扬声器的制作方法

本发明涉及扬声器，并且特别地涉及具有嵌套式马达结构的镜像同轴声学阵列。

背景技术：

动圈式扬声器驱动单元的结构和操作是熟知的。振动膜片附接到被已知为音圈的电线线圈，并且音圈被放置在通常由一个或多个永磁体提供的磁场中。通过使交流电穿过音圈，引发了力，并且可使膜片振动，并且因此辐射声波。

有时不期望的是，在遵循牛顿第三运动定律的情况下，在音圈中引发的力还在马达系统上引起意外的反作用力。由马达上的反作用力导致的机械振动经由驱动器底架传递，并且可激励扬声器壳体的壁；在许多扬声器系统中，此形式的激励是壳体壁中的运动的主要原因。由于壁具有大面积并且展现结构共振，因此其可辐射显著的声音，导致来自扬声器的音调失真输出。

已经提出了各种解决方案，以避免此磁体振动。美国专利第4,805,221号是公开了具有背靠背安装的两个基本上相同的膜片和驱动组件的扬声器的若干专利中的一个。每个组件的永磁体由系杆刚性地联接在一起，使得一个磁体中的任何反作用力由另一磁体中的相对反作用力抵消。以此方式，减少了磁体振动连同来自壳体壁的对应声音辐射。我们自己的英国专利第gb2491108号表示了使用背靠背驱动组件的另一方法。

由于需要确保的是，在使用中，往复运动的部件不影响任何静态部件（这将使声音质量严重降级），因此背靠背扬声器的总厚度大于每个单独驱动组件的轴向厚度的两倍。使此类布置在轴向方向上显著更紧凑的一个方法是同轴地集成两个扬声器音圈驱动器，以在本文称为镜像同轴阵列中“嵌套”两个马达结构。镜像同轴阵列扬声器通常用于移动电话和耳机中，其中，声音再现的质量不如紧凑大小重要；在此类布置中，限制了音圈的最大偏移（音圈在使用中远离其松弛位置采用的最远位置之间的距离），从而维持扬声器的紧凑厚度。镜像同轴阵列的轴向紧凑性不允许与背靠背设计中相同程度的反作用力抵消或振动抵消，使得与利用背靠背设计的可能情况相比，来自此类布置的声音质量显著受损。

作为镜像同轴阵列的示例，欧洲专利申请第ep1257147号公开了用于移动电话的扬声器，其包括：第一磁体；第二磁体，被提供成环绕第一磁体；轭部，用于连接第一磁体和第二磁体；第一音圈；第二音圈；第一膜片，连接到第一音圈；第二膜片，相对于第一磁体与第一膜片相反地被提供，并且连接到第二音圈；第一磁性板，被提供在第一膜片与第一磁体之间；以及第二磁性板，被提供在第二膜片与第一磁体之间。第一音圈被提供在第一磁性板与轭部之间的第一磁隙中。第二音圈被提供在第二磁性板与轭部之间的第二磁隙中。此设计具体被设计成使得最大音圈偏移是小的，并且总体上对于每个线圈相同，使得扬声器在轴向方向上可为薄的，并且适用于移动电话中。磁路被布置成使得磁隙中的磁通量在相反方向上流动；这是为了最大化音圈上的驱动力，并且在限制布置的厚度的约束条件内提供足够驱动力。音圈的最大偏移由保持扬声器尽可能薄的需要约束，从而装配在移动电话的薄壳内（在本发明中，“偏移”是音圈随着其往复运动而在轴向方向上进行的移动，并且最大偏移限定往复运动的极限；最大正偏移是当所驱动的膜片在其最远分隔处时，并且最大负偏移是当膜片在其最靠近处时）。如上文提到的，最小化扬声器的厚度的设计（例如，ep1257147中的那些）显著损害声音再现的质量。

技术实现要素：

本发明基于以下认识：如果损害镜像同轴阵列的厚度，并且使最大偏移增加超出利用已知设计可行的最大偏移，则可能设计保持相对紧凑但能够具有比以往更高质量的声音再现并且仍允许反作用力抵消或振动抵消的扬声器。因此，本发明提供了扬声器，其包括：两个声学膜片，被安装成面向轴向相对方向；两个音圈，每个具有轴线和轴向长度，并且每个被配置成沿着其轴线往复运动，以驱动膜片中的一个，轴线基本上平行，并且两个轴线穿过两个膜片；以及至少一个磁体，形成底架组件的部分，所述底架组件被配置成提供两个轴向延伸的间隙，用于使音圈中的每个在一个间隙内往复运动，其中，至少一个磁体和底架组件适于使得磁通量在相反方向上流动横跨间隙，以及其中，当在使用中膜片在其预定最大负偏移处时，音圈在轴向方向上重叠达其平均轴向长度的10%与90%之间，以及其中，当在使用中膜片在其最大负偏移与最大正偏移之间的松弛位置时，音圈不在轴向方向上重叠。

利用此类布置，音圈在使用中在最大负偏移处在很大程度上轴向重叠，但其必然结果是，底架组件（轭部和磁体）需要在轴向方向上更厚，以适应音圈朝向彼此的增加的移动，并且维持必要的轴向空隙，有效地增加了轴向厚度。显著优点是，可能应用已知的反作用力抵消和/或振动抵消技术，从而与已知镜像同轴阵列相比改善声音质量。可能确保的是，当音圈完全在磁隙内部时，由驱动系统对于在音圈中流动的每单位电流产生的力(“bl”)恒定。音圈必须在相同定向上承载电流，以便产生在相反方向上推动的力。这是由于在两个磁隙中的每个中，磁场是径向的，但在相反方向上。直觉上将假定的是，这将导致总电感问题，因为线圈将非常显著地耦合（并且具有非常显著的互感），但如将解释的，实际上，这些在实践上不是问题。由于两个音圈的轴线穿过两个膜片，因此这意味着的是，音圈“嵌套”，使得一个音圈在另一音圈的周界的内往复运动（即，沿着轴向方向观察，一个音圈的周界完全位于另一音圈的周界内）。此镜像同轴阵列中的磁路具有两个间隙，并且因此比常规马达电路具有相对更高的磁阻，并且这帮助降低底架组件（通常是钢轭部）对于放大线圈电感的效率。

音圈在最大负偏移处的重叠可大于25%，优选地重叠大于50%。如果音圈是同轴的，则其之间的径向力更可能平衡，并且设计过程更容易。音圈可具有相同轴向长度，或者一个可比另一个更长-尽管往复运动质量优选地基本上相同：在一个音圈小于另一音圈从而与其装配的情况下，通过向音圈/膜片组件中的一个增加质量（在多数情况下，将对于具有内音圈的布置进行增加）而使质量均衡。

底架可进一步包括圆柱形间隔件，所述圆柱形间隔件被成形为轴向延伸，并且定位成分隔两个轴向延伸的磁隙。优选地，间隔件由非磁性材料（例如，铝）形成。间隔件令人惊奇地是有利的，因为其解决将由音圈耦合导致的电感作用；在使用中，在圆柱形铝间隔件中产生涡电流，这减小了音圈的自感和互感，特别是当线圈向后位移并且浸入在底架组件中时。

可存在有单个磁体，其可为环状的，并且包围磁隙，或者使一个磁隙在内部而一个磁隙在外部，或者磁体可为盘形磁体，其中，两个磁隙在磁体外部。可选地，可存在有盘形磁体和环绕其的环状磁体两者，在所述情况下，磁隙将夹设在两个磁体之间。底架组件优选地包括由磁性材料（例如，钢）制成的轭部和/或端板，以完成磁路。将理解的是，扬声器适于使得当在使用中膜片在其松弛位置与其预定最大正偏移之间移动时，音圈不在轴向方向上重叠。

在每个音圈在其相关联膜片的最大负偏移与最大正偏移之间的移动中，音圈的松弛（或“静止”）位置将通常位于膜片的最大负偏移与最大正偏移之间的中间。在使用中，音圈的移动在相反方向上同步，优选地使得膜片和音圈同时达到其最大正偏移和最大负偏移。音圈在使用中的移动可使得音圈同时穿过其松弛位置。

如果音圈从其松弛（或“静止”）位置到其最大负偏移的移动特征在于从0%至100%的移动，则在其期间不存在有线圈的轴向重叠的此移动范围优选地为0-50%，更优选地为0-30%，甚至更优选地为0-20%；换句话说，音圈的内端部的轴向位置重合，并且轴向重叠在音圈的在“静止”位置与其最大负偏移之间的总移动范围中的50%或30%或20%点处开始。

为了简洁性，主要参考圆形音圈（呈具有中心孔的基本上平面环的形式）而描述了本发明；然而，本发明同样适用于非圆形布置，例如，卵形、椭圆形或赛道形（8字形，或具有圆角拐角的三角形/正方形/多边形）音圈或在位于垂直于音圈轴线的总体平面中的一个或两个正交方向上对称并且具有中心孔的任何形状。

附图说明

现在将通过示例的方式并且参考所附附图而描述本发明，其中：

图1是常规环形磁体扬声器驱动单元的示意性截面视图；

图2是显示近似马达强度相对于音圈位移的图示；

图3是根据本发明的镜像同轴阵列的实施例的截面示意图；

图4是图3的镜像同轴阵列在使用中的另一视图，并且示出了音圈的最大重叠，其中，音圈在最大负偏移处，以及

图5(a)至图5(c)是镜像同轴阵列的可选实施例的示意性图示。

具体实施方式

图1显示了常规悬臂式环形磁体马达系统1。通常，当用于反作用力抵消/振动抵消布置中时，其中的两个背靠背放置（如us2014/211963中描述的）。环状磁体2环绕钢轭部4，所述钢轭部4呈具有前后端板8、10的中心圆柱体6的形式。在前端板8中存在有由圆形孔12形成的磁隙，并且孔12直接通向到磁体2与轭部4的圆柱形部件6之间的轴向延伸的间隙14。承载变化电流的音圈16在磁隙12中往复运动。音圈16在其外端部（如附图中显示的，上端部）处被安装到膜片（未显示），并且音圈的往复运动导致膜片振动，而产生声波，如本技术中熟知的。在使用中，音圈在到孔12中的负偏移（在附图中，当音圈向下位移时）与离开孔12的正偏移（在附图中，当音圈向上位移时）之间移动。

线圈长度l1和板的厚度确定马达系统的最大偏移。当线圈完全在间隙内部时，由马达系统对于在线圈中流动的每单位电流产生的力(bl)恒定。当线圈偏移为½l1时，bl将下降到大约50%，并且这通常是马达系统的近似最大偏移(e1)。

总马达系统高度(h1)为

h1=bp1+fp1+c1。

c1是音圈在使用期间可移动到其中的间隙与轭部之间的距离。根据图2，如果音圈完全移动离开间隙，则马达强度下降到接近于零的值。然而，在实践上，音圈连接到动态机械系统，并且机械惯性可导致音圈行进超出此范围。因此，通常的实践是建入一些额外空隙裕量，以确保从不发生碰撞

。

更高空隙裕量提供了将不发生碰撞的更好保证，但这以马达系统紧凑性为代价。典型的空隙裕量在10%至50%的范围内，这取决于扬声器驱动器的应用和所要求的紧凑性。

通常，后板10的厚度(bp1)和前板8的厚度(fp1)将相同或非常接近。这是因为两个板按类似定向承载磁通量，并且因此当其具有相同厚度时将具有类似饱和度（使饱和度与钢量平衡是马达系统成本和性能优化的关键方面）。

综上所述，对于背靠背放置的两个驱动器，两个马达系统的总高度大约为

。

图3显示了根据本发明的镜像同轴阵列11的实施例。在图3中，使用单个环形磁体22而同轴定位具有不同直径的两个圆柱形音圈26、28，以在两个轴向延伸的间隙46、48中提供磁通量。附图显示了音圈26、28在其“静止”或松弛位置中，其中，不存在有轴向重叠。提供非铁圆柱形间隔件30，以使钢轭部34位于正确位置中，并且间隔件30还分隔两个间隙46、48。间隔件30应是导电的，以减小两个音圈26、28的电感。在使用中，音圈26、28往复运动通过前后端板38、40中的磁隙42、44，并且在最大正偏移（当两个线圈轴向分隔最远时，当线圈将比图3中显示的分隔更远时）与最大负偏移（当两个线圈轴向最靠近在一起时，如图4所示）之间进入以及离开轴向间隙46、48。

通常，目的在于，两个音圈26、28的马达强度(bl)相同，并且两个音圈的最大偏移也相同。通常，两个端板38、40的厚度fp1、fp2将相同。通常，两个线圈26、28的长度l1、l2将相同。在这些条件下，对于两个线圈的空隙将相同。在这些条件下，双马达系统11的总厚度（在附图中为高度）为

即，常规马达系统厚度/高度的一半。

如图4中显示的，在最大负偏移处，两个线圈26、28将位移大约½l1+½fp，并且线圈重叠显著裕量ol。此情况相当极端，因为在线圈在此位置中的情况下，马达强度几乎为零，但这可容易地在高功率输入水平下发生，并且特别是由于扬声器驱动器的移动部件的惯性。

假定的是，线圈长度l1、l2相同，并且端板厚度fp1、fp2相同，在此线圈位置处的重叠(ol)由以下给出

。

由此，显而易见的是，重叠可表示为音圈长度的百分比

。

给定了典型空隙裕量，最大音圈重叠在50%与90%之间。

由于一个磁体环22用于两个磁隙42、44，因此与典型单个马达系统相比，通常需要使用大量磁体22。在一些情况下，这可意味着的是，空隙裕量大于正常值，以允许磁体环22的厚度尽可能大。显然，这是设计者必须微调的马达-系统强度与马达-系统厚度之间的平衡。即使在此情况下，线圈的最大重叠也将是显著的，并且可能为至少10%，并且可能大于25%。

两个磁隙42、44中的磁场定向相反。通常，将要求此马达系统在两个线圈26、28上但在相反方向上递送相同的力，以便形成“反作用力抵消”布置，并且因此将必需在反转的方向上连接线圈中的一个。

有利的是，两个线圈26、28具有相同马达强度。这相对容易实现，因为两个磁隙42、44在串联磁性连接中，并且相同磁场穿过两者。由于大约相同的磁通量径向穿过两个磁隙42、44，因此每个磁隙中的磁通量密度大约与音圈直径成比例。因此，由更小直径的音圈28经历的通量密度将更高。然而，此作用由更小直径音圈28的更小线圈周界平衡，并且因此，相当容易在两个线圈26、28上实现大约相同的马达强度bl（特别是因为存在有可被调整以最小化差异的许多几何和线圈参数）。

在一些情况下，实现相同马达强度可为不可能或不期望的。在此情况下，可为有利的是，以不同信号驱动两个线圈26、28，以便仍实现近似反作用力抵消。

可能的是，当不用于反作用力抵消模式（其中，两个线圈中的信号之间不存在有特定关系）中时，此马达系统布置可具有优点。在此情况下，音圈的紧凑性和重叠可仍是有利的。

图5(a)显示了可选实施例，其中，两个线圈56、58由间隔件50分隔，如先前实施例中的，但由磁性材料制成的盘52位于更小线圈58内部。图5(b)显示了其中两个磁体62、64由间隔件60分隔的另一实施例。图5(c)显示了使单个环形磁体72位于两个线圈76、78之间的更不有用的修改；此形式更不有用，因为线圈直径的差异必须大于先前实施例中的差异，以便为环形磁体72留出空间，因为在其它实施例中，铝间隔件有助于最小化音圈电感并且减少失真，但不可用于此实施例中，并且因为两个间隙82、84现在磁性平行地定位，因此可能更难以在两个间隙中实现相同磁通量。

当然，将理解的是，可对于上文描述的实施例进行许多变化，而不脱离本发明的范围。例如，轭部的中心圆柱形部分可为实心的（如图3中显示的），或者具有轴向孔（如图1中显示的）。轭部被描述为由钢制成，但可使用任何铁磁材料，并且间隔件被描述为由铝制成，但可使用任何非磁性导电金属或合金。磁体可为任何合适类型或制造件；间隔件可为实心圆柱体，其可由装配在一起的区段形成，和/或其可具有轴向延伸的孔口。如我们在我们更早的申请gb2567673中描述的，轴向延伸的间隙可包含吸音材料（例如，声学泡沫、织物、开孔泡沫和闭孔泡沫或其它多孔材料），以减少共振。

在上文描述不同变化或可选布置的情况下，应理解的是，本发明的实施例可按任何合适组合并入此类变化和/或可选例。