CN114697820B - 振膜、发声装置及麦克风组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种振膜、发声装置及麦克风组件，所述振膜应用于声电互换，包括：基材层，为石墨烯或者多层石墨烯；金属镀层，所述金属镀层复合在所述基材层上。所述金属镀层的材料为一种金属或至少两种金属。本发明提供一种刚性大、密度小、散热性能好、泊松比低、内部声速好且制作简单，价格低廉的高频、中频及低频音质优良的振膜。

Description

振膜、发声装置及麦克风组件

本申请是名为《振膜、发声装置、麦克风组件及振膜制作方法》的专利申请的分案申请，原申请的申请日为2020年06月08日，申请号为202010515756.5。

技术领域

本发明涉及声电互换的技术领域，尤其涉及一种振膜、发声装置及麦克风组件。

背景技术

扬声器和耳机等发声装置实现电能到声能的转换，麦克风实现声能到电能的转换，电能与声能之间相互变换的器件统称为电声转换器/声电转换器。其中，振膜是电声转换器/声电转换器的关键部件，如：耳机是通过线圈带动振膜振动产生声音。

振膜的种类很多，包括纸质振膜、木质振膜、塑料振膜、金属振膜、生物振膜等，有些振膜是单一材质，有些振膜是复合材质。振膜的不同材质对音质产生巨大的影响，振膜的主要作用是震动，振膜材质的弹性和惯性决定振膜的震动性能。材质刚度(杨氏模量)决定振膜的弹性，刚度大有利于振膜的共振，减少分割震动，弹性好则可以更好的还原或回放声音信号，音频表现也更加平衡，另外在声压较大时，避免振膜起包，此外，材质刚度好也可以让材质抗拉强度更大，避免振膜破损；材质的重量(密度)影响着振膜的惯性，重量轻则运动惯性小，振膜的启动及停止就越快，瞬态响应就越好，有利于提高音质的清晰度和高频音段的还原。振膜内部声速越高越好，声音从振膜边缘到中心就越快，从振膜不同位置出发的声波相互之间差距就越小，对于高频音就特别重要，由于高频音的声波短，如果互相之间相差超过1/2个波长，声波互相抵消衰减就会很大。振膜热膨胀系数越小越好，大功率音圈会发热较多并将温度传导到振膜，如果振膜热膨胀系数较高那么振膜就会扩张，引发振膜刚度下降、老化、擦圈等问题；同时，振膜的热扩散性能也影响到振膜能否及时散热。振膜泊松比越低越好，泊松比是描述声波在振膜上传递过程中变形的程度，泊松比越高变形越大，失真也就越多。

在追求优质的音质时，上述对振膜材质的要求，往往出现互相矛盾。对于各类塑料(如：聚芳酯(PAR)、聚乙烯二甲酸盐(PEN)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酰亚胺(PEI)等)材质振膜而言，具有高可塑性，容易加工，成本低，但是刚性差，增加刚性则需要增加振膜的厚度，导致重量增加，因此塑料材质的振膜失真率高，解析力不好，动态不足，中频迟缓衔接不畅的问题。纸质和木质振膜材料轻，但是，对受环境影响大，湿度和温度的超标会损坏振膜。生物振膜的制作复杂，成本高昂，良品率低。金属振膜高频音质表现最佳，如高端产品，法国著名的HiFi音响品牌Focal(劲浪)旗下售价2万多元的耳机Utopia，就采用了含有剧毒、危险性较高的Be铍金属振膜，但是，铍太脆容易损坏，导致很难弯曲，不能通过压制的方式制作，制作复杂，此外，铍振膜的成本太高。

而近年来发现的石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，其独特的最薄性能，厚度仅0.335nm，最高强度达到拉伸强度130GPa，杨氏模量1TPa，导热系数高达5000W/m·K，石墨烯的这些特点决定其应该具有良好的低频音质表现。但是，石墨烯的化学稳定性高。

因此，现有振膜都不能具备或者接近既有金属振膜的高频音质表现，又有石墨烯的低频音质表现的音质效果。现有技术采用多种不同材质振膜的拼接或者不同材质振膜的发声部件的组合，去实现高频音质和低频音质，这样的设计增加了线圈与振膜组合或者声源处理的难度，此外，现有不同材质的振膜还分别面对着刚性差、密度高、散热不佳、制作复杂、成本高及其他问题。

因此，亟需一种刚性大、密度小、散热性能好、泊松比低、内部声速好且制作简单，价格低廉的高频、中频及低频音质优良的振膜。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种刚性大、密度小、散热性能好、泊松比低、内部声速好且制作简单，价格低廉的高频、中频及低频音质优良的振膜、发声装置及麦克风。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种振膜，应用于声电互换，所述振膜包括：基材层和金属镀层，所述基材层为石墨烯或者多层石墨烯，所述金属镀层复合在所述基材层上；

所述金属镀层的材料为一种金属或至少两种金属。

可选地，当所述金属镀层的材料为一种金属时，所述金属镀层的材料为单质铍或单质钛。

可选地，当所述金属镀层的材料为一种金属时，所述金属镀层的材料是铍、钛、铝、铜、银、金、镁、锂中的任何一种金属。

可选地，当所述金属镀层的材料为至少两种金属时，所述金属镀层的材料包括钛和铍两种金属或者镁和锂两种金属。

可选地，所述多层石墨烯的厚度等于10层。

可选地，所述振膜为多层石墨烯和多层金属镀层的复合。

可选地，所述金属镀层分布在石墨烯的两侧，且所述金属镀层分布在石墨烯的两侧的层数不同。

可选地，通过真空蒸镀法、磁控溅射法或者气相沉积法将所述金属镀层的材料复合在所述基材层上。

为实现上述目的，本发明还提供了一种发声装置，包括线圈，包括所述的振膜，所述线圈带动所述振膜震动，产生声波。

为实现上述目的，本发明还提供了一种麦克风，包括背极板，包括所述的振膜，所述背极板和所述振膜构成电容器，声波带动所述振膜震动，将声波转换为电信号。

进一步地，为实现上述目的，本发明还提供了一种振膜制作方法，包括如下步骤：提供基材层，所述基材层为石墨烯或者多层石墨烯；在所述基材层上复合金属镀层，所述金属镀层的材料包括铍、钛、铝、铜、银、金、镁、锂中的任何一种金属；所述金属镀层通过真空蒸镀法、磁控溅射法或者气相沉积法复合在所述基材层上。

优选地，所述磁控溅射法包括：加热所述金属镀层材料至离子态；通过电场加速所述离子态的金属，使得所述离子态的金属射向所述基材层；

所述离子态的金属与所述基材层复合。

附图说明

图1为本发明振膜一实施例中石墨烯及金属镀层的示意图。

图2为本发明振膜另一实施例中多层石墨烯及金属镀层的示意图。

图3为本发明振膜另一实施例中石墨烯及多层金属镀层的示意图。

图4为本发明振膜另一实施例中石墨烯及多层金属镀层的示意图。

图5为本发明发声装置一实施例的示意图。

图6为本发明麦克风一实施例中的电容器件示意图。

主要元件符号说明：

振膜-10，基材层/石墨烯-101，金属镀层-102，线圈-30，背极板-40。

具体实施方式

为了使发明的目的、原理、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，正如本发明内容部分所述，此处所描述的具体实施例用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要特别说明的是，根据说明书的文字或者技术内容可以确定的连接或位置关系，为了图画的简洁进行了部分的省略或者没有画出全部的位置变化图，本说明书未明确说明省略的或者没有画出的位置变化图，不能认为没有说明，为了阐述的简洁，在具体阐述时不再一一进行说明，在此统一说明。

请参见图1，为本发明振膜一实施例中石墨烯及金属镀层的示意图。在本发明中，石墨烯是指符合GB/T 30544.13-2018《纳米科技术语第13部分：石墨烯及相关二维材料》的定义，具体而言，石墨烯是由一个碳原子与周围3个近邻碳原子结合形成蜂窝状结构的碳原子单层。在本发明特别声明，为描述的简洁，本发明所述的石墨烯也可包括GB/T 30544.13-2018《纳米科技术语第13部分：石墨烯及相关二维材料》定义的石墨烯层，描述主要以sp2杂化成键所形成的三维碳材料的结构和性质的，一个概念性结构单元。在本发明中，多层石墨烯是指双层石墨烯、三层石墨烯、少层石墨烯，也就是上述标准中定义的厚度等于10层时。在此需要特别说明，在本发明中，多层石墨烯也指超过厚度超过10层的情形，也就是通常所称的石墨片，也属于本发明的多层石墨烯的一种情形。

图1所示的一种振膜，是应用于声电互换。同时参见图5，图5为本发明发声装置一实施例的示意图，举例而言，耳机的线圈30带动振膜10的震动，可以将电信号转换为声波。再参见图6，为本发明麦克风一实施例中的电容器件示意图，在麦克风中，振膜10与背极板40构成电容器，振膜10随声波的振动导致其与背极板40之间的电势差改变，从而将声学信号转换为电信号。在其他实施例中，图6的振膜10的金属镀层102靠近背极板40，不能根据图6限制振膜10与背极板40接近的层的材质为基材层101。

在本发明中，所述振膜10包括基材层101，所述基材层101为石墨烯或者多层石墨烯；金属镀层102，所述金属镀层102复合在所述基材层101上。

纯金属振膜有着良好的高频音质，但是十分昂贵，且不易制作，并且较脆容易损坏；在现有的振膜中，也有将金属镀在塑料上的方案，这样的方案就较厚，对音质造成损伤。石墨烯以及多层石墨烯作为新材料，其特点是有良好的低频音质。但是，由于石墨烯的化学稳定性好，也就是化学惰性强，造成石墨烯与金属复合构成特定用途的膜是无法实现的。本发明背景技术对此进行了相关的介绍，在此不再赘述。

在本发明中，对基材层101采用石墨烯或者多层石墨烯，通过真空蒸镀法、磁控溅射法或者气相沉积法在基材层101上复合金属镀层102得到薄膜，将该薄膜作为振膜10，应用于声电互换的领域，本发明的振膜具有刚性大、密度小、散热性能好、泊松比低、内部声速好且制作简单，价格低廉的高频、中频及低频音质优良的优点。

本发明中金属镀层102的材料包括至少两种金属。举例而言，金属镀层102至少包括钛和铍两种金属组成的合金，在本发明中，描述金属镀层102包括至少两种金属时，其中，“至少”是指强调这两种金属的存在，也指还可以包括这两种金属之外的金属存在，也就是三种以上的金属构成的合金。在本实施例中，金属钛和金属铍可以构成刚性大、密度小、散热性能好、泊松比低、内部声速好合金，从而可以在高中频具备优质的音质。在本实施例中，将包含钛和铍进行加热至离子态，通过电场加速离子态的钛和铍，高速射向石墨烯基材层101，实现钛和铍与石墨烯基材层101的复合，实现在基材层101上复合金属镀层102的，结合石墨烯的低频优质的音质，得到的振膜10具备在高频、中频及低频的优质音质，在单一振膜上实现了高中低频的优质音质。

在另一实施例中，金属镀层102的材料包括至少两种金属是镁和锂两种金属，可以进一步的降低成本，并且可以避免铍的剧毒性给振膜产品应用增加的防护设计。

在本发明中，金属镀层102的材料可以是一种金属。典型的金属材料是铍、钛、铝、铜、银、金、镁、锂中的任何一种金属。在本实施例中，以金属镀层102的材质是铍为例介绍。

将金属铍加热到离子态，通过电场加速后高速射向基材层101，金属铍复合在基材层101的石墨烯或者多层石墨烯上，形成石墨烯镀铍的振膜10，石墨烯具备优良的低频音质，散热性能，泊松比低、内部声速好，导热性能优秀决定其传声效果优秀，再结合金属镀层102为铍，也具备此类特征。在本实施例中，通过磁控溅射法可以低成本的，简单的制作振膜10。该振膜的石墨烯及金属均具备良好的散热性能，在作为振膜10使用的时候，可以有效的散热，避免振膜10因为温度过高造成的刚度下降、老化、擦圈等问题。

本发明通过磁控溅射法等制作工艺，可以克服石墨烯的化学惰性，克服了现有技术中的技术偏见，从而简单，低成本的制作石墨烯金属镀层的薄膜，并选择将该薄膜应用于声电互换的领域，作为振膜使用。

在本发明中，还可以通过真空蒸镀法或者气相沉积法将所述金属镀层102的材料复合在所述基材层101上，在此不在赘述。

图2为本发明振膜10另一实施例中多层石墨烯101及金属镀层102的示意图。在本实施例中，基材层101是多层石墨烯，举例而言，可以有多达10层的石墨烯。需要注意的是，如果在音质、散热性能可以合格的情况下，本发明也包括超过10层石墨烯的基材层。在本实施例中，以多层石墨烯和一层金属镀层102举例说明，如本说明书图1部分介绍，该金属镀层可以是一种金属，也可以是多种金属的合金。在另一实施例中，也可以是多层石墨烯和多层金属镀层102的复合，在此不在赘述。

图3为本发明振膜10另一实施例中石墨烯101及多层金属镀层102的示意图。在本实施例中，金属镀层102包括2层或者2层以上，并且每层的金属可以分别为一种金属或者多种金属组成的合金。

图4为本发明振膜10另一实施例中石墨烯101及多层金属镀层102的示意图。在本实施例中，金属镀层102是分布在石墨烯101的两侧。在其他实施例中，金属镀层102在石墨烯101两侧的层数是可以不同的，金属的材质也可以是不同的，可以为一种金属或者多种金属组成的合金。

在本发明中，还提供一种振膜10制作方法，实现了简单、低成本的制作振膜10。具体而言，提供基材层101，所述基材层101为石墨烯或者多层石墨烯，在所述基材层101上复合金属镀层102，所述金属镀层102的材料包括铍、钛、铝、铜、银、金、镁、锂中的任何一种金属，在其他实施例中是多种金属的合金；金属镀层102通过真空蒸镀法、磁控溅射法或者气相沉积法复合在所述基材层101上。

在本实施例中，以磁控溅射法举例说明，加热所述金属镀层102材料至离子态；通过电场加速所述离子态的金属，使得所述离子态的金属射向所述基材层101；所述离子态的金属与所述基材层101复合，得到了振膜10。

本发明以附图的振膜举例说明，但能将各附图的结构、层数或者金属镀层材质进行割裂的理解，本发明中对于基材层和金属镀层的结构，具体的层数，金属材质的解释是在各个实施例中可以实施的。

值得注意的是，上述实施例中，所包括的各个模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种振膜，应用于声电互换，其特征在于，所述振膜包括：基材层和金属镀层，所述基材层为多层石墨烯，所述金属镀层复合在所述基材层上；

所述金属镀层的材料为一种金属或至少两种金属；

所述多层石墨烯的厚度等于10层；

所述振膜为多层石墨烯和多层金属镀层的复合；

所述金属镀层分布在石墨烯的两侧，且所述金属镀层分布在石墨烯的两侧的层数不同。

2.如权利要求1所述的振膜，其特征在于，当所述金属镀层的材料为一种金属时，所述金属镀层的材料为单质铍或单质钛。

3.如权利要求1所述的振膜，其特征在于，当所述金属镀层的材料为一种金属时，所述金属镀层的材料是铝、铜、银、金、镁、锂中的任何一种金属。

4.如权利要求1所述的振膜，其特征在于，当所述金属镀层的材料为至少两种金属时，所述金属镀层的材料包括钛和铍两种金属或者镁和锂两种金属。

5.如权利要求1-4中任一项所述的振膜，其特征在于，通过真空蒸镀法、磁控溅射法或者气相沉积法将所述金属镀层的材料复合在所述基材层上。

6.一种发声装置，包括线圈，其特征在于，包括如权利要求1至5中任一项所述的振膜，所述线圈带动所述振膜震动，产生声波。

7.一种麦克风，包括背极板，其特征在于，包括如权利要求1至5中任一项所述的振膜，所述背极板和所述振膜构成电容器，声波带动所述振膜震动，将声波转换为电信号。