CN108337615A - 多孔调音件及包含它的扬声器模组 - Google Patents

多孔调音件及包含它的扬声器模组 Download PDF

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Abstract

一种多孔调音件，包括复合孔道结构，包括孔径为0.3～2nm、局部峰值为0.4～2nm的微孔、孔径为2～30nm、局部峰值为2～12nm的介孔和孔径大于700nm、局部峰值为0.8～500μm的大孔；所述多孔调音件中硅铝原子比为120以上。本发明的多孔调音件显著减低了F0，且制备工艺简单、相关参数易于管控、便于规模化工业生产。

Description

多孔调音件及包含它的扬声器模组
技术领域
本发明涉及扬声器技术领域，特别是一种多孔调音件和使用该多孔调音件的扬声器模组。
背景技术
扬声器模组作为一种将电信号转换为声音信号能量转换器，是电声产品中不可或缺的部件。扬声器模组通常由外壳和扬声器单元组成，扬声器单元将模组外壳的内腔分隔成前声腔和后声腔两个腔体。为了改善扬声器模组声学性能(如降低模组的谐振频率F0，扩展带宽)。通常会在后声腔增设调音件，调音件会吸收部分声能，等效于扩大后腔体容积，从而达到降低模组F0效果。
近年，在电子产品的日益轻薄化的发展趋势下，作为电子产品重要零部件的扬声器单元不断向结构扁平化的方向发展。但是，扁平结构的微型扬声器模组会造成后声腔的腔体容积缩小，导致扬声器谐振频率F0升高，低频灵敏度降低，对扬声器声学性能造成不利影响。
传统的调音材料包括发泡泡棉类和非发泡多孔调音材料，发泡泡棉类材料如细孔聚氨酯泡棉和三聚氰胺泡棉，但随着微型扬声器模组的日益轻薄化，此类传统调音材料已无法满足微型扬声器产品的声学性能要求。非发泡材料如沸石，但沸石调音材料受制于自身微粒形态，无法实现工业化生产的工艺可实现性，且与之配套的产品附属结构大大限制了微型扬声器后声腔空间的有效利用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种多孔调音件、多孔调音件及其应用的扬声器模组，至少达到降低扬声器的谐振响应频率F0的目的。
为解决以上技术问题，根据本发明的一方面，提供一种多孔调音件，包括复合孔道结构，包括孔径为0.3～2nm、局部峰值为0.4～2nm的微孔、孔径为2～30nm、局部峰值为2～12nm的介孔和孔径大于700nm、局部峰值为0.8～500μm的大孔；所述多孔调音件中硅铝原子比为120以上。
优选，所述多孔调音件包括通过将包括调音材料粉体、粘接剂、溶剂和助剂混合形成调音材料浆料，然后将所述调音材料浆料采用流化床、喷雾干燥、聚合成型、沸腾制粒、油柱成型或者油氨柱成型的方式，形成的颗粒。
优选，所述颗粒的平均粒径的范围为0.05-0.8mm。
优选，所述多孔调音件通过将包括调音材料粉体、粘接剂、溶剂和助剂混合形成调音材料浆料后直接或结合于载体形成成型体，然后干燥或干燥后焙烧成型体制得。
优选，所述载体是泡棉或碳纤维骨架。
优选，所述载体是泡棉时，将所述泡棉浸渍到所述调音材料浆料中，或者将所述浆料均匀喷涂到所述泡棉上形成所述成型体，干燥后制得所述多孔调音件。
优选，所述泡棉是聚氨酯、三聚氰胺泡棉，和上述两种泡棉的压缩体中的至少一种，其中所述泡棉中60％以上的泡孔孔径小于等于0.50mm。
优选，所述泡棉占所述多孔调音件质量的0.1～30％。
优选，所述载体是碳纤维骨架时，将所述活性碳纤维骨架放入覆形容器中后，将所述调音材料浆料浇注至所述覆形容器中形成所述成型体，然后将所述成型体进行干燥后焙烧制得所述多孔调音件；所述焙烧过程除去全部或部分所述活性碳纤维骨架。
优选，所述碳纤维骨架占干燥后成型体质量的2.5～35％，焙烧后所述碳纤维骨架残留不超过所述多孔调音件质量的2.5％。
优选，所述多孔调音材料粉体选自活性二氧化硅、氧化铝、氧化锆、天然沸石粉、人工合成的分子筛、活性炭、球壳状碳分子和碳纳米管中的至少一种。
优选，所述粘结剂选自氧化硅、硅溶胶、铝溶胶、粉末或纤维状树脂中的至少一种。
优选，所述助剂选自消泡剂、均匀剂、表面活性剂、造孔剂中的至少一种。
优选，所述多孔调音件中硅铝原子比为160以上。
本发明还提供一种扬声器模组，包括上述的多孔调音件。
本发明的多孔调音件显著减低了F0，且制备工艺简单、相关参数易于管控、便于规模化工业生产。更进一步，通过调音材料制浆料结合至泡棉载体形成的多孔调音件，不但显著地提高了多孔调音件的跌落性能，解决了多孔调音件在扬声器产品中跌落破碎和长时间工作起粉的问题，而且提高了对调音材料的有效利用率，避免了调音材料的浪费，大幅降低了生产成本。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作详细说明。
本发明一种典型的实施方式提供的多孔调音件，包括复合孔道结构，包括孔径为0.3～2nm、局部峰值为0.4～2nm的微孔、孔径为2～30nm、局部峰值为2～12nm的介孔和孔径大于700nm、局部峰值为0.8～500μm的大孔。
多孔调音件中硅铝原子比为120以上。优选，硅铝原子比为160以上。多孔调音件中的硅铝比可以采用以下检测方法对多孔调音件的成分进行检测：(1)感耦等离子体原子发射光谱(ICP)，参照：MV_RR_CNJ_0015感耦等离子体原子发射光谱方法通则(General rulesfor inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry,编号：JY/T 015-1996)；(2)能量散射型X射线荧光光谱(EDX)；(3)X射线荧光光谱(XRF)，参照：JB/T11145-2011X射线荧光光谱仪、JB/T126962.2-2016能量色散X射线荧光光谱仪第2部分：元素分析仪、JJG810-1993波长色散X射线荧光光谱仪；(4)X光电子能谱(XPS)，参照：GB/T30704-2014表面化学分析仪X光电子能谱分析指南。本发明的多孔调音件中的硅铝原子比是通过以上方法至少一种方法测试得出的结果在120以上，优选在160以上。如果以上四种检测方法检测结果存在差异时，以检测方式(1)检测结果为准。除以上方法外，本领域技术人员也可以采用其他方法对多孔调音件进行成分检测，例如原子吸收光谱或者原子荧光光谱检测法，本发明不对此进行限制。
多孔调音件包括通过将包括调音材料粉体、粘接剂、溶剂和助剂混合形成调音材料浆料，然后将调音材料浆料采用流化床、喷雾干燥、聚合成型、沸腾制粒、油柱成型或者油氨柱成型的方式，形成的颗粒。或者通过将包括调音材料粉体、粘接剂、溶剂和助剂混合形成调音材料浆料后直接或结合于载体形成成型体，然后干燥或干燥后焙烧成型体制得。
无论是采用流化床、喷雾干燥、聚合成型、沸腾制粒、油柱成型或者油氨柱成型的方式形成颗粒的调音材料浆料，还是直接或结合于载体形成成型体的调音材料浆料，都是由调音材料粉体、粘接剂、溶剂和助剂混合均匀形成。但形成颗粒的调音材料浆料与直接或结合于载体形成成型体的调音材料浆料中各组分的含量不同。本领域技术人员可以根据扬声器声学性能的需要，和工艺的不同需求选择合适的各组分的类型和含量。
调音材料粉体包括活性二氧化硅、氧化铝、氧化锆、天然沸石粉、人工合成的分子筛、活性炭、球壳状碳分子和碳纳米管中的一种，或者两种以上的组合物。
粘结剂包括氧化硅、硅溶胶、铝溶胶、粉末或纤维状树脂的一种或多种。粉末或纤维状树脂具备的可包括但不限于聚氨酯类、橡胶类、丙烯酸类、环氧类的一种或两种以上的混合物。
溶剂可以是水或者常用有机溶剂中的一种，或者两种以上的组合物。
助剂包括消泡剂、均匀剂、表面活性剂、造孔剂等，用于改善浆料质量。
在制备浆料的过程中，优选地，采用定量滴加法或者雾化加入法以提高浆料的均匀度。
以上述调音材料浆料制成的多孔调音件，其中的微孔和介孔是来自调音材料粉体粒子中微孔和介孔。大孔是由粒子之间形成，或者调音材料浆料浇注于覆形容器直接形成成型体干燥时溶剂蒸发后形成的，或者调音材料浆料结合于泡棉形成成型体时成型体内部的孔、或者干燥时溶剂蒸发后形成的，或者调音材料浆料结合于碳纤维骨架形成成型体后干燥焙烧除去部分或全部碳纤维骨架形成的。
在一种相对具体的实施方式中，采用流化床、喷雾干燥、聚合成型、沸腾制粒、油柱成型或者油氨柱成型的方式形成颗粒的调音材料浆料，调音材料浆料按质量比包含调音材料粉体10％～60％、粘接剂0.1％～30％、溶剂40％～85％和助剂0.01％～10％。
该实施方式中，形成颗粒容纳于多孔调音件的外壳中形成调音件。该调音件中颗粒的粒径优选为0.05-0.8mm。
在一种相对具体的实施方式中，直接或结合于载体形成成型体的调音材料浆料按质量比包含调音材料粉体10％～60％，粘接剂0.1％～30％，溶剂40％～85％，助剂0.01％～10％。
在该实施方式中，由于在制备浆料的过程中添加了粘结剂，会对调音材料的调音效果产生影响，因此粘结剂添加比例不能过高。粘结剂的有效固含量占调音材料浆料的质量比例为1％-35％。需要说明的是，在实际应用中，可以根据多孔调音件的调音效果和强度的表现情况，对粘结剂的种类、型号和用量比例进行调整。调音材料浆料中助剂占调音材料浆料的质量比例为0.02-10％。
在优选的实施方式，对成型体在40℃-150℃的空气、氮气或惰性气体中干燥0.5h-96h。对成型体进行干燥时，能够去除调音材料微孔中的水分子和有机类杂质，保证多孔调音件孔道结构的畅通性。
当采用调音材料浆料直接浇注于覆形容器直接形成成型体时，按照需要装配调音件的微型扬声器后声腔区域的结构，制备与扬声器后声腔适配的模具。将调音材料浆料直接浇注与定制的模具中，直接在40℃-150℃的空气、氮气或惰性气体中预干燥0.1～48h后，将成型体脱模、干燥或干燥后再焙烧。
当采用调音材料浆料与泡棉结合形成成型体时，将泡棉按照扬声器后声腔的结构、模切成形状和大小与扬声器后声腔适配的泡棉模切件；将泡棉模切件浸渍到调音材料浆料中，或者将浆料均匀喷涂到泡棉模切件，获得成型体；对成型体进行干燥后得到多孔调音件。
该实施方式中的泡棉是指发泡类调音棉，泡棉包括聚氨酯或三聚氰胺的开孔或半开孔泡棉；以及聚氨酯泡棉或三聚氰胺泡棉的热压缩体产物，在实际应用中只要选用发泡类材质即可。多孔调音材料浆料中的助剂包括消泡剂、均匀剂等，根据实际需要选择。。
泡棉模切件与扬声器后声腔的形状、大小相适配，使最后制备的多孔调音件可以充满扬声器后声腔，最大程度的利用扬声器产品的后声腔，使得多孔调音件对微型扬声器产品的声学性能优化调试的效果明显增加。
此外，该实施方式将调音材料制浆料喷涂或浸渍到弹性和抗震性较好的发泡调音棉类，不但显著地提高了多孔调音件的跌落性能，解决了多孔调音件在扬声器产品中跌落破碎和长时间工作起粉的问题，而且提高了对调音材料的有效利用率，避免了调音材料的浪费，大幅降低了生产成本。
当调音材料浆料与作为硬模板剂的碳纤维骨架结合形成成型体时，受限制作活性碳纤维骨架和覆形容器，将活性碳纤维骨架放入覆形容器中，覆形容器与扬声器后声腔的形状、大小适配；将调音材料浆料在覆形容器中成形，形成湿润成型体；将湿润成型体进行干燥，形成干燥成型体；将干燥成型体进行焙烧后获得多孔调音件，活性碳纤维骨架在焙烧过程中全部或部分燃毁，以在多孔调音件内部形成三维贯通通道。
在将活性碳纤维骨架燃毁的过程中，根据实际情况调整焙烧条件，应不破坏多孔调音件的孔道结构，不影响多孔调音件的调音效果。
本实施方式提供的多孔调音件制备方法，操作简便，可使调充满扬声器的后声腔，以最大程度利用后声腔的空间。根据设定的结构制造活性碳纤维骨架，活性碳纤维骨架在焙烧过程中全部或部分燃毁，在多孔调音件内部形成三维贯通通道，声音气流在三维贯通通道中迅速传播，提高了扬声器产品工作时产生的气流在调音材料中的传质效率，增大了多孔调音件的调音面积，增加了后声腔内空气分子与多孔调音件的表面可接触性，提高了调音效果。
本发明另一种典型的实施方式提供一种扬声器模组，其后声腔内填充以上的多孔调音件。
扬声器模组包括模组外壳和扬声器单元。模组外壳具有容纳腔，扬声器单元设置在容纳腔中，扬声器单元将容纳腔分割为后声腔和前出声区。前出声区、后声腔影响系统声学性能的不同频段，其中，后声腔主要影响系统声学性能的中低频部分，中低频部分对音质的影响很大。
制备多孔调音件
实施例1
将泡棉按照扬声器后声腔的结构、模切成形状和大小与扬声器后声腔适配的泡棉模切件。
准备调音材料浆料，二氧化硅粉体作为调音材料，将二氧化硅粉体与粘接剂硅溶胶、20％乙醇溶液和PEG400作为助剂，按质量比35:5:65:1.2混合均匀制成浆料。
二氧化硅粉体粒子的微孔的孔径为0.55～0.59nm，局部峰值为0.55～0.58nm；介孔的孔径为2～10nm，局部峰值为2～8nm。
将泡棉模切件浸渍到调音材料浆料中，获得成型体。
对成型体在40℃的氮气中干燥2.5h，得到多孔调音件。多孔调音件中大孔的孔径为0.7～700μm，局部峰值0.8～500μm。
实施例2
将泡棉按照扬声器后声腔的结构、模切成形状和大小与扬声器后声腔适配的泡棉模切件。
准备调音材料浆料，氧化铝粉体作为调音材料，将氧化铝粉体与粘接剂氧化硅、无水乙醇和PEG400，按质量比25:5:35:1.5混合均匀制成浆料。
氧化铝粉体粒子的微孔的孔径为0.515～0.57nm，局部峰值为0.53～0.55nm；介孔的孔径为6～15nm，局部峰值为8～12nm。
混合均匀制成浆料。
将浆料均匀喷涂到泡棉模切件，获得成型体。
对成型体在150℃的空气中干燥72h，得到多孔调音件。多孔调音件中大孔的孔径为5～500μm，局部峰值10～320μm。
实施例3
制作活性碳纤维骨架和覆形容器，将活性碳纤维骨架放入覆形容器中，覆形容器与扬声器后声腔的形状、大小适配。
准备准备调音材料浆料，天然沸石粉作粉体为调音材料，将天然沸石粉与铝溶胶、溶剂和助剂，按质量比15:1:40:10混合均匀制成浆料。
天然沸石粉体粒子的微孔的孔径为0.44～0.50nm，局部峰值为0.46～0.48nm；介孔的孔径为8～12nm，局部峰值为10～12nm。
将非发泡调音材料浆料在覆形容器中成形，形成湿润成型体。
将湿润成型体在100℃的惰性气体中干燥2h形成干燥成型体。
将干燥成型体进行焙烧后获得调音元件，活性碳纤维骨架在焙烧过程中绝大部分碳纤维骨架(残留不超过多孔调音件质量的2.5％)燃毁，以在调音材料内部形成三维贯通通道。多孔调音件中大孔的孔径为30～450μm，局部峰值80～360μm。
实施例4
制作活性碳纤维骨架和覆形容器，将活性碳纤维骨架放入覆形容器中，覆形容器与扬声器后声腔的形状、大小适配。
准备准备调音材料浆料，天然沸石粉作粉体为调音材料，将天然沸石粉与铝溶胶、溶剂和助剂，按质量比15:1:40:10混合均匀制成浆料。
天然沸石粉体粒子的微孔的孔径为1.56～2.00nm，局部峰值为1.86～2.00nm；介孔的孔径为4～8nm，局部峰值为5～6nm。
将非发泡调音材料浆料在覆形容器中成形，形成湿润成型体。
将湿润成型体在100℃的惰性气体中干燥2h形成干燥成型体。
将干燥成型体进行焙烧后获得调音元件，活性碳纤维骨架在焙烧过程中绝大部分碳纤维骨架(残留不超过多孔调音件质量的2.5％)燃毁，以在调音材料内部形成三维贯通通道。多孔调音件中大孔的孔径为15～300μm，局部峰值50～160μm。
实施例5
制作覆形容器模具，覆形容器模具与扬声器后声腔要装配多孔调音件区域的形状、大小适配。
准备准备调音材料浆料，人工合成分子筛粉体作为调音材料，将人工合成分子筛与硅溶胶、聚氨酯类粘合剂、溶剂和助剂，按质量比25:1:5:50:6混合均匀制成浆料。
人工合成分子筛粉体粒子的微孔孔径为0.52～0.55nm，局部峰值为0.53～0.54nm；介孔孔径为3～10nm，局部峰值为4～8nm。
将非发泡调音材料浆料在覆形容器中成形，形成湿润成型体。
将湿润成型体在75℃的惰性气体中干燥4h形成干燥成型体。
将干燥成型体进行焙烧后获得调音元件。多孔调音件中大孔的孔径为20～280μm，局部峰值35～180μm。
实施例6
准备准备调音材料浆料，分子筛粉体作为调音材料，将分子筛粉体与硅溶胶、聚乙烯醋酸盐粘合剂、溶剂和助剂，按质量比35:5:7:40:2混合均匀制成浆料。
分子筛粉体粒子的微孔孔径为0.55～0.60nm，局部峰值为0.56～0.59nm；介孔孔径为2.5～15nm，局部峰值为6～12nm。
将非发泡调音材料浆料采用流化床造粒技术，成型为颗粒。
将成型后颗粒在85℃烘箱中干燥2.5h后，用筛子筛选所产生的颗粒，以获得在期望的直径范围内的颗粒，颗粒的平均直径范围在0.13～0.8mm内。
筛分后的颗粒，即为获得的多孔调音元件。
实施例7
准备准备调音材料浆料，分子筛粉体作为调音材料，将分子筛粉体与硅溶胶、聚乙烯醋酸盐粘合剂、溶剂和助剂，按质量比35:5:7:40:2混合均匀制成浆料。
分子筛粉体粒子的微孔孔径为0.30～0.80nm，局部峰值为0.40～0.49nm；介孔孔径为5～30nm，局部峰值为6～12nm。
将非发泡调音材料浆料采用流化床造粒技术，成型为颗粒。
将成型后颗粒在85℃烘箱中干燥2.5h后，用筛子筛选所产生的颗粒，以获得在期望的直径范围内的颗粒，颗粒的平均直径范围在0.05～0.5mm内。
筛分后的颗粒，即为获得的多孔调音元件。
成分检测
可以采用以下检测方法对多孔调音元件的成分进行检测：(1)感耦等离子体原子发射光谱(ICP)，参照：MV_RR_CNJ_0015感耦等离子体原子发射光谱方法通则(Generalrules for inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry,编号：JY/T015-1996)；(2)能量散射型X射线荧光光谱(EDX)；(3)X射线荧光光谱(XRF)，参照：JB/T11145-2011X射线荧光光谱仪、JB/T126962.2-2016能量色散X射线荧光光谱仪第2部分：元素分析仪、JJG810-1993波长色散X射线荧光光谱仪；(4)X光电子能谱(XPS)，参照：GB/T30704-2014表面化学分析仪X光电子能谱分析指南。
具体检测结果如表1。
表1
检测方法 硅铝原子比
实施例1 ICP 176
实施例2 ICP 145
实施例3 ICP 124
实施例4 ICP 221
实施例5 ICP 180
实施例6 ICP 280
实施例7 ICP 355
F0测试
将实施例1-5制备得到的多孔调音材料填充到扬声器模组的后声腔，测其谐振频率F0，表3所示△F0为空腔F0减去装配多孔调音件后的F0。
表2
△F0
实施例1 87Hz
实施例2 82Hz
实施例3 99Hz
实施例4 93Hz
实施例5 103Hz
实施例6 105Hz
实施例7 119Hz
由于表中可以看出本发明的多孔调音件显著降低了F0。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (15)

1.一种多孔调音件，其特征在于，所述多孔调音件包括复合孔道结构，包括孔径为0.3～2nm、局部峰值为0.4～2nm的微孔、孔径为2～30nm、局部峰值为2～12nm的介孔和孔径大于700nm、局部峰值为0.8～500μm的大孔；所述多孔调音件中硅铝原子比为120以上。
2.根据权利要求1所述的多孔调音件，其特征在于，所述多孔调音件包括通过将包括调音材料粉体、粘接剂、溶剂和助剂混合形成调音材料浆料，然后将所述调音材料浆料采用流化床、喷雾干燥、聚合成型、沸腾制粒、油柱成型或者油氨柱成型的方式，形成的颗粒。
3.根据权利要求2所述的多孔调音件，其特征在于，所述颗粒的平均粒径的范围为0.05-0.8mm。
4.根据权利要求1所述的多孔调音件，其特征在于，所述多孔调音件通过将包括调音材料粉体、粘接剂、溶剂和助剂混合形成调音材料浆料后直接或结合于载体形成成型体，然后干燥或干燥后焙烧成型体制得。
5.根据权利要求4所述的多孔调音件，其特征在于，所述载体是泡棉或碳纤维骨架。
6.根据权利要求5所述的多孔调音件，其特征在于，所述载体是泡棉时，将所述泡棉浸渍到所述调音材料浆料中，或者将所述浆料均匀喷涂到所述泡棉上形成所述成型体，干燥后制得所述多孔调音件。
7.根据权利要求6所述的多孔调音件，其特征在于，所述泡棉是聚氨酯、三聚氰胺泡棉，和上述两种泡棉的压缩体中的至少一种，其中所述泡棉中60％以上的泡孔孔径小于等于0.50mm。
8.根据权利要求6所述的多孔调音件，其特征在于，所述泡棉占所述多孔调音件质量的0.1～30％。
9.根据权利要求5所述的多孔调音件，其特征在于，所述载体是碳纤维骨架时，将所述活性碳纤维骨架放入覆形容器中后，将所述调音材料浆料浇注至所述覆形容器中形成所述成型体，然后将所述成型体进行干燥后焙烧制得所述多孔调音件；所述焙烧过程除去全部或部分所述活性碳纤维骨架。
10.根据权利要求9所述的多孔调音件，其特征在于，所述碳纤维骨架占干燥后成型体质量的2.5～35％，焙烧后所述碳纤维骨架残留不超过所述多孔调音件质量的2.5％。
11.根据权利要求2或4所述的多孔调音件，其特征在于，所述多孔调音材料粉体选自活性二氧化硅、氧化铝、氧化锆、天然沸石粉、人工合成的分子筛、活性炭、球壳状碳分子和碳纳米管中的至少一种。
12.根据权利要求2或4所述的多孔调音件，其特征在于，所述粘结剂选自氧化硅、硅溶胶、铝溶胶、粉末或纤维状树脂中的至少一种。
13.根据权利要求2或4所述的多孔调音件，其特征在于，所述助剂选自消泡剂、均匀剂、表面活性剂、造孔剂中的至少一种。
14.根据权利要求1所述的多孔调音件，其特征在于，所述多孔调音件中硅铝原子比为160以上。
15.一种扬声器模组，其特征在于，包括权利要求1-14任一所述的多孔调音件。
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