用于无孔声膜的压力平衡构造的制作方法
本申请要求于2016年04月06日提交的美国临时申请第62/319,114号的优先权，其全部内容和公开以参见的方式纳入本文。
本发明总体涉及一种压力平衡构造。更具体而言，而非限制性地，本发明涉及一种用于保护声学装置以及平衡声学装置中的压力的压力平衡构造。
背景技术：
在许多应用和环境中采用声学覆盖层技术以保护声学装置的敏感部件远离环境条件。当不与碎屑、水或来自外部环境的其它污染物接触时，声学装置的各种部件运转最佳。特别地，声学换能器(例如，传声器)可能对结垢较敏感。由于上述原因，常常需要采用声学覆盖物来封围声学装置的工作零件。
已知的保护性声学覆盖层包括无孔薄膜和多孔膜，诸如膨胀型聚四氟乙烯(eptfe)。在us6,512,834和us5,828,012中也对保护性声学覆盖物进行了描述。保护性覆盖物能够以下述两种方式传递声音：第一种方式是通过允许声波穿过该覆盖物，称为阻力式保护覆盖物；第二种方式是通过振动产生声波，称为声振式或反应式保护覆盖物。
日本专利申请公开第2015-142282号(p2015-142282a)公开了设置有防水的声音传递薄膜的防水部件。支承层粘附至防水的声音传递薄膜的至少一侧的表面。上述支承层为聚烯烃系树脂泡沫，其损耗模量小于1.0×107pa。
日本专利申请公开第2015-111816号(p2015-111816a)公开了设置有防水换气构件的防水换气结构。
wo2015/064028公开了防水换气结构。上述结构包括：壳体，该壳体具有内部空间和开口部段；防水换气薄膜，该防水换气薄膜以阻挡上述开口部段的方式配置；电声转换部件，该电声转换部件配置在上述内部空间内；第一双侧粘合带，该第一双侧粘合带直接粘结至上述壳体的内表面并且粘结至上述防水换气薄膜的表面的周缘部段；以及第二双侧粘合带，该第二双侧粘合带直接粘接至上述防水换气薄膜的反面的周缘部段并且粘结至上述部件。上述防水换气薄膜的耐水压力为50kpa或更大，并且上述第一双侧粘合带的基材为泡沫体。
美国专利第6,188,773号公开了防水型传声器，该防水型传声器包括：传声器壳体，该传声器壳体设置有单元收容腔室，该单元收容腔室具有声音接收开口部；传声器单元，该传声器单元收容在上述单元收容腔室内；以及防水膜，该防水膜气密地安装在上述声音接收开口部上。上述防水型传声器还包括通气孔以及安装在上述通气孔上的压力平衡膜，上述通气孔形成在上述传声器壳体内以致使上述单元收容腔室与上述传声器壳体的外部连通。
美国专利申请公开第2014/0270273号公开了用于控制和调节mems(微机电系统)传声器的低频响应的系统和方法。上述mems传声器包括膜体与多个通气口。上述膜体构造成施加在该膜体上的声压使该膜运动。上述通气口定位在上述膜体附近。每个通气口构造成选择性地定位在开放位置或封闭位置。控制器确定将放置在上述封闭位置的通气口的整数数量，并且产生信号致使整数个通气口被放置在上述封闭位置并且致使任意剩余的通气口被放置在上述开放位置。
美国专利申请公开第2015/0163572号公开了包括声膜和至少一个压力通气口。上述压力通气口平衡上述声膜的第一侧部上的气压与上述声膜的第二侧部上的气压。此外，上述压力通气口位于扬声器或传声器模块的声音路径上。这样，上述声膜的不同侧部上的气压将不会阻碍该声膜的运动。在一个或多个实施方式中，上述压力通气口可以是声学不透的。由于上述压力通气口位于扬声器或传声器模块的声音路径上，因此，声学不透可以确保上述压力通气口自身不会对上述扬声器或传声器模块的运转造成干扰。
存在的后续问题是许多声学覆盖层的设计被证明不适合一些环境。例如，增加防水渗透的设计弹性可能降低平衡声学装置周围的压力的设计能力，这可能是由温度变化、环境压力的变化或其它环境变化引起的。压力差可能会影响或阻碍声学覆盖层中的膜体的声学响应并且可能导致声学换能器的偏置。
技术实现要素：
根据本发明一实施例，通过外壳提供一种用于声学装置的压力平衡组件，上述外壳具有用于在该外壳的外部与该外壳内的声腔之间传递声波的开口。具有面向声腔的第一侧部和面向开口的第二侧部的无孔膜与上述外壳连接。与无孔膜的第一侧部的至少一部分连接的透气层构造成限定该声腔。声学装置能够与声腔连接，该声学装置能够产生和/或接收声波。透气层能够提供进入或离开声腔的、在6.9kpa下的速率(流量)不大于500ml/分钟的气流以平衡上述声腔与该声腔外的环境之间的压力。
在实施例中，压力平衡组件的部件(或层)能够引入由于声能的吸收或重定向引起的、组装有上述压力平衡组件的声学装置的声学灵敏度的降低，在本文中被描述为插入损耗。与不具有任何无孔膜或透气层的类似定位的换能器相比，插入损耗可测量为声压(例如，分贝)的降低，而声压的降低由压力平衡组件中的声学换能器测量到。优选地，在实施例中，最小插入损耗(即，无插入损耗或微小的插入损耗)将在频率范围内产生(即，在频率范围内幅度一致的较小的插入损耗)。一些实施例可以产生在一个或多个频率或频率范围内在幅度上达到峰值的插入损耗。在一些实施例中，压力平衡组件能够具有不大于30分贝、不大于25分贝、不大于20分贝、不大于15分贝、不大于10分贝或者不大于5分贝的插入损耗峰值。各种实施例的压力平衡组件能够通过透气层提供进入或离开声腔的、在6.9kpa(千帕)下的速率不大于250ml/分钟或者在6.9kpa(千帕)下的速率不大于100ml/分钟的气流。
在一些实施例中，压力平衡组件能够进入或离开声腔的、速率(流量)足够高的气流以防止或迅速消除声腔与环境之间的压力累积或压力差。压力平衡组件能够平衡声腔与例如声腔外的装置外壳的内部环境之间的压力。压力平衡组件能够包括透气层，该透气层构造成防止湿气进入声腔。
在一些实施例中，压力平衡组件能够包括声学装置，该声学装置包括微机电(mems)传声器(麦克风)、换能器、声学传感器、声学扬声器、柔性电路或类似的装置，其中，在上述柔性电路上具有mems声学换能器。
在一些实施例中，压力平衡组件能够包括透气层，该透气层对声腔进行界定。在一些情况下，透气层能够包括围绕声腔的环状件。透气层可以是聚合材料、金属材料、陶瓷材料、复合材料、纺织材料、或者供空气穿过的粘性材料。在一些情况下，透气层具有正的、非零的进水耐压力，例如不小于0.2psi(磅/平方英寸)。在一些情况下，透气层能够包括多孔eptfe层、织造织物或织造纺织复合物。
在一些实施例中，压力平衡组件能够包括无孔膜的第一侧部与透气层的至少一部分之间的第一粘合层。在一些情况下，第二粘合层可粘附在透气层与声学装置之间。第三粘合层可以粘附(附连)在无孔膜与外壳的内表面之间。
根据本发明的一些实施例，通过在声音通路内且具有第一侧部和第二侧部的无孔膜的组件提供用于声学装置的压力平衡组件，上述无孔膜的第一侧部面向声腔并且上述无孔膜的第二侧部面向外壳的开口。分层组件能够限定声腔的壁部，上述分层组件包括透气层，其中，上述透气层的第一侧部与无孔膜的第一侧部的至少一部分附接，并且上述透气层的第二侧部构造成与声学装置附接。透气层能够提供进入或离开声腔的、在6.9kpa下的速率不大于500ml/分钟的气流，以平衡上述声腔与该声腔外的环境之间的压力。
在一些实施例中，压力平衡组件包括将上述声腔与上述透气层的部分地限定通气通路的一部分流体连接的通道，上述通气通路横向偏离于声音通路(声学通路)。在一些实施例中，粘合层能够连接在透气层与声学装置之间，并且上述通道可存在于粘合层中，例如是空隙、槽部或粘合层的形成上述通道的其它负特征。在一些实施例中，垫片可连接在透气层与声学装置之间，并且上述通道可存在于垫片中。
在一些实施例中，分层组件限定通气通路的壁部，透气层配置成跨越通气通路以使穿过该通气通路的空气穿过透气层的至少一部分。在一些实施例中，上述通气通路将声腔与该声腔外的环境流体连接，以平衡声腔与该声腔外的环境之间的压力。外壳可容纳无孔膜、分层组件以及声学装置，使得声音通路通过该外壳内的开口与该外壳的外部连接；并且上述通气通路将声腔与该外壳的内部环境连接。
结合以下描述和附图更详细地描述上述和其它的实施例以及它们的许多优点和特征。
附图说明
鉴于所附的非限制性附图，将更好地理解本发明。
图1示出了根据实施例的、具有压力平衡组件的声学装置的剖视图；
图2示出了根据实施例的、布置在声学装置上的与图1的组件相同的压力平衡组件的分解立体图；
图3示出了具有一替代实施例的压力平衡组件的声学装置的剖视图；
图4示出了具有第二替代实施例的压力平衡组件的声学装置的剖视图；
图5示出了各种实施例的压力平衡组件的声腔与声腔外部环境之间的、随着时间推移的压力差的示例图表；
图6示出了各种实施例的压力平衡组件在不同频率处的声幅(即，分贝的声压级)的示例图表；以及
图7示出了各种实施例的压力平衡组件在不同频率处的插入损耗(即，声压级与通畅的传声器相比的差值)的示例图表。
具体实施方式
本文中所描述的各种实施例涉及用于声学装置的压力平衡组件。压力平衡组件包括无孔膜以及透气层，其中，上述无孔膜提供防止湿气渗透和水渗透的保护，上述透气层通过提供通气通路以提供压力平衡。在一实施例中，声学覆盖层(声学覆盖物)包括用于高浸没应用的无孔膜。上述无孔膜有利地提供抗湿气并且防止上述声学装置受到外部环境的潜在损害。
透气层可与无孔膜不同且在声学装置中提供压力平衡而不损坏防水渗透的保护。透气层能够引导通气通路，该通气通路不直接遇到外部环境。例如，通气通路能够离开容纳声学装置的外壳内的压力平衡组件，而声音通路通常指向外壳内朝向外部环境的开口。为此，通气通路不一定需要防水并且能够被调整为提供通过上述通气通路的期望的压力传输速率。例如，上述通气通路能够至少部分地由透气层限定，通过该透气层，声音通路的受保护部分或声腔与位于外壳内的通气通路的相对端部上的环境之间的压力会平衡。
压力平衡
通气通路提供声腔与该声腔外的环境之间的压力平衡，上述声腔诸如是容纳声学装置的外壳的内部环境。特别地，通气通路可调整为提供由跨越该通气通路的压力差产生的特定的通气速率或平衡速率。平衡速率可以通过指数衰减时间常数τ描述，该指数衰减时间常数τ被定义为组件从初始压力值平衡至该初始压力值的1/e倍的值或大约63％的值所需要的时间。平衡速率还可参照不同的第二值进行描述，例如上述初始压力值的95％或99％。在一实施例中，通过选择形成通气通路的透气层的材料特性、透气层的表面积和/或透气层的厚度来调整跨越通气通路的平衡速率。通常，与薄的透气层相比，具有更多空气能够穿过的区域的透气层将具有更快的平衡速率，并且与具有相对较低的孔隙率的材料相比，具有更高孔隙率的材料将转为更快的平衡速率。在一些情况下，透气层的透气性或平衡速率可与透气层的结构相关，而与孔隙率、厚度或表面积无关。例如，透气层可包括通道或空隙，空气能够通过上述通道或空隙排出。无孔材料通常具有非常缓慢的平衡速率，但可通过扩散机理使空气缓慢通过。
在一实施例中，平衡速率可调整为足够高以允许声腔内的压力与环境变化同步平衡。例如，声腔中的温度变化会引起该声腔内的空气膨胀或收缩，这往往会增加或减少该声腔内的空气压力。无论高于或低于环境压力，声腔内的压力都会相对于换能器在自由空气中将会偏转的方式影响换能器的偏转能力。这种影响在使用mems换能器时尤为显著。因此，声腔内的压力变化会通过改变换能器对于声波的响应而引起换能器偏置。声腔内相对于环境压力增加或减少的压力可能会引起无孔膜内的变形或应力，这可能会阻碍无孔膜的声学响应并且可能致使由无孔膜产生的插入损耗显著增加。平衡速率可以足够高以允许空气通过通气通路(通气路径)足够快地进入或离开声腔以基本上防止或减缓压力累积或压力损失，上述压力累积或压力损失会引起与环境压力显著的压力差。防止或减缓上述压力累积或压力损失能够减缓或防止换能器偏置。防止或减缓上述压力累积或压力损失还可以减缓或防止无孔膜内的变形，该变形会以其它方式阻碍无孔膜的声学响应。
在一些实施例中，平衡速率可以针对具有特定条件的应用进行调整。作为第一非限制性示例，对于构造成用于航运(例如，用于监控航运集装箱)的声学装置而言，压力可能在八小时期间内波动大约13.8kpa(2psi(磅/平方英寸))。对于上述应用，压力平衡组件可仅需要以具有大约9600的指数衰减时间常数τ且大约0.036kpa(千帕)/分钟(0.005psi(磅/平方英寸)/分钟)的速率平衡。作为第二非限制性示例，对于构造成用于客机或货机的声学装置而言，压力可能在起飞期间的20分钟的时间段内波动大约22.8kpa(千帕)(3.3psi(磅/平方英寸))。对于上述应用，压力平衡组件可能需要以具有大约400的指数衰减时间常数τ且大约1.14kpa(千帕)/分钟(0.165psi(磅/平方英寸)/分钟)的速率平衡。作为第三非限制性示例，对于构造成用于较快的电梯和较高的电梯的声学装置而言，压力可能在66秒期间在大约7.6kpa(千帕)(1.1psi(磅/平方英寸))的量级上波动。对于上述应用，压力平衡组件可能需要甚至更快地平衡，例如速率在大约6.89kpa(千帕)/分钟(1psi(磅/平方英寸)/分钟)的量级上且具有大约22的声学衰减时间常数τ。其它的应用可能需要更快或更慢的平衡速率。可以根据应用选择具体的透气层以实现期望的平衡速率且使插入损耗最小化。
在一实施例中，平衡速率还可调整为足够低以减缓由于声波被通气通路吸收和/或反射所产生的声学插入损耗。在实践中，发生器与接收器之间的声音通路(声音路径)中的任何插入都可能引起插入损耗(例如，无孔膜或声腔的壁部中的声压损耗)。已表明，声音通路中的高度透气的通气层会引起一频率范围内的一个或多个插入损耗峰值。因此，透气层优选为足够透气以允许平衡但不能够透气至会引起过大的插入损耗或插入损耗峰值的程度。因此，在优选的实施例中，平衡速率被调整为落入允许平衡与环境变化同步(即，减缓换能器偏置或膜响应问题)且提供声腔壁部的充足的声学不透明度(即，减缓插入损耗或插入损耗峰值)的范围内。
进入或离开声腔的气流可关联于上述平衡速率。高速率(高流量)的气流表示更透气的材料，该材料会转化为足以防止换能器偏置的压力平衡速率。低速率(低流量)的气流表示透气较差的材料，该材料通常转化为减小的插入损耗峰值。有利的是，本发明的实施例提供位于中间范围内的进入或离开声腔的气流，在上述中间范围内能够实现适当的压力平衡以减缓换能器偏置并且能够实现速率足够低的气流以减缓插入损耗峰值。在一实施例中，透气层提供具有在6.9kpa(1psi)下不大于500ml/分钟、例如不大于250ml/分钟或不大于100ml/分钟的速率的、进入或离开声腔的气流，以平衡声腔与该声腔外的环境之间的压力。当防止换能器偏置时，上述气流可维持在具有不大于30分贝、例如不大于15分贝、不大于10分贝或不大于5分贝的插入损耗或插入损耗峰值的速率。通过透气层的气流的速率(流量)足够高以防止换能器偏置。上述气流应当足以允许压力在声腔与该声腔外的环境之间平衡以防止或减缓与环境压力的压力不平衡或压力差。在一实施例中，通过透气层的气流和进入或离开声腔的气流的速率在6.9kpa(1psi)下大于0ml/分钟，并且优选为非零或接近零。通过无孔膜的气流可忽略不计。
在一些具体的示例中，可选择平衡速率以用于特定的应用。例如，相对于用于外部压力或温度变化较慢的应用中的传感器而言，用于期望外部压力或温度迅速改变的应用中的传感器可具有增加的透气性。
压力平衡组件
图1示出了根据实施例的、用于声学装置14的压力平衡组件10的剖视图。声学装置14可以是用于产生和/或接收声波的电子装置。声学装置14与声腔12连接，以使由声学装置产生的声波直接进入声腔12并且使由声学装置接收的声波直接从声腔12传播至声学装置14。例如，声学装置14能够包括具有换能器18的电路。在一些实施例中，换能器18可以是传声器或其它声学传感器、扬声器、压力传感器或其它类似类型的传感器。在一些实施例中，换能器18可以是诸如传声器、声学传感器或声学扬声器之类的微机电(mems)装置。声学装置14可以是例如柔性电路的电子电路板，在该电子电路板上容纳换能器18。在一些实施例中，声学装置14可以是用于便携式电子装置的感测模块或控制电路，便携式电子装置诸如是移动电话、智能手机、平板电脑、便携式传声器、手持式电脑装置或其它类似的装置。
声学装置14至少部分地被外壳16封围，该外壳16保护声学装置14远离外部环境并且可以是至少部分密封和/或防水的。在一些情况下，外壳16可以是塑料盒或金属盒。外壳16容纳内部环境22，该内部环境22至少部分地包围声学装置14。
根据实施例，声音通路32由外壳16内的开口36部分地限定。虽然在图1中示出了单个开口，但在其它的实施例中可以是在外壳中的多个开口，这些开口一起限定一个声音通路或各个单独的声音通路。外壳16内的开口36用于在外壳16的外部与该外壳16内的声腔12之间传递声波。在一实施例中，声音通路32布置成当检测到声音时允许压力波、即声波从外壳16的外部传播至声学装置14的换能器18。类似地，在其它的实施例中，声音通路32布置成允许由声学装置14产生的压力波向外壳16的外部传播。声音通路32横穿无孔膜20，该无孔膜20对声腔12进行进一步限定。由于无孔膜20横穿声音通路32，因此，在本文中，无孔膜20也可称为无孔声膜。无孔膜20具有面向声腔12的第一侧(部)20a以及面向开口36的第二相对侧(部)20b。声腔12配置在无孔膜20与声学装置14的包括换能器18的部分之间。为了提供充分的声学罩覆盖，无孔膜20的最小直径至少等于或大于开口36的最大直径。开口36的最大直径可以根据外壳的应用和构造改变。本发明的压力平衡组件使用于任何尺寸的开口并且没有特别的限制。在一个示例性实施例中，开口36的直径为0.1mm至500mm，例如为0.3mm至25mm、0.5mm至10mm。根据开口的上述示例性直径，无孔膜的最小直径为至少0.1mm，例如为至少0.3mm、至少0.5mm。上述尺寸关系允许无孔膜20完全地横穿声音通路32并且防止流体或湿气侵入声腔12。外壳16的内部环境22也至少部分地通过无孔膜20密封以防止来自外部环境的流体或湿气的侵入。
在一些实施例中，分层组件38的总厚度可以是大约25μm到大约2500μm。在一些情况下，上述分层组件的总厚度可以是大约100μm到小于1000μm。具有各种构造的声学装置具有各种应用。不加限制而言，在一些示例性应用中，声学装置可以与具有例如大约100μm到1000μm的量级上的相对较小的厚度的mems换能器组合使用。因此，包含分层组件38的声学装置可以非常薄，大约在0.2mm至1.2mm的量级上，这适合包含在诸如手持式电子装置之类的小型应用中。
在一实施例中，无孔膜可以是无孔聚合物复合层。各种无孔膜材料可包括聚合物薄膜(例如，tpu、pet、硅树脂、聚苯乙烯嵌段共聚物、fep等)或聚合物复合物。膨胀型聚四氟乙烯(eptfe)复合物结构提供了声学和防水保护的良好平衡。各种无孔材料除了非常薄且轻质以外，还具有优异的声学传递性并且提供优异的防水防水保护。例如，无孔材料提供抵抗低表面张力的流体的额外保护。在一实施例中，无孔膜的厚度可以不大于500μm，例如不大于200μm或不大于100μm。在一些实施例中，无孔膜的厚度可以不大于100μm、50μm或20μm。无孔膜要足够厚以抵抗由于外部压力波动和/或声腔内的温度波动引起的压力下的破裂，同时也要足够薄以最小程度地阻碍声能穿过无孔膜。无孔膜要足够厚以抵抗该膜的过度变形，上述过度变形将对声学性能造成不利影响。
根据下述实施例，无孔膜20跨越声音通路32与声学装置14和外壳16连接。如本文中所述，具有与无孔膜20的第一侧部20a的至少一部分连接的透气层24。透气层24也限定声腔12。透气层24未定位在声音通路内并且提供声腔12的通气(部分)。由于透气层24的布置，上述通气部分至少部分地位于声音通路32的侧面。例如，无孔膜20能够通过分层组件38与声学装置14连接，该分层组件38包括第一粘合层26、透气层24以及第二粘合层28。分层组件39限定声腔12的壁部。无孔膜20能够通过第三粘合层30与声学装置14相对地和外壳16连接。第三粘合层30和无孔膜20密封外壳16以使液体不会侵入至内部环境22内。第一粘合层26、第二粘合层28以及透气层24在声腔12与内部环境22之间提供通气通路22。透气层24允许空气以例如大于500ml/分钟的速率流入或流出声腔12，上述速率足够慢以减缓或防止由声腔12引起的插入损耗峰值；但上述速率也要足够快以允许压力在声腔12与该声腔外的环境之间平衡以防止或减缓压力不平衡或压力差。例如，透气层24可允许压力在声腔12与内部环境22之间平衡。
透气层24能够由许多材料制成，上述材料包括：聚合材料、复合材料、纺织材料、金属材料或陶瓷材料以及透气粘合剂或粘合带。透气层24还可包括具有例如固有孔隙率这样的通气特征、表面特征等的材料。例如，上述透气层能够由许多聚合材料制成，上述聚合材料包括聚酰胺、聚酯、诸如聚乙烯和聚丙烯的聚烯烃、或者含氟聚合物。可利用含氟聚合物的固有疏水性、化学惰性、耐温性以及加工特性。示例性含氟聚合物包括聚偏二氟乙烯(pvdf)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(fep)、四氟乙烯-(全氟烷基)乙烯基醚共聚物(pfa)、聚四氟乙烯(ptfe)等。若透气层并非由固有疏水性材料制成，则能够通过采用本领域中已知的含氟斥水性和斥油性材料进行处理来赋予上述透气层疏水特性而不会造成孔隙率的显著损失。例如，能够采用美国专利第5,116,650号、第5,286,279号、第5,342,434号、第5,376,441号以及其它的专利文献中公开的斥水性和斥油性材料与方法。纺织透气层可包括织造材料、非织造材料以及针织材料。在一实施例中，织物透气层能够包括透气织物材料或织物/聚合物复合材料。示例性透气层包括：
具体的透气层可具有较宽范围的孔隙尺寸、孔隙体积、进水压力、穿透面透气性、横向渗透性以及其它的材料和/或零件特性。出于对比的目的，多孔eptfe透气层可以具有10微米至1000微米范围内的厚度，例如，大约180微米。
图2示出了根据实施例的、图1中所示的压力平衡组件10的简化组装视图。压力平衡组件10布置为形成声音通路32，该声音通路32用于使声波从外壳16传播至声学装置14的换能器18，或反过来传播。压力平衡组件10的各个部件能够具有变化的形状、宽度或厚度。在压力平衡组件10所示的示例性组件中，粘合层26、28、30以及透气层24采用中空的椭圆形形状或圆形形状，或者能够包含在本发明的范围内的其它中空的形状。透气层24可以是沿着无孔膜20的周界定位的环状件，以使该透气层24不在声音通路内。无孔膜20采用实心的圆形或椭圆形形状以匹配上述层的形状，但同样也能够采用其它的形状。组件10的各个部件可以重复，以便改变该组件的功能特性。例如，第一粘合层26和第二粘合层28能够增厚或包括分隔层(未示出)以增加声腔12的体积。与较小体积的声腔相比，较大体积的声腔往往更慢地改变压力。透气层24的厚度(即，在声音通路32的方向上厚度)可以分别针对通过该层的空气的通气速率。在一实施例中，透气层24的厚度为1μm至2000μm，例如为10μm至1000μm或50μm至500μm。类似地，透气层24的宽度(即，垂直于声音通路32的宽度)可以根据应用进行变化。当宽度增加时，通气速率可能减小，反之亦然。在一个示例性实施例中，开口24的直径为0.1mm至250mm，例如为0.2mm至25mm、0.5mm至5mm。在各种实施例中，例如粘合层26、28、30这样如上所述的层的某些子集可以用其它的连接手段替代。
诸如粘合层26、28、30之类的粘合层能够由每一侧均具有粘合表面的任意合适的层形成，以用于连接两个零件。例如，粘合层能够是采用粘合表面处理来浸渍的聚合物层，类似于双侧塑料胶带。粘合层可包括双侧自粘合带，该双侧自粘合带包括pet背衬以及增粘的丙烯酸粘合剂(例如，
图3示出了根据实施例的、不具有粘合层的另一压力平衡组件110的侧向剖视图。在压力平衡组件110中，声学装置114容纳在外壳116内。声学装置114包括换能器118。换能器118由声学装置114、无孔膜120以及透气层124界定。外壳116偏置抵靠于或接触无孔膜120。无孔膜120偏置抵靠于或接触透气层124，该透气层124围绕着换能器118进一步接触声学装置114。在一些情况下，外壳116能够包括向内突出部102，该向内突出部102使上述外壳偏置抵靠于无孔膜120。压力平衡组件110还能够包括撑杆104，该撑杆104按压在声学装置114上以相对于外壳116牢固地保持上述声学装置，从而通过上述无孔膜形成密封。虽然在图3中示出了一根撑杆，但在其它的实施例中可以有多根撑杆。
图4示出了根据实施例的、具有替代的通气通路232的另一压力平衡组件210的侧向剖视图。在其上安装有换能器218的声学装置214布置成借助于声音通路232检测(和/或传递)声波。上述声音通路232与压力换能器218以及外壳216内的开口236对准，上述外壳至少部分地包围声学装置214。声音通路232的邻近换能器218的一部分限定声腔212。通气通路234偏离声音通路232并且构造成允许压力在声腔212与外壳216的内部部分222之间平衡。
透气层224布置在换能器218之上。透气层224具有与声音通路232对准的第一空隙224a。透气层224内的第一空隙224a有助于沿着声音通路232传输声波。通气通路234穿过透气层224的与声音通路232偏离开的封闭部分224b(通气通路与声音通路偏离地穿过透气层的封闭部分)。本文中所使用的术语“偏离”是指通气通路234不与通过无孔膜的声音通路232对准。分隔层228布置成抵接于透气层224并与换能器218相对。分隔层228可以通过例如粘合剂、机械压力或类似的手段与透气层224连接。分隔层228具有与声音通路232对准的第一空隙228a以及与通气通路234对准的第二空隙228b。分隔层228的第二空隙228b的尺寸设定为有助于通过透气层224的与上述第二空隙对准的部分的期望的压力通气速率。无孔膜层220布置成抵接于分隔层228并与透气层224相对。无孔膜层220能够通过例如粘合剂、机械压力等与分隔层228连接。无孔膜层220在分隔层228的第一空隙228a上横穿声音通路232，使得无孔膜层220的至少一部分在声音通路232中形成声膜220a。无孔膜层220具有进一步限定通气通路234的空隙220b，该空隙220b与分隔层228的第二空隙228b对准。声音通路232在声学装置214附近与通气通路234流体连接。例如，分隔件226能够连接声音通路232与通气通路234。声音通路232可以通过任何其它合适的手段与通气通路234流体连接，上述手段诸如是声学装置214中的负的表面特征(例如，槽部或通路)、透气层224中的负的表面特征、声学装置214与透气层224之间的垫片或粘合层、或者类似的手段。
无孔膜层220与外壳216内的开口236连接，以使上述开口进一步限定声音通路232。无孔膜层220可以采用例如粘合涂层、o形环、垫片或类似的密封手段粘附或以其它方式密封至外壳216的开口236。在一些情况下，无孔膜层220可以通过机械力按压抵靠于外壳216的开口236以形成密封。例如，无孔膜层220可以抵靠外壳216的向内突出部230。无孔膜层220还能够将通气通路234与例如外壳216的内部部分222连接。各种附加层可以与如上所述的层结合使用，以提供不同的功能特性。例如，附加的分隔层可用于增加声腔212的体积或使无孔膜层220进一步远离开口236分隔开。
鉴于非限制性示例和测试结果，将更好地理解本发明。
测试结果
压力平衡测试
传声器腔体压力平衡测试是一种测试方法，该测试方法用于测量平衡模拟的声腔与环境之间建立的压力差所花费的时间。压力容器通过压力入口加压，并且该压力容器容纳两个飞思卡尔半导体(freescalesemiconductor)mpx4250a压力换能器。在声学压力平衡组件与压力换能器的界面产生模拟的声腔(传声器腔体)，上述压力平衡组件包括无孔膜和透气层。在上述压力平衡组件被放入上述压力容器内前，该压力平衡组件在环境压力下附接至压力换能器。具有附接的压力平衡组件的压力换能器测量模拟的传声器腔体内的压力，而其它的压力换能器测量压力容器内的环境压力。采用压缩空气和调节器将压力容器加压至27.6kpa(千帕)(4psi(磅/平方英寸))。记录由压力换能器测量到的压力直到上述压力相等或者已经经过了预定义的时间量。然后，能够通过诸如指数衰减时间常数τ之类的参数来描述随着时间的推移在两个换能器之间的压力差的数据，其中，上述指数衰减时间常数τ能够用作材料性能的量度。3τ对应于95％的初始压力平衡所需要的时间。较高的τ对应于较慢的平衡和较低的透气性。
插入损耗检测测试
插入损耗峰值能够通过下述方式检测：将每个压力平衡组件与钢板的孔口连接，将上述组件完全包绕在支承件内，并且测量由扬声器产生的、穿过上述孔口和上述组件的声音。
ateq气流
ateq气流测试是一种测试方法，该测试方法用于测量穿过压力平衡组件样本的空气的层流体积流动速率。用于插入损耗测试方法的样本组件(固定件以及样本放置)也可用于ateq气流测试，除了零件被翻转以使透气层面向钢板内的开口而非声学装置。上述样本组件以仅对钢板施加压力并且使用o形环密封并抵靠该钢板的顶面的方式夹持在两块钢板之间。采用ateqpremierd紧凑型流动测试仪并通过钢板中的孔口以6.9kpa(1psi)的空气压力冲击声学覆盖层(声学覆盖物)来测量通过上述声学覆盖层的气流速率(ml/分钟)。
示例1
与图1的布置相似的组件被组装以评估各种附加的透气层材料的通气速率，如下文中的表1所述。在气流测试中，上述样本组件被翻转并且被夹持抵靠于钢板的孔口，使得空气能够穿过上述孔口进入声腔内。采用了ateqpremierd紧凑型流动测试仪来通过钢板中的孔口以1psi的空气压力冲击声学覆盖层来测量离开上述声学覆盖层(即，通过上述透气层)的气流速率(ml/分钟)。
在压力平衡测试中，每个样本组件与容纳第一压力换能器的模拟的传声器腔体连接，并且上述样本组件在环境压力下附加(密封)至上述模拟的传声器腔体。上述模拟的传声器腔体和样本组件与位于模拟的传声器腔体外的第二压力换能器一起插入至压力容器。采用压缩空气和调节器将上述压力容器加压至4psi(磅/平方英寸)。由每个第一压力换能器和第二压力换能器记录的压力随着时间的推移进行记录直到上述压力相等或者直到已经经过预定义的时间量。随着时间的推移的压力平衡的数据可以例如通过指数衰减时间常数τ这样的参数表达，该指数衰减时间常数τ被定义为组件从初始压力值平衡至该初始压力值的1/e倍(或大约63％)的值所需要的时间。
利用上述关于插入损耗检测测试的技术检测出插入损耗峰值。
示例a
采用五个层来制造声学保护覆盖物(覆盖层)组件。第一层是双侧自粘合带的环状件，该双侧自粘合带由pet背衬以及增粘的丙烯酸粘合剂(例如，
示例b
声学保护覆盖层由示例a中所述的五个层构成。不过，该样本中的第四层是聚酯无织造材料(
示例c
声学保护覆盖层(覆盖物)由示例a中所述的五个层构成。不过，该样本的第四层是具有160rayls(瑞利)的空气阻力的聚酯织造材料(saatifil
示例d
声学保护覆盖层由示例a中所述的五个层构成。不过，该样本中的第四层是goreeptfe材料(
比较示例
示例w
采用三个层来制造声学保护覆盖层组件。第一层是双侧自粘合带的环状件，该双侧自粘合带由pet背衬以及增粘的丙烯酸粘合剂(例如，
示例x
声学保护覆盖层由示例a中所述的五个层构成。不过，该样本的第四层是具有90rayls(瑞利)的空气阻力的聚酯织造材料(saatifil
示例y-1
采用四个层来制造声学保护覆盖层组件。第一层是双侧自粘合带的环状件，该双侧自粘合带由pet背衬以及硅酮粘合剂(averydennisoncorporation，厚度为140μm)构成。第二层堆叠在第一层的顶上。第二层是市售的无孔fep薄膜。第三层堆叠在第一层和第二层的顶上。第三层是双侧自粘合带的环状件，该双侧自粘合带由pet背衬以及硅酮粘合剂(averydennisoncorporation(艾利丹尼森公司)，厚度为140μm)构成。第四层堆叠在前三层的顶上。第四层是织造材料的环状件(precisionfabricsgroup，inc.(精密织物集团公司)，零件编号：b6700)。采用压力平衡测试、ateq气流测试以及声学插入损失测试对上述组件进行了测试。上述样本具有适当的压力平衡时间，该压力平衡时间被证实为1.04秒的指数时间常数。上述样本还具有677ml/分钟的气流速率并且在声学响应中示出了插入损耗峰值。
示例y-2
采用四个层来制造声学保护覆盖层组件。第一层是双侧自粘合带的环状件，该双侧自粘合带由pet背衬以及增粘的丙烯酸粘合剂(例如，
示例z
声学保护覆盖层由示例1中所述的五个层构成。不过，该样本中的第四层是聚酯开孔泡沫(
在下文的表1中描述了上述透气层的结果以及与不具有无孔膜或透气层(开孔对照)的情况的比较。图5至图7示出了表示各种示例性组件的压力平衡以及声学特性的示例性图表。
图5图示了用于每个上述引用的示例性组件的多次测试的平均dp(压力差)值随着时间的推移的压力差曲线。在测试期间，上述对照的压力差并未明显减小。在测试期间，具有多孔膜的每个透气组件的压力差减小。由于平衡是渐进的，因此，如下文中参考表1所示的那样，有效的平衡时间被确定为发生63％的压力平衡所需要的平均时间。若有需要，能够将上述值乘以3以表示95％的平衡或乘以4.6以表示99％的平衡。
图6图示了如上所述且参考了图5的不同测试组件的声学响应。出于与理想情况进行比较的目的，对“开放式传声器”或未覆盖的换能器的频率响应进行了测试。然后，对于每个组件，分层组件附接至前板，mems测试换能器连接至上述分层组件。对每个测试组件进行了组件的初始频率响应的测试。
图7图示了如上所述且参考了图5和图6的不同测试组件的插入损耗的幅度。根据每个测试情况的频率响应与理想情况的频率响应之间的差值确定插入损耗，上述理想情况即为不具有无孔层或透气层的“开放式传声器”对照。
表1：透气材料的汇总测试结果
上述表1反映了当透气层承受声腔与该声腔外的环境之间的1psi(磅/平方英寸)压力差时通过该透气层的平均流动速率的测试数据，并且反映了针对在声腔与该声腔外的环境之间引发的压力差在一秒内上升4psi(磅/平方英寸)的平均压力平衡时间的测试数据。如上文反映的那样，通常，增加的流动速率对应于更迅速的压力平衡。缺乏透气层的对照的通气比透气测试的通气慢几个数量级，这可以通过跨越无孔膜、经过粘合层或者经过微小缺陷的扩散来解释。通过开口而非透气层的对照比能够施加至声腔的压力控制更快地通气。通常，具有较大(例如，363ml/分钟以及更大)的平均流动速率的透气材料的样本呈现明显的插入损耗峰值，而具有较低的平均流动速率的样本并未如此。
现在已经详细地描述了本发明以达到清楚和理解的目的。但是，本领域技术人员将理解到，可在所附权利要求书的范围内实践特定的改变和修改。
在前述的描述中，为了解释说明，阐述了多种细节以提供对于本发明的各种实施例的理解。但是，对于本领域的技术人员来说显而易见的是，可实践特定的实施例而无需一些上述细节或附加的细节。
在公开了若干实施例后，本领域的技术人员应该理解，可使用多种修改、替代的构造和等同物而不偏离本发明的精神。另外，并未对许多熟知的工艺和元件进行描述，以免不必要地使本发明变得不清楚。因此，上述说明书不应认为是限制本发明或权利要求书的范围。
当提供数值范围时应理解，除非文中有明确说明，在该范围上下限之间达到下限单位的最小部分的各中间值也视为具体公开。所述范围中的任何所述数值或未表述的居中值以及所述范围中的任何其它所述或居中值之间的每个较小范围均被包含。所述范围可独立地包含或排除这些较小范围的上下限，本发明也包括这些较小范围不包含端值、包含某个或两个端值的各范围，受对所述范围中任何具体排除的端值的限制。在设定范围包含一个或两个端值时，也包括排除这一个或两个被包括端值的范围。
除非上下文另有明确说明，本文和所附权利要求书所用的单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数的指代。还应理解的是，当单词“包括”、“包括有”、“容纳”、“容纳有”、“包含”、“包含有”、“包含着”用于本说明书和随后的权利要求书时，往往特指存在所陈述的特征、整体、部件或步骤，但并不排除一个或多个其它特征、整体、部件、步骤、动作或组的存在或附加。
在下文中，描述了进一步的示例以便于理解本发明：
示例1.一种用于声学装置的压力平衡组件，上述压力平衡组件包括：
外壳，上述外壳具有用于在外壳的外部与上述外壳内的声腔之间传递声波的开口；无孔膜，上述无孔膜具有面向上述声腔的第一侧部以及面向上述开口的第二侧部，上述无孔膜与上述外壳连接；透气层，上述透气层与上述无孔膜的上述第一侧部的至少一部分连接，并且上述透气层构造成限定上述声腔；以及声学装置，上述声学装置与上述声腔连接，上述声学装置能够产生和/或接收上述声波，其中，上述透气层提供进入或离开上述声腔的、在6.9kpa下的速率不大于500ml/分钟的气流，以平衡上述声腔与该声腔外的环境之间的压力。
示例2.如任一前述或后述示例的组件，上述组件具有不大于30分贝的插入损耗峰值。
示例3.如任一前述或后述示例的组件，其中，进入或离开上述声腔的上述气流在6.9kpa下的速率不大于250ml/分钟。
示例4.如前述示例的组件，上述组件具有不大于30分贝的插入损耗峰值。
示例5.如任一前述或后述示例的组件，其中，进入或离开上述声腔的上述气流在6.9kpa下的速率不大于100ml/分钟。
示例6.如前述示例的组件，上述组件具有不大于30分贝的插入损耗峰值。
示例7.如任一前述或后述示例的组件，其中，进入或离开上述声腔的上述气流的速率足够高以防止换能器偏置。
示例8.如任一前述或后述示例的组件，其中，进入或离开上述声腔的上述气流的速率足够高以防止否则会阻碍上述无孔膜的声学响应的压力差。
示例9.如任一前述或后述示例的组件，其中，进入或离开上述声腔的上述气流足以防止换能器偏置。
示例10.如任一前述或后述示例的组件，其中，进入或离开上述声腔的上述气流足以防止否则会阻碍上述无孔膜的声学响应的压力差。
示例11.如任一前述或后述示例的组件，其中，上述声腔外的环境包括上述外壳的内部环境。
示例12.如任一前述或后述示例的组件，其中，上述无孔膜构造成防止湿气进入上述腔体内。
示例13.如任一前述或后述示例的组件，其中，上述声学装置包括微机电(mems)传声器。
示例14.如任一前述或后述示例的组件，其中，上述声学装置包括换能器。
示例15.如任一前述或后述示例的组件，其中，上述声学装置包括声学传感器。
示例16.如任一前述或后述示例的组件，其中，上述声学装置包括声学扬声器。
示例17.如任一前述或后述示例的组件，其中，上述声学装置包括柔性电路，在上述柔性电路上具有mems(微机电)声学换能器。
示例18.如任一前述或后述示例的组件，其中，上述透气层包括环状件。
示例19.如任一所述或后述示例的组件，其中，上述透气层包括下述材料中的一种材料：聚合材料、复合材料、纺织材料、金属材料、陶瓷材料或粘合材料，其能够供空气穿过。
示例20.如前述示例的组件，其中，上述透气层具有正的、非零的进水耐压力。
示例21.如示例19的组件，其中，上述透气层具有不小于0.2psi(磅/平方英寸)的进水耐压力。
示例22.如任一前述或后述示例的组件，其中，上述透气层包括多孔eptfe层。
示例23.如任一前述或后述示例的组件，其中，上述透气层包括织造织物或织造纺织复合物。
示例24.如任一前述或后述示例的组件，其中，上述透气层包括非织造织物或非织造纺织复合物。
示例25.如任一前述或后述示例的组件，上述组件还包括上述无孔膜的上述第一侧部与上述透气层的至少一部分之间的第一粘合层。
示例26.如任一前述或后述示例的组件，其中，上述组件还包括上述透气层与上述声学装置之间的第二粘合层。
示例27.如任一前述示例的组件，其中，上述组件还包括使上述无孔膜与上述外壳的内表面连接的第三粘合层。
示例28.一种用于声学装置的声学平衡组件，上述组件包括：无孔膜，上述无孔膜在声音通路内且具有第一侧部和第二侧部，上述无孔膜的上述第一侧部面向声腔并且上述无孔膜的上述第二侧部面向上述声音通路的开口；以及分层组件，上述分层组件限定上述声腔的壁部，上述分层组件包括透气层，其中，上述透气层的第一侧部与上述无孔膜的上述第一侧部的至少一部分附接，并且上述透气层的第二侧部构造成与声学装置附接，其中，上述透气层提供进入或离开上述声腔的、在6.9kpa下的速率不大于500ml/分钟的气流，以平衡上述声腔与该声腔外的环境之间的压力。
示例29.如任一前述或后述示例的组件，上述组件还包括将上述声腔与上述透气层的部分地限定通气通路(通气路径)的一部分流体连接的通道，上述通气通路(通气路径)横向偏离于声音通路。
示例30.如前述示例的组件，其中，上述组件还包括连接在上述透气层与上述声学装置之间的粘合层，其中，上述粘合层包括上述通道。
示例31.如任一前述示例的组件，上述组件还包括连接在上述透气层与上述声学装置之间的垫片，其中，上述垫片包括上述通道。
示例32.如任一前述或后述示例的组件，其中，上述分层组件限定通气通路的壁部，上述透气层配置成跨越上述通气通路以使穿过上述通气通路的空气穿过上述透气层的至少一部分。
示例33.如任一前述或后述示例的组件，其中，上述通气通路将上述声腔与该声腔外的环境流体连接，以平衡上述声腔与该声腔外的环境之间的压力。
示例34.如前述示例的组件，上述组件还包括外壳，该外壳容纳上述无孔膜的、分层组件以及声学装置，其中，上述声音通路通过上述壳体内的开口与上述外壳的外部连接，并且上述声音通路将上述声腔与上述外壳的内部环境连接。
示例35.如任一前述或后述示例的组件，上述组件具有不大于30分贝的插入损耗峰值。
示例36.如任一前述或后述示例的组件，其中，进入或离开上述声腔的上述气流在6.9kpa下的速率不大于250ml/分钟。
示例37.如前述示例的组件，上述组件具有不大于30分贝的插入损耗峰值。
示例38.如任一前述或后述示例的组件，其中，进入或离开上述声腔的上述气流在6.9kpa下的速率不大于100ml/分钟。
示例39.如前述示例的组件，上述组件具有不大于30分贝的插入损耗峰值。
示例40.如前述示例的组件，其中，进入或离开上述声腔的上述气流的速率足够高以防止换能器偏置。
示例41.如前述示例的组件，其中，进入或离开上述声腔的上述气流的速率足够高以防止否则会阻碍上述无孔膜的声学响应的压力差。
示例42.如任一前述或后述示例的组件，其中，进入或离开上述声腔的上述气流足以防止换能器偏置。
示例43.如任一前述示例的组件，其中，进入或离开上述声腔的上述气流的速率足够高以防止否则会阻碍上述无孔膜的声学响应的压力差。
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