CN101998214B - 扬声器 - Google Patents

Abstract

一种扬声器，其中，该扬声器包括一发声模组、一功放线路板及一将所述发声模组与功放线路板收容并固定其间的固定外框，该发声模组包括一热致发声元件及与该热致发声元件电连接的至少一第一电极及至少一第二电极，所述功放线路板通过该第一电极及第二电极与该热致发声元件电连接。本发明将该热致发声元件与功放线路板共同组装于所述封装结构中形成一完整的产品结构，便于推广应用并实现市场化。

Description

扬声器

技术领域

本发明涉及一种扬声器，尤其涉及一种基于碳纳米管的扬声器。

背景技术

现有技术中的扬声器通常包括一箱体及一设置于该箱体内的电致发声元件。该电致发声元件包括振膜及磁性结构。该电致发声元件通过输入的音频电信号在磁电感应的作用下驱动振膜振动发出声音。此外，现有技术中常通过一功放电路将所输入的音频电信号放大处理后再输入该电致发声元件。该功放电路与上述电致发声元件可集成设置于所述箱体中，构成所述扬声器。当该扬声器使用时，该功放电路通过一数据线与一外部音频信号源连接。然而，所述电致发声元件通过振膜振动而发声，而现有的振膜通常为锥盆式，需要较大空间，导致容置该电致发声元件的箱体及该扬声器的体积较大，使用不方便。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种将发声元件与功放电路集成设置的扬声器，且该扬声器体积相对较小，结构简单，使用方便。

一种扬声器，其中，该扬声器包括一发声模组、一功放线路板及一将所述发声模组与功放线路板收容并固定其间的固定外框，该发声模组包括一热致发声元件及与该热致发声元件电连接的至少一第一电极及至少一第二电极，所述功放线路板通过该第一电极及第二电极与该热致发声元件电连接。

与现有技术相比较，本发明提供的扬声器将热致发声元件组装于一封装结构中，从而可保护所述热致发声元件不易被损坏；同时本发明将该热致发声元件与功放线路板共同组装于所述封装结构中形成一完整的产品结构，该产品结构体积较小、结构简单且使用方便，便于推广应用并实现市场化。

附图说明

图1是本发明实施例所提供的扬声器的组装示意图。

图2是图1的立体分解图。

图3是图1中扬声器的发声模组立体分解图。

图4是图1中扬声器的第一固定外框的示意图。

图5是图1中扬声器的第二固定外框的示意图。

图6是图1中扬声器的第一固定外框和第二固定外框相配合的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明实施例的扬声器。

请参阅图1及图2，本发明实施例提供一扬声器100，其包括一发声模组20，二位于所述发声模组20两侧的保护装置30，一功放线路板40及将所述发声模组20、保护装置30及功放线路板40固定其间的一固定外框10。

以下分别对扬声器100的发声模组20、保护装置30、功放线路板40及固定外框10一一进行介绍。

发声模组

请参阅图3，所述发声模组20包括多个第一电极21，多个第二电极22，一热致发声元件23，一固定框24，一第一导电片25及一第二导电片26。所述多个第一电极21和多个第二电极22的两端固定于所述固定框24，且本实施例中，该多个第一电极21和多个第二电极22基本在一个平面内平行间隔设置，且相邻两个第一电极21之间均设置有一第二电极22。所述热致发声元件23铺设于所述多个第一电极21和多个第二电极22所在的平面，且通过该多个第一及第二电极21、22支撑，同时该热致发声元件23与所述多个第一及第二电极21、22电连接。本实施例中，所述第一导电片25与所述多个第一电极21电连接，所述第二导电片26与所述多个第二电极22电连接，且该第一导电片25和第二导电片26分别设置于所述固定框24，可以理解，使所述多个第一电极21实现电连接或使所述多个第二电极22实现电连接的方式不限于本实施例中的第一导电片25和第二导电片26，还可选择导线等任何具有导电性的元件。

所述多个第一电极21及多个第二电极22由导电材料制成，且其形状不限。优选地，该第一电极21及第二电极22采用强度较大的金属或合金制成，该金属或合金可为钨、钼、镍及不锈钢中的一种或者多种。本实施例中，所述发声模组20包括四个第一电极21和四个第二电极22，且该第一和第二电极21、22为不锈钢杆。本实施例中，该四个第一电极21通过所述第一导电片25实现电连接，该四个第二电极22通过所述第二导电片26实现电连接，所述第一电极21和第二电极22的数量分别为多个，可使整个发声模组20的电阻降低，从而可降低该发声模组20的工作电压。可以理解，本发明第一电极21和第二电极22的数量也可分别为一个。

所述热致发声元件23可为箔片、碳纳米管结构等任何实现电-热-声转换的热致发声元件。本实施例中，所述热致发声元件23包括一碳纳米管结构，所述碳纳米管结构具有较大的比表面积。该碳纳米管结构包括至少一碳纳米管膜、至少一碳纳米管线状结构或其组合。具体地，所述碳纳米管结构可包括多个平行且无间隙铺设或/和重叠铺设的碳纳米管膜，也可包括多个相互平行设置、交叉设置或编织设置的碳纳米管线状结构。所述碳纳米管结构的厚度为0.5纳米～1毫米。优选地，该碳纳米管结构的厚度为50纳米。所述碳纳米管结构的单位面积热容可小于2×10^-4焦耳每平方厘米开尔文。优选地，所述碳纳米管结构的单位面积热容小于1.7×10^-6焦耳每平方厘米开尔文。所述碳纳米管结构中的碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米～50纳米，所述双壁碳纳米管的直径为1.0纳米～50纳米，所述多壁碳纳米管的直径为1.5纳米～50纳米。

所述碳纳米管膜包括多个均匀分布的碳纳米管，该多个碳纳米管有序排列或无序排列，所述无序排列指碳纳米管的排列方向不固定，即沿各方向排列的碳纳米管的数量基本相等，所述有序排列指至少多数碳纳米管的排列方向具有一定规律，如基本沿一个固定方向择优取向或基本沿几个固定方向择优取向排列。所述无序排列的碳纳米管通过范德华力相互缠绕、相互吸引且平行于碳纳米管结构的表面，所述有序排列的碳纳米管沿一个方向或多个方向择优取向排列。本实施例中所述碳纳米管膜包括多个有序排列的碳纳米管，该碳纳米管膜中的碳纳米管通过范德华力首尾相连且基本沿一个方向择优取向排列且基本平行于该碳纳米管膜表面。所述碳纳米管膜可通过拉取一碳纳米管阵列直接获得。具体地，该碳纳米管膜包括多个连续且定向排列的碳纳米管片段。该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管片段包括多个相互平行的碳纳米管，该多个相互平行的碳纳米管通过范德华力紧密结合。该碳纳米管片段具有任意的宽度、厚度、均匀性及形状。当所述碳纳米管结构仅由一个碳纳米管膜组成时，该碳纳米管膜具有较高的透明度，其透光度为67％～95％。当所述碳纳米管结构由多个碳纳米管膜组成时，通过在一个平面内将该多个碳纳米管膜平行且无间隙铺设可以制备不同面积的碳纳米管结构，通过将该多个碳纳米管膜层叠铺设可以制备不同厚度的碳纳米管结构，且该由多个碳纳米管膜相互重叠设置形成的碳纳米管结构，具有较高的强度和柔韧性。上述多个碳纳米管膜平行且无间隙铺设或/和重叠铺设时，相邻的碳纳米管膜中的碳纳米管的排列方向形成一夹角β，0°≤β≤90°。本实施例中，所述碳纳米管结构中的多个碳纳米管沿第一电极向第二电极延伸。所述碳纳米管结构包括两个重叠设置的碳纳米管膜，且该两个碳纳米管膜中碳纳米管之间的夹角大致为0度。

所述碳纳米管线状结构包括一个或多个碳纳米管线。该多个碳纳米管线相互平行排列组成一束状结构，或者相互扭转组成一绞线结构。该碳纳米管线包括通过范德华力首尾相连的碳纳米管，该碳纳米管线可以为非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线。该非扭转的碳纳米管线包括多个沿该非扭转的碳纳米管线长度方向基本平行排列的碳纳米管。具体地，该非扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。所述扭转的碳纳米管线为采用一机械力将所述碳纳米管拉膜两端沿相反方向扭转获得。该扭转的碳纳米管线包括多个绕该扭转的碳纳米管线轴向螺旋排列并沿该扭转的碳纳米管线的一端向另一端延伸的碳纳米管。具体地，该扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。

所述碳纳米管结构可以通过其自身的粘性与所述第一及第二电极21、22紧密接触，也可以通过导电粘结剂与所述第一及第二电极21、22紧密接触。所述导电粘结剂可设置于所述碳纳米管结构与所述第一及第二电极21、22相接触的表面。所述导电粘结剂在实现碳纳米管结构与所述第一及第二电极21、22更好地固定的同时，还可以使所述碳纳米管结构与所述第一及第二电极21、22实现电接触。本实施例中，所述导电粘结剂为一银胶。

所述热致发声元件23的工作介质不限，只需满足其电阻率大于所述热致发声元件23的电阻率即可。所述介质包括气态介质或液态介质。所述气态介质包括空气。所述液态介质包括非电解质溶液、水及有机溶剂等中的一种或多种。其中，所述水包括纯净水、自来水、淡水及海水，所述有机溶剂包括甲醇、乙醇及丙酮等。本实施例中，所述介质为空气。

所述热致发声元件23在使用时，由于碳纳米管结构由均匀分布的碳纳米管组成，且该碳纳米管结构具有较大的比表面积，故该碳纳米管结构具有较小的单位面积热容和较大的散热表面，在输入音频信号后，碳纳米管结构可迅速升降温，产生周期性的温度变化，并和周围介质快速进行热交换，使周围介质的密度周期性地发生改变，进而发出声音。故本发明实施例中，所述热致发声元件23的发声原理为“电-热-声”的转换。

本发明实施例提供的热致发声元件23的声压级大于50分贝每瓦声压级，发声频率范围为1赫兹至10万赫兹(即1Hz-100kHz)。所述热致发声元件23在300赫兹至4万赫兹频率范围内的失真度可小于3％。另外，本发明实施例中的碳纳米管结构具有较好的韧性和机械强度，所述碳纳米管结构可方便地制成各种形状和尺寸的热致发声元件23。所述固定框24用于固定所述第一电极21及第二电极22。该固定框24的形状与大小不限，可以根据实际需要设计。所述固定框24由绝缘材料制成，该绝缘材料包括玻璃、陶瓷、树脂、木质材料、石英、塑料等中的一种或多种。本实施例中，所述固定框24为一方形的塑料框架。所述固定框24的边长略小于第一及第二电极21、22的长度，厚度大于第一及第二电极21、22的直径。该固定框24用来固定第一及第二电极21、22的相对两边框上分别形成有一凹型槽242，所述第一导电片25和第二导电片26嵌在该凹型槽242中。所述固定框24与第一及第二电极21、22平行的两个边框上分别设有多个凸片244，这些凸片244用于与发声模组20两侧的保护装置30相扣合。可以理解地，本发明中的第一及第二电极21、22也可以直接固定在第一导电片25和第二导电片26上并通过第一导电片25和第二导电片26电连接，即，所述固定框24为一可选元件。

所述第一导电片25及第二导电片26分别固定于所述固定框24的凹型槽242，该第一导电片25分别与所述第一电极21绝缘连接及与第二电极22电连接。该第二导电片26分别与所述第一电极22电连接及与第二电极22绝缘连接。具体地，所述每一第一电极21的一端与所述第一导电片25通过一绝缘垫片绝缘连接，另一端则通过焊接与所述第二导电片26电连接。所述每一第二电极22的一端通过焊接与所述第一导垫片电连接，另一端则通过一绝缘垫片绝缘连接。由此，所述第一电极21与第二导电片26电连接，所述第二电极22与所述第一导电片25电连接。在本实施例中，该第一导电片25及第二导电片26通过螺接方式固定在所述固定框24上，可以理解，该第一导电片25及第二导电片26与固定框24的固定方式并不限于螺接。该第一及第二导电片25、26还可以通过铆接、粘接、卡扣等方式与固定框24固定。

保护装置

请参阅图2，所述每一保护装置30为一多孔结构，如，金属栅网。所述金属栅网可通过对金属板刻蚀或通过金属线编织而成。本实施例中，将两个金属栅网分别设置于发声模组20的固定框24两侧，并固定于固定框24上。所述金属栅网为通过对金属板刻蚀形成，其包括多个均匀分布的微孔。将保护装置30固定于固定框24上的方式不限，可以为螺栓、粘结剂或任何可以固定的方式。本实施例中，所述金属栅网与第一及第二电极21、22平行的两边分别设置有卡槽31，以供设置于所述固定框24的凸片244穿设，从而使金属栅网固定于固定框24上。采用金属栅网作为保护装置30既可以使热致发声元件23发出的声波向外传递，又可以保护作为热致发声元件23的碳纳米管结构不被外界破坏，还可以使热致发声元件23产生的热量迅速向外扩散，以保证发声模组20正常工作。可以理解，本发明中的保护装置30亦可以为一个，当其为一个时，该保护装置30可弯曲成U形，从而形成一个容置空间，所述发声模组20设置于该U形保护装置30的容置空间中。

功放线路板

所述功放线路板40分别与所述多个第一及第二电极21、22电连接，其包括一基板41及分别设置于该基板41上的一功放芯片42、一音频连接器43及一电源连接器44。该基板41用于承载所述功放芯片42、音频连接器43及电源连接器44。所述功放芯片42与所述电源连接器44电连接，且该功放芯片42也分别与所述音频连接器43及所述热致发声元件23电连接。当将电源连接器44与外部电源接通之后，该功放线路板40可将从音频连接器43输入的音频信号放大并传输至所述热致发声元件23。可以理解，所述功放线路板40可进一步包括一容置且固定电池的固定槽(图未示)，该固定槽具有两个间隔设置的导电触片，该导电触片与所述功放芯片42电连接，当一电池装入该固定槽之后，该电池便与该两个导电触片电连接，进而通过该导电触片与所述功放芯片42电连接，从而可无需通过电源连接器44与外部电源连接，即可驱动该功放线路板40工作，可以理解，由于该电池固定槽及电源连接器均为实现所述功放芯片42与外部电源电连接，因此，二者可以择选其一。

固定外框

请参阅图4及图5，所述固定外框10为一方形框体，其包括一第一固定外框11及一与第一固定外框11配合的第二固定外框12。

所述第一固定外框11具有四个首尾相连的边框110及一隔板115，该边框110与隔板115可一体成形。所述四个边框110首尾相连共同形成一开口111。所述四个边框110均具有一第一表面1101和一与第一表面1101相背的一第二表面(图未示)，所述第一表面1101可与第二固定外框12相接触，所述第二表面远离与第一固定外框11配合的第二固定外框12。所述四个边框110在所述第二表面的位置沿垂直于边框110的厚度方向朝开口111延伸出四个首尾相连的凸缘112，所述四个凸缘112的厚度及长度均相同，其中三个凸缘112的宽度相同且均小于另一个凸缘112的宽度，该四个凸缘112用以抵靠所述保护装置30，且较宽的凸缘112不仅可抵靠所述保护装置30，还可抵靠所述功放线路板40。另外，在邻近于所述凸缘112与所述边框110相接的位置处，从所述第一表面1101处沿平行于边框110的厚度方向朝远离所述凸缘112的方向延伸出四个首尾相连的凸棱113，该凸棱113用以与第二固定外框12的边框相配合。所述隔板115设置于所述其中一较宽的凸缘112上并与与其相对的一边框110平行，该隔板115与所述两个凸棱113可相互接触，且其侧边缘与所述凸棱113的侧边缘平齐。该隔板115与两个与其接触的凸棱113、一个远离较宽凸缘112的凸棱113、与该三个凸棱113相对应的三个边框110及凸缘112共同构成一用于容置所述热致发声元件20及保护装置30的第一空间(图未标)。且该隔板115与所述两个与其接触的凸棱113、一个与较宽凸缘112相邻的凸棱113、与该三个凸棱113相对应的三个边框110及较宽的凸缘112共同构成一第二空间114，该第二空间114用以容置所述功放线路板40。所述隔板115具有一缺口1150，用于使与所述热致发声元件20及所述功放线路板40实现电连接的导线从该缺口1150通过。

所述第二固定外框12具有四个首尾相连的边框120，所述四个边框120首尾相连且共同形成一开口121。该边框120在远离与其配合的第一固定外框11的表面，且在垂直于该边框120的厚度方向上朝所述开口121延伸出四个首尾相连的凸缘122，所述四个凸缘122的厚度及长度均相同，其中三个凸缘122的宽度相同且均小于另一个凸缘122的宽度，且该较宽的凸缘122与上述第一固定外框11的较宽的凸缘122相对。

请参阅图6并结合图4及图5，所述第一及第二固定外框11、12相互配合，从而使第一固定外框11的凸棱113与所述第二固定外框12的凸缘122相抵靠，使所述第一固定外框11的隔板115与所述第二固定外框12的其中一凸缘122相抵靠，从而形成一可固定所述热致发声元件23及保护装置30的第一容置空间13，及一可固定所述功放线路板40的第二容置空间(图未标)。所述开口111、121可以使热致发声元件23发出的声波向外传递，又可以使热致发声元件23产生的热量迅速向外扩散，以保证发声模组20正常工作。所述第一固定外框11与第二固定外框12可以通过螺栓、粘结剂或任何可以固定的方式固定在一起。所述第一固定外框11与第二固定外框12由绝缘材料制作，该绝缘材料包括玻璃、陶瓷、树脂、木质材料、石英、塑料等中的一种或多种。本实施例中，所述第一固定外框11与第二固定外框12为方形塑料框。所述第一固定外框11与第二固定外框12通过螺栓固定在一起。

此外，所述第一固定外框11中，与所述隔板115相对设置且与该隔板115共同构成一第二空间114的边框110上设置有两个凹槽116，所述第二固定外框12的其中一边框上也设置有两个凹槽126，该第一固定外框11和第二固定外框12相互配合后，该第一固定外框11的两个凹槽116和第二固定外框12的两个凹槽126相互配合共同形成一用以容置所述功放线路板40的音频连接器43的第一端口45，及一用以容置所述功放线路板40的电源连接器44的第二端口46。可以理解，该第一端口45及第二端口46也可直接形成于所述第一固定外框11的边框110上。可以理解，该第一固定外框11设置有凹槽116的边框110上可进一步设置一第一缺口(图未示)，该第二固定外框12设置有凹槽126的边框120上可进一步设置一与第一固定外框11的边框110上的第一缺口相配合的第二缺口(图未示)，当该第一固定外框11与该第二固定外框12相互配合后，该第一固定外框11边框110上的第一缺口与第二固定外框12的边框120上的第二缺口可共同配合形成一开口(图未示)，该开口与所述功放线路板40上设置的用于容置电池的固定槽相对，便于电池的装卸，该扬声器100还可进一步包括一卡板(图未示)，该卡板可与所述开口配合并将所述电池封装。

组装所述扬声器100时，首先，将所述发声模组20的固定框24上的多个凸片244与发声模组20两侧的保护装置30的卡槽31相扣合，从而使所述保护装置30固定在所述发声模组20的两侧，所述保护装置30遮盖住所述热致发声元件23，使所述热致发声元件23的两侧受到保护，且所述保护装置30具有多个网孔，方便所述扬声器100的发声；其次，将所述保护装置30及发声模组20装入第一固定外框11，且承放在所述第一固定外框11的隔板115上，并将所述功放线路板40置于所述第一固定外框11的第二空间114中；再其次，将所述发声模组20与所述功放线路板40电连接；最后，将所述第二固定框12与第一固定框11配合，使所述保护装置30及发声模组20容置于由所述第一及第二固定框11、12配合后一起共同形成的第一容置空间13内，且使所述功放线路板40固定于由所述第一及第二固定框11、12配合后一起共同形成的第二容置空间内。

所述扬声器100工作时，通过所述电源连接器44与外部电源电连接，并将一音频信号通过所述音频连接器43输入所述功放线路板40，该音频信号经该功放线路板40放大之后传输给所述热致发声元件23，从而驱动该热致发声元件23发声。

本发明的扬声器具有以下优点：所述扬声器采用一热致发声元件，该热致发声元件在本发明的封装结构中悬空设置且受到一保护装置保护，有利于该热致发声元件与周围气体介质发生热交换，且由于其受保护装置的保护，使该热致发声元件不容易发生破坏；该扬声器整体结构相较于传统的采用振膜发声的扬声器厚度较薄，结构简单，且体积较小，节省空间；该扬声器将热致发声元件与功放线路板共同组装于一个封装结构中，从而形成一完整的产品结构，便于推广应用，实现市场化。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (12)

1.一种扬声器，其特征在于，该扬声器包括一发声模组、一功放线路板、一设置于所述发声模组两侧的保护装置、及一将所述发声模组、保护装置、功放线路板收容并固定其间的固定外框，该发声模组包括一热致发声元件及与该热致发声元件电连接的至少一第一电极及至少一第二电极，所述功放线路板通过该第一电极及第二电极与该热致发声元件电连接，所述保护装置为一多孔结构，所述固定外框包括一第一固定外框及一与该第一固定外框配合的第二固定外框，所述第一固定外框具有四个边框，该第一固定外框的四个边框首尾相连共同形成一第一开口，所述第二固定外框具有四个边框，该第二固定外框的四个边框首尾相连且共同形成一第二开口，所述第一开口和所述第二开口设置在所述发声模组两侧的所述保护装置处，所述热致发声元件发出的声波通过所述第一开口和所述第二开口向外传递，一隔板形成于所述固定外框内将所述固定外框分割为容置所述发声模组的第一空间及容置所述功放线路板的第二空间。

2.如权利要求1所述的扬声器，其特征在于，所述热致发声元件包括至少一碳纳米管膜，所述碳纳米管膜包括多个均匀分布的碳纳米管。

3.如权利要求2所述的扬声器，其特征在于，所述碳纳米管膜中的多个碳纳米管基本平行于该碳纳米管膜的表面。

4.如权利要求2所述的扬声器，其特征在于，所述碳纳米管膜中的多个碳纳米管通过范德华力首尾相连且基本沿同一方向择优取向排列。

5.如权利要求4所述的扬声器，其特征在于，所述热致发声元件包括两个相互层叠铺设的碳纳米管膜，且该相邻两个碳纳米管膜中的碳纳米管基本平行排列。

6.如权利要求2所述的扬声器，其特征在于，所述热致发声元件包括的多个碳纳米管膜在一个平面内平行且无间隙铺设。

7.如权利要求1所述的扬声器，其特征在于，所述热致发声元件包括至少一碳纳米管线状结构，该碳纳米管线状结构包括多个通过范德华力首尾相连的碳纳米管。

8.如权利要求2或7所述的扬声器，其特征在于，所述多个碳纳米管沿其轴向从该至少一第一电极延伸至该至少一第二电极。

9.如权利要求1所述的扬声器，其特征在于，所述至少一第一电极的数量为多个，所述至少一第二电极的数量为多个，且该多个第一电极和多个第二电极相互平行且间隔设置，且相邻两个第一电极之间均设置有一第二电极。

10.如权利要求1所述的扬声器，其特征在于，一缺口设置于所述隔板上，多个导线穿过所述缺口分别与所述发声模组及功放线路板电连接。

11.如权利要求1所述的扬声器，其特征在于，所述功放线路板包括一功放芯片、一电源连接器及一音频连接器。

12.如权利要求11所述的扬声器，其特征在于，所述固定外框上设置有两个凹槽，以容置所述功放线路板的电源连接器及音频连接器。

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