專利名稱：具有移動(dòng)磁鐵的電－聲轉(zhuǎn)換器及其轉(zhuǎn)換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有移動(dòng)磁鐵結(jié)構(gòu)的電-聲轉(zhuǎn)換器和電-聲轉(zhuǎn)換方法，特別涉及把利用聲音信號(hào)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)線圈固定在框架上，通過產(chǎn)生非交變磁場(chǎng)的永久磁鐵使利用交變磁場(chǎng)位移的振動(dòng)膜片位移，產(chǎn)生與音頻信號(hào)對(duì)應(yīng)的音響的電-聲轉(zhuǎn)換器及其轉(zhuǎn)換方法。
微型揚(yáng)聲器是一種電-聲轉(zhuǎn)換器，將要求進(jìn)行聲音傳送的各種電子產(chǎn)品的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲音。通常，以往的微型電-聲轉(zhuǎn)換器(以下稱為“微型揚(yáng)聲器”)分為電動(dòng)型揚(yáng)聲器和電磁型揚(yáng)聲器。
所謂的電動(dòng)型揚(yáng)聲器具有這樣的結(jié)構(gòu)，通過磁回路產(chǎn)生的非交變(直流)磁通與可垂直流動(dòng)的移動(dòng)線圈產(chǎn)生的交變(交流)旋轉(zhuǎn)磁通相互反應(yīng)后產(chǎn)生的吸引力和排斥力，振動(dòng)膜片和移動(dòng)線圈上/下振動(dòng)，從而產(chǎn)生聲音。就是說，它是永久磁鐵固定而線圈移動(dòng)從而產(chǎn)生聲音的揚(yáng)聲器。
但是，在將電動(dòng)型揚(yáng)聲器按適合筆記本PC、小型盒式錄音機(jī)、移動(dòng)通信終端機(jī)等的超小型方式制作的情況下，就揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)而言，便攜式電子裝置要求的低音和高音區(qū)域的放大重放是不可能的，由于在垂直振動(dòng)的移動(dòng)線圈中用于供給電能的線圈線為單線，所以存在接受不了大輸入、也不能確?？梢韵筝敵龅囊苿?dòng)線圈的垂直振動(dòng)的充分空間的缺點(diǎn)。
作為參考，目前市場(chǎng)銷售的微型揚(yáng)聲器的直徑為20mm以下產(chǎn)品的額定輸入為0.01(w)至0.1(W)左右。
此外，在將揚(yáng)聲器封裝在裝置的主PCB中的情況下，直至目前，由于還未設(shè)計(jì)出相對(duì)于360度全方向可以自動(dòng)封裝揚(yáng)聲器同時(shí)可以將揚(yáng)聲器與PCB電連接的結(jié)構(gòu)，所以存在未完全達(dá)到裝置封裝產(chǎn)生的省工和自動(dòng)化的實(shí)際情況。
另一方面，電磁型揚(yáng)聲器在永久磁鐵的固定吸引力與運(yùn)動(dòng)線圈產(chǎn)生的交流性交變磁通反應(yīng)被加減時(shí)，由于永久磁鐵和線圈都被固定，所以振動(dòng)膜片本身因自身存在的張力產(chǎn)生位移，從而產(chǎn)生聲音。
這種電磁型揚(yáng)聲器具有不合理的接合結(jié)構(gòu)，即其需要將揚(yáng)聲器內(nèi)置于裝置的PCB中的工藝，而且，由于電磁型揚(yáng)聲器的振動(dòng)膜片的上下振動(dòng)不自由，振動(dòng)膜片振動(dòng)所需要的垂直空間很窄的原因，所以不能進(jìn)行寬頻帶和大輸入的聲音重放。
因此，為了今后多功能的小型化個(gè)人信息處理終端機(jī)的實(shí)現(xiàn)，要求多功能小型揚(yáng)聲器為微型，同時(shí)可以接受寬頻帶的聲音重放和大輸入，在不需要焊接工藝的情況下，在整個(gè)360度的全方向上可以自動(dòng)封裝在裝置中。
因此，本發(fā)明的目的在于提供在驅(qū)動(dòng)線圈被固定在框架上的狀態(tài)下，根據(jù)外部的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的振動(dòng)膜片支撐的產(chǎn)生非交變磁場(chǎng)的永久磁鐵的位移，使振動(dòng)膜片位移，產(chǎn)生與電信號(hào)對(duì)應(yīng)聲音的電-聲轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)換方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供由磁回路與振動(dòng)膜片接合的圓盤形移動(dòng)磁鐵或起振動(dòng)膜片作用的移動(dòng)磁鐵和固定線圈組成的改進(jìn)的微型揚(yáng)聲器。
本發(fā)明還有目的在于提供可以包括作為微型尺寸單一部件的各種攜帶電子裝置的蜂鳴器、接收器和微型揚(yáng)聲器的所有聲音重放功能的可接受寬頻帶、大輸入和大輸出的微型揚(yáng)聲器。
本發(fā)明的其它目的在于提供實(shí)現(xiàn)上述功能，同時(shí)可以通過簡(jiǎn)單地對(duì)揚(yáng)聲器施加壓力將揚(yáng)聲器在360度全方向自動(dòng)安裝/自動(dòng)連接裝置的主PCB上的微型揚(yáng)聲器，該微型揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)制造工藝自動(dòng)化。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種電-聲轉(zhuǎn)換器，包括至少一個(gè)固定線圈，用于在從外部接收到電驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)；框架，其具有凹槽結(jié)構(gòu)，用于在中央部分容納和支撐所述線圈；至少可動(dòng)型永久磁鐵，設(shè)置在所述線圈的上部，并與所述線圈間隔有所需距離，從而可垂直運(yùn)動(dòng)，以產(chǎn)生非交變磁場(chǎng)，和振動(dòng)膜片，其外周部分由所述框架的上端支撐，所述振動(dòng)膜片在中央部分支撐所述永久磁鐵，其特征在于，根據(jù)由線圈響應(yīng)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)而產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)和由所述永久磁鐵產(chǎn)生的非交變磁場(chǎng)的相互作用，使所述振動(dòng)膜片垂直振動(dòng)，產(chǎn)生與驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的聲音。
為了全方向自動(dòng)安裝和自動(dòng)接合，本發(fā)明還包括埋入所述框架底部的印刷電路板，其上印刷有第一和第二電極圖形，所述第一和第二電極圖形與從固定線圈延長(zhǎng)的第一和第二線圈線分別連接；施加有所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的第一和第二電極，所述第一和第二電極的一端分別安裝在所述電極圖形的相關(guān)的一個(gè)上，而另一端則從所述印刷電路板向下延伸，并具有彈性；卡箍式接合裝置，從所述電極內(nèi)側(cè)的所述框架底部向下延伸，所述快動(dòng)接合裝置與在安裝在所述轉(zhuǎn)換器所連接設(shè)備中的主印刷電路板上形成的接合孔以卡接方式接合，所述主印刷電路板產(chǎn)生所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并具有一對(duì)同心的環(huán)型電極焊盤，設(shè)置在相對(duì)于所述接合孔的不同徑向位置上，所述環(huán)型電極焊盤的所述徑向位置對(duì)應(yīng)于所述電極的所述徑向位置。
按照本發(fā)明的其他特征，提供電-聲轉(zhuǎn)換方法，其特征在于包括以下步驟，從外部對(duì)固定設(shè)置于框架上的固定線圈施加電驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而產(chǎn)生根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)變化的交變磁場(chǎng)，和使可產(chǎn)生所需大小的非交變磁場(chǎng)并支撐振動(dòng)膜片的可動(dòng)型永久磁鐵垂直振動(dòng)，使其可由所述振動(dòng)膜片垂直運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生聲音。
如上所述，在本發(fā)明中，具有蜂鳴器、接收器和微型揚(yáng)聲器所要求的寬頻帶(在直徑20mm制品中300Hz至16KHz左右)范圍的聲音重放能力，可以接受高的輸入功率(在直徑20mm制品中額定輸入3至5W級(jí))。此外，本發(fā)明的接合裝置結(jié)構(gòu)即使不焊接或粘接，仍然可以360度的全方向自動(dòng)封裝，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)制造工藝完全自動(dòng)化。


圖1是有本發(fā)明第一實(shí)施例的移動(dòng)磁鐵結(jié)構(gòu)的微型揚(yáng)聲器的分解透視圖，圖2是表示圖1所示的第一實(shí)施例的微型揚(yáng)聲器的安裝剖面圖，圖3a和圖3b是說明本發(fā)明揚(yáng)聲器的聲音轉(zhuǎn)換原理的說明圖，圖4是本發(fā)明的接線板的平面圖，圖5a和圖5b是表示本發(fā)明的夾緊彈簧電極的平面圖和側(cè)面圖，圖6a至圖6c是使第一實(shí)施例的夾緊彈簧電極與接線板接合狀態(tài)的平面圖、側(cè)面圖和背面圖，圖7a至圖7c是第二實(shí)施例的夾緊彈簧電極與彈性接線板形成一體狀態(tài)的平面圖、側(cè)面圖和背面圖，圖8是形成為一體的彈性彈簧電極的第二實(shí)施例的變形例的接線板的透視圖，圖9是表示將本發(fā)明的表面封裝型揚(yáng)聲器的完成品組裝在裝置的PCB上過程的透視圖，圖10是有本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例的多個(gè)移動(dòng)磁鐵結(jié)構(gòu)的微型揚(yáng)聲器的剖面圖，圖11是采用本發(fā)明第三優(yōu)選實(shí)施例的帶有貫通孔的移動(dòng)磁鐵的微型揚(yáng)聲器的剖面圖，圖12是采用本發(fā)明第四優(yōu)選實(shí)施例的具有磁通聚集結(jié)構(gòu)的移動(dòng)磁鐵的微型揚(yáng)聲器的剖面圖，
圖13是表示第四實(shí)施例中可采用的磁回路變形例的剖面圖，圖14是表示按自由音長(zhǎng)測(cè)定本發(fā)明的微型揚(yáng)聲器頻率特性的曲線圖，圖15a和圖15b是分別表示打開所有通氣孔情況下和安裝聲音阻抗調(diào)節(jié)片情況下用IEC 318人工耳測(cè)定的頻率特性曲線圖。
以下，參照?qǐng)D示優(yōu)選實(shí)施例的附圖，更詳細(xì)地說明上述本發(fā)明。
圖1是本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的具有移動(dòng)磁鐵結(jié)構(gòu)的微型揚(yáng)聲器的分解透視圖，圖2是圖1所示的第一實(shí)施例的接合剖面圖，圖3a和圖3b是說明本發(fā)明揚(yáng)聲器的聲音轉(zhuǎn)換原理的說明圖。
首先，參照?qǐng)D1和圖2，本發(fā)明第一實(shí)施例的微型揚(yáng)聲器150的框架102為圓筒形并具有凹槽結(jié)構(gòu)，在內(nèi)側(cè)壁上有臺(tái)階部分102b?？蚣?02的正面(上部表面)為開口狀態(tài)，在底部102a上按一定間隔排列用于振動(dòng)膜片(振動(dòng)膜)103圓滑振動(dòng)的多個(gè)通氣口110，從框架下部表面伸出的與框架102同心地設(shè)置接合器119，接合器119的下端有從其外表面向外側(cè)徑向伸出的環(huán)形突起138，以便前端部的端面形成鉤形狀，在接合器119的內(nèi)側(cè)形成支撐肋120。
在框架102的底部102a上，按鑲嵌模鑄技法一體化形成卡箍彈簧116和128與PCB 115接合構(gòu)成的接線板109、和上端部分距該接線板109的中心一定高度同心設(shè)置的固定線圈124。
此外，在框架102的背面外側(cè)上，在使揚(yáng)聲器150與裝置的PCB126接合的狀態(tài)下，為了防止可伸縮電極116、128被損傷，按120度的間隔在下部一體地形成僅有一定長(zhǎng)度延長(zhǎng)形成的制動(dòng)器118。
在所述框架102的底部102a的上部表面和接合器119的內(nèi)側(cè)下部表面上，最好各個(gè)聲阻抗調(diào)節(jié)片(Acoustic impedance control sheet)114與防塵布121粘合。
在框架102的上部，為了按與框架的上端部相同的高度安裝帶有多個(gè)圓形放音孔149的保護(hù)器101，保護(hù)器的周邊部分被固定在框架的臺(tái)階部分102b上。
此外，在框架102的底部102a與保護(hù)器101之間形成的空間中配置與移動(dòng)磁鐵117接合的振動(dòng)膜片103。
如果更詳細(xì)地加以說明，那么在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，從框架102的底部102a延長(zhǎng)形成至下部的圓形接合器119由于收縮和膨脹可能被分開兩個(gè)或兩個(gè)以上的數(shù)，按圓形排列。此外，在其末端形成的突起138的前端部分也可能是半圓形或梯形的形狀。如后面說明的圖9所示，該接合器119和突起138的結(jié)構(gòu)在制動(dòng)器150與裝置的主PCB126的接合孔137接合時(shí)，形成容易和可靠地維持卡箍式接合的接合狀態(tài)的適當(dāng)結(jié)構(gòu)。
此外，如圖4所示，在框架102的底部102a上按鑲嵌模鑄方法埋入的PCB 115，在分別距線圈孔134中心有一定距離的與獨(dú)立的兩個(gè)圓軌跡對(duì)應(yīng)的預(yù)先形成銅箔圖形129、130的外圍上，按一定間隔排列多個(gè)通氣孔133。
為了在PCB 115的銅箔圖形129、130上引入從裝置的PCB 126施加的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，一體形成如圖5a和圖5b所示的卡箍部分116a和彈性電極部分116b，形成與卡箍彈簧(clip spring)結(jié)構(gòu)的可伸縮的兩個(gè)導(dǎo)電性電極116、128接合的接線板109。
此外，在所述線圈孔134上，固定線圈124在各個(gè)銅箔圖形129、130上與線圈線111、139接合，并且與所述接線板109一起鑲嵌模壓插入所述框架102中。這種情況下，所述固定線圈可以由使用無(wú)架線圈或使用其它線圈架卷線的線圈124構(gòu)成。
而且，如圖4至圖6c所示，所述接線板109可以有電極116、128與硬板PCB 115接合的使用導(dǎo)電性的各種金屬材料的卡箍彈簧結(jié)構(gòu)，可以是圓形的棒形狀。
此外，接線板109a、109b利用圖7a至圖7c和圖8所示的柔性印刷電路板(PCB)122，在PCB 122上也可以按模壓方式直接一體成型電極131、132。接線板109a的PCB 122與PCB 115同樣形成線圈孔134和五個(gè)通氣孔133，而且在包圍電極131、132的部分形成貫通孔135。
本發(fā)明可使用的振動(dòng)膜片103的主體113和中心間隙148的剖面形狀可以是圓錐形(Cone type)形狀(參照第一實(shí)施例)、平面形(Flattype)形狀(參照第二實(shí)施例)、圓拱形(Dome type)形狀，可使用的材料可以是高分子原料的聚乙烯(PE)、PET、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯醚(PEI)、聚酰亞胺(PI)、capton，或者是反磁性、抗磁性系列的金屬材料的鈦(Ti)、鋁(Al)、硬鋁、不銹鋼、黃銅、磷青銅。
邊緣112的剖面形狀可以是上卷形(Up roll edge)(參照第一實(shí)施例)、下卷形(Down roll edge)、平面形、波形，此外，所述邊緣112也可以是起緩沖作用的墊圈一體型，其材料可以是硅、高分子系列樹脂、纖維、橡膠等。
在這種情況下，所述振動(dòng)膜片103主體113的邊緣112可以象上述例那樣另外制作，其外形可以是例如圓形、橢圓形、長(zhǎng)方形或正方形。
在有上述那樣結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例中，由于形成交流性旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的固定線圈124被一體化固定在圖2所示的框架102上不能機(jī)械振動(dòng)，所以在形成直流磁場(chǎng)的固定線圈124的上部空間位置的移動(dòng)磁鐵117就具有與外部的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。
另一方面，所述第一實(shí)施例150的磁回路由單個(gè)的移動(dòng)磁鐵117和單個(gè)的固定線圈124構(gòu)成，而圖10所示的第二實(shí)施例160的磁回路可以由可使允許輸入增加從而使與此對(duì)應(yīng)的非交變磁場(chǎng)增強(qiáng)的多個(gè)固定線圈124a至124c和與這些線圈對(duì)應(yīng)的多個(gè)移動(dòng)磁鐵117a至117c組合的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，此外，第二實(shí)施例中邊緣112的外形可以是圓形或四邊形狀。
此外，本發(fā)明的變形磁回路由多個(gè)固定線圈和單個(gè)圓盤形移動(dòng)磁鐵組成，圓盤形移動(dòng)磁鐵本身可以兼?zhèn)渖鲜龅谝粚?shí)施例的振動(dòng)膜片103的主體113作用來(lái)使用。
而且，本發(fā)明的磁回路與上述變形例類似，可以由多個(gè)固定線圈和單個(gè)圓盤形移動(dòng)磁鐵構(gòu)成，但在與主體13形成為一體時(shí)，也可以構(gòu)成形成單個(gè)移動(dòng)磁鐵的結(jié)構(gòu)。
在所述第二實(shí)施例160和變形例有完全相同尺寸的情況下，提供使允許的輸入增加、從而使與此對(duì)應(yīng)的非交變磁場(chǎng)增強(qiáng)的適當(dāng)結(jié)構(gòu)。
此外，本發(fā)明在圖11所示的第三實(shí)施例190和移動(dòng)磁鐵117f的中間部分上也可以空出比固定線圈124a外徑大的圓形或四邊形態(tài)的孔191的形狀。
該第三實(shí)施例在保護(hù)器101a的中央形成聲音放出孔149a，固定線圈124a有封裝的頂部高度與第一和第二實(shí)施例150、160不同的突出結(jié)構(gòu)。這是為了在中央形成貫通孔191的移動(dòng)磁鐵117f在垂直振動(dòng)時(shí)可以處于距固定線圈124a更近位置而設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。
上述第三實(shí)施例的微型揚(yáng)聲器190在移動(dòng)磁鐵117垂直振動(dòng)時(shí)可防止與固定線圈124a接觸，同時(shí)在被限定的空間內(nèi)可進(jìn)行充分的振動(dòng)，在小型的限制尺寸下有利于達(dá)到大輸出的情況。
圖12表示本發(fā)明的第四實(shí)施例，其中，使移動(dòng)磁鐵的磁通集中在空氣隙中，提高轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)一步降低低音共振頻率(f0)，擴(kuò)大重放音域。
第四實(shí)施例的揚(yáng)聲器200將圓盤形移動(dòng)磁鐵117的上表面安裝在剖面為倒“U”形狀的圓筒形磁軛208上，在移動(dòng)磁鐵117的下表面上安裝具有比移動(dòng)磁鐵117直徑大的圓盤形板207，磁回路201的磁軛208被固定在振動(dòng)膜片103的頸部127上。
此外，第四實(shí)施例與第三實(shí)施例類似，在保護(hù)器101a的中央形成聲音放出孔149a，固定線圈124d的被封裝的頂部高度與上述實(shí)施例不同，與第一至第三實(shí)施例相比，具有突出的大口徑結(jié)構(gòu)。
一般來(lái)說，通過增加移動(dòng)磁鐵的重量，轉(zhuǎn)換效率下降，但由于這種磁回路201的結(jié)構(gòu)在磁軛208和板207之間的空氣隙G中聚集磁通，所以反而可使轉(zhuǎn)換效率提高。
在第四實(shí)施例中，在初期狀態(tài)時(shí)，設(shè)定移動(dòng)磁鐵117，以便固定線圈124d處于磁軛208和板207之間的空氣隙G的位置，在驅(qū)動(dòng)信號(hào)(例如，聲音信號(hào))施加在固定線圈124d上時(shí)，在中心垂直振動(dòng)空氣隙G。
在上述第四實(shí)施例中，由于除磁回路201外的其余結(jié)構(gòu)有與上述實(shí)施例相同或類似的結(jié)構(gòu)，所以省略其說明。
所述第四實(shí)施例的磁回路201除上述結(jié)構(gòu)以外還可以采用不同的結(jié)構(gòu)。例如，在上述磁回路201中，為了提高頸部127的接合力，在磁軛208的上側(cè)外周部分上可以設(shè)置與振動(dòng)膜片103的頸部127接合的振動(dòng)膜片安裝導(dǎo)軌。此外，在磁回路201中，可省略板，使磁軛208的邊緣(skirt)部分可彎向移動(dòng)磁鐵117，從磁軛208的前端部分發(fā)散的磁通通過空氣隙G也可以聚集在移動(dòng)磁鐵117上。此外，在磁回路201中，磁軛208的邊緣部分可彎向移動(dòng)磁鐵117，從磁軛208的邊緣部分發(fā)散的磁通通過空氣隙G就可以聚集在移動(dòng)磁鐵117上。該結(jié)構(gòu)在空氣隙G中形成高磁通密度，可獲得高轉(zhuǎn)換效率。
圖13所示的磁回路206表示在磁軛208、移動(dòng)磁鐵117和板207的中央部分上形成通氣孔211的另一變形例。圖中所示的磁回路206通過通氣孔211放出揚(yáng)聲器內(nèi)部的熱，調(diào)整機(jī)械阻抗和聲阻，有利于調(diào)節(jié)低音共振下的Q因子(制動(dòng)力的倒數(shù))和低音共振頻率f0。
具有所述磁回路201、206的第四實(shí)施例如下述那樣，與第一至第三實(shí)施例相比，振動(dòng)系統(tǒng)的等價(jià)質(zhì)量mo增加，低音共振頻率f0變低，其結(jié)果是重放音域被擴(kuò)大。
本發(fā)明的第一至第四實(shí)施例在組裝為成品的情況下，如圖9所示，在不用焊接技術(shù)而在360度全方向上與圓形接合器119接合的情況下，有可以進(jìn)行與360度全方向上對(duì)應(yīng)的自動(dòng)連接的電極116、128的結(jié)構(gòu)。電極116、128被設(shè)定在距線圈孔134中心相互不同距離的位置。
在這種情況下，在裝置的主PCB 126上，預(yù)先空出與所述接合器119對(duì)應(yīng)的接合孔，在其外側(cè)，在從接合孔137的中心與所述第一電極116相同的距離上的接合孔外側(cè)形成第一圓形電極圖形135，此外，在該圖形的外側(cè)，在與所述第二電極128相同的距離上形成第二圓形電極圖形136。
因此，在安裝時(shí)，在使所述微型揚(yáng)聲器的接合器119處于所述主PCB 126的接合孔137位置后，通過施加壓力，所述兩個(gè)圓形電極圖形135、136就與所述微型揚(yáng)聲器的兩個(gè)電極116、128分別相互自動(dòng)地進(jìn)行彈性的電連接。
下面，更詳細(xì)地說明與本發(fā)明實(shí)施例對(duì)應(yīng)的工作原理和作用。A.電-聲轉(zhuǎn)換原理和寬頻帶結(jié)構(gòu)首先，如圖2、圖3a和圖3b所示，通過接線板109，例如如果從裝置的主PCB 126將正弦波驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加在固定線圈124上，那么從傳送驅(qū)動(dòng)信號(hào)的固定線圈124的中心產(chǎn)生向外側(cè)(圖3a)或其相反(圖3b)方向旋轉(zhuǎn)的交流性反向磁場(chǎng)(MAC)。
所述交流性的反向磁場(chǎng)(MAC)與移動(dòng)磁鐵117產(chǎn)生的一定方向的直流性磁場(chǎng)(MDC)相互作用，如果相對(duì)磁場(chǎng)為相同方向，那么在移動(dòng)磁鐵117和固定線圈124之間有排斥力作用(圖3b)，而如果為相反方向，那么在移動(dòng)磁鐵117和固定線圈124之間有吸引力相互作用(圖3a)。
在上述本發(fā)明的情況下，由于固定線圈124被插入或固定在框架102中，結(jié)果聲音產(chǎn)生的空氣壓力變動(dòng)產(chǎn)生的所有電磁的力被集中在與可垂直移動(dòng)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)膜片103接合的移動(dòng)磁鐵117上。
因此，利用該電磁的吸引力、排斥力，通過移動(dòng)磁鐵117進(jìn)行垂直振動(dòng)，與移動(dòng)磁鐵117接合的振動(dòng)膜片103也一起振動(dòng)，其結(jié)果，生成空氣的壓力波，從而產(chǎn)生聲音。
此時(shí)，固定線圈124與移動(dòng)磁鐵117的距離越近，相互產(chǎn)生的磁力越強(qiáng)，此外，振動(dòng)膜片103的有效面積(從邊緣112的中間部分至相反側(cè)邊緣112的中間部分的面積)越大，振動(dòng)系統(tǒng)整體的重量越輕，產(chǎn)生的聲音輸出就效率越高。
此外，組成所述振動(dòng)膜片103的邊緣112和主體113當(dāng)然必須使用非磁性材料或相反磁性材料。
在上述原理中，發(fā)出與電信號(hào)對(duì)應(yīng)聲音的本發(fā)明的揚(yáng)聲器最好使用由具有柔軟性(compliance)的非磁性材質(zhì)的邊緣112和重量輕而堅(jiān)固的材質(zhì)的主體113分別組成接合的振動(dòng)膜片103。
此外，吸收振動(dòng)膜片103的振動(dòng)并具有限制功能的邊緣112越柔軟，直至更低的低音區(qū)域仍可擴(kuò)大揚(yáng)聲器的共振頻率，通過調(diào)整作為主體113和移動(dòng)磁鐵117接合支點(diǎn)的頸部127部分的偏移(offset)角θ和彈性模量E(楊氏模量)，可以擴(kuò)大高音共振區(qū)域，本發(fā)明的揚(yáng)聲器可以形成下述那樣的實(shí)質(zhì)性的重放度音域的擴(kuò)大。
根據(jù)所述邊緣112的柔軟性，低音共振頻率f0一般按下述公式1那樣決定。公式1f0=12πsomo]]>其中，so表示作為揚(yáng)聲器邊緣112的柔軟性倒數(shù)的剛度，數(shù)值越小表示越柔軟，mo是按移動(dòng)磁鐵117的重量+邊緣112的1/2重量+主體113的重量+空氣的反作用產(chǎn)生的附加質(zhì)量(8/3×1.23×a3(Kg))表示振動(dòng)系統(tǒng)的等價(jià)質(zhì)量。其中，a是振動(dòng)膜片的半徑。
此外，在相對(duì)于所述主體113的頸部127的偏置角為θ，彈性模量(楊氏模量)為E時(shí)，高音共振頻率fh一般根據(jù)主體的頸部按下述公式2決定。公式2fh=12π(1mm+1mc)·π·E·hcosθsinθ----(Hz)]]>其中，h＝主體113的厚度(m)，E＝主體的楊氏模量(N/m2)，θ＝主體頸部的偏移角度(°)，mm＝移動(dòng)磁鐵的重量，mc＝主體+邊緣重量的1/2。
此外，根據(jù)頂蓋部分的形態(tài)，高音共振頻率(fh)在頂蓋部分材料為鋁情況下按下述公式3決定，在頂蓋部分材料為PE、PEI等高分子材料的情況下按公式4決定。公式3fh=0.381+0.52mcmm·HD2·Eρ(1+43.9×102t)]]>公式4fh=8.261+0.52mcmm·HD2·Eρ(1+43.9×102t)]]>在上述公式3和4中，H＝頂蓋部分中央的高度(m)，D＝間隙部分外徑的直徑長(zhǎng)度(m)，t＝頂蓋原料本身的厚度，ρ＝間隙原料的密度(Kg/m3)，E＝頂蓋的楊氏模量(N/m2)。
因此，根據(jù)公式1至公式4，本發(fā)明揚(yáng)聲器的低音共振頻率(f0)因移動(dòng)磁鐵117的重量與以往電動(dòng)型揚(yáng)聲器相比變小，而高音共振頻率(fh)增加。其結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)低音和高音的擴(kuò)大。
這樣的結(jié)果在自由音場(chǎng)(free field)下?lián)P聲器部件的尺寸為20mm，在部件高度為3mm的制品中，在施加3W的狀態(tài)下測(cè)定頻率特性的結(jié)果如圖14所示，低音共振頻率(f0)為285Hz，高音共振頻率(fh)為15KHz。
因此，與以往的微型揚(yáng)聲器相比，可知具有寬頻帶的頻率特性，而且，由于本發(fā)明在1KHz和2KHz中也可分別獲得99dB和100dB的增益(以往的蜂鳴器可得到約75dB的增益)，所以在作為蜂鳴器的使用上也不會(huì)有任何問題。
此外，在用IEC 318人工耳(artificial ear)測(cè)定上述本發(fā)明制品的頻率特性時(shí)，可獲得圖15a和圖15b所示的特性曲線。圖15a是打開所有通氣孔狀態(tài)下測(cè)定的圖，圖15b是安裝聲阻調(diào)節(jié)片114狀態(tài)下測(cè)定的圖。如圖所示，用IEC 318人工耳不能分辨打開所有通氣孔狀態(tài)的特性與以往的專用接收器的頻率特性的差，此外，在使用聲阻調(diào)節(jié)片的情況下，可確認(rèn)20Hz至1KHz有橢圓形梯度的具有稱為低聲阻型(low acoustic impedance type)特性的頻率特性，表明其特性十分出色。
因此，如果觀察上述圖14、圖15a和圖15b的頻率特性，那么可知本發(fā)明的揚(yáng)聲器不但具有微型揚(yáng)聲器、接收器和蜂鳴器所要求的所有頻率特性，同時(shí)允許大的輸入和大的輸出。B.防止線圈的斷線和大輸入接受結(jié)構(gòu)由于以往的電動(dòng)型揚(yáng)聲器具有直接振動(dòng)線圈產(chǎn)生聲音的結(jié)構(gòu)，就是說，具有從線圈沿振動(dòng)膜片的主體與接線板連接的線圈線隨著振動(dòng)膜片的位移同時(shí)移動(dòng)的結(jié)構(gòu)，所以因?qū)λ鼍€圈供給電信號(hào)的線圈線的斷線而不能接受大輸入。
但是，在本發(fā)明的微型揚(yáng)聲器中，在線圈124和線圈線111、139被預(yù)先組裝在接線板109上時(shí)，從線圈124中抽出的線圈線111、139在處于很近距離位置被固定在接線板109的銅箔圖形129、130上的狀態(tài)下按鑲嵌方式插入固定，在揚(yáng)聲器工作時(shí)線圈和框架維持固定的狀態(tài)。
因此，由于本發(fā)明的微型揚(yáng)聲器有線圈124被固定、不需要信號(hào)線即可使磁鐵117振動(dòng)的結(jié)構(gòu)，所以在完全沒有線圈線斷線可能性的直徑20mm左右大小的微型揚(yáng)聲器中也可以接受額定輸入為3W至5W的大輸入功率。C.自動(dòng)安裝和自動(dòng)電極連接結(jié)構(gòu)除了所述寬頻帶重放和接收大輸入的功能以外，本發(fā)明提供的微型揚(yáng)聲器具有在裝置接合時(shí)沒有焊接的條件下在360度的全方向上自動(dòng)安裝和自動(dòng)電極連接功能。
為了實(shí)現(xiàn)該功能，在本發(fā)明中，在將銅箔圖形129、130的位置設(shè)定為距線圈孔134中心距離相互不同的PCB 115上，使用形成引入電信號(hào)的卡箍彈簧結(jié)構(gòu)的可伸縮電極116、128的接線板109。
所述接線板109a在使用彈性PCB 122的情況下，如圖7a至圖7c所示，可以按模壓加工方法自己形成所述彈簧夾結(jié)構(gòu)的電極131、132。此外，如圖4至圖7所示，接線板109、109a也可以有在內(nèi)側(cè)形成插入固定線圈124的線圈孔134和在外側(cè)形成空氣出入的通氣孔133的結(jié)構(gòu)，與所述固定線圈124一起，在框架102的里側(cè)利用鑲嵌注模方法形成為一體。
此外，為了將微型揚(yáng)聲器與裝置的主PCB自動(dòng)接合，主框架102的接合器119在距該框架102底部后面中心一定距離的圓周上有向外側(cè)的突起138的結(jié)構(gòu)，接合器119由在內(nèi)側(cè)形成的支撐臺(tái)120支撐，并以圓形方式垂直排列，在其內(nèi)面的邊緣上，按120度的角度同樣一體化成型與本發(fā)明的微型揚(yáng)聲器接合時(shí)用于保護(hù)電極116、128目的的制動(dòng)器118。
使用本發(fā)明揚(yáng)聲器部件的裝置的主PCB 126在安裝如圖9所示的部件位置上預(yù)先空出與接合器119對(duì)應(yīng)的安裝孔137，在其外側(cè)預(yù)先形成第一圓形電極圖形135，而且在該圖形的外側(cè)形成第二圓形電極圖形136。
其結(jié)果是，所述安裝孔137與所述接合器119相對(duì)應(yīng)，而所述兩個(gè)圓形電極圖形135、136與揚(yáng)聲器的兩個(gè)電極116、128分別相互對(duì)應(yīng)。
由于本發(fā)明的接合器119的外形為圓形，所以在360度內(nèi)即使在任何方向上加壓，仍可以進(jìn)行自然的接合，此外，利用形成具有相互不同的圓形軌跡的可伸縮的電極116、128的結(jié)構(gòu)，在不用焊接的情況下，仍然可進(jìn)行在360度全方向上的自動(dòng)電極連接。
在上述實(shí)施例中，作為微型揚(yáng)聲器，例舉了在框架中一體形成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的自動(dòng)表面封裝，但本發(fā)明不受此限制，當(dāng)然可以有除去在背面配置的自動(dòng)封裝接合器和彈性彈簧電極端子、配置與以往類似的一對(duì)電極端子、并連接在裝置的輸出端子之間的結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明中，作為最基本的發(fā)明思想是，在框架中固定驅(qū)動(dòng)線圈的狀態(tài)下，按照外部的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過由產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的振動(dòng)膜片支撐的產(chǎn)生非交變磁場(chǎng)的永久磁鐵進(jìn)行位移，使振動(dòng)膜片位移，從而產(chǎn)生與電信號(hào)對(duì)應(yīng)的聲音的電-聲轉(zhuǎn)換方法和結(jié)構(gòu)，這種技術(shù)思想可適用于任何種類的電-聲轉(zhuǎn)換器。
但是，當(dāng)然也可以在另外的與原來(lái)不同的揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)中采用沒有上述移動(dòng)磁鐵結(jié)構(gòu)，而僅有進(jìn)行360度自動(dòng)封裝和自動(dòng)電極連接的結(jié)構(gòu)。
此外，在上述圖6a至圖7c的實(shí)施例中，形成使兩電極圖形和兩電極在相對(duì)于接線板的線圈孔中心相對(duì)置的位置上的結(jié)構(gòu)，但也可以有圖8實(shí)施例所示的在一側(cè)上配置兩電極圖形和兩電極的結(jié)構(gòu)。
在如以上說明的本發(fā)明中，可以接收大輸入、寬頻帶重放，可以360度全方向表面封裝。因此，可以減少聲音重放裝置中封裝的部件數(shù)。就是說，本發(fā)明的揚(yáng)聲器可以用一個(gè)部件實(shí)現(xiàn)微型揚(yáng)聲器和蜂鳴器的所有功能，在分別配備微型揚(yáng)聲器和蜂鳴器的各種移動(dòng)通信終端機(jī)的情況下，具有用一個(gè)部件就可以解決的優(yōu)點(diǎn)。
此外，根據(jù)本發(fā)明，僅用簡(jiǎn)單的移送和加壓工藝，裝置封裝就可以避免以往的揚(yáng)聲器固定和電極連接作業(yè)，實(shí)現(xiàn)操作的自動(dòng)化，此外，可以推動(dòng)可進(jìn)一步提高寬頻帶重放和大輸入的具有聲音重放能力的先進(jìn)的攜帶電子產(chǎn)品的開發(fā)。
以上用上述實(shí)施例具體地說明了本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于此，在本領(lǐng)域技術(shù)人員的通常知識(shí)范圍內(nèi)，可以對(duì)其進(jìn)行各種變型和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種電-聲轉(zhuǎn)換器，包括至少一個(gè)固定線圈，用于在從外部接收到電驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)；框架，其具有凹槽結(jié)構(gòu)，用于在中央部分容納和支撐所述線圈；至少一個(gè)可動(dòng)型永久磁鐵，設(shè)置在所述線圈的上部，并與所述線圈間隔有所需距離，從而可垂直運(yùn)動(dòng)，以產(chǎn)生非交變磁場(chǎng)，和振動(dòng)膜片，其外周部分由所述框架的上端支撐，所述振動(dòng)膜片在中央部分支撐所述永久磁鐵，其特征在于，根據(jù)由線圈響應(yīng)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)而產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)和由所述永久磁鐵產(chǎn)生的非交變磁場(chǎng)的相互作用，使所述振動(dòng)膜片垂直振動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的電-聲轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述至少一個(gè)固定線圈的數(shù)目是一個(gè)，所述至少一個(gè)可動(dòng)型永久磁鐵的數(shù)目是一個(gè)，而所述永久磁鐵在中央部分形成有固定線圈可進(jìn)退的貫通孔。
3.如權(quán)利要求1所述的電-聲轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述振動(dòng)膜片由非磁性材料構(gòu)成，并包括固定在所述框架上的環(huán)形邊緣，和其外周部分與所述邊緣接合、并且其下部與所述永久磁鐵接合的主體構(gòu)成，上述接合方式使得所述永久磁鐵設(shè)置在所述主體的中央；和所述永久磁鐵和主體被粘接在一起以彼此形成為一體。
4.如權(quán)利要求1所述的電-聲轉(zhuǎn)換器，還包括在所述永久磁鐵的外周部分上的使磁通聚集的磁通聚集裝置，在處于初期狀態(tài)時(shí)，所述磁通聚集裝置限定一空氣隙，在該空氣隙中設(shè)置了所述固定線圈的上端部分，所述磁通聚集在所述空氣隙中。
5.如權(quán)利要求4所述的電-聲轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述磁通聚集裝置包括在所述永久磁鐵和振動(dòng)膜片之間配置的倒U字型圓筒狀磁軛，所述磁軛在其外周部分具有環(huán)狀邊緣；和在所述永久磁鐵的下部表面上固定的圓盤狀板，所述圓盤狀板的外周部分和所述磁軛的邊緣部分限定了所述空氣隙。
6.如權(quán)利要求1所述的電-聲轉(zhuǎn)換器，還包括埋入所述框架底部的印刷電路板，其上印刷有第一和第二電極圖形，所述第一和第二電極圖形與從固定線圈延長(zhǎng)的第一和第二線圈線分別連接；施加有所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的第一和第二電極，所述第一和第二電極的一端分別安裝在所述電極圖形的相關(guān)的一個(gè)上，而另一端則從所述印刷電路板向下延伸，并具有彈性；卡箍式接合裝置，從所述電極內(nèi)側(cè)的所述框架底部向下延伸，所述快動(dòng)接合裝置與在安裝在所述轉(zhuǎn)換器所連接設(shè)備中的主印刷電路板上形成的接合孔以卡接方式接合，所述主印刷電路板產(chǎn)生所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并具有一對(duì)同心的環(huán)型電極焊盤，設(shè)置在相對(duì)于所述接合孔的不同徑向位置上，所述環(huán)型電極焊盤的所述徑向位置對(duì)應(yīng)于所述電極的所述徑向位置。其特征在于，在所述主印刷電路板的所述接合孔與所述電-聲轉(zhuǎn)換器的卡箍式接合裝置接合時(shí)，所述第一和第二電極與所述電極焊盤自動(dòng)連接。
7.如權(quán)利要求6所述的電-聲轉(zhuǎn)換器，所述卡箍式接合裝置包括帶有至少兩個(gè)垂直方向縫隙的圓筒部分；和從所述圓筒部分的前端部沿徑向向外側(cè)突出的環(huán)狀突起；從所述圓筒部分向內(nèi)側(cè)形成的支撐肋；和多個(gè)制動(dòng)器，在所述框架的外側(cè)部分向下伸出，用于在所述卡箍式接合裝置與主印刷電路板的所述接合孔接合時(shí)，防止所述電極損傷。
8.一種電-聲轉(zhuǎn)換器，包括至少一個(gè)固定線圈，用于從外部接收電驅(qū)動(dòng)信號(hào)；框架，其具有凹槽結(jié)構(gòu)，用于在中心接收和支撐所述固定線圈；至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)的永久磁鐵，設(shè)置在所述線圈的上部，并與所述固定線圈間隔所需的垂直距離，以能夠垂直移動(dòng)；和環(huán)形邊緣，其固定在所述框架的上端部，其內(nèi)周部分支撐所述永久磁鐵，其特征在于，根據(jù)由線圈響應(yīng)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)而產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)和由所述永久磁鐵產(chǎn)生的非交變磁場(chǎng)的相互作用，使永久磁鐵和振動(dòng)膜片垂直振動(dòng)，產(chǎn)生與驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的聲音。
9.一種電-聲轉(zhuǎn)換方法，包括以下步驟從外部對(duì)固定設(shè)置于框架上的固定線圈施加電驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而產(chǎn)生根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)變化的交變磁場(chǎng)，和使可產(chǎn)生所需大小的非交變磁場(chǎng)并支撐振動(dòng)膜片的可動(dòng)型永久磁鐵垂直振動(dòng)，使其可由所述振動(dòng)膜片垂直運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生聲音。
全文摘要
公開了一種電－聲轉(zhuǎn)換器,由在接受來(lái)自外部的電驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的至少一個(gè)固定線圈、在中央部分支撐所述線圈并有凹槽結(jié)構(gòu)的框架、在所述線圈的上部設(shè)置并與該線圈留有一定距離的可產(chǎn)生非交變磁場(chǎng)的至少一個(gè)可動(dòng)型永久磁鐵、和外周部分被所述框架的上端支撐而在中央部分支撐所述永久磁鐵的振動(dòng)膜片構(gòu)成,根據(jù)由線圈響應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)而產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)和由所述永久磁鐵產(chǎn)生的非交變磁場(chǎng)的相互作用,使振動(dòng)膜片垂直振動(dòng),產(chǎn)生與驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的聲音。
文檔編號(hào)H04R11/02GK1277792SQ99801629
公開日2000年12月20日 申請(qǐng)日期1999年11月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月19日
發(fā)明者劉東沃, 劉玉貞 申請(qǐng)人:微技術(shù)公司