用于寬頻域放聲的平面揚聲器振膜及使用該振膜的揚聲器的制造方法
【專利說明】用于寬頻域放聲的平面揚聲器振膜及使用該振膜的揚聲器
[0001]優先權
[0002]本申請要求編號為61/809，003、申請日為2013年4月5日的美國臨時申請的優先權，該臨時申請的內容通過引用并入本文中。
[0003]發明背景
技術領域
[0004]本發明一般涉及平面振膜揚聲器，特別地，涉及一種平面揚聲器，該揚聲器具有針對寬頻域放聲進行了優化的振膜。
【背景技術】
[0005]傳統的用于重放寬頻域聲音，即50-20，000ΗΖ的平面擴音器，即揚聲器，以多種形式存在。然而，傳統的揚聲器要么不符合當代室內設計的審美，要么缺乏真正的機械活塞式性能，其中驅動活塞前面的所有點的位移相同，這是高品質的放聲所需要的。用于揚聲器以提供高品質放聲的傳統振膜在形狀上也有限制。此外，這種揚聲器振膜不能著色，并且通常通過置于墻體內或天花板內的格子架后進行隱藏。
[0006]盡管用于全域音頻重放的平面擴音器振膜已經構想成多種不同形式，傳統的揚聲器要么缺乏高品質放聲所需的寬頻率擴展，要么設計不均勻，并在線性度和音頻性能方面受限。
[0007]本文提供了一種新的設計方案，以突破傳統揚聲器設計的性能限制，并滿足對兼具美感的寬頻域放聲解決方案的需求。

【發明內容】

[0008]本發明克服了傳統揚聲器的上述缺點，并且提供了粘合層的平面聲音輻射振膜組件，確定了用于高頻放聲的高剛度輕質中心振膜、以及用于低頻放聲、高頻吸收和固有振型(normal vibrat1n modes)控制的高阻尼周邊區域，中心振膜和周邊區域由過渡區分隔開。一層或多層附加層按順序粘合以形成多個層，以在低頻率對固有振型實現進一步的控制，同時保持平面的可涂畫的外表面。
[0009]本發明的一方面提供了一種放聲裝置，該裝置包括主振膜，多層阻尼振膜，和多層粘合層，多層粘合層的第一粘合層將多層阻尼振膜的第一阻尼振膜的前表面粘合至主振膜的后表面，多層粘合層的第二粘合層將第一阻尼振膜的后表面粘合至多層阻尼振膜的第二阻尼振膜的前表面，多層阻尼振膜的厚度不一，由此可改進對主振膜在中低頻的振動性能的控制。
[0010]本發明的另一方面提供了一種寬頻放聲的方法，該方法包括通過音圈驅動主振膜，其中主振膜由粘合層粘合至阻尼振膜，而且主振膜的彈性模量大于15GPa，阻尼振膜的彈性模量小于3GPa。
【附圖說明】
[0011]結合附圖，通過下列詳細描述，本發明特定的示范性實施例的上述及其他目的、特征和優點將會更加明顯，其中:
[0012]圖1為本發明一個實施例的圓形放聲裝置的后透視圖；
[0013]圖2為圖1的爆炸圖；
[0014]圖3為圖1中的阻尼振膜的透視圖，該阻尼振膜進一步包括內圓角；
[0015]圖4為根據本發明另一實施例的放聲裝置的后透視圖，該放聲裝置具有阻尼振膜；
[0016]圖5為安裝在支撐架上的圖4的放聲裝置的截面圖；
[0017]圖6為圖4的爆炸圖；
[0018]圖7為具有本發明的振膜組件的擴音器的前透視圖；
[0019]圖8為圖7的后透視圖；
[0020]圖9為優選實施例的揚聲器組件的后透視圖；
[0021]圖10為圖9的爆炸圖；
[0022]圖11為根據本發明另一實施例，具有振膜組件的擴音器的后透視圖，其中該振膜組件包括附加的阻尼振膜；
[0023]圖12為根據本發明的再一實施例的擴音器振膜組件的后透視圖；
[0024]圖13為圖12的爆炸圖；
[0025]圖14對比了傳統單層振膜的遠場聲壓水平與圖7中揚聲器的遠場聲壓水平，兩者分別由陰影線和實線示出；
[0026]圖15對比了傳統單層振膜的近場聲壓水平與圖7中揚聲器的近場聲壓水平，兩者分別由陰影線和實線示出；
[0027]圖16對比了傳統單層振膜的自由空氣阻抗與圖7中揚聲器的自由空氣阻抗，兩者分別用陰影線和黑線示出。
具體實施例
[0028]將參照附圖在下文對本發明的優選實施例進行具體描述。在描述發明時，為了更清楚地理解本發明的概念，并避免由于不必要的細節導致發明不清楚，省略對本領域已知的相關功能和結構的解釋。
[0029]提供了一種平面的聲音輻射多層振膜組件，其包括具有各種特性的多個層。多層的振膜粘合在一起提供具有高剛度的輕質中心膜區域，其中該中心振膜區域提供了高頻放聲。高阻尼周邊區域用于優化低頻放聲，吸收高頻并控制固有振型，在星形切口的內頂部和外頂部之間設置過渡區(圖1-4，6-7和9-13)。
[0030]圖1示出了本發明第一實施例的放聲裝置的圓形揚聲器振膜組件的后透視圖，圖2示出了圖1的爆炸圖，圖3示出了圖1所示阻尼振膜3的透視圖，在該阻尼振膜3中有一個星形的切口 13。在優選實施例中，阻尼振膜3中的該星形切口 13可包括內圓角11(圖3)，該內圓角的半徑為相應直線側邊12長度的I %至10%。此外，非對稱性，即在星形切口13設置奇數個點，降低了固有振型的密度，并且優選地，在具有偶數個點的對稱切口之上設置奇數個點，例如7個。
[0031]相應地，在圓形的振膜組件7上設置了薄的平面主振膜I和阻尼振膜3，即次級振膜，上述的兩層振膜通過粘合層2粘在一起。還設置有音圈4，對于每個具體應用，根據阻抗、直徑、線圈長度、層數等選擇音圈。
[0032]圖2的爆炸圖分離地示出了各個組件，特別是位于主振膜I和阻尼振膜3之間的薄粘合層2。由于層間摩擦和熱耗散，粘合層2有助于阻尼振膜3的整體阻尼。盡管粘合層2優選為層壓至阻尼振膜3的一面上，根據優選的制造方法，可由彈性的噴涂粘合劑或滾抹粘合劑提供粘合層2。
[0033]相應地，為傳感器設置振膜組件7，以利用音圈4的磁路優化寬頻音頻重放，所述音圈連接至主振膜I的內后表面。音圈4的磁路優選使用陶瓷、磁鋼、稀土磁體，或電磁鐵，并根據每個具體應用，音圈4選擇最佳的尺寸、材料、導線類型、層數和其他參數。利用經典設計理論，參見John William Strutt的《聲音理論》第I卷，多佛出版社，第二版(1945)(John William Strutt, The Theory of Sound, Vol.1, Dover Publ, 2nd Ed., (1945))、J.E.Benson的“揚聲器外殼的理論和設計”《澳大拉西亞無線電技術總覽》第14卷，編號1，(1968) (J.E.Benson, Theory and Design of Loudspeaker Enclosures, AmalgamatedWireless Australasia Technical Review, Vol.14, N0.1 (1968))、以及有限元分析(FEA)，當用作全域揚聲器的一部分時，基于振膜組件的性能預測來選擇材料，并且選擇機電聲學參數來模擬傳感器的性能。在優選實施例的開發過程中，大量的FEA和樣機研究確定了高剛度輕質振膜的適用性，該振膜與次級阻尼控制振膜層結合，以均衡的重放寬頻帶聲音頻率，一般從50HZ到高于20kHZ，并且同樣的分析確定了使用不同形狀的振膜可以實現類似的性能，本文描述的圓形和四邊形為優選實施例。
[0034]主振膜I的彈性模量大于15GPa，但是倘若阻尼振膜層3適當地更有彈性，非常小的傳感器和耳機使用具有小得多的彈性模量(E)的振膜，可提供類似的性能目標。
[0035]各個組件的材料選擇是重要因素。例如，申請號為PCT/US2012/067597的共有專利申請的公布文本W0/2013/082594中，低頻振膜的活塞和主振膜可分別用作主振膜I和阻尼振膜3。
[0036]對于主振膜1，使用彈性模量大于15GPa的輕質剛性材料，例如鋁(E = 69GPa)、玻璃纖維層壓板(E在17GPa至22GPa之間)、碳纖維(E在150GPa至180GPa之間)、以及蜂巢狀或類似的蜂窩板(E大于15GPa)。主振膜I的材料優選為玻璃纖維、碳纖維、酚醛樹脂層壓板、金屬，通常為鋁、和輕質蜂巢狀剛性蜂窩板中的一種。與阻尼振膜3的高阻尼材料相比，主振膜材料剛度非常高，大概比前者剛度高十倍，來保證合適的性能。
[0037]阻尼振膜3，優選為模切或模制，由合成泡沫、塑料片材、纖維板和泡沫板中的其中一種制成。阻尼振膜材料的彈性模量優選為小于3GPa，并具有高內部損耗以控制固有振型。制成阻尼振膜3的材料包括:實心的或泡沫塑料片材(E在0.1GPa和2GPa之間)、泡沫板(E小于0.1GPa)、開孔或閉孔的泡沫板(E小于0.1GPa)、纖維板、或其他具有類似阻尼性能的材料。
[0038]圖4示出了另一實施例中的揚聲器振膜組件的透視圖，其中該揚聲器振膜組件具有較小外直徑的阻尼振膜3，使得邊緣更加有彈性。圖5-6分別示出了振膜組件的后部橫截面和爆炸圖，并示出了支撐架6，其中主振膜I由薄的固體剛性材料形成，并形成揚聲器的前外表面。
[0039]如圖4所示，阻尼振膜3的中心星形切口 13使得音圈4通過切口 13直接連接至主振膜I上。阻尼振膜3的中心星形切口 13還有利于貫穿過渡區的材料特性的漸變。主振膜I中心的振動阻尼非常低，而邊緣的振動阻尼非常高，其中振膜中心提供高頻放聲，而外緣區域只能提供低頻放聲并吸收高頻。
[0040]星形切口 13的內徑為音圈4的尺寸的1.1到3倍，星形切口 13的外徑為內徑的