專利名稱：一種陶瓷片呈分布式排列的壓電平板揚(yáng)聲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利涉及一種新型壓電揚(yáng)聲器，更具體的說，涉及一種新振膜結(jié)構(gòu)的薄型壓電 揚(yáng)聲器。
背景技術(shù)：
揚(yáng)聲器是一種電-力_聲換能器，它是音響設(shè)備中的重要元件。揚(yáng)聲器在人們平 時(shí)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(jī)、MP4、電腦等 電子產(chǎn)品領(lǐng)域中，揚(yáng)聲器的應(yīng)用幾乎隨處可見。揚(yáng)聲器的種類很多，按其能量轉(zhuǎn)換原理可分 為電動(dòng)式(即動(dòng)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(yáng)聲器、中音揚(yáng)聲器、高音揚(yáng)聲器，其中動(dòng)圈式揚(yáng)聲器應(yīng)用最為廣泛。而壓 電揚(yáng)聲器因其小、薄、輕的特點(diǎn)，在當(dāng)今器件小型化的趨勢(shì)下，具有極其光明的前景與未來。目前大多數(shù)壓電揚(yáng)聲器的振動(dòng)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(yīng)，壓電陶瓷片產(chǎn)生振動(dòng)，使金屬振膜發(fā)生彎曲變形，從而產(chǎn)生振動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)空氣 振動(dòng)，產(chǎn)生聲壓，發(fā)出聲音。與傳統(tǒng)的動(dòng)圈揚(yáng)聲器相比，壓電揚(yáng)聲器有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)1.壓電揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)中不需要磁鐵，從而也不會(huì)存在任何的磁場(chǎng)對(duì)周圍的電路產(chǎn)生 干擾和影響，也不會(huì)從周圍空間吸納塵粒。2.壓電揚(yáng)聲器的厚度超薄，相比動(dòng)圈式揚(yáng)聲器，壓電揚(yáng)聲器可安裝于更為扁平空 間中，這一點(diǎn)使其在當(dāng)今市場(chǎng)極具有競(jìng)爭(zhēng)力；3.壓電揚(yáng)聲器具有輕便的特點(diǎn)，重量一般都小于lg，比傳統(tǒng)的動(dòng)圈揚(yáng)聲器輕 50% -80% ；4.壓電揚(yáng)聲器功耗低，一般小于15mW，是動(dòng)圈式揚(yáng)聲器消耗功率的1/5-1/2，這大 大延長(zhǎng)了器件的電池壽命；5.壓電揚(yáng)聲器的聲學(xué)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，背面只需很少空間，不需要對(duì)于動(dòng)圈揚(yáng)聲器所必 須的用于提高聲壓級(jí)的空腔。在相比于傳統(tǒng)揚(yáng)聲器具備很大優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，普通壓電揚(yáng)聲器也存在一些缺點(diǎn)，這 主要表現(xiàn)在音質(zhì)上較差。研究表明，大多數(shù)音質(zhì)好的揚(yáng)聲器，其頻率響應(yīng)曲線是平坦的。而 傳統(tǒng)的壓電揚(yáng)聲器的第一階諧振頻率(頻率響應(yīng)曲線的一個(gè)峰對(duì)應(yīng)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(yáng)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(yáng)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(guān)。另外傳統(tǒng)的壓電揚(yáng)聲器在中頻帶一般有較深的谷，從而造成失真大、音質(zhì)差。例如 13X19規(guī)格的壓電揚(yáng)聲器在IOkHz附近，20X20規(guī)格的壓電揚(yáng)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(dǎo)致聲壓級(jí)降低30db以上。典型的壓電揚(yáng)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(shù)動(dòng)圈式 揚(yáng)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(diào)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(guān)心的聲音頻帶之外(例如IOkHz以上)，要么在當(dāng)前頻率上減小 乃至消除中頻谷。將中頻谷后移往往要從結(jié)構(gòu)、尺寸等方面入手，而結(jié)構(gòu)、尺寸等參數(shù)對(duì)揚(yáng) 聲器性能的影響是多方面的，在將中頻谷推后的同時(shí)很難照顧到其它已經(jīng)調(diào)整好的性能指 標(biāo)，常常要打破已有的設(shè)計(jì)，而且單純將中頻谷后推幾千赫茲就很困難。而在當(dāng)前頻率上減 小乃至消除中頻谷方面，業(yè)界一直沒有簡(jiǎn)單通用的方法，成為制約壓電揚(yáng)聲器推廣應(yīng)用的 一個(gè)難題和瓶頸。由于人耳對(duì)中頻段的聲音比較敏感，減小壓電揚(yáng)聲器的中頻谷失真成為 器件設(shè)計(jì)的極為關(guān)鍵的技術(shù)。解決以上問題的相關(guān)技術(shù)也成為各企業(yè)重點(diǎn)保護(hù)的專利內(nèi) 容。一般認(rèn)為中頻谷產(chǎn)生的原因是在揚(yáng)聲器的振膜在中頻某些頻段上產(chǎn)生特殊的振 動(dòng)模態(tài)，振膜不同部分的振動(dòng)在遠(yuǎn)場(chǎng)軸線上測(cè)試點(diǎn)處產(chǎn)生相位相反的振動(dòng)，因而引起聲波 干涉而相互抵消，從而出現(xiàn)聲輻射的谷點(diǎn)。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(dòng)模態(tài)往往跟壓電振子(振膜和壓電片)的剛度、質(zhì)量分布等密切相關(guān)，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(jiǎn)單易行，而 且能耦合對(duì)聲輻射強(qiáng)度有著相反作用的不同模態(tài)，從而達(dá)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(duì)減小工 藝難度也大有益處。對(duì)于大尺寸振膜的大功率壓電揚(yáng)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(yáng)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(chǎn)品合格率，減低了生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是鑒于已有技術(shù)的不足，針對(duì)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(yáng)聲器，可明顯改善傳統(tǒng)壓電揚(yáng)聲器在中頻區(qū)的失真，使揚(yáng)聲器的綜 合性能得到極大提高。本發(fā)明的技術(shù)方案為所述壓電平板揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)包括振膜，粘結(jié)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(jié)構(gòu)，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(duì)稱軸的陣列式分布或 其他以振膜的中心點(diǎn)為對(duì)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(gè)整體；所述壓電陶瓷片的分布式排列方式，可以使壓電揚(yáng)聲器的聲壓級(jí)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(zhǎng)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(diǎn)為對(duì)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(duì)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(duì)稱于所述振膜的中心點(diǎn)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(jié)構(gòu)，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(duì)應(yīng)。所述電極粘結(jié)于壓電陶瓷片的表面或嵌入壓電陶瓷片中。
4
所述振膜的單一側(cè)面粘結(jié)呈分布式排列的壓電陶瓷片，或在所述振膜的雙個(gè)側(cè)面 均粘結(jié)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(nèi)的金屬材料。本發(fā)明的有益效果為無論通過理論計(jì)算還是目前已制備出的產(chǎn)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(yáng)聲器已有的優(yōu)良 特性外，同時(shí)本發(fā)明揚(yáng)聲器結(jié)構(gòu)避免了中頻段聲輻射在空間的相位抵消，使壓電揚(yáng)聲器的 聲壓級(jí)曲線平整度得到極大改善，傳統(tǒng)壓電揚(yáng)聲器在中頻段某些頻段聲壓級(jí)降低30db以 上的現(xiàn)象不再出現(xiàn)。通過對(duì)各個(gè)陶瓷片大小、位置和間距的調(diào)整，中頻段的峰和谷均可以消 除，使壓電揚(yáng)聲器音質(zhì)更佳。對(duì)于大尺寸振膜的大功率壓電揚(yáng)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(yáng)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(chǎn)品合格率，減低了生產(chǎn)成本。本發(fā)明即陶瓷片呈分布式排 列的壓電平板揚(yáng)聲器其結(jié)構(gòu)具有創(chuàng)新性、且成本低、性能優(yōu)異，極具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，特別適于 大功率壓電揚(yáng)聲器的市場(chǎng)需求。


圖1為典型的壓電揚(yáng)聲器頻響曲線圖；圖2為現(xiàn)有壓電揚(yáng)聲器的發(fā)聲部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖3 (a)為本發(fā)明實(shí)施例1的正視圖；圖3 (b)為本發(fā)明實(shí)施例1的爆炸圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例1的頻響曲線與傳統(tǒng)頻響曲線的對(duì)比圖；圖5 (a)為本發(fā)明實(shí)施例2的正視圖；圖5 (b)為本發(fā)明實(shí)施例2的爆炸圖；圖6 (a)為本發(fā)明實(shí)施例3的正視圖；圖6(b)為本發(fā)明實(shí)施例3的爆炸圖。；圖中標(biāo)號(hào)1-電極；Ia-正電極引線；Ib-負(fù)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(shí)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(yáng)聲器，下面結(jié)合

和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。壓電揚(yáng)聲器的金屬振膜的振動(dòng)變形通常是由于壓電陶瓷在振膜平面內(nèi)的伸縮運(yùn) 動(dòng)引起的。附圖2為現(xiàn)有壓電揚(yáng)聲器的發(fā)聲部分結(jié)構(gòu)示意圖，壓電揚(yáng)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(nèi)的應(yīng)變與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān) 系如下Xl = d31E3，其中，X1為與極化方向垂直的應(yīng)變(即振膜平面內(nèi)的應(yīng)變)，d31為壓電 應(yīng)變系數(shù)，E3為極化方向的電場(chǎng)強(qiáng)度。以下各個(gè)實(shí)施例中，電極材料均為銀或者銀鈀合金等導(dǎo)電金屬。實(shí)施例1圖3(a)和圖3(b)為本發(fā)明實(shí)施例1的正視圖和爆炸圖。電極1分為正電極和負(fù)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(jié) 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(zhì)，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(fù)電極引線Ib分別將正電極和 負(fù)電極引至邊框上相應(yīng)焊點(diǎn)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(shí)施例1的頻響曲線與傳統(tǒng)頻響曲線的對(duì)比 圖。從圖中可以看出，當(dāng)采用實(shí)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(gè)陶瓷片的間距可以調(diào)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(duì)應(yīng)的振動(dòng)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(jié)構(gòu)至少減小和提高了中頻段峰和谷的聲壓級(jí)IOdB以上，相當(dāng)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(chǎn)生的聲壓級(jí)效果。曲線其它頻 段變化不大，保持了較高聲壓級(jí)的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)施例2圖5(a)和圖5(b)為本發(fā)明實(shí)施例2的正視圖和爆炸圖。電極1分為正電極和負(fù) 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(jié)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(zhì)， 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(fù)電極引線 Ib分別將正電極和負(fù)電極引至邊框上相應(yīng)焊點(diǎn)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(shí)施例3圖6(a)和圖6(b)為本發(fā)明實(shí)施例3的正視圖和爆炸圖。電極1分為正電極和負(fù) 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(jié)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(duì)應(yīng)，振膜3各個(gè)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(zhì)，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(fù)電極引線Ib分別將正電極和負(fù)電極引至邊框上相應(yīng) 焊點(diǎn)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(shí)施例，只是本發(fā)明的幾個(gè)較佳的具體實(shí)施方式
，本領(lǐng)域的技術(shù)人員 可以在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種修改。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷片呈分布式排列的壓電平板揚(yáng)聲器，其結(jié)構(gòu)包括振膜(3)，粘結(jié)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(jié)構(gòu)，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(duì)稱軸的陣列式分布或其他以振膜(3)的中心點(diǎn)為對(duì)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(gè)整體；所述壓電陶瓷片(2)的分布式 排列方式，可以使壓電揚(yáng)聲器的聲壓級(jí)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷片呈分布式排列的壓電平板揚(yáng)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(zhǎng)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(diǎn)為對(duì)稱中心呈環(huán)形陣列式分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷片呈分布式排列的壓電平板揚(yáng)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(duì)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(duì)稱于所述振膜(3)的中心點(diǎn)放置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷片呈分布式排列的壓電平板揚(yáng)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷片呈分布式排列的壓電平板揚(yáng)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷片呈分布式排列的壓電平板揚(yáng)聲器，其特征在于， 所述振膜(3)采用多塊振膜分布式排列結(jié)構(gòu)，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(duì)應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷片呈分布式排列的壓電平板揚(yáng)聲器，其特征在于， 所述電極(1)粘結(jié)于壓電陶瓷片(2)的表面或嵌入壓電陶瓷片(2)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷片呈分布式排列的壓電平板揚(yáng)聲器，其特征在于， 所述振膜(3)的單一側(cè)面粘結(jié)呈分布式排列的壓電陶瓷片(2)，或在所述振膜(3)的雙個(gè)側(cè) 面均粘結(jié)呈分布式排列的壓電陶瓷片(2)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陶瓷片呈分布式排列的壓電平板揚(yáng)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(nèi)的金屬材料。
全文摘要
本發(fā)明屬于揚(yáng)聲器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種新壓電陶瓷片結(jié)構(gòu)的薄型壓電揚(yáng)聲器。其結(jié)構(gòu)包括振膜，粘結(jié)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(dǎo)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(jié)構(gòu)，降低了壓電陶瓷片的制造工藝難度，同時(shí)調(diào)整了本發(fā)明壓電揚(yáng)聲器的中頻段特性，使聲壓級(jí)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(yáng)聲器的聲壓級(jí)頻響曲線平整度得到極大改善，在參數(shù)合適的情況下能消除中頻段聲壓級(jí)頻響曲線的峰和谷，使壓電揚(yáng)聲器音質(zhì)更佳。
文檔編號(hào)H04R17/00GK102111702SQ20091024379
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2009年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者袁世明 申請(qǐng)人:精拓麗音科技(北京)有限公司