一种充气式扬声器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电声换能技术领域，具体涉及一种充气式扬声器。
【背景技术】
[0002]扬声器又称“喇叭”，是一种十分常用的电声换能器件，在发声的电子电器设备中都能见到它。扬声器的种类很多，按其原理可分为电动式(即动圈式)、静电式(即电容式)、电磁式(即舌簧式)、压电式(即晶体式)等几种。传统的扬声器一般都由音圈、纸盆、磁铁等部件构成，但大多都为硬质器件。硬器件在传统工业工程中有着不可代替的优势，但同样有着不可弥补的缺陷。而基于软材料的扬声器则具有质轻、廉价、体积小、寿命长等等优点，有非常广阔的应用前景。
[0003]功能材料是指在电、光、热、催化等外界激励下表现出特有功能响应的材料。这些功能响应可以是变形、荧光、化学反应，等等。在具备受外界激励可产生功能响应的同时，功能软材料还拥有着软材料的某些特性。功能软材料对外界的激励(机械载荷、温度场、电磁场、化学场等)能够产生不同程度的功能响应。相比传统硬质材料具有轻质廉价、可承受大变形、具备良好生物亲和性等特点。从石油开采密封到微流体药物输送，从柔性机器人到潮汐能源收集，功能软材料及其应用器件已被广泛应用到工程实践中，并在柔性电子、航空航天、智能仿生、生物医药以及新能源领域有着广泛的应用潜力。介电高弹聚合物(Dielectric Elastomer,DE)是一种典型的功能软材料。当介电高弹聚合物薄膜(也称为介电高弹体薄膜)在厚度方向上受到电场作用时，其厚度会减少，面积会相应地扩张。当电场消失后，其又会恢复到原来的构型。这种材料具有电致变形大(可高达380 %)，机电转换效率高，能量密度大，质量轻等优点，常用于制作驱动器，能量采集器。另外，由于其具有高机电转换效率，抗疲劳与环境适应性好的特点，因此也是一种制作新型扬声器的理想材料。
[0004]公开号为104378721A的中国专利申请“扬声器”，公开了一种扬声器，其包括:振膜和支撑所述振膜的盆架；音圈和设置在所述音圈之中的金属柱；与所述音圈相连的第一输入端和第二输入端；磁铁和承载所述磁铁的导磁载体；以及与所述盆架相连且容纳所述音圈、金属柱、磁铁、第一输入端、第二输入端和导磁载体的金属外壳。该发明的扬声器能够屏蔽电磁辐射，从而降低音圈的电磁辐射，有效改善音质消除音频领域的数码声，使得音响的音色变得柔和，解析力得到了提高，提高了音响效果。但是制作过程较为复杂，零部件过于冗余，工作寿命有限，不适合大规模应用。
[0005]文献“Stretchable,Transparent, 1nic Conductors”(SCIENCE，30 AUGUST 2013VOL 341)公开了一种全透明的扬声器。它由透明的离子电极和透明的压电聚合物材料组成，基于离子电极和压电聚合物材料的特性，能够响应从20Hz到20kHz的整个可听范围内的频率，且保真度很高。但其材料来源不易，应用条件较为苛刻，工作寿命有待提升，目前还停留在实验室阶段。因此，选择合适的材料和设计一个合理的结构，有效地将输入的音频信号以电信号的形式转换为输出放大信号并确保其保真度，成为制作新型扬声器的核心。【实用新型内容】
[0006]针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种充气式扬声器。
[0007]—种充气式扬声器包括腔体和振动薄膜，所述腔体带有顶部开口，所述振动薄膜电驱动可变形且密封安装在顶部开口处，所述腔体还设有进气口，所述振动薄膜外周设有支撑框，振动薄膜通过支撑框安装在腔体的顶部开口处。
[0008]本实用新型的支撑框包括两片连接件，分别设置于振动薄膜的上、下表面上。作为优选，所述连接件为环状连，两个连接件相互对正以夹持振动薄膜，处在振动薄膜下表面的连接件与腔体的顶部开口相互对接。
[0009]下表面的连接件通常采用胶黏的方式固定在顶部开口处。顶部开口的形状与连接件的形状相匹配，应理解为环状的连接件与腔体顶面(即侧壁的顶面)的形状相同，且能够完全覆盖在腔体顶面上。
[0010]连接件较振动薄膜硬，优选为ABS板材料。连接件一共有两片，一方面与振动薄膜可以紧密连接，另一方面可以和腔体通过液体胶粘紧，因此气密性可以得到有效保证。
[0011]本实用新型中设置连接件能够提高采用振动薄膜密封后气腔的密封性。且相对于直接将振动薄膜粘结在气腔上的方法相比，采用特定的液体胶(如在特定情况下能够脱黏，即可逆胶黏)，即可实现无损伤的更换振动薄膜，大大提高了扬声器的应用范围。
[0012]本实用新型中腔体应具有一定的抗压强度(当腔体内压强在一定范围内不发生变形)，质量适中，优选为亚克力板材料制作。
[0013]腔体进气口的形状和位置，以及进气量的多少能够影响到腔体内压强的变化，进而影响到振动薄膜的振动情况，最终会对扬声器发出的声音效果产生影响。本实用新型中腔体的进气口设置于腔体的侧壁上，用于对气腔充气或放气，以调节腔体内的气压。作为优选，进气口离腔体的底端的距离为4?6cm，优选为5cm，伸出长度为2?4cm，优选为3cm。其截面优选为圆形，直径为0.5?2cm，优选为1cm。
[0014]所述的振动薄膜包括振动层，内嵌于振动层中的透明纤维，以及位于振动层上、下表面的透明电极层，所述透明纤维的弹性模量至少为振动层的10倍。
[0015]透明纤维弹性模量比振动层大，因此能够对振动薄膜的振动情况起到一定的限定作用，实际使用时，根据应用需求，可以通过调节透明纤维的数量、排布方式以及材质，达到不同的发声效果。
[0016]所述振动层中的透明纤维至少有两根透明纤维。作为优选，所述透明纤维的数量为6?12。进一步优选，所述透明纤维为8根。
[0017]所述振动层为圆形，所述透明纤维绕振动层的中心呈辐射状均匀分布，且互不相交。进一步优选，每根透明纤维距离振动层的中心的距离为3?5mm，最优的，每根透明纤维距离振动层的中心的距离为5mm。
[0018]通过使各根透明纤维在中心处不连接在一起，能够使振动层的中心处不受限制地自由振动，从而产生各个频率段的声音。
[0019]本实用新型中透明纤维的截面形状可以为三角形、方形，圆形等，优选为圆形。
[0020]为便于实现，本实用新型还提供了另一种振动薄膜，所述的振动薄膜包括振动层，以及位于振动层上、下表面的透明电极层。不在振动层中内嵌透明纤维，能够降低制作难度。
[0021]所述的透明电极层应具有透明性、良好的导电性、稳定性以及能和振动层紧密结合等性能，可采用离子型导电水凝胶等材料制备而成。
[0022]为避免电极层对振动薄膜振动性能的影响，透明电极层应该尽可能薄。作为优选，所述透明电极层的厚度为0.1?0.3mm，优选为0.2mm。
[0023]且为保证上、下表面的电极层之间电气绝缘，透明电极层的边缘到振动层的边缘之间应留有间距，作为优选，该间距为I?2cm。
[0024]为了不影响扬声器的发声效果，所述连接件的厚度为0.3?0.7cm，优选为0.5cm。
[0025]由于透明纤维内嵌于振动层中，相应的，透明纤维的截面形状的在竖直方向上的尺寸应小于振动层的厚度。当截面形状为圆形时，透明纤维的直径为0.3?0.5_，优选为0.4mmο
[0026]本实用新型中定义尺寸为截面形状上距离最大的两点之间的距离，则竖直方向上的尺寸应理解为透明纤维在的截面形状在振动层厚度方向上的距离最大的两点之间的距离。
[0027]介电高弹体(DE)薄膜在受到厚度方向的电压后，其面积会扩大，厚度会减少。本实用新型中，所述振动层优选为介电高弹体薄膜，进一步优选为VHB4905薄膜。
[0028]所述振动层的相对介电常数为3?4.7，优选为3.5。
[0029]所述振动层对金属的粘结正拉强度为900?1200kPa，优选为llOOkPa。
[0030]在初始状态时(即气腔未充气，压强为正常大气压时)，所述振动层没有预拉伸，为圆形，厚度为0.3?0.8mm,优选为0.5mm。
[0031]本实用新型中腔体、振动层以及连接件的大小根据实际应用情况设定，且腔体、振动层和连接件三者的形状和大小必须匹配。
[0032]本实用新型中腔体优选为圆筒状，其外径为8?12cm，内径为7?11cm，高度为10?20cm。作为优选，其外径为10cm，内径为9cm，高度为15cm。
[0033]相应的，振动层的形状为圆形，直径为8?12cm，优选为10cm。且连接件为圆环形，其外径为8?12cm，内径为6?10cm，厚度为0.3?0.7cm。作为优选，连接件的外径为10cm，内径为8c