等优点，可应用于要求小尺寸、宽频带、优音质的高保真耳机等以及要求宽频带、高音量的便携式音箱。

实施例一：

本实施例提供了一种单振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器，如图1至图3所示，该单振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器包括外壳以及设置于外壳内的振动元件，在振动元件的两侧分别设置有动磁驱动组件和压电驱动组件，动磁驱动组件和压电驱动组件用于分别驱动振动单元振动。于本实施例中，振动单元为振膜6。振膜6的材料可以采用包括镍铁合金、不锈钢等在内的金属材料或者包括聚萘二甲酸乙二醇酯纤维(PEN)、聚醚酮纤维(PEEK)等在内高分子材料，亦或是FR4玻璃纤维增强型环氧树脂等纤维树脂类复合材料。

外壳包括一侧开口的盆架1以及压合件，于本实施例中，压合件为压环2。振膜6设置于盆架1的开口处，且振膜6的外边沿通过压环2压合固定于盆架1上。

动磁驱动组件包括依次贴合设置的导磁碗8、磁铁7和导磁板9，导磁碗8的底面与振膜6贴合，磁铁7和导磁板9设置于导磁碗8内，还包括设置于盆架1内侧面的音圈5，音圈5伸入导磁碗8的碗边81与磁铁7和导磁板9的外边沿之间，且音圈5与导磁碗8的碗边81之间、以及音圈5与磁铁7和导磁板9的外边沿之间均具有间隙。导磁碗8的底面与振膜6之间、导磁碗8与磁铁7之间、磁铁7与导磁板9之间以及音圈5与盆架1之间均通过粘合剂粘接。

压电驱动组件包括与振膜6贴合设置的压电陶瓷10，压电陶瓷10也通过粘合剂与振膜6粘接。压电陶瓷10可以为单层或者多层结构，也可以为多片压电陶瓷复合在一起的复合结构。

优选的，动磁驱动组件部分与压电驱动组件部分的口径相当。在本专利中，优选的，动磁驱动组件部分与压电驱动组件部分的口径相差不超过10％。

如图3所示，动磁驱动组件的音频信号依次通过动磁部分焊盘13以及动磁部分第一引线141和动磁部分第二引线142分别接入音圈5的正负电极。压电驱动组件的音频信号依次通过压电部分焊盘15以及压电部分第一引线161和压电部分第二引线162分别接入压电陶瓷10的正负电极。

于本实施例中，扬声器的外形整体呈圆形，相应的内部结构也呈圆形。当然也可以为方形、矩形、椭圆形、跑道形(即中部为矩形或正方形、两端各为半圆形的拼接形状，其中半圆形的直径与矩形的相重叠或连接一侧的边长相等)等其他形状。

实施例二：

本实施例提供了一种单振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器，其结构与实施例一基本相同，如图4所示，包括外壳以及设置于外壳内的振动元件，在振动元件的两侧分别设置有动磁驱动组件和压电驱动组件，动磁驱动组件和压电驱动组件用于分别驱动振动单元振动。外壳包括一侧开口的盆架1以及压合件。

不同之处在于，本实施例的振动单元为折环3，压合件为护盖11，折环3设置于盆架1的开口处且折环3的外边沿通过护盖11压合固定于盆架1上。

动磁驱动组件包括依次贴合设置的导磁碗8、磁铁7和导磁板9，导磁碗8的底面与折环3的中部贴合，磁铁7和导磁板9设置于导磁碗8内，还包括设置于盆架1内侧面的音圈5，音圈5伸入导磁碗8的碗边81与磁铁7和导磁板9的外边沿之间，且音圈5与导磁碗8的碗边81之间、以及音圈5与磁铁7和导磁板9的外边沿之间均具有间隙。导磁碗8的底面与折环3之间、导磁碗8与磁铁7之间、磁铁7与导磁板9之间以及音圈5与盆架1之间均通过粘合剂粘接。

压电驱动组件包括与折环3的中部贴合设置的振动板4以及与振动板4贴合设置的压电陶瓷10，折环3与振动板4之间以及振动板4与压电陶瓷10之间也通过粘合剂粘接。压电陶瓷10可以为单层或者多层结构，也可以为多片压电陶瓷复合在一起的复合结构。

动磁驱动组件的音频信号依次通过动磁部分焊盘以及动磁部分第一引线和动磁部分第二引线分别接入音圈5的正负电极。压电驱动组件的音频信号依次通过压电部分焊盘以及压电部分第一引线和压电部分第二引线分别接入压电陶瓷10的正负电极。

本实施例扬声器的外形以及内部相应结构可以为圆形、方形、矩形、椭圆形或跑道形等形状。

实施例三：

本实施例提供了一种单振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器，其结构与实施例二基本相同，如图5所示，包括外壳以及设置于外壳内的振动元件，在振动元件的两侧分别设置有动磁驱动组件和压电驱动组件，振动单元为折环3，压合件为护盖11，动磁驱动组件包括依次贴合设置的导磁碗8、磁铁7和导磁板9以及设置于盆架1内侧面的音圈5。压电驱动组件包括与折环3的中部贴合设置的振动板4以及与振动板4贴合设置的压电陶瓷10。

不同之处在于，在折环3上设置压电陶瓷的一侧面的折环褶皱区31内圈以内设置有张力环12，从而改变折环3的张力，进一步的改变的振动系统的边界条件(介于自由边界振动和刚性边界振动之间)，从而改变系统的模态以及对应的共振频率，用于优化扬声器的声压级-频响曲线。

张力环12不局限于设置在折环3的一侧，也可以两侧都设置。

实施例四：

本实施例提供了一种单振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器，其结构与实施例三基本相同，如图6所示，包括外壳以及设置于外壳内的振动元件，在振动元件的两侧分别设置有动磁驱动组件和压电驱动组件，振动单元为折环3，压合件为护盖11，动磁驱动组件包括依次贴合设置的导磁碗8、磁铁7和导磁板9以及设置于盆架1内侧面的音圈5。压电驱动组件包括与折环3的中部贴合设置的振动板4以及与振动板4贴合设置的压电陶瓷10。在折环3上设置压电陶瓷10的一侧面的折环褶皱区31内圈以内设置有张力环12。

不同之处在于，本实施例在振动板4与压电陶瓷10之间贴合设置有压电陶瓷基板17。压电陶瓷基板17的材料可为包含发泡海绵等低密度发泡材料夹层的复合材料。

本实用新型扬声器优化声效的原理为：

扬声器振动体的谐振频率f可由如下公式计算：

$f=2\mathrm{\π}\sqrt{\frac{K}{M}}$

其中，磁路、振膜、压电部分共同构成振动质量M，而振动单元构成倔强系数K。可见本实施例扬声器通过将磁路、振膜和压电部分共同作为振动质量的设计确可以有效降低谐振频率，而通过改变折环材质、引入张力环及减小折环褶皱区高度等方法可以增加折环的倔强系数，进而提高谐振频率、优化扬声器的声压级-频响曲线。

音圈通电后产生的磁场作用力可用下式计算：

F＝BLI

其中I为流经音圈的电流，BL为磁感应强度和音圈有效长度的乘积。由于与音圈固连的盆架刚性较强，扬声器工作中处于静止状态，依据牛顿第三定律，音圈通过电流后在磁场受到的作用力会以相同的强度反方向作用于导磁板和导磁碗上，进而驱动整个振动体振动。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器，包括外壳以及设置于所述外壳内的振动元件，其特征在于：在所述振动元件的两侧分别设置有动磁驱动组件和压电驱动组件，所述动磁驱动组件和所述压电驱动组件用于分别驱动所述振动单元振动。

2.根据权利要求1所述的单振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器，其特征在于：所述外壳包括一侧开口的盆架(1)以及压合件，所述振动元件设置于所述盆架(1)的开口处，且所述振动元件的外边沿通过所述压合件压合固定于所述盆架(1)上；

所述动磁驱动组件包括依次贴合设置的导磁碗(8)、磁铁(7)和导磁板(9)，所述导磁碗(8)的底面与所述振动单元贴合，所述磁铁(7)和所述导磁板(9)设置于所述导磁碗(8)内，还包括设置于所述盆架(1)内侧面的音圈(5)，所述音圈(5)伸入所述导磁碗的(8)碗边(81)与所述磁铁(7)和所述导磁板(9)的外边沿之间，且所述音圈(5)与导磁碗(8)的碗边(81)之间、以及所述音圈(5)与所述磁铁(7)和所述导磁板(9)的外边沿之间均具有间隙；

所述压电驱动组件包括与所述振动单元贴合设置的压电陶瓷(10)；

优选的，所述压电陶瓷(10)为单层、多层或多片复合结构；

优选的，动磁驱动组件部分与压电驱动组件部分的口径相当。

3.根据权利要求2所述的单振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器，其特征在于：所述导磁碗(8)的底面与所述振动单元之间、所述导磁碗(8)与所述磁铁(7)之间、所述磁铁(7)与所述导磁板(9)之间以及所述音圈(5)与所述盆架(1)之间均通过粘合剂粘接；

所述压电陶瓷(10)与所述振动单元之间通过粘结剂粘接。

4.根据权利要求2所述的单振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器，其特征在于：所述振动单元为振膜(6)，所述振膜(6)的外边沿通过压合件压合固定于所述盆架(1)上，或者，

所述振动单元为折环(3)，所述折环(3)的外边沿通过压合件压合固定于所述盆架(1)上，所述折环(3)与所述压电陶瓷(10)之间贴合设置有振动板(4)。

5.根据权利要求4所述的单振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器，其特征在于：在所述折环(3)至少一侧面的折环褶皱区(31)内圈以内设置有张力环(12)。

6.根据权利要求4或5所述的单振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器，其特征在于：所述振动板(4)与所述压电陶瓷(10)之间贴合设置有压电陶瓷基板(17)。

7.根据权利要求2至5任一项所述的单振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器，其特征在于：所述压合件为压环(2)或护盖(11)。

8.根据权利要求4或5所述的单振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器，其特征在于：所述振膜(6)由金属材料、高分子材料或纤维树脂类复合材料制成；

优选的，所述振膜(6)的材料为镍铁合金、不锈钢、聚萘二甲酸乙二醇酯纤维、聚醚酮纤维或FR4玻璃纤维增强型环氧树脂。

9.根据权利要求2至5任一项所述的单振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器，其特征在于：所述动磁驱动组件的音频信号依次通过动磁部分焊盘(13)以及动磁部分引线分别接入所述音圈(5)的正负电极；

所述压电驱动组件的音频信号依次通过压电部分焊盘(15)以及压电部分引线分别接入所述压电陶瓷(10)的正负电极。

10.根据权利要求1至5任一项所述的单振膜结构的动磁和压电复合式宽频带扬声器，其特征在于：所述扬声器呈圆形、方形、矩形、椭圆形或跑道形。