一种声音装置

1.本发明涉及声学设备技术领域，特别涉及一种具有共振元件的声音装置。


背景技术：

2.声音装置是便携式电子设备的重要组成部件，随着移动终端微型化、超薄化的发展趋势，声音装置广泛应用于手机、电脑、pad等移动终端电子设备中。常规的声音装置通常包括外部壳体，壳体内安装有微型声音装置单体，微型声音装置单体将壳体分隔为第一腔和第二腔两个独立腔体，第一腔通过发声管道将声波导向声音装置侧边发音口，声波通过发音口向外辐射，实现声音装置侧发声功能。
3.然而，由于声音装置的侧发声结构，其第一腔与发声管道在声学上形成共振，声音装置的频率响应不可避免地受到腔体/管道的共振效应的影响，使得其频响上在第一腔共振频率处产生剧烈的尖峰，如图14中的实线802位置以及图15中的实线903位置所示，这样的尖峰严重影响了声音装置的声学性能与听音体验。
4.为降低声音装置第一腔共振频率处的共振峰，现有技术中，主要采用在发音口粘贴/注塑声学网布的方法来增加声阻，降低共振峰。然而，如图14中的虚线所示，该方法会造成频响在全频带内降低的风险。另一种可行的方法是，在第一腔中构造声学共振器，如helmholtz共振器，对频响上共振峰进行抑制。此方法能够有效抑制共振峰，但是其阻尼难以控制，易造成抑制过度、频响上产生深谷的问题，如图15中的虚线深谷906所示。因此，有必要提出一种新的共振峰抑制方法，有效控制频响峰值并且其阻尼可调。


技术实现要素：

5.本发明提出一种声音装置，包括原振元件，用于至少产生第一频率至第二频率的声波；装置壳体，用于形成容纳原振元件的第一腔室；和共振元件，共振元件具有第一频率值第二频率之间的共振频率，共振元件设置于第一腔室或/和一个与第一腔室连通的空间中。
6.进一步的，声音装置还包括：内部支撑件，连接至共振元件以使共振元件位于第一腔室内部。
7.进一步的，声音装置还包括：外部支撑件，连接至共振元件以使共振元件位于第一腔室外部。
8.进一步的，共振元件连接至装置壳体。
9.进一步的，装置壳体被构造成具有第一通道，用于提供原振元件生成的声波向外辐射的通道；装置壳体在壳壁处开设第一通道口。
10.进一步的，装置壳体被构造成具有第二通道，用于提供使共振元件向外部介质传递声波的通道。
11.进一步的，装置壳体被构造成具有第二通道，用于提供使原振元件向共振元件传递声波的通道。
12.进一步的，原振元件设置于共振元件和第一通道口之间。
13.进一步的，声音装置还包括分隔支架，用于安装原振元件；其中，分隔支架设置在装置壳体内部以将装置壳体内部分隔为第一腔室和与第二腔室。
14.进一步的，声音装置还包括：音圈和磁体，音圈连接至原振元件，磁体设置有磁隙，音圈设置在磁隙中。
15.一种声音装置的制造方法，包括以下步骤：构造一个装置壳体以容纳一个原振元件；设置一个共振元件使其在第一频率和第二频率时产生共振；将共振元件设置于装置壳体内部或与装置壳体内部连通的空间中；在装置壳体开设一个通道以使共振元件共振产生的声波向装置壳体外部的介质传播。
16.进一步的，声音装置的制造方法还包括：设置一个质量块；将质量块连接至共振元件。
17.进一步的，声音装置的制造方法还包括：在共振元件上设置阻尼胶。
18.本发明的有益效果包括：能够吸收原振元件产生的一定频率的共振峰，提高声波信号的质量。
19.便捷地调整共振元件的共振频率与阻尼，提高共振元件的共振峰吸收效果。
20.提高共振元件的能量耗散速度，提高共振元件的共振峰吸收效果。
21.通过设置共振元件的特殊位置，提高共振元件对共振峰的吸收效果。
22.降低共振元件的结构复杂程度，提高声音装置的生产效率。
附图说明
23.图1为一种声音装置的实施例的示意图；图2为另一种声音装置的实施例的示意图；图3为另一种声音装置的实施例的示意图；图4为另一种声音装置的实施例的示意图；图5为另一种声音装置的实施例的示意图；图6为另一种声音装置的实施例的示意图；图7为一种吸音组件的实施例的示意图；图8为一种吸音组件的实施例的示意图；图9为一种吸音组件的实施例的示意图；图10为一种吸音组件的实施例的示意图；图11为一种吸音组件的实施例的侧面示意图；图12为一种吸音组件的实施例的侧面示意图；图13为具有共振元件的声音装置的频率响应曲线与不具有共振元件的声音装置的频率响应曲线的示意图；图14为在发音口粘贴/注塑声学网布的声音装置的频率响应曲线图；图15为具有helmholtz共振器的声音装置的共振峰抑制的频率响应曲线图。
具体实施方式
24.在这个部分中，我们将参考附图来解释本发明的若干优选实施方案。每当在实施
方案中描述的部件的形状、相对位置和其它方面未明确限定时，本发明的范围并不仅局限于所示出的部件，所示出的部件仅用于例证的目的。另外，虽然阐述了许多细节，但应当理解，本发明的一些实施方案可在没有这些细节的情况下被实施。在其他情况下，未详细示出熟知的结构和技术，以免模糊对本描述的理解。
25.本文中所使用的术语仅是为了描述特定实施方案而并非旨在对本发明进行限制。空间相关术语，诸如“在
……
之下”、“在
……
下方”、“下”、“在
……
上方”、“上”等可在本文中用于描述的方便，以描述一个元件或特征与另外一个或多个元件或一个或多个特征的关系，如在附图中示出的。应当理解，空间相对术语旨在涵盖除了在附图中所示的取向之外的设备使用或操作过程中的不同取向。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件然后可被取向成在其他元件或特征“上方”。因此，示例性术语“在
……
下方”可涵盖在
……
上方和在
……
下方这两个取向。设备可以另外的方式进行取向(例如，旋转90度或以其他取向)，并且在本文中使用的空间相对描述词被相应地解释。
26.如本文所用，单数形式“一个”、“该”和“所述”旨在同样包括复数形式，除非上下文另外指出。应当进一步理解，术语“包括”和/或“包含”限定所述特征、步骤、操作、元件、和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、部件和/或其集合的存在或添加。
27.本文所使用的术语“或”和“和/或”应被解释为包含性的或意指任意一个或任意组合。因此，“a、b或c”或“a、b和/或c”指“以下中的任意一种：a；b；c；a和b；a和c；b和c；a、b和c。”只有当元素、功能、步骤或行为的组合在某种程度上是固有地相互排斥时，才会出现该定义的例外情况。
28.图1为声音装置的一个实施例的侧面剖视图。声音装置100用于将电能转换为机械能，例如，声音装置100为电驱动声音装置，能够将电信号转换成音频信号。作为可选的实施方案，声音装置100可以作为功放喇叭或者耳机的发声装置，用于移动电话、笔记本电脑、平板电脑以及其他电子终端。
29.声音装置100包括壳体101，壳体用于形成腔室，将声音装置的部分组件与周围环境隔开，避免外界的干、湿颗粒影响或破坏声音装置内部组件的功能。壳体可以由壳体壁组成，各壳体壁可以是平整的或具有弧度的，各壳体壁之间可以通过粘接、焊接、卡接等各种连接方式，壳体也可以采用一次成型的方式构成。壳体构成的立体形状可以为正方体、长方体、馒头形或其他形状，为解释方便，本发明仅以长方体形状的壳体展示。必须注意，本发明中的长方体的壳体仅是一种可选的实施方式，任何能够划分一定空间的壳体都属于本发明声音装置的壳体的实施方式，这里的空间不一定是密闭的空间，也可以是与外界环境相连通的空间。
30.声音装置还包括发声组件110，发声组件是起到电-机转换功能的器件，能够将电信号转换为声音信号。作为一种可选的实施方式，发声组件110包括原振元件111，原振元件111通过振动的方式产生声音，其可选的为任意一种膜结构。
31.原振元件通过连接件112固定至分隔支架113，连接件112可选的为一种柔性隔膜、金属/塑料材质的板/片，连接件112能够产生弹性形变，带动原振元件111振动，振动的原振元件111在声音装置内产生声压。分隔支架113可以直接与壳体101进行连接，或者通过其他中间结构与壳体进行间接的连接。分隔支架113与壳体101之间的连接方式可以通过粘接、
焊接、卡接等各种连接方式，分隔支架113也可以与壳体101一体成型。
32.发声组件110还包括音圈114、磁体115、磁板116和磁轭117，磁体设置有磁隙118，音圈114设置在磁隙118中。音圈114与原振元件111相连接，这种连接可以是直接的连接，也可以是通过其他中间元件（例如通过连接件112）与原振元件111相连接。音圈114可以通过在固定在原振元件111的线轴上绕线的方式形成，也可以将绕好的线轴通过胶粘等方式固定至原振元件111。音圈的形状可以为圆形、矩形、椭圆形、跑道形等任意的形状。音圈的形状与原振元件111的形状可以保持一致，也可以存在区别。
33.从结构上看，原振元件111可以分为外面111a与内面111b，原振元件111与连接件112、分隔支架113形成的空间将壳体围城的空间分为两个区域。作为一种表示方法，与外面111a相连通的空间定义为第一腔120（或前腔），与内面111a相连通的空间定义为第二腔（或后腔），第一腔与第二腔具有至少部分的声学上的隔离关系。这里的声学上的隔离关系，通常是指两个腔室内的声压不会相互影响，直接的体现就是两个腔室内的气压不互通。当然，声学上的隔离关系属于一种理想的状态，实际的声音装置中的各个腔室之间很难形成完全的声学隔离关系。另外，这里的前腔、后腔、外面、内面中的前、后、内、外仅仅起到区分描述的作用，其本身没有任何技术上的含义。比如，这里的第一腔、第二腔可以分别描述为第一腔、第二腔，这里的外面、内面可以分别描述为第一面、第二面。
34.作为一种可选的实施方式，音圈114和磁性组件设置在原振元件的内面111b的一侧，也就是说，本实施例中的音圈115与磁性组件都设置在第二腔中。在声音装置工作时，音圈114接收电信号，通过音圈114与磁性组件之间的电-磁交互带动原振元件111的振动，从而将电学信号转化为音频信号。
35.本实施例中的第一腔120设置有第一通道121，第一通道121与原振元件相连通，第一通道121与装置壳体外部的介质相连通，第一通道121提供了将原振元件111向外辐射的通道。作为可选的实施方式，在第一通道口122处设置有第一防护件123，第一防护件123具有网状结构，使第一通道口处的第一腔的介质与外界的介质连通，避免阻碍第一腔内的声波向外传播。作为可选的实施方式，第一防护件123可以具有其他起到防尘、防水作用的结构，比如单向百叶、锥形嘴等结构。作为优选的实施方式，第一防护件123完全遮蔽声学通道口，避免了外部环境的干、湿颗粒进入声音装置内。
36.原振元件111产生的声波在第一腔内传播的过程中，受到第一腔内各个元件共振的影响，在第一频率至第二频率的范围内产生共振峰。如图12所示，第一频率对应虚线上的点203，第二频率对应虚线上的点204，在第一频率与第二频率之间形成共振峰202，共振峰202通过第一通道120向外部介质传递，恶化了声波信号的质量。
37.如图1所示，声音装置100还包括吸音组件130，吸音组件130包括共振元件131，还包括内部支撑件135，内部支撑件用于连接共振元件以使共振元件位于第一腔室120的内部。共振元件131具有第一频率至第二频率范围内的共振频率，共振元件131能够产生弹性形变，将第一腔中传播的特定频率的音波转换为共振元件131的振动，从而吸收在第一腔中传播的音波能量。如图12所示，共振元件吸收第一腔中传播的第一频率至第二频率之间的声波能量，产生优化的频率响应曲线206。这里的第一频率至第二频率范围内的共振频率只是共振元件131为了吸收共振峰202的优选的共振频率范围，在第一至第二频率之外的与第一、第二频率接近的其他共振频率亦能够实现类似的效果。另外，这里的共振元件131的共
振频率，在内部支撑件135为刚性材料的情况下，通常指的是共振元件131本身的共振频率，在内部支撑件135为弹性材料的情况下，指的是共振元件131安装至内部共振件135后的共振元件131或者说吸音组件130体现出来的共振频率。
38.作为可选的实施方式，原振元件111设置在共振元件131与第一通道口122之间，由于第一通道口122处的第一腔室120内介质与装置壳体101外部的介质存在连通，在声音装置工作时，第一腔室120内位于第一通道口122附近的声压较小，远离第一通道口122处的声压较大，将原振元件111设置在共振元件131与第一通道口122之间，能够使得共振元件131远离第一通道口，使共振元件131接收到更强的声波能量，提高共振元件对共振峰的抑制效果。
39.壳体101上开设有第二通道137，吸音组件130中形成共振元件腔室，共振元件腔室通过第二通道137与外界介质连通。由于共振元件腔室与外界介质连通，能够避免在共振元件所在的腔室中形成空气弹簧（或者说减小共振元件腔室中的空气弹簧效应），而共振元件亦与外界介质存在连通关系，从而能够更精确的调整共振元件的共振频率，降低工艺难度。另外，将共振元件与外界介质连通，共振元件得以向外部介质传递声波，从而能够更好地将共振元件131吸收的共振峰的能量向外界耗散，避免共振元件131吸收的共振峰能量重新返回声音装置100的第一腔室。采用这样的设置，能够进一步提共振元件对共振峰的吸收效果。
40.如图2所示为声音装置的另一个实施例，声音装置200还包括吸音组件230，吸音组件230包括共振元件231，外部支撑件235用于连接共振元件以使共振元件位于第一腔室120的外部。共振元件231具有第一频率至第二频率范围内的共振频率，共振元件231能够产生弹性形变。壳体201上开设有第二通道237，第二通道237在共振元件231与第一腔220之间形成通路，使得第一腔220中传播的声波向共振元件231传递，第一腔中传播的特定频率的音波转换为共振元件231的振动，从而吸收在第一腔中传播的音波能量。将共振元件231设置在壳体外部，能够更方便地调节共振元件231的共振频率，从而使得共振元件231的共振频率位于第一频率与第二频率之间，或者接近第一频率或第二频率，提高共振元件对共振峰的吸收效果。这里的共振元件231的共振频率，在外部支撑件235为刚性材料的情况下，通常指的是共振元件231本身的共振频率，在外部支撑件235为弹性材料的情况下，指的是共振元件231安装至外部共振件235后的共振元件231或者说吸音组件230体现出来的共振频率。
41.作为可选的实施方式，原振元件211设置在共振元件231与第一通道口222之间，使共振元件231接收到更强的声波能量，提高共振元件的共振峰抑制效果。
42.如图3所示为声音装置的另一个实施例，吸音组件330包括共振元件331，共振元件331连接至分隔支架313以使共振元件位于第一腔室320的内部，共振元件331与分隔支架313之间形成吸音组件的腔室。作为可选的实施方式，吸音组件330还包括固定件335，共振元件连接至固定组件以使共振元件位于第一腔室320的内部，其中，固定组件335连接至分隔支架313，或者固定组件335与分隔支架313采用一体成型的方式制作。这样的设置能够减少吸音组件330本身的结构复杂程度，提高生产效率，降低器件成本。作为可选的实施方式，原振元件311设置在共振元件331与第一通道口322之间，使共振元件331接收到更强的声波能量，提高共振元件的共振峰抑制效果。
43.如图4所示为声音装置的另一个实施例，吸音组件430包括共振元件431，共振元件
431连接至分隔支架413以使共振元件位于第一腔室420的内部，共振元件431与分隔支架413、装置壳体401之间形成吸音组件的腔室。这样的设置能够减少吸音组件430本身的结构复杂程度，提高生产效率，降低器件成本。作为可选的实施方式，原振元件411设置在共振元件431与第一通道口422之间，使共振元件431接收到更强的声波能量，提高共振元件的共振峰抑制效果。
44.如图5所示为声音装置的另一个实施例，壳体上开设有第二通道537，吸音组件530包括共振元件531，共振元件531连接至第二通道537，可以看做共振元件531位于第一腔室520内部，吸音组件还包括保护壳535，保护壳535上开设有开孔。作为可选的实施方式，原振元件111设置在共振元件531与第一通道口122之间，使共振元件531接收到更强的声波能量，提高共振元件的共振峰抑制效果。另外，将共振元件531设置在壳体开孔处，能够更方便地调节共振元件531的共振频率，从而使得共振元件531的共振频率位于第一频率与第二频率之间，或者接近第一频率或第二频率，提高共振元件对共振峰的吸收效果。
45.如图6所示为声音装置的另一个实施例，吸音组件630包括共振元件631，原振元件611设置在共振元件631与第一通道口622之间，使共振元件631接收到更强的声波能量，提高共振元件的共振峰抑制效果。
46.图7示出了吸音组件130部分部件的俯视结构，其中131为共振元件。共振元件131的材料可以选自peek、pen或其他高分子材料，共振元件的结构可以是单层结构或者多层的复合结构，比如采用peek+阻尼材料+peek的三明治结构。除了高分子材料外，共振元件131的材料还可以是硅胶材料。
47.如图8所示，吸音组件130还可以包括质量块132，质量块132的材料可以选自铝、钛、铜或其他金属材料，甚至可以是硅、碳等元素组成的具有一定的密度与杨氏模量的其他有机、无机材料。质量块132与共振元件131连接，质量块132一方面能够调节共振元件的共振频率，使得共振元件的共振频率与声音装置的共振频率所接近，另一方面还可以调整共振元件的阻尼系数，使得共振元件吸收共振峰的能力处于适中的位置。
48.作为一种可选的实施方式，质量块132设置在共振元件131的中心位置，共振元件131设置在质量块132周围并与质量块132连接。本实施例中仅以矩形质量块为示意，实际上，如图9所示，质量块132的形状亦可以为圆形或其他规则乃至不规则的形状。
49.作为另一种可选的实施方式，如图10所示，吸音组件130的俯视图中，由内向外分别为共振元件131a、质量块132、共振元件131b。可选的，在本实施例中，共振元件132a、132b为一个整体，环形质量块132是通过在共振元件131上涂覆较高密度的材料而形成的环形结构。本实施例中的质量块132仅以矩形环为示意，实际上，质量块132的形状亦可以为圆环或其他规则乃至不规则的形状。
50.如图11所示，共振元件131横截面的形状包括了弧形。作为可选的实施方式，如图12所示，共振元件131的横截面形状可以为波浪形，除此之外，共振元件131的横截面形状还可以是直线形或者具有一定的弧形或锯齿形等其他结构，实际上，不论共振元件131的横截面的具体形状，只要共振元件131能够实行弹性形变就可以。
51.作为可选的实施方式，吸音组件130还包括共振元件防护件138，共振元件防护件138设置在第二通道137与外部介质的交界处，避免了外部环境的干、湿颗粒进入共振元件或声音装置内部。
52.图13示出了声音装置的频率响应曲线，其中虚线为未采用本发明共振元件的声音装置的频率响应曲线701，实线为采用了本发明的共振元件的声音装置的频率响应曲线705。曲线的横坐标为频率（frequency），单位为hz，纵坐标为声压级（spl，sound pressure level），单位为db。在未采用本发明共振元件的声音装置频率响应曲线701中，在声音装置的共振频率处产生尖峰702，这样的尖峰在音频信号中表现为声音的突变，使音质变差，影响音频信号的质量。在采用了本发明的共振元件的声音装置频率响应曲线705中，在声音装置的共振频率处产生的尖峰由于共振元件在特定共振频率处于声音装置的第一腔共同共振而被吸收，在频率响应曲线705中体现出平缓的波形706。除此之外，由于共振峰的能量在共振元件中被分散，因此，相比于曲线701,曲线705在共振频率附近的波形由于表现的更为平缓，其上升、下降的波形曲线围成的面积亦大于曲线701对应位置所围成的面积，使得频率响应的变化进一步地平缓化，这样进一步平缓化的波形相当于增大了声音装置的频率响应范围，体现在声音质量上就是能够更真实的反应部分高频及低频的声音信号，进一步提高声音装置的频率响应性能以及所产生的声音的质量。
53.为了获取特定共振频率处的共振元件响应，需要对共振元件的共振频率进行调节。共振元件的共振频率决定了共振元件对共振峰的吸收的精度，需要将共振元件的共振频率调整到声音装置的共振峰附近才能够起到吸收共振峰的效果。
54.作为可选的共振元件共振频率的调节方法，参照以下公式进行：其中，k为共振元件131的刚度。m为质量块132的质量。共振元件131的刚度k受到共振元件131的材料（杨氏模量不同）、厚度、形状（弧形或其他形状）控制。具体为：共振元件131材料的杨氏模量越大，刚度越大。共振元件131厚度越大，刚度越大。质量块132的质量m受质量块132的体积与密度控制。具体为：质量块132的密度越大、体积越大，其质量就越大。
55.除了共振频率外，还需要对共振元件的阻尼进行调节。共振元件的阻尼决定了共振元件对共振峰的吸收效果。对于本发明的共振元件来说，需要将共振元件的阻尼调整到一个合适的值，如果共振元件的阻尼过大，共振元件本身振动过小，意味着共振元件吸收共振峰的能力越小，无法起到吸收共振峰能量的作用；共振元件的阻尼过小，共振元件本身振动大，吸收能量的能力越强，可能会导致过度吸收共振峰能量，产生声谷，亦降低了声音装置的声音质量。
56.作为可选的共振元件阻尼调节方法，可以选择共振元件131的材料为特定阻尼系数的材料，也可以在共振元件131上喷涂阻尼胶等材料，还可以调节质量块132的质量，以使得共振元件的阻尼处理合理的范围之内。
57.制造声音装置的方法包括：构造一个装置壳体以容纳一个原振元件，原振元件用于产生声波，装置壳体用于容纳包括原振元件在内的声音装置元件，并起到防护的作用。原振元件可以产生声波信号，声波信号包括了第一频率至第二频率的声波信号，第一频率至第二频率的声波信号由于共振的作用，产生共振峰，影响声音装置的声音信号质量。
58.设置一个共振元件使其在第一频率和第二频率时产生共振，共振元件能够在第一频率至第二频率的范围内，或者与第一、第二频率接近的频率范围内产生共振。
59.将共振元件设置于装置壳体内部或与装置壳体内部连通的空间中，使得共振元件能够接收原振元件产生的声波信号，并在共振峰处产生较高的振动幅度，从而吸收共振峰；在装置壳体开设一个通道以使共振元件共振产生的声波向装置壳体外部的介质传播，这样的通道能够加快共振元件吸收的共振峰能量向外的辐射，从而提高共振元件吸收共振峰的效果。
60.为了使得共振元件对共振峰的吸收能力处于合理的范围内，可以设置质量块，并将质量块连接至共振元件，或者在共振元件上设置阻尼胶。
61.以上方法之间并没有顺序的限制。
62.本发明并不限于所示和所述的特定构和布置，只要满足本发明的特定共振频率的共振元件的结构、位置以及相应的声音装置的壳体或其他内部结构的特殊设计，都应当认为属于本发明的保护范围。