TW201334578A - 用於揚聲器之改良式驅動組件 - Google Patents

Abstract

在一實施例中，提供一種揚聲器系統，其包含用於驅動振膜組件之馬達組件，其中馬達組件包含配置以接收電感套管之極片。馬達組件也包含永久磁鐵、第一短路環及第二短路環，第一短路環及第二短路環至少部分設置在相鄰於極片之空氣間隙內，且第一短路環設置相鄰於永久磁鐵之第一側，以及第二短路環設置相鄰於永久磁鐵之第二側。永久磁鐵較佳可塗佈絕緣性材料，且也可包含複數個弧形片段。

Description

用於揚聲器之改良式驅動組件

文中之實施例大體上有關於一種揚聲器系統，更具體地是關於一種用於產生較佳聲音之經改良的磁鐵結構。

穩定的高傳真音效的創造不僅涉及謹慎整合用於電子音響轉換(electronic to acoustic transformation)的陣列技術之科學，而且亦涉及激烈微調那些經整合的技術於最佳化波形因素(form factor)內之技藝，以使原音(acoustic sound)豐富了令有鑑識力的高保真音響喜好者驚訝且激發所有人的體驗。因此，現今的揚聲器經過多年已發展到令人真正羨慕的技藝及科學作品。此處所描述的本發明以增進比這以前已經產生的經驗甚至更多的經驗之方式來表現結合技藝及科學的熱情。

為了鑑別此處所描述及請求的細微改進，藉由回歸至基礎首先有助於設定那些改進的階段。在此方面，揚聲器係為利用電子音效訊號輸出以往復驅動經控制之周圍空氣移動而產生聲音之裝置。揚聲器多數常見的類型係使用支撐作用於永久磁鐵的電音圈之紙圓錐。為了產生表現真實聲音所需的頻率的廣泛範圍，許多揚聲器系統使用多個驅動器，其各自涵蓋從高到低位準所期望之頻率範圍的部分。普通收聽者將辨認出非常低頻率的超重低音擴音器(subwoofer)、低頻率的低音擴音器(woofer)、中頻率的中音擴音器(mid-range)、高頻率的高音擴音器(tweeter)、以及於所期望之處，甚至較高頻率之超高音擴音器(supertweeter)之驅動器名稱。

雖然存在不同類型的揚聲器驅動器，一個常見類型的驅動器係利用圍繞電音圈的磁鐵將電輸出轉換成音圈的機械性往復移動，其經由牢固支撐但輕量的載具而驅動振膜(diaphragm)。當以其迅速且重複地往復移動驅動音圈載具，互相連接的振膜與其一起移動，造成收聽者察覺到波動的聲波為音效。振膜通常認為於傳統的中頻率或低音揚聲器的「圓錐體」，或是高音揚聲器設計的「圓蓋(dome)」。於此描述及請求的發明焦點係較多在驅動系統及較少在振膜及相關支撐的排列。足夠說明振膜一般被主要及次要的支撐組件所支撐，其係允許期望的往復行進對訊號輸出反應但減輕後訊號(post-vibration)振動。主要支撐組件維持振膜在驅動器上方的中心及懸掛位置，然而次要支撐組件位於連接於振膜的音圈載具的中心且與其排成直線並且用於移動後將音圈及振膜回復到中心位置。創新的振膜排列係描述在2011年10月27日所提出之共同擁有及同時待決的申請案號13/283,529，其所有內容在此被併入作為參考。

就驅動系統而言，典型的音圈懸掛於永久磁鐵排列的圓柱狀空間或間隙內部。當將電子訊號施加於音圈時，藉由在音圈的電流而於間隙中產生磁場而製成可變化的電磁鐵。此外，考慮用於組件的適當材料是重要的，因為它們影響磁場的失真及音圈上的阻抗。於此方面，在其他刊物中，參考Bowler, J. R., A Theoretical Analysis of Eddy-Current Effects in Loudspeaker Motors, 48 J. Audio Eng. Soc., No.7/8 (2000)是可以有所幫助的。

藉由通過線圈的電流所產生的電磁場係垂直於空氣間隙中的永久磁場，產生了造成音圈（以及如此的振膜）於間隙中往復運動而產生聲波的機械力。懸吊系統保持線圈位於間隙中心以及提供圓錐體移動後返回至中心位置的恢復（集中）力。永久磁鐵被支撐於有時被稱為筐體(basket)的框架(frame)內部。為了使音圈同軸位於間隙內；其於磁鐵結構中的小圓形體積（孔、槽或溝）內前後移動。間隙設置於永久磁鐵兩極之間的中心磁場；間隙的外側係為一極，以及通常稱極片之中心崗位係為另一極。極片及背板通常被製造作為稱為軛之單件。

根據設計的目的，磁鐵的大小與類型以及磁路的特性可以不同。舉例來說，在時，極片的形狀影響音圈於其中運作的間隙中之磁場的線性。同樣地，當電流正流動通過音圈時，不同的磁鐵結構幾何形狀可以改進不斷變化的磁場穩定度。通常短路環被使用來對抗線圈所引起的磁場。短路環的好處包含降低在高頻率的阻抗、擴大三倍輸出、降低諧音(harmonic)失真、降低電感隨音圈移動變化、以及降低典型伴隨大音圈偏離(excursion)的磁通調變。為了將空氣間隙中磁場的調變失真降到最小，短路環可以放置於永久磁鐵下方。

從歷史角度上，以圓柱結構配置之永久磁鐵已遭受排列錯誤的磁區，而降低永久磁鐵影響音圈往復運動的效力。於此證明將永久磁鐵製造成配置以端對端連結成圓柱體之分離、燒結及弧形組件係允許磁區較大的對齊性且增大效力。每個弧形組件或弧形物，傳統上係塗佈導電塗層，像是鎳，以減少下面磁鐵材料的腐蝕。儘管結果有助於耐久性，但鎳易於產生不良的渦電流。

本發明包含每一個均可達到本發明所提供的一些或所有效益之克服習知系統的某些限制之實施例。

在本發明之實施例中，提供揚聲器系統降低驅動組件中之空氣間隙內部磁場的調變所造成的失真，以及降低渦電流。本發明考慮到各種實施例，以下詳細描述一些。在一實施例中，提供一種揚聲器系統，其包含用於驅動振膜(diaphragm)組件之馬達組件，其中馬達組件包含配置以接收電感套管(inductance sleeve)之極片。馬達組件也包含永久磁鐵、第一短路環及第二短路環，第一短路環及第二短路環至少部分設置在相鄰於極片之一空氣間隙內，且第一短路環設置相鄰於永久磁鐵之第一側，以及第二短路環設置相鄰於永久磁鐵之第二側。較佳地，但選擇性地，永久磁鐵包含塗佈絕緣性材料之複數個弧形片段。藉由塗佈像是環氧樹脂之絕緣性材料於各永久磁鐵組件，各組件相互絕緣程度變得明顯，因此降低因非絕緣的組件所導致的渦電流反應。

在許多經考慮的其他揚聲器系統中之一，用於驅動振膜組件之馬達組件包含永久磁鐵及第一短路環，其中永久磁鐵包含塗佈絕緣性材料之複數個弧形片段。較佳地，但選擇性地，揚聲器系統更包含第二短路環，第二短路環至少部分設置在相鄰於極片之一空氣間隙內，且第一短路環設置相鄰於永久磁鐵之第一側，以及第二短路環設置相鄰於永久磁鐵之第二側。

本發明的一些實施例將參照附圖來作詳細說明，其中類似數字代表圖式相對應的部分。重要地，圖式中所呈現的灰階色彩僅用於讀者容易明顯區別分離的組件，而並非表示任何限制特徵或材料。
第1圖係為揚聲器之第一實施例之透視示意圖；
第2圖係為第1圖之實施例之立面示意圖；
第3圖係為第2圖所示實施例的線A-A之剖面示意圖；
第4圖係為第2圖所示實施例的線B-B之剖面示意圖；
第5圖係為第二實施例之立面示意圖；
第6圖係為第5圖之揚聲器之部分之近視圖。

藉由示例，並參照第1圖，本發明之一實施例為揚聲器系統10，其包括包含振膜之振膜組件12、圍繞件及腳架，每個組件可以包含多種可能的排列及結構中其中一種。揚聲器系統10更包含與振膜組件同位於一殼體或筐體16之馬達組件14，其包含許多種可能的結構之其中一種。參照第2圖至第4圖，例如僅繪示於第1圖之一實施例之細節可被描述。

在這方面，第2圖繪示位於殼體16內部之馬達組件14之剖視立面示意圖。更具體地說，在一實施例中，馬達組件14包含具有大致為圓柱杯狀結構的馬達外殼18，但也能考慮其他的結構。在馬達外殼18的密閉內部中包含具有大致為環狀外形且在一較佳實施例中含有排列形成大致為環狀外形的複數個弧形片段（參見第3圖及第4圖中之20a）之永久磁鐵20。弧形片段20a的數量可以依據設計限制及目的而變化，但為了用於說明第一實施例的目的，係由8個分離部分所組成。在所說明的實施例中，各弧形片段20a包含約為45°的弧形，然而它們的弧形尺寸不需要相同。

馬達組件14更包含具有大致為圓柱形結構且藉由可選的電感套管24而部分封閉的中心設置極片22。在一實施例中，馬達外殼18及極片22由鋼(steel)製成，永久磁鐵20包含鐵合金，且可選的電感套管24可韌化銅(annealed copper)製成，然而此些各組件也可以由其他材料及/或其合金製成。

有關永久磁鐵20，其傳統上係鍍鎳、鋅或類似材料，本發明之實施例包含塗佈環氧樹脂或其他類型的絕緣材料之複數個永久磁鐵弧形片段20a。使用絕緣材料係減少永久磁鐵20所產生的空氣間隙28內部的磁場內之不良渦電流。重要地，無論磁鐵20是否包含分離的弧形片段或結構上係為整塊的，皆可使用絕緣塗佈。

馬達組件更包含將極片20及馬達外殼18與音圈組件30分離之空氣間隙28。音圈組件30可以是任何傳統大小及結構，但較佳包含音圈32及筒管(bobbin)34，振膜組件12連接於筒管34以於運作期間傳送往復移動。音圈組件30與振膜組件12的細部於此不多作說明並且可配置作為設計目標與限制要求。但是，正如所期望的，馬達組件14配置為通過音圈組件30驅使振膜組件12往復軸向運動。藉此，振膜組件12通過施加於周圍空氣的壓力產生聲波。

馬達組件14較佳更包含第一短路環46及第二短路環48，各包含大致為環狀外形以及較佳包含銅材料。短路環46、48在其他效益之中，功能在於減少由來自音圈34的電磁場所導致的磁場的調變失真。較佳地，第一短路環46設置於直立的馬達外殼18之底部內，其頂部可放置永久磁鐵20，而第二短路環48置於永久磁鐵的頂部。藉由傳統手段可將磁鐵及短路環緊黏在一起。應注意的是各短路環46、48的大小及結構可以變化，且可依據揚聲器設計與限制而為最佳化。舉例來說，於所說明的實施例中，第一短路環46包含較永久磁鐵20小的直徑且亦具有較小的厚度。此外，僅藉由示例，本實施例說明的第二短路環48包含相同或類似於永久磁鐵20的直徑，並且亦具有較小的厚度。第二短路環48可被設置以延伸出馬達外殼，如所示，或者齊平或低於馬達外殼。

應注意的是藉由第1圖至第4圖實施例所一般例示的實施例可以包含第二短路環48或永久磁鐵的複數個絕緣塗佈的弧形片段20a中的任一、或兩者。換句話說，一實施例可僅包含第一短路環與複數個絕緣塗佈的永久磁鐵弧形片段20a，以及另一實施例可包含第二短路環但單一的永久磁鐵或是部分塗佈傳統金屬塗層像是鎳的永久磁鐵。如此處所述，第1圖至第4圖的例示性實施例皆表現了兩個特徵。各特徵個別產生較佳聲音，但結合兩者被覺得是較好的。

參照第5圖及第6圖，另一實施例揚聲器系統110可被描述。藉由示例，另一實施例110包含振膜組件112及支撐於殼體116內部之馬達組件114。如同第1圖至第4圖之實施例，振膜組件可為各種可能結構及配置中之其中一種。殼體可具有傳統的筐體結構，或具有任何其他足夠以穩固形式支撐聲音組件(sound assembly)及驅動組件結構。

特別參照第6圖，可看見馬達組件114的一例子的特寫，其包含經由固定而物理連接於大致為環狀的極片122之大致為環狀的軛鐵(yoke)118，其兩者可由鋼或其他可接受材料製成。極片較佳被部分封閉於電感套管124內部，較佳由銅或其他適當材料製成。馬達組件114更包含設置於由軛鐵118與極片122之間的區域所定義的空氣間隙128內部之永久磁鐵120。於上述所討論的方式中，永久磁鐵被設置及裝設為用於軸向驅動音圈132及筒管134往復運動地。如上所述，永久磁鐵120可具有單一環狀結構，或是其可以包含複數個弧形片段。在一實施例中，第一短路環146被提供並裝設作為設置於永久磁鐵120下方空氣間隙128內部之環狀組件。第一短路環較佳設置在空氣間隙128基部且固著至軛鐵118及/或極片122上的肩部。馬達組件114可以更包含較佳具有環狀結構並設置於永久磁鐵120上方之第二短路環148。如上關於結合第1圖至第4圖所描述的實施例之說明，第二短路環及弧形磁鐵片段兩者藉由減少磁場中調變失真及減少渦電流而呈現提高揚聲器的音質之效益。因此，包含一個或另一個或兩者特徵之實施例呈現改善了習知揚聲器之設計。

未脫離本發明此處所描述及請求的精神之替代實施例可被考慮。高保真音響愛好者的世界中，如同上述所注意的，揚聲器的設計呈現科學與技藝的重要結合。雖然揚聲器組件內並不需要很多部件，每一部件都是重要的。藉此，其意指此些部件是以相互協同以產生橫跨波長範圍的可重複、可信賴、高傳真的聲音之方式來設計及連結。此處之本發明，如同所呈現的例示性實施例所表現的，不僅有效利用那些少數部件，而且藉由包含本發明的組件配置確保優美聲效輸出如同消費者要求的協同。

10、110．．．揚聲器系統

12、112．．．振膜組件

14、114．．．馬達組件

16、116．．．殼體

118．．．軛鐵

18．．．馬達外殼

20、120．．．永久磁鐵

20a．．．弧形片段

22、122．．．極片

24、124．．．電感套管

28、128．．．空氣間隙

30．．．音圈組件

32、132．．．音圈

34、134．．．筒管

46、146．．．第一短路環

48、148．．．第二短路環

10．．．揚聲器系統

12．．．振膜組件

14．．．馬達組件

16．．．殼體

Claims (9)

1. 一種揚聲器系統，其包含用於驅動一振膜組件之一馬達組件，該馬達組件包含配置以接收一電感套管之一極片，該馬達組件包含一永久磁鐵、一第一短路環及一第二短路環，該第一短路環及該第二短路環至少部分設置在相鄰於該極片之一空氣間隙內，該第一短路環設置相鄰於該永久磁鐵之一第一側，且該第二短路環設置相鄰於該永久磁鐵之一第二側。
2. 如申請專利範圍第1項所述之揚聲器系統，其中該永久磁鐵包含鎳或鋅之一金屬電鍍。
3. 如申請專利範圍第2項所述之揚聲器系統，其中該永久磁鐵包含一絕緣性材料。
4. 如申請專利範圍第3項所述之揚聲器系統，其中該永久磁鐵包含複數個弧形片段。
5. 如申請專利範圍第1項所述之揚聲器系統，其更包含一電感套管。
6. 一種揚聲器系統，其包含用於驅動一振膜組件之一馬達組件，該馬達組件包含配置以接收一電感套管之一極片，該馬達組件包含一永久磁鐵及一第一短路環，該永久磁鐵塗佈一絕緣性材料，且該永久磁鐵與該第一短路環設置在相鄰於該極片之一空氣間隙內。
7. 如申請專利範圍第6項所述之揚聲器系統，其中該永久磁鐵包含複數個弧形片段。
8. 如申請專利範圍第6項所述之揚聲器系統，其更包含一第二短路環，該第二短路環至少部分設置在相鄰於該極片之一空氣間隙內，該第一短路環設置相鄰於該永久磁鐵之一第一側，且該第二短路環設置相鄰於該永久磁鐵之一第二側。
9. 如申請專利範圍第6項所述之揚聲器系統，其更包含一電感套管。