申请/专利权人：镇江贝斯特新材料有限公司

申请日：2007-10-16

公开（公告）日：2020-10-20

公开（公告）号：CN106303846B

主分类号：H04R7/10(20060101)

分类号：H04R7/10(20060101)

优先权：["20061108 EP 06023221.2"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.10.20#授权;2020.01.17#专利申请权的转移;2017.05.03#专利申请权的转移;2017.02.01#实质审查的生效;2017.01.04#公开

摘要：一种用于声学装置200的复合膜100，该复合膜100包括第一层101和第二层102，其中第二层102的杨氏模量值在实质上‑20℃到实质上+85℃之间的温度范围内的变化实质上不超过30％。

主权项：1.一种用于声学装置200的复合膜100，该复合膜100包括：第一层101；所述第一层包含第一材料，其中所述第一材料具有第一玻璃转换温度；第二层102，其连接到所述第一层101，其中所述第二层102比所述第一层101厚，并且所述第二层（102）包含比所述第一材料软的第二材料，其中所述第二材料具有低于所述第一玻璃转换温度的第二玻璃转换温度；其中所述第二层102的杨氏模量值在-40℃到+85℃之间的温度范围内的变化不超过30％；其中所述第一层101的厚度在1μm到150μm之间的范围内；其中所述第一玻璃转化温度和所述第二玻璃转化温度之间的温度区间包括所述复合膜（100）的工作温度区间，且所述第一玻璃化温度和所述第二玻璃化温度均不在所述工作温度区间内。

全文数据：复合膜、制造复合膜的方法以及声学装置[0001]本申请是申请号为200780041481.9的分案申请，原案申请日为2007年10月16日，发明名称为《复合膜、制造复合膜的方法以及声学装置》。技术领域[0002]本发明涉及一种复合膜。而且本发明还涉及一种制造复合膜的方法。另外，本发明涉及一种声学装置。背景技术[0003]目前，扬声器和或麦克风常包含复合膜，复合膜基本上是不同材料层的结合或仅是不同材料的混合。[0004] JP04-042699公开了一种由合成材料制成的用于扬声器的振动膜，该合成材料是具有较高玻璃转换温度的热塑性合成树脂纤维和具有较低玻璃转换温度的热塑性合成树脂纤维的合成物，这两种热塑性合成树脂纤维是在形成过程中被加热的两种具有不同玻璃转换温度的原材料。也就是说，合成物的玻璃转换温度要取各个玻璃转换温度之间的值，并且会得到与完全混合两种合成树脂的情况相比具有更宽温度范围的较大内部损耗。[0005]然而，传统的声学装置存在寿命不足的问题。发明内容[0006]本发明的目的是提供一种具有相当长的寿命的声学系统。[0007]为了实现上述目的，提供了一种用于声学装置的复合膜，该复合膜包括第一层和第二层，其中第二层的材料的杨氏模量值在-20°C摄氏度到+85°C之间的温度范围内的变化不超过30%。[0008]为了实现如上限定的目的，还提供了一种声学装置，其包括具有以上特征的复合膜。[0009]为了实现如上限定的目的，最后还提供了一种制造用于声学装置的复合膜的方法，该方法包括提供第一层和第二层，其中第二层的杨氏模量值-20°C到+85°C之间的温度范围内的变化不超过30%。[0010]术语“声学装置”具体表示能够产生向环境发出的声音和或能够检测环境中存在的声音的任何设备。这样的声学装置具体包括任何能够基于电信号产生声波或基于声波产生电信号的机电换能器或压电换能器。[0011]术语“振动复合膜”具体表示在机械力的影响下发生振动从而产生声音的任何多层振动膜。然而，这样的振荡复合膜还能接收声音并将声音转化为机械振动来提供给换能元件。这样的复合膜可由多种不同的成分和或材料形成。[0012]术语“热塑性”定义了一种能够在加热时变软以改变形状并能够在冷却时变硬以保持形状的材料。即使在多次加热冷却循环之后也能反复保持该特性。[0013]术语“热塑性层”具体表示了包括连续不间断的二维区域或不连续结构如环形结构或包括两个或多个非连接部分的结构的任何含有热塑性材料的物理结构。[0014]术语“声阻尼”具体表示一种能够选择性地使声波进行衰减的材料特性。具体来说，这样的声阻尼组件能使振动膜上的驻波衰减。通常在声学装置中，需要声学基模态来获得适当的音频性能，而受激模态可能会造成干扰因此应通过阻尼来抑制。[0015]术语“杨氏模量” E还被称为弹性模量或拉伸模量表示一种弹性模量，其描述了等于机械拉伸与相应的伸长之间的比例的一种材料特征或参数。因此，刚性材料比柔性材料具有更大的杨氏模量值。杨氏模量的参数值可能与温度有关，并且可能在所谓的玻璃转换温度附近的一个较窄的温度范围内发生强烈变化。可根据在对材料样本执行拉伸测试期间所产生的应力-应变曲线的斜率来以试验方式确定该杨氏模量。[0016]术语“玻璃转换温度”表示热塑性材料或其他材料的材料特性，具体来说它表示一个温度范围，在该温度范围内分子从“冻结”状态向布朗运动增加的状态进行转换。从而材料从刚性、硬性、脆性状态变为弹性、橡胶状的状态。在玻璃转换温度附近，材料弹性的杨氏模量值会显著变化。由于玻璃转换范围还取决于声波的频率，所以在本申请的上下文中，术语玻璃转换温度表示在声学装置例如扬声器的各个谐振频率处的玻璃转换温度。这种谐振频率具体可以是在实质20Hz到实质10000Hz之间的范围内，尤其是在实质200Hz到实质1300Hz之间的范围内。在本申请的上下文中，箔片的玻璃转换温度可通过动态力学分析DMA来测量。[0017]术语“电动声学装置”表示一种通过使用电磁原理例如使用线圈和磁铁结构来将声波转化为电信号或将电信号转化为声波的声学装置。[0018]术语“压电声学装置”表示一种基于压电效应的声学装置。例如，将该装置用作压电麦克风。压电麦克风利用压电现象即当受到机械压力时一些材料产生电压的趋势或相反过程来将振动转化为电信号。然而该装置还可用作基于压电现象的压电扬声器。[0019]根据本发明的一个实施例，提供一种用于电声换能器的多层复合膜，其中顶层其主要用于实现复合膜的阻尼特性可由一种其杨氏模量值在大约-20°C到85°C之间的温度范围内的变化不超过大约30%的材料制成。85°C的温度是通常使用声学装置的上限温度值。这个温度例如会在具有扬声器的移动电话在一个有阳光的天气被放入很热的汽车内时出现。然而，在大大低于_20°C的温度下尤其是在_55°C及以下的温度，复合膜会变得过于脆这导致其寿命短并且硬度或刚度会过大因此膜将很难或不可能响应声学激励。因此，杨氏模量在所描述的温度范围内充分小的变化进而充分稳定的声学回放和或检测特性对于获得高品质的复合膜是有利的。因此这样的振动膜具有既不太软也不太硬的阻尼层并且还具有在扬声器或麦克风的工作温度下的充分稳定的声学特性。因此，获得了改进了的或优化了的材料构成以保证扬声器膜的工作稳定性和寿命。[0020]传统的扬声器常具有由相对较硬的热塑性材料例如聚碳酸酯和相对较软的阻尼层例如胶合层，其也可以是热塑性层构成的复合膜。这些阻尼层通常具有不利的玻璃转换温度该温度在材料的较软范围和较硬范围之间的界线上。[0021]本发明的实施例克服了这些传统膜的缺点，这些缺点显示出阻尼层的机械特性以及由此导致的膜的声学特性在接近玻璃转换温度时变化很大的趋势。换句话说，一个小的温度变化会引起声学特性的较大改变。非常不希望这发生在扬声器的工作温度处。在该温度下通过使用扬声器的声学特性来控制扬声器的制造过程即在测量了扬声器的声音性能之后改变该制造过程的参数会引起另外的问题。[0022]基于这些考虑并为了使这些缺点被抑制或消除，本发明的实施例提供了一种用于电声换能器例如扬声器、麦克风等的复合膜，其中该膜包含阻尼层，该阻尼层在正常的工作温度范围内其杨氏模量的变化充分小。[0023]接下来将对复合膜的另外的实施例进行说明，这些实施例同样适用于声学装置和制造复合膜的方法。[0024]根据一个实施例，第二层的杨氏模量值在-40°C到+85°C之间的温度范围内的变化不超过30%，尤其是在-55°C到+85°C之间的温度范围内的变化不超过30%。发明人认为对于电声装置的复合膜来说，这些温度范围上限由最大工作温度来定义，下限温度由第二层的刚度对于机械和声学目的来说仍可被接受的最小温度来定义是适当的。[0025]根据一个实施例，第二层的杨氏模量值在_55°C到+85°C之间的温度范围内的变化不超过20%，尤其是在-55°C到+85°C之间的温度范围内的变化不超过15%。[0026]第二层可包括热塑性材料。第二层的热塑性材料可以相对较软，例如可以由聚亚安酯或任何其他软且呈胶状的热塑性材料制成。这使得第二层可用于以有利的方式实现复合膜的阻尼特性。[0027]第二层的热塑性材料的玻璃转换温度在实质-60°C到实质-10°C之间的温度范围内，优选地在实质-50°C到实质-20°C之间的温度范围内，更优选的是在实质-40°C到实质-30°C之间的温度范围内。如果第二层的材料的玻璃转换温度在一个优选的温度范围内例如在-50°C到-20°C之间，则它在装置的正常使用期间不会对声学性能有不利的作用。复合膜越来越多地被用于扬声器膜并常被用于由热塑性箔片和热塑性胶构成的系统。不同的结合方式以及层数例如两层或三层都是可以的。在许多情况下，需要至少一个热塑性层和一个阻尼层。胶的玻璃转换温度Tc应当与扬声器被测试或被操作的温度相差较多。否则，要测量的并被用来控制制造过程的扬声器的参数将随着温度的较小改变而强烈变化。无论如何，膜都应工作在Tc以上的温度，这是因为如果在Tc以下的温度使用系统，则膜将会断裂，因为在Tc以下的温度膜太硬以至很易碎。然而，如果Tc太高，则第二层变得很硬，这会引起不期望出现的谐振频率的增大。因此，发明人发现复合膜的胶的Tc的有利值或最优值根据最低应用温度在_50°C到_20°C之间对于热塑性材料。执行这些测量能保证制造过程的基本上恒定的参数以及保证扬声器的长寿命。[0028]作为热塑性材料的替换材料，第二层可包括硅树脂例如基于结构性单SR2S1其中R为有机基团的一组半无机聚合物材料。由于硅树脂不是热塑性材料，因此不能为该材料定义玻璃转换温度。然而，在上述温度范围内硅树脂的杨氏模量变化足够得小，这使得硅树脂成为复合膜第二层的合适材料。[0029]第一层同样可包含热塑性材料，其可以比第二层的热塑性材料更硬。合适的材料的例子是聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯。[0030]第一层的热塑性材料的玻璃转换温度在实质+120°C到实质+150°C之间的温度范围内。换句话说，第一层的玻璃转换温度应当足够大，以使得在通常以大约+85°C为端点的正常工作范围内第一层能保持其刚性并且不会变软。第一层的玻璃转换温度应当大于第二层的玻璃转换温度。[0031]第二层的杨氏模量值应当小于第一层的杨氏模量值。换言之，第二层应当比第一层软。柔软的第二层与刚性的第一层的结合能保证适当的声学阻尼特性，该特性能使复合膜对在所期望的基模上激发的不期望的声学模进行抑制。这产生了极好的音频特性。[0032]第二层的厚度大于第一层的厚度。然而，第二层应当由很软的材料制成，软到即使足够厚的第二层实质上也不会极大地影响复合膜的硬度。这使得通过调整第二层的厚度能够改善或优化复合膜的阻尼特性，而不会显著影响整个膜的硬度。例如，第二层的厚度可以是30μηι，而第一层的厚度为ΙΟμπι。然而，也可以是两个层具有相同的厚度，例如25μηι。[0033]声学设备可被实现为由手持式声音再现系统、可佩戴装置、近场声音再现系统、头戴式受话器、耳机、便携式音频播放器、音频环绕系统、移动电话、头戴式送受话器、助听器、免提系统、电视设备、电视机音频播放器、视频记录器、监视器、游戏装置、膝上型电脑、DVD播放器、CD播放器、基于硬盘的媒体播放器、网络无线电装置、公共娱乐装置、MP3播放器、h1-fi系统、交通工具上的娱乐装置、车载娱乐装置、医疗通信系统、语音通信系统、家庭影院系统、家庭剧场系统、平板电视设备、布景装置以及音乐厅系统所组成的组中的至少一个。[0034]将通过以下对示例的描述来使以上定义的各方面以及本发明的其他方面更加明白，并且将参考这些实施例的示例来进行说明。附图说明[0035]下面将参考实施例的示例来详细描述本发明，但本发明并不限于这些示例。[0036]图1示出了根据本发明示例实施例的复合膜。[0037]图2示出了根据本发明示例实施例的声学装置。[0038]图3示出了根据本发明示例实施例的复合膜的各层的杨氏模量与温度的相互关系的曲线图。具体实施方式[0039]图中的图示是示意性的。在不同的附图中，相似或相同的元件具有相同的参考符号。[0040]图1示出了用于根据本发明示例实施例的扬声器或麦克风的振荡复合膜100。[0041]复合膜100包括第一层101和沉积在第一层101上的第二层102。第二层102的杨氏模量值在-40°C到+85°C之间的温度范围内的变化不超过30%。第二层102包括玻璃转换温度在-50°C到_20°C之间的热塑性材料。第一层101包括玻璃转换温度在+120°C到+150°C之间的热塑性材料例如聚碳酸酯。第二层102的厚度大于第一层101的厚度，并且比第一层101软。通过结合第一层101和第二层102使得复合膜100能够对高阶声学模态进行抑制。[0042]图2示出了作为根据本发明示例实施例的声学装置的扬声器200。[0043]扬声器200包括由第一层101和第二层102形成的复合膜100，其作为振动膜。另外，图2示出了外壳或基底组件201以及磁性配置202。基底组件201也可将其表示为篮可以由例如金属或塑料如聚碳酸酯之类的适当的材料制成。磁性配置202与线圈203配合。当线圈被电子音频信号激励时，在线圈203与磁性系统202之间产生电磁力。这使得膜100按照激励声学信号而被激励，从而产生声波，这些声波被发射到环境使得收听者可察觉到。[0044]环形线圈203内的复合膜100的一部分相对来说是刚性的，而复合膜100靠近基底组件201的垂直部分相对来说是柔性的。[0045]第一层101是由刚性热塑性材料制成的并具有相对较高的熔点。第二层102是由更软的热塑性材料制成的并具有较低的熔点。第一层101和第二层102—起形成了复合膜100，其被用作密封组件和有选择地对所定义的声学模态进行抑制的阻尼组件。由于第一层101相比较而言具有刚性，所以它主要影响了弯曲特性并确保膜100保持其形状。由于第二层102相比较而言较软，所以它主要影响复合膜100的阻尼特性。[0046]作为扬声器200的替换示例，还可将复合膜100用于麦克风或任何其他声学装置。[0047]在下文中，将要说明本发明实施例的实用原理。[0048]由于为了用扬声器来产生声波而在许多情况下只有第一振动模式例如“活塞”形状是有效的，而高阶模态会对扬声器的声音质量有不利影响，因此可适当地对高阶模态进行抑制。由于在扬声器中使用了薄材料，特别是在扬声器的尺寸减小时，单层材料的阻尼效应会过弱。因此，在许多使用了热塑性材料如聚碳酸酯PC、聚醚酰亚胺PEI、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET或聚萘二甲酸乙二醇酯PEN以及一个或多个阻尼软性层的情况下实现了包括一个或多个覆盖箔片的箔片复合物。软性胶合层不会显著影响系统的硬度，因此可被制作得更厚而不会使扬声器显著变硬。这会增强膜箔片中的阻尼特性。[0049]胶合物可由热塑性材料制成，因为它们会通过典型的膜形成过程中的加热步骤而变形。然而许多胶合物具有不期望的玻璃转换温度范围。[0050]在玻璃转换温度范围内，即使温度只改变了几个摄氏度，材料的弹性模量也会变化得很强烈，有时变化会大于一个数量级。如果胶合物的玻璃转换温度范围正好在测试和操作扬声器的温度范围内，则会出现仅仅很小的温度变化就使声学特性强烈变化的不期望的效应。由于使用声学特性来控制和监视制造过程中的工艺，所以非常不希望特性发生强烈变化，并且特性的强烈变化使得很难甚至不可能控制制造过程。[0051]为了获得更可靠的过程、简化了的过程控制、在用户所定义的温度范围内更长的扬声器使用寿命、以及在典型应用温度范围内公差较小的恒定产品特性，本发明的实施例提供了一种形成复合箔片的阻尼层的胶合物，其玻璃转化温度在实质_50°C到_20°C之间。[0052]为了获得有利的扬声器膜的温度稳定性，期望胶合物具有足够低的玻璃转换温度范围。然而，具有较高玻璃转换温度范围的材料可能过于硬，因此只能部分满足阻尼目的。扬声器不应在低于玻璃转换温度范围的温度范围中工作，这是因为在该温度范围内膜会变得非常脆。[0053]本发明实施例所基于的这些思考产生了 -500C到-20°C之间的取决于扬声器的应用领域优选的玻璃转换温度范围。这确保了用于过程控制的特性在与制造有关的温度范围内例如在100°c以上因数为2能保持足够恒定。[0054]在膜的玻璃转换温度范围以下使用膜会使它们倾向于折断而因此减小寿命。[0055]图3示出了一个图表300，其示意性地表示了温度T沿横坐标301绘制与弹性E的杨氏模量沿纵坐标302绘制之间的关系。[0056]第一曲线303表示软的第二层102的弹性的杨氏模量与温度的关系。另外，第二曲线304示意性示出了硬的第一层101的温度关系。[0057]在图3中可以看出，第二曲线304总是在第一曲线303上方，这是因为第一层101比软的第二层102具有更大的刚性。另外，第二层102的玻璃转换温度!^明显低于第一层101的玻璃转换温度Tc2。[0058]用于音频目的的对应膜100的适当的工作范围基本上在TcjIjTG2之间。在Tg1以下时，复合膜100变得太脆会导致寿命降低，并且复合膜可能变得太硬会导致较差的声学特性。接近或高于Tc2时，即使是硬的第一层101也会变软，因此复合膜100的机械和声学特性恶化。[0059]然而，工作范围应极大地远离曲线303和304的临界区，在临界区，杨氏模量E随温度T变化十分强烈。第二层102的玻璃转换温度Tci附近的阴影区域表示了应当避免膜100工作的区域。[0060]最后，应该注意到是，前述实施例说明而不是限制了本发明，所以本领域技术人员能够在不脱离所附权利要求所限定的本发明范围的情况下设计出多种替换实施例。权利要求中，括号中的任何标号都不被解释为限制权利要求。术语“包括”及其连词的使用并不排除除了列出在作为整体的权利要求或说明书中的这些元素或步骤之外的其它元素或步骤的存在。元素的单数标号并不排除该元素的复数标号的存在，反之亦然。在枚举了多个装置的装置权利要求中，这些装置中的一些可被同一个软件或硬件所实现。事实仅仅在于，相互不同从属权利要求中所述的某些措施并不表示这些措施的组合不能用来提供优势。

权利要求：1.一种用于声学装置200的复合膜100，该复合膜100包括:第一层101;第二层102，其连接到第一层101，其中第二层102比第一层101厚，并且第二层102由软材料构成，软到即使足够厚的第二层也不影响复合膜100的硬度；其中第二层102的杨氏模量值在-200C到+85°C之间的温度范围内的变化不超过30%。2.根据权利要求1所述的复合膜100，其中第二层102的杨氏模量值在-40°C到+85°:之间的温度范围内的变化不超过30%。3.根据权利要求2所述的复合膜I 00，其中第二层12的杨氏模量值在-55V到+85°:之间的温度范围内的变化不超过30%。4.根据权利要求1所述的复合膜100，其中第二层102包含热塑性材料，或者第二层102由热塑性材料构成。5.根据权利要求4所述的复合膜100 ，其中所述热塑性材料是聚亚安酯。6.根据权利要求4所述的复合膜100，其中第二层102的热塑性材料的玻璃转换温度在-600C到-1O°C之间的温度范围内。7.根据权利要求6所述的复合膜100，其中第二层102的热塑性材料的玻璃转换温度在-50°C到_20°C之间的温度范围内。8.根据权利要求6所述的复合膜100，其中第二层102的热塑性材料的玻璃转换温度在-400C到-300C之间的温度范围内。9.根据权利要求1所述的复合膜100，其中第二层102包含硅树脂，或者第二层102由硅树脂构成。10.根据权利要求1所述的复合膜100，其中第一层101包含热塑性材料，或者第一层1I由热塑性材料构成。11.根据权利要求10所述的复合膜100，其中所述热塑性材料是聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇酯所组成的组中的至少一个。12.根据权利要求10所述的复合膜100，其中第一层101的热塑性材料的玻璃转换温度在+120°C到+150°C之间的温度范围内。13.根据权利要求1所述的复合膜100，其中第二层102的杨氏模量值小于第一层101的杨氏模量值。14.根据权利要求1所述的复合膜100，其中第一层101和或第二层102的厚度在Ιμπι到150μηι之间的范围内。15.根据权利要求14所述的复合膜100，其中第一层101和或第二层102的厚度在4μηι到60μηι之间的范围内。16.—种声学装置200，其包括根据权利要求1到15之一所述的复合膜100，所述声学装置特别适于作为电声换能器、电动声学装置、压电声学装置中的至少一个。17.根据权利要求16所述的声学装置200，所述声学装置特别适于作为扬声器、麦克风、接收器以及振动器中的至少一个。18.—种制造用于声学装置200的复合膜100的方法，该方法包括:在第一层101上形成第二层102，其中第二层102比第一层101厚，并且第二层的杨氏模量值在_20°C到+85°C之间的温度范围内的变化不超过30%。

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