CN113747298B - 一种静电耳机 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种静电耳机，将内嵌有纳米级金属层的以高分子聚合物材料为主体的微米级振膜悬挂在由两块固定电极板之间而形成高压恒定静电场，当音频信号加载到上述恒定静电场时，会调制静电电场力随之发生变化，驱动微米级振膜振动；提高了静电耳机的安全性、稳定性，并使静电耳机更趋于小型化。

Description

一种静电耳机
技术领域
本发明涉及音频输出设备领域，尤其涉及一种静电耳机。
背景技术
静电耳机的原理是将有机高分子材料振膜悬挂在由两块固定的金属极板之间，在极板与表面金属化的振膜之间加以直流高电压形成稳定的静电场。当音频信号加载到极板与振膜之间时，静电场在音频交变电压的调制下会随之发生相应变化，随之在电场力的交变驱动下，振膜相对于极板的位置会发生位移从而产生振动。原理上单极板的结构便可以驱动振膜产生相应振动，但是双极板推挽结构驱动力会更大而产生的失真更小，所以目前的静电耳机基本均采用双极板推挽驱动结构。与动圈耳机相比，静电式耳机更轻更薄的振膜带来的是更快的速度、更佳的瞬态反应、更强的细节表现力。而且静电耳机的振动膜是夹在两个平行固定极板之间的完全平面的振膜，受到的电场力是完全均匀的，所以能实现线性驱动，不存在分割振动。目前静电耳机的高压静电场均采用500V以上的直流高压，对耳机的变压器件要求较高，稳定性、安全性较差。
发明内容
针对现有技术中的上述缺点，本发明提供一种静电耳机，包括音频信号输入端、升压变压器和静电换能器；其中，静电换能器包括微米级振膜、上电极板和下电极板，微米级振膜位于上电极板和下电极板之间，且微米级振膜与上电极板之间设有上空气间隙，微米级振膜与下电极板之间设有下空气间隙；微米级振膜主体材料为高分子聚合物，且其内部中间平面嵌设有纳米级的金属层；上电极板和下电极板分别连接升压变压器高压级绕组一端，音频信号输入端连接升压变压器低压级绕组，所述微米级振膜的金属层连接升压变压器高压级绕组的另一端。
优选地，所述微米级振膜厚度为1-10μm，其表面电位为300-350V。
优选地，所述金属层厚度为10-50nm，其材料包含铁、铝、钛或铍。
优选地，所述金属层表面成中心放射状均布有微孔。
优选地，所述金属层上下表面与高分子聚合物之间无间隙贴合设置。
优选地，所述金属层上下表面与高分子聚合物之间存在空气间隙。
优选地，所述高分子聚合物为经过极化处理的聚四氟乙烯、聚萘乙酸乙二醇酯或氟化乙烯丙烯共聚物。
优选地，所述高分子聚合物极化方法包括，将高分子聚合物原料加热温度应稍高于该高分子聚合物的玻璃化温度，用1.0-3.0kV的电场极化时间0.1-1h，此期间保持恒温。
优选地，所述上空气间隙与下空气间隙的厚度相等。
优选地，所述上空气间隙与下空气间隙的厚度不相等。
优选地，所述音频信号输入端经由前置放大器、音量电位器、功率放大器组成的集成放大器连接升压变压器低压级绕组。
优选地，所述升压变压器高压级绕组经由至少一个过电压保护器连接上电极板、下电极板和金属层。
优选地，所述升压变压器高压级绕组经由两个以上并联的过电压保护器连接上电极板、下电极板和金属层。
优选地，所述过电压保护器设置有一对引脚，所述引脚分别接收作为升压变压器高压级的绕组输出的音频信号电压，并且过电压保护组件设置在所述引脚之间。
优选地，所述过电压保护组件为压敏电阻。
由于所述高分子聚合物材料具有在高压电场极化之后具有长期保持电荷的特殊性能，所以不需外部提供直流高压而仅依靠被极化处理的高分子聚合物材料自身电荷产生所需的高压直流静电场。故而可以开发出自生偏压的简化静电耳机。
附图说明
图1为本发明实施例一种静电耳机的模块示意图。
图2为本发明实施例另一种静电耳机的模块示意图。
其中，音频信号输入端-1、升压变压器-2、静电换能器-3、微米级振膜-4、上电极板-5、下电极板-6、金属层-7、过电压保护器-8、过电压保护组件-9。
具体实施方式
为了应对现有的静电结构复杂、稳定性、安全性有待加强的问题，本发明所提供的静电耳机是通过以下技术方案实现的：
实施例1：
本实施例提供一种静电耳机，请参阅图1，包括音频信号输入端1、升压变压器2和静电换能器3；其中，静电换能器3包括微米级振膜4、上电极板5和下电极板6，微米级振膜4位于上电极板5和下电极板6之间，且微米级振膜4与上电极板5之间设有上空气间隙，微米级振膜4与下电极板6之间设有下空气间隙；微米级振膜4主体材料为高分子聚合物，且其内部中间平面嵌设有纳米级的金属层7；上电极板5和下电极板6分别连接升压变压器2高压级绕组一端，音频信号输入端1连接升压变压器2低压级绕组，所述微米级振膜4的金属层7连接升压变压器2高压级绕组的另一端。上述设置能够在较小尺寸条件下依然实现多组静电换能效应，提高静电换能器3整体的稳定性和换能效果。
具体地，所述微米级振膜4厚度为1-10μm，其表面电位为300-350V。
具体地，所述金属层7厚度为10-50nm，其材料包含铁、铝、钛或铍。
具体地，所述金属层7表面成中心放射状均布有微孔。上述设置能够使金属层7上下表面的高分子聚合物进行熔合为一体结构，提高结构强度同时不影响静电换能效应；此外，由于内嵌所述金属层7，使微米级振膜4整体振动性能更优。
具体地，所述金属层7上下表面与高分子聚合物之间无间隙贴合设置。
具体地，所述金属层7上下表面与高分子聚合物之间存在空气间隙。
具体地，所述高分子聚合物为经过极化处理的聚四氟乙烯、聚萘乙酸乙二醇酯或氟化乙烯丙烯共聚物。
具体地，所述高分子聚合物极化方法包括，将高分子聚合物原料加热温度应稍高于该高分子聚合物的玻璃化温度，用1.0-3.0kV的电场极化时间0.1-1h，此期间保持恒温。
具体地，所述上空气间隙与下空气间隙的厚度相等。
具体地，所述上空气间隙与下空气间隙的厚度不相等。
具体地，所述音频信号输入端1经由前置放大器、音量电位器、功率放大器组成的集成放大器连接升压变压器2低压级绕组。
由于所述高分子聚合物材料具有在高压电场极化之后具有长期保持电荷的特殊性能，所以不需外部提供直流高压而仅依靠被极化处理的高分子聚合物材料自身电荷产生所需的高压直流静电场。故而可以开发出自生偏压的简化静电耳机。
实施例2：
本实施例提供另一种静电耳机，请参阅图2，在实施例1基础上，所述升压变压器2高压级绕组经由至少一个过电压保护器8连接上电极板5、下电极板6和金属层7。通过设置过电压保护器8防止升压变压器2高压级绕组因故障而电压过高造成危险。
具体地，所述升压变压器2高压级绕组经由两个以上并联的过电压保护器8连接上电极板5、下电极板6和金属层7。
具体地，所述过电压保护器8设置有一对引脚，所述引脚分别接收作为升压变压器2高压级的绕组输出的音频信号电压，并且过电压保护组件9设置在所述引脚之间。
具体地，所述过电压保护组件9为压敏电阻。
需要注意的是，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，在上述实施例的指导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种静电耳机，其特征在于，包括音频信号输入端、升压变压器和静电换能器；其中，静电换能器包括微米级振膜、上电极板和下电极板，微米级振膜位于上电极板和下电极板之间，且微米级振膜与上电极板之间设有上空气间隙，微米级振膜与下电极板之间设有下空气间隙，微米级振膜表面电位为300-350V；微米级振膜主体材料为高分子聚合物，且其内部中间平面嵌设有纳米级的金属层；上电极板和下电极板分别连接升压变压器高压级绕组一端，音频信号输入端连接升压变压器低压级绕组，所述微米级振膜的金属层连接升压变压器高压级绕组的另一端；所述金属层表面成中心放射状均布有微孔，能够使金属层上下表面的高分子聚合物进行熔合为一体结构；所述升压变压器高压级绕组经由至少一个过电压保护器连接上电极板、下电极板和金属层；所述升压变压器高压级绕组经由两个以上并联的过电压保护器连接上电极板、下电极板和金属层；所述过电压保护器设置有一对引脚，所述引脚分别接收作为升压变压器高压级的绕组输出的音频信号电压，并且过电压保护组件设置在所述引脚之间。
2.根据权利要求1所述的静电耳机，其特征在于，所述微米级振膜厚度为1-10μm。
3.根据权利要求1所述的静电耳机，其特征在于，所述金属层厚度为10-50nm，其材料包含铁、铝、钛或铍。
4.根据权利要求1所述的静电耳机，其特征在于，所述金属层上下表面与高分子聚合物之间无间隙贴合设置。
5.根据权利要求1所述的静电耳机，其特征在于，所述金属层上下表面与高分子聚合物之间存在空气间隙。
6.根据权利要求1所述的静电耳机，其特征在于，所述高分子聚合物为经过极化处理的聚四氟乙烯、聚萘乙酸乙二醇酯或氟化乙烯丙烯共聚物。
7.根据权利要求6所述的静电耳机，其特征在于，所述高分子聚合物极化方法包括，将高分子聚合物原料加热温度应稍高于该高分子聚合物的玻璃化温度，用1.0-3.0kV的电场极化时间0.1-1h，此期间保持恒温。
8.根据权利要求1所述的静电耳机，其特征在于，所述上空气间隙与下空气间隙的厚度相等。
9.根据权利要求1所述的静电耳机，其特征在于，所述上空气间隙与下空气间隙的厚度不相等。
10.根据权利要求1所述的静电耳机，其特征在于，所述音频信号输入端经由前置放大器、音量电位器、功率放大器组成的集成放大器连接升压变压器低压级绕组。
11.根据权利要求1所述的静电耳机，其特征在于，所述过电压保护组件为压敏电阻。
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