專利名稱：錐形擴音器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有包括大致截頭圓錐形的薄膜的聲學(xué)輻射振動膜的擴音器。該振動膜通常稱為擴音器“錐”。
背景技術(shù)：
錐形幾何形狀是固有地堅固的，因為施加于其上的軸對稱的外部力呈現(xiàn)為材料中的拉伸應(yīng)力。有利的是，這使得可以成功使用非常薄的膜材料。在競爭性的市場中，對于獲取錐形擴音器改進的性能有著不斷增加的需求。圖 1(a)示出了錐形擴音器的錐的視圖，圖1(b)示出了當按現(xiàn)有方式使用93mm直徑口端頸部驅(qū)動傳播到2pi球面度無限聲學(xué)區(qū)域中時的壓力響應(yīng)。所述壓力在離擴音器Im距離并以2 度角度遞增的46個位置繪制。從圖1 (b)可看出在大約1. 5kHz以上隨著錐形被驅(qū)動超過其剛性極限并表現(xiàn)出非剛性特性，壓力響應(yīng)變得不規(guī)則且出現(xiàn)共振現(xiàn)象。非剛性特性是不希望出現(xiàn)的，因為其導(dǎo)致擴音器的壓力和方向響應(yīng)二者中的非一致性。很早人們就知道擴音器振動膜的剛性帶寬可以通過在第一振動模式節(jié)點驅(qū)動振動膜(“節(jié)點驅(qū)動”)而得到擴展。節(jié)點驅(qū)動在JP57068993中公開，其示出了平面振動膜在第一振動模式的節(jié)點被驅(qū)動，對于圓形振動膜而言，其為環(huán)繞振動膜的圓圈。這種方法雖然早已為人所知，但是還未應(yīng)用于錐形擴音器。錐形的幾何形狀天然地將其第一振動模式節(jié)點放置朝向其口端，這使得需要使用大音圈。大直徑線圈的使用對效率有負面影響并增加相關(guān)的磁系統(tǒng)和線圈組件的成本，這將顯著地限制節(jié)點驅(qū)動的實用性。至今為止，本領(lǐng)域普遍的做法是從其頸部驅(qū)動錐形。GB308, 318公開了一種具有截頭圓錐形振動膜的擴音器，其在振動膜的頸部和振動膜外部的同中心間隔的位置都進行驅(qū)動。其目的是向內(nèi)部(頸部)驅(qū)動輸送高頻信號并向外部驅(qū)動輸送低頻信號，其然后被置于用于高頻信號的節(jié)點處。由此，其實際上并未提出節(jié)點驅(qū)動，因為對于所考慮的驅(qū)動提供的信號而言，驅(qū)動不位于振動膜的節(jié)點。實際上，振動膜也未在第一振動模式的節(jié)點被驅(qū)動。其被驅(qū)動所在的節(jié)點是對應(yīng)于更高頻率驅(qū)動的更高模式的節(jié)點。而且，對振動膜的加固也未公開，外部驅(qū)動由此被間隔了相當大的直徑，弓丨起上述的問題。US5, 323，469公開了具有由附到振動膜喉部的向后延伸的音圈架子所驅(qū)動的圓錐形振動膜的擴音器。以放射狀地由振動膜的后側(cè)的架子向外延伸并在第一節(jié)點附到振動膜的第二錐形的形式給振動膜提供額外的穩(wěn)定性。由此，由音圈架子驅(qū)動振動膜所用的接合區(qū)域在喉部和節(jié)點之間延伸并包括所述喉部和節(jié)點二者，并且，振動膜因此并非由節(jié)點驅(qū)動。額外的穩(wěn)定性也不必要地擴展了擴音器的厚度，幾乎對離開節(jié)點的振動膜不提供顯著的強化，并且并不適于允許對于振動膜剛性特性的修改。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一方面，本發(fā)明可提供一種擴音器，包括
聲音輻射振動膜，形成運動振動膜組件的一部分并包括具有狹窄頸端和寬闊口端的大致截頭圓錐形的薄膜；強化結(jié)構(gòu)，用于強化輻射薄膜和適于驅(qū)動振動膜的接合區(qū)域； 以及換能器，包括安裝以通過其接合區(qū)域驅(qū)動振動膜的音圈；其中所述接合區(qū)域位于所述運動振動膜組件的第一振動模式節(jié)點。通過合適地設(shè)置強化結(jié)構(gòu)，第一振動模式的節(jié)點位置可以沿薄膜向上移動更靠近其頸端(相對于類似的無支撐/無加固結(jié)構(gòu))從而允許所述振動膜利用具有較小直徑的音圈的換能器來被節(jié)點驅(qū)動。由此振動膜的喉端可以不被驅(qū)動或自由搖擺。實際上，振動膜的頸部或喉部總是反節(jié)點且由此不能是本發(fā)明所述的節(jié)點驅(qū)動的可能位置。優(yōu)選地，所述強化結(jié)構(gòu)提供足以支配所述振動膜的振動特性的強化效果。強化結(jié)構(gòu)的設(shè)置方式可以被設(shè)計得使得振動膜的第一振動模式的節(jié)點位于預(yù)定位置。由于節(jié)點位置受這些元件的影響，運動振動膜組件包括例如錐形(和強化元件)的元件、架子、線圈和 (在一定程度上)對節(jié)點位置具有微小影響的例如圍繞或懸掛等部件。優(yōu)選地，所述第一模式的節(jié)點的預(yù)定位置和由此接合區(qū)域的位置被設(shè)計為提供與具有標準直徑的音圈的換能器的兼容性。通過這種方式來利用標準元件，根據(jù)本發(fā)明的擴音器可以成本低廉地制造。優(yōu)選地，所述振動膜包括位于接合區(qū)域的連接突起，振動膜通過其被連接到換能
ο優(yōu)選地，所述換能器包括其上安裝了音圈的架子，所述架子連接到所述連接突起以驅(qū)動所述振動膜。替代的結(jié)合可為柱狀或其它合適的形狀，但是使用突起是優(yōu)選的，因為這樣允許減少運動結(jié)構(gòu)的體積，同時對音圈內(nèi)部的空氣腔室通風(fēng)。優(yōu)選地，所述強化結(jié)構(gòu)包括肋條。在一個實施例中，強化部件包括多個縱向肋條， 每個縱向肋條在放射薄膜的頸端和口端之間延伸，并且其中每個縱向肋條在朝向頸端和/ 或口端的方向上厚度較薄。通過這種方式減薄肋條減少了輻射薄膜末端的質(zhì)量。所述強化部件可包括位于輻射薄膜頸端和/或口端的圓周形肋條。圓周形端肋條有助于防止鐘鳴模式。在優(yōu)選實施例中，振動膜形成為復(fù)合擴音器的一部分；在一個實施方式中，所述擴音器還包括安裝于薄膜頸端的半球狀振動膜，以使得在使用中所述薄膜用作所述半球狀振動膜所發(fā)射的聲音輻射的波導(dǎo)。所述運動振動膜組件將典型地也包括位于錐形的頸和口端的空氣封條、架子和音圈。實際上，我們發(fā)現(xiàn)通過不僅僅將錐形單獨進行建模，還對位于錐形內(nèi)部或外部邊緣上的任何空氣封條也進行建?？色@得最佳結(jié)果，因為它們對于節(jié)點位置的定位可具有影響。最后，當接近最后結(jié)果時，架子和音圈本身也可被包括在對第一諧振模式的節(jié)點位置的計算中。根據(jù)第二方面，本發(fā)明可包括用于聲音輻射的擴音器振動膜，包括具有狹窄頸端和寬闊口端的大致截頭圓錐形的薄膜；強化結(jié)構(gòu)，用于強化輻射薄膜和適于驅(qū)動振動膜的接合區(qū)域；其中所述強化結(jié)構(gòu)被設(shè)置以使得振動膜的第一振動模式的節(jié)點位于基本上與所述接合區(qū)域一致的位置。優(yōu)選地，所述振動膜包括位于接合區(qū)域的連接突起，振動膜通過其被耦合到換能ο根據(jù)第三方面，本發(fā)明可包括設(shè)計包括大致截頭圓錐形薄膜的聲音輻射擴音器振動膜的方法，通過對應(yīng)用于所述薄膜的加固結(jié)構(gòu)的各種設(shè)置方式進行計算機建模以將所述振動膜的第一振動模式節(jié)點置于基本上與接合區(qū)域的期望位置一致的位置，旨在通過其將所述振動膜耦合到換能器。根據(jù)本發(fā)明的這一方面設(shè)計的擴音器振動膜可以有益地使用具有標準或通常直徑的音圈的換能器來被節(jié)點驅(qū)動。


本發(fā)明的實施例現(xiàn)將以示例方式結(jié)合如下附圖進行說明圖1 (a)示出擴音器的簡單錐形振動膜的視圖；圖1 (b)示出頸部驅(qū)動時圖1 (a)的錐形振動膜的仿真壓力響應(yīng)；圖2示出根據(jù)本發(fā)明實施例的錐形振動膜的前視圖；圖3示出圖2錐形振動膜的后視圖；圖4示出沿圖2示出的B-B軸的截面圖；圖5示出圖4中具體標記C的放大靠近視圖；圖6示出了圖2至5所描述的錐形振動膜的仿真壓力響應(yīng)；圖7示出了包括根據(jù)本發(fā)明實施例的振動膜的復(fù)合擴音器的截面圖；以及圖8示出了圖8中具體標記B的放大靠近視圖。
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的錐形振動膜10在圖2-5中示出。具體參考圖3，振動膜10包括大體上是截頭圓錐形的薄膜12，具有標記為14的其狹窄的頸端，標記為16的其寬闊的口部，以及其中央縱向軸/在垂直于標記為X和Y的軸方向上延伸的旋轉(zhuǎn)軸。振動膜10進一步包括位于薄膜12的后表面上，沿從頸端14到口端 12的整個長度縱向延伸的多個肋條20。由于縱向的肋條20的假設(shè)延伸匯聚在其中央縱向軸上的一個單獨的點，肋條20可以稱為是放射狀的。振動膜10還包括位于薄膜12的口端 16處的一圓周形肋條25。肋條20、25的作用是增強振動膜10的剛性，也即增加其彎曲阻力。振動膜10還包括位于每對相鄰的肋條20之間的多個突起30，所述突起30被成形并放置以使得它們在振動膜12背面其頸和口端12，14之間的中間位置上共同限定圓周形的壁。 突起30的作用是提供將振動膜接合/連接到如下所述的驅(qū)動換能器的音圈組件的裝置。錐形振動片10通過如下方法設(shè)計。首先，選擇合適的薄膜12的尺寸以符合設(shè)計規(guī)格。然后，在薄膜12的背面限定一個或多個目標區(qū)域，通過其有利于接合/連接到驅(qū)動換能器的聲音。目標區(qū)域的選擇受到保持音圈直徑盡可能小的需求以及和與標準的或已有可用的音圈尺寸的兼容性等支配。雖然沒有工業(yè)標準規(guī)定這樣的尺寸，音圈直徑通?；驑藴实淖龇ㄊ且园胗⒋玳g隔，例如12. 7mm, 25. 4mm, 50. 8mm, 76. 2mm等。這些參數(shù)設(shè)置完成后， 以各種所應(yīng)用的肋條設(shè)置執(zhí)行振動膜10的計算機輔助節(jié)點分析。肋條的設(shè)置被反復(fù)進行調(diào)整直到第一振動模式的節(jié)點與目標接合區(qū)域一致。對肋條設(shè)置的調(diào)整可以有各種形式， 包括調(diào)整肋條的數(shù)量，肋條的式樣和單個肋條本身的形狀。從圖4可以看出肋條20沿它們的長度方向并不具有不變的厚度而是向著末端逐漸變淺。建立使得振動膜10的第一振動模式的節(jié)點位于所期望位置所需要的肋條的設(shè)置方式后，該規(guī)格的振動膜10和置于該第一模式/接合區(qū)域的連接突起被模制成一件。振動膜10的截頭圓錐形薄膜12與圖1 (a)中所示的現(xiàn)有的無支撐/無加固振動膜具有相同的尺寸。但是，節(jié)點分析顯示圖1(a)的無支撐振動膜在沿著薄膜的0.879倍其直徑(在口端)的位置處具有其第一振動模式的節(jié)點，而振動膜10的第一振動模式的節(jié)點出現(xiàn)沿著薄膜的0.78倍其直徑(在口端)的位置。因此，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例所應(yīng)用的肋條20的設(shè)置將被理解為用于將第一振動模式的節(jié)點向薄膜的頸端遷移從而允許使用較小直徑的音圈。圖6示出了相對于圖1(a)所示的現(xiàn)有的無支撐/無加固振動膜的仿真壓力響應(yīng)具有顯著進步的振動膜10的仿真壓力響應(yīng)。而且，通過節(jié)點驅(qū)動振動膜，第二振動模式的頻率成為剛性特性的限制，而如下表所示，通過肋條的使用這得到了實質(zhì)提高。
權(quán)利要求
1.一種擴音器，包括聲音輻射振動膜，其構(gòu)成運動振動膜組件的一部分并包括具有狹窄頸端和寬闊口端的大致截頭圓錐形的薄膜；強化結(jié)構(gòu)，用于強化輻射薄膜和適于通過其驅(qū)動所述振動膜的接合區(qū)域；以及換能器，包括被安裝成通過其接合區(qū)域驅(qū)動所述振動膜的音圈；其中所述接合區(qū)域位于所述運動振動膜組件的第一振動模式的節(jié)點。
2.如權(quán)利要求1所述的擴音器，其中所述強化結(jié)構(gòu)支配所述振動膜的振動特性。
3.如在前任一權(quán)利要求所述的擴音器，其中所述第一模式節(jié)點接合區(qū)域的位置提供與具有標準直徑的音圈的換能器的兼容性。
4.如在前任一權(quán)利要求所述的擴音器，還包括位于所述接合區(qū)域的連接突起，所述振動膜通過其被耦合到所述換能器。
5.如在前任一權(quán)利要求所述的擴音器，其中所述換能器包括其上安裝音圈的架子，所述架子被連接到所述連接突起以驅(qū)動所述振動膜。
6.如權(quán)利要求5所述的擴音器，其中所述架子為圓柱形。
7.如在前任一權(quán)利要求所述的擴音器，其中所述強化結(jié)構(gòu)包括肋條。
8.如權(quán)利要求7所述的擴音器，其中所述強化部件包括縱向肋條，每個縱向肋條在所述輻射薄膜的頸端和口端之間延伸，且每個縱向肋條在向所述頸端和/或口端的厚度較薄。
9.如權(quán)利要求7或8所述的擴音器，其中所述強化部件包括位于所述頸端和/或口端的圓周狀肋條。
10.如在前任一權(quán)利要求所述的擴音器，進一步包括半球形振動膜，其安裝于所述薄膜的頸端以使得在使用中所述薄膜用作所述半球形振動膜發(fā)射的聲音輻射的波導(dǎo)。
11.如在前任一權(quán)利要求所述的擴音器，其中所述運動振動膜組件還包括位于所述錐形的所述頸端的至少一個空氣封條，位于所述錐形的所述口端的空氣封條，所述架子和所述音圈。
12.用于聲音輻射的擴音器振動膜，包括具有狹窄頸端和寬闊口端的大致截頭圓錐形的薄膜；強化結(jié)構(gòu)，用于強化輻射薄膜和適于通過其驅(qū)動所述振動膜的接合區(qū)域；其中所述強化結(jié)構(gòu)被設(shè)置以使得所述振動膜的第一振動模式的節(jié)點位于與所述接合區(qū)域基本一致的位置。
13.如權(quán)利要求12所述的擴音器振動膜，其中所述強化結(jié)構(gòu)支配所述振動膜的振動特性。
14.如權(quán)利要求12或13所述的擴音器振動膜，其中所述第一模式/結(jié)合區(qū)域的位置提供與具有標準直徑的音圈的換能器的兼容性。
15.如權(quán)利要求12-14任一權(quán)利要求所述的擴音器振動膜，還包括位于所述接合區(qū)域的連接突起，所述振動膜通過其可以被耦合到換能器。
16.一種設(shè)計包括大致截頭圓錐形薄膜的聲音輻射擴音器振動膜的方法，通過對應(yīng)用于所述薄膜的強化結(jié)構(gòu)的各種設(shè)置進行計算機建模以使得所述振動膜的第一振動模式的節(jié)點位于與接合區(qū)域的期望位置基本上一致的位置，所述振動膜旨在通過所述結(jié)合區(qū)域耦合到換能器。
全文摘要
一種擴音器，包括聲音輻射振動膜，其包括具有狹窄頸端和寬闊口端的大致截頭圓錐形的薄膜，強化結(jié)構(gòu)，用于強化輻射薄膜和適于通過其驅(qū)動振動膜的接合區(qū)域；以及換能器，包括被安裝成通過其接合區(qū)域驅(qū)動所述振動膜的音圈；其中所述接合區(qū)域位于所述振動膜的第一振動模式節(jié)點。
文檔編號H04R9/04GK102461209SQ201080033707
公開日2012年5月16日 申請日期2010年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月19日
發(fā)明者J·奧克利-布朗 申請人:Gp聲學(xué)(英國)有限公司