TWM598577U - 全音域動圈式揚聲器單體及利用其之音箱裝置 - Google Patents

Abstract

一種針對揚聲器單體，在內部很有限的空間下製作出全音域及高音壓的單體。藉由磁廻路優化、音圈設計加強音壓、降低失真。

Description

全音域動圈式揚聲器單體及利用其之音箱裝置

本新型係關於一種喇叭單體，尤指一種優化磁迴路的全音域動圈式揚聲器單體。

一般動圈喇叭單體磁力系統的設計主要包括音圈設計和磁鐵設計。在 音圈設計方面主要又分為長音圈(overhung coil)設計和短音圈(underhung coil)設計。請一併參照圖1a及圖1b，其中，圖1a繪示一習知長音圈喇叭單體之驅動結構之剖面示意圖，其包含一音圈11、一磁鐵12、一華司13及一導磁柱14，其中音圈1在導磁柱14的軸向上的長度大於華司13在導磁柱14的軸向上的長度；圖1b 繪示一習知短音圈喇叭單體之驅動結構之剖面示意圖，其包含一音圈21、一磁鐵22、一華司23及一導磁柱24，其中音圈21在導磁柱24的軸向上的長度小於華司23在導磁柱24的軸向上的長度。

長音圈設計適用於衝程需求較大的喇叭單體， 其BL曲線走勢比較像山峰的走勢，其中B為磁場，L為線圈長度，好處為電感值較小， 高頻走勢較好，但會造成低頻失真較大， 因此較適合起振頻率200Hz以上的喇叭單體；短音圈設計則要在活塞運動中確保音圈保持在磁隙範圍內，亦即確保音圈振動在線性範圍內，以避免磁隙中的磁場分佈不均勻造成低頻失真，但其電感值較大，高頻走勢較差。

磁鐵設計方面主要分為內磁式磁鐵設計和外磁式磁鐵設計。外磁式磁鐵結構的特徵在於磁鐵係位於音圈外部，請參照圖1a及圖1b。外磁式磁鐵結構比較不受尺寸的限制，當磁力不足時，華司13、23和磁鐵12、22的尺寸可以隨意做調整。另外，一般的低音單體會採用外磁式設計。內磁式磁鐵結構的特徵在於磁鐵係位於音圈內部，請參照圖1c，其繪示一習知內磁式喇叭單體之驅動結構之剖面示意圖，其包含一音圈31、一磁鐵32、一華司33及一導磁板34，其中磁鐵32係位於音圈31內部。內磁式磁鐵設計的好處在於體積較小，成本較低，但其尺寸受限制，一般應用於長音圈設計。

另外，喇叭單體的失真因素主要在於音圈的非線性位移。以下為音圈非線性位移的分析：

1.磁力因數 Bl( x)，請參照圖2a，其繪示一習知喇叭單體的磁力因數對音圈的位移的分布圖。如圖2a所示，磁力因數在位移x=0時有一峰值。

2.磁力 F= Bl( x) i激勵了機械系統，取決於音圈的位移 x，磁力在電動換能器電氣這一邊產生了一個音圈電流和位移 x的非線性相互作用電壓（電動勢EMF），亦即， u _EMF = Bl( x) v，其中 u _EMF 為感應電動勢， v為音圈的位移速度。

3.音圈的峰值位移 Xmax10%是一個評估換能器的機械性能的很重要的參數，該機械性能限制低頻段時候的聲音重放，且該參數係根據IEC standard 62458被定義為音圈的峰值位移。在音圈產生該峰值位移時，其總諧波失真或者調製失真的最大值達到定義的門限值d = 10 %。請參照圖2b，其繪示由一習知喇叭單體的磁力因數對音圈的位移的分布圖獲得一峰值位移 X _Bl 的示意圖。如圖2b所示，在磁力因數降低到了靜止位置時的82% 時，峰值位移為 X _Bl 。

4. 喇叭單體的聽感上的失真的主要來源為奇次諧波失真，尤其在於三次諧波失真，其可表示為

，其中，d _h3代表三次諧波失真，Y(nf)代表n次諧波的大小，n=1至k。

另外，設在喇叭單體的驅動結構上的音盆支架也會影響喇叭單體的聲音表現。請參照圖3，繪示一習知短音圈、外磁式的喇叭單體之剖面示意圖。如圖3所示，該喇叭單體包含一音圈41、一磁鐵42、一華司43、一導磁柱44、一音盆支架45、一鋁紙筒46及一定芯支片47，其中音盆支架45係貼附在華司43的上表面。然而，該喇叭單體有以下的缺點：

1.音盆支架45與華司43的黏貼面積太小，會影響黏貼的穩定度及缺少定位方式和空間。

2.受音盆支架45與華司43的小面積黏貼方式的影響，定芯支片47的長度會不足而無法有效抑制音圈41的左右搖擺以及提供音圈41上下振動時所需的機械線性順暢度，易造成異音;相對地，若增加華司43的上表面面積以增加定芯支片47的長度，則磁場便無法最佳化，會損失音壓。

3.音盆支架45的厚度會排擠磁鐵42及華司43的厚度，亦即，如果單體設計需求位移為d，則在要求一預定厚度的情況下：1)若音盆支架45設置在華司43上，則會排擠磁鐵42及華司43的厚度；2) 若音盆支架45設置在華司43的外部，則定芯支片47到華司43的距離需要加上振動量為d，一樣會排擠磁鐵42及華司43的厚度；3) 若將音盆支架45的厚度算在位移量d裡面，則會造成音圈41上下移動範圍內的磁場不均勻，產生失真。4) 撇開單體預定厚度的要求，音圈總成(包含音圈41及音圈骨架(Bobbin))的長度會因為音盆支架45厚度的關係而變得比較長，意即震動部件的轉動慣量會增加，從而降低擺動模態(rocking mode)的共振頻率。然而，擺動模態的共振頻率的降低是不樂見的，因為擺動模態的共振頻率降低後會靠近起振頻率 f ₀，而由於起振頻率點附近的振幅比較大，擺動模態就很可能會被觸發而使單體產生異音。

由以上的分析可知，優化 Bl( x)曲線是降低喇叭單體聲音失真的重要因素，而音盆支架的設置方式亦會對聲音失真造成影響。因此，如何以一簡潔的單體結構優化 Bl( x)曲線乃本領域的重要課題。

為解決上述問題，本領域亟需一種新穎的喇叭單體結構。

本新型之一目的在於提供一種揚聲器單體，其可通過一楔形華司墊片優化磁力因數對音圈位移的分布。

本新型之另一目的在於提供一種揚聲器單體，其可通過設有多個支撐定位點的楔形華司墊片方便音盆支架與驅動結構的連接。

本新型之又一目的在於提供一種揚聲器單體，其可通過設有多個支撐定位點的楔形華司墊片大幅降低單體的整體高度，以有效降低揚聲器發生擺動模態的機率。

為達到前述的目的，一種揚聲器單體乃被提出，其具有一音圈、一磁鐵、一華司墊片及一導磁柱，其中，該導磁柱係位於該音圈內部，該磁鐵係位於該音圈外部，所述華司墊片係貼附於該磁鐵之上表面，該音圈在該導磁柱的軸向上的長度小於所述華司墊片在該導磁柱的軸向上的長度，且其特徵在於：

所述華司墊片具有一上環面、一外側環面、一底環面及一內側環面，其中，該上環面由所述華司墊片之內側至外側設有兩兩相鄰接之一第一平台環面、一第一傾斜環面、一第一垂直環面及一第二平台環面，且該外側環面設有一第二傾斜環面。

在一實施例中，該內側環面由所述華司墊片之下方至上方設有兩兩相鄰接之一導角環面及一第五垂直環面。

在一實施例中，該上環面進一步在該第二平台環面之外側連續設有一第二垂直環面及一第三平台環面，以及該外側環面由所述華司墊片之上方至下方設有兩兩相鄰接之一第三垂直環面、一第四平台環面、一第四垂直環面及所述的第二傾斜環面。

在一實施例中，所述之揚聲器單體進一步具有與所述華司墊片連接之一音盆支架。

為達到前述的目的，本新型進一步提出一種音箱裝置，其具有至少一揚聲器單體及用以驅動所述至少一揚聲器單體之一驅動電路，各所述揚聲器單體均具有一音圈、一磁鐵、一華司墊片及一導磁柱，其中，該導磁柱係位於該音圈內部，該磁鐵係位於該音圈外部，所述華司墊片係貼附於該磁鐵之上表面，該音圈在該導磁柱的軸向上的長度小於所述華司墊片在該導磁柱的軸向上的長度，且其特徵在於：

所述華司墊片均具有一上環面、一外側環面、一底環面及一內側環面，其中，該上環面由所述華司墊片之內側至外側設有兩兩相鄰接之一第一平台環面、一第一傾斜環面、一第一垂直環面及一第二平台環面，且該外側環面設有一第二傾斜環面。

在一實施例中，該內側環面由所述華司墊片之下方至上方設有兩兩相鄰接之一導角環面及一第五垂直環面。

在一實施例中，該上環面進一步在該第二平台環面之外側連續設有一第二垂直環面及一第三平台環面，以及該外側環面由所述華司墊片之上方至下方設有兩兩相鄰接之一第三垂直環面、一第四平台環面、一第四垂直環面及所述的第二傾斜環面。

在一實施例中，所述揚聲器單體進一步具有與所述華司墊片連接之一音盆支架。

為使  貴審查委員能進一步瞭解本新型之結構、特徵、目的、極其優點，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如後。

本創作揚聲器單體的原理在於藉由設計華司的形狀以優化 Bl( x)曲線並同時提供音盆支架的結合、定位點，從而實現以一簡潔的單體結構優化揚聲器單體的 Bl( x)曲線的目標。此外，本創作的揚聲器單體還須能夠達到全音域、低失真及效率佳的效果。為了達到低失真的效果，本創作採用短音圈設計，讓音圈振動能在線性範圍內。為了達到全音域的效果，本創作將起振頻率設在約100Hz。另外，由於短音圈設計會產生較大的電感值，導致高頻走勢較差，為了改善高頻響應，本創作乃在磁間隙內加上銅環來降低電感值。另外，由於磁間隙內加上銅環會造成磁間隙加大而使磁力BL降低，因此，本創作乃採用外磁式設計以透過外環的磁鐵增加磁力。

亦即，本創作的揚聲器單體係在有限厚度的條件下，採用外磁式、短音圈並增加銅環的結構，然後將華司墊片的外觀形狀進行設計以優化揚聲器單體的 Bl( x)曲線。依照模擬軟體的優化模擬結果，本創作揚聲器單體的華司墊片的外觀大致呈一楔形。請參照圖4，其繪示本創作揚聲器單體之一實施例的驅動結構之剖面示意圖。如圖4所示，一驅動結構100包括一音圈110、一磁鐵120、一華司墊片130及一導磁柱140，其中，導磁柱140係位於音圈110內部，磁鐵120係位於音圈110外部，華司墊片130係貼附於磁鐵120之上表面，音圈110在導磁柱140的軸向上的長度小於華司墊片130在導磁柱140的軸向上的長度。

華司墊片130具有一上環面、一外側環面、一底環面133及一內側環面，其中，該上環面由華司墊片130之內側至外側設有兩兩相鄰接之一第一平台環面131a、一第一傾斜環面131b、一第一垂直環面131c、一第二平台環面131d、一第二垂直環面131e及一第三平台環面131f；該外側環面由華司墊片130之上方至下方設有兩兩相鄰接之一第三垂直環面132a、一第四平台環面132b、一第四垂直環面132c及一第二傾斜環面132d；以及該內側環面由華司墊片130之下方至上方設有兩兩相鄰接之一導角環面134a及一第五垂直環面134b。

依此設計，本創作之揚聲器單體之驅動結構即可獲得優化的磁力因數對音圈位移的分布。請參照圖5，其繪示本創作之揚聲器單體之驅動結構之一實施例和一習知揚聲器單體之驅動結構間之磁力因數對音圈的位移的分布比較圖，其中，本創作該實施例之揚聲器單體的口徑約為 50公厘，而音圈總長約為4.5公尺。如圖5所示，本創作之揚聲器單體的磁力因數對音圈位移的分布具有一平坦的高原區，且其磁間隙平均磁場強度比習知揚聲器單體的磁間隙平均磁場強度提升約 7%且更為均勻，故可提供全音域、低失真及效率佳的效果。

另外，依圖4之驅動結構之設計，環繞在音圈110外圍之華司墊片130的結構除了可優化磁力因數對音圈位移的分布外，還可提供定位點以方便驅動結構與音盆支架之連接。請一併參照圖6a及圖6b，其分別繪示本創作之揚聲器單體之一實施例之一分解圖及一組合圖。如圖6a及圖6b所示，本創作之揚聲器單體可因華司墊片130的附支撐定位點的楔形結構方便一音盆支架200與驅動結構100的連接而大幅降低單體的高度，從而減少鋁紙筒的高度以有效降低揚聲器發生擺動模態的機率。

依上述的說明，本創作進一步提出一種音箱裝置。請參照圖7，其繪示本創作之音箱裝置之一實施例的方塊圖。如圖7所示，一音箱裝置300具有至少一揚聲器單體310及用以驅動所述至少一揚聲器單體310之一驅動電路320，其中，揚聲器單體310係由圖4至圖6b所示之揚聲器單體實現。

由上述的說明可知本實用新型具有以下的優點：

1.本實用新型的揚聲器單體可通過一楔形華司墊片優化磁力因數對音圈位移的分布。

2.本實用新型的揚聲器單體可通過設有多個支撐定位點的楔形華司墊片方便音盆支架與驅動結構的連接。

3.本實用新型的揚聲器單體可通過設有多個支撐定位點的楔形華司墊片大幅降低單體的整體高度，以有效降低揚聲器發生擺動模態的機率。

必須加以強調的是，前述本案所揭示者乃為較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。

綜上所陳，本案無論目的、手段與功效，皆顯示其迥異於習知技術，且其首先創作合於實用，確實符合新型之專利要件，懇請  貴審查委員明察，並早日賜予專利俾嘉惠社會，是為至禱。

11、21、31、41:音圈 12、22、32、42:磁鐵 13、23、33、43:華司 14、24、44:導磁柱 34:導磁板 45:音盆支架 46:鋁紙筒 47:定芯支片 100:驅動結構 110:音圈 120:磁鐵 130:華司墊片 131a:第一平台環面 131b:第一傾斜環面 131c:第一垂直環面 131d:第二平台環面 131e:第二垂直環面 131f:第三平台環面 132a:第三垂直環面 132b:第四平台環面 132c:第四垂直環面 132d:第二傾斜環面 133:底環面 134a:導角環面 134b:第五垂直環面 140:導磁柱 200:音盆支架 300:音箱裝置 310:揚聲器單體 320:驅動電路

圖1a繪示一習知長音圈喇叭單體之驅動結構之剖面示意圖。 圖1b 繪示一習知短音圈喇叭單體之驅動結構之剖面示意圖。 圖1c繪示一習知內磁式喇叭單體之驅動結構之剖面示意圖。 圖2a繪示一習知喇叭單體的磁力因數對音圈的位移的分布圖。 圖2b繪示由一習知喇叭單體的磁力因數對音圈的位移的分布圖獲得一峰值位移的示意圖。 圖3繪示一習知短音圈、外磁式的喇叭單體之剖面示意圖。 圖4繪示本創作揚聲器單體之一實施例的驅動結構之剖面示意圖。 圖5繪示本創作之揚聲器單體之驅動結構之一實施例和一習知揚聲器單體之驅動結構間之磁力因數對音圈的位移的分布比較圖。 圖6a繪示本創作之揚聲器單體之一實施例之一分解圖。 圖6b繪示本創作之揚聲器單體之一實施例之一組合圖。 圖7繪示本創作之音箱裝置之一實施例的方塊圖。

100:驅動結構

110:音圈

120:磁鐵

130:華司墊片

131a:第一平台環面

131b:第一傾斜環面

131c:第一垂直環面

131d:第二平台環面

131e:第二垂直環面

131f:第三平台環面

132a:第三垂直環面

132b:第四平台環面

132c:第四垂直環面

132d:第二傾斜環面

133:底環面

134a:導角環面

134b:第五垂直環面

140:導磁柱

Claims (8)

1. 一種揚聲器單體，其具有一音圈、一磁鐵、一華司墊片及一導磁柱，其中，該導磁柱係位於該音圈內部，該磁鐵係位於該音圈外部，所述華司墊片係貼附於該磁鐵之上表面，該音圈在該導磁柱的軸向上的長度小於各所述華司墊片在該導磁柱的軸向上的長度，且其特徵在於： 所述華司墊片具有一上環面、一外側環面、一底環面及一內側環面，其中，該上環面由所述華司墊片之內側至外側設有兩兩相鄰接之一第一平台環面、一第一傾斜環面、一第一垂直環面及一第二平台環面，且該外側環面設有一第二傾斜環面。
2. 如申請專利範圍第1項所述之揚聲器單體，其中，該內側環面由所述華司墊片之下方至上方設有兩兩相鄰接之一導角環面及一第五垂直環面。
3. 如申請專利範圍第2項所述之揚聲器單體，其中，該上環面進一步在該第二平台環面之外側連續設有一第二垂直環面及一第三平台環面，以及該外側環面由所述華司墊片之上方至下方設有兩兩相鄰接之一第三垂直環面、一第四平台環面、一第四垂直環面及所述的第二傾斜環面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之揚聲器單體，其進一步具有與所述華司墊片連接之一音盆支架。
5. 一種音箱裝置，其具有至少一揚聲器單體及用以驅動所述至少一揚聲器單體之一驅動電路，各所述揚聲器單體均具有一音圈、一磁鐵、一華司墊片及一導磁柱，其中，該導磁柱係位於該音圈內部，該磁鐵係位於該音圈外部，所述華司墊片係貼附於該磁鐵之上表面，該音圈在該導磁柱的軸向上的長度小於所述華司墊片在該導磁柱的軸向上的長度，且其特徵在於： 所述華司墊片具有一上環面、一外側環面、一底環面及一內側環面，其中，該上環面由所述華司墊片之內側至外側設有兩兩相鄰接之一第一平台環面、一第一傾斜環面、一第一垂直環面及一第二平台環面，且該外側環面設有一第二傾斜環面。
6. 如申請專利範圍第5項所述之音箱裝置，其中，該內側環面由所述華司墊片之下方至上方設有兩兩相鄰接之一導角環面及一第五垂直環面。
7. 如申請專利範圍第6項所述之音箱裝置，其中，該上環面進一步在該第二平台環面之外側連續設有一第二垂直環面及一第三平台環面，以及該外側環面由所述華司墊片之上方至下方設有兩兩相鄰接之一第三垂直環面、一第四平台環面、一第四垂直環面及所述的第二傾斜環面。
8. 如申請專利範圍第5項所述之音箱裝置，其中，所述揚聲器單體進一步具有與所述華司墊片連接之一音盆支架。

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