CN107005755B

CN107005755B - 扬声器阵列

Info

Publication number: CN107005755B
Application number: CN201580054702.0A
Authority: CN
Inventors: 丹尼尔·比尔; 洛仑兹·贝特兹; 卢兹·埃里格
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2014-10-09
Filing date: 2015-10-08
Publication date: 2020-05-15
Anticipated expiration: 2035-10-08
Also published as: US10149045B2; US20170215003A1; EP3205117A1; WO2016055567A1; DE102014220544A1; JP2017535170A; JP6564855B2; CN107005755A

Abstract

一种扬声器阵列包括封装挡板和多个声音换能器。封装挡板包括多个凹陷，所述多个凹陷彼此相邻地布置在第一主表面上。多个声音换能器中的声音换能器布置在相关联凹陷中，以使得通过每个凹陷为相应的声音换能器形成封装后部体积。

Description

扬声器阵列

技术领域

本公开实施例涉及具有封装挡板和多个声音换能器的扬声器阵列及其制造方法。

背景技术

扬声器阵列可被布置为例如线形阵列或表面阵列。

扬声器阵列在各种声学传播场景中起着越来越重要的作用。其相对于传统扬声器的一大优势是，能够通过单独驱动每个单独声音换能器来影响扬声器阵列的传输特性。

根据现有技术制造扬声器阵列比较复杂，并且通常只有通过在材料和组装方面进行大量的工作才能实现。为了避免声学短路，阵列的后向声音必须与向前发射的声音隔离。这可通过向例如封闭的外壳内安装扬声器阵列来实现。根据应用，单独驱动阵列中的各个扬声器需要每个声音换能器一个分离的单独外壳(例如，可以通过气密的方式分离)，以避免外壳内的后向声压影响相邻的换能器。因此，为了使得每个单独的换能器能够具有其自身的封闭外壳体积，扬声器阵列的外壳必须分成所谓的室，这需要大量的工作。

如美国专利No.7,201,251中所公开的，阵列结构还可以备选地通过连续布置单独的封闭扬声器外壳来实现。但是，根据阵列的尺寸，在上述两种概念中涉及的材料和组装方面的工作相应地较多。因此，需要一种改进的方法。

发明内容

本发明的目标在于，提供针对扬声器阵列的扬声器外壳的简单构造以及扬声器阵列的简化制造方法。

通过独立权利要求来实现该目的。

第一实施例提供了一种扬声器阵列，该扬声器阵列包括封装挡板和多个声音换能器。封装挡板包括多个凹陷，所述多个凹陷彼此相邻地布置在第一主表面上。多个声音换能器中的每个声音换能器布置在多个凹陷中的相关联凹陷中，以使得通过每个凹陷为相应的声音换能器形成封装后部体积。

因此，本发明的核心是，作为具有多个室的扬声器外壳的替代，采用具有多个凹陷的封装挡板。原理上，封装挡板是具有增加的厚度的平坦元件，以使得凹陷或室能够直接形成于其中，这在将声音换能器插入凹陷后可形成后部体积。从而，将制造简单的扬声器构造，其可作为线形阵列和表面阵列两者按意愿缩放。

根据实施例，凹陷形成为盲孔，例如钻研盲孔或研磨盲孔，盲孔从而可包括例如圆形、椭圆形或甚至矩形形状。凹陷的宽度与深度的比的范围是5∶1到1∶5、3∶1到1∶3或2∶1到1∶2。

根据进一步的实施例，还将理解的是，封装挡板将被配置为具有多个(绑定和/或一般连接的)层的夹层构造。在这种情况中，根据一个实施例，还有可能的是，一个或多个前层(参见，第一主表面)包括针对凹陷的多个通孔，最后一层形成封闭凹陷的后壁，以使得再次形成盲孔。

根据另一实施例，封装挡板包括至少一个声音波导，例如采用喇叭、低音反射通道或传输通道的形式。

根据另一实施例，封装挡板还可包括传导层，传导层包括用于与声音换能器电接触的传导路径。其布置根据针对挡板的材料选择而发生改变。

另一实施例提供了一种用于制造扬声器阵列的方法。所述方法包括两个基本步骤，在封装挡板的第一主表面中设置布置为彼此相邻的多个凹陷，以及在相关联的凹陷中布置多个声音换能器，以使得它们为声音换能器形成后部体积。在该实施例中，有利地是，可以通过非常简单并因此不昂贵的方式制造扬声器整体。

在制造过程中，通过经由研磨或钻研将凹陷插入到承板中，或通过直接铸模(例如，通过铸造或注模)，所述设置彼此相邻地布置的多个凹陷的步骤可在一个方法步骤中实现。上述全部制作方法的优点在于，根据一个部件以及若干部件都可进行简单快速的制作，同时，由于低复杂度，还可通过完全自动的方式来实现制作或至少对外壳的制作。

附图说明

将进一步参照附图描述本发明的实施例，其中：

图1a示出了根据第一实施例对线形扬声器阵列的示意性3D示图。

图1b示出了根据第一实施例对另一线形扬声器阵列的示意性截面示图。

图2示出了根据另一实施例对平板扬声器阵列的示意性3D示图。

图3a示出了根据另一实施例对具有作为夹层构造的封装挡板的扬声器的示意性截面示图。

图3b示出了根据另一实施例对具有作为夹层构造的封装挡板和叠加后壁的扬声器的示意性截面示图。以及

图3c示出了根据附加实施例对具有附加驱动电子器件的扬声器的示意性截面示图。

具体实施方式

在下文中参照附图对本发明的实施例进行详细解释之前，应该指出的是，相同的元件和结构具有相同的附图标记，从而，它们的描述是可以互换的并且相互适用。

图1a示出了线形扬声器阵列10。线形扬声器阵列包括具有顺序布置的总共六个声音换能器16a到16f的延长封装挡板12。封装挡板12由例如木头、铝或具有足够壁厚的不同外壳材料制成，从而可在其中插入1×6 个凹陷14a到14f。凹陷14a到14f被设置为彼此相邻布置的盲孔，相应地，还顺序地布置了声音换能器16a到16f。为了完整起见，应该指出的是，所有的凹陷14a到14f布置在封装挡板12的相同主表面12a上。布置在相应凹陷14a到14f中的多个声音换能器16a到16f设置在该主表面12a上。在这一点，将注意的是，可通过例如在承板12上研磨或钻研盲孔或直接通过注模来制造凹陷14a到14f。

由于声音换能器16a到16f在凹陷14a到14f中的这一布置，通过凹陷 14a到14f分别为相应的声音换能器16a到16f形成一个封装后部体积，为了清楚起见，其也通过附图标记14a到14f表示。针对多个声音换能器16 a到16f的多个后部体积14a到14f彼此分离，并且还可被称为声学解耦的。从而，后部体积14a到14f在外壳材料12中直接形成所谓的单独外壳，单独外壳彼此分离，以使得它们无法通过后向声音彼此影响。与传统的扬声器的室相比，不会发生由于孔或组装容限导致的气密分离的缺陷。体积14a到14f具有大体相同的尺寸。另一优点在于，通过这一方法制造的外壳12具有高强度，并且由于多孔板或板结构形似例如蜂窝芯，其还具有高的内部抑制。

在这一点，应该注意的是，所述多个声音换能器16a到16f优选地但并不必要地实现为属于相同类型的声音换能器，从而通过所述布置形成阵列。通过不同地驱动单独声音换能器16a到16f，可通过定向的方式从阵列10发射声音，其中，可根据驱动声音换能器16a到16f的方式来改变方向。

在图1b中，示出了具有可变外壳体积的实施例。图1b示出了具有布置在封装挡板12’中的六个声音换能器16a到16f的扬声器阵列10’。凹陷 14a到14e对应于图1a中的凹陷14a到14e，而凹陷14f的尺寸则有所减小。

在该截面图中，可以看出，凹陷14a到14e几乎延伸到封装挡板12’的整个厚度。这里，深度与宽度的比大约为1∶1.5。凹陷14f’的深度减小，从而封装后部体积也减小，深度与宽度的比为大约1∶2。即使声音换能器16f与声音换能器16a到16e采用相同类型的声音换能器，声音换能器 16f也会由于封装后部体积14f’的原因而具有修改的特性。可以看出，1 ×n个凹陷14a到14f’之间的孔距大约是常数。

备选地，还可设想的是，作为改变盲孔14f’的深度的替换或补充，为了创建修改的特性，还对凹陷14f’的直径或宽度进行改变。在凹陷1 4f’的直径或宽度发生改变的情况中，由于经过修改的尺度，通常采用不同的声音换能器16f。备选地，可以使用锥形孔，从而换能器开口继续匹配声音换能器16f。

图2示出了平坦扬声器阵列10”。这包括平坦封装挡板12”，其中插入了4×4个凹陷14a到14p，它们充当针对声音换能器16a到16p的后部体积14a到14p。可以看出，凹陷14a到14p以及声音换能器16a到16p被布置为4×4矩阵和/或一般的m×m矩阵，单独凹陷14a到14p之间的钻孔距离可选地在X方向以及Y方向中是相同的。

参照图3a到3c，将分别对图2中的平坦扬声器阵列10”的子变化和图1a和1b中的线形扬声器阵列10和10’进行解释。

图3a示出了实现为夹层构造的封装挡板12”’。针对这一目的，封装挡板包括第一前层12a”’和第二后层12b”’，第一前层12a”’形成用于布置扬声器16a到16c的主表面。可选地，中间层12c”’可设置在层 12a”’和12b”’之间。凹陷14a到14c形成于包括三层12a”’、12b”’和12c”’的这一夹层结构中。

根据实施例，中间层12c”’可包括一个或多个用于与扬声器16a到 16c电接触的传导路径。举例来讲，通过用于扬声器16a的触点18示出这一电接触，其接触扬声器的膜的谐振线圈。根据对层12a”’和12b”’的材料的选择，扬声器信号或其一部分还可经由这些层实现。从而，可以设想的是传导层12a”’和12b”’形成换能器16a到16c的地接触。

图3b示出了同样实现为夹层构造的另一封装挡板12””。在这种情况中，夹层构造包括具有多个通孔的前层12a””(还称为多孔板)和形成后壁并从而不具有任何间隙的后层12b”’。该实施例的优点在于，在与后壁12b”’连接后，外壳体积14a到14c通过多个通孔配置于多孔板1 2a””中。由于通孔与盲孔相比更容易制造，因此这一构造在生产费用方面得以改善。

图3c示出了具有实现为盲孔的凹陷14a和14b的又一封装挡板1 2””’。用于扬声器16a和16b的驱动电子器件20设置于第一主表面的封装挡板12””’上。驱动电子器件20可被配置为例如协调对阵列的多个声音换能器的单独驱动。这里，挡板可包括和/或具有集成的所谓的冷却层，其在有些地方实现可能需要的热耗散(冷却表面)。

驱动电子器件20通过线缆连接到换能器16a和16b，这里通过针对扬声器16a的接触线18示意性地示出了线缆。备选地，还将设想的是，通过传导路径来实现所述连接，如参照图3a所进行的解释。应该注意的是，在该实施例中，封装挡板12””’实现为夹层构造还是单件并不重要。

参照以上实施例，应该指出的是，所采用的声音换能器16a到16e可以是具有膜和振荡器线圈的传统往复式声音换能器，还可以是静电声音换能器或小型扬声器，例如MEMS扬声器。

根据其他实施例，所谓的声音波导(例如，喇叭、低音反射通道或传输线通道)可以集成到封装挡板的承载材料中。

参照以上实施例，还应注意的是，作为传导路径层的替换或补充，封装挡板可包括用于单个扬声器的布线的磨出部分。

参照图3a，应该指出的是，传导路径层12c”’不必实现为中间层，其还可布置在第一主表面上或又一主表面上。在这一方面，对于本领域技术人员来讲，显然传导路径层12c”’不只与夹层构造结合使用。

参照图3c，应该注意的是，驱动电子器件20还可布置在第二相对主表面上(也就是说，后侧)或还可插入另一凹陷，以使得其没过(flus h)所述表面。

有时被称为“盲孔”的元件是像腔或缩进一样的凹陷，并且其通过以下事实来限定：当从前侧的平面查看时，开口延伸到挡板中，并且封闭在挡板内。此外，形成(例如，通过深冲压设置的塑料板)是弯曲的，以使得伸出到板厚度之外的体积被理解为盲孔。在该情况中，一方面，可以设想盲孔具有任何形状(圆形、矩形或自由形状)，另一方面，在深度方向可以设想任何轮廓，即线形、锥形或与任意数学函数相对应的另一形状。

还应该注意的是，当提及封装外壳时，本领域技术人员理解封闭外壳和具有共振器的外壳(例如，Helmholtz共振器)都是可行的，即低音反射外壳或具有无源膜的外壳。

其他实施例涉及扬声器阵列的制造方法。在基本变形中，其方法包括“在挡板的第一主表面中设置布置为彼此相邻的多个凹陷”的步骤以及“在多个凹陷中的相关联的凹陷中布置多个声音换能器”的步骤，从而通过凹陷形成针对封装挡板的后部体积。根据其他实施例，设置多个凹陷的第一步骤可通过研磨、钻研或一般机器加工来实现。备选地，所述凹陷还可通过其他材料移除方法(例如，能量爆破)或化学手段在固体材料中创建。备选地，还将设想的是，通过形成方式将封装挡板与凹陷直接制造为例如深冲压产品，或通过铸模方式制造为铸造产品或注模产品。

参考以上实施例，应该指出的是，电路板上的扬声器组装(扬声器外壳直接研磨到多层电路板中)只是为了说明目的，本发明的范围通过权利要求限定。

Claims

1.一种扬声器阵列(10、10’、10”)，包括：

多个MEMS声音换能器(16a-16p)；

多层电路板(12、12’、12”、12”’、12””、12””’)，包括多个盲孔(14a-14p、14f’)，所述多个盲孔彼此相邻地布置在第一主表面(12a)上，其中，所述多层电路板(12、12’、12”、12”’、12””、12””’)包括传导路径层(12c”’),所述传导路径层中形成有多个传导路径，以用于与所述多个声音换能器(16a-16p)电接触；以及

其中，所述多个声音换能器(16a-16p)中的每个声音换能器(16a-16p)布置在所述多个盲孔中的相关联盲孔中，使得每个盲孔与所述多个声音换能器(16a-16p)中的相应声音换能器(16a-16p)一起形成针对相应声音换能器(16a-16p)的封装后部体积(14a-14p、14f’)。

2.根据权利要求1所述的扬声器阵列(10、10’、10”)，其中，所述多个声音换能器被布置为1×m线形阵列；或者

其中，所述多个声音换能器(16a-16p)被布置为n×m表面阵列。

3.根据权利要求1所述的扬声器阵列(10、10’、10”)，其中，多个盲孔中的每一个包括圆形、椭圆形或矩形形状。

4.根据权利要求1所述的扬声器阵列(10、10’、10”)，其中，多个盲孔中的每一个的宽度-深度比被设置在3:1到1:3的范围内。

5.根据权利要求1所述的扬声器阵列(10、10’、10”)，其中，所述盲孔(14a-14p、14f’)是研磨而成的。

6.根据权利要求1所述的扬声器阵列(10、10’、10”)，其中，驱动电子器件(20)布置在第一主表面上、与第一主表面相对的第二主表面上或所述多层电路板(12、12’、12”、12”’、12””、12””’)内，所述驱动电子器件(20)被配置用于驱动所述多个声音换能器(16a-16p)。

7.根据权利要求1所述的扬声器阵列(10、10’、10”)，其中，所述盲孔(14a-14p、14f’)几乎延伸越过所述多层电路板(12、12’、12”、12”’、12””、12””’)的整个厚度。

8.根据权利要求1所述的扬声器阵列(10、10’、10”)，其中，驱动电子器件(20)布置在多层电路板(12、12’、12”、12”’、12””、12””’)中，所述驱动电子器件(20)被配置用于驱动所述多个声音换能器(16a-16p)。

9.根据权利要求1所述的扬声器阵列(10、10’、10”)，其中，声音波导、喇叭、低音反射通道和/或传输线通道被集成到多层电路板的承载材料中。

10.一种用于制造扬声器阵列(10、10’、10”)的方法，包括：

在多层电路板(12、12’、12”、12”’、12””、12””’)的第一主表面中设置彼此相邻地布置的多个盲孔(14a-14p、14f’)；以及

在所述多个盲孔(14a-14p、14f’)中的相关联盲孔(14a-14p、14f’)中布置多个MEMS声音换能器(16a-16p)，使得通过所述盲孔(14a-14p、14f’)为所述声音换能器(16a-16p)形成后部体积；

其中，所述多层电路板(12、12’、12”、12”’、12””、12””’)包括传导路径层(12c”’),所述传导路径层中形成有多个传导路径，以用于与所述多个声音换能器(16a-16p)电接触。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，设置彼此相邻地布置的多个盲孔(14a-14p、14f’)的步骤包括以下子步骤：设置承板，以及通过研磨插入多个盲孔(14a-14p、14f’)。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，设置彼此相邻地布置的多个盲孔(14a-14p、14f’)的步骤包括深冲压、铸造或注模的步骤。