CN102104820A

CN102104820A - 一种加有配重块的压电扬声器

Info

Publication number: CN102104820A
Application number: CN2009102429398A
Authority: CN
Inventors: 袁世明
Original assignee: KING TONE INNOVATION
Current assignee: KING TONE INNOVATION
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2011-06-22

Abstract

本发明属于压电扬声器技术领域，特别涉及一种加入配重结构的薄型压电扬声器。其结构包括振膜，粘结在振膜上的压电陶瓷片，压电陶瓷片表面的电极，连接电极和外部电路的电极引导线，用来约束振膜的边框以及配重结构。通过引入块状、多层块状、圆环状等配重结构，调整了本发明压电扬声器的中频段特性，有效提高了传统压电扬声器频响曲线的平整度，使失真率降低，减小乃至消除了中频段声辐射在空间的相位抵消，使压电扬声器的声压级频响曲线平整度得到极大改善，音质更佳。

Description

一种加有配重块的压电扬声器

技术领域

本发明涉及压电扬声器领域，具体涉及一种加入配重结构的薄型压电扬声器。

背景技术

扬声器是一种电-力-声换能器，它是音响设备中的重要元件。扬声器在人们平时的日常生活中广泛被使用，带来了很多的便利，汽车、广播、电视、音箱、手机、MP4、电脑等电子产品领域中，扬声器的应用几乎随处可见。扬声器的种类很多，按其能量转换原理可分为电动式(即动圈式)、静电式(即电容式)、电磁式(即舌簧式)、压电式等几种；按频率范围可分为低音扬声器、中音扬声器、高音扬声器，其中动圈式扬声器应用最为广泛。而压电扬声器因其小、薄、轻的特点，在当今器件小型化的趋势下，具有极其光明的前景与未来。

目前大多数压电扬声器的振动发声部分的基本原理为：电极接通交流电，由于逆压电效应，压电陶瓷片产生振动，使金属振膜发生弯曲变形，从而产生振动，进而推动空气振动，产生声压，发出声音。

与传统的动圈扬声器相比，压电扬声器有以下几点优势：

1.压电扬声器结构中不需要磁铁，从而也不会存在任何的磁场对周围的电路产生干扰和影响，也不会从周围空间吸纳尘粒。

2.压电扬声器的厚度超薄，相比动圈式扬声器，压电扬声器可安装于更为扁平空间中，这一点使其在当今市场极具有竞争力；

3.压电扬声器具有轻便的特点，重量一般都小于1g，比传统的动圈扬声器轻50％-80％；

4.压电扬声器功耗低，一般小于15mW，是动圈式扬声器消耗功率的1/5-1/2，这大大延长了器件的电池寿命；

5.压电扬声器的声学设计简单，背面只需很少空间，不需要对于动圈扬声器所必须的用于提高声压级的空腔。

在相比于传统扬声器具备很大优势的同时，普通压电扬声器也存在一些缺点，这主要表现在音质上较差。研究表明，大多数音质好的扬声器，其频率响应曲线是平坦的。而传统的压电扬声器的第一阶谐振频率(频率响应曲线的一个峰对应的频率)一般较高，低频特性稍差，即低音重放效果略差。例如13×19规格的压电扬声器的第一阶谐振频率一般在1.2kHz～1.4kHz之间，20×20规格的压电扬声器的第一阶谐振频率一般在600Hz～1kHz之间。第一阶谐振频率主要跟压电陶瓷片、基膜、被膜的外形尺寸和具体的约束方式相关。另外传统的压电扬声器在中频带一般有较深的谷，从而造成失真大、音质差。例如13×19规格的压电扬声器在10kHz附近，20×20规格的压电扬声器在5kHz附近，由于中频段声辐射在空间的相位抵消，直接导致声压级降低30db以上。典型的20×20规格的压电扬声器频响曲线如附图1所示，可以看出曲线在5.5kHz左右有一明显的深谷即中频谷，而大多数动圈式扬声器没有类似的明显的中频谷。一般来说，第一阶谐振频率可以通过优化材料、尺寸、边界条件等方法予以调整，从而拓展低频带宽，改善低频特性。而中频谷的改善一般有两种，要么将中频谷后移到所关心的声音频带之外(例如10kHz以上)，要么在当前频率上减小乃至消除中频谷。将中频谷后移往往要从结构、尺寸等方面入手，而结构、尺寸等参数对扬声器性能的影响是多方面的，在将中频谷推后的同时很难照顾到其它已经调整好的性能指标，常常要打破已有的设计，而且单纯将中频谷后推几千赫兹就很困难。而在当前频率上减小乃至消除中频谷方面，业界一直没有简单通用的方法，成为制约压电扬声器推广应用的一个难题和瓶颈。由于人耳对中频段的声音比较敏感，减小压电扬声器的中频谷失真成为器件设计的极为关键的技术。解决以上问题的相关技术也成为各企业重点保护的专利内容。

一般认为中频谷产生的原因是在扬声器的振膜在中频某些频段上产生特殊的振动模态，振膜不同部分的振动在远场轴线上测试点处产生相位相反的振动，因而引起声波干涉而相互抵消，从而出现声辐射的谷点。通过改善振膜在中频带的模态可以减小乃至消除中频谷。振动模态往往跟振膜的质量分布密切相关，在陶瓷片或振膜的特定位置加入小型配重结构不仅简单易行，而且能达到改善压电振子振动模态，耦合压电扬声器峰和谷对应的模态，减小乃至消除中频带的峰和谷的目的。

发明内容

本发明的目的是鉴于已有技术的不足，针对性地提出一种添加全新的配重结构的压电扬声器，可明显改善传统压电扬声器在中频区的失真，使扬声器的综合性能得到极大提高。

本发明采用的技术方案为：该压电扬声器的结构包括振膜，粘结在振膜上的压电陶瓷片，压电陶瓷片表面的电极，用来约束振膜的边框，其特征在于，所述压电陶瓷片或振膜表面上粘结有多个配重，且所述配重位于压电陶瓷片或振膜上、关于压电陶瓷片或振膜的几何中心对称的任意位置；所述配重使压电扬声器的频响曲线的中频段的平整度得到极大改善，中频段的失真可以调整为零或接近为零。

所述配重特别位于压电陶瓷片或振膜表面的靠近边角或边沿处。

所述配重还位于压电陶瓷片或振膜靠近于边框的位置。

所述配重为长方体块、圆柱块、圆管块、圆环、多边体环或多边形块结构。

所述配重为单层块状结构、双层块状结构或多层块状结构。

所述双层块状结构或多层块状结构的配重，各层采用相同形状的结构、或相似形状的结构或不同形状的结构。

所述压电陶瓷片或振膜的轴向截面形状为圆形、椭圆形、矩形或多边形。

所述压电陶瓷片或振膜仅在任意一面粘结配重，或双面均粘结配重。

所述配重采用的材料包括铁、铜在内的金属材料，玻璃、硅、固态无机化合物在内的无机非金属材料，聚氯乙烯、环氧树脂在内的有机高分子材料。

所述配重采用普通粘结方式添加、或焊接方式添加、或点胶固化方式添加。

本发明的有益效果为：无论通过理论计算还是目前已制备出的产品，通过在压电陶瓷片、振膜表面的靠近边角或边沿处粘结多个长方体配重、多层配重、圆环形配重等对称分布结构，有效避免了中频段声辐射在空间的相位抵消，使压电扬声器的声压级曲线平整度得到极大改善，传统压电扬声器在中频段声压级显著降低的现象不再出现。通过对配重块的形状和位置的调整，中频段的失真可以达到零。本发明加配重块的压电扬声器其结构具有创新性、且成本低、性能优异，极具市场竞争力。

附图说明

图1为典型的压电扬声器频响曲线图；

图2为现有压电扬声器的发声部分结构示意图；

图3(a)和图3(b)分别为本发明实施例1的正视图和爆炸图；

图4为本发明实施例1的频响曲线与传统频响曲线的对比图；

图5(a)和图5(b)分别为本发明实施例2的正视图和爆炸图；

图6为本发明实施例2的配重参数对频响曲线的影响；

图7为本发明实施例2的最优方案的频响曲线与传统频响曲线的对比图；

图8(a)和图8(b)分别为本发明实施例3的正视图和爆炸图；

图中标号：

1-电极；1a-正电极引线；1b-负电极引线；2-压电陶瓷片；3-振膜；4-边框；5-配重。

具体实施方式

本发明提供了一种加有配重块的压电扬声器，下面结合附图说明和具体实施方式对本发明做进一步说明。

压电扬声器的金属振膜的振动变形通常是由于压电陶瓷在振膜平面内的伸缩运动引起的。附图2为现有压电扬声器的发声部分结构示意图，压电扬声器的电极1位于压电陶瓷片2的上下表面，极化方向垂直于振膜3平面，振膜3平面内的应变与电场强度的关系如下：x₁＝d₃₁E₃，其中，x₁为与极化方向垂直的应变(即振膜平面内的应变)，d₃₁为压电应变系数，E₃为极化方向的电场强度。

以下各个实施例中，电极材料均为银或者银钯合金等导电金属。

实施例1

附图3为本发明实施例1的正视图和爆炸图。电极1分为正电极和负电极，分布于压电陶瓷片2的上表面和下表面，压电陶瓷片2粘贴于振膜3上，并用边框4来约束固定振膜3。正电极引线1a和正电极引线2a分别将正电极和负电极引至边框上相应焊点便于连接外电路。振膜3采用镍铁合金、不锈钢或树脂等材质，层厚控制在10微米到50微米。压电陶瓷片2采用与振膜3外形一致的矩形薄片，或者采用椭圆形薄片，或者圆形薄片，或者采用两片压电陶瓷片分别粘结在振膜3的上、下表面。在压电陶瓷片2的上表面四个边角处分布有长方体形状配重5，考虑到小型化的要求，配重5的材质为铁、铜等金属材料，玻璃、硅等无机非金属材料、聚氯乙烯、环氧树脂等有机高分子材料，且对称于压电陶瓷片2的几何中心。附图4为本发明实施例1的频响曲线与传统频响曲线的对比图。从图中可以看出，当采用实施例1中的配重5后，则中频段失真情况得到改善，频响曲线在中频处的波动明显降低。

实施例2

附图5为本发明实施例2的正视图和爆炸图。本实施例压电扬声器的大部分结构与实施例1相同。只是压电陶瓷片2的上表面边角处分布的配重5不是标准的长方体形状，而是由两层小长方体形状的配重块叠加粘结而成(或二者为一个整体)，从而使配重5的重心向边角偏移。配重5的上部小配重块的重量对压电扬声器频响曲线影响很大。附图6为实施例2的配重参数对频响曲线的影响，可以看出，峰的位置随着小配重块厚度的减小而前移，谷的位置随着小配重块厚度的减小而后移，因此，恰当的调整配重块的配重参数可以使频响曲线中频段的峰和谷对应的模态相互耦合，从而减小峰和谷。附图7为本发明实施例2的最优方案的频响曲线与传统频响曲线的对比图。从图中可以看出，在实施例2的最优化方案的频响曲线中频段上，峰和谷几乎被完全消除，必然会大大改善压电扬声器的音质。

实施例3

附图8为本发明实施例3的正视图和爆炸图。本实施例压电扬声器的大部分结构与实施例1相同。只是对应于压电陶瓷片2、振膜3、边框4的形状为圆形的情况，配重5被设计为位于压电陶瓷片2的上表面且靠近圆边沿的圆环形或圆管形，且对称于振膜3的中心。

以上只是本发明的几个较优的实施例，本领域技术人员可在权利要求规定的范围内作出任意修改。

Claims

1.一种加有配重块的压电扬声器，其结构包括振膜(3)，粘结在振膜(3)上的压电陶瓷片(2)，压电陶瓷片(2)表面的电极(1)，用来约束振膜(3)的边框(4)，其特征在于，所述压电陶瓷片(2)或振膜(3)表面上粘结有多个配重(5)，且所述配重(5)位于压电陶瓷片(2)或振膜(3)上、关于压电陶瓷片(2)或振膜(3)的几何中心对称的任意位置；所述配重(5)使压电扬声器的频响曲线的中频段的平整度得到极大改善，中频段的失真可以调整为零或接近为零。

2.根据权利要求1所述的一种加有配重块的压电扬声器，其特征在于，所述配重(5)特别位于压电陶瓷片(2)或振膜(3)表面的靠近边角或边沿处。

3.根据权利要求1所述的一种加有配重块的压电扬声器，其特征在于，所述配重(5)还位于压电陶瓷片(2)或振膜(3)靠近于边框(4)的位置。

4.根据权利要求1所述的一种加有配重块的压电扬声器，其特征在于，所述配重(5)为长方体块、圆柱块、圆管块、圆环、多边体环或多边形块结构。

5.根据权利要求1所述的一种加有配重块的压电扬声器，其特征在于，所述配重(5)为单层块状结构、双层块状结构或多层块状结构。

6.根据权利要求5所述的一种加有配重块的压电扬声器，其特征在于，所述双层块状结构或多层块状结构的配重(5)，各层采用相同形状的结构、或相似形状的结构或不同形状的结构。

7.根据权利要求1所述的一种加有配重块的压电扬声器，其特征在于，所述压电陶瓷片(2)或振膜(3)的轴向截面形状为圆形、椭圆形、矩形或多边形。

8.根据权利要求1所述的一种加有配重块的压电扬声器，其特征在于，所述压电陶瓷片(2)或振膜(3)仅在任意一面粘结配重(5)，或双面均粘结配重(5)。

9.根据权利要求1所述的一种加有配重块的压电扬声器，其特征在于，所述配重(5)采用的材料包括铁、铜在内的金属材料，玻璃、硅、固态无机化合物在内的无机非金属材料，聚氯乙烯、环氧树脂在内的有机高分子材料。

10.根据权利要求1所述的一种加有配重块的压电扬声器，其特征在于，所述配重(5)采用普通粘结方式添加、或焊接方式添加、或点胶固化方式添加。