HK1170881B - 锥形扩音器 - Google Patents

Description

锥形扩音器

技术领域

本发明涉及具有包括大致截头圆锥形的薄膜的声学辐射振动膜的扩音器。该振动膜通常称为扩音器“锥”。

背景技术

锥形几何形状是固有地坚固的，因为施加于其上的轴对称的外部力呈现为材料中的拉伸应力。有利的是，这使得可以成功使用非常薄的膜材料。

在竞争性的市场中，对于获取锥形扩音器改进的性能有着不断增加的需求。图1(a)示出了锥形扩音器的锥的视图，图1(b)示出了当按现有方式使用93mm直径口端颈部驱动传播到2pi球面度无限声学区域中时的压力响应。所述压力在离扩音器1m距离并以2度角度递增的46个位置绘制。从图1(b)可看出在大约1.5kHz以上随着锥形被驱动超过其刚性极限并表现出非刚性特性，压力响应变得不规则且出现共振现象。非刚性特性是不希望出现的，因为其导致扩音器的压力和方向响应二者中的非一致性。

很早人们就知道扩音器振动膜的刚性带宽可以通过在第一振动模式节点驱动振动膜(“节点驱动”)而得到扩展。节点驱动在JP57068993中公开，其示出了平面振动膜在第一振动模式的节点被驱动，对于圆形振动膜而言，其为环绕振动膜的圆圈。这种方法虽然早已为人所知，但是还未应用于锥形扩音器。锥形的几何形状天然地将其第一振动模式节点放置朝向其口端，这使得需要使用大音圈。大直径线圈的使用对效率有负面影响并增加相关的磁系统和线圈组件的成本，这将显著地限制节点驱动的实用性。至今为止，本领域普遍的做法是从其颈部驱动锥形。

GB308,318公开了一种具有截头圆锥形振动膜的扩音器，其在振动膜的颈部和振动膜外部的同中心间隔的位置都进行驱动。其目的是向内部(颈部)驱动输送高频信号并向外部驱动输送低频信号，其然后被置于用于高频信号的节点处。由此，其实际上并未提出节点驱动，因为对于所考虑的驱动提供的信号而言，驱动不位于振动膜的节点。实际上，振动膜也未在第一振动模式的节点被驱动。其被驱动所在的节点是对应于更高频率驱动的更高模式的节点。而且，对振动膜的加固也未公开，外部驱动由此被间隔了相当大的直径，引起上述的问题。

US5,323,469公开了具有由附到振动膜喉部的向后延伸的音圈架子所驱动的圆锥形振动膜的扩音器。以放射状地由振动膜的后侧的架子向外延伸并在第一节点附到振动膜的第二锥形的形式给振动膜提供额外的稳定性。由此，由音圈架子驱动振动膜所用的接合区域在喉部和节点之间延伸并包括所述喉部和节点二者，并且，振动膜因此并非由节点驱动。额外的稳定性也不必要地扩展了扩音器的厚度，几乎对离开节点的振动膜不提供显著的强化，并且并不适于允许对于振动膜刚性特性的修改。

发明内容

根据第一方面，本发明可提供一种扩音器，包括：

声音辐射振动膜，形成运动振动膜组件的一部分并包括：具有狭窄颈端和宽阔口端的大致截头圆锥形的薄膜；强化结构，用于强化辐射薄膜和适于驱动振动膜的接合区域；以及

换能器，包括安装以通过其接合区域驱动振动膜的音圈；

其中所述接合区域位于所述运动振动膜组件的第一振动模式节点。

通过合适地设置强化结构，第一振动模式的节点位置可以沿薄膜向上移动更靠近其颈端(相对于类似的无支撑/无加固结构)从而允许所述振动膜利用具有较小直径的音圈的换能器来被节点驱动。由此振动膜的喉端可以不被驱动或自由摇摆。实际上，振动膜的颈部或喉部总是反节点且由此不能是本发明所述的节点驱动的可能位置。

优选地，所述强化结构提供足以支配所述振动膜的振动特性的强化效果。强化结构的设置方式可以被设计得使得振动膜的第一振动模式的节点位于预定位置。由于节点位置受这些元件的影响，运动振动膜组件包括例如锥形(和强化元件)的元件、架子、线圈和(在一定程度上)对节点位置具有微小影响的例如围绕或悬挂等部件。

优选地，所述第一模式的节点的预定位置和由此接合区域的位置被设计为提供与具有标准直径的音圈的换能器的兼容性。通过这种方式来利用标准元件，根据本发明的扩音器可以成本低廉地制造。

优选地，所述振动膜包括位于接合区域的连接突起，振动膜通过其被连接到换能器。

优选地，所述换能器包括其上安装了音圈的架子，所述架子连接到所述连接突起以驱动所述振动膜。替代的结合可为柱状或其它合适的形状，但是使用突起是优选的，因为这样允许减少运动结构的体积，同时对音圈内部的空气腔室通风。

优选地，所述强化结构包括肋条。在一个实施例中，强化部件包括多个纵向肋条，每个纵向肋条在放射薄膜的颈端和口端之间延伸，并且其中每个纵向肋条在朝向颈端和/或口端的方向上厚度较薄。通过这种方式减薄肋条减少了辐射薄膜末端的质量。所述强化部件可包括位于辐射薄膜颈端和/或口端的圆周形肋条。圆周形端肋条有助于防止钟鸣模式。

在优选实施例中，振动膜形成为复合扩音器的一部分；在一个实施方式中，所述扩音器还包括安装于薄膜颈端的半球状振动膜，以使得在使用中所述薄膜用作所述半球状振动膜所发射的声音辐射的波导。

所述运动振动膜组件将典型地也包括位于锥形的颈和口端的空气封条、架子和音圈。实际上，我们发现通过不仅仅将锥形单独进行建模，还对位于锥形内部或外部边缘上的任何空气封条也进行建模可获得最佳结果，因为它们对于节点位置的定位可具有影响。最后，当接近最后结果时，架子和音圈本身也可被包括在对第一谐振模式的节点位置的计算中。

根据第二方面，本发明可包括用于声音辐射的扩音器振动膜，包括具有狭窄颈端和宽阔口端的大致截头圆锥形的薄膜；强化结构，用于强化辐射薄膜和适于驱动振动膜的接合区域；其中所述强化结构被设置以使得振动膜的第一振动模式的节点位于基本上与所述接合区域一致的位置。

优选地，所述振动膜包括位于接合区域的连接突起，振动膜通过其被耦合到换能器。

根据第三方面，本发明可包括设计包括大致截头圆锥形薄膜的声音辐射扩音器振动膜的方法，通过对应用于所述薄膜的加固结构的各种设置方式进行计算机建模以将所述振动膜的第一振动模式节点置于基本上与接合区域的期望位置一致的位置，旨在通过其将所述振动膜耦合到换能器。

根据本发明的这一方面设计的扩音器振动膜可以有益地使用具有标准或通常直径的音圈的换能器来被节点驱动。

附图说明

本发明的实施例现将以示例方式结合如下附图进行说明：

图1(a)示出扩音器的简单锥形振动膜的视图；

图1(b)示出颈部驱动时图1(a)的锥形振动膜的仿真压力响应；

图2示出根据本发明实施例的锥形振动膜的前视图；

图3示出图2锥形振动膜的后视图；

图4示出沿图2示出的B-B轴的截面图；

图5示出图4中具体标记C的放大靠近视图；

图6示出了图2至5所描述的锥形振动膜的仿真压力响应；

图7示出了包括根据本发明实施例的振动膜的复合扩音器的截面图；以及

图8示出了图8中具体标记B的放大靠近视图。

具体实施方式

根据本发明的优选实施例的锥形振动膜10在图2-5中示出。

具体参考图3，振动膜10包括大体上是截头圆锥形的薄膜12，具有标记为14的其狭窄的颈端，标记为16的其宽阔的口部，以及其中央纵向轴/在垂直于标记为X和Y的轴方向上延伸的旋转轴。振动膜10进一步包括位于薄膜12的后表面上，沿从颈端14到口端12的整个长度纵向延伸的多个肋条20。由于纵向的肋条20的假设延伸汇聚在其中央纵向轴上的一个单独的点，肋条20可以称为是放射状的。振动膜10还包括位于薄膜12的口端16处的一圆周形肋条25。肋条20、25的作用是增强振动膜10的刚性，也即增加其弯曲阻力。振动膜10还包括位于每对相邻的肋条20之间的多个突起30，所述突起30被成形并放置以使得它们在振动膜12背面其颈和口端12，14之间的中间位置上共同限定圆周形的壁。突起30的作用是提供将振动膜接合/连接到如下所述的驱动换能器的音圈组件的装置。

锥形振动片10通过如下方法设计。首先，选择合适的薄膜12的尺寸以符合设计规格。然后，在薄膜12的背面限定一个或多个目标区域，通过其有利于接合/连接到驱动换能器的声音。目标区域的选择受到保持音圈直径尽可能小的需求以及和与标准的或已有可用的音圈尺寸的兼容性等支配。虽然没有工业标准规定这样的尺寸，音圈直径通常或标准的做法是以半英寸间隔，例如12.7mm，25.4mm，50.8mm，76.2mm等。这些参数设置完成后，以各种所应用的肋条设置执行振动膜10的计算机辅助节点分析。肋条的设置被反复进行调整直到第一振动模式的节点与目标接合区域一致。对肋条设置的调整可以有各种形式，包括调整肋条的数量，肋条的式样和单个肋条本身的形状。从图4可以看出肋条20沿它们的长度方向并不具有不变的厚度而是向着末端逐渐变浅。建立使得振动膜10的第一振动模式的节点位于所期望位置所需要的肋条的设置方式后，该规格的振动膜10和置于该第一模式/接合区域的连接突起被模制成一件。

振动膜10的截头圆锥形薄膜12与图1(a)中所示的现有的无支撑/无加固振动膜具有相同的尺寸。但是，节点分析显示图1(a)的无支撑振动膜在沿着薄膜的0.879倍其直径(在口端)的位置处具有其第一振动模式的节点，而振动膜10的第一振动模式的节点出现沿着薄膜的0.78倍其直径(在口端)的位置。因此，根据本发明的优选实施例所应用的肋条20的设置将被理解为用于将第一振动模式的节点向薄膜的颈端迁移从而允许使用较小直径的音圈。图6示出了相对于图1(a)所示的现有的无支撑/无加固振动膜的仿真压力响应具有显著进步的振动膜10的仿真压力响应。而且，通过节点驱动振动膜，第二振动模式的频率成为刚性特性的限制，而如下表所示，通过肋条的使用这得到了实质提高。

	无支撑锥形	加肋条锥形
			第一模式	2268Hz	2995Hz(+32％)
第二模式	3414Hz	6069Hz(+77％)

在实施本发明时，优选的是，肋条为提供显著强化效果的相对坚固结构，例如，肋条优选为至少2mm厚。由于肋条被制造得更加坚固，它们来支配振动膜的振动特性。这样的肋条设置是更优的因为在实践中这意味着振动膜的振动特性可通过仅单独调整肋条的设置而得到有效调校。

图7示出了锥形振动膜10形成整体标示为50的复合扩音器的一部分。锥形振动膜10被用于发射低频声音辐射并也用作由半球状振动膜52发射的高频辐射的波导。所述半球状振动膜52正好位于振动膜10的颈端外部，在相位锥53的后面。振动膜10、52以向听众显示一致声源的方式安装。半球形振动膜52和锥形振动膜10的几何形状和设置方式在GB2423908给出的优选范围内。相位锥53为如GB2437126所述。

锥形振动膜10悬挂于内部和外部环绕封条56、58之间并且由换能器60驱动。换能器60包括具有主体部62a和顶平面部62b的座62以及设置在具有间隙65的磁路中的磁体64，在该间隙中设置安装包括安装在架子上的音圈66的音圈组件。架子68包括承载音圈66并实质上位于磁间隙65中的第一部分68a和从其上延伸以提供到振动膜10上的连接突起30的连接的第二部分68b。换能器60以现有方式运行，这样当驱动电流应用于线圈66时，线圈66和磁体64磁性地相互影响产生力，其使得架子68移动并因而使得振动膜10沿着图7中标记为Z的轴前后移动。

根据上述方法设计的振动膜提供进一步的优点在于肋条的设置方式可被设为用于补偿扩音器中源自于其实际配置的其它效应，例如在驱动器外部边缘增加柔性封条的振动效应。

在本发明的其它实施例中，可使用肋条以外的加固结构。可以使用总体上不是肋条状的其它形状，例如突出于锥形表面的蜂巢样式。在一个实施例中，三明治型结构可以提供所需要的加固。

当然应当理解的是，在不偏离本发明的范围前提下可以对于上述实施例进行很多变形。

Claims (16)

1.一种扩音器，包括：

声音辐射振动膜，其构成运动振动膜组件的一部分并包括：具有狭窄颈端和宽阔口端的大致截头圆锥形的薄膜，用于强化辐射薄膜的强化结构和适于通过其驱动所述振动膜的接合区域；以及

换能器，包括被安装成通过其接合区域驱动所述振动膜的音圈；

其中所述接合区域位于所述运动振动膜组件的第一振动模式的节点。

2.如权利要求1所述的扩音器，其中所述强化结构支配所述振动膜的振动特性。

3.如在前任一权利要求所述的扩音器，其中所述接合区域的位置提供与具有标准直径的音圈的换能器的兼容性。

4.如权利要求1所述的扩音器，还包括位于所述接合区域的连接突起，所述振动膜通过其被耦合到所述换能器。

5.如权利要求1所述的扩音器，其中所述换能器包括其上安装音圈的架子，所述架子被连接到所述连接突起以驱动所述振动膜。

6.如权利要求5所述的扩音器，其中所述架子为圆柱形。

7.如权利要求1所述的扩音器，其中所述强化结构包括肋条。

8.如权利要求7所述的扩音器，其中所述强化结构包括纵向肋条，每个纵向肋条在所述辐射薄膜的颈端和口端之间延伸，且每个纵向肋条在向所述颈端和/或口端的厚度较薄。

9.如权利要求7或8所述的扩音器，其中所述强化结构包括位于所述颈端和/或口端的圆周状肋条。

10.如权利要求1所述的扩音器，进一步包括半球形振动膜，其安装于所述薄膜的颈端以使得在使用中所述薄膜用作所述半球形振动膜发射的声音辐射的波导。

11.如在权利要求5所述的扩音器，其中所述运动振动膜组件还包括位于所述锥形的所述颈端的至少一个空气封条，位于所述锥形的所述口端的空气封条，所述架子和所述音圈。

12.用于声音辐射的扩音器振动膜，包括：具有狭窄颈端和宽阔口端的大致截头圆锥形的薄膜，用于强化辐射薄膜的强化结构和适于通过其驱动所述振动膜的接合区域；其中所述强化结构被设置以使得所述振动膜的第一振动模式的节点位于与所述接合区域基本一致的位置。

13.如权利要求12所述的扩音器振动膜，其中所述强化结构支配所述振动膜的振动特性。

14.如权利要求12或13所述的扩音器振动膜，其中所述第一振动模式/接合区域的位置提供与具有标准直径的音圈的换能器的兼容性。

15.如权利要求12或13所述的扩音器振动膜，还包括位于所述接合区域的连接突起，所述振动膜通过其可以被耦合到换能器。

16.一种设计包括大致截头圆锥形薄膜的声音辐射扩音器振动膜的方法，通过对应用于所述薄膜的强化结构的各种设置进行计算机建模以使得所述振动膜的第一振动模式的节点位于与接合区域的期望位置基本上一致的位置，所述振动膜旨在通过所述接合区域耦合到换能器。