CN110996235A - 用于超声波及电声系统的骨传导扬声器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于超声波及电声系统的骨传导扬声器，包括声波换能器和声波耦合器，声波换能器用于将电信号转换为声波振动能量，其特征在于：所述的声波耦合器由动能输出连杆106、定位兼弹性支撑片107、动能平衡垫片108、耦合器阻尼弹片109、耦合器谐振弹片110、声波负载板组成；本发明把换能器与声波耦合器分开设计，换能器专注于提高能效，减小声波失真。本发明的声波耦合器专注于传输效率，频率响应控制。本发明的固态传输声波耦合器将大幅提高骨传导耳机及声波固态物体与固态物体之间耦合的传输效率，能使转换效率大幅提高。

Description

用于超声波及电声系统的骨传导扬声器

技术领域

本发明涉及骨传导技术领域，特别涉及一种用于超声波及电声系统的骨传导扬声器。

背景技术

现有技术的骨传导扬声器是把换能装置与声音耦合器紧密结合成一体。这样的设计，在声音质能、动能传输中，很难兼顾各项技术指示，有牵一发而动全身的弊端。

现有骨传导扬声器，其结构如图1所示，包括外壳、换能器、声音耦合器、第一传振片、面板；换能装置设置于外壳内；换能装置通过第一传振片与外壳悬挂连接；面板与换能装置相连，并在换能装置的带动下振动，其中面板凸出于外壳，外壳的边缘设置有围边，围边和面板之间存在高度差，皮肤作用在面板上的力使得面板与围边之间的距离减小，当骨传导扬声器与使用者间的压力大于第一传振片形变为高度差时所受的力时，多余的夹紧力会经由围边传递到皮肤。其能量传输的过程如图2所示。

由于电声换能器与声音耦合器为一体结构，导致传输效率低，功耗大，信号失真大。当前，骨传导扬声器在应用于无线耳机应用时，需加1—2W的功率放大器来驱动扬声器，才能达到用户能接受音量水平。需要增大无线耳机的电池容量来维持足够的有效工作时间，增加了产品的成本、重量。信号失真大，明显降低了用户的体验感，降低了产品的品质。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于超声波及电声系统的骨传导扬声器，针对现有技术的缺点，在电声换能、声波传输结构上，采用全新的声波传输设计，声波耦合单元独立完成能量的传输及频率响应的控制。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于超声波及电声系统的骨传导扬声器，包括声波换能器和声波耦合器，声波换能器用于将电信号转换为声波振动能量，所述的声波耦合器由动能输出连杆（106）、定位兼弹性支撑片（107）、动能平衡垫片（108）、耦合器阻尼弹片（109）、耦合器谐振弹片（110）、声波负载板组成；动能输出连杆（106）连接到声波换能器的输出端，将声波振动能量由传输到耦合器谐振弹片（110）；所述定位兼弹性支撑片（107）、动能平衡垫片（108）、耦合器阻尼弹片（109）和耦合器谐振弹片（110）中间设有通孔，所述通孔用于使动能输出连杆（106）穿过；

耦合器谐振弹片（110）与声波负载板固定连接；耦合器阻尼弹片（109）与骨传导扬声器的壳体连接；动能平衡垫片（108）在定位兼弹性支撑片（107）和耦合器阻尼弹片（109）之间，定位兼弹性支撑片（107）与骨传导扬声器的壳体连接。

进一步的，所述的耦合器谐振弹片（110）与声波负载板的固定连接，包括焊接、胶水连接或3D打印成一体。

进一步的，所述的声波负载板至少一层。

进一步的，所述的声波负载板为两层，每层的材料不相同。

进一步的，所述的耦合器阻尼弹片（109）和耦合器谐振弹片（110）分别由至少一个梳齿状弹片组成。

进一步的，所述的梳齿状弹片的数量为1至100之间。

进一步的，所述的耦合器谐振弹片（110）的几何形状包括但不限于以下形状：方形、圆形、三角形、单一阵列、单一弹片、单一碟形或多边形阵列。

进一步的，所述的耦合器谐振弹片（110）的材料为声波的导体材料。

进一步的，所述的耦合器谐振弹片（110）的材料厚度在0.01—5mm之间。

进一步的，非圆柱形的耦合器谐振弹片（110）的长度在1mm-1000mm之间，宽度在0.1mm—100mm之间；圆柱形的耦合器谐振弹片（110）的直径在0.01—10mm之间,长度在0.1—1000mm之间。

本发明的有益效果在于：

本发明把换能器与声波耦合器分开设计，换能器专注于提高能效，减小声波失真。声波耦合器专注于传输效率，频率响应控制。本发明的固态传输声波耦合器将大幅提高骨传导耳机及声波固态物体与固态物体之间耦合的传输效率，能使转换效率大幅提高，波形失真最小。频率响应方面，低音得到大幅提高。

附图说明

图1为现有技术的骨传导扬声器的结构示意图；

图2为现有技术的骨传导扬声器的能量传输过程示意图；

图3为本发明的声波换能器的结构示意图；

图4为本发明的骨传导扬声器剖面结构示意图；

图5为本发明的骨传导扬声器的能量传输过程示意图；

图6为基频500Hz的音频频谱；

图7-1至7-7为本发明的多种形状的耦合器谐振弹片示意图；

图8-1为现有技术的骨传导扬声器输出功率曲线图；

图8-2为本发明的骨传导扬声器输出功率曲线图。

附图标记说明如下：

101：壳体兼外导磁回路体，102：磁铁，103：线圈，104：线圈支架，105：弹波，106：动能输出连杆，107：定位兼弹性支撑片，108：动能平衡垫片，109： 耦合器阻尼弹片，110：耦合器谐振弹片，111：声波负载板A层，112：声波负载板B层。

具体实施例

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

实施例一

为了能更好的理解本发明，对本发明中出现的技术术语解释如下：

声波：本发明指涵盖超声、次声、及人耳可见的所有声波。

声波换能器：本发明指超声、次声、及人耳可见的所有声波的电声换能装置。

固态传输声波耦合器：固态指在受到不太大的外力作用时，固体的体积和形状改变很小。本发明指包含柔性和硬性物质的形态。全称指把声波振动信号从一种固态物质耦合到另外一种固态物质的装置。

本发明采用全新的声波传输设计，声波换能器采用传统的动圈式扬声器的动能单元，如图3的虚线框所示。除了用于推动空气的纸盆以外，保留了传统动圈扬声器的全部功能，只是在器件设计上，使换能器以最低的能量损耗产生动能以提高效率，并针对信号失真严重，做了针对信号失真的技术创新计设。这样的设计方案，是基于动圈扬声器换能单元相对成熟，成本低，品质易控。

一种用于超声波及电声系统的骨传导扬声器，包括声波换能器和声波耦合器，如图4所示。

本发明的声波换能器由壳体兼外导磁回路体101、线圈107、 磁铁102、弹波105组成，主要作用是将电信号转换为声波振动能量。声波换能器可以是动圈式、动铁式、也可以是压电陶瓷、PVDF膜电声换能装置，其工作原理与通用扬声器相同，属公开技术，不作为技术重点阐述。

本发明的声波耦合器由动能输出连杆106、定位兼弹性支撑片107、动能平衡垫片108、耦合器阻尼弹片109、耦合器谐振弹片110、声波负载板组成。

声波换能器输出的声波由动能输出连杆106传输到耦合器谐振弹片110，耦合器谐振弹片110由至少一个梳齿状弹片组成，每个弹片可以是不同几何形状或不同几何尺寸来决定自身的谐振频率，通过与声波负载板的连接在负载板合成所需要的声波频响特征。

定位兼弹性支撑片与弹波105组合，用于限定线圈做轴向运动，不会向四周偏移。

110与声波负载板的连接可以是焊接、胶水或是3D打印成一体等连接形式。声波负载板A层111、声波负载板B层112与耦合器谐振弹片110决定输出频响曲线，111与112由不同的材料组成，目的是产生所需要的频响曲线。声波负载板也可以是单层材料，也可以是多层材料。声波负载板承担着接受并合成声波并将声波传输到声波受体的功能。

耦合器阻尼弹片109与壳体兼外导磁回路体101连接，壳体兼外导磁回路体101也就是本发明的骨传导扬声器的壳体。用于缓解外来压力对电声换能器产生的应力影响，同时也在提高瞬态响应方面提高响应速度。

耦合器阻尼弹片109由梳齿状弹片组成，每个弹片是一个特定固有频率的声波传输器，N个弹片组成N个频率点的耦合器阻尼弹片109，用于对不同频率的声波产生不同的阻尼作用。由此我们可以理解为，在声波频域内，不同材料，材质及特定的几何尺寸，可以组成不同频率带宽的阻尼弹片109。如图6为基频为500Hz的音频频谱。

耦合器谐振弹片110由梳齿状弹片组成，每个弹片是一个特定固有频率的声波传输器，N个弹片组成N个频率点的耦合器谐振弹片110组，用于提高耦合器的带宽。由此我们可以理解为，在声波频域内，不同材料，材质及特定的几何尺寸，可以组成不同频率带宽的耦合器谐振弹片110。N的取值在1—100之间。

耦合器谐振弹片110的传输频率由它的材料和几何尺寸决定。

基于上述原理，本发明的耦合器谐振弹片110外型，可以是任何几何形状的，只要原理上与本发明一致，我们可以理解为同一原理。几何形状可以是方形、圆形、三角形、单一阵列、单一弹片、多边形阵列。也可以是单一的碟形弹性体。如图7-1至图7-6所示，只要根据声学原理而改变的任何形状，则可视为与本发明相同。耦合器谐振弹片110的组成可以是任何形状的组成，不影响声学工程师对本专案原理的理解。如，把弹片换成圆柱形材料。我们可以理解为相同原理。

耦合器谐振弹片110的材料可以是任何声波的导体，可以是任何几何形装的材料体，材料的厚度在0.01—5mm之间，弹片的长度在1mm-1000mm之间。宽度可以在0.1mm—100mm之间。圆柱形弹片可以是直径在0.01—10mm,长度在0.1—1000mm之间。

也可以是三解形界面体多边形截面及任何自由变换的截面体，可以理解为同理。

如图7-7所示，以圆形耦合器谐振弹片为例进行说明，当半径R=1---1000mm之间，耦合器谐振弹片110的长度L；宽度W可以是R的任意值。当声学工程师理解本专案原理后，改变耦合器谐振弹片110在R值范围内的任何形、状尺寸的变化，我们可以理解为相同。

耦合器谐振弹片110的组成数量可以在1—100之间，当声学工程师理解本专案原理后，改变耦合器谐振弹片110的组成数量1-100之间及在R值范围内的任何形状、尺寸、数量的变化，我们可以理解为相同。

耦合器谐振弹片110在R值范围内，折弯角度 a1、a2的角度可以在1—360度之间。

耦合器谐振弹片110距壳体的高度H1的值可以在0.1---1000mm之间。

如图正视图所示,阻尼弹片109的宽度W1,高H,可以是R值的任意值，当声学工程师理解本专案原理后，改变在R值范围内的任何形状、尺寸的变化，及与壳体接触位置的任意变化，我们可以理解为相同。

耦合器谐振弹片110、阻尼器弹片109的横截面可以是带状，也可以是圆柱形、三角形、多边体给成的弹片横截面，当声学工程师理解本专案原理后，任意变化耦合器谐振弹片110、阻尼器弹片109的材料及弹片截面形状，我们可以理解为相同。

耦合器谐振弹片110、阻尼器弹片109可以是任何的导声材料，当声学工程师理解本专案原理后，材料的改变我们可以理解为相同。

与合器谐振弹片组110相连接的111、112是声波负载板，承担着接受声波并传递声波的功能，可以是单层的同一种材料，两层或可以是多层的复合板材。可以是方形、圆形、三角形、多边形阵列等。负载片同时也是声波耦合器的一部分。不同的材料材质组成不同的频率组合。可以是一种材料，也可以是多种材料复合面成。也可以是3D打印的特种复合形状。形状可以理解为任意形状的平面体或制成特殊形状的外形，如球面凹凸面，只要不违背本专案的原理，我们可以理解为相同。

多边形的耦合器谐振弹片110的长度宽度方向可以在0.1—1000mm,厚度在0.1-10mm,也可以是等边多边形，也可以是不规则多边形。圆形的直径可以是1—1000mm。

本发明的电声换能器与声波耦合器各自独立完成工作。在换能效率与声波音质及传输效率上，有更好的兼容性。

本发明由于采用了传统扬声器及耳机喇叭的电声换能系统，优点是降低了生产成本，生产工艺成熟。

由于传输效率的提高，相对于骨传导耳机产品的应用来说，目前市面上流行的产品，骨传导扬声器的驱动功率为1—2W,更换本发明点产品后，只需要0.3W驱动功率。

频率响应方面，低音得到大幅提高。见图8-1和图8-2，在相同驱动功率下，输出功率在250Hz频率时，现有产品输出声压级由62dBSPL提高到92dBSPL。

音频失真度方面，提高了1--10%。

以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于超声波及电声系统的骨传导扬声器，包括声波换能器和声波耦合器，声波换能器用于将电信号转换为声波振动能量，其特征在于：所述的声波耦合器由动能输出连杆（106）、定位兼弹性支撑片（107）、动能平衡垫片（108）、耦合器阻尼弹片（109）、耦合器谐振弹片（110）、声波负载板组成；动能输出连杆（106）连接到声波换能器的输出端，将声波振动能量由传输到耦合器谐振弹片（110）；所述定位兼弹性支撑片（107）、动能平衡垫片（108）、耦合器阻尼弹片（109）和耦合器谐振弹片（110）中间设有通孔，所述通孔用于使动能输出连杆（106）穿过；

耦合器谐振弹片（110）与声波负载板固定连接；耦合器阻尼弹片（109）与骨传导扬声器的壳体连接；动能平衡垫片（108）在定位兼弹性支撑片（107）和耦合器阻尼弹片（109）之间，定位兼弹性支撑片（107）与骨传导扬声器的壳体连接。

2.根据权利要求1所述的用于超声波及电声系统的骨传导扬声器，其特征在于：所述的耦合器谐振弹片（110）与声波负载板的固定连接，包括焊接、胶水连接或3D打印成一体。

3.根据权利要求1所述的用于超声波及电声系统的骨传导扬声器，其特征在于：所述的声波负载板至少一层。

4.根据权利要求3所述的用于超声波及电声系统的骨传导扬声器，其特征在于：所述的声波负载板为两层，每层的材料不相同。

5.根据权利要求1所述的用于超声波及电声系统的骨传导扬声器，其特征在于：所述的耦合器阻尼弹片（109）和耦合器谐振弹片（110）分别由至少一个梳齿状弹片组成。

6.根据权利要求5所述的用于超声波及电声系统的骨传导扬声器，其特征在于：所述的梳齿状弹片的数量为1至100之间。

7.根据权利要求5所述的用于超声波及电声系统的骨传导扬声器，其特征在于：所述的耦合器谐振弹片（110）的几何形状包括但不限于以下形状：方形、圆形、三角形、单一阵列、单一弹片、单一碟形或多边形阵列。

8.根据权利要求7所述的用于超声波及电声系统的骨传导扬声器，其特征在于：所述的耦合器谐振弹片（110）的材料为声波的导体材料。

9.根据权利要求8所述的用于超声波及电声系统的骨传导扬声器，其特征在于：所述的耦合器谐振弹片（110）的材料厚度在0.01—5mm之间。

10.根据权利要求9所述的用于超声波及电声系统的骨传导扬声器，其特征在于：非圆柱形的耦合器谐振弹片（110）的长度在1mm-1000mm之间，宽度在0.1mm—100mm之间；圆柱形的耦合器谐振弹片（110）的直径在0.01—10mm之间,长度在0.1—1000mm之间。

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