TWI625301B - 具改善聲音之揚聲器系統 - Google Patents

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瑪利亞 帕帕凱利庫
喬健 沙爾
喬哈尼斯 柯布勒
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Abstract

在此提出了一揚聲器裝置(200)，該揚聲器裝置包括一沸石材料(100)，這種沸石材料包括矽與鋁質量比為至少200的多個沸石微粒(102)。對於具有的直徑在0.7微米與30微米之間範圍內的孔隙的增大的孔隙分數，已經觀察到共振頻率向低頻率的增大的偏移。

Description

具改善聲音之揚聲器系統
本發明涉及揚聲器裝置的領域。
在包括一揚聲器、一殼體和一共振空間的揚聲器裝置中，可以在其中放置多種氣體吸附材料(以下稱為收氣劑)，例如活性碳或沸石，以便改進揚聲器裝置的聲音形成。揚聲器的共振空間中的收氣劑藉由氣體吸附和脫附導致了共振空間的明顯的虛擬放大。揚聲器裝置的共振頻率因此降低到一值，這個值在沒有收氣劑時僅在實質上更大的共振空間的情況下可以達到。
然而，結果係使用收氣劑產生了若干問題。一問題係收氣劑的老化，特別是藉由具有高蒸氣壓的物質的不可逆吸附。
EP 2003924 A1涉及一揚聲器系統，在其中使用了一氣體吸附劑來在音箱系統的封閉空間中物理地吸附氣體，這種吸附劑係藉由向一包含多個顆粒(grain)的多孔材料中加入黏合劑從而進行模製而獲得的。這種多孔材料可以由選自下組中的一種構成，該組由以下各項組成：活性碳、沸石、矽石(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鋯(ZrO3)、氧化鎂(MgO)、氧化鐵黑(Fe3O4)分子篩、富勒烯、以及碳奈米管。該黏合劑可以是粉狀樹脂材料和纖維性樹脂材料之一。
從上述情況看來，對於在基本避免或至少減小以上指明的問題之一或多個的同時、使得能夠增大揚聲器裝置的共振空間的虛擬聲學體 積的一改進的技術存在著需要。
這種需要可以藉由根據各獨立技術方案所述的主題來滿足。在此揭露的主題的優選實施方式由該等從屬技術方案來描述。
根據本發明的一第一方面，在此提供一揚聲器裝置，該裝置包括一用於接收揚聲器的揚聲器接收座、以及一包括沸石微粒的沸石材料，該材料具有至少為200的矽與鋁質量比。根據多個實施方式，該沸石材料包括純SiO2改性的(in pure SiO2 modification)沸石微粒(particle)。應注意的是，在此術語「至少為200的矽與鋁質量比」包括更高的矽與鋁質量比，例如250或300，以及無鋁的沸石微粒。在後一情況下，該沸石材料的全部沸石微粒都是純SiO2改性的。
諸位發明人所進行的實驗顯示，該等沸石微粒可以提供良好的每單位體積吸收容量以及緩慢的老化行為。沸石係微孔礦物，通常是矽鋁酸鹽礦物，並且是熟習該項技術者已知的。沸石的基本資訊可以從國際沸石協會及相應的網站(http：//www.iza-online.org/)獲得。
在此揚聲器總體上是指任何類型的電聲換能器。
根據第一方面的一實施方式，該等沸石微粒的至少一部分具有FER結構。根據另一實施方式，該等沸石微粒的至少一部分具有MFI結構。根據一實施方式，所有該等沸石微粒具有相同的結構，例如FER結構。根據其他的實施方式，該沸石材料包括具有至少兩種不同結構的沸石微粒。例如，在一實施方式中，該沸石材料包括FER結構的沸石微粒和MFI結構的沸石微粒。在此，這種三字母代碼涉及根據國際沸石協會的沸石分類、並且除其他之外可以從http：//www.iza-online.org/獲得。
根據另一實施方式，該沸石材料進一步包括將該等單獨的沸石微粒黏連在一起的一黏合劑。這允許形成大於單個沸石微粒的沸石材料 顆粒。此外，藉由該黏合劑以及對沸石材料的成分的適當處理可以在沸石微粒之間建立一定的間隔。
根據另一實施方式，該等沸石微粒包含具有的直徑在一第一直徑範圍內的多個第一孔隙，並且這種沸石材料包含在不同沸石微粒之間的多個第二孔隙。該等沸石微粒中的第一孔隙的大小通常具有陡的孔徑分佈。第二孔隙的直徑可受到沸石材料的製造工藝的影響。
根據一實施方式，該等第二孔隙具有在一第二直徑範圍內的直徑，並且該第二直徑範圍與該第一直徑範圍相隔至少一個數量級。例如，如果第一直徑範圍延伸至高達約4奈米，則根據一實施方式，該等第二孔隙的第二直徑範圍從約40奈米延伸至更大的直徑。
根據另一實施方式，該等第二孔隙具有大於50奈米的孔徑。
根據又一實施方式，該沸石材料具有在0.7微米與30微米之間範圍內的第二孔隙。根據另一實施方式，該沸石材料具有在1微米與10微米之間範圍內的第二孔隙。
根據第一方面的一實施方式，該等第二孔隙具有在0.7微米與30微米之間的範圍內有一局部峰值的一孔徑分佈。根據另一實施方式，該等第二孔隙具有在1微米與10微米之間的範圍內有一局部峰值的一孔徑分佈。
根據另一實施方式，該沸石材料包括多個顆粒，該等顆粒具有用該黏合劑黏連在一起的多個沸石微粒，並且該等顆粒具有在0.2毫米與0.9毫米之間的範圍內的平均顆粒大小。
根據另一實施方式，相對于沸石材料的總質量，該黏合劑的質量分數係在從1%到20%的範圍內。根據另一實施方式，相對于沸石材料的總質量，該黏合劑的質量分數係在從2%到10%的範圍內。根據另一實施方式，相對于沸石材料的總質量，該黏合劑的質量分數係在從4%到6%的範圍內。
根據一實施方式，該等沸石微粒具有小於10微米的中值直徑。根據另一實施方式，該等沸石微粒具有小於5微米的中值直徑。根據另一實施方式，該等沸石微粒具有小於2微米的中值直徑。
根據一實施方式，該等沸石微粒具有大於0.1微米的中值直徑。根據一實施方式，該等沸石微粒具有大於0.3微米的中值直徑，或者，根據另外的其他實施方式，是大於0.5微米。
根據一第二方面，提供了一沸石材料，該沸石材料係由以下方式可獲得的：(i)由矽與鋁質量比為至少200的沸石微粒以及一非極性溶劑來製備一沸石懸浮液；(ii)將該沸石懸浮液與一黏合劑懸浮液混合，以獲得一沸石-黏合劑混合物；並且(iii)將該沸石-黏合劑混合物乾燥。根據第二方面的多個實施方式，如關於第一方面或其實施方式及實例所描述的對該沸石材料進行配置或處理。
根據在此揭露的主題的多個實施方式，藉由以下方式可獲得一沸石材料：(a)用一有機溶劑(例如乙醇)製備一沸石懸浮液，其中該等沸石微粒具有的中值微粒直徑係小於10微米、或根據另一實施方式係小於2微米。(b)使該沸石懸浮液均勻化，例如藉由攪拌。(c)之後將均勻化的沸石懸浮液與一黏合劑懸浮液(例如一膠乳懸浮液)混合。膠乳懸浮液的實施方式包括以下各項中的至少一種：聚丙烯酸酯懸浮液、聚苯乙烯乙酸酯(Polystyrolacetat)懸浮液、聚乙烯乙酸酯懸浮液、聚乙烯乙酸乙烯酯懸浮液、聚丁二烯橡膠懸浮液、等等。根據一實施方式，該黏合劑(例如聚合物)的質量濃度係在1重量%與10重量%之間、或者根據其他的實施方式係在4重量%與6重量%之間。隨後將所得的懸浮液乾燥。乾燥可以按不同的方式進行，例如借助於流化床、噴射方法或藉由將所得的懸浮液傾倒到熱板上(根據多個實施方式，板的溫度範圍係在120攝氏度與200攝氏度之間或150攝氏度與170攝氏度之間的範圍內)。如果所得固體的顆粒比所希望的更大，那麼可以將所得固體切割 或打碎成小塊，例如借助砂漿拌合機、錘轉子研磨機、切割研磨機或者振動板研磨。(d)之後，用篩子來篩分所得固體(任選地切割或打碎)從而獲得在所希望的直徑範圍內的顆粒。
根據一第三方面，提供了用於生產在揚聲器裝置中用作收氣劑材料的一沸石材料的方法，該方法包括：(i)由矽與鋁質量比為至少200的沸石微粒以及一包括有機溶劑的非極性溶劑來製備一沸石懸浮液；(ii)將該沸石懸浮液與一黏合劑懸浮液混合，以獲得一沸石-黏合劑混合物；並且(iii)將該沸石-黏合劑混合物乾燥。根據一第三方面的多個實施方式，如關於第一方面或其實施方式及實例所描述的對該沸石材料進行配置或處理。
根據一實施方式，該溶劑由至少一種有機溶劑組成。根據另一實施方式，該溶劑包括至少一種有機溶劑以及至少一種無機溶劑。
根據一第四方面，提供了具有矽與鋁質量比為至少200的多個沸石微粒的一沸石材料在一揚聲器裝置區域中的用途，該區域暴露於由該揚聲器裝置的一揚聲器所產生的聲音中。根據第四方面的多個實施方式，如關於第一方面或其實施方式及實例所描述的對該沸石材料進行配置或處理。
關於揚聲器裝置、一沸石材料、一生產沸石材料的方法以及沸石材料的用途，對在此揭露的主題的示例性實施方式在以上已經進行了描述、並在以下將對其進行描述。當然必須指出，與在此揭露的主題的不同方面相關的任何組合也是可能的。例如，已經參照裝置類型的技術方案對某些實施方式進行了描述，而參照方法類型的技術方案對其他的實施方式進行了描述。然而，熟習該項技術者將從以上和以下的說明中總結出，除非另外指明，除了屬於一方面的多種特性的組合之外，與不同的方面或實施方式相關的多種特性(例如甚至是在裝置類型的技術方案特性與方法類型的技術方案特性之間)的組合也被認為 在本申請中進行了揭露。
以上限定的該等方面和實施方式以及本發明的其他方面和實施方式從下面描述的實例中變得清晰並且參照附圖進行解釋，但是本發明並不被限制於此。
2‧‧‧信號源
3‧‧‧揚聲器
4‧‧‧密封件
5‧‧‧封閉體積
6‧‧‧音頻輸出端口
7‧‧‧音效卡
8‧‧‧左側線路輸入端口
9‧‧‧右側線路輸入端口
10‧‧‧電阻
11‧‧‧左側輸出端口
12‧‧‧音效卡
14‧‧‧左側輸入
15‧‧‧話筒
30‧‧‧阻抗測量電路
40‧‧‧阻抗響應測量電路
50‧‧‧用於聲壓級測量的裝備
100‧‧‧沸石材料
102‧‧‧沸石微粒
104‧‧‧沸石微粒內的第一孔隙
106‧‧‧沸石微粒間的第二孔隙
108‧‧‧顆粒
200‧‧‧揚聲器裝置
202‧‧‧揚聲器接收座
圖1示意性地示出了用於阻抗測量的測量電路；圖2示意性地示出了用於測量揚聲器裝置的阻抗響應的測量電路；圖3示意性地示出了用於聲壓級測量的測量電路；圖4示意性地示出了根據在此描述的主題的實施方式的一沸石材料顆粒；圖5示意性地示出了根據在此描述的主題的實施方式的一沸石材料；圖6示出了對於根據在此描述的主題的實施方式所述的沸石的氮吸附等溫線；圖7示出了對於老化之前和之後的BEA沸石的氮吸附等溫線；圖8示出了對於老化之前和之後的MFI沸石的氮吸附等溫線；圖9示出了對於老化之前和之後的FER沸石的氮吸附等溫線；圖10示出了對於根據在此描述的主題的實施方式所述的沸石的電阻抗曲線；圖11示出了對於根據在此描述的主題的實施方式所述的沸石的累積孔體積曲線；圖12示出了對於圖11的沸石材料和對於空的共振空間的電阻抗曲線；圖13示出了對於根據在此描述的主題的實施方式所述的揚聲器、對於一帶有空的共振空間的揚聲器裝置以及對於一在其共振空間中具有活性碳纖維的揚聲器裝置的聲壓級測量； 圖14示出了對於根據在此描述的主題的實施方式所述的沸石材料的不同顆粒大小的電阻抗曲線；圖15示出了對於根據在此描述的主題的實施方式所述的具有不同聚合物含量的沸石材料的電阻抗曲線；及圖16示出了根據在此描述的主題的實施方式所述的一揚聲器裝置。
附圖中的展示係示意性的。應注意在不同的附圖中，相似或相同的要素配備有相同的參考標記、或只在首位數位上與對應的參考標記不同的參考標記。
下面對在此呈現的用於測確定實驗結果的測量方法進行說明。
室溫氮吸收測量
已經於25攝氏度(℃)在25毫巴(mbar)與1100mbar之間用一台「Quantachrome」公司的吸收測量裝置「Nova 1000e」確定了氮吸附等溫線。進一步的技術資訊可以從「Quantachrome」公司的技術數據表獲得，例如在Powder Tech Note 19中的「用於確定氣體在多孔材料上的常溫吸附作用(A Method for the Determination of Ambient Temperature Adsorption of Gases on Porous Materials)」章節中。
電阻抗的測量
對揚聲器阻抗的測量係基於圖1中所示的電路30。將參考電阻R2連接在一激勵信號源2與一揚聲器3之間。R1表示供電線路1的歐姆電阻。
電阻抗係依賴於頻率的。在測量了作為頻率f的函數的電壓U1和U2(即U1(f)和U2(f))之後，根據以下等式來計算阻抗Z：
圖2所示的用於確定阻抗響應的測量電路40包括NXP RA11×15×3.5類型、序號0001A5 9205E 11141345的一揚聲器，該揚聲器在圖2中標為3、已經用密封件4將其密封式封閉地安裝在一封閉的體積5(約500mm3、12.5mm×9.5mm×4.2mm)上。封閉的體積5形成了用於該揚聲器的一共振空間。共振空間為空時的共振頻率係1000Hz。在一示例性實施方式中，激勵信號係由一電腦音效卡7產生的，其中該激勵信號經由電腦音效卡7的音頻輸出端口6而提供給揚聲器。左側線路輸出端口6用於輸出測試信號，左側線路輸入端口8用於獲取一受測裝置(DUT)信號，並且右側線路輸入端口9用作一參考輸入端口。電阻10用於阻尼該測試信號。
藉由共振效應，產生了測試信號的放大，其中這種放大作用依賴於共振空間的體積。如果共振空間的體積為空，那麼在某一頻率下存在對測試信號的某種放大。藉由減小這個體積，放大作用向更高頻率偏移。藉由增大體積、或藉由將一適當的沸石材料放置在共振空間中，可以使放大作用的最大值向更低頻率偏移。
聲壓級測量
圖3示意性地示出了用於聲壓級測量的實驗裝備50。音效卡12的左側輸出端口11用作揚聲器3的信號源。音效卡的左側輸入14用於記錄一話筒15的輸出電壓。
為了評估測量數據，使用了程式「Arta」和「Limp」。關於這種評估和實驗裝備的進一步細節可以從程式「Arta」和「Limp」的使用者指南上獲取。該等使用者指南可以從http：//www.fesb.hr/~mateljan/arta/下獲得。
實施方式的結果和說明
根據諸位發明人的發現，習知技術並沒有提供一具有抗老化的、功能良好的低聲阻吸附劑的揚聲器系統。例如，可以將活性碳用作氣 體吸附材料，然而存在多種問題。活性碳係導電的並且可以干擾揚聲器的電磁換能器或者揚聲器之內或外部的其他電子零件。藉由導電材料中的電流感應產生的、與周圍設備的相互作用通常是不希望的。例如，如果靠近該導電材料放置了天線，那麼天線的傳輸功率被降低。
此外，使用基於碳的材料可能導致另外的問題。例如，諸位發明人已經觀察到，具有化學反應性的活性碳可以與揚聲器殼體的金屬零件發生反應，從而導致腐蝕。與使用活性碳相關的另一嚴重的問題係由活性碳的畸變而出現短路。
對於高於500Hz的共振頻率而言，尚未得知有非導電的吸收材料會產生共振空間體積的至少2倍的虛擬聲學放大。藉由虛擬聲學體積的至少2倍的放大，對於已知的微型揚聲器系統可以實現高於150Hz的向低頻率的共振偏移。為了實現共振空間的高的虛擬放大，重要的是在105Pa下對(空氣的主要部分)氮的高吸收容量以及高的吸收係數(dn/dp)，以便允許在發生壓力變化時大體積的氣體吸附在這種吸收材料上或從其上脫附。在此，「n」係指氣體的吸附量，並且「p」係指氣體的壓力。
為了獲得良好的吸收容量，收氣劑的表面應當儘量大，因為氣體分子主要吸附在表面。然而，其他參數如形態、化學結構、表面的曲率等等對材料的吸收容量也是重要的。然而，至少對處於其臨界溫度Tc以上的溫度下的氣體，物質的上述性質與其吸收特性之間的確切關係係未知的。對於處於環境溫度的氧氣和氮氣正是如此，因為Tc(N2)=126K並且Tc(O2)=155K。由於對收氣劑而言可用的體積是有限的，所以對用於虛擬聲學體積放大的收氣劑的適用性的一判據係每體積單位的吸收容量。因此，每質量單位的吸收容量僅具有有限的意義。
根據諸位發明人的發現，具有固有非孔性材料和低微粒大小的一收氣劑對於獲得共振空間的虛擬聲學放大而言是不適用的。這樣的材 料係具有約9nm微粒大小的乾燥的膠態SiO2。對於這樣一微粒大小，黏合劑微粒應當具有相同的大小，因為否則的話每體積單位的收氣劑微粒的量並且因此每體積單位的吸附表面將大程度地降低。然而，收氣劑微粒之間在奈米範圍內的距離造成了對於收氣劑而言不希望的高聲阻。
對於具有巨大內表面的材料，即對於固有多孔性的材料如沸石，可以用更大的微粒來構造該收氣劑。
沸石典型地是以高達10μm的微粒大小合成的。如果該等微粒以一簡單的方式彼此膠合，則由於微粒之間的距離小，所獲得的聲阻係過高的。
直徑高於10μm的沸石微粒的一問題係該等微粒的內部區域的可及性。由於用於對應的吸附和脫附過程的時間跨度係在數個毫秒之內，所以到達吸附位置的路徑應當儘量短，這對大於10μm的微粒是無法實現的。因此，與更小的微粒相比，以這樣的微粒填充的共振空間只有有限的虛擬聲學體積的增大。
圖4示出了根據在此描述的主題的實施方式所述的一沸石材料100。沸石材料100包括多個沸石微粒，其中一部分在圖4中以102指示。 該等沸石微粒具有多個內部的第一孔隙104，由圖4中所示的單獨的沸石微粒之內示出的結構來表示。
該等沸石微粒用一黏合劑(在圖4中未示出)黏連在一起。根據在此揭露的主題的一實施方式，在該等沸石微粒102之間形成了多個第二孔隙106。在一示例性實施方式中，第二孔隙106具有約1至10微米的直徑，如圖4中所示。由於該黏合劑，圖4中該等單獨的微粒102被黏連在一起而形成一顆粒108。
應當進一步提到的是，雖然在圖4中將該等沸石微粒102繪成矩形的形狀，但實際的沸石微粒可以具有不同的形式，該等形狀取決於沸 石微粒的真實結構。
圖5示出了圖4中所示類型的多個顆粒108。如在圖5中表示的，在一實施方式中顆粒108的直徑係約0.5mm至0.6mm。
藉由廣泛的實驗，諸位發明人發現，使用具有FER或MFI結構類型的沸石可以獲得良好的吸收特徵。在該等實驗中，結果係具有高的矽與鋁質量比的沸石關於吸附/脫附要求是有利的。這可能是由於該等沸石的增大的疏水性，使得一般有可能共存的水吸附過程僅在有限程度上發生。
能以純SiO2或幾乎純的SiO2的形式合成的沸石結構係例如DDR、FER、MFI或BEA類型的。這種三字母代碼涉及根據國際沸石協會的沸石分類，並且除其他之外可以從http：//www.iza-online.org/獲得。該代碼將沸石根據它們的原子結構進行排序。至少純SiO2形式的沸石的特徵為非常低的鋁含量，即高於200的矽與鋁質量比。
藉由廣泛的測量，已經發現在所研究的該等沸石中FER沸石類型在室溫下具有最高的氮吸收容量。實驗結果的細節在圖6中示出，其中在以毫巴(mbar)計的壓力p上展示了BEA、MFI、FER和DDR沸石類型的吸附氣體(氮氣)的量A，以毫莫耳每毫升(mmol/ml)計。為了測量吸附容量，粉末形式的純矽沸石已經在500攝氏度下活化了1小時。進行活化係為了從沸石上去除任何可能的殘留物。沸石的體積係藉由測量沸石的質量並將該質量除以晶體形貌法(cristallographyically)測定的沸石密度(這也是技術人員已知的)而確定的。
為了確定所研究的沸石的老化行為，在活化之後(曲線1)且在正常條件下於環境溫度下老化一周(曲線2)之後確定氮吸附等溫線(在以mbar計的壓力p上的吸附氣體A的量，以mmol/ml計)。
BEA沸石類型的結果在圖7中示出，MFI沸石類型的在圖8中示出，並且FER沸石類型的在圖9中示出。
總結上述發現，在純SiO2改性的所考慮的沸石之中，鎂堿沸石(FER)的結構類型在常壓下具有最高的每體積單位氮吸收容量、而且與處於其幾乎純SiO2的改性下的BEA的沸石類型相比不發生老化。迄今為止，對這種出於意料的實驗結果還沒有解釋。雖然技術人員已知沸石可以吸附不同的物質並且對高蒸氣壓物質的吸附可能導致孔隙的阻塞並因此導致小分子吸收容量的降低，然而不清楚為什麼被沸石BEA吸附的那些物質明顯地導致了吸收容量的不可逆降低以及為什麼這種效應對於FER沸石並不發生。對於MFI沸石類型，由於環境的影響，只有可忽略的老化過程發生，這導致了在揚聲器裝置中吸收容量的同樣可忽略的降低。因此，MFI沸石在老化行為上是與FER沸石類型相當的。
因此，對於根據在此揭露的主題所述的在揚聲器裝置中作為收氣劑材料的應用，FER沸石類型係一折中的候選物。然而，應當理解的是，還可以使用其他類型的沸石來提供根據在此揭露的主題的沸石材料。
在對所研究的沸石的固有孔隙的孔徑的比較中，發現BEA、MFI、FER、DDR沸石的固有孔隙的直徑按此順序連續地落在從0.7nm到0.4nm之內。從實驗中看出，使用具有小的固有孔徑的沸石似乎是有利的，其中固有孔徑的下邊界係由氮氣分子的大小(約0.4nm)給定的。然而，迄今為止，對具有0.44nm×0.36nm孔徑DDR沸石的差性能還沒有解釋，這種孔徑應該為氮氣提供了良好的可及性。
總體上有可能的是，能以疏水形式生產的其他沸石類型也適用於提供根據在此揭露的主題所述的沸石材料。例如，沸石類型CHA、IHW、IWV、ITE、UTL、VET、MTW也可以作為純的或摻雜的SiO2改性物進行生產並且具有疏水特性。摻雜可以用例如週期表第四族的元素(如用鍺)來進行。
從該等實驗中發現，沸石的初級微粒的微粒大小有利地是低於10 μm。根據在此揭露的主題的一實施方式，該等初級微粒的直徑係在低於5μm。根據另一實施方式，該等初級微粒的直徑係低於2μm。根據另一實施方式，該等初級微粒的直徑係大於300nm。
藉由比較測量結果顯示，大於10μm的初級微粒直徑對於揚聲器裝置的共振空間的虛擬聲學體積放大是有害的。圖10示例性地示出了具有FER沸石的揚聲器裝置在以赫茲(Hz)計的頻率f上的以歐姆(Ω)計的電阻抗I的測量結果，該沸石具有不同初級微粒直徑、以粉末施用。為此，對兩種不同的微粒大小測量了具有空的共振空間以及具有用純SiO2改性的FER沸石填充的共振空間的一揚聲器裝置的電阻抗曲線。所施用的沸石的質量各為60mg。結果在圖10中示出。曲線(1)示出了具有5μm直徑的FER沸石的揚聲器裝置的阻抗。圖10的曲線(2)對應於空的共振空間，並且曲線(3)對應於用約100μm的初級微粒直徑的FER沸石填充的共振空間。由於沸石係以粉末形式施用，所以在沒有相當大的阻尼的情況下不能在揚聲器的共振空間中施用更多的沸石。從圖10中可以得出，對於100μm的初級微粒直徑，與空的共振空間相比，所獲得的共振最大值的偏移係低於10μm的初級微粒直徑的共振最大值的偏移。此外，對於更大的初級微粒大小，共振峰的半高全寬大得多。
從諸位發明人所進行的實驗中發現，在孔徑大於沸石的固有微孔隙的大孔隙的存在下，與沒有大孔的相同材料相比，共振峰的偏移進一步增大並且阻尼被降低。如何能夠獲得大量的這種大孔隙的一實驗性實例(以下稱為第一方法)係使用44g純SiO2改性的並且具有1μm的初級微粒大小(直徑)的燒結的沸石MFI、並將這種沸石分散在96%的乙醇中。然後，提供一聚丙烯酸酯懸浮液，其量值係使得聚丙烯酸酯在固態產物中的濃度為5%。為此，以11重量%聚丙烯酸酯的濃度提供一初始的水性聚丙烯酸酯懸浮液。首先用96%的乙醇將聚丙烯酸酯懸浮 液的體積加倍、並且之後在大範圍攪拌下加入該沸石懸浮液中。在160攝氏度的溫度下在3-4秒之內將所得的混合物倒在一大小為50×50cm2的板上。之後將所得的固體以切割研磨機打碎並以分析篩進行分級。 由此獲得的固體中的累積的孔隙分佈藉由水銀孔隙度法確定。結果在圖11的曲線(1)中示出，其中將以立方毫米每克(mm3/g)計的累積孔隙體積Vp對於以微米(μm)計的孔徑d作圖。應注意的是，累積孔隙體積意味著如果在一特定的孔徑處不存在孔體積，則這個體積水平係恒定的。因此，由該累積孔體積的一階導數(d(Vp)/d(d))可以獲得孔徑分佈。
另外，根據在此揭露的主題的實施方式所述的一對比材料的結果也在圖11中示出。該對比材料係藉由將44g純SiO2改性的並具有1μm的初級微粒大小的燒結的沸石MFI分散在水中而得到的。隨後，加入一水性的聚丙烯酸酯懸浮液(11重量%的聚丙烯酸酯)，使得相對於總固體含量而言的聚合物部分是5%。用一攪拌裝置使該混合物均勻化、並用熱空氣在攪拌下將其乾燥。將所得的固體用切割研磨機打碎並用分析篩進行分級。這種材料在孔徑(也藉由水銀孔隙度法獲得)上的累積孔隙體積在圖11中以曲線(2)示出。從圖11很明顯的是用於製備該沸石材料的第一方法導致了直徑在1μm-10μm範圍內的大孔隙的分數的顯著增長。
圖12示出了這兩種材料在頻率f上的電阻抗(I)測量結果，其中曲線(1)對應於具有增大的大孔隙分數的材料，而曲線(2)對應於該對比材料，並且曲線(3)對應於空的共振空間。具有增大的大孔隙分數的材料導致更高的共振偏移、更高的虛擬聲學體積增大、並且同時降低了阻尼。
在圖13中，示出了一可商購的NXP RA11x15x3.5類型的微型揚聲器裝置在頻率f上的聲壓級(SPL)的測量結果，該揚聲器的背面體積(共振空間)為1cm2。線1示出了具有空的共振空間的揚聲器裝置的頻率回 應，線2示出了在共振空間中具有活性碳纖維網的這個揚聲器裝置的頻率回應，而線3示出了在共振空間中具有含增大的大孔隙分數的沸石材料的相同揚聲器裝置的頻率回應。藉由這兩種材料：活性碳纖維網和具有增大的大孔隙分數的沸石材料，共振頻率在相同程度上偏移，從800Hz降到630Hz。這兩種材料的阻尼也是相當的。這兩種材料都在這樣微弱的程度上對揚聲器進行阻尼，使得維持了約90dB的原始聲壓級。然而，該具有增大的大孔隙分數的沸石材料係一不導電的材料並且不經受老化。
根據一實施方式，該沸石材料的單獨組分(在此稱為顆粒)具有在0.1mm與0.9mm之間的直徑、並且包括多個沸石微粒(參見以上的圖4和圖5)。根據另一實施方式，該等顆粒具有在0.4mm與0.7mm範圍內的直徑。例如，以上引述的具有增大的大孔隙分數的沸石材料具有0.3mm的顆粒大小。為了研究顆粒大小的影響，用對應的篩子獲得了不同顆粒大小的分量，並且獲得了該等材料的電阻抗圖譜。圖14示出了所測量的圖譜(在赫茲計的頻率f上的以歐姆計的阻抗I)。圖14中該等單獨曲線的對應的顆粒直徑以mm給出。如從圖14很明顯的是，對於0.6mm的顆粒直徑以及在0.3mm的顆粒直徑以下，與在0.3mm至0.6mm範圍內的顆粒直徑相比，共振最大值的頻率偏移更小並且阻尼更高。
小於0.1mm的顆粒大小造成該等顆粒在揚聲器中的不希望的移動，這可能造成聲音的非線性扭曲。對於大於0.9mm的顆粒直徑，聲阻不希望地增加了。
根據在此揭露的主題的另一實施方式，該收氣劑材料包含少於20%的黏合劑(聚合物材料)。根據另一實施方式，該收氣劑材料包含少於10%的黏合劑。根據另一實施方式，該收氣劑材料包含至少1%的黏合劑。該黏合劑將沸石初級微粒膠合在一起。在實驗中其結果係，對於大於10%的聚合物分數(在固態中)，藉由在揚聲器裝置的共振空間中 引入該材料而實現的虛擬聲學體積的放大係小於1.5。對於低於4%的聚合物濃度(仍然是相對於固態的總質量(聚合物質量/總質量))，所得的材料係不穩定的並且顯示了嚴重的磨損。圖15示出了具有不同聚合物濃度的材料在頻率f上的電阻抗(I)的曲線。圖15的圖譜中使用的材料包括如上所述獲得的、具有增大的大孔隙分數的沸石的沸石微粒(圖11的曲線1)。圖15的曲線1係對於具有6%聚合物的沸石材料而獲得的，而圖15的曲線2係對於具有12%聚合物的沸石材料而獲得的。如從圖15中很明顯的是，更高的聚合物含量導致了共振頻率向低頻率的更小偏移。
圖16示出了根據在此描述的主題的實施方式所述的一揚聲器裝置200。揚聲器裝置200包括一揚聲器接收座202用於接收一揚聲器3。此外，揚聲器裝置200在一區域204(例如一共振空間)中包括根據在此揭露的主題的多個方面和多個實施方式所述的一沸石材料100，該區域被暴露於由揚聲器裝置200的揚聲器3所產生的聲音中。
應注意的是，術語「包括」並不排除其他要素或步驟，並且「一」、「一個」或「一種」並不排除複數。而且可以將與不同實施方式聯合說明的要素進行組合。還應注意的是，技術方案中的參考標記不應被解釋為限制技術方案的範圍。
為了概括以上描述的本發明的實施方式，可以如此陳述：提出了一揚聲器裝置，該揚聲器裝置包括一沸石材料，這種沸石材料包括矽與鋁質量比為至少200的多個沸石微粒。對於具有的直徑在0.7微米與30微米之間範圍內的孔隙的增大的分數，已經觀察到共振頻率向低頻率的增大的偏移。

Claims (25)

  1. 一種聲換能器殼體(acoustic transducer housing)，其包含：一內部體積；及在該聲換能器殼體的一接收座(receptacle)，其組態以用於安裝一聲換能器，其中該聲換能器殼體的該內部體積之一第一部分係一背面體積(back volume)，及其中該聲換能器殼體的該內部體積之一第二部分係經組態以聲學地耦合該接收座至該背面體積；及一預定量的沸石顆粒(zeolite granule)，其置於該聲換能器殼體之該背面體積之內，每一沸石顆粒包含：複數個沸石微粒(zeolite particles)，其各包含二氧化矽及鋁組分(constituents)，及其中矽與鋁質量比為至少200；及一黏合劑介質(binder agent)，其黏連(adhere)該複數個沸石微粒在一起為該沸石顆粒；其中該沸石顆粒具有小於0.9毫米及大於0.1毫米之一直徑。
  2. 一種聲換能器裝置，其包含：如請求項1之聲換能器殼體；及一聲換能器，其安裝於該聲換能器殼體之該接收座中。
  3. 一種氣體吸附材料，其用於吸收及脫附於一聲學裝置之一實質上封閉體積之內所含有之一氣體介質，該氣體吸附材料包含複數個沸石顆粒，其中該複數個沸石顆粒之各者係包含下列各者：複數個沸石微粒，其各包含二氧化矽及鋁組分，其中該複數個沸石微粒之矽與鋁質量比為至少200；及一聚合物材料，其黏連該複數個沸石微粒在一起； 其中該複數個沸石顆粒具有小於0.9毫米及大於0.1毫米之中值(mean)直徑；及其中該複數個沸石顆粒係適於偏移該實質上封閉體積之一共振頻率及減少該聲學裝置之電阻抗。
  4. 如請求項3之氣體吸附材料，其中該複數個沸石顆粒包含具有FER結構、MFI結構、或FER結構及MFI結構兩者之該複數個沸石微粒。
  5. 如請求項3之氣體吸附材料，其中該複數個沸石顆粒包含具有小於10微米及大於0.1微米之中值直徑的該複數個沸石微粒。
  6. 如請求項3之氣體吸附材料，其中該複數個沸石顆粒包含為疏水性的、為電絕緣的、及為無腐蝕性的該複數個沸石微粒。
  7. 如請求項3之氣體吸附材料，其中該複數個沸石顆粒包含具有複數個微孔隙之該複數個沸石微粒，其中該複數個微孔隙具有在一第一直徑範圍內的中值直徑；其中該複數個沸石顆粒之一部分，其各具有置於該複數個沸石微粒之間的複數個大孔隙，其中該複數個大孔隙具有在一第二直徑範圍的中值直徑；及其中該第二直徑範圍係大於或等於該第一直徑範圍至少一個數量級。
  8. 如請求項7之氣體吸附材料，其中該第一直徑範圍係在0.4奈米至0.7奈米之間。
  9. 如請求項7之氣體吸附材料，其中該第二直徑範圍係大於或等於50奈米。
  10. 如請求項7之氣體吸附材料，其中該複數個大孔隙具有在0.7微米至30微米之間的直徑範圍內有一局部峰值的一孔徑分佈。
  11. 如請求項3之氣體吸附材料，其中一單一沸石顆粒的該聚合物材料之總質量相對於該單一沸石顆粒之總質量係在從1%到20%的 範圍內。
  12. 如請求項3之氣體吸附材料，其中該聚合物材料係由聚丙烯酸酯懸浮液、聚苯乙烯乙酸酯懸浮液、聚乙烯乙酸酯懸浮液、聚乙烯乙酸乙烯酯懸浮液、或聚丁二烯橡膠懸浮液所形成。
  13. 如請求項3之氣體吸附材料，其中該複數個沸石顆粒在約一大氣壓下對氮氣氣體具有一高吸收容量及一高的吸收係數。
  14. 如請求項3之氣體吸附材料，其中該複數個沸石顆粒在一大氣壓下不會以每體積單位為基礎經歷針對在該流動介質中的氮氣氣體之吸收容量的一實質上退化。
  15. 一種揚聲器殼體，其包含：一三維封閉體，其定義一聲腔(caoustic chamber)；及在該揚聲器殼體之一口徑(aperture)，其經組態以用於耦合一揚聲器至該聲腔，其中該揚聲器殼體的該聲腔之一第一部分係一背面體積，及其中該揚聲器殼體的該聲腔之一第二部分係經組態以聲學地耦合該口徑及該背面體積；及如請求項3之氣體吸附材料，其置於該揚聲器殼體的該背面體積之內。
  16. 一種聲學裝置，其包含：如請求項15之揚聲器殼體；及一揚聲器，其安裝於該揚聲器殼體之一接收座內，其中該揚聲器之部分係置於該三維封閉體之內及係聲學地經由該聲腔的該第二部分耦合至該背面體積及該氣體吸附材料。
  17. 一種沸石吸附劑(zeolite adsorber)，其用於吸收及脫附於一聲學裝置之一實質上封閉體積之內所含有之一氣體介質，該沸石吸附劑包含複數個沸石顆粒，其中該複數個沸石顆粒之各者包含下列各 者：複數個沸石微粒，其各包含以一預定的矽與鋁質量比之二氧化矽及鋁組分；及一聚合物材料，其黏連該複數個沸石微粒在一起；其中該沸石吸附劑為疏水性的、為無腐蝕性的、及電絕緣的；及其中該沸石吸附劑係適於偏移該實質上封閉體積之一共振頻率及減少該聲學裝置之電阻抗。
  18. 如請求項17之該沸石吸附劑，其中該預定的矽與鋁質量比為至少200。
  19. 如請求項17之該沸石吸附劑，其中該預定的矽與鋁質量比為至少300。
  20. 如請求項17之該沸石吸附劑，其中該複數個沸石顆粒包含具有FER結構的複數個沸石微粒。
  21. 如請求項17之該沸石吸附劑，其中該複數個沸石顆粒包含具有MFI結構之複數個沸石微粒。
  22. 如請求項17之該沸石吸附劑，其中該沸石吸附劑在一大氣壓下不會以每體積單位為基礎經歷針對氮氣氣體之吸收容量的一實質上退化。
  23. 如請求項17之該沸石吸附劑，其中該沸石吸附劑改變該實質上封閉體積之虛擬聲學體積。
  24. 如請求項17之該沸石吸附劑，其中該複數個沸石顆粒具有小於0.9毫米及大於0.1毫米之中值直徑。
  25. 一種聲學裝置，其包含：一揚聲器殼體，其包含用於一揚聲器之一背面體積及一接收座(receptacle)； 一揚聲器，其置於在該接收座中，其中該揚聲器之一部分係聲學地耦合至該背面體積；及一氣體吸附材料，其置於該背面體積內，其中該氣體吸附材料包含如請求項17之沸石吸附劑。
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