CN102821344A

CN102821344A - 利用压电材料或发声振动器件的高低音耦合的扬声器系统

Info

Publication number: CN102821344A
Application number: CN2011101508370A
Authority: CN
Inventors: 张韬
Original assignee: KING TONE INNOVATION
Current assignee: KING TONE INNOVATION
Priority date: 2011-06-07
Filing date: 2011-06-07
Publication date: 2012-12-12

Abstract

本发明属于扬声器技术领域，特别涉及一种利用压电材料或多功能发声振动器件的高低音耦合的扬声器系统。其结构主要包括较大尺寸的振膜，驱动振膜振动的压电陶瓷或多功能发声振动器件，振膜开孔处粘结的小尺寸扬声器，以及支持振膜和构成后腔的外壳。充分利用小尺寸扬声器、压电陶瓷或小尺寸多功能发声振动器件超薄的优势，又通过较大尺寸(口径)的振膜克服了压电式驱动的扬声器低音输出不足的缺点，结构简单，成本低，对外磁干扰小，又通过中低音重放的耦合达到全频域的上佳的听感。

Description

利用压电材料或发声振动器件的高低音耦合的扬声器系统

技术领域

本发明属于扬声器技术领域，特别涉及一种利用压电材料或多功能发声振动器件的高低音耦合的扬声器系统。

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，甚至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。另外现有的压电平板扬声器的声压频响曲线在中频带一般有较剧烈的起伏，从而造成谐波失真高、音质差，相对而言动圈式扬声器的中频带要平坦的多。此外，基于单层陶瓷片的压电平板扬声器的平均声压输出一般要较相同尺寸的动圈扬声器低。

可以设想，如果能将传统的成熟动圈式扬声器与新兴的压电式扬声器相结合，保留各自的优势并规避各自的不足，应该可以得到一种具有上佳听感的薄型扬声器系统。近年来市面上出现的多功能发声振动器件MFD亦为集成并替换动圈式扬声器和压电式扬声器提供了可能。

发明内容

本发明的目的是鉴于已有技术的不足，针对性地提出一种利用压电材料或多功能发声振动器件的高低音耦合的扬声器系统。

本发明的技术方案为：

振膜安装在外壳上，且振膜与外壳之间构成后腔；在振膜上安装用于驱动振膜振动的压电陶瓷；振膜的中心位置设置孔洞，且在孔洞处粘结形状与该孔洞完全吻合的扬声器或多功能发声振动器件，保证后腔与外界不联通；扬声器或多功能发声振动器件与压电陶瓷之间的电路关系为并联连接，同时接受重放电压信号。

所述压电陶瓷的个数、形状和位置可以亦对扬声器系统的声输出有重要影响，这种影响可以参见专利号为201020256591.6的已授权的专利“一种压电平板扬声器用的柔性配重结构”，压电陶瓷除了起到振动驱动作用外还可视为前述专利中的配重结构，其形状和位置应根据相关声学测试和听感试验确定，例如多片阵列排布、矩形、圆形、环形、多边形、蝴蝶形等，粘贴与振膜的一侧或同时粘结与振膜的两侧。

所述压电陶瓷片的结构为单层结构或者多层结构。

所述振膜采用包括镍铁合金、不锈钢在内的金属材料或者包括聚萘二甲酸乙二醇酯纤维、聚醚酮纤维在内的高分子材料。

本发明还提供了一种扬声器单元阵列系统，由若干个所述的扬声器单元按环形阵列排列或矩阵阵列排列组成。

所述各个扬声器单元的初次谐振频率各不相同。

本发明的有益效果为：发明所述结构中，由于振膜尺寸(口径)较大，压电陶瓷或多功能发声振动器件(MFD)的振动部分驱动振膜主要用于重放低音，且压电陶瓷的位置可以起到调节振膜的振动模态，优化音质的作用；而振膜中心利用现有的设计成熟的小尺寸扬声或MFD的发声部分主要用于重放中高音，可规避压电驱动式扬声器中高频音质不佳的缺点。这种设计充分利用小尺寸扬声器、压电陶瓷或小尺寸MFD超薄的优势，又通过较大尺寸(口径)的振膜克服了压电式驱动的扬声器低音输出不足的缺点，结构简单，成本低，对外磁干扰小，又通过中低音重放的耦合达到全频域的上佳的听感。

本发明提出的一种利用压电材料或多功能发声振动器件的高低音耦合的扬声器系统特别适于高音质、轻薄型压电扬声器系统及扬声器音箱的市场需求。

附图说明

图1(A)为本发明实施例1的沿对称面的剖视图；

图1(B)为本发明实施例1的等轴侧视图；

图2为本发明实施例1的有益效果(声压频响曲线示意图)；

图3(A)为本发明实施例2的沿对称面的剖视图；

图3(B)为本发明实施例2的等轴侧视图；

图4(A)为本发明实施例3的沿对称面的剖视图；

图4(B)为本发明实施例3的等轴侧视图；

图5(A)为本发明实施例4的沿对称面的剖视图；

图5(B)为本发明实施例3的等轴侧视图；

图6为本发明实施例4的等轴侧视图；

图7为本发明实施例4的有益效果(声压频响曲线示意图)；

图中标号：

1-振膜；1a-折环；2-压电陶瓷；3-小尺寸动圈扬声器；4-后腔；5-外壳；5a-可选倒相孔；6-小尺寸压电扬声器；7-多功能发声振动器件(MFD)；7a-MFD的发声部分；7b-MFD的振动部分；8a-第一扬声器系统单元；8b-第二扬声器系统单元；8c-第三扬声器系统单元；8d-第四扬声器系统单元；9-扬声器阵列基板；9a-导线槽。

具体实施方式

本发明提供了一种利用压电材料或多功能发声振动器件的高低音耦合的扬声器系统，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。

实施例1

图1(A)和图1(B)为本发明实施例1的沿对称面的剖视图和等轴侧视图，图2以声压频响曲线示意图的形式介绍了本发明实施例1的有益效果。较大尺寸的振膜1中心开有孔，另有提高低音效果的折环结构1a。所述振膜材料为包括镍铁合金、不锈钢等在内的金属材料或者包括聚萘二甲酸乙二醇酯纤维(PEN)、聚醚酮纤维(PEEK)等在内高分子材料。底部粘结有压电陶瓷2，用于驱动振膜1振动，主要用于重放低音，且压电陶瓷2的位置可以起到调节振膜的振动模态，优化音质的作用。所述压电陶瓷2的形状为圆环形或者沿轴线均匀分布的四块正方形。现有的设计成熟的小尺寸动圈扬声器3粘结于振膜1的中心，主要用于重放中高音。所述小尺寸动圈扬声器3的形状与振膜中心开孔的形状完全吻合，保证前腔(大气)和后腔4不会在此处联通。振膜的边沿用硅胶、AB胶等与外壳5紧密粘结并形成后腔4用于进一步改善音质，所述后腔4厚度不超过5毫米。外壳5可根据实际需要开设可选倒相孔5a。所述小尺寸扬声器和压电陶瓷在电路上应为并联连接，同时接受重放电压信号，其电路连线并非本发明的核心内容，故不再特别表述。这种设计充分利用小尺寸动圈扬声器3和压电陶瓷2超薄的优势，又通过较大尺寸(口径)的振膜1克服了压电式驱动的扬声器低音输出不足的缺点，结构简单，成本低，对外磁干扰小，又通过中低音重放的耦合达到全频域的上佳的听感。图2中可以明显看出这种中低音重放的有益耦合效果。

实施例2

图3(A)和图3(B)为本实施例的沿对称面的剖视图和等轴侧视图。其与实施例1的不同之处在于采用小尺寸压电扬声器6替代所述小尺寸动圈扬声器3，这样可使后腔4的厚度至不超过3毫米，从而进一步保证本发明所述扬声器系统的超薄的特性。实施例2也可以得到与图2类似的有益的中低音耦合效果。

实施例3

图4(A)和图4(B)为本实施例的沿对称面的剖视图和等轴侧视图。其与实施例1的不同之处在于采用多功能发声振动器件7(MFD)替代所述小尺寸动圈扬声器3和压电陶瓷2，关于MFD的原理和功用并非本发明的精要，故在此不再详述。其中MFD的发声部分7a可以重放中高音，而MFD的振动部分可以驱动大尺寸的振膜1重放低音。这种结构设计更加简单紧凑，而又不失本发明的有益效果。实施例3也可以得到与图2类似的有益的中低音耦合效果。

实施例4

图5(A)和图5(B)为本实施例的沿对称面的剖视图和等轴侧视图。其与实施例3的不同之处在于所采用的振膜1无折环结构1a。

实施例5

图6为本实施例的等轴侧视图。图7以声压频响曲线示意图的形式介绍了本实施例的有益效果。其特别之处在于将前述的实施例1或实施例2或实施例3或实施例4的扬声器系统作环形阵列排列或矩阵阵列排列。如图6中的第一扬声器系统单元8a、第二扬声器系统单元8b、第三扬声器系统单元8c、第四扬声器系统单元8d，以它们最大尺寸(口径)的1/5～2倍为中心距(具体距离根据具体用途和扬声器系统单元的自身特性确定)沿直线阵列固定到扬声器阵列基板9，导线槽9a用于在电路上将4个扬声器系统单元并联。四个扬声器单元的初次谐振频率各不相同(振膜厚度、陶瓷片厚度等的细微差别导致)，这样就能进一步扩展和增强具有较好效果的低音频段。图7中可以明显看出这种阵列式扬声器系统单元的有益耦合效果。

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

1.一种利用压电材料或发声振动器件的高低音耦合的扬声器，其特征在于，振膜(1)安装在外壳(5)上，且振膜(1)与外壳(5)之间构成后腔(4)；在振膜(1)上安装用于驱动振膜振动的压电陶瓷(2)；振膜的中心位置设置孔洞，且在孔洞处粘结形状与该孔洞完全吻合的扬声器或多功能发声振动器件，保证后腔(4)与外界不联通；扬声器或多功能发声振动器件与压电陶瓷(2)之间的电路关系为并联连接。

2.根据权利要求1所述的一种利用压电材料或发声振动器件的高低音耦合的扬声器，其特征在于，所述压电陶瓷片(2)的数量为1片或多片，粘贴与振膜(1)的一侧或同时粘结与振膜(1)的两侧。

3.根据权利要求1所述的一种利用压电材料或发声振动器件的高低音耦合的扬声器，其特征在于，所述压电陶瓷片(2)的形状包括矩形、圆形、环形、多边形、蝴蝶形。

4.根据权利要求1所述的一种利用压电材料或发声振动器件的高低音耦合的扬声器，其特征在于，所述压电陶瓷片(2)的结构为单层结构或者多层结构。

5.根据权利要求1所述的一种利用压电材料或多功能发声振动器件的高低音耦合的扬声器，其特征在于，所述振膜(1)采用包括镍铁合金、不锈钢在内的金属材料或者包括聚萘二甲酸乙二醇酯纤维、聚醚酮纤维在内的高分子材料。

6.一种扬声器单元阵列系统，其特征在于，由若干个权利要求1至5所述的扬声器单元按环形阵列排列或矩阵阵列排列组成。

7.根据权利要求6所述的一种扬声器单元阵列系统，其特征在于，所述各个扬声器单元的初次谐振频率各不相同。