本申請涉及揚聲器領域。

背景技術：

揚聲器是一種電-力-聲換能器，它是音響設備中的重要元件。揚聲器在人們平時的日常生活中廣泛被使用，帶來了很多的便利。在汽車、廣播、電視、音箱、手機、MP4、電腦等電子產品領域中，揚聲器的應用幾乎隨處可見。

揚聲器根據原理不同分成很多種類，如動圈式揚聲器、電磁式揚聲器、壓電式揚聲器等，動圈式揚聲器是其中最常見的一種。其中，微型動圈式揚聲器基本結構如圖1所示，包括前蓋1、振膜2、支架3、磁碗4、磁鐵5、頂片6和音圈7。將音圈7放置在磁路的磁場中，當音頻電壓信號通過音圈7時，音圈7在磁鐵5產生的靜磁場中受力并出現(xiàn)相應振動，音圈7帶動振膜2一同振動，使周圍的空氣出現(xiàn)相應振動，將機械能轉換成聲能。當輸入電壓提高時，音圈7振動幅度相應提高。音圈7因振動離開磁隙磁場的均勻區(qū)，以致機電轉換系數BL(B為音圈內部平均磁通量密度，L為音圈線材總長度)不能保持恒定，電動力效應F＝IBL(F為驅動力，I為電流)的線性關系受到破壞，從而造成非線性失真。

改善由于音圈振幅過大所引起的失真，一般采用兩種方法：一是采用短音圈，二是采用長音圈。目的是通過這兩種方式減小音圈在大振幅狀態(tài)下的BL值變化，最終降低總諧波失真(Total Harmonic Distortion，THD)。但此兩種方式均有缺陷：采用一個短音圈的方式需要和紙骨架配合，對于微型揚聲器、受話器等實現(xiàn)困難；而采用一個長音圈的方式會降低靈敏度。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本申請實施例提供了一種揚聲器，包括振膜、磁碗、磁鐵和頂片，還包括：第一音圈；第二音圈，與第一音圈共同設置于頂片、磁鐵和磁碗組成的磁路組裝體的磁隙中；瞬態(tài)電壓抑制二極管，與第二音圈串聯(lián)之后共同與第一音圈并聯(lián)作為所述揚聲器的音頻信號輸入端；所述瞬態(tài)電壓抑制二極管被擊穿時，所述第二音圈的驅動力補償所述第一音圈驅動力的非線性變化。

優(yōu)選的，瞬態(tài)電壓抑制二極管與第一音圈和第二音圈之間的電路連接通過多個背部電極實現(xiàn)；其中，第一音圈的兩根引線分別與第一正極、第一負極連接，第二音圈的兩根引線分別與第二正極、第二負極連接，第二正極與第三正極之間通過瞬態(tài)電壓抑制二極管連接；第一正極與第一負極以及第三正極與第二負極，共同作為揚聲器的音頻信號輸入端。

第一音圈的直流電阻范圍是4Ω至40Ω，線徑范圍是0.025mm至0.12mm。

第二音圈的直流電阻范圍是0.1Ω至10Ω，線徑范圍是0.025mm至0.12mm。

瞬態(tài)電壓抑制二極管的擊穿電壓范圍為1Vrms至10Vrms。

第二音圈的數量為多個，多個第二音圈之間是串聯(lián)或者并連關系。

第二音圈的數量為兩個，在第一音圈兩個相反的位移方向上分別設置一個第二音圈。第一音圈的直流電阻為7.2Ω，音圈線材總長度為1.2m。兩個第二音圈的直流電阻均為0.5Ω，音圈線材總長度均為0.3m。第一音圈和第二音圈在兩個相反的位移方向上的最大位移距離均為0.4mm。

揚聲器還包括驅動電路，驅動電路進一步包括信號輸出模塊、可變增益放大器和功率放大器；音頻信號經信號輸出模塊、可變增益放大器和功率放大器輸出至揚聲器的音頻信號輸入端。

本申請實施例的有益效果包括：本申請實施例提供的揚聲器能夠通過附加音圈提供的附加驅動力平衡總驅動力，在音圈大振幅下能夠抑制驅動力的非線性變化，進而降低振幅引起的THD。本申請實施例具有結構簡單，實施方便、穩(wěn)定性好，能夠通過附加驅動力進行動態(tài)調節(jié)，最終降低THD等優(yōu)點。

附圖說明

通過以下參照附圖對本申請實施例的描述，本申請的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點將更為清楚，在附圖中：

圖1是現(xiàn)有技術中揚聲器結構的剖面示意圖；

圖2是本申請實施例提供的揚聲器結構的剖面示意圖；

圖3是本申請實施例提供的揚聲器結構的等效電路示意圖；

圖4是本申請實施例提供的揚聲器的背部電極示意圖；

圖5是本申請實施例提供的揚聲器結構的剖面示意圖；

圖6是本申請實施例中音頻輸入信號的電流隨時間變化曲線示意圖；

圖7是本申請實施例中音頻輸入信號經TVS二極管調制后的電流隨時間變化曲線示意圖；

圖8是本申請實施例磁隙中磁通量密度分布有限元仿真結果示意圖；

圖9是本申請實施例中音圈內部平均磁通量密度隨位移變化的仿真結果示意圖；

圖10是本申請實施例中第一音圈提供的第一驅動力隨時間變化的曲線示意圖；

圖11是本申請實施例中第二音圈提供的第二驅動力隨時間變化的曲線示意圖；

圖12是本申請實施例中第二驅動力對第一驅動力出現(xiàn)的非線性變化進行補償后的總驅動力曲線示意圖；

圖13是本申請實施例中驅動電路為揚聲器提供的音頻信號輸入的電路原理示意圖。

具體實施方式

以下基于實施例對本申請進行描述，但是本申請并不僅僅限于這些實施例。在下文對本申請的細節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細節(jié)部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節(jié)部分的描述也可以完全理解本申請。為了避免混淆本申請的實質，公知的方法、過程、流程、元件和電路并沒有詳細敘述。

此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，并且附圖不一定是按比例繪制的。

同時，應當理解，在以下的描述中，“電路”是指由至少一個元件或子電路通過電氣連接或電磁連接構成的導電回路。當稱元件或電路“連接到”另一元件或稱元件/電路“連接在”兩個節(jié)點之間時，它可以是直接耦接或連接到另一元件或者可以存在中間元件，元件之間的連接可以是物理上的、邏輯上的、或者其結合。相反，當稱元件“直接耦接到”或“直接連接到”另一元件時，意味著兩者不存在中間元件。

除非上下文明確要求，否則整個說明書和權利要求書中的“包括”、“包含”等類似詞語應當解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說，是“包括但不限于”的含義。

在本申請的描述中，需要理解的是，術語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本申請的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

本申請實施例提供的揚聲器，附加了第二音圈提供附加驅動力，通過附加驅動力平衡總驅動力，在音頻輸入信號增大而音圈產生較大振幅時能夠抑制音圈總驅動力的非線性變化，進而降低因為振幅增大而引起的THD。

圖2是本申請實施例提供的揚聲器結構的剖面示意圖。揚聲器包括前蓋1、振膜2、支架3、磁碗4、磁鐵5、頂片6、第一音圈7和第二音圈8。頂片6和磁碗4為導磁材料，與磁鐵5粘接組成磁路組裝體，頂片6、磁碗4與磁鐵5之間形成磁隙，磁隙中存在靜磁場，第一音圈7和第二音圈8共同位于磁隙中。第一音圈7和第二音圈8的實現(xiàn)方式可以是粘接、通過骨架連接或者在繞制音圈時通過繞線機程序控制直接繞制成一體多音圈等。磁隙中的磁場分布并不均勻，磁通量密度值在頂片6附近最大，距離頂片6相對較遠的位置相應降低。

揚聲器還包括瞬態(tài)電壓抑制二極管(圖2未示出)，瞬態(tài)電壓抑制二極管通過電路連接第一音圈7和第二音圈8，連接后的等效電路如圖3所示，瞬態(tài)電壓抑制二極管10與第二音圈8串聯(lián)，其與第二音圈8串聯(lián)形成的支路與第一音圈7所在支路并聯(lián)，共同作為揚聲器的音頻信號輸入端。

當有音頻信號輸入時，揚聲器開始工作，第一音圈7和第二音圈8上下振動。當第一音圈7和第二音圈8的位置振動至頂片6附近時，音圈整體的平均磁通量密度最大；當第一音圈7和第二音圈8因為振動相對遠離頂片6時，音圈整體的平均磁通量密度減小。

根據音圈的驅動力公式F＝I×B×L(其中F為驅動力，I為流經音圈的電流強度，B為音圈內部平均磁通量密度，L為音圈線材總長度)，假設第一音圈用下角標₁表示，第二音圈用下角標₂表示，則第一音圈產生的第一驅動力為F₁＝I₁×B₁×L₁；第二音圈產生的第二驅動力為F₂＝I₂×B₂×L₂。

當音頻信號輸入電壓小于瞬態(tài)電壓抑制二極管10的擊穿電壓時，第二音圈8中無電流流入，第二音圈8不工作，此時第一音圈7與第二音圈8振動位移較小，第一音圈7內部平均磁通量密度B₁值較大，但由于流入第二音圈8電流為0，所以總驅動力F等于第一音圈7的第一驅動力，即F＝F₁＝I₁×B₁×L₁。隨著音頻信號輸入電壓的增大，I₁隨之不斷增大，第一音圈的位移位置還在頂片6附近時B₁基本維持不變，那么此時第一驅動力F₁與I₁之間的變化曲線關系可視為線性關系。

當音頻信號輸入電壓增大到大于或等于瞬態(tài)電壓抑制二極管10的擊穿電壓時，第一音圈7及第二音圈8振動位移較大，第一音圈7由于更加遠離頂片6而導致內部平均磁通量密度B₁降低，由于此時瞬態(tài)電壓抑制二極管10被擊穿，有電流流入第二音圈8，所以總驅動力F由第一音圈7產生的第一驅動力F₁和第二音圈8產生的第二驅動力F₂組成，總驅動力F＝F₁+F₂＝I₁×B₁×L₁+I₂×B₂×L₂。通過瞬態(tài)電壓抑制二極管10的調節(jié)，當第一音圈7振動位移較小且內部平均磁通量密度B₁較大時，第二音圈8不工作，此時總驅動力F僅為第一驅動力F₁；當第一音圈7振動位移較大且內部平均磁通量密度B₁變小時，第二音圈8提供第二驅動力F₂，總驅動力變化為F＝F₁+F₂。由于音頻信號輸入電壓大于擊穿電壓時，第一音圈7的振幅增大而與頂片6的相對位置更遠，第一音圈7的B₁會變小；由于B₁和I₁的數值都發(fā)生了變化，那么第一驅動力F₁的變化已經是一種非線性變化，并且由于B₁的數值變小此時第一驅動力F₁要比原有線性變化時的增加量要少。但此時第二音圈8會提供相同方向的第二驅動力，因此能夠補償第一驅動力F₁由于非線性變化而減少的部分，從而使總驅動力F維持在原有線性變化時的水平，通過第二驅動力平衡總驅動力，在音圈產生較大振幅時能夠抑制音圈驅動力的非線性變化，進而降低較大振幅引起的THD。

第一驅動力F₁在發(fā)生非線性變化時的變化量相對較小，因此要求第二音圈8產生的第二驅動力F₂也相應較小，能夠彌補第一驅動力F₁的非線性變化即可，如果第二驅動力F₂過大則會進一步引起THD。因此，從驅動力公式來看，第二音圈8的線材總長度應小于第一音圈7，本申請實用新型人發(fā)現(xiàn)第二音圈8的線材總長度能夠達到第一音圈7的線材總長度的1/4左右即可。優(yōu)選的，第一音圈7的直流電阻范圍是4Ω至40Ω，線徑范圍是0.025mm至0.12mm。第二音圈8的直流電阻范圍是1Ω至10Ω，線徑范圍是0.025mm至0.12mm。

瞬態(tài)電壓抑制二極管10是雙向瞬態(tài)電壓抑制二極管，擊穿電壓范圍為1Vrms至10Vrms，選型的優(yōu)選型號為SLCA5.0。在一個實施例中，瞬態(tài)電壓抑制二極管10與第一音圈7和第二音圈8之間的電路連接可通過多個背部電極實現(xiàn)，如圖4所示，第一音圈7的兩根引線分別與第一正極91、第一負極92連接，第二音圈8的兩根引線分別與第二正極93、第二負極94連接，第二正極93與第三正極95之間通過瞬態(tài)電壓抑制二極管10連接；第一正極91與第一負極92以及第三正極95與第二負極94，共同作為揚聲器的音頻信號輸入端。當音頻信號輸入電壓增大到能夠擊穿瞬態(tài)電壓抑制二極管10時，第三正極95與第二正極93之間導通，電流流入第二音圈8而產生第二驅動力。上述各個背部電極的設置形式不限，包括但不局限于焊盤、PCB板、柔性電路板、導線或彈片，為便于安裝，導線帶有接線端子。

第二音圈8的數量可以是一個或者多個，當第二音圈8的數量是多個時，多個第二音圈8產生的第二驅動力共同補償第一驅動力的非線性變化。多個第二音圈8的可以設置在第一音圈7的同一位移方向上(正位移方向或者負位移方向)，或者分布設置在第一音圈7的兩個相反的位移方向上(正位移方向和負位移方向)。被設置在同一位移方向上的所有第二音圈8的線材總長度之和能夠達到第一音圈7的線材總長度的1/4左右即可。在通過背部電極實現(xiàn)其電路連接時，多個第二音圈8之間可以是串聯(lián)關系或者是并聯(lián)關系；采用串聯(lián)關系時，多個第二音圈8串聯(lián)之后引出兩根引線分別與圖4中的第二正極93、第二負極94連接；采用并聯(lián)關系時，多個第二音圈8分別引出兩根引線與圖4中的第二正極93、第二負極94連接。

在一個實施例中，該揚聲器的第二音圈的數量為兩個，并且分別設置在第一音圈兩個相反的位移方向上，如圖5所示。該揚聲器包括前蓋1、振膜2、支架3、磁碗4、磁鐵5、頂片6和第一音圈7，在第一音圈7的正位移方向上設置一個第二音圈81，相反的負位移方向上設置一個第二音圈82，兩者為并聯(lián)關系，分別引出兩根引線與圖5中的第二正極93、第二負極94連接。在本實施例中，第一音圈7直流電阻為7.2Ω，音圈線材總長度為1.2m；兩個第二音圈81、82的直流電阻均為0.5Ω，音圈線材總長度均為0.3m。第一音圈7的兩根引出線分別與第一正極91、第一負極92連接；第二正極93與第三正極95之間通過瞬態(tài)電壓抑制二極管10連接；第一正極91與第一負極92以及第三正極95與第二負極94，共同作為揚聲器的音頻信號輸入端。

本實施例以頻率為100Hz的正弦波作為輸入信號為例進行說明，輸入至第一正極91與第一負極92以及第三正極95與第二負極94的電流信號隨時間變化曲線如圖6所示，任何低于揚聲器諧振頻率的輸入信號均符合此原理。電流信號經第一正極91、第一負極92直接流入第一音圈7。因第二正極93與第三正極95之間存在瞬態(tài)電壓抑制二極管10，所以此電流信號經過瞬態(tài)電壓抑制二極管10調制后，再通過第二正極93、第二負極94流入第二音圈81、82，該電流信號隨時間變化曲線如圖7所示。

第一音圈7和第二音圈81、82所位于的磁隙中，磁場分布并不均勻，磁通量密度分布有限元仿真結果如圖8所示，磁通量密度值在頂片6附近最大，遠離頂片6的位置相應降低。揚聲器工作時，第一音圈7和第二音圈81、82上下振動。當基本音圈7和第二音圈81、82位置振動至頂片6附近時，音圈的平均磁通量密度最大；當第一音圈7和第二音圈81、82因為振動遠離頂片6時，音圈平均磁通量密度減小。但由于第一音圈7與第二音圈81、82和頂片6的相對位置不同，音圈位移和磁通量密度的變化曲線也不相同，其內部平均磁通量密度隨位置變化圖仿真結果如圖9所示。圖9中C1曲線代表第一音圈7磁通量密度隨位移變化曲線，C2曲線代表第二音圈81磁通量密度隨位移變化曲線，C3曲線代表附加第二音圈82磁通量密度隨位移變化曲線。

由于揚聲器在低于諧振頻率點以下振動相位與輸入信號之間相位可認為基本相同，當輸入電流信號為0A時，第一音圈7與第二音圈81、82位移為0mm；當輸入電流信號正向最大時，三個音圈正向位移達到最大，本實施例中最大正向位移為0.4mm；當輸入電流信號負向最大時，三個音圈負向位移達到最大，本實施例中最大負向位移為-0.4mm。

根據驅動力公式F＝I×B×L，已知輸入第一音圈7與第二音圈81、82的電流隨時間變化的曲線(I)、音圈在不同振動位置的磁通量密度值(B)、音圈線材總長度(L)，且同時已知揚聲器低頻振動相位與輸入電流信號相位基本一致，便可確定驅動力F隨時間變化的曲線。其中，第一音圈7提供的第一驅動力F₁隨時間變化的曲線如圖10所示；第二音圈81提供的第二驅動力F₂₁與第二音圈82提供的第二驅動力F₂₂隨時間變化的曲線如圖11所示，圖11中F₂₁由C4表示，F(xiàn)₂₂由C5表示。

圖10中由第一音圈7提供的第一驅動力F₁在第2.5ms、7.5ms、12.5ms、17.5ms附近時因為磁通量密度B值減小出現(xiàn)非線性變化，波峰、波谷出現(xiàn)畸變。圖11中第二音圈81、82提供的第二驅動力F₂₁、F₂₂在第2.5ms、7.5ms、12.5ms、17.5ms附近時幅值達到極大，第二驅動力F₂₁、F₂₂對第一驅動力F₁出現(xiàn)的非線性變化進行補償，例如在第2.5ms處，F(xiàn)₂₁和F₂₂在負位移方向上同時對F₁存在補償作用。補償之后的總驅動力F＝F₁+F₂₁+F₂₂如圖12所示。

通過比較圖12與圖10可知，經補償后的驅動力隨時間變化的曲線形狀接近正弦波，即第一驅動力非線性變化程度被減小。通過第二驅動力補償的總驅動力更接近正弦波，從而達到降低揚聲器THD的目的。

在一個實施例中，該揚聲器還可進一步包括用于提供音頻信號輸入的驅動電路。如圖13所示，包括信號輸出模塊11、可變增益放大器12、功率放大器13?？勺冊鲆娣糯笃?2調整信號動態(tài)范圍，穩(wěn)定信號功率，再由功率放大器13將信號線性放大到能夠使揚聲器產生驅動力來引起振膜振動的程度。信號經信號輸出模塊11、可變增益放大器12及功率放大器13輸入至如上所述的揚聲器的音頻信號輸入端，即功率放大器13與圖4所示的第一正極91、第一負極92連接，將信號輸入到第一音圈7所在的支路，同時與第三正極95、第二負極94連接，將信號輸入到第二音圈81、82串聯(lián)瞬態(tài)電壓抑制二極管10所在的支路。

以上所述僅為本申請的優(yōu)選實施例，并不用于限制本申請，對于本領域技術人員而言，本申請可以有各種改動和變化。凡在本申請的精神和原理之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護范圍之內。