專利名稱：基于壓電懸臂梁的壓電揚聲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于壓電技術(shù)應用領(lǐng)域，特別涉及一種基于壓電懸臂梁的壓電揚聲器。
背景技術(shù)：
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)域應用廣泛，具有極其光明的前景與未來。目前大多數(shù)壓電揚聲器振動發(fā)聲部分的基本原理為將壓電陶瓷片粘結(jié)在振動片上，在陶瓷片上通入音頻激勵電壓，由于逆壓電效應，壓電陶瓷片帶動振動片產(chǎn)生彎曲振動，從而推動周圍空氣，實現(xiàn)揚聲的目的。相比于傳統(tǒng)揚聲器的具有一定的優(yōu)勢，同時普通壓電揚聲器也存在一些缺點，其主要表現(xiàn)為低音性能差、聲輸出頻響不平穩(wěn)、聲壓低。這是由于普通揚聲器將楊氏模量高達500GI^量級的壓電陶瓷片與振動片粘結(jié)在一起，使得整體結(jié)構(gòu)變形困難，導致諧振頻率較高，低音性能差；壓電陶瓷片對振動片的作用為彎曲力矩，使得揚聲器結(jié)構(gòu)在中頻域模態(tài)復雜，聲輸出頻響不平穩(wěn)，音質(zhì)差；結(jié)構(gòu)模態(tài)復雜的另一個弊端就是振動板各處振動位移無法有效累計，振動片整體振幅較小，并且振動片上不同位置的振動相位有很大的差異，甚至反向，綜合導致聲壓輸出低。本發(fā)明在不損失壓電揚聲器小、薄、輕、無磁場干擾、功耗低等優(yōu)點，不增加壓電揚聲器成本(多層壓電陶瓷電極總面積)的前提下，通過一種全新的懸臂梁結(jié)構(gòu)，大幅度的解決了上述壓電揚聲器的缺點。實現(xiàn)了一款低頻性能優(yōu)異、聲輸出頻響平穩(wěn)、聲壓較同規(guī)格尺寸的普通壓電揚聲器有所提升的壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)揚聲器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于壓電懸臂梁的壓電揚聲器，其特征在于，在中層纖維片兩側(cè)粘結(jié)極化方向相反的上層壓電陶瓷片和下層壓電陶瓷片組成壓電懸臂梁，將所述壓電懸臂梁的一端與外框固定形成固定端，并將電極從固定端引出；所述壓電懸臂梁的活動端通過連接塊與振動片相連，所述振動片通過振膜粘結(jié)在所述外框上，該振動片既作為揚聲器周圍空氣推動的主要介質(zhì)，同時也作為揚聲器的配重，可有效降低揚聲器的第一階諧振頻率，改善低音重放效果。所述壓電懸臂梁為壓電陶瓷片懸臂結(jié)構(gòu)和纖維片與壓電陶瓷片復合的懸臂結(jié)構(gòu)。所述上層壓電陶瓷片和下層壓電陶瓷片為單層陶瓷或多層陶瓷結(jié)構(gòu)。所述上層壓電陶瓷片和下層壓電陶瓷片的極化方向相同及加電場方向相反，或極化方向相反及加電場方向相同。所述振動片的材料為金屬、塑料、或纖維增強樹脂。所述振動片與所述外框之間存在間隙，彼此之間通過振膜軟連接，所述的軟連接是指對振動片的運動無約束力。
本發(fā)明的有益效果為根據(jù)前期有限元仿真與檢測目前已制備出產(chǎn)品的結(jié)果，本發(fā)明壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)揚聲器具有低頻性能優(yōu)異，諧振頻率由普通壓電揚聲器的850Hz下降為450Hz ；聲輸出頻響平穩(wěn)，聲壓級頻響曲線在第一諧振頻率到20kHz (人耳聽覺范圍上限截止頻率)范圍內(nèi)波動很小，未出現(xiàn)聲壓級大幅度下降現(xiàn)象(普通壓電揚聲器在反諧振頻率處聲壓級通常會大幅度下降)；聲壓理論和實測數(shù)值較同規(guī)格尺寸的普通壓電揚聲器有所提升。


圖1為本發(fā)明實施例1的聲壓級頻響曲線。圖2為一款與本發(fā)明實施例1外形尺寸相同、結(jié)構(gòu)優(yōu)化過后的普通壓電揚聲器聲壓級頻響曲線。圖3為一款結(jié)構(gòu)未優(yōu)化的普通壓電揚聲器(尺寸較本發(fā)明實施例1更大)聲壓級頻響曲線；圖4為本發(fā)明實施例1的剖面圖。圖5為本發(fā)明實施例1隱去前腔殼、后腔殼的剖面圖(只顯示剖面)。圖6為本發(fā)明實施例1的爆炸圖；圖7為本發(fā)明實施例1的隱去前腔殼、后腔殼的爆炸圖。圖8為本發(fā)明實施例2隱去后腔殼的俯視圖。
圖9為本發(fā)明實施例2的爆炸圖。圖中標號1-中層纖維片；2-上層壓電陶瓷片；3-下層壓電陶瓷片；4-引出電極；5-振動片； 6-連接塊；7-振膜；8-外框；9-后腔殼；10-前腔殼。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種基于壓電懸臂梁的壓電揚聲器，下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明予以說明。實施例1圖4為本發(fā)明實施例1的剖面圖；圖5為本發(fā)明實施例1隱去前腔殼、后腔殼的剖面圖(只顯示剖面)；圖6為本發(fā)明實施例1的爆炸圖；圖7為本發(fā)明實施例1隱去前腔殼、 后腔殼的爆炸圖。在中層纖維片1兩側(cè)粘結(jié)極化方向相反的上層壓電陶瓷片2和下層壓電陶瓷片3而組成壓電懸臂梁，壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)一端的中層纖維片1與不銹鋼外框8粘結(jié)形成懸臂梁固定端，并將電極4從固定端引出；所述壓電懸臂梁的活動端通過連接塊6與振動片5相連，其中連接塊6具有阻尼作用；所述振動片5通過振膜7粘結(jié)在所述外框8上，該振動片5既作為揚聲器周圍空氣推動的主要介質(zhì)，同時也作為揚聲器的配重，可有效降低揚聲器的第一階諧振頻率，改善低音重放效果。上述中層纖維片1的材質(zhì)為玻璃纖維增強樹脂、厚度為2. 5毫米；所述上層壓電陶瓷片2和下層壓電陶瓷片3為多層鋯鈦酸鉛壓電陶瓷片，其單層厚度為30微米、每側(cè)5層；振動片5材料為150微米厚的不銹鋼；連接塊6為 ABS材質(zhì)；振膜7為玻璃纖維增強樹脂PMMA)材質(zhì)；將前腔殼10與后腔殼9粘結(jié)在不銹鋼外框8前后，形成懸臂梁式壓電揚聲器結(jié)構(gòu)；此結(jié)構(gòu)揚聲器體積小，適應小型化的要求。
在電極4上通入音頻激勵電壓，使所述上層壓電陶瓷片2與下層壓電陶瓷片3形成的瞬時電場方向相反，則懸臂梁結(jié)構(gòu)將會彎曲振動。通過懸臂結(jié)構(gòu)自由端部的連接塊帶動振動片5產(chǎn)生沿振動片法線方向的振動。通過振動片5的振動推動周圍空氣，實現(xiàn)揚聲的目的。實施例2圖8為本發(fā)明實施例2的俯視圖(隱去后腔殼)；圖9為本發(fā)明實施例2的爆炸圖?；窘Y(jié)構(gòu)與實施例1相同，不同的是雙壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)。將兩片所述壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)一端的纖維片分別與不銹鋼外框8的兩個平行框粘結(jié)形成懸臂梁固定端，并將多層壓電陶瓷片的電極4從固定端引出，所述壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)活動端的纖維片分別通過ABS塑料材質(zhì)的連接塊6與150微米厚不銹鋼材質(zhì)的振動片5相連，該連接塊6起。所述不銹鋼振動片5 通過玻璃纖維增強樹脂PMMA)材質(zhì)的振膜7粘結(jié)在所述不銹鋼外框8上。將前腔殼10與后腔殼9粘結(jié)在外框前后，形成懸臂梁式壓電揚聲器結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于更充分的利用了壓電揚聲器內(nèi)部的空間，通過增加懸臂的長度使得揚聲器結(jié)構(gòu)的謝振頻率更低，低音效果更好。以上所述的實施例，只是本發(fā)明的幾個較佳的具體實施方式
，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
1.一種基于壓電懸臂梁的壓電揚聲器，其特征在于，在中層纖維片兩側(cè)粘結(jié)極化方向相反的上層壓電陶瓷片和下層壓電陶瓷片而組成壓電懸臂梁，將所述壓電懸臂梁的一端與外框固定形成固定端，并將電極從固定端引出；所述壓電懸臂梁的活動端通過起阻尼作用的連接塊與振動片相連，所述振動片通過振膜粘結(jié)在所述外框上，該振動片既作為揚聲器周圍空氣推動的主要介質(zhì)，同時又作為揚聲器的配重，具有有效降低揚聲器的第一階諧振頻率，改善低音重放效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于壓電懸臂梁的壓電揚聲器，其特征在于，所述壓電懸臂梁為壓電陶瓷片懸臂結(jié)構(gòu)，是纖維片與壓電陶瓷片復合的懸臂結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于壓電懸臂梁的壓電揚聲器，其特征在于，所述上層壓電陶瓷片和下層壓電陶瓷片均為單層陶瓷或多層陶瓷結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于壓電懸臂梁的壓電揚聲器，其特征在于，所述上層壓電陶瓷片和下層壓電陶瓷片的極化方向相同及加電場方向相反，或極化方向相反及加電場方向相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于壓電懸臂梁的壓電揚聲器，其特征在于，所述振動片的材料為金屬、塑料、或纖維增強樹脂。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于壓電懸臂梁的壓電揚聲器，其特征在于，所述振動片與所述外框之間存在間隙，彼此之間通過振膜軟連接，所述的軟連接是指對振動片的運動無約束力。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于壓電懸臂梁的壓電揚聲器，其特征在于，所述金屬為不銹鋼；所述塑料為ABS ；所述纖維增強樹脂為PMMA玻璃纖維增強樹脂。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于壓電技術(shù)領(lǐng)域的一種基于壓電懸臂梁的壓電揚聲器。其結(jié)構(gòu)為在中層纖維片兩側(cè)粘結(jié)極化方向相反的上層壓電陶瓷片和下層壓電陶瓷片組成壓電懸臂梁，將所述壓電懸臂梁的一端與外框固定形成固定端，并將電極從固定端引出；所述壓電懸臂梁的活動端通過起阻尼作用的連接塊與振動片相連，所述振動片通過振膜粘結(jié)在所述外框上，該振動片既作為揚聲器周圍空氣推動的主要介質(zhì)，同時也作為揚聲器的配重，可有效降低揚聲器的第一階諧振頻率，改善低音重放效果。本發(fā)明有著諧振頻率低、振動模態(tài)簡單、振動幅度大等特點，較傳統(tǒng)貼片式壓電揚聲器有著低音性能好、聲壓輸出平穩(wěn)、聲輸出高等優(yōu)勢。
文檔編號H04R17/10GK102395092SQ20111029649
公開日2012年3月28日 申請日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月27日
發(fā)明者王林, 褚祥誠 申請人:清華大學