具体实施方式

上面描述的本发明的特征和优点将结合附图从以下描述中变得明显。根据描述，具有适当技术专长的人将能够在相关行业中执行本发明中所说明的技术思想。由于本发明可以具有各种不同的应用，并且可以采取不同的形式和形状，所以通过各图仅图示了具体示例，并且详细描述见正文。然而，这绝不是将本发明限制于所公开的特定形式；其派生物、等同物和替代物必须被理解为包含本发明范围内包括的所有内容。本文中使用的术语仅用于描述特定示例，并且不意图限制本发明。

图2描绘了利用单个振膜和一对条形磁体的扬声器设计。扬声器200包括条形磁体110和110'、上部磁轭120和120'、下部磁轭130和130'、振膜140以及语音线圈板150。扬声器200进一步包括扬声器盆架160。条形磁体110和110'包括一对条形磁体，该对条形磁体在其之间具有预定距离而定位，使得不同的极性彼此面对。在一端，语音线圈板150通过振膜140固定到扬声器盆架160，并且在另一端，语音线圈板150通过阻尼器170或通过第二振膜（未示出）固定到扬声器盆架150。

上部磁轭120和120'在相同平面内附接到条形磁体110和110'的上部部分，并且下部磁轭130和130'在相同平面内附接到条形磁体110和110'的下部部分。上部磁轭120和120'以及下部磁轭130和130'包含并且引导语音线圈驻留于其中的磁体之间的区域中的磁场。上部磁轭120和120'以及下部磁轭130和130'可选地可以延伸超过条形磁体110和110'而进入磁隙中，以增加磁隙中所感应的磁通量密度。此外，磁轭120和120'可选地可以包括相同的磁轭，并且磁轭130和130'可选地可以包括相同的磁轭。

振膜140被定位成要么在上部轭120和120'的上方、要么在下部轭130和130'的下方。在这种情况下，振膜140必须被配置成依据振膜140的大小来产生对应的频率范围声音。在该实施例中，振膜140基本上是平坦的。然而，取而代之，振膜140可以是凸的或凹的，或者是相对于针对任何应用相关声学设计而设计的盆架的顶部表面的任何形状。

从图2的上下文中取得的图3a、图3b、图3c和图3d展示了扬声器的操作方法。语音线圈板150必须以基本上刚性的平面形式定位在条形磁体110与110'之间的间隙中。线圈151/152可以被放置在语音线圈板150的一侧上或两侧上。振膜140将通过由一对条形磁体110和110'所感应的磁场和在线圈151/152中流动的电流而以特定频率范围振动。

在操作期间，线圈151/152通过导体211和211'接收来自信号源210的电音频信号。一般在从北极（N）到南极（S）的方向上由条形磁体110和110'来感应磁场。在第一半个信号周期（被定义为“正半周期”）期间，根据流经该页面的平面的电流的“点和叉”标准惯例，电流流经图3a的线圈151“离开该页面”，并且电流流经图3a的线圈152“进入该页面”。图3b中从不同的视点示出了该电流流动方向。当在图2的上下文中安装了语音线圈板150和耦合的语音线圈200时，由线圈151和线圈152两者生成洛伦兹力，线圈151与顶部磁轭120与120'之间的磁场相互作用，线圈152与底部磁轭130与130'之间的磁场相互作用，其中力在相同方向上对准并且向上推动语音线圈板150，这根据来自信号源的电信号的量值向上推动了振膜140。在第二半个信号周期（被定义为“负半周期”）期间，根据流经该页面的平面的电流的标准“点和叉”惯例，电流流经图3c的线圈151“进入该页面”，并且电流流经图3c的线圈152“离开该页面”。由于语音线圈的151和152两者中的电流方向被逆转，那么来自分别与120、120'和130、130'之间的磁场的相互作用的洛伦兹力将在相同方向上对准，以向下推动语音线圈板150，这根据来自信号源的电信号的量值向下拉动振膜140。

在扬声器的所有实施例中——既有本专利中已经提到的又有将要提到的那些，每个语音线圈可以由任何导电材料组成，包括但不限于铜线、印刷电路板、柔性印刷电路板或其他导电金属或合金的任何变体。

振膜140可以用图2中所示的连接器153连接到盆架160，连接器153可以由诸如橡胶之类的柔性材料制成，并且将振膜140和盆架160进行连接。因此，来自信号源的电音频信号被转变成动能以移动振膜140，从而再现声音。

图4描绘了扬声器300，扬声器300是能够使用条形磁体、多个振膜、以及共享平面语音线圈来产生多频率范围声音的扬声器。图4示出了俯视图、横截面俯视图、沿着垂直于磁隙的平面的横截面视图（示出在图4的底部处）、以及如虚线所指示的被移除的语音线圈板组装件关于彼此的视图（示出在图4的右侧上）。图4中的共享语音线圈板上的两个振膜的正确放置将导致可以再现多频率范围声音的扬声器的呈现。

扬声器300包括与图2中的扬声器200共同的某些组件，即条形磁体110和110'、上部磁轭120和120'、以及下部磁轭130和130'。如图3b和图3d中那样，信号源210生成电音频信号，该电音频信号通过导体211和211'被提供给线圈151/152。

扬声器300进一步包括振膜340、振膜340'、语音线圈板350和扬声器盆架360。也就是说，基本上在相同平面内的两个或更多个振膜340和340'被附接到语音线圈板350的顶侧。可选地，这可以分别使用连接器353和354来完成。所得的组装件是多振膜扬声器，从而同时再现不同的频率范围，由于该扬声器结构能够再现多范围声音，因此这允许再现更丰富且更多样的音频。

条形磁体110和110'被定位成彼此远离预定距离，其中不同的极性彼此面对。上部磁轭120和120'附接到条形磁体110和110'的上部部分，并且下部磁轭130和130'附接到条形磁体110和110'的下部部分。上部磁轭120和120'以及下部磁轭130和130'用于控制条形磁体110和110'所感应的磁通量。出于此目的，上部磁轭120和120'以及下部磁轭130和130'具有比条形磁体110和110'更大的宽度，从而将磁通量集中在线圈151/152上。可选地，磁轭120和120'在本发明的其他实施例中可以是基本上同一件，并且可选地，磁轭130和130'在本发明的其他实施例中可以是基本上同一件。

第一振膜340附接到语音线圈板350并且被定位在盆架360的上部部分上。第二振膜340'被定位成与第一振膜340基本上共面，并且附接到语音线圈板350。第一振膜340和第二振膜340'两者被定位在语音线圈板350的上部部分上，并且响应于在语音线圈151/152内接收到的电流而从语音线圈150接收振动能量。

在该示例中，第一振膜340和第二振膜340'的大小不同，并且因此第一振膜340和第二振膜340'各自再现了与另一个所再现的频率范围不同的频率范围。每个振膜的大小可以增加或减少，以产生要么较低要么较高频率的声音，这由以下等式粗略地确定：

其中f ₀ = 截止频率

其中c = 空气中的声音速度

其中d = 振膜尺寸。

例如，通过使得第一振膜340的大小小于第二振膜340'的大小，可以使得第一频率范围（其是第一振膜340的理想频率范围）高于第二频率范围（其是第二振膜340'的理想频率范围）。也就是说，随着振膜的大小变得更小，将使得通过该振膜高效且准确地传输的频率范围更高。

在替代方案中，通过使得第一振膜340的大小大于第二振膜340'的大小，可以使得第一振膜340的频率范围低于第二振膜340'的频率范围。也就是说，随着振膜的大小变得更大，通过该振膜高效且准确地传输的理想频率范围将变得更低。

语音线圈板350在垂直于包含磁体110和110'的平面的平面中被定位在条形磁体110与110'之间的空间内，并且包括元件151和152的一个或多个线圈耦合到语音线圈板350的一侧或两侧。响应于由流经包括语音线圈的元件151和152的电流与一对条形磁体110和110'所感应的磁场的相互作用而生成的洛伦兹力，第一振膜340将在第一频率范围内有效地振动，并且第二振膜340'将在第二频率范围内有效地振动。

语音线圈板350可以连接到第一和第二振膜340和340'。语音线圈板350可选地可以从包含第一和第二振膜340和340'的平面延伸，以包括分别将第一振膜340和第二振膜340'连接到语音线圈板350的连接器353（第一接合部）和连接器354（第二接合部）。连接器353和354允许由洛伦兹力生成的振动能量有效地传递到第一和第二振膜340和340'，该洛伦兹力是从与永久磁场相互作用的线圈151/152中的电流得到的。在图4的标准俯视图中，尽管第一接合部和第二接合部位于振膜340和340'下方，但通过振膜340和340'来示出这些连接器，以便阐明它们在每个振膜下方的相应连接点，如虚线所指示。

可选地，第一和第二振膜340和340'可以形成密封扬声器盆架的外部的一部分，并且可以直接连接到扬声器盆架360，或者可以通过连接器（诸如，连接器363和364）间接连接。

除了这里语音线圈板350作用在两个振膜340和340'上之外，洛伦兹力以与先前针对图2所描述的相同方式来生成。

图5描绘了相对于基于振膜大小的低频和高频信号的局部振动的原因。例如，假设声音速度为340m/s，如果第一振膜340在其最大程度上为10cm宽，则第一频率范围实际上将为3400Hz或更高。如果第二振膜340'在其最大程度上为30cm，则第二频率范围将大约为1100Hz或更高。作为结果，第一振膜340可以成功地输出具有高于3400Hz的频率的信号，但是低于3400Hz的信号将引起第一振膜340的局部振动，这是由于音频信号的波长大于振膜本身。类似地，第二振膜340'可以成功地输出具有高于大约1100Hz的频率的信号，但是低于大约1100Hz的信号将引起第二振膜340'的局部振动，这是由于所产生的音频信号的波长大于振膜本身。振膜的局部振动导致了失真的声音、以及对来自信号源210的声音的不准确再现。

第一和第二振膜340和340'的大小可以通过它们沿着x轴的长度和沿着z轴的宽度来描述。而且，振膜340和340'的形状可以是圆形、椭圆形、矩形或这些的任何组合，并且它们可以沿着y轴是平坦的、凸的或凹的。在所示的示例中，第一和第二振膜340和340'是平坦的，并且具有沿着y轴的最小高度，这是与扬声器100中的振膜12的显著差异，这允许扬声器300比扬声器100更薄。这些变型是可选的，并且使得这些变型通过本发明实现起来更加实际。

随着振膜340和340'的大小沿着x轴和/或z轴增加，振膜340与340'之间的距离可以根据需要而增加或减少。振膜140与140'之间的距离可以基于第一与第二频率范围之间的干扰或失真效应来确定。

图6a、6b和6c包含使用条形磁体的多频率范围扬声器的另一个实际示例的详细示意性图示。图6a、6b和6c中描绘的扬声器400包含：该扬声器的顶部处的多个振膜、以及该扬声器的底部处的多个振膜，这些振膜一起可以播放至少4个不同的频率范围。图6a是扬声器400的三维局部视图，并且图6b和6c分别是包括不同振膜的扬声器400的沿着A-A'和B-B'的横截面。

扬声器400包括一对条形磁体210和210'、顶部磁轭220和220'、底部磁轭230和230'、振膜240、240'、240''和240'''、语音线圈板250以及扬声器盆架260。可选地，扬声器400进一步包括连接器253和254，连接器253和254是语音线圈板250的延伸并且分别与振膜240和240'接触，并且作为语音线圈板250的延伸的类似连接器（未示出）与振膜240''和240'''接触。条形磁体210和210'、顶部磁轭220和220'、底部磁轭230和230'、以及扬声器盆架260等同于图2和3的扬声器200和300中的条形磁体110和110'、顶部磁轭120和120'、底部磁轭130和130'、以及扬声器盆架160和360，并且根据与先前在图2和3中描述的相同的原理来操作。

如图6a、6b和6c中所描绘，振膜240、240'、240''和240'''分别具有宽度W1、W2、W3和W4，在该特定示例中，这些宽度在该情况下彼此不同，使得W4>W3>W2>W1。振膜240、240'、240''和240'''的宽度可以被修改，以适合不同的频率范围。这里，扬声器400包括四个振膜，但是要理解的是，可以使用更小或更大数量的振膜。

例如，通过增加振膜240、240'、240''和240'''的大小，减小第一至第四频率范围是可能的，这允许扬声器与图3中的扬声器300相比播放更宽的频率范围。在另一方面，通过减小振膜240、240'、240''和240'''的大小，增加频率范围是可能的。在图6a、6b和6c中所描绘的示例中，随着第一至第四振膜（240、240'、240''、240'''）的大小按次序增加，第一至第四频率范围分别减小。在这种情况下，振膜240、240'、240''和240'''被共享语音线圈板250所振动。

这里，如果传入信号频率高于第一频率范围，则可以控制将由第一振膜240输出的信号，如果传入信号频率在第一与第二频率范围之间，则可以控制将由第二振膜240'输出的信号，如果传入信号频率在第二与第三频率范围之间，则可以控制将由第三振膜240''输出的信号，或者如果传入信号频率低于第三频率范围，则可以控制将由第四振膜240'''输出的信号。

与之相对，如果第一至第四振膜240、240'、240''和240'''的大小按次序减小（与图6a、6b和6c中所示的方式相反），则第一至第四频率范围分别增加。这里，如果传入信号频率低于第二振膜的频率范围，则可以控制将由第一振膜240输出的信号，如果传入信号频率在第二与第三振膜的频率范围之间，则可以控制将由第二振膜240'输出的信号，如果传入信号频率在第三与第四振膜的频率范围之间，则可以控制将由第三振膜240''输出的信号，或者如果传入信号频率高于第三频率范围，则可以控制将由第四振膜240'''输出的信号。

除了这里语音线圈板250作用在振膜240、240'、240''和240'''上之外，洛伦兹力以与先前针对图2所描述的相同方式来生成。

根据之前讨论的示例，与诸如扬声器100之类的传统扬声器不同，实现矩形形状的平坦扬声器而不是圆形扬声器是可能的，以便简化保持着语音线圈板和多个振膜的部件，从而通过变化振膜的大小来同时播放多频率范围声音，并且总体上播放宽范围的声音。

根据本发明，通过改变在语音线圈板中流动的电流的方向，可以控制扬声器的输出方向，并且通过具有不同大小的振膜，可以有效地播放多频率范围声音。

根据本发明，通过放置不同地定大小的振膜并且调整振膜之间的距离，可以实现在具有超薄形式的同时对声压级别的增强以及播放多范围声音的能力。

本发明允许扬声器是超轻且超薄的，这完美地符合针对在薄且轻的物体中使用的扬声器的需求。

本发明中提出的扬声器可以通过具有带有不同大小的多个振膜来有效地产生多范围声音。确定适当的信号频率范围并选择适当的振膜来输出的控制信号可以由控制器或处理器来创建。负责创建控制信号的这种控制器或处理器可以通过硬件和软件的组合来实现。

在软件实现方式中，不仅本文档中描述的过程和功能，而且本发明中的每个组件和操作都可以使用适当的编程语言来实现。每个软件模块负责本文档中描述的一个或多个过程或功能。所实现的软件代码可以存储在电子存储器中，并且可以由控制器或处理器执行。

使用本发明，通过使用AC电信号来刺激（一个或多个）语音线圈，并且通过实现耦合到（一个或多个）语音线圈并相应地移动的不同地定大小的振膜，可以高效地再现具有宽频率范围的声音。这种类型的扬声器可以被小型化并优化，从而即使在需要超薄形状因子的产品中也产生理想的声音输出。而且，可以确定振膜之间的距离，以解决针对每个振膜的所选频率范围之间的任何干扰或失真效应。

存在若干个机会来跨许多行业使用该技术。例如，汽车、或甚至其他类型的交通工具（诸如，船只、火车和飞机）可以受益于如下能力：即，将多个频率范围紧密地并置（co-locate），以便有效地覆盖整个听觉频谱，全部同时维持超薄形状因子。此外，家庭IoT产品可以享受由多个振膜所产生的宽带声音的更有效的共面集成。最后，“hi-fi”家庭音频系统可以受益于如下新配置，该新配置在空间考虑的情况下提供了针对更美观的设计和灵活性的选项。

实施例所提供的另一个优点是自然高效的宽带频率覆盖。与在常规扬声器中一样，扬声器的频率范围能力在很大程度上取决于振膜的表面积、形状和材料。然而，在常规设计中，每个扬声器的表面必须被分离地设计，以应对不同的频率范围。该多振膜结构允许具有不同长度和宽度的振膜表面被包括在相同的扬声器马达结构内。通过它们经由胶水或另一方法直接附接到语音线圈的性质，可以将它们设计成共面的或以其他方式类似地供以动力的同相（in-phase）表面。然而，这些表面被不同地设计，并且全部是由一个磁体和语音线圈马达结构的运动来供以动力的。

实施例所提供的又一个优点是表面设计的协作式变型。常规的声音系统通常利用不同的表面材料来实现不同的扬声器驱动器，以实现不同的属性。这些扬声器以如下这种方式作为分离的组件来安装，使得它们可以协作以实现比单独的部件更高的总体声音质量。然而，该限制在于：为了使用这些不同的材料，必须使用多个扬声器驱动器。存在几个设计变型，例如防尘盖设计和多轴扬声器，但是它们仍然在其结构内包括用于不同扬声器的多个机电马达。利用本发明，为了改进原始的扬声器结构，除了这些多个振膜的配置以及到语音线圈板的附接之外，可以用不同的材料和不同的曲率来实现这些多个振膜。一个表面例如可能被设计为软球顶高音喇叭，而另一个表面是针对超低音喇叭由硬材料来设计的。附加地，各种表面的材料和布置可以被解释为只影响移动部件的质心、或者影响整个系统。

实施例所提供的最后的优点是对声音方向性的控制。扬声器的最终使用通常需要特定类型的方向性，诸如宽弥散、窄弥散、或者其之间的某种。无论目标是要在一个特定方向上集中声音还是拓宽其弥散，表面取向和曲率都可以提供对声音方向性的更好控制。

前述内容仅说明了本公开的原理。鉴于本文中的教导，对描述的实施例的各种修改和变更对于本领域技术人员来说将是明显的。因此，将领会的是，本领域技术人员将能够设计出许多系统、布置和过程，这些系统、布置和过程尽管在本文中没有被明确示出或描述，但是体现了本公开的原理，并且因此可以在本公开的精神和范围内。如本领域普通技术人员应当理解的那样，各种不同的示例性实施例可以彼此一起使用、以及与其互换地使用。此外，本公开（包括其说明书、附图和权利要求）中使用的某些术语在某些实例中可以同义地使用，包括但不限于例如数据和信息。应当理解的是，虽然这些词语和/或可能彼此同义的其他词语在本文中可以同义地使用，但是也可能存在当可能不意图同义地使用这种词语时的实例。此外，就现有技术知识在上面尚未通过引用被明确地并入本文中而言，将它以其全部内容明确地并入本文中。将所引用的所有出版物通过引用以其全部内容并入本文中。