CN101444109B

CN101444109B - 摇摆幅度减小了的扬声器

Info

Publication number: CN101444109B
Application number: CN200780017697.1A
Authority: CN
Inventors: 克里斯蒂安·哈斯
Original assignee: Knowles Electronics Asia Pte Ltd
Current assignee: Knowles Electronics Asia Pte Ltd
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2007-05-15
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2027-05-15
Also published as: EP2025195A2; US20090208048A1; DE602007009827D1; EP2025195B1; ATE484921T1; JP2009538022A; WO2007132431A3; WO2007132431A2; CN101444109A

Abstract

一种扬声器(13，16)，包括：电动换能器(1)和安装所述电动换能器(1)的低音反射式箱体(14，17)。所述电动换能器的膜片(2)在受到驱动时将以摇摆频率在摇摆模式下振动，并且所述低音反射式箱体(14，17)被调谐至所述摇摆频率。

Description

摇摆幅度减小了的扬声器

技术领域

本发明涉及一种扬声器，包括：其膜片在受到驱动时以摇摆频率在摇摆模式下振动的电动换能器；以及安装所述电动换能器的低音反射式箱体。

本发明还涉及一种包含本发明的扬声器的移动设备，特别是移动电话、PDA、移动计算机、或玩具。

背景技术

本专利上下文中的扬声器包括安装在箱体中的电动换能器。该电动换能器将电信号转换为声音。箱体亦被称作“盒体”，其作用是，防止由换能器背面产生的异相声波同由换能器正面产生的正相声波混合，从而形成干涉图样和相消，降低扬声器的效率。

图1和2示出了电动换能器1的示例。图1示出了换能器1的顶视图，图2示出了换能器1的剖视图。换能器1包括：膜片2、附在膜片2上的线圈3、同线圈3相互作用的磁体4、以及框架5。框架5利用边缘6保持磁体4和膜片2。如果电信号施加于线圈3，线圈3就使膜片2按速度向量7所示的那样以活塞运动方式振动。理想情况下，如图3所示，膜片2的所有位置沿速度向量7一致运动。然而，在某些情况下，膜片2可能会按箭头8所示的方式运动，从而导致绕轴9发生振动的旋转运动。图4示出了这种非活塞运动，后者也称为“摇摆模式”，如果如图1所示的换能器1的情形那样换能器不含支架(spider)，将极有可能出现摇摆模式。

由于摇摆模式振动可能导致声效率损失或使由换能器1产生的声信号发生失真，因而不希望产生这样的振动。已公布的欧洲专利申请1555849A2公开了一种摇摆模式减小了的无源声辐射器。无源辐射器，有时亦被称作“空纸盆音箱(drone)”，包括：用于辐射声能的膜片和悬挂。膜片具有周缘(perimeter)部分和中心部分，且中心部分薄于周缘部分。悬挂包含包裹着膜片的外皮元件。外皮元件包括用于在物理上将无源辐射器同箱体进行耦合的边缘(surround)，将膜片和箱体气密封。非边缘、非支架悬挂元件同边缘协同工作，以控制运动并支持膜片的重量。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种其箱体至少能够使扬声器换能器的摇摆模式有所减弱的扬声器。

本发明的上述目的是通过一种扬声器予以实现的，这种扬声器包括：其膜片在受到驱动时能够以摇摆频率在摇摆模式下振动的电动换能器；以及安装所述电动换能器的低音反射式箱体。所述低音反射式箱体被调谐至所述摇摆频率。低音反射式箱体(又名开孔式或开口式箱体)是一种利用了来自换能器膜片背面的声音的扬声器箱。同基本密封的封闭箱扬声器相反，低音反射式箱体包含开口(通常称为开孔)，所述开口可以包含一个横截面通常为矩形或者圆形的管道。所述开口同箱体内的空气发生谐振。低音反射式箱体的谐振频率有时被称为Helmoltz频率，该频率取决于箱体的大小和开口的尺寸。对于传统扬声器而言，低音反射式箱体用于将扬声器的频率响应扩展至换能器在封闭式箱体中能够再现的范围以下。因此，传统低音反射式箱体被调谐至特定的低音频率。

然而，本发明的扬声器的低音反射式箱体被调谐至电动换能器的摇摆频率。通过本发明的调谐，即使无法完全抑制以摇摆频率摆动的换能器膜片的摆动，也至少可以减小其摆动幅度。因此，如果将低音反射式箱体调谐至换能器的摇摆频率，换能器在该频率下受到激发的可能性就会下降，从而减小膜片的摇摆。

电动换能器可以包括一种用于提高膜片稳定性的支架***。这种支架***可以减小换能器的摇摆。特别对于低成本的应用，采用不带这种支架***的换能器，如背景技术中所述的换能器1。如果使用了不带支架的换能器，本发明的低音反射式箱体调谐将极为有用。

由于本发明的扬声器的箱体是低音反射式箱体，因此其包括通常被称为开孔的开口。该开口的具有任意形状的横截面S_R和长度L_R。具体而言，横截面S_R可以是圆形或矩形的，并且箱体具有容积V_B。可以根据下式，确定开口的长度L_R，以将低音反射式箱体调谐至换能器的摇摆频率f_rock。

L_{R} = \frac{S_{R} \cdot c^{2}}{4 \cdot V_{B} \cdot π^{2} \cdot f_{rock}^{2}}

其中c是空气中的声速。

本发明的扬声器可专门用于移动设备(如移动电话、PDA、移动计算机、或玩具)。

根据本发明还可以通过另一种扬声器实现上述发明目的，所述扬声器包括：其膜片在受到驱动时以自由空间中的谐振频率振动的电动换能器；以及安装所述电动换能器的低音反射式箱体。所述低音反射式箱体被调谐至相当于所述自由空间谐振频率f_res的1.5倍的频率。不带支架定心***的电动换能器(如背景技术中所描述的换能器1)的摇摆频率通常大致相当于换能器的自由空间谐振频率的1.5倍。对于其膜片是由内阻尼相对较低的材料制作而成的电动换能器而言，尤其如此。这种换能器专门用于低成本应用或诸如移动电话、移动计算机、PDA或玩具等移动设备。因此，如果低音反射式箱体被调谐至自由空间谐振频率f_res的1.5倍，相应的低音反射式扬声器极有可能被调谐至所用电动换能器的摇摆频率。

本发明的这种箱体的开口参数可根据下式予以确定：

L_{R} = \frac{S_{R} \cdot c^{2}}{9 \cdot V_{B} \cdot π^{2} \cdot f_{res}^{2}}

附图说明

下面将参考附图所示的实施例以非限制性示例对本发明予以更详细的说明。

如上所述，图1至4示出了电动换能器的摇摆模式；

图5的曲线示出了电动换能器的膜片振幅与频率间的关系；

图6和7是包含电动换能器和低音反射式箱体的扬声器；

图8的曲线示出了图7的换能器频率和低音反射式箱体端口处的声压级与频率间的关系。

图9示出了包含图7扬声器的移动电话。

具体实施方式

图1至4已在背景部分进行了讨论。

图5是一条曲线10，示出了不带支架定心***的位于自由空间中(即换能器未连接至箱体的情况下)的典型电动换能器的膜片幅度与频率间的关系。对于该典型实施例，所述换能器是图1至4的换能器1。曲线10示出了位于750Hz的第一峰值11和位于大约1kHz位置的第二峰值12。第一峰值11与位于大约750Hz位置的换能器1的自由空间谐振频率f_res相对应，第二峰值12与换能器1的摇摆频率f_rock相对应。对于该典型实施例，摇摆频率f_rock约为1000kHz。因此，所述换能器1的摇摆频率约为换能器1的自由空间谐振频率的1.5倍。对于具有内阻尼(inner damping)相对较低的膜片的电动换能器而言，这种情形十分常见。举例而言，这样的换能器可用于诸如移动电话、PDA、膝上型电脑或玩具等移动设备。

图6示出了本发明的扬声器13的第一典型实施例，包括箱体14以及典型实施例的图1至4的换能器1。箱体14是具有开口15的低音反射式箱体，其容积为V_B，1。开口15的横截面为S_R，1，其长度与箱体14的壁厚d相对应。

换能器1具有如图5所示的大约1kHz的摇摆频率f_rock。将扬声器13的箱体14调谐至该摇摆频率f_rock，即，并选择箱体14的容积V_B，1、横截面S_R，1、壁厚，使得由换能器1和箱体14构成的***在摇摆频率f_rock处发生谐振。对于该典型实施例，开口15的横截面S_R，1为矩形，并对其加以选择，使其满足下式：

S_{R, 1} = 4 \cdot \frac{d \cdot V_{B, 1} \cdot π^{2} \cdot f_{rock}^{2}}{c^{2}} = 4 \cdot {(1000 Hz)}^{2} \cdot \frac{d \cdot V_{B, 1} \cdot π^{2}}{c^{2}}

其中c是空气中的声速。

可选地，将箱体14调谐至相当于换能器1的自由空间谐振频率f_res的1.5倍的频率。然后，选择开口15的横截面S_R，1，使其对于该典型实施例满足下式：

S_{R, 1} = 9 \cdot \frac{d \cdot V_{B, 1} \cdot π^{2} \cdot f_{res}^{2}}{c^{2}} = 9 \cdot {(750 Hz)}^{2} \cdot \frac{d \cdot V_{B, 1} \cdot π^{2}}{c^{2}}

图7示出了本发明的扬声器16的第二典型实施例，包括换能器1与低音反射式箱体17。箱体17的容积为V_B，2，并包括反射端口18。端口18长度为L，横截面为S_R，2。对于该典型实施例，横截面S_R，2是圆形的。

端口18的长度L的大小使得由换能器1和箱体16构成的***在摇摆频率f_rock处发生谐振。对于该典型实施例而言，选择端口18的长度L的大小，使其满足下式：

L = \frac{S_{R, 2} \cdot c^{2}}{4 \cdot V_{B, 2} \cdot π^{2} \cdot f_{rock}^{2}}

可选地，将箱体17调谐至相当于换能器1的自由空间谐振频率f_res的1.5倍的频率。然后，选择端口18的长度L，使其对于该典型实施例满足下式：

L = \frac{S_{R, 2} \cdot c^{2}}{9 \cdot V_{B, 2} \cdot π^{2} \cdot f_{res}^{2}}

图8示出了曲线19和曲线20，曲线19表示换能器1的膜片2的声压级L_pi与归一化频率ω_n的关系，曲线20表示端口18处的声压级与归一化频率ω_n的关系。对频率轴进行归一化，使频率ω_n＝1与换能器1的摇摆频率f_rock相对应。由曲线19可见，换能器1的膜片2几乎不产生任何声音。这意味着，膜片2根本不发生运动，或仅以摇摆频率f_rock发生微小的运动。

扬声器13、16专门用于诸如移动电话、PDA、移动计算机、或玩具等移动设备。图9示出了作为移动设备一典型实施例的、包括扬声器13或扬声器16的移动电话21。

最后，应当注意的是，上述实施例是为了阐释而不是限制本发明，所属领域技术人员应能够在不背离由所附权利要求限定的本发明的范围的前提下，设计出多种可选实施例。在权利要求中，括号中的参考标记不应被解释为对于权利要求的限制。“包括”和“包含”等词语不排除存在权利要求或整个说明书中所列元件或步骤以外的其它元件或步骤。对元件的单一引用不包括对该元件的多次引用，反之亦然。在枚举了若干装置的设备权利要求中，可以将这些装置中的若干装置作为同一硬件予以实现。在互不相同的从属权利要求中陈述特定措施这一事实，并不表示不能有利地将这些措施结合使用。

Claims

1.一种扬声器，包括：

其膜片(2)在受到驱动时以摇摆频率f_rock在摇摆模式下振动的电动换能器(1)；以及

安装所述电动换能器(1)的低音反射式箱体(14，17)；

所述低音反射式箱体(14，17)被调谐至所述摇摆频率f_rock。

2.根据权利要求1所述的扬声器，其中，所述电动换能器(1)是无支架换能器。

3.根据权利要求1所述的扬声器，其中，所述低音反射式箱体(14，17)包括端口(15，18)，所述端口的横截面积S_R和长度L_R根据下式确定：

其中，c是空气中的声速，f_rock是所述摇摆频率，L_R是所述端口(15，18)的所述长度，S_R是所述端口(15，18)的所述横截面积，V_B是所述箱体(14，17)的容积。

4.一种扬声器，包括：

其膜片(2)在受到驱动时以自由空间中的谐振频率f_res振动的电动换能器(1)；以及

安装所述电动换能器(1)的低音反射式箱体(14，17)；

所述低音反射式箱体(14，17)被调谐至相当于所述自由空间谐振频率f_res的1.5倍的频率。

5.根据权利要求4所述的扬声器，其中，所述电动换能器(1)是无支架换能器。

6.根据权利要求4所述的扬声器，其中，所述低音反射式箱体(14，17)包括端口(15，18)，所述端口的横截面积S_R和长度L_R根据下式确定：

其中，c是空气中的声速，f_res是所述自由空间中的谐振频率，L_R是所述端口(15，18)的所述长度，S_R是所述端口(15，18)的所述横截面积，V_B是所述箱体(14，17)的容积。

7.一种移动设备，包括根据权利要求1至6中任意一项所述的扬声器(13，16)。

8.根据权利要求7所述的移动设备，是移动电话(21)、PDA、移动计算机、或玩具中的一项。