CN113179472A - 一种利用液压传动放大振幅的发声方法和结构 - Google Patents

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Abstract

一种利用液压传动放大振幅的发声方法和结构，利用液压传动的液体体积不可压缩性，及活塞的振幅与活塞截面积的反比例关系，实现振幅放大的发声方法和结构。

Description

一种利用液压传动放大振幅的发声方法和结构
技术领域
属于声学领域，具体指发声器，是一种利用液压传动的液体体积不可压缩性，及活塞的振幅与活塞截面积的反比例关系，实现振幅放大的发声方法和结构。
背景技术
目前微型扬声器需求大增，ＭＥＭＳ扬声器是目前最薄的发声技术，国外已经有见到两间公司推出初步产品。基本上与传统的动铁扬声器发声设计相仿，都是利用连接器（圆柱或Ｕｓｏｕｎｄ的Ｈ型）把ＭＥＭＳ驱动器的振幅传递到一个振膜上，驱动振膜振动发声。但由于ＭＥＭＳ的振幅很小，虽然振膜的面积比ＭＥＭＳ的面积大不少，已经把输出声功率放大了，但是声压还是很有限。类似此类振幅不够的发声方式很多，传统的压电陶瓷发声，电磁驱动水下发声器等，都存在振幅很小的问题，需要一种振幅放大的转换装置或方法，解决此类技术的应用难点。
发明内容
因此本申请提出了一个利用液压传动的变比原理的振幅放大的方法和结构。液压传动时可以通过活塞截面积的变比实现轴向运动幅度的变比放大，其原理就是液体的体积不可压缩性，如附图2，截面积为10的大的一端的活塞4的1个单位长度的运动，带来的液体体积变化量为10；而同时截面积为1的小的一端的活塞1受到液体传动需要运动10个单位长度，以维持液压腔6内的液体体积的不变。因而大截面积活塞的运动幅度经过液压传动变比后，小活塞的运动幅度变大了10倍。即两个活塞构成的液压传动系统，活塞运动幅度的变比等于活塞截面积变比的倒数。
参考附图1，如果ＭＥＭＳ的音膜4（相当于附图2中的活塞4）直径为3毫米，面积为7ｍｍ２。如果ＭＥＭＳ音膜4中心的最大振幅为0.1微米。如果如图1示意的直接用金属圆柱的轴连接器1驱动一个直径为6毫米，面积为28ｍｍ２的振膜发声，驱动空气的能力就是ＭＥＭＳ的最大振幅0.1微米乘于28ｍｍ２，即0.0028ｍｍ３。而这个驱动空气的能力就决定了ＭＥＭＳ扬声器声功率的输出能力。
而如果采用附图３的液压放大结构后，ＭＥＭＳ音膜4中心的最大振幅同样为0.1微米，因为音膜边缘是固定的，振幅为零，因而整个音膜的平均振幅约为0.05微米。ＭＥＭＳ音膜4（相当于附图2中的活塞4）每次运动推动的液体体积约为：7ｍｍ２×0.05微米，而如果液压传动的轴连接器１（相当于附图2中的活塞1）的直径取0.2毫米，相应的轴连接器１的振幅就为：7ｍｍ２×0.05微米÷（3.14×0.1２ｍｍ２）＝11.25微米。这个变比系数就是ＭＥＭＳ的音膜直径与活塞轴1的直径的平方比（也就是活塞截面积的变比的倒数），即：3２／0.2２＝225。如果一样用来驱动直径6毫米的相同的振膜，驱动空气的能力就是11.25微米×28ｍｍ２=0.315ｍｍ３，一样放大了112.5倍。这里比液压传动变比225差了一倍，是因为直接驱动是取的是MEMS音膜的中心的局部最大振幅0.1微米，而本设计中，要取整个MEMS音膜的平均振幅0.05微米，此处差了一倍，所以实际放大倍数就是225/2为112.5倍。
本技术不仅可以用于ＭＥＭＳ扬声器的设计，也可以用于传统的压电陶瓷发声的扬声器和动铁、电磁驱动等各种振幅微小，需要放大振幅的间接驱动发声的设计，尤其是水下发声机构和水下声呐等。在水下声纳里的使用是附图3的反向使用，即音膜4是声纳的声音采集板，而振膜5代替为压电陶瓷等传感器。
附图说明
图1是现有技术的ＭＥＭＳ扬声器的设计示意。1是驱动轴连接器，是MEMS音膜4和振膜5的连接器，可以是金属圆柱轴，也可以是截面是Ｈ型的其它连接器，连接器的截面形状可以改善驱动效果，改善频响。4是ＭＥＭＳ音膜。5是振膜。
图2是两个活塞的液压系统的液压传动原理的示意图。液压腔6有两个截面积不同的活塞1和4，其间充满了液压油3。
图3是本设计的示意图。在ＭＥＭＳ音膜4前有一个液压腔6，液压腔6内充满了液压油3。在ＭＥＭＳ音膜的对面，液压腔6开有一个小孔的轴套2，内有一个密封滑配的驱动轴连接器1，轴连接器1可以上下运动。在液压腔6的外侧，轴连接器1的另一端连接振膜5。振膜5的边缘是凸起的折环5.1，折环5.1提供振膜5上下运动的振幅，同时提供横向的支撑。振膜5固定在液压腔6向上延伸的形成的支架6.1上。为了更好的流体力学特性，液压腔6上的轴套2的内侧开口有倒角，避免面积突变和锐角，可以改善瞬变响应。
具体实施方式
为了更好的理解本设计，下面给出具体的实施例，但这里不是对本设计的限制，仅是提供可能的多种实施方式的举例说明。
实施例
参考附图3，在ＭＥＭＳ音膜４的前面设有一个密闭的液压腔6，里面充满液压油或水等液体3，优选为体积压缩性小，流动好的液压油。音膜的对面有一个驱动轴１，放在液压腔6的开口轴套2里，两者密封滑配，轴１可以在轴向上下运动。轴1的另一端连接一个振膜5。
当ＭＥＭＳ音膜4馈入信号后产生上下振动，驱动液压油3，由于液体的不可压缩性，液压腔6的内容积不变，ＭＥＭＳ音膜4向上运动减少的容积，压力被施加于驱动轴1上，使得轴1向上运动弥补减少的容积。由于ＭＥＭＳ音膜直径为3毫米，当驱动轴1的直径取0.2毫米时，面积比为0.25π×3２／（0.25π×0.2２)＝225。因而ＭＥＭＳ音膜４平均振幅为0.05微米时，驱动轴１的振幅为11.25微米。如此一来，ＭＥＭＳ发声的振幅小的技术难题就解决了。并且本设计也同时解决现有技术设计如附图1中的结构的一个工艺难题：就是在把连接器1连接到ＭＥＭＳ音膜4上时（一般采用胶合），由于ＭＥＭＳ音膜很薄很脆弱，胶合时或胶好后移动或做其它后期工序时，很容易发生ＭＥＭＳ音膜受力而损伤。而本设计中，驱动轴１与ＭＥＭＳ音膜4不存在硬接触，而液压油可以在装配完成后才加入。从而保护脆弱的ＭＥＭＳ音膜4不受损伤，提高装配良品率。

Claims (6)

1.一种利用液压传动放大振幅的发声方法，利用液体的体积不可压缩性的活塞传动的振幅放大的原理，把微小振幅的发声器的振幅，经液压传动后，由振幅放大后的轴连接器驱动振膜发声，其特征在于，轴连接器的截面积小于发声器的振动截面积，轴连接器的振幅放大的比值为发声器的振动截面积与轴连接器的截面积之比值。
2.由权利要求1所述的一种利用液压传动放大振幅的发声方法，其特征还在于，微小振幅的发声器的音膜驱动液体，液体驱动一个轴连接器，音膜、液体和轴连接器构成一个有两个活塞的液压传动系统，轴连接器的截面积小于发声器音膜的截面积，轴连接器的振幅放大的比值为发声器音膜的截面积与轴连接器的截面积之比值。
3.由权利要求1所述的一种利用液压传动放大振幅的发声方法，其特征还在于，放大振幅后的轴连接器驱动振膜发声。
4.一种利用液压传动放大振幅的发声结构，利用液体的体积不可压缩性的活塞传动的振幅放大的原理，把微小振幅的发声器的振幅，经液压传动后，由振幅放大后的轴连接器驱动振膜发声，其特征在于，轴连接器的截面积小于发声器的振动截面积，轴连接器的振幅放大的比值为发声器的振动截面积与轴连接器的截面积之比值。
5.由权利要求4所述的一种利用液压传动放大振幅的发声结构，其特征还在于，微小振幅的发声器的音膜驱动液体，液体驱动一个轴连接器，音膜、液体和轴连接器构成一个有两个活塞的液压传动系统，轴连接器的截面积小于发声器音膜的截面积，轴连接器的振幅放大的比值为发声器音膜的截面积与轴连接器的截面积之比值。
6.由权利要求4所述的一种利用液压传动放大振幅的发声结构，其特征还在于，放大振幅后的轴连接器驱动振膜发声。
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