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压电式扬声器 探析 ● “压电应变原理” ● 融会贯通 ● 反极性串联/同极性并联 ● 电声转换效率高 ● 压电式扬声器——Piezoelectric Loudspeakers （P L） “压电应变原理”——压电体相当于“电容器”，符合匀强电场定理（E=U/d）——当外加电场 E 与极化强度 P 反向时（充电），U↑/ d↑，d↑，则 L↓（泊松效应）； E / P 同向时（放电），U↓/ d↓， 则 L↑。 “d 模式”——当外加电场 E 与极化强度 P 反向时，U↑/ d↑，厚度（t）方向伸长；E / P 同向时 33 ，U↓/ d↓，t 向缩短。 “d 模式”——当外加电场 E 与极化强度 P 同向时，U↑/ d↑，长度（L）方向伸长； E / P 反向 31 时，U↓/ d↓，L 向缩短——与“d 模式”相反。 33 应变 e = d E，E=U/d，则 e = d U/d = d Vp/d（Vp 直流偏压）——压电体静电场 E 与 Vp 成 33 33 33 正比（E↑/ Vp↑），应变 e 与 d /Vp 成正比——故若↑e，可↑d （或 d ），还可以↑E / Vp——可采 33 33 31 用驻极体，↑Vp。 驻极体型压电材料（如 PP 蜂窝膜 / PTFE 多孔膜）↑Vp，则 PL（压电式扬声器）→ ESL（静电式 扬声器）——两者并无严格界限，本质上都是“电容器”/符合匀强电场定理（E=U/d）——实际 上，↑Vp 比↑d （d ）更容易。 33 31 PL 与 ESL 的区别（以驻极体型为例）——PL 的驻极体一般为双极性；ESL 的驻极体一般为单极性 ——后者可以形成“推挽式振动”，故其效率更高。 化繁为简，融会贯通——PL 是“1 个电容器”，ESL 是“2 个电容器”——PL 的信号驱动电压 VIN 加在驻极体（电容器）上；ESL 的 VIN 则加在电极层上，电极层与驻极体构成 2 个电容器。 ● 与一般膜振动/板振动“分布参数系统”不同——压电式扬声器（PVDF/PZT 等）为电场驱动型 （面驱动），均匀性↑——故属于“集中参数系统”。 fo 在 超 声 波 频 段 — — 20-20k Hz 声 频 范 围 为 “ 弹 性 控 制 区 ” （ f ＜ fo ）， A=F/Km ， v=Fω/Km——Km↓（弹性模量↓），则 A/v/ Wr↑，辐射效率↑。 一般而言，压电式扬声器 f↓/Xc↑，低频响应↓——“振幅 A 与频率 f 无关”，有利于低频响应——A 与 f 无关，则频响曲线平坦，非线性失真（IHD/SIHD）↓。 ● 当压电材料的泊松比σ↑时，由于“泊松效应”，压电体的“d 模式”振动与“d 模式”振动会 33 31 同时发生——L↑/ t↓（L 向伸长/ t 向缩短）；L↓/t↑（L 向缩短/ t 向伸长） 。 压缩波/弯曲波与介质表面质点振动相关，与表面波（SAW）原理相同——都是由于“泊松效应”， 质点的横向振动与纵向振动相耦合——形成“椭圆偏振”。 当 f↑时（超声波频段）， 压缩波/弯曲波可与 SAW 耦合——在超声波频段以下，无 SAW 耦合，压 缩波难以形成声波辐射——而 f↑，“驻波”密度↑，Wr↑，则能辐射声波。 实际上，“d 模式”（PZT / PVDF）也会产生“对称性振动/同相辐射”——L 向伸缩振动由于“泊 31 松效应”形成 t 向“椭圆偏振”——通过调整介质材料的物理参数，可↑t 向振动的模态密度 (↑A/v ) ，↑Wr。 ● PCBE（双晶片结构）——若一 PZT 晶片 E / P 反向（L↓），而另一 PZT 晶片 E / P 同向 （L↑） ——将两晶片耦合，“一伸/一缩”则可形成“弯曲振动”。 PZT（双晶片 PCBE/多层结构）——各层之间设内电极层