CN110933573A - 用于改善扬声器性能的沸石材料 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于改善扬声器性能的沸石材料。公开了一种包括小珠组合的装置的各方面。该组合包括由沸石和聚合物粘结剂形成的多个小珠。该多个小珠中的至少一个小珠具有包括基部形状的形状，该基部形状具有由第一圆顶部分和第二圆顶部分形成的连续外部，该第一圆顶部分和该第二圆顶部分接合在一起以形成具有极轴、沿该极轴的极尺寸和垂直于该极轴的横向尺寸的球状体，以及形成于该第一圆顶部分和该第二圆顶部分中的一者中的凹部，该凹部具有沿该极轴的方向和在该方向上朝该基部形状的中心延伸的深度和在垂直于该极轴的方向上的宽度。

Description

用于改善扬声器性能的沸石材料
技术领域
本发明所公开的方面整体涉及沸石材料，并且尤其涉及但不限于可用 于改善扬声器性能的沸石材料。
背景技术
扬声器包括后腔和在由电磁换能器驱动时振荡和发出声音的膜或隔 膜。当膜被移动时多种不同的力作用于其上，由电磁体扭曲其预期的加速 度，从而扭曲其发出的声波。减少这些附加的膜力可改善声音质量。
作用于膜上的力之一是由于移动膜对空气的压缩和减压引起的后腔中 的压力波动。可通过增大后腔的空间(例如，使其更大)来平息这些压力 波动。但是在手持设备诸如手机中，仅可能在较小的程度上增加后腔的尺 寸，因为这些设备应保持小巧轻便。
发明内容
本发明描述了一种包括小珠组合的装置的各方面。该组合包括由沸石 和聚合物粘结剂形成的多个小珠。所述多个珠中的至少一个珠具有包括基 部形状的形状，该基部形状具有由第一圆顶部分和第二圆顶部分形成的连 续外部，第一圆顶部分和第二圆顶部分接合在一起以形成具有极轴、沿极 轴的极尺寸和垂直于极轴的横向尺寸的球状体。在第一圆顶部分和第二圆 顶部分中的一者中形成凹部。该凹部具有沿极轴的方向和在该方向上朝基 部形状的中心延伸的深度。极尺寸为极直径，并且凹部的深度介于极直径 的5％和50％之间，或者横向尺寸为横向直径，并且凹部的宽度介于横向直 径的5％和35％之间。
本发明描述了音频扬声器的各方面。音频扬声器包括限定扬声器驱动 器后面的后腔的外壳，其中扬声器驱动器可将电音频信号转换成声音，使 得声音可通过后腔中的气体传播。可渗透分隔件将后腔分成限定在扬声器 驱动器、外壳和可渗透分隔件之间的背腔，以及限定在外壳和可渗透分隔 件之间的吸音腔。可渗透分隔件包括多个孔，所述多个孔将背腔放置成与 吸音腔流体连通，以允许气体在背腔和吸音腔之间流动。吸音填料被定位 在吸音腔中以吸附气体。吸音填料包括小珠组合。该组合包括由沸石和聚 合物粘结剂形成的多个小珠。所述多个珠中的至少一个珠具有包括基部形 状的形状，该基部形状具有由第一圆顶部分和第二圆顶部分形成的连续外 部，第一圆顶部分和第二圆顶部分接合在一起以形成具有极轴、沿极轴的 极尺寸和垂直于极轴的横向尺寸的球状体。在第一圆顶部分和第二圆顶部 分中的一者中形成凹部。该凹部具有沿极轴的方向和在该方向上朝基部形 状的中心延伸的深度。极尺寸为极直径，并且凹部的深度介于极直径的5％ 和50％之间，或者横向尺寸为横向直径，并且凹部的宽度介于横向直径的 5％和35％之间。
本发明描述了一种用于制造颗粒组合的方法的各方面。该方法包括通 过将沸石粉末分散于水中、将聚合物粘结剂加入到悬浮液中并混合来形成 沸石聚合物悬浮液，以及将过氧化氢(H2O2)加入到该沸石聚合物悬浮液中来 制备水性悬浮液。沸石聚合物悬浮液的滴剂通过迫使沸石聚合物悬浮液通 过喷嘴来制备，并且从喷嘴中涌出的沸石聚合物悬浮液的滴剂被冻结。
附图说明
参考以下附图描述本发明的非限制性和非详尽的各方面，其中除非另 外指明，否则类似的附图标号是指各种视图中类似的部件。
图1是电子设备的方面的绘画视图。
图2A至图2B是用于电子设备的音频微型扬声器的各方面的剖视图。
图3是电子设备的方面的示意图，该电子设备的方面包括音频微型扬 声器的方面，该音频微型扬声器诸如为图2A至图2B所示的那些音频微型 扬声器。
图4A至图4D是可用于音频微型扬声器的后腔中的沸石小珠的方面的 视图，所述音频微型扬声器诸如为图2A至图2B所示的那些音频微型扬声 器。图4A为透视图，图4B为侧视图，图4C为顶视图，并且图4D为底视 图。
图5A至图5B是沸石小珠的方面的剖视图。
图6是用于制备沸石小珠的工艺的方面的流程图，诸如图4A至图4D 和图5A至图5B中所示的方面。
图7A至图7B是使用本发明所公开的方法的方面制备的沸石小珠的方 面的扫描电镜(SEM)照片。
图8A至图8B是使用本发明所公开的方法的方面制备的沸石小珠的方 面的SEM照片。
图9是示出使用本发明所公开的的沸石小珠的方面在音频微型扬声器 中产生的谐振频率偏移的曲线图。
具体实施方式
下面的公开描述了用于改善扬声器性能的沸石材料的各方面、制备沸 石材料的方法以及使用沸石材料的扬声器。描述了具体细节以提供对所公 开的各方面的理解，但本领域的技术人员将认识到，本发明可在没有一个 或多个所述细节的情况下或者与其他方法、部件、材料等一起实践。在一 些情况下，熟知的结构、材料或操作未被详细示出或描述，但仍涵盖在本 发明的范围之内。
本说明书通篇对“一个方面”或“方面”的引用是指所述特征、结构 或特性可被包括在至少一个所述方面中，使得出现“在一个方面中”或 “在方面中”并不一定全部是指同一方面。此外，特定特征、结构或特性 可以任何合适的方式组合在一个或多个方面中。
减少手持设备的后腔压力波动的一种方法是将吸音材料如炭黑或沸石 放置到后腔中。已经表明，这些材料事实上可增大后腔—换句话讲，它们 在后腔中的存在增强了扬声器性能，就如同扬声器的后腔已变得更大一 样。
扬声器
图1示出了电子设备100的方面。在一个方面，电子设备100可为智 能电话设备，但在其他方面可为任何其他便携式设备或固定式设备或装 置，诸如膝上型计算机或平板电脑。电子设备100可包括各种功能以允许 用户访问涉及例如呼叫、语音信箱、音乐、电子邮件、互联网浏览、计划 和照片的功能。电子设备100还可包括促进此类能力的硬件。例如，集成 麦克风102可在呼叫期间拾取用户的语音，并且音频扬声器106(例如，微 型扬声器)可在呼叫期间向最终用户传递远端语音。音频扬声器106还可 发射与在电子设备100上运行的音乐播放器应用程序播放的音乐文件相关 联的声音。显示器104可向用户呈现图形用户界面，以允许用户与电子设 备100和/或在电子设备100上运行的应用程序进行交互。未示出其他常规 特征，但它们当然可被包括在电子设备100中。
图2A至图2B示出了电子设备的音频扬声器的各方面。在方面中，音 频扬声器106包括支持扬声器驱动器202的外壳，诸如扬声器外壳204。扬 声器驱动器202可以是用于将电音频信号转换成声音的扬声器。例如，扬 声器驱动器202可以是具有由扬声器环绕件208相对于外壳204支持的隔 膜206的微型扬声器。扬声器环绕件208可弯曲以允许隔膜206沿着中心 轴210轴向运动。例如，扬声器驱动器202可具有附接到隔膜206的电机 组件，以沿中心轴210以活塞式运动(即，向前和向后)轴向移动隔膜 206。电机组件可包括相对于磁性组件214移动的音圈212。在方面中，磁 性组件214包括附接到前表面的顶板和后表面的轭铁的磁体，诸如永磁 体。顶板和轭铁可由磁性材料形成，以产生具有磁隙的磁路，音圈212在 该磁隙中向前和向后摆动。因此，当电音频信号被输入到音圈212时，可 产生机械力来移动隔膜206，以沿着中心轴210将声音向前辐射到外壳204 外部的周围环境中。
隔膜206朝向周围环境向前辐射声音的运动可致使声音被向后推动。 例如，声音可通过填充由外壳204包围的空间的气体传播。更具体地讲， 声音可在隔膜206后面的后腔216中行进通过空气。后腔216可影响声学 性能。具体来讲，后腔216的尺寸可影响音频扬声器106的自然共振峰 值。例如，增加后腔216的尺寸可导致产生较大的低音。
在方面中，外壳204内的后腔216可被分离成几个腔。例如，后腔216 可由可渗透间隔件222分离成背腔218和吸音腔220。背腔218可位于扬声 器驱动器202的正后方。也就是说，扬声器驱动器202可被悬挂或支持在 背腔218中，使得从隔膜206向后辐射的声音直接传播到背腔218中。因 此，背腔218的至少一部分可由隔膜206的背面限定，并且类似地由扬声 器环绕件208的背面限定。此外，考虑到可渗透分隔件222可延伸跨过外 壳204的几个壁之间的后腔216的横截面积，背腔218可由外壳204的内表 面和可渗透分隔件222的第一侧224进一步限定。
后腔216可包括通过可渗透间隔件222与背腔218分离的吸音腔220， 即，吸音腔220可邻近可渗透分隔件222的相对侧上的背腔218。在方面 中，吸音腔220由围绕后腔216的外壳204的内表面限定，并且还可以由 可渗透分隔件222的第二侧226限定。因此，背腔218和吸音腔220可通过 可渗透分隔件222彼此紧邻。
在方面中，吸音腔220可通过填充口228与周围环境流体连通。例 如，填充口228可以是通过外壳204的壁的孔，其使吸音腔220与周围环 境流体连通。端口可在外壳204的模制期间形成，或者通过二次操作形 成，如下面进一步描述的那样。为了将吸音腔220与周围环境隔离，插塞 230可例如在用吸音填料232填充吸音腔220之后位于填充口228中，以阻止吸音填料232泄漏到周围环境中。因此，吸音腔220可部分地由插塞230 的表面限定。
音频扬声器106可具有有任何数量的形状和尺寸的形状因数。例如， 音频扬声器106以及因此外壳204可具有看起来是六面体、圆柱体等的组 合的外部轮廓。例如，一个这样的外部轮廓可以是薄型箱子。此外，外壳 204可具有薄壁，因此，在任何点处穿过外壳204的平面的横截面积可具有 对应于外部轮廓的几何形状，包括矩形、圆形和三角形等。因此，延伸穿 过外壳204内的后腔216的可渗透分隔件222也可具有各种外形形状。例 如，在音频扬声器106是六面体的情况下，例如具有在与中心轴210正交 的方向上突出的矩形外形的低姿态的箱子，可渗透分隔件222可具有矩形 外形。
吸音填料232可通过用松散吸音材料直接填充(例如装满)吸音腔 220和/或通过用吸音材料涂覆外壳204的内表面而被包装在吸音腔220 中。直接填充吸音腔220可不同于间接填充吸音腔220，因为松散吸音材料 可通过松散且无约束的方式被倒入、注入或以其他方式转移到吸音腔220 中，使得吸音材料可在吸音腔220内自由移动。也就是说，吸音材料可仅 由限定吸音腔220的壁例如外壳204的内表面约束，而不是由在被插入吸 音腔220之前或之后被吸音材料填充的独立约束件(例如，袋子、小袋、 盒子等)约束。在方面中，吸音腔220的至少一部分空间填充有吸音填料 232，并且吸音腔220内的外壳204的内表面的至少一部分被吸音填料232 覆盖。吸音填料232可以是能够吸附位于后腔216中的气体的任何合适的 吸音材料。例如，吸音填料232可包括吸音材料诸如下文结合图4A等所述 的沸石小珠，这些沸石小珠被构造成吸附空气分子。吸音材料可以是松散 的颗粒形式。更具体地讲，吸音填料232可包括能够在吸音腔220内自由 移动的未结合的颗粒，例如在使用设备的过程中颗粒可晃动。因此，可渗 透分隔件222可用作屏障，以阻止吸音填料232从吸音腔220晃动到扬声 器驱动器202后面的背腔218中。
图2B示出了电子设备的音频扬声器的另一方面。在各种方面中，背腔 218和吸音腔220可具有不同的相对取向。例如，在图2A所示的方面中， 吸音腔220位于背腔218的侧方，即从背腔218横向偏离中心轴210。因 此，从隔膜206向后发出的声音可直接向背腔218的后壁传播，而不是直 接传播到可渗透分隔件222。
但在图2B所示的方面中，音频扬声器106包括轴向布置的后腔216腔 体。例如，吸音腔220可位于背腔218的正后方，使得中心轴210可与隔 膜206后面的背腔218和可渗透分隔件222的相对侧上的吸音腔220相交。 因此，可渗透分隔件222可沿着平面跨过后腔216，使得从第一侧224出来 并指向背腔218的法向量250被取向为与中心轴210平行的方向。例如， 背腔218和吸音腔220各自可以是平坦轻薄的，并且二者沿着中心轴210 前后定位。因此，由隔膜206向后发出的声音可沿着中心轴210直接传播 穿过背腔218和可渗透分隔件222而进入吸音腔220。
可渗透分隔件222可相对于中心轴210以任何角度取向。也就是说， 虽然第一面可以面向与中心轴210正交或平行的方向，但是在方面中，可 渗透分隔件222相对于中心轴210以倾斜角度取向。因此，在本说明书的 范围内，吸音腔220可以是位于吸音腔220侧方或其正后方的某种组合。 在任何情况下，背腔218和吸音腔220都可彼此相邻，使得可渗透分隔件 222的相对侧限定每一腔的一部分。
图3示意性地示出了包括微型扬声器的电子设备的方面。如上所述， 电子设备100可以是具有适合于特定功能的电路的几种类型的便携式或固 定式设备或装置之一。因此，图示的电路以举例而非限制的方式提供。电 子设备100可包括一个或多个处理器902，所述一个或多个处理器执行指令 以实现上述不同功能和能力。由电子设备100的一个或多个处理器902所 执行的指令可检索自本地存储器904，并且这些指令可以呈具有设备驱动器 的操作系统程序的形式，以及在该操作系统顶部上运行的一个或多个应用 程序的形式，以执行上文所介绍的不同功能，例如打电话或拨号和/或音乐 回放。例如，处理器902可直接或间接地实现控制回路，并且向音频扬声 器106的音圈212提供驱动信号，以驱动隔膜206运动并产生声音。
具有上述结构的音频扬声器106可包括由透声屏障(例如，可渗透分 隔件222)分隔成两个腔的后腔216，所述两个腔为：位于扬声器驱动器 202正后方的背腔218，以及跨可渗透分隔件222与背腔218相邻的吸音腔 220。此外，吸音腔220可直接填充有吸音材料，使得后腔216具有恰好限 定在系统外壳204和透声屏障之间的吸音体积。吸音体积可降低后腔216 的总体弹簧刚度，并降低音频扬声器106的自然共振峰。也就是说，吸音 填料232可响应于传播的声音，而在后腔216内的压力波动时吸收和释放 随机行进的空气分子。因此，与具有不含吸音材料的后腔216的扬声器相 比，音频扬声器106可在较低频率下具有更高的效率。因此，音频扬声器 106的整体输出功率可得到提高。更具体地，音频扬声器输出可在拨号或音 乐回放期间更响亮，尤其是在低频音频范围内。因此，具有上述结构的音 频扬声器106可使用与不含多个腔的扬声器后腔相同的形状因数在低音范 围内产生更大、更浑厚的声音，或者可按更小的形状因数在低音范围内产 生同等的声音。此外，因为吸音腔220被限定在外壳204和可渗透分隔件 222(二者密封在一起)正中间，所以音频扬声器106的形状因数可小于例 如扬声器后腔，该扬声器后腔保持有填充了吸音材料的次级容器，例如网袋。
沸石小珠
图4A至图4D一起示出了沸石小珠400的方面，其可例如用作微型扬 声器的后腔中的小珠组合的至少一部分，所述微型扬声器诸如为图2A至图 2B所示的那些微型扬声器。图4A为透视图，图4B为侧视图，图4C至图 4D为顶视图和底视图。如本文所用，沸石材料被理解为包括作为吸音材料 的主要组分的沸石的材料。沸石的不完全列表由国际沸石协会(http://www.iza-structure.org)提供。因此，不仅纯微孔铝硅酸盐，而且包含 例如锗或其他元素的微孔结晶材料都被认为是沸石。
小珠400为多孔固体，其具有接合到圆顶底部部分406上的圆顶顶部 部分404，其中顶部部分404和底部部分406的圆顶表面形成小珠的外表面402。小珠400具有极轴P、在基本上平行于极轴P的方向上的极尺寸H2， 以及垂直于极轴的横向尺寸或横向直径D。小珠400的形状可被认为是具 有两个组件的形状：由圆顶顶部部分404和圆顶底部部分406构成的基部 形状，以及形成于基本上在极方向上的圆顶顶部部分404并且基本上沿极 轴P并且朝基部形状的中心指向的凹入部或凹部408(参见图5A至图 5B)。尽管在例示的方面，小珠400关于极轴P轴对称，但在其他方面， 小珠400不必精确地轴对称。需注意，如本文所用，“顶部”和“底部” 是指图中所示的小珠的取向，但在使用时不需要小珠400的任何特定取向。
小珠400的形状一般类似于球状体(即，类似于球体但不需要为完全 球形的主体)。在例示的方面中，小珠400的基部形状(即，不考虑凹部 的形状)为椭球—即，通过围绕其短轴旋转椭圆而获得的旋转实体。在椭 球中，圆顶顶部部分404和圆顶底部部分406将基本上相同(两者均为类 似或相同的椭半球体)。在基部形状为椭球的方面中，一旦形成凹部，所 得形状的形态可被描述为各种形式，例如描述为蘑菇伞形、伞菌伞形、三 维心形等。
在例示的方面中，小珠400具有总体横向尺寸或横向直径D，所述横 向尺寸或横向直径在椭球中对应于长轴的长度(D＝2a，参见图5A)，并且 具有总体极尺寸或极高度H2(H2＝2b，参见图5A)。由于凹部408的缘 故，总体极尺寸或极高度H2通常将小于基部形状的总体极尺寸或极高度 H1(即，H2小于短轴的长度H1，参见图5A)。在包括多个小珠400的小 珠组合的方面中，小珠可具有介于140μm和400μm之间、介于250μm和 320μm之间，或介于280μm和300μm之间的平均横向直径D。相似地，在 各种方面中，小珠组合可具有介于0.5H1和0.95H1之间的平均极尺寸或极 高度H2。
然而，在其他方面中，珠400的基部形状可以是非椭球的其他形状。 例如，在其他方面中，圆顶顶部部分404和圆顶底部部分406无需为相同 的圆顶形状。在一个方面中，例如，圆顶顶部部分404和圆顶底部部分406 可具有相同的横向尺寸但具有不同的极尺寸。即使具有不相同的圆顶顶部 部分404和圆顶底部部分406，具有凹部的所得形状仍可具有类似于蘑菇伞 的形态。
图5A至图5B共同示出了小珠400的理想化横截面的方面。当围绕极 轴P(对应于图中的y轴)旋转时，所示出的横截面形成如图4A至图4D 所示的三维小珠形状。
如先前所述，小珠400具有横向尺寸或横向直径D以及总体极尺寸或 极高度H2。没有凹部408的小珠的基部形状具有总体极尺寸或极高度 H1，其由于凹部408将通常大于小珠的最终总体极尺寸或极高度H2。在从 顶部和底部看到的基本圆形的小珠中，横向尺寸或横向直径D可为其最大 直径。在例示的方面中，基部横截面形状为椭圆形，使得D为长直径(即，长轴的长度，或基本上长半径的两倍，D＝2a)，并且H1为短直径 (即，短轴的长度，或基本上短半径的两倍，H1＝2b)。在各种方面中，基 部形状的长径比H1/D方面可在0.5和0.75之间变化。在包括多个小珠400 的组合的各种方面中，该组合中的小珠可具有介于140μm和400μm之间、 介于250μm和320μm之间，或介于280μm和300μm之间的平均横向尺寸 或横向直径D。同样在多个小珠400的组合的各个方面中，小珠可具有介 于0.5H1和0.95H1之间的平均极尺寸或极高度H2。
在顶部圆顶部分404中沿极轴P(对应于图5A至图5B中的y轴)形 成凹入部或凹部408。凹部408具有垂直于极轴P测量的介于凹部的任一侧 上的顶部圆顶部分404的最大值M之间的宽度d，以及平行于极轴P从将 最大值M连接到凹部底部的线测量的深度h。在一个方面中，深度h可介 于极尺寸或极直径H1的5％和50％之间(即，尺寸b的10％至100％)， 而宽度d可为横向尺寸或横向直径D的5％至35％(例如，尺寸a的10％至 70％)。在其他方面中，下文所述的方法方面易于产生具有凹部的小珠 400，其中深度h可介于极尺寸或极直径H1的5％和35％之间(即，尺寸b 的10％至70％)，而宽度d可为横向尺寸或横向直径D的5％至25％(例 如，尺寸a的10％至50％)。
如图5A至图5B所示的理想化蘑菇伞式的小珠的外观和横截面可根据 以下公式通过旋转参数图进行数学描述：
x＝sin(t)
y＝αcos(t)+fi(t)
其中0≤t≤2π并且函数fi(t)由下式定义：
如果
Figure BDA0002172060350000101
或者如果1.5π≤t≤2π则
Figure BDA0002172060350000102
对于t的所有其他值：fi＝0
在该公式中，参数α确定椭圆体的扁率，如果无凹痕出现，则该椭圆 体将是可见的。更具体地，如果没有凹部，则α等于短半轴b与椭圆的长 半轴a的关系作为横截面—即，α＝b/a。参数
Figure BDA0002172060350000103
和δ描述了凹部408的深 度和形状，并且最重要的是，描述了该凹部的深度d和宽度w。在一个方 面中，参数
Figure BDA0002172060350000104
和δ的值为l≈-0.005和及δ≈0.1。
沸石小珠的制造工艺
图6示出了用于制备小珠400的工艺600的方面。小珠400可通过包 括以下步骤的工艺制备：
·制备沸石、聚合物粘结剂和过氧化氢(H2O2)的水性悬浮液；
·通过喷嘴喷涂悬浮液以形成该悬浮液的滴剂；
·冷冻滴剂；以及
·冷冻干燥滴剂—例如通过在减压下升华冰来干燥冻结的滴剂。
该工艺在框602处开始。在框603处，将沸石与水混合，在一个实施 方案中，所述水可以是去离子(DI)水。在框626处，将过氧化氢(H2O2)加入 到混合物中，并且在框606处，将所述混合物机械搅拌。在框608处，调 节混合物的pH，在框610处将聚合物粘结剂加入到该混合物中，并且在框 612处，将该混合物再次机械搅拌。在框614处，将混合物机械过滤或筛分，并且在框616处，将经过过滤/筛分的混合物加压并迫使其通过振荡喷 嘴以产生该混合物的滴剂。
在框618处，在框616处从喷嘴中涌出的滴剂通过使其下落通过冷却 塔来冻结。在框620处，从冷却塔收集冻结的滴剂，并且在框622处，冻 结的滴剂被冷冻干燥，例如通过使它们经受真空以使滴剂中的任何残留的 水升华。在框624处，来自框622的冷冻干燥的滴剂被收集并加热以获得 最终小珠。如果绕过框626—即，不将过氧化氢加入到混合物中—结果为具 有圆形(即，基本上圆形)形状的高密度小珠。但是，如果不绕过框626 并且将过氧化氢加入到混合物中，则结果为具有蘑菇伞形态的高密度小 珠，诸如图4A至图4D和图5A至图5B所示的那些具有蘑菇伞形态的高密 度小珠。
工艺600的具体方面的细节在下面的实施例1至实施例6中给出。所 述工艺可用于制备高密度沸石小珠，并且主要通过用过氧化氢(H2O2)对水性 悬浮液进行改性，将小珠的形状基本上改变为上文针对图4A至图4D和图 5A至图5B所述的形状。
实施例1
在框604处，向包含900g去离子(DI)水的5l塑料烧杯中加入1578g的 MFI(Si与Al比率约450)，并且在框606处，将混合物机械搅拌直至所 有沸石附聚物消失。在框608处，加入KOH(4mol/L)的水性溶液，直至pH 达到9.0。将悬浮液搅拌一小时，并且用4M KOH溶液将pH再次调节至 9.0。在框610处，缓慢加入40％w/w HB Fuller 1000-23粘结剂分散体(250g)。在框612处，将悬浮液搅拌一小时，并且在框614处，使用50μm 筛目尺寸的筛网对悬浮液进行筛分。
在框616处，将过滤过的悬浮液转移到5L玻璃容器中，用空气加压至 1.3bar，并通过具有140μm直径的振荡喷嘴下落，该振荡喷嘴由连接到函 数发生器的放大器供电。在频闪仪的帮助下，流量和振荡频率被调节，使 得从喷嘴流出的层状流体喷射干净地衰减成单独的滴剂。在框618处，滴 剂落在约3米高的冷却塔中，通过氮气和空气的混合物连续冷却至-20±5℃ 的顶部温度和-50±5℃的底部温度。
在框620处，将冻结的小珠收集在预冷至约-20℃的圆底烧瓶中。在框 622处，施加小于300Pa的真空，直至通过升华将水(冰)从小珠中完全移 除，从而冷冻干燥颗粒。
在框624处，将小珠收集在钢托盘上并在强制对流空气烘箱中加热至 120℃的温度。达到该温度后，将小珠在烘箱中保持两小时，然后冷却。冷 却后，筛分并包装小珠。所获得的小珠为圆形，并且在如表1中所给出的 声学测试中执行。
实施例2
根据实施例1中所述的过程制备小珠，但在框610处使用了HB Fuller 1000-34粘结剂而不是HB Fuller 1000-21粘结剂。所获得的小珠为圆形，并 且在如表1中所给出的声学测试中执行。
实施例3
根据实施例2所述的过程制备小珠，但在框606处，在框608处加入 KOH溶液之前，将DI水中的MFI悬浮液在高压釜中在205℃下加热24小 时，随后冷却至环境温度，以使沸石的表面更亲水。在该实施例中最终所 获得的小珠为圆形，并且在如下表1所示的声学测试中执行。
实施例4
根据实施例2中所述的过程制备小珠，但在框618处冷却塔的顶部温 度被设定为-60±5℃，并且底部温度被设定为-80±5℃。所获得的小珠为圆 形，并且在如表1所示的声学测试中执行。
实施例5
根据针对实施例1所述的过程制备小珠，但在框604和框626处，使 用了880g的去离子(DI)水与20g的35％水性H2O2预混而不是使用900g的 去离子水。在框624处所获得的小珠为如图7A至图7B和图8A至图8B所 示的蘑菇伞式形状，并且在如表1所示的声学测试中执行。
实施例6
根据实施例5所述的过程制备小珠，但在框610处使用了HB Fuller LA1127-23粘结剂而不是HB Fuller 1000-23粘结剂。
测量和结果
扫描电镜
图7A至图7B和图8A至图8B的扫描电镜图(SEMs)记录在Phenom Pro(Phenom WorldB.V.)SEM上，具有5kV的可变放大率和加速电压。
声学测量
扬声器的谐振频率通过测量频率依赖性电阻及其相位，以及其相应的 过零点来确定。将Klippel失真分析器II(Klippel GmbH)连接至标准个人计 算机和PLX 1104放大器(QSC Corp.)。将Donau型扬声器(楼氏电子)附 接到背腔，该背腔的体积为约1ml并且其几何尺寸为0.90δ×1.30× 0.85(cm3)。对于直径大于350μm的小珠，腔中完全填满小珠。对于直径小 于350μm的小珠，填充0.24cm3的体积。
密度测量
对于下表1中记录的样品，通过填充直径为5mm的带刻度的量筒并测 定所占体积来测量小珠密度。然后称量小珠，并且以通常的方式计算其密 度。
结果
通过改变沸石对聚合物粘结剂以及水性悬浮液中的水的分数，可在宽 范围内调节最终小珠的密度。目前使用的小珠具有约410kg/m3的体密度， 这是由于水性悬浮液中沸石的总质量分数为约46％，并且粘结剂的质量分 数为约4％。实验表明，悬浮液中的固体物质含量可增加至约60％，而不会 干扰滴剂形成。高于60％的固体含量通常导致悬浮液粘度过高，使得难以 或不可能使其通过喷嘴，例如滴剂形成受到阻碍。
用60％固体含量制得的小珠具有约510kg/m3的较高体密度。但是，配 备有此类直径约375μm的小珠的扬声器模块的声学阻尼性能高于配备有较 低体密度的小珠的扬声器模块的声学阻尼性能，反映出较高的内部摩擦损 失。这是一个严重的缺点。一般来讲，就电池驱动装置而言，提供给扬声 器的大部分电能应被转换为声能并且不损失为热，以便节省电池运行时 间。
虽然水性悬浮液的固体含量从50％增加至60％表示20％的增加，但在 许多实验中，通常观察到这种增加导致干燥小珠的体密度的甚至更高的增 加。这归因于水含量较低的滴剂的较小膨胀。滴剂的水含量越高，冷冻期 间的体积膨胀越高，因为在约9％时冷冻水体积膨胀。
对于由较高固体含量的悬浮液制成的小珠，共振声偏移与当前可商购 获得的小珠的共振声偏移大致相同。阻尼和共振偏移的值在下表1中示 出，并且阻抗曲线在图9中示出。
Figure BDA0002172060350000131
表1：具有不同密度的小珠的比较。
尝试通过减小小珠的平均直径来改善声学性能，从而缩短小珠内的空 气分子的平均通路。小珠半径的两倍减小缩短了空气分子与沸石晶体的最 长通路的一半。另外，具有一半直径的球体具有加倍的表面与体积比，这 有利于空气的进入。
在一些情况下，平均小珠直径的减小导致声学性能更佳，另外的优点 是较小的小珠可更好地填充给定后腔几何结构中的间隙和褶皱，从而进一 步增加后腔中的沸石的总量。但较小的小珠的缺点在于，由于更高的流 阻，声波进入珠床的总体渗透深度显著降低。这是本领域的技术人员已知 的，并且通过Ergun公式进行数学描述。因此，如果床深度增加，那么较 小的小珠的优点在很大程度上会丧失。
出乎意料的是，已发现将少量的过氧化氢(H2O2)加入到悬浮液中可改 善小珠的声学性能。由滴落过程产生的小珠的形状不是圆形的，而是蘑菇 伞状，诸如图4A至图4D和图5A至图5B所示。示出所获得的小珠的形态 的SEM图片在图7A至图7B和图8A至图8B中给出。
由蘑菇伞式的形态改善的声学性能的解释可能是每个小珠相对于其体 积的表面增加，从而有利于空气分子向单独的沸石晶体的传输或小珠内的 空气分子的平均通路减小。
这样，有可能增大小珠的体密度，同时将小珠直径保持在224至 315μm的中等水平，因此与当前使用的平均直径为375μm的小珠相比，流 阻仅适度增加，并且保持中等水平的声学阻尼。在下面的表2中可找到圆 形小珠和蘑菇伞式小珠之间的比较。需注意，为这些样品记录的床深度低 于在表1中示出的样品的床深度，细节在实验部分中给出。
从上文详细描述的不同示例来看，使用了两种不同的粘结剂和稍有不 同的工艺。在水性沸石悬浮液中不存在H2O2的情况下，对于特定小珠直 径，记录的F0偏移仅在约2.5％上略有不同，无论粘结剂类型或工艺变化 如何。对于筛分大于250μm的分数，例如250μm至280μm或280μm至 300μm的分数在无附加H2O2的情况下，不可能超过83Hz的F0偏移。相比 之下，通过向水溶液中加入H2O2而制得的样品导致F0偏移增加和阻尼减 小。
Figure BDA0002172060350000151
表2：小珠尺寸和添加H2O2的比较
概括地说，表2中的值显示：
·观察到蘑菇伞式小珠的最高F0偏移。
·蘑菇伞式小珠在给定的小珠直径下表现出较低的阻尼。
·阻尼和小珠尺寸之间的关系仅当针对不同小珠尺寸的F0偏移相同 时才可见，指示吸音和摩擦损失之间的复杂关系。
·对于四个圆形小珠样本中的两个，小珠越小，F0偏移越高。
添加有过氧化氢形成的蘑菇伞式小珠可能是由于悬浮液的表面张力、 粘度和密度的变化的复杂相互作用，其中一些或全部可影响滴落过程中的 滴剂形成。具体地讲，足以实现所观察到的效果的过氧化氢的量非常低， 可能指示存在于悬浮液中的组分中的一种的表面上的化学反应。
如Kozeny-Carman公式所述，具有较小直径的小珠组合在整个组合上 表现出比较大直径的小珠组合更高的压降。另一方面，特别是在扬声器 中，整个组合的压降应该尽可能低，因为固定床应该可整体达到声波压力 的高变化。换句话讲，在任何给定的组合中，在小珠尺寸和压降之间存在 折衷关系。
产生蘑菇伞式小珠的上述实施例—其结果示于表1和表2以及附图中 —产生直径范围在约250微米至约300微米之间的小珠。针对这些实施例 选择这些尺寸是因为它们处于提供良好的扬声器性能的小珠尺寸范围内。 然而，可对上述实例进行修改—例如，通过改变悬浮液的组成或者改变如 何将悬浮液形成滴剂—以提供超过其他更大或更小尺寸范围的小珠：在一 些实施方案中140微米至400微米，在其他实施方案中250至320微米，以 及在其他实施方案中280至300微米。除了列出的那些范围以外，其他范 围也是可能的。上述小珠凹部的宽度和深度范围也可通过诸如改变过氧化 物浓度的工艺变化来实现。这些范围允许针对许多应用定制小珠组合的性 能。
以上对各方面的描述并非旨在为穷举性的或将本发明限制为所描述的 形式。本文中为了进行示意性的说明描述了本发明的具体方面和示例，但 各种修改是可能的。为了帮助专利局和本申请中发布的任何专利的任何读 者解读所附权利要求书，申请人希望注意到它们并不意图所附权利要求书 中的任一个或权利要求要素调用35U.S.C.§112(f)，除非在特定权利要求中 明确使用字词“用于......的装置”或“用于......的步骤”。

Claims (29)

1.一种装置，包括：
小珠组合，所述小珠组合包括由沸石和聚合物粘结剂形成的多个小珠，其中所述多个小珠中的非零百分比的小珠具有包括以下的形状：
基部形状，所述基部形状具有由第一圆顶部分和第二圆顶部分形成的连续外部，所述第一圆顶部分和所述第二圆顶部分接合在一起以形成具有极轴、沿所述极轴的极尺寸和垂直于所述极轴的横向尺寸的球状体；
凹部，所述凹部形成于所述第一圆顶部分和所述第二圆顶部分中的一者中，所述凹部具有沿所述极轴的方向和在所述方向上朝所述基部形状的中心延伸的深度和在垂直于所述极轴的方向上的宽度，其中所述极尺寸为极直径，并且所述凹部的所述深度介于所述极直径的5％和50％之间，或者其中所述横向尺寸为横向直径，并且所述凹部的所述宽度介于所述横向直径的5％和35％之间。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一圆顶部分和所述第二圆顶部分为椭半球体，使得所述基部形状为椭球。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一圆顶部分和所述第二圆顶部分具有基本上相同的横向尺寸，但具有不同的极尺寸。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述小珠组合中的至少一个小珠的形状类似于蘑菇伞。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述小珠组合中的至少一个小珠的形状类似于三维心形。
6.根据权利要求1所述的装置，其中至少一个小珠的横截面形状由参数公式以数学方法描述：
x＝sin(t)
y＝αcos(t)+fi(t)
其中0≤t≤2π并且其中fi(t)由下述条件限定：
如果
Figure FDA0002172060340000021
或者如果1.5π≤t≤2π,
则
Figure FDA0002172060340000022
以及
对于t的所有其他值:fi＝0；
其中：
参数α＝b/a，其中b为短半径并且a为长半径，使得α确定没有凹部的椭圆体的扁率，并且
参数l和δ描述所述凹部的深度和形状。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述极尺寸为极直径，并且其中所述凹部的所述深度介于所述极直径的5％和35％之间。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述横向尺寸为横向直径，并且其中所述凹部的所述宽度介于所述横向直径的5％和25％之间。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述横向尺寸为横向直径，并且其中至少一个小珠具有介于140μm和400μm之间的平均横向直径。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述至少一个小珠具有介于250μm和320μm之间的平均横向直径。
11.根据权利要求9所述的装置，其中所述至少一个小珠具有介于280μm和300μm之间的平均横向直径。
12.根据权利要求1所述的装置，其中所述非零百分比为50％或更大。
13.一种音频扬声器，包括：
外壳，所述外壳限定扬声器驱动器后面的后腔，其中所述扬声器驱动器可将电音频信号转换成声音，使得所述声音可通过所述后腔中的气体传播；
可渗透分隔件，所述可渗透分隔件用于将所述后腔分成被限定在所述扬声器驱动器、所述外壳和所述可渗透分隔件之间的背腔，以及被限定在所述外壳和所述可渗透分隔件之间的吸音腔，并且其中所述可渗透分隔件包括多个孔，所述多个孔将所述背腔放置成与所述吸音腔流体连通以允许所述气体在所述背腔和所述吸音腔之间流动；和
吸音填料，所述吸音填料定位在所述吸音腔中以吸附所述气体，所述吸音填料包括小珠组合，所述小珠组合包括由沸石和聚合物粘结剂形成的多个小珠，其中所述多个小珠中的非零百分比的小珠具有包括以下的形状：
基部形状，所述基部形状具有由第一圆顶部分和第二圆顶部分形成的连续外部，所述第一圆顶部分和所述第二圆顶部分接合在一起以形成具有极轴、沿所述极轴的极尺寸和垂直于所述极轴的横向尺寸的球状体，和
凹部，所述凹部形成于所述第一圆顶部分和所述第二圆顶部分中的一者中，所述凹部具有沿所述极轴的方向和在所述方向上朝所述基部形状的中心延伸的深度和在垂直于所述极轴的方向上的宽度，其中所述极尺寸为极直径，并且所述凹部的所述深度介于所述极直径的5％和50％之间，或者其中所述横向尺寸为横向直径，并且所述凹部的所述宽度介于所述横向直径的5％和35％之间。
14.根据权利要求13所述的音频扬声器，其中所述极尺寸为极直径，并且其中所述凹部的所述深度介于所述极直径的5％和35％之间。
15.根据权利要求13所述的音频扬声器，其中所述横向尺寸为横向直径，并且其中所述凹部的所述宽度介于所述横向直径的5％和25％之间。
16.根据权利要求13所述的音频扬声器，其中所述横向尺寸为横向直径，并且其中至少一个小珠具有介于140μm和400μm之间的平均横向直径。
17.根据权利要求16所述的音频扬声器，其中所述至少一个小珠具有介于250μm和320μm之间的平均横向直径。
18.根据权利要求16所述的音频扬声器，其中所述至少一个小珠具有介于280μm和300μm之间的平均横向直径。
19.根据权利要求13所述的音频扬声器，其中所述非零百分比为50％或更大。
20.根据权利要求13所述的音频扬声器，其中所述多个孔被配置为阻止所述吸音填料在所述吸音腔和所述背腔之间穿过。
21.根据权利要求13所述的音频扬声器，其中所述扬声器驱动器包括沿着中心轴移动的隔膜，并且其中所述背腔沿着所述中心轴位于所述隔膜的正后方。
22.根据权利要求21所述的音频扬声器，其中所述吸音腔从所述背腔远离所述中心轴侧向偏移。
23.根据权利要求21所述的音频扬声器，其中所述吸音腔沿着所述中心轴位于所述背腔的正后方。
24.一种用于制造颗粒组合的方法，所述方法包括：
通过以下步骤制备水性悬浮液：
将沸石粉末分散于水中，
将聚合物粘结剂加入到所述悬浮液中并混合以形成沸石聚合物悬浮液，以及
将过氧化氢(H2O2)加入到所述沸石聚合物悬浮液中；
通过迫使所述沸石聚合物悬浮液通过喷嘴来制备所述沸石聚合物悬浮液的滴剂；以及
冷冻从所述喷嘴中涌出的所述沸石聚合物悬浮液的所述滴剂。
25.根据权利要求24所述的方法，还包括振荡所述喷嘴。
26.根据权利要求24所述的方法，还包括冷冻干燥所述颗粒。
27.根据权利要求26所述的方法，还包括将所述冷冻干燥的颗粒加热一段时间。
28.根据权利要求24所述的方法，其中冷冻所述滴剂包括允许所述滴剂通过冷却塔落下。
29.根据权利要求28所述的方法，在所述冷却塔的顶部和所述冷却塔的底部之间存在温度梯度。
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