主题：[原创] 压电式扬声器 探析

●  压电式扬声器——Piezo electric  Loudspeakers （P L）

“压电应变原理”——压电体相当于“电容器”，符合电容器原理（U=Ed）——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↑。      

 
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”/ 都符合“库仑定律”——实际上，↑Vp比↑d33（d31）更容易。

●  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“d33模式”振动与“d31模式”振动会同时发生 ——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，“d31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（可引出信号线），低温（900-1200℃）烧结而成——再进行极化（100-250℃/2-4kv） 。

实际上，PZT极化与工作状态的电源/信号源接法不同（相反）——极化时为并联/工作时为串联（反极性）；极化时为串联/工作时为并联（同极性）——则可以形成“一伸一缩”振动模式。  
    

● 新一代非极性压电材料（如PP蜂窝膜/PTFE多孔膜等“空间电荷型”驻极体）——兼具压电陶瓷（如PZT）与高分子材料（如PVDF）的优势——应变常数大，柔顺性好，介电损耗小。

PP蜂窝膜（Cellular Polypropylene films）——外力作用引起气孔形变，导致电极感应电荷密度的变化，形成“压电效应”——可由PP材料经高压氮气膨化处理制成。                    

●  容抗Xc与f成反比（Xc=1/2πf C），故在声频范围PL灵敏度↓——f↓，Xc↑/ I↓，↑驱动电压，则才能保持驱动电流I不变——而f↑，Xc↓/ I↓，则需↑驱动电流I。

电动式扬声器相当于“电感”， f↑/XL↑， 故高频响应↓； 电动式扬声器大部分功率转化为热量 ——P L相当于“电容”，f↓/ Xc↑，故低频响应↓；其消耗功率时产生的热量↓。   

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。