專利名稱：一種帶有配重結(jié)構(gòu)及阻尼結(jié)構(gòu)的矩陣式壓電平板揚聲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及壓電揚聲器領(lǐng)域，具體涉及一種帶有配重結(jié)構(gòu)及阻尼結(jié)構(gòu)的矩陣式壓電平板揚聲器。
背景技術(shù)：
目前大多數(shù)壓電揚聲器的振動發(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，推動振膜發(fā)生彎曲變形，從而產(chǎn)生振動，進而推動空氣振 動，產(chǎn)生聲壓，發(fā)出聲音。壓電揚聲器較傳統(tǒng)的動圈式揚聲器具有小、薄、輕、無磁場干擾、功耗低等特點，在 當今器件薄型化、小型化的趨勢下，在平板電視、平板顯示器、超薄型筆記本電腦、便攜式多 媒體播放器等領(lǐng)域具有極其光明的前景與未來。在相比于傳統(tǒng)揚聲器具備很大優(yōu)勢的同時，普通壓電揚聲器也存在一些缺點，這 主要表現(xiàn)在音質(zhì)上較差。研究表明，大多數(shù)音質(zhì)好的揚聲器，其頻率響應(yīng)曲線是平坦的。而 傳統(tǒng)的壓電揚聲器的第一階諧振頻率(頻率響應(yīng)曲線的一個峰對應(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)格的壓電揚聲器的第一階諧振頻率一 般在1. 2kHz 1. 4kHz之間，23 X 27規(guī)格的壓電揚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、振動板、振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)格的壓電揚聲器在IOkHz附近，23X27規(guī)格的壓電揚聲器在5kHz附近，由于中頻 段聲輻射在空間的相位抵消，直接導(dǎo)致聲壓級降低30db以上。典型的23X27規(guī)格的壓電 揚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)動圈式揚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)對揚聲器性能的影響是多方面的，在將中頻谷推后的同時很難照顧到其它已經(jīng)調(diào)整 好的性能指標，常常要打破已有的設(shè)計，而且單純將中頻谷后推幾千赫茲就很困難。而在當 前頻率上減小乃至消除中頻谷方面，業(yè)界一直沒有簡單通用的方法，成為制約壓電揚聲器 推廣應(yīng)用的一個難題和瓶頸。由于人耳對中頻段的聲音比較敏感，減小壓電揚聲器的中頻 谷失真成為器件設(shè)計的極為關(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)重點保護 的專利內(nèi)容。具體到本實用新型涉及的矩陣式壓電平板揚聲器。由于引入了多片壓電陶瓷矩陣 式排列的結(jié)構(gòu)，在保證厚度不變的情況下，這種揚聲器的規(guī)格從傳統(tǒng)微型壓電平板揚聲器 的約23X27擴大到約46X46，進而使諧振頻率從IkHz降低到約300Hz并大大提高了聲輸 出，同時壓電陶瓷片的間距等參數(shù)可以在一定程度上調(diào)整頻響曲線的平整度。然而，經(jīng)過優(yōu) 化后的這種揚聲器在6kHz附近的中頻谷問題仍然很嚴重，而且在IkHz附近也有明顯的聲輸出衰減，這使靠提高揚聲器規(guī)格換來了低頻特性的提高大打折扣。一般認為中頻谷產(chǎn)生的原因是在揚聲器的振膜在中頻某些頻段上產(chǎn)生特殊的振 動模式，振膜不同部分的振動在遠場軸線上測試點處產(chǎn)生相位相反的振動，因而引起聲波 干涉而相互抵消，從而出現(xiàn)聲輻射的谷點。通過改善振膜在中頻帶的模式可以減小乃至消 除中頻谷。振動模式往往跟振膜的質(zhì)量和剛度分布密切相關(guān)，在壓電陶瓷片或振膜的特定 位置加入小型配重結(jié)構(gòu)不僅簡單易行，而且能達到改善壓電振動體振動模式，耦合壓電揚 聲器峰和谷對應(yīng)的模式，減小乃至消除中頻帶的峰和谷的目的。另外，在特定位置加入小型 阻尼結(jié)構(gòu)，引入阻尼力，直接調(diào)整壓電振動體的振動模式，可起到與配重結(jié)構(gòu)類似的效果。具體到本實用新型涉及的矩陣式壓電平板揚聲器。在揚聲器四片壓電陶瓷的四個 外側(cè)邊角處引入配重結(jié)構(gòu)，可以減小乃至消除矩陣式壓電平板揚聲器在6kHz附近的中頻 谷，而對其它頻段的聲輸出幾乎沒有影響(參照附圖2)。在揚聲器振動板(或振動板中間 位置的柔性電路板)的中央引入配重結(jié)構(gòu)，可以使這種揚聲器在IkHz附近的聲輻射谷前移 并與初次諧振峰相耦合。在一個較優(yōu)方案(參照附圖3)中，這種結(jié)構(gòu)可以使低頻特性的顯 著提高，而初次諧振頻率僅有少許提高(約250Hz)。另外，通過阻尼結(jié)構(gòu)在矩陣式分布的各 個壓電陶瓷片中心施加阻尼力也可以達到以初次諧振頻率有少許提高為代價優(yōu)化低頻特 性。上述配重結(jié)構(gòu)和阻尼結(jié)構(gòu)在一定程度上可以互換，達到類似的效果。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是鑒于已有技術(shù)的不足，針對性地提出一種帶有配重結(jié)構(gòu)及阻 尼結(jié)構(gòu)的矩陣式壓電平板揚聲器，可明顯改善傳統(tǒng)壓電揚聲器在特定頻段的失真及聲輸出 衰減，使揚聲器的綜合性能得到極大提高。本實用新型采用的技術(shù)方案為該壓電揚聲器的結(jié)構(gòu)包括振動板，粘結(jié)在振動板 上的呈矩陣式均勻分布排列的多片壓電陶瓷片，振動板又粘結(jié)在剛性較小的塑料振膜上， 振膜邊緣設(shè)置用來約束振膜的邊框。以上部件作為壓電揚聲器的主體放置在后腔殼的凹槽 中，前腔殼和后腔殼通過機械夾持的方式固定壓電揚聲器的外框，同時又提供有益于壓電 揚聲器發(fā)聲的前后腔體。多片壓電陶瓷片的正負電極分別通過柔性電路板相互導(dǎo)通并將電 路引致外電極的柔性電路板。在壓電陶瓷片的表面、或振動板的表面、或振膜的表面粘結(jié)有 一個或多個配重結(jié)構(gòu)，在前腔殼或后腔殼的內(nèi)表面粘結(jié)有一個或多個阻尼結(jié)構(gòu)。所述平板揚聲器水平放置時，所述配重結(jié)構(gòu)與阻尼結(jié)構(gòu)的位置在豎直方向的投影 不重疊。所述配重結(jié)構(gòu)位于各個壓電陶瓷片的外側(cè)邊角或各個壓電陶瓷片的中央或振動 板的中央。所述平板揚聲器水平放置時，所述阻尼結(jié)構(gòu)在豎直方向的的投影位于各個壓電陶 瓷片的外側(cè)邊角或各個壓電陶瓷片的中央或振動板的中央。所述配重結(jié)構(gòu)為長方體塊、圓柱塊、圓管塊、圓環(huán)、多邊體環(huán)或多邊形塊結(jié)構(gòu)；所述 阻尼結(jié)構(gòu)除采用上述結(jié)構(gòu)外，還采用彈簧或其他彈性機械元件。所述壓電陶瓷片或振動板的軸向截而形狀為圓形、橢圓形、矩形或多邊形。所述壓電陶瓷片為單層、雙層或多層壓電陶瓷片。所述配重結(jié)構(gòu)粘結(jié)于壓電陶瓷片、或振動板、或振膜的一側(cè)或兩側(cè)；所述阻尼結(jié)構(gòu)粘結(jié)于前腔殼上、或后腔殼上、或同時粘結(jié)于前腔殼和后腔殼上。所述配重結(jié)構(gòu)采用的材料包括鐵、銅在內(nèi)的金屬材料，玻璃、硅、固態(tài)無機化合物 在內(nèi)的無機非金屬材料，聚氯乙烯、環(huán)氧樹脂在內(nèi)的有機高分子材料；所述阻尼結(jié)構(gòu)采用的 材料包括泡棉、彈簧鋼、橡膠及其他彈性材料。所述配重結(jié)構(gòu)和阻尼結(jié)構(gòu)采用普通粘結(jié)方式添加、或焊接方式添加、或點膠固化 方式添加。本實用新型的有益效果為通過理論計算以及檢測目前已制備出的產(chǎn)品，在壓電 平板揚聲器內(nèi)添加配重結(jié)構(gòu)和阻尼結(jié)構(gòu)，有效避免了中頻段和低頻段聲輻射在空間的相位 抵消，使壓電揚聲器的聲壓級曲線平整度得到極大改善，原有矩陣式壓電平板揚聲器在中 頻段和低頻段第一個諧振峰后聲壓級顯著降低的現(xiàn)象不再出現(xiàn)。通過對配重塊的形狀和位 置的調(diào)整，這兩個頻段的失真可以大幅降低。本實用新型加配重塊的壓電揚聲器其結(jié)構(gòu)具 有創(chuàng)新性、且成本低、性能優(yōu)異，極具市場競爭力。

圖1為典型的壓電揚聲器頻響曲線圖；圖2為四角配重結(jié)構(gòu)對矩陣式壓電平板揚聲器的聲輻射影響；圖3為中央配重結(jié)構(gòu)對矩陣式壓電平板揚聲器的聲輻射影響；圖4(a)和圖4(b)分別為本實用新型實施例1的俯視圖(隱去后腔殼)和爆炸 圖；圖5(a)、圖5(b)和圖5(c)分別為本實用新型實施例2的爆炸圖、俯視圖和剖視 圖；圖6(a)、圖6(b)和圖6(c)分別為本實用新型實施例3的爆炸圖、俯視圖和剖視 圖；圖7 (a)和圖7 (b)分別為本實用新型實施例4的主視圖和剖視圖；圖中標號1-外電極引線柔性電路板；2-外框；3-前腔殼；4-壓電陶瓷片；5-正電極引線柔 性電路板；6-配重結(jié)構(gòu)；61-壓電陶瓷片中央配重結(jié)構(gòu)；62-壓電陶瓷片外邊角配重結(jié)構(gòu)； 8_負電極上翻區(qū)域；9-負電極引線柔性電路板；10-振動板；11-振膜；12-后腔殼；13-阻 尼結(jié)構(gòu)；14-壓電振動體；16-發(fā)聲孔；17-平板電視前蓋；18-顯示屏；19-平板電視后蓋； 20-本實用新型提出的揚聲器；21-緊固裝置。
具體實施方式
本實用新型提供了一種帶有配重結(jié)構(gòu)及阻尼結(jié)構(gòu)的矩陣式壓電平板揚聲器，下面 結(jié)合附圖說明和具體實施方式
對本實用新型做進一步說明。實施例1圖4(a)和圖4(b)分別為實施例1的俯視圖(隱去后腔殼)和爆炸圖。呈分布式 對稱于振動板10排列的四片壓電陶瓷片4粘結(jié)與振動板10上，振動板10又粘結(jié)在剛性較 小的塑料振膜11上，振膜11粘結(jié)在用來約束振膜的外框2上。以上部件作為壓電揚聲器 的主體放置在后腔殼12的凹槽中，前腔殼3和后腔殼12通過機械夾持(前腔殼3的邊沿齒狀物根部彎折夾持)的方式固定壓電揚聲器的外框2，同時提供有益于壓電揚聲器發(fā)聲的前后腔體。四片壓電陶瓷片4的正電極通過正電極引線柔性電路板5短接在一起，負電 極通過連通負電極上翻區(qū)域8的負電極引線柔性電路板9短接在一起，正負電極又通過外 電極引線柔性電路板1將各個壓電陶瓷片4的正負電極引至外電路。四片壓電陶瓷片4的上表面四個外側(cè)邊角處粘結(jié)有壓電陶瓷片外邊角配重結(jié)構(gòu) 62，壓電陶瓷片外邊角配重結(jié)構(gòu)62的材質(zhì)為鐵、銅等金屬材料或玻璃、硅等無機非金屬材 料或聚氯乙烯、環(huán)氧樹脂等有機高分子材料，面積不大于4mmX4mm，高度不大于2mm，重量 為0. 1克到2克。四片壓電陶瓷片4的中央粘結(jié)有壓電陶瓷片中央配重結(jié)構(gòu)61，材料同壓 電陶瓷片外邊角配重結(jié)構(gòu)62，面積不大于3X 3mm，高度不大于2mm，重量為0. 2克到3克。 所述壓電陶瓷片中央配重結(jié)構(gòu)61和壓電陶瓷片外邊角配重結(jié)構(gòu)62統(tǒng)稱為配重結(jié)構(gòu)6，采用 如AB膠粘結(jié)的普通粘結(jié)方式添加、或焊接方式添加、或點膠固化方式添加。實施例2圖5(a)、圖5(b)和圖5(c)分別為本實用新型實施例2的爆炸圖、俯視圖和剖視 圖。本實施例壓電揚聲器的大部分結(jié)構(gòu)與實施例1相同。只是取消了四片壓電陶瓷片中央 配重結(jié)構(gòu)61，并在后腔殼12的內(nèi)側(cè)對應(yīng)于振動板10的中央位置粘結(jié)有阻尼結(jié)構(gòu)13，阻尼 結(jié)構(gòu)13在壓電振動體14(壓電振動體14包括壓電陶瓷片4、振動板10以及振膜11)的中 央位置施加有IN到ION大小的阻尼力。所述阻尼結(jié)構(gòu)13的材質(zhì)包括泡棉、彈簧鋼(用于 彈簧結(jié)構(gòu))、橡膠等彈性材料，面積不大于5mmX 5mm,高度略大于或等于壓電振動體14與后 腔殼12的間隙大小。所述阻尼結(jié)構(gòu)13采用如AB膠粘結(jié)的普通粘結(jié)方式添加、或焊接方式 添加、或點膠固化方式添加。實施例3圖6(a)、圖6(b)和圖6(c)分別為本實用新型實施例3的爆炸圖、俯視圖和剖視 圖。本實施例壓電揚聲器的大部分結(jié)構(gòu)與實施例1相同。只是取消了四片壓電陶瓷片中央 配重結(jié)構(gòu)61，并在后腔殼12的內(nèi)側(cè)對應(yīng)于四片壓電陶瓷片4的中央位置分別粘結(jié)有4塊阻 尼結(jié)構(gòu)13，所述4塊阻尼結(jié)構(gòu)13在四片壓電陶瓷4的中央位置施加有0. 5N到5N大小的阻 尼力。所述阻尼結(jié)構(gòu)13的材質(zhì)與實施例2相同，面積不大于3mmX3mm，高度略大于或等于 壓電振動體14與后腔殼12的間隙大小。粘結(jié)方式也與實施例2相同。實施例4圖7(a)和圖7(b)分別為本實用新型實施例4的主視圖和剖視圖。本實施例提出 了本實用新型的一項應(yīng)用——平板電視。本實用新型提出的揚聲器20通過緊固裝置21固 定在平板電視后蓋19上，通過平板電視前蓋17的發(fā)聲孔16發(fā)出聲音。多個本實用新型提 出的揚聲器20構(gòu)成的揚聲器陣列位于顯示屏18兩側(cè)，既合理利用空間又可提高聲輸出，且 這種經(jīng)過音質(zhì)優(yōu)化的帶有配重及阻尼結(jié)構(gòu)的矩陣式壓電平板揚聲器完全能夠滿足平板電 視對高音質(zhì)的需求。從剖視圖7(b)看，本實用新型提出的揚聲器20非常適合平板電視的 超薄外形，與平板電視前蓋17仍有較大空隙，不會給電路布線等帶來不便。以上只是本實用新型的幾個較優(yōu)的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可在權(quán)利要求規(guī)定的 范圍內(nèi)作出任意修改。
權(quán)利要求一種帶有配重結(jié)構(gòu)及阻尼結(jié)構(gòu)的矩陣式壓電平板揚聲器，其特征在于，振動板(10)粘結(jié)在振膜(11)上，振膜(11)粘結(jié)在外框(2)上，多片壓電陶瓷片(4)以矩陣式排列方式、均勻分布粘結(jié)在振動板(10)上，前腔殼(3)和后腔殼(12)將外框(2)、壓電陶瓷片(4)、振動板(10)和振膜(11)包覆；在壓電陶瓷片(4)的表面、或振動板(10)的表面、或振膜(11)的表面粘結(jié)有一個或多個配重結(jié)構(gòu)(6)，在前腔殼(3)或后腔殼(12)的內(nèi)表面粘結(jié)有一個或多個阻尼結(jié)構(gòu)(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有配重結(jié)構(gòu)及阻尼結(jié)構(gòu)的矩陣式壓電平板揚聲器，其 特征在于，所述平板揚聲器水平放置時，所述配重結(jié)構(gòu)(6)與阻尼結(jié)構(gòu)(13)的位置在豎直 方向的投影不重疊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有配重結(jié)構(gòu)及阻尼結(jié)構(gòu)的矩陣式壓電平板揚聲器，其 特征在于，所述配重結(jié)構(gòu)(6)位于各個壓電陶瓷片(4)的外側(cè)邊角或各個壓電陶瓷片(4) 的中央或振動板(10)的中央。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有配重結(jié)構(gòu)及阻尼結(jié)構(gòu)的矩陣式壓電平板揚聲器，其 特征在于，所述平板揚聲器水平放置時，所述阻尼結(jié)構(gòu)(13)在豎直方向的投影位于各個壓 電陶瓷片(4)的外側(cè)邊角或各個壓電陶瓷片(4)的中央或振動板(10)的中央。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有配重結(jié)構(gòu)及阻尼結(jié)構(gòu)的矩陣式壓電平板揚聲器， 其特征在于，所述配重結(jié)構(gòu)(6)為長方體塊、圓柱塊、圓管塊、圓環(huán)、多邊體環(huán)或多邊形塊結(jié) 構(gòu)；所述阻尼結(jié)構(gòu)(13)除采用上述結(jié)構(gòu)外，還采用彈簧或其他彈性機械元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有配重結(jié)構(gòu)及阻尼結(jié)構(gòu)的矩陣式壓電平板揚聲器，其 特征在于，所述壓電陶瓷片(4)或振動板(10)的軸向截面形狀為圓形、橢圓形、矩形或多邊 形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有配重結(jié)構(gòu)及阻尼結(jié)構(gòu)的矩陣式壓電平板揚聲器，其 特征在于，所述壓電陶瓷片(4)為單層、雙層或多層壓電陶瓷片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有配重結(jié)構(gòu)及阻尼結(jié)構(gòu)的矩陣式壓電平板揚聲器，其 特征在于，所述配重結(jié)構(gòu)(6)粘結(jié)于壓電陶瓷片(4)、或振動板(10)、或振膜(11)的一側(cè)或 兩側(cè)；所述阻尼結(jié)構(gòu)(13)粘結(jié)于前腔殼(3)上、或后腔殼(12)上、或同時粘結(jié)于前腔殼(3) 和后腔殼(12)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有配重結(jié)構(gòu)及阻尼結(jié)構(gòu)的矩陣式壓電平板揚聲器，其 特征在于，所述配重結(jié)構(gòu)(6)和阻尼結(jié)構(gòu)(13)采用普通粘結(jié)方式添加、或焊接方式添加、或 點膠固化方式添加。
專利摘要本實用新型屬于壓電揚聲器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種帶有配重結(jié)構(gòu)和阻尼結(jié)構(gòu)的矩陣式壓電平板揚聲器。其結(jié)構(gòu)包括壓電陶瓷片呈分布式排列的平板揚聲器主體、柔性電路板、前后腔體殼、以及配重結(jié)構(gòu)和阻尼結(jié)構(gòu)。通過引入配重結(jié)構(gòu)，可調(diào)整揚聲器壓電振動體的質(zhì)量和剛度分布，優(yōu)化其振動模式，進而優(yōu)化聲輻射；通過引入阻尼結(jié)構(gòu)，可直接調(diào)整揚聲器壓電振動體的振動模式，進而優(yōu)化聲輻射。配重結(jié)構(gòu)和阻尼結(jié)構(gòu)的位置主要影響矩陣式平板揚聲器的特定頻段的聲輸出。經(jīng)過優(yōu)化過的帶有配重及阻尼結(jié)構(gòu)的矩陣式壓電平板揚聲器的聲壓級頻響曲線平整度得到極大改善，失真降低，音質(zhì)更佳。
文檔編號H04R17/00GK201623850SQ201020149309
公開日2010年11月3日 申請日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者袁世明 申請人:精拓麗音科技(北京)有限公司