压电扬声器介绍及设计要点
压电扬声器的后腔设计与实验
域， 如手 机 、 码 相 机 、 码 摄 像 机 、Ｍ ３ＭＰ 、 数 数 Ｐ 、 ４ 可携 式
影音产 品、 手持电子游戏机 等【 。与传统 的动 圈扬 声
器 相 比 ， 电扬 声 器 具 有 小 型 化 、 效 率 、 能 性 、 电 压 高 节 无
２ ｏ ａ ｏ ｅ ｔ ｎｃ ｏ ，Ｌｄ ，Ｓ ｚ ｏ ｉｎ ｓ １ １ ３，Ｃ ｉａ ．Ｓ ｎ ｖ ｘ Ｅｌｃｒ ｉｓ Ｃ ． ｔ． ｕ ｈ ｕ Ｊａ ｇｕ ２ ５ ３ ｏ ｈｎ ）
【 ｂｔａｔ ｅａｓ ｆｔｅｆ ｃ ａｏ ｈｒｃ ｒ ｔ ｆｔ ｒｑｅ ｃ ｅｐｎｅｏ ｉ ｏ ｌ ｔｃ ｓｅｋ ｒ ｔ ｌ ｈ ｘ— Ａ ｓ ｃ】Ｂ ｃｕｅｏ ｈ ｕ ｔ ｔｎ ｃａａｔ ｓ ｃｏ ｅｆ ｕ ｎｙｒｓｏ ｓ ｆ ｅ ｅ ｃ ｉ ｐａ ｅ ｉｅｆ ｅｅｐ ｒ ｌ ｕｉ ｅ ｉ ｉ ｈ ｅ ｐ ｚ ｅ ｒ ｓ ，ｔ
・ 设 产 计 品
（．中 国科 学 院 声 学研 究 所 通 信 声 学 实验 室 ， 京 １０ ９ ；２ １ 北 ０ １０ ．苏州 上 声 电 子有 限公 司 ， 苏 苏州 ２ ５３ ） 江 １ １３
【 摘 要】鉴于压 电扬声器本 身频响起伏较 大， 通过设 计带吸声绵 的多孔 型薄层后腔 ， 对其频 响进 行 了改善 ， 消除
ｍａ ｙ ｐ ｎ ｏ ｏ ． ｂｏ ｗｉｈ ｏ ｏ ｓ ｕｔｓ ｍｅ ｃ ｏ ｕ ｅ ｎｄ ｂｏ ｉ ｅ ｔ ｃ ｕｓｉ ｆ ａ ｎ ｏ ｅ ｐ ｒ ｕｓ ｘ ｔ ｐ ｒ ｕ ｂ ｏ ｌ ｓ ｒ ａ ｘ ｆｌ ｄ ｗｉｈ ａ ｏ ｔｃ ｏ ｍ ａ ｄ Ｏ ｎ ｒＩ ｒ ｑ ｎｃ ｌ ｎ Ｓ ｏ ． Ｉｌ ｆｅ ｕｅ ｙ １ｅ ｒ ｓ ｏｎ ｅ ａｅ ａ ｌｚ ｄ ａ ｄ ｉ ｌ ｔｄ， ａ ｄ ｈｅ ｅ ｔｎｇ ｘ ｒｍｅｎ ｎ ｔ ｅ ｎ ｃ ｉ ｒ ｏ ｉ ｃ ｍｐｌｔｄ． Ｂａ ｅ ｏ ｈｅ ｅ ｐ ｓ ｓ ｒ ｎａｙ ｅ ｎ ｓｍｕ ａｅ ｎ ｔ ｔｓｉ ｅ ｐｅ ｉ ｔｉ ｈ ａ ｅ ｈｏｃ ｏ ｍ ｓ ｏ ｅｅ ｓｄ ｎ ｔ
压电扬声器工作原理
压电扬声器工作原理
压电扬声器是一种将电能转化为声能的装置。
它的工作原理基于压电
效应，即某些晶体在受到外力作用时会产生电荷，反之亦然。
压电扬声器由振动系统和驱动系统两部分组成。
振动系统包括振膜和
支撑结构，驱动系统包括发生器和功率放大器。
当发生器输出音频信号时，经过功率放大器放大后送入振动系统。
音
频信号通过振膜传递到支撑结构上，并使其产生振动。
支撑结构的振
动会使压电材料受到外力作用，从而产生电荷。
由于压电材料的特性，所产生的电荷与外力作用的大小成正比。
这样，发生器输出的音频信号就被转化为了机械能，并通过振膜传递
到空气中形成声波。
同时，在驱动系统中所输出的电信号也被转化为
了机械能，并通过压电材料产生的外力作用传递到振膜上，从而实现
了扬声器的工作。
需要注意的是，在使用压电扬声器时需要注意其特性。
首先，由于其
工作原理的特殊性，压电扬声器的频率响应范围比较窄，一般适用于
高频段的音频输出。
其次，在使用时需要避免过大的功率输出，以免
损坏振膜和压电材料。
总之，压电扬声器是一种基于压电效应工作的装置，通过将电信号转化为机械能实现了音频输出。
在使用时需要注意其特性，并进行合理的控制和保护。
压电扬声器
有一类十分有趣的晶体，当你对它挤压或拉伸时，它的两端就会产生不同的电荷。
这种效应被称为压电效应。
能产生压电效应的晶体就叫压电晶体。
水晶（α-石英）是一种有名的压电晶体。
如果按一定方向对水晶晶体上切下的薄片施加压力，那么在此薄片上将会产生电荷。
如果按相反方向拉伸这一薄片，在此薄片上也会出现电荷，不过符号相反。
挤压或拉伸的力愈大，晶体上的电荷也会愈多。
如果在薄片的两端镀上电极，并通以交流电，那么薄片将会作周期性的伸长或缩短，即开始振动。
这种逆压电效应在科学技术中已得到了广泛的应用。
用水晶可以制作压电石英薄片，其面积不过数平方毫米，厚度则只有零点几毫米。
别小看这小小的晶片，它在无线电技术中却发挥着巨大作用。
如前所述，在交变电场中，这种薄片的振动频率丝毫不变。
这种稳定不变的振动正是无线电技术中控制频率所必须的，你家中的彩色电视机等许多电器设备中都有用压电晶片制作的滤波器，保证了图像和声音的清晰度。
你手上戴的石英电子表中有一个核心部件叫石英振子。
就是这个关键部件保证了石英表比其他机械表更高的走时准确度。
装有压电晶体元件的仪器使技术人员研究蒸汽机、内燃机及各种化工设备中压力的变化成为现实。
利用压电晶体甚至可以测量管道中流体的压力、大炮炮筒在发射炮弹时承受的压力以及炸弹爆炸时的瞬时压力等。
压电晶体还广泛应用于声音的再现、记录和传送。
安装在麦克风上的压电晶片会把声音的振动转变为电流的变化。
声波一碰到压电薄片，就会使薄片两端电极上产生电荷，其大小和符号随着声音的变化而变化。
这种压电晶片上电荷的变化，再通过电子装置，可以变成无线电波传到遥远的地方。
这些无线电波为收音机所接收，并通过安放在收音机喇叭上的压电晶体薄片的振动，又变成声音回荡在空中。
是不是可以这样说，麦克风中的压电晶片能“听得见”声音，而扬声器上的压电晶体薄片则会“说话” 或“唱歌”。
压电扬声器概述2.1 压电扬声器工作原理当给压电陶瓷片施加激励电场时，根据压电晶体的逆压电效应，压电陶瓷片即产生形变，而压电陶瓷片与扬声器的的振动膜片连接在一起，当压电陶瓷片伸展的时候，振动膜片就会如图 a 所示的那样向上弯曲，当压电片收缩的时候，振动膜就会如图 b 所示的那样向下弯曲，这样就推动了空气，辐射出声音。
压电扬声器原理
压电扬声器原理小伙伴们！今天咱们来唠唠一个超有趣的东西——压电扬声器。
你知道吗？这压电扬声器啊，就像是一个小小的魔法盒。
那它到底是怎么发出声音的呢？这就得从它的核心材料——压电材料说起啦。
压电材料可是个很特别的存在呢。
想象一下，它就像是一个超级敏感的小精灵，对压力有着独特的反应。
当我们给压电材料施加电压的时候，这个小精灵就开始“跳舞”啦。
它会发生变形，这种变形可不像咱们平常看到的东西慢慢弯曲那么简单哦。
它是一种很微小但是很迅速的变化。
你可以把它想象成一个特别小的弹簧，电压一给，就“嗖”地一下弹起来或者缩下去了一点点。
这一点点的变化可不得了，它就像一个小小的涟漪，开始引发一系列的神奇反应。
这个变形的压电材料呢，就会带动周围的空气。
空气本来是安安静静地待在那里的，就像一群乖巧的小绵羊。
可是这压电材料一变形，就像是来了一阵风，把这些小绵羊都吹得动起来了。
空气被挤压、被推动，然后就产生了声波。
就像我们往平静的湖水里扔了一颗小石子，水波就一圈一圈地荡漾开去一样，声波也是这样在空气中传播开来的。
而且啊，这个压电扬声器还有个很有趣的特点。
它不像咱们常见的那些大喇叭，有个大大的纸盆什么的。
它可以做得很小很小，就像一个小不点。
但是可别小看这个小不点哦，它发出的声音虽然可能没有大喇叭那么响亮，但是在一些特殊的地方，那可是有着大作用呢。
比如说在一些小型的电子设备里，像我们的手机、小的智能手表之类的。
它就像一个小小的声音精灵，躲在里面，给我们传递各种各样的声音信息。
再说说它的发声原理和我们听到的声音的关系吧。
我们听到的声音有高有低，有轻柔有响亮。
这压电扬声器都能搞定。
如果电压变化得快，那压电材料的变形就会很快，带动空气产生的声波频率就高，我们听到的就是那种尖尖的高音啦。
要是电压变化得慢一点呢，那变形也慢一些，产生的就是低沉的声音。
而电压的大小呢，就会影响声音的响度。
电压大，压电材料变形得厉害，推动空气的力量就大，声音就响亮；电压小，声音就轻柔。
压电耳机与扬声器
谢谢老师同学们！
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演讲人姓名
02
压电式耳机举例
低的阻抗（与静电耳机比较）。
好ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
真小。
质量轻。
费用低。
压电式耳机举例
PVDF压电薄膜制作的立体声耳机的优点：
2
1
4
3
5
扬声器定义与分类
压电扬声器
压电扬声器：利用压电材料的逆压电效应而工作的扬声器称为压电扬声器。 缺点：
压电扬声器举例
非金属振膜多层压电扬声器 结构示意图： 多层陶瓷片示意图：
陶瓷特性：
1：具有敏感的特性，可以将极其微弱的机械振动转化为电信号。
2：在电场作用下产生的形变量很小。
3：频率稳定性好、精度高、适用频率范围宽，而且体积小、不吸潮、寿命长。
因此可用于制造超声换能器、水声换能器、电声换能器、陶瓷滤波器、陶瓷变压器、陶瓷鉴频器、高压发生器、红外探测器、声表面波器件、电光器件、引燃引爆装置和压电陀螺等。
耳机分类
动圈式 静电式 压电式 气动式 动铁式
压电式耳机举例
先锋电子公司制造的SE-500和SE-700型立体声耳机 1一悬置板 2—压环； 3_底座 4一耳垫； 5—PVDF压电膜； 6—泡沫塑料； 7—支架
耳机有关参数：
01
电容值：0.07μF(相当于2.3kΩ/1kHz) 频率范围：20Hz-20kHz 灵敏度：100dB/3V（相当于94dB√mW) 最大不失真声级：120dB/30V PVDF压电薄膜厚：7μm， 耳机总质量：295g
压电耳机与扬声器
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PART.01
压电扬声器安装及腔体设计建议书ver0.6
压电扬声器安装及腔体设计建议一、压电扬声器安装示意图1.1安装及腔体总示意图扬声器实物图安装腔体示意图扬声器型号扬声器高度（mm）（支架厚度）谐振频率F0（Hz）最小前腔高度（mm）（极限）推荐最佳前腔高度（mm）最小后腔高度（mm）(极限）推荐最佳后腔高度（mm）（最小）KPS-09430.613000.20.40.40.6KPS-13190.4514000.10.30.40.5KPS-15230.912000.20.40.40.7KPS-17260.98500.20.40.40.8KPS-18340.911000.20.40.40.7KPS-23260.98500.20.40.40.8KPS-253618000.20.40.50.9KPS-3050 1.36000.30.40.7 1.31.2 扬声器粘接面示意图2326扬声器1834扬声器1726扬声器1.3 扬声器安装注意事项：1.3.1 扬声器直接通过泡棉（EVA/双面胶）安装在前腔面板上。
1.3.2 扬声器预留安装面（即对应扬声器正面）需平整，如采用凸台或沉台安装预留安装面尺寸需与扬声器正面胶框尺寸一致。
1.3.3 扬声器通过泡棉（EVA/双面胶）紧密的粘接在机壳上，使前后腔密闭隔离，如前后腔有气隙，将严重影响播放音量、音质。
1.3.4整机里的pcb等其它组件必须安装牢固，不能有松动现象。
以免避扬声器工作时产生共振声及杂音,影响整机音质。
1.3.5结构设计时，应尽可能保证后声腔的密闭，否则可能会严重影响音量、音质，避免各种可能的泄漏孔（泄漏孔主要是由SIM卡、电池盖、手机外接插座等手机无法密封位置的声漏等效而成的）接近扬声器，以免造成声音泄漏，使声音变小，或通过手机结构设计使泄漏孔远离扬声器。
1.3.6扬声器背面（以扬声器框架面为准）距离其正对的机壳或pcb板或pcb板上的元器件或其它的任何组件需 >0.5mm（参考康弘压电扬声器推荐安装预留空间高度参考数据），避免扬声器工作时与机壳或pcb板或pcb板上的元器件或其它的任何组件产生碰触、摩擦等，否则会产生杂音，严重影响扬声器重放音质。
扬声器基础知识与设计
音圈是连接扬声器线圈和振膜的部件，它可以将音频电流转换为磁场， 从而驱动振膜振动。音圈的材料和结构对扬声器的性能有很大的影响。
扬声器的类型
电动式扬声器
这是最常见的扬声器类型，它利 用电磁感应原理将音频电流转换 为声音。电动式扬声器又可以分 为动圈式、动铁式、平面振膜式
市场趋势
未来随着技术的不断进步和应用领域的拓展，扬声器市场将朝着智能化、无线 化、高品质化的方向发展。
感谢观看
THANKS
频响范围
频响范围是指扬声器能够重放的最低频率到最高频率的范围。 理想的频响范围是20Hz-20kHz，但实际频响范围可能会因扬
声器的设计和制造工艺而有所不同。
05
扬声器应用与市场
扬声器在音频设备中的应用
音乐播放器
扬声器作为音乐播放的输出设备，将音频信号转化为声音，让用 户享受音乐的美妙。
电脑音响
磁铁材料
磁铁是影响扬声器性能的关键因素之一，常用的磁铁材料有稀土永磁体和铁氧体。稀土永 磁体磁力强、体积小，但价格较高；铁氧体磁铁价格低，但体积较大。
线材与驱动器
线材的电阻、电感和电容对扬声器的性能有重要影响。驱动器包括音圈和振膜，其质量、 阻尼特性和稳定性直接影响声音的输出。
制造流程
模具制作
根据设计图纸制作模具，确保尺寸精度和表面光 洁度。
品质检查
03
对扬声器外观、声音质量等进行品质检查，确保产品符合质量
标准。
04
扬声器性能测试与评估
测试环境与设备
测试环境
为了确保测试结果的准确性，测试环境应保持安静，避免外 界噪音的干扰。同时，室内温度和湿度应保持恒定，以确保 扬声器性能的稳定性。
压电陶瓷扬声器的技术原理
压电陶瓷扬声器的技术原理
压电陶瓷扬声器利用压电效应将电能转化为机械能，从而产生声音。
其技术原理如下：
1. 压电效应：压电陶瓷材料具有压电效应，即当施加压力或电场时，会产生电荷分布的改变。
其中最常用的压电材料是酮酸钛锆钍（PZT）陶瓷。
2. 振动原理：当在压电陶瓷上施加交变电场时，会导致压电陶瓷发生快速的体积变化，即振动。
这种振动会通过封装在陶瓷材料上的振动器件（通常是金属薄膜或陶瓷膜）传递到空气中，产生声波。
3. 驱动电路：压电陶瓷扬声器需要使用特定的驱动电路来控制电场的频率和振幅，以产生所需的声音。
驱动电路通常包括振荡器、放大器和滤波器等组件。
4. 振膜设计：振膜是压电陶瓷扬声器中一个重要的部件，用于将振动传递到空气中。
振膜的设计和材料选择会影响到声音的质量和功率输出。
总之，压电陶瓷扬声器的技术原理是利用压电效应将电能转化为机械能，通过振动器件和驱动电路将机械能传递到空气中，产生声音。
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设计要点： 1. 导音槽高度必须选择 0.8mm 以上，导音槽与后腔之间必须隔离。导音槽的的宽度（泡棉胶圈到机
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壳外沿的距离）应越短越好；导音槽的长度（对应机壳上出音孔的长度）应大于喇叭出音边的 2/3。 2. 前腔高度应选择 0.8mm 以上。 压电扬声器侧出音安装预留极限空间要求 =前腔（0.8mm）+扬声器单体厚度+后腔（≥0.1mm）
扬声器型号
KHSR-1625-03 KHSR-1530-03 KHSR-1544-03 KHSR-2030-01 KHSR-2326-06
扬声器单体 厚度（不含胶 圈）（mm±
0.2）
预留前腔高 度（mm）
实际预留总安 预留后腔高度
装空间高度 （最小）（mm） （mm±0.2）
1.5
0.3
≥0.1
≥1.9
5. 出音孔位置的选择：以喇叭振膜正中为基点，向四周辐射，正中部位不开孔，开孔 应均匀分布。
6. 后腔高度要求 0.5mm，极限应用时保证 0.1mm 以上；后腔必须避免泄漏孔（耳机孔、 USB、壳体之间的缝隙等）漏音。
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压电扬声器正出音安装预留极限空间要求 =前腔（0.3mm）+扬声器单体厚度+后腔（≥0.1mm）
首先，有一个理解的误区需要更正一下，压电扬声器在设计时对腔体的依赖性没有传统喇叭那么大，但是并不是不 需要腔体。
按照出音方式，可分正出音和侧出音两种：
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正出音方式：
设计要点：1. 面壳必须平整，保证 PORON 胶圈能使前音腔完全密闭，前后腔完全隔离。 2. 前腔高度以 0.3mm 为宜，可按实际需要进行调整，条件允许时，前腔可做倒梯形处 理，增强声音指向性。
1.5
0.3
≥0.1
≥1.9
1.6
0.3
≥0.1
≥2.0
1.75
0.3
≥0.1
≥2.15
1.65
0.3
≥0.1
≥2.0
侧出音方式： 侧出音方式时，同型号喇叭音量比正出音时会衰减 30%-50%，因此在对音量要求比较高时，建议不要采用侧出
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音方式。
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压电扬声器的特点 具有超薄（2mm 以内），结构设计简单，安装更简便。 高的电声转换效率，90dB 时，功耗仅为动圈喇叭的 18% . 人声清晰度高，免提通话音质更好，声音辨识度高度. IP X7 级防水能力，浸水后仍可正常工作. 无磁场吸附，不产生电磁干扰和辐射，阻燃性高
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压电扬声器对功放的要求 压电扬声器属于容性负载，因此不能用传统喇叭的功放进行驱动，陶瓷压电扬声器的驱动的技术要求必须能产生高 压摆幅，高频时能输出较大电流。 压电扬声器功放典型应用
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腔体设计要点
≥0.1
≥2.4
1.5
≥0.8
≥0.1
≥2.4
1.6
≥0.8
≥0.1
≥2.5
1.75
≥0.8
≥0.1
≥2.65
1.65
≥0.8
≥0.1
≥2.55
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压电扬声器的应用领域： 移动电话 平板电脑 游戏机 录音笔 KTV 便携对讲机
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电簧管 便携无线音箱 其它 与动圈扬声器对比表
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压电扬声器频响曲线 <多层陶瓷膜片通过双向振动模式，产生平滑的频率响应，高质量的声音以及高的 S.P.L。>
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压电扬声器简介
了解压电扬声器之前，首先要了解什么是压电效应： 压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表 面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方 向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去 掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。 压电扬声器就是利用逆压电效应的工作原理，其结构如下：
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压电扬声器工作原理： 当压电片伸展的时候，振动膜就会如图 a 所示的那样向上弯曲，当压电片收缩的时候，振动膜就会如图 b 所示的 那样向下弯曲，所以，当给振动膜加上一个交替变化的电压，那么它就会随着电压的变化而不停的上下弯曲如图 c， 继而推动空气发声。
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3. 出音孔面积以 8%--10%为宜，出音面积过小，会使音量损失过多，并且声音单调； 出音面积过大，会使声音尖锐，高频噪音增多。
4. 出音孔孔径应选择 0.8mm-1.0mm 为宜，孔径太小会使空气流通不畅，影响出音效果， 孔径过大影响美观。条件允许时建议出音孔两端做倒角处理，使出音更加顺畅。
扬声器型号
KHSR-1625-03 KHSR-1530-03 KHSR-1544-03 KHSR-2030-01 KHSR-2326-06
扬声器单体 厚度（不含胶 圈 ） （ mm ± 0.2）
预留前腔高 度（mm）
预留后腔高 度（最小） （mm）
实际预留总安 装空间高度（mm ±0.2）
1.5
≥0.8