TW202341657A - 聲學設備 - Google Patents

Abstract

本發明揭露了一種聲學設備。所述設備包括：壓電元件、電極和振動元件。其中，壓電元件在驅動電壓的作用下產生振動，電極為壓電元件提供驅動電壓，振動元件物理地連接到壓電元件，接收振動並產生聲音。壓電組件包括：基板和壓電層，壓電層覆蓋在基板的一個表面上，電極覆蓋在壓電層的一個表面上，且電極在壓電層表面上的覆蓋面積小於覆蓋有壓電層的基板的表面的面積。本說明書通過電極設計形成壓電元件的模態致動器，使得壓電元件輸出特定模態振型，提高聲學設備的聲音特性，且相比於在特定區域附加不同機械結構組成的模態控制系統，本發明通過電極設計實現對壓電元件的模態控制，可以簡化聲學設備的結構。

Description

聲學設備

本發明案涉及聲學技術領域，特別涉及一種聲學設備。

本發明案主張於2022年4月1日提交之申請號為202210339486.6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。

聲學設備可以通過向壓電元件施加電能的方式，使其發生形變傳輸聲音。例如，聲學設備可以通過在壓電元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，並通過壓電元件的振動輸出點輸出振動，從而向外輻射聲波。

然而，聲學設備中的壓電元件在可聆聽頻率範圍內的振動模態較多，無法形成較為平直的頻響曲線。

因此，有必要提出一種能夠控制壓電元件的振動模態的聲學設備。

本說明書實施例之一提供一種聲學設備。該設備包括：壓電元件、電極和振動元件。其中，壓電元件在驅動電壓的作用下產生振動，電極為壓電元件提供驅動電壓，振動元件可以物理地連接到壓電元件，接收振動並產生聲音。壓電元件可以包括：基板和壓電層，壓電層覆蓋在基板的一個表面上，電極覆蓋在壓電層的一個表面上，且電極在壓電層表面上的覆蓋面積小於覆蓋有壓電層的基板的表面的面積。

在一些實施例中，壓電元件包括振動輸出區域。

在一些實施例中，壓電元件還包括固定區域。

在一些實施例中，壓電元件還包括振動調控元件。

在一些實施例中，電極的寬度從固定區域到振動輸出區域逐漸減小。

在一些實施例中，電極包括兩個電極包絡區域，兩個電極包絡區域的電勢相反。

在一些實施例中，兩個電極包絡區域之間存在轉換點，兩個電極包絡區域中的第一電極包絡區域中的電極寬度從固定區域到轉換點逐漸減小。

在一些實施例中，兩個電極包絡區域的第二電極包絡區域中的電極寬度從轉換點到振動輸出區域先增大後減小。

在一些實施例中，電極在固定區域的寬度等於固定區域的寬度。

在一些實施例中，電極在振動輸出區域的寬度為0。

在一些實施例中，壓電層與基板重合。

在一些實施例中，壓電層包括壓電區域和非壓電區域。

在一些實施例中，壓電區域與電極重合。

在一些實施例中，壓電層與電極重合。

在一些實施例中，壓電層包括壓電平板或壓電膜。

在一些實施例中，電極包括二維分佈的多個離散電極單元。

在一些實施例中，多個離散電極單元中，在壓電層中心處的相鄰兩個離散電極單元之間的間隙小於在壓電層邊界處的相鄰兩個離散電極單元的間隙。

在一些實施例中，在壓電層的中心處的第一離散電極單元的面積大於在壓電層的邊界處的第二離散電極單元的面積。

在一些實施例中，電極包括二維分佈的連續電極，連續電極上包括多個鏤空區域。

在一些實施例中，在壓電層的中心處的第一鏤空區域的面積小於在壓電層的邊界處的第二鏤空區域的面積。

在一些實施例中，電極也覆蓋在與表面相反的另一個表面上，且電極在另外一個表面上的覆蓋面積小於等於該表面的面積。

在一些實施例中，振動調控元件包括質量塊，質量塊物理地連接到振動輸出區域。

在一些實施例中，聲學設備還包括連接件，連接件連接振動元件和壓電元件。

在一些實施例中，聲學設備為骨傳導音訊設備。

本說明書實施例之一提供一種聲學設備。該設備包括：壓電元件、電極和振動元件。其中，壓電元件在驅動電壓的作用下產生振動，電極為壓電元件提供驅動電壓，振動元件可以物理地連接到壓電元件，接收振動並產生聲音。壓電元件可以包括：基板和壓電層，壓電層覆蓋在基板的一個表面上，壓電層包括壓電區域和非壓電區域，其中，電極覆蓋在壓電層的一個表面上，基板、壓電層和電極分別重合。壓電區域在基板上的覆蓋面積小於壓電層在基板上的覆蓋面積。

在一些實施例中，壓電元件包括振動輸出區域。

在一些實施例中，壓電元件還包括固定區域。

在一些實施例中，壓電區域的寬度從固定區域到振動輸出區域逐漸減小。

在一些實施例中，壓電區域包括兩個壓電包絡區域，兩個壓電包絡區域對應的兩個電極區域的電勢相反。

在一些實施例中，壓電區域在固定區域的寬度等於固定區域的寬度。

在一些實施例中，壓電區域在振動輸出區域的寬度為0。

本說明書實施例中可以通過電極設計形成壓電元件的模態致動器，使得壓電元件僅產生特定模態的激勵力以輸出特定模態振型，提高聲學設備的聲音特性。

並且，相比於在特定區域附加由彈簧、質量、阻尼等不同機械結構組成的模態控制系統，本說明書實施例基於電極設計即可實現對壓電元件的模態控制，簡化聲學設備的結構。

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，對於所屬技術領域中具有通常知識者來講，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，圖式中相同的元件符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、組件、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書中所示，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。相反地，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驟或幾個步驟的操作。

本說明書一個或多個實施例的聲學設備可以通過壓電元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），其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，其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，調整壓電元件的形變產生不同的振動，以使振動元件根據不同的振動而輸出不同的聲音。

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元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元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，聲學設備中的壓電元件在可聆聽頻率範圍內的振動模態較多，無法形成較為平直的頻響曲線。此外，壓電元件還可能在某些頻率下振動輸出區域形成節點，影響聲學輸出的效果。

本說明書實施例描述了聲學設備。所述聲學設備可以包括壓電元件、電極和振動元件。其中，壓電元件在驅動電壓的作用下產生振動，電極為壓電元件提供驅動電壓，振動元件可以物理地連接到壓電元件，接收振動並產生聲音。所述壓電元件可以包括：基板和壓電層。在一些實施例中，壓電層覆蓋在基板的一個表面上，電極覆蓋在壓電層的一個表面上，且電極在壓電層表面上的覆蓋面積小於覆蓋有壓電層的基板的表面的面積。在一些實施例中，壓電層覆蓋在基板的一個表面上，電極覆蓋在所述壓電層的一個表面上，所述基板、所述壓電層和所述電極分別重合。壓電層包括壓電區域和非壓電區域，壓電區域在基板上的覆蓋面積小於壓電層在基板上的覆蓋面積。

本說明書實施例中可以通過電極設計形成壓電元件的模態致動器，使得壓電元件僅產生特定模態的激勵力以輸出特定模態振型，提高聲學設備的聲音特性。

並且，相比於在特定區域附加彈簧、質量、阻尼等機械結構組成的模態控制系統，本說明書實施例基於電極設計即可實現對壓電元件的模態控制，簡化聲學設備的結構。

圖1是根據本說明書一些實施例所示的示例性聲學設備100的結構方塊圖。在一些實施例中，如圖1所示，聲學設備100可以包括：振動元件110、壓電元件120和電極130。其中，壓電元件120在驅動電壓的作用下產生振動，電極130為壓電元件120提供驅動電壓，振動元件110可以物理地（例如機械地或電磁地）連接到壓電元件120，接收振動並產生聲音。

振動元件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，振動元件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。在一些實施例中，彈性元件可以包括傳振片、膠、彈片等，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，振動元件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，以描述振動元件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示例性聲學設備100的結構示意圖。如圖2所示，振動元件110的一端可以與壓電元件120的振動輸出區域123連接，以接收振動。振動元件110的另一端可以輸出聲音。示例性的，振動元件110可以通過一種或多種介質（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。

壓電元件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，壓電元件120可以在驅動電壓的作用下發生形變，從而產生振動。在一些實施例中，壓電元件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，壓電元件120可以包括基板121和壓電層122。

基板121可以被配置為承載元器件的載體且回應振動發生形變的元件。在一些實施例中，基板121的材料可以包括：金屬（如覆銅箔、鋼製等）、酚醛樹脂、交聯聚苯乙烯等中的一種或多種的結合。在一些實施例中，基板121的形狀可以根據壓電元件120的形狀進行確定。例如，壓電元件120為壓電樑，則基板121可以對應設置為長條狀。又例如，壓電元件120為壓電膜，則基板121可以對應設置為板狀、片狀。

壓電層122可以為被配置為提供壓電效應和/或逆壓電效應的元件。在一些實施例中，壓電層122可以覆蓋於基板121的一個或多個表面，並在驅動電壓的作用下發生形變帶動基板121發生形變，從而實現壓電元件120輸出振動。在一些實施例中，壓電層122可以全部為壓電區域，即壓電層122可以由壓電材料製成。在一些實施例中，壓電層122可以包括壓電區域和非壓電區域。壓電區域和非壓電區域連接形成壓電層122。在一些實施例中，壓電區域由壓電材料製成，非壓電區域由非壓電材料製成。在一些實施例中，壓電材料可以包括壓電晶體、壓電陶瓷、壓電聚合物等，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（酒石酸鉀鈉）等，或其任意組合。在一些實施例中，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，非壓電材料可以包括陶瓷、橡膠。在一些實施例中，非壓電材料的力學性能可以與壓電材料的力學性能類似。在一些實施例，壓電區域和非壓電區域的具體實現方式可以參看下述圖8A或圖8D所示的相關內容，此處不再贅述。

電極130可以被配置成為壓電元件120提供驅動電壓的元件。在一些實施例中，電極130可以為金屬電極（如銅電極、銀電極等）、氧化還原電極（如Pt|Fe和Fe電極、Pt|Mn MnO電極）、難溶鹽電極（如甘汞電極、氧化汞電極）等中的一種或多種的組合。在一些實施例中，電極130可以設置在壓電層122的至少一個表面上，例如可以設置在壓電層122的兩個相對表面上。在一些實施例中，電極可以通過塗覆、鑲嵌、契合等一種或多種貼合方式，設置在壓電層122的表面上。

在一些實施例中，壓電層122可以覆蓋在基板121的至少一個表面上。在一些實施例中，電極130可以覆蓋在壓電層122的至少一個表面上。圖3和圖4提供兩種示例性的壓電元件120，以描述基板121、壓電層122和電極130之間的排布方式。

圖3是根據本說明書一些實施例所示的示例性壓電元件120的結構示意圖。如圖3所示，壓電元件120可以為壓電懸臂樑。基板121可以承載壓電層122和電極130（類三角形區域所示）。在一些實施例中，電極130可以設置在壓電層122的一個或多個表面上，為壓電層122提供驅動電壓。在一些實施例中，壓電層122可以覆蓋於基板121的一個或多個表面上，在壓電層122在驅動電壓的作用下發生形變時，基板121也可以隨之發生形變，以使壓電元件120的振動輸出區域輸出振動。例如，壓電層122可以只覆蓋在基板121的一個表面上。再例如，如圖3所示，兩個壓電層122可以分別覆蓋於基板121的兩個相反的表面。

圖4是根據本說明書一些實施例所示的示例性壓電元件120的部分結構示意圖。如圖4所示，壓電元件120可以為壓電平板（或壓電膜）。基板121可以承載壓電層122和電極130（多個二維分佈的方形所示）。在一些實施例中，壓電層122的面積可以大於基板121，也可以小於基板121。在一些實施例中，電極130可以設置在壓電平板的一個或多個表面上，為壓電平板提供驅動電壓。在一些實施例中，壓電層122可以覆蓋於基板121的一個或多個表面上，壓電層122在驅動電壓的作用下發生形變時，基板121也可以隨之發生形變，以使壓電平板的振動輸出區域輸出振動。例如，如圖4所示，壓電層122可以只覆蓋在基板121的一個表面上。再例如，兩個壓電層122可以分別覆蓋於基板121的兩個相對立的表面。

在一些實施例中，壓電元件120可以包括振動輸出區域123，用於將壓電元件120產生的振動，傳輸給振動元件110。在一些實施例中，振動輸出區域123可以為壓電元件120的一個面、一條邊或一個點等，或其任意組合。如圖3所示，在壓電組件120為壓電懸臂樑時，壓電元件120的一條菱或表面的部分區域可以為振動輸出區域123。如圖4所示，在壓電組件120為壓電平板或壓電膜的情況下，壓電元件120的內部區域（例如振動平面的中心區域）可以為振動輸出區域123。

在一些實施例中，壓電元件120還可以包括固定區域124。其中，固定區域124用於固定壓電元件120的一部分並抑制壓電元件120在該區域內振動，以使壓電元件120的大部分振動能夠從振動輸出區域123輸出。在一些實施例中，固定區域124可以與振動輸出區域123對立。如圖3所示，在壓電組件120為壓電懸臂樑時，壓電元件120的沿長軸方向的一端可以為振動輸出區域123，與振動輸出區域123對立的長軸方向的另一端可以為固定區域124。又例如，在壓電元件120為壓電平板或壓電膜時，振動輸出區域123可以為壓電元件120的內部區域，壓電元件120的邊界區域可以為固定區域124。

在一些實施例中，壓電元件120也可以不設置固定區域124，也能夠通過振動輸出區域123傳輸振動，以減少工藝流程和成本，同時可以方便移動壓電元件120。

在一些實施例中，壓電元件120的振動可以包括一個或多個振動模態。其中，振動模態是結構系統的固有振動特徵。在未對電極形狀進行設計的情況下，壓電元件120的振動模態較多，使得頻響曲線不穩定，嚴重會導致在某些頻率時壓電元件120的振動輸出區域形成節點，影響聲學輸出的效果。

在一些實施例中，對電極130的形狀進行設計，可以使得電極130形成壓電模態致動器以輸出激勵力，使得壓電元件120僅產生特定模態。在一些實施例中，電極130在壓電層122表面上的覆蓋面積可以小於覆蓋有壓電層122的基板121的表面的面積，從而實現電極設計。例如，如圖3所示，電極130（類三角形區域所示）的面積可以小於壓電層122的面積，也小於基板121的面積，其中壓電層122可以和基板121重合（即壓電層122在基板121上的覆蓋面積為基板121的一個表面的整個表面積）。再例如，如圖4所示，電極130（多個二維分佈的方形所示）的面積可以小於壓電層122的面積，也小於基板121的面積，其中壓電層122可以和基板121重合（即壓電層122在基板121上的覆蓋面積為基板121的一個表面的整個表面積）。

在一些實施例中，可以根據壓電元件120的振動結構的振型函數，確定電極130的輪廓曲線，從而對壓電元件120進行模態控制。在一些實施例中，壓電元件120的振型函數可以包括一階振型和二階振型等。相對應的，電極130可以包括與一階振型對應的一階電極130-1，且與二階振型對應的二階電極130-2等。

下面以圖3所示的壓電懸臂樑為例，分別提供兩個示例性的一階電極130-1和二階電極130-2，以詳細描述電極設計的具體實現方式。

圖5A是根據本說明書一些實施例所示的示例性一階電極130-1的結構示意圖。圖5B是根據本說明書一些實施例所示的示例性部分一階電極130-1的外輪廓線的曲線斜率示意圖。

在一些實施例中，電極130的寬度可以從固定區域124到振動輸出區域123逐漸減小。這裡所述的「電極130的寬度」指的是在所述壓電組件120的寬度方向（如壓電懸臂樑的寬度方向）上的電極的尺寸。其中，電極130的在某個位置的寬度（如圖5A所示的d1，d2），可以是在該位置處與壓電元件120的沿長度方向的中軸線垂直的線、與電極130的外輪廓線的兩個交點之間的距離。在一些實施例中，電極130從固定區域124到振動輸出區域123的寬度逐漸減小，可以包括寬度的梯度減小、線性減小或曲線性減小等一種或任意組合。如圖5A所示，一階電極130-1的寬度可以從左側（即固定區域124）到右側（即振動輸出區域123）呈曲線性減小。如圖5B所示，一階電極130-1沿中軸線以上的部分的外輪廓線的曲線斜率的絕對值，從振動固定區域124開始隨著長度的增加逐漸減小，至振動輸出區域123處減小為0。在一些實施例中，電極130可以對稱設置，如電極130可以沿壓電元件120的中軸線對稱。在一些實施例中，電極130也可以為非對稱設置。在一些實施例中，電極130的形狀曲線（即外輪廓線）可以是三角函數（例如正弦函數、餘弦函數等）、雙曲函數（例如雙曲正弦函數、雙曲餘弦函數等）的一種或任意組合（例如線性組合）。

圖5C是根據本說明書一些實施例所示的示例性二階電極130-2的結構示意圖。圖5D是根據本說明書一些實施例所示的示例性部分二階電極130-2的外輪廓線的曲線斜率示意圖。

在一些實施例中，電極130可以包括兩個電極包絡區域，兩個電極包絡區域的電勢相反。其中，電極包絡區域可以為電極130的導電介質所在的區域，電極包絡區域的電勢可以為電極包絡區域兩端的電壓。舉例來說，如圖5C所示，二階電極130-2的第一電極包絡區域131兩端的電壓可以為正向，第二電極包絡區域132兩端的電壓可以為負向。可選的，第一電極包絡區域131兩端的電壓也可以為負向，第二電極包絡區域132兩端的電壓可以為正向。

在一些可選的實施例中，在兩個電極包絡區域的極化方向相同時，可以控制兩個電極包絡區域外接方向相反的電勢，使得兩個電極包絡區域的電勢相反。在一些可選的實施例中，在兩個電極包絡區域的極化方向相反時，可以控制兩個電極包絡區域外接方向相同的電勢，使得兩個電極包絡區域的電勢相反。

在一些實施例中，兩個電極包絡區域之間可以存在轉換點133，兩個電極包絡區域中的第一電極包絡區域131中的電極寬度可以從所述固定區域124到所述轉換點133逐漸減小。

在一些實施例中，轉換點133可以為電極包絡區域之間電勢為0的點，且該點兩側區域（即兩個電極包絡區域）的電勢方向相反。在一些實施例中，轉換點133可以用於區分電極包絡區域。例如，在固定區域124到轉換點133之間的電極包絡區域可以為第一電極包絡區域131。其中，第一電極包絡區域131中的電極在某個位置的寬度（如圖5C所示的d3），可以是在該位置處與壓電元件120的沿長度方向的中軸線垂直的線、與電極130的外輪廓線的兩個交點之間的距離。在一些實施例中，第一電極包絡區域131中的電極寬度減小，可以包括梯度減小、線性減小或曲線性減小等一種或任意組合。

舉例來說，如圖5C所示，在電極130為二階電極130-2時，轉換點131的電勢可以為0，第一電極包絡區域131和第二電極包絡區域132的電勢相反。並且，第一電極包絡區域131的寬度可以從左側（即固定區域124）到轉移點133呈曲線性減小。如圖5D所示，在第一電極包絡區域131內，二階電極130-2沿中軸線以上的部分的外輪廓線的曲線斜率的絕對值，從振動固定區域124到轉移點133隨著長度的增加逐漸減小。

在一些實施例中，兩個電極包絡區域的第二電極包絡區域132中的電極寬度，從轉換點133到振動輸出區域123先增大後減小。第二電極包絡區域132中的電極在某個位置的寬度（如圖5C所示的d4），可以是在該位置處與壓電元件120的沿長度方向的中軸線垂直的線、與電極130的外輪廓線的兩個交點之間的距離。在一些實施例中，在轉換點133到振動輸出區域123之間的電極包絡區域可以為第二電極包絡區域132。在一些實施例中，第二電極包絡區域132中的電極寬度先增大後減小，可以包括梯度變化、線性變化或曲線性變化等一種或多種減小方式。舉例來說，如圖5C所示，第二電極包絡區域132中的電極寬度可以從左側（即轉換點133）開始曲線性增大，增大幅度越來越小，直到寬度達到峰值後開始曲線性減小，到振動輸出區域123為止，減小幅度先增加後減小。如圖5D所示，在第二電極包絡區域132內，二階電極130-2沿中軸線以上的部分的外輪廓線的曲線斜率的絕對值，從轉移點133隨著長度的增加先減小，至第二電極包絡區域132的最寬處曲線斜率減小為0，之後隨著長度的增加，曲線斜率的絕對值先增大後減小，至振動輸出區域123處減小為0。

在一些實施例中，電極130還可以包括第三電極包絡區域、第四電極包絡區域等一個或多個包絡區域，電極包絡區域的形狀和數量可以根據需要控制的壓電元件120的振型確定。

在一些實施例中，電極130在固定區域124的寬度可以等於固定區域124的寬度。如圖5A和圖5C所示，固定區域124的寬度可以為D，相對應的，電極130在固定區域124的寬度也可以為D。

在一些可選的實施例中，電極130在固定區域124的寬度也可以不等於固定區域124的寬度，如電極130的寬度可以小於固定區域124的寬度，也可以大於固定區域124的寬度。

在一些實施例中，電極130在振動輸出區域123的寬度可以為0。如圖5A和圖5C所示，電極130在振動輸出區域123的寬度可以為0。

在一些可選的實施例中，電極130在振動輸出區域123的寬度也可以不為0。例如，電極130在振動輸出區域123的寬度可以小於電極130在固定區域124的寬度且大於0。

圖6是根據本說明書一些實施例所示的示例性壓電元件的頻響曲線的對比示意圖。如圖6所示，曲線1為電極130完全覆蓋壓電元件120的一個表面（即電極130與壓電元件120重合）時壓電元件120振動輸出區域處的頻響曲線。曲線2為採用如圖5A所示的一階電極形態的壓電元件120的頻響曲線，曲線3為採用如圖5C所示的二階電極形態（且兩個包絡區的電勢相反）的壓電元件120的頻響曲線。

如圖6所示，曲線1存在一階峰和二階谷，此現象反映電極130完全覆蓋壓電元件120的一個表面（即電極130與壓電元件120重合）時，壓電元件120在中高頻範圍具有較為複雜的振動模態，尤其是500Hz~3000Hz的範圍內具有明顯差異的振動回應。採用一階電極形態後，曲線2所示的壓電組件120的一階模態頻段延長，二階谷消失，並在二階峰頻率處（如3000Hz附近處）產生了曲線的窄帶跳變，還將二階峰的幅值降低。如此，一階電極130-1的設置方式可以使得壓電元件120在一階峰和二階峰之間的振動回應變得更為平坦。在採用二階電極130-2（且兩個包絡區的電勢相反）後，曲線3所示的壓電元件120的頻響曲線從低頻階段（如0~100Hz）開始即處於二階振型，並在一階峰頻率處（如500Hz-600Hz之間）產生了曲線的窄帶跳變，將一階峰幅值降低。在峰值頻率後，直至三階峰頻率處（如9000hz處）均處於二階振型。如此，二階電極130-2的設置方式可以使得壓電元件120從低頻階段開始到三階峰之間均處於二階陣型。從曲線2和3可以看出，一階電極形態和二階電極形態（且兩個包絡區的電勢相反）具有模態控制效果。本說明書中的「峰頻率」指的是電極130完全覆蓋壓電元件120的一個表面（即電極130與壓電元件120重合）時壓電元件120的峰（例如，一階峰、二階峰、三階峰等）頻率。

此外，如圖6所示，曲線4為採用如圖5C所示的二階電極130-1（且兩個包絡區的電勢相同）的壓電元件120的頻響曲線；曲線5為採用三角形電極（即由壓電元件120的固定區域124和振動輸出區域123的中心點組成的等腰三角形作為電極的形狀）的壓電元件120的頻響曲線。其中，採用三角形電極時，曲線5所示的壓電元件120的頻響曲線雖然仍存在二階谷，但二階谷相較於電極完全覆蓋的曲線1明顯後移。如此，三角形電極130的設置方式可以使得壓電元件120在一階峰頻率和二階谷頻率之間的回應變得更為平坦。採用二階電極130-2（且兩個包絡區的電勢相反）後，曲線4所示的壓電元件120的頻響曲線與曲線1（電極130完全覆蓋壓電元件120的一個表面）類似。

圖7A是電極完全覆蓋壓電元件的一個表面（即電極與壓電元件重合）時的壓電組件120在二階谷頻率處的振型圖；圖7B是根據本說明書一些實施例所示的採用一階電極130-1的壓電元件120在二階谷頻率處的振型圖；圖7C是根據本說明書一些實施例所示的採用二階電極130-2的壓電元件120在二階谷頻率處的振型圖。

結合圖6和圖7A-圖7C，在二階谷頻率（例如1622Hz）處，電極完全覆蓋壓電元件的一個表面（即電極與壓電元件重合）時，壓電元件120的振動回應的波動較大，頻響曲線不平坦。而進行了電極設計（如一階電極130-1或二階電極130-2）的壓電組件120的振動回應的波動較小，頻響曲線更平坦，更不容易形成節點。

在本說明書實施例中，可以通過對電極130進行設計形成壓電元件120的模態致動器，使得壓電元件120僅產生特定模態的激勵力以輸出特定模態振型，提高聲學設備的聲音特性。並且，壓電元件120的頻響曲線能夠更加穩定，從而避免壓電元件120的振動輸出區域123形成節點，提高聲學設備100的工作可靠性。

並且，相比於在特定區域附加彈簧、質量、阻尼等機械結構組成的模態控制系統，本說明書實施例基於電極130設計即可實現對壓電元件120的模態控制，簡化聲學設備100的結構。

在一些實施例中，還可以根據電極130的設計對壓電元件120進行設計。下面以多個示例性的採用一維一階電極130-1的設計為例，詳細說明設計壓電元件120的具體實施方式。

圖8A是根據本說明書一些實施例所示的電極130與壓電元件120的結構示意圖；圖8B是根據本說明書一些實施例所示的電極130與壓電元件120的結構示意圖；圖8C是根據本說明書一些實施例所示的電極130與壓電元件120的結構示意圖；圖8D是根據本說明書一些實施例所示的電極130與壓電元件120的分解結構示意圖。應當理解的是，圖8A-8D中的三角形區域（或類三角形區域）僅作為示意，並不用於限定電極的形狀。

在一些實施例中，如圖3所示，基板121可以為矩形，壓電層122可以為與基板121重合的壓電矩形樑（壓電層122全部為壓電區域），電極130可以為一階電極130-1，即電極130（類三角形區域所示）的覆蓋面積＜壓電層122的覆蓋面積=覆蓋壓電層122的基板121的表面積。

在一些實施例中，如圖8A所示，基板121可以為矩形，壓電層122可以為與基板121重合的壓電矩形樑，電極130可以為一階電極130-1。壓電層122包括壓電區域1221（採用壓電材料製成）和非壓電區域1222（採用非壓電材料製成），其中壓電區域1221與一階電極130-1重合（壓電區域1221內部的虛線僅用於區分壓電區域1221和電極130，並不用於限定兩者的大小），即電極130（類三角形區域所示）的覆蓋面積=壓電區域1221的覆蓋面積＜壓電層122的覆蓋面積=覆蓋壓電層122的基板121的表面積。

在一些實施例中，如圖8B所示，基板121可以為矩形，電極130可以為一階電極130-1，壓電層122可以與電極130重合，且覆蓋面積都小於覆蓋壓電層122的基板121的表面積，即電極130（類三角形區域所示）的覆蓋面積=壓電層122的覆蓋面積＜覆蓋壓電層122的基板121的表面積。也就是說，把壓電層122中電極未覆蓋區域的壓電材料去除，保留基板為矩形樑。

在一些實施例中，如圖8C所示，電極130可以為一階電極130-1，基板121和壓電層122可以都與電極130重合，即電極130（類三角形區域所示）的覆蓋面積=壓電層122的覆蓋面積=覆蓋壓電層122的基板121的表面積。

在一些實施例中，壓電層122可以與基板121重合。例如，如圖3所示或圖8C所示，壓電層122的覆蓋面積=覆蓋壓電層122的基板121的表面積。在一些可選的實施例中，壓電層122可以不與基板121重合。例如，如圖8B所示，壓電層122的面積可以小於基板121的面積。

在一些實施例中，壓電層122可以全部為壓電區域。例如，如圖3、圖8B或圖8C所示，壓電層122可以全部由壓電材料支撐。在一些實施例中，壓電層122可以包括壓電區域1221和非壓電區域1222。例如，如圖8A所示，壓電層122包括由壓電材料製成的壓電區域1221和由非壓電材料製成的非壓電區域1222，壓電層122的面積等於壓電區域1221的面積和非壓電區域1222的面積之和。

在一些實施例中，壓電區域1221可以與電極130重合。例如，如圖8A，壓電層122中的壓電區域1221與電極130的覆蓋區域相等，且空間位置相互重疊。

在一些實施例中，壓電層122可以與電極130重合。例如，如圖8B或圖8C所示，壓電層122的覆蓋面積與電極130的覆蓋面積相等，且空間位置相互重疊。

在一些實施例中，可以通過電極130與壓電區域的覆蓋形狀的設計，使電極130的有效電極部分對壓電元件120產生特定的模態。例如，壓電層122可以包括由壓電材料製成的壓電區域和由非壓電材料製成的非壓電區域。壓電區域和非壓電區域的面積之和等於壓電層122在基板121上的覆蓋面積，基板121和壓電層122重合。壓電區域和非壓電區域的面積之和等於電極130在壓電層122上的覆蓋面積，即電極130和壓電層122重合。在一些實施例中，壓電區域在所述基板121上的覆蓋面積可以小於所述壓電層122在所述基板121上的覆蓋面積。例如，如圖8D所示，基板121可以為矩形，壓電層122可以為與基板121重合的壓電矩形樑，電極130可以為矩形電極。壓電層122包括壓電區域1221和非壓電區域1222，其中壓電區域1221（斜紋填充區域所示）的形狀和面積用於限定矩形電極130的有效面積，即壓電區域1221的面積＜壓電層122的覆蓋面積=電極130的覆蓋面積=覆蓋壓電層122的基板121的表面積。其中，覆蓋在壓電區域1221上的部分電極130可以為壓電元件120提供驅動電壓，即該部分電極130可以為有效電極部分，而覆蓋在非壓電區域1222上的部分電極130則僅作為導電元件，用以為有效電極部分傳輸電能，從而壓電區域1221在基板121上的覆蓋面積可以看作是電極130的有效區域的面積。如此，可以通過設計壓電區域1221的方式，實現電極130的設計，使得覆蓋在壓電區域122的部分電極130可以控制壓電元件120輸出特定的模態。

圖9是根據本說明書一些實施例所示的壓電元件120的頻響曲線的示意圖。在一些實施例中，曲線6為矩形電極完全覆蓋在矩形壓電元件的一個表面（即電極、壓電元件和基板都重合）時壓電元件120的頻響曲線。曲線7為上述圖3所示的壓電組件120（即電極130的覆蓋面積＜壓電層122的覆蓋面積=覆蓋壓電層122的基板121的表面積）的頻響曲線，曲線8為上述圖8A或圖8D所示的壓電組件120（即電極130的覆蓋面積=壓電區域1221的覆蓋面積＜壓電層122的覆蓋面積=覆蓋壓電層122的基板121的表面積，或壓電區域1221的覆蓋面積＜壓電層122的覆蓋面積=電極130的覆蓋面積=覆蓋壓電層122的基板121的表面積）的頻響曲線，曲線9為上述圖8B所示的壓電組件120（即電極130的覆蓋面積=壓電層122的覆蓋面積＜覆蓋壓電層122的基板121的表面積）的頻響曲線，曲線10為上述圖8C所示的壓電組件120（即電極130的覆蓋面積=壓電層122的覆蓋面積=覆蓋壓電層122的基板121的表面積）的頻響曲線。

如圖9所示，電極完全覆蓋壓電元件的一個表面（即電極與壓電元件重合）時，曲線6所示的壓電元件120的頻響曲線存在一階峰和二階谷，壓電元件120具有多種模態。曲線7與曲線8的頻響特性類似，可以反映將電極未覆蓋區域的壓電材料替換為非壓電材料（或用壓電區域的形狀限定電極的有效面積）與全部為壓電材料相比，頻響曲線的特性類似。曲線9的頻響幅值顯著提升，而低頻峰向高頻移動，二階模態被明顯抑制，並平滑過渡到三階谷，此現象可以反映去除電極130未覆蓋區域的壓電材料，使壓電層122與電極130重合，並且壓電層122（或電極130）的覆蓋面積小於覆蓋壓電層122的基板121的表面積時，可以引起模態的控制作用。曲線10所示的頻響曲線仍存在一階峰和二階谷，仍有多種模態，此現象可以反映當基板121、壓電層122和電極130均為一階電極130-1的形狀時，其頻響特性與電極完全覆蓋壓電元件的一個表面（即電極與壓電元件重合）時的一致。因此，一階電極130-1的形狀可能對矩形壓電懸臂樑的振動模態產生影響，但不能對相同形狀（例如一階電極130-1的形狀）的壓電懸臂樑的振動模態產生控制作用。

在一些實施例中，採用一階電極130-1覆蓋壓電層122的電勢分佈，與採用一階電極130-1覆蓋壓電區域1221，壓電層122的其他區域替換成非壓電材料製成的非壓電區域1222時，壓電層122的電勢分佈有相同規律。例如，在壓電元件120的振動頻率為100Hz左右，如圖3所示的壓電組件120中一階電極130-1未覆蓋的壓電層122的區域無電勢差，如圖8A所示的在壓電層122上的電極130的未覆蓋區域的材料替換為非壓電材料之後，電極未覆蓋的非壓電區域無電學性能。

在本說明書實施例中，可以根據電極130的設計對壓電元件120進行設計，壓電元件120中未被電極覆蓋區域可以從壓電材料替換為非壓電材料，從而在確保壓電元件120能夠正常輸出振動的同時，降低壓電元件120的製作成本。

圖10是根據本說明書一些實施例所示的示例性的附加質量塊模型140的壓電元件120的結構示意圖。

在一些實施例中，壓電元件120的振動輸出區域可以與振動元件110和/或其他元件連接。在一些實施例中，可以將振動元件110和/或其他元件簡化為質量塊模型140，以便對電極130的輪廓曲線進行設計。示例性的，如圖10所示，壓電元件120的振動輸出區域123與質量塊模型140連接。其中，質量塊模型140可以傳輸振動並通過自身的第二振動輸出區域141輸出振動。在一些實施例中，第二振動輸出區域141可以包括質量塊模型140的一個面、一條邊或一個點等，或其任意組合。如圖10所示，第二振動輸出區域141可以包括質量塊模型140的中心點。第二振動輸出區域141的具體實現方式可以參考上述圖3-4中的相關描述，此處不再贅述。

在一些實施例中，可以根據壓電元件120和質量塊模型140的質量關係，且壓電元件120的振動結構，確定電極130的輪廓曲線，對壓電元件120進行模態控制。在一些實施例中，壓電元件120和質量塊模型140的質量關係可以包括質量塊模型140的質量與壓電元件120的質量的比值，即質量比α。例如，質量比α可以包括0.25、0.5、0.75、1、1.5、2、2.5、3等。下面以圖10所示的壓電懸臂樑為例，分別提供幾個示例性的一階電極130-1和二階電極130-2，以詳細描述質量比的具體實現方式。

圖11A是根據本說明書一些實施例所示的示例性一階電極130-1的形狀示意圖。圖11B是根據本說明書一些實施例所示的示例性二階電極130-2的形狀示意圖。

如圖11A所示，曲線11為附加質量比α=0.5的質量塊模型140時一階電極130-1的輪廓曲線，曲線12為附加質量比α=1的質量塊模型140時一階電極130-1的輪廓曲線，曲線13為附加質量比α=2的質量塊模型140時一階電極130-1的輪廓曲線。如圖11B所示，曲線14為附加質量比α=0.5的質量塊模型140時二階電極130-2的輪廓曲線，曲線15為附加質量比α=1的質量塊模型140時二階電極130-2的輪廓曲線，曲線16為附加質量比α=2的質量塊模型140時二階電極130-2的輪廓曲線。

在一些實施例中，隨著質量比α的變化，電極130的形狀也可以隨之變化。例如，質量塊模型140的質量與壓電元件120的質量比α越大，電極130的寬度的變化過程越來越平直。示例性的，如圖11A所示，從曲線11到曲線13，質量塊模型140的質量與壓電組件120的質量比α越來越大，一階電極130-1的輪廓曲線的彎曲程度越來越小，即一階電極130-1的輪廓曲線的變化越來越平直。

又例如，如圖11B所示，從曲線14到曲線16，質量塊模型140的質量與壓電組件120的質量比α越來越大，二階電極130-2的輪廓曲線從固定區域124到轉換點133減小時的彎曲程度越來越小。並且，二階電極130-2的輪廓曲線從轉換點133到振動輸出區域123增大時的彎曲程度也越來越小，減小時的彎曲程度也越來越小，即二階電極130-2的輪廓曲線的變化越來越平直。上述電極130的輪廓曲線的具體實現方式可以參考圖5A-5D中的相關描述，此處不再贅述。

在一些實施例中，在壓電元件120附加質量塊模型140的情況下，可以不考慮壓電元件120和質量塊模型140的質量關係，而是僅根據壓電元件120的振動結構，確定電極130的輪廓曲線，也可以對壓電元件120進行模態控制。未考慮質量比進行電極設計的具體實現方式，可以參考下述圖12-圖13D中的相關描述，此處不再贅述。

圖12是根據本說明書一些實施例所示的示例性壓電元件的頻響曲線的對比示意圖。

如圖12所示，曲線17為電極130完全覆蓋壓電元件120的一個表面（即電極130與壓電元件120重合，均為矩形）時且附加質量塊模型140的壓電元件120的頻響曲線。曲線18為附加質量比α=0.5的質量塊模型140且採用如圖11A所示的一階電極130-1的壓電元件120的頻響曲線，曲線19為附加質量比α=1的質量塊模型140且採用如圖11A所示的一階電極130-1的壓電元件120的頻響曲線，曲線20為附加質量比α=2的質量塊模型140且採用如圖11A所示的一階電極130-1的壓電元件120的頻響曲線，曲線21為採用如圖5A所示的一階電極130-1（即未附加質量塊模型140時計算得到的電極形狀）但仍附加質量比α=0.5的質量塊模型140的壓電元件120的頻響曲線，曲線22為附加質量比α=0.5的質量塊模型140且採用如圖11B所示的二階電極130-2的壓電元件120的頻響曲線。

如圖12所示，曲線17存在一階峰和二階谷，此現象可以反映電極130完全覆蓋壓電元件120的一個表面（即電極130與壓電元件120重合）時且附加質量塊模型140的壓電元件120仍具有多種模態。

如圖12所示，在採用附加質量塊模型140下設計的一階電極130-1後，曲線18-曲線20所示的壓電組件120均從一階峰開始，平滑過渡至二階峰頻率處（如1000Hz附近處），在二階峰頻率處才產生了微弱的跳變，隨後繼續平滑過渡至三階谷。並且，在二階峰頻率處和三階峰頻率處（如7000Hz附近處），曲線18-曲線20所示的壓電元件120的頻響曲線的幅值均顯著降低。

並且，隨著質量比α增加，曲線18-曲線20所示的壓電元件120的頻響曲線的一階峰對應的頻率越來越低，從一階峰向後幅值也越來越低，且頻響曲線在二階峰頻率處跳變後變化趨勢越來越平直，此現象可以反映質量比α越大，採用附加質量塊模型140下設計的一階電極130-1的壓電組件120的模態控制效果越好。

如圖12所示，在採用未附加質量塊模型140下設計的一階電極130-1後，曲線21所示的附加質量比α=0.5的質量塊模型140的壓電元件的頻響曲線，在二階谷對應的頻率處可以平滑過渡，但在二階峰頻率處跳變的幅值和頻寬明顯增加，此現象可以反映未附加質量塊模型140下設計的一階電極130-1仍然可以實現對壓電元件120的二階谷的模態控制，但對高階模態的抑制效果可能會減弱。

在採用附加質量塊模型140下設計的二階電極130-2後，曲線22所示的壓電元件120的頻響曲線與上述圖6中的曲線3所示的未附加質量塊模型140的壓電元件120的頻響曲線類似，從低頻階段（如0~100Hz）開始即處於二階振型，並在一階峰頻率處（如100Hz和200Hz之間）產生了曲線的窄帶跳變，將一階峰幅值降低。在峰值頻率後，直至三階峰頻率處（如6000Hz和7000Hz之間）均處於二階振型，此現象可以反映採用附加質量比α=0.5的質量塊模型140下設計的二階電極130-2（且兩個包絡區的電勢相反）的壓電元件120可以控制二階振型。

圖13A是根據本說明書一些實施例所示的附加質量塊模型140且電極完全覆蓋壓電元件120的一個表面（即電極130與壓電元件120重合）時的壓電組件120在二階谷頻率處的振型圖；圖13B是根據本說明書一些實施例所示的採用附加質量塊模型140下設計的一階電極130-1的壓電組件120在二階谷頻率處的振型圖；圖13C是根據本說明書一些實施例所示的採用未附加質量塊模型140下設計二階電極130-2的壓電組件120在二階谷頻率處的振型圖；圖13D是根據本說明書一些實施例所示的採用附加質量塊模型140下設計二階電極130-2的壓電組件120在二階谷頻率處的振型圖。

結合圖12和圖13A-圖13D，在二階谷頻率（例如1411Hz）處，電極完全覆蓋壓電元件的一個表面（即矩形電極與矩形壓電元件重合）時，附加質量塊模型140的壓電元件120在振動過程中的振動回應的波動較大，頻響曲線不平坦，振動輸出區域123在某些頻率下可能形成節點，影響聲學輸出的效果。而採用在附加質量塊模型140下設計的一階電極130-1（或在附加質量塊模型140下設計的一階電極130-1、二階電極130-2）或在未附加質量塊模型140下設計的一階電極130-1時，附加質量塊模型140的壓電元件120在振動過程中，壓電組件120的振動回應的波動較小，頻響曲線更平坦，更不容易形成節點。

此外，如圖13C所示，採用在未附加質量塊模型140下設計的一階電極130-1時，倘附加質量塊模型140的壓電元件120則在振動過程中，其振型會表現出向二階振型轉變的趨勢，此趨勢可以反映未附加質量塊模型140下設計的一階電極130-1仍然可以實現對壓電元件120的模態控制，但其對於高階模態的抑制效果可能會減弱。

在本說明書實施例中，基於質量塊模型140和壓電元件120的質量比α設計電極130，使得壓電元件120可以產生更精確的特定模態的激勵力，進一步提升模態控制效果。並且，還可以降低壓電元件120的頻響曲線在固定頻率處的幅值，避免壓電元件120的振動輸出區域123形成節點，進一步提高聲學設備100的工作可靠性。

在一些實施例中，壓電元件120可以包括壓電板或壓電膜。在一些實施例中，可以根據壓電板或壓電膜的大小且振動結構的振型函數，確定電極130的形狀。例如，可以將壓電板或壓電膜上的覆蓋的電極130設計成多個二維分佈的離散電極單元（也可以稱為「二維電極」），使壓電元件120產生特定的模態。

下面以圖4所示的壓電元件120為例，分別提供示例性的離散電極單元134和連續電極，以詳細描述二維電極設計的具體實現方式。

在一些實施例中，電極130可以包括多個二維分佈的離散電極單元134。在一些實施例中，多個離散電極單元134可以被配置為互相分離，且分佈在壓電元件120表面的導電材料。在一些實施例中，離散電極單元134的形狀可以包括圓形、三角形、四邊形、不規則型等一種或任意組合。

圖14A是根據本說明書一些實施例所示的示例性的二維電極130的部分結構示意圖；圖14B是根據本說明書一些實施例所示的示例性的二維電極130的部分結構示意圖；圖14C根據本說明書一些實施例所示的示例性的二維電極130的部分結構示意圖；圖14D根據本說明書一些實施例所示的示例性的二維電極130的部分結構示意圖。

圖14A示出了正方形壓電層的四分之一，壓電層122（例如尺寸為18×18×0.09mm的正方形壓電片）與基板121（例如18×18×0.05mm的鋼製基板）重合，基板的四周邊緣為固定區域124。圖14B示出了正方形壓電層的四分之一，壓電層122（例如尺寸為18×18×0.09mm的正方形壓電片）覆蓋在基板121（例如23×23×0.05mm的鋼製基板）上，壓電層122的覆蓋面積小於覆蓋壓電層的基板121的表面的面積，基板的四周邊緣為固定區域124。圖14C和圖14D分別示出了矩形壓電層，壓電層122（例如尺寸為40×20×0.5mm的矩形壓電平板）與基板121（例如40×20×0.1mm的鋼製基板）重合，基板的四周邊緣為固定區域124。圖14D所示的矩形壓電平板為（3,1）模態。本說明書中的「（3,1）模態」中的「3」指長度方向為三階模態，即將矩形壓電平板簡化為沿長度方向上的懸臂樑（忽略寬度的存在）時，具有三階模態；「1」指寬度方向為一階模態，即將矩形壓電平板簡化為沿寬度方向上的懸臂樑（忽略長度的存在）時，具有一階模態。

在一些實施例中，多個離散電極單元134中，在壓電層122中心處的相鄰兩個離散電極單元134之間的間隙小於在壓電層122邊界處的相鄰兩個離散電極單元134的間隙。這裡所述的「壓電層122的中心」可以是壓電層122的幾何中心，也可以是壓電層122的各階模態的振動幅值輸出位置，也可以是振動輸出區域123的中心。例如，當壓電層122為（3,1）模態時，壓電層122的中心可以包括3個，每一個對應一階振動模態的振動中心。相應地，這裡所述的「壓電層122的邊界」可以是壓電層122的幾何邊界，也可以是壓電層122的各階模態的振動輸出最小的區域，也可以是固定區域124的邊界。例如，當壓電層122為（3,1）模態（即長度方向為三階模態，寬度方向為一階模態）時，壓電層122的邊界可以是每個振動模態對應的區域的邊界。例如，如圖14A-圖14C所示，壓電層122的幾何中心處的相鄰兩個離散電極單元134之間的間隙為距離D1，邊界處的相鄰兩個離散電極單元134的間隙可以為距離D2，距離D1小於距離D2。又例如，如圖14D所示，壓電層122的每個振動中心處的相鄰兩個離散電極單元134之間的間隙為距離D1，該振動中心對應的區域的邊界處的相鄰兩個離散電極單元134的間隙可以為距離D2，距離D1小於距離D2。在一些實施例中，相鄰兩個離散電極單元之間的間隙從壓電層122的中心到邊界處逐漸增加。例如，靠近壓電層122的中心的相鄰兩個離散電極單元之間的間隙小於遠離所述壓電層122的中心的相鄰兩個離散電極單元之間的間隙。

在一些實施例中，離散電極單元134的面積大小可以與特定頻率（例如一階峰、二階峰）下其所在的區域的振動位移量有關。振動位移量是指在振動過程中壓電層122相較於不振動時的水平面發生的距離變化。在一些實施例中，在壓電層122的中心處的第一離散電極單元1341的面積大於在壓電層122的邊界處的第二離散電極單元1342的面積。例如，如圖14A-圖14D所示，由於第一離散電極單元1341比第二離散電極單元1342更靠近振動輸出區域123，從而在振動過程中第一離散電極單元1341的位移量大於第二離散電極單元1342的位移量，第一離散電極單元1341的面積可以大於第二離散電極單元1342的面積。

在一些實施例中，離散電極單元134的面積大小可以根據特定頻率（例如一階峰、二階峰）下其所在的區域的振動位移量與壓電層122的最大位移量的差異（如，位移比），確定每個區域中的離散電極單元134的面積。示例性的，可以將壓電層122離散成m×n個壓電子區域，即m×n離散電極單元134。基於每一壓電子區域的位移量與壓電層122的最大位移量的差異，將壓電子區域進行等比例縮放，確定壓電子區域的離散電極單元134的面積。

在一些實施例中，離散電極單元134的電勢可以與其所在的壓電子區域的位移方向有關。示例性的，如圖14D所示，在壓電組件120振動過程中，若第三離散電極單元1343的位移方向與壓電層122的最大位移方向相反，而第四離散電極單元1344的位移方向與壓電層122的最大位移方向相同，則第三離散電極單元1343的電勢方向與第四離散電極單元1344的電勢方向相反。

下面以圖14A和圖14B所示的壓電元件120與基板的大小為例，描述分別在其上覆蓋不同形狀或數量的離散電極單元時的頻響曲線的區別。

圖15A是根據本說明書一些實施例所示的示例性壓電元件的頻響曲線的對比示意圖；圖15B是根據本說明書一些實施例所示的示例性壓電元件的頻響曲線的對比示意圖；圖15C是根據本說明書一些實施例所示的覆蓋整體電極的壓電組件在5380.3Hz處的振動位移示意圖；圖15D是根據本說明書一些實施例所示的覆蓋8×8離散電極單元的壓電元件在5380.3Hz處的振動位移示意圖。

如圖15A所示，曲線23為如圖14A所示的壓電層122與基板121重合時，電極130完全覆蓋壓電元件120的一個表面（即整體電極）時壓電元件120的頻響曲線；曲線24為在如圖14A所示的壓電層122與基板121重合時，採用8×8離散電極單元134覆蓋的壓電元件120的頻響曲線；曲線25為在如圖14A所示的壓電層122與基板121重合時，採用32×32離散電極單元134覆蓋的壓電元件120的頻響曲線。

如圖15A所示，曲線23所示的壓電元件120的頻響曲線產生諧振谷，在諧振谷對應的頻率處（如5380.3Hz左右處）產生分割振動，此現象可以反映在電極130完全覆蓋壓電元件120的一個表面時，壓電層122的中心區域與四周振動反相且振動面積相同，容易導致壓電元件120的輻射聲壓在振動輸出區域反相相消，難以輸出振動。

曲線24-曲線25所示的壓電元件120的頻響曲線可以在一階峰（如3500Hz處）和二階峰（如10000Hz左右處）之間形成平滑的聲壓級頻響曲線，並提升在諧振谷頻率附近的幅值，此現象可以反映二維電極130可以拓展壓電元件120的活塞振動的頻寬，使其在原諧振谷對應的頻率處（如5380.3Hz左右處）仍保持一階活塞振動，並有效地輸出輻射聲壓，從而實現模態控制。本說明書中的「活塞振動」是指壓電元件120（例如壓電板）各區域在振動時，呈現同時上、下的振動情況（位移方向相同），如同活塞一樣。

此外，曲線24-曲線25所示的壓電元件120的頻響曲線在一階峰之前（如2000Hz之前）的低頻幅值也得到提升，二階峰及其後的諧振谷總體（如10000Hz之後）頻寬也減小，此現象可以反映二維電極130可以提升壓電元件120的低頻回應，並抑制壓電組件120在二階峰頻率處的固有模態振型。

再者，曲線25所示的壓電元件120的頻響曲線比曲線24所示的壓電元件120的頻響曲線在一階峰前（如2000Hz之前）具有更高的低頻回應幅值，在二階峰頻率處（如10000Hz左右處）進一步抑制幅值和頻寬，此現象可以反映相較於8×8二維電極130，採用32×32二維電極130的壓電元件120可以具有更高的低頻回應，還可以對高頻模態引起抑制作用。

如圖15B所示，曲線23’為如圖14B所示的壓電層122的覆蓋面積小於覆蓋壓電層的基板121的表面的面積時，電極130完全覆蓋壓電元件120的一個表面（即整體電極）時壓電元件120的頻響曲線；曲線24’為在如圖14B所示的壓電層122的覆蓋面積小於覆蓋壓電層的基板121的表面的面積時，採用8×8離散電極單元134覆蓋的壓電元件120的頻響曲線；曲線25’為在如圖14B所示的壓電層122的覆蓋面積小於覆蓋壓電層的基板121的表面的面積時，採用32×32離散電極單元134覆蓋的壓電元件120的頻響曲線。

如圖15B所示，曲線23’所示的壓電元件120的頻響曲線在4189.8Hz處產生分割振動，振型與曲線23類似，使得振動輸出區域的聲壓反相相消，形成諧振谷。根據曲線24’和曲線25’，二維電極可以實現活塞振動頻帶的拓展，在原諧振谷頻率點仍處於活塞振動，使得聲壓級在該頻段平滑過渡。曲線23’所示的壓電元件120的頻響曲線在二階峰後6000Hz附近聲壓級為平直曲線，而採用二維電極後曲線24’和曲線25’形成諧振谷。該現象的原因在於，對於整體電極，此處的振動模態為基板121超出壓電層122的部分發生諧振，從而輸出振動。而二維電極改變了壓電層122的振動模態，在與邊緣基板121提供的彈性耦合時，形成中間區域和四周區域反相振動的振型，在振動輸出區域產生了聲壓的反相相消，表現為曲線上的諧振谷，對指向性也產生了一定的影響。

如圖15C和圖15D所示，覆蓋整體電極時壓電元件120在5380.3Hz處產生分割振動，中間區域與四周區域振動反相且面積相同，造成振動輸出區域的聲壓的反相相消；而覆蓋8×8離散電極單元134的二維電極時壓電組件120在5380.3Hz處仍為活塞振動，有效輸出了聲壓，使振動輸出區域的聲壓級幅值顯著提高。

圖16A是根據本說明書一些實施例所示的矩形壓電組件120上電極完全覆蓋（即整體電極）時的壓電組件120的一階模態振型圖；圖16B是根據本說明書一些實施例所示的矩形壓電組件120上電極完全覆蓋（即整體電極）時的壓電組件120的高頻處的振型圖；圖16C是根據本說明書一些實施例所示的矩形壓電元件120上採用16×8個二維電極130的離散電極單元134的壓電元件120的高頻處的振型圖；圖16D是根據本說明書一些實施例所示的矩形壓電元件120上採用32×16個二維電極130的離散電極單元134的壓電元件120的高頻處的振型圖。

圖16A所示為採用整體電極的矩形壓電元件120在6907Hz處的一階模態；採用整體電極的矩形壓電元件120在更高頻率18326Hz處呈現的振型如圖16B所示。通過覆蓋二維電極130，18326Hz處的振型呈現出類似如圖16A的一階振型。由於32×16個離散電極單元比16×8個離散電極單元更多，更接近連續變化，因此覆蓋32×16個離散電極單元的壓電元件120在18326Hz的振型與一階振型更接近。

在本說明書實施例中，利用多個離散電極單元134的二維分佈實現二維電極130的設計，使得壓電元件120可以僅輸出特定模態振型，進一步提高聲學設備100的聲音特性。

並且，壓電元件120的頻響曲線能夠更加穩定，從而避免壓電元件120的中間區域與四周區域振動反相而造成振動輸出區域123形成節點，提高聲學設備100的工作可靠性。

圖17A是根據本說明書一些實施例所示的示例性的二維電極130的離散電極單元134的設計思路示意圖；圖17B是根據本說明書一些實施例所示的示例性的二維電極130的離散電極單元134的結構示意圖；圖17C是根據本說明書一些實施例所示的等效為兩端固支樑的矩形對應的一階電極130-1的形狀示意圖。

如圖17A所示，可以在長度方向（如圖17A中水準方向）上將壓電元件120劃分（通過15條虛線劃分）為16個矩形，其中，16個矩形均以壓電組件120的寬度為長度，並等分壓電組件120的長度；同理，再在寬度方向（如圖17A中豎直方向）上將壓電元件120劃分（通過7條虛線劃分）為8個矩形。長度方向上的16個矩形和寬度方向上的8個矩形均可以等效為兩端固支樑。如圖7所示，沿長度方向，矩形固支樑從一個固定區域124到另一個固定區域124的寬度從0逐漸增大後再逐漸減小為0，成「梭形」。在一些實施例中，寬度的增大或減小，可以包括寬度的梯度增大或減小、線性增大或減小、曲線性增大或減小等一種或任意組合。應當理解的是圖17C僅示出了長度方向上電極的形狀，寬度方向上的每個矩形固支樑也可以是類似的形狀。在一些實施例中，根據圖17C所示的一階電極130-1的形狀，確定多個離散電極單元134在長度方向上的第一形狀171（如圖17A中16列梭形）和多個離散電極單元134在寬度方向上的第二形狀172（如圖17A中8行梭形），從而基於第一形狀171和第二形狀172，確定二維電極130。如圖17B所示，二維電極130可以為第一形狀171和第二形狀172的重疊區域，每個重疊區域可以為一個離散電極單元134。

圖18是根據本說明書一些實施例所示的覆蓋圖17B所示的二維電極130的壓電組件120的振型圖。

如圖18所示，採用圖17B所示的二維電極130覆蓋的壓電組件120在高頻段處（如18326Hz）的振型仍接近於一階振型，從而可以有效輸出聲壓，使振動輸出區域的聲壓級幅值顯著提高。相較於圖14C所示的二維電極（振型圖如圖16C和圖16D所示），採用圖17B所示的二維電極130也可以實現模態控制。

在一些實施例中，離散的電極單元存在電極間的電路難以連接的問題，量產難度較大。因此，可以將電極從離散變為連通，有利於印刷網版的製作和電極的連接，適合量產。例如，電極130可以包括二維分佈的連續電極135，連續電極上可以包括多個鏤空區域136。

在一些實施例中，連續電極135可以被配置為設置在壓電元件120表面的連續導電材料，鏤空區域136可以被配置為未設置導電材料的區域。相較於上述圖14A-圖14D或圖17B所示的多個離散電極單元134，連續電極135可以理解為將離散分佈電極連成整體而組成的電極130，再通過設置多個鏤空區域136將連續電極135離散成二維分佈的多個區域，從而實現電極130設計。

圖19A是根據本說明書一些實施例所示的示例性的二維分佈的連續電極130的部分結構示意圖；圖19B是根據本說明書一些實施例所示的示例性的二維分佈的連續電極130的部分結構示意圖；圖19C是根據本說明書一些實施例所示的示例性的二維分佈的連續電極130的部分結構示意圖。

如圖19A-19C所示，二維電極130（四分之一二維電極）可以包括二維分佈的連續電極135，連續電極135可以包括多個鏤空區域136。

在一些實施例中，鏤空區域136的形狀可以與壓電元件120的形狀相同，也可以不相同。在一些實施例中，鏤空區域136的形狀可以包括圓形、三角形、四邊形、五邊形、六邊形或不規則型等一種或任意組合。例如，如圖19A所示的連續電極135可以包括多個正方形鏤空區域136；如圖19B所示的連續電極135可以包括多個六邊形鏤空區域136；如圖19C所示的連續電極135可以包括多個四邊形鏤空區域和多個八邊形鏤空區域。

在一些實施例中，壓電層122的中心處的相鄰兩個鏤空區域136之間的間距可以大於在所述壓電層的邊界處的相鄰兩個鏤空區域136之間的間距。示例性的，如圖19A-圖19C所示，越靠近邊界處相鄰兩個鏤空區域136之間的間距越小。

在一些實施例中，壓電層122的中心處的第一鏤空區域1361的面積小於在所述壓電層的邊界處的第二鏤空區域1362的面積。如圖19A-圖19C所示，第一鏤空區域1361比第二鏤空區域1362更接近壓電層122的中心處，第一鏤空區域1361的面積小於第二鏤空區域1362的面積。

在一些實施例中，可以將壓電層122分成多個相同大小的二維分佈的壓電子區域，每個壓電子區域可以包括一個鏤空區域136，且鏤空區域136可以位於壓電子區域的中心處，而該壓電子區域中的連續電極135可以位於壓電子區域的邊緣處，與其他壓電子區域的連續電極135形成連續相連的電極。例如，如圖19A-圖19C所示，鏤空區域136可以設置在壓電子區域的中心處，以使壓電子區域邊緣的電極130連續。

在一些實施例中，鏤空區域136的面積大小可以與特定頻率（例如一階峰、二階峰）下其所在的壓電子區域的振動位移量有關。在一些實施例中，可以根據特定頻率（例如一階峰、二階峰）下壓電子區域的振動位移量與壓電層122的最大位移量的差異（如，振動位移比），確定每個壓電子區域中的鏤空區域136的面積。例如，振動位移量與壓電層122的最大位移量的差異越大，鏤空區域136的面積越大。圖20是根據本說明書一些實施例所示的示例性壓電元件的頻響曲線的對比示意圖。

如圖20所示，曲線26為採用整體電極的壓電元件120的頻響曲線，曲線27為覆蓋32×32個離散電極單元的二維電極130的壓電元件120的頻響曲線，曲線28為覆蓋二維分佈的32×32個連續電極130的壓電元件120的頻響曲線。根據曲線27和曲線28，二維分佈的連續電極130的模態控制效果與由二維分佈的離散電極單元組成的電極130的模態控制效果有一定差異。例如，二維分佈的連續電極單元組成的電極130在12128Hz處的諧振谷前移至7829.4 Hz。造成諧振谷前移可能與電極130的鏤空形狀和密集程度相關，但對壓電元件120仍表現出一定的模態控制效果。

在本說明書實施例中，利用連續電極135包括多個鏤空區域136的方式，可以使得二維電極130的覆蓋面從離散變為連通，有利於二維電極的生成、製作且使用，更適合量產。

應當理解的是，與一維電極類似，二維電極的設計中也可以通過壓電層（例如，壓電平板、壓電膜）中壓電區域的形狀和面積限定在壓電層上覆蓋的電極的有效面積。例如，壓電平板或壓電膜包括由壓電材料製成的壓電區域和由非壓電材料製成的非壓電區域，壓電區域和非壓電區域的面積之和等於壓電平板或壓電膜在基板上的覆蓋面積，電極完全覆蓋在壓電平板或壓電膜上（即電極和壓電平板或壓電膜重合）。其中，壓電區域的圖案可以是圖14A、圖14B、圖14C、圖14D、圖17A、圖17B、圖19A、圖19B或圖19C中任意圖所示的二維電極設計圖案，基板上除壓電區域以外的部分為非壓電區域。因此，二維電極設計中，可以通過壓電區域面積＜壓電層（例如，壓電平板、壓電膜）的覆蓋面積=電極的覆蓋面積≤覆蓋壓電層的基板的表面積，實現對壓電組件的模態控制。

在一些實施例中，電極130可以覆蓋在壓電層122的一個表面上，也可以覆蓋在壓電層的兩個表面上。例如，電極130還可以覆蓋在與上述表面相反的另一個表面上，且電極130在另外一個表面上的覆蓋面積可以小於等於該表面的面積。也就是說，可以在兩個相反的表面實現電極130的設計，從而對壓電元件120的模態進行控制。另一個表面的電極130的設計可以參考上述圖5A、5C、8A-8D、11A、11B、14A-14D、17B、19A-19C中任意的電極130的設計，此處不再贅述。

在一些實施例中，壓電元件120還可以包括振動調控元件。其中，振動調控元件可以被配置為改變聲學設備的振動狀態（例如，通過改變聲學設備內一個或多個元件的質量、彈性或阻尼，來調整輸出的振動模態）的器件。在一些實施例中，振動調控元件可以與壓電元件120的振動輸出區域123連接，並調整壓電元件120輸出的振動。在一些實施例中，振動調控元件可以包括連接件（如，殼體等）、質量塊（如，金屬質量塊等）、彈性件（如，牽引繩、彈簧片等）等一種或任意組合。其中，連接件可以將壓電元件120與其他元件連接，彈性件可以給壓電元件120提供彈力，從而改變壓電元件120的振動狀態。

在一些實施例中，振動調控元件可以包括質量塊170，質量塊物理地（例如機械地或電磁地）連接到振動輸出區域123。在一些實施例中，質量塊170可以為具有一定質量的元件。在一些實施例中，質量塊170可以包括金屬質量塊、橡膠質量塊、塑膠質量塊等一種或任意集合。在一些實施例中，質量塊170可以用於改變壓電元件120的模態。

在一些實施例中，聲學設備100還包括連接件171，連接件171連接振動元件110和壓電元件120。在一些實施例中，連接件可以被配置為具有一定剛度的元件，連接件171可以包括傳振片、彈性件等一種或任意多種集合。在一些實施例中，質量塊170可以通過連接件171與振動輸出區域132連接。

下面以上述圖3所示的壓電元件120為例，提供示例性的聲學設備，詳細描述壓電懸臂樑、質量塊170和連接件171的具體實現方式。

圖21是根據本說明書一些實施例所示的示例性的聲學設備的結構示意圖。在一些實施例中，聲學設備可以包括至少一個壓電元件120，每個壓電元件120的振動輸出區域可以與一個振動元件110連接，每個振動元件110與振動調控元件（例如質量塊170）連接。如圖21所示，聲學設備可以包括兩個採用一階電極130-1覆蓋的壓電元件120、每個壓電元件120的振動輸出區域與振動元件110連接，振動元件110與振動調控元件（例如質量塊170）通過至少一個連接件171連接。

在一些實施例中，聲學設備中的壓電元件120的長度可以縮短，以減小壓電元件120的模態。例如，聲學設備可以利用連接件171提供的彈性且質量塊170來構建低頻峰，從而採用短壓電懸臂樑（如圖21所示的壓電組件120）以減少模態，形成在頻響曲線的低頻峰和一階模態峰（頻率較高）之間的平直頻響曲線。

圖22是根據本說明書一些實施例所示的示例性壓電元件的頻響曲線的對比示意圖。

如圖22所示，曲線29為採用長度為8mm的整體電極的壓電元件120的頻響曲線，曲線30為採用長度為8mm的一階電極130-1的壓電元件120的頻響曲線；曲線31為採用長度為10mm的一階電極130-1的壓電元件120的頻響曲線；曲線32為採用長度為12mm的一階電極130-1的壓電元件120的頻響曲線。

如圖22所示，曲線29所示的壓電組件120對應的頻響曲線在二階模態谷處（如12272Hz處）產生二階諧振，此現象可以反映聲學設備中採用整體電極的壓電元件120無法有效輸出振動，導致其頻響曲線上出現諧振谷。曲線30-曲線32所示的壓電組件120對應的頻響曲線的諧振谷提升，並且未影響諧振谷的振動特性，此現象可以反映聲學設備中採用一階電極130-1的設計，可以提升壓電元件120產生的二階諧振谷。

並且，曲線30-曲線32所示的壓電組件120對應的頻響曲線中壓電懸臂樑（即壓電組件120）與傳振片形成的模態前移，此現象可以反映在聲學設備中採用一階電極130-1的設計的情況下，適當延長壓電元件120的長度（例如，將壓電元件120的長度設為不小於8mm，不小於10mm，或者不小於12mm），可以在提升諧振谷的同時，提升聲學設備中低頻的靈敏度。

圖23A是根據本說明書一些實施例所示的採用整體電極130的聲學設備的振型圖；圖23B是根據本說明書一些實施例所示的採用一階電極130-1的聲學設備的振型圖。

如圖23A所示，在諧振谷處（如，12272Hz處），採用整體電極的聲學設備中壓電元件120的振動輸出區域形成節點。如圖23B所示，在諧振谷處（如，12272Hz處），採用一階電極130-1的聲學設備中壓電元件120的振動輸出區域未形成節點，呈一階振型。

在本說明書提供的實施例中，電極130的設計可以提升聲學設備中壓電元件120對應的頻響曲線產生的二階諧振谷，同時可以採用更長的壓電元件120，提升聲學設備中低頻的靈敏度。

圖24是根據本說明書一些實施例所示的示例性聲學設備的結構示意圖。

在一些實施例中，如圖24所示，聲學設備100可以為壓電懸臂樑輸出構型，採用電極設計的壓電懸樑臂（即，壓電組件120）的一端為固定區域124，另一端為振動輸出區域123，並通過連接件171輸出振動至振動板或振膜（即，振動組件110）。在一些實施例中，聲學設備100可以為骨傳導音訊設備（例如，骨傳導耳機、骨傳導眼鏡等）。在一些實施例中，壓電元件120的固定端可以包括骨傳導音訊設備的外殼、耳掛頂點、耳掛與板倉連接處、眼鏡鏡腿等一種或任意多種集合。在一些實施例中，連接件171可以具有一定的剛性，且與振動板或振膜、壓電懸樑臂的振動輸出區域剛性連接。

本說明書實施例可能帶來的有益效果包括但不限於：（1）通過電極設計形成壓電元件的模態致動器，使得壓電元件僅產生特定模態的激勵力以輸出特定模態振型，從而避免壓電元件的振動輸出點形成節點，提高聲學設備的工作可靠性。（2）相比於在特定區域附加彈簧、質量、阻尼等機械結構組成的模態控制系統，本說明書實施例基於電極設計即可實現對壓電元件的模態控制，簡化聲學設備的結構。

上文已對基本概念做了描述，顯然，對於所屬技術領域中具有通常知識者來說，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，所屬技術領域中具有通常知識者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、數位字母的使用、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，該類細節僅引起說明的目的，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均等組合。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移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數位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、專利申請公開物和其他材料，如文章、書籍、說明書、出版物、文檔等，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檔案除外，對本說明書申請專利範圍最廣範圍有限制的檔案（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 121:基板 122:壓電層 123:振動輸出區域 124:固定區域 130:電極 130-1:一階電極 130-2:二階電極 131:第一電極包絡區域 132:第二電極包絡區域 133:點 134:離散電極單元 135:連續電極 136:鏤空區域 140:質量塊模型 141:第二振動輸出區域 170:質量塊 171:連接件 172:第二形狀 1221:壓電區域 1222:非壓電區域 1341:第一離散電極單元 1342:第二離散電極單元 1343:第三離散電極單元 1344:第四離散電極單元 1361:第一鏤空區域 1362:第二鏤空區域

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]係根據本說明書一些實施例所示的示例性聲學設備的結構方塊圖；

[圖2]係根據本說明書一些實施例所示的示例性聲學設備的結構示意圖；

[圖3]係根據本說明書一些實施例所示的示例性壓電元件的結構示意圖；

[圖4]係根據本說明書一些實施例所示的示例性壓電元件的部分結構示意圖；

[圖5A]係據本說明書一些實施例所示的示例性一階電極的結構示意圖；

[圖5B]係根據本說明書一些實施例所示的示例性部分一階電極的外輪廓線的曲線斜率示意圖；

[圖5C]係根據本說明書一些實施例所示的示例性二階電極的結構示意圖；

[圖5D]係根據本說明書一些實施例所示的示例性部分二階電極的外輪廓線的曲線斜率示意圖；

[圖6]係根據本說明書一些實施例所示的示例性壓電元件的頻響曲線的對比示意圖；

[圖7A]係電極完全覆蓋壓電元件的一個表面（即電極與壓電元件重合）時的壓電元件在二階谷頻率處的振型圖；

[圖7B]係根據本說明書一些實施例所示的採用一階電極的壓電元件在二階谷頻率處的振型圖；

[圖7C]係根據本說明書一些實施例所示的採用二階電極的壓電元件在二階谷頻率處的振型圖；

[圖8A]係根據本說明書一些實施例所示的電極與壓電元件的結構示意圖；

[圖8B]係根據本說明書一些實施例所示的電極與壓電元件的結構示意圖；

[圖8C]係根據本說明書一些實施例所示的電極與壓電元件的結構示意圖；

[圖8D]係根據本說明書一些實施例所示的電極與壓電元件的分解結構示意圖；

[圖9]係根據本說明書一些實施例所示的壓電元件的頻響曲線的示意圖；

[圖10]係根據本說明書一些實施例所示的示例性的附加質量塊模型的壓電元件的結構示意圖；

[圖11A]係根據本說明書一些實施例所示的示例性一階電極的形狀示意圖；

[圖11B]係根據本說明書一些實施例所示的示例性二階電極的形狀示意圖；

[圖12]係根據本說明書一些實施例所示的示例性壓電元件的頻響曲線的對比示意圖；

[圖13A]係根據本說明書一些實施例所示的附加質量塊模型且電極完全覆蓋壓電元件的一個表面（即電極與壓電元件重合）時的壓電元件在二階谷頻率處的振型圖；

[圖13B]係根據本說明書一些實施例所示的採用附加質量塊模型下設計的一階電極的壓電元件在二階谷頻率處的振型圖；

[圖13C]係根據本說明書一些實施例所示的採用未附加質量塊模型下設計二階電極的壓電元件在二階谷頻率處的振型圖；

[圖13D]係根據本說明書一些實施例所示的採用附加質量塊模型下設計二階電極的壓電元件在二階谷頻率處的振型圖；

[圖14A]係根據本說明書一些實施例所示的示例性的二維電極的部分結構示意圖；

[圖14B]係根據本說明書一些實施例所示的示例性的二維電極的部分結構示意圖；

[圖14C]係根據本說明書一些實施例所示的示例性的二維電極的部分結構示意圖；

[圖14D]係根據本說明書一些實施例所示的示例性的二維電極的部分結構示意圖；

[圖15A]係根據本說明書一些實施例所示的示例性壓電元件的頻響曲線的對比示意圖；

[圖15B]係根據本說明書一些實施例所示的示例性壓電元件的頻響曲線的對比示意圖；

[圖15C]係根據本說明書一些實施例所示的覆蓋整體電極的壓電組件在5380.3Hz處的振動位移示意圖；

[圖15D]係根據本說明書一些實施例所示的覆蓋8×8離散電極單元的壓電元件在5380.3Hz處的振動位移示意圖；

[圖16A]係根據本說明書一些實施例所示的矩形壓電組件上電極完全覆蓋（即整體電極）時的壓電組件的一階模態振型圖；

[圖16B]係根據本說明書一些實施例所示的矩形壓電組件上電極完全覆蓋（即整體電極）時的壓電組件的高頻處的振型圖；

[圖16C]係根據本說明書一些實施例所示的矩形壓電元件上採用16×8個二維電極的離散電極單元的壓電元件的高頻處的振型圖；

[圖16D]係根據本說明書一些實施例所示的矩形壓電元件上採用32×16個二維電極的離散電極單元的壓電元件的高頻處的振型圖；

[圖17A]係根據本說明書一些實施例所示的示例性的二維電極的離散電極單元的設計思路示意圖；

[圖17B]係根據本說明書一些實施例所示的示例性的二維電極的離散電極單元的結構示意圖；

[圖17C]係根據本說明書一些實施例所示的等效為兩端固支樑的矩形對應的一階電極的形狀示意圖；

[圖18]係根據本說明書一些實施例所示的覆蓋圖17B所示的二維電極的壓電組件的振型圖；

[圖19A]係根據本說明書一些實施例所示的示例性的二維分佈的連續電極的部分結構示意圖；

[圖19B]係根據本說明書一些實施例所示的示例性的二維分佈的連續電極的部分結構示意圖；

[圖19C]係根據本說明書一些實施例所示的示例性的二維分佈的連續電極的部分結構示意圖；

[圖20]係根據本說明書一些實施例所示的示例性壓電元件的頻響曲線的對比示意圖；

[圖21]係根據本說明書一些實施例所示的示例性的聲學設備的結構示意圖；

[圖22]係根據本說明書一些實施例所示的示例性壓電元件的頻響曲線的對比示意圖；

[圖23A]係根據本說明書一些實施例所示的採用整體電極的聲學設備的振型圖；

[圖23B]係根據本說明書一些實施例所示的採用一階電極的聲學設備的振型圖；且

[圖24]係根據本說明書一些實施例所示的示例性聲學設備的結構示意圖。

其中，100、聲學設備；110、振動組件；120、壓電組件；130、電極；130-1、一階電極；130-2、二階電極；123、振動輸出區域；121、基板；122、壓電層；124、固定區域；131、第一電極包絡區域；132、第二電極包絡區域；133、點；1221、壓電區域；1222、非壓電區域；140、質量塊模型；141、第二振動輸出區域；134、離散電極單元；1341、第一離散電極單元；1342、第二離散電極單元；1343、第三離散電極單元；1344、第四離散電極單元；171、連接件；172、第二形狀；135、連續電極；136、鏤空區域；1361、第一鏤空區域；1362、第二鏤空區域；170、質量塊。

100:聲學設備

110:振動組件

120:壓電組件

121:基板

122:壓電層

130:電極

Claims (10)

1. 一種聲學設備，包括： 壓電元件，所述壓電元件在驅動電壓的作用下產生振動； 電極，所述電極為所述壓電元件提供所述驅動電壓；且 振動元件，所述振動元件物理地連接到所述壓電元件，接收所述振動並產生聲音，其中，所述壓電元件包括： 基板；且 壓電層，所述壓電層覆蓋在所述基板的一個表面上，所述電極覆蓋在所述壓電層的一個表面上，且所述電極在所述壓電層表面上的覆蓋面積小於覆蓋有所述壓電層的所述基板的表面的面積。
2. 如請求項1之聲學設備，其中，所述壓電元件包括振動輸出區域。
3. 如請求項2之聲學設備，其中，所述壓電元件還包括固定區域。
4. 如請求項3之聲學設備，其中，所述電極的寬度從所述固定區域到所述振動輸出區域逐漸減小。
5. 如請求項3之聲學設備，其中，所述電極包括兩個電極包絡區域，所述兩個電極包絡區域的電勢相反。
6. 如請求項5之聲學設備，其中，所述兩個電極包絡區域之間存在轉換點，所述兩個電極包絡區域中的第一電極包絡區域中的電極寬度從所述固定區域到所述轉換點逐漸減小。
7. 如請求項6之聲學設備，其中，所述兩個電極包絡區域的第二電極包絡區域中的電極寬度從所述轉換點到所述振動輸出區域先增大後減小。
8. 如請求項4之聲學設備，其中，所述電極在所述固定區域的寬度等於所述固定區域的寬度。
9. 如請求項4之聲學設備，其中，所述電極在所述振動輸出區域的寬度為0。
10. 如請求項1之聲學設備，其中，所述壓電層包括壓電平板或壓電膜，所述電極包括二維分佈的多個離散電極單元。

Images