專利名稱：一種陶瓷片呈分布式排列的壓電平板揚聲器的制作方法
技術領域：
本專利涉及一種新型壓電揚聲器，更具體的說，涉及一種新振膜結構的薄型壓電 揚聲器。
背景技術：
揚聲器是一種電-力_聲換能器，它是音響設備中的重要元件。揚聲器在人們平 時的日常生活中廣泛被使用，帶來了很多的便利，汽車、廣播、電視、音箱、手機、MP4、電腦等 電子產品領域中，揚聲器的應用幾乎隨處可見。揚聲器的種類很多，按其能量轉換原理可分 為電動式(即動圈式)、靜電式(即電容式)、電磁式(即舌簧式)、壓電式等幾種；按頻率 范圍可分為低音揚聲器、中音揚聲器、高音揚聲器，其中動圈式揚聲器應用最為廣泛。而壓 電揚聲器因其小、薄、輕的特點，在當今器件小型化的趨勢下，具有極其光明的前景與未來。目前大多數壓電揚聲器的振動發(fā)聲部分的基本原理為電極接通交流電，由于逆 壓電效應，壓電陶瓷片產生振動，使金屬振膜發(fā)生彎曲變形，從而產生振動，進而推動空氣 振動，產生聲壓，發(fā)出聲音。與傳統(tǒng)的動圈揚聲器相比，壓電揚聲器有以下幾點優(yōu)勢1.壓電揚聲器結構中不需要磁鐵，從而也不會存在任何的磁場對周圍的電路產生 干擾和影響，也不會從周圍空間吸納塵粒。2.壓電揚聲器的厚度超薄，相比動圈式揚聲器，壓電揚聲器可安裝于更為扁平空 間中，這一點使其在當今市場極具有競爭力；3.壓電揚聲器具有輕便的特點，重量一般都小于lg，比傳統(tǒng)的動圈揚聲器輕 50% -80% ；4.壓電揚聲器功耗低，一般小于15mW，是動圈式揚聲器消耗功率的1/5-1/2，這大 大延長了器件的電池壽命；5.壓電揚聲器的聲學設計簡單，背面只需很少空間，不需要對于動圈揚聲器所必 須的用于提高聲壓級的空腔。在相比于傳統(tǒng)揚聲器具備很大優(yōu)勢的同時，普通壓電揚聲器也存在一些缺點，這 主要表現在音質上較差。研究表明，大多數音質好的揚聲器，其頻率響應曲線是平坦的。而 傳統(tǒng)的壓電揚聲器的第一階諧振頻率(頻率響應曲線的一個峰對應的頻率)一般較高，低 頻特性稍差，即低音重放效果略差。例如13X19規(guī)格的壓電揚聲器的第一階諧振頻率一 般在1. 2kHz 1. 4kHz之間，20 X 20規(guī)格的壓電揚聲器的第一階諧振頻率一般在600Hz IkHz之間。第一階諧振頻率主要跟壓電陶瓷片、基膜、被膜的外形尺寸和具體的約束方式 相關。另外傳統(tǒng)的壓電揚聲器在中頻帶一般有較深的谷，從而造成失真大、音質差。例如 13X19規(guī)格的壓電揚聲器在IOkHz附近，20X20規(guī)格的壓電揚聲器在5kHz附近，由于中頻 段的聲輻射在空間的相位抵消，直接導致聲壓級降低30db以上。典型的壓電揚聲器頻響曲 線如附圖1所示，可以看出曲線在5. 5kHz左右有一明顯的深谷即中頻谷，而大多數動圈式 揚聲器沒有類似的明顯的中頻谷。一般來說，第一階諧振頻率可以通過優(yōu)化材料、尺寸、邊界條件等方法予以調整，從而拓展低頻帶寬，改善低頻特性。而中頻谷的改善一般有兩種， 要么將中頻谷后移到所關心的聲音頻帶之外(例如IOkHz以上)，要么在當前頻率上減小 乃至消除中頻谷。將中頻谷后移往往要從結構、尺寸等方面入手，而結構、尺寸等參數對揚 聲器性能的影響是多方面的，在將中頻谷推后的同時很難照顧到其它已經調整好的性能指 標，常常要打破已有的設計，而且單純將中頻谷后推幾千赫茲就很困難。而在當前頻率上減 小乃至消除中頻谷方面，業(yè)界一直沒有簡單通用的方法，成為制約壓電揚聲器推廣應用的 一個難題和瓶頸。由于人耳對中頻段的聲音比較敏感，減小壓電揚聲器的中頻谷失真成為 器件設計的極為關鍵的技術。解決以上問題的相關技術也成為各企業(yè)重點保護的專利內 容。一般認為中頻谷產生的原因是在揚聲器的振膜在中頻某些頻段上產生特殊的振 動模態(tài)，振膜不同部分的振動在遠場軸線上測試點處產生相位相反的振動，因而引起聲波 干涉而相互抵消，從而出現聲輻射的谷點。通過改善振膜在中頻帶的模態(tài)可以減小乃至消 除中頻谷。振動模態(tài)往往跟壓電振子(振膜和壓電片)的剛度、質量分布等密切相關，將整 體一塊的壓電陶瓷片換成按一定規(guī)律呈分布式排列的幾塊壓電陶瓷片，不僅簡單易行，而 且能耦合對聲輻射強度有著相反作用的不同模態(tài)，從而達到改善壓電振子在中頻段模態(tài)， 減小乃至消除中頻的峰和谷的目的，可謂是一舉兩得。另外，采用多塊壓電陶瓷片對減小工 藝難度也大有益處。對于大尺寸振膜的大功率壓電揚聲器，將傳統(tǒng)的單一壓電陶瓷片的粘 接，改成多塊壓電陶瓷片呈矩陣等分布式排列特征的揚聲器，減小了大面積超薄型壓電陶 瓷片的制造難度，提高了產品合格率，減低了生產成本。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是鑒于已有技術的不足，針對性地提出一種采用全新的多塊壓電陶 瓷片分布方式的壓電揚聲器，可明顯改善傳統(tǒng)壓電揚聲器在中頻區(qū)的失真，使揚聲器的綜 合性能得到極大提高。本發(fā)明的技術方案為所述壓電平板揚聲器的結構包括振膜，粘結在振膜上的壓 電陶瓷片，壓電陶瓷片表面的電極，用來約束振膜的邊框，其中，壓電陶瓷片為多片分布式 排列結構，排列方式為矩形陣列、環(huán)形陣列、其他以振膜的中心軸為對稱軸的陣列式分布或 其他以振膜的中心點為對稱中心的陣列式分布，各壓電陶瓷片之間通過片間電極引線連成 一個整體；所述壓電陶瓷片的分布式排列方式，可以使壓電揚聲器的聲壓級曲線平整度得 到極大改善，減小乃至消除中頻段的峰和谷。所述多片壓電陶瓷片的位置沿著矩形振膜的長度和寬度方向呈矩形陣列分布，或 者以圓形或橢圓形振膜的中心點為對稱中心呈環(huán)形陣列式分布。所述多片分布式排列的壓電陶瓷片以2乘2矩形陣列、對稱于所述振膜的中心軸 線放置，或者以間隔90度的環(huán)形陣列方式、對稱于所述振膜的中心點放置。所述壓電陶瓷片的軸向截面為矩形、扇形、帶狀、圓形、橢圓或其他多邊形。所述振膜的軸向截面為圓形、橢圓、矩形或其他多邊形。所述振膜采用多塊振膜分布式排列結構，且所述多塊振膜與所述多塊壓電陶瓷片
在空間位置上一一對應。所述電極粘結于壓電陶瓷片的表面或嵌入壓電陶瓷片中。
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所述振膜的單一側面粘結呈分布式排列的壓電陶瓷片，或在所述振膜的雙個側面 均粘結呈分布式排列的壓電陶瓷片。所述振膜采用包括鎳鐵合金、不銹鋼在內的金屬材料。本發(fā)明的有益效果為無論通過理論計算還是目前已制備出的產品，通過采用多 塊壓電陶瓷片的矩形陣列、環(huán)形陣列等排列方式，除了保持了傳統(tǒng)壓電揚聲器已有的優(yōu)良 特性外，同時本發(fā)明揚聲器結構避免了中頻段聲輻射在空間的相位抵消，使壓電揚聲器的 聲壓級曲線平整度得到極大改善，傳統(tǒng)壓電揚聲器在中頻段某些頻段聲壓級降低30db以 上的現象不再出現。通過對各個陶瓷片大小、位置和間距的調整，中頻段的峰和谷均可以消 除，使壓電揚聲器音質更佳。對于大尺寸振膜的大功率壓電揚聲器，將傳統(tǒng)的單一壓電陶瓷 片的粘接，改成多塊壓電陶瓷片呈矩陣等分布式排列特征的揚聲器，減小了大面積超薄型 壓電陶瓷片的制造難度，提高了產品合格率，減低了生產成本。本發(fā)明即陶瓷片呈分布式排 列的壓電平板揚聲器其結構具有創(chuàng)新性、且成本低、性能優(yōu)異，極具市場競爭力，特別適于 大功率壓電揚聲器的市場需求。
圖1為典型的壓電揚聲器頻響曲線圖；圖2為現有壓電揚聲器的發(fā)聲部分結構示意圖；圖3 (a)為本發(fā)明實施例1的正視圖；圖3 (b)為本發(fā)明實施例1的爆炸圖；圖4為本發(fā)明實施例1的頻響曲線與傳統(tǒng)頻響曲線的對比圖；圖5 (a)為本發(fā)明實施例2的正視圖；圖5 (b)為本發(fā)明實施例2的爆炸圖；圖6 (a)為本發(fā)明實施例3的正視圖；圖6(b)為本發(fā)明實施例3的爆炸圖。；圖中標號1-電極；Ia-正電極引線；Ib-負電極引線；lc_片間電極引線；2_壓電陶瓷片； 3-振膜；3a_分塊振膜連接處；4-邊框。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種陶瓷片呈分布式排列的壓電平板揚聲器，下面結合
和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明。壓電揚聲器的金屬振膜的振動變形通常是由于壓電陶瓷在振膜平面內的伸縮運 動引起的。附圖2為現有壓電揚聲器的發(fā)聲部分結構示意圖，壓電揚聲器的電極1位于壓 電陶瓷片2的上下表面，極化方向垂直于振膜3平面，振膜3平面內的應變與電場強度的關 系如下Xl = d31E3，其中，X1為與極化方向垂直的應變(即振膜平面內的應變)，d31為壓電 應變系數，E3為極化方向的電場強度。以下各個實施例中，電極材料均為銀或者銀鈀合金等導電金屬。實施例1圖3(a)和圖3(b)為本發(fā)明實施例1的正視圖和爆炸圖。電極1分為正電極和負電極，分布于壓電陶瓷片2的上表面和下表面。壓電陶瓷片2包括四片小的矩形片，以 二乘以二的矩陣排列方式粘貼于振膜3的上表面或采用八片小的矩形片的方式分別粘結 在振膜3的上、下表面。振膜3為矩形，采用鎳鐵合金或不銹鋼等材質，層厚控制在30微米 到100微米。邊框4來約束固定振膜3。正電極引線Ia和負電極引線Ib分別將正電極和 負電極引至邊框上相應焊點便于連接外電路。片間電極引線Ic將分布式排列的多片壓電 陶瓷片的同性電極相互連通。附圖4為本發(fā)明實施例1的頻響曲線與傳統(tǒng)頻響曲線的對比 圖。從圖中可以看出，當采用實施例1中的矩形陣列式排列的壓電陶瓷片，可以使中頻段失 真情況得到改善，各個陶瓷片的間距可以調整中頻段頻響曲線的峰和谷的位置，在合適的 間距下可以使中頻段的峰和谷對應的振動模態(tài)相互耦合，從而消除中頻段的峰和谷。分布 式排列的壓電陶瓷片結構至少減小和提高了中頻段峰和谷的聲壓級IOdB以上，相當于在 中頻段峰和谷所在頻段上所加電壓減小和增加4倍以上所產生的聲壓級效果。曲線其它頻 段變化不大，保持了較高聲壓級的優(yōu)點。實施例2圖5(a)和圖5(b)為本發(fā)明實施例2的正視圖和爆炸圖。電極1分為正電極和負 電極，分布于壓電陶瓷片2的上表面和下表面。壓電陶瓷片2包括四片小的90度扇形片，以 間距90度環(huán)形陣列的排列方式粘貼于振膜3的上表面或采用八片小的90度扇形片的方式 分別粘結與振膜3的上、下表面。振膜3為圓形或橢圓形，采用鎳鐵合金或不銹鋼等材質， 層厚控制在30微米到100微米。邊框4來約束固定振膜3。正電極引線Ia和負電極引線 Ib分別將正電極和負電極引至邊框上相應焊點便于連接外電路。片間電極引線Ic將分布 式排列的多片壓電陶瓷片的同性電極相互連通。實施例3圖6(a)和圖6(b)為本發(fā)明實施例3的正視圖和爆炸圖。電極1分為正電極和負 電極，分布于壓電陶瓷片2的上表面和下表面。壓電陶瓷片2包括四片小的矩形片，以二乘 以二的矩陣排列方式粘貼于振膜3的上表面或采用八片小的矩形片的方式分別粘結在振 膜3的上、下表面。振膜3也采用四片小的振膜，以二乘以二的矩陣排列方式與所述二乘以 二的矩陣排列的四片壓電陶瓷在空間上一一對應，振膜3各個小塊之間在分塊振膜連接處 3a連接，振膜3采用鎳鐵合金或不銹鋼等材質，層厚控制在30微米到100微米。邊框4來 約束固定振膜3。正電極引線Ia和負電極引線Ib分別將正電極和負電極引至邊框上相應 焊點便于連接外電路。片間電極引線Ic將分布式排列的多片壓電陶瓷片的同性電極相互 連通。以上所述的實施例，只是本發(fā)明的幾個較佳的具體實施方式
，本領域的技術人員 可以在所附權利要求的范圍內做出各種修改。
權利要求
1.一種陶瓷片呈分布式排列的壓電平板揚聲器，其結構包括振膜(3)，粘結在振膜(3) 上的壓電陶瓷片(2)，壓電陶瓷片⑵表面的電極(1)，用來約束振膜(3)的邊框(4)，其特 征在于，壓電陶瓷片(2)為多片分布式排列結構，排列方式為矩形陣列、環(huán)形陣列、其他以 振膜(3)的中心軸為對稱軸的陣列式分布或其他以振膜(3)的中心點為對稱中心的陣列式 分布，各壓電陶瓷片之間通過片間電極引線連成一個整體；所述壓電陶瓷片(2)的分布式 排列方式，可以使壓電揚聲器的聲壓級曲線平整度得到極大改善，減小乃至消除中頻段的 峰和谷。
2.根據權利要求1所述的一種陶瓷片呈分布式排列的壓電平板揚聲器，其特征在于， 所述多片壓電陶瓷片(2)的位置沿著矩形振膜(3)的長度和寬度方向呈矩形陣列分布，或 者以圓形或橢圓形振膜(3)的中心點為對稱中心呈環(huán)形陣列式分布。
3.根據權利要求1所述的一種陶瓷片呈分布式排列的壓電平板揚聲器，其特征在于， 所述多片分布式排列的壓電陶瓷片(2)以2乘2矩形陣列、對稱于所述振膜(3)的中心軸 線放置，或者以間隔90度的環(huán)形陣列方式、對稱于所述振膜(3)的中心點放置。
4.根據權利要求1所述的一種陶瓷片呈分布式排列的壓電平板揚聲器，其特征在于， 所述壓電陶瓷片(2)的軸向截面為矩形、扇形、帶狀、圓形、橢圓或其他多邊形。
5.根據權利要求1所述的一種陶瓷片呈分布式排列的壓電平板揚聲器，其特征在于， 所述振膜(3)的軸向截面為圓形、橢圓、矩形或其他多邊形。
6.根據權利要求1所述的一種陶瓷片呈分布式排列的壓電平板揚聲器，其特征在于， 所述振膜(3)采用多塊振膜分布式排列結構，且所述多塊振膜與所述多塊壓電陶瓷片(2) 在空間位置上一一對應。
7.根據權利要求1所述的一種陶瓷片呈分布式排列的壓電平板揚聲器，其特征在于， 所述電極(1)粘結于壓電陶瓷片(2)的表面或嵌入壓電陶瓷片(2)中。
8.根據權利要求1所述的一種陶瓷片呈分布式排列的壓電平板揚聲器，其特征在于， 所述振膜(3)的單一側面粘結呈分布式排列的壓電陶瓷片(2)，或在所述振膜(3)的雙個側 面均粘結呈分布式排列的壓電陶瓷片(2)。
9.根據權利要求1所述的一種陶瓷片呈分布式排列的壓電平板揚聲器，其特征在于， 所述振膜(3)采用包括鎳鐵合金、不銹鋼在內的金屬材料。
全文摘要
本發(fā)明屬于揚聲器技術領域，特別涉及一種新壓電陶瓷片結構的薄型壓電揚聲器。其結構包括振膜，粘結在振膜上的壓電陶瓷片，壓電陶瓷片表面的電極，連接電極和外部電路的電極引導線，用來約束振膜的邊框。通過將整體一塊的壓電陶瓷片換成按一定規(guī)律呈分布式排列的幾塊壓電陶瓷片的結構，降低了壓電陶瓷片的制造工藝難度，同時調整了本發(fā)明壓電揚聲器的中頻段特性，使聲壓級失真降低，減小乃至消除了中頻段聲輻射在空間的相位抵消，使壓電揚聲器的聲壓級頻響曲線平整度得到極大改善，在參數合適的情況下能消除中頻段聲壓級頻響曲線的峰和谷，使壓電揚聲器音質更佳。
文檔編號H04R17/00GK102111702SQ20091024379
公開日2011年6月29日 申請日期2009年12月24日 優(yōu)先權日2009年12月24日
發(fā)明者袁世明 申請人:精拓麗音科技(北京)有限公司