本发明涉及扬声器驱动器环绕件。
背景技术：
普通类型的扬声器换能器（或驱动器）具有悬置在强磁场中的电磁线圈，通常是悬置在永久磁铁的磁极之间的间隙中的线圈。当将交流电音频信号施加到音圈时，由于法拉第感应定律，线圈被迫快速地前后移动，其导致附接在线圈上的振动膜或锥体前后移动，推动空气产生声波。电磁铁和振动膜在通常称为驱动器轴线或扬声器轴线的方向上振动。电磁铁（或音圈）容纳在音圈组件中，使得其可沿着驱动器轴线自由地往复移动预定位移。通常，音圈和振动膜为圆形的（在横向于驱动器轴线的平面中），并且存在至少一个驱动器环绕件（或悬架），其也是圆形/环形的并且大体上布置在相同的横向平面中；驱动器环绕件通常由弹性柔性材料（例如塑料、橡胶或毛毡）形成，并且其（有时与支架一起）起作用以将电磁铁和音圈支承就位，在轴线上及沿着轴线使它们居中，以确保振动驱动器被限制为仅沿着驱动器轴线移动，以及将驱动器朝着沿着该轴线的预定点推动（“恢复力”）。在很多情况下，环绕件沿驱动器轴线沿振动膜以弯曲的“卷”传播声音的方向突出；在其他情况下，环绕件在相反方向上以“反转辊”突出。这些辊的形状对于确定环绕件的音频和机械特性是重要的；在本申请中，术语“辊表面”用于限定该表面的形状，特别是其为在固定到外壳的环绕件边缘和固定到振动膜（和/或驱动器）的边缘之间的环绕件的径向横截面的形状（即，在驱动器轴线的平面中获得）。
众所周知，悬架刚度在确定扬声器的共振频率方面扮演着重要角色。悬架越软，共振频率越低，扬声器可更有效地再现低频，因此扬声器设计师选择适当刚度的环绕材料来补充环绕件的形状以优化性能。扬声器换能器通常容纳在扬声器外壳或音箱中，其中驱动器环绕件还用于密封音圈的外部圆周和外壳之间的间隙；这是重要的，因为其显著影响扬声器产生的声音质量。外壳的材料、形状和尺寸也是影响产生的声音质量的重要因素。
振动驱动器振动膜在远离扬声器的轴向方向产生声音，并且其也在外壳内产生声波；这些内部声波也必须在扬声器的设计中得到满足，以确保高保真度，且旨在解决这个问题的通用设计就是众所周知的端口反射扬声器。这种振动驱动器振动膜扬声器的另一个特征是，振动驱动器振动膜移动出入外壳会改变外壳的容积。当振动膜作往复运动时，其移动进入和离开外壳，并且其中在外壳相对于振动膜所扫过的体积而言相对较小的情况下（例如，外壳容积为4升，振动膜直径为120毫米，给定容积变化为约2％），这种容积变化具有显著的影响：其引起外壳内背压的变化，并且其中该背压作用在柔性环绕件上，其导致环绕件变形。这在图1的截面图中示出。图1a示出具有连接到振动膜5的反向辊3的环绕件1；在此附图中，环绕件1示出为静止状态，在图1b和1c中，振动膜5已经朝后位移（即向附图中的左侧）。在图1b中，环绕件在自由空气中位移（即没有外壳），而在图1c中，环绕件1固定到相对小的（4l）外壳（未示出）。环绕件1的外边缘（附图中最厚的、最上的部分）是固定的（在图1c中其会固定到外壳）。可以看出，在图1c中带有背压情况下，环绕件1的外壁被显著地朝内推动，使得振动膜5的边缘比自由空气中的情况（如图1c所示）更容易得多与其碰撞。由于背压的环绕件变形以及振动膜与环绕件的碰撞不利地影响由扬声器产生的声音质量。
如在wo1998/007294中那样，尝试并解决由背压导致的变形的一种方法是增加环绕件的厚度，基于较厚的环绕能够更好地抵抗背压。然而，这增加了环绕件的质量，产生了具有非常非线性恢复力的环绕件，并且还给驱动器非常差的频率响应、降低低音输出、分解频率和灵敏度。这在图2图示，其示出了两个类似设计的环绕件的频率响应，而第一环绕件带有显示为曲线7的频率响应，具有薄的环绕件（0.7mm），并且第二环绕件带有显示为曲线9的频率响应，具有厚的环绕件（1.5mm）。产生图示的频率曲线的环绕件具有以下特征：
存在随传统环绕件出现的进一步的变形问题，这就是其在变形时它们“屈曲”的趋势。这种屈曲是环绕件的几何形状的结果（“几何屈曲”），并且无论环绕件是否受背压影响都会发生。在具有圆柱形辊表面的环绕件的简单示例中，为使振动膜移动通过显著的轴向距离，辊表面必须从半圆形将形状变成更线性的形状；为了使其发生，环绕件的部件必须压缩和/或拉伸；环绕件材料通常不能适应所有的形变，因此环绕件易于折叠和屈曲。这种屈曲通过使空气位移并且还由于当发生屈曲时恢复力突然改变而导致不希望的噪音。传统环绕件的压力形变还可导致几何屈曲的发生比在自由空气中早得多，因为环绕件的外壁被快速压成较小的直径。屈曲导致环绕件的恢复力突然改变，增加了失真。图3图示了对于两个类似环绕件的恢复力的变化，示为曲线11的第一个为环绕件在自由空气中移动（如图1b中所示），以及示为曲线13的第二个为当固定到相对小的（4l）外壳时移动；可清楚地看到，在自由空气示例中，环绕件具有线性得多的恢复力范围。
需要一种可与小的外壳一起使用的环绕件，但其能抵抗几何屈曲，并能抵抗由随着振动膜振动的背压导致的不受控制的形变，而其也是轻的。
技术实现要素：
本发明是基于这样的认识，即提供带有以受控方式形变的手段的环绕件可避免前面的不受控制的几何屈曲，同时以受控方式形变（“展开”）并且抵抗背压，并且适当地成形和构造的环绕件也可有助于最小化环绕件的质量。
本发明因此提供一种扬声器驱动器环绕件，其包括大体上环形的柔性且适当地为弹性材料的元件并且具有中心轴线，使用中沿着该中心轴线驱动振动膜，用于装配到外壳的第一圆周边缘和用于装配到振动膜和/或音圈的第二圆周边缘，带有在沿轴线方向突出的边缘之间延伸的辊表面，辊表面设有多个平滑圆形的波状件或折叠，其相对于环形元件大体径向延伸在其外边缘和内边缘之间，所述波状件成型和构造成使得所述辊表面关于轴线非轴对称，并且布置使得相对于所述环形元件在其第一和第二边缘之间径向延伸的辊表面的横截面在围绕环形元件的所有圆周位置具有基本恒定的长度，并且使得所述横截面的形状在围绕环形元件的连续圆周位置之间连续变化，波状件使突出的辊表面具有至少30的旋转对称阶数。
术语“波状件”在本文中用于表示具有一系列平滑轮廓的脊部和沟的圆形表面，在表面形状中没有尖锐边缘的凹槽、折叠、皱褶或尖锐不连续；这种光滑的波状件能够可预测地展开，如尖锐地皱褶的波状件，但其展开在更广泛的区域之上并且更耐背压。另一个优点是，在高偏移情况下，随着折叠角度的增加，皱褶环绕件的尖锐边缘将更容易打开，导致恢复力降低。相反，对于光滑的波状件，恢复力的这种减小将不会发生，因为展开发生在光滑波状件的整个表面上（而不是仅在皱褶环绕件的尖锐边缘处）。
我们发现，带有光滑波状的辊表面的驱动器环绕件是非轴对称的，但其具有高的旋转对称阶数（至少30、40或50，而最高达如100或200的任意数量，可产生提供的适当准确工具来制造环绕件），可避免在背压下屈曲，且在波状件区域中可控地形变，当振动膜被驱动时不会对音频性能产生不利影响。在辊表面的基本所有部分（即使用中移动的环绕件的所有部分）上具有波状件避免了轴对称。“轴对称”意味着关于轴线以任何角度围绕该轴线对称；如果物体围绕中心点转动（旋转）了一定数量的度数并且物体看起来相同，则物体具有旋转对称性。物体看起来完全相同的位置数量称为对称阶数；对称的阶数与波状件的数量相同。此外，这样的布置允许辊表面具有基本上恒定的厚度，这使得环绕件的质量最大程度地减小，这样波状件不会增加材料，这样就没有贡献环绕件弯曲的能力以及振动膜沿着驱动轴线的往复运动（波状的环绕件本身并不是新的，例如参见us8340340，其具有在环绕件的顶部“膨胀”的波状件，但是其不增加环绕件轴向延伸的能力）。适当地，第一圆周边缘是外边缘，第二圆周边缘是内边缘。
当轴向观察环形元件时，波状件的一些上的点，这些点离圆周边缘轴向最远，在第一和第二圆周边缘之间以与径向方向成的第一角度形成大体线性的折痕（这意味着第一角度与半径不为0°且不为90°）。因此，每个波状件既不是完全径向的也不是完全非径向的；并且当我们提到观察环绕件时，旨在在其松弛状态下观察弹性柔性环绕件。当轴向观察环形元件时，波状件的其他上的点，这些点离圆周边缘轴向最远，在圆周边缘之间以与径向方向成的第二角形成大体线性的折痕（这也意味着第二角度既不是0°也不是90°）。第一和第二角度优选地相等且相反，并且线性折痕可在其端部接合。当轴向看时，这提供了“锯齿”形波状件，并且相等角度允许锯齿形图案关于圆形中心线对称；这种对称是有利的，因为这意味着波状件可在不对内边缘施加任何扭转运动的情况下形变，使得振动膜仅轴向往复运动，而没有切线的移动。
在径向横截面中，辊表面优选地包括相继的交替到中心线的左和右手侧的曲线，所述曲线在每条曲线之间融合进均匀的辊表面。左和右手侧曲线可为镜像，类似但反向，并且优选地相对于均匀辊区段对齐，使得三个轮廓没有单个公共交点；其可具有锯齿形轮廓，在交替方向上具有陡峭且平缓的斜坡。这样的布置允许辊表面具有较大的有效厚度，同时避免了在所有三个轮廓之间存在共同交点的情况下会促进的几何屈曲。确切的形状可凭经验确定，并且取决于用于制造环绕件的工艺。
优选地，辊表面上的波状件的形状和构造使得如果环形元件的一个圆周边缘从另一圆周边缘轴向地延伸远离到最大程度，则辊表面会采用基本平滑的截头锥形。这是一个设计约束，其有助于最大限度地减少环绕件中材料的量，同时仍允许可控地形变并且不会对音质产生不利影响。影响环绕件重量的另一个特征是其厚度；本设计使得厚度能够基本恒定，并且这是优选的。
可有侧壁邻近一个或两个圆周边缘基本轴向延伸，并且波状件可沿着其延伸并且平滑地融合以在侧壁与外和内边缘之间的圆形接合处消失。优选地，波状件平滑地彼此融合并且没有突然的不连续性。
本发明还包括具有如上文限定的驱动器环绕件的扬声器。
附图说明
现在将借助示例并参考附图来描述本发明，其中；
图1为在各种位移阶段连接到振动膜的现有技术的环绕件的示意图；
图2示出了两个具有相似设计但厚度不同的现有技术的环绕件的频率响应；
图3图示了对于两个相似的现有技术的环绕件的恢复力的变化；
图4为根据本发明的环形扬声器驱动器环绕件或悬架的示意性透视图；
图5a为图1的环绕件的部分的放大的局部截面图；
图5b为图5a的部分从另一方向的放大的局部截面图；
图6a为根据本发明的另一扬声器驱动器环绕件或悬架的区段的示意性局部截面图；
图6b为图6a的部分从另一个方向的放大的局部截面图；
图7为图5a中示出部分沿箭头vii-vii方向的轴向视图；
图8a和8b图示了根据本发明的环绕件中的辊表面中波状件的图案的重复次数背后的原理；
图9图示了根据本发明的环绕件中的辊表面中波状件的径向横截面形状背后的原理，以及
图10a和图10b为示意性径向截面图，示出了根据本发明的环绕件中辊表面中的波状件形状的原理。
具体实施方式
图4示出了在其松弛状态（如在所有后续附图中的情况）的环形扬声器悬架2，其具有用于安装或夹持到扬声器外壳（未示出）的平坦外圆周边缘6，以及平坦内圆周边缘4，其构造成附接到扬声器的振动膜（未示出）或音圈（未示出）。内和外边缘4，6在大致上相同的平面中。使用中，音圈和振动膜以环形环绕件2的中心轴线8的方向以音频振动，并且外边缘6保持固定，同时内边缘4沿轴线8相对于外边缘6和扬声器外壳做往复运动。悬架2是整体的（即，以一体件形成），并且由适当的弹性材料形成（例如通过由本领域已知的弹性材料模制而成），并且用于保持振动膜/音圈在轴线8上对准贯穿往复运动，并且还促使振动膜/音圈朝向环绕件处于其松弛状态的中心位置，例如使得两个边缘沿轴线8位于大致同一平面内，抵消由音圈产生的驱动力。迄今为止，所描述的环绕件具有已知扬声器环绕件的所有属性，并且其关于现有技术如上所述。
环绕件2非常通常为圆环的部分的形式，即其沿轴线8的方向远离内和外边缘4，6的大体平面突出；然而，环绕件的突出部分（“辊表面”）形成有多个波状件10，这使得其具有复杂的、非轴对称的形状，特别是当沿着轴线8的方向观察时。辊表面具有内部和外部侧壁18，20（图5a中示出），其大体上轴向延伸并且大体上为圆柱形，并且这些侧壁18，20在折痕16处连接到内和外边缘。波状件10沿着侧壁18的部分延伸并且在到达折痕16处或之前平滑地融合进侧壁。
在外和内边缘4，6之间的环绕件2的波纹表面的形状的重要特征为，首先，关于轴线8不是轴对称的（意味着如果相继的径向横截面在围绕轴线8的不同位置得到，则这些截面形状不是保持不变（从图5a和5b中将意识到，波状件10平滑地融合到圆柱形或截头锥形的外和内侧壁18，20中，并且沿轴线8延伸；侧壁不是本发明的基本特征，但是其存在处，波状件10必须继续到侧壁上以防止其屈曲，并且可平滑地融合到折痕16中，在此处环绕件转而形成平坦的内和外边缘，如图5a所示）。第二，波状件10为重复且基本类似地成型的；这使得突出的辊表面具有至少30，并且限于制造限制，最高达100或甚至200或这些端点之间的任何数字的旋转对称性的阶数；如此大量的波状件使环绕件有效地抵抗扬声器外壳内的背压，同时其各自形成“铰链”的叶片，其打开或展开以允许驱动器移动，同时抵抗外壳容积的变化带来的压力。该布置使得不存在没有波状件的辊表面的部分。第三，波状件成型使得如果在围绕轴线8在不同角度位置得到辊表面的径向横截面，则辊表面的长度在边缘4，6之间的径向方向上保持不变。第四，波纹为交替的且与锯齿形图案中的径向方向基本等角，如图7中最佳地看到。第五，辊表面的径向轮廓在半辊形状和尖角锯齿形之间变化（如图5，6和10b所示，带有交替的陡峭和平缓的斜坡），以便在相继的周向位置在辊表面上的点处产生大的轴向位置变化。最后，如果使用沿着轴向方向8离边缘4，6最远的沿锯齿形图案的点来产生辊表面的前导表面l，则该前导表面l为围绕轴线8大体上环形的，但是不是平面的（尽管在附图中可能看起来如此，但在图6a和6b中可看出，前导表面l'不是平面的，而是非常轻微的凸起-这将在下面参照图10进一步描述）。
辊表面的整体形状允许辊表面在使用中随着环绕件的振动而不屈曲地“展开”，其程度在于，内边缘6将沿着轴线8相对于外边缘4位移至最大的可能范围，辊表面将完全展开以形成基本光滑的、截头锥形状，但是没有任何屈曲并且没有内边缘6相对于外边缘4的任何旋转；这最大限度地减小了用于中央振动膜的最大偏移的环绕件的质量，并且允许环绕件的恢复力（形成其的材料的弹性将环绕件从驱动的位置朝向松弛位置移动）成为基本上线性化的。
图5a和5b是图4中所示的环绕件2的部分的放大视图，并且图7为沿着轴线8观察的环绕件的平面图。在图7中可见，轴向离边缘2，4最远的圆形波状件形成对称的锯齿形状，其具有以与径向方向相似但相反的角度交替的部分12，14（也在图7中示出），并且其终止于交替地朝内和朝外指向地圆形“膝部”或“肩部”36，38（见图10b）；这些波状件允许环绕件形变而没有任何内边缘6相对于外边缘4的旋转运动。当沿着轴线观察时，肩部36，38沿着两个圆周环定位，一个朝向环状环绕件的内边缘并且另一个朝向其外边缘。波状件相对于径向方向的角度取决于波状件的尺寸和数量；在具有50个波纹的环绕件中，每个波状件对向大约7.2°，并且相继部分12，14相对于径向方向成大约15°的角度。
图6a和6b示出了环绕件2'的备选形式的两个区段，其中与图4的环绕件2中的那些特征功能相似但不必是形状或构造相似的特征被赋予与图4中相同的附图标记，但带有额外的撇号。在这些图中，波状件10明显地沿着辊表面的内和外轴向侧壁18'，20'朝向折痕16'延伸。波状件10，10'优选是平滑的，因为其促进了环绕件的制造（平滑曲线的形状容易模制，其中尖角会使模具更昂贵，和/或使其更加复杂，并且环绕件易于“粘”在模具中）。内圆周边缘4'示出与外边缘6'的平面（在前导表面的方向上）呈微小的角度，以便适于具有附接到其上的圆锥形或圆顶形的振动膜。
图8a和8b图示了确定应该使用的波状件数量的原理。当简单的圆柱形半圆环绕件皱褶和几何屈曲发生时，当轴向观察屈曲的环绕件时，其看起来像一个很多角的星。星的点的数量主要由圆锥体处的内部夹具直径与环绕件脚处的外部夹具直径之比确定。根据自由空气中各种尺寸的环绕件的测量结果，已经发现褶皱与半径（折角）形成的角度在30°和50°之间（对于每360°的重复的整数成圆形）。添加波状件给了环绕件“折叠”成较小直径的点，从而消除了突然的几何屈曲。波状件的数量必须至少为带有50°折角的几何屈曲点的数量，并且优选为若干倍。图8a和8b示出了如何在带有内部与外部的直径比为1：1.175的简单的半辊环绕件上确定几何屈曲点的数量。图8a涉及最大折角并给出最小数量的几何屈曲点；间隔24°的15个折叠，给出折叠角度22为47°（预测的最小数量的几何屈曲点），因此会需要最少15个波状件以消除几何屈曲。在图8b的示例中，其相关于最小折叠角，间隔13.85°的26个折叠给出了33°的折叠角（预测的最大数量的几何折曲点）。因此需要最少15个、且优选为30个以上的波状件来消除这个环绕件中的几何屈曲。为了抵抗压力形变，重复次数可能需要更高，因为其目的不仅在于允许环绕件折叠而不产生屈曲，而且还具有抵抗压力形变的强度。更多的波纹使环绕件更强，且对于相同的环绕件厚度更有效地变厚。抵抗压力形变所需的波纹的确切数量应大于环绕件的几何屈曲点的最大预测数量；此数量取决于环绕件宽度、材料厚度和音箱容积的变化，但通常为30的阶数或更高。对于较大环绕件，内部与外部直径的比通常为1:1.3左右，其会给出最少17折叠，且对于非常大的环绕件，内部与外部直径的比大至1:1.45，会由最少13折叠，并且对于这样的环绕件大约30个波状件会是适当的。
图9图示了应如何选择辊表面的径向横截面形状。为使环绕件有效地变厚，环绕件轮廓的形状变化应该很大。在半辊轮廓和交替方向的锯齿轮廓之间变化，给了对沿环绕件长度的每个点的很大的位置变化，并且因此增加了有效厚度。有效厚度限定为中间和端点轮廓之间的差的面积除以辊的长度。图9示出了在径向横截面中观察的形状的对比，其中交替锯齿形图案在半辊形26和交替抛物线形28之间以及在半辊形26和尖锐锯齿形30之间变化。交替的抛物线形28和尖锐的锯齿形30两者的长度与半辊26相等，其直径为20mm。有效厚度为由端点环绕件轮廓之间的差形成的总面积除以长度。可看出，尖锐锯齿30的有效厚度是抛物线形状28的两倍以上，因此在抵抗压力形变方面会更好。
有效厚度比是有效厚度除以环绕件的材料厚度。对于0.7mm厚的环绕件，这会对于抛物线轮廓给予1.709的有效厚度比，以及对于锯齿轮廓的有效厚度比为3.809。
重要的是要确保除了边缘以外的环绕件上的任何点都不存在旋转对称。图10示出了带有不同波状件轮廓的相同长度的两个环绕件。对于图10a中的环绕件，中心点32对于所有三个轮廓（左手端点、半辊和右手端点）是共同的，因此由易于形成几何屈曲的材料形成薄圆形环。图10b中的环绕件在所有三个轮廓之间没有公共点，仅有两个间隔点32"，其中在两个轮廓之间存在公共点，因此该环绕件几乎不易于几何弯曲，而是在波状件处展开，并且还具有更大的有效厚度。虽然左右手顶点或“肩部”36，38位于线34上方的相同高度处（即，距离环绕件的内和外圆周边缘相同的轴向距离），其并不与半辊顶点40处于相同的高度，使得沿轴向最远离圆周边缘的辊表面顶点36，38，40的点的线在径向和圆周位置变化的同时在轴向位置上变化：这产生了围绕轴线8大体环形但是非平面的前导表面（如上文限定的）。根据制造工艺的能力来适应所得到的辊表面形状，有效厚度和旋转对称性可凭经验优化。
当然应该理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可对上面描述的实施例进行许多变化。例如，已经参照圆形驱动器环绕件描述了本发明，但是应该理解，本发明同样应用于非圆形振动膜，例如椭圆形或轨道形振动膜，或者任何位于振动膜的大体平面内在两个正交方向上对称并具有中心孔的形状（例如，带有圆角的正方形或长方形）。因此，除非另外明确指出，本说明书或权利要求中的术语“环形”、“圆周”、“圆周的”、“圆周地”或“围绕”的任何用法不应被解释为限于圆形，也不一定以单一轴线为中心，而是广泛地解释为由闭环限定的任何基本上二维的形状。上面依据环形悬架的外边缘固定并且内边缘相对于其移动描述了本发明，因为这是大多数扬声器中的布置；然而，将理解的是，相反的布置（内边缘固定，外边缘移动）也可同样地工作，并且因此落入本发明的范围内。辊表面可从外边缘的任一轴向方向引导（即，辊或反转辊）。波状件已描述为具有以相同和相反角度在方向上交替的锯齿形图案；锯齿形图案可替代地为正弦曲线或任何其他重复的波形。在以上描述了不同的变型或替代布置的情况下，应该理解，本发明的实施例可以任何适当的组合并入这样的变型和/或替代物。