專利名稱：壓電音響系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種音響系統(tǒng)，尤其是一種壓電音響系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的音響系統(tǒng)往往利用電磁力驅(qū)動錐型盆產(chǎn)生活塞運動，與空氣偶合發(fā)出聲音。它包括箱體、動圈揚聲器、電路三部分。動圈揚聲器是它的核心。然而，由于結(jié)構(gòu)的限制，一個動圈揚聲器的頻響很難達到全音頻范圍(20Hz～20kHz)。因此，一個高保真的音響系統(tǒng)大都采用分頻網(wǎng)絡(luò)連接幾個低音、中音和高音喇叭。這樣的系統(tǒng)占地空間大。另外，它的布置以及它對周邊環(huán)鏡的要求也很嚴格。
壓電陶瓷是一種功能材料。當(dāng)控制信號通過放大器驅(qū)動一個壓電元件時，它會產(chǎn)生機械運動。利用這個原理，人們開發(fā)了壓電揚聲器。例如，在CN1277531A中公開了一個壓電揚聲器。這里壓電片周邊固定在框價上，靠中心運動來驅(qū)動錐型膜發(fā)聲。由于壓電的位移幅度非常小(微米或納米級)，這個設(shè)計結(jié)構(gòu)不能產(chǎn)生中音和低音的效果。即使用于再現(xiàn)高頻聲音，單個這樣的揚聲器所產(chǎn)生的聲壓也很低。在CN1291854A中公開了另一個壓電揚聲器。這里壓電片被整體直接粘接在一個薄板上，通過壓電片的變形直接帶動板彎曲發(fā)聲。由于壓電元件的變形幅度非常小，這樣的揚聲器，它的電聲轉(zhuǎn)換效率很低，難于產(chǎn)生足夠的聲壓。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有音響系統(tǒng)的缺點，本實用新型提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、頻響范圍寬、電聲轉(zhuǎn)換效率高的音響系統(tǒng)。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種壓電音響系統(tǒng)，包括功率放大器、平衡器、變壓器、壓電陶瓷、發(fā)聲板；所述的壓電陶瓷通過一個機構(gòu)連接到發(fā)聲板上。本實用新型采用柱狀壓電陶瓷，或片狀雙晶壓電陶瓷，或片狀多層壓電陶瓷。音源信號通過控制電路驅(qū)動壓電陶瓷運動產(chǎn)生慣性力，來激勵彈性板料振動發(fā)聲，可達到電聲轉(zhuǎn)換效率高的目標(biāo)。采用板式設(shè)計，整體結(jié)構(gòu)緊湊、占地空間小。其發(fā)聲板有多種選擇，可滿足頻響范圍寬的要求。


圖1是本實用新型的實施例一。
11.功率放大器，12.平衡器，13.變壓器，21.壓電陶瓷，22.機構(gòu)，23.發(fā)聲板圖2是本實用新型的實施例二。
31.鎖緊螺釘，32.質(zhì)量快，33.彈性橡膠圖3是本實用新型的實施例三。
具體實施方式
參照圖一，一個壓電音響系統(tǒng)包含控制電路部分(1)和執(zhí)行機構(gòu)部分(2)；所述的控制電路部分(1)包括功率放大器(11)、平衡器(12)和變壓器(13)。所述的執(zhí)行機構(gòu)部分(2)由柱狀的疊層壓電陶瓷(21)(d33工作模式)、機構(gòu)(22)、發(fā)聲板(23)組成。在發(fā)聲板(23)上，可根據(jù)需要粘貼阻尼材料(24)，用于抑制不想要的振動成分，提高音響效果。通過一個預(yù)載鎖緊螺釘(沒有顯示)，壓電陶瓷(21)固定在機構(gòu)(22)內(nèi)?；旧希@個一體化的機構(gòu)(22)包括前端(22a)、柔性彈簧(22b)和后端(22c)。前端(22a)的表面和彈性板料(23)接觸，機構(gòu)(22)的其它部分懸空。當(dāng)來自廣播、電視、電腦、VCD/DVD/MP3播放機或麥克風(fēng)的音源信號，通過電路部分(1)，輸入到壓電陶瓷(21)時，它所產(chǎn)生的運動，可以表達為x(t)＝nd33v(t) (1)這里x(t)代表輸出位移；n代表壓電層數(shù)；d33代表壓電常數(shù)v(t)代表輸入電壓。壓電陶瓷(21)的運動帶動柔性鉸鏈的后端(22c)產(chǎn)生運動。由于鉸鏈后端(22c)有一定的質(zhì)量，假定為m，所以它的運動產(chǎn)生一個慣性力，可以表達為F(t)=mx··(t)]]>(2)這個慣性力的反作用力將激勵剛性連接的板料(23)產(chǎn)生振動；這個振動偶合到空氣中，形成聲波。在這個實用新型申請中，我們把壓電元件產(chǎn)生的“位移”或“變形”轉(zhuǎn)化為“力”，通過壓電慣性力激勵彈性板料產(chǎn)生彎曲振動來發(fā)聲。這樣做的好處是可以克服壓電輸出位移或變形小帶來的缺點。讓我們用單頻輸入-輸出來說明這一點。假定x(t)＝Asin(2πft)，那么x··(t)=4Aπ2f2sin(2πft),]]>F(t)＝4Amπ2f2sin(2πft)。注意到“力”的信號幅度已經(jīng)是“位移”的4mπ2f2倍；也就是說，用壓電慣性力激勵板料振動發(fā)聲，它的效率和效果要遠遠好于傳統(tǒng)的壓電揚聲器。我們的實驗也證明了這一點。
參照圖二，電路部分和實施例一基本相同，因此這里被省略。一個柱狀的疊層壓電陶瓷(21)(d33工作模式)，一端頂在板料(23)上，另一端通過一個預(yù)緊螺釘(31)和機構(gòu)(22)相連。機構(gòu)(22)包括一個慣性質(zhì)量塊(32)和一個彈性橡膠(33)或類似的介質(zhì)。調(diào)節(jié)預(yù)緊螺釘(31)，讓彈性橡膠(33)呈現(xiàn)拉伸狀態(tài)。這樣，壓電陶瓷(21)的運動將帶動質(zhì)量塊產(chǎn)生慣性力來激勵板料產(chǎn)生彎曲振動發(fā)聲。
參照圖三，這里我們使用片狀雙晶壓電陶瓷(21)為激勵器(d31工作模式)。兩片極化相反的壓電陶瓷緊固地粘接在一起。在同一信號作用下，一層伸張，另一層收縮，整個壓電陶瓷元件(21)產(chǎn)生彎曲運動，帶動兩端附著的質(zhì)量塊(32)上下運動。壓電陶瓷(21)通過機構(gòu)(22)連接到發(fā)聲板(23)上。運動產(chǎn)生的慣性力通過中間的小連接機構(gòu)(22)激勵彈性板料(23)振動發(fā)聲。同樣的結(jié)構(gòu)，可以采用單壓電陶瓷晶片粘接單金屬薄片為激勵器，也可采用片狀多層壓電陶瓷晶片為激勵器。
在本實用新型中，質(zhì)量塊的大小、輕重，可根據(jù)激勵力的大小及帶寬要求進行設(shè)計，甚至可以忽略例如實施例三中的質(zhì)量塊。利用壓電陶瓷自身的運動及質(zhì)量，也可產(chǎn)生壓電慣性力，來激勵板料振動發(fā)聲，附加質(zhì)量可以進一步加強這種效果。彈性發(fā)聲板可以是單獨設(shè)計的輕金屬板、紙板、塑料板或復(fù)合板，或桌板、地板、玻璃板，或電子電器裝置的殼體等。通過激勵這些表面振動發(fā)聲，再現(xiàn)原有的音樂或聲音效果。壓電慣性力激勵器可以采用一個、兩個或多個。通過電路及執(zhí)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，本實用新型所描述的壓電音響系統(tǒng)可實現(xiàn)立體聲效果，可覆蓋較寬的頻率范圍，占地空間小，甚至達到不占任何空間。
權(quán)利要求1.一種壓電音響系統(tǒng)，包括功率放大器(11)、平衡器(12)、變壓器(13)、壓電陶瓷(21)、發(fā)聲板(23)；其特征在于壓電陶瓷(21)通過一個機構(gòu)(22)連接到彈性發(fā)聲板(23)上。
2.如權(quán)利要求1所述的音響系統(tǒng)，其特征在于音源信號，通過控制電路驅(qū)動壓電陶瓷(21)運動產(chǎn)生慣性力來激勵彈性板料(23)振動發(fā)聲。
3.如權(quán)利要求1所述的音響系統(tǒng)，其特征在于所述的壓電陶瓷(21)為柱狀的疊層壓電陶瓷，或片狀的雙晶壓電陶瓷，或片狀的多層壓電陶瓷。
4.如權(quán)利要求1所述的音響系統(tǒng)，其特征在于所述的彈性發(fā)聲板(23)為單獨的輕金屬板、紙板、塑料板或復(fù)合板，或桌板、地板、玻璃板，或電子電器裝置的殼體。
專利摘要本實用新型涉及一種壓電音響系統(tǒng)，包括功率放大器、平衡器、變壓器、壓電陶瓷、發(fā)聲板；所述的壓電陶瓷通過一個機構(gòu)連接到發(fā)聲板上。本實用新型采用柱狀壓電陶瓷，或片狀雙晶壓電陶瓷，或片狀多層壓電陶瓷。音源信號通過控制電路驅(qū)動壓電陶瓷運動產(chǎn)生慣性力，來激勵彈性板料振動發(fā)聲，其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；其電聲轉(zhuǎn)換效率高、響應(yīng)頻帶寬；其發(fā)聲板有多種選擇，可開發(fā)出不同用途的音響系統(tǒng)。
文檔編號H04R17/00GK2882177SQ20052002860
公開日2007年3月21日 申請日期2005年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月9日
發(fā)明者譚紅, 梁繼才, 付慶興 申請人:譚紅