专利名称：阻尼式扬声器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种动圈型机电传感器，特别是涉及一种直接辐射式电动扬声器。
现有的直接辐射式电动扬声器是由载有音频电流的音圈在磁路气隙内振动，从而带动振膜振动，由振膜直接向空间辐射声波。其不足之处在于音圈所受到的阻尼力不能由扬声器本身加以调节，适应不同安装方式的能力较差。用这种扬声器制作成音箱后，也较难根据不同使用者的要求和不同的声学环境对频率响应、总品质因数等特性作进一步调整。
本发明的目的，就是要提供一种阻尼力可调的直接辐射式电动扬声器。
发明是这样实现的在音圈架上除了绕制策动绕组外，还绕制一个阻尼绕组，并且把音圈架、策动绕组、阻尼绕组粘结在一起，制作成音圈。阻尼绕组与无源二端网络相接。在磁路气隙中，载有音频电流的策动绕组推动音圈振动时，阻尼绕组内产生电动势，此电动势克服阻尼绕组的阻抗和无源二端网络的输入阻抗函数，产生电流。载有此电流的阻尼绕组在气隙磁通中产生阻尼力。调整无源二端网络的输入阻抗函数，就可以调整阻尼力随频率变化的曲线。
因为阻尼力可调，所以具有较强的适应各种安装方式和声学环境的能力，能够使音频信号源——阻尼式扬声器系统的频率响应进一步接近期望曲线，总品质因数进一步接近期望值。因为采用电磁阻尼，所以具有调整方便的优点。
下面将以锥形扬声器为例，结合附图，对发明作进一步详细描述。
图1是音频信号源——阻尼式扬声器系统的电路图。
图2是具有阻尼绕组扬声器的一种具体结构剖视图。
图3是图2具有阻尼绕组扬声器的剖视图的局部放大图。
图4是音频信号源——阻尼式扬声器系统的原理图。
图5是图4原理图的等效原理图。
图6是图5等效原理图的进一步简化原理图。
图7是无源二端网络5设计成预调电位器的电路图。
图8是采用双线并绕法制成的音圈剖视图。
图9是无源二端网络5设计成预调电位器、可调电感器、电容器串联电路原理图。
图10是无源二端网络5设计成预调电位器、可调电感器串联电路的电路原理图。
图11是无源二端网络5设计成预调电位器、电容器串联电路的电路图。
参照图1，在音圈架8上绕制策动绕组2和阻尼绕组1，制成音圈。音圈架8的一端与振膜4相粘接，振膜4的折边粘贴在盆架9上。音圈置于由导磁板7和导磁柱3构成的气隙中。音频信号源6与策动绕组2相接，组成策动回路。阻尼绕组1与无源二端网络5相接，组成阻尼回路。
参照图2和图3，阻尼绕组1的引线通过编织铜线11接到固定于盆架9的焊片10上。策动绕组2的引线通过编织铜线14接到固定于盆架9的焊片15上。定心支片12支持着音圈。磁体13提供磁场。
参照图1和图4。图4左边的回路为策动回路，右边的回路为阻尼回路，它们都是电学回路。中间的回路为振动系统力学回路。设气隙中磁感应强度为B，策动绕组2在气隙中的电磁线长度为L2，阻尼绕组1在气隙中的电磁线长度为L1。
电动势27(E27)①、电感17(L17)、电阻16(R16)、相串联与音频信号源6等效。电——力变量器20的系数为BL2，策①括号内的符号是所标注量的代号，以下同。动绕组2具有电感18(L18)和电阻19(R19)。策动电流28(I28)由电——力变量器20变换为策动力30(F30)。
阻尼绕组1具有电感25(L25)和电阻26(R26)，它在气隙中振动时产生电动势34(E34)。电——力变量器24的系数为BL1，阻尼电流33(I33)由电——力变量器24变换为阻尼力32(F32)。
阻尼式扬声器的总等效力顺21(Cm21)、总等效质量22(M22)、总等效力阻23(Rm23)相串联，在策动力30、阻尼力32的共同作用下，产生振动速度31(V31)。
分析中，无源二端网络5被看作线性、非时变系统，它在正弦稳态时的输入阻抗函数Z5＝R5＋jX5。
参照图1、图4、图5和图6。设Za＝R5＋jx5＋R26＋jωL25(1)则I33=BL1V31Za---(2)]]>F32=(BL1)2V31Za---(3)]]>F32是一个力，把它看作是一个力阻抗35(Zm35)，则Zm35=(BL1)2Za---(4)]]>于是，图4便与图5等效。设Zb＝R16＋jωL17(5)ZC＝R19＋jωL18(6)Zm=Rm23+jωM22+1jωCm21---(7)]]>则I28=E27-BL2V31Zb+Zc---(8)]]>V31=BL2I26Zm+Zm35---(9)]]>联立式(8)和式(9)，解得E27I28=Zb+Zc+(BL2)2Zm+Zm35---(10)]]>把式(4)代入式(10)，得E27I2e=Zb+Zc+1Zm(BL2)2+(BL1)2(BL2)2Za---(11)]]>用Zy代表阻尼式扬声器的输入阻抗，则Zy=Zc+1Zm(BL2)2+L12L22Za---(12)]]>
联立式(4)、式(8)、式(9)解得V31=E27BL2Zb+Zc(BL2)2Zb+Zc+Zm+(BL1)2Za---(13)]]>因为F30＝BL2I28=BL2E27Zb+Zc-(BL2)2V31Zb+Zc---(14)]]>按式(14)将图5左边电学回路折合到右边力学回路，得到图6。图6中策动力36(F36)为F36=BL2E27Zb+Zc---(15)]]>动生阻抗37(Zm37)为Zm37=(BL2)2Zb+Zc---(16)]]>参照图4和图7，如果把无源二端网络5设计成预调电位器38(R38)并忽略阻尼绕组1的电感25，则Za＝R38＋R26。同时忽略Zb和Zc中的感抗分量jωL17和jωL18，根据图6，可得出音频信号源——阻尼式扬声器系统的总品质因数Q0Q0=M22/Cm21(BL2)2R16+R19+Rm23+(BL1)2R38+R26---(17)]]>选定某一安装方式(无障板活塞、障板、开式声箱、闭式声箱)和声学环境，把阻尼式扬声器单元共振频率附近的总等效力顺21(Cm21)、总等效质量22(M22)、总等效力阻23(Rm23)代入上式，并设定总品质因数Q0最大和最小值，可计算出阻尼绕组1在气隙中的电磁线长度L1和预调电位器38(R38)的最大值R38max、最小值R38min、中间值R38m。
按GB3240-82《声学测量中的常用频率》，设阻尼式扬声器额定频率范围内有n个频率值，其间隔为1/3倍频程，其中某一频率为fi。参照图6，在fi处，设Ki=|Zm35|i|Zm35+Zm+Zm37|i---(28)]]>式中|Zm35|i——在fi处力阻抗35的模，此处为(BL1)2/(R38m＋R26)；|Zm35＋Zm＋Zm37|i——在fi处力阻抗35、振动系统总阻抗、动生阻抗37相串联的总阻抗的模，此处为|(BL1)2R38m+R26+Zm+(BL2)2R16+R19|i]]>
设Ka=1nΣi=1nKi---(19)]]>Ka表示了阻尼绕组1与策动绕组2所转换的视在功率之比，即Ka=BL1V31I33BL2V31I28=L1I33L2I28---(28)]]>由式(20)可确定阻尼绕组1的额定电流I33。用电流密度去除额定电流I33，得到阻尼绕组1电磁线的截面积。
以上是计算设计法，还可以使用试探法以策动绕组2所用的电磁线截面积为基准，选其某一倍数(如1/2倍)截面积的电磁线，在线圈架8上绕1至2层，作为阻尼绕组1。以阻尼式扬声器额定最大噪声功率为基准，选其某一倍数(如1倍)作为预调电位器38的功率。以阻尼绕组1的直流电阻26为基准，选择其某一倍数(如1/2倍)的阻值作为预调电位器38的最小值，选择其某一倍数(如20倍)的阻值作为预调电位器38的最大值。
把阻尼式扬声器置于所选定的安装方式和声学环境中，用所选定的音频信号源去驱动它，测出它在最大阻尼和最小阻尼情况下的阻抗曲线，得到音频信号源——阻尼式扬声器系统的总品质因数Q0的最小值和最大值。用以检验阻尼绕组1在气隙中的电磁线长度和预调电位器38的阻值。在最大阻尼、中等阻尼和最小阻尼(也可以多选几个阻尼点)情况下，对阻尼式扬声器做最大噪声功率试验，测出阻尼绕组1的最大温升，用以检验其电磁线截面积。测出预调电位器38的最大温升，用以检验其额定功率。
结合其他参数(如频率响应、效率、幅度非线性、瞬态失真等)的测量，经过多次修改与测试，从而得到所期望的具有阻尼绕组的扬声器。
阻尼绕组1可以绕在策动绕组2的外层(如图3所示)，也可以绕在策动绕组2的内层。
参照图8，除了分层绕制的方法以外，还有双线并绕的方法，在部分层(如图8)或全部层中，把策动绕组2和阻尼绕组1的电磁线并在一起绕制。
阻尼绕组1和策动绕组2可以用4根编织铜线引出(如前面所述)，也可以用3根编织铜线引出。
无源二端网络5或其中某一支路的设计方法如下1、在整个额定频率范围内，使阻尼绕组1产生阻尼作用。
参照图7，按前面所述的方法，设计成预调电位器38。
2、以某一频率ωa为中心的频段ωa2——ωa1内，使阻尼绕组1产生阻尼作用。
参照图9，设计成由预调电位器39(R39)、可调电感器40(L40)②可调电感器40的电阻41(R41)、电容器42(C42)组成的串联谐振电路，并使ωa=1(L25+L40)C42---(21)]]>②可采用带磁芯连续可调电感器或空气芯步进移动触点可调电感器，附图中的图形符号为带磁芯连续可调电感器，以下同。ωa2-ωa1=R26+R39+R41L25+L40---(22)]]>R39＋R41＝R38m(23)3、以某个频率ωb为截止频率，使阻尼绕组1在低频端产生阻尼作用。
参照图10，设计成由预调电位器43(R43)、可调电感器44(L44)、可调电感器44的电阻45(R45)组成的串联电路，并使ωb=R26+R43+R45L25+L44---(24)]]>R43＋R45＝R38m(25)4、以某个频率ωc为截止频率，使阻尼绕组1在高频端产生阻尼作用。
参照图11，设计成由预调电位器46(R46)、电容器47(C47)组成的串联电路，并使ωc=1(R26+R46)C47---(26)]]>R46＝R38m(27)
由以上方法设计出的电路，可以作为无源二端网络5，也可以作为无源二端网络5的一条支路，由多条支路相并联组成无源二端网络5。还可以根据阻尼式扬声器的频率响应、阻抗曲线、Q0值以及相频特性在多条支路并接的母线中串接某一无源元件或无源电路。
例如，当需要在几个频段内，使阻尼绕组1产生阻尼作用时，可以按第2种方法设计相应的串联谐振电路，使每一条电路作用于相应频段，然后将这些电路并联起来，成为无源二端网络5。
例如，当需要在ωb为截止频率的低频端和ωc为截止频率的高频端，使阻尼绕组1产生阻尼作用时，可以用第3种和第4种方法设计出2条电路，然后把它们并联超来，组成无源二端网络5。
例如，当需要在额定频率范围内的某一频段使阻尼绕组1产生阻尼作用，同时又要在ωb为截止频率的低频端使阻尼绕组1产生作用，可以用第2种和第3种方法设计出2条电路，然后把它们并联起来组成无源二端网络5。由以上方法可以计算出预调电位器阻值、可调电感器电感量的中心值，设定偏差后，就可确定它们的调节范围。
为降低可调电感器的电阻，应选用较大截面的电磁线绕制，至少与阻尼绕组1所用的电磁线截面积相同。
预调电位器的额定功率为PR＝KaKbKcPen(28)式中Ka——阻尼绕组1与策动绕组2所转换的视在功率之比；Kb——增额系数，可取1.5-3；Kc——功率比；
Pen——阻尼式扬声器额定最大噪声功率。
功率比Kc的计算方法如下在GB6278——86《模拟节目信号》中，给出了模拟节目信号在声学测量中的常用频率处的相对功率级，首先，把这些相对功率级转换为相对功率，设频率fj处的相对功率为Cj，则Kc=Σj=emCjΣi=dnCj---(29)]]>式中e——声学测量中的常用频率在预调电位器所在回路的通频带的下限处的点。
m——声学测量中的常用频率在预调电位器所在回路的通频带的上限处的点。
d——声学测量中的常用频率在阻尼式扬声器额定频率范围内下限处的点。
n——声学测量中的常用频率在阻尼式扬声器额定频率范围上限处的点。
无源二端网络5中的电容器应选用工作于交流电压下的电容器。在图9所示的原理电路中，电容器42的额定电压应选择为Uc42=KaKeQ1-PenZ6---(30)L1]]>式中Ka——噪声信号的峰值因数；Ke——增额系数，可取2——2.5；Q1——电容器42所在回路的品质因数；Pen——阻尼式扬声器额定最大噪声功率；Ze——阻尼式扬声器额定阻抗。在图11所示的电路中，电容器47的额定电压应选择为Uc47=KdKeL1L2PenZe---(31)]]>由计算或试探设定的数据，需在音频信号源——阻尼式扬声器系统的调整、测试中加以修正。
当音频信号源——阻尼式扬声器系统调整到所期望的状态后，可将预调电位器和/或可调电感器换成固定电阻器与固定电感器。
权利要求
1.一种扬声器，包括音圈架(8)和策动绕组(2)，其特征是在音圈架(8)上，除了绕制策动绕组(2)外，还绕制一个阻尼绕组(1)，并且把阻尼绕组(1)与无源二端网络(5)相接。
2.根据权利要求1所述的扬声器，其特征是音圈架(8)、策动绕组(2)、阻尼绕组(1)粘结在一起。
3.根据权利要求1或2所述的扬声器，其特征是阻尼绕组(1)可以绕在策动绕组(2)的外层；也可以绕在策动绕组(2)的内层；还可以在部分层或全部层中，把策动绕组(2)和阻尼绕组(1)的电磁线并在一起绕制。
全文摘要
一种阻尼力可调的动圈式扬声器，其特点是在音圈架上除了绕制策动绕组外，还绕制一个阻尼绕组，并且把阻尼绕组与无源二端网络相接。调整无源二端网络的输入阻抗函数，就可以调整阻尼力随频率变化的曲线。从而提高了扬声器对不同安装方式(特别是电视机、收录机一类开式声箱)和不同声学环境(特别是家庭房间)的适应能力，使放声系统的频率响应，总品质因数等指标进一步接近期望曲线或期望值。
文档编号H04R9/06GK1161629SQ96122989
公开日1997年10月8日 申请日期1996年11月14日 优先权日1996年11月14日
发明者盛年官 申请人:盛年官