專利名稱：壓電式揚(yáng)聲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓電式揚(yáng)聲器，其包括薄膜及包括安裝至該薄膜的至 少一個(gè)壓電式元件的致動層，其中該至少一個(gè)壓電式元件用于在被致動時(shí) 引起該薄膜振動以產(chǎn)生聲音。本發(fā)明還涉及一種用于驅(qū)動壓電式揚(yáng)聲器的 方法。
背景技術(shù)：
圖la至lb說明基本的現(xiàn)有技術(shù)壓電式揚(yáng)聲器10，其包括薄膜12;
安裝至該薄膜的壓電式元件14;及一對電極16、 18，其用于根據(jù)表示待產(chǎn) 生的聲音的電輸入信號而致動該壓電式元件。當(dāng)致動壓電式元件14時(shí)，該 壓電式元件開始振動，且該振動由薄膜12轉(zhuǎn)換為聲音。
一般而言，壓電式揚(yáng)聲器以其功率效率為人所熟知。然而，僅對于較 低頻率如此。對于較高頻率而言，壓電式元件的阻抗減小，從而增加電流 且因此增加功率消耗。
在試圖解決該問題時(shí)，已提出調(diào)節(jié)壓電式元件上的電壓。該解決方法
基于以下理解壓電式揚(yáng)聲器的功率消耗受壓電式元件上的電壓的直接影
響(其中該電壓取決于輸入信號)，且對于較高頻率的壓電式揚(yáng)聲器而言，聲 壓級增加。因此，可在具有所維持的聲壓級及減小的總功率消耗的情況下， 例如在均衡器中選擇性地降低針對較高頻率的電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的為提供一種對較高頻率下的高功率消耗的上述問題的另 一種解決方法。
根據(jù)所附權(quán)利要求，通過下文的描述將明顯看出，該目的及其它目的 是借由壓電式揚(yáng)聲器及用于驅(qū)動壓電式揚(yáng)聲器的方法而實(shí)現(xiàn)的。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，提供一種壓電式揚(yáng)聲器，其包括薄膜及包括
安裝至該薄膜至少一個(gè)壓電式元件的致動層，其中該至少一個(gè)壓電式元件 適用于在被致動時(shí)引起該薄膜振動以產(chǎn)生聲音，該揚(yáng)聲器的特征為用于改 變該致動層中根據(jù)待產(chǎn)生聲音頻率而驅(qū)動的片段的變化構(gòu)件。優(yōu)選地，對 于較高聲音頻率，驅(qū)動致動層的減小的片段。
因此，可根據(jù)待產(chǎn)生聲音的頻率而驅(qū)動整個(gè)致動層或僅致動層的一部 分或若干部分。
本發(fā)明基于若干理解。第一，壓電式揚(yáng)聲器的功率消耗不僅受電壓的 影響，且還受壓電式元件的電容的影響。第二，可借由減小壓電式元件的 表面而減小壓電式元件的電容(且因此減小功率消耗)。第三，當(dāng)聲音頻率增 加時(shí)，需要驅(qū)動較少壓電式材料以維持聲壓級，這歸因于壓電式揚(yáng)聲器在 產(chǎn)生較髙頻率的聲音時(shí)更有效的事實(shí)。因此，借由改變致動層中根據(jù)待產(chǎn) 生的聲音頻率而驅(qū)動的片段，其中優(yōu)選地對于較高聲音頻率致動致動層的 減小的片段(且對于較低頻率致動較大片段)，可降低功率消耗，同時(shí)可基本 維持聲壓級。
在一個(gè)實(shí)施例中，致動層包括單個(gè)壓電式元件?？山栌墒褂帽硎敬a(chǎn) 生的聲音的電輸入信號選擇性地驅(qū)動壓電式元件的多個(gè)不同部分而改變所 驅(qū)動的壓電式元件片段。
在具有單一壓電式元件的實(shí)施例中，變化構(gòu)件優(yōu)選地包括提供于壓電
式元件上的分段電極，該分段電極具有對應(yīng)于壓電式元件的部分的可個(gè)別 啟動的電極段，以使得可借由將輸入信號供應(yīng)至多個(gè)電極段而個(gè)別地致動 壓電式元件的所述不同部分。優(yōu)選地，分段電極提供于壓電式元件的一側(cè) 上，同時(shí)一個(gè)未結(jié)構(gòu)化電極提供于壓電式元件的相反側(cè)上。在壓電式材料 中，當(dāng)啟動電極時(shí)，僅所述電極之間的材料被驅(qū)動。因此，借由使電極具 有可個(gè)別啟動或可個(gè)別尋址的電極段，其中每個(gè)電極段覆蓋壓電式元件的 不同部分，可選擇性地致動壓電式元件的所述部分。根據(jù)驅(qū)動哪些/多少部 分，可改變總壓電式元件的被驅(qū)動的片段。
應(yīng)注意，向壓電式揚(yáng)聲器的壓電式元件提供分段電極本身是從文獻(xiàn)
JP05-122793得知的。在JP05-122793中，根據(jù)較高共振模式的節(jié)點(diǎn)而對電 極段設(shè)定尺寸，且在操作期間，施加至外部電極的驅(qū)動電壓低于施加至內(nèi) 部電極的驅(qū)動電壓。這允許改良由較高共振導(dǎo)致的特定頻率中聲壓的峰值
及下降，且允許使聲壓頻率特性平滑。因此，JP05-122793中的分段電極用 于不同目的，且與本發(fā)明相比，以不同方式對其進(jìn)行使用。
為了控制及確定壓電式元件中被致動的片段，變化構(gòu)件可(例如)包括多 個(gè)并行頻率濾波器，每個(gè)濾波器適用于接收輸入信號且連接至電極段中至 少一個(gè)。因此，根據(jù)輸入信號的頻率及濾波器的濾波器特性而允許輸入信 號經(jīng)過該濾波器?；蛘?，變化構(gòu)件可包括連接至頻率檢測器并具有若干輸 出端的開關(guān)，所述輸出端各自連接至電極段中至少一個(gè)，其中該開關(guān)適用 于根據(jù)由頻率檢測器檢測到的輸入信號頻率而將輸入信號轉(zhuǎn)移至多個(gè)輸出 端口。這兩個(gè)替代方案都提供相對較容易實(shí)施的解決方法。
根據(jù)本發(fā)明的壓電式揚(yáng)聲器可(例如)為平板揚(yáng)聲器，且可將其實(shí)施于例 如行動電話、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、便攜式攝像機(jī)、平板顯示器等各種電子 裝置中。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，提供一種用于驅(qū)動壓電式揚(yáng)聲器的方法， 該壓電式揚(yáng)聲器具有薄膜及包括安裝至該薄膜至少一個(gè)壓電式元件的致動 層，其中該至少一個(gè)壓電式元件適用于在被致動時(shí)引起該薄膜振動以產(chǎn)生 聲音，該方法的特征在于改變該致動層中根據(jù)待產(chǎn)生的聲音頻率而致動的 片段，其中對于較高聲音頻率致動致動層的較小片段。該方法提供與先前 論述的本發(fā)明的方案相類似的優(yōu)點(diǎn)。


圖la為根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的壓電式揚(yáng)聲器的示意性側(cè)視圖lb為圖la的現(xiàn)有技術(shù)揚(yáng)聲器的示意性俯視圖2a為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的壓電式揚(yáng)聲器的示意性橫截面?zhèn)纫?br> 圖2b為圖2a的揚(yáng)聲器的示意性俯視圖3a說明耦接至根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的壓電式揚(yáng)聲器的濾波配
置；
圖3b說明耦接至根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的壓電式揚(yáng)聲器的依頻率而 定的開關(guān)；
圖4說明圖2a至2b中所說明類型的揚(yáng)聲器的功率消耗；
圖5說明圖2a至2b中所說明類型的揚(yáng)聲器的聲壓級；以及 圖6a至6f說明電極段的各種形狀。
主要元件符號說明
10現(xiàn)有技術(shù)壓電式揚(yáng)聲器
12薄膜
14壓電式元件
16電極
18電極
20壓電式揚(yáng)聲器
22薄膜
24壓電式元件
26分段電極
28未結(jié)構(gòu)化電極
30a、30b、 30c電極段
32a、32b、 32c壓電式元件的部分
36a、36b、 36c濾波器
38輸入信號'
40開關(guān)
42頻率檢測器
44a、44b、 44c輸出端
具體實(shí)施例方式
圖2a至2b說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的壓電式揚(yáng)聲器20。揚(yáng)聲器 20包括薄膜22及安裝至該薄膜22的壓電式元件24。
分段電極26進(jìn)一步提供于壓電式元件24的一側(cè)上，且未結(jié)構(gòu)化電極 28提供于壓電式元件24的另一側(cè)上。未結(jié)構(gòu)化電極28優(yōu)選地提供于薄膜 22與壓電式元件24之間，如圖2a中所示。
分段電極26包括三個(gè)可個(gè)別尋址的電極段30a、 30b及30c。所述電極 段為圓盤(30a)及兩個(gè)環(huán)(30b及30c)。
在壓電式材料中，當(dāng)啟動電極時(shí)，僅所述電極之間的材料被致動。因
此，當(dāng)啟動(例如)電極段30a(以及未結(jié)構(gòu)化電極28)時(shí)，壓電式元件24中僅 對應(yīng)于電極段30a的部分32a被致動。類似地，壓電式元件24的部分32b 對應(yīng)于電極段30b，且部分32c對應(yīng)于電極段30c。因?yàn)榉侄坞姌O26的電極 段30為可個(gè)別尋址的，因此可在任何時(shí)間致動壓電式元件24的任何數(shù)目 的部分32及所述部分32的任何組合。因此，可在揚(yáng)聲器的操作期間改變 壓電式元件24中被驅(qū)動的片段，這有效地意味著可改變壓電式元件24的 表面積。
在壓電式揚(yáng)聲器20的操作之后，致動未結(jié)構(gòu)化電極28及分段電極26 的任何數(shù)目的電極段30,以根據(jù)表示待產(chǎn)生的聲音的電輸入信號而致動壓 電式元件24的相應(yīng)部分32。被致動的壓電式元件部分32開始振動，且該 振動轉(zhuǎn)移至薄膜22，該薄膜22將該振動轉(zhuǎn)換為聲音。
如上所述，歸因于壓電式揚(yáng)聲器在產(chǎn)生較高頻率的聲音時(shí)更有效的事 實(shí)，當(dāng)聲音頻率在具有所維持的聲壓級的情況下增加時(shí)，較少壓電式材料 需要被致動。因此，應(yīng)基于待產(chǎn)生的聲音頻率來確定致動壓電式元件24的 哪些部分32(即，多大的片段)。應(yīng)進(jìn)一步注意，可借由減小壓電式元件的 表面而減小壓電式元件的電容(且因此減小功率消耗)。因此，為了降低功率 消耗且同時(shí)維持聲壓級，對于較低聲音頻率應(yīng)致動壓電式元件的較大片段， 且對于較高聲音頻率應(yīng)致動壓電式元件的較小片段。
為了實(shí)施所述理解及條件，可使用如圖3a中所說明的濾波器配置，或 使用如圖3b中所說明的依頻率而定的開關(guān)。
圖3a說明包括具有不同濾波器特性的三個(gè)濾波器36a至36c的濾波器 配置。每個(gè)濾波器36接收電輸入信號38，該信號38表示待產(chǎn)生的聲音(因 此，信號38的頻率對應(yīng)于待產(chǎn)生的聲音頻率)。每個(gè)濾波器36a至36c進(jìn)一 步耦接至分段電極26的相應(yīng)電極段30a至30c。因此，每個(gè)濾波器允許輸 入信號38經(jīng)過相應(yīng)電極段30，從而導(dǎo)致壓電式元件中與該電極段30相關(guān) 聯(lián)的部分32的致動，或每個(gè)濾波器根據(jù)輸入信號38的頻率及特定濾波器 36的濾波器特性而阻斷輸入信號38。
根據(jù)以上論述，濾波器36可(例如)被配置為使得允許低頻信號經(jīng)過 所有濾波器36a至36c，從而導(dǎo)致基本上整個(gè)壓電式元件24的驅(qū)動；允許
中頻信號經(jīng)過濾波器36a至36b至電極段30a及30b，從而導(dǎo)致壓電式元件 24中相應(yīng)部分32a及32b的致動；以及允許高頻信號僅經(jīng)過濾波器36a，從 而僅導(dǎo)致相應(yīng)部分32a的致動。代替圖3a的濾波器配置，可使用如圖3b 中所說明的連接至頻率檢測器42的開關(guān)40。開關(guān)40與檢測器42都接收電 輸入信號38。開關(guān)40進(jìn)一步包括三個(gè)輸出端44a至44c，其各自耦接至分 段電極26的相應(yīng)電極段30a至30c。在操作之后，開關(guān)40根據(jù)由頻率檢測 器42檢測到的輸入信號的頻率，將輸入信號38轉(zhuǎn)移至輸出端口 44中的一 或若干個(gè)(且因此轉(zhuǎn)移至電極段30中的一個(gè)或若干個(gè))。
再次根據(jù)以上論述，開關(guān)40及頻率檢測器42可(例如)被配置為使得 將低頻信號轉(zhuǎn)移至所有輸出端口 44a至44c，從而導(dǎo)致基本上整個(gè)壓電式元 件24的致動；經(jīng)由輸出端44a至44b將中頻信號轉(zhuǎn)移至電極段30a及30b， 從而導(dǎo)致壓電式元件24的相應(yīng)部分32a及32b的致動；以及將高頻信號僅 轉(zhuǎn)移至輸出端口 44a，從而僅導(dǎo)致相應(yīng)部分32a的致動。
圖4說明在圖2a至2b所說明類型的壓電式揚(yáng)聲器的情形中對于不同 壓電式元件表面積而言，功率消耗與聲音頻率之間的關(guān)系。曲線46指示對 于對應(yīng)于部分32a+32b+32c的壓電式元件表面積而言有關(guān)頻率的功率消 耗，即，基本上整個(gè)壓電式元件24被致動。類似地，曲線48及50分別指 示對于部分32a+32b及部分30a而言有關(guān)頻率的功率消耗。
從圖4可注意到， 一般而言，當(dāng)頻率增加時(shí)，功率消耗增加。具體地， 對于其中致動整個(gè)壓電式元件(等效于曲線46)的現(xiàn)有技術(shù)揚(yáng)聲器而言，功 率消耗隨頻率快速增加，而對于較小壓電式元件面積而言該增加并不顯著。 然而，當(dāng)向根據(jù)本發(fā)明的壓電式元件的一個(gè)或多個(gè)部分指定某些頻率范圍 (即，根據(jù)待產(chǎn)生的聲音頻率而允許被致動的壓電式元件片段的振動)時(shí)，可 降低功率消耗。在該實(shí)例中，將低頻(〈4.5kHz)傳輸至電極段30a+30b+30c， 從而導(dǎo)致壓電式元件的部分32a+32b+32c的致動，同時(shí)將中頻(4.5 kHz至8 kHz)僅傳輸至電極段30a+30b，從而致動部分32a+32b，并且將高頻(>8 kHz) 僅傳輸至電極段30a，從而致動部分32a。得到的功率消耗與頻率的關(guān)系由 粗體示出的曲線52加以指示。如從圖中可見，在該實(shí)例中，已將壓電式揚(yáng) 聲器的最大功率消耗降至約200 mW。
圖5進(jìn)一步說明在圖2a至2b所說明類型的壓電式揚(yáng)聲器的情形中對
于不同壓電式元件表面積而言有關(guān)聲音頻率的所測量的聲壓級。曲線示出
對于低頻(在該實(shí)例中〈1000Hz)而言，被致動的壓電式元件部分的數(shù)目顯著 地影響聲壓級。部分越多，壓電式元件表面積越大，聲壓級便越高。然而， 在大于約1800 Hz時(shí)，僅致動部分32a+32b足以維持與對部分32a+32b+32c 一起進(jìn)行致動時(shí)相同的聲壓級。當(dāng)頻率從約4100Hz開始增加時(shí)，部分32a 執(zhí)行與部分32a+32b —起所執(zhí)行的功能相同的功能。圖5中的結(jié)果確定壓 電式揚(yáng)聲器的效率隨頻率而增加，且在較高頻率下，需要較少的被驅(qū)動壓 電式元件部分來維持相同的聲壓級。
本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識到，本發(fā)明決不限于上述優(yōu)選實(shí)施例。相反，可 在所附權(quán)利要求范疇內(nèi)進(jìn)行許多修正及變化。例如，盡管上文己說明具有 三個(gè)電極段的分段電極，但也可使用具有兩個(gè)電極段或三個(gè)以上電極段的 分段電極(具有相應(yīng)數(shù)目的壓電式元件部分、濾波器等等)。此外，可實(shí)施許 多不同形狀的電極段及相應(yīng)壓電式元件部分，圖6a至6f中對其實(shí)例進(jìn)行了說明。
另外，應(yīng)注意，還可將圖3a的濾波器配置或圖3b的依頻率而定的開 關(guān)用于除如上所述的具有單一壓電式元件及分段電極的實(shí)施例以外的實(shí)施 例中。例如，在可選實(shí)施例中，可將若干壓電式元件安裝至薄膜，其中每 個(gè)壓電式元件具備可借由上文所提及的濾波器配置或依頻率而定的開關(guān)， 以輸入信號進(jìn)行選擇性啟動的電極。在該實(shí)施例中，每個(gè)濾波器或開關(guān)輸 出端連接至所述電極中的至少一個(gè)電極。
權(quán)利要求
1. 一種壓電式揚(yáng)聲器(20)，其包括薄膜(22)；致動層，其包括安裝至所述薄膜的至少一個(gè)壓電式元件(24)，所述至少一個(gè)壓電式元件適用于在被致動時(shí)引起所述薄膜振動以產(chǎn)生聲音；以及變化構(gòu)件(26、36、40、42)，其用于改變所述致動層中根據(jù)待產(chǎn)生的聲音頻率而致動的片段。
2. 如權(quán)利要求1所述的壓電式揚(yáng)聲器，其中所述致動層的減小的片段 對于較高聲音頻率而致動。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的壓電式揚(yáng)聲器，其中所述致動層包括單個(gè) 壓電式元件。
4. 如權(quán)利要求3所述的壓電式揚(yáng)聲器，其中所述變化構(gòu)件適用于借由 表示待產(chǎn)生的聲音的電輸入信號(38)而選擇性地致動所述壓電式元件的多 個(gè)不同部分(32)，其中被致動部分的數(shù)目取決于所述輸入信號的頻率。
5. 如權(quán)利要求4所述的壓電式揚(yáng)聲器，其中所述變化構(gòu)件包括提供于 所述壓電式元件的一側(cè)上的分段電極(26)，所述分段電極具有對應(yīng)于所述壓 電式元件的所述部分(32)的可個(gè)別啟動的電極段(30)，其中可借由將所述輸 入信號供應(yīng)至多個(gè)所述電極段而個(gè)別地致動所述部分。
6. 如權(quán)利要求5所述的壓電式揚(yáng)聲器，其中所述分段電極提供于所述 壓電式元件的一側(cè)上，同時(shí)一個(gè)未結(jié)構(gòu)化電極(28)提供于所述壓電式元件的 相反側(cè)上。
7. 如權(quán)利要求5所述的壓電式揚(yáng)聲器，其中所述變化構(gòu)件包括多個(gè)并 行頻率濾波器(36),每個(gè)濾波器適用于接收所述輸入信號且連接至所述電極 段中至少一個(gè)。
8. 如權(quán)利要求5所述的壓電式揚(yáng)聲器，其中所述變化構(gòu)件包括連接至 頻率檢測器(42)并具有若干輸出端(44)的開關(guān)(40)，每個(gè)輸出端(44)連接至所 述電極段中至少一個(gè)，其中所述開關(guān)適用于根據(jù)所述頻率檢測器檢測到的 所述輸入信號的頻率而將所述輸入信號轉(zhuǎn)移至多個(gè)所述輸出端。
9. 如權(quán)利要求1所述的壓電式揚(yáng)聲器，所述揚(yáng)聲器為平板揚(yáng)聲器。
10. —種用于驅(qū)動壓電式揚(yáng)聲器的方法，所述壓電式揚(yáng)聲器具有薄膜及 包括安裝至所述薄膜的至少一個(gè)壓電式元件的致動層，所述至少一個(gè)壓電 式元件適用于在被致動時(shí)引起所述薄膜振動以產(chǎn)生聲音，所述方法包含以下步驟改變所述壓電式元件中根據(jù)待產(chǎn)生的聲音頻率而致動的片段。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壓電式揚(yáng)聲器，其包括薄膜(22)及包括安裝至該薄膜的至少一個(gè)壓電式元件(24)的致動層，所述至少一個(gè)壓電式元件適用于在被致動時(shí)引起該薄膜振動以產(chǎn)生聲音。該揚(yáng)聲器的特征為用于改變該致動層中根據(jù)待產(chǎn)生的聲音頻率而致動的片段的構(gòu)件(26、36、40、42)，其中對于較高聲音頻率致動該致動層的較小片段。改變該致動層中根據(jù)待產(chǎn)生的聲音頻率而致動的片段能夠減小具有所維持聲壓級的揚(yáng)聲器的功率消耗。本發(fā)明還涉及一種用于驅(qū)動壓電式揚(yáng)聲器的方法。
文檔編號H04R17/00GK101385390SQ200680046253
公開日2009年3月11日 申請日期2006年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月7日
發(fā)明者埃德溫·路特 申請人:統(tǒng)寶光電股份有限公司