CN102582182A - 微型电声换能器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微型电声换能器，包括一种振膜，其中所述振膜包括两层聚醚醚酮(PEEK)和处于两层聚醚醚酮之间的一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，即为PEEK-PMMA-PEEK的结构。采用所述振膜使得所述微型电声换能器不仅能够降低微型电声换能器的谐振频率，而且满足高功率要求且具有耐化学性、耐高温性和耐高湿性。
Description
技术领域
本发明总体涉及一种电声换能器，具体而言，涉及一种微型电声换能器。
背景技术
电声换能器是将电信号和声音信号进行相互转换的器件，包括把电信号转换成声音信号的器件以及把声音信号转换成电信号的器件。
扬声器是一种把电信号转换成声音信号的电声换能器，它能把一定范围内的音频电功率信号通过换能的方式转变成为失真小并具有足够声压级的可听声音。对于动圈式(也称“电动式”)扬声器，其工作原理如下：在动圈式扬声器的使用中，音圈被馈入电信号，有电流流过音圈，从而音圈在磁场中受力振动，并带动振膜振动发声。
微型扬声器一般为微型动圈式(也称“电动式”)扬声器，后者主要由振动系统、支撑系统和磁路系统构成。振动系统包括音圈以及附接至音圈的振膜。支撑系统包括盆架、前盖和磁碗等。磁路系统包括磁体和导磁板等。
微型扬声器的声学性能取决于振膜。同时随着微型扬声器的不断发展，高功率、特殊环境(高温、高湿、化学环境等极端环境)的应用对振膜提出了新的要求。
现有技术中，微型扬声器的振膜是由单层薄膜制备的，或者，将单层薄膜制备的薄膜作为主要振膜，通过在振膜上粘贴金属薄膜或塑料薄膜做成复合薄膜，以实现微型扬声器声学性能的多种选择。但是目前的可供选择的薄膜很难在满足声学性能的同时，又满足机械强度、高功率、耐化学性、耐高温、耐高湿等极端环境要求。
发明内容
本发明旨在提供一种包括多层振膜的微型电声换能器，以克服上文提到的现有技术的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种微型电声换能器，包括一种振膜，其中所述振膜包括两层聚醚醚酮(PEEK)和处于两层聚醚醚酮之间的一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，即为PEEK-PMMA-PEEK的结构，其中，聚醚醚酮的结构式为
其中，m值的范围为360-480；
聚甲基丙烯酸甲酯的结构式为
其中，n值的范围为750-1250。
所述振膜可以通过如下方式形成：提供两层聚醚醚酮(PEEK)和一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，将所述聚甲基丙烯酸甲酯层置于两层聚醚醚酮之间，然后通过热压或拉伸以制备成复合膜。
采用所述复合膜作为振膜使得所述微型电声换能器不仅能够降低微型电声换能器的谐振频率，而且满足高功率要求且具有耐化学性、耐高温性和耐高湿性。
在本发明微型电声换能器的一个优选实施方案中，所述PEEK结构式中，m为370-460，进一步优选为380-440。
在本发明微型电声换能器的一个优选实施方案中，所述PMMA结构式中，n为800-1150，进一步优选为900-1100。
在本发明微型电声换能器的一个优选实施方案中，所述两层聚醚醚酮的厚度分别为2-12微米，所述聚甲基丙烯酸甲酯层的厚度为5-30微米。
在本发明微型电声换能器的一个优选实施方案中，所述两层聚醚醚酮的厚度分别为4-10微米，所述聚甲基丙烯酸甲酯层的厚度为8-12微米。
在本发明微型电声换能器的一个优选实施方案中，所述两层聚醚醚酮的厚度分别为5-8微米，所述聚甲基丙烯酸甲酯层的厚度为8-10微米。
在本发明微型电声换能器的一个优选实施方案中，所述振膜是PEEK-PMMA-PEEK-PMMA-PEEK式的结构，甚至可以是PEEK-(PMMA-PEEK)p，其中p≥3的整数。
在本发明微型电声换能器的一个优选实施方案中，所述微型电声换能器是微型扬声器。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的振膜的示意图。
图2A是本发明测试1的两种微型扬声器中音圈的示意性部分截面剖视图。
图2B是本发明测试2的两种微型扬声器中音圈的示意性部分截面剖视图。
图3A、图3B是本发明测试2的两种微型扬声器在实验前后的各自的声学曲线比较图。
应理解，这些附图仅出于示例目的，且未必按比例绘制。
具体实施方式
在本发明中，微型电声换能器指具有适于用在便携式电子设备中的尺寸的电声换能器。微型电声换能器(例如，微型扬声器)外形的最大一个维度(dimension)一般小于等于40mm，尤其小于等于20mm。
本发明的微型电声换能器包括一种振膜，其中所述振膜包括两层聚醚醚酮(PEEK)和处于两层聚醚醚酮之间的一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，即为PEEK-PMMA-PEEK的结构，其中，聚醚醚酮的结构式为
其中，m值的范围为360-480；
聚甲基丙烯酸甲酯的结构式为
其中，n值的范围为750-1250。
本发明中所用的各种聚合物(包括PEEK、PMMA和PAR等)的分子量采用GPC(Gel Permeation Chromatography，凝胶渗透色谱)方法测定，测得的分子量按重均分子量计。
本发明中的复合膜和振膜的总厚度是通过台阶仪法测定的。各层聚合物的厚度是通过对复合膜或振膜做剖面，采用KEYENCE公司生产的VHX-1000数码高倍显微镜测量得到，应用高倍数码显微镜带有的相应硬件和软件，实现测量功能。
所述振膜可以通过如下方式形成：提供两层聚醚醚酮(PEEK)和一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，将所述聚甲基丙烯酸甲酯层置于两层聚醚醚酮之间，然后通过热压或拉伸以制备成复合膜。热压或拉伸可以采用本领域已知的方法实施。
在本发明微型电声换能器中，除振膜之外的元器件可以采用已知的产品。
在本发明微型电声换能器的一个优选实施方案中，所述PEEK结构式中，m为370-460，进一步优选为380-440。
在本发明微型电声换能器的一个优选实施方案中，所述PMMA结构式中，n为800-1150，进一步优选为900-1100。
在本发明微型电声换能器的一个优选实施方案中，所述两层聚醚醚酮的厚度分别为2-12微米，所述聚甲基丙烯酸甲酯层的厚度为5-30微米。
在本发明微型电声换能器的一个优选实施方案中，所述两层聚醚醚酮的厚度分别为4-10微米，所述聚甲基丙烯酸甲酯层的厚度为8-12微米。
在本发明微型电声换能器的一个优选实施方案中，所述两层聚醚醚酮的厚度分别为5-8微米，所述聚甲基丙烯酸甲酯层的厚度为8-10微米。
在本发明微型电声换能器的一个优选实施方案中，所述振膜是PEEK-PMMA-PEEK-PMMA-PEEK式的结构，甚至可以是PEEK-(PMMA-PEEK)p，其中p≥3的整数。
在本发明微型电声换能器的一个优选实施方案中，所述微型电声换能器是微型扬声器。
图1是根据本发明的一个实施例的振膜。该振膜包括两层PEEK 11、13和一层PMMA 12，其中PMMA层12置于两层PEEK 11、13之间，然后通过热压或拉伸制备成复合膜。
在本发明中，中间PMMA层一方面起类似粘合剂的作用，同时，还具有调节膜特性的功能。
由于PEEK的耐化学性、耐高温性和耐高湿性，且在制备振膜的过程中仅有粘合以及热压或拉伸这些过程，所以制得的振膜也具有耐化学性、耐高温性和耐高湿性。
为说明本发明的振膜的其他优势，提供了如下对比测试。
测试1(A组为本发明的实施例1，B组为对比例1)
步骤1，提供如下两组膜：
A组：复合膜，由厚度分别为9μm的两层PEEK和厚度为20μm的中间层PMMA 组成，其中PEEK 的结构式为
m值为420；PMMA的结构式为n值为1050；
B组：单层膜，厚度为20μm的单层PEEK，其中PEEK的结构式为m值为460。
步骤2，将这两组膜进行拉伸以制备成厚度相同的振膜：
A组：将复合膜通过拉伸成型，制备成厚度为12μm的振膜，其中PEEK的厚度为3μm，PMMA的厚度为6μm；
B组：将单层膜通过拉伸成型，制备成厚度为12μm的振膜。
步骤3，将制得的振膜做成主体尺寸为14mm×5mm(长轴的长度×短轴的长度)的跑道形振膜，将此振膜用粘合剂(型号：AD484，购自德路工业粘合材料公司)直接粘结至与振膜适配的主体尺寸为15mm×6mm×2.5mm的长方体盆架(所述盆架的材料是型号为美国杜邦HTNFR52G30NH的30％的玻纤增强型PPA(Polyphthalamide，聚邻苯二甲酰胺))，分别制备包括振膜A和B的微型扬声器各20个。所述微型扬声器的主体尺寸为15mm×6mm×2.5mm(长×宽×高)，其余元器件采用如下产品，其中：音圈的主体尺寸为10mm×2.5mm×0.7mm(长轴的长度×短轴的长度×高，沿高所取的截面为跑道形)，由直径为0.03mm的铜导线按照图2A所示的绕制顺序绕制而成；前盖的主体尺寸为14.5mm×5.5mm×0.45mm(长轴的长度×短轴的长度×高，沿高所取的截面为跑道形)，材料是型号为美国杜邦HTNFR52G30NH的30％玻纤增强PPA；磁体的主体尺寸为9.7mm×1.7mm×0.8mm(长轴的长度×短轴的长度×高，沿高所取的截面为跑道形)，由拓力拓科技有限公司生产，牌号为N45M；导磁板的主体尺寸为9.7mm×1.7mm×0.2mm(长轴的长度×短轴的长度×高，沿高所取的截面为跑道形)，材料为铁；磁碗的主体尺寸为8.4mm×3.4mm×0.65mm(长轴的长度×短轴的长度×高，沿高所取的截面为跑道形)，材料为铁。
使用扬声器谐振频率测量仪测量所述微型扬声器的谐振频率，比较其谐振频率。所测得的谐振频率在表1中列出，其中谐振频率的单位为赫兹：
表1
| 样品编号 | A组 | B组 | 样品编号 | A组 | B组 |
| 1 | 324 | 460 | 11 | 330 | 448 |
| 2 | 335 | 465 | 12 | 321 | 468 |
| 3 | 330 | 468 | 13 | 328 | 459 |
| 4 | 339 | 455 | 14 | 314 | 464 |
| 5 | 330 | 482 | 15 | 322 | 463 |
| 6 | 296 | 488 | 16 | 298 | 447 |
| 7 | 298 | 440 | 17 | 290 | 457 |
| 8 | 332 | 460 | 18 | 310 | 454 |
| 9 | 315 | 457 | 19 | 299 | 482 |
| 10 | 320 | 481 | 20 | 302 | 455 |
由表1可以看出，在两组振膜为同等厚度的前提下，包括有本发明的振膜的微型扬声器具有更低的谐振频率。
测试2(A组为本发明的实施例2，B组为对比例2)
步骤1，提供如下两组膜：
A组：复合膜1，由厚度分别为12μm的两层PEEK和厚度为30μm的中间层PMMA 组成，其中PEEK 的结构式为
m值为420；PMMA的结构式为n值为1050；
B组：复合膜2，由厚度分别为15μm的两层PAR(聚芳香酯)和厚度为45μm的中间层PMMA组成，其中PAR的分子量为2550；PMMA的结构式为
n值为325。
步骤2，将这两组膜进行拉伸以制备成振膜：
A组：将复合膜1通过拉伸成型，制备成厚度为48μm的振膜1，其中PEEK的厚度为10μm，PMMA的厚度为28μm；
B组：将复合膜2通过拉伸成型，制备成厚度为54μm的振膜2，其中PAR的厚度为12μm，PMMA的厚度为30μm。
步骤3，将制得的振膜做成主体尺寸为12mm×8mm(长轴的长度×短轴的长度)的跑道形振膜，将此振膜用粘合剂(型号：AD484，购自德路工业粘合材料公司)直接粘结至与振膜适配的主体尺寸为12.5mm×8.5mm×1.0mm的长方体塑料盆架(所述盆架的材料是型号为LEXAN121RPC的沙伯基础创新塑料)，分别制备包括振膜A和B的微型扬声器各20个。所述微型扬声器的主体尺寸为18mm×12mm×5mm(长×宽×高)，其余元器件采用如下产品，其中：音圈的主体尺寸为8.5mm×4.5mm×1.0mm(长轴的长度×短轴的长度×高，沿高所取的截面为跑道形)，由直径为0.07mm的铜导线按照图2B所示的绕制顺序绕制而成；前盖的主体尺寸为13mm×9mm×3.8mm(长轴的长度×短轴的长度×高，沿高所取的截面为跑道形)，材料是型号为LEXAN121RPC的沙伯基础创新塑料；磁体的主体尺寸为7.6mm×3.6mm×0.7mm(长轴的长度×短轴的长度×高，沿高所取的截面为跑道形)，由拓力拓科技有限公司生产，牌号为N45M；导磁板的主体尺寸为7.6mm×3.6mm×0.3mm(长轴的长度×短轴的长度×高，沿高所取的截面为跑道形)，材料为铁；磁碗是主体尺寸为9.4mm×5.4mm×1.3mm(长轴的长度×短轴的长度×高，沿高所取的截面为跑道形)，材料为铁。
然后进行加速功率实验。加速功率实验所施加的信号为粉红噪声，功率为2000mW，扫描时间为180s。实验结果为：
A组：实验后，声学性能正常，检查振膜，未发生破损现象；
B组：实验后，声学性能异常，检查振膜，有31个发生变形。
两组微型扬声器在实验前后的具体的声学曲线比较如图3A和图3B所示。图3A为A组在实验前后的声学曲线比较图，图3B为B组在实验前后的声学曲线比较图。
在图3A和图3B中，横轴表示所施加的粉红噪声的频率(Hz)，纵轴表示总谐波失真(dB)。曲线①表示进行加速功率实验前的声学曲线，曲线②表示进行加速功率试验后的声学曲线。曲线③表示控制线。
从图3A和图3B中可以看到，A组实验中的微型扬声器的声学曲线在实验前后始终小于控制线，声学性能正常；而B组实验中的微型扬声器的声学曲线在实验前均小于控制线，但是实验后在部分频率处显著高于控制线，尤其在200-2000Hz以及4000-5000Hz频率区间内显著高于控制线，声学性能出现了异常。
可以看出，即使在本发明的振膜的厚度(48μm)比由两层PAR和中间PMMA层制成的振膜的厚度(54μm)小的情况下，在高功率状态时，包括有本发明振膜的微型扬声器的声学性能也是正常的，且本发明的振膜也未发生破损。
应理解，本文中的实施方案和实施例仅出于示例目的，本领域技术人员可以做出许多变体，而本发明的范围由权利要求限定。
Claims (9)
1.一种微型电声换能器，其特征在于，包括一种振膜，其中所述振膜包括两层聚醚醚酮PEEK和处于两层聚醚醚酮之间的一层聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，即为PEEK-PMMA-PEEK的结构；其中，聚醚醚酮的结构式为
m值的范围为360-480；聚甲基丙烯酸甲酯的结构式为
n值的范围为750-1250。
2.根据权利要求1所述的微型电声换能器，其特征在于，所述聚醚醚酮结构式中，m为370-460，优选地m为380-440。
3.根据权利要求1所述的微型电声换能器，其特征在于，所述聚甲基丙烯酸甲酯结构式中，n为800-1150，优选地n为900-1100。
4.根据权利要求1所述的微型电声换能器，其特征在于，所述两层聚醚醚酮的厚度分别为2-12μm，所述聚甲基丙烯酸甲酯层的厚度为5-30μm。
5.根据权利要求1所述的微型电声换能器，其特征在于，所述两层聚醚醚酮的厚度分别为4-10μm，所述聚甲基丙烯酸甲酯层的厚度为8-12μm。
6.根据权利要求1所述的微型电声换能器，其特征在于，所述两层聚醚醚酮的厚度分别为5-8μm，所述聚甲基丙烯酸甲酯层的厚度为8-10μm。
7.根据任一前述权利要求所述的微型电声换能器，其特征在于，所述振膜是PEEK-PMMA-PEEK-PMMA-PEEK式的结构。
8.根据前述权利要求1-6中任一所述的微型电声换能器，其特征在于，所述振膜是PEEK-(PMMA-PEEK)p式的结构，其中p≥3的整数。
9.根据前述权利要求1-6中任一所述的微型电声换能器，其特征在于，所述微型电声换能器是微型扬声器。
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