CN105745941A - 骨传导扬声器 - Google Patents

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Abstract

一种骨传导扬声器，其包括盘形的压电振动元件(20)，该压电振动元件(20)在一侧上使其周向部固定至振动器(30)的周向边缘突出部(32)，同时该压电振动元件(20)的中央与振动器(30)的中央突出部(31)接触。该元件(20)的另一侧由树脂制成的背部壳体(40)覆盖。中央突出部(31)与压电振动元件(20)的中央接触，其中，由声音信号的转变而产生的振动具有最大的振幅。通过这种接触，振动器(30)可以有效地获得振动。由于没有使用减振器，该振动被有效地传导并且没有被吸收。由树脂制成的背部壳体(40)吸收在压电振动元件(20)与背部壳体(40)之间的空间中产生的空气振动，从而抑制了声音至外部的泄露并且减少了声反馈。

Description

骨传导扬声器
本申请要求于2013年12月26日向日本专利局提交的名称为“BONE-CONDUCTIONSPEAKER(骨传导扬声器)”的日本专利申请第2013-268751号的优先权，该申请的全部内容在此通过参引并入。
技术领域
本发明涉及骨传导扬声器，该骨传导扬声器用于通过压电元件将声音信号转变成振动并且在不穿过耳膜的情况下通过头骨将振动传导至听觉神经。
背景技术
近年来，压电式扬声器代替常规使用的线圈式扬声器广泛地应用在骨传导扬声器系统中。压电式扬声器消耗更少的电力并且产生更少量的电磁波。
专利文献1公开了一种入耳式骨传导扬声器(入耳式耳机)，该入耳式骨传导扬声器具有附接至盘形压电元件的圆周的环形减振器，所述减振器夹置在一对凹形外壳之间，其中，所述压电元件容纳在所述外壳中。位于通过其对压电元件的振动进行传导的侧部上的外壳具有从该外壳的内侧的中央朝向压电元件延伸的柱状突出部，以及从同一外壳的外侧的中央突出的筒状中空杆。压电元件使其中央部粘附至柱状突出部，使得压电元件的振动可以通过柱状突出部和中空杆传导至用户的外耳道附近的软骨或骨骼。用作重量覆盖件的另一外壳被赋予一定的重量，以阻止外壳中的空气振动泄漏至外部。在专利文献1中，要求保护的是设置减振器以便减少由压电元件产生的振动通过外壳泄漏至外部，从而改善频率特性，并且用于其他目的。
对于骨传导扬声器而言，重要的是例如将振动(能量)从压电元件有效地传导至振动器并且防止由振动(声音)泄漏至外部而引起的声反馈。在专利文献1中公开的入耳式骨传导扬声器(入耳式耳机)中，在振动被减振器吸收时发生振动能量的损失。振动能量还在振动通过中空杆传导至骨头时在该中空杆的中空部中损失。此外，意在用来防止空气振动从外壳泄漏至外部的重量覆盖件没有产生抑制声音泄漏(和声反馈)的足够的效果，这是由于具有一定重量的覆盖件是传导振动而不是阻挡振动。
本发明将要解决的问题是提供一种骨传导扬声器，其中，压电元件的振动可以有效地传导至振动器，并且其中，减少了声音至外部的泄漏和随之发生的声反馈。
发明内容
根据本发明的骨传导扬声器旨在解决先前描述的问题，该骨传导扬声器包括：
a)盘形的振动元件；
b)盘形的振动器，其位于压电振动元件的一侧上，该振动器具有中央突出部和周向边缘突出部，中央突出部在压电振动元件的中央处与压电振动元件接触，周向边缘突出部在压电振动元件的周向边缘处固定至该压电振动元件；以及
c)由树脂制成的背部壳体，其位于压电振动元件的相反侧上，该背部壳体形成为类似盖形，以在振动器的周向边缘突出部处固定至该振动器。
在根据本发明的骨传导扬声器中，盘形的压电振动元件使其周向边缘固定至振动器的周向边缘突出部，同时盘形的压电振动元件的中央与振动器的中央突出部接触。振动器的中央突出部可以与压电振动元件直接接触，或者如随后将描述的，与这个元件间接地链接。从外源供给的声音信号沿与这个元件的盘表面垂直的方向通过压电振动元件转变成振动。由于压电振动元件的周向边缘固定至振动器，因此该振动器在压电振动元件的中央处具有最大振幅。振动器的中央突出部接收压电振动元件的这种最大振动并且强烈地振动。这种强烈振动传导至头骨或者与振动器接触的类似部件。因此，实现了声音的骨传导。由于在根据本发明的骨传导扬声器中没有使用减振器，因此振动可以被有效地传导并且没有被吸收。
在根据本发明的骨传导扬声器中，覆盖压电振动元件与振动器相反侧上的背部壳体由树脂制成。这种树脂制成的背部壳体有效地吸收了在压电振动元件与背部壳体之间的空间中产生的空气振动，仅允许少量的声音泄漏至外部。因此，减少了声反馈。
优选地，骨传导扬声器还可以包括附接至压电振动元件的相反侧的中央的重量件。
由于重量件附接至压电振动元件的中央(即，发生最大振动的点)，该重量件可以更有效地工作以抑制高音调的振动，从而防止低音调振动的减少，并且防止振动泄漏至外部。优选的是设置一组具有不同质量的重量件并且根据用户的需求附接适合的重量件。
可以设置用来沿与压电振动元件的平面垂直的方向按压压电振动元件的中央的装置来代替重量件。由于压电振动元件使其周向边缘固定至振动器的周向边缘突出部，因此沿垂直的方向按压压电振动元件的中央限制了这个元件在其中央处的振动，如在重量件附接至压电振动元件的情况那样。因此，更有效地实现了对高音调振动的抑制并且防止振动泄漏至外部。此外，在压电振动元件的中央处按压压电振动元件赋予这个元件凸形或凹形形状并且改变了压电振动元件的整体振动模式。这种效果还有助于压电振动元件的振动特性的改变。通过改变按压力，可以根据用户的需求容易地控制骨传导扬声器的特性。
在前述骨传导扬声器中，压电振动元件的周向边缘和背部壳体应该彼此分开。
根据这种设计，由于压电振动元件没有与背部壳体接触，因此由压电振动元件产生的振动将不通过背部壳体泄漏至外部。
这种骨传导扬声器可以通过将该骨传导扬声器附接至设置在U形支承件(头环)的两个端部处的附接部中的每一个而用作骨传导耳机。
骨传导扬声器优选地可以在振动器的未与压电振动元件接触的侧部上的中央处具有实心耳塞部。利用这种设计，根据本发明的骨传导扬声器可以通过将耳塞部插入耳孔中而用作入耳式骨传导耳机。由于耳塞部是实心的，振动可以在较低的能量损失的情况下传导。还有助于高音调的传导。
根据本发明的骨传导扬声器可以在低水平的声音泄漏以及低水平的声反馈的情况下将压电元件的振动有效地传导至振动器。
附图说明
图1是第一实施方式的示意性正视图，其中，根据本发明的骨传导扬声器使用在骨传导耳机中。
图2A是第一实施方式的骨传导扬声器的平面图，而图2B是在图2A中的X-X处截取的截面图。
图3是第一实施方式的骨传导扬声器的变型的截面图。
图4是第一实施方式的骨传导扬声器的另一变型中的压电振动元件和振动器的放大图。
图5是第一实施方式的骨传导扬声器的又一变型的截面图。
图6是第二实施方式的示意性侧视图，其中，根据本发明的骨传导扬声器使用在入耳式骨传导耳机中。
具体实施方式
第一实施方式
下文参照图1、图2A和图2B描述了一个实施方式，在该实施方式中，根据本发明的骨传导扬声器应用在骨传导耳机中。
本实施方式的骨传导耳机包括U形支承件(头环)11；扬声器附接部12，其设置在支承件11的每一个端部处；骨传导扬声器10，其附接至扬声器附接部12中的每一个；以及其他元件。
骨传导扬声器10包括盘形压电振动元件20、振动器30、背部壳体40、侧部覆盖件50、两条线缆13和其他元件，振动器30与压电振动元件20中的一个侧部接触并且将该元件20的振动传导至外部物体(例如头骨)，背部壳体40设置在压电振动元件20的另一侧部上，侧部覆盖件50用于将振动器30和背部壳体40结合成一个单元，两条线缆13用于将声音信号传递至压电振动元件20。
压电振动元件20包括厚度大约为50μm并且直径大约为21mm的圆形黄铜板(金属板)22，其中，具有厚度大约为35μm-40μm的钛酸钡制成的压电薄膜21a和21b分别形成在板22的两侧上，从而在距板22的周向边缘留有大约1mm宽度的空白区域。压电薄膜21a和21b粘附成使得其压电运动以彼此相反的方向进行。用于传递声音信号的两条线缆13中的一条连接至中间金属板22，同时另一线缆13通常连接至位于板22的两侧上的压电薄膜21a和21b的外表面。
尽管这种压电双晶片结构能够优选地用于压电振动元件20，但是只要从信号线馈送的电信号(声音信号)可以转变成振动，则可以使用除了本实施方式中描述的结构和材料之外的任何结构和材料。
振动器30是具有与压电振动元件20大约相同直径的由硅树脂制成的圆形板。振动器30具有形成在一个侧部上的中央处的中央突出部31和形成在振动器30的周向边缘处的周向边缘突出部32。周向边缘突出部32在其周向侧表面上具有凸缘状外周突出部33。
作为用于振动器30的材料，除了硅树脂以外，还可以使用各种弹性体(弹性树脂材料)如聚氨酯。可以添加交联剂或固化剂来控制材料的硬度，从而改变骨传导的声音质量(频率特性)。
整体定形成与盖相似的背部壳体40包括筒状部和圆顶状部，筒状部具有与振动器30的外周突出部33的直径大约相同的直径，圆顶状部覆盖筒状部的一个端部面。阶梯状第一端部41和围绕第一端部41的第二端部42形成在筒状部的另一个端部面。第二端部42从第一端部41突出并且与振动器30的外周突出部33对应。当第二端部42放置在外周突出部33上时，第一端部41面向周向边缘突出部32，其中，在第一端部41与周向边缘突出部32之间具有小间隙。在侧部覆盖件50中待配合的接合突出部43形成在筒状部的周向侧表面上。用于将骨传导扬声器10附接至扬声器附接部12的附接构件45设置在背部壳体40的圆顶状部的外侧部的中央处。
用于保持振动器30和背部壳体40——其中，压电振动元件20夹置在振动器30与背部壳体40之间——的侧部覆盖件50是环状构件，该环状构件内径大约等于振动器30的外周突出部33的外径和背部壳体40的筒状部的外径。侧部覆盖件50通过与外周突出部33和接合突出部43接合而将振动器30和背部壳体40结合。
对于背部壳体40和侧部覆盖件50而言，应该优选地使用重量轻且比较硬的树脂材料如ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)树脂、AS(丙烯腈-苯乙烯)树脂、聚碳酸酯树脂、丙烯酸树脂或高硬度弹性体树脂。
在本实施方式中，在压电振动元件20置于振动器30的周向边缘突出部32和中央突出部31上之后，压电振动元件20粘附至振动器30，并且背部壳体40放置在振动器30上。在这种状态下，侧部覆盖件50放置在背部壳体40和振动器30的圆周上，并且侧部覆盖件50的上端部和下端部分别与接合突出部43和外周突出部33接合。因此，振动器30和背部壳体40结合成一个单元，其中，压电振动元件20保持在周向边缘突出部32与第一端部41之间。连接至压电振动元件20的线缆13通过背部壳体40的中央处的孔44抽至外部，以被连接至声音信号放大器(未示出)。单独的扩音器(未示出)连接至该声音信号放大器。
在根据本实施方式的骨传导扬声器10中，振动器30在其发生最大振动的中央部处获得了压电振动元件20的中间金属板22的振动，同时将金属板22牢固地保持在振动器30的周向边缘处。因此，压电振动元件20的振动可以有效地传导至外部物体(例如头骨)。由于没有减振器或者吸收压电振动元件20的振动的类似干涉部件，因此可以获得高水平的能量效率。
由于设置在与压电振动元件20相反的侧部上的背部壳体40是树脂制成的重量轻的部件，因此由于压电振动元件20的振动而出现在背部壳体40内的空气振动将几乎不通过背部壳体40传导至外部。因此，防止了声音至外部的泄漏以及随之发生的声反馈。
第一变型
图3是先前实施方式的骨传导扬声器10的变型的截面图。在这个变型中，重量件60固定至在面向背部壳体40的侧部上的压电振动元件20的中央。可以使用双面胶带、胶黏剂等来固定重量件60。
这个重量件60的质量改变了压电振动元件20的频率特性。重量件60的质量越大，高音调将被抑制的越大。因此，该质量应该确定成使得骨传导声音产生对于预期的用户来说易于听到的声音质量(频率特性)。
第二变型
图4是在第一实施方式的骨传导扬声器的另一变型中的压电振动元件和振动器的放大截面图。在本变型的骨传导扬声器中，由树脂(例如ABS树脂)制成的间隔件63放置在压电振动元件20的中央处。间隔件63和压电振动元件20均具有中央孔，而振动器30的中央突出部31具有抽头孔(这些孔在图中未示出)。螺栓61通过压电振动元件20的孔和间隔件63的孔插入到振动器30的抽头孔中。弹簧62设置在螺栓61的头部与间隔件63之间。压电振动元件20的周向边缘没有粘附至振动器30的周向边缘突出部32，而是通过螺栓61和弹簧62与这个突出部32紧密地接触。在本变型的骨传导扬声器10中，振动器30的中央突出部31没有与压电振动元件20直接接触，而是通过螺栓61、弹簧62和间隔件63与这个元件20间接地链接。
在这个结构中，被弹簧62按压的压电振动元件20朝向中央突出部31凸起。压电振动元件20在压力下的曲率可以通过调节螺栓61插入到中央突出部31的抽头孔中的部分的长度来改变。改变压电振动元件20的曲率引起其振动特性的改变。因此，对于预期用户而言，可以调整骨传导的声音的质量(频率特性)。
在本变型中，可以使用螺钉来代替螺栓61和弹簧62以将压电振动元件20固定至中央突出部31。尽管这种构型不允许对应用至压电振动元件20的压力进行调节，但是优点在于使结构变得简化。此外，弹簧的省略允许骨传导扬声器的厚度对应地减小。
可以省略间隔件。
第三变型
图5是第一实施方式的骨传导扬声器10的又一变型的截面图。在这个变型中，与振动器30的外周突出部33接触的背部壳体40的第二端部42的宽度小于振动器30的外周突出部33的宽度。此外，第一端部41向内倾斜，从而增大了其与周向边缘突出部32的距离。根据这种设计，当背部壳体40的第二端部42放置在振动器30的外周突出部33上时，在背部壳体40与振动器30之间形成了更大的间隙，从而将压电振动元件20与背部壳体40分开。因此，压电振动元件20的振动不能直接通过元件20的周向边缘传导至背部壳体40，并且声反馈进一步减少。该间隙可以用由海绵、弹性体或类似材料制成的环形减振器来填充。
第二实施方式
图6是第二实施方式的示意性侧视图，其中，根据本发明的骨传导扬声器应用在入耳式骨传导耳机中。
在本入耳式骨传导耳机中使用的骨传导扬声器90在振动器92的与压电振动元件相反的侧部上的中央处具有实心耳塞部93。其他部件与在第一实施方式的骨传导扬声器10中使用的部件相同。
通过本实施方式的入耳式骨传导耳机，振动器92的振动通过耳塞部93传导至外耳道附近的软骨或骨骼。由于耳塞部93是实心的，因此振动能量的损失小于在空心耳塞部的情况下振动能量的损失。因此，振动可以从压电振动元件有效地传导至用户。
应该认识到的是，本发明不限于前述的实施方式和变型，而是可以进行各种改变。
例如，第一变型至第三变型的骨传导扬声器均可以另外在振动器上设置有耳塞部，使得骨传导扬声器能够用作入耳式骨传导耳机。
在先前的实施方式中，外周突出部设置在振动器的周向边缘突出部的外侧上，并且背部壳体固定至这个外周突出部。还可以增大周向边缘突出部的宽度并且使压电振动元件固定至该周向边缘突出部的顶部表面的内半部，并且背部壳体固定至所述同一表面的外半部。
附图标记列表
10,90…骨传导扬声器
11…支承件(头环)
12…扬声器附接部
13…线缆
20…压电振动元件
21…压电薄膜
22…金属板
30,92…振动器
31…中央突出部
32…周向边缘突出部
33…外周突出部
93…耳塞部
40…背部壳体
41…第一端部
42…第二端部
43…接合突出部
45…附接构件
50…侧部覆盖件
60…重量件
61…螺栓
62…弹簧
63…间隔件

Claims (6)

1.一种骨传导扬声器，包括：
a)盘形的压电振动元件；
b)盘形的振动器，其位于所述压电振动元件的一侧上，所述振动器具有中央突出部和周向边缘突出部，所述中央突出部在所述压电振动元件的中央处与所述压电振动元件接触，所述周向边缘突出部在所述压电振动元件的周向边缘处固定至所述压电振动元件；以及
c)由树脂制成的背部壳体，其位于所述压电振动元件的相反侧上，所述背部壳体被成形为类似盖形，以在所述振动器的周向边缘突出部处固定至所述振动器。
2.根据权利要求1所述的骨传导扬声器，进一步包括重量件，所述重量件附接至所述压电振动元件的所述相反侧的中央。
3.根据权利要求1所述的骨传导扬声器，进一步包括用于沿与所述压电振动元件的平面垂直的方向按压所述压电振动元件的中央的装置。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的骨传导扬声器，其中，所述压电振动元件的周向边缘与所述背部壳体彼此分开。
5.一种骨传导耳机，包括：
U形的支承件；
附接部，所述附接部设置在所述支承件的每一个端部处；以及
根据权利要求1至4中的一项所述的骨传导扬声器，所述骨传导扬声器附接至所述附接部中的每一个。
6.一种入耳式骨传导耳机，包括：
根据权利要求1至4中的任一项所述的骨传导扬声器；以及
实心耳塞部，其设置在振动器的与压电振动元件不接触的一侧上的中央处。
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