CN217470260U - 一种低频声波辐射增强结构及发声装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低频声波辐射增强结构及发声装置，该低频声波辐射增强结构包括进声管、腔体和出声管。进声管用于与声源相连；腔体包括声腔，所述进声管与所述腔体相连且与所述声腔连通；出声管与所述腔体相连，且与所述声腔连通，所述出声管的截面积小于所述声腔的截面积。声源的声音通过进声管传入腔体内后，在声腔内发生共振后从出声管传出，能够有效的增强声波的低频辐射效率，提高低频段的声压级，且无需增大声源的功率，有利于保证声源工作的可靠性。

Description

一种低频声波辐射增强结构及发声装置

技术领域

本实用新型涉及扬声器技术领域，尤其涉及一种低频声波辐射增强结构及发声装置。

背景技术

电子设备内常设有扬声器以及与扬声器的出声孔相通的传声管，传声管与电子设备的壳体外部相通，以将扬声器的声音向外发出。扬声器的出声孔的尺寸大小需要考虑对电子设备结构的影响，因此通常不能过大。例如手机扬声器，其出声孔受到手机尺寸和结构强度的限制；又如一些智能床、电竞座椅、靠枕，两侧可供部署扬声器的面积极为有限，供出声的开口也较为狭小，因此这些扬声器系统的低频声波辐射存在天然的不足。

目前的改进方法通常是在扬声器前设置前腔(传声管可作为其前腔)，将前腔制备成面积渐变的形式，如常见的扩音器，其开口面积逐渐增加，使阻抗呈现出渐变的形式，从而增加扬声器的声波辐射效率。但是这种结构存在一定的限制：第一，渐变结构的面积逐渐增加，最后向外辐射声波的开口较大；第二，低频辐射效率提升不明显，例如，如果需要提升100～300Hz低频段的声波(人声主要频率)，需要的开口面积需要达到米级别的尺度。

所以对于这种小口径的扬声器系统，往往通过强行增加功率的方式去提升低频的声压级。但是这种方法，其振动幅度大，音圈容易脱出，而且会带来过多的失真，影响整体的音效。

因此，有必要对现有技术予以改良以克服现有技术中的所述缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种低频声波辐射增强结构及发声装置，该低频声波辐射增强结构能够增强小口径扬声器系统的低频声学性能。

为实现上述实用新型目的，一方面，本实用新型提出了一种低频声波辐射增强结构，其特征在于，包括：

进声管，用于与声源相连；

腔体，包括声腔，所述进声管与所述腔体相连且与所述声腔连通；以及，

出声管，与所述腔体相连，且与所述声腔连通，所述出声管和所述进声管的截面积小于所述声腔的截面积。

进一步地，所述进声管和所述出声管连接于所述腔体的相对两侧。

进一步地，所述进声管和所述出声管同轴线设置。

进一步地，所述进声管、腔体和所述出声管的材质的声阻抗大于等于300倍的空气声阻抗。

进一步地，所述腔体采用弹性材料制成，所述出声管的材料硬度大于所述腔体的材料硬度。

进一步地，所述进声管的材质为橡胶、硅胶或者塑料；所述腔体的材质为硅胶或软橡胶；所述出声管的材质为塑料。

进一步地，所述出声管位于所述腔体内部，或者，所述出声管位于所述声腔外部，或者，所述出声管部分位于所述声腔内部，部分位于所述腔体外部。

进一步地，所述腔体包括两个或者两个以上的声腔，且每个所述声腔均对应设置有与之相连通的出声管。

进一步地，至少两个声腔的体积不同，或者，至少两个出声管的截面积或者长度不同。

进一步地，所述腔体包括与所述进声管相通的前腔以及连通声腔和所述前腔的声通道。

进一步地，所述腔体还包括相互连接的板体和块体，所述板体用于隔开所述声腔，所述块体用于隔开所述前腔和所述声腔，所述块体的宽度大于所述板体的厚度。

另一方面，本实用新型提出了一种发声装置，包括：

扬声器；以及，

如上任一项所述的低频声波辐射增强结构，所述扬声器与所述进声管相连。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1.本实用新型的低频声波辐射增强结构设置有用于与声源相连的进声管、与进声管相连的腔体以及与腔体相连的出声管，腔体的截面积大于出声管的截面积，声源的声音通过进声管传入腔体内后，在其声腔内发生共振后从出声管传出，能够有效的增强声波的低频辐射效率，提高低频段的声压级和人声的表现效果，且使用普通的声源(扬声器)即可实现低频增强的效果，无需增大声源的功率，有利于保证声源工作的可靠性。

2.作为一种改进，低频声波辐射增强结构设置有两个或者两个以上的声腔，每个声腔均能够对声波进行共振，从而进一步提高了辐射效率，增强了低频效果。进一步的，通过改变声腔的体积，或者改变出声管的截面积、长度，能够改变低频声波辐射增强结构的共振频率，从而能够增强不同频段的声压，效果更好。

附图说明

图1是本实用新型实施例1中低频声波辐射增强结构的结构示意图。

图2是本实用新型实施例1中低频声波辐射增强结构的立体剖视图。

图3是本实用新型实施例1中低频声波辐射增强结构的剖视图。

图4是本实用新型中低频声波辐射增强结构的出声管设于声腔外部的示意图。

图5是本实用新型中低频声波辐射增强结构的出声管部分位于声腔内、部分位于腔体外的示意图。

图6是本实用新型实施例2中低频声波辐射增强结构的结构示意图。

图7是本实用新型实施例2中低频声波辐射增强结构的立体剖视图。

图8是本实用新型实施例2中低频声波辐射增强结构的剖视图。

图9是本实用新型第一示例的低频声波辐射增强结构的立体图。

图10是本实用新型第一示例的低频声波辐射增强结构的剖视图。

图11是第一示例的低频声波辐射增强结构与对比例的频响曲线图。

图12是本实用新型实施例3中低频声波辐射增强结构的结构示意图。

图13是本实用新型实施例3中低频声波辐射增强结构另一视向的结构示意图。

图14是本实用新型实施例3中低频声波辐射增强结构的立体剖视图。

图15是本实用新型实施例3中低频声波辐射增强结构的剖视图。

图16是本实用新型第二示例的低频声波辐射增强结构的立体图。

图17是本实用新型第二示例的低频声波辐射增强结构的剖视图。

图18是第二示例的低频声波辐射增强结构与对比例的频响曲线图。

图19是本实用新型第三示例的低频声波辐射增强结构的剖视图。

图20是第二示例、第三示例的低频声波辐射增强结构与对比例的频响曲线图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本申请的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

实施例1

如图1至图3所示，对应于本实用新型一种较佳实施例的低频声波辐射增强结构，其包括进声管1、腔体2和出声管3，腔体2连接于进声管1和出声管3之间。

进声管1用于与声源对接，以将声源发出的声音接入进声管1，进声管1接入的声音通过腔体2后由出声管3发出。声源例如是扬声器，进声管1与扬声器相连时，其与扬声器发声面的四周紧密接触或者通过密封件予以密封，以减少或者防止声波从扬声器和进声管1的缝隙之间泄露出去，减少漏音和声波能量的降低。

腔体2包括声腔20，进声管1和出声管3均与声腔20连通，声波从进声管1进入腔体2后，在腔体2内形成共振，之后再从出声管3发出，由此可以大幅增加低频辐射的效果，增加低频段的声压级。为了使得声波在声腔20内可靠的发生共振，进声管1和出声管3的截面积均小于声腔20的截面积，截面积指的是以与出声管3的中心轴线11垂直的平面为剖切面剖得的截面的面积。

具体而言，出声管3在该系统中起到声质量的作用，声腔20则起到声容(弹簧)的作用，在进声管1传入的特定频段声压作用下，整个弹簧-质量系统发生共振，此时由出声管3的声质量振动带来的体积速度大幅提升，从而增加该频段的输出效率，通过控制声腔20和出声管3的相关参数，能够控制发生共振的声波的频段。在整个该系统中，出声管3、声腔20均等效成了声质量和声容，为使得其可靠的发挥作用，其尺寸(例如长、宽、高或者直径)以远小于声波与低频声波辐射增强结构的共振频率对应的波长为宜，作为一种优选的实施方式，出声管3和声腔20各自的尺寸均小于与低频声波辐射增强结构共振频率对应的波长的十分之一。

低频声波辐射增强结构的共振频率可以表达为如下公式：

其中，M_a为出声管3带来的声质量，公式表达为：

式中，ρ₀为管中的气体的密度，l为管长，S为管的横截面积。Ca为声腔20的声容，公式表达为：

式中，V为声腔20的体积，ρ₀为其中的气体的密度，c₀为气体的声速。

通过调整出声管3的长度、面积可以对声质量进行灵活调整，改变工作频率，从规律上而言，管长越长，面积越小，则声质量越大，相应的共振频率越低。进一步地，声腔20的体积越大，则声容也越大，相应的共振频率也越低，且声腔20的声容与声腔20的形状无关，因此，声腔20和腔体2的形状不限，从加工和装配的便利性考虑，优选其截面呈圆形或者矩形(即整体呈圆柱形或者长方体状)。另外，进声管1和出声管3的形状亦不限，例如其截面形状可以是矩形或者圆形，实施例1中示出的声腔20和腔体2均呈长方体状，进声管1和出声管3均呈圆管状。

作为一种优选的实施方式，进声管1和出声管3连接在腔体2的相对两侧，以使得声波能够沿着进入进声管1的方向从出声管3传出，声音的传播更为顺畅，降低了因为方向的改变而损耗的能量，效率更高。例如，图3中示出的腔体2呈长方体状，其包括相对设置的第一面2a和第二面2b，进声管1和出声管3分别连接在第一面2a和第二面2b上。进一步地，进声管1和出声管3同轴线设置，以进一步提高声波传递的效率。

进一步地，进声管1、腔体2和出声管3的材质的声阻抗远大于空气声阻抗，优选的，进声管1、腔体2和出声管3的材质的声阻抗在空气的声阻抗的300倍以上。进声管1的材质优选为弹性材料，在能够形成声波导的同时，又具有一定的可变形性，增加了使用的灵活性和安全性，进声管1的材质例如为橡胶、硅胶或者塑料等。腔体2的材质同样优选为弹性材料，例如硅胶或软橡胶等，其较为柔软且可变形。出声管3优选采用硬度大于腔体2的材料，能够防止在受到挤压时大幅变形而堵住其出声孔30，同时能够在腔体2适当变形的同时尽可能保持总体积不变，保证声学性能，优选的，出声管3的材料为塑料。另外，由于出声管3的出声面31需要与外界接触，将其选择为塑料材质，其硬度不至于过大，更为安全和舒适。可以理解的是，上述材料仅为举例，并不局限于此。

出声管3相对声腔20的位置不限，例如，在第一种实施方式中，出声管3完全设于腔体2内部，参考图3，出声管3的出声面31与腔体2的第二面2b平齐，该种实施方式下，管3会影响声腔20的体积，但是由于出声管3不凸出至腔体2外部，因此舒适性和安全性更好。在第二种实施方式中，出声管3完全设于声腔20外部，参考图4，出声管3不凸出至声腔20内，对声腔20的体积几乎没有影响。在第三种实施方式中，参考图5，出声管3部分位于声腔20内，部分位于腔体2外部。由于出声管3在声腔20内的体积会影响声腔20的体积，因此通过调整出声管3伸入声腔20的长度也可以控制低频声波辐射增强结构的共振频率。

可以理解的是，进声管1、腔体2和出声管3可以是一体成型的，也可以是多个零部件连接而成的。

实施例2

如图6至图8所示，本实施例中，进声管1和出声管3均为矩形管，腔体2和声腔20呈长方体状。进声管1的两个相对平行设置的第一侧壁10与腔体2的两个第二侧壁23平齐，出声管2的两个侧壁借用了腔体2的第二侧壁23，具体而言，出声管3相对平行设置的顶板32和底板33与腔体2相对平行设置的两个第二侧壁23相连。

图9和图10为低频声波辐射增强结构的第一示例，图中标出了低频声波辐射增强结构主要部分的具体的尺寸参数，具体的，腔体2的长度为400mm，宽度为200mm，高度为200mm，进声管1的孔的厚度为35mm，出声管3的孔的厚度为60mm，伸入至声腔20内的长度为50mm，进声管1、腔体2和出声管3的壁厚均为5mm。

如图11所示，图11示出了第一示例的低频声波辐射增强结构和对比例的频响曲线图，对比例为扬声器仅安装图10所示尺寸的进声管1时的结构，由于进声管1相当于背景技术中所述的传声管，因此其与扬声器实际的发声效果更为接近。图中的曲线1(实线)为扬声器仅安装图10中的进声管1，而不安装腔体2和出声管3时在距离出声管3的出声口1m远的位置测得的频响曲线图(即对比例的频响曲线图)，曲线2(虚线)为扬声器安装第一示例的低频声波辐射增强结构后，在距离出声管3的出声口1m远的位置测得的频响曲线图。从图中可以看出，加装第一示例的低频声波辐射增强结构后，声压在80Hz～160Hz的低频段得以明显提升(>6dB)。

实施例3

参考图12至图15，与实施例2类似的，实施例3中的低频声波辐射增强结构的进声管1和出声管3均为矩形管，腔体2大致呈长方体状，进声管1的两个相对平行设置的第一侧壁10与腔体2的两个第二侧壁23平齐，出声管2位于腔体2内部且其两个侧壁借用了腔体2的第二侧壁23。

本实施例中，低频声波辐射增强结构包括相对独立的两个或者两个以上的声腔20，图中示出的数量为三个，每个声腔20对应设置有与之相通的一个出声管3。

腔体2还包括与进声管1相通的前腔21以及连通声腔20和前腔21的声通道22。每个声腔20均设有一个声通道22与之相通。前腔21和声通道22用于将进声管1传过来的声波传递至三个声腔20内。优选的，声通道22的截面积小于与之直接相通的声腔20的截面积。本实施例中，声通道22的宽度与声腔20的宽度相同，通过减小声通道22的厚度来减小其截面积。

相邻的两个声腔20以及相邻的两个声通道22之间，均通过设于腔体2内的隔离件隔开，隔离件可以呈板状或者块状等，通过调整隔离件24的位置、厚度和相邻两个隔离件之间的距离等参数，即可改变声腔20、声通道22以及前腔21的体积。

作为一种优选的实施方式，隔离件包括用于隔开相邻两个声腔20的板体24以及用于隔开前腔21和声腔20的块体25，图中，板体24和块体25相垂直。块体25的宽度B1被设置成大于板体24的厚度B2，以降低前腔21和声腔20之间的相互影响，提高声学效果。图中，声通道22位于相邻两个隔离件的块体25之间或者形成于块体25和腔体2的外壳之间。

本实施例中，由于设置有多个声腔20，因此，声波能够在多个声腔20内共振，并通过出声管3发出声音，通过控制声腔20的大小以及出声管3的长度、截面积等参数，可以改变各声腔20的共振频率，使得其能够增大不同频率段的声压级，从而在更宽的低频段范围内，增强声波的声压级。具体而言，参考图11，图11中，曲线2在80Hz～160Hz频段的声压级得以明显提升，但是在200～400Hz区间内，声压级又有所下降，通过增设声腔20的方式，可以增强200～400Hz范围内的声压级。

图16和图17示出了低频声波辐射增强结构的第二示例，第二示例的低频声波辐射增强结构各部分的具体尺寸在图中予以示出，为叙述方便起见，图中由上至下的三个声腔20分别称为第一声腔20a、第二声腔20b和第三声腔20c，与三个声腔对应的声通道22和出声管3分别称为第一声通道22a、第二声通道22b、第三声通道22c、第一出声管3a、第二出声管3b和第三出声管3c。其中，第二声通道22b的厚度最大，第一声通道20a和第二声通道20c的厚度相同。第二声腔20b的厚度最大，第一声腔20a和第三声腔20c的厚度相同，第三声腔20c的长度最短，第一声腔20a和第二声腔20b的长度相同。由此，三个声腔20的体积由大至小依次为第二声腔20b、第一声腔20a和第三声腔20c。第三出声管3c的出声孔的厚度最小，第一出声管3a和第二出声管3b的出声孔的厚度相同。

图18是第二示例的低频声波辐射增强结构以及对比例的频响曲线图(对比例与实施例2中的对比例相同)，图中，曲线3为扬声器仅安装图17中的进声管1，而不安装腔体2和出声管3时在距离出声管3的出声口1m远的位置测得的频响曲线图(即对比例的频响曲线图)，曲线4为相同的扬声器安装第二示例的低频声波辐射增强结构后，在距离出声管3的出声口1m远的位置测得的频响曲线图。第二示例的低频声波辐射增强结构的三个声腔20并联，分别控制不同的频率共振，其中第一声腔20a的共振频率约在200Hz，第二声腔20b的共振频率约在130Hz，第三声腔20c的共振频率约在350Hz，从图18中可以看出，声压从100Hz～500Hz均能有明显提升，其中500Hz附近的共振峰由第二声腔20b的高阶共振模式带来。显然的，通过设置多个声腔20，使得低频段的多个频率范围都具有较之于对比例更高的声压级，低频效果更好。

图18中，第一声腔20a带来的共振峰不明显，这是由于该共振位于由第二声腔20b的共振带来的谷中，第一声腔20a与第二声腔20b发生了耦合。虽然不能明显带来一个共振峰，但是对整体声压级还是具有显著的提升作用。参考图20，图20较之于图18增加了第三示例的频响曲线——曲线5，第三示例的结构考图19，较之于第二示例，其取消了第一声腔20a，仅具有第二声腔20b和第三声腔20c，第三示例的各部分的尺寸与第二示例对应部分的尺寸一致。从图20中可以看出，几乎在整个频率段，曲线4的声压级都大于曲线5的声压级，由此可以看出，第一声腔20a对整体的声压级都具有显著的提升效果。

可以理解的是，上文中各示例的具体尺寸参数仅为举例，可以视情况改变其参数，例如是安装位置的空间大小减小整体的尺寸。

本实用新型还提出了一种发声装置，该发声装置包括扬声器以及低频声波辐射增强结构，扬声器具有发声端，进声管1与发声端相连，以导入扬声器发出的声波。优选的，进声管1完全包覆住扬声器的发声面，且进声管1与扬声器的连接处紧密接触或者通过密封件予以密封，以减少声波的泄漏，提高传声效率。

上述仅为本实用新型的具体实施方式，其它基于本实用新型构思的前提下做出的任何改进都视为本实用新型的保护范围。

Claims (11)

1.一种低频声波辐射增强结构，其特征在于，包括：

进声管(1)，用于与声源相连；

腔体(2)，包括声腔(20)，所述进声管(1)与所述腔体(2)相连且与所述声腔(20)连通；以及，

出声管(3)，与所述腔体(2)相连，且与所述声腔(20)连通，所述出声管(3)和所述进声管(1)的截面积均小于所述声腔(20)的截面积。

2.如权利要求1所述的低频声波辐射增强结构，其特征在于，所述进声管(1)和所述出声管(3)连接于所述腔体(2)的相对两侧。

3.如权利要求2所述的低频声波辐射增强结构，其特征在于，所述进声管(1)和所述出声管(3)同轴线设置。

4.如权利要求1所述的低频声波辐射增强结构，其特征在于，所述进声管(1)、腔体(2)和所述出声管(3)的材质的声阻抗大于等于300倍的空气声阻抗。

5.如权利要求4所述的低频声波辐射增强结构，其特征在于，所述腔体(2)采用弹性材料制成，所述出声管(3)的材料硬度大于所述腔体(2)的材料硬度。

6.如权利要求1所述的低频声波辐射增强结构，其特征在于，所述出声管(3)位于所述腔体(2)内部，或者，所述出声管(3)位于所述声腔(20)外部，或者，所述出声管(3)部分位于所述声腔(20)内部，部分位于所述腔体(2)外部。

7.如权利要求1至6任一项所述的低频声波辐射增强结构，其特征在于，所述腔体(2)包括两个或者两个以上的声腔(20)，且每个所述声腔(20)均对应设置有与之相连通的出声管(3)。

8.如权利要求7所述的低频声波辐射增强结构，其特征在于，至少两个声腔(20)的体积不同，或者，至少两个出声管(3)的截面积或者长度不同。

9.如权利要求7所述的低频声波辐射增强结构，其特征在于，所述腔体(2)包括与所述进声管(1)相通的前腔(21)以及连通声腔(20)和所述前腔(21)的声通道(22)。

10.如权利要求9所述的低频声波辐射增强结构，其特征在于，所述腔体(2)还包括相互连接的板体(24)和块体(25)，所述板体(24)用于隔开所述声腔(20)，所述块体(25)用于隔开所述前腔(21)和所述声腔(20)，所述块体(25)的宽度大于所述板体(24)的厚度。

11.一种发声装置，其特征在于，包括：

扬声器；以及，

如权利要求1至10任一项所述的低频声波辐射增强结构，所述扬声器与所述进声管(1)相连。

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