平面振膜复合伺服式扬声器系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种平面振膜复合伺服式扬声器系统及其控制方法，该系统中扬声器的驱动线圈对应配套一组精密的振膜位置反馈传感器组，每组振膜位置反馈传感器组至少包括一中高频传感模块和一低频传感模块,分别对对应的驱动线圈所控制的振膜部分的振动中的中高频和低频的振幅进行测量，并将相应测量信号传输给控制单元，控制单元通过数字算法实现高速的精密伺服控制，从理论上最大限度把上述的非线性失真控制在最小的范围内，同时还可使用全新设计的一体成型平面振膜代替现有的锥形振膜，可以达到完美的波形还原。这个是一个电子机械深度结合的换能系统，实现振膜运动幅度和输入信号基本达到一致的换能系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及扬声器领域，尤其是涉及一种振膜为平面型且带位置反馈的复合伺服式高保真扬声器系统结构及控制方法。
技术介绍
音频录放，诞生了超过100年的历史，但是却一直没有得到根本的改善。音频录放的本质是希望通过回放系统，在某个点上还原录制的信号的一个过程。从理论上来说，音频录放系统的本质是还原声音。录放系统的两端的换能器就极其重要，其中的麦克风是物理信号到电信号的换能器，负责把物理振动转化为电信号，而扬声器是电信号到物理信号的换能器，负责把电信号转换成物理振动。麦克风的历史可以追溯到19世纪末，贝尔(Alexander Graham Bell)等科学家致力于寻找更好的拾取声音的办法，以用于改进当时的最新专利技术——电话。期间他们专利技术了液体麦克风和碳粒麦克风，这些麦克风效果并不理想，只是勉强能够使用。直到1876年，埃米尔贝林纳专利技术了碳精电极麦克风，这个外形好似小鼓的装置比液体麦克风和碳粒麦克风的设计更为实用，并且打动了贝尔，使其最后用5万美元(相当于现在的110万美元)从贝林纳手里买下了这项专利，将碳精电极麦克风用在他的电话原型上，以提高拾音效果。早在1877年，德国西门子公司的ErenstVerner就根据佛莱明左手定律，获得动圈式喇叭的专利。1898年，英国OliverLodge爵士进一步依照电话传声筒的原理专利技术了锥盆喇叭，与我们所熟悉的现代喇叭十分类似，Lodge爵
士称为「咆哮的电话」。不过这个专利技术却无法运用，因为直到1906年LeeDeForest才专利技术了三极真空管，而制成可用的扩大机又是好几年以后的事，所以锥盆喇叭要到1930年代才逐渐普及起来。接收音频信号的麦克风是采用平面接收，而回放音频信号的喇叭(振膜)却是锥盆喇叭。整个物理模型就是错误的。这时因为几十年前的振膜材料都是以纸为主，而无法满足扬声器所需振膜刚性的苛刻要求。因此只能通过改变振膜形状提高刚性。锥形纸盘就是这个道理，类似海尔折叠振膜高音单元也是通过改变振膜形状，达到提高刚性的目的，而钻石高音单元是更换更高刚性材料达到目的，这些设计都是出于刚性考虑的。图1是传统扬声器模型。如图1所示，目前的扬声器设计含有一个机械阻尼的振膜限幅器，连上外圈的一圈支撑边，加上线圈磁路，形成了一个完整的扬声器。扬声器的设计初衷都是电压驱动，输入电压通过线圈，在磁力线中流过产生安培力，从而推动振膜运动，而这个运动需要机械阻尼抵消而保证其线性行程。因此，传统喇叭的低失真线性行程相当小，一般来说在8”口径的喇叭里面能做到10mm幅度的线性运动已经是物理极限了，但是由于机械阻尼部件的非线性，其反作用力无法完全抵消线性输入电压产生的安培力，因此无论何种方式，都会产生失真，只是大小问题，因此这个机械阻尼的材料成为喇叭声音好坏的一个关键材料，国内尚没有突破。另外影响扬声器换能的主要问题在于振膜的分割振动(就是在高速推动一个点而其他的地方同步运动延后产生的)，因此提高振膜刚性，是各大喇叭厂最难解决的问题，就算用上了防弹材料，只能把分割振动的频率提高，而无法避免。而目前使用地球上硬度最高的钻石，也仅能做到2”以下小面积20kHz频率以内没有分割振动。图2是一个分割振动的在激光干涉仪下的扫描图，可以看出来，高频振动下振膜的刚性不复存在。为了改变传统喇叭发声的瓶颈，各种解决方式纷纷出来，比如多个喇叭并联发声，但是由于机械特性不一致，导致振膜振动的一致性无法保证，最后多个小的效果并联的效果并没有比一个大喇叭好。静电喇叭也是一种新的驱动方式，不过因为其柔性振膜的刚性需要通过驱动系统来保证，因此振膜振动幅度无法做大，那么注定了低频无法正确还原，所以尽管静电喇叭中高音不错，但是低频一直是软肋。在此我们分析一下传统喇叭的失真产生的途径。传统喇叭的设计原则和驱动方式都是振幅无反馈电压驱动，也就是输入电压和振幅成线性关系。其原理是通过给磁场中的线圈加入一个驱动电压，从而产生一定的电流，线圈中的电流产生安培力带动振膜运动，而振膜运动的行程(振幅)由机械阻尼(类似于线性弹簧)限制，机械阻尼越大，那么在线圈上同样的电流能推动振膜的行程越小，反之则越大。在这个系统中，除了驱动的电压是线性之外，其它非线性的因素相当的多1.机械阻尼在不同位置弹力的非线性2.磁场在不同位置的非线性3.线圈的电感效应在不同频率下电流的非线性4.不同运动速度的线圈产生的反电动势的非线性5.上述所说的分割振动的问题
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种新型扬声器系统。该系统取消了传统喇叭振膜振幅通过机械阻尼限幅的设计，引进了精密反馈的驱动结构及方法，另外，摒弃了原来扬声器系统的锥形振膜结构，采用平面式振膜，并从而解决传统喇叭系统的各种非线性失真，通过驱动器和喇叭系统深度结合达到振幅
和输入信号的高度吻合。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种扬声器系统，包括扬声器和控制单元，所述扬声器包括支撑架、磁体组件、振膜和驱动线圈；所述振膜包括振膜体和音圈支架；其特征在于，所述驱动线圈对应配套一组精密的振膜位置反馈传感器组，每组振膜位置反馈传感器组探测对应的驱动线圈所控制的振膜部分的振动；每组振膜位置反馈传感器组至少包括一中高频传感模块和一低频传感模块,分别对对应的驱动线圈所控制的振膜部分的振动中的中高频和低频的振幅进行测量，并将相应测量信号传输给控制单元。进一步，所述控制单元包括：音频信号DSP模块、失真调整模块、低频失真计算模块、中高频预失真模块、功率放大模块；所述音频信号DSP模块，其对输入的数字音频信号进行处理并输出三路信号：第一路音频信号输入至失真调整模块；第二路音频信号输入至“低频失真计算模块”；第三路音频信号输入至“中高频预失真计算模块”；所述低频传感模块输出低频反馈信号至“低频失真计算模块”，所述中高频传感模块输出中高频反馈信号至“中高频预失真计算模块”；所述低频失真计算模块将第二路音频信号与低频反馈信号进行处理后输入信号至失真调整模块；所述中高频预失真计算模块将第三路音频信号与中高频反馈信号进行
处理后输入至失真调整模块；所述失真调整模块将处理后的信号输入至功率放大模块进行功率放大后输出至对应控制的驱动线圈，以驱动相应振膜振动发声。进一步，所述振膜体为扁平的板状体，驱动线圈直接绕制在音圈支架之上；振膜的振膜体的边缘与支撑架之间通过悬挂部件耦接，以允许振膜体沿垂直于振膜体的方向上做直线运动；进一步，所述振膜体的投影形状为圆形、方形、三角形、或等边多边形。进一步，所述振膜体上设置有多个加强筋。进一步，振膜的振膜体、音圈支架和加强筋为一体成型；并且所采用材料为高硬度材料(如陶瓷，轻质合金等)。进一步，悬挂部件为环状体，支撑架与振膜体的边缘之间由该环状体所耦接；或悬挂部件由多个单体共同组成，多个单体均布于支撑架与振膜体的边缘之间，每个单体负责一点的耦接。进一步，每个振膜配备多组驱动线圈，每组驱动线圈对应配套一组精密的振膜位置反馈传感器组。进一步，所述低频传感模块采用精密光栅传感器或容栅传感器；所述中高频传感模块采用电容压力传感器或者压电传感器。进一步，所述磁体组件为环形磁铁加T型铁块的标准磁体组件，或者为一个或者多个电磁铁。本专利技术还提供了一种扬声器控制方法，具体为：所述扬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扬声器系统，扬声器系统，包括扬声器和控制单元，所述扬声器包括支撑架(7)、磁体组件(2)、振膜和驱动线圈(4)；所述振膜包括振膜体(3)和音圈支架(8)；其特征在于，所述驱动线圈对应配套一组振膜位置反馈传感器组(6)，每组振膜位置反馈传感器组(6)探测对应的驱动线圈所控制的振膜部分的振动；每组振膜位置反馈传感器组至少包括一中高频传感模块(68)和一低频传感模块(67),分别对对应的驱动线圈所控制的振膜部分的振动中的中高频和低频的振幅进行测量，并将相应测量信号传输给控制单元。

【技术特征摘要】
1.一种扬声器系统，扬声器系统，包括扬声器和控制单元，所述扬声器包括支撑架(7)、磁体组件(2)、振膜和驱动线圈(4)；所述振膜包括振膜体(3)和音圈支架(8)；其特征在于，所述驱动线圈对应配套一组振膜位置反馈传感器组(6)，每组振膜位置反馈传感器组(6)探测对应的驱动线圈所控制的振膜部分的振动；每组振膜位置反馈传感器组至少包括一中高频传感模块(68)和一低频传感模块(67),分别对对应的驱动线圈所控制的振膜部分的振动中的中高频和低频的振幅进行测量，并将相应测量信号传输给控制单元。2.根据权利要求1所述的扬声器系统，其特征在于：所述控制单元包括：音频信号DSP模块(13)、失真调整模块(14)、低频失真计算模块(17)、中高频预失真模块(18)、功率放大模块(15)；所述音频信号DSP模块(13)对输入的数字音频信号进行处理并输出三路信号：第一路音频信号输入至失真调整模块(14)；第二路音频信号输入至“低频失真计算模块”(17)；第三路音频信号输入至“中高频预失真计算模块”(18)；所述低频传感模块(67)输出信号至低频失真计算模块(17)，所述中高频传感模块(68)输出信号至中高频预失真计算模块(18)；所述低频失真计算模块(17)输出信号至失真调整模块(14)；所述中高频预失真计算模块(18)输出信号至失真调整模块(14)；所述失真调整模块(14)输出信号至功率放大模块(15)，所述功率放
\t大模块(15)输出信号至对应控制的驱动线圈(4)。3.根据权利要求1所述的扬声器系统，其特征在于：所述振膜体(3)为扁平的板状体，驱动线圈(4)直接绕制在音圈支架(8)之上；振膜的振膜体(3)的边缘与支撑架(7)之间通过悬挂部件(1)耦接，以允许振膜体(3)沿垂直于振膜体(3)的方向上做直线运动。4.根据权利要求3所述的扬声器系统，其特征在于：所述振膜体(3)的投影形状为圆形、方形、三角形、或等边多边形。5.根据权利要求3所述的扬声器系统，其特征在于：所述振膜体上设置有多个加强筋(5)。6.根据权利要求5所述的扬声器系统，其特征在于：振膜的振膜体(3)、音圈支架(8)和加强筋(5)为一体成型；并且所采用材料为高硬度材料。7.根据权利要求3所述的扬声器系统，其特征在于：所述悬挂部件(1)为环状体，支撑架(7)与振膜体(3)的边缘之间由该环状体所耦接；或所述悬挂部件(1)由多个单体共同组成，多个单体均布于支撑架(7)与振膜体(3)的边缘之间，每个单体负责一点的耦接。8.根据权利要求1所述的扬声器系统，其特征在于：每个振膜配备多组驱动线圈4，每组驱动线圈对应配套一组精密的振膜位置反馈传感器组(6)。9.一种扬声器系统控制方法，其特征在于：所述扬声器系统包括扬声器和控制单元，所述扬声器包括支撑架(7)、磁体组件(2)、振膜和驱动线圈(4)；所述振膜包括振膜体(3)和音圈
\t支架(8)；所述驱动线圈对应配套一组振膜位置反馈传感器组(6)，每组振膜位置反馈传感器组(6)探测对应的驱动线圈所控制的振膜部分的振动；...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈菁，潘昶，
申请(专利权)人：陈菁，潘昶，
类型：发明
国别省市：天津;12