专利名称：动态转换器，特别是小型扬声器的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种动态转换器，具体地是指一种小型扬声器，如使用在移动电话、免提扬声器电话等设备中的扬声器。其形状为非圆形，更具体地为一矩形，其中它的膜上有一居中圆形对称区域，被称作圆丘，而称为隆起的区域被安排在圆丘周围。使用非圆形转换器的原因是便携式电话及其它许多设备内的可利用空间在高度上经常受到限制，而采用矩形后在主平面内的空间则相对宽敞。隆起代表周边为圆形的圆丘与其相应的外轮廓形状之间的连接处。因为在组合过程中不需要受主空间问题影响就能够扩大转换器的膜表面，所以这样的形状现在正逐渐受到欢迎。
背景技术：
动态转换器，更具体地是指一种小型扬声器，在低频率处时，更具体地是在所谓的低极限频率fl以下的频率处时，当采用规则尺寸时，膜在高声压作用下表现出大的偏移。因为这个原因，膜在几何上非线性偏移区域被操作时，会出现声音失真，例如在声音变换过程中高度非线性失真因数形式的声音失真。这意味着声压和电信号之间的关系不再是线性或近似线性。产生出来的失真主要是由两种来源引起气隙内磁场的非线性趋势；膜机械顺从性的非线性趋势。
下面仅对导致失真的第二种原因，即非线性膜机械顺从性进行讨论。
使用者优选的膜振动形式是所谓的活塞模式，在这种模式中，膜圆丘(即靠近中心的部分)的振动与刚性活塞相似，并且膜实际上仅在其边缘区域(即隆起处)发生变形。这种振动形式所有的固有频率为传输范围中的较低极限频率fl。通过对膜材料、膜厚度及膜形状的适当选择，可以在转换器设计过程中设定fl。特别地，采用对应于US6,185,809的AT 403 751 B中所描述的方法能够人为地影响材料厚度及因此而产生的fl。这两篇文献的内容被引用作为此处描述的内容。
膜连同线圈一起构成的机械弹簧质量系统的弹性效应是通过隆起的弹性变性而产生的，而圆丘所发生的变形对于本发明来说仅是一个微不足道的角色。
因为上述原因，所以在现有技术中有几何形状为正方形的膜，其中在隆起部分之间的拐角区域是通透的，拐角区域没有材料。这对于低声阻抗的组合情况是可能的。这种膜的几何形状现已被使用，例如用在AKG K 1000耳机中。在转换器紧密组合中，由于拐角的通透(开孔)而形成的声短路是不可避免的。因为这个原因，所以低频再现是不可能的。为避免声短路，膜拐角区域必须强制性地贯通。而这种做法又导致了不希望产生的膜硬化和随之而引起的更高共振频率fl。这意味着声短路的不良效果确实已经被避免了，但由于膜硬化的原因，需要加宽低频传输频率范围而对此进行过度补偿。因此这种手段不适合于扩展成角的，特别是矩形转换器的频率趋势。
在矩形膜或其它多边形膜中，会有通过拐角处发生附加的硬化效应问题。这种效应可以用如下的事实来解释，即膜的上下运动引起拐角区域引发切向力，导致切向的张力。在圆形膜的环形隆起的情况，也有类似的现象。上述AKG K 1000的线性隆起如果没有这样的力或张力作用，就不会有互连运动。
在上述文献中公开的膜生产方法中，其中隆起区域的膜厚度保持低厚度，就可以获得低固有频率，但在靠近中心的区域(如圆丘内)的膜厚度则要厚一些，以避免高频率作用下圆丘的局部发生振动，其中圆丘的膜形状实际上被改变了，这也在现有技术中说明。
JP 61 123390 A揭示了使用圆形膜，并把它与有圆形内缘和可以安装进正方形部分的方形外部边界的边缘结构组合在一起的可能性。这样的双体双形(bi-part and bi-shaped)膜的振动模式很难用于任何高质量麦克风或扩音器中，且成本很高。
JP 62 265894 A和JP 61 121690 A公开了一种矩形膜，其具有复杂并难以控制的振动特性，很难高质量地使用。
因此，本发明的任务是不需要在膜上提供会造成声短路的开口的情况下，来减少矩形或其它成角的膜的共振频率。
发明内容
依据所述发明，问题的解决方法包括如下内容动态转换器的膜在每个拐角区域有风箱(bellows)形毗连隆起，位于膜平面中的风箱形边缘走向至少大致地与膜中心平面保持正交，并且还要与隆起的外部边缘保持正交。通过这种手段，拐角区域的膜在其运动的主方向上应该是非常柔性的，这可以显著地减少膜内切向力，因而极限频率fl也就不会增加。因为膜可以设计成在其拐角区没有开口(通透)，所以也避免了声短路。
参考附图，本发明在随后的描述中被更为详尽地讨论，其中图1是根据本发明的一个实施例的四分之一；图2是隆起厚度与中间隆起厚度的关系对转换器非线性失真度的影响实例。
具体实施例方式
图1给出了根据本发明的矩形形状的膜。图中仅给出了整个矩形膜的四分之一。这个实例中的拐角6带有便于展开(unwinding)的三个连接体7和二个凹槽8。膜1采用格或网方式描绘，类似于有限元程序的描绘。膜1的中心部分或圆丘2被圆形凹槽4所围绕，线圈3被固定到其上，一般是用胶来固定。所绘实施例的外部边界为矩形，其具有黏连边11，另有与边界平行的隆起5。四个隆起的宽度是不变的，并且所有四个隆起宽度都相等，在所示的实施例中隆起5既不是平的也不是半圆形的，而是横截面为弓形。
在拐角区域6，不是真正的拐角形式，而是被做成圆形，如标记12所示，这种隆起的横截面使得膜很硬、刚性很大，其具有说明中一开始所提及的所有缺点。因此，依照本发明在膜1的拐角区域6提供风箱形结构7和8。风箱形结构有重复片段7和凹槽8，其在与边界大致正交的方向上分别起伏延伸。在所示的实施例中，这些方向都是从边界的理论中心点处大致沿半径进行走向，其具有实施例所示的四分之一圆的形状。
这些规定使隆起5的内部边界和凹槽4的外部边界之间留出一区域；这个区域被一个或更多的中间隆起9所覆盖。图1给出的实施例带有一个中间隆起，此隆起在其最小横截面10处逐渐消失，消失处为图1的“左”端。在这个区域内当然可以有一个连续的中间隆起，其与长边13处的隆起相似(但更窄些)。另一方面，在径向上有更多的中间隆起是可能的。
在下面的描述中给出可能的变化、变动和添加内容。
膜1有至少二个，优选四个，或是相当于边缘数目的其它数量的隆起，其中隆起高度可以在零(完全平的隆起)和优选的隆起高度的一半(例如半圆形或椭圆形隆起横截面)之间。隆起5在膜1的上下运动过程中，起到弹簧质量系统中的机械弹簧作用，其中线圈+膜组成其中的质量部分，隆起组成其中的弹簧部分。接下来仅对弹簧质量系统中决定其刚性的部分进行讨论。
本发明设计的一个变体就是在隆起5处，优选在与圆丘相接的区域处，设置凹进处14，其有助于这个区域的展开过程(膜的弯曲)。
如上所述，膜有一个圆形或大致为圆形的圆丘，优选设计成这种形状，以便于所谓的中间隆起在圆丘和至少两个隆起之间形成。通过其传送力的运动线圈一般固定在圆丘的边界处。
膜1的边界优选被设计成正方形或矩形，但其它的多边形作为边缘形状也是可能的，例如三角形、五边形、六边形等。优选的形状是规则的多边形。然而，对于特殊的组合情况，采用诸如梯形、等腰三角形等不规则的多边形也是可能的。接下来描述形状为矩形类型的情况。通过对所述发明的了解，电声转换器技术领域的技术人员易于设计上述多边形类型的类似转换器。
在矩形转换器中，矩形长边与短边的纵横比优选在1和2之间，但也可以采用更高值，例如5或更大的值。在实际应用中，矩形长边的长度一般在7mm和70mm之间的范围内，优选在大约20mm范围内。由此得到的尺寸易于适合小型扬声器、移动电话和所谓的PDA设备(个人数字助理设备)。因为采用矩形形状的外部轮廓，所以移动电话内的有效空间可以被最优化利用。
在俯视图中矩形隆起5的内侧与俯视图中圆形圆丘2之间，在联接部分(gussets)处，可选择地，在边界上，可以得到二个或更多中间隆起9。中间隆起9的高度可以在零和相当于矩形短边一半的最大值之间。中间隆起9在膜1上下运动过程中作为上述弹簧质量系统中的附加弹簧。
隆起5之间的拐角区域6设有连接体7和/或凹槽8(风箱形)，它们有助于展开处理，因而也就增加了膜的机械顺从性。膜沿隆起和拐角的外部处缘，例如使用黏连边11，而被强有力地拉紧。
如下所述，中间隆起9和隆起5的材料厚度比率应适应本发明的几何形状。中间隆起厚度/隆起厚度比率优选在1和2之间的范围内，并可以用上述文献所描述的方法生产。隆起处的膜厚度对确定上述弹簧质量系统的固有频率具有决定性作用。取决于期望的固有频率，材料厚度的典型值处于15μm到80μm之间的范围内。对于更大的转换器和/或更高的固有频率，甚至可以采用更大的材料厚度值。
通常使用马克浮(Macrofol)或聚碳酸酯薄膜来制做隆起和中间部分。也可以使用诸如带有聚亚安酯的聚碳酸酯的合成材料。在该情况下，聚亚安酯薄膜可以导致机械阻尼，然而聚碳酸酯薄膜却可以产生膜所必需的刚性。一种变形具有这样的实际情况，即合成薄膜被设计在拐角处，使得仅有聚亚安酯部分位于那里，以便增加顺从性。
在依照本发明而形成的膜中，弹性效应不再仅仅归因于对隆起的限定，而是由隆起和中间隆起的变形的交互作用而引起。可以想象两个组件(隆起和中间隆起)代表串联的两个弹簧。为实现这个目的，可以设计对线圈施加静力或谐和力，这将使膜发生偏移。在有谐和力的情况下，选取共振频率以下的频率。在这个频率范围内，弹簧质量系统由弹簧性能决定。
通过正确地选取膜厚度和/或正确选择隆起和中间隆起区域内膜厚度的平滑改变以及通过选择曲率，更具体地是，选择这两部分的曲率半径，这两部分的变形行为可以被影响，使得从边缘到中心部位的变形的增加尽可能达到一致，即隆起和中间隆起都承担起变形的部分功能。这些变形既可以通过有限元程序的数字模拟来描绘，也可以用基于干涉仪原理操作的成像激光振动计对实际存在的转换器的测量来进行描绘。
可以是梯变式或平滑式的厚度变化可通过上述所含内容中所述文献公开的方法及装置来实现。
因为膜的几部分变形的分配均衡，机械顺从性被线性化。通过机械顺从性的线性化，得到的声音失真，例如非线性变形因数、互调变形等，都可以被最小化，特别是在高偏移区。
因为矩形转换器的规则几何形状，在固有频率不变的边界条件下通过改变中间隆起厚度/隆起厚度比率，可以获得上述非线性变形因数的最小化。在构造转换器的过程中，应该维持相应的厚度比。
图2给出的一个例子是在声压给定的条件下，计算出的矩形转换器的非线性失真因数作为中间隆起厚度与隆起厚度比率的一个函数。中间隆起厚度/隆起厚度的比率在1.0和2.1之间变化。在厚度比率为1.6时，最小失真因数被清楚地显现出来。
本发明可以在许多细节上进行变化，不受限于本实施例中所描述和给出的装置。风箱形状可以有不同的形状，从很圆到相对较尖的边缘和凹槽。实际上负责从内部圆形到隆起内缘变化的中间隆起可以有各种不同的形式，这些中间隆起所在区域的厚度可以变化，而且在它们的拐角区域也可以采用风箱式结构。中心区域或圆丘的曲率可以与图纸给出的曲率不同，线圈可以采用许多方式被连接到圆丘的边界上，正如本领域的人员所知，这些没有被本发明改变。这同样适用于线圈安装区域的膜的形式。
本发明的核心是膜在无开口或漏隙的情况下封闭了非圆区域，并且膜拐角区域具有使其柔软和易变形的几何形状。
权利要求
1.动态转换器，具有非圆外形，并具有拐角，其中它的膜上有一居中圆形对称区域，被称为圆丘；并具有被称为隆起的区域，该隆起被安排围绕在圆丘周围，其外部轮廓为非圆形，并在每个拐角区域为风箱形状。
2.如权利要求1所述的转换器，其特征在于，风箱形状的至少一个边缘位于走向与膜中心平面至少大致正交和与拐角区域内隆起的外部形状正交的平面内。
3.如权利要求2所述的转换器，其特征在于，风箱形状的至少一个边缘为圆形。
4.如以上所述权利要求中任何一个所述的转换器，其特征在于，隆起有一内缘，并且其在所述外部轮廓与所述内缘之间宽度不变，以及中间隆起被限定于圆丘和所述内缘之间。
5.如权利要求4所述的转换器，其特征在于，隆起处的膜厚度与中间隆起处的膜厚度不相同。
6.如权利要求4或5所述的转换器，其特征在于，在隆起之中的膜厚度是变化的。
7.如权利要求4或5所述的转换器，其特征在于，在中间隆起之中的膜厚度是变化的。
全文摘要
矩形动态转换器或有圆角(6)的矩形转换器包括一圆形或近似圆形的圆丘(2)、外部隆起(5)和一个或多个中间隆起(9)，还有设置有凹口或隆起(7)和(8)来避免声短路的拐角(6)。隆起(5)和拐角(6)的膜厚度与中间隆起(9)的膜厚度不相同。
文档编号H04R7/00GK1596032SQ200410057068
公开日2005年3月16日 申请日期2004年8月30日 优先权日2003年9月11日
发明者M·奥普蒂兹 申请人:Akg声学有限公司