CN106921920B - 一种薄膜密封的活塞发声器 - Google Patents

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Abstract

一种薄膜密封的活塞发声器，具有腔体，活塞和托持腔体的支座，活塞与腔体同轴，腔体一端开口、另一端有端板，端板上设置安装孔，活塞位于腔体的开口端；密封薄膜封闭腔体的开口形成发声腔，密封薄膜有弹性，活塞的发声端面与密封薄膜贴合；腔体上开设有均压孔，均压孔连通外界与发声腔，均压孔开设于端板上。安装孔用于安装被校准传感器。本发明的优点在于：用密封薄膜封闭腔体形成发声腔，腔体上仅通过设置的均压孔和外界大气连通，以实现静压均衡机制，由于均压孔的孔径极细，所以发声腔体具有较大的时间常数，从而大幅降低活塞发声器的下限工作频率。

Description

一种薄膜密封的活塞发声器
技术领域
本发明属于声学计量技术领域，涉及一种活塞发声器。
技术背景
传声器是将声音信号转换为电信号的能量转换器件，是电声系统的重要环节，广泛地应用于声乐、通信、航天等诸多领域。为了保证传声器输出信号准确有效，按照计量检定规程的规定，在出厂前或使用一段时间后，必须对传声器的灵敏度、频率响应等各项性能指标进行校准。
活塞发声器是实现传声器声压灵敏度校准的重要装置，它通过激励装置驱动活塞做给定频率和振幅的正弦振动，在腔体内形成可确定声压的声场，与传声器的开路电压对比即可确定其声压灵敏度。校准时传声器前端插入腔体，振动膜片的前侧与腔体内的声场接触，而振动膜片后腔则与外界环境联通，为了降低外界环境波动（如气压和温度变化）对传声器校准结果的影响，需要腔体也与外界环境联通平衡二者间静压，这一般由活塞与腔体之间的间隙实现。然而活塞与腔体之间的间隙是活塞发声器设计的难点之一，主要原因在于：1）若间隙过小，活塞往复运动过程中，很容易与腔体之间产生摩擦，从而产生摩擦噪声和活塞输出的位移波形失真(即不是理想的正弦波)，进而造成声压信号也产生失真；2）若间隙过大，活塞与腔体之间的间隙构成了气体媒质的流通通道，将引起腔体内声压的泄漏，从而产生声压泄漏误差，而且活塞发声器的工作频率越低，泄漏误差越大。由于间隙密封的局限性，间隙密封式活塞发声器无法达到较低的下限工作频率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过薄膜密封腔体，下限工作频率远低于间隙式密封的薄膜密封活塞发声器。
一种薄膜密封的活塞发声器，具有腔体，活塞和托持腔体的支座，活塞与腔体同轴，腔体一端开口、另一端有端板，端板上设置安装孔，活塞位于腔体的开口端；其特征在于：密封薄膜封闭腔体的开口形成发声腔，密封薄膜有弹性，活塞的发声端面与密封薄膜贴合；腔体上开设有均压孔，均压孔连通外界与发声腔，均压孔开设于端板上。安装孔用于安装被校准传感器。
密封薄膜与腔体的连接结构进一步限定为：腔体与活塞之间通过薄膜组件密封连接，薄膜组件主要由有弹性的密封薄膜，膜片基环和拉紧环组成，拉紧环、膜片基环和活塞同轴，活塞在膜片基环内，密封薄膜被拉紧环和膜片基环装夹。由于活塞位于膜片基环内，因此密封薄膜必然位于腔体与膜片基环之间。用薄膜密封腔体，活塞与腔体之间不存在泄漏通道，不会引起腔体内声压的衰减，活塞与腔体之间可设计较大的间隙以降低活塞的安装难度。
进一步，膜片基环由装夹部和紧固部组成，装夹部在拉紧环内，拉紧环与装夹部的配合面为斜面；紧固部为一圈法兰边，紧固部均匀分布有多个第一螺孔；拉紧环上均匀分布有多个紧固螺孔，紧固螺钉穿过第一螺孔旋入紧固螺孔，从而固定拉紧环与膜片基环。
为保障腔体、薄膜组件和活塞的同轴度并建立连接，进一步限定：在腔体与薄膜组件之间设置定位法兰，定位法兰具有腔体连接部和挡圈，挡圈与薄膜组件间隙配合，挡圈与定位法兰的内圈同轴，薄膜组件位于挡圈之内，腔体通过紧固螺钉固定在腔体连接部上。
膜片基环的紧固部均匀分布有第二螺孔，拉紧环上均匀分布连接通孔，连接螺钉穿过第二螺孔和连接通孔旋入定位法兰，从而将拉紧环和膜片基环与定位法兰固定。
为了使腔体的气密性良好，进一步限定：腔体与定位法兰之间设置密封圈。定位法兰的腔体连接部与膜片基环之间通过凸起-凹陷结构咬合。凸起设置于腔体连接部时，膜片基体上对应的设置凹陷；凸起设置于膜片基体上时，腔体连接部对应的设置凹陷。凸起将密封薄膜压入凹陷内，也起到密封作用。
进一步，支座中部为通孔，活塞和薄膜组件位于支座内，定位法兰与支座一端固定，挡圈的外壁面与支座的内壁面间隙配合。
为了得到较高的活塞加速度，进一步活塞的结构为：活塞为圆柱体结构，活塞中空；活塞的发声端封闭、另一端开口，活塞的开口端与激励装置的驱动部件连接。活塞中空使得活塞质量轻，易于得到较高的活塞运动加速度。
本发明通过均压孔实现静压均衡机制，静压均衡指的是腔体内部气体与大气连通，静态时腔体内气压与大气压相等，以降低外界环境波动（如气压和温度变化）对传声器校准结果的影响。活塞与激励部件连接后，激励部件带动活塞相对腔体做往复运动。密封薄膜封闭了腔体的开口，活塞运动时，密封薄膜随着活塞的运动而形变，发声腔仅通过均压孔与外界连通，均压孔的孔隙远小于采用间隙密封时活塞与腔体之间的间隙，从而极大地减小了腔体内声压的泄漏，由此保证薄膜密封腔体具有远大于间隙密封腔体的泄漏时间常数，从而大幅降低活塞发声器的下限工作频率。均压孔越小，活塞发声器的下限工作频率越低。
本发明的优点在于：用密封薄膜封闭腔体形成发声腔，腔体上仅通过设置的均压孔和外界大气连通，以实现静压均衡机制，由于均压孔的孔径极细，所以发声腔体具有较大的时间常数，从而大幅降低活塞发声器的下限工作频率。
附图说明
图1是本发明的主视图。
图2是本发明的剖视图。
图3是腔体、拉紧环和膜片基环的连接示意图。
图4是定位法兰示意图。
图5是本发明的分解示意图。
具体实施方式
如图1-3所示，薄膜密封的活塞发声器，具有腔体11，活塞1和托持腔体11的支座2，活塞1与腔体11同轴，腔体11与支座2对中，腔体11一端开口、另一端有端板111，端板111上设置安装孔安装被校传声器10，活塞1位于腔体11的开口端；密封薄膜7封闭腔体11的开口形成发声腔，密封薄膜7有弹性，活塞1的发声端面与密封薄膜7贴合；腔体11上开设有均压孔9，均压孔9连通外界与发声腔，均压孔9开设于端板上。
为了保证装置工作过程中活塞1与密封薄膜7的紧密贴合，需要活塞1向腔体11内推进一定的距离作为其运动平衡位置，以保证活塞1在往复运动时，活塞1始终和薄膜7处于紧贴状态。
传声器10安装于端板，传声器10前端插入腔体11内，活塞1顶着密封薄膜7与腔体11内的空气接触，活塞1沿腔体11轴向往复振动在腔体11中产生声场。
密封薄膜7与腔体11的连接结构限定为：腔体11与活塞1之间通过薄膜组件密封连接，薄膜组件主要由有弹性的密封薄膜7，膜片基环3和拉紧环5组成，拉紧环5、膜片基环3和活塞1同轴，活塞1在膜片基环3内，密封薄膜7被拉紧环5和膜片基环3装夹。活塞1位于膜片基环3内，因此密封薄膜7必然位于腔体11与膜片基环3之间。装置通过薄膜7密封腔体11，活塞1与腔体11之间不存在泄漏通道，不会引起腔体11内声压的衰减，活塞1与腔体11之间可设计较大的间隙以降低活塞1的安装难度。
膜片基环3由紧固部31和装夹部32组成，拉紧环5在装夹部32之外，拉紧环5与膜片基环3的配合面为斜面，紧固部31为一圈法兰边，紧固部31上均匀分布有多个第一螺孔42；拉紧环5上均匀分布有多个紧固螺孔41，紧固螺钉4穿过第一螺孔42旋入紧固螺孔41，从而拉紧固定拉紧环5与膜片基环3，形成拉紧环-膜片基环组合件。
如图3所示，拉紧环5靠近紧固部31的方向为密封薄膜7被拉紧的方向，斜面沿密封薄膜7的拉紧方向逐渐升高，当螺栓将拉紧环5和膜片基环3相互拉得越近，拉紧环5和膜片基环3结合的越紧，密封薄膜7被拉得越紧。
为保障腔体11、薄膜组件和活塞1的同轴度：在腔体11与薄膜组件之间设置定位法兰14。如图4所示，定位法兰14具有腔体连接部142和挡圈141，挡圈141与定位法兰14的内圈同轴，薄膜组件位于挡圈141之内，挡圈141与薄膜组件同轴。膜片基环3的紧固部31均匀分布有第二螺孔131，拉紧环5上均匀分布连接通孔132，连接通孔132内壁光滑无螺纹，连接螺钉13穿过第二螺孔131和连接通孔132旋入定位法兰14，从而将拉紧环-膜片基环组合件与定位法兰14固定。
如图2所示，腔体11外壁具有连接法兰112，连接法兰112由连接螺钉8与定位法兰14固定。连接法兰112与腔体11一体。
为了使腔体11的气密性良好：腔体11与定位法兰14之间设置密封圈12，定位法兰14的腔体连接部与膜片基环3之间通过凸起-凹陷结构咬合，凸起设置于腔体连接部时，膜片基环3上对应地设置凹陷，如图3所示；凸起设置于膜片基环3上时，腔体连接部对应的设置凹陷。凸起将密封薄膜7压入凹陷内，也起到密封作用。
如图5所示，支座2中部为通孔，活塞1和薄膜组件位于支座2内，定位法兰14与支座2一端固定，挡圈141的外壁面与支座2的内壁面间隙配合。
为了得到较高的活塞1加速度，活塞1的结构为：活塞1为圆柱体结构，活塞1中空；活塞1的发声端封闭、另一端开口，活塞1的开口端与激励装置的驱动部件连接。活塞1中空使得活塞1质量轻，易于得到较高的活塞1运动加速度。
本发明通过均压孔9实现静压均衡机制，以降低外界环境波动（如气压和温度变化）对传声器10校准结果的影响，活塞1与激励部件连接后，激励部件带动活塞1相对腔体11做往复运动。密封薄膜7封闭了腔体11的开口，活塞1运动时，密封薄膜7随着活塞1运动并保证薄膜7与活塞1始终紧贴，发声腔仅通过均压孔9与外界连通，均压孔9的孔隙远小于采用间隙密封时活塞1与腔体11之间的间隙，极大地减小了腔体11内声压的泄漏，由此保证薄膜密封腔体11具有远大于间隙密封腔体的泄漏时间常数，从而大幅降低活塞发声器的下限工作频率。均压孔9越小，活塞发声器的下限工作频率越低。
本发明的优点在于：用密封薄膜封闭腔体形成发声腔，腔体上仅通过设置的均压孔和外界大气连通，以实现静压均衡机制，由于均压孔的孔径极细，所以发声腔体具有较大的时间常数，从而大幅降低活塞发声器的下限工作频率。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (9)

1.一种薄膜密封的活塞发声器，具有腔体，活塞和托持腔体的支座，活塞与腔体同轴，腔体一端开口、另一端有端板，端板上设置安装孔，活塞位于腔体的开口端；其特征在于：密封薄膜封闭腔体的开口形成发声腔，密封薄膜有弹性，活塞的发声端面与密封薄膜贴合；腔体上开设有均压孔，均压孔连通外界与发声腔，均压孔开设于端板上，密封薄膜封闭了腔体的开口，活塞运动时，密封薄膜随着活塞的运动而形变，发声腔仅通过均压孔与外界连通，均压孔的孔隙远小于采用间隙密封时活塞与腔体之间的间隙，从而极大地减小了腔体内声压的泄漏。
2.如权利要求1所述薄膜密封的活塞发声器，其特征在于：腔体与活塞之间通过薄膜组件密封连接，薄膜组件主要由有弹性的密封薄膜，膜片基环和拉紧环组成，拉紧环、膜片基环和活塞同轴，活塞在膜片基环内，密封薄膜被拉紧环和膜片基环装夹。
3.如权利要求2所述薄膜密封的活塞发声器，其特征在于：膜片基环由装夹部和紧固部组成，装夹部在拉紧环内，拉紧环与装夹部的配合面为斜面；紧固部为一圈法兰边，紧固部均匀分布有多个第一螺孔；拉紧环上均匀分布有多个紧固螺孔，紧固螺钉穿过第一螺孔旋入紧固螺孔。
4.如权利要求1-3之一所述薄膜密封的活塞发声器，其特征在于：在腔体与薄膜组件之间设置定位法兰，定位法兰具有腔体连接部和挡圈，挡圈与薄膜组件间隙配合，挡圈与定位法兰的内圈同轴，薄膜组件位于挡圈之内，腔体通过紧固螺钉固定在腔体连接部上。
5.如权利要求4所述薄膜密封的活塞发声器，其特征在于：膜片基环的紧固部均匀分布有第二螺孔，拉紧环上均匀分布连接通孔，连接螺钉穿过第二螺孔和连接通孔旋入定位法兰。
6.如权利要求5所述薄膜密封的活塞发声器，其特征在于：腔体与定位法兰之间设置密封圈，定位法兰的腔体连接部与膜片基环之间通过凸起-凹陷结构咬合。
7.如权利要求6所述薄膜密封的活塞发声器，其特征在于：凸起设置于腔体连接部时，膜片基体上对应的设置凹陷；凸起设置于膜片基体上时，腔体连接部对应的设置凹陷。
8.如权利要求7所述薄膜密封的活塞发声器，其特征在于：支座中部为通孔，活塞和薄膜组件位于支座内，定位法兰与支座一端固定，挡圈的外壁面与支座的内壁面间隙配合。
9.如权利要求8所述薄膜密封的活塞发声器，其特征在于：活塞为圆柱体结构，活塞中空；活塞的发声端封闭、另一端开口，活塞的开口端与激励装置的驱动部件连接。
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