CN205610901U - 一种新型超薄声波阻抗变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于声学领域技术领域，公开了一种新型超薄声波阻抗变换器。其特征是：包括一个或多个阻抗变换单元。其中阻抗变换单元由框架、多层预应力薄膜或多层预应力弦网、多层声学材料组成。其中框架内部具有上下通透的孔腔，孔腔内部交替放置预应力薄膜或弦网和声学材料，也就是从孔腔一端开始，一层预应力薄膜或弦网、一层声学材料、一层预应力薄膜或弦网、一层声学材料，如此循环直到将孔腔填满。其中孔腔可设计成不同的形状，包括变截面和等截面。其中每一层预应力薄膜或弦网在放置到孔腔内部之前，要求施加预应力，预应力大小由期望这一层薄膜或弦网达到的阻抗值决定。本实用新型能实现阻抗从低到高或从高到低的快速变化，实现超薄设计。

Description

一种新型超薄声波阻抗变换器

技术领域

本实用新型属于声学技术领域，涉及到一种新型超薄声波阻抗变换器。

背景技术

近年来，各种产品的超薄化设计风靡全球，包括超薄手机、超薄电视机、超薄电脑，以及用于军工和民用的超薄轻质减振降噪装置等。为满足这一需求，国内外学者和工程技术人员开展了大量的工作，其瓶颈之一就是声波阻抗变换器的超薄设计。例如，扬声器作为一种声波阻抗变换器，其音质的好坏取决于扬声器端面口径的大小。对于传统的扬声器，其端面的口径越大，扬声器的厚度越大。当前，为实现声波阻抗变换器的超薄设计，常采用如下几种方法，或者通过改进声波阻抗变换器的结构，使其组成的零部件在有限空间内紧凑布置，如专利CN201310042528.0等；或者采用压电陶瓷薄片作为振动膜的致动元件，如专利CN201010593395.2等；或者采用平板式振动膜，如专利CN201310089954.X等。其中，通过改进结构布局，达到减小声波阻抗变换器厚度的目的，发展空间极为有限；而采用压电陶瓷薄片和平板式振动膜的方式，确实可以大幅减小声波阻抗变换器的厚度，但是由于其材料或设计原理的局限，它们的低频特性尤为不足。目前，在现有技术条件下，设计人员只能在声波阻抗变换器的性能和要求的厚度之间寻找平衡点。

实用新型内容

为了兼顾声波阻抗变换器的高品质性能和超薄化，本实用新型提供了一种新型超薄声波阻抗变换器。

本实用新型解决技术问题采用的技术方案如下：

一种新型超薄声波阻抗变换器，包括至少一个阻抗变换单元，所述的阻抗变换单元，包括框架及其填充材料。

所述的框架内部具有上下通透的孔腔，用于放置填充材料。根据应用的场所不同和声波阻抗变换的要求不同，孔腔可设计成不同的形状，包括变截面和等截面。

所述的填充材料放置在框架内部的孔腔中，由交替放置的预应力薄膜和声学材料组成，其中预应力薄膜可以由预应力弦网部分或全部替代。具体而言，所述填充材料的组成为：一层预应力薄膜或预应力弦网、一层声学材料、一层预应力薄膜或预应力弦网、一层声学材料，……，如此循环反复，从所述框架孔腔的一端开始，直到将孔腔填满为止。

所述的填充材料中的多层预应力薄膜或预应力弦网，是指施加了预应力的薄膜或弦网，即在放入孔腔之前，对每一层薄膜或弦网施加预应力，其预应力大小取决于要求该层预应力薄膜或预应力弦网达到的阻抗值。

所述的框架包括多层结构和整体结构。多层结构是指框架由多层组成，层和层之间通过粘接、铆钉、螺钉或沟槽固联在一起；填充材料中的每一层预应力薄膜或预应力弦网，其边缘夹在框架相邻层之间的界面处，通过粘贴、压紧或拉紧实现定位并张紧。整体结构是指框架是一个不可拆分的整体，其孔腔侧壁上设有沟槽和孔，用于定位并张紧填充材料中的每一层预应力薄膜或预应力弦网。

所述的填充材料中的多层预应力薄膜、预应力弦网和声学材料，通过粘贴、压紧或拉紧等方式固定在框架内。

所述的填充材料中的多层预应力薄膜或预应力弦网的每一层，根据需要设计成不同的型式，包括：完整式薄膜、孔洞式薄膜、弦网和弦网式薄膜等七种，具体如下：

(1)完整式薄膜：一张完整光滑无任何孔洞的薄膜，其上没有网格线；

(2)孔洞式薄膜：薄膜上布满孔洞，孔洞形状包括圆形、椭圆形、多边形和有界曲线；

(3)弦网：由形如丝的弦线拉成网格，在网格交错处，弦线或者相互缠绕成结，形成一个节点，或者彼此搭接，不缠绕成结；

(4)弦网式薄膜：由形如丝的弦线拉成网格，在网格交错处，弦线通过薄膜片彼此相连，薄膜片形状包括圆形、椭圆形、多边形和有界曲面；

(5)完整式薄膜和弦网的组合：在完整式薄膜上有交错的网格线；

(6)孔洞式薄膜和弦网的组合：在孔洞式薄膜上有交错的网格线；

(7)变型的弦网：由形如丝的弦线拉成网格，在网格交错处，弦线通过多边形网彼此相连。

所述的填充材料中的多层声学材料的每一层，根据需要设计成不同的结构型式，包括：整体式、多孔式、实体填充式和立体弦网式等8种，具体如下：

(1)整体式：声学材料是一个没有孔洞的整体，其中没有网格线；

(2)多孔式：声学材料中布满孔洞，孔洞是通透的或非通透的，其形状包括球体、圆柱、圆台、圆锥、多面体、棱柱；

(3)实体填充式：在声学材料中填充实体，实体形如球体、圆柱、圆台、圆锥、多面体、棱柱；

(4)立体弦网式：由形如丝的弦线拉成立体网格，在网格交错处，弦线或者缠绕成结，形成一个节点，或者彼此搭接，不缠绕成结；

(5)整体式和立体弦网式的组合：在整体式的声学材料中，有网格线；

(6)多孔式和立体弦网式的组合：在多孔式的声学材料中，有网格线；

(7)变型的立体弦网：由形如丝的弦线拉成立体网格，在网格交错处，弦线通过声学材料体彼此相连，声学材料体形如球体、圆柱、圆台、圆锥、多面体、棱柱；

(8)变型的立体弦网：由形如丝的弦线拉成立体网格，在网格交错处，弦线通过立体网或立体壳彼此相连，立体网或立体壳形如球体、圆柱、圆台、圆锥、多面体、棱柱。

所述的填充材料中的多层预应力薄膜或预应力弦网，可以是复合材料薄膜或弦网、高分子材料薄膜或弦网、金属材料薄膜或弦网、非金属材料薄膜或弦网等，同一层薄膜或弦网的材料可以是一种材料或多种材料的复合，不同层薄膜或弦网的材料和结构型式可以相同或不同。

所述的填充材料中的多层声学材料，可以是空气、水、油、凝胶、聚氨酯、聚酯纤维、泡沫塑料、泡沫金属、水声橡胶、丁基橡胶、玻璃棉、玻璃纤维、毛毡、穿孔板等，同一层声学材料可以是一种材料或多种材料的复合，不同层声学材料的材料和结构型式可以相同或不同。

本实用新型包括一个或多个阻抗变换单元，通过在阻抗变换单元框架的孔腔中交替放置预应力薄膜或预应力弦网和声学材料，实现阻抗从低到高或从高到低的快速变化，能在兼顾声波阻抗变换器低频特性的同时，大幅降低其厚度，实现声波阻抗变换器的超薄化设计。

本实用新型能应用于空气或水中等各种需要声波阻抗匹配的场所。对于管体较长的大号、长号、萨克斯等管乐器，通过合理设计，可以有效减小其长度；对于手机、电视、电脑等产品的喇叭，可以在提高其低频效果的同时，大幅降低其厚度；对于冰箱、空调和机床等产品，可以设计出超薄的声波阻抗变换器，有效地实现减振降噪的目的。

附图说明

图1是新型超薄声波阻抗变换器中的一种可选结构型式，阻抗变换单元端面为圆形的新型超薄声波阻抗变换器阵列图。

图2是新型超薄声波阻抗变换器中的一种可选结构型式，阻抗变换单元端面为正六边形的新型超薄声波阻抗变换器阵列图。

图3是阻抗变换单元中框架的一种可选结构型式A。

图4是当框架结构为A时，阻抗变换单元的一种可选结构型式，其中框架孔腔中的多层声学材料层，每层选择的材料均相同。

图5是当框架结构为A时，阻抗变换单元的一种可选结构型式，其中框架孔腔中的多层声学材料层，每层选择的材料都不同。

图6是当框架结构为A时，阻抗变换单元的一种可选结构型式，其中框架孔腔中的多层声学材料层，每层均为空气层。

图7是阻抗变换单元中框架的一种可选结构型式B。

图8是阻抗变换单元中框架的一种可选结构型式C。

图9是预应力薄膜中的一种可选结构型式，完整式薄膜的局部放大图。

图10是预应力薄膜中的一种可选结构型式，孔洞形如圆形的孔洞式薄膜局部放大图。

图11是预应力薄膜中的一种可选结构型式，孔洞形如正六边形的孔洞式薄膜局部放大图。

图12是预应力弦网中的一种可选结构型式，型式A的局部放大图。

图13是预应力弦网中的一种可选结构型式，型式B的局部放大图。

图14是预应力薄膜中的一种可选结构型式，弦网式薄膜的局部放大图，其中在网格交错处，弦线通过圆形的薄膜片彼此相连。

图15是预应力弦网中的一种可选结构型式，基于预应力弦网的一种变型结

构的局部放大图，其中在网格交错处，弦线通过菱形网格彼此相连。

图16是声学材料中的一种可选结构型式，整体式的局部放大图。

图17是声学材料中一种可选结构型式，孔洞形如球体的多孔式局部放大图。

图18是声学材料中一种可选结构型式，孔洞形如六棱柱多孔式局部放大图。

图19是声学材料中的一种可选结构型式，实体填充式的局部放大图。

图20是声学材料中的一种可选结构型式，立体弦网式的局部放大图。

图21是声学材料中的一种可选结构型式，基于立体弦网式结构，通过变型得到的型式A的局部放大图，其中在网格交错处，弦线通过圆柱体彼此相连。

图22是声学材料中的一种可选结构型式，基于立体弦网式结构，通过变型得到的型式B的局部放大图，其中在网格交错处，弦线通过圆柱形的立体网彼此相连。

图中：1一个阻抗变换单元；2框架中的孔腔；3多层框架结构中的层；4预应力薄膜或弦网；5声学材料；6预应力薄膜上或弦网中各种形状的孔；7预应力薄膜或弦网上的丝状弦；8当预应力薄膜采用弦网式薄膜型式时，与弦网相连的薄膜片；9当预应力弦网采用变型型式时，弦线在交叉处的多边形网；10声学材料中各种形状的孔洞；11当声学材料采用实体填充式的结构型式时，在声学材料中添加的实体；12当声学材料采用立体弦网的结构型式时，弦网上的丝状弦；13当声学材料采用立体弦网的结构型式时，与弦网相连的声学材料体；14当声学材料采用立体弦网的结构型式时，弦线在交叉处的立体网；

具体实施方式

下面针对实例，结合技术方案和附图进行详细叙述。

实施例1：

本实施例只包括一个阻抗变换单元1，如图4所示。

其中框架采用多层结构，如图3所示，层和层之间通过螺钉固连在一起。

其中框架中的孔腔2上下通透，为喇叭形。

其中孔腔2内部交替放置预应力薄膜4和声学材料5，直至将孔腔2填满。

其中孔腔2中各层预应力薄膜4采用相同的型式和材料，各层声学材料5采用相同的结构型式和材料。

其中每一层预应力薄膜4都为一张完整的圆形薄膜，图9为预应力薄膜4的局部放大图。

其中每一层声学材料5都为变截面圆台，圆台的侧壁与喇叭形孔腔2的内壁配合，图16为声学材料5的局部放大图。

其中多层预应力薄膜4，在放置到孔腔2内部之前，对每一层施加预应力，其预应力大小由期望这一薄膜层达到的阻抗值决定。

其中多层预应力薄膜4，其边缘夹在框架相邻两层3之间的界面处，通过粘贴和压紧实现张紧定位。

其中多层声学材料5，粘贴在多层框架孔腔2的内壁上，实现定位。

实施例2：

本实施例与实施例1大体相同，唯一区别是预应力薄膜4采用孔洞式，图10为预应力薄膜4的局部放大图。

实施例3：

本实施例与实施例1大体相同，唯一区别是预应力薄膜4采用孔洞式，图11为预应力薄膜4的局部放大图。

实施例4：

本实施例与实施例1大体相同，唯一区别是采用预应力弦网4，而不是预应力薄膜，图12为预应力弦网4的局部放大图。

实施例5：

本实施例与实施例1大体相同，唯一区别是采用预应力弦网4，而不是预应力薄膜，图13为预应力弦网4的局部放大图。

实施例6：

本实施例与实施例1大体相同，唯一区别是预应力薄膜4采用弦网式薄膜，图14为预应力弦网式薄膜4的局部放大图。

实施例7：

本实施例与实施例1大体相同，唯一区别是预应力弦网4采用基于预应力弦网基本型式的一种变型，图15为预应力变型弦网4的局部放大图。

实施例8：

本实施例与实施例1大体相同，唯一区别是孔腔2中的声学材料5采用多孔式，图17为声学材料5的局部放大图。

实施例9：

本实施例与实施例1大体相同，唯一区别是孔腔2中的声学材料5采用多孔式，图18为声学材料5的局部放大图。

实施例10：

本实施例与实施例1大体相同，唯一区别是孔腔2中的声学材料5采用实体填充式，图19为声学材料5的局部放大图。

实施例11：

本实施例与实施例1大体相同，唯一区别是孔腔2中的声学材料5采用立体弦网式，图20为声学材料5的局部放大图。

实施例12：

本实施例与实施例1大体相同，唯一区别是孔腔2中的声学材料5采用立体弦网式，图21为声学材料5的局部放大图。

实施例13：

本实施例与实施例1大体相同，唯一区别是孔腔2中的声学材料5采用立体弦网式，图22为声学材料5的局部放大图。

实施例14：

本实施例与实施例1大体相同，唯一区别是孔腔2中的声学材料5，各层采用的材料不同，阻抗变换单元1如图5所示。

实施例15：

本实施例与实施例1大体相同，唯一区别是孔腔2中的声学材料5为空气层，阻抗变换单元1如图6所示。

实施例16：

本实施例与实施例1大体相同，唯一区别是框架采用整体式结构而非多层结构，此时框架孔腔2的侧壁上设有沟槽和孔，用于定位并张紧孔腔2内部的预应力薄膜4。

实施例17：

本实施例与实施例1大体相同，唯一区别是多层框架的结构不同，框架结构如图7所示。

实施例18：

本实施例与实施例1大体相同，唯一区别是多层框架的结构不同，框架结构如图8所示。

实施例19：

本实施例包括多个阻抗变换单元，如图2所示。

其中每个阻抗变换单元相同，结构与实施例1大体相同，主要区别在于，多层框架结构的形状是变截面六棱台，其中的孔腔2也形如变截面六棱台，每一层声学材料5也形如变截面六棱台。

Claims (8)

1.一种新型超薄声波阻抗变换器，其特征在于：

由至少一个阻抗变换单元构成，所述的阻抗变换单元，包括框架及其填充材料；框架内部具有上下通透的孔腔，用于放置填充材料；

所述的填充材料由交替放置的预应力薄膜和声学材料组成，其中的预应力薄膜能够用预应力弦网部分或全部替代；

所述的预应力薄膜或预应力弦网，是指施加了预应力的薄膜或弦网，即在放入孔腔之前，对每一层薄膜或弦网施加预应力，其预应力大小取决于要求该层预应力薄膜或预应力弦网达到的阻抗值；

填充材料中的预应力薄膜、预应力弦网和声学材料，通过粘贴、压紧或拉紧固定在框架内。

2.如权利要求1所述的一种新型超薄声波阻抗变换器，其特征在于：其中的框架为多层结构或整体结构；

所述的多层结构是指框架由多层组成，层和层之间通过粘接、铆钉、螺钉或沟槽固联在一起,使填充材料中的每一层预应力薄膜或预应力弦网，其边缘夹在框架相邻层之间的界面处定位并张紧；

所述的整体结构是指框架是一个不可拆分的整体，其孔腔侧壁上设有沟槽和孔，用于定位并张紧填充材料中的每一层预应力薄膜或预应力弦网。

3.如权利要求1或2所述的一种新型超薄声波阻抗变换器，其特征是：

填充材料中的多层预应力薄膜或预应力弦网，同一层预应力薄膜或预应力弦网的材料是一种材料或多种材料的复合，不同层预应力薄膜或预应力弦网的材料和型式相同或不同。

填充材料中的多层声学材料，同一层声学材料是一种材料或多种材料的复合，不同层声学材料的材料和结构型式相同或不同。

4.如权利要求1或2所述的一种新型超薄声波阻抗变换器，其特征是：填充材料中的多层预应力薄膜或预应力弦网的每一层，根据需要设计成不同的型式，包括：完整式薄膜、孔洞式薄膜、弦网和弦网式薄膜，具体如下：

(1)完整式薄膜：一张完整光滑无任何孔洞的薄膜，其上没有网格线；

(2)孔洞式薄膜：薄膜上布满孔洞，孔洞形状包括圆形、椭圆形、多边形和有界曲线；

(3)弦网：由形如丝的弦线拉成网格，在网格交错处，弦线或者相互缠绕成结，形成一个节点，或者彼此搭接，不缠绕成结；

(4)弦网式薄膜：由形如丝的弦线拉成网格，在网格交错处，弦线通过薄膜片彼此相连，薄膜片形状包括圆形、椭圆形、多边形和有界曲面；

(5)完整式薄膜和弦网的组合：在完整式薄膜上有交错的网格线；

(6)孔洞式薄膜和弦网的组合：在孔洞式薄膜上有交错的网格线；

(7)变型的弦网：由形如丝的弦线拉成网格，在网格交错处，弦线通过多边形网彼此相连。

5.如权利要求3所述的一种新型超薄声波阻抗变换器，其特征是：填充材料中的多层预应力薄膜或预应力弦网的每一层，根据需要设计成不同的型式，包括：完整式薄膜、孔洞式薄膜、弦网和弦网式薄膜，具体如下：

(1)完整式薄膜：一张完整光滑无任何孔洞的薄膜，其上没有网格线；

(2)孔洞式薄膜：薄膜上布满孔洞，孔洞形状包括圆形、椭圆形、多边形和有界曲线；

(3)弦网：由形如丝的弦线拉成网格，在网格交错处，弦线或者相互缠绕成结，形成一个节点，或者彼此搭接，不缠绕成结；

(4)弦网式薄膜：由形如丝的弦线拉成网格，在网格交错处，弦线通过薄膜片彼此相连，薄膜片形状包括圆形、椭圆形、多边形和有界曲面；

(5)完整式薄膜和弦网的组合：在完整式薄膜上有交错的网格线；

(6)孔洞式薄膜和弦网的组合：在孔洞式薄膜上有交错的网格线；

(7)变型的弦网：由形如丝的弦线拉成网格，在网格交错处，弦线通过多边形网彼此相连。

6.如权利要求1或2或5所述的一种新型超薄声波阻抗变换器，其特征是：填充材料中的多层声学材料的每一层，根据需要设计成不同的结构型式，包括：整体式、多孔式、实体填充式和立体弦网式，具体如下：

(1)整体式：声学材料是一个没有孔洞的整体，其中没有网格线；

(2)多孔式：声学材料中布满孔洞，孔洞是通透的或非通透的，其形状包括球体、圆柱、圆台、圆锥、多面体、棱柱；

(3)实体填充式：在声学材料中填充实体，实体形如球体、圆柱、圆台、圆锥、多面体、棱柱；

(4)立体弦网式：由形如丝的弦线拉成立体网格，在网格交错处，弦线或者缠绕成结，形成一个节点，或者彼此搭接，不缠绕成结；

(5)整体式和立体弦网式的组合：在整体式的声学材料中，有网格线；

(6)多孔式和立体弦网式的组合：在多孔式的声学材料中，有网格线；

(7)变型的立体弦网：由形如丝的弦线拉成立体网格，在网格交错处，弦线通过声学材料体彼此相连，声学材料体形如球体、圆柱、圆台、圆锥、多面体、棱柱；

(8)变型的立体弦网：由形如丝的弦线拉成立体网格，在网格交错处，弦线通过立体网或立体壳彼此相连，立体网或立体壳形如球体、圆柱、圆台、圆锥、多面体、棱柱。

7.如权利要求3所述的一种新型超薄声波阻抗变换器，其特征是：填充材料中的多层声学材料的每一层，根据需要设计成不同的结构型式，包括：整体式、多孔式、实体填充式和立体弦网式，具体如下：

(1)整体式：声学材料是一个没有孔洞的整体，其中没有网格线；

(2)多孔式：声学材料中布满孔洞，孔洞是通透的或非通透的，其形状包括球体、圆柱、圆台、圆锥、多面体、棱柱；

(3)实体填充式：在声学材料中填充实体，实体形如球体、圆柱、圆台、圆锥、多面体、棱柱；

(4)立体弦网式：由形如丝的弦线拉成立体网格，在网格交错处，弦线或者缠绕成结，形成一个节点，或者彼此搭接，不缠绕成结；

(5)整体式和立体弦网式的组合：在整体式的声学材料中，有网格线；

(6)多孔式和立体弦网式的组合：在多孔式的声学材料中，有网格线；

(7)变型的立体弦网：由形如丝的弦线拉成立体网格，在网格交错处，弦线通过声学材料体彼此相连，声学材料体形如球体、圆柱、圆台、圆锥、多面体、棱柱；

(8)变型的立体弦网：由形如丝的弦线拉成立体网格，在网格交错处，弦线通过立体网或立体壳彼此相连，立体网或立体壳形如球体、圆柱、圆台、圆锥、多面体、棱柱。

8.如权利要求4所述的一种新型超薄声波阻抗变换器，其特征是：填充材料中的多层声学材料的每一层，根据需要设计成不同的结构型式，包括：整体式、多孔式、实体填充式和立体弦网式，具体如下：

(1)整体式：声学材料是一个没有孔洞的整体，其中没有网格线；

(2)多孔式：声学材料中布满孔洞，孔洞是通透的或非通透的，其形状包括球体、圆柱、圆台、圆锥、多面体、棱柱；

(3)实体填充式：在声学材料中填充实体，实体形如球体、圆柱、圆台、圆锥、多面体、棱柱；

(4)立体弦网式：由形如丝的弦线拉成立体网格，在网格交错处，弦线或者缠绕成结，形成一个节点，或者彼此搭接，不缠绕成结；

(5)整体式和立体弦网式的组合：在整体式的声学材料中，有网格线；

(6)多孔式和立体弦网式的组合：在多孔式的声学材料中，有网格线；

(7)变型的立体弦网：由形如丝的弦线拉成立体网格，在网格交错处，弦线通过声学材料体彼此相连，声学材料体形如球体、圆柱、圆台、圆锥、多面体、棱柱；

(8)变型的立体弦网：由形如丝的弦线拉成立体网格，在网格交错处，弦线通过立体网或立体壳彼此相连，立体网或立体壳形如球体、圆柱、圆台、圆锥、多面体、棱柱。