CN1166251C - 便携式电子设备的集成扬声器组件 - Google Patents

Abstract

描述了便携式电子设备，例如便携式无线电话(100)的集成扬声器组件。外壳部分(116)改进第一表面，形成便携式无线电话(100)的前表面(112)或后表面(113)的至少一部分。扬声器膜片(402)连接到与第一表面相对的第二表面。

Description

便携式电子设备的集成扬声器组件

技术领域：

本发明一般涉及便携式电子设备的扬声器组件领域。

背景技术：

手持便携式电子设备，例如便携式无线电话，利用扬声器将电信号转换成人们能够听到的20赫兹(Hz)到20000千赫(kHz)频段的声波。扬声器使得无线电话的用户能够收听到呼叫方的话音表示，以及其它声音，例如拨号音。声音再生的质量是客户决定购买便携式电话的重要因素。扬声器音质取决于其在可听频段上的频率响应。扬声器的厂商通常提供扬声器用于“自由场”环境下的指定扬声器频率响应。但是，无线电话所用的扬声器很少用于自由场环境下。取而代之的是，用户将无线电话靠近耳朵以收听话音，扬声器的位置非常靠近人耳。

无线电话领域声学工程师的目标是选择扬声器、外壳和预处理电路组合，使得它能够提供可接受的音质。可接受的音质通常是扬声器在其环境下300赫兹到4千赫频段上的频率响应有多平整或变化大小的测量。频率响应越是平整，或者变化越少，音质越好。低频的频率响应比高频高或大，则听起来声音低沉；而高频的频率响应比低频高，则听起来声音较尖，金属味强。

手持电话主要使用两种扬声器技术-压电扬声器和动态扬声器-这两种技术都具有较高的自由空气共振频率。规定这两种扬声器技术利用扬声器和人耳之间的气密封口来工作。实现气密封口要求扬声器在手持无线电话外壳上进行气密安装，当外壳接触耳朵时，无线电话外壳具有一个密封耦合。耳-外壳耦合通过在与人耳外形一致的外壳中生成低气压区来实现。只要气密封口存在，这种扬声器就能够提供可接受的频率响应。

因为手持无线电话尺寸变小，难以对所有用户都实现密封耳-外壳耦合，因为外壳的大小不足以在容纳所有人耳朵大小的外壳表面上形成低压区。因此，对某些用户而言，外壳和人耳之间会出现漏气，导致低频响应的损失或衰减。对不同扬声器的测试表明这种损失在300赫兹时平均为15分贝(dB)，导致声音变尖。

为了进一步说明，图9示出的图900是从使用自由空气基本共振频率较高的压电类扬声器的传统便携式无线电话得到的声频响应曲线902和904。每个声频响应曲线902和904示出了声学声压值相对于频率的变化。更确切地说，声频响应曲线902得自传统便携式无线电话的听筒与人造耳朵(IEC-318类型，未示出)密合的情况。声频响应曲线904得自听筒因泄漏环适配器(leakage ring adapter)未与人造耳朵密合的情况。如声频响应曲线904所示，在未密合情况下出现了不希望的低音损失。

低声阻抗动态扬声器(其自由空气共振频率比前述压电扬声器低)用以提高频率范围低端处的频率响应，可以用于弥补外壳和人耳之间空气泄漏所引起的低音损失。但是这种扬声器如果通过扬声器和外壳之间的气密封口安装，则在外壳和人耳之间形成了气密封口时，会出现过量低频增益。因此，声音低沉。此外，频率响应的最高点和最低点之间有约11分贝的较大变化，因此音质较差。

为了进一步说明，图10示出的图1000是从使用自由空气基本共振频率较低的低声阻抗动态类扬声器的传统便携式无线电话得到的声频响应曲线1002和1004。每个声频响应曲线1002和1004示出了声学声压值相对于频率的变化。更确切地说，声频响应曲线1002得自传统便携式无线电话的听筒与人造耳朵密合的情况。声频响应曲线1004得自听筒因泄漏环适配器未与人造耳朵密合的情况。如声频响应曲线1002所示，在密合情况下出现了不希望的低音增强。

较小的手持无线电话大小不仅影响外壳和人耳之间的密封，而且影响扬声器外壳的大小。较小的手持无线电话的外壳空间较少，外壳大小影响了扬声器的频率响应。

现在参看图3，示出了传统扬声器组件300的部件分解图。传统扬声器组件300包括具有多个孔的膜片盖302，膜片304，话音线圈306，磁极片308，磁铁310，轭铁312，具有多个孔的盆架314，毡圈316以及接线焊片318。磁铁310一般粘结在轭铁312中，磁极片308粘结在磁铁310顶部，形成了磁引擎组件320。磁引擎组件320结合在盆架314的一侧，毡圈316结合在盆架314的另一侧，覆盖多个孔中的至少一些孔。话音线圈306粘结在膜片304的一侧。膜片304具有外部边缘，粘结在盆架314的外部边缘，从而覆盖磁引擎组件320，其中话音线圈306位于磁引擎组件320所形成的凹陷中。磁引擎组件320用以将磁通量集中在该凹陷中，其中电流通过话音线圈306所生成的磁场鼓动膜片304，引发声压波。

在传统便携式电子设备中，传统扬声器组件300组装并安放在外壳中，其中盆架314和膜片盖302位于外壳的内表面之间。膜片盖302的定位使得膜片盖302的孔的位置与通过一个内表面的空相邻。便携式电子设备中的大量结构量由这种组件消耗，它抑制了在外壳厚度的变形。

发明内容：

因此需要一种较小的手持无线电话的扬声器组件，它封装扬声器的空间有限，与人耳之间气密封口的大小也有限，却能提供可接受的音质。

根据本发明，这里提供一种便携式电子设备，包含接收机和发射机至少其中一个，包括至少一个壳中，其中安装有一个集成扬声器组件，其特征在于，所述的集成扬声器组件包括：一个具有第一和第二相对表面的第一壳体部分，所述第一表面的一部分限定一个适合于形成一个与用户耳朵之间局部密封空气隙的置耳区；一个扬声器膜片，具有前侧面和后侧面，所述的扬声器膜片固定到所述壳体的内表面，该内表面位于所述壳体的第一和第二表面之间，以在所述第一表面部分与所述扬声器膜片的前侧面之间限定一个第一空气隙，在所述扬声器膜片的后侧面与所述第二表面之间限定一个第二空气隙；至少一个第一孔，位于所述第一表面的所述部分与所述第一空气隙之间，所述的至少一个第一孔允许所述扬声器膜片的所述前侧面之前的声压波传播到所述局部密封空气隙；至少一个第二孔，位于所述第二空气隙与所述第二表面之间，所述的至少一个第二孔允许所述扬声器膜片的后侧面之前的声压波传播到自由空气；和至少一个通道，位于所述第一表面的所述部分与所述第二表面之间，所述的至少一个通道在声音上耦合所述局部密封空气隙，以将所述壳体的第二表面以外的空气敞开，从而改善频率响应。

附图说明：

图1是便携式无线电话的前透视图。

图2是图1的便携式无线电话的后透视图。

图3是传统扬声器组件的部件分解图。

图4是图1和2的便携式无线电话的集成扬声器组件的第一实施例的部件分解图。

图5是图1和2的便携式无线电话沿图1的线5-5’切开的截面图。

图6是图1和2的便携式无线电话在第二实施例情况下，沿图1的线5-5’切开的截面图。

图7是便携式无线电话的集成扬声器组件的第三实施例的部件分解图。

图8是图7的第三实施例的截面图。

图9的图示出了在密合和未密合情况下，采用较高自由空气基本共振频率的压电扬声器的传统便携式无线电话的声频响应。

图10的图示出了在密合和未密合情况下，采用较低自由空气基本共振频率的低声阻抗动态类扬声器的另一种传统便携式无线电话的声频响应。

图11的图示出了图1-2和4-6的便携式无线电话(或者图7和8的便携式无线电话)在密合和未密合情况下的声频响应。

图12的图示出了图1-2和4-6的便携式无线电话(或者图7和8的便携式无线电话)在密合情况下的声频响应。

具体实施方式：

公开了一种便携式电子设备的集成扬声器组件。外壳部分改进第一表面，形成了便携式电子设备外表面的至少一部分。第一表面可以改进成例如便携式电子设备的前或后表面。扬声器膜片依附在与第一表面相对的第二表面上。

图1和2分别示出了便携式无线电话100的前和后透视图。便携式无线电话100是一种便携式电子设备，更确切地说，是用于通过射频(RF)信号进行无线通信的便携式电子设备。便携式电子设备100可工作在蜂窝电话系统，通常称为便携式蜂窝电话。

便携式无线电话100具有一个上表面102和一个下表面，通过枢纽105可转动地连接在一起，形成了便携式无线电话100的手持外壳。在这种配置下，便携式无线电话100通常称为折叠式或蛤壳式电话。如图1所示，下外壳104的表面上具有一个可视显示器106和多个按键108。电路(未示出)包括无线接收机和无线发射机(都耦合到天线)以及音频电路，位于下外壳104，由可卸电池110供电。便携式无线电话100的大小适于手持使用，可以称作手持便携式无线电话。

上外壳102至少部分由外壳部分116和外壳部分118组成。上外壳102的前表面112具有置耳区(ear placement region)114(此处由图1虚线指定)，用以放置用户的耳朵，使之能够收听可听的话音信号。置耳区114一般是前表面112上的一个圆形或椭圆形区域。置耳区114的大小能够容纳一只耳朵收听可听信号。置耳区114最好具有一个(轻微)的凹槽或听筒。置耳区114的直径最好有25.4毫米。

外壳部分118上具有多个孔124，例如孔126，通常集中位于置耳区114中。外壳部分116具有多个孔120(见图1的附加虚线)，例如孔122和孔128，位于置耳区114内，一般成圆形环绕在多个孔124之外。

参看图2，上外壳102的后表面113具有多个孔206(见图2虚线)，例如孔208和孔210。后表面113还具有多个孔202(见图2附加虚线)，例如孔204和孔205。多个孔202一般成圆形环绕在多个孔206之外。所示实施例中后表面113上的多个孔202和多个孔206位于置耳区114(图1)之外。下面结合图5会提到，上外壳102中的通路将多个孔120(图1)连接到多个孔202(图2)。

前和后表面112和113可以指便携式无线电话100的外表面，而不是便携式无线电话100已有的任一内表面。

图4是便携式无线电话100的集成扬声器组件400的第一实施例的部件分解图。在所示实施例中，集成扬声器组件400包括外壳部分116和118，膜片402，具有接线414和416的话音线圈404，磁极片406，磁铁408，轭铁410以及毡圈412。在这种实施例中，膜片402由成型的塑料片，例如聚醚酰亚胺(PEI)膜，聚对笨二甲酸乙二醇酯(PET)膜，聚亚苯基硫醚(PPS)制成。

外壳部分116在置耳区114中具有一个凹槽418，在凹槽418中有凹槽430。凹槽418中有多个孔424，例如孔426和孔428。下面结合图5会提到，外壳部分116中的通路将多个孔424的每一个分别连接到多个孔206(图2)中一个。

集成扬声器组件400可以如下组装。毡圈412粘结在凹槽418中，使得它即使不能覆盖多个孔424的全部，也能覆盖至少一部分。磁引擎组件411由磁铁408粘结在轭铁410中，磁极片406粘结到磁铁408顶部形成。磁引擎组件411位于具有卡扣连接的凹槽430中，可以粘结在其中。话音线圈404连接在扬声器膜片402的该侧。(根据膜片402的生成情况，话音线圈404可以连接到另一侧)。

膜片402的外边缘粘结在(例如胶合或通过衬垫结合)前表面112的凹槽418中，并由后者支撑，覆盖多个孔424。话音线圈404位于磁引擎组件411所形成的凹陷中。话音线圈404的接线414和416耦合到外壳部分116中的电导元件(未示出)，例如线路。电导元件耦合到外壳104中的音频电路(未示出)。

电导元件可以通过适当的方法在外壳102中选路。例如，电导元件可以插入浇铸在外壳部分116中。电导元件也可以包括在挠性印刷电路板(未示出)上，它可以通过外壳部分116生成的槽口(未示出)选路。标签或铭饰(未示出)可以用于掩盖该槽口，或者外壳部分118可以扩展，通过附件覆盖该槽口。接线414和416可以焊接到电导元件上，例如通过弹性连接器进行耦合。

外壳部分118对膜片402提供保护是可选的，它位于凹槽418中，最好具有一个卡扣连接，使得外壳部分118的顶表面至少部分进入前表面112(例如如图1所示)。外壳部分118可以通过粘合剂，超声波焊接或其它适当的方法连接到外壳部分116。按照上述方法构造和组装的集成扬声器组件400可以称为“前安装”组件。

图5是沿图1的线5-5’切开的上外壳102的截面图。图5示出了上外壳102的通路，它将多个孔120连接到多个孔202。在这种实施例中，该通道称为端口。例如，通道502将孔122连接到孔204，通道504将孔128连接到孔205。声压波通过这些通道从前表面112到后表面113，然后到外部大气。

还示出了将多个孔424连接到多个孔206的上外壳102通道。例如，通道506将孔426连接到孔208，通道508将孔428连接到孔210。包括通道506和508的通道从多个孔206通到扬声器膜片402的后侧，使得来自扬声器膜片402后侧的声压波可以通到外部大气。多个孔124(例如孔126)具有到扬声器膜片402前侧的通道(例如通道510)，这使得声压波可以从扬声器膜片402前侧通到置耳区114前部的空气空间。

尽管示出的多个孔202和多个孔206的位置都是优选的(图2)，但这些孔可以适当地位于便携式无线电话100置耳区114之外的任一表面或区域，例如前表面，左和/或右侧表面等。

下面描述便携式无线电话100的优选操作。来自音频电路的信号驱动话音线圈404鼓动膜片402，导致膜片的前和后侧产生声压波。膜片前侧的声压波通过外壳部分118的通道，例如通道510。一些声压波通过多个孔124(例如孔126)进入便携式无线电话100的用户的耳朵。在密封或部分密封条件下，一些声压波穿过多个孔120(例如孔122和128)，并通过外壳部分116中的通道。这些声压波通过多个孔202(例如孔204和205)退到外部大气中。

膜片后侧的声压波通过多个孔424(例如孔426和428)，通过毡圈412，以及通过外壳部分116的通道。这些声压波通过多个孔202(例如孔204和205)退出上外壳102，到达外部大气中。这种布局下，便携式无线电话100提供的声频响应基本上独立于环绕置耳区114的封口。

为了说明，图11的图1100示出了便携式无线电话100的声频响应曲线1102和1104。(类似或相同曲线应用于描述下面示出并描述的可选实施例。)声频响应曲线1102得自置耳区114密合到人造耳朵的情况，而声频响应曲线1104得自置耳区114因泄漏环适配器未密合的情况。如声频响应曲线1102和1104所示，在密合情况下使用便携式无线电话100基本没有出现低音损失或增强。

图12的图1200示出了便携式无线电话100的声频响应曲线1102，1202，1204和1206。(类似或相同曲线应用于描述下面示出并描述的可选实施例。)总之，图1200示出了便携式无线电话中多个孔120的声效果。每个声频响应曲线1202，1204和1206得自置耳区114密合到人造耳朵的情况，并且其中多个孔120中的至少一些被有意阻塞，使得声压波不能自由地通过上外壳102。

图12的声频响应曲线1102(也在图11的图1100中示出)得自8个孔120(见图1和2)中没有孔被阻塞的情况。声频响应曲线1206得自8个孔120中3个孔被阻塞的情况。声频响应曲线1204得自8个孔120中6个孔被阻塞的情况。声频响应曲线1202得自所有8个孔120都被阻塞的情况。

通过比较图12中的每个声频响应曲线1102，1202，1204和1206，表明多个孔120和202及其各自通道允许调谐便携式无线电话100的低频响应，使得便携式无线电话100的低频性能基本上独立于置耳区114和耳朵之间的封口。多个孔120和202及其各自通道用于声将耳朵和上外壳所形成的空气空间耦合到外部大气。

选择孔的大小和数量(即孔120的数目)以实现所需的频率响应(此处，声频响应曲线1102)。应当理解，这些孔的大小和数量可以结合毡圈，屏蔽物、圈套或对气流产生声阻的其它适当的材料选择，从而实现所需的频率响应。此外，多个孔124的大小和数量可以结合或不结合对气流产生声阻的这些材料选择，从而实现所需的频率响应。例如，可以在外壳部分116和118之间安放适当的材料，并连接到外壳部分118的内表面。这些材料的选择可以结合多个孔206和424的大小和数量，以及连接它们的各个通道选择，以优化扬声器膜片402的悬挂一致性。这种结合还优化了扬声器膜片402的低频性能。在任一上述方案中，这些材料可以适当地安放在任一通道和/或安放在外壳内或外表面，从而通过孔阻止气流。

返回参看图4，集成扬声器组件400可以以其它适当的方式组装，例如如下。毡圈412粘结在凹槽418中，使得它即使不能覆盖多个孔424的全部，也能覆盖至少一部分。磁引擎组件411由磁铁408粘结在轭铁410中，磁极片406粘结到磁铁408顶部形成。磁引擎组件411位于具有卡扣连接的凹槽430中，可以粘结在其中。话音线圈404连接在扬声器膜片402的该侧。(根据膜片402的生成情况，话音线圈404可以连接到另一侧)。

膜片402的外边缘粘结在(例如胶合或通过衬垫结合)外壳部分118的内表面，并由后者支撑。外壳部分118位于凹槽418内部，连接到外壳部分116，外壳部分116最好具有卡扣连接，从而话音线圈404位于磁引擎组件411所形成的凹陷中，外壳部分118的顶表面至少部分进入前表面112(例如如图1所示)。图6示出了该第二可选实施例中便携式无线电话的截面。可选组件的操作与针对图5的描述相同，其性能与针对图11-12的描述的相同。

图7示出了第三实施例中便携式无线电话的集成扬声器组件700的部件分解图，图8是集成扬声器组件700的截面图，它类似于前面针对图4-6所描述的集成扬声器组件。集成扬声器组件700包括外壳部分717和718，膜片742，具有接线738和740的话音线圈736，磁极片732，磁铁730，轭铁728和毡圈726。在这种实施例中，膜片742由成型的塑料膜制成。

结合参看图7和8，外壳部分717的后表面具有凹槽，该后表面与类似于图1上外壳102的上外壳的前表面相对。前表面704具有一个置耳区(未示出)，类似于图1的置耳区114。通过外壳部分717生成多个孔708，例如孔710。多个孔712，例如孔714和716位于后表面706的置耳区之外，通过外壳部分717所具有的通路，例如通路802和804，通往多个孔822，例如位于前表面704置耳区内的孔818和820。外壳部分718具有多个孔720，例如孔722和724，通过外壳部分718所具有的通路，例如通路806和808，通往多个孔812，例如孔814和816。在这种实施例中，通路可以称为端口。按照上述方法构造和组装的集成扬声器组件700可以称为“后安装”组件。

对应于图7和8的便携式无线电话的操作基本上与针对图1-2和4-5描述的相同。如图8所示，声压波的传播基本上与针对图5所描述的相同，并且得到的结果与针对图11-12描述的相似。应当理解，膜片742可以粘结到外壳部分717或外壳部分718，类似于针对图5和6所示并描述的实施例。可以安装并使用毡圈、圈套、屏蔽物以及其它适当的材料，其方式与针对图1-2和4-5的实施例所描述的相同。

这样，外壳部分改进第一表面，形成便携式电子设备前表面的至少一部分。扬声器膜片具有连接到第二表面的外缘，第二表面与第一表面相对，或位于第一表面之后。外壳部分也可以将第一表面改进成便携式电子设备后表面的至少一部分，其中扬声器膜片具有连接到第二表面的外缘，第二表面与第一表面相对。

便携式无线电话还包括第一外壳部分和第二外壳部分。第一外壳部分与第二外壳部分相连，形成至少一部分外壳。至少一个接收机或发射机位于该外壳中。扬声器膜片具有连接到第二外壳部分内表面的外缘。

采用这种集成扬声器组件，便携式电子设备的轮廓可以更薄，因为不需要附加的基本刚性的元件(例如图3的盆架314)来支撑扬声器膜片(例如图3的膜片304)。如果需要，也可以实现与环绕便携式电子设备置耳区的封口无关的声频响应。

应当理解，毡圈412(图4)和726(图7)，例如可以替换成屏蔽物，圈套，或者可以用于声调谐目的的其它适当材料，以及使扬声器膜片隔离尘土和污垢等。这种材料可以适当地安装于任何通道和/或安装于外壳的内或外表面，从而能够覆盖任何孔。因为这种材料对气流产生声阻，所以这种材料也可以用于多个孔中，以提供频率响应的适当调谐。

应当理解，孔，例如多个孔120是可选的。消除这些孔将产生针对图9和10所示和所描述的声频响应特性，这取决于集成扬声器组建的自由空气共振。根据置耳区和耳朵之间出现的密封程度，密封和未密封情况下会出现频率响应的不同。

还应当理解，例如，膜片402，话音线圈404，以及磁引擎组件411(图4)可以替换成具有压电特性的膜片。更确切地说，例如，陶瓷板可以连接或粘合到一个薄的挠性金属元件，形成压电或“PZT”膜片，它可以连接到前述外壳部分。使用PZT膜片之后，外壳部分118(图4)将不再必要，因为它比成型塑料片做成的膜片更耐用。

尽管示出并描述了本发明的特定实施例，但仍可以进行改进。因此，后附权利要求书旨在覆盖本发明范围内的所有这种变化和改进。

Claims (10)

1.一种便携式电子设备，包含接收机和发射机至少其中一个，包括至少一个壳体，其中安装有一个集成扬声器组件，其特征在于，所述的集成扬声器组件包括：

一个具有第一和第二相对表面的第一壳体部分，所述第一表面的一部分限定一个适合于形成一个与用户耳朵之间局部密封空气隙的置耳区；

一个扬声器膜片，具有前侧面和后侧面，所述的扬声器膜片固定到所述壳体的内表面，该内表面位于所述壳体的第一和第二表面之间，以在所述第一表面部分与所述扬声器膜片的前侧面之间限定一个第一空气隙，在所述扬声器膜片的后侧面与所述第二表面之间限定一个第二空气隙；

至少一个第一孔，位于所述第一表面的所述部分与所述第一空气隙之间，所述的至少一个第一孔允许所述扬声器膜片的所述前侧面之前的声压波传播到所述局部密封空气隙；

至少一个第二孔，位于所述第二空气隙与所述第二表面之间，所述的至少一个第二孔允许所述扬声器膜片的后侧面之前的声压波传播到自由空气；和

至少一个通道，位于所述第一表面的所述部分与所述第二表面之间，所述的至少一个通道在声音上耦合所述局部密封空气隙，以将所述壳体的第二表面以外的空气敞开，从而改善频率响应。

2.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其特征在于，所述的集成扬声器组件包括所述扬声器膜片的外缘，固定到所述的壳体，隔离所述的第一和第二空气隙。

3.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其特征在于，还包括：至少一个毡圈、圈套或屏蔽物，用以阻止气流通过至少一个第二孔。

4.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其特征在于，还包括：至少一个毡圈、圈套或屏蔽物，用以阻止气流通过至少一个第一通道。

5.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其特征在于，所述扬声器膜片的外缘粘结固定到所述内表面，隔离所述的第一和第二空气隙。

6.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其特征在于，所述的扬声器膜片具有压电特性。

7.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其特征在于，还包括：

一个扬声器磁铁，所述扬声器磁铁设置得与所述扬声器膜片为邻；和

一个扬声器线圈，固定到所述的扬声器膜片，紧靠着所述的扬声器磁铁。

8.根据权利要求6所述的便携式电子设备，其特征在于，所述的扬声器磁铁由所述的内表面支承。

9.根据权利要求6所述的便携式电子设备，其特征在于，还包括：一个扬声器轭，设置得与所述的扬声器膜片为邻，其内具有所述的扬声器磁铁。

10.根据权利要求1所述的便携式电子设备，其特征在于，还包括：一个组件孔，设置在所述的置耳区内，所述的扬声器组件是穿过所述的组件孔而被组装的。

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