CN101765046A - 非金属振膜多层压电扬声器 - Google Patents
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Abstract
一种非金属振膜多层压电扬声器，在边框上设非金属弹性振膜，非金属弹性振膜上设多层压电陶瓷片。多层压电陶瓷片的结构为：至少两层压电陶瓷层与压电陶瓷层数目多1层的电极层烧结制成，一层压电陶瓷层与相邻一层压电陶瓷层之间设置有与交流电源相连的电极层，最外两层压电陶瓷层的外侧面设置有与交流电源相连的电极层，每一层压电陶瓷层一侧面的电极层接交流电源的一端、另一侧面的电极层接交流电源的另一端。发明人将非金属振膜多层压电扬声器与多层压电扬声器进行了对比测试，测试结果表明，非金属振膜多层压电扬声器与多层压电扬声器相比，非金属振膜多层压电扬声器的声压级增大6dB，总谐波失真减小14％，提高了扬声器的音质效果。
Description
技术领域
本发明属于压电传感器；电致伸缩传感器技术领域，具体涉及到一种传声器。
背景技术
压电扬声器是一种通过逆压电效应来实现电能-机械能-声能转换的电声器件，即运用压电陶瓷的压电效应和电能机械能相互转化的原理，给贴附于平板振膜上的压电陶瓷薄膜振子输入音频电压信号，使得陶瓷薄膜振子产生弯曲振动，从而带动平板振膜产生和输入音频信号强度和频率相对应的机械弯曲振动来推动空气发声。压电扬声器已广泛应用于小型设备的音响输出，如手机的扬声器，计算机的扬声器，微型耳机的扬声器等。
目前，现有的金属振膜多层压电陶瓷扬声器采用多层压电陶瓷片与金属振膜直接粘合，或多层压电陶瓷片与具有悬臂结构的金属振膜粘合而成。本发明发明人所在的课题组所发明的专利号为200820228545.8、发明名称为《多层压电扬声器》的中国专利，该专利的多层压电陶瓷片是在各层压电陶瓷层之间设置有内电极层，两外侧的压电陶瓷片外侧设置有外电极层，两外侧的压电陶瓷层外侧的电极层分别接交流电源，压电陶瓷层各层之间的内电极层未设置引线，加电后多层压电陶瓷片只能伸长或缩短，不能自主弯曲，必须贴附在金属振动板上，在音频交变电场激励下形成弯曲振动，从而实现声音的输出。由于金属振膜的刚度、厚度对压电元件形成的力阻将导致压电扬声器的声压降低，频率响应提高，声音的平坦度变差，失真度提高，因此，这种压电扬声器只能作为高音补偿应用。
另外，现有的金属振膜多层压电陶瓷扬声器，多层压电陶瓷片用胶粘接在边框的中心位置，多层压电陶瓷片与边框之间用悬臂相连，其余部分镂空。这种结构的扬声器，在振动发生时，刚度较大，发出的声音尖锐，只适合用作高音补偿，在低音区应用效果较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述压电扬声器的缺点，提供一种厚度薄、重量轻、声压高、失真度小的非金属振膜多层压电扬声器。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：在边框上设置有振膜，振膜上设置有多层压电陶瓷片，多层压电陶瓷片为至少两层压电陶瓷层与压电陶瓷层数目多1层的电极层烧结制成，一层压电陶瓷层与相邻一层压电陶瓷层之间设置有与交流电源相连的电极层，最外两层压电陶瓷层的外侧面设置有与交流电源相连的电极层，每一层压电陶瓷层一侧面的电极层接交流电源的一端、另一侧面的电极层接交流电源的另一端。本发明的振膜为非金属弹性振膜。
本发明的非金属弹性振膜为聚氨酯弹性薄膜。
本发明采用多层压电陶瓷共烧技术，多层压电陶瓷片的每一层压电陶瓷层一侧面的电极层接交流电源的一端、另一侧面的电极层接交流电源的另一端，对压电陶瓷片上下层进行相反方向的极化，实现多层压电扬声器陶瓷片双晶片结构，形成自主弯曲振动，提高了压电元件的推动力。同时，本发明采用聚氨酯弹性薄膜为扬声器的振动膜，改善了扬声器振动力阻，提高了声压输出，降低了失真度，改善了声音的平坦度。发明人将非金属振膜多层压电扬声器与多层压电扬声器进行了对比测试，测试结果表明，非金属振膜多层压电扬声器与多层压电扬声器相比，非金属振膜多层压电扬声器的声压级增大6dB，总谐波失真减小14％，提高了扬声器的音质效果，可作为便携、小型音响设备的扬声器。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图2是本发明实施例1的多层压电陶瓷片3的结构示意图。
图3是本发明实施例2的多层压电陶瓷片3的结构示意图。
图4是本发明实施例3的多层压电陶瓷片3的结构示意图。
图5是本发明实施例1的非金属振膜多层压电扬声器与多层压电扬声器的声压级曲线对比图。
图6是本发明实施例1的非金属振膜多层压电扬声器与多层压电扬声器的失真曲线对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。
实施例1
在图1、2中，本实施例的非金属振膜多层压电扬声器由边框1、非金属弹性振膜2、多层压电陶瓷片3联接构成。
在边框1上用胶固定粘接有非金属弹性振膜2，非金属弹性振膜2上用胶粘接有多层压电陶瓷片3。
本实施例的多层压电陶瓷片3由4层压电陶瓷层3-2和5层电极层3-1叠合烧结制成，一层压电陶瓷层3-2与相邻一层压电陶瓷层3-2之间设置有一层电极层3-1，电极层3-1采用Ag/Pd电极材料，最外两层压电陶瓷层3-2的外侧面各设置有一层电极层3-1，每一层压电陶瓷层3-2一侧面的电极层3-1接交流电源的一端、另一侧面的电极层3-1接交流电源的另一端。这种结构的多层压电陶瓷片3，在极化时各压电陶瓷层3-2分层极化。当一压电陶瓷层3-2一侧面的电极层3-1为正、另一侧面的电极层3-1为负时，通过逆压电效应，上部两层压电陶瓷层3-2伸长、下部两层压电陶瓷层3-2缩短，多层压电陶瓷片3产生凸型弯曲形变；当一层压电陶瓷层3-2一侧面的电极层3-1为负、另一侧面的电极层3-1为正时，通过逆压电效应，上部两层压电陶瓷层3-2缩短、下部两层压电陶瓷层3-2伸长，多层压电陶瓷片3产生凹型弯曲形变。当多层压电陶瓷片3接交流电源时，与非金属弹性振膜2一起弯曲振动发出声音。
本实施例的非金属弹性振膜2采用聚氨酯弹性薄膜，这种非金属弹性振膜2为柔性振膜，改善了扬声器振动力阻，提高了扬声器的声压输出，降低了扬声器的失真度，改善了扬声器发出声音的平坦度。
实施例2
在本实施例中，多层压电陶瓷片3由2层压电陶瓷层3-2和3层电极层3-1叠合烧结制成，两层压电陶瓷层3-2之间设置有一层电极层3-1，两层压电陶瓷层3-2的外侧面各设置有一层电极层3-1，两层压电陶瓷层3-2外侧面的电极层3-1分别接交流电源的一端，两层压电陶瓷层3-2之间的电极层3-1接交流电源的另一端。非金属弹性振膜2与实施例1相同。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
实施例3
在本实施例中，多层压电陶瓷片3由9层压电陶瓷层3-2和10层电极层3-1叠合烧结制成，一层压电陶瓷层3-2与相邻一层压电陶瓷层3-2之间设置有一层电极层3-1，最外两层压电陶瓷层3-2的外侧面各设置有一层电极层3-1，每一层压电陶瓷层3-2一侧面的电极层3-1接交流电源的一端、另一侧面的电极层3-1接交流电源的另一端。非金属弹性振膜2与实施例1相同。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
为了验证本发明的有益效果，发明人采用本发明实施例1制备的非金属振膜多层压电扬声器与多层压电扬声器进行了声强、失真度对比测试，各种试验情况如下。
测试方法：将非金属振膜多层压电扬声器和多层压电扬声器固定在障板上，障板的正前方5cm处设置传声器，传声器通过导线与音频分析仪相连。由信号发生器输出的信号经放大器放大后提供给非金属振膜多层压电扬声器和多层压电扬声器使其发声，传声器将所接收到非金属振膜多层压电扬声器、多层压电扬声器发出的音频信号转换成电信号输出到音频分析仪，音频分析仪测量出非金属振膜多层压电扬声器、多层压电扬声器的声压级(SPL)、失真度(THL)参数，试验结果见表1，并绘制出非金属振膜多层压电扬声器、多层压电扬声器的声压级-频率变化曲线和失真度-频率变化曲线，声压级-频率变化曲线见图5，失真度-频率变化曲线见图6。在图5中，曲线a是非金属振膜多层压电扬声器的声压级曲线，曲线b是多层压电扬声器的声压级曲线；在图6中，曲线c是非金属振膜多层压电扬声器的失真度-频率变化曲线曲线，曲线d是多层压电扬声器的失真度-频率变化曲线曲线
表1非金属振膜多层压电扬声器与多层压电扬声器的性能对比测试结果
由表1可见，非金属振膜多层压电扬声器与多层压电扬声器相比，声压级增大6dB(声压级越大扬声器发声越响亮)，总谐波失真减小14％(总谐波失真度越小扬声器发声时失真越小，即音质越纯)。由图5可见，非金属振膜多层压电扬声器声压级曲线较平坦，在谐振频率以上具有较大的声压级(SPL)；由表1和图6失真度测试结果可见，非金属振膜多层压电扬声器的总谐波失真(THL)小于多层压电扬声器的总谐波失真，提高了压电扬声器的音质效果。
Claims (2)
1.一种非金属振膜多层压电扬声器，在边框(1)上设置有振膜，振膜上设置有多层压电陶瓷片(3)，其特征在于所说的多层压电陶瓷片(3)为：至少两层压电陶瓷层(3-2)与压电陶瓷层(3-2)数目多1层的电极层(3-1)烧结制成，一层压电陶瓷层(3-2)与相邻一层压电陶瓷层(32)之间设置有与交流电源相连的电极层(3-1)，最外两层压电陶瓷层(3-2)的外侧面设置有与交流电源相连的电极层(3-1)，每一层压电陶瓷层(3-2)一侧面的电极层(3-1)接交流电源的一端、另一侧面的电极层(3-1)接交流电源的另一端；所说的振膜为非金属弹性振膜(2)。
2.按照权利要求1所述的非金属振膜多层压电扬声器，其特征在于：所说的非金属弹性振膜(2)为聚氨酯弹性薄膜。
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