CN104335598A

CN104335598A - 扬声器设备和电子设备

Info

Publication number: CN104335598A
Application number: CN201280073680.9A
Authority: CN
Inventors: 大西康晴; 黑田淳; 岸波雄一郎; 菰田元喜
Original assignee: NEC Casio Mobile Communications Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2012-06-06
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2015-02-04
Also published as: US20150139457A1; JPWO2013183098A1; EP2860988A1; WO2013183098A1; EP2860988A4

Abstract

扬声器设备(100)包括电路板(10)、压电元件(20)、布置在压电元件(20)和电路板(10)之间的隔片(30)、和空气室(40)。隔片(30)将压电元件(20)固定于电路板(10)，使得在压电元件(20)和电路板(10)之间形成内部空间(31)。内部空间(31)和空气室(40)相互连通。例如，内部空间(31)和空气室(40)仅通过空气介质相互连通。

Description

扬声器设备和电子设备

技术领域

本发明涉及扬声器设备和电子设备。

背景技术

近年已经开发出了以移动电话为代表的具有声学功能(音乐回放功能、免提呼叫功能等)的各种小型电子设备。对于这些电子设备，始终存在进一步降低其尺寸和厚度的强烈需求。

对于具有声学功能的扬声器设备，除了降低其尺寸和厚度的需要之外，还存在对高音质的需求。在这种情况下，已经积极进行对用于替代电动扬声器设备的压电薄扬声器设备的开发。

专利文献1和2公开了构成扬声器的压电元件通过隔片(spacer)被固定在外壳和液晶显示模块上。此外，专利文献1和2公开了隔片的内部空间与声导路径相连通。

专利文献3公开了一种压电扬声器，其中压电元件设置在前面板上，并且前面板通过隔片连接至后面板。

专利文献4公开了通过隔片在板状绝缘罩中设置压电元件，使得在压电元件和绝缘罩之间形成第一空气室，并在第一空气室相对侧上的绝缘罩表面上设置第二空气室。在第一空气室和第二空气室之间布置形成于绝缘罩中的制动(braking)孔。专利文献4的技术涉及扬声器的振动阻尼。在第一空气室和第二空气室之间布置由可膨胀塑料或制动膜形成的块状制动体，例如无纺布或塑料网布，并且第一空气室和第二空气室不直接相互连通。

专利文献5公开了通过隔片在印刷电路上固定构成麦克风的压电隔膜。位于压电隔膜和印刷电路之间的壁将隔片内部空间分为两个空间，并且各空间通过在壁上形成的孔相互连通。

有关文件

专利文献1：特开2007-124634号公报

专利文献2：特开2008-079180号公报

专利文献3：特开平11-113093号公报

专利文献4：实开昭63-090395号公报

专利文献5：特开昭59-174097号公报

发明内容

压电扬声器设备利用压电元件的膨胀和收缩运动来再现声波。因此，与由磁铁或音圈构成的电动扬声器设备相比，压电扬声器设备在降低厚度方面具有优势。此外，由于压电元件自身兼任驱动源和振动面，还具有能够在振幅方向上从其两个面发射声波的优点。

然而，压电元件容易受声音因素影响，例如，由空气负荷引起的惯性。因此，在安装空间受限的小型电子设备(例如，薄的移动电话)上安装压电扬声器设备时，为了实现令人满意的声学特性，存在若干问题。

第一个问题是背面容量不足导致声压级的降低。在小型电子设备(例如，薄的移动电话)中，压电元件和位于压电元件背面的衬底之间的间距变窄。因此，压电元件承受了声学阻抗的负荷，因而声压级显著地衰减。

第二个问题是由声波干扰导致的声压级降低。在压电元件情况下，从前面和后面都发射声波。在此，从前面发射正相位声波，从后面发射具有与该正相位反转的相位的逆相位声波。因此，从压电元件两个面发射的声波相互干扰，从而声压级衰减。

本发明的目的在于提供能够容易改善声压级的压电扬声器设备和电子设备。

本发明提供了一种扬声器设备，包括：电路板；通过振动来发射声波的压电元件；隔片，布置在压电元件和电路板之间并将压电元件固定于电路板，使得在压电元件和电路板之间形成内部空间；以及与内部空间分离设置的空气室。内部空间和空气室相互连通。

此外，本发明提供了包括扬声器设备的电子设备。扬声器设备包括：电路板；通过振动来发射声波的压电元件；隔片，布置在压电元件和电路板之间并将压电元件固定于电路板，使得在压电元件和电路板之间形成内部空间；以及与内部空间分离设置的空气室。内部空间和空气室相互连通。

根据本发明，能够容易改进声压级。

附图说明

根据以下描述的优选实施例和如下附图，上述目的、其他目的、特征和优点将更加清楚。

图1是根据第一实施例的扬声器设备的示意图。

图2是扬声器设备的振荡器的示意断面图。

图3是示出了压电元件的分层结构的示意断面图。

图4是示出了根据第一实施例的扬声器设备的另一示例的示意断面图。

图5是根据第一实施例的电子设备的示意断面图。

图6是根据第二实施例的扬声器设备的示意断面图。

图7是根据第二实施例的电子设备的示意断面图。

图8是包括根据对比示例的扬声器设备在内的电子设备的示意断面图。

图9是示出第一实施例、第二实施例、对比示例中声音输出特性的图。

具体实施方式

以下，将参考附图来描述本发明的实施例。此外，在所有附图中相同附图标记表示相同组件，且将不再重复对其的描述。

第一实施例

图1是根据第一实施例的扬声器设备100的示意图。在图1中，图1(b)是平面图，且图1(a)是沿图1(b)中的线A-A所取的断面图。图4是示出了根据第一实施例的扬声器设备100的另一示例的示意断面图。

如图1所示，根据该实施例的扬声器设备100包括：电路板10、通过振动来发射声波的压电元件20、布置在压电元件20和电路板10之间的隔片30、以及空气室40。隔片30将压电元件20固定于电路板10，使得在压电元件20和电路板10之间形成隔片30的内部空间31。换言之，压电元件20通过隔片30被固定于电路板10，使得在压电元件20和电路板10之间形成内部空间31。与内部空间31分离设置空气室40。内部空间31和空气室40相互连通。

通过组合内部空间31和空气室40得到的空间在功能上用作压电元件20的后空气空间。即，将空气室40添加到内部空间31，从而构成后空气空间。因此，能够充分确保后空气空间的容量。此外，能够相对于布置压电元件20和隔片30的位置独立地设置布置空气室40的位置，且因此空气室40的布局限制是宽松的。

通过组合内部空间31和空气室40得到的空间，即后空气空间，被配置为封闭空间。因此，从压电元件20后面侧发射的声波都被限制在该空间内。换言之，能够抑制从压电元件20后面侧发射的声波的漏音。因此，能够抑制从压电元件20后面侧发射的声波和从压电元件20前面侧发射的声波之间的干扰。

例如，空气室40内的空间大于内部空间31。通过这种方式，能够充分地确保后空气空间中的声学容量并实现音质改善。

在该实施例中，空气室40布置在压电元件20和隔片30的相对侧，且电路板10插在空气室40与压电元件20和隔片30之间。内部空间31和空气室40通过在电路板10中形成的通孔11相互连通。换言之，该实施例被配置为使得：从压电元件20后面侧发射的声波被电路板10、隔片30、和空气室40所屏蔽。

这里，隔片30的内部空间31和空气室40仅通过空气介质相互连通。换言之，在通孔11或面对通孔11的区域中不存在专利文献4中公开的实体元件，例如制动体和制动膜，并且内部空间31和空气室40直接相互连通。

例如，隔片30形成为管状外形。更具体地，例如，隔片30具有轴向长度短于其外径的管状外形。

图2是扬声器设备100的振荡器的示意断面图。

例如，振荡器包括片状振动部61、片状弹性部62、压电元件20、和支撑部64。

振动部61由例如树脂膜构成。弹性部62连接至振动部61的一个表面。在振动部61侧的相对侧上，压电元件20连接至弹性部62的表面。

支撑部64支撑振动部61的边缘。同时支撑部64可以和上文描述的隔片30一体形成(形成隔片30的一部分)，如图1(a)所示，或者与隔片30分离形成并被隔片30所支撑，如图4所示。

通过压电元件20产生的振动，弹性部62振动并振荡出具有例如大于或等于20kHz的频率的声波。通过元件自身的振动，压电元件20也振荡出具有例如大于或等于20kHz的频率的声波。通过压电元件20产生的振动，振动部61也振动并振荡出具有例如大于或等于20kHz的频率的声波。

弹性部62调整压电元件20的基础共振频率。机械振子的基础共振频率依赖于负荷重量和柔度(compliance)。由于柔度是振子的机械刚度，因而能够通过控制弹性部62的刚度来控制压电元件20的基础共振频率。优选地，弹性部62的厚度大于或等于5μm，且小于或等于500μm。优选地，弹性部62具有纵向弹性系数，其作为指示刚度的指标，该纵向弹性系数大于或等于1Gpa，且小于或等于500Gpa。构成弹性部62的材料不作特别限制，只要其是相对于由脆性材料形成的压电元件20具有高弹性系数的材料(例如，金属或树脂)就行，但从加工性或成本考虑，优选磷青铜、不锈钢等。

压电元件20的平面形状是例如圆形。然而，压电元件20的平面形状不限于圆形。压电元件20配置为使得通过粘合剂使面对弹性部62的整个表面固定于弹性部62。因而，压电元件20的一个整个表面受限于弹性部62。

输入单元50通过向压电元件20输入用于参数化扬声器的调制信号，从压电元件20振荡出超声波。调制信号的传送波是具有例如大于或等于20kHz的频率的超声波，具体地，是具有例如大于或等于100kHz的频率的超声波。输入单元50控制压电元件20以具有预定振荡输出。

图3是示出了压电元件20在厚度方向上的分层结构的断面图。压电元件20包括：压电体21、上表面电极22和下表面电极23。

压电体21在厚度方向上极化。构成压电体21的材料可以是任意无机材料和有机材料，只要是具有压电效应的材料。然而，构成压电体21的材料优选是具有高电-机械转换效率的材料，例如压电锆钛酸(PZT)或钛酸钡(BaTiO₃)。压电体21的厚度例如大于或等于10μm且小于或等于1mm。

尽管构成上表面电极22和下表面电极23的材料不作特别限制，可以例如使用银或银/钯。由于银用作低电阻多用途电极材料，因此在制造工艺或成本等方面具有优势。由于银/钯是很好的抗氧化低电阻材料，因此从可靠性角度看具有优势。此外，上表面电极22和下表面电极23的厚度不作特别限制，但厚度优选大于或等于1μm且小于或等于50μm。

输入单元50向上表面电极22和下表面电极23输入用于参数化扬声器的调制信号。

参数化扬声器从多个振荡源中的每一个振荡源向空气中发射超声波(传送波)，其中在超声波上执行AM调制、DSB调制、SSB调制或FM调制，并且当超声波在空气中传播时，发出基于非线性特性的可听声音。本文中术语“非线性”指示：当以流的惯性作用和粘性作用的比率表示的雷诺数(Reynolds number)增加时，从层流转变为湍流。由于声波在流体中受到干扰很小，声波是非线性传播的。特别地，在超声波频带中，可以容易观察到声波的非线性。当超声波被发射到空气中时，显著地产生与声波的非线性相关联的高次谐波(higherharmonic wave)。此外，声波处于空气中出现分子密度差异的疏密状态。当空气分子恢复(而不是压缩)需要时间时，压缩后未能恢复的空气与持续传播的空气分子相撞，因而产生冲击波。可以听到的声音是由该冲击波产生的。

图5(a)和图5(b)是根据第一实施例的电子设备150的示意断向图。

如图5所示，电子设备150包括扬声器设备100。电子设备150是例如移动电话或任意其他小型便携终端设备。除了扬声器设备100之外，电子设备150还包括例如：外壳110、液晶显示器120、二次电池130、和相机140。在外壳110内设置扬声器设备100、液晶显示器120、二次电池130、和相机140。除了作为用于驱动压电元件20的电路的输入单元50(图2)之外，在电路板10上还设置用于液晶显示器120的操作控制的电路、用于相机140的操作控制的电路等。

外壳110具有例如扁平盒状外形。在外壳110的一个表面上形成开口112，其将液晶显示器120的显示屏121暴露于电子设备150的外表面。此外，在外壳110的一个表面(形成开口112的表面)上形成面对压电元件20的前侧表面的声孔111。因而，能够从形成显示屏121的表面输出声音。在该情况下，液晶显示器120和压电元件20布置在以电路板10为基准的相同侧。

在支撑部64和外壳110的内表面之间设置声导壁25，声导壁25将从压电元件20等振荡出的声波引导至声孔111。同时，声导壁25可以和上述隔片30一体形成(形成隔片30的一部分)，如图5(a)所示。备选地，声导壁25可以与隔片30分离形成并被隔片30支撑(例如，通过支撑部64由隔片30支撑)，如图5(b)所示。

这里，近年存在小型便携终端设备的显示屏121的面积增大的趋势，且因此压电元件20的布置空间受到限制。具体地，变得难以确保压电元件20后空气空间的空间。

基于这种情况，在该实施例中，在电路板10中形成通孔11，且在电路板10的背面侧布置空气室40。因而，能够通过利用电路板10背面侧上的空间来形成后空气空间(更具体地，增大后空气空间)。

根据上文描述的第一实施例，在扬声器设备100中，压电元件20通过隔片30被固定于电路板10，并在压电元件20和电路板10之间形成内部空间31。此外，扬声器设备100包括与内部空间31分离设置的空气室40，以及内部空间31和空气室40相互连通。因而，能够充分地确保压电元件20的后侧声学空间的容量，即后空气空间，并实现音质改善。这里，由于空气室40独立于隔片30布置，因此空气室40的布局限制是宽松的。因此，能够在尽可能多地降低扬声器设备100的安装限制的同时实现更令人满意的声学特性。

此外，通过组合内部空间31和空气室40得到的空间被配置为封闭空间。因而，能够抑制从压电元件20后面侧发射的声波的漏音，并抑制从压电元件20后面侧发射的声波和从压电元件20前面侧发射的声波之间的干扰。

此外，空气室40布置在压电元件20和隔片30的相对侧，且电路板10插在空气室40与压电元件20和隔片30之间，以及隔片30的内部空间31和空气室40通过在电路板10中形成的通孔11相互连通。因此，能够放宽对以电路板10为基准与压电元件20在相同侧上的空间的布局限制，并有效利用以电路板10为基准在与压电元件20相对侧上的空间。

此外，空气室40大于隔片30的空间，且因此能够充分确保后空气空间的容量，并实现音质改善。

第二实施例

图6是根据第二实施例的扬声器设备200的示意断面图。根据该实施例的扬声器设备200和上述根据第一实施例的扬声器设备100的区别仅在以下几点，且在其他方面和扬声器设备100以相同的方式配置。

在该实施例中，在电路板10的相同表面上布置压电元件20、隔片30、和空气室40。

更具体地，例如，空气室40和隔片30相互邻近地布置。内部空间31和空气室40通过在隔片30上形成的通孔32相互连通。

图7是根据第二实施例的电子设备250的示意断面图。根据该实施例的电子设备250和上述根据第一实施例的电子设备150的区别仅在于设有替代扬声器设备100的扬声器设备200，在其他方面和电子设备150以相同的方式配置。

同时，为了实现外壳110内空间的效率，空气室40优选地布置在液晶显示器120和电路板10之间。

根据上述第二实施例，获得和第一实施例中相同的效果。

这里将描述根据上述第一实施例的电子设备150、根据上述第二实施例的电子设备250、以及根据对比示例的电子设备350的声音输出特性。

如图8所示，根据对比示例的电子设备350和根据第一实施例的电子设备150的区别仅在于设有替代上述振荡器(图2)的电动扬声器70，在其他方面和电子设备150以相同的方式配置。

图9是示出了电子设备150、250和350中声音输出特性的图。水平轴表示频率(单位：Hz)，且垂直轴表示声压级(单位：dB。如图9所示，与根据对比示例的电子设备350相比，根据第一和第二实施例的电子设备150和250能够实现可听声音范围内的高声压级。

本申请基于2012年6月6日递交的日本专利申请No.2012-128813，通过引用将其内容并入本文中。

Claims

1.一种扬声器设备，包括：

电路板；

通过振动来发射声波的压电元件；

隔片，布置在所述压电元件和所述电路板之间，并将所述压电元件固定于所述电路板，使得在所述压电元件和所述电路板之间形成内部空间；以及

与所述内部空间分离设置的空气室，

其中，所述内部空间和所述空气室相互连通。

2.根据权利要求1所述的扬声器设备，其中，所述内部空间和所述空气室仅通过空气介质相互连通。

3.根据权利要求1或2所述的扬声器设备，其中，通过组合所述内部空间和所述空气室得到的空间被配置为封闭空间。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的扬声器设备，

其中，所述空气室布置在所述压电元件和所述隔片的相对侧，且所述电路板插在所述空气室与所述压电元件和所述隔片之间，以及

其中，所述内部空间和所述空气室通过在所述电路板上形成的通孔相互连通。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的扬声器设备，其中，所述空气室和所述隔片布置在所述电路板的相同表面上。

6.根据权利要求5所述的扬声器设备，其中，所述空气室和所述隔片相互邻近地布置，并且所述内部空间和所述空气室通过在所述隔片上形成的通孔相互连通。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的扬声器设备，其中，所述空气室大于所述内部空间。

8.一种电子设备，包括：

扬声器设备，

其中，所述扬声器设备包括

电路板，

通过振动来发射声波的压电元件，

隔片，布置在所述压电元件和所述电路板之间并将所述压电元件固定于所述电路板，使得在所述压电元件和所述电路板之间形成内部空间，以及

与所述内部空间分离设置的空气室，以及

其中，所述内部空间和所述空气室相互连通。

9.根据权利要求8所述的电子设备，其中，所述内部空间和所述空气室仅通过空气介质相互连通。

10.根据权利要求8或9所述的电子设备，其中，通过组合所述内部空间和所述空气室得到的空间被配置为封闭空间。