CN111179892B - 高声压级压电式蜂鸣器 - Google Patents
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Abstract
一种高声压级压电式蜂鸣器，包括壳体以及设置在壳体内的陶瓷压电片组件，陶瓷压电片组件包括陶瓷压电片和PCB板，陶瓷压电片通过引线与PCB板电性连接，壳体内具有一圆柱形的空腔，空腔内具有与空腔同轴设置的支撑环，支撑环的内壁顶面具有与支撑环同轴设置出音盖，出音盖包括一体成型且沿半径方向向外依次连接的平直段、凹陷段和起翘段，陶瓷压电片固定在支撑环的底面并与平直段、凹陷段和起翘段配合形成共鸣腔。本发明通过陶瓷压电片固定在支撑环的底面并与平直段、凹陷段和起翘段配合形成共鸣腔，频率在3700HZ时，使得声压级达到101dB‑108dB，本发明结构安装简单，使用性能高。
Description
技术领域
本发明涉及蜂鸣器技术领域，具体涉及一种高声压级压电式蜂鸣器。
背景技术
压电式蜂鸣器是利用压电陶瓷片作为蜂鸣器的电声换能器的的发声体，是蜂鸣器的核心部件。压电蜂鸣器无射频噪声、低功耗等特点使其备受重视，具有体积小、重量轻、价格便宜等优势，近年来被广泛应用于汽车、智能家电、医疗等行业，尤其是汽车行业。
人类一般对声音的敏感度主要受声音的响度级和声压级两方面的互相影响，响度级既考虑了声音的物理效应，考虑了人耳的听觉生理效应，人耳对声音的主观评价，如图1所示，图1为把以分贝表示的声压级对测试声频率作图得到的曲线图，即等响曲线，曲线越凹陷代表凹陷频段的敏感度就越高，人类对2000HZ-4000HZ段的敏感度最高，经过试验，一般汽车上的压电式蜂鸣器的频率在3690HZ-3710HZ且其响度在101dB-108dB比较适用，不仅人类可以敏感的感觉到，也不会造成人耳听觉的过度不适。
例如申请号为CN201910070630.9的具有聚拢排水型发音孔的高声压级蜂鸣器、CN201910509214.4的一种方便安装带有复合音频的蜂鸣器结构、CN201620309611.9的一种压电式蜂鸣器、CN201621464798.6的一种免焊接高频高声压蜂鸣器、CN201820223063.7的一种蜂鸣器结构、CN201821897608.9的一种便于装配的蜂鸣装置等，市场上的蜂鸣器结构的出音孔均在出音盖的中心处且为圆孔状，另外申请号为CN201910509214.4的一种方便安装带有复合音频的蜂鸣器结构，虽然其出音孔设有多个，但是其出音盖结构过于简单，可调节频率以声压级的结构区域极度有限。
总之，现有技术一方面，普通的压电式蜂鸣器一般使用的壳体的结构都是单一的圆柱体罐状且其出音孔也都是在圆柱体罐状壳体的中心处，对共鸣腔发出的声音直接从中心处圆形出音孔直接输出；另一方面，虽然有多个出音孔，但是其出音盖的结构古语简单，无法适应同时将频率与声压级都同步精确、一步步微调到需要的数值，不灵活，同时调整不佳时容易引起人们的听觉不适。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述缺陷，提供一种高声压级压电式蜂鸣器，具有声压级高、灵活度高、舒适度高的使用性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种高声压级压电式蜂鸣器，包括壳体以及设置在壳体内的陶瓷压电片组件，所述陶瓷压电片组件包括陶瓷压电片和PCB板，所述陶瓷压电片通过引线与PCB板电性连接，所述壳体内具有一圆柱形的空腔，所述空腔内具有与空腔同轴设置的支撑环，支撑环的内壁顶面具有与支撑环同轴设置出音盖，所述出音盖包括一体成型且沿半径方向向外依次连接的平直段、凹陷段和起翘段，所述平直段为圆盘状且与支撑环同轴设置，所述凹陷段为圆环状且其顶部直径小于其底部直径，所述起翘段为若干个沿凹陷段的底部外圆周面均匀间隔排布并延伸至支撑环内壁的起翘缘，所述各起翘缘与支撑环内壁形成扇形出音孔，所述陶瓷压电片固定在支撑环的底面并与平直段、凹陷段和起翘段配合形成共鸣腔。
进一步地，所述平直段与凹陷段之间具有环状凸起的过渡环。
进一步地，所述凹陷段的最高点与平直段的外圆周面连接。
进一步地，所述平直段直径为7.3mm-7.8mm，平直段底部与陶瓷压电片的顶部间距为8.8mm-9.0mm,扇形出音孔的外径为19.4-19.8mm且其内径为14.3mm-14.5mm。
进一步地，所述空腔底部具有与壳体一体成型的环形台阶，所述PCB板封装在在环形台阶底部台面上。
进一步地，所述环形台阶下方设有沿空腔高度方向竖直设置且固定在壳体内壁上的卡接柱，所述卡接柱的顶部与陶瓷压电片底部相互抵靠且其底部封装有底盖。
进一步地，所述支撑环底部与环形台阶面的间距为3.4-3.45mm。
进一步地，所述支撑环底部具有用于焊接陶瓷压电片的环状斜切面。
进一步地，所述壳体还包括设置在空腔外周面并与壳体一体成型的固定耳板和连接耳板，空腔腔壁对应连接耳板处设有用于PCB板外接线过线的过线孔。
进一步地，所述起翘缘为扇形。
本发明的有益效果是：采用上述方案，通过陶瓷压电片固定在支撑环的底面并与平直段、凹陷段和起翘段配合形成共鸣腔，频率在3700HZ时，声波在陶瓷压电片发声后通过平直段、凹陷段和起翘段来回折射、反射，通过多个出音孔出音，使得声压级达到101dB-108dB，本发明结构研发时调整灵活，可直接在绘图软件中，利用曲面以及曲面实体填充后，先对保证影响其频率的数值保证不变的情况下，测试中逐步改进平直段、凹陷段和起翘段的弧度，从而提高或减少声压级，从而使用性能提到很大的提高高。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，本发明前述的和其他的目的、特征和优点将变得显而易见。
图1为等响曲线图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明的壳体的结构示意图；
图4为本发明的剖视图；
图5为本发明的俯视图；
图6为现有技术计算壳体的腔室谐振频率的示意标识图；
图7为本发明的计算壳体的腔室谐振频率的示意标识图；
图8为本发明的声压级测试表格；
其中：1、壳体；11、空腔；12、支撑环；121、环状斜切面；13、出音盖；131、平直段；132、凹陷段；133、起翘段；134、过渡环；14、出音孔；15、共鸣腔；16、环形台阶；17、卡接柱；18、固定耳板；181、固定孔；19、连接耳板；2、陶瓷压电片；3、PCB板；4、底盖。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图2-5所示：
实施例1：
一种高声压级压电式蜂鸣器，包括壳体1以及设置在壳体1内的陶瓷压电片2组件，陶瓷压电片2组件包括陶瓷压电片2和PCB板3，陶瓷压电片2通过引线与PCB板3电性连接，壳体1内具有一圆柱形的空腔11，空腔11内具有与空腔11同轴设置的支撑环12，空腔11底部具有与壳体1一体成型的环形台阶16，PCB板3封装在在环形台阶16底部台面上，环形台阶16下方设有沿空腔11高度方向竖直设置且固定在壳体1内壁上的卡接柱17，卡接柱17的顶部与陶瓷压电片2底部相互抵靠且其底部封装有底盖4，支撑环12的直径为21.5cm-24.5cm之间,还可以为22cm、22.5cm、23cm、23.5cm、24cm，支撑环12底部与环形台阶16面的间距为3.4-3.45mm，底盖4、陶瓷压电片2均用胶水封装在空腔11内，支撑环12底部具有用于焊接陶瓷压电片2的环状斜切面121，陶瓷压电片2通过环状斜切面121焊接固定在支撑环12底部，支撑环12的内壁顶面具有与支撑环12同轴设置出音盖13，出音盖13包括一体成型且沿半径方向向外依次连接的平直段131、凹陷段132和起翘段133，平直段131为水平段且与陶瓷压电片2平行，平直段131为圆盘状且与支撑环12同轴设置，平直段131直径为7.3mm-7.8mm，优选地，平直段131直径为7.6cm,平直段131底部与陶瓷压电片2的顶部间距为8.8mm-9.0mm,扇形出音孔14的外径为19.4-19.8mm且其内径为14.3mm-14.5mm，优选地，扇形出音孔14的外径为19.6mm且其内径为14.4mm凹陷段132为圆环状且其顶部直径小于其底部直径，凹陷段132弧度为30°-50°，优选为40°，平直段131与凹陷段132之间具有环状凸起的过渡环134，过渡环134的弧度为40°-50°，优选为45°，起翘段133为若干个沿凹陷段132的底部外圆周面均匀间隔排布并延伸至支撑环12内壁的起翘缘，凹陷段132的最高点与平直段131的外圆周面连接，各起翘缘与支撑环12内壁形成扇形出音孔14，起翘段133弧度为25°-24°，优选为30°，陶瓷压电片2固定在支撑环12的底面并与平直段131、凹陷段132和起翘段133配合形成共鸣腔15。平直段131底部到陶瓷压电片2之间的距离为8.7cm-9.1cm,优选地，其距离为8.9cm,壳体1还包括设置在空腔11外周面并与壳体1一体成型的固定耳板18和连接耳板19，连接耳板19、固定耳板18处于壳体1的空腔11的同一直径方向上，固定耳板18设有贯穿其顶面与底面的固定孔181，连接耳板19靠近空腔11腔体处的一端设有向一端端面弯折的配合结构，连接耳板19远离空腔11腔体的另一端设有内凹的连接槽结构，连接耳板19的作用在于便于连接外接的插头端子，空腔11腔壁对应连接耳板19处设有用于PCB板3外接线过线的过线孔，起翘缘为扇形，由于出音盖13中心处为实体的圆盖状并非镂空状，出音盖13的出音孔14在出音盖13与支撑环12内壁边缘，当音波大面积“撞击”到平直段131时，通电后，陶瓷压电片2震动产生音波信号，发出的音波信号经专门设计的共鸣腔15多次反射、折射，对音波进行回音增效在保证其频率的同时，增大了声压级。
实施例2：
本实施例与实施例1的区别在于：平直段131、过渡环134、凹陷段132和起翘段133的各段厚度相等。
实施例3:
本实施例与实施例1的区别在于：起翘缘可以为圆形、三角形、多边形以及不规格图形均可以，只要是沿凹陷段132的底部外圆周面均匀间隔排布的出音孔14，均可以实现。
对于频率的验证与计算：如图4-5所示，需要说明的是，研发过程中，首先先确定其音波频率。
fcav:腔室谐振频率(HZ)；d:支撑环直径(cm)；C:声速(cm/sec)；h:共鸣腔深度(cm)；a：出音孔半径(cm)；R:共鸣腔室壁厚(cm)；V:共鸣腔体积(cm3)；另外，在本发明中S为每一个扇形的出音孔的面积；n为扇形的出音孔的数量；
如图5、6所示，根据现有技术常规的电压式蜂鸣器的腔室谐振频率的测试标识图，出音孔均设在出音盖的中心位置且出音孔均为圆形，公式为：
本发明的出音孔为扇形，另外共鸣腔的体积并非常规的圆柱体状，因此制图时利用曲面以及曲面实体填充后，得到S的数值，代入公式nS＝πa2…………(2),反面计算出a的数值，本发明优选情况为：a＝0.42cm,v＝2.3cm3,R＝0.08cm，n＝4，同时根据公式，调整数值后，使得fcav＝3700HZ。
对于声压的测试：说要说明的是，测试声压级的测试方式属于常规测试方法，在fcav＝3700HZ的情况下，使用函数信号/任意波形发生器(UTG2062A)以及高精度直流稳压电源(QJ3003H 0-30V 0-3A)。
如图8所示，加5VP-P矩形波，10cm处的声压级的测试结果为：在频率在3700HZ的情况下，声压级控制在大于101dB,优选地，控制在101dB-108dB之间，符合要求。
与现有技术相比，通过陶瓷压电片固定在支撑环的底面并与平直段、凹陷段和起翘段配合形成共鸣腔，频率在3700HZ时，声波在陶瓷压电片发声后通过平直段、凹陷段和起翘段来回折射、反射，通过多个出音孔出音，使得声压级达到101dB-108dB，本发明结构研发时调整灵活，可直接在绘图软件中，利用曲面以及曲面实体填充后，先对保证影响其频率的数值保证不变的情况下，测试中逐步改进平直段、凹陷段和起翘段的弧度，从而提高或减少声压级，从而使用性能提到很大的提高高。
在这里示出和描述的所有示例中，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，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
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定义和解释。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”、“设有”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
最后应说明的是：以上上述的实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高声压级压电式蜂鸣器，包括壳体以及设置在壳体内的陶瓷压电片组件，所述陶瓷压电片组件包括陶瓷压电片和PCB板，所述陶瓷压电片通过引线与PCB板电性连接，其特征在于：所述壳体内具有一圆柱形的空腔，所述空腔内具有与空腔同轴设置的支撑环，支撑环的内壁顶面具有与支撑环同轴设置出音盖，所述出音盖包括一体成型且沿半径方向向外依次连接的平直段、凹陷段和起翘段，所述平直段为圆盘状且与支撑环同轴设置，所述凹陷段为圆环状且其顶部直径小于其底部直径，所述起翘段为若干个沿凹陷段的底部外圆周面均匀间隔排布并延伸至支撑环内壁的起翘缘，所述各起翘缘与支撑环内壁形成扇形出音孔，所述陶瓷压电片固定在支撑环的底面并与平直段、凹陷段和起翘段配合形成共鸣腔。
2.根据权利要求1所述的高声压级压电式蜂鸣器，其特征在于：所述平直段与凹陷段之间具有环状凸起的过渡环。
3.根据权利要求1所述的高声压级压电式蜂鸣器，其特征在于：所述凹陷段的最高点与平直段的外圆周面连接。
4.根据权利要求1所述的高声压级压电式蜂鸣器，其特征在于：所述平直段直径为7.3mm-7.8mm，平直段底部与陶瓷压电片的顶部间距为8.8mm-9.0mm,扇形出音孔的外径为19.4-19.8mm且其内径为14.3mm-14.5mm。
5.根据权利要求1所述的高声压级压电式蜂鸣器，其特征在于：所述空腔底部具有与壳体一体成型的环形台阶，所述PCB板封装在在环形台阶底部台面上。
6.根据权利要求5所述的高声压级压电式蜂鸣器，其特征在于：所述环形台阶下方设有沿空腔高度方向竖直设置且固定在壳体内壁上的卡接柱，所述卡接柱的顶部与陶瓷压电片底部相互抵靠且其底部封装有底盖。
7.根据权利要求5所述的高声压级压电式蜂鸣器，其特征在于：所述支撑环底部与环形台阶面的间距为3.4-3.45mm。
8.根据权利要求1所述的高声压级压电式蜂鸣器，其特征在于：所述支撑环底部具有用于焊接陶瓷压电片的环状斜切面。
9.根据权利要求1所述的高声压级压电式蜂鸣器，其特征在于：所述壳体还包括设置在空腔外周面并与壳体一体成型的固定耳板和连接耳板，空腔腔壁对应连接耳板处设有用于PCB板外接线过线的过线孔。
10.根据权利要求1所述的高声压级压电式蜂鸣器，其特征在于：所述起翘缘为扇形。
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