[發明專利]一種基于硅薄膜材料的靜電式揚聲器

有效

• 申請號: 201611143693.5
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN106604188B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 盧明輝;張欣;倪旭;王慶;葛浩
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H04R19/02
• 分類號: H04R19/02
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李媛媛

本發明公開了一種基于硅薄膜材料的靜電式揚聲器，包括定型夾具、聲輻射孔板、振膜、硅支撐環和絕緣墊。其中，振膜為硅薄膜，硅薄膜表面附有一層金屬導電層；硅薄膜通過共價鍵與外圍的硅支撐環相連；絕緣墊設置在聲輻射孔板與硅支撐環之間；定型夾具將聲輻射孔板、硅支撐環和絕緣墊三部分固定。本發明運用大面積自支撐硅薄膜制作靜電式揚聲器，具有較寬的頻率響應范圍(20Hz?65kHz),改善了揚聲器在音頻段(20Hz?20kHz),和高頻段(>20kHz)的頻率響應特征，并且具有耐高溫和防水的特性，改善了由于溫度及濕度變化帶來的振膜材料老化現象以及損壞現象，增強了揚聲器的穩定性。

技術領域

本發明涉及電聲器材的設計和制造，尤其涉及一種可同時應用于高頻段和音頻段的且具有耐高溫、防水特性的基于硅基薄膜的高保真高靈敏度靜電揚聲器。

背景技術

揚聲器一般分為三類，即電磁的(線圈和磁鐵)、壓電的和電容性的。其中，電磁揚聲器應用在諸如hi-fi系統、收音機、電視機和手機等智能設備中，它能產生高質量聲音，且生產成本低、安置方便。然而電磁揚聲器由于存在音圈、磁鐵、折環等部件，易造成不必要的諧波失真，能量轉化效率低，其性能易受溫度影響，使得一般電磁揚聲器耐溫在75℃左右，不能夠耐高溫。同時，現有電磁揚聲器的振膜一般由有機材料復合而成，易受潮濕環境的影響從而老化、甚至損壞。雖然電磁揚聲器可以做到覆蓋的范圍從次音頻(10HZ)到聽覺范圍最高點(20kHZ)，但是如果需要高保真的再現，通常需要將兩三個分開的揚聲器一起使用以橫跨整個音頻頻率范圍，因此電磁揚聲器相對頻寬較窄，應用范圍單一。

基于壓電原理的揚聲器目前有相當大的影響，由于其可以被用于生產相對薄(幾毫米)的扁平的揚聲器，對于例如在飛機或者汽車中這些空間寶貴的地方特別地有優勢。然而，這種揚聲器生產相對昂貴并且不易彎曲，限制了其使用的靈活性。也有一些其它的壓電聲源(具有非常低的聲音質量)被生產，這種壓電聲音源可以被廣泛使用在例如圣誕卡片里的單和弦播放，對音質沒有太高要求。

靜電揚聲器是電聲換能器中重要的一種，它是一種能產生高質量音頻回放的電聲元件。其發聲機理是在兩塊平行的極板中間平行地施加一層一般是由聚合材料構成的可極化的振膜。當在兩塊極板上施加峰值為數千伏的音頻電壓時，該音頻電壓形成的交變靜電場力將推動經極化的振膜振動發聲，完成電聲的轉換。因振膜的質量極輕，一般情況下等同于數毫米厚度的空氣層的質量，所以靜電揚聲器能以極小的失真再現音頻信號。其真實復現音頻信號的能力是電磁式揚聲器所無法比擬的。

一個理想的靜電揚聲器，要能在兩片極板之間生成足夠強的靜電場，讓振膜產生足夠的推力和振幅來推動盡量多的空氣流動量以提高發聲強度，這就要求極板導電的面積盡量大。同時前后極板又要能夠讓振膜振動時推動的空氣以盡量小的阻力通過以增強極板的透聲性，這又要求極板有較大的孔隙率和較小的聲阻。因此靜電揚聲器的極板一般是由沖有細小圓孔或蜂巢狀孔的金屬板經絕緣涂層處理得到(如Martin Logan、Final Sound等品牌產品)，或帶細小網孔的環氧布基敷銅板加絕緣層構成的(如QUAD)。而且，靜電揚聲器的振膜需要足夠的輕薄以滿足大范圍內的頻率響應，并且有足夠的彈性以便快速恢復。

目前靜電式揚聲器振膜主要由有機聚合物構成，如PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)，PP(聚丙烯polypropylene)等，薄膜的厚度從幾微米到幾十微米不等。一般振膜表面會復合一層導電層，近年來也出現了使用導電聚合物作為振膜的設計。振膜通過環氧樹脂等粘結劑與支撐結構相連，以保證振膜表面的平整及適當的張力。然而，傳統的揚聲器由于溫度及濕度變化導致的支撐夾具的形變以及振膜材料和粘結材料本身固有的老化現象，不可避免的帶來了揚聲器性能的不穩定，甚至損壞。同時基于聚合物材料的強度問題，薄膜厚度也受到了很大限制。

發明內容

本發明提供一種基于硅薄膜材料的靜電式揚聲器，以克服以上現有技術中存在的技術缺陷。

本發明采用的技術方案為：