CN104221398B - 具有位于第二平面中的输出窗口的换能器 - Google Patents
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Abstract
换能器，包括：空气位移组件，其被配置为当施加电信号时移动来产生在第一平面中在该空气位移组件的移动方向上的声波；换能器外壳，其被配置为机械上支持该空气位移组件，其中该换能器外壳包括位于第二平面中并且在第二平面中与该空气位移组件声学上耦合的至少一个输出窗口。
Description
技术领域
本申请涉及扬声器和换能器(transducer)设备。在一些实施例中该设备涉及用于移动设备的扬声器和换能器设备。
背景技术
一些便携式电子装置包括例如扩音器(loudspeakers)和/或听筒(earpieces)这样的被要求是尺寸小的换能器。换能器是例如移动电话这样的电子装置中的为了回放音乐或进行电话交谈的目的的重要组件。电子装置中的换能器的质量和响度是重要的，尤其是当用户离在离开该电子装置一段距离处听电子装置产生的声音时。
常规的扬声器或声学换能器设备被配置为在换能器移动的方向上宽广地产生声波并且比起它们的深度来通常更宽。这样的换能器的常见用法是作为移动装置里的扩音器或听筒。但是要维持合理的音频质量以及通过运营商和类型批准的要求，作为听筒或扩音器操作的换能器具有被定义的最小容积。
发明内容
根据本申请的第一方面提供了一种换能器，包括空气位移组件，其被配置为当施加电信号时移动来产生在第一平面中在该空气位移组件的移动方向上的声波；换能器外壳，其被配置为机械上支持该空气位移组件，其中该换能器外壳包括位于第二平面中并且在第二平面中与该空气位移组件声学上耦合的至少一个输出窗口。
该输出窗口可以是边缘输出窗口，以及所述第一平面和所述第二平面之间的角基本上在从45度至135度的范围内。
该第一平面和该第二平面可以是基本上垂直。
一种设备可以包括如本文中所讨论的换能器，该设备可以包括设备输出窗口，所述设备输出窗口位于第三平面中并且在第三平面中与该被配置为输出该声波的空气位移组件声学上耦合，其中该第一平面和该第三平面之间的角基本上在从45度至135度的范围内，其中该换能器外壳输出窗口可以是与该空气位移组件声学上耦合并且基本上沿着该第一平面开着的前面输出窗口。
该设备可以包括声学耦合，其被配置为声学上耦合该换能器外壳前面输出窗口和该设备输出窗口。
该设备可以进一步包括印刷线路板，其中该换能器与该印刷线路板耦合。
该换能器可以包括：高度，其被配置是最长的物理度量并且是由空气位移组件的宽度定义的；以及宽度，其被配置是最短的物理度量并且是由该空气位移组件的最大位移定义的。
该空气位移组件可以是振膜。
根据第二方面提供了一种操作换能器的方法，包括：当施加电信号时移动空气位移组件来产生在第一平面中在该空气位移的移动方向上的声波；机械上支持该空气位移组件；提供换能器外壳中的至少一个输出窗口，该输出窗口位于第二平面中并且在第二平面中与该空气位移组件声学上耦合。
该输出窗口可以是边缘输出窗口，以及该第一平面和该第二平面之间的角基本上在从45度至135度的范围内。
该第一平面和该第二平面可以是基本上垂直。
该方法可以包括：提供与该换能器声学上耦合的在第三平面中的设备输出窗口，其中该第一平面和该第三平面之间的角基本上在从45度至135度的范围内；以及提供换能器外壳中的至少一个输出窗口包括提供与该空气位移组件声学上耦合的并且基本上沿着该第一平面开着的前面输出窗口。
该方法可以进一步提供该换能器外壳前面输出窗口和该设备输出窗口之间的声学耦合。
根据第三方面提供了一种换能器，包括：通过在施加电信号时位移空气来产生在第一平面中在空气位移方向上的声波的部件；用于机械上支持该用于产生声波的部件的部件，其中该用于机械上支持的部件包括位于第二平面中并且在第二平面中与该用于产生声波的部件声学上耦合的用于准许该声波出去的部件。
该用于准许该声波出去的部件可以是边缘输出窗口，以及该第一平面和该第二平面之间的角基本上在从45度至135度的范围内。
该第一平面和该第二平面可以是基本上垂直。
一种设备可以包括如本文中所讨论的换能器，该设备可以包括用于准许该声波从该设备出去的部件，该部件位于第三平面并且在第三平面中与该被配置为输出该声波的空气位移组件声学上耦合，其中该第一平面和该第三平面之间的角基本上在从45度至135度的范围内，其中用于准许该声波出去的该换能器部件可以是与该空气位移组件声学上耦合并且基本上沿着该第一平面开着的前面输出窗口。
该设备可以进一步包括用于将用于准许所述声波出去的该换能器部件以及与用于准许该声波出去的设备部件声学上相耦合的部件。
该用于产生声波的部件可以是振膜。
附图说明
为了更好地理解本申请以及关于本申请如何可被付诸实行，现将作为示例引用附图，其中：
图1示出根据一些实施例的设备的示意框图；
图2a和2b示出根据一些实施例的装有扬声器或声学换能器的设备的示意图；
图3a至3d示出根据一些实施例的装有扬声器或声学换能器的设备的示意等角投影图；
图4a和4b示出根据一些实施例的装有扬声器或声学换能器的设备的示意剖面图；
图5a和5b示出常规的设备和换能器配置的示意图；以及
图6a和6b示出图5a和5b中的换能器的进一步细节的示意图。
具体实施方式
下文描述用于扩音器或声学换能器的配置以及适合于产生音频信号的封装包布置的设备和方法。
图1公开了包括换能器或扬声器33的电子装置或设备10的示意图表示。换能器33可以是集成的扬声器，例如集成免提扬声器(IHF)、扩音器或听筒。在一些其他实施例中，换能器可以是与盖子或其他设备/电话的部分集成而形成扬声器箱。
一些实施例中的换能器33可以是任意适合的扬声器类型。例如，在一些实施例中，换能器可以包括电动力学换能器。额外地或替换地，换能器33包括具有下列任意项的多功能装置(MFD)组件；组合式听筒、集成免提扬声器、震动产生部件或其组合。
在一些实施例中，设备10可以是移动电话、便携音频装置、或其他用于播放声音的部件。设备10有用于准许声波从换能器传向外面环境的声音出口。
在一些实施例中，设备10是用于操作在无线通信系统中的移动终端，移动电话或用户设备。
在其他实施例中，设备10是被配置为产生声音的任意适合的电子装置，例如数字摄像机、便携音频播放器(mp3播放器或类似的)、便携视频播放器(mp4播放器或类似的)以及便携计算机，例如便携式电脑计算机。在一些其他实施例中，设备10可以是任意适合的音频或音频子系统组件或任意适合的音频捕捉/音频演奏装置。
在一些实施例中，设备10包括连接到处理器21的声音产生模块。处理器21可以被配置为执行多种程序代码。被实施的程序代码可以包括用于控制换能器33来产生声波的代码。
在一些实施例中，被实施的程序代码可被存储在例如存储器22中的程序代码部分23内，以用于被处理器21在任何需要的时候提取。存储器22可以进一步提供用于存储数据(例如已经依照实施例被处理的数据)的部分24。在一些实施例中，代码可以至少部分地被实施在硬件或固件中。
在一些实施例中，处理器21是经由数模变换器(DAC)32连接到换能器33。数模变换器(DAC)32可以是任意适合的变换器。
在一些实施例中，设备可以包括声音捕捉组件，例如麦克风12和与处理器21耦合的模数变换器(ADC)14。
在一些实施例中，DAC32向换能器33发送电子音频信号输出，并且当接收来自DAC32的音频信号后，换能器33产生声波。在其他实施例中，设备10接收来自其他电子装置的用于控制换能器33的控制信号。
处理器21可以进一步被连接到收发机(TX/RX)13、用户接口(UI)15和显示器(未示出)。用户接口15可以使用户能够向设备10输入命令或数据。设备10可以采用任意适合的输入技术。要理解的是，例如在一些实施例中，设备可以采用小键盘、键盘、鼠标、轨迹球、触摸屏、操纵杆和无线控制器中的至少一种来提供向设备10的输入。
如本文讨论的，听筒或扩音器换能器配置要求在装置中被定义的最小容积。关于图5a、5b、6a和6b展示了换能器的典型机械布局配置的示意视图。设备或装置的外壳101通常有前面或显示侧104和背侧102。如图5a和5b中的插图所示，并且在图6a和6b中进一步详细表示的，显示侧104通常有至少一个声学窗口106，并且与至少一个声学窗口相邻的是安装在印刷线路板(PWB)211(或类似的印刷电路板(PCB))上的换能器151。但是，要理解的是，有时印刷线路板或类似的PCB不靠近换能器或支持换能器。此外要理解的是，换能器和PWB(和/或PCB)之间的耦合可以是弯曲连接器。换能器151被配置为通过声学衬垫113与外壳声学窗口106声学上耦合，该声学衬垫113被配置为定义振膜105和声学窗口106之间的前面容积或腔室并且准许产生在基本上和膜的运动一致的方向上的声波。但是要理解的是，腔室也可以被去除或者小到可以忽略，所以扩音器将差不多直接与外壳声学窗口106耦合。为了制造足够级别的声波，被磁体107产生的磁场控制的膜105所掠过的容积通常宽而浅。如图5a和6a所示的换能器151的方位是这样的，其使得换能器151在设备外壳101中经由基本上与振膜运动方向一致的换能器声学窗口123声学上耦合到声学窗口或窗口们106。如图5b和6b所示的示例中，换能器声学窗口123被防尘衬垫125部分封住，该防尘衬垫125被配置为准许空气通过但是不允许尘埃或者其他对于换能器来说的异物的进入。
此外如图5a和6a所示，在一些示例中换能器151能被配置具有在振膜105背面的背面声学开口501。在一些环境中背面声学开口501通往背面声学的或关闭的腔室，例如当换能器正被实施在集成免提扬声器组件中时。在一些实施例中，例如图5b和6b所示的示例中，朝向振膜105背面的背面声学开口被背面防尘衬垫503部分封住，该背面防尘衬垫503被配置为准许空气通过但是不允许尘埃或者其他对于换能器来说的异物的进入。
这种制造适合的声学输出的“宽而浅”的机械结构与当前便携/移动终端的工业设计潮流不一致或不合步调。当前便携/移动终端的工业设计潮流是用于“无框的”或最小化框或镶嵌板外圈的装置，其具有装置前面区域上最大化的显示区域。但是实施“宽而浅”的换能器要求移动装置外壳延伸超过声学的输出来包围换能器的总宽度，如图6a和6b中的度量503所示。换句话说，在音频质量和振膜105的宽度以及显示器的上部边缘和装置的上部边缘之间要求的用于容纳换能器的区域之间存在折中。
本文描述的并且在图2至4中所示的换能器准许能更容易被容纳在移动装置和设备内的扩音器配置，并且不要求在设备的显示器和边缘之间的宽的镶嵌板外圈或间距布置。
在这样的实施例中换能器的机械配置或封装沿着水平轴中的一条被有效地旋转。要理解的是，通过旋转机械配置，由膜105定义的最长度量对换能器宽度贡献的效果减小了。要理解的是，在这样的实施例中，由膜105定义的最长度量对换能器高度的贡献的效果增加换能器的高度。换句话说，换能器从“宽而浅”的配置变为“窄而深”的配置。要理解的是，在一些实施例中，有效旋转可以少于90度，其中较小的旋转将是换能器封装包的宽度和厚度之间的折中。
例如，在如图2a和2b所示的一些实施例中，换能器111基本上旋转了90度(或pi/2弧度)，换句话说，换能器振膜、产生声波的部件、空气位移组件等与设备的前面盖子104(以及印刷线路板(PWB))定义的平面基本上垂直。
如图2a所示的扩音器或换能器111与如图5a和6a所示的换能器不同(以及类似地，如图2b所示的示例与如图5b和6b所示的换能器不同)，差异不仅在于被旋转，而且在于背面声学开口501被移到换能器外壳的边缘或侧面来形成至少一个换能器侧面声学开口121，或换能器侧面声学窗口。在这样的实施例中，换能器侧面窗口121经由声学衬垫113与外壳101的前面104声学窗口在声学上耦合，从而准许声波从换能器111传向环境中。在替换实施例中，换能器111可以包括至少一个换能器侧面声学窗口121、至少一个背面声学开口501以及至少一个换能器声学窗口123。在一些实施例中，换能器与外壳的声学窗口直接地声学上耦合，换句话说在换能器(至少一个侧面窗口)与设备外壳之间没有衬垫或间接耦合。
要理解的是，虽然在关于图2至4所示的示例中至少一个换能器边缘或换能器声学窗口与外壳的前面耦合并且特别地与外壳的前面声学窗口耦合，但是在一些实施例中可有至少一个换能器边缘或换能器侧面声学窗口与外壳的背面声学上耦合。此外在一些实施例中可以包括换能器侧面声学窗口与外壳的前面和背面都耦合。
换能器111在一些实施例中包括至少一个在换能器振膜105的“前面”的进一步的或换能器前面声学窗口123，它定义在振膜105和设备10的内部之间的“前面的容积或腔室”。在一些实施例中，该进一步的或换能器前面声学窗口可与外壳声学窗口耦合。在一些实施例中，换能器前面声学窗口123可与外壳的一个侧面耦合，而换能器侧面声学窗121与另一侧面耦合。例如，换能器前面声学窗口123可与设备外壳的背面耦合，而换能器侧面声学窗121与设备外壳的前面耦合。在一些实施例中，此耦合反过来也一样，或都在设备外壳的前面、都在设备外壳的背面、或至少一个在设备外壳的边缘或侧面上。
在一些实施例中，与换能器前面声学窗口123关联的声学耦合被配置为免提声学腔室，其与设备外壳声学窗口耦合来提供适合的集成免提功能。所以，在这些实施例中，换能器侧面声学窗口121可耦合到设备的前面(换句话说，设备外壳的前面声学窗口)并且提供听筒功能，并且换能器前面声学窗口123可经由适合的腔室耦合到设备的背面或侧面(换句话说，设备外壳的背面声学窗口或边缘或侧面声学窗口)并且可以提供集成的免提扬声器功能。要理解的是，在一些实施例中用于免提功能的适合的腔室可被去除或小到可忽略。
如图2b所示的示例中，在换能器侧面声学开口121上有额外的边缘或侧面防尘衬垫122以及在位于换能器振膜105“前面”的换能器前面声学窗口123上有“前面”防尘衬垫125，这两个衬垫都被配置为准许空气通过但是不允许尘埃或者其他对于换能器来说的异物的进入。在一些实施例中在磁体和磁性吸盘之间包括空气缝隙131。
如本文描述的，换能器或扩音器被配置为如根据一些实施例所示的那样相对于设备的显示器/前面盖子处在“边缘”，这准许由度量161定义的换能器封装包的宽度比振膜的宽度小。换句话说，换能器侧面声学窗口121准许换能器振膜有相对小的“水平”度量。例如在一些实施例中，封装包可以具有2.5毫米的水平度量，空气缝隙或声学窗口的直径为0.5毫米并且从空气缝隙、声学窗口和换能器的背面算起的度量161为1毫米。这些度量是示例度量，但是展示了当与远大于2.5毫米的常规宽度相比时声学窗口和换能器边缘之间的距离通常可以很小。
在一些实施例中，换能器111被位于换能器111和设备外壳声学窗口106之间的集尘器保护以防异物和污染物。在一些实施例中，集尘器包括被配置为收集金属物的第一磁性层或mu材料(mu-material)层以及支持靠近设备外壳声学窗口106的磁性层或mu材料层的支持层。
此外，在一些实施例中，有关印刷线路板的换能器的安装可以通过将扬声器或换能器支持或耦合到印刷线路板层的连接器或弹性构件来实施。
换句话说，在一些实施例中有换能器，包括：空气位移组件，其被配置为当施加电信号时移动来产生在第一平面中在该空气位移的移动方向上的声波；以及换能器外壳，其被配置为机械上支持该空气位移组件，其中该换能器外壳包括位于第二平面中并且在第二平面中在声学上与该空气位移组件耦合的输出窗口，其中该第一平面和该第二平面之间的角基本上在从45度至135度的范围内。在一些实施例中，第一平面和第二平面之间的角是基本上垂直的(或者换句话说，基本上90度或pi/2弧度)。
本文描述的关于本发明申请的一些实施例的换能器的实施配置被进一步展示在等角投影图3a至3d和剖面图4a和4b中。
如图3a至3d所示，在一些实施例中换能器111可以经由支持201与外壳104物理上耦合。支持201可以是任意适合的支持机制。此外如图3a至3d所示的是安装在与换能器和外壳104有关的印刷线路板(PWB)或印刷电路板(PCB)211上的设备的其他内部组件。关于图3d，显示器装配件221被展示在外壳104的下侧上。
如图4a和4b所示，换能器111的剖视图、被配置为将换能器与外壳101耦合的声学耦合或衬垫113、外壳的前面104、显示器221和印刷线路板(或印刷电路板)211被示出，从而证明根据一些实施例的换能器封装包的“窄的宽度”要求。
应当了解的是，便携设备(portable apparatus)此术语是指用户装置(userequipment)。用户装置意图涵盖任意适合的类型的无线用户设备，例如移动电话、便携数据处理设备或便携网络浏览器。此外，要理解的是，声学声道此术语意图涵盖声音出口、通道和空洞，以及这类的声道可以和换能器形成一体，或者作为换能器与设备的机械集成的部分。
大体上，各种实施例可以以硬件或专用电路、软件、逻辑或其任意的结合来实施。本发明申请的一些方面可以以硬件实施，而其他方面可以以可被控制器、微处理器或其他计算设备执行的固件或软件来实施，尽管本发明申请不限于此。虽然本发明申请的多种方面可以被图示和描述为框图、流程图、或使用一些其他的绘图表示，不难理解本文描述的这些框、设备、系统、技术或方法可以以作为非限制性示例的硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其他计算设备、或其一些结合来实施。
本发明申请的实施例可由可被移动设备的数据处理器执行的计算机软件实施，例如在处理器实体中，或由硬件实施，或由软件和硬件的结合实施。
例如，在一些实施例中设备制造方法可以通过执行计算机程序的处理器来实施。
在此方面，进一步应当注意到，如图中的逻辑流程的任意框可以表示程序步骤，或互相连接的逻辑电路、块和功能，或程序步骤和逻辑电路、块和功能的结合。软件可被存储在例如存储器芯片或在处理器之中实施的存储块的物理媒体、例如硬盘或软盘这样的磁性介质、以及例如DVD和其数据变形CD这样的光学媒体上。
存储器可以具有任意适合于本地技术环境的类型并且可使用任意适合的数据存储技术被实施，例如基于半导体的存储器装置、磁性存储器装置和系统、光学存储器装置和系统、固定存储器和可移除存储器。数据处理器可以具有任意适合于本地技术环境的类型，并且可以包含作为非限制性示例的一个或更多通用计算机、专用计算机、微处理器、数字信号处理器(DSPs)、专用集成电路(ASIC)、门级电路以及基于多核处理器架构的处理器。
本发明申请的实施例可以在例如集成电路模块的多种组件中被实践。集成电路的设计总的来说是高度自动化的过程。为了将逻辑级设计转换到已为在半导体基材上的蚀刻和形成做好准备的半导体电路设计中，现在已经有复杂且强大的软件工具。
例如由加利福尼亚州山景城的Synopsys,Inc.公司和加利福尼亚州圣荷西的Cadence Design公司提供的程序使用公认的设计规则和预先存储的设计模块的库在半导体芯片上自动化地为导体设计线路并且定位组件。一旦半导体电路的设计完成，由其产生的具有标准化的电子格式(例如Opus、GDSII、或类似)的设计可以被送往半导体制造设备或“fab”用于制造。
在本发明申请中使用的术语“电路装置”指以下所有：
(a)仅有硬件的电路实施(例如仅以模拟和/或数字电路装置实施)以及
(b)电路和软件(和/或固件)的结合，例如：(i)处理器(们)的结合或(ii)一起工作来引起例如移动电话或服务器的设备执行多种功能的处理器(们)/软件(包含数字信号处理器(们))的部分、软件、和存储器(们)，以及
(c)需要软件或固件(即使该软件或固件物理上不存在)以用于操作的电路，例如微处理器(们)或微处理器(们)的部分。
此“电路装置”的定义适用于本发明申请中此术语的所有使用，包括任何权利要求。作为本申请中使用的进一步示例，术语“电路装置”还涵盖仅仅是处理器(或多个处理器)或处理器的部分和它(或它们)的附随的软件和/或固件的实施方式。如果适用于具体的权利要求要素，“电路装置”此术语还涵盖例如用于移动电话的基带集成电路或应用处理器集成电路或在服务器、蜂窝网络装置、或其他网络装置中的类似的集成电路。
通过示范性的和非限制性的示例，上文描述已提供了对本发明申请的示范实施例的完整翔实的描述。但是当结合附图和所附权利要求阅读时，考虑到上文的描述，多种修改和调整对本领域技术人员来说可以是显而易见的。但是，所有这样的和类似的对本发明申请的教导的修改将仍属于由所附权利要求定义的本发明申请的范围。确实还存在进一步的实施例包括了前面所讨论的任意其他实施例中的一个或更多的组合。
Claims (14)
1.一种换能器，包括：
空气位移组件，其被配置为当施加电信号时移动，来从所述空气位移组件的第一面在所述空气位移组件的第一移动方向上，在第一平面中产生第一声波；以及
外壳，其被配置为机械上支持所述空气位移组件，其中所述外壳包括在所述第一平面中的第一开口，用于所述第一声波传播到所述第一开口中，其中所述外壳包括至少一个输出窗口，所述至少一个输出窗口与所述空气位移组件的所述第一面声学上耦合来在与所述空气位移组件的所述第一移动方向不同的第二方向上，在第二平面中产生第二声波，其中在所述至少一个输出窗口处，所述第二声波的第二方向与所述第一声波的第一方向不同，并且在所述至少一个输出窗口处，所述第二声波的第二方向不在与所述第一声波的第一方向相反的方向上。
2.根据权利要求1所述的换能器，其中所述第一平面和所述第二平面之间的角在从45度至135度的范围内。
3.根据权利要求2所述的换能器，其中所述第一平面和所述第二平面相互垂直。
4.根据权利要求1-3中的任意一项所述的换能器，其中所述换能器包括：
在所述外壳中的第二开口，其中所述第二开口与所述空气位移组件的第二面耦合。
5.根据权利要求1所述的换能器，其中所述至少一个输出窗口与在所述空气位移组件的第一面的所述第一开口声学上耦合。
6.根据权利要求4所述的换能器，其中所述至少一个输出窗口与在所述空气位移组件的第二面的所述第二开口声学上耦合，其中所述空气位移组件的第二面与所述空气位移组件的第一面相反。
7.根据权利要求4所述的换能器，其中所述至少一个输出窗口有比所述第一开口和所述第二开口中的至少一个小的度量。
8.根据权利要求1-3中的任意一项所述的换能器，其中所述换能器具有：
宽度，其被配置是由空气位移组件的宽度定义的最长的物理度量；以及
高度，其被配置是由所述空气位移组件的最大位移定义的最短的物理度量。
9.根据权利要求1-3中的任意一项所述的换能器，其中所述空气位移组件是振膜。
10.根据权利要求1-3中的任意一项所述的换能器，其中所述换能器是音频换能器。
11.一种包括根据权利要求1至10中的任意一项所述的换能器的设备，包括设备外壳，所述设备外壳包括与所述换能器的所述至少一个输出窗口声学上耦合的至少一个设备输出窗口，所述至少一个设备输出窗口被配置为将所述第二声波从所述设备外壳输出到所述设备的外部。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述至少一个设备输出窗口和所述换能器的所述至少一个输出窗口是在同一第二平面中。
13.根据权利要求11或12所述的设备，进一步包括印刷线路板，其中所述空气位移组件与所述印刷线路板电气上耦合。
14.根据权利要求11或12所述的设备，其中所述设备是便携电子装置。
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