專利名稱：聲波發(fā)生換能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聲換能器，該聲換能器使用按照接近于筒形或管形的形式設(shè)置的一個(gè)或多個(gè)聲波發(fā)射元件、也就是振動(dòng)膜或其它聲波輻射表面。本發(fā)明更具體地涉及其中聲波發(fā)射元件以使用能夠通過(guò)在施加電激發(fā)時(shí)改變其物理狀態(tài)而產(chǎn)生聲波的壓電材料或其它電機(jī)械轉(zhuǎn)換材料為基礎(chǔ)的這種聲換能器。本發(fā)明還涉及包括至少一個(gè)前述類型的聲換能器、具有放聲能力的裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代壓電材料開(kāi)拓了聲換能系統(tǒng)發(fā)展的可行性。尤其是，聚偏二氟乙烯(PVDF)的薄壓電片的制備對(duì)于新型聲波和振動(dòng)發(fā)生元件的開(kāi)發(fā)是決定性的。造成這的原因與這種材料的性能有關(guān)，這種材料的性能包括彈性、耐久性、柔軟性、輕質(zhì)以及它的強(qiáng)壓電性。
在壓電致動(dòng)器尤其是聲波發(fā)射驅(qū)動(dòng)器的發(fā)展中，所述材料的應(yīng)用多少更加有限。造成這的原因之一是即使壓電材料發(fā)展的進(jìn)程已經(jīng)相當(dāng)顯著了，但是小的有源發(fā)聲運(yùn)動(dòng)(也就是由這種材料制成的振動(dòng)膜所提供的低位移)不能產(chǎn)生高聲級(jí)。尤其在低頻范圍內(nèi)，用現(xiàn)有技術(shù)類型的壓電驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的聲級(jí)不能與用其它眾所周知的、典型的電力換能原理產(chǎn)生的聲級(jí)相比。壓電聲換能器仍然在某些領(lǐng)域中找到了許多應(yīng)用，在這些領(lǐng)域中非常小尺寸的、低電能消耗和經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)比再生高強(qiáng)度級(jí)聲波更重要。使用按照筒形或管形的形式設(shè)置的輻射表面的聲換能器已經(jīng)在某些領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)中為人所知。
專利US5,132,942公開(kāi)了一種電聲換能器，其利用由環(huán)形的壓電堆疊體所形成的聲波發(fā)生振動(dòng)元件，該環(huán)形的壓電堆疊體由安裝在外部金屬套管內(nèi)部的幾個(gè)中空的陶瓷筒構(gòu)成。為了提供一種將指向內(nèi)部的聲波向外反射的介質(zhì)，壓電堆疊體內(nèi)的內(nèi)部空間是填充空氣或夾帶空氣的泡沫的封閉空間。換能器在它筒形形狀的半徑方向上全方位地發(fā)出聲波而運(yùn)行。由于它具有提供高能量、低頻率聲波的能力，所述的換能器尤其適用于地質(zhì)或其它探測(cè)類型的應(yīng)用，在這些應(yīng)用中需要密閉封裝的、浸入式換能器。
專利US3,978,353提出了一種具有壓電振動(dòng)膜的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，按照筒形的、徑向聲波發(fā)射的形式支撐該壓電振動(dòng)膜，并且為了控制揚(yáng)聲器的方向模式而給壓電振動(dòng)膜提供沿柱形結(jié)構(gòu)的圓周設(shè)置的多個(gè)振動(dòng)區(qū)域。雖然對(duì)方向性能的控制得到了改進(jìn)，但是由于其基本特性該揚(yáng)聲器系統(tǒng)仍舊保持為徑向發(fā)射的結(jié)構(gòu)，這對(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)受制于這種結(jié)構(gòu)的內(nèi)在限制。
在下面的專利中描述的聲換能器使用筒形或管形的振動(dòng)膜，但是它們不是徑向發(fā)射聲波，而是被設(shè)置為軸向輻射聲波。
專利US6,532,292描述了一種將音頻信號(hào)傳入人耳的方法和裝置。該裝置包括驅(qū)動(dòng)第一筒形元件的第一頻率發(fā)生器，所述第一元件產(chǎn)生第一超聲聲場(chǎng)。該裝置還包括驅(qū)動(dòng)用來(lái)產(chǎn)生第二超聲聲場(chǎng)的第二筒形元件的第二頻率發(fā)生器。所述第二元件相對(duì)于所述第一元件同心設(shè)置。第二超聲聲場(chǎng)和第一超聲聲場(chǎng)都導(dǎo)入收聽(tīng)者的耳道，其中所述的場(chǎng)相互作用產(chǎn)生能夠由耳朵覺(jué)察到的可聽(tīng)調(diào)制。這種解決方案中的同心元件不是徑向聲波發(fā)射，其特征在于軸向輻射。US6,532,292的主要目的是提供一種裝置，這種裝置在收聽(tīng)者的耳道內(nèi)部產(chǎn)生音頻信號(hào)，并因此有效地減少了回聲且更好地保證了音頻信號(hào)不受干擾。根據(jù)US6,532,292的解決方案的主要缺點(diǎn)與它相應(yīng)地總是需要有耳道存在這樣的事實(shí)相關(guān)。換句話說(shuō)，它的應(yīng)用只限于不同類型的耳機(jī)。該方案還需要相當(dāng)復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)方案，包括為實(shí)現(xiàn)聲場(chǎng)之間恰當(dāng)類型調(diào)制的濾頻和混頻電路?？紤]到這一點(diǎn)，還考慮到個(gè)人耳道聲性能的不同，高質(zhì)量和高聲級(jí)的聲音再生可能相當(dāng)有挑戰(zhàn)性。
專利US3,859,477描述了具有全筒形并且從其前端發(fā)射聲波的另一種聲換能器。在此，首先構(gòu)造至少包括一個(gè)固定電極、一個(gè)聲波發(fā)生振動(dòng)膜和一個(gè)中間隔離物的薄片狀組件。然后通過(guò)將所述組件繞中心芯螺旋地纏繞并纏繞成柱形而由前述組件構(gòu)造換能器。因此，可以在相當(dāng)致密構(gòu)造的換能器中獲得振動(dòng)膜的相當(dāng)大的有效面積。然而，為了制造具有相容聲性能的換能器，這種換能器的制備需要按照特定的螺旋狀方式纏繞該薄片狀組件。螺旋纏繞的構(gòu)造還引入了對(duì)應(yīng)于換能器的聲性能、尤其是對(duì)應(yīng)于振動(dòng)膜所經(jīng)受的聲質(zhì)量的一些顯著的限制。在本文后面將更詳細(xì)地討論聲質(zhì)量的概念。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種新型的聲波發(fā)生換能器，其能夠克服在前述的現(xiàn)有技術(shù)器件中存在的許多限制。本發(fā)明提出了一種為了使聲波發(fā)生薄膜的振動(dòng)性能最優(yōu)化并且進(jìn)一步使軸向射出該器件的混合聲流的性能最優(yōu)化而對(duì)準(zhǔn)筒形的和同心設(shè)置的元件的一種新方法。尤其是，本發(fā)明目的在于增加由換能器產(chǎn)生的聲壓級(jí)。本發(fā)明還涉及包括至少一個(gè)前述類型的聲換能器、具有放聲能力的裝置。
更具體地，提出了一種提高由壓電聚合或類似的電力機(jī)械轉(zhuǎn)換材料制成的聲波推/拉驅(qū)動(dòng)器中的發(fā)聲級(jí)的解決方案。即使由于這種有源材料本身的性能，仍然存在與振動(dòng)膜的低位移相關(guān)的問(wèn)題，但是用根據(jù)本發(fā)明的新設(shè)置獲得的聲級(jí)高到足以開(kāi)發(fā)例如適于充當(dāng)移動(dòng)電話或其它便攜式裝置中的揚(yáng)聲器的頭掛聽(tīng)筒或微型揚(yáng)聲器。而且，可以比在現(xiàn)有技術(shù)的器件中更好地控制該器件的頻帶寬度。本發(fā)明提供了獲得具有低失真和大頻帶寬度的聲波的可行性。
本發(fā)明的基本思想與在內(nèi)部導(dǎo)聲套管和外部導(dǎo)聲套管之間設(shè)置接近筒形或管形的電力機(jī)械聲波發(fā)生振動(dòng)膜的原理相關(guān)，所述的套管具有與所述振動(dòng)膜基本相似的輻射狀橫截面形狀。按照這種方式形成的管形聲波單元結(jié)構(gòu)典型地設(shè)置有端部定位器或支撐器，該定位器或支撐器將振動(dòng)膜和內(nèi)外套管保持在適當(dāng)位置并且使振動(dòng)膜所產(chǎn)生的聲波在振動(dòng)膜和所述套管之間軸向輻射并最終通過(guò)該端部定位器從聲波單元和換能器中軸向射出，該振動(dòng)膜被設(shè)置為主要沿徑向振動(dòng)。因此，射出前述聲波單元/換能器的聲波基本上垂直于電力機(jī)械振動(dòng)膜的位移傳播。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，為了增加換能器的聲級(jí)或聲性能，將幾個(gè)聲波發(fā)生振動(dòng)膜與相關(guān)的導(dǎo)聲套管一起沿徑向相互設(shè)置，典型地是同心設(shè)置。換句話說(shuō)，為了在聲學(xué)上平行地耦合所述的聲波單元，根據(jù)本發(fā)明的聲換能器可以包括設(shè)置在彼此內(nèi)部的幾個(gè)徑向連續(xù)的聲波發(fā)生單元。這種換能器在此被簡(jiǎn)稱為多振動(dòng)膜換能器。本發(fā)明也可以應(yīng)用在單振動(dòng)膜換能器中，但是它在前述的多振動(dòng)膜換能器中尤其有用。
本發(fā)明的關(guān)鍵在于在聲波單元相對(duì)的軸向端部處、也就是在該單元的前側(cè)和后側(cè)端部處的振動(dòng)膜和導(dǎo)聲套管的特殊的相互對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的典型實(shí)施方式用端部定位器或相應(yīng)的支撐裝置相對(duì)于導(dǎo)聲套管支撐振動(dòng)膜時(shí)，所述對(duì)準(zhǔn)的主要特征在于在前側(cè)端部處將每個(gè)同心聲波單元的外導(dǎo)聲套管設(shè)置為不覆蓋通常附著在內(nèi)導(dǎo)聲套管上的振動(dòng)膜支撐裝置(端部定位器)。類似地，在后側(cè)處，將內(nèi)導(dǎo)聲套管設(shè)置為不覆蓋附著于外導(dǎo)聲套管上的振動(dòng)膜支撐裝置。換句話說(shuō)，將內(nèi)和外導(dǎo)聲套管的端部設(shè)置為在軸向具有交替的相互不對(duì)準(zhǔn)。這種特殊的不對(duì)準(zhǔn)顯著降低了為產(chǎn)生軸向傳播聲波的單個(gè)聲波單元的振動(dòng)膜需要移動(dòng)的聲質(zhì)量。由于聲質(zhì)量降低了，因此提高了聲波單元的效率并且能夠產(chǎn)生更高的聲級(jí)。取決于如何設(shè)置振動(dòng)膜的支撐器，相互不對(duì)準(zhǔn)可以包括或不包括振動(dòng)膜支撐裝置的軸向?qū)挾取?br> 當(dāng)物理上同心地設(shè)置并因此聲學(xué)上平行地設(shè)置兩個(gè)聲波單元時(shí)，外單元的內(nèi)導(dǎo)聲套管可以充當(dāng)內(nèi)單元的外導(dǎo)聲套管。換句話說(shuō)，在同心設(shè)置的聲波單元中，當(dāng)將內(nèi)單元同心設(shè)置在外單元的內(nèi)部時(shí)，可以認(rèn)為內(nèi)單元的外導(dǎo)聲套管被外單元的內(nèi)導(dǎo)聲套管“移去”或代替了。當(dāng)平行設(shè)置更多的單元時(shí)，可以遵循相同的原理進(jìn)行。因此，本發(fā)明提供了為增加換能器的總聲級(jí)將來(lái)自幾個(gè)聲波單元的軸向聲流混合在一起的全新的可行方案。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式涉及的是使用幾個(gè)徑向連續(xù)聲波發(fā)生單元的換能器，根據(jù)該實(shí)施方式，使用不同的電子驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)不同的振動(dòng)膜。驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以在它們的頻帶寬度或均衡化方面不同，或者在它們的相對(duì)信號(hào)振幅方面不同。
在本發(fā)明的實(shí)際實(shí)施方式中，各個(gè)振動(dòng)膜和周圍導(dǎo)聲套管的尺寸和精確形狀可以在一個(gè)取決于應(yīng)用的范圍內(nèi)變化。所述元件的橫截面形狀不需要是精確的環(huán)形，它也不必在所有的徑向連續(xù)單元中完全相同。徑向連續(xù)元件、也就是振動(dòng)膜或套管或由其形成的聲單元的相互軸向位置也可以變化。
本發(fā)明能夠通過(guò)添加幾個(gè)同心的振動(dòng)膜來(lái)增加換能器的聲級(jí)。因?yàn)殡娂ぐl(fā)壓電材料時(shí)電能消耗低，因此換能器的總電能消耗沒(méi)有顯著增加。來(lái)自換能器的混合聲流也得到了增加，而產(chǎn)品在失真(聲質(zhì)量)和/或安全性以及可靠性方面的性能沒(méi)有降低。例如，應(yīng)用這種聲換能器的頭掛聽(tīng)筒比那些應(yīng)用傳統(tǒng)換能器的頭掛聽(tīng)筒更容易構(gòu)造和制備。同樣期待這種換能器的制造成本更低。
在前面的描述中以及在描述本發(fā)明選擇實(shí)施方式的附圖中闡述了本發(fā)明的更多細(xì)節(jié)。通過(guò)附加的權(quán)利要求，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式和可能的變化對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將變得更加顯而易見(jiàn)。


在附圖中圖1示意性地描述了一套帶有兩個(gè)耳機(jī)的頭掛聽(tīng)筒的構(gòu)造，每個(gè)耳機(jī)包括根據(jù)本發(fā)明的多振動(dòng)膜聲換能器，圖2示意性地描述了根據(jù)本發(fā)明的單振動(dòng)膜聲換能器，以為了降低聲質(zhì)量而軸向不對(duì)準(zhǔn)為特征，圖3示意性地闡明了聲驅(qū)動(dòng)器中聲質(zhì)量的概念和位置，圖4示意性地描述了根據(jù)本發(fā)明如何將兩個(gè)聲波單元結(jié)合成一個(gè)多振動(dòng)膜聲換能器，和圖5以透視圖的方式示意性地描述了根據(jù)本發(fā)明的聲換能器的某些部件的一個(gè)可能的實(shí)際構(gòu)造。
具體實(shí)施例方式
下面主要用一套頭掛聽(tīng)筒作為實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明。在這些實(shí)施例中，通過(guò)同心的壓電推/拉驅(qū)動(dòng)器來(lái)放出聲音，并且將聲波設(shè)置為垂直于振動(dòng)膜的位移從所述聲波單元傳播出去。這些聲波單元中的每一個(gè)典型地包括夾在剛性框架中的一個(gè)壓電材料筒形片。壓電材料優(yōu)選是聚偏二氟乙烯(PVDF)。每個(gè)同心驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的聲流構(gòu)成了由頭掛聽(tīng)筒產(chǎn)生的并且被收聽(tīng)者接收的總聲流。按照這種方式，能夠獲得更高的聲強(qiáng)度級(jí)而沒(méi)有顯著增加器件的總尺寸。壓電材料的使用使得能夠產(chǎn)生在低、中和高頻率下具有很低失真并且具有低電能消耗的聲波。
圖1示意性地描繪了一套由兩個(gè)耳機(jī)11、12構(gòu)成的頭掛聽(tīng)筒10的構(gòu)造。根據(jù)本發(fā)明單個(gè)耳機(jī)11、12由一套同心的驅(qū)動(dòng)器制成，也就是由幾個(gè)徑向連續(xù)的聲波單元制成。這些裝置11、12中的每一個(gè)也可以被稱為多振動(dòng)膜換能器。耳機(jī)/換能器11、12優(yōu)選由它們的經(jīng)由適配器13指向收聽(tīng)者耳朵的前側(cè)面作為終端，適配器13能夠提供舒適的密封和緩沖。圖1的右側(cè)以軸向橫截面視圖的方式更加具體地示出了在這種情況下由三個(gè)徑向連續(xù)的聲波單元構(gòu)成的單個(gè)耳機(jī)12的構(gòu)造。
圖2以更加詳細(xì)的縱向橫截面視圖的方式描繪了根據(jù)本發(fā)明的單振動(dòng)膜聲換能器的一種可行的構(gòu)造。在內(nèi)導(dǎo)聲套管21和外導(dǎo)聲套管22之間設(shè)置近似筒形或管形的電力機(jī)械聲波發(fā)生振動(dòng)膜20，所述的套管21、22具有與所述振動(dòng)膜基本上相似的徑向橫截面形狀。給內(nèi)導(dǎo)聲套管21設(shè)置一個(gè)位于所述套管前側(cè)面的(前)定位器23用來(lái)保持振動(dòng)膜20。另一個(gè)(后)定位器24位于振動(dòng)膜20的另一端，在振動(dòng)膜和外導(dǎo)聲套管22之間。
如圖2所示，將后定位器24設(shè)置為與內(nèi)導(dǎo)聲套管21隔開(kāi)軸向距離“a”。將外導(dǎo)聲套管22附著到后定位器24上并且將所述的套管設(shè)置為覆蓋除距離“b”以外的振動(dòng)膜20的整個(gè)軸向長(zhǎng)度。這個(gè)距離b也是前定位器23和外導(dǎo)聲套管22之間的軸向距離。
振動(dòng)膜20優(yōu)選由壓電材料例如PVDF制成，并且該器件的各種框架部件可以由合適的剛性材料制成，優(yōu)選由金屬或塑料制成。當(dāng)用合適的電信號(hào)來(lái)激發(fā)時(shí)，振動(dòng)膜20如同徑向脈動(dòng)推/拉振動(dòng)膜、也就是在一對(duì)導(dǎo)聲套管21、22之間的徑向脈動(dòng)筒一樣運(yùn)行。振動(dòng)膜20的一側(cè)產(chǎn)生的聲波被設(shè)置為沿聲波前通道25輻射。將這個(gè)敞開(kāi)的前通道25設(shè)置為將聲波導(dǎo)向換能器的前側(cè)，所述的前側(cè)面向收聽(tīng)者的耳朵。振動(dòng)膜20的另一側(cè)產(chǎn)生的聲波被導(dǎo)入聲波后通道26。后通道26可以是指向遠(yuǎn)離收聽(tīng)者的換能器的后側(cè)的敞開(kāi)通道，或者為了使聲波衰減可以將它設(shè)置為封閉空氣或吸收材料腔。
前述內(nèi)和外導(dǎo)聲套管21、22的軸向不對(duì)準(zhǔn)是本發(fā)明的特征，并且在降低振動(dòng)膜20所經(jīng)受的聲質(zhì)量方面很重要，這個(gè)軸向不對(duì)準(zhǔn)可以用具有值a≥0和b≥0的所述尺寸a和b來(lái)表示。如果a＝0和/或b＝0，那么前和后定位器23、24的軸向?qū)挾泉?dú)自構(gòu)成所需要的不對(duì)準(zhǔn)。
下面更詳細(xì)地解釋聲質(zhì)量的概念。對(duì)于端部與空腔或敞開(kāi)自由場(chǎng)連接的管或通道，當(dāng)它的尺寸同聲波的波長(zhǎng)相比較小時(shí)，它的行為大體上象“聲質(zhì)量”?？紤]聲換能器，揚(yáng)聲器被設(shè)置到管的一個(gè)端部?jī)?nèi)并且向該管內(nèi)發(fā)射聲波。在這種情況下，管內(nèi)的聲壓在管的內(nèi)部以及沿著管的長(zhǎng)度基本上恒定。按照分析的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，管內(nèi)空氣的行為象具有某種密度的基本上不可壓縮的流體。換句話說(shuō)，當(dāng)揚(yáng)聲器的振動(dòng)膜盡量沿所述管推動(dòng)這個(gè)“流體團(tuán)”時(shí)，管內(nèi)部的聲壓不變但是該流體整體移動(dòng)。按照“電機(jī)”驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的振動(dòng)膜(磁體+線圈或者壓電機(jī)制等)的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，看起來(lái)象揚(yáng)聲器的振動(dòng)膜的質(zhì)量由于前述的聲質(zhì)量效應(yīng)而增加了。電機(jī)“感覺(jué)”它應(yīng)該推動(dòng)了比單獨(dú)振動(dòng)膜的質(zhì)量更大的質(zhì)量。
在如圖3中示意性地示出的筒形壓電換能器的情況下，可以看到前述的管相應(yīng)于在振動(dòng)膜30上方形成的聲波通道31。現(xiàn)在示出聲質(zhì)量有效地位于所述通道的末端處，聲波在所述末端處射出該器件。這在圖3中用表示“聲質(zhì)量的聚集(concentration of acoustic mass)”到通道端部的圓圈來(lái)表示。因此，根據(jù)本發(fā)明，具有a≥0和b≥0(見(jiàn)圖2)的尺寸有效降低了振動(dòng)膜所經(jīng)受的聲質(zhì)量，并且因此增加了聲換能器的效率。
圖4示意性地描述了根據(jù)本發(fā)明將兩個(gè)聲波單元混合成單個(gè)的多振動(dòng)膜聲換能器、并且為了減少聲質(zhì)量而以軸向不對(duì)準(zhǔn)為特征的思想。當(dāng)聲學(xué)上平行地設(shè)置兩個(gè)或多個(gè)管狀的聲波單元結(jié)構(gòu)(振動(dòng)膜)時(shí)，外聲波單元的內(nèi)導(dǎo)聲套管可以充當(dāng)下一個(gè)內(nèi)聲波單元的外導(dǎo)聲套管，并且反之亦然。這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)從圖4中可以明顯地看出。概念上，在同心設(shè)置的聲波單元中，可以認(rèn)為一個(gè)內(nèi)單元的外導(dǎo)聲套管被下一個(gè)外單元的內(nèi)導(dǎo)聲套管代替了。這在圖4中右手側(cè)通過(guò)參照同時(shí)具有兩個(gè)參考標(biāo)記21、22的具有前述雙功能的所述套管示意性地示出了。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，遵循相同的原理可以平行設(shè)置所需數(shù)量的聲波單元/振動(dòng)膜是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明提供一種為增加總聲級(jí)而將來(lái)自于幾個(gè)聲波單元的軸向聲流混合在一起的全新的方法。
圖4描繪了徑向連續(xù)的聲波單元之間一定的、相對(duì)適中的軸向不對(duì)準(zhǔn)，使得不對(duì)準(zhǔn)的量接近于前和后定位器的軸向尺寸。取決于具體的應(yīng)用，可以將不對(duì)準(zhǔn)的量選擇為具有大于零的任何合適值。由振動(dòng)膜所“經(jīng)受”的聲質(zhì)量的減少本質(zhì)上取決于不對(duì)準(zhǔn)的量。
圖5以透視圖的方式示意性地示出了構(gòu)造根據(jù)本發(fā)明的聲換能器的一種可行的方式。在圖5中，在內(nèi)套管/框架51和外套管/框架部件52之間設(shè)置單個(gè)環(huán)形振動(dòng)膜50。設(shè)置前定位器環(huán)53和后定位器環(huán)54將振動(dòng)膜50和所述的內(nèi)和外套管/框架51、52同軸保持在一起，使得在所述的元件之間形成聲波前通道55和后通道56。在這個(gè)實(shí)施方式中，將前和/或后定位器環(huán)53、54成型為分離的單個(gè)部件，然后在該器件的組裝過(guò)程中與內(nèi)和外套管/框架部件51、52焊接、粘結(jié)或其它適當(dāng)?shù)馗街?。圖5的右下角示出了與內(nèi)套管/框架51附著的定位器環(huán)53，54。
可選擇地，例如還可以通過(guò)直接將其成型為單個(gè)的整體部件來(lái)制備在圖5的右下角示出的實(shí)體51、53、54。因此，本發(fā)明不應(yīng)受限于制備聲換能器或相關(guān)元件的不同方式。
雖然上面已經(jīng)參照幾個(gè)選擇的實(shí)施方式示出和描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解的是這些實(shí)施方式只是實(shí)施例，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員可以利用除那些在此具體公開(kāi)的技術(shù)細(xì)節(jié)以外的、同時(shí)仍舊在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的技術(shù)細(xì)節(jié)來(lái)構(gòu)造其它的實(shí)施方式。因此應(yīng)該理解的是，在不偏離本發(fā)明精神的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在所示出的聲波單元或聲換能器的機(jī)械、聲學(xué)和電氣設(shè)計(jì)方面以及在其運(yùn)行方面做出各種刪除、替換和變化。因此目的是只按照于此附加的權(quán)利要求的范圍所表明的方式來(lái)限制本發(fā)明。
優(yōu)選將換能器的每個(gè)振動(dòng)膜制成壓電材料的筒形片?？梢詥为?dú)地由所述材料制備振動(dòng)膜，或者它可以是將所述材料包括為它的組成部分之一的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
當(dāng)用設(shè)置在內(nèi)導(dǎo)聲套管上的定位器環(huán)或其它支撐器來(lái)支撐振動(dòng)膜時(shí)，為了增加它的剛性可以用漆、粘結(jié)劑、膠水或類似的材料覆蓋振動(dòng)膜。如果有必要的話，可以使用相同的材料將振動(dòng)膜的端部封焊/固定到所述支撐器上，以這種方式避免振動(dòng)膜的內(nèi)表面產(chǎn)生的聲波和振動(dòng)膜的外表面產(chǎn)生的聲波之間的干擾。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以按照幾種不同的方式來(lái)設(shè)置相對(duì)于內(nèi)和/或外導(dǎo)聲套管支撐振動(dòng)膜的支撐器，這是顯而易見(jiàn)的。設(shè)置到振動(dòng)膜的軸向端部的支撐裝置的軸向?qū)挾瓤梢圆糠值鼗蛲耆貥?gòu)成所需要的不對(duì)準(zhǔn)，或者也可以獨(dú)立于所述的寬度來(lái)設(shè)置不對(duì)準(zhǔn)。
為了轉(zhuǎn)換每個(gè)聲波單元/驅(qū)動(dòng)器的聲響應(yīng)，可以即在聲波前通道又在聲波后通道中使用聲泡沫材料、不同類型的聲圍板或隔板。而且，可以用不同的電信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)多振動(dòng)膜換能器中不同的聲波單元。這些電子驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以在它們的頻帶寬度或均衡性方面不同，或者在它們的相對(duì)信號(hào)振幅方面不同?？梢杂梢粋€(gè)共同的信號(hào)來(lái)產(chǎn)生所述的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，例如通過(guò)將該信號(hào)對(duì)準(zhǔn)穿過(guò)一組有源或無(wú)源波段劃分濾波器。
而且，在多振動(dòng)膜換能器中徑向連續(xù)的聲波單元中不對(duì)準(zhǔn)的量和方向可以選擇為不同。換句話說(shuō)，為了防止換能器的總長(zhǎng)度過(guò)度地增加，軸向不對(duì)準(zhǔn)的方向可以從一個(gè)徑向單元到下一個(gè)徑向單元交替。
根據(jù)本發(fā)明的聲換能器的典型應(yīng)用包括聲應(yīng)用，例如具有一個(gè)額外內(nèi)或外揚(yáng)聲器、、揚(yáng)聲器元件(音箱)、立體聲頭掛聽(tīng)筒、單耳耳機(jī)、不同類型的包括免提設(shè)備的戴在頭上的耳機(jī)的音頻裝置。根據(jù)本發(fā)明的聲換能器由于它們緊湊的結(jié)構(gòu)和低電能消耗而尤其適合用于不同類型的便攜式或由電池來(lái)操作的裝置。這些特征例如在不同類型的便攜式播放器(緊致盤、微型盤、MP3)和無(wú)線接收器中很重要?？梢栽陔娦叛b置和相關(guān)的附件中找到重要的應(yīng)用。本發(fā)明可以應(yīng)用于移動(dòng)電話和不同類型的無(wú)線數(shù)據(jù)處理或游戲裝置中。
在音頻應(yīng)用中，放聲的頻率范圍可以從0到25kHz。然而，本發(fā)明不僅限于音頻應(yīng)用和音頻頻率，而是也可以用聲換能器來(lái)產(chǎn)生更高頻率的不可聽(tīng)聲信號(hào)，例如在超聲范圍內(nèi)的聲信號(hào)。
上面給出的實(shí)施例主要基于使用壓電振動(dòng)膜。然而，本發(fā)明也可以使用其它類型的電力機(jī)械轉(zhuǎn)換材料，例如電致伸縮、熱電或靜電材料來(lái)實(shí)現(xiàn)，按照上面說(shuō)明的方式來(lái)設(shè)置這些材料，并且將它們?cè)O(shè)置如同聲波發(fā)生振動(dòng)膜那樣振動(dòng)。
形成單個(gè)的聲波單元的不同元件(也就是振動(dòng)膜和內(nèi)/外套管/框架部件)的形狀典型地是精確的環(huán)形，并且相互精確同軸設(shè)置所述元件。然而，本發(fā)明不只限于這樣的實(shí)施，而是所述的元件也可以具有非環(huán)形的形狀，例如橢圓或有角的形式，并且也可以相互之間或多或少地不同心設(shè)置這些元件。而且，所述的元件、尤其是振動(dòng)膜不需要具有完全閉合的和不變的周邊，也就是例如單個(gè)的整圓或多邊形的橫截面形式，而是每個(gè)元件可以具有一個(gè)或更多個(gè)按照它的橫截面形式的局部開(kāi)口或部件。
本發(fā)明的基本思想可以在類似形狀的聲套管/框架構(gòu)造內(nèi)使用筒形或管形的電力機(jī)械振動(dòng)膜來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中通過(guò)在振動(dòng)膜和內(nèi)和/或外導(dǎo)聲套管之間設(shè)置適當(dāng)?shù)牟粚?duì)準(zhǔn)量來(lái)減小振動(dòng)膜“經(jīng)受”的聲質(zhì)量。因此從換能器輻射出的、基本上垂直于所述最初產(chǎn)生聲波的振動(dòng)膜的位移的聲波具有比現(xiàn)有技術(shù)器件受到更少限制的通道。
權(quán)利要求
1.一種聲換能器，包括至少一個(gè)聲波單元，該聲波單元以按照基本上筒形或管形的形式設(shè)置的至少一個(gè)徑向聲波發(fā)射振動(dòng)膜為基礎(chǔ)，所述振動(dòng)膜至少部分地由能夠通過(guò)在施加電激發(fā)時(shí)改變其物理狀態(tài)而產(chǎn)生聲波的電力機(jī)械轉(zhuǎn)換材料構(gòu)成，其中在單個(gè)的聲波單元內(nèi)將所述振動(dòng)膜設(shè)置為支撐在內(nèi)導(dǎo)聲套管和外導(dǎo)聲套管之間，以便于在振動(dòng)膜和至少一個(gè)所述的套管之間形成至少一個(gè)軸向聲波通道，所述套管具有與所述振動(dòng)膜基本相似的徑向橫截面形狀，使得振動(dòng)膜產(chǎn)生的聲波被設(shè)置為沿所述聲波通道從聲波單元中導(dǎo)出，并且為了減小所述聲波通道代表的聲質(zhì)量，至少在所述聲波通道的出口側(cè)將振動(dòng)膜的軸向端部和相應(yīng)的導(dǎo)聲套管設(shè)置為在垂直于聲波單元軸的平面內(nèi)具有相互不對(duì)準(zhǔn)。
2.權(quán)利要求1的聲換能器，其中在聲波單元內(nèi)，內(nèi)導(dǎo)聲套管設(shè)置有至少一個(gè)位于所述套管前端側(cè)的前定位器，用來(lái)將振動(dòng)膜和所述套管支撐在特定的相互徑向和軸向的位置上，并且至少一個(gè)后定位器放置在振動(dòng)膜的另一個(gè)端在振動(dòng)膜和外導(dǎo)聲套管之間，用來(lái)將振動(dòng)膜和所述套管支撐在特定的相互徑向和軸向的位置上，并且在形成用于減小聲質(zhì)量的所述相互不對(duì)準(zhǔn)時(shí)考慮所述前或后定位器的軸向?qū)挾取?br> 3.權(quán)利要求1的聲換能器，其中為了形成具有幾個(gè)基本上平行聲耦合的聲波單元的一個(gè)多振動(dòng)膜徑向設(shè)置換能器，以徑向連續(xù)的方式相互設(shè)置幾個(gè)聲波單元。
4.權(quán)利要求3的聲換能器，其中在徑向設(shè)置的換能器中，將外聲波單元的內(nèi)導(dǎo)聲套管設(shè)置為起到徑向連續(xù)的內(nèi)聲波單元的外導(dǎo)聲套管的作用，并且反之亦然。
5.權(quán)利要求3的聲換能器，其中在徑向設(shè)置的換能器中，徑向連續(xù)的聲波單元具有環(huán)形的徑向橫截面形狀并且具有共同的對(duì)稱縱軸而相互同心設(shè)置。
6.權(quán)利要求3的聲換能器，其中在徑向設(shè)置的換能器中，將徑向連續(xù)的聲波單元之間的軸向不對(duì)準(zhǔn)的量選擇為至少在兩個(gè)聲波單元之間不同。
7.權(quán)利要求3的聲換能器，其中在徑向設(shè)置的換能器中，將徑向連續(xù)的聲波單元之間軸向不對(duì)準(zhǔn)的方向選擇為至少在兩個(gè)聲波單元之間不同。
8.權(quán)利要求3的聲換能器，其中在徑向設(shè)置的換能器中，至少將兩個(gè)不同的聲波單元的振動(dòng)膜設(shè)置為用不同的電子驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
9.權(quán)利要求8的聲換能器，其中所述電子驅(qū)動(dòng)信號(hào)在它們的頻帶寬度方面不同。
10.權(quán)利要求8的聲換能器，其中所述電子驅(qū)動(dòng)信號(hào)在它們的相對(duì)信號(hào)振幅方面不同。
11.權(quán)利要求1的聲換能器，其中所述至少一個(gè)振動(dòng)膜部分地或全部地由下面材料中的一種或多種制成壓電材料、電致伸縮材料、熱電材料或靜電材料。
12.權(quán)利要求11的聲換能器，其中所述至少一個(gè)振動(dòng)膜部分地或全部地由聚偏二氟乙烯制成。
13.權(quán)利要求2的聲換能器，其中在單個(gè)的聲波單元中，所述前和/或后定位器與所述內(nèi)導(dǎo)聲套管一起形成單個(gè)的整體部件。
14.權(quán)利要求1的聲換能器，其中一個(gè)聲波單元中的內(nèi)和外導(dǎo)聲套管部分地或全部地由下面剛性材料中的一種或多種制成塑料材料或金屬材料。
15.一種具有放聲能力的裝置，包括至少一個(gè)聲換能器，該聲換能器具有至少一個(gè)以按照接近于筒形或管形的形式設(shè)置的至少一個(gè)徑向聲波發(fā)射振動(dòng)膜為基礎(chǔ)的聲波單元，所述振動(dòng)膜至少部分地由能夠通過(guò)在施加電激發(fā)時(shí)改變其物理狀態(tài)而產(chǎn)生聲波的電力機(jī)械轉(zhuǎn)換材料構(gòu)成，其中在單個(gè)的聲波單元內(nèi)將所述振動(dòng)膜設(shè)置為支撐在內(nèi)導(dǎo)聲套管和外導(dǎo)聲套管之間，所述套管具有與所述振動(dòng)膜基本相似的徑向橫截面形狀，以便于在振動(dòng)膜和至少一個(gè)所述套管之間形成至少一個(gè)軸向聲波通道，使得振動(dòng)膜產(chǎn)生的聲波被設(shè)置為沿所述聲波通道從聲波單元中導(dǎo)出，并且為了減小所述聲波通道代表的聲質(zhì)量，至少在所述聲波通道的出口側(cè)將振動(dòng)膜的軸向端部和相應(yīng)的導(dǎo)聲套管設(shè)置為在垂直于聲波單元軸的平面內(nèi)具有相互不對(duì)準(zhǔn)。
16.權(quán)利要求15的裝置，其中在聲換能器中，為了形成具有幾個(gè)基本上平行聲耦合的聲波單元的多振動(dòng)膜徑向設(shè)置換能器，以徑向連續(xù)的方式相互設(shè)置幾個(gè)聲波單元。
17.權(quán)利要求16的裝置，其中在徑向設(shè)置的換能器中，所述聲波單元具有環(huán)形的徑向橫截面形狀并且具有共同的對(duì)稱縱軸而相互同心設(shè)置。
18.權(quán)利要求16的裝置，其中在徑向設(shè)置的換能器中，將徑向連續(xù)的聲波單元之間的軸向不對(duì)準(zhǔn)的量選擇為至少在兩個(gè)聲波單元之間不同。
19.權(quán)利要求16的裝置，其中在徑向設(shè)置的換能器中，將徑向連續(xù)的聲波單元之間的軸向不對(duì)準(zhǔn)的方向選擇為至少在兩個(gè)聲波單元之間不同。
20.權(quán)利要求15的裝置，其中在聲換能器中，至少一個(gè)聲波單元的所述至少一個(gè)振動(dòng)膜部分地或全部地由下面材料中的一種或多種制成壓電材料、電致伸縮材料、熱電材料或靜電材料。
21.權(quán)利要求20的裝置，其中所述至少一個(gè)振動(dòng)膜部分地或全部地由聚偏二氟乙烯制成。
22.權(quán)利要求15的裝置，其中所述裝置是包括一個(gè)或多個(gè)揚(yáng)聲器的裝置。
23.權(quán)利要求15的裝置，其中所述裝置是便攜式音頻裝置。
24.權(quán)利要求23的裝置，其中所述裝置是便攜式播放器或接收器。
25.權(quán)利要求15的裝置，其中所述裝置是包括分隔開(kāi)用于收聽(tīng)者兩個(gè)耳朵的聲換能器的頭掛聽(tīng)筒或戴在頭上的耳機(jī)。
26.權(quán)利要求15的裝置，其中所述裝置是用于收聽(tīng)者單個(gè)耳朵的耳機(jī)。
27.權(quán)利要求15的裝置，其中所述裝置是免提設(shè)備。
28.權(quán)利要求15的裝置，其中所述裝置是電信裝置。
29.權(quán)利要求28的裝置，其中所述裝置是移動(dòng)電信裝置。
全文摘要
一種聲換能器，包括至少一個(gè)聲波單元，該聲波單元以按照接近于筒形或管形的形式設(shè)置的至少一個(gè)徑向聲波發(fā)射振動(dòng)膜為基礎(chǔ)，該振動(dòng)膜包括能夠通過(guò)在施加電激發(fā)時(shí)改變其物理狀態(tài)而產(chǎn)生聲波的電力機(jī)械轉(zhuǎn)換材料。為了在該振動(dòng)膜和至少一個(gè)套管之間形成至少一個(gè)軸向聲波通道，在單個(gè)的聲波單元內(nèi)將所述振動(dòng)膜設(shè)置為支撐在內(nèi)導(dǎo)聲套管和外導(dǎo)聲套管之間。為了減小該聲波通道代表的聲質(zhì)量，至少在所述聲波通道的出口側(cè)將振動(dòng)膜的軸向端部和相應(yīng)的導(dǎo)聲套管設(shè)置為在垂直于聲波單元軸的平面內(nèi)具有相互的不對(duì)準(zhǔn)。本發(fā)明還涉及具有這種換能器的裝置。
文檔編號(hào)H04R1/10GK1875657SQ200480032502
公開(kāi)日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2004年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月31日
發(fā)明者A·索托-尼古拉斯 申請(qǐng)人:諾基亞有限公司