專利名稱：轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)換器，致動(dòng)器或激發(fā)器，特別是，但不限于用于例如揚(yáng)聲器及麥克風(fēng)的聲音裝置的轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
一些轉(zhuǎn)換器，激發(fā)器或致動(dòng)器機(jī)構(gòu)已被開發(fā)用來(lái)施加一力量于一結(jié)構(gòu)上，例如一揚(yáng)聲器的聲音輻射器。這些轉(zhuǎn)換器機(jī)構(gòu)有不同的形式，例如移動(dòng)式線圈，移動(dòng)式磁鐵，壓電或磁致伸縮形式?；旧希褂镁€圈及磁鐵形式轉(zhuǎn)換器的電動(dòng)力揚(yáng)聲器會(huì)消耗其99％的輸入能量發(fā)熱，然而一壓電轉(zhuǎn)換器的消耗僅有1％。因此，壓電式轉(zhuǎn)換器因?yàn)槠涓咝识軞g迎。
舉例而言，對(duì)于壓電式轉(zhuǎn)換器有一些問(wèn)題，其本質(zhì)上非常的堅(jiān)硬，例如相較于銅箔，因此其很難與一聲音輻射器匹配，特別是與空氣不匹配。增加該轉(zhuǎn)換器的硬度使其基本諧振模式移到一較高的頻率。因此這種壓電式轉(zhuǎn)換器可以視為具有兩種工作范圍。該第一工作范圍是低于該轉(zhuǎn)換器的基本諧振。此是隨著頻率而增加速率的“硬度受控”范圍，而該輸出響應(yīng)通常需要均等化(equalisation)。此可造成可用效率的損失。該第二范圍為超過(guò)該硬度范圍的諧振范圍，其通?？梢?yàn)樵撝C振非常劇烈而不被采用。
再者，一般原理是要壓抑轉(zhuǎn)換器中的諧振，因此壓電式轉(zhuǎn)換器通常僅用在其頻率范圍低于或等于轉(zhuǎn)換器的基本諧振。其中壓電式轉(zhuǎn)換器用于高過(guò)該基本諧振頻率時(shí)，其必須施加阻尼來(lái)抑制諧振波峰。
壓電式轉(zhuǎn)換器有關(guān)的問(wèn)題是類似出現(xiàn)在包括其它“智慧型”材料的轉(zhuǎn)換器，也就是磁致伸縮式，電致伸縮式，及電介體形式材料。
由Shinsei公司的專利EP 0993 231A可以知道，其提供一聲音產(chǎn)生裝置，其中一聲音振動(dòng)板的驅(qū)動(dòng)裝置配置在一揚(yáng)聲器架構(gòu)及該聲音振動(dòng)板之間。該驅(qū)動(dòng)裝置包括一對(duì)壓電式振動(dòng)板，其配置成相隔某個(gè)距離而彼此相對(duì)。該壓電振動(dòng)板的外部周邊是由一環(huán)狀隔離器而彼此連接。當(dāng)一驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加于該壓電振動(dòng)板，該壓電振動(dòng)板重復(fù)地經(jīng)歷彎曲運(yùn)動(dòng)，其中該中心交替地在相反方向彎曲。此時(shí)，該壓電振動(dòng)板的收縮方向通常彼此相反。
由Shinsei公司的專利EP 0881 856A可以知道，其提供一聲音壓電振動(dòng)器，及使用該振動(dòng)器的揚(yáng)聲器，其中一彈性體的振動(dòng)控制部分附著于一壓電振動(dòng)板的周邊。該振動(dòng)控制部分的形狀使得通過(guò)該壓電振動(dòng)板中心的軸之間的距離，其垂直于連接該壓電振動(dòng)板到該振動(dòng)控制部分的重心的一直線，而該振動(dòng)控制裝置的重心線沿著該軸而變化，或使得每個(gè)該振動(dòng)控制部分片段的重量是由平行于一直線的多個(gè)直線所分割，該直線連接該壓電振動(dòng)板的中心到該振動(dòng)控制部分的重心，其會(huì)沿著垂直于該直線的軸來(lái)變化，并穿過(guò)該壓電振動(dòng)板的中心。
Murata制造公司的美國(guó)專利4,593,160中，揭示一種壓電式揚(yáng)聲器，其包括一壓電振動(dòng)器來(lái)以一彎曲模式振動(dòng)，其由一支撐構(gòu)件支撐在其縱向中間位置，由此在該支撐構(gòu)件的兩側(cè)上的壓電振動(dòng)器的第一及第二部分即分別以一懸臂束方式支撐。該壓電振動(dòng)器連接在靠近于其兩個(gè)端點(diǎn)的部分，并通過(guò)導(dǎo)線形成的耦合構(gòu)件的隔膜進(jìn)行，因此該壓電振動(dòng)器的彎曲振動(dòng)即傳遞到該隔膜，并因此而驅(qū)動(dòng)該隔膜。該支撐構(gòu)件關(guān)于該壓電振動(dòng)器的位置選擇使得該第一部分的諧振頻率小于該第二部分的諧振頻率，而該第二部分的主要諧振頻率(f1)的選擇使得其大致上位于該第一部分的該第一諧振頻率(F1)及該第二諧振頻率(F2)在對(duì)數(shù)座標(biāo)上的中心值。
Sanyo電子公司的美國(guó)專利4,401,857中，揭示一種壓電式錐形擴(kuò)音機(jī)，其具有一多重結(jié)構(gòu)，其中多個(gè)壓電元件及揚(yáng)聲器隔膜分別與其耦合，其以同軸或多重軸來(lái)配置。一緩沖元件置于一隔膜與另外一個(gè)之間，所以每個(gè)元件即與另一個(gè)元件的振動(dòng)相隔離。
Altec公司的美國(guó)專利4,481,663，其中揭示一種網(wǎng)路，其用以將聲音信號(hào)的電子來(lái)源匹配于一高頻揚(yáng)聲器的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器。該網(wǎng)路包括一帶通濾波器網(wǎng)路的所有元件，但由于在該濾波器的輸出階段有一電感器與一電容器的平行組合，其可由一自動(dòng)變壓器或自動(dòng)電感器所取代，其可變換該壓電陶瓷轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗到一同等的平行電容及電阻，其配合該自動(dòng)變壓器的電感，而供應(yīng)該濾波器的負(fù)載電阻，并取代由該帶通網(wǎng)路的輸出階段所省略的電容及電感。一額外的分流電阻可以放置在該自動(dòng)變壓器的輸出之上，以獲得在該自動(dòng)變壓器輸入處所需要的有效負(fù)載電阻。
Sawafuji的英國(guó)專利申請(qǐng)案GB 2,166,022A中，揭示一種壓電揚(yáng)聲器，其包括多個(gè)壓電振動(dòng)元件，其每個(gè)皆包括壓電振動(dòng)板，及經(jīng)過(guò)一粘彈性層而連接到接近其重心點(diǎn)的重量，并具有該振動(dòng)力量，其設(shè)計(jì)成由該外部邊緣所取出，其是通過(guò)連接器彼此連接在其周邊端點(diǎn)，該端點(diǎn)之一是直接地在其周邊邊緣連接到一錐形聲音輻射器，藉此主要在一高頻部分產(chǎn)生一振動(dòng)力量，而其相鄰其余的元件則產(chǎn)生一振動(dòng)力，用于分擔(dān)該錐形聲音輻射器補(bǔ)充能量的中頻及低頻部分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的即在于提供一改善的轉(zhuǎn)換器。
根據(jù)本發(fā)明，提供一電動(dòng)機(jī)械力量轉(zhuǎn)換器，例如可施加一力量來(lái)激發(fā)一聲音輻射器來(lái)產(chǎn)生一聲音輸出，該轉(zhuǎn)換器具有一想要的工作頻率范圍，其包括一諧振元件，其具有在該工作頻率范圍內(nèi)的一種頻率模式分布，以及在該諧振元件上的耦合裝置，其用以將該轉(zhuǎn)換器安裝在該力量要施加的地方。因此，該轉(zhuǎn)換器可以視為所要形式的轉(zhuǎn)換器。該耦合裝置可以附著在該諧振元件上，其位置可有利于耦合該諧振元件的形式活動(dòng)到該位置。
該諧振元件可為被動(dòng)的，并可由連接裝置耦合到一主動(dòng)轉(zhuǎn)換器元件，其可為一移動(dòng)線圈，一移動(dòng)磁鐵，一壓電，一磁滯伸縮或一電介體的裝置。該連接裝置可以附著在該諧振元件上，其位置可利于改善該諧振元件中的模式活動(dòng)(modal activity)。該被動(dòng)諧振元件可以做為對(duì)于該主動(dòng)元件的一將近低損耗，阻抗式的機(jī)械式負(fù)載，并可改善該主動(dòng)元件的功率傳輸及該主動(dòng)元件與要施加力量于其上的隔膜的機(jī)械性配合。因此，原則上該被動(dòng)諧振元件可以做為一短期諧振儲(chǔ)存。該被動(dòng)諧振元件可以具有較低的固有諧振頻率，所以其模式行為在一范圍中可足夠地緊密，該范圍即執(zhí)行該主動(dòng)元件的負(fù)載及匹配。一主動(dòng)元件設(shè)計(jì)上與一諧振構(gòu)件緊密耦合的效果是能夠在該頻率范圍內(nèi)更均勻地結(jié)合由該轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的力量。此可通過(guò)交互耦合及控制極限的Q值來(lái)獲得，而其結(jié)果為一較平滑的頻率響應(yīng)，其可能比簡(jiǎn)單的壓電裝置要佳。
另外，該諧振元件可以是主動(dòng)的，并可為壓電式，磁致伸縮或一電介體裝置。該壓電主動(dòng)元件可以是預(yù)壓的，例如在美國(guó)專利56832841中所提出，或者可為電氣式預(yù)壓或偏壓。
該主動(dòng)元件可為一雙重形式，一具有一中心渦輪葉，或基板，或一單一形式。該主動(dòng)元件可以固定于一背襯片或填隙片，其可為一薄的金屬片，其厚度可類似于該主動(dòng)元件的厚度。該背襯片較佳地是大于該主動(dòng)元件。該背襯片的直徑或?qū)挾葹樵撝鲃?dòng)元件直徑或?qū)挾鹊膬杀?，三倍或是四倍大。該背襯片的參數(shù)可以調(diào)整來(lái)改善該轉(zhuǎn)換器的模式密度(modal density)。該背襯片參數(shù)及該主動(dòng)元件的參數(shù)可以共同工作來(lái)改善模式密度。
該諧振元件可為貫穿的，以不會(huì)輻射不需要的聲音，另外，該諧振元件可具有一聲音孔，其小到可以緩和其聲音輻射。該諧振元件可因此而在聲音上大致為不主動(dòng)的。另外，該諧振構(gòu)件可助于該組件的動(dòng)作。
該耦合裝置的尺寸很小，也就是可以類似于在該工作頻率范圍中的波長(zhǎng)。此可改善來(lái)自其中的聲音耦合。此也可降低較高的頻率孔洞效應(yīng)；而且可能降低由該耦合的弧所造成的高頻耦合或彎曲波。另外，該諧振構(gòu)件的區(qū)域可以選擇來(lái)選擇性地限制較高的頻率耦合，例如可提供一濾波功能。
該諧振元件的參數(shù)，例如長(zhǎng)寬比，彎曲剛性的等向性，厚度及幾何的等向性等，可以選擇來(lái)改善在該工作頻率范圍中該諧振元件的模式分布。例如使用限元法或模型化的電腦模擬分析，可以用來(lái)選取參數(shù)。
該分布可以通過(guò)保證接近所涉及的最低工作頻率的該主動(dòng)元件的第一模式來(lái)改善。該分布也可通過(guò)保證一滿足的，例如在該工作頻率范圍中高的模式密度來(lái)改善。該模式密度較佳地是使該主動(dòng)元件足夠于提供一有效的主要平均力量，其頻率大致是恒定的。良好的能量傳遞可有利于模式諧振的平滑化。
相反地，現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)換器包括智慧型材料，其設(shè)計(jì)來(lái)在低于現(xiàn)有技術(shù)轉(zhuǎn)換器的基本諧振之下來(lái)工作，其輸出可隨著頻率降低而下降。此可增加該輸入電壓，使得其保持輸出頻率的恒定。
另外，或額外地，該模式的分布可通過(guò)分布該諧振彎曲波形模式成為在頻率上大致均勻而可改善，也就是將該模式的成群或集束造成頻率響應(yīng)的峰值平滑化。因此這種轉(zhuǎn)換器即所熟知的分布模式轉(zhuǎn)換器或DMT。
通過(guò)分布模式，該諧振元件的通常主要的高振幅諧振可以降低，因此也可以降低該諧振元件的峰值振幅。因此，可降低該轉(zhuǎn)換器潛在的失效性，而工作壽命將可明顯地延長(zhǎng)。再者，來(lái)自一位移形式的轉(zhuǎn)換器的均勻響應(yīng)的可能性，可以減低對(duì)電力的需求，而降低了該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成本。
該轉(zhuǎn)換器可包括多個(gè)諧振元件，其每個(gè)皆具有一模式分布，該諧振元件的模式是在該工作頻率范圍內(nèi)做交錯(cuò)地配置，因此而改善了作為一整體裝置的該轉(zhuǎn)換器中的模式分布。該諧振元件較佳地是具有不同的基本頻率，因此例如該諧振元件的負(fù)載，幾何，或彎曲剛性可以是不同的。
該諧振元件可以任何簡(jiǎn)便的方式通過(guò)連接裝置來(lái)耦合在一起，例如在該元件之間通常為堅(jiān)硬的短棒上。該共鳴元件較佳地是耦合在耦合點(diǎn)上，其可改善該轉(zhuǎn)換器的模式及/或加強(qiáng)施加力量所在位置的耦合。該連接裝置的參數(shù)可以選擇來(lái)改善該諧振元件的模式分布。
該諧振元件可以配置成一堆疊。該耦合點(diǎn)可以是軸向?qū)?zhǔn)的。該諧振裝置可以是被動(dòng)，或主動(dòng)，或被動(dòng)及主動(dòng)裝置的組合，以形成一復(fù)合的轉(zhuǎn)換器。
該諧振元件可以是板狀的，或也可由平面彎曲。一板狀諧振元件可以形成有溝槽或不連續(xù)點(diǎn)，以形成一多重諧振系統(tǒng)。該諧振元件的形狀可為束，梯形，過(guò)度橢圓形，或通常為碟形。另外，該諧振元件可以是長(zhǎng)方形，或是沿著短對(duì)稱軸的軸心而彎曲出長(zhǎng)方形的平面。這種平面長(zhǎng)條幾何形的轉(zhuǎn)換器，是由美國(guó)專利5,632,841所提出。
該諧振元件可以是沿著兩個(gè)大致垂直的軸的模式，其每個(gè)軸皆具有一相關(guān)的基本頻率。該兩個(gè)基本頻率的比例可以調(diào)整來(lái)得到最佳的模式分布。如為9∶7(～1.286∶1)。
例如這種模式轉(zhuǎn)換器的配置可以為以下任何一種一平面壓電碟片；至少兩個(gè)或較佳地是至少三個(gè)平面壓電碟片的組合；兩個(gè)重合的壓電束；多重重合壓電束的組合；一彎曲的壓電板；多重彎曲壓電板或兩個(gè)重合彎曲壓電束的組合。
在每個(gè)諧振元件的交錯(cuò)模式分布，可由最佳化該諧振元件的頻率比例也就是每個(gè)諧振元件的每個(gè)基本諧振頻率的比例來(lái)改善。因此，每個(gè)諧振元件相對(duì)于彼此的參數(shù)可以改變來(lái)改善該轉(zhuǎn)換器的整體模式分布。
當(dāng)使用兩個(gè)束形式的主動(dòng)諧振元件時(shí)，該兩個(gè)束的頻率比例(即基本頻率比例)為1.27∶1。對(duì)于具有三個(gè)束的轉(zhuǎn)換器，該頻率比例可為1.315∶1.147∶1。對(duì)于包括兩個(gè)碟片的轉(zhuǎn)換器，該頻率比例可為1.1±0.02比1，來(lái)最佳化高階模式密度，或?yàn)?.2比1，以最佳化低階模式密度。對(duì)于包括三個(gè)碟片的轉(zhuǎn)換器，該頻率比例可為3.03∶1.63∶1，或可為8.19∶3.20∶1。
該轉(zhuǎn)換器可為一慣性電氣機(jī)械式力量轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器可以耦合到一聲音輻射器，以激發(fā)該聲音輻射器產(chǎn)生一聲音輸出。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第二方面，其提供包括了以上定義的一聲音輻射器與一模式轉(zhuǎn)換器的揚(yáng)聲器，該轉(zhuǎn)換器通過(guò)耦合裝置耦合到該聲音輻射器來(lái)激發(fā)該聲音輻射器來(lái)產(chǎn)生一聲音輸出。該耦合裝置的參數(shù)可以選擇來(lái)改善在該工作頻率范圍中該諧振元件的模式分布。該耦合裝置可以是遺留的，例如一受控制的粘著層。
該耦合裝置可以相對(duì)于該聲音輻射器非對(duì)稱地放置，所以該轉(zhuǎn)換器可以非對(duì)稱地耦合到該聲音輻射器。該非對(duì)稱性可數(shù)種方式達(dá)到，例如通過(guò)調(diào)整在該聲音輻射器上的轉(zhuǎn)換器相對(duì)于該聲音輻射器或該轉(zhuǎn)換器中對(duì)稱軸的位置或方向?qū)崿F(xiàn)。
該耦合裝置可以形成一附著線。另外，該耦合裝置可形成附著的一個(gè)點(diǎn)或小的局部區(qū)域，其中該附著區(qū)域相對(duì)于該諧振元件的尺寸為比較小的。該耦合裝置的形式可以是一短棒，并具有一較小的直徑，例如3到4mm。該耦合裝置的重量可以較低。
該耦合裝置可包括該諧振元件與該聲音輻射器之間超過(guò)一個(gè)以上的耦合點(diǎn)。該耦合裝置可包括附著點(diǎn)及/或線的組合。舉例而言，其可使用附著的兩個(gè)點(diǎn)或小的局部區(qū)域，一個(gè)位于靠近中心，一個(gè)則位于該主動(dòng)元件的邊緣。此對(duì)于板狀的轉(zhuǎn)換器十分有用，其通常為堅(jiān)硬的，并具有較高的固有諧振頻率。
另外，也可僅提供一單一耦合點(diǎn)。此好處在于，在一多重諧振元件陣列中，所有該諧振元件的輸出皆經(jīng)由該單一諧振元件來(lái)加總，所以其不需要對(duì)該輸出由負(fù)載例如一揚(yáng)聲器的輻射器的加總。由此，這種加總可存在于一諧振面板輻射器，而無(wú)法用于一活塞式隔膜型式。
該耦合裝置可以選擇來(lái)位于該諧振元件上一反節(jié)點(diǎn)(anti-node)的地方，其可選擇來(lái)傳送一頻率恒定的平均力量。該耦合裝置可以位于遠(yuǎn)離該諧振元件的中心處。
該附著線的位置及/或方向可以選擇來(lái)最佳化該諧振元件的模式密度。該附著線較佳地是不會(huì)與該諧振元件的對(duì)稱線重合。舉例而言，對(duì)于一長(zhǎng)方形諧振元件，該附著線可以偏離該諧振元件的短對(duì)稱軸(或中心線)。該附著線的方向可以不平行于該聲音輻射器的對(duì)稱軸。
該諧振元件的形狀可以選擇來(lái)提供一偏心的附著線，其通常位于該諧振元件的重心處。此具體實(shí)施例的好處在于該轉(zhuǎn)換器是附著在其重心處，因此其沒有慣性不平衡。此可由一非對(duì)稱型狀的諧振元件來(lái)達(dá)到，其形狀可為一不規(guī)則四邊形或梯形。
對(duì)于一包括一束形或通常為長(zhǎng)方形的諧振元件的轉(zhuǎn)換器，其附著線可以擴(kuò)展穿過(guò)該諧振元件的寬度。該諧振元件的面積相對(duì)于該聲音輻射器而言，是比較小的。
該轉(zhuǎn)換器可用來(lái)驅(qū)動(dòng)任何的結(jié)構(gòu)，因此該揚(yáng)聲器可以是在其工作頻率中至少部分的所要的活塞式，或可以是一彎曲波揚(yáng)聲器。該聲音輻射器的參數(shù)可以選擇來(lái)改善在該工作頻率范圍中該諧振元件的模式分布。
該揚(yáng)聲器可以是一諧振彎曲波模式揚(yáng)聲器，其具有一聲音輻射器及一轉(zhuǎn)換器，其固定在用以激發(fā)諧振彎曲波模式的聲音輻射器。這種揚(yáng)聲器是公開在國(guó)際專利申請(qǐng)WO 97/09842及其它專利申請(qǐng)及出版品中，其可稱之為一分散式模式揚(yáng)聲器。
該聲音輻射器可為一平板形式。該平板可以為平坦的，且是輕量的。該聲音輻射器的材料可為各向同性性或各向異性的。
該聲音輻射器的性質(zhì)可以選擇來(lái)將該諧振彎曲波形模式以大致平均的頻率來(lái)分布，也就是將該模式的“組群”或“集束”所造成的頻率響應(yīng)的峰值平滑化。特別是，該聲音輻射器的性質(zhì)可以選擇來(lái)將該較低頻率諧振彎曲波模式以大致平均的頻率來(lái)分布。該較低頻率諧振彎曲波模式較佳地是為該聲音輻射器的10到20個(gè)最低頻率諧振彎曲波形模式。
該轉(zhuǎn)換器位置可以選擇來(lái)大致平均地耦合于該聲音輻射器中的諧振彎曲波形模式，特別是耦合于較低頻率諧振彎曲波形模式。換言之，該轉(zhuǎn)換器可以安裝在一位置，在此該聲音輻射器中振動(dòng)的主動(dòng)諧振反節(jié)點(diǎn)的數(shù)目較高，諧振節(jié)點(diǎn)的數(shù)目相對(duì)較低。其可使用任何這樣的位置，但最方便的位置是沿著該聲音輻射器的每個(gè)長(zhǎng)度及寬度軸的38％到62％之間的靠近中心的位置，但是是偏心狀態(tài)。特定或較佳的位置是在該沿著該軸距離的3/7，4/9或5/13的位置上；較佳地是該長(zhǎng)度軸與寬度軸有不同的比例。較佳的是一各向同性面板的4/9長(zhǎng)度，3/7寬度，其具有長(zhǎng)寬比為1∶1.13或1∶1.41。
該工作頻率范圍可以為相當(dāng)廣的頻率范圍，其可位于該聲音范圍及/或超音波范圍內(nèi)。其也可用于聲納的應(yīng)用，聲音測(cè)距及成像，其中一較寬頻率及/或較高的可能功率，對(duì)其分布的模式轉(zhuǎn)換器工作本質(zhì)上相當(dāng)有用。因此，其工作范圍也可達(dá)到大于由一單一轉(zhuǎn)換器的主要且固有的諧振所定義的范圍。
該工作頻率范圍的較低頻率較佳地是在一預(yù)定的較低限制之上，其大致為該轉(zhuǎn)換器的基本諧振。
舉例而言，對(duì)于一束狀的主動(dòng)諧振元件，該力量可來(lái)自于該束的中心，并可符合于其所附著的該聲音輻射器中的模式形狀。依此方式，該動(dòng)作及反應(yīng)可以共同來(lái)產(chǎn)生一恒定的頻率輸出。通過(guò)連接該諧振元件與位于該諧振元件的反節(jié)點(diǎn)處的該聲音輻射器，該諧振元件的第一響應(yīng)可以成為一低阻抗。由此方式，該聲音輻射器必須放大該諧振元件的諧振。
根據(jù)本發(fā)明的一第三具體實(shí)施例，其提供一包括一構(gòu)件的麥克風(fēng)，該構(gòu)件能夠支持聲音輸入及一如上定義的，耦合于該構(gòu)件的模式轉(zhuǎn)換器，以響應(yīng)進(jìn)入的聲音能量來(lái)提供一電輸出。
根據(jù)本發(fā)明的一第四具體實(shí)施例，其提供一骨傳導(dǎo)聽覺輔助器，其包括了如上定義的模式致動(dòng)器。
根據(jù)本發(fā)明的一第五具體實(shí)施例，其提出一種制作包括如上定義的一諧振聲音輻射器及一模式轉(zhuǎn)換器的揚(yáng)聲器的方法，其中包括分析該諧振元件及該聲音輻射器的機(jī)械阻抗的步驟，選擇及/或調(diào)整該輻射器及/或該元件的參數(shù)，來(lái)取得該諧振元件及/或該輻射器的所需要的模式，并取得該元件和該輻射器之間的一所需要的功率傳遞。
根據(jù)本發(fā)明的一第六實(shí)施例，其提出一種制作包括如上定義的一諧振聲音輻射器及一轉(zhuǎn)換器的揚(yáng)聲器的方法，其包括分析及/或比較一給定模式致動(dòng)聲音系統(tǒng)的速率及力量的變化的步驟，及選擇速率及力量數(shù)值的組合來(lái)達(dá)到一選定的功率傳遞。


本發(fā)明由所附圖面中的范例來(lái)做圖形化的解說(shuō)，其中圖1所示為根據(jù)本發(fā)明所實(shí)施的一平板形式的揚(yáng)聲器的架構(gòu)圖；圖1a為垂直于圖1的線A-A的截面；圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的一轉(zhuǎn)換器的參數(shù)化模型的平面架構(gòu)圖；圖2a為垂直于圖2的轉(zhuǎn)換器的附著線的截面圖；
圖3所示為圖2的轉(zhuǎn)換器的成本對(duì)于懸置長(zhǎng)度(％L)的圖形；圖4所示為圖2的轉(zhuǎn)換器的成本對(duì)于長(zhǎng)寬比的圖形，其安裝在其長(zhǎng)度上的44％；圖5所示為圖1的一平板形式揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)的FEA模擬的圖形，其安裝在沿著其長(zhǎng)度的44％及50％；圖6a及6b所示為根據(jù)本發(fā)明的另一方面的一轉(zhuǎn)換器的平面架構(gòu)圖；圖7所示為圖6a及6b的該轉(zhuǎn)換器的成本函數(shù)對(duì)于AR及TR的圖形；圖8所示為一單一壓電式束形轉(zhuǎn)換器的頻率響應(yīng)；圖9所示為根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，一雙重束轉(zhuǎn)換器的側(cè)視圖；圖10所示為圖8及圖9的轉(zhuǎn)換器頻率響應(yīng)；圖11a到11c所示分別為一雙重束轉(zhuǎn)換器，一三束式轉(zhuǎn)換器及一三碟式轉(zhuǎn)換器的成本相對(duì)于α(頻率比例)；圖11d所示為根據(jù)本發(fā)明另一方面的一三碟式轉(zhuǎn)換器的成本相對(duì)于半徑的比例；圖12a所示為根據(jù)本發(fā)明另一方面的多重元件轉(zhuǎn)換器的側(cè)視圖；圖12b為圖12a的轉(zhuǎn)換器的平面圖；圖13為包括兩平板的轉(zhuǎn)換器的成本函數(shù)相對(duì)于長(zhǎng)寬比的關(guān)系圖；圖14為安裝在一面板上三個(gè)不同厚度的轉(zhuǎn)換器的頻率響應(yīng)(聲壓(dB)相對(duì)于頻率(Hz))的關(guān)系圖；圖15為根據(jù)本發(fā)明安裝在三個(gè)不同面板上的轉(zhuǎn)換器的頻率響應(yīng)(聲壓(dB)相對(duì)于頻率(Hz))的關(guān)系圖；圖16所示為力量，速度及功率相對(duì)于不同負(fù)載的關(guān)系圖；圖17所示為根據(jù)本發(fā)明安裝在加上或未加入阻尼質(zhì)量的面板上的轉(zhuǎn)換器的頻率響應(yīng)；圖18為根據(jù)圖17的轉(zhuǎn)換器的側(cè)視圖；圖19為根據(jù)本發(fā)明另一方面的轉(zhuǎn)換器的側(cè)視圖；圖20為圖19的轉(zhuǎn)換器的平面圖；圖21a及21b分別為根據(jù)本發(fā)明另一方面的轉(zhuǎn)換器的側(cè)視及平面圖；圖22為根據(jù)本發(fā)明另一方面的轉(zhuǎn)換器的側(cè)視圖；圖23為根據(jù)本發(fā)明另一方面的包覆式轉(zhuǎn)換器的側(cè)視圖；圖24為根據(jù)本發(fā)明而安裝在一活塞式揚(yáng)聲器的圓錐上的轉(zhuǎn)換器的側(cè)視圖；及圖25a及25b分別為根據(jù)本發(fā)明另一方面的轉(zhuǎn)換器的側(cè)視及平面圖；具體實(shí)施方式
圖1所示為一面板形式的揚(yáng)聲器10，其包括一諧振面板12形式的聲音輻射器，及安裝在該面板12上的一轉(zhuǎn)換器14，用以激發(fā)面板12中的彎曲波振動(dòng)，例如在專利WO 97/09842中所提出。在WO 97/09842中所提出的諧振彎曲波面板揚(yáng)聲器即為熟知的DM或DML揚(yáng)聲器。該轉(zhuǎn)換器14安裝在耦合裝置16上的該面板上的偏離中心位置，位置是在該面板長(zhǎng)度的4/9，及該面板寬度的3/7。此為根據(jù)WO 97/09842中最佳化的位置來(lái)施加一力量到面板上。
該轉(zhuǎn)換器14為一預(yù)應(yīng)力的壓電致動(dòng)器，該形式是在美國(guó)專利5632841所提出(國(guó)際專利申請(qǐng)編號(hào)WO 96/31333)，其由PAR Technologies公司制造，商標(biāo)為NASDRIV。因此，該轉(zhuǎn)換器14為一主動(dòng)諧振元件。
如圖1及1a所示，該轉(zhuǎn)換器14為一非平面曲度的長(zhǎng)方形。該轉(zhuǎn)換器14的曲率代表該耦合裝置16的形式為一附著線。因此，該轉(zhuǎn)換器14僅是沿著線A-A而附著于該面板12。該轉(zhuǎn)換器中心安裝，也就是該附著線是位于該轉(zhuǎn)換器長(zhǎng)度的中間，其沿著該轉(zhuǎn)換器的短對(duì)稱軸。該附著線的方向是非對(duì)稱的，大約是該面板長(zhǎng)邊的120℃，因此，該附著線并不平行于該面板的對(duì)稱軸。
該附著線的方向角θ，可利用兩個(gè)“缺陷量測(cè)值”將一中央安裝的轉(zhuǎn)換器模型化來(lái)選擇，以找出最佳化的角度。舉例而言，該響應(yīng)的對(duì)數(shù)(dB)大小的標(biāo)準(zhǔn)差為一粗糙度的量測(cè)值。這種優(yōu)點(diǎn)/缺陷的圓形是在本申請(qǐng)人的國(guó)際申請(qǐng)編號(hào)WO 99/41839中討論到。
對(duì)于模型化，該面板尺寸設(shè)定在524.0mm乘462.0mm，為了簡(jiǎn)化模型，該面板材料的選擇是為了該面板尺寸的最佳化。該模型化的結(jié)果顯示，對(duì)于一中心安裝的轉(zhuǎn)換器，角度改變180°有影響，而該揚(yáng)聲器的效能并不會(huì)對(duì)角度過(guò)份敏感。但是，大約是90°到120°角則有改善，因?yàn)槠湓趦煞N方法中都相當(dāng)?shù)睾?。因此，該轉(zhuǎn)換器14必須指向該面板12長(zhǎng)邊最多到30°。
當(dāng)該轉(zhuǎn)換器安裝在沿著穿過(guò)中心的短軸的附著線的面板上時(shí)，該轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)臂的響應(yīng)頻率是重合的。
一具有主動(dòng)諧振元件形式的轉(zhuǎn)換器的參數(shù)化模型即示于圖2。在該模型中，該主動(dòng)諧振元件的寬度(W)對(duì)長(zhǎng)度(L)比例，以及沿著該轉(zhuǎn)換器的該附著點(diǎn)16的位置(x)皆可改變。該主動(dòng)諧振元件為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)度為76mm。圖2a所示為沿著一非中心的附著線來(lái)安裝在一面板12上的該模型化轉(zhuǎn)換器14。
該分析結(jié)果示于圖3及4。圖3所示為最佳化的懸置點(diǎn)是沿著該諧振元件的長(zhǎng)度的43％到44％的附著線該成本函數(shù)(或“缺陷”量測(cè)值)在此值時(shí)為最小化；此是對(duì)應(yīng)于在該長(zhǎng)度的4/9處的附著點(diǎn)的估計(jì)。另外，電腦模型顯示此附著點(diǎn)對(duì)于轉(zhuǎn)換器的一寬度范圍內(nèi)皆屬有效。沿著該諧振元件長(zhǎng)度的33％到34％的第二懸置點(diǎn)也是適當(dāng)?shù)摹?br> 圖4所示為一諧振元件沿著其長(zhǎng)度44％處的成本(或均方根中心比例)相對(duì)于長(zhǎng)寬比(AR＝W/2L)的關(guān)系圖。最佳化的長(zhǎng)寬比為1.06±0.01比1，因?yàn)樵摮杀竞瘮?shù)在此值之下為最小化的。
如前所述，該附著點(diǎn)到該面板12的最佳角度θ可由一最佳化的轉(zhuǎn)換器來(lái)決定，意即一具有長(zhǎng)寬比1.06∶1，及使用模型化在44％的附著點(diǎn)。轉(zhuǎn)換器的較長(zhǎng)部分朝下指向0角度的方向。在此修正范例中，該附著線16的旋轉(zhuǎn)可以有更為明顯的效果，因?yàn)樵摳街恢貌辉偈菍?duì)稱的。其較佳的是具有約270°，即朝向左方的較長(zhǎng)的末端。
完整來(lái)說(shuō)，該轉(zhuǎn)換器附著在其長(zhǎng)度的44％及50％的頻率響應(yīng)的量測(cè)值示于圖5。圖中所示線20中44％的偏移，提供了一稍微更加強(qiáng)的低音，而使得其在高頻時(shí)，比在線22中所示安裝在中間的轉(zhuǎn)換器具有稍微增多的漣波。
似乎該偏移驅(qū)動(dòng)器所增加的模式密度由一附著位置所造成的慣性不平衡中和，其不再是位于該長(zhǎng)方形轉(zhuǎn)換器的重心。因此，進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)研究是否該固有的不平衡可能被改善，而不會(huì)喪失改善的模式。
圖6a及6b所示為第二個(gè)范例，即一諧振元件形式中一非對(duì)稱形狀的轉(zhuǎn)換器18，其具有一梯形的橫截面。梯形的形狀是由兩個(gè)參數(shù)來(lái)控制，AR(長(zhǎng)寬比)及TR(錐度比)。AR及TR決定一第三參數(shù)，λ，以滿足一些限制，例如在該線兩側(cè)相等的重量。
相等重量(或相等面積)的限制等式如下∫0λ(1+2TR(12-ξ))dξ=∫λ1(1+2TR(12-ξ))dξ]]>上式可立即求解出TR或λ，做為依賴變數(shù)，而得到TR=1-2λ2λ(1-λ)]]>或λ=1+TR-1+TR22TR≈12-TR4]]>該等式可立即得到平衡的慣性力矩，或是使總和慣性力矩最小化。
對(duì)于相等慣性力矩(或相等的面積二次力矩)的限制式如下∫0λ(1+2TR(12-ξ))(λ-ξ)2dξ=∫λ1(1+2TR(12-ξ))(ξ-λ)2dξ]]>TR=(λ2-λ+1)(2λ-1)2λ4-4λ3+2λ-1]]>或λ≈12-TR8]]>最小總和慣性力矩的限制式為ddλ(∫01(1+2TR(12-ξ))(λ-ξ)2dξ)=0]]>TR＝3-6λ或λ≈12-TR6]]>一成本函數(shù)(“缺陷”量測(cè)值)是以AR在0.9到1.25的范圍，TR在0.1到0.5的范圍，而λ限于相等重量之下，執(zhí)行40次FEA的結(jié)果所畫出的。該結(jié)果列于下表，并繪制于圖7，其所示為成本函數(shù)與AR及TR的關(guān)系。

圖7及表列結(jié)果顯示出在AR＝1及TR＝3，λ大約在43％時(shí)，有一最佳化的形狀(在圖7中標(biāo)示在點(diǎn)28)。因此一梯形轉(zhuǎn)換器的好處在于該轉(zhuǎn)換器可以沿著一附著線來(lái)安裝，其位于其重心位置，但不是在對(duì)稱線上。因此這種轉(zhuǎn)換器將具有改善的模式分布，其不會(huì)具有慣性的不平衡。
因此，該最佳化的梯形轉(zhuǎn)換器的模型可以應(yīng)用到前述相同的面板模型，以便找出最佳的方向。因此，如前所述，該面板尺寸會(huì)設(shè)定在524.0mm乘462.0mm，而該面板材料可選擇來(lái)使該面板尺寸最佳化。先前所使用的兩種比較方法再次選擇270°到300°做為最佳化的方向角。
另一種使得轉(zhuǎn)換器的模式最佳化的方式是使用包括兩個(gè)主動(dòng)元件的轉(zhuǎn)換器，例如兩個(gè)重合的壓電束。一束具有一組模式，由一基本模式開始，其由該束的幾何形狀及材料特性所定義。該模式可相當(dāng)廣地分布，并使用在諧振以上的轉(zhuǎn)換器來(lái)限制一揚(yáng)聲器的保真度。因此，即選擇一第二束，其具有與該第一束的模式分布在頻率上交錯(cuò)的一模式分布。
通過(guò)交錯(cuò)該分布，該轉(zhuǎn)換器的整體輸出可以最佳化。最佳化的條件可選擇來(lái)適用于目前的工作。例如，如果兩個(gè)束轉(zhuǎn)換器的通過(guò)帶寬僅是最高到第二階模式，其不敏感于最佳化該前10個(gè)模式的交錯(cuò)，因?yàn)榇藭?huì)影響前3或4個(gè)模式的最佳化。
考慮一范例中，第一壓電雙變體(bimorph)，長(zhǎng)度36mm，寬度12mm，整體厚度350微米，其基本彎曲諧振約在960Hz。
在表1中表示該第一模式。
表1

第一轉(zhuǎn)換器安裝在一小面板上，該頻率響應(yīng)則繪制于圖8。在830Hz及3880Hz處有很強(qiáng)的輸出38，其磁角40在1.6kHz及7.15kHz。該響應(yīng)頻率低于預(yù)期，可能是因?yàn)楹茈y來(lái)準(zhǔn)確地預(yù)估該壓電材料的機(jī)械性質(zhì)。
該響應(yīng)具有過(guò)多地可使用的寬磁角，因?yàn)槠溆行枰獊?lái)在該磁角40附近的區(qū)域來(lái)加強(qiáng)該輸出。因此，具有一互補(bǔ)頻率組合的束，也就是產(chǎn)生一組具有峰值的頻率響應(yīng)，其中該第一轉(zhuǎn)換器的磁角為理想化的。
一較短的壓電元件將具有一較高的基本諧振。這種28mm長(zhǎng)度的束的模式示于下表2
表2

該兩個(gè)束可以結(jié)合來(lái)形成一雙重束轉(zhuǎn)換器42，如圖9所示。該轉(zhuǎn)換器42包括一第一壓電束43，其背面通過(guò)一短棒48形式的連接裝置與一第二壓電束51連接，該短棒位于兩個(gè)束的中心處。每個(gè)束皆為一雙重模式。該第一束43包括兩個(gè)不同壓電材料的疊層44，46，該第二束51包括兩個(gè)疊層50，52。每個(gè)壓電材料疊層的支撐方向是由箭頭49所示。每個(gè)疊層44，50皆具有在該雙重模式中與其它疊層46，52的相反支撐方向(poling direction)。
該第一壓電束44，46安裝在一結(jié)構(gòu)54之上，例如一彎曲波揚(yáng)聲器面板，其通過(guò)位于該第一束的中心處的一短棒56形式的耦合裝置安裝。該束可以使用在一DML面板的任一側(cè)上，而可能是在不同的位置。
通過(guò)在其中心處安裝該第一束，僅有該偶數(shù)階的模式可產(chǎn)生輸出。通過(guò)定位于該第一束之后的第二束，并通過(guò)一短棒中心耦合兩束，其兩者皆可視為來(lái)驅(qū)動(dòng)相同軸向?qū)?zhǔn)或重合的位置。
當(dāng)元件結(jié)合在一起，該模式的分布結(jié)果并不是該分開頻率組合的總和，因?yàn)槊總€(gè)元件皆修正了另一模式。在圖10中的頻率顯示出一具有單一束60的轉(zhuǎn)換器，及包括兩個(gè)一起使用的束62的轉(zhuǎn)換器之間的不同。該兩個(gè)束的設(shè)計(jì)使得其個(gè)別的模式分布交錯(cuò)來(lái)改善該轉(zhuǎn)換器的整體模式。該兩個(gè)束加在一起來(lái)在所涉及的頻率范圍中產(chǎn)生一可使用的輸出。局部狹窄的磁角的發(fā)生，是因?yàn)樵搲弘娛诲e(cuò)在其個(gè)別偶數(shù)階模式處。
該第二束使用該兩個(gè)束的基本諧振比例來(lái)選擇。如果該材料及厚度是相同的，該頻率比例即正好是長(zhǎng)度比例的平方。如果該較高的f0(基本頻率)是簡(jiǎn)單地位于另一較大的束的f0及f1之間的中間點(diǎn)，該較小束的f3及該較低束的f4為重合的。
圖11a所示為兩個(gè)束的成本函數(shù)相對(duì)于頻率比例的關(guān)系圖，其所示為理想比例為1.27∶1，也就是其中該成本函數(shù)在點(diǎn)58處最小化。此比例相等于WO 97/09482中所提出的“黃金”長(zhǎng)寬比(f02∶f20的比例)。
該改善一轉(zhuǎn)換器的模式的方法可通過(guò)使用在該轉(zhuǎn)換器中三個(gè)壓電束來(lái)擴(kuò)展。圖11b所示為該三個(gè)束的一成本函數(shù)相對(duì)于頻率比例的關(guān)系圖。該理想化的比例為1.315∶1.147∶1。
結(jié)合主動(dòng)元件例如束的方法，可以擴(kuò)展來(lái)使用壓電碟片。使用兩個(gè)碟片，該兩個(gè)碟片的尺寸比例依據(jù)考慮的模式數(shù)量而定。對(duì)于高階模式密度，約1.1±0.02比1的基本頻率比例可以得到良好的結(jié)果。對(duì)于低階模式密度(即該前幾個(gè)或前5個(gè)模式)，一種約3.2∶1的基本頻率比例即是良好的。該第一溝槽即位于該較大碟片的第二及第三模式之間。
因?yàn)樵诿總€(gè)碟片的第一及第二半徑模式之間有大溝槽，最佳地是以三個(gè)，而不是兩個(gè)碟片來(lái)達(dá)到交錯(cuò)。當(dāng)加入一第三碟片到該雙重碟片轉(zhuǎn)換器時(shí)，明顯的第一目的是要插入該溝槽在先前范例的較大碟片的第二及第三模式之間。但是，幾何級(jí)數(shù)顯示此不是唯一的答案。在圖11c中使用基本頻率f0，α.f0及α2.f0，及繪制均方根(α，α2)，其存在有兩個(gè)α的主要最佳值。該值約為1.72及2.90，在該圖中的兩個(gè)最小值65，后者的值即對(duì)應(yīng)于該明顯溝槽填充方法。
通過(guò)使用f0，α.f0及β.f0，使得縮放率是自由的，并使用以上的α值做為種子值，其可得到稍微較佳的最佳值。該參數(shù)配對(duì)(α，β)為(1.63，3.03)及(3.20，8.19)。這些最佳值皆相當(dāng)?shù)販\，表示參數(shù)值的變化在10％或甚至20％，皆是可接受的。
另一種用來(lái)決定要結(jié)合的不同碟片的方式，是要將成本視為該三個(gè)碟片的半徑比例的函數(shù)。圖11d所示為FEA分析的結(jié)果，其繪出三個(gè)不同的成本函數(shù)相對(duì)于半徑比例。在圖11d中，該三個(gè)碟片是耦合在一起，雖然其可注意到分析隔離中的三個(gè)碟片會(huì)產(chǎn)生類似的結(jié)果。
該三個(gè)成本函數(shù)為RSCD(中心差異總和的比例)，SRCD(中心差異的比例總和)，及SCR(中心比例的總和)，其分別如線64，66及68所示。對(duì)于一組模式頻率f0，f1，f2，…fN，這些函數(shù)定義如下RSCD(R sum CD)RSCD=1N-1Σn=1N-1(fn+1+fn-1-2fn)2f0]]>
CRSCR=1N-1Σn=1N-1(fn+1·fn-1(fn)2)]]>SCRD(sum RCD)SRCD=1N-1Σn=1N-1(fn+1+fn-1-2fnfn)2]]>該最佳化半徑比例，也就是使該成本函數(shù)最小化的比例，在圖11d中所有的三條線皆為1.3。因?yàn)樵摪霃奖壤钠椒降扔谠擃l率比例，對(duì)于這些同樣材料及厚度的碟片，1.3*1.3＝1.69的結(jié)果，與解析解的1.67相當(dāng)?shù)胤稀?br> 另外或額外地，被動(dòng)元件可以加入該轉(zhuǎn)換器中來(lái)改善其整體模式。該主動(dòng)及被動(dòng)元件可以配置成一串鏈。圖12a及12b所示為一多重碟片轉(zhuǎn)換器70，其包括兩個(gè)主動(dòng)壓電元件72，其堆疊有兩個(gè)被動(dòng)諧振元件74，例如薄的金屬板，所以該主動(dòng)及被動(dòng)元件的模式是交錯(cuò)的。該元件是由短棒78形式的連接裝置所連接，其位于每個(gè)主動(dòng)及被動(dòng)元件的中心。該元件配置成共心。每個(gè)元件具有不同的尺寸，而最小及最大的碟片即分別位于該堆疊的頂部及底部。該轉(zhuǎn)換器70安裝在一負(fù)載裝置76之上，例如一面板，其由一短棒78形式的耦合裝置安裝，其位于最大碟片的第一被動(dòng)裝置的中心。
該改善轉(zhuǎn)換器的模式的方法可以擴(kuò)展到包括兩個(gè)壓電板形式的主動(dòng)元件的轉(zhuǎn)換器。兩個(gè)板尺寸(1乘α)及(α乘α2)是耦合在點(diǎn)(3/7，4/9)處。圖13所示為成本函數(shù)相對(duì)于長(zhǎng)寬比(α)的圖形，及α的最佳值75為1.14。因此該頻率比例約為1.3∶1(1.14×1.14＝1.2996)。
此外，或做為另一選擇的改變?cè)撧D(zhuǎn)換器的模式特性，該物件如面板(其上安裝該轉(zhuǎn)換器)的參數(shù)可以改變來(lái)符合該轉(zhuǎn)換器的模式。舉例而言，考慮一轉(zhuǎn)換器，其以一主動(dòng)諧振元件的形式來(lái)安裝于一面板上，圖14及15所示為該頻率響應(yīng)分別如何隨著該轉(zhuǎn)換器的厚度及面板的厚度來(lái)改變。該主動(dòng)元件的形式為一壓電束。圖14具有三個(gè)頻率響應(yīng)84，86，88，分別用于一177微米，一200微米及一150微米的束。圖15具有三個(gè)頻率響應(yīng)90，92，94，其分別為1.1mm，0.8mm及1.5mm厚度的面板。
圖14及15所示為一1.1mm面板的頻率響應(yīng)，其可符合一177微米厚度束的頻率響應(yīng)。因此，一1.1mm面板的模式可符合于一177微米束的模式。
雖然該轉(zhuǎn)換器為模型的，其可對(duì)任何負(fù)載或面板阻抗來(lái)估計(jì)一主要力量及速率。在當(dāng)該力量及該速率的乘積在最大值時(shí)的得到最大的機(jī)械功率。該轉(zhuǎn)換器可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)任何負(fù)載，該最佳的負(fù)載數(shù)值可通過(guò)繪制該速率170，該力量172及該機(jī)械功率174相對(duì)于負(fù)載阻抗的圖而發(fā)現(xiàn)到，即示于圖16。當(dāng)該負(fù)載阻抗大約為12Ns/m時(shí)，即發(fā)生最大功率176；對(duì)于一較低的負(fù)載阻抗，該速率可增加，而力量則降低，對(duì)于較高的負(fù)載阻抗，該速率將會(huì)降低，而力量則增加。
圖17所示為加入小的質(zhì)量104在該壓電轉(zhuǎn)換器106的末端處的結(jié)果，其具有如圖18所示的耦合裝置105。在圖17中，其所示分別為沒有質(zhì)量的一轉(zhuǎn)換器，一具有兩個(gè)0.67g重量的束，及具有兩個(gè)2g重量的轉(zhuǎn)換器的頻率響應(yīng)108，110及112。一具有2g重量的束理想上可以匹配，因?yàn)樵擃l率響應(yīng)110在該中等范圍(1kHz到5kHz)中的變化，要比無(wú)重量或0.67g重量的頻率響應(yīng)108，112要來(lái)得小。
在圖19及20中，該轉(zhuǎn)換器114為一慣性電動(dòng)力移動(dòng)線圈激發(fā)器，例如在WO 97/09842中所提出的，其具有一語(yǔ)音線圈而形成一模式平板118形式的一主動(dòng)元件115及一被動(dòng)諧振元件。該主動(dòng)元件115安裝在該模式板118上，并偏離該模式板的中心。該模式板118由一耦合器120安裝在該面板116。該耦合器與該主動(dòng)元件的軸Z相對(duì)準(zhǔn)，但不是與垂直于該面板116平面的軸相對(duì)準(zhǔn)。因此，該轉(zhuǎn)換器并不重合于該垂直軸Z。該主動(dòng)元件是通過(guò)電導(dǎo)線122而連接到一電信號(hào)輸入。
如圖20所示，該模式板118被穿透來(lái)由此降低該聲音輻射。該主動(dòng)元件位于該模式平板118的偏心位置，例如在該最佳安裝位置，即(3/7，4/9)。再者，該轉(zhuǎn)換器114偏心安裝在該面板116，也例如在該最佳安裝位置，即(3/7，4/9)。因此，該轉(zhuǎn)換器114并未重合于任一個(gè)該垂直軸X，Y，其位于該面板116的平面上。
圖21a及21b所示為一轉(zhuǎn)換器124，其包括一主動(dòng)壓電諧振元件，其由一短棒形式的耦合裝置126安裝到一面板128。該轉(zhuǎn)換器124及該面板128皆具有寬度對(duì)長(zhǎng)度比例為1∶1.13。該耦合裝置126并不對(duì)準(zhǔn)于該轉(zhuǎn)換器或該面板的任何一軸130，X，Y，Z。另外，該耦合裝置的位置是為在相對(duì)于該轉(zhuǎn)換器124及該面板128偏心而最佳的位置。
圖22所示為一束形式的主動(dòng)壓電諧振元件的轉(zhuǎn)換器132。該轉(zhuǎn)換器132由短棒形式的兩個(gè)耦合裝置來(lái)耦合到一面板134。一短棒位于朝向該束的末端138，及另一短棒則位于朝向該束的中心。
圖23所示為一轉(zhuǎn)換器140，其包括兩個(gè)諧振元件142，143，其由連接裝置144所耦合，以及一外殼148，其包圍了該連接裝置144及該諧振元件142。因此該轉(zhuǎn)換器則可防止振動(dòng)及沖擊。該外殼由一低機(jī)械阻抗橡膠，或類似的聚合物所制成，以不會(huì)阻礙該轉(zhuǎn)換器工作。如果該聚合物為防水的，該轉(zhuǎn)換器140可制成為防水的。
該上部諧振元件142大于該下部諧振元件143，其通過(guò)短棒形式的耦合裝置來(lái)耦合于一面板145。該短棒即位于該較低諧振元件143的中心。每個(gè)主動(dòng)元件的功率耦合150由該外殼擴(kuò)展出來(lái)，以允許負(fù)載裝置(未示出)有較佳的聲音附著性。
圖24所示為根據(jù)本發(fā)明施加一力量到一活塞式揚(yáng)聲器的隔膜的轉(zhuǎn)換器152。該隔膜的形狀為一圓錐154，其尖端即該轉(zhuǎn)換器安裝的地方。該圓錐154由一彈力終端158的一隔板156所支撐。
圖25a及25b所示為一平板狀主動(dòng)諧振元件的形式的轉(zhuǎn)換器160。該諧振元件是配合溝槽162的形式，其可定義出指部164，因此而形成一多重諧振系統(tǒng)。該諧振元件安裝在一面板168之上，其通過(guò)一短棒166形式的耦合裝置安裝。
本發(fā)明可以視為一分散模式面板的倒數(shù)，例如WO 97/09842中所提出的，其中該轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)成一分散模式物件。再者，來(lái)自該轉(zhuǎn)換器的力量即由一點(diǎn)取出，其通常作為該分散式模式驅(qū)動(dòng)點(diǎn)(如最佳化位置(3/7，4/9)。
產(chǎn)業(yè)應(yīng)用因此本發(fā)明提供一具有改善的效能，及使用該裝置的一揚(yáng)聲器或麥克風(fēng)。
權(quán)利要求
1.一種具有一所需要的工作頻率范圍的電子機(jī)械式力量轉(zhuǎn)換器，其包括一諧振元件，該元件具有在該工作頻率范圍中的頻率模式分布；及在該諧振元件上的耦合裝置，其用以將該轉(zhuǎn)換器安裝在力量施加的地方。
2.如權(quán)利要求1的轉(zhuǎn)換器，其中該耦合裝置附著于該諧振元件的位置利于該諧振元件在該位置的模式活動(dòng)的耦合。
3.如權(quán)利要求1或2的轉(zhuǎn)換器，其中該諧振元件為被動(dòng)，而該轉(zhuǎn)換器包括連接裝置，用以將該諧振元件耦合到一主動(dòng)轉(zhuǎn)換器元件。
4.如權(quán)利要求3的轉(zhuǎn)換器，其中該連接裝置附著于該諧振元件的位置利于改善該諧振裝置中的模式活動(dòng)。
5.如權(quán)利要求3或4的轉(zhuǎn)換器，其中該主動(dòng)元件是由包括移動(dòng)線圈、移動(dòng)磁鐵、壓電、磁致伸縮、電致伸縮及永久極化電介體裝置組成的群組中選取。
6.如權(quán)利要求3-5中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)換器，其中該諧振元件為穿孔的。
7.如權(quán)利要求1或2的轉(zhuǎn)換器，其中該諧振元件為主動(dòng)的。
8.如前述任一權(quán)利要求的轉(zhuǎn)換器，其中該諧振元件具有一聲音孔洞，其為一小洞來(lái)調(diào)節(jié)來(lái)自其中的聲音輻射。
9.如權(quán)利要求7或8的轉(zhuǎn)換器，其中該主動(dòng)元件是由包括壓電、磁致伸縮、電致伸縮及永久極性電介體裝置所組成的群組中選取。
10.如權(quán)利要求9的轉(zhuǎn)換器，其中該主動(dòng)元件為一預(yù)應(yīng)力的壓電裝置。
11.如權(quán)利要求5，9和10中任一項(xiàng)的轉(zhuǎn)換器，其中該主動(dòng)元件為一壓電裝置，其安裝在一板狀的基板上，其中該基板的寬度至少為該壓電裝置寬度的兩倍。
12.如前述任一權(quán)利要求的轉(zhuǎn)換器，其中該諧振元件為沿著大致垂直的兩軸的模型。
13.如前述任一權(quán)利要求的轉(zhuǎn)換器，其中該耦合裝置的尺寸相當(dāng)于或小于在該工作頻率范圍中的波形的波長(zhǎng)。
14.如前述任一權(quán)利要求的轉(zhuǎn)換器，其中在該工作頻率范圍中，該耦合的諧振元件具有一模式密度，其可使該主動(dòng)元件足以提供一有效的平均力量，而大致保持頻率恒定。
15.如前述任一權(quán)利要求的轉(zhuǎn)換器，其中該諧振元件的參數(shù)被選擇來(lái)改善在該工作頻率范圍中的模式分布。
16.如權(quán)利要求15的轉(zhuǎn)換器，其中該參數(shù)自包括長(zhǎng)寬比、彎曲剛性的等向性、厚度及幾何的等向性所組成的群組中選取出來(lái)。
17.如前述任一權(quán)利要求的轉(zhuǎn)換器，其中該諧振元件為板狀。
18.如權(quán)利要求17的轉(zhuǎn)換器，其中該諧振元件形成有溝槽或不連續(xù)點(diǎn)，以形成一多重諧振系統(tǒng)。
19.如前述任一權(quán)利要求的轉(zhuǎn)換器，其中該諧振元件或每個(gè)諧振元件通常為一束的形狀。
20.如權(quán)利要求1-18中任一項(xiàng)的轉(zhuǎn)換器，其中該諧振元件或每個(gè)諧振元件通常為一碟片的形狀。
21.如權(quán)利要求17或19的轉(zhuǎn)換器，其中該諧振元件通常為一長(zhǎng)方形。
22.如權(quán)利要求1-18中任一項(xiàng)的轉(zhuǎn)換器，其中該諧振元件為梯形。
23.如權(quán)利要求19或21的轉(zhuǎn)換器，其中該諧振元件為彎曲出一平面。
24.如前述任一權(quán)利要求的轉(zhuǎn)換器，其中，其包括多個(gè)諧振元件，每個(gè)皆具有一分布模式，該諧振元件的分布模式可以配置成在該工作頻率范圍中交錯(cuò)，以及連接裝置，其用以將該諧振元件耦合在一起。
25.如引用權(quán)利要求19時(shí)的權(quán)利要求24的轉(zhuǎn)換器，其中，包括兩個(gè)束，其具有頻率比例1.27∶1。
26.如引用權(quán)利要求19時(shí)的權(quán)利要求24的轉(zhuǎn)換器，其中，其包括三個(gè)束，其具有頻率比例1.315∶1.147∶1。
27.如引用權(quán)利要求20時(shí)的權(quán)利要求24的轉(zhuǎn)換器，其中，其包括兩個(gè)碟片，該兩碟片具有頻率比例1.1±0.02比1。
28.如引用權(quán)利要求20時(shí)的權(quán)利要求24的轉(zhuǎn)換器，其中，其包括兩個(gè)碟片，其具有頻率比例3.2∶1。
29.如權(quán)利要求24的轉(zhuǎn)換器，其中該多個(gè)諧振元件為碟片狀，并包括至少三個(gè)這種碟片元件。
30.如權(quán)利要求29的轉(zhuǎn)換器，其中該三個(gè)碟片元件具有一頻率比例為3.03∶1.63∶1或8.19∶3.20∶1。
31.如前述任一權(quán)利要求的慣性電子機(jī)械力量轉(zhuǎn)換器。
32.一種揚(yáng)聲器，其包括前述任一權(quán)利要求的一轉(zhuǎn)換器及一聲音輻射器，該轉(zhuǎn)換器耦合于該聲音輻射器來(lái)激發(fā)該聲音輻射器產(chǎn)生一聲音輸出。
33.如權(quán)利要求32的揚(yáng)聲器，其中該耦合裝置的參數(shù)被選擇來(lái)控制在該工作頻率范圍中該諧振元件的模式分布。
34.如權(quán)利要求32或33的揚(yáng)聲器，其中該耦合裝置是非對(duì)稱地相對(duì)于該聲音輻射器放置。
35.如權(quán)利要求32-34中任一項(xiàng)的揚(yáng)聲器，其中該耦合裝置形成一附著線。
36.如權(quán)利要求35的揚(yáng)聲器，其中該附著線并未與該諧振元件的對(duì)稱線相重合。
37.如權(quán)利要求35或36的揚(yáng)聲器，其中該附著線并不平行于該聲音輻射器的一對(duì)稱軸。
38.如權(quán)利要求32-37中任一項(xiàng)的揚(yáng)聲器，其中該諧振元件的形狀被選擇來(lái)供應(yīng)一偏心的附著線，其通常位于該元件的重心。
39.如權(quán)利要求32-38中任一項(xiàng)的揚(yáng)聲器，其中該轉(zhuǎn)換器的形狀為梯形。
40.如權(quán)利要求32或33的揚(yáng)聲器，其中該耦合裝置形成一小的局部區(qū)域或一個(gè)附著點(diǎn)。
41.如權(quán)利要求32-40中任一項(xiàng)的揚(yáng)聲器，其中該耦合裝置位于離開該諧振元件的中心位置設(shè)置。
42.如權(quán)利要求41的揚(yáng)聲器，其中該耦合裝置位于該諧振元件的一反節(jié)點(diǎn)。
43.如權(quán)利要求40-42中任一項(xiàng)的揚(yáng)聲器，其中該耦合裝置在該諧振元件與該聲音輻射器之間包括超過(guò)一個(gè)以上的耦合點(diǎn)。
44.如權(quán)利要求32-43中任一項(xiàng)的揚(yáng)聲器，其中該聲音輻射器是在至少其工作頻率范圍的一部分內(nèi)為所想要的活塞式。
45.如權(quán)利要求32-44中任一項(xiàng)的揚(yáng)聲器，其中該聲音輻射器能夠支持彎曲波振動(dòng)，而該轉(zhuǎn)換器激發(fā)在該聲音輻射器中的彎曲波振動(dòng)來(lái)產(chǎn)生一聲音輸出。
46.如權(quán)利要求45的揚(yáng)聲器，其中該聲音輻射器支持諧振彎曲波模式，而該轉(zhuǎn)換器激發(fā)該諧振彎曲波模式。
47.如權(quán)利要求46的揚(yáng)聲器，其中該聲音輻射器的參數(shù)被選擇來(lái)改善在該工作頻率范圍中該諧振元件的模式分布。
48.如權(quán)利要求46或47的揚(yáng)聲器，其中該聲音輻射器的參數(shù)及該諧振元件的參數(shù)被共同選擇來(lái)改善在該工作頻率范圍中該諧振元件的模式分布。
49.如權(quán)利要求32-48中任一項(xiàng)的揚(yáng)聲器，其中該諧振元件的區(qū)域相對(duì)于該聲音輻射器的區(qū)域而言，是比較小的。
50一種制作包括一諧振聲音輻射器及一如權(quán)利要求1-31中任一項(xiàng)的轉(zhuǎn)換器的揚(yáng)聲器的方法，其包括以下步驟分析該諧振元件及該聲音輻射器的機(jī)械阻抗，選擇及/或調(diào)整該輻射器及/或該元件的參數(shù)來(lái)達(dá)到該諧振元件及/或該輻射器所需要的模式，并達(dá)到在該元件與該輻射器之間所需要的功率傳遞。
51.一種制作包括一諧振聲音輻射器及一如權(quán)利要求1-31中任一項(xiàng)的轉(zhuǎn)換器的揚(yáng)聲器的方法，其包括以下步驟分析及/或比較一給定模式致動(dòng)聲音系統(tǒng)的速率及力量變化，并選擇速率及力量值的組合來(lái)達(dá)到一選擇的功率傳遞。
52.一種麥克風(fēng)，其包括能夠支持聲音輸入的構(gòu)件，及如權(quán)利要求1到31中任何一項(xiàng)的轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器耦合于該構(gòu)件來(lái)響應(yīng)進(jìn)入的聲音能量而提供一電輸出。
全文摘要
一種轉(zhuǎn)換器(14)用于產(chǎn)生能夠激發(fā)一聲音輻射器，例如是一種產(chǎn)生一聲音輸出的面板(12)。該轉(zhuǎn)換器(14)具有一所要的運(yùn)行頻率范圍，并包括一諧振元件，其具有一分布模式，其為在該工作頻率范圍中的模型。該轉(zhuǎn)換器(14)的參數(shù)可以調(diào)整來(lái)改善該諧振元件的模式。一揚(yáng)聲器(10)或一麥克風(fēng)可使用該轉(zhuǎn)換器。
文檔編號(hào)H04R19/00GK1394457SQ0180339
公開日2003年1月29日 申請(qǐng)日期2001年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月24日
發(fā)明者尼爾·哈里斯, 格雷厄姆·班克, 馬丁·科洛姆斯 申請(qǐng)人:新型轉(zhuǎn)換器有限公司