TWI461068B - 發聲裝置 - Google Patents

Description

發聲裝置

本發明涉及一種發聲裝置，尤其涉及一種應用合金殼體的發聲裝置。

隨著新技術和新材料的不斷發展，人們對視聽品質的要求也越來越高。發聲裝置，如耳機、音響，產品層出不窮，然而，先前技術中對發聲裝音質的改進多著重於其內置揚聲器的改進，對殼體改進則較少。但殼體對音質的回應同樣很大，直接影響揚聲器的效果。

以耳機為例，其殼體多由於共振及混響對揚聲器及整個耳機的發聲效果造成影響，先前技術中的耳機殼體為塑膠或樹脂，造成耳機發聲的混響較長，殼體的共振較強，發聲效果不夠清晰，使耳機存在音質不好的問題。另外，塑膠或樹脂的殼體耐用性不好，容易變形，並且不夠輕巧。

一種發聲裝置，其包括：殼體；以及揚聲器，該揚聲器設置於該殼體內部；該殼體的材料為鎂基複合材料，該鎂基複合材料包括鎂基金屬和分散在該鎂基金屬中的奈米增強相，該奈米增強相在鎂基複合材料中的質量百分含量為0.5%至2%。

相較於先前技術，本技術方案採用鎂基複合材料作為發聲裝置的 殼體，可以減少殼體產生的混響及共振，使發聲效果清晰，從而提高發聲裝置的音質。並且，鎂基複合材料的殼體比塑膠殼體更為堅固耐用，由於該殼體具有較好的強度，在滿足強度需要的前提下，可採用較小的壁厚，從而減輕發聲裝置的總體質量，並使發聲裝置內部空間增大。

10‧‧‧耳機

12‧‧‧前部

14‧‧‧揚聲器

16‧‧‧後部

圖1為本技術方案實施例耳機的結構示意圖。

圖2為AZ91D鎂合金50倍光學顯微鏡照片。

圖3為具有質量百分比為0.5%的奈米增強相的鎂基複合材料50倍光學顯微鏡照片。

圖4為具有質量百分比為1%的奈米增強相的鎂基複合材料50倍光學顯微鏡照片。

圖5為具有質量百分比為1.5%的奈米增強相的鎂基複合材料50倍光學顯微鏡照片。

圖6為鎂基複合材料中碳化矽與鎂晶粒介面的高解析度透射電鏡照片。

圖7為具有不同質量百分含量的奈米增強相的鎂基複合材料抗拉強度的測試資料圖。

圖8為具有不同質量百分含量的奈米增強相的鎂基複合材料伸長率的測試資料圖。

圖9為具有不同材料的耳機殼體的耳機的總諧波失真曲線測試資料圖。

圖10為具有塑膠耳機殼體的耳機的瀑布分析圖。

圖11為具有AZ91D鎂合金耳機殼體的耳機的瀑布分析圖。

圖12為具有鎂基複合材料耳機殼體的耳機的瀑布分析圖。

以下將結合附圖詳細說明本技術方案實施例的發聲裝置。

本技術方案提供一種發聲裝置，該發聲裝置包括中空的殼體以及設置於殼體內部的揚聲器。該發聲裝置可以為耳機、音響、喇叭、手機、筆記本電腦或電視。

請參閱圖1，本技術方案實施方式以耳機10為例，該耳機10包括中空的耳機殼體以及設置於殼體內部的揚聲器14。該耳機10可以為頭戴式、耳掛式、入耳式或耳塞式等結構。

該揚聲器14可以為電動式、電容式、靜電式、氣動式及壓電式等類型。該揚聲器14用於將電信號轉換成聲音信號。具體地，揚聲器14可將一定範圍內的音頻電功率信號通過換能方式轉變為失真小並具有足夠聲壓級的可聽聲音。本實施例中，該揚聲器14為電動式揚聲器14。

該殼體的壁厚為0.01毫米至2毫米。該殼體可包括面對使用者的前部12及連接導線的後部16，該前部12可進一步包括多個出聲孔。本實施例中，該耳機為耳塞式，前部12為具有出聲孔的圓片蓋體，後部16為與圓片蓋體扣合的碗形基座。

該殼體的前部12和後部16中至少一個部分由鎂基複合材料製成。本實施例中，該殼體整體由鎂基複合材料製成，即圓片蓋體與碗 形基座的材料均為鎂基複合材料。該鎂基複合材料包括鎂基金屬和分散在該鎂基金屬中的奈米增強相。該奈米增強相可以為奈米碳管、碳化矽奈米顆粒、氧化鋁奈米顆粒、碳化鈦奈米顆粒、碳化硼奈米顆粒、石墨奈米顆粒或其混合，優選為奈米碳管或碳化矽奈米顆粒。該奈米碳管可以為單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及多壁奈米碳管中的一種或多種。所述單壁奈米碳管的直徑為0.5奈米~50奈米，所述雙壁奈米碳管的直徑為1.0奈米~50奈米，所述多壁奈米碳管的直徑為1.5奈米~50奈米。該奈米增強相在鎂基複合材料中的質量百分含量約為0.01%至10%，優選為0.5%至2%。該奈米增強相的形狀可以為粉末、纖維或晶須。該奈米增強相的尺寸(即粉末、纖維或晶須的直徑)約為1奈米至100奈米，優選為30奈米至50奈米。該鎂基金屬為純鎂或鎂合金。該鎂合金的組成元素除鎂外，還包括鋅、錳、鋁、鋯、釷、鋰、銀、鈣等合金元素的一種或多種，其中鎂佔鎂合金質量百分比80%以上，其他金屬元素的總合佔鎂合金質量百分比20%以下。該鎂合金的型號可以為AZ91、AM60、AS41、AS21、AE42，優選為AZ91。

該奈米增強相的加入有利於鎂基金屬晶粒的細化，能夠提高該殼體的抗拉強度(tensile strength)及伸長率(elongation)。本實施例中，該鎂基金屬採用AZ91D型號的鎂合金，該奈米增強相採用奈米碳管或碳化矽奈米顆粒。請參閱圖2至圖5，將具有質量百分比為0.5%，1%及1.5%的奈米增強相的鎂基複合材料與純AZ91D鎂合金進行晶粒對比，發現隨著奈米增強相質量百分比在0.5%至1.5%範圍內逐漸提高，該鎂基複合材料的晶粒明顯減小。所述該鎂基複合材料的晶粒比用於製造該鎂基複合材料的鎂基金屬的晶粒減小60%至75%。該鎂基複合材料的晶粒約為100微米至 150微米。本實施例中，當該鎂基複合材料的奈米增強相為質量百分比為0.5%至2%的奈米碳管時，該鎂基複合材料的晶粒可以比AZ91D鎂合金的晶粒減小60%至75%。請參閱圖6，當該鎂基複合材料的奈米增強相為質量百分比為0.5%至2%的碳化矽時，鎂晶粒與碳化矽晶粒之間的介面清晰，不存在介面間反應的中間相。請參閱圖7，將奈米增強相為不同質量百分含量的奈米碳管的鎂基複合材料進行抗拉強度測試，發現當奈米碳管佔鎂基複合材料質量百分比為1.5%時，該鎂基複合材料具有較好的抗拉強度。

請參閱圖8，將奈米增強相為不同質量百分含量的奈米碳管的鎂基複合材料進行伸長率測試，發現當奈米碳管佔鎂基複合材料質量百分比為1.%時，該鎂基複合材料具有較好的伸長率。上述測試表明，通過在鎂基金屬中加入奈米增強相，有效地細化了晶粒，提高了鎂基複合材料的抗拉強度及伸長率，有利於該耳機殼體的製造，並有利於提高該耳機殼體的強度和耐用性，具體試驗資料請參閱表1。

該殼體的製造方法可以為觸變成形、壓鑄成形、粉末冶金或機械加工成形等。具體地，可將所述奈米增強相的粉末、纖維或晶須加入熔融的鎂基金屬中，並通過觸變成形或壓鑄成形的方法得到 耳機殼體，或者可以將鎂基金屬的粉末與奈米增強相進行混合，並通過粉末冶金的方法製備耳機殼體，另外，也可以將所述鎂基複合材料預先形成坯體，並通過機械加工的方式形成耳機殼體。

在本實施例中，該鎂基複合材料的製備方法包括以下步驟：首先，提供鎂基金屬及奈米增強相；其次，將奈米增強相在460℃至580℃下加入熔融的鎂基金屬進行混合形成混合物；再次，在620℃至650℃下對該混合物進行超聲波處理使奈米增強相均勻分散在鎂基金屬中；以及最後，將該混合物在650℃至680℃下進行澆鑄，形成鎂基複合材料坯體。

在上述混合、超聲波處理及澆鑄過程中的溫度分三個階段逐漸升高，有利於使鎂基複合材料中的晶粒細化，並且，上述過程均在保護氣體中進行，以防止鎂基金屬被氧化。所述保護氣體可選自惰性氣體和氮氣中的一種或多種，本實施例中保護氣體優選為為氮氣。

具體地，該鎂基金屬可以為AZ91D鎂合金，該奈米增強相可以為奈米碳管或碳化矽。該熔融的鎂基金屬可設置於一內部充滿保護氣體的容器中。在將奈米增強相加入該熔融的鎂基金屬的過程中可進一步通過攪拌器不斷對容器中的混合物進行機械攪拌，使奈米增強相和該熔融的鎂基金屬初步混合，得到一混合漿料。

該超聲波處理的過程可以為將混合物連同容器置於一高能量超聲 波震盪攪拌裝置中，在一定頻率的超聲波下震盪一段時間後，得到一均勻混合漿料。所述超聲波的頻率為15千赫茲至20千赫茲，本實施例中超聲波的頻率優選為15千赫茲。所述超聲波處理的時間為5分鐘至40分鐘，優選為30分鐘。本技術方案所採用超聲震盪的超聲波頻率選擇為15-20千赫茲，相對於一般超聲波頻率48千赫茲而言，本技術方案所採用的超聲波的頻率較低，而此超聲震盪裝置為一高能量超聲震盪攪拌裝置，因此該超聲震盪裝置的振幅較大，因此可以使輕金屬熔湯中的輕金屬微粒發生劇烈運動，從而可以使奈米級顆粒增強體在輕金屬熔湯中均勻分配，得到一均勻混合漿料。

在澆鑄的過程中該混合漿料可澆鑄至一模具中冷卻固化，形成該鎂基複合材料坯體。進一步地，可通過一擠壓成型處理過程處理該鎂基複合材料坯體。通過該擠壓成型處理過程，該奈米增強相在該混合物中經再次分配，分散更加均勻，可進一步提高該鎂基複合材料的強度和韌性。

該坯體可進一步通過壓鑄成型，得到該耳機殼體。將奈米碳管作為奈米增強相，AZ91D鎂合金作為鎂基金屬，且該奈米增強相的質量百分含量為1.5%，通過壓鑄成形法製備殼體。請參閱表2，該鎂基複合材料製成的殼體與塑膠殼體及AZ91D鎂合金殼體相比，具有較好的屈服強度，且密度比AZ91D鎂合金有所降低。

表2 不同材料殼體性能對比

在採用相同形狀殼體的條件下，對採用該鎂基複合材料的殼體的耳機進行聲學測試，並與AZ91D鎂合金殼體的耳機及塑膠殼體的耳機進行對比發現，採用該鎂基複合材料的殼體制成的耳機與採用AZ91D鎂合金殼體的耳機和採用塑膠殼體的耳機具有基本一致的頻率回應曲線及阻抗曲線。然而，請參閱圖9，採用該鎂基複合材料的殼體制成的耳機在三種測試的耳機中具有最小的總諧波失真。在20赫茲至50赫茲頻率範圍內，採用鎂基複合材料的殼體的耳機的總諧波失真比AZ91D鎂合金殼體的耳機減少約10%。

請參閱圖10至12，從採用不同材料的殼體的瀑布分析圖中可以看出，在20赫茲至30赫茲範圍，採用鎂基複合材料殼體的耳機音頻振幅最低，從而使這種耳機的總諧波失真最小，而在100赫茲至600赫茲範圍，採用鎂基複合材料殼體的耳機比其他兩種耳機波形均一，可知這種耳機具有發聲效果清晰的特點。

本技術方案採用鎂基複合材料作為耳機的殼體，可以縮短耳機發聲的混響，減少耳機殼體共振，使發聲效果清晰，從而提高耳機的音質。並且，鎂基複合材料的殼體比塑膠殼體更為堅固耐用，由於該殼體具有較好的強度，在滿足強度需要的前提下，可採用較小的壁厚，從而減輕耳機的總體質量，並使耳機內部空間增大。另外，鎂基複合材料具有良好的導熱性，利於耳機散熱。

本領域技術人員可以理解，本技術方案雖然以耳機作為具體實施例進行說明，然而由於所述殼體因製造殼體的材料本身具有上述優點，因此具有所述殼體的其他發聲裝置也能具有發聲效果較好，質量較輕，堅固耐用且易於散熱的優點。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10‧‧‧耳機

12‧‧‧前部

14‧‧‧揚聲器

16‧‧‧後部

Claims (12)

1. 一種發聲裝置，其包括：殼體；以及揚聲器，該揚聲器設置於該殼體內部；其改進在於：該殼體的材料為鎂基複合材料，該鎂基複合材料包括鎂基金屬和均勻分散在該鎂基金屬中的奈米增強相，該奈米增強相在鎂基複合材料中的質量百分含量為0.5%至2%。
2. 如請求項1所述的發聲裝置，其中，所述發聲裝置比相同形狀的採用所述鎂基金屬製成的殼體的發聲裝置，在20赫茲至50赫茲頻率範圍內總諧波失真減少10%。
3. 如請求項1所述的發聲裝置，其中，所述鎂基複合材料的晶粒尺寸比所述鎂基金屬的晶粒減尺寸小60%至75%。
4. 如請求項1所述的發聲裝置，其中，所述鎂基複合材料的晶粒尺寸為100微米至150微米。
5. 如請求項2至4中任意一項所述的發聲裝置，其中，所述鎂基金屬為型號為AZ91D的鎂合金。
6. 如請求項1所述的發聲裝置，其中，所述奈米增強相的尺寸為30奈米至50奈米。
7. 如請求項1所述的發聲裝置，其中，所述奈米增強相為奈米碳管、碳化矽奈米顆粒、氧化鋁奈米顆粒、碳化鈦奈米顆粒、碳化硼奈米顆粒、石墨奈米顆粒中的一種或多種的混合。
8. 如請求項1所述的發聲裝置，其中，所述奈米增強相在鎂基複合材料中的質量百分含量為1.5%。
9. 如請求項1所述的發聲裝置，其中，所述鎂基金屬為鎂或鎂合金。
10. 如請求項9所述的發聲裝置，其中，所述鎂合金的型號為AZ91、AM60、AS41、AS21或AE42。
11. 如請求項1或2所述的發聲裝置，其中，所述鎂基金屬為型號為AZ91D的鎂合金，所述奈米增強相為奈米碳管，所述奈米碳管在鎂基複合材料中的質量百分含量為1.5%。
12. 如請求項1所述的發聲裝置，其中，所述殼體的壁厚為0.01毫米至2毫米。