CN105721996A - 一种发声结构单元、包含该单元的耳机及驱动发声方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发声结构单元以及包含该发声结构单元的耳机，涉及发声装置技术领域。该发声结构单元包括分开设置振膜和压电陶瓷，所述压电陶瓷用于在驱动电路的驱动信号激励下产生机械形变，进而带动所述振膜振动发声。同时提出采用上述发声结构单元的耳机。本发明提供的发声结构单元将动铁耳机的传动结构与压电陶瓷的材料相结合，保留各自的优势并规避各自的不足，结构简单、紧凑，将振膜和压电陶瓷分开设置，电声转换效率高、音质佳，且为调节振膜的振动模态、优化音质提供了设计空间。
Description
技术领域
本发明涉及发声装置技术领域，尤其涉及一种发声结构单元、包含该发声结构单元的耳机以及驱动发声方法。
背景技术
耳机是一种电-力-声电声转换器，多用于手机、随身听等设备，耳机一般与媒体播放器分离，利用一个插头链接。耳机具有便携性的优点，可以在不影响旁人的情况下独自聆听音响。亦可隔开周围环境的声响，对在录音室或噪音环境下工作的人很有帮助。
按照电声转换方式分类，耳机可分为动圈、静电、动铁等。
动圈耳机的音圈处于永磁场中并与振膜连接，音圈在信号电流驱动下带动振膜发声。
动铁耳机利用电磁铁产生交变磁场，振动部分是一个铁片悬浮在电磁铁前方，信号经过电磁铁时使电磁铁磁场变化，从而使铁片振动发声。
由于动铁耳机与动圈耳机的结构不同，与动圈耳机相比，动铁耳机尺寸更小，对音乐的动态表现、瞬间细节表现、声音密度上远胜于动圈耳机。同时，动铁耳机的频响曲线更加稳定。动圈耳机在不同的温度、湿度以及使用过程中，频响曲线会出现一些可闻的变化。而动铁则表现出良好的稳定性，使声音素质更加稳定可靠，不易改变。一个很重要的原因是，动铁单元几乎都是由金属材料制造，通过高精密的模具成形的，动圈单元的振动膜片一般是通过胶水与线圈相结合的，此工艺增加了不同个体的差异，所以动铁对比动圈的单元电声性能要稳定许多。传统上，动铁单元中的振膜为单一层的硬质膜片，硬质膜片的谐振频率较高，能产生较好的高频效果，但是中低频效果不理想。
压电陶瓷主要应用于扬声器领域，大多数压电扬声器利用压电材料受到电场作用发声形变的原理，将压电动元件置于音频电流信号形成的电场中，使其发声位移，从而产生逆电压效应，最后驱动金属振膜发声。压电与使用动圈、动铁耳机相比有如下优势：
1.压电扬声器不需要磁铁，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.压电扬声器功耗低，电声转换效率高；
3.压电扬声器可以使用薄型设计，尺寸及外观更具优势。
同时，压电扬声器也存在一些缺点。传统的压电扬声器由于结构设计所产生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。
发明内容
本发明的一个目的，在于提出一种结构简单、紧凑、音质佳且电声转换效率高的发声结构单元。
本发明的再一个目的，在于提出一种频宽、音色、失真等性能方便调整的发声结构单元。
本发明的另一个目的，在于提出一种结构简单、紧凑、音质佳且电声转换效率高的驱动发声方法。
本发明的又一个目的，在于提出一种频宽、音色、失真等性能方便调整的驱动发声方法。
本发明的还一个目的，在于提出一种结构简单、紧凑、音质佳且电声转换效率高的耳机。
为达上述的至少一个目的，一方面，本发明采用以下技术方案：
一种发声结构单元，包括分开设置的以下部件：
振膜；以及
压电陶瓷，用于在驱动电路的驱动信号激励下产生机械形变，进而带动所述振膜振动发声；
所述振膜(3)在所述压电陶瓷(1)的带动下发声。
优选的，所述压电陶瓷通过连接件与所述振膜连接。
优选的，还包括壳体，所述振膜和所述压电陶瓷均设置于壳体内；
所述压电陶瓷呈一端与所述壳体固定的悬臂结构，或者，所述压电陶瓷相对的两端均与所述壳体固定，或者，所述压电陶瓷通过支架支撑于所述壳体内；
优选的，所述振膜直接粘接于所述壳体上；或者，
所述壳体内设置有压环，所述振膜粘接于所述压环上。
优选的，所述连接件设置于所述压电陶瓷的自由端部或所述压电陶瓷与所述振膜相对的两面之间。
优选的，所述振膜上设置有补强板；
优选的，所述压电陶瓷呈一端与所述壳体固定的悬臂结构，所述连接件的一端连接所述振膜或所述补强板，另一端设置有凹槽，所述压电陶瓷的自由端插入所述凹槽中；
优选的，所述连接件包括第一导向套和第二导向套，所述压电陶瓷穿设于所述第一导向套中，所述第一导向套的侧壁上设置有连接杆，所述连接杆的自由端经所述第二导向套穿出并与所述振膜或所述补强板连接；
优选的，所述振膜为金属材料、高分子材料或纤维树脂类复合材料；
优选的，所述补强板为金属材料、高分子材料或纤维树脂类复合材料。
优选的，所述支架包括固定设置于所述壳体内的转轴以及可转动的套设于所述转轴上的固定块，所述压电陶瓷穿设于所述固定块中；
优选的，所述压电陶瓷的一端穿设于所述固定块中，另一端上设置有配重块。
优选的，所述振膜的至少一侧设置有折环；
优选的，所述振膜上不同位置的所述折环的宽度相同或不同。
优选的，所述壳体上靠近所述振膜的一侧设置有出声孔；
优选的，所述出声孔与所述振膜的中心位置对应，或者与所述振膜的折环位置对应。
优选的，所述壳体上靠近所述压电陶瓷的一侧开设有通孔；
优选的，所述通孔处设置有网状结构。
又一个方面，本发明采用如下技术方案：
一种驱动发声的方法，其中，
提供振膜以及压电陶瓷，两者分开设置；
提供驱动信号，驱动压电陶瓷产生机械形变；
振膜在压电陶瓷的带动下发声。
优选的，所述振膜以及压电陶瓷之间通过连接件连接或者耦合。
另一方面，本发明采用以下技术方案：
一种耳机，包括耳机外壳，所述耳机外壳内设置有如上所述的发声结构单元。
本发明的有益效果为：
本发明提供的发声结构单元将动铁耳机的传动结构与压电陶瓷的材料相结合，保留各自的优势并规避各自的不足，结构简单、紧凑，将振膜和压电陶瓷分开设置，电声转换效率高、音质佳，且为调节振膜的振动模态、优化音质提供了设计空间。
本发明提供的驱动发声方法通过压电陶瓷带动与其分开设置的振膜发声，结构简单、紧凑，电声转换效率高、音质佳，且为调节振膜的振动模态、优化音质提供了设计空间。
本发明提供的耳机由于采用了上述的发声结构单元，结构简单、紧凑、音质佳且电声转换效率高，具有很高的市场竞争力以及广阔的市场空间。
附图说明
图1是本发明具体实施例提供的发声结构单元的剖视图之一；
图2是本发明具体实施例提供的发声结构单元的剖视图之二；
图3是本发明具体实施例提供的发声结构单元的剖视图之三；
图4是本发明具体实施例提供的发声结构单元的剖视图之四；
图5是本发明具体实施例提供的振膜、补强板及压环配合结构示意图之一；
图6是本发明具体实施例提供的振膜、补强板及压环配合结构示意图之二；
图7至9是本发明具体实施例提供的发声结构单元灵敏度曲线特性仿真结果图；
图10是本发明具体实施例提供的发声结构单元应用于耳机的结构示意图。
图中，1、压电陶瓷；2、连接件；21、第一导向套；22、第二导向套；23、连接杆；3、振膜；31、折环；4、补强板；5、压环；6、前壳；61、出声孔；7、后壳；71、通孔；8、防尘网；91、转轴；92、固定块；93、转动轴承；10、配重；11、耳机外壳；111、耳机出声孔。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例一：
本实施例提供了一种发声结构单元，其包括分开设置的振膜和压电陶瓷，压电陶瓷在驱动电路的驱动信号激励下产生机械形变，进而带动振膜振动发声。
本实施例提供的发声结构单元将动铁耳机的传动结构与压电陶瓷的材料相结合，保留各自的优势并规避各自的不足，结构简单、紧凑，将振膜和压电陶瓷分开设置，电声转换效率高、音质佳，且为调节振膜的振动模态、优化音质提供了设计空间。
下面结合附图说明发声结构单元的具体结构。
图1示出一种结构形式的发声结构单元，其包括壳体以及设置于壳体内的振膜3和压电陶瓷1。
壳体采用两半部分对接的结构，包括对接在一起的前壳6和后壳7，前壳6为发声结构单元的结构框架，振膜3和压电陶瓷1均设置在前壳6内。前壳6上开设有出声孔61，振膜3设置于靠近所述出声孔61的一侧，即，振膜3位于出声孔61与压电陶瓷1之间。前壳6与后壳7的连接方式不限，例如，可通过胶水粘接，或者通过超声波将后壳7焊接在前壳6上。
前壳6内设置有压环5，振膜3粘接于压环5上，压环5可以设置在振膜3的一侧，也可以在振膜3的两侧都压环5设置。压环5与振膜3形成的组件再整体粘接在前壳6上。当然，也可以不设置压环5，直接将振膜3固定在前壳6上，例如将振膜3粘接在前壳6上，可进一步简化结构。
振膜3上设置有补强板4，补强板4的形状不限，可以为平板、拱顶或者为带花纹的拱顶等形状。补强板4设置于振膜3上靠近出声孔61的一侧。振膜3和补强板4可采用包括镍铁合金、铝合金、钛合金、不锈钢、金属电镀材料等在内的金属材料，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，亦或是FR4玻璃纤维增强型环氧树脂等纤维树脂类复合材料。振膜3、补强板4以及压环5的外轮廓可依据产品外形进行设置，例如设置为矩形、圆形、椭圆形、跑道形以及其他异形形状等等。
压电陶瓷1可以呈一端与壳体固定的悬臂结构，例如如图1中所示，压电陶瓷1的一端固定于前壳6上并夹置于前壳6与后壳7之间，自由端通过连接件2与振膜3连接或者耦合。具体的，连接件2的一端与振膜3连接，例如与振膜3通过胶水粘接，连接件2的另一端设置有凹槽，压电陶瓷1的自由端插入凹槽中，并可通过胶水与连接件2粘接。压电部分引线接入压电陶瓷1的正负电极。若振膜3为环状结构，则连接件2与振膜3上的补强板4连接。
如此，在驱动电路的驱动信号激励下，压电陶瓷1产生机械形变，进而带动连接件2震动，连接件2带动振膜3及补强板4振动发声。
压电陶瓷1的具体结构不限，可以为单层、多层或多片复合结构。
进一步的，为增强振膜3的振动幅度，以增强中低频效果，在振膜3上设置有折环31，折环31可以设置在振膜3的任一侧或者任几侧，振膜3上不同位置的折环31宽度可以相同也可以不同，例如如图5所示，折环31设置于振膜3的相邻的第一侧、第二侧和第三侧，其中第二侧折环31的宽度均相同，第一侧和第三侧的折环31向远离第二侧的方向宽度逐渐减小。再例如如图6所示，振膜3的外周设置一圈折环31且折环31宽度均一致。发声结构单元的频宽、音色、失真等性能可通过振膜3的折环31设计及补强板4的材质厚度的选取进行调整。
当然，连接件2不局限于设置在压电陶瓷1的自由端部，也可以设置在压电陶瓷1与振膜3相对的两面之间。
连接件2的结构也不局限于如图1所示的结构，还可以是如图2所示，包括第一导向套21和第二导向套22。压电陶瓷1穿设于第一导向套21中，第一导向套21的侧壁上设置有连接杆23，连接杆23的自由端经第二导向套22穿出并与振膜3或补强板4连接。第二导向套22与外壳固定。通过第一导向套21和第二导向套22的配合将压电陶瓷1的摆动转化为振膜3及补强板4的往复振动。第一导向套21和第二导向套22优选为直线轴承。
进一步的，图2所示的实施例中，在后壳7上还设置有通孔71，通孔71与压电陶瓷1相对设置，通孔71的设置可减小因振动产生的背腔压力变化对振膜3的影响。在通孔71上设置有网状结构，优选为防尘网8，能够减少灰尘的进入。
出声孔61的设置位置不限，优选有两个位置，一个是如图1中所示，出声孔61与折环31的位置相对应，另一个是如图2中所示，出声孔61与振膜3的中心位置对应。
压电陶瓷1在壳体中的设置方式不局限于呈如图1和图2所示的悬臂结构，也可以如图3所示，压电陶瓷1的两端均固定于前壳6上并夹置于前壳6与后壳之7。连接件2设置于振膜3与压电陶瓷1之间，一端通过胶水与振膜3或者补强板4粘接，另一端与压电陶瓷1粘接。压电陶瓷1在驱动电路的驱动下产生机械形变，并通过连接件2带动振膜3及补强板4振动发声。当然，连接件2的设置方式不局限于如图3所示的形式，能够实现振动传动的效果即可，例如如图1和图2所示的方式均可。
压电陶瓷1在壳体中的设置方式还可以悬挂模式，即通过支架支撑在壳体内。例如，如图4所示，支架包括固定设置于壳体内的转轴91以及可转动的套设于转轴91上的固定块92，优选的，固定块92与转轴91之间设置转动轴承93。压电陶瓷1穿设于固定块92中，如此，压电陶瓷1可通过支架悬挂于壳体内。连接件2设置在振膜3与压电陶瓷4之间，一端通过胶水与振膜3或补强板4粘接，另一端与压电陶瓷1粘接。进一步的，压电陶瓷1的一端穿出固定块92，穿出部分与连接件2连接，另一端上设置有配重10，通过支架的弹性和配重10的重量调节系统谐振频率。具体的，当压电陶瓷1通入电信号后，压电陶瓷1在驱动电路的驱动下产生弯曲形变带动配重10往复摆动，进而带动另一端的连接件2往复振动，连接件2带动振膜3及补强板4振动发声。当然，连接件2的设置方式不局限于如图4所示的形式，能够实现振动传动的效果即可，例如如图1和图2所示的方式均可。
下面以图1所示的发声结构单元为例进行灵敏度曲线特性仿真，仿真结果如图7至图9所示，图7是根据图1的实施例建模仿真得出的典型灵敏度曲线，曲线中2.5kHz尖峰即图中的A处与压电、振膜及补强板的顺性相关，7.5kHz尖峰即图中的B处与前腔设计相关。前腔即振膜3与前壳6所围成的腔室，如图1中D所指区域。
图8为改变压电顺性所得仿真结果，其中，曲线c1为压电顺性8μm/N时的仿真结果，曲线c2为压电顺性6μm/N时的仿真结果，曲线c3为压电顺性4μm/N时的仿真结果。由图8可知，随着压电顺性的减小，灵敏度曲线2.5kHz尖峰向高频(即箭头方向)移动。
图9为改变前腔容积对灵敏度曲线的影响，其中，曲线c4为前腔容积0.8cm3时的仿真结果，曲线c5为前腔容积0.6cm3时的仿真结果，曲线c6为前腔容积0.4cm3时的仿真结果。由图9可知，随着前腔减小，灵敏度曲线7.5Hz尖峰向高频(即箭头方向)移动。
由仿真结果可知，本实施例提供的发生结构单元具有较高的电声转换效率，能够获得较佳的音质，且在调节振膜的振动模态以及优化音质等方面均具有设计空间。
本实施例所述的发声结构单元可广泛的应用于扬声器、受话器等设备。
实施例二：
本实施例提供了一种驱动发声的方法，该方法为：
提供振膜以及压电陶瓷，两者分开设置；
提供驱动信号，驱动压电陶瓷产生机械形变；
振膜在压电陶瓷的带动下发声。
优选的，所述压电陶瓷通过连接件与所述振膜连接或者耦合。
本实施例提供的驱动发声方法通过压电陶瓷带动与其分开设置的振膜发声，结构简单、紧凑，电声转换效率高、音质佳，且为调节振膜的振动模态、优化音质提供了设计空间。
实施例三：
本实施例提供了一种耳机，包括耳机外壳以及设置于耳机外壳内的如实施例一所述的发声结构单元。本实施例提供的耳机由于采用了上述的发声结构单元，结构简单、紧凑、音质佳且电声转换效率高，具有很高的市场竞争力以及广阔的市场空间。
图10示出了将图1所示的发声结构单元应用于耳机的实施例，如图所示，发声结构单元与耳机外壳11粘接固定，耳机外壳11上设置有耳机出声孔111，耳机出声孔111与发声结构单元的出声孔61之间形成密封连接。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种发声结构单元，其特征在于，包括分开设置的以下部件：
振膜(3)；以及
压电陶瓷(1)，用于在驱动电路的驱动信号激励下产生机械形变，进而带动所述振膜(3)振动；
所述振膜(3)在所述压电陶瓷(1)的带动下发声。
2.根据权利要求1所述的发声结构单元，其特征在于，所述压电陶瓷(1)通过连接件(2)与所述振膜(3)连接。
3.根据权利要求2所述的发声结构单元，其特征在于，还包括壳体，所述振膜(3)和所述压电陶瓷(1)均设置于壳体内；
所述压电陶瓷(1)呈一端与所述壳体固定的悬臂结构，或者，所述压电陶瓷(1)相对的两端均与所述壳体固定，或者，所述压电陶瓷(1)通过支架支撑于所述壳体内；
优选的，所述振膜(3)直接粘接于所述壳体上；或者，
所述壳体内设置有压环(5)，所述振膜(3)粘接于所述压环上。
4.根据权利要求3所述的发声结构单元，其特征在于，所述连接件(2)设置于所述压电陶瓷(1)的自由端部或所述压电陶瓷(1)与所述振膜(3)相对的两面之间。
5.根据权利要求3或4所述的发声结构单元，其特征在于，所述振膜(3)上设置有补强板(4)；
优选的，所述压电陶瓷(1)呈一端与所述壳体固定的悬臂结构，所述连接件(2)的一端连接所述振膜(3)或所述补强板(4)，另一端设置有凹槽，所述压电陶瓷(1)的自由端插入所述凹槽中；
优选的，所述连接件(2)包括第一导向套(21)和第二导向套(22)，所述压电陶瓷(1)穿设于所述第一导向套(21)中，所述第一导向套(21)的侧壁上设置有连接杆(23)，所述连接杆(23)的自由端经所述第二导向套(22)穿出并与所述振膜(3)或所述补强板(4)连接；
优选的，所述振膜(3)为金属材料、高分子材料或纤维树脂类复合材料；
优选的，所述补强板(4)为金属材料、高分子材料或纤维树脂类复合材料。
6.根据权利要求3或4所述的发声结构单元，其特征在于，所述支架包括固定设置于所述壳体内的转轴(91)以及可转动的套设于所述转轴(91)上的固定块(92)，所述压电陶瓷(1)穿设于所述固定块(92)中；
优选的，所述压电陶瓷(1)的一端穿设于所述固定块(92)中，另一端上设置有配重块(10)。
7.根据权利要求1至4任一项所述的发声结构单元，其特征在于，所述振膜(3)的至少一侧设置有折环(31)；
优选的，所述振膜(3)上不同位置的所述折环(31)的宽度相同或不同。
8.根据权利要求3或4所述的发声结构单元，其特征在于，所述壳体上靠近所述振膜(3)的一侧设置有出声孔(61)；
优选的，所述出声孔(61)与所述振膜(3)的中心位置对应，或者与所述振膜(3)的折环(31)位置对应；
优选的，所述壳体上靠近所述压电陶瓷(1)的一侧开设有通孔(71)；
优选的，所述通孔(71)处设置有网状结构。
9.一种驱动发声的方法，其特征在于，
提供振膜(3)以及压电陶瓷(1)，两者分开设置；
提供驱动信号，驱动所述压电陶瓷(1)产生机械形变；
所述振膜(3)在所述压电陶瓷(1)的带动下产生振动，进而发声；
优选的，所述压电陶瓷(1)通过连接件(2)与所述振膜(3)连接。
10.一种耳机，包括耳机外壳(11)，其特征在于，所述耳机外壳(11)内设置有如权利要求1至8任一项所述的发声结构单元。
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