多层压电扬声器振子及其制法和平板压电扬声器的制作方法

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1.本发明涉及压电元件及扬声器制造技术领域，具体的说是一种能够有效改善中低频态振动形态，进而改善音频信号中低频区失真问题的多层压电扬声器振子及其制法和平板压电扬声器。


背景技术：

2.众所周知，扬声器是一种将电能转换为机械能，从而通过振动发声的一种换能器；扬声器种类比较广泛，一般常用的为电磁式以及静电式、电动式、压电式等扬声器；随着扬声器在电子产品使用领域越来越广泛，一种高音质、轻薄化的扬声器变得十分必要；尤其在tv行业，家居生活中审美要求以及听觉感受要求提高，对tv等面板扬声器的轻薄型以及高音质效果的需求越来越高。
3.压电扬声器一般为带有压电陶瓷作为致动器，并设有振动板等组件的发声装置，通过施加电场，由于逆压电效应产生压电陶瓷变位，带动振动板发声弯曲变形，从而推动空气振动发出声音。压电扬声器往往具有功耗较低、厚度比较薄，可广泛应用于扁平的空间；声学设计简单，背面仅需少许空间，贴覆隔音棉等吸引材质。
4.音质效果较好的扬声器其频响曲线往往是比较平坦的，然而传统压电扬声器往往低频特性较差，这是由于出现第一谐振峰即在频率范围大约600hz-1.5khz范围附近出现第一谐振频率，从引起声音重放效果较差，影响了输出音质效果。统计显示，传统压电扬声器在中低频带区域一般具有较深的谷，从而造成失真大、音质差。
5.一般来说第一谐振频率可以通过改变材料、尺寸、构造、质量分布比例(配重、阻尼、打孔等)以及分布结构来调整，但由于尺寸、构造等对扬声器的影响是多方面的，而中低频谷是由于远离振动端的空间相位抵消引起；中低频谷的改善往往采用将中低频谷后移至人耳不敏感区域，但同时会带来音量下降等其他性能指标的下降。另外一种中低频谷的改善方法是在该频率点进行减小或者消除中低频谷。由于在一定驱动电压下的高声压输出对扬声器的性能影响很关键，因此在中低频谷区域附件的频响曲线的平坦化改善以及声压改善变得越来越重要。
6.业界普遍认为由于扬声器的振动板在某一特定频率点附件，出现不同的振动形态；比如振动板不同位置区域的振动在远离致动器测试点位置上会出现振动相位相反的振动，从而导致相位抵消，从而出现谷点。一般采用的中低频谷的改善往往采用在振动板的特定位置进行去除一定材料，从而改善振动板的刚度以及质量分布；比如振膜打孔型压电扬声器；或采用增加配重结构或阻尼结构从而分别调整振动板的质量分布以及刚度分布、振动模式，来起到优化频响曲线的效果。比如带有配重以及阻尼结构的压电扬声器；但由于改变振膜质量分布可能会带来音量或其他频率点的音质下降等缺陷。


技术实现要素：

7.本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种能够有效改善中低频态振
动形态，进而改善音频信号中低频区失真问题的多层压电扬声器振子及其制法和平板压电扬声器。
8.本发明通过以下措施达到：
9.一种多层压电扬声器振子，其特征在于，设有n层单个压电陶瓷片，n为5-101；其中位于上部的m片单个压电陶瓷片的电场极化方向与其余单个压电陶瓷片的电场极化方向相反，以增强压电陶瓷变位量。
10.本发明优选n层单个压电陶瓷片为奇数个单个压电陶瓷片，其中位于中央的单个压电陶瓷片为内部隔离层，内部隔离层上下两侧对称设有等数量的两个以上的单个压电陶瓷片，其中上侧的两个以上的单个压电陶瓷片的极化方向与下侧的两个以上的单个压电陶瓷片相反，从而保证在使用时，内部隔离层两侧的压电陶瓷片变位量增加、相位振幅增加、提高发音音压。
11.本发明进一步设有9层单个压电陶瓷片，第5层为内部隔离层，内部隔离层以上的单个压电陶瓷片的极化方向，与使用时所加电场方向相反，从而产生缩短变位，内部隔离层以下的单个压电陶瓷片的极化方向，与使用时所加电场方向相同，从而产生伸缩变位，进而整体变位量增加。
12.本发明中多层压电扬声器振子中的压电陶瓷片呈长方形，长宽比为3:1-10:1，所述多层压电扬声器振子包括用于中高频发声的多层压电扬声器振子和用于中低频发声的多层压电扬声器振子，其中用于中高频发声的多层压电扬声器振子中的压电陶瓷片的面积为用于中低频发声的多层压电扬声器振子中压电陶瓷片面积的1/10。
13.本发明还提出了一种多层压电扬声器振子的制造方法，设有n层单个压电陶瓷片，n为5-101，n层单个压电陶瓷片分别采用pzt陶瓷或knn陶瓷经层积工艺制成，其特征在于，n层压电陶瓷片中，位于上部的m个压电陶瓷片的电场极化方向与其余压电陶瓷片的电场极化方向相反。
14.本发明还提出了一种平板压电扬声器，设有振动板、多层压电扬声器振子，其特征在于，振动板上设有用于中高频发声的多层压电扬声器振子和用于中低频发声的多层压电扬声器振子，所述用于中高频发声的多层压电扬声器振子设置在振动板高度的1/4-1/3处，所述用于中低频发声的多层压电扬声器振子位于所述用于中高频发声的多层压电扬声器振子下方。
15.本发明所述平板压电扬声器中设有两个以上用于中低频发声的多层压电扬声器振子，两个以上用于中低频发声的多层压电扬声器振子绕所述用于中高频发声的多层压电扬声器振子设置。
16.本发明平板压电扬声器中设有至少一组单声道音频发声机构，所述单声道发生机构中设有振动板、两个以上用于中高频发声的多层压电扬声器振子、两个以上用于中低频发声的多层压电扬声器振子，其中两个以上用于中高频发声的多层压电扬声器振子沿直线排列设置在振动板高度的1/4-1/3处，两个以上用于中低频发声的多层压电扬声器振子呈弧形绕用于中高频发声的多层压电扬声器振子设置；进一步，所述单声道音频发声机构中设有中低频发声区和高频发声区，其中高频发声区采用2枚用于中高频发声的多层压电扬声器振子，2枚用于中高频发声的多层压电扬声器振子并联构成的模组串联1-5ω的电阻；中低频发声区采用3枚用于中低频发声的多层压电扬声器振子，3枚用于中低频发声的多层
压电扬声器振子并联构成的模组也串联1-5ω的电阻用于分压，避免压电扬声器振子因所加电压过高、发热量大损坏。
17.本发明平板压电扬声器中设有分别对应左右声道的两组单声道音频发声机构，两组单声道音频发生机构沿振动板中轴线对称设置，其中两个以上用于中低频发声的多层压电扬声器振子沿振动板的对角线分布，且环绕于所述用于中高频发声的多层压电扬声器振子。
18.本发明所述振动板采用有机玻璃板或钢化玻璃板或其他金属板，厚度为0.3mm-0.8mm，所述多层压电扬声器振子与振动板经点状胶粘合，打点的胶的形状为圆形、方形、十字形、星型等，所述多层压电扬声器振子与振动板贴合且未涂覆粘合剂的区域填充缓冲材料。
19.本发明所述平板压电扬声器中还设有高低音分频电路，通过高低音分频电路，将输入的音频信号进行高低音分隔，然后分别经高音功放电路、低音功放电路送入不同的发声单元，发声单元包括用于中高频发声的多层压电扬声器振子以及用于中低频发声的多层压电扬声器振子。
20.本发明所提供的平板压电扬声器除了具有传统压电扬声器的优良特性外，充分利用电磁式低频的优异特性；通过压电陶瓷构造以及尺寸大小、分布方式的调整，从而消除因相位抵消引起的中低频谷，改善频响曲线的平滑度；从而可以提高压电扬声器中高频特性下的音量和音质。
附图说明：
21.附图1是实施例1中平板压电扬声器的结构示意图。
22.附图2是实施例2中多层压电扬声器振子与振动板的结构示意图。附图3是实施例2中点胶形状示意图。
23.附图4是实施例3中一种多层压电扬声器振子的结构示意图。
24.附图5是多层压电扬声器振子的一种平面示意图。
25.附图6是多层压电扬声器振子的另一种平面示意图。
26.附图7是实施例1中高频多层压电扬声器振子的连接示意图。
27.附图8是实施例1中中低频多层压电扬声器振子的连接示意图。附图9是分频电路原理框图。
28.附图10是分频电路一种实施方式示意图。
29.附图标记：1为振动板、2为中高频用压电陶瓷、3为中低频用压电陶瓷、4为压电陶瓷同振动板间缓冲层、5为椭圆形粘合胶、3-1为压电陶瓷极化分极-电极、3-2为+电极、3-3为gnd电极、r1、r2为串联电阻。
具体实施方式：
30.下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的说明。
31.实施例1：
32.本例提供了一种基于多层压电扬声器振子的平板压电扬声器，如附图1所示，本例中，平板压电扬声器设有振动板1，振动板1上对称设置两组分别用于对应左右声道的单声
道音频发声机构，所述单声道音频发声机构中设有中低频发声区和高频发声区，高频发声区设置在振动板的上部，高频发声区中的多层压电扬声器振子沿直线排列，中低频发声区中的多层压电扬声器振子绕高频发声区设置，且位于高频发声区侧面及下侧；
33.本例中高频发声区采用二枚用于中高频发声的多层压电扬声器振子2，二枚用于中高频发声的多层压电扬声器振子并联构成的模组串联1-5ω的电阻；中低频发声区采用三枚用于中低频发声的多层压电扬声器振子3，三枚用于中低频发声的多层压电扬声器振子3并联构成的模组也串联1-5ω的电阻用于分压，避免压电扬声器振子因所加电压过高、发热量大损坏；
34.如图7、8所示所述多层压电扬声器振子采用并联回路接入，分布序列左半部分构成左声道，右半部分构成右声道；左声道分为中低频区以及高频区，中低频区为压电陶瓷片3采用3枚压电陶瓷构成，高频区采用2枚压电陶瓷片构成。
35.本例中，两组单声道音频发声机构中的两个以上用于中低频发声的多层压电扬声器振子在环绕高频区域设置的同时，还设置在振动板的对角线上，用于增强中低频相位抵消效果。
36.实施例2：
37.本例提供了一种平板压电扬声器中发声单元的固定方法，其中如附图2所示，发声单元中多层压电扬声器振子在振动板上经粘胶固定，打胶形状为椭圆形(或矩形、方形等其他形状，如附图3不一一描述)；多层压电扬声器振子同振动板贴合未打胶区域填充缓冲材料；从而改变其同振动板的振动模态，改变其中中低频频响曲线的平滑度，从而提高发音音质效果。
38.实施例3：
39.本例提供了一种多层压电扬声器振子，如附图4所示，设有9层单个压电陶瓷片，第5层为内部隔离层，内部隔离层以上的单个压电陶瓷片的极化方向，与使用时所加电场方向相反，从而产生缩短变位，内部隔离层以下的单个压电陶瓷片的极化方向，与使用时所加电场方向相同，从而产生伸缩变位，进而整体变位量增加；
40.如附图5、6所示，多层压电扬声器振子中的压电陶瓷片呈长方形，长宽比为3:1-10:1，所述多层压电扬声器振子包括用于中高频发声的多层压电扬声器振子和用于中低频发声的多层压电扬声器振子(频率区间20hz-1khz)，其中用于中高频发声的多层压电扬声器振子中的压电陶瓷片的面积为用于中低频发声的多层压电扬声器振子中压电陶瓷片面积的1/10(频率区间1khz-20khz)。
41.极化时3-1所加电极为-电极，3-2为+电极，3-3为gnd电极；从而保证极化方向如图4中所加箭头所示，1、3、7、9层为向下箭头所示，2、4、6、8层为向上箭头所示；压电陶瓷正常工作时，3-1、3-2采用导电引线焊接接通，引入电场正极，3-3为gnd电极回路接入；从而压电陶瓷片内部产生电场方向如图中箭头反向所示，1、3、6、8为向上方向，2、4、7、9层为向下箭头所示方向；从而使上半部分极化方向同所加电场方向相反；下半部分极化方向同所加电场方向相同；从而产生变位形态，增加变位量，从而增加相位振幅，从而提高发音音量。
42.所述多层压电扬声器振子采用pzt、knn或其他体系无铅或含铅材料制备而成；积层工艺采用压力机或等静压设备，采用100-300mpa/cm2压强，压制而成；所述多层压电扬声器振子内部电极采用ag/pd金属材料制备而成，外部电极采用au、ag等金属材料制备而成。
43.实施例4：
44.本例提供了一种平板压电扬声器，设有振动板、多层压电扬声器振子，振动板上设有用于中高频发声的多层压电扬声器振子和用于中低频发声的多层压电扬声器振子，所述用于中高频发声的多层压电扬声器振子设置在振动板高度的1/4-1/3处，所述用于中低频发声的多层压电扬声器振子位于所述用于中高频发声的多层压电扬声器振子下方；其中用于中高频发声的多层压电扬声器振子中的压电陶瓷片的面积为用于中低频发声的多层压电扬声器振子中压电陶瓷片面积的1/5。
45.本例所述平板压电扬声器中设有分别对应左右声道的两组单声道音频发声机构，两组单声道音频发生机构沿振动板中轴线对称设置，其中两个以上用于中低频发声的多层压电扬声器振子沿振动板的对角线分布，且环绕于所述用于中高频发声的多层压电扬声器振子；
46.所述振动板采用有机玻璃板或钢化玻璃板或其他金属板，厚度为0.3mm-0.8mm，所述多层压电扬声器振子与振动板经点状胶粘合，打点的胶的形状为圆形、方形、十字形、星型等，所述多层压电扬声器振子与振动板贴合且未涂覆粘合剂的区域填充缓冲材料。
47.如附图9及附图10所示，所述平板压电扬声器中还设有高低音分频电路，通过高低音分频电路，将输入的音频信号进行高低音分隔，然后分别经高音功放电路、低音功放电路送入不同的发声单元，发声单元包括用于中高频发声的多层压电扬声器振子以及用于中低频发声的多层压电扬声器振子；其中，如图10所示vin端为音频信号输入端，vout(h)端经过功放电路后接至高音发声单元，vin(l)端经过功放电路后接至低音发声单元。高通滤波单元由u1组成的第一高通滤波器和u2组成的第二高通滤波器构成，且两个滤波器的分频点相同。u1高通滤波器的分频点计算公式如下：
48.低通滤波单元与高通滤波单元类似。
49.5khz频率以下采用低通滤波器，将中低频信号经功放输入到中低频发声压电扬声器；高频滤波器将5khz以上音频信号经过功放输入到高频压电陶瓷片，从而实现全频段频响曲线平坦化过渡，实现高音质、高音压效果。
50.本发明所提供的平板压电扬声器除了具有传统压电扬声器的优良特性外，充分利用电磁式低频的优异特性；通过压电陶瓷构造以及尺寸大小、分布方式的调整，从而消除因相位抵消引起的中低频谷，改善频响曲线的平滑度；从而可以提高压电扬声器中高频特性下的音量和音质。