CN101656906B - 扬声器单体结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扬声器单体结构。一种具备轻、薄、可挠曲等特性的音腔结构，运用在扬声器单体结构上，其为在音腔基材上设计相当的支撑体组成。而此支撑体的工艺可为制作于音腔基材上、或者制作于振膜电极上，而支撑体可以采取与音腔电极或振膜电极有粘着或不粘着的两种设计方式，或者先行制作支撑体完成后再置入振膜电极与音腔基材间。

Description

扬声器单体结构

技术领域

本发明涉及一种扬声器单体结构，且特别涉及一种具备轻、薄、可挠曲等特性的音腔结构的扬声器单体。

背景技术

人类最直接的两种感官反应是视觉与听觉系统，因此长久以来，科学家们极力地发展与此相关的元件或系统技术。目前电声扬声器分类主要分为直接、间接辐射型，而驱动方式大概分为动圈式、压电式及静电式扬声器。动圈式扬声器目前使用最广、技术成熟，因此是主宰整个市场的主要技术，不过由于其先天架构的缺点，并无法将体积扁平化，使得面对3C产品越来越小及家庭剧院扁平化的趋势，将不符需求。压电式扬声器则是利用压电材料的压电效应，当附加电场于压电材料所造成材料变形的特性，用来推动震动膜发声，此扬声器虽然结构扁平微小化，但限于压电材料需要进行烧结所以仍无法进行挠曲。静电式扬声器目前的市场主要为顶级(Hi-End)的耳机和喇叭，传统静电式扬声器的作用原理是将两片开孔的固定电极板挟持导电振膜形成一种电容，通过供给振膜直流偏压以及给予两个固定电极音频的交流电压，利用正负电场所发生的静电力，带动导电振膜振动并将声音辐射出去。

于软性电子的相关技术应用中，声音(Audio)是一个重要的元素。但软性电子须具备软、薄、及可挠曲等特性，因此如何让平面静电式扬声器具前述的特性，又可在声音品质上具备与现有扬声器竞争的优势。因此，搭配可挠曲材料的加入，突破已知固定式扬声器音腔设计结构，完成具备软性电子所需特色的声音零组件将是软性电子产业的一大重点。

目前扬声器制作，其设计方式仍采用单一单体的设计生产方式，如美国第3,894,199号专利内容。

关于静电式扬声器，如美国第3,894,199号专利，主要是披露一种电声转换器(Electroacoustic Transducer)结构，如图1所示，该结构包括置于两侧的固定电极(Fixed Electrodes)结构110与120。此固定电极结构110与120具有多个孔洞可散布所产生的声音。而振膜(Vibrating Film)130则配置在固定电极结构110与120之间。而固定结构140则为绝缘材料所构成，并用以固定所述的固定电极结构110、120以及振膜130。固定电极结构110与120分别经由变压器150连接到交流电压源160。当交流信号传送到固定电极结构110与120时，电位将会交替地改变而使振膜130受到两侧电位的差异产生震动，藉以产生对应的声音。然而，上述配置的方式需增强声压输出，因此需额外的功率元件配合驱动，如此一来，不但装置体积庞大，且使用元件较多，成本亦较高。另外，由于固定结构140必须固定所述的固定电极结构110、120以及振膜130，因此，这样的电声转换器结构无法达到可挠曲的特性。

发明内容

本发明提供一种具备轻、薄、可挠曲等特性的音腔结构，运用在扬声器单体结构上，其为在音腔基材上设计相当的支撑体组成。

而此支撑体的工艺可为制作于音腔基材上、或者制作于振膜电极上，而支撑体可以采取与音腔电极或振膜电极有粘着或不粘着的两种设计方式，或者先行制作支撑体完成后再置入振膜电极与音腔基材间。

音腔支撑体的分布，则考量平面静电式扬声器结构中支撑体的配置组合，在平面静电式扬声器结构另一面的位置上依音频设计的考量置入最佳化的支撑体设计，其可以有配置方式、高度等的设计。

本发明所提出的扬声器单体结构，包括振膜、电极、音腔基材与边框支撑体。此电极具有多个开孔。边框支撑体环绕电极、振膜与音腔基材的堆叠结构，而将振膜固定于电极与音腔基材之间。电极与振膜之间形成第一腔室空间，而音腔基材与振膜之间形成第二腔室空间。多个支撑体位于第一腔室空间内，配置在电极非开孔区域与振膜之间，藉以防止振膜与电极的接触。而多个音腔支撑体位于第二腔室空间内，对应于支撑体的位置配置。

上述扬声器单体结构，其中音腔支撑体的配置布局方式，根据振膜的静电效应大小、音频响应设计来决定。

音腔支撑体的配置布局方式，为调整相邻音腔支撑体之间的距离。

音腔支撑体的外型为点状、三角柱形、圆柱形或是矩形等任何几何形状，可搭配扬声器单体的不同频率响应设计。

音腔支撑体是采用转印方式形成于音腔基材或是振膜上。而此转印方式包括喷墨印刷或丝网印刷其中之一或其他方式。另外，音腔支撑体也可采用转贴方式形成于音腔基材或是振膜上，其中转贴方式为将音腔支撑体置入音腔基材与振膜之间加以粘着或是不需要粘着。

另外，音腔支撑体也可经由蚀刻方式形成于音腔基材或是振膜上。或是经由光致抗蚀剂曝光显影(Photolithography)方式形成于音腔基材或是振膜上。

该音腔支撑体可以是由透明且可挠曲的材料所组成。

该音腔支撑体为点状结构、栅状结构或是类十字状结构。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是已知的一种电声转换器结构。

图2是依照本发明实施例的扬声器单体结构剖面示意图。

图3至图9为本发明的扬声器单体音腔结构，具有不同音腔支撑体配置的不同实施例剖面示意图。

附图标记说明

110、120：固定电极       130：振膜(Vibrating Film)

140：固定结构            150：变压器

160：交流电压源          200：扬声器单体结构

210：振膜                220：金属电极

230：边框支撑体          240：支撑体

250：薄膜                260：音腔基材

270：音腔支撑体          272：透音孔

400、500、600、700、800、900：音腔结构

410、510、610、710、810、910：音腔基材

420、520、620、720、820、920：音腔支撑体

430、530、630、730、830、930：边框支撑体

具体实施方式

本发明揭示一种应用于平面静电式扬声器音腔结构设计，可以让平面式扬声器具有轻、薄、可挠曲的特性。此设计主要是因应目前平面静电式扬声器的组成结构朝扁平化发展，若采用现有传统音腔设计概念将需较大空间及无法达成让扬声器具备可挠曲的特性。

本发明提出于音腔区内含支撑体结构设计，并依规格需求进行支撑体各种图样化或高度变化等设计，将此音腔结构置于发声孔洞区的相对面，而音腔支撑体的位置配置与扬声器元件内的支撑体位置配置具有相对称的关系。而通过音腔支撑体结构的设计及配置，可以对频率响应有相当大的助益。虽然音腔支撑体的位置配置与扬声器元件内的支撑体位置配置具有相对称的关系，但是两者的数量并非需要一致，此音腔支撑体的数量可以视设计上的需要而调整，数量上可以大于、等于或是小于扬声器元件内的支撑体数量。

本发明的平面静电式扬声器音腔结构，除了构造简单，也可搭配现有平面扬声器技术进行工艺整合，实适用于大量生产，预期将是平面扬声器的重要结构组成技术之一。

平面静电式扬声器的基本原理为运用振膜材料内部的电荷特性及静电力效应，当振膜受到外部电压刺激后，产生于振膜表面的变形，进而驱动振膜周遭的空气来产生声音。通过静电力公式及能量定律得知振膜受力为整体扬声器的电容值乘上内部电场大小及外部输入声音电压信号，若振膜受力越大，则输出声音越大。

当平面静电式扬声器的结构设计朝轻、薄、可挠曲等特性发展时，其音腔的设计结构即脱离传统大空间、硬式结构的设计。因此本发明提出如下实施方式，在出声孔的相对面设计具备轻、薄、可挠曲等特性的音腔结构，其为在音腔基材上设计相当的音腔支撑体组成。而此音腔支撑体与支撑体的工艺可分别为制作于音腔基材上、或者制作于振膜电极上，而支撑体可以采取与音腔电极或振膜电极有粘着(adhesion)或不粘着的两种设计方式，或者先行制作音腔支撑体完成后再置入振膜电极与音腔基材间。而此音腔支撑体的配置布局方式，可以根据振膜的静电效应大小或音频响应设计决定。

音腔支撑体的分布，则考量平面静电式扬声器结构中支撑体的配置组合，在平面静电式扬声器结构另一面的位置上依音频设计的考量置入最佳化的支撑体设计，其可以有配置方式、高度等的设计。音腔支撑体的配置数目可以相等、少于或多于平面静电式扬声器元件结构中支撑体的数目。在选择实施例中，音腔内可填入吸音材料，以增加产生音场的深度与广度。

本实施例所提出的平面静电式扬声器音腔结构，在音腔区内含音腔支撑体结构设计，依音频设计的考量置入最佳化的音腔支撑体设计，其可以有配置方式、高度等的设计。而此音腔支撑体配置设计可为点状、栅状或类十字状等任意形状或是不同类型混合搭配等等设计，而音腔支撑体与音腔支撑体间的距离，可根据音频设计实际状况而达到最佳配置的设计。

上述的音腔支撑体的工艺可采用转印或是转贴的方式于音腔基材上，也可以直接在音腔基材上采用印制技术如喷墨印刷(Injet Printing)或是直接印刷法例如丝网印刷(Screen Printing)等方法形成。在另一实施例中，支撑体的工艺亦可采用直接贴合的方式，如先行制作支撑体完成后再置入开孔金属电极与振模间，而支撑体可以采取与振膜(或是开孔金属电极)有粘着(Adhesion)或不粘着的两种设计方式。

在另外实施例中，支撑体的工艺亦可采用蚀刻方式或是光致抗蚀剂曝光显影的方式来制作，或是采用点胶方式来形成。

上述本发明所提出平面静电式扬声器音腔结构，其扬声器单体的结构是由单片金属电极与单片带电荷的振膜，因此，可采用连续式卷带工艺，利用具驻极体振膜的软性扬声器结构，突破传统生产设计流程，利用卷料式的连续式制成方式，搭配冲压成型、压铸、胶合等方式形成卷料式的扬声器单体素材，如此一来可大幅降低现有扬声器的制作成本，并因素材可提供大面积、不规则形状等工业设计的空间，对于未来的新型态生活应用产品有相当大的应用空间，而这也是软性电子零组件的一大重点。

而底下以具体实施例说明扬声器的结构，但并非以此为限制。请参考图2所示，扬声器单体结构200在两侧相邻支撑体之间形成振膜的工作区域，也就是扬声器产生共振音场的腔室空间，而其内部配置多个经过特定设计的支撑体，不论是外型或是其配置的方式。而在面对发出声音方向的后方，则是本实施例所提出的音腔结构设计。音腔基材与振膜之间，通过相邻音腔支撑体之间形成振膜的工作区域，也就是扬声器产生共振音场的另一腔室空间。

扬声器单体结构200包含振膜210、具多个开孔的电极层220、边框支撑体230以及介于电极层220与振膜210之间的多个支撑体240。而在振膜210面向电极层220的另外一侧具有音腔结构，此音腔结构是由音腔基材260与介于振膜210与音腔基材260之间的音腔支撑体270所组成。振膜210包括驻极体层212、金属薄膜电极214，其中，驻极体层212的侧面212a与边框支撑体230以及支撑体240连接，而另一侧面212b则与上述金属薄膜电极214电性连接。

上述具多个开孔的电极层220可以是由金属材料所组成，在实施例中，也可以经由具有弹性的材料，例如纸张或是极薄的非导电材料层，其表面镀上一层金属薄膜所完成。

当电极层220是以非导电材料镀上一层金属薄膜时，此非导电材料可以是塑胶、橡胶、纸张、不导电布料(棉纤维、高分子纤维)等不导电材料，而此金属薄膜可以是铝、金、银、铜等纯金属材料或其合金，或Ni/Au等双金属材料、或是铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)或铟锌氧化物(Indium ZincOxide，IZO)其中之一或其组合，或是高分子导电材PEDOT等等。

在另一实施例中，当电极层220是由导电材料所组成，可以是例如金属(铁、铜、铝等或其合金)、导电布料(金属纤维、氧化金属纤维、碳纤维、石墨纤维)其中之一所组成。

驻极体层212的材料可选择介电材料(Dielectric Materials)。而此介电材料经电化(Electrized)处理而能长期保有静电荷(Static Charges)，而经充电后在材料内部可产生驻电效果，因此可称为驻极体振膜层。此驻极体层212可为单层或多层介电材料所制成，而所述介电材料可为例如氟化乙烯丙烯共聚物(FEP，fluorinated ethylenepropylene)、聚四氟乙烯(PTFE，polytetrafluoethylene)、聚氟亚乙烯(PVDF，polyvinylidene fluride)、部分含氟高分子聚合物(Fluorine Polymer)及其他适当材料等等，而此介电材料内部包含微米或纳微米孔径的孔洞。由于驻极体层212为介电材料经过电化处理后，而能长期保有静电荷及压电性的振膜，并可使内部包含纳微米孔洞以增加透光度及压电特性，经电晕充电后在材料内部产生具极性电荷(DipolarCharges)而产生驻电效果。

上述的金属薄膜电极214为了不影响振膜210的张力与振动的效果，可以是一种极薄的金属薄膜电极，在此所界定的“极薄”为厚度介于约0.2微米(micronmeter，μm)到0.80毫米(millimeter，mm)之间，在优选实施例中厚度约为0.2微米到0.4微米之间，可选择约0.3微米。

以驻极体层212注满负电荷为例说明。当输入的音源信号分别连接到具多个开孔的电极层220与金属薄膜电极214。当输入的音源信号为正电压时，与扬声器单体上驻极体振膜的负电荷产生吸引力，而音源信号为负电压时，与单体上正电荷产生排斥力，因此造成振膜210运动。

反之，当音源信号电压相位输入改变时，同样因为正电压与扬声器单体上驻极体振膜的负电荷产生吸引力，而负电压与单体上正电荷产生排斥力，振膜210运动方向将相反。当驻极体振膜210通过向着不同运动的方向运动时，因压缩周围空气而产生声音输出。

上述本实施例中的扬声器单体结构200，在其周围一侧或两侧可使用具有透气防水的薄膜250包覆，例如材料包括ePTFE(膨体聚四氟乙烯)材料的GORE-TEX薄膜等等，可防水和氧气的影响，造成驻极体层212所具有的电荷泄漏而影响其驻电效果。

上述电极层220与振膜210之间，通过相邻支撑体240之间形成振膜210的工作区域，也就是扬声器产生共振音场的腔室空间242。而音腔基材260与振膜210之间，通过相邻音腔支撑体270之间形成振膜210的工作区域，也就是扬声器产生共振音场的腔室空间272。而不论是支撑体240或是音腔支撑体270，其可以根据设计上的需求调整配置方式、高度等的设计，另外音腔支撑体270的数目可以相等、少于或多于支撑体240等等不同的设计。而支撑体240或是音腔支撑体270分别可以制作在电极层220上或音腔基材260上。

本实施例所提出的音腔结构，位于振膜210的金属薄膜电极214面的位置上，依扬声器音频设计的考量置入最佳化的支撑体设计或置入类吸音绵的材料，其可以有配置方式、高度等的设计，而其外观可以为任意形状。另外，边框支撑体230在音腔结构位置所形成的腔室空间，可选择性地具有透音孔272，可以释放产生声音的压力，制造更好的音场效果。

底下以不同实施例加以说明。

请参照图3，音腔结构300是由音腔基材310与介于振膜与音腔基材310之间的音腔支撑体320所组成，而边框支撑体330则是围着音腔结构300的侧边。此实施例的配置方式是振膜电极的点状支撑体，也就是各音腔支撑体320之间以阵列方式等距离排列。各音腔支撑体320之间距离可依据音频设计采最佳配置。

而请参照图4，音腔结构400是由音腔基材410与介于振膜与音腔基材410之间的音腔支撑体420所组成，而边框支撑体430则是围着音腔结构400的侧边。此实施例的配置方式是振膜电极的点状支撑体，但各音腔支撑体420之间比图3的方式距离更大，而且以间隔交错方式等距离排列。

请参照图5，音腔结构500是由音腔基材510与介于振膜与音腔基材510之间的条状音腔支撑体交错排列所组成，而边框支撑体530则是围着音腔结构500的侧边。此实施例的配置方式是以条状音腔支撑体交错排列，例如图示的条状音腔支撑体520与525。而条状音腔支撑体的宽度、彼此之间的横向或是纵向距离都可依据音频设计采最佳配置。

请参照图6，音腔结构600是由音腔基材610与介于振膜与音腔基材610之间的条状音腔支撑体交错排列所组成，而边框支撑体630则是围着音腔结构600的侧边。此实施例的配置方式以条状音腔支撑体交错排列，例如图示的条状音腔支撑体620与625，但与图5相比较，条状音腔支撑体的宽度较小，但是彼此之间的横向或是纵向距离比较大，此为依据音频设计采不同的配置。

请参照图7，音腔结构700是由音腔基材710与介于振膜与音腔基材710之间的音腔支撑体720所组成，而边框支撑体730则是围着音腔结构700的侧边。此实施例的配置方式是振膜电极的十字状支撑体，也就是各音腔支撑体720之间以阵列方式等距离排列。各音腔支撑体720之间距离可依据音频设计采最佳配置。

而请参照图8，音腔结构800是由音腔基材810与介于振膜与音腔基材810之间的音腔支撑体820所组成，而边框支撑体830则是围着音腔结构800的侧边。此实施例的配置方式是振膜电极的十字状支撑体，但与图7相比较，十字状支撑体的宽度较小但长度比较长，而彼此之间的横向或是纵向距离比较大，此为依据音频设计采不同的配置。

请参照图8，在另一实施例中，音腔结构900是由音腔基材910与介于振膜940与音腔基材910之间的音腔支撑体920所组成，而边框支撑体930则是围着音腔结构900的侧边。此实施例的配置方式，音腔支撑体920之间的距离都不同，可以根据扬声器单体结构的设计而调整彼此的距离，但并不需要一致。

虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (27)

1.一种扬声器单体结构，包括：

振膜；

电极，具有多个开孔；

音腔基材；

边框支撑体，环绕该电极、该振膜与该音腔基材的堆叠结构，而将该振膜固定于该电极与该音腔基材之间，其中该电极与该振膜之间形成第一腔室空间，而该音腔基材与该振膜之间形成第二腔室空间；

多个支撑体，位于该第一腔室空间内，配置于该电极与该振膜之间，藉以防止该振膜与该电极的接触；以及

多个音腔支撑体，位于该第二腔室空间内，对应于支撑体的位置配置。

2.如权利要求1所述的扬声器单体结构，其中该音腔支撑体的配置数量等于该支撑体数量。

3.如权利要求1所述的扬声器单体结构，其中该音腔支撑体的配置数量大于该支撑体数量。

4.如权利要求1所述的扬声器单体结构，其中该音腔支撑体的配置数量小于该支撑体数量。

5.如权利要求1所述的扬声器单体结构，其中该音腔支撑体的配置布局方式，根据该振膜的静电效应大小或音频响应设计决定。

6.如权利要求5所述的扬声器单体结构，其中该音腔支撑体的配置布局方式，为调整相邻该音腔支撑体之间的距离。

7.如权利要求1所述的扬声器单体结构，其中该音腔支撑体的外型为点状、三角柱形、圆柱形或是矩形。

8.如权利要求1所述的扬声器单体结构，其中该音腔支撑体是采用转印方式形成于该音腔基材或是该振膜上。

9.如权利要求8所述的扬声器单体结构，其中该转印方式包括喷墨印刷或丝网印刷其中之一。

10.如权利要求1所述的扬声器单体结构，其中该音腔支撑体是采用转贴方式形成于该音腔基材或是该振膜上。

11.如权利要求10所述的扬声器单体结构，其中该转贴方式为该音腔支撑体与该音腔基材或是该振膜粘着。

12.如权利要求10所述的扬声器单体结构，其中该转贴方式为该音腔支撑体与该音腔基材或是该振膜不粘着。

13.如权利要求1所述的扬声器单体结构，其中该音腔支撑体是经由蚀刻方式形成于该音腔基材或是该振膜上。

14.如权利要求1所述的扬声器单体结构，其中该音腔支撑体是经由光致抗蚀剂曝光显影方式形成于该音腔基材或是该振膜上。

15.如权利要求1所述的扬声器单体结构，其中该音腔支撑体由透明且可挠曲的材料制成。

16.如权利要求1所述的扬声器单体结构，其中该音腔支撑体为点状结构。

17.如权利要求1所述的扬声器单体结构，其中该音腔支撑体为栅状结构。

18.如权利要求1所述的扬声器单体结构，其中该音腔支撑体为类十字状结构。

19.如权利要求1所述的扬声器单体结构，其中该电极的材料为金属材料，且该支撑体位于该金属电极与该振膜之间。

20.如权利要求1所述的扬声器单体结构，其中该电极由一层非导电材料镀上一层金属薄膜。

21.如权利要求20所述的扬声器单体结构，其中该非导电材料为塑胶、橡胶、纸张、不导电布料、棉纤维或高分子纤维。

22.如权利要求20所述的扬声器单体结构，其中该金属薄膜为铝、金、银、铜或其合金、镍金合金、铟锡氧化物、铟锌氧化物其中之一或其组合。

23.如权利要求20所述的扬声器单体结构，其中该金属薄膜厚度为0.2微米至0.8微米。

24.如权利要求23所述的扬声器单体结构，其中该金属薄膜厚度为0.2微米至0.4微米。

25.如权利要求23所述的扬声器单体结构，其中该金属薄膜厚度为0.3微米。

26.如权利要求1所述的扬声器单体结构，其中该振膜至少包括驻极体层与导电电极层。

27.如权利要求26所述的扬声器单体结构，其中该驻极体层为单层或多层介电材料，该介电材料为氟化乙烯丙烯共聚物、聚四氟乙烯、聚氟亚乙烯或部分含氟高分子聚合物。

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