CN101851717B

CN101851717B - 壳体及应用该壳体的发声装置

Info

Publication number: CN101851717B
Application number: CN201010201342.1A
Authority: CN
Inventors: 李文珍; 陈皇妙
Original assignee: Tsinghua University; Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Current assignee: Tsinghua University; Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Priority date: 2010-06-14
Filing date: 2010-06-14
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2030-06-14
Also published as: JP2012005103A; CN101851717A; US20110305361A1; US8903115B2

Abstract

一种用于发声装置的壳体，该壳体的材料为镁基复合材料，该镁基复合材料包括镁基金属和分散在该镁基金属中的纳米增强相。本发明还涉及一种发声装置，其包括：壳体；以及扬声器，该扬声器设置于该壳体内部；该壳体的材料为镁基复合材料，该镁基复合材料包括镁基金属和分散在该镁基金属中的纳米增强相。

Description

壳体及应用该壳体的发声装置

技术领域

本发明涉及一种壳体及应用该壳体的发声装置，尤其涉及一种合金壳体及应用该合金壳体的发声装置。

背景技术

随着新技术和新材料的不断发展，人们对视听品质的要求也越来越高。发声装置，如耳机、音响，产品层出不穷，然而，现有技术中对发声装音质的改进多着重于其内置扬声器的改进，对壳体改进则较少。但壳体对音质的响应同样很大，直接影响扬声器的效果。

以耳机为例，其壳体多由于共振及混响对扬声器及整个耳机的发声效果造成影响，现有技术中的耳机壳体为塑料或树脂，造成耳机发声的混响较长，壳体的共振较强，发声效果不够清晰，使耳机存在音质不好的问题。另外，塑料或树脂的壳体耐用性不好，容易变形，并且不够轻巧。

发明内容

一种用于发声装置的壳体，该壳体的材料为镁基复合材料，该镁基复合材料包括镁基金属和分散在该镁基金属中的纳米增强相。

一种发声装置，其包括：壳体；以及扬声器，该扬声器设置于该壳体内部；该壳体的材料为镁基复合材料，该镁基复合材料包括镁基金属和分散在该镁基金属中的纳米增强相。

与现有技术相比较，本技术方案采用镁基复合材料作为发声装置的壳体，可以减少壳体产生的混响及共振，使发声效果清晰，从而提高发声装置的音质。并且，镁基复合材料的壳体比塑料壳体更为坚固耐用，由于该壳体具有较好的强度，在满足强度需要的前提下，可采用较小的壁厚，从而减轻发声装置的总体质量，并使发声装置内部空间增大。

附图说明

图1是本技术方案实施例耳机的结构示意图。

图2是AZ91D镁合金50倍光学显微镜照片。

图3是具有质量百分比为0.5％的纳米增强相的镁基复合材料50倍光学显微镜照片。

图4是具有质量百分比为1％的纳米增强相的镁基复合材料50倍光学显微镜照片。

图5是具有质量百分比为1.5％的纳米增强相的镁基复合材料50倍光学显微镜照片。

图6是镁基复合材料中碳化硅与镁晶粒界面的高分辨率透射电镜照片。

图7是具有不同质量百分含量的纳米增强相的镁基复合材料抗拉强度的测试数据图。

图8是具有不同质量百分含量的纳米增强相的镁基复合材料伸长率的测试数据图。

图9是具有不同材料的耳机壳体的耳机的总谐波失真曲线测试数据图。

图10是具有塑料耳机壳体的耳机的瀑布分析图。

图11是具有AZ91D镁合金耳机壳体的耳机的瀑布分析图。

图12是具有镁基复合材料耳机壳体的耳机的瀑布分析图。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本技术方案实施例的发声装置。

本技术方案提供一种发声装置，该发声装置包括中空的壳体以及设置于壳体内部的扬声器。该发声装置可以是耳机、音响、喇叭、手机、笔记本电脑或电视。

请参阅图1，本技术方案实施方式以耳机10为例，该耳机10包括中空的耳机壳体以及设置于壳体内部的扬声器14。该耳机10可以为头戴式、耳挂式、入耳式或耳塞式等结构。

该扬声器14可以为电动式、电容式、静电式、气动式及压电式等类型。该扬声器14用于将电信号转换成声音信号。具体地，扬声器14可将一定范围内的音频电功率信号通过换能方式转变为失真小并具有足够声压级的可听声音。本实施例中，该扬声器14为电动式扬声器14。

该壳体的壁厚为0.01毫米至2毫米。该壳体可包括面对使用者的前部12及连接导线的后部16，该前部12可进一步包括多个出声孔。本实施例中，该耳机为耳塞式，前部12为具有出声孔的圆片盖体，后部16为与圆片盖体扣合的碗形基座。

该壳体的前部12和后部16中至少一个部分由镁基复合材料制成。本实施例中，该壳体整体由镁基复合材料制成，即圆片盖体与碗形基座的材料均为镁基复合材料。该镁基复合材料包括镁基金属和分散在该镁基金属中的纳米增强相。该纳米增强相可以为碳纳米管、碳化硅纳米颗粒、氧化铝纳米颗粒、碳化钛纳米颗粒、碳化硼纳米颗粒、石墨纳米颗粒或其混合，优选为碳纳米管或碳化硅纳米颗粒。该碳纳米管可以为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米～50纳米，所述双壁碳纳米管的直径为1.0纳米～50纳米，所述多壁碳纳米管的直径为1.5纳米～50纳米。该纳米增强相在镁基复合材料中的质量百分含量约为0.01％至10％，优选为0.5％至2％。该纳米增强相的形状可以为粉末、纤维或晶须。该纳米增强相的尺寸约为1纳米至100纳米，优选为30纳米至50纳米。该镁基金属为纯镁或镁合金。该镁合金的组成元素除镁外，还包括锌、锰、铝、锆、钍、锂、银、钙等合金元素的一种或多种，其中镁占镁合金质量百分比80％以上，其它金属元素的总合占镁合金质量百分比20％以下。该镁合金的型号可以为AZ91、AM60、AS41、AS21、AE42，优选为AZ91。

该纳米增强相的加入有利于镁基金属晶粒的细化，能够提高该壳体的抗拉强度(tensile strength)及伸长率(elongation)。本实施例中，该镁基金属采用AZ91D型号的镁合金，该纳米增强相采用碳纳米管或碳化硅纳米颗粒。请参阅图2至图5，将具有质量百分比为0.5％，1％及1.5％的纳米增强相的镁基复合材料与纯AZ91D镁合金进行晶粒对比，发现随着纳米增强相质量百分比在0.5％至2％范围内逐渐提高，该镁基复合材料的晶粒明显减小。所述该镁基复合材料的晶粒比用于制造该镁基复合材料的镁基金属的晶粒减小60％至75％。该镁基复合材料的晶粒约为100微米至150微米。本实施例中，当该镁基复合材料的纳米增强相为质量百分比为0.5％至2％的碳纳米管时，该镁基复合材料的晶粒可以比AZ91D镁合金的晶粒减小60％至75％。请参阅图6，当该镁基复合材料的纳米增强相为质量百分比为0.5％至2％的碳化硅时，镁晶粒与碳化硅晶粒之间的界面清晰，不存在界面间反应的中间相。请参阅图7，将纳米增强相为不同质量百分含量的碳纳米管的镁基复合材料进行抗拉强度测试，发现当碳纳米管占镁基复合材料质量百分比为1.5％时，该镁基复合材料具有较好的抗拉强度。

请参阅图8，将纳米增强相为不同质量百分含量的碳纳米管的镁基复合材料进行伸长率测试，发现当碳纳米管占镁基复合材料质量百分比为1.5％时，该镁基复合材料具有较好的伸长率。上述测试表明，通过在镁基金属中加入纳米增强相，有效地细化了晶粒，提高了镁基复合材料的抗拉强度及伸长率，有利于该耳机壳体的制造，并有利于提高该耳机壳体的强度和耐用性，具体试验数据请参阅表1。

表1抗拉强度及伸长率测试数据表

碳纳米管质量百分含量 0％ 0.01％ 0.5％ 1％ 1.5％ 2％

抗拉强度(MPa) 86 86.5 89 96 104 90

伸长率(％) 0.92 0.93 1.1 1.26 1.28 0.67

该壳体的制造方法可以为触变成形、压铸成形、粉末冶金或机械加工成形等。具体地，可将所述纳米增强相的粉末、纤维或晶须加入熔融的镁基金属中，并通过触变成形或压铸成形的方法得到耳机壳体，或者可以将镁基金属的粉末与纳米增强相进行混合，并通过粉末冶金的方法制备耳机壳体，另外，也可以将所述镁基复合材料预先形成坯体，并通过机械加工的方式形成耳机壳体。

在本实施例中，该镁基复合材料的制备方法包括以下步骤：

首先，提供镁基金属及纳米增强相；

其次，将纳米增强相在460℃至580℃下加入熔融的镁基金属进行混合形成混合物；

再次，在620℃至650℃下对该混合物进行超声波处理使纳米增强相均匀分散在镁基金属中；以及

最后，将该混合物在650℃至680℃下进行浇铸，形成镁基复合材料坯体。

在上述混合、超声波处理及浇铸过程中的温度分三个阶段逐渐升高，有利于使镁基复合材料中的晶粒细化，并且，上述过程均在保护气体中进行，以防止镁基金属被氧化。所述保护气体可选自惰性气体和氮气中的一种或多种，本实施例中保护气体优选为为氮气。

具体地，该镁基金属可以为AZ91D镁合金，该纳米增强相可以为碳纳米管或碳化硅。该熔融的镁基金属可设置于一内部充满保护气体的容器中。在将纳米增强相加入该熔融的镁基金属的过程中可进一步通过搅拌器不断对容器中的混合物进行机械搅拌，使纳米增强相和该熔融的镁基金属初步混合，得到一混合浆料。

该超声波处理的过程可以是将混合物连同容器置于一高能量超声波震荡搅拌装置中，在一定频率的超声波下震荡一段时间后，得到一均匀混合浆料。所述超声波的频率为15千赫兹至20千赫兹，本实施例中超声波的频率优选为15千赫兹。所述超声波处理的时间为5分钟至40分钟，优选为30分钟。本技术方案所采用超声震荡的超声波频率选择为15-20千赫兹，相对于一般超声波频率48千赫兹而言，本技术方案所采用的超声波的频率较低，而此超声震荡装置为一高能量超声震荡搅拌装置，因此该超声震荡装置的振幅较大，因此可以使轻金属熔汤中的轻金属微粒发生剧烈运动，从而可以使纳米级颗粒增强体在轻金属熔汤中均匀分配，得到一均匀混合浆料。

在浇铸的过程中该混合浆料可浇铸至一模具中冷却固化，形成该镁基复合材料坯体。进一步地，可通过一挤压成型处理过程处理该镁基复合材料坯体。通过该挤压成型处理过程，该纳米增强相在该混合物中经再次分配，分散更加均匀，可进一步提高该镁基复合材料的强度和韧性。

该坯体可进一步通过压铸成型，得到该耳机壳体。将碳纳米管作为纳米增强相，AZ91D镁合金作为镁基金属，且该纳米增强相的质量百分含量为1.5％，通过压铸成形法制备壳体。请参阅表2，该镁基复合材料制成的壳体与塑料壳体及AZ91D镁合金壳体相比，具有较好的屈服强度，且密度比AZ91D镁合金有所降低。

表2不同材料壳体性能对比

参数塑料(PC+ABS) AZ91D镁合金镁基复合材料

密度(g/cm3) 1.07 1.82 1.80

屈服强度(MPa) 39 230 276

在采用相同形状壳体的条件下，对采用该镁基复合材料的壳体的耳机进行声学测试，并与AZ91D镁合金壳体的耳机及塑料壳体的耳机进行对比发现，采用该镁基复合材料的壳体制成的耳机与采用AZ91D镁合金壳体的耳机和采用塑料壳体的耳机具有基本一致的频率响应曲线及阻抗曲线。然而，请参阅图9，采用该镁基复合材料的壳体制成的耳机在三种测试的耳机中具有最小的总谐波失真。在20赫兹至50赫兹频率范围内，采用镁基复合材料的壳体的耳机的总谐波失真比AZ91D镁合金壳体的耳机减少约10％。

请参阅图10至12，从采用不同材料的壳体的瀑布分析图中可以看出，在20赫兹至30赫兹范围，采用镁基复合材料壳体的耳机音频振幅最低，从而使这种耳机的总谐波失真最小，而在100赫兹至600赫兹范围，采用镁基复合材料壳体的耳机比其它两种耳机波形均一，可知这种耳机具有发声效果清晰的特点。

本技术方案采用镁基复合材料作为耳机的壳体，可以缩短耳机发声的混响，减少耳机壳体共振，使发声效果清晰，从而提高耳机的音质。并且，镁基复合材料的壳体比塑料壳体更为坚固耐用，由于该壳体具有较好的强度，在满足强度需要的前提下，可采用较小的壁厚，从而减轻耳机的总体质量，并使耳机内部空间增大。另外，镁基复合材料具有良好的导热性，利于耳机散热。

本领域技术人员可以理解，本技术方案虽然以耳机作为具体实施例进行说明，然而由于所述壳体因制造壳体的材料本身具有上述优点，因此具有所述壳体的其它发声装置也能具有发声效果较好，质量较轻，坚固耐用且易于散热的优点。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims

1.一种用于发声装置的壳体，其特征在于，该壳体的材料为镁基复合材料，该镁基复合材料包括镁基金属和分散在该镁基金属中的纳米增强相，该纳米增强相为碳纳米管、碳化硅纳米颗粒、氧化铝纳米颗粒、碳化钛纳米颗粒、碳化硼纳米颗粒、石墨纳米颗粒中的一种或多种的混合，该纳米增强相在镁基复合材料中的质量百分含量为0.5%至2%，且该镁基复合材料的晶粒尺寸为100微米至150微米。

2.如权利要求1所述的用于发声装置的壳体，其特征在于，所述纳米增强相在镁基复合材料中的质量百分含量为1.5％。

3.如权利要求1所述的用于发声装置的壳体，其特征在于，所述纳米增强相的尺寸为30纳米至50纳米。

4.如权利要求1所述的用于发声装置的壳体，其特征在于，所述镁基复合材料的晶粒尺寸比所述镁基金属的晶粒尺寸减小60%至75%。

5.如权利要求1所述的用于发声装置的壳体，其特征在于，所述镁基金属为镁或镁合金。

6.如权利要求5所述的用于发声装置的壳体，其特征在于，所述镁合金的型号为AZ91、AM60、AS41、AS21或AE42。

7.如权利要求4至5中任意一项所述的用于发声装置的壳体，其特征在于，所述镁合金的型号为AZ91D，所述纳米增强相为碳纳米管，所述碳纳米管在镁基复合材料中的质量百分含量为1.5％。

8.如权利要求1所述的用于发声装置的壳体，其特征在于，所述壳体的壁厚为0.01毫米至2毫米。

9.一种发声装置，其包括：

壳体；以及

扬声器，该扬声器设置于该壳体内部；

其特征在于：该壳体的材料为镁基复合材料，该镁基复合材料包括镁基金属和分散在该镁基金属中的纳米增强相，该纳米增强相为碳纳米管、碳化硅纳米颗粒、氧化铝纳米颗粒、碳化钛纳米颗粒、碳化硼纳米颗粒、石墨纳米颗粒中的一种或多种的混合，该纳米增强相在镁基复合材料中的质量百分含量为0.5%至2％，且该镁基复合材料的晶粒尺寸为100微米至150微米。

10.如权利要求9所述的发声装置，其特征在于，所述发声装置比相同形状的采用所述镁基金属制成的壳体的发声装置，在20赫兹至50赫兹频率范围内总谐波失真减少10%。

11.如权利要求9所述的发声装置，其特征在于，所述镁基复合材料的晶粒尺寸比所述镁基金属的晶粒尺寸减小60%至75%。

12.如权利要求9所述的发声装置，其特征在于，所述纳米增强相在镁基复合材料中的质量百分含量为1.5%。

13.如权利要求9所述的发声装置，其特征在于，所述纳米增强相的尺寸为30纳米至50纳米。

14.如权利要求9所述的发声装置，其特征在于，所述镁基金属为镁或镁合金。

15.如权利要求14所述的发声装置，其特征在于，所述镁合金的型号为AZ91、AM60、AS41、AS21或AE42。

16.如权利要求9至11中任意一项所述的发声装置，其特征在于，所述镁基金属为型号为AZ91D的镁合金，所述纳米增强相为碳纳米管，所述碳纳米管在镁基复合材料中的质量百分含量为1.5%。

17.如权利要求9所述的发声装置，其特征在于，所述发声装置为耳机、音响、喇叭、手机、笔记本电脑或电视。

18.如权利要求9所述的发声装置，其特征在于，所述壳体的壁厚为0.01毫米至2毫米。