CN117981354A - 多层静电换能器 - Google Patents

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CN117981354A CN202280063599.6A CN202280063599A CN117981354A CN 117981354 A CN117981354 A CN 117981354A CN 202280063599 A CN202280063599 A CN 202280063599A CN 117981354 A CN117981354 A CN 117981354A
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詹姆斯·赫杰斯
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Abstract

静电换能器(200)包括第一和第二柔性导电膜(204,206)；以及第一和第二导电定子(208，210)。膜(204，206)和定子(208，210)被组装成层式构造，膜(204，206)位于定子(208，210)之间。静电换能器(200)被设置为在使用中施加电势，该电势在膜(204，206)和定子(208，210)之间产生静电力，使得膜(204，206)相对于定子(208，210)移动。第一和第二柔性导电膜(204，206)具有相应的第一和第二有效柔度，其中第一有效柔度比第二有效柔度大至少10％。

Description

多层静电换能器
本发明涉及静电换能器，并且特别地但不排他地涉及适合于再现音频信号的扬声器。
传统的静电扬声器包括安置在两个穿孔的导电背板之间以形成电容器的导电膜。向膜施加D.C.(直流)偏置，并且向两个背板施加A.C.(交流)信号电压。这些信号使得静电力被施加在带电膜上，带电膜移动以驱动其任一侧的空气。
这种传统静电扬声器的变型是已知的。例如，静电换能器可设有两个膜。这样的布置可以提供与换能器的性能相关的一些优点，例如声压级(SPL)增大。然而，仍然需要改进这种类型的静电换能器的声学性能。
当从第一方面来看时，本发明提供了一种静电换能器，包括：
第一柔性导电膜和第二柔性导电膜；以及
第一导电定子和第二导电定子；
其中膜和定子以层式构造组装，其中膜位于定子之间；
其中，静电换能器被布置为在使用中施加电势，该电势在膜和定子之间产生静电力，使得膜相对于定子移动；以及
其中第一柔性导电膜和第二柔性导电膜具有相应的第一有效柔度(compliance)和第二有效柔度，其中第一有效柔度比第二有效柔度大至少10％。
本发明的第一方面延伸到一种制造静电换能器的方法，该方法包括：
提供第一柔性导电膜和第二柔性导电膜；以及提供第一导电定子和第二导电定子；
将第一柔性导电膜和第二柔性导电膜以及第一定子和第二定子组装成层式构造，其中膜位于定子之间；以及
布置静电换能器以在使用中施加电势，该电势在膜和定子之间产生静电力，使得膜相对于定子移动；
其中第一柔性导电膜和第二柔性导电膜在组装成层式构造之后具有相应的第一有效柔度和第二有效柔度，其中第一有效柔度比第二有效柔度大至少10％。
如本领域技术人员所理解的，“柔度”是本领域的术语，其指的是材料刚度的倒数，即柔度是指施加到材料上的每单位力所产生的材料的延展。当材料(即本例中的膜)处于张力下时，张力会影响每单位力产生的延展。如本领域技术人员还理解的，于是可以定义有效柔度，其考虑了材料所承受的张力。因此，应当理解，本文所使用的术语“有效柔度”是指当膜以层式构造安装时考虑了膜中的张力的有效柔度。因此，每个膜的有效柔度是相应的膜以层式构造组装在换能器中时针对相应的膜(具有其相应的张力)定义的。
本领域技术人员还将理解，材料的柔度(以及因此保持在张力下的材料的有效柔度)不一定是各向同性的，例如，柔度和有效柔度可以是各向异性的(例如正交各向异性)。一般而言，柔度和有效柔度均可以表示为张量。在本发明的上下文中，当说到第一膜的有效柔度比第二膜的有效柔度大至少10％(或任何其他指定的百分比)时，在适用的情况下，这可以被理解为意味着第一膜的有效柔度张量中的每个非零分量比第二膜的有效柔度张量中的对应分量大至少指定的百分比。
一般来说，在换能器中提供层式构造的两个膜可以提供一些优点。例如，在静电换能器中提供第二膜可以针对给定输入电压增大换能器的输出，即增大SPL(声压级)。然而，申请人已经注意到，这种构造可能引入失真(具体地，由两个膜一起谐振导致的互调失真)而对频率响应的改进将是有益的。
申请人已经认识到，提供具有不同有效柔度的膜可以减轻或消除互调失真的问题以及进一步改进换能器的性能。换能器中的单个膜具有相关于膜的有效柔度的特征频率响应。图1示出了具有单膜的换能器的典型频率响应的说明性示图。可以看出，振动幅度随着频率增大到谐振峰104，然后在峰之后减小，然后在较高频率下单调地增大。不同的有效柔度提供不同的频率响应，例如改变谐振峰的位置。
提供具有不同有效柔度的第二膜提供了对频率响应的额外贡献，其中该额外贡献具有不同的形状，例如，不同的谐振峰。因此，换能器作为整体的频率响应是组合两个膜的频率响应的复合频率响应。当柔度差异足够大时，即至少10％，复合频率响应具有有益的改进特性。例如，与单个膜相比或者与具有相同有效柔度的两个膜相比，两个不同谐振峰的贡献可以提供更平坦的频率响应。这可以有利地减轻可能由于提供两个膜而导致的失真的影响，同时仍然提供如上所述的SPL增大的益处。
本领域技术人员根据上述公开内容将理解，有效柔度的差异，即至少10％，显著大于由于具有两个膜的换能器中的制造公差而产生的差异。由于制造公差(例如膜尺寸和/或膜张力方面)而可能产生的膜的标称有效柔度与实际有效柔度之间的差异将不超过1％-2％。因此，有效柔度的差异是有意提供的，而不是可能无意中出现的差异。
在一组实施例中，第一有效柔度比第二有效柔度大至少15％，例如至少20％、至少25％或至少30％。
第一有效柔度和第二有效柔度之间的差异可以以任何合适的方式实现，例如通过不同的膜材料和/或膜材料特性；通过不同的膜厚度；通过不同的膜张力；通过其他膜特性或尺寸；或者通过其中两种或更多种的组合。
第一膜和第二膜可以具有不同的厚度。由于第一膜和第二膜具有不同的厚度，所以第一有效柔度可以完全或部分地大于第二有效柔度。
第二膜的厚度可以比第一膜的厚度大至少3％，例如大至少5％，例如大至少10％。
第一膜的厚度可以小于100μm，例如1小于50μm，例如小于20μm，例如小于10μm。第一膜的厚度可以大于5μm，例如大于10μm，例如大于20μm。
产生有效柔度的特定差异(例如有效柔度的10％差异)所需的厚度差异可以取决于膜的特性，例如膜材料。然而，根据本公开的教导，技术人员可以选择合适的厚度以实现柔度的特定差异。
厚度可以指平均厚度、最小厚度或最大厚度。
另外或替代地，第一膜和第二膜可以在不同的张应力下安装在换能器中。例如，每个膜在制造过程中可以置于不同的张力下。由于当安装在换能器中时第一膜和第二膜处于不同的张应力下，所以第一有效柔度可以完全或部分地大于第二有效柔度。
在换能器的制造过程中，膜可以置于不同的张力下。例如，第一膜和第二膜可以在不同张力下分别结合到第一定子和第二定子和/或结合到间隔件或间隔结构，从而将不同的张应力引入到第一膜和第二膜。
第二膜的张应力可以比第一膜的张应力大至少5％，例如大至少10％，例如大至少15％，大至少20％，例如大至少25％。
第一膜的张应力可以在2MPa至50MPa的范围内，例如5MPa至30MPa，例如10MPa至20MPa。如本文所用的，“张应力”是指膜中的平均张应力。
在一个非限制性示例实施例中，换能器具有由50μm厚的BOPP(双轴取向聚丙烯)制成的第一膜和第二膜，其中第一膜具有20MPa的平均张应力，而第二膜具有24MPa的平均张应力。
另外或替代地，第一膜和第二膜可以由不同的材料制成。由于第一膜和第二膜由不同材料制成，因此第一有效柔度可以完全或部分地大于第二有效柔度。
在一个非限制性示例实施例中，第一膜由BOPP制成，第二膜由BoPET(双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯)制成，并且第一膜和第二膜具有相同的厚度和相同的张应力。根据材料的等级，这可能会带来约32％的有效柔度的差异。
在一组实施例中，每个膜包括层压结构，例如包括柔性绝缘层和导电层。例如，每个膜可以包括柔性绝缘层(例如聚合物材料)，在其一侧上具有导电(例如金属)层，在导电层之上(例如与其结合)设置另外的柔性绝缘层(例如相同或不同的聚合物材料)。作为一个具体的非限制性示例，每个膜可以包括其上沉积有金或铝金属涂层的BOPP层，以及覆盖在金属涂层上并用粘合剂结合至金属涂层的另一BOPP层。
然而，这不是必需的，并且在一组可能的实施例中，每个膜包括一柔性绝缘材料层(例如聚合物)或由一柔性绝缘材料层(例如聚合物)组成，在其一侧(例如当安装在换能器中时，在膜的远离另一膜的一侧)上具有导电层(例如沉积金属涂层)，而无附加柔性绝缘层覆盖在导电层上并结合到导电层。作为一个具体的非限制性示例，每个膜可以由一侧具有导电层(例如薄的金或铝沉积涂层)的BOPP片材制成。
优选地，除了被指定为对于每个膜不同的参数和/或特性之外，与膜特性、材料和安装相关的任何其他参数在制造公差内是相同的。如上所述，膜之间可以有超过一个的参数或特性不同，例如，膜可以具有不同的厚度并具有不同的张应力，从而实现有效柔度的指定差异。在优选实施例中，膜之间只有选自厚度、材料和张应力中的一个参数/特性不同。由此可见，在任何给定的实施例中，第一膜和第二膜可以具有相同的厚度。类似地，第一膜和第二膜可以由相同的材料或相同的组合或材料制成。类似地，第一膜和第二膜可以在相同的张应力下安装在换能器中。
如上所述，使两个膜在其间具有间隙可以提高换能器性能。在一组实施例中，第一膜和第二膜安装在换能器中，它们之间具有间隙。
然而，申请人已经认识到，如果在第一膜和第二膜之间提供封闭体积的空气，则可以实现换能器性能的特定益处和改进。例如，这样的封闭体积可以提供气垫，该气垫提供声阻抗、在高频下阻尼膜并且在低频下提供更大的有效质量。这可以增强较低频率并平坦化较高频率，从而提供总体上更平坦的频率响应。在一组实施例中，换能器包括密封在第一膜和第二膜之间的封闭体积的空气。
这本身就是新颖的和创造性的，因此当从第二方面来看时，本发明提供了一种静电换能器，包括：
第一柔性导电膜和第二柔性导电膜；以及
第一导电定子和第二导电定子；
其中，膜和定子以层式构造组装，其中膜位于定子之间，并且封闭体积的空气密封在第一膜和第二膜之间；
其中，静电换能器布置成在使用中施加电势，该电势在膜和定子之间产生静电力，使得膜相对于定子移动。
本发明的第二方面延伸至一种制造静电换能器的方法，该方法包括：
提供第一柔性导电膜和第二柔性导电膜；以及提供第一导电定子和第二导电定子；
将第一柔性导电膜和第二柔性导电膜以及第一定子和第二定子组装成层式构造，其中膜位于定子之间并且封闭体积的空气密封在第一膜和第二膜之间；以及
布置静电换能器以在使用中施加电势，该电势在膜和定子之间产生静电力，使得膜相对于定子移动。
在适用的情况下，第一方面的可选特征也可以是第二方面的特征，反之亦然。
当说到密封在第一膜和第二膜之间的空气体积是“封闭的”时，应当理解，这意味着空气在所有侧面上被包围而没有任何间隙。例如，本领域技术人员将理解，薄膜可以允许气体通过其中，并且因此应当理解，封闭体积的空气不一定气密地密封在第一膜和第二膜之间。相反，“封闭”意味着空气无法以传输声波的方式自由地进出该体积。通气孔(例如，为静态均衡而设置)通常是不必要的，并且优选地不设置通气孔。
第一膜和第二膜可以安装在换能器中，其间具有间隔件或间隔结构。第一膜和第二膜与间隔件或间隔结构一起可以封闭一定体积的空气。例如，间隔件或间隔结构可以结合到第一膜和第二膜，例如围绕每个膜的相应外围，以密封封闭体积内的空气。附加的间隔件或间隔结构可用于将第一膜和第二膜分别与第一定子和第二定子分开。第一膜和第一定子之间的间距可以具有任何合适的值，例如15μm至3mm之间，例如0.1mm和1mm之间，例如约0.5mm。第二膜和第二定子之间的间距可以具有任何合适的值，例如15μm和3mm之间，例如0.1mm和1mm之间，例如约0.5mm。
换能器可以具有密封在膜之间的多个体积的空气。在一个示例性实施例中，间隔件包括具有由壁隔开的多个大孔的材料层，并且每个膜都结合到孔之间的壁。因此，每个孔可以限定由膜密封的一定体积的空气。例如，间隔件可以具有格子形状(例如，六方格子或方形格子)。
第一膜和第二膜之间的间距可以具有任何合适的值。一般而言，可以基于换能器的应用来选择间距，例如，以提供更大的SPL，或以增强更低的频率。间距可以小于5mm，例如小于2mm。如本文所讨论的，膜之间的间距是指当膜处于未偏转位置时的间距。术语间距可以指膜上的相应的中心点之间的垂直距离。
在一组实施例中，第一膜和第二膜之间不存在中间元件，即膜之间仅存在空气间隙。第一膜和第二膜之间的间距可以是至少5μm，例如至少50μm，例如至少100μm。这有助于在膜之间提供足够的气垫，从而为换能器性能提供上述益处。
一般而言，第一膜和第二膜可以电耦接，但这不是必需的。在第一膜和第二膜之间没有中间元件的实施例中，优选地，第一膜和第二膜电耦接。
一般而言，换能器可以以任何合适的方式电偏置以使膜响应于表示音频信号的变化电压而移动。优选地，静电换能器包括被配置为施加电势的偏置装置。作为非限制性示例，在第一膜和第二膜之间没有中间元件的实施例中，D.C.偏置Vb可以被施加到第一膜和第二膜，其中变化电压施加到第一定子和第二定子(例如，电压V1+V(t)可以被施加到第一定子，其中V1是偏置偏移，V1<Vb，V(t)是对应于音频信号的变化电压，并且电压V2-V(t)可以被施加到第二定子，其中V2是偏置偏移并且V2<Vb)。
在一组实施例中，在第一膜和第二膜之间设置另外的导电定子。在此类实施例中，第一膜和第二膜之间的间距优选为至少20μm，例如至少50μm。另外的定子优选地包括穿孔，允许空气从中穿过。在包括密封在膜之间的封闭体积的空气的实施例中，所述体积的空气因此可以包含另外的定子。另外的定子可以通过相应的第一间隔件和第二间隔件来与第一膜和第二膜中的每一个分离。第一间隔件和第二间隔件可以结合到另外的定子以及第一膜和第二膜(例如，围绕另外的定子和每个膜的周边)，使得膜、第一间隔件和第二间隔件以及另外的定子的结合部分一起包围该体积的空气。
第一定子和第二定子优选地包括穿孔，允许空气从中通过。第一定子、第二定子和/或(如果提供的话)另外的定子可以在面向膜的一个或更多个表面上包括绝缘涂层。
在第一膜和第二膜之间具有另外的导电定子的实施例中，膜可以电耦接，但它们优选地彼此电绝缘。
如上所述，换能器可以以任何合适的方式被电偏置。作为非限制性示例，在第一膜和第二膜之间具有另外的导电定子的实施例中，第一膜、另外的定子和第二膜可以设置有相应的D.C.偏置Va、Vb和Vc(例如，其中Va<Vb<Vc)，并且向第一定子和第二定子施加变化电压(例如，电压V1+V(t)可以被施加给第一定子，其中V1是偏置偏移，V1<Va，V(t)是对应于音频信号的变化电压，并且电压V2-V(t)可以被施加给第二定子，V2是偏置偏移并且V2>Vc)。
在一些实施例中，换能器包括不止两个膜。除了第一膜和第二膜之外，在第一定子和第二定子之间还可以存在一个或更多个另外的膜。例如，换能器可以包括第一和第二定子或者由第一和第二定子组成，在第一和第二定子之间具有三个或更多个膜(包括第一和第二膜)。此类配置可以以任何合适的方式电偏置。例如，膜可以全部彼此电耦接，并且D.C.偏置可以被施加到定子之间的所有膜，并且变化的电压被施加到第一定子和第二定子，即，采用与对于具有两个膜的版本的上述布置类似的布置，但不止两个膜全部电耦接。
如上所述，在一组实施例中，换能器可以包括位于第一膜和第二膜之间的另一(即，第三)定子。在这些实施例的子集中，换能器可以包括不止三个定子和不止两个膜。例如，换能器可以包括数量N个定子和数量N-1个膜，其中N至少为4。定子和膜可以布置成交替层式构造，第一定子和第二定子在最外面。这样的布置可以以任何合适的方式被电偏置。在偏置装置的一个非限制性示例中，变化的电压可以被施加给每个定子并且D.C.偏置被施加给每个膜。施加到第N个定子(在换能器上按顺序编号)的变化电压包括N倍电压Vb的偏置偏移。这允许在整个换能器上提供大电压(从而提高输出功率和SPL)，同时保持任何给定定子对两端的电压充分低于其击穿电压。每个定子的变化分量的电压摆幅的大小是相同的，但是奇编号子的变化分量的极性与偶编号定子的极性相反。施加到每个膜的D.C.电压的大小相同，但奇编号膜的极性与偶编号膜的极性相反。然而，这只是一个示例，其他偏置装置也是可能的。
现在将参考附图仅通过示例的方式描述某些优选实施例，其中：
图1示出了具有单膜的典型静电换能器的频率响应的说明性示图，以供参考；
图2a示出了根据本发明的静电换能器的第一实施例的示意性截面图；
图2b示出了图2a所示实施例的示意性立体图；
图2c示出了第一实施例的第三间隔件的平面图；
图3a示出了根据本发明的静电换能器的第二实施例的示意性截面图；
图3b示出了图3a所示实施例的示意性立体图；
图4a示出了两个个体换能器各自的频率响应的说明性示图，每个换能器均由单个膜制成，其中每个换能器中的膜具有不同的有效柔度；以及
图4b示出了现有技术换能器和根据本发明的换能器的各自的频率响应的说明性示图。
图1示出了具有单膜的典型静电换能器的频率响应的说明性示图，以供参考。可以看出，频率响应的低频部分102产生相对较低的SPL(声压级)。SPL在较高频率处具有谐振峰104，然后最高频率部分106随着此后频率的增大而增大。该频率响应并不理想，特别是由于在低频处响应较差，而在谐振峰处响应过强。期望具有更强低频响应的更平坦的频率响应轮廓以提高基于输入音频信号的输出声波的保真度。
图2a和2b示出了根据本发明的静电换能器200的第一实施例。静电换能器200包括膜204、206和定子208、210的层式构造以及偏置装置212。图2a示出了层式构造的示意性截面图。图2b示出了层式构造的示意性立体图。图2a和2b未按比例绘制。
该层式构造包括定位在第一定子208和第二定子210之间的第一膜204和第二膜206。第一膜204和第二膜206均包括柔性导电层。第一定子208和第二定子210均包括其中具有孔阵列214的刚性导电片(在该示例中为铝片)，以允许由膜204、206产生的声波穿过定子208、210进入周围的环境。在其他实施例中，定子208、210可以包括不同的材料或材料的组合。
换能器200还包括第一间隔件216和第二间隔件218。第一间隔件216定位在第一膜204和第一定子208之间，使得第一膜204和第一定子206相对于彼此保持间隔关系。第一膜204和第一定子208通过粘合剂结合至第一间隔件216。第二间隔件218以类似的方式定位在第二膜206和第二定子210之间并结合到第二膜206和第二定子210，使得第二膜206和第二定子210相对于彼此保持间隔关系。
在该示例中，第一膜204和第一定子208之间的间距是1mm，并且第二膜206和第二定子208之间的间距也是1mm，但是其他间距也是可能的。
换能器200还包括定位在第一膜204和第二膜206之间的第三间隔件220。图2c示出了第三间隔件220的平面图。可以看出，在该示例中，第三间隔件220具有方形形状(尽管其他形状也是可能的)，并且包括在四个侧面围住中心孔224的完整的环绕物222。第三间隔件220在第一膜204和第二膜206之间的位置也可以在图2b中看到。第三间隔件220围绕膜204、206的整个周边结合到膜204、206，使得环绕物222与膜204、206一起形成将一定体积的空气226封闭在孔224中的完整的外壳，在外壳中没有间隙。完整的环绕物222可以由不止一个的部件形成，但是这样的部件被结合或以其他方式密封在一起而没有间隙或气孔。如上所述以及下面进一步讨论的，在两个膜之间提供封闭体积的空气改善了换能器的性能——特别是频率响应。
在此示例中，膜之间的间距为0.5mm，但其他间距也是可能的。
第一膜204和第二膜均具有各自的有效柔度。如上所述，有效柔度可相关于与膜结构、尺寸和/或材料以及其安装方式相关的许多因素。在图2a和2b的示例实施例中，膜204、206在结构、材料和尺寸上是相同的。在此示例中，每个膜为50μm厚，并包含其上沉积有铝涂层的BOPP聚合物片材以及粘附在铝层之上的另一层BOPP。在其他实施例中，膜可以包括与该特定示例不同的材料或材料的组合和/或包括彼此不同的材料或材料的组合，例如，在图2a和图2b的变型中，膜204、206均可以包括在一侧上具有铝涂层的单个BOPP片材。
为了提供有效柔度的差异，两个膜被安装以使每个膜经其表面承受不同的平均张应力。第一膜204经其表面具有20MPa的平均张应力，而第二膜206经其表面具有24MPa的平均张应力。
在图2a和图2b的实施例的变型中，第一膜204和第二膜206由相同的材料制成并且在相同的张应力下以层式构造安装，但具有不同的厚度。在该变型中，第一膜204具有50μm的厚度并且第二膜206具有53μm的厚度。由于厚度的差异，第一膜204的有效柔度比第二隔膜206的有效柔度高大约20％。
在图2a和图2b的示例实施例中，第一膜204和第二膜206电耦接，并且偏置装置212向膜204、206提供D.C.偏置Vb。偏置装置212还向第一定子208和第二定子210提供变化的电压。提供给每个定子208、210的电压包括偏置偏移(针对第一定子208的V1和针对第二定子210的V2)和与要被再现的音频信号对应的变化分量V(t)。对于每个定子208、210，变化分量具有相反的极性，使得随着电压V(t)变化，定子208、210协作以推拉被偏置的膜204、206以生成对应于音频信号的声波。
图3a和3b示出了根据本发明的静电换能器300的第二实施例。静电换能器300包括膜304、306和定子308、309、310(具有孔314、315)连同偏置装置312一起的层式构造。图3a示出了层式构造的示意性截面图。图3b显示了层式结构的示意性立体图。图3a和3b未按比例绘制。
该实施例的第一膜304和第二膜306以及第一定子308和第二定子310具有与第一实施例的膜204、206和定子208、210相同的结构，包括结合到第一间隔件316和第二间隔件318，第一间隔件316和第二间隔件318将第一膜304和第二膜306分别相对于第一定子308和第二定子310保持间隔关系。然而，在本实施例中，在第一膜304和第二膜306之间设置有第三定子309。第三定子309具有与第一定子308和第二定子310相同的结构，即，它是其中具有孔阵列的金属片。
代替第一膜304和第二膜306之间的单个第三间隔件，存在第三间隔件322和第四间隔件324。第三间隔件322和第四间隔件324具有与图2c中所示相似的形状，包括完整的环绕物和中心孔。第三间隔件322位于第一膜304和第三定子309之间，并且围绕第一膜304和第三定子309的整个周边结合至第一膜304和第三定子309。第四间隔件324位于第二膜306和第三定子309之间，并且围绕第二膜306和第三定子309的整个周边结合至第二膜306和第三定子309。第一膜304和第二膜306与第三间隔件322和第四间隔件324以及第三定子309的周边一起围封第一膜304和第二膜306之间的一定体积的空气326，即，使得该体积的空气在所有侧被包围，没有任何缝隙。从图3a中可以看出，该体积的空气包括两个区域328、330，这两个区域通过第三间隔件309中的孔315被声学地连接。
在该示例中，膜之间的间距是2mm，第三定子309与每个膜304、306等距，但是其他间距也是可能的。
在图3a和图3b的示例性实施例中，第一膜304和第二膜306彼此电隔离，并且偏置装置312分别向第一膜304、第三定子309和第二膜310提供D.C.偏置Va、Vb和Vc。偏置装置312还向第一定子308和第二定子310提供变化的电压。提供给第一定子308和第二定子310中的每一个的电压包括偏置偏移(针对第一定子308的V1和针对第二定子310的V2)和与要再现的音频信号对应的变化分量V(t)。对于每个定子308、310，变化分量具有相反的极性，使得随着电压V(t)变化，三个定子308、309、310协作以推拉被偏置的膜304、306以产生对应于音频信号的声波。
由于膜响应于所施加的电压而振动，封闭体积的空气326提供了上面参考第一实施例讨论的优点，即在换能器响应方面帮助增强低频并抑制高频。
在图3a和图3b的示例中，第一膜304和第二膜306具有与上面参照图2a和图2b描述的膜204、206相同的结构和配置，即，它们由相同的材料形成并且具有彼此具有相同的尺寸，但是在不同的张应力下以层式构造安装，使得第一膜304具有比第二膜306高的有效柔度。
如上所述，与具有相同有效柔度的两个膜相比，提供具有不同有效柔度的两个膜改变了换能器的频率响应。由于谐振特性有赖于膜的有效柔度，因此提供具有不同有效柔度的两个膜将两个膜的谐振特性组合成单个频率响应，该频率响应通常比具有单膜的或具有相同有效柔度的两膜的换能器的频率响应更平坦。
另外，如上所述，提供其间具有封闭体积的空气的两个膜改变了膜的声阻抗，使得作为复合振动元件，它们在低频下具有高有效质量并且在高频下具有增大的阻尼。这在换能器频率响应中增强了低频并且使高频变得平坦，从而总体上提供了更平坦的频率响应。
图4a和4b提供了与已知的布置相比，在例如上面参考图2a、2b、3a和3b描述的换能器的频率响应中观察到的典型变化的说明性指示。
图4a示出了用单个膜制造的两个换能器的频率响应400、402的说明性示图，其中每个换能器中的膜具有不同的有效柔度。可以看出，在图4a中，每个换能器具有在低频下相对较低的响应、谐振峰404、406(其相关于膜柔度)并且在峰之后随频率逐渐增大。具有较高有效柔度的膜的频率响应402的谐振峰406相对于具有较低有效柔度的膜的频率响应400的谐振峰404在频率上向下移位。
图4b示出了没有密封以封闭一定体积的空气并且其中膜具有相同的柔度的两膜换能器的频率响应(虚线408)以及诸如上面参考图2a、2b、3a和3b所描述的具有密封和不同膜有效柔度的两膜换能器的频率响应(实线410)的说明性示图。
从图4b可以看出，当在一个换能器中提供两个这样的不同膜时，两个不同谐振峰的组合使整体频率响应变平。还可以看出，通过被增强的较低频率和被阻尼的较高频率产生了进一步的平坦化，这是缘于在同一换能器中提供两个膜且它们之间具有封闭的空气体积。更平坦的频率响应是理想的，因为换能器将以更高的保真度再现音频信号。
尽管仅描述了两个实施例，但是应当理解，这些实施例仅是示例性的并且不限制由权利要求限定的本发明的范围。

Claims (23)

1.一种静电换能器，包括：
第一柔性导电膜和第二柔性导电膜；以及
第一导电定子和第二导电定子；
其中，所述膜和所述定子以层式构造组装，其中所述膜位于所述定子之间；
其中，所述静电换能器被布置为在使用中施加电势，所述电势在所述膜和所述定子之间产生静电力，所述静电力使得所述膜相对于所述定子移动；以及
其中，所述第一柔性导电膜和所述第二柔性导电膜具有相应的第一有效柔度和第二有效柔度，其中所述第一有效柔度比所述第二有效柔度大至少10％。
2.根据权利要求1所述的静电换能器，其中，所述第二膜的厚度比所述第一膜的厚度大至少3％。
3.根据权利要求1或2所述的静电换能器，其中，所述第一膜的厚度小于100μm且大于5μm。
4.根据权利要求1、2或3所述的静电换能器，其中，所述第一膜和所述第二膜在不同的张应力下安装在所述换能器中，使得所述第二膜的张应力比所述第一膜的张应力大至少5％。
5.根据任一前述权利要求所述的静电换能器，其中，所述第一膜的张应力在2MPa至50MPa的范围内。
6.根据任一前述权利要求所述的静电换能器，其中，所述第一膜和所述第二膜由不同的材料制成。
7.根据任一前述权利要求所述的静电换能器，其中，每个膜包括层压结构。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的静电换能器，其中，每个膜包括柔性绝缘材料层或由柔性绝缘材料层构成，在其一侧上具有导电层，而无附加柔性绝缘层覆盖在所述导电层上并结合到所述导电层。
9.根据任一前述权利要求所述的静电换能器，其中，所述膜之间只有选自厚度、材料和张应力的一个参数或特性不同。
10.根据任一前述权利要求所述的静电换能器，其中，所述第一膜和所述第二膜被安装在所述换能器中，它们之间具有间隙。
11.根据任一前述权利要求所述的静电换能器，其中，所述换能器包括密封在所述第一膜和所述第二膜之间的封闭体积的空气。
12.根据任一前述权利要求所述的静电换能器，其中，所述第一膜和所述第二膜之间不存在中间元件。
13.根据权利要求12所述的静电换能器，其中，所述第一膜和所述第二膜之间的间距至少为5μm。
14.根据权利要求12或13所述的静电换能器，其中，所述第一膜和所述第二膜被电耦接。
15.根据任一前述权利要求所述的静电换能器，其中，所述换能器还包括在所述第一定子和所述第二定子之间的一个或更多个另外的膜。
16.根据权利要求1至11中任一项所述的静电换能器，其中，另外的导电定子设置在所述第一膜和所述第二膜之间。
17.根据权利要求16所述的静电换能器，其中，所述第一膜和所述第二膜之间的间距至少为20μm。
18.根据权利要求16或17所述的静电换能器，其中，所述另外的定子包括穿孔，允许空气从中穿过。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的静电换能器，其中，所述膜彼此电绝缘。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的静电换能器，其中，所述换能器包括N个定子和N-1个膜，其中N至少为4，所述定子和所述膜布置成交替层式构造，所述第一定子和所述第二定子在最外面。
21.根据任一前述权利要求所述的静电换能器，其中，所述第一定子、所述第二定子和/或另外的定子包括：在面向所述膜的一个或更多个表面上的绝缘涂层。
22.一种制造静电换能器的方法，所述方法包括：
提供第一柔性导电膜和第二柔性导电膜；以及提供第一导电定子和第二导电定子；
将所述第一柔性导电膜和所述第二柔性导电膜以及所述第一定子和所述第二定子组装成层式构造，其中所述膜位于所述定子之间；以及
布置所述静电换能器以在使用中施加电势，所述电势在所述膜和所述定子之间产生静电力，所述静电力使得所述膜相对于所述定子移动；
其中所述第一柔性导电膜和所述第二柔性导电膜在组装成所述层式构造之后具有相应的第一有效柔度和第二有效柔度，其中所述第一有效柔度比所述第二有效柔度大至少10％。
23.根据权利要求22所述的方法，所述第一膜和所述第二膜在所述换能器的制造过程中被置于不同的张力下，使得所述第二膜的张应力比所述第一膜的张应力大至少5％。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117014776B (zh) * 2023-09-25 2024-01-02 地球山(苏州)微电子科技有限公司 一种像素发声单元及数字扬声器

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5223333Y2 (zh) * 1972-06-17 1977-05-27
JPS5090320A (zh) * 1973-12-10 1975-07-19
US8625824B2 (en) * 2007-09-04 2014-01-07 Industrial Technology Research Institute Flat speaker unit and speaker device therewith
TWI589163B (zh) * 2013-09-12 2017-06-21 三穎電子材料有限公司 靜電式電聲傳導器
KR101987111B1 (ko) * 2017-12-29 2019-06-10 주식회사 성주음향 푸시-풀 일렉트릿 콘덴서 트랜스듀서
CN209642967U (zh) * 2019-06-13 2019-11-15 黄海 一种复合式静电型电声换能器

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