CN102625215A - 压电平面喇叭 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压电平面喇叭，包括一框架、压电致动器以及设于该框架透空状组设空间中的一振动发生膜片；该振动发生膜片其中相对二侧结合固定于压电致动器，振动发生膜片另二侧与框架间呈间隔关系；主要能够利用该多数双模态压电片所构成的压电致动器固定于振动发生膜片两侧，透过双模态压电片的高变形量使振动发生膜片产生高音压的声音；压电致动器中的双模态压电片可被驱动电路单独驱动，配合不同双模态压电片驱动电压的相位控制，以调整振动发生膜片的振动行为，降低振动发生膜片的共振现象，使振动发生膜片产生较平坦的音频响应特性。压电平面喇叭能够可应用于音响、电视、计算机等电器，并利用其框架集合定位于电器所预设的装设空间中。

Description

压电平面喇叭

技术领域

本发明涉及一种压电平面喇叭；尤其涉及一种使用多数双模态压电片所组成的压电致动器，令其固定于框架上以驱动振动发生膜片发声，进而透过双模态压电片驱动电压极性调整振动发生膜片共振现象，使其能够产生兼具宽音域与高音压的声音，达到较佳平面喇叭产品应用的创新设计。

背景技术

按，物体产生音频的振动为声音产生的基础，喇叭一般包括有通电产生振动的致动器与驱动空气振动输出声音的振动发生膜片两部分。随着电子产品轻薄化发展趋势，喇叭也逐渐走向薄型化，平面喇叭的需求随着电子产品市场而快速增加。传统的喇叭以动圈式为主，由于受限于磁场回路的漏磁，以致动圈式喇叭对薄型化产品无法满足，故如何确保音乐的音质，又能兼具足够薄度以利内建到电子产品中，遂成为新喇叭产品的技术发展重点。

压电喇叭使用压电片作为致动器，经由黏结致动器上的金属片，将致动器的振动模态转换成弯曲模态以驱动空气产生声音。压电喇叭本质上为两个片状的材料紧密接合所形成，薄型化为其重要特征，对现在电子产品需求的薄型喇叭有相对的应用优势。压电喇叭使用刚性较高的金属片作为振动发生膜片，不利于低音域的声音产生，因此传统使用压电作为喇叭会有高音化的问题存在。除薄型化的诉求外，低音域改善与如何将整体音域加宽，其实是后续压电喇叭技术发展的重要技术课题。

就相关先前技术数据而言，透过振动发生膜片的设计将金属贴合于低刚性高分子膜上的技术被专利JP3207199、JP3143198公开、或是黏弹性体的使用被专利JP2000201399公开、或是低刚性振动发生膜片配合中央支撑结构被专利JP2228199、JP2033300公开，其虽可改善低音域的响应，然总厚度增加使音质仍偏向高音域，且其音压也会随着振动发生膜片材料刚性降低而降低；另外，藉由金属间夹入可吸收高音的材料以形成多层结构振动发生膜片的技术被专利WO2007136162公开，该案虽可改善低音域部分，然其结构仍太过复杂而致使成本偏高。另如专利JP200217195、JP2005295339公开了一种使用弹性支撑方式以增加振动发生膜片低音域振动，同时改善导线对振动发生膜片压应力的技术，然该二案结构的复杂度仍偏高而不利于产品成本的降低；另如专利JP3175800公开了一种椭圆形致动器与振动发生膜片结构，配合高分子振动发生膜片使用的既有技术，其虽可获得低音域响应延伸效果，然制作困难度却偏高。另外，专利JP7203591、JP2551813、US6831985、JP2000333295公开了具特殊外形的非平面振动发生膜片，以提高振动发生膜片等效面积的技术；以及专利JP8088898、JP2007194789公开的以非平面压电复材为致动器的技术，虽均可改善低音域的声音响应，但皆存在结构制作复杂与音压降低的问题。

在整体音域加宽需求条件下，喇叭的音频响应有较宽的范围，各频率的音压也须维持在足够相近的状态，以避免高低音起伏过大。对使用高分子振动发生膜片改善低音域的作用，对高音域的响应相对较弱。如专利JP3082299公开了在高分子中添加高刚性粒子，以改善高音域响应不足的问题，或如专利JP8084396公开了使用具多孔结构的金属片，以降低金属片刚性进而提高音压，然这类使用类似复合材料制作振动发生膜片的习知压电喇叭，均仍存在带宽不足的现象与缺憾。

另如专利JP2001285994、US2010158283公开了使用具有吸收振动的衰减材料(damper)，以将共振产生的较大振幅抑制，降低振动发生膜片的谐振现象以达到整体音域加宽的效果，然其类似多层结构的设计仍存在复杂性高的问题。又如专利JP2279000、JP3139999、US5828768、JP3589873、JP2003102094公开了配合电子产品既有腔体，直接将压电致动器结合于其中的容器壁上，透过腔体的音箱作用以补偿带宽的不足，然由于容器壁较厚，其产生的振动幅度受限，因此输出的音压相对偏低。

综合上述习知技术，如何以更简单的结构制作出具有低音域响应与宽音域带宽的压电平面喇叭，实为低成本压电平面喇叭未来的发展重点。

有鉴于此，发明人本于多年从事相关产品的制造开发与设计经验，针对上述的目标，详加设计与审慎评估后，终得一确具实用性的本发明。

发明内容

本发明的主要目的：提供一种压电平面喇叭，其所欲解决的问题点：针对如何研发出一种更具理想实用性的新式压电平面喇叭为目标加以思索突破；

本发明解决问题的技术特点，主要在于该压电平面喇叭包括：一框架，包括至少两个侧架部，所述侧架部围成一框围型态，以及形成于该等侧架部中央的一透空状组设空间；压电致动器，组设定位于该框架的相对二侧架部，各该压电致动器包括至少两个双模态压电片，所述双模态压电片间隔配置；一振动发生膜片，设于该框架的透空状组设空间中，该振动发生膜片的相对二侧结合固定于该压电致动器的双模态压电片，该振动发生膜片的另相对二侧与框架之间则呈间隔关系；藉此创新独特设计，使本发明对照先前技术而言，大致可达到如下优点：

能够利用该多数双模态压电片所构成的压电致动器固定于振动发生膜片两侧，透过双模态压电片的高变形量使振动发生膜片产生高音压的声音；压电致动器中的双模态压电片可被驱动电路单独驱动，配合不同双模态压电片驱动电压的相位控制，以调整振动发生膜片的振动行为，降低振动发生膜片的共振现象，使振动发生膜片产生较平坦的音频响应特性。

进一步地，该振动发生膜片与框架间呈间隔关系的该二侧可进一步透过软质弹性材料与框架连接，藉此可减少框架对振动发生膜片产生的箝制效应，避免振动发生膜片振幅受限导致音压降低的问题；藉此整体设计能够令平面喇叭达到音域加宽的优点进步性。

附图说明

图1为本发明压电平面喇叭较佳实施例的平面图；

图2为本发明的压电致动器结构较佳实施例的平面图；

图3为本发明的压电致动器结构较佳实施例的剖视图；

图4为本发明的软质连接片使用弹性尼龙网时其压电平面喇叭的音频响应曲线图；

图5为本发明的双模态压电致动器结构型态另一实施例的剖视图；

图6为本发明的双模态压电片为间隔设置型态例图；

图7为本发明的双模态压电片驱动电压相位变化对音频响应的改变状态曲线图；

图8为本发明的框架为复数框围型态构成的实施例图。

具体实施方式

如图1、2、3所示，本发明压电平面喇叭的较佳实施例，该实施例仅供说明之用，在专利申请上并不受此结构的限制；所述压电平面喇叭包括：

一框架10，为硬质基材(可为塑料、金属、木材、陶瓷等)构成，呈框围型态；框架10包括侧架部11、12，侧架部11、12围成一闭合结构；以及形成于侧架部11、12中央的一透空状组设空间13。本实施例的框架10为一矩形框架，但不局限于此，也可以制成多边形框架、圆形框架等；

压电致动器20，组设定位于二侧架部11，该二侧架部11在框架10中呈相对设置的；各该压电致动器20包括至少两个双模态压电片21，相邻两个双模态压电片21之间有一定间隔。

一振动发生膜片30(或简称振膜)，其可为聚酰亚胺(Polyimide，PI)、聚乙烯(polyethylene，PE)、聚乙烯亚胺(Polyethyleneimine，PEI)、聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate，PET)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)等高分子塑料材质薄片所构成的低刚性高分子膜片，厚度介于20μm至200μm之间为最佳实施例，该振动发生膜片30设于该框架10的透空状组设空间13中，振动发生膜片30的一部分边缘结合固定于压电致动器20的双模态压电片21，振动发生膜片30边缘的其它部分与框架10的上、下侧架部12之间则有间隔距离(参第1图的W所标示处)；

如图1所示，框架10的侧架部12的局部位置设置有软质连接片40(数量不限)；振动发生膜片30与软质连接片40相连结。

所述软质连结片40可为尼龙、硅胶、橡胶、硅橡胶等材料所制成，结构可为网状体或薄片状；该软质连结片40厚度介于50μm至200μm之间为最佳实施例。

通过此软质连结片40的设置，可以使振动发生膜片30未固定边缘的中央部分能稳固接合于框架10，但又不会影响其振动。所述框架10的侧架部12设置的越长，此软质连结片40的优点体现得越明显。

所述振动发生膜片30由于长度方向缺乏支撑，导致在音频响应的中频(～1kHz)附近会有音压下降现象。故使用该软质连结片40除了可避免中频部分音压损失的作用外，更可减少振动发生膜片30边缘悬空而产生噪音的问题，能够降低喇叭的失真率。

若软质连结片40使用弹性尼龙网时，压电平面喇叭的音频响应有如图4所示(请参表中实线状的曲线所示，虚线状的曲线则为未使用该软质连结片时的状态)，其低音域部分变化不大，中音域的音压提升，高音域的音压略为降低，故经由软质连结片40的使用，能使音频响应有更平稳的音压输出。其中长方形的振动发生膜片30降低了起振频率，透过两侧压电致动器20的驱动，可产生低频率的振动，达到低音域响应的效果。

如图2、3所示，该压电致动器20包括一双模态压电片，该双模态压电片一侧设置至少两个彼此平行的条状内凹部22，每一条状内凹部22之间相对形成一单独的悬臂式双模态压电片21，构成具有至少两个悬臂式双模态压电片21的压电致动器20，亦即本实施例的压电致动器20系切割成如梳子般型态。其中该悬臂式双模态压电片21的厚度介于20μm至200μm之间。该梳子般的压电致动器20一端固定在该框架10相对二侧架部11上(请配合参阅图1)，形成悬臂式结构，另一端则黏结于振动发生膜片30侧边，于电压趋动下能使振动发生膜片30产生振动而发声。各压电致动器20之间可以驱动电压极性相同的电路并联相接，以驱动振动发生膜片30产生最大的位移量，或选择特定区域致动器驱动电压极性相反方式联接，以抑制特定频率的振动发生膜片30共振现象，得到音频响应宽带化的效果。透过驱动电压极性相反设计，使振动发生膜片30的共振现象受到抑制，进而产生平坦化的音频响应功效。

其中，该压电致动器20可使用双模态的压电振动片，其随尺寸大小会产生一特定的共振频率，使压电平面喇叭除由振动发生膜片30产生的声音外，会存在由压电致动器20所产生的声音。

如图2、3所示，该悬臂式双模态压电片21的具体结构包括一金属片211，该金属片211两面分别贴合有一压电片212，该压电片212为电路并联相接型态，压电片212表面则结合有电极213；又该压电片212可采用压电陶瓷片或者压电复材薄片所构成的型态；而该压电片212的厚度介于20μm至200μm之间为最佳实施例。

承上段，所述压电致动器20为陶瓷片与金属片相黏结形成的实施例时，刚性高的特性使得产生的声音以高音域为主，因此以压电致动器20驱动的压电平面喇叭会有较大的高音频音压，若为改善压电平面喇叭在高音域的音频响应时，则可使用压电复材制作双模态压电致动器，此结构如图5所示即为另一双模态的压电致动器20B结构剖视图，其金属片211两面所贴合的压电片212以具有高压电性的压电复材片替代，所述压电复材片由压电陶瓷片214与有机质高分子材料215(如树脂)所复合形成，具有较低刚性，能降低其压电致动器20B的共振频率，改善制作成平面薄型喇叭时高音域部分音压过高的现象，进而使整体的音频响应趋于一致，减少失真的产生。如图5所示电极213直接在黏结于压电片212上以确保压电复材的高压电性。压电复材片的压电片212中的压电陶瓷片的宽度比例为压电复材片中压电材料成份的含量，此含量愈高则压电复材片的压电性愈高，惟整体压电复材片刚性也愈高，须配合喇叭音频响应调整变化。

如图6所示，本发明亦可使用至少两个上下间隔设置的双模态压电片21C所形成的压电致动器20C，可配合尺寸100x50x0.1mm3的PEI(即PE与PI的共聚物)振动发生膜片，其音频响应状态变化如图7所示，图中的曲线L1、L2、L3分别表示使用五个同相位、四个同相位一个反相位、三个同相位两个反相位等不同驱动方式，利用相邻的双模态压电片驱动电压相位相反，可改变音频响应的结果，由于含有不同振动方向的双模态压电片，整体音频响应的音压以所有的双模态压电片同相位驱动下最大。由于反相位的双模态压电片位于中央部分，所以直接影响低音域部分的音压变化，高音域部分受驱动电压相位变化影响较小。其中使用五个同相位的双模态压电片驱动下，喇叭在300Hz～20kHz间会有相对高的音压值，以此说明使用的结构可以形成宽音域的平面喇叭特性。

如图8所示，该框架10包括有复数个框围型态而形成有多个透空状组设空间13、13B，且令各该透空状组设空间为长度相异不同的设置型态，以供设置不同长度的振动发生膜片30、30B；藉此，以透过不同长度的振动发生膜片30、30B获得不同的音频响应，进而达到宽音域的效果。更具体而言，本实施例透过不同长度的框架10单元连接形成狭长型的薄型压电平面喇叭，藉此透过变化图中左右两边振动发生膜片30、30B的长度规格，即可改变整体压电平面喇叭的音频响应状态，使复数组透空状组设空间13、13B与振动发生膜片30、30B所构成的具有更平稳的音频响应，达到拓宽音域的实用效果。

补充说明的是，该压电平面喇叭能够应用于音响、电视、计算机等电器，并利用其框架集合定位于所述电器所预设的装设空间中。或者，该压电平面喇叭中的框架10，可通过所述电器的本身构造直接形成其框围型态。

本发明的优点：

1、主要利用该多数双模态压电片所构成的压电致动器固定于振动发生膜片两侧，透过双模态压电片的高变形量使振动发生膜片产生高音压的声音，配合不同双模态压电片驱动电压的相位控制，以调整振动发生膜片的振动行为，降低振动发生膜片的共振现象，使振动发生膜片产生较平坦的音频响应特性，产生宽带化效果，又利用双模态压电致动器的高应变输出特点，令振动发生膜片可产生低音域响应，成为兼具高音压与低音域性能的优异结构，且不须使用吸振材料来降低共振现象，避免音压受吸振材料影响降低，整体设计组成具有低音域响应与宽带效果的压电平面喇叭，提供薄型化电子产品内建音乐高质量喇叭的用途。

2、通过该振动发生膜片与框架间呈间隔关系的该二侧透过软质连结片与框架连接的结构设计，可减少框架对振动发生膜片产生的箝制效应，避免振动发生膜片振幅受限导致音压降低的问题，因软质连结片固定了振动发生膜片中央部分，能够有效避免振动发生膜片振动时因边缘支撑力不足所产生的颤动，故可减少噪音与失真问题。

3、藉由该压电致动器系以悬臂式固定于框架上的结构设计，可提高电压驱动时的振动发生膜片的振动位移量，以产生高的音压输出。

4、藉由该框架包括有多个透空状组设空间以供设置不同长度振动发生膜片的结构设计，可透过变化两侧不同振动发生膜片的长度规格即可改变整体压电平面喇叭的音频响应，使压电平面喇叭具有更平稳的音频响应，达到拓宽音域的实用效果。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种压电平面喇叭，包括：

一框架，包括至少两个侧架部，所述侧架部围成一框围型态，以及形成于该等侧架部中央的一透空状组设空间；

压电致动器，组设定位于该框架的相对二侧架部，各该压电致动器包括至少两个

双模态压电片，所述双模态压电片间隔配置；

一振动发生膜片，设于该框架的透空状组设空间中，该振动发生膜片的相对二侧结合固定于所述压电致动器的双模态压电片，该振动发生膜片另相对二侧与框架之间则呈间隔关系。

2.根据权利要求1所述的压电平面喇叭，其特征在于所述振动发生膜片与框架之间呈间隔关系的二侧，与框架之间通过局部分布型态的软质连接片相连结；所述软质连结片为尼龙、硅胶、橡胶、硅橡胶等材料所制；所述软质连结片为网状体或薄片。

3.根据权利要求2所述的压电平面喇叭，其特征在于所述软质连结片厚度介于50μm至200μm之间。

4.根据权利要求1或2所述的压电平面喇叭，其特征在于所述振动发生膜片的厚度介于20μm至200μm之间。

5.根据权利要求1所述的压电平面喇叭，其特征在于所述压电致动器包括一双模态压电片，该双模态压电片一侧设置至少两个彼此平行的条状内凹部，每一条状内凹部之间相对形成一单独的悬臂式双模态压电片；构成具有至少两个悬臂式双模态压电片的压电致动器。

6.根据权利要求1或2所述的压电平面喇叭，其特征在于所述振动发生膜片为聚酰亚胺、聚乙烯、聚乙烯亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯，聚碳酸酯等高分子塑料材质薄片构成。

7.根据权利要求1所述的压电平面喇叭，其特征在于所述双模态压电片的厚度介于20μm至200μm之间。

8.根据权利要求1所述的压电平面喇叭，其特征在于所述悬臂式双模态压电片包括一金属片，该金属片211两面分别贴合有一压电片，该压电片为电路并联相接型态。

9.根据权利要求8所述的压电平面喇叭，其特征在于所述压电片采用压电陶瓷片或压电复材薄片。

10.根据权利要求8所述的压电平面喇叭，其特征在于所述压电片的厚度介于20μm至200μm之间。

11.根据权利要求1所述的压电平面喇叭，其特征在于，包括至少两个所述框架；每个框架的透空状组设空间的长度不相同，以供设置不同长度的振动发生膜片；通过不同长度的振动发生膜片获得不同的音频响应，进而达到宽音域的效果。

12.根据权利要求1所述的压电平面喇叭，其特征在于所述压电平面喇叭能够应用于音响、电视、计算机等电器，并利用其框架集合定位于所述电器所预设的装设空间中。

13.根据权利要求1所述的压电平面喇叭，其特征在于所述压电平面喇叭能够应用于音响、电视、计算机等电器，且该压电平面喇叭中的框架，通过所述电器的本身构造直接形成其框围型态。

Images