专利名称：振膜包围物的制作方法
技术领域：
本公开涉及支撑用于产生声波的振膜的包围物。该包围物和振膜可以是无源辐射器或声音驱动器的 一部分。
背景技术：
无源辐射器和声音驱动器通常设计为具有带半圆切面或者半椭圆切面的包围物。这种半圓切面包围物通常由高硬度材料制成。该布置提供了近似线性的力偏转响应，直到包围物达到会导致非线性响应的高应变。在许多包围物设计中，曲率和环向应力的问题可能导致不稳定的动态响应(诸如次谐波摇摆)，这对于声学性能是有害的。
发明内容
根据本发明的第 一 方面， 一 种支撑用于产生声波的振膜的包围
物，包括肋部件，从该振膜向外延伸；以及膜部件，其由该肋部件支撑。该膜部件在基本上与膜部件的相对顶表面和底表面垂直的方向上具有一厚度，其实质上薄于肋部件在基本上与肋部件的相对顶表面和底表面垂直的方向上的厚度。对于使振膜返回到起始位置的复原力，来自于肋部件的形变的贡献大于来自于膜部件的形变的贡献。
进一步的特征包括，该肋部件是从该振膜向外延伸的第一组肋部件的一部分。包括第二组肋部件，其相对于第一组肋部件存在偏移。第二組肋部件在径向上相对于第一组肋部件存在偏移。第二组肋部件在圆周方向上相对于第一组肋部件存在偏移。肋部件由弹性体构成。肋部件由具有在大约5到大约70之间的邵氏A (ShoreA)硬度的材料构成。
附加的特征包括第二组肋部件通过圆周状的肋部件连接到第
一组肋部件。第二组肋部件被连接到附件构件。第一组肋部件被连
接到振膜。膜部件的厚度在大约O.lmm到大约5mm之间。肋部件的厚度在大约0.2mm到大约25mm之间。膜部件是扁平的或弯曲的。膜部件和肋部件形成无源辐射器的 一 部分。
又一个特征包括支撑用于产生声波的振膜的包围物。该包围物
包括膜部件和支撑膜部件的支撑件。支撑件关于虛拟平面基本对称。膜部件在基本上与膜部件的相对顶表面和底表面垂直的方向上具有
一厚度，其实质上薄于肋部件在基本上与肋部件的相对顶表面和底
表面垂直的方向上的厚度。
另外的特征包括该支撑件被固定到振膜和附件构件中的至少一个。该支撑件包括至少两个肋条。这两个肋条基本在径向上延伸。振膜基本上是平坦的并且平行于虛拟平面。该虚拟平面平分膜部件。该支撑件在膜部件之上和之下延伸。严密包围该包围物的封套包括基本平坦的表面，该表面的法向是振膜的目标行进方向。
另外的特征包括一种声音系统，其具有在振动时产生声波的第一振膜。支持该振膜的包围物包括从该第 一 振膜向外延伸的肋部件。该包围物包括由肋条支撑的膜部件。该膜部件在基本上对着膜部件的顶表面和底表面的法向上具有一厚度，其实质上薄于肋部件在基本上与肋部件的相对顶表面和底表面垂直的方向上的厚度。该肋部件和膜部件由基本相同的材料制成。
另外的特征包括一种产生声波的方法。提供连接到用于产生声波的振膜的包围物。该包围物包括膜部件和连接到膜部件的支撑件。该支撑件可被虚拟平面分成两个基本对称的部分。该膜部件在基本上u膜部件的顶表面和底表面的法向上具有一厚度，其远薄于肋部件在基本上对着肋部件的顶表面和底表面的法向上的厚度。使该振
膜振动从而产生声波。
图1是无源辐射器的示意性透视图2是图1中示出的包围物的示意性透视图3是图2中示出的包围物的一部分的截面透视图4是包围物的第二示例的示意性透视图5是图4示出的包围物的一部分的截面透视图6是包围物的第三示例的示意性透视图；。
图7是图6示出的包围物的一部分的截面透视图8是包围物的第四示例的示意性透视图9是图8示出的包围物的一部分的截面透视图IO是包围物的第五示例的示意性透视图11是图10示出的包围物的一部分的截面透视图12是包围物的第六示例的示意性透视图13是图12示出的包围物的一部分的截面透视图14是包围物的第七示例的示意性透视图15是图14示出的包围物的一部分的截面透视图16是包围物的第八示例的示意性透视图17是图16示出的包围物的一部分的截面透视图；图18是包围物的第九示例的示意性透视图19是图18示出的包围物的一部分的截面透视图20是包围物的第十示例的一部分的截面透视图；以及
图21是集成了图1的无源辐射器的扬声器的示意性透视图。
具体实施例方式
有源声源和无源声源(例如，驱动器和无源辐射器)通常包括 振膜，其前后往复运动以产生声波。振膜(其例如可以是盘形、圓 锥形、杯形或者圆拱形)常常使用弹性的包围物构件附着到不移动
的结构上。
例如，如图1所示，无源辐射器20包括包围物26,包围物26将振膜22连接到外附件环36。振膜22具有顶表面21,其基本上是 平坦的并且由诸如塑料(例如，聚碳酸酯或丙烯腈丁二烯苯乙烯) 或金属(例如，铁或铝)之类的硬质材料制成。可选地，振膜22的 顶表面21可以被定形成凸出的或凹陷的，以增加振膜的硬度。
振膜22暴露于诸如声音驱动器之类的其他源产生的声波中。该 声波使得振膜在基本垂直于振膜所在平面的目标行进方向上来回振 动。该振动使得产生和传播附加的声波。振膜22中的一组孔24用 于固定可被添加到振膜中以调谐到期望的振动共振频率的物质 (mass )。
包围物26被固定到振膜22上并且支撑振膜22。在此示例中， 振膜22的直径大约为132nm。该包围物可以由固态或泡沫弹性体制 成，并且在此示例中，包围物是热固软硅弹性体，诸如位于2000 Saint John Street, Eastern, PA 18042的Smooth-On 7>司所售的Mold Max 27T。 Mold Max 27T是锡硬化(tin-cured )硅橡月交复合物。关于Mold Max 27T的更多详情可以从www.smooth-on.com找至'j 。用于制成包围 物26的热固弹性体优选地具有(i)在大约5到大约70之间的邵氏 A (Shore A)硬度，并且更优选地具有大约27的硬度；(ii)在大 约0.05MPa到大约10MPa的100 %伸长率静态4莫数，并且更优选地 是具有大约0.6MPa的100%伸长率静态模数；(iii)在大约100% 之上断裂的伸长率，并且更优选地在大约400%断裂的伸长率；以及 (iv)当振膜在其中间行进位置处时，在大约0.05牛顿/mm到大约 50牛顿/mm之间的静态硬度，并且更优选地大约3牛顿/mm的静态 硬度。然而，这些特性可以基于振膜直径、无源辐射器系统调谐频 率、以及扬声器箱中的空气体积而改变。
一般而言，包围物的尺寸越小，就可以使用越低硬度的材料。 软硬度材料的使用可以更好地设计控制振膜的低自由度的空气共振 频率，以使得该共振频率远离振膜/包围组件以及使用该包围物的扬 声器箱的可移动物质的调谐频率。
附件环(构件)28被固定在包围物26上并且支撑包围物26。此示例中的附件环28是由用于振膜22的相同材料制成。可选地， 附件环28和振膜22可以用不同的材料制成。环28包括一 系列大的 孔30，其与紧固件(未示出) 一起用于将无源辐射器固定到另一结 构(下文将讨论)。附件环28、包围物26和振膜的这种布置提供了 振膜的合适的线性力偏转响应，其可以有寿']地获得低谐波失真和较 好的动态性能。
无源辐射器20通常通过以分离的注模操作形成振膜22和附件 环28来制成。振膜22和附件环28接着被置于嵌件模具(insert mold ) 中，并且热塑性或热固性弹性体被注入该模具。弹性体被硬化从而 形成包围物26。热固性弹性体覆盖面向包围物26的振膜22和附件 环28的表面。这帮助将包围物26固定(连接)到振膜22和附件环 28。弹性体还覆盖表面32和36 (以及它们的相对表面)的至少一部 分，由此帮助将包围物26固定到振膜22和附件环28。 一系列的孔 34和38是注入孔，熔化的弹性体通过这些孔注入以形成包围物26。
现在转到图2和图3，描述包围物26的进一步的几何细节。包 围物包括许多一般为扁平的(平坦的)膜部件40,其优选地具有在 约O.lmm到约5mm的厚度T,(图3 )。厚度T,是在基本对着膜部 件40的顶表面40a和底表面40b的法向上测量的。在此示例中，每 个膜部件约lmm厚。每个膜部件40由支撑件42进行支撑。在此示 例中，支撑件包括一对通常是直辐射状的肋条44、 46(肋部件)以 及通常是圆周状的肋条48，所有这些都支撑膜部件40。这三个肋条 都具有在约0.2mm到约25n>m的厚度T2。肋条44、 46和48均具有 表面47 (顶表面)，其基本上是平坦的，并且基本垂直于振膜22 的目标行进方向。肋条44、 46和48的底表面43也是基本平坦的。 厚度丁2是在基本对着肋条44、 46和48的顶表面47和底表面43的 法向上测量的。严密包围包围物26的封套将包括基本平坦的表面， 其法向是振膜的目标行进方向，并且与表面47共面。在此示例中， 厚度T2约为8.5mm，导致膜部件实质上薄于肋条。支撑件的肋条对 称地在膜部件之上和之下延伸。膜和肋条由基本相同的材料制成。当振膜2开始从起始位置(图1中示出)开始移动出去时，肋部件 44、 46和58开始沿着其长度(在此示例中为在辐射方向上)弹性伸 长。当振膜22在垂直于无源辐射器所在的平面的目标方向上进一步 远离起始位置时，肋部件44、 46和58将继续弹性伸长。当振膜22 返回其起始位置时，辐射状肋条恢复其原始长度。对于使振膜返回 起始位置的复原力，来自于辐射状肋条44和46的形变的贡献大于 来自于膜部件40的形变的贡献。所有辐射状肋条和圆周状肋条48 的组合体积大约是27.5cm3。所有膜部件的组合体积大约是5.4cm3。 对于此示例，这得到肋条和膜部件的体积比值大约是5.1。 一般而言， 当包围物越小时，该比值越小。该比值优选地应该至少约为0.3。
圆周状肋条48在圓周方向上延伸。弹性体50被固定到附件环 28上。弹性体56被固定到振膜22上。每个辐射状肋条从振膜向外 沿着大致辐射方向(垂直于振膜22的目标行进方向的方向)上的基 本上肋条的整个长度延伸。尽管肋条44、 46示出为以相对于振膜22 大约90。角向外延伸，但是肋条44、 46可以布置为以小于卯。的 角度(例如，以60。的角度，其将得到三角形的膜部件)延伸。辐 射状肋条44、 46是在外面的一组辐射状肋条中。膜部件40具有一 对边51 (在图3中仅一条边是可见的)，其在基本上辐射方向上延 伸，并且在其整个长度上由肋条44和46支撑。应该注意，膜部件 40和另一元件(例如肋条46)之间的接合部位可以用带子绑住。因 为膜部件40和支撑件42是整体的，所以在膜部件40和支撑件之间 的接合部位不会漏出任何空气。
布置在两个圆形环52、 54中的包围物26中存在大量的膜部件 和支撑件(图2)。辐射状肋条58属于内圈的一组辐射状肋条。该 内圈的一组辐射状肋条(包括肋条58)与外圏的一组辐射状肋条(其 包括肋条44、 46)在径向上存在偏移。这意味着外圏的一组肋条比 内圏的一组肋条离圓心24更远。内圈的一组辐射状肋条与外圏的一 组辐射状肋条在圓周方向上也存在偏移。这意味着外圏的一组肋条 相对于内圏的一组肋条在圆周方向上有移动。内圏的一组辐射状肋条通过圆周状的肋条48连接到外圏的一组肋条。内圈的一组辐射状 肋条(包括肋条58)彼此连接并且通过弹性体56连接到振膜22。 外圈的一组辐射状肋条(包括肋条44、 46)彼此连接并且通过弹性 体50连接到附件环28。
现在参考图4和图5，示出了另一个包围物的例子，其类似于图 2和图3中的示例，不同之处在于膜部件60和62是弯曲的。膜部件 在圆周方向上交替地从凹形(膜60)到凸形(膜62)。应该注意， 膜部件的外环也是弯曲的。
转到图6和图7,示出了另一个包围物的例子，其类似于图2和 图3中的示例，不同之处在于内圈中的每个辐射状肋条(包括肋58) 与相应的外圏中的辐射状肋条在圆周方向上是对齐的。
参考图7,包括辐射状肋条和圓周状肋条的支撑件42，是关于 虛拟平面66对称的(在本公开中的其他说明性例子中也是如此)。 部分68a位于平面66之下，部分68b位于该平面之上。振膜22 (图 1)优选地位于平面66中。另外，对于任何具有平坦的膜部件的示 例(例如，图2、图3、图6和图7),虛拟平面66将膜部件平分。 假设虚拟平面66与包围物到振膜和附件环的连接点对准，这种对称 设计对于振膜从中间静止位置向正负两个方向上的行进提供了基本 类似的响应。
参考图8和图9，示出了另一个包围物的例子，其类似于图6和 图7中的示例，不同之处在于膜部件70和72是弯曲的而不是平坦 的。该膜部件在圓周方向上交替地从凹形(膜70)到凸形(膜72)。 该膜部件还在半径方向上交替地从凹形(膜70)到凸形(膜74)。
现在参考图10和图11，其类似于图2和图3中的示例，不同之 处在于U)辐射状肋条44、 46和58被缩短的辐射状肋条78、 80、 76所替代，以及(b)圆周状肋条48被具有多个短的肋部件82a、 82b的锯齿状肋条82替代。这些改变导致五边形的膜部件。
参考图12和图13，示出了另一个包围物的例子，其类似于图 10和图11中的示例，不同之处在于膜部件84和86是弯曲的而不是平坦的。该膜部件在圆周方向上交替地从凹形(膜84)到凸形(膜 86)。
现在参考图14和图15，示出了另一个包围物的例子，其类似于 图2和图3中的示例，不同之处在于省略了圓周状肋条48、外圆环 52中的辐射状肋条和外圆环52中的膜部件。该布置可以用于支撑较 小的振膜，而先前的例子可以用于支撑较大的振膜。
参考图16和图17,示出了另一个包围物的例子，其类似于图 14和图15中的示例，不同之处在于膜部件88和90是弯曲的而不是 平坦的。该膜部件在圆周方向上交替地从凹形(膜88)到凸形(膜 90)。
转到图18和图19,包围物110包括六个辐射状肋条112以及膜 114。肋条112位于膜114的顶上。振膜(未示出)位于肋条112的 第一唇边116和膜114的第一唇边118之间。附件环位于肋条112 的第二唇边120和膜114的第二唇边122之间。包围物110被嵌件 成型到预形成的振膜和附件环中。
图20提供另一个包围物的例子。 一对辐射状肋条91支持膜部 件93。在此示例中，在肋条的末端和膜部件开始端之间没有清晰的 分界线。包围物的部分95被固定到圆周状肋条或者被固定到附件环 (未示出)。包围物中与部分95相对的部分被固定到振膜(未示出)。
现在转到图21，扬声器92包括图1的无源辐射器20。无源辐 射器利用螺钉和蝶型螺母98固定到扬声器箱96的壁94上。物质100 已被固定到中心孔24中。声音驱动器102被固定到扬声器箱的壁104 上。声音驱动器包括振膜,106,其由线性电磁马达引起振动。这些振 动产生从箱体96向外传播的声波以及在箱体96内部传播的其他波。 箱体96内部的声波引起无源辐射器的振膜22振动，该振动继而导 致产生另外的声波并且从壁94向外传播。应该注意，上文描述的各 种包围物可以用于支撑在声音驱动器中使用的振膜(例如，振膜 106);该包围物不限于仅用在无源辐射器应用中。无源辐射器的包 围物的紧凑(例如，扁平的)设计可以允许实现扬声器箱96内部的附加的声音量。
一关殳而言,包围物的肋条才是供线性的力偏專争响应,而薄的膜才是 供非线性的力偏转响应。总硬度是肋条响应和膜响应的总和，因此
期望最小化膜的贡献。 一个示例提供了在22mm的峰-峰振膜行程上 具有线性性能的系统。在一个使用软硅树脂橡胶的例子中，橡胶经 受约30%的拉伸或应变。
尽管已经参考上面示出和描述的特定例子具体地示出和描述了 本发明，但是显然本领域技术人员现在可以实现偏离此处公开的特 定设备和技术的使用的各种改变。例如，尽管此处描述的例子通常 是圆形的，但是包围物可以以各种其他形状来构成，例如方形、长 方形或跑道形。另外，除了此处已经描述的若干种方式之外，还存 在多种不同的方式来布置包围物的肋条和膜。因此，本发明应该解 释为包括此处公开的设备和技术呈现的或具有的每个新颖特征和特 征的新颖组合，并且仅由所附权利要求的精神和范围来限定。
权利要求
1.一种支撑用于产生声波的振膜的包围物，包括肋部件，其从所述振膜向外延伸；以及膜部件，其由所述肋部件支撑，所述膜部件在基本上与所述膜部件的相对顶表面和底表面垂直的方向上具有一厚度，所述厚度实质上薄于所述肋部件在基本上与所述肋部件的相对顶表面和底表面垂直的方向上的厚度，其中对于使得振膜返回到起始位置的复原力，来自于所述肋部件的形变的贡献大于来自于所述膜部件的形变的贡献。
2. 根据权利要求1所述的包围物，其中所述肋部件是从所述振 膜向外延伸的第一组肋部件中的一部分。
3. 根据权利要求2所述的包围物，进一步包括第二组肋部件， 其相对于所述第一组肋部件存在偏移。
4. 根据权利要求3所述的包围物，其中所述第二组肋部件在径 向上相对于所述第一组肋部件存在偏移。
5. 根据权利要求4所述的包围物，其中所述第二组肋部件在圆 周方向上相对于所述第一组肋部件存在偏移。
6. 根据权利要求3所述的包围物，其中所述第二組肋部件在圓 周方向上相对于所述第一组肋部件存在偏移。
7. 根据权利要求l所述的包围物，其中所述肋部件由弹性体构成o
8. 根据权利要求1所述的包围物，其中所述肋部件由具有在大 约5到大约70之间的邵氏A硬度的材料构成。
9. 根据权利要求3所述的包围物，其中所述第二组肋部件通过 圆周状的肋部件连接到所述第 一 组肋部件。
10. 根据权利要求3所述的包围物，其中所述第二组肋部件被 连接到附件构件。
11. 根据权利要求2所述的包围物，其中所述第一组肋部件被连接到所述振膜。
12. 根据权利要求1所述的包围物，其中所述膜部件的厚度在大约0.1 mm到大约5mm之间。
13. 根据权利要求1所述的包围物，其中所述肋部件的厚度在 大约0.2mm到大约25mm之间。
14. 根据权利要求1所述的包围物，其中所述膜部件是扁平的。
15. 根据权利要求1所述的包围物，其中所述膜部件是弯曲的。
16. 根据权利要求1所述的包围物，其中所述膜部件和肋部件 形成无源辐射器的 一部分。
17. —种产生声波的方法，包括步骤提供连接到用于产生声波的振膜的包围物，所述包围物包括膜 部件和连接到所述膜部件的支撑件，其中所述支撑件通过虚拟平面 可被分成两个基本对称的部分，所述膜部件在基本上与所述膜部件 的相对顶表面和底表面垂直的方向上具有一厚度，所述厚度实质上的方向上的厚度；以及使得所述振膜振动并且产生声波。
18. 根据权利要求17所述的方法，其中所述膜部件的厚度在大 约0.1 mm到大约5mm之间。
19. 根据权利要求17所述的方法，其中所述支撑件的厚度在大 约0.2mm到大约25mm之间。
20. 根据权利要求17所述的方法，其中所述支撑件被固定到所 述振膜。
21. 根据权利要求17所述的方法，其中所述支撑件包括至少两 个肋条。
22. 根据权利要求21所述的方法，其中所述两个肋条在径向上 延伸。
23. 根据权利要求17所述的方法，其中所述支撑件包括在圆周 方向上延伸的肋条。
24. 根据权利要求1所述的包围物，其中所述肋部件的表面基 本是平坦的，所述表面基本垂直于所述振膜的目标行进方向。
25. 根据权利要求1所述的包围物，其中所述肋部件和膜部件 由基本相同的材料制成。
26. 根据权利要求1所述的包围物，其中严密包围所述包围物 的封套将包括基本平坦的表面，所述表面垂直于所述振膜的目标行 进方向。
全文摘要
一种支撑用于产生声波的振膜的包围物，包括从该振膜向外延伸的肋部件以及由该肋部件支撑的膜部件。该膜部件在基本上与膜部件的相对顶表面和底表面垂直的方向上具有一厚度，该厚度实质上薄于肋部件在基本上与肋部件的相对顶表面和底表面垂直的方向上的厚度。对于使振膜返回到起始位置的复原力，来自于肋部件的形变的贡献大于来自于膜部件的形变的贡献。
文档编号H04R1/28GK101682817SQ200880016976
公开日2010年3月24日 申请日期2008年5月14日 优先权日2007年5月31日
发明者J·D·希尔弗, K·V·萨伯拉玛尼阿姆, R·P·帕克, 桢 徐 申请人:伯斯有限公司