專利名稱：附著型音頻換能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及音響設(shè)備領(lǐng)域中的平板揚聲器技術(shù)——新一代附著型音頻換能器的研發(fā)。
背景技術(shù)：
當(dāng)今揚聲器市場的主流仍是傳統(tǒng)的動圈式，它是由音圈和發(fā)生紙盆組成，通過懸掛的音圈在交變磁場和外部磁場相互作用下振動，進而推動紙盆發(fā)聲。但它存在著一些固有的缺陷，其頻響范圍窄，為適應(yīng)寬聲音頻的需求，采用揚聲器多單元組合音箱的分頻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，音質(zhì)差，且易出現(xiàn)慣性影響的瞬態(tài)失真。同時，由于受本身結(jié)構(gòu)的限制，傳統(tǒng)揚聲器還存在指向性尖銳等嚴(yán)重缺陷，制約了其在電聲領(lǐng)域的進一步發(fā)展，成為揚聲器這一環(huán)節(jié)的技術(shù)瓶頸。
1996年英國Verity公司和NCT公司先后宣布研制成功了新穎的超薄平板揚聲器，成為揚聲器技術(shù)領(lǐng)域的重大突破。Verity公司的NXT揚聲器采用的是電磁式換能器，而NCT公司采用的是壓電陶瓷換能器，揚聲器重量輕，音響頻帶較寬，音質(zhì)高，聲音無指向，傳聲系統(tǒng)不需要音箱，開創(chuàng)了當(dāng)代市場上超薄型平板揚聲器商品的先河，為揚聲器的發(fā)展開拓了創(chuàng)新的研發(fā)方向。
當(dāng)今以稀土大磁致伸縮合金(Rare Earth Giant Magnetostrictive Alloys)功能材料作為驅(qū)動元件的音頻換能器，在揚聲器尤其是平板揚聲器上的應(yīng)用更是揚聲器制作技術(shù)的一大突破。美國ETREMA公司已利用他們生產(chǎn)的這種材料(Terfenol-D)開發(fā)出了系列音頻換能器產(chǎn)品，并在不斷擴大市場的需求。根據(jù)我們多年來自主研發(fā)(發(fā)明專利ZL 01104218.4)的稀土大磁致伸縮合金(REMA-CNTM)及其在換能器中的應(yīng)用實踐說明，這種功能材料的杰出特性在平板揚聲器產(chǎn)品的應(yīng)用中具有獨特的優(yōu)勢。相對于壓電陶瓷為驅(qū)動元件的平板揚聲器來說，稀土大磁致伸縮合金制作的驅(qū)動元件，在音頻電流磁場的作用下，其磁致伸縮輸出量超過壓電陶瓷場致伸縮量5倍以上，能量密度大，對磁場的響應(yīng)速度極快，達微秒級，且不存在壓電陶瓷易失極老化和高電壓擊穿現(xiàn)象。而電磁式平板揚聲器則易產(chǎn)生非線性失真，頻率特性較差，且功率小。相比之下更顯示出了大磁致伸縮平板揚聲器的突出特性，它具有輸出能量大，響應(yīng)速度快，頻帶寬，保真度好，可靠性高，特別是大磁致伸縮音頻換能器的輸出力大，可直接帶動很大面積的剛性平板無指向振動發(fā)聲，音質(zhì)柔美動聽而不刺耳，能達到全方位的聽音效果，無須設(shè)計外部音箱。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是利用大磁致伸縮音頻換能器的輸出功力大和體積可小型化的優(yōu)勢，研制“附著型音頻換能器”，形狀靈活多樣，可設(shè)計成時尚產(chǎn)品或與家居、家電及相關(guān)機電產(chǎn)品一體化組合，顯著提高了平板揚聲器的音質(zhì)，開拓了新一代平板揚聲器應(yīng)用領(lǐng)域。本實用新型的技術(shù)方案在機體(8)內(nèi)部裝設(shè)有大磁致伸縮驅(qū)動元件(1)、線圈(2)、線圈架(3)、永磁片(4)、上頂帽(5)、下頂帽(6)，其中大磁致伸縮驅(qū)動元件(1)外有永磁體(4)，線圈架(3)上纏有線圈(2)，永磁體(4)上下部各有上頂帽(5)和下頂帽(6)；機體下部緊密結(jié)合彈性底座(7)；在外殼(9)上裝有插座(10)、薄膜開關(guān)控制面板(11)、高集成數(shù)字微型功放板(12)，外殼下部墊有橡膠墊(13)，附著方式主要靠機體(8)和自重使音頻換能器附著在發(fā)聲板上；進一步，所述的上下頂帽可以為球頂或者錐頂；所述的附著方式還可采用吸盤式，在機體底座下設(shè)置橡膠吸盤(14)，并設(shè)置單一的永磁頂帽(15)，采用橡膠吸盤(6)將音頻換能器吸附在發(fā)聲板上；進一步，所述的附著方式還可采用固定式，借助拉桿(16)把音頻換能器固定在發(fā)聲板(17)上；進一步，所述的大磁致伸縮驅(qū)動元件(1)是稀土超磁致伸縮合金制成的；所述的線圈架(2)是采用強度和耐溫度較高的非金屬絕緣材料；進一步，機體(8)內(nèi)還設(shè)置有調(diào)整螺母(18)、碟形彈簧(19)、封蓋(20)、螺釘(21)，轉(zhuǎn)動機體(8)上的調(diào)整螺母(18)通過碟型彈簧(19)和線圈架3上的封蓋(20)對大磁致伸縮驅(qū)動元件(1)施加一定的予壓力，并用螺釘(21)來鎖定調(diào)整螺母(18)。
本實用新型的有益效果通過大量的試驗說明本實用新型所公開的各類附著型音頻換能器，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，體積輕薄小巧，功率大，能量高，可帶動很大面積的剛性平板無指向振動發(fā)聲，聲音無滯后性，無指向性，響應(yīng)頻帶寬，保真度好，是與眾多機電產(chǎn)品、家居藝術(shù)品和休閑出游音響器件相互匹配的良好選擇。


圖1頂帽為球頂?shù)闹貕菏礁街鸵纛l換能器；圖2頂帽為錐頂?shù)闹貕菏礁街鸵纛l換能器；圖3吸盤式的附著型音頻換能器；圖4固定式的附著型音頻換能器。
具體實施方式
例如圖1、圖2、圖3和圖4所示，其核心是優(yōu)化附著型音頻換能器的結(jié)構(gòu)設(shè)計。即1.高性能音頻換能器的驅(qū)動元件。通過稀土大磁致伸縮功能材料配方、冶煉工藝、結(jié)晶取向的不同，以優(yōu)化平板揚聲器驅(qū)動元件的磁致伸縮系數(shù)Lambda(λ)和磁致伸縮應(yīng)變率(d33)，達到最佳的聲振輸出，其機電耦合系數(shù)高，能量密度大，十分有利于平板揚聲器的小型化。
2.優(yōu)化音頻換能器的響應(yīng)輸出。根據(jù)測試驅(qū)動元件相對靜、動態(tài)磁場的響應(yīng)特性，選取最佳的場強—磁致伸縮應(yīng)變曲線部分，以確定最佳的場強范圍和機械偏壓值，借助可調(diào)的彈性體來實現(xiàn)最佳的機械偏壓值，以形成優(yōu)化的聲振輸出。
3.設(shè)定最佳的交直流合成信號。為使換能器的聲振輸出避開在低場強下的非線性低效響應(yīng)和降低交流線圈的安匝值，以優(yōu)化音頻換能器的音質(zhì)輸出，可預(yù)加磁偏壓，即預(yù)加永磁材料構(gòu)件產(chǎn)生的永磁分量，與線圈的交變磁場耦合成大于某一限定值的動態(tài)磁場，實現(xiàn)交直流信號的合成放大，音頻響應(yīng)無滯后，不失真，并可顯著降低線圈的發(fā)熱量。
4.選擇適當(dāng)?shù)母街鴤髀暦绞?。本實用新型是各類分布式振動板發(fā)聲的強力聲源，即小型附著音頻換能器。根據(jù)其不同的使用場合，可選用如圖1、圖2的重力壓附式，圖3的真空吸附式、圖4的拉桿緊固式或粘結(jié)固定式等方法，使小型附著平板揚聲器附著在眾多器具或設(shè)備的發(fā)聲平板上，能推動任何硬質(zhì)物體如木料、石料、塑料、玻璃等表面發(fā)聲，會產(chǎn)生360度的諧振聲場，幾乎穿越任何平面，聲音無指向，音質(zhì)柔和、清晰、有力度，具有空間感和臨場感。
5.本實用新型所述的附著型音頻換能器具有良好的密封防水性，可做成水下使用的平板揚聲器，在水中它具有杰出的水聲特性，為水上芭蕾舞演員提供了清晰的諧和伴奏。
結(jié)合圖示說明本實用新型實施的典型結(jié)構(gòu)如下圖1、圖2——重壓式的附著型音頻換能器。大磁致伸縮驅(qū)動元件1在永磁鐵4的恒定磁場和線圈2音頻交變電流磁場的合成作用下，在線圈架3的中心孔的長度方向上伸縮振蕩，其振動輸出通過永磁片4及上頂帽5和下頂帽6作用在機體8的內(nèi)腔頂面和彈性底座7的中心處，質(zhì)量大的剛性機體8重壓在上頂帽5的球頂(或錐頂——圖2)上，振動輸出的主渠道是通過下頂帽6的球頂(或錐頂)推動與機體下端螺柱緊密結(jié)合的底座7產(chǎn)生彈性應(yīng)變波，并借助橡膠墊13的貼合性傳送到與其下表面接觸的平板而發(fā)聲。本實施例采用內(nèi)置的高集成數(shù)字微型功放12和頂置的薄膜開關(guān)控制面板11，電源和音頻輸入通過外殼9上的插座10連通。結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，這種小型重壓式的附著型音頻換能器用場廣，與音響設(shè)備、微型電腦等電子器件搭配既方便又時尚，且能感受到杰出的音響效果。
圖3——吸盤式的附著型音頻換能器。永磁片4吸附在機體8的內(nèi)腔頂面，與永磁材料的頂帽15在驅(qū)動元件1的兩端形成永磁分量，其與線圈2音頻交變電流磁場的合成作用類同于重壓式的附著型音頻換能器。利用橡膠吸盤14把音頻換能器按壓在平板上吸附發(fā)聲。這種附著型音頻換能器的結(jié)構(gòu)更加緊湊，小巧輕便，攜帶方便，可以靈活使用在眾多場合。如果是長期固定場合使用，可用高強度的彈波膠把上述的附著型音頻換能器粘連到發(fā)聲板上固定使用。
圖4——固定式的附著型音頻換能器。由大磁致伸縮驅(qū)動元件1、線圈2、線圈架3、永磁片4、永磁頂帽15組成的音頻換能器與圖3類似。借助頂圈22和拉桿16把機體8定位并固定在發(fā)聲板17上，轉(zhuǎn)動機體8上的調(diào)整螺母18通過碟型彈簧(19)和線圈架3上的封蓋20對音頻換能器施加一定的予壓力，以使驅(qū)動元件1處于最佳的磁致伸縮應(yīng)變輸出狀態(tài)，可產(chǎn)生“跳躍”效應(yīng)。調(diào)試完成后，旋緊螺釘21以鎖定調(diào)整螺母18來保持音頻換能器運行狀態(tài)的穩(wěn)定性。
權(quán)利要求1.一種附著型音頻換能器，其特征在于在機體(8)內(nèi)部裝設(shè)有大磁致伸縮驅(qū)動元件(1)、線圈(2)、線圈架(3)、永磁片(4)、上頂帽(5)、下頂帽(6)，其中大磁致伸縮驅(qū)動元件(1)外有永磁體(4)，線圈架(3)上纏有線圈(2)，永磁體(4)上下部各有上頂帽(5)和下頂帽(6)；機體下部緊密結(jié)合彈性底座(7)；在外殼(9)上裝有插座(10)、薄膜開關(guān)控制面板(11)、高集成數(shù)字微型功放板(12)，外殼下部墊有橡膠墊(13)，附著方式主要靠機體(8)和自重使音頻換能器附著在發(fā)聲板上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種附著型音頻換能器，其特征在于所述的上下頂帽可以為球頂或者錐頂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種附著型音頻換能器，其特征在于所述的附著方式還可采用吸盤式，在機體底座下設(shè)置橡膠吸盤(14)，并設(shè)置單一的永磁頂帽(15)，采用橡膠吸盤(14)將音頻換能器吸附在發(fā)聲板上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種附著型音頻換能器，其特征在于所述的附著方式還可采用固定式，借助拉桿(16)把音頻換能器固定在發(fā)聲板(17)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種附著型音頻換能器，其特征在于所述的大磁致伸縮驅(qū)動元件(1)是稀土超磁致伸縮合金制成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種附著型音頻換能器，其特征在于所述的線圈架(2)是采用強度和耐溫度較高的非金屬絕緣材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種附著型音頻換能器，其特征在于機體(8)內(nèi)還設(shè)置有調(diào)整螺母(18)、碟形彈簧(19)、封蓋(20)、螺釘(21)，轉(zhuǎn)動機體(8)上的調(diào)整螺母(18)通過碟型彈簧(19)和線圈架3上的封蓋(20)對大磁致伸縮驅(qū)動元件(1)施加一定的予壓力，并用螺釘(21)來鎖定調(diào)整螺母(18)。
專利摘要本實用新型涉及一種附著型音頻換能器，它以重壓式、吸盤式和固定式等不同的結(jié)合方式把音頻換能器附著在發(fā)聲板上。其線圈架與驅(qū)動元件、永磁片和頂帽組合成整體定位，在大磁致伸縮驅(qū)動元件兩端設(shè)有永磁片形成的永久磁場與線圈的交變磁場相耦合，實現(xiàn)交直流信號的合成放大，并借助可調(diào)的彈性體對驅(qū)動元件施加適當(dāng)?shù)臋C械偏壓，以促成音頻換能器的最佳聲振輸出，聲音無滯后性，無指向性，響應(yīng)頻帶寬，保真度好，且輸出功力大，體積小，是與眾多機電產(chǎn)品、家居藝術(shù)品相互匹配的良好選擇。
文檔編號H04R15/00GK2935690SQ200620108620
公開日2007年8月15日 申請日期2006年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月13日
發(fā)明者甘鴻仁, 曾勇, 甘澤衛(wèi) 申請人:甘鴻仁, 曾勇