扬声器的制作方法

本申请涉及扬声器领域。

背景技术：

扬声器是一种电-力-声换能器，它是音响设备中的重要元件。扬声器在人们平时的日常生活中广泛被使用，带来了很多的便利。在汽车、广播、电视、音箱、手机、MP4、电脑等电子产品领域中，扬声器的应用几乎随处可见。

扬声器根据原理不同分成很多种类，如动圈式扬声器、电磁式扬声器、压电式扬声器等，动圈式扬声器是其中最常见的一种。其中，微型动圈式扬声器基本结构如图1所示，包括前盖1、振膜2、支架3、磁碗4、磁铁5、顶片6和音圈7。将音圈7放置在磁路的磁场中，当音频电压信号通过音圈7时，音圈7在磁铁5产生的静磁场中受力并出现相应振动，音圈7带动振膜2一同振动，使周围的空气出现相应振动，将机械能转换成声能。当输入电压提高时，音圈7振动幅度相应提高。音圈7因振动离开磁隙磁场的均匀区，以致机电转换系数BL(B为音圈内部平均磁通量密度，L为音圈线材总长度)不能保持恒定，电动力效应F＝IBL(F为驱动力，I为电流)的线性关系受到破坏，从而造成非线性失真。

改善由于音圈振幅过大所引起的失真，一般采用两种方法：一是采用短音圈，二是采用长音圈。目的是通过这两种方式减小音圈在大振幅状态下的BL值变化，最终降低总谐波失真(Total Harmonic Distortion，THD)。但此两种方式均有缺陷：采用一个短音圈的方式需要和纸骨架配合，对于微型扬声器、受话器等实现困难；而采用一个长音圈的方式会降低灵敏度。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请实施例提供了一种扬声器，包括振膜、磁碗、磁铁和顶片，还包括：第一音圈；第二音圈，与第一音圈共同设置于顶片、磁铁和磁碗组成的磁路组装体的磁隙中；瞬态电压抑制二极管，与第二音圈串联之后共同与第一音圈并联作为所述扬声器的音频信号输入端；所述瞬态电压抑制二极管被击穿时，所述第二音圈的驱动力补偿所述第一音圈驱动力的非线性变化。

优选的，瞬态电压抑制二极管与第一音圈和第二音圈之间的电路连接通过多个背部电极实现；其中，第一音圈的两根引线分别与第一正极、第一负极连接，第二音圈的两根引线分别与第二正极、第二负极连接，第二正极与第三正极之间通过瞬态电压抑制二极管连接；第一正极与第一负极以及第三正极与第二负极，共同作为扬声器的音频信号输入端。

第一音圈的直流电阻范围是4Ω至40Ω，线径范围是0.025mm至0.12mm。

第二音圈的直流电阻范围是0.1Ω至10Ω，线径范围是0.025mm至0.12mm。

瞬态电压抑制二极管的击穿电压范围为1Vrms至10Vrms。

第二音圈的数量为多个，多个第二音圈之间是串联或者并连关系。

第二音圈的数量为两个，在第一音圈两个相反的位移方向上分别设置一个第二音圈。第一音圈的直流电阻为7.2Ω，音圈线材总长度为1.2m。两个第二音圈的直流电阻均为0.5Ω，音圈线材总长度均为0.3m。第一音圈和第二音圈在两个相反的位移方向上的最大位移距离均为0.4mm。

扬声器还包括驱动电路，驱动电路进一步包括信号输出模块、可变增益放大器和功率放大器；音频信号经信号输出模块、可变增益放大器和功率放大器输出至扬声器的音频信号输入端。

本申请实施例的有益效果包括：本申请实施例提供的扬声器能够通过附加音圈提供的附加驱动力平衡总驱动力，在音圈大振幅下能够抑制驱动力的非线性变化，进而降低振幅引起的THD。本申请实施例具有结构简单，实施方便、稳定性好，能够通过附加驱动力进行动态调节，最终降低THD等优点。

附图说明

通过以下参照附图对本申请实施例的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是现有技术中扬声器结构的剖面示意图；

图2是本申请实施例提供的扬声器结构的剖面示意图；

图3是本申请实施例提供的扬声器结构的等效电路示意图；

图4是本申请实施例提供的扬声器的背部电极示意图；

图5是本申请实施例提供的扬声器结构的剖面示意图；

图6是本申请实施例中音频输入信号的电流随时间变化曲线示意图；

图7是本申请实施例中音频输入信号经TVS二极管调制后的电流随时间变化曲线示意图；

图8是本申请实施例磁隙中磁通量密度分布有限元仿真结果示意图；

图9是本申请实施例中音圈内部平均磁通量密度随位移变化的仿真结果示意图；

图10是本申请实施例中第一音圈提供的第一驱动力随时间变化的曲线示意图；

图11是本申请实施例中第二音圈提供的第二驱动力随时间变化的曲线示意图；

图12是本申请实施例中第二驱动力对第一驱动力出现的非线性变化进行补偿后的总驱动力曲线示意图；

图13是本申请实施例中驱动电路为扬声器提供的音频信号输入的电路原理示意图。

具体实施方式

以下基于实施例对本申请进行描述，但是本申请并不仅仅限于这些实施例。在下文对本申请的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本申请。为了避免混淆本申请的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本申请实施例提供的扬声器，附加了第二音圈提供附加驱动力，通过附加驱动力平衡总驱动力，在音频输入信号增大而音圈产生较大振幅时能够抑制音圈总驱动力的非线性变化，进而降低因为振幅增大而引起的THD。

图2是本申请实施例提供的扬声器结构的剖面示意图。扬声器包括前盖1、振膜2、支架3、磁碗4、磁铁5、顶片6、第一音圈7和第二音圈8。顶片6和磁碗4为导磁材料，与磁铁5粘接组成磁路组装体，顶片6、磁碗4与磁铁5之间形成磁隙，磁隙中存在静磁场，第一音圈7和第二音圈8共同位于磁隙中。第一音圈7和第二音圈8的实现方式可以是粘接、通过骨架连接或者在绕制音圈时通过绕线机程序控制直接绕制成一体多音圈等。磁隙中的磁场分布并不均匀，磁通量密度值在顶片6附近最大，距离顶片6相对较远的位置相应降低。

扬声器还包括瞬态电压抑制二极管(图2未示出)，瞬态电压抑制二极管通过电路连接第一音圈7和第二音圈8，连接后的等效电路如图3所示，瞬态电压抑制二极管10与第二音圈8串联，其与第二音圈8串联形成的支路与第一音圈7所在支路并联，共同作为扬声器的音频信号输入端。

当有音频信号输入时，扬声器开始工作，第一音圈7和第二音圈8上下振动。当第一音圈7和第二音圈8的位置振动至顶片6附近时，音圈整体的平均磁通量密度最大；当第一音圈7和第二音圈8因为振动相对远离顶片6时，音圈整体的平均磁通量密度减小。

根据音圈的驱动力公式F＝I×B×L(其中F为驱动力，I为流经音圈的电流强度，B为音圈内部平均磁通量密度，L为音圈线材总长度)，假设第一音圈用下角标₁表示，第二音圈用下角标₂表示，则第一音圈产生的第一驱动力为F₁＝I₁×B₁×L₁；第二音圈产生的第二驱动力为F₂＝I₂×B₂×L₂。

当音频信号输入电压小于瞬态电压抑制二极管10的击穿电压时，第二音圈8中无电流流入，第二音圈8不工作，此时第一音圈7与第二音圈8振动位移较小，第一音圈7内部平均磁通量密度B₁值较大，但由于流入第二音圈8电流为0，所以总驱动力F等于第一音圈7的第一驱动力，即F＝F₁＝I₁×B₁×L₁。随着音频信号输入电压的增大，I₁随之不断增大，第一音圈的位移位置还在顶片6附近时B₁基本维持不变，那么此时第一驱动力F₁与I₁之间的变化曲线关系可视为线性关系。

当音频信号输入电压增大到大于或等于瞬态电压抑制二极管10的击穿电压时，第一音圈7及第二音圈8振动位移较大，第一音圈7由于更加远离顶片6而导致内部平均磁通量密度B₁降低，由于此时瞬态电压抑制二极管10被击穿，有电流流入第二音圈8，所以总驱动力F由第一音圈7产生的第一驱动力F₁和第二音圈8产生的第二驱动力F₂组成，总驱动力F＝F₁+F₂＝I₁×B₁×L₁+I₂×B₂×L₂。通过瞬态电压抑制二极管10的调节，当第一音圈7振动位移较小且内部平均磁通量密度B₁较大时，第二音圈8不工作，此时总驱动力F仅为第一驱动力F₁；当第一音圈7振动位移较大且内部平均磁通量密度B₁变小时，第二音圈8提供第二驱动力F₂，总驱动力变化为F＝F₁+F₂。由于音频信号输入电压大于击穿电压时，第一音圈7的振幅增大而与顶片6的相对位置更远，第一音圈7的B₁会变小；由于B₁和I₁的数值都发生了变化，那么第一驱动力F₁的变化已经是一种非线性变化，并且由于B₁的数值变小此时第一驱动力F₁要比原有线性变化时的增加量要少。但此时第二音圈8会提供相同方向的第二驱动力，因此能够补偿第一驱动力F₁由于非线性变化而减少的部分，从而使总驱动力F维持在原有线性变化时的水平，通过第二驱动力平衡总驱动力，在音圈产生较大振幅时能够抑制音圈驱动力的非线性变化，进而降低较大振幅引起的THD。

第一驱动力F₁在发生非线性变化时的变化量相对较小，因此要求第二音圈8产生的第二驱动力F₂也相应较小，能够弥补第一驱动力F₁的非线性变化即可，如果第二驱动力F₂过大则会进一步引起THD。因此，从驱动力公式来看，第二音圈8的线材总长度应小于第一音圈7，本申请实用新型人发现第二音圈8的线材总长度能够达到第一音圈7的线材总长度的1/4左右即可。优选的，第一音圈7的直流电阻范围是4Ω至40Ω，线径范围是0.025mm至0.12mm。第二音圈8的直流电阻范围是1Ω至10Ω，线径范围是0.025mm至0.12mm。

瞬态电压抑制二极管10是双向瞬态电压抑制二极管，击穿电压范围为1Vrms至10Vrms，选型的优选型号为SLCA5.0。在一个实施例中，瞬态电压抑制二极管10与第一音圈7和第二音圈8之间的电路连接可通过多个背部电极实现，如图4所示，第一音圈7的两根引线分别与第一正极91、第一负极92连接，第二音圈8的两根引线分别与第二正极93、第二负极94连接，第二正极93与第三正极95之间通过瞬态电压抑制二极管10连接；第一正极91与第一负极92以及第三正极95与第二负极94，共同作为扬声器的音频信号输入端。当音频信号输入电压增大到能够击穿瞬态电压抑制二极管10时，第三正极95与第二正极93之间导通，电流流入第二音圈8而产生第二驱动力。上述各个背部电极的设置形式不限，包括但不局限于焊盘、PCB板、柔性电路板、导线或弹片，为便于安装，导线带有接线端子。

第二音圈8的数量可以是一个或者多个，当第二音圈8的数量是多个时，多个第二音圈8产生的第二驱动力共同补偿第一驱动力的非线性变化。多个第二音圈8的可以设置在第一音圈7的同一位移方向上(正位移方向或者负位移方向)，或者分布设置在第一音圈7的两个相反的位移方向上(正位移方向和负位移方向)。被设置在同一位移方向上的所有第二音圈8的线材总长度之和能够达到第一音圈7的线材总长度的1/4左右即可。在通过背部电极实现其电路连接时，多个第二音圈8之间可以是串联关系或者是并联关系；采用串联关系时，多个第二音圈8串联之后引出两根引线分别与图4中的第二正极93、第二负极94连接；采用并联关系时，多个第二音圈8分别引出两根引线与图4中的第二正极93、第二负极94连接。

在一个实施例中，该扬声器的第二音圈的数量为两个，并且分别设置在第一音圈两个相反的位移方向上，如图5所示。该扬声器包括前盖1、振膜2、支架3、磁碗4、磁铁5、顶片6和第一音圈7，在第一音圈7的正位移方向上设置一个第二音圈81，相反的负位移方向上设置一个第二音圈82，两者为并联关系，分别引出两根引线与图5中的第二正极93、第二负极94连接。在本实施例中，第一音圈7直流电阻为7.2Ω，音圈线材总长度为1.2m；两个第二音圈81、82的直流电阻均为0.5Ω，音圈线材总长度均为0.3m。第一音圈7的两根引出线分别与第一正极91、第一负极92连接；第二正极93与第三正极95之间通过瞬态电压抑制二极管10连接；第一正极91与第一负极92以及第三正极95与第二负极94，共同作为扬声器的音频信号输入端。

本实施例以频率为100Hz的正弦波作为输入信号为例进行说明，输入至第一正极91与第一负极92以及第三正极95与第二负极94的电流信号随时间变化曲线如图6所示，任何低于扬声器谐振频率的输入信号均符合此原理。电流信号经第一正极91、第一负极92直接流入第一音圈7。因第二正极93与第三正极95之间存在瞬态电压抑制二极管10，所以此电流信号经过瞬态电压抑制二极管10调制后，再通过第二正极93、第二负极94流入第二音圈81、82，该电流信号随时间变化曲线如图7所示。

第一音圈7和第二音圈81、82所位于的磁隙中，磁场分布并不均匀，磁通量密度分布有限元仿真结果如图8所示，磁通量密度值在顶片6附近最大，远离顶片6的位置相应降低。扬声器工作时，第一音圈7和第二音圈81、82上下振动。当基本音圈7和第二音圈81、82位置振动至顶片6附近时，音圈的平均磁通量密度最大；当第一音圈7和第二音圈81、82因为振动远离顶片6时，音圈平均磁通量密度减小。但由于第一音圈7与第二音圈81、82和顶片6的相对位置不同，音圈位移和磁通量密度的变化曲线也不相同，其内部平均磁通量密度随位置变化图仿真结果如图9所示。图9中C1曲线代表第一音圈7磁通量密度随位移变化曲线，C2曲线代表第二音圈81磁通量密度随位移变化曲线，C3曲线代表附加第二音圈82磁通量密度随位移变化曲线。

由于扬声器在低于谐振频率点以下振动相位与输入信号之间相位可认为基本相同，当输入电流信号为0A时，第一音圈7与第二音圈81、82位移为0mm；当输入电流信号正向最大时，三个音圈正向位移达到最大，本实施例中最大正向位移为0.4mm；当输入电流信号负向最大时，三个音圈负向位移达到最大，本实施例中最大负向位移为-0.4mm。

根据驱动力公式F＝I×B×L，已知输入第一音圈7与第二音圈81、82的电流随时间变化的曲线(I)、音圈在不同振动位置的磁通量密度值(B)、音圈线材总长度(L)，且同时已知扬声器低频振动相位与输入电流信号相位基本一致，便可确定驱动力F随时间变化的曲线。其中，第一音圈7提供的第一驱动力F₁随时间变化的曲线如图10所示；第二音圈81提供的第二驱动力F₂₁与第二音圈82提供的第二驱动力F₂₂随时间变化的曲线如图11所示，图11中F₂₁由C4表示，F₂₂由C5表示。

图10中由第一音圈7提供的第一驱动力F₁在第2.5ms、7.5ms、12.5ms、17.5ms附近时因为磁通量密度B值减小出现非线性变化，波峰、波谷出现畸变。图11中第二音圈81、82提供的第二驱动力F₂₁、F₂₂在第2.5ms、7.5ms、12.5ms、17.5ms附近时幅值达到极大，第二驱动力F₂₁、F₂₂对第一驱动力F₁出现的非线性变化进行补偿，例如在第2.5ms处，F₂₁和F₂₂在负位移方向上同时对F₁存在补偿作用。补偿之后的总驱动力F＝F₁+F₂₁+F₂₂如图12所示。

通过比较图12与图10可知，经补偿后的驱动力随时间变化的曲线形状接近正弦波，即第一驱动力非线性变化程度被减小。通过第二驱动力补偿的总驱动力更接近正弦波，从而达到降低扬声器THD的目的。

在一个实施例中，该扬声器还可进一步包括用于提供音频信号输入的驱动电路。如图13所示，包括信号输出模块11、可变增益放大器12、功率放大器13。可变增益放大器12调整信号动态范围，稳定信号功率，再由功率放大器13将信号线性放大到能够使扬声器产生驱动力来引起振膜振动的程度。信号经信号输出模块11、可变增益放大器12及功率放大器13输入至如上所述的扬声器的音频信号输入端，即功率放大器13与图4所示的第一正极91、第一负极92连接，将信号输入到第一音圈7所在的支路，同时与第三正极95、第二负极94连接，将信号输入到第二音圈81、82串联瞬态电压抑制二极管10所在的支路。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域技术人员而言，本申请可以有各种改动和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。