CN104685902A - 声音换能器的声学背腔系统 - Google Patents

Abstract

一种装置，包括外壳部件和气流扩散器。外壳部件包括用于声音换能器的声学背腔以及外壳部件中与声学背腔间隔开的至少两个第二腔体。气流扩散器连接至外壳部件。气流扩散器包括通过气流扩散器将声学背腔直接与至少两个第二腔体中的每一个连接的导管系统。

Description

声音换能器的声学背腔系统

技术领域

示例性和非限制性实施例总体上涉及声音增强，并且尤其涉及用于声音换能器的声学背腔。

背景技术

针对源自于与声学背腔相邻的扬声器的低频声音而使用声学背腔是已知的。

发明内容

以下发明内容仅意在是示例性的。该发明内容并非意在对权利要求的范围进行限制。

依据一个方面，示例实施例包括一种装置，其包括外壳部件和气流扩散器。外壳部件包括用于声音换能器的声学背腔以及外壳部件中与声学背腔间隔开的一个或多个第二腔体。气流扩散器连接至外壳部件。气流扩散器包括通过气流扩散器将声学背腔直接与一个或多个第二腔体中的每一个连接的导管系统。

依据另一方面，示例实施例包括一种装置，其包括声音换能器；外壳，声音换能器与之连接；以及声学背腔系统，其包括在外壳中的、与声音换能器耦合的主背腔，以及在外壳中的、通过基本上封闭的空气导管系统而与主背腔并行连接的多个间隔开的附加腔体。

依据另一方面，一种示例方法包括提供外壳部件，其具有用于声音换能器的声学背腔以及多个间隔开的附加腔体；以及将气流扩散器连接至外壳部件以提供空气导管系统，空气导管系统通过气流扩散器将背腔直接与多个间隔开的附加腔体中的每一个连接。

附图说明

在以下描述中结合附图对以上各方面和其它特征进行解释，其中：

图1是装置的示例实施例的前视图；

图2是图示图1中所示的装置的盖体以及盖体内部的一些组件的示图；

图3是图示图1中所示的装置的气流扩散器的示图；

图4是类似于图3的示出盖体中空的、之前未使用的腔体的示图；

图5是示出盖体中的腔体的盖体的示意图；

图6是类似于图5的示出气流扩散器已经被连接至盖体时扩散器的开孔位置的示图；

图7是示出连接至盖体的气流扩散器的示意性横截面图；

图8是示出具有单个0.8cc背腔的设计与具有结合来自所连接的分布式扬声器腔体的另外2.2cc的0.8cc背腔而形成总共3cc的设计比较的声学仿真的图表；

图9是类似于图8的图表，但是示出了增加阻尼材料用于抑制中频中的有害谐振的效果；

图10是图示另一示例的示图；以及

图11是图示示例方法的图表。

具体实施方式

参考图1，示出了结合示例实施例的特征的装置10的前视图。虽然将参考图中所示出的示例实施例对特征进行描述，但是应当理解的是，特征能够包含在许多替换形式的实施例中。此外，可以使用任意适当的大小、形状或类型的元件或材料。

装置10可以是包括电话应用的手持通信设备。装置10还可以包括互联网浏览器应用、相机应用、视频录像机应用、音乐播放器和录音机应用、电子邮件应用、导航应用、游戏应用和/或任意其它适当的电子设备应用。在该示例实施例中，装置10包括外壳12、显示器14、接收器16、传送器18、可再充电电池26和控制器20，控制器20可以包括至少一个处理器22、至少一个存储器24以及软件。然而，所有这些特征对于实施以下描述的特征而言都并非是必要的。

接收器16和传送器18形成主要通信系统以允许装置10例如与诸如移动电话基站之类的无线电话系统进行通信。

该示例中的显示器14可以是触摸屏显示器，其用作显示屏和用户输入。然而，这里所描述的特征可以在不具有触摸、用户输入特征的显示器中使用。用户接口还可以包括小键盘(未示出)。还参考图2，外壳12内的电子电路可以包括至少一个印刷线路板(PWB)28，其上具有诸如控制器20之类的组件。该电路可以包括作为麦克风被提供的声音换能器30、作为耳机被提供的声音换能器32以及作为扬声器被提供的声音换能器34。这些组件被示为安装在外壳12的盖体36上。

还参考图3，装置10还包括气流扩散器38。在该示例中，气流扩散器38包括在其间形成气室44的两个面板40、42。面板中的第一面板40具有通过其中的开孔46。两个面板40、42互相密封连接，以除了在开孔46处之外基本上封闭气室44。在一个示例实施例中，两个面板40、42包括印刷电路板28之一以及诸如用于例如至少部分支撑触摸屏显示器14的框架之类的用户输入框架42。开孔46所提供的通道能够通过缝隙、气隙、气道、导管和/或开孔被提供。

包括无线通信设备在内的现代个人电子设备越来越多地被用于观看和收听诸如音乐和电影之类的多媒体。这样的设备频繁地随耳机或头戴式耳机使用，但是它们经常也被提供以内部扬声器。然而，小型设备仅有很小的空间可用于扬声器，并且随着设备继续缩小，可用于扬声器和其它组件的空间正在缩小，或者至少没有增加。小型扬声器由于它们趋向于提供无法令人满意的低频响应而趋向于提供无法令人满意的收听体验。对于动圈式扬声器而言，由于声学背腔的后部体积的增加，低频限制被减少，并且灵敏度被提高。后部腔体具有相关联的空气压缩性，其随后部腔体体积而增加并且随压缩空气的扬声器纸盆(cone)的面积而减小。利用更大的扬声器纸盆面积或者更小的后部腔体，空气是较不可能压缩的，从而需要增加力量来对其进行压缩。扬声器系统的基频谐振取决于驱动器的质量以及后部腔体中的空气的不可压缩性和纸盆的悬架刚度的组合。这些因素进行组合以随着后部腔体体积变得更小而提高基频。类似的原理适用于其它的扬声器设计，诸如压电扬声器和静电扬声器。

将大的后部腔体整合到要在便携式电子设备中使用的扬声器设计中是困难的，因为设备正趋向于变得更小且更薄，在扬声器中使用更小的换能器并且伴随着性能的退化。然而，随着气流扩散器38的使用，装置10可以有额外的分布空间用来提供实际上更大的声学背腔系统。

还参考图4和图5，盖体36具有安装于其上的扬声器34。图5是盖体36的示意性图示。盖体36形成扬声器34的声学背腔48。盖体36还具有在盖体36周围的间隔开的位置处的多个其它的第二腔体50。这些腔体50在图4中由被圈起来的区域进行图示。这些腔体50基本上是空的；也许具有用于盖体36的结构刚性的内壁52。一个或多个腔体50可能具有延伸到其中的(多个)PWB 28的一些电子电路。然而，当气流扩散器38连接至盖体36时，除了通过由气流扩散器38形成的导管系统之外，腔体48和腔体50基本上被密封或封闭。术语“连接”应当被认为与“耦合”或“附接”相同。

如以上参考图3所描述的，气流扩散器38具有开孔46。当气流扩散器38连接至盖体36时，气流扩散器38基本上封闭腔体48、腔体50，其中开孔46与腔体48、腔体50对准以将腔体与主室44进行耦合。因此，如图6和图7所示，气流扩散器38形成用于将所有腔体48、腔体50相互连接在一起的导管系统。

对声学系统的低频回放进行扩展的最简单的方式是加大背腔的体积。如这里所描述的特征可以被用来使得装置10内部本来未被使用的空间被最大程度地用作扬声器的背腔体积，并且同时保持装置的纤薄设计。设计扬声器系统的正常方式是将电话的最大部分留作声学背腔。然而，有时候即使在针对扬声器背腔在最大部分中进行设计的情况下，空间仍然由于装置外壳的有限尺寸而不足。利用这里所描述的特征，装置中的空间可以被用来有效地增加用于低频声音的区域；因此对来自扬声器的声音的低频进行扩展。这一优势在例如全触屏移动电话中(其中内部的空余空间非常有限)是特别有帮助的。

扬声器可以被组装在电话的底部以共享天线的体积来得到最大的背腔体积。通过结合正常的声学背腔额外使用其它空间以用于扩大的有效声学背腔系统，背腔体积可以被增加，例如诸如被加倍。通过降低低频范围，低频能力可以被提高(参见图8中的82对图8中的80)。为了利用通常未被用于声学背腔的空间，提供了一种新的机械解决方案。利用腔体50的最大困难在于，未使用的空间分布在整个盖体36上并且将难以以其它方式进行连接。

该机械解决方案的一个示例可以包括盖体36，其将支撑扬声器并且具有一个基本腔体48。存在可以被用作附加腔体的若干分布空间50。对于每个分布式腔体的大小或形状不存在限制。“气流扩散器”可以覆盖所有选择的分布式腔体。在一个示例中，“扩散器”可以是具有某一间隙以形成气室44的两个面板(或其它类似部件)，但是其四周被妥善密封。在移动电话设计中，“扩散器”能够通过在其间增加衬垫54而使用PWB和UI框架。在覆盖盖体36的面板上，可以为每个相对应的主腔体48和分布式腔体50提供开孔46，其具有适当的预先确定的设计直径。气流能够通过开孔46和扩散器的室44到达每个单独的分布式腔体50。扩散器可以被设计在主PWB、电话盖体、机架内部，和/或经由提供基本上密封的声学路径的其它零部件来形成。

图8中示出了单个0.8cc背腔48和3cc分布式扬声器腔体设计的声学仿真。如在该图表中所看到的，组合的多腔体设计82能够提供比单个腔体设计80更低的频率响应。在中频中存在一些有害谐振。然而，如图9所示，如82'所示，这能够通过在扬声器或主腔体的开孔处增加阻尼材料而被克服。

以上所描述的示例包括具有将腔体50的开孔46连接至主背腔48的开孔46的单个气室44的气流扩散器。然而，气流扩散器可以包括多于一个的内部气室。还参考图10，在该示例中，盖体36具有所附接的气流扩散器38'。扩散器具有从主声学背腔48到附加腔体50的开孔46的两条导管44a、44b。导管44a、44b可以形成于PWB中。电路可以在导管周围被重新设计，和/或导管可以具有在PWB上的电路周围的设计路径。在另一示例中，盖体36可以形成导管44的一部分。

依据一个示例实施例，装置10包括外壳部件36，其包括用于声音换能器34的声学背腔48以及在外壳部件中与声学背腔间隔开的至少两个第二腔体50；以及连接至外壳部件36的气流扩散器38，其中气流扩散器包括通过气流扩散器将声学背腔48直接与至少两个第二腔体50中的每一个连接的导管系统44、46。

“外壳部件”可以包括互相连接的多个部件。例如，存在包括换能器和背腔两者的扬声器模块。扬声器模块可以仅位于另一部件的底座中，诸如位于移动电话的盖体内。盖体中相关联的分布式腔体可以在扬声器模块的意义上被声学地连接至背腔。因此，声学背腔被提供在扬声器模块内而不是盖体内。然而，盖体和模块共同形成“外壳部件”。外壳部件还可以包括PWB、机架、平面显示器模块、电池支撑器和/或电池自身等。

外壳部件可以包括用于手持便携式电子设备的盖体部件。该装置可以进一步包括与声学背腔相邻的、连接至外壳部件的扬声器，其中扬声器形成声音换能器。至少两个第二腔体50可以在其中包括不同的电子电路。除了进入到气流扩散器的导管系统中的开孔46之外，至少两个第二腔体50可以各自被基本上密封。气流扩散器可以包括其间具有作为导管系统的一部分的气室44的、互相密封连接的两个面板40、42，以及通过面板之一进入到声学背腔48和至少两个第二腔体50中的相应腔体中的开孔46。面板中的第一面板可以包括该装置的印刷线路板。面板中的第二面板可以包括用户接口框架部件，其中用户接口框架部件支撑该装置的用户接口。气室可以将多个第二腔体连接至声学背腔。气室可以包括将第二腔体并行和/或串行连接至声学背腔的多条导管。该装置可以进一步包括用于经由气流扩散器38将声学背腔48与至少两个第二腔体50有效地进行组合以创建声音换能器的有效地更大的声学背腔外壳的器件。声学背腔以及至少两个第二腔体可以通过气流扩散器的导管系统进行耦合，以实现声音换能器的期望基础低频扩展。该装置可以在从声学背腔到气流扩散器的导管系统的开孔处进一步包括阻尼材料。气流扩散器可以连接至第一分布式腔体，第一分布式腔体诸如通过并非扩散器的一部分的内部连接与至少一个其它分布式腔体串行连接。

依据另一示例，一种装置可以包括声音换能器34；外壳36，声音换能器与之连接；以及声学背腔系统，其包括在外壳中的、与声音换能器相邻的主背腔48，以及在外壳中的、通过基本上封闭的空气导管系统44、46与主背腔并行连接的多个间隔开的附加腔体50。空气导管系统可以包括其间具有作为空气导管系统的一部分的气室的、互相密封连接的两个面板，以及通过面板之一进入到主背腔和附加腔体中的相应腔体中的开孔。面板中的第一面板可以包括该装置的印刷线路板。面板中的第二面板可以包括用户接口框架部件，其中用户接口框架部件支撑该装置的用户接口。

还参考图11，一种示例方法可以包括：如块70所指示的，提供外壳部件，其具有用于声音换能器的声学背腔以及多个间隔开的附加腔体；以及如块72所指示的，将气流扩散器连接至外壳部件以提供空气导管系统，空气导管系统通过气流扩散器将背腔直接与多个间隔开的附加腔体中的每一个连接。气流扩散器可以包括其间具有作为空气导管系统的一部分的气室的、互相密封连接的两个面板，以及通过面板之一进入到主背腔和附加腔体中的相应腔体中的开孔。面板中的第一面板可以包括该装置的印刷线路板。面板中的第二面板可以包括用户接口框架部件，其中用户接口框架部件支撑该装置的用户接口。

就定义所形成的扬声器系统的灵敏度以及对于动圈扬声器至关重要的低频限制的扬声器后部腔体的体积而言，可以说后部体积越大则频率就越低，或者可替换地，后部体积越大则灵敏度就越高。其原因在于，后部腔体具有与之相关联的刚度，刚度取决于后部腔体体积以及对其进行压缩的扬声器纸盆的面积。因此，纸盆面积越大则空气就表现得越刚硬，而后部体积越小则空气就表现得越刚硬。在这两种情况下，需要更多力量对后部腔体中的空气进行压缩。扬声器系统的基频谐振取决于驱动器的质量、后部腔体中的空气与纸盆悬架的组合刚度。该组合比扬声器或后部腔体自身都更刚硬，并且因此谐振频率变得更高。结果，由于系统需要在不改变电声特性的情况下对低音响应进行改进，所以需要更大的后部腔体，其进而表现出较小的刚度并且因此表现出更低的系统谐振。类似的原理还应用于压电扬声器和静电扬声器。因此，背腔要求对于其它扬声器模块(即，压电、静电等)而言也是相关的。任何前后辐射声波的扬声器系统将从受控的背腔设计获益。

在为便携式设备设计更小的换能器时，对更大的后部腔体的需求变得更成问题，其中便携式设备的尺寸也变得越来越小，这带来了换能器集成的问题。目前，存在朝着更薄的产品和更大的显示器的趋势。不幸的是，这给尺寸要减小的扬声器带来了设计压力。已知的问题在于，电力学换能器的尺寸减小造成性能的下降。该问题在考虑移动设备中免提回放音乐、铃声甚至讲话变得越来越流行的趋势时造成冲突。结果，存在着在移动设备中实现良好声音质量的强烈动机。

如这里所描述的特征通过在不影响装置大小的情况下使用预先确定的空气空间而在使装置内的扬声器设计的可能空气体积最大化中被使用。这提供了分布式背腔的概念，其包括没有排放结构的、用于一个扬声器的多个并行腔体。它是一种封闭空气导管设计。这可以被用来使给定机械结构中所有(或者至少是大量)原本并未被使用的空间的利用最大化，以实现扬声器的增强的低频扩展。该原理与排放设计或者增加单独低音单元完全不同。

在可替换实施例中，扩散器可以在机械地且声学地连接至多个声学腔体(主背腔和(多个)分布式腔体)的一个平面中进行配置，其中声学腔体位于相同平面中或者另一平面中(即，图5和图7)。在可替换实施例中，扩散器和腔体可以相对于彼此处于不同平面中。

这里所描述的特征的目标是在不降低声学性能的情况下的空间有效的机械集成。上述特征提供了设计用于声学设计的更大空气腔体而不使产品尺寸更大的机会。这样的更大“组合”声学腔体增强了声音特性，并且就此而言，能够认为实现了声音增强。

虽然声学背腔的使用是已知的，并且这样的参数限定了低频截止，但是并非每个声学腔体会提供低频扩展。利用如这里所描述的特征，可能通过增加声学腔体的体积来提供低频扩展而对低频进行扩展。

应当理解的是，以上描述仅是说明性的。本领域技术人员能够设计出各种替换和修改。例如，在各个从属权利要求中记载的特征能够以任意适当的(多种)组合彼此进行组合。此外，来自以上所描述的不同实施例的特征能够有选择地被组合成新的实施例。因此，该描述意在涵盖了落入所附权利要求的范围之内的所有这样的替换、修改和变化。

Claims (24)

1.一种装置，包括：

外壳部件，包括用于声音换能器的声学背腔以及所述外壳部件中与所述声学背腔间隔开的一个或多个第二腔体；以及

气流扩散器，连接至所述外壳部件，其中所述气流扩散器包括通过所述气流扩散器将所述声学背腔与所述一个或多个第二腔体中的每一个连接的导管系统。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述外壳部件包括用于手持便携式电子设备的盖体部件。

3.根据权利要求1所述的装置，进一步包括与所述声学背腔相邻的、连接至所述外壳部件的扬声器，其中所述扬声器形成所述声音换能器。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个第二腔体包括在其中包括不同电子电路的至少两个第二腔体。

5.根据权利要求1所述的装置，其中除了进入到所述气流扩散器的所述导管系统中的开孔之外，所述一个或多个第二腔体各自基本上被密封。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述气流扩散器包括其间具有作为所述导管系统的一部分的气室的、互相密封连接的两个面板，以及通过所述面板之一进入到所述声学背腔以及所述一个或多个第二腔体中的相应腔体中的开孔。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述面板中的第一面板包括所述装置的印刷线路板。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述面板中的第二面板包括用户接口框架部件，其中所述用户接口框架部件支撑所述装置的用户接口。

9.根据权利要求6所述的装置，其中所述面板之一包括用户接口框架部件，其中所述用户接口框架部件支撑所述装置的用户接口。

10.根据权利要求6所述的装置，其中所述气室将所述第二腔体中的多个第二腔体连接至所述声学背腔。

11.根据权利要求6所述的装置，其中所述气室包括将所述第二腔体并行连接至所述声学背腔的多条导管。

12.根据权利要求1所述的装置，进一步包括用于经由所述气流扩散器将所述声学背腔与所述一个或多个第二腔体有效地进行组合以创建用于所述声音换能器的有效地更大的声学背腔外壳的器件。

13.根据权利要求1所述的装置，其中所述声学背腔以及所述一个或多个第二腔体通过所述气流扩散器的所述导管系统进行耦合，以实现所述声音换能器的期望基础低频扩展。

14.根据权利要求1所述的装置，进一步包括处于从所述声学背腔到所述气流扩散器的所述导管系统的开孔处的阻尼材料。

15.根据权利要求1所述的装置，其中所述导管系统通过所述气流扩散器将所述声学背腔直接与所述第二腔体中的每个第二腔体连接。

16.一种装置，包括：

声音换能器；

外壳，所述声音换能器与之连接；以及

声学背腔系统，包括在所述外壳中的、与所述声音换能器耦合的主背腔，以及在所述外壳中的、通过基本上封闭的空气导管系统而与所述主背腔并行连接的多个间隔开的附加腔体。

17.根据权利要求16所述的装置，其中所述空气导管系统包括其间具有作为所述空气导管系统的一部分的气室的、互相密封连接的两个面板，以及通过所述面板之一进入到所述主背腔和所述附加腔体中的相应腔体中的开孔。

18.根据权利要求17所述的装置，其中所述面板中的第一面板包括所述装置的印刷线路板。

19.根据权利要求18所述的装置，其中所述面板中的第二面板包括用户接口框架部件，其中所述用户接口框架部件支撑所述装置的用户接口。

20.根据权利要求17所述的装置，其中所述面板之一包括用户接口框架部件，其中所述用户接口框架部件支撑所述装置的用户接口。

21.一种方法，包括：

提供外壳部件，所述外壳部件具有用于声音换能器的声学背腔以及多个间隔开的附加腔体；以及

将气流扩散器连接至所述外壳部件以提供空气导管系统，所述空气导管系统通过所述气流扩散器将所述背腔直接与所述多个间隔开的附加腔体中的每一个连接。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述气流扩散器包括其间具有作为所述空气导管系统的一部分的气室的、互相密封连接的两个面板，以及通过所述面板之一进入到所述主背腔和所述附加腔体中的相应腔体中的开孔。

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述面板中的第一面板包括所述装置的印刷线路板。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述面板中的第二面板包括用户接口框架部件，其中所述用户接口框架部件支撑所述装置的用户接口。