TW201642671A - 揚聲器 - Google Patents

Abstract

揚聲器具備電動式揚聲裝置、壓電式揚聲裝置、以及一個同時驅動該電動式和壓電式揚聲裝置的電流增幅器。以Zd表示電動式揚聲裝置的額定阻抗，以Zp(ω)表示用於壓電式揚聲裝置的壓電元件的阻抗，公示Zd=Zp(ω)中頻率ω的值在20～50kHz。由此可以得到高音域頻率特性優越的產品。

Description

揚聲器

關於揚聲器的發明。

人們熟知的用於耳機等的揚聲器，如專利申請文獻1中所示，有電動式揚聲器和壓電式揚聲器兩種類型。

電動式揚聲器為了用電流驅動音圈，需要電流增幅器。而壓電元件由於要將其位移量與電壓成比例，所以驅動時需要電壓增幅器。因此，將兩種增幅器兼備、尤其是全部用於耳機那樣的小型器具並不容易。

雖然可以電流驅動壓電元件，但會遺留以下問題。即壓電元件的阻抗會依頻率而變動。因此，即便提供同樣的電流，由於壓電阻抗對頻率的依附，加於壓電元件的電壓會發生變化，壓電元件的位移量也會變化。因為很難得到平穩的頻率特性，所以一般利用電壓驅動型增幅器來驅動壓電元件，但所需要的升壓回路會增加成本，且升壓用的感應器也會佔據相當的實裝面積。

相反，若用該壓電驅動用的增幅器來驅動電動型揚聲器，會因電壓過高而造成線圈斷裂。如果為了提高線圈的耐壓特性增大線圈直徑，阻抗就會過低而無法輸入充足電壓。而同樣，如果通過增加線圈圈數提高阻抗，則會再次無法避免電動型揚聲器的大型化和高成本化。

由此可知，僅用一個增幅器來驅動電動式揚聲器和壓電式揚聲器的技術尚未實現。由於需要用到兩個增幅器，實際安裝面積會進一步增大。

有鑑於此，本發明致力於提供一揚聲器，可有效解決上述問題點。

本發明致力於提供用一個增幅器驅動電動式和壓電式揚聲裝置、且頻率特性優越的產品。

本發明的揚聲器的特點之一是：裝有電動式揚聲裝置；壓電式揚聲裝置；以及一個同時驅動該電動式和壓電式揚聲裝置的電流增幅器。

由於該特點，利用一個電流增幅器便可驅動電動式揚聲裝置和壓電式揚聲裝置。

本發明的揚聲器的特點之二是：以ω表示輸出聲音的頻率，以Zd表示上述電動式揚聲裝置的額定阻抗，以Zp(ω)表示用於上述壓電式揚聲裝置的壓電元件的阻抗，則公示Zd=Zp(ω)中ω的值在20～50kHz。

由於該特點，比交叉點（Zd=Zp(ω)中ω的值）附近還高的高音部分可以從壓電揚聲器裝置輸出來實現。但不讓高音從電動式揚聲裝置發出。本發明的揚聲器的特點之一是：在壓電元件貼附於金屬板、通過壓電元件的振動而是金屬板發生彎曲振動的揚聲器中，以E（kN/mm2）（N為力量單位牛頓）表示金屬板的縱向彈性係數，以ρ（g/cm3）表示密度，以Sm表示貼付面的金屬板的面積，以Sp表示壓電元件的面積，公式X=（Sp/Sm）•（ρ/E）中X的值在0.01~0.08之間。

本發明的揚聲器的特點之三是：上述壓電元件的電容為200nF以上。

由於該特點，交叉點可以實現低頻率。

運用本發明的揚聲器，可提供僅用一個增幅器驅動電動式和壓電式揚聲裝置、頻率特性優越的揚聲器產品。

1‧‧‧金屬板

2‧‧‧電動式揚聲器裝置

3‧‧‧壓電式揚聲器裝置

31‧‧‧壓電元件

5‧‧‧電流增幅器

　　
圖1是顯示本發明的揚聲器的說明圖。

圖2是顯示電動式揚聲裝置和壓電元件阻抗的說明圖。

圖3是顯示頻率特性的說明圖。

圖4是顯示頻率特性以及失真率的說明圖。

圖5是顯示頻率特性以及失真率的說明圖。

以下就解釋本發明運作原理的實施方案1、顯示具體實裝例的實施方案2進行說明。

圖1顯示的是本發明的揚聲器。揚聲器1具備電動式揚聲裝置2、壓電式揚聲裝置3、以及一個同時驅動電動式揚聲裝置1和壓電式揚聲裝置3的電流增幅器。壓電式揚聲器裝置3的金屬板上粘貼著壓電元件31。

圖2顯示的是電動式揚聲器裝置和壓電元件的阻抗。橫軸表示頻率，縱軸表示阻抗。頻率和抗阻呈現對數（對數刻度）關係。電動式揚聲裝置2的額定阻抗Zd是16～32Ω的定數。16Ω用實線表示，32Ω用虛線表示。電動式揚聲裝置的阻抗是在中心頻帶中額定阻抗的一定值。低音域和高音域的頻率中阻抗會上升，但在不讓壓電式揚聲裝置輸出高音域的本發明中，直接考慮為額定阻抗的一定值沒有問題。

壓電元件31的阻抗Zp(ω)如圖所示呈現向右下傾斜的直線狀。根據壓電元件31的電容，Zp(ω)在圖的上下方向變動。電容250μF以實現表示，200μF以虛線表示，150μF以一點鎖線表示，100μF以兩點鎖線表示。

在這裡，看一下Zd和Zp(ω)交叉頻率ω的值。電容量250μF裝置下，是在Zd=32Ω、約20kHz處、以及Zd=16Ω、約40kHz處有交叉點。電容量200μF裝置下，是在Zd=32Ω、約25kHz處，以及Zd=16Ω、約50kHz處有交叉點。電容量150μF裝置下，是在Zd=32Ω、約33kHz處，以及Zd=16Ω、約66kHz處有交叉點（圖中未畫出交叉部分）。電容量100μF裝置下，是在Zd=32Ω、約50kHz處，以及Zd=16Ω、約100kHz處相交（圖中未畫出交叉部分）。電容量越大的裝置約在低頻率處相交。若電容量超過200μF以上，和Zd=16Ω交叉的頻率大約在50kHz以下。

為了使交叉點在低頻率範圍，所以希望壓電元件31的電容量越大越好。這可以通過將壓電元件31做成積層壓電元件、或使用MEMS裝置等實現。

圖3顯示的是頻率特性。符號2表示電動式揚聲裝置2的頻率特性。只有電動式揚聲裝置2的情況下，10kHz以上的高音域的音壓不足，特別是被稱作高解析度的高音質所必需的40kHz以上的音壓非常小。

符號31顯示的是綜合電動式揚聲裝置2和壓電式揚聲裝置3後的頻率特性。因為頻率特性依據交叉點而變動，所以分別用一點鎖線表示交叉點為10kHz的、用實線表示20kHz的、用虛線表示50kHz的、用二點鎖線表示70kHz的。

交叉點為20kHz以及50kHz的裝置在40kHz~100kHz的音域中具有音壓充足的頻率特性。與此相對，10kHz以及70kHz的裝置得不到充分音壓。

因為頻率特性對於交叉點連續變化，如果將交叉點的頻率設定在20~50kHz的話，在40~100kHz的音域中可以得到音壓充分的頻率特性。

如以上詳細說明，本實施例中的揚聲器，只被一個電流增幅器驅動，適合小型化裝置。而且，因為交叉點的頻率被設定在20~50kHz，在40~100kHz的音域中可以得到充足音壓，因此能得到高解析度的播放聲音。

揚聲器構成如下。電動式揚聲器裝置2使用了厚6μm、直徑10mm、PET制的圓形振動板。電動式揚聲器2的額定阻抗Zd為32Ω。壓電式揚聲器裝置3使用了鈦酸鋯酸鉛(PZT)制的壓電裝置31的5層疊加物，該疊加物裝於不銹鋼（SUS304）製成的直徑10mm的圓形振動板上。壓電裝置31的電容是150nF。交叉點的頻率約為33kHz（參照圖2）。

圖4顯示的是頻率特性以及失真率。圖4（A）是電動式揚聲器裝置2。10Hz以上的高音中音壓降低，而20kHz以上的高音則會發生巨大失真。

圖4（B）顯示的是壓電式揚聲器裝置3。2kHz以下的低音中音壓降低，而400Hz以下的低音則會發生巨大失真。

電動式揚聲器裝置2和壓電式揚聲器裝置3通過一個電流增幅器（電動式揚聲器裝置2和壓電式揚聲器裝置3中保持相同功率強度）驅動。圖5顯示了頻率特性以及失真率。與圖4（A）及（B）相比，呈現出平穩的頻率特性。特別是在40kHz以上（圖中顯示了40~50kHz），音壓不會降低這一點非常重要。

再看失真率，因為低音域中電動式揚聲器裝置2的音壓變大，高音域中壓電式揚聲器裝置3的音壓變大，因而無論在哪個音域中都會具有低失真率。

如以上詳細說明，本實施方案的揚聲器，可以得到40kHz以上的高音域音壓，並實現低失真率。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

 

31‧‧‧壓電元件

Claims (3)

1. 一種揚聲器，包含：
   電動式揚聲裝置、壓電式揚聲裝置、以及一個同時驅動該電動式和壓電式揚聲裝置的電流增幅器。
2. 如申請專利範圍第1項所述之揚聲器，其中以ω表示輸出聲音的頻率，以Zd表示電動式揚聲裝置的額定阻抗，以Zp(ω)表示用於壓電式揚聲裝置的壓電元件的阻抗，公示Zd=Zp(ω)中ω的值在20～50kHz。
3. 如申請專利範圍第1項所述之揚聲器，其中該壓電元件的電容在200nF以上。