CN1305332A - 用于高频变换器的椭圆形穹顶 - Google Patents

Abstract

一种具有二分椭圆结构的穹顶振动片的高频变换器,其即使高于30kHz的频率也可以克服现有穹顶的失真和断裂点问题。该穹顶振动片具有整体方式延伸并连接到换能器的盘状片的环形裙缘。圆筒截面的声音线圈直接连接到所述穹顶附近区域的裙缘。该穹顶由例如金属、合金、非金属这样的刚性材料所构成,例如钛、铝和硼或其组合,但是不限于此。该穹顶是根据椭圆的一般公式构成的:(x²/a²)+(y²/b²)=1,其中a>b。其中a是主轴长度的一半,b是副轴长度的一半。

Description

用于高频变换器的椭圆形穹顶

本发明涉及一种穹形变换器，特别涉及一种改进机械声学强度和性能的具有椭圆形穹顶的高频变换器。

目前已经使用扩音器来产生较高音频。被用于产生较高音频的扩音器通常使用穹形扩音器。通常，被用作为扩音器中的发射元件的振动穹顶被设计成截面为截短的半球形，并且在外围为管状截面，如图1所示。该穹形和管状截面可以是一个部件或者是适于相互连接的独立单元。该管状截面连接到一个运动电磁线圈，并且振动膜与线圈悬在由永磁体的电极块所产生的空气隙中，并且被提供表现要产生的声音的电流。电磁力的作用结果使得发射穹顶相对于听者前后运动。当该穹顶向前运动时，它压缩在其前方的空气，并且当该穹顶向后运动时，其使在其前方的空气变稀薄。该压缩和变稀薄的结果导致声音的产生。

但是，在较高频率时，该穹顶将达到其运动的极限，并且导致不能工作。利用有限元分析方法和激光振动计表明，该现有穹顶的机械声学设计在低于30kHz的频率以下表现出弯曲和共振，这导致机械断裂和较差的声学性能。该断裂出现在穹状扩音器中振动集中的穹顶外围。如图2所示，在22kHz频率，现有的穹状结构在该穹顶的外围出现弯曲，导致断裂和较差的声学性能。在外围的断裂导致该穹顶和声音线圈以无序状态振动，从而在频率响应曲线中产生高的“Q”峰值。由于声音线圈的振动的传输率下降，断裂的结果使得从高频振动膜发射的声音粗哑。

相应地，本发明的总目的是克服现有技术的缺点。

特别地，本发明的一个目的是提供一种可以在较高频率工作的穹顶。

本发明的另一个目的是提供一种用于高频变换器的穹顶，其在增加的频率中保持机械强度和声学性能。

本发明的另一个目的是提供一种用于高频变换器的穹顶，其在高于30kHz的频率中保持机械强度和声学性能。

本发明的另一个目的是提供一种用于高频变换器的穹顶，其外围具有增强的硬度。

本发明的另一个目的是提供一种用于高频变换器的穹顶，其具有延伸的整体裙缘，以提供增强的外围。

本发明的另一个目的是提供一种用于高频变换器的穹顶，其在外围具有一辐条以支持外围。

本发明的另一个目的是提供一种用于高频变换器的穹顶，其包括具有增强外围的元件的声音线圈。

本发明的另一个目的是提供一种用于高频变换器的穹顶，其适于作为用于多种扩音器中的各种磁系统。

根据本发明的原理，提供克服现有技术的缺点的一种独特的高频变换器。应当知道，高频变换器是包含于现有的扩音器中的一种元件。高频变换器具有一个磁筒，该磁筒带着延伸的环形轮缘。磁筒和轮缘具有内表面和外表面，并且盘状的磁体容纳在所述内表面中。在该磁体的外围与该环形轮缘的内表面之间产生一个通道。

盘状磁极位于该磁体的上端。环状唇缘从该轮缘向内延伸，并与一磁极在一平面上，但是在它们之间确定一个非磁性环状气隙，从而形成一个外磁极。该磁体最好是钕铁硼磁体，但是可以用具有基本上类似或者更好的磁体特性的其他材料。一个环形支架位于裙缘的上端和外侧，并且基本上为“L”形。该环形支架具有至少一个在其中延伸的空洞，以容纳通过其中并延伸到外接线柱的一个端子。

椭圆形穹顶具有以整合形式在外围延伸的环形裙缘。该裙缘在与穹顶相对一侧的磁极相连接。该椭圆形穹顶被沿轴二分，并且具有从该裙缘的第一侧延伸到直接相对侧的主轴。该穹顶具有从主轴垂直延伸到该穹顶的顶点的副轴。该椭圆形穹顶是根据如下椭圆的一般公式构成的：(x²/a²)+(y²/b²)=1，以及a＞b。只要根据该一般公式，穹顶的尺寸可以变化。

该穹顶和裙缘由刚性材料以整合的方式构成，以在较高频率范围对该结构提供更大的强度。该穹顶是由多种材料所构成的，包括金属、合金和非金属。

截面最好为圆柱形的声音线圈直接缠绕和附着在该裙缘上。为了进一步增强该结构，该线圈尽可能接近该穹顶和裙缘之间的过渡区域。环形外围在第一外围部分直接附着到该穹顶，并且在第二外围部分附着到一个垫片，该垫片又附着到轮缘。

如所构成的那样，该结构的机械强度被增强，并且即使在30kHz以上，高频变换器的声学性能也显著改进。

所述本发明的目的和优点仅仅是举例，并且不应当认为是限制本发明。从下文结合附图和权利要求的描述中，本发明的这些和其他目的、特点、方面和优点将变得更加清楚。

应当知道，该附图仅仅是用于说明，而不是对本发明范围的限制。还应当知道图中示出一种对称的装置，但是同样的元件也可以用于不对称装置。

在附图中，类似的标号表示类似的元件。

图1为示出穹顶、裙缘、线圈和外围的现有变换器的部分截面视图。

图2为示出在该穹状结构的外围中的断裂的现有变换器的激光扫描图。

图3为具有椭圆形穹顶的高频变换器的截面视图。

图4为带有其上具有声音线圈的整体裙缘的椭圆形穹顶的立视图。

图5为沿着图4的5-5线截取的椭圆形穹顶和裙缘的截面视图。

图6为具有延伸的裙缘以及与其相连接的声音线圈的椭圆形穹顶的透视图。

图7为示出在22kHz频率下在该穹顶的外围中减少断裂的激光扫描图。

图8为以分贝为单位测量声压电平与现有穹顶相比较的椭圆形穹顶的频率响应曲线图。

参照图3，其中示出高频变换器10的轴截面视图。如本领域所公知的那样，高频变换器10是通常包含于扩音器装置(未示出)中的一个结构。因此，应当知道通过任何本领域内所公知的方式把具有磁性结构、声音线圈和通常为截头圆锥形的振动膜包含在该高频变换器10中。

变换器10具有磁筒12，其带有从磁筒12延伸的环形轮缘14。磁筒12可以具有通常为圆筒形的外表面16，并且适合于本领域内所公知的任何低频变换器。磁筒12具有内表面18，其中由轮缘14和磁筒12确定一个环形凹陷。盘状磁体20具有由外壁26互连的底部22和顶部23。磁体20容纳在磁筒12中，使得顶部22置于内表面18上。磁体20的外壁26不与轮缘14的内表面16相接触，并且在它们之间确定一个环形通道28。

盘状磁极30具有由外边缘36互连的第一侧32和第二侧34。磁极30位于磁体20上方，使得磁极30的第一侧32与磁体20的顶部24相啮合。环状唇缘38从轮缘14的上部40向内延伸。磁极30基本上保持在与唇缘38相同的平面上，使得圆形外缘36等距隔开形成外磁极。在磁极30的外缘36和磁筒12的唇缘38之间确定一个非磁性气隙42。

最好，磁体20是由与其他可用磁性材料相比大大增强磁场强度的钕铁硼磁体所形成，以保持在该磁极之间的气隙内。但是，应当知道，磁体20可以有具有与钕铁硼磁体相类似的磁性能的其他材料所形成。另外，也可以采用陶瓷磁体组件，并且变换器10可以适于本领域内所公知的结构。

具有环形形状的支架44置于磁筒12的轮缘14上方。支架44具有连接到磁筒12的轮缘14外表面的垂直部分40以及连接到轮缘14的上部40的水平部分48。垂直部分40至少具有在其中轴向延伸的空洞，以容纳从内延伸到外部接线柱(未示出)的端子50。

现在参照图4，穹顶52具有从外围延伸的环状裙缘54。裙缘54与在穹顶52相对一端的磁极30的第二侧34连通。现在也参照图5，如果穹顶52被沿轴向二分，则该穹顶52具有椭圆形状，并且形成从裙缘54的第一侧通向裙缘54的相对侧的主轴56，并且具有与主轴垂直的副轴58。该椭圆形是根据一般公式(x²/a²)+(y²/b²)=1，a＞b构成的。只要根据该一般公式，则穹顶52可以改变尺寸。在优选实施例的范围内，a与b的比值在1.4与2.6之间，包括两端数值。在一个更加优选的实施例中，a与b的比值为1.75，其中a=12.7275mm以及b=7.789mm。

穹顶52和裙缘54最好被构成为整体，以增加其结构强度和声学性能。穹顶52可以由各种刚性材料所构成，并且在一个优选实施例中，穹顶52是由多种金属所构成的，例如钛或铝，但是不限于此。穹顶52还可以由多种包括两种或更多种金属组成的合金或者由金属与非金属所组成的合金所构成。该合金可以由金属基质所构成，其中包括一种或多种金属以及一种或多种非金属，例如铝和硼，但不限于此。在一个优选实施例中，还使用商标为“BORSLYN”的金属基质成分来构成该穹顶，该材料可以从美国加利弗尼亚州Irvine市的Alyn公司购得。

现在还参见图6，最好截面为圆筒形的声音线圈60缠绕在裙缘54上并直接连接到其上面。为了进一步增强穹顶52在较高频率的强度，线圈60最好尽可能接近于过渡区域缠绕，其中穹顶52延伸到裙缘54。具有环形形状并且本质上可弯折的包围层62在第一边缘64连接到穹顶52的外围，并且在第二边缘66连接到支架44的水平部分48。结果，由裙缘54、包围层62以及支架的水平部分44确定一个环形空洞68。

声音线圈60连接到从穹顶区域延伸出来的引出导体70。该引出导体70通过包围层62与支架44的水平部分46之间。然后，引出导体70连接到端子50，并且延伸通过贯穿垂直部分46的空洞到达外接线柱(未示出)。

现在参照图7，再次利用激光振动计，本发明的机械声学设计具有被监视的椭圆穹顶。在与对现有变换器相同的试验中，在22kHz的近似频率下进行测试，在椭圆穹顶外围的弯曲和谐振与现有技术相比显著减小。结果，不会出现断裂，并且穹顶和声音线圈保持有序振动而不在频率响应曲线中产生高“Q”峰值。另外，椭圆形设计的结果使得弯折和弯曲会移向穹顶的顶点，远离外围。结果，在增加的频率中，即使高于30kHz，椭圆形穹顶的声学和机械性能被增强。

现在参照图8，为了比较现有穹顶和椭圆形穹顶的声学性能，进行频率响应测试。现有的穹顶(由标号81所表示)在22.9kHz具有高“Q”值，而本发明的椭圆形穹顶(由标号82表示)没有显示出该峰值，直到32kHz频率才出现峰值，因此这使较高工作频率从约20kHz增加为30kHz。

尽管上述描述包含许多技术细节，但是这些不构成对本发明范围的限制，而其中的一个优选实施例。可以有许多其他变型而不脱离本发明的精神实质。相应地，本发明的范围不应当由所示实施例来确定，而应当由所附权利要求以及其等价表述来确定。

Claims (20)

1．一种用于高频变换器中的发射振动膜，其中包括：

穹顶部分以及从该部分延伸的环状裙缘部分；

连接到所述裙缘部分的声音线圈；

连接到所述裙缘部分的盘片，以及连接到所述盘片的磁体；以及

在与所述盘片相对的一侧容纳所述磁体的环状磁筒。

2．根据权利要求1所述的发射振动膜，其特征在于，所述穹顶由基本上为刚性的材料所构成。

3．根据权利要求2所述的发射振动膜，其特征在于，所述刚性材料是金属。

4．根据权利要求2所述的发射振动膜，其特征在于，所述的刚性材料是合金。

5．根据权利要求4所述的发射振动膜，其特征在于，所述穹顶是至少包括硼、钛和铝的合金。

6．根据权利要求4所述的发射振动膜，其特征在于，所述合金包括至少金属和非金属的基质。

7．根据权利要求1所述的发射振动膜，其特征在于，所述穹顶具有椭圆形结构。

8．根据权利要求6所述的发射振动膜，其特征在于，所述椭圆形结构被沿着其主轴二分。

9．根据权利要求6所述的发射振动膜，其特征在于，所述椭圆形结构是根据公式(x²/a²)+(y²/b²)=1来确定的，并且a等于主轴一半的长度，b等于副轴一半的长度，并且a＞b。

10．根据权利要求9所述的发射振动膜，其特征在于，所述主轴与所述副轴的比率在1.4和2.6的范围内，包括两端数值。

11．根据权利要求9所述的发射振动膜，其特征在于，所述主轴与所述副轴的比率是1.75。

12．根据权利要求9所述的发射振动膜，其特征在于，所述穹顶部分与所述裙缘部分整合为一条。

13．根据权利要求6所述的发射振动膜，其特征在于，所述线圈截面为圆筒形。

14．根据权利要求1所述的发射振动膜，其特征在于，所述线圈在从所述穹顶到所述裙缘的过渡区域直接连接到所述裙缘。

15．一种具有发射振动膜的高频变换器，其中包括：

在外围具有环形轮缘的磁筒；

保持在所述磁筒中的磁体，以确定在所述磁体与环状轮缘之间的通道；

位于所述轮缘内的所述磁体上方的盘状片；

与所述盘片相连通的穹状振动膜；

连接到所述侧壁的环状垫片；以及

在穹顶外围可弯曲地连接到所述穹顶的环状包围层，并且所述环状包围层还在该外围的另一部分连接到到所述环形垫片。

16．根据权利要求15所述的高频变换器，其特征在于，所述穹顶具有整体从该穹顶延伸的裙缘。

17．根据权利要求15所述的高频变换器，其特征在于，圆筒形线圈在所述穹顶附近直接连接到所述裙缘。

18．根据权利要求15所述的高频变换器，其特征在于，所述穹顶具有二分的椭圆形状。

19．根据权利要求18所述的高频变换器，其特征在于，所述穹顶是根据公式(x²/a²)+(y²/b²)=1构成的，其中a＞b。

20．一种具有发射振动膜的高频变换器，其中包括：

在外围具有环形侧壁的磁筒，一环状唇缘从所述侧壁上端向中部延伸；

保持在所述磁筒内的第一磁体，以确定所述磁体与环状侧壁之间的通道；

位于所述磁体上方与所述环状唇缘基本上处于同一平面上的盘状片：

具有延伸的整体裙缘的椭圆形穹顶，所述裙缘附着到所述盘片，并且所述穹顶包括从至少金属、合金以及非金属选择的一种材料；

连接到所述侧壁的环状垫片；以及

在穹顶外围可弯曲地连接到所述穹顶的环状包围层，并且所述环状包围层还连接到所述的环状垫片。

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