TWM586914U - 耳機發聲模組 - Google Patents

Abstract

本創作公開一種耳機發聲模組，其中包括：一第一發聲元件，用以輸出一第一頻率音場，第一發聲元件具有一發聲區域；及一第二發聲元件，用以輸出一第二頻率音場，所述第二發聲元件為平面式發聲元件，所述第二發聲元件設置於所述第一發聲元件輸出音場方向的一側；其中，所述第二發聲元件至少遮蔽所述第一發聲元件發聲區域的中心位置。

Description

耳機發聲模組

本創作有關於一種耳機發聲模組，特別是有關於一種多音頻複合式耳機使用的耳機發聲模組。

隨著音響技術及材料的進步，市場上因應不同的場合及環境，設計出不同樣式的耳機。目前市面上多數的耳機多採用動圈式單體作為發聲元件。雖然目前高階動圈式單體耳機產品強調其具有全音域之特性，然而，音源輸入之頻率範圍十分廣泛，但受限於動圈式發音單體的音頻特性，僅能夠對中低音頻的聲音訊號具有良好的響應特性，因此使得現有耳機的高頻音域的表現不佳。

因此，現有的耳機產品當中，一部份高階的耳機產品的發聲模組設置有多個發聲單體，並且每個發聲模組分別具有不同的頻率特性。例如：現有的一種複合式耳機，其發聲模組是由用以輸出中低音頻的動圈式單體，和用以輸出高音頻的單體（例如：壓電薄膜揚聲器或靜電揚聲器）組合而成，因此使得該類型的耳機發聲模組在不同音頻範圍都具有良好的音質表現。然而，該類型的複合式耳機，由於具有不同音頻特性的發聲單體，因此必須搭配分音電路使用，方能夠使得音源訊號中不同頻率的音響訊號分別由不同的發聲單體輸出。由於以上原因，使得現有的複合式耳機的控制電路構造變得複雜，並且音源訊號必須經由分音電路處理後再輸出到不同的發聲單體，也因此容易造成音質的損失。

由於以上原因，造成現有複合式耳機使用上的缺點，故如何透過結構改良，以解決前述各項問題，已成為該項產品所欲解決的重要課題之一。

本創作所要解決的技術問題在於，針對現有具有多音頻發聲元件的複合式耳機必須設置分音電路，導致耳機電路結構複雜，且使得音質減損的缺點。

為了解決上述的技術問題，本創作一實施例提供一種耳機發聲模組，其中包括：一第一發聲元件，用以輸出一第一頻率音場，所述第一發聲元件具有一發聲區域，所述發聲區域具有一中心位置；及一第二發聲元件，用以輸出一第二頻率音場，所述第二發聲元件為平面式發聲元件，所述第二發聲元件位於所述第一發聲元件輸出音場方向的一側；其中，所述第二發聲元件至少遮蔽所述第一發聲元件發聲區域的中心位置，並且所述發聲區域被所述第二發聲元件遮蔽的面積小於所述發聲區域的面積。

本創作一優選實施例，其中所述第一發聲元件發聲區域被所述第二發聲元件遮蔽區域的寬度，介於所述發聲區域直徑的1/10至8/10之間。

本創作一優選實施例，其中所述第一發聲元件發聲區域被所述第二發聲元件遮蔽區域的寬度，介於所述發聲區域直徑的1/6至1/3之間。

本創作一優選實施例，其中所述第二發聲元件和所述第一發聲元件在所述音場輸出方向的距離小於所述發聲區域直徑的1/2。

本創作一優選實施例，其中所述第二發聲元件和所述第一發聲元件在所述音場輸出方向的距離介於所述發聲區域直徑的1/10至1/5之間。

本創作的有益效果在於能夠不需設置分音電路，而使得耳機發聲模組的電路結構簡化，且減少音質損失。

為使能更進一步瞭解本創作的特徵及技術內容，請參閱以下有關本創作的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本創作加以限制。

以下是通過特定的具體實施例來說明本創作所公開有關“耳機發聲模組”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本創作的優點與效果。本創作可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本創作的構思下進行各種修改與變更。另外，本創作的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本創作的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本創作的保護範圍。

應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

如圖1所示，為一具有本創作之耳機發聲模組的耳機1的構造，所述耳機1具有兩發聲模組2及一配戴單元3，兩所述發聲模組2設置於配戴單元3的兩側邊，配戴單元3能夠配戴於一使用者的頭部，並將兩發聲模組3定位於使用者頭部的兩側。

如圖1至圖4所示，其中，每一發聲模組2分別具有一殼體10、第一發聲元件20、第二發聲元件30。其中殼體10內部形成一容置空間，用以容納第一發聲元件20和第二發聲元件30。殼體10朝向使用者耳部的一側具有一出音面11，出音面11設置有多個出音孔12，以使得第一發聲元件20和第二發聲元件30輸出的聲音能夠經由出音孔12輸出到使用者耳部。殼體10朝向使用者耳部的一側還設置一耳罩13，用以和使用者耳部接觸，以增進配戴的舒適性。

發聲模組2的第一發聲元件20和第二發聲元件30分別為不同結構的發聲元件，且分別能夠輸出不同頻率的音場，例如第一發聲元件20為動圈式單體，用以輸出一第一頻率音場，而第二發聲元件30是採用壓電式薄膜製成的平面式發聲元件，用以輸出一第二頻率音場。由於第一發聲元件20和第二發聲元件30分別具有不同的音頻特性，因此使得發聲模組2所輸出的音場形成由所述第一頻率音場和第二頻率音場融合成的複合音場。

如圖3A至圖4所示，本創作每一發聲模組2的第一發聲元件20為動圈式單體，所述第一發聲元件20具有一振膜21、一音圈22、及用以驅動音圈22的第一磁極24和第二磁極25。其中振膜21是採用薄膜材料製成，且能夠受到音圈22驅動而產生快速震動，藉以發出聲音。音圈22為一概略呈圓柱狀的線圈，音圈22的一端透過膠合或焊接等方式連接於振膜21的背面（即為振膜21和音場輸出方向相反的一側面），音圈22容置於第一磁極24和第二磁極25之間，且能夠受到第一磁極24和第二磁極25磁場的驅動而產生快速的震動，藉以帶動振膜21快速震動。

如圖3A及圖3B所示，振膜21朝向第一發聲元件20音場輸出方向的一側面定義為一發聲區域23，並且以振膜21和音圈22連接處所形成的環形接合線為分界，能夠將所述發聲區域區分為一位於音圈22外側的第一發聲區域231和位於音圈22內側的第二發聲區域232。且第一發聲元件20輸出音場的中心軸線C位於所述第二發聲區域232的範圍內。

如圖5及圖6所示，本創作採用的第二發聲元件30具有一壓電薄膜31，壓電薄膜31具有相對的上側面及下側面，且在壓電薄膜31的上側面及下側面分別設置有一導電層32。其中所述壓電薄膜31由具有壓電特性的高分子聚合材料製成的薄膜或板片，壓電薄膜31的材質較佳者為選用聚偏二氟乙烯(PVDF)材料，或者是其他能夠產生壓電效應的聚合材料，如：尼龍、滌綸、聚氯乙烯等材料製成的薄膜或板片。兩所述導電層32是透過蒸鍍、濺鍍、沈積、電鍍、化學鍍、印刷或塗佈等方式設置於壓電薄膜31的上下兩側，且導電層32覆蓋了壓電薄膜31上側面與下側面的大部分面積，且兩所述導電層32和壓電薄膜31的上下表面之間沒有間隙且直接接觸。兩所述導電層32可以為導電的金屬材料層，例如：銅(Cu)、銀(Ag)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鈦(Ti)等金屬材料的其中之一或其組合，或者是導電的金屬氧化物薄膜，如：氮化鈦(TiN)、氧化錫(SnO ₂)、氧化銦(In ₂O ₃)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦錫(ITO)薄膜的其中之一或其組合。

如圖6所示，本實施例中，第二發聲元件30還包括兩環狀導體34，兩環狀導體34可以採用軟性印刷電路板或表面電鍍金屬導體的高分子材料製成，兩環狀導體34的形狀呈環狀，且兩環狀導體34分別具有一延伸部341，且每一延伸部341分別具有一電路接點342，用以和音響的訊號源電性連接。兩所述環狀導體34分別透過導電膠33貼合於兩導電層32相對於壓電薄膜31一側面的外圍，因此使得環狀導體34和兩導電層32形成電性連接。兩環狀導體34貼附於導電層32的表面，並且圍繞於兩導電層32的外圍，因此使得音源訊號的電壓能夠平均地從兩導電層32的外圍傳導到導電層32，而使得導電層32各個位置處的音源訊號的強度平均，而使得第二發聲元件30各個位置處的震動幅度均等，以改善第二發聲元件30的音質。

第二發聲元件30的外圍還設置兩框體35，兩框體35呈環形，且設置於兩環狀導體34相對於壓電薄膜31的一側面，因此透過兩框體35能夠將兩環狀導體34緊壓於導電層32的表面，以提高環狀導體34和導電層32接觸的穩定性，並減少阻抗。此外，透過兩框體35，還能夠使得第二發聲元件30的剛性提高，藉以減少壓電薄膜31不規則的震動，以提高輸出的音質。

本創作採用的第二發聲元件30的特點，在於所述壓電薄膜31上下兩側面的大部分面積均設置有所述導電層32，當音源訊號的電壓輸入到兩導電層32後，壓電薄膜31的大部分面積均會產生震動，而能夠形成大面積的震動發聲區域，因此使得本創作的第二發聲元件30輸出音場的強度能夠提高。此外，所述壓電薄膜31的厚度限制於0.3mm以下，而使其具有極輕的質量，且再加上音源訊號的電壓是透過環狀導體34平均地從兩導電層32的邊緣輸入，而使得壓電薄膜31各個位置承受的電場強度平均，因此使得本創作的第二發聲元件14對於高音頻訊號具有良好的響應特性，而有助於提升高頻音場的音質。

如圖3A、圖3B及圖4所示，本創作的第二發聲元件30是以和第一發聲元件20的音場輸出方向非平行的方式設置於第一發聲元件20朝向音場輸出方向的一側。並且從發聲模組2的音場輸出方向的一側觀察，第二發聲元件30至少遮蔽第一發聲元件20輸出音場的中心軸線C的位置（即發聲區域23的中心），並且第二發聲元件30的面積能夠大於或小於第一發聲元件20發聲區域的面積。

如圖3A所示，當第二發聲元件30的面積大於第一發聲元件20發聲區域的面積時，第一發聲元件20輸出的音場會被第二發聲元件30所遮檔，因此使得第一發聲元件20輸出的音場必須繞過第二發聲元件30後再傳輸到使用者耳部。由於聲波傳導時，高頻的聲波受到阻礙時較容易減損，而低頻的聲波則能夠繞過阻礙物而傳導到使用者的耳部，因此使得第一發聲元件20輸出音場中的高頻的聲波強度降低，而低頻聲波的強度則不受影響。

如圖3B及圖4所示實施例中，第一發聲元件20的發聲區域23被第二發聲元件30所遮蔽的面積小於發聲區域23的總體面積。更詳細地說，在本實施例中第二發聲元件30至少一軸向的寬度w小於第一發聲元件20的發聲區域23的寬度D1，因此使得第一發聲元件20的發聲區域23被第二發聲元件30所遮蔽區域的面積小於發聲區域23的總面積。因此使得第一發聲元件20的發聲區域23形成了被第二發聲元件30局部地遮蔽的情形，並且使得第一發聲元件20的振膜21震動發出聲音時，對應於第二發聲元件30遮蔽區域的振膜21所發出聲波會因為第二發聲元件30的遮蔽而使其震幅減低，而沒有被第二發聲元件30遮蔽區域的振膜21所發出的聲波則不會受到第二發聲元件30遮蔽而減損。

由於動圈式單體的結構特性，當振膜21震動發出聲音時，振膜21中央區域所發出的高頻聲波的強度會大於振膜21外圍區域所發出的高頻聲波的強度，而且第一發聲元件20的振膜發聲區域23的中心位置受到第二發聲元件30遮蔽，而外圍區域未受到第二發聲元件30遮蔽，因此會使得第一發聲元件輸出音場當中的高頻聲波強度降低，且低頻聲波維持原有的強度，故使得第一發聲元件20能夠用以輸出中低頻的音場。

因此，本創作的發聲模組2透過上述結構，能夠使得第一發聲元件20輸出的高頻聲波的強度降低，且再透過第二發聲元件30輸出的中高頻音場和第一發聲元件輸出的中低頻音場融合而成為涵蓋高頻至中低頻音域的複合式音場。故使得本創作的發聲模組2不需使用分音電路便能夠達到自然分音的效果，而能夠達到簡化電路設計，並避免因設置分音電路導致耳機的輸出功率降低且音質減損的情形發生。

特別說明，由於動圈式單體的音頻特性會隨著結構不同而改變，因此本創作的發聲模組2當中，第二發聲元件30遮蔽第一發聲元件20的發聲區域的面積也必須隨著第一發聲元件20的結構而改變。

因此，本創作的發聲模組2在決定第一發聲元件20的發聲區域23被第二發聲元件30遮蔽的位置和面積時，能夠透過實際量測第一發聲元件20的振膜21各個不同位置處所輸出的聲波頻率特性，接著再找出高頻聲波集中的區域後，再依此作為決定第二發聲元件30遮蔽區域的寬度及位置。

一般而言，本創作第二發聲元件30遮蔽第一發聲元件20的發聲區域23的位置至少涵蓋發聲區域23輸出音場的中心軸線C，並且第一發聲元件20發聲區域23被第二發聲元件30遮蔽區域的寬度W，介於所述發聲區域23直徑D1的1/10至8/10之間。而本創作較佳的實施例中，發聲區域23被第二發聲元件30遮蔽區域的寬度介於發聲區域直徑的1/6至1/3之間。

更明確地來說，由於第一發聲元件20是採用動圈式單體的結構，並且振膜21是受到音圈22驅動而產生聲音，因此使得振膜21發出聲音的音頻特性會以振膜21和音圈連接處形成分界。因此本創作一較佳實施例中，第一發聲元件20受到第二發聲元件遮蔽區域位於第二發聲區域232中，並且發聲區域23被第二發聲元件30遮蔽區域的寬度w大於所述第二發聲區域直徑D2的8/10。

此外，為避免第一發聲元件20輸出的中低頻聲波被第二發聲元件30阻擋而減損，因此第二發聲元件30和第一發聲元件20之間保持間距。如圖4所示，本創作一實施例中，第二發聲元件30在和第一發聲元件20在音場輸出方向的距離h小於第一發聲元件20的發聲區域23直徑D1的1/2。而本創作一較佳實施例中，第二發聲元件30和第一發聲元件20之間在音場輸出方向的距離h介於發聲區域23直徑D1的1/10至1/5之間。

圖1至圖6所揭露實施例中，雖然揭露第二發聲元件30為矩形的片狀體，並且第二發聲元件30是以大致上對稱於第一發聲元件20的中心軸線C，且和中心軸線C相互垂直的方式設置於第一發聲元件20的前方。然而，本創作第二發聲元件30的配置方式不限於上述圖式所揭露的結構。例如：第二發聲元件30設置的位置能夠和第一發聲元件20的中心軸線C同軸心，也能夠和第一發聲元件20的中心軸線C非同軸。

又例如圖7至圖9所示，為本創作第二發聲元件30採用和第一發聲元件20的中心軸線C非垂直方式配置的多種變化實施例。如圖7所示，是將第二發聲元件30以相對於第一發聲元件20輸出音場的中心軸線C傾斜的方式設置於第一發聲元件20的前方。如圖8所示，第二發聲元件30被設置成朝向第一發聲元件20音場輸出方向突出的弧形片體，以及圖9所示，第二發聲元件30被設置成朝向第一發聲元件20音場輸出方向凹入的弧形片體。圖7至圖9實施例中，第二發聲元件30和第一發聲元件20輸出音場的中心軸線C呈非垂直狀態，因此當使用者將耳機配戴於耳部上時，第二發聲元件30不同位置處的表面和使用者耳部之間的間距均不相同，而使得第二發聲元件30不同位置處所發出的聲音傳達到使用者耳朵的時間也會因為距離的不同而產生變化，故使得本創作的第二發聲元件30能夠塑造出具有空間感且聲音層次豐富的音場。

如圖10至圖12所示，則是本創作第二發聲元件30變化為多種不同幾何形狀的實施例。如圖10所示實施例，其中第二發聲元件30設計成正方形的形狀。如圖11所示實施例，第二發聲元件30也能夠變化為圓形的結構。如圖12所示實施例，採用的第二發聲元件30則設計成多邊形的結構。

如圖14所示，為使用本創作技術的耳機1的另一具體實施例的立體示意圖。本實施例相較於圖1所示耳機的實施例的主要不同，在於圖1所示實施例中，第二發聲元件30是以大致上和地面垂直的方向配置於發聲模組2上，而圖14所示實施例中，第二發聲元件30則是改以大致上和地面平行的方向配置於發聲模組2上。從本實施例揭露的結構，可知本創作的第二發聲元件30能夠依據實際需求，而以不同的角度配置於發聲模組2上。

如圖13所示，為本創作的耳機發聲模組2一實施例的音頻響應特性響應曲線，圖中所示響應曲線S1為第一發聲元件20在不同頻率音響訊號的響應特性曲線，響應曲線S2為第二發聲元件30在不同頻率音響訊號的響應特性曲線。在本實施例中，第一發聲元件20的響應曲線S1在5K Hz以下的頻率具有良好的響應特性，但在5K Hz以上的頻率其響應特性會急遽下降。而第二發聲元件30的響應曲線S2則顯示了在5K Hz以上至40K Hz的頻率仍維持良好的響應特性，因此本實施例能夠透過第二發聲元件30遮蔽第一發聲元件20的發聲區域，使得第一發聲元件20在5K Hz以上的聲波強度降低，並透過第二發聲元件30輸出5K Hz以上的音頻，藉以塑造出涵蓋高頻至低頻範圍的複合式音場。

〔實施例的可能功效〕

綜上所述，本創作的有益效果在於能夠簡化耳機發聲模組2的電路結構，減少音質損失，並且透過不同音頻特性的第一發聲元件20和第二發聲元件30的組合，而達到提高發聲模組2在各種不同頻率音域的音質表現。

以上所述僅為本創作的較佳可行實施例，非因此侷限本創作的專利範圍，故舉凡運用本創作說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本創作的保護範圍內。

1‧‧‧耳機
2‧‧‧發聲模組
3‧‧‧配戴單元
10‧‧‧殼體
11‧‧‧出音面
12‧‧‧出音孔
13‧‧‧耳罩
20‧‧‧第一發聲元件
21‧‧‧振膜
22‧‧‧音圈
23‧‧‧發聲區域
231‧‧‧第一發聲區域
232‧‧‧第二發聲區域
24‧‧‧第一磁極
25‧‧‧第二磁極
30‧‧‧第二發聲元件
31‧‧‧壓電薄膜
32‧‧‧導電層
33‧‧‧導電膠
34‧‧‧環狀導體
341‧‧‧延伸部
342‧‧‧電路接點
35‧‧‧框體
40‧‧‧音源訊號
C‧‧‧中心軸線
S1、S2‧‧‧響應曲線
D1‧‧‧發聲區域直徑
D2‧‧‧第二發聲區域直徑
W‧‧‧第二發聲元件寬度
h‧‧‧間距

圖1為一使用本創作耳機發聲模組的耳機具體實施例的立體示意圖。

圖2為本創作耳機發聲模組的一具體實施例的剖面示意圖。

圖3A及圖3B為本創作採用的第一發聲元件和第二發聲元件組合方式的一實施例的前視示意圖。

圖4為圖3B的俯視示意圖。

圖5為本創作採用第二發聲元件的放大剖面示意圖。

圖6為本創作採用第二發聲元件的立體分解示意圖。

圖7為本創作將第二發聲元件配置成和第一發聲元件相對傾斜的實施例的側視示意圖。

圖8及圖9為本創作將第二發聲元件配置成彎曲弧形的實施例的側視示意圖。

圖10至圖12為本創作第二發聲元件變化為多種不同幾何形狀的實施例的示意圖。

圖13本創作耳機發聲模組一實施例輸出音場的頻率響應特性的曲線圖。

圖14為使用本創作耳機發聲模組的耳機另一具體實施例的立體示意圖。

Claims (12)

1. 一種耳機發聲模組，其中包括：
   一第一發聲元件，用以輸出一第一頻率音場，所述第一發聲元件具有一發聲區域，所述發聲區域具有一中心位置；以及
   一第二發聲元件，用以輸出一第二頻率音場，所述第二發聲元件為平面式發聲元件，所述第二發聲元件位於所述第一發聲元件輸出音場方向的一側；
   其中，所述第二發聲元件至少遮蔽所述第一發聲元件發聲區域的中心位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述的耳機發聲模組，其中所述第二發聲元件的面積大於所述發聲區域的面積。
3. 如申請專利範圍第1項所述的耳機發聲模組，其中所述發聲區域被所述第二發聲元件遮蔽的面積小於所述發聲區域的面積。
4. 如申請專利範圍第3項所述的耳機發聲模組，其中所述第一發聲元件的所述發聲區域被所述第二發聲元件遮蔽區域的寬度，介於所述發聲區域直徑的1/10至8/10之間。
5. 如申請專利範圍第4項所述的耳機發聲模組，其中所述第一發聲元件發聲區域被所述第二發聲元件遮蔽區域的寬度，介於所述發聲區域直徑的1/6至1/3之間。
6. 如申請專利範圍第5項所述的耳機發聲模組，其中所述第二發聲元件和所述第一發聲元件在所述音場輸出方向的距離小於所述發聲區域直徑的1/2。
7. 如申請專利範圍第6項所述的耳機發聲模組，其中所述第二發聲元件和所述第一發聲元件在所述音場輸出方向的距離介於所述發聲區域直徑的1/10至1/5之間。
8. 如申請專利範圍第1至7其中任一項所述的耳機發聲模組，其中所述第一發聲元件為動圈式單體，所述第二發聲元件為壓電式薄膜發聲元件。
9. 如申請專利範圍第8項所述的耳機發聲模組，其中所述第一發聲元件具有一振膜及一音圈，所述振膜朝向所述音場輸出方向一側的表面形成所述發聲區域，所述音圈連接於所述振膜相對於所述第一發聲元件輸出音場方向的一側面；所述音圈呈環狀，所述發聲區域以所述音圈為分界，區分為位於所述音圈外側的第一發聲區域，和位於所述音圈內側的第二發聲區域；所述發聲區域的中心位置位於所述第二發聲區域，並且所述第二發聲區域被所述第二發聲元件遮蔽區域的寬度大於所述第二發聲區域直徑的8/10。
10. 如申請專利範圍第9項所述的耳機發聲模組，其中所述第二發聲元件被設置成朝向所述第一發聲元件的所述音場輸出方向突出或凹入的弧形片體。
11. 如申請專利範圍第10項所述的耳機發聲模組，其中所述第二發聲元件具有一壓電薄膜及兩導電層，其中兩所述導電層貼附於所述壓電薄膜相對的兩側面，兩所述導電層和一音源訊號電性連接，使得所述音源訊號的電壓能夠傳導到兩所述導電層，而使得所述壓電薄膜因逆壓電效應產生震動，藉以產生聲音。
12. 如申請專利範圍第11項所述的耳機發聲模組，其中所述第二發聲元件進一步包括兩環狀導體和兩框體，兩所述環狀導體呈環狀，且兩所述環狀導體分別透過導電膠貼合於兩導電層相對於所述壓電薄膜一側面的外圍，而使得兩所述環狀導體和兩所述導電層的外圍形成電性連接；兩所述環狀導體分別和所述音源訊號連接，而使得所述音源訊號透過兩所述環狀導體傳導到兩所述導電層的外圍；兩所述框體設置於兩所述環狀導體相對於兩所述壓電薄膜的一側面。