TWI555411B - Improved high frequency resonance of the speaker diaphragm - Google Patents

Description

改進高頻共振之揚聲器振膜

本發明係與揚聲器振膜有關，詳而言之，係指一種可改進高頻共振問題之揚聲器振膜。

按，揚聲器之結構包含有：一框架、一磁性組件、一振膜及一懸邊，該振膜之周緣係以該懸邊連接於該框架，該懸邊為一可撓性物質，提供彈性，使該振膜可於該框架上振動。藉由磁性組件產生之磁力推動該振膜振動而產生聲音。

請參閱第一圖，為揚聲器之振膜10之剖面示意圖，習知之振膜10係呈單純的錐狀，其內緣連接一防塵蓋或音圈筒11，而外緣則連接於一懸邊12。當振膜10處於靜止狀態時，係如第一圖的虛線所示，振膜的表面平順，並無撓曲。揚聲器於高頻頻率時，該振膜10產生振動，形成第一圖之實線所示的彎曲狀態。

進一步言之，於高頻時，該振膜受一磁性組件之推動而振動，振膜表面會有能量波由振膜10的內周往外周行進，其到達振膜的邊緣101(振膜與懸邊的交接處)時，將生成反射波，反向行進。振膜10上不同方向的能量波與反射波交會在位置A之處時將產生共振。在結構分析上，該處為振膜靜止時與振 膜振動時之交叉點，為振膜結構共振時的節點，發生此種共振時的最低頻率俗稱盆裂點(cone breakup mode)。對於以剛性材料製成的振膜而言，當能量波與反射波在盆裂點A之處交會時，將產生高頻共振。請參閱第二圖，以一喇叭單體頻率響應曲線為例，於盆裂點A產生高頻共振時，在共振點：如該頻率響應曲線之頻率20KHz之處產生一個明顯的較高能量的輸出，振膜的高頻共振造成聲音不當的延續及殘留而影響到音質。

不同的揚聲器會有不同的高頻共振頻率。附件一為發明人針對一款喇叭單體之測試結果，粗線條所示為頻率響應曲線，其盆裂點之高頻共振發生於頻率4KHz~5KHz之間。

參閱第二圖所示，為解決高頻共振所造成之聲音殘留的缺失，一種解決的方式為加裝濾波器，例如將15KHz以上之高頻頻率濾掉，使高頻共振之頻率不會發生。然而，此種作法雖可解決高頻共振之音質不純的問題，但會減少該喇叭單體之頻寬，造成音質效果降低之另一種缺失。如何改善揚聲器高頻共振之問題，為本發明所欲解決之問題。

本發明之主要目的在於提供一種揚聲器振膜，以解決振膜之高頻共振所造成聲音殘留之問題。

本發明所提供之揚聲器振膜，包含有：一第一曲面與一第二曲面，均呈環形，並以同心圓排列於該振膜之內、外圈，該第一曲面為該振膜的內側曲面，該第二曲面為該振膜的外側曲面；該二曲面係以相反方向彎曲，其交接處形成一環形之轉折處，該二曲面於該轉折處之處係曲率連續。

藉此，該轉折處係形成振膜的一個軟性邊緣，使振膜上的能量波與反射波的頻譜範圍不同，俾得以降低振膜上的能量波與反射波的高頻共振能量，並使高頻共振發生於較高頻率之處，以解決揚聲器之分裂點之高頻共振所造成的聲音殘留、聲音不純淨的缺失。

較佳地，在該振膜之半徑上，其內周緣至外周緣形成一振膜徑長；該轉折處至該振膜之內周緣或外周緣之徑向長度，不小於該振膜徑長的五分之一。

較佳地，該二曲面的曲率可為相同或不同的曲線函數。

較佳地，該轉折處至該振膜之內周緣與外周緣的徑向長度可為等長或不等長。

20‧‧‧振膜

21‧‧‧第一曲面

22‧‧‧第二曲面

23‧‧‧轉折處

24‧‧‧內周緣

25‧‧‧外周緣

30‧‧‧揚聲器

31‧‧‧框架

32‧‧‧磁鐵

33‧‧‧線圈

34‧‧‧懸邊

35‧‧‧防塵蓋

r1、r2‧‧‧曲率中心

L、N、T‧‧‧振膜徑長

L1、N1、T1‧‧‧第一徑向長度

L2、N2、T2‧‧‧第二徑向長度

P‧‧‧共振點

為使 貴審查委員能進一步瞭解本發明之揚聲器振膜之目的、特徵以及所達成之功效，以下茲舉本發明之三較佳實施例，並配合圖示詳細說明於后，其中：第一圖係習知一種揚聲器之振膜之剖面示意圖。

第二圖顯示習知剛性振膜揚聲器之頻率響應曲線圖。

第三圖係本發明第一較佳實施例之振膜及其裝設於一揚聲器之立體圖。

第四圖係第三圖之4-4剖線之剖面示意圖。

第五圖係本發明第一較佳實施例之振膜之頂視圖。

第六圖係第五圖之6-6剖線之振膜半徑剖面圖。

第七圖係本發明第一較佳實施例之頻率響應曲線圖。

第八圖係本發明第二較佳實施例之振膜之頂視圖。

第九圖係第八圖之9-9剖線之振膜半徑剖面圖。

第十圖係本發明第三較佳實施例之振膜半徑剖面圖。

第十一圖係本發明第四較佳實施例之振膜之頂視圖。

第十二圖顯示本發明之另一種頻率響應曲線圖。

請參閱第三、四圖，係本發明第一較佳實施例所提供之改進高頻共振之振膜20，並顯示該振膜裝設於一揚聲器30。

該揚聲器30具有一框架31、一磁性組件、一懸邊34、該振膜20及一防塵蓋35。該磁性組件裝設於框架31與振膜20之間，包括一磁鐵32及一線圈33，藉以產生相吸或相斥的磁力，以推動振膜20在線圈33的軸向上運動。該懸邊34係呈環形，其外周邊緣連接於框架31，而內周緣則連接該振膜20，該振膜20之中心裝設該防塵蓋35。該懸邊34為撓性材質，例如橡膠，其與振膜20為不同材質，使振膜利用懸邊的彈性可於框架31上振動。磁性組件的磁力推動該振膜20振動時，壓縮空氣產生音波。揚聲器之具體結構非本發明之標的，容不贅述。

請參閱第五、六圖，該振膜20係一呈環狀或圓錐狀的薄形物體，以金屬、陶瓷、碳纖維或鑽石等剛性材料製成。該振膜20係由至少二個環形曲面所構成，詳而言之，其具有呈環形並以同心圓排列之一第一曲面21、一第二曲面22，該第一曲面21係為振膜的內側曲面，而該第二曲面22為該振膜20的外側曲面。該二曲面21、22之交接處係形成一環狀的轉折處23，該二曲面於該轉折處23係曲率連續，故該二曲面21、22係形成 連續的曲面。本文所述的曲率連續係指該二曲面21、22於該轉折處23相切，該轉折處23並非一個尖銳或尖角的部位，故該二曲面於該轉折處係柔順的轉折。須說明的是，由於該轉折處係為該二曲面相切之處，於製成品上並不易由肉眼辨識。

振膜20的內周緣24係對應於線圈33，其外周緣25則與懸邊34連接。請參閱第六圖，顯示振膜20由內周緣24至外周緣25所形成的半徑剖面圖，該二曲面21、22係反向彎曲，其曲率中心r1、r2分別位於振膜的相反側。以本實施例為例，第一曲面21係朝下彎曲，其曲率中心r1位於振膜20上方；第二曲面22則朝上彎曲，其曲率中心r2位於振膜下方。圖中所示的曲率中心僅為例示，而非限制。該二曲面21、22之曲率可為相同或不同的曲線函數；各曲面可為曲率固定的曲面，例如斷面呈圓形的曲面；或在不同位置時曲率會變化的曲面，例如斷面呈漸開線或拋物線的曲面。

此外，以振膜20之半徑為準，於振膜的徑向，振膜之內、外周緣24、25係形成振膜徑長L。於本發明的設計上，該二曲面21、22之轉折處23至振膜的任一周緣(即內周緣24或外周緣25)的徑向距離，不小於該振膜徑長L的五分之1。以第六圖為說明，轉折處23至內周緣24所形成的第一徑向長度L1，不小於該振膜徑長L的1/5；轉折處23至外周緣25所形成的第二徑向長度L2，不小於振膜徑長L的1/5。該第一徑向長度L1係為第一曲面21在振膜半徑上的徑向長度；而第二徑向長度L2則是第二曲面22的徑向長度，故在振膜半徑上，每個曲面21或22的徑向長度不會小於振膜徑長L的1/5，為本發明之特徵之一。

本發明使用時，以第一較佳實施例為例，該二曲面 21、22之徑向長度L1、L2係等長。使用揚聲器30時，該振膜20的表面會產生能量波，能量波由振膜的內周緣24往外行進，其行經該第一曲面21、該轉折處23及該第二曲面22後到達振膜的外周緣25，由於該外周緣25係為振膜20的一個固定點、固定邊緣，因此，能量波到達該固定點後產生反射波，該反射波則往內行進。

當能量波欲由第一曲面21經過該轉折處23而進入第二曲面22時，由於該二曲面係為反向的曲面，因此，該轉折處係形成一軟性的邊緣，具有些微阻力、阻抗，部分的能量波會在該轉折處23反射。因此，在本發明的結構中，該轉折處23猶如使振膜增加第二個邊緣，讓部分的能量波在該轉折處反射。該振膜之結構便具有二個反射點，使得反射波的頻譜範圍不同，能量波與反射波之共振效果因而降低，其所形成的共振能量便會降低許多。以第一實施例之該二曲面的徑向長度L1、L2等長為例，請參閱第七圖的虛線所示的頻率響應曲線，習知會在20KHz處產生高頻共振的揚聲器，在使用本發明的結構後，其頻率響應曲線如第七圖實線所示，其高頻共振將發生在頻率較高：40KHz之處，為習知的二倍頻率之處，且盆裂點的共振能量較習知結構降低許多。因此，使用本發明時，振膜20的能量會快速消減，且盆裂點的共振頻率提高，降低高頻共振之聲音殘留的問題，使揚聲器具有較佳的聲音再現性。

除了上述高頻共振之能量降低進而提高揚聲器之音效之外，本發明之技術讓揚聲器的高頻共振的頻率提高，讓該高頻共振頻率可以超出揚聲器的使用頻率範圍，如此，該揚聲器便不會有該高頻共振所造成的殘音出現，完全解決高頻共振對於聲音的影響。其次，即使所提高的高頻共振的頻率(例如40KHz) 仍在揚聲器的使用頻率範圍內，以濾波器過濾高頻時，由於共振的頻率提高，故可自較高頻率之處進行濾波，過濾該共振發生的頻率，例如自30KHz之處濾掉該共振頻率。與第一圖相較，本發明仍可使喇叭單體保留15KHz至30KHz範圍的高頻頻率，使其仍有較寬的音頻頻寬，而有較佳的音質。

請參閱第八至九圖，係本發明第二較佳實施例所提供之振膜20，相同之構件並沿用相同的元件符號。

在振膜20的半徑範圍上，該二曲面之徑向長度不以等長為限，可如本實施例所示，第一曲面21的徑向長度L1係小於第二曲面22的徑向長度L2；反之亦然。如此，同樣可實現第一較佳實施例的使用效果。

第十圖係本發明第三較佳實施例所提供之振膜20，相同構件亦使用相同元件符號。

振膜20之該二曲面21、22係為反向曲面之設計，因此，該二曲面除了可如第一較佳實施例所示之外，亦可如本實施例所示，第一曲面21係朝上彎曲，其曲率中心r1位於振膜20的下方；而第二曲面22則朝下彎曲，其曲率中心r2位於振膜上方。

請參閱第十一圖，係本發明第四較佳實施例所提供之振膜。本發明所適用之振膜20不以呈圓形為限，如本實施例所示，該振膜係呈橢圓形，具有二個外形呈橢圓形且以反向彎曲的第一曲面21與第二曲面22，該二曲面呈內、外圈之方式排列。一轉折處23，位於該二曲面之間，該二曲面於該轉折處係曲率連續地連接，該圈轉折處23與該二曲面係為同心橢圓，在振膜20任何位置的半徑上，該二曲面21、22之徑向長度的比例相同。例如，在振膜的短軸上，該轉折處23至振膜內周緣24與外周緣 25分別形成一第一徑向長度N1與第二徑向長度N2，而在長軸上，該轉折處23至振膜內周緣24與外周緣25分別形成另一個第一徑向長度T1與第二徑向長度T2，N1：N2與T1：T2的比例相同。同樣的，在振膜的半徑上，轉折處23至任一周緣，即至內周緣24或外周緣25之徑向長度，不小於振膜徑長的1/5，例如徑向長度N1或N2不小於短軸上的振膜徑長N的1/5；而徑向長度T1或T2不小於長軸上的振膜徑長T的1/5。本實施例的振膜亦可達成第一較佳實施例之振膜的使用效果。

對振膜20之該二曲面進行結構上或比例上的改變，例如，調整該二曲面的曲率、第一徑向長度與第二徑向長度的比例等，可得到不同的頻率響應效果。第十二圖顯示使用本發明之振膜之另一種頻率響應曲線圖，其中，振膜上的能量波與反射波的能量可能會形成複數個高頻共振點P，與習知之盆裂點所在之高頻共振頻率(例如20KHz)相較，該等共振點P的頻率均提高，且其共振能量均消減許多，解決揚聲器之高頻共振的殘音問題。

相較於習知的振膜，本發明所提供之振膜係具有二個相反曲面之設計，使振膜的結構具有複數個供能量波反射之位置，讓振膜上之能量的頻譜不同，使振膜產生高頻共振的發生頻率提高，且降低共振能量，有效改善高頻共振對揚聲器之音效的影響。

上揭諸實施例僅係說明本發明而非限制。綜上所陳，本發明為揚聲器振膜之首創結構，並改進現有揚聲器振膜之諸多缺失，具實用功效之增進，爰依法提出申請。

20‧‧‧振膜

21‧‧‧第一曲面

22‧‧‧第二曲面

23‧‧‧轉折處

24‧‧‧內周緣

25‧‧‧外周緣

31‧‧‧框架

32‧‧‧磁鐵

33‧‧‧線圈

34‧‧‧懸邊

35‧‧‧防塵蓋

Claims (7)

1. 一種改進高頻共振之揚聲器振膜，該振膜係為剛性材質，包含有：一第一曲面與一第二曲面，均呈環形，並以同心圓排列於該振膜之內、外圈，該第一曲面為該振膜的內側曲面，該第二曲面為該振膜的外側曲面；該二曲面之交接處形成一環形之轉折處，該二曲面係以相反方向彎曲，且該二曲面之曲率於該轉折處之處係曲率連續。
2. 如請求項1所述之揚聲器振膜，其中：該振膜具有一內周緣與一外周緣，其內、外周緣之間形成一振膜徑長；於該振膜之半徑上，該轉折處至該振膜之內周緣或外周緣之徑向長度，不小於該振膜徑長的五分之一。
3. 如請求項1或2所述之揚聲器振膜，其中：該二曲面之曲率函數相同或不相同。
4. 如請求項1或2所述之揚聲器振膜，其中：該振膜具有一內周緣與一外周緣，該振膜之內周緣至該轉折處為一第一徑向長度；該轉折處至該振膜之外周緣為一第二徑向長度；該二徑向長度可為等長或不等長。
5. 如請求項1或2所述之揚聲器振膜，其中：該振膜、該二曲面之外形係呈圓形或橢圓形；於該振膜半徑上之任一位置，該二曲面之徑向長度的比例係相同。
6. 如請求項1或2所述之揚聲器振膜，其中：各該曲面為曲率固定或曲率會變化的曲面。
7. 如請求項1或2所述之揚聲器振膜，其中：該第一曲面係朝下彎曲而該第二曲面係朝上彎曲或該第一曲面係朝上彎曲而該第二曲面係朝下彎曲，該二曲面的曲率中心分別位於該振膜 的相反側。