CN117157997A - 一种声学设备 - Google Patents

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朱光远
张磊
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Shenzhen Voxtech Co Ltd
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Abstract

本说明书实施例公开了一种声学设备。所述设备包括：压电组件、电极和振动组件。其中，压电组件在驱动电压的作用下产生振动，电极为压电组件提供驱动电压，振动组件物理地连接到压电组件，接收振动并产生声音。压电组件包括：基板和压电层，压电层覆盖在基板的一个表面上，电极覆盖在压电层的一个表面上，且电极在压电层表面上的覆盖面积小于覆盖有压电层的基板的表面的面积。本说明书通过电极设计形成压电组件的模态作动器，使得压电组件输出特定模态振型，提高声学设备的声音特性，且相比于在特定区域附加不同机械结构组成的模态控制系统，本申请通过电极设计实现对压电组件的模态控制，可以简化声学设备的结构。

Description

一种声学设备 技术领域
本说明书涉及声学技术领域，特别涉及一种声学设备。
背景技术
声学设备可以通过向压电组件施加电能的方式，使其发生形变传输声音。例如，声学设备可以通过在压电组件的极化方向上施加驱动电压，利用压电材料的逆压电效应产生振动，并通过压电组件的振动输出点输出振动，从而向外辐射声波。
然而，声学设备中的压电组件在可听频率范围内的振动模态较多，无法形成较为平直的频响曲线。
因此，有必要提出一种能够控制压电组件的振动模态的声学设备。
发明内容
本说明书实施例之一提供一种声学设备。该设备包括：压电组件、电极和振动组件。其中，压电组件在驱动电压的作用下产生振动，电极为压电组件提供驱动电压，振动组件可以物理地连接到压电组件，接收振动并产生声音。压电组件可以包括：基板和压电层，压电层覆盖在基板的一个表面上，电极覆盖在压电层的一个表面上，且电极在压电层表面上的覆盖面积小于覆盖有压电层的基板的表面的面积。
在一些实施例中，压电组件包括振动输出区域。
在一些实施例中，压电组件还包括固定区域。
在一些实施例中，压电组件还包括振动调控组件。
在一些实施例中，电极的宽度从固定区域到振动输出区域逐渐减小。
在一些实施例中，电极包括两个电极包络区域，两个电极包络区域的电势相反。
在一些实施例中，两个电极包络区域之间存在转换点，两个电极包络区域中的第一电极包络区域中的电极宽度从固定区域到转换点逐渐减小。
在一些实施例中，两个电极包络区域的第二电极包络区域中的电极宽度从转换点到振动输出区域先增大后减小。
在一些实施例中，电极在固定区域的宽度等于固定区域的宽度。
在一些实施例中，电极在振动输出区域的宽度为0。
在一些实施例中，压电层与基板重合。
在一些实施例中，压电层包括压电区域和非压电区域。
在一些实施例中，压电区域与电极重合。
在一些实施例中，压电层与电极重合。
在一些实施例中，压电层包括压电平板或压电膜。
在一些实施例中，电极包括二维分布的多个离散电极单元。
在一些实施例中，多个离散电极单元中，在压电层中心处的相邻两个离散电极单元之间的间隙小于在压电层边界处的相邻两个离散电极单元的间隙。
在一些实施例中，在压电层的中心处的第一离散电极单元的面积大于在压电层的边界处的第二离散电极单元的面积。
在一些实施例中，电极包括二维分布的连续电极，连续电极上包括多个镂空区域。
在一些实施例中，在压电层的中心处的第一镂空区域的面积小于在压电层的边界处的第二镂空区域的面积。
在一些实施例中，电极也覆盖在与表面相反的另一个表面上，且电极在另外一个表面上的覆盖面积小于等于该表面的面积。
在一些实施例中，振动调控组件包括质量块，质量块物理地连接到振动输出区域。
在一些实施例中，声学设备还包括连接件，连接件连接振动组件和压电组件。
在一些实施例中，声学设备为骨传导音频设备。
本说明书实施例之一提供一种声学设备。该设备包括：压电组件、电极和振动组件。其中，压电组件在驱动电压的作用下产生振动，电极为压电组件提供驱动电压，振动组件可以物理地连接到压电组件，接收振动并产生声音。压电组件可以包括：基板和压电层，压电层覆盖在基板的一个表面上，压电层包括压电区域和非压电区域，其中，电极覆盖在压电层的一个表面上，基板、压电层和电极分别重合。压电区域在基板上的覆盖面积小于压电层在基板上的覆盖面积。
在一些实施例中，压电组件包括振动输出区域。
在一些实施例中，压电组件还包括固定区域。
在一些实施例中，压电区域的宽度从固定区域到振动输出区域逐渐减小。
在一些实施例中，压电区域包括两个压电包络区域，两个压电包络区域对应的两个电极区域的电势相反。
在一些实施例中，压电区域在固定区域的宽度等于固定区域的宽度。
在一些实施例中，压电区域在振动输出区域的宽度为0。
本说明书实施例中可以通过电极设计形成压电组件的模态作动器，使得压电组件仅产生特定模态的激励力以输出特定模态振型，提高声学设备的声音特性。
并且，相比于在特定区域附加由弹簧、质量、阻尼等不同机械结构组成的模态控制系统，本说明书实施例基于电极设计即可实现对压电组件的模态控制，简化声学设备的结构。
附图说明
本说明书将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：
图1是根据本说明书一些实施例所示的示例性声学设备的结构框图；
图2是根据本说明书一些实施例所示的示例性声学设备的结构示意图；
图3是根据本说明书一些实施例所示的示例性压电组件的结构示意图；
图4是根据本说明书一些实施例所示的示例性压电组件的部分结构示意图；
图5A是根据本说明书一些实施例所示的示例性一阶电极的结构示意图；
图5B是根据本说明书一些实施例所示的示例性部分一阶电极的外轮廓线的曲线斜率示意图；
图5C是根据本说明书一些实施例所示的示例性二阶电极的结构示意图；
图5D是根据本说明书一些实施例所示的示例性部分二阶电极的外轮廓线的曲线斜率示意图；
图6是根据本说明书一些实施例所示的示例性压电组件的频响曲线的对比示意图；
图7A是电极完全覆盖压电组件的一个表面(即电极与压电组件重合)时的压电组件在二阶谷频率处的振型图；
图7B是根据本说明书一些实施例所示的采用一阶电极的压电组件在二阶谷频率处的振型图；
图7C是根据本说明书一些实施例所示的采用二阶电极的压电组件在二阶谷频率处的振型图；
图8A是根据本说明书一些实施例所示的电极与压电组件的结构示意图；
图8B是根据本说明书一些实施例所示的电极与压电组件的结构示意图；
图8C是根据本说明书一些实施例所示的电极与压电组件的结构示意图；
图8D是根据本说明书一些实施例所示的电极与压电组件的分解结构示意图；
图9是根据本说明书一些实施例所示的压电组件的频响曲线的示意图；
图10是根据本说明书一些实施例所示的示例性的附加质量块模型的压电组件的结构示意图；
图11A是根据本说明书一些实施例所示的示例性一阶电极的形状示意图；
图11B是根据本说明书一些实施例所示的示例性二阶电极的形状示意图；
图12是根据本说明书一些实施例所示的示例性压电组件的频响曲线的对比示意图；
图13A是根据本说明书一些实施例所示的附加质量块模型且电极完全覆盖压电组件的一个表面(即电极与压电组件重合)时的压电组件在二阶谷频率处的振型图；
图13B是根据本说明书一些实施例所示的采用附加质量块模型下设计的一阶电极的压电组件在二阶谷频率处的振型图；
图13C是根据本说明书一些实施例所示的采用未附加质量块模型下设计二阶电极的压电组件在二阶谷频率处的振型图；
图13D是根据本说明书一些实施例所示的采用附加质量块模型下设计二阶电极的压电组件在二阶谷频率处的振型图；
图14A是根据本说明书一些实施例所示的示例性的二维电极的部分结构示意图；
图14B是根据本说明书一些实施例所示的示例性的二维电极的部分结构示意图；
图14C根据本说明书一些实施例所示的示例性的二维电极的部分结构示意图；
图14D根据本说明书一些实施例所示的示例性的二维电极的部分结构示意图；
图15A是根据本说明书一些实施例所示的示例性压电组件的频响曲线的对比示意图；
图15B是根据本说明书一些实施例所示的示例性压电组件的频响曲线的对比示意图；
图15C是根据本说明书一些实施例所示的覆盖整体电极的压电组件在5380.3Hz处的振动位移示 意图；
图15D是根据本说明书一些实施例所示的覆盖8×8离散电极单元的压电组件在5380.3Hz处的振动位移示意图；
图16A是根据本说明书一些实施例所示的矩形压电组件上电极完全覆盖(即整体电极)时的压电组件的一阶模态振型图；
图16B是根据本说明书一些实施例所示的矩形压电组件上电极完全覆盖(即整体电极)时的压电组件的高频处的振型图；
图16C是根据本说明书一些实施例所示的矩形压电组件上采用16×8个二维电极的离散电极单元的压电组件的高频处的振型图；
图16D是根据本说明书一些实施例所示的矩形压电组件上采用32×16个二维电极的离散电极单元的压电组件的高频处的振型图；
图17A是根据本说明书一些实施例所示的示例性的二维电极的离散电极单元的设计思路示意图；
图17B是根据本说明书一些实施例所示的示例性的二维电极的离散电极单元的结构示意图；
图17C是根据本说明书一些实施例所示的等效为两端固支梁的矩形对应的一阶电极的形状示意图；
图18是根据本说明书一些实施例所示的覆盖图17B所示的二维电极的压电组件的振型图；
图19A是根据本说明书一些实施例所示的示例性的二维分布的连续电极的部分结构示意图；
图19B是根据本说明书一些实施例所示的示例性的二维分布的连续电极的部分结构示意图；
图19C是根据本说明书一些实施例所示的示例性的二维分布的连续电极的部分结构示意图；
图20是根据本说明书一些实施例所示的示例性压电组件的频响曲线的对比示意图；
图21是根据本说明书一些实施例所示的示例性的声学设备的结构示意图；
图22是根据本说明书一些实施例所示的示例性压电组件的频响曲线的对比示意图；
图23A是根据本说明书一些实施例所示的采用整体电极的声学设备的振型图；
图23B是根据本说明书一些实施例所示的采用一阶电极的声学设备的振型图；以及
图24是根据本说明书一些实施例所示的示例性声学设备的结构示意图。
其中，100、声学设备；110、振动组件；120、压电组件；130、电极；130-1、一阶电极；130-2、二阶电极；123、振动输出区域；121、基板；122、压电层；124、固定区域；131、第一电极包络区域；132、第二电极包络区域；133、点；1221、压电区域；1222、非压电区域；140、质量块模型；141、第二振动输出区域；134、离散电极单元；1341、第一离散电极单元；1342、第二离散电极单元；1343、第三离散电极单元；1344、第四离散电极单元；171、连接件；172、第二形状；135、连续电极；136、镂空区域；1361、第一镂空区域；1362、第二镂空区域；170、质量块。
具体实施方式
为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本说明书应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
应当理解，本文使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换所述词语。
如本说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。
本说明书中使用了流程图用来说明根据本说明书的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
本说明书一个或多个实施例的声学设备可以通过压电组件产生的振动输出声音，以便应用于各种需要播放音频的场景，如声学设备可以为独立的音频输出设备(如音响、耳机等)，能够根据用户指令播放音频；又如声学设备可以为终端设备(如手机、电脑等)中的模块或组件，能够根据终端指令播放音频。在一些实施例中，声学设备还可以根据需要输出的声音的频率、大小等参数，调整压电组件的形变产生不同的振动，以使振动组件根据不同的振动输出不同的声音。
在一些实施例中，声学设备可以为骨传导声学设备，骨传导声学设备中的振动组件可以与用户的 人体组织贴合，通过用户的骨骼将振动组件发出的声波传输至用户内耳。在一些实施例中，声学设备也可以为其他类型的声学设备，如空气传导声学设备、助听器、辅听器、眼镜、头盔、增强现实(Augmented Reality，AR)设备、虚拟现实(Virtual Reality，VR)设备等，或者可选地，声学设备可以作为车载音频系统或者室内音响系统的一部分，用于输出声音。
目前，声学设备中的压电组件在可听频率范围内的振动模态较多，无法形成较为平直的频响曲线。此外，压电组件还可能在某些频率下振动输出区域形成节点，影响声学输出的效果。
本说明书实施例描述了声学设备。所述声学设备可以包括压电组件、电极和振动组件。其中，压电组件在驱动电压的作用下产生振动，电极为压电组件提供驱动电压，振动组件可以物理地连接到压电组件，接收振动并产生声音。所述压电组件可以包括：基板和压电层。在一些实施例中，压电层覆盖在基板的一个表面上，电极覆盖在压电层的一个表面上，且电极在压电层表面上的覆盖面积小于覆盖有压电层的基板的表面的面积。在一些实施例中，压电层覆盖在基板的一个表面上，电极覆盖在所述压电层的一个表面上，所述基板、所述压电层和所述电极分别重合。压电层包括压电区域和非压电区域，压电区域在基板上的覆盖面积小于压电层在基板上的覆盖面积。
本说明书实施例中可以通过电极设计形成压电组件的模态作动器，使得压电组件仅产生特定模态的激励力以输出特定模态振型，提高声学设备的声音特性。
并且，相比于在特定区域附加弹簧、质量、阻尼等机械结构组成的模态控制系统，本说明书实施例基于电极设计即可实现对压电组件的模态控制，简化声学设备的结构。
图1是根据本说明书一些实施例所示的示例性声学设备100的结构框图。在一些实施例中，如图1所示，声学设备100可以包括：振动组件110、压电组件120和电极130。其中，压电组件120在驱动电压的作用下产生振动，电极130为压电组件120提供驱动电压，振动组件110可以物理地(例如机械地或电磁地)连接到压电组件120，接收振动并产生声音。
振动组件110可以被配置为传输振动并产生声音的组件。在一些实施例中，振动组件110可以包括弹性元件，弹性元件可以响应振动并发生形变，改变自身周边的声压，从而产生声波，实现声音的输出。在一些实施例中，弹性元件可以包括传振片、胶、弹片等，或其任意组合。在一些实施例中，弹性元件的材料可以为任何具有传输振动能力的材料。例如，所述弹性元件的材料可以为硅胶、塑胶、橡胶、金属等，或其任意组合。在一些实施例中，振动组件110可以为膜状结构(如气导振膜等)，也可以为板状结构(如骨导振动面板等)，还可以为网状结构或层状结构等其他结构。
下面提供一种示例性的声学设备100，以描述振动组件110的具体实现方式。
图2是根据本说明书一些实施例所示的示例性声学设备100的结构示意图。如图2所示，振动组件110的一端可以与压电组件120的振动输出区域123连接，以接收振动。振动组件110的另一端可以输出声音。示例性的，振动组件110可以通过一种或多种介质(如空气、用户骨骼等)向用户发送声波，从而使得用户听到声学设备100输出的声音。
压电组件120可以被配置为将电能转换为机械能的电能转换设备。在一些实施例中，压电组件120可以在驱动电压的作用下发生形变，从而产生振动。在一些实施例中，压电组件120可以为片状、环状、棱型、长方体型、柱型、球型等形状，或其任意组合，也可以为其他不规则形状。在一些实施例中，压电组件120可以包括基板121和压电层122。
基板121可以被配置为承载元器件的载体以及响应振动发生形变的元件。在一些实施例中，基板121的材料可以包括：金属(如覆铜箔、钢制等)、酚醛树脂、交联聚苯乙烯等中的一种或多种的结合。在一些实施例中，基板121的形状可以根据压电组件120的形状进行确定。例如，压电组件120为压电梁，则基板121可以对应设置为长条状。又例如，压电组件120为压电膜，则基板121可以对应设置为板状、片状。
压电层122可以为被配置为提供压电效应和/或逆压电效应的组件。在一些实施例中，压电层122可以覆盖于基板121的一个或多个表面，并在驱动电压的作用下发生形变带动基板121发生形变，从而实现压电组件120输出振动。在一些实施例中，压电层122可以全部为压电区域，即压电层122可以由压电材料制成。在一些实施例中，压电层122可以包括压电区域和非压电区域。压电区域和非压电区域连接形成压电层122。在一些实施例中，压电区域由压电材料制成，非压电区域由非压电材料制成。在一些实施例中，压电材料可以包括压电晶体、压电陶瓷、压电聚合物等，或其任意组合。在一些实施例中，压电晶体可以包括水晶、闪锌矿、方硼石、电气石、红锌矿、GaAs、钛酸钡及其衍生结构晶体、KH2PO4、NaKC4H4O6·4H2O(罗息盐)等，或其任意组合。在一些实施例中，压电陶瓷是指由不同材料粉粒之间的固相反应和烧结而获得的微细晶粒无规则集合而成的压电多晶体。在一些实施例中，压电陶瓷材料可以包括钛酸钡(BT)、锆钛酸铅(PZT)、铌酸铅钡锂(PBLN)、改性钛酸铅(PT)、氮化铝(AIN)、氧化锌(ZnO)等，或其任意组合。在一些实施例中，压电聚合物材料可以包括聚偏氟乙烯(PVDF)等。在一些 实施例中，非压电材料可以包括陶瓷、橡胶。在一些实施例中，非压电材料的力学性能可以与压电材料的力学性能类似。在一些实施例，压电区域和非压电区域的具体实现方式可以参看下述图8A或图8D所示的相关内容，此处不再赘述。
电极130可以被配置成为压电组件120提供驱动电压的元件。在一些实施例中，电极130可以为金属电极(如铜电极、银电极等)、氧化还原电极(如Pt|Fe和Fe电极、Pt|Mn MnO电极)、难溶盐电极(如甘汞电极、氧化汞电极)等中的一种或多种的组合。在一些实施例中，电极130可以设置在压电层122的至少一个表面上，例如可以设置在压电层122的两个相对表面上。在一些实施例中，电极可以通过涂覆、镶嵌、契合等一种或多种贴合方式设置在压电层122的表面上。
在一些实施例中，压电层122可以覆盖在基板121的至少一个表面上。在一些实施例中，电极130可以覆盖在压电层122的至少一个表面上。图3和图4提供两种示例性的声学设备100，以描述基板121、压电层122和电极130之间的排布方式。
图3是根据本说明书一些实施例所示的示例性压电组件120的结构示意图。如图3所示，压电组件120可以为压电悬臂梁。基板121可以承载压电层122和电极130(类三角形区域所示)。在一些实施例中，电极130可以设置在压电层122的一个或多个表面上，为压电层122提供驱动电压。在一些实施例中，压电层122可以覆盖于基板121的一个或多个表面上，在压电层122在驱动电压的作用下发生形变时，基板121也可以随之发生形变，以使压电组件120的振动输出区域输出振动。例如，压电层122可以只覆盖在基板121的一个表面上。再例如，如图3所示，两个压电层122可以分别覆盖于基板121的两个相反的表面。
图4是根据本说明书一些实施例所示的示例性压电组件120的部分结构示意图。如图4所示，压电组件120可以为压电平板(或压电膜)。基板121可以承载压电层122和电极130(多个二维分布的方形所示)。在一些实施例中，压电层122的面积可以大于基板121，也可以小于基板121。在一些实施例中，电极130可以设置在压电平板的一个或多个表面上，为压电平板提供驱动电压。在一些实施例中，压电层122可以覆盖于基板121的一个或多个表面上，压电层122在驱动电压的作用下发生形变时，基板121也可以随之发生形变，以使压电平板的振动输出区域输出振动。例如，如图4所示，压电层122可以只覆盖在基板121的一个表面上。再例如，两个压电层122可以分别覆盖于基板121的两个相对应的表面。
在一些实施例中，压电组件120可以包括振动输出区域123，用于将压电组件120产生的振动，传输给振动组件110。在一些实施例中，振动输出区域123可以为压电组件120的一个面、一条边或一个点等，或其任意组合。如图3所示，在压电组件120为压电悬臂梁时，压电组件120的一条棱或表面的部分区域可以为振动输出区域123。如图4所示，在压电组件120为压电平板或压电膜的情况下，压电组件120的内部区域(例如振动平面的中心区域)可以为振动输出区域123。
在一些实施例中，压电组件120还可以包括固定区域124。其中，固定区域124用于固定压电组件120的一部分并抑制压电组件120在该区域内振动，以使压电组件120的大部分振动能够从振动输出区域123输出。在一些实施例中，固定区域124可以与振动输出区域123对应。如图3所示，在压电组件120为压电悬臂梁时，压电组件120的沿长轴方向的一端可以为振动输出区域123，与振动输出区域123对应的长轴方向的另一端可以为固定区域124。又例如，在压电组件120为压电平板或压电膜时，振动输出区域123可以为压电组件120的内部区域，压电组件120的边界区域可以为固定区域124。
在一些实施例中，压电组件120也可以不设置固定区域124，也能够通过振动输出区域123传输振动，以减少工艺流程和成本，同时可以方便移动压电组件120。
在一些实施例中，压电组件120的振动可以包括一个或多个振动模态。其中，振动模态是结构系统的固有振动特征。在未对电极形状进行设计的情况下，压电组件120的振动模态较多，使得频响曲线不稳定，严重会导致在某些频率时压电组件120的振动输出区域形成节点，影响声学输出的效果。
在一些实施例中，对电极130的形状进行设计，可以使得电极130形成压电模态作动器以输出激励力，使得压电组件120仅产生特定模态。在一些实施例中，电极130在压电层122表面上的覆盖面积可以小于覆盖有压电层122的基板121的表面的面积，从而实现电极设计。例如，如图3所示，电极130(类三角形区域所示)的面积可以小于压电层122的面积，也小于基板121的面积，其中压电层122可以和基板121重合(即压电层122在基板121上的覆盖面积为基板121的一个表面的整个表面积)。再例如，如图4所示，电极130(多个二维分布的方形所示)的面积可以小于压电层122的面积，也小于基板121的面积，其中压电层122可以和基板121重合(即压电层122在基板121上的覆盖面积为基板121的一个表面的整个表面积)。
在一些实施例中，可以根据压电组件120的振动结构的振型函数，确定电极130的轮廓曲线，从而对压电组件120进行模态控制。在一些实施例中，压电组件120的振型函数可以包括一阶振型和二阶振型等。相对应的，电极130可以包括与一阶振型对应的一阶电极130-1，以及与二阶振型对应的二阶电极 130-2等。
下面以图3所示的压电悬臂梁为例，分别提供两个示例性的一阶电极130-1和二阶电极130-2，以详细描述电极设计的具体实现方式。
图5A是根据本说明书一些实施例所示的示例性一阶电极130-1的结构示意图。图5B是根据本说明书一些实施例所示的示例性部分一阶电极130-1的外轮廓线的曲线斜率示意图。
在一些实施例中，电极130的宽度可以从固定区域124到振动输出区域123逐渐减小。这里所述的“电极130的宽度”指的是在所述压电组件120的宽度方向(如压电悬臂梁的宽度方向)上的电极的尺寸。其中，电极130的在某个位置的宽度(如图5A所示的d1，d2)可以是在该位置处与压电组件120的沿长度方向的中轴线垂直的线与电极130的外轮廓线的两个交点之间的距离。在一些实施例中，电极130从固定区域124到振动输出区域123的宽度逐渐减小可以包括宽度的梯度减小、线性减小或曲线性减小等一种或任意组合。如图5A所示，一阶电极130-1的宽度可以从左侧(即固定区域124)到右侧(即振动输出区域123)呈曲线性减小。如图5B所示，一阶电极130-1沿中轴线以上的部分的外轮廓线的曲线斜率的绝对值从振动固定区域124开始随着长度的增加逐渐减小，至振动输出区域123处减小为0。在一些实施例中，电极130可以对称设置，如电极130可以沿压电组件120的中轴线对称。在一些实施例中，电极130也可以为非对称设置。在一些实施例中，电极130的形状曲线(即外轮廓线)可以是三角函数(例如正弦函数、余弦函数等)、双曲函数(例如双曲正弦函数、双曲余弦函数等)的一种或任意组合(例如线性组合)。
图5C是根据本说明书一些实施例所示的示例性二阶电极130-2的结构示意图。图5D是根据本说明书一些实施例所示的示例性部分二阶电极130-2的外轮廓线的曲线斜率示意图。
在一些实施例中，电极130可以包括两个电极包络区域，两个电极包络区域的电势相反。其中，电极包络区域可以为电极130的导电介质所在的区域，电极包络区域的电势可以为电极包络区域两端的电压。举例来说，如图5C所示，二阶电极130-2的第一电极包络区域131两端的电压可以为正向，第二电极包络区域132两端的电压可以为负向。可选的，第一电极包络区域131两端的电压也可以为负向，第二电极包络区域132两端的电压可以为正向。
在一些可选的实施例中，在两个电极包络区域的极化方向相同时，可以控制两个电极包络区域外接方向相反的电势，使得两个电极包络区域的电势相反。在一些可选的实施例中，在两个电极包络区域的极化方向相反时，可以控制两个电极包络区域外接方向相同的电势，使得两个电极包络区域的电势相反。
在一些实施例中，两个电极包络区域之间可以存在转换点133，两个电极包络区域中的第一电极包络区域131中的电极宽度可以从所述固定区域124到所述转换点133逐渐减小。
在一些实施例中，转换点133可以为电极包络区域之间电势为0的点，且该点两侧区域(即两个电极包络区域)的电势方向相反。在一些实施例中，转换点133可以用于区分电极包络区域。例如，在固定区域124到转换点133之间的电极包络区域可以为第一电极包络区域131。其中，第一电极包络区域131中的电极在某个位置的宽度(如图5C所示的d3)可以是在该位置处与压电组件120的沿长度方向的中轴线垂直的线与电极130的外轮廓线的两个交点之间的距离。在一些实施例中，第一电极包络区域131中的电极宽度减小可以包括梯度减小、线性减小或曲线性减小等一种或任意组合。
举例来说，如图5C所示，在电极130为二阶电极130-2时，转换点131的电势可以为0，第一电极包络区域131和第二电极包络区域132的电势相反。并且，第一电极包络区域131的宽度可以从左侧(即固定区域124)到转移点133呈曲线性减小。如图5D所示，在第一电极包络区域131内，二阶电极130-2沿中轴线以上的部分的外轮廓线的曲线斜率的绝对值从振动固定区域124到转移点133随着长度的增加逐渐减小。
在一些实施例中，两个电极包络区域的第二电极包络区域132中的电极宽度从转换点133到振动输出区域123先增大后减小。第二电极包络区域132中的电极在某个位置的宽度(如图5C所示的d4)可以是在该位置处与压电组件120的沿长度方向的中轴线垂直的线与电极130的外轮廓线的两个交点之间的距离。在一些实施例中，在转换点133到振动输出区域123之间的电极包络区域可以为第二电极包络区域132。在一些实施例中，第二电极包络区域132中的电极宽度先增大后减小可以包括梯度变化、线性变化或曲线性变化等一种或多种减小方式。举例来说，如图5C所示，第二电极包络区域132中的电极宽度可以从左侧(即转换点133)开始曲线性增大，增大幅度越来越小，直到宽度达到峰值后开始曲线性减小，到振动输出区域123为止，减小幅度先增加后减小。如图5D所示，在第二电极包络区域132内，二阶电极130-2沿中轴线以上的部分的外轮廓线的曲线斜率的绝对值从转移点133随着长度的增加先减小，至第二电极包络区域132的最宽处曲线斜率减小为0，之后随着长度的增加，曲线斜率的绝对值先增大后减小，至振动输出区域123处减小为0。
在一些实施例中，电极130还可以包括第三电极包络区域、第四电极包络区域等一个或多个包络 区域，电极包络区域的形状和数量可以根据需要控制的压电组件120的振型确定。
在一些实施例中，电极130在固定区域124的宽度可以等于固定区域124的宽度。如图5A和图5C所示，固定区域124的宽度可以为D，相对应的，电极130在固定区域124的宽度也可以为D。
在一些可选的实施例中，电极130在固定区域124的宽度也可以不等于固定区域124的宽度，如电极130的宽度可以小于固定区域124的宽度，也可以大于固定区域124的宽度。
在一些实施例中，电极130在振动输出区域123的宽度可以为0。如图5A和图5C所示，电极130在振动输出区域123的宽度可以为0。
在一些可选的实施例中，电极130在振动输出区域123的宽度也可以不为0。例如，电极130在振动输出区域123的宽度可以小于电极130在固定区域124的宽度且大于0。
图6是根据本说明书一些实施例所示的示例性压电组件的频响曲线的对比示意图。如图6所示，曲线1为电极130完全覆盖压电组件120的一个表面(即电极130与压电组件120重合)时压电组件120振动输出区域处的频响曲线。曲线2为采用如图5A所示的一阶电极形态的压电组件120的频响曲线，曲线3为采用如图5C所示的二阶电极形态(且两个包络区的电势相反)的压电组件120的频响曲线。
如图6所示，曲线1存在一阶峰和二阶谷，反映电极130完全覆盖压电组件120的一个表面(即电极130与压电组件120重合)时压电组件120在中高频范围具有较为复杂的振动模态，尤其是500Hz～3000Hz的范围内具有明显差异的振动响应。采用一阶电极形态后，曲线2所示的压电组件120的一阶模态频段延长，二阶谷消失，并在二阶峰频率处(如3000Hz附近处)产生了曲线的窄带跳变，还将二阶峰的幅值降低。如此，一阶电极130-1的设置方式可以使得压电组件120在一阶峰和二阶峰之间的振动响应变得更为平坦。在采用二阶电极130-2(且两个包络区的电势相反)后，曲线3所示的压电组件120的频响曲线从低频阶段(如0～100Hz)开始即处于二阶振型，并在一阶峰频率处(如500Hz-600Hz之间)产生了曲线的窄带跳变，将一阶峰幅值降低。在峰值频率后，直至三阶峰频率处(如9000hz处)均处于二阶振型。如此，二阶电极130-2的设置方式可以使得压电组件120从低频阶段开始到三阶峰之间均处于二阶阵型。从曲线2和3可以看出，一阶电极形态和二阶电极形态(且两个包络区的电势相反)具有模态控制效果。本说明书中的“峰频率”指的是电极130完全覆盖压电组件120的一个表面(即电极130与压电组件120重合)时压电组件120的峰(例如，一阶峰、二阶峰、三阶峰等)频率。
此外，如图6所示，曲线4为采用如图5C所示的二阶电极130-1(且两个包络区的电势相同)的压电组件120的频响曲线；曲线5为采用三角形电极(即由压电组件120的固定区域124和振动输出区域123的中心点组成的等腰三角形作为电极的形状)的压电组件120的频响曲线。其中，采用三角形电极时，曲线5所示的压电组件120的频响曲线虽然仍存在二阶谷，但二阶谷相较于电极完全覆盖的曲线1明显后移。如此，三角形电极130的设置方式可以使得压电组件120在一阶峰频率和二阶谷频率之间的响应变得更为平坦。采用二阶电极130-2(且两个包络区的电势相反)后，曲线4所示的压电组件120的频响曲线与曲线1(电极130完全覆盖压电组件120的一个表面)类似。
图7A是电极完全覆盖压电组件的一个表面(即电极与压电组件重合)时的压电组件120在二阶谷频率处的振型图；图7B是根据本说明书一些实施例所示的采用一阶电极130-1的压电组件120在二阶谷频率处的振型图；图7C是根据本说明书一些实施例所示的采用二阶电极130-2的压电组件120在二阶谷频率处的振型图。
结合图6和图7A-图7C，在二阶谷频率(例如1622Hz)处，电极完全覆盖压电组件的一个表面(即电极与压电组件重合)时，压电组件120的振动响应的波动较大，频响曲线不平坦。而进行了电极设计(如一阶电极130-1或二阶电极130-2)的压电组件120的振动响应的波动较小，频响曲线更平坦，更不容易形成节点。
在本说明书实施例中，可以通过对电极130进行设计形成压电组件120的模态作动器，使得压电组件120仅产生特定模态的激励力以输出特定模态振型，提高声学设备的声音特性。并且，压电组件120的频响曲线能够更加稳定，从而避免压电组件120的振动输出区域123形成节点，提高声学设备100的工作可靠性。
并且，相比于在特定区域附加弹簧、质量、阻尼等机械结构组成的模态控制系统，本说明书实施例基于电极130设计即可实现对压电组件120的模态控制，简化声学设备100的结构。
在一些实施例中，还可以根据电极130的设计对压电组件120进行设计。下面以多个示例性的采用一维一阶电极130-1的设计为例，详细说明设计压电组件120的具体实施方式。
图8A是根据本说明书一些实施例所示的电极130与压电组件120的结构示意图；图8B是根据本说明书一些实施例所示的电极130与压电组件120的结构示意图；图8C是根据本说明书一些实施例所示的电极130与压电组件120的结构示意图；图8D是根据本说明书一些实施例所示的电极130与压电组件120的分解结构示意图。应当理解的是，图8A-8D中的三角形区域(或类三角形区域)仅作为示意，并 不用于限定电极的形状。
在一些实施例中，如图3所示，基板121可以为矩形，压电层122可以为与基板121重合的压电矩形梁(压电层122全部为压电区域)，电极130可以为一阶电极130-1，即电极130(类三角形区域所示)的覆盖面积<压电层122的覆盖面积＝覆盖压电层122的基板121的表面积。
在一些实施例中，如图8A所示，基板121可以为矩形，压电层122可以为与基板121重合的压电矩形梁，电极130可以为一阶电极130-1。压电层122包括压电区域1221(采用压电材料制成)和非压电区域1222(采用非压电材料制成)，其中压电区域1221与一阶电极130-1重合(压电区域1221内部的虚线仅用于区分压电区域1221和电极130，并不用于限定两者的大小)，即电极130(类三角形区域所示)的覆盖面积＝压电区域1221的覆盖面积<压电层122的覆盖面积＝覆盖压电层122的基板121的表面积。
在一些实施例中，如图8B所示，基板121可以为矩形，电极130可以为一阶电极130-1，压电层122可以与电极130重合，且覆盖面积都小于覆盖压电层122的基板121的表面积，即电极130(类三角形区域所示)的覆盖面积＝压电层122的覆盖面积<覆盖压电层122的基板121的表面积。也就是说，压电层122中电极未覆盖区域的压电材料去除，保留基板为矩形梁。
在一些实施例中，如图8C所示，电极130可以为一阶电极130-1，基板121和压电层122可以都与电极130重合，即电极130(类三角形区域所示)的覆盖面积＝压电层122的覆盖面积＝覆盖压电层122的基板121的表面积。
在一些实施例中，压电层122可以与基板121重合。例如，如图3所示或图8C所示，压电层122的覆盖面积＝覆盖压电层122的基板121的表面积。在一些可选的实施例中，压电层122可以不与基板121重合。例如，如图8B所示，压电层122的面积可以小于基板121的面积。
在一些实施例中，压电层122可以全部为压电区域。例如，如图3、图8B或图8C所示，压电层122可以全部由压电材料支撑。在一些实施例中，压电层122可以包括压电区域1221和非压电区域1222。例如，如图8A所示，压电层122包括由压电材料制成的压电区域1221和由非压电材料制成的非压电区域1222，压电层122的面积等于压电区域1221的面积和非压电区域1222的面积之和。
在一些实施例中，压电区域1221可以与电极130重合。例如，如图8A，压电层122中的压电区域1221与电极130的覆盖区域相等，且空间位置相互重叠。
在一些实施例中，压电层122可以与电极130重合。例如，如图8B或图8C所示，压电层122的覆盖面积与电极130的覆盖面积相等，且空间位置相互重叠。
在一些实施例中，可以通过电极130与压电区域的覆盖形状的设计，使电极130的有效电极部分对压电组件120产生特定的模态。例如，压电层122可以包括由压电材料制成的压电区域和由非压电材料制成的非压电区域。压电区域和非压电区域的面积之和等于压电层122在基板121上的覆盖面积，基板121和压电层122重合。压电区域和非压电区域的面积之和等于电极130在压电层122上的覆盖面积，即电极130和压电层122重合。在一些实施例中，压电区域在所述基板121上的覆盖面积可以小于所述压电层122在所述基板121上的覆盖面积。例如，如图8D所示，基板121可以为矩形，压电层122可以为与基板121重合的压电矩形梁，电极130可以为矩形电极。压电层122包括压电区域1221和非压电区域1222，其中压电区域1221(斜纹填充区域所示)的形状和面积用于限定矩形电极130的有效面积，即压电区域1221的面积<压电层122的覆盖面积＝电极130的覆盖面积＝覆盖压电层122的基板121的表面积。其中，覆盖在压电区域1221上的部分电极130可以为压电组件120提供驱动电压，即该部分电极130可以为有效电极部分，而覆盖在非压电区域1222上的部分电极130则仅作为导电组件为有效电极部分传输电能，从而压电区域1221在基板121上的覆盖面积可以看作是电极130的有效区域的面积。如此，可以通过设计压电区域1221的方式，实现电极130的设计，使得覆盖在压电区域122的部分电极130可以控制压电组件120输出特定的模态。
图9是根据本说明书一些实施例所示的压电组件120的频响曲线的示意图。在一些实施例中，曲线6为矩形电极完全覆盖在矩形压电组件的一个表面(即电极、压电组件和基板都重合)时压电组件120的频响曲线。曲线7为上述图3所示的压电组件120(即电极130的覆盖面积<压电层122的覆盖面积＝覆盖压电层122的基板121的表面积)的频响曲线,曲线8为上述图8A或图8D所示的压电组件120(即电极130的覆盖面积＝压电区域1221的覆盖面积<压电层122的覆盖面积＝覆盖压电层122的基板121的表面积或压电区域面积<压电层122的覆盖面积＝电极130的覆盖面积＝覆盖压电层122的基板121的表面积)的频响曲线,曲线9为上述图8B所示的压电组件120(即电极130的覆盖面积＝压电层122的覆盖面积<覆盖压电层122的基板121的表面积)的频响曲线,曲线10为上述图8C所示的压电组件120(即电极130的覆盖面积＝压电层122的覆盖面积＝覆盖压电层122的基板121的表面积)的频响曲线。
如图9所示，电极完全覆盖压电组件的一个表面(即电极与压电组件重合)时，曲线6所示的压电组件120的频响曲线存在一阶峰和二阶谷，压电组件120具有多种模态。曲线7与曲线8的频响特性类 似，可以反映将电极未覆盖区域的压电材料替换为非压电材料(或用压电区域的形状限定电极的有效面积)与全部为压电材料相比，频响曲线的特性类似。曲线9的频响幅值显著提升，而低频峰向高频移动，二阶模态被明显抑制，并平滑过渡到三阶谷，可以反映去除电极130未覆盖区域的压电材料，使压电层122与电极130重合，并且压电层122(或电极130)的覆盖面积小于覆盖压电层122的基板121的表面积时，可以起到模态的控制作用。曲线10所示的频响曲线仍存在一阶峰和二阶谷，仍有多种模态，可以反映当基板121、压电层122和电极130均为一阶电极130-1的形状时，其频响特性与电极完全覆盖压电组件的一个表面(即电极与压电组件重合)时的一致。因此，一阶电极130-1的形状可能对矩形压电悬臂梁的振动模态产生影响，但不能对相同形状(例如一阶电极130-1的形状)的压电悬臂梁的振动模态产生控制作用。
在一些实施例中，采用一阶电极130-1覆盖压电层122的电势分布，与采用一阶电极130-1覆盖压电区域1221，压电层122的其他区域替换成非压电材料制成的非压电区域1222时，压电层122的电势分布有相同规律。例如，在压电组件120的振动频率为100Hz左右，如图3所示的压电组件120中一阶电极130-1未覆盖的压电层122的区域无电势差，如图8A所示的在压电层122上的电极130的未覆盖区域的材料替换为非压电材料之后，电极未覆盖的非压电区域无电学性能。
在本说明书实施例中，可以根据电极130的设计对压电组件120进行设计，压电组件120中未被电极覆盖区域可以从压电材料替换为非压电材料，从而在确保压电组件120能够正常输出振动的同时，降低压电组件120的制作成本。
图10是根据本说明书一些实施例所示的示例性的附加质量块模型140的压电组件120的结构示意图。
在一些实施例中，压电组件120的振动输出区域可以与振动组件110和/或其他组件连接。在一些实施例中，可以将振动组件110和/或其他组件简化为质量块模型140，以便对电极130的轮廓曲线进行设计。示例性的，如图10所示，压电组件120的振动输出区域123与质量块模型140连接。其中，质量块模型140可以传输振动并通过自身的第二振动输出区域141输出振动。在一些实施例中，第二振动输出区域141可以包括质量块模型140的一个面、一条边或一个点等，或其任意组合。如图10所示，第二振动输出区域141可以包括质量块模型140的中心点。第二振动输出区域141的具体实现方式可以参考上述图3-4中的相关描述，此处不再赘述。
在一些实施例中，可以根据压电组件120和质量块模型140的质量关系，以及压电组件120的振动结构，确定电极130的轮廓曲线，对压电组件120进行模态控制。在一些实施例中，压电组件120和质量块模型140的质量关系可以包括质量块模型140的质量与压电组件120的质量的比值，即质量比α。例如，质量比α可以包括0.25、0.5、0.75、1、1.5、2、2.5、3等。下面以图10所示的压电悬臂梁为例，分别提供几个示例性的一阶电极130-1和二阶电极130-2，以详细描述质量比的具体实现方式。
图11A是根据本说明书一些实施例所示的示例性一阶电极130-1的形状示意图。图11B是根据本说明书一些实施例所示的示例性二阶电极130-2的形状示意图。
如图11A所示，曲线11为附加质量比α＝0.5的质量块模型140时一阶电极130-1的轮廓曲线，曲线12为附加质量比α＝1的质量块模型140时一阶电极130-1的轮廓曲线，曲线13为附加质量比α＝2的质量块模型140是一阶电极130-1的轮廓曲线。如图11B所示，曲线14为附加质量比α＝0.5的质量块模型140时二阶电极130-2的轮廓曲线，曲线15为附加质量比α＝1的质量块模型140时二阶电极130-2的轮廓曲线，曲线16为附加质量比α＝2的质量块模型140时二阶电极130-2的轮廓曲线。
在一些实施例中，随着质量比α的变化，电极130的形状也可以随之变化。例如，质量块模型140的质量与压电组件120的质量比α越大，电极130的宽度的变化过程越来越平直。示例性的，如图11A所示，从曲线11到曲线13，质量块模型140的质量与压电组件120的质量比α越来越大，一阶电极130-1的轮廓曲线的弯曲程度越来越小，即一阶电极130-1的轮廓曲线的变化越来越平直。
又例如，如图11B所示，从曲线14到曲线16，质量块模型140的质量与压电组件120的质量比α越来越大，二阶电极130-2的轮廓曲线从固定区域124到转换点133减小时的弯曲程度越来越小。并且，二阶电极130-2的轮廓曲线从转换点133到振动输出区域123增大时的弯曲程度也越来越小，减小时的弯曲程度也越来越小，即二阶电极130-2的轮廓曲线的变化越来越平直。上述电极130的轮廓曲线的具体实现方式可以参考图5A-5D中的相关描述，此处不再赘述。
在一些实施例中，在压电组件120附加质量块模型140的情况下，可以不考虑压电组件120和质量块模型140的质量关系，而是仅根据压电组件120的振动结构，确定电极130的轮廓曲线，也可以对压电组件120进行模态控制。未考虑质量比进行电极设计的具体实现方式，可以参考下述图12-图13D中的相关描述，此处不再赘述。
图12是根据本说明书一些实施例所示的示例性压电组件的频响曲线的对比示意图。
如图12所示，曲线17为电极130完全覆盖压电组件120的一个表面(即电极130与压电组件120重合，均为矩形)时且附加质量块模型140的压电组件120的频响曲线。曲线18为附加质量比α＝0.5的质量块模型140且采用如图11A所示的一阶电极130-1的压电组件120的频响曲线，曲线19为附加质量比α＝1的质量块模型140且采用如图11A所示的一阶电极130-1的压电组件120的频响曲线，曲线20为附加质量比α＝2的质量块模型140且采用如图11A所示的一阶电极130-1的压电组件120的频响曲线，曲线21为采用如图5A所示的一阶电极130-1(即未附加质量块模型140时计算得到的电极形状)但仍附加质量比α＝0.5的质量块模型140的压电组件120的频响曲线，曲线22为附加质量比α＝0.5的质量块模型140且采用如图11B所示的二阶电极130-2的压电组件120的频响曲线。
如图12所示，曲线17存在一阶峰和二阶谷，可以反映电极130完全覆盖压电组件120的一个表面(即电极130与压电组件120重合)时且附加质量块模型140的压电组件120仍具有多种模态。
如图12所示，在采用附加质量块模型140下设计的一阶电极130-1后，曲线18-曲线20所示的压电组件120均从一阶峰开始，平滑过渡至二阶峰频率处(如1000Hz附近处)，在二阶峰频率处才产生了微弱的跳变，随后继续平滑过渡至三阶谷。并且，在二阶峰频率处和三阶峰频率处(如7000Hz附近处)，曲线18-曲线20所示的压电组件120的频响曲线的幅值均显著降低。
并且，随着质量比α增加，曲线18-曲线20所示的压电组件120的频响曲线的一阶峰对应的频率越来越低，从一阶峰向后幅值也越来越低，且频响曲线在二阶峰频率处跳变后变化趋势越来越平直，可以反映质量比α越大，采用附加质量块模型140下设计的一阶电极130-1的压电组件120的模态控制效果越好。
如图12所示，在采用未附加质量块模型140下设计的一阶电极130-1后，曲线21所示的附加质量比α＝0.5的质量块模型140的压电组件的频响曲线，在二阶谷对应的频率处可以平滑过渡，但在二阶峰频率处跳变的幅值和带宽明显增加，可以反映未附加质量块模型140下设计的一阶电极130-1仍然可以实现对压电组件120的二阶谷的模态控制，但对高阶模态的抑制效果可能会减弱。
在采用附加质量块模型140下设计的二阶电极130-2后，曲线22所示的压电组件120的频响曲线与上述图6中的曲线3所示的未附加质量块模型140的压电组件120的频响曲线类似，从低频阶段(如0～100Hz)开始即处于二阶振型，并在一阶峰频率处(如100Hz和200Hz之间)产生了曲线的窄带跳变，将一阶峰幅值降低。在峰值频率后，直至三阶峰频率处(如6000Hz和7000Hz之间)均处于二阶振型，可以反映采用附加质量比α＝0.5的质量块模型140下设计的二阶电极130-2(且两个包络区的电势相反)的压电组件120可以控制二阶振型。
图13A是根据本说明书一些实施例所示的附加质量块模型140且电极完全覆盖压电组件120的一个表面(即电极130与压电组件120重合)时的压电组件120在二阶谷频率处的振型图；图13B是根据本说明书一些实施例所示的采用附加质量块模型140下设计的一阶电极130-1的压电组件120在二阶谷频率处的振型图；图13C是根据本说明书一些实施例所示的采用未附加质量块模型140下设计二阶电极130-2的压电组件120在二阶谷频率处的振型图；图13D是根据本说明书一些实施例所示的采用附加质量块模型140下设计二阶电极130-2的压电组件120在二阶谷频率处的振型图。
结合图12和图16A-图16D，在二阶谷频率(例如1411Hz)处，电极完全覆盖压电组件的一个表面(即矩形电极与矩形压电组件重合)时，附加质量块模型140的压电组件120在振动过程中的振动响应的波动较大，频响曲线不平坦，振动输出区域123在某些频率下可能形成节点，影响声学输出的效果。而采用在附加质量块模型140下设计的一阶电极130-1(或在附加质量块模型140下设计的一阶电极130-1、二阶电极130-2或在未附加质量块模型140下设计的一阶电极130-1时，附加质量块模型140的压电组件120在振动过程中，压电组件120的振动响应的波动较小，频响曲线更平坦，更不容易形成节点。
此外，如图13C所示，采用在未附加质量块模型140下设计的一阶电极130-1时，附加质量块模型140的压电组件120在振动过程中，其振型会表现出向二阶振型转变的趋势，可以反映未附加质量块模型140下设计的一阶电极130-1仍然可以实现对压电组件120的模态控制，但其对于高阶模态的抑制效果可能会减弱。
在本说明书实施例中，基于质量块模型140和压电组件120的质量比α设计电极130，使得压电组件120可以产生更精确的特定模态的激励力，进一步提升模态控制效果。并且，还可以降低压电组件120的频响曲线在固定频率处的幅值，避免压电组件120的振动输出区域123形成节点，进一步提高声学设备100的工作可靠性。
在一些实施例中，压电组件120可以包括压电板或压电膜。在一些实施例中，可以根据压电板或压电膜的大小以及振动结构的振型函数，确定电极130的形状。例如，可以将压电板或压电膜上的覆盖的电极130设计成多个二维分布的离散电极单元(也可以称为“二维电极”)，使压电组件120产生特定的模态。
下面以图4所示的压电组件120为例，分别提供示例性的离散电极单元134和连续电极，以详细描述二维电极设计的具体实现方式。
在一些实施例中，电极130可以包括多个二维分布的离散电极单元134。在一些实施例中，多个离散电极单元134可以被配置为互相分离，且分布在压电组件120表面的导电材料。在一些实施例中，离散电极单元134的形状可以包括圆形、三角形、四边形、不规则型等一种或任意组合。
图14A是根据本说明书一些实施例所示的示例性的二维电极130的部分结构示意图；图14B是根据本说明书一些实施例所示的示例性的二维电极130的部分结构示意图；图14C根据本说明书一些实施例所示的示例性的二维电极130的部分结构示意图；图14D根据本说明书一些实施例所示的示例性的二维电极130的部分结构示意图。
图14A示出了正方形压电层的四分之一，压电层122(例如尺寸为18×18×0.09mm的正方形压电片)与基板121(例如18×18×0.05mm的钢制基板)重合，基板的四周边缘为固定区域124。图14B示出了正方形压电层的四分之一，压电层122(例如尺寸为18×18×0.09mm的正方形压电片)覆盖在基板121(例如23×23×0.05mm的钢制基板)上，压电层122的覆盖面积小于覆盖压电层的基板121的表面的面积，基板的四周边缘为固定区域124。图14C和图14D分别示出了矩形压电层，压电层122(例如尺寸为40×20×0.5mm的矩形压电平板)与基板121(例如40×20×0.1mm的钢制基板)重合，基板的四周边缘为固定区域124。图14D所示的矩形压电平板为(3,1)模态。本说明书中的“(3,1)模态”中的“3”指长度方向为三阶模态，即将矩形压电平板简化为沿长度方向上的悬臂梁(忽略宽度的存在)时，具有三阶模态；“1”指宽度方向为一阶模态，即将矩形压电平板简化为沿宽度方向上的悬臂梁(忽略长度的存在)时，具有一阶模态。
在一些实施例中，多个离散电极单元134中，在压电层122中心处的相邻两个离散电极单元134之间的间隙小于在压电层122边界处的相邻两个离散电极单元134的间隙。这里所述的“压电层122的中心”可以是压电层122的几何中心，也可以是压电层122的各阶模态的振动幅值输出位置，也可以是振动输出区域123的中心。例如，当压电层122为(3,1)模态时，压电层122的中心可以包括3个，每一个对应一阶振动模态的振动中心。相应地，这里所述的“压电层122的边界”可以是压电层122的几何边界，也可以是压电层122的各阶模态的振动输出最小的区域，也可以是固定区域124的边界。例如，当压电层122为(3,1)模态(即长度方向为三阶模态，宽度方向为一阶模态)时，压电层122的边界可以是每个振动模态对应的区域的边界。例如，如图14A-图14C所示，压电层122的几何中心处的相邻两个离散电极单元134之间的间隙为距离D1，边界处的相邻两个离散电极单元134的间隙可以为距离D2，距离D1小于距离D2。又例如，如图14D所示，压电层122的每个振动中心处的相邻两个离散电极单元134之间的间隙为距离D1，该振动中心对应的区域的边界处的相邻两个离散电极单元134的间隙可以为距离D2，距离D1小于距离D2。在一些实施例中，相邻两个离散电极单元之间的间隙从压电层122的中心到边界处逐渐增加。例如，靠近压电层122的中心的相邻两个离散电极单元之间的间隙小于远离所述压电层122的中心的相邻两个离散电极单元之间的间隙。
在一些实施例中，离散电极单元134的面积大小可以与特定频率(例如一阶峰、二阶峰)下其所在的区域的振动位移量有关。振动位移量是指在振动过程中压电层122相较于不振动时的水平面发生的距离变化。在一些实施例中，在压电层122的中心处的第一离散电极单元1341的面积大于在压电层122的边界处的第二离散电极单元1342的面积。例如，如图14A-图14D所示，由于第一离散电极单元1341比第二离散电极单元1342更靠近振动输出区域123，从而在振动过程中第一离散电极单元1341的位移量大于第二离散电极单元1342的位移量，第一离散电极单元1341的面积可以大于第二离散电极单元1342的面积。
在一些实施例中，离散电极单元134的面积大小可以根据特定频率(例如一阶峰、二阶峰)下其所在的区域的振动位移量与压电层122的最大位移量的差异(如，位移比)，确定每个区域中的离散电极单元134的面积。示例性的，可以将压电层122离散成m×n个压电子区域，即m×n离散电极单元134。基于每一压电子区域的位移量与压电层122的最大位移量的差异，将压电子区域进行等比例缩放，确定压电子区域的离散电极单元134的面积。
在一些实施例中，离散电极单元134的电势可以与其所在的压电子区域的位移方向有关。示例性的，如图14D所示，在压电组件120振动过程中，若第三离散电极单元1343的位移方向与压电层122的最大位移方向相反，而第四离散电极单元1344的位移方向与压电层122的最大位移方向相同，则第三离散电极单元1343的电势方向与第四离散电极单元1344的电势方向相反。
下面以图14A和图14B所示的压电组件120与基板的大小为例，描述分别在其上覆盖不同形状或数量的离散电极单元时的频响曲线的区别。
图15A是根据本说明书一些实施例所示的示例性压电组件的频响曲线的对比示意图；图15B是 根据本说明书一些实施例所示的示例性压电组件的频响曲线的对比示意图；图15C是根据本说明书一些实施例所示的覆盖整体电极的压电组件在5380.3Hz处的振动位移示意图；图15D是根据本说明书一些实施例所示的覆盖8×8离散电极单元的压电组件在5380.3Hz处的振动位移示意图。
如图15A所示，曲线23为如图14A所示的压电层122与基板121重合时，电极130完全覆盖压电组件120的一个表面(即整体电极)时压电组件120的频响曲线；曲线24为在如图14A所示的压电层122与基板121重合时，采用8×8离散电极单元134覆盖的压电组件120的频响曲线；曲线25为在如图14A所示的压电层122与基板121重合时，采用32×32离散电极单元134覆盖的压电组件120的频响曲线。
如图15A所示，曲线23所示的压电组件120的频响曲线产生谐振谷，在谐振谷对应的频率处(如5380.3Hz左右处)产生分割振动，可以反映在电极130完全覆盖压电组件120的一个表面时，压电层122的中心区域与四周振动反相且振动面积相同，容易导致压电组件120的辐射声压在振动输出区域反相相消，难以输出振动。
曲线24-曲线25所示的压电组件120的频响曲线可以在一阶峰(如3500Hz处)和二阶峰(如10000Hz左右处)之间形成平滑的声压级频响曲线，并提升在谐振谷频率附近的幅值，可以反映二维电极130可以拓展压电组件120的活塞振动的频宽，使其在原谐振谷对应的频率处(如5380.3Hz左右处)仍保持一阶活塞振动，并有效地输出辐射声压，从而实现模态控制。本说明书中的“活塞振动”是指压电组件120(例如压电板)各区域在振动时呈现同时上、下的振动情况(位移方向相同)，如同活塞一样。
此外，曲线24-曲线25所示的压电组件120的频响曲线在一阶峰之前(如2000Hz之前)的低频幅值也得到提升，二阶峰及其后的谐振谷总体(如10000Hz之后)带宽也减小，可以反映二维电极130可以提升压电组件120的低频响应，并抑制压电组件120在二阶峰频率处的固有模态振型。
再者，曲线25所示的压电组件120的频响曲线比曲线24所示的压电组件120的频响曲线在一阶峰前(如2000Hz之前)具有更高的低频响应幅值，在二阶峰频率处(如10000Hz左右处)进一步抑制幅值和带宽，可以反映相较于8×8二维电极130，采用32×32二维电极130的压电组件120可以具有更高的低频响应，还可以对高频模态起到抑制作用。
如图15B所示，曲线23’为如图14B所示的压电层122的覆盖面积小于覆盖压电层的基板121的表面的面积时，电极130完全覆盖压电组件120的一个表面(即整体电极)时压电组件120的频响曲线；曲线24’为在如图14B所示的压电层122的覆盖面积小于覆盖压电层的基板121的表面的面积时，采用8×8离散电极单元134覆盖的压电组件120的频响曲线；曲线25’为在如图14B所示的压电层122的覆盖面积小于覆盖压电层的基板121的表面的面积时，采用32×32离散电极单元134覆盖的压电组件120的频响曲线。
如图15B所示，曲线23’所示的压电组件120的频响曲线在4189.8Hz处产生分割振动，振型与曲线23类似，使得振动输出区域的声压反相相消，形成谐振谷。根据曲线24’和曲线25’，二维电极可以实现活塞振动频带的拓展，在原谐振谷频率点仍处于活塞振动，使得声压级在该频段平滑过渡。曲线23’所示的压电组件120的频响曲线在二阶峰后6000Hz附近声压级为平直曲线，而采用二维电极后曲线24’和曲线25’形成谐振谷。该现象的原因在于，对于整体电极，此处的振动模态为基板121超出压电层122的部分谐振，从而输出振动。而二维电极改变了压电层122的振动模态，在与边缘基板121提供的弹性耦合时，形成中间区域和四周区域反相振动的振型，在振动输出区域产生了声压的反相相消，表现为曲线上的谐振谷，对指向性也产生了一定的影响。
如图15C和图15D所示，覆盖整体电极时压电组件120在5380.3Hz处产生分割振动，中间区域与四周区域振动反相且面积相同，造成振动输出区域的声压的反相相消；而覆盖8×8离散电极单元134的二维电极时压电组件120在5380.3Hz处仍为活塞振动，有效输出了声压，使振动输出区域的声压级幅值显著提高。
图16A是根据本说明书一些实施例所示的矩形压电组件120上电极完全覆盖(即整体电极)时的压电组件120的一阶模态振型图；图16B是根据本说明书一些实施例所示的矩形压电组件120上电极完全覆盖(即整体电极)时的压电组件120的高频处的振型图；图16C是根据本说明书一些实施例所示的矩形压电组件120上采用16×8个二维电极130的离散电极单元134的压电组件120的高频处的振型图；图16D是根据本说明书一些实施例所示的矩形压电组件120上采用32×16个二维电极130的离散电极单元134的压电组件120的高频处的振型图。
图16A所示为采用整体电极的矩形压电组件120在6907Hz处的一阶模态；采用整体电极的矩形压电组件120在更高频率18326Hz处呈现的振型如图16B所示。通过覆盖二维电极130，18326Hz处的振型呈现出类似如图16A的一阶振型。由于32×16个离散电极单元比16×8个离散电极单元更多，更接近连续变化，因此覆盖32×16个离散电极单元的压电组件120在18326Hz的振型与一阶振型更接近。
在本说明书实施例中，利用多个离散电极单元134的二维分布实现二维电极130的设计，使得压电组件120可以仅输出特定模态振型，进一步提高声学设备100的声音特性。
并且，压电组件120的频响曲线能够更加稳定，从而避免压电组件120的中间区域与四周区域振动反相而造成振动输出区域123形成节点，提高声学设备100的工作可靠性。
图17A是根据本说明书一些实施例所示的示例性的二维电极130的离散电极单元134的设计思路示意图；图17B是根据本说明书一些实施例所示的示例性的二维电极130的离散电极单元134的结构示意图；图17C是根据本说明书一些实施例所示的等效为两端固支梁的矩形对应的一阶电极130-1的形状示意图。
如图17A所示，可以在长度方向(如图17A中水平方向)上将压电组件120划分(通过15条虚线划分)为16个矩形，其中，16个矩形均以压电组件120的宽度为长度，并等分压电组件120的长度；同理，再在宽度方向(如图17A中竖直方向)上将压电组件120划分(通过7条虚线划分)为8个矩形。长度方向上的16个矩形和宽度方向上的8个矩形均可以等效为两端固支梁。如图7所示，沿长度方向，矩形固支梁从一个固定区域124到另一个固定区域124的宽度从0逐渐增大后再逐渐减小为0，成“梭形”。在一些实施例中，宽度的增大或减小可以包括宽度的梯度增大或减小、线性增大或减小、曲线性增大或减小等一种或任意组合。应当理解的是图17C仅示出了长度方向上电极的形状，宽度方向上的每个矩形固支梁也可以是类似的形状。在一些实施例中，根据图17C所示的一阶电极130-1的形状，确定多个离散电极单元134在长度方向上的第一形状171(如图17A中16列梭形)和多个离散电极单元134在宽度方向上的第二形状172(如图17A中8行梭形)，从而基于第一形状171和第二形状172，确定二维电极130。如图17B所示，二维电极130可以为第一形状171和第二形状172的重叠区域，每个重叠区域可以为一个离散电极单元134。
图18是根据本说明书一些实施例所示的覆盖图17B所示的二维电极130的压电组件120的振型图。
如图18所示，采用图17B所示的二维电极130覆盖的压电组件120在高频段处(如18326Hz)的振型仍接近于一阶振型，从而可以有效输出声压，使振动输出区域的声压级幅值显著提高。相较于图14C所示的二维电极(振型图如图16C和图16D所示)，采用图17B所示的二维电极130也可以实现模态控制。
在一些实施例中，离散的电极单元存在电极间的电路连接难的问题，量产难度较大。因此，可以将电极从离散变为连通，有利于印刷网版的制作和电极的连接，适合量产。例如，电极130可以包括二维分布的连续电极135，连续电极上可以包括多个镂空区域136。
在一些实施例中，连续电极135可以被配置为设置在压电组件120表面的连续导电材料，镂空区域136可以被配置为未设置导电材料的区域。相较于上述图14A-图14D或图17B所示的多个离散电极单元134，连续电极135可以理解为将离散分布电极连成整体而组成的电极130，再通过设置多个镂空区域136将连续电极135离散成二维分布的多个区域，从而实现电极130设计。
图19A是根据本说明书一些实施例所示的示例性的二维分布的连续电极130的部分结构示意图；图19B是根据本说明书一些实施例所示的示例性的二维分布的连续电极130的部分结构示意图；图19C是根据本说明书一些实施例所示的示例性的二维分布的连续电极130的部分结构示意图。
如图19A-19C所示，二维电极130(四分之一二维电极)可以包括二维分布的连续电极135，连续电极135可以包括多个镂空区域136。
在一些实施例中，镂空区域136的形状可以与压电组件120的形状相同，也可以不相同。在一些实施例中，镂空区域136的形状可以包括圆形、三角形、四边形、五边形、六边形或不规则型等一种或任意组合。例如，如图19A所示的连续电极135可以包括多个正方形镂空区域136；如图19B所示的连续电极135可以包括多个六边形镂空区域136；如图19C所示的连续电极135可以包括多个四边形镂空区域以及多个八边形镂空区域。
在一些实施例中，压电层122的中心处的相邻两个镂空区域136之间的间距可以大于在所述压电层的边界处的相邻两个镂空区域136之间的间距。示例性的，如图19A-图19C所示，越靠近边界处相邻两个镂空区域136之间的间距越小。
在一些实施例中，压电层122的中心处的第一镂空区域1361的面积小于在所述压电层的边界处的第二镂空区域1362的面积。如图19A-图19C所示，第一镂空区域1361比第二镂空区域1362更接近压电层122的中心处，第一镂空区域1361的面积小于第二镂空区域1362的面积。
在一些实施例中，可以将压电层122分成多个相同大小的二维分布的压电子区域，每个压电子区域可以包括一个镂空区域136，且镂空区域136可以位于压电子区域的中心处，而该压电子区域中的连续电极135可以位于压电子区域的边缘处，与其他压电子区域的连续电极135形成连续相连的电极。例如， 如图19A-图19C所示，镂空区域136可以设置在压电子区域的中心处，以使压电子区域边缘的电极130连续。
在一些实施例中，镂空区域136的面积大小可以与特定频率(例如一阶峰、二阶峰)下其所在的压电子区域的振动位移量有关。在一些实施例中，可以根据特定频率(例如一阶峰、二阶峰)下压电子区域的振动位移量与压电层122的最大位移量的差异(如，振动位移比)，确定每个压电子区域中的镂空区域136的面积。例如，振动位移量与压电层122的最大位移量的差异越大，镂空区域136的面积越大。图20是根据本说明书一些实施例所示的示例性压电组件的频响曲线的对比示意图。
如图20所示，曲线26为采用整体电极的压电组件120的频响曲线，曲线26为覆盖32×32个离散电极单元的二维电极130的压电组件120的频响曲线，曲线27为覆盖二维分布的32×32个连续电极130的压电组件120的频响曲线。根据曲线26和曲线27，二维分布的连续电极130的模态控制效果与由二维分布的离散电极单元组成的电极130的模态控制效果有一定差异。例如，二维分布的离散电极单元组成的电极130在12128Hz处的谐振谷前移至7829.4Hz。造成谐振谷前移可能与电极130的镂空形状和密集程度相关，但对压电组件120仍表现出一定的模态控制效果。
在本说明书实施例中，利用连续电极135包括多个镂空区域136的方式，可以使得二维电极130的覆盖面从离散变为连通，有利于二维电极的生成、制作以及使用，更适合量产。
应当理解的是，与一维电极类似，二维电极的设计中也可以通过压电层(例如，压电平板、压电膜)中压电区域的形状和面积限定在压电层上覆盖的电极的有效面积。例如，压电平板或压电膜包括由压电材料制成的压电区域和由非压电材料制成的非压电区域，压电区域和非压电区域的面积之和等于压电平板或压电膜在基板上的覆盖面积，电极完全覆盖在压电平板或压电膜上(即电极和压电平板或压电膜重合)。其中，压电区域的图案可以是图14A、图14B、图14C、图14D、图17A、图17B、图19A、图19B或图19C中任意图所示的二维电极设计图案，基板上除压电区域以外的部分为非压电区域。因此，二维电极设计中，可以通过压电区域面积<压电层(例如，压电平板、压电膜)的覆盖面积＝电极的覆盖面积≤覆盖压电层的基板的表面积实现对压电组件的模态控制。
在一些实施例中，电极130可以覆盖在压电层122的一个表面上，也可以覆盖在压电层的两个表面上。例如，电极130还可以覆盖在与上述表面相反的另一个表面上，且电极130在另外一个表面上的覆盖面积可以小于等于该表面的面积。也就是说，可以在两个相反的表面实现电极130的设计，从而对压电组件120的模态进行控制。另一个表面的电极130的设计可以参考上述图5A、5C、8A-8D、11A、11B、14A-14D、17B、19A-19C中任意的电极130的设计，此处不再赘述。
在一些实施例中，压电组件120还可以包括振动调控组件。其中，振动调控组件可以被配置为改变声学设备的振动状态(例如，通过改变声学设备内一个或多个组件的质量、弹性或阻尼，来调整输出的振动模态)的器件。在一些实施例中，振动调控组件可以与压电组件120的振动输出区域123连接，并调整压电组件120输出的振动。在一些实施例中，振动调控组件可以包括连接件(如，壳体等)、质量块(如，金属质量块等)、弹性件(如，牵引绳、弹簧片等)等一种或任意组合。其中，连接件可以将压电组件120与其他组件连接，弹性件可以给压电组件120提供弹力，从而改变压电组件120的振动状态。
在一些实施例中，振动调控组件可以包括质量块170，质量块物理地(例如机械地或电磁地)连接到振动输出区域123。在一些实施例中，质量块170可以为具有一定质量的组件。在一些实施例中，质量块170可以包括金属质量块、橡胶质量块、塑料质量块等一种或任意集合。在一些实施例中，质量块170可以用于改变压电组件120的模态。
在一些实施例中，声学设备100还包括连接件171，连接件171连接振动组件110和压电组件120。在一些实施例中，连接件可以被配置为具有一定刚度的组件，连接件171可以包括传振片、弹性件等一种或任意多种集合。在一些实施例中，质量块170可以通过连接件171与振动输出区域132连接。
下面以上述图3所示的压电组件120为例，提供示例性的声学设备，详细描述压电悬臂梁、质量块170和连接件171的具体实现方式。
图21是根据本说明书一些实施例所示的示例性的声学设备的结构示意图。在一些实施例中，声学设备可以包括至少一个压电组件120，每个压电组件120的振动输出区域可以与一个振动组件110连接，每个振动组件110与振动调控组件(例如质量块170)连接。如图21所示，声学设备可以包括两个采用一阶电极130-1覆盖的压电组件120、每个压电组件120的振动输出区域与振动组件110连接，振动组件110与振动调控组件(例如质量块170)通过至少一个连接件171连接。
在一些实施例中，声学设备中的压电组件120的长度可以缩短，以减小压电组件120的模态。例如，声学设备可以利用连接件171提供的弹性以及质量块170来构建低频峰，从而采用短压电悬臂梁(如图21所示的压电组件120)以减少模态，形成在频响曲线的低频峰和一阶模态峰(频率较高)之间的平直频响曲线。
图22是根据本说明书一些实施例所示的示例性压电组件的频响曲线的对比示意图。
如图22所示，曲线29为采用长度为8mm的整体电极的压电组件120的频响曲线，曲线30为采用长度为8mm的一阶电极130-1的压电组件120的频响曲线；曲线31为采用长度为10mm的一阶电极130-1的压电组件120的频响曲线；曲线32为采用长度为12mm的一阶电极130-1的压电组件120的频响曲线。
如图22所示，曲线29所示的压电组件120对应的频响曲线在二阶模态谷处(如12272Hz处)产生二阶谐振，可以反映声学设备中采用整体电极的压电组件120无法有效输出振动，导致其频响曲线上出现谐振谷。曲线30-曲线32所示的压电组件120对应的频响曲线的谐振谷提升，并且未影响谐振谷钱的振动特性，可以反映声学设备中采用一阶电极130-1的设计，可以提升压电组件120产生的二阶谐振谷。
并且，曲线30-曲线32所示的压电组件120对应的频响曲线中压电悬臂梁(即压电组件120)与传振片形成的模态前移，可以反映在声学设备中采用一阶电极130-1的设计的情况下，适当延长压电组件120的长度(例如，将压电组件120的长度设为不小于8mm，不小于10mm，或者不小于12mm)，可以在提升谐振谷的同时，提升声学设备中低频的灵敏度。
图23A是根据本说明书一些实施例所示的采用整体电极130的声学设备的振型图；图23B是根据本说明书一些实施例所示的采用一阶电极130-1的声学设备的振型图。
如图23A所示，在谐振谷处(如，12272Hz处)，采用整体电极的声学设备中压电组件120的振动输出区域形成节点。如图23B所示，在谐振谷处(如，12272Hz处)，采用一阶电极130-1的声学设备中压电组件120的振动输出区域未形成节点，呈一阶振型。
在本说明书提供的实施例中，电极130的设计可以提升声学设备中压电组件120对应的频响曲线产生的二阶谐振谷，同时可以采用更长的压电组件120，提升声学设备中低频的灵敏度。
图24是根据本说明书一些实施例所示的示例性声学设备的结构示意图。
在一些实施例中，如图24所示，声学设备100可以为压电悬臂梁输出构型，采用电极设计的压电悬梁臂(即，压电组件120)的一端为固定区域124，另一端为振动输出区域123，并通过连接件171输出振动至振动板或振膜(即，振动组件110)。在一些实施例中，声学设备100可以为骨传导音频设备(例如，骨传导耳机、骨传导眼镜等)。在一些实施例中，压电组件120的固定端可以包括骨传导音频设备的外壳、耳挂顶点、耳挂与板仓连接处、眼镜镜腿等一种或任意多种集合。在一些实施例中，连接件171可以具有一定的刚性，且与振动板或振膜、压电悬梁臂的振动输出区域刚性连接。
本说明书实施例可能带来的有益效果包括但不限于：(1)通过电极设计形成压电组件的模态作动器，使得压电组件仅产生特定模态的激励力以输出特定模态振型，从而避免压电组件的振动输出点形成节点，提高声学设备的工作可靠性。(2)相比于在特定区域附加弹簧、质量、阻尼等机械结构组成的模态控制系统，本说明书实施例基于电极设计即可实现对压电组件的模态控制，简化声学设备的结构。
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述详细披露仅仅作为示例，而并不构成对本说明书的限定。虽然此处并没有明确，说明，本领域技术人员可能会对本说明书进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本说明书中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本说明书示范实施例的精神和范围。
同时，本说明书使用了特定词语来描述本说明书的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本说明书至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本说明书的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
此外，除非权利要求中明确说明，本说明书所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本说明书流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本说明书实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。
同理，应当注意的是，为了简化本说明书披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本说明书实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本说明书对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近 似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本说明书一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
针对本说明书引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本说明书作为参考。与本说明书内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本说明书权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本说明书中的)也除外。需要说明的是，如果本说明书附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本说明书所述内容有不一致或冲突的地方，以本说明书的描述、定义和/或术语的使用为准。
最后，应当理解的是，本说明书中所述实施例仅用以说明本说明书实施例的原则。其他的变形也可能属于本说明书的范围。因此，作为示例而非限制，本说明书实施例的替代配置可视为与本说明书的教导一致。相应地，本说明书的实施例不仅限于本说明书明确介绍和描述的实施例。

Claims (37)

  1. 一种声学设备，包括：
    压电组件，所述压电组件在驱动电压的作用下产生振动；
    电极，所述电极为压电组件提供所述驱动电压；以及
    振动组件，所述振动组件物理地连接到所述压电组件，接收所述振动并产生声音，其中，所述压电组件包括：
    基板；以及
    压电层，所述压电层覆盖在所述基板的一个表面上，所述电极覆盖在所述压电层的一个表面上，且所述电极在所述压电层表面上的覆盖面积小于覆盖有所述压电层的所述基板的表面的面积。
  2. 根据权利要求1所述的声学设备，其特征在于，所述压电组件包括振动输出区域。
  3. 根据权利要求2所述的声学设备，其特征在于，所述压电组件还包括固定区域。
  4. 根据权利要求2或权利要求3所述的声学设备，其特征在于，所述压电组件还包括振动调控组件。
  5. 根据权利要求3所述的声学设备，其特征在于，所述电极的宽度从所述固定区域到所述振动输出区域逐渐减小。
  6. 根据权利要求3所述的声学设备，其特征在于，所述电极包括两个电极包络区域，所述两个电极包络区域的电势相反。
  7. 根据权利要求6所述的声学设备，其特征在于，所述两个电极包络区域之间存在转换点，所述两个电极包络区域中的第一电极包络区域中的电极宽度从所述固定区域到所述转换点逐渐减小。
  8. 根据权利要求7所述的声学设备，其特征在于，所述两个电极包络区域的第二电极包络区域中的电极宽度从所述转换点到所述振动输出区域先增大后减小。
  9. 根据权利要求5或权利要求6所述的声学设备，其特征在于，所述电极在所述固定区域的宽度等于所述固定区域的宽度。
  10. 根据权利要求5或权利要求6所述的声学设备，其特征在于，所述电极在所述振动输出区域的宽度为0。
  11. 根据权利要求1-10中任一项所述的声学设备，其特征在于，所述压电层与所述基板重合。
  12. 根据权利要求11所述的声学设备，其特征在于，所述压电层包括压电区域和非压电区域。
  13. 根据权利要求12所述的声学设备，其特征在于，所述压电区域与所述电极重合。
  14. 根据权利要求1-10中任一项所述的声学设备，其特征在于，所述压电层与所述电极重合。
  15. 根据权利要求1所述的声学设备，其特征在于，所述压电层包括压电平板或压电膜。
  16. 根据权利要求15所述的声学设备，其特征在于，所述电极包括二维分布的多个离散电极单元。
  17. 根据权利要求16所述的声学设备，其特征在于，所述多个离散电极单元中，在所述压电层中心处的相邻两个离散电极单元之间的间隙小于在所述压电层边界处的相邻两个离散电极单元的间隙。
  18. 根据权利要求16或权利要求17所述的声学设备，其特征在于，在所述压电层的中心处的第一离散电极单元的面积大于在所述压电层的边界处的第二离散电极单元的面积。
  19. 根据权利要求15所述的声学设备，其特征在于，所述电极包括二维分布的连续电极，所述连续电极上包括多个镂空区域。
  20. 根据权利要求19所述的声学设备，其特征在于，在所述压电层的中心处的第一镂空区域的面积小于在所述压电层的边界处的第二镂空区域的面积。
  21. 根据权利要求1-20中任一项所述的声学设备，其特征在于，所述电极也覆盖在与所述表面相反的另一个表面上，且所述电极在所述另外一个表面上的覆盖面积小于等于该表面的面积。
  22. 根据权利要求4所述的声学设备，其特征在于，所述振动调控组件包括质量块，所述质量块物理地连接到所述振动输出区域。
  23. 根据权利要求1-22中任一项所述的声学设备，其特征在于，所述声学设备还包括连接件，所述连接件连接所述振动组件和所述压电组件。
  24. 根据权利要求1-23中任一项所述的声学设备，其特征在于，所述声学设备为骨传导音频设备。
  25. 一种声学设备，包括：
    压电组件，所述压电组件在驱动电压的作用下产生振动；
    电极，所述电极为压电组件提供所述驱动电压；以及
    振动组件，所述振动组件物理地连接到所述压电组件，接收所述振动并产生声音；其中，所述压电组件包括：
    基板；以及
    压电层，所述压电层覆盖在所述基板的一个表面上，所述压电层包括压电区域和非压电区域，其中，
    所述电极覆盖在所述压电层的一个表面上；
    所述基板、所述压电层和所述电极分别重合；
    所述压电区域在所述基板上的覆盖面积小于所述压电层在所述基板上的覆盖面积。
  26. 根据权利要求25所述的声学设备，其特征在于，所述压电组件包括振动输出区域。
  27. 根据权利要求26所述的声学设备，其特征在于，所述压电组件还包括固定区域。
  28. 根据权利要求27所述的声学设备，其特征在于，所述压电区域的宽度从所述固定区域到所述振动输出区域逐渐减小。
  29. 根据权利要求27所述的声学设备，其特征在于，所述压电区域包括两个压电包络区域，所述两个压电包络区域对应的两个电极区域的电势相反。
  30. 根据权利要求28或权利要求29所述的声学设备，其特征在于，所述压电区域在所述固定区域的宽度等于所述固定区域的宽度。
  31. 根据权利要求28或权利要求29所述的声学设备，其特征在于，所述压电区域在所述振动输出区域的宽度为0。
  32. 根据权利要求25所述的声学设备，其特征在于，所述压电层包括压电平板或压电膜。
  33. 根据权利要求32所述的声学设备，其特征在于，所述电极包括二维分布的多个离散电极单元。
  34. 根据权利要求33所述的声学设备，其特征在于，所述多个离散电极单元中，在所述压电层中心处的相邻两个离散电极单元之间的间隙小于在所述压电层边界处的相邻两个离散电极单元的间隙。
  35. 根据权利要求33所述的声学设备，其特征在于，在所述压电层的中心处的第一离散电极单元的面积大于在所述压电层的边界处的第二离散电极单元的面积。
  36. 根据权利要求32所述的声学设备，其特征在于，所述电极包括二维分布的连续电极，所述连续电极上包括多个镂空区域。
  37. 根据权利要求36所述的声学设备，其特征在于，在所述压电层的中心处的第一镂空区域的面积小于在所述压电层的边界处的第二镂空区域的面积。
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