一种复合式静电型电声换能器论文和设计-黄海

全文摘要

本实用新型公开了一种复合式静电型电声换能器，包括电极板、绷膜环和振膜，所述振膜包括低频振膜和高频振膜，所述电极板包括第一电极板、第二复合电极板和第三电极板，所述绷膜环包括第一绷膜环和第二绷膜环，所述低频振膜两侧分别设置有第一镀层和第二镀层，所述高频振膜两侧分别设置有第三镀层和第四镀层；所述低频振膜设置在第一绷膜环上，所述高频振膜设置在第二绷膜环上；所述第一镀层、低频振膜、第二镀层之间均不存在间隙，所述第三镀层、高频振膜和第四镀层之间均不存在间隙；整体结构由左向右依次排布为：第一电极板、第一绷膜环、低频振膜、第二复合电极板、第二绷膜环、高频振膜和第三电极板。

主设计要求

1.一种复合式静电型电声换能器，包括电极板(1)、绷膜环(2)和振膜(3)，其特征在于：所述振膜(3)包括低频振膜(7)和高频振膜(10)，所述电极板(1)包括第一电极板(5)、第二复合电极板(8)和第三电极板(11)，所述绷膜环(2)包括第一绷膜环(6)和第二绷膜环(9)，所述低频振膜(7)两侧分别设置有第一镀层(12)和第二镀层(13)，所述高频振膜(10)两侧分别设置有第三镀层(14)和第四镀层(15)；所述低频振膜(7)设置在第一绷膜环(6)上，所述高频振膜(10)设置在第二绷膜环(9)上；所述第一镀层(12)、低频振膜(7)、第二镀层(13)之间均不存在间隙，所述第三镀层(14)、高频振膜(10)和第四镀层(15)之间均不存在间隙；整体结构由左向右依次排布为：第一电极板(5)、第一绷膜环(6)、低频振膜(7)、第二复合电极板(8)、第二绷膜环(9)、高频振膜(10)和第三电极板(11)。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种复合式静电型电声换能器，其特征在于：所述第一电极板(5)、第二复合电极板(8)和第三电极板(11)表面均开有冲孔(4)，所述第一电极板(5)、第二复合电极板(8)和第三电极板(11)表面的冲孔(4)区域均为正六边形结构，且设置在所述第一电极板(5)、第二复合电极板(8)和第三电极板(11)上的冲孔(4)尺寸不相同。

3.根据权利要求1所述的一种复合式静电型电声换能器，其特征在于：所述第一电极板(5)、第一绷膜环(6)、低频振膜(7)和第二复合电极板(8)的直径均相同，且圆心重合；所述第二绷膜环(9)、高频振膜(10)和第三电极板(11)的直径均相同且圆心重合。

4.根据权利要求1所述的一种复合式静电型电声换能器，其特征在于：所述高频振膜(10)直径小于低频振膜(7)的直径，且高频振膜(10)和低频振膜(7)的圆心不重合。

5.根据权利要求1所述的一种复合式静电型电声换能器，其特征在于：正对于所述振膜(3)的第一电极板(5)和第三电极板(11)的单侧表面设置有导电层，第二复合电极板(8)两侧正对于低频振膜(7)和高频振膜(10)处设有导电层。

6.根据权利要求1所述的一种复合式静电型电声换能器，其特征在于：所述第一绷膜环(6)和第二绷膜环(9)为单侧导电的环形薄板，所述第一绷膜环(6)的导电层和低频振膜(7)之间不存在空隙，所述第二绷膜环(9)的导电层和高频振膜(10)之间不存在空隙。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种复合式静电型电声换能器，其特征在于：所述低频振膜(7)的表面预紧力与高频振膜(10)的表面预紧力不同，且低频振膜(7)的表面预紧力小于高频振膜(10)的表面预紧力。

8.根据权利要求7所述的一种复合式静电型电声换能器，其特征在于：所述低频振膜(7)的表面预紧力为0.02N\/cm-0.1N\/cm，所述高频振膜(10)的表面预紧力为0.05N\/cm-0.3N\/cm。

9.根据权利要求7所述的一种复合式静电型电声换能器，其特征在于：所述低频振膜(7)厚度与高频振膜(10)厚度不同，且低频振膜(7)的厚度大于高频振膜(10)的厚度。

10.根据权利要求7所述的一种复合式静电型电声换能器，其特征在于：所述第一电极板(5)的冲孔(4)区域的开孔率为15％-35％，所述第二复合电极板(8)的冲孔(4)区域的开孔率为20％-35％，所述第三电极板(11)的冲孔(4)区域的开孔率为45％-80％；

所述第二复合电极板(8)两侧导电层通过导电孔实现电连接，且两侧导电层区域面积不同；

所述电极板(1)和绷膜环(2)为PCB结构，所述电极板(1)和振膜(3)为圆形板状结构，所述绷膜环(2)为环形板状结构。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及扬声器技术领域，特别涉及一种复合式静电型电声换能器。

背景技术

目前电声换能器按换能原理分为动圈式换能器、动铁式换能器、等磁式换能器及静电式换能器。

静电扬声器作为目前市场上中高端产品，静电扬声器中的核心部件为静电式电声换能器。传统静电式电声换能器的换能原理是将导电振膜置于固定的电极板中形成电容，通过在振膜导电层上施加高压直流偏压，以及在两侧电极板上施加音频交流电压。利用正负电场产生的库仑力，使振膜受迫振动产生声音，并通过两侧电极板上的圆形孔洞将声音辐射出去。

从基本结构分析，相对于常见的动圈式换能器等，绝大多数电磁式换能器的能量转换效律极低，对全频段的响应频率也范围较差。而静电式换能器可提供一种能量转换比接近95％的电声换能器，并且在全音乐频率上具有优异能力。

从更高水平的录音讯号重放而言，静电式换能器的振膜较为轻薄，质量极小，甚至能够忽略振膜的惯性冲程和切割振动，因此其具有极佳的动态响应和强大的表现力；同时，电声换能器的振动系统面积较大，实际振动面积是传统电磁换能结构的十倍以上，因而具有更大的颅内声场，以及更加自然的结像力。

而静电式换能器同样存在一定缺陷。正常情况下，静电式换能器需要两块电极板提供匀强高压电场来驱动振膜，使振膜推动足量腔内空气，进而产生足够声压，这就要求振膜和极板的面积足够巨大。简而言之，传统静电换能器的振膜面积，振膜预紧力和回放频率有巨大关联性，提高振膜振动面积或降低振膜预紧力，会在改善静电扬声器的低频响应的同时，导致扬声器高频响应的劣化。目前传统的单静电单元驱动方式下，二者无法兼得，一般是通过不断改善振膜材料特性来缓解问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种复合式静电型电声换能器，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种复合式静电型电声换能器，包括电极板、绷膜环和振膜，所述振膜包括低频振膜和高频振膜，所述电极板包括第一电极板、第二复合电极板和第三电极板，所述绷膜环包括第一绷膜环和第二绷膜环，所述低频振膜两侧分别设置有第一镀层和第二镀层，所述高频振膜两侧分别设置有第三镀层和第四镀层；所述低频振膜设置在第一绷膜环上，所述高频振膜设置在第二绷膜环上；所述第一镀层、低频振膜、第二镀层之间均不存在间隙，所述第三镀层、高频振膜和第四镀层之间均不存在间隙；整体结构由左向右依次排布为：第一电极板、第一绷膜环、低频振膜、第二复合电极板、第二绷膜环、高频振膜和第三电极板。

进一步地，所述第一电极板、第二复合电极板和第三电极板表面均开有冲孔，所述第一电极板、第二复合电极板和第三电极板表面的冲孔区域均为正六边形结构，且设置在所述第一电极板、第二复合电极板和第三电极板上的冲孔尺寸不相同。

进一步地，所述第一电极板、第一绷膜环、低频振膜和第二复合电极板的直径均相同，且圆心重合；所述第二绷膜环、高频振膜和第三电极板的直径均相同且圆心重合。

进一步地，所述高频振膜直径小于低频振膜的直径，且高频振膜和低频振膜的圆心不重合。

进一步地，正对于所述振膜的第一电极板和第三电极板的单侧表面设置有导电层，第二复合电极板两侧正对于低频振膜和高频振膜处设有导电层。

进一步地，所述第一绷膜环和第二绷膜环为单侧导电的环形薄板，所述第一绷膜环的导电层和低频振膜之间不存在空隙，所述第二绷膜环的导电层和高频振膜之间不存在空隙。

进一步地，所述低频振膜的表面预紧力与高频振膜的表面预紧力不同，且低频振膜的表面预紧力小于高频振膜的表面预紧力。

进一步地，所述低频振膜的表面预紧力为0.02N\/cm-0.1N\/cm，所述高频振膜的表面预紧力为0.05N\/cm-0.3N\/cm。

进一步地，所述低频振膜厚度与高频振膜厚度不同，且低频振膜的厚度大于高频振膜的厚度。

进一步地，所述第一电极板的冲孔区域的开孔率为15％-35％，所述第二复合电极板的冲孔区域的开孔率为20％-35％，所述第三电极板的冲孔区域的开孔率为45％-80％；

所述第二复合电极板两侧导电层通过导电孔实现电连接，且两侧导电层区域面积不同；

所述电极板和绷膜环为PCB结构，所述电极板和振膜为圆形板状结构，所述绷膜环为环形板状结构。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：该种实用新型设计合理，使用方便，高频和低频信号分别通过不同预紧力的膜片进行重放，因此静电扬声器的低频响应能力大大提升；又得益于正六边形和异类冲孔率，消除传统的圆形透声的冲孔区域的密铺死角，因此其物理分频和声透过效果优于传统圆孔冲孔方式，且开孔率逐步递进，根据高频和低频声波的传播特性进行分别设计，大尺寸低预紧力的低频单元有助于声场营造和低频回放，小尺寸高预紧力的高频单元能够实现优秀的中高频回放；以此结构设计静电式电声换能器，不仅能实现全频段声讯号的良好衔接，还能大大降低静电式电声换能器对振膜材质的生产要求，降低设计和生产门槛，操作简单，适合广泛应用。

附图说明

图1为本实用新型的电声换能器的结构示意图；

图2为本实用新型的第二复合电极板的正面结构示意图；

图3为本实用新型的振膜的剖面结构示意图。

图中：1、电极板；2、绷膜环；3、振膜；4、冲孔；5、第一电极板；6、第一绷膜环；7、低频振膜；8、第二复合电极板；9、第二绷膜环；10、高频振膜；11、第三电极板；12、第一镀层；13、第二镀层；14、第三镀层；15、第四镀层。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段；创作特征；达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

如图1-3所示，一种复合式静电型电声换能器，包括电极板1、绷膜环2和振膜3，所述振膜3包括低频振膜7和高频振膜10，所述电极板1包括第一电极板5、第二复合电极板8和第三电极板11，所述绷膜环2包括第一绷膜环6和第二绷膜环9，所述低频振膜7两侧分别设置有第一镀层12和第二镀层13，所述高频振膜10两侧分别设置有第三镀层14和第四镀层15；所述低频振膜7设置在第一绷膜环6上，所述高频振膜10设置在第二绷膜环9上；所述第一镀层12、低频振膜7、第二镀层13之间均不存在间隙，所述第三镀层14、高频振膜10和第四镀层15之间均不存在间隙；整体结构由左向右依次排布为：第一电极板5、第一绷膜环6、低频振膜7、第二复合电极板8、第二绷膜环9、高频振膜10和第三电极板11。

其中，所述第一电极板5、第二复合电极板8和第三电极板11表面均开有冲孔4，所述第一电极板5、第二复合电极板8和第三电极板11表面的冲孔4区域均为正六边形结构，且设置在所述第一电极板5、第二复合电极板8和第三电极板11上的冲孔4尺寸不相同。

其中，所述第一电极板5、第一绷膜环6、低频振膜7和第二复合电极板8的直径均相同，且圆心重合；所述第二绷膜环9、高频振膜10和第三电极板11的直径均相同且圆心重合。

其中，所述高频振膜10直径小于低频振膜7的直径，且高频振膜10和低频振膜7的圆心不重合。

其中，正对于所述振膜3的第一电极板5和第三电极板11的单侧表面设置有导电层，第二复合电极板8两侧正对于低频振膜7和高频振膜10处设有导电层。

其中，所述第一绷膜环6和第二绷膜环9为单侧导电的环形薄板，所述第一绷膜环6的导电层和低频振膜7之间不存在空隙，所述第二绷膜环9的导电层和高频振膜10之间不存在空隙。

其中，所述低频振膜7的表面预紧力与高频振膜10的表面预紧力不同，且低频振膜7的表面预紧力小于高频振膜10的表面预紧力。

其中，所述低频振膜7的表面预紧力为0.02N\/cm-0.1N\/cm，所述高频振膜10的表面预紧力为0.05N\/cm-0.3N\/cm。

其中，所述低频振膜7厚度与高频振膜10厚度不同，且低频振膜7的厚度大于高频振膜10的厚度。

其中，所述第一电极板5的冲孔4区域的开孔率为15％-35％，所述第二复合电极板8的冲孔4区域的开孔率为20％-35％，所述第三电极板11的冲孔4区域的开孔率为45％-80％；

所述第二复合电极板8两侧导电层通过导电孔实现电连接，且两侧导电层区域面积不同；

所述电极板1和绷膜环2为PCB结构，所述电极板1和振膜3为圆形板状结构，所述绷膜环2为环形板状结构。

需要说明的是，本实用新型为一种复合式静电型电声换能器，参见图1所示，本实施例提供一种静电式电声换能装置和常规电声换能装置结构不同的部分在于，该装置结构依次为第一电极板5，低频振膜7，第二复合电极板8，高频振膜10，第三电极板11；且在第一电极板5和低频振膜7，以及第二复合电极板8和高频振膜10之间，均形成相应的绷膜环2。

参见图3所示，该结构下的低频振膜7依次为第一镀层12、低频振膜7和第二镀层13，高频振膜10依次为第三镀层14、高频振膜10和第四镀层15，各镀层与振膜之间不存在间隙。

高频振膜10位于第二复合电极板8的一侧，整体呈现圆形，其半径和圆心均不与低频振膜7一致，故呈偏心放置状态。第三电极板11与高频振膜10的半径和圆心均一致，呈正对放置。

第二复合电极板8的冲孔4的各孔中心，与第一电极板5一一对应，与第三电极板11部分对应。

第一电极板5、第二复合电极板8和第三电极板11通过边缘部分的PCB线路引出焊点，用于和静电放大器实现电连接。第二复合电极板8中间布有少数导电孔，以实现正反两面导电层的电连接。

在上述结构的基础上，第一电极板5、第二复合电极板8和第三电极板11的冲孔4的开孔率均不一致，并且从左到右，其开孔率依次提高。这样，第一电极板5和第二复合电极板8中间形成了大面积的电容，对第一镀层12和第二镀层13形成极强的库仑力驱动作用，低频振膜7因而产生足够低频声压，通过第二复合电极板8的冲孔4结构进行物理分频，右端高频振膜10也因同原理而产生足量的高频声压，二者在第三电极板11外侧进行声耦合，将声音不受阻力地传输出去。

采用上述设置方式的原因是，振膜3驱动空气以形成声音，推动足量空气才能产生足够的三频声压，而较高的振膜预紧力导致低频响应特性较差，较低的振膜预紧力又导致声场瞬态特性较差。二者难以兼顾，而在本实用新型中，振膜3由低频振膜7和高频振膜10组成，二者采用不同的预紧力固定在对应的绷膜环2上，从而使高频讯号和低频讯进行合理分工，使各个振膜3都能在预定的冲程内进行往复振动，进而产生合理的三频能量分布。

第一电极板5的开孔率最低不应低于15％-20％，第二复合电极板8在振动系统中同样具有调节腔压的作用，过低的开孔率会导致腔内气压无法快速释放，影响低频振膜7的冲程范围，进而导致低频响应能力较差。

除此之外，与常规静电扬声器不同之处，第一电极板5、第二复合电极板8、第三电极板11上的冲孔4的形式并非传统圆孔，而是采用能够密铺的特定尺寸正六边形冲孔4的，从原理上讲，正六边形作为最高边数的密铺几何形状，在排布中可以接近100％的开孔率，并能在振膜3和电极板1布线中提供处处均匀等宽的电路结构，从而在静电场均匀的前提下，提供极高的开孔率，进而降低声阻程度，保证静电场均匀性和声阻降低。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

设计图

一种复合式静电型电声换能器论文和设计

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