对简单支撑和惯性这两种换能器进行 了描述。对于这样的换能器来说，还可以对期望的力和/或速度的耦合进行考虑，下面所描 述的换能器的各方面也适用于这些参数。
[0064] 惯性换能器是一种未接地至框架或其它支撑并且在扩展区域比如在其安装架外 侧的区域上自由振动的换能器。对于谐振元件来说，谐振元件自由弯曲，因此通过与振动期 间加速和减速其自身质量相关联的惯性而产生力。惯性换能器可以是对称的或不对称的， 其中对称的换能器可通过对称地支撑在中心耦合器或支撑上的压电元件来形成，不对称的 换能器可以例如支撑在悬臂式装置中。
[0065] 此外，换能器的压电元件的谐振元件可以具有三种可区分的边界条件，即自由、夹 紧（或固定）以及简单支撑（或钉扎）。对于简单支撑的情况来说，防止在任何轴线上的位 移，但是允许旋转。因此，简单支撑被理解为声学工程中的技术术语，以限定谐振板或梁的 边界条件。换能器的板被支撑成允许绕着支撑进行枢转运动，但是防止相对于支撑进行平 移运动。因此，简单支撑与其它边界条件区分开，其中，所述板被夹在其边缘或者该板在其 边缘是自由的。
[0066] 为了优化压电致动器或换能器的性能，值得理解的是对于这样的系统来说基准性 能是什么。
[0067] 图5示出了简单支撑或支撑梁换能器的基准性能。操作的频率范围示出为从 IOOHz变化至10000Hz。作为频率函数的自由速度（零负载阻抗）示出在左侧竖直轴上，作 为频率函数的阻滞力（block force)(无限负载阻抗）示出在右侧竖直轴上。自由速度在 约500Hz和4500Hz处表现出峰值，阻滞力在约3000Hz处表现出峰值。示出了模式及分布 式模式行为。
[0068] 图6示出了惯性或自由梁换能器的基准性能。操作的频率范围示出为从100Hz变 化至10000Hz。同样示出了作为频率函数的自由速度和阻滞力。示出了模式及分布式模式 行为。
[0069] 可以看出，惯性换能器就频率来说在低频下降。相比于简单支撑换能器，惯性换能 器在低频表现出减少的自由速度和阻滞力，但是在较高频率表现出增加的自由速度和阻滞 力。
[0070] 在某些情况下，理想的是所具有的换能器在简单支撑模式下在低频有效地运行， 而在惯性模式下在高频有效地运行。本发明的一个方面采用此功能运行，如下面所讨论。
[0071] 图5和6示出了简单支撑及惯性换能器的基准性能，但是在操作中，换能器用来驱 动有限的负载阻抗，而不是零或无穷大阻抗。
[0072] 图7示出了驱动有限阻抗的换能器，其中未修改的惯性换能器和未修改的简单支 撑换能器正驱动5Ns/m的负载阻抗，并且其中换能器谐振元件的速度示出为频率的函数。 这清楚地表明，简单支撑换能器在低频相对于惯性换能器具有增强的输出，而在高频则相 反。
[0073] 在图7中，用于未修改的简单支撑及未修改的惯性换能器的压电元件是双晶片谐 振元件，这是指压电谐振元件由2层压电材料形成并且可在相反的方向上弯曲。
[0074] 图8示出了根据本发明一方面的修改的简单支撑压电致动器或换能器80的示意 图。未修改的简单支撑压电致动器60已经通过使用阻抗匹配装置81而得以修改。使用阻 抗匹配装置81可以是将额外的组件应用至简单支撑压电致动器60。使用阻抗匹配装置81 可以采用其他部件替换简单支撑压电致动器60的部件。
[0075] 图9示出了根据本发明一方面的修改的惯性压电致动器或换能器90的示意图。未 修改的惯性压电致动器70已经通过使用阻抗匹配装置91而得以修改。使用阻抗匹配装置 91可以是将额外的组件应用至惯性压电致动器70。使用阻抗匹配装置91可以采用其他部 件替换惯性压电致动器70的部件。
[0076] 如上所讨论，存在的问题涉及使用换能器来驱动负载，因为换能器和负载阻抗可 能在需关注的频率范围内表现出失配，导致换能器的减小的功率传输、速度或力特征。这是 因为换能器在需关注的频率范围内的阻抗可以不同于并且很可能不同于负载在需关注的 频率范围内的阻抗。这种情况可以有必要发生，因为要被驱动的负载在固定的范围内可以 具有阻抗或一组阻抗，例如如果换能器耦合到人耳的耳廓，并且正用于在耳廓激励声振动， 以将声音耦合至耳机装置中的耳朵。此外，换能器可能需要表现出导致换能器在操作的频 率范围内具有某一阻抗或一定范围阻抗的某些特性。这两方面则意味着换能器和负载之间 的阻抗失配，导致从换能器耦合到负载的功率传输、速度或力的减少。
[0077] 因此，根据本发明的一方面，提供了一种阻抗匹配装置。阻抗匹配并不意味着换能 器的阻抗和负载的阻抗在操作频率范围内是相等的，或者在操作频率范围内的任何频率上 实际相等。阻抗匹配是指修改换能器的阻抗，从而使换能器在操作频率范围内的操作得到 改进，通过在操作频率范围内具有较少的阻抗失配。
[0078] 阻抗匹配装置是一种修改换能器阻抗的装置，从而改进从换能器到负载的功率、 力或速度耦合。
[0079] 使用根据本发明一方面的阻抗匹配装置可以被认为是在包括未修改换能器的机 械阻抗和负载的机械阻抗的机械阻抗空间内提供另一自由度，其允许换能器的设计者/工 程师驱动负载来设计更优化的或最佳的换能器以加载驱动系统。
[0080] 根据本发明一方面的阻抗匹配装置包括包覆模制，例如以层的形式，设置成包围 换能器的压电元件的至少一部分。
[0081] 根据本发明一方面的阻抗匹配装置包括覆盖至少一部分压电装置的软弹性体。该 软弹性体的特征可以表现为达60的肖氏A硬度。
[0082] 根据本发明一方面的阻抗匹配装置包括覆盖至少一部分压电装置的硬弹性体。该 硬弹性体的特征可以表现为达90的肖氏A硬度。
[0083] 根据本发明一方面的阻抗匹配装置包括覆盖至少一部分压电装置的硬聚合物。该 硬聚合物的特征可以表现为达100的肖氏A硬度，但是通常肖氏A硬度适用最多达90,因此 硬聚合物的特征可以表现为达150的等效肖氏D硬度，但通常可以达100。
[0084] 申请人已经对已经确定的在阻抗匹配包覆模制的应用中需要谨慎而进行了研宄， 因为换能器的操作可能受到不利的影响。
[0085] 这示于图10和图11，在图10中，示出了驱动5Ns/m的负载阻抗时作为频率函数 的、未修改的简单支撑压电致动器及错误修改的简单支撑压电致动器的谐振元件的速度， 在图11中，示出了驱动5Ns/m的负载阻抗时作为频率函数的、未修改的惯性压电致动器及 错误修改的惯性压电致动器的谐振元件的速度。
[0086] 图10和11所示的未修改的简单支撑压电致动器和未修改的惯性压电致动器具有 如图7所示的未修改的换能器的速度特性。错误的修改是指包覆模制层已被错误地应用， 并且在对于简单支撑压电致动器和惯性压电致动器所示的情况下表示如果致动器被简单 地制成更坚固例如更能承受振动或下落则可被应用的包覆模制层，而不为了阻抗匹配的目 的而优化包覆模制。
[0087] 在图10中，示出了简单支撑压电致动器的操作，其中包含非优化软弹性体层的 包覆模制层已经被围绕着压电装置的谐振元件施加，并且包括非优化硬弹性体的包覆模 制层已经被施加到谐振压电以形成简单支撑。非优化的情况被称为朴素应用（nalfve application)，如图所示，压电致动器的性能受到了严重影响。
[0088] 在图11中，示出了惯性压电致动器的操作，其中包含非优化软弹性体层的包覆模 制层已经被围绕着压电装置的谐振元件施加，并且包括非优化硬弹性体的包覆模制层已经 被施加到谐振压电以形成压电元件和负载之间的耦合器。非优化的情况同样被称为朴素应 用，如图所示，压电致动器的性能受到了严重影响。
[0089] 根据本发明的一方面，申请人的研宄已经确定，布置成围绕至少一部分压电装置 的包覆模制层的参数需要被选择成提供换能器和负载之间所需的阻抗匹配，以提供从换能 器到负载或在其之间耦合的期望的功率、速度和/或力。
[0090] 所要选择的包覆模制的参数包括：材料，其可以是软的或硬的弹性体、橡胶材料、 聚合物材料或任何其它合适的材料；形成包覆模制层的材料的硬度、刚度、杨氏或剪切模量 或其它材料特性；包覆模制的厚度，特别是如果包覆模制是以层的形式，该层的厚度可能在 围绕压电层的不同位置而变化；以及包覆模制的形式。包覆模制层的形式是指：围绕压电 装置或其一部分的软弹性体；围绕压电装置或其一部分的硬弹性体，其可以在压电装置和 负载之间提供简单支撑装置或惯性支撑装置或耦合装置；围绕压电装置或其一部分的软或 硬聚合物，其可以在压电装置和负载之间提供简单支撑装置或惯性支撑装置或耦合装置。 前述并非可被选择以便实现期望的阻抗匹配的参数的详尽清单。
[0091] 在上述及下文中，阻抗匹配装置被称作"包覆模制"，因为对于其来说通过模制例 如注塑模制来形成是特别方便的。然而，选择合适的设计参数的一般原理不限于模制的阻 抗匹配装置，本公开内容不应被解释为限于模制的阻抗匹配装置。
[0092] 为了通过使用包覆模制例如包覆模制层来提供从换能器耦合至负载的期望的功 率、力和/或速度来提供阻抗匹配可能导致优化的设计，其包括对换能器的不同的压电谐 振器、不同的安装配置或者其它不同的物理方面，而没有包覆模制阻抗匹配装置。除了提供 阻抗匹配之外，包覆模制阻抗匹配装置可以提供支撑或弹性给压电元件或谐振器，这意味 着如果包覆模制被去除并且压电谐振器设计没有改变的话，则采用包覆模制的优化的换能 器设计可能无法操作。使用包覆模制可以允许使用优化设计的压电谐振器，其是脆弱的，否 则的话，如果除去包覆模制则不能够操作或者易于失败。
[0093] 在图12中，以横截面的形式示出了根据本发明一方面的优化的简单支撑压电致 动器140的示例，具有包