专利名称：复合膜、制造复合膜的方法以及声学装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种复合膜。
而且本发明还涉及一种制造复合膜的方法。 另外，本发明涉及一种声学装置。
背景技术：
目前，扬声器和/或麦克风常包含复合膜，复合膜基本上是不同 材料层的结合或仅是不同材料的混合。
JP 04-042699公开了一种由合成材料制成的用于扬声器的振动 膜，该合成材料是具有较高玻璃转换温度的热塑性合成树脂纤维和具 有较低玻璃转换温度的热塑性合成树脂纤维的合成物，这两种热塑性 合成树脂纤维是在形成过程中被加热的两种具有不同玻璃转换温度 的原材料。也就是说，合成物的玻璃转换温度要取各个玻璃转换温度 之间的值，并且会得到与完全混合两种合成树脂的情况相比具有更宽 温度范围的较大内部损耗。
然而，传统的声学装置存在寿命不足的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有相当长的寿命的声学系统。
为了实现上述目的，提供了一种用于声学装置的复合膜，该复 合膜包括第一层和第二层，其中第二层(的材料)的杨氏模量值在-20 °C (摄氏度)至1』+85°。之间的温度范围内的变化不超过30%。
为了实现如上限定的目的，还提供了一种声学装置，其包括具 有以上特征的复合膜。
为了实现如上限定的目的，最后还提供了一种制造用于声学装 置的复合膜的方法，该方法包括提供第一层和第二层，其中第二层的杨氏模量值-2(TC到+85t:之间的温度范围内的变化不超过30%。
术语"声学装置"具体表示能够产生向环境发出的声音和/或能 够检测环境中存在的声音的任何设备。这样的声学装置具体包括任何 能够基于电信号产生声波或基于声波产生电信号的机电换能器或压 电换能器。
术语"(振动)复合膜"具体表示在机械力的影响下发生振动 从而产生声音的任何多层振动膜。然而，这样的振荡复合膜还能接收 声音并将声音转化为机械振动来提供给换能元件。这样的复合膜可由 多种不同的成分和/或材料形成。
术语"热塑性"定义了一种能够在加热时变软以改变形状并能 够在冷却时变硬以保持形状的材料。即使在多次加热/冷却循环之后 也能反复保持该特性。
术语".(热塑性)层"具体表示了包括连续不间断的二维区域 或不连续结构(如环形结构或包括两个或多个非连接部分的结构)的 任何(含有热塑性材料的)物理结构。
术语"声阻尼"具体表示一种能够选择性地使声波进行衰减的 材料特性。具体来说，这样的声阻尼组件能使振动膜上的驻波衰减。 通常在声学装置中，需要声学基模态来获得适当的音频性能，而受激
模态可能会造成干扰因此应通过阻尼来抑制。
术语"杨氏模量"E (还被称为弹性模量或拉伸模量)表示一种 弹性模量，其描述了等于机械拉伸与相应的伸长之间的比例的一种材 料特征或参数。因此，刚性材料比柔性材料具有更大的杨氏模量值。 杨氏模量的参数值可能与温度有关，并且可能在所谓的玻璃转换温度 附近的一个较窄的温度范围内发生强烈变化。可根据在对材料样本执 行拉伸测试期间所产生的应力-应变曲线的斜率来以试验方式确定该 杨氏模量。
术语"玻璃转换温度"表示热塑性材料或其他材料的材料特性， 具体来说它表示一个温度范围，在该温度范围内分子从"冻结"状态 向布朗运动增加的状态进行转换。从而材料从刚性、硬性、脆性状态 变为弹性、橡胶状的状态。在玻璃转换温度附近，材料弹性的杨氏模量值会显著变化。由于玻璃转换范围还取决于(声波的)频率，所以 在本申请的上下文中，术语玻璃转换温度表示在声学装置(例如扬声 器)的各个谐振频率处的玻璃转换温度。这种谐振频率具体可以是在
实质20Hz到实质10000Hz之间的范围内，尤其是在实质200Hz到实 质1300Hz之间的范围内。在本申请的上下文中，箔片的玻璃转换温 度可通过动态力学分析(DMA)来测量。
术语"电动声学装置"表示一种通过使用电磁原理(例如使用 线圈和磁铁结构)来将声波转化为电信号或将电信号转化为声波的声 学装置。
术语"压电声学装置"表示一种基于压电效应的声学装置。例 如，将该装置用作压电麦克风。压电麦克风利用压电现象(即当受到 机械压力时一些材料产生电压的趋势或相反过程)来将振动转化为电 信号。然而该装置还可用作基于压电现象的压电扬声器。
根据本发明的一个实施例，提供一种用于电声换能器的多层复 合膜，其中顶层(其主要用于实现复合膜的阻尼特性)可由一种其杨 氏模量值在大约-2(TC到85'C之间的温度范围内的变化不超过大约 30%的材料制成。85'C的温度是通常使用声学装置的上限温度值。这 个温度例如会在(具有扬声器的)移动电话在一个有阳光的天气被放 入很热的汽车内时出现。然而，在大大低于-2(TC的温度下(尤其是
在-55。C及以下的温度)，复合膜会变得过于脆(这导致其寿命短) 并且硬度或刚度会过大(因此膜将很难或不可能响应声学激励)。因 此，杨氏模量在所描述的温度范围内充分小的变化(进而充分稳定的 声学回放和/或检测特性)对于获得高品质的复合膜是有利的。因此 这样的振动膜具有既不太软也不太硬的阻尼层并且还具有在扬声器 或麦克风的工作温度下的充分稳定的声学特性。因此，获得了改进了 的或优化了的材料构成以保证扬声器膜的工作稳定性和寿命。
传统的扬声器常具有由相对较硬的热塑性材料(例如聚碳酸酯) 和相对较软的阻尼层(例如胶合层，其也可以是热塑性层)构成的复 合膜。这些阻尼层通常具有不利的玻璃转换温度(该温度在材料的较 软范围和较硬范围之间的界线上)。本发明的实施例克服了这些传统膜的缺点，这些缺点显示出阻 尼层的机械特性以及由此导致的膜的声学特性在接近玻璃转换温度 时变化很大的趋势。换句话说， 一个小的温度变化会引起声学特性的 较大改变。非常不希望这发生在扬声器的工作温度处。在该温度下通 过使用扬声器的声学特性来控制扬声器的制造过程(即在测量了扬声 器的声音性能之后改变该制造过程的参数)会引起另外的问题。
基于这些考虑并为了使这些缺点被抑制或消除，本发明的实施 例提供了一种用于电声换能器(例如扬声器、麦克风等)的复合膜， 其中该膜包含阻尼层，该阻尼层在正常的工作温度范围内其杨氏模量 的变化充分小。
接下来将对复合膜的另外的实施例进行说明，这些实施例同样 适用于声学装置和制造复合膜的方法。
根据 一 个实施例，第二层的杨氏模量值在-4 (TC到+ 8 5 。C之间的 温度范围内的变化不超过30%，尤其是在-55。C到+85"C之间的温度范 围内的变化不超过30%。发明人认为对于电声装置的复合膜来说，这 些温度范围(上限由最大工作温度来定义，下限温度由第二层的刚度 对于机械和声学目的来说仍可被接受的最小温度来定义)是适当的。
根据一个实施例，第二层的杨氏模量值在-55"C到+85"C之间的 温度范围内的变化不超过20%,尤其是在-55'C到+85'C之间的温度范 围内的变化不超过15%。
第二层可包括热塑性材料。第二层的热塑性材料可以相对较软， 例如可以由聚亚安酯或任何其他软且呈胶状的热塑性材料制成。这使 得第二层可用于以有利的方式实现复合膜的阻尼特性。
第二层的热塑性材料的玻璃转换温度在实质-6(TC到实质-l(TC 之间的温度范围内，优选地在实质-5(TC到实质-2(TC之间的温度范围 内，更优选的是在实质-4(TC到实质-3(rC之间的温度范围内。如果第 二层的材料的玻璃转换温度在一个优选的温度范围内(例如在-5(TC 到-2(TC之间)，则它在装置的正常使用期间不会对声学性能有不利 的作用。复合膜越来越多地被用于扬声器膜并常被用于由热塑性箔片 和热塑性胶构成的系统。不同的结合方式以及层数(例如两层或三层)都是可以的。在许多情况下，需要至少一个热塑性层和一个阻尼层。 胶的玻璃转换温度Ts应当与扬声器被测试或被操作的温度相差较多。 否则，要测量的并被用来控制制造过程的扬声器的参数将随着温度的 较小改变而强烈变化。无论如何，膜都应工作在Te以上的温度，这 是因为如果在Te以下的温度使用系统，则膜将会断裂，因为在Tc以 下的温度膜太硬以至很易碎。然而，如果T。太高，则第二层变得很 硬，这会引起不期望出现的谐振频率的增大。因此，发明人发现复合
膜的胶的T。的有利值或最优值根据最低应用温度在-5(TC到-2(TC之
间(对于热塑性材料)。执行这些测量能保证制造过程的基本上恒定 的参数以及保证扬声器的长寿命。
作为热塑性材料的替换材料，第二层可包括硅树脂(例如基于
结构性单元R2Si0(其中R为有机基团)的一组半无机聚合物材料)。
由于硅树脂不是热塑性材料，因此不能为该材料定义玻璃转换温度。 然而，在上述温度范围内硅树脂的杨氏模量变化足够得小，这使得硅 树脂成为复合膜第二层的合适材料。
第一层同样可包含热塑性材料，其可以比第二层的热塑性材料 更硬。合适的材料的例子是聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙 二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯。
第一层的热塑性材料的玻璃转换温度在实质+ 12(TC到实质+ 150 。C之间的温度范围内。换句话说，第一层的玻璃转换温度应当足够大， 以使得在通常以大约+85'C为端点的正常工作范围内第一层能保持其
刚性并且不会变软。第一层的玻璃转换温度应当大于第二层的玻璃转 换温度。
第二层的杨氏模量值应当小于第一层的杨氏模量值。换言之，
第二层应当比第一层软。柔软的第二层与刚性的第一层的结合能保证 适当的声学阻尼特性，该特性能使复合膜对在所期望的基模上激发的
不期望的声学模进行抑制。这产生了极好的音频特性。
第二层的厚度大于第一层的厚度。然而，第二层应当由很软的 材料制成，软到即使足够厚的第二层实质上也不会极大地影响复合膜 的硬度。这使得通过调整第二层的厚度能够改善或优化复合膜的阻尼特性，而不会显著影响整个膜的硬度。例如，第二层的厚度可以是
30pm，而第一层的厚度为10pm。然而，也可以是两个层具有相同的 厚度，例如25pm。
声学设备可被实现为由手持式声音再现系统、可佩戴装置、近 场声音再现系统、头戴式受话器、耳机、便携式音频播放器、音频环 绕系统、移动电话、头戴式送受话器、助听器、免提系统、电视设备、 电视机音频播放器、视频记录器、监视器、游戏装置、膝上型电脑、 DVD播放器、CD播放器、基于硬盘的媒体播放器、网络无线电装置、 公共娱乐装置、MP3播放器、hi-fi系统、交通工具上的娱乐装置、 车载娱乐装置、医疗通信系统、语音通信系统、家庭影院系统、家庭 剧场系统、平板电视设备、布景装置以及音乐厅系统所组成的组中的 至少一个。
将通过以下对示例的描述来使以上定义的各方面以及本发明的 其他方面更加明白，并且将参考这些实施例的示例来进行说明。
下面将参考实施例的示例来详细描述本发明，但本发明并不限
于这些示例。
图1示出了根据本发明示例实施例的复合膜。
图2示出了根据本发明示例实施例的声学装置。
图3示出了根据本发明示例实施例的复合膜的各层的杨氏模量
与温度的相互关系的曲线图。
具体实施例方式
图中的图示是示意性的。在不同的附图中，相似或相同的元件 具有相同的参考符号。
图1示出了用于根据本发明示例实施例的扬声器(或麦克风) 的振荡复合膜100。
复合膜100包括第一层101和沉积在第一层101上的第二层 102。第二层102的杨氏模量值在-4(TC到+85t:之间的温度范围内的变化不超过30%。第二层102包括玻璃转换温度在-5(TC到-2(TC之间 的热塑性材料。第一层101包括玻璃转换温度在+12(TC到+ 15(rC之间 的热塑性材料(例如聚碳酸酯)。第二层102的厚度大于第一层101 的厚度，并且比第一层101软。通过结合第一层101和第二层102 使得复合膜100能够对高阶声学模态进行抑制。
图2示出了作为根据本发明示例实施例的声学装置的扬声器
200。
扬声器200包括由第一层101和第二层102形成的复合膜100， 其作为振动膜。另外，图2示出了外壳或基底组件201以及磁性配置 202。基底组件201 (也可将其表示为篮)可以由例如金属或塑料(如 聚碳酸酯)之类的适当的材料制成。磁性配置202与线圈203配合。 当线圈被电子音频信号激励时，在线圈203与磁性系统202之间产生 电磁力。这使得膜IOO按照激励声学信号而被激励，从而产生声波， 这些声波被发射到环境使得收听者可察觉到。
环形线圈203内的复合膜100的一部分相对来说是刚性的，而 复合膜100靠近基底组件201的垂直部分相对来说是柔性的。
第一层101是由刚性热塑性材料制成的并具有相对较高的熔点。
第二层102是由更软的热塑性材料制成的并具有较低的熔点。第一层
101和第二层102 —起形成了复合膜100，其被用作密封组件和有选
择地对所定义的声学模态进行抑制的阻尼组件。由于第一层101相比 较而言具有刚性，所以它主要影响了弯曲特性并确保膜IOO保持其形
状。由于第二层102相比较而言较软，所以它主要影响复合膜100
的阻尼特性。
作为扬声器200的替换示例，还可将复合膜100用于麦克风或 任何其他声学装置。
在下文中，将要说明本发明实施例的实用原理。 由于为了用扬声器来产生声波而在许多情况下只有第一振动模 式(例如"活塞"形状)是有效的，而高阶模态会对扬声器的声音质 量有不利影响，因此可适当地对高阶模态进行抑制。由于在扬声器中 使用了薄材料，特别是在扬声器的尺寸减小时，单层材料的阻尼效应会过弱。因此，在许多使用了热塑性材料(如聚碳酸酯(PC)、聚醚 酰亚胺(PEI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇
酯(PEN))以及一个或多个阻尼软性层的情况下实现了包括一个或
多个覆盖箔片的箔片复合物。软性胶合层不会显著影响系统的硬度， 因此可被制作得更厚而不会使扬声器显著变硬。这会增强膜箔片中的 阻尼特性。
胶合物可由热塑性材料制成，因为它们会通过典型的膜形成过 程中的加热步骤而变形。然而许多胶合物具有不期望的玻璃转换温度 范围。
在玻璃转换温度范围内，即使温度只改变了几个摄氏度，材料 的弹性模量也会变化得很强烈，有时变化会大于一个数量级。如果胶 合物的玻璃转换温度范围正好在测试和操作扬声器的温度范围内，则 会出现仅仅很小的温度变化就使声学特性强烈变化的不期望的效应。 由于使用声学特性来控制和监视制造过程中的工艺，所以非常不希望 特性发生强烈变化，并且特性的强烈变化使得很难甚至不可能控制制 造过程。
为了获得更可靠的过程、简化了的过程控制、在用户所定义的 温度范围内更长的扬声器使用寿命、以及在典型应用温度范围内公差 较小的恒定产品特性，本发明的实施例提供了一种形成复合箔片的阻
尼层的胶合物，其玻璃转化温度在实质-5(TC到-2(TC之间。
为了获得有利的扬声器膜的温度稳定性，期望胶合物具有足够 低的玻璃转换温度范围。然而，具有较高玻璃转换温度范围的材料可 能过于硬，因此只能部分满足阻尼目的。扬声器不应在低于玻璃转换 温度范围的温度范围中工作，这是因为在该温度范围内膜会变得非常 脆。
本发明实施例所基于的这些思考产生了-5(TC至U-2(TC之间的 (取决于扬声器的应用领域)优选的玻璃转换温度范围。这确保了用 于过程控制的特性在与制造有关的温度范围内(例如在IO(TC以上因 数为2)能保持足够恒定。
在膜的玻璃转换温度范围以下使用膜会使它们倾向于折断而因此减小寿命。
图3示出了一个图表300，其示意性地表示了温度T (沿横坐标 301绘制)与弹性E的杨氏模量(沿纵坐标302绘制)之间的关系。
第一曲线303表示软的第二层102的弹性的杨氏模量与温度的 关系。另外，第二曲线304示意性示出了硬的第一层101的温度关系。
在图3中可以看出，第二曲线304总是在第一曲线303上方， 这是因为第一层101比软的第二层102具有更大的刚性。另外，第二 层102的玻璃转换温度Tei明显低于第一层101的玻璃转换温度TC2。
用于音频目的的对应膜100的适当的工作范围基本上在L到Tc2 之间。在Tca以下时，复合膜IOO变得太脆会导致寿命降低，并且复 合膜可能变得太硬会导致较差的声学特性。接近或高于T。2时，即使 是硬的第一层101也会变软，因此复合膜100的机械和声学特性恶化。
然而，工作范围应极大地远离曲线303和304的临界区，在临
界区，杨氏模量E随温度T变化十分强烈。第二层102的玻璃转换温
度Tei附近的阴影区域表示了应当避免膜100工作的区域。
最后，应该注意到是，前述实施例说明而不是限制了本发明， 所以本领域技术人员能够在不脱离所附权利要求所限定的本发明范
围的情况下设计出多种替换实施例。权利要求中，括号中的任何标号 都不被解释为限制权利要求。术语"包括"及其连词的使用并不排除 除了列出在作为整体的权利要求或说明书中的这些元素或步骤之外 的其它元素或步骤的存在。元素的单数标号并不排除该元素的复数标 号的存在，反之亦然。在枚举了多个装置的装置权利要求中，这些装 置中的一些可被同一个软件或硬件所实现。事实仅仅在于，相互不同 从属权利要求中所述的某些措施并不表示这些措施的组合不能用来 提供优势。
权利要求
1. 一种用于声学装置(200)的复合膜(100)，该复合膜(100)包括第一层(101)；第二层(102)，其连接到第一层(101)；其中第二层(102)的杨氏模量值在-20℃到+85℃之间的温度范围内的变化不超过30％。
2. 根据权利要求l所述的复合膜(100)，其中第二层(102) 的杨氏模量值在-4(TC到+85r之间的温度范围内的变化不超过30%， 优选地在-55'C到+85'C之间的温度范围内的变化不超过30%。
3. 根据权利要求l所述的复合膜(100)，其中第二层(102) 包含热塑性材料，或者第二层(102)由热塑性材料构成，该热塑性 材料优选的是聚亚安酯。
4. 根据权利要求3所述的复合膜(100)，其中第二层(102) 的热塑性材料的玻璃转换温度在-6CTC到-l(TC之间的温度范围内，优 选地在-5(TC到-2(TC之间的温度范围内，更优选的是在-4(TC到-30 'C之间的温度范围内。
5. 根据权利要求l所述的复合膜(100)，其中第二层(102) 包含硅树脂，或者第二层(102)由硅树脂构成。
6. 根据权利要求l所述的复合膜(100)，其中第一层(101) 包含热塑性材料，或者第一层(101)由热塑性材料构成，该热塑性 材料优选的是聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚萘 二甲酸乙二醇酯所组成的组中的至少一个。
7. 根据权利要求6所述的复合膜(100)，其中第一层(101) 的热塑性材料的玻璃转换温度在+12(TC到+15(TC之间的温度范围内。
8. 根据权利要求l所述的复合膜(100)，其中第二层(102) 的杨氏模量值小于第一层(101)的杨氏模量值。
9. 根据权利要求l所述的复合膜(100)，其中第二层(102) 比第一层(101)厚。
10. 根据权利要求l所述的复合膜(100)，其中第一层(101) 和/或第二层(102)的厚度在lnm到150pm之间的范围内，优选地 在4pm到60nm之间的范围内。
11. 一种声学装置(200)，其包括根据权利要求1到10之一所述的复合膜(100)，所述 声学装置特别适于作为电声换能器、电动声学装置、压电声学装置、 扬声器、麦克风、接收器以及振动器中的至少一个。
12. —种制造用于声学装置(200)的复合膜(100)的方法， 该方法包括在第一层(101)上形成第二层(102)，其中第二层的杨氏模 量值在-2(TC到+85r之间的温度范围内的变化不超过30%。
全文摘要
一种用于声学装置(200)的复合膜(100)，该复合膜(100)包括第一层(101)和第二层(102)，其中第二层(102)的杨氏模量值在实质上-20℃到实质上+85℃之间的温度范围内的变化实质上不超过30％。
文档编号H04R7/10GK101536543SQ200780041481
公开日2009年9月16日 申请日期2007年10月16日 优先权日2006年11月8日
发明者埃瓦尔德·弗拉泽, 约瑟夫·卢茨, 苏珊·温迪斯伯格 申请人:Nxp股份有限公司