一种扬声器模组和智能穿戴设备的制作方法

1.本技术涉及电声转换技术领域，尤其涉及一种扬声器模组和智能穿戴设备。


背景技术：

2.随着智能穿戴设备的普及和大众化，越来越多的智能穿戴设备上结合了声学功能。例如音频眼镜、便携式头戴等智能穿戴设备相比于传统耳机，采用了近耳外放技术，听久了既不会听觉疲劳，又不损伤听力，赢得了用户的喜欢。
3.随着智能穿戴设备不断的向轻、薄、小巧的方向发展，作为智能穿戴设备声学部件的扬声器模组也随之不断的向轻、薄、小巧的方向发展。因此，技术人员将越来越多的扬声器模组设计为前腔侧出声结构。但智能穿戴设备的扬声器模组与传统手机等小型化电子终端不同，智能穿戴设备的扬声器模组的前声腔较长，前腔侧出声结构使得扬声器单体发出的大部分声波不能直接辐射出去，而是要经过前腔壁反射才能够从出声孔辐射出去，此时经过前腔壁反射的声波与向内传播的声波相互影响产生谐振驻波，严重影响扬声器模组在某些频段的灵敏度，降低了模组的声学性能。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种扬声器模组和智能穿戴设备，有效改善扬声器模组由于驻波引起的灵敏度降低的问题，提高智能穿戴设备的声学性能。
5.本技术实施例采用下述技术方案：
6.第一方面，本技术实施例提供一种扬声器模组，包括：模组外壳，模组外壳内收容有扬声器单体，扬声器单体将模组内腔分隔为前声腔和后声腔，扬声器模组的主出声孔通过设于前声腔的第一侧壁上的第一声波引出部将前声腔的声波辐射到外界，扬声器单体的中心位置到与主出声孔相对的第二侧壁的距离不小于8.5mm；
7.扬声器模组还包括导音管，导音管包括第二声波引出部和辐射声波的副出声孔，第二声波引出部设于所述第二侧壁，导音管通过第二声波引出部将第二侧壁的声波导出到主出声孔一侧。
8.可选地，副出声孔与主出声孔为不同的声波辐射端口，副出声孔与主出声孔之间的距离小于预设距离值。
9.可选地，副出声孔与主出声孔为同一声波辐射端口，副出声孔与主出声孔从前声腔的相对两侧导出声波并从同一端口辐射声波。
10.可选地，导音管内导出的声波与主出声孔内导出声波的声学相位相同。
11.可选地，扬声器单体为矩形结构，主出声孔位于矩形结构的第一短轴侧；
12.第二声波引出部位于矩形结构的第二短轴侧，或者第二声波引出部位于矩形结构的第二短轴侧与长轴侧衔接的位置。
13.可选地，扬声器单体为跑道型结构，跑道型结构的直边为扬声器单体的长轴侧，弧形边为扬声器单体的短轴侧；第一声波引出部位于第一短轴侧，第二声波引出部位于第二
短轴侧。
14.可选地，导音管还包括位于第二声波引出部和副出声孔之间的连接部，其中第二声波引出部横截面的尺寸与连接部横截面的尺寸不同。
15.可选地，导音管还包括位于连接部和副出声孔之间的导音管主体部，第二声波引出部、连接部与导音管主体部的横截面尺寸互不相同。
16.可选地，导音管主体部为由连接部至副出声孔横截面尺寸渐变的结构。
17.可选地，导音管主体部不同位置处的横截面相同，具体为口径相同的多段组合形成的管道，或口径相同的一体化管道。
18.可选地，导音管位于扬声器模组中振膜上侧的物理空间内；
19.或者，导音管占用扬声器模组中振膜上侧和下侧的物理空间，导音管与后声腔的泄声孔相互独立。
20.可选地，本技术实施例的扬声器模组包括多个导音管，多个导音管的第二声波引出部位于第二侧壁的不同位置处。
21.可选地，至少部分模组外壳为智能穿戴设备的整机外壳。
22.可选地，导音管的长度l的数值范围为0.8mm≤l≤120mm。
23.第二方面，本技术实施例还提供一种智能穿戴设备，包括：设备框架，设备框架内安装有至少一个扬声器模组，扬声器模组上述的扬声器模组。
24.可选地，智能穿戴设备包括整机外壳，至少部分模组外壳为整机外壳。
25.本技术实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
26.本技术实施例的扬声器模组的主出声孔位于扬声器单体的侧壁，扬声器单体将整个模组内腔分为前声腔和后声腔，当声源距离前声腔的反射面(即前声腔相对出声孔的前声腔侧壁)为某些频率的四分之一波长时，发射声波与反射声波叠加后会在前声腔内形成驻波干涉。本技术实施例在前声腔与主出声孔相对的一侧设置导音管，通过导音管将反射声波导出到扬声器模组的外侧，避免反射声波与发射声波发生驻波干涉，提高中高频段的灵敏度。且本技术实施例新增设的导音管将前声腔相对主出声孔一侧的声波导出主出声孔一侧，使得导与导音管连通的副出声孔也能够采用近耳外放技术辐射声波，因此能够加强扬声器模组辐射声波的响度，提高智能穿戴设备的声学性能。
附图说明
27.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
28.图1为本技术实施例中示出的扬声器模组的仿真效果示意图；
29.图2为本技术实施例中示出的扬声器模组的爆炸结构示意图；
30.图3为本技术实施例中示出的图2所示扬声器模组的剖视图；
31.图4为本技术实施例中示出的扬声器模组的外观示意图；
32.图5为本技术实施例中示出的图4所示扬声器模组的剖视图；
33.图6为本技术实施例中示出的图4所示扬声器模组的结构示意图；
34.图7为本技术实施例中示出的副出声孔及其导音管的仿真示意图；
35.图8为本技术实施例中示出的导音管位于扬声器模组下侧物理空间的示意图；
36.图9为相关技术中扬声器模组的频响曲线(frequency response)示意图；
37.图10为本技术实施例中示出的扬声器模组的频响曲线(frequency response)对比示意图；
38.图中：辅助壳体10，模组上壳11，模组下壳12，第一侧壁13，第二侧壁14，第一表面15，第二表面16，扬声器单体20，振膜21，副出声孔30，导音管主体部31，第二声波引出部32，主体部端口33，连接部34，主出声孔40，主导音管41，第一声波引出部42，主导音管41的另一端口43，前声腔50，后声腔60。
具体实施方式
39.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术具体实施例及相应的附图对本技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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他实施例，都属于本技术保护的范围。
40.本技术中涉及到的方位上均指扬声器单体的振动系统的方向，方位下均指扬声器单体的磁路系统的方向；本技术中涉及到的内侧均指位于模组内腔内的一侧，外侧均指位于模组内腔外的一侧。
41.以下结合附图，详细说明本技术各实施例提供的技术方案。
42.根据本技术第一方面实施例的扬声器模组，如图2所示，本实施例的扬声器模组包括模组外壳，模组外壳例如包括如图2所示的模组上壳11和模组下壳12，模组外壳内收容有扬声器单体20。
43.这里，扬声器单体20包括振动系统和磁路系统，振动系统包括边缘部位固定在扬声器单体的外壳上的振膜21，振膜21靠近模组下壳12的一侧的中间部位固定有球顶，振膜的另一侧固定有音圈，音圈的绕线抽头为音圈引线。磁路系统包括侧部固定在模组下壳12上的盆架，盆架包括矩形的底部，底部的四边均设有与底部垂直的侧壁，底部的中心位置依次固定有磁铁和华司。磁铁和华司与盆架的侧壁之间设有磁间隙，音圈设于磁间隙中，音圈根据通过其绕线内的声频电信号的大小和方向在磁间隙内做上下运动，振膜21随着音圈的上下运动而振动，策动空气发声，从而完成电声之间的能量转换。
44.结合图2与图6所示，扬声器单体20将扬声器模组的内腔分隔为前声腔50和后声腔60两个腔体，模组外壳上设有连通前声腔50与外界的主出声孔40。其中主出声孔40的第一声波引出部42设于前声腔50的第一侧壁13，主出声孔40通过设于前声腔50的第一侧壁13上的第一声波引出部42将前声腔50的声波辐射到外界。
45.一般地，模组上壳11、一部分模组下壳12、振膜21和辅助壳体10共同围成前声腔50，振膜21、辅助壳体10和另一部分模组下壳12共同围成后声腔60。以振膜的两个表面为参考，安装有球顶的第一振膜表面处于前声腔50，与第一振膜表面相背的第二振膜表面处于后声腔60。
46.这里，本实施例是示例性示出模组外壳示包括模组上壳11和模组下壳12，实际应用中，模组外壳也可以为其他结构，例如为更多壳体组合形成，或者为一体成型。可选地，至少部分模组外壳为智能穿戴设备的整机外壳。
47.需要说明的是，本技术实施例中，第一侧壁13为扬声器单体20第一短轴侧的前声
腔侧壁，该前声腔侧壁为模组外壳的一部分，第二侧壁14为前声腔中扬声器单体20第二短轴侧的前声腔侧壁，第一侧壁13与第二侧壁14为前声腔腔体的两个相对侧壁，第一侧壁13与第二侧壁14之间的距离大于17mm。
48.对于侧面出声的扬声器模组(即主出声孔位于模组侧面)，扬声器单体20辐射的声波传递到主出声孔40相对的第二侧壁14时会出现声波的反射，当扬声器单体中心位置与第二侧壁14之间的距离为λ/4时，经过反射后的声波到达扬声器单体中心位置时为λ/2，此时会出现声波相位叠加抵消的情况，出现驻波现象，λ为声波波长。对于常规的手机用扬声器，通常扬声器的长度比较小，驻波谷出现在10khz之后，此时对于用于听音体验的影响不明显。
49.而应用于智能穿戴设备中侧面出声的扬声器模组，其扬声器单体比较狭长，对应的前声腔为狭长的结构，驻波谷会向低频偏移。当驻波谷出现在小于10khz的频段时会显著影响用户的听音体验。
50.对于主出声孔位于短轴侧的侧面出声的扬声器模组，当扬声器单体的中心至第二侧壁之间的距离约为8.5mm左右时，在10khz处会出现驻波现象，当扬声器单体的中心至所述第二侧壁之间的距离大于8.5mm时，驻波谷会出现在10khz以内，此时会严重影响用户听音体验，本实施例的数值8.5是基于大量统计实验验证后得到，该数值与可被人耳感知的声波频段相关。
51.针对主出声孔位于扬声器单体短轴一侧导致具有狭长前声腔的扬声器模组容易发生驻波干涉这一问题，如图2、图3、图5与图6所示，本实施例的扬声器模组还包括导音管，导音管包括第二声波引出部32和辐射声波的副出声孔30，第二声波引出部32设于第二侧壁14，副出声孔30临近主出声孔40设置，导音管通过第二声波引出部32将第二侧壁14处的声波导出到主出声孔40一侧。
52.本实施例的扬声器模组通过增设导音管结构将第二侧壁处的声波导出，能够最大程度上避免前声腔内部发生驻波干涉，减少扬声器模组在中高频段的频响曲线的波动幅度，提高扬声器模组的声学性能。
53.图10中示出扬声器响度随频率变化的曲线图，从图10中可以看出，在中高频段范围内，扬声器模组的波动幅度不超过60db，相比于图9中示出的相关技术在该频段范围内超过70db的波动幅度，本技术实施例的扬声器模组有效降低了扬声器模组在中高频段的波动幅度，改善了扬声器模组的出声效果。
54.其中，本技术实施例关于副出声孔30临近主出声孔40设置可以理解为：副出声孔和主出声孔为同一声波辐射端口，或者为不同的声波辐射端口。在为不同的声波辐射端口时，副出声孔和主出声孔之间的距离不超过预设距离值，该预设值距离值可以根据经验设置，或者根据统计实验设置，统计实验例如是针对每种类型的扬声器模组的主出声孔的位置，在主出声孔所处于平面的四周的可开孔位置处，分别设置副出声孔，通过仿真实验确定出声学效果能够得到改善的可开孔位置，在该可开口位置处设置副出声孔。这里声学效果可以是指辐射声波的响度。当然，实际应用中，本领域技术人员可以在本技术的启示下选择合理位置设置副出声孔的位置，以通过副出声孔辐射的声波改善扬声器模组的声学效果。
55.由此在本技术的一些实施例中，副出声孔30与主出声孔40为不同的声波辐射端口，副出声孔30与主出声孔40之间的距离小于预设距离值，如前文所述，预设距离值可以根
据经验设置，或者根据统计实验设置，预设距离值用于保证副出声孔亦能够采用近耳外放技术进行声波辐射。即副出声孔亦处于扬声器模组在穿戴状态下的人耳附近位置，使得主出声孔和副出声孔辐射的声波能够被都近场的人耳接收，保证人耳接收声波的响度和私密性。
56.以如图2与图3所示扬声器模组为例，副出声孔30与主出声孔40在模组壳体的外观上表现为不同出声孔，主出声孔40连通前声腔50与外界，主导音管41的第一声波引出部42开设在前声腔50的第一侧壁13上，将前声腔内的大部分声波通过主出声孔40导出到外界。第二声波引出部32开设在前声腔50的第二侧壁14上，将前声腔50第二侧壁14处的声波通过副出声孔30导出到外界。由于第二声波引出部32将第二侧壁14处的声波导出，在第二侧壁14处不会形成反射声波，因此能够消弱甚至完全消除驻波干涉。这里，导音管内导出的声波与主出声孔40内导出声波的声学相位相同，以提高扬声器模组近场声波的响度。
57.具体的，主出声孔40设于模组上壳11的第一表面15，主导音管41的另一端口43连通第一表面15处的主出声孔40。副出声孔30设于模组上壳11的第二表面16，导音管主体部31(导音管主体部31将在后续实施例中予以详细描述)的主体部端口33连通第二表面16处的副出声孔30。前声腔50的声波一部分通过主出声孔40辐射到外界，另一部分声波通副出声孔30辐射到外界，两部分声波在扬声器模组的外界相遇，被近场人耳接收。
58.其中图2和图3中示例性示出第一表面15和第二表面16为临近的不同表面，在可选方案中，第一表面15和第二表面16也可以为同一表面，副出声孔30和主出声孔40设于同一表面的不同位置。或者，副出声孔30也可以设于如图2所示的第一表面15和第二表面16衔接的位置处，即副出声孔30位于第一表面15和第二表面16上，外观上表现为近似l型结构。
59.在本技术的另一些实施例中，副出声孔30与主出声孔40为同一声波辐射端口，副出声孔30与主出声孔40从前声腔50的相对两侧导出声波并从同一端口辐射声波。
60.以如图4、图5与图6所示扬声器模组为例，副出声孔30与主出声孔40在模组壳体的外观上表现为同一出声孔，主出声孔40连通前声腔50与外界，主导音管41的第一声波引出部42开设在前声腔50的第一侧壁13上，将前声腔内的大部分声波通过主出声孔40导出到外界。第二声波引出部32开设在前声腔50的第二侧壁14上，将前声腔50第二侧壁14处的声波通过副出声孔30导出到外界，由于第二声波引出部32将第二侧壁14处的声波导出，在第二侧壁14处不会形成反射声波，能够消弱甚至完全消除前声腔50内的驻波干涉。
61.具体的，主出声孔40设于模组上壳11，主出声孔40例如为近似l型结构，主导音管41的另一端口43连通近似l型结构的第一端，导音管主体部31的主体部端口33连通近似l型结构的第二端，第二端和第一端为近似l型结构的主出声孔40的不同端部。主导音管41和导音管主体部31导出的两部分声波在主出声孔40处相遇，由主出声孔40将声波辐射出去。当然，实际应用中，主出声孔40可以为其他形状，主导音管、导音管与主出声孔40的连通位置可以灵活选择，本实施例对此不作具体限定。这里在主出声孔40处相遇的两部分声波具有相同的声学相位，以提高扬声器模组的响度。
62.本技术的上述实施例示例性示出了出声孔及相应导音管的形状、位置等，在实际应用中，本领域技术人员可以灵活设置扬声器模组的主出声孔的形状、主出声孔的开孔位置、主出声孔的导音管、副出声孔的形状、副出声孔的开孔位置、副出声孔的导音管、声波引出部等，本技术上述各个实施例示出的示例性方案不应作为限定方案。
63.实际应用中，矩形结构和跑道型结构的扬声器单体为较为常见的单体结构，其中跑道型结构可以理解为由两个相对直边和两个相对弧形边组成的规则结构。针对这两种单体结构，通过下述实施例分别说明第二声波引出部32的开孔位置。
64.在本技术的一些实施例中，扬声器单体20例如为矩形结构，主出声孔40位于矩形结构的第一短轴侧，第二声波引出部32位于矩形结构的第二短轴侧，例如位于图2或图6中示出的第二短轴侧第二侧壁14的边缘位置，当然也可以位于第二侧壁14的非边缘位置。或者第二声波引出部32位于矩形结构的第二短轴侧与长轴侧衔接的位置，例如位于图7中示出的第二侧壁上第二短轴侧与长轴侧衔接的位置。
65.在本技术的其他一些实施例中，扬声器单体20又例如为跑道型结构，其中跑道型结构的直边为扬声器单体的长轴侧，弧形边为扬声器单体的短轴侧。主出声孔40位于第一短轴侧，第二声波引出部32位于第二短轴侧。
66.需要说明的是，对于其他类型的扬声器单体，本领域技术人员可以在本技术实施例的启示下合理设置第二声波引出部的开孔位置，以将由前声腔侧壁形成的反射声波导出到外界，避免前声腔内发生驻波干涉。
67.在本技术的一些实施例中，导音管还包括位于第二声波引出部32和副出声孔30之间的连接部34，其中第二声波引出部32的横截面的尺寸与连接部34横截面的尺寸不同，具体为第二声波引出部32的横截面的尺寸小于或大于连接部34横截面的尺寸。当然，第二声波引出部32的横截面的尺寸与连接部34横截面的尺寸也可以相同，本领域技术人员可以合理设置。
68.在本技术的一些可选实施例中，导音管还包括位于连接部34和副出声孔30之间的导音管主体部31，第二声波引出部32、连接部34与导音管主体部31的横截面尺寸互不相同。
69.如图7所示，导音管为由第二声波引出部32、连接部34、导音管主体部31和副出声孔30依次连通的导引部件，其中第二声波引出部32的开孔设于矩形结构的第二短轴侧与长轴侧衔接的位置，第二声波引出部32为窄口结构，连接部34为窄口结构，导音管主体部31为宽口结构，经过窄口结构与宽口结构的组合设置能够提升导音管31辐射声波的响度，改善扬声器模组的近场声波性能。
70.需要说明的是，图7中示例性示出第二声波引出部32、连接部34和导音管主体部31的横截面尺寸互不相同，且横截面尺寸依次增大。实际应用中，本领域技术人员应根据扬声器模组的具体结构设置第二声波引出部32、连接部34和导音管主体部31的横截面，例如设置第二声波引出部32的横截面尺寸小于导音管主体部31的横截面尺寸。设置条件为保证导音管导出的声波与主出声孔导出的声波具有全频段或大部分频段相同的声学相位，且能够最大程度上的降低反射声波的能量损失，以通过副出声孔辐射出的声波改善扬声器模组的近场声波响度。本技术实施例中的导音管主体部31可以为连接部34至副出声孔30的横截面尺寸渐变的结构。例如沿着声波辐射方向，连接部34的横截面尺寸逐渐增大或逐渐减少。这里渐变方式例如为均匀渐变或不均匀渐变。可选地，导音管主体部31不同位置处的横截面亦可相同，例如为口径相同的多段组合形成的管道，或口径相同的一体化管道。
71.对于本技术实施例的导音管的形状和长度，本领域技术人员可以以改善扬声器模组的声学效果为条件进行声学仿真实验，确定出合理的形状与长度，可选地，导音管的长度l的数值范围为0.8mm≤l≤120mm。
72.对于本技术实施例的导音管的位置，其可以位于扬声器模组中振膜上侧的物理空间内，例如位于振膜上侧的空间内，也可以占用扬声器模组中振膜上侧和下侧的物理空间，例如图8中示出的第二声波引出部32从振膜21上侧的空间引出，导音管主体部31位于振膜下侧的空间内，此时需要注意导音管主体部31与后声腔的泄声孔相互独立，避免对后声腔的声波造成影响。
73.对于本技术实施例的导音管的数量，可以为一个或多个，当扬声器模组包括多个导音管时，多个导音管的第二声波引出部32位于第二侧壁14的不同位置处，例如分别位于第二侧壁14的第二短轴侧的两个端部。
74.应理解的是，本技术实施例可以在不改变扬声器模组内部组件的原有布局的情况下，利用模组腔体的闲置空间设置导音管，通过导音管将第二侧壁14处的声波导出到外界，消弱或完全消除前声腔的驻波干涉，并与主声孔40导出的声波共同被近场接收，提升扬声器模组的声学性能。本技术实施例也可以在扬声器模组的设计阶段，合理布局各个组件，通过设置合理的第二声波引出部32和导音管31，消弱或完全消除前声腔的驻波干涉，提升扬声器模组的声学性能。
75.根据本技术第二方面实施例的智能穿戴设备，本实施例的智能穿戴设备包括根据本技术上述实施例中的扬声器模组。
76.本实施例的智能穿戴设备包括便携式头戴设备，例如智能眼镜，头戴耳机，hmd(head-mounted display，头盔显示器)设备等。智能穿戴设备可以为ar(augmented reality，增强现实)，vr(virtual reality，虚拟现实)，mr(mix reality，混合现实)设备。
77.本实施例中的智能穿戴设备中至少设置一个扬声器模组，例如在智能眼镜中，可以在每个镜腿的位置处各设置一个扬声器模组，扬声器模组的数量本领域技术人员可以灵活设置。
78.在本技术一些实施例中，扬声器模组可以作为智能穿戴设备的外设组件，例如扬声器模组可拆卸安装在智能穿戴设备中。
79.当然，扬声器模组也可以组装在智能穿戴设备的壳体内。具体的，智能穿戴设备包括设备框架，扬声器模组的模组外壳可以是设备框架的至少一部分，例如当扬声器模组开设主出声孔和副出声孔的模组外壳为设备框架的一部分时，扬声器模组的主出声孔和副出声孔为智能穿戴设备的出声孔。又例如，当扬声器模组开设主出声孔和副出声孔的模组外壳不为设备框架的一部分时，设备框架上还需开设相应的出声孔与扬声器模组的各个出声孔连通。
80.需要说明的是，在本技术的一些实施例中，智能穿戴设备包括整机外壳，至少部分模组外壳为整机外壳。
81.举例来说，扬声器模组的模组外壳可以是智能穿戴设备的整机外壳，例如在智能穿戴设备的组装或使用阶段，将扬声器模组直接放置于智能穿戴设备，此时扬声器模组的主/副出声孔所在的模组外壳即为智能穿戴设备的整机外壳。又例如，在智能穿戴设备的整机外壳制备阶段，同时制备扬声器模组的模组外壳，组装阶段仅需将扬声器单体放置于智能穿戴设备。或者，智能穿戴设备的部分外壳为模组外壳的一部分。
82.综合本技术上述的各个实施例，本技术的智能穿戴设备中设置了改进型的扬声器模组，改进型的扬声器模组中新增设了导音管，通过该新增设的导音管将前声腔第二侧壁
处的声波导出到主出声孔附近，在能够消弱或完全消除前声腔内的驻波干涉的同时，还能够利用该部分声波增强扬声器模组的近场声波响度，至少从两个声学指标上改善了扬声器模组的声学性能，提高智能穿戴设备的听音效果。
83.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
84.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。