收音裝置及使用其的電子裝置的製作方法
2023-10-09 04:16:24 1
專利名稱：收音裝置及使用其的電子裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種收音裝置，尤其是一種壓電式(piezoelectric)收音裝置。
背景技術：
收音裝置已成為現代人日常生活中最常使用的用品之一，凡移動通訊設備、錄音 筆、具錄音功能的音樂播放裝置等，皆需要質量良好的收音裝置來達到接收外界聲音-特 別是指使用者所發出的語音-的效果。常見的收音裝置包括電容式麥克風及壓電式麥克風，傳統的壓電式麥克風中，多 半利用一振膜或彈性物質貼附在人體上，以感受人體發聲時的聲波壓力，並將聲波的壓力 傳遞到壓電材料，使壓電材料的結構因壓力而改變，再產生電壓以供處理。傳統的壓電式麥克風利用振膜或彈性物質(如海綿或彈簧)感測聲波振動，而此 類振膜或彈性物質本身會吸收掉部分的聲波壓力的振動，使得原本振動程度較細微的高頻 聲波信號易於產生失真，對聲波的感測靈敏度及收音效果都需要進一步的改善。
發明內容
本發明提供一種收音裝置，該收音裝置體積小、不佔空間，並且可透過調整導電體 的長度、增加導電體的振動幅度或提供額外電壓等方式提升收音裝置對聲波的接收能力， 因此除可單獨使用外，還可適用在各式的耳機麥克風組或其他電子裝置上。本發明提供一種可調整收音靈敏度的收音裝置，包括外套管、導電體、壓電部及電 路單元。外套管具有用以接收使用者發聲所產生的聲波的一中空部；導電體設置於該中空 部，其根據傳入中空部的聲波產生振動；壓電部設置於導電體表面，根據導電體的振動產生 一信號；而電路單元則接收該信號並進行處理以產生一聲音信號。本發明提供一種設置有收音裝置的電子裝置，所述的電子裝置即設置有上述的收 音裝置，並接收收音裝置所產生的聲音信號後加以儲存或輸出。有關本發明所提供的收音裝置的詳細說明，請參照以下實施方式及附圖的說明。
圖1為本發明所提供收音裝置第一實施例的剖面示意圖；圖2為本發明所提供收音裝置第二實施例的剖面示意圖；圖3為本發明所提供收音裝置第三實施例的剖面示意圖；及圖4為本發明所提供一種使用收音裝置的電子裝置實施例的方塊圖。主要元件附圖標記說明1，Ia-Ic 收音裝置10外套管100中空部102 收音口
12，12a導電體14，Ha壓電部140壓電片142壓電片16,16a電路單元18固定結構20振動輔助部200輔助塊202輔助塊3電子裝置30處理單元32供電單元150，150a 導線152，15 導線
具體實施例方式圖1為本發明的收音裝置第一實施例的剖面示意圖，收音裝置1包括一外套管10、 一導電體12、一壓電部14、一電路單元16、及一固定結構18。外套管10為金屬制的一中空管狀體，外套管10內具有中空部100，外套管10兩端 開口的其中一端為收音口 102，用以接收在收音裝置1外產生的聲波到中空部100，例如人 類的講話而產生的振動；另一端的開口則以固定結構18封閉。導電體12設置在中空部100，與外套管10的管體大致上平行地設置。在本實施例 中導電體12為以金屬製成的一柱狀體，導電體12兩端的其中一端連接於固定結構18加以 固定，另一端為朝向收音口 102的振動端120。當聲波自收音口 102傳入中空部100時，柱 狀的導電體12根據聲波振動所造成的壓力，而于振動端120開始產生振動(vibration)。壓電部14沿著導電體12表面設置，用以將導電體12的振動所產生的動能轉換為 電能，輸出一信號。導電體12及壓電部14分別連接導線150及152，導線150及152再穿 越固定結構18上開設的穿孔而連接於電路單元16，該等導線150及152分別用於作為輸出 到電路單元16的信號的正、負極其中之一。電路單元16中包括電容、電晶體或放大電路等 元件(圖未示)，用以接收及處理壓電部14所轉換的信號，例如經過取樣、過濾、放大等作業 以產生出一聲音信號，以利將聲音信號傳送到揚聲器播出或儲存於電子裝置內(圖未示)。其中，相對于振動體12及壓電部14，金屬制的外套管10產生的極性為負極，具有 隔絕外界噪聲幹擾的作用。壓電部14具有受到機械壓力時會產生電性信號的特性，壓電部14在受到壓力時， 及材料結構會產生變形，為了對抗結構排列的變形，壓電部14在受壓的兩端會產生正、負 電荷，而正、負電荷為消除電位差所進行的移動則產生電壓。因此，在本實施例中，利用壓電 部14將導電體12因聲波脈衝所產生的振動轉換為信號，再取用其中的電壓信號到電路單 元16進行處理。壓電部14的材質可為壓電陶磁、壓電晶體或壓電薄膜。壓電陶磁例如鈦 酸鋇(BaTi03)、鈦酸鉛(Lead titanate, PbTi03)、鋯鈦酸鉛(Lead zirconate titanate,PZT)或鋯鈦酸鉛及銀複合物(PZT/Ag composites)等；壓電晶體常見的則有鈮酸鋰、鈮酸 鉀、石英、電氣石、酒石酸鈉(Sodium tartrate)、若歇爾鹽(Rochelle salt)等；而壓電薄 膜則例如氧化鋅(SiO)等；此外，天然的高分子物質及人工合成的聚合物中，也有部分具 有所述的壓電性能。壓電部14的長度可與導電體12的長度相等，或使導電體12略長於壓電部14。在 本例中，壓電部14與導電體12的長度相等，亦即壓電部14與導電體12的表面重疊，以提 供較大面積的壓電部14以進行電能的轉換。利用壓電部14可將壓力轉換為信號的能力，本實施例的收音裝置1可作為一接觸 式或非接觸式收音裝置。以接觸式收音裝置為例，其可被貼附或按壓在人體的發聲部位周 圍的皮膚，例如喉嚨、耳下等處，藉助於人體發聲時聲波所產生的壓力，使收音裝置1的導 電體12產生振動，並使得壓電部14根據振動而轉換為所述的信號。壓電部14所能產生的信號的強度，受到導電體12依其感受到的壓力而展現出來 的振動幅度的影響；當導電體12所產生的振幅越大，對壓電部14產生的壓力越大，壓電部 14所轉換出來的信號也相對越強。而在相同的聲波產生的壓力下，導電體12的長度與其所 產生的振幅大小成正比，因此，導電體12的長度越長，壓電部14所轉換出來的信號強度也 越強，即使是振動程度較細微的聲波所產生的壓力，收音裝置1接收後亦可轉換為穩定的 信號，並產生清楚的聲音信號。因此，在本例中可設置較長的導電體12，以提高收音裝置1 收音的靈敏度。圖2為收音裝置第二實施例的剖面示意圖，相較於第一實施例，本例的收音裝置 Ia更包括一振動輔助部20，設置於導電體12的振動端120。振動輔助部20可為密度較高、 重量較重的物質，例如金屬，用以增加導電體12在振動時的振動幅度。以圖2所示為例，導 電體12為一柱狀體時，振動輔助部20可為一金屬環，環繞於導電體12的振動端120，增加 導電體12在振動端120的重量，使得導電體12根據鐘擺原理，調整其振動的振幅。所使用 的金屬環可設置為不均勻的環狀，以便使振動體12根據重力的不同而增加振動幅度。當導電體12振動的幅度越大，壓電部14受到的壓力及所轉換的信號的強度也越 強；在相同的聲波壓力之下，增加了振動輔助部20的收音裝置Ia比不具振動輔助部的收音 裝置1能轉換出較大的電壓，並使電路單元16處理後所產生的聲音信號更為清晰，藉此而 提高收音裝置Ia的收音靈敏度。在本例中，壓電部14的長度即略短於導電體12，振動輔助部20直接固定於導電 體12未受壓電部14覆蓋的部位，然而實施的方式並不限於此，振動輔助部20亦可間接透 過設置在導電體12表面的壓電部14而固定於導電體12的振動端120。第二實施例中與第 一實施例相同部分的說明，請參照第一實施例的內容。圖3為本發明所提供收音裝置第三實施例的剖面示意圖。本實施例的電路單元 16a設置在外套管10的其中一端，以作為固定導電體1 的固定結構。本例的導電體1 為一金屬製成的片狀體，如一銅片，設置在外套管10的中空部100，導電體12a的一端以焊 接或其他方式固定於電路單元16a，另一端為振動端120，則朝向收音口 102。壓電部14a 包括二個壓電片140及142，分別設置於片狀導電體12a的兩面，用以將導電體1 振動而 對壓電片140及142所造成的壓力，轉變為信號。本實施例中，壓電片140及142分別透過 導線150a及15 連接到電路單元16a，以作為壓電片140及142所產生的信號的兩極，並分別傳輸到電路單元16a進行處理以產生聲音信號。振動輔助部則包括二個輔助塊200及 202，亦分別對稱設置在導電體12a的兩面，以增加導電體1 振動時的振幅。其中，導電體1 受到聲波的壓力而產生振動，並且利用輔助塊200及202以鐘擺 原理增加振幅，使得設置在導電體1 表面的壓電部14a(包括壓電片140及14 因振動 的壓力而產生反應，使正、負電荷分離並分別積聚在壓電片140及142的兩側。本實施例中採用二個壓電片140及142分別設置在導電體12a兩側的好處在於， 除了可使壓電片140及142分別作為信號輸出的兩極之外(亦即壓電片140與142輸出信 號極性相反)，亦可根據製作的需求，仿照第一或第二實施例，使壓電片140及142為信號輸 出時的同一極(壓電片140與142輸出信號極性相同)，而導電體1 為另一極(即導電體 1 輸出信號極性與壓電部Ha相反)。其餘相同部分請參見圖1及圖2所示實施例的說 明。圖4為本發明所提供一種設置了收音裝置的電子裝置實施例的方塊圖。本例的電 子裝置3除了設置收音裝置1 c之外，還包括處理單元30及一供電單元32，分別用於處理電 子裝置3所需輸出或輸入的數據，以及供應電子裝置3運作所需的電力。收音靈敏度的好壞是收音裝置的其中一種性能指針，而靈敏度的表現方式包括在 單位聲壓下，以收音裝置輸出端所能輸出的電壓大小來判斷，在單位聲波壓力下輸出的電 壓越大，代表收音裝置的靈敏度也就越高。本實施例的收音裝置Ic即接收供電單元32提 供的電壓，以增加收音裝置Ic的靈敏度。收音裝置Ic設置在電子裝置3以傳輸聲音信號給處理單元30時，雖不需額外供 給電壓即可接收聲波振動的壓力而產生信號，但由於電子裝置3具有供電單元32，因此亦 可利用供電單元32提供額外的電壓(V+)給收音裝置Ic的輸出端(一般多為收音裝置的 正極端輸出，負極多為接地端)，以使得傳送到電子裝置3的處理單元30的聲音信號，在相 同的聲波壓力下輸出更大電壓，而提高了收音裝置Ic的靈敏度。處理單元30接收到聲音 信號後，即可加以處理以供儲存在電子裝置3中、或輸出到其他電子裝置(圖未示)，以利使 用者透過電子裝置3進行語音通訊。本實施例當中，由於收音裝置Ic可藉助於供電單元32額外提供的電壓，增強收音 裝置Ic所產生的電壓，即使於收音裝置Ic製作完成後，還能以改變供電單元32的手段，視 需求提供較大或較小的電壓來調整收音的清晰度，因此，除了可作為接觸式收音裝置之外， 本例中的收音裝置Ic亦適於作為一非接觸式收音裝置。在不接觸人體的情形下，經由空 氣傳遞的聲波傳送到收音裝置Ic時，聲波所造成的壓力已經十分細微，壓電部所能轉換的 電能微小，但利用供電單元32提供的電壓使信號產生更大的電位差，以獲得清晰的聲音信 號。上述各實施例所述的收音裝置可制為體積微小的麥克風元件，以便設置在各種具 有收音需求的電子裝置3中，例如內嵌在移動通訊裝置、便攜計算機裝置、整合式耳機麥克 風當中，接收使用者對電子裝置所輸入的語音，增加使用該等電子裝置的便利性。然而，上述各實施例當中的項目及元件，僅為闡述本發明所舉的例示，並無限制權 利要求保護範圍的意圖。凡遵循本發明的精神及根據本發明所揭示的技術手段，而進行微 幅的修改或改變，亦屬本發明權利要求保護的範疇內。
權利要求
1.一種收音裝置，其特徵在於，包括 一外套管，具有接收聲波的一中空部；一導電體，設置於該中空部，根據該聲波產生振動；一壓電部，設置於該導電體表面，根據該導電體的振動產生一信號；及一電路單元，接 收該信號並進行處理以產生一聲音信號。
2.如權利要求1所述的收音裝置，其特徵在於，該收音裝置接收一供電單元所提供的 電壓，以增加該聲音信號的強度。
3.如權利要求1或2所述的收音裝置，其特徵在於，該收音裝置為一非接觸式收音裝置。
4.如權利要求1或2所述的收音裝置，其特徵在於，該收音裝置為一接觸式收音裝置。
5.如權利要求1所述的收音裝置，其特徵在於還包括一振動輔助部，設置於該中空部，固定於該導電體，用以增加該導電體的振動幅度。
6.如權利要求1所述的收音裝置，其特徵在於，該壓電部的長度短於該導電體的長度。
7.如權利要求1所述的收音裝置，其特徵在於，該壓電部的長度與該導電體的長度相等。
8.如權利要求1所述的收音裝置，其特徵在於，該壓電部的材料為壓電陶磁、壓電晶體 或壓電薄膜。
9.如權利要求8所述的收音裝置，其特徵在於，壓電陶磁為鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛、 或鋯鈦酸鉛及銀複合物，壓電晶體為鈮酸鋰、鈮酸鉀、石英、電氣石、酒石酸鈉、或若歇爾鹽， 壓電薄膜為氧化鋅。
10.如權利要求1所述的收音裝置，其特徵在於，該導電體為一柱狀體或一片狀體。
11.如權利要求1所述的收音裝置，其特徵在於，該導電體的材質為金屬。
12.如權利要求1所述的收音裝置，其特徵在於，該壓電部為至少一壓電片，貼附於該 導電體表面。
13.如權利要求1所述的收音裝置，其特徵在於，該導電體與該外套管平行。
14.如權利要求1所述的收音裝置，其特徵在於，該外套管具有兩端，其中一端為一收 音口，用以接收該聲波，另一端設有一固定結構，用以固定該導電體。
15.如權利要求14所述的收音裝置，其特徵在於，該導電體具有兩端，其中一端固定於 該固定結構，另一端為一振動端，朝向該收音口，該振動端根據該收音口接收到的該聲波而 產生振動。
16.如權利要求14所述的收音裝置，其特徵在於，該固定結構為該電路單元。
17.一種使用如權利要求1所述收音裝置的電子裝置，其特徵在於，該收音裝置設置於 該電子裝置，該電子裝置接收該聲音信號以供儲存或輸出。
全文摘要
一種收音裝置，包括外套管、導電體、壓電部及電路單元；外套管具有一中空部，其中，一聲波傳入該中空部；導電體設置於該中空部，其根據傳入中空部的聲波產生振動；壓電部設置於導電體表面，根據導電體的振動產生一信號；而電路單元則接收該信號並進行處理以產生一聲音信號。本發明所提供的收音裝置體積小、不佔空間，並且可透過調整導電體的長度、增加導電體的振動幅度或提供額外電壓等方式提升收音裝置對聲波的接收能力，因此除可單獨使用外，還可適用在各式的耳機麥克風組或其他電子裝置上。
文檔編號H04R17/00GK102045627SQ200910178130
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月9日 優先權日2009年10月9日
發明者嶽凡恩 申請人:創誼科技事業有限公司