CN1239046C - 小型扬声器及*** - Google Patents

Abstract

一种扬声器，其有一个安装于该扬声器振动膜(15)前面的磁铁结构以形成一个窄小紧凑装置。该磁铁结构确定了一个磁通间隙，且位于该磁通间隙(G)的一个音圈被连接到一个主振动膜上，从而使施于音圈的驱动电流可以驱动振动膜产生声音。音圈和磁铁结构(30)在磁铁结构的后面、主振动膜的前面和中部提供了一个磁通间隙，而磁铁占据的是锥盆内部的空间，从而腾出了后部的空间。在一个具体实施例中，磁铁结构还有一个位于其前端的附加磁通间隙，且扬声器包含了一个由位于附加磁通间隙中的线圈驱动的附加振动膜。主振动膜和附加振动膜较好地布置，以保持一个共用声音中心来提高空间保真度。不同的调谐技术在分频以下呈现出一条宽广平坦的响应曲线，从而相成广角覆盖的高清晰度声源。返波可直接传递到音盒中，该音盒可以是一个浅的、盘形或支架组件。磁铁结构沿结构中心有一个延伸开口，从而能够通过音盒顺应或阻尼效应来调节声音，以增强***的响应。

Description

小型扬声器及***

相关专利申请的交叉参照

本申请涉及依据美国法典第35章第119条(e)之规定的，于2000年6月27日提交的美国临时专利申请案60/214,704号要求的优先权。

发明背景

本发明涉及声频扬声器及***，尤其是小型扬声器及扬声器/音盒***。

近年来，小型扬声器的专利申请数量有了相当大的增长。增长的原因部分在于大量新型的用户电子产品和个人电子音乐播放装置的出现，其中的许多新装置都需要并促进了全音量传送高质量声音的辅助扬声器的使用。同时，小型扬声器使用量增加的原因还在于面向更小的书架或桌面***、而不是几十年来已成为声频业基准的橱柜式工程及更大扬声器音盒的的总的趋势。扬声器音盒的变化已转向所占空间的变化(减小)，也就是能够将小型扬声器以盘装的形式装在墙壁上或车辆中。

对于这些专利申请中的多数而言，重量轻和能够便携是很重要的。另一方面，成本也是个主要因素。目前，其它的专利申请都希望在音箱或扬声器外壳方面优化扬声器的性能。在这种情况下，就必须详细考虑扬声器及其外壳的结构和声音效果。然而，扬声器小型化趋势提出了许多技术问题，尤其是在频谱的低频端方面的问题。这是因为较小的振动膜发射低频的效率更低，并且除此之外，它还典型地具有较高的自然谐振。当低音频响应通过发送至音箱或音盒扩展或增强时，通常需要音盒本身必须又深又大。所以，为了在更小尺寸的***中实现所希望的运行效果，这可能就需要考虑采取全面的补充措施，如使用更高的驱动电流、更长的抛掷线圈结构、更强的磁隙、改进的振动膜材料、折叠的喇叭通路和其它的音箱配置等。此外，***的尺寸大小取决于扬声器，因为扬声器本身的大小就可以决定其音盒所需的最小物理尺寸。

当我们希望通过一个复合***，例如通过由多个用来优化提供不同声频频谱子带的扬声器或扬声器振动膜组成的立体声或环绕声***，来实现充满全空间的声音时，就产生了另一个问题。在这种情况下，当我们听到并分别分辨出由各个乐器共同奏出的声音，如合唱、爵士乐合奏或四重奏时，视在中心或声源会随着音调的变化而发生从一点到另一点的游动或跳跃，即使音调是由同一个静止的乐器产生并记录的，情况也是如此。这一问题产生的原因部分在于人类听觉对节拍(相位)信息十分敏感。节拍(相位)会随着声音从***的不同区域，如扬声器振动膜或音盒孔发出而发生改变。该问题在某种程度上已通过安装各种基本元件加以解决，例如集中安装高音扬声器和一个中频段变换器，从而使它们的物理间隔只是轴向的，且不超过几英寸。然而，从音盒发出的声音也是产生该问题的原因之一，使得真正高清晰度声音的实现遇到了麻烦。此外，组成扬声器和扬声器***的各个磁铁结构、框架及振动膜结构的物理尺寸限制了不同声源的接近。

因此，需要提供一种改进的紧凑形式的扬声器。

还需要提供一种具有高声音清晰度的、多振动膜或宽频段扬声器。

还需要提供一种壳体，依赖它可以进一步提高小型扬声器的性能。

还需要发明这样一种扬声器及其壳体，其中壳体本身将适于作为一个单元安装于一个音箱、墙壁位置或其它位置，并且因此能够适于安装结构而无需考虑其它的声音设计或个别设计。

发明概要

根据本发明设计的扬声器可以获得上文所述的这些特性及其它所需的特性中的一个或更多特性。其中，该扬声器具有一个确定了磁通间隙的磁铁结构、一个置于磁通间隙中的音圈、以及一个连接到音圈上的主振动膜，从而使施于音圈上的驱动电流驱动振动膜产生声音。主振动膜连接到背面板上的音圈上，并向背面板方向延伸，而音圈和磁铁结构在背面板前方的某个位置居中布置于主振动膜上，从而构成了一个减小了深度的扬声器。这样，磁通间隙就位于磁铁结构的后方，而磁铁结构位于主振动膜的前面。在较佳的具体实施例中，磁铁结构在其前方还有一个磁通间隙，且扬声器包含了一个由位于该磁通间隙中的线圈驱动的附加振动膜。可以对主振动膜及附加振动膜进行定位来保持一个共用声音中心，以提高声音重现的空间保真度，并能够提供精确清晰度，而不产生影响宽带声频再现的明显空间漫步。这两个振动膜可独立地、或由声频信号的不同带宽或频率段所驱动。

在较佳的具体实施例中，磁铁结构有一个通过结构中心延伸的开口，并且当安装到音盒中时，该开口可与盒体内部连通，使前振动膜联接到盒体上并增强其响应。或者，当没有前振动膜时，通向音盒的附加开口可用来改善小音盒的音箱顺应或阻尼，并提高***的响应。

附图简要说明

通过展示性具体实施例及对比实例中的说明并结合附图对本发明进行理解，其中：

图1所示为根据本发明所述的小型扬声器的第一个具体实施例；

图2所示为本发明的另一个或其它具体实施例中的一个磁铁结构及磁通线；

图3所示为图2中双振动膜平板扬声器中的磁铁结构；

图4所示为图1中浅音盒中的扬声器；以及

图5所示为图4的扬声器***的频率响应及阻抗曲线。

发明的详细说明

应结合设计小型、高效、高性能的扬声器及***所需考虑的限制条件来理解本发明。本文献参考了本申请人下列先前专利及专利申请：美国专利5,802,191，美国申请序号No.09/100,411，美国申请序号No.09/439,416及相应的国际申请PCT/US99/27011，美国申请序号No.09/639,416及相应的国际申请PCT/US00/22119。这些专利及专利申请均全部以引用方式并入本文参考。

图1是按照本专利所述的扬声器10的一个具体实施例的沿径向截面图，详细说明了扬声器的结构。该扬声器包括一片由框架F支撑的振动膜15(在此可换称为“锥盆”)。锥盆直面前方投射声音，而一般使用的框架则伸入或安装到一个音盒或如壁、盘等构件上。磁铁组件30由框架F固定于振动膜15的前面，其包括由一个或更多有源磁性元件组成的装置，如钕磁铁等永久磁铁、一个或更多的分流器和磁极片，以共同确定一个高磁通间隙G。振动膜上附着了一个音圈40，其位于磁通间隙G的中心，这样，施于音圈的一个声频频率电驱动信号便驱动振动膜15产生了声音。音圈40可以由诸如绕在圆柱形线圈架上的铜或其它导体绕组构成，该线圈架可以由Kapton或其它的聚合物片、硬纸或是类似的材料制成。磁铁结构30将磁通集中于磁隙G中。

按照本发明的主要方面，磁铁结构或组件30定位于振动膜的前面而不是后面，这样，整个框架以及磁铁组件所占的总空间只是一个狭小的空间。在所示的具体实施例中，磁结构30位于由锥形振动膜15所占的整个空间中，并不增加整个结构的深度。因为没有任何背面后置磁铁，所以振动膜15后面的框架22和23两部分就非常浅，只用来支撑磁铁和前框架部分。实际上，在所需磁铁组件的高度和厚度都相同的情况下，这种结构的扬声器比起传统的扬声器来说，从前到后更浅一些。通过实例，一个超低音音箱只有不足两英寸深，可以安装到相对较浅的盘或音盒中。

如要制成一个同轴扬声器，则磁铁组件的设计如图2所示。在本具体实施例中，磁铁组件30上配置一个角形分流器构件S，该分流器构件位于若干磁铁块和极片块之间，所以，磁铁组件和这些元件一起可以提供两个极性相反的极面P1和P2，从而将磁通分别集中于两个音圈间隙G1和G2中。

在图2中，磁铁、分流器和极片硬金属结构用实线表示，其上又叠加了磁力线，籍此说明组件的结构。在所示具体实施例中，间隙G2是深(长抛掷)音圈间隙，而间隙G1则浅一些。各个磁铁和极元件都是环形的，并且有一个沿磁铁组件轴向延伸的中心开口C。

按照本发明的另一方面，如图1所示，采用上文所述的双间隙磁铁结构30’来驱动前置磁铁平板扬声器。在这种情况下，将第二个扬声器振动膜与其音圈一起安装在磁铁组件的第二个间隙中，从而使锥盆15(图1)由后间隙G1或G2来驱动，而第二个振动膜由另一个(前)间隙G2或G1来驱动。这样，两个振动膜均紧密地沿前一后轴向定位于同一个磁铁结构上。

在这种情况下，前扬声器元件由磁铁组件本身支撑，而无需再在后锥盆前安装支撑圈或支架。前振动膜可以是扁平振动膜(或球顶形振动膜或碟形片)，主要占据扬声器的圆盘形中央区域，外缘连接中心磁铁组件的圆周区，而后锥盆则沿中心的***延伸。这样，两个振动膜相互之间并不咬合。由于它们集中定位于一个狭窄的区域或板上，因此发出的声音具有精确的清晰度，并在宽频段频谱范围内保持稳定。

需要说明的是，图1中的锥盆15的外缘由柔性泡沫、橡胶或聚合物带16悬挂连接到框架上，在其后面的区域用另一柔性片或更宽的柔性带居中固定，但在音圈区域则用连接到音圈或振动膜上的一定尺寸的刚性材料典型件18来固定，以保持其位于磁隙G的中心。

更大一些的后锥盆18可以是诸如6英寸或8英寸大小或是其它的锥盆，其亦可以是任何所需的结构，如纤维、环氧泡沫玻璃钢或其它材料。同样的，小一些的前中心振动膜可以由任何合适的材料制成，如铝、钛、纤维基片或其它材料。在较佳的具体实施例中，正是使用了包覆了橡胶的金属振动膜(在此也称作“活塞”)来增加其质量并降低其自然谐振。

图3说明了按照本发明所述构造的双振动膜同心单磁铁扬声器。如图所示，前置安装的磁铁可以使更大的锥盆极大地伸展到扬声器框架的后部。一个6英寸带丁基的环氧泡沫玻璃主锥盆可以实现200Hz-20kHz的频率范围且没有分频，而1英寸直径的小的包覆橡胶的前活塞35在大约280Hz上有一个分频，这样，从一点发出的所有声音可以准确同步地到达听者的耳朵。所有的基波和谐波都在很窄的时间窗内发自同一个中心，且扬声器具有一个宽广的辐射图，从而产生大范围的收听区。

按照本发明的另一方面，将本发明的浅变送器安装到浅音盒中以实现集成***功能。例如，该音盒可以是模压的、或是合金/模压的。图4所示的就是这个扬声器/音盒***的具体实施例200。如图所示，音盒有一个扁平的前盘201，以及一个封闭的后壳体202，该后壳体只有几英寸深，所以整个装置就可以直接安装到一个薄墙壁的开口上或隔板上。该音盒只占2.75×13.5×24英寸的小空间，可以安装进标准的墙壁结构中并具有约12.5升的音盒空间。双间隙磁铁的设计具有xmax+/-5mm，a＝/-14mm的行程。

图5所示为图3和图4所示***的频率响应和阻抗曲线。如图A所示，6英寸平板超低音音箱有一个平滑而且相当低的频率响应。图B的阻抗曲线证明，小型、内部超低音音箱组件在44Hz处存在一个不寻常的低音频调谐。

本发明的优点在于，将磁铁组件安装到主锥盆的前面不仅可以制出浅的扬声器，而且消除了振动膜后面的中心阻塞。框架本身可由骨架或相对开放的支撑结构构成，而且该扬声器独一无二地具有一个大的孔洞，可将返波传递到半空中或音盒孔，从而解决了根据现有技术制成的后置磁铁结构所带来的阻塞和阻碍问题。由此，本发明的结构便提供了新颖的调谐技术，将小型扬声器或***可以达到的响应范围加以扩大。

由于在此揭示了本发明并说明了其说明性具体实施例，从而所属技术领域的技术人员可能对其进行进一步的变更或修改，所有这些变更及修改都应被视为下文附加的及与其等效的权利要求书所限定的发明保护范围中的一部分。

Claims (8)

1.一种扬声器，其包括

一个确定了磁通间隙的磁铁结构；还包括至少两个永久磁铁，一个包含了至少一个极形成元件的极组件，以及一个置于所述磁铁之间的分流器构件，该分流器连接于所述永久磁铁之间并成角形弯曲，以将极面之间的所述永久磁铁的磁通集中，生成一个位于所述磁铁结构前面的前音圈间隙和一个位于所述音圈结构后面的后音圈间隙，从而所述磁铁结构可以分别驱动其前后的两个振动膜；

分别置于每一个音圈间隙中的音圈；以及

分别连接到所述各音圈上的第一和第二振动膜，以使施于所述各音圈的驱动电流驱动所述第一和第二振动膜产生声音；

所述第一和第二振动膜连接到背面板上的音圈上并向背面板的前方延伸；

其中，所述音圈和磁铁结构在所述背面板的前面的位置居中布置在所述第一和第二振动膜上，因此形成了减小了深度的扬声器。

2.根据权利要求1所述的扬声器，其中所述的磁铁结构从后端向前端延伸并确定了位于前端的一个附加磁通间隙，

该扬声器包括一个由位于所述附加磁通间隙内并居中于主振动膜前方的一个线圈所驱动的附加振动膜。

3.根据权利要求2所述的扬声器，其中主振动膜及附加振动膜通过定位来保持一个共用声音中心，以提高声音重现的空间保真度。

4.根据权利要求1所述的扬声器，其中所述振动膜安装于一个框架上，从而使返波可以通过中心开口传递到扬声器后面的空间中。

5.根据权利要求1所述的扬声器，其还包括一个音盒，其中，扬声器被安装进音盒中，从而形成了一个嵌装***。

6.一种用于扬声器组件的磁铁结构，其包括至少两个永久磁铁、一个包含了至少一个极形成元件的极组件，以及一个置于所述磁铁之间的分流器构件，该分流器连接于所述永久磁铁之间并成角形弯曲，以将极面之间的所述永久磁铁的磁通集中，生成一个位于所述磁铁结构前面的前音圈间隙和一个位于所述音圈结构后面的后音圈间隙，从而所述磁铁结构可以分别驱动其前后的两个振动膜。

7.一种扬声器，其包括

一个确定了磁通间隙的磁铁结构，该磁铁结构具有一开口，该开口与盒体的内部连通，扬声器安装在该盒体中，并且该开口在该盒体和任何前振动膜以及该盒体的外部环境之间提供连通；

一个位于磁通间隙中的音圈；

连接到所述音圈上的主振动膜，施于所述音圈的驱动电流驱动所述主振动膜以产生声音；

所述主振动膜连接到背面板上的音圈上并向背面板的前方延伸；

其中，所述音圈和磁铁结构在所述背面板的前面的位置居中布置在所述主振动膜上，因此形成了减小了深度的扬声器。

8.一种扬声器组件，其具有：一个扬声器锥盆，该锥盆具有前内腹；一个与该扬声器锥盆连接的音圈；以及一个磁铁组件，该磁铁组件形成一个用于驱动音圈的集中磁隙；其中

该磁铁组件具有开口，该开口沿着穿过该磁铁组件的轴延伸，且与盒体的内部相连通，该盒体中安装有该扬声器组件，并且该开口在该盒体和任何前振动膜以及该盒体的外部环境之间提供连通，该磁铁组件设置于该锥盆的前内腹中，形成减小了深度的扬声器。

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