全音頻揚聲器的製作方法

2023-07-03 23:37:41 1

專利名稱：全音頻揚聲器的製作方法
技術領域：
本發明屬於揚聲器領域，具體涉及的是一種全音頻揚聲器。
目前的揚聲器技術中，有傳統揚聲器和平面揚聲器兩大分支。傳統揚聲器的設計是使振膜作為一個剛性的整體進行活塞式運動，其典型結構如

圖1所示，其原理如下使電動式揚聲器的振膜發生振動的力，為磁場對載流導體的作用力，其大小由公式F=Bli決定，式中B為磁隙中的磁感應密度，i為流經音圈的電流，l為音圈導線的長度，F為磁場對音圈的作用力，音圈在磁場中的受力方向由左手定則決定，當流經音圈的電流強度和方向均隨時間不斷變化時，電動力F也隨著電流強度和方向的變化而變化，音圈就在空氣隙中來回振動，並帶動與之相聯結的紙盆產生活塞式振動，從而向周圍空氣輻射聲波。傳統揚聲器的缺點在於它需要多個揚聲器單元、一個笨重的木箱和一套複雜的分頻系統，指向性隨頻率上升而不斷尖銳；聲場中存在許多由於幹涉引起的抵消或迭加，室內聲場很不均勻；且因振幅大而存在非線性失真；由於是點聲源，聲壓級是距離平方的函數，衰減太快。
平面揚聲器於1997年問世，是八十年來對傳統揚聲器活塞式振動工作原理的首次重大革命，其典型結構如圖2所示，主要由框架1、音板2和高頻驅動器3組成，高頻驅動器3頂部的耦合片粘結在音板2上，底部凌空。平面揚聲器的振動發聲方式和弦樂器一樣，都是分布模式振動，其基本工作原理如下平面揚聲器技術完全放棄了活塞運動，用一塊整個表面幾乎是隨機振動的剛性平板來取而代之，在其受到激勵以後，音板上每一個面積元都能作相互獨立的無規振動，可以將整塊音板視為一個由微型揚聲器組成的列陣，每個微型揚聲器單元都參與振幅極微小的彎曲振動，輻射各不相關的聲信號，最後合成在一起，宏觀上形成一個完整的聲學輸出。聲波產生互相干涉的前提條件是兩列聲波的頻率相等且相位差恆定，由於在平面揚聲器中，各點所作的是相位與振幅各不相同的隨機振動，就徹底破壞了聲波的幹涉條件，故無論音板面積多大，其面上各點發出的聲波不會因相互幹涉而抵消，高頻上限都做到很高，揚聲器的指向特性也不再受到振膜的尺寸限制。平面揚聲器技術的主要特點如下(1)其高音特性與指向特性不受振膜尺寸限制，不需要高音單元，也不要分頻器；(2)正反面輻射互不相干的聲波，不需要箱體，消除了箱振與木板染色，產品可做得既薄又輕；(3)聲壓隨距離的變化接近於線性關係，與聲壓與距離的關係遵循「平方反比定律」的傳統揚聲器相比，其聲能可以傳播得更遠；(4)中頻段只有微米級的振幅，激勵器線圈的位移極小，決不會出現因線圈跑出氣隙勻強磁場區或彈性元件超出其線性彈性範圍而造成失真的現象；(5)其聲音在房間內的分布非常均勻；(6)音質好，空間深度和瞬態響應好，與普通揚聲器互換性好等等。可見，平面揚聲器消除了傳統揚聲器的缺點，但由於板振動的低階簡正模式太少而難以發出低音，低頻下限偏高，目前平面揚聲器的國際水平只能把低頻下限做到70赫茲左右，由此造成應用上的局限性。
本發明的目的主要在於針對現有平面揚聲器存在的低頻下限偏高的缺點，提供一種低音和高音效果均好的全音頻揚聲器。
本發明的目的是這樣實現的本發明包括框架、音板和高頻驅動器，所述框架和音板之間由用順性材料製成的柔性懸掛裝置聯接起來，三者共同形成密封箱體，高頻驅動器頂部的耦合片粘結在音板上，底部凌空，在箱體內還設有低頻驅動器，低頻驅動器的底部直接固定在框架上，頂部的耦合片粘結在音板上。本發明的原理如下電信號進入本發明的全音頻揚聲器後分為兩路，一路直接進入低頻驅動器，另一路可串接一個高通濾波器後接到高頻驅動器上，低頻時，整個揚聲器處於順性控制區，由於柔性懸掛裝置的高順性，在低頻驅動器的推動下音板作活塞運動，情況和傳統揚聲器相似，低頻下限可以做到20赫茲左右，為了限制活塞振動的頻率範圍，應該使耦合片驅動位置避開音板對稱模式一次分割振動的節線位置。當頻率升高後，整個揚聲器逐漸進入質量控制區，由于振動系統等效總質量較大，使得從低頻高端例如150Hz左右開始，音板就無法繼續維持活塞運動，而會產生較多的分割振動，並由此進入多模態分布振動。在更高頻率時，高頻驅動器在音板中激發的彎曲波就佔據主導地位，此時揚聲器的工作狀態就與平面揚聲器基本相同。
本發明的技術效果在於本發明的全音頻揚聲器是採用混合振動的方式工作的，它把活塞輻射與分布振動輻射相結合，並可自動切換，在低頻時以活塞運動為主，以類似於傳統揚聲器的方式工作，中高頻時則以分布振動為主，以類似於平面揚聲器的方式工作，本發明的全音頻揚聲器可將低頻下限頻率降低至20赫茲左右，完全改變了平面揚聲器無法發出低頻的缺點，而且提高了靈敏度，改善了頻響均勻性，真正可以用於全音頻重放，並達到高保真揚聲器系統的聲學要求，其應用領域比傳統揚聲器和平面揚聲器都更為寬廣。
以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
圖1是傳統揚聲器的典型結構示意圖。
圖2是現有平面揚聲器的典型結構示意圖。
圖3是本發明實施例一的結構示意圖。
圖4是本發明實施例二的結構示意圖。
圖5是本發明實施例三的結構示意圖。
圖6是本發明中一種低頻驅動器的結構示意圖。
圖7是發明中另一種低頻驅動器的結構示意圖。
如圖3所示，實施例一的全音頻揚聲器包括框架8、音板5、高頻驅動器6和低頻驅動器7，音板5為一整塊，它和框架8之間由柔性懸掛裝置4粘結起來，三者共同形成密封箱體，以防止低頻時的聲短路，柔性懸掛裝置4用橡膠此高順性材料製作，高頻驅動器6和低頻驅動器7位於此密封箱體內，高頻驅動器6頂部的耦合片粘結在音板5上，底部凌空，低頻驅動器7的底部直接粘結在框架上8，頂部的耦合片粘結在音板5上。
本發明中的音板可以由在幾何形狀上互相吻合的兩塊音板構成，兩塊音板間留有空隙，並由順性材料聯接成一個整體，兩塊音板中一塊為低音音板，一塊為高音音板，實施二即屬於這種情況。如圖4所示，實施例二與實施例一的不同之處在於其音板是由在幾何形狀上互相吻合的內、外兩塊音板構成，兩塊音板間留有空隙，並由高順性材料橡膠9粘接成一個整體，其中內音板為低音音板52，低頻驅動器7頂部的耦合片粘結在低音音板52上，底部粘結在框架上8，外音板為高音音板51，高頻驅動器6頂部的耦合片粘結在高音音板51上，底部凌空。雖然從理論上講，內外兩塊音板都可以用作高音音板或低音音板，但實際上，把內音板用作低音音板，外音板用作高音音板，會大幅度降低工藝實施難度。
如圖5所示，實施例三與實施例一的不同之處在於其音板是由兩塊獨立的音板構成，一塊為低音音板52，一塊為高音音板51，低音音板52與框架8用橡膠製作的柔性懸掛裝置4粘結在一起，而高音音板51與框架8用海綿膠製作的柔性懸掛裝置4粘結在一起。
本發明中，順性材料有高順性材料如橡膠，有一般順性材料如海綿膠，在一般情況下低音音板的聯結採用高順性材料，而高音音板可以採用一般順性材料聯結。
本發明中，低頻驅動器可以有一個、兩個或多個，高頻驅動器也可以有一個、兩個或多個。低頻驅動器與音板之間的耦合點選擇原則是要使耦合點處于波腹密集區，並使各耦合點相對於音板中心對稱分布，以利於低頻區產生均勻的活塞運動。高頻換能器與音板之間耦合點的選擇原則是要使耦合點處于波節密集區，各耦合點相對於音板中心的偏離度在10％到35％之間，具體隨音板的材料種類、形狀及尺寸而異。
本發明中的低頻或高頻驅動器，可以是壓電驅動器、電磁驅動器、電動驅動器、磁致伸縮驅動器，等等，其中最好採用電動驅動器。由於現有的平面揚聲器採用的均是高頻驅動器，現介紹兩種電動低頻驅動器如下一種是本公司已申請專利的外磁式低頻大功率驅動器，如圖6所示，它包括磁路組件、音圈11、彈性片10和耦合片12，前述磁路組件由磁鐵14、場芯柱15和導磁片13組成，三者共同構成磁迴路，場芯柱15由芯柱和端面構成，其芯柱伸入環形的磁鐵14和導磁片13的環內，磁鐵14位於場芯柱15的端面和導磁片13之間，並與兩者粘接在一起。在場芯柱15的芯柱和導磁片13之間形成磁路氣隙，音圈11粘接在耦合片12上並伸入磁路氣隙中。彈性片10由彈簧鋼製成，其內圈粘接在導磁片13上，外圈用螺栓緊固件固定在耦合片12上，這樣磁路組件通過彈性片10與耦合片12彈性連接。當音頻電流流過音圈11時，磁路組件與音圈11之間可以進行左右相對運動，這種運動通過耦合片12激勵與之相粘合的音板而發聲。
另一種是本公司已申請專利的雙氣隙驅動器，如圖7所示，它包括磁路組件、音圈22、彈性片18和耦合片19。磁路組件由磁鐵21、導磁套16和導磁板17組成，三者構成磁迴路，導磁套16的一端粘接在耦合片19上，環形的磁鐵21和導磁板17位於導磁套16內，磁鐵21位於兩塊導磁板17之間並與它們粘接在一起。彈性片18由彈簧鋼製成，設有兩塊，分別位於兩塊導磁板17的外側，並在上下端與導磁套16粘接在一起。磁鐵21和導磁板17由位於環內的絕緣內芯20支撐，絕緣內芯20的兩端面與兩彈性片18粘接在一起，這樣由磁鐵21和導磁板17組成的組件通過彈性片18與導磁套16形成彈性耦合。音圈22位於導磁套16內，粘接在絕緣支撐件上，音圈22上串聯有兩段繞線部分，它們處於導磁套16和兩塊導磁板17形成的磁路雙氣隙中。當音圈22中通過音頻電流時，磁路組件與音圈22之間可以進行相對運動，這種運動通過耦合片19激勵與之相粘合的音板而發聲。
權利要求
1．一種全音頻揚聲器，包括框架、音板和高頻驅動器，高頻驅動器頂部的耦合片粘結在音板上，底部凌空，其特徵在於所述框架和音板之間由用順性材料製成的柔性懸掛裝置聯接起來，三者共同形成密封箱體，在箱體內還設有低頻驅動器，低頻驅動器的底部直接固定在框架上，頂部的耦合片粘結在音板上。
2．根據權利要求1所述的全音頻揚聲器，其特徵在於所述音板為一整塊。
3．根據權利要求1所述的全音頻揚聲器，其特徵在於所述音板由在幾何形狀上互相吻合的兩塊音板構成，兩塊音板間留有空隙，並由順性材料聯接成一個整體，兩塊音板中一塊為低音音板，一塊為高音音板。
4．根據權利要求3所述的全音頻揚聲器，其特徵在於所述音板由內、外兩塊音板構成，內音板為低音音板，外音板為高音音板。
5．根據權利要求1所述的全音頻揚聲器，其特徵在於所述音板由兩塊獨立的音板構成，一塊為低音音板，一塊為高音音板，兩塊音板分別與框架用順性材料製成的柔性懸掛裝置聯接起來。
6．根據權利要求1所述的全音頻揚聲器，其特徵在於所述低頻驅動器為一個、兩個或多個；高頻驅動器為一個、兩個或多個。
7．根據權利要求6所述的全音頻揚聲器，其特徵在於所述低頻驅動器與音板之間的耦合點處于波腹密集區，各耦合點相對於音板中心呈對稱分布；高頻換能器與音板之間的耦合點處于波節密集區，各耦合點相對於音板中心的偏離度在10％至35％之間。
8．根據權利要求1所述的全音頻揚聲器，其特徵在於所述驅動器選自壓電驅動器、電磁驅動器、電動驅動器、磁致伸縮驅動器。
9．根據權利要求8所述的全音頻揚聲器，其特徵在於所述驅動器最好為電動驅動器。
全文摘要
本發明為一種全音頻揚聲器,包括框架、音板、高頻驅動器和低頻驅動器,框架和音板之間由用順性材料製作的柔性懸掛裝置聯接起來,三者共同形成密封箱體,高頻驅動器頂部的耦合片粘結在音板上,底部凌空,低頻驅動器的底部直接固定在框架上,頂部的耦合片粘結在音板上。本發明的全音頻揚聲器可將低頻下限頻率降低至20赫茲左右,完全改變了平面揚聲器無法發出低頻的缺點,而且提高了靈敏度,改善了頻響均勻性,真正可以用於全音頻重放,並達到高保真揚聲器系統的聲學要求。
文檔編號H04R5/02GK1301128SQ01102728
公開日2001年6月27日 申請日期2001年1月5日 優先權日2001年1月5日
發明者董校庭 申請人:深圳東原電子有限公司