專利名稱：一種雙換能方式組合同軸全頻揚聲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種揚聲器，尤其是一種雙換能方式組合同軸全頻揚聲器，所述雙換能方式組合同軸全頻揚聲器為以壓電式換能器和電動式換能器混合工作的全新?lián)Q能器件。
背景技術(shù)：
目前壓電式換能器件(揚聲器)，是利用壓電材料在電場作用下材料產(chǎn)生機械變形的特點，達(dá)到電一聲的換能效果。其變形的大小與電場強度成正比。壓電陶瓷具有壓電性，即施加壓力時能產(chǎn)生額外的電荷。壓電效應(yīng)反映了晶體的彈性性能與介電性能之間的耦合。壓電方程則反映壓電陶瓷的彈性變量(即應(yīng)力、應(yīng)變) 和電學(xué)變量(即電場和電位移)之間的關(guān)系。過去的壓電材料，由于多數(shù)是壓電陶瓷類材料(鈦酸鋇系，鈦酸鉛系、鈮酸鹽系、 鋯鈦酸鉛系等)，因其材料的特點易碎、比重大、較大的片材不易生產(chǎn)。在電聲器件實際應(yīng)用中，多數(shù)運用于小型的電聲換能器件(揚聲器)。通常只應(yīng)用于聲頻的高頻段、超聲頻段作為發(fā)聲器件使用(例如高頻揚聲器、蜂鳴器、超聲波發(fā)生器等)。這是因為材料本身容性阻抗的特點(器件越小容性阻抗越高)，頻率越高，換能效率也越高。而在聲頻的低頻段因其阻抗非常高，轉(zhuǎn)換效率極低，幾乎不工作。因此，在聲頻領(lǐng)域的使用有一定的局限性。目前，由于高分子化合物聚偏氟乙烯PVDF材料的出現(xiàn)，相對于壓電陶瓷類材料， 有不易碎、比重較小、機械強度高，可以生產(chǎn)多種形狀、不同厚度(較薄，較輕)的片材、管材等。(材料變薄，表面積增大，容性阻抗會降低，較低的頻段換能效率會提高，高頻段影響較小)。這為壓電材料在電聲器件中的實際應(yīng)用，開拓了全新的思路。而電動式換能器(揚聲器)在電聲領(lǐng)域的有著相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。當(dāng)器件有小型化的要求時，電動式換能器(揚聲器)外形尺寸越來越小。但因電動式換能器(揚聲器)的換能原理的關(guān)系，小型化的同時，輻射面積也在減小，振動部分的質(zhì)量也在減少。揚聲器的共振頻率會相應(yīng)的提高，整體工作頻率范圍將向高頻偏移。相反，當(dāng)電動式換能器(揚聲器)尺寸較大時，揚聲器的共振頻率會相應(yīng)的降低， 整體工作頻率范圍將向低頻偏移，高頻段的工作效率會急劇下降。為滿足全頻帶工作的要求，需要將不同尺寸(大、小)的電動式換能器(揚聲器)， 通過分頻器組合成全頻帶揚聲器系統(tǒng)。業(yè)界經(jīng)常采用分頻方式，用兩個或兩個以上電動式換能器(揚聲器)，組合成一個全頻帶工作的揚聲器。通過分頻器使其一個著重于低頻段工作，一個著重于高頻段工作。 但這又造成了新的問題一、增加了分頻器件，二、增加了換能器數(shù)量，使總的體積增加?；蛘?，在電動式換能器(揚聲器)加上一個壓電式換能器件(揚聲器)，組合成一個雙換能形式組合的全頻帶工作的揚聲器。這樣可能省掉分頻器件，但是體積還是加大了。[0013]重要的是，如何排列這兩個(或三個)組合器件的方式上的問題沒有解決。一種常用的組合排列方法是兩個器件并列，這樣將增加體積、增大了表面積。另一種常用的組合排列方式是兩個器件前、后排列。這樣的組合，前面的器件將會阻擋后面器件的聲音輻射。以上兩種組合排列方法時，還會因為兩個聲音輻射源在分頻點附近將同時工作， 造成在分頻點附近，兩個聲源輻射的聲波，到達(dá)聽者的距離不同，因而會造成聲波相互干涉 (同相時疊加、反相時抵消)，影響整個系統(tǒng)聲波輸出的均衡。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種全頻揚聲器，所述揚聲器在不額外增加揚聲器體積及器件的情況下，可保證揚聲器的全頻帶工作。為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采用的技術(shù)方案是一種雙換能方式組合同軸全頻揚聲器，包括磁路結(jié)構(gòu)，所述磁路結(jié)構(gòu)上部設(shè)有音圈，所述音圈的輸出端設(shè)有振動板，所述振動板為采用壓電材料制成的圓片，所述圓片通過折環(huán)及墊圈或者通過支架固定在磁路結(jié)構(gòu)上。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實施方式，所述壓電材料為壓電陶瓷類材料和/或含氟塑膠類壓電材料。所述壓電陶瓷類材料為鈦酸鋇系、鈦酸鉛系、鈮酸鹽系或鋯鈦酸鉛系。所述含氟塑膠類壓電材料為高分子化合物聚偏氟乙烯PVDF材料或其它類似材料。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實施方式，所述圓片及折環(huán)為圓形、橢圓形、跑道形、方形、或者準(zhǔn)方形。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實施方式，所述音圈通過定心支片進(jìn)一步固定在與磁路結(jié)構(gòu)相對的位置。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實施方式，所述定心支片采用墊圈或者支架固定在磁路結(jié)構(gòu)上進(jìn)一步作為優(yōu)選的實施方式，所述定心支片為軟質(zhì)具有一定彈性的材料構(gòu)成。進(jìn)一步作為優(yōu)選的實施方式，所述磁路結(jié)構(gòu)為外磁式結(jié)構(gòu)或者內(nèi)磁式結(jié)構(gòu)。本實用新型的有益效果是本實用新型通過將電動式揚聲器和壓電揚聲器組合， 把壓電揚聲器的換能器件-壓電圓片作為電動式揚聲器的振動板(振膜、錐盆)，在低頻頻段以電動式換能器方式工作，在高頻頻段以壓電換能器方式工作，構(gòu)成一種新型的、獨特的組合式全頻揚聲器，所述揚聲器可以在不增大體積，不增加分頻器等器件的前提下實現(xiàn)揚聲器的全頻頻段工作；本實用新型采用壓電材料制成的圓片替換傳統(tǒng)的電動式換能器(揚聲器)的振動板(錐盆、錐型振動板)，增加了揚聲器振動部分的質(zhì)量，改善了揚聲器的低頻特性；本實用新型揚聲器的聲源來自于同一個振動板，既同軸又同聲源，避免了聲干涉。
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進(jìn)一步說明

圖1是現(xiàn)有的電動式紙盆揚聲器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是電動式揚聲器的電抗類比等效電路；圖3和圖4是低頻頻段電動式揚聲器的導(dǎo)納類比等效電路；圖5是壓電揚聲器電抗類比等效電路；[0032]圖6是本實用新型外磁式磁路結(jié)構(gòu)的揚聲器結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本實用新型內(nèi)磁式磁路結(jié)構(gòu)的揚聲器結(jié)構(gòu)示意圖；圖8和圖9是本實用新型圓片、折環(huán)、音圈、定心支片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是外磁式磁路結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是內(nèi)磁式磁路結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
本實用新型同軸全頻揚聲器利用壓電式換能器件(揚聲器)工作在高頻段的特點，再利用電動式換能器件(揚聲器)在增加了共振質(zhì)量時，低頻截止頻率降低的特點，結(jié)合壓電式換能器件的容性阻抗和電動式換能器件的感性阻抗的特點，即可達(dá)到揚聲器在不必增大體積、增加分頻器件的前提下，在全頻段正常工作的目的。參照圖1，電動式紙盆揚聲器包括磁路結(jié)構(gòu)1，所述磁路結(jié)構(gòu)1由磁鋼11和內(nèi)部的磁芯12構(gòu)成，所述磁路結(jié)構(gòu)1上設(shè)有音圈2，所述音圈2的輸出端連接有錐盆(錐型振動板)7。流過磁場內(nèi)音圈的音頻電流與永久磁場相互作用會產(chǎn)生錐盆軸向驅(qū)動的力。該作用力可用公式表示F = BLI (N)(1-1)式中B——磁氣隙中的磁感應(yīng)強度⑴；L——音圈導(dǎo)線的有效長度(m) ；I——流經(jīng)音圈的電流(A)。在該作用力下，錐盆將如一個整體(活塞)那樣運動，但僅在某一臨界頻率以前。 這個整體運動的頻率范圍常被稱為錐盆的活塞振動范圍。像所有的電聲換能器一樣，揚聲器也可以表示為電輸入和力學(xué)輸出的四端網(wǎng)絡(luò)形式。參照圖2，四端網(wǎng)絡(luò)可以看作變壓比為1 BL的變壓器。這里，BL被稱為電力耦合系數(shù)。電抗類比等效電路的左邊(電氣)部分包括帶內(nèi)阻Rg的放大器、電壓U和音圈電阻Re、音圈電感Le。右邊(力學(xué))部分包括機械損耗電阻Rms，輻射阻抗RMK，支撐系統(tǒng)的順性Cms，振動系統(tǒng)的質(zhì)量Mms (由紙盆靜止質(zhì)量Me、音圈質(zhì)量Mv組成的Mm與空氣隨動質(zhì)量Ma 所構(gòu)成)。揚聲器的工作可以用兩個方程式來描述1、等效電路的電氣部分U = IZe+BLX(V)(1-2)式中Ze——音圈的總電阻抗，& = Re+j ω Le ( Ω )；ω——角頻率，ω = 2 3if(rad/s)，f 為頻率(Hz)；注意此式可解釋揚聲器阻抗為何與頻率有關(guān)。BLX——音圈在磁場中運動所產(chǎn)生的電動勢(又稱反電動勢)(V)；X——振動系統(tǒng)的振動速度(m/s)。這里應(yīng)特別注意，這一電動勢反向出現(xiàn)，可保護(hù)音圈承受大功率、大電流而不被燒毀。2、等效電路的力學(xué)部分[0055]F = XZm+Fa (N)(1-3)式中Zm—振動系統(tǒng)的總力阻抗；Fa——振動系統(tǒng)振動時空氣的聲反作用力，F(xiàn)a = XZa(N)，Za = Rmi^Xmk,為總聲阻抗 (N · s/m)。ZM=RMS+RMR+j(o)MMS--1) (N·s/m) (1-4) ^xmsRms= p。c2 碚(mechn)
QMS ^SVas(Qms值反映了揚聲器振動系統(tǒng)內(nèi)部的機械損耗，Vas揚聲器振動系統(tǒng)順性的等效容積)式中R服——有效輻射阻抗，Rme = P 0c0SdR' me(N · s/m)；X腿——福射電抗，Xme = P 0c0SDX'腿(N · s/m)；ρ 0——空氣密度，Ptl=I. 21kg/m3 ；C0——聲音在空氣中傳播速度(344m/s)；Sd——錐盆的有效輻射面積(m2)；R' ME——福射阻抗有效部分的無量綱系數(shù)；X' ME——福射阻抗電抗部分的無量綱系數(shù)。根據(jù)以上論述可得到以下結(jié)果當(dāng)ωοΜ=+時共振，ω^Ι,ω。=^=，因為
MC VM-Cω 0 = 2 31 fO
剛耐。=^(2-D式中，f0為紙(錐)盆揚聲器的共振頻率。M, C就是Mms和CB。由公式(2-1)可知式中M(Mms)即電動式揚聲器振動部分的質(zhì)量，當(dāng)它增加時，分母變大，fc/變小。所以，當(dāng)電動式揚聲器振動部分的質(zhì)量增加時，揚聲器的共振頻率會相應(yīng)的降低，整體工作頻率范圍會向低頻偏移。因此，增加電動式換能器(揚聲器)振動部分的質(zhì)量是一個使整體工作頻率范圍會向低頻偏移的解決途徑。但是，在降低低頻段截止頻率時，由于M的增加，又造成高頻段截止頻率的急劇下降，同時，整體器件換能效率變差。換能效率變差可通過提高功率解決。見公式(1-1)可知增加功率提高了 I，則驅(qū)動力F增加，可使其達(dá)到預(yù)定要求。而高頻段截止頻率的下降則需要另外尋找途徑解決；本實用新型通過將壓電揚聲器的換能器件_壓電圓片作為電動式揚聲器的振動板(替代錐盆、錐型振動板)。在低頻頻段，以音圈在磁場中通以音頻電流后，產(chǎn)生的作用力，推動振動板，輻射低頻聲波。在高頻頻段以壓電換能器方式工作，壓電材料的振動板在電場的作用下產(chǎn)生振動，輻射高頻聲波。則可解決揚聲器高頻頻段的工作問題。[0082]參照圖3-圖4，在低頻頻段電動式換能器(揚聲器)的導(dǎo)納類比等效電路。圖中Rv——電源內(nèi)阻Lv——電源電感mv——音圈質(zhì)量Sd-----定心支片rm-—等效カ阻md——錐體質(zhì)量Ss——折環(huán)カ勁mad——輻射質(zhì)量rad——輻射阻m0 = mv+md+2madS0 = Sd+Ssr0 = rm+2rad這樣我們可求出揚聲器低頻共振頻率
權(quán)利要求1.一種雙換能方式組合同軸全頻揚聲器，包括磁路結(jié)構(gòu)(1)，所述磁路結(jié)構(gòu)(1)上部設(shè)有音圈0)，所述音圈( 的輸出端設(shè)有振動板，其特征在于所述振動板為采用壓電材料制成的圓片(3)，所述圓片(3)通過折環(huán)(4)及墊圈(5)或者通過支架固定在磁路結(jié)構(gòu)(1) 上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙換能方式組合同軸全頻揚聲器，其特征在于所述壓電材料為壓電陶瓷類材料和/或含氟塑膠類壓電材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙換能方式組合同軸全頻揚聲器，其特征在于所述壓電陶瓷類材料為鈦酸鋇系、鈦酸鉛系、鈮酸鹽系或鋯鈦酸鉛系。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種雙換能方式組合同軸全頻揚聲器，其特征在于所述含氟塑膠類壓電材料為高分子化合物聚偏氟乙烯PVDF材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙換能方式組合同軸全頻揚聲器，其特征在于所述圓片( 及折環(huán)(4)為圓形、橢圓形、跑道形方形、或者準(zhǔn)方形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙換能方式組合同軸全頻揚聲器，其特征在于所述音圈(2)通過定心支片(6)進(jìn)一步固定在與磁路結(jié)構(gòu)(1)相對的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種雙換能方式組合同軸全頻揚聲器，其特征在于所述定心支片(6)采用墊圈(5)或者支架固定在磁路結(jié)構(gòu)(1)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種雙換能方式組合同軸全頻揚聲器，其特征在于所述定心支片(6)為軟質(zhì)具有一定彈性的材料構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項所述的一種雙換能方式組合同軸全頻揚聲器，其特征在于所述磁路結(jié)構(gòu)(1)為外磁式結(jié)構(gòu)或者內(nèi)磁式結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實用新型公開了一種雙換能方式組合同軸全頻揚聲器，包括磁路結(jié)構(gòu)，所述磁路結(jié)構(gòu)上部設(shè)有音圈，所述音圈的輸出端設(shè)有振動板，所述振動板為采用壓電材料制成的圓片，所述圓片通過折環(huán)及墊圈固定在磁路結(jié)構(gòu)上。本實用新型通過將電動式揚聲器和壓電揚聲器組合，把壓電揚聲器的換能器件-壓電圓片作為電動式揚聲器的振動板(錐盆)，在低頻頻段以電動式換能器方式工作，在高頻頻段以壓電換能器方式工作，構(gòu)成一種新型的、獨特的組合式全頻揚聲器，所述揚聲器可以在不增大體積，不增加分頻器等器件的前提下實現(xiàn)揚聲器的全頻頻段工作。本實用新型可廣泛應(yīng)用在揚聲器領(lǐng)域。
文檔編號H04R17/02GK202178868SQ201120187650
公開日2012年3月28日 申請日期2011年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月2日
發(fā)明者王以真, 胡秉奇 申請人:廣州市銳豐音響科技股份有限公司