CN110248293A - 利用多个谐振腔阻抑的声学腔，以及相关系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“利用多个谐振腔阻抑的声学腔，以及相关系统和方法”。一种声学箱具有至少部分限定用于声学辐射器的声学腔的外壳。外壳从声学腔到周围环境限定声学端口。声学谐振器具有第一谐振腔和第二谐振腔。声学谐振器还具有第一管道，以将第一谐振腔与声学腔声学耦合，以及第二管道，以将第二谐振腔与第一谐振腔声学耦合。电子设备可具有电声换能器。电子设备中的电路可驱动电声换能器以在所选择频率带宽上发射声音。由第一谐振腔和第二谐振腔提供的阻抑可解除对一个或多个频率的强调和/或扩展声学箱的频率响应，以改善电子设备发射的感知声音质量。

Description

利用多个谐振腔阻抑的声学腔，以及相关系统和方法
技术领域
本申请和相关主题(统称为“公开”)整体涉及利用多个谐振腔阻抑的声学腔，以及相关系统和方法。更具体地讲但并非唯一地，本公开涉及扬声器箱，该扬声器箱限定声学腔，该声学腔与具有彼此声学耦合的第一谐振腔和第二谐振腔的谐振器声学耦合并被其阻抑。仅作为一个例示性实施例，一种电子设备可结合声学腔，该声学腔由相对于声学腔彼此串联声学耦合的多个谐振腔阻抑。
背景技术
典型的电声换能器具有声学辐射器和典型的扬声器对，这样具有声学腔的声学辐射器加重和/或阻抑所选择的声学频带。常规声学腔和声学辐射器与很多电子设备相比常常很大。
更具体地讲但并非唯一地，很多商用电子设备具有等价于或大于常规声学腔和声学辐射器的特征长度标度。代表性电子设备包括，例如，便携式个人计算机(例如，智能电话、智能扬声器、膝上型电脑、笔记本电脑和平板电脑)、台式个人计算机、可穿戴电子设备(例如智能手表)。
因此，假定其具有不兼容的尺寸差异，很多电子设备未结合常规的声学辐射器和声学腔。作为进一步的结果，一些电子设备不向用户提供与更常规，尽管更大的扬声器相同的音频体验。
发明内容
在一些方面中，本文所公开的概念涉及具有利用多个谐振腔阻抑的声学腔的声学箱。
作为一个实施例，所公开的声学箱包括限定用于声学辐射器的声学腔的外壳。该外壳还从声学腔到周围环境限定声学端口。声学谐振器具有第一谐振腔和第二谐振腔。声学谐振器还具有第一管道，以将第一谐振腔与声学腔声学耦合，以及第二管道，以将第二谐振腔与第一谐振腔声学耦合。
第一声学管道可限定定位在声学腔和第一谐振腔之间的收缩区域。第二声学管道可限定定位在第一谐振腔和第二谐振腔之间的收缩区域。
声学谐振器可被布置成在对应于声学腔的四分之一波长谐振的频率处谐振，以扩展声学腔之内发射的声音的频率带宽。
该外壳可包括声学底座，其限定一对纵向间隔开的壁段，其间限定间隙。声学底座还可以限定对应于谐振器的凹陷区域。壁段和间隙可定位在凹陷区域和声学腔之间。此外，壁段和间隙可被布置用于限定声学腔与谐振器的第一谐振腔之间的收缩区域。
声学箱还可包括插入件。插入件可与声学底座配对地接合，以分隔凹陷区域并限定第二谐振腔。例如，第二谐振腔可被限定在插入件和凹陷区域的对应分隔部分之间。插入件可限定第二管道。
声学谐振器可构成第一声学谐振器，并且声学箱还可具有与声学腔声学耦合的第二声学谐振器。
根据另一个方面，扬声器组件具有限定第一主表面和相对的第二主表面的声学辐射器。外壳限定了与声学辐射器的第一主表面相邻定位并至少部分地被声学辐射器的第一主表面围绕的声学腔。外壳还从声学腔到周围环境限定声学端口。声学谐振器具有第一谐振腔和第二谐振腔。声学谐振器还具有第一管道以将第一谐振腔与声学腔声学耦合。此外，声学谐振器具有第二管道以将第二谐振腔与第一谐振腔声学耦合。
声学辐射器的第二主表面可限定相邻区域的边界。相邻区域与声学腔、第一谐振腔、第二谐振腔或它们的组合声学解耦。
在此类扬声器组件中，第一声学管道可限定定位在声学腔和第一谐振腔之间的收缩区域。第二声学管道可限定定位在第一谐振腔和第二谐振腔之间的收缩区域。
插入件可限定将第一谐振腔从第二谐振腔分开的壁。第二管道可具有通过该壁从第一谐振腔延伸到第二谐振腔的孔。
壁可定位在声学腔和第一谐振腔之间。该壁可限定构成第一声学管道的一部分的开放间隙。
声学谐振器可被布置成在对应于声学腔的四分之一波长谐振的频率处谐振，以扩展声学辐射器发射的声音的频率带宽。声学谐振器可以是第一声学谐振器。扬声器组件可包括第二声学谐振器。
根据另一个方面，一种电子设备包括电声换能器，以及驱动电声换能器在所选择频率带宽上发出声音的电路。例如，此类电路可包括处理器和存储器。存储器可包含指令，该指令在由处理器执行时，使得电子设备驱动电声换能器以在所选择的频率带宽上发射声音。
带端口声学腔定位成与电声换能器相邻。该电子设备还具有声学谐振器。声学谐振器具有第一谐振腔和第二谐振腔。第一谐振腔与声学腔和第二谐振腔声学耦合并定位在其间。
声学谐振器可被布置成在对应于带端口声学腔的四分之一波长谐振的频率处谐振。声学谐振器的此类谐振能够与电声换能器发射的所选择频率带宽相比，扩展电子设备发射的声音的频率带宽。
该声学谐振器可以是第一声学谐振器，且该电子设备可包括第二声学谐振器。第二声学谐振器可具有对应的第一谐振腔和对应的第二谐振腔。对应于第二声学辐射器的第一谐振腔可与声学腔和对应于第二声学谐振器的第二谐振腔声学耦合并定位在其间。
壁可定位在声学腔和第一谐振腔之间。开口可延伸穿过壁以将声学腔与第一谐振腔声学耦合。该电子设备还可具有定位在第一谐振腔和第二谐振腔之间的另一壁。开口可延伸穿过另一壁以将第一谐振腔与第二谐振腔声学耦合。
还公开了相关联的方法，以及包括计算机可执行指令的有形非暂态计算机可读介质，所述计算机可执行指令在被执行时使计算环境实施本文所公开的一种或多种方法。还公开了体现在软件、固件或硬件中并且适合于实施这种指令的数字信号处理器。
通过以下参照附图进行的详细描述，前述和其他特征和优点将变得更加明显。
附图说明
参见附图，其中在所有视图和本说明书中，类似的数字指代类似部件，通过示例的方式而不是限制的方式说明了本发明所公开的原理的各方面。
图1示出了包括声学箱和扬声器换能器的组件的横截面视图。
图2示出了利用声学谐振器阻抑的声学箱的频率响应以及没有此类阻抑的声学箱的频率响应。
图3示意性地示出了亥姆霍兹谐振器的透视图。
图3A示意性地示出了图3中所示的亥姆霍兹谐振器沿截面III-III的横截面视图。
图4示出了包括声学箱和扬声器换能器的组件的横截面视图。
图5示出了来自上文，包括声学箱和扬声器换能器的组件的平面视图。
图6示出了来自上文，包括声学箱和扬声器换能器的组件的平面视图。
图7示出了来自上文，包括声学箱和扬声器换能器的组件的平面视图。
图8示出了框图，示出了音频器械的各方面。
图9示出了框图，示出了计算环境的各方面。
具体实施方式
下文描述了与响应于超声波信号内容的音频器械相关的各种原理，以及相关的系统和方法。例如，一些公开的原理涉及声学系统、方法和部件，以在特定频率下阻抑谐振。也就是说，本文对具体器械、装置或系统配置以及方法动作的特定组合的描述仅是被选择为所公开原理的方便例示性实施例的所设想器械、部件、系统和方法的特定实施例。所公开原理的一个或多个可以结合在各种其他器械、部件、系统和方法中，以实现各种对应期望特性中的任何特性。因此，本领域的普通技术人员在研究本公开之后将认识到，具有与本文论述的那些特定实施例不同的属性的器械、部件、系统和方法能够体现一个或多个本文公开的原理，并能够用于本文未详细描述的应用中。此类另选的实施方案也落入本公开的范围内。
I.概述
考虑到尺寸限制，一些电子设备结合了所谓的“微扬声器”。微扬声器的示例包括在耳机、头戴式耳机、智能电话或其他类似的紧凑电子设备(例如，便携式时计或平板电脑、笔记本电脑或膝上型计算机)内发现的扬声器或耳机接收器。
微型扬声器的工作原理类似于，但未必相同于更大的电声换能器。例如，如图1所示，微扬声器10可结合音圈12和对应磁体14，以使得音圈与通过音圈的电流的变化对应地往复运动。此类微扬声器可具有振动膜16或其他声学辐射器，其与音圈12耦合，以使得声学辐射器发射声音。然而，由于其物理尺寸有限，微扬声器可达到的输出电平是有限的。一些电子设备将此类微扬声器与一个或多个适于改善辐射声音的开放区域声学耦合，如声学腔18的性质那样。微扬声器振动膜的直径或主轴可例如介于约10mm和约75mm之间，例如介于约15mm和约65mm之间，例如介于约20mm和约50mm之间测量。
声学腔18或其他声学系统可以在于一定范围的频率(现有技术中有时称为“带宽”)中被表征，如图2中所示，在该频率范围内观测到的声压水平(SPL)20、22的损耗小于所选择的阈值水平。有时，使用小于三分贝(-3dB)SPL的损耗来表征由给定的声学箱或其他系统提供的带宽。
具有基本上等于带端口声学腔特征长度的四分之一波长的声学频率能够在腔之内谐振(例如，形成驻波)，使得辐射的声音在该频率比在其他频率更响。发生这种情况的频率在现有技术中有时被称为“四分之一波谐振(QWR)频率”，其表示给定声学腔的测量单位并可能在具有不同几何形状的腔之间有所不同。
此外，在QWR频率(或更高频率)传播的声波可能相对于扬声器振动膜或在激励声学腔中的空气质量的其他声学辐射器有180度的相位差。因此，声音响度可能在给定声学腔的QWR频率之外的频率处迅速衰减，并且不利地影响由声学腔辐射的声音的感知质量。
再次参见图1和图2，与由另一个声学腔(未示出)提供的带宽22相比，提供相对更宽带宽20的声学腔18可被感知为比另一个腔提供相对更好的声音质量。如本文更充分描述的，与声学腔18声学耦合的一个或更多的谐振腔13a、13b可在特定频率下阻抑谐振，如箭头21所示，并与缺少此类阻抑的声学腔相比扩展频率响应，如箭头23所示。因此，与先前的箱体和/或设备相比，具有利用多个谐振腔阻抑的声学腔的声学箱和/或电子设备可改善感知的声音质量。
II.电声换能器
扬声器(或微扬声器)具有多种类型的电声换能器或驱动器。
仍参见图1，传统的直接辐射器例如可包括电动力学扬声器10，其具有浸入静态磁场(例如，与磁体14a、14b相关联)中并耦合到振动膜16和悬架系统15的导电线的线圈12(现有技术有时称为“音圈”)。导电线(例如，铜包铝)有时被称为“音圈线”。
可定位一个或多个磁体14a、14b(例如NdFeB磁体)以与音圈12相邻，以便使得磁体14a、14b的磁场与对应于通过音圈12的电流的磁通量交互。在图1所示的特定实施方案中，音圈12定位在内磁体14a和外磁体14b之间。利用图1中的配置，音圈12被布置成相对于内磁体14a在最远侧位置和最近侧位置之间来回进行活塞运动。一个或多个磁体表面，例如面向振动膜16的顶部平面表面14c可具有对应于振动膜的主表面16b的轮廓的轮廓。例如，结合具有面向磁体的凸主表面的振动膜使用的磁体能够限定对应的凹状凹陷或其他轮廓的区域。具有此类轮廓表面的磁体能够在从静止位置的最低偏离处配对地接收振动膜，并在大偏离下维持振动膜的对准。
对于图1中的扬声器而言，振动膜16和线圈12能够彼此对应地移动。当电流在通过音圈12的方向上交替时，在音圈12的磁场和磁体14a，14b之间产生机械力，迫使音圈(并因此振动膜16)移动，例如，往复运动。当相应电流或电压电势例如在可听到的频率下交替变化时，音圈12(和振动膜16)能够移动，例如，活塞式往复运动并辐射声音。
换能器模块10具有框架17和悬架系统15，该悬架系统将声学振动膜16与框架支撑地耦合在一起。振动膜16可以是硬(或刚性)和轻质的。理想地，振动膜16呈现出完美的活塞运动。振动膜(有时称为锥体或圆顶，例如，对应于其所选择的形状)可由铝、纸、塑料、复合材料或提供高刚度、低质量并可在制造期间适当成形的其他材料形成。
悬架系统15通常在来自音圈12和磁体14a、14b的磁场交互驱动的偏离之后，向振动膜16提供恢复力。此类恢复力可使振动膜16返回到中性位置，例如，如图1所示。悬架系统15可将音圈12保持在相对于磁体14a、14b的期望位置范围内。例如，悬架15可提供振动膜16和音圈12的受控轴向运动(例如，活塞运动)，同时很大程度上防止可能导致线圈撞击其他电动机部件，例如磁体14a、14b的横向运动或倾斜。
可选择悬架15的弹性度量(例如，取决于位置的刚度)以匹配音圈12和电动机(例如，磁体14a、14b)系统的力与挠曲特性。例示的悬架系统15包括围绕振动膜16的外周边15a向外延伸的围绕件。该围绕件可由聚氨酯泡沫材料、硅酮材料或其他柔韧材料形成。在一些情况下，可通过施加到模制件或模具中的材料的热和压力将围绕件挤压成期望的形状。
振动膜16具有部分地界定声学腔18的第一主表面16a和相对的第二主表面16b。音圈12的第一端可化学地或通过其他方式物理地结合到声学振动膜16的第二主表面16b。例如，在图1中，音圈12物理地与第二主表面16b耦合。
另选地，可将音圈线包裹在非导电线轴周围，有时称为“音圈形成器”。音圈形成器可物理地附接，例如，结合至声学振动膜16的主表面16b。这种音圈形成器可提供用于向振动膜16传输机械力和机械稳定性的平台，通常如上文结合音圈所述。
音圈12和/或音圈形成器可具有对应于振动膜16的主表面形状的横截面形状。例如，在从上方(或下方)在平面图中看时，振动膜16可具有基本圆形、直线、卵形、跑道或其他形状。类似地，音圈(或音圈形成器)可具有基本圆形、直线、卵形、跑道或其他横截面形状。在其他情况下，在从上方(或下方)在平面图中看时，音圈形成器的横截面形状可不同于振动膜的形状。
设想了其他形式的驱动器结合所公开的技术使用。例如，压电驱动器、带状驱动器和其他挠性换能器可在框架内之内悬挂电响应振动膜。该振动膜可响应于施加于振动膜(或其他(直接或间接)与振动膜物理耦合的构件)的电流或电势而改变尺度或形状或以其他方式挠曲。就压电换能器而言，挠曲可能是因为对应于电流或电势而出现的内部机械力而出现的。例如，在静电(或平面磁性)换能器的情况下，振动膜和定子之间的机械力因振动膜和定子之间的静电场的变化而产生，从而促使振动膜振动并辐射声音。
并且，尽管未示出，扬声器换能器可包括其他电路(例如，专用集成电路(ASIC))或电气设备(例如，电容器、电感器和/或放大器)以调节和/或驱动电信号通过音圈。此类电路可构成本文所述的计算环境的一部分。
III.声学箱
在图1中，扬声器模块10定位在声学箱1中。声学箱1可以是独立的装置，如例如传统书架式扬声器或智能扬声器那样。另选地，该声学箱1可在另一个设备，例如智能电话的外壳之内构成界定区域。
在任一种情况下，图1中的声学箱1包括界定开放内部区域3的外壳2。扬声器振动膜16或更一般地，声学辐射器定位在开放内部区域3中并限定第一主表面16a和相对的第二主表面16b。在图1中，开放内部区域3由若干壁5和扬声器振动膜16划分成与第一主表面16a相邻的声学腔18和与第二主表面16b相邻的声学密封的声学腔19。在图1中，声学腔18和声学密封的声学腔19分别至少部分地由第一主表面16a和第二主表面16b界定。
外壳2还从声学腔18到周围环境7限定声学端口6。端口6和振动膜16可被布置于所谓的“侧面发射”布置，如在图1中那样。也就是说，端口6的横截面(或口部)可相对于振动膜16的主表面16a、16b横向取向。例如，在图1中，端口6被取向为使得与端口口部正交的矢量相对于与扬声器振动膜16正交的矢量正交延伸。
尽管例示的声学端口6具有盖8或其他保护屏障以抑制污垢、水或其他碎屑渗入声学腔18中，但是一些声学端口没有明显的盖。例如，并非如图1中那样限定单个孔，外壳2能够限定跨越端口6的口部延伸的打孔壁(未示出)。
虽然图1中一般将声学端口6例示为由外壳壁限定的孔，但在一些情况下，声学端口6包括从声学腔18延伸到外壳2或其他外壳的外表面2a的声学管道或通道。例如，电子设备的美学或其他设计约束可能导致声学腔18与外壳或其他壳体的外表面2a间隔开。因此，管道或其他声学通道(未示出)可从声学腔18延伸至外表面以将声学腔18声学地连接到周围环境7。尽管未示出，但此类管道可具有内部导流板以限定从与声学腔18相邻的近端到与外表面2a相邻的远端的迂回路径。
如图1所示，声学腔18具有在内部外壳壁5和端口6的口部之间延伸的特征长度L。通常，具有特征长度L的声学腔18的基频(或QWR)为波长λ等于4*L的频率f。换句话讲，可以根据以下公式估计典型带端口声学腔18的谐振频率fres：
fres＝c/4L
其中c为约343m/s，即空气在20℃的温度下的近似速度。图2示出了用于此类带端口声学腔18的代表性频率响应22。注意，声压水平(SPL)在高于fres的频率下的快速损耗达到局部极大值。
然而，图1中所示的箱体1还包括与声学腔18声学耦合的声学谐振器11。谐振器可被配置为在与声学腔18的fres基本相同的频率下谐振。另选地，谐振器11可被配置为在不同于声学腔18的fres的频率下谐振。
与声学腔18耦合的声学谐振器11倾向于在频率fres处阻抑谐振。换句话讲，声学谐振器11的存在和配置能够在更宽范围的频率上扩展本来会集中于频率fres的能量。因此，由振动膜16辐射并由声学箱1发射的声音响度或水平在QWR频率fres处或附近不会像在没有声学谐振器时该频率处或附近辐射和发射那样剧烈地增大。此外，与没有阻抑的带宽22相比，阻抑箱体1能够在更宽范围的频率或带宽20上维持响度或水平。
为了进一步例示，图2示出了利用图1所示且刚刚描述的谐振器11阻抑的带端口声学腔的代表性频率响应20。与没有声学谐振器阻抑的声学腔的代表性响应相比，对应于阻抑声学腔18的响应20既有更低的峰SPL26、27，又有扩展的带宽23。
更具体地讲，峰24绘示了对于未阻抑箱体，在QWR频率fres处增大的声音水平。同样，在高于fres的频率下的快速衰减绘示了声音响度在那些更高频率下的下降。现在参考用于阻抑声学腔18的频率响应20，fres处的声音响度28显著低于峰24处，然而量值类似于更低频率下的声音响度。尽管如此，对于利用声学谐振器11阻抑的声学腔18，在高于和低于fres的窄频带(由峰26、27所示)上声音响度适度增大。
IV.声学谐振器
一般来讲，声学谐振器11可为具有一个或多个腔或腔体的任何形式的声学谐振器，该腔或腔体被配置为在相应一个或多个频率(谐振频率)处以比其他频率下更大的幅度谐振。在一些箱体中，调谐谐振器的几何形状，以使谐振器在对应于声学腔18的QWR频率的一个或多个频率下谐振。
声学谐振器的示例为所谓的亥姆霍兹谐振器，但存在其他形式的声学谐振器。如下文更充分描述的，多个个体谐振器可被组合以形成谐振器11。该组合谐振器彼此相比可以是相同类型或不同类型的。如图3所示，亥姆霍兹谐振器30可具有通过声学通道(或管道)36耦合到周围环境34的闭合谐振腔32(或腔体)。声学通道36可以从近端35开口延伸到谐振腔32，到远端37开口，到周围环境34。同样，声学通道36可相对于谐振腔32和周围环境34限定收缩(例如，更小的横截面积)。
给定亥姆霍兹谐振器的谐振频率(即，给定亥姆霍兹谐振器以与其他频率相比相对较大的幅度谐振的频率)对应于亥姆霍兹谐振器的物理布置。例如，谐振频率可对应于谐振腔(或腔体)32的容积、近端35处的声学通道36的特征宽度(或直径)、远端37处声学通道36的特征宽度(或直径)、声学通道36从近端35到远端37的长度，以及通道的远端是否具有例如从远端37沿径向向外延伸的凸缘38或壁。
V.利用声学谐振器阻抑的声学箱
与声学腔18耦合的一些声学谐振器包括相对于声学腔18彼此串联和/或并联耦合的多个声学谐振器。例如，如图1所示，具有彼此声学耦合的多个替代声学谐振器13a、13b以及声学腔18的声学谐振器11能够提供更多自由度，用于调谐与单个谐振器(例如，图3中所示)相比在所选择一个或多个频率处提供的阻抑程度。通常，本文所述的声学谐振器可包括与声学腔18声学耦合并相对于声学腔18彼此串联和/或并联耦合的任何数量和类型的替代声学谐振器。
如图1和图4所示，声学谐振器11、40可包括与声学腔18声学耦合的两个构成，例如，亥姆霍兹谐振器。例如，图1示出了相对于声学腔18彼此串联声学耦合的第一谐振器13a和第二声学谐振器13b。例如，第一谐振器13a与声学腔18以及与第二谐振器13b直接耦合。然而，例示的第二声学谐振器13b不与声学腔18直接声学耦合。相反，第一声学谐振器13a定位在第二声学谐振器13b和声学腔18之间。此外，在图1中所示的实施例中，第二声学谐振器13b定位于限定第一谐振器13a的外壳之内，并且相应的谐振腔9a、9b彼此通过垂直壁分开。图4示出了亥姆霍兹谐振器的类似嵌套布置，尽管分开谐振腔的壁被旋转大约90度。
尽管图1和图4中示出了嵌套谐振器13a、13b和42、44，但相对于声学腔彼此串联耦合的一些声学谐振器可被定位成彼此相邻。例如，第一声学谐振器(中间谐振器)可定位在第二声学谐振器(终端声学谐振器)与声学腔之间，但第一声学谐振器不需要包容第二声学辐射器的容积，如图1和图4所示。在一些情况下，终端声学谐振器可具有比中间谐振器更大的容积，或反之亦然。
在图1中，第一亥姆霍兹谐振器13a包括容积为v1的第一谐振腔9a，以及在长度l1上延伸的第一管道，该长度从与腔9a相邻的近端到与声学腔18相邻并向其开放的远端。第一声学通道(或管道)限定定位在声学腔18和第一谐振腔9a之间的收缩区域t1。
第二亥姆霍兹谐振器13b包括容积为v2的第二谐振腔9b，以及在长度l2上延伸的第二管道，该长度从与腔9b相邻的近端到与第一谐振腔9a相邻并向其开放的远端。在图中1，容积v1大于容积v2。
图1中的谐振腔9a、9b中的每个都与和振动膜16的第一主表面16a相邻的声学腔18声学耦合，并与和振动膜16的相反第二主表面16b相邻的密封声学腔19声学隔离。第二声学通道限定定位在第一谐振腔9a和第二谐振腔9b之间的收缩区域t2。
仍然参见图1，将谐振腔9a与谐振腔9b分开的壁9限定第二管道。在其他情况下，第二管道可与壁9独立(例如，与一体相反)形成。同样，图1中的壁9被示为取向基本平行于例如端口6并且大致与振动膜16相交。相比之下，图4所示的壁43取向大致垂直于端口6并且大致平行于振动膜16。
在图1、图4和图5中的每个中，外壳2包括限定与声学谐振器11对应的凹陷区域52的声学底座50。在图4和图5中，第二谐振腔44占据凹陷区域52的下部。在图1中，第一谐振腔9a和第二谐振腔9b的下部占据凹陷区域52。
仍然参考图4，声学管道41、45的任一个或两者可具有大致对应于将相应谐振腔42、44与相邻声学腔18或谐振腔42分开的壁5的厚度的长度。例如，在图5中，声学底座50限定一对纵向间隔开的壁段5a、5b，其间限定间隙41。壁段5a、5b和间隙41定位在凹陷区域52和声学腔18之间，并且被布置成限定声学腔18和谐振器40的第一谐振腔42之间的收缩区域。虽然壁段可如图5中那样彼此沿纵向间隔开，但是一些声学底座限定壁，该壁具有在其周边被壁5界定的孔，大致如图4所示。
在一些情况下，图4和图5中分隔谐振腔42、44的壁43可与声学底座50一体地形成。在其他情况下，独立的有轮廓插入件限定壁43。此类插入件可与声学底座50分离并可配对地接合。在任一情况下，壁43可分隔凹陷区域52以将第二谐振腔44限定为与第一谐振腔42不同的腔。同样，该插入件可限定声学通道45，或者通道可被形成为与例如插入件的壁43接合的独立构件。
图5、图6和图7示出了从利用一个或多个声学耦合的声学谐振器阻抑的声学箱上方看的相应平面视图。在图5中，在从上方看的平面图中示出了图4中所示的声学谐振器40、声学腔18和声学振动膜16。声学谐振器40相对于振动膜16定位成与声学端口6相对，并且将谐振器40与声学腔18耦合的声学管道从与端口6开放的壁相对的壁开放。
在图6中，声学谐振器60耦合到声学腔18，声学管道61从与声学端口6开放的壁正交的壁62延伸。在图5和图6中，谐振器40、60包括相对于声学腔18彼此串联声学耦合的第一谐振腔和第二谐振腔。虚线62表示谐振器60可以与声学底座配合或者可以独立于此类底座形成。
图7示出了声学谐振器的另选布置70a、70b、70c。例如，像图6中的谐振器60那样，图7中的谐振器70a包括类似于图4中那样布置的嵌套和堆叠第一谐振腔和第二谐振腔，图7中示出了腔42a，而对应于腔44(图4)的腔隐藏于壁43a下方。在图7中，第一谐振腔和第二谐振腔相对于声学腔18彼此串联声学耦合并被壁43a彼此分开。同样，图7示出，一个或多个其他声学谐振器70b、70c可以相对于声学腔18与谐振器70a并联声学耦合。例如，谐振器70a、70b、70c通过相应的声学管道71a、71b、71c与声学腔18声学耦合。
并且，并联谐振器70b、70c中的一个或多个可具有相对于声学腔18彼此声学耦合的第一谐振腔42b和第二谐振腔(类似于图4中的腔室44)。例如，第一谐振腔42b和第二谐振腔可通过壁43b彼此分开，并且通过管道45b相对于声学腔18彼此串联声学耦合。并且，出于例示性目的，谐振器70c被示为具有单个对应于声学底座中的凹陷区域的谐振腔52c。与例如图1、图4、图5和图6中所示的箱体布置相比，此类另选的布置可提供更多自由度以用于调谐箱体2。
VI.具有阻抑声学腔的电子设备
现在参见图8，通过参照音频器械的具体实施例来描述具有阻抑声学腔的电子设备。电子设备仅代表可能的能够结合声学箱，更具体地讲，阻抑声学腔的一类计算环境，如本文所述。然而，结合特定音频器械80简单描述了电子设备，以例示结合并受益于阻抑声学腔的系统的实施例。
如图8所示，音频器械80或其他电子设备在其最基本形式中可包括处理器84、存储器85和扬声器或其他电声换能器87，以及相关联的电路(例如，信号总线，为清楚起见从图8将其省略)。存储器85可存储指令，该指令在由处理器84执行时使得音频器械80中的电路驱动电声换能器87以在所选择的频率带宽上发射声音。
此外，音频器械80可具有与电声换能器相邻定位的带端口声学腔，以及与声学腔声学耦合的声学谐振器。如上所述，声学谐振器可包括彼此声学耦合的第一谐振腔和第二谐振腔以及声学腔。声学谐振器可被布置成在对应于带端口声学腔的四分之一波长谐振的频率处谐振，以与电声换能器发射的所选择频率带宽相比扩展电子设备发射的声音的频率带宽。
图8中示意性地示出的音频器械80还包括通信连接部86，用于与另一个计算环境建立通信。同样，音频器械80包括音频采集模块81，其具有麦克风换能器82，以将入射声音转换为电信号，连同信号调节模块83，以调节(例如，采样、过滤和/或以其他方式调节)麦克风发射的电信号。此外，存储器85可存储其他指令，这些指令当由处理器执行时，使得音频器械80执行类似于下文结合图9更充分描述的一般计算环境的多种任务中的任何任务。
VII.声学信号调节
如本文所述，阻抑声学腔18可在更宽带宽上辐射声音，并且与在通过未阻抑声学腔播放时施加到声学信号的信号调节程度相比，还可需要更少的声学信号调节。例如，用于驱动扬声器换能器的信号的振幅可在未阻抑声学腔的谐振频率处和附近减小，以在音频回放期间解除对该频率的强调。然而，此类信号调节可能是计算密集的。本文所述的声学阻抑声学腔可在声学上阻抑所选择的频率，并且允许在音频回放期间信号调节更少并减少计算开销。此类信号调节可在软件、固件或硬件(例如，使用ASIC)中执行。
VIII.计算环境
图9示出了合适的计算环境90的一般化实施例，其中可实施涉及例如对器械进行声学控制的所述方法、实施方案、技巧和技术。计算环境90不旨在对本文所公开的技术的使用范围或功能提出任何限制，因为每种技术可在不同的通用或专用计算环境中，包括在音频器械之内实施。例如，每种公开的技术可用其他计算机系统配置来实施，其他计算机系统配置包括可穿戴设备和/或手持器械(例如，移动通信设备，例如可得自Apple Inc.(Cupertino,CA.)的/HOMEPODTM设备)、多处理器系统、基于微处理器的或可编程的消费电子产品、嵌入式平台、网络计算机、小型计算机、大型计算机、智能电话、平板电脑、数据中心、音频设备等。每种公开的技术还可在分布式计算环境中实践，其中任务由通过通信连接部或网络链接的远程处理设备执行。在分布式计算环境中，程序模块可位于本地存储器存储设备和远程存储器存储设备两者中。
计算环境90包括存储器92和至少一个中央处理单元91。在图9中，该最基本配置93包括在虚线内。中央处理单元91执行计算机可执行指令，并且可以是真实或虚拟处理器。在多处理系统中或在多核中央处理单元中，多个处理单元执行计算机可执行指令(例如，线程)以提高处理速度，并且因此，多个处理器可以同时运行，尽管处理单元91由单个功能块表示。
处理单元或处理器可包括专用集成电路(ASIC)、通用微处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号控制器或布置成处理指令的一组硬件逻辑结构(例如，滤波器、算术逻辑单元和专用状态机)。
存储器92可以是易失性存储器(例如，寄存器、高速缓存、RAM)、非易失性存储器(例如，ROM、EEPROM、闪存存储器等)或两者的一些组合。存储器92存储软件98a的指令，该指令当由处理器执行时，该软件可以例如实施本文描述的一种或多种技术。所公开的技术可体现在软件、固件或硬件(例如，ASIC)中。
计算环境可具有附加特征结构。例如，计算环境90包括存储装置94、一个或多个输入设备95、一个或多个输出设备96，以及一个或多个通信连接部97。互连机构(未示出)诸如总线、控制器或网络可互连计算环境90的部件。通常，操作系统软件(未示出)为在计算环境90中执行的其他软件提供操作环境，并协调计算环境90的部件的活动。
存储装置94可以是可移动的或不可移动的，并且可包括选择形式的机器可读介质。一般来讲，机器可读介质包括磁盘、磁带或盒式磁带、非易失性固态存储器、CD-ROM、CD-RW、DVD、磁带、光学数据存储设备和载波，或可用于存储信息并且可在计算环境90内访问的任何其他机器可读介质。存储装置94可存储软件98b的指令，该指令当由处理器执行时，该软件可例如实施本文描述的技术。
存储装置94还可例如通过网络进行分布，以便以分布式方式存储和执行软件指令。在其他实施方案中，例如，其中存储装置94，或其一部分，被体现为硬连线逻辑结构的布置，一些(或所有)的这些操作可以由包含硬连线逻辑结构的特定硬件部件执行。存储装置94可进一步分布于机器可读介质和所选择硬连线逻辑结构的布置之间。本文所公开的处理操作可由编程数据处理部件和硬连线电路或逻辑部件的任何组合来执行。
输入设备95可以是以下各项中的任何一者或多者：触摸输入设备，诸如键盘、小键盘、鼠标、笔、触摸屏、触控板或轨迹球；语音输入设备，诸如一个或多个麦克风换能器、语音识别技术和处理器，及其组合；扫描设备；或向计算环境90提供输入的另一种设备。对于音频，输入设备95可包括麦克风或其他换能器(例如，接受模拟或数字形式的音频输入的声卡或类似设备)，或向计算环境90提供音频样本和/或其机器可读抄本的计算机可读介质读取器。
用作输入设备的语音识别技术可包括多种信号调节器和控制器中的任一种，并且可在软件、固件或硬件中实现。进一步地，语音识别技术可以被实施在多个功能模块中。功能模块继而可在单个计算环境中实现和/或在多个联网计算环境之间分布。每个此类联网计算环境可通过通信连接部与实现语音识别技术的功能模块的一个或多个其他计算环境通信。
输出设备96可以是显示器、打印机、扬声器换能器、DVD写入器、信号发射器或提供来自计算环境90的输出的另一设备中的任何一者或多者。输出设备可包括或被实施为通信连接部97。
通信连接部97使得能够通过或经由通信介质(例如，连接网络)与另一计算实体进行通信。通信连接部可包括适合于通过局域网(LAN)、广域网(WAN)连接或两者进行通信的发射器和接收器。可通过有线连接或无线连接来促进LAN和WAN连接。如果LAN或WAN连接是无线的，则通信连接部可包括一个或多个天线或天线阵列。通信介质以调制数据信号传送信息，诸如计算机可执行指令、压缩图形信息、处理信号信息(包括经处理的音频信号)或其他数据。用于所谓的有线连接的通信介质的示例包括光纤电缆和铜线。用于无线通信的通信介质可包括一个或多个选择频带内的电磁辐射。
机器可读介质是可在计算环境90内访问的任何可用介质。以举例而非限制的方式，在计算环境90内，机器可读介质包括存储器92、存储装置94、通信介质(未示出)，以及上述各项的任何组合。有形机器可读(或计算机可读)介质不包括暂态信号。
如上所述，一些公开的原理可体现在存储装置94中。此类存储装置可包括有形非暂态机器可读介质(诸如微电子存储器)，该介质具有存储在其上或其中的指令。指令可对一个或多个数据处理部件(在此处通常称为“处理器”)编程以执行本文所述的一个或多个处理操作，包括估计、计算、运算、测量、调节、感测、测量、滤波、关联和决策，以及例如，加、减、倒数和比较。在一些实施方案中，可通过包含硬连线逻辑部件(例如，专用数字滤波器块)的特定电子硬件部件来执行(机器过程的)这些操作中的一些或全部。另选地，可通过所编程的数据处理部件和固定或硬连线电路部件的任何组合来执行那些操作。
IX.其他实施方案
上述实施例一般涉及利用多个谐振腔阻抑的声学腔，以及相关系统和方法。提供先前描述以使得本领域的技术人员能够制备或使用所公开的原理。除了上文详细描述的实施方案之外的实施方案是基于本文所公开的原理以及本文描述的相应装置的配置中任何伴随的变化来设想的，并不脱离本公开的实质或范围。对本文所述实施例的各种修改对于本领域的技术人员将是显而易见的。
方向和其他相关参考(例如，向上、向下、顶部、底部、左、右、向后、向前等)可用于帮助讨论本文的附图和原理，但并非旨在进行限制。例如，可使用诸如“向上”、“向下”、“上部”、“下部”、“水平”、“垂直”、“左”、“右”等某些术语。这些术语在适用的情况下被用于在处理相对关系时提供一些明确描述，特别是相对于所示实施方案。然而，这样的术语并非旨在暗示绝对的关系、位置和/或取向。例如，相对于物体，“上”表面可以简单地通过翻转物体而变成“下”表面。尽管如此，但它仍是相同表面，而且物体保持不变。如本文所用，“和/或”意指“和”或“或”，以及“和”和“或”。此外，出于所有目的，本文引用的所有专利和非专利文献都据此全文以引用方式并入。
并且，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离所公开的原理的情况下，本文所公开的示例性实施方案可适于各种配置和/或用途。应用本文所公开的原理，可以提供各种各样的阻抑声学箱以及相关方法和系统。例如，上文结合任何特定示例描述的原理可以与结合本文所述的另一示例描述的原理相结合。因此，本领域的普通技术人员已知或稍后悉知的贯穿本公开描述的各种实施方案的特征和方法措施的所有结构和功能等同物旨在被本文所述的原理以及要求权利保护的特征所涵盖。相应地，权利要求和该详细描述都不应被理解为限制性意义，并且在审查本公开之后，本领域的普通技术人员将理解能够在所公开和要求权利保护的概念下设计的各种各样的音频器械以及相关方法和系统。
此外，本文所公开的任何内容并非旨在提供给公众，而与该公开是否明确地被陈述在权利要求中无关。除非使用短语“用于……的装置”或“用于……的步骤”明确叙述特征，否则权利要求特征不应根据35USC112(f)进行理解。
所附权利要求并非旨在受限于本文所示的实施方案，而是旨在使得全部范围与语言权利要求书一致，其中对单数形式的特征的引用(诸如通过使用冠词“a”或“an”)并非旨在意味着“一个和仅一个”，而是指“一个或多个”，除非被具体指出。此外，鉴于可应用所公开的原理的许多可能的实施方案，我保留权利要求如本领域普通技术人员所理解的本文所述的特征和技术的任意和所有组合包括例如在以下权利要求的范围和实质内的所有那些。

Claims (20)

1.一种声学箱，所述声学箱包括：
外壳，所述外壳至少部分地为声学辐射器限定声学腔，其中所述外壳进一步从所述声学腔到周围环境限定声学端口；
声学谐振器，所述声学谐振器具有第一谐振腔和第二谐振腔，其中所述声学谐振器包括将所述第一谐振腔与所述声学腔声学耦合的第一管道，和将所述第二谐振腔与所述第一谐振腔声学耦合的第二管道。
2.根据权利要求1所述的声学箱，其中所述声学谐振器被布置成在对应于所述声学腔的四分之一波长谐振的频率处谐振，以扩展所述声学腔之内发射的声音的频率带宽。
3.根据权利要求1所述声学箱，其中所述第一声学管道限定定位在所述声学腔和所述第一谐振腔之间的收缩区域。
4.根据权利要求3所述声学箱，其中所述第二声学管道限定定位在所述第一谐振腔和所述第二谐振腔之间的收缩区域。
5.根据权利要求1所述的声学箱，其中所述外壳包括声学底座，其中所述声学底座限定一对纵向间隔开的壁段，在所述壁段之间限定间隙，和对应于所述谐振器的凹陷区域，其中所述壁段和所述间隙定位在所述凹陷区域和所述声学腔之间，并且被布置成限定所述声学腔和所述谐振器的所述第一谐振腔之间的收缩区域。
6.根据权利要求5所述的声学箱，还包括与所述声学底座可配对地接合的插入件，以分隔所述凹陷区域并限定所述插入件与所述凹陷区域的对应分隔部分之间的所述第二谐振腔，其中所述插入件限定所述第二管道。
7.根据权利要求1所述的声学箱，其中所述声学谐振器包括第一声学谐振器，并且所述声学箱还包括与所述声学腔声学耦合的第二声学谐振器。
8.一种扬声器组件，所述扬声器组件包括：
声学辐射器，所述声学辐射器具有第一主表面和相对的第二主表面；
外壳，所述外壳限定与所述声学辐射器的所述第一主表面相邻定位并至少部分地由其界定的声学腔，其中所述外壳进一步限定从所述声学腔到周围环境的声学端口；
声学谐振器，所述声学谐振器具有第一谐振腔和第二谐振腔，其中所述声学谐振器包括将所述第一谐振腔与所述声学腔声学耦合的第一管道，和将所述第二谐振腔与所述第一谐振腔声学耦合的第二管道。
9.根据权利要求8所述的扬声器组件，其中所述声学辐射器的所述第二主表面限定相邻区域的边界，其中所述相邻区域与所述声学腔、所述第一谐振腔、所述第二谐振腔或它们的组合声学解耦。
10.根据权利要求8所述扬声器组件，其中所述第一管道限定定位在所述声学腔和所述第一谐振腔之间的收缩区域。
11.根据权利要求8所述扬声器组件，其中所述第二管道限定定位在所述第一谐振腔和所述第二谐振腔之间的收缩区域。
12.根据权利要求8的扬声器组件，还包括插入件，所述插入件限定将所述第一谐振腔与所述第二谐振腔分开的壁，其中所述第二管道包括通过所述壁从所述第一谐振腔延伸到所述第二谐振腔的孔。
13.根据权利要求8所述的扬声器组件，还包括定位在所述声学腔和所述第一谐振腔之间的壁，其中所述壁限定开放间隙，并且其中所述第一声学管道包括所述开放间隙。
14.根据权利要求8所述的扬声器组件，其中所述声学谐振器包括第一声学谐振器，其中所述扬声器组件还包括第二声学谐振器。
15.根据权利要求8所述的扬声器组件，其中所述声学谐振器被布置成在对应于所述声学腔的四分之一波长谐振的频率处谐振，以扩展所述声学辐射器发射的声音的频率带宽。
16.一种电子设备，所述电子设备包括：
电声换能器；
电路，所述电路驱动所述电声换能器以在所选择的频率带宽上发出声音；
带端口的声学腔，所述带端口的声学腔与所述电声换能器相邻定位；和
声学谐振器，所述声学谐振器具有第一谐振腔和第二谐振腔，其中所述第一谐振腔与所述声学腔和所述第二谐振腔声学耦合并定位在所述声学腔和所述第二谐振腔之间。
17.根据权利要求16所述的电子设备，其中所述声学谐振器被布置成在对应于所述带端口的声学腔的四分之一波长谐振的频率处谐振，以与所述电声换能器发射的所述所选择的频率带宽相比扩展所述电子设备发射的声音的频率带宽。
18.根据权利要求16所述的电子设备，其中所述声学谐振器包括第一声学谐振器，所述电子设备包括第二声学谐振器。
19.根据权利要求18的电子设备，其中所述第二声学谐振器包括对应的第一谐振腔和对应的第二谐振腔，其中对应于所述第二声学辐射器的所述第一谐振腔与所述声学腔和对应于所述第二声学谐振器的所述第二谐振腔声学耦合并定位在所述声学腔和对应于所述第二声学谐振器的所述第二谐振腔之间。
20.根据权利要求16所述的电子设备，还包括定位在所述声学腔和所述第一谐振腔之间的壁，其中开口通过所述壁延伸以将所述声学腔与所述第一谐振腔声学耦合，其中所述电子设备还包括定位在所述第一谐振腔和所述第二谐振腔之间的另一壁，其中开口通过所述另一壁延伸以将所述第一谐振腔与所述第二谐振腔声学耦合。
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