平膜片低頻揚聲器的製作方法

2023-04-24 13:44:21 1

專利名稱：平膜片低頻揚聲器的製作方法
平膜片低頻揚聲器本發明涉及一種揚聲器系統，其中的揚聲器膜片，特別是其外周區域具有確定的厚度，並且該膜片的機械靜止位置具有軸對稱懸架，該懸架由一個或最好兩個鏡像的相同部件形成，並且使至少50%的後聲波輻射通過磁體系統的內部實現；本發明還涉及作為收音機的揚聲器、電視機、無線電接收機、手持收音機、測試接收機、手機和耳機的揚聲器系統的應用等。從嚴格意義上看，揚聲器是將低頻電信號轉換為聲音的裝置。更普遍地，揚聲器有時被歸入到術語「聲換能器」或「喇叭」中。聲音通常指噪音、音調、音符或其他聲音類型， 因為它們被人或動物從聽覺上感知。自從揚聲器被應用在如電影院、電視機，特別是也在耳機或可攜式無線電子設備等生活的各個領域，喇叭呈現不同的大小和設計，尤其是非常不同的品質。對於揚聲器的大小，尤其是揚聲器膜片的大小，規則是產生越高的音調，尺寸越小，這與許多其他問題相關。在本領域現有的揚聲器也涉及到底架或驅動器，儘管這些術語僅描述揚聲器系統的某些元件，如所謂的盆架(basket)或膜片執行器(diaphragm actuator) 0許多本領域現有的揚聲器的基本原理是基於在至少一個膜片、膜片的懸架、磁體系統以及振蕩器線圈的相互作用下所產生的電能向聲波的轉換，例如W09847317中所描述的。這通常包括扁平漏鬥狀錐形同心膜片的應用，例如GB2335821A中所描述的。這些膜片，利用機械振蕩來產生聽覺上可感知的信號。在大多數情況下，這些元件充當活塞發射器；因此，膜片的整個表面將相等地和均勻地運動。在本領域現有技術中，認為這通常僅能在低頻被實現，其波長與膜片直徑有很大的關聯。揚聲器的主要設計是具有中央驅動的電動揚聲器，在這種類型中，膜片被電流和恆定磁場之間的相互作用所驅動。一個載流線圈位於磁體的恆定磁場中。眾所周知的電動揚聲器具有一個中心振蕩線圈，但也有被描述的具有遠程驅動的類型。動態揚聲器(dynamic loudspeaker)或者動態錐形揚聲器被設計成為，通過和震蕩線圈的機械連接，將薄漏鬥形膜片彈性且非直接地懸掛在膜片的外表面上。由於懸架不同的直徑、材料和形狀而具有多種的靈活性，取決於運動和行程的方向。在一些揚聲器底架中，具有拱頂形甚至平膜片而不是漏鬥形膜片，而其卻顯示了在本領域現有技術中的張力方面的相同屬性。對於所有這些膜片，目的是在振蕩線圈的區域內具有最大的材料強度並且在周圍邊緣具有最小的膜片厚度。傳統揚聲器底架的另一個特點是揚聲器膜片的後音發出，由此聲音典型地被發送到磁體系統的外部(如圖3和圖4中所例示)。當底架需要一個大振蕩線圈和/或大磁體時，這便有了特殊的問題。在這種情況下，在磁體系統中產生了有害的反射和折射。此外，防塵外殼發出的、朝向通過膜片和振蕩線圈支架中的窄磁極鐵心孔或通風孔的磁極鐵心的聲音不能得到最佳傳播。在較大的膜片偏斜的情況下這導致了非線性機械損耗和幹擾。對於小型揚聲器， 底架中的開口卻又非常短，以至於擋板的安裝幾乎將它們封閉(見附圖4)。在本領域現有技術，擋板開口在內部傾斜；由於產生了具有破裂邊緣的聲道，無法避免安裝造成的底架的頻率響應的顯著變形。根據本領域現有技術，傳統揚聲器底架的另一個實施如JP60091798中所描述的同軸揚聲器，其中額外具有放置在中低範圍膜片附近的高頻揚聲器。在傳統揚聲器中，振蕩線圈與膜片直徑相比是相對小的，這會導致與溫度相關的明顯動態壓縮。在本領域現有技術中描述的用於通過將磁體放置在振蕩線圈內以允許更大的線圈的嘗試卻導致了困難的流動條件，因此至今沒有對該問題的合適的解決方案。本發明的目的提供一種沒有具有本領域現有技術的缺陷的揚聲器系統，並且其顯示了特別好的性能參數。出乎預料的是，本發明的主要問題能夠通過使用包含至少一個膜片、它的懸架、磁體系統和振蕩線圈的揚聲器系統來解決，由此出現的膜片的懸架實質上以軸對稱的方式圍繞機械靜止位置，並且由一個或最好兩個鏡像的相同部件形成。該揚聲器系統包括至少一個膜片、它的懸架、磁體系統和振蕩線圈，其中a)該膜片的懸架具有圍繞在該膜片的機械靜止位置的軸對稱懸架，以及b)該膜片的外徑具有大於膜片直徑的10%的厚度，以及c)實現至少50%後方主要輻射通過磁體系統的內部。完全出乎預料的是，通過各種技術特徵的組合產生了功能上的相互作用，導致了一種沒有本領域現有技術的缺陷的揚聲器系統。術語「實質上」在本發明中的含義不是相對的，因此是不清楚的術語。如果膜片的懸架不完全對稱，本發明取得的效果也不會變的突然不可實現。完全對稱懸架的概念表示一種理論的可能，卻不能實際實現，因為即使一個與理想的理論上對稱的懸架有非常小角度差別的懸架仍會被考慮來解決本發明目的的問題。因此，詞語「實質上」表明了一個包含於按照該對稱懸架的發明的教導中的以同樣方式和同樣結果的實質上對稱的懸架。聲學領域的專家將認識到圍繞機械靜止位置且由一個或最好兩個鏡像的相同部件形成的軸對稱方式的軸對稱懸架對於膜片來說在本發明中的意義，並且他們將了解為了實現本發明的目的，他們將使切實可行、實質上對稱的懸架相對理論上完全對稱的形狀偏離到什麼程度。因此，首選的是提供一種包括單片對稱撓性膜片懸架(附圖2(5))或者至少包含兩個部分的鏡像撓性膜片懸架電動式揚聲器底架，(參見附圖1(4)，20))。提供了以軸對稱的方式圍繞機械靜止位置且由一個或者兩個鏡像的相同部件形成的軸對稱懸架(參見附圖幻。如果是完全對稱的，該彈性懸架是有利的。該詞語「完全對稱懸架」是被聲學揚聲器領域技術人員所熟知的，他們了解在他們的專業領域中完全對稱懸架如何理解。當固定在所描述的對稱懸架中的膜片在膜片的外徑(outer diameter)上具有與膜片中心區域至少相同的厚度時，作為本發明主題的揚聲器系統的操作能夠被意想不到的改進；據此在膜片的邊緣，即膜片外徑的厚度，大於膜片直徑的10%。這意味著例如當膜片的直徑值為IOCM時，在膜片外徑上膜片的厚度為大於IOL 譬如，在這種情況下，該膜片中心位置的厚度可以是半釐米。另外，僅有單膜片技術特徵的揚聲器系統在外徑上具備大於膜片直徑10%的厚度，預料不到地在聽覺感知信號重放期間具有優越的性能。完全預料不到的是，膜片的振蕩特性能通過作為本發明主題的這種形式的設計被改進。有利的是，區別於技術規範將膜片厚度增加(與本領域現有技術相比)，容許了以一個或兩個鏡像且實質上相同的部件的形成的對稱懸架。按照本發明具備那些在膜片的外徑上的膜片厚度以及懸架的技術特徵的組合導致了揚聲器系統特別的改進。非常厚的膜片，至少在其邊緣，有利於允許具有特別低振動的懸架，特別是對稱懸架(參見附圖1和2)。如果至少50%的後音輻射通過磁體系統的內部，則根據本發明的揚聲器系統或根據本發明的揚聲器將進一步得到改進。這是可能的，例如，如果相比於已知設備的先前尺寸，振蕩線圈相對於膜片直徑是很大的，使得該後音輻射能被傳送通過磁體系統的內部 (參見附圖1)。振蕩線圈的一個特性是電感。為提高電感，電導體，譬如具有一定匝數的電線線圈，被應用於線圈主體。由於單個匝之間的磁鏈以及單個匝的空間排列，線圈的電感增加，尤其與匝數的平方值相關。根據本發明，振蕩線圈是揚聲器的驅動單元。其由圍繞振蕩線圈支架的細線構成。 該振蕩線圈進入到其中具有磁場的永磁體或電磁體的間隙中。線圈支架與揚聲器的膜片單元連接。由電流產生的變換磁場將振蕩線圈連同膜片向前和向後移動，並且從而將電流振蕩變為空氣振蕩。至少50%後音輻射通過磁體設計的中心，使得以非常低的空氣壓縮來實現聲音發射。與膜片直徑相比非常大的振蕩線圈允許通過振蕩線圈加熱的方式來減小動態壓縮。由於該非常大的振蕩線圈，可由單個磁體片段組成的外部磁體系統被實施，例如環狀或圓形的磁體片的子片段或其它期望的形狀，或封閉環狀，用於確保後音發射能通過磁體設計的中心。如果振蕩線圈的直徑在尺寸上接近膜片的直徑，例如如果是相等的，則最大膜片厚度的區域處于振蕩線圈的區域中。根據本發明，由于振蕩線圈直徑至少為膜片直徑的 75%，該非常大的循環振蕩線圈最好能夠達到膜片的邊緣區域。在一個較好的實施例中，膜片和振蕩線圈具有相同的尺寸；然後作為本發明進一步較好的變形的情況，振蕩線圈的直徑大於膜片的直徑。在本發明進一步較好的實施例中，期望除了高頻揚聲器之外，較佳的以拱頂形高頻揚聲器(同軸揚聲器)為特徵，還包括膜片，較佳的是低頻揚聲器膜片。拱頂形高頻揚聲器是動態揚聲器，較佳的是頻率大約在2到3kHz範圍，特別是其膜片呈球帽狀(半球帽)。 與傳統揚聲器相比，該高頻揚聲器在高頻中較佳地具有更大的輻射角度。該高頻揚聲器較佳的是置於低頻揚聲器膜片中但與其沒有明顯或直接的相互作用的獨立系統。該高頻揚聲器可被置於低頻揚聲器的中部或中心，或中心附近，或其中的其他任何位置。在較佳的實施例中，高頻揚聲器被置於低頻揚聲器的一個軸的中心處。尤其較佳的是，位於高頻揚聲器內的磁體系統通過低頻揚聲器的膜片上的開口發出聲音。磁體系統較佳的尺寸包括安裝在中心的高頻揚聲器，其位於低音膜片上並位於磁體系統中。例如，該高頻揚聲器可以是如DE20 2004 015 635 111中所描述的產品。
5在上述較佳的實施例中，如果根據本發明的揚聲器系統額外具有高頻揚聲器，則期望，組合揚聲器系統包括外部和內部懸架(圖2 ，5和17))。內部和外部懸架的概念對於專業人員來說是不言自明的。如果高頻揚聲器被放置在低頻揚聲器膜片中，則一方面具有低頻揚聲器膜片的外邊緣，另一方面具有高頻揚聲器膜片的外邊緣，後者被低頻膜片至少部分地圍繞。例如，該外部懸架能在低/中範圍使膜片居中或對其定位。所謂的內環是指被在低/中範圍的膜片環繞的高頻揚聲器的外邊緣區域。在低頻揚聲器和低/中範圍膜片和高頻揚聲器之間的範圍和/或間隙可以較佳的被為專業人員所熟知的材料所密封，使得在低/中範圍揚聲器的膜片運動不被限制，並且使錐體共振被抑制(圖 2(17))。在本發明另一個較佳的實施例中，相應的在位於膜片的外邊緣上的至少一個區域上附接外部懸架(珠子)，該懸架由最好是具有永久彈性的撓性開孔(open-cell)或閉孔 (close-cell)泡沫形成。當然，也可以期望代替傳統膜片懸架，通過使用泡沫將膜片定位從而使膜片在底架中居中。例如，較佳的是利用織物(fabric)，例如丙烯酸、高熔點芳香族聚醯胺(Nomex)和/或結合了苯酚和/或環氧樹脂的棉織物，將膜片在低/中範圍內定位或居中，或者利用懸架形式的橡膠結構將其定位或居中。預料不到的是，這些上述的技術特徵與根據本發明的那些進一步的設計特徵的結合導致了在已知設備之上改善聲音質量的同軸揚聲器的結構。對於上文所述的膜片和高頻揚聲器的結合來說，泡沫作為內部懸架並作為對於低 /中範圍膜片和高頻揚聲器之間空隙的密封的應用是特別期望的，特別是當在低/中範圍的基本設計是一個平整表面時，其形成了該高頻揚聲器的直接環境。十分預料不到的是，泡沫作為內部懸架的應用容許了在已知設備之上改善聲音質量的同軸揚聲器的設計。在本發明另一個較佳的實施例中，該磁體系統包括下列中的至少一種磁體釤鈷磁體，鈰鈷磁體，鋁鎳鈷磁體，鐵氧體磁體和/或最好是釹磁體。根據本發明的揚聲器系統較佳的包括特別設計為夾層狀膜片的膜片，它可以具有來自芯材料和外層的組合的剛性形式。較佳的，芯材料是蜂窩結構，並且可以由例如芳香族聚醯胺纖維(aramid fibers)，紙張，聚酯纖維，聚丙烯或鋁形成。膜片的外層可以包括纖維材料，金屬箔和/或塑料薄膜。該纖維材料可以是，例如，紙張或棉花。當然，也有可能使用碳纖維或玻璃/芳香族醯胺纖維或平紋棉麻織物(scrim)的專業織物。當碳、玻璃或芳香尼龍纖維被使用時，織物必須至少在一側具有基體式(matrix like)結構，例如它可能是由熱塑性或熱固性塑料製成。該以纖維為基礎的材料可較佳地是纖維塑料合成物，其中包括了增強纖維和塑料基體，該基體圍繞著通過使用粘合劑或粘著力而綁定到基體上的纖維。根據本發明，該纖維塑料組合物可以被視為一種結構。其元素必須被組合以產生期望的性能。通過纖維材料和基體材料的特定性能的相互作用，可產生對膜片塗層或膜片加固所期望的原料。纖維嵌入在基體中，例如，在空間上被固定，容許負荷的引入或引出。此外，基體支撐著纖維。負荷由纖維、基體和核心之間的粘著力所傳送。纖維可以是例如芳綸，碳，滌綸，尼龍，聚乙烯，陶瓷，玻璃，硼，亞麻，大麻纖維和/或其他纖維。在下面，將通過實例對本發明作進一步說明，但不局限於這些實例。


圖1是穿過根據本發明的膜片和一個揚聲器底架的截面圖，其中該膜片通過由兩個鏡像的部件組成的撓性膜片懸架的方式被而居中和定位。
圖2是根據本發明的一個帶有中間懸掛式高頻揚聲器的膜片的截面圖， 圖3和4是表示在揚聲器系統中殼壁的截面圖。
圖1表示了一個電動揚聲器底架，其特徵在於由兩個鏡像且相同的部件(4)組成的圍繞膜片機械靜止位置的軸對稱懸架，與膜片直徑的尺寸相類似的振蕩線圈以及振蕩線圈支架(6，7)，並且後音輻射主要通過磁體系統(10，11，12)內部產生。為實現這個實例的結構樣式，有必要在邊緣區域具有一個非常厚的膜片。該非常厚的膜片，至少在該實例的邊緣，容許低振動、對稱的懸架G)。
一個實例，由兩個鏡像且相同的部件組成的圍繞膜片機械靜止位置的完全對稱的懸架，容許了一種優越的揚聲器系統的結構。與膜片直徑尺寸相類似的振蕩線圈，連同為降低由動態線圈發熱引起的動態壓縮的振蕩線圈支架，也改善了揚聲器系統實例。外部磁體系統(10，11，12)由單個的磁體片段或封閉環構成，為了確保從磁體結構的中央發出的主音產生非常低的空氣壓縮。
該設計的另一個優點在其設置為同軸揚聲器時得以體現(如圖2、。高頻揚聲器為錐形膜片形式的平面。此外，在代替波紋纖維或泡沫橡膠摺疊的懸架而將直泡沫環用於懸掛該膜片時，可以優化這個平整表面。任何類型的高頻揚聲器從低頻揚聲器膜片上的一個孔傳播其聲音。在這個例子中該高頻揚聲器在揚聲器磁體系統之內。在與該高頻揚聲器的實例結合的情況下，除了基本設計的利益之外，在低/中範圍導致了高頻揚聲器鄰近的一個平面上的巨大優勢，特別是當使用泡沫作為內部懸架時。具有平面外形的泡沫作為對帶有平的或稍微彎曲的膜片表面的同軸喇叭的揚聲器懸架(圖2 ，5，17))的應用是具有特殊益處的。
作為進入中等範圍的有意義的聲波機能的前提是當今輕型材料在膜片中的應用。
圖3和4表示了具有揚聲器膜片後音輻射的傳統揚聲器底架的特有特徵，據此聲音典型地被傳送到磁體系統的大部分。當需要帶有大振蕩線圈和/或大磁體的底架時，這尤其成問題。在這種情況下，在磁體系統中產生有害的反射和折射。圖4表示了非常小的揚聲器問題。
在已知的底架中靠近殼壁導致了從壁內部的強反射，其通過膜片被發射到外部， 並且因而造成了聲波幹擾(18)。可能由於缺乏空間，在這個位置的抑制並不有效。為此，在當前的揚聲器中，推薦使用寬擋板以解決上述問題。在圖1中的實例結構中，主要的發射首先是經由底架中心來實現的，並且因此沒有從相鄰的壁產生任何幹擾。
其次，從側面放出的聲音在向外界反射時被更好地抑制，因為它需要穿過在中間具有空氣容量的兩個膜片。
參考列表 圖 1 1 膜片 2芯材料 3 層 4圍繞膜片機械靜止位置、以兩個鏡像且相同的部件形成的軸對稱懸架 6振蕩線圈支架 7振蕩線圈 8振蕩線圈供給 9連接插頭 10上極板 11下極板 12 磁體 13間隔套 14 螺絲 15 盆架 圖 2 1 膜片 4圍繞膜片機械靜止位置、以兩個鏡像且相同的部件形成的軸對稱懸架 5圍繞膜片機械靜止位置的以一個部件形成的軸對稱懸架 15 盆架 17內部懸架/密封環 16高頻揚聲器 圖 3 1 膜片 15 盆架 18早期反射 19膜片的主要聲音 圖 4 20壓縮聲波
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權利要求
1.一種揚聲器系統，包括至少一個膜片，該膜片的懸架，磁體系統以及振蕩線圈，其特徵在於a)該膜片的懸架具有圍繞該膜片機械靜止位置的軸對稱懸架，並且b)該膜片在外徑的厚度大於該膜片直徑的10%，並且c)至少50%的後方主傳播通過該磁體系統的內部發生。
2.根據權利要求1的揚聲器系統，其特徵在於該膜片形成為低頻揚聲器膜片，並且還包含高頻揚聲器。
3.根據上述任意一項權利要求的揚聲器系統，其特徵在於 該振蕩線圈的直徑與該膜片直徑的關係為至少是0.75 1
4.根據上述任意一項權利要求的揚聲器系統，其特徵在於定位在該磁體系統內部的該高頻揚聲器通過該低頻揚聲器的膜片上的開口發出聲音。
5.根據上述任意一項權利要求的揚聲器系統，其特徵在於 該膜片的波紋的至少一個區域由撓性泡沫形成。
6.根據上述任意一項權利要求的揚聲器系統，其特徵在於該磁體系統包括至少一個磁體，從由釤鈷磁體，鈰鈷磁體，鋁鎳鈷磁體，鐵氧體磁體和/ 或釹磁體組成的組合中選擇。
7.根據上述任意一項權利要求的揚聲器系統，其特徵在於 該膜片是夾層狀膜片。
8.根據上述任意一項權利要求的揚聲器系統，其特徵在於該夾層狀膜片的芯材料包括由芳香族聚醯胺纖維、紙張、高熔點芳香族聚醯胺、塑料、 最好是聚酯和/或聚丙烯製成的蜂窩結構，包括鋁，和/或包括纖維材料的外層、金屬箔和 /或塑料薄膜，或者該芯材料包括泡沫，最好是專業泡沫。
全文摘要
本發明涉及一種揚聲器系統，其中的揚聲器膜片，特別是其周邊區域具有確定的厚度，並且其中該膜片的機械靜止位置具有以一個，最好兩個鏡像的、相同的部件形成的軸對稱懸架，並且實現至少50％的後音傳播通過磁體系統的內部；本發明還涉及作為揚聲器或在收音機、電視機、無線電接收機、手持收音機、測試接收機、手機和耳機中的揚聲器系統的應用等。
文檔編號H04R7/02GK102187688SQ200980141770
公開日2011年9月14日 申請日期2009年10月21日 優先權日2008年10月21日
發明者薩沙·雷克特 申請人:託伊費爾揚聲器有限公司