听力装置的双振膜动圈式音频换能器的制作方法

1.本公开总体上涉及适用于听力装置的音频换能器，更具体地涉及用于佩戴在用户耳朵中或耳朵上的听力装置的双振膜动圈式音频换能器及它们的组合。


背景技术：

2.佩戴在用户耳朵中或耳朵上的听力装置的市场被预期将持续增长。这样的听力装置包括传统处方的和新兴处方的助听器以及有线和无线头戴式耳机和耳机，它们可以与膝上型计算机、移动电话和其他用于免提通信和音频内容收听的设备配对。这些和其它听力装置的基本部件是具有高的性能和可靠性的相对小尺寸和低成本的音频换能器。


技术实现要素：

3.本发明的第一方面涉及一种音频换能器，所述音频换能器包括：联接到第一线圈的第一振膜；联接到第二线圈的第二振膜，所述第一线圈至少部分地与所述第二线圈的内部部分对准；磁路，所述磁路包括内部部分、外部部分以及永磁体，所述内部部分至少部分地设置在所述第一线圈与所述第二线圈之间并且位于所述第一线圈和所述第二线圈的周界之内，并且所述磁路的外部部分与所述第一线圈的外部部分和所述第二线圈的外部部分相邻；其中，响应于施加到所述第一线圈和所述第二线圈的电激励信号，所述第一振膜在第一方向上移动，并且所述第二振膜在与所述第一方向相反的第二方向上移动。
4.所述磁路的内部部分包括：第一内磁极部分，所述第一内磁极部分至少部分地设置在所述第一线圈的内部部分内；以及第二内磁极部分，所述第二内磁极部分至少部分地设置在所述第二线圈的内部部分内，并且其中，所述永磁体位于所述第一内磁极部分与所述第二内磁极部分之间。
5.所述磁路的外部部分包括围绕所述第一线圈的外部部分和所述第二线圈的外部部分设置的连续的末端封闭的磁极构件。
6.所述磁路的外部部分包括：第一外磁极部分，所述第一外磁极部分与所述第一线圈的第一外部部分和所述第二线圈的第一外部部分相邻；以及第二外磁极部分，所述第二外部磁极部分与所述第一线圈的第二外部部分和所述第二线圈的第二外部部分相邻，所述第一线圈的第二外部部分和所述第二线圈的第二外部部分与所述第一线圈的第一外部部分和所述第二线圈的第一外部部分相对，其中，所述第一外磁极部分和所述第二外磁极部分是平行布置的分立的磁极构件。
7.所述磁路的外部部分包括部分地围绕所述第一线圈的外部部分和所述第二线圈的外部部分设置的末端敞开的外磁极部分。
8.所述第一振膜包括通过第一柔性构件以能够移动的方式联接到第一框架的第一桨片，所述第一线圈联接到所述第一桨片，并且其中，所述第二振膜包括通过第二柔性构件以能够移动的方式联接到第二框架的第二桨片，所述第二线圈联接到所述第二桨片。
9.所述第一桨片通过铰链铰接到所述第一框架，并且所述第一桨片响应于所述电激
励信号而表现出围绕所述铰链的旋转运动。
10.所述第一桨片不铰接到所述第一框架，并且所述第一桨片响应于所述电激励信号而在所述第一桨片的表面上表现出基本上均匀的移动速度。
11.所述第一振膜平行于所述第二振膜，并且所述第一线圈的轴向尺寸和所述第二线圈的轴向尺寸对准。
12.所述第一振膜与所述第二振膜之间的容积是声耦合到所述外壳的声音端口的前腔容积。
13.所述外壳包括末端敞开的侧壁，所述第一振膜覆盖所述侧壁的第一敞开端，并且所述第二振膜覆盖所述侧壁的第二敞开端。
14.所述音频换能器还包括介于所述第一振膜与所述外壳的第一壁之间的第一前腔容积，以及介于所述第二振膜与所述外壳的第二壁之间的第二前腔容积，所述第二壁与所述第一壁相对，所述第一前腔容积和所述第二前腔容积声耦合到所述外壳的声音端口，其中，所述第一振膜与所述第二振膜之间的容积是后腔容积。
15.本发明的另一方面涉及一种音频换能器，所述音频换能器包括：联接到第一线圈的第一振膜；联接到第二线圈的第二振膜，其中，所述第一振膜平行于所述第二振膜，并且所述第一线圈的轴向尺寸和所述第二线圈的轴向尺寸对准；磁路，所述磁路包括内部部分、外部部分以及永磁体，所述内部部分至少部分地设置在所述第一线圈与所述第二线圈之间并且位于所述第一线圈与所述第二线圈的周界之内，所述磁路的外部部分包括与所述第一线圈的外部部分和所述第二线圈的外部部分相邻的磁极构件；其中，响应于施加到所述第一线圈和所述第二线圈的电激励信号，所述第一振膜在第一方向上移动，并且所述第二振膜在与所述第一方向相反的第二方向上移动。
16.所述磁路的外部部分包括围绕所述第一线圈的外部部分和所述第二线圈的外部部分设置的连续的末端封闭的磁极构件。
17.所述磁路的外部部分包括：第一外磁极部分，所述第一外磁极部分与所述第一线圈的第一外部部分和所述第二线圈的第一外部部分相邻；以及第二外磁极部分，所述第二外磁极部分与所述第一线圈的第二外部部分和所述第二线圈的第二外部部分相邻，所述第一线圈的第一外部部分和所述第二线圈的第一外部部分与所述第一线圈的第二外部部分和所述第二线圈的第二外部部分相对，其中，所述第一外磁极部分和所述第二外磁极部分被气隙分隔开。
18.所述第一振膜与所述第二振膜之间的容积是声耦合到所述外壳的声音端口的前腔容积。
19.所述音频换能器还包括介于所述第一振膜与所述外壳的第一壁之间的第一前腔容积，以及介于所述第二振膜与所述外壳的第二壁之间的第二前腔容积，所述第二壁与所述第一壁相对，所述第一前腔容积和所述第二前腔容积声耦合到所述外壳的声音端口，其中，所述第一振膜与所述第二振膜之间的容积是后腔容积。
20.所述第一振膜与所述第二振膜之间的容积是后腔容积。
21.所述音频换能器与被配置为佩戴在用户耳朵中或耳朵上的听力装置相结合，所述听力装置包括具有声端口的外壳，所述声端口被定位成在所述听力装置被用户佩戴时将声音引导到所述用户的耳朵中，所述音频换能器被设置在所述听力装置的所述外壳中，前腔
容积被限定在所述音频换能器的所述第一振膜和所述第二振膜与所述听力装置的所述外壳之间，其中，所述前腔容积声耦合到所述听力装置的声端口。
附图说明
22.从结合附图考虑的以下详细描述和所附权利要求中，本公开的目的、特征和优点将变得更加完全显而易见。附图仅描绘代表性实施方式，且因此不应视为限制本发明的范围。
23.图1是具有位于第一振膜与第二振膜之间的前腔容积的代表性音频换能器的截面图；
24.图2是代表性音频换能器的另一截面图；
25.图3是具有位于第一振膜与第二振膜之间的后腔容积的代表性音频换能器的另一截面图；
26.图4是具有开放式侧壁外壳的换能器的代表的立体图；
27.图5是代表性磁路的分解图；
28.图6是具有磁路的另一代表性音频换能器的截面图，该磁路具有外围的外磁极部分；
29.图7是另一代表性磁路的分解图；
30.图8是具有限定了外壳的一部分的磁路的代表性换能器的截面图；
31.图9是振膜和线圈的立体图；
32.图10是铰接的振膜部件的立体图；
33.图11是未铰接的振膜部件的立体图；
34.图12是在第一振膜与第二振膜之间具有前腔容积的圆柱形换能器的截面图；
35.图13是具有在第一振膜与第二振膜之间的后腔容积的另一圆柱形换能器的截面图；
36.图14是另一圆柱形换能器的截面图；
37.图15是包括换能器的听力装置的截面图；
38.图16是包括不同换能器的听力装置的截面图；和
39.图17是另选的听力装置。
40.本领域的普通技术人员将理解，附图是为了简单和清楚起见而示出的，因此可以不按比例绘制，并且可以不包括公知的特征，动作或步骤的发生顺序可以与所描述的顺序不同，或者可以同时执行，除非另有说明，并且这里使用的术语和表达具有本领域的普通技术人员所理解的含义，除非这里将它们归于不同的含义。
具体实施方式
41.本发明总体上涉及用于听力装置的音频换能器，更具体地，涉及适用于佩戴在用户耳朵中或耳朵上的听力装置的双振膜动圈式音频换能器。这样的听力装置包括但不限于传统处方和非处方助听器、有线耳机和无线头戴式耳机以及耳机(例如真实无线立体声(tws)耳机)，其可以与膝上型计算机、移动电话和用于免提通信和音频内容收听的其它设备配对。更一般地，这里描述的换能器可以在尺寸上缩放以用于除听力装置之外的应用。这
种其它应用可以包括可通过蓝牙或其它无线技术连接到声源的便携式无线扬声器。
42.音频换能器通常包括磁路，该磁路包括设置在第一线圈与第二线圈之间的内部部分，该第一线圈和第二线圈联接到由外壳支承的相应振膜。外壳可以具有或不具有声音端口。磁路还包括与第一线圈的外部部分和第二线圈的外部部分相邻的外部部分。在工作中，响应于施加到第一线圈和第二线圈的电激励(例如音频)信号，第一振膜在第一方向上移动，而第二振膜在与第一方向相反的第二方向上移动，由此音频换能器响应于激励信号产生声音。通常，第一线圈和第二线圈中的电流必须在相同的方向上，以响应于相同的激励信号在相反的方向上驱动振膜。
43.在图1、图3、图6、图8、图12和图14中，双振膜音频换能器100包括具有声音端口的外壳110、联接到第一线圈122的第一振膜120、联接到第二线圈132的第二振膜130，以及布置在第一振膜与第二振膜之间的磁路，如这里进一步描述的。在所示的实施方式中，喷嘴112声耦合到声音端口。然而，在其它实施方式中，根据主机设备的使用情况和要求，可能不需要喷嘴。
44.通常，第一线圈的内部部分至少部分地与第二线圈的内部部分对准，并且第一振膜和第二振膜平行或几乎平行。在所示的实施方式中，第一振膜平行于第二振膜，并且第一线圈的轴向尺寸和第二线圈的轴向尺寸对准。线圈的轴向尺寸是图3和图14中102处所示的布置线圈绕组的尺寸。这里使用的轴向尺寸适用于圆柱形线圈以及具有正方形、矩形和其它形状的线圈。在其他实现方式中，第一振膜和第二振膜可以是稍微不平行的并且线圈的轴向尺寸可以是稍微偏移的，只要磁路的内部部分可以被部分地容纳在第一线圈的内部部分和第二线圈的内部部分内。
45.在图1、图3、图6和图8中，外壳110的形状大致类似矩形立方体，而振膜120和130的形状大致为矩形。在其他实现方式中，这些外壳可以是立方体的并且这些振膜总体上形状像正方形。在图12中，外壳110通常为圆柱形，并且振膜120和130为盘形。外壳和相关的振膜也可以具有其它形状，包括不规则形状。更一般地，外壳的形状可以不同于与外壳相关联的一个或更多个振膜的形状。
46.在图1、图3、图6、图8、图12和图14中，第一振膜120与第二振膜130在尺寸上是相同的。在图13中，第一振膜120的直径小于第二振膜130的直径。本公开考虑的其它外壳形状也可具有用于此目的的不同尺寸和形状的振膜。在图1、图3、图6、图8和图12中，例如，第一矩形振膜和第二矩形振膜可以具有不同的尺寸。换能器可以被配置为通过使用具有不同尺寸和/或不同谐振特性的振膜在音频频谱的不同部分内产生声音，所述不同共谐振性可归因于形状、材料特性(如刚度和质量等)。
47.在图9中，振膜150包括通过发挥悬架作用的柔性构件156可移动地联接到框架154的桨片(paddle)152。线圈151通过环氧树脂153或其它紧固技术紧固到桨片。另选地，线圈可以缠绕作为桨片的组成部分形成的线轴。图10和图11示出了没有柔性构件的桨片和框架。在图10中，桨片152通过一个或更多个悬臂铰链158联接到框架154，其中，桨片响应于施加到线圈的电激励信号而围绕铰链旋转或枢转。或者，铰链可以是扭转型的。在图11中，桨片152在没有铰链的情况下通过柔性膜联接到框架154，其中，响应于施加到对应线圈的电激励信号，桨片在其表面上展现大体上均匀的速度。桨片、框架和铰链(如果有的话)可以由金属或其它材料制成作为单体构件或作为分立部件的组件。柔性材料可由尿烷
(urethane)、聚酯薄膜(mylar)、硅树脂或本领域公知的适于此用途的其它材料制成。
48.在图12、图13和图14中，盘状的振膜120和130可以由增强纸、碳纤维或包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)，聚醚醚酮(peek)和聚醚酰亚胺(pei)等材料的聚合物制成。通常，可以选择振膜材料层的厚度或数量以产生期望的特性和性能特征。此外，不同聚合物和粘合剂等材料的组合可用于产生所需的性能和性能特征。在图12和图13中，振膜具有用于增加刚度的凸起结构125和135。在图14中，振膜120和130形成为具有没有图12和图13所示的凸起结构的轮廓截面形状的单体构件。在其他合适的实现方式中，振膜可以具有平坦形状、准锥形形状或其他形状。振膜通常通过发挥与图9所示的柔性构件相似的作用的柔性悬架123联接到支承结构。在此描述和在附图中示出的振膜仅仅是适合于在此描述的换能器的各种振膜的代表。
49.在图1、图6、图8、图12和图14中，被称为前腔容积114的容积被封闭在第一振膜和第二振膜与外壳110的侧壁部分之间。前腔容积声耦合到声音端口。在工作中，如图1、图6、图8、图12和图14中的箭头115所示，第一振膜和第二振膜的反向运动经由前腔容积从声音端口发出声音。在图1、图6、图8和图12中，换能器包括介于第一振膜120与外壳的第一壁116之间的第一后腔容积126，并且包括介于第二振膜130与外壳的第二壁117之间的第二后腔容积127，外壳的第二壁116与第一壁相对。在一些实施方式中，可选地，通气孔119将后腔容积声耦合到位于外壳外部的大气或其它环境。通气孔119还可以包括对进出该容积的空气流进行阻尼的材料。在图4中，外壳是部分由末端敞开的侧壁111形成的，并且侧壁的开口端由第一振膜和第二振膜覆盖。图4的换能器可以被配置成使得前腔容积位于第一振膜与第二振膜之间，其中，声音是经由声音端口112输出的，如结合图1、图6、图8和图12所描述的。根据图4的这种代表性解释，后腔容积对大气开放。
50.在图3和图13中，被称为后腔容积136的容积被封闭在第一振膜和第二振膜与外壳的侧壁部分之间。可选地，后腔容积可以通过外壳中的通气孔声耦合到大气或其它环境，如图3中的121所示。阻尼材料可设置在通气孔内或通气孔上方。在图3中，换能器包括介于第一振膜120与外壳的第一壁116之间的第一前腔容积138，并且包括介于第二振膜130与外壳的第二壁117之间的第二前腔容积139，外壳的第二壁117是与第一壁相对的。第一前腔容积138和第二前腔容积139各自分别声耦合到相应的声音端口140和142。喷嘴112包括杯形物113，该杯形物113被称为装配在两个声音端口140和142上的鼓形罩(doghouse)。在工作中，第一振膜和第二振膜的反向运动经由相应的前腔容积和声音端口从喷嘴发出声音，如箭头144所示。来自前腔容积的声音在从喷嘴112发出之前在鼓形罩113中被组合。图4的换能器可以另选地被配置为使得后腔容积位于第一振膜与第二振膜之间，如结合图3所述那样，其中，声音被直接输出到大气而不是经由声音端口112输出。根据图4的这种另选解释，图4所示的声音端口112可以是用于后腔容积的通气孔，或者声音端口可以被去除以完全封闭后腔容积。在图13中，第一振膜120和第二振膜130暴露于大气。
51.磁路通常包括永磁体、设置在第一线圈与第二线圈之间并部分地在第一线圈和第二线圈的周界内延伸的内部部分、以及与第一线圈的外部部分和第二线圈的外部部分相邻的外部部分。在图2中，磁路包括至少部分地设置在第一线圈122的内部部分内的第一内磁极部分160和至少部分地设置在第二线圈132的内部部分内的第二内磁极部分162，其中，永磁体161位于第一内磁极部分与第二内磁极部分之间。磁路的外部部分包括与第一线圈和
第二线圈的外部部分相邻的外磁极部分163。
52.在图5的代表性实施方式中，磁路的外部部分包括平行布置在第一线圈和第二线圈的相对侧上的第一分立外磁极部分164和第二分立外磁极部分166。分立的外部磁极部分由空气间隙间隔开。这种磁路产生通过内磁极部分并且通过平行的外磁极部分中每一个外磁极部分的循环磁场。如图1和图2所示，框架结构168可以将磁路支承和保持在外壳内。在图5中，第一外磁极部分被分成两部分164a和164b，并且第二外磁极部分被分成两部分166a和166b，用于围绕框架168的组装。也可以使用用于将磁路支承在外壳内的另选构造，另选构造中的一些可能不需要框架或将外磁极部分分离成两个或更多个分离部分。例如，外磁极部分可构成外壳侧壁的一部分，其示例在本文中示出并描述。
53.在图7的代表性实施方式中，磁路的外部部分包括围绕第一线圈和第二线圈的外侧设置的连续的末端封闭的矩形部分。在图12和图14中，外磁极部分165基本上是连续的，以容纳前腔容积与外壳的外部之间的声音端口。声音端口可以是穿过外磁极部分的开口或作为槽。这种磁路产生通过内磁极部分和外磁极部分的连续的伪环形磁场。如图3、图6、图8、图13和图14所示，框架结构168可以将磁路支承和保持在外壳内。连续的末端封闭的矩形部分被分成单独的部分165a和165b，用于与框架168组装。也可以使用用于将磁路支承在外壳内的另选构造，这些另选构造中的一些可能不需要框架或将外磁极部分分离成单独的部分。例如，在图8和图13中，磁路的外磁极部分165构成外壳的一部分。
54.在另选的磁路实现方式中，内磁极部和外磁极部可具有其它形状。在图7中，基本连续的矩形外磁极部分可包括气隙，从而形成末端敞开的磁极，其中，气隙位于与如图10所示的振膜铰链的位置相对应的端部。在末端敞开的磁极结构中，由线圈产生的力将是不对称的，在靠近振膜的经受最大运动的自由端处产生更大的力。在图12、图13和图14中，内磁极部分161是圆柱形的，并且外磁极部分具有中空的圆柱形形状。在图13和图14中，外磁极部分是包括外磁极部分165a和165b的组件。外磁极部分可便于围绕支承结构组装或在外磁极部分165a与165b之间容纳永磁体，如本文所述那样。或者，外磁极部分可以是单体构件。在图12至图14中，内磁极部分包括在磁体161的相反侧上的磁极部分160和162的组件。在图13中，圆柱形的内磁极部分包括具有用于驱动不同尺寸的线圈和振膜的不同直径的部分160和162。也可以预期其它形状和构造。
55.在一些实现方式中，一个或更多个永磁体可以位于磁路的除了内磁极之外的部分中，或者除了位于内磁极中以外还位于磁路的其他部分中。例如，在图5中，一个或更多个永磁体可以单独位于外磁极部分164和166中，或者与位于内磁极部分中的磁体组合。如果永磁体不位于内磁极部分中，则内磁极部分是单个元件。使永磁体关于线圈的轴向尺寸对称地定位在磁路内可以增强或优化换能器的性能。
56.在图15、图16和图17中，听力装置300包括外壳310，外壳310被配置为佩戴在用户的耳朵中或耳朵上。每个听力装置包括声端口(acoustic port)312，声端口312被定位为在用户佩戴听力装置时将声音引导到用户的耳朵中。通常，与听力装置集成在一起的一个或更多个音频换能器的声音端口与听力装置的声端口声耦合。换能器320在外壳310内定向为使得线圈的轴向尺寸不平行于从听力装置的声端口312发出声音的方向。通过在外壳310中提供相应的声音端口或者通过将每个换能器的输出导出到具有联接到声端口312的端部的公共声音导管中，可以将多个换能器集成在每个听力装置的外壳310内。多个换能器的输出
可以通过歧管(manifold)耦合到公共声音导管，并且如果需要，多个换能器可以定向为使得线圈的轴向尺寸相对于声音从声端口312发出的方向成一角度。
57.在图15中，换能器320通过位于第一振膜与第二振膜之间的前腔容积从喷嘴322发出声音，如本文结合图1、图2、图4、图6、图8、图12和图14所述那样。图15中的换能器的后腔容积都被排放到听力装置的外壳中，其可以被排放到大气中。在图16和图17中，后腔容积位于换能器的第一振膜与第二振膜之间，如图3的代表性实施方式所示，并且可以排放到大气中。在图16中，换能器320通过位于第一振膜和第二振膜中的每一个与换能器的外壳的相应壁部分之间的两个前腔容积从喷嘴322发出声音，如图3所示。在图17中，换能器的外壳是末端敞开的，并且换能器320通过由暴露的振膜324和326以及听力装置的外壳的相应壁部分314和316形成的两个前腔容积从喷嘴322发出声音。
58.虽然已经以建立所有权并使本领域普通技术人员能够制造和使用本发明的方式描述了本公开和目前认为是其最佳模式的内容，但是应当理解和认识到，存在本文所述的选择实施方式的许多等同物，并且在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以对其进行各种修改和变化。这不限于这里描述的实施方式，而是由所附权利要求及其等同物限定。