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CN101360693B - 发声装配玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包含玻璃片(4)、吸音材料的膜(3)和刚性片(5)的装配玻璃，整体是层叠的并且包含一个或多个固定在装配玻璃上的激励器。

Description

发声装配玻璃
发明领域
本发明涉及用于发声器的装配玻璃(vitrage)单元。
背景技术
市场上可获得的大多数视听设备(电视机、计算机、移动电话)包含图像显示屏和至少一个发声器。显示屏通常覆盖有保护性的装配玻璃，该装配玻璃通常由单一或层叠的玻璃板形成。在大多数情况下，发声器包含一个或多个与屏分离的扬声器。扬声器和屏的分离配置产生了大体积的配置。
为缩减大体积，已提出使用屏本身作为共振器，在其上安置一个或多个激励器，整个组件形成发声器。
然而，迄今这样的视听屏的实际实施遇到了很多困难，这些困难与制备表现出全部需要性能的装配玻璃有关。因此，在Glas PlatzGmbH & Co.的“Magic
Figure S2006800516555D00011
”技术中，装配玻璃是厚度仅仅为0.3mm的玻璃板。采用如此小厚度的玻璃板是由玻璃的声学性能决定的。对于机械抗性，特别是抗冲击性，其不合适于制造大尺寸屏(计算机或电视屏)。
在NXT上市公司的“SoundVu”技术中，提出由具有适当声学性能的聚合物材料特别是聚碳酸酯来制备发声装配玻璃。然而，在使用中这样的装配玻璃单元具有很差的光学性能和机械抗性，主要是对于划痕。
发明内容
本发明旨在改进已知装配玻璃单元的问题和缺点。
更具体地，本发明旨在提供兼具良好声学性能、优异光学性能和良好机械性能，特别是兼具良好的抗冲击性和良好的耐划伤性的发声装配玻璃。
本发明涉及一种发声装配玻璃，该发声装配玻璃包含至少一个玻璃片、一面与玻璃片连接而另一面与刚性材料片连接的吸音材料膜。
在依据本发明的装配玻璃中，与其连接的膜材料和刚性材料片至少是半透明的。优选地，它们对光透明。它们可以对白光透明或者对仅一部分白光光谱透明。在大部分应用中，优选对白光透明。
在下面的描述中，术语“光”通常用于表示白光光谱的全部或一部分。
依据本发明的充当共振器的装配玻璃包含至少一个固定于玻璃片或刚性材料片的激励器。
激励器可以是例如压电型激励器。其必须具有足够的功率引起装配玻璃振动。原则上，激励器可设置在装配玻璃的任何位置。然而，将一个或多个激励器设置于装配玻璃的边缘是有利的。使用分布在周边的几个激励器是有利的。基于装配玻璃的共振模式选定周边上的激励器的精确设置。
尽管存在上面概述的情况，然而(一个或多个)激励器的选择对于本发明的定义并不重要。优选地采用非常平的激励器。有利地符合本发明的特别平的激励器的例子是由NXT上市公司以名称“NXTSoundVu技术”制造和由Glas Platz GmbH & Co.KG以上述的名称“Magic Sound”制造的激励器。
依据本发明，所述板是层叠的并且包含至少一层由吸声材料制成的膜。
装配玻璃构成共振器。其在激励器作用下振动产生听得见的声音。
因此，装配玻璃的厚度特别是玻璃片的厚度是重要的参数。必须确定装配玻璃的厚度使得装配玻璃能在激励器的作用下发出具有足够强度的声音。
玻璃片的厚度取决于其共振频率。实际上，目的是通过减小玻璃片的厚度将该共振频率移向声波的高音频率。推荐应选择玻璃片的厚度使得其共振频率移向超过6(优选10)kHz。优选减小玻璃片的厚度直至其共振频率高于人耳通常能听到的最大频率(约20kHz)。因此推荐小于2mm(优选1.5mm)的厚度。考虑到机械抗性，推荐玻璃片的厚度大于0.5mm(优选0.8mm)。特别推荐1-1.5mm的厚度。
玻璃片必须至少为半透明。优选对光透明。
所述板的膜的目的是保证板的声学性能。为此，其必须由吸音材料制成。
事实上，由保证组件机械性能的层叠装配玻璃形成的共振器能够恰当地发挥共振器的作用是必须的。
有利地，层叠设置的第二刚性材料片是与第一刚性材料片相似或相同的玻璃片。其也可以是具有全部装配玻璃的所需光学特性的合成材料片。
层叠的装配玻璃安装在屏内，设置玻璃片使其面向外侧以最好地保证耐划伤性。
实际上，对于由借助传统的夹层片结合在安全装配玻璃单元中的两个玻璃片构成的层叠配置，由PVB(聚乙烯醇缩丁醛)制成的类型的常见夹层片不提供需要的特性。其过于刚硬。
膜的吸音性能通常由其吸声或损耗因子定义，该吸声或损耗因子表示转变为热的振动能的量，理论的最大吸音因子为100％。
在依据本发明的装配玻璃中，以如下方式有利地选择膜，使得装配玻璃的吸声因子在200Hz和20℃下小于80％(优选75％)。推荐吸音因子在200Hz和20℃下大于5％(优选8％)。优选10-50％的吸音因子。
具有所需声学性能的膜也可由其粘弹性定义，吸音性能取决于该粘弹性。剪切模量是表示所考虑产品的粘弹性的参数。
这些粘弹性还取决于温度。为了方便，在20℃的温度下定义依据本发明考虑产品的剪切模量。
在20℃下频率200Hz的剪切模量有利地小于106Pa。
依据本发明，优选装配玻璃在200-4400Hz的整个频率范围内提供不小于12％的平均吸音因子，且特别优选不小于20％。此外，必须为实际的使用温度实现该平均吸音。在实际中，例如对于电视屏，通常温度在20℃-40℃之间变化。必须在整个该温度范围内保证最小的平均吸音。
给定吸音膜在200-4400Hz的所有频率下测得的“平均”吸音优选在有用温度范围内仅以有限的程度变化。平均吸音在20℃至40℃温度范围内的变化必须不大于35％并且优选地必须低于25％。
膜必须为半透明的。优选地，其略微透光。
膜的可用材料的例子包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和聚氨酯。在所有的包含两个刚性片特别是两个玻璃片的层叠设置中，有利地采用由聚乙烯醇缩丁醛制成的膜，其中已通过加入适当类型和适当量的增塑剂提高塑性。尽管在安全装配玻璃单元中夹层的塑化被限制于维持整个层叠设置的重要机械抗性，然而这种要求在声学应用中不是那么重要并且产品可具有更高的塑性性质。
在专利文献EP 517114、WO 01/19747中特别地描述了依据本发明可以应用的膜。
也可以采用复合膜，该复合膜包含例如将它们粘附于玻璃片的两个标准PVB层，这两层间夹有符合本发明吸声特性的材料层。该层本身可由“过塑化”的PVB制成。该类型的产品包括，例如可从Sekisui以名称S-LEC获得的产品。该类型的多层产品是专利文献如EP457190、EP566890或EP710545的主题。
依据本发明的装配玻璃最经常用于以显示图像为目的的屏或组件。该屏形成组件可构成依据本发明装配玻璃的第二刚性片，只要其本身适用于诸如用于形成层叠装配玻璃单元的组件。
可以通过利用吸音膜的热塑性性质获得组件。利用适当的树脂形成层叠设置也是可能的，在刚性片之间直接进行的交联：一方面是装配玻璃的玻璃片，形成屏的第二刚性片或板。这种类型的产品是例如环氧树脂，例如用于隔音装配玻璃单元的环氧树脂。
尽管存在其应当具有的上述性能，然而刚性片材料的选择对于本发明的定义并不重要。
可用于刚性板的材料的例子具体包括诸如聚丙烯酸酯或聚碳酸酯的矿物或合成玻璃。
装配玻璃及其组成部分(膜、玻璃片、第二刚性片)的尺寸对本发明的定义并不重要。它们将取决于依据本发明的声学装配玻璃的预期应用。
通常，装配玻璃具有大于1mm的总厚度以便具有足够机械抗性是有利的。因重量、体积和成本的缘故，期望避免过大的厚度。推荐小于8mm的厚度，优选2.5-5mm的厚度。
依据本发明的装配玻璃可以具有与装配玻璃最终目的相容的任何形状。通常是平坦的，但也可以是围绕一个或多个轴弯曲的形状。
本发明的装配玻璃兼具一系列迄今认为不相容的性能。一方面，玻璃片为其提供有利的光学和机械性能，特别是耐划伤性，并且其与由吸声材料制成的膜相结合可以为其提供良好的声学性能。另一方面，由玻璃片和与屏的第二片或板结合的膜形成的装配玻璃确保了有利的机械抗性。
依据本发明的发声装配玻璃在图像显示装置的制造中具有不同的应用，例如电视、便携计算机、移动电话、家用摄影设备或物理和/或化学分析设备的屏。其还具有既作为保护性又作为发声的“通讯”装配玻璃(用于音乐或声音数据)，特别是用于商业或博物馆、公共汽车候车亭、天花板、镜子或装饰玻璃、广告板或隔板、图像框架、扬声器...(开放性名单)的装配玻璃单元。
因此，本发明还涉及图像显示屏，其特征在于该图像显示屏包含如上文定义的依据本发明的发声装配玻璃。依据本发明，表述语“显示屏”表示能显示图像的任何屏。“图像”具有广泛的定义，并且不仅涉及物体的图形表示，还涉及字母和符号。
例如，依据本发明的屏可包含片或板，其上可绘制和/或涂绘图像。
在依据本发明的另一个实施例中，所述屏包含旨在接收由适当的投影仪或产生该图像的元件载体投射的图像的均匀颜色(例如白色)的片或板。
例如，依据本发明的屏可包含片或板，其上可绘制和/或涂绘图像。
在依据本发明的另一个实施例中，所述屏包含旨在接收由适当的投影仪或产生该图像的元件载体投射的图像的均匀颜色(例如白色)的片或板。
本发明更具体的涉及上述类型的旨在安装在图像产生器中的显示屏，所述图像产生器选自物理或化学分析设备、电视、计算机和移动电话。
在本发明的该应用中，所述屏包含，例如涂覆有荧光膜以装备阴极管的板或带有液晶组件(例如计算机和电视制造技术中公知的液晶组件)的板。
依据本发明的发声装配玻璃也可用于建筑业，在建筑业中其可充当窗户的装配玻璃，特别是商店、旅馆或饭店(开放性名单)的展示窗。
因此，本发明还涉及本发明装配玻璃作为建筑物的透明装配玻璃的应用。
附图说明
由下面的附图描述，本发明的具体特征和细节将变得显而易见，其中：
-图1是本发明装配玻璃的具体实施例的示意性透视分解图；
-图2是与图1相似的本发明第二实际实施例的示意图；
-图3是显示三种材料的平均吸音(百分比)与温度的函数关系的坐标图；
-图4a和4b显示了将激励器相对于形成共振器的装配玻璃定位的两种设置；
-图5是用于测量吸音的装置图解。
具体实施方式
向本发明的装配玻璃赋予总体附图标记1。装配玻璃1应用于便携计算机的屏2(以阴影表示)，以便将其完全覆盖。屏2是例如液晶显示器，这在计算机和计算机监视器制造技术中是众所周知的。形成屏的前面的面板由例如玻璃或半透明塑料材料制成。
在图1的实施例中，装配玻璃1包含夹在玻璃片4和玻璃片5之间的平坦膜3。玻璃片5是平坦的并且基本上具有与屏2相同的尺寸。其可直接与屏2相靠(against)使用。作为变体，玻璃板5可通过夹层框架(未显示)保持与屏2稍微间隔开。玻璃板5可具有与片4相同的厚度或者具有比该厚度更大的厚度，其主要作用是赋予组件需要的机械性能，特别是片4很薄时。
玻璃片4是平坦的并且具有与板5相同的尺寸。其被框架6包围，其中嵌入压电激励器(未显示)。已知这些压电激励器用于引起玻璃片4且通常引起装配玻璃组件(玻璃片4、吸音膜3、第二刚性片5)振动，振动方式能够发出听得见的频谱(20Hz-20kHz)的声波。玻璃片4具有例如约1.1mm的厚度。
激励器与片4的一面相接触。要么将激励器设置在框架6和片4之间，在这种情形中，在将两个片4和5与吸音片3的组件层叠之后将它们设置在适当位置；要么设置在与片3相接触的面上。在这种情形中，只要所讨论的一个或多个激励器具有与该组件相容的厚度，则可在层叠之前进行插入。还可以在片3中为这些激励器提供底座，优选在进行层叠之前。
作为替代方案，激励器可以固定到刚性片5。
膜3被夹入玻璃片4和玻璃片5之间。其由声损因子约0.3的吸声聚合物材料制成。而且，其必须对白光透明。
膜3可由例如乙烯醋酸乙烯酯共聚物制成，并具有0.4-0.8mm的厚度。
在图1所示装配玻璃的变体中，膜3由聚氨酯制成，并且其厚度是约0.7-0.8mm。
在图1所示装配玻璃的另一个变体中，刚性板5由聚碳酸酯制成，并且其厚度是约1mm。
图1所示的装配玻璃中，玻璃片4向装配玻璃提供高耐划伤性和良好的光学性能。玻璃片4(低厚度)、吸音膜3和刚性玻璃片5的组合为装配玻璃提供良好的声学性能并保证装配玻璃1的机械抗性。
图2的变体具有装配玻璃的组成元件，其中玻璃片4与吸声材料的膜相连并且直接固定到形成屏2的板上。在该实际实施例中，特别地，由在一方面玻璃片4与另一方面屏2之间原位交联的树脂形成膜3是有利的，原因在于这可以在没有任何需要提高温度的组件操作的情况下实现，因为这对于所讨论的屏的电子元件通常是不可能的。
在20℃至40℃的温度下，测试了不同吸音膜(A、B、C)的性能。这些膜包含于由两个玻璃片形成的层叠组件中，所述玻璃片各自具有1.1mm的厚度。膜A和C具有0.76mm的厚度。膜B为0.50mm厚。
关于标准ISO/PAS 16940描述了用于测量吸音的技术。下面说明具体的条件。
图5示意显示了所用的设备。插入控温腔8(温度控制18)的分析样品9在其中心被支撑体10支撑。其通过胶粘12固定到该支撑体。激励通过振动器19并且经由支撑体10传递至样品9。
电路包含：噪声发生器17、功率放大器16和阻抗头11。通过与FFT分析器14和计算系统15相连的阻抗测量放大器13进行分析。
测试样品由230×12mm的层叠试件构成，其总厚度取决于吸音膜的类型。试样经受以“白噪声”模式(Bruel & Kjaer型1405噪声发生器)运行的振动激励(Bruel & Kjaer型4810振动器)。在该激励的作用下，测量了试样的机械阻抗(Bruel & Kjaer型8001阻抗头)，并测定了不同的共振频率(ONO SOKKI型CF-910频率分析器)。
吸音η由下式决定：
η＝Δfn/fn
其中，fn是考虑的共振频率，且Δfn是共振曲线在-3dB处的宽度。
在200-4500Hz的整个频率范围内进行测量。对所得数据取平均。
在代表电视型屏幕的一般工作条件中常见的工作模式的温度下进行测量。分别在20℃、30℃和40℃温度下进行了三组测量。
测试的吸音膜分别是聚乙烯醇缩丁醛膜(其通常用于计划供建筑业的叠层装配玻璃单元的应用中)和已知用于隔音装配玻璃单元的两种膜。
命名为A的由传统PVB制成的层叠试件不表现出声学性能。其相对刚硬。命名为B的测试装配玻璃样品的膜是由具有减小厚度的两个PVB膜形成的复合物，这两个PVB膜被塑性显著高于PVB的膜隔开。命名为C的膜由因添加增塑组分而具有高塑性的PVB形成。
在下面标记为A、B和C的表格中记录了随温度和频率变化的测量结果。最终表格表示在不同温度下的平均吸音值。这些结果也在图3中示出，该图显示了吸音与温度的函数关系。
从该图中可以看出，由传统PVB制成的样品的吸音因子在考虑的温度下相对低。其仅在较高温度下变得重要。另外两种产品提供了与之前产品相比略微较高的吸音，当温度显著升高时吸音降低。在20℃-40℃范围内，这两种产品满足本发明的一般条件。
A
  温度   频率   吸音
  20℃   290Hz   4.7％
  20℃   1410Hz   7.0％
  20℃   3237Hz   10.9％
  30℃   275Hz   8.3％
  30℃   1295Hz   22.6％
  30℃   2900Hz   29.3％
  40℃   235Hz   47.6％
  40℃   930Hz   55.9％
  50℃   160Hz   37.9％
  50℃   645Hz   30.9％
  50℃   1470Hz   32.0％
  50℃   2850Hz   38.6％
  60℃   135Hz   15.2％
  60℃   565Hz   10.4％
  60℃   1380Hz   8.0％
  60℃   2575Hz   8.4％
  60℃   4162Hz   8.2％
  80℃   125Hz   9.1％
  80℃   545Hz   3.1％
  80℃   1340Hz   2.0％
  80℃   2512Hz   1.7％
  80℃   4050Hz   1.3％
B
  温度   频率   吸音
  20℃   215Hz   32.6％
  20℃   880Hz   48.3％
  30℃   200Hz   28.6％
  30℃   790Hz   37.0％
  40℃   170Hz   22.3％
  40℃   660Hz   17.7％
  40℃   1545Hz   15.4％
  40℃   2862Hz   16.2％
  50℃   150Hz   20.0％
  50℃   625Hz   10.8％
  50℃   1480Hz   5.7％
  50℃   2750Hz   6.1％
  50℃   4412Hz   5.6％
  60℃   135Hz   10.9％
  60℃   590Hz   6.1％
  60℃   1440Hz   3.7％
  60℃   2700Hz   3.2％
  60℃   4325Hz   2.8％
  80℃   130Hz   9.6％
  80℃   580Hz   3.1％
  80℃   1420Hz   1.5％
  80℃   2662Hz   1.4％
  80℃   4287Hz   1.2％
C
  温度   频率   吸音
  20℃   265Hz   16.1％
  20℃   1175Hz   30.0％
  20℃   2637Hz   37.5％
  30℃   220Hz   46.5％
  30℃   900Hz   55.0％
  40℃   150Hz   36.9％
  40℃   635Hz   29.2％
  40℃   1495Hz   24.2％
  40℃   2800Hz   26.8％
  50℃   130Hz   15.0％
  50℃   565Hz   9.2％
  50℃   1380Hz   7.5％
  50℃   2587Hz   7.3％
  50℃   4175Hz   7.1％
  60℃   125Hz   10.3％
  60℃   550Hz   3.8％
  60℃   1355Hz   2.8％
  60℃   2550Hz   2.7％
  60℃   4100Hz   1.9％
  80℃   125Hz   11.0％
  80℃   545Hz   2.8％
  80℃   1345Hz   1.3％
使用温度下的平均吸音
  ℃   A   B   C
  20.0   7.5％   40.5％   27.9％
  30.0   20.1％   32.8％   50.8％
  40.0   51.8％   17.9％   29.3％
包含膜B和C的产品的吸音在所有条件下明显高于12％，并在大部分常见温度条件下高于20％。此外，对于每个这些装配玻璃单元B和C，作为温度函数的吸音的变化不大于35％，甚至保持低于25％。
图4a和4b显示了两种可能的构造类型。这两个图示的区别在于激励器7相对于玻璃片4的位置。事实上，依据本发明的装配玻璃单元可各自具有若干激励器。这是有效的，因为片的共振取决于激励器与其的相对定位。
如图所示，激励器6(或其中之一)可设置于片4(图4a)的一面上。以相同方式，也可以在片4边缘上设置一个或多个激励器。后一设置从声学观点具有一些优势，而且允许玻璃片完全与掩盖这些激励器存在的任何元件相分离。
图4a和4b显示了固定到玻璃片4的激励器并且它们还可以固定到相关联的刚性片5。可部分地根据至少这些激励器相对于装配玻璃的定位作出选择，还要考虑使装配玻璃共振的特殊性质。

Claims (11)

1.发声的装配玻璃，包含：第一玻璃片(4)、吸音材料的膜(3)和第二玻璃片(5)，整体上为层叠的并且包含一个或多个固定于所述装配玻璃的激励器，所述膜(3)由选自乙烯醋酸乙烯酯共聚物、聚氨酯、聚缩醛和环氧树脂的材料制成，并且所述膜(3)是包含若干层的复合物，所述层在20℃的温度下频率为200Hz时的剪切模量小于106Pa。
2.依据权利要求1的装配玻璃，其中膜(3)是包含若干层的复合物，所述若干层中的至少一层具有需要的吸声特性。
3.依据权利要求1或2的装配玻璃，其特征在于对第一玻璃片(4)的厚度进行调节使得所述玻璃片具有高于10kHz的相干频率。
4.依据权利要求3的装配玻璃，其特征在于第一玻璃片(4)具有小于2mm的厚度。
5.依据权利要求4的装配玻璃，其特征在于第一玻璃片(4)具有大于0.8mm的厚度。
6.依据权利要求5的装配玻璃，其特征在于第一玻璃片(4)的厚度为1-1.5mm。
7.依据权利要求3到6中任一项的装配玻璃，其中该装配玻璃的厚度大于2mm。
8.依据权利要求7的装配玻璃，其中该装配玻璃的厚度为2.5-5mm。
9.依据权利要求8的装配玻璃，其特征在于第一玻璃片(4)的厚度为1-1.5mm，膜(3)的厚度为0.3-1mm并且第二玻璃片(5)的厚度为1-1.5mm。
10.图像显示屏，其覆盖有依据权利要求1-9中任一项的发声的装配玻璃。
11.依据权利要求10的图像显示屏，其安装在选自物理和/或化学分析器、电视、计算机和移动电话的图像产生器中。
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