CN110804154A - 发声装置的振膜以及发声装置 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及电声转换技术领域,更具体地,涉及一种发声装置的振膜以及发声装置。
背景技术
现有的微型扬声器振膜多使用高模量的工程塑料(例如,PEEK)作为振膜原材料;还可以是,振膜为工程塑料薄膜与阻尼胶膜(例如,丙烯酸胶、硅胶等)的复合材料。上述振膜通常需要使用热压、气压等加热后定型的成型方式,以形成预定的折环结构。折环结构用来提供振膜的顺性,从而调整振膜的振动状态。
现有高分子振膜在成型出预定的形状后,可在一定的振动范围内具有较好的振动状态。由于工程塑料的交联密度大,虽然其弹性模量高,但在较低应变下便容易发生屈服应变。当振膜振动幅度过大,或受到外力时,振膜的折环形状极易发生不可逆的弯折,振膜顺性的对称性发生变化,扬声器发声异常或直接失效。
因此,需要提供一种新的技术方案,以解决上述至少一个技术问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种发声装置的振膜的新技术方案。
根据本发明的第一方面,提供了一种发声装置的振膜。所述振膜包括聚氨酯橡胶膜层,所述聚氨酯橡胶包括由软段部分和硬段部分交替排列形成的嵌段聚合物,其中,软段部分包括多元醇,硬段部分包括异氰酸酯和扩链剂,聚胺酯橡胶以如下结构式表示:
其中,R为扩链剂;R1为多元醇,n为自然数
可选地,所述异氰酸酯为二异氰酸酯和多异氰酸酯中的至少一种。
可选地,所述异氰酸酯包括TDI、MDI、HDI、NDI、PPDI、IPDI、XDI、PADI、HTDI、HMDI中的至少一种。
可选地,所述扩链剂包括醇类化合物和胺类化合物中的至少一种。
可选地,所述扩链剂包括乙二醇、一缩二乙二醇(二甘醇)、1,2-丙二醇、一缩二丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、三羟甲基丙烷中的至少一种。
可选地,所述软段部分包括聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚丁二烯型多元醇、蓖麻油多元醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚多元醇、环氧树脂改性多元醇中的至少一种。
可选地,所述聚氨酯橡胶还包括硫化剂,所述硫化剂为硫磺、过氧化物、异氰酸酯中的至少一种。
可选地,所述聚氨酯橡胶还包括补强剂,所述补强剂包括炭黑、二氧化硅、碳酸钙、硫酸钡、有机蒙脱土、不饱和羧酸金属盐中的至少一种。
可选地,所述聚氨酯橡胶还包括防老剂,所述防老剂包括防老剂N-445、防老剂246、防老剂4010、防老剂SP、防老剂RD、防老剂ODA、防老剂OD、防老剂WH-02中的至少一种。
可选地,所述聚氨酯橡胶的硬度为20A-90A,室温储能模量为0.5-70MPa。
可选地,所述聚氨酯橡胶的脆化温度为-70℃至-20℃,所述聚氨酯橡胶的损耗因子大于或等于0.06。
可选地,所述振膜的厚度为20μm-50μm,断裂伸长率大于或等于100%。
可选地,硬段部分在所述聚氨酯橡胶中的质量含量为2-50%。
根据本公开的另一个实施例,提供了一种发声装置。该发声装置包括磁路系统和与所述磁路系统配合的振动系统,所述振动系统上述的振膜。
根据本公开的一个实施例,软段部分由低聚物多元醇柔性长链构成。软段部分能够为聚氨酯橡胶提供柔顺性和回弹性。硬段部分可为聚氨酯橡胶提供硬度和刚性。
此外,由于聚氨酯橡胶的分子链为硬段部分和软段部分组成,分子链滑动时空间位阻较大,所以聚氨酯橡胶还具有适当的阻尼特性。该振膜能有效地降低发声装置的杂音。
采用该聚氨酯橡胶制成的振膜不仅具备比工程塑料制成的振膜更优越的回弹特性,还具有较低的失真。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述,本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例,并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1是根据本公开的一个实施例的聚氨酯橡胶的断裂伸长率、拉伸强度随硬段部分的质量含量的变化曲线。
图2是根据本公开的一个实施例的聚氨酯橡胶制成的振膜的F0随硬度的变化曲线。
图3是根据本公开的一个实施例的振膜和PEEK振膜的THD随响应频率的变化曲线。
图4是根据本公开的一个实施例的振膜与工程塑料振膜的应力应变曲线。
图5是根据本公开的一个实施例的振膜与工程塑料振膜的灵敏度随响应频率的变化曲线。
图6-7是根据本公开的一个实施例的复合振膜的剖视图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
根据本公开的一个实施例,提供了一种发声装置的振膜。发声装置为微型扬声器,例如用于耳机、手机、平板电脑、笔记本电脑等便携式设备中。
该振膜包括聚氨酯橡胶膜层。所述聚氨酯橡胶包括由软段部分和硬段部分交替排列形成的嵌段聚合物。嵌段聚合物是指由两种或者多种性质不同的聚合物链段连接在一起形成的聚合物。该聚合物能够兼具不同性质链段的特性。其中,软段部分包括多元醇,硬段部分包括异氰酸酯和扩链剂,聚胺酯橡胶以如下结构式表示:
其中,R为扩链剂;R1为多元醇,n为自然数。
基于上述结构式,异氰酸酯和扩链剂组成的硬段部分以下列通式表示:
其中,R为扩链剂。
多元醇组成的软段部分以下列通式表示:
-O-R1-O-
其中,R1为多元醇。
例如,振膜为单层膜。该膜层由聚氨酯橡胶制成。
还可以是,振膜为复合振膜。复合振膜包括多个膜层,例如,两层、三层、四层、五层等。其中,至少一个膜层由聚氨酯橡胶制成,即聚氨酯橡胶膜层。
图6示出了一种三层的复合振膜,其中,中间层为聚氨酯橡胶膜层12,聚氨酯橡胶膜层的上、下表面分别复合有工程塑料膜层11。
图7示出了一种五层的复合振膜,其中,三个工程塑料膜层11分别作为复合振膜的中间层、上表层和下表层。两个聚氨酯橡胶膜层12交替设置在三个工程塑料膜层11之间。
复合振膜的各个膜层通过热压、流延等方式结合在一起。
还可以是,将阻尼胶层与聚氨酯橡胶膜层复合在一起。阻尼胶层本身具有粘性,能够更容易地与聚氨酯橡胶膜层形成复合。
当然,复合振膜的结构不限于上述实施例,本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。
聚氨酯橡胶膜层在制备时,首先,将多元醇、异氰酸酯和扩链剂进行混合,上述物质在混合后发生聚合反应,以形成生胶;然后,采用模压成型、注塑成型或者气压成型等方式将生胶制备成振膜。例如,振膜为平面振膜、折环振膜。
在本公开实施例中,软段部分由低聚物多元醇柔性长链构成。软段部分能够为聚氨酯橡胶提供柔顺性和回弹性。硬段部分可为聚氨酯橡胶提供硬度和刚性。
此外,由于聚氨酯橡胶的分子链为硬段部分和软段部分组成,分子链滑动时空间位阻较大,所以聚氨酯橡胶还具有适当的阻尼特性。该振膜能有效地降低发声装置的杂音。
采用该聚氨酯橡胶制成的振膜不仅具备比工程塑料制成的振膜更优越的回弹特性,还具有较低的失真。
图1是根据本公开的一个实施例的聚氨酯橡胶的断裂伸长率、拉伸强度随硬段部分的质量含量的变化曲线。
如图1所示,虚线为聚胺酯橡胶的断裂伸长率随硬段部分含量的变化曲线。可见,聚胺酯橡胶的断裂伸长率随硬段部分的质量含量的增加而下降。实线为聚胺酯橡胶的拉伸强度随硬段部分的质量含量的变化曲线。可见,聚胺酯橡胶的拉伸强度随硬段部分含量的增加而增加。
硬段部分含量越高,则聚氨酯橡胶的硬度越高,拉伸强度也越大。然而,硬段部分含量过高时,聚氨酯橡胶的断裂伸长率会很低,这造成了聚胺酯橡胶的可折叠性和柔顺性会急剧下降。
当硬段部分的含量上升时,聚氨酯橡胶的强度同时上升,但断裂伸长率也会随之下降,最终表现为振膜变脆,振膜的弹性变差。在一个例子中,硬段部分的质量含量为2-50%。在该范围内,聚胺酯橡胶兼具较高的拉伸强度以及断裂伸长率。该材料制成的振膜的柔韧性以及结构强度均较高。其中,在该范围内,聚胺酯橡胶的断裂伸长率总体较高,均在100%以上。
该范围内的聚胺酯橡胶制成的振膜不易发生屈服应变,在外力作用下不易发生不可逆的弯折,振膜顺性的对称更好。在长时间工作时,振膜不易发生分割振动。
进一步地,硬段部分的质量含量为2-30%。在该范围内,聚胺酯橡胶的断裂伸长率均在100%以上,并且拉伸强度均在25MPa以上。该范围内的聚胺酯橡胶制成的振膜的抗不可逆弯折的性能,振膜顺性的对称性均更加优良。
在一个例子中,异氰酸酯为二异氰酸酯或多异氰酸酯。
例如,异氰酸酯包括TDI、MDI、HDI、NDI、PPDI、IPDI、XDI、PADI、HTDI、HMDI中的一种或多种。上述材料均能用于合成聚氨酯橡胶。
当然,异氰酸酯不限于上述实施例,本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。
在一个例子中,扩链剂为可与异氰酸酯反应的多官能度的低分子醇类或胺类化合物。上述化合物含有活泼氢,活泼氢与异氰酸酯端基预聚物反应,从而使分子链扩散、延长,并实现聚氨酯橡胶的固化成形。
例如,扩链剂包括乙二醇、一缩二乙二醇(二甘醇)、1,2-丙二醇、一缩二丙二醇、1,4-丁二醇(BDO)、1,6-己二醇(HD)、三羟甲基丙烷(TMP)、蓖麻油中的至少一种。上述物质的均能与异氰酸酯、多元醇反应,从而使得分子链能够延长。异氰酸酯与扩链剂形成的硬段部分的通式如前所述。
当然,扩链剂不限于上述实施例,本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。
在一个例子中,软段部分为多元醇化合物的低聚物。例如,软段部分包括聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚丁二烯型多元醇、蓖麻油多元醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚多元醇、环氧树脂改性多元醇中的至少一种。上述化合物均能为聚氨酯橡胶提供足够的弹性。
当然,多元醇不限于上述实施例,本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。
在一个例子中,聚氨酯橡胶内添加有硫化剂。硫化剂为硫磺、过氧化物、异氰酸酯中的至少一种。硫化剂添加到生胶中。硫化剂可使聚氨酯橡胶的分子链交联到一起。硫化剂用量过少时,硫化反应慢,交联程度过低,振膜的强度不够。但随着硫化剂用量增大,聚氨酯橡胶的交联度增大,分子链运动受限制。聚氨酯橡胶的断裂伸长率会降低。例如,每100质量份聚氨酯橡胶中硫化剂添加份数为1-15份。优选地,硫化剂为2-10份。在该范围内,聚氨酯橡胶的结构强度、断链伸长率高。
当然,硫化剂不限于上述实施例,本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。
在一个例子中,聚氨酯橡胶中添加有补强剂。例如,补强剂为粉末状的无机填料。补强剂添加到生胶中。在硬段部分和软段部分混合并发生聚合反应后,补强剂被添加聚合物中。补强剂能显著提高材料的耐用性。
例如,补强剂包括炭黑、二氧化硅、碳酸钙、硫酸钡、有机蒙脱土、不饱和羧酸金属盐中的至少一种。
当然,补强剂不限于上述实施例,本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。
在一个例子中,所述聚氨酯橡胶还包括防老剂。例如,向聚合物中的至少添加一种防老剂。在使用过程中,随着时间的延长,聚氨酯橡胶的分子链断裂产生游离的自催化活性游离基,从而加速自身老化。防老剂能够中止聚氨酯橡胶制品中产生的自催化活性游离基。防老剂能显著提高聚氨酯橡胶的抗老化性能,延长聚氨酯橡胶制品的使用寿命。
例如,防老剂包括防老剂N-445、防老剂246、防老剂4010、防老剂SP、防老剂RD、防老剂ODA、防老剂OD、防老剂WH-02中的至少一种。
防老剂添加到生胶中。防老剂的添加量过少,则达不到延长使用寿命的效果;而添加量过多,由于防老剂不能与聚合物较好的互溶,难以均匀分散,故导致聚氨酯橡胶的力学性能下降。例如,每100质量份聚氨酯橡胶中,防老剂的添加量为0.5-10份。在该比例范围内,防老剂能显著提高聚氨酯橡胶制品的使用寿命和力学性能。
进一步地,每100质量份聚氨酯橡胶中,防老剂的添加量为1-5份。在该范围内,聚氨酯橡胶制品的使用寿命更长,力学性能更加优良。
当然,防老剂不限于上述实施例,本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。
相对于工程塑料,聚氨酯橡胶具有较低的室温储能模量。聚氨酯橡胶具有硬段部分和软段部分。聚氨酯橡胶的强度能通过控制硬段部分的含量以及补强剂的含量来共同调节,所以其硬度的可调整范围较大,例如,聚氨酯橡胶的硬度为20-95A。优选地,硬度为20-90A。并且硬度随硬段部分含量的增加,分子链的刚性增大,材料的强度增大。
聚氨酯橡胶的室温储能模量可达0.5-70MPa。优选地,室温储能模量为1-50MPa。聚氨酯橡胶的强度和硬度越高,则振膜的F0越高,发声装置的响度越低,低频的音质变差。
图2是根据本公开的一个实施例的聚氨酯橡胶制成的振膜的F0随硬度的变化曲线。
如图2所示,随着聚氨酯橡胶的硬度的增大,振膜的F0逐渐增大。
该发声装置的F0正比于振膜的杨氏模量和厚度。通过改变发声装置的振膜的厚度以及杨氏模量能够实现F0的调节。以折环振膜为例,折环振膜包括中心部、围绕中心部设置的折环部和围绕折环部设置的边缘部。发声装置的F0的具体调节原理如下:
其中,Mms为发声装置的等效振动质量,Cms为发声装置的等效顺性。
其中,Cm1为弹波顺性,Cm2为振膜的顺性。在无弹波设计时,发声装置的等效顺性即为振膜的顺性:
其中,W为振膜的折环部的总宽度;t为膜片厚度;dvc为振膜音圈的贴合外径;E为振膜材质的杨氏模量;u为振膜材质的泊松比。
可见,发声装置的F0正比于振膜材料的杨氏模量和厚度,而橡胶的杨氏模量正比于其硬度。因此,通过聚氨酯材料的硬度调整能够调节发声装置的F0。
为了得到饱满的低频效果和舒适的听感,在发声装置具有较低的F0的同时,应使振膜具有足够的刚度和阻尼。在一个例子中,通过调节发声装置的振膜的硬度以及厚度来调节F0的大小。优选地,硬度为优选20-90A。发声装置的振膜的厚度为10-200μm。进一步地,振膜的厚度为30-120μm。例如,振膜为单个聚氨酯橡胶膜层时,该聚氨酯橡胶膜层的厚度为30-120μm。振膜为复合振膜时,复合振膜的总厚度为30-120μm。在该范围内,发声装置的F0的能够达到150-1500Hz,从而使得发声装置的低频性能优良。
由于聚氨酯橡胶具有较高的分子量,并且具备柔顺的软段部分,所以其脆化温度在-70至-20℃。较低的脆化温度使得发声装置的振膜在较低的温度下能能够保持高弹态,回弹性良好。采用该振膜的发声装置具有更加优良的耐候性。
进一步地,聚氨酯橡胶的脆化温度为-65至-25℃。在该范围内,振膜在较低的温度环境中工作时,可以一直保持较好的橡胶弹性,从而发声装置表现出较高的可靠性。同时,降低了在低温环境中发声装置的振膜被破坏的风险,振膜的可靠性更高。
发声装置的振膜的阻尼性越高,则振动系统在振动过程中抑制偏振现象的能力强,振动的一致性越好,发声装置的失真现象更少。而常用的工程塑料振膜的阻尼小,例如其损耗因子一般小于0.01。这使得采用工程塑料振膜的发声装置的失真现象比较严重。
在室温下,聚氨酯橡胶处于高弹态,分子链易于运动,分子间的摩擦力大。聚氨酯橡胶具有较好的阻尼性能,其室温下的损耗因子在0.06以上。优选地,损耗因子在0.1以上。优异的阻尼性能,使振膜具有更低的品质因数。阻尼性能好的振膜能够吸收不期望的振动,该振动能够造成杂音。采用该振膜的发声装置能够有效地抑制杂音的产生,失真现象少。
图3是采用本公开的一个实施例的振膜的发声装置和采用工程塑料振膜的发声装置的THD随响应频率的变化曲线。其中,虚线为采用本公开实施例的振膜的发声装置的THD随相应频率的变化曲线。实线为采用PEEK振膜(例如PEEK振膜)的发声装置的THD随相应频率的变化曲线。
如图3所示,采用本公开实施例的振膜的发声装置相对于采用PEEK振膜的发声装置具有更低的THD(总谐波失真)。这表明,本公开实施例的发声装置的振膜具有更优的抗偏振能力,并且使得发声装置的音质更佳。
在一个例子中,软段部分对断裂伸长率有重要影响。这使得聚氨酯橡胶具有优异的柔韧性,其断裂伸长率在100%以上。在该范围内,振膜的振动位移更大,发声装置的响度更大。并且振膜的可靠性、耐用性良好。
此外,振膜的柔韧性越好,断裂伸长率越大,则振膜抵抗破坏的能力越强。振膜处于大振幅状态振动时,材料产生了较大的应变,长时间振动时会出现膜折、膜裂或破膜的风险。以聚氨酯橡胶为基材的发声装置的振膜,具有良好的柔韧性,降低了振膜被破坏的风险。
优选地,断裂伸长率在150%以上。在该范围内,振膜的可靠性更强。
图4是根据本公开的一个实施例的振膜与工程塑料振膜的应力应变曲线。其中,虚线为本公开实施例的振膜的应力应变曲线;实线为工程塑料振膜的应力应变曲线。
如图4所示,工程塑料振膜形成了明显的屈服点,屈服点约在应变1-5%范围。而本公开实施例的振膜不存在屈服点。这表明,与工程塑料振膜相比,本公开实施例的振膜具有更宽的弹性区域,并且回弹性能优良。
图5是根据本公开的一个实施例的振膜与工程塑料振膜的灵敏度随响应频率的变化曲线,即SPL曲线。
其中,实线为本公开实施例的振膜的灵敏度随频率的变化曲线。虚线为工程塑料振膜的灵敏度随频率的变化曲线。
如图5所示,采用两种振膜的发声装置的F0基本一致。然而,采用本公开实施例的振膜的发声装置的灵敏度比采用工程塑料振膜的发声装置的灵敏度高。也就是说,采用本公开实施例的振膜的发声装置具有更高的响度。
根据本公开的另一个实施例,提供了一种发声装置。该发声装置为微型发声装置,例如用于耳机、手机、平板电脑、笔记本电脑等便携式设备中的微型发声装置。该发声装置包括磁路系统和与所述磁路系统配合的振动系统。所述振动系统包括本公开实施例提供的振膜。
该发声装置具有耐用性良好,杂音小,发声效果好的特点。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明,但是本领域的技术人员应该理解,以上例子仅是为了进行说明,而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解,可在不脱离本发明的范围和精神的情况下,对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
Claims (14)
2.根据权利要求1所述的发声装置的振膜,其特征在于:所述异氰酸酯为二异氰酸酯和多异氰酸酯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的发声装置的振膜,其特征在于:所述异氰酸酯包括TDI、MDI、HDI、NDI、PPDI、IPDI、XDI、PADI、HTDI、HMDI中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的发声装置的振膜,其特征在于:所述扩链剂包括醇类化合物和胺类化合物中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的发声装置的振膜,其特征在于:所述扩链剂包括乙二醇、一缩二乙二醇(二甘醇)、1,2-丙二醇、一缩二丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、三羟甲基丙烷中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的发声装置的振膜,其特征在于:所述软段部分包括聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚丁二烯型多元醇、蓖麻油多元醇、四氢呋喃-氧化丙烯共聚多元醇、环氧树脂改性多元醇中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的发声装置的振膜,其特征在于:所述聚氨酯橡胶还包括硫化剂,所述硫化剂为硫磺、过氧化物、异氰酸酯中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的发声装置的振膜,其特征在于:所述聚氨酯橡胶还包括补强剂,所述补强剂包括炭黑、二氧化硅、碳酸钙、硫酸钡、有机蒙脱土、不饱和羧酸金属盐中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的发声装置的振膜,其特征在于:所述聚氨酯橡胶还包括防老剂,所述防老剂包括防老剂N-445、防老剂246、防老剂4010、防老剂SP、防老剂RD、防老剂ODA、防老剂OD、防老剂WH-02中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的发声装置的振膜,其特征在于:所述聚氨酯橡胶的硬度为20A-90A,室温储能模量为0.5-70MPa。
11.根据权利要求1所述的发声装置的振膜,其特征在于:所述聚氨酯橡胶的脆化温度为-70℃至-20℃,所述聚氨酯橡胶的损耗因子大于或等于0.06。
12.根据权利要求1所述的发声装置的振膜,其特征在于:所述振膜的厚度为20μm-50μm,断裂伸长率大于或等于100%。
13.根据权利要求1-12中的任意一项所述的振膜,其特征在于:硬段部分在所述聚氨酯橡胶中的质量含量为2-50%。
14.一种发声装置,其特征在于:包括磁路系统和与所述磁路系统配合的振动系统,所述振动系统包括如权利要求1-13中的任意一项所述的振膜。
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