专利名称：透明平面扬声器及其制作方法
技术领域：
本发明涉及音响技术领域，具体说属于一种透明平板的边缘来激震该平板，其特定的频率范围内产生的振动变形并可得到高效率的扬声功能亦可透视平面扬声器。
背景技术：
目前随着市场平面扬声器的发展深受人们的关注，因此近年来出现不少这方面发明，像利用同步频率的概念，在同步频率下空气中的声速与平板上挠性波传播的速度相同，用此方法制成重量较轻的长形扬声用三明板，该扬声板能传递挠性波在特定频率范围内发出高方向性的声音。又有利用激震扬声板自然振动模态的方法制造扬声器，这种扬声板为一种蜂巢式三明治板，并在板的角落设置一激震器，用激震平板使其产生挠性振动，使输出频率高于扬声板其自然频率和同步频率的声音，并能激震多个自然振动模态来提高扬声效率。但平板具有极大的刚性，需有一个大而重的激震器来驱动扬声板，费电及效率比传统扬声器低，近来最新的一种利用激震扬声板自然振动模态的方法制作具有特定长宽比的平面扬声器，其激震器放在靠近板面中央特定位置上，且尽量避免与板的前20～25自然模态的节线相重合，把平板的大部分模态激震起来，去驱动空气达到扬声目的，可得到较宽的声音频率范围，但传真效果不理想，因为在50Hz～20KHz之间平板会有数个自然振频和模态，若只根据上述二十多个模态来决定激震位置，将会使中高频范围内某些自然模态被过度激震造成声压突然增高，或者另有一些自然模态的节线与激震位置重合而造成声合突然下降，因此根据该方法制成的平面扬声器会产生高低起伏的声压灵敏度频谱，影响传真效果，同时该方法虽将偏离前二十多个模态的节线都激发起来，对于反对称的模态来说，所产生的声压会相互干涉以致严重影响声压灵敏度的大小，但它们只能限制于非透明平面声声器。
发明内容
本发明的目的是提供一种将声音与视讯有效地结合，达到既可透视又可高传真的透明平面扬声器及其制作方法。
为完成上述的目的所采取的技术方案扬声用长度为a及宽度为b的透明平板具有一枚以上激震器，它位于平板的边缘特定位置上，同时具有一个固定透明平面喇叭的框架，在平板边缘上有数个特点的支撑点相连接，并有悬吊机构将平板固定在框架上，整面为透视区域所组成。其制作方法取平面扬声器包含长度为a，宽度为b的透明扬声平板，b小于或等于a，首先则分析透明扬声平板的挠性振动模态和识别有效模态参数的分析，也就是说上述的透明扬声平板是根据有效振动模态参数识别方法来建立，而该有效振动模态参数识别方法是按扬声板的振动模态分析和声压灵敏度频谱分析推导而得，平板作为发声源所产生的声压大小可根据声学的理论和力学原理来求得；第二步利用振动模态分析结果进行平面扬声器的声压灵敏度频谱分析及识别影响声压灵敏度频谱分析的参数值；第三步是择合适的参数值来设计平面扬声器，使其在特定的频率范围内产生所需要的灵敏度大小和分布。
根据前面所述的透明平面扬声器产生的声压灵敏度频谱分析参数，包括透明平板的弹性模数与密度的比值，透明平板的长度为厚度之比和扬声板边缘上支撑点及激震器的位置，上述的弹性模数与密度的比值在3～180之间，而长度与厚度之比则在80～600之间，扬声板边缘上的激震器与其所在角落之距离应大于该边长度的十分之一，而扬声板各边上至少有一个支撑点。设计透明平面扬声器参数分两个阶段进行第一阶段是根据扬声器透明平板的弹性模数与密度比值和长、厚之比，使透明扬声板在一定的激震及支撑状况下获得最大的扬声效率；第二阶段根据第一阶段所确定的透明平板的特性来设置激震器和支撑点在透明平板边缘上的位置，使扬声器在特定频率范围内获得所需的声压灵敏度分布。
以上所说的平板边缘设置的悬吊机构具有两种，一种为数颗具有粘性的发泡橡胶式垫片所组成，且在这透明扬声板各边上至少有一颗发泡橡胶式垫片，另一种为利用数个旋钮可旋转来调整张力的张力线将透明扬声板悬吊在框架的边缘上，各边至少连有一条张力线附之于旋钮。
本发明所用的激震器可为电磁线圈式激震器，该激震器分成含圆管状线圈的圆形激震器及含平面线圈的刀片型激震器两种。
本发明可应用于电脑显示器及电视荧光幕，利用弯钩将透明平面扬声器吊挂在荧光幕前，并在其框架与荧幕之间周边放置粘片，防止晃动。也可应用于投影幕上，实施时可用上述的同样方式进行。同时也可应用于通讯手机、对讲机、摄影机以及个人电脑记事本上。
图1本发明的一种激震方式结构图；图2本发明的另一种激震方式结构图；图3为图1的长边截面结构图；图4为图1的宽边截面结构图；图5用张力线作为悬吊机构结构图；图6圆柱型电磁线圈式激震器结构图；图7为圆柱型电磁线圈式激震器剖面结构图；图8刀片型电磁圈式激震器结构图；图9刀片型电磁圈式激震器剖面结构图；图10刀片型电磁圈式激震器的音圈组结构图；图11本发明的透明平面扬声器在电脑显示器上的应用结构图。
具体实施例方式根据图1透明平面扬声器包含矩形透明扬声板5易变形的框架7和将透明扬声板固定在框架上的悬吊机构6，透明扬声板5是由透明平板3和至少一枚激震器4所组成，其中透明平板3的长、宽、厚分别为a、b和h，且b小于或等于a。透明平板所用材质为透明的材料如玻璃、PMMA、PVC、PC、PS、PP等，并且其弹性与密度的比值在3与180Gpa/之间，而透明平板的长厚比则在80与600之间。另外，透明扬声板是将其周边与柔性悬吊机构6的连接而被固定在框架7上，其中悬吊机构6可用含高阻尼之发泡橡胶粒块或张力线来制作，且悬吊机构6只支撑透明平板3，边缘上数个特定点2，而平板各边上至少有一个支撑点。在透明平板3边缘上的激震器4是用来驱动透明平板使其因产生振动而发声，激震器4可放置在平板的长边a或短边b上，激震器4及悬吊支撑点在平板边缘上的位置可在有效振动模态参数识别法来决定之。激震器4是两条电线8来与电流扩大器连接，控制电流放大器的扩大倍数调整激震器的推力大小，从而可控制扬声器所产生之声音值。
在图2中，本发明之透明平面扬声器是利用两枚激震器4来驱动透明平板3以达到扬声的目的，虽然在图2中的两个激震器4是放置在透明平板的长、短边上，一般两个激震器4分别放置在透明平板3的任何两条边的边缘上，并且满足a/10＜x＜9a/10和b/10＜y＜9b/10的限制条件，而其在平板边缘上的位置可以本发明所提出的有效振动模态参数识别法来决定。至于在其他边上放置激震器4的方式可照此类推，另每边亦可放置多于一枚的激震器4，但实际数目则视透明平板边长的大小而定。
图3和图4显示用数个发泡橡胶粒块9来支撑透明扬声平板5的弹性悬吊机构6，其中图3为图1中扬声器装置1沿长度方向的截面图，而图4则为宽度方向的截面图。发泡橡胶粒块9为高阻尼的弹性颗粒体，用以将扬声板5固定在框架7的边缘上，每颗发泡橡胶粒块9可被模拟成单点支撑。透明扬声板每边至少需放置一颗发泡橡胶粒块9，而发泡橡胶粒块9在扬声板5边缘上的位置则是本发明的有效振动模态参数识别法来决定。
图5显示之悬吊机构6用数个张力线组来将扬声板5固定在框架7的边缘上，每一个张力线组包含一条张力线10、一个将张力线10的一端固定在透明平板边缘上的固定梢11和一个将张力线10另一端固定在框架7边缘上的旋钮12。扭转旋钮12可调整张力线10中的张力，从而可调整透明平板之刚性。对长厚比在100以上的透明平板而言，调高张力线10的张力可明显地增加平板的刚性，从而可调整扬声板所产生声音灵敏度频谱分布。
图6所示之圆形激震器4是一种可用以振动透明平极3以使其产生扬声效果的激震器，图7为圆形激震器4的剖面图。圆形激震器4是由一永久磁铁19、两个分别连接永久磁铁两导磁铁15和一音圈组17所组成。两导磁铁15的尾端形成南北两极，并在两极之间产生一水平方向的磁场。音圈组17包含一中空圆柱状线圈18及一置于线圈顶部的端盖板13，其中端盖板13是用来将圆形激震器16粘附在透明平板的边缘上，另一柔性支撑14的连接来将圆柱线圈18以同心圆方式置于导磁铁15的南北两极之间。当电流经电线8流入线圈时，音圈组17会在两导磁铁15之间作上下运动，并振动透明平板以使扬声。
另一利可用以振动透明平板3使其产生扬声效果的刀片形激震器20，其外形的结构图如图8所示，图9为刀片型激震器20的截面图，而图10则显示刀片型激震器中音圈组13的构造。刀片型激震器20是由一磁铁组21和一平面音圈组17所组成，音圈组17是放置在磁铁组21的间隙中，当通电后音圈组会在磁铁组21中作上下运动，并振动透明平板3以达到扬声的目的。磁铁组21包含一对长条形的永久磁铁19和四片分别与永久磁铁的两磁极N及S相接的导磁铁22，两磁铁的两磁极是相互倒置并分隔一小距离左右相对，另两磁铁的上下表面之导磁铁22分别形成上下两个磁流方向相反的磁场。平面音圈组17包含一长条形质硬的薄端盖板24、平面线圈25和四条软性支撑线26，其中端盖板24是用来将音圈组粘附在透明平极的边缘上，平面线圈25的电线是在同一平面上沿一具矩形中空的矩形路径并以渐次向外扩散方式绕在一起，矩形线圈的上下两边为长边，当音圈组17放置在磁铁组21的间隙中时，线圈的上下两长边刚好落在磁铁组的上下左右两组导磁铁片所形成的磁场中。同时将平面线圈底部两个角落之各两条柔性支撑线26的另一端固定在磁铁组底部的导磁铁片22上，使音圈组在上下运动时可保持垂直。
图11为将本发明之透明平面扬声器1装置在电脑显示器30的荧光幕27前，其中平面扬声器的框架7是数个∏字型弯钩28吊挂在电脑显示器的边框29上，并且在扬声器框架与电脑显示器边框之间粘置数片软垫9，以隔绝扬声器框架可能产生之晃动。显示器荧光幕27展示的讯息可穿透透明平板3而传送给电脑操作者，因透明平板3在扬声时所产生之振动量非常小，故不会扭曲荧光幕上之讯息。
根据以上本发明同样方式可应用于电视的荧光幕、投影幕、手机的液晶显示荧幕、对讲机、摄影机、个人记事本的接触显示幕等。
权利要求
1.一种由透明平板和激震器组成的透明平面扬声器及其制作方法。其特征在于扬声用的透明平板(3)具有一枚以激震器(4)位于平板(3)的边缘特定位置上，同时具有一个固定透明平面在喇叭的框架(7)，在平板(3)边缘上有数个特点的文撑点(2)相连接，并有悬吊机构(6)将平板固定在框架(7)上；制作方法取平面扬声器(4)包括含长度为a宽度为b的透明扬声平板(3)，b小于或等于a，首先第一步则分析透明扬声平板(3)的挠性振动模态和识别有效模态参数的分析；第二步利用振动模态分析结果进行平扬声器(4)的声压灵敏度频谱分析及识别影响声压灵敏度频谱分析的参数值；第三步选择合适的参数值来设计平面扬声器(4)，使其在特定的频率范围内产生所需要的灵敏度大小和分布。
2.根据权利要求1所述的透明平面扬声器及其制作方法，其特征在于透明平面扬声器(4)产生的声压灵敏频谱分析参数，包括透明平板的弹性模数与密度的比值；透明平板的的长度与厚度之比；扬声板边缘上支撑点及激震器的位置。
3.根据权利要求2所述的透明平面扬声器及其制方法，其特征在于透明平板的弹性模数与密度的比值在3～180之间；透明平板的长度为厚度之比80～600之间；扬声板边缘上的激震器与其所在角落之距离应大于该边长度的十分之一，而扬声板各边上至少有一个支撑点。
4.根据权利要求1所述的透明平面扬声器及其制作方法，其特征在于已定平面扬声器长a和宽b的透明扬声平板(3)，设计的参数可以根据两个阶段进行第一阶段是根据扬声器透明参数分两个阶段进行，第一阶段是根据扬声器透明平板(3)的弹性模数与密度比值和长、厚之比，使透明扬声板(3)在一定的激震及支撑状况下获得最大的扬声效率；第二阶段根据第一阶段所确定的透明平板(3)的特性来设置激震器(4)和支撑点(2)在透明平板边缘上的位置，使扬声器在特定频率范围内获得所需的声压灵敏度分布。
5.根据权利要求1所述的透明平面扬声器及其制作方法，其特征在于激震器(4)为电磁线圈式激震器，该激震器可分含圆管状线圈的圆形激震器(16)及含平面线圈的刀片型激震器(20)两种。
6.根据权利要求1所述的透明平面扬声器及其制作方法，其特征在于平板边缘设置的悬吊机构具有两种，一种为数颗具有粘性的发泡橡胶式垫片(9)所组成，且在这透明扬声板各边上至少有一颗发泡橡胶式垫片，另一种为利用数条可旋钮(12)的旋转来调整张力的张力线(10)来将透明扬声板悬吊在框架(7)的边缘上，各边至少连有一条张力线(10)附之于旋钮(12)。
全文摘要
一种透明平面扬声器及其制作方法，其特征在于透明平板具有一枚以上激震器位于平板的边缘，同时具有一个固定透明平面喇叭的框架，在平板边缘上有数个支撑点相连接，有悬吊机构将平板固定在框架上，制作方法透明扬声平板挠性振动模态和识别有效模态参数分折，紧接按扬声器的声压灵敏频谱分析，根据以上参数值来设计扬声器。
文档编号H04R9/06GK1402590SQ0112658
公开日2003年3月12日 申请日期2001年8月29日 优先权日2001年8月29日
发明者金大仁 申请人:金大仁