CN1305350C

CN1305350C - 扬声器

Info

Publication number: CN1305350C
Application number: CNB028165195A
Authority: CN
Inventors: S·A·朗格博托姆; A·马特森; G·麦科维特; R·J·托普利斯; M·J·比特斯; M·R·舍赫德
Original assignee: 1 Ltd
Current assignee: 1 Ltd
Priority date: 2001-06-21
Filing date: 2002-06-19
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2022-06-19
Also published as: WO2003001841A2; US20040202338A1; WO2003001841A3; JP2004531173A; CN1547869A; KR20040014569A; US7302068B2; EP1397937A2; JP3994086B2; AU2002310642A1

Abstract

本发明披露了一种用于产生可听的声音的扬声器，包括被安装在一个支撑结构上的声音产生元件，以及适用于使所述声音产生元件围绕一个铰链部分转动的至少一个致动器，其中所述致动器由压电材料制成。在一些改型中，所述致动器构成所述铰链的一部分，并且所述扬声器能够通过其支撑结构产生振动。

Description

扬声器

技术领域

本发明涉及一种用于便携式电子装置例如移动电话、个人数字助理(PDA)和便携式计算机的扬声器***。更具体地说，本发明涉及一种用于产生低频信号或振动信号和较高的声频信号或可听信号的方法和***。此外，本发明涉及一种由基于压电材料的致动器驱动的这种***。

背景技术

在移动通信和数据处理设备中，大多数由电磁致动器驱动的***进行操作来产生可听的声音、蜂音或振动。

声音通常由音圈驱动的扬声器产生，尽管这样产生的声音较小，但是已经研发了许多相当廉价的且有效的结构用于提供信号单元，从而为这些装置产生所需的声音或振动。其中包括用于产生可感知的振动的具有不平衡转子的微型电机；用于在音频下振动并产生声音或蜂音(嗡嗡声)的小型压电装置；以及其它的旧的技术，例如具有用于驱动膜片或其它发声元件的电磁音圈或者磁螺线管的扬声器，用于产生声音例如音频声音或振动蜂音。当前许多移动电话使用单独的元件产生振动提示信号、声音提示信号和语音或音乐再现。

此外，希望大多数便携式装置具有“免提”方式，即使得用户不必用手便能进行通信的方式。为了以免提方式操作便携式电话，需要在通常称为语音带的300-3400Hz的频率范围内的大功率输出。目前市场上可得到的具有免提方式的产品都是通过普通的电动或动圈扬声器实现的。

在Audio Engineering Society(AES)为AES 108次会议(2000年2月19-22日，巴黎)准备的预印本(预印本号5160)中，Bright等人详细说明了关于任何试图使用一个元件进行振动提示、声音提示和语音或音乐再现的问题。作者根据普通的电动扬声器或音圈***对这种装置提出了建议。

提出了最多压电提示装置，用于产生振动或非可听的提示，或音频振动，并因而构成扬声器。这种装置的例子在美国专利5514927，5368456，6078126和6169206中描述了。

由上述可见，本发明的目的在于提供一种用于电子装置特别是便携式电子装置例如移动电话的扬声器，其体积小、重量轻，能够提供足够的声音用于免提操作，但是如果靠近耳朵，不会对听者造成声音危害。本发明的另一个目的在于提供一种在空间和能量上高效的装置和方法，用于产生触觉的或振动的提示和可听的声音。

发明内容

因此，本发明提供一种用于产生可听的声音的扬声器，包括被安装在一支撑结构上的声音产生元件，以及连接在所述支撑结构和所述声音产生元件之间的至少一个致动器，所述至少一个致动器用于使所述声音产生元件运动以产生声音，所述声音产生元件的运动包括转动。

本发明还提供一种包括上述扬声器的能再现立体声的便携式装置。

另外，本发明还提供一种包括上述扬声器的能再现立体声的电视***。

本发明的这些和其它特征通过参照附图阅读下面的详细说明可以更加清楚地看出，在所有附图中相同的标号表示相同的部件。

附图说明

在附图中：

图1A表示包括作为壳体的一部分的扬声器膜片的移动电话；

图1B表示通过图1A的扬声器的截面图；

图2表示作为壳体的一部分的扬声器膜片的另一个实施例；

图3表示一种扬声器，其中在膜片周围的唇缘形成声障板；

图4表示一种扬声器，其中的膜片是移动电话内部的印刷电路板(PCB)。

图5表示扬声器致动器的一些其它的位置；

图6是通过一个扬声器的截面图，其中的膜片是绞接的；

图7表示图6的扬声器的工作；

图8A表示其中扬声器被绞接的移动装置；

图8B表示沿线A-A取的图1A的截面图；

图9A是具有包括压电材料的绞接部分的绞接的发声元件的一个例子的透视图；

图9B是图9A的装置的截面图；

图10A是按照本发明的第二个例子的透视图；

图10B是图10A的装置的截面图；

图11是图10的例子的均方根值频率响应曲线；

图12A是按照本发明的另一个装置的透视图；

图12B是图12A的装置的侧视图；

图13A是安装在可移动的框架上的绞接的声音发生元件的例子的透视图；

图13B进一步表示图13A的重要元件；

图14是具有包括绞接的膜片的立体声扬声器的移动电话的透视图；以及

图15是具有绞接的膜片的低音扬声器的透视图。

具体实施方式

在第一方面，本发明提供一种用于可携带的电子装置例如移动电话的扬声器，其包括支撑结构，在其上安装有电激活致动器，所述致动器又和所述装置的壳体一个大面积部分相连，所述壳体的部分作为扬声器的声音产生元件。

本发明的扬声器具有若干个优点。首先，扬声器的声音产生元件(例如膜片)可以是所需的壳体的一个大的部分，提供大的面积用于发射声音。这使得能够在低频下产生高的声压级(SPL)。第二，声音产生元件的面积比耳道开口的面积大得多，即大于大约1厘米的宽度，使得当使扬声器保持靠近耳朵时，能量密度不会高致损害听者的耳朵。第三，因为声音产生元件是壳体的一部分，不需要提供单独的扬声器膜片，因而减少装置的零件的数量。

所有的便携式电子装置都包括某种壳体。壳体一般是注塑模制的，形成一个薄而轻的结实的用于所述装置的盖。在本发明的扬声器中，壳体的一个大面积部分和壳体的其余部分分开，好像从壳体上切掉，以便用作扬声器的声音产生元件。这种元件可以具有任何合适的形状。例如可以是圆形、矩形或不规则形的，不过最好其形状和装置的壳体的轮廓一致。声音产生元件可以形成一个连续的表面，或者可以包括孔或间隔，装置的其它元件例如显示器、键盘、照相机等通过所述的孔或间隔伸出。声音产生元件可以是平的，不过最好是弯曲的或者是拱顶形的，以便改善其刚性。声音产生元件确实可以由模制的壳体通过切割来制造，不过其最好是一个被单独制造的形状与壳体的适当的开口配合的元件。在后一种情况下，元件的材料和设计可以被优化，例如根据质量和刚性，以便作为声音产生元件工作。

在声音产生元件的边缘和壳体的其余部分之间的间隙可以借助于柔顺的密封材料或悬挂的元件密封，如常规的扬声器那样。这种密封元件用于防止向后发出的声音干扰向前发出的声音，并阻止污物的进入。不过，在本发明的优选实施例中，没有提供这种密封。这个间隙被设计成充分小，小于2mm，小于0.5mm更好。具有这种小的间隙，声音干扰可以忽略，并且进入的污物最少。一种没有密封的扬声器是新颖的，其本身便是一项发明。

在本发明的第二方面，提供一种扬声器，包括固定部件，致动器和声音产生元件，其中在所述声音产生元件和所述固定部件之间的间隙完全小于2mm，在间隙没有密封或悬挂元件。

在本发明的第二方面的优选实施例中，沿着并围绕声音产生元件的边缘提供垂直的(或者接近垂直的)唇缘，所述唇缘从声音产生元件的边缘向内伸入装置。唇缘的长度和在工作期间元件的最大位移同一个数量级，或者大于所述最大位移，使得其作为声音障板，提供足够的声阻，并借以进一步减少来自向后方发射声的干扰。在另一个实施例中，围绕着固定部件的包围边缘提供有相应的相邻的唇缘，用于提供更大的声阻。

按照本发明第一方面的声音产生元件是壳体的一部分，即其在装置的外表面上。作为另一种方案，任何在装置内的大面积元件都可以用作扬声器的声音产生元件。例如，在移动电话中，内部的大面积元件包括印刷电路板、电池、电池壳体和键盘。这些中的任何一个都可以和电激活的致动器相连，从而提供扬声器。其优点在于，不需要提供单独的扬声器膜片，从而节省空间。为了使声音能够在外部听到，在壳体内提供合适的端口或孔，如同常规的移动电话的扬声器那样。使用现有的内部元件作为声音产生元件这本身便是新颖的因而有创造性。

因此，在本发明的第三方面中，提供一种用于可携带的电子装置的扬声器，其中便携式电子装置的一个内部大面积功能元件是扬声器的声音产生元件。

扬声器的声音产生元件和电激活的致动器相连。电激活的材料是响应电场而改变形状的材料(或者相反，当被机械致动时，产生电场)。电激活材料包括压电材料，其在被电场激励时膨胀或收缩，以及电致伸缩材料，其在电场内收缩。其中的例子有压电陶瓷例如PZT(铅的锆酸盐，钛酸盐)、压电聚合物例如PVDF(聚偏二己烯氟化物)和电致伸缩陶瓷例如PMNT。基本的电激活效应是非常小的，对于厘米尺寸的块状电激活材料，当被电激活时，一般其位移不大于几分之一微米。因而，本发明的扬声器的致动器不是简单的块状电激活材料，而是能够产生至少10微米的运动的电激活和电极材料构成的一种结构。

这种电激活致动器可以具有已知的结构，例如压电致动器叠或一个或几个弯曲物。不过，最好致动器是被称“HELIMORPH”(TM)致动器的类型，例如在公开的国际专利申请WO-01/47041(PCT/GB00/04949)和WO-01/47318(PCT/GB00/04953)所述的，或者是堆叠的向后弯曲的弯曲物型的，如我们的未决的英国专利申请0114655.4中所述的用于扬声器中的那种，该专利文件被包括在此作为参考。这种致动器从一个具有20mm或更小的数量级的尺寸(通常至少一个维度只有几毫米)的小型装置中提供100微米或更多的位移。也可以使用其它的致动器，如下面参考绞链连接的声音产生元件所述的。

电激活致动器的一端和声音产生元件相连，而另一端被固定，使得当被电信号激励时，致动器的两端彼此相对位移。因为声音产生元件比固定部件更自由地运动，所以致动使得声音产生元件优先运动。具体地说，音频信号引起的致动引起声音产生元件的振动，从而产生声音。

致动器可以位于声音产生元件的大约中心的部位，如同常规的扬声器中那样。在常规的扬声器中，致动器通常是一个音圈式电磁致动器。这种致动器对于离开轴线的运动非常敏感，因为电线圈沿着其作前后运动的磁体中的间隙必须很小，以便维持足够的磁场强度。不过，本发明的电激活致动器不被限制于精确地沿轴向运动，这使得能够把致动器设置成偏心的。这在扬声器被用于空间受限制的装置中时是有利的，如像便携式电子装置例如移动电话、便携式计算机和PDA的情况那样，因为致动器可以位于任何方便的位置，而不仅仅位于中心。虽然偏心的致动器对于其中声音产生元件以表面波方式工作的扬声器(也称为“分布式”扬声器)是已知的，但是在声音产生元件以活塞方式工作的扬声器中使用偏心致动器是新颖的，这本身便具有创造性。

因此，在本发明的第四方面中，提供一种以活塞方式工作的扬声器，其中致动器相对于声音产生元件不位于中心。

如上所述，按照本发明的第一方面的扬声器包括一个致动器。虽然这形成本发明的一个优选实施例，但是另一个可选实施例却包括两个或多个致动器。当负载可以在致动器之间分布时，这是有利的，这因而使得每个致动器的功率不必太大。此外，声音产生元件的相对大的面积在一个以上的位置被驱动，这允许其具有较小的刚性，或者可以由刚性较小的材料制成，从而具有较轻的重量。此外，使用一个以上的致动器可以改善平衡和稳定性。几个致动器，例如两个致动器，可以使每个位于或者朝向声音产生元件的一端，或者4个致动器，每个位于矩形声音产生元件的角上，或者可以使用任何数量的被设置在任何位置的扬声器。使用几个致动器驱动一个以活塞方式工作的声音产生元件，这本身是新颖的和有创造性的。

因而，在本发明的第五方面中，提供一种扬声器，其中一个声音产生元件由几个致动器驱动。

按照本发明的第五方面的扬声器用于上述的电子装置时是有利的。不过，用作其它应用中的扬声器也是有利的。例如，在本发明的这个方面的一个实施例中，提供了一种低频扬声器，通称为低音扬声器，超低音扬声器或者次低音扬声器，包括被多个致动器驱动的大面积的面板。最好面板具有米乘米数量级的尺寸，致动器是HELIMORPH型的电激活致动器，并被排列在面板的后方。致动器的一端和面板的后方相连，另一端和不能运动的固定部件相连。提供的致动器越多，则提供高的声压级所需的每个致动器的功率越小。因而，最好具有4个以上的致动器，可以具有10个或10个以上的致动器。

在本发明的另一个实施例中，在一个或几个点通过弯曲部分转动连接或绞接或安装(以后通称为绞接)声音产生元件，并在一个或几个点致动所述声音产生元件。此时声音产生元件的运动不完全是活塞式的，即，在操作时，不是声音产生元件的表面上的所有的点都移动相同的距离。绞接结构的优点在于，致动器可被设置并被安装在声音产生元件正下方的区域的外部，因为不需要平衡的驱动。此外，绞链提供非轴向稳定性，而没有沿驱动方向的不需要的刚性或阻力。

绞接的声音产生元件最简单的实施例是在一端被绞接而在另一端被致动的声音产生元件。按照本发明的第一方面，声音产生元件是壳体的一个大面积部分。在本实施例中，一个简单的绞链，例如弹性材料制成的珠状物或弯曲部分，使壳体和声音产生元件的一端相连。在声音产生元件的另一端，电激活致动器在其一端和声音产生元件相连，在其另一端和一个固定部件相连，所述固定部件最好是壳体的内表面。在工作时，致动器移动与其相连的声音产生元件的一端，而声音产生元件的接近绞链的另一端基本完全不运动。所述的运动相当类似于手持的扇子的运动，扫过的容积是一定角度的圆柱段。这种运动包括围绕平行于声音产生元件的轴线的转动要素。在另一个实施例中，沿着声音产生元件的边缘的直线提供相互分开的两个或多个绞链，从而提供改进的稳定性。的确，其中声音产生元件被绞接的扬声器的构思本身是新颖的和具有创造性的。

因此，在本发明的第六方面，提供一种扬声器，其中声音产生元件用于产生声音的运动包括围绕平行于膜片的轴线的转动。

在本发明的第六方面的一个优选实施例中，由绞链、枢轴或弯曲物在一个或几个点支撑着膜片。

在本发明的另一个实施例中，所述绞链被包括在声音产生元件中作为一个整体的绞链。例如，当声音产生元件是给定厚度的塑料板时，可以提供一个或几个较薄的区域作为绞链。在装配时，把声音产生元件固定在绞链的一端，使得在工作时在绞链的另一侧上的材料作为声音产生元件。这种声音产生元件容易制造，例如借助于注塑模制。

本发明的第六方面的另一个优选实施例涉及一种用于便携式电子装置例如移动电话中的扬声器，其中绞接的声音产生元件是透明的，并且盖住屏幕，或者盖住屏幕和其周围的壳体的一些面积。这种结构的优点在于可以提供大面积的声音产生元件，从而在低频下产生高的声压级而不阻碍屏幕。在这种情况下，绞接的声音产生元件尤其是有利的，因为致动器位于声音产生元件的周边，不在屏幕所在的中心位置。

在本发明的第六方面的另一个优选实施例中，绞接的扬声器的声音产生元件被提供在电子装置例如计算机、移动电话、便携式计算机或PDA的内部。声音产生元件是大面积的并且可以位于装置的壳体的正下方，所述壳体包括在声音产生元件的面积上方用于发放声音的端口。

或者，所述绞接的声音产生元件还可以更深地位于装置的内部，在壳体的选择区域中具有在特定的方向引导声音的端口。

此外，在这种装置中可以具有一个以上的绞接的声音产生元件。例如，可以具有两个声音产生元件，在装置的每一端各有一个，它们由障板分开，并且在装置的相应的每一端在壳体内具有端口，用于产生两个单独的声音。这样其可以产生立体声。还可以对输入信号以电子方式应用与头相关的传递函数(HRTF)，从而产生心理声学的环绕声。这可能是特别有利的，例如用于在便携式计算机和PDA上观看电影。

有利的是，通过把致动器设置在绞链部分的附近，或者借助于代替绞链部分，使得在声音产生元件的远端产生大的位移只需要一个小的致动器位移。因而，可以随着减少的位移而减少致动器的尺寸，从而可以得到比已有的装置较小的结构。

关于本发明的第六方面的这个实施例，致动器最好被制成圆柱形，其中除去沿着圆柱的纵轴延伸的一部分。这种致动器具有C形的横截面，其一端安装在支撑结构上，另一端在最接近绞链的声音产生元件的边缘上施加力。

在绞接的声音产生元件的上述实施例中，致动器被置于靠近声音产生元件附近，或者靠近声音产生元件的远端。不过，可以在声音产生元件和致动器或致动器的作为杠杆延伸的部分之间沿着声音产生元件的长度和宽度选择任意的接触点，只要这种声音产生元件具有足够的刚度来从接触点向其其它的部分传递力因而传递运动。

在本发明的第七方面中，上述的包括声音产生元件、绞链部分和电激活致动器的装置被安装在一个框架元件上。所述框架元件又被柔性地固定在支撑结构上。如上所述，所述支撑结构可以是便携装置的壳体或外壳或者便携装置的内部的一部分。

按照本发明的这个方面，可柔性安装的框架和扬声器装置一起构成振荡装置。这有效地得到一种***，该***可被认为是具有两个自由度的振动或振荡***。这种***可被模拟成具有两个基本谐振频率的由两个质量和两个弹簧构成的***。在这个例子中，声音产生元件是一个质量，并且致动器和声阻抗一道构成相关的弹簧。声音产生元件、致动器和框架的组合质量是第二振荡器的质量。第二弹簧是可柔性安装的框架。

这个元件的谐振频率或各频率可以用本领域技术人员熟知的各种方法调整。例如，通过改变提供支撑结构和框架之间的柔性连接的元件的刚性可以改变谐振频率。或者，可以通过改变框架和安装在框架上的扬声器***的组合质量来调整谐振频率。因而通过选择200Hz以下，最好是150Hz以下，甚至更好是100Hz以下的柔性安装的框架的谐振频率，可以通过外部驱动激励柔性安装的框架，使得在从扬声器***不产生大的声输出的频率范围内振荡或振动。虽然在原理上，可以通过安装在支撑结构和框架之间的另一个致动器来提供激励或驱动力，在优选实施例中，这个力由驱动声音产生元件的电激活致动器产生。因而，***最好被这样设计，使得框架在扬声器产生大的音频输出的频率范围内不产生大的运动。

在这个实施例中，谐振频率被这样调整，使得在音频即200Hz以上，***的机械阻抗、刚性或惯性足够大，以便阻止框架相对于支撑结构的运动。

在图1A中，示出了一种移动电话手机10。移动电话10包括壳体11、触摸敏感键盘区域12、屏幕13和天线14等已知特征。所示的扬声器***包括壳体的面积扩展部分15，该部分作为声音产生元件或膜片，由在其下方的压电致动器16驱动。

致动器16最好是被称为HELIMORPH(TM)致动器的一种致动器，如在上面引用的专利申请中所述。

图1B是沿着线AB取的图1A的移动电话10的截面图。在图的顶部示出了声音产生元件15，其和壳体11相邻，在其间具有一个小的间隙17。致动器16在一端被连接在膜片15的下方，在其另一端被连接在支撑结构18上，所述支撑结构被安装在移动电话10的壳体11内。致动器16和一个用于提供音频下的电振荡的电路(未示出)相连。在HELIMORPH致动器16的电极之间产生的电场使其沿着双头箭头19所示的方向膨胀或收缩，使得膜片15在音频下振动，从而产生声音。

图2示出了在移动电话20中的本发明的扬声器的另一个实施例。在此例中，声音产生元件25(画有阴影)大致呈环形，具有矩形的孔，屏幕23通过所述的孔伸出。声音产生元件和壳体21齐平，由一对叠置的向后弯曲的弯曲部分压电致动器26驱动，所述致动器位于膜片25的下方，在屏幕23的每一侧上。

在图3中示出了通过本发明的一个实施例的剖视图，其中膜片35的边缘和壳体31的相邻的边缘包括唇缘39，作为附加的声阻。膜片35放置在壳体31的孔内，其间具有一个小的间隙37。如前所述，膜片35被在一端和框架38相连的HELIMORPH致动器36驱动。垂直的唇缘39在膜片35的外边缘和壳体31的相邻的边沿周围延伸，使得当膜片35在工作时上下运动时，在壳体31和膜片35之间的间隙37保持很小。所述唇缘用于帮助阻止声音从膜片35的下侧351向后放射，以免干扰从膜片35的上侧352向前放射的声音。即使当壳体31上的唇缘39具有较短的长度(或者没有)时，在膜片35上的唇缘39也保持一个窄的间隙37，因而保持一个高的声阻。

在图4中，印刷电路板(PCB)45作为扬声器的膜片。印刷电路板45是移动电话40的一个内部功能元件，图4是其截面图。所述电路板和位于壳体41的下侧上的框架48上的两个叠置的向后弯曲部分与致动器46相连。致动器46在受到电激励时膨胀和收缩，使PCB上下运动，从而产生声音。在和声音产生元件45相邻的区域内，壳体41的一侧上提供有多个端口413，以便使声音能够溢出。在壳体的另一侧412未提供端口，从而把向后放射的声音减到最小。

在图5中以从上看的平面图的形式示出了在本发明的扬声器中致动器56的几种可能的布置。所示为HELIMORPH致动器56，不过也可以使用其它的压电致动器。在图5A中，扬声器膜片55和壳体51分开一个小的间隙57(画有阴影)。HELIMORPH致动器56位于膜片55的下方，处于一个偏心位置。当在膜片55的死点的下方具有其它元件时，这可能是有利的。在图5B中，示出了另一个实施例，其中膜片55被设置在每一端的两个HELIMORPH致动器56驱动。图5C示出了另一个实施例，其中包括4个HELIMORPH致动器56，在膜片55的每个拐角上各有一个。在图5D中，本发明的扬声器装置具有环形膜片55。所述膜片55在一端和硅橡胶的一个小圆块59绞接在一起，并在另一端由HELIMORPH致动器56驱动。致动器56处于壳体51和膜片55的下方，在一端561和壳体51的内部相连，在另一端562和膜片55的下侧相连。

图6进一步示出了图5D的绞接的膜片装置的工作。膜片65在铰链69处被绞接，所述铰链被安装在壳体61上，并在膜片65的圆周上的一点占据膜片65和壳体61之间的间隙67。在膜片65的周边上相对的一点，膜片65被HELIMORPH致动器66驱动，所述致动器在其一端661和膜片65相连，在其另一端662和壳体61相连。这是一种特别紧凑的扬声器，这是因为HELIMORPH装置66非常薄，其厚度一般不大于2毫米，并略凸出进入移动装置的内部。

在图7A，B和C中，示意地示出了膜片75被激励时的运动。图7A，B和C示出壳体71、铰链79、膜片75、致动器76和连接761，762，如图6所示。在图7A中，致动器76处于其未被致动的位置，因而膜片75和壳体71齐平。在图7B中，致动器76处于其延伸的位置，膜片75在那端被升高，围绕铰链79转动。膜片75的未被致动的位置由虚线所示。在图7C中，致动器76处于其缩回位置，膜片75的那一端相对于壳体71降低。和前面一样，膜片75的未被致动的位置如虚线所示。在图7B和图7C的位置，可以看出，膜片相对于其未被致动的位置移动通过了角度α1和α2(为清楚起见被大大夸大了)，从而形成围绕穿出纸面的通过铰链79延伸的轴线的转动，所述轴线平行于膜片75的平面。

图8A和图8B表示被包括在移动电话80中的图5-7的扬声器，图8B是图8A沿线A-A’的截面图。膜片85(画有阴影)是透明的，并且位于屏幕83的上方。图中所示为在两个点89被绞接。其由HELIMORPH致动器86驱动，所述致动器在一端861被固定在壳体81上，在另一端862被固定在膜片85上。膜片85的面积近似等于40毫米×50毫米。两个铰链89是硅橡胶制成的，并且被分开18毫米。HELIMORPH致动器86是一种多层的PZT致动器，被螺旋弯曲成大约一个圆环的弧长的3/4。多层的PZT具有一种双压电晶片弯曲部分结构，具有两层PZT，每层厚度为0.3毫米，在外表面上和在所述两层之间具有常规的电极(未示出)。带的宽度是2毫米，螺旋直径是5毫米。螺旋被弯曲成一个18毫米直径的圆环的弧。因此，这种扬声器只占据移动电话内部的直径18毫米和厚5毫米的空间。致动器86的质量大约为2.5克，膜片85的质量大约是0.3克。在最大激励下，唇缘的位移大约是+/-200微米。当音频信号被输入到致动器86时，在100赫兹-10千赫兹以上的频率范围内在30厘米的距离处达到大约70分贝的声压级(SPL)。

如上所述，选择HELIMORPH致动器86作为基本的电活性作用，这种致动器是非常小的，对于厘米大小的电活性材料，当被电激励时，其位移一般不大于1微米的几分之一。不过，已经发现，在本发明的范围内，其它类型的电活性致动器也可以被成功地使用。

为此，按照本发明的下述例子的铰链部分被修改，以便包括电激活材料。参见图9A，其中示出了和图8A类似的铰链部分的基本的透视图。该图表示在铰链部分附近的壳体91的一部分和膜片95。在这个例子中，铰链部分99包括电活性材料制成的管状元件96。管状元件96的一个平行于其主轴的90度的部分被除去，从而形成具有近似C形截面的元件96。元件96作为致动器。壳体91被固定在管状元件96的第一边缘961上，而声音产生元件或膜片95被固定在管状元件96的第二边缘962上。

电活性的管状元件96的长度为25毫米，外径为4.4毫米，带厚为0.4毫米。当被激励时，其能够围绕其主轴产生±0.33度的角度运动，具有3.2毫牛顿·米的阻止转矩。这转换成膜片95的远侧的运动端951的±0.26毫米的位移，如图9B所示。在这个边缘的等效的力大约是0.071N。这和上述的HELIMORPH驱动的扬声器***相当，其具有±0.2毫米的位移和0.068N的阻止力。适用于本发明的电激活管状元件96和电激活的转动器的其它例子在专利文件WO-02/17408中描述了，该文件被包括在此作为参考。

致动器96的质量是0.75克，膜片95的质量是0.2克。不过，因为致动器96位于铰链附近，致动器96的惯量是1.5gmm²，而膜片95的惯量是166gmm²。因此，虽然致动器96的机械性能和上述的HELIMORPH驱动的扬声器***类似，但其惯量是可以忽略的。因而致动器96不用其大量的力驱动其自身的质量。其被用于驱动膜片95。图9所示的铰链驱动的扬声器的基本的谐振频率大约是280Hz，因而能够产生可听的声音。

在另一种结构中，如图10A和10B所示，框架结构101支撑着膜片或声音产生元件105。膜片105具有远端1051和近端1052。在近端，膜片105借助于铰链部分109被固定在支撑结构101上，这使得膜片105能够围绕铰链部分的轴线转动。

致动器106是一种如上面的例子中使用的C形致动器，其被安装在支撑结构101的背面，并通过这种结构中的一个槽延伸到膜片105的近端。其适用于将它的力主要沿着膜片105的平面的方向施加，借以使膜片105围绕铰链109的轴线转动。膜片105的一部分以及从膜片上伸出的任何部件1053提供一个小的附加杠杆，以便进一步改善从致动器106向膜片105的力传递。

膜片105由聚碳酸酯制成，被热压成有褶皱的形状，以便增加其刚性，同时维持低的重量。其它具有低的重量和高的刚度的材料例如纤维增强塑料同样适用于和本发明相关的使用。膜片105可以具有更复杂的内部结构，例如包括被夹在两层重量轻的材料或其类似物之间的蜂房状的加强物。

膜片105具有大的柔性的边沿部分1054，以密封膜片105下面或后面的半空间。在目前的例子中，所述密封件由薄的聚碳酸酯的唇缘形成，并因而形成膜片105的一个整体部分。

图11示出了扬声器装置的频率响应。图中以分贝给出了声压级SLP，是在与膜片105距离1毫米的位置处测量的，频率范围为100Hz-20kHz(用对数比例)。

图12A，12B示出了能够用来产生可听的声音和振动的一个实施例。再次示出了便携式电话的一部分的示意图，其具有壳体121和包括声音产生元件或膜片125以及上述的HELIMORPH类型的电激活致动器126的扬声器***。不过，所示的装置和前述的装置的区别在于，铰链部分129不被安装在移动装置的壳体或外壳121上，而被安装在框架结构128上。框架结构128又借助于弹性元件1281被柔性地固定。在所示的例子中，弹性元件是钢弹簧。在其远端，框架结构借助于和上述类似的铰链部分1282被固定到壳体121上。

包括弹簧和铰链的整个框架结构理想地构成具有一个自由度的振荡***。所述***借助于驱动致动器126被激励而谐振，其谐振频率由弹簧1281的刚性和质量确定。所述谐振被这样调节，使得在音频下(即200Hz以上)，***的阻抗足够大，以便阻止相对于基体的面板的运动。

第一弹簧1281是通过围绕1毫米直径的金属线成型器弯曲25微米的弹簧钢被制成。这个装置的谐振频率通过利用激光位移计(LDM)测量其自由振动(响应用手操作的位移)得到。测量的频率是60赫兹。通过测量弹簧的力/位移特性，求得弹簧的刚性是216Nm^-1。原始弹簧的尺寸如下：

长度＝5毫米

宽度＝4毫米

高度＝3毫米

角度＝31度左右

已知***的谐振频率(60Hz)和弹簧的刚性，可以求出表观质量：

[1]

ω_{n} = \sqrt{\frac{k}{m_{a}}}

m_{a} = \frac{k}{ω_{n}^{2}} = \frac{216}{{(2 π (60))}^{2}} = 0.00152 kg

***的实际质量如下：

致动器126的质量＝0.552g

框架/膜片125的质量＝1.541g

总质量＝2.093g

视在质量＝1.520g

质量比＝0.726

质量比表示装置的质量中心位于距离连接致动器126的一端膜片125的长度的1/4附近。

为了调整装置的频率范围，使用LDM和加速度计测量了由市场上可得到的移动电话取下的振荡器元件的响应。所述装置由一个具有不平衡重量的转子的小的电动机构成，所述电动机在旋转时产生力。对不同的电压测量了响应，得到装置的目标频率范围是75-80Hz，因而略高于原始装置的谐振频率。

通过参考原始弹簧的尺寸和特征，估算为达到大约80Hz的谐振所需的尺寸：

长度＝6mm

宽度＝8mm

高度＝3mm。

按照这些近似尺寸制造了弹簧并被装配在装置中。测量的谐振频率是89Hz，略高于目标范围。因而，把一个范围为0.1克-0.2克的小的质量1283附加于框架的靠近致动器126的位置(见图12B)。

所得的谐振频率的改变使装置处于目标范围内。由原始振荡器和组合的装置达到的振动的幅值的定量的比较表明，原始装置产生较大的振动，虽然组合的装置处于同一个数量级内。

借助于使组合装置和一个呈现在已调谐的频率下的谐振方式的底板相连，可以进一步改善组合装置的性能。

图13示出了具有整体铰链的扬声器膜片135的示意的平面图(图13A)和截面图(图13B)。膜片135具有作为铰链的两个窄的区域139。示出了在铰链的一侧上的两个固定点1391，具有在铰链的另一侧上的声音产生区域135。HELIMORPH致动器136在其距离铰链139的最远的一端驱动声音产生元件135。图13B示出了一个附加的固定销1392，其通过固定点1391设置。固定销1392和致动器136都被安装在壳体131的内部。在壳体131内的孔提供在其内部到外部之间的声音通路。

图14示出了具有包括绞接的膜片145的立体声扬声器的移动电话140。为了说明的目的，其前面未示出。两个扬声器是类似的，每个扬声器位于每半个移动电话140内。每个扬声器包括膜片145和HELIMORPH致动器146。每个膜片145包括用作铰链的两个较薄的区域149，两个固定点1491和声音产生元件145。当致动器146被激励时，声音产生元件145上下“拍打”，从而产生声音。在装置的每端1411和1412提供有端口1413，使得声音能够辐射出，如空心箭头所示。沿着装置的长度的一半提供有障板147，用于提供扬声器所在的两个隔室的声音隔离。当立体声的两个通道由每个致动器146输入时，则产生两个声道的声音，各自从装置的每端1411，1412放出。图14所示的装置是一种移动电话，但也可以是PDA、便携式计算机或这些装置的屏幕隔室。

图15所示是具有多个电激活致动器的低音扬声器。扬声器150包括框架151(画有阴影)，其上安装有20个HELIMORPH致动器156(用虚线表示)，所述致动器的另一端(自由端)和作为声音产生元件的重量轻的面板155相连。如通常的扬声器那样，在声音产生元件的后方提供有壳体(未示出)，用于吸收向后方发出的声音。或者可以在面板的后方安装一个声音吸收器(未示出)，用于吸收后方发出的声音。面板155的高度是44cm，宽度是77cm。每个致动器156呈被弯成环形的螺旋弯曲部分的形状，螺旋的直径是5mm，圆环的直径是50m。面板是一个由重量轻的材料制成的大面积面板，例如有蒙皮的聚合物泡沫材料，其厚度为几毫米，质量大约为200克或更小。当被同时激励时，致动器使面板以活塞的方式往返运动，最大位移为±2mm。在直到20赫兹的低频下，在距离面板1mm的距离处，由这种扬声器可得到的声压级是100dB。因而所示的扬声器形成一个大功率的低音扬声器，和常规的动圈低音扬声器相比，其体积非常小，并且重量轻。

此外，在2001年6月21日申请的申请号为0115244.6的名称为“LOUDSPEAKER”的英国专利申请描述了能够实施本发明的多种装置和方法，本申请要求其优先权，该专利文件包括在此作为参考。

Claims

1.一种用于产生可听的声音的扬声器，包括被安装在一支撑结构上的声音产生元件，以及连接在所述支撑结构和所述声音产生元件之间的至少一个致动器，所述至少一个致动器用于使所述声音产生元件运动以产生声音，所述声音产生元件的运动包括转动。

2.如权利要求1所述的扬声器，其中所述声音产生元件在一个或多个点由铰链、枢轴或弯曲物支撑。

3.如权利要求2所述的扬声器，其中所述声音产生元件在一近边沿与所述支撑结构连接在一起，从而形成所述绞链、枢轴或弯曲物，同时在其它的边沿与所述支撑结构分开。

4.如权利要求3所述的扬声器，其中在所述声音产生元件的边沿和所述支撑结构之间的间隙被一个或几个柔顺的密封元件桥接。

5.如权利要求1所述的扬声器，其中所述致动器是陶瓷致动器。

6.如权利要求1所述的扬声器，其中所述致动器由压电材料制成。

7.如权利要求6所述的扬声器，其中所述致动器用于在被激励时作旋转运动。

8.如权利要求7所述的扬声器，其中所述致动器构成所述绞链、枢轴或弯曲物的至少一部分。

9.如权利要求7所述的扬声器，其中所述致动器呈管状，其中的一部分被除去。

10.如权利要求6所述的扬声器，其中所述致动器用于在被激励时直线地延伸。

11.如权利要求10所述的扬声器，其中所述致动器呈两次缠绕的线圈的形状。

12.如权利要求1所述的扬声器，其中所述声音产生元件被安装在一框架上，所述框架被柔性地安装在所述支撑结构上。

13.如权利要求1所述的扬声器，其中所述转动是绕平行于声音产生元件的轴线。

14.如权利要求1所述的扬声器，其中所述声音产生元件由与该声音产生元件整体形成的铰链支撑。

15.如权利要求14所述的扬声器，其中所述声音产生元件是具有给定厚度的塑料片，所述铰链是具有比声音产生元件的厚度小的所述塑料片的另外一部分。

16.如权利要求1所述的扬声器，其中所述声音产生元件是透明的。

17.一种包括两个权利要求1所述扬声器的能再现立体声的便携式装置。

18.如权利要求17所述的便携式装置，其中两个扬声器设置在该装置中通过障板分开的隔室内，所述隔室具有位于该装置相对端的端口以允许声音发出。

19.一种包括两个权利要求1所述扬声器的能再现立体声的电视***。