TW479438B - Acoustic device - Google Patents

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479438 A7 五、發明說明（ ：ii朋描述 本發明係關於一聲音裝晋σ q蒗置，特別是一分佈模態裝置。 (請先閱讀背面之注意事項再填？本頁) 平板型彎曲波模態揚聲器 匁卑态已為人所熟知，例如專利 W 0 9 7 / 0 9 8 4 2所提出。此々、十址4致一 此6又件揭不了一種具有放射器 組件的杨聲器’及一個在姑私哭知从丄 在玟射态組件中激發偏向波的激發 器。 Λ 放射器組件的形狀及其材料特性決定了—些放射器組件 的共振彎曲波模態’每_個皆具有特定的模態形狀及頻 率。這些參數的選定，可以使得放射器组件的共振弯曲波 模態，以頻率方式被分佈在運作頻率範圍之内。藉由將共 振彎曲波模態儘可能地以頻率方式平均地分佈，即可使聲 音裝置的聲音響應也可能地以頻率方式平均地分佈，而可 避免在響應中過多的沉降及突出^ 專利W0 9 7/0 9 8 42所提，將激發器置於模態被平均激 發之處，也就是一種激發器的位置，此位置是與平均地耦 合於所有的模態之位置距離愈遠愈好。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 這些模態是零星地以頻率方式分佈在運作頻率範圍的較 低的部份，因此其是位在最能夠平均地激發模態的頻率區 域中。因此，激發器的位置可以在運作頻率範圍的較低部 份，而平均地搞合於所有的共振彎曲波模態。 通常在面板上也有一些折衷性的位置，也可平均地輕合 於一些模態，專利W 0 9 7 / 0 9 8 4 2中也揭示了在許多個這 樣的位置上放置複數個激發器。 本紙張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮) "---------— Λ7 Λ7 B7

五、發明說明（2 、根據本發明所提供的一聲音裝置，其包含有一面板，可 、援複婁欠個共振彎曲波模態，其中每一個模態皆有一共 (請先閱讀背面之注意事項再填f本頁) 振，、率Λ共振曾曲波模態係劃分為複數個相重叠的模態 羊、且及換能器，其位置可優先地耦合於該模態群組中 的一個。 根據本敖月，並不需要將激發器放置在一個或多個特定 位置，纟儘可能地平均地搞合於所有的共a彎曲波模態， 或甚土所有較低共振彎曲波模態。這樣的激發器位置不可 U免地疋一種折衷方式。更精確地說，僅需要找出能夠平 均地耦合於一個群組的激發器位置，也就是一共振彎曲波 模態的子集合。 模態群組並不僅是劃分成不同頻率範圍的群組，更精確 地說，為具有重疊共振頻率的模態群組。當然，個別模態 的正確頻率，除非特殊狀況，皆是相同的頻率，但整體而 言’模態群組皆大致落在相同的頻率範圍内。 較佳地是，每一個群組的模態皆大致正交於不是該群組 的模態。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 彎曲波模態的群組可以是奇數模態及偶數模態。一種劃 分可數及偶數模態的方法是以頻率漸增的順序將模態進行 編號；然後，奇數模態即為那些編號為奇數的，而偶數模 態即為偶數編號的模態。 如此劃分成奇數及偶數模態，可以產生兩組大致正交的 模態。然後，換能器的位置可對一個或其它的群組進行最 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 479438 Λ7 B7 五、發明說明（3 ) 佳化。 (請先閱讀背面之注意事項再填f本頁) 另外，奇數模態對於一預定的軸為非對稱性的對稱模 態’此軸基本上為共振面板的對稱軸之一。舉例而言，當 面板為長方形時，奇數模態可以是關於平行於長方形短邊 的軸的非對稱模態。偶數模態則為關於同樣的軸的對稱模 怨。對於一橢圓形面板，非對稱及對稱模態則為相對於橢 圓的短軸的對稱性。 很重要地是必須區分出沿著該軸的非對稱於此軸及模態 的不同模態。一些共振彎曲波模態具有一模態形狀，其中 面板與面板的中央平面的距離，會沿著一軸而改變，而不 是沿管一正交軸改變。這些模態基本上為一維空間，並可 稱之為沿著該單一軸的模態。圖丨會在下面做進一步的討 論，但其可在此處簡單地說明，其所示的n = 2模態為沿著 X軸的模態，也就是該軸而改變，而所示的n = 3模態則為 /口著y軸變化。沿著某一軸的模態係指對該軸對稱，但可 以是對其正交軸對稱或是非對稱。 如果其中有兩個對稱軸，模態則可對於每一個對稱軸稱 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 之為非對稱或對稱。共振彎曲波模態因此可以劃分為四個 杈悲群組·非對稱/非對稱，如.果它們是對於每一對稱軸 皆為非對稱；#對稱/對稱，⑹果它們是沿著長軸非對 稱，而對於短軸對稱；對稱/非對稱，如果係對長軸對

稱，而對於短轴非對稱；或，對稱/對稱，如果對於 軸皆對稱。 U -6 - 479438 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 " -------------— 五、發明說明（4 ) 在具體實施例中，換能器可配置成優先地輕合於部份或 所有的模態。特別是，對稱/對稱模態可以比其它模能， 非對稱/非對稱、非對稱/對稱、對稱/非對稱，都更:強 力地輕合於週邊環境，例如外牆或外殼。將一個或多個換 能器優先地搞合至非對稱/非對稱，非對稱/對稱，及/或 對稱/非對稱模態會有優點，但需要儘量避免镇合於對稱/ 對稱模態。以此方式製造的揚聲器，與所有模態皆同等地 耦合之揚聲器相較，會降低其與週邊環境的互動。 另一個換能器或多個換能器可以用來優先地耦合於其它 的模態群組。每一個模態群組皆可耦合於一個或其它換能 器。在此具體實施例中，奇數模態係耦合於一換能器，而 偶數模態則耦合至另一個換能器。每一個換能器的位置可 以個別地對相關的模態群组進行最佳化；由此可以得到比 對於所有模態的每一個換能器都進行最佳化的結果要好。 聲音裝置可以是一揚聲器，此換能器或多個換能器可以 是一激發器，用以激發面板的模態而使面板產生聲音輸 出。 第一方面來說，本發明提供一面板，其中一換能器是安 裝於圖3或4中以’’ X ’’標示區域之一。較佳地是，一換能器 為於圖3中標示為” X ’’的區域，而一換能器則位於圖*中 以’’ X ’，標示的區域。 本發明也可提供一聲音裝置的製造方法，其包含步驟如 下： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） „ -----------------Μ (請先閱讀背面之注意事項再填f本頁) 479438 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 Λ7 H7 五、發明說明（5 ) 提供一面板，其具有複數個彎曲波模態，彎曲波模態被 劃分為複數個模態群組，及 將一換能器安裝於能夠優先地韓合於群組之一的模態的 位置。 為了更加瞭解本發明，以一特定的具體實施例來說明， 其僅做為範例，而可參考附圖，其中： 圖1所示為一共振面板的最低模態； 圖2所示為圖1的面板模態的節線； 圖3所示為圖1的面板的非對稱模態的節線； 圖4所示為圖1的面板的偶數模態的節線； 圖5所示為根據本發明的一揚聲器。 在圖1中，顯示一長方形面板丨，及其)^與7軸。對於二 維的彎曲波等式，存在有一些共振模態。以頻率順序所做 的模態編號以整數n做標示。第〇個模態（n = 〇)相當於面板 1的整體運動，於圖中並未顯示。第一模態（η=ι)，具有 -對如圖所示沿著軸的節、線的最低頻率（位置的軌跡並不 $ );這個模態實際上是—扭曲模態，而不是偏向模態。 第一模恐（η - 2 )事貫上為最低頻率的弯曲波模態，並具有 兩仏即”泉’大致平仃於短軸而延伸，並沿著長軸分開配 置。第三模態(η = 3)有兩條節線，大致平行於長軸而延 伸，並沿著短轴而分開配置。這三種模態示於圖i，圖中 的，，+ ·,及”符號表示出偏向具有正的或負的符號，也就 是在特定時間，是否面板會偏離於中央平面之上或之下。 -8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4 x 297公釐） lit — — — — — — — — 1- · I I I I 1 I I 訂 — — — — — — —-- (請先閱讀背面之注意事項再填ί本頁) 479438 五、發明說明（6 ) 這些模態是依據η的值而劃 數。 才為兩個群組，即奇數或偶 (請先閱讀背面之注意事項再填？本頁) 所示的彎曲波係由理論得出， ,,並代表一四階微分方程式 的解。由求解此方程式而得 、 于Α的杈態，並不像二階方程式 中的間單正弦波，而事實上 - ^ A 為二角幾何與雙曲線三角幾何 函數的組合，如傳統理啥所熱 —一 响所熱知。當然，一實際面板的真 只才吴悲，舉例而言，係依據含世、人 、、 货依錁文裝於面板上而定，像是夾持 方式，或固定於任何盒子t 、 卞上 或位於接近組件的反射板。 然而，仍然可以使用相同的方法。 較低模態的節線係示於圖2，g此r#告丨、上士 μ 口 ζ 乂些即線係劃分為奇數模 態的節線，如圖3所示；及偶 久倘数杈態的郎線，如圖4所 示〇 換能器的位置是由前述專利編號wo97/09842所提 出，其中所有的較低模態皆儘可能地耦合於換能器。為了 造成與模態間炎好的镇合，換能器必須位於離節線一段距 離。不同的適當的區域在圖2中以，，x，，進行標示·，其中一 些位置係由專利W0 9 7/〇 9 842所提出的較佳位置相對 應。 —符號’’X”並不只是標示單一的點，而可針對區域而言。 貫際上’換能器的尺寸有限並位於良好的安裳位置，而換 能器可以位在離節線之外的一適當範圍之内。 適於優先耦合於奇數模式的區域，在圖3中標示 為X，’。這些區域係位於奇數模態的節線之外。同樣地， 9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） 479438 Λ7 五、發明說明（ 適於優先搞合於偶數模式的區域，則在圖4中標示 為，，X，，。 (請先閱讀背面之注意事項再填？本頁) 一第一換能器置於可優先耦合於奇數模態的位置，及一 第一換能器置於可優先耦合於偶數模態的位置。整個面板 的較佳效能’可以藉著使用兩個分別位於適於激發所有模 態的位置而達到。 圖5所示為使用此技術的揚聲器的說明圖。圖5不像是圖 2到4 ,而並沒有依比例繪製。一面板丨具有一第一激發器 3，在一優先激發奇數模態的位置耦合於此面板，及一第 二激發器5，在一優先激發偶數模態的位置耦合於該面 板。 有許多原因可以說明為何用於優先耦合於奇數或偶數的 模態的位置較具優點，尤其是，優先的激發可允許揚聲器 設計者多一個自由度，可以用於調整響應輸出，而使其符 合所需要的聽覺特性。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在具體實施例中，這些節點可以劃分成非對稱/非對 稱，對稱/非對稱，非對稱/對稱，及對稱/對稱模態，然 後-個或多個換能器可以區分為激發部份或所有的：些群 組。如果需要避免對稱/對稱模態’例如要降低邊際效 應，然後…固’兩個’或三個換能器可用於優先地激發 非對稱/非對稱，對稱/非對稱，及非對稱/對稱模態。 另-個問題是，典型的慣性激發器韓合於，並量 給-很大範圍的模態。未來，激發器可以用於選擇二 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公爱 479438 第89109467號專利申請案 修正頁（9〇年ίο月）

A7 B7 發某些模態的類別；一個例子是在國際專利編號 WOOO/13 4 64中由New Transducers公司所提出的扭力 激發器’其可以選擇性地激發某些模態，或至少可忽略整 體模態。舉例而言，這種扭力激發可由將相對的慣性激發 器放置在節線的兩側來達到。如果激發器係位於圍繞非對 稱群組的一些節線處，或對稱群組，此方法則可允許該模 怨群組的扭力激發。其很難找到適當的位置而同時相等地 激發非對稱及對稱模態，因為沒有一種位置可同時通過非 對稱及對稱模態的大量節線。因此，一種分別激發對稱與 非對稱模態的方法特別適用於使用慣性激發器的扭轉激發 模態。 雖然所述的具體實施例係關於一揚聲器，此優先耦合於 奇數與偶數模態的換能器也可應用到其它分佈模態面板的 應用，例如做為一麥克風或其它聲音裝置。在這些狀況 下’然而這些換能為當然需要適用於這些應用。 孟J牛符號說明 面板 第一激發器 第二激發器 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐）

Claims (1)

1. 479438 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ΛΗ liH CH l)H 申請專利範圍 1 . 一種聲音裝置，其包含： 一面板（丨），其支援複數個共振彎曲波模態群組，每 一個換態具有一共振頻率，此共振彎曲波模態被劃分 為複數個重疊的共振頻率的模態群組，及 至少有一個換能器（3 )，位於能夠優先地耦合於該模 恐群組中的一個。 2 ·如申請專利範園第丨項之聲音裝置，其中每一個群組的 该模怨皆實質上與不在該群組中的模態成正交。 3 .如申請專利範圍第2項之聲音裝置，其中該模態係劃分 為具有奇數模態及偶數模態的群組。 4 .如申請專利範圍第3項之聲音裝置，其中該等模態被劃 分為奇數模態及偶數模態，藉由將該等模態以漸增頻 率的順序編號並做模態標示，使得奇數模態為那些標 不為奇數的模態，而偶數模態則為那些標示為偶數的 模態。 5 ·如申請專利範圍第3項之聲音裝置，其中該等奇數模態 係對於一預定軸的非對稱性的對稱模態。 6 ·如申請專利範圍第5項之聲音裝置，其中該預定軸為一 共振面板（1 )的對稱轴。 7 ·如申請專利範圍第6項之聲音裝置，其中 該面板（1 )具有一長對稱轴及一短對稱軸，及 共振專·曲波模怨係劃分為四個模態群組：非對稱/非 對稱，如果它們是對於每一對稱軸皆為非對稱·，非對 -12- 1 X 297公爱1 --- ^--- -------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填容本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印t 申晴專利範圍 稱；對稱/非對稱，如果㈣：㈣稱，而對於短輪對 ^ 係對長轴對稱，而對於η 對稱；或，對稱/對稱，如 fe軸非 办果對·於兩個軸皆對稱。 8. 如申請專利範圍第7項之聲 ' 對稱，及/或對稱/非對稱模態，但要 對稱模態。 耦&於對稱/ 9. 如申請專利範園第"項的任—項之聲音裳置 人 一另外的換能器或多個換能器，而可優先地輕合於3 =態群組，而不是該至少—換能器所優先輕合的該群 丨0’如申請專利範圍第1 8項的任一項之聲音裝置，其中該 至少一換能器是一激發器，用以激發面板的共振彎曲 波模態，而造成由該面板發出的聲音輸出。 11· 一種聲骨裝置的製造方法，其包含步驟如下： 提供一面板，具有複數個彎曲波模態，此彎曲波模 態被劃分為複數個重疊頻率的模態群組，及 在面板的一位置上安裝一換能器，其可優先地與一 個群組中的模態相耦合。 12· —種聲音裝置，具有： 一長方形面板，能夠支援如圖3及圖4所示的彎曲波 模式； 一個位在圖3中標示為” X，，的區域内耦合於面板的換 ^--------^---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填s>本頁) 13- 479438 ΛΗ !ί8 C；8 1)8 六、中請專利範ill 能：¾ ;及 >;一仙位在岡4屮標示為” X ”的區域内耦合於面板的 換能芯。 13, —社聲音裳1，JMi : 一而板，能夠夂援共振弩曲波模態，這些模態劃分 為一第一對稱模態的群组，及一第二非對稱模態的群 组； 一第一換能器，其耦合於面板，其位置使得第一換 能器能優先地耦合於該第一模態群組；及 一第二換能器，其耦合於面板，其位置使得第二換 能器能優先地耦合於該第二模態群組。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合泞社巧，^ -14- 本泛ta丐士 3 S家標虽（CXS)A4規格（210 X 297公釐）