嵌套式複合揚聲器驅動單元的製作方法

2023-06-27 06:57:11 4

專利名稱：嵌套式複合揚聲器驅動單元的製作方法
技術領域：
本發明涉及揚聲器。更具體地，本發明涉及一種新型的驅動單元。根據一個優選 實施方式，該驅動單元可以是嵌套式的複合驅動單元，其特別適於中頻和高頻的聲音重現 應用。
背景技術：
傳統地，複合揚聲器包括至少兩個驅動單元，所述驅動單元提供適合的低頻和高 頻頻帶的再現。傳統地，低頻和高頻驅動單元一直是分開的實體，但是當追求高的保真度而 不存在響應誤差和方向性誤差時，驅動單元略微同心地定位。因此，改進的複合揚聲器驅動 單元一般是與高頻驅動單元集成在一起的頻率/中頻單元，其中每個高頻驅動單元都單獨 地附接在系統的低頻聲音線圈的前面或附近。在文獻US5548657 (Fincham)中可以找到後 者的示例，其中高頻驅動器已經嵌套在低頻聲音線圈內，並且從所述線圈隔開足夠的間隙 以允許所述聲音線圈的無接觸軸向運動。其他的現有技術複合或同軸驅動單元的示例能夠在下列文獻中找到US6493452US5604815US6356640US6745867現有技術的設計一般經受高頻隔膜與其附近的邊界聲學表面(主要是包括其周 圍部分的低頻錐體(low frequency cone))之間的聲學不匹配。如果高頻隔膜從低頻錐體 頸部向前升高(文獻US6493452和US6356640)，則高頻隔膜的一部分輻射朝低頻錐體向後 指引，並從該錐體進一步向前反射回來，結果與來自高頻隔膜的直接輻射相干涉。這將由於 使梳型濾波器效應(comb-filter effect)進入系統的聲學頻率響應而降低高頻隔膜的高 頻輻射特性。參照文獻US5548657中描述的申請，另一種類型的聲學不匹配出現在錐體21和高 頻隔膜27之間，其中在錐體和高頻驅動器環形擋板44之間留有圓形間隙以允許低頻錐體 的軸向移動。該間隙對高頻隔膜形成聲學耦合不匹配，並且由於其圓形形狀和所述隔膜前 面的輻射波的放射特性，在系統的正向輻射軸線上通常出現顯著的衍射。取決於使用的驅 動器的幾何形狀，這種衍射的頻率範圍通常在2kHz至20kHz之間。同樣的現象還使外部柔 性包圍件22產生聲學不匹配，導致以與聲學線圈頸部相同的方式但以不同的頻率發生光 學衍射(radial diffraction)。在文獻US6745867中已經試圖通過使包圍件的幾何形狀平 滑來避免此問題。一般而言，已知的為了提供複合揚聲器的嘗試具有複雜的機械結構和由隔膜的幾 何形狀不連續造成的衍射問題。該衍射問題通常導致頻率響應和方向性控制變差。

發明內容
本發明的目的是提供一種低頻/中頻驅動單元，該驅動單元可用在複合揚聲器 應用中並將克服至少一些上述缺點。因此，提出了一種新型的中頻範圍驅動器構造原理， 其提供了一種聲學耦合原理，該原理已經通過雙光學懸掛隔膜(dual radial suspension diaphragm)利用軸向移動的推拉線性化原理(push-pull linearization principle)而得 以實現，以減少所述中頻驅動器的諧波失真。另外，本發明的目的是提供一種原理，其中，高頻隔膜與空氣的聲學耦合儘可能地 連續，即所述隔膜的緊鄰向前的邊界幾何形狀沒有突然的中斷，特別是會導致二次聲學輻 射並因此導致所述隔膜的直接輻射與所述二次輻射之間的聲學幹涉的光學屬性(radial nature)。這將使得系統的高頻驅動器的軸上和軸外頻率響應(on_axis and off-axis frequency response)提高。本發明基於一種新型的揚聲器驅動器，其包括基本剛性的底座和基本柔性的懸掛 元件，所述懸掛元件被基本剛性的主振動隔膜移動。更具體地，根據本發明的裝置的特徵在於獨立要求中所述的內容。利用本發明獲得了顯著的優點。與現有技術的設計相比，本發明提供了聲音輻射 方面衍射減少的產品，其導致更平順的頻率相應和更好的方向性控制。由於懸掛件的直線 性得以提高，所以本發明受益於聲學諧波失真減少。另外，由於本發明具有相當簡單的機械 構造，並且可以應用已有的部件和製造技術，從而能夠實現本發明的經濟性生產。


現在將參照附圖詳細描述本發明的一些實施方式，其中圖1示出了嵌套式同軸應用中具有連續的隔膜的驅動器橫截面圖；圖2示出了嵌套式同軸應用中具有分開的隔膜的驅動器橫截面圖；圖3示出了同軸複合驅動器組件的分解視圖；圖4示出了描繪軸線偏移與隔膜的懸掛件硬度之間的關係的曲線；圖5示出了安裝在40mm聲音線圈架(voice coil former)中的25mm嵌套式圓頂 形高音擴音器的頻率響應上Imm寬的內部徑向間隙的效果的示例。
具體實施例方式在本文中，術語「剛性」指的是被認為不隨著系統中的任何聲音線圈產生的所施機 電力而顯著振動的結構，並且術語「彈性」指的是由於系統中的任何聲音線圈產生的所施機 電力而彎曲、壓縮或膨脹的結構。另外，術語「向前方向」指的是聲波從揚聲器輻射的主要 方向，即隔膜移動接近假定的聲音接收器的方向。相反，術語「向後方向」指的是向前方向 的反向。相應地，術語「前」和「後」指的是揚聲器的位於所述向前方向或向後方向的方向 上的一側。術語「聲音線圈架」用來表示任何類型的能夠將聲音線圈與振動隔膜以機械方 式相連的結構，這意味著其也可以是所述兩個部件之間的直接結合。如圖1所示，根據本發明的一個實施方式，揚聲器由包括下列部件的剛性框架形 成外部剛性結構11和內部剛性結構8以及支撐結構(高頻驅動器)安裝適配器12，磁極 元件(magnetic pole piece) 19,磁路軛板(magnetic circuit yoke plate) 14 以及磁路背板(magnetic circuit back plate) 15，將在後面進一步討論這些部件。揚聲器結構的首先 提及的部分連接於或形成封殼的至少一部分。該部分還容納內部剛性結構8和聲音產生部 分(即振動部分)，這些部分位於外部剛性結構11和內部剛性結構8之間或位於內部剛性 結構8內。從此處開始，外部剛性結構11還將稱作組件底座11，並且內部剛性結構8還將 稱作高頻驅動器底座8。更詳細地，驅動器組件22具有嵌套式的複合結構，該複合結構構建在揚聲器組件 底座11上。換言之，揚聲器組件底座11容納中頻驅動器和高頻驅動器，其構建在中頻驅動 器聲音線圈架6內，如圖1和2所示。所示為橫截面圖，因此使用豎向點劃線來表示迴轉的 假想軸線。中頻驅動器聲音線圈架6的迴轉軸線不是必須與高頻驅動器聲音線圈20的軸 線相同(雖然這是最可能實際的實施情況)。高頻驅動器聲音線圈20就其本身而言是非常 小的，並且可以具有IOmm至55mm之間的適當的直徑。揚聲器組件底座11從其後部凸緣連接於磁路軛板14。磁路軛板14進一步固定 於磁路背板15。在這兩者之間，具有永磁體13，其提供進入到磁性空氣間隙23中的連續磁 場。根據一個實施方式，永磁體13是由鐵素體材料(例如，「鋇鐵氧體300」)製成的環，外 徑為134mm，高度為20mm。磁性空氣間隙23的通量密度優選為1. 4T( S卩，B = 1. 4Τ)，這是 由6mm和1. 35mm的寬度得到的。板14和15、中央磁極元件19以及永磁體13形成磁路結構，驅動器的聲音線圈關 於該磁路結構而移動。磁路中央磁極元件19還附接於(高頻)安裝適配器12，該適配器 12將組件底座11連接於高頻驅動器底座8。高頻驅動器底座8可用來承載高頻驅動器隔 膜7及其磁體以及高頻驅動器聲音線圈繞組20，如圖1所示。一般而言，高頻驅動器底座8 是隔膜組件21的安裝構件。高頻驅動器底座8可以適當地具有向前的開口角度，當沿其半 徑方向在聲音線圈20的移動軸線和底座8的切線之間分段測量時，所述角度在30至80度 之間。聲音線圈組件(包括聲音線圈繞組9和聲音線圈架6)通過電流引起的電磁力而起 作用，所述電磁力由永磁體13和聲音線圈繞組9提供，聲音線圈繞組9的適當的直徑可以 是在15mm至IlOmm之間。隔膜組件21從其外部接縫5附接到揚聲器組件底座11，並從其內部接縫10附接 到高頻驅動器底座8。另外，隔膜組件21具有附接於其表面的基本剛性的主振動隔膜4。該 附接一般通過將所述隔膜1至4膠結、熱碾壓、焊接或模製成一個整體部分而製成，其中主 振動隔膜4可以位於所述彈性隔膜1的前側或後側，或者可以完全模製在所述隔膜1內。彈 性隔膜1本身優選由彈性發泡橡膠，更具體地為EPDM-NR-SBR封閉殼橡膠製成，其適當的厚 度可以在0. Imm至6mm之間，優選為大約2mm，並且其硬度在肖氏20至50之間，直徑大約為 120mm。隔膜1和主振動隔膜4可以利用氯丁橡膠粘結劑結合起來。適當的是，在任何情況 下主振動隔膜4都具有實心的附接件，其適當的直徑可以在35mm至250mm之間，適當的厚 度可以在0. 05mm至5mm之間。更具體地，主振動隔膜4優選由0. 2mm厚的深拉鋁板製成， 其直徑為100mm。另外，主振動隔膜4可以具有向前的開口角度，當沿其半徑方向在聲音線 圈9的移動軸線和隔膜1的切線之間分段測量時，所述角度在30至80度之間。更具體地， 所述角度適當地為大約63度。已經為彈性隔膜1留下了主振動隔膜4與揚聲器組件底座11之間的間隙，以用作 柔性懸掛元件，從而允許主振動隔膜4的軸向移動。該間隙被稱為外部徑向部分2。該外部徑向部分2完全由彈性隔膜1覆蓋。已經為彈性隔膜1留下了主振動隔膜4與高頻驅動器 底座8之間的間隙，以用作柔性懸掛元件，從而允許主振動隔膜4的軸向移動。該間隙被稱 為內部徑向部分3。該內部徑向部分3完全由彈性隔膜1覆蓋。揚聲器組件底座11的柔性 隔膜接頭(即隔膜組件外部接縫5與組件底座11之間的截面)已經製成平滑且連續的，以便 最小化聲學衍射並改進高頻驅動器隔膜7的聲學耦合，特別是在同軸應用的情況下。一般來 說，適當的平滑(即連續的徑向輪廓)可以定義為隔膜1與底座11之間的軸向偏離小於跨過 接縫5測得的2mm，以及隔膜1與高頻底座8之間的軸向偏離小於跨過接縫18測得的2mm。主振動隔膜4連接於聲音線圈架6，聲音線圈架6在其另一端具有聲音線圈繞組 9。聲音線圈架6可以由0. Imm厚的滾軋鋁板製成，其具有51mm的直徑和30mm的長度。相 應地，聲音線圈繞組9可以由0. 3mm厚的包覆了銅的鋁線製成，其具有雙層的7mm繞組長 度。聲音線圈繞組9通過電流引起的電磁力與永磁體13—起工作。聲音線圈繞組9的軸 向移動通過聲音線圈架6傳遞到主振動隔膜4。由於主振動隔膜4通過聲音線圈架6連接 到聲音線圈繞組9並且由於隔膜組件21連接到高頻驅動器底座8，所以一般不需要傳統的 三腳架型軸向懸掛件。隨著主振動隔膜4軸向移動，該移動被傳遞到隔膜組件21。該軸向移動使得外部 徑向部分2和內部徑向部分3通過軸向和徑向變形而遵從所述移動。所述徑向部分的硬 度與隔膜組件21的軸向偏離之間的關係示出在圖4中。在正向和負向(即，向前和向後) 偏移過程中，所述變形的幾何形狀具有外部柔性徑向部分和內部柔性徑向部分之間的對稱 屬性。外部徑向部分2、主振動隔膜4以及外部徑向部分3的組合還可以表示為等同的彈 簧-剛性構件_彈簧結構，其中兩個彈簧均具有非線性硬度對偏移特性的曲線，並且這兩個 曲線關於偏移方面彼此非常對稱。該特性帶來隔膜組件21的軸向懸掛件的線性化組合硬 度。繼而，這導致與僅僅具有單個柔性徑向部分的情況相比，顯著降低了驅動單元的偶次諧 波聲學失真的產生。如圖2所示，主振動隔膜4可附接於隔膜組件21，使其形成外部徑向部分2與內部 徑向部分3之間的徑向部分。這樣，在主振動隔膜4的上方沒有覆蓋的柔性隔膜1，這正是 根據圖1所示的實施方式的情況。相反，從驅動器前面觀察時，隔膜組件21被分為三個不同 的同軸環，其中主振動隔膜4形成產生軸向移動的中間徑向部分。主振動隔膜4從其延伸 的附接凸緣附接到內部徑向部分3和外部徑向部分2。該附接一般通過膠結、熱碾壓、焊接 或模製而製成。內部徑向部分3以與參照圖1所描述的實施方式中相似的方式從其內部邊 緣10附接到高頻驅動器底座8，這也是外部徑向部分2與組件底座11的附接的情況。內部 徑向部分3與高頻驅動器底座8的附接件是關鍵的部分，因為該附接件應當形成儘可能平 滑的界面，以最小化聲學衍射並改進高頻驅動器隔膜7的聲學耦合，特別是在同軸應用的 情況下。這同樣也是上述隔膜組件外部接縫5與組件底座11之間的附接件的情況。如果 內部徑向部分3和高頻底座8之間將要具有間隙，將導致如圖5所示的頻率響應削弱。根 據本發明的構造，高頻頻帶一般在3kHz至20kHz之間，並且平均靈敏度為大約88dB/W/lm。 相應地，中頻頻帶一般在450Hz至3kHz之間，並且平均靈敏度為94dB/W/lm。如參照圖1描述的實施方式中那樣，主振動隔膜4進一步附接到相似的聲音線圈 繞組9。聲音線圈繞組9經由聲音線圈架6附接於主振動隔膜4的內部延伸附接凸緣。隨 著主振動隔膜4軸向移動，外部徑向部分2和內部徑向部分3通過如圖1所示的實施方式中那樣變形而發生屈服。所述變形遵從圖4所示的模式。圖3示出了圖1所示的實施方式的分解視圖和組裝圖，其特徵在於若干示例性的 基本細節。外部安裝環31具有安裝表面(圖1和圖2中的外部安裝表面17)，該安裝表面 向內傾斜並精密地製造成容納隔膜組件21的外部接縫5。此外，圖3示出了兩個從聲音線 圈繞組9伸出的聲音線圈柔性線32。功率放大器或這種裝置通過可能的被動交叉過濾器 (未示出)經由柔性線32連接於聲音線圈繞組9。替代性地，這些過濾器可以由主動電子 過濾器替代。在這種情況下，這些過濾器位於功率放大器之前，每個過濾器利用信號帶寬和 補充所述驅動器的可能的均衡來驅動其特定的聲音線圈9、20。上述實施方式僅僅代表一些有利的可選方案。實質上，存在其他可選的實施權利 要求中限定的本發明的方式。例如，主振動隔膜4也可粘著於外部徑向部分2和內部徑向 部分3，使得這些部分具有統一的結構，該結構具有剛性和柔性的分段屬性。這些屬性在理 論上能夠通過用統一的具有不同的橫截面厚度或密實性的材料製造隔膜而實現。
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權利要求
一種揚聲器驅動器(22)，包括 剛性的揚聲器框架(11，13，15，19，8)， 永磁體(13)，其附接於所述揚聲器框架(11，13，15，19，8)， 聲音線圈繞組(9)，其適於通過電磁力與所述永磁體(13)相互作用，所述聲音線圈繞組(9)適於傳遞軸向移動到隔膜組件(21)； 隔膜組件(21)，其前側形成用於聲音重現的主要方向，其後側用於連接到所述聲音線圈繞組(9)，所述隔膜組件(21)包括彈性外部(2)，所述彈性外部(2)的外緣(5)附接於所述揚聲器框架(11)的外部；其特徵在於 所述隔膜組件(21)包括附接在所述彈性外部(2)和彈性內部(3)之間的剛性主振動隔膜(4)，所述主振動隔膜(4)的內緣附接於所述揚聲器框架(8)的內部；並且 所述隔膜組件(21)的前側和所述內緣(10)具有基本連續的徑向輪廓，由此，所述隔膜組件(21)及其與所述揚聲器框架(8)的所述內部的耦合不引起突然的中斷。
2.如權利要求1所述的揚聲器驅動器(22)， 其特徵在於-所述主振動隔膜(4)附接到所述隔膜組件(21)上，使得當從所述驅動器的前側看時， 所述主振動隔膜(4)由所述彈性隔膜(1)覆蓋。
3.如權利要求1所述的揚聲器驅動器(22)， 其特徵在於-所述主振動隔膜(4)附接到所述隔膜組件(21)上，使得當從所述驅動器的前側看時， 所述主振動隔膜(4)是暴露的。
4.如前述權利要求所述的揚聲器驅動器(22)， 其特徵在於-所述驅動器(22)是嵌套式驅動器，其包括高頻隔膜(7)以及所述隔膜組件(21)。
5.如權利要求4所述的揚聲器驅動器(22)， 其特徵在於-所述高頻隔膜(7)容納在所述揚聲器框架(8)的所述內部剛性部分中。
6.如前述權利要求中任一項所述的揚聲器驅動器(22)， 其特徵在於_所述隔膜組件(21)具有基本恆定的向前擴口角度。
7.如前述權利要求中任一項所述的揚聲器驅動器(22)， 其特徵在於_所述隔膜組件(21)具有逐漸增大的向前擴口角度。
8.如權利要求6或7所述的揚聲器驅動器(22)， 其特徵在於-所述向前開口的擴口角度在30至80度之間。
9.如權利要求6所述的揚聲器驅動器(22)， 其特徵在於-所述揚聲器框架(8)的所述內部剛性部分與所述隔膜組件(21)共享向前的擴口角度。
10.如權利要求9所述的揚聲器驅動器(22)， 其特徵在於-所述揚聲器框架(8)的所述內部剛性部分具有向前的開口角度，當沿其半徑方向在 所述聲音線圈(20)的移動軸線和所述底座(8)的切線之間分段測量時，所述角度在30至 80度之間。
11.如前述權利要求中任一項所述的揚聲器驅動器(22)， 其特徵在於_所述隔膜組件(21)和所述組件底座(11)之間的軸向偏離小於跨過所述外緣(5)測 得的2mm。
12.如前述權利要求中任一項所述的揚聲器驅動器(22)， 其特徵在於-所述隔膜組件(21)和所述揚聲器框架(8)的所述內部剛性部分之間的軸向偏離小於 跨過所述接縫(18)測得的2mm。
13.如前述權利要求中任一項所述的揚聲器驅動器(10)， 其特徵在於-所述高頻隔膜(7)的聲音線圈(20)具有IOmm至55mm之間的直徑。
14.如前述權利要求中任一項所述的揚聲器驅動器(22)， 其特徵在於-所述聲音線圈繞組(9)具有15mm至IlOmm之間的直徑。
15.如前述權利要求中任一項所述的揚聲器驅動器(22)， 其特徵在於-所述主振動隔膜(4)具有35mm至250mm之間的直徑。
16.如權利要求14所述的揚聲器驅動器(22)， 其特徵在於-所述主振動隔膜⑷具有IOOmm的直徑。
全文摘要
一種揚聲器驅動器(22)，適於複合的應用場合，該驅動器(22)包括剛性的揚聲器框架(11，13，15，19，8)，永磁體(13)附接於該揚聲器框架(11，13，15，19，8)，聲音線圈繞組(9)適於通過電磁力與永磁體(13)相互作用。聲音線圈繞組(9)適於傳遞軸向移動到隔膜組件(21)。隔膜組件(21)包括彈性的外部(2)，外部(2)的外緣(5)附接於揚聲器框架(11)的外部。隔膜組件(21)包括附接在彈性的外部(2)和彈性的內部(3)之間的基本剛性的主振動隔膜(4)，其內緣(10)附接於所述揚聲器框架(8)的內部。所述聲音線圈繞組(9)通過所述聲音線圈架(6)固定於主振動隔膜(4)，聲音線圈架(6)適於移動所述隔膜組件(21)。
文檔編號H04R7/16GK101971644SQ200880127869
公開日2011年2月9日 申請日期2008年3月5日 優先權日2008年3月5日
發明者A·O·瓦拉 申請人:珍尼雷克公司