復(fù)合壓電振動板及具有復(fù)合壓電振動板的壓電喇叭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種復(fù)合壓電振動板及具有復(fù)合壓電振動板的壓電喇叭，其使用粘結(jié)劑粘結(jié)纖維、輕質(zhì)發(fā)泡材料以及感壓膠材料形成高分子膜，將壓電致動器貼附高分子膜表面或內(nèi)埋其中，形成復(fù)合壓電振動板。利用低剛性與低比重的高分子膜來改變振動板的機械性能，以調(diào)整振動板的頻率特性，得到寬頻化與低音域改善的效果。以此復(fù)合壓電振動板經(jīng)軟性支撐結(jié)構(gòu)定位于框架上制成的壓電喇叭具有低音域特性強化與寬音域的特性。
【專利說明】復(fù)合壓電振動板及具有復(fù)合壓電振動板的壓電喇ΡΛ
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明關(guān)于壓電振動發(fā)音技術(shù)。更詳而言之，本發(fā)明提出一種使用含有纖維、輕質(zhì)發(fā)泡材料以及感壓膠材料的高分子膜，粘結(jié)高分子膜與壓電致動器所形成的復(fù)合壓電振動板。本發(fā)明并提出使用此復(fù)合壓電振動板結(jié)構(gòu)與軟性支撐制成的壓電喇叭，其具有低音域特性強化與寬音域的特性。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電薄片具有機械能與電能轉(zhuǎn)換的特性，將其與金屬薄片貼合形成的結(jié)構(gòu)體，在電壓驅(qū)動下可產(chǎn)生彎曲振動而發(fā)出聲音。由于具有特定的結(jié)構(gòu)形狀，因此會產(chǎn)生機械共振現(xiàn)象，使發(fā)出的聲音存在一極大值，導(dǎo)致聲音的頻率特性不佳，造成失真的現(xiàn)象。一般而言，為避免共振現(xiàn)象的產(chǎn)生，會使用能夠吸收共振能量的制振片來抑制共振現(xiàn)象，進(jìn)而得到相對平坦的聲音頻率特性。藉由調(diào)整制振結(jié)構(gòu)與壓電振動結(jié)構(gòu)間的組合，可以制作出不同頻率特性的壓電發(fā)聲元件。如何搭配以獲得最大的聲音輸出(或機電轉(zhuǎn)換效率)與平坦的聲音頻率響應(yīng)，為良好壓電發(fā)聲元件設(shè)計制作的重點。
[0003]壓電振動結(jié)構(gòu)利用壓電材料的機械能與電能轉(zhuǎn)換特性，使壓電薄片在交流電壓驅(qū)動下產(chǎn)生形變，利用壓電薄片的形變來驅(qū)動與其緊密連結(jié)為一體的金屬薄片，即可產(chǎn)生聲音的輸出。壓電的形變通過高剛性的金屬薄片傳送，驅(qū)動空氣產(chǎn)生聲音，因此壓電振動片的結(jié)構(gòu)愈硬(或剛性愈高)，其機電轉(zhuǎn)換效率愈高。為避免因結(jié)構(gòu)體共振產(chǎn)生頻率響應(yīng)不佳的缺點，可以使用機械品質(zhì)因數(shù)較低的結(jié)構(gòu)或材料，一般為具有制振效果的低剛性材料與結(jié)構(gòu)，此項特性與壓電振動片相反。因此以不同的結(jié)構(gòu)或材料來搭配，以兼具高壓電振動與制振效果，為壓電發(fā)音元件既有專利的方向。
[0004]發(fā)泡材料具有制振的效果，可應(yīng)用于壓電振動板中以獲得穩(wěn)定的音壓，如日本專利 JP4082400、JP3175744、JP 2128599、JP 4157900、JP 4140999 等案即使用發(fā)泡板包覆壓電振動板，而日本專利JP 63016799則使用發(fā)泡板作為壓電振動板的固定緩沖，雖然可獲得較穩(wěn)定的音壓，但音壓值會受發(fā)泡材料制振作用的影響而降低。使用粘滯性流體，提供壓電振動板工作時的制振，如日本專利JP3293898，仍存在音壓值大幅降低問題。使用低剛性的有機材料為常用的制振結(jié)構(gòu)成份，為避免剛性不足導(dǎo)致壓電薄片工作時形變量的損失，以致機電轉(zhuǎn)換效率降低的問題，常使用剛性高的金屬薄片中間夾層有機材料的方式來制作壓電振動片，如日本專利JP9135496、JP3143198、JP2214300與JP2006287968及美國專利US5805726等案即屬此類技術(shù)。
[0005]固定壓電振動片于支撐結(jié)構(gòu)或框架上，亦可使用剛性較低的材料或結(jié)構(gòu)來降低壓電振動片的共振現(xiàn)象，如日本專利JP2005064831、JPl 1331976、JP9271096、JP60165200等案，使用具制振效果的高分子膜或發(fā)泡材來連結(jié)壓電振動片與支撐架，使整個結(jié)構(gòu)體有比較好的音頻響應(yīng)。使用具有感壓膠材料的雙面膠帶作為支撐固定，如日本專利JP6343199、KR20070109980與JP 60242799及美國專利US6205226等案，將雙面膠帶直接粘結(jié)壓電振動板于框架上，制作簡單外，更可利用感壓膠材料的特性，調(diào)整框架對壓電振動板產(chǎn)生的拉應(yīng)力，減少音頻失真問題。利用與壓電薄片不同形狀的金屬薄片為壓電振動片結(jié)構(gòu)，可在不降低機電轉(zhuǎn)換效率情況下得到較寬的音頻響應(yīng)，再搭配緩沖型的制振支撐結(jié)構(gòu)，可以得到更佳的音頻響應(yīng)，如 US6865785、JP2001285994、JP2001016692、EP0999723、US6453050、US6064746、US 5825902 等專利。
[0006]前案技術(shù)均是將壓電振動片與制振結(jié)構(gòu)在材質(zhì)與形狀進(jìn)行不同的設(shè)計，再通過粘結(jié)方式將兩種結(jié)構(gòu)連結(jié)成單一的壓電發(fā)聲元件。但此種多重粘結(jié)設(shè)計使得結(jié)構(gòu)體的制作復(fù)雜化，因此不利于量產(chǎn)。
[0007]壓電振動片受限于高剛性，使其低頻響應(yīng)變差，為改善低頻響應(yīng)常需減少壓電振動片厚度或加大面積，如此會導(dǎo)致壓電振動片的機械強度降低，使壓電振動片在加工過程中受到折損。以金屬薄片中間夾入有機制振層，由于使用兩層金屬薄片且采用粘結(jié)金屬薄片與制振片方式，使整體壓電振動片的厚度無法降低，對低頻特性的改善相當(dāng)有限。是以如何制造出結(jié)構(gòu)夠薄且機械強度夠高的壓電振動片，實為兼顧低音域特性改善的寬頻域壓電發(fā)聲元件設(shè)計的重要基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于上述習(xí)知技術(shù)的不足，本發(fā)明的主要目的在提供一種復(fù)合壓電振動板，其利用低剛性與低比重的高分子膜來改變振動板的機械性能，以調(diào)整振動板的頻率特性，得到寬頻化與低音域改善的效果。
[0009]本發(fā)明的另一目的在提供一種具有復(fù)合壓電振動板的壓電喇叭，其將具有低音域特性強化與寬音域的特性。
[0010]本發(fā)明的復(fù)合壓電振動板，其包含:一高分子膜，其由發(fā)泡材料、纖維、感壓膠材料及粘結(jié)劑所組成；以及一壓電致動器，其由一金屬薄片及貼合于該金屬薄片單面或兩面的壓電陶瓷薄片所構(gòu)成。
[0011]其中，該壓電致動器可包埋于該高分子膜中或貼附于該高分子膜表面。
[0012]其中，該高分子膜的比重可為0.5至1.5。
[0013]其中，該感壓膠材料可為軟化溫度20°C至50°C的高分子材料。
[0014]本發(fā)明的具有復(fù)合壓電振動板的壓電喇機，其包含:一復(fù)合壓電振動板，包括:一高分子膜，其由發(fā)泡材料、纖維、感壓膠材料及粘結(jié)劑所組成；以及一壓電致動器，其由一金屬薄片及貼合于該金屬薄片單面或兩面的壓電陶瓷薄片所構(gòu)成；以及一框架，用以固定該復(fù)合壓電振動板。
[0015]其中，該框架上設(shè)有一軟性支撐結(jié)構(gòu)，用以將該復(fù)合壓電振動板定位于該框架。該軟性支撐結(jié)構(gòu)的材質(zhì)可為硅膠或硅橡膠。
[0016]其中，該壓電致動器可包埋于該高分子膜中或貼附于該高分子膜表面。
[0017]其中，該高分子膜的比重可為0.5至1.5。
[0018]其中，該感壓膠材料可為軟化溫度20°C至50°C的高分子材料。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一種實施例，一種復(fù)合壓電振動板包含:一高分子膜，其由發(fā)泡材料、纖維、感壓膠材料及粘結(jié)劑所組成；以及一壓電致動器，其由一金屬薄片及貼合于該金屬薄片單面或兩面的壓電陶瓷薄片所構(gòu)成。其中該壓電致動器包埋于該高分子膜中或貼附于該高分子膜表面。[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一種實施例,一種具有復(fù)合壓電振動板的壓電喇機,包括一復(fù)合壓電振動板，該復(fù)合壓電振動板包括:一高分子膜，其由發(fā)泡材料、纖維、感壓膠材料及粘結(jié)劑所組成；以及一壓電致動器，其由一金屬薄片及貼合于該金屬薄片單面或兩面的壓電陶瓷薄片所構(gòu)成；以及一框架，用以固定該復(fù)合壓電振動板。其中該框架上設(shè)有一軟性支撐結(jié)構(gòu)，用以將該復(fù)合壓電振動板定位于該框架。
[0021]本發(fā)明的有益效果在于，使用發(fā)泡材料制作輕質(zhì)量的高分子膜，制作的振膜具有降低起振頻率的功效，改善低音域音頻響應(yīng)，有利于寬音域喇叭的應(yīng)用。為改善高分子膜的機械強度，避免音壓過大造成破裂，使用纖維強化方式，改善高分子膜的機械強度。再利用對高音壓具有高衰減率的感壓膠材料，使高分子膜具有抑制音壓過大所產(chǎn)生的音壓起伏過大的問題。以含有發(fā)泡材料、纖維、感壓膠材料與粘結(jié)劑制成的高分子膜，設(shè)計壓電致動器內(nèi)埋或表面貼附方式，形成復(fù)合壓電振動膜，將復(fù)合壓電振動膜以軟性支撐固定于框架上，成為寬音域的平面喇叭，具有結(jié)構(gòu)簡單且音頻特性良好的效果，成為新的實用性寬音域平面喇叭。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1:為根據(jù)本發(fā)明一實施例的復(fù)合壓電振動板結(jié)構(gòu)示意圖，其中壓電致動器包埋于高分子膜中。
[0023]圖2:為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的復(fù)合壓電振動板結(jié)構(gòu)示意圖，其中壓電致動器貼附于高分子膜上。
[0024]圖3:為復(fù)合壓電振動板結(jié)構(gòu)制作的壓電喇叭示意圖。
[0025]圖4:為壓電喇叭的音頻響應(yīng)特性。
[0026]圖5:為添加感壓膠材料的復(fù)合壓電振動板結(jié)構(gòu)所制作壓電喇叭的音頻響應(yīng)。
[0027]圖6:為添加感壓膠材料對壓電喇叭音頻響應(yīng)的影響。
[0028]圖7:為感壓膠材料含量對壓電喇叭音頻響應(yīng)的影響。
[0029]圖8:為高分子膜比重對壓電喇叭起振頻率的影響。
【具體實施方式】
[0030]為便于說明本發(fā)明于上述
【發(fā)明內(nèi)容】
一欄中所表示的中心思想，茲以具體實施例表達(dá)。實施例中各種不同物件是按適于說明的比例、尺寸、變形量或位移量而描繪，而非按實際元件的比例予以繪制，合先敘明。且以下的說明中，類似的元件是以相同的編號來表示。
[0031]振膜的音頻特性與振膜的質(zhì)量相關(guān)，降低振膜的質(zhì)量有助于低音域的聲音產(chǎn)生，產(chǎn)生的音壓也比較高。輕量化的材料以發(fā)泡為代表，經(jīng)由空孔的導(dǎo)入，降低材料的比重。發(fā)泡材料的機械強度較弱，對高音壓的使用條件下，會有破裂的問題。纖維強化高分子膜為提高機械強度的有效方法，在足夠的機械強度下加入發(fā)泡材料，形成兼具質(zhì)輕與機械強度的高分子膜，為本發(fā)明實現(xiàn)寬音域喇叭振膜的原理。
[0032]請參見圖1，此為根據(jù)本發(fā)明一種實施例含有壓電致動器的復(fù)合壓電振動板100剖視圖。本發(fā)明的復(fù)合壓電振動板100于由發(fā)泡材料111、纖維113、感壓膠材料115及粘結(jié)劑所組成的的高分子膜110內(nèi)包埋雙模態(tài)壓電致動器120而構(gòu)成。較佳者，該高分子膜110的比重為0.5至1.5，該發(fā)泡材料為比重0.01?0.1的高分子材料，該纖維為長度5?30mm的短纖纖維且該感壓膠材料為軟化溫度20?50°C的高分子材料。壓電致動器120中含有金屬薄片121，在壓電片123的驅(qū)動下產(chǎn)生彎曲振動。高分子膜110為使用粘結(jié)劑將發(fā)泡材料111與纖維113粘結(jié)，以漿料形式將上述的壓電致動器120包埋，經(jīng)干燥后成為復(fù)合壓電振動板100。其中，該粘結(jié)劑可為聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、甲基纖維素(methylcellulose)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(ethylene-vinyl acetate copolymer)或丙烯酸酯(acrylate),且該金屬薄片121的材質(zhì)可為銅、銅合金、鐵鎳合金或不銹鋼。
[0033]在本發(fā)明另一種實施例中，該高分子膜110亦可經(jīng)刮刀或擠出成形制程，制作成膜片后，再將壓電致動器120貼附于高分子膜110表面，構(gòu)如圖2所示的復(fù)合壓電振動板100’。于此實施例中，使用厭氧型樹脂作為粘結(jié)膠130，將壓電致動器120固定在高分子膜110表面。
[0034]而后將上述的復(fù)合壓電振動板100或100’通過一軟性支撐結(jié)構(gòu)200，如硅膠或硅橡膠類的粘結(jié)膠，固定于一框架300上，即形成如圖3所示的平面式壓電喇叭。
[0035]圖4顯示以復(fù)合壓電振動板制成的壓電喇叭其音頻響應(yīng)特性，其中分別繪出了驅(qū)動電壓SPl為5V、10V、15V三種情況。此復(fù)合壓電振動板使用尺寸30φχ0.0Smmt (即直徑30mm，厚度0.05mm)的壓電薄片的雙模態(tài)壓電致動器，且壓電致動器的金屬片為15μπι厚銅片，包埋在高分子膜中而形成尺寸為52x45x0.6mm3的復(fù)合壓電振動板。而后將此復(fù)合壓電振動板固定于框架以形成圖3所示的平面式壓電喇叭。此壓電喇叭的起振頻率低至220Hz，最高音壓達(dá)到112 dB(15V驅(qū)動電壓)，由200 Hz至20 kHz均有高的音壓產(chǎn)生，符合寬音域的特性。
[0036]復(fù)參照圖1及圖2，為減少音頻響應(yīng)中的音壓起伏，本發(fā)明的特征在于該高分子膜110中添加有感壓膠材料115。利用此感壓膠材料115的壓力調(diào)變粘滯性，對高音壓的頻率得到較大的制振作用。較佳者，該感壓膠材料115為軟化溫度20°C?50°C的高分子材料。圖5為添加20wt% (重量百分比)感壓膠材料的壓電喇叭音頻響應(yīng)，其中分別繪出了驅(qū)動電壓SP4為5V、10V、15V三種情況，最大音壓由112dB降至IOOdB左右，音壓起伏由原來的25dB以上降至14dB，明顯改善喇叭的音頻響應(yīng)。
[0037]圖6為比較15V電壓驅(qū)動下，添加感壓膠材料對壓電喇叭音頻響應(yīng)的作用，其中SP1_15V曲線顯示了未添加感壓膠材料時壓電喇叭音頻響應(yīng)特性，而SP4_15V曲線顯示了添加了感壓膠材料后壓電喇叭音頻響應(yīng)特性。由于感壓膠提高了高分子膜的比重，導(dǎo)致起振頻率提高，唯在音壓起伏上，感壓膠添加確實達(dá)到壓制高音壓的效果，使整體音頻響應(yīng)中音壓起伏值大幅減少。圖6的結(jié)果說明，感壓膠材料的添加，使高分子振膜的音頻特性獲得改善，更適用于寬音域的喇叭產(chǎn)品。
[0038]不同感壓膠含量對音頻響應(yīng)的影響如圖7所示，其中使用相同的纖維、發(fā)泡材料與粘結(jié)劑成份的高分子膜，分別添加5至20wt%的感壓膠材料，由于感壓膠的加入，提高粘滯性材料成份，增加制振的效果，導(dǎo)致最大音壓值的降低，音壓起伏大小也隨之降低。添加20wt%感壓膠材料，最大音壓仍可維持90dB以上，音壓起伏則降至14dB。
[0039]由于感壓膠材料的高比重，添加愈多的高分子膜，比重也隨之提高，制作成喇叭后的起振頻率(Fo)也會隨之提高。相同的，改變發(fā)泡材料的含量，也會調(diào)整高分子膜的比重，制成喇叭的起振頻率也會提高，如圖8所示，降低發(fā)泡材料的含量，等效提高了高分子膜的比重，起振頻率也隨之增加，低比重為產(chǎn)生低音域音頻響應(yīng)的重要基礎(chǔ)。圖8中示出了復(fù)合壓電振動板的厚度為0.4mm和0.6mm兩種情況。
[0040]雖本發(fā)明是以若干較佳實施例作說明，但精于此技藝者能在不脫離本發(fā)明精神與范疇下作各種不同形式的改變。以上所舉實施例僅用以說明本發(fā)明而已，非用以限制本發(fā)明的范圍。舉凡不違本發(fā)明精神所從事的種種修改或變化，俱屬本發(fā)明意欲保護(hù)的范疇。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合壓電振動板，其特征在于，其包含: 一高分子膜，其由發(fā)泡材料、纖維、感壓膠材料及粘結(jié)劑所組成；以及 一壓電致動器，其由一金屬薄片及貼合于該金屬薄片單面或兩面的壓電陶瓷薄片所構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合壓電振動板，其特征在于，該壓電致動器包埋于該高分子膜中或貼附于該高分子膜表面。
3.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合壓電振動板，其特征在于，該高分子膜的比重為0.5至1.5。
4.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合壓電振動板，其特征在于，該感壓膠材料為軟化溫度20°C至50°C的高分子材料。
5.一種具有復(fù)合壓電振動板的壓電喇機，其特征在于，其包含: 一復(fù)合壓電振動板，包括: 一高分子膜，其由發(fā)泡材料、纖維、感壓膠材料及粘結(jié)劑所組成；以及 一壓電致動器，其由一金屬薄片及貼合于該金屬薄片單面或兩面的壓電陶 瓷薄片所構(gòu)成；以及 一框架，用以固定該復(fù)合壓電振動板。
6.如權(quán)利要求5所述的具有復(fù)合壓電振動板的壓電喇叭，其特征在于，該框架上設(shè)有一軟性支撐結(jié)構(gòu)，用以將該復(fù)合壓電振動板定位于該框架。
7.如權(quán)利要求6所述的具有復(fù)合壓電振動板的壓電喇叭，其特征在于，該軟性支撐結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為硅膠或硅橡膠。
8.如權(quán)利要求5所述的具有復(fù)合壓電振動板的壓電喇叭，其特征在于，該壓電致動器包埋于該高分子膜中或貼附于該高分子膜表面。
9.如權(quán)利要求5所述的具有復(fù)合壓電振動板的壓電喇叭，其特征在于，該高分子膜的比重為0.5至1.5。
10.如權(quán)利要求5所述的具有復(fù)合壓電振動板的壓電喇叭，其特征在于，該感壓膠材料為軟化溫度20°C至50°C的高分子材料。
【文檔編號】H04R17/00GK103428621SQ201210150849
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月16日
【發(fā)明者】鄭世裕, 賴景正 申請人:德世股份有限公司