CN212259330U - 一种电声换能装置及具有其的电子装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电声换能装置及具有其的电子装置，涉及无源通讯和应急通讯技术领域，该电声换能装置包括：壳体，壳体形成一腔体；设置于腔体的振膜，振膜分隔所述腔体，形成第一声腔和第二声腔；第二声腔中设有磁铁；分别与磁铁两极连接的第一极板和第二极板，且第一极板与第二极板上下相对设置；与第二极板连接的固定柱；动铁片，动铁片的中部固定于固定柱上，所述动铁片的两端可绕固定柱跷动；缠绕在动铁片上的线圈；连接杆，连接杆的一端连接动铁片的边缘，另一端连接振膜的中心。本实用新型的方案能够实现高效率的电声及声电转换，具有对话音信号的高效无源送受话以及对低频噪声的抑制功能。

Description

一种电声换能装置及具有其的电子装置

技术领域

本实用新型涉及无源通讯和应急通讯技术领域，特别涉及一种电声换能装置及具有其的电子装置。

背景技术

电声器件是声信号和电信号转换的关键元器件，在声音信号的转换、处理和传输中具有至关重要的作用。在语音通信中，电声器件的各方面性能如灵敏度、频响、失真以及信噪比等直接决定了通信质量。与动圈式换能装置利用动生电动势的原理不同，电磁式换能装置利用感生电动势实现声电转换。在现有的各种电声器件中，电磁式换能装置具有最高的电声转换效率，在1kHz处的能量转换效率一般比同体积的动圈式换能器高出上百倍左右。因此，凭借其高灵敏度，电磁式换能装置成为无源通信和应急通信领域中的重要器件，具有广泛的应用场景。

而现有的电磁式换能装置在灵敏度方面还有提升空间，通过提升其电声转换效率，还可以进一步增大通信距离，拓展其应用范围。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种电声换能装置及具有其的电子装置，用以解决电声换能装置的灵敏度需要提升的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供如下技术方案：

一种电声换能装置，包括：

壳体，所述壳体形成一腔体；

设置于所述腔体的振膜，所述振膜分隔所述腔体，形成第一声腔和第二声腔；

所述第二声腔中设有磁铁；

分别与所述磁铁两极连接的第一极板和第二极板，且所述第一极板与所述第二极板上下相对设置；

与所述第二极板连接的固定柱；

动铁片，所述动铁片的中部固定于所述固定柱上，且所述动铁片的两端可绕所述固定柱跷动；

缠绕在所述动铁片上的线圈；以及

连接杆，所述连接杆的一端连接所述动铁片的边缘，另一端连接所述振膜的中心。

可选地，所述振膜的周缘与所述壳体胶粘密封连接。

可选地，于所述第一声腔处的所述壳体设有至少一个通孔，通过至少一个所述通孔，所述第一声腔与空气连通。

可选地，所述磁铁为U型结构。

可选地，所述磁铁采用硬磁性材料制成，所述第一极板、所述第二极板和所述动铁片采用软磁性材料制成。

可选地，所述第一极板的两端与所述第二极板的两端分别相对，且留有缝隙。

可选地，所述线圈容纳于所述第一极板与所述第二极板之间，且所述线圈与所述动铁片之间预留空间。

可选地，所述连接杆为刚性结构。

可选地，所述电声换能装置还包括：

设置于所述壳体外部的两个接线端；其中，所述线圈的两端分别与对应的所述接线端连接。

本实用新型实施例还提供一种电子装置，包括如上所述的电声换能装置。

本实用新型的有益效果是：

采用上述方案后，通过设置第一极板和第二极板，以及二者之间设有动铁片，所述动铁片的两端可绕中部跷动，使电声换能系数增加一倍，从而提高电声转换效率；而且，第一声腔的结构拓宽了频率响应带宽，第二声腔为密封结构，延长了电声换能装置的使用寿命。

附图说明

图1表示本实用新型实施例的电声换能装置的示意图；

图2表示本实用新型实施例的电声换能装置工作时的位置示意图；

图3表示本实用新型实施例的电声换能装置作为送话器时，频率响应的仿真计算结果示意图；

图4表示本实用新型实施例的电声换能装置作为受话器时，频率响应的仿真计算结果示意图。

附图标记说明：

1-壳体；

2-振膜；

3-第一声腔；

4-第二声腔；

5-磁铁；

6-第一极板；

7-第二极板；

8-固定柱；

9-动铁片；

10-线圈；

11-连接杆；

12-通孔。

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，下面将结合附图及具体实施例对本实用新型进行详细描述。

本实用新型针对现有技术中电声换能装置的灵敏度需要提升的问题，提供一种电声换能装置及具有其的电子装置。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种电声换能装置，包括：

壳体1，所述壳体1形成一腔体；

设置于所述腔体的振膜2，所述振膜2分隔所述腔体，形成第一声腔3和第二声腔4；

所述第二声腔4中设有磁铁5；

分别与所述磁铁5两极连接的第一极板6和第二极板7，且所述第一极板6与所述第二极板7上下相对设置；

与所述第二极板7连接的固定柱8；

动铁片9，所述动铁片9的中部固定于所述固定柱8上，且所述动铁片9的两端可绕所述固定柱8跷动；

缠绕在所述动铁片9上的线圈10；以及

连接杆11，所述连接杆11的一端连接所述动铁片9的边缘，另一端连接所述振膜2的中心。

本实用新型的该实施例中，采用上下设置的第一极板6和第二极板7，与现有技术结构相比，空间体积几乎不增加，但是电声换能系数增加了一倍，使得电声转换效率增大。第一声腔3的结构拓宽了该电声换能装置的频率响应带宽，第二声腔4采用密封结构形式，延长使用寿命。

具体地，所述振膜2的周缘与所述壳体1胶粘密封连接。

在制作该电声换能装时，振膜2的周缘与所述壳体1采用胶粘连接，实现第二声腔4的封闭结构，保证其密封性，保护其内部的零部件不被氧化，确保该电声换能装置的长期使用，延长了使用寿命。

本实用新型一可选的实施例中，于所述第一声腔3处的所述壳体1设有至少一个通孔12，通过至少一个所述通孔12，所述第一声腔3与空气连通。

这里，第一声腔3增加了至少一个通孔12的结构设计，该通孔12连通第一声腔3与外部空气，拓宽了该电声换能装置的频率响应带宽。

进一步地，所述磁铁5为U型结构。

磁铁5的两极分别与第一极板6和第二极板7紧密连接，且磁铁5为U型结构保证第一极板6和第二极板7为上下相对设置。

具体地，所述磁铁5采用硬磁性材料制成，所述第一极板6、所述第二极板7和所述动铁片9采用软磁性材料制成。

需要说明的是，在制作所述电声换能装置时，壳体1采用外表喷漆的铝壳，具有轻质且防腐蚀的优点；振膜2采用偏厚的聚脂薄膜材料制作，可靠性高，可增强使用寿命；第一极板6、第二极板7以及动铁片9全部为经过热处理的铁镍合金，以实现软磁性材料快速导磁的特性，以及实现动铁片9在高频跷动扭转时，磁场的变化率能够跟得上动铁片9的机械运动；磁铁5采用硬磁性材料的铝镍钴制成，可以提供稳定的磁场，具有稳定的磁通量；固定柱8采用抗磁性材料的铜制作，防止磁场通过固定柱8将动铁片9与第二极板7之间短路；线圈10采用漆包线缠绕，可在较小空间内实现更多匝数缠绕。

本实用新型一可选的实施例中，所述第一极板6的两端与所述第二极板7的两端分别相对，且留有缝隙13。

本实施例中，第一极板6的两端与第二极板7的两端分别相对形成四个缝隙13，动铁片9可以在四个缝隙13所形成的空间中，通过中部固定于固定柱8上，两端以中部为中心进行扭转跷动(如“跷跷板”式运动)。

需要说明的是，由于从现有的“悬臂梁”式结构或者“舌头”式结构的动铁片9变成了“跷跷板”式结构，该电声换能装置包括第一极板6和第二极板7，其空间体积几乎不增加的情况下，换能系数增加了一倍，增强了电声转换效率。

本实用新型一可选的实施例中，所述电声换能装置在工作状态下，动铁片9的运动如图2所示，所述线圈10容纳于所述第一极板6与所述第二极板7之间，且所述线圈10与所述动铁片9之间预留空间。

本实施例中，动铁片在扭转跷动时，线圈10占据了动铁片9与第一极板6之间的空间以及动铁片9与第二极板7之间的空间；而且，线圈10与动铁片9之间留有空间，动铁片9的两端跷动时不受线圈10干扰。

还需要说明的是，所述电声换能装置的换能系数Bl_eq、线圈端的等效电感L_e以及线圈端的等效电感Z₀的理论分析和计算如下：

已知：N为线圈10的缠绕匝数；h为第一极板6、第二极板7分别与动铁片9之间的缝隙13的高度；

为动铁片9位于水平位置时通过缝隙13的磁通量；μ₀是空气的磁导率；S是每个缝隙13中第一极板6、第二极板7与动铁片9之间正对的面积；i是虚数单位；ω是角频率。

根据公式：

又因为当所述电声换能装置工作在交流角频率ω时，动铁片9边缘的振动线速度v和电流I都是简谐变化的。设动铁片9中磁通量的变化在线圈10中产生感应电动势为ε，动铁片9单端在缝隙13处受到第一极板6和第二极板7的吸引力合力为F，根据理论计算可得所述电声换能装置的换能矩阵为：

式(2)完整地描述了所述电声换能装置的电声换能机制，等式右侧的方阵是该电声换能装置的内禀性质：次对角线上的两个量相等是具备能量转换的系统，其自由能的形式导致的必然结果，也使得该方阵呈现对称阵形式；主对角线上两个量的乘积与次对角线上两个量的乘积相等，这是磁场在所述缝隙13和所述动铁片10之间的磁场没有向外界泄漏的理想电声换能装置的结果；换能系数Bl_eq直接决定了所述换能结构电能-机械能之间双向转换的转换能力。

为所述电声换能装置建立集总参数等效电路模型，其作为送受话器的仿真计算结果如图3和4所示。如图3所示，送话器频响曲线主要由两个谐振峰组成，位于1kHz附近的峰为动铁片9的谐振峰、3kHz附近为第一声腔3中通孔12的谐振峰。1kHz的灵敏度在-40dBV/Pa附近；在百赫兹的低频段区域，频响曲线下潜，这是动铁片9自身扭转跷动回复力矩的结果，也使送话器具备低频段的抗噪能力；在超过4kHz的高频段，频响迅速衰减，这是将转换效率集中于4kHz之前的语音频段所引发的效果，也是动铁片9的转动惯量所起的作用。如图4所示，与送话器类似，受话器频响曲线也由两个谐振峰组成，位于1kHz附近的峰为动铁片10的谐振峰、3kHz附近第一声腔3中通孔12的谐振峰，1kHz灵敏度一般可达120dB/mW以上；在低频段区域，受话器频响曲线并未像送话器那样快速下潜，这是因为第一声腔3的空间封闭性较好所带来的效果。高频段被第一声腔3中通孔12谐振调节后的频响与送话器类似。

更进一步地，所述连接杆11为刚性结构。而且，连接杆11的一端与所述动铁片9的边缘连接，另一端与所述振膜2的中心连接，当动铁片9跷动时，通过连接杆11可带动振膜2运动。

本实用新型一可选的实施例中，所述电声换能装置还包括：

设置于所述壳体1外部的两个接线端14；其中，所述线圈10的两端分别与对应的所述接线端14连接。

接线端14将线圈10的两端分别引至壳体1的外部。

本实用新型实施例还提供一种电子装置，包括如上所述的电声换能装置。

采用如上所述的电声换能装置的电子装置，由于该电声换能装置具有上述的技术效果，本实用新型实施例的电子装置也具有相应的技术效果，在此不再赘述。

以上所述的是本实用新型的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本实用新型所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电声换能装置，其特征在于，包括：

壳体(1)，所述壳体(1)形成一腔体；

设置于所述腔体的振膜(2)，所述振膜(2)分隔所述腔体，形成第一声腔(3)和第二声腔(4)；

所述第二声腔(4)中设有磁铁(5)；

分别与所述磁铁(5)两极连接的第一极板(6)和第二极板(7)，且所述第一极板(6)与所述第二极板(7)上下相对设置；

与所述第二极板(7)连接的固定柱(8)；

动铁片(9)，所述动铁片(9)的中部固定于所述固定柱(8)上，且所述动铁片(9)的两端可绕所述固定柱(8)跷动；

缠绕在所述动铁片(9)上的线圈(10)；以及

连接杆(11)，所述连接杆(11)的一端连接所述动铁片(9)的边缘，另一端连接所述振膜(2)的中心。

2.根据权利要求1所述的电声换能装置，其特征在于，所述振膜(2)的周缘与所述壳体(1)胶粘密封连接。

3.根据权利要求1所述的电声换能装置，其特征在于，于所述第一声腔(3)处的所述壳体(1)设有至少一个通孔(12)，通过至少一个所述通孔(12)，所述第一声腔(3)与空气连通。

4.根据权利要求1所述的电声换能装置，其特征在于，所述磁铁(5)为U型结构。

5.根据权利要求1所述的电声换能装置，其特征在于，所述磁铁(5)采用硬磁性材料制成，所述第一极板(6)、所述第二极板(7)和所述动铁片(9)采用软磁性材料制成。

6.根据权利要求1所述的电声换能装置，其特征在于，所述第一极板(6)的两端与所述第二极板(7)的两端分别相对，且留有缝隙(13)。

7.根据权利要求1所述的电声换能装置，其特征在于，所述线圈(10)容纳于所述第一极板(6)与所述第二极板(7)之间，且所述线圈(10)与所述动铁片(9)之间预留空间。

8.根据权利要求1所述的电声换能装置，其特征在于，所述连接杆(11)为刚性结构。

9.根据权利要求1所述的电声换能装置，其特征在于，还包括：

设置于所述壳体(1)外部的两个接线端(14)；其中，所述线圈(10)的两端分别与对应的所述接线端(14)连接。

10.一种电子装置，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的电声换能装置。

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