專利名稱：平板式驅動器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種彎曲波面板揚聲器，及驅動此一揚聲器的一種方法。
背景技術：
本申請人“New Transducers Ltd”的WO 97/09842揭示彎曲波揚聲器，如圖1所示揚聲器。一般言之，彎曲波揚聲器包括一面板1，具有在一或多個分立地點或小區(qū)域的耦合于面板1的至少一激勵器3。激勵器的位置選擇成驅動分布諧振彎曲波模式而使面板發(fā)聲。
具有分立激勵器的現(xiàn)有技術裝置具有在某些用途難以決定激勵器的較佳位置的困難，例如WO 97 09842所教導。例如，揚聲器可能需安裝于原有設備中，如果有另一部分介入其中，所需轉換器位置可能找不到。另外，在使用一透明面板的轉換器揚聲器中，可能難以放置一激勵器于無大侵擾的較佳位置，這是因為極難使傳統(tǒng)激勵器透明。
因此，希望事實上不需要在較佳位置安裝激勵器，而能獲得優(yōu)選激勵器位置的效果。
同樣為本申請人但優(yōu)先日期在本申請后的WO 00/02417揭示利用透明板及耦合于面板的一激勵器的布置。建議激勵器可包括于面板上的一壓電或駐極體(electret)，但未討論此一裝置的具體實例。
說明一種透明扁平揚聲器的另一申請案為Hitachi Ltd的GB 2052919。此申請案說明具有在一面上的一壓電層的透明壓電揚聲器。如GB 2052919所說明，此一裝置的問題為揚聲器僅在一狹小頻率帶操作。雖然在GB2052919中，通過選擇揚聲器面板的橢圓形而獲得一定改善，但效果仍不明顯。前述最佳效果具有1KHz至的3KHz以外的小聲音輸出，一極狹小帶。
GB 2052919揭示基體上僅一模式被激勵，不似其中以不同頻率工作的多個模式被激勵的WO 97/09842的裝置。然而，利用諧振彎曲波模式的一頻率范圍的良好聲音輸出使激勵器激勵分散于頻率中的數個諧振模式。
因此，這種揚聲器除用于最基本應用外的實用外，需改善其性能。

發(fā)明內容
根據本發(fā)明的第一方面，提供包括能支持彎曲波且具有相對面的彎曲波揚聲器，一轉換器延伸至面板的一面的大部分并耦合于面板表面，及至少一約束器，其耦合于面板的至少一個分立的小區(qū)域，約束面板運動，故運動轉換器材料，而激勵面板的多個諧振彎曲波模式。
不放置轉換器于一預定位置，轉換器布置于面板區(qū)的一充分大部分上，及在一或多個約束位置約束面板。面板表面的大部分可為至少60％，優(yōu)選75％或甚至大于面板面積90％。部分愈大，轉換器愈大及因而輸出功愈大。當轉換器材料僅提供一單位輸入的小動作時，此點特別實用，正如壓電材料常發(fā)生的那樣。
所述大部分優(yōu)選基本上為面板的全部表面，及小區(qū)域可遠較面板面積為小。
每一小區(qū)域可不大于面板面積的10％，優(yōu)選不大于1％。此外，每一小區(qū)域可具有不大于面板寬度20％的直線尺寸，優(yōu)選不大于10％及進一步優(yōu)選不大于4％。過大約束器可導致極難彎曲，而極難驅動一面板。
面板可為特別適于支持在預定操作頻率范圍中的諧振彎曲波的材料。
如前文所述，申請人相信GB 2052919中產生不良效果的問題為壓電激勵器未激勵一良好諧振彎曲波模式分布。
根據本發(fā)明的揚聲器，提供一局部化約束器，通過延伸在面板表面上的一轉換器，容許合理或良好的多個諧振彎曲波模式的激勵。
轉換器可包括延伸于面板的一面的大部分上的轉換器材料片，其耦合于面板表面。
一轉換器可加于面板的相對面，此一方式稱為“耦聯(lián)”構型。進一步，轉換器可包括延伸于面板相對面的大部分至第一轉換器的一片轉換器材料。
耦聯(lián)構型提供多項另外優(yōu)點。首先，板被夾置于二轉換器片之間，這些片能配置成頂部片收縮及底部片膨脹以提供板一真實彎曲應力，而非加于僅一片轉換器材料的裝置所發(fā)生的線性應力(稱為單變體)。
此外，面板及轉換器片本身構成一單位的整體單位，實現(xiàn)諧波彎曲波模式的良好分布。
約束器可為固定于面板的一質量，例如埋置于面板內的一個面。
約束器亦可為一剛性耦合件，在面板的一小區(qū)域耦合于面板，以基本阻礙小區(qū)域的運動。
約束器位置可選擇成使所約束面板的諧振彎曲波模式，尤其在操作頻率范圍下端的部分間隔開以獲得一所需聲音效果。事實上，約束器的位置及參數可選擇成使聲音輸出最優(yōu)化。
約束器的位置可通過數學或數字方法決定，或甚至通過系統(tǒng)實驗得到。
約束器可置于安裝一傳統(tǒng)式小激勵器于一自由面板的適宜位置。不是在一分立位置驅動一自由面板，而是該面板經其表面的一大部分被驅動，而在對于一局部轉換器的適于驅動位置“釘住”(pinned)。因此，根據本發(fā)明的揚聲器具有一局部化約束器，與一傳統(tǒng)式分立模式揚聲器相反。
某些具體實例中，約束器可位于離開邊緣處，亦即離開面板邊緣寬度至少約20％，寬度是指依與面板長度成直交的方向通過面板的寬度。各約束器可位于不對稱位置。如果面板為具有一或多個對稱軸線的對稱形式時，約束器可離開一或所有對稱軸線，例如離開距離為面板寬度的至少3％，優(yōu)選至少5％。
此一約束器位置并非總可能。因此，各約束器可位于面板邊緣，或至少位于不超過自邊緣到面板的20％的距離處。這在面板的中心區(qū)為透明時特別重要。
該或每一轉換器材料片可夾置于一對電極之間而制成一轉換器膜片。電極可位于一轉換器膜片的任一側，電極可為透明的。一種適宜透明電極材料為氧化銦錫(indium tin oxide)。
一轉換器膜片可粘附覆蓋面板的一或兩面。該對電極中的一電極可覆蓋面板的一面的大部分，及機械式耦合轉換器材料于面板。
轉換器材料在施加電時可形狀改變。因此，材料可為壓電材料，例如鋯酸鈦酸鉛鑭(lead lanthanum zircouite titanate)(PLZT)或聚偏二氟乙烯(PVDF)。
某些具體實例中，面板及壓電材料可透明。此一情況在與透明面板合用時特別適用。
面板可懸吊或以其他方法支持，使得支持件盡可能小地影響諧振模式。
另一種方式，面板可被各約束器支持，或面板可如傳統(tǒng)式支持在彎曲波面板的一框架上。后一情況中，各約束器可具有在預定位置限制面板運動的功能。
另一方面，制造具有相對面的一彎曲波揚聲器的一方法中，包括決定一面板的形狀，尺寸，及特性；選擇加于面板的一面的一選定大面積上的一片轉換器材料的特性；選擇至少一小區(qū)域的位置及至少加于面板的至少一小區(qū)域的一約束器的參數，以使面板提供實用聲音作用；及施加所選擇轉換器材料于面板的一面的大部分，利用所選約束器參數施加所選面板約束器于所選小區(qū)域，從而由面板制造一揚聲器。


為進一步明了本發(fā)明，本發(fā)明的具體實施例將參照附圖加以說明。
圖1顯示一傳統(tǒng)式彎曲波面板揚聲器。
圖2顯示根據本發(fā)明的一揚聲器頂視圖。
圖3顯示根據本發(fā)明的一具體實例的一揚聲器的側面圖。
圖4顯示根據本發(fā)明的另一具體實例的一揚聲器的頂視圖。
圖5顯示制造根據本發(fā)明的揚聲器的一方法的一流程圖。
圖6顯示本發(fā)明的另一種具體實例的一面板的側面圖。
圖7顯示根據圖6的具體實例的揚聲器的聲音輸出。
圖8顯示根據圖6的具體實例的揚聲器的終端阻抗。
具體實施例方式
如圖2所示，根據本發(fā)明的揚聲器包括一面板1，具有相對的頂部23及底部25。面板無須平坦，但可制成具有特殊用途所需的形式。
一轉換器層3提供于面板的一面的相當大部分上。信號連接器9提供揚聲器輸入，一般為一電信號形式。
可為一箝住器或一質量的至少一約束器施加于所示C1-C6位置之一。為使面板受到質量負荷，一質量固定或耦合于面板；為將面板箝定，面板局部耦合于一剛性支架。
現(xiàn)將簡單討論約束器的位置選擇。根據本發(fā)明的方法某種意義上是以分散模式的一傳統(tǒng)方法的相反方式實現(xiàn)，傳統(tǒng)方式如WO 97/09842所述。不在一選定點驅動面板，而是在面板表面的一大部分驅動面板，及在一或多個分立位置“釘住”。
約束器位置的一良好開始點為WO 97/09842中的較佳驅動位置。因此，適宜約束器位置一般與多數較低頻率節(jié)點線間隔分開，及這些間隔在正常狀況下自對稱軸及邊緣分開。
約束器處于自面板邊緣到面板寬度至少10％的距離的例如C1及C4位置可為適宜。所選擇位置亦可位于與長方形邊緣平行及通過面板中點的面板寬度的至少5％。
如果一約束器位置在面板內部不可行時，可使用約束器位置如C2、C3、C5或C6。
設計一面板時，可使用如圖5的圖解的下述方法。
首先，決定一面板的形狀，尺寸及參數(步驟51)；這些步驟為應用配置揚聲器的領域等其他因素所決定。
然后，進行選擇轉換器材料(步驟53)。然后選擇其上施加轉換器材料的面積，面積盡可能大而增大聲音輸出。
現(xiàn)有面板不易產生可接受的聲音效果。為解決此一問題，至少一小區(qū)域的位置及至少一加于面板的約束器的參數加以選擇(步驟55)。此步驟可通過計算實施，例如有限元素分析或系統(tǒng)實驗。
約束器參數及位置可加以選擇，以產生可使用的均勻聲音輸出。一優(yōu)化實用例圖示于New Transducers的WO 99/41939中并包含于本說明供參考。
其中面板需透明的實施例提供一約束器或箝住器于面板內部可能不適用，因約束器箝位器可能干擾作為整體的揚聲器的透明性。此等情況下，宜將面板箝位于環(huán)繞面板邊緣的一或多個分立的位置。適宜位置為揭示于NewTransducers Ltd的WO 99/37121中的適宜邊緣驅動位置，及揭示于NewTransducers Ltd的WO 99/52324中適宜箝位器位置。二文件均包含于本文中供參考。環(huán)繞沿一邊緣長度的距離0.38至0.50的位置可特別適宜。
箝位器特別適于提供在或接近邊緣的約束器位置的約束器。愈接近面板中心時，可較便利通過添加質量而提供約束器。然而，此等選擇可加以變化而適于任何特定設計。
當已選定適宜約束器位置及型式后，制成具有加于一面的大部分上的所選轉換器材料的一面板的揚聲器。所選各約束器利用所選約束器參數在各選定小區(qū)域加于面板。
例如，本發(fā)明的一具體實例將參照圖3加以說明。具有相對頂部及底部表面(19，21)的面板1具有加于面板1的頂部面19的中心區(qū)的鋯酸鈦酸鉛鑭(PLZT)的壓電轉換器層3。壓電層3夾置于頂部與底部電極5、7之間并與電輸入線9連接。底部電極5覆蓋面板的中心區(qū)，占面板面積的大部分并耦合轉換器層3于面板1。
面板安裝于連接于面板的底部面21的外部的一軟彈性耦合件17上的一框架13中。
為在位置C4(圖2)裝載質量于面板上，質量11在該位置固定于面板。為在位置C6(圖2)裝設箝定物，面板在該位置被剛性耦合件15剛性耦合于框架13，在其他處使用彈性架17。
現(xiàn)參照圖4說明一轉換器的另一種具體實例。一輕重量多媒體(multimedia)揚聲器具有重量10g及寬高比即長度與寬度比1.3∶1比例的長方形的面板1。10g重約束器質量11在面板距一端的長度位置的4/9及面板距邊緣的寬度的3/7的位置固定于面板的后面，亦即與軸線23成間隔?；旧厦姘宓娜壳懊姹蝗缜笆鲆粔弘姌O夾心結構3、5、7覆蓋。電極夾心結構與面板邊緣橫向間隔。面板支持于一泡沫支架15上。
現(xiàn)說明另一較佳具體實例，參照圖6至8。此具體實例中，提供有二壓電層，分別位于面板2每一面上。因此面板為一耦聯(lián)。
長方形面板1為150mm長及135mm寬的酒石酸鈉鹽(Rohacell)制成1mm厚。二商業(yè)用具有制造商提供的電極的聚偏二氟乙烯(polyvinylidenefluoride)(PVDF)薄膜片連接于面板，分別位于面板兩面，故面板被夾置。所用薄膜是Pennwalt corporation，of Norristown，PA，USA制造，及以“KynarPiezo Film sample type SO28K”出售。薄膜包括被銀電極夾置的一聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride)片。每片PVDF覆蓋四方形電極1的面積的約90％，不覆蓋邊緣。所用膠粘劑為熱塑性聚氨酯膠粘劑“Puro H-25g”。
所用薄膜略為各向異性，當一電壓施加時，在一方向亦即運動方向彎曲大于與運動方向成直交的方向的彎曲。頂部及底部薄膜均與面板長邊緣平行的運動方向對齊。
用作約束器的1.2g質量11在面板長度方向距板一端的3/7及距面板一邊緣的寬度的4/9位置加于面板。為比較起見，面板質量為7g。質量尺寸小，因此僅覆蓋面板面積1％的小面積。
利用量計或各部件的已知特性，得到各種面板特性的下列估計。面板彎曲剛度及壓電層估計為0.9Nm，每單位面積1.78kg/m2，及機械阻抗10.12Ns/m。相合頻率，亦即聲音在空氣中與在面板中的速度匹配時的頻率，估計為26.7KHz?；绢l率為約120Hz。
上薄膜61及下薄膜63的電極5，7平行電連接。
進行一項實驗測得聲音壓力水平薄膜為揚聲器在所連接平行電極20V輸入和0.5m時所產生的頻率的函數。效果示于圖7。揚聲器產生一實用和均勻的一寬頻率范圍的頻率響應。應注意試驗中不使用轉換器而使所獲聲音輸出指示良好效率。
如前文所述，所用薄膜各向異性表示面板的某些低頻率共振模式不受強烈激勵。此舉產生圖7中所見低于約1.5KHz的功率降落。如果此點為一問題，薄膜對可安裝于面板的每一面，每對薄膜具有成正交活性方向。如此，能使用四個薄膜。
圖8顯示二壓電薄膜的電阻抗。如圖中所示，阻抗在較低頻率較高，此點是壓電轉換器的特性。
本發(fā)明不限于上述各具體實例，及在不脫離本發(fā)明的原則下可進行各種變化。例如，任何響應電信號的轉換器材料的任何適宜轉換器材料均可使用，包括前述PLZT或聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride)(PVDF)。事實上，轉換器可為一微引動器陣列，覆蓋面板表面的一大部分。
電極可為任何適宜導電材料制成，例如銀，導電性聚合物，銅或類似物。電極可為轉換器電極，例如由氧化銦錫(ITO)制成。
位置的精細調諧及約束器型式均可能，可通過計算正確位置或系統(tǒng)分析結果而得出。
一物質可通過各種固定裝置固定于面板，例如膠粘劑、膠粘劑帶、一螺釘或螺母，或如已知的替代性固定物。
一質量可在面板內埋置，例如一心體及表皮結構物的心體中。一質量亦可固定于一或二面，或接近中心或在周邊。
“箝位器”一詞并非限制于一傳統(tǒng)式箝位器，固定面板的一局部區(qū)的任何固定裝置均可使用。例如，其包括一剛性耦合元件可將面板上一點或面板夾置于箝位器元件之間的一部分剛性連接于一剛性框架。框架本身可制成將面板一部分箝位的形狀。本領域技術人員可使用將面板箝位的其他方法，亦即基本上防止面板的一區(qū)域的運動。
能支持彎曲波的面板材料9及其尺寸與形狀亦可視需要而變化。
權利要求
1.一種彎曲波揚聲器，包括一面板，能支持彎曲波及具有相對面；一轉換器，延伸于一面板的一較大部分上并耦合于其上；至少一約束器，耦合于面板的至少一分立的小區(qū)域而限制面板的運動，故轉換器材料的運動能激勵面板的多個諧振彎曲模式。
2.如權利要求1所述的彎曲波揚聲器，其中轉換器包括延伸并耦合于面板面的大部分的一片轉換器材料。
3.如權利要求2的彎曲波揚聲器，其中該片轉換器材料夾置于一對電極之間。
4.如權利要求3的彎曲波揚聲器，其中該對電極的一電極覆蓋面板的一面的大部分，及將轉換器材料機械式耦合于面板。
5.如權利要求2-4任一項所述的彎曲波揚聲器，其中轉換器材料為一壓電材料。
6.如權利要求5的彎曲波揚聲器，其中壓電材料為透明的。
7.如前述任一權利要求所述的彎曲波揚聲器，其中至少一約束器為一質量。
8.如前述任一權利要求所述的彎曲波揚聲器，其中至少一約束器為耦合于面板的一小區(qū)域的一剛性耦合件，以基本上阻礙面板的該小區(qū)域的運動。
9.如前述任一權利要求所述的彎曲波揚聲器，其中面板區(qū)域的大部分為至少75％。
10.如前述任一權利要求所述的彎曲波揚聲器，其中每一小區(qū)域直線尺寸不大于面板寬度的20％。
11.如前述任一權利要求所述的彎曲波揚聲器，其中每一小區(qū)域的面積不大于面板面積的1％。
12.如前述任一權利要求所述的彎曲波揚聲器，其中安裝相對的轉換器于面板面積的所述大部分上，分別位于面板的相反面。
13.如權利要求12的彎曲波揚聲器，其中轉換器包括夾置于一對導電電極之間的一片轉換器材料。
14.如前述任一權利要求所述的彎曲波揚聲器，其中該至少一約束器位于距面板邊緣至少達面板寬度的20％的位置。
15.如前述任一權利要求所述4的彎曲波揚聲器，其中面板具有至少一對稱軸線，該至少一約束器與此對稱軸線間隔距離為面板寬度的至少4％。
16.如前述任一權利要求所述的彎曲波揚聲器，其中面板被約束器支持。
17.如前述任一權利要求所述的彎曲波揚聲器，其中受至少一約束器約束的面板的諧振彎曲波模式在其頻率中大致均勻分布。
18.一種制造具有包括相對面的面板的一彎曲波揚聲器的方法，包括決定一面板的形狀，尺寸及特性；選擇加于面板一面的選定大部分上的一片轉換器材料；選擇至少一小區(qū)域的位置，及加于面板的所述至少一小區(qū)域的至少一約束器的參數，故面板提供有效聲音作用；及施加所選轉換器材料于面板一面的該大部分上，用所選約束器參數在所選小區(qū)域建立所選面板約束器，用這樣獲得的面板制造揚聲器。
19.如權利要求18的方法，其中包括選擇該至少一個約束器的位置和參數，以便彎曲波揚聲器在一預定操作頻率范圍內聲音輸出大致均勻。
20.如權利要求18或19的方法，其中包括選擇該至少一約束器的位置及參數，面板在一預定操作頻率范圍的諧振彎曲波模式的傳播大致均勻。
全文摘要
支持彎曲波的面板1及覆蓋一大部分面板表面的一轉換器3制成一揚聲器。至少一約束器,例如一箝位器或一質量,固定于面板。每一約束器減少面板的一小面積的可動性。轉換器的激勵作用激勵面板中彎曲波。各約束器阻礙簡單行動,及激勵產生多個彎曲波。各約束器能約束面板被激勵而產生良好分布的諧波彎曲波模式。
文檔編號H04R7/04GK1358400SQ0080916
公開日2002年7月10日 申請日期2000年7月6日 優(yōu)先權日1999年7月8日
發(fā)明者格雷厄姆·班克 申請人:新型轉換器有限公司