CN117135551B - 压电振动模组、屏幕发声组件及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及发声设备领域，旨在解决已知技术的屏幕发声采用的横向振动模态振动响度低、振动时易引发屏幕应力不均匀的问题，提供压电振动模组、屏幕发声组件及电子设备。压电振动模组包括压电组件，压电组件用于连接一电子设备的屏幕，以带动屏幕振动发声。压电组件包括压电片和振动传导件。压电片用于发生沿压电片的厚度方向的振动；振动传导件具有第一端面和第二端面，第一端面和第二端面沿压电片的振动方向相背；第一端面连接压电片，第二端面用于连接至屏幕，以将压电片的振动传递至屏幕，使屏幕振动发声；第二端面的面积小于第一端面的面积。本申请的有益效果是能够在整机空间架构受限的情况下，确保发声响度。

Description

压电振动模组、屏幕发声组件及电子设备

技术领域

本申请涉及发声设备领域，具体而言，涉及压电振动模组、屏幕发声组件及电子设备。

背景技术

屏幕发声技术，是通过振动件带动屏幕振动发声的技术。

已知技术中，用于屏幕发声的振动件多采用压电片，并主要利用压电片的D31振动模态(即横向振动模态)来推动屏幕发声。然而，该振动模式振动发声响度低，振动时易引发屏幕应力不均匀等问题。

发明内容

本申请提供压电振动模组、屏幕发声组件及电子设备，以解决已知技术的屏幕发声采用的横向振动模态振动响度低、振动时易引发屏幕应力不均匀的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种压电振动模组，包括压电组件，压电组件用于连接一电子设备的屏幕，以带动屏幕振动发声。压电组件包括压电片和振动传导件。压电片用于发生沿压电片的厚度方向的振动；振动传导件具有第一端面和第二端面，第一端面和第二端面沿压电片的振动方向相背；第一端面连接压电片，第二端面用于连接至屏幕，以将压电片的振动传递至屏幕，使屏幕振动发声；第二端面的面积小于第一端面的面积。

本申请实施例中，通过设置沿厚度方向振动的压电片，结合连接于压电片的上述振动传导件，使得来自压电片的振动能量能够随着振动传导件的传播而逐渐聚焦，达到振幅放大的作用，有效解决压电片纵向振动振幅小、发声响度小的问题；并且，因采用沿厚度方向振动的纵振模式，能有效降低振动时屏幕应力不均匀程度。

在一种可能的实施方式中，压电振动模组还包括支架组件；压电片连接于支架组件，并通过支架组件连接至屏幕。

该实施方式中，通过设置支架组件，能够方便地支撑压电片，同时，支架组件还作为压电片振动传动的结构。

在一种可能的实施方式中，支架组件包括底板和悬支结构，底板具有相对的第一表面和第二表面，悬支结构一侧连接于底板的第一表面，另一侧向远离第一表面的方向伸出并悬空地支撑连接压电片，使压电片和底板间隔相对。振动传导件的第二端面(直接或间接)抵顶底板的第一表面，底板的第二表面用于连接至屏幕。

该实施方式中，支架组件中的底板和悬支结构相互连接在一起，并通过底板连接至屏幕，一方面能够确保支架组件及其上的压电组件与屏幕之间的相对位置，确保压电组件振动的产生和向屏幕传导。并且，通过悬支结构悬空支撑压电片，利于压电片的振动。

在一种可能的实施方式中，压电振动模组还包括声学衬垫，声学衬垫贴合于底板的第一表面；振动传导件的第二端面连接于声学衬垫。

该实施方式中，通过设置适当的声学衬垫，能够实现声阻抗匹配或过渡，使声能的透过率和灵敏度大幅度提高，在减小失真的同时可以展宽压电片振动频带的带宽。

在一种可能的实施方式中，声学衬垫的厚度为压电片运行于主振动频率带时对应波长的1/4，且声学衬垫的声阻抗为压电片的声阻抗与屏幕的声阻抗的几何平均值。

该实施方式中，该声学衬垫能够实现声阻抗匹配或过渡，使声能的透过率和灵敏度大幅度提高，在减小失真的同时可以展宽压电片振动频带的带宽。

在一种可能的实施方式中，底板的第二表面贴合有第一衬垫，第一衬垫用于连接于底板和屏幕之间。

该实施方式中，设置第一衬垫能够为底板和屏幕之间的配合提供缓冲保护。

在一种可能的实施方式中，第一衬垫为泡棉层，泡棉层的两侧分别胶粘于底板和屏幕。

该实施方式中，泡棉层的第一衬垫能够提供较可靠的粘合及缓冲保护功能。

在一种可能的实施方式中，悬支结构包括两个间隔设置的立板和连接于两个立板的横向连接部。立板一端连接于底板、另一端向远离底板的方向伸出，横向连接部连接于两个立板远离底板的一端。压电片连接于横向连接部朝向底板一侧的表面。

该实施方式中，压电组件的压电片和振动传导件夹设在支架组件的底板和横向连接部之间，并通过底板向屏幕传递振动，该截面变小的振动传导件除了具备聚能和放大压电片末端的振幅和振速的效果外，还具备阻抗匹配的效果，起调节压电片和振动负载(主要为屏幕和支架组件的底板)之间机械阻抗功能。

在一种可能的实施方式中，压电片的长向两端和两个立板分别间隔形成第一间隙。

该实施方式中，通过设置第一间隙，能够避免压电片的长度方向两端抵顶立板，降低了接触应力，且尽可能地降低了立板对压电片振动的阻碍，确保发声质量。

在一种可能的实施方式中，底板的第一表面具有中间区域和两个分别位于中间区域两端的端部区域，两个立板分别通过两个第二衬垫对应连接于两个端部区域。压电振动模组还包括声学衬垫，声学衬垫贴合于中间区域，并位于两个立板之间；振动传导件的第二端面抵顶声学衬垫。声学衬垫和立板之间相互间隔形成第二间隙。

该实施方式中，该结构形式下，立板和声学衬垫分别连接在底板的不同区域，声学衬垫不会影响立板与底板的连接，且由于第二间隙的设置，压电组件通过声学衬垫向底板传递振动的过程受立板的约束较小，降低振动/声波传递的失真。

在一种可能的实施方式中，横向连接部和压电片之间垫设有第三衬垫。

该实施方式中，第三衬垫可以采用柔性材料(例如泡棉)制成，以提供横向连接部和压电片之间的缓冲保护。第三衬垫的两侧表面可以通过粘胶的形式和横向连接部或压电片连接。

在一种可能的实施方式中，第三衬垫覆盖压电片远离底板一侧表面，并连接于压电片和横向连接部之间，或者，

第三衬垫包括两个子垫片，两个子垫片间隔地设于压电片的长度方向的两端处，并分别连接于横向连接部和压电片之间。

该实施方式中，第三衬垫采用满铺压电片的形式时，压电片和横向连接部的连接更牢固可靠。压电片的振动也将带动横向连接部同步振动，此时可以通过横向连接部的适当设置来调节压电片的振动。

第三衬垫采用两个间隔的子垫片时，压电片的振动受横向连接部的约束较小，能够得到更高的振动效率。

在一种可能的实施方式中，横向连接部包括横板，横板连接于两个立板之间，压电片连接于横板朝向底板的表面。

该实施方式中，横板连接于两个立板之间，使得悬支结构呈一体结构，结构稳定性高，能够更稳定地支撑连接压电片，确保压电片的振动稳定性。

在一种可能的实施方式中，横板为矩形板状结构，压电片为矩形板状结构，振动传导件连接于压电片的长度方向的中间位置。

该实施方式中，振动传导件设在压电片的长度方向的中间位置，结合压电片在悬支结构的长向两端支撑形式，使得振动传导件能够传导压电片振幅最大处的振动，利于最终确保最终输出的振动的振幅足够大。

在一种可能的实施方式中，横向连接部包括分别从两个立板远离底板一端相向延伸形成的横延段，两个横延段沿压电片的长度方向彼此间隔。压电片的长度方向两端分别连接于两个横延段朝向底板的表面。

该实施方式中，横向连接部的两横延段之间断开，节省了物料和空间，更适于结构安装空间很小的电子设备，如手机。同时，横向连接部的断开设置，使得压电片在其厚度方向远离振动传导件一侧的表面至少部分未被横向连接部阻挡，如此，横向连接部对压电片沿厚度方向的振动的阻碍更小，压电片可以实现更大的振动幅度而不被横向连接部，并且获得高的振动效率。

在一种可能的实施方式中，横向连接部包括横板，横板连接于两个立板之间，压电组件有多个，多个压电组件呈矩形、圆形或环形阵列分布。

该实施方式中，该压电振动模组通过阵列设置的多个压电组件来驱动屏幕振动发声，使得在需要得到特定的发声品质或效果时，除了通过对压电片、振动传导件的参数进行设计外，还可以通过多个压电组件的分布形式设置来实现，一定程度降低了对压电片或振动传导件的设计要求。同时，横向连接板采用横板形式，能够方便地悬支连接多个压电组件。

在一种可能的实施方式中，横板为矩形板状结构，压电片为圆形、振动传导件的截面为与压电片适配的圆形，多个压电组件在横板上的投影位于横板的外轮廓之内。

该实施方式中，矩形的横板和圆形的压电组件结构加工简单，且方便设计。

在一种可能的实施方式中，横板朝向底板一侧表面贴设有第三衬垫，各个压电组件的压电片分别固定连接于第三衬垫。

该实施方式中，第三衬垫可以缓冲横板和压电片之间配合。第三衬垫可以采用泡棉等柔性材料。第三衬垫和横板/压电片之间可以采用涂胶或背胶形式连接。

在一种可能的实施方式中，多个压电组件呈沿横板的宽度方向并列的两列式分布，两列压电组件能够产生频率彼此不同的两个超声波信号，且两个超声波信号的差频信号为可听声波信号。

该实施方式中，使两列压电组件的压电振动产生两列不同频率的超声信号到声学衬垫中，会得到频率为两列超声波频率差的声波，适当设置频率，可使该差频声波信号为可听声。并且，由于超声信号具有较强的指向性，所以在所产生的超声信号的方向之外的其他方向不会产生出可听声信号，从而使得该可听声信号具有指向性。同时，由于超声信号频率高，所以在传播过程中很快就衰减，只剩下可听声信号继续沿传播方向传播。

在一种可能的实施方式中，振动传导件呈从第一端面到第二端面截面面积逐渐减小的形状。

该实施方式中，振动传导件设置为截面面积逐渐减小的形状，可减小振动传导件的振动传播损耗。该处所说的截面面积逐渐减小，指压电传导件从第一端面到第二端面的方向上，不存在截面面积增大的部分。

在一种可能的实施方式中，振动传导件的横截面为圆形、矩形或椭圆形。

该实施方式中，振动传导件的横截面可以根据需要设置为圆形、矩形或椭圆形。

在一种可能的实施方式中，振动传导件为圆锥形、阶梯形、指数型或双曲函数型的旋转体，或者，振动传导件为由圆锥形、阶梯形、指数型、双曲函数型的旋转体的多个沿厚度方向组合形成的旋转体。

该实施方式中，振动传导件为旋转体，能够确保振动传导件周向均匀，利于确保声传导的品质。

在一种可能的实施方式中，压电片为单晶压电陶瓷或双晶压电陶瓷，振动传导件由铝或钛合金制成。

该实施方式中，振动传导件由铝或钛合金制成，声阻抗较小，利于确保振动能的顺利传播，降低声传播损耗。

在一种可能的实施方式中，压电片和振动传导件之间通过背胶层粘合连接，背胶层的形状与压电片适配。

该实施方式中，压电片和振动传导件通过背胶层粘合，利于提高压电组件的整体性。

在一种可能的实施方式中，振动传导件的固有频率等于压电振动模组整体的固有频率。

该实施方式中，振动传导件处于共振条件，可使得振动传导件的输出端(第二端面)具有较大的振幅。

在一种可能的实施方式中，振动传导件为圆锥形的旋转体，旋转体的厚度l＝0.3mm，旋转体的底面直径R₁和顶面直径R₂之比为2.105。

该实施方式中，振动传导件厚度较小，利于安装空间受限的场合，通过限定底面直径R₁和顶面直径R₂之比为2.105，试验表明能够获得符合需求的声传导性能，得到较大的振幅放大作用。

在一种可能的实施方式中，压电组件有多个，多个压电组件分别连接于支架组件和屏幕之间。

该实施方式中，该压电振动模组通过设置的多个压电组件来驱动屏幕振动发声，使得在需要得到特定的发声品质或效果时，除了通过对压电片、振动传导件的参数进行设计外，还可以通过多个压电组件的分布形式设置来实现，一定程度降低了对压电片或振动传导件的设计要求。

第二方面，本申请实施例还提供一种屏幕发声组件，包括屏幕和前述的压电振动模组，振动传导件的第二端面连接屏幕，以将压电片的振动传递至屏幕，使屏幕振动发声。

本申请实施例的屏幕发声组件采用前述的压电振动模组，能够实现较大响度的屏幕发声，且振动时屏幕应力分布较均匀。

第三方面，本申请实施例还提供一种电子设备，包括壳件、屏幕和前述的压电振动模组。屏幕连接于壳件。压电振动模组设于壳件和屏幕之间；振动传导件的第二端面连接屏幕，以将压电片的振动传递至屏幕，使屏幕振动发声。

本申请实施例的电子设备采用前述的压电振动模组来带动屏幕振动发生，能够实现较大响度的屏幕发声，且振动时屏幕应力分布较均匀。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请一实施例的电子设备的结构示意图；

图2为图1的电子设备沿A-A线的剖视图；

图3为本申请一实施例的压电振动模组的结构示意图；

图4为图3的压电振动模组的爆炸视图；

图5为图3的压电振动模组的剖视图；

图6为图5的压电振动模组的B处放大图；

图7为图5的压电振动模组的C处放大图；

图8为本申请另一实施例的压电振动模组的结构示意图；

图9为图8的压电振动模组的爆炸视图；

图10为图8的压电振动模组的D处放大图；

图11为本申请再一实施例的压电振动模组的结构示意图；

图12为图11的压电振动模组的爆炸视图；

图13为图11的压电振动模组的剖视图；

图14为图13的压电振动模组的E处放大图；

图15为压电片采用单晶陶瓷压电片时，增设振动传导件前后的频响曲线图。

图16为压电片采用双晶陶瓷压电片时，增设振动传导件前后的频响曲线图。

图17为振动传导件的截面积之比与振速比曲线图。

图18为一实施方式中的圆锥形的振动传导件的结构示意图；

图19为一变截面杆的结构示意图；

图20为一实施方式中的振动传导件的曲线图。

主要元件符号说明：

电子设备 500

屏幕 510

壳件 520

屏幕发声组件 300

压电振动模组 100,100a,100b,100c

压电组件 10,10a

支架组件 11

底板 12

悬支结构 13

压电片 14,14a

振动传导件 15

立板 16

横向连接部 17

声学衬垫 18

第一衬垫 19

第二衬垫 20

第三衬垫 21

子垫片 22

背胶层 23

横板 24

横延段 26

第一端面 P1

第二端面 P2

第一表面 P3

第二表面 P4

振动方向 Y1

长度方向 Y2

宽度方向 Y3

第一间隙 f1

第二间隙 f2

中间区域 S1

端部区域 S2

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“设置于”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

压电贴片式扬声器是一种电子设备(如手机、平板电脑、智能手表)屏幕发声器件。当前压电贴片式扬声器主要利用压电陶瓷片的D31振动模态(即横向振动模态)来推动屏幕发声。该振动模式存在振动效率低，振动时易引发屏幕应力不均匀等问题。压电陶瓷片的D33振动模态(即纵振模态)则因存在振幅较小的问题，而不能很好地适用于对发声响度要求较高的电子设备中。尤其对于内部安装空间较小，压电模组厚度结构尺寸要求较小的场合，如何实现纵振模块的高响度发声，是需要解决的问题。

本实施例提供一种新型的压电振动模组100，该压电振动模组100能够较好地应用于电子设备500的屏幕发声组件300，并具有发声响度大、发声灵敏度较高、漏音问题小的有益效果，下文将具体描述。

参见图1和图2，本实施例提供了一种电子设备500，例如为一手机。该电子设备500包括壳件520和屏幕发声组件300，屏幕发声组件300包括屏幕510和压电振动模组100，压电振动模组100设于壳件520和屏幕510之间。

屏幕510连接于壳件520，并和壳件520围成内部空间。内部空间用于容置电子设备500的电池、中框、控制板等结构件或电子元器件。电池可以作为压电振动模组100的供电电源，控制板可以用于控制压电振动模组100进行所需振动，从而实现屏幕510发声。

图3-图7示出的压电振动模组100a为压电振动模组100a。

参见图3，压电振动模组100a包括压电组件10和支架组件11。其中，压电组件10能够通电产生振动。支架组件11用于支撑连接于屏幕510(见于图2)，并作为压电组件10的支撑结构。压电组件10产生的振动通过支架组件11传递至屏幕510，以带动屏幕510振动发声。

配合参见图4-图7，本实施例中，压电组件10包括相连接的压电片14和振动传导件15。压电片14用于发生沿压电片14的厚度方向的振动，振动传导件15用于传导该振动。

其中，压电片14可以为采用压电陶瓷(如PZT压电陶瓷)制成的片状结构，其能够在通电时产生沿其厚度方向的振动，即振动形式为纵振。压电片14具体可以为单晶压电陶瓷或双晶压电陶瓷。

振动传导件15具有第一端面P1和第二端面P2，第二端面P2的面积小于第一端面P1的面积。第一端面P1和第二端面P2沿压电片14的振动方向Y1(同压电片14的厚度方向)相背。第一端面P1连接压电片14，例如通过一背胶层23(如易拉胶)连接至压电片14；第二端面P2用于直接或间接抵顶连接至屏幕510，以将压电片14的振动传递至屏幕510，使屏幕510振动发声。并且，由于第二端面P2面积小于第一端面P1，压电片14振动时的振动能量在从振动传导件15的第一端面P1向第二端面P2传导的过程中逐渐聚焦，达到振幅放大的作用，有效解决压电片14纵向振动振幅小的问题，使得压电片14的纵振模式能够适用于电子设备500(如手机)的屏幕510发声，且能够得到较高的发声响度，避免了采用D31振动模式存在的振动效率低、振动时屏幕510应力不均匀的问题。

本实施例中，可选地，振动传导件15呈从第一端面P1到第二端面P2截面面积逐渐减小的形状。振动传导件15的横截面可以为圆形、矩形、椭圆形、多边形或其他由直线边/弧线边组成的封闭图形。

对于振动传导件15的横截面为圆形时，振动传导件15为旋转体。该处所说的旋转体指一母线绕一中轴线旋转一周形成的实体。例如，圆锥形为一与中轴线倾斜的母线绕中轴线旋转一周形成的实体；阶梯形旋转体为一阶梯线绕一中轴线旋转一周形成的实体，其实际上为多个直径依次减小的圆片的叠合体。

本实施例中，振动传导件15可以为圆锥形(如图示)、阶梯形、指数型或双曲函数型的旋转体。在其他实施例中，振动传导件15还可以是上述各种旋转体在厚度方向上叠合形成。

本实施例中，振动传导件15可以由铝、钛合金等声阻抗较小的材料制成，以确保振动能量的传播，降低声传播损耗。

本实施例中，可选地，振动传导件15的固有频率等于压电振动模组100a整体的固有频率。此时，振动传导件15处于共振条件，可使得振动传导件15的输出端(第二端面P2一端)具有较大的振幅。

在其他实施例中，压电片14和振动传导件15也可以通过其他方式连接，例如直接在两者的接触面涂胶粘接。压电片14和振动传导件15的连接使得振动传导件15可以随压电片14同步振动。

本实施例中，支架组件11包括底板12和悬支结构13。

底板12具有相对的第一表面P3和第二表面P4，悬支结构13一侧连接于底板12的第一表面P3，另一侧向远离第一表面P3的方向伸出并悬空地支撑连接压电片14，使压电片14和底板12间隔相对。振动传导件15的第二端面P2抵顶底板12的第一表面P3。底板12的第二表面P4用于连接至屏幕510。

底板12可以采用不锈钢薄板制成，其具有较高的弹性变形能力，能够较好地传到由压电片14和振动传导件15传导的振动。

悬支结构13包括两个间隔设置的立板16和连接于两个立板16的横向连接部17。立板16一端连接于底板12、另一端向远离底板12的方向伸出，横向连接部17连接于两个立板16远离底板12的一端。压电片14连接于横向连接部17朝向底板12一侧的表面。

本实施例中，横向连接部17包括横板24，横板24连接于两个立板16之间。如此，两个立板16和横板24共同形成一U形结构，两个立板16作为支脚悬空支撑横板24，压电片14连接于横板24朝向底板12的表面，从而实现悬空支撑在该悬支结构13上。该结构中，悬支结构13整体性较好，从而能够实现较稳定的支撑。可选地，横板24为矩形板状结构，压电片14为矩形板状结构，振动传导件15连接于压电片14的长度方向Y2的中间位置。

本实施例中，横板24和压电片14之间垫设有第三衬垫21，第三衬垫21可以采用柔性材料(例如泡棉)制成，以提供横向连接部17和压电片14之间的缓冲保护。第三衬垫21的两侧表面可以通过粘胶的形式和横向连接部17/压电片14连接。

本实施例中，第三衬垫21包括两个子垫片22，两个子垫片22间隔地设于压电片14的长度方向Y2的两端处，并分别连接于横板24和压电片14之间。

在其他实施例中，第三衬垫21也可以为一整块覆盖于压电片14远离底板12一侧表面，并连接于压电片14和横向连接部17之间。

本实施例中，悬支结构13可以为由金属材料制成的块状结构，并具有较佳的结构刚度，确保可靠地悬支压电片14，使压电片14的振动更可控。

当然，在其他实施例中，悬支结构13也可以采用其他非金属的硬质材料制成，在此不做限定。

悬支结构13和底板12之间可以采用粘接、焊接、螺钉连接等方式相互连接在一起。

本实施例中，悬支结构13的两立板16和底板12之间分别垫设有第二衬垫20，第二衬垫20的两侧分别粘接连接立板16和底板12。第二衬垫20可以采用泡棉等材料制成，起到缓冲立板16和底板12之间的配合的作用。

参见图7，本实施例中，可选地，压电片14的长度方向Y2的两端和两个立板16分别间隔形成第一间隙f1。通过设置第一间隙f1，能够避免压电片14的长度方向Y2两端抵顶立板16，降低了接触应力，且尽可能地降低了立板16对压电片14振动的阻碍，确保发声质量。

本实施例中，压电振动模组100a还包括声学衬垫18，声学衬垫18贴合于底板12的第一表面P3，振动传导件15的第二端面P2连接于声学衬垫18。即，压电片14产生的振动通过振动传导件15传动至声学衬垫18后，通过声学衬垫18传导给底板12，再带动屏幕510振动发声。

本实施例中，声学衬垫18的厚度为压电片14运行于主振动频率带时(即压电片14在该频率带内的振动幅度最大)对应波长的1/4，且声学衬垫18的声阻抗为压电片14的声阻抗与屏幕510的声阻抗的几何平均值。试验表明，通过设置符合上述条件的声学衬垫18，能实现声阻抗匹配或过渡，使声能的透过率和灵敏度大幅度提高，并且在减小失真的同时还可以展宽压电片14振动频带的带宽。例如，在对一实际产品进行测试分析中发现，在压电组件10和底板12之间未设置该声学衬垫18时，其对1kHz-6kHz的中高频段的频响具有明显的提升效果；在增设该声学衬垫18后，该压电振动模组100a能够提升振动频带带宽的范围扩大至低频，提高了低频信号响度，提高了屏幕510发声的频率范围。

本实施例中，声学衬垫18的材料可以根据需要选择设计。例如，声学衬垫18采用环氧树脂、胺类固化剂、芳香胺类固化剂等高分子材料作为基体，氧化铝粉末、铜粉、钨粉等金属粉末作为填料制成。通过改变金属粉末的配比，可以得到符合上述要求的声阻抗的声学衬垫18。

本实施例中，底板12的第一表面P3具有中间区域S1和两个分别位于中间区域S1两端的端部区域S2，两个立板16分别通过两个第二衬垫20对应连接于两个端部区域S2。声学衬垫18贴合于中间区域S1，并位于两个立板16之间。声学衬垫18和立板16之间相互间隔形成第二间隙f2。该结构形式下，立板16和声学衬垫18分别连接在底板12的不同区域，声学衬垫18不会影响立板16与底板12的连接，且由于第二间隙f2的设置，压电组件10通过声学衬垫18向底板12传递振动的过程受立板16的约束较小，降低振动/声波传递的失真。

本实施例中，底板12的第二表面P4贴合有第一衬垫19，第一衬垫19用于连接于底板12和屏幕510之间。可选地，第一衬垫19采用泡棉层，泡棉层的两侧分别胶粘于底板12和屏幕510，设置泡棉层制成的第一衬垫19，能够为底板12和屏幕510之间的配合提供缓冲保护。第一衬垫19可以满铺底板12的第二表面P4。

在其他实施例中，第一衬垫19还可以取消不设置，而是在底板12的第二表面P4和屏幕510之间直接涂胶粘合。

图8-图10示出了另一压电振动模组100b，该压电振动模组100b与图3-图7示出的压电振动模组100a基本相同，不同之处在于，悬支结构13的横向连接部17不同。

参见图8-图10，该压电振动模组100b中，横向连接部17包括分别从两个立板16远离底板12一端相向延伸形成的横延段26，两个横延段26沿压电片14的长度方向Y2彼此间隔。压电片14的长度方向Y2两端分别连接于两个横延段26朝向底板12的表面。该结构的悬支结构13中，横向连接部17之间断开，节省了物料和空间，更适于结构安装空间很小的电子设备500，如手机。同时，横向连接部17的断开设置，使得压电片14在其厚度方向远离振动传导件15一侧的表面至少部分未被横向连接部17阻挡，如此，横向连接部17对压电片14沿厚度方向的振动的阻碍更小，压电片14可以实现更大的振动幅度。

图11-图14示出了再一压电振动模组100c，该压电振动模组100c与前述压电振动模组100a/100b的不同之处主要在于，该压电振动模组100c的压电组件10a有多个。

参见图11-图14，该压电振动模组100包括支架组件11、声学衬垫18和多个压电组件10a。压电组件10a包括压电片14a和振动传导件15，压电片14a和振动传导件15之间可以通过背胶层23粘接。本实施例中，压电片14a的形状可以适配振动传导件15的第一端面P1的形状。例如图12和图14中示出的，振动传导件15为圆锥形，压电片14a为和振动传导件15的第一端面P1等直径或直径接近的圆柱状波片结构。

本实施例中的支架组件11可以采用前述图3-图7中的结构，即，支架组件11包括底板12和悬支结构13，悬支结构13包括两个间隔设置的立板16和连接于两个立板16之间的横板24。声学衬垫18垫设于底板12靠近横板24一侧的表面(即第一表面P3)，多个压电组件10a阵列地分布于横板24和声学衬垫18之间。多个压电组件10a的振动传导件15的第二端面P2分别抵顶于声学衬垫18的不同位置。可选地，横板24朝向底板12一侧表面贴设有第三衬垫21，各个压电组件10a的压电片14a分别固定连接于第三衬垫21。该处的第三衬垫21可以采用满贴压电片14的形式。本实施例中，可选地，声学衬垫18可以延伸至立板16和底板12之间，即立板16和底板12之间、振动传导件15和底板12之间均连接有声学衬垫18的部分。此时，前述实施例中的第二衬垫20(见图7或图10)可以省略不设置。该设置利于多压电组件10a下的声传播。

本实施例中的多个压电组件10a的分布方式可以为圆形分布、圆环形分布或矩阵形式分布，在此不做限定。各压电组件10a的压电片14a的尺寸、数量和间距可以根据需要进行设计。

例如图12中示出的，横板24为矩形板状结构，压电片14a为圆形、振动传导件15的截面为与压电片14a适配的圆形，多个压电组件10a在横板24上的投影位于横板24的外轮廓之内。多个压电组件10a呈沿声学衬垫18的宽度方向Y3并列的两列式分布，两列压电组件10a能够产生频率彼此不同的两个超声波信号，且两个超声波信号的差频信号为可听声波信号。

该结构中，使两列压电组件10a的压电振动产生两列不同频率的超声信号到声学衬垫18中，会得到频率为两列超声波频率差的声波，适当设置频率，可使该差频声波信号为可听声。并且，由于超声信号具有较强的指向性，所以在所产生的超声信号的方向之外的其他方向不会产生出可听声信号，从而使得该可听声信号具有指向性。同时，由于超声信号频率高，所以在传播过程中很快就衰减，只剩下可听声信号继续沿传播方向传播。

当然，在其他实施例中，也可以通过其他分布形式的压电组件10a阵列来实现上述通过两超声信号差频得到具有良好指向性的可听声的效果，在此不做限定。

在前述各实施例中，振动传导件15的第一端面P1的面积大于第二端面P2，以此实现振动能量的汇聚，进而实现振幅的放大。

一实际产品试验中得出，对于压电片14或压电片14a采用单晶陶瓷压电片/双晶陶瓷压电片的情形，增加振动传导件15结构后，在1kHz-6kHz的中高频段的频响有明显提升效果，最高可提升25B。具体可参见下表及图15和图16。

为得到具有更佳声学性能的效果，本实施例对振动传导件15进行如下设计。

下面对一圆锥形的振动传导件15进行设计，采用圆锥形的振动传导件15，其整体刚度较高，应力分布和振速分布合理。

振动传导件15的截面积之比与振速比的关系可参见图17。

由于能量的聚集主要是通过振动传导件15截面变化来实现，理想状况下，不计能量传播耗损时，声波振动的能量密度与振动幅值的平方成正比，即：

其中K_e＝ρcω²,ρ为材料的密度，c为超声波的波速，ω＝2πf，ξ＝ξ(x)为任意质点的位移。根据分析可知，若要获得振动传导件15末端较大的振幅，需要使振动传导件15处于共振条件，故而在对振动传导件15的进行设计时，其设计频率与整体频率相同。

振动传导件15根据按照振动方式可分为纵振，弯振，扭振，以及包括纵弯、纵扭、弯扭在内的复合振动四类。

评价振动传导件15的主要性能参数有形状因数和放大系数，振动传导件15的几何形状是影响形状因数的唯一因素，形状因数越大，振动传导件15末端的最大振幅便越大。放大系数表征振动传导件15质点的振动速度或者振幅在输出端和输入端的比值，在实际应用中，还需要考虑到超声振动传导件15的弯曲劲度、应力分布、振速分布等等。

如图18所示，设该圆锥形的振动传导件15的第一端面P1为半径R₁/R₂的圆，第二端面P2为半径R₂的圆，其厚度为l。

该圆锥形的振动传导件15在到第一端面P1距离为x处的截面半径R_x和截面面积S(x)分别为：

S(x)＝S₁(1-γx)²，S₁＝πR₁ ² (3-3)

其中：

/>

将面积函数S(x)带入式(2)有：

其中，式(2)的推导过程如下：

参见图19，变截面细杆的中心线为x轴，当杆受到力的作用时，作用在小体积元(x,x+dx)上张应力为可得出动力学方程：

式中：S＝S(x)为变截面杆的横截面积函数；

ξ＝ξ(x)为任意质点的位移函数；

为应力函数；

ρ为材料密度，E为材料的杨氏模量。

其中，细杆作简谐运动，则有：ξ＝ξe^jωt，带入式(1)即可得到变截面细杆的波动方程为：

式(2)中，k＝ω/c为圆波数，为纵波在棒中的传播速度，ρ为材料密度。

求解式(3-5)后可得速度分布函数v(x)：

应力分布函数F(x)：

边界条件为：

求解得待定系数：

频率方程为：

带入可得振速分布函数v(x)：

应力分布函数F(x)为：

考虑到压电振动模组100整体在厚度方向上的限制，振动传导件15厚度限制为l≤0.3mm，这里选择l＝0.3mm。考虑到压电振动模组100整体在面内的限制，压电片14的直径≤10mm，为了保持等截面，取＝5mm。

根据上述方程可得到：曲线，如图20所示。

计算可得：

因此，本实施例中的振动传导件15设置为圆锥形，其厚度l＝0.3mm，第一端面P1半径R₁＝5mm，第一端面P1半径和第二端面P2半径R₂之比为2.105。

以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (26)

1.一种压电振动模组，其特征在于，所述压电振动模组包括压电组件，所述压电组件用于连接一电子设备的屏幕，以带动所述屏幕振动发声；所述压电组件包括：

压电片，用于发生沿所述压电片的厚度方向的振动；

振动传导件，所述振动传导件具有第一端面和第二端面，所述第一端面和所述第二端面沿所述压电片的振动方向相背；所述第一端面连接所述压电片，所述第二端面用于连接至所述屏幕，以将所述压电片的振动传递至所述屏幕，使所述屏幕振动发声；所述第二端面的面积小于所述第一端面的面积；

所述压电振动模组还包括支架组件；所述压电片连接于所述支架组件，并通过所述支架组件连接至所述屏幕；

所述支架组件包括底板和悬支结构，所述底板具有相对的第一表面和第二表面，所述悬支结构一侧连接于所述底板的第一表面，另一侧向远离所述第一表面的方向伸出并悬空地支撑连接所述压电片，使所述压电片和所述底板间隔相对；

所述振动传导件的第二端面直接或间接抵顶所述底板的第一表面，所述底板的第二表面用于连接至所述屏幕；

所述悬支结构包括两个间隔设置的立板和连接于两个所述立板的横向连接部；

所述立板一端连接于所述底板、另一端向远离所述底板的方向伸出，所述横向连接部连接于两个所述立板远离所述底板的一端；

所述压电片连接于所述横向连接部朝向所述底板一侧的表面。

2.根据权利要求1所述的压电振动模组，其特征在于：

所述压电振动模组还包括声学衬垫，所述声学衬垫贴合于所述底板的所述第一表面；所述振动传导件的第二端面连接于所述声学衬垫。

3.根据权利要求2所述的压电振动模组，其特征在于：

所述声学衬垫的厚度为所述压电片运行于主振动频率带时对应波长的1/4，且所述声学衬垫的声阻抗为所述压电片的声阻抗与所述屏幕的声阻抗的几何平均值。

4.根据权利要求1所述的压电振动模组，其特征在于：

所述底板的所述第二表面贴合有第一衬垫，所述第一衬垫用于连接于所述底板和所述屏幕之间。

5.根据权利要求4所述的压电振动模组，其特征在于：

所述第一衬垫为泡棉层，所述泡棉层的两侧分别胶粘于所述底板和所述屏幕。

6.根据权利要求1所述的压电振动模组，其特征在于：

所述压电片的长向两端和两个所述立板分别间隔形成第一间隙。

7.根据权利要求1所述的压电振动模组，其特征在于：

所述底板的第一表面具有中间区域和两个分别位于所述中间区域两端的端部区域，两个所述立板分别通过两个第二衬垫对应连接于两个所述端部区域；

所述压电振动模组还包括声学衬垫，所述声学衬垫贴合于所述中间区域，并位于两个所述立板之间；所述振动传导件的第二端面抵顶所述声学衬垫；

所述声学衬垫和所述立板之间相互间隔形成第二间隙。

8.根据权利要求1所述的压电振动模组，其特征在于：

所述横向连接部和所述压电片之间垫设有第三衬垫。

9.根据权利要求8所述的压电振动模组，其特征在于：

所述第三衬垫覆盖所述压电片远离所述底板一侧表面，并连接于所述压电片和所述横向连接部之间，或者，

所述第三衬垫包括两个子垫片，两个所述子垫片间隔地设于所述压电片的长度方向的两端处，并分别连接于所述横向连接部和所述压电片之间。

10.根据权利要求1所述的压电振动模组，其特征在于：

所述横向连接部包括横板，所述横板连接于两个所述立板之间，所述压电片连接于所述横板朝向所述底板的表面。

11.根据权利要求10所述的压电振动模组，其特征在于：

所述横板为矩形板状结构，所述压电片为矩形板状结构，所述振动传导件连接于所述压电片的长度方向的中间位置。

12.根据权利要求1所述的压电振动模组，其特征在于：

所述横向连接部包括分别从两个所述立板远离所述底板一端相向延伸形成的横延段，两个所述横延段沿所述压电片的长度方向彼此间隔；

所述压电片的长度方向两端分别连接于两个所述横延段朝向所述底板的表面。

13.根据权利要求1所述的压电振动模组，其特征在于：

所述横向连接部包括横板，所述横板连接于两个所述立板之间，所述压电组件有多个，多个所述压电组件呈矩形、圆形或环形阵列分布。

14.根据权利要求13所述的压电振动模组，其特征在于：

所述横板为矩形板状结构，所述压电片为圆形、所述振动传导件的截面为与所述压电片适配的圆形，多个所述压电组件在所述横板上的投影位于所述横板的外轮廓之内。

15.根据权利要求14所述的压电振动模组，其特征在于：

所述横板朝向所述底板一侧表面贴设有第三衬垫，各个所述压电组件的压电片分别固定连接于所述第三衬垫。

16.根据权利要求13所述的压电振动模组，其特征在于：

多个所述压电组件呈沿所述横板的宽度方向并列的两列式分布，两列所述压电组件能够产生频率彼此不同的两个超声波信号，且两个所述超声波信号的差频信号为可听声波信号。

17.根据权利要求1所述的压电振动模组，其特征在于：

所述振动传导件呈从所述第一端面到第二端面截面面积逐渐减小的形状。

18.根据权利要求17所述的压电振动模组，其特征在于：

所述振动传导件的横截面为圆形、矩形或椭圆形。

19.根据权利要求1所述的压电振动模组，其特征在于：

所述振动传导件为圆锥形、阶梯形、指数型或双曲函数型的旋转体，或者，所述振动传导件为由圆锥形、阶梯形、指数型、双曲函数型的旋转体的多个沿厚度方向组合形成的旋转体。

20.根据权利要求1所述的压电振动模组，其特征在于：

所述压电片为单晶压电陶瓷或双晶压电陶瓷，所述振动传导件由铝或钛合金制成。

21.根据权利要求1所述的压电振动模组，其特征在于：

所述压电片和所述振动传导件之间通过背胶层粘合连接，所述背胶层的形状与所述压电片适配。

22.根据权利要求1所述的压电振动模组，其特征在于：

所述振动传导件的固有频率等于所述压电振动模组整体的固有频率。

23.根据权利要求1所述的压电振动模组，其特征在于：

所述振动传导件为圆锥形的旋转体，所述旋转体的厚度l＝0.3mm，所述旋转体的底面直径R₁和顶面直径R₂之比为2.105。

24.根据权利要求1所述的压电振动模组，其特征在于：

所述压电组件有多个，多个所述压电组件分别连接于所述支架组件和所述屏幕之间。

25.一种屏幕发声组件，其特征在于，包括：

屏幕；

权利要求1-24任一项所述的压电振动模组，所述振动传导件的第二端面连接所述屏幕，以将所述压电片的振动传递至所述屏幕，使所述屏幕振动发声。

26.一种电子设备，其特征在于，包括：

壳件；

屏幕，所述屏幕连接于所述壳件；

权利要求1-24任一项所述的压电振动模组，所述压电振动模组设于所述壳件和所述屏幕之间；所述振动传导件的第二端面连接所述屏幕，以将所述压电片的振动传递至所述屏幕，使所述屏幕振动发声。