CN210225735U - 一种被动振膜单元及其音箱 - Google Patents

Abstract

一种被动振膜单元，所述被动振膜单元为无源辐射单元，其包括：一胴体，其可受空气的弹簧作用振动，辐射声波；一支撑辅助结构，其适于弹性的辅助支撑所述胴体，当所述胴体辐射声波振动时，弹性的支撑辅助结构随之振动，其至少包括：固定支架和折环件，所述折环件用来将所述胴体和所述固定支架相互结合，所述胴体具有弧形曲面，弧形曲面的设计突破传统的平面振膜结构，在产品微型化的音箱设计中，可以在增大振膜有效面积的同时，通过弧形曲面设计，增加被动振膜单元的有效谐振面积，降低被动振膜单元和空气弹簧组成的谐振频率，以提升低音音质。

Description

一种被动振膜单元及其音箱

技术领域

本实用新型涉及一种声学优化结构，尤其涉及一种弧面被动振膜单元及包含该被动振膜单元的音箱。

背景技术

音箱一般由扬声器单元、分频网络和箱体组成，扬声器单元是其中最重要的组成部分。通常的，扬声器属于一种有源辐射单元，包括振膜、磁铁、音圈等，利用振膜(纸盆)的振动去推动空气而产生声音。当音频信号电流流经扬声器的音圈时，音圈中音频电流产生的交变磁场与永久磁体产生的强恒磁场相互作用使音圈发生机械振动，而音圈的上下振动则带动与其紧密连接的振膜运动，使周围大面积的空气出现相应振动，将机械能转换成声能。扬声器的性能是决定音箱的性能指标和音质表现的关键因素。

目前市面上音箱，按箱体结构可分为封闭式音箱、倒相式音箱、空纸盒音箱等多种。倒相式音箱采用在封闭的音箱前面板上加开一个出音孔(倒相孔)，并在倒向孔后面安装一段导声管(倒相管)，倒相孔内的空气可形成一个附加的声辐射器。空纸盒音箱是在倒相式音箱的基础上发展的，它由一个扬声器和一个空纸盆组成，使用空纸盆代替了倒相式音箱中倒相管的位置，其工作原理是利用扬声器纸盆振动后，箱内空气的弹簧作用使空纸盆振动，并与扬声器形成共振。在扬声器工作时，空纸盆会顺应箱体内空气的变化而进行前后移动，箱体内的空气并不泄露出去，因此灵敏度较高。无论倒相式还是空纸盒式音箱其目的都是将扬声器本身产生的低频辐射波反射输出，以改善低音效果。

随着人们对音响系统的便捷性、小型化越来越广泛的追求，音箱的迷你性、易携带性越来越成为音箱的一个重要发展方向。但是，对于迷你音箱而言，由于体积的限制，使用的扬声器不能太大，一般都在2英寸或者2英寸以下，低频效果被大幅度抑制。因此，目前市面上往往通过加设柔性悬边的扬声器振膜作为辅助发生，由于加设的辅助发声器不具有磁铁，俗称假喇叭，该扬声器振膜也称为被动盆，它起的作用是增强低音频段的效果。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种在不增加音箱尺寸的情况下，可有效提高振膜效率的被动振膜单元用以辅助音箱低频发声，以及采用此被动振膜单元的迷你音箱。

本实用新型解决技术问题采用如下技术方案：一种被动振膜单元，所述被动振膜单元为无源辐射单元，其包括：一胴体，其可受空气的弹簧作用振动，辐射声波；一支撑辅助结构，其适于弹性的辅助支撑所述胴体，当所述胴体辐射声波振动时，弹性的支撑辅助结构随之振动，其至少包括：固定支架和折环件，所述折环件用来将所述胴体和所述固定支架相互结合，所述胴体具有弧形曲面，弧形曲面的设计突破传统的平面振膜结构，在产品微型化的音箱设计中，可以在增大振膜有效面积的同时，通过弧形曲面设计，增加被动振膜单元的有效谐振面积，降低被动振膜单元和空气弹簧组成的谐振频率，以提升低音音质。

可选的，所述折环件包括固定部和折环部，所述固定部与所述固定支架相连，所述折环部与所述胴体相连，并可相对于所述固定部活动。

可选的，还包括配重装饰件，通过增加被动振膜单元的重量，降低被动振膜单元和空气弹簧组成的谐振频率，以提升低音音质。

可选的，所述配重装饰件与所述胴体相连或者一体成型，或者所述配重装饰件与所述折环部相连，并可随所述胴体的振动而振动。

可选的，所述配重装饰件和所述胴体分别固定于所述折环件的两侧。

可选的，所述胴体为外凸弧面或内凹弧面，内凹深度或者外凸高度为3mm～8mm，根据功率的大小可以适当调整合适的外凸或者内凹深度。

可选的，所述被动振膜单元为水滴形、圆形、椭圆形或正方形。

可选的，所述胴体包括中央部分和边缘部分，所述边缘部分与所述支撑辅助结构相连，所述胴体中央部分的厚度不小于边缘部分的厚度，采用中央后边缘薄的设计可获得更好的频率响应及较小的谐波失真。

可选的，本实用新型提供的音箱包括至少一个振膜扬声器单元和被动振膜单元，所述被动振膜单元被装设于所述箱体之中，且所述胴体的其中一裸露于外界空气中，所述胴体的另一面被密封于所述音箱内，并保持与所述音箱内设的振膜扬声器单元的其中一面的空气联通，利用空纸盒音箱原理，在振膜扬声器工作时，被动振膜单元会顺应箱体内空气的变化而进行前后移动，提高音箱的灵敏度。

可选的，所述被动振膜单元的振动方向与所述振膜扬声器单元的振动方向相同，以使得所述被动振膜单元辐射的声波与所述振膜扬声器单元所辐射的声波发生共振，提高音箱效率，改善低音效果，并降低振膜扬声器在谐振频率附近的失真。

本实用新型具有如下有益效果：通过设计弧形曲面的被动振膜单元，增加被动振膜单元的有效谐振面积，并通过设计配重装饰件，增加被动振膜单元的重量，降低被动振膜单元和空气弹簧组成的谐振频率，有效提升低音音质、改善低音效果、降低振膜扬声器在谐振频率附近的失真。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的一种现有技术中的被动盆示意图；

图2是本实用新型提供的另一种现有技术中的被动盆示意图；

图3是本实用新型一种实施例的爆炸图；

图4是本实用新型一种实施例的俯视图；

图5是本实用新型一种实施例A-A方向的剖视图；

图6是本实用新型一种实施例B-B方向的剖视图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

需要说明的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，不能理解为对本实用新型的限制；术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套设”应做广义理解，例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

家用音箱主要用于家庭音响系统放音，一般用于面积小、听众少、环境安静的场合。在设计上追求音质的纤细、层次分明、解析力强；外形较为精致、美观；放音声压不太高、承受的功率较小，音箱的功率一般不大于100w，灵敏度≤90Db/(W·m)。随着人们对音响系统的便捷性、小型化越来越广泛的追求，音箱的迷你性、易携带性越来越成为音箱的一个重要发展方向。迷你音箱应运而生。

然而，一般来说，扬声器口径大小与性能有很大的关系：口径越大，一般所能承受的功率越大，输出声功率也越大；口径越大，它的低频特性越好。但是，对于迷你音箱而言，由于体积的限制，使用的扬声器不能太大，一般都在2英寸或者2英寸以下，低频效果被大幅度抑制。在扬声器振膜向前推动的瞬间，振膜前面的空气被压缩而变得稠密，振膜后面的空气则变得稀疏；在振膜向后振动的瞬间，振膜前后的空气疏密状况刚好相反，也就是说，振膜前后所发出的声波，相位正好相反。当声波的频率较低时，声波的传播有很强的绕射能力，几乎无方向性。因此，扬声器的后方声波可绕射到振膜前面，而在扬声器前方的某点听到的声音应是前声波与后声波的合成。若是两声波在该点的相位相同，则该点的合成声压增大；若两声波相位相反，则该点的合成声压减小，甚至为零而听不到声音，这种现象称之为声短路。

因此，为了分隔扬声器的前后声波，以防止或减少声波短路和相位干涉现象，通常大家采用的解决方案主要是利用倒相式音箱或者空纸盆音箱的结构设计，通过加设扬声器振膜的方式辅助发声，使得扬声器纸盆振动后，在箱内空气的作用下推动空纸盆振动，并与扬声器形成共振，以起到增强低音频段的效果。这中无源辐射的空纸盆，也叫被动盆。参见图1～2，给出了两种现有技术中被动盆中平面膜构造。

通常，被动盆的结构由两部分组成，包括悬边及胴体，悬边用来将振膜和胴体相互接合，其使用的材质会影响扬声器的低频响应，常见的悬边主要有上凸式或下凹式的折环，折环柔软具有弹性，可以上下弯曲、伸缩运动。胴体通常均为平板状胴体或锥体状胴体，胴体具有刚性，不可以弯曲、伸缩运动。然而受迷你音箱整体尺寸影响，振膜整体尺寸不能太大，在有限尺寸条件下，如何更好的增加振膜的有效面积，提高声源辐射效率，提高音质成为人们的迫切需求。

参见图3，本实用新型提供一种被动振膜单元1，该被动振膜单元1为无源辐射单元，即，其内不设音圈、磁铁无音源辐射，主要包括胴体2和支撑辅助结构3。其中，胴体2表面大体呈内凹或者外凸的弧形，其可受空气的弹簧作用振动，辐射声波，弧形曲面的设计突破了传统的平面振膜结构，增加被动振膜单元的有效谐振面积，降低被动振膜单元和空气弹簧组成的谐振频率，以提升低音音质。以圆形扬声器的标准尺寸为例，2英寸扬声器，它的盆架半径为R＝25mm，计算有效谐振面积时，由于为平面圆形，表面积按照圆形的表面积为S_圆＝πR²，当此平面胴体改进为弧面设计后，表面积S_球增加到4πR²，极大的增加了与空气的接触面积，提升低音音质。

胴体2为外凸弧面或内凹弧面，优选的，其内凹深度或者外凸高度为3mm～8mm。在其他一些实施例中，根据功率、胴体2尺寸的不同，内凹或者外凸深度也可以适应性调整。

胴体2材料的选择可以多种多样，如，可采用有高分子合成材料(如聚丙烯)制作的胴体2，还有铝、镁等金属材料制作的胴体2。对胴体2的要求主要是刚性好(不易产生分割振动)、具有适当的内阻尼特性(抑制谐振)，但这些要求并非一定要同时满足。优选的，由于聚丙烯材料比较好的兼顾了各个方面，因而近年来获得较多的应用。

胴体2包括中央部分21和边缘部分22，边缘部分22与支撑辅助结构3相连，胴体2中央部分21的厚度大于或者等于边缘部分22的厚度，采用中央厚边缘薄的设计可获得更好的频率响应及较小的谐波失真。

参见图4-6，提供一种支撑辅助结构3，该支撑辅助结构3主要用于弹性的辅助支撑胴体2。当被动振膜单元1被安装于音箱上开始工作时，受到音箱中其他音源辐射或者扬声器的声波辐射，被动振膜单元会顺应箱内空气的弹簧作用而进行前后移动，弹性的支撑辅助结构3随之振动。

优选的，支撑辅助结构3包括：固定支架31和折环件32，折环件32用来将胴体2和固定支架31相互结合。折环件32包括固定部321和折环部322，固定部321与固定支架31相连，折环部322与胴体2相连，并可相对于固定部321活动，折环部322呈拱门状，中央的中空区域形成随胴体2弹性浮动的活动空间，采用此结构的设计可以进一步减小对于材料韧性的依赖和选择。

在本实施例中，折环件32采用上凸式或下凹式设置，材料选择上可选择包括海绵边、橡胶边、布边(W形及M形)等。海绵边虽然容易获得较多低频，但速度慢、控制力差，且容易受气候潮湿影响而损坏，寿命较短。橡胶边亦能获得较多低频，与海绵边一样速度感及控制力较差，但使用寿命较长。布边能获得较佳的速度感和控制力，且使用W形布边会比M形布边的低频来的更好，它的使用寿命最长。根据使用场景或者适用条件，可以适应性选择。

为了增加被动振膜单元1的重量，降低被动振膜单元1和空气弹簧组成的谐振频率，优选的，还包括配重装饰件4，配重装饰件4与胴体2相连或者一体成型，或者配重装饰件4与折环部322相连，并可随胴体2的振动而振动。通常的，扬声器单元的谐振频率f₀通常时扬声器的低频重放下限。它是设计制作音箱的重要指标。扬声器单元的谐振频率f₀是指扬声器在自由声场中低频段阻抗值达到最大值时所对应的频率，f₀的值与扬声器的口径有关，口径达时，f₀相对较低。扬声器单元的f₀可以表示为：

从式中可以看出，扬声器单元的振动频率与振动系统的等效劲度成正比；与振动系统的等效质量成反比。扬声器振动系统的等效质量越大，扬声器单元的谐振频率就越低。因此，在扬声器口径尺寸确定的情况下，为了获得更好的低音效果，除了采用将平面胴体改为弧形曲面的设置以外，还可以通过调节配重装饰件的重量，配合降低扬声器的谐振频率。

在本实施例中，配重装饰件4和胴体2分别固定于折环件32的两侧。在其他实施例中，配重装饰件4可以与胴体2一体成型，或者与胴体2同侧安装。目的主要在于在有限的条件下，进一步降低谐振频率。配重装饰件4的重量设计，可以根据使用环境的不同，需要达到的音质品质不同，适应性的调配、选择。

在本实施例中，被动振膜单元1整体为水滴形，在其他实施例中，还可以根据音箱产品的外观、尺寸，适应性的调整为圆形、椭圆形或正方形等其他曲面形状。

本实用新型还提供一种包括上述弧面被动振膜单元的音箱5，在音箱5中设有至少一个振膜扬声器单元和上述被动振膜单元1，被动振膜单元1被装设于箱体5之中，且胴体2的其中一面裸露于外界空气中，胴体2的另一面被密封于音箱5内，并保持与音箱5内设的振膜扬声器单元的其中一面的空气联通，利用空纸盒音箱原理，在振膜扬声器工作时，被动振膜单元1会顺应箱体内空气的变化而进行前后移动，提高音箱的灵敏度。

被动振膜单元1的振动方向与振膜扬声器单元的振动方向相同，以使得被动振膜单元1辐射的声波与振膜扬声器单元所辐射的声波发生共振，提高音箱效率，改善低音效果，并降低振膜扬声器在谐振频率附近的失真。

在一些实施例中，音箱5内还铺设一些吸音材料，如薄海绵等，在音箱5的前面还可以加设面罩装饰，以获得美观的效果。

以上实施方式的先后顺序仅为便于描述，不代表实施方式的优劣。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，而非对其限制，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种被动振膜单元，所述被动振膜单元为无源辐射单元，其特征在于，包括：

一胴体，其可受空气的弹簧作用振动，辐射声波，所述胴体具有弧形曲面；

一支撑辅助结构，其适于弹性的辅助支撑所述胴体，当所述胴体辐射声波振动时，弹性的支撑辅助结构随之振动，其至少包括：固定支架和折环件，所述折环件用来将所述胴体和所述固定支架相互结合。

2.根据权利要求1所述的一种被动振膜单元，其特征在于：所述折环件包括固定部和折环部，所述固定部与所述固定支架相连，所述折环部与所述胴体相连，并可相对于所述固定部活动。

3.根据权利要求2所述的一种被动振膜单元，其特征在于：还包括配重装饰件。

4.根据权利要求3所述的一种被动振膜单元，其特征在于：所述配重装饰件与所述胴体相连或者一体成型，或者所述配重装饰件与所述折环部相连，并可随所述胴体的振动而振动。

5.根据权利要求4所述的一种被动振膜单元，其特征在于：所述配重装饰件和所述胴体分别固定于所述折环件的两侧。

6.根据权利要求5所述的一种被动振膜单元，其特征在于：所述胴体为外凸弧面或内凹弧面，内凹深度或者外凸高度为3mm～8mm。

7.根据权利要求1至6任一所述的一种被动振膜单元，其特征在于：所述被动振膜单元外轮廓为水滴形、圆形、椭圆形或正方形。

8.根据权利要求7所述的一种被动振膜单元，其特征在于：所述胴体包括中央部分和边缘部分，所述边缘部分与所述支撑辅助结构相连，所述胴体中央部分的厚度不小于边缘部分的厚度。

9.一种音箱，包括至少一个振膜扬声器单元，还包括如权利要求1至8任一所述的被动振膜单元，其特征在于：所述被动振膜单元被装设于箱体之中，且所述胴体的其中一面裸露于外界空气中，所述胴体的另一面被密封于所述音箱内，并保持与所述音箱内设的振膜扬声器单元的其中一面的空气联通。

10.根据权利要求9所述的一种音箱，其特征在于：所述被动振膜单元的振动方向与所述振膜扬声器单元的振动方向相同，以使得所述被动振膜单元辐射的声波与所述振膜扬声器单元所辐射的声波发生共振。

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