CN205142506U - 一种改善骨传导扬声器漏音的骨传导扬声器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种能够改善漏音的骨传导扬声器,该骨传导扬声器包括振动单元,振动单元至少包括与使用者直接接触或间接接触的接触面;所述接触面上至少包含第一接触面区域;该第一接触面区域包含引声孔,该引声孔将扬声器外壳内的声波导出,与漏音声波叠加以抑制漏音。本实用新型利用了声波干涉原理,以消减振幅,从而达到减小漏音的效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种高性能的骨传导扬声器及通过特定设计来提高骨传导扬声器的音质,尤其是中低音质量,减少漏音现象,以及增加骨传导扬声器佩戴舒适度的方法。
背景技术
一般情况下,人能够听见声音是因为空气通过外耳耳道把振动传递到耳膜,通过耳膜形成的振动驱动人的听觉神经,由此感知声音的振动。骨传导扬声器在工作时,可以通常通过人的皮肤、皮下组织及骨骼传递到人的听觉神经,从而使人听到声音。
实用新型内容
在一个实施例中,本实用新型涉及一种改善漏音的骨传导扬声器,该扬声器包括振动单元。该振动单元至少包括一接触面,所述接触面至少部分与使用者直接接触或间接接触;所述接触面上至少包含第一接触面区域和第二接触面区域;
可选的,该第一接触面区域包含引声孔,该引声孔将振动单元外壳内的声波导出,与漏音声波叠加;可选的,振动单元外壳的侧面上设置有至少一个侧面引声孔,该引声孔将振动单元的外壳内的声波导出,与漏音声波叠加,抑制漏音;可选的,所述第一接触面区域下方为空气,所述第二接触面区域下方设置有振动面板,或者振动面板是第二接触面区域;可选的,所述第二接触区域下方设置的振动面板直接或间接与第二接触面接触,振动面板支撑第二接触面区域,并将振动通过第二接触区域传导给使用者;可选的,所述第二接触面区域凸起部分高于第一接触面区域,所述第一接触面区域至少有部分不与使用者接触,在所述不与使用者接触的部分上有引声孔。所述第二接触面区域与使用者贴合更紧密,接触力更大;可选的,所述振动面板与所述第二接触面区域的面积与形状相同;可选的,所述振动面板与所述第二接触面区域的面积与形状不同,所述振动面板在所述第二接触面区域的投影面积不大于所述第二接触面区域面积;可选的,所述第一接触面区域、第二接触面区域使用硅胶、橡胶、塑胶等材料。
附图说明
图1为骨传导扬声器导致人耳产生听觉的过程。
图2‐A为本实用新型实施例提供的一种骨传导扬声器的振动产生部分的外形图。
图2‐B为本实用新型实施例提供的一种骨传导扬声器的振动产生部分的结构图。
图2‐C为本实用新型实施例提供的一种骨传导扬声器的振动产生部分的结构图。
图3‐A为本实用新型实施例中一种骨传导扬声器振动产生部分的等效振动模型。
图3‐B为本实用新型实施例所适用的一种骨传导扬声器的振动响应曲线。
图4‐A和4‐B分别为本实用新型实施例中一种骨传导扬声器面板粘结方式的俯视图和侧视图。
图5为本实用新型实施例中一种骨传导扬声器的振动产生部分的结构图。
图6为本实用新型实施例所适用的一种骨传导扬声器工作的振动响应曲线。
图7为本实用新型实施例所适用的一种骨传导扬声器工作的振动响应曲线。
图8为本实用新型实施例中一种骨传导扬声器的振动产生部分的结构图。
图9为一个具体实施例中骨传导扬声器振动产生部分的结构图。
图10‐A为一个具体实施例中骨传导扬声器的应用场景。
图10‐B为一个具体实施例中骨传导扬声器振动产生部分的振动响应曲线。
图11为一个具体实施例中骨传导扬声器振动产生部分的结构图。
图12为一个具体实施例中骨传导扬声器面板的结构示意图。
图13为一个具体实施例中骨传导扬声器振动产生部分的结构图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,并不限定本实用新型的应用范围,对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,可以根据这些附图将本实用新型应用于其他类似场景。
如本说明书和权利要求书中所示,除非上下文明确提示例外情形,“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数,也可包括复数。一般说来,术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素,而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列,方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”;术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。
以下,不失一般性,在描述本实用新型中骨传导相关技术时,将采用“骨传导扬声器”或“骨传导耳机”的描述。该描述仅仅为骨传导应用的一种形式,对于该领域的普通技术人员来说,“扬声器”或“耳机”也可用其他同类词语代替,比如“播放器”、“助听器”等。事实上,本实用新型中的各种实现方式可以很方便地应用到其它非扬声器类的听力设备上。例如,对于本领域的专业人员来说,在了解骨传导扬声器的基本原理后,可能在不背离这一原理的情况下,对实施骨传导扬声器的具体方式与步骤进行形式和细节上的各种修正和改变。特别地,在骨传导扬声器中加入环境声音拾取和处理功能,使该扬声器实现助听器的功能。
骨传导扬声器将声音通过骨头传递给听力系统,从而产生听觉。图1是骨传导扬声器产生听觉的过程,主要包括以下几个步骤:在步骤101,骨传导扬声器获取或产生含有声音信息的信号;在步骤102,骨传导扬声器根据信号产生振动;在步骤103,通过传递系统将振动传递给传感终端104。在一种工作场景中,骨传导扬声器拾取或产生含有声音信息的信号,通过换能装置将声音信息转换成声音振动,并通过传递系统将声音传递给感觉器官,最终听到声音。不失一般性,以上描述的听力系统、感觉器官等的主体可以是人,也可以是具有听力系统的动物。需要注意的是,以下对于人类使用骨传导扬声器的描述并不构成对骨传导扬声器使用场景的限制,类似的描述同样可以适用于其它动物。
以上对骨传导扬声器大致流程的描述仅仅是具体的示例,不应被视为是唯一可行的实施方案。显然,对于本领域的专业人员来说,在了解骨传导扬声器的基本原理后,可能在不背离这一原理的情况下,对实施骨传导扬声器的具体方式与步骤进行形式和细节上的各种修正和改变,但是这些修正和改变仍在以上描述的范围之内。例如,在步骤101获取含有声音信息的信号和步骤102振动产生之间,可以额外加入信号修正或强化步骤,该步骤可以将101中获取的信号根据特定的算法或参数进行强化或者修正。更进一步的,在步骤102振动产生和103振动传递步骤之间,可以额外加入振动强化或修正步骤。该步骤可以利用101的声音信号或者根据环境参数对102所产生的振动进行强化或者修正。同理,该振动强化或修正步骤可以在步骤103与104之间完成,例如对信号进行降噪、声反馈抑制、宽动态范围压缩、自动增益控制、主动环境识别、主动抗噪、定向处理、耳鸣处理、多通道宽动态范围压缩、主动啸叫抑制、音量控制,或其它类似的,或以上任意组合的处理,这些修正和改变仍在本实用新型的权利要求保护范围之内。此处所描述的方法和步骤可以在适当的情况下以任何合适的顺序,或同时实现。另外,在不偏离此处所描述的主题的精神和范围的情况下,可以从任何一个方法中删除各单独的步骤。上文所描述的任何示例的各方面可以与所描述的其他示例中的任何示例的各方面相结合,以构成进一步的示例,而不会丢失寻求的效果。
具体的,在步骤101中,骨传导扬声器可以根据不同的方式获取或者产生含有声音信息的信号。声音信息可以指具有特定数据格式的视频、音频文件,也可以指一般意义上能够携带最终可通过特定途径转化为声音的数据或文件。含有声音信息的信号可以来自于骨传导扬声器本身的存储单元,也可以来自于骨传导扬声器以外的信息产生、存储或者传递系统。此处所讨论的声音信号并不局限于电信号,也可包括电信号之外的其它形式的如光信号、磁信号、机械信号等。原则上,只要该信号包含有扬声器可以用以产生振动的声音信息,均可作为声音信号进行处理。声音信号也不局限于一个信号源,可以来自于多个信号源。这些多个信号源可以相关也可以相互无关。声音信号传递或产生的方式可以是有线的也可以是无线的,可以是实时的也可以是延时的。
以上描述的例子仅作为方便说明之用,有线连接的媒介还可以是其它类型,例如,其它电信号或光信号等的传输载体。无线连接包括但不限于无线电通信、自由空间光通信、声通讯、和电磁感应等。例如,作为本技术的一些应用场景,骨传导扬声器可以通过蓝牙技术从其他设备获取含有声音信息的信号,也可以直接从骨传导扬声器自带的存储单元中直接获取数据,再产生声音信号。
在102中,骨传导扬声器可以将含有声音信息的信号转换成振动并产生声音。振动的产生伴随着能量的转换,骨传导扬声器可以使用特定的换能装置实现信号向机械振动转换。转换的过程中可能包含多种不同类型能量的共存和转换。例如,电信号通过换能装置可以直接转换成机械振动,产生声音。再例如,声音信息包含在光信号中,一种特定的换能装置可以实现由光信号转换为振动信号的过程。其它可以在换能装置工作过程中共存和转换的能量类型包括热能、磁场能等。换能装置的能量转换方式包括但不限于动圈式、静电式、压电式、动铁式、气动式、电磁式等。骨传导扬声器的频率响应范围以及音质会受到不同换能方式以及换能装置中各个物理组件性能的影响。例如,在动圈式换能装置中,缠绕的柱状线圈与振动板相连,受信号电流驱动的线圈在磁场中带动振动板振动发声,振动板材质的伸展和收缩、褶皱的变形、大小、形状以及固定方式,永磁体的磁密度等,都会对骨传导扬声器最终的音效质量带来很大的影响。再例如,振动板可以是镜面对称的结构、中心对称的结构或者非对称的结构;振动板上可以设置有间断的孔状结构,使振动板产生更大的位移,从而让骨传导扬声器实现更高的灵敏度,提高振动与声音的输出功率;又例如,振动板是圆环体结构,在圆环体内设置向中心辐辏的多个支杆,支杆的个数可以是两个或者更多。
显然,对于本领域的专业人员来说,在了解换能方式及具体装置能够影响骨传导扬声器音效质量的基本原理后,可能在不背离这一原理的情况下,对上述提及的影响因素进行适当的取舍、组合、修正或改变,从而获得理想的音质。例如,采用高磁密度的永磁体,更理想的振动板材料以及设计,能够获得更好的音质。
这里使用的术语“音质”可以理解为能够反映出声音的质量,指经处理、传输等过程后音频的保真度。音质主要由响度、音调和音色三要素来描述。响度是人耳对声音强弱的主观感受,其正比于声音强度的对数值,声音强度越大听起来感到越响亮。而且与声音的频率和波形有关。音调,又称音高,是指人耳对声音振动频率高低的主观感受。音调主要取决于声音的基波频率,基频越高,音调越高,同时它还与声音的强度有关。音色是指人耳对声音特色的主观感觉。音色主要取决于声音的频谱结构,还与声音的响度、持续时间、建立过程及衰变过程等因素有关。声音的频谱结构是用基频、谐频数目、谐频分布情况、幅度大小以及相位关系来描述的。不同的频谱结构,就有不同的音色。即使基频和响度相同,如果谐波结构不同,音色也不相同。
骨传导扬声器振动的实现方法很多,图2‐A和图2‐B是一个具体实施例中骨传导扬声器振动产生部分的结构图,包括外壳210、面板220、换能装置230和连接件240。
面板220的振动通过组织与骨骼传递到听觉神经,从而使人听到声音。面板220与人体皮肤可以是直接接触的,也可以通过由特定材料组成的振动传递层(下文中会详细描述)与皮肤接触。这里所说的特定材料可以从低密度的材料中进行选择,例如塑料(例如但不限于高分子聚乙烯、吹塑尼龙、工程塑料等),橡胶,也可以是能达到同样性能的其他单一或复合材料。换能装置230是基于某种原理实现电信号向机械振动转换的组件。面板220与换能装置230相连,在换能装置230的带动下振动。连接件240连接面板220和外壳210,用于将换能装置230定位在外壳中。在换能装置230将振动传递给面板220时,振动会同时通过连接件240传递给外壳,引起外壳210振动,也会相应改变面板220的振动方式,从而影响面板220传递给人体皮肤的振动。
需要注意的是,将换能装置和面板固定在外壳中的方式不限于图2‐B描述的连接方式,显然,对于本领域的技术人员而言,是否采用连接件240,或者采用不同材料制成的连接件240、调整换能装置230或者面板220连接到外壳210的方式等,都会表现出不同的力学阻抗特性,产生不同的振动传递效果,从而影响振动系统整体的振动效率,产生不同的音质。
例如,若不采用连接件,面板可以通过胶水直接粘贴在外壳上,也可以采用卡接或焊接的方式连接在外壳上。若采用连接件,则具有适度弹性力的连接件在传递振动的过程中有减震的效果,可以减少传递到外壳的振动能量,从而有效抑制外壳振动导致的骨传导扬声器向外界漏音,也可以帮助避免可能的异常共振导致的异常声音的发生,达到改善音质的效果。位于外壳内/上不同位置的连接件对振动的传递效率也会产生不同程度的影响,优选地,连接件可以使得换能装置处于悬吊或支撑等不同的状态。
图2‐B所示为一种连接方式的实例,连接件240可以与外壳210顶端相连。图2‐C为另一种连接方式的实例,面板220从外壳210的开口伸出,面板220和换能装置230之间通过连接部分250连接,并与外壳210通过连接件240相连。
在另外一些实施例中,也可以以其他的连接方式将换能装置固定在壳体内部,例如,可以将换能装置通过连接件固定在外壳内底面上,或者将换能装置的底部(换能装置与面板连接的一侧是顶部,与之相反的一侧是底部)通过弹簧悬空固定在壳体内部,也可以将换能装置的顶部连接在外壳上,或者换能装置和外壳间通过多个位于不同位置的连接件相连,或者以上多种连接方式的任意组合。
本领域的普通技术人员可以根据不同的实际应用决定连接件的材料、位置以及连接方式等,或者将上述不同的连接件属性进行修正、改进或者组合使用,但这些修正和改进仍然在以上描述的范围之内。例如,以上描述的连接件不一定是必须的,面板可以直接架接在外壳上,也可以通过胶水与外壳粘结。需要注意的是,实际应用中的骨传导扬声器振动产生部分的形状、尺寸、比例等不限于图2A、图2B或图2C中所描述的内容,骨传导扬声器在考虑到其他可能会影响骨传导扬声器音质的因素,例如骨传导扬声器的漏音程度、产生的倍频音、佩戴方式等,本领域的技术人员可以根据图中所描述的内容做出一定程度的改变。
精心设计和调试换能装置与面板可以解决很多骨传导扬声器经常面临的问题。例如,骨传导扬声器容易产生漏音现象。这里所说的漏音指的是,骨传导扬声器工作的过程中,扬声器的振动会产生向周围环境传递的声音,除了扬声器的佩戴者外,环境中的其他人也能够听到扬声器发出的声音。漏音现象出现的原因很多,包括换能装置和面板的振动通过连接件传递到外壳而引起外壳的振动,或者换能装置的振动引起壳内空气振动,空气振动传导到外壳上引起外壳振动,从而产生漏音。如图3‐A所示,一种骨传导扬声器振动产生部分的等效振动模型,包括固定端301,外壳311和面板321,固定端301和外壳311之间等效为通过弹性体331和阻尼件332连接,外壳311和面板321之间等效为通过弹性体341连接。固定端301可以是骨传导扬声器在振动过程中位置相对固定的点或者位置相对固定的区域(下文中会详细描述)。弹性体331和阻尼332由耳机架/耳机挂带和外壳之间的连接方式决定,影响因素包括耳机架/耳机挂带的刚度、形状、组成材料等,以及耳机架/耳机挂带与外壳连接部位的材料属性。这里所说的耳机架/耳机挂带提供骨传导扬声器与使用者之间相互接触的压力。弹性体341由面板321(或者面板与换能装置所组成的系统)和外壳311之间的连接方式决定,影响因素包括以上提到的连接件240。则振动方程可以表示为:
mx2″+Rx2′-k1(x1-x2)+k2x2=0(1)
其中,m为外壳311的质量,x1为面板321的位移,x2为外壳311的位移,R为振动阻尼,k1为弹性体341的劲度系数,k2为弹性体331的劲度系数。在稳定振动的情况下(不考虑瞬态响应),可以导出外壳振动与面板振动的比值x2/x1:
这里所说的外壳振动与面板振动的比值x2/x1可以反映出骨传导扬声器漏音大小。一般而言,x2/x1的值越大,说明外壳的振动相比于传递给听力系统的有效振动就越大,在相同的音量下,漏音就越大;x2/x1的值越小,说明外壳的振动相比于传递给听力系统的有效振动就越小,在相同的音量下,漏音就越小。由此可见,影响骨传导扬声器漏音大小的因素包括,面板321(或者面板与换能装置所组成的系统)和外壳311之间的连接方式(弹性体341的劲度系数k1),耳机架/耳机挂带和外壳系统(k2,R,m)等。在一个实施例中,弹性体331的劲度系数k1,外壳质量m以及阻尼R与扬声器的形状和佩戴方式相关,在k1,m,R确定后,x2/x1和弹性体341的劲度系数k1之间的关系如图3‐A所示。由图中可看出,不同劲度系数k1会影响外壳振动幅度与面板振动幅度的比值,即x2/x1。当频率f大于200Hz时,外壳的振动都小于面板的振动(x2/x1<1),且随着频率的增加,外壳的振动逐渐变小。特别的,如图3-B所示,对于不同的k1的值(从左向右依次设定劲度系数为k2的5倍、10倍、20倍、40倍、80倍和160倍),当频率大于400Hz时,外壳振动已经小于面板振动的1/10(x2/x1<0.1)。在具体实施例中,减小劲度系数k1的值(例如,选用劲度系数小的连接件240),可以有效地减少外壳的振动,从而降低漏音。
在具体实施例中,使用特定材料和连接方式的连接件可以降低漏音。例如,面板、换能装置和外壳之间采用具有一定弹性的连接件连接,可以在面板在较大幅度的振动下,外壳的振动幅度较小,降低漏音。可用于制作连接件的材料有很多种,包括但不限于,不锈钢、铍铜、塑胶(例如,聚碳酸酯)等。连接件的形状可以设置成很多种。例如,连接件可以是一种圆环体,圆环体中向中心辐辏至少两个支杆,圆环体的厚度不低于0.005mm,优选地,厚度为0.005mm‐3mm,更优选地,厚度为0.01mm‐2mm,再优选地,厚度为0.01mm‐1mm,进一步优选地,厚度为0.02mm‐0.5mm。在另一个实例中,连接件可以是一种圆环片,圆环片上可以进一步设置有多圈间断的环孔,每圈环孔之间形成间断间隔。再例如,可以在外壳或者面板(或者在面板外侧的振动传递层,下文中会详细描述)上开设一定数量的满足一定条件的引声孔,在换能装置振动过程中能够将壳内声波振动引导传播至壳外,与外壳振动所形成的漏音声波相互作用,达到抑制骨传导扬声器漏音的效果。又如,可以选择吸声材料做成的外壳,或者在至少一部分壳体上使用吸声材料。吸声材料可以用于壳体上的一个或多个内/外表面,也可以是壳体上一个内/外表面上的一部分区域。吸声材料是指能够借助材料自身的物理属性(例如但不限于多孔性)、薄膜作用、共振作用中一种或多种机制而对入射的声音能量具有吸收的作用的材料。特别地,吸声材料可以是多孔材料或者具有多孔结构的材料;也可以是通过共振吸声的柔性材料,包括但不限于闭孔型泡沫塑料;膜状材料。吸声材料可以是一种或者多种的组合,也可以是复合材料。吸声材料可以设置在外壳上,也可以分别设置在振动外壳的振动传递层或外壳上。
这里所说的外壳、振动传递层以及与振动传递层贴合的面板共同构成骨传导扬声器的振动单元。换能装置位于该振动单元中,并且通过与面板和外壳的连接将振动传递到振动单元上。在进一步的实施例中,可以引入补偿电路,根据漏音声音的性质进行主动控制,产生与漏音声音相位相反的的反向信号,从而抑制漏音。应当注意的是,以上描述的改变骨传导扬声器音质的方式可以进行选择或组合使用,得到多种实施方案,这些实施方案也仍在本实用新型的保护范围内。
以上对骨传导扬声器振动产生部分结构的描述仅仅只是具体的示例,不应被视为是唯一可行的实施方案。显然,对于本领域的专业人员来说,在了解基本原理后,可能在不背离这一原理的情况下,对实施振动的具体结构和连接方式进行各种修正和改变,但是这些修正和改变仍在以上描述的范围之内。例如,图2‐B,2‐C中的连接部分250可以是面板220上的一部分,采用胶水粘结在换能装置230上;也可以是换能装置230的一部分(例如,振动板上的凸起部分),采用胶水粘结在面板220上;也可以是独立的一个组件,采用胶水同时粘结在面板220和换能装置230上。当然,连接部分250和面板220或者换能装置230之间的连接方式并不限于粘结,本领域的技术人员可以获知的其他连接方式也适用于本实用新型,例如,可以采用卡接或者焊接的方式。优选地,面板220与外壳210之间可以直接采用胶水粘结的方式,更优选地,可以通过类似于弹性件240的组件连接,进一步优选地,可以通过在面板220外侧加上振动传递层(下文中会详细描述)的方式连接在外壳210上。需要注意的是,连接部分250是描述不同组件间连接的示意图,本领域的技术人员可以采用具有类似功能和不同形状的组件来替代,这些替代和改变仍然在上述描述的保护范围之内。
在步骤103,声音通过传递系统传递给听力系统。传递系统可以是通过介质将声音振动直接传递给听力系统,也可以包括在声音传递过程中经过一定的处理后再传递给听力系统。
例如,骨传导扬声器的面板将振动通过人体组织传递给人体的听力系统,改变面板的材质、接触面积、形状和/或大小,以及面板和皮肤间的相互作用力,都可以影响声音通过介质的传递效率,从而影响音质。例如,在相同的驱动下,不同大小的面板传递的振动在佩戴者贴合面上有不同的分布,进而会带来音量和音质的差异。优选地,面板的面积不小于0.15cm2,更优选地,面积不小于0.5cm2,进一步优选地,面积不小于2cm2。再例如,面板受换能装置的带动而振动,面板与换能装置的粘结点在面板振动的中心,优选地,面板围绕所述振动中心的质量分布是均匀的(即振动中心是面板的物理中心),更优选地,使面板围绕所述振动中的质量不均匀分布(即振动中心偏离面板的物理中心)。又例如,一个振动板可以连接到多个面板上,多个面板间的形状、材质可以彼此相同也可以不同,多个面板间可以相连也可以不相连,多个面板利用多个途径传递声音振动,不同路径间的振动传递方式互不相同,传递到面板的位置也不相同,不同面板之间的振动信号可以互补,生成较为平坦的频率响应。再例如,将一块面积较大的振动板分割为两块或多块面积较小的振动板,可以有效地改善在高频时面板形变引起的不均匀振动,使频率响应更为理想。
值得注意的是,面板的物理属性,例如质量、大小、形状、刚度、振动阻尼等都会影响面板振动的效率。本领域的技术人员可以根据实际需要选择适当材料做成的面板,或者使用不同模具将面板注塑成不同的形状,优选地,面板的形状可以设置成长方形、圆形或椭圆形,更优选地,面板的形状可以是将长方形、圆形或椭圆形的边缘进行切割后所获得的图形(例如但不限于,将圆形对称切割获得类似椭圆的形状等),进一步优选地,面板可以设置成镂空的。这里所说的面板材料包括但不限于丙烯腈‐丁二烯‐苯乙烯共聚物(ABS),聚碳酸酯(PC),聚酰胺(PA)以及一些金属或者合金(如铝合金)等,相关参数包括材料的相对密度,拉伸强度,弹性模量,洛氏硬度等。优选的,面板材料的相对密度为1.02‐1.50,更优选地,相对密度为1.14‐1.45,进一步优选地,相对密度为1.15‐1.20。面板的拉伸强度不小于30MPa,更优选地,拉伸强度为33MPa‐52MPa,进一步优选地,拉伸强度不小于60MPa。面板材料的弹性模量可以在1.0GPa‐5.0GPa内,更优选地,弹性模量在1.4GPa‐3.0GPa,进一步优选地,弹性模量在1.8GPa‐2.5GPa。类似的,面板材料的硬度(洛氏硬度)可以是60‐150,更优选地,硬度可以是80‐120,进一步优选地,硬度可以是90‐100。特别的,同时考虑面板材料和拉伸强度,可以是相对密度为1.02‐1.1,拉伸强度为33MPa‐52MPa,更优选地,面板材料的相对密度为1.20‐1.45,拉伸强度为56‐66MPa。
在其他一些实施例中,骨传导扬声器的面板外侧包裹着振动传递层,振动传递层与皮肤接触,面板和振动传递层组成的振动体系将产生的声音振动传递给人体组织。优选地,面板外侧包裹一层振动传递层,更优选地,面板外侧包裹多层振动传递层;振动传递层可以是由一种或多种材料制成,不同振动传递层的材料构成可以相同,也可以不同;多层振动传递层之间可以是在面板垂直的方向上相互叠加,也可以是在面板水平的方向上铺开排列,或者以上两种排列方式的组合。振动传递层的面积可以设定为不同的大小,优选地,振动传递层的面积不小于1cm2,更优选地,振动传递层的面积不小于2cm2,进一步优选地,振动传递层的面积不小于6cm2。
振动传递层的构成可以是具有一定吸附性、柔性、化学性的材料,例如塑料(例如但不限于高分子聚乙烯、吹塑尼龙、工程塑料等),橡胶,也可以是能达到同样性能的其他单一或复合材料。其他可用于制成振动传递层的材料还包括硅胶、聚氨酯(PolyUrethane)、聚碳酸酯(PolyCarbonate)中的一种或多种的组合。
振动传递层的存在能够影响系统的频率响应,改变骨传导扬声器的音质,同时也能起到对壳内元件的保护作用。例如,振动传递层能够改变面板的振动方式,使得系统整体的频率响应更平缓。面板的振动方式受到面板本身属性、面板和振动板的连接方式、面板和振动传递层的连接方式、振动频率等因素的影响。面板本身属性包括但不限于面板的质量、大小、形状、刚度、振动阻尼等。优选地,可以采用厚度不均匀的面板(例如但不限于,面板中心厚度大于边缘厚度)。面板和振动板的连接方式包括但不限于胶水粘结、卡接或焊接等;面板和振动传递层的连接包括但不限于胶水连接;不同的振动频率会对应面板不同的振动方式,包括面板整体的平移以及不同程度的扭转平移,选择在特定频率范围内具有特定振动方式的面板可以改变骨传导扬声器的音质。优选地,这里所说的特定的频率范围可以是20Hz‐20000Hz,更优选地,频率范围可以是400Hz‐10000Hz,进一步优选地,频率范围可以是500Hz‐2000Hz,再进一步优选地,频率范围可以是800Hz‐1500Hz。
优选地,以上所描述的振动传递层包裹在面板外侧,构成振动单元的一个侧面。振动传递层上不同区域对振动的传递效果不同。例如,振动传递层上存在第一接触面区域和第二接触面区域,优选地,第一接触面区域不与面板贴合,第二接触面区域与面板贴合;更优选地,振动传递层与使用者直接或间接接触时,第一接触面区域上的夹紧力小于第二接触面区域上的夹紧力(这里所说的夹紧力是指在振动单元的接触面与使用者之间的压力);进一步优选地,第一接触面区域不与使用者直接接触,第二接触面区域与使用者直接接触并传递振动。第一接触面区域的面积大小和第二接触面区域的面积大小不等,优选地,第一接触面区域的面积小于第二接触面区域的面积,更优选地,第一接触面区域存在小孔,进一步减小第一接触区域的面积;振动传递层的外侧表面(即面向使用者面)可以是平坦的,也可以是不平坦的,优选地,第一接触面区域和第二接触面区域不在同一平面上;更优选地,第二接触面区域高于第一接触面区域;进一步优选地,第二接触面区域和第一接触面区域构成台阶结构;更进一步优选地,第二接触面区与使用者接触,第一接触面区域不与使用者接触。第一接触面区域和第二接触面区域的组成材料可以是相同也可以是不同的,可以是以上描述的振动传递层材料中的一种或多种的组合。以上对于接触面上夹紧力的描述只是本实用新型的一种表现形式,本领域内的技术人员可以根据实际需要对以上描述的结构和方式进行修改,而这些修改仍然在本实用新型的保护范围之内。例如,振动传递层可以不是必须的,面板可以直接与使用者接触,面板上可以设置不同的接触面区域,不同的接触面区域拥有与以上描述的第一接触面区域和第二接触面区域类似的性质。再例如,接触面上可以设置第三接触面区域,第三接触面区域上可以设置不同于第一接触面区域和第二接触面区域的结构,并且这些结构能够在减小外壳振动、抑制漏音、改善振动单元的频率响应曲线等方面获得一定的效果。
作为一个具体的实施例,图4‐A和4‐B分别是面板和振动传递层相连的正视图和侧视图。其中,面板401与振动传递层403通过胶水402粘结,胶水粘结处位于面板401两端,面板401位于振动传递层403和壳体404形成的外壳内。优选地,面板401在振动传递层403上的投影为第二接触面区域,位于第二接触面区域周围的区域是第一接触面区域。
面板和振动传递层之间可以采用胶水完全粘贴,则等效地改变了面板的质量、大小、形状、刚度、振动阻尼、振动模态等属性,也使得振动传递效率更高;面板和传递层之间也可以只使用胶水部分粘结,则面板和传递层间非粘贴区域存在气体传导,可以增强低频振动的传递,改善声音中低频的效果,优选地,胶水面积占面板面积的1%‐98%,更优选地,胶水面积占面板面积的5%‐90%,再优选地,胶水面积占面板面积的10%‐60%,更进一步优选地,胶水面积占面板面积的20%‐40%;面板和传递层之间也可以不使用胶水粘结,则面板和传递层的振动传递效率不同于使用胶水粘结的情况,也会改变骨传导扬声器的音质。在具体的实施例中,改变胶水的粘贴方式能够改变骨传导扬声器中相应组件的振动方式,从而改变声音的产生和传递效果。进一步的,胶水的性质也会影响骨传导扬声器的音质,例如胶水的硬度、剪切强度、抗拉强度和延展性等。例如,优选地,胶水抗拉强度不小于1MPa,更优选地,抗拉强度不小于2MPa,进一步优选地,抗拉强度不小于5MPa;优选地,胶水的扯断伸长率是100%‐500%,更优选地,扯断伸长率是200%‐400%;优选地,胶水的剪切强度不小于2MPa,更优选地,剪切强度不小于3MPa;优选地,胶水的邵氏硬度在25‐30,更优选地,邵氏硬度在30‐50。可以使用一种胶水,也可以将不同属性的胶水组合使用。胶水与面板以及胶水与塑胶间的粘结强度也可以设置在一定范围,例如但不限于,8MPa‐14MPa内。应当注意的是,实施例中的振动传递层材料不限于硅胶,也可以采用塑料、生物材料或者其它具有一定吸附性、柔性、化学性的材料。本领域的技术人员也可以根据实际需要决定选用胶水的类型和属性,以及与胶水粘结的面板材料和振动传递层材料,从一定程度上决定骨传导扬声器的音质。
图5是骨传导扬声器振动产生部分中各部件连接方式的一个具体实施例。换能装置510连接在外壳520上,面板530与振动传递层540之间通过胶水550粘结,振动传递层540的边缘与壳体520连接。在不同实施例中,可以通过改变胶水550的分布、硬度或数量,或者改变传递层540的硬度等来改变骨传导扬声器的频率响应,从而改变音质。优选地,面板和振动传递层间可以不涂抹胶水,更优选地,面板和振动传递层间可以涂满胶水,进一步优选地,面板和振动传递层间部分区域涂抹胶水,再进一步优选地,面板和振动传递层间涂抹胶水的区域面积不大于面板的面积。
本领域的技术人员可以根据实际需要决定选用胶水的数量,从而达到调节扬声器音质的效果。如图6所示,在一个实施例中,反映出不同的胶水连接方式对骨传导扬声器的频率响应的影响。三条曲线分别对应无振动传递层和胶水,振动传递层和面板间未涂满胶水,以及振动传递层和面板间涂满胶水时的频率响应。可以看出,相对于涂满胶水的情况,在振动传递层和面板间涂上少量胶水或者不涂胶水时,骨传导扬声器的谐振频率会向低频偏移。振动传递层和面板间通过胶水的粘结情况,可以反映出振动传递层对振动系统的影响。因此,改变胶水的粘结方式,可以使得骨传导扬声器的频率响应曲线有明显的变化。
本领域的工作人员可以根据实际的频率响应需求,调整和改进胶水的粘结方式、数量,从而改善系统的音质。类似的,在另一个实施例中,图7反映出不同振动传递层的硬度对振动响应曲线的影响。实线是采用较硬的传递层的骨传导扬声器所对应的振动响应曲线,虚线是采用较软的传递层的骨传导扬声器所对应的振动响应曲线。可以看出,采用不同硬度的振动传递层可以使骨传导扬声器获得不同的频率响应。振动传递层的硬度越大,传递高频振动的能力越强;振动传递层的硬度越小,则传递低频振动的能力越强。选择不同材料的振动传递层(不限于硅胶、塑料等)可以获得不同音质。例如,骨传导扬声器上使用45度硅胶做成的振动传递层可以获得较好的低音效果,使用75度硅胶做成的振动传递层可以获得较好的高音效果。这里所说的低频指的是小于500Hz的声音,中频指的是500Hz‐4000Hz范围的声音,高频是指大于4000Hz的声音。
当然,以上对胶水和振动传递层的描述仅仅是一种可以影响骨传导扬声器音质的实施例,不应被视为唯一可行的实施方案。显然,对本领域的专业人员来说,在了解影响骨传导扬声器音质的基本原理后,可能在不背离这一原理的情况下,对骨传导扬声器上振动产生部分中各个器件以及连接方式进行调整和改变,但这些调整和改变仍在以上描述的保护范围之内。例如,振动传递层的材料可以是任意的,也可以是根据用户的使用习惯定制的。在振动传递层和面板间使用固化后具有不同硬度的胶水,也可能对骨传导扬声器的音质产生影响。此外,增加振动传递层的厚度可以等效为增加了组成的振动系统中的质量,也可以达到是系统的谐振频率下降的效果。优选地,传递层的厚度为0.1mm‐10mm,更优选地,厚度为0.3mm‐5mm,再优选地,厚度为0.5mm‐3mm,进一步优选地,厚度为1mm‐2mm。传递层的拉伸强度、粘度、硬度、撕裂强度、伸长率等也会对系统的音质产生影响。传递层材料的拉伸强度是指造成传递层样品撕裂时单位范围上所需的力,优选的,拉伸强度为3.0MPa‐13MPa,更优选地,拉伸强度为4.0MPa‐12.5MPa,进一步优选地,拉伸强度为8.7MPa‐12MPa。优选地,传递层的邵氏硬度为5‐90,更优选地,邵氏硬度为10‐80,进一步优选地,邵氏硬度为20‐60。传递层的伸长率指传递层断裂时相对与原长度所增长的百分比,优选地,伸长率在90%‐1200%之间,更优选地,伸长率在160%‐700%之间,进一步优选地,伸长率在300%‐900%之间。传递层的撕裂强度指在有切口的传递层上施加力量时阻碍切口或刻痕扩大的抵抗力,优选地,撕裂强度在7kN/m‐70kN/m之间,更优选地,撕裂强度在11kN/m‐55kN/m之间,进一步优选地,撕裂强度在17kN/m‐47kN/m之间。
以上描述的面板与振动传递层组成的振动系统中,除了改变面板和传递层的物理属性,以及面板与振动传递层的粘结方式等方面,也可以从其他方面改变骨传导扬声器的性能。
一种精心设计的包含振动传递层的振动产生部分可以进一步有效地降低骨传导扬声器漏音。优选地,在振动传递层表面打孔可以降低漏音。一个实施例如图8所示,振动传递层840通胶水850与面板830粘结,振动传递层上与面板的粘结区域凸起程度高于振动传递层840上非粘结区域,在非粘合区域下方为一空腔。振动传递层840上非粘合区域和外壳820表面分别开设有引声孔860。优选地,开设部分引声孔的非粘合区域不与使用者接触。一方面,引声孔860可以有效地减小振动传递层840上非粘合区域面积,可以使得振动传递层内外空气通透,减小内外气压差,从而减少非粘合区域的振动;另一方面,引声孔860可以将外壳820内部空气振动所形成的声波引出至外壳820的外部,与外壳820振动推动壳外空气所形成的漏音声波相消,以降低漏音声波的振幅。具体的,骨传导扬声器在空间中任一点的漏音大小正比于该点处的声压P,
其中,
P=P0+P1+P2(3)
P0是外壳(包括振动传递层上不与皮肤接触的部分)在上述点所生成的声压,P1是外壳侧面的引声孔所传递的声音在上述点的声压,P2是振动传递层上的引声孔所传递的声音在上述点的声压,P0、P1、P2分别是:
其中,k表示波矢,ρ0表示空气密度,ω表示振动的角频率,R(x’,y’)表示声源上一点到空间中一点的距离,S0是未与人脸接触的外壳面域,S1是外壳侧面引声孔的开孔面域,S2是振动传递层上引声孔的开孔面域,W(x,y)表示单位面积的声源强度,表示不同声源在空间一点产生的声压的相位差。值得注意的是,振动传递层上存在不与皮肤接触的部分区域(例如图8中,振动传递层840上的引声孔860所处的边缘区域),所述区域受到面板和外壳振动的影响而产生振动,从而对外界辐射声音,以上所提到的外壳面域应包含此类振动传递层上不与皮肤接触的部分。空间中任一点的声压(角频率为ω时)可以表示为:
我们的目标是尽可能降低P的取值,从而达到降低漏音的效果。在实际使用中,通过调整引声孔的大小和数量可以调节系数A1,A2,调整引声孔的位置可以调节相位的取值。在了解面板、换能装置、振动传递层和外壳组成的振动系统会影响骨传导扬声器音质的原理后,本领域的技术人员可以根据实际需要,调整引声孔的形状、开设位置、数量、尺寸及孔上阻尼等,从而达到抑制漏音的目的。例如,引声孔可以是一个或多个,优选是有多个。对于在外壳侧面环状布设的引声孔,每个布设区域的引声孔数量可以是一个或多个,例如4‐8个。引声孔的形状可以为圆形、椭圆形、矩形或长条形。一个骨传导扬声器上的引声孔可以采用形状相同的引声孔,也可以采用多种不同形状的引声孔的组合。例如,振动传递层与外壳侧面分别布设不同形状和数量的引声孔,振动传递层上的引声孔数量密度大于外壳侧面的引声孔数量密度。又例如,在振动传递层上布设付多个小孔,可以有效减小振动传递层不与皮肤接触部分的面积,从而降低由该部分产生的漏音。再例如,振动传递层/外壳侧面上的引声孔内增加阻尼材料或吸声材料,可以进一步加强抑制漏音的目的。进一步地,所述引声孔可扩展为其它便于将外壳内的空气振动传导出外壳的材料或结构。例如,使用相位调节材料(例如但不限于吸声材料)作为外壳的部分材料,使其传导出的空气振动相位与外壳其他部分的振动相位在90°至270°范围内,从而起到声音相消的作用。再进一步地,通过调节换能装置与外壳之间的连接方式,可以改变外壳其他部分振动的相位,也可使其与引声孔传导出的声音的相位差在90°至270°范围内,从而起到声音相消的作用。例如,换能装置与外壳间采用弹性连接件,对于连接件的材料,例如但不限于,钢材、轻质合金(例如但不限于铝合金、铍铜、镁合金、钛合金等)、塑胶,也可以是能达到同样性能的其他单一或复合材料。连接件的厚度不低于0.005mm,优选地,厚度为0.005mm‐3mm,更优选地,厚度为0.01mm‐2mm,再优选地,厚度为0.01mm‐1mm,进一步优选地,厚度为0.02mm‐0.5mm。连接件的结构可以设定成环状,优选地,包含至少一个圆环,优选地,包含至少两个圆环,可以是同心圆环,也可以是非同心圆环,圆环间通过至少两个支杆相连,支杆从外环向内环中心辐射,进一步优选地,包含至少一个椭圆圆环,进一步优选地,包含至少两个椭圆圆环,不同的椭圆圆环有不同的曲率半径,圆环之间通过支杆相连,更进一步优选地,包括至少一个方形环。连接件结构也可以设定成片状,优选地,在片状上设置镂空图案,更优选地,镂空图案的面积不小于连接件非镂空部分的面积。值得注意的是,以上描述中连接件的材料、厚度、结构可以以任意方式组合成不同的连接件。例如,环状连接件可以具有不同的厚度分布,优选地,支杆厚度等于圆环厚度,进一步优选地,支杆厚度大于圆环厚度,进一步优选地,内环的厚度大于外环的厚度。关于外壳布设引声孔的描述出现于2014年1月6日提交的中国专利申请号201410005804.0中披露的,名称为“一种抑制骨传导扬声器漏音的方法及骨传导扬声器”,该专利文献全文引用在此作为参考。
以上对吸声孔的描述是本实用新型的一个实施例,并不构成对骨传导扬声器在改善音质、抑制漏音等方面的限制,本领域的实用新型人可以通过对以上描述的实施方式进行各种修正和改进,这些修正和改进仍然在以上所描述的保护范围之内。例如,优选地,引声孔只开设在振动传递层上,更优选地,引声孔只开设在振动传递层不与面板重合的区域,进一步优选地,引声孔开口于不与使用者接触的区域,再优选地,引声孔在振动单元内侧开口于一空腔。再例如,引声孔也可以开设在外壳底壁上,开设在底壁的引声孔数量可以为一个,设置在底壁中心,也可以是多个,设置成围绕底壁中心呈环状周向均匀分布。再例如,引声孔可以开设在外壳侧壁上,开设在外壳侧壁的引声孔数量可以为一个,也可以为多个,呈周向均匀分布。
以上对骨传导扬声器的振动传递描述仅仅是具体的示例,不应被视为是唯一可行的实施方案。显然,对于本领域的专业人员来说,在了解骨传导扬声器的基本原理后,可能在不背离这一原理的情况下,对骨传导扬声器的振动描述进行形式和细节上的各种修正和改变,但是这些修正和改变仍在以上描述的范围之内。例如,采用植入式的骨传导助听器可以直接贴紧人体的骨骼,将声音振动直接传递给骨骼,而不经过皮肤或者皮下组织,这样可以一定程度上避免由皮肤或皮下组织在振动传递过程中对频率响应产生的衰减和改变。又如,在一些应用中,传导部位可以是牙齿,即骨传导装置可以贴合在牙齿上,将声音振动通过牙齿传递给骨骼和周边组织,也可以在一定程度上减少皮肤在振动过程中对频率响应的影响。以上对骨传导应用场景的介绍只是起到描述性的目的,本领域的技术人员在了解骨传导的基本原理后,可以将骨传导技术应用在不同的场景,这些场景中声音的传递可以是对以上描述的传递途径的部分改变,这些改变仍然在以上描述的保护范围内。
具体实施例
实施例一
本实施例的特点在于:如图9所示,在面板913上增加振动传递层920(例如但不限于硅胶),振动传递层920能够产生一定的形变适应皮肤形状。振动传递层920上与面板913接触的部分高于振动传递层920上不与面板913接触的部分,形成台阶结构。在振动传递层920不与面板913接触的部分(图9中振动传递层920未凸出的部分)设计一个或多个小孔921。在振动传递层设计小孔可以降低漏音:面板913通过振动传递层920与外壳919的连接变弱,面板913通过振动传递层920传递到外壳919的振动减少,从而减少了外壳919振动带来的漏音;振动传递层920未凸出的部分设置小孔921后面积减小,能够带动的空气减少,由空气振动引起的漏音减小;振动传递层920未凸出部分设置小孔921后,壳体内的空气振动形成的壳内声波被导引出壳外,与外壳919引发的空气振动形成的漏音声波相互抵消,减小漏音。
实施例二
本实施例的特点在于:面板凸出扬声器外壳,同时使用连接件将面板与扬声器外壳连接,面板与外壳的耦合程度大大降低,并且连接件能够提供一定的形变,使得面板在与使用者贴合是具有更高的自由度,能够更好地适应复杂的贴合面(图10‐A中右图所示),所述连接件可以使得面板相对于外壳产生一定角度的倾斜。优选的,倾斜角度不超过5゜。
进一步的,扬声器的振动效率随着贴合状态的不同而不同。良好的贴合状态具有更高的振动传递效率。如图10‐B所示,粗线显示贴合较好的状态下的振动传递效率,细线显示贴合不好的状态下的振动传递效率,可以看出,较好的贴合状态振动传递效率更高。
实施例三
本实施例与实施例一的不同之处在于:在外壳的边缘增加一个围边,在外壳与皮肤接触的过程中,围边可以使得作用力分布更加均匀,增加骨传导扬声器佩戴的舒适度。如图11所示,围边1110和面板1113之间存在高度差d0。皮肤作用在面板1113上的力使得面板1113与围边1110之间的距离d减小,当骨传导扬声器与使用者间的压力大于连接件1116形变为d0时所受的力时,多余的夹紧力会经由围边1110传递到皮肤,而不对振动部分的夹紧力产生影响,使得夹紧力的一致性更高,从而保证音质。
实施例四
面板形状如图12所示,面板1210与换能装置(未在图12中画出)的连接部件1220如虚线所示。换能装置通过连接部件1220将振动传递给面板1210,则连接部件1220所处的位置为面板1210的振动中心。连接部件1220的中心O距离面板1210两边的距离分别为L1和L2。通过改变面板1210的大小,连接部件1220在面板1210上的位置可以改变面板与皮肤的贴合性能以及振动的传递效率。优选地,L1和L2的比值设定为大于1,更优选地,L1和L2的比值设定为大于1.61,进一步优选地,L1和L2的比值设定为大于2。再例如,可以选用大面板、中面板和小面板作用于振动装置中。这里所说的大面板指图12所描述的面板,面板1210面积大于连接部件1220的面积,中面板指面板1210与连接部件1220大小相同,小面板指面板1210的面积小于连接部件1220的情况。不同大小的面板以及不同连接部件1220的位置,其传递的振动在佩戴者贴合面上有不同的分布,进而会带来音量、音质的差异。
实施例五
本实施例与实施例一的不同之处在于:如图13所示,在振动传递层1320及外壳1319上均设计引声孔,壳体内的空气振动形成的壳内声波通过引声孔被导引出壳外,与外壳1319引发的空气振动形成的漏音声波相互抵消,减小漏音。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种具体实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,比如本说明书中披露的几种改变骨传导声音传递的方式,都可以进行任意组合和修改,但是这些修改和组合仍在本实用新型的权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种改善漏音的骨传导扬声器,其特征在于,
该骨传导扬声器包括振动单元,
振动单元至少包括与使用者直接或间接接触的接触面,
所述接触面上至少包含第一接触面区域,
该第一接触面区域包含引声孔,所述引声孔将扬声器外壳内的声波导出,与漏音声波叠加以抑制漏音。
2.根据权利要求1所述的扬声器,其特征在于,振动单元的接触面上设置有第二接触面区域,该第二接触面区域凸起程度高于第一接触面区域。
3.根据权利要求2所述的扬声器,其特征在于,第一接触面区域下方为空气。
4.根据权利要求3所述的扬声器,其特征在于,振动单元的外壳的侧面上设置有至少一个侧面引声孔,所述引声孔将扬声器外壳内的声波导出,与漏音声波叠加,抑制漏音。
5.根据权利要求2所述的扬声器,其特征在于,所述第一接触面区域、第二接触面区域使用硅胶、橡胶、塑胶等材料。
6.根据权利要求2所述的扬声器,其特征在于,所述第二接触面区域的下方设置有振动面板或第二接触面区域为振动面板。
7.根据权利要求6所述的扬声器,其特征在于,所述第二接触面区域下方设置的振动面板直接或间接与第二接触面区域接触,振动面板支撑第二接触面区域,并将振动通过第二接触面区域传导给使用者。
8.根据权利要求6所述的扬声器,其特征在于,所述振动面板与第二接触面区域的面积与形状相同。
9.根据权利要求6所述的扬声器,其特征在于,所述振动面板与第二接区域的面积与形状不同,振动板在第二区域的投影面积不大于第二区域面积。
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