[发明专利]大声阻活塞运动式扬声器

说明书

本发明公开的大声阻活塞运动式扬声器，属于声电转换领域。本发明包括基底010、驱动组件020、振膜030、连接组件040、振动腔体050。所述连接组件040与振膜030不共面，即为隐藏式连接结构。所述驱动组件020用于驱动振膜030产生活塞式运动。所述振膜030位于腔体050内部，振膜030沿垂直方向的位移范围在沿基座厚度方向延伸的支撑结构所形成的空腔高度范围内，从而达到减少扬声器在工作过程中的空气泄露、提高声压级的目的。在具有隐藏式连接结构的活塞式扬声器基础上，通过进一步优化所述扬声器的振膜结构、支撑结构，从而控制扬声器工作过程中的空气泄露现象，进一步增大前后腔的声阻和扬声器输出声压级。

技术领域

本发明属于声电转换领域的声学器件，涉及一种大声阻活塞式扬声器的结构设计，可应用于消费电子或医疗电子。

背景技术

扬声器的核心指标是某一位置的输出声压级(SPL)。由于扬声器的输出声压和频率的平方以及振膜位移的一次方成正比，因此低频(20Hz～1kHz)时SPL通常较小，在器件尺寸为mm级甚至um级的条件下，自由场测试环境下10mm处的SPL很难高于80dB。举例说明：为实现1kHz频率下，10mm处80dB的SPL目标，常规的完全封闭的固支膜(圆膜直径为3mm)扬声器需要达到40um的振膜位移，这对于完全封闭的固支膜扬声器而言是非常困难的，因此需要使用基于驱动结构的开放式活塞运动模态的扬声器。

相比于常规的完全封闭的固支膜扬声器而言，基于驱动结构的开放式活塞运动模态的扬声器由于振膜的固支状态发生改变，振膜在振动时边界条件的制约因素明显减少，并且振膜是依靠驱动结构进行运动的，驱动结构的运动范围远大于常规的完全封闭的固支膜的运动范围，因此基于驱动结构的开放式活塞运动模态的扬声器能够实现更大的振膜位移。同时，基于驱动结构的开放式活塞运动模态的扬声器，由于其活塞振动模态对应的机械-声学能量转换系数，是常规的完全封闭的固支膜扬声器的鼓膜振动模态的机械-声学能量转换系数的3倍，因而能够在同样尺寸和激励的前提下产生更大的声压输出。所以，基于驱动结构的开放式活塞运动模态的扬声器在振膜位移上更有优势。

但是，基于驱动结构的开放式活塞运动模态的扬声器存在前后腔体声学短路的问题。振膜在振动时，同一时刻前腔和后腔产生相位相反的音频信号，如果前后腔体之间有较大的空气缝隙，那么前后腔的音频信号通过空气缝隙叠加后会削弱扬声器产生的音频信号,这对应着前后腔体之间空气缝隙的声阻。在不影响后腔空气弹簧振动的前提下，空气缝隙越小，对应的前后腔体之间声阻越大，振膜机械运动产生的能量转化成前腔向空气辐射声音的能量的转换系数就越大，从而能够产生更大的SPL。

以边长为3mm的方膜为例，假设室温条件下，振膜边缘与侧壁结构形成的空气缝隙的长度为20um，由于声阻正比于空气粘滞系数的一次方与空气缝隙长度的一次方，反比于空气缝隙截面积的平方，因此当振膜边缘和侧壁结构的距离增大时，声阻迅速减小，并且带动10mm处SPL迅速减小，参考图2(a)，图2(b)；同时如果固定振膜边缘和侧壁结构的距离为2um，当振膜边缘与侧壁结构形成的空气缝隙的长度增大时，声阻也会增大，并且带动10mm处SPL增大，参考图3(a)，图3(b)。

因此，有必要提供一种改进的活塞式扬声器，既能够使振膜产生大位移运动，也能够提供足够大的前后腔体间声阻，进而提高扬声器的输出声压级。

发明内容

不同于传统活塞式扬声器中与振膜共面的连接结构，本发明公开的一种大声阻活塞运动式扬声器，采用与振膜不共面的隐藏式连接结构，振膜垂直方向的位移范围在沿基座厚度方向延伸的支撑结构所形成的空腔高度范围内。在维持活塞式扬声器具有的运动位移大优势的基础上，隐藏式连接结构能够明显缓解由于结构设计和工艺限制而造成的空气泄露严重的问题，增大活塞运动式扬声器在工作状态下的前后腔声阻值，从而有效提高活塞运动式扬声器的输出声压级。此外，通过优化具有上述隐藏式连接结构的活塞式扬声器的振膜结构、支撑结构等组件的设计，能够调节前后腔之间空气缝隙的长度、横截面积和基座的开口，达到进一步提高声阻和输出声压级的效果。