声学增强材料块及其应用、微型扬声器及其应用

技术领域

本发明涉及扬声器技术领域，尤其涉及一种声学增强材料块及其应用、微型扬声器及其应用。

背景技术

随着手机终端设备的不断发展，用户对手机音频质量要求也越来越高，除了整体响度之外，用户对声音品质的要求也在逐步提升。微型扬声器的高频性能、其频带宽度、不平坦性，严重影响了用户对音乐品味及细节的体验。

由于前声腔谐振及单元球顶共振的存在，导致扬声器的高频频响FR曲线往往不平坦及频带宽度。为了解决这一问题，多数采用添加前腔谐振腔的办法。但是这种方式，容易导致峰值(Q值)偏高，使高频FR的曲线达不到理想的状态。

目前，改善微型扬声器高频性能不平坦，以及性能低的技术手段较为单一。例如：

1、单纯通过前声腔及出声孔的结构尺寸进行改善，但是容易受限于产品的即定ID设计；

2、应用相应音频算法，对高频进行修正，但容易造成音效“失真”，失去自然感；

3、添加前腔谐振腔，或者前腔谐振腔内添加滤波结构，增加模具成本，同时，也会受到产品即定ID设计的限制。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种声学增强材料块及其应用、微型扬声器及其应用，该微型扬声器通过在前腔谐振腔中填充声学增强材料，能够有效改善扬声器高频性能曲线的平坦度，且该微型扬声器制作过程简单，能够降低模具难度。

为了达到上述目的，本发明提供了一种声学增强材料块，该声学增强材料块的原料包括多孔材料、骨架材料、胶黏剂和助剂，所述声学增强材料块的结构骨架由单层骨架材料构成、或由两层以上的骨架材料交替层叠构成，所述多孔材料、胶黏剂和助剂负载在所述结构骨架中。

在上述声学增强材料块中，所述交替层叠是指两个以上的单层骨架材料沿统一方向按层排布。

在本发明的具体实施方案中，所述声学增强材料块是指能够提高扬声器等装置的声学性能的材料，一般可以增大扬声器等装置的声学虚拟体积，降低扬声器装置的最低谐振频率。

在本发明的具体实施方案中，所述多孔材料、胶黏剂和助剂可以位于所述骨架材料的表面和/或渗透在单层骨架材料的内部空隙中。

根据本发明的具体实施方案，以所述声学增强材料块的总质量为100％计，所述声学增强材料块一般包括5-15％骨架材料、2-10％胶黏剂、0.05-2％助剂、余量为多孔材料，其中，所述胶黏剂在声学增强材料块中的质量含量是以所述胶黏剂的固体质量计算得到的。

根据本发明的具体实施方案，所述声学增强材料块可以是单个块体和/或由两个以上声学增强材料块(一般是层状的薄块)层叠形成的块体。在一些实施方案中，所述声学增强材料块可以通过焙烧、烘干或冻干方法制得。

根据本发明的具体实施方案，所述多孔材料可以包括沸石、活性炭、MOF材料中的一种或两种以上的组合。

根据本发明的具体实施方案，所述沸石的Si(硅)/M质量比一般为200以上，其中，所述M一般为三价金属元素，即具有正三价态的金属元素，例如是铁、铝、钛中的一种或两种以上的组合。

根据本发明的具体实施方案，所述沸石包括MFI结构分子筛、FER结构分子筛、CHA结构分子筛、IHW结构分子筛、IWV结构分子筛、ITE结构分子筛、UTL结构分子筛、VET结构分子筛、MEL结构分子筛和MTW结构分子筛中的一种或两种以上的组合。

根据本发明的具体实施方案，所述胶黏剂可以包括有机胶黏剂和/或无机胶黏剂。

根据本发明的具体实施方案，所述有机胶黏剂可以包括聚丙烯酸酯悬浮液、聚苯乙烯醋酸盐悬浮液、聚乙烯醋酸盐悬浮液、聚乙基乙烯醋酸盐悬浮液、聚丁二橡胶悬浮液中的一种或两种以上的组合。

根据本发明的具体实施方案，所述无机胶黏剂可以包括硅溶胶、铝溶胶、拟薄水铝石(例如SB粉)中的一种或两种以上的组合。

根据本发明的具体实施方案，所述助剂可以包括CMC(羧甲基纤维素)、蒙脱土、高岭土、凹凸棒土、云母粉中的一种或两种以上的组合。

根据本发明的具体实施方案，通过添加骨架材料形成结构骨架，可以有效提高所述声学增强材料块的机械性能。所述骨架材料一般是纤维材料，通常包括纤维纸、纤维布和纤维毡中的一种或两种以上的组合。

根据本发明的具体实施方案，所述骨架材料一般由层状和/或瓦楞状的纤维纸、纤维布和纤维毡交替层叠构成，图1示意了其中一种由层状和瓦楞状纤维材料交替堆叠的方式。在一些具体实施方案中，所述瓦楞状的纤维纸、纤维布和纤维毡的瓦楞高度一般为0.2mm-2mm。

根据本发明的具体实施方案，所述骨架材料可以包括化学纤维，具体地，所述骨架材料可以是由化学纤维通过混纺、粘合或湿法成形中的一种方式制备得到的。

根据本发明的具体实施方案，所述骨架材料的单位面积克重一般为10g/m

根据本发明的具体实施方案，所述化学纤维中的单根纤维的直径一般为2μm-40μm。

根据本发明的具体实施方案，所述化学纤维一般采用复合纤维，在一些具体实施方案中，所述化学纤维可以包括无机纤维和/或合成纤维。所述无机纤维可以包括玻璃纤维和/或陶瓷纤维，所述合成纤维可以包括涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶中的一种或两种以上的组合。在一些具体实施方案中，所述化学纤维可以经过表面处理以增加其性能，例如采用硅烷偶联剂对化学纤维的表面进行改性处理。

本发明进一步提供了上述声学增强材料块在微型扬声器中的应用，当所述声学增强材料块填充在微型扬声器的腔体中时，能够虚拟扩大微型扬声器腔体的声学体积，降低扬声器的谐振频率，同时，由于该声学增强材料块具有层状结构和较高的机械性能，且一般为块体，其在应用时具有较优的性能及可靠性，无需额外设置孔道，降低落粉失效风险。

本发明还提供了一种微型扬声器，其中，所述微型扬声器包括上壳、下壳和扬声器单元，所述上壳与下壳形成内腔，所述扬声器单元位于内腔中，所述上壳的一侧设有出声孔；所述内腔分为前腔和后腔，其中，所述前腔为扬声器顶部与上壳之间的腔体，所述前腔与所述出声孔连通；所述微型扬声器的内部还设有前腔谐振腔，所述前腔谐振腔设有与所述前腔连通的通气孔，所述前腔谐振腔中填充声学增强材料。

在本发明的具体实施方案中，所述上壳和下壳一般密封结合(例如用胶体结合)形成内腔，其中，所述上壳为微型扬声器的顶部壳体和侧面壳体，所述下壳为微型扬声器的底部壳体，所述上壳和下壳结合形成的内腔可以容纳扬声器单元。所述扬声器单元可以固定于上壳的侧壁，并且扬声器单元的顶部与上壳之间一般留有空间(在一些具体实施方案中，该空间即包含于所述前腔)。扬声器单元的底部与下壳之间一般填充有泡棉等缓冲材料。所述扬声器单元的顶部在微型扬声器内部的高度与所述出声孔的开口高度相匹配。则前腔的边界为扬声器单元相对于所述出声孔的一侧所在的竖直面与扬声器单元顶部所在的水平面。此时前腔可以看作是所述扬声器单元与所述上壳之间的腔体，所述后腔即为内腔剩余部分的腔体。

根据本发明的具体实施方案，所述通气孔用于连通所述前腔谐振腔与所述前腔，本发明对所述通气孔的大小和位置不做具体要求，本领域技术人员可根据实际需要确定所述通气孔合适的大小和位置，只要保证可实现本发明的目的即可。所述通气孔可以设于所述前腔谐振腔的端口，具体可以设于前腔谐振腔的中心或侧面。所述前腔谐振腔的通气孔的形状可以是方形、长方形、圆形、菱形、椭圆形中的一种。

根据本发明的具体实施方案，所述前腔谐振腔的位置在竖直方向上一般不低于所述扬声器单元的位置，即一般位于所述扬声器的上方或者平行于所述扬声器单元设置。

根据本发明的具体实施方案，所述前腔谐振腔可以设于所述前腔上方的上壳之中，例如设于所述前腔中心上方或周边上方的上壳之中。所述前腔谐振腔可以围绕所述扬声器单元设置。此时，所述上壳的内部顶面可以设有限位凸起，所述限位凸起用于分隔所述前腔和后腔、使二者不能导通。具体地，所述限位凸起一般为竖直向下方向、沿所述扬声器的侧面边缘设置，其高度与扬声器单元顶部至上微型扬声器顶部的距离相匹配。所述限位凸起与所述扬声器单元的顶部、上壳共同包围形成所述前腔。

根据本发明的具体实施方案，所述前腔谐振腔还可以设于后腔上方的上壳之中、通过所述通气孔与所述前腔连通，此时所述上壳还包括设于所述微型扬声器内部的第一挡墙和第二挡墙，所述第一挡墙和第二挡墙一般通过与侧面壳体内壁连接的方式固定。此时，所述上壳可以看作包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体为所述微型扬声器的顶部外壳，所述第二壳体(或称：中壳)由微型扬声器的侧面壳体、第一挡墙和第二挡墙组成。所述第一挡墙用于分隔所述前腔和后腔，此时所述前腔的边界包括所述第一挡墙所在的竖直面、所述扬声器的顶面以及所述第一壳体，即，第一挡墙、扬声器单元的顶部、第一壳体与微型扬声器的侧面壳体包围形成所述前腔，后腔即为内腔中除前腔以外的腔体。所述第二挡墙用于分隔所述前腔谐振腔与所述后腔，以保证前腔谐振腔与后腔之间不能导通。在一些具体实施方案中，所述第一壳体与第二壳体可以通过粘结、超声焊接等方式进行密封固定。

根据本发明的具体实施方案，所述上壳的内侧壁还可以进一步包括用于固定所述扬声器的凸台(一般为环形凸台)。当所述上壳包括第一壳体与第二壳体时，所述凸台可以看作是所述第二壳体的一部分，所述凸台可以抵接在第一挡墙与所述出声孔所在的侧面壳体之间和/或出声孔邻侧的侧面壳体之间。在竖直方向上，所述凸台一般设于微型扬声器的中部。

根据本发明的具体实施方案，所述扬声器单元可以包括振动膜片、与振动膜片固定连接的音圈组件及磁路系统，所述振动膜片的边缘固定于磁路系统上。当所述前腔谐振腔位于前腔上方时，所述扬声器单元的振动膜片所在的水平面与上壳形成前腔；当所述前腔谐振腔位于后腔上方时、即所述微型扬声器包括第一挡墙和第二挡墙时，所述扬声器单元的振动膜片所在的水平面与第一壳体、第二壳体之间的空间形成前腔。

根据本发明的具体实施方案，所述声学增强材料的体积一般控制为前腔谐振腔总体积的10-90％、优选为40-60％。在一些具体实施方案中，所述声学增强材料在前腔谐振腔中的位置可以是靠近所述通气孔，也可以是远离所述通气孔。

根据本发明的具体实施方案，所述声学增强材料可以包括上述声学增强材料块(一般为块体)和/或声学增强材料颗粒。所述声学增强材料颗粒可以是申请号为201510388038.5(公开号：CN105049997A，发明名称：声音改进的扬声器系统)中公开的沸石材料等，将上述专利申请的全文引入这里作为参考。

根据本发明的具体实施方案，当所述前腔谐振腔中填充有所述声学增强材料块时，所述前腔谐振腔的内部还可以设有贴合腔体内壁的缓冲材料。

根据本发明的具体实施方案，当所述前腔谐振腔中填充有声学增强材料颗粒时，所述通气孔处还可以设有网布，所述网布用于间隔所述声学增强材料颗粒与前腔，同时避免所述声学增强材料颗粒由前腔谐振腔中脱落。

根据本发明的具体实施方案，所述声学增强材料块还可以填充于后腔中除前腔谐振腔以外的其他位置，以虚拟扩大后腔的体积，进一步提升扬声器低频性能。

本发明进一步提供了一种电子设备，其包括上述微型扬声器。

本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的声学增强材料块采用骨架材料作为载体，通过在载体上直接负载多孔材料等添加剂的方式、避免了制备过程中因添加剂难以分散而导致声学增强材料块的性能波动；同时，骨架材料的应用可以大幅增强声学增强材料块的机械强度；助剂的添加可以明显提高所述声学材料的抗跌落可靠性。

2、在将薄片状的声学增强材料块堆叠为整体使用时，在层状的声学增强材料块之间的孔隙、以及声学增强材料块中层叠的骨架材料之间的孔隙提供了足够的气流通道，使气体可以与声学增强材料块充分作用。该方式不仅可以确保声学增强材料块的机械性能优良、有利于提高扬声器声学性质，还能避免在声学增强材料块中额外设置孔道，降低声学增强材料块碎裂、落粉的风险。

3、在本发明提供的微型扬声器中，通过在前腔谐振腔中填充一定比例的声学增强材料块，能够有效改善带有前腔谐振腔扬声器高频性能曲线的平坦度，且这种改善高频性能曲线平坦度的方式相比于设置滤波结构的方式效果更好。同时，本发明提供的微型扬声器制作过程简单，并能够降低模具难度。

附图说明

图1为本发明的一些实施方案中骨架材料的交替层叠方式的示意图。

图2为实施例1的声学增强块体位于前腔谐振腔内时的结构示意图。

图3为实施例2的微型扬声器结构示意图。

图4为图3的A-A方向截面图。

图5为实施例3的微型扬声器结构示意图。

图6为实施例3的微型扬声器结构示意图。

图7为图5的A-A方向截面图。

图8为图5的B-B方向截面图。

图9为实施例2与对比例1的微型扬声器的性能测试曲线。

符号说明

1-上壳，2-下壳，4-扬声器单元，5-后腔，6-前腔，7-出声孔，8-前腔谐振腔，81-通气孔，82-声学增强材料，11-第一壳体，31-第二壳体，41-振动膜片，61-限位凸起，91-第一挡墙，92-第二挡墙，93-凸台。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1

本实施例提供了一种声学增强材料块，以该声学增强材料块总重为100％计，该材料包括6.4％聚丙烯酸酯悬浮液，0.1％CMC，12.6％骨架材料，余量为多孔材料。其中，所用的多孔材料为MFI结构分子筛，其Si/M质量比为350，其中，M为铝；所用的骨架材料由层状的纤维纸交替层叠形成，纤维纸由短切无碱玻璃纤维通过湿法工艺得到，其经过硅烷偶联剂KH550进行表面处理。该纤维纸的单位面积克重25g/m

在制备上述声学增强材料块的过程中，先将纤维纸裁切为适合其要填充的扬声器腔体尺寸和形状，然后将聚丙烯酸酯悬浮液、CMC和MFI分子筛混合形成均匀浆液，利用该浆液完全浸渍经裁切的纤维纸，得到单层声学增强材料薄块。在一些实施方案中，也可以利用多个纤维纸交替层叠、得到多层结构骨架的声学增强材料块，该块体的内部结构可以如图1所示，声学增强材料块的结构骨架由层状和瓦楞状的玻璃纤维交替层叠构成，MFI分子筛等添加剂位于结构骨架的层间、以及渗透到结构骨架的内部。

进一步地，将上述单层声学增强材料薄块层层堆叠，即可得到具有层间间隙孔的声学增强材料块，图2为该块体填充于谐振腔时的结构示意图。

实施例2

本实施例提供了一种微型扬声器，图3-图4为该微型扬声器的结构示意图。如图3-图4所示，该微型扬声器包括上壳1、下壳2和扬声器单元4。

上壳1与下壳2通过胶体粘合形成密封的内腔。外形上，上壳1与下壳2共同构成微型扬声器的矩形壳体。

其中，下壳2为微型扬声器的底部壳体。

上壳1为微型扬声器的顶部壳体和侧面壳体、上壳1的顶部与侧面为一体成型结构。上壳1的一个侧面设有出声孔7。上壳1的内部顶面设有三个竖直向下的限位凸起61，限位凸起61位于出声孔7的对侧和邻侧，限位凸起61的高度小于内腔高度，限位凸起61之间的水平距离与扬声器单元4的径向尺寸匹配。

扬声器单元4位于内腔中、其下部与下壳2之间填充有泡棉，扬声器单元4的顶部边缘通过胶体粘结固定于多个限位凸起61之间。扬声器单元4包括振动膜片41、与振动膜片41固定连接的音圈组件及磁路系统(图中未示)，振动膜片41位于扬声器单元4的顶部、振动膜片41的边缘固定于磁路系统上。振动膜片41的边缘设有向外延伸的固定件，该固定件与限位凸起61卡接固定。振动膜片41、限位凸起61与上壳1的顶部壳体之间的空间形成前腔6、则内腔中的剩余空间为后腔5。具体来说，后腔5包括由扬声器单元4远离出声孔7的一侧、限位凸起61、上壳1与下壳2之间的腔体，以及扬声器单元4两侧与侧面壳体(出声孔邻侧)之间的腔体。

位于前腔6中心上方的上壳1之中设有前腔谐振腔8，前腔谐振腔8的一侧端口设有通气孔81，前腔谐振腔8与前腔6之间通过通气孔81连通。

前腔谐振腔8中远离通气孔81的一侧填充实施例1的声学增强材料块82，声学增强材料块82的体积为前腔谐振腔8体积的50％。本实施例中所用的声学增强材料块82的形状为贴合前腔谐振腔8腔体外壳的形状，在前腔谐振腔8中的具体填充状态如图2所示。前腔谐振腔8的内部还可以设有贴合其腔体内壁的缓冲材料。

在另一些具体实施方案中，声学增强材料块82也可以替换为颗粒形式的其他声学增强材料，此时，前腔谐振腔8的通气孔81还可以设有网布，用于间隔声学增强材料颗粒与前腔6，同时避免声学增强材料颗粒从前腔谐振腔8中脱落。

实施例3

本实施例提供了一种微型扬声器，图5-图8为该微型扬声器的结构示意图。如图5-图8所示，该微型扬声器包括上壳1、下壳2和扬声器单元4。

如图6所示，上壳1和下壳2粘合后形成密封的内腔，外形上，上壳1与下壳2共同构成微型扬声器的矩形壳体。上壳1为微型扬声器的顶部壳体、侧面壳体和内部壳体，下壳2为微型扬声器的底部壳体。

本实施例的上壳1在实施例2中的上壳1的基础上，进一步设置了第一挡墙91、第二挡墙92和环形凸台93。具体来说，本实施例的上壳1包括第一壳体11与第二壳体31。其中，第一壳体11为微型扬声器的顶部壳体，第二壳体(或称：中壳)31包括微型扬声器的侧面壳体(以下简称“侧面壳体”)、固定于侧面壳体的内壁第一挡墙91、第二挡墙92和环形凸台93。第二壳体31的一个侧面设有出声孔7。

第一挡墙91和第二挡墙92沿上壳11向下壳2延伸的方向设置。第一挡墙91为直线型。

环形凸台93设于侧面壳体与第一挡墙91之间。环形凸台93与第一壳体11之间的竖直距离与第一挡墙91的竖直高度基本匹配。

扬声器单元4通过嵌入环形凸台93固定于微型扬声器内部，扬声器单元4的顶面与第一壳体11之间留有空间、扬声器单元4的底面与下壳2之间填充有泡棉。

扬声器单元4包括振动膜片41、与振动膜片41固定连接的音圈组件及磁路系统(图中未示)，振动膜片41位于扬声器单元4的顶部，振动膜片41的边缘固定于磁路系统上。振动膜片41的边缘设有向外延伸的固定件，该固定件与第一挡墙91卡接固定。

出声孔7所在的侧面壳体、第一壳体11、扬声器单元4、第一挡墙91之间的腔体为前腔6，内腔中除前腔6以外的腔体为后腔5。具体来说，后腔5包括第一挡墙91远离出声孔7一侧所在竖直面、第一壳体11、下壳2与侧面壳体之间的腔体，以及位于第一挡墙91远离出声孔7的一侧所在竖直面、且位于振动膜片41与下壳2之间的腔体。

第二挡墙92为折线形，其位于后腔5中，与侧面壳体、第一挡墙91和第一壳体11包围形成前腔谐振腔8。前腔谐振腔8靠近扬声器单元4设置、位于后腔5中靠近前腔的一侧。前腔谐振腔8在第一挡墙91处设有通气孔81，前腔谐振腔8与前腔6之间通过通气孔81连通。通气孔81开口尺寸小于前腔谐振腔的高度。前腔谐振腔8中远离通气孔81的一侧填充实施例1的声学增强材料块82，声学增强材料块82的体积为前腔谐振腔8体积的50％。本实施例中所用的声学增强材料块82的形状为贴合前腔谐振腔8腔体外壳的形状，在前腔谐振腔8中的具体填充状态可以如图2所示。前腔谐振腔8的内部还可以设有贴合其腔体壁的缓冲材料。

在另一些具体实施方案中，声学增强材料块82也可以替换为颗粒形式的其他声学增强材料，此时，前腔谐振腔8的通气孔81还可以设有网布，用于间隔颗粒与前腔6，同时避免声学增强材料颗粒从前腔谐振腔8中脱落。

对比例1

本对比例提供了一种微型扬声器，其构造与实施例2的微型扬声器的构造基本相同，区别仅在于本对比例的微型扬声器中的前腔谐振腔8中不填充任何材料(包括不填充实施例1的声学增强材料块82或其他声学增强材料)。

测试例1

对实施例2的微型扬声器与对比例1的微型扬声器进行性能测试，测得的高频频率响应曲线如图9所示。从图9可以看出，相比于未填充声学增强材料块的微型扬声器，在前腔谐振腔中填充声学增强材料块的微型扬声器的高频性能曲线更为平坦，说明在前腔谐振腔中填充声学增强材料块对微型扬声器的音质有很大的提升作用。