高傳真接觸型壓電式麥克風結構的製作方法
2023-10-06 02:20:39 2
專利名稱：高傳真接觸型壓電式麥克風結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及麥克風裝置，特別是有關一種接觸型壓電式麥克風的結構。
背景技術：
麥克風已是人們日常生活裡習見的人機界面之一。尤其在近年，隨著各種行動電子裝置的風行，例如手機、PDA等，高品質的麥克風又重新獲得市場的重視。
傳統的電容式麥克風，主要是以空氣為媒介來收取音源(像是說話者、喇叭、音響揚聲器等)所發出的聲音。但是由於周邊環境的雜音，也會隨著音源的聲音一併透過空氣而為電容式麥克風所收取，因此，電容式麥克風並不適合用在嘈雜的環境裡。此外，在一些例如說話者帶有口罩、防毒面具、全罩式安全帽等會阻礙聲音的空氣傳播的特殊應用場合，電容式麥克風也不適用。
另外一種現有的接觸型壓電式麥克風，可以有效解決電容式麥克風的前述缺點。接觸型壓電式麥克風是將說話者的聲音，經由身體皮膚、肌肉、骨胳的震動，而由緊貼肌膚的麥克風所收取。由於不是以空氣為傳播媒介，接觸型壓電式麥克風因此可以有效避免周邊環境的雜音，同時也非常適合帶有口罩、防毒面具、全罩式安全帽等的場合。
圖1a與圖1b是分別顯示兩種現有的接觸型壓電式麥克風的肌膚接觸部份的結構示意圖。如圖1a與圖1b所示，現有的接觸型壓電式麥克風通常是將壓電元件10的上下兩面都鍍上一層金屬薄膜12和14，然後再將有金屬薄膜12的那一面和一金屬片11貼合。金屬片11連接有一條信號導線13，是作為壓電元件10輸出電信號的正負電極之1。而金屬薄膜14連接的信號導線15，是作為壓電片10輸出電信號的另一個正負極之一。信號導線13和15再接到一個含有放大電路的電路板(未圖示)。
在外殼16與金屬薄膜14之間，現有的接觸型壓電式麥克風通常裝置有一種緩衝物，例如圖1a的泡綿18(或其它類似材質的物體)或是例如圖1b的彈簧19，以感應從肌膚、骨胳傳送到外殼16的壓力P。
基於上述肌膚接觸結構的接觸型壓電式麥克風，經由實驗發現高頻的聲音信號會受到顯著的衰減。這是因為現有的接觸型壓電式麥克風所採用的泡綿或彈簧，會進一步吸收掉高頻聲音所產生的、原本已經相當細微的高頻震動，現有的接觸型壓電式麥克風因此在高頻部份會有嚴重的失真情形。
此外，如圖1a、1b所示，壓電片10與緩衝物(泡綿18或彈簧19)及外殼16之間還會形成一個低頻共振結構，會將低頻回音特別加強，現有的接觸型壓電式麥克風因此在低頻部份會有嚴重的回音失真。
因此，實有需要一種更能真實收取聲音信號的接觸型壓電式麥克風，一方面保有接觸型壓電式麥克風的優點，另一方面則能避免高低頻聲音信號的失真。
發明內容
針對前述現有的接觸型壓電式麥克風的缺點，本發明提出一種改良的結構以解決上述問題。
本發明的目的之一是提供一種高傳真接觸型壓電式麥克風結構，至少包含一金屬基座，其具有一端封閉的中空柱形；一固定機構，其與該金屬基座未封閉的另一端接合；以及一壓電片，位於該金屬基座內，具有一扁平形狀，其扁平的一第一面與一第二面分別鍍有一金屬薄膜，該第一面的該金屬薄膜連接有一導線；其中，該壓電片以該第二面的該金屬薄膜貼合於該金屬基座的該封閉端的內面而形成電連接，致使該壓電片的正負極電信號經由該導線與該金屬基座分別輸出到該麥克風的一電路板，且該金屬基座的柱身具有一適當長度，致使該壓電片在受壓時有足夠的結構改變空間。
本發明的另一目的是提供一種高傳真接觸型壓電式麥克風結構，至少包含一基座，具有一端封閉的中空柱形；一固定機構，其與該基座未封閉的另一端接合；以及一壓電片，位於該基座內，具有一扁平形狀，其扁平的一第一面與一第二面分別鍍有一金屬薄膜，該第一面的該金屬薄膜連接有一第一導線；其中，該壓電片以該第二面的該金屬薄膜貼合於一金屬片，該金屬片則貼合於該基座的該封閉端的內面，另有一連接於該金屬片與該第二面的該金屬薄膜兩者之一的一第二導線，致使該壓電片的正負極電氣信號經由該第一導線與該第二導線分別輸出到該麥克風的一電路板，且該基座的柱身具有一適當長度，致使該壓電片在受壓時有足夠的一結構改變空間。
這種改良的結構具有以下的特點A.將壓電片的直徑縮小到8mm以下，可以改善壓電片的高頻響應到10KHz以上(如圖2b所示)。
B.省略泡綿或彈簧等緩衝物，而以壓電片的一面直接承受並充分得到說話發聲時肌膚骨胳所產生的振動。
C.壓電片的另一面是沒有阻礙的空氣，以提供壓電片發揮最大程度的結構改變，因而能有最大的電荷累積，進而得到最大的電壓信號輸出。
D.外殼與壓電片不再形成一低頻得共振結構，以改善低頻聲音信號的頻率響應。
本發明實際實施後的效果可以從圖2a與2b中看出。圖2a是顯示現有的接觸型壓電式麥克風得頻率響應圖。從圖2a可以看出現有的接觸型壓電式麥克風有明顯的高頻與低頻回音失真，像是8000Hz以上的聲音信號就有非常明顯的衰減情形。圖2b顯示依據本發明的接觸型壓電式麥克風的頻率響應圖。如圖2b所示，依據本發明的接觸型壓電式麥克風不僅對低頻的聲音信號有較佳的表現，而且只有對10,000Hz以上的高頻聲音信號，才會有較為明顯的衰減發生。因此，本發明的接觸型壓電式麥克風對於聲音的傳真，要遠優於現有的接觸型壓電式麥克風。
現配合所附圖標、實施例的詳細說明及權利要求，將上述及本發明的其它目的與優點詳述於後。然而，當可了解所附圖標純為解說本發明的精神而設，雖然部份元件未依正確尺寸或比例繪製，不當以此視為本發明範圍的定義。有關本發明範圍的定義，請參照所附的權利要求。
圖1a與圖1b是分別顯示兩種現有的接觸型壓電式麥克風的肌膚接觸部份的結構示意圖。
圖2a是現有的接觸型壓電式麥克風的頻率響應圖。
圖2b是依據本發明的接觸型壓電式麥克風的頻率響應圖。
圖3a與圖3b是分別顯示依據本發明第一實施例的接觸型壓電式麥克風的壓電片的俯視與側視示意圖。
圖3c是顯示依據本發明第一實施例的接觸型壓電式麥克風的金屬基座的立體示意圖。
圖3d是顯示依據本發明第一實施例的接觸型壓電式麥克風的側視示意圖。
圖3e是顯示依據本發明第二實施例的接觸型壓電式麥克風的側視示意圖。
圖3f是顯示依據本發明第三實施例的接觸型壓電式麥克風的側視示意圖。
圖中10壓電元件 11金屬片12金屬薄膜 13信號導線14金屬片 15信號導線16外殼 18泡綿19彈簧30壓電片 31基座32金屬薄膜 33開口34金屬薄膜 35信號導線36信號導線 37金屬片38固定機構 39剛性底座具體實施方式
本發明的接觸型壓電式麥克風主要包含壓電片、基座、以及固定機構三個部份。圖3a與圖3b是分別顯示依據本發明第一實施例的接觸型壓電式麥克風的壓電片的俯視與側視示意圖。如圖3a與3b所示，一扁平的壓電片30是由陶瓷或石英的壓電材料所構成。壓電片30的形狀並沒有特定的要求，它通常是搭配基座的形狀(例如圓形的壓電片以搭配圓柱形的基座)，且具有一適當的尺寸(如為圓形，其直徑在8mm以下)以充分感應壓力P。壓電片30的上下兩面各鍍有一層幾乎覆蓋壓電片30表面的金屬薄膜32和34。金屬薄膜32和34是採用高導電性的金屬材料(像是銀)所構成。其中一面(以下稱為第一面)的金屬薄膜32焊有一條信號導線36作為壓電片30電信號輸出的正負極之一。為了生產上的便利，信號導線36也可以採用有彈性的導電片或金屬彈簧而獲得電信號。
圖3c是顯示依據本發明第一實施例的接觸型壓電式麥克風的基座的立體示意圖，圖3d是顯示依據本發明第一實施例的接觸型壓電式麥克風的側視示意圖。在本實施例中，基座是採用一金屬材質製成。如圖3c與3d所示，金屬基座31是一端封閉的中空柱形元件。壓電片30是置於金屬基座31之內，將壓電片30的第二面(未焊有導線36的另一面)直接以金屬薄膜34與金屬基座31封閉端的內面接合而形成電連接。金屬基座31未封閉的一端則與固定機構38接合。這裡所謂的固定機構38，視不同的實施方案，可以是麥克風的電路板，也可以是麥克風外殼的一部份。也就是說，金屬基座31如一倒置的桶，壓電片30是透過金屬薄膜34直接附著於金屬基座31桶頂的內面。壓電片30有金屬薄膜32的那一面因此得以懸空，可以提供壓電片30充分足夠的結構改變空間。壓電片30的金屬薄膜34、以及金屬基座31共同構成壓電片30電信號輸出的正負電極之一。壓電片30的另一正負電極之一的信號導線36和金屬基座31再接到一個含有放大電路的電路板(未圖標)。此設計的優點之一是省略了現有的接觸型壓電式麥克風裡的金屬片11與信號導線13(請見圖1a、1b)。請注意到，如圖3c所示，金屬基座31的封閉端可以開設一或多個穿透孔(未標號)。開設這些穿透孔的用意是，壓電片30若是以膠合的方式與金屬基座31封閉端的內面接合，這些孔可以使多餘的膠漏洩出來，而不會有膠層過厚的困擾。
基本上，壓電片30僅僅透過金屬薄膜34與金屬基座31即與肌膚接觸(實施上，還可以無紡布或類似布料包覆金屬基座31)，省略了現有接觸型壓電式麥克風裡的泡綿、彈簧等緩衝物，使得壓電片30能更直接感受到肌膚骨胳傳來的壓力P(請注意，前述信號導線36可以採用有彈性的導電片或金屬彈簧的實施例，導電片或金屬彈簧不是位於壓電片與肌膚之間，而是位於壓電片的另一面)。另外，由於壓電片30及金屬薄膜32之下只有空氣，不再有其它阻礙，因此在壓力P作用下，壓電片30可發揮最大的結構改變，進而在金屬薄膜32、34上獲得最大的電荷累積，於是更進一步可以得到最大的信號輸出電壓，經由導線36以及金屬基座31傳送給電路板(未圖標)上的放大電路處理。
再加上壓電片30的直徑(或表面積)縮小，在高頻響應上有顯著的改善效果。又因為不再有泡綿或彈簧介於與壓電片30與肌膚接觸面之間，使得整個結構低頻共振與低頻回音的失真現象大為改善。
請注意到為進一步降低結構的低頻共振，金屬基座31的柱身上開設有至少一個穿透柱身的開口33，開口33沒有特定的形狀要求，如圖3c和3d所示，可以是圓形、矩形、或是其它形狀，開設的位置也沒有特定的要求，開口33可以是沿著柱身未封閉端的缺口、或是柱身上的穿透孔。此一開口33並非必要，在一些實施例中，也可以選擇省略開口33。除了開設開口33以外，如圖3e所示，本發明的第二實施例是在金屬基座31和固定金屬基座31的固定機構38之間增設一個剛性底座39。剛性底座39沒有特定的形狀要求，但其尺寸須可容納並接合金屬基座31未封閉的一端。剛性底座39可以是金屬或非金屬的材質所製成，其重點是具有一相當的剛性，可以使得金屬基座31與固定機構38隨著肌膚的震動而共振的程度因為此一剛性底座39的介入而進一步降低。將所實施的方案，例如當本發明實施於一有線耳機時，剛性底座39其實也可以與固定機構38(麥克風外殼的一部份)結合為一體，而不一定是兩個分別的元件。請注意到如果固定機構38具有足夠的剛性，使金屬基座31和其僅有很小程度的共振，剛性底座39不一定是必要的。另請注意如圖3e所示的實施例中，金屬基座31的柱身並未開設開口33。如有需要，剛性底座39與開設開口33可以一起實施。
圖3f是顯示依據本發明第三實施例的接觸型壓電式麥克風的側視示意圖。本實施例與前述第二實施例有類似的結構，主要的差別是在，基座31可以是採用非金屬的材質，另外壓電片30鍍有金屬薄膜34的那一面，是通過一金屬片37與基座31封閉端的內面接合。金屬片37或金屬薄膜34焊有一條信號導線35，作為壓電片30電信號輸出的正負電極之一。壓電片30的另一正負電極之一的信號導線36和信號導線35再接到一個含有放大電路的電路板(未圖標)。本實施例和前述實施例的運作原理與特點完全相同，一些實施上類似的變化也同樣適用於本實施例。例如，基座31的封閉端上可以開設至少一個穿透口以漏洩多餘的膠質，基座31的柱身上可以增設至少一個穿透柱身的開口，以進一步降低結構的低頻共振，或是可以省略剛性底座39，或是剛性底座39與開設開口33可以一起實施。
藉由以上較佳具體實施例的詳述，希望能更加清楚描述本發明的特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明的範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請的權利要求的範疇內。
權利要求
1.一種高傳真接觸型壓電式麥克風結構，至少包含一金屬基座，其具有一端封閉的中空柱形；一固定機構，其與該金屬基座未封閉的另一端接合；以及一壓電片，位於該金屬基座內，具有一扁平形狀，其扁平的一第一面與一第二面分別鍍有一金屬薄膜，該第一面的該金屬薄膜連接有一導線；其中，該壓電片以該第二面的該金屬薄膜貼合於該金屬基座的該封閉端的內面而形成電連接，致使該壓電片的正負極電信號經由該導線與該金屬基座分別輸出到該麥克風的一電路板，且該金屬基座的柱身具有一適當長度，致使該壓電片在受壓時有足夠的結構改變空間。
2.如權利要求1所述的高傳真接觸型壓電式麥克風結構，其中，該壓電片為圓形，且直徑不大於8mm。
3.如權利要求1所述的高傳真接觸型壓電式麥克風結構，其中，該金屬薄膜的面積接近於該壓電片的該第一面與該第二面的面積。
4.如權利要求1所述的高傳真接觸型壓電式麥克風結構，其中，該金屬基座的柱身具有至少一開孔。
5.如權利要求1所述的高傳真接觸型壓電式麥克風結構，其中，該結構進一步包含一剛性底座，該剛性底座具有一適當的剛性，且位於該金屬基座與該固定機構之間，該剛性底座的一面完全收納並接合該金屬基座未封閉的一端，該剛性底座的另一面與該固定機構接合。
6.如權利要求1所述的高傳真接觸型壓電式麥克風結構，其中，該固定機構是該麥克風的一電路板。
7.如權利要求1所述的高傳真接觸型壓電式麥克風結構，其中，該固定機構是該麥克風的一外殼的一部份。
8.如權利要求1所述的高傳真接觸型壓電式麥克風結構，其中，該金屬基座的該封閉端具有至少一穿透孔。
9.一種高傳真接觸型壓電式麥克風結構，至少包含一基座，具有一端封閉的中空柱形；一固定機構，其與該基座未封閉的另一端接合；以及一壓電片，位於該基座內，具有一扁平形狀，其扁平的一第一面與一第二面分別鍍有一金屬薄膜，該第一面的該金屬薄膜連接有一第一導線；其中，該壓電片以該第二面的該金屬薄膜貼合於一金屬片，該金屬片則貼合於該基座的該封閉端的內面，另有一連接於該金屬片與該第二面的該金屬薄膜兩者之一的一第二導線，致使該壓電片的正負極電氣信號經由該第一導線與該第二導線分別輸出到該麥克風的一電路板，且該基座的柱身具有一適當長度，致使該壓電片在受壓時有足夠的一結構改變空間。
10.如權利要求9所述的高傳真接觸型壓電式麥克風結構，其中，該壓電片為圓形，且直徑不大於8mm。
11.如權利要求9所述的高傳真接觸型壓電式麥克風結構，其中，該金屬薄膜的面積接近於該壓電片的該第一面與該第二面的面積。
12.如權利要求9所述的高傳真接觸型壓電式麥克風結構，其中，該基座的柱身具有至少一開孔。
13.如權利要求9所述的高傳真接觸型壓電式麥克風結構，其中，該結構進一步包含一剛性底座，該剛性底座具有一適當剛性，且位於該基座與該固定機構之間，該剛性底座的一面完全收納並接合該基座未封閉的一端，該剛性底座的另一面與該固定機構接合。
14.如權利要求9所述的高傳真接觸型壓電式麥克風結構，其中，該固定機構是該麥克風的該電路板。
15.如權利要求9所述的高傳真接觸型壓電式麥克風結構，其中，該固定機構是該麥克風的一外殼的一部份。
16.如權利要求9所述的高傳真接觸型壓電式麥克風結構，其中，該基座的該封閉端具有至少一穿透孔。
全文摘要
本發明提出一種接觸型壓電式麥克風的結構。在這個結構裡，壓電元件是直接貼觸肌膚，省略了現有的接觸型壓電式麥克風裡位於接觸面與壓電元件之間的泡綿或彈簧，從而更完全的收納肌膚的震動，並因此避免泡綿或彈簧對高頻聲音信號的衰減。這個結構並在壓電元件與電路板之間形成一個可容壓電片發揮結構變化的空間，並且避免了現有的接觸型壓電式麥克風裡壓電片、彈簧或泡棉、以及外殼形成一個低頻共振結構而造成的嚴重的低頻回音失真。利用本發明的接觸型壓電式麥克風具有平整的頻率響應，對高、低音均能忠實的呈現，因此更具有實用效果。
文檔編號H04R17/02GK1805621SQ20051000038
公開日2006年7月19日 申請日期2005年1月10日 優先權日2005年1月10日
發明者周錦材 申請人:久易科技股份有限公司, 周錦材