專利名稱：帶有小的后體積腔的聲變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于通信終端設(shè)備的放音聲變換器。
在一種通信終端設(shè)備中，放音聲變換器用于接聽、揚(yáng)聲接聽/免提和用于發(fā)送信號(hào)功能。
已知的用于解決這個(gè)任務(wù)的方案分別使用了專門的變換器耳機(jī)、振鈴器和免提揚(yáng)聲器(標(biāo)準(zhǔn)方案)。此外還已知解決這個(gè)任務(wù)使用了常規(guī)的通信變換器，該變換器同時(shí)滿足多個(gè)功能的要求。
當(dāng)今被極大微型化的通信終端設(shè)備只是有條件地可以應(yīng)用上述兩種已知的解決方案。
通信終端設(shè)備(特別對(duì)于無(wú)線電話和移動(dòng)電話)微型化的前提是減少組件數(shù)量并且微型化每個(gè)單個(gè)組件。如果還考慮到制造成本的話，減少組件數(shù)量更重要一些。因此，振鈴器和耳機(jī)(在每個(gè)通信終端設(shè)備中都需要的功能)、免提以及娛樂(lè)功能的揚(yáng)聲接聽(例如收音機(jī)，MP3播放器)的組合是一個(gè)重要的體積標(biāo)準(zhǔn)和成本標(biāo)準(zhǔn)，因而使用更多專門的變換器是不經(jīng)濟(jì)的。
為了滿足所有的要求，將所提及的功能組合在一個(gè)已知技術(shù)的聲變換器中要求一個(gè)相對(duì)大的、封閉的后體積(Rueckvolume)。被封閉的后體積可以理解為在變換器后面的體積，對(duì)該體積的充氣通過(guò)動(dòng)態(tài)的膜片運(yùn)動(dòng)進(jìn)行縮小和膨脹，在此，空氣沒(méi)有從殼體中泄漏出來(lái)或者與在膜片前的空氣運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)一致。如果變換器-后體積由一個(gè)在通信終端設(shè)備殼體內(nèi)的空氣腔形成，那么，一個(gè)大的封閉后體積沒(méi)有或者只是有限制地實(shí)現(xiàn)了。首先，由于多個(gè)裝置所需的殼體開口(插套、電池蓋板)和沒(méi)有采取復(fù)雜的附加措施的普通殼體技術(shù)通常實(shí)現(xiàn)不了充分的氣密性能。此外，已有的非密封性能由于組裝技術(shù)的機(jī)械公差幾乎對(duì)于每個(gè)通信終端設(shè)備都是不同的。最后，通信終端設(shè)備的微型化致使組件之間保留的空氣腔極大地減小了。因此，常規(guī)的通信變換器所需的大的、氣密的后體積不能適應(yīng)現(xiàn)代通信終端設(shè)備的組裝技術(shù)。
因此，本發(fā)明的任務(wù)是只用一個(gè)聲變換器實(shí)現(xiàn)多功能(耳機(jī)、振鈴器、免提揚(yáng)聲器)。在此，在這樣的殼體形式中實(shí)現(xiàn)集成，這些殼體形式只有小的、未密封的或者就密封方面沒(méi)有限定的、位于變換器后面的體積可使用。
按照本發(fā)明，本任務(wù)借助于一種聲變換器來(lái)解決，該聲變換器的特征在于，其機(jī)械的變換器結(jié)構(gòu)具有一個(gè)與變換器成比例的、小的和封閉的后體積腔(Rückvolumcnkammer)，該后體積腔是聲變換器的功能的重要組件，其中選擇膜片質(zhì)量和后體積之間的比例關(guān)系使之實(shí)現(xiàn)一個(gè)期望的傳輸頻帶的預(yù)定下限，并且其中膜片夾緊的剛度較低，使得該剛度明顯小于關(guān)閉的后體積的剛度。
常規(guī)的已知變換器沒(méi)有考慮設(shè)計(jì)和協(xié)調(diào)目的-組裝-后體積。在將變換器耦合到通信終端設(shè)備的殼體內(nèi)存在的空氣體積時(shí)，聲學(xué)特性被極大地改變了，特別是傳輸頻帶的下限頻率被提高了。此外，由普通殼體技術(shù)導(dǎo)致的不穩(wěn)定的后體積的密封性能產(chǎn)生不期望的頻率特性變化。
所需的穩(wěn)定頻率特性在按照本發(fā)明的變換器中通過(guò)一個(gè)固定配屬于變換器的后體積腔產(chǎn)生。在類似的結(jié)構(gòu)技術(shù)中，其中包含的空氣體積小于在通信終端設(shè)備中已有的空氣腔體積之和。在使用常規(guī)的變換器技術(shù)時(shí)，由此致使的傳輸頻帶的下限頻率在一個(gè)不可接受的范圍內(nèi)升高。
與此相反，按照本發(fā)明的變換器已經(jīng)設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)尺寸用于穩(wěn)定耦合的、小的后體積。一個(gè)合適的調(diào)諧的前提是非常規(guī)地提高膜片質(zhì)量，以及極大地減小膜片夾緊的剛度(參見(jiàn)第4頁(yè)，第24行)。最終，在已知技術(shù)中引起不期望的安裝效果的后體積的空氣-剛度成為按照本發(fā)明變換器中質(zhì)量彈性系統(tǒng)的主要組成部分。在常規(guī)的變換器中起主要作用的膜片夾緊剛度在按照本發(fā)明的變換器中被小的起主要作用的變換器-后體積的空氣-剛度替代了。
本發(fā)明其它合適的結(jié)構(gòu)以及本發(fā)明的物理背景由從屬權(quán)利要求以及下面對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的說(shuō)明和一個(gè)借助附圖的實(shí)施例得出。
附圖中示出

圖1是一個(gè)在現(xiàn)有技術(shù)中已知的聲變換器的一個(gè)示意橫截面圖，和圖2是一個(gè)按照本發(fā)明構(gòu)造的聲變換器的一個(gè)示意橫截面圖。
一個(gè)放音聲變換器的靈敏度(放射的聲音的聲強(qiáng)相對(duì)于供給電功率)主要通過(guò)膜片的體積振速?zèng)Q定。為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)較高的靈敏度，盡可能大的膜片部分必須以盡可能高的幅值來(lái)運(yùn)動(dòng)。
常規(guī)的電動(dòng)式的微型變換器(例如用于通信終端設(shè)備)將一個(gè)深拉伸的薄膜用作膜片材料，該薄膜通過(guò)其輪廓在中心區(qū)域抗彎地(例如球缺)并且在邊緣區(qū)域彈性地成形。
一個(gè)這種形式的常規(guī)變換器在圖1中示意示出。所述膜片1、2由一個(gè)抗彎的區(qū)域1和一個(gè)彈性的夾緊區(qū)域2構(gòu)成。此處，膜片夾緊理解為膜片1，2的區(qū)域2的結(jié)構(gòu)特性，其以一個(gè)彈簧功能的形式產(chǎn)生一個(gè)向著膜片起始位置的復(fù)位力。
在中心部位的抗彎區(qū)域1通過(guò)一個(gè)電磁線圈3和一個(gè)永久磁鐵動(dòng)態(tài)地移動(dòng)。膜片偏移的幅值隨著變大的直徑在彈性區(qū)域2內(nèi)逐漸減小。由此，在如上述具有徑向偏移量逐漸減小的膜片進(jìn)行相同的體積振速時(shí)，估算出一個(gè)有效的膜片面積。
揚(yáng)聲接聽和發(fā)送信號(hào)功能所需聲壓電平規(guī)定膜片的一個(gè)最小剛度以避免諧波(無(wú)干擾的放聲)。如果期望一個(gè)傳輸頻率區(qū)域下極限較低，膜片夾緊的剛度必須較低并且因此一體式的膜片1、2為了彈性變形使用寬的條帶。由此，只有相對(duì)小的膜片部分以完整的幅值偏移，這致使膜片表面效率不高。
在給定頻率時(shí)，膜片1、2的體積振速除了有效的膜片表面外取決于運(yùn)行幅值。該幅值又與夾緊的剛度成比例以及與膜片的質(zhì)量成反比例。常規(guī)的微型變換器為了實(shí)現(xiàn)更大的運(yùn)行幅值因此使用盡可能輕的膜片1、2，該膜片通過(guò)輕的線圈3驅(qū)動(dòng)。
只有在膜片前側(cè)上的聲音上壓力不能與同時(shí)產(chǎn)生的在膜片后側(cè)上的聲音下壓力(聲短路)消失時(shí)，聲音才能發(fā)射出去。不改變下變換器一諧振頻率的情況下，這種情況只能通過(guò)安裝到一個(gè)相對(duì)于聲波長(zhǎng)度具有大尺寸的助聲板里來(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)檫@種情況對(duì)于相關(guān)的終端設(shè)備來(lái)說(shuō)是不可能的，人們?yōu)榱吮苊饴暥搪繁仨殞⒆儞Q器安裝在一個(gè)閉合的殼體中。
但是，這個(gè)殼體的特性改變了變換器的聲學(xué)特性。特別是在變換器后面關(guān)閉的空氣體積作為附加的剛度施加到膜片上。為了使傳輸頻率特性的下限沒(méi)有明顯地升高，常規(guī)的微型變換器需要一個(gè)小的空氣體積剛度和一個(gè)大的后體積4。終端設(shè)備外形尺寸的作用在于，大的后體積4只是有條件的并且不能以一個(gè)為變換器保留的箱子來(lái)實(shí)現(xiàn)。事實(shí)上，在裝置中只有在任何情況下保留的空氣腔(集成天線、靠近電子部件的空間)可以使用。
如果后體積4的關(guān)閉的空氣體積分散成小的腔或者局部未密封(如有不明確之處，參見(jiàn)圖1中的漏氣孔5)，后果是在聲的傳輸頻率特性中產(chǎn)生不可控制的共振和振動(dòng)。這種情況不僅出現(xiàn)在揚(yáng)聲接聽或者在振鈴器模式中，而且在通信變換器中也出現(xiàn)在耳機(jī)模式里。
但是，電信領(lǐng)域以標(biāo)準(zhǔn)的形式制定了裝置的聲學(xué)特性，特別是詳細(xì)制定了耳機(jī)模式的聲學(xué)特性(聲強(qiáng)、頻率特性等等)。因?yàn)檫@個(gè)原因，具有上述特性的通信變換器不會(huì)用于現(xiàn)代的通信終端設(shè)備或者受到很大的限制。
接下來(lái)說(shuō)明一個(gè)按照本發(fā)明的聲變換器的一個(gè)實(shí)例，其在圖2中示意示出。
聲變換器的結(jié)構(gòu)的特征在于，通過(guò)一個(gè)專門的變換器原理實(shí)現(xiàn)一種調(diào)諧(Abstimmung)，盡管后體積小但可以實(shí)現(xiàn)寬帶的放聲。
變換器調(diào)諧的特征在于，在將變換器集成到一個(gè)普通的后體積中時(shí)可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)下諧振頻率，該諧振頻率位于實(shí)際爭(zhēng)取的傳輸頻率特性下限的下邊較遠(yuǎn)的位置上。一旦將小的封閉的后體積8用到變換器后側(cè)，即產(chǎn)生所期望的傳輸頻率特性的下限。
這可以通過(guò)使膜片5、6的懸掛非常軟以及膜片質(zhì)量非常高實(shí)現(xiàn)。
軟的膜片懸掛例如通過(guò)一個(gè)分體式的膜片來(lái)實(shí)現(xiàn)。如在娛樂(lè)性的電子設(shè)備的大的低音揚(yáng)聲器中，均勻驅(qū)動(dòng)的內(nèi)膜片表面5使用了一個(gè)專門的抗彎的材料(紙板，塑料)并且外卷邊6使用了特別軟的材料如橡膠或者硅樹脂。由此，彈性區(qū)域(徑向一直較小地被偏移)減小到一個(gè)窄的邊緣上并且因此將有效的膜片表面最大化。通過(guò)大的有效膜片表面主要提高了變換器的靈敏度。
此外，這種結(jié)構(gòu)使膜片質(zhì)量實(shí)現(xiàn)所所期望的提高。但是，通過(guò)提高膜片質(zhì)量又降低了部分變換器-靈敏度。此外，這與傳統(tǒng)微型變換器的不同處通過(guò)大的線圈7和磁鐵系統(tǒng)來(lái)平衡。大的線圈用于進(jìn)一步提高膜片質(zhì)量。另外一種方案，一個(gè)軟的膜片懸掛(具有更大有效膜片面積)通過(guò)多層的或者在邊緣極大被拉伸的膜片結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在按照本發(fā)明的聲變換器中使用了一個(gè)機(jī)械的變換器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的調(diào)諧主要通過(guò)一個(gè)小的、封閉的、在變換器后側(cè)的空氣體積8的剛度來(lái)確定。
與傳統(tǒng)技術(shù)相比外形尺寸較小的后體積8可以使用一個(gè)密封的、專門配置于變換器的后體積腔。為了防止聲短路，已經(jīng)耦合的后體積必須盡可能地被密封。此外，適當(dāng)采用具有或者沒(méi)有緩沖措施(流體(Fliess)、棉花、機(jī)械收縮裝置)的、小的聲學(xué)上調(diào)諧的開口(孔、縫隙、管道，導(dǎo)管、或者類似物)不但能夠進(jìn)行靜態(tài)壓力補(bǔ)償(外<->內(nèi))而且附加地影響頻率特性和失真。因此出現(xiàn)了一個(gè)小的聲學(xué)模塊，其實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的頻率特性，該頻率特性具有低的傳輸頻帶的下限，而沒(méi)有在裝置體積的結(jié)構(gòu)和密封性上提出要求。
因此，按照本發(fā)明的聲變換器具有以下優(yōu)點(diǎn)*通過(guò)使用一個(gè)通信變換器節(jié)省了費(fèi)用和體積*通過(guò)使用一個(gè)與變換器成比例的小的、密封的后體積節(jié)省了體積*通過(guò)一個(gè)配屬于變換器的后體積腔，就組裝條件而言沒(méi)有尺寸要求(為了實(shí)現(xiàn)可控制的頻率特性)。
權(quán)利要求
1.用于通信終端設(shè)備的聲變換器，其特征在于一個(gè)具有一個(gè)與變換器成比例的、小的、封閉的后體積腔的機(jī)械變換器結(jié)構(gòu)，該后體積腔是聲變換器的功能的重要組件，其中選擇膜片質(zhì)量和后體積之間的比例關(guān)系從而可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)所期望的傳輸頻帶的預(yù)定下限，并且其中膜片夾緊的剛度較低使得其明顯小于關(guān)閉的后體積剛度。
2.按權(quán)利要求1的聲變換器，其特征為，揚(yáng)聲器的膜片由一個(gè)大的抗彎的內(nèi)部區(qū)域和一個(gè)包圍該內(nèi)部區(qū)域的窄的、非常軟的外部區(qū)域構(gòu)成。
3.按權(quán)利要求1或2的聲變換器，其特征為，后體積腔是一個(gè)獨(dú)立的、與聲變換器固定連接的模塊。
4.按權(quán)利要求1、2或3的聲變換器，其特征為，后體積腔通過(guò)聲學(xué)上合適的用于靜態(tài)壓力補(bǔ)償?shù)拈_口，并為了影響揚(yáng)聲器的聲學(xué)特性與周圍的空氣相連。
全文摘要
聲變換器的特征在于一個(gè)具有一個(gè)與變換器成比例的、小的、封閉的后體積腔的機(jī)械變換器結(jié)構(gòu)，該后體積腔是聲變換器的功能的重要組件，其中選擇膜片質(zhì)量和后體積之間的比例關(guān)系從而可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)所期望的傳輸頻帶的預(yù)定下限，并且其中膜片夾緊的剛度較低使得其明顯小于關(guān)閉的后體積剛度。
文檔編號(hào)H04R1/28GK1672457SQ03817973
公開日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2003年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月26日
發(fā)明者H·彼得森 申請(qǐng)人:西門子公司