ПРИВОД ГРОМКОГОВОРИТЕЛЯ
LOUD-SPEAKER DRIVE

Область техники
Настоящее изобретение относится в основном к громкоговорителям и в частности к запуску громкоговорителя и средству для достижения этого.
Существующий уровень техники
Громкоговорители используются в портативных электронных устройствах, таких как сотовые телефоны, ноутбуки, музыкальные проигрыватели, MP3-плееры, для излучения звука. Наиболее распространенным средством для приведения в действие или запуска громкоговорителя является катушка и магнит, которые снабжаются энергией для движения относительно друг друга в соответствии с сигналами, которые аналогичны звуку, который должен быть излучен, каковое движение передается диафрагме/мембране, часто с конической формой и которая двигает воздух в движении назад и вперед, в ответ на сигналы. Другой тип громкоговорителей - это громкоговорители с плоскообразными диафрагмами, так называемые плоскопанельные динамики, которые приводятся в действие, например, катушками и магнитами, пьезоэлектрическим возбудителем, электрической плазменной дугой или цифровым образом (цифровые громкоговорители).
Эти громкоговорители предшествующего уровня техники демонстрируют недостатки, например катушки и магниты, являющиеся громоздкими и тяжелыми, требующие много энергии для запуска и пространства для вставки в соответствующее устройство, и также увеличивается вес устройства. Более того, пьезоэлектрический привод является хрупким и не выдерживает сотрясений, он также слишком непрочен, то есть он предоставляет слишком мало энергии для запуска громкоговорителя на низких частотах. Громкоговоритель на плазменной дуге, который использует электрическую плазменную дугу в качестве привода, является легким, так как плазма имеет минимальную массу, но имеет проблемы обслуживания и надежности и очень неподходящ для массового производства, например, из-за факта, что плазма генерируется из емкости с гелием, которую необходимо периодически пополнять. Кроме того, цифровые громкоговорители требуют больших диафрагм, что значит, что они требуют много пространства. Эти недостатки делают громкоговорители предшествующего уровня техники сложными в обращении, тяжелыми, громоздкими и часто дорогостоящими.
Сущность изобретения
В настоящем изобретении недостатки громкоговорителей предшествующего уровня техники разрешаются путем предоставления громкоговорителя с механическим соединением с так называемым мышечным проводом, который изготовлен из меняющего форму металла, то есть металла с памятью, и средства для запуска этого мышечного провода.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения предоставлена система громкоговорителя, содержащая, по меньшей мере, один элемент плоского громкоговорителя, механически соединенный с, по меньшей мере, одной металлической частью с памятью и предоставленный в портативном электронном устройстве, и, по меньшей мере, один блок источника питания, выполненный с возможностью подачи питания на, по меньшей мере, одну металлическую часть с памятью, причем, когда питание подается на, по меньшей мере, одну металлическую часть с памятью, по меньшей мере, одна металлическая часть с памятью выполнена с возможностью прилагать силу к элементу плоского громкоговорителя, чтобы запускать возвратно-поступательное движение элемента громкоговорителя.
Согласно еще одному аспекту предоставлена система громкоговорителя, содержащая две металлические части с памятью, поочередно управляемые в, по существу, противоположных направлениях, причем эти части расположены так, чтобы запускать возвратно-поступательное движение элемента громкоговорителя.
Согласно еще одному аспекту предоставлена система громкоговорителя, содержащая первую и вторую металлическую часть с памятью, где первая металлическая часть с памятью расположена так, чтобы запускать движение элемента громкоговорителя в первом направлении, а вторая металлическая часть с памятью расположена так, чтобы запускать движение элемента громкоговорителя во втором направлении, по существу, противоположном первому направлению поочередно. Система громкоговорителя также может содержать одну металлическую часть с памятью, где металлическая часть с памятью расположена так, чтобы запускать движение элемента громкоговорителя в первом направлении, и пружину, которая расположена так, чтобы запускать движение элемента громкоговорителя во втором направлении, по существу, противоположном первому направлению.
Согласно еще одному аспекту механическое соединение между элементом громкоговорителя и каждой металлической частью с памятью является рычажным механизмом. Рычажной механизм может содержать первую деталь и вторую деталь, причем детали удлинены и шарнирно соединены друг с другом конец к концу и причем каждая металлическая часть с памятью прикреплена на первом конце к соединенным концам деталей рычажного механизма и на втором конце к портативному электронному устройству.
Изобретение также относится к способу для запуска элемента плоского громкоговорителя, содержащему прием сигнала, соответствующий звуку, который должен быть сгенерирован элементом плоского громкоговорителя, предоставления питания на, по меньшей мере, одну металлическую часть с памятью, являющуюся механически соединенной с элементом плоского громкоговорителя по приему сигнала, и запуска элемента плоского громкоговорителя посредством, по меньшей мере, одной металлической части с памятью, прилагающей силу на элемент плоского громкоговорителя в ответ на питание, предоставленное на металлическую часть с памятью так, что возвратно-поступательное движение элемента громкоговорителя запускается, чтобы генерировать соответствующий звук.
Согласно одному аспекту способ для запуска элемента плоского громкоговорителя содержит подачу питания на две металлические части с памятью поочередно, в, по существу, противоположных направлениях, так что запускается возвратно-поступательное движение элемента громкоговорителя. Способ может содержать предоставление питания на каждую металлическую часть разделением сигнала на две части и сокращением каждой металлической части с памятью в ответ на эти части сигнала. Это может быть выполнено сокращением одной металлической части с памятью в ответ на одну часть сигнала и сокращением другой металлической части с памятью в ответ на другую часть сигнала.
Согласно другому аспекту устройство содержит средство для запуска, по меньшей мере, одного элемента плоского громкоговорителя, средство для запуска, включающее в себя по меньшей мере одну металлическую часть с памятью, являющуюся механически соединенной с элементом плоского громкоговорителя.
Согласно другому аспекту устройство для запуска элемента плоского громкоговорителя содержит две металлические части с памятью, выполненные с возможностью быть управляемыми в, по существу, противоположных направлениях, каковые части расположены так, чтобы запускать возвратно-поступательное движение элемента громкоговорителя.
Согласно еще одному аспекту устройство для запуска элемента плоского громкоговорителя содержит металлические части с памятью, причем каждая металлическая часть с памятью является мышечным проводом.
Мышечный провод лучше выдерживает механические сотрясения, а также предоставляет лучший выходной отклик на низких частотах из-за большего хода, тем самым передвигая больше воздуха. Это имеет место благодаря факту, что мышечный провод является прочным, то есть мышечный провод прилагает большую силу, когда сокращается под действием подачи питания, что означает, что он имеет высокую эффективность, когда преобразует электроэнергию в силу для запуска элемента громкоговорителя, посредством чего использование мышечного провода для генерации звука уменьшает вес портативного электронного устройства, а также количество компонентов, требуемых, чтобы сделать это, и, следовательно, уменьшает стоимость устройства. Более того, изобретение также предоставляет очень низкую высоту и плоскую конфигурацию привода, когда реализованы в мобильных устройствах, тем самым использование ограниченного пространства в таком устройстве оптимизируется.
Следует подчеркнуть, что используемый в данном описании термин "содержит/содержащий" определяет присутствие изложенных признаков, целых, этапов или компонентов, но не исключает присутствия или добавления одного или более других признаков, элементов, целых, этапов, компонентов или их групп.
Краткое описание чертежей
Ниже изобретение будет подробно описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1-3 показывают портативное электронное устройство, снабженное системой громкоговорителя согласно изобретению;
Фиг.2 показывает панель плоского громкоговорителя, соединенную с мышечным проводом согласно одному варианту осуществления изобретения;
Фиг.3 показывает панель плоского громкоговорителя, соединенную с двумя мышечными проводами согласно другому варианту осуществления изобретения;
Фиг.4 показывает панель плоского громкоговорителя, соединенную с двумя мышечными проводами согласно еще одному варианту осуществления изобретения;
Фиг.5 показывает панель плоского громкоговорителя, соединенную с двумя мышечными проводами согласно еще одному варианту осуществления изобретения; и
Фиг.6 - блок-схема последовательности операций способа, описывающая способ для запуска панели плоского громкоговорителя посредством мышечного провода.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Типовой громкоговоритель состоит из диафрагмы, которая движется средством привода, каковое средство управляется/снабжается энергией блоком управления или процессором в ответ на звуковые волны, которые были преобразованы в аналоговые/цифровые сигналы. Эта технология известна и не будет объяснена далее в деталях.
Более того, в настоящем описании термин "мышечный провод" используется, чтобы обозначать удлиненный объект формы, изменяющий металл с памятью, например, из сплава никеля и титана (см., например, торговые марки Nitinol и Flexinol). Мышечный провод согласно изобретению может, несомненно, иметь другие формы, например форму полосы или ленты, так что провод может сам скручивать (наматывать) или разматывать при изменении своей формы форму штанги или стержня или форму струны/шнура/кабеля, другую форму поперечного сечения, например круглую, треугольную, квадратную, звездообразную или любую другую подходящую форму сечения. Функция и выполнение этих типов металлических частей с памятью или проводов подробно объяснены далее ниже в этом описании.
Фиг.1 показывает первый вариант осуществления системы 100 громкоговорителя с одним элементом плоского громкоговорителя в форме панели 110, предоставленной в портативном электронном устройстве 120 (показанном на Фиг.3 с дисплеем 121 и клавиатурой 122). Элемент 100 плоского громкоговорителя установлен в портативном электронном устройстве 120 позади и/или над жидкокристаллическим дисплеем 121, как показано на Фиг.1 и 2.
В варианте осуществления по Фиг.2 панель 110 громкоговорителя имеет механическое соединение 130 с, по меньшей мере, одной металлической частью с памятью, то есть металлом с памятью или мышечным проводом 140, соединенным с одним блоком 150 питания с управляющим источником питания, выполненным с возможностью управлять и подавать питание на провод 140 в ответ на принятые сигналы 151, соответствующие звуку, который должен быть сгенерирован. Механическое соединение 130 также присоединено к пружине 131, которая противодействует металлической части 140 с памятью. Когда питание подается на провод 140, провод выполнен с возможностью прилагать силу на панель 110 плоского громкоговорителя, чтобы запускать возвратно-поступательное движение панели громкоговорителя, то есть провод 140 сжимается в одном направлении, когда он нагревается подаваемым питанием, тогда как пружина 131 растягивается в, по существу, противоположном направлении, так что когда подача питания на провод прекращается, провод 140 остывает и пружина 131 растягивает провод, натягивая его в противоположном направлении сжиманию провода. В этом месте пружина 131 может быть исключена, поскольку сама панель 110 громкоговорителя действует как пружина, когда мышечный провод 140 сначала притягивает панель громкоговорителя в одном направлении и затем отводит назад, когда остывает, и панель громкоговорителя возвращается в исходное положение. Это решение может быть использовано в качестве гудка, зуммера и/или ревуна либо для любых других схожих звуков.
Во втором варианте осуществления, показанном на Фиг.3, к панели 110 громкоговорителя механически присоединены два мышечных провода 140 и 141, каковые провода присоединены к блоку 150 с управляющим источником питания, выполненным с возможностью управлять и подавать питание на каждый провод 140, 141 посредством сигналов 151, которые разделяются на положительный и отрицательный полупериоды 152, 153 посредством разделителя 154, посредством чего каждый сигнал 152 и 153 усиливается усилителем 155 до достижения соответствующего мышечного провода 140, 141. Это средство для управления подачи питания мышечных проводов 140, 141 используется в каждом варианте осуществления изобретения, показанных на Фиг.2-5. В этом варианте осуществления по Фиг.3 пружина 131 заменена на второй металлический провод 141 с памятью. Когда питание подается на каждый провод 140, 141, каждый провод выполнен с возможностью прилагать силу на панель 110 плоского громкоговорителя, чтобы запускать возвратно-поступательное движение панели громкоговорителя. Два металлических провода 140, 141 с памятью поочередно управляются в, по существу, противоположных направлениях, чтобы запускать возвратно-поступательное движение панели 110 громкоговорителя. В этом варианте осуществления системы 100 громкоговорителя с первым и вторым металлическим проводом 140, 141 с памятью первый провод 140 справа расположен так, чтобы запускать движение панели 110 громкоговорителя в первом направлении, а второй провод 141 слева расположен так, чтобы запускать движение панели громкоговорителя во втором направлении, по существу, противоположном первому направлению, поочередно. Это реализуется посредством сокращения первого провода 140 в первом направлении (для Фиг.2 - направо), когда он нагревается подаваемой энергией, тогда как второй провод 141 расположен так, чтобы сокращаться в, по существу, противоположном направлении (для Фиг.2 - налево), так что когда подача питания на первый провод 140 прерывается, первый провод 140 остывает и на второй провод 141 подается питание, так что он нагревается и сокращается, тем самым растягивая первый провод 140 натяжением в противоположном направлении сокращения первого провода 140. Подобным управлением поочередными сокращениями проводов достигается возвратно-поступательное движение для панели 110 плоского громкоговорителя, тем самым генерируя звук.
В вариантах осуществления с Фиг.2 и 3 механическое соединение 130 между панелью 110 громкоговорителя и каждым мышечным проводом 140, 141 является рычажным механизмом. Рычажный механизм содержит первую деталь 132 и вторую деталь 133, причем детали удлинены и не закреплены, в этом варианте осуществления шарнирно соединены друг с другом конец к концу, причем каждый металлический провод 140, 141 с памятью присоединен на одном конце к соединенным концам деталей 132, 133 рычажного механизма и на другом конце к портативному электронному устройству 120.
В другом варианте осуществления каждый мышечный провод 140, 141 может иметь рычажный механизм, вместо общего рычажного механизма для обоих. В этом случае рычажный механизм 130 может иметь детали 132, 133 с различными длинами и детали могут быть расположены и устроены иначе, например ближе к середине панели 110 громкоговорителя. Более того, расстояние X от конца панели 110 громкоговорителя на Фиг.2-5 до соединения рычажного механизма 130 может быть между 0 и L (общая длина L панели 110 громкоговорителя), например ¾L, ⅔L, L/2, L/3, L/4 или любое другое подходящее значение, такое, что, когда панель 110 громкоговорителя двигается, подходящие формы панели достигаются созданием желаемых звуковых волн (на Фиг.2-5 пунктирными линиями показана только одна симметричная форма, но также возможны любые другие формы, например асимметричные формы).
На Фиг.2-5 каждый мышечный провод 140, 141 электрически заземлен на соединении его конца к портативному устройству в положении 120 и электрически изолирован на его конце, присоединенном к общей точке соединения концов деталей 132, 133 рычажного устройства. Каждый мышечный провод также может быть электрически изолирован на каждом конце, однако в этом случае должен быть предоставлен обратный канал для тока к усилителям 155. Каждый усилитель 155 также электрически заземлен на их нижней части/угла, как показано на Фиг.2-5.
На Фиг.4 показан другой вариант осуществления с двумя перекрещенными мышечными проводами 140, 141, которые скрещиваются друг с другом, но физически не связываются друг с другом, поскольку они установлены в разных плоскостях, имеющих расстояние между ними, например, в боковом направлении. Передача движения предпочтительно достигается установкой каждого провода в виде натянутой струны между двумя опорами, позволяя точке соединения или сочленению, т.е. общему соединению концов, между двумя деталями 132, 133 рычажного механизма связывать провод, в этом варианте осуществления приблизительно на середине его длины, которая расположена примерно посередине мышечного провода, даже если другие положения возможны, например 1:3 или 1:4 его длины, чтобы передавать силу с металлического провода с памятью, т.е. увеличенное напряжение в мышечном проводе к точке соединения, как бы тетивы на стрелку, и далее на панель 110 громкоговорителя. В этом документе провода протягиваются, по существу, параллельно плоскости панели 110 громкоговорителя, но, безусловно, в других вариантах осуществления, например, как показано пунктирными линиями на Фиг.4, действуют на или оказывают эффект на точку соединения к панели 110 громкоговорителя с других углов, то есть провода могут быть протянуты под углом между плоскостью панели 110 громкоговорителя и проводами. Этот угол α на Фиг.4 может быть между 5°-90° в одном варианте осуществления (не показан), между 10°-80°; предпочтительно между 20°-60°, более предпочтительно между 40°-50° или наиболее предпочтительно примерно 45°, как показано на Фиг.4.
В другом варианте осуществления, показанном на Фиг.5, каждый металлический провод 140, 141 с памятью присоединен напрямую к панели 110 громкоговорителя. Ход панели 110 громкоговорителя в этом варианте осуществления в большой степени зависит от длины каждого мышечного провода 140, 141, и провода большей длины дают больший ход. Различные длины каждого мышечного провода могут быть достигнуты использованием роликов, соединенных с портативным устройством 120 роликов, вокруг которого наматывается каждый провод. Эти ролики могут быть установлены различными способами и/или в разных положениях, благодаря чему могут быть достигнуты длинные и/или короткие длины провода, например провода 140, имеющие различные длины, или провода с регулируемыми длинами.
В вариантах осуществления с Фиг.2-6 способ для запуска панели 110 громкоговорителя выполняется приемом сигнала 151, соответствующего звуку, который должен быть сгенерирован элементом громкоговорителя, и подачи питания к каждому металлическому проводу 140, 141 с памятью по приему сигнала, и запуска панели громкоговорителя в ответ на питание, предоставляемое на провода. Запуск и движения панели громкоговорителя для генерации звука управляются подачей на мышечные провода напряжения, варьирующего соответствующим образом, побуждая провода 140, 141 нагреваться и сокращаться в соответствии с эффектом нагрева электрического тока, проходящего сквозь провода. Электрический ток, протекающий по проводу для побуждения звуковой частоты, может быть электрическим током, имеющим чередующиеся периоды включения и выключения, соответствующие желаемой частоте. Одно подергивание панели громкоговорителя генерируется одним импульсом.
Во втором варианте осуществления на Фиг.3 два провода 140, 141 нагреваются поочередно, поочередно сокращаясь в, по существу, противоположных направлениях. Поочередный нагрев проводов 140, 141 выполняется подачей питания на провода разделением сигнала 151 на две части 152, 153, в результате чего провода поочередно сокращаются в ответ на эти части 152, 153 сигнала. В одном варианте осуществления один провод 140 сокращается в ответ на одну часть 152 сигнала 151, а другой провод 141 сокращается в ответ на другую часть 153 сигнала, и в другом варианте осуществления один мышечный провод 140 сокращается в ответ на положительную часть 152 сигнала 151, а другой провод 141 сокращается в ответ на отрицательную и инвертированную часть 153 сигнала.
Фиг.1 является схематическим видом примера портативного электронного устройства или мобильного терминала 120 с системой 100 громкоговорителя согласно изобретению. Как использовано в этом документе, термины "портативное электронное устройство" или "мобильный терминал" могут включать в себя сотовый радиотелефон 120, как показано на Фиг.3, но также быть, например, терминалом Персональной Системы Связи (Personal Communications System, PCS), который сочетает в себе сотовый радиотелефон с возможностью обработки данных, факса и передачи данных; персональный цифровой секретарь (Personal Digital Assistant, PDA), который может включать в себя радиотелефон, пейджер, доступ в Интернет/интранет, веб-браузер, органайзер, календарь и/или приемник Системы Глобального Позиционирования (Global Positioning System, GPS); и приемник обычного портативного и/или карманного компьютера или другой прибор, который включает в себя радиотелефонный приемопередатчик. На мобильные терминалы также могут ссылаться как на устройства "распределенных вычислений", и они также могут включать в себя камеры. Следует понимать, что настоящее изобретение также может быть реализовано в других устройствах или системах, которые включают в себя громкоговорители, или в отдельном громкоговорителе, который соединен с устройством без функции радиопередачи, например в громкоговорителе системы домашнего кинотеатра.
Мышечный провод 140, 141 изготовлен из материала, который меняет форму или размер, когда материал нагревается выше определенной температуры. Определенная температура, необходимая, чтобы изменить форму/размер, зависит от определенного материала. В одной реализации мышечный провод 140, 141 может быть изготовлен из сплава, который предназначен, чтобы сокращаться (то есть его длина становится короче), когда провод 140, 141 нагревается выше пороговой температуры. В дополнение, сплав может быть изготовлен, чтобы иметь низкую проводимость (например, иметь резистивные характеристики). Таким образом, когда питание подается на провод 140, 141, провод становится нагретым выше пороговой температуры, в результате чего побуждая провод 140, 141 сокращаться.
Провод 140, 141, согласованный с изобретением, может сокращаться примерно от 3% до 5%, когда нагрет выше пороговой температуры. В одном примере реализации пороговая температура может быть в диапазоне примерно от 88 до 98 градусов Цельсия. Провод 140, 141, согласованный с изобретением, может также расслабляться (то есть возвращаться в исходное состояние) при температуре примерно от 62 до 72 градусов Цельсия. В будущем мышечные провода 140, 141, которые сокращаются больше или меньше и/или растягиваются при низких и/или более высоких температурах, могут быть разработаны благодаря другим физическим свойствам.
Нижеприведенная таблица иллюстрирует характеристики провода 140, 141, который может быть использован в реализациях, согласованных с настоящим изобретением.
Диаметр провода (мм)
0,05
0,125
Сопротивление (Ом/м)
510
70
Типовая мощность (Вт/м)
1,28
4,4
Скорость сокращения при типовой мощности (с)
1
1
Максимальная сила восстановления (г)
117
736
Деформирующая сила (г)
8
43
Теплоемкость (Дж/г)
0,32
0,32
В типовом приложении электрическая энергия подается на мышечный провод 140, 141 в виде импульса с амплитудой 5 В, током 300 мА в течение 70 мс.