CN111163392A - 包括声学活性珠粒和可膨胀填料的声学填料 - Google Patents

Abstract

本公开涉及包括声学活性珠粒和可膨胀填料的声学填料。公开了用于占据体积的填料的方面。该填料包括定位在体积中的可膨胀填料，使得其占据体积的百分比。该可膨胀填料可在施加膨胀触发时从第一尺寸永久膨胀至第二尺寸。该填料还包括由多个声学活性珠粒组成的声学填料，该声学填料与可膨胀填料一起定位在体积中，使得声学填料可吸附流入体积中的气体。其他实施方案被公开并受权利要求书保护。

Description

包括声学活性珠粒和可膨胀填料的声学填料

技术领域

本文所公开的方面整体涉及音频扬声器，并且具体地但并非唯一地涉及可在其背腔中使用声学活性填料和可膨胀填料的组合以改善扬声器性能的音频扬声器。

背景技术

扬声器包括背腔和在由电磁换能器驱动时振荡和发出声音的膜或隔膜。当膜被移动时多种不同的力作用于其上，由电磁体扭曲其预期的加速度，从而扭曲其发出的声波。减少这些附加的膜力可改善声音质量。

作用于膜上的力之一是由于移动膜对空气的压缩和减压引起的背腔中的压力波动。可通过增大背腔的空间(例如，使其更大)来减少这些压力波动。但是在手持设备诸如手机中，仅可能在较小的程度上增加背腔的尺寸，因为这些设备应保持小巧轻便。

在本公开的上下文中，“声学活性珠粒”是指具有各种几何形状并且能够进行吸附和解吸的任何实体。吸附材料可例如包括沸石、活性炭或金属有机框架(MOF)。

发明内容

本文描述了音频扬声器的各方面。音频扬声器包括限定位于扬声器驱动器后面的背腔的外壳，使得扬声器驱动器可将电音频信号转换成声音，并且声音可通过背腔中的气体传播。可渗透分隔件将背腔分成限定在扬声器驱动器、外壳和可渗透分隔件之间的后腔，以及限定在外壳和可渗透分隔件之间的吸附腔。可渗透分隔件包括多个孔，该多个孔将后腔放置成与吸附腔流体连通，以允许气体在后腔和吸附腔之间流动。可膨胀填料被定位在吸附腔中，使得其占据吸附腔的体积的百分比。可膨胀填料可在施加膨胀触发时从第一尺寸永久膨胀至第二尺寸。声学填料与可膨胀填料一起定位在吸附腔中以吸附气体，声学填料包括多个声学活性珠粒。

本文描述了用于占据体积的填料的方面。填料包括定位在体积中的可膨胀填料，使得其占据体积的百分比。可膨胀填料可在施加膨胀触发时从第一尺寸永久膨胀至第二尺寸。声学填料与可膨胀填料一起定位在体积中，使得声学填料可吸附流入体积中的气体。声学填料包括多个声学活性珠粒。

本文描述了一种方法的各方面，该方法包括将可膨胀填料插入到音频扬声器的背腔中，使得可膨胀填料占据背腔的百分比。将声学填料插入到未被可膨胀填料占据的背腔的至少一部分中，使得声学填料可吸附流入背腔中的气体；声学填料包括多个声学活性珠粒。将膨胀触发施加到可膨胀填料和声学填料，使得可膨胀填料从第一尺寸永久膨胀至第二尺寸以减少声学活性珠粒在背腔中的移动。

本文描述了可膨胀材料的各方面。该可膨胀材料包括溶剂、混合到溶剂中的多种聚合物颗粒、聚合物粘合剂和改性剂，该改性剂为化学惰性的密度调节化合物或粘度调节化合物。

附图说明

参考以下附图描述本发明的非限制性和非详尽的各方面，其中除非另外指明，否则类似的附图标号是指各种视图中类似的部件。

图1是电子设备的方面的绘画视图。

图2A至图2B是用于电子设备的音频微型扬声器的各方面的剖视图。

图3是电子设备的方面的示意图，该电子设备的方面包括音频微型扬声器的方面，所述音频微型扬声器诸如为图2A至图2B所示的那些音频微型扬声器。

图4A至图4C为音频微扬声器背腔的方面的剖视图，诸如图2A至图2B中的那些所示，其具有声学活性珠粒和可膨胀珠粒。图4A示出了处于其未膨胀状态的可膨胀珠粒，图4B示出了处于其膨胀状态的可膨胀珠粒。

图4C示出了单个可膨胀珠粒的膨胀。

图5A至图5B为音频微扬声器背腔的方面的剖视图，诸如图2A至图2B中的那些所示，其中在背腔的壁上具有可膨胀涂层。图5A示出了处于其未膨胀状态的涂层，图5B示出了处于其膨胀状态的涂层。

图6是用于制备在图4A至图4C和图5A至图5B中所示使用的可膨胀材料的方面的过程的方面的流程图。

图7是用于使用在图4A至图4C和图5A至图5B中所示使用的可膨胀材料的过程的方面的流程图。

图8A至图8D为背腔的简化实施方案的透视图和一系列侧视图，其示出了背腔的不同取向。

图9为示出了当背腔不具有可膨胀珠粒时由图8A至图8D所示的背腔取向产生的共振频率偏移的曲线图。

图10为示出了当背腔具有可膨胀珠粒时由图8A至图8D所示的背腔取向产生的共振频率偏移的曲线图。

具体实施方式

下面的公开描述了包括具有声学填料和可膨胀填料的背腔的扬声器的方面。描述了具体细节以提供对所公开的各方面的理解，但本领域的技术人员将认识到，本发明可在没有一个或多个所述细节的情况下或者与其他方法、部件、材料等一起实践。在一些情况下，熟知的结构、材料或操作未被详细示出或描述，但仍涵盖在本发明的范围之内。

本说明书通篇对“一个方面”或“方面”的引用是指所述特征、结构或特性可被包括在至少一个所述方面中，使得出现“在一个方面中”或“在方面中”并不一定全部是指同一方面。此外，特定特征、结构或特性可以任何合适的方式组合在一个或多个方面中。

减少手持设备的背腔压力波动的一种方法是将吸附材料如炭黑或沸石放置到背腔中。已经表明，这些材料事实上可增大背腔—换句话讲，它们在背腔中的存在增强了扬声器性能，就如同扬声器的背腔已变得更大一样。

扬声器

图1示出了电子设备100的方面。在一个方面，电子设备100可为智能电话设备，但在其他方面可为任何其他便携式设备或固定式设备或装置，诸如膝上型计算机或平板电脑。电子设备100可包括各种功能以允许用户访问涉及例如呼叫、语音信箱、音乐、电子邮件、互联网浏览、计划和照片的功能。电子设备100还可包括促进此类能力的硬件。例如，集成麦克风102可在呼叫期间拾取用户的语音，并且音频扬声器106(例如，微型扬声器)可在呼叫期间向最终用户传递远端语音。音频扬声器106还可发射与在电子设备100上运行的音乐播放器应用程序播放的音乐文件相关联的声音。显示器104可向用户呈现图形用户界面，以允许用户与电子设备100和/或在电子设备100上运行的应用程序进行交互。未示出其他常规特征，但它们当然可被包括在电子设备100中。

图2A至图2B示出了电子设备的音频扬声器的各方面。在方面中，音频扬声器106包括支持扬声器驱动器202的外壳，诸如扬声器外壳204。扬声器驱动器202可以是用于将电音频信号转换成声音的扬声器。例如，扬声器驱动器202可以是具有由扬声器环绕件208相对于外壳204支持的隔膜206的微型扬声器。扬声器环绕件208可弯曲以允许隔膜206沿着中心轴210轴向运动。例如，扬声器驱动器202可具有附接到隔膜206的电机组件，以沿中心轴210以活塞式运动(即，向前和向后)轴向移动隔膜206。电机组件可包括相对于磁性组件214移动的音圈212。在方面中，磁性组件214包括附接到前表面的顶板和后表面的轭铁的磁体，诸如永磁体。顶板和轭铁可由磁性材料形成，以产生具有磁隙的磁路，音圈212在该磁隙中向前和向后摆动。因此，当电音频信号被输入到音圈212时，可产生机械力来移动隔膜206，以沿着中心轴210将声音向前辐射到外壳204外部的周围环境中。

隔膜206朝向周围环境向前辐射声音的运动可致使声音被向后推动。例如，声音可通过填充由外壳204包围的空间的气体传播。更具体地讲，声音可在隔膜206后面的背腔216中行进穿过空气。背腔216可影响声学性能。具体来讲，背腔216的尺寸可影响音频扬声器106的自然共振峰值。例如，增加背腔216的尺寸可导致产生较大的低音。

在方面中，外壳204内的背腔216可被分离成几个腔。例如，背腔216可由可渗透分隔件222分离成后腔218和吸附腔220。后腔218可位于扬声器驱动器202的正后方。也就是说，扬声器驱动器202可被悬挂或支持在后腔218中，使得从隔膜206向后辐射的声音直接传播到后腔218中。因此，后腔218的至少一部分可由隔膜206的背面限定，并且类似地由扬声器环绕件208的背面限定。此外，考虑到可渗透分隔件222可延伸跨过外壳204的几个壁之间的背腔216的横截面积，后腔218可由外壳204的内表面和可渗透分隔件222的第一侧224进一步限定。

背腔216可包括通过可渗透分隔件222与后腔218分离的吸附腔220，即，吸附腔220可邻近可渗透分隔件222的相对侧上的后腔218。在方面中，吸附腔220由围绕背腔216的外壳204的内表面限定，并且还可以由可渗透分隔件222的第二侧226限定。因此，后腔218和吸附腔220可通过可渗透分隔件222彼此紧邻。

在方面中，吸附腔220可通过填充口228与周围环境流体连通。例如，填充口228可以是通过外壳204的壁的孔，其使吸附腔220与周围环境流体连通。该口可在外壳204的模制期间形成，或者通过二次操作形成，如下面进一步描述的那样。为了将吸附腔220与周围环境隔离，插塞230可例如在用吸附填料232填充吸附腔220之后位于填充口228中，以阻止吸附填料232泄漏到周围环境中。因此，吸附腔220可部分地由插塞230的表面限定。

音频扬声器106可具有有任何数量的形状和尺寸的形状因数。例如，音频扬声器106以及因此外壳204可具有看起来是六面体、圆柱体等的组合的外部轮廓。例如，一个这样的外部轮廓可以是薄型箱子。此外，外壳204可具有薄壁，因此，在任何点处穿过外壳204的平面的横截面积可具有对应于外部轮廓的几何形状，包括矩形、圆形和三角形等。因此，延伸穿过外壳204内的背腔216的可渗透分隔件222也可具有各种外形形状。例如，在音频扬声器106是六面体的情况下，例如具有在与中心轴210正交的方向上突出的矩形外形的低姿态的箱子，可渗透分隔件222可具有矩形外形。

吸附填料232可通过用松散吸附材料直接填充(例如装满)吸附腔220和/或通过用吸附材料涂覆外壳204的内表面而被包装在吸附腔220中。直接填充吸附腔220可不同于间接填充吸附腔220，因为松散吸附材料可通过松散且无约束的方式被倒入、注入或以其他方式转移到吸附腔220中，使得吸附材料可在吸附腔220内自由移动。也就是说，吸附材料可仅由限定吸附腔220的壁例如外壳204的内表面约束，而不是由在被插入吸附腔220之前或之后被吸附材料填充的独立约束件(例如，袋子、小袋、盒子等)约束。在方面中，吸附腔220的至少一部分空间填充有吸附填料232，并且吸附腔220内的外壳204的内表面的至少一部分被吸附填料232覆盖。吸附填料232可以是能够吸附位于背腔216中的气体的任何合适的吸附材料。例如，吸附填料232可包括下文结合图4A至图4B和图5A至图5B所述的声学活性珠粒，这些声学活性珠粒被配置为吸附空气分子。吸附材料可以是松散的颗粒形式。更具体地讲，吸附填料232可包括能够在吸附腔220内自由移动的未结合的颗粒，例如在使用设备的过程中颗粒可晃动。因此，可渗透分隔件222可用作屏障，以阻止吸附填料232从吸附腔220晃动到扬声器驱动器202后面的后腔218中。

图2B示出了电子设备的音频扬声器的另一方面。在各种方面中，后腔218和吸附腔220可具有不同的相对取向。例如，在图2A所示的方面中，吸附腔220位于后腔218的侧方，即从后腔218横向偏离中心轴210。因此，从隔膜206向后发出的声音可直接向后腔218的后壁传播，而不是直接传播到可渗透分隔件222。

但在图2B所示的方面中，音频扬声器106包括轴向布置的背腔216腔体。例如，吸附腔220可位于后腔218的正后方，使得中心轴210可与隔膜206后面的后腔218和可渗透分隔件222的相对侧上的吸附腔220相交。因此，可渗透分隔件222可沿着平面跨过背腔216，使得从第一侧224出来并指向后腔218的法向量250被取向为与中心轴210平行的方向。例如，后腔218和吸附腔220各自可以是平坦轻薄的，并且二者沿着中心轴210前后定位。因此，由隔膜206向后发出的声音可沿着中心轴210直接传播穿过后腔218和可渗透分隔件222而进入吸附腔220。

可渗透分隔件222可相对于中心轴210以任何角度取向。也就是说，虽然第一面可以面向与中心轴210正交或平行的方向，但是在方面中，可渗透分隔件222相对于中心轴210以倾斜角度取向。因此，在本说明书的范围内，吸附腔220可以是位于吸附腔220侧方或其正后方的某种组合。在任何情况下，后腔218和吸附腔220都可彼此相邻，使得可渗透分隔件222的相对侧限定每个腔的一部分。

图3示意性地示出了包括微型扬声器的电子设备的方面。如上所述，电子设备100可以是具有适合于特定功能的电路的几种类型的便携式或固定式设备或装置之一。因此，图示的电路以举例而非限制的方式提供。电子设备100可包括一个或多个处理器902，该一个或多个处理器执行指令以实现上述不同功能和能力。由电子设备100的一个或多个处理器902所执行的指令可检索自本地存储器904，并且这些指令可以呈具有设备驱动器的操作系统程序的形式，以及在该操作系统顶部上运行的一个或多个应用程序的形式，以执行上文所介绍的不同功能，例如打电话或拨号和/或音乐回放。例如，处理器902可直接或间接地实现控制回路，并且向音频扬声器106的音圈212提供驱动信号，以驱动隔膜206运动并产生声音。

具有上述结构的音频扬声器106可包括由透声屏障(例如，可渗透分隔件222)分隔成两个腔的背腔216，所述两个腔为：位于扬声器驱动器202正后方的后腔218，以及跨可渗透分隔件222与后腔218相邻的吸附腔220。此外，吸附腔220可直接填充有吸附材料，使得背腔216具有恰好限定在系统外壳204和透声屏障之间的吸附体积。吸附体积可降低背腔216的总体弹簧刚度，并降低音频扬声器106的自然共振峰。也就是说，吸附填料232可响应于传播的声音，而在背腔216内的压力波动时吸收和释放随机行进的空气分子。因此，与具有不含吸附材料的背腔216的扬声器相比，音频扬声器106可在较低频率下具有更高的效率。因此，音频扬声器106的整体输出功率可得到提高。更具体地，音频扬声器输出可在拨号或音乐回放期间更响亮，尤其是在低频音频范围内。因此，具有上述结构的音频扬声器106可使用与不含多个腔的扬声器背腔相同的形状因数在低音范围内产生更大、更浑厚的声音，或者可按更小的形状因数在低音范围内产生同等的声音。此外，因为吸附腔220被限定在外壳204和可渗透分隔件222(二者密封在一起)正中间，所以音频扬声器106的形状因数可小于例如扬声器后腔，该扬声器背腔保持有填充了吸附材料的次级容器，例如网袋。

具有可膨胀填料的背腔构型

如果背腔不是完全且密集地填充有声学活性珠粒，则珠粒的使用可导致不同的声音质量。这主要是由于珠粒在背腔内的非期望的移动造成的。例如，在改变扬声器模块的空间取向时，声音质量可能改变，因为珠粒占据该腔内的最低可能空间。然而，优选的是具有恒定的声音质量，而与空间取向无关。

固定声学活性珠粒的一种简单方法是将它们胶合在一起。但是，由于声学活性珠粒包括改善声学特性所需的高孔隙度结构，因此不可能将它们胶合在一起而不失去声学性能。珠粒的孔将被胶至少部分地阻挡，因为该胶会穿透孔，并且当硬化时将阻碍任何气体通过这些孔或阻碍气体储存在这些孔中。并且，遗憾的是，毛细作用力有利于胶穿透孔，即，与仅通过将珠粒胶合在一起来固定珠粒相比，胶往往更有可能阻塞珠粒的孔。固定珠粒的另一种方法将是完全填充背腔。但是在生产工艺中，填充密度的微小变化极其难以控制并且几乎无法避免。

通过发明人所进行的多次实验，结果表明，将包含可膨胀填料的第二种材料添加到珠粒集合物中以及该材料的膨胀可防止珠粒集合物移动。通过此类材料的正确的体积膨胀量，珠粒被压缩和/或挤压在一起，使得它们被固定。因此，可减轻或完全抑制由于扬声器的不同空间取向而导致的声音质量的变化。

图4A至图4C示出了音频扬声器背腔400中的包括多个可膨胀珠粒的可膨胀填料的方面。图4A示出了膨胀之前的可膨胀珠粒，并且图4B示出了膨胀之后的可膨胀珠粒。图4C示出了单个可膨胀珠粒的膨胀。

背腔400为由多个壁402a-402d界定的三维空间。在这种情况下，壁402a中的至少一者，壁402a，是多孔的，以便允许气体流入和流出背腔。在例示的方面，背腔400为六面体，但在其他方面，其可为规则或不规则的一些其它类型的多面体。在其他方面，背腔400不必为多面体，而是可以由曲面的组合、平面的组合或这两者的组合构成。

背腔400部分地由可膨胀填料填充，该可膨胀填料由多个可膨胀珠粒404组成并且部分地由包括多个声学活性珠粒406的声学填料填充。声学活性珠粒406是具有吸附特性的珠粒，该吸附特性允许珠粒吸附或解吸由扬声器的驱动器部分驱动通过多孔壁402a而到达背腔400中的气体。在例示的方面，可膨胀珠粒404和声学活性珠粒406具有相同的形状—这两种珠粒在这种情况下均为球形的，但在其他方面，这两种类型的珠粒不需要具有相同的形状。

在一个方面，多个可膨胀珠粒404的平均尺寸类似于多个声学活性珠粒406的平均尺寸，这意味着珠粒的尺寸在彼此的数量级内，在另一个方面，在彼此的90％-110％以内。可膨胀珠粒404的密度也类似于声学活性珠粒406的密度，这意味着它们的密度在彼此的90％-110％以内。当可膨胀珠粒404和声学活性珠粒406在背腔400内混合或在被插入背腔之前混合时，希望可膨胀珠粒均匀地分布在声学活性珠粒之间，或反之亦然。可膨胀珠粒404和声学活性珠粒406的尺寸和密度的相似性可为可期望的，以减少或防止两种类型的珠粒在混合时被分离；尺寸或密度的较大差异可允许重力或其他惯性力(诸如由振动引起的那些力)将两种类型的珠粒彼此分离。使可膨胀珠粒具有与声学活性珠粒相似的尺寸和密度也是有利的，因为用于填充珠粒的现有方法可在没有修改或仅具有微小修改的情况下使用。

例如，具有至少一个数量级不同尺寸的两种球体的混合物将在振动时快速分离，并且较小的球体将穿过较大的球体之间的空隙落下并聚集在底部中。然而，在一些方面，例如，如果两种类型的珠粒的混合直接在填充扬声器背腔之前进行，则可以使用具有不同尺寸和密度的可膨胀珠粒和声学活性珠粒。

图4B示出了处于其膨胀状态的可膨胀珠粒404。如下文进一步解释的，可膨胀珠粒404被配制成使得它们在将膨胀触发施加到珠粒上时从第一尺寸永久膨胀至较大的第二尺寸。该膨胀触发可以是热、光、电磁辐射诸如紫外线(UV)辐射、交变磁场或一些其他触发。当可膨胀珠粒404膨胀时，它们减小声学活性珠粒406填充的空间，从而将机械力施加到声学活性珠粒，因此基本上减少或消除声学活性珠粒在背腔400内的移动或流动性。换句话讲，当膨胀时，可膨胀珠粒404将声学活性珠粒406部分地或完全地锁定或固定到适当位置。在一个方面，当膨胀时，可膨胀珠粒404可占据背腔的0.5％和20％之间，例如，更具体地，介于背腔的1％和2％之间。声学活性珠粒占据背腔的其余部分的至少一部分。本领域的技术人员将会知道，由于珠粒之间存在空隙空间，可膨胀珠粒和声学活性珠粒所占据的背腔400的百分比将不会达到背腔的100％。

图4C示出了单个可膨胀珠粒404的膨胀。在施加膨胀触发时，珠粒404从半径ra膨胀至半径rb，因此其体积从体积Va增大到体积Vb。根据珠粒的配方和由f＝Vb/Va限定的膨胀系数，其中Vb为膨胀后的体积，而Va为膨胀之前的体积，减小了背腔内的自由体积。将多个声学活性珠粒的集合物挤压在一起，从而得到其中所有珠粒被大部分或完全固定的块体。一般来讲，f越高，固定程度越高。

声学活性珠粒406可为各种已知配方中的任一种。在一个方面，它们可具有包含聚合物粘合剂和沸石的配方，但其他珠粒配方也是可能的。可使用的吸附材料的示例包括沸石、活性炭或金属有机框架(MOF)。由于可膨胀配方不有助于增加虚拟体积，而沸石珠粒能达到增肌虚拟体积的目的，因此在声学珠粒中存在该配方的最佳百分比，从而允许合理的固定和令人满意的声学性能。有利的是使用0.5质量％和20质量％之间的可膨胀配方，更有利地使用1质量％和5质量％的可膨胀配方，并且最有利的是使用1质量％和2质量％的可膨胀配方。

图5A至图5B示出了另一个方面，其中可膨胀填料可作为包括可膨胀部分的层或片施加到背腔500中，所述可膨胀部分可被放置到背腔中。

与背腔400类似，背腔500为由多个壁502a-502d界定的三维空间。壁502b-502d中的每一者具有内表面503：壁502b具有内表面503b，壁502c具有内表面503c，并且壁502d具有内表面503d。在这种情况下，壁502a中的至少一者、壁502a是多孔的，以便允许气体流入和流出背腔。在例示的方面，背腔500为规则六面体，但在其他方面，其可为规则或不规则的一些其它类型的多面体。在其他方面，背腔500不必为多面体，而是可以由曲面的组合、平面的组合或这两者的组合构成。

背腔500部分地由可膨胀填料填充，该可膨胀填料包括沉积在至少一个壁502的内表面503上的多个可膨胀层或片504。背腔500还部分地由包括多个声学活性珠粒406的声学填料填充。声学活性珠粒406是具有吸附特性的珠粒，该吸附特性允许珠粒吸附或解吸由扬声器的驱动器部分驱动通过多孔壁502a而到达背腔500中的气体。

例示的方面具有沉积在多个内表面上的层504：层504b沉积在内表面503b上，层504c沉积在内表面503c上，并且层504d沉积在内表面503d上。因为壁502a是多孔的，因此没有层504沉积在其内表面上，因为这会防止气体流入和流出背腔500。在其他方面，层504可被定位在比所示内表面的数量更多或更少的内表面503上，范围从背腔的单个内表面到每个内表面，除了背腔的多孔壁的内表面之外。

图5B示出了处于其膨胀状态的可膨胀层504。如下文进一步解释，可膨胀层504被配制成使得它们在施加膨胀触发时从第一尺寸t永久膨胀至较大的第二尺寸T：层504b从厚度tb膨胀至厚度Tb，层504c从厚度tc膨胀至厚度Tc，以此类推。膨胀触发可以是热、光、电磁辐射诸如紫外线(UV)辐射、交变磁场或一些其他触发。当层504膨胀时，它们减小声学活性珠粒406填充的体积，从而将机械力施加到声学活性珠粒，因此基本上减少或消除声学活性珠粒在背腔500内的移动或流动性。换句话讲，当膨胀时，层504将声学活性珠粒406部分地或完全地锁定或固定到适当位置。在一个方面，当膨胀时，可膨胀填料404可占据背腔的0.5％和20％之间，并且例如更具体地，可膨胀填料可介于背腔的1％和2％之间。声学填料占据背腔的其余部分的至少一部分。本领域的技术人员将会知道，由于声学活性珠粒之间存在空隙空间，可膨胀层504和声学活性珠粒406所占据的背腔500的百分比将不会达到背腔的100％。

可膨胀填料制造工

图6示出了用于制备用于音频扬声器背腔的可膨胀填料诸如图4A至图4B和图5A至图5B所示的可膨胀填料的过程600的方面。以虚线所示的框是可选的。该过程在框602处开始。

在框604处，通过组合可商购获得的可膨胀聚合物微球体、任选地密度调节剂、溶剂和聚合物粘合剂来形成可膨胀聚合物材料的含水浆液(即悬浮在溶剂(在该情况下为水)中的细小颗粒的半液体混合物)。粘合剂可以是聚丙烯酸或聚氨酯溶胶；出乎意料的是，使用聚合物粘合剂诸如丙烯酸或聚氨酯溶胶产生机械稳定的珠粒，所述珠粒在膨胀时保持其几何形状。

在框606处，根据可膨胀填料是否将为可用于涂覆背腔的内表面的浆料，如图5A至图5B中所示，或该可膨胀填料是否将形成为用于背腔中的可膨胀珠粒，如图4A至图4B中所示，可获得两种不同的过程选项。如果可膨胀材料将为浆料，则在框608处，将增稠剂或粘度调节化合物加入到浆液中以调节浆液的粘度或产生稳定的凝胶。具有与商业过程中所用的胶类似粘度的浆液具有如下优点，即，可使用现有的涂胶设备。在一个实施方案中，粘度调节化合物可为热解法(fumed)二氧化硅，但在其它方面可使用不同的粘度调节化合物。在框610处，将所得浆液进行机械搅拌直至充分混合。如果搅拌的混合物尚不具有期望的稠度，则允许其静止或以其他方式加工以使其增稠为浆料。该过程在框611处开始。

如果可膨胀填料将为可膨胀珠粒，则在任选的框612处，将密度调节化合物加入到浆液中以调节可膨胀珠粒的密度，使其密度类似于将与其混合的声学活性珠粒的密度。可通过向浆液中加入相对较高密度的化合物(例如细分散的金属氧化物)来增大此类珠粒的密度。除了别的以外，可使用的氧化物包括氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO₂)、氧化钛(TiO₂)、氧化铋(Bi₂O₃)、氧化锆(ZrO₂)或氧化铪(HfO₂)。许多氧化物尤其是上面列出的氧化物的密度高于典型聚合物的密度，使得这些氧化物的添加增大了最终珠粒的密度。

在框614处，将浆液进行机械搅拌直至充分混合。在框616处，浆液被加压并迫使穿过振荡喷嘴以产生浆液的滴剂。例如，可使用空气对浆液加压并推动浆液通过具有合适直径的振荡喷嘴，该振荡喷嘴由连接到功能发生器的放大器供电。在框618处，在框616处从喷嘴中涌出的滴剂例如通过使其下落通过冷却塔而被冻结。例如，滴剂滴落在约3米高的冷却塔中，通过氮气和空气的混合物连续冷却至例如-20±5℃的顶部温度和-50±5℃的底部温度。

在框620处，从冷却塔收集冻结的滴剂，并且冻结的滴剂例如在框624处通过经受真空而被冷冻干燥，以使滴剂中的任何残留的水升华。例如，可将冷冻滴剂收集在圆底烧瓶中，所述圆底烧瓶预冷至约-20℃并经受真空，直至通过升华将水(冰)从冷冻滴剂完全去除，从而将冷冻滴剂冷冻干燥成珠粒。除了在框622处冷冻干燥之外或代替该冷冻干燥，可在框624处收集并加热该冷冻滴剂或冷冻干燥的珠粒以获得最终珠粒。例如，可将冷冻干燥的珠粒收集在钢托盘上，在强制对流空气烘箱中加热至合适的温度，在该温度下保持一定量的时间，然后冷却。

在框626处，将珠粒机械过滤或过筛以获得尺寸与将要使用的声学活性珠粒相似的珠粒。该过程在框628处开始。过程600的具体方面的另外的细节在下面的实施例1-3中给出。

实施例1

将100.0g丙烯酸乳液、56.0g去离子水、34.0g细氧化锌、2.00g 15％的KOH溶液和33.0g F-48D可膨胀微球体置于0.5L烧杯中。将浆液搅拌1小时，并且使用电子控制的振荡喷嘴滴入过量液氮中。将冷冻的滴剂进行冷冻干燥并过筛以获得粒料直径为0.355mm-0.400mm的级分。将约100mg的较小的级分从批料中分离出来，并且当加热至115℃约2分钟时，珠粒体积膨胀若干倍而不丧失其圆形形状和完整性。

实施例2

将100.0g丙烯酸乳液、60.0g去离子水、32.0g细氧化锌、2.00g 15％的KOH溶液和35.0g EML101可膨胀微球体置于0.5L烧杯中。将浆液搅拌1小时，并且使用电子控制的振荡喷嘴滴入过量液氮中。将冷冻的滴剂进行冷冻干燥并过筛以获得珠粒直径为0.355mm-0.400mm的级分。将约100mg的较小的级分从批料中分离出来，并且当加热至115℃约2分钟时，珠粒体积膨胀若干倍而不丧失其圆形形状和完整性。

将如上所述获得的珠粒以1：49的比率与声学活性珠粒混合，并且用该混合物填充背腔的扬声器。一方面，可膨胀珠粒的相对数量应足以在膨胀之后固定声学珠粒，另一方面，由于可膨胀珠粒为中性材料，因此其不应太大而显著降低整个集合物的声学性能。将扬声器在115℃下加热几分钟，并且测量其水平和垂直的声学性能。包含膨胀珠粒的扬声器独立于其空间取向表现出相同的性能。

实施例3

在烧杯中，向5.00g丙烯酸乳液中加入0.15g热解法二氧化硅(粒度<7nm)和5.00gF-48D可膨胀微球体。使用刮刀将组分小心地混合以获得厚膜浆料。将约40mg此类浆料作为条带放置在扬声器的背腔的拐角中，并且在70℃下干燥1小时。将扬声器的背腔填充声学珠粒，密封并在115℃下加热几分钟。在背腔中具有膨胀条带的扬声器在垂直和水平位置表现出相同的性能。

图7示出了过程700的方面，通过该过程，可在音频扬声器背腔中使用可膨胀填料。该过程在框702处开始。在框704处，根据应用是否将使用浆料来涂覆背腔的内表面，如图5A至图5B中所示，或是否将使用背腔中的可膨胀珠粒，如图4A至图4B中所示，可获得两种不同的过程选项。

如果浆料将用于涂覆背腔的内表面，则在框706处，将浆料作为可膨胀层或片沉积在背腔的至少一个内表面上(参见图5A至图5B)。浆料的涂覆可通过各种方法进行，诸如刮刀法、喷射法或印刷法。使用此类浆料是有利的，因为可精确地确定未膨胀和随后膨胀的材料的位置，而在可膨胀珠粒和声学活性珠粒的混合物中，声学活性珠粒和可膨胀珠粒的整个混合物中以统计方式发生膨胀。

在框708处，允许沉积的可膨胀层在它们沉积的表面上干燥，并且在框710处，背腔的剩余部分填充有声学活性珠粒。然后关闭背腔，使得声学活性珠粒不流出。在框712处，将膨胀触发施加到背腔以使可膨胀层永久膨胀，从而将声学活性珠粒收缩成较小的体积并且将其基本上固定。膨胀触发可以是热，但其他触发例如电磁波或交变磁场也是可能的。该过程在框714处开始。

如果将在背腔中使用可膨胀珠粒，则在框716处，以所需比率将可膨胀珠粒与声学活性珠粒混合。在框718处，将珠粒混合物插入到背腔中(参见图4A至图4B)，然后关闭背腔，使得珠粒不流出。在该过程的其他方面，可在插入声学活性珠粒之前或之后将可膨胀珠粒插入到背腔中。在框720处，将膨胀触发施加到背腔以使可膨胀珠粒永久膨胀，从而将声学活性珠粒收缩成较小的体积并且将其基本上固定。该膨胀触发可以是热，但其他触发例如电磁波或交变磁场也是可能的。该过程在框722处开始。

结果

图8A至图8D是示出了智能电话诸如iPhone中的音频扬声器的背腔800的简化表示的取向的透视图和三个剖视图。背腔800的表示不一定代表背腔的确切形状，而是示出了用于测试固定的声学活性珠粒是否有效地保持来自音频扬声器的均匀声音的三个背腔取向。

背腔800为六面体并且具有三对表面：具有最大面积的一对表面1、具有最小面积的一对表面3以及面积介于表面1和3之间的一对表面2。图8B至图8D示出了所使用的三种取向。在图8B中，表面3为水平的，而表面1和2垂直地延伸。在图8C中，表面2为水平的，而表面1和3垂直地延伸。并且在图8D中，表面1为水平的，而表面2和3垂直地延伸。

图9示出了其背腔不包括可膨胀填料的扬声器(例如，微型扬声器)的扬声器性能。由透明塑料制成的扬声器背腔填充有声学活性珠粒(但不是非常密集)，使得珠粒在振动期间可在其中略微移动—并且被密封。测量各种空间取向的声学性能。在垂直位置(图8B)，在经过一段时间后，扬声器背腔中出现较小的自由空间，因为珠粒集合物在被声波振动时略微变密集。因此，垂直(图8B)和水平(图8D)取向的扬声器声学性能是不同的。

图9示出了针对填充有声学活性珠粒的三个不同取向的扬声器模块的频率绘制的电阻抗。曲线1被记录，其中模块处于图8B的取向；曲线2被记录，其中模块处于图8D的取向；并且曲线3被记录，其具有与曲线1所用相同的空间对齐，但在顶部具有相对的表面3。通过扬声器取向的改变，谐振频率的变化被记录为高达74Hz。

图10示出了使用图4A至图4B所示的可膨胀填料的结果。该图示出了针对填充有声学活性珠粒和可膨胀珠粒的混合物的两个不同取向的扬声器模块的频率绘制的电阻抗。

将得自上文实施例1的未膨胀状态的可膨胀珠粒以介于1：4和1：200之间的比率与声学活性珠粒混合。扬声器的背腔用该混合物填充并且被密封。将扬声器在足以触发珠粒膨胀的温度下加热几分钟，并且测量其在水平方向和垂直方向上的声学性能。可膨胀珠粒固定声学活性珠粒集合物并且防止声学活性珠粒聚集在扬声器背腔的一部分中。包含膨胀珠粒的扬声器独立于其空间取向表现出相同的性能。曲线1被记录，其中模块处于图8D的取向，而曲线2被记录，其中模块处于图8B的取向。曲线在测量误差内，并且在低于1000Hz的低频区中基本上相同。

以上对各方面的描述并非旨在为穷举性的或将本发明限制为所描述的形式。本文中为了进行示意性的说明描述了本发明的具体方面和示例，但各种修改是可能的。为了帮助专利局和本申请中发布的任何专利的任何读者解读所附权利要求书，申请人希望注意到它们并不意图所附权利要求书中的任一个或权利要求要素调用35U.S.C.§112(f)，除非在特定权利要求中明确使用字词“用于……的装置”或“用于……的步骤”。

Claims (32)

1.一种音频扬声器，包括：

外壳，所述外壳限定扬声器驱动器后面的背腔，其中所述扬声器驱动器可将电音频信号转换成声音，使得所述声音能够通过所述背腔中的气体传播；

可渗透分隔件，所述可渗透分隔件用于将所述背腔分成被限定在所述扬声器驱动器、所述外壳和所述可渗透分隔件之间的后腔，以及被限定在所述外壳和所述可渗透分隔件之间的吸附腔，并且其中所述可渗透分隔件包括多个孔，所述多个孔将所述后腔放置成与所述吸附腔流体连通以允许所述气体在所述后腔和所述吸附腔之间流动；

可膨胀填料，所述可膨胀填料定位在所述吸附腔中，使得其占据所述吸附腔的体积的百分比，其中所述可膨胀填料可在施加膨胀触发时从第一尺寸永久膨胀至第二尺寸；和

声学填料，所述声学填料与所述可膨胀填料一起定位在所述吸附腔中以吸附所述气体，所述声学填料包括多个声学活性珠粒。

2.根据权利要求1所述的音频扬声器，其中所述可膨胀填料包括定位在所述吸附腔的至少一个内表面上的可膨胀涂层。

3.根据权利要求1所述的音频扬声器，其中可膨胀填料包括与声学活性珠粒混合的多个可膨胀珠粒。

4.根据权利要求3所述的音频扬声器，其中可膨胀珠粒的密度在声学活性珠粒的密度的90％-110％以内。

5.根据权利要求3所述的音频扬声器，其中所述多个可膨胀珠粒的平均尺寸在所述多个声学活性珠粒的平均尺寸的数量级内。

6.根据权利要求1所述的音频扬声器，其中所述可膨胀填料占据所述吸附腔的体积的0.5％和20％之间。

7.根据权利要求1所述的音频扬声器，其中所述可膨胀填料占据所述吸附腔的体积的1％和2％之间。

8.根据权利要求1所述的音频扬声器，其中所述膨胀触发是热、光或紫外线辐射。

9.一种用于占据体积的填料，所述填料包括：

可膨胀填料，所述可膨胀填料定位在所述体积中，使得其占据所述体积的百分比，其中所述可膨胀填料可在施加膨胀触发时从第一尺寸永久膨胀至第二尺寸；和

声学填料，所述声学填料与所述可膨胀填料一起定位在所述体积中，使得所述声学填料可吸附流入所述体积中的气体，所述声学填料包括多个声学活性珠粒。

10.根据权利要求9所述的填料，其中所述可膨胀填料包括定位在所述体积的至少一个内表面上的可膨胀涂层。

11.根据权利要求9所述的填料，其中所述可膨胀填料包括与所述声学活性珠粒混合的多个可膨胀珠粒。

12.根据权利要求11所述的填料，其中所述可膨胀珠粒的密度在所述声学活性珠粒的密度的90％-110％以内。

13.根据权利要求11所述的填料，其中所述多个可膨胀珠粒的平均尺寸在所述多个声学活性珠粒的平均尺寸的数量级内。

14.根据权利要求9所述的填料，其中所述可膨胀填料占据所述体积的0.5％和20％之间。

15.根据权利要求9所述的填料，其中所述可膨胀填料占据所述体积的1％和2％之间。

16.根据权利要求9所述的填料，其中所述膨胀触发是热、光或紫外线辐射。

17.一种方法，包括：

将可膨胀填料插入到音频扬声器的背腔中，其中所述可膨胀填料占据所述背腔的百分比；

将声学填料插入到未被所述可膨胀填料占据的所述背腔的至少一部分中，使得所述声学填料可吸附流入所述背腔中的气体，所述声学填料包括多个声学活性珠粒；以及

将膨胀触发施加到所述可膨胀填料和所述声学填料，使得所述可膨胀填料从第一尺寸永久膨胀至第二尺寸以减少声学活性珠粒在所述背腔中的移动。

18.根据权利要求17所述的方法，其中将所述可膨胀填料定位在背腔中包括将可膨胀涂层施加到所述体积的至少一个内表面上。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述可膨胀填料包括多个可膨胀珠粒，并且其中将所述可膨胀填料定位在所述背腔中包括将可膨胀珠粒与声学活性珠粒混合，以及将珠粒的混合物插入所述背腔中。

20.根据权利要求19所述的方法，其中可膨胀珠粒的密度在声学活性珠粒的密度的90％-110％以内。

21.根据权利要求19所述的方法，其中所述多个可膨胀珠粒的平均尺寸在所述多个声学活性珠粒的平均尺寸的数量级内。

22.根据权利要求17所述的方法，其中所述可膨胀填料占所述背腔的体积的0.5％和20％之间。

23.根据权利要求17所述的方法，其中所述可膨胀填料占所述背腔的体积的1％和2％之间。

24.根据权利要求17所述的方法，其中所述膨胀触发是热、光或紫外线辐射。

25.一种可膨胀材料，所述可膨胀材料包括：

溶剂；

混合到所述溶剂中的多个聚合物颗粒；

聚合物粘合剂；和

改性剂，所述改性剂为化学惰性的密度调节化合物或粘度调节化合物。

26.根据权利要求25所述的可膨胀材料，其中密度调节材料具有高于2000kg/m3的密度。

27.根据权利要求25所述的可膨胀材料，其中密度调节材料具有高于4000kg/m3的密度。

28.根据权利要求25所述的可膨胀材料，其中密度调节材料具有高于5000kg/m3的密度。

29.根据权利要求25所述的可膨胀材料，其中所述化学惰性的密度调节化合物为氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO₂)、氧化钛(TiO₂)、氧化铋(Bi₂O₃)、氧化锆(ZrO₂)或氧化铪(HfO₂)。

30.根据权利要求25所述的可膨胀材料，其中所述粘度调节化合物为热解法二氧化硅。

31.根据权利要求25所述的可膨胀材料，其中当所述改性剂为密度调节化合物时，可热膨胀材料被形成为包括多个珠粒的集合物。

32.根据权利要求25所述的可膨胀材料，其中当所述改性剂为粘度调节化合物时，可热膨胀材料被形成为浆料。

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