非金屬振膜多層壓電揚聲器的製作方法
2023-12-12 22:48:52
專利名稱：非金屬振膜多層壓電揚聲器的製作方法
技術領域：
本發明屬於壓電傳感器；電致伸縮傳感器技術領域，具體涉及到一種傳聲器。
背景技術：
壓電揚聲器是一種通過逆壓電效應來實現電能-機械能-聲能轉換的電聲器件，即運用壓電陶瓷的壓電效應和電能機械能相互轉化的原理，給貼附於平板振膜上的壓電陶瓷薄膜振子輸入音頻電壓信號，使得陶瓷薄膜振子產生彎曲振動，從而帶動平板振膜產生和輸入音頻信號強度和頻率相對應的機械彎曲振動來推動空氣發聲。壓電揚聲器已廣泛應用於小型設備的音響輸出，如手機的揚聲器，計算機的揚聲器，微型耳機的揚聲器等。
目前，現有的金屬振膜多層壓電陶瓷揚聲器採用多層壓電陶瓷片與金屬振膜直接粘合，或多層壓電陶瓷片與具有懸臂結構的金屬振膜粘合而成。本發明發明人所在的課題組所發明的專利號為200820228545.8、發明名稱為《多層壓電揚聲器》的中國專利，該專利的多層壓電陶瓷片是在各層壓電陶瓷層之間設置有內電極層，兩外側的壓電陶瓷片外側設置有外電極層，兩外側的壓電陶瓷層外側的電極層分別接交流電源，壓電陶瓷層各層之間的內電極層未設置引線，加電後多層壓電陶瓷片只能伸長或縮短，不能自主彎曲，必須貼附在金屬振動板上，在音頻交變電場激勵下形成彎曲振動，從而實現聲音的輸出。由於金屬振膜的剛度、厚度對壓電元件形成的力阻將導致壓電揚聲器的聲壓降低，頻率響應提高，聲音的平坦度變差，失真度提高，因此，這種壓電揚聲器只能作為高音補償應用。
另外，現有的金屬振膜多層壓電陶瓷揚聲器，多層壓電陶瓷片用膠粘接在邊框的中心位置，多層壓電陶瓷片與邊框之間用懸臂相連，其餘部分鏤空。這種結構的揚聲器，在振動發生時，剛度較大，發出的聲音尖銳，只適合用作高音補償，在低音區應用效果較差。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於克服上述壓電揚聲器的缺點，提供一種厚度薄、重量輕、聲壓高、失真度小的非金屬振膜多層壓電揚聲器。
解決上述技術問題所採用的技術方案是在邊框上設置有振膜，振膜上設置有多層壓電陶瓷片，多層壓電陶瓷片為至少兩層壓電陶瓷層與壓電陶瓷層數目多1層的電極層燒結製成，一層壓電陶瓷層與相鄰一層壓電陶瓷層之間設置有與交流電源相連的電極層，最外兩層壓電陶瓷層的外側面設置有與交流電源相連的電極層，每一層壓電陶瓷層一側面的電極層接交流電源的一端、另一側面的電極層接交流電源的另一端。本發明的振膜為非金屬彈性振膜。
本發明的非金屬彈性振膜為聚氨酯彈性薄膜。
本發明採用多層壓電陶瓷共燒技術，多層壓電陶瓷片的每一層壓電陶瓷層一側面的電極層接交流電源的一端、另一側面的電極層接交流電源的另一端，對壓電陶瓷片上下層進行相反方向的極化，實現多層壓電揚聲器陶瓷片雙晶片結構，形成自主彎曲振動，提高了壓電元件的推動力。同時，本發明採用聚氨酯彈性薄膜為揚聲器的振動膜，改善了揚聲器振動力阻，提高了聲壓輸出，降低了失真度，改善了聲音的平坦度。發明人將非金屬振膜多層壓電揚聲器與多層壓電揚聲器進行了對比測試，測試結果表明，非金屬振膜多層壓電揚聲器與多層壓電揚聲器相比，非金屬振膜多層壓電揚聲器的聲壓級增大6dB，總諧波失真減小14％，提高了揚聲器的音質效果，可作為便攜、小型音響設備的揚聲器。
圖1是本發明實施例1的結構示意圖。
圖2是本發明實施例1的多層壓電陶瓷片3的結構示意圖。
圖3是本發明實施例2的多層壓電陶瓷片3的結構示意圖。
圖4是本發明實施例3的多層壓電陶瓷片3的結構示意圖。
圖5是本發明實施例1的非金屬振膜多層壓電揚聲器與多層壓電揚聲器的聲壓級曲線對比圖。
圖6是本發明實施例1的非金屬振膜多層壓電揚聲器與多層壓電揚聲器的失真曲線對比圖。
具體實施例方式 下面結合附圖和實施例對本發明進一步詳細說明，但本發明不限於這些實施例。
實施例1 在圖1、2中，本實施例的非金屬振膜多層壓電揚聲器由邊框1、非金屬彈性振膜2、多層壓電陶瓷片3聯接構成。
在邊框1上用膠固定粘接有非金屬彈性振膜2，非金屬彈性振膜2上用膠粘接有多層壓電陶瓷片3。
本實施例的多層壓電陶瓷片3由4層壓電陶瓷層3-2和5層電極層3-1疊合燒結製成，一層壓電陶瓷層3-2與相鄰一層壓電陶瓷層3-2之間設置有一層電極層3-1，電極層3-1採用Ag/Pd電極材料，最外兩層壓電陶瓷層3-2的外側面各設置有一層電極層3-1，每一層壓電陶瓷層3-2一側面的電極層3-1接交流電源的一端、另一側面的電極層3-1接交流電源的另一端。這種結構的多層壓電陶瓷片3，在極化時各壓電陶瓷層3-2分層極化。當一壓電陶瓷層3-2一側面的電極層3-1為正、另一側面的電極層3-1為負時，通過逆壓電效應，上部兩層壓電陶瓷層3-2伸長、下部兩層壓電陶瓷層3-2縮短，多層壓電陶瓷片3產生凸型彎曲形變；當一層壓電陶瓷層3-2一側面的電極層3-1為負、另一側面的電極層3-1為正時，通過逆壓電效應，上部兩層壓電陶瓷層3-2縮短、下部兩層壓電陶瓷層3-2伸長，多層壓電陶瓷片3產生凹型彎曲形變。當多層壓電陶瓷片3接交流電源時，與非金屬彈性振膜2一起彎曲振動發出聲音。
本實施例的非金屬彈性振膜2採用聚氨酯彈性薄膜，這種非金屬彈性振膜2為柔性振膜，改善了揚聲器振動力阻，提高了揚聲器的聲壓輸出，降低了揚聲器的失真度，改善了揚聲器發出聲音的平坦度。
實施例2 在本實施例中，多層壓電陶瓷片3由2層壓電陶瓷層3-2和3層電極層3-1疊合燒結製成，兩層壓電陶瓷層3-2之間設置有一層電極層3-1，兩層壓電陶瓷層3-2的外側面各設置有一層電極層3-1，兩層壓電陶瓷層3-2外側面的電極層3-1分別接交流電源的一端，兩層壓電陶瓷層3-2之間的電極層3-1接交流電源的另一端。非金屬彈性振膜2與實施例1相同。其它零部件以及零部件的聯接關係與實施例1相同。
實施例3 在本實施例中，多層壓電陶瓷片3由9層壓電陶瓷層3-2和10層電極層3-1疊合燒結製成，一層壓電陶瓷層3-2與相鄰一層壓電陶瓷層3-2之間設置有一層電極層3-1，最外兩層壓電陶瓷層3-2的外側面各設置有一層電極層3-1，每一層壓電陶瓷層3-2一側面的電極層3-1接交流電源的一端、另一側面的電極層3-1接交流電源的另一端。非金屬彈性振膜2與實施例1相同。其它零部件以及零部件的聯接關係與實施例1相同。
為了驗證本發明的有益效果，發明人採用本發明實施例1製備的非金屬振膜多層壓電揚聲器與多層壓電揚聲器進行了聲強、失真度對比測試，各種試驗情況如下。
測試方法將非金屬振膜多層壓電揚聲器和多層壓電揚聲器固定在障板上，障板的正前方5cm處設置傳聲器，傳聲器通過導線與音頻分析儀相連。由信號發生器輸出的信號經放大器放大後提供給非金屬振膜多層壓電揚聲器和多層壓電揚聲器使其發聲，傳聲器將所接收到非金屬振膜多層壓電揚聲器、多層壓電揚聲器發出的音頻信號轉換成電信號輸出到音頻分析儀，音頻分析儀測量出非金屬振膜多層壓電揚聲器、多層壓電揚聲器的聲壓級(SPL)、失真度(THL)參數，試驗結果見表1，並繪製出非金屬振膜多層壓電揚聲器、多層壓電揚聲器的聲壓級-頻率變化曲線和失真度-頻率變化曲線，聲壓級-頻率變化曲線見圖5，失真度-頻率變化曲線見圖6。在圖5中，曲線a是非金屬振膜多層壓電揚聲器的聲壓級曲線，曲線b是多層壓電揚聲器的聲壓級曲線；在圖6中，曲線c是非金屬振膜多層壓電揚聲器的失真度-頻率變化曲線曲線，曲線d是多層壓電揚聲器的失真度-頻率變化曲線曲線 表1非金屬振膜多層壓電揚聲器與多層壓電揚聲器的性能對比測試結果
由表1可見，非金屬振膜多層壓電揚聲器與多層壓電揚聲器相比，聲壓級增大6dB(聲壓級越大揚聲器發聲越響亮)，總諧波失真減小14％(總諧波失真度越小揚聲器發聲時失真越小，即音質越純)。由圖5可見，非金屬振膜多層壓電揚聲器聲壓級曲線較平坦，在諧振頻率以上具有較大的聲壓級(SPL)；由表1和圖6失真度測試結果可見，非金屬振膜多層壓電揚聲器的總諧波失真(THL)小於多層壓電揚聲器的總諧波失真，提高了壓電揚聲器的音質效果。
權利要求
1.一種非金屬振膜多層壓電揚聲器，在邊框(1)上設置有振膜，振膜上設置有多層壓電陶瓷片(3)，其特徵在於所說的多層壓電陶瓷片(3)為至少兩層壓電陶瓷層(3-2)與壓電陶瓷層(3-2)數目多1層的電極層(3-1)燒結製成，一層壓電陶瓷層(3-2)與相鄰一層壓電陶瓷層(32)之間設置有與交流電源相連的電極層(3-1)，最外兩層壓電陶瓷層(3-2)的外側面設置有與交流電源相連的電極層(3-1)，每一層壓電陶瓷層(3-2)一側面的電極層(3-1)接交流電源的一端、另一側面的電極層(3-1)接交流電源的另一端；所說的振膜為非金屬彈性振膜(2)。
2.按照權利要求1所述的非金屬振膜多層壓電揚聲器，其特徵在於所說的非金屬彈性振膜(2)為聚氨酯彈性薄膜。
全文摘要
一種非金屬振膜多層壓電揚聲器，在邊框上設非金屬彈性振膜，非金屬彈性振膜上設多層壓電陶瓷片。多層壓電陶瓷片的結構為至少兩層壓電陶瓷層與壓電陶瓷層數目多1層的電極層燒結製成，一層壓電陶瓷層與相鄰一層壓電陶瓷層之間設置有與交流電源相連的電極層，最外兩層壓電陶瓷層的外側面設置有與交流電源相連的電極層，每一層壓電陶瓷層一側面的電極層接交流電源的一端、另一側面的電極層接交流電源的另一端。發明人將非金屬振膜多層壓電揚聲器與多層壓電揚聲器進行了對比測試，測試結果表明，非金屬振膜多層壓電揚聲器與多層壓電揚聲器相比，非金屬振膜多層壓電揚聲器的聲壓級增大6dB，總諧波失真減小14％，提高了揚聲器的音質效果。
文檔編號H04R7/00GK101765046SQ201010107339
公開日2010年6月30日 申請日期2010年2月8日 優先權日2010年2月8日
發明者陳耀強, 季葉, 皇曉輝, 許龍 申請人:西安康弘新材料科技有限公司