CN113474081B - 空腔和活性区域 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于提供和/或接收可听声音的方法和装置。具体地，本发明涉及装置如微型扬声器，其包括活性区域，所述活性区域包含颗粒状吸附剂材料，所述颗粒状吸附剂材料包含i)微孔有机聚合物(MOP)材料，和/或ii)用疏水涂层或膜处理的金属有机骨架(MOF)材料。颗粒状吸附剂材料或者是松散或半松散颗粒的形式，或者它被织造、针织或非织造毡材料支撑或被浸渍在织造、针织或非织造毡材料中。本发明的装置适用于电子设备，例如移动或便携式电子设备，以提供改善的可听声音。

Description

空腔和活性区域
本发明涉及一种用于提供和/或接收可听声音的方法和装置。具体地，但非排他地，本发明涉及适用于电子设备例如移动或便携式电子设备的装置，诸如用于提供可听声音的微型扬声器。
便携式消费电子设备，诸如耳机、头戴式耳机、耳塞、平板电脑和移动电话或其他此类移动电子设备，已经持续变得越来越紧凑。随着系统外机/外壳变得越来越小以及用于扬声器集成的可用空间减少，因此用于扬声器后腔体积(back volume)的可用空间减小，低频声学性能随之下降。这样的扬声器是用于提供可听声音的装置的示例。
为了克服这种性能限制，已经开发出许多形式的吸附剂材料，其利用吸附/解吸作用以增加这些越来越小的空腔的声学顺应性，从而改善低频响应。这些材料通常由沸石和各种形式的活性炭(AC)和/或碳纳米角组成。这些材料具有与它们的使用相关的主要缺点。
例如，基于沸石的材料倾向于是天然强亲水的，这意味着当它们暴露于空气中的湿气时，其声学性能显著降低。为了克服这一点，已经开发出许多策略，主要分为屏障方法和吸附剂材料本身的疏水处理。这些技术可能是复杂的，需要若干后处理，并且可能具有可疑的耐用性。
碳基材料具有一个单独的问题，即它们是导电的，因此如果该材料干扰电子电路，则可能导致短路。这些类型的材料也可能掩盖或干扰放置它们的任何设备的射频发射。许多微型扬声器壳体在它们的背面直接印有相关设备的天线，这一事实加剧了该问题。
因此，需要一种具有高声学性能的非导电且天然疏水的吸附剂材料，其可以以使声学工程师可用的小后腔体积形状因子完全最大化的方式进行部署。
金属有机骨架(MOF)材料已经单独开发，主要用于过滤和气体存储应用。这些材料是天然的电绝缘体，并且具有可调整以适应于应用需求的微孔几何形状，特征在于表面积大大超过常规吸附剂材料如活性炭的表面积。
传统上，这些材料易碎、昂贵且不稳定，尽管现在出现了一些在工业规模上可行的材料，例如基于富马酸铝的MOF。然而，对于在高达1000Hz的频率下发生的吸附/解吸，如微型扬声器应用中所需要的，材料的晶粒尺寸必须非常小。这导致三个问题。
首先，与大多数沸石和其他高度微孔材料一样，小的晶粒尺寸增强了材料吸收湿气的潜力。其次，小的晶粒尺寸导致材料堆积成非常致密的层，这可能导致材料的流阻率变得太高。这导致微孔无法进入声学场。换句话说，当材料堆积成致密的床时，它会在声学上停止工作。第三，使用小晶粒材料导致增加粉末损失到系统中并进入相邻部件或外部空气的可能性。此外，根据某些现有技术，将材料结合到固体块中将导致至少一些微孔被掩盖，从而导致性能损失。
本发明的目的是至少部分减轻一个或多个上述问题。
本发明的某些实施方案的目的是提供用于提供和/或接收可听声音的装置，例如微型扬声器，其适用于与移动电子设备(本文所用的术语“移动电子设备”包括移动电话，智能电话，笔记本电脑，平板电脑或个人助理，用于显示图像的电子设备如电视、监视器、视听投影仪等，扬声器如便携式扬声器、智能扬声器或蓝牙扬声器、车载扬声器，可穿戴电子设备如手表、助听器、可穿戴计算机、耳机、可穿戴智能设备、可穿戴导航辅助设备和头戴式耳机)一起使用，该装置包括一个或多个相对于常规技术具有出色声学性能的扬声器和/或麦克风。
本发明的某些实施方案的目的是提供一种微型扬声器或微型扬声器壳体，也就是说小型扬声器，其包括一个或多个包含吸附剂材料的活性区域，该吸附剂材料可任选地由支撑元件支撑。
本发明的某些实施方案的目的是提供一种制造可用于制造扬声器或麦克风的材料的方法，并且其可使得成品扬声器或麦克风在使用中具有良好的性能。
本发明的某些实施方案的目的是提供一种可以以增强声学性能的方式结合的材料。
根据本发明的第一方面，提供用于提供和/或接收可听声音的装置，其包括：
壳体，其提供至少一个空腔区域；
可振动元件，其在空腔区域中或贴近空腔区域；和
活性区域；
其中所述活性区域包含颗粒状吸附剂材料，所述颗粒状吸附剂材料包含i)微孔有机聚合物(MOP)材料，和/或ii)用疏水涂层或膜处理的金属有机骨架(MOF)材料。
适当地，微孔有机聚合物(MOP)材料是聚二氯二甲苯(P-DCX)。
适当地，金属有机骨架(MOF)材料包含一种结构，其中金属离子充当节点或接头，有机配体(连接体或支柱)连接至该节点或接头并且该节点或接头可以延伸至其他配体分子。一个合适的例子是富马酸铝。MOF用疏水涂层或膜处理，该膜可包括柔性膜或下文描述的膜材料。
适当地，吸附剂材料还包含一种或多种第二吸附剂材料。适当地，吸附剂材料包含小于50重量％的第二吸附剂材料。适当地，吸附剂材料包含小于15重量％的第二吸附剂材料。
适当地，第二吸附剂材料包含一种或多种选自活性炭和沸石的材料。
适当地，吸附剂材料是多孔的并且具有直径在1nm到10nm范围的孔。
适当地，所述孔各自具有约2nm的平均直径。
适当地，吸附剂材料是微孔的。
适当地，吸附剂材料是中孔的。
适当地，吸附剂材料具有混合孔隙率。
适当地，吸附剂材料是气体吸附材料。
适当地，吸附剂材料呈单独颗粒的形式，例如作为颗粒或粉末。
适当地，至少80重量％，优选至少95重量％的吸附剂材料颗粒具有120微米的最大直径，优选100微米的最大直径，进一步优选85微米的最大直径。当吸附剂材料穿过1/10至1/12mm的筛目时，获得特别有利的结果。
适当地，吸附剂材料提供至少500m2/g的表面积。
适当地，吸附剂材料具有笼状结构。
适当地，吸附剂材料是非结晶材料。
适当地，吸附剂材料不具有有序结构，并且任选地它包括无定形微结构。
适当地，吸附剂材料是不导电的。
适当地，吸附剂材料是绝缘材料。
适当地，吸附剂材料是天然疏水的。
适当地，吸附剂材料以松散(包括半松散)颗粒状形式使用。
适当地，处理吸附剂材料以允许形成稳定的壳层(crust)或皮。
适当地，通过用稍微溶解吸附剂材料的顶面的溶剂饱和来处理吸附剂材料。已发现甲醇效果良好，然而，其它相对低沸点的溶剂也是有用的。
适当地，吸附剂材料通过支撑元件保持在本发明的装置内的适当位置。
适当地，吸附剂材料由支撑元件保持在活性区域内。
适当地，吸附剂材料由支撑元件支撑。
适当地，吸附剂材料涂覆在支撑元件的外表面上。
适当地，吸附剂材料被嵌入提供支撑元件的整个支撑材料。
适当地，吸附剂材料浸渍在提供支撑元件的支撑材料中。
适当地，支撑元件包括由支撑材料的交织线提供的织造结构。
适当地，支撑元件包括由支撑材料的互锁环线提供的针织结构。
适当地，支撑元件包括非织造毡。
适当地，毡由支撑材料的随机取向或伪随机取向的股线提供。
适当地，吸附剂材料以至少60％的填充因子浸渍在支撑元件中。
适当地，填充因子为至少80％。
适当地，支撑元件包括通常以间隔开的关系布置并且限定多个空间的织造、针织或非织造线或股线。吸附剂材料负载在线或股线上和/或容纳在这些空间内。
适当地，支撑元件(优选在支撑元件是非织造材料，例如毡的情况下)用一片或多片密封材料密封。适当地，支撑元件(优选地毡)被密封在第一片密封材料和另一片密封材料之间。
适当地，支撑元件通过热处理进行密封。
适当地，密封材料是柔性膜。
适当地，柔性膜是不透湿气的。
适当地，柔性膜具有小于0.5mm的厚度。
适当地，柔性材料是细孔弹性纱布材料。
适当地，柔性膜包括丝。
适当地，支撑元件包括适于容纳吸附剂材料的多孔容器。
适当地，多孔容器由膜材料构成。
适当地，膜材料是不透湿气的。
适当地，膜材料具有小于0.5mm的厚度。
适当地，膜材料是细孔弹性纱布材料。
适当地，膜材料包括丝。
适当地，活性区域包括本发明的装置的壳体的区域。
适当地，活性区域包括壳体的至少一个壁构件。
适当地，活性区域包括被提供为活性区域的壳体的壁。
适当地，活性区域包括容纳在空腔区域内的一个或多个板或一个或多个主体。
适当地，活性区域包括在空腔区域中包含吸附剂材料的柔性袋，或者活性区域包括壳体的至少一个壁构件和空腔区域中的一个或多个板，或者活性区域包括壳体的至少一个壁构件以及至少一个在空腔区域中包含吸附剂材料的柔性袋。
适当地，柔性袋由膜材料构成。
适当地，膜材料是不透湿气的。
适当地，膜材料具有小于0.5mm的厚度。
适当地，膜材料包括丝材料。
适当地，提供一种包括根据本发明的第一方面的装置的扬声器或麦克风。
适当地，活性区域与可振动元件的至少后部表面流体连通和/或任选地与空腔区域流体连通。
根据本发明的第二方面，提供一种如上所述的移动电子设备，其包括：
外壳体；和
外壳体中的至少有一个扬声器单元或麦克风单元；其中
每个扬声器单元或麦克风单元包括限定至少一个空腔区域的壳体、在空腔区域中或贴近空腔区域的可振动元件和包含吸附剂材料的活性区域，所述吸附剂材料包含微孔有机聚合物(MOP)材料和/或用疏水涂层或膜处理的金属有机骨架(MOF)材料。
适当地，至少一个扬声器单元包括移动电子设备的主外部扬声器单元和/或移动电子设备的耳式扬声器单元。
适当地，移动电子设备包括移动电话。
适当地，移动电话包括智能电话。
适当地，移动电子设备包括耳机或平板电脑或笔记本电脑或数字助理或手表或智能可穿戴或导航辅助设备或头戴式耳机或TV或监视器或便携式扬声器或智能扬声器或蓝牙扬声器或车载扬声器。
适当地，移动电子设备是可穿戴的。
适当地，移动电子设备还包括在每个扬声器单元中的扬声器驱动器；以及用于向扬声器驱动器提供驱动信号的控制器。
适当地，每个扬声器驱动器包括音圈或至少一个MEMS设备和至少一个振动膜元件。
适当地，移动电子设备包括显示器。
适当地，显示器是触摸屏。
根据本发明的第三方面，提供一种用于微型扬声器或扩音器构型的体积增加材料(volume-enhancing material)，其中吸附剂材料包括用疏水涂层或膜处理的金属有机骨架(MOF)材料，和/或无定形微孔有机聚合物(MOP)如聚二氯二甲苯(P-DCX)，特征在于具有固有疏水性的组分材料。
根据本发明的第四方面，提供一种扬声器系统，其包括：
扬声器单元；和
在扬声器单元的背面区域或侧面区域形成腔室的机壳，该腔室大部分填充有颗粒状体积增加吸附剂材料，所述吸附剂材料包含用疏水涂层或膜处理的金属有机骨架材料，和/或无定形微孔有机聚合物(MOP)如聚二氯二甲苯(P-DCX)，其中任选地所述吸附剂材料由支撑元件支撑，进一步地，其中任选地体积增加吸附剂材料的颗粒被处理以导致形成稳定的壳层，例如通过用甲醇饱和体积增加吸附剂材料的颗粒，然后用优选包含细孔弹性纱布材料或丝的柔性膜覆盖。
根据本发明的第五方面，提供一种扬声器系统，其包括：
扬声器单元；和
在扬声器单元的背面区域或侧面区域形成腔室的机壳，该腔室大部分填充有毡支撑元件，所述毡支撑元件包括气体可渗透的上层、不使用粘结剂以高浓度分散在纤维基体中的吸附剂材料的颗粒，以及可渗透或不可渗透的背面层；其中
吸附剂材料包含用疏水涂层处理的金属有机骨架材料，和/或无定形微孔有机聚合物(MOP)材料如聚二氯二甲苯(P-DCX)，特征在于具有固有疏水性的组分材料。
根据本发明的第六方面，提供一种麦克风系统，其包括：
至少一个用于将声音转换为电信号的换能器元件；
任选地接收来自换能器元件的输出的前置放大器；
在换能器元件的背面区域或侧面区域的壳体或机壳；和
包含吸附剂材料的活性区域，所述吸附剂材料包含微孔有机聚合物(MOP)材料和/或用疏水涂层或膜处理的金属有机骨架(MOF)材料。
适当地，换能器元件将与声波相关联的气压变化转换为电信号。
适当地，麦克风系统是动态麦克风或电容麦克风或压电麦克风。
适当地，提供一种移动电子设备，其包括根据本发明的第六方面的麦克风系统。
适当地，移动电子设备是移动电话或助听器。
本发明的某些实施方案提供用于提供和/或接收可听声音的装置，其中活性区域包括如上所述的吸附剂材料并且相对于常规技术增强了声学性能。
本发明的某些实施方案利用支撑在支撑元件上或支撑元件中的微孔有机聚合物(MOP)材料和/或金属有机骨架(MOF)材料，支撑元件可以是毡或织造、针织或非织造材料主体。
本发明的某些实施方案提供一种制造麦克风和/或诸如微型扬声器或扩音器的扬声器的方法。
本发明的某些实施方案提供基于金属有机骨架的材料和/或基于微孔有机聚合物的材料，其以成本有效、高度稳定和疏水的形式实现了相对于常规技术的扩音器或麦克风的性能优势。这可以通过使用松散材料形式的或用于支撑元件的涂层或浸渍物中的颗粒状金属有机骨架材料和/或颗粒状微孔有机聚合物材料来实现。
本发明的某些实施方案提供基于微孔有机聚合物的材料，其由固有疏水的组成部分合成，这导致具有高度天然疏水性的材料。
本发明的某些实施方案提供一种扬声器和/或麦克风和/或用于扬声器和/或麦克风的机壳，其中材料以未压实且无粘结剂的充气悬浮液的形式呈现给声场。这可以通过使用超声波或静电夹带方法浸渍精细的非织造毡结构实现。这种超声波/静电方法可以实现80％的填充因子。
现在将参考附图，在下文中仅以示例的方式描述本发明的某些实施方案，其中：
图1示出耳式扬声器的分解图；
图2示出耳式扬声器的横截面；
图3示出供选择的扬声器的分解图；
图4示出供选择的扬声器，其侧面腔室充满了活性区域，而其余的中心区域却是空的；
图5示出扬声器的横截面；
图6示出扬声器的横截面；
图7示出根据本发明的空的和选定的部分填充的微型扬声器的低频响应；
图8示出根据本发明的空的和选定的部分填充的微型扬声器的较高范围频率响应；
图9示出根据本发明的选定的部分填充的微型扬声器的差分频率响应(SR填充的-SR空的)；
图10示出具有空外壳和选定填充物的根据本发明的微型扬声器的电阻抗；
图11示出粒度影响；
图12a到12f示出具有不同填充物的频率响应；
图13示出电阻抗响应；和
图14示出差分频率响应。
在附图中，相同的附图标记指代相同的部分。
本发明的某些实施方案涉及移动电子设备以及用于产生可听声音的的移动电子设备中的装置。如上所述，移动电子设备可以是移动电话诸如智能电话或笔记本电脑或耳机或耳塞或头戴式耳机或导航设备或TV或监视器或智能扬声器或蓝牙扬声器或车载扬声器之类，或者可以是可穿戴电子设备诸如智能手表或智能服装。用于提供可听声音的装置可以是扬声器等。扬声器可以很小，在这种情况下，扬声器可以称为迷你扬声器或微型扬声器。微型扬声器的示例是智能电话的耳式扬声器或主要外部扬声器。
典型的智能电话(例如Samsung Galaxy S8智能电话)包括后部外壳，所述后部外壳具有用于耳式扬声器的格栅。在操作中，当声压波从壳体内的内部区域出来时，耳式扬声器产生向人耳提供可听见的声音的声压波，其中耳式扬声器通过格栅中的多个通孔定位到收听者。除了耳式扬声器以外，智能电话还可以包括一个或多个其他扬声器单元，并且通常将这些其他扬声器单元之一指定为主外部扬声器，该主外部扬声器设计为通过智能电话的侧面板中的出口孔提供可听见的声音。侧面板可以是整个智能电话外壳的一部分，其形成智能电话的壳体并支撑触摸屏。
图1示出了耳式扬声器的分解图。扬声器200包括机壳壳体410，该机壳壳体410包围“后腔体积”，该“后腔体积”可以被体积增加的活性区域(部分或全部)占据。在图1所示的实施方案中，机壳壳体410包围被体积增加材料420占据的后腔体积，该体积增加材料420包含吸附剂材料，该吸附剂材料包含微孔有机聚合物材料和/或可以任选地用疏水涂层处理的金属有机骨架材料。体积增加材料420包含颗粒或粉末形式的吸附剂材料，其可以是松散/半松散的或与支撑元件结合。如所示，吸附剂材料被薄膜430覆盖，薄膜430有助于防止材料逸出并且有助于保护活性区域免于湿气侵入。薄膜位于活性区域和面向上(在图1中)的扩音器驱动器440之间，所述扩音器驱动器440包括可振动元件470，所述可振动元件470是提供可听见的声波的元件。适当地，柔性膜的厚度小于0.5mm。扬声器的壳体具有前板450，其有助于完成复合外机。在供选择的实施方案中，图1所示的耳式扬声器200可以替代地是用于接收声音的麦克风单元。在该实施方案中，扩音器驱动器440可以由诸如包括可振动元件的换能器元件的声音接收单元代替，所述可振动元件是接收声波并将与声波相关联的气压变化转换为电信号的元件。任选地，前置放大器接收来自换能器元件的输出。将理解的是，根据本发明的某些方面，可以将麦克风单元设置在贴近扬声器单元或与扬声器单元不同的位置。例如，智能电话外壳可以包括另一个孔，该另一个孔可以使可听见的声音传递到智能电话中以被麦克风单元接收。还应当理解，根据本发明的某些实施方案，可以在移动设备中提供一个、两个、三个或更多个麦克风单元。在另一实施方案中，至少一个扬声器单元和至少一个麦克风单元可以作为复合单元提供。
图2更详细地示出通过图1所示的耳式扬声器的横截面。
图3示出了供选择的扬声器600的分解图，其可以例如用作外部扬声器。这包括喇叭状声学颈部610，其包括用于声音通过智能电话外壳中的出口孔输出声音的通道。如图3所示，扬声器600包括位于由外部壳体717提供的外部空腔715中的扬声器壳体710，在外部壳体717中提供了体积增加材料718的活性区域。在图3所示的实施方案中，活性区域通常是C形的区域。包括可振动元件790的扩音器驱动器740位于较小的内部的扬声器壳体710内并且该较小的扬声器壳体710由盖750部分地封闭。由主外部壳体717限定的外部空腔由盖板760封闭。扬声器因此包括面向内的扬声器壳体710、扩音器驱动器740、盖750，其位于通过体积增加材料718增大的由外部壳体717、盖板760限定的更大体积内。扩音器驱动器740面朝下(在图3中)用于在内部的扬声器壳体710内的空腔770内产生压力波动。该喇叭状空腔770通过声学通道780将声音传送到设备的外部。由下部的外部壳体717和盖板760限定的外部空腔由驱动器的后部作用。该空腔内活性区域的体积增加材料用于增加空腔内空气的声学顺应性，从而改善低频响应。
图4示出类似于图3所示的扬声器的扬声器，但移除了盖板960以显示具有基本矩形设计的活性区域，该活性区域用一个或多个(示出了三个)侧面腔室910、920、930增大。在图4所示的实施方案中，侧面腔室充满体积增加材料(活性区域)，而后腔体积(机壳壳体840)没有填充材料。
在图4的类似但供选择的实施方案(供选择的实施方案未示出)中，所有侧面腔室和主腔室都填充有体积增加材料(活性区域)。
图5示出扬声器的横截面，其特征在于类似于图4所示的喇叭状内部声学空腔。图5有助于示出侧面腔室930如何包含被膜1025覆盖的活性区域。活性区域包含吸附剂材料，所述吸附剂材料包含微孔有机聚合物材料和/或用疏水涂层处理过的金属骨架材料。吸附剂材料呈颗粒状形式，或者作为松散/半松散颗粒提供，或者与支撑元件结合。图5还有助于示出侧面腔室930如何可以与扩音器驱动器740的外部区域流体连通，从而增加空腔内空气的声学顺应性，以及从而改善低频响应。
图6还示出扬声器的横截面，该扬声器包括喇叭状的内部声学空腔并与图5中所示的相似。在该实施方案中，后腔体积通过体积增加材料来增大，该体积增加材料任选地由任选地被膜覆盖的吸附剂材料的松散/半松散颗粒来提供。供选择地，体积增加材料可以与支撑元件如毡材料组合提供，所述毡材料用微孔有机聚合物(MOP)材料和/或用疏水涂层或膜处理的金属有机骨架(MOF)材料涂覆或浸渍。形成喇叭空腔的机壳由常规的塑料壁形成。后腔体积周围的声学外机由高密度不可渗透的壳部件1110形成。使用胶水(或粘结剂或其他此类元件)将不可渗透的壳用合适的重叠薄片结合到喇叭部件的塑料壁上，以确保后腔体积外机是声学密封的。
本发明的某些实施方案涉及智能电话微型扬声器。
已经确定，具有在移动电话的低频响应(低于900Hz)行为上提供活性区域而不会导致电话天线行为的电磁屏蔽的声学益处。可以实现大约3dB的改善。在一个实施方案中，活性区域可以以松散/半松散的形式或与支撑元件结合被结合到微型扬声器外机的后腔体积中。
根据本发明的某些实施方案，通过将松散/半松散粉末插入到空的微型扬声器中的丝网支撑的插入来实现3.49dB的平均增益。
微型扬声器的电阻抗和近场频率响应可以在Bruel和Kjaer隔音盒内测量，Bruel和Kjaer隔音盒安装在允许位置固定和麦克风距离扬声器输出10mm的结构内。AudiomaticaSRL-CLIO设备和软件，1.4发行，袖珍版用于执行测量。
该设备由CP-01音频接口盒和电容驻极体麦克风(从20Hz到10kHz精度为1dB)组成。具有模拟RCA连接和96kHz和48kHz采样频率的音频接口，包括：
·1Hz-45kHz的信号发生器，频率精度为0.01％，并且分辨率为0.01Hz。
·24位西格玛德尔塔A/D转换器的AC分析仪和+40dBV低至-40dBV的输入范围
·12位A/D转换器的DC分析仪，输入范围为+6.5V至-6.5V
微型扬声器的性能增强是在使用用丝织物密封的松散/半松散的MOP粉末形式的吸附剂材料填充其空腔的大约85-90％之后测量的。当然可以使用其他填充因子。通过这些方法测量空的和部分填充的微型扬声器，获得电阻抗和频率响应。性能的改善随后计算为部分填充和空的微型扬声器的频率响应之间的差异。为了考虑与麦克风和扬声器的位置相关的误差，进行了多次测量，并通过标准偏差建立了相关性。作为非限制性示例，MOP材料可以是聚合的二氯二甲苯(P-DCX)。
测试结果
已经测试了总共28个微型扬声器的活性区域。
在选择了合适的胶水和填充程序(合适的密封网)后，11个微型扬声器被成功增强，但速度不同。
表1：微型扬声器的填充特性示例
表1显示具有最佳频率响应增强的微型扬声器的填充特性及它们的性能概述。选择包括两个部分填充有松散微孔有机聚合物(MOP)材料的微型扬声器，因为当扬声器在手机内运行时，认为需要额外的步骤来将粉末保持在扬声器内。为此，微型扬声器填充有湿的产生硬化表面的MOP，防止其在操作过程中泄漏到扬声器外部，导致轻微的性能损失。
图7至图10显示空的微型扬声器(图7-10中显示为)、具有松散的MOP(丝保护的)内含物的微型扬声器样品(扬声器B，在图7-10中显示为“---”)以及具有硬化的松散的MOP(丝保护的)内含物的微型扬声器样品(扬声器D，在图7-10中显示为“-.-.-.”)的低频响应、更宽范围的频率响应、差分频率响应和电阻抗(谐振频率)。
扬声器B获得了最高性能，平均增益为约3.5dB，谐振频率偏移为约140Hz，确定空腔表现得如同其大了约18％。具有硬化的MOP皮的扬声器D实现了约3dB的主要增益及略微更小的谐振频率偏移，体积增加约12％。
图7显示，在非常低的频率端，松散填充的微型扬声器产生了显著的增强。
图8显示选定的部分填充的微型扬声器在更宽的频率范围内的频率响应，达到6000Hz。可以看出，松散的MOP填充的微型扬声器导致峰值性能向右偏移约250Hz，在约4000Hz的频率下达到最大性能。
图9显示各种填充扬声器在较低频率范围对空外壳的相对频率响应。松散的MOP填充的微型扬声器在非常低的频率范围内的改善要高得多。
图10显示填充的微型扬声器与空的微型扬声器相比的电阻抗。通过在扬声器B中松散的MOP的内含物，观察到最大的顺应性增强；峰值偏移大约140Hz，对应于初始空腔体积的约18％的增加。可以看出，在扬声器D中甲醇硬化的MOP的内含物，表现出更加阻尼的共振响应(峰值偏移约100Hz，相当于约11.5％的表观体积增加)，这得出的结论是该制备方法可能无法使MOP达到其潜在的增强性能。
值得注意的是，通过将MOP作为干粉引入丝网中，填充约85-90％的微型扬声器空腔，微型扬声器在900Hz以下的平均差分频率响应已达到约3dB。
发现这种封装方法存在材料从扬声器泄漏的有限风险，因此测试并发现另一种方法以实现接近3dB的增益：
-用(预处理的)甲醇饱和粉末以留下壳层，然后用丝网覆盖
在松散的MOP粉末达到最佳性能的同时，经过预处理的松散的MOP扩音器在非常低的频率端实现了最高的改善。
已经发现，减小材料的晶粒尺寸对它们在目标范围内的性能有显著影响，之前表现差的性能的PolMOF材料(P-DCX)被转化为主要候选者(见图11)。值得注意的是，穿过1/10-1/12mm范围的筛目的筛过的PolMOF材料(筛过的P-DCX，在此称为“PolMOFg2”)在具有75％材料填充的1cm深的扩音器空腔中，在400-700Hz频率范围显示出大约3-5dB的频率响应改善。MOP材料的性能优于沸石、珍珠岩和二氧化硅参比材料，并产生与高活性碳粉末非常相似的性能。
对于体积为约58mL的代表性扬声器盒中的材料，已发现填充60％-80％的MOF和/或MOP材料可能会在低频频谱处带来约1.5dB的益处，同时降低扬声器的谐振频率附近和以上的性能。尽管具有可称为“PolMOF”的MOP材料(例如P-DCX)和/或用疏水涂层或膜处理的在本文可称为“新MOF”的MOF材料(例如基于富马酸铝的MOF)的微型扬声器的低频响应与活性炭粉末获得的结果相比略有下降，但MOP/MOF材料提供显著的进一步益处，例如引入更少的阻尼，因此通过它们的内含物获得更好的性能。性能如图12a至12f所示，图12e和12f中示出PolMOFg2材料的最有利结果。
下面示出12个以松散的粉末形式通过丝网连接的MOP部分填充的微型扬声器的结果。
下面的表2示出每个部分填充的微型扬声器的填充特性和主要测量获得的参数。
图13和14显示增强的微型扬声器的阻抗偏移(谐振频率)和每种情况下的差分频率响应。应该注意的是，虽然扬声器P表现出高的增强，但是在相似填充程序的情况下，其表现优于扬声器B。
全部改善的微型扬声器列表
表2：微型扬声器填充特性的全部列表
填充微型扬声器的程序涉及用热和手术刀将扬声器的连接处拆开。一旦设备被打开并分成两部分，就引入材料填充。
-扬声器B：扬声器体积的约80％填充有松散的MOP，并在背面空腔的内边界处粘有切成背面空腔部件的形状的两个丝片，防止松散的MOP离开区域。然后将扬声器的背面和正面原始部件用液体快速操作胶粘回，并在胶水固化过程中夹紧以形成气密密封。
-扬声器D：将甲醇倒入MOP，以将其润湿，直至达到足够松散的稠度，以便更容易倒入扬声器的背面空腔。与对其干燥时填充约80％的体积相比，湿法允许倒入更多的MOP。再次，将两个丝片(切成背面空腔部件的形状)粘在背面空腔的内部边界上。然后将扬声器的背面和正面原始部件用液体快速操作胶粘回，并在胶水固化过程中夹紧以形成气密密封。胶合的扬声器在约70℃的温度下放置约12小时，以从MOP中蒸发甲醇。
金属-有机骨架(MOF)材料是杂化材料，其利用有机和无机多孔材料二者的性质，并且它们形成稳定、有序和高表面积的结构。
金属有机骨架(MOF)材料被称为多孔配位网络、多孔配位聚合物(PCP)等。
某些金属有机骨架(MOF)材料具有以下特性中的一种或多种：
1.多功能杂化(无机-有机)材料
2.由有机配体(连接体或支柱)连接并延伸至其他配体分子的金属离子(节点或接头)形成-组分提供了无限的可能性
3.3D晶体结构(虽然也可以是1D或2D)5。
4.有一个“无限的”的范围
5.纳米多孔-具有大孔尺寸和超高孔隙率(高达90％的自由体积)
6.极大的内表面积通常》1,000m2/g(扩展到超过6,000m2/g)
7.选择性吸收小分子
8.可以对客体的内含物具有光学或磁性反应
9.由分子结构单元的合成具有调整所得MOF性质的潜力
11.行为类似于分子海绵
12.有机单元的功能性离子可以提供可预测的功能化孔
通常，MOF是通过在相对较低的温度(低于300摄氏度)的溶剂热反应中结合有机配体和金属盐而合成的。
所得MOF的特性/结构受以下因素影响：
1.配体的特性(键角、配体长度、体积手性等)
2.使用的金属离子：倾向于采用某些几何形状
反应物混合在高沸点极性溶剂如水、二烷基甲酰胺、二甲基亚砜或乙腈等中。
金属盐和有机配体二者的浓度可以在反应物的溶解度、溶液的pH值的很大范围程度变化。
还有其他几种处理方法，例如电化学、微波辐射等。
二级结构单元(SBU)决定了骨架的最终拓扑结构。有机连接体在组装过程中很少改变结构。SBU经常是基于金属簇的，并且由金属离子和桥接配体之间的初始键合产生。可以形成多种形状，例如三角形平面、正方形平面四面体。SBU的形状取决于配体的结构、金属的类型、金属与配体的比例、溶剂和平衡金属离子电荷的阴离子来源。
孔是在去除客体分子后在MOF内形成的空隙空间。
通常，大孔有利于进行主客体化学过程，例如催化，因此中孔(20到之间的开口)或大孔(大于)材料很有吸引力。
微孔(小于)材料具有较小的孔，这会导致气体分子与孔壁之间的强相互作用，使它们非常适用于气体储存或气体分离应用。
开口的测量是从原子到原子进行的，同时减去范德华半径，以提供可供客体分子进入的空间。
孔通常被对于大多数应用必须除去的溶剂分子占据。结构坍塌可能发生，孔越大越有可能发生。当骨架保持完整时会产生永久性孔隙率。
骨架可以相互渗透以最大化充填效率。
MOF可以参与合成后修饰(PSM)，其中可以使用进一步的化学反应来修饰骨架。这可用于修改表面性质和孔的几何形状。
根据本发明的某些实施方案，可以利用一系列MOF和无定形微孔有机聚合物(MOP)材料来提供活性区域。它们可以实现传统扩音器增强材料的性能优势，但借助于它们可以浸渍在其中的支撑材料，因此呈成本有效、高度稳定和疏水的形式。在MOP材料的情况下，微孔浸渍材料本身是高度疏水的，这是有益的。
MOP材料可以由具有固有疏水性的组分部分合成，导致所得材料的高度天然疏水性。该材料优选以未压实且无粘结剂的充气悬浮液形式呈现给声场。
这可以通过使用超声波或静电夹带将微孔有机聚合物(MOP)材料浸渍到精细的非织造毡结构中实现。优选地实现80％的填充因子。
然后可以热密封毡以使用薄而柔韧的不渗透膜保持粉末，这进一步增加了材料对湿气影响的免疫力。这种具有高吸附剂材料含量的封装毡可以保持靠近壳体内的扩音器元件。
图7示出微型扬声器的频率响应曲线(例如按照图4中所示的扬声器)。
实心黑线(A)表示没有填充材料的空的微型扬声器的声频响应。
虚线(B)示出当侧面腔室约80％被由丝膜覆盖的松散干燥的MOP粉末占据时微型扬声器的频率响应。在900Hz下，相对于空的外壳的改善为约3.5dB。
链虚线(C)示出微型扬声器对于相同体积的MOP粉末的响应曲线，这次通过甲醇饱和固定，甲醇在被丝膜覆盖之前蒸发。在900Hz以下，相对于空的外壳的改善为2.87dB，但曲线的形状不同，现在在非常低的频率(200Hz以下)下有更多改善，并且800-1000Hz的谐振峰值衰减了约4dB。这些效果的组合产生更宽广、更精致(如果稍微更安静)的音质。
这一系列结果代表根据客户的期望调整有益响应的机会。
在本说明书的整个描述和权利要求中，词语“包括”和“包含”及它们的变体意味着“包括但不限于”，并且它们不旨在(也不)排除其他部分、添加剂、组分、整体或步骤。在本说明书的整个描述和权利要求中，除非上下文另有要求，否则单数包括复数。特别地，在使用不定冠词的情况下，除非上下文另有要求，否则说明书应理解为考虑复数和单数。
结合本发明的具体方面、实施方案或实施例描述的特征、整体、特征或组应理解为适用于本文描述的任何其他方面、实施方案或实施例，除非与其不相容。本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤可以以任何组合方式组合，除非组合中至少一些特征和/或步骤是相互排斥的。本发明不限于任何前述实施方案的任何细节。本发明扩展到本说明书(包括任何所附的权利要求、摘要和附图)中公开的特征的任何新颖的一个或新颖的组合，或扩展到如此公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖的一个或任何新颖的组合。
读者的注意力集中在与本申请相关的与本说明书同时或在此之前提交的所有论文和文件，这些论文和文件与本说明书公开供公众查阅，所有这些论文和文件的内容通过引用并入本文。

Claims (32)

1.用于提供和/或接收可听声音的装置，其包括：
壳体，其提供至少一个空腔区域；
可振动元件，其在空腔区域中或贴近空腔区域；和
活性区域，其包含颗粒状吸附剂材料，所述颗粒状吸附剂材料包含微孔有机聚合物MOP材料，
其中，所述吸附剂材料通过支撑元件被保持在所述装置内的适当位置。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述吸附剂材料是多孔的并且具有直径在1nm到10nm范围的孔。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述吸附剂材料是微孔的。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述吸附剂材料具有笼状结构。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述吸附剂材料提供至少500m2/g的BET表面积。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述吸附剂材料是不具有有序结构的材料。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，至少80重量％的所述吸附剂材料颗粒具有120微米的最大直径。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，微孔有机聚合物MOP材料包括聚二氯二甲苯P-DCX。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述微孔有机聚合物MOP材料具有穿过1/12mm筛目的粒度。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述吸附剂材料包括一种或多种第二吸附剂材料。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其中，所述吸附剂材料为松散的颗粒状形式，对其进行处理以允许形成稳定的壳层或皮。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其中，所述吸附剂材料涂覆在所述支撑元件的外表面上。
13.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其中，所述吸附剂材料被嵌入提供所述支撑元件的整个支撑材料中。
14.根据权利要求1所述的装置，其中，所述吸附剂材料浸渍在提供所述支撑元件的支撑材料中。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述吸附剂材料以至少60％的填充因子浸渍在所述支撑元件中。
16.根据权利要求1所述的装置，其中，所述支撑元件包括由支撑材料的交织线提供的织造结构，或由支撑材料的互锁环线提供的针织结构，或非织造毡。
17.根据权利要求1所述的装置，其中，所述支撑元件被密封在一片或多片密封材料之间。
18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述密封材料是柔性膜。
19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述柔性膜是不透湿气的。
20.根据权利要求1所述的装置，其中，所述活性区域包括在所述空腔区域中包含吸附剂材料的柔性袋，或者所述活性区域包括壳体的至少一个壁构件和空腔区域中的一个或多个板，或者所述活性区域包括壳体的至少一个壁构件以及至少一个在空腔区域中包含吸附剂材料的柔性袋。
21.一种扬声器或麦克风，其包括根据权利要求1至20中任一项所述的装置。
22.一种移动电子设备，其包括：
外壳体；和
外壳体中的至少一个扬声器单元或麦克风单元；其中
每个扬声器单元或麦克风单元包括：限定至少一个空腔区域的壳体、在空腔区域中或贴近空腔区域的可振动元件以及包含颗粒状吸附剂材料的活性区域，所述颗粒状吸附剂材料包含微孔有机聚合物MOP材料，并且
其中，所述吸附剂材料通过支撑元件被保持在所述扬声器单元或麦克风单元内的适当位置。
23.根据权利要求22所述的移动电子设备，其选自移动电话，笔记本电脑、平板电脑、电视、监视器、影音投影仪、扬声器和可穿戴电子设备。
24.根据权利要求23所述的移动电子设备，其中，所述可穿戴电子设备为手表、助听器、可穿戴计算机或耳机。
25.一种用于微型扬声器或扩音器构型的体积增加材料，其中，所述体积增加材料包含颗粒状吸附剂材料，所述颗粒状吸附剂材料包含微孔有机聚合物MOP材料。
26.一种扬声器系统，其包括：
扬声器单元；和
在扬声器单元的背面区域或侧面区域形成腔室的机壳，所述腔室大部分填充有体积增加的无定形微孔有机聚合物MOP，其中，在材料被细孔弹性纱布材料或丝覆盖之前，任选地将颗粒用甲醇饱和以形成稳定的壳层。
27.根据权利要求26所述的扬声器系统，其中，所述微孔有机聚合物MOP包括聚二氯二甲苯P-DCX。
28.一种扬声器系统，其包括：
扬声器单元；和
在扬声器单元的背面区域或侧面区域形成腔室的机壳，所述腔室大部分填充有毡支撑元件，所述毡支撑元件包括气体可渗透的上层、不使用粘结剂以高浓度分散在纤维基体中的气体吸附材料的颗粒，以及可渗透或不可渗透的背面层；其中
所述气体吸附材料是无定形微孔有机聚合物MOP，其特征在于具有固有疏水性的组分材料。
29.根据权利要求28所述的扬声器系统，其中，所述微孔有机聚合物MOP包括聚二氯二甲苯P-DCX。
30.一种麦克风系统，其包括：
至少一个用于将声音转换为电信号的换能器元件；
任选地接收来自所述换能器元件的输出的前置放大器；
在所述换能器元件的背部区域或侧面区域的壳体或机壳；和
活性区域，其包括至少一个支撑元件和吸附剂材料，所述吸附剂材料包含颗粒状吸附剂材料，所述颗粒状吸附剂材料包含微孔有机聚合物MOP材料,
其中，所述吸附剂材料通过支撑元件被保持在所述活性区域内的适当位置。
31.一种移动电子设备，其包括根据权利要求30所述的麦克风系统。
32.如权利要求31所述的移动电子设备，其中，所述移动电子设备是移动电话或助听器。
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