CN104956693B - 用于音频换能器系统的谐振阻尼 - Google Patents
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Abstract
一种装置(10)，包括：音频换能器(201)、外壳部件(301)和声腔(203)。音频换能器(201)被配置成进行以下操作中的至少一项操作：在接收到由装置(10)提供的音频信号时生成声音；以及将声音转换成待由装置(10)处理的音频信号。外壳部件(301)包括一个或多个声孔径(303)，一个或多个声孔径(303)被配置成允许声音通过一个或多个声孔径(303)传输。声腔(203)在装置(10)内部并且使用一个或多个声孔径(303)被声耦合至音频换能器(201)，其中一个或多个声孔径(303)被配置成提供声学阻尼。
Description
技术领域
本发明总体上涉及声学以及音频换能器集成领域，并且更具体地涉及使用被定位在音频换能器与声腔之间的微孔径来提供用于谐振的声学阻尼。
背景技术
移动设备通常包括集成在设备内的音频部件(例如扬声器、麦克风)。音频部件的这样的集成需要考虑这些部件的有时可能与期望的声学特性冲突的机械和声学属性。这些考虑之一涉及当所述换能器被集成在移动设备内部时的声学谐振。
用于免提功能的扬声器集成应当产生足够的声压水平、扩展的带宽(尤其是低频响应)、低水平失真等。然而，在设备内部的这样的扬声器集成由于各种原因而可能一开始就具有缺点，这些原因包括磁组件小、膜片(diaphragm)面积有限、膜片偏移(excursion)有限等。此外，当今设备中的用例数目正在增加，而与此相反，机械尺寸却在减小，因此迫使与所述扬声器关联的所需气腔减小，这影响声音质量。由于不能对扬声器元件(包括换能器尺寸、膜片、音圈、悬架(suspension)和永磁体)进行优化以改善声音质量，所以用于扬声器集成的气腔和声学孔径变得至关重要。
存在涉及扬声器的后腔体积的众所周知的物理特性，其定义所得到的扬声器集成的灵敏度以及所得到的集成的低频极限。表述如下，后体积越大，则频率越低，或者备选地，后体积越大，则灵敏度越高。这些规则由于后腔内的体积具有与其关联的刚度而产生，该刚度取决于后腔体积以及压缩其的扬声器膜片的面积。因此，膜片面积越大，则空气呈现的刚度越大，并且后腔体积越小，则空气呈现的刚度越大。在这两种情况下，需要更大的力来压缩后腔体积内的空气。扬声器集成的基频谐振(其不依赖于任何外部电子均衡或者反馈来扩展低音响应)仅取决于驱动器的质量、后腔体积内部的空气的组合刚度以及膜片的悬架。组合比扬声器或者后腔体积自身的刚度都大，并且因此谐振频率更高。对于用以产生较低频率分量的这样的集成，需要较大的后腔体积，这转而表现出较小的刚度并且因此表现出较低的系统谐振。然而，这样较大的后腔体积对设备尺寸有影响，因此必须考虑合适的取舍。
已知谐振频率位置很重要，但是另外，这样的谐振频率的形状对于扬声器集成而言同样很重要。一些扬声器集成可以包括高品质因数(Q)，Q是描述谐振如何欠阻尼的设计参数并且另外表征谐振器相对于其中心频率的带宽。高Q谐振是在谐振频率处振铃(ring)的窄带。当扬声器与小的后腔体积声耦合时，后腔体积具有低柔度。在这些情况下，这样的高Q谐振可能在谐振频率处产生不期望的输出信号，除非应用期望的阻尼因数，这需要另外的设计考虑。扬声器集成的典型频率响应可以包括一个或多个谐振，并且这些谐振中的至少一个谐振可以是与频率响应的其余部分相比的尖峰。应当理解，借助于电子电路、一个或多个信号处理算法和/或机械部件(诸如阻尼布、泡沫材料等)引入合适的阻尼。已知这些考虑中的任何考虑单独地或者其组合定义谐振的形状。
发明内容
本申请的各个方面因此提供一种用于音频换能器的谐振阻尼。
根据第一方面，提供一种装置，该装置包括：音频换能器，被配置成进行以下操作中的至少一项操作：在接收到由该装置提供的音频信号时生成声音；以及将声音转换成待由该装置处理的音频信号；外壳部件，包括一个或多个声孔径，一个或多个声孔径被配置成允许声音通过一个或多个声孔径传输；以及在该装置内部的声腔，使用一个或多个声孔径被声耦合至音频换能器，其中一个或多个声孔径被配置成提供声学阻尼。
外壳部件可以为以下各项中的至少一项：PWB；底架部件；刚性或者半刚性结构；烧结材料结构；盖子；盖子结构；以及显示窗口。
外壳部件可以与声腔相邻以形成用于声腔的腔壁。
一个或多个声孔径中的至少一个声孔径可以具有小于0.5mm的直径。
一个或多个声孔径可以配置有被选择以提供预定声学特性的特性。
一个或多个声孔径的所选择的特性可以包括以下各项中的一项或多项：直径；面积；节距；厚度；节距/直径比；以及总开口面积。
声腔可以被形成为以下各项中的至少一项：用于音频换能器的后腔体积和前腔体积。
后腔体积可以以如下方式被基本上密封在该装置内部：阻止后腔体积内部的空气与由音频换能器产生的前声波混合。
密封的后腔体积可以包括密封音频换能器在一个或多个声孔径周围的声耦合表面。
声腔可以包括通过外壳部件平分得到的两个部分，使得声腔的第一部分使用一个或多个声孔径被声耦合至音频换能器，并且声腔的第二部分被直接耦合至音频换能器。
声腔可以被基本上密封。
音频换能器可以为以下各项中的至少一项：扬声器；以及麦克风。
根据第二方面，可以提供一种方法，该方法包括：提供音频换能器，音频换能器被配置成进行以下操作中的至少一项操作：在接收到由装置提供的音频信号时生成声音；以及将声音转换成待由该装置处理的音频信号；提供外壳部件，外壳部件包括一个或多个声孔径，一个或多个声孔径被配置成允许声音通过一个或多个声孔径传输；以及提供在该装置内部的声腔，声腔使用一个或多个声孔径被声耦合至音频换能器，其中一个或多个声孔径被配置成提供声学阻尼。
外壳部件可以为以下各项中的至少一项：PWB；底架部件；刚性或者半刚性结构；烧结材料结构；盖子；盖子结构；以及显示窗口。
该方法还可以包括：将外壳部件定位成与声腔相邻，以形成用于声腔的腔壁。
一个或多个声孔径中的至少一个声孔径可以具有小于0.5mm的直径。
该方法还可以包括：选择一个或多个声孔径的至少一个特性以提供预定声学特性。
至少一个特性可以包括以下各项中的一项或多项：直径；面积；节距；厚度；节距/直径比；以及总开口面积。
提供声腔可以包括将声腔形成为以下各项中的至少一项：用于音频换能器的后腔体积和前腔体积。
该方法还可以包括将后腔体积以如下方式基本上密封在该装置内部：阻止后腔体积内部的空气与由音频换能器产生的前声波混合。
基本上密封后腔体积可以包括密封音频换能器在一个或多个声孔径周围的声耦合表面。
提供声腔可以包括将声腔形成为通过外壳部件平分得到的两个部分，使得声腔的第一部分使用一个或多个声孔径被声耦合至音频换能器，并且声腔的第二部分被直接耦合至音频换能器。
提供声腔可以包括基本上密封声腔。
音频换能器可以为以下各项中的至少一项：扬声器；以及麦克风。
根据第三方面，提供一种装置，该装置包括：换能器部件，用于进行以下操作中的至少一项操作：在接收到由该装置提供的音频信号时生成声音；以及将声音转换成待由该装置处理的音频信号；外壳部件，包括一个或多个声孔径，一个或多个声孔径被配置成允许声音通过一个或多个声孔径传输；以及在该装置内部的腔体部件，使用一个或多个声孔径被声耦合至换能器部件，其中一个或多个声孔径被配置成提供声学阻尼。
外壳部件可以为以下各项中的至少一项：PWB；底架部件；刚性或者半刚性结构；烧结材料结构；盖子；盖子结构；以及显示窗口。
外壳部件可以与腔体部件相邻，以形成用于腔体部件的腔壁。
一个或多个声孔径中的至少一个声孔径可以具有小于0.5mm的直径。
一个或多个声孔径可以配置有被选择以提供预定声学特性的特性。
一个或多个声孔径的所选择的特性可以包括以下各项中的一项或多项：直径；面积；节距；厚度；节距/直径比；以及总开口面积。
腔体部件可以被形成为以下各项中的至少一项：用于音频换能器的后腔体积和前腔体积。
后腔体积可以以如下方式被基本上密封在该装置内部：阻止后腔体积内部的空气与由换能器部件产生的前声波混合。
密封的后腔体积可以包括密封换能器部件在一个或多个声孔径周围的声耦合表面。
腔体部件可以包括通过外壳部件平分得到的两个部分，使得腔体部件的第一部分使用一个或多个声孔径被声耦合至换能器部件，并且腔体部件的第二部分被直接耦合至换能器部件。
腔体部件可以被基本上密封。
换能器部件可以为以下各项中的至少一项：扬声器；以及麦克风。
本申请的实施例旨在解决与本领域现有技术关联的问题。
附图说明
为了更好地理解本申请，现在将通过示例来参考附图，在附图中：
图1示意性地示出使用一些实施例的电子设备装置；
图2进一步详细地示意性地示出图1所示的电子设备；
图3示意性地示出常规移动装置扬声器集成的示例截面视图；
图4示意性地示出根据一些实施例的移动装置扬声器集成的示例截面视图；
图5示意性地示出根据一些实施例的移动装置扬声器集成的另外的示例截面视图；
图6示意性地示出根据一些实施例的移动装置扬声器集成的示例三维投影；
图7a和图7b示意性地示出根据一些实施例的印刷线路板(printed wired board)移动扬声器集成的视图；
图8示意性地示出印刷线路板中的电镀和未电镀的通孔的示例三维视图；
图9示出用于常规移动扬声器的示例移动装置扬声器集成扬声器频率响应的曲线图；
图10示出用于常规移动扬声器集成以及根据一些实施例的移动扬声器集成的示例频率响应的曲线图；
图11示出用于常规移动扬声器集成以及根据一些实施例的移动扬声器集成的示例偏移的曲线图；
图12示出用于常规移动扬声器集成以及根据一些实施例的移动扬声器集成的示例移动装置扬声器集成扬声器阻抗响应的曲线图；
图13示出用于常规移动扬声器集成以及根据一些实施例的移动扬声器集成的示例频率响应的曲线图；
图14示意性地示出根据一些实施例的移动装置后低音反射扬声器集成的示例截面视图；以及
图15示意性地示出根据一些实施例的移动装置麦克风集成的示例截面视图。
具体实施方式
下面进一步详细描述合适的装置和可能的机制，用于说明包括已知的用于声音生成系统的解决方案的示例系统。如图1所示的装置为移动电话的形式。然而，应当理解，本申请的实施例可以在包含换能器的任何设备或者装置内实施，换能器可以是扬声器模块。例如，在其它实施例中，该装置可以是电子设备，诸如音乐播放器或者无线通信系统，例如移动电话、智能电话、PDA、计算机、音乐播放器、视频播放器或者被适配成输出音频信号的任何其它类型的设备。
可以如本文中所描述的使用数字信号处理(DSP)连同在扬声器模块之前的音频放大器来合适地处理音频信号(诸如音乐信号)。扬声器模块合适地集成在包括一个或多个声腔、一个或多个声孔径的电子设备内部以形成扬声器系统。
在示例实施例中，可以按照如下方式来处理音频信号(诸如音乐信号)：均衡器，其可以包括被配置成降低扬声器系统的振动谐振的滤波器，该扬声器系统可以包括高Q因数谐振。已知具有尖锐谐振的扬声器系统可能不产生令人愉快的声音。
多带动态范围控制器(DRC)在一些实施例中可以处理音频信号以便增加低频带中较安静频率的能量。例如，可以将DRC带强有力地应用于低频带，而可以应用备选的DRC带以对于上部频带产生较柔和的效果。
已知用于便携式设备的扬声器系统可以被设计以基本上密封的后腔或者开放式后腔或者具有低音反射端口的后腔。应当理解，扬声器集成谐振基于集成类型可以拥有不同的特性。例如，在扬声器模块被配置以在上述装置内部的闭合后腔的情况下，在400Hz至1.2kHz之间的范围内可能出现基频谐振。可以将扬声器系统设计成在谐振频率处具有非常窄的基频谐振(高Q因数)，这提供足够高的灵敏度但是产生差的声音。
如本文中所描述的扬声器系统包括移动线圈扬声器模块，然而，可以将类似的集成方法和装置应用于其它类型的换能器，诸如压电式和静电式扬声器。在这样的扬声器集成中，后腔要求也相关，并且因此前后辐射声波的任何扬声器系统可以得益于如本文中所描述的实施例。
移动电话10在一些实施例中可以包括容纳一些内部部件的外部盖子100。外部盖子100可以包括显示区域102，显示面板通过显示区域102对用户是可见的。外部盖子在一些实施例中包括声孔径104。在这些实施例中，声孔径104还可以包括用于声孔径104的单独座圈(bezel)，或者在一些其它实施例中可以被形成为外部盖子100或者显示区域102的一部分。当声孔径104被放置成与用户的耳朵相邻时，由耳机模块(未示出)生成的声音对用户是可听的。移动电话10还可以包括音量控制按钮108，用户可以使用音量控制按钮108控制扬声器模块的输出的音量。移动电话10包括至少一个声音出口114，至少一个声音出口114可以用于辐射由扬声器模块(未示出)生成的声波。扬声器模块可以是扬声器，并且在一些实施例中扬声器可以是包括振动功能的多功能器件(MFD)，其中电信号被转换成振动。MFD部件具有以下各项中的任一项：组合耳机、集成免提扬声器、振动生成部件或者其组合。在另外的实施例中，移动电话10包括单独的振动模块以便提供振动功能。
扬声器系统可以用于免提操作，诸如音乐回放、铃声、免提语音和/或视频呼叫。声音出口114将扬声器模块的声学输出耦合至移动电话10的外部。在一些实施例中，声音出口114可以包括合适的网状结构或者托架(grill)，其可以采用各种形式、形状或者材料并且可以与扬声器模块114的频率响应相关地被设计。声音出口114可以被构造为单个小型开口的阵列或者可以是单个横截面区域。声音出口114可以是矩形的或者圆柱形的，或者可以是任何其它合适的形状。可以在移动电话10中合适地定位用于麦克风模块(未示出)的至少一个麦克风出口112，以通过至少一个麦克风捕获声波并且将声波输出为代表音频或者语音信号的电信号，电信号然后可以被处理并且向其它设备传输或者被存储用于稍后回放。
移动电话10可以提供使得用户能够将外部设备或者装置与移动电话10接口连接的接口。例如，可以在移动电话10中合适地定位音频连接器出口106。在一些实施例中，可以将音频连接器出口基本上隐藏在被合适地布置的门或者盖子(lid)后面。音频连接器出口106可以适合用于与音频连接器(未示出)的连接，或者可以适合用于与音频或者音频/视频(A/V)连接器的连接。音频连接器提供与音频或者A/V插头(未示出)的可释放的连接。这些插头提供用于布线的端部终止(end-termination)，并且用于将外围设备连接至移动电话10。以这一方式，移动电话10能够输出音频或者A/V并且接收音频或者A/V输入。这样的音频或者A/V插头通常被称为圆形标准连接器，并且可以具有可以包括至少两个触点的不同格式。外部设备(诸如耳机)本身可以包括麦克风或者用于麦克风的合适连接或者适合用于端部终止进一步布线的另外的连接。音频连接器和/或关联的插头可以是标准化的2.5mm或者3.5mm音频连接器和插头。因此应当理解，可以将音频连接器出口106形成为包括被合适地布置的横截面区域。
移动电话10在一些实施例中还可以包括通用串行总线(USB)接口出口110。USB接口出口110被合适地布置用于USB连接器(未示出)。移动电话10还可能需要充电操作，并且因此包括充电连接器116。充电连接器116可以具有各种尺寸、形状和组合，或者在一些实施例中可以在视觉上或者基本上被隐藏。
在图2中，进一步详细地解释根据一些实施例的示例性移动电话10的示意性框图。移动电话10包括处理电路20。处理电路20和扬声器模块30在操作上耦合，并且在它们(不包括中间元件)之间可以存在任何数目的中间元件或者中间元件的组合。处理电路20被配置成向扬声器模块30输出合适的电信号以生成声学信号。电信号在一些实施例中可以是电音频信号的第一分量，其中第一分量包括电音频信号的包括一个或多个频率分量的频带。扬声器模块30被配置成将第一分量转换成声学信号。处理电路在一些实施例中可以向不同的换能器(例如振动模块)输出电音频信号的第二分量，以提供振动功能。第二分量包括电音频信号的低频带。在备选实施例中，不同的换能器可以是第二扬声器模块。
电子设备10还包括存储器50和电路40。
处理电路20被配置成向扬声器模块30提供电输出，并且从电路40接收电输入。处理电路可以包括至扬声器模块的数模转换器(DAC)。在一些实施例中，扬声器模块可以用作适合用于手持式语音呼叫的耳机模块。移动电话10还包括至少一个麦克风以及模数转换器(ADC)，ADC被配置成将来自至少一个麦克风的输入模拟音频信号转换成数字音频信号。
移动电话10可以包括可以用于不同用例的多个换能器模块。音频连接器提供至外部模块(诸如头戴式耳机或头戴式受话器或者适合从DAC输出的任何合适的音频换能器设备)的物理接口。在一些实施例中，外部模块可以例如通过使用低功率射频连接(诸如蓝牙A2DP规范)经由发射器或者收发器无线地连接至移动电话10。处理器还链接至收发器(TX/RX)、至用户接口(UI)并且至存储器22。
处理电路和/或电路可以被配置成执行各种程序代码。所实施的程序代码在一些实施例中可以包括用于给扬声器33和/或第二换能器生成合适的音频信号的个别设置。所实施的程序代码可以存储在例如存储器中用于由电路在需要时取回。在一些实施例中，这些代码被适应性地生成以适合用于专用用例。存储器50还可以提供用于存储数据(例如已经根据实施例被处理的数据)的部分。
扬声器模块30可以包括一个或多个磁体、音圈以及隔膜(membrane)。这些磁体中的至少一个磁体为电磁体。当处理电路20向电磁体提供电信号时，音圈与至少一个磁体之间的吸引和排斥使得隔膜移动，这导致通过扬声器模块30产生声音。
如本文中所描述的，移动电话声学设计使得可能存在与扬声器的偏移太大而影响可靠性有关的问题。换言之，足够低的谐振阻尼可能引起扬声器换能器的问题，过冲并且在物理上影响表面上的换能器隔膜。因此，阻尼可以防止扬声器在被过驱动时损坏自身。另外，由于当前的设计风气，存在如下问题：能够在扬声器系统集成设计中调节的设计变量很少，并且腔体体积(声学容量)以及开口长度和面积(声学质量)通常被设计成改变扬声器的响应。
例如，电话中通常所使用的扬声器具有高为1.4的Q因数，而第四阶Butterworth开口型(vented)设计要求大约0.7至0.8的Q因数。如本文中所描述的实施例背后的概念是为了介绍一种用于出于声学阻尼的目的实施毛细管(capillary)阻尼的新的且明显更实际的且更便宜的方式。声学阻尼可以用于例如防止扬声器过冲或者用在新的结构中作为用于扬声器集成的可调谐元件。声学毛细管通常是指具有非常小(通常小于或等于0.2mm)的直径的孔。当声学孔或者毛细管足够小时，由于粘性而产生的电阻将足够大以影响扬声器实施方式的谐振系统。如本文中所描述的这些毛细管背后的概念是为了重新使用印刷线路板用于印刷电路板，并且特别地出于声学阻尼的目的重新使用印刷线路板内的通孔作为毛细管。印刷线路板制造通常将通孔实施为在不同的层之间接地。在如本文中所描述的实施例中，可以将通孔的直径制造成与声学毛细管类似的水平。另外，如本文中所描述的，通过在印刷线路板孔的内侧内添加或者重新使用铜镀层作为导热材料，孔中声波的绝热压缩产生热效应，热效应在应用铜毛细管时产生恒温压缩，由于热能损失而增加了另外的阻尼效应。
处理电路和/或电路的实施方式可以仅为硬件(电路、处理器……)，可以具有软件(仅包括固件)形式的某些方面，或者可以是硬件和软件(包括固件)的组合。
可以使用指令来实施处理电路和/或电路，这些指令例如通过使用通用或者专用处理器中的可执行计算机程序指令来实现硬件功能，这些可执行计算机程序指令可以存储在计算机可读存储介质(磁盘、存储器等)上以由这样的处理器来执行。
关于图3，示出装置内的常规扬声器集成封装的示例的截面视图。如图3所示的装置包括：该装置的大部分被悬置在其上的底架/盖子101、围绕该装置的后部并且耦合至底架/盖子101的后部的外部盖子100、以及在该装置的前部也耦合至底架/盖子101的显示组件102。该装置内放置有印刷线路板(PWB)301或者印刷电路板(PCB)，其被安装在底架/盖子101的内部部分上并且各种电子部件可以被安装在印刷线路板的这一侧上。印刷线路板301的下面布置有扬声器模块201。与扬声器模块相邻而被定位并且由印刷线路板301与底架/盖子101之间的空间形成的是后腔或者后腔203。如本文中所描述的，后腔为“调谐”扬声器模块201的空间体积。在常规设计的扬声器集成设计内，后腔203具有特定体积和形状的密封的后腔以调谐扬声器201。然而，如本文中所描述的，当前的设计考虑要求减小后腔203区域的体积，并且正因如此，具有差的形状选择或者设计的小型后腔203体积可能由于缺乏对偏移的控制而导致扬声器201的低质量的音频重现和/或扬声器模块201的可能损坏。
关于图4，示出根据一些实施例的移动装置扬声器集成的示例截面视图。该装置包括盖子100，穿过盖子存在开口104/114，声波可以穿过开口104/114。在盖子100下面并且在盖子与扬声器模块201之间为前腔205。在前腔205后面为扬声器模块201(或者换能器)。在本文中示出的实施例中，扬声器模块201被机械固定至盖子100，以在盖子100与扬声器模块201之间形成空间从而形成前腔205。在扬声器201与底架和/或后盖元件之间的空间中形成后腔203。图4所示的示例中的后腔203通过印刷线路板301被平分或者划分成至少两个部分。换言之，可以认为声腔包括至少两个部分，其中至少两个部分通过印刷线路板301被分开。在印刷线路板301内布置有链接后腔203部分的多个毛细管303或者管子或者孔。一个或多个毛细管(声孔径)可以是通过配置如下结构并且考虑到该结构的材料和表面抛光的类型而提供的微孔：在该结构中，微孔使用参数(诸如直径、节距(相邻微孔的中心之间的距离)、面积、厚度等)被定位。在一些实施例中，可以按照如下方式对该结构和上述微孔定位和确定尺寸：为了在设计、力学和音频要求之间提供最佳折衷。本文中，使用术语“毛细管”或者“微孔”来描述开口(诸如小孔、孔、孔径、微孔径等，其对于提供声学阻尼而言实质上很小)。另外，这样的开口可以是圆形的或者非圆形的，例如，椭圆形开口、裂缝、缝隙、规则或者不规则形状等可以在一些实施例中被提供。
在一些实施例中，毛细管是在印刷线路板301中的通孔。印刷线路板中的通孔为通常实现层间电连接或者耦合的导管，其中印刷线路板包括多层电气布局。换言之，可以使用在印刷线路板中布置合适的通孔来作为后腔203部分之间的毛细管耦合。
另外，虽然在下面的讨论中，关于在扬声器(或者麦克风)外壳外部的部件(例如印刷线路板或者网)描述了孔、毛细管或者管子，但是应当理解，在一些实施例中，可以将部分密封构件和孔形成在外壳或者模块自身内。例如，在一些实施例中，扬声器(或者麦克风)模块包括换能器，并且换能器外壳内为具有孔的材料，该材料抑制对于体积或者腔体的响应。在这样的实施例中，腔体的各部分之一至少部分地存在于外壳外部，并且腔体的各部分之一完全存在于具有作为密封的外壳材料的外壳内部，外壳通过材料中的孔被打开。在一些实施例中，材料为外壳，并且孔在外壳中，使得空气能够在外壳中的第一腔体部分与外壳外部的第二腔体部分之间流动。在这样的实施例中，制造商因此可以将单个模块放置在该装置内部。
在一些实施例中，换能器模块(例如扬声器或者麦克风模块)可以包括声腔和具有孔(毛细管或者管子)的腔体分割器以及换能器。在这样的实施例中，换能器模块自身以如下方式被调谐：抑制换能器的Q因数而不需要任何外部部件。换言之，换能器模块在这样的实施例中可以被插入在该装置内作为一个单元，这仅需要某种小的附加设计或者外部设计努力，诸如连接或者耦合至装置印刷线路板。
在一些实施例中，可以存在多于一个的腔体分割器。例如，在一些实施例中，换能器外壳可以包括如本文中所描述的分割器材料，并且换能器外壳可以位于具有另外的微孔、管子或者毛细管的印刷线路板上，以限定在外壳内的第一腔体部分、在外壳分割器与至印刷线路板之间的第二腔体部分、以及在印刷线路板与壳体之间的第三腔体部分(并且在一些实施例中，诸如声能可以通过其穿过壳体的前腔、声孔)。可以使用孔的尺寸、间隔、分布来调谐换能器的谐振。
关于图7a，示出具有适合用于在后腔203部分之间实施毛细管耦合的通孔的示例印刷线路板配置。图7a所示的印刷线路板301示出各种通孔：大通孔601、中通孔603和小通孔605。应当理解，通孔的位置、尺寸和布置至少部分地取决于印刷线路板的电路布局，然而，应当理解，在一些实施例中，印刷线路板的用于通孔的区域在一些实施例中可以是与电路的其余部分电气隔离的部分。另外，应当理解，常规印刷线路板制造(诸如印刷线路板PTH(镀通孔)技术)可以钻小到0.2mm的机械毛细管而不需要附加的工具作业。
在一些实施例中，不是重复使用已经关于印刷线路板被设计为耦合电路的通孔，而是可以添加附加的通孔。也可以例如使用PTH技术或者使用附加的工具作业来钻取这些孔，以减小孔的直径或者间隔。关于图7b，是具有附加通孔611的阵列791的示例印刷线路板配置。在图7b所示的示例中，使用激光灼烧来生成25x16的毛细管网格，以实现小于0.2mm的孔直径。虽然将通孔611的网格791示出为矩形网格或者阵列，但是应当理解，可以实施通孔的任何合适的二维配置、布局或者间隔。
总体上，可以将毛细管系统的声阻表示为以下公式：
其中，d为毛细管的直径；η为粘性系数；t为毛细管的长度；p为开口面积与总面积之比；ρ为空气密度；并且c为空气中的声速。
根据以上公式，可以很容易发现，区域的直径、长度和开口百分比可以决定总电阻。然而，应当理解，毛细管的长度(在以上实施例中等于PWB的厚度)通常是固定的。
如图7b所示的阵列网格在用扬声器模块实施方式(诸如图3所示的)实施时被测试，并且图13和图12中分别示出所得到的频率响应和扬声器阻抗响应(Q因数)。
例如，在图12中，示出由迹线1103所示的PWB非毛细管密封后腔扬声器实施方式以及由迹线1101所示的使用PWB毛细管的密封后腔扬声器实施方式(如本文中所描述的)二者的扬声器阻抗响应。毛细管显著降低了Q因数，并且另外，偏移从0.63mm降低至0.41mm，降低了35％。
图13示出由迹线1201所示的PWB非毛细管密封后腔扬声器实施方式以及由迹线1203所示的使用PWB毛细管的密封后腔扬声器实施方式(如本文中所描述的)二者的扬声器频率响应，以示出这些扬声器频率响应基本上相似。
关于图6，示出移动装置扬声器集成的示例三维投影，其中扬声器模块201经由片弹簧503被电耦合至具有印刷线路板垫或者PPP形式的印刷线路板301。PPP(拾取-放置-电镀)可以用于降低声学接触管脚和PWB的接触电阻。在一些实施例中的片弹簧503或者任何其它合适的弹性构件可以使扬声器模块201在机械上足够地偏离印刷线路板301，以产生形成部分后腔203的第一空间。
在一些实施例中，可以设计扬声器模块以使得扬声器模块的壳体被机械耦合至印刷线路板。虽然以下示例示出在扬声器模块201与印刷线路板之间的后腔部分，但是应当理解，在一些实施例中，扬声器模块201和印刷线路板301之间的后腔部分的体积完全在扬声器模块201内。换言之，扬声器模块位于印刷线路板301上，并且扬声器模块具有位于毛细管布置上方的开口面。
关于图5，示出毛细管阻尼的实施方式的另外的示例，其中后腔203通过其上安装阻尼网401的印刷线路板或者类似的分段部分400被分为两个部分。阻尼网401可以是例如具有合适的毛细管或者孔阵列以抑制空气在后腔部分之间的传输的材料层。应当理解，阻尼网401可以被固定在分段部分400内或者下面，或者在一些实施例中可以是多层网状结构。
例如，关于图9，示出诸如图5所示的网状结构的示例频率响应。图9中的曲线图示出具有4个层的声学阻尼Sefar 160-20网的频率响应。网开口区域在13mm x 18mm的方形部分中具有4mm的直径。如图9中可知，毛细管-网状结构(迹线或者曲线803)与空的或者非网状结构(如迹线或者曲线801所示)之间的频率响应之间的差异很小。然而，相同的示例示出从0.633mm到0.457mm的偏移减小。
另外，仿真示出相似的改进。例如，可以仿真示例仿真的高灵敏度扬声器(其为尺寸13x18x4.5mm、灵敏度87dBSPL/1V/0.1m以及功率处理能力700mW的实施方式，其中在18mmx 13mm的平方内有400个毛细管，并且每个毛细管具有0.15mm的直径，并且印刷线路板高为0.8mm)，其产生诸如图10所示的频率响应，其中没有毛细管901的情况下的频率响应的迹线类似于仿真的示例毛细管实施方式903的频率响应的迹线。仿真的示例产生仅1dB的灵敏度下降。
另外，关于图11，示出使用和不使用毛细管的实施方式的仿真偏移。由迹线1001示出的不使用毛细管的实施方式的偏移以及由迹线1003示出的使用毛细管的实施方式的偏移的差异示出偏移下降了20％。
作为对于标准毛细管材料的改进，在一些实施例中，可以通过在毛细管的内侧的铜的层或者镀层来进一步改善对PWB毛细管或者孔的使用，铜与标准材料相比为很好的导热材料。关于图8，示出电镀和非电镀的通孔配置。在图8的左手侧，非电镀通孔701被示出为穿过印刷线路板301。图8的右手侧示出具有被电镀703的通孔701的印刷线路板301。应当理解，电镀或者传导材料(例如铜)会使得能够向阻尼特性添加温度或者热吸收元件，其中当声音通过毛细管传播时，空气与铜之间的热交换吸收更多能量。换言之，增加了毛细管中的电阻，导致附加的阻尼效应。理论上，可以将电阻增加至：
毛细管执行声学阻尼，其可以被配置成防止扬声器过冲或者被应用作为后腔203内的可调谐元件。
关于图14，关于开口箱(或者低音反射)配置示出孔或者毛细管阻尼的另外的配置。如图14所示的配置与图4所示的配置类似，其中后腔203通过通风孔1301被开孔。然而，在扬声器与两个后腔203之间示出网或者印刷线路板分离器401。
在以上示出的示例中，关于后声腔阻尼并且另外关于扬声器换能器示出微孔或者毛细管阻尼。然而，应当理解，微孔或者毛细管阻尼的应用可以适用于前声腔阻尼。另外，应当理解，在一些实施例中，微孔或者毛细管阻尼可以适用于麦克风换能器实施方式。
关于图15，示出移动装置麦克风集成的示例截面视图，其中微孔或者毛细管阻尼被应用于前室。移动装置包括盖子100，穿过盖子存在开口114，声波可以穿过开口114。在盖子100下面并且在盖子与麦克风模块1401之间为前腔205。在前腔205后面为麦克风模块1401(或者换能器)。在本文中示出的实施例中，麦克风模块1401被机械固定至印刷线路板301，并且密封橡胶部分1405、1407和1409在盖子100与麦克风模块1401之间形成空间以形成前腔205。图15所示的示例中的前腔205通过印刷线路板301被平分或者分段成至少两个部分。在印刷线路板301内布置有链接前腔部分的多个毛细管1403或者管子或者孔。在本文中示出的示例中，前腔205被平分成第一部分2052和第二部分2051，第一部分2052被直接耦合至麦克风模块1401，而第二部分2051经由毛细管1403(并且经由前腔第一部分2052)被耦合至麦克风模块1401。
在图15所示的示例中，毛细管在印刷线路板内被形成或者实施，然而应当理解，在一些实施例中，可以通过将毛细管定位在盖子100内或者腔体周界的其它部分内来实施取决于频率的阻尼(以降低Q因数峰值)。换言之，通过实施对进出腔体而非通过腔体的气流进行选择性地频率抑制的毛细管来抑制前腔。
在本文中描述的实施例中，可以将术语“腔体”或者“声腔”理解为任何在声学上被配置的体积，通常是空气体积，但是也可以是适合用于传导的任何气态、液态或者其它材料的体积，并且借助于腔壁来过滤进出换能器的声波。正因如此，腔体可以是声空间，诸如声信道、声导管或者声室。
应当理解，术语“用户设备”意在覆盖任何合适类型的无线用户设备，诸如移动电话、便携式数据处理设备或者便携式网络浏览器以及可穿戴设备。
另外，公用陆地移动网络(PLMN)的要素还可以包括如上所述的装置。
总之，本发明的各种实施例可以用硬件或专用电路、软件、逻辑或者其组合来实施。例如，一些方面可以用硬件来实施，而其它方面可以用可以由控制器、微处理器或者其它计算设备执行的固件或者软件来实施，尽管本发明不限于此。虽然可以将本发明的各个方面说明和描述为框图、流程图，或者使用一些其它图示表示来说明和描述本发明的各个方面，但是还应当理解，作为非限制性示例，本文中所描述的这些块、装置、系统、技术或者方法可以用硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其它计算设备或者其某种组合来实施。
本发明的实施例可以用移动设备的数据处理器(诸如处理器实体中的)可执行的计算机软件来实施，或者用硬件来实施，或者用软件和硬件的组合来实施。另外，在这点上，应当注意，附图中的逻辑流程的任何块可以表示程序步骤、或者互连的逻辑电路、块和功能、或者程序步骤与逻辑电路、块和功能的组合。软件可以存储在诸如存储器芯片、或者处理器内实施的存储器块、诸如硬盘或者软盘等磁性介质、以及诸如例如DVD及其数据变体、CD等光学介质之类的物理介质上。
存储器可以是适合本地技术环境的任何类型，并且可以使用任何合适的数据存储技术(诸如基于半导体的存储器器件、磁性存储器器件和系统、光学存储器器件和系统、固定存储器和可移除存储器)来实施。数据处理器可以是适合本地技术环境的任何类型，并且作为非限制性示例，数据处理器可以包括以下各项中的一项或多项：通用计算机、专用计算机、微处理器、数字信号处理器(DSP)、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。
本发明的实施例可以用各种部件(诸如集成电路模块)来实践。集成电路的设计总体来说是高度自动化的过程。复杂和强大的软件工具可用于将逻辑级设计转换成准备好被蚀刻和形成在半导体衬底上的半导体电路设计。
程序(诸如由Mountain View,California的Synopsys,Inc.和San Jose,California的Cadence Design提供的那些程序)使用很好地建立的设计规则以及预存储的设计模块的库在半导体芯片上自动地路由导线并且定位部件。一旦完成半导体电路的设计，就可以向半导体制造设施或者用于制造的“工厂(fab)”以标准化的电子格式(例如Opus、GDSII等)传输所得到的设计。
以上描述已经通过示例性而非限制性的示例提供了对本发明的示例性实施例的全面且翔实的描述。然而，在结合附图和所附权利要求阅读时，鉴于以上描述，相关领域技术人员可以很清楚各种修改和改变。然而，本发明的教示的所有这样的和类似的修改仍将落入如所附权利要求所限定的本发明的范围内。
Claims (24)
1.一种声学装置，包括：
扬声器系统，其中所述扬声器系统包括：
音频换能器，被配置成生成声音；
所述装置的外壳部件，所述外壳部件包括一个或多个声音出口，所述一个或多个声音出口被配置成允许声音沿第一方向传输到所述装置之外；和第二外壳部件，所述第二外壳部件包括一个或多个声孔径，所述一个或多个声孔径包括毛细管，所述一个或多个声孔径被配置成允许声音从所述音频换能器沿不同于所述第一方向的第二方向传输并且允许声音通过所述一个或多个声孔径传输，其中所述音频换能器位于所述一个或多个声音出口与所述一个或多个声孔径之间；以及
在所述装置内部的所述扬声器系统的声腔，使用所述一个或多个声孔径被声耦合至所述音频换能器，其中所述一个或多个声孔径被配置成提供声学阻尼。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第二外壳部件为以下各项之一：印刷线路板；底架部件；刚性或者半刚性结构；烧结材料结构；并且与所述声腔相邻以形成用于所述声腔的腔壁，以及其中所述外壳部件为以下各项之一：盖子；盖子结构；显示窗口。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个声孔径中的至少一个声孔径具有小于0.5mm的直径。
4.根据权利要求1所述的装置，其中包括毛细管的所述一个或多个声孔径被配置成提供被选择以提供预定声学特性的特性。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述一个或多个声孔径的所选择的特性包括以下各项中的一项或多项：直径；面积；节距；厚度；节距/直径比；以及总开口面积。
6.根据权利要求1所述的装置，其中所述声腔被形成为以下各项中的至少一项以用于所述音频换能器：从所述音频换能器沿所述第一方向延伸的前腔体积；以及从所述音频换能器沿不同于所述第一方向的所述第二方向延伸的后腔体积。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述后腔体积以如下方式被基本上密封在所述装置内部：阻止所述后腔体积内部的空气与由所述音频换能器产生的前声波混合。
8.根据权利要求7所述的装置，其中密封的所述后腔体积包括密封所述音频换能器在所述一个或多个声孔径周围的声耦合表面。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中所述声腔包括通过所述第二外壳部件的壁平分得到的两个部分，使得所述声腔的第一部分使用所述一个或多个声孔径被声耦合至所述音频换能器，并且所述声腔的第二部分被直接耦合至所述音频换能器。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述毛细管的内表面镀有导电材料。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述导电材料是铜。
12.根据权利要求1所述的装置，其中，声音从所述音频换能器沿不同于所述第一方向的所述第二方向的传输进一步通过通风孔被排出所述装置。
13.一种形成声学装置的方法，包括：
提供在所述装置内部的扬声器系统，其中所述扬声器系统包括音频换能器；
提供所述装置的外壳部件，所述外壳部件包括一个或多个声音出口，所述一个或多个声音出口被配置成允许声音沿第一方向传输到所述装置之外，以及提供第二外壳部件，所述第二外壳部件包括一个或多个声孔径，所述一个或多个声孔径被配置成允许声音从所述音频换能器沿不同于所述第一方向的第二方向传输并且允许声音通过所述一个或多个声孔径传输，所述一个或多个声孔径包括毛细管，其中所述音频换能器位于所述一个或多个声音出口与所述一个或多个声孔径之间；以及
提供在所述装置内部的所述扬声器系统的声腔，所述声腔使用所述一个或多个声孔径被声耦合至所述音频换能器，其中所述一个或多个声孔径被配置成提供声学阻尼。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第二外壳部件为以下各项中的至少一项：PWB；底架部件；刚性或者半刚性结构；以及烧结材料结构；并且其中所述外壳部件为以下各项之一：盖子；盖子结构；以及显示窗口。
15.根据权利要求13所述的方法，还包括：将所述第二外壳部件定位成与所述声腔相邻以形成用于所述声腔的壁。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述一个或多个声孔径中的至少一个声孔径具有小于0.5mm的直径。
17.根据权利要求13所述的方法，还包括：选择包括毛细管的所述一个或多个声孔径的至少一个特性以提供预定声学特性。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述至少一个特性包括以下各项中的一项或多项：直径；面积；节距；厚度；节距/直径比；以及总开口面积。
19.根据权利要求13所述的方法，其中提供所述声腔包括将所述声腔形成为以下各项中的至少一项以用于所述音频换能器：从所述音频换能器沿所述第一方向延伸的前腔体积；以及从所述音频换能器沿不同于所述第一方向的所述第二方向延伸的后腔体积。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括将所述后腔体积以如下方式基本上密封在所述装置内部：阻止所述后腔体积内部的空气与由所述音频换能器产生的前声波混合。
21.根据权利要求20所述的方法，其中基本上密封所述后腔体积包括密封所述音频换能器在所述一个或多个声孔径周围的声耦合表面。
22.根据权利要求13至21中任一项所述的方法，其中提供所述声腔包括将所述声腔形成为通过所述第二外壳部件的壁平分得到的两个部分，使得所述声腔的第一部分使用所述一个或多个声孔径被声耦合至所述音频换能器，并且所述声腔的第二部分被直接耦合至所述音频换能器。
23.根据权利要求13所述的方法，其中所述毛细管的内表面镀有导电材料。
24.根据权利要求13所述的方法，还包括将声音从所述音频换能器基于所述第二方向的传输排出所述装置。
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