[发明专利]声学振膜和包括该声学振膜的扬声器

说明书

技术领域

本发明涉及声学振膜和包括所述声学振膜的扬声器。更具体地，本发明涉及包括碳纳米管(CNT)或石墨纳米纤维(GNT)作为增强剂的声学振膜，和包括所述声学振膜的扬声器。

背景技术

扬声器是将电能转化成为机械声能的电子元件并目前广泛用于不同应用中，包括电话、移动通讯终端、计算机、电视(TV)机、盒式磁带、声音设备和汽车。

扬声器系统通常由振膜、阻尼器、永久磁铁、外壳和其它元件组成。在这些元件中，振膜对于扬声器系统的声音质量具有最大的影响。

由于振膜前部和后部之间气压的变化产生膨胀波，并转换成为可听到的声波。扬声器的声音质量很大程度上取决于扬声器中使用的振膜的振动模式。对于扬声器要求其性质是必须完全复制输入扬声器的电信号。优选扬声器可在从低频声音至高频声音的宽频率范围内复制高压和常压的声音。

要求扬声器的频率特性曲线具有从最低共振频率(Fa：用于低频声音的复制的频率限度)至较高共振频率的宽频率范围(Fb：用于高频声音的复制的实际频率限度)，高声压，和几乎无不规则的平顶峰。

为实现对扬声器的上述要求，振膜必须满足以下三个特征。

首先，振膜必须具有高的弹性模量。高的共振频率与声音速度成比例，声音速度与弹性模量的平方根成比例。基于这些关系，当最低共振频率恒定时，取决于振膜的增大的弹性模量，可扩大用于复制声音的频带。

第二，振膜必须具有高的内部损耗。在频率特性曲线中发现的不规则峰是由于在振动系统内发生的许多锐共振。从而，振膜的高内部损耗使得共振峰规则。即，在利用具有高内部损耗的声学振膜的扬声器中，通过所述声学振膜仅使得所需的声频产生振动并且不发生不希望的振动。结果，减少了不希望的噪音或混响的发生，并且可降低高频峰，使得原始声音可有效地产生而无变化。

第三，振膜必须重量轻(或密度低)。希望包括振膜的振动系统尽可能轻，以由具有特定能量的输入信号获得高声压。此外，优选振膜由具有高杨氏模量的轻质材料制成，以提高纵波传播速度或声波传播速度。

理想的是利用具有高弹性模量和高内部损耗的轻质材料来制备振膜，但这些要求彼此是不相容的。从而，为制造具有优异声音质量的扬声器，先决条件是找到其要求彼此协调的振膜用材料。

为满足前述与振膜的物理性质相关的要求，已经开发了许多用于振膜的材料。这类用于振膜的材料的例子包括具有高弹性模量的碳纤维和芳纶纤维，和具有高内部损耗的聚丙烯树脂。

随振膜的弹性模量增大，振膜的内部损耗降低，但所述振膜的密度增大。此外，随振膜的内部损耗增大，所述振膜的弹性模量降低，但振膜的密度增大。

被广泛用于制备声学振膜的传统材料在某种程度上满足了上述物理性质。然而，对能够产生高质量声音的扬声器的不断增长的需求产生了对于比传统振膜具有更高弹性模量和更高内部损耗的声学振膜的需求。

从而，对于理想的声学振膜制备而言，重要的任务在于保持所述物理性质之间的最佳平衡。

关于此，已经将各种材料，如纸浆、丝、聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯(PE)、聚醚酰亚胺(PEI)和陶瓷广泛用作用于声学振膜的材料。目前将钛用作用于声学振膜的材料。特别是，涂覆有类金刚石碳的钛被用于提高高频声音的质量。

使用钛振膜引起高频声带中声压的降低，同时保持了声音的平衡。相反，由金刚石涂层钛制得的振膜使得声压显著升高。

例如，钛振膜的声压在19kHz或更高的高频带迅速下降。相反，金刚石涂层的振膜比那些钛振膜具有2-3倍的更长寿命和更专属性的物理性质。由于这些优点，在包括盒式磁带录象机(VCR)、耳机和立体声系统的家用电器中，存在对金刚石涂层振膜的不断增长的需求。

尽管由涂覆有类金刚石碳的钛制备的振膜可获得优异的声音质量，它们的问题在于生产步骤复杂和材料价格相对较高，这限制了金刚石作为于振膜用的材料的应用，尽管通过所述振膜可实现优异的声音质量。

同时，考虑到改进扬声器的声音质量而减少振膜的厚度引起对振膜强度的破坏。从而，用类蓝宝石或类金刚石碳涂覆厚度不小于10μm的振膜，以改进所述振膜的强度。然而，用类蓝宝石或类金刚石碳涂覆厚度不大于10μm的振膜引起所述振膜的硬化，从而使其不可能获得所需的扬声器声音质量。

随传统微型扬声器的输出增大，振膜的移动变得更大，从而引起由所述振膜的变形造成的严重的分振动问题。已经采用了许多方法尝试解决该问题，例如，通过将波形引入所述振膜中以防止振膜破裂的用于增强振膜的方法，和增大振膜厚度以改进振膜刚性的方法。