气动式全向扬声器及音箱的制作方法

本发明属于扬声器技术领域，涉及一种气动式全向扬声器及音箱。

背景技术：

目前常用的扬声器根据其发声原理不同，主要分为动圈式、静电(电容)式和平面振膜式。其中，动圈式和平面振膜式是利用电磁力换能发声，即在固定磁场中通过控制音圈电流产生变化的电磁场，从而驱动振膜振动发声；而静电(电容)式则是利用静电力换能发声，即将带电振膜置于电场中，利用振膜和极板上电荷之间的静电力来驱动振膜振动发声。

现有技术中的扬声器可有效实现声音的还原和播放，在解析度、响应能力(速度、强度和频率范围等)和音质等方面能满足绝大多数音频应用场景。

但是，发明人在实现本发明的过程中发现，现有技术中的扬声器依赖于振膜振动发声，而受限于作用力的方向，振膜振动的方向性较强，故扬声器发出的声音有较强的指向性，这极大限制了声音的接收范围。现有技术的扬声器适合于耳机或固定方位收听等应用场景，但在某些特定应用场景中，比如不固定位置或多人在周边多个位置收听时，很难保证实际音效。此外，即便是音质较好的静电(电容)式或平面振膜式扬声器，其发声时需要推动整个发声单元(即振膜)一起运动，在一定的振动振幅下才能有效发声(即需要对振膜产生足够的推力)；同时因其发声单元的发声总面积有限，推动大量空气传播声音的能力有限，因此，现有技术中的扬声器在解析力和瞬态响应等方面表现不佳，其高频段的音质并不理想。

技术实现要素：

(一)发明目的

针对现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：如何有效提升扬声器的发声能力，实现全向且高音质的发声。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，在本发明的一方面，提供了一种气动式全向扬声器，包括振动系统和磁路系统；其中，

所述振动系统包括环形设置的气动式振膜以及设置在所述气动式振膜上的音圈；

所述磁路系统包括环形设置的磁组，所述磁组包括设置在所述振动系统内侧的内磁组和/或设置在所述振动系统外侧的外磁组。

可选地，所述磁路系统还包括环形设置的导磁组，所述导磁组包括设置在所述扬声器内部的内导磁组和/或设置在所述扬声器外部的外导磁组。

可选地，所述内导磁组与所述内磁组对应设置。

可选地，所述环形设置的气动式振膜为圆筒状薄膜，所述圆筒状薄膜的圆筒柱面上设置有均匀的褶皱。

可选地，所述圆筒状薄膜一体成型或由展开平面为矩形的平面薄膜围成。

可选地，所述音圈带有一定的电路布局，所述电路布局与所述磁路系统的磁场分布相适应。

可选地，所述磁组包括在环形圆周上均匀设置的多个磁条。

可选地，所述多个磁条为多个分立式磁条和/或带有多个条形开口的圆筒状磁片。

可选地，所述外磁组的磁条上设置有减少声波反射干扰的构件。

可选地，所述导磁组包括在环形圆周上均匀设置的多个导磁条。

可选地，所述多个导磁条为多个分立式导磁条和/或带有多个条形开口的圆筒状导磁板。

可选地，所述外导磁组的导磁条上设置有减少声波反射干扰的构件。

可选地，所述减少声波反射干扰的构件具有平滑的曲面结构。

可选地，所述外磁组的磁条数量不多于所述内磁组的磁条数量，所述外磁组的磁条与所述内磁组的磁条对应设置。

可选地，所述外导磁组为网状导磁组。

可选地，所述扬声器还包括上连接板和下连接板，所述上连接板和所述下连接板分别从上下部夹持所述振动系统和/或所述磁路系统。

可选地，所述上连接板和所述下连接板为带有均匀齿状凸起和/或均匀齿状凹槽的环形板，所述齿状凸起和/或所述齿状凹槽与所述磁组和/或所述气动式振膜对应。

可选地，所述上连接板和所述下连接板采用导磁材料制成。

可选地，还包括设置在所述扬声器内部的消音结构。

可选地，还包括设置在所述扬声器内部的支撑结构。

可选地，所述褶皱为纵向或横向的褶皱。

可选地，所述褶皱为弧形褶皱、风琴褶或方波形褶皱。

在本发明的另一方面，还提供了一种音箱，包括上述任一项所述的气动式全向扬声器。

(三)有益效果

本发明实施例的技术方案所提供的气动式全向扬声器及音箱，通过环形设置的磁组来提供环形面上的均匀磁场，从而使得环形设置的气动式振膜在360度的环形方向上均可振动发声，有效提升了扬声器的发声范围。此外，气动式振膜通过挤压空气传播声音，其振动效率更高、声音推动能力更强，有效提升了扬声器的声音表现力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a及图1b为本发明一个实施例中气动式全向扬声器的剖面结构示意图；

图2为本发明一个实施例中气动式振膜的立体结构示意图；

图3a及图3b为本发明一个实施例中分立式条状结构的磁组/导磁组的结构示意图；

图4a及图4b为本发明一个实施例中圆筒状栅条结构的磁组/导磁组的结构示意图；

图5为本发明一个实施例中上下连接板的结构示意图；

图6为本发明一个实施例中支撑结构的剖面结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

现有技术中的扬声器受限于磁场/电场的结构布局，只能产生特定方向上的作用力，故振膜的振动方向固定，发出的声音有较强的指向性，无法满足全向收听的需求。同时现有技术中的扬声器的振膜振动效率不高，对空气的推动能力有限，限制了其在高频段声音的表现能力。在本发明的实施例中，为有效提升扬声器的发声能力，提供了一种启动式全向扬声器，通过环形布置的均匀磁路和气动式振膜，实现了360度的全向发声且大幅提升了振膜的推动效率，提高了扬声器的表现能力。具体地，本发明实施例中的方案如下。

实施例一

在本发明的一个实施例中，公开了一种气动式全向扬声器，如图1所示，所述气动式全向扬声器包括：振动系统1和磁路系统2；其中，

所述振动系统1包括环形设置的气动式振膜11以及设置在所述气动式振膜上的音圈(图1中未示出)；

所述磁路系统2包括环形设置的磁组，所述磁组设置在所述振动系统1的至少一侧，即包括设置在所述振动系统1内侧的内磁组21和/或设置在所述振动系统1外侧的外磁组22。

在本发明的实施例中，通过环形设置的磁组来提供环形面上的均匀磁场，从而使得环形设置的气动式振膜在360度的环形方向上均可振动发声，有效提升了扬声器的发声范围。此外，气动式振膜通过挤压空气传播声音，其振动效率更高、声音推动能力更强，有效提升了扬声器的声音表现力。

其中，图1a和图1b是本发明两个优选的实施例，其振动系统1和磁路系统2的配置基本相同，只是部分结构件的具体形式略有区别，后文中的实施例会对磁条形状、连接件结构等做详细说明，此处仅利用图1a和图1b来展示本发明实施例中气动式全向扬声器几种可能的整体装配效果，在此图1a和图1b中的细节特征不应视作对本发明具体实施方式的限制。

进一步地，如图1和图2所示，在本发明的一个实施例中，所述环形设置的气动式振膜优选为圆筒状薄膜，其中，所述圆筒状薄膜的圆筒柱面上设置有均匀的褶皱。在图2所示的优选实施例中，所述褶皱为纵向的弧形褶皱；实际情况中，其他形式的褶皱，比如风琴褶(accordionfold)或方波形褶皱等，或是褶皱横向设置等也同样适用于本发明的实施例，在此图2的优选实施例不应视作对本发明具体实施方式的限制。

可选地，所述圆筒状薄膜一体成型或由展开平面为矩形的平面薄膜制成；比如，典型地，将矩形平面薄膜先均匀折叠后再合围成圆筒状即可得到图2所示的气动式振膜。进一步地，由矩形平面薄膜制成时，接缝处通过粘贴或连接片固定。

采用气动式振膜，振膜在振动的同时会利用褶皱对空气进行挤压，即从褶缝处挤出或吸入空气，以喷射的方式辐射声波，由于空气是由折叠的缝隙中喷射而出，就像用两个手指挤压一个乒乓球比用一个手掌推能跑的更远更快的道理一样，能量比振膜直接在空气中震动要来的更快更强。经测算，平面设置的气动振膜在同样的磁场空间内实际发声的面积可以是传统动圈式的半球形振膜发声面积的10到30倍，额定功率可提高2-5倍，而本发明实施例中采用环形设置的气动振膜进一步增强了发声面积的优势，额定功率的提高可达5-30倍，可使得高音单元一直工作在一个相对低负载的范围内，发声单元的驱动能力、稳定性均有大幅提高。

且因为本发明实施例的方案中环形设置的磁路可获得更均匀的磁场，能更有效而均匀地驱动振膜，振膜不会产生分割振动，失真度极低，可在1.5k～50khz的频响范围稳定工作(远高于传统半球形高音单元的2k～20khz的频响范围)，在高频表现上具有更加清晰的解析力，音质更为理想。

可选地，所述磁组与所述振膜的环形为同心圆环，所述磁组与所述振膜平行设置。在图1所示的本发明的一个实施例中，所述磁组同时设置在所述振膜的内外两侧；当然图1仅仅作为本发明的一个示例性的实施例，本领域相关技术人员可以理解，磁组也可仅设置在振膜的内侧或外侧，磁组的具体设置方式不应视作对本发明具体实施的限制。从效果上来讲，两侧的设置方式可获得更饱和的磁通，能够更灵敏更有效地驱动振膜振动；而仅设置在内侧时，外侧声音传播方向上没有遮挡，更能保证实际的声效，实际实施时可根据扬声器的发声要求来选择合适磁组设置方式；此外，仅设置在外侧的外磁组虽然会对声音传播有一定的遮挡，但其也可实现全向发声，因此不应将该方式排除在本发明的具体实施方式之外。

实施例二

在本发明的一个实施例中，均匀设置的磁组构成一种环形阵列形式。以设置在所述振膜内侧的内磁组为例，进一步如图3a所示，所述内磁组21包括在环形圆周上均匀设置的多个磁条211。通过该方式，所述均匀设置的多个磁条共同形成穿过所述振动系统的均匀磁场，扬声器在工作时，通过向音圈中施加变化的电流而使音圈电路产生变化的电磁场，变化的电磁场和磁组磁场相互作用下对音圈产生作用力，使得音圈带动其贴合的振膜一起往复振动，以一定频率振动的振膜就发出了具有特定音效的声波。

其中，在本发明的实施例中，音圈带有一定的电路布局，其可以是与振膜贴合的薄膜，比如由导电薄膜制成的薄膜电路，也可以是直接印刷/喷涂/打印/蚀刻在振膜表面的电路。此外，可选地，音圈中的电路布局(电路的宽度、间隙、排线及弯绕形式等)与磁路系统的磁场分布相适应。比如，典型地，所述音圈的电路布局使得其产生的电磁场的磁感线垂直通过所述振膜、和/或与所述磁组磁场在同一位置处的磁感线平行。当然，本领域相关技术人员可以理解，磁场的磁感线通常是多条曲率不同的闭合曲线，可能全部磁感线均满足上述方向性要求的情况很难达成，因此本发明实施例中一般仅要求在磁感应强度较大的区域处的磁感线满足上述方向性要求即可。上述磁感线的方向性要求不应视作对本发明具体实施方式的限制。

可选地，音圈电路由金属、合金和复合导电材料中的一种或多种制成。其中，带有电路的音圈均匀排列在振膜至少一侧的表面上，其为振膜提供的驱动力受力均匀，产生的声音更自然，且制造工艺得到简化，良率提高，成本降低。

在本发明的实施例中，可选地，所述磁组中的磁条与所述振膜的高度相当。图3a所示的实施例中所述磁条为长方体形，且所述多个磁条的形状和/或结构相同。

但可选地，所述磁条也可采用任意形状的条状磁体，比如水平横截面为矩形、梯形、圆形、扇形、任意多边形或自由闭合曲线的条状磁体。比如，图3b示出了磁路系统的另一种优选的实施方式，其中，外磁组的磁条221的水平横截面为梯形，且梯形的上底(即较短的底边)朝向外侧。采用该优选实施例中磁条形式的外磁组，在出声方向上声音传播的通道逐渐扩大，更有利于声波的扩散和传播，因而可获得更为理想的音质。需要注意的是，因内磁组并不位于声音传播方向上，所以内磁组的磁条211的形状无需做严格限制，采用前述任意形状的条状磁体均可。图3b的优选实施例中优选采用了与外磁组磁条221关于振膜对称的内磁组磁条211，其目的主要是为了便于制备安装以及更容易获得对称磁路，实际上内磁组磁条211的形状并不对声音传播造成影响。因此，图3b所示的优选实施例中内磁组的形状不应理解为对本发明具体实施方式的限制。

原则上，只要各个磁条的高度及提供的磁通量相当且可均匀设置即可，磁条的形状和/或结构不应视作对本发明具体实施方式的限制。但通常情况下，统一制式的磁条有利于工业生产和装配，故本发明实施例中的磁组优选采用图3所示的磁条组合。

可选地，本发明的实施例中根据扬声器的大小和/或对工作参数(比如音质、音量、功率、阻抗等)的需求，选择一定数量的磁条组合成所述磁组。比如，所述磁组包括10至40根磁条；或者优选地，所述磁组包括20至30根磁条。

图3所示的实施例中仅仅展示了设置在振膜内侧的内磁组，但在本发明的一个实施例中，磁路系统还可包括设置在振膜外侧的外磁组。可选地，所述外磁组的磁条与所述内磁组的磁条数量相同且对应设置。在另一可选实施例中，为减小外磁组对声音传播的影响，所述外磁组的磁条数量少于所述内磁组，或者，所述外磁组的磁条中设置有减少声波反射干扰的构件，其中，所述减少声波反射干扰的构件通常具有平滑的曲面结构。

实施例三

在本发明的一个实施例中，如图1所示，所述磁路系统2还包括环形设置的导磁组；所述导磁组包括设置在所述扬声器内部的内导磁组31和/或设置在所述扬声器外部的外导磁组(图1中未示出，可参见图3b)。

可选地，所述导磁组、所述磁组与所述振膜的环形均为同心圆环，所述导磁组与所述磁组对应设置，所述导磁组设置在所述磁组远离所述振膜的一侧。比如，当所述磁组包括设置在振膜内侧的内磁组时，所述导磁组包括设置在所述内磁组内侧的内导磁组；当所述磁组包括同时设置在振膜内外两侧的内磁组和外磁组时，所述导磁组包括设置在所述内磁组内侧的内导磁组和设置在所述外磁组外侧的外导磁组。

导磁组的设置可防止磁漏，获得更加饱和的磁通，从而提升磁路系统对振动系统的驱动能力，改善扬声器的灵敏度、声音解析力和音质等性能。

在本发明的一个实施例中，以设置在内磁组内侧的内导磁组为例，进一步如图4所示，所述内导磁组31为带有多个均匀设置的条形开口的导磁圆筒。其中，图4中内导磁组的导磁圆筒中的栅条311与图3中内磁组21的磁条211对应设置(或可表述为图4中内导磁组的导磁圆筒中的条形开口与图3中内磁组的磁条间隙对应设置)。

比如，参见图3b，其示出了磁路系统的另一种优选的实施方式，在内磁组内侧设置有内导磁组、以及在外磁组外侧设置有外导磁组。其中，内导磁组的导磁条311与内磁组的磁条211逐一对应设置，外导磁组的导磁条321与外磁组的磁条221逐一对应设置。再参见图1a，所述内导磁组31和外导磁组32之间进一步通过设置在其上下两端的上导磁板(图1a中为展示内部结构而予以隐藏，其实际结构与位置均与下导磁板33对称)和下导磁板33进行连接，以实现整个磁路的闭合防漏。

本领域相关技术人员可以理解，图3及图4仅仅是本发明的技术方案中磁组和导磁组的一个示例性的实施方式，实际情况中，磁组和导磁组可采用任意可行的环形设置方式。比如，典型地，导磁组可采用图3所示的方式由分立式的导磁条构成，或者磁组可采用图4所示的方式由圆筒状的磁板构成。当然，图4a所示的圆筒及其开口并非唯一可行的实施方式，在本发明的其他实施方式中，圆筒也可不带有开口(亦即磁组或导磁组为一完整的圆筒状板材)，或者采用任意形状和/或长度的开口(比如栅格状开口、或者如图4b所示的直接切断圆筒一侧的开口等)。

其中，相对于整片的磁板来说，分立式的磁条的体积更小，充磁难度低，充磁的磁性更均匀可控，制造工艺简单，良品率高；而导磁材料由于无需充磁，整体成型更有利于降低装配难度和提升结构强度；因此，在本发明的实施例中，优选采用分立式的磁条形成磁组、采用一体成型的导磁圆筒形成导磁组，该方式可大幅降低产品的制备难度和成本，实现大规模批量化的生产，推动设备的普及。

此外，当导磁组和/或磁组采用非条形结构时，导磁组与磁组不再要求对应设置。比如，在本发明的一个实施例中，无论所述磁路系统是否包括外磁组，均可在所述磁路系统中设置外导磁组。可选地，一种典型的外导磁组的通用结构为网状导磁组；该网状导磁组可设置在扬声器的外部，除起到防漏导磁作用外，还可起到防尘、防异物进入和防止磕碰等保护内部结构体的作用。当然，网状导磁组作为保护罩仅仅是本发明实施例中一种可行的方式，另设独立的防尘保护网同样适用于本发明的实施例，导磁组的具体设置方式不应视作对本发明具体实施方式的限制。

在本发明的实施例中，导磁组可选用金属、合金、硅、碳、石墨、石墨烯、陶瓷和复合材料中的一种或多种制成；优选地，导磁组的材料为铁。

实施例四

在本发明的一个实施例中，所述气动式全向扬声器还包括装配结构，如图5所示，为将振动系统和磁路系统固定装配，所述扬声器还包括上连接板41和下连接板42，所述上连接板41和所述下连接板42分别从上下部夹持所述振动系统和/或所述磁路系统，以保证各组件的位置和结构稳固。

进一步如图5所示，在本发明的一个实施例中，所述上连接板41和所述下连接板42为带有均匀齿状凸起411的环形板，所述齿状凸起411与图3所示的磁组对应，以使得每根磁条可正好卡固在两相邻凸起间。此外，对于图2所示的纵向弧形褶皱的气动式振膜，所述上连接板41和所述下连接板42中也可设置与之对应的齿状凹槽421(实际上也可看成是一种齿状凸起，为与磁组的安装结构411在文字表述上形成区别，此处将振膜的安装结构421称为齿状凹槽)，以实现对振膜的固定装配。

此外，再参见图1a，其中的上连接板和下连接板进一步采用带有一定凹凸结构的嵌合件，通过将磁条、导磁条和振膜均嵌合在上连接板和下连接板的凹凸结构中来保证各组件的固定装配。同时上连接板和下连接板其他各面上的凹凸结构又用来与其他组件(比如上下壳体盖板等)嵌合，以使整个扬声器的整体更加紧凑牢固。进一步地，图1a中，上连接板(或下连接板)还可进而分为内外两部分，用于分别嵌合内磁组21和外磁组22。

可选地，所述上连接板和所述下连接板可采用导磁材料制成，即所述上连接板和所述下连接板可连接磁组和导磁组，并作为上下导磁板来起到进一步防漏导磁的作用；作为另一种替代的方案，也可在上下连接板之外独立设置上下导磁板。

当然，本领域相关技术人员可以理解，由于本发明实施例中的磁组和/或导磁组可以采用多种不同的实施结构，故所述上连接板和所述下连接板的结构也并不仅限于图5所示的方式。比如，典型地，当导磁组也采用环形布设的分立式导磁条时，所述上连接板和所述下连接板在导磁组的装配位置也可采用齿状凸起来配合卡固。另外，齿状结构除采用图5所示的在水平方向上的凸起外(类似于齿轮的结构)，也可采用在外环和/或内环设置垂直方向上的齿状凸起(类似于齿盘的结构)。因此上下连接板的具体结构不应视作对本发明具体实施方式的限制。

实施例五

由于本发明实施例的气动式全向扬声器主要目的是向扬声器的外侧环形方向上发声，扬声器内部并不需要声音输出，为避免内部的声音传播影响振膜发声，在本发明的一个实施例中，如图1所示，所述扬声器还包括设置在扬声器内部的消音结构5。典型地，在图1中，所述扬声器内部填充有吸声材料(典型地比如吸声棉)，所述吸声材料整体为柱状结构，基本充满所述扬声器的内导磁组以内的内部空间。本发明实施例中的消音结构一方面可消除扬声器内部的声音传播，另一方面可在内部对扬声器组件起到支撑和紧固作用。当然，可选地，还可在设置所述消音结构的同时在所述扬声器中设置支撑结构，比如图1中所示的，在消音结构5吸声棉的中心开有柱状通孔，所述柱状通孔用于在所述扬声器的中心安装支撑柱。

在本发明的一个可选实施例中，进一步如图5所示，在所述扬声器的内部还可设置整体支撑结构6。图6中的整体支撑结构6包括位于中心的支撑柱61和设置于所述支撑柱上下两端的上下支撑板62、63，所述消音结构填充在所述支撑结构的内部空间里。

可选地，所述支撑结构仅用于提供结构性支撑功能；但在本发明另一个可选实施例中，所述支撑结构可同时用于连接、装配所述扬声器的磁路系统和/或振动系统，亦即所述支撑结构的上下支撑板同时兼作图5实施例中的上下连接板，以将导磁组、磁组等装配在支撑结构的内部和/或边缘。具体地，可以在上下支撑板上设置与上下连接板相似的装配结构(比如齿状凸起和/或凹槽等)；或者，也可以将上下连接板的内环与支撑柱拼接和/或装配。比如，图6中，支撑结构6与内导磁组31或内磁组21抵近装配；或者如图1a中，支撑结构与内导磁组31嵌合装配后与内磁组21抵近装配，而通过上下连接板嵌合固定内磁组21及振动系统1。

另外，优选地，所述支撑结构可采用导磁材料制成，即所述支撑结构同时作为磁路系统中的导磁组(内导磁组和/或上下导磁板33等)。在此情况下，所述磁路系统中可减少或完全省略相关的导磁部件。进一步地，所述支撑结构还可作为所述扬声器的上下部的壳体(作为另一可选方案，也可在所述支撑结构外部另设上下壳体)。

当然，在本发明的实施例中，除振动系统和内磁组为必要构件外，诸如外磁组、内导磁组、外导磁组、防尘网、上下连接板、上下导磁板、消音结构、支撑柱、上下支撑板和上下壳体等构件均可按需配置，各种构件的形状和结构可满足装配要求即可，在此，各构件的组合和/或结构不应视作对本发明具体实施方式的限制。

实施例六

在本发明的一个实施例中，还同时提供一种音箱，所述音箱包括如上述任意实施例所述的气动式全向扬声器。

采用本发明实施例的技术方案，圆筒状的气动式振膜可在环形的360度范围内均匀振动发声，从而实现了在扬声器周围360度的全方位均匀传播声音的效果，提升了扬声器的发声范围，使得用户在扬声器周围任意位置均可感受到同等的音效，大大提高了收听声音的自由度。

此外，除了可以实现环形的全向发声外，由于气动式振膜的发声效率和发声面积的优势，加上可以采用极薄的薄膜构成振动系统里的振膜及音圈，同时由于磁路系统可提供饱和度极高且分布均匀的磁场，本发明实施例中扬声器可达到真正发烧级的声音品质，能轻易超越现有的动圈扬声器。典型地，比如动圈扬声器失真度通常高达2％-3％，而本发明实施例中的扬声器失真度降到了0.1％-1％；动圈半球形振膜的高频响应不全面，仅能达到2k-20khz的频率，而本发明实施例的扬声器可将发声频宽改善到1.5k-50khz；本发明实施例的振膜发声面积是半球形振膜的10-30倍，额定功率提升可达5-30倍；动圈扬声器解析力工作功率超过60％以上时就开始产生解析力下降，发声混沌不清，负荷越大越严重，而本发明实施例的扬声器在整个满负荷的范围内可以平稳工作，解析力比动圈扬声器高50％以上。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。