微型扬声器声阻组件的制作方法

本发明涉及微型扬声器声阻组件。

背景技术：

本发明一般涉及音频换能器，更具体地，涉及一种用于入耳式耳机中的换能器的声阻组件。

技术实现要素：

根据一个方面，提供了一种电声换能器，其包括隔膜和磁体组件，该磁体组件包括磁体与背板。该背板包括至少一个第一通气口。该隔膜在该隔膜相对于背板移动期间产生声音。该换能器还包括印刷电路板，该印刷电路板包括至少一个第二通气口、以及在印刷电路板与背板之间的空腔，该空腔将该至少一个第一通气口与该至少一个第二通气口分离。

示例可以包括以下各项中的一项或多项：

相对于至少一个第一通气口的至少一个第二通气口的第一几何结构可以为换能器提供第一频率响应。相对于至少一个第一通气口的至少一个第二通气口的第二几何结构可以为换能器提供与第一频率响应不同的第二频率响应。

该至少一个第一通气口可以包括孔，该孔与背板的外径有偏移。

该至少一个第一通气口可以位于背板的外径处。

该至少一个第二通气口可以包括延伸穿过印刷电路板或pcb的微型开口。

该至少一个第二通气口的直径范围可以从50μm到200μm。

该至少一个第二通气口可以包括延伸穿过印刷电路板的多个气孔、以及耦合到印刷电路板并定位在气孔上方的稀松布材料。

该至少一个第一通气口和该至少一个第二通气口可以构造和布置成在外部环境和换能器内部之间提供气流声阻，并且用于为电声换能器成形频率响应。

背板的至少一个第一通气口和印刷电路板的至少一个第二通气口可以各自具有包含有实部和虚部的总声阻抗。至少一个第一通气口的总声阻抗的实部可以低于至少一个第二通气口的总声阻抗的实部。

根据另一方面，提供了一种电声换能器，其包括隔膜和磁体组件，该磁体组件包括磁体和背板。该背板包括至少一个第一通气孔。该隔膜在该隔膜相对于该背板移动期间产生声音。该印刷电路板包括至少一个第二通气孔。印刷电路板和背板之间的空腔将至少一个第一通气孔与印刷电路板中的至少一个第二通气孔分离。稀松布材料被耦合到空腔中的印刷电路板的表面，并且被定位在至少一个气孔上方。

示例可以包括以下各项中的一项或多项：

该至少一个第一通气孔的第一几何结构可以为换能器提供第一频率响应。该至少一个通气孔的第二几何结构可以为换能器提供与第一频率响应不同的第二频率响应。

该至少一个第一通气孔可以与背板的外径有偏移。

该至少一个第一通气孔可以位于背板的外径处。

该至少一个第一通气孔和该至少一个第二通气孔可以被构造和被布置成在外部环境和换能器内部之间提供气流声阻，并且用于为电声换能器成形频率响应。

该背板的至少一个第一通气孔和该印刷电路板的至少一个第二气孔可以各自包括多个通气孔，该多个通气孔具有含有实部和虚部的总声阻抗。背板通气孔的总声阻抗的实部可以低于印刷电路板通气孔的总声阻抗的实部。

根据另一方面，提供一种声学设备，其包括隔膜和磁体组件，该磁体组件包括磁体和背板。背板包括至少一个通气孔。隔膜在隔膜相对于背板移动期间产生声音。印刷电路板包括至少一个微通气口。印刷电路板和背板之间的空腔将至少一个通气孔与印刷电路板的至少一个微通气口分离。

示例可以包括以下各项的一项或多项：

相对于至少一个通气孔的至少一个微通气口的第一几何结构可以为换能器提供第一频率响应。相对于至少一个通气孔的至少一个微通气口的第二几何结构可以为换能器提供与第一频率响应不同的第二频率响应。

至少一个通气孔和至少一个微通气口可以各自具有包含实部和虚部的总声阻抗，并且其中至少一个背板通气孔的总声阻抗的实部可以低于至少一个微通气口的总声阻抗的实部。

附图说明

通过参考以下的描述并结合附图可以更好地理解本文的发明构思的示例的以上和其他优点，其中各附图中相同的附图标记表示相同的结构元件和特征。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在说明特征和实现的原理上。

图1是具有示例的常规声阻组件的微型扬声器的横截面的等距视图。

图2是具有另一示例的常规声阻组件的微型扬声器的横截面的等距视图。

图3是位于耳塞中的常规微型扬声器的声学部件的等效电路图。

图4是图示与位于耳塞中的常规微型扬声器相对应的频率响应曲线的图。

图5a是根据一些示例的具有声阻组件的微型扬声器的横截面的等距视图。

图5b是根据一些示例的具有声阻组件的微型扬声器的横截面的等距视图。

图6a是根据一些示例的具有声阻组件的微型扬声器的横截面的等距视图。

图6b是根据一些示例的具有声阻组件的微型扬声器的横截面的等距视图。

图7是根据一些示例的具有声阻组件的微型扬声器的横截面的等距视图。

图8是根据一些示例的具有声阻组件的微型扬声器的横截面的等距视图。

图9是根据一些示例的、位于耳塞中的图5a-图8的微型扬声器的声学部件的等效电路图。

图10a和10b是根据一些示例的频率响应图。

图11是图示根据一些示例的、在若干pcb微通气口和孔径(对于微通气口的阵列的固定的总声阻)之间关系的图。

图12a和12b图示了根据一些示例的、与配置有pcb微通气口的声阻组件相对应的频率响应。

具体实施方式

现代的入耳式耳机或耳塞通常包含微型扬声器，该微型扬声器包括永磁体和音圈，该音圈附接到推动周围空气的隔膜，该隔膜反过来产生声音，并将声音输出给使用者。这样做时，微型扬声器必须在设备将被使用的整个频率范围内产生足够的声压。

根据图1和图2，每个声阻组件10、30可以包括保护盖12、隔膜14、音圈16、永磁体18、悬挂元件17、前板19、背板20和印刷电路板(pcb)22。保护盖12在操作期间保护隔膜14免受损坏，并包括开口11，该开口11将隔膜14处产生的声音输出到耳道等。

隔膜14被耦合到音圈16，并由音圈16驱动。更具体地，如众所周知的，音圈16被定位在由磁体18产生的永久磁场中，并在对音圈16施加电流时会移动。隔膜14在形状上可以是圆形或非圆形，并经由悬挂元件17(有时称为环绕物)而被耦合到隔膜环21或其他支撑构件。环绕物17和隔膜14可以被构造为单个部件或分离的部件。在操作时，响应于电流施加到音圈16，环绕物17允许隔膜14以往复方式移动。隔膜的移动会引起气压的变化，从而导致声音的产生。

磁体18夹在前板19和背板20之间。背板20转而耦合到pcb22。背板20可以具有从背板20的基部朝向隔膜14延伸的极片23。音圈16围绕极片23而被定位。

图1所示的组件10包括延伸穿过背板20的单个通气孔25。当隔膜14移动期间，空气被迫使通过背板通气孔25。图2所示的组件30包括延伸穿过极片23中心的单个通气孔26。与图1所示的组件10一样，当隔膜14移动时，空气被迫使通过极片通气孔26。由于通气孔25、26有助于各自组件10、30的声阻抗，因此通气孔25、26可以被应用来实现一系列频率响应形状。

覆盖物或稀松布24可以位于背板通气孔25和/或极片通气孔26上方，以在各自的通气孔25、26处提供声阻。在图1的示例中，pcb22被切短，以为将稀松布材料24定位在通气孔25上方而创建空间。在图2的示例中，pcb22包括开口27，以为将稀松布材料24定位在通气孔26上方而创建空间。稀松布24可以由声阻材料构成，诸如无纺布、机织织物、金属丝布等。空气流过稀松布24的声阻的变化会进一步影响耳塞或相关入耳式耳机中驱动器的频率响应、驱动器的基频谐振，并还可能对组件10、30中的其他声学共振产生影响。

图3是常规微型扬声器的声学部件的等效电路图40的视图，例如包括本文所描述的声阻组件10或30。微型扬声器可以插入到具有密封背部的耳塞或相关入耳式耳机中。图1中的组件10和图2中的组件30的不同特征可由声阻抗电路40来表示。

隔膜14的上表面和耳道(未示出)之间的空气区域由声顺caf表示。输出是前腔中的压力，即声顺caf。隔膜14的运动由体积速度源u表示。在电机腔29中隔膜14下方的空气区域由声顺cam表示。通气孔25、26上方的稀松布24的活动区域由声阻抗rav表示。在密封的耳塞外壳(未示出)中的换能器的背面的空气区域由声顺cab表示。由等效电路40表示的声学系统允许数学上推导出组件10、30的频率响应。特别地，可以将声压绘制为因变量，并且可以将输入激励频率绘制为自变量。图4所示的曲线71-75对应于本文所描述的声阻组件的频率响应曲线，根据本文所描述的选定的设计参数可以影响组件10或30的声阻rav。声阻rav转而会影响微型扬声器的灵敏度。在图4中，横轴表示10hz至10khz的频率范围，纵轴表示不同rav值的归一化声压级。

在图4中，频率响应曲线71是由声阻组件10、30在通气孔25和26被阻塞、不存在或以其他方式来防止空气(声音)通过通气孔25、26的情况下生成的。这里，通气孔25、26处的声阻大，例如rav≈∞。另一方面，频率响应曲线72是由声阻组件10、30在通气孔25、26被打开以使得空气以不间断的方式通过通气孔25、26的情况下产生的。这里，通气孔25、26处的声阻是可忽略的，例如rav≈0。因此，频率响应曲线71和72分别表示两个极端情况，即不通气和具有可忽略声阻的通气。其余的频率响应曲线73-75示出了具有不同声阻级的中间示例。例如，曲线73指示通气孔25、26上方的稀松布24具有比与曲线74对应的稀松布24更多的气孔，并且允许更多的空气通过通气孔25、26。类似地，曲线75指示由于稀松布24比与曲线74相对应中的稀松布气孔更少，因此空气更难以通过通气孔25、26。

为了修改背板20中的通风口以调节频率响应，必须对pcb(以及可能是稀松布24、22)进行结构上的改变，以适应背板通气孔的修改，例如将pcb中的开口与背板通气孔对齐。通常，稀松布材料可以用于具有一组离散的流动阻力。然而，使用商业上可获得的稀松布来修改微型扬声器的特性可能需要改变稀松布24的孔的面积和有效面积。在具有背板和pcb的构造中，可能需要改变背板和pcb两者，以修改入耳式耳机中的微型扬声器的频率响应。

简而言之，本文描述的示例提供了一种系统和方法，用于使微型扬声器的电机以灵活的方式通气，并具有降低的设计复杂度，以实现各种不同的频率响应(例如图4中所示的)。这是通过修改pcb同时保持背板的配置(例如，不改变背板通气口的几何结构)，调节入耳式耳机中的微型扬声器的频率响应而实现的。因此，可以针对不同的应用来修改换能器设计以实现期望的频率响应。

虽然已示出并描述了微型扬声器，但本文所描述的发明构思可以同样适用于其他小型换能器。参见图5a和5b所示，微型扬声器100包括外壳或套筒112、隔膜114、线圈116、环绕物117、永磁体118、币状物119或前板、背板120、印刷电路板(pcb)122和稀松布124。套筒112具有中空的内部，前板119、背板120、磁体118和线圈116定位于在该中空的内部处。保护盖121可以围绕套筒112的顶部而定位，以保护隔膜114在操作期间免于损坏。

一个或多个气孔125延伸穿过pcb122。稀松布124位于pcb122的面向背板120的表面上，并且覆盖气孔125。稀松布124可以通过粘合剂或其他耦合机构或粘合技术来附接到pcb122。稀松布124和pcb122与背板120分开一预先确定的距离，使得pcb122和背板120之间形成空腔127。稀松布材料可包括但不限于编织单丝织物、金属丝布、无纺布或相关材料，以进一步调节期望声阻级，从而调节微型扬声器的频率响应。因此，稀松布材料的声阻的范围可以是3至260pa/(m/s)，但不限于此。孔径的范围可以是18um至285um，但不限于此。

气孔125可单独地或与图5a和5b所示的稀松布124结合，形成通气口(称为第二通气口)，该通气口提供在外部环境和通过稀松布124的空腔127之间行进的空气的期望声阻级。pcb122中的通气孔125的尺寸、形状、位置、数量和布置可以变化，通气孔125的数量也可变化，其取决于微型扬声器的期望频率响应。

一个或多个通气孔132位于背板120中。尽管此处被称为通气孔132，但是术语通气孔132也可以是指形成在背板120周边处的凹口或类似物。在图5b的示例中，通气孔132位于背板120的外径处。这里，凹口132形成在背板120的周边或外径中，其中凹口132定义为背板120的一部分，并且当背板120插入套筒112中时形成功能性通气口。在图5a的示例中，通气孔132位于从背板120的外径的向内处。这里，背板通气孔132可以通过在背板120中钻通孔来形成，其中整个孔132环绕着背板120。背板120中的通气孔132的尺寸、形状、位置、数量和布置可以变化，通气孔132的数量也可以变化。

背板通气孔132被构造和被布置以主要表现为声质量。更具体地，通气孔132各自具有足够大的横截面面积、直径或相关尺寸，使得通气孔132的复合声阻抗主要是虚数的或电抗性的。对于通气孔132的复合声阻抗也会存在实数或电阻分量。所有背板通气孔的被组合的总声阻抗的实部是明显低于所有pcb通气口的被组合的总声阻抗的实部(包括稀松布124的影响，如若存在)。

如图9所示，隔膜114的顶部表面和鼓膜(未示出)之间的空气区域由声顺caf表示。输出是前腔中的压力，即声顺caf。隔膜114的运动由体积速度源u表示。在电机腔29中的隔膜114下方的空气区域由声顺cam表示。在密封的耳塞外壳(未示出)中的换能器的背面处的空气区域由声顺cab表示。

根据一些示例，覆盖pcb122中的气孔125的稀松布124由声阻rav(区别于参照图3和图4中的常规组件所描述的rav)表示。特别地，每个气孔125具有声阻。所有气孔125的声阻被组合成单个元素(rav)。每个背板通气孔132中的空气区域共同地由等效质量mav表示。特别地，每个通气孔132具有声质量。所有通气孔132的声质量被组合成单个元素(mav)。空腔127中的空气区域由声顺cag表示。

背板通气孔132的存在提供了相对于影响换能器的频率响应的额外的灵活性。如上所述，每个通气孔132主要用作声质量mav。系统的声学共振与空气的声顺cam一起，相当于声质量mav。与背板通气孔132相关的声阻抗，可以分别被配置为彼此相平行。背板通气孔132可以被构造和被布置以实现这一点。在这样做时，可以减少总的声质量，从而使共振在频率上更高。这种共振可以由于pcb22(带有或没有稀松布24)的声阻而被抑制，但若声阻太低，则可能存在问题。图10a和10b图示通过减少背板通气孔132的数量(例如从六个通气孔减少到一个通气孔)而对组件100的前腔处的压力灵敏度的影响。

在一些示例中，背板通气孔132各自位于可在隔膜运动方向上延伸的轴上。pcb气孔125可以与背板通气孔132有偏移，即位于与相邻的背板通气孔132所在的轴不同的轴上。pcb气孔125和背板通气孔132的对准不是必需的，因为空腔127中的压力被认为在感兴趣的频率处是一致的。因此，pcb气孔125和背板通气孔132可以不需要相对于彼此对准，其中关于性能也没有损失。这提供了在这些部件的机械设计上的灵活性，使得相较于常规方法更容易制造和装配。因此，为了实现例如在换能器设计中成形所期望的频率响应，仅需要对pcb气孔几何结构进行修改。

转向图6a和图6b，声阻组件200与图5a和5b中的组件100相似，除了pcb222上方没有稀松布材料。替代地，稀松布被多个微通气口225来替代、或被延伸穿过pcb222到空腔127的小开口或孔来替代。微通气口225用作“集成式通气孔”，而不需要定位在pcb开口上方的稀松布或类似物来实现所期望的声阻。微通气口225的数量和/或尺寸可以建立组件200的期望阻尼特性，以及因此的频率响应。类似于图5a和5b中的其它示例，组件200的声阻可以通过修改pcb222来调整，图6a和6b中的pcb222包括添加微通气口225，但不需要修改背板120。此外，不使用稀松布会简化关于组件200的制造过程，这是因为减少部件的数量以及减少将稀松布接合到pcb所需的胶接接头的数量。

声阻组件200可以由如上所述的图9所示的声阻抗电路140来表示。其他等效电路也同样适用。例如，等效电路可以将背板通气口132和pcb微通气口225分别图示为具有实部和虚部的通用声阻抗块。

如上所述，背板通气口132可以主要表现为声质量。另一方面，微通气口225被配置为具有面积、长度、和/或相关尺寸，以主要表现为声阻。相关的和重要的特征是所有pcb通气口的被组合的总声阻抗的实部(包括稀松布的影响，如果存在)明显高于所有背板通气孔的被组合的总声阻抗的实部。

pcb222中的微通气口225的尺寸、形状、位置、数量和布置可以变化，微通气口225的数量也可以变化，这取决于微型扬声器的期望频率响应、微型扬声器在真空中的机械阻力、可制造性和其他设计考虑。每个通气孔提供给系统的声阻抗取决于其长度和直径——特别地，直径越小，声阻(假设长度固定)越高，并且孔越长，声阻(假定直径固定)越高。此外，对于基本上相同的孔，总声阻与孔的数量成反比。因此，增加孔数会降低总声阻，而减少孔数会增加总声阻。例如，固定的pcb厚度(以及因此的通气孔长度)为360μm，不同数量的孔所提供的声阻的影响被示出在图12a和图12b中，分别对应直径为50μm和100μm的孔。在图12a和图12b的示例中，孔所延伸穿过的pcb的厚度约为360μm。在各种情况中，孔的数量范围从零到最大数量的孔，其可以固定在给定尺寸和最小孔间距的pcb上。在各种情况中，期望频率响应所需的孔的近似数量被记录。可以看出，当使用较小直径的通气孔时，将需要更多的通气孔来实现期望的频率响应。图11对该点进行了强调，即通过描绘实现该配置的示例目标频率响应所需的通气孔的近似数量与通气孔的直径之间的关系，直径范围从50μm到200μm。上文所述的对背板通气和pcb通气进行解耦允许更灵活地选择pcb孔尺寸和数量，从而更好地控制频率响应。

当调节微型扬声器的阻尼时，可以确定微通气口225的数量。通过增加或减少微通气口225的数量，可以改变频率响应。微通风口225相对于一组背板通气口132有偏移，并且与背板通气口132通过空腔127分离，实现了与参照图5a和图5b所示声阻组件100所描述的那些相似的益处。

参照图7，声阻组件300包括保护盖121、隔膜114、音圈116、悬挂元件117、前板319、背板320和印刷电路板(pcb)322，与本文其他实施例类似或相同。组件300还包括磁体318，其可与图1和图2中的磁体18相似或相同。在一些示例中，磁体18是环形磁体。在其他示例中，磁体是圆柱形磁体。其他磁体类型也同样适用。背板322具有从背板320的基部朝向隔膜114延伸的极片123。音圈116和磁体318分别围绕极片23而被定位。

空腔127由背板320和耦合到pcb322的稀松布124形成。空腔127提供一定体积的空气可以由图9所示的声阻抗电路140中示出的等效声顺cag表示。因此，图7的声阻组件300可以由图9所示的声阻抗电路140表示。图7中的空腔127和pcb气孔325的存在允许在不修改背板320的情况下调节声阻。

参照图8，声阻组件400与图7中的组件300类似，除了存在延伸通过pcb322到空腔127的微通气口335或小开口之外。微通气口335用作“集成式通气口”，而不需在pcb开口上方布置稀松布或类似物以实现期望的声阻，这与图6a和图6b中所示的示例类似。

已经描述了若干实施方式。然而，应当理解，前面的描述旨在说明而不是限定发明构思的范围，本发明构思的范围是由权利要求所限定的。其他示例亦落在所附权利要求的范围内。