CN1926914B

CN1926914B - 包括流变材料的换能器组件和扬声器

Info

Publication number: CN1926914B
Application number: CN2004800422436A
Authority: CN
Inventors: M·J·默里
Original assignee: Sony Ericsson Mobile Communications AB
Current assignee: Sony Mobile Communications AB
Priority date: 2004-04-07
Filing date: 2004-11-12
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2024-11-12
Also published as: JP2007533203A; US20050226445A1; EP1733593B1; DE602004021966D1; JP4567727B2; US7403628B2; WO2005104612A1; CN1926914A; EP1733593A1

Abstract

一种换能器组件(20、22、24)包括换能器(32、34、36)和具有流变材料的耦合器(44、46、48)。一种扬声器(26、28、30、72、86、100、108、126、140、150)还包括声辐射器(38、40、42、76、84、96、146、154、170)。耦合器(44、46、48、70、88、90、98、115、117、128、130、142、144、155、182)安装到换能器(32、34、36、68、82、94、110、112、136、138、148、180)，并且可操作地连接到声辐射器。换能器激励声辐射器中的弯曲波，以产生声输出。通过控制流变材料，该流变材料可以包括磁流变液或电流变液，在各个实施例中的换能器可以选择为基本上刚性或柔性地耦合到声辐射器。如果柔性耦合，与刚性耦合相比，在主机掉落、震动或受压时，换能器受到的力可以减小。例如，声辐射器可以是象LCD的显示器(174)或安装在显示器上的窗(170)。移动终端(160)可以包括根据一个实施例的这种扬声器。

Description

包括流变材料的换能器组件和扬声器

技术领域

本发明涉及音响装置领域，尤其涉及包括声辐射器和换能器的弯曲波扬声器，也称为分布式扬声器(DML)。

背景技术

移动电话、电视等等产品经常包括扬声器，该扬声器具有由轴向驱动换能器来激励的振动膜。对于空间非常珍贵和需要减小产品尺寸的产品来说，这种扬声器相对较大。在最近开发的传统活塞激励扬声器的代替品中，可以通过弯曲波扬声器来产生声音。弯曲波扬声器可以使用装置的显示器作为声辐射器，通过省去相对大的传统扬声器而节约空间。而且，在一些情况下，由弯曲波扬声器产生的听觉感受比传统扬声器更好，其中来自DML的声音不象传统接收器产生的那样限于局部。

弯曲波扬声器包括能支撑弯曲波振动的声辐射器和安装于声辐射器上的机电换能器。弯曲波能量可以通过换能器或激励器传送给声辐射器，从而在辐射器中产生弯曲波，并产生声输出，该辐射器可以是板。激励器安装于该板，并且可以是例如机电移动线圈的动态激励器或其它惯性激励器、压电激励器等等。压电激励器与其它类型的激励器相比通常更优选，因为它通常更小(尤其是更薄)和更轻。但是，压电材料也相对较脆和易碎。电子音响装置尤其是手持的电子音响装置易受掉落或震动的影响，而刚性安装于声辐射器的压电材料会受到冲击力并可能破损。

发明内容

根据本发明实施例，换能器组件包括换能器和耦合器。换能器用于激励声辐射器中的弯曲波，从而产生声输出。耦合器包括流变材料并安装于换能器。耦合器还适用于可操作地连接到声辐射器，从而从换能器向声辐射器传送弯曲波。因此，通过控制流变材料，在安装于装置中时，换能器可以选择为基本上刚性或基本上柔性地耦合到声辐射器，如果基本上柔性地耦合，当装置掉落、震动或受压时，换能器受到的力比基本上刚性连接受到的力更小。

根据本发明的另一个实施例，换能器组件包括压电换能器，从而激励声辐射器中的弯曲波以产生声输出。磁流变液具有可控制的粘度，该粘度响应磁场而增加，因此在没有磁场时耦合器基本上是柔性的，而存在磁场时，耦合器基本上是刚性的。包括注入磁流变液的泡沫塑料的耦合器被安装到换能器。耦合器还适用于可操作地连接到声辐射器，从而从换能器向声辐射器传送弯曲波能量。换能器组件还包括用于产生通过耦合器的磁场的磁体。

根据本发明的另一个实施例，扬声器包括适用于支撑弯曲波振动的声辐射器。提供换能器以激励声辐射器中的弯曲波，从而产生声输出。包括流变材料的耦合器可操作地连接到声辐射器和换能器，从而从换能器向声辐射器传送弯曲波能量。

根据本发明的另一个实施例，扬声器包括适用于支撑弯曲波振动的声辐射器，并且可以是显示器或安装在显示器上的窗。提供压电换能器以激励声辐射器中的弯曲波，从而产生声输出。包括注入流变材料的泡沫塑料的耦合器可操作地连接到声辐射器和换能器，从而从换能器向声辐射器传送弯曲波能量。扬声器还包括用于产生通过耦合器的能量场的装置。流变材料具有可控制的粘度，该粘度响应能量场而增加，因此在没有能量场时耦合器基本上是柔性的，而存在能量场时，耦合器基本上是刚性的。

根据本发明的另一个实施例，移动终端包括外壳和安装到外壳的扬声器。扬声器包括适用于支撑弯曲波振动的声辐射器，并且可以是显示器或安装在显示器上的窗。提供换能器以激励声辐射器中的弯曲波，从而产生声输出。包括流变材料的耦合器可操作地连接到声辐射器和换能器，从而从换能器向声辐射器传送弯曲波能量。

根据本发明的另一个实施例，移动终端包括外壳和安装到外壳的扬声器。扬声器包括适用于支撑弯曲波振动的声辐射器，并且可以是显示器或安装在显示器上的窗。提供压电换能器以激励声辐射器中的弯曲波，从而产生声输出。包括注入流变材料的泡沫塑料的耦合器可操作地连接到声辐射器和换能器，从而从换能器向声辐射器传送弯曲波能量。扬声器还包括用于产生通过耦合器的能量场的装置。流变材料具有可控制的粘度，该粘度响应能量场而增加，因此在没有能量场时耦合器基本上是柔性的，而存在能量场时，耦合器基本上是刚性的。

根据本发明的另一个实施例，制造扬声器的方法包括提供适用于支撑弯曲波振动的声辐射器。提供换能器以激励声辐射器中的弯曲波，从而产生声输出。包括流变材料的耦合器可操作地连接到声辐射器和换能器，从而从换能器向声辐射器传送弯曲波能量。提供用于产生通过耦合器的能量场的装置，其中该流变材料具有可控制的粘度，该粘度响应能量场而增加，因此在没有能量场时耦合器基本上是柔性的，而存在能量场时，耦合器基本上是刚性的。

根据本发明的另一个实施例，用装置产生声音的方法包括给换能器传送电声频信号，以产生弯曲波能量。产生能量场以使包括流变材料的耦合器变为基本上刚性的。通过耦合器从换能器向声辐射器传送弯曲波能量，从而激励弯曲波，以产生声输出。该方法还可以包括减小能量场的强度，以使耦合器变为基本上柔性的。

考虑到以下一些它的实施例的详细说明，如图所示，本发明的特点和优点将更加显而易见。可以理解，本发明可以在各个方面进行修改，而不会背离本发明。因此，附图和文字说明将看作说明性的，而不是限制性的。

附图说明

图1-2是根据本发明实施例包括磁流变材料的扬声器的侧视图；

图3是根据本发明实施例包括电流变材料的扬声器的侧视图；

图4-10是根据本发明另外的实施例包括流变材料的扬声器的侧视图；

图11是根据本发明另一个实施例的移动终端的透视图；

图12是沿着图11中的线12-12的、图11的移动终端的横截面图。

具体实施方式

图1-3都示出根据本发明实施例的换能器组件20、22、24和扬声器26、28、30。具体而言，这些附图示出扬声器26、28、30，每个扬声器都包括通过耦合器44、46、48连接到声辐射器38、40、42的换能器32、34、36。每个换能器组件20、22、24都包括换能器32、34、36和耦合器44、46、48。换能器32、34、36具有预定的工作频率范围，并且包括具有在工作频率范围内的模式分布的谐振元件。谐振元件可以是有源的(active)，例如压电换能器。可选择地，换能器32、34、36可以是无源的，而换能器32、34、36还包括有源换能器例如惯性或接地(grounded)振动换能器，例如移动线圈换能器。

为了这里所述的目的，谐振元件示出为压电换能器32、34、36。压电换能器32、34、36可以是各种形状，包括但不局限于横杆、板状和盘状。例如压电换能器32、34、36可以是不透明或透明材料，例如和薄膜电极一起使用的PZLT。如现有技术中已知，通过连接到换能器32、34、36每侧的电极的电引线50施加在压电换能器32、34、36上的电压控制弯曲的方向和幅度。交替的正极和接地端子使得在交替的方向上弯曲，并且可以根据需要选择用于具体的应用。

声辐射器38、40、42可以是能够支撑从换能器32、34、36经过耦合器44、46、48传送的弯曲波能量的板。该板可以是分布式板，可以是至少一部分透明，并且可以是显示器。由玻璃、聚碳酸酯、丙烯酸和塑料制成的板以及液晶显示器(LCD)和含有薄膜晶体管的LCD是可以用作声辐射器38、40、42的材料的例子。声辐射器38、40、42可以是安装在显示器上的窗。本发明的范围不局限于这里所述的材料，而是可以使用能实现本发明结构和操作的任何材料来进行。材料和尺寸取决于具体的应用。

耦合器44、46、48示出为短柱的形式，并且可以用粘结剂例如环氧树脂或类似材料安装到换能器32、34、36和声辐射器38、40、42。在现有技术中已知用于传统短柱的材料的例子包括刚性泡沫塑料或其它硬塑料，或者具有防止电短路的适当绝缘层的金属。已知的短柱通常一直保持刚性。本发明的耦合器44、46、48包括流变材料。这里使用的术语“流变材料”即指磁流变材料又指电流变材料。本领域技术人员已知，在施加适当的能量场时，流变材料的流动或切变能力呈现很大的变化。具有可控制的粘度的流变材料可以设置在耦合器44、46、4 8内。流变材料的粘度响应能量场而增加。因此，在没有能量场或者能量场太弱而不足以使耦合器44、46、48变硬时，耦合器44、46、48基本上是柔性的，在存在足够强度的能量场使其变硬时，耦合器44、46、48基本上为刚性的。在耦合器44、46、48基本上是柔性时，缺少足够硬度来向声辐射器传送弯曲波能量以产生可听见的声音。相反，在耦合器44、46、48基本上是刚性时，具有足够硬度来向声辐射器传送弯曲波能量以产生可听见的声音。例如，耦合器44、46、48可以是注入流变材料的闭孔泡沫，由象橡胶的材料制成并包含流变材料的顺变管(compliant vessel)等等。

图1-3还示出能量场源的例子。在图1中，流变材料是磁流变液，能量场是电磁体54产生的磁场52。类似地，在图2中，流变材料是磁流变液，但具有由永磁体58产生的磁场56。永磁体58可以在至少两个位置之间移动：一个位置在耦合器46的附近，使耦合器46受到磁场56，另一个位置远离耦合器46，在那里，耦合器46基本上在磁场56范围之外。螺线管60之类的可以控制磁体58的位置，如箭头62所示。磁流变液对用于改变它们流动或切变能力的磁场52、56的存在敏感。磁流变液典型地是微米尺寸的可磁化颗粒在液体例如油中的悬浮液。在没有磁场时，磁流变液是自由流动的液体，可以具有类似于电动机润滑油的稠度。在暴露于足够强度的磁场时，可磁化颗粒对齐，并且减小磁流变液的流动能力。磁流变液的切变阻力是所施加的磁场大小的函数。磁流变材料的一个例子可以从North Carolina的Cary的Lord公司获得，名称为RHEONETIC^TM的磁流体。

在图3中，流变材料是电流变液，并且能量场是在耦合器48上施加电压产生的电场64。电场64可以通过直接将电引线65连接到耦合器48来产生，或者在耦合器48附近放置电极和接地来产生。电流变液对用于改变它们流动或切变能力的电场的存在敏感。在没有电场时，电流变液是自由流动的液体。在暴露于足够强度的电场时，形成纤维状结构并对齐，减小电流变液的流动能力。电流变液的切变阻力是所施加的电场大小的函数。聚甲基丙烯酸锂是电流变液的一个例子。

从所述说明可以看出，在产生通过耦合器的能量场时，耦合器基本上是刚性的，并且弯曲波能量可以被传送给声辐射器。当不存在能量场时，或者能量场的强度不足以使耦合器基本上为刚性时，耦合器基本上是柔性的。可以通过在闭孔泡沫塑料填料等等中注入液体来增加柔性。这种执行过程优选在高速冲击条件下进行，因为对于自由流动的液体，在冲击物中的发作用时间不够快。在负荷力减慢的情况下，例如大块物体放在声辐射器上(引起大的偏移)，流动液体可能更容易按预定要求工作。在不使用其中设置有扬声器的装置的情况下，在耦合器中的柔性会有利。例如，当象移动电话的移动终端不在打电话时(即接收或发射无线电信号)，它可能尤其会掉落、振动或受压。电话可以构成为在那些时刻不产生能量场，并且耦合器中的柔性有助于避免通过声辐射器传送的冲击力导致的换能器破损。

尽管图1-3的实施例示出安装到声辐射器38、40、42表面附近的单个耦合器44、46、48，但是其它的安装结构也是可以的。图4-10示出其它实施例的例子。例如，在图1-10的实施例中，本领域技术人员应当可以理解，为了增加各个声辐射器的尺寸或者控制冲击各个声辐射器的振动，可以在压电换能器上选择的位置处给这里所述的实施例添加例如塑料材料等等的块体。例如，这种块体的位置可以在如图4所示中心安装的换能器的边缘或者周边，或者在如图6和7所示边缘安装的换能器的中心点。在图4-10的实施例中，使用包括短柱形式的流变材料的一个或者更多耦合器。在每幅图中，磁场66示出为能量场，本领域技术人员应当理解，该场可以用通过耦合器的电场代替，并且同样没有示出的磁场源可以包括电磁体、永磁体等等。

图4示出根据本发明扬声器72的实施例其中心安装到包括流变材料的耦合器70的压电换能器68。耦合器70延伸入声辐射器76中的孔隙74，并且安装到辐射器76远离换能器68的一侧的内表面78。如果换能器68是横杆，块体80可以安装于换能器68的端部，或者如果换能器68是盘状，块体80可以象圆环一样安装在其周边，如图所示。

图5示出根据本发明扬声器86的实施例安装到声辐射器84的横杆型换能器82。包括流变材料的两个耦合器88、90用于将换能器82耦合到声辐射器84。一个耦合器90定位于朝向换能器8 2的一端，另一个换能器88定位于朝向换能器82的中心。

图6示出根据本发明扬声器100的实施例由环形耦合器98沿着其周边耦合到声辐射器96表面的盘状换能器94。同样，耦合器98包括流变材料。换能器94的中心部分悬在辐射器96中的空腔102上。块体104可以带有弹性聚合物的弹性材料的阻尼衬垫106，该阻尼衬垫106插入在块体104和换能器94之间。图7是类似于图6的扬声器108的实施例，除了单个换能器112之外还添加了镜像换能器110，安装到辐射器96中的空腔114的相对侧，并且可以以推/挽模式工作。环形耦合器115、117插入在换能器110、112和辐射器96之间。换能器110、112耦合到公共的块体116，阻尼衬垫118、120在每个换能器110、112和块体116之间。

图8示出根据本发明扬声器126的实施例在声辐射器124内部的压电换能器122。包括流变材料的耦合器128、130设置在换能器122的每侧，从而给辐射器124的每层皮132、134传送振动。

图9示出根据本发明扬声器140的实施例的层叠元件136、138。元件136、138都可以是有源的，例如压电换能器，或者可以一个是有源的另一个是无源的。耦合器142、144可以都包括流变材料，但是只有在声辐射器146和压电换能器之间的一个耦合器142、144需要包括流变材料。可以对包括流变材料的任何耦合器142、144施加能量场(未示出)。耦合器142、144可以偏离中心定位，如图所示。

图10示出根据本发明扬声器150的实施例的接地换能器148。当换能器耦合到组件的支撑结构时它接地。支撑结构152提供对换能器148边缘的反作用力，使换能器148的移位完全施加给声辐射器154。耦合器155设置在换能器148和声辐射器154之间。如果换能器148是横杆，可以使用包含流变材料的两个耦合器156、158，如图所示，横杆的每端一个。如果换能器148是包含流变材料的盘状耦合器，可以是用于将盘的周边安装到支撑结构152的圆环。

图11和12示出根据本发明实施例的移动终端160。在这里使用时，术语“移动终端”可以包括在其它物体中的具有或不具有多线显示器的移动无线电话、可以将移动无线电话与数据处理、传真和数据通讯能力相结合的个人通讯系统(PCS)终端；可以包括无线电话、寻呼机、国际互联网/内部互联网接入、网络浏览器、管理器、日历和/或全球定位系统(GPS)接收器的PDA；传统膝上电脑和/或掌上电脑接收器或者包括无线电话收发器的其它装置；以及个人音乐重放系统例如CD、小磁盘、MP3文件、记忆棒等等。移动终端160包括背部162和支撑话筒166、键盘168以及显示窗170的前部164。显示窗170具有不透明的围绕部分172。显示器174(图12)由悬架176支撑在前部164上，悬架176固定在显示器174周边的周围，例如显示器174可以是LCD显示器。显示窗170类似地用悬架178安装到前部164。在图12的横截面图中，示出换能器180安装到显示窗170，显示窗170安装在显示器174上。换能器180安装有包含流变材料的耦合器182，换能器180安装到显示窗170的不透明区域172，从而避免看见换能器180。

本领域普通技术人员可以理解，本发明在其它环境下具有其它的应用。本领域普通技术人员还可以理解，这里所述和所示的换能器安装到声辐射器的几何结构不必是最有效或最需要的，从而产生所需的声输出。事实上，很多实施例和实施方式都是可以的。例如，换能器和耦合器在声辐射器上的安装位置以及耦合器在换能器上的安装位置可以和所述的不同，而不脱离本发明的范围。可以使用各种类型的换能器、耦合器和声辐射器。以下权利要求决不是要将本发明的范围限制于所述的特定实施例。本领域技术人员应当理解，可以在不脱离本发明精神和范围的情况下进行上述调整、各种变化、省略和添加。

Claims

1.一种换能器组件(20、22、24)，包括：

换能器(32、34、36)，用于激励声辐射器(38、40、42)中的弯曲波，从而产生声输出；和

包括流变材料的耦合器(44、46、48)，耦合器(44、46、48)安装于换能器(32、34、36)上，并且适用于可操作地连接到声辐射器(38、40、42)，从而从换能器(32、34、36)向声辐射器(38、40、42)传送弯曲波。

2.权利要求1的换能器组件(20、22)，其中该流变材料是磁流变液，并且所述换能器组件还包括用于产生通过耦合器(44、46)的磁场(52、56)的磁体(54、58)，和其中该磁流变液具有可控制的粘度，该粘度响应于磁场(52、56)而增加，因此在没有磁场(52、56)时耦合器(44、46)基本上是柔性的，而存在磁场(52、56)时，耦合器(44、46)基本上是刚性的。

3.权利要求2的换能器组件(20)，其中该磁体(54)是电磁体。

4.权利要求2的换能器组件(22)，其中该磁体(58)是永磁体，并且还包括用于在第一和第二位置之间移动永磁体的装置(62)，第一位置相对于耦合器(46)设置，从而磁场(56)以足以使耦合器(46)基本上刚性的强度通过耦合器(46)，第二位置相对于耦合器(46)设置，从而磁场(56)不会以足以使耦合器(46)基本上刚性的强度通过耦合器(46)。

5.权利要求1的换能器组件(24)，其中该流变材料是电流变液，并且所述换能器组件还包括适用于产生通过耦合器(48)的电场(64)的电引线(65)，而且其中该电流变液具有可控制的粘度，该粘度响应电场(64)而增加，因此在没有电场(64)时耦合器(48)基本上是柔性的，而存在电场(64)时，耦合器(48)基本上是刚性的。

6.权利要求1的换能器组件，其中该换能器(32、34、36)包括压电元件。

7.权利要求1的换能器组件，其中该耦合器(44、46、48)包括被注入到泡沫塑料中的流变材料。

8.权利要求1的换能器组件，其中该耦合器(44、46、48)包括封闭的管，该封闭管包括含有流变材料的顺变体。

9.一种扬声器(26、28、30、72、86、100、108、126、140、150)，包括：

声辐射器(38、40、42、76、84、96、146、154、170)，适用于支撑弯曲波振动；

换能器(32、34、36、68、82、94、110、112、136、138、148、180)，激励声辐射器中的弯曲波，从而产生声输出；和

包括流变材料的耦合器(44、46、48、70、88、90、98、115、117、128、130、142、144、155、182)，该耦合器可操作地连接到声辐射器和换能器，从而从换能器向声辐射器传送弯曲波。

10.权利要求9的扬声器(26、28、30、72、86、100、108、126、140、150)，还包括用于产生通过耦合器(44、46、48、70、88、90、98、115、117、128、130、142、144、155、182)的能量场(52、56、64、66)的装置，和其中该流变材料具有可控制的粘度，该粘度响应能量场而增加，因此在没有能量场时耦合器基本上是柔性的，而存在能量场时耦合器基本上是刚性的。

11.权利要求9的扬声器(26、28、30、72、86、100、108、126、140、150)，其中该声辐射器(38、40、42、76、84、96、146、154、170)至少部分是透明的。

12.权利要求11的扬声器(26、28、30、72、86、100、108、126、140、150)，其中该声辐射器(38、40、42、76、84、96、146、154、170)包括显示器(174)。

13.权利要求12的扬声器(26、28、30、72、86、100、108、126、140、150)，其中该显示器(174)是液晶显示器。

14.权利要求9的扬声器(26、28、30、72、86、100、108、126、140、150)，还包括显示器(174)，其中所述声辐射器是安装在显示器上的窗(170)。

15.一种制作扬声器(26、28、30、72、86、100、108、126、140、150)的方法，包括：

提供适用于支撑弯曲波振动的声辐射器(38、40、42、76、84、96、146、154、170)；

提供换能器(32、34、36、68、82、94、110、112、136、138、148、180)以激励声辐射器中的弯曲波，从而产生声输出；

将包括流变材料的耦合器(44、46、48、70、88、90、98、115、117、128、130、142、144、155、182)可操作地连接到声辐射器和换能器，从而从换能器向声辐射器传送弯曲波能量；和

提供用于产生通过耦合器的能量场(52、56、64、66)的装置，其中该流变材料具有可控制的粘度，该粘度响应能量场而增加，因此在没有能量场时耦合器基本上是柔性的，而存在能量场时，耦合器基本上是刚性的。

16.用一种装置产生声音的方法，包括：

给换能器(32、34、36、68、82、94、110、112、136、138、148、180)传送电音频信号，以产生弯曲波能量；

产生能量场(52、56、64、66)以使包括流变材料的耦合器(44、46、48、70、88、90、98、115、117、128、130、142、144、155、182)变为基本上刚性；和

通过耦合器从换能器(32、34、36、68、82、94、110、112、136、138、148、180)向声辐射器(38、40、42、76、84、96、146、154、170)传送弯曲波能量，从而激励弯曲波，以产生声输出。