TW202337235A - 聲學設備 - Google Patents

Abstract

本說明書的一個或多個實施例涉及一種聲學設備。所述設備包括：壓電組件，壓電組件在驅動電壓的作用下產生振動；振動組件，振動組件機械地連接到壓電組件，接收振動並產生聲音；以及電阻元件，電阻元件與壓電組件串聯以改變振動組件的頻率響應，其中，電阻元件使得振動組件的振動在10kHz處的幅值與1kHz處的幅值的差異不超過20dB。本說明書通過串聯電阻元件，達到降低振動組件在中高頻帶振動的幅值，減小全頻帶的靈敏度差異，提高了聲學設備輸出的聲音的高低頻均衡感。並且，當聲學設備在中高頻段時，串聯的電阻元件還可以通過分壓的方式，降低流經壓電組件的電流，從而減小壓電組件產生的熱能，達到控制溫度的效果，提高聲學設備的工作可靠性。

Description

聲學設備

本申請案涉及聲學技術領域，特別涉及一種聲學設備。

本申請案主張於2022年3月4日提交之申請號為202210213575.6的中國專利申請案的優先權，其全部內容通過引用的方式併入本文。

聲學設備往往會通過向壓電組件施加電能的方式，使其發生形變傳輸聲音。例如，聲學設備可以通過在壓電組件的極化方向上施加驅動電壓，利用壓電材料的逆壓電效應產生振動，從而向外輻射聲波。

然而聲學設備中壓電組件的諧振頻率通常較高，造成設備的高頻靈敏度較高而低頻靈敏度較低，從而導致聲學設備發出的聲音較為刺耳，使用者聽感的高低頻均衡感較差。

此外，壓電組件在通入交變電壓信號後，在壓電組件材料的內阻的作用下會發熱，尤其在諧振頻率附近，發熱更為嚴重，可接近甚至超過300℃。而壓電組件具有壓電性，其工作溫度必須低於其材料的居禮溫度。因此，如何有效控制壓電組件在交變信號下的工作溫度，成為提高壓電組件驅動的聲學輸出設備工作可靠性的關鍵。

為了解決上述問題，本說明書提出一種提高壓電陶瓷驅動聲學輸出設備高低頻均衡性，並同時有效控制中高頻發熱的聲學設備。

本說明書實施例之一提供一種聲學設備。該設備包括：壓電組件，壓電組件在驅動電壓的作用下產生振動。振動組件，振動組件機械地連接到壓電組件，接收振動並產生聲音。以及電阻元件，電阻元件與壓電組件串聯以改變振動組件的頻率響應，其中，電阻元件使得振動組件的振動在10kHz處的幅值與1kHz處的幅值的差異不超過20dB。

在一些實施例中，電阻元件串聯在壓電組件的正極上。

在一些實施例中，電阻元件焊接在壓電組件的正極上。

在一些實施例中，電阻元件串聯在壓電組件的負極上。

在一些實施例中，電阻元件焊接在壓電組件的負極上。

在一些實施例中，壓電組件的正極和負極從壓電組件的同一側引出。

在一些實施例中，電阻元件包括連接壓電組件的導線。

在一些實施例中，電阻元件包括連接壓電組件的導電膠。

在一些實施例中，電阻元件佈置在柔性電路板上。

在一些實施例中，電阻元件包括壓電組件的電極。

在一些實施例中，壓電組件的電極的至少部分的材料為以下材料之一：銅、金、鋁、鎢、鐵、或鉑。

在一些實施例中，壓電組件的電極的至少部分的有效橫截面積小於電極的輪廓橫截面積。

在一些實施例中，壓電組件的電極的至少部分的橫截面為網狀結構或S型結構。

在一些實施例中，電阻元件的阻值為1Ω至1kΩ。

在一些實施例中，壓電組件為樑結構。

在一些實施例中，壓電組件包括至少兩個壓電陶瓷片，至少兩個壓電陶瓷片相互電學連接。

在一些實施例中，至少兩個壓電陶瓷片與壓電組件的電極交錯層疊。

在一些實施例中，在工作狀態下，壓電組件的表面溫度低於其居禮溫度。

在一些實施例中，振動組件包括：彈性元件；以及質量元件，彈性元件的一端連接壓電組件，另一端連接質量元件。

在一些實施例中，彈性元件包括以下之一：傳振片、膠、彈片、或基板。

在一些實施例中，質量元件包括用於容納壓電組件和電阻元件的殼體。

在一些實施例中，聲學設備為骨傳導聲學設備。

在一些實施例中，聲學設備還包括升壓電學系統，升壓電學系統用於提高電源輸出的電壓。

本說明書實施例通過設置電阻元件與壓電組件串聯進行分壓，可以降低壓電組件兩端的電壓，從而降低了振動組件在中高頻帶振動的幅值，減小了全頻帶的靈敏度差異，提高了聲學設備輸出的聲音的高低頻均衡感。

並且，當聲學設備在中高頻段時，串聯的電阻元件還可以通過分壓的方式，降低流經壓電組件的電流，從而減小壓電組件產生的熱能，達到控制溫度的效果，提高聲學設備的工作可靠性。

為了更清楚地說明本說明書實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本說明書的一些示例或實施例，對於本領域的普通技術人員來講，在不付出進步性努力的前提下，還可以根據這些附圖將本說明書應用於其它類似情景。除非從語言環境中顯而易見或另做說明，圖中相同標號代表相同結構或操作。

應當理解，本文使用的“系統”、“裝置”、“單元”和/或“模組”是用於區分不同級別的不同元件、元件、部件、部分或裝配的一種方法。然而，如果其他詞語可實現相同的目的，則可通過其他表達來替換所述詞語。

如本說明書和申請專利範圍中所示，除非上下文明確提示例外情形，“一”、“一個”、“一種”和/或“該”等詞並非特指單數，也可包括複數。一般說來，術語“包括”與“包含”僅提示包括已明確標識的步驟和元素，而這些步驟和元素不構成一個排它性的羅列，方法或者設備也可能包含其它的步驟或元素。

本說明書中使用了流程圖用來說明根據本說明書的實施例的系統所執行的操作。應當理解的是，前面或後面操作不一定按照順序來精確地執行。相反，可以按照倒序或同時處理各個步驟。同時，也可以將其他操作添加到這些流程中，或從這些流程移除某一步或數步操作。

本說明書一個或多個實施例的聲學設備可以通過壓電組件產生的振動輸出聲音，以便應用於各種需要播放音訊的場景，如聲學設備可以為獨立的音訊輸出設備（如音響、耳機等），能夠根據使用者指令播放音訊；又如聲學設備可以為終端設備（如手機、電腦等）中的模組或元件，能夠根據終端指令播放音訊。在一些實施例中，聲學設備還可以根據需要輸出的聲音的頻率、大小等參數，調整壓電組件的形變產生不同的振動，以使振動組件根據不同的振動輸出不同的聲音。

在一些實施例中，聲學設備可以為骨傳導聲學設備，骨傳導聲學設備中的振動組件可以與使用者的人體組織貼合，通過使用者的骨骼將振動組件發出的聲波傳輸至使用者內耳。在一些實施例中，聲學設備也可以為其他類型的聲學設備，如空氣傳導聲學設備、助聽器、輔聽器、眼鏡、頭盔、擴增實境（Augmented Reality，AR）設備、虛擬實境（Virtual Reality，VR）設備等，或者可選地，聲學設備可以作為車載音訊系統或者室內音響系統的一部分，用於輸出聲音。

目前，聲學設備中壓電組件的諧振頻率通常較高，造成設備的高頻靈敏度較高而低頻靈敏度較低，從而導致聲學設備發出的聲音較為刺耳，使用者聽感的高低頻均衡感較差。

本說明書實施例描述了一種聲學設備。在一些實施例中，聲學設備可以包括壓電組件、振動組件和電阻元件。其中，壓電組件可以在驅動電壓的作用下產生振動，振動組件可以接收來自壓電組件的振動並產生聲音，電阻元件可以與壓電組件串聯，以改變所述振動組件的頻率響應，以使振動組件的振動在10kHz處的幅值與1kHz處的幅值的差異不超過20dB。

本說明書實施例通過設置電阻元件與壓電組件串聯進行分壓，可以降低壓電組件兩端的電壓，從而降低了振動組件在中高頻帶振動的幅值，減小了全頻帶的靈敏度差異，提高了聲學設備輸出的聲音的高低頻均衡感。

並且，本說明書實施例提供的聲學設備在中高頻段時，串聯的電阻元件還可以通過分壓的方式，降低流經壓電組件的電流，從而減小壓電組件產生的熱能，達到控制溫度的效果，提高聲學設備的工作可靠性。

圖1是根據本說明書一些實施例所示的一種聲學設備100的結構框圖。

如圖1所示，聲學設備100可以包括：振動組件110、壓電組件120和電阻元件130。其中，壓電組件120在驅動電壓的作用下產生振動。振動組件110機械地連接到壓電組件120，接收振動並產生聲音。電阻元件130與壓電組件120串聯，以改變所述振動組件110的頻率響應，且電阻元件130使得振動組件110的振動在10kHz處的幅值與1kHz處的幅值的差異不超過20dB。

振動組件110可以被配置為傳輸振動並產生聲音的元件。在一些實施例中，振動組件110可以包括彈性元件，彈性元件可以回應振動並發生形變，改變自身周邊的聲壓，從而產生聲波，實現聲音的輸出。示例性的，彈性元件可以通過自身的形變（如自身振動等）使周圍的空氣產生疏密變化，形成疏密相間的縱波，從而產生聲波。在一些實施例中，彈性元件可以包括傳振片、膠、彈片、基板等，或其任意組合。在一些實施例中，彈性元件的材料可以為任何具有傳輸振動能力的材料。例如，所述彈性元件的材料可以為矽膠、塑膠、橡膠、金屬等，或其任意組合。在一些實施例中，所述振動組件110還包括質量元件。所述彈性元件的一端可以連接所述壓電組件120，另一端連接所述質量元件。在一些實施例中，所述壓電組件120的至少一部分可以連接所述彈性元件，所述質量元件的一部分可以連接所述彈性元件。在一些實施例中，所述質量元件可以包括質量塊、殼體等。例如，所述殼體可以用於容納所述壓電組件120和所述電阻元件130，保護壓電組件120和所述電阻元件130，延長聲學設備100的使用壽命。在一些實施例中，殼體的材料可以包括金屬、矽膠、橡膠、塑膠等中的一種或多種材料，以達到緩衝減震的作用。在一些實施例中，振動組件110可以為膜狀結構（如氣導振膜等），也可以為板狀結構（如骨傳導振動面板等），還可以為網狀結構或層狀結構等其他結構。

下面提供一種示例性的聲學設備100，以描述振動組件110的具體實現方式。

圖2是根據本說明書一些實施例所示的聲學設備100的結構示意圖。

如圖2所示，振動組件110的一端可以與壓電組件120的振動輸出端121連接，以接收振動。振動組件110的另一端可以輸出聲音。示例性的，振動組件110可以通過一種或多種媒體（如空氣、使用者骨骼等）向使用者發送聲波，從而使得使用者聽到聲學設備100輸出的聲音。

壓電組件120可以被配置為將電能轉換為機械能的電能轉換設備。在一些實施例中，壓電組件120可以基於不同驅動電壓發生不同程度的形變，從而產生振動。壓電組件120的具體實現方式，可以參考下述圖6、圖11A至圖11F、圖12、以及圖13A至圖13F中的相關描述，此處不再贅述。在一些實施例中，壓電組件120可以為片狀、環狀、菱型、長方體型、柱型、球型等形狀，或其任意組合，也可以為其他不規則形狀。在一些實施例中，壓電組件120的材料可以包括壓電晶體、壓電陶瓷、壓電聚合物等壓電材料，或其任意組合。在一些實施例中，壓電晶體可以包括水晶、閃鋅礦、方硼石、電氣石、紅鋅礦、GaAs、鈦酸鋇及其衍生結構晶體、KH ₂PO ₄、NaKC ₄H ₄O ₆·4H ₂O(羅息鹽)等，或其任意組合。壓電陶瓷是指由不同材料粉粒之間的固相反應和燒結而獲得的微細晶粒無規則集合而成的壓電多晶體。在一些實施例中，壓電陶瓷材料可以包括鈦酸鋇（BT）、鋯鈦酸鉛（PZT）、鈮酸鉛鋇鋰（PBLN）、改性鈦酸鉛（PT）、氮化鋁（AIN）、氧化鋅（ZnO）等，或其任意組合。在一些實施例中，壓電聚合物材料可以包括聚偏氟乙烯（PVDF）等。

在一些實施例中，可以通過調整向壓電組件120施加的驅動電壓的大小，調整壓電組件120的振動的幅度。例如，壓電組件120輸出的振動的幅度與施加的電壓大小相關，兩者的關係式可以為公式（1）： （1）， 其中，F為壓電組件120輸出的振動幅度，V為壓電組件120的驅動電壓，d為壓電組件120的壓電常數，A為壓電組件120的面積，t為壓電組件120的厚度， 為壓電組件120的彈性柔順常數。根據公式（1）,壓電組件120輸出的振動幅度與壓電組件120的驅動電壓成正比。

在一些實施例中，還可以通過調整向壓電組件120施加的驅動電壓的頻率大小，調整壓電組件120的振動頻率。在一些實施例中，壓電組件120產生的振動還與壓電材料的壓電常數有關。例如，在驅動電壓相同時，壓電常數越大，壓電組件120產生的形變越大，振動越強烈。在一些實施例中，壓電常數不同，導致壓電組件120發生的形變方向不同。例如，壓電組件120的壓電常數可以為D33常數或D31常數，也可以為其他壓電常數。其中，D33常數表示壓電組件120的電學方向（即電場的方向）和力學方向（即形變的方向）是相同的，D31常數表示壓電組件120的形變方向主要發生在一個方向。

圖3是根據本說明書一些實施例所示的壓電組件120的電路示意圖。在一些實施例中，壓電組件120可以看作一種具有電容性質的元器件。如圖3所示，壓電組件120可以是具有容值的電容 ，相對應的，壓電組件120的阻抗 可以根據公式（2） 確定： （2）， 其中， 為壓電組件120的等效阻抗值，ω為驅動電壓的角頻率， 為壓電組件120的等效電容值。根據公式（2）,在未設置電阻元件130時，隨著驅動電壓的角頻率ω的增加，壓電組件120的阻抗 會隨之降低。

圖4是根據本說明書一些實施例所示的壓電組件120的阻抗-頻率曲線示意圖。如圖4所示，曲線1為壓電組件120的阻抗-頻率曲線。根據曲線1，隨著驅動電壓的頻率的增加（例如，從100Hz升高至1kHz），驅動電壓的角頻率ω也隨之上升，而壓電組件120的阻抗隨之降低（例如，從阻抗值 下降至阻抗值 ）。

繼續參考圖3，在未串聯電阻元件130且驅動電壓的電壓V不變的情況下，壓電組件120的阻抗 降低可以導致流經壓電組件120的電流隨之增加。也就是說，隨著驅動電壓的角頻率ω的增加，壓電組件120的阻抗 會隨之降低，導致流經壓電組件120的電流會增加。

圖5是根據本說明書一些實施例所示的壓電組件120的電流-頻率曲線示意圖。如圖5所示，曲線2為壓電組件120的電流-頻率曲線。根據曲線2，隨著驅動電壓的頻率的增加（例如從1kHz升高至10kHz），驅動電壓的角頻率ω也隨之上升，而流經壓電組件120的電流隨之增加（例如，從電流值 升高至電流值 ）。根據焦耳定律，即公式（3），在電阻一定的情況下，電子器件的發熱功率 與電流 的平方成正比， （3）， 因此，在未串聯電阻元件130的情況下，隨著驅動電壓頻率的增加，壓電組件120的電流隨之增加，壓電組件120會在驅動電壓的頻率為中高頻（例如，大於1KHz）處發熱功率逐漸增大，導致壓電組件120的工作溫度較高，嚴重時可能會高於居禮溫度，使壓電組件120的壓電性降低影響聲學設備100的正常工作。

在一些實施例中，壓電組件120可以為樑結構（例如，一端與聲學設備固定連接，一端自由振動的樑結構，可視為懸臂樑結構）。在一些實施例中，懸臂樑結構的壓電組件120（以下簡稱壓電樑）的固定端可以接收電壓信號，壓電樑整體產生振動，並通過壓電樑上的任一位置（例如，自由端）將振動傳輸給振動組件，讓使用者人耳感知。其中，壓電樑上輸出振動的位置稱為振動輸出端。在一些實施例中，振動輸出端可以直接輸出氣導聲；在一些實施例中，振動輸出端可以與振膜連接輸出氣導聲；在一些實施例中，振動輸出端可以與傳振片等結構連接，將振動傳遞通過使用者的皮膚、骨骼等組織傳遞到聽覺神經，輸出骨傳導聲。

示例性的，如圖2所示，懸樑臂結構的固定端可以為壓電組件120的驅動端122，驅動端122可以接收驅動電壓，懸樑臂結構的自由端可以為壓電組件120的振動輸出端121，振動輸出端121可以產生並輸出振動。

在一些實施例中，壓電組件120可以包括至少兩個壓電陶瓷片，至少兩個壓電陶瓷片相互電學連接。壓電陶瓷片可以為片狀的具有壓電特性的部件。在一些實施例中，壓電陶瓷片可以根據驅動電壓的大小和頻率發生機械形變。例如，壓電陶瓷片可以在驅動電壓為正向時伸長，在驅動電壓為負向時收縮。在一些實施例中，不同的壓電陶瓷片的極化方向可以不同，從而在相同的驅動電壓的作用下產生的形變方向也可以不同。例如，在驅動電壓為正向時，當壓電陶瓷片A和壓電陶瓷片B的極化方向不同時，壓電陶瓷片A可以伸長，而壓電陶瓷片B可以縮短。在一些實施例中，不同的壓電陶瓷片的極化方向也可以相同，從而在相同的驅動電壓的作用下產生的形變方向也可以相同。

在一些實施例中，壓電組件120可以為層狀結構。在一些實施例中，至少兩個壓電陶瓷片可以通過層疊的方式進行設置。例如，多個壓電陶瓷片可以重疊設置，且其位置在空間上對應。在一些實施例中，壓電組件120的振動可以與壓電陶瓷片的層數有關。示例性的，壓電陶瓷片的層數越多，壓電組件120的振動幅度越大。

在一些實施例中，至少兩個壓電陶瓷片相互電學連接的方式可以與壓電陶瓷片之間的極化方向有關。例如，在不同層的壓電陶瓷片的極化方向同向時，多個壓電陶瓷片可以串聯，以使不同的壓電陶瓷片的形變方向不同。又例如，兩個極化方向同向的壓電陶瓷片可以層疊且串聯，且兩層的壓電陶瓷片的驅動電壓反向，導致兩層的壓電陶瓷片的形變方向反向，從而可以增大壓電組件120的形變力度，進一步增加壓電組件120的振動幅度。

在一些實施例中，在不同層的壓電陶瓷片的極化方向反向時，多個壓電陶瓷片可以通過並聯的方式連接，以使不同的壓電陶瓷片的形變方向不同。例如，兩個極化方向反向的壓電陶瓷片可以層疊且並聯，且兩層的壓電陶瓷片的驅動電壓反向，導致兩層的壓電陶瓷片的形變方向反向，從而可以增大壓電組件120的形變力度，進一步增加壓電組件120的振動幅度。下面提供一種示例性的壓電組件120，以描述並聯的壓電陶瓷片的具體實現方式。

圖6是根據本說明書一些實施例所示的壓電組件120的結構示意圖。

如圖6所示，壓電組件120可以包括多個壓電陶瓷片123，多個壓電陶瓷片123層疊設置。在一些實施例中，多個壓電陶瓷片123可以分別設置在壓電組件120的第一層、第二層、第三層和第四層內。第一層和第二層的壓電陶瓷片123的極性方向可以與第三層和第四層的壓電陶瓷片123的極性方向不同（即第一層和第二層的極性方向相同，第三層和第四層的極性方向相同），當向壓電組件120施加驅動電壓時，第一層和第二層的形變方向可以與第三層和第四層的形變方向相反，以加大增強壓電組件120的振動幅度。

在一些實施例中，正負電極分別設置在至少兩個壓電陶瓷片兩端，使得至少兩個壓電陶瓷片相互並聯，從而為壓電陶瓷片提供相同的驅動電壓。在一些實施例中，至少兩個壓電陶瓷片可以與壓電組件120的電極交錯層疊。壓電組件120的正負電極可以延伸至多個壓電陶瓷片之間，從而增大與壓電陶瓷片相互接觸的面積，提高驅動效率。

示例性的，如圖6所示，正電極與多個壓電陶瓷片123的第一端1231接觸，負電極與多個壓電陶瓷片123的第二端1232接觸，實現多個壓電陶瓷片123的並聯。正電極還可以設置在多個壓電陶瓷片123的第一層和第二層之間，以及設置在第三層和第四層之間。負電極可以設置在多個壓電陶瓷片123的表面，以及設置在第二層和第三層之間。

本說明書實施例中，聲學設備100通過壓電組件120的逆壓電效應產生振動向外輻射聲波，與傳動電動式揚聲器相比，聲學設備100可以具有機電換能效率高、能耗低、體積小、集成度高等優勢。需要說明的是，圖3僅為示例，壓電組件120還可以包括其他數量的壓電陶瓷片，或以其他形式與電極連接。

電阻元件130可以被配置為任何具有電阻特性或可以實現帶通調控效果的電學器件。例如，電阻元件130可以包括具有電阻性質的元器件、材料、塗層、黏膠等器件，或其任意組合。再例如，電阻元件130還可以包括具有帶通調控效果的電阻-電容（RC）濾波器，如串聯構型的RC濾波器、並聯構型的RC濾波器、串並聯構型的RC濾波器、級聯或多階RC濾波器、無源或有源RC濾波器等，或其任意組合。

在一些實施例中，電阻元件130可以與壓電組件120串聯，以調整振動組件110的幅值差異。例如，電阻元件130通過串聯分壓原理調控壓電組件120兩端的電壓或頻寬，從而使得振動組件110在高低頻處的幅值差異發生改變。

圖7是根據本說明書一些實施例所示的電阻元件130和壓電組件120的電路示意圖。如圖7所示，電阻元件130可以等效成一個電阻R _t，壓電組件120可以等效成一個電容C _p，電阻R _t可以與電容C _p串聯，驅動電壓V同時為電阻R _t和電容C _p提供電壓。在驅動電壓V的電壓不變且驅動電壓V的頻率不斷升高的情況下，由於壓電組件120的阻抗降低，使得電阻元件130兩端的電壓增加，從而壓電組件120兩端的電壓下降。

圖8是根據本說明書一些實施例所示的壓電組件120的電壓-頻率曲線示意圖。在一些實施例中，可以通過調整電阻元件130的阻值，調整壓電組件120兩端的電壓。如圖8所示，曲線3為未串聯電阻元件130（即，串聯電阻值為R ₁=0的電阻元件130）的情況下，壓電組件120的電壓-頻率曲線；曲線4為串聯電阻值為R ₂的電阻元件130的情況下，壓電組件120的電壓-頻率曲線；曲線5為串聯電阻值為R ₃的電阻元件130的情況下，壓電組件120的電壓-頻率曲線；曲線6為串聯電阻值為R ₄的電阻元件130的情況下，壓電組件120的電壓-頻率曲線。其中，0=R ₁＜R ₂＜R ₃＜R ₄。

在一些實施例中，在驅動電壓V的頻率較低（如頻率10Hz~100Hz）時，由於壓電組件120的阻抗較大，串聯的電阻元件130對整體阻抗的作用不明顯，對壓電組件120的電壓的影響較小。當驅動電壓V的頻率逐漸升高至中高頻（如頻率1k~10kHz）時，壓電組件120兩端的電壓下降。例如，在驅動電壓V的頻率升高至10kHz時，曲線3的壓電組件120的電壓為U ₃，曲線4的壓電組件120的電壓為U ₄，曲線5的壓電組件120的電壓為U ₅，曲線6的壓電組件120的電壓為U ₆，其中，U ₃＞U ₄＞U ₅＞U ₆。

在一些實施例中，隨著電阻元件130的阻值的增加，壓電組件120兩端電壓開始下降的頻率點逐漸提高。如圖8中的曲線2至4所示，隨著電阻元件阻值的增加，電壓開始下降的頻率點逐步提高。相對應的，在一些實施例中，可以通過調整電阻元件130的阻值，實現聲學設備100的聲學輸出特性的調控，以滿足對聲學設備100的頻率響應特性和應用的需求。

在一些實施例中，電阻元件130可以通過與壓電組件120串聯，進而調控壓電組件120兩端的電壓或頻寬，改變振動組件110的頻率響應。在一些實施例中，電阻元件130可以與壓電組件120串聯，調整壓電組件120兩端的電壓，以使得振動組件110在高低頻處的幅值差異發生改變。下面提供一種示例性的振動組件110的頻率響應曲線，以描述電阻元件130的具體實現方式。

圖9是根據本說明書一些實施例所示的振動組件的頻率響應曲線的示意圖。如圖9所示，曲線7為當壓電組件120未串聯電阻元件130時，振動組件110的頻率響應曲線，曲線8為當壓電組件120與串聯電阻元件130串聯時，振動組件110的頻率響應曲線。在一些實施例中，串聯電阻元件130的作用在於壓制高頻輸出。例如，如圖9所示，當串聯電阻元件130後，頻率響應曲線峰穀位置不會發生變化，對低頻的幅值影響也不大，但從某一頻率開始（例如，600Hz），隨著頻率的增加，對應頻率幅值下降的越多，呈現出高、低頻曲線幅值差異的減小，主觀聽感上“刺耳感”緩解，高低頻的均衡感提高。如圖9所示，曲線8在10kHz處的幅值與1kHz處的幅值的差異D2，比曲線7在10kHz處的幅值與1kHz處的幅值的差異D1更小。在一些實施例中，所述差異D2可以不超過特定閾值（例如，30dB，20dB, 15dB等）。本說明書實施例通過設置電阻元件130與壓電組件120串聯，使得聲學設備100具有較小的全頻帶的靈敏度差異，從而提高了聲學設備100輸出的聲音的高低頻均衡感。

在一些實施例中，在驅動電壓V的電壓不變且驅動電壓V的頻率不斷升高的情況下，由於壓電組件120的阻抗降低，串聯的電阻元件130使得壓電組件120兩端的電壓下降，流經壓電組件120的電流相應降低。並且，根據焦耳定律（公式（3）），壓電組件120的發熱功率與電流的二次方成正比，相較於未串聯電阻元件130的情況，壓電組件120的發熱也可以相應降低，從而提高器件可靠性。

圖10是根據本說明書一些實施例所示的壓電組件120的電流-頻率曲線示意圖。

在一些實施例中，可以通過調整電阻元件130的阻值，調整流經壓電組件120的電流，從而調整壓電組件120的發熱，實現溫度的控制。如圖9所示，曲線9為未串聯電阻元件130（即，串聯電阻值為R ₉=0的電阻元件130）的情況下，壓電組件120的電流-頻率曲線；曲線10為串聯電阻值為R ₁₀的電阻元件130的情況下，壓電組件120的電流-頻率曲線；曲線11為串聯電阻值為R ₁₁的電阻元件130的情況下，壓電組件120的電流-頻率曲線；曲線12為串聯電阻值為R ₁₂的電阻元件130的情況下，壓電組件120的電流-頻率曲線。其中，0=R ₉＜R ₁₀＜R ₁₁＜R ₁₂。

在驅動電壓V的頻率較低（如頻率10~100Hz）時，由於壓電組件120的阻抗較大，串聯的電阻元件130對整體阻抗的作用不明顯，對流經壓電組件120的電流的影響較小。當驅動電壓V的頻率逐漸升高至中高頻（如頻率1k~10kHz）時，流經壓電組件120的電流下降。並且，在驅動電壓的相同頻率下，隨著電阻元件130的阻值的增加，流經壓電組件120的電流越小。例如，在驅動電壓V的頻率升高至10kHz時，曲線9的壓電組件120的電流為I ₉，曲線10的壓電組件120的電流為I ₁₀，曲線11的壓電組件120的電壓為I ₁₁，曲線12的壓電組件120的電流為I ₁₂。其中，I ₉＞I ₁₀＞I ₁₁＞I ₁₂。

在一些實施例中，串聯電阻的大小需可以根據形成的聲學設備100的整體頻率響應特性來確定。例如，根據壓電組件120的特性，假設高頻幅值較大或呈升高趨勢，可以結合主觀聽音確定需要串聯的電阻元件130的大小。例如，可以根據壓電組件120的頻率響應曲線，確定從某一頻率閾值fc處實現隨頻率增加，且頻率越高則相應幅值下降的越多的效果。在一些實施例中，頻率閾值fc可以根據具體壓電組件120的振動特性確定。

在一些實施例中，壓電組件120的壓電片的靜電容可以根據公式（4）確定： （4）， 其中， ε為壓電片的介電常數， S為電極面積， t為正負電極間的距離。假設改變了壓電材料，使介電常數 ε改變，從而改變了靜電容，則需根據公式（5）重新匹配電阻。若改變電極的幾何尺寸S和t，則會對聲學設備100的振動特性產生影響，需根據其頻率響應曲線結合主觀聽音判斷串聯電阻具體值。

對於由具有不同容值的壓電片Cp1和Cp2構建的聲學設備100，假設這兩個聲學設備均需要從頻率閾值fc處實現頻率響應幅值隨頻率升高而下降的效果，可以根據公式（5）確定需要串聯的電阻元件R1和R2： （5）。

在一些實施例中，電阻元件130的阻值可以在一定範圍內（例如，1Ω至1000Ω，100Ω至10kΩ等），使得振動組件110在頻率閾值fc（例如，100Hz）處的振動幅值開始下降，以使振動組件110在10kHz處的幅值與1kHz處的幅值的差異不超過20dB，使得聲學設備100具有較小的全頻帶的靈敏度差異，從而提高了聲學設備100輸出的聲音的高低頻均衡感。同時，電阻元件130還可以降低壓電組件120的發熱，使得壓電組件120的工作溫度可以低於居禮溫度，確保聲學設備100的正常工作。例如，當6kHz的單頻激勵下，未串聯所述壓電組件120的表面溫度（例如，236.9℃）較高，可以接近其居禮溫度（例如，所述壓電組件120的居禮溫度為290℃）。當激勵時間增加，所述壓電組件120的表面溫度會超過其居禮溫度，造成所述壓電組件失效。而在6kHz單頻信號激勵下，串聯了所述電阻元件130的壓電組件120表面的溫度顯著下降。例如，壓電組件120的表面溫度可以在6kHz單頻信號激勵5min內低於其居禮溫度。

在一些實施例中，電阻元件130可以以不同的連接方式與壓電組件120串聯。以上述圖6所示的壓電組件為例，下面分別提供幾個示例性的電阻元件130與壓電組件120的連接關係，以詳細說明電阻元件130的具體實現方式。

圖11A至圖11F是根據本說明書一些實施例所示的壓電組件120和電阻元件130的連接結構示意圖。

在一些實施例中，電阻元件130可以與壓電組件120的電極連接。在一些可選的實施例中，如圖11A至圖11C所示，電阻元件130可以串聯在壓電組件120的正極上。相對應的，驅動電壓可以施加在電阻元件130與壓電組件120組成的整體的兩端。

在一些可選的實施例中，如圖11D至圖11F所示，電阻元件130也可以串聯在壓電組件120的負極上。相對應的，驅動電壓可以施加在壓電組件120與電阻元件130組成的整體的兩端。在一些實施例中，電阻元件130也可以為多個，多個電阻元件130分別串聯在壓電組件120的正極和/或負極上。例如，多個電阻元件130中的一個或多個可以串聯在壓電組件120的正極上，剩餘電阻元件130可以串聯在壓電組件120的負極上。再例如，所述多個電阻元件130可以全部串聯在壓電組件120的正極上或負極上。

在一些實施例中，電阻元件130可以通過導線與壓電組件120的電極連接。如圖11A所示，電阻元件130的一端可以通過導線與壓電組件120的正極連接，電阻元件130的另一端可以接收驅動電壓。再如圖11D所示，電阻元件130的一端可以通過導線與壓電組件120的負極連接，電阻元件130的另一端可以接收驅動電壓。

在一些實施例中，電阻元件130可以焊接在壓電組件120的電極上。在一些實施例中，電阻元件130可以焊接在壓電組件120的正極上。如圖11B至圖11C所示，電阻元件130的一端（如圖中所示的焊點）可以通過導電膠131焊接在壓電組件120的正極上，並與壓電組件120電連接。相對應的，驅動電壓可以施加在電阻元件130與壓電組件120組成的整體的兩端。

在一些實施例中，電阻元件130還可以焊接在壓電組件120的負極上。如圖11E至圖11F所示，電阻元件130的一端可以通過導電膠131焊接在壓電組件120的負極上，並與壓電組件120電連接。相對應的，驅動電壓可以施加在壓電組件120與電阻元件130組成的整體的兩端。本說明書實施例中，通過焊接的方式連接電阻元件130與壓電組件120，可以縮小電阻元件130佔用的空間，實現聲學設備100的集中化。

在一些實施例中，壓電組件120的正極和負極可以分別從壓電組件120的不同側引出，以便為壓電組件120和電阻元件130施加驅動電壓。如圖11A至圖11B以及圖11D至圖11E所示，壓電組件120的正極可以壓電組件120的第一側1201引出，壓電組件120的負極可以從壓電組件120的第二側1202引出。

在一些實施例中，壓電組件120的正極和負極可以從壓電組件120的同一側引出，以節約壓電組件120和電阻元件130佔用的空間。如圖11C以及圖11F所示，壓電組件120的正極和負極均可以從壓電組件120的第三側1203引出。

在一些實施例中，電阻元件130可以包括一個或多個電阻，電阻與壓電組件120串聯。在一些實施例中，可以通過調整電阻的數量和/或阻值，調整電阻元件130的大小。

在一些實施例中，電阻元件130可以包括連接壓電組件120的導線。其中，導線可以為壓電組件120與其他器件進行電學連接的電路器件，如圖11A和圖11D所示，導線可以用於連接電阻元件130與壓電組件120。在一些實施例中，導線可以包括壓電組件120與驅動電壓之間的導線、壓電組件120與電阻之間的導線、壓電組件120與其他器件之間的導線中的一種或多種的組合。

在一些實施例中，可以通過調整導線的阻值，調整電阻元件130的阻值。例如，可以通過調整導線的構型，如導線截面面積、長度、迂回形狀等參數，調整導線的阻值，從而實現電阻元件130的阻值的調節。本說明書實施例中，通過調節導線的阻值，可以簡化調整電阻元件130的阻值的流程，從而提高調整效率。

在一些實施例中，電阻元件130可以包括連接壓電組件120的導電膠。其中，導電膠可以為壓電組件120與其他器件進行電學連接的電路器件，如圖11B、圖11C、圖11E或圖11F所示，導電膠131可以用於連接電阻元件130與壓電組件120。在一些實施例中，導電膠的材料可以包括：金屬（如金、銀、銅、鋁、鋅、鐵、鎳）、石墨、環氧樹脂、丙烯酸酯樹脂、聚氯酯中的一個或多個的組合，導電膠的材料還可以包括其他導電化合物。在一些實施例中，可以通過調整導電膠的材料以及用量，調整導電膠的阻值，從而實現電阻元件130的阻值的調節。

在一些實施例中，電阻元件130可以包括一個或多個電阻、連接壓電組件120的導線、連接壓電組件120的導電膠中的一種或多種的組合，也可以包括其他具有電阻特性的器件。在一些實施例中，可以通過調整電阻元件130中的一個或多個器件的阻值，調整電阻元件130整體的阻值。

圖12是根據本說明書一些實施例所示的電路板的結構示意圖。

在一些實施例中，電阻元件130可以佈置在柔性電路板（Flexible Printed Circuit，簡稱FPC）上，以節約聲學設備100的體積。如圖12所示，兩個電阻R _t可以分別與壓電組件120的正負電極連連接，佈置在從壓電組件120的電極引出的在柔性電路板200中的導線上。電阻元件130可以包括電阻R _t、導線以及導電膠等，電阻元件130的阻值可以根據電阻R _t的阻值、導線構型（如截面面積、長度、迂回形狀等）以及導電膠的阻值確定。

在一些實施例中，電阻元件130可以包括壓電組件120的電極。壓電組件120的正負電極與壓電組件120的設置關係可以參看上述圖6所示的相關內容，此處不再贅述。

在一些實施例中，由於電極也可以具有一定的電阻性質，可以通過調整壓電組件120的電極的阻值，調整電阻元件130整體的阻值。其中，電極的阻值可以根據公式（6）確定： （6）, 其中， 為電極的阻值， 為電極的電阻率，L為電極的長度， 為電極的截面積。在一些實施例中，可以通過調整電極的材料、形狀、長度等參數，從而調整電極的阻值。

在一些實施例中，壓電組件120的電極的至少部分的材料可以為以下材料之一：銅、金、鋁、鎢、鐵、或鉑，或其他電阻率適宜的材料。例如，可以將壓電組件120的電極中的部分材料從銀更換為銅，使得電阻率發生變化，電極阻值也隨之發生變化，從而調整電阻元件130的阻值。

在一些實施例中，壓電組件120的電極的至少部分的有效橫截面積可以小於電極的輪廓橫截面積，以增大電阻元件130的阻值，從而調節壓電組件120的電壓和發熱功率。其中，電極的有效橫截面積可以為電極工作時的實際使用的橫截面積，輪廓橫截面積可以為電極最外緣的線條所構成的橫截面積。在一些實施例中，通過控制電極的至少部分的有效橫截面積小於輪廓橫截面積，可以使得電極的阻值增加，從而調整電阻元件130的阻值。在一些實施例中，可以通過調節電極的有效橫截面形狀，如控制電極的橫截面呈網狀（例如，網格形狀為三角形、四邊形、多邊形、圓形、橢圓形等其他異形），以減小電極的有效橫截面積。

圖13A至圖13F是根據本說明書一些實施例所示的壓電組件的電極的示意圖。

在一些實施例中，壓電組件120的電極的至少部分的橫截面可以為網狀結構或S型結構。如圖13A至圖13C所示，電極a為原始矩形電極，電極b和電極c為網狀電極，電極d為S形電極。其中，有效橫截面積為陰影部分的面積，輪廓橫截面積為矩形面積。也就是說，電極a的有效橫截面積等於電極的輪廓橫截面積。電極b和電極c的有效橫截面積呈網狀，使得有效橫截面積小於輪廓橫截面積。電極d的有效橫截面積呈S形，使得有效橫截面積小於輪廓橫截面積。如此，在相同材料和相同長度的條件下，電極d的阻值大於電極b和電極c的阻值，電極b和電極c的阻值大於電極a的阻值。

在一些實施例中，可以改變壓電組件120的電極的局部橫截面積，以改變電極的阻值。例如，如圖13D所示，可以將矩形電極310和320的引出段的橫截面積減小至圓形，以改變電極的阻值，進而改變電阻元件130的阻值。

在一些實施例中，還可以通過改變電極的長度的方式，調整壓電組件120的電極阻值，從而調節電阻元件130的阻值。如圖13E所示，可以增加壓電組件120的正負電極的引出段的長度，從而增加電極的阻值，進而增加電阻元件130的阻值。

在一些實施例中，還可以通過改變電極的厚度的方式，調整壓電組件120的電極阻值，從而調節電阻元件130的阻值。如圖13F所示，相較於圖6所示的壓電組件120的電極厚度，圖13F所示的壓電組件120的電極厚度增加，從而增加電極的阻值，進而增加電阻元件130的阻值。

在一些實施例中，聲學設備100可以為骨傳導聲學設備。相對應的，振動組件110可以與使用者的人體組織貼合，通過使用者的骨骼將振動組件110發出的聲波傳輸至使用者內耳，實現聲音的傳播。在一些實施例中，聲學設備100還可以包括升壓電學系統。所述升壓電學系統可以用於提高電源（例如，電池）輸出的電壓。

在一些實施例中，聲學設備100還可以包括：連接件，用於連接所述殼體與人體。在一些實施例中，連接件可以為可穿戴設備，用於將殼體與使用者貼合。示例性的，連接件可以為眼鏡框，殼體可以設置在眼鏡框的鏡腿處，當使用者戴上眼鏡框時，殼體可以與人體接觸，從而聲學設備100可以為使用者傳輸聲音。又例如，連接件可以為頭箍，殼體可以設置在頭箍的一端，當使用者戴上頭箍時，殼體可以與人體接觸，從而聲學設備100可以為使用者傳輸聲音。

本說明書實施例可能帶來的有益效果包括但不限於：（1）通過設置電阻元件與壓電組件串聯進行分壓，可以降低壓電組件兩端的電壓，從而降低了振動組件在中高頻帶振動的幅值，減小了全頻帶的靈敏度差異，提高了聲學設備輸出的聲音的高低頻均衡感。（2）當聲學設備在中高頻段時，串聯的電阻元件還可以通過分壓的方式，降低流經壓電組件的電流，從而減小壓電組件產生的熱能，達到控制溫度的效果，提高聲學設備的工作可靠性。

上文已對基本概念做了描述，顯然，對於本領域技術人員來說，上述詳細揭露僅僅作為示例，而並不構成對本說明書的限定。雖然此處並沒有明確，說明，本領域技術人員可能會對本說明書進行各種修改、改進和修正。該類修改、改進和修正在本說明書中被建議，所以該類修改、改進、修正仍屬於本說明書示範實施例的精神和範圍。

同時，本說明書使用了特定詞語來描述本說明書的實施例。如“一個實施例”、“一實施例”、和/或“一些實施例”意指與本說明書至少一個實施例相關的某一特徵、結構或特點。因此，應強調並注意的是，本說明書中在不同位置兩次或多次提及的“一實施例”或“一個實施例”或“一個替代性實施例”並不一定是指同一實施例。此外，本說明書的一個或多個實施例中的某些特徵、結構或特點可以進行適當的組合。

此外，除非申請專利範圍中明確說明，本說明書所述處理元素和序列的順序、數字字母的使用、或其他名稱的使用，並非用於限定本說明書流程和方法的順序。儘管上述揭露中通過各種示例討論了一些目前認為有用的發明實施例，但應當理解的是，該類細節僅起到說明的目的，附加的申請專利範圍並不僅限於揭露的實施例，相反，申請專利範圍旨在覆蓋所有符合本說明書實施例實質和範圍的修正和等價組合。例如，雖然以上所描述的系統元件可以通過硬體設備實現，但是也可以只通過軟體的解決方案得以實現，如在現有的伺服器或行動設備上安裝所描述的系統。

同理，應當注意的是，為了簡化本說明書揭露的表述，從而幫助對一個或多個發明實施例的理解，前文對本說明書實施例的描述中，有時會將多種特徵歸併至一個實施例、附圖或對其的描述中。但是，這種揭露方法並不意味著本說明書物件所需要的特徵比申請專利範圍中提及的特徵多。實際上，實施例的特徵要少於上述揭露的單個實施例的全部特徵。

一些實施例中使用了描述成分、屬性數量的數位，應當理解的是，此類用於實施例描述的數字，在一些示例中使用了修飾詞“大約”、“近似”或“大體上”來修飾。除非另外說明，“大約”、“近似”或“大體上”表明所述數字允許有±20%的變化。相應地，在一些實施例中，說明書和申請專利範圍中使用的數值參數均為近似值，該近似值根據個別實施例所需特點可以發生改變。在一些實施例中，數值參數應考慮規定的有效位數並採用一般位數保留的方法。儘管本說明書一些實施例中用於確認其範圍廣度的數值域和參數為近似值，在具體實施例中，此類數值的設定在可行範圍內盡可能精確。

針對本說明書引用的每個專利、專利申請案、專利申請公開本和其他材料，如文章、書籍、說明書、出版物、文件等，特此將其全部內容併入本說明書作為參考。與本說明書內容不一致或產生衝突的申請歷史文件除外，對本說明書申請專利範圍最廣範圍有限制的文件（當前或之後附加於本說明書中的）也除外。需要說明的是，如果本說明書附屬材料中的描述、定義、和/或術語的使用與本說明書所述內容有不一致或衝突的地方，以本說明書的描述、定義和/或術語的使用為準。

最後，應當理解的是，本說明書中所述實施例僅用以說明本說明書實施例的原則。其他的變形也可能屬於本說明書的範圍。因此，作為示例而非限制，本說明書實施例的替代配置可視為與本說明書的教導一致。相應地，本說明書的實施例不僅限於本說明書明確介紹和描述的實施例。

100:聲學設備 110:振動組件 120:壓電組件 1201:第一側 1202:第二側 1203:第三側 121:振動輸出端 122:驅動端 123:壓電陶瓷片 1231:第一端 1232:第二端 130:電阻元件 131:導電膠 200:柔性電路板 310:矩形電極 320:矩形電極

本說明書將以示例性實施例的方式進一步說明，這些示例性實施例將通過附圖進行詳細描述。這些實施例並非限制性的，在這些實施例中，相同的編號表示相同的結構，其中：

[圖1]係根據本發明一些實施例所示的聲學設備的結構框圖；

[圖2]係根據本發明一些實施例所示的聲學設備的結構示意圖；

[圖3]係根據本發明一些實施例所示的壓電組件的電路示意圖；

[圖4]係根據本發明一些實施例所示的壓電組件的阻抗-頻率曲線示意圖；

[圖5]係根據本發明一些實施例所示的壓電組件的電流-頻率曲線示意圖；

[圖6]係根據本發明一些實施例所示的壓電組件的結構示意圖；

[圖7]係根據本發明一些實施例所示的電阻元件和壓電組件的電路示意圖；

[圖8]係根據本發明一些實施例所示的壓電組件的電壓-頻率曲線示意圖；

[圖9]係根據本發明一些實施例所示的振動組件的頻率響應曲線的示意圖；

[圖10]係根據本發明一些實施例所示的壓電組件的電流-頻率曲線示意圖；

[圖11A]係根據本發明一些實施例所示的壓電組件和電阻元件的連接結構示意圖；

[圖11B]係根據本發明一些實施例所示的壓電組件和電阻元件的連接結構示意圖；

[圖11C]係根據本發明一些實施例所示的壓電組件和電阻元件的連接結構示意圖；

[圖11D]係根據本發明一些實施例所示的壓電組件和電阻元件的連接結構示意圖；

[圖11E]係根據本發明一些實施例所示的壓電組件和電阻元件的連接結構示意圖；

[圖11F]係根據本說明書一些實施例所示的壓電組件和電阻元件的連接結構示意圖；

[圖12]係根據本發明一些實施例所示的電路板的結構示意圖;

[圖13A]係根據本發明一些實施例所示的壓電組件的電極的示意圖；

[圖13B]係根據本發明一些實施例所示的壓電組件的電極的示意圖；

[圖13C]係根據本發明一些實施例所示的壓電組件的電極的示意圖；

[圖13D]係根據本發明一些實施例所示的壓電組件的電極的示意圖；

[圖13E]係根據本發明一些實施例所示的壓電組件的電極的示意圖；以及

[圖13F]係根據本發明一些實施例所示的壓電組件的電極的示意圖。

100:聲學設備

110:振動組件

120:壓電組件

130:電阻元件

Claims (10)

1. 一種聲學設備，包括： 壓電組件，所述壓電組件在驅動電壓的作用下產生振動； 振動組件，所述振動組件機械地連接到所述壓電組件，接收所述振動並產生聲音；以及 電阻元件，所述電阻元件與所述壓電組件串聯以改變所述振動組件的頻率響應，其中，所述電阻元件使得所述振動組件的振動在10kHz處的幅值與1kHz處的幅值的差異不超過20dB。
2. 如請求項1之聲學設備，其中，所述電阻元件串聯在所述壓電組件的正極或負極上。
3. 如請求項2之聲學設備，其中，所述電阻元件焊接在所述壓電組件的正極或負極上。
4. 如請求項2之聲學設備，其中，所述壓電組件的正極和負極從所述壓電組件的同一側引出。
5. 如請求項1之聲學設備，其中，所述電阻元件包括以下至少之一者：所述壓電組件的電極、連接所述壓電組件的導線、或連接所述壓電組件的導電膠。
6. 如請求項1之聲學設備，其中，所述電阻元件佈置在柔性電路板上。
7. 如請求項1之聲學設備，其中，所述電阻元件的阻值為1Ω至1kΩ。
8. 如請求項1之聲學設備，其中，在工作狀態下，所述壓電組件的表面溫度低於其居禮溫度。
9. 如請求項1之聲學設備，其中，所述振動組件包括： 彈性元件；以及 質量元件，所述彈性元件的一端連接所述壓電組件，另一端連接所述質量元件。
10. 如請求項1至9中任一項之聲學設備，其中，所述聲學設備為骨傳導聲學設備。

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