CN105228065A - 具有良好音质效果的薄膜扬声器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有良好音质效果的薄膜扬声器，包括：至少一发声薄膜，所述发声薄膜包括至少一具备偶极矩电荷分布特征的振动薄膜和至少一音质改善层；至少一导电薄膜，涂覆在所述发声薄膜上；所述导电薄膜为纳米金属线材料制成；至少一绝缘层，贴附在导电薄膜上，所述绝缘层和/或音质改善层包括多组微细加工结构；至少两个导电端子，贴附在所述导电薄膜上，连接扬声器驱动电路；所述音质改善层是与所述振动薄膜和导电薄膜的材质都相异的材料制成。本发明使用纳米金属线材料作为导电薄膜，导电效果好，可使得整个振动薄膜所受的电场均匀，则振动也均匀，声音效果更好。

Description

具有良好音质效果的薄膜扬声器

技术领域

本发明涉及扬声器，具体涉及一种具有良好音质效果的薄膜扬声器。

背景技术

扬声器又称“喇叭”，是一种十分常用的电声变换电子器件。扬声器在汽车行业，电视，手机等产品领域里应用广泛，深入到大众生活中的方方面面，极大的影响着人们的生活品质和便利性，是最重要的电气部件之一。

传统扬声器的种类很多，按其换能原理可分为电动式(即动圈式)、静电式(即电容式)、电磁式(即舌簧式)、压电式(即晶体式)等几种，一般来说，电动式扬声器具有电声性能好、结构牢固、成本低等优点，应用最为广泛。

进一步的，传统扬声器根据结构不同，又可分为内置扬声器和外置扬声器，而外置扬声器即一般所指的音箱。内置扬声器是指MP4播放器，具有内置的喇叭，这样用户不仅可以通过耳机插孔还可以通过内置扬声器来收听MP4播放器发出的声音。具有内置扬声器的MP4播放器，开可以外接音箱，也可以避免了长时间配带耳机所带来的不便。

但是上述各种类型的传统扬声器，结构相对复杂，至少需要电气回路，振动***，磁路***及其他诸如支架，外壳等部件的辅助***构件。其制造过程至少需要10多道工序，同时无法实现超薄和柔性化。

在现有技术中，也出现了一些超薄的、使用柔性化材料制成的薄膜扬声器，但是限制于振动材料本身的缺点和导电层的特性，现有技术中的薄膜扬声器有如下缺点：

1、现有的薄膜扬声器大多使用高分子导电材料作为导电层，但是高分子导电材料导电性能不佳，会导致薄膜扬声器发声不均匀，即离导电材料较近的地方，即振动薄膜边缘，发声较响、较清晰，离导电材料远的地方，即振动薄膜中心，发声较模糊，当薄膜扬声器面积更大时，此缺点会更明显，所以薄膜扬声器无法做到很大的面积。

2、现有的薄膜扬声器技术也有为了达到良好的导电效果，使用不透明的金属导电层导电的，但是使用金属作为导电层，一方面影响薄膜扬声器的贴附效果，另一方面，非透明的金属导电层材料因为全面的覆盖于振动薄膜的表面，导致声音的传播受到金属材料的影响、限制和阻碍，不仅声音无法得到充分释放，而且使得高音刺耳，音频效果不佳。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种具有良好音质效果的薄膜扬声器。

本发明的技术方案如下：

一种具有良好音质效果的薄膜扬声器，包括：

至少一发声薄膜，所述发声薄膜包括至少一具备偶极矩电荷分布特征的振动薄膜和至少一音质改善层；

至少一导电薄膜，涂覆在所述发声薄膜上；所述导电薄膜为纳米金属线材料制成；

至少一绝缘层，贴附在导电薄膜上；

至少两个导电端子，贴附在所述导电薄膜上，连接扬声器驱动电路；

所述音质改善层是与所述振动薄膜和导电薄膜的材质都相异的材料制成。

其进一步的技术方案为：所述音质改善层和/或所述绝缘层表面包括多组微细加工结构；每组微细加工结构包括一个微细加工结构或者多个形状相同或不相同的微细加工结构；所述微细加工结构所占位置的边长为20μm～10mm；所述微细加工结构为空心气泡，或者实心的棱锥形、圆锥形、棱柱形、圆柱形、圆顶形或者不规则形凸起。棱锥形包括金字塔形、三棱锥形等，棱柱形包括侧面放置的、呈屋顶形状的三棱柱。

其进一步的技术方案为：所述多组微细加工结构中，每组微细加工结构所占位置的边长小于10mm。

其进一步的技术方案为：所述发声薄膜包括两层薄膜结构，所述音质改善层贴附在所述振动薄膜上。

其进一步的技术方案为：所述音质改善层的形状为片状、丝状、条状或者网状。

其进一步的技术方案为：所述发声薄膜为一层薄膜结构，所述音质改善层与振动薄膜成棋盘网格形状间隔分布连接在一起。

其进一步的技术方案为：所述纳米金属线材料为纳米银线、纳米铜线、纳米铁线或者纳米铝线。

其进一步的技术方案为：所述纳米金属线材料通过湿加工工艺方法涂覆在所述发声薄膜上。

其进一步的技术方案为：所述湿加工工艺方法为旋涂成膜法、喷雾成膜法、丝网印刷法、打印成膜法或者刮刀成膜法。

其进一步的技术方案为：所述绝缘层为UV光刻胶或者塑料制成；所述音质改善层的材质为气泡膜、纸、尼龙、塑料或者树脂。

本发明的有益技术效果是：

1、本发明使用纳米金属线材料作为导电薄膜，使得导电薄膜和振动薄膜之间形成欧姆接触，接触电阻大大减小。相对于使用高分子导电材料作为导电薄膜，高分子导电材料电阻大，音频电场衰减强，会导致振动薄膜的中心部分所受电场弱，则整个扬声器发声不均匀。而且纳米金属线材料可以涂覆在整个振动薄膜之上，且纳米金属线材料导电效果好，可使得整个振动薄膜所受的电场均匀，则振动也均匀，声音效果更好。

通过实验可知，常用的高分子导电材料，如pedot材料，与振动薄膜接触后，其接触面的方块电阻为1000Ω/口；普通的金属材料，其接触面的方块电阻为10Ω/口；而纳米金属线材料，其接触面的方块电阻不逊色于金属材料，大大减小了电阻，即可提高整个电场的均匀性，即增加了薄膜扬声器发声的均匀性。进一步的，如果直接在振动薄膜上涂抹金属材料的话，因为金属材料自身的音频特征，会极大的影响振动薄膜声音的释放和传播，影响到中低音效果变得更差，而本发明所述金属纳米银线材料涂层一方面因为良好的表面接触效果和导电性，确保振动薄膜在通电情况下，表面形成均一电场，实现良好的发声效果，另一方面则不对声音的释放造成障碍，获得良好的声音传播效果，是最佳的选择。

2、本发明使用纳米金属线材料作为导电薄膜，纳米金属线材料优于其他金属导电薄膜之处还在于，在微观上，纳米金属线材料为多个纳米级的金属线搭接而成，图1为纳米金属线的微观结构示意图。如图1所示，在不影响其导电性能的前提下，有纳米金属线之间有微观孔洞，所以在宏观上，纳米金属线呈透明状，纳米金属线的此特性有如下优点：

首先，透明的导电薄膜贴附在透明材质的振动薄膜上，可使整个扬声器为透明状，适宜将扬声器贴附在任何物体的表面而不影响物体本身的形态，更适宜将扬声器直接贴附在图像或者视频显示设备上，增大了本发明的适用范围，使得本发明有更强的实用性；

其次，当振动薄膜振动发出声音后，相对于传统的导电材料，振动薄膜上贴附的纳米金属线材料对声音的阻碍大大减小，可以更好的释放声音，使扬声器薄膜发出的声音效果更优；

再次，纳米金属线材料的弯折效果和柔韧效果也好于传统的金属材料，所以制作出的薄膜扬声器，适宜贴在任何物体的表明，可根据需要弯曲，增加了本发明的实用性。

3、薄膜扬声器中的振动材料本身的性质决定了其只在中高频发声效果较好。本发明在现有技术的基础上，通过在绝缘层或者发声薄膜上增加微细加工结构的方法，大大增强了薄膜扬声器的发音效果。音质改善层为与振动薄膜和导电薄膜的材质都相异的材料制成，振动薄膜产生声音后，其振动能可以向不同方向进行传播，在其传播途径上，存在可以振动产生声音的材料时，将会引发该材料发生振动，由于材料相异，则振动发声的最佳频率相异，而微细加工结构可对低音产生共振，不同的微细加工结构可增加不同频率的低音震荡效果，增强了薄膜扬声器的频率响应范围，可改善薄膜扬声器在全频段的发声效果。

4、本发明还增加了绝缘层，以防止使用过程中发生触电事故，且绝缘层上可设置微细加工结构，可增加声音传播路径中的共振，并在此过程中过滤掉高频杂音，有效改善音质，使得声音更加柔和。同时绝缘层可有效保护导电薄膜材料，防止导电材料的脱落

5、本发明还提出了一个更优的技术方案，即发声薄膜为一层薄膜结构，音质改善层与振动薄膜成棋盘网格形状间隔分布连接在一起。这样的技术方案，与音质改善层贴附在振动薄膜的技术方案可以达到接近的声音改善的技术效果。但是由于是音质改善层和振动薄膜共同组成发声薄膜，在一个薄膜扬声器中，振动薄膜的使用量大大减小，而薄膜扬声器的主要成本就在振动薄膜上，这样可以减小整个薄膜扬声器的制造成本。

6、本发明结构简单，成本低廉，超薄，超轻量，可柔性化，可透明，不仅是可以替代传统的扬声器产品，还可以在本发明的基础上发掘出各种新型的应用，具有广泛的实用性。

附图说明

图1是纳米金属线材料的微观结构示意图。

图2是具备偶极矩电荷分布特征的振动薄膜的原理图。

图3是本发明的实施例1的结构分解图。

图4为单个空心气泡的示意图

图5是本发明的实施例2的结构分解图。

图6是本发明的实施例3的结构分解图。

图7为实施例3中绝缘层局部上的微细加工结构的放大图。

具体实施方式

本发明包括下述几个结构：

至少一发声薄膜。发声薄膜包括振动薄膜和音质改善层。

振动薄膜为具备偶极矩电荷分布特征的薄膜，即构成振动薄膜的分子按照正负极性规则排列，振动薄膜的两面分别具有“正”和“负”的极性特征。

图2是具备偶极矩电荷分布特征的振动薄膜的原理图，在图2中，分子H-F具有偶极矩如下：

μ＝Q×r

上式中，μ为偶极矩，Q为电荷，r为距离。

信号通过导电材料实现对振动薄膜的振动控制，从而实现声音播放效果。振动薄膜可以为聚偏氟乙烯薄膜。

音质改善层为与振动薄膜和导电薄膜的材质都相异的材料制成，可以选择气泡膜、纸、尼龙、塑料或者树脂等材料

音质改善层可以贴附在振动薄膜上，即发声薄膜为音质改善层和振动薄膜两层薄膜构成。此种情况下，音质改善层可选择为片状、丝状、条状、网状等不同形态。音质改善层与振动薄膜的结合方式可以为：音质改善层嵌入上下两层振动薄膜中间，同振动薄膜胶合在一起；或者音质改善层胶合在单层振动薄膜之上。

音质改善层也可以与振动薄膜成棋盘网格形状的间隔分布并且连接在一起，共同组成一个大薄膜，即发声薄膜为单一的，材料异质的单层薄膜构成。音质改善层以矩阵或点阵交替存在的方式和振动薄膜胶合在一起。

音质改善层与振动薄膜的还可选择其他与上述胶合形式类似的胶合形式。

至少一导电薄膜，由纳米金属线材料制成，涂覆在发声薄膜上。纳米金属线的导电效果更好，所以振动薄膜的发声效果也更好。纳米金属线材料通过湿加工工艺方法涂覆在所述振动薄膜上。湿加工工艺方法可以选择旋涂成膜法(spin-coating)；喷雾成膜法(spray-coating)；丝网印刷法(screen-printing)；狭缝成膜法(slit-coating)；打印成膜法(jet-printing)；刮刀成膜法(bar-coating)等。纳米金属线材料可以为纳米银线、纳米铜线、纳米铁线或者纳米铝线，其中纳米银线的导电效果更好，所以振动薄膜的发声效果也更好。且纳米金属线材料由其微观结构所决定，其对声音的透过效果也更好，不会对声音产生阻碍，有利于声音的传播。

至少两个导电端子，贴附在所述导电薄膜上，连接扬声器驱动电路。

至少一绝缘层，贴附在导电薄膜上。绝缘层的材质可以为UV光刻胶或者塑料制成。由于本发明的导电薄膜由纳米金属线材料制成，导电效果好，为了防止在使用过程中，发生电击意外，增加此绝缘层。

本发明的音质改善层或/和绝缘层表面还包括多组凸起的微细加工结构，每组微细加工结构包括至少一个微细加工结构或者多个形状相同或不同的微细加工结构。微细加工结构所占位置的边长为20μm～10mm，即对于每个微细加工结构，其底面所占的位置可以放置在一个边长为20μm～10mm的正方形中。微细加工结构可以为空心气泡，也可以为实心的棱锥形、圆锥形、棱柱形、圆柱形、圆顶形或者不规则形凸起。棱锥形具体可以为金字塔形、三棱锥形等，棱柱形具体可以为侧面放置的、呈屋顶形状的三棱柱或者其他的棱柱形状。为了防止微细加工结构的形状过于杂乱，反而会对声音效果造成负面影响，所以本发明通过反复实验，限定每组微细加工结构所占位置的边长小于10mm为较优的选择。每组微细加工结构中，不同形状所占的位置的边长可以不同。微细加工结构可由湿加工工艺方法或者其他方法涂覆在相应的薄膜上。

本发明的工作原理为：导电端子连接的扬声器驱动电路提供驱动电流，将音频信号传到给导电薄膜，导电薄膜将驱动电流传导到整个振动薄膜上，之后振动薄膜发生振动并发出声音，声音经过音质改善层和绝缘层，高频杂音被过滤，多种频率的低频声音的振动被加强，扬声器最终发出声音更加柔和的优质音乐。

本发明所述薄膜扬声器可以是规则的长方形，正方形，圆形，多边形，星形等形态，也可以是不规则的形态，这一点也体现了薄膜扬声器外在形态自由的特点。

下文以3个实施例说明本发明的技术方案。

实施例1。

图3为实施例1的结构分解图。实施例1包括：

一发声薄膜，由具备偶极矩电荷分布特征的振动薄膜1和贴附在振动薄膜1上的音质改善层3构成。在本实施例中，音质改善层3上设置有直径为10mm的空心气泡作为微细加工结构，即本实施例中，微细加工结构为多个形状相同的空心气泡。图4为单个空心气泡的示意图。实施例1的音质改善层3为多个图4所示的气泡结构规则排列而成，气泡结构6内含空气，每个气泡结构周围设置有边沿结构7，将气泡结构6封闭。

一导电薄膜2，涂覆在振动薄膜1上。导电薄膜2为纳米金属线材料制成的薄膜，可以为纳米银线、纳米铝线、纳米铁线、纳米铜线等。在本实施例中，使用纳米银线作为金属薄膜。纳米银线优于其他纳米金属线材料的方面在于，纳米银线的导电性最好，更有利于电场的均匀性，可以制作大面积的薄膜扬声器。

两个导电端子5，贴附导电薄膜2上，连接扬声器驱动电路；

一绝缘层11，绝缘层11贴附在导电薄膜2外侧，避免在薄膜扬声器工作过程中，不慎触碰到暴露在外的导电薄膜2导致的被电击的危险。本实施例中，绝缘层11包括多个形状相同的边长为5mm的金字塔状的凸起结构，由UV光刻胶制成。实验证明，绝缘层11增加此种凸起结构，可以增强低频率声音的震荡，使得原有的高音突出的声音更加柔和，增强薄膜扬声器的声音表现力。

由图3可知，在本实施例中，音质改善层3、振动薄膜1、导电薄膜2、导电端子5、绝缘层11由下到上按顺序依次贴附在一起，不同的材料之间具体通过UV环氧树脂胶固化胶合。导电端子5贴在导电薄膜2上，并连接扬声器驱动电路。由于导电薄膜2为纳米金属线材料薄膜，所以导电端子5将驱动电流传输给整个导电薄膜2，并引起振动薄膜1振动发声，声音通过低音改善层3之后，变的更加优质。

实施例2。

图5为实施例2的结构分解图。实施例2包括：

一发声薄膜，实施例2中的发声薄膜为一层薄膜结构，音质改善层3与振动薄膜1成棋盘网格形状间隔分布的连接在一起，结构组成如国际象棋的棋盘状。这样振动薄膜1的振动范围依旧可以达到薄膜扬声器的整个面积，但是振动薄膜1的材料使用量大大减小，节省了成本。而且由于振动薄膜1和音质改善层3间隔排列，音质改善层3为与振动薄膜1的材料相异的材料制成，与振动薄膜1的振动频率有差别，振动薄膜1和音质改善层3互相补充，使得整个发声薄膜所发出的声音更加饱满浑厚。在本实施例中，音质改善层3为树脂制成。

一绝缘层11，实施例2中的绝缘层11上包括多个边长为100μm的屋顶形的凸起结构，屋顶形为侧面放置的、呈屋顶形状的三棱柱，即截面为三角形，侧面有两个斜坡状的立体形状。实验证明，此绝缘层覆盖在薄膜扬声器外侧，可以增强低频率声音的震荡，使得原有的高音突出的声音更加柔和，增强薄膜扬声器的声音表现力。

一导电薄膜2，本实施例的导电薄膜2为纳米铝线制成。

由图5可知，在本实施例中，发声薄膜、导电薄膜2、导电端子5、绝缘层11由下到上按顺序依次贴附在一起，不同的材料之间具体通过UV环氧树脂胶固化胶合。导电端子5贴在导电薄膜2上，并连接扬声器驱动电路。由于导电薄膜2为纳米金属线材料薄膜，所以导电端子5将驱动电流传输给整个导电薄膜2，并引起振动薄膜1振动发声，声音通过低音改善层3之后，变的更加优质。

实施例3。

图6为实施例3的结构分解图，实施例3包括：

一发声薄膜，发声薄膜包括两层具备偶极矩电荷分布特征的振动薄膜1，和一层音质改善层3，夹在两层振动薄膜1之间。在本实施例中，音质改善层3为塑料。

两层导电薄膜2，分别涂覆在两层振动薄膜1上。在本实施例中，导电薄膜2为纳米金属线材料制成的薄膜，在本实施例中，使用纳米铜线作为导电薄膜2，通过喷雾成膜法涂覆在振动薄膜1之上。

多个导电端子5，贴附导电薄膜2上，连接扬声器驱动电路；

两层绝缘层11，分别贴附在两个导电薄膜2外侧，且本实施例中绝缘层11包括多组微细加工结构，每组微细加工结构包括三个微细加工结构，分别依次为直径为80μm的实心圆顶凸起、底边长为20μm的实心的金字塔形凸起和直径为50μm的实心的圆柱形凸起。

图7为实施例3中绝缘层局部上的微细加工结构的放大图。图7放大显示了绝缘层11中的6组微细加工结构，整个绝缘层11表面都铺满了如图所示的结构。

微细加工结构也可以为其他类型，一组微细加工结构可以包括一个微细加工结构，或者多个形状相同或不同的微细加工结构，如可以为棱锥形、圆锥形、棱柱形、圆柱形、圆顶形，棱锥形具体可以为金字塔形、三棱锥形等，棱柱形具体可以为侧面放置的、呈屋顶形状的三棱柱；也可以为空心的气泡，或者上述任意形状不同顺序的组合，每组微细加工结构中，各个微细加工结构的大小可以不同。

由图6可知，在本实施例中，绝缘层11、导电端子5、导电薄膜2、振动薄膜1、低音改善层3、振动薄膜1、导电薄膜2、导电端子5、绝缘层11由下到上按顺序依次贴附在一起，不同的材料之间具体通过加热压合的方法胶合。导电端子5贴在导电薄膜2上，并连接扬声器驱动电路。由于导电薄膜2为金属薄膜，所以导电端子5将驱动电流传输给整个导电薄膜2，并引起振动薄膜1振动发声，声音通过低音改善层3和绝缘层11之后，变的更加优质和柔和，发声效果更好。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有良好音质效果的薄膜扬声器，其特征在于，包括：

至少一发声薄膜，所述发声薄膜包括至少一具备偶极矩电荷分布特征的振动薄膜和至少一音质改善层；

至少一导电薄膜，涂覆在所述发声薄膜上；所述导电薄膜为纳米金属线材料制成；

至少一绝缘层，贴附在导电薄膜上；

至少两个导电端子，贴附在所述导电薄膜上，连接扬声器驱动电路；

所述音质改善层是与所述振动薄膜和导电薄膜的材质都相异的材料制成。

2.如权利要求1所述的具有良好音质效果的薄膜扬声器，其特征在于：所述音质改善层和/或所述绝缘层表面包括多组微细加工结构；每组微细加工结构包括一个微细加工结构或者多个形状相同或不相同的微细加工结构；所述微细加工结构所占位置的边长为20μm～10mm；所述微细加工结构为空心气泡，或者实心的棱锥形、圆锥形、棱柱形、圆柱形、圆顶形或者不规则形凸起。

3.如权利要求2所述的具有良好音质效果的薄膜扬声器，其特征在于：所述多组微细加工结构中，每组微细加工结构所占位置的边长小于10mm。

4.如权利要求1所述的具有良好音质效果的薄膜扬声器，其特征在于：所述发声薄膜包括两层薄膜结构，所述音质改善层贴附在所述振动薄膜上。

5.如权利要求4所述的具有良好音质效果的薄膜扬声器，其特征在于：所述音质改善层的形状为片状、丝状、条状或者网状。

6.如权利要求1所述的具有良好音质效果的薄膜扬声器，其特征在于：所述发声薄膜为一层薄膜结构，所述音质改善层与振动薄膜成棋盘网格形状间隔分布连接在一起。

7.如权利要求1至6任一项所述的具有良好音质效果的薄膜扬声器，其特征在于：所述纳米金属线材料为纳米银线、纳米铜线、纳米铁线或者纳米铝线。

8.如权利要求1至6任一项所述的具有良好音质效果的薄膜扬声器，其特征在于：所述纳米金属线材料通过湿加工工艺方法涂覆在所述发声薄膜上。

9.如权利要求8所述的具有良好音质效果的薄膜扬声器，其特征在于：所述湿加工工艺方法为旋涂成膜法、喷雾成膜法、丝网印刷法、打印成膜法或者刮刀成膜法。

10.如权利要求1至6任一项所述的具有良好音质效果的薄膜扬声器，其特征在于：所述绝缘层为UV光刻胶或者塑料制成；所述音质改善层的材质为气泡膜、纸、尼龙、塑料或者树脂。