适用于便携应用的超薄扬声器

大多数用户都希望能使用既轻薄又寿命长的产品。一种新型扬声器技术（陶瓷扬声器）能使这种梦想成真。制造商可以用这种扬声器制造出像信用卡那样薄的产品。  

陶瓷与压电扬声器与传统的动圈扬声器有很大的差异。它们表现为一个容性负载，而不是阻性负载。它们需要较高的电压驱动，而不是大电流。传统动圈扬声器的厚度在 4mm 以上，陶瓷扬声器的厚度只有 0.7mm。重量经常低于 1 g，功耗只有不到 5mW。  

压电扬声器的工作原理  

压电陶瓷扬声器的工作原理与动圈扬声器完全不同，压电陶瓷扬声器不需要磁铁或线圈。



当在压电材料两端施加一个电压时，就可以使材料伸展或收缩。把这种材料安装在一个金属片上时，电压差就转换成一种弯折的力量。这种力的强度再转换成声压级。某些部分的作用是减少弯曲振动（材料硬度、机械阻力和空气阻力）。  

图 2 显示一个压电陶瓷扬声器的例子，资料由Taiyo Yuden公司提供。


  
陶瓷扬声器包括一个金属振膜、多层压电材料，以及将两部分保持住的一个短片。扬声器本身的整体厚度为 0.7mm，可以用于更薄的便携设计。后腔的尺寸对它声压级不会有很大的影响。与传统动圈扬声器相比，后腔是必须的，因为动圈扬声器需要空腔的声学效应来提高声压级。



动圈扬声器  

一般手机中使用的动圈扬声器都有下图所示的空腔，振膜尺寸约为 16-20mm。  

  
大多数扬声器都有一个环形永久磁铁围绕着一个可自由运动的线圈，线圈附着在一个圆锥形振膜上。  

所有动圈扬声器都需要大的后腔，以提高声压级。这个空间大约需要 1.2mm。  

动圈扬声器工作原理  

音频放大器输出的电信号送至圆锥振膜顶部缠绕的幼线圈。线圈置于永久磁铁的两极中间。当有信号通过时，线圈就成为一个电磁体，形成一种与电流和磁场方向成直角的力，造成线圈的运动。  

当带有声音信息的电流流经线圈时，感应磁墙与永久磁铁起相互作用。  

线圈会被拉入或推出，并转换为大范围的空气运动。  

气压的变化产生与原始电信号相对的声压波。  

与铁磁体相比，陶瓷磁体需要大量的移动力才能去磁，很适合用于大功率扬声器，而音圈的磁力可以把铁磁体部分去磁。  

采用陶瓷扬声器的优点：  

1. 扬声器不产生磁场  
2. 极薄 (0.7mm)  
3. 重量轻 (0.63grams)  
4. 声学设计更简单（背面只需很少空间）  

压电陶瓷扬声器在整个频段上都表现为容性负载。扬声器两端需要施加一个 15V 峰峰值的电压。但典型的便携应用都采用 3V-6V 供电，因此不容许客户有这么高的电压输出。  

例如：  

BTL 放大器工作在 6V。那么该放大器的最大输出摆幅是多少呢？  

假设输出是理想情况，没有输出损耗。BTL 放大器的输出摆幅应是供电电压的 2 倍。  

VOUTmax= 6x2 =12Vp-p  

即使放大器在 6V 电压下工作，输出摆幅也只有不到 12Vp-p。这个摆幅不足以驱动陶瓷扬声器。  

美国国家半导体的 LM4802B、LM4960 和 LM4961 单片设备均为集成升压转换器的音频放大器，可以满足对高驱动电压的要求。这些放大器均有低功耗的关断模式，以及一个内部过热关断保护机制。  

另外，它们也带有先进的“爆音与开关音”抑制电路，可以消除在开、关机转换时产生的噪音。  

所有这三种扬声器驱动器都可以灵活地运用于低电压供电手机，增加了移动应用中的通话时间。  

LM4802B 陶瓷扬声器驱动器可为陶瓷扬声器应用提供 12Vp-p 电压。  

LM4961 可为陶瓷扬声器应用提供 15Vp-p 电压。它还包括附加的节电功能，和一个低功率的耳筒模式，以及用于驱动铃声与免提扬声器的高功率模式。  


  
用于压电扬声器的 LM4960 集成了一个 1.6MHz 固定频率的升压稳压器。它可以在 3V 工作电压下，为压电扬声器提供 24Vp-p 的单 BTL 电压，THD+N 低于 1%。