[发明专利]线阵换能器和制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及声频系统和声学领域，更具体地涉及提供一种具有多个膜片的改进的声换能器，所述声换能器将电信号转换为声辐射。

背景技术

在大多数放声系统中使用的电力学声换能器的基本设计在过去的几十年里基本未变。作为该设计基础的主要物理机理之一是换能器产生声音的潜能与换能器的潜在体积容量(potential volumedisplacement)，即其有效表面积(effective surface area)与其偏移量(excursion capability)的乘积直接相关。这一原理与消费者对越来越小且仍能产生动人声音的装置的日益增多的需求直接冲突。

因此，近年来的努力集中于在不牺牲体积排量的情况下压缩声换能器的设计。其中一项工作是研制线阵换能器，其将单个膜片的表面积分成由通过一个或多个电动机驱动的杆同步驱动的多个膜片。由Unruh等人申请、名称为＂Acoustic Transducer Comprising a Pluralityof Coaxially Arranged Diaphragms＂的国际专利申请PCT/US2005/019443中公开了线阵换能器的各种实施方式。这种方法涉及具有不同形状因数的换能器，其与具有可比较声输出的传统设计的单膜片式传感器相比占用更少的空间。

这种设计方法需要对如果未解决会导致换能器具有低声音质量和/或高制造及组装成本的问题提出新颖的解决方案。这样的问题包括但不限于膜片的变形，因为膜片必须足够轻以确保足够的发声效率并且设计成使它们通过成本有效的方法制造，所以膜片刚度可能不足以抵抗由杆施加的集中力；组装这种复杂机电装置的成本；和由空气通过使驱动杆穿过的膜片上的开口发生泄漏所造成的有害影响。空气泄漏的有害影响包括相互调制、谐波失真和导致不良声音质量的湍流噪声；尤其是在低频区内的声输出等级的显著降低；和换能器达到＂输出下限＂，即活动部件与非活动部件产生硬机械接触时功率等级的降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种线阵声换能器设计，其可以消除或减轻由空气泄漏造成的有害影响和结构刚度缺陷，并降低制造成本。

一种提供小形状因数的线阵声换能器的实施方式包括两个电动机，每个电动机驱动多个膜片。膜片布置成两组；一组中的膜片由一个电动机驱动，另一组中的膜片由另一个电动机驱动，其中两组膜片沿彼此相反的方向驱动。膜片由电动机通过驱动杆驱动，所述驱动杆穿过膜片上的开口。令人遗憾的是，空气会通过这些开口发生泄漏，造成如上所述的有害影响。

目前的解决方案通过扩散、减少或消除穿过这些开口的空气流的机械来减轻空气泄漏问题。这种机构包括围绕开口且减少流过气流的套筒，由具有吸声性质的各种柔软材料制成的密封件，以及由围绕膜片开口定位的磁铁保持就位的铁磁性液体密封件。不管所用密封设计如何，人们希望减小膜片开口的总面积，因为面积越小，产生泄漏的空气越少。通过使膜片开口的内径略大于驱动杆的外径而使杆和膜片之间的间隙尽可能小，可以实现上述减小泄漏的效果。

令人遗憾的是，从制造角度出发，使膜片开口极为紧密地包住杆在实际上是不可行的。当间隙非常小时，杆和多个膜片之间的对准必须精确到防止杆和膜片之间在换能器工作期间发生接触。任何此类接触都会产生寄生噪声，其不利地影响声音质量，并且还降低了换能器长期使用的可靠性。换能器内与多个膜片近乎完美的对准需要与部件尺寸、尤其是膜片开口相关的极紧密的公差，从而显著增加了这类部件的成本。还需要极高的组装精度，因此，这不适用于传统的成本有效的换能器组装方法。而且，需要所有活动部件的运动基本上限制在其预定直线轨迹内，而不会产生由不稳定或不希望的结构振动所造成的任何显著的侧向运动。除了对组装精度和部件均匀公差设置进一步的限制之外，该条件对膜片的结构刚度有明显要求，膜片的结构刚度不能产生使膜片变形到足以与杆产生接触的振动方式。

可以通过使膜片开口的数量减至最少来减小膜片开口的总面积，通过减少用于驱动膜片的杆数量可以减少膜片开口的数量。根据本发明的一个方面，每组相对膜片由单个杆驱动。这是指，每个膜片为使驱动另一组膜片的杆穿过仅需要一个开口。该开口具有环绕其的套筒以进一步减少通过开口的空气泄漏。为了平衡作用在膜片上的作用力，单个杆优选地在尽可能靠近膜片和使膜片悬挂于换能器外壳上的环绕部分几何中心位置的位置连接到每个膜片上。驱动两组相对膜片的两个杆可以在膜片的大致中心位置处彼此尽可能靠近地放置。