专利名称：弯曲波面板扬声器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用以向具有弯曲波面板形式的类型的扬声器隔膜施加力的方法及设备，尤其涉及如国际申请第WO 97/04842号中所述类型且公知为分布模式扬声器的共振弯曲波扬声器。
本发明尤其涉及但不局限于可应用于诸如移动电话、PDA及类似装置等的小型电子装置上的弯曲波声音隔膜，这些电子装置在显示器屏幕部分上具有透明塑胶盖或保护器，并且可有效地将该盖的保护功能与弯曲波扬声器的功能结合起来。
本发明的一个目的是增加显示器屏幕的可视区域。
背景技术：
通过在弯曲波扬声器面板中心附近的(各)激励器提供平面之外的力来驱动弯曲波扬声器面板的技术已经众所周知，其可提供有用的效率，例如，参考本申请人的国际申请第WO 97/04842号。
另外也已公知，可将透明弯曲波隔膜与显示器结合，并在限定的边界条件的情况下在其周边对其进行驱动。在这种装置中，所进行的激励垂直于面板隔膜平面，即在平面之外。遗憾的是，这种激励方法会占据整个面板区域的一部分，例如，参考本申请人的国际申请第WO 00/02417号。
另外也已公知，可通过弯曲力矩来驱动弯曲波面板扬声器，其中，利用支点的原理来施加驱动力，这种方法包括使用直角杆，该杆内侧定位一支点或简单支撑，参考本申请人的国际申请第WO 00/13464号。
本发明的一个目的是提供一种方法及装置，从而可使用简单的杆耦合将弯曲力施加至弯曲波面板上。
发明内容
一方面，本发明是一种制造弯曲波面板扬声器的方法，该方法包括将杆机械地耦合至面板边缘或边界部分，以使该杆与该面板的平面呈一角度延伸；将振动激励器耦合至该杆，从而当向激励器供应信号时，将弯曲波能量耦合至该面板，从而产生声音输出；以及将该面板支撑在位于该杆外侧的悬挂上。该方法可包括选择一弹性悬挂。
该方法可包括将该杆配置成凸缘形式，该凸缘沿该面板边缘或沿该面板的边界部分延伸。
该方法可包括将该凸缘配置成部分地沿该面板边缘或边界部分延伸，或配置成可与该面板边缘共同延伸。
该方法可包括将杆或凸缘布置在该面板的一对相对的边缘或边界部分上，并将每个杆或凸缘耦合至振动激励器，从而可将该弯曲波面板作为立体声装置进行操作。该方法可包括将杆或凸缘布置在该面板的邻近边缘或边界部分上，并将振动激励器耦合至该邻近边缘或边界部分上的杆或凸缘，从而提供额外的通道声音输出。
该方法可包括藉由关联的振动激励器将该杆或凸缘驱动成共振。
该方法可包括将共振或分布模式装置选择为振动激励器。
该方法可包括将该激励器定位于该杆或凸缘内侧。
该方法可包括经由大致位于该面板的平面内的振动激励器向该杆或凸缘施加力。
该方法可包括经由大致垂直于该面板的平面的激励器向该杆或凸缘施加力。采用这种方式，面板也可在低频下以整体模式来进行操作。
该方法可包括在该杆或凸缘远离面板的一端为其设置返回唇缘，并将振动激励器耦合至该返回唇缘上。
该方法可包括通过该或每一激励器、或在提供有不止一个激励器之处通过至少一个激励器将该弯曲波面板驱动为共振。该共振可以属于分布模式类型。
另一方面，本发明是弯曲波面板形式的扬声器，该扬声器具有一杆，其机械耦合至该面板的边界部分或边缘；振动激励器，其耦合至该杆，从而向该面板施加弯曲波能量，以产生声音输出；以及面板悬挂，位于该杆的外侧。该面板悬挂可以是诸如弹性塑料的柔顺性的。
该杆可为凸缘形式，沿该面板边缘或沿该面板的边界部分延伸。该凸缘可部分地沿该面板边缘或边界部分延伸，或可与该面板边缘共同延伸。
杆或凸缘可设置在该面板的一对相对边缘或边界部分上，并将每一杆或凸缘耦合至振动激励器，从而可将该扬声器作为立体声装置进行操作。
杆或凸缘可设置在该面板的一邻近边缘或边界部分上，并将该邻近边缘或边界部分上的杆或凸缘耦合至振动激励器，从而提供多通道声音输出。
该杆或凸缘适于通过关联的振动激励器驱动为共振。
该振动激励器可为共振或分布模式装置。
可将该激励器置放于杆或凸缘内侧。
振动激励器适于向大致垂直于其平面的该杆或凸缘施加力，或者可选择地，振动激励器可适于向大致位于该面板的平面内的杆或凸缘施加力。对于后一种情况，可在低频下以整体模式来操作该面板，且该杆或凸缘可包括位于其远离面板的一端的返回唇缘，以便将振动激励器耦合至该返回唇缘上。
该弯曲波面板可适于共振从而产生声音输出，并且可属于分布模式类型。
另一方面，本发明是一种具有显示器屏幕及位于该显示器屏幕上的透明保护盖的小型电子装置，其中，该透明保护盖是上述扬声器。该小型电子装置可以是移动电话、PDA或类似装置。
从而，利用本发明的方法及扬声器或电子装置，由于弯曲力是完全经由一杆施加至面板，因此不需要可使该面板产生变形的支点或简单支撑。而且，本发明中，该悬挂并非如上述现有技术的情况定位于该杆内侧，而是定位于该杆外侧及该面板的边缘处或附近。此外，该悬挂无需作为可提供简单悬挂或支点的类型，而是柔顺性的，例如弹性泡沫塑料。可使用任何适当的电动激励器。特定实施例可将分布模式致动器或DMA(如本申请人的国际申请第WO 01/54450号所述)用于本发明，其与该扬声器组件相匹配。可将激励器置放于杆耦合器内侧，以节省空间。可使用惯性及接地的激励器。
可沿弯曲波面板边缘或具有相关联的杆或凸缘的边缘自由支撑弯曲波面板。悬挂可一般或局部适合于提供能改善性能的边界条件。这种适应操作可有助于模式密度及/或调整模式分布。该杆耦合件可具有选定的参数，这些参数被选择用来为耦合系统增加有益的模式。该面板可具有或简单或复杂的弯曲轮廓。可根据面板的硬度及厚度选择曲率，以改善性能。
例如，可通过选择阻尼及/或柔顺性来选择激励器固定短件(stub)的机械特性，便于匹配。
补偿低模式密度及高机械阻抗的一种方式是分析并最佳化杆本身的机械及几何参数。其中，激励器本身的模式动作具有潜力，例如当使用DMA时，也可将耦合杆的模式制成完整模式系统的一部分。
相关的杆参数包括面积质量-密度、硬度、尺寸、厚度、有向性、曲率以及加固肋状物。
该杆可与面板形成整体，或使用粘合剂附加至面板上。对于两种情况，杆与面板间的角度可为直角，但也可为允许弯曲或扭力力矩转移至辐射面板的任何其他角度。
可为所需耦合独立地或交互选择将激励器固定短件耦合至杆、将激励器的(各)DMA元件耦合至该固定短件以及杆在面板上的自由度，以及(各)DMA元件在短件上以及短件在杆上的位置。
在小型电子装置中，空间非常珍贵，并且，能减少空间需求、并将功能整合至子组件内的技术解决方案极具价值。本发明的解决方案可采用一条或更多信号通道。例如立体声中，二通道再现具有实质的市场价值，并可通过众所周知的各种信号处理系统来提高这种小型装置的性能，从而增加再现声音中感觉到的空间效果。可使用不止一个声音通道及相关的通道激励器来驱动面板隔膜，如采用面板相对边缘上的一对相对杆。可在公共信息处以较低频率电气组合各通道以增加效率。可在较高频率下使如此组合的各通道保持分开，从而保持复制声音中的空间效果及感觉到的通道分开效果。
本发明提供一种装置，允许移动通信装置或PDA上具有最大的可见区域，并允许立体声信号复制。目的是得到100％可见区域。同时，本发明的一个目的是允许多通道信号再现，而不存在预计的可见区域损失，该损失是因需要不止一个转换器而造成额外占据其他可利用的显示区域。
立体声音频输出需求很大，且性能优势明显，特别在较大的物件中，但也可用于较小的装置。
本发明的一个目的是以有效成本提供立体声。这通过将两个或更多信号频道整合至一个扬声器组件之中而实现。这可具有一连接器的额外优势。可进一步将扬声器组件与显示模块形成一体，以便最小化装配时间及成本。
另一目的是提供一种具有一个或更多占据非常少空间的通道的扬声器系统，假定在PDA中，该空间是非常珍贵的。
考虑某些可能实施的尺寸较小，该技术可独特地提供在再现声场中未预料到的感觉空间性程度。在音频行业中，众所周知，如果将信号处理用于产生扩大的立体声效果，则更是如此。
如果考虑这一效果，可在收听距离为3.5米的小型立体声电视的立体声扬声器的对向角与收听距离为0.5米的手持立体声PDA/电话之间进行比较。
本发明借助实例并结合附图示意性地示出，其中图1是现有技术移动电话的透视图；图2是另一现有技术移动电话的透视图；图3是现有技术所谓的PDA或个人数字助理的透视图；图4是本发明的移动电话的一项实施例的透视图；图5是本发明的PDA的一项实施例的透视图；图6a是本发明的弯曲波面板扬声器的第一项实施例的透视图；图6b是安装于外壳中的图6a的面板扬声器的局部断面侧视图；图6c是本发明的弯曲波面板扬声器的第二项实施例的透视图；图6d是安装于外壳中的图6c的面板扬声器的局部断面侧视图；图7是本发明的弯曲波面板扬声器的第三项实施例的透视图；图8是绘制声压相对于频率的曲线图，并包括具有本发明的扬声器的图2装置的扬声器输出；图9是绘制声压相对于频率的曲线图，并包括具有图6的扬声器的图2的现有技术的扬声器；图10是操作中的本发明的弯曲波面板扬声器的透视曲线示意图；图11是具有本发明的弯曲波面板扬声器的诸如移动电话或PDA的小型电子装置的断面侧视图；图12是本发明的弯曲波面板扬声器的另一项实施例的透视图；图13是本发明的弯曲波面板扬声器的另一项实施例的透视图；及图14是本发明的弯曲波面板扬声器的另一项实施例的透视图。
具体实施例方式
图1示出现有技术移动电话手机(1)，其包括外壳(2)、键盘(3)、麦克风(4)、及微型扬声器(5)，以及与其关联的声音辐射孔(6)。也具有透过保护性透明盖(7)可观看到的显示器屏幕10。显示器屏幕盖(7)略微大于屏幕(10)的可视区域，该可视区域由外壳(2)中的对应孔限定。
图2示出现有技术移动电话手机(1)，其中，该透明显示器屏幕盖(7)具有边缘区域(8)，其装配有电动激励器(9)，该激励器以弯曲波振动驱动该盖，以辐射声音。因此，该盖用作共振面板形式的扬声器。国际申请第WO 00/02417号中已说明这种结构。激励器(9)可以是光束型压电模态致动器，如国际申请案WO 01/54450中所述的类型。
图3示出根据该现有技术的PDA(11)，也就是个人数据装置，其具有大显示器屏幕区域(10)及两个声音复制通道(5)，此处将其配置为立体声声音输出。
图4示出一项根据本发明并具有用于致动扬声器的杆耦合机构(12)的移动电话1的实施例，这将在下文进行更详细的说明。由于并未以上述图2所示的方式将振动激励器(未示出)直接附着于盖的扁平(潜在可视)表面上，所以通过使用杆耦合机构(12)来激励声音辐射盖(7)可大大提高显示器(10)的可视区域。可使用任何适当的电动激励器，而由于具有较薄的形状因素，WO 01/54450中的分布模式致动器(distributed mode actuator)DMA型激励器非常适合。这允许其能够并入所示出的紧密扬声器及显示器组件。该屏幕盖是6.5cm×4.3cm，且该DMA杆梁(beam)是3.6cm长、0.7cm宽，且厚度可以忽略不计。
图5示出本发明的PDA(11)的一项实施例，并说明怎样使用较大的显示器屏幕区域(10)对其进行改善，其中该二通道扬声器结构与显示单元上的透明盖(7)相组合。弯曲波扬声器盖的激励是经由二杆耦合机构进行的，该机构位于屏幕的相对侧上，并位于盖的下方。
对于在空间有限的诸如移动电话手机、PDA等的小型电子物品提供共振弯曲波面板形式的扬声器的问题，特别在扬声器面板是透明的情形中，本发明提出一种解决方案，以便在可视显示器前形成一盖，并因此必须将共振激励器安装于面板的边缘。该解决方案涉及将共振激励器耦合至一构件，如刚性固定到面板上的类似凸缘的构件，并与面板呈一角度，如直角，延伸。因此，振动激励器可向用作耦合于面板的杆的构件施加力，以激励面板共振，从而产生声音输出。
图6a和6b示出包括矩形面板形式的声音辐射器14的弯曲波面板扬声器13的二通道实施例，例如位于图4的移动电话1或图5的PDA11中的图像显示器18上方的透明盖，且其采用直立凸缘15形成，该凸缘沿着两个相对侧延伸并刚性附着于辐射器面板14以形成杆耦合机构12。凸缘15位于面板边界16的略微向内处，以提供可附加悬挂17的区域，以便将辐射器14固定至移动电话或其他电子装置的外壳2中的适当位置。外壳2包含该装置的普通电子元件22。
杆耦合凸缘15基本上在辐射器14的侧面的全长上延伸，且横梁激励器(beam exciter)19经由短件20固定至每一凸缘上。激励器19可如图6a及6b所示安装在杆耦合件15外侧，或如图6c及6d所示安装于杆耦合件的内侧，以节省更多空间。
图7的实施例示出二通道面板形式的弯曲波扬声器13的透视图，其大致与图6类似，但采用短杆耦合凸缘15。因此，相对于将其固定的弯曲波面板辐射器14的长度而言，所述杆是较短的。
图8是声压相对于频率的曲线图，其示出用于图2所示现有技术扬声器的连续参考迹线，迹线1[长虚线]用于单一短长度杆耦合件，以及迹线2[短虚线]用于扬声器隔膜，该隔膜装配有两个激励器，经由各个短长度杆耦合进行驱动，如图7所示。此处，驱动信号常常显示对应于图7的实施例的能量分布的正总和。
图9是声压相对于频率的曲线图，其示出用于图2的现有技术弯曲波扬声器面板的连续参考迹线。图9也示出由长杆耦合所提供的用于单一通道迹线1[长虚线]和用于同相工作的二通道[短虚线]的声音输出，该长杆属于图6所示的类型。该实施例的功率/响度以及响应的一致性可见已得到改善。双杆耦合作业可见具有良好的功率整合。
图10是本发明的扬声器面板14的弯曲波动作的线网状表示，其具有贡献有用声压的可识别的三组模式。采用弯曲波声音面板的较小音频装置因而具有比大装置更低的模式密度及更高的机械阻抗。因此，需要利用额外的模式组来补偿。第一模式组A可藉由模式致动器的设计进行定义，如压电DMA。可将第二模式组B设计为该杆耦合的一部分，在这种情况下，其有意地不具有完全或实际上的刚性。第三模式组C从扬声器辐射面板元件的预计的共振弯曲波行为中获得。例如，可利用振动分析工具对每一元件进行调整，以提供有用的协作共振作业，从而获取良好的声音效果。
图11示出诸如电话1或PDA11的小型电子装置的另一项实施例，其大致与图6类似，并具有由可视显示器18上方的透明盖14形成的板形的扬声器13，其中，两个或更多的激励器19与改良的杆耦合构件15一同使用，以增加整体的部件，或在较低频率范围内同相移动。杆耦合凸缘15在其自由端采取另一直角，以形成返回凸缘21。这将允许激励器19能够垂直于辐射器的平面移动。在因惯性反应的较低频率下，并且/或者如果将激励器接地至一框架区段，则面板14作为整体以低于该面板的共振弯曲波范围的频率进行移动。在较高频率下，随着杆耦合开始在声音面板周围将激励器的运动转换成弯曲力，会出现向弯曲波动作的转变。在高频率下，弯曲波动作占主要地位。
图12示出类似于图7的实施例，且采用三杆耦合凸缘(15)将装置扩展到多通道使用。在该项范例中，用于PDA的左和右通道扬声器输出已通过代表中心通道的横轴中的激励而增加。这样对于具有三条主要声音通道的个人视频播放机来说是合适的。在适当的情况下，可增加更多的杆耦合及激励器，弯曲波屏幕可用来汇总各种效果(contribution)。
图13是大致类似于图6的具体实施例，所述杆耦合器凸缘15三维弯曲。
图14是基于图6的实施例，并示出本发明的扬声器并未限制于对称的结构，且利用额外的自由度可获得进一步的改善，藉由使固定短件20上的DMA或同等激励器19偏心位置、短件20的偏移及相对于杆耦合器的高度、耦合的位置高度及长度、其相对于面板边缘的周边位置、杆耦合见的形状及厚度(不论该耦合件是否具有平面中的弯曲轮廓(即三维空间))可提供上述的额外自由度。该图大概示出这些特征。
意外的好处包括改善的低频性能和下述事实，即由于杆的存在，整体弯曲的物体可更大，导致略低的fo及增加的密度。
模拟的结果表明，新的紧凑结构的解决方案可提供至少与外侧传统解决方案同等的性能，并且其对空间的要求大大减少，可允许额外的设计自由度。
另一好处在于，由于系统整体具有增加的模式密度，所以其声音品质会进一步增加。
而且，在相同的占用空间内，可为立体声加入第二通道。
有用的通道分离可从中间频带(1kHz)及稍大但低于1kHz的频带处观测到，从而证明具有效率增加以及响应改善的潜力(potential)。
也具有活塞式增强(pistonic augmentation)的潜力，即加入至弯曲波驱动的较低频率范围的整体非摇摆平移(translation)，尤其是低于组合辐射面板及杆结构(fo)的基本弯曲模式。通过利用一般平行于面板平面延伸的二级凸缘或其他刚性附加返回构件形成该杆、并且将所述(各)激励器耦合至凸缘等，可实现此目的，由此可由激励器通过基本上垂直于面板平面的杆施加力。
权利要求
1.一种制造弯曲波面板扬声器的方法，其包括将杆刚性地耦合至面板边缘或边界部分，以使所述杆与所述面板的平面呈一角度延伸；将弯曲波激励器耦合至所述杆，从而当向激励器供应信号时，将弯曲波能量耦合至所述面板，从而提供声音输出；以及将所述面板支撑在位于所述杆外侧的悬挂上。
2.如权利要求1所述的方法，包括将所述杆配置成凸缘的形状，该凸缘沿所述面板边缘或沿所述面板的边界部分延伸。
3.如权利要求2所述的方法，包括将所述凸缘配置成部分地沿所述面板边缘或边界部分延伸，或与所述面板边缘共同延伸。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，包括将杆或凸缘布置在所述面板的一对相对边缘或边界部分上，并将每个杆或凸缘耦合至振动激励器，从而使所述弯曲波面板作为立体声装置进行操作。
5.如权利要求4所述的方法，包括将杆或凸缘布置在所述面板的邻近边缘或边界部分上，并将振动激励器耦合至所述邻近边缘或边界部分上的所述杆或凸缘，从而提供多通道的声音输出。
6.如上述权利要求中任一项所述的方法，包括通过所述相关联的振动激励器将所述杆或凸缘驱动成共振。
7.如上述权利要求中任一项所述的方法，包括将分布模式装置选择为振动激励器。
8.如上述权利要求中任一项所述的方法，包括将所述激励器定位于所述杆或凸缘内侧。
9.如上述权利要求中任一项所述的方法，包括经由大致位于所述面板的平面内的该振动激励器向所述杆或凸缘施加力。
10.如权利要求1至8中任一项所述的方法，包括经由大致垂直于所述面板的平面的激励器向所述杆或凸缘施加力。
11.如权利要求10所述的方法，包括向所述杆或凸缘远离所述面板的一端设置返回唇缘，并将所述振动激励器耦合至所述返回唇缘。
12.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述弯曲波面板由所述或每个激励器驱动成共振。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述共振属于分布模式的类型。
14.一种弯曲波面板形式的扬声器，其具有刚性耦合至所述面板的边界部分或边缘的杆；振动激励器，该激励器耦合至所述杆，用以向所述面板施加弯曲波能量以产生声音输出；以及面板悬挂，该悬挂位于所述杆的外侧。
15.如权利要求14所述的扬声器，其中所述杆采用凸缘的形式，该凸缘沿所述面板边缘或沿所述面板的边界部分延伸。
16.如权利要求15所述的扬声器，其中该凸缘部分地沿所述面板边缘或边界部分延伸，或与所述面板边缘共同延伸。
17.如权利要求14至16中任一项所述的扬声器，其中杆或凸缘设置于所述面板的一对相对边缘或边界部分上，每个杆或凸缘耦合至一振动激励器，从而将所述扬声器作为立体声装置进行操作。
18.如权利要求17的扬声器，其中杆或凸缘设置于所述面板的邻近边缘或边界部分上，所述邻近边缘或边界部分上的杆或凸缘耦合至振动激励器从而提供多通道的声音输出。
19.如权利要求14至18中任一项所述的扬声器，其中所述杆或凸缘适于由所述相关联的振动激励器驱动成共振。
20.如权利要求14至19中任一项所述的扬声器，其中所述振动激励器是分布模式装置。
21.如权利要求14至20中任一项所述的扬声器，其中所述激励器放置于所述杆或凸缘的内侧。
22.如权利要求14置21中任一项所述的扬声器，其中所述振动激励器适于向大致垂直于其平面的所述杆或凸缘施加力。
23.如权利要求14至21中任一项所述的扬声器，其中所述振动激励器适于向大致位于所述面板的平面中的所述杆或凸缘施加力。
24.如权利要求23所述的扬声器，其中所述杆或凸缘包括位于其远离所述面板的一端的返回唇缘，并且其中所述振动激励器耦合至所述返回唇缘上。
25.如权利要求14至24中任一项所述的扬声器，其中所述弯曲波面板适于共振，以产生声音输出。
26.如权利要求25所述的扬声器，其中所述弯曲波面板属于分布模式类型。
27.一种小型电子装置，其具有显示器屏幕以及位于所述显示器屏幕上的透明保护盖，其中所述透明保护盖是如权利要求14至26中任一项所述的扬声器。
28.如权利要求27所述的小型电子装置，其中所述装置是移动电话、PDA或类似装置。
全文摘要
本发明公开一种制造弯曲波面板扬声器的方法，该方法包括刚性耦合杆(12)至面板边缘或边界部分，以使杆(12)与该面板(7)的平面呈一角度延伸；耦合一弯曲波激励器至杆(12)，从而当向激励器供应信号时，可将弯曲波能量耦合至面板(7)从而产生声音输出；以及支撑定位于该杆外侧的悬挂上的面板。另一方面，本发明是一种弯曲波面板形式的扬声器(13)，该扬声器具有杆(12)，其刚性耦合至该面板的边界部分(16)或边缘；振动激励器(9)，其耦合至该杆从而向面板(7)施加弯曲波能量，以产生声音输出；以及位于该杆外侧的面板悬挂(17)。另一方面，本发明是一种小型电子装置，如移动电话(1)或PDA，该装置具有显示器屏幕(10)，以及位于该显示器屏幕上方的透明保护盖(7)，其中，该透明保护盖(7)是上述扬声器。
文档编号H04R7/04GK1910954SQ200580002083
公开日2007年2月7日 申请日期2005年1月6日 优先权日2004年1月8日
发明者亨利·阿齐马, 尼尔·G·哈里斯, 丹尼斯·莫里克罗夫特, 马克·斯塔恩斯, 马丁·科洛姆斯, 保罗·伯顿 申请人:新型转换器有限公司