全向扬声器的制作方法

本发明涉及一种扬声器，更具体地说是一种能够向周围均匀地辐射声音的全向扬声器。

背景技术：

传统的扬声器随着工作频率的升高，指向性越来越强。全向扬声器是扩展高质量听音区范围，更加真实的还原声场的有力方法之一。

已有的全向扬声器和扬声系统主要分为几类：1）文献us4472605，us4665550中描述了将两个半球形的振膜在水平或垂直直径处通过结构相连接，通过内部安装的音圈以相反的方向驱动振膜振动，缺点是在赤道连接位置无振膜振动，某些情况下会形成驻波，驱动器为2个，每个驱动器的负载质量较大；2）文献us20110182449a1，cn106358129b描述了将多个传统扬声器以轴向指向一点的形式排布成圆球状外壳或安装在多面体的外壳中，通过多个扬声器的同时工作来增加发声范围，缺点是不连续发声的位置遍布各个多边形连接处，辐射区域内相位抵消区域多；3）文献de1977002600550描述了将卵状振膜一端连接音圈，通过音圈的上下运动挤压振膜变形振动来发声，缺点是由于挤压振膜发声需要的力较大，音圈直径往往和球形振膜的半径可比，上下两端较大位置范围内不参与辐射，配套磁体成为辐射的障碍物，且振动时振膜的中心和重心移动，挤压变形会引起近端的声短路；4）文献us20080008346a1描述了音圈带动与其连接的封闭振膜振动，通过来回移动驱动空气振动，缺点是振膜通过与空气相切挤压产生振动而非通过均匀膨胀驱动空气振动，振动过程中振膜的中心和重心移动，与脉动球振动的方式差别很大。

一些已知解决方案的共同缺点在于，振膜连接到支撑结构的位置数量多于两个和/或连接位置相对于振膜的径向周长过长。已知解决方案的另一部分的共同缺点在于振膜包络形成的封闭空心三维体表面的有效辐射面积百分比不够高。此外，已知解决方案的共同缺点是由于振膜振动时中心的不固定，导致振动和理想脉动球的差别很大。

总之，具有不那么完美的全向声音辐射，与理想脉动球的振动差别较大。

技术实现要素：

发明目的：

本发明针对上述问题，提出了一种全向扬声器。该扬声器的振膜近似均匀的膨胀和收缩，在振膜为球形条件下，更加接近脉动球的辐射。该扬声器的振膜在振动时无挤压形变。该扬声器的连续封闭振膜全部参与振动，直接驱动空气，声音辐射障碍物小。该扬声器在全方向上的有效辐射面具有足够高百分比。该扬声器在振动时的中心位置固定不变。

本发明提供了一种全向扬声器，包括，振膜a，电磁驱动单元b，中心支撑构件c，弹性悬挂构件d，振膜a是被切去一部分或被切去轴向两端部分的封闭空心三维体的外表面，振膜a包括至少3个不可形变部分a1，且不可形变部分a1彼此之间被振膜a其它部分的可形变部分a2隔开；

中心支撑构件c从振膜a的内部穿过每个被切去部分的开口向外延伸，并与开口通过弹性悬挂构件d密闭连接；

电磁驱动单元b由电动式扬声器去掉振膜、防尘冒和盆架中除了用于固定定心支片b4的部分以外的所有部分构成，电磁驱动单元b的静止部分与中心支撑构件c刚性连接，电磁驱动单元b的振动部分和被驱动的不可形变部分a1刚性连接，每个不可形变部分a1至少被一个电磁驱动单元b驱动；

振膜a被弹性悬挂构件d和电磁驱动单元b的振动部分悬挂支撑在中心支撑构件c上。

进一步地，封闭空心三维体是球体或椭球体或圆柱体或多面体或多棱柱体。

进一步地，电磁驱动单元b的安装方向使振膜a在电磁驱动单元b的驱动下，不可形变部分a1带动可形变部分a2，以振膜a整体的中心为不动参考点，均匀的膨胀和收缩。

进一步地，振膜a的每个被切去部分的开口的截面积小于振膜a外表面总面积的1/3，可形变部分a2在开口的截面平面上的投影面积小于振膜a在此截面平面上投影面积的1/3。

进一步地，振膜a由一个具有可伸缩弯折结构的材料环绕拼接而成，且每个不可形变部分a1通过阻止其发生形变的刚性结构与电磁驱动单元b的振动部分结合。

进一步地，中心支撑构件c有通气孔k，使振膜a内部空气与振膜a外部空气连通。

进一步地，中心支撑构件c具有从主体部分向外延伸的圆柱凸缘f，圆柱凸缘f末端与电磁驱动单元b的静止部分通过凹凸配合而彼此刚性连接。

进一步地，电磁驱动单元b的振动部分与位移传感器组件的运动部分i刚性连接，电磁驱动单元b的静止部分与位移传感器组件的静止部分j刚性连接。

进一步地，振膜a内的线缆x通过中心支撑构件c的内部向外引出。

进一步地，在振膜a外部，对应每个电磁驱动单元b，镜像布置一个电磁驱动单元b，镜像布置的电磁驱动单元b的静止部分通过外部支撑结构m与中心支撑构件c刚性连接，镜像布置的电磁驱动单元b的振动部分与对应轴向方向的不可形变部分a1刚性连接。

进一步地，中心支撑构件c在振膜a的每个开口位置向外延伸处具有内表面螺纹和/或外表面螺纹。

优点及效果：

本发明提出的这种全向扬声器，具有如下优点：

1）振膜包络形成的封闭空心三维体表面的有效辐射面积百分比高；

2）振膜的不可形变部分带动可形变部分一起，以振膜的中心为不动参考点，均匀的膨胀和收缩，振膜的重心本质上是平衡的；

3）振膜辐射的障碍物小；

4）振膜被至少3个驱动单元驱动，降低了每个驱动单元的负载质量，辅以驱动部分靠近振膜，减小了运动部件的总重量，提升了灵敏度；

5）振膜内外气压在远端平衡，防止了扬声器近端的声短路；

6）不需要开发配套箱体，没有障板跌落效应，安装形式多样。

总之，具有更完美的全向声音辐射。振膜为球形时，更接近脉动球的辐射。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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它的附图。

图1为本发明实施例1的整体示意图。

图2为本发明实施例1的爆炸图。

图3为本发明实施例1的一部分的示意图。

图4为本发明实施例1的电磁驱动单元和位移传感器组件的示意图。

图5为本发明的电磁驱动单元的爆炸图。

图6为本发明实施例2的部分隐藏部分炸开示意图。

图7为本发明实施例3的顶视图。

图8为本发明实施例3的前视图。

图9为本发明实施例4的部分组件炸开示意图。

图10位本发明实施例5的顶视图。

图11为本发明的一种可形变部分的示意图。

图12为本发明的一种振膜结构的一部分的示意图。

图13为本发明的一种振膜结构的示意图。

图14为本发明实施例1单独安装在支架上的示意图。

图15为本发明实施例1级联安装并带有支架安装形式的示意图。

图16为本发明的一种实施例的振膜振动示意图。

图17为本发明的另一种实施例的振膜振动示意图。

附图标记说明：

a—振膜;a1—不可形变部分；a11—刚性薄片；a12—球顶状不可形变部分；a2—可形变部分；b—电磁驱动单元；b1—软铁芯；b2—环形永磁体；b3—盆架；b4—定心支片；b5—音圈；b6—音圈架；c—中心支撑构件；c1—螺纹；c2—平面结构；c3—环形凸缘；d—弹性悬挂构件；d1—环套；e—堵头；f—圆柱凸缘；g—支撑构件；i—位移检测组件静止部分；j—位移检测组件运动部分；k—通气孔；k1—椭圆通气孔；m—外部支撑组件；n—转接件；n1—大变径转接件；n2—小变径转接件；x—线缆组件；o—底座；o1—波导底座；z—振膜中心。

具体实施方式：

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

下面的许多例子将使用球形振膜。然而，所述振膜可以用许多不同的几何图形来实现，其中一些将在下面进行描述。

本发明的全向扬声器的所有实施方式均含有：振膜a，电磁驱动单元b，中心支撑构件c，弹性悬挂构件d，振膜a是被切去一部分或被切去轴向两端部分的封闭空心三维体的外表面，振膜a包括至少3个不可形变部分a1，且不可形变部分a1彼此之间被振膜a其它部分的可形变部分a2隔开；

中心支撑构件c从振膜a的内部穿过每个被切去部分的开口向外延伸，并与开口通过弹性悬挂构件d密闭连接；

电磁驱动单元b由电动式扬声器去掉振膜、防尘冒和盆架中除了用于固定定心支片b4的部分以外的所有部分构成，电磁驱动单元b的静止部分与中心支撑构件c刚性连接，电磁驱动单元b的振动部分和被驱动的不可形变部分a1刚性连接，每个不可形变部分a1至少被一个电磁驱动单元b驱动；

振膜a被弹性悬挂构件d和电磁驱动单元b的振动部分悬挂支撑在中心支撑构件c上。

实施例一

图1和图2示出了本发明的实施例1的示意图。根据本发明的此实施方式的扬声器的振膜a的形状外表面轮廓是只有2个位于轴向两端开口的封闭空心球体的外表面；振膜a是部分光滑和部分褶皱的，从而保证其声音辐射特性和结构强度；实施例1的振膜a由4个具有相同的形状和大小、且具有一定的刚性和韧性的不可形变部分a1和4个可形变部分a2拼接而成。振膜a应尽可能的轻，以使具有最小的惯性质量，优选的，不可形变部分a1是具有较浅的沟槽和/或镶嵌铜等其它类型的材料改善强度和振动特性的薄铝片，可形变部分a2是橡胶片。

实施例1中振膜a的每个被切去部分的开口的截面积小于振膜a外表面总面积的1/3，可形变部分a2在开口的截面平面上的投影面积小于振膜a在此截面平面上投影面积的1/3。

电磁驱动单元b的安装方向使振膜a在电磁驱动单元b的驱动下，不可形变部分a1带动可形变部分a2，以振膜a整体的中心为不动参考点，均匀的膨胀和收缩。

图16、图17示出了振膜a振动示意图，其是振膜悬挂支撑在中心支撑构件c上的横向剖面图，为了清新，隐藏了可形变部分a2，可见不可形变部分a1在受到箭头所示方向的力后，可以振动到虚线位置，且振膜a在振动时，振膜中心z是固定不动的，这种方式更接近理想的脉动球源。

球形振膜相当于共享一个具有不规则内部反射面的振动室。因此，当振膜a的振动作用于振动室中的空气时，内部的振动效应可以相互平衡、抵消和消除。实际使用时在振膜内部填充吸音材料，避免由于内部压力波动产生的扰动声波向外散发，尤其是在中心支撑构件c的附近区域内。这些位置的声压波处于相反相位，并可能导致声音短路。

此外，中心支撑构件c有通气孔k，使振膜a内部空气与振膜a外部空气连通。实施例1中的中心支撑构件c的主体是在振膜a内有内外通气孔k的圆柱空心管。为了防止通气孔k快速的空气呼吸引起啸叫，可以向孔中适度填充海绵状阻尼材料，也可以参考音箱倒相管的设计方法，如圆滑的倒角，采用非正圆孔，后面图9中示出的通气孔k1即为椭圆通气孔。

值得一提的是，根据如图1和图2示出的扬声器的弹性悬挂构件d，也可以将其主体部分横截面形状做成w形，m形，s形，倒置s形状，波浪状，锯齿形，v形、倒v形、u形，倒u形，等等。

图3为本发明的实施例1的一部分的示意图。中心支撑构件c具有从主体部分向外延伸的圆柱凸缘f，圆柱凸缘f末端与电磁驱动单元b的静止部分通过凹凸配合而彼此刚性连接，从而电磁驱动单元b被精确地定位、很好地组装，同时向外延伸的圆柱凸缘f减小了电磁驱动单元b的运动部分b6与振膜a之间的连接部分的长度，增加了振膜a的辐射灵敏度。优选的，限制电磁驱动单元b最大径向距离的盆架b3和环形永磁体b2应被设计为径向尺寸尽量小，从而电磁驱动单元可以尽量靠近振膜a，可以通过适当的增加电磁驱动单元b的轴向长度来弥补其径向缩小带来的问题。圆柱凸缘f可以是独立的圆柱体被后续焊接在中心支撑构件c的圆柱空心管上，这将具有成本优势。同样的，中心支撑构件c上用于结合弹性悬挂构件d的环形凸缘c3可以是被机械加工出来的，也可以是橡胶或金属环套，后者更具有成本优势。

此外，中心支撑构件c在振膜a的每个开口位置向外延伸处具有内表面螺纹，从而可以悬挂或支撑全向扬声器和/或将多于一个的全向扬声器连接。

进一步的，中心支撑构件c位于振膜外的部分具有指示电磁驱动单元b位置分布的结构，该结构可以是在中心支撑构建c上径向分布的两个平面结构c2，该平面结构c2的法向垂直或平行于实施例1中在赤道面等角度分布的电磁驱动单元b的纵向分布平面，从而在多于一个的全向扬声器级联安装时，通过参考平面结构c2的位置可以使全向扬声器内部的电磁驱动单元b具有指定角度的对齐方式，例如在纵向的垂直对齐。该平面结构c2的另一个作用是方便和螺纹一起通过扳手工具安装扬声器，例如和外部支撑结构的装配。

图4为本发明实施例1的电磁驱动单元和位移传感器组件的示意图。电磁驱动单元b的振动部分与位移传感器组件的运动部分i刚性连接，电磁驱动单元b的静止部分与位移传感器组件的静止部分j刚性连接。优选的，位移传感器组件的静止部分带有激光发射器和接收器，运动部分是轻薄的反射片，运动部分应尽量小的影响电磁驱动单元b的振动。在具有位置反馈控制条件下，弹性悬挂构件d的选材没有原来的机械阻尼选材那么严格，材料的主要目的是保持振膜作直线运动。

此外，振膜a内的线缆x通过中心支撑构件c的内部向外引出，该内部为中心支撑构件c的主体圆柱空心管的内部，线缆x包括电磁驱动单元b的线缆和/或位移传感器组件的线缆x。

图5为本发明中电磁驱动单元b的爆炸图，其包括静止部分，振动部分和过渡部分，静止部分包括由软铁制成的芯b1、环形永磁体b2和盆架b3；运动部分包括音圈b5绕制在音圈架b4之上；过渡部分包括定心支片b4。定心支片b4确保了音圈架b6以及音圈b5在软铁制成的芯b1和环形永磁体b2结合后形成的气隙内的保持和定心，同时可以沿轴向在气隙中移动。在本发明中，音圈架b6更长，因为其要与振膜a结合，一个替换方式是通过额外的连接构件使普通长度的音圈架b6与振膜a结合。所述与电磁驱动单元b的静止部分或振动部分的连接可以是连接其中的一个部分或多个部分。

实施例二

图6为本发明实施例2的部分隐藏部分炸开示意图，为了清晰的展示，隐藏了线缆x、可形变部分a2。此实施方式的扬声器的振膜a是被切去一部分的封闭空心球体的外表面，且在振膜a的与被切去的部分轴向对应的区域是一个球顶状不可形变部分a12，同时在其它区域分布4个不可形变部分a1。

此实施方式的扬声器不能以中心支撑构件c的轴向方向级联安装，但由于在上端的开口位置替换为球顶状不可形变部分a12，有效辐射面积更大，更接近脉动球源。可以将多于一个的实施例2排列为垂直于中心支撑构件c的轴向方向来级联使用，或者将实施例2安装在由至少一个实施例1以中心支撑构件c的轴向方向级联安装的末端。

实施例三

图7、图8分别为本发明实施例3的顶视图和前视图。为了清晰的展示，隐藏了振膜a，线缆x，弹性悬挂构件d。此实施方式的扬声器的振膜a是只有2个位于轴向两端开口的空心球体的外表面，通过8个电磁驱动单元驱动对应位置的不可形变部分a1，不同于实施例1中的电磁驱动单元b只分布在与中心支撑构件c垂直的赤道面上，实施例3中的电磁驱动单元b均匀的分布在振膜a内的三维空间中，相比于只在赤道平面分布的情况，降低了每个驱动的负载质量，提升了整个系统的灵敏度。但在这个条件下，振膜a在水平赤道界面应该具有环绕的可形变部分a2，以配合不可形变部分a1在电磁驱动单元b的轴向运动时需要的位移。

实施例四

图9为本发明实施例4的部分组件炸开示意图，为了清晰的展示，隐藏了可形变部分a2，该实施例的特点在于：振膜a的形状外表面轮廓是只有2个位于轴向两端开口的空心椭球体的外表面，且每个不可形变部分a1被2个电磁驱动单元b驱动，相比于实施例1，降低了每个驱动的负载质量，提升了整个系统的灵敏度。中心支撑构件c上的开孔为椭圆开孔k1，弹性悬挂构件d内侧边缘带有方便结合在中心支撑构件c上的环套d1，从而中心支撑构件c的结构更为简单，加工更容易，成本更低。

实施例五

图10为本发明实施例5的顶视图，为了清晰的展示，隐藏了一个不可形变部分a1，该实施例中，在振膜a外部，对应每个电磁驱动单元b，镜像布置一个电磁驱动单元b，镜像布置的电磁驱动单元b的静止部分通过外部支撑结构m与中心支撑构件c刚性连接，镜像布置的电磁驱动单元b的振动部分与对应轴向方向的不可形变部分a1刚性连接。从而通过对位于振膜a内部和外部电磁驱动单元b施加相反的驱动信号，推挽驱动振膜a。优选的，位于振膜a外部的电磁驱动单元b具有流线型的轮廓包裹，从而产生尽量少的衍射。

振膜a的开口部分在满足以下几个条件前提下应尽量小，从而保证声音在更多方向的辐射，条件如下：

1)中心支撑构件c的粗细满足结构强度和共振要求；

2)中心支撑构件c内部方便引出线缆；

3)可选的，中心支撑构件c内部具有一定的空间用来通气；

4)弹性悬挂部件d的尺寸满足伸缩要求。

可形变部分a2的形变可以是材料的弹性形变和/或伸缩弯折结构的形变。

图11为本发明的一种可形变部分的示意图，其极性维度适合于配合振膜a内的受力点同时地向外扩展和向内收缩，优选的，其是具有v型可伸缩结构的薄弹性橡胶片，该v型可伸缩结构有多个替换方式，如w形，m形，s形，倒置s形状，波浪状，锯齿形，v形、倒v形、u形，倒u形，等等。

图12为本发明的一种振膜结构的一部分的示意图，其在横向有多个弯折，从而具有一定的强度，其可以灵活的成为可形变部分a2和不可形变部分a1。在受力时，它可以向两侧扩展或向中间收缩，从而等效成为可形变部分a2；相反的，如果其横向部分内侧凸起位置与刚性薄片a11粘合，由于刚性薄片a11阻止其被拉伸开或被挤压变窄，其横向不再可以发生形变，因而成为不可形变部分a1；若该振膜结构未与刚性薄片a11粘合，则是可形变部分a2。

图13为本发明的一种振膜结构的示意图，该实施例的振膜a由一个具有可伸缩弯折结构的材料环绕拼接而成，且每个不可形变部分a1通过阻止其发生形变的刚性结构与电磁驱动单元b的振动部分结合。刚性结构可以是细金属丝或刚性薄片，如刚性薄片a11。该实施例的振膜ａ是图12实施方式的扩展，材料选择和加工工艺可以参考传统的扬声器纸盆的材料选择和加工工艺，例如将纸质材料构浸渍后滚动热压成型制成为由多个相对于球面很窄的v型弯折结构构成的椭球面展开物。先将每个类似于图3示出的组装好的电磁驱动单元b的运动部分音圈架b6粘合到一个如图12中示出的刚性薄片a11的凹面内测，再将刚性薄片a11的凸面外侧涂上胶水，最后将裁减合适的椭球面展开物振膜a环抱拼接并粘合在刚性薄片的凸面外侧。这种实施方式有一定的成本优势，因为只需压制一种形状或固定形状组合的振膜材料，可以成卷生产振膜a，同时只需简单几个步骤即可完成振膜的组装。

图14为本发明实施例1单独安装在支架上的示意图，实施例１通过转接件n与空心的支撑构件g连接，通过堵头构件e封闭中心支撑构件c的一端，同时通过空心支撑构件g延长后使振膜内的空气与远端外部空气连通，在避免发生近端声短路的条件下平衡振膜a的内外气压。另外，在空心支撑构件g内和振膜a内具有一定空气容量的条件下，不进行事实上的振膜内外空气连通也会有一定的好处，封闭相当于向振膜内部提供了一定的弹性阻尼，该阻尼对于某些方面是有益的。因此，进一步的可以调整内外空气联通的通畅程度来调整振膜内部的空气的弹性阻尼使之满足应用需求。

优选的，支撑构件g具有一定的长度，使得振膜a距离最近的反射面有一定的距离。如果支撑构件g相对于扬声器的径向长度不是很长，如没有超过振膜a的2倍径向长度，这时底盘会形成波导，因此波导底盘o1优选的应该具有从中心向外逐渐降低的高度以尽量减少衍射。

图15为3个不同尺寸的本发明实施例1级联安装并带有支架安装形式的示意图，较小的扬声器尺寸适合更高频率声音辐射。从上至下依次为高音单元，中音单元，低音单元，其通过分频器将信号处理后单独送入相应的扬声器单元。扬声器彼此之间通过空心的大变径转接件n1和小变径转接件n2连接。通过参考中心支撑构件c位于振膜a外部的平面结构c2，从而3个全向扬声器内部的电磁驱动单元b具有纵向对齐的排布方式。

需要指出：以上实施例的目的是实现全向均匀的声音辐射，但本发明的扬声器的辐射模式也可以被配置为不均匀的声音辐射，这在一些实际的应用场景中是有需求的，可实现方式是多样的，例如：

1）采用大小和/或形状不同的不可形变部分a1，例如将球形振膜在赤道面以120度，40度，40度，120度分成四个不可形变部分a1，从而相同的电磁驱动单元b的角度排布是不均匀的，排布密（角度间隔小，这里是40度，40度）的区域辐射会更强，而且结构上会对这个强度差进行平滑，从而得到强弱辐射区域的平滑过渡；

2）采用功率和/或灵敏度不同的电磁驱动单元b；

3）调整电磁驱动单元中音圈的接线引出方式，其可以是串联和/或并联后统一引出，从而实现固定的功率分配和统一的信号源控制，

或

分别独立或分组连接后引出，从而在驱动方面实现灵活的功率和信号源控制。全部并联的方式会具有更低的负载阻抗，这对于功率放大器的驱动方面是有益的，另一个优势是可以通过将所有的一个相同极性（如负极）搭在金属的中心支撑构件c上与外部导通来简化线缆x的连接。

上述三种声音辐射强度控制方法对于电磁驱动单元在赤道圆面排布和电磁驱动单元在振膜内的三维空间排布都是适用的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。