CN102395092A - 基于压电悬臂梁的压电扬声器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于压电技术领域的一种基于压电悬臂梁的压电扬声器。其结构为在中层纤维片两侧粘结极化方向相反的上层压电陶瓷片和下层压电陶瓷片组成压电悬臂梁，将所述压电悬臂梁的一端与外框固定形成固定端，并将电极从固定端引出；所述压电悬臂梁的活动端通过起阻尼作用的连接块与振动片相连，所述振动片通过振膜粘结在所述外框上，该振动片既作为扬声器周围空气推动的主要介质，同时也作为扬声器的配重，可有效降低扬声器的第一阶谐振频率，改善低音重放效果。本发明有着谐振频率低、振动模态简单、振动幅度大等特点，较传统贴片式压电扬声器有着低音性能好、声压输出平稳、声输出高等优势。

Description

基于压电悬臂梁的压电扬声器
技术领域
本发明属于压电技术应用领域，特别涉及一种基于压电悬臂梁的压电扬声器。
背景技术
压电扬声器较传统的动圈式扬声器具有小、薄、轻、无磁场干扰、功耗低等特点，在当今器件薄型化、小型化的趋势下，在平板电视、平板显示器、超薄型笔记本电脑、便携式多媒体播放器等领域应用广泛，具有极其光明的前景与未来。
目前大多数压电扬声器振动发声部分的基本原理为：将压电陶瓷片粘结在振动片上，在陶瓷片上通入音频激励电压，由于逆压电效应，压电陶瓷片带动振动片产生弯曲振动，从而推动周围空气，实现扬声的目的。
相比于传统扬声器的具有一定的优势，同时普通压电扬声器也存在一些缺点，其主要表现为低音性能差、声输出频响不平稳、声压低。这是由于：普通扬声器将杨氏模量高达500GPa量级的压电陶瓷片与振动片粘结在一起，使得整体结构变形困难，导致谐振频率较高，低音性能差；压电陶瓷片对振动片的作用为弯曲力矩，使得扬声器结构在中频域模态复杂，声输出频响不平稳，音质差；结构模态复杂的另一个弊端就是振动板各处振动位移无法有效累计，振动片整体振幅较小，并且振动片上不同位置的振动相位有很大的差异，甚至反向，综合导致声压输出低。
本发明在不损失压电扬声器小、薄、轻、无磁场干扰、功耗低等优点，不增加压电扬声器成本(多层压电陶瓷电极总面积)的前提下，通过一种全新的悬臂梁结构，大幅度的解决了上述压电扬声器的缺点。实现了一款低频性能优异、声输出频响平稳、声压较同规格尺寸的普通压电扬声器有所提升的压电悬臂梁结构扬声器。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于压电悬臂梁的压电扬声器，其特征在于，在中层纤维片两侧粘结极化方向相反的上层压电陶瓷片和下层压电陶瓷片组成压电悬臂梁，将所述压电悬臂梁的一端与外框固定形成固定端，并将电极从固定端引出；所述压电悬臂梁的活动端通过连接块与振动片相连，所述振动片通过振膜粘结在所述外框上，该振动片既作为扬声器周围空气推动的主要介质，同时也作为扬声器的配重，可有效降低扬声器的第一阶谐振频率，改善低音重放效果。
所述压电悬臂梁为压电陶瓷片悬臂结构和纤维片与压电陶瓷片复合的悬臂结构。
所述上层压电陶瓷片和下层压电陶瓷片为单层陶瓷或多层陶瓷结构。
所述上层压电陶瓷片和下层压电陶瓷片的极化方向相同及加电场方向相反，或极化方向相反及加电场方向相同。
所述振动片的材料为金属、塑料、或纤维增强树脂。
所述振动片与所述外框之间存在间隙，彼此之间通过振膜软连接，所述的软连接是指对振动片的运动无约束力。
本发明的有益效果为：根据前期有限元仿真与检测目前已制备出产品的结果，本发明压电悬臂梁结构扬声器具有低频性能优异，谐振频率由普通压电扬声器的850Hz下降为450Hz；声输出频响平稳，声压级频响曲线在第一谐振频率到20kHz(人耳听觉范围上限截止频率)范围内波动很小，未出现声压级大幅度下降现象(普通压电扬声器在反谐振频率处声压级通常会大幅度下降)；声压理论和实测数值较同规格尺寸的普通压电扬声器有所提升。
附图说明
图1为本发明实施例1的声压级频响曲线。
图2为一款与本发明实施例1外形尺寸相同、结构优化过后的普通压电扬声器声压级频响曲线。
图3为一款结构未优化的普通压电扬声器(尺寸较本发明实施例1更大)声压级频响曲线；
图4为本发明实施例1的剖面图。
图5为本发明实施例1隐去前腔壳、后腔壳的剖面图(只显示剖面)。
图6为本发明实施例1的爆炸图；
图7为本发明实施例1的隐去前腔壳、后腔壳的爆炸图。
图8为本发明实施例2隐去后腔壳的俯视图。
图9为本发明实施例2的爆炸图。
图中标号：
1-中层纤维片；2-上层压电陶瓷片；3-下层压电陶瓷片；4-引出电极；5-振动片；6-连接块；7-振膜；8-外框；9-后腔壳；10-前腔壳。
具体实施方式
本发明提供一种基于压电悬臂梁的压电扬声器，下面结合附图和实施例对本发明予以说明。
实施例1
图4为本发明实施例1的剖面图；图5为本发明实施例1隐去前腔壳、后腔壳的剖面图(只显示剖面)；图6为本发明实施例1的爆炸图；图7为本发明实施例1隐去前腔壳、后腔壳的爆炸图。在中层纤维片1两侧粘结极化方向相反的上层压电陶瓷片2和下层压电陶瓷片3而组成压电悬臂梁，压电悬臂梁结构一端的中层纤维片1与不锈钢外框8粘结形成悬臂梁固定端，并将电极4从固定端引出；所述压电悬臂梁的活动端通过连接块6与振动片5相连，其中连接块6具有阻尼作用；所述振动片5通过振膜7粘结在所述外框8上，该振动片5既作为扬声器周围空气推动的主要介质，同时也作为扬声器的配重，可有效降低扬声器的第一阶谐振频率，改善低音重放效果。上述中层纤维片1的材质为玻璃纤维增强树脂、厚度为2.5毫米；所述上层压电陶瓷片2和下层压电陶瓷片3为多层锆钛酸铅压电陶瓷片，其单层厚度为30微米、每侧5层；振动片5材料为150微米厚的不锈钢；连接块6为ABS材质；振膜7为玻璃纤维增强树脂PMMA)材质；将前腔壳10与后腔壳9粘结在不锈钢外框8前后，形成悬臂梁式压电扬声器结构；此结构扬声器体积小，适应小型化的要求。
在电极4上通入音频激励电压，使所述上层压电陶瓷片2与下层压电陶瓷片3形成的瞬时电场方向相反，则悬臂梁结构将会弯曲振动。通过悬臂结构自由端部的连接块带动振动片5产生沿振动片法线方向的振动。通过振动片5的振动推动周围空气，实现扬声的目的。
实施例2
图8为本发明实施例2的俯视图(隐去后腔壳)；图9为本发明实施例2的爆炸图。基本结构与实施例1相同，不同的是双压电悬臂梁结构。将两片所述压电悬臂梁结构一端的纤维片分别与不锈钢外框8的两个平行框粘结形成悬臂梁固定端，并将多层压电陶瓷片的电极4从固定端引出，所述压电悬臂梁结构活动端的纤维片分别通过ABS塑料材质的连接块6与150微米厚不锈钢材质的振动片5相连，该连接块6起。所述不锈钢振动片5通过玻璃纤维增强树脂PMMA)材质的振膜7粘结在所述不锈钢外框8上。将前腔壳10与后腔壳9粘结在外框前后，形成悬臂梁式压电扬声器结构。此结构的优点在于更充分的利用了压电扬声器内部的空间，通过增加悬臂的长度使得扬声器结构的谢振频率更低，低音效果更好。
以上所述的实施例，只是本发明的几个较佳的具体实施方式，本领域的技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种修改。

Claims (7)

1.一种基于压电悬臂梁的压电扬声器，其特征在于，在中层纤维片两侧粘结极化方向相反的上层压电陶瓷片和下层压电陶瓷片而组成压电悬臂梁，将所述压电悬臂梁的一端与外框固定形成固定端，并将电极从固定端引出；所述压电悬臂梁的活动端通过起阻尼作用的连接块与振动片相连，所述振动片通过振膜粘结在所述外框上，该振动片既作为扬声器周围空气推动的主要介质，同时又作为扬声器的配重，具有有效降低扬声器的第一阶谐振频率，改善低音重放效果。
2.根据权利要求1所述基于压电悬臂梁的压电扬声器，其特征在于，所述压电悬臂梁为压电陶瓷片悬臂结构，是纤维片与压电陶瓷片复合的悬臂结构。
3.根据权利要求1所述基于压电悬臂梁的压电扬声器，其特征在于，所述上层压电陶瓷片和下层压电陶瓷片均为单层陶瓷或多层陶瓷结构。
4.根据权利要求1所述基于压电悬臂梁的压电扬声器，其特征在于，所述上层压电陶瓷片和下层压电陶瓷片的极化方向相同及加电场方向相反，或极化方向相反及加电场方向相同。
5.根据权利要求1所述基于压电悬臂梁的压电扬声器，其特征在于，所述振动片的材料为金属、塑料、或纤维增强树脂。
6.根据权利要求1所述基于压电悬臂梁的压电扬声器，其特征在于，所述振动片与所述外框之间存在间隙，彼此之间通过振膜软连接，所述的软连接是指对振动片的运动无约束力。
7.根据权利要求5所述基于压电悬臂梁的压电扬声器，其特征在于，所述金属为不锈钢；所述塑料为ABS；所述纤维增强树脂为PMMA玻璃纤维增强树脂。
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