专利名称：压电音响系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种音响系统，尤其是一种压电音响系统。
背景技术：
传统的音响系统往往利用电磁力驱动锥型盆产生活塞运动，与空气偶合发出声音。它包括箱体、动圈扬声器、电路三部分。动圈扬声器是它的核心。然而，由于结构的限制，一个动圈扬声器的频响很难达到全音频范围(20Hz～20kHz)。因此，一个高保真的音响系统大都采用分频网络连接几个低音、中音和高音喇叭。这样的系统占地空间大。另外，它的布置以及它对周边环镜的要求也很严格。
压电陶瓷是一种功能材料。当控制信号通过放大器驱动一个压电元件时，它会产生机械运动。利用这个原理，人们开发了压电扬声器。例如，在CN1277531A中公开了一个压电扬声器。这里压电片周边固定在框价上，靠中心运动来驱动锥型膜发声。由于压电的位移幅度非常小(微米或纳米级)，这个设计结构不能产生中音和低音的效果。即使用于再现高频声音，单个这样的扬声器所产生的声压也很低。在CN1291854A中公开了另一个压电扬声器。这里压电片被整体直接粘接在一个薄板上，通过压电片的变形直接带动板弯曲发声。由于压电元件的变形幅度非常小，这样的扬声器，它的电声转换效率很低，难于产生足够的声压。
发明内容
为了克服现有音响系统的缺点，本实用新型提供一种结构紧凑、频响范围宽、电声转换效率高的音响系统。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种压电音响系统，包括功率放大器、平衡器、变压器、压电陶瓷、发声板；所述的压电陶瓷通过一个机构连接到发声板上。本实用新型采用柱状压电陶瓷，或片状双晶压电陶瓷，或片状多层压电陶瓷。音源信号通过控制电路驱动压电陶瓷运动产生惯性力，来激励弹性板料振动发声，可达到电声转换效率高的目标。采用板式设计，整体结构紧凑、占地空间小。其发声板有多种选择，可满足频响范围宽的要求。
图1是本实用新型的实施例一。
11.功率放大器，12.平衡器，13.变压器，21.压电陶瓷，22.机构，23.发声板图2是本实用新型的实施例二。
31.锁紧螺钉，32.质量快，33.弹性橡胶图3是本实用新型的实施例三。
具体实施方式
参照图一，一个压电音响系统包含控制电路部分(1)和执行机构部分(2)；所述的控制电路部分(1)包括功率放大器(11)、平衡器(12)和变压器(13)。所述的执行机构部分(2)由柱状的叠层压电陶瓷(21)(d33工作模式)、机构(22)、发声板(23)组成。在发声板(23)上，可根据需要粘贴阻尼材料(24)，用于抑制不想要的振动成分，提高音响效果。通过一个预载锁紧螺钉(没有显示)，压电陶瓷(21)固定在机构(22)内。基本上，这个一体化的机构(22)包括前端(22a)、柔性弹簧(22b)和后端(22c)。前端(22a)的表面和弹性板料(23)接触，机构(22)的其它部分悬空。当来自广播、电视、电脑、VCD/DVD/MP3播放机或麦克风的音源信号，通过电路部分(1)，输入到压电陶瓷(21)时，它所产生的运动，可以表达为x(t)＝nd33v(t) (1)这里x(t)代表输出位移；n代表压电层数；d33代表压电常数v(t)代表输入电压。压电陶瓷(21)的运动带动柔性铰链的后端(22c)产生运动。由于铰链后端(22c)有一定的质量，假定为m，所以它的运动产生一个惯性力，可以表达为F(t)=mx··(t)]]>(2)这个惯性力的反作用力将激励刚性连接的板料(23)产生振动；这个振动偶合到空气中，形成声波。在这个实用新型申请中，我们把压电元件产生的“位移”或“变形”转化为“力”，通过压电惯性力激励弹性板料产生弯曲振动来发声。这样做的好处是可以克服压电输出位移或变形小带来的缺点。让我们用单频输入-输出来说明这一点。假定x(t)＝Asin(2πft)，那么x··(t)=4Aπ2f2sin(2πft),]]>F(t)＝4Amπ2f2sin(2πft)。注意到“力”的信号幅度已经是“位移”的4mπ2f2倍；也就是说，用压电惯性力激励板料振动发声，它的效率和效果要远远好于传统的压电扬声器。我们的实验也证明了这一点。
参照图二，电路部分和实施例一基本相同，因此这里被省略。一个柱状的叠层压电陶瓷(21)(d33工作模式)，一端顶在板料(23)上，另一端通过一个预紧螺钉(31)和机构(22)相连。机构(22)包括一个惯性质量块(32)和一个弹性橡胶(33)或类似的介质。调节预紧螺钉(31)，让弹性橡胶(33)呈现拉伸状态。这样，压电陶瓷(21)的运动将带动质量块产生惯性力来激励板料产生弯曲振动发声。
参照图三，这里我们使用片状双晶压电陶瓷(21)为激励器(d31工作模式)。两片极化相反的压电陶瓷紧固地粘接在一起。在同一信号作用下，一层伸张，另一层收缩，整个压电陶瓷元件(21)产生弯曲运动，带动两端附着的质量块(32)上下运动。压电陶瓷(21)通过机构(22)连接到发声板(23)上。运动产生的惯性力通过中间的小连接机构(22)激励弹性板料(23)振动发声。同样的结构，可以采用单压电陶瓷晶片粘接单金属薄片为激励器，也可采用片状多层压电陶瓷晶片为激励器。
在本实用新型中，质量块的大小、轻重，可根据激励力的大小及带宽要求进行设计，甚至可以忽略例如实施例三中的质量块。利用压电陶瓷自身的运动及质量，也可产生压电惯性力，来激励板料振动发声，附加质量可以进一步加强这种效果。弹性发声板可以是单独设计的轻金属板、纸板、塑料板或复合板，或桌板、地板、玻璃板，或电子电器装置的壳体等。通过激励这些表面振动发声，再现原有的音乐或声音效果。压电惯性力激励器可以采用一个、两个或多个。通过电路及执行结构优化，本实用新型所描述的压电音响系统可实现立体声效果，可覆盖较宽的频率范围，占地空间小，甚至达到不占任何空间。
权利要求1.一种压电音响系统，包括功率放大器(11)、平衡器(12)、变压器(13)、压电陶瓷(21)、发声板(23)；其特征在于压电陶瓷(21)通过一个机构(22)连接到弹性发声板(23)上。
2.如权利要求1所述的音响系统，其特征在于音源信号，通过控制电路驱动压电陶瓷(21)运动产生惯性力来激励弹性板料(23)振动发声。
3.如权利要求1所述的音响系统，其特征在于所述的压电陶瓷(21)为柱状的叠层压电陶瓷，或片状的双晶压电陶瓷，或片状的多层压电陶瓷。
4.如权利要求1所述的音响系统，其特征在于所述的弹性发声板(23)为单独的轻金属板、纸板、塑料板或复合板，或桌板、地板、玻璃板，或电子电器装置的壳体。
专利摘要本实用新型涉及一种压电音响系统，包括功率放大器、平衡器、变压器、压电陶瓷、发声板；所述的压电陶瓷通过一个机构连接到发声板上。本实用新型采用柱状压电陶瓷，或片状双晶压电陶瓷，或片状多层压电陶瓷。音源信号通过控制电路驱动压电陶瓷运动产生惯性力，来激励弹性板料振动发声，其结构简单、紧凑；其电声转换效率高、响应频带宽；其发声板有多种选择，可开发出不同用途的音响系统。
文档编号H04R17/00GK2882177SQ20052002860
公开日2007年3月21日 申请日期2005年5月9日 优先权日2005年5月9日
发明者谭红, 梁继才, 付庆兴 申请人:谭红