TWI395199B - 製造一發聲元件的方法 - Google Patents
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Description
本發明是關於發聲元件的製造，尤指樂器上產生共振的元件與音響設備中用以承受或產生共振的元件的製造方法。
發聲元件如樂器的共振結構或音響中使用的揚聲器的振膜，其發聲音質由其中各零件之材料特性決定。發聲元件發出宏亮的聲音需要以下兩種特徵：(1)密度低；(2)彈性模數(elastic modulus)高。若依聲音在材料中傳遞的速度(c
)與其密度(ρ)、彈性模數(E
)的物理關係：c
=(E
/ρ)1/2
得知，當材料密度愈低、彈性模數愈高時，聲音在材料中傳遞的速度愈快。故而以此材料製造的發聲元件，其聲響在空氣中清晰宏亮、傳送距離遠。
然而問題在於，使發聲元件傳出之聲音清晰宏亮的材料均十分稀少、昂貴。以弦樂器為例，僅有德國雲杉等稀有木材達到高品質的標準；以管樂器為例，必須使用高成本合金技術提升音響品質；以揚聲器之振膜為例，必須使用鈹(beryllium)、黃金、鈦、鑽石等超高價材料。
而以往用以解決材料的高價問題則有文獻：New Phytol
.,2008,179
,1095-1104，其是利用真菌侵蝕低價之木材改變其聲響品質，使其低價木材達到高價木材之音響效果。揚聲器之振膜方面，以蠶絲混鑽石的方式盡量減少鑽石的用量。此類先前技術之缺點為，不論是真菌侵蝕或或蠶絲混鑽石等技術，產品良率均難以控制。而且仍需使用到高價的鑽石，節省成本的效果有限。
爰是之故，申請人有鑑於習知技術之缺失，發明出本案「一種製造一發聲元件的方法」，用以改善上述習用手段之缺失。
本發明之目的在於使得較低價的材料的彈性模數改變而相近或相等於高價材料的特性。更進一步而言，是透過一特定彈性模數的材料滲透到母材使其彈性模數改變。此外，更透過對母材加熱的方式來改變其密度，使得滲透用的材料保護母材不受熱碎裂。並進而大幅改善發聲元件的聲響品質。且本發明的方法製程簡易、良率高、品質好、成本極低，非常實用。
為了達到上述之目的，本發明提供一種製造一發聲元件的方法，包括下列步驟：將該發聲元件置於一特定氣壓下；將該發聲元件於一惰性氣體氣氛內加熱；在該氣氛內加入蒸氣；以及移除該蒸氣。
如上所述的方法，其中在該氣氛內加入蒸氣與移除該蒸氣的步驟反覆實施。
如上所述的方法，其中該蒸氣是自無機物與有機物中擇一。
如上所述的方法，其中在所述步驟的移除該蒸氣之後，更包括下列步驟：加入氧化性或還原性氣體至該氣氛內，以及移除該氧化性或還原性氣體。
如上所述的方法，其中氧化性氣體是選自水蒸氣、氧氣、雙氧水、臭氧與氧氣電漿中的一種；而還原性氣體是氫氣。
如上所述的方法，其中所述在該氣氛內加入蒸氣、移除該蒸氣、加入氧化性氣體至該氣氛內、以及移除該氧化性氣體的步驟反覆實施。
如上所述的方法，其中該氧化性或還原性氣體、特定氣壓、或惰性氣體的壓力為0.0001至10大氣壓力。
為了達到上述之目的，本發明再提供一種製造一發聲元件的方法，包含下列步驟：將該發聲元件置於一封閉空間內；以及於在該封閉空間內加入一蒸氣。
如上所述的方法，更包括一步驟，移除該蒸氣。此外該蒸氣是選自TDMAHf與三甲基鋁中的一種。
如上所述的方法，其中該蒸氣的壓力是0.0001至10大氣壓力。
如上所述的方法，其中在加入該蒸氣之前，更對該發聲元件加熱。
如上所述的方法，其中對該發聲元件的加熱最適溫度是攝氏一百五十度。
如上所述的方法，其中該發聲元件的加熱是在一惰性氣體的氣氛內進行。
如上所述的方法，其中該惰性氣體的壓力為0.0001至10大氣壓力。
如上所述的方法，其中該發聲元件是選自絃樂器的共振板、管樂器本體、揚聲器的振膜、打擊樂器的振膜或共振管。
一種製造一發聲元件的方法，包含下列步驟：將該發聲元件置於一封閉空間內；於該封閉空間內加入一第一蒸氣，之後並排除；於該封閉空間內加入一第一氧化氣體，之後並排除；於該封閉空間內加入一第二蒸氣，之後並排除；以及於該封閉空間內加入一第二氧化氣體，之後並排除。
較佳者，其中由第一蒸氣的加入到第二氧化氣體的排除，反覆執行數次。
較佳者，其中第一蒸氣、第二蒸氣、第一氧化或還原性氣體、或是第二氧化或還原性氣體，是混合於一混合物內。
為了達到上述之目的，本發明又提供一種製造一發聲元件的方法，包括下列步驟，將該發聲元件置於一空間內；通入一第一氣體於該空間內；排出該第一氣體；通入一第二氣體於該空間內；以及，排出該第二氣體。
較佳者，其中該第一氣體是一內含有TDMAHf蒸氣與三甲基鋁蒸氣中的混合物，或是純的TDMAHf蒸氣或三甲基鋁蒸氣。
較佳者，其中該第二氣體是內含有高活性氣體的混合物，或是純的高活性氣體，且高活性氣體則是氧化性氣體或是還原性氣體。
較佳者，其中在加入該第一氣體之前，更對該空間加熱，且此空間內可填充有惰性氣體。
以下針對本案之製造一發聲元件的方法的各實施例進行描述，但實際之配置及所採行的方法並不必須完全符合所描述的內容，熟習本技藝者當能在不脫離本案之實際精神及範圍的情況下，做出種種變化及修改。
本發明的方法的步驟首先是將一發聲元件置於一空間內；之後，在該空間內加入一蒸氣。如蒸氣之加入僅需一次，則在加入後即可將發聲元件取出。不過，通常蒸氣之加入不僅一次，故通常在加入此蒸氣後，尚需將該蒸氣自該空間內移除。通常一次的蒸氣加入與移除為一個循環，而通常在完成一個發聲元件的製造、即發聲元件的改良通常需要進行數個循環，通常可以達到數百次之多。而在加入蒸氣後維持該蒸氣於該空間內的時間，則可以自數秒自數分鐘不等。當然，為了防止蒸氣的洩漏，通常此空間在蒸氣加入後排出前都維持封閉的狀態。前述的步驟可參考圖1，為本發明的步驟示意圖。另外，亦請參考圖2，為本發明的裝置示意圖。其中揭露一封閉空間1內容納了一發聲元件2，此發聲元件2可以是原料、成品、或半成品。又，於封閉空間1上其實還設有一入口11與一出口10，入口11用以將上述的氣體加入至封閉空間1內，而出口10則用以將該氣體自封閉空間1內排出。當然，入口與出口的功用有時亦可結合在一個通口來達成。為了維持封閉空間1的封閉狀態，各出入口當然具有閥門(圖中未揭示)，但諸如此類對於封閉空間等週邊設施的變化屬於本技術領域中的常識，於此不再贅述。
此外，為了增加發聲元件對於溫度的抵抗，在加入上述的蒸氣之前，更對發聲元件予以加熱，而加熱的較佳溫度為攝氏150度。此外，為了避免高溫而導致的氧化、或是使氧化加速，前述的加熱步驟是在一充滿惰性氣體的環境下實施，以避免任何不必要的氧化產生。此外，這個充滿惰性氣體的環境的壓力範圍是0.0001至10大氣壓力，而較佳者為千分之五左右的大氣壓力。至於加熱的方式可以選擇用電阻式加熱器、紅外線加熱器、或是直接導入已加熱到適當溫度的氣體於封閉空間內，透過熱氣來對發聲元件加熱。此外，加熱器亦可選擇是設置於封閉空間內或之外而透過熱輻射加熱發聲元件。
再者，上述的蒸氣是選自TDMAHf(tetrakis(dimethylamido) hafnium)或三甲基鋁(trimethylaluminum)中的一種。而此蒸氣的壓力範圍是0.0001至10大氣壓力，而較佳者是萬分之五左右的大氣壓力。
透過上述的方法，即可將一發聲元件的特性調整到所欲的數值。當然，此發聲元件可以是已經裁切、鑽孔、塑型、焊接等加工之後的狀態，或是尚未經過上述加工程序的母材，亦即，可以先將未加工的發聲元件之母材以本發明的方法予以改善其聲響效果，之後再透過其他的加工程序製造成所欲的尺寸，或者，可以將母材先用裁切、鑽孔、塑型、焊接等加工程序，先行加工到一定程度，之後再以本發明的方法改善其聲響效果，爾後再進行其他的加工以使發聲元件的尺寸、形狀、表面狀態等特性為最終的狀態。至於發聲元件則譬如是絃樂器的共振板(諧振板)、管樂器本體、揚聲器的振膜、打擊樂器的振膜或共振管。而絃樂器則有提琴、吉他、胡琴、琵琶、三弦琴等，打擊樂器則有鼓，而本發明的方法即可針對鼓的膜予以改善其聲響效果，而其他打擊樂器如鐵琴、木琴，則本發明則可針對其鐵片、木片本身加工，亦可針對琴身下方的共振管予以加工。至於管樂器的本體，即是指銅管樂器或木管樂器的吹嘴以外的部分，而管樂器則包含了低音號、法國號、伸縮號、小號、短號、嗩吶、單簧管(clarinet)、雙簧管(oboe)、低音管(bassoon)、薩克斯風、笛、蕭等各式銅管樂器與木管樂器。
更進一步而言，本發明的一種製造一發聲元件的方法，包括下列步驟：(1)將該發聲元件置於一特定氣壓下；(2)將該發聲元件於一惰性氣體氣氛內加熱；(3)在該氣氛內加入蒸氣；以及(4)移除該蒸氣。請的參圖3，為本發明的實施例步驟示意圖。
通常前述的特定氣壓是指該惰性氣體的氣壓，多處於0.0001至10大氣壓，其較佳者，維持在千分之五大氣壓力。此外，步驟(3)與(4)可以反覆多次，如圖3所示的虛線箭頭，而此步驟(3)至(4)的反覆實施通常可以達上百次，甚至數百次。而蒸氣可以是無機物或有機物，且其壓力亦多處於0.0001至10大氣壓、其較佳的數值則可為萬分之五左右的大氣壓力。
為了讓發聲元件可以有更好的聲響效果，於步驟(4)後更加入步驟(5)，加入氧化性氣體或還原性氣體；以及步驟(6)移除該氧化性氣體或還原性氣體。如同步驟(3)與(4)可以反覆多次，步驟(5)與(6)亦可反覆多次，亦可達數百次。不過，雖然可以待步驟(3)與(4)反覆多次之後，才再反覆進行步驟(5)與(6)多次。但較多的情形是將步驟(3)到步驟(6)執行一次後，重新再從步驟(3)到步驟(6)。亦即，將將步驟(3)到步驟(6)反覆執行多次。此外，如以氧化性氣體而言，是選自水蒸氣、氧氣、雙氧水、臭氧、氧氣電漿等；至於還原性氣體則是氫氣等。而步驟(5)的作用即在於透過上述兩種氣體本身的高活性，對發聲元件作進一步的加工使其特性改變。相關說明可參考圖4，為本發明的另一實施例示意圖。其中步驟(1)至(4)與圖3所示相同，但更多了前述的步驟(5)與(6)。由於步驟(3)到步驟(6)可能會反覆執行多次，故而有一虛線箭頭將步驟(6)導到步驟(3)。
以下將以小提琴的諧振板(harmonic plate)作說明。
首先是步驟(1)，將一片加拿大楓木製成之小提琴諧振板(harmonic plate)放入體積為0.02立方公尺的封閉空間(腔體)中，並將封閉空間內充滿氮氣，之後是步驟(2)，加熱並保持在攝氏150度、0.005大氣壓(atm)。再來是步驟(3)，將0.0005大氣壓的三甲基鋁(trimethylaluminum)蒸氣通入上述封閉空間中，之後是步驟(4)，移除腔內的三甲基鋁蒸氣。再來是步驟(5)，將0.0005大氣壓的水蒸氣通入上述腔體中，之後是步驟(6)，移除封閉空間內的水蒸氣。最後，反覆步驟(3)至步驟(6)一百次。
通常步驟(2)的狀態維持三十分鐘，而步驟(3)的蒸氣則存於封閉空間內三十秒。而步驟(5)的蒸氣亦於封閉空間內維持三十秒。
經過上述的方法所加以製造的發聲元件，即本例中的小提琴諧振板，在未經本方法處理前，諧振板前後的聲速為每秒3500公尺，而其左右的聲速為每秒七百公尺。而經過本發明的方法處理後的諧振板，其前後的聲速為每秒7300公尺，而其左右聲速為每秒3600公尺。由此可見，本發明確實對聲音的傳送速度頗有助益，使其聲響在空氣中的表現清晰宏亮、而傳送距離也可較遠。
此外再舉揚聲器的振膜(diaphragm)為例。
首先是步驟(1)，將一片厚度為0.01公分，直徑5公分圓形，作為揚聲器振膜(diaphragm)之蠶絲膜放入體積為0.001立方公尺的封閉空間(腔體)中，並將其中充滿氮氣，之後是步驟(2)，加熱並保持在攝氏120度、0.005大氣壓(atm)下。再來是步驟(3)，將0.0005大氣壓的tetrakis(dimethylamido) hafnium(TDMAHf)蒸氣通入上述封閉空間中，之後是步驟(4)，移除腔內的TDMAHf蒸氣。再來是步驟(5)，將0.0005大氣壓的水蒸氣通入上述腔體中，之後是步驟(6)，移除封閉空間內的水蒸氣。再來是步驟(7)，將0.0005大氣壓的三甲基鋁蒸氣通入封閉空間中，之後是步驟(8)，移除腔內的三甲基鋁蒸氣。接著是步驟(9)，將0.0005大氣壓的水蒸氣通入上述腔體中，之後是步驟(10)，移除腔內的水蒸氣。最後，反覆步驟(3)到(10)一千次。此例中蠶絲膜未經過上述製程處理之前的厚度為0.01公分，直徑5公分圓形蠶絲膜。
通常步驟(2)的狀態維持10分鐘，而步驟(3)、步驟(5)、步驟(7)、步驟(9)的狀態各維持五秒。以上關於本發明的方法之過程、步驟，則請酌參圖5，為本發明的另一實施例示意圖。由於限於圖面尺寸，圖5僅以簡稱來命名各步驟，實際上仍需以說明書全部的意義加以判斷。首先是步驟(1)，將發聲元件置入一封閉並充有惰性氣體的空間；接著是步驟(2)，加熱；步驟(3)，通入第一蒸氣；步驟(4)，移除第一蒸氣；步驟(5)，通入第一氧化性氣體；步驟(6)，移除第一氧化性氣體，步驟(7)，通入第二蒸氣；步驟(8)，移除第二蒸氣；步驟(9)，通入第二氧化性氣體；最後是步驟(10)，移除第二氧化性氣體。上述所謂的第一或第二，係指第一次的使用與第二次的使用，或是第一種與第二種，與是否為同一物質無關，因此第一蒸氣與第二蒸氣可以是相同或不同的物質，同理，第一氧化性氣體與第二氧化性氣體也可以是相同或不同的物質。此外，第一、第二氧化性氣體的其中之一或者全體，可以置換為還原性氣體。
經過上述的方法所加以製造的發聲元件，即本例中作為揚聲器振膜的蠶絲膜，在未經本方法處理前，聲速為每秒2975公尺，而經本發明的方法處理後，聲速達到每秒8571公尺。而在音質(figure of merit)方面，未經本方法處理前，音質是0.24 m4
kg-1
sec-1
，而在經本發明的方法處理後，音質是0.93 m4
kg-1
sec-1
。由此可見，本發明確實對聲音的傳送速度頗有助益，使其聲響在空氣中的表現清晰宏亮、而傳送距離也可較遠。
值得注意的是，上述對於揚聲器振膜的加工，有兩次的蒸氣之加入步驟，以及兩次的氧化性氣體的加入步驟。詳言之，在第一次蒸氣的加入與移除後，進行第一次氧化性氣體的加入與移除，而之後再進行第二次蒸氣的加入與移除，以及之後的第二次的氧化性氣體的加入與移除。因此，TDMAHf蒸氣可說是第一蒸氣，即第一次使用到的蒸氣；而三甲基鋁蒸氣是第二蒸氣，即第二次使用到的蒸氣。至於第一次被加入的水蒸氣則是第一氧化性氣體，而第二次被加入的水蒸氣則稱為第二氧化性氣體。此外，各氣體的加入移除之循環亦不限於上述的次序，也可以是先進行第一蒸氣的循環、再進行第二蒸氣的循環、最後再進行一次高活性氣體的循環，且若最後的高活性氣體分為兩種成分，則可以將兩者混合後一起加入並移除、或是分兩次進行循環。亦即，若以圖5而言，就是將步驟(3)與(4)合為一組、步驟(5)與(6)合為一組、步驟(7)與(8)合為一組、步驟(9)與(10)合為一組，則各組的次序可以前後調度，如在步驟(2)之後的次序可以是，步驟(3)、步驟(4)、步驟(7)、步驟(8)、步驟(5)、步驟(6)、步驟(9)、步驟(10)，由此可知，各步驟的編號僅是區別各步驟的內涵不同而已，亦不代表絕對的順序。同理，可以類推其他次序組合，如在步驟(2)之後的次序可以是步驟(3)、步驟(4)、步驟(5)、步驟(6)、步驟(9)、步驟(10)、步驟(7)、步驟(8)。不過，通常步驟次序基本上還是維持本發明的基本步驟，即首先是將一發聲元件置於一封閉空間內，以及在該封閉空間內加入一蒸氣。而步驟(2)也通常在所有有關氣體加入封閉空間內的步驟之前。
綜上所述，本發明即利用蒸氣無孔不入的特性，以及氣體的擴散效應，可以對發聲元件全體進行均勻的滲透，因此本發明的方法具有極高的自再現性與良率。再者，由於氣體的壓力、加熱的溫度、狀態維持的時間、與氣體的量等參數是相當好控制的變量，故而可以精準的控制而達到預期的材料特性(材料密度、彈性模數、傳聲速度、音質等)之改變。此外，本發明所應用的有機物蒸氣與無機物蒸氣的價格十分低廉，且本發明所欲加工的發聲元件又是原本是較低廉的材料，因此本發明所製造的發聲元件的成品價格亦是相當低廉。此外，由於氣體輸送的技術十分成熟簡易，本發明的生產速度可以非常快速。也就是說，透過本發明的方法，可以使得較低價的材料的彈性模數改變成為相近或相等於高價材料的特性。換言之，是透過一特定彈性模數的材料滲透到母材使其彈性模數改變。此外，更透過對母材加熱的方式來改變其密度，使得滲透用的材料保護母材不受熱碎裂。並進而大幅改善發聲元件的聲響品質。且本發明的方法製程簡易、良率高、品質好、成本極低，非常實用對於發聲元件的製造技術、樂器工業、音響工業而言，本發明具有莫大的貢獻。
本發明的製造一發聲元件的方法，爰依法提呈發明專利之申請；本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本發明之揭示而作各種不背離本案發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。
1‧‧‧空間
10‧‧‧出口
11‧‧‧入口
2‧‧‧發聲元件
圖1，為本發明的步驟示意圖；圖2，為本發明的裝置示意圖；圖3，為本發明的實施例步驟示意圖；圖4，為本發明的另一實施例示意圖；以及圖5，為本發明的另一實施例示意圖。
Claims (10)
- 一種製造一發聲元件的方法，包括下列步驟：將該發聲元件置於一特定氣壓下；將該發聲元件於一惰性氣體氣氛內加熱；在該氣氛內加入蒸氣；以及移除該蒸氣。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法，更包括下列步驟：加入氧化性或還原性氣體至該氣氛內，以及移除該氧化性或還原性氣體，而該氧化性氣體是選自水蒸氣、氧氣、雙氧水、臭氧與氧氣電漿中的一種，而該還原性氣體則選自氫氣。
- 如申請專利範圍第2項所述的方法，其中該氧化性或還原性氣體的壓力為0.0001~10大氣壓力。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該特定氣壓為0.0001~10大氣壓力。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該惰性氣體的壓力為0.0001~10大氣壓力。
- 一種製造一發聲元件的方法，包含下列步驟：將該發聲元件置於一空間內；以及於在該空間內加入一蒸氣。
- 如申請專利範圍第6項所述的方法，其中該蒸氣是選自TDMAHf與三甲基鋁中的一種。
- 如申請專利範圍第6項所述的方法，其中該蒸氣的壓力是0.0001~10大氣壓力。
- 如申請專利範圍第6項所述的方法，其中在加入該蒸氣之前，更對該發聲元件加熱，且加熱最適溫度是攝氏一百五十度。
- 如申請專利範圍第9項所述的方法，其中該發聲元件的加熱步驟是在一惰性氣體的氣氛內進行。
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Citations (2)
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| EP1188530A2 (en) * | 2000-09-14 | 2002-03-20 | Sony Corporation | Method for improving elastic modulus of biodegradable resin composition |
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-
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- 2010-08-30 TW TW99129167A patent/TWI395199B/zh not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Jeremy Norman, "The Effect of Decay Fungi on Wood Used in the Production of Violins", Jeremy Norman's From Cave Paintings to the Internet, June 28, 2008, http://www.historyofinformation.com/expanded.php?id=2753 * |
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