CN101180916B

CN101180916B - 音频换能器元件

Info

Publication number: CN101180916B
Application number: CN2005800494918A
Authority: CN
Inventors: J·科曾斯; N·扎卡罗弗
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2025-02-25
Also published as: US20080317255A1; KR20070114177A; EP1851993A1; KR100958470B1; CN101180916A; WO2006089995A1

Abstract

一种音频换能器元件，包括至少两个独立的音圈，每个音圈与振动膜和音腔相联。该音频换能器元件还包括磁装置，用于以独立的信号驱动该至少两个独立的音圈。

Description

音频换能器元件

技术领域

本发明涉及音频换能器元件。本发明还涉及包括这种音频换能器元件的电子设备，诸如扬声器、耳机、通信设备等等。

背景技术

电子设备可装备有扬声器装置。这种电子设备可以包括移动通信设备或者终端，诸如用户设备(UE)、移动台(MS)、蜂窝电话、个人数字助理(PDA)等等，或者其它电子设备，诸如便携式计算机、录音机或者放音器。

通信设备可以用于诸如发出和接收电话呼叫、从网络接收数据和发送数据到网络以及体验多媒体内容或以其他方式使用多媒体业务的任务。除了扬声器装置，通信设备还可以装备有天线、显示器、摄像装置等等。可以借助于合适的用户接口(诸如控制按钮、声音命令等)来控制通信设备的操作。此外，通信设备装备有处理器实体和存储器装置。

在当今和未来的电子设备中，特别是移动终端中，越来越多的音频换能器需要被放置在设备当中，以例如用于包括并且改善免提和耳机音频。传统地，如元件所要求的，他们是分开设置的。例如，多声道或者立体声免提产品特征可能需要在一个设备中有两个大的免提扬声器元件可用。在小体积产品中这是难以达到的。对于将被用于在紧凑型移动设备中有效地产生游戏的三维声音、用户接口(UI)声音或者多声道(例如5.1声道)声音重现的产品来说，另一个示例可以包括三维(3D)或者立体声偶极或者虚拟声音重现。此外，免提和耳机音频重现可能需要免提扬声器和耳机接收器元件。

Fincham的专利US 5,548,657涉及一种复合扩音器驱动单元，其是一种双圆锥形扬声器元件。

Bachmann等人的专利US 6,622,817涉及根据弯曲波原理工作的面板扩音器，其中通过提供连接两个隔音板的元件并通过在隔音板的彼此面对的两侧上设置驱动器，将两个隔音板彼此相距一定距离设置。

Van Halteren等人的专利申请US2003/0048920A1涉及一种有两个振动膜和两个线圈的电声换能器，其包括具有在其中建立磁场的第一和第二间隙的共用磁路。在Van Halteren的观点中，双振动膜式换能器可以以两种模式操作，两个振动膜线圈***以同相或者异相电耦合。Van Halteren的换能器能够通过在同时提供相同的电信号到第一和第二线圈时，在相同方向或者相反方向上偏转第一和第二振动膜来操作。

存在一种改进用于在电子设备中(特别是在便携式或者移动电子设备中)包括扬声器元件的解决方案的需求。可能需要将分离的换能器元件合并到一个封装中，其优选比所述最初的分离元件占用更少的空间或者体积。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种音频换能器元件，包括至少两个独立的音圈，每个音圈与振动膜和音腔相联；以及用独立的信号来驱动所述至少两个独立的音圈的磁装置，其中，与至少两个独立音圈分别相联的所述音腔可以彼此独立。

一种实施方式中，磁装置可以包括单个磁体。

一种实施方式中，磁装置可以包括至少两个磁体。一种实施方式中，第一磁体可以同时用于两个独立的音圈并且第二磁体可以用于至少另一个独立的音圈。

一种实施方式中，独立的信号可以包括次音频、音频、窄频带语音、宽频带语音和完全可听频率范围中的至少一个的信号。一种实施方式中，独立信号可以包括立体声信号、三维音频信号、单声道信号和有源噪声控制信号的至少一个。

一种实施方式中，至少两个音圈与相联的振动膜和音腔一起可以背对背地放置。

一种实施方式中，磁装置可以包括环形、盘状和块状磁体之一。一种实施方式中，磁装置可以包括线性极化的磁体。一种实施方式中，磁装置可以包括径向极化的磁体。

一种实施方式中，音频换能器元件可以进一步包括用于使各个音腔通向大气的独立端口和用于各个音腔的独立连接结构中的至少一个。一种实施方式中，至少一个独立端口可以包括侧开口、前开口和后开口中的至少一个。

一种实施方式中，至少两个音圈可以彼此声学隔离。

一种实施方式中，至少两个音圈中的一个与相联的振动膜和音腔可以被构造成作为麦克风，并且至少两个音圈中的另一个与相联的振动膜和音腔可以被构造成作为扬声器。一种实施方式中，扬声器可以被构造成再现耳机信号和用于噪声消除的有源噪声控制信号。一种实施方式中，音频换能器元件还可以包括与振动膜和音腔相联的另一个独立的音圈，其中另一个音圈与相联的振动膜和音腔可以作为用于噪声消除的有源噪声控制扬声器。

一种实施方式中，至少两个音圈与相联的振动膜和音腔中的至少两个可以各自作为扬声器。

根据本发明的另一个方面，提供了一种包括音频换能器元件的电子设备。

该电子设备可以包括耳机、免提设备、用户设备、移动台、蜂窝电话、游戏终端、远程控制器、摄录一体机、个人数字助理、便携式计算机、录音机和放音器中的一种。

根据以下详细描述的说明书和所附的权利要求，本发明的各种实施方式和变型将变得更加清楚。

附图说明

将仅通过示例的方式参考以下例子和附图来进一步详细地描述本发明，其中：

图1示出在其中可以实施本发明的实施方式的一种通信设备的例子；

图2示出一种典型的微电动式扬声器元件的剖视图；

图3示出一种包括两个扬声器元件的实施方式的剖视图；

图4示出一种包括两个扬声器元件的另一种实施方式的剖视图；

图5示出本发明的一种实施方式的剖视图；

图6示出本发明的又一种实施方式的剖视图；

图7示出本发明的再一种实施方式的剖视图；

图8示出本发明的另一种实施方式的剖视图；

图9示出本发明的又一种实施方式的剖视图；

图10示出本发明的另一种实施方式的剖视图；以及

图11示出根据图5中以图解形式说明的实施方式的元件的透视图。

具体实施方式

图1示出了一种通信设备10的例子，包括用于无线电接收和发射的天线12。通信设备10装备有显示器13和控制按钮14。此外，设置有处理器实体15、电存储器装置16、第一扬声器装置19和第二扬声器装置20。

图1仅示出一个可以在其中实施本发明的实施例的示例性通信设备。图1的通信设备具有移动台的形式。应该理解的是通信设备的类型可以明显不同于图1所示。无线电接收和发射装置也可以被嵌入通信设备的外壳或者以另一合适的方式设置。例如取决于通信设备的类型、大小和用途，任何合适形式的控制按钮可以以合适的方式被放置。

本发明的实施例可以被实施的电子设备可以包括移动通信设备、终端或者其它电子设备。例如可以包括但不局限于用户设备(UE)、移动台(MS)、蜂窝电话、游戏终端(便携式或者家用)、遥控器、摄录一体机、个人数字助理(PDA)、便携式计算机、录音机或者放音器以及包括扬声器装置或者其它音频换能器元件的任何其它电子设备。扬声器装置可以是一种发出用于例如立体声声音重现应用的声音的扬声器或者扩音器，例如图1中具有一个以上的端口或者孔21的扬声器20，或者头戴耳机，例如图1中的扬声器装置19等等。

图2示出一种典型的微电动式扬声器元件，其可以用于免提和耳机音频两者。该扬声器元件典型地包括线性极化磁体21、振动膜22、音圈23、框架24、盖25以及铁芯部分26、27。

现在已经发现两个或更多音频换能器元件的功能可以使用一种集成技术方案来合并成单一元件封装。以本发明的实施例所说明的设计，两个或更多免提扬声器或者其它音频换能器元件可以一起合并到比这种两个或更多分离的免提扬声器小的一个封装中。所述一个封装包括至少两个独立的发声器(诸如有振动膜的音圈)、以及为至少两个音频发生器服务的单个磁体。发声器的每个音圈由独立的信号来驱动。

本发明的实施例可以减少扬声器所需面积量。本发明的实施例可以允许改善同样来自紧凑型设备的立体声信号的拾音或者再现。根据本发明实施例的封装会占据相同或更小的体积，具有更小的质量并包括更少用于组装的元件。重要的是，对于三维声音重现，该元件的方案可以被制成使得两个扬声器声道听上去相同，这是一种确保成功的拟真3D发声算法实施的非常有价值的特征。

图3示出一种立体声免提扬声器元件的实施方式，其中与图2的扬声器元件类似的两个独立的扬声器元件背对背地放置。图3的扬声器元件包括两个线性极化的磁体31a、31b、两个振动膜32a、32b、两个音圈33a、33b、盖35a、35b以及铁芯部分36a、36b、37a、37b。框架部分34被修改以允许制造并且设计如下的连接，该连接使得每个振动膜片之后的气流可以通向大气，但是仍然被隔离在该扬声器元件之内。

图4示出立体声免提扬声器元件的另一种实施方式，其中两个独立的扬声器元件面对面放置。图4的扬声器元件包括两个线性极化的磁体41a、41b、两个振动膜42a、42b、两个音圈43a、43b、两个框架44a、44b以及铁芯部分46a、46b、47a、47b。盖45被修改以允许制造并且设计如下的连接，该连接使得每个振动膜片之前的气流可以通向大气，但是仍然被隔离在该扬声器元件之内。

图5示出一种用于立体声扬声器元件的本发明的实施例。图5的扬声器元件包括两个振动膜52a、52b、两个音圈53a、53b、框架54、盖55a、55b以及铁芯部分56a、56b、59。这里磁体数量已经减少为一个线性极化的磁体51，其用于两个音圈53a、53b以及振动膜52a、52b。与用于每个发声器的单独的磁体相比，这可以节省成本和重量。元件的厚度也可以减小。音圈53a、53b、振动膜52a、52b以及气室或者音腔57a、57b彼此独立。可以使用或者不使用两个音圈之间的隔音板58。

图6示出耳机和免提扬声器的一种简单组合的另一个实施例。图6的扬声器是图5实施例的变型，其变化在于音圈63a和振动膜62a的尺寸变小。举例来说，这种线性尺寸的缩小在本发明的实施例中例如可以是25％到50％。图6的耳机扬声器元件包括一个线性极化的磁体61、两个振动膜62a、62b、两个音圈63a、63b、框架64、盖65a、65b、铁芯部分66a、66b、69以及分离的气室或者音腔67a、67b。与图5的实施方式一样，可以使用或者不使用两个***之间的隔音板68。另外，这种设计可用作具有低频和高频产生单元的增强的免提扬声器。

图7示出了与图6实施方式功能相同的替代设计。图7中，使用环形磁体71并将其线性极化。图7的耳机扬声器元件包括磁体71、两个振动膜72a、72b、两个音圈73a、73b、框架74、盖75a、75b、铁芯部分76a、76b以及分离的气室或者音腔77a、77b。图1的扬声器装置19可以是图7实施例的使用的例子。上部的较短的振动膜72a可以提供用于耳机的扬声器，并且下部的较长的振动膜72b提供用于拾音器的麦克风，或者反之亦然。两个这种耳机可以被用于获得立体声或者双声录音和再现。

图8示出允许立体声扩音器元件的免提组合设计的一种单一磁体***的另一实施例。图8的实施例采用一种径向极化的单个磁体81。图8的扬声器元件包括磁体81、两个振动膜82a、82b、两个音圈83a、83b、框架84、盖85a、85b、铁芯部分86、88和分离的气室或者音腔87a、87b。

图9示出用于免提和/或耳机元件的径向极化的磁体91的另一实施例。图9的元件包括磁体91、两个振动膜92a、92b、两个音圈93a、93b、框架94、盖95a、95b、铁芯部分96、98和分离的气室或者音腔97a、97b。

图7-9所示的实施例可以是优选的实施方式。图8和9说明了采用单个径向极化的磁体81、91的单个元件换能器的高效率磁设计。这种设计提供通过线圈83、93的高通量密度，因为通过间隙的磁通量从整个磁体81、91来提供。与图5的实施例相比，这是有益的，在图5中，对每个振动膜52a、52b来说，磁通量是磁体51的通量密度的一半。虽然图8和9的设计因为径向极化的磁体81、91而变得相对昂贵，但是它可以提供一种真正对称的设计。这对3D和虚拟语音应用是非常重要的。此外，图8和9所示实施例的元件因为马达结构而可以被做的非常紧凑。这种设计适于免提/耳机应用或者多声道/立体声声音重现应用。

图3-9示出仅仅两个元件的元件组合。然而，根据本发明的实施例，两个以上元件可以被组合。另外，电动式扬声器设计已经被示出，但是应当理解的是，在单个元件中结合一个以上振动膜的本发明不局限于电动式设计。

图10示出三声道免提和/或耳机元件的实施例。图10的元件包括两个线性极化的磁体101a、101b、三个振动膜102a、102b、102c、三个音圈103a、103b、103c、两个框架104a、104b、盖105a、105b、铁芯部分106a、106b、106c、106d以及分离的气室或者音腔107a、 107b、107c。该元件可以包括使每个音腔通向大气的独立端口(如图10中的附图标记107b和107c所示)和用于每个音腔的独立连接结构(如附图标记105a和105b所示)中的至少一个。

图11示出一种与图5中以示意形式示出的元件类似的元件的实际实施例。图11的元件包括一种圆盘形线性极化的磁体111、振动膜部分112a、112b、119a、119b、圆形音圈113a、113b、铁芯部分116a、116b、116c、框架114、以及盖115a、115b。独立气腔117a、117b从每个振动膜的一侧通过元件的两侧通气到外部。来自每个振动膜的另一侧的空气通过切入盖部分115a、115b中的槽120a、120b通气。

此外，图3-10所示的实施例包括扬声器元件到前面和后面的通气孔。借助于元件的盖部分的设计，代替或者除了前后通气孔之外，扬声器元件可以包括用于通气的侧通气孔。

在本发明的实施例中，至少两个音圈中的一个和相联的振动膜以及音腔可以作为拾音器的麦克风，而至少两个音圈中的另一个和相联的振动膜以及音腔可以作为扬声器。

在实施例中，用于驱动至少两个独立音圈的独立的信号可以包括不同频率的信号。合适的频率可以包括次音频(大约20到500Hz)、音频(大约500到3000Hz)和完整的可听频率范围(大约20到20000Hz)。可替换地，合适的频率可以包括大约从300到3400Hz的窄频带语音、大约从100/150到7000Hz的宽频带语音以及从20到20000Hz的音频带宽。该音频带宽甚至可以比超分辨音频更宽，并且可以定义为可听带宽。在一种实施例中，独立的信号可以包括立体声信号、三维声音信号、单声道信号以及有源噪声控制信号中的至少一种。

在下文中，一些非限制例子被给出以说明本发明设计的不同使用。参考图3-11。

在第一实施例中，使用图6、7和9之一中所示的元件可以实现双路内部免提(IHF)扬声器。一种IHF扬声器可以允许靠近该设备的一组人听到和/或参加电话对话。在此实施例中，较短的振动膜，如图6、7和9中分别所示的上部振动膜62a、72a、92a，可被用于低频(LF)单声道信号。较长的振动膜，如图6、7和9中分别所示的下部振动膜62b、72b、92b，可被用于高频(HF)单声道信号。

在第二实施例中，使用图3、4、5、8和11之一中所示的元件可以实现立体声IHF扬声器。在此实施例中，振动膜之一，例如上部振动膜32a、42a、52a、82a、112a，可以被用于左声道信号。另一振动膜，例如下部振动膜32b、42b、52b、82b、112b，可以被用于右声道信号。

在第三实施例中，使用图6、7和9之一中所示的元件可以实现组合的IHF扬声器和耳机。在此实施例中，较短的振动膜62a、72a、92a可以作为单声道IHF扬声器，反之亦然。较长的振动膜62b、72b、92b可以作为单声道耳机扬声器。

在第四实施例中，使用图6、7和9之一中所示的元件可以实现头戴耳机。在此实施例中，较短的振动膜62a、72a、92a可以作为头戴耳机的耳机单声道扬声器。较长的振动膜62b、72b、92b可以作为麦克风。振动膜可以互换。在进一步的实施例中，所述元件中的两个可以被用于头戴耳机，一个用于左耳和一个用于右耳，由此可以获得双声道录音和再现。

第五实施例中，使用图7所示的元件可以实现有源噪声控制(ANC)耳机。在此实施例中，较短的振动膜72a可以作为耳机单声道扬声器。较长的振动膜72b可以作为用于噪声消除的ANC扬声器。该振动膜可以互换。

在第五实施例的一种替代实施方式中，使用图10所示的元件可以实现有源噪声控制(ANC)耳机。此实施例中，较短的振动膜102a可以作为耳机单声道扬声器。由相同的磁体106进行服务的比振动膜102a长的振动膜102b可以作为用于噪声消除的ANC扬声器。此外，可以通过单独的磁体106c服务的另一个较长的振动膜102c可以作为用于ANC算法控制的麦克风。该振动膜可以互换。

在第六实施例中，使用图6、7和9中的一个所示的元件可以实现一种替代的ANC耳机。在此实施例中，较短的振动膜62a、72a、92a可以作为耳机单声道扬声器，用于耳机和ANC信号二者的再现。较长的振动膜62b、72b、92b可以作为麦克风，用于ANC算法的控制。该振动膜可以互换。

在第七实施例中，使用图10所示的元件可以实现三声道扬声器。在此实施例中，较短的振动膜102a可以作为中心扬声器。较长的振动膜102b可以作为左扬声器。此外，另一个较长的振动膜102c可以作为右扬声器。该振动膜可以互换。

在第八实施例中，使用图10所示的元件可以实现组合的耳机和立体声IHF扬声器。在此实施例中，较短的振动膜102a可以作为耳机单声道扬声器。较长的振动膜102b可以作为左IHF扬声器。此外，另一较长的振动膜102c可以作为右IHF扬声器。

与两个或更多独立的元件相比，本发明的实施例因为单个磁体可以提供较低的成本。此外，可以获得较轻的重量和接收元件的印刷电路板(PCB)上所需的较小的印迹表面积。紧凑的和模块化的元件概念可以允许迅速将多声道/立体声扬声器设计和实现到移动终端中。一些实施例中可以获得的对称的声学设计可以非常适合于3D要求或者虚拟声音重现要求。

尽管已经以具体的实施例描述了本发明，但是在不脱离所附权利要求所限定的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种变型。应当理解的是虽然本发明的实施例主要是针对移动通信设备进行说明的，但是本发明的实施例可以适用于包括扬声器装置或者其它音频换能器元件的其它类型电子设备。

Claims

1.一种音频换能器元件，包括：至少两个独立的音圈，每个音圈与振动膜和音腔相联；以及用于以独立的信号来驱动所述至少两个独立音圈的磁装置，其中，与所述至少两个独立的音圈分别相联的所述音腔是彼此独立的。

2.如权利要求1所述的音频换能器元件，其中，所述磁装置包括单个磁体。

3.如权利要求1所述的音频换能器元件，其中，所述磁装置包括至少两个磁体。

4.如权利要求3所述的音频换能器元件，其中，第一磁体同时用于两个独立的音圈，并且第二磁体用于至少一个另外的独立音圈。

5.如权利要求1-4中任一项所述的音频换能器元件，其中，所述独立的信号包括次音频、音频、窄频带语音、宽频带语音以及完全可听频率范围中的至少一个的信号。

6.如权利要求5所述的音频换能器元件，其中，所述独立的信号包括立体声信号、三维声音信号、单声道信号以及有源噪声控制信号中的至少一个。

7.如权利要求1所述的音频换能器元件，其中，所述至少两个音圈与相联的振动膜和音腔一起背对背放置。

8.如权利要求1所述的音频换能器元件，其中，所述磁装置包括环形、盘状和块状磁体中的一个。

9.如权利要求1所述的音频换能器元件，其中，所述磁装置包括线性极化的磁体。

10.如权利要求1所述的音频换能器元件，其中，所述磁装置包括径向极化的磁体。

11.如权利要求1所述的音频换能器元件，还包括用于使各个音腔通向大气的独立端口和用于各个音腔的独立连接结构中的至少一个。

12.如权利要求11所述的音频换能器元件，其中，所述独立端口包括侧开口、前开口和后开口中的至少一个。

13.如权利要求1所述的音频换能器元件，其中，所述至少两个音圈彼此声学隔离。

14.如权利要求1所述的音频换能器元件，其中，所述至少两个音圈中的一个与相联的振动膜和音腔能够用作麦克风，所述至少两个音圈中的另一个与相联的振动膜和音腔能够用作扬声器。

15.如权利要求14所述的音频换能器元件，其中，所述扬声器能够再现耳机信号和用于消除噪声的有源噪声控制信号。

16.如权利要求14所述的音频换能器元件，还包括与振动膜和音腔相联的另一个独立的音圈，其中所述另一个音圈与相联的振动膜和音腔作为用于消除噪声的有源噪声控制扬声器。

17.如权利要求1所述的音频换能器元件，其中，所述至少两个音圈与相联的振动膜和音腔中的至少两个各自作为扬声器。

18.一种电子设备，包括如权利要求1-17中任一项所述的音频换能器元件。

19.如权利要求18所述的电子设备，包括耳机、免提设备、用户设备、移动台、蜂窝电话、游戏终端、远程控制器、摄录一体机、个人数字助理、便携式计算机、录音机和放音器中的一种。