TWI604736B - 揚聲器單元 - Google Patents

Description

揚聲器單元

關於將電信號轉換為物理振動、從而產生聲音的揚聲器單元的發明。

揚聲器單元首先增大記錄聲音的電波的振幅，然後將其傳至振動裝置並引起振動體振動，從而產生可聽範圍內的聲波（也可只稱作聲音）。以往的揚聲器單元中，永久磁鐵和聲圈作為振動裝置被頻繁使用。具有這樣構造的揚聲器往往需要大量零部件，因此趨向於大型化和笨重化。

近年，隨著手機等小型可擕式終端使用的增加，揚聲器單元的小型化和輕質化也成為人們的訴求。於是，壓電元件作為振動裝置開始被採用。但由於振動體振動面的減少，最終的音質不佳。而將多個壓電元件以懸臂梁形式支撐、並將振動端與振動體邊緣相接的揚聲器單元。通過此構造，便可得到整體音壓級高、沒有尖銳波峰的頻率特性。但是，支撐為懸臂梁方式的構造會造成生產成本的增加。

有鑑於此，本發明致力於提供小型高音質揚聲器單元，可有效解決上述問題點。

本發明之目的在於提供一種揚聲器單元，可將頻率特性變的緩和自然，可實現高音質。

為達上述目的，本發明的揚聲器單元的特點之一是：裝有至少有一個開口的振動體；與振動體對接並施加振動的振動裝置；以及支撐振動體的支撐組件。

在該特點下，由於被支撐元件支撐、通過振動裝置施加振動的振動體至少有一個開口，與沒有開口的振動體相比，可以產生許多更微小的振動模式（因共振而振幅增加的頻率，以及因反共振而振幅減小的頻率），頻率特性變的緩和自然。

本發明的揚聲器單元的特點之二是：上述振動裝置即為附著于上述振動體上的壓電元器件，在與振動器的開口對接處也具有開口。

由於該特點，振動體的微小振動模式並不會因振動裝置而消除，而是和振動裝置作為一個整體，使其共同的頻率特性變的緩和自然。

本發明的揚聲器單元的特點之三是：上述振動體具有開口，且該開口位於從支撐元件支撐部位所對中心分離的位置。

由於該特點，振動體在從支撐元件支撐部位所對中心分離之處具有開口，因而產生多種振動模式，頻率特性變的緩和自然。

本發明的揚聲器單元的特點之四是：上述振動體有一個被支撐元件支撐部位所包圍而形成的圓形區域，該圓形區域在圓周方向被均等劃分為幾個區域，且分別在距離中心不等的位置有開口。

由於該特點，振動體在離支撐元件支撐部位相距不同的位置具有多個開口，可進一步產生微小的振動模式，頻率特性變的緩和自然。

本發明的揚聲器單元的另一個特點是，振動體具有被支撐元件支撐部位所包圍而形成的圓形區域，該圓形區域在圓周方向被均等劃分為幾個區域，且分別在距離中心不等的位置有開口。

由於該特點，圓形的振動體在圓周方向被均等劃分的多個領域中的離中心相距不等的位置具有開口，因而可以廣泛設計多種振動模式。

1‧‧‧揚聲器單元

10‧‧‧支架

20‧‧‧振動體

20a‧‧‧開口

30‧‧‧振動裝置

30a‧‧‧開口

40‧‧‧控制部

42‧‧‧處理部

44‧‧‧DA轉換器

46‧‧‧增幅器

圖1是顯示本發明揚聲器單元的簡略構成、振動模式、以及頻率特性的說明圖；
圖2是顯示本發明揚聲器單元控制部功能構造的模組圖；
圖3是顯示傳統型揚聲器單元的振動模式以及頻率特性的說明圖；
圖4是關於本發明揚聲器單元之變形中振動體開口類型的說明圖。

以下就本發明的實施方案進行說明。

圖1（A）及（B）分別顯示了俯視和側面觀察下揚聲器單元1的簡略構造。揚聲器單元1是將電氣信號轉變為物理振動從而產生聲音的裝置，包括支架10、振動體20、以及振動裝置30。

支架10為支撐下述振動體20的支撐組件。其由金屬、樹脂等材料製成，形成有一定厚實度的圓筒狀。支架10的內側固定著振動體20的端頭，因而振動體20可由支架10支撐著實現振動。另外，支架10的形狀並不限於圓筒狀，根據振動體20的形狀、或頻率特性也可以採用棱柱形。此外，還可以採用一面有底的帶底筒形狀。

振動體20是淺肉色的薄片狀部件，通過振動發出聲音。其由金屬、樹脂等帶有適度彈性的材料製成，形成圓形。另外，金屬材料的示例有磷青銅、不銹鋼、鎂、鋁、鈦、鈹、或這些材料的合金。樹脂材料的示例有氨甲酸酯系、聚丙烯系、聚乙烯系，聚苯乙烯系，聚醯胺系等。

振動體20中，作為例子，圓形開口20a位於從中心（即圓形的中心）到圖紙左方的分離位置。由此，振動體20具有多種振動模式（共振頻率）。詳見後文。

振動裝置30是施加振動體20振動的裝置。本實施方案中，將電壓轉變為力的壓電元件作為振動裝置30 被採用。壓電元件，作為例子，可由鈦酸鋯酸鉛（PZT）等陶瓷構成。振動裝置30被製作為比振動體20直徑小的圓板形，其一面與振動體的一面（圖中的上面）對接，裝配于振動體20上。

另外，振動裝置30中，有比振動體20中的開口20a稍微大些的開口30a，並與開口20a相連，形成一個開口槽。

揚聲器單元1通過控制部40的驅動信號進行運轉。控制部40先處理輸入信號（此處為數位信號），然後生成驅動信號，再將驅動信號傳送給振動裝置30，由此來操縱揚聲器單元1。本實施方案中，作為例子，控制部40運用微型電腦，通過執行功能程式，實現其功能。

圖2中顯示了控制部40的功能構造。控制部40由處理部42、DA轉換器44、以及增幅器46所構成。處理部42接收輸入信號，然後頻率調製聲音信號，同時實施修補音質的等化器、壓縮音量最大和最小差（強弱法）的壓縮機、修正量子化雜音的ΔΣ調製、振幅調製（AM調製）、頻率調製（FM調製）等的調製處理。調製處理後的輸入信號被送到DA轉換器44。DA轉換器44將從處理部42接收到的信號（數位信號）轉變為類比信號。轉換的類比信號被送到增幅器46。增幅器46將從DA轉換器44接收的信號（類比信號）增加振幅。而增幅後的輸入信號作為驅動信號被傳送到振動裝置30。

振動裝置30從控制部40（包含其中的增幅器46）接收到驅動信號而被驅動，對振動體20施加振動。

就振動體20的振動模式以及頻率特性進行說明。

為了對比，圖3（A）及（B）分別顯示了沒有振動體20中開口20a的傳統型揚聲器單元1的振動模式和頻率特性。但作為例子，振動模式顯示的是圖1（A）所體現的關於標準線L的模式。

因為振動體20至少在固定於支架10的端頭部帶有節點，所以振動模式具備與振動體20的基準線L相關幅度相等的半波長m1。關於m1的2倍頻率m2，3倍頻率m3……，是在m1的奇數倍頻率時出現共振，在偶數倍頻率時發生反共振。圖3（A）中作為例子，顯示了m1，m2，m3。圖3 （B）顯示的頻率特性中，m1、m3是呈現音壓最大的共振，m2是呈現音壓最小的反共振。因此，不帶有開口20a的振動體20對於頻率存在有大幅度改變音壓的特性，造成音質差劣。

（C）及（D）分別顯示了本實施方案的揚聲器單元1中的振動模式以及頻率特性。

具有和振動體20的標準線L相關幅度相等的半波長m1、在m1奇數倍的頻率中共振、在偶數倍頻率中反共振這幾點與圖1相同。而且，振動體20具有開口20a，振動體20中開口20a的圖紙右側的部分至少在固定於支架的端頭和開口20a的端頭部帶有節點，因而具有等於右側部分幅度的半波長m1a，並在m1a奇數倍頻率時發生共振，在偶數倍頻率時出現反共振。同樣，由於振動體20中開口20a的圖紙左側的部分至少在固定於支架的端頭和開口20a的端頭部帶有節點，因而具有等於左側部分幅度的半波長m1b，並在m1a奇數倍頻率時共振，在偶數倍頻率時反共振。

圖1（C）作為例子，顯示了m1、m2、m1a、m2a、m1b、m2b。如此，在振動模式m1、m2之外，還可產生微小的振動模式m1a、m2a、m1b、m2b，因而如圖1（D）所示，頻率特性，對應頻率進行音壓的微小變動，整體具備了緩和自然的變化特性，音質優良。此外，實際上並不限於圖1（C）所示穿過開口20a的振動體20的直徑方向，在開口20a與振動體20的接觸邊緣的所有地方都會發生振動模式，可以想見頻率特性比圖1（D）將會更加變的緩和自然。

開口20a，最好設置在振動體20的圓形中心、即對著支架10支撐部分的中心以外的位置。如上文所述，在離開中心的位置設置開口20a，可以在振動體20的右側和左側部分分別產生不同頻率的振動模式，因此頻率特性會變更加微小地變動，整體變的緩和自然。

另外，開口20a，不限於一個，也可多數設置。由此，可以產生更加微小的振動模式，頻率特性變得更加緩和自然。

如前文所述，本實施方案的揚聲器單元1由至少有1個開口20a的振動體20、與振動體20對接並施加振動的振動裝置30、以及支撐振動體20的支架10構成。被支架10支撐、通過振動裝置30發生振動的振動體20至少有一個開口20a，對於沒有開口的振動體20，產生更微小的振動模式，頻率特性變得柔緩。對構造較少的頻率特性進行改良，從而使音質得到提高。

圖4顯示了有關變形例的揚聲器單元1中振動體20的開口類型的例子之一。振動體20從上面看，有一個被支架10支撐部分所包圍而形成的圓形區域，其在圓周方向又被均等分出幾個區域。這裡作為例子，顯示了劃分的301、302、303三個區域。這些區域在離振動體20中心相距不等的地方各有一個開口20a1、20a2、20a3，其中開口20a1距離振動體20中心最遠，開口20a3距離振動體20中心最近。由此，可以更好的產生多種基本振動模式，頻率特性也變得更加柔緩。

另外，與本實施方案相關的揚聲器單元1中，振動體20雖然被製成圓形，但並不限於圓形，也可使用矩形、橢圓形等任意形狀。而且開口20a也可以根據想要得到的頻率特性而做成任意形狀、大小以及數量。

與本實施方案相關的揚聲器單元1中，作為振動裝置30將電壓變為力的壓電元件被採用。作為代替，也可以使用通過電磁力對振動體施加振動的永久磁鐵和線圈所構成的元件。

本實施方案中的揚聲器單元1最適合作為手機、智慧手機、筆記型電腦、平板電腦、個人數位助理（PDA）、遊戲中央控制台、數碼相機等、特別是小型終端中的揚聲器單元來使用。

承上，本發明的揚聲器單元1通過更柔緩的頻率特性實現高音質。可廣泛利用在多種音響器械、特別是在耳機中使用。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧揚聲器單元

10‧‧‧支架

20‧‧‧振動體

20a‧‧‧開口

30‧‧‧振動裝置

30a‧‧‧開口

Claims (1)

1. 一種揚聲器單元，包含：至少有一個開口的振動體、與振動體對接並施加振動的振動裝置、以及支撐振動體的支撐元件，其中該振動裝置為附著於振動體上的壓電元件，且在與振動體開口對接的地方具有開口。