CN1194767A - 惯性振动式换能器 - Google Patents

Abstract

一种惯性振动式换能器(9),其特征在于具有一个片状压电弯曲件(27),以及用于把该弯曲件安装在组件(2)上以使其振动的装置(20,93),其排列成使得弯曲件的主体部分与该组件隔开,而使之与其相对运动。

Description

惯性振动式换能器

技术领域

本发明涉及换能器，尤其涉及包括面板型声辐射元件的扬声器的振动式换能器。

技术背景

已知在GB-A-2262861中提出了一种面板型扬声器，该扬声器包括：

谐振多模式辐射器元件，它是一种由带有横向蜂窝结构的芯子分开的两个表层材料形成的一体化夹层板，其中该面板在所有方位上的抗弯刚度(B)与每单位表面积(μ)上面板质量的立方幂之比至少为10；

固定装置，它以自由无阻尼方式支撑该面板或将其粘贴到一支撑体；和

与该面板耦接的机电传动装置，用于响应于在扬声器的工作频带中的电输入来激励辐射器面板中的多模式谐振。

发明公开

本发明的各实施例中所采用的组件的特征、结构和配置可通常和/或特别通过实施与本发明同日一起提出的PCT专利申请第(我方案号为P.5711)号中的内容而获得。因此这些组件：具有通过有效区域内的偏转波而保持和传播输入振动能量的能力，该工作区域厚度的横向伸展经常但不是必须到各组件的周边；被配置成具有或不具有抗弯刚度的各向异性，以使谐振式振动元件分布于所述区域，从而有益于与周围空气进行声耦合；和在所述区域内具有用于换能器装置(尤其是其可操作有源或移动部分)的预定优选位置或地点，该换能器装置与所述区域内的声振动活动和相应于这种振动活动的声音成份信号密切相关，该信号通常为电信号。对这些组件的使用在与本发明同日提出的国际专利申请第(我方案号为P.5711)号中公开，这些组件：或者是在例如用于混响或用于声滤波或用于声学“发声(Voicing)”于一空间或场所内的无换能器装置的“无源”声学设备中，或者是在具有换能器装置的“有源”声学设备中，例如在声源或扬声器被提供有将被转换成所述声音的输入信号时的相当宽的范围内，或者在例如麦克风被暴露于将被转换成其它信号的声音时。

本发明尤其涉及扬声器形式的有源声学设备。

这里，如上所述的各组件称为分布式声辐射器，并将在上述PCT专利申请和/或另外在此特别提供的说明中给出其特征。

本发明提供一种惯性振动式换能器，其特征在于有一个片状压电弯曲件，以及把弯曲件安装在一个组件上以使其振动的装置，其排列为使得弯曲件的主体部分从该组件隔开，以使之与其作相对运动。一个质量块紧固在所述的弯曲件的主体部分上。

弯曲件可具有晶体形式。弯曲件也可以是盘状的，安装装置可以设置在其中心，并且，质量块可以紧固在弯曲件的周边上。此外也可以将盘状弯曲件的周边部分固定在该组件上，而质量块则紧固在弯曲件的中央。

可以用弹性组件来把质量块贴在弯曲件上。

上面所述的弯曲件也可贴在该组件的相对侧以使其振动，并与公用质量块连接在一起从而以推挽方式操作。

从另一方面来看，本发明是一种具有分布式声辐射器的扬声器，其特征在于具有如上所述耦合的换能器来振动该辐射器。

附图简述

附图中以示例形式图示说明了本发明，附图中：

图1是表示上面所述并在我们的与本发明同日提出的国际专利申请第(我方案号P.5711)号中所公开的分布式扬声器的示意图；

图2A是图1中沿A-A线的部分剖面图；

图2B是图2A中所示那种分布式辐射器的放大剖面图，并表示出两个可替换结构；

图3是换能器的第一实施例的示意图；

图4是换能器第二实施例的示意图；和

图5是换能器第三实施例的示意图。

实现本发明的最佳模式

参照附图中的图1，该图示出在我们的与本发明同日提出申请的国际专利申请第(我方案号P.5711)号中描述和限定的那种面板型扬声器81，该扬声器包括矩形框架1，该框架绕其内缘带有一支撑分布式声辐射面板2的弹性悬挂部分。例如参照我们的与本发明同日提出申请的国际专利申请第(我方案号P.5863/4/5)号中详细描述的换能器9整体并独立地安装在面板2上的由线度x和y限定的位置上或位置中，该位置的计算如在我们的与本发明同日提出申请的国际专利申请第(我方案号P.5711)号中描述的那样进行计算，以将偏转波发射到该面板中，以使该面板谐振从而辐射声输出。

换能器9由信号放大器10例如音频放大器来驱动，该放大器用导线28与该换能器相连。类似于常规的锥形扬声器，所需的放大器负荷及功率很一般，当处于室内安装条件下其灵敏度的数量级在86-88dB/瓦特。放大器的负载阻抗大致为6欧姆，使用功率为20-80瓦特。其中该面板芯子和/或表层用金属制成，可用作该换能器的散热器，以消除来自该换能器的电机线圈的热量，从而改善使用功率。

图2A和2B为图1中扬声器81的部分典型剖面图。图2A表示框架1、包裹部分3和面板2由相应的粘接组件20连接在一起。适用于该框架的材料包括轻质框，例如诸如铝合金的压制金属或塑料的画框。适用的包裹部分材料包括诸如泡沫橡胶或泡沫塑料的弹性材料。适用于组件20的粘接材料包括环氧树脂、丙烯酸和腈基丙烯酸脂等粘合剂。

图2B放大地示出面板2是一种硬质轻质面板，该面板具有诸如硬质塑料泡沫97(例如交联的聚氯乙烯)的芯子，或者蜂窝基体98，即金属箔、塑料或类似物的蜂房基体，其每个单元横向伸展到该面板的面上，并由对置的表层21例如纸张、卡片、塑料或金属箔或片来密封。尽管该表层采用塑料来制成，但也可采用例如碳、玻璃、Kevlar(聚芳酰胺纤维)(RTM)等纤维以一种熟知方式来加强自身，从而增强它们的模数。

因此，所设想的表层材料和增强物包括：碳、玻璃、Kevlar(聚芳酰胺纤维)(RTM)、Nomex(聚芳酰胺)(RTM)即aramid(芳香胺)等各种层次和编排的纤维；以及纸张、粘合纸层、芯子、三聚氰酰胺、和各种高模数合成塑料薄膜，例如Mylar聚对苯二甲酸乙二酯薄膜)(RTM)、Kaptan(聚酰亚胺薄膜)(RTM)、聚碳酸脂、酚醛、聚脂或相关塑料、和纤维增强塑料等；及金属片或箔。对液晶聚合物热塑性塑料的维克特拉等级(Vectra grade)的研究表明，它们有助于对超薄表层或更小尺寸的外层，比如说直径达到约30厘米的注模。这种材料本身在注入方向上形成定向晶体结构，该方向是高频能量从驱动点向面板周边良好传播的优选方向。

此外，对这种和其它热塑性塑料的压模允许压模工具带有诸如沟槽或圆环的定位和对准部件，以用于对换能器部分例如电机线圈和磁悬挂部分进行精确定位。此外，采用一些较弱的芯子材料，已计算出局部增加表层的厚度(例如在大至换能器直径的150％的区域或圆环中)是有益的，以增强该区域并有效地将振动能量耦合到该面板。以这种方法，采用较软的泡沫材料将改善高频响应。

所设想的芯层材料包括装配好的蜂窝结构和槽纹，这些蜂窝结构和槽纹为铝合金片或箔、Kevlar(聚芳酰胺纤维)(RTM)、Nomex(聚芳酰胺)(RTM)、平滑或粘着纸、各种合成塑料薄膜以及多孔或泡沫塑料或纸浆材料，甚至为具有合适低密度的气凝胶金属。一些适用的芯层材料在其制造过程中有效地展现出实用的自身表层(self-skinning)，和/或另外在两个表层之间不采用夹层时具有足够的内在刚度。已知有一种高性能的蜂窝状芯子材料以其商品名“Rohacell”著称，该材料适于用作辐射器面板，并且没有表层。在实际中，其目的在于针对特定目标解决总体轻巧性和刚度问题，尤其包括从芯子到表层之间的最佳分布以及它们之间的过渡。

面板的几种优选组成采用金属或金属合金表层，或另外采用一种碳纤维增强物。这两种组成以及采用合金气凝胶或金属蜂窝状芯子的设计将具有相当的射频筛选特性，这在几种EMC(电子测量控制)应用中很重要。传统的面板或锥形扬声器不具有内在的EMC筛选能力。

此外，优选型的压电动态换能器具有可以忽略不计的电磁辐射或漏磁场。除非采用特殊的补偿抵消措施，传统的扬声器具有高至1米距离的大磁场。

在应用中保持筛选显得比较重要的情况下，可将适当的DML面板的传导部分电气连接，或者将导电泡沫或类似界面用作周边固定。

悬挂部分3阻尼面板2的周边，以防止该面板过度向周边移动。此外或可替换地，可采用进一步的阻尼，例如象补丁(patch)一样粘到该面板上所选位置，以抑制过量运动，从而在该面板上均匀地分布谐振。这些补丁采用如通常传统扬声器外壳所用的沥青基材料制成，或可由弹性或刚性聚合物片状料制成。有些材料，主要为纸张或卡片，和一些芯子可具有自阻尼能力。在有必要的情况下，通过采用弹性设置的而不是刚性设置的粘接剂来增加面板结构中的阻尼。

有效的所述可选择阻尼包括对该面板的特殊应用，该面板含有与其永久连接的片状材料装置。对于面板的主要且分散较少的低频振动模式而言，周边和边角可能是特别重要的。尽管它们的边角通常可以是相对自由的，阻尼装置的周边固定可有益地使一面板与其所述片状材料完全适合，比如说希望扩展到更低频操作。可采用粘接或自粘接材料来进行粘着。有效阻尼的其它形式，特别是对于更精密的效果和/或中和高频来讲，可通过在所述区域的预定有效中间局域位置上固接适当物质或多种物质的方式来进行。

上述声面板为双向式。来自后部的声能量与来自前部的声能量并非很强地相位相关。因此，这对房间中声功率的整体累积、声能量的均匀频率分布、减弱了的反射和驻波效应非常有益，并且对再现的声唱片中的自然空间和外界的再现方面有极大的优势。

尽管出声面板的辐射大多数为无方向性的，但相位相关信息的百分比随偏轴(off axis)增加。就仿真立体图象的改进而言，位于普通站立的人的高度的扬声器的位置，与图象一样，对适当的偏轴位置有利，从而使位于恰当位置上的听众能得到最佳立体声效果。同样，相对于听众的三角形左/右几何图形提供进一步的角分量。从而可获得良好的立体声。

与传统的扬声器再现相比，对一群听众来讲还有进一步的好处。声面板声辐射的固有分散特性使其音量不服从对距等效点声源距离的负二次方定律。由于随距离降落的声强度远低于由负二次方定律预测的强度，因此，与传统的扬声器相比，对于不位于中心和处于不恰当位置上的听众而言，面板扬声器的强度场提供更逼真的立体声效果。这是因为，偏离中心处的听众不再遇到较靠近的听众所遇到的双重问题：首先是从附近扬声器发出的音量的过分增强，其次是从较远扬声器发出的音量的相应降低。

对于平坦的、轻质面板型扬声器而言，其优点还在于其外观美丽、具有良好的音质、只需一个换能器、和从每个面板振动膜发出的全部声音范围内没有交叠点。

图3表示压电换能器9的实施例，其中晶体盘状压电弯曲件27将其中心安装在轻质硬柱块93的一端，硬柱块93由硬泡沫塑料制成，它例如利用粘接剂紧固在分布式辐射器面板2的孔径20中，块28的所述一端凸出于面板2的表面上，从而使弯曲件27的周边31自由地悬挂在面板2的表面附近。诸如矿物质填料聚氯乙烯的塑料圆环25紧固在压电弯曲件27的周边上，以增加压电弯曲件自由周边的质量。因此，当换能器被声信号激励时，压电弯曲件27振动，并由于它的质量就把弯曲波发射到面板2中，以引起面板的共振，并产生和辐射声输出。换能器9可以用一个圆顶罩26覆盖，圆顶罩固定在面板2上用以保护换能器。

图4的压电换能器9包括盘状压电弯曲件27，其例如藉助于粘接剂把它的周边31固接在面板2的表面上，弯曲件27的中央部分自由地悬挂在面板2的空腔29中，这样就只有弯曲件27的周边31与该面板接触。一个例如塑料材质的质量块25通过例如弹性聚合物的弹性材料的阻尼垫片30的插入，粘贴在弯曲件27的中央。

因此，当声信号加到压电弯曲件上时，就会引起弯曲件的振动，并由此把弯曲波发射到面板内。通过在驱动器27上加上了质量块25以增加它的弹性，从而换能器的驱动效应得到了加强。

图5换能器的排列9与图4的排列类似，但不同的是，在该实施例中，用了一对压电弯曲件27粘贴在穿过面板2的空腔29的相对侧，从而以推挽方式操作。在这种安排中，两个弯曲件27的中央采用一个公用质量块25由每一个弯曲件27与质量块25之间的各弹性阻尼垫片30连接在一起。

工业应用

本发明的换能器的结构相对比较简单，且使用上非常有效。

Claims (8)

1.一种惯性振动式换能器，其特征在于具有片状压电弯曲件以及用于把所述弯曲件安装在组件上以使其振动的装置，其排列成使得弯曲件的主体部分与所述组件隔开，以使之与其相对运动。

2.根据权利要求1所述的惯性振动式换能器，其特征在于具有一个质量块，其紧固在所述弯曲件的主体部分上。

3.根据权利要求2所述的惯性振动式换能器，其特征在于所述弯曲体是片状的，并且所述安装装置设置在其中央，而所述质量块则紧固在所述弯曲件的周边上。

4.根据权利要求2所述的惯性振动式换能器，其特征在于所述弯曲件是片状的，并且其周边部分固定在所述组件上，而所述质量块则紧固在所述弯曲件的中央。

5.根据权利要求4所述的惯性振动式换能器，其特征在于具有一个弹性组件，藉助于它把所述质量块固定在所述弯曲件上。

6.根据权利要求5所述的惯性振动式换能器，其特征在于所述弯曲件被粘贴在所述组件的相对侧上以使其振动，并通过一个公用质量块连接一起，从而以推挽模式操作。

7.根据前述任何一项权利要求所述的惯性振动式换能器，其特征在于所述压电弯曲体是晶体形式。

8.一种具有分布式声辐射器的扬声器，其特征在于具有经耦合的如前述任何一项权利要求中所述的换能器以振动辐射器，从而使其谐振。

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