[发明专利]一种透明式屏幕定向超声波扬声器

说明书

本发明公开一种透明式屏幕定向超声波扬声器，包括基板、辐射层；基板包括依次层叠设置的空腔层、黏合层、基底层，基底层顶面黏合连接辐射层，基底层底面通过黏合层黏合连接空腔层顶面，空腔层顶面阵列设置有空腔，空腔内设置有超声波换能器单元，相邻超声波换能器单元距离＜声波半波长；辐射层包括依次层叠设置的电极层、压电材料层、极化材料层。本发明具备声频定向功能，可保证个人设备的隐私性和公众设备之间的互不干扰。具备屏幕发声、高指向性、声压大、失真小、稳定性好、面积利用率大、构造简单和易制造等特点。

技术领域

本发明涉及扬声器技术领域，尤其涉及一种透明式屏幕定向超声波扬声器。

背景技术

随着光电显示技术的快速发展，多媒体视听设备，特别是手机，正朝着全面屏方向发展。国内外各大厂商为了在屏幕上做到100％的极致，都在不遗余力的进步，出现了包括水滴屏、挖孔屏、极点屏、滑盖屏等各种设计。然而，此类设备的音响系统仍以传统内置式扬声器为主，加大屏占比的全面屏设计留给音箱的空间大大缩小，使得喇叭声音反射、缓冲次数随之变少，进而导致音质变差。虽然，分体式音箱技术可以暂时解决这些轻薄化多媒体设备的音质问题，但便携式要求、连线等新问题随之而来。

与传统的内置扬声器相比，屏幕声场作为一种表面音频技术，为多媒体视听设备音响提供了新的解决方案，它直接利用屏幕振动发声，屏幕身兼显示器和扬声器的双重功效，无需再外置扬声器。

作为传统扬声器，其主要特点是：1)基于一种线性模型，及空气介质吸收的能量与产生的声波呈线性关系；2)发散式传播，不具有指向性的特点；3)扬声器直接向空气中辐射可听声。因此，传统扬声器在工作时必须维持空气介质的线性传播关系。总体来说就是，扬声器向空气中辐射的声能必须在空气分子所能维持线性传播的范围内，反之当扬声器辐射的声能超过了空气分子满足线性传播要求时，就会产生严重的声音扭曲现象。

随着社会不断的进步和消费者需求不断提高，针对个人设备的隐私性要求和公众设备之间相互的干扰，越来越多的场合需要使用一种具有高指向性的扬声器。与传统扬声器相比，超声波扬声器工作的机理完全不同。它是一种非线性的、间接性的，能够产生具有高指向性可听声的装置。超声波扬声器向空气中发射经过在前处理中调制后的不同频率的超声波，由于超声波在空气中非线性传播的交互式自解调，从而产生可听声并以高指向性传播给接收听者。其工作原理为：信号源所发出信号通过前处理对其调制后送出两列不同频率f1、f2的有限振幅超声波，经过超声波扬声器将其辐射到空气并沿同一方向传播，两基波的非线性交互作用可以产生两个不同的分量，即两频率之差(f1-f2)和两频率之和(f1+f2)产生谐波；进入空气之后，由于高次谐波振幅小、衰减与频率成正比，使得高次谐波比差频分量信号衰减得快，所以经过一小段距离的传输后，只有差频分量的低频可听信号仍然存在，形成可听声。具体信号转换过程为：信号经过前处理后进入扬声器，在扬声器阵列中，由于扬声器辐射材料振动向空气中产生超声波，在空气中自解调产生高指向性的可听声。

目前，将屏幕声场与超声换能器相结合的透明式屏幕定向扬声器正在研制中。屏幕自身振动作为扬声器，节约了传统扬声器的共振腔空间，同时定向传播特性满足了个人电子设备的隐私性要求和公众设备的互不干扰性要求。但是，上述透明式屏幕定向扬声器存在如下缺点：1)该种扬声器发声主要依靠辐射材料振动推动空腔中空气振动发声，要长时间维持辐射材料的弹性和结构的稳定性，其共振频率也会因此发生明显变化，导致前处理中的放大器谐振频率与扬声器频率不匹配而影响扬声器的声压输出；2)该种扬声器的换能器阵列之间均存在间隙，而声压与声源面积成正比，间隙的存在使得透明式屏幕定向超声波扬声器的有效使用面积减少，声源数相对减少，声压相对降低。

发明内容

本发明旨在提供一种透明式屏幕定向超声波扬声器，将声频定向扬声器与屏幕相结合，为全面屏的实现提供了实现可能，并且具备声频定向功能，可保证个人设备的隐私性和公众设备之间的互不干扰。具备屏幕发声、高指向性、声压大、失真小、稳定性好、面积利用率大、构造简单和易制造等特点。