CN113301483B - 一种骨传导电声换能器模组 - Google Patents

一种骨传导电声换能器模组 Download PDF

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Abstract

本公开提供的一种骨传导电声换能器模组，根据声电传感器获取的空气声波信号，动态调整前振动板与后振动板声波发射的相位偏差和后振动板的能量强弱，利用声波的干涉原理，在前振动板的前表面附近也就是在空气音源处消除空气声场，从而在不影响目标声频信号非空气传递的情况下有效降低空气声波的产生和扩散。

Description

一种骨传导电声换能器模组
技术领域
本发明涉及骨传导电声换能器领域，涉及一种骨传导电声换能器模组。
背景技术
骨传导技术是区别于空气传导技术的又一种帮助人体获取声音的技术，它不经过空气来传递声音信号因而具有较好的私密性的特点。
已经面市的骨传导耳机所采用的的骨传导电声换能器(通俗所说的骨传导振子或骨传导扬声器)几乎都是单振动板的设计并以此为基础进行漏音抑制，所有这些漏音抑制的努力都是基于振动板与耳孔周边比较光滑的皮肤直接接触为前提，因为这种条件下换能器上的振动板与人体之间的空气间隙很小，物理模型相对固定，才使得振动板自身产生的空气声波经由不同路径传导后在特定区域汇合并发生干涉抵消成为可能。
然而，发明人发现，在作用于后颅骨特别是在头枕骨导传声的应用中，骨传导振动板在绝大部分的情况下都不可避免地经由头发向人体组织传递声音能量，由于接触时头发间隙的不规则性导致接触面产生的空气声波的不确定性，传统的单一振动板特征的漏音抑制技术显然已经无法胜任。
发明内容
有鉴于此，本公开的目的在于提出一种骨传导电声换能器模组，使得有效抑制空气声波的产生和泄漏并持续动态保持成为可能。
基于上述目的，本公开提供了一种骨传导电声换能器模组，包括：
支架，所述支架开设有U形腔、第一内腔和第二内腔，其中，所述第一内腔联通至所述U形腔，或者通过导声通道联通至外界，所述第二内腔联通至所述U形腔，或者通过导声通道联通至外界；
前换能器组件，包括固定安装于所述U形腔内的前换能器本体和与所述前换能器本体固定连接的前振动板，所述前振动板从所述U形腔的开口处露出；
后换能器组件，包括固定安装于所述第一内腔内的后换能器本体和与所述后换能器本体固定连接的后振动板；
声电传感器，设置于所述第二内腔内；
其中，基于所述声电传感器采集的前振动板附近的空气声波，后换能器组件输出反向声波，以抵消前换能器组件附近的空气声波。
作为一种可选的实施方式，所述支架包括前支架、后支架以及支架底板，所述前支架与后支架以及后支架与支架底板固定连接。
作为一种可选的实施方式，所述前支架与后支架以及后支架与支架底板通过胶接、紧固件连接或者焊接连接。
作为一种可选的实施方式，所述前支架的前端内凹形成U形腔，所述后支架的前端内凹后与前支架的底部形成第一内腔，后支架的后端内凹后与支架底板形成第二内腔。
作为一种可选的实施方式，所述第一内腔通过导声通道联通至所述U形腔，所述第二内腔通过导声通道联通至外界。
作为一种可选的实施方式，所述支架包括一体式支架以及支架底板，所述一体式支架与支架底板固定连接。
作为一种可选的实施方式，所述一体式支架与支架底板通过胶接、紧固件连接或者焊接连接。
作为一种可选的实施方式，所述一体式支架的前端内凹形成U形腔，所述U形腔的一部分的内壁内凹形成第二腔，所述一体式支架的后端内凹后与支架底板形成第一内腔。
作为一种可选的实施方式，所述第一内腔通过导声通道联通至外界。
作为一种可选的实施方式，所述U形腔、第一内腔和第二内腔的内壁均设置有吸音材料形成的吸音层。
从上面所述可以看出，本公开提供的一种骨传导电声换能器模组，根据声电传感器获取的空气声波信号，动态调整前振动板与后振动板声波发射的相位偏差和后振动板的能量强弱，利用声波的干涉原理，在前振动板的前表面附近也就是在空气音源处消除空气声场，从而在不影响目标声频信号非空气传递的情况下有效降低空气声波的产生和扩散。
附图说明
为了更清楚地说明本公开或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种骨传导电声换能器模组的分解透视图；
图2是本发明实施例一提供的一种骨传导电声换能器模组的外形图；
图3是本发明实施例一提供的一种骨传导电声换能器模组的局部剖视的结构图；
图4是本发明实施例二提供的一种骨传导电声换能器模组的分解透视图；
图5是本发明实施例二提供的一种骨传导电声换能器模组的外形图；
图6是本发明实施例二提供的一种骨传导电声换能器模组的局部剖视的结构图；
图7是通过一种实施例描述电声换能器中振动板与主体之间的关系示意图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了一种骨传导电声换能器模组，包括：
支架，所述支架开设有U形腔、第一内腔和第二内腔，其中，所述第一内腔联通至所述U形腔，或者通过导声通道联通至外界，所述第二内腔联通至所述U形腔，或者通过导声通道联通至外界；
前换能器组件，包括固定安装于所述U形腔内的前换能器本体和与所述前换能器本体固定连接的前振动板，所述前振动板从所述U形腔的开口处露出；
后换能器组件，包括固定安装于所述第一内腔内的后换能器本体和与所述后换能器本体固定连接的后振动板；
声电传感器，设置于所述第二内腔内；
其中，基于所述声电传感器采集的前振动板附近的空气声波，后换能器组件输出反向声波，以抵消前换能器组件附近的空气声波。
本发明实施例中，根据声电传感器获取的空气声波信号，动态调整前振动板与后振动板声波发射的相位偏差和后振动板的能量强弱，利用声波的干涉原理，在前振动板的前表面附近也就是在空气音源处消除空气声场，从而在不影响目标声频信号非空气传递的情况下有效降低空气声波的产生和扩散。
本发明涉及的换能器模组结构中的支架的主要作用是：作为整个组件的壳体对外与周边机械结构适配和连接；对内成为声电传感器、前换能器组件及后换能器组件的固定载体，确保声电传感器、前换能器组件及后换能器组件空间位置的一致性和稳定性。
由于骨传导通过接触传声的特点，而前振动板是与人体接触并传递声音的主要部件，所以支架的前表面不得超过前振动板的前平面。
支架内部至少有一个单向开口的U形空腔，为各子部件提供容纳与隔离的物理空间，同时还导引空气声波的传递走向。此外该支架还单独或者配合腔体(U形腔或第一内腔或第二内腔)共同构造用于传递空气声波的导声通道，以导引空气声波到目标位置：不仅将后振动板在第一内腔内产生的空气声波传导到前振动板的前表面，而且将支架外尤其前振动板附近综合产生的空气声波传导到声电传感器的振膜。
本发明涉及的换能器模组结构中的电声换能器振动板有两个：一个位于第一内腔的内部，称为后振动板；另外一个振动板位于U形腔内，且前表面超出支架表面，称为前振动板。前振动板作为前换能器的一部分采用传统的骨传导电声换能器的技术，用于向人体组织传送目标音频信号的非空气声波；后振动板通过反馈控制输出反向空气声波，它不仅可以减弱前振动板对模组整体造成的振动，更主要的是通过U形腔体的空隙或者通过导声通道将空气声波导引到前振动板前表面，和前振动板因接触人体组织而产生的空气声波发生抵消，从而在源头上将空气声波消除。
本说明书所述的前振动板及后振动板分别是前换能器组件和后换能器组件的一个重要组成部分，前振动板及后振动板由于刚度及质量相对较小和自由度相对较大而承担了对外发射声波的主要功能。本说明书所述的前振动板或后振动板包括与之连接一体的具有相同方向位移的振动传递层的材料或部件。
本发明涉及的换能器模组中的声电传感器的主要作用是采集支架外尤其是前振动板附近的空气声波。该声电传感器可以是单指向声电传感器，其受音的振膜平面位于两个振动板前平面之间；也可以是处于一个相对密闭腔体内的全指向声电传感器，而该腔体具有只通往前振动板表面的导声通道。从物理空间上看，声电传感器的振膜平面不超出前振动板的前平面。
本说明书所述的声电传感器是把空气声能转换成电信号的传感器，泛指将接收到的声信号转换为电信号输出的器件，它的工作机理是声波能量推动机械振动，然后由机械振动产生电信号。它可以是ECM或MEMS麦克风，也可以是二者的组合或多个MEMS麦克风构成的阵列。
本说明书所述的前换能器组件或者后换能器组件是把电能转换成声能的换能器，泛指将接收到的电信号转换为声信号输出的器件，其工作机理是将电信号转换成机械振动，然后由机械振动产生声波。
本说明书所述的空气声波是指声音信号经由空气传播的声波，非空气声波是指声音信号经由非空气的其他介质传播的声波。
本说明书所述的后颅骨是指仰卧时人体与枕头接触的头骨部分的总称，由枕骨、耳后的颞骨及顶骨部分共同构成。
作为一种可选的实施方式，所述支架包括前支架、后支架以及支架底板，所述前支架与后支架以及后支架与支架底板固定连接。
可选的，所述前支架与后支架以及后支架与支架底板通过胶接、紧固件连接或者焊接连接。
可选的，所述前支架的前端内凹形成U形腔，所述后支架的前端内凹后与前支架的底部形成第一内腔，后支架的后端内凹后与支架底板形成第二内腔。
可选的，所述第一内腔通过导声通道联通至所述U形腔，所述第二内腔通过导声通道联通至外界。
第一实施例
图1-3示出了本发明第一实施例提供了骨传导电声换能器模组的示意图，其中，图1是分解透视图，示出了本发明的第一实施例所述的骨传导电声换能器模组的结构；图2是透视图，示出所述骨传导电声换能器模组的外形；图3是局部剖视图，是通过支架剖面结合其他子部件外形来直观展示内部结构细节。
如图1所示，本发明的第一实施例所述的骨传导电声换能器模组包括前振动板1、后振动板2、声电传感器3、支架4；支架4由前支架41、后支架42和支架底板43共同组成，三者可以通过涂胶、螺丝和焊接等方式来结合；前振动板1连接前换能器本体51，后振动板2连接后换能器本体52；前换能器本体51固定在前支架41的U形腔体I内，后换能器本体52固定在后支架42的第一内腔II内，声电传感器3固定在支架底板43上并最终定位于第二内腔III内，它们共同组成了图2所示外形的骨传导电声换能器模组。
如图3所示：前支架41具有一个凹进的单向开口的U形腔体I；前支架41和后支架42构成第一内腔II，后支架42和支架底板43构成第二内腔III，在前支架41的U形腔体I的底部开有导声通道b以连通U形腔体I和第一内腔II；在腔体I外部的前支架41内开有垂直于前振动板的贯通通道，在腔体II外部的后支架42内开有垂直于前振动板的贯通通道，二者共同形成第二内腔III通往前振动板的导声通道a。
U型腔体I、第一内腔II和第二内腔III，其腔壁均设置有吸音材料形成的吸音层，以最大限度地减少腔体内空气声波的反射和漫射。吸音材料既可以用泡沫金属直接成型，也可以在支架形成的腔体壁上全部或者部分附着其他吸音材料来实现。
前振动板1主要负责非空气声波的目标音频的传递，后振动板2主要负责产生反向空气声波以抵消前振动板1因振动和接触而伴生的空气声波，可以通过调节前/后振动板上振动传递层的材料、形状、厚度和质量来达到各自的目的。本实施例中前振动板1采用传统的骨传导扬声器振动传递层的材料与设计，后振动板2采用普通扬声器振动传递层的材料与设计。
作为一种可选的实施方式，所述支架包括一体式支架以及支架底板，所述一体式支架与支架底板固定连接。
可选的，所述一体式支架与支架底板通过胶接、紧固件连接或者焊接连接。
可选的，所述一体式支架的前端内凹形成U形腔，所述U形腔的一部分的内壁内凹形成第二腔，所述一体式支架的后端内凹后与支架底板形成第一内腔。
可选的，所述第一内腔通过导声通道联通至外界。
第二实施例
图4-6示出了本发明第二实施例提供了骨传导电声换能器模组的示意图，其中，图4是分解透视图，示出了本发明的第二实施例所述的骨传导电声换能器模组的结构；图5是透视图，示出所述骨传导电声换能器模组的外形；
图6是局部剖视图，是通过支架剖面结合其他子部件外形来直观展示内部结构细节。
第二实施例所述的骨传导电声换能器模组与第一实施例所述的骨传导电声换能器模组的最核心的不同之处在于：容置声电传感器3的第二内腔被布置于U形腔体的底部，形成一个整体的U形腔体I’。
如图4所示，本发明的第二实施例所述的骨传导电声换能器模组包括前振动板1、声电传感器3、后振动板2和支架4'；前振动板1连接前换能器本体51，后振动板2连接后换能器本体52；声电传感器3和前换能器本体51从后到前先后固定在一体式支架40的U形腔体I’内，后换能器本体52固定在支架底板43上并最终定位于第一内腔II'内。它们共同组成了图5所示外形的骨传导电声换能器模组。
如图6所示：一体式支架40和支架底板43共同组成支架4'，二者可以通过涂胶、螺丝或者焊接的方式来结合。一体式支架40前部是一个凹进的单向开口的U形腔体I'；一体式支架40后部一个反向凹进的空间结合支架底板43构成一个相对封闭的第一内腔II'。在一体式支架40里开有通往前振动板的导声通道a'，通道一端开口在一体式支架40前表面，另一端开口于第一内腔II'的腔体壁，使得第一内腔II'内的空气声波可以导引到前振动板周围。
上述实施例中的支架外形虽然是圆柱体结构，也可以是其他规则或不规则的外形，以适配和周边结构的连接和固定。
图7是一种前换能器组件的实施例，目的是展示前振动板与前换能器本体之间的关系，前换能器组件通常由前振动板1和前换能器本体51构成，采用螺丝6将前振动板1和前换能器本体51局部连接以实现电声转换并对外发射声波的目的。实际上连接方式可以多种多样，比如点焊，铆接等。当然后换能器组件除了采用标准扬声器的结构外也可以采取与前换能器组件同样的结构，此处不再赘述。
需要说明的是，除非另外定义，本公开实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。本说明书全文为说明空间的相对位置，特定义从U形腔的腔体内部往开口处为从后到前的方向。
需要说明的是，上述对本公开的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本公开实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本公开实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本公开实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种骨传导电声换能器模组，其特征在于，包括：
支架，所述支架开设有U形腔、第一内腔和第二内腔，其中，所述第一内腔联通至所述U形腔，或者通过导声通道联通至外界，所述第二内腔联通至所述U形腔，或者通过导声通道联通至外界；
前换能器组件，包括固定安装于所述U形腔内的前换能器本体和与所述前换能器本体固定连接的前振动板，所述前振动板从所述U形腔的开口处露出；
后换能器组件，包括固定安装于所述第一内腔内的后换能器本体和与所述后换能器本体固定连接的后振动板；
声电传感器，设置于所述第二内腔内；
其中，基于所述声电传感器采集的前振动板附近的空气声波，后换能器组件输出反向声波，以抵消前换能器组件附近的空气声波。
2.根据权利要求1所述的骨传导电声换能器模组，其特征在于，所述支架包括前支架、后支架以及支架底板，所述前支架与后支架以及后支架与支架底板固定连接。
3.根据权利要求2所述的骨传导电声换能器模组，其特征在于，所述前支架与后支架以及后支架与支架底板通过胶接、紧固件连接或者焊接连接。
4.根据权利要求2所述的骨传导电声换能器模组，其特征在于，所述前支架的前端内凹形成U形腔，所述后支架的前端内凹后与前支架的底部形成第一内腔，后支架的后端内凹后与支架底板形成第二内腔。
5.根据权利要求4所述的骨传导电声换能器模组，其特征在于，所述第一内腔通过导声通道联通至所述U形腔，所述第二内腔通过导声通道联通至外界。
6.根据权利要求1所述的骨传导电声换能器模组，其特征在于，所述支架包括一体式支架以及支架底板，所述一体式支架与支架底板固定连接。
7.根据权利要求6所述的骨传导电声换能器模组，其特征在于，所述一体式支架与支架底板通过胶接、紧固件连接或者焊接连接。
8.根据权利要求6所述的骨传导电声换能器模组，其特征在于，所述一体式支架的前端内凹形成U形腔，所述U形腔的一部分的内壁内凹形成第二腔，所述一体式支架的后端内凹后与支架底板形成第一内腔。
9.根据权利要求8所述的骨传导电声换能器模组，其特征在于，所述第一内腔通过导声通道联通至外界。
10.根据权利要求1所述的骨传导电声换能器模组，其特征在于，所述U形腔、第一内腔和第二内腔的内壁均设置有吸音材料形成的吸音层。
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