CN218299360U - 一种迷宫型消声单元、消声复合结构及音箱设备 - Google Patents

Abstract

本申请属于声学技术领域，涉及一种迷宫型消声单元，包括第一腔体、第一微穿孔板和第二微穿孔板，第二微穿孔板将第一腔体分隔为迷宫腔和第一背腔，迷宫腔内设有至少一块分隔板，所有的分隔板将迷宫腔分隔为迷宫型通道。还涉及一种消声复合结构，包括相互连接的至少一个微孔消声单元以及至少一个上述迷宫型消声单元，微孔消声单元包括第二腔体、第三微穿孔板和第四微穿孔板，第四微穿孔板将第二腔体分隔为微孔腔和第二背腔。还涉及一种音箱设备，设有上述消声复合结构。本申请提供的消声复合结构中的迷宫型通道、双层微穿孔板结构、背腔使此消声复合结构具有较高的消声量和较宽的消声带宽，能够以较薄尺寸实现高中低频段的宽带消声。

Description

一种迷宫型消声单元、消声复合结构及音箱设备

技术领域

本申请涉及声学技术领域，更具体地，涉及一种迷宫型消声单元，还涉及一种消声复合结构，以及涉及一种包含有消声复合结构的音箱设备。

背景技术

音箱、扬声器的后腔消声效果将直接影响产品的音质和性能。良好的后腔消声可带来以下三大好处，直接大为提升相关电声产品的音质。首先，后腔消声可以虚拟增大后腔体积，实现低音增强。其次，通过后腔消声，可以调节和改善扬声器的瞬态响应特性。此外，对谐振频率以上的全部箱内频段进行后腔消声处理能够减少背辐射干扰。一般地消声越彻底越好，消音越彻底，背辐射干扰越小，正面声波还原的保真度越高。

经过多年研究发展，在高、中频消声上，目前己经有了比较完善的解决方案，然而这些方法很难以较薄尺寸实现低频段(20～400Hz)的宽带消声。尽管共振吸声在某个特定的低频点上能取得很好的吸声效果，但吸声频带过窄，实用价值很低，应用很少。低频宽带消声不仅仅是扬声器后腔消声所面临的难题，也是潜艇降噪、发动机降噪、交通降噪等领域所亟待解决的共性关键技术问题。

实用新型内容

本申请实施例所要解决的技术问题是如何消除音箱扬声器后腔的干扰声，以避免其影响音箱的音质。

为了解决上述技术问题，本申请实施例提供一种迷宫型消声单元，采用了如下所述的技术方案：

一种迷宫型消声单元，包括第一腔壁、设于第一腔壁的第一微穿孔板和第二微穿孔板，所述第一腔壁围合形成第一腔体，所述第二微穿孔板位于第一腔体内且将第一腔体分隔为迷宫腔和第一背腔，所述迷宫腔内设有至少一块分隔板，所有的所述分隔板与所述第一腔壁、所述第一微穿孔板、所述第二微穿孔板配合，以将迷宫腔分隔为迷宫型通道，所述第一微穿孔板于迷宫型通道的起始处设有多个第一微孔，所述第一微孔连通外部和迷宫腔，所述第二微穿孔板设有多个第二微孔，所述第二微孔连通迷宫腔和第一背腔。

进一步的，所述迷宫腔内填充有多个消声振子。

进一步的，所述消声振子为微球，所述消声振子是由吸音材料制成的微球，所述微球为有机微球、无机微球、空心微球或多孔微球。

进一步的，所述迷宫型通道为单连通通道，所述迷宫型通道为螺旋形通道或蛇形通道。

进一步的，所述迷宫型消声单元的声阻抗的公式为：

Z_s＝R_S+iY_S

其中，R_S表示单个微孔的声阻，

Y_S表示声抗，Y_S由第一微孔的直径和和迷宫型通道的有效长度共同决定，

其中，

公式中，η为空气的粘滞系数，ρ₀为空气密度，c₀为空气中的声速，ω为角频率，t₁为第一微穿孔板或第二微穿孔板的板厚，d₁为第一微孔或第二微孔的直径，S_c为第一微穿孔板的面积，L₀为迷宫型通道的有效长度；

吸声系数α_m的公式为：

为了解决上述技术问题，本申请实施例还提供一种消声复合结构，采用了如下所述的技术方案：

一种消声复合结构，包括相互连接的至少一个微孔消声单元以及至少一个上述的迷宫型消声单元，所述微孔消声单元包括第二腔壁、设于第二腔壁的第三微穿孔板和第四微穿孔板，所述第二腔壁围合形成第二腔体，所述第四微穿孔板位于第二腔体内且将第二腔体分隔为微孔腔和第二背腔，所述第三微穿孔板设有多个第三微孔，所述第三微孔连通外部和微孔腔，所述第四微穿孔板设有多个第四微孔，所述第四微孔连通微孔腔和第二背腔。

进一步的，所述迷宫型消声单元和微孔消声单元相互间隔排列，所述迷宫型消声单元和微孔消声单元的侧壁连接。

进一步的，所述微孔消声单元的声阻抗Z_total为：

Z_total＝Z_mpp+Z_D

其中，

Z_D为第二背腔的声阻抗，

Z_mpp为单个微穿孔板的声阻抗，

其中，Z_hs表示单个微孔的声阻抗率，

其中，

公式中，S为第三微穿孔板或第四微穿孔板的面积，ω为角频率，D为第二背腔的深度，σ为第三微穿孔板或第四微穿孔板的打孔率，t₂为第三微穿孔板或第四微穿孔板的板厚，d₂为第三微孔或第四微孔的直径，j为虚数单位。

进一步的，所述微孔消声单元的相对声阻抗率为：

当声波正入射时，微孔消声单元的吸声系数为：

上式中，Re(.)和Im(.)分别表示复数的实部和虚部；

当声波随机入射时，微孔消声单元的吸声系数为：

上式中，θ为声波的入射角度，α(θ)为吸声系数α中ω由ωcos(θ)代替所得。

为了解决上述技术问题，本申请实施例还提供一种音箱设备，采用了如下所述的技术方案：

一种音箱设备，包括壳体以及设于壳体中的扬声器和电路板，所述壳体还设有上述的消声复合结构，所述消声复合结构位于扬声器和电路板的后方。

与现有技术相比，本申请实施例主要有以下有益效果：

本音箱设备于扬声器的后端设有本消声复合结构，消声复合结构中包括了迷宫型消声单元和微孔消声单元，迷宫型消声单元中的迷宫型通道大大增加了传声路径，提升吸声量，分隔板对声波的阻隔作用，也能消耗部分声波能量；迷宫型消声单元中第一微穿孔板和第二微穿孔板的双层微穿孔板结构，以及微孔消声单元中第三微穿孔板和第四微穿孔板的双层微穿孔板结构，相比于单层微穿孔板，吸声系数显著提升，频带大大扩宽；第一背腔和第二背腔均可形成额外共振吸声峰，提升吸声量的同时，也可以提高吸声带宽。

这样，迷宫型消声单元将迷宫型通道、第一微穿孔板、第二微穿孔板和第一背腔进行了有机结合，微孔消声单元将第三微穿孔板、第四微穿孔板和第二背腔进行了有机结合，从而使本消声复合结构具有较高的消声量和较宽的消声带宽，能够以较薄尺寸实现高中低频段的宽带消声。能够较大限度地消除音箱设备腔内的干扰声，实现降低和抑制腔内干扰声的外泄，提升音箱的音质。

进一步通过调控消声复合结构中影响声阻抗的各参数的数值，可以做到消声带宽的加强，以适用于不同噪声频段的降噪处理，以达到消除特殊频带干扰的目的，结构简单、调整方式灵活多变。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型中迷宫型消声单元的其中一个实施例的立体结构示意图；

图2为本实用新型中迷宫型消声单元的其中一个实施例的部分结构示意图；

图3为图1所示的迷宫型消声单元的剖面示意图；

图4为本实用新型中微孔消声单元的其中一个实施例的立体结构示意图；

图5为本实用新型中微孔消声单元的其中一个实施例的部分结构示意图；

图6为图5所示的微孔消声单元的剖面示意图；

图7为本实用新型中消声复合结构的其中一个实施例的迷宫型消声单元和微孔消声单元的排列示意图；

图8为图7所示的消声复合结构的部分结构示意图。

附图标记：

1-迷宫型消声单元、10-第一腔壁、11-第一微穿孔板、111-第一微孔、12-第二微穿孔板、121-第二微孔、13-第一腔体、14-分隔板、15-消声振子、16-第一背腔、2-微孔消声单元、20-第二腔壁、21-第三微穿孔板、211-第三微孔、22-第四微穿孔板、221-第四微孔、23-第二腔体、24-第二背腔

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

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。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本申请一种迷宫型消声单元的实施例一

参见图1-图3，本申请一种迷宫型消声单元，包括第一腔壁10、设于第一腔壁10的第一微穿孔板11和第二微穿孔板12，第一腔壁10围合形成第一腔体13，所述第二微穿孔板12位于第一腔体13内且将第一腔体13分隔为迷宫腔17和第一背腔16，所述迷宫腔17内设有至少一块分隔板14，所有的所述分隔板14与所述第一腔壁10、所述第一微穿孔板11、所述第二微穿孔板12配合，以将迷宫腔17分隔为迷宫型通道，所述第一微穿孔板11于迷宫型通道的起始处设有多个第一微孔111，所述第一微孔111连通外部和迷宫腔17，以使声音能够从起始处进入迷宫腔17，再沿着迷宫型通道的路径进行扩散，以进行迷宫消音；所述第二微穿孔板12设有多个第二微孔121，所述第二微孔121连通迷宫腔17和第一背腔16，这样声音一边沿着迷宫型通道的路径扩散，一般向下扩散进行消音。第一背腔16是第二微穿孔板12与第一腔壁10共同包围所形成的空间，迷宫腔17是第一微穿孔板11、第二微穿孔板12和第一腔壁10共同包围所形成的空间。分隔板14设于第二微穿孔板12和第一微穿孔板11之间，并且分隔板14的两端分别抵接或连接第二微穿孔板12和第一微穿孔板11。

迷宫型消声单元的声阻抗的公式为：

Z_s＝R_S+iY_S

其中，

R_S表示单个微孔的声阻，

Y_S表示声抗，Y_S由第一微孔111的直径和和迷宫型通道的有效长度共同决定，

其中，

公式中，η为空气的粘滞系数，ρ₀为空气密度，c₀为空气中的声速，ω为角频率，ω＝πf，f为声音信号的频率，t₁为第一微穿孔板11或第二微穿孔板12的板厚，d₁为第一微孔111或第二微孔121的直径，S_c为第一微穿孔板11的面积，L₀为迷宫型通道的有效长度，迷宫型通道的有效长度指如图2中箭头所指的传声路径的长度。本实施例中，第一微孔111或第二微孔121的声阻特性相同，此处的R_S可以为第一微孔111的声阻，也可以为第二微孔121的声阻抗。

吸声系数α_m的公式为：

当R_S＝1时，表示为阻抗相匹配，当Y_S＝0，表示处于共振状态，此时可达到理想的吸声效果。通过调整各参数的数值，可达到此理想的吸声结构。

具体的，本迷宫型消声单元1中的迷宫型通道大大增加了传声路径，传声路径如图2中箭头所指的路径，提升吸声量，分隔板14对声波的阻隔作用，也能消耗部分声波能量；第一微穿孔板11和第二微穿孔板12的双层微穿孔板结构，相比于单层微穿孔板，吸声系数显著提升，频带大大扩宽；且因为设置了第一背腔16，可形成额外共振吸声峰，提升吸声量的同时，也可以提高吸声带宽。

总之，本迷宫型消声单元1将迷宫型通道、第一微穿孔板11、第二微穿孔板12和第一背腔16进行了有机结合，从而使具有较高的消声量和较宽的消声带宽，能够以较小的尺寸实现高中低频段的宽带消声。

其中，多个第一微孔111均匀分布于第一微穿孔板11的覆盖迷宫型通道起始处的部分，且相邻两个第一微孔111之间的距离远大于第一微孔111的孔径。类似的，多个第二微孔121均匀分布于第二微穿孔板12的整个板，且相邻两个第二微孔121之间的距离远大于第二微孔121的孔径。微孔非均匀分布的微穿孔板的阻抗会降低，且吸声峰值频率向高频移动。微孔在微穿孔板上均匀分布，就能避免这种问题。

第一微穿孔板11和第二微穿孔板12的参数，例如：板厚、打孔率、微孔直径等，可以一样，也可以不一样，可以根据实际性能要求做调整。

其中，第一腔体13的形状可以为n棱柱形，n为大于等于3的正整数，例如三棱柱、长方体、正方体、六棱柱、八棱柱等等。当然，如果迷宫型消声单元单个使用，根据使用情况，也可以是其他形状。本申请的第一腔体13是长方体。

进一步的，所述迷宫型通道为单连通通道，迷宫型通道的起始处为进声口，故其有明确进声口，无明确出声口，所述迷宫型通道为螺旋形通道或蛇形通道，例如方形螺旋通道、圆形螺旋通道或蛇形通道等形式。本实施例中的迷宫型通道为螺旋形通道，吸声性能良好，便于生产制造。

本申请一种迷宫型消声单元的实施例二

本申请一种迷宫型消声单元进一步包括消声振子15，所述迷宫腔17内填充有多个消声振子15，即第一微穿孔板11和第二微穿孔板12之间填充有多个消声振子15，也就是在迷宫型通道中填充消声振子15，这样有利于声音在迷宫型通道内的扩散和消耗。

其中，所述消声振子15可以是任意形状和材质。为了达到更好的吸音效果，本实施例中的消声振子15为微球，所述微球为有机微球、无机微球、空心微球或多孔微球，微球的球体形状更加有利于声音在迷宫内的扩散。

更进一步的，本实施例中的消声振子15是由较好吸音材料制成的多孔微球。这种微球比传统多孔吸音材料具有更优的吸声性能，特别是具有好的低频吸声性能，可实现较好的吸声量。

具体的，本实施例将迷宫型通道、第一微穿孔板11、第二微穿孔板12、消声振子15和第一背腔16进行有机结合，更加增强了消声量，提高了消声带宽。

本申请一种消声复合结构的实施例一

参见图4-图8，本申请一种消声复合结构，包括相互连接的至少一个微孔消声单元2以及至少一个上述的迷宫型消声单元1，所述微孔消声单元2包括第二腔壁20、设于第二腔壁20的第三微穿孔板21和第四微穿孔板22，所述第二腔壁20围合形成第二腔体23，所述第四微穿孔板22位于第二腔体23内且将第二腔体23分隔为微孔腔25和第二背腔24，所述第三微穿孔板21设有多个第三微孔211，所述第三微孔211连通外部和微孔腔25，所述第四微穿孔板22设有多个第四微孔221，所述第四微孔221连通微孔腔25和第二背腔24。

所有的迷宫型消声单元1和微孔消声单元2按照一定的方式进行周期性组合排列，迷宫型消声单元1和微孔消声单元2的排列组合方式有多种，本实施例的排列组合方式为：

参见图7和图8，所述迷宫型消声单元1和微孔消声单元2相互间隔排列，所述迷宫型消声单元1和微孔消声单元2的侧壁连接。迷宫型消声单元1在消低频音上有优势，微孔消声单元2在消高频音上有优势，两者间隔排列，便于更好地消除不同频率的声音。

进一步的，所述微孔消声单元2的声阻抗Z_total为：

Z_total＝Z_mpp+Z_D

上式中，

Z_D为第二背腔24的声阻抗，

Z_mpp为单个微穿孔板的声阻抗，

其中，Z_hs表示单个微孔的声阻抗率，

其中，

公式中，S为第三微穿孔板21或第四微穿孔板22的面积，ω为角频率，σ为第三微穿孔板21或第四微穿孔板22的打孔率，t₂为第三微穿孔板21或第四微穿孔板22的板厚，d₂为第三微孔211或第四微孔221的直径，j为虚数单位。D为第二背腔24的深度，也就是D为第四微穿孔板22到第二腔体23底面的距离，第二腔体23的底面是指在第二腔体23中，与第三微穿孔板21所在位置相对的壁面。本实施例中，第三微穿孔板21和第四微穿孔板22的声阻抗特性相同，此处的Z_mpp可以为第三微穿孔板21的声阻抗，也可以为四微穿孔板22的声阻抗。

所述微孔消声单元2的相对声阻抗率为：

当声波正入射时，微孔消声单元2的吸声系数为：

上式中，Re(.)和Im(.)分别表示复数的实部和虚部；

当声波随机入射时，微孔消声单元2的吸声系数为：

上式中，θ为声波的入射角度，α(θ)为吸声系数α中ω由ωcos(θ)代替所得。

综上，第三微穿孔板21的吸声能力由第三微孔211的声阻抗率Z_hs、第三微穿孔板21的面积S，打孔率σ，第二背腔24的深度D，板厚t₂及第三微孔211的直径d₂决定的。

本申请一种音箱设备的实施例一

本申请一种音箱设备，包括壳体以及设于壳体中的扬声器和电路板，所述壳体还设有上述的消声复合结构，所述消声复合结构位于扬声器和电路板的后方。根据壳体后腔的尺寸，将消声复合结构设于音箱后腔壁上。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本申请的较佳实施例，但并不限制本申请的专利范围。本申请可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本申请说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本申请专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种迷宫型消声单元，其特征在于，包括第一腔壁(10)、设于第一腔壁(10)的第一微穿孔板(11)和第二微穿孔板(12)，所述第一腔壁(10)围合形成第一腔体(13)，所述第二微穿孔板(12)位于第一腔体(13)内且将第一腔体(13)分隔为迷宫腔(17)和第一背腔(16)，所述迷宫腔(17)内设有至少一块分隔板(14)，所有的所述分隔板(14)与所述第一腔壁(10)、所述第一微穿孔板(11)、所述第二微穿孔板(12)配合，以将迷宫腔(17)分隔为迷宫型通道，所述第一微穿孔板(11)于迷宫型通道的起始处设有多个第一微孔(111)，所述第一微孔(111)连通外部和迷宫腔(17)，所述第二微穿孔板(12)设有多个第二微孔(121)，所述第二微孔(121)连通迷宫腔(17)和第一背腔(16)。

2.根据权利要求1所述的一种迷宫型消声单元，其特征在于，所述迷宫腔(17)内填充有多个消声振子(15)。

3.根据权利要求2所述的一种迷宫型消声单元，其特征在于，所述消声振子(15)为微球，所述消声振子(15)是由吸音材料制成的微球，所述微球为有机微球、无机微球、空心微球或多孔微球。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种迷宫型消声单元，其特征在于，所述迷宫型通道为单连通通道，所述迷宫型通道为螺旋形通道或蛇形通道。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种迷宫型消声单元，其特征在于，所述迷宫型消声单元的声阻抗的公式为：

Z_s＝R_S+iY_S

其中，R_S表示单个微孔的声阻，

Y_S表示声抗，Y_S由第一微孔(111)的直径和迷宫型通道的有效长度共同决定，

其中，

公式中，η为空气的粘滞系数，ρ₀为空气密度，c₀为空气中的声速，ω为角频率，t₁为第一微穿孔板(11)或第二微穿孔板(12)的板厚，d₁为第一微孔(111)或第二微孔(121)的直径，S_c为第一微穿孔板(11)的面积，L₀为迷宫型通道的有效长度；

吸声系数α_m的公式为：

6.一种消声复合结构，其特征在于，包括相互连接的至少一个微孔消声单元(2)以及至少一个权利要求1-5任一项所述的迷宫型消声单元(1)，所述微孔消声单元(2)包括第二腔壁(20)、设于第二腔壁(20)的第三微穿孔板(21)和第四微穿孔板(22)，所述第二腔壁(20)围合形成第二腔体(23)，所述第四微穿孔板(22)位于第二腔体(23)内且将第二腔体(23)分隔为微孔腔(25)和第二背腔(24)，所述第三微穿孔板(21)设有多个第三微孔(211)，所述第三微孔(211)连通外部和微孔腔(25)，所述第四微穿孔板(22)设有多个第四微孔(221)，所述第四微孔(221)连通微孔腔(25)和第二背腔(24)。

7.根据权利要求6所述的一种消声复合结构，其特征在于，所述迷宫型消声单元(1)和微孔消声单元(2)相互间隔排列，所述迷宫型消声单元(1)和微孔消声单元(2)的侧壁连接。

8.根据权利要求6所述的一种消声复合结构，其特征在于，所述微孔消声单元(2)的声阻抗Z_total为：

Z_total＝Z_mpp+Z_D

其中，Z_D为第二背腔(24)的声阻抗，

Z_mpp为单个微穿孔板的声阻抗，

其中，Z_hs表示单个微孔的声阻抗率，

其中，

公式中，S为第三微穿孔板(21)或第四微穿孔板(22)的面积，ω为角频率，D为第二背腔(24)的深度，σ为第三微穿孔板(21)或第四微穿孔板(22)的打孔率，t₂为第三微穿孔板(21)或第四微穿孔板(22)的板厚，d₂为第三微孔(211)或第四微孔(221)的直径，j为虚数单位。

9.根据权利要求8所述的一种消声复合结构，其特征在于，所述微孔消声单元(2)的相对声阻抗率为：

当声波正入射时，微孔消声单元(2)的吸声系数为：

上式中，Re(.)和Im(.)分别表示复数的实部和虚部；

当声波随机入射时，微孔消声单元(2)的吸声系数为：

上式中，θ为声波的入射角度，α(θ)为吸声系数α中ω由ωcos(θ)代替所得。

10.一种音箱设备，包括壳体以及设于壳体中的扬声器和电路板，其特征在于，所述壳体还设有权利要求6-9任一项所述的消声复合结构，所述消声复合结构位于扬声器和电路板的后方。

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