扬声器振膜及扬声器的制作方法

本实用新型涉及电动扬声器技术领域，特别是涉及一种扬声器振膜及安装有这种扬声器振膜的扬声器。

背景技术：

扬声器用于将电能转换为声能，通常包括盆状结构外壳以及收容在外壳围成的内腔中的振动系统和磁路系统，振动系统包括连接在一起的振膜和音圈。其中，扬声器振膜是扬声器的主要部件，扬声器(特别是中低音扬声器)通过振膜中心的音圈将电磁力转换到与其紧密连接的振膜上形成机械力而产生声音完成电-力-声的转换。在电-力-声的转换过程中振膜是中间的机械力学部分也是最重要的部分，能够影响扬声器的声学性能。振膜的性能取决于振膜的几何形状、材料以及加工工艺等，影响振膜材料声学性能的基本参数包括质量、密度、刚性及内损耗(内阻尼)等。

现有的振膜大多为圆锥形振膜，图1至图4示出了现有的圆锥体振膜的结构示意图，如图1所示，由于音圈30’处于振膜10’的中心部位，所以越靠近振膜10’的边缘越会产生更多的机械力的畸变进而形成群延时现象，进而引起振膜10’的非线性运动和谐波失真。如图2所示，圆锥形振膜10’沿中心线l’可得到对称的圆，同圆周象限点中垂直于振膜的辐射均指向同一轴心点O’，即在振膜10’的正前方的某个中心位置会形成一个空气粒子的聚集区域，类似于镜头的焦点。由于聚集区域的存在，会使含声波的空气粒子产生对撞形成对撞气流Q’，进而产生相位失真和谐波失真。如图3所示(图中+表示正向运动，-表示反向运动)，圆锥形振膜的球面结构使其运动时会产生径向和轴向(类似地球的经线和纬线)的分割振动，进而产生大量的干扰谐波形成谐波失真。另外，现有圆锥形振膜刚性较差，容易变形，同时圆锥形振膜的侧向空间存在一定的浪费(图4中的虚线区域)。

此外,传统的专业线阵列所形成的线性声源实际上是由圆锥形扬声器或者至少低音是由圆锥形扬声器构成的。该线性声源是一种含有球面波的折中式的线阵列，而不是纯正的由柱面波形成的线阵列。多个音箱之间辐射的球面波并不能有条理地耦合，容易形成混乱的声场，产生干涉，影响声音的有效覆盖。

技术实现要素：

本实用新型的目的是至少解决上述缺陷与不足之一，该目的是通过以下技术方案实现的。

本实用新型提供了一种扬声器振膜，所述扬声器振膜安装在扬声器的盆架内，所述扬声器振膜的顶部的边缘通过折环与所述盆架的边缘相连接，所述扬声器振膜的底部与定心支片相连接并通过所述定心支片悬置固定在所述盆架的对应位置，音圈通过音圈骨架与所述扬声器振膜的底部相连接，其特征在于，所述扬声器振膜包括振膜本体，所述振膜本体呈矩形的盆状结构，所述盆状结构包括由内向外依次连接的矩形底面、环形侧壁以及向外突出的矩形边缘，所述矩形底面与所述矩形边缘的四角均为圆角，所述环形侧壁构造为由多个不规则面体组成的立体阵列结构，相邻的所述不规则面体之间通过所述不规则面体的棱边相互连接。

优选地，所述不规则面体为三角形面体，多个所述三角形面体的形状和尺寸不完全相同。

进一步地，所述矩形底面上设有与所述音圈相连接的第一安装部以及与所述定心支片相配合连接的第二安装部，所述矩形边缘设有与所述折环相配合连接的折环安装部，所述折环安装部的四周均为圆角。

进一步地，设置有至少一个所述第一安装部，所述第一安装部为安装槽。

优选地，所述矩形底面上设有与所述矩形底面的形状相匹配的底盘，所述底盘粘贴在所述矩形底面上，所述底盘上设有与所述音圈相连接的第一安装部以及与所述定心支片相配合连接的第二安装部，所述矩形边缘设有与所述折环相配合连接的折环安装部，所述折环安装部的四周均为圆角。

进一步地，所述矩形底面的正面的中心设有防尘帽，所述防尘帽粘贴在所述扬声器振膜的中心处，并且所述防尘帽呈塔式结构，所述塔式结构的顶端设有褶皱。

进一步地，所述振膜本体的材料包括纸浆，所述纸浆中还添加有碳纤维和/或羊毛。

进一步地，所述振膜本体通过模具热压一体成型，并且所述矩形底面的背面覆压有一层轻薄的铜网布。

进一步地，所述扬声器振膜的展开面积及空气排量均大于占用相同截面积的圆锥形振膜。

本实用新型还提供了一种扬声器，该扬声器包括至少一个矩形扬声器单元，所述矩形扬声器单元包括盆架、固定在所述盆架上的振膜、驱动所述振膜振动的音圈及磁路系统，所述振膜为上述的扬声器振膜，所述矩形扬声器单元在空气中辐射产生的声波形状为柱面波，多个所述矩形扬声器单元的柱面波能够形成线阵列。

本实用新型的优点如下：

(1)本实用新型的振膜设置为矩形的盆状结构，并将膜体设置为由形状各异的三角形组成的立体几何阵列结构，与传统振膜相比，同样质量下其刚性模量更大并具有突出的稳固性，能够有效降低机械畸变损耗和群延时，使振膜的振动更加线性。

(2)本实用新型的立体状的几何阵列结构能够增大振膜的展开面积，加大空气扰动。随机增加空气排量，增加声能的转换，提高声能转化效率和声学性能。

(3)本实用新型的振膜采用纸浆作为主要原料，并添加一定量比例的碳纤维和羊毛对纸浆进行改性，以及在其背面覆压铜网布，降低振膜质量的同时增强了振膜的使用寿命、抗疲劳能力和自阻尼。

(4)本实用新型的振膜不易产生分割振动，不易聚焦同时增加扩散，进而减少了谐波失真和相位失真，提高声学性能。

(5)本实用新型的振膜的矩形结构的波阵面属于柱面波，更容易控制声音的方向，并且相同的传播距离声能分布更均匀，可以应用于音柱式音箱系统和线性阵列音箱系统。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。

图1为现有的圆锥体振膜的结构示意图；

图2为现有的圆锥体振膜的另一结构示意图；

图3为现有的圆锥体振膜的分割振动示意图(图a为径向分割，图b轴向分割)；

图4为现有的圆锥体振膜的平面结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的扬声器振膜的装配结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的扬声器振膜与音圈的安装示意图；

图7为本实用新型实施例提供的扬声器振膜的结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的扬声器振膜与防尘帽的立体分解示意图；

图9为本实用新型实施例提供的扬声器振膜与防尘帽的装配示意图；

图10为本实用新型实施例提供的扬声器振膜与防尘帽的装配俯视图；

附图标记如下：

10’-圆锥形振膜30’-音圈

10-扬声器振膜20-盆架

301-音圈302-音圈骨架

40-折环401-加强筋

50-定心支片60-防尘帽

601-褶皱

1-矩形底面2-环形侧壁

3-矩形边缘4-底盘

11-第一安装部12-第二安装部

13-引线电路板21-三角形面体

211-棱边31-折环安装部

41-安装接口42-引线电路板

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图5至图10示出了根据本实用新型的实施方式提供的扬声器振膜的结构示意图。如图5至图10所示，本实用新型提供的扬声器振膜10安装在扬声器的盆架20内，扬声器振膜10顶部的边缘通过折环40与盆架20的边缘相连接，扬声器振膜10的底部与定心支片50相连接并通过定心支片50悬置固定在盆架20的对应位置上，扬声器振膜10的底部通过音圈骨架302与音圈301相连接，扬声器振膜10与音圈301及音圈骨架302构成扬声器的悬置系统(振动系统)，由音圈301驱动扬声器振膜10振动，当外加音频信号时，将电流信号输入音圈301中，音圈301会在电磁场的作用下切割磁感线作活塞式往复运动，并通过音圈骨架302带动扬声器振膜10往复振动，扬声器振膜10振动则推动空气产生声波。

具体地，扬声器振膜10包括振膜本体，振膜本体为立体结构振膜，并且呈矩形的盆状结构，盆状结构包括由内向外依次连接的矩形底面1、环形侧壁2以及向外突出的矩形边缘3，即扬声器振膜10的底部为矩形状的平面，矩形边缘3为矩形状的开放式边框，矩形底面1与矩形边缘3的四角均为圆角，矩形底面1上设有与音圈骨架302相连接的第一安装部11，矩形底面1上设有与定心支片50相配合连接的第二安装部12，矩形边缘3上设有与折环40相配合连接的折环安装部31，折环安装部31的四周均为圆角。具体地，第一安装部11为安装槽，并且可在矩形底面1设置有多个，由多个音圈301共同推动同一扬声器振膜10振动，提供更强大的动力，增加扰动的空气粒子，提高扬声器性能。第二安装部12与定心支片50的内边缘粘接在一起。矩形底面1的中心还设有与音圈301的引线相连接的引线电路板13，用于为音圈301提供电流。折环安装部31能够提高折环40与扬声器振膜10连接的气密性，减少对空气的扰动，降低折环40对扬声器振膜10的干扰。

扬声器振膜10具有弹性，并且折环40和定心支片50均为弹性体。为配合矩形盆状的扬声器振膜10，折环40和定心支片50均为矩形的环状结构，并且折环40和定心支片50的四角均为圆角。折环40与折环安装部31贴合固定，折环40上贴合设有多个用于对折环40的径向刚性进行加强的加强筋401，能够在不影响折环40的轴向顺性的条件下有效地提高折环40的径向刚性；同时加强筋401设置为一峰双谷形或双峰三谷形的波纹形，由于加强筋401波峰的宽度和深度不同于波谷的深度和宽度，能够有效地抑制高次谐波的产生，降低谐波共振，进而降低折环40由于扬声器振膜10振动而产生的附属振膜效应，提高扬声器的音效质量。

另外，在定心支片50的内边缘的上方贴合设置有刚性层，能够提高矩形圆角定心支片50的刚性力，减少音圈301的非线性偏移并增加悬置系统的恢复力，进而达到径向的高刚性，提高扬声器振膜10的支撑刚性。

扬声器振膜10的环形侧壁2构造为由多个不规则面体组成的立体阵列结构，该不规则面体例如为三角形面体或其它多边形面体，以下以三角形面体21进行描述，立体阵列结构布满环形侧壁2的表面(包括正面和背面)，相邻的三角形面体21通过棱边211相互连接。扬声器振膜10的环形侧壁2根据力学原理、三角几何以及建筑学框架结构原理经计算机精准建模设计而成。环形侧壁2上不同区域的三角形的形状和尺寸各不相同，每个三角形自成面体，相邻的三角形通过棱边211彼此相互连接，即相互连接的三角形面体21共线。棱边211两侧的三角形面体21处于不同的平面，这些三角形面体21以不同的角度相互连接，使得每个三角形面体21可根据实际情况处于不同的平面，进而形成了整个扬声器振膜10的环形侧壁2，即环形侧壁2构造为由三角面体21阵列而成的立体几何结构。另外，这些棱边211类似建筑的钢铁网架一样形成了整个扬声器振膜10的结构骨架，加强了扬声器振膜10的支撑力和稳固性。

如图8至图10所示，扬声器振膜10的正面的中心设有防尘帽60，防尘帽60粘贴在扬声器振膜10的正面的中心处，用于防止灰尘进入磁隙以影响高频性能并增大声波的扩散减少相位失真。防尘帽60呈塔式结构，塔式结构的顶端设有褶皱61，能够进一步加大声波的扩散。

与传统振膜相比，同等质量下本实用新型提供的扬声器振膜10的刚性模量更大，刚性模量的增加，使得扬声器振膜10的机械畸变损耗以及分割振动得到有效抑制。

具体地，由于中低音扬声器是通过振膜10中心的音圈301把电磁力转换到与其紧密连接的扬声器振膜10上形成机械力而产生声音来完成电-力-声的转换的。音圈301处于扬声器振膜10的中心部位，扬声器振膜10由音圈301的垂直推动而产生前后位移，因此，音圈301到扬声器振膜10边缘(含折环40的悬空部分)的距离越大，受音圈301的直接垂直推动的力就越小，引起的机械畸变和损耗就越强。即越靠近中心区域产生的机械畸变和损耗越小，越靠近扬声器振膜10的边缘越容易产生更多的机械力的畸变进而形成群延时现象。如图8所示，将扬声器振膜10设计为矩形锥体结构(盆状结构)，其矩形底面1和矩形边缘3之间存在一定的垂直距离H1，该垂直距离H1的方向与轴向线性活塞运动的方向平行，使得音圈301在轴向线性活塞运动时具有较大的顺性，不易产生机械畸变。另外，矩形底面1的矩形面的尺寸小于矩形边缘3的矩形框的尺寸，使得矩形底面1和矩形边缘3之间还存在一定的水平距离H2，水平距离H2降低了音圈301到扬声器振膜10边缘的距离，减少了机械畸变，进而减少群延时。

此外，扬声器振膜10的膜体采用三角平面体阵列而成的立体几何结构，其结构本身的三角形稳固原理以及较强的刚性模量使其不易发生畸变，有效降低了机械畸变损耗和群延时。另外，随着音圈301的数量增加，音圈301的排列也更加向边缘扩展，音圈301与扬声器振膜10的边缘之间的距离会减少，同样也会降低机械畸变损耗和群延时。机械畸变损耗和群延时的降低，使得音圈301在磁隙中最大位移XMax会保持更大的线性，引起的非线性运动和谐波失真将减少，在一定的振动范围内令扬声器振膜10的振动更加线性，使得扬声器振膜10在振动轴向上具有更大的顺性，提高扬声器振膜10的声学性能。

如图9所示，图中实线箭头l表示扬声器振膜10的轴心线方向，虚线箭头l1表示垂直于面体的声波辐射方向，扬声器振膜10整体的矩形盆状结构，使得扬声器振膜10的轴心线l到四周的距离并不均等，无法如图2中所示一样形成聚集区域，同时微观上，不在同一平面的多个三角形面体21的分布使声波辐射指向不同的空间(声波辐射方向l1各不相同)，能够增加扩散和减低前室效应，进而减少相位失真。另外，位于扬声器振膜10正面中心的防尘帽60也起到了积极的扩散作用，减少含声波的空气粒子的对撞，降低由于对撞产生的相位失真和谐波失真。

图10示出了本实用新型实施例提供的扬声器振膜与防尘帽的装配俯视图，如图10所示，矩形盆状结构的扬声器振膜10俯视时为平面振膜，相同尺寸的矩形振膜的平面面积大于圆形振膜的平面面积。例如，以长度L1为22cm，宽度L2为18cm的矩形平面振膜为例，其平面面积S1＝L1×L2＝22×18＝396cm；如图4所示，以矩形平面振膜的最长边L1的尺寸为直径d的圆形振膜的平面面积S2＝πr²＝3.14×11²＝380cm²，S2小于S1，以最短边L2的尺寸为直径d的圆形振膜的平面面积便更小于矩形平面振膜的面积。同时，圆形振膜在方形面板的四个角处存在空间浪费，而矩形振膜的空间能够全部利用。上述仅考虑平面振膜，若加上三角形几何面体的展开面积，则扬声器振膜10的展开面积将远远大于相同尺寸的圆锥形振膜的展开面积。另外，由于扬声器振膜10为立体结构，相较于平面结构，进一步增加了扬声器振膜10的展开面积。根据公式VD＝SD×XMax，其中，SD为展开面积、VD为空气排量，扬声器振膜10的展开面积的增加，会使扬声器振膜10扰动的空气粒子即空气排量随机增大，进而转换的声能也同样增多，提高了声能转化效率和声学性能。

由上可知，将扬声器振膜10的所有三角形面体21阵列而成的立体几何结构平铺展开，扬声器振膜10比占用相同的箱体面板面积或相同截面积情况下的圆锥形振膜的展开面积(SD)大，可达到圆锥形振膜的100％-200％的展开面积。并且，在相同的方形面板中扬声器振膜10能够充分利用面板空间而不会产生浪费。

另外，由于扬声器振膜10在振动频率较高时，会出现分割振动，分割振动包括径向分割和轴向分割，并且频率越高分割振动越明显，分割振动会产生大量的干扰谐波形成谐波失真。本实用新型通过将扬声器振膜10的表面设置为不规则的立体形状来改变分割振动的状态，改善扬声器单元的高频特性，同时还可以增加扬声器振膜10的强度及阻尼。

如图10所示，扬声器振膜10整体的矩形盆状结构及微观的三角立体几何结构的稳定性，使扬声器振膜10不易产生分割振动，进而减少了谐波失真。具体地，三角形面体21本身具有稳定结构，相较于圆锥形振膜，扬声器振膜10没有接近平面的球面，各三角形面体21处于不同平面，没有容易产生分割振动的平面。另外，由于不同的三角形面体21结构角度不同、尺寸大小不同以及错落分布，线和面之间相互牵制，无法产生径向分割振动。此外，棱边211构成的骨架能够有效增加扬声器振膜10的刚性模量并提供稳固支撑，也不易产生分割振动。

制作扬声器振膜10采用的材料主要为纸浆，并添加一定量比例的碳纤维和/或羊毛，对纸浆进行改性，以增强其使用寿命、抗疲劳能力和自阻尼。

采用纸浆混合体(含碳纤维和/或羊毛)作为扬声器振膜10的成型材料，扬声器振膜10可以通过模具成型加工为复杂的不同形状获得理想的任意立体结构。具体制作时，将纸浆混合体倒入专门的池子中，装有模具的机械手臂在池子中将搜集的纸浆混合体热压一体成型，干燥后再进行一系列的后续加工。

另外，采用纸浆混合体制作扬声器振膜10还具有质量轻、自阻尼强、能量转化效率较高等优点。为了降低扬声器振膜10的质量又保证扬声器振膜10的刚性模量和自阻尼，扬声器振膜10的材料以纸浆为主要成分，并添加定量比例的碳纤维和/或羊毛。干燥后的纸浆的比重低于其它塑料、合成材料和金属材料，质量较轻；同时由于膜体的结构为三角面体21阵列而成的立体几何结构，使得扬声器振膜10能够达到质量轻、刚性强的理想状态，进而降低了扬声器单元的悬置系统(包括音圈301、振膜10、定心支片50和折环40的悬空部分)的质量MMD。由于扬声器单元的悬置系统的质量MMD的降低，进而提高了扬声器单元支撑系统的总声顺CAS和扬声器单元支撑系统的总力顺CMS。

在可用于制造振膜的众多材质中，由于纤维化的材质具备优秀的自阻尼(内阻)，可以很快将声频信号停止后的传输过程中的声音能量吸收或转化，是理想的振膜材料。本扬声器振膜10的材质为优质纸浆，其主要成分是植物纤维，再加上羊毛和碳纤维等添加材质也都属于纤维，并且扬声器振膜10内部的纤维相互交织，自阻尼特性较好且自身密度(比重)较小。另外，扬声器振膜10背面覆压有一层轻薄的铜网布，会进一步增加自阻尼，同时也增加了扬声器振膜10的刚性和使用寿命，而没有明显增加扬声器振膜10的质量。即通过采用纤维化的材料并在扬声器振膜10的背面覆压一层铜网布，能够有效增加扬声器振膜10的自阻尼，同时也提高了扬声器振膜10的刚性模量和使用寿命。

需要注意的是，上述自阻尼(内阻)不等于QMS(扬声器单元谐振频率处的机械Q值)，机械Q值是单元支撑系统的机械损耗阻抗RMS的等效电阻和谐振频率fs处动生阻抗的比值。

优选实施中，为了降低扬声器振膜10对温度和湿度的敏感度，减少潮湿等环境对扬声器振膜10的影响，减少形变，对扬声器振膜10进行防水防潮处理。

由于纸质的扬声器振膜10的底部容易破损、变形，同时为了精确对接音圈骨架302的连接部，如图6所示，另一实施方式中，在振膜本体的底部靠近盆架20底部的一侧设有一刚性较强的底盘4，底盘4的形状与振膜本体底部的矩形底面1的形状相匹配，并且底盘4粘贴在矩形底面1上，音圈骨架302通过底盘4与振膜10的底部相连接，底盘4上设有与音圈骨架302相配合的安装接口41，底盘4的中部设有与音圈301的引线相连接的引线电路板42。底盘4的边缘与定心支片50相贴合并通过定心支片50将振膜10固定在盆架20上，能够降低扬声器振膜10的装配难度。扬声器振膜10安装时，扬声器振膜10的形状与盆架20对应位置的形状相匹配且容纳在盆架20内，并且扬声器振膜10与盆架20以及音圈301同轴布置，使得扬声器振膜10能够快速精准安装在盆架20上。

本实用新型还提供了一种安装有上述矩形盆状结构振膜的扬声器，该扬声器包括至少一个矩形扬声器单元，矩形扬声器单元包括盆架20、固定在盆架20上的扬声器振膜10、驱动扬声器振膜10振动的音圈301和磁路系统，该矩形扬声器单元的正面结构为矩形，并且四个角均为圆角。

矩形扬声器单元在空气中辐射产生的声波形状为柱面波，与球面波相比，柱面波更容易控制声音的方向，并且相同的传播距离声能分布更均匀。真正的线性阵列扬声器正是利用了柱面波随距离变化衰减减少的特性而得到广泛应用。由于矩形扬声器单元在空气中辐射的声波的波阵面属于柱面波，能够产生纯正的线性阵列，进而使本实用新型的矩形扬声器单元可以直接用于制作真实的音柱式音箱系统和线性阵列音箱系统。多个波阵面阵列后可以弱化交集区域，使得多个矩形扬声器单元之间可以在没有干扰的情况下自然耦合，极大的提升相位一致性。

本实用新型提供的扬声器振膜作为矩形扬声器的核心元件之一，无论是结构、造型、制造工艺，还是其本身的性能参数及利用价值，都具有很强的优势。

需要指出的是，在本实用新型的描述中，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

需要指出的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。