新型超薄卡片式扬声器技术

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随着大规模集成电路向着更高集成度和更高速度的方向不断推进，以移动电话、笔记本电脑为代表的各种移动通信末端设备上朝着重量轻、厚度薄、体积小的力向发展。　　扬声器也是其中一种不可或缺的器件。同其他组成部件一样，用户对其“轻、薄、小”的期待是十分迫切的，还包含了对高品位音质的期待。　　为此，日本松下电器公司以压电器材为基础，与松下通信工业公司一起，潜心研制重量轻、厚度薄、体积小且兼顾放音音质的扬声器，开发了WMR30、WMR57型卡片式压电式扬声器。这是一种厚度仅为1.5mm的当今最薄的扬声器。　　从音响特性的角度看，传统的压电式扬声器存在着下述3方面的问题。　　（l）形状。传统压电式扬声器一般采用圆形金属振动膜和圆形压电陶瓷元件。但这种形状会产生强烈的面共振，在声压响应特性曲线上，可以看到在某些特定的频率，会产生幅度很大的峰值和谷点。　　（2）构造。从传统压电式扬声器的构造来看，振动膜的周边是直接固定在框架上的。而低频端的放音与振动膜可推动的空气的容积相关。在周边被固定时，振动膜只能向外翘起，而不能作大幅度的振动，因而难以进行低频端的放音。　　（3）原材料的本征音。人们用耳朵所感受到的声音，必定是构成该扬声器系统的各种部件材料的本征音的叠加效果。特别是直接发声的振动膜，其原料的本征音的影响尤为明显。陶瓷的本征音就是特别刺耳的。　　因而离所谓的高保真音响效果相差甚远，对于长时间、舒适地聆听音乐节目的要求相距悬殊。为了克服传统压电陶瓷扬声器存在的不足，在研制卡片式扬声器时，首先考虑的是应具有轻、薄的特点之外，还应向用户提供舒适、高品位的音响。该扬声器在设计时采用了以下新技术。　　1．蝶形阻尼器。对于传统压电式扬声器来说，其放音频段为500Hz～20kHZ以上，而在高频端，音质还有上佳表现。但对于高保真的要求来说，低频段（500Hi以下）的放音是不可或缺的。采用蝶形阻尼器则能使从压电元件传给振动膜的振动能量尽可能地不致被浪费掉。振动膜通过阻尼器直接与框架相连。因此，能有效地将压电元件的横向运动转变为振动膜的纵向运动。橡胶棱边材料与振动膜粘接，在低频端放音时，由于橡胶与振动膜间的粘接层及橡胶本身的缓冲作用，能量在横向运动变换为纵向运动时，产生能量损耗，声压有所降低。　　2．接点独立布线。在压电元件中，振动膜自身形成电极，设置蝶形阻尼器后，配有外部接线端子的框架，形成自动配线结构。传统的压电式扬声器是在金属振动膜上直接焊上铜线，再引出外接线的。因此，妨碍了振动膜的动作，从振动面上除去成为共振失真根源的无用的布线，有利于音响特性的稳定。　　3．高分子棱边。在振动膜上安装蝶形阻尼器，使得振动膜容易产生振动。但框架与振动膜之间的裂缝呈空隙状态，反相位声波会从缝隙中泄漏，造成声压衰减。现选用SBR系列特殊高分子树脂，将其粘合在框架与振动膜之间的缝隙内，可防止空气泄漏。　　4．粘合棱边用高分子树脂。在开发这种粘合棱边用的树脂时，最为关注的一项有关音响的物理特性是材料对于声波能量的内部损耗。卡片式扬声器的构件是由对于声波能量内部损耗极小的金属与陶瓷材料组合而成。对整个扬声器进行树脂涂覆，在桂边形成防止共振的保护膜的同时，还有预防金属振动膜、压电元件的腐蚀、防尘、防湿及适应各种季节变化的作用。树脂本身能耐高达110℃的高温，可适应在周围温度很高的环境阵载、家电产品用）中的使用。　　5．两路声源激励。为弥补在很宽的频带内产生峰值跌落现象的不足，特意引入了“多路激励”的概念。因为只用一个激励声源不能维持整个频带的正常放音，所以，这种压电式扬声器适应不同频率范围，用机械方法更换另设的激励声源。在卡片式扬声器中，轮换用高频段和低频段2路激励声源，以求得整个放音频段的平直特性。　　6．分瓣式振动膜。卡片式扬声器的金属振动膜明显地分为4瓣，分别经蝶形阻尼器与框架连结。既为分瓣式振动膜，作为激励声源，就要采用多个压电元件。经分瓣后，振动膜面积趋小，各自的振幅范围也就变小，不易产生共振峰值的跌落。　　7．异形压电元件。在卡片式扬声器中，激励振动膜的是制成H型的异形压电元件。中间部分直径25mm，而在4瓣分瓣式振动膜面上各配有直径12nun的圆形压电元件，5个压电元件之间相互连接。由于将各压电元件相互连接，尽可能确保厂作为激励源的压电元件与振动膜的接触面积，提高了低频端的放音声压。再者，由于将5个压电元件实行了5合1，也简化了生产工艺。将整个振动膜分为4瓣，压电元件各自的形状便于实现最佳化。同时，也便于控制扬声器的各项特性。　　松下卡片式扬声器的音响特性。卡片式扬声器现有大口径WMR57型和小口径WMR30型2个品种。因为采用了减轻振动膜整体运动时框架周边应力的、双重结构的蝶形阻尼器以及分瓣式振动膜、薄型异形压电元件，使得WMR57型卡片式扬声器的最低共振频率达到150HZ，WMR30型卡片式扬声器的最低共振频率达到400HZ。　　2路声源激励方式的引入，则使高频段直到高达100kHZ的宽频带都具有平直的频率响应的优异性能。正是有赖于此，卡片式扬声器才得以适应DVD等高品位音响信号源的要求。　　卡片式扬声器150HZ～100kHz的宽频带放音能力超过以往同口径（50mm）的电动式扬声器400HZ～3.5kHZ的频率范围。而与传统压电式扬声器相比较，其低频端的放音，实现了由500HZ拓展到150HZ的突破，且在高频端，也可看出其平坦度的差异。　　由于采用特殊分子树脂棱边，整个扬声器又进行了树脂涂覆，较之传统同口径的压电式扬声器失真率也有了很大的改善。　　卡片式扬声器因其自身构造的原因，重量极轻，加之采用具有优异性能的橡胶系列高分子材料进行整体的保护，较之具精密磁隙性能的电动式微型扬声器，耐冲击性更强，而且还具有耐湿性，可用于接近水汽的家用电器。另外，因其不带磁性，具有开辟医疗器械及作为面向医院的扬声器等新的应用领域的前景。　　卡片式扬声器不仅可作为一般家用和音响器件，还可常随带身边，是一种便于携带的音响设备构成部件。在音响设备、放象设备、信息设备、通信设备以及家用电器、乐器玩具等等方面，都有极其广泛的开发前景。今后，人们还将适应各种用途，进行商品设计，开发出更加小型、轻盈的卡片式扬声器，以供人们不同应用场合的需要。