复合式电解扬声器装置 【技术领域】
本发明涉及扬声器的一般领域，尤其涉及一种复合式电解扬声器装置，该装置具有至少两个框架围绕的容性变换器，所说容性变换器以不同物理结构安排并且由单一变换器驱动器单元驱动。
技术背景
音频工程师们付出了长时的努力来开发相对不失真且具有对各类音乐近似重现的频率响应的扬声器。将扬声器分成磁式扬声器、动圈式扬声器、非磁式、静电扬声器/变换器。由于本发明被归类为静电式扬声器的事实，因此本技术背景将集中于这类扬声器上。
大部分传统静电扬声器具有一个两边各有一固定电极的韧性中央膜或振动膜，设计成导线栅格形。导线是分开布置的，因此能发射由韧性薄膜振动产生的声波。导线被包在绝缘材料中，且韧性薄膜外包有高阻材料。薄膜被悬挂在处于电极导线间的开格框架中，以至在其工作时，因静电场在振动膜上产生的作用只使其相当小的部分产生振动。
静电式扬声器被认为在许多方面要优于动圈式扬声器。然而，它们一般不被接受，因为一些设计的机械复杂性、声音输出低、需要相当大的发射面积并依赖于在韧性振动膜和导线栅格电极间的一相当高的直流偏置电压的作用。比如，一个典型的全工作范围的推挽静电式扬声器需要一个3500伏的直流偏置电压和一个功率在60-100瓦间的驱动放大器。此外，静电式扬声器仅能复制中高范围地可闻声音频率。由于这一原因，通常需要使用一低音扬声器，低音扬声器可以与扬声器装置连接组装，也可以是独立模式工作，如次低音扩音器。
为了减轻以上问题，采用了应用电介体的变换器作为振动膜。电介体振动膜被认为是被永久性极化或充电的，因此不需要独立的极化直流电压。然而，发现因为音频水准有衰减的趋势，这些电介体作为扬声器应用不能获得满意的效果。
然而，查询先前技术没有任何一项专利直接公开了本发明权利要求内容，以下美国专利与本发明相关：
专利号 发明人 公开日期
5,392,358 Driver 1995年2月21日
4,160,882 Driver 1979年7月10日
3,942,029 Kawakami，et al 1976年3月2日
3,705,312 Sessler，et al 1971年12月5日
3,345,469 Rod 1967年10月3日
Driver的专利号为5,392,358的专利中，揭示了一种能重现宽带声音信号的改进型电解式扬声器。该扬声器装置包含一个很薄的、非磁式容性变换器和一个变换器驱动器单元。变换器包含一个复合振动膜，而其进一步包含一个振动中央部分，其具有连接到它的每一表面的相应的一前部和后部。复合振动膜这三部分都被安装在一个框架组件中。变换器由变换器驱动器单元驱动并控制，变换器驱动器单元将声音信号耦合到变换器的前、后部分，并为变换器中央部分提供一个未经调节的偏置直流电压。本专利被转让给MZX，INCORPORATED，其是本申请的申请人。
Driver的专利号为4,160,882的专利中，揭示了一种作为扬声器之用的静电变换器。该变换器包含两个平行的振动膜，每一振动膜都包含两个具有不同电荷携带特性的塑料片，在其中夹入一导电层。两振动膜被一中央打孔的导电片隔开，且在导电片和每一振动膜间夹入一介电材料。振动膜的两个导电层穿过声音变换器的第二线圈相连，并且中央导电片与变换器的中央接头相连。因此，当在变压器上加一声音信号时，就以推挽关系驱动两振动膜来重现声音。
Kawakami的专利号为3,942,029的专利中，揭示了一种能用作扬声器或麦克风的静电变换器。该变换器包含一个振动片或其表面具有正电荷或负电荷的电介体振动膜。电介体振动膜是由一薄层聚合体薄膜构成，这一薄膜粘接到一支撑以使其表面具有相同张力。一对导电电极与聚合体薄膜的对面相接触，并且一静电屏(如网格)覆盖在两电极表面。在电极上定期施加一直流电压，以使电介体加热到120℃的凝固温度(cure temperature)。随后，电介体被冷确以生成一准永久电极化状态。
Sessler的专利号为3,705,312的专利中，揭示了一种准备电介体薄膜的方法。该方法包括在附有绝缘片的两电极间放入一聚合体薄膜。然后在常温常压下，在以上夹好的组件间加一30千伏电压约一分钟。该方法生产的电介体薄膜的电荷密度比以前报道的要高三倍。
Rod的专利号为3,345,469的专利中，揭示了一种以静电原理操作的扬声器。该扬声器包含一个两边包有一很薄的、韧性导电层的置于中央的可动振动膜。振动膜的每边至少装有一密封绝缘塑料片。当在薄片与振动膜间封有空气或其它气体时，就形成了一个缓冲区。每一最外层的绝缘片上附有一电极，且中央导电振动膜也同样附有一电极。两缓冲电极通过升压变压器的第二个线圈连接，振动膜电极通过一直流电压源与变压器的中央接头相连。变压器的初级线圈与振动膜驱动信号相连，该驱动信号来自传统的低阻放大器的信号输入。
【发明内容】
本发明的复合式电解扬声器装置是设计来再现一宽带声音频谱。在其最基本设计中，该装置包括：
a)一个包括一个复合振动膜的容性转换器，而该复合振动膜进一步包括一个从其上伸出一前定子电极的前定子，一个从其上伸出一后定子电极的后定子和一个从其上伸出一振动膜电极的中央振动膜，
b)一个设计用来悬挂所说复合振动膜的框架组件，其悬挂方式允许所说中央振动膜向前后方向弯曲，及
c)一个与第一个定子电极、后定子电极和振动膜电极相连的转换器驱动器单元，其中，当在所说单元上施加一个声音信号时，该单元就将信号传输到所说的复合振动膜，在那，信号按与所施加声音信号同步的方式驱动所说的中央振动膜。
所说容性变换器设计为单独使用，或多个容性转换器能电性和物理连接和工作。可以将容性转换器布置成各种串联、并联和串、并联连接方式以提供优化的听觉性能。如例所示，介绍了四种结构。
在第一种结构中至少并排安放了两个容性转换器。第二种结构与第一种相似，但每对容性转换器间留有间隔。在第三种结构中，至少两个容性转换器是以一个转换器的下表面放置在第二个转换器上表面的垂直堆叠方式配置。在第四种结构中，将容性转换器按第一个容性转换器的内表面与第二个转换器的外表面相邻接的方式布置。在第四种结构中每对转换器共用一个公共定子。在所有上述结构中，电极可以电连接，这样只留下了三个电极，它们与转换器驱动器单元相连，这一单元是由如接收放大器之类的外部声音源来驱动。
从以上公开的内容可了解到，本发明的主要目的是提供一种基本的容性转换器，其能与其他容性转换器相互电连接及物理定位以提供各种布局的结构，并能由单个转换器驱动器单元控制。
除了本发明主要目的外，本发明还提供一种复合式电解扬声器装置，其：
·不需要驱动传统复合式电解扬声器装置通常所需的很高的信
号和偏置电压。
·能在用于目前电磁动圈式扬声器所不能使用的地方和位置。
·性能可靠、维护容易。
·可以利用一个易于控制且效率很高的加工过程来生产，及
·从消费者和制造商双方的观点来看，经济效益好。
在结合附图阅读本发明优选实施方案的详述及与相本发明的权利要求之后，本发明这些及其它目的和优点就更加明显了。
本发明的优选实施方案
实施复合式电解扬声器装置10的最佳模式在优选实施方案的中进行了描述，该方案可以在各种布局的结构中进行布置。图1-11所示的优选实施方案包括两个主要部分：容性转换器12和转换器驱动器单元116。
如在图1的框图和图2的正剖图中所示，容性转换器12包含一个其自身进一步具有一个前定子16、后定子34和一个中央振动膜54的复合振动膜14。整个复合振动膜14被悬挂在框架组件84中。
图2所示的前定子16包含一个综合的结构，这一结构包含一个具有外表面20和内表面22的外部绝缘件18，和一个同样具有外表面26和内表面28的内部绝缘件24。在外部绝缘件18的内表面22和绝缘件24的外表面26间放置一导电层30。透过前定子16是多个横向前定子通孔31。与前定子16电接触的是连接图1中所示的转换器驱动器单元116的前定子电极32。
图2所示的后定子34包含一个与前定子类似的综合结构，该结构包含一个具有外表面38和内表面40的外部绝缘件36及一个具有外表面44和内表面46的内部绝缘件42。在外部绝缘件36的内表面40和内部绝缘件42的外表面44间放置一导电层48。透过后定子是多个横向后定子通孔49。与后定子34电接触的是连接图1中所示的转换器驱动器单元116中的后定子电极50。
第一个定子16的内、外绝缘件18、24和后定子34的内、外绝缘件36、42是由诸如塑料的非导电材料构成。导电层30、48包含有导电金属76或导电溶液(solution)78，如悬浮有金属粒子的涂料，导电溶液是喷涂在内、外绝缘件18、30的内表面的。而且，至少前定子16的外部绝缘件18和内部绝缘件24与后定子34的外部绝缘件36和内部绝缘件42也是由具有充分的结构整体性(structural integrity)的材料构成的。
复合振动膜14包含的第三也即最后一部分是中央振动膜54。通过利用如在图1和图2中所示的前定子16的内表面22和后定子34的内表面40间的间隔部件82，将振动膜定位成与两侧具有一定间隔的关系。中央振动膜包含第一片薄膜56和第二片薄膜62。第一片薄膜有一个向内的导电面58和一个向外的非导电面60。同样，第二片薄膜62有一个向内的导电面64和一个向外的非导电面66。如图2所示，第一片薄膜56上的导电面58和第二片薄膜62上的导电面64可以直接接触，或如图2所示，可以在两导电面间放置一有薄的弹性的或有粘合性的材料72。弹性材料72可以是一单独的材料片或也可以是将该材料喷涂到导电面58、64的一个或两个交接面上。振动膜电极68与中央振动膜54电接触，也与转换器驱动器单元116相连接。转换器驱动器单元116设计为用来接收由，如在图1中虚线框中所示的接收放大器126，外部声源提供的声音信号。转换器驱动器单元116生成一个与声音信号相对应的信号，该信号使中央振动膜54与该声音信号同步弯曲，以产生一个声音输出。该声音输出通过分别位于前、后定子16、34上的通孔31、49输出到外界环境。
将中央振动膜54与前、后定子16、34分开的间隔部件82可以由单个支座绝缘子(standoff)构成，该单个支座绝缘子的尺寸适于围绕该中央振动膜54的周边。间隔部件82也可以由多个支座绝缘子83构成，这些支座绝缘子选择地位于所说中央振动膜54的非导电面60，66的周围。通过选择支座绝缘子83的间隔和改变支座绝缘子83的数量，可调整装置10的频率响应以获得理想的效果。
整个复合振动膜14安放在图2和图10所示的框架组件84的悬挂结构中。框架组件84与复合振动膜14按以下方式连接，其允许中央振动膜以与转换器驱动器单元116所施加的声音信号同步地向前、后方向伸缩。图9最好地表示出，框架组件包含一个前部86和后部100。前部86包括内表面88，外表面90，上表面92，下表面94，右表面96和左表面98。同样，后部100包括内表面102，外表面104，上表面106，下表面108，右表面110和左表面112。两框架部分可由非导电材料制成，并通过如螺钉、夹具或粘结剂等连接方式连接在一起
复合电解扬声器装置10可由一容性转换器12构成，这一容性转换器可按如从12-16英寸(30.5-40.6cm)的各种不同实际尺寸制造。可以采用单一的装置10，或采用使用了多个具有单一转换器驱动器单元116的容性转换器的不同装置。在图5中作为示例，揭示了四种这样的多重装置。
图5图示了第一种装置，其中，在水平结构中至少放置了两个所说的容性转换器12，其第一个框架组件84的右表面96与第二个框架组件84的左表面98邻接。如在图3中所示，在这一装置中，前定子电极32，后定子电极50和振动膜电极68并联连接，以形成一个前定子电极32，一个后定子电极50和一个振动膜电极68，其中三个电极与转换器驱动器单元116连接。
图6图示了第二种装置，其中，在水平结构中至少放置了两个所说的容性转换器12，其第一个框架组件84的右表面96与第二个框架组件84的左表面98由空腔70分开。如在图4中所示，在这一装置中，前定子电极32，后定子电极50和振动膜电极68并联连接，以形成一个前定子电极32，一个后定子电极50和一个振动膜电极68，其中三个电极与转换器驱动器单元116连接。
图7图示了第三种装置，其中，在垂直装置中至少放置了两个所说的容性转换器12，其第一个框架组件84的上表面92与第二个框架组件84的下表面94邻接。在这一装置中，前定子电极32，后定子电极50和振动膜电极68并联连接，以形成一个前定子电极32，一个后定子电极50和一个振动膜电极68，其中三个电极与转换器驱动器单元116连接。
图8和图9图示了第四种装置，其中，在水平结构中至少放置了两个所说的容性转换器12，其第一个框架组件84的内表面88与第二个框架组件84的外表面90邻接。如在图9中所示，在这一装置中，使用了一个公共定子52，因此，如果使用6个容性转换器12，就需要7个定子52和6个中央振动膜54。
如在图9中所示，后定子34顺序连接第二个公共定子52，第四个公共定子52和以前定子电极32为终端的前电极16。第一个公共定子52连接第三个公共定子52和以后定子电极50为终端的第五个公共定子。第一个、第三个和第五个中央振动膜54顺序与第二个、第四个和第六个中央振动膜54连接。两个中央振动膜序列都以连接有正的或负的偏置电压的振动膜电极68为终端。偏置电压的极性依赖于转换器驱动器单元116的设计。
图11图示了在相邻的装置中，通过利用粘结剂118或多重夹具120维持两个容性转换器12位置的一种方法。
既然在本发明中，在不脱离其精神与范围的条件下，可以对其进行多种改变和改进，当已对本发明进行了详述并以附图进行图示后，其仍不局限于这些细节。因此，在附加权利要求的语言和范围内，陈述了包括各种各样的改进和形式。