扬声模块及穿戴式装置的制作方法

1.本发明涉及一种扬声模块，且特别是涉及一种适用于配置在穿戴式装置上的扬声模块。


背景技术：

2.目前穿戴式装置的声音聆听方式以耳机或微型喇叭为主。由于每个人的喜好与身体结构等因素，导致配戴穿戴式装置的位子有所差异。然而，目前的喇叭并无法更好的帮助配戴的变异性。无论是入耳式或耳罩式的耳机，当配戴上耳机时会产生与外界隔离的不安全感，且因为耳机贴附耳朵使得配戴时间长会产生不舒适感。另一方面，耳机发声元件贴附在左耳及右耳上时，为了有3d环绕的效果，必须通过许多空间特效的模拟。但是，每次声音抵达耳朵时因声音的传递没有方向性导致使用者无法分辨声音的来源。此外，也会因为非个人化的空间特效导致效果不佳，或是配戴位置并非每次都相同造成的差异等等的因素，导致佩戴耳机的效果不稳定。
3.另外，目前市场上主流的微型喇叭为了方便整合在装置中使得驱动元件较小，导致声音的频宽、音量与方向性也难以全面与真实。主流的头戴式显示装置(head mount display,hmd)搭配一对扬声器或者多颗扬声器，多为传统封闭式音箱设计并且无指向功能，降低真实感，也缺乏封闭式耳机的隐私性，以及会有明显的左右声道相互干扰等现象。


技术实现要素：

4.本发明提供一种扬声模块，其所输出声音的总和具有指向性。
5.本发明提供一种穿戴式装置，其扬声模块所输出声音的总和具有指向性。
6.本发明的扬声模块适于配置在穿戴式装置上，扬声模块包括至少一个驱动单元以及壳体。驱动单元用于产生声音。壳体容纳驱动单元，并具有前腔室与后腔室，其中前腔室与后腔室分别位于驱动单元的相对两侧。壳体具有前开口、第一后开口及第二后开口。前开口与前腔室相连通。第一后开口及第二后开口个别与后腔室相连通。前开口、第一后开口以及第二后开口所输出的声音的总和具有指向性。
7.本发明的穿戴式装置包括框架以及至少一个扬声模块。扬声模块包括至少一个驱动单元以及壳体。驱动单元用于产生声音。壳体容纳驱动单元，并具有前腔室与后腔室，其中前腔室与后腔室分别位于驱动单元的相对两侧。壳体具有前开口、第一后开口及第二后开口。前开口与前腔室相连通。第一后开口及第二后开口个别与后腔室相连通。且前开口、第一后开口以及第二后开口所输出的声音的总和具有指向性。
8.本发明的一种扬声模块，适于配置在穿戴式装置上。扬声模块包括两个驱动单元以及壳体。两个驱动单元用于产生声音。壳体容纳两个驱动单元，并具有前腔室与后腔室，其中前腔室与后腔室分别位于两个驱动单元的相对两侧。壳体具有前开口、第一后开口及第二后开口。前开口与前腔室相连通。第一后开口及第二后开口个别与后腔室相连通。前开口、第一后开口以及第二后开口所输出的声音的总和具有指向性。壳体还包括前盖、后盖以
及分隔板。分隔板位于前盖与后盖之间，其中分隔板与前盖构成前腔室。分隔板与后盖构成后腔室。分隔板具有两个槽孔。两个驱动单元分别设置在两个槽孔内。
9.基于上述，在本发明中，扬声模块所输出的声音的总和具有指向性，可以降低使用者的配戴变异及人体的结构差异所造成的偏差。此外，所述指向性更可隔绝语音，让外面不易听清楚扬声模块所输出的语音内容，创造更加隐私的使用情境，也让使用者有更真实的聆听体验以及更舒适的使用感受。
附图说明
10.包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
11.图1a是依照本发明的一实施例的扬声模块的分解图；
12.图1b是图1a的扬声模块的剖视图；
13.图2是图1a的扬声模块的剖视图；
14.图3a是图1a的扬声模块组合后的前视图；
15.图3b是本发明的另一实施例的扬声模块的前视图；
16.图4a是图2的扬声模块的声音总和的方向与聆听角度的夹角范围的示意图；
17.图4b是图4a的扬声模块所产生的声压场的示意图；
18.图5a是本发明的一实施例的一种穿戴式装置的示意图；
19.图5b是图5a的穿戴式装置的俯视示意图；
20.图5c是图5a的穿戴式装置的局部放大图；
21.图5d是本发明的另一实施例的一种穿戴式装置的示意图；
22.图5e是本发明的另一实施例的一种穿戴式装置的示意图；
23.图6a是具有相关的扬声模块的穿戴式装置输出声音的示意图；
24.图6b是图5a的穿戴式装置输出声音的示意图；
25.图7a是相关的扬声模块输出声音时的声场分布；
26.图7b是图1a的扬声模块输出声音时的声场分布；
27.图7c是图1a的扬声模块在使用者耳朵高度的水平面的示意图；
28.图7d是图7c的参考面上的声场分布图；
29.图8a是具有相关的扬声模块的穿戴式装置的声场包覆示意图；
30.图8b是图5a的穿戴式装置的声场包覆示意图；
31.图9a是相关的扬声模块的剖视图；
32.图9b是图9a的扬声模块所得到的声压位准图；
33.图10a是图1a的扬声模块的剖视图；
34.图10b是图10a的扬声模块所得到的声压位准图；
35.图11a为本发明的另一实施例的扬声模块的剖面图；
36.图11b是图11a的扬声模块所得到的声压位准图；
37.图12a至图12c是本发明另一实施例的扬声模块以及其声音总和的方向的示意图。
38.附图标号说明
39.10、20、30、40:穿戴式装置；
40.11、21、31、41:框架；
41.12、32:显示单元；
42.100、200、300、400、500:扬声模块；
43.110、310、410、510:壳体；
44.110a、310a、510a、510b:前开口；
45.110b、210b、310b:第一后开口；
46.110c、310c:第二后开口；
47.111、411、511:前盖；
48.111a、112a:内表面；
49.111b:凸面；
50.112、512:后盖；
51.113:分隔板；
52.113a:槽孔；
53.114、514:前腔室；
54.115、515:后腔室；
55.120、420、520:驱动单元；
56.121:前面；
57.122:背面；
58.123:承靠面；
59.210b1:次开口；
60.510c、510d、510e:后开口；
61.a:轴线；
62.a、a1、a2、a3:反向向量；
63.a’、a1’、a2’、a3’n:法向量；
64.b1:第一向量；
65.b2:第二向量；
66.b51、b52、b53、b54、b55、b56:向量；
67.cl:连线；
68.c1:第一形心；
69.c2:第二形心；
70.c3:第三形心；
71.d、d3:方向；
72.d1:第一方向；
73.d2:第二方向；
74.l1、l2:长度；
75.w1、w2:宽度；
76.h:间隔；
77.r1、r2:正向声波；
78.r3:反向声波；
79.s1:第一斜面；
80.s2:第二斜面。
具体实施方式
81.现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
82.请参考图1a以及图1b，在本实施例中，扬声模块100具有壳体110以及至少一个驱动单元120。驱动单元120设置在壳体110内。壳体110具有前盖111、后盖112以及设置在前盖111与后盖112之间的分隔板113。分隔板113具有至少一个槽孔113a。分隔板113与前盖111构成前腔室114。分隔板113与后盖112构成后腔室115。在本实施例中，驱动单元120与槽孔113a的数量都为两个。在其他实施例中，驱动单元与槽孔的数量也可以是一个或三个以上，只要槽孔的数量与驱动单元的数量相同，但不以此为限。
83.承上述，壳体110还具有前开口110a、第一后开口110b与第二后开口110c。前开口110a与前腔室114相连通，而第一后开口110b及第二后开口110c个别与后腔室115相连通。驱动单元120具有相对的前面121与背面122。前面121面对前盖111。背面122面对后盖112。前面121所传递出的声波由前开口110a输出。背面122所传递出的声波由第一后开口110b以及第二后开口110c输出。也就是说，驱动单元120设置在前腔室114与后腔室115之间，并且前腔室114与后腔室115彼此不连通。
84.请参考图2，扬声模块100的声音总和的方向d由前开口110a、第一后开口110b以及第二后开口110c所形成的向量所形成。详细地说，前开口110a与第一后开口110b之间的连线形成指向前开口110a的第一向量b1。前开口110a与第二后开口110c之间的连线形成指向前开口110a的第二向量b2。第一前开口110b与第二后开口110c之间的连线形成指向第二后开口110c的第三向量，其中第三向量具有远离驱动单元120的法向量a’。所述法向量a’具有指向驱动单元120的反向向量a。第一向量b1、第二向量b2以及反向向量a相加形成声音总和的方向d。当前开口110a、第一后开口110b以及第二后开口110c的尺寸都相同时，声音总和的方向d为d＝a b1 b2。当前开口110a、第一后开口110b以及第二后开口110c的尺寸不同时，则给予适当的加权，此时声音总和的方向d为d＝w1a w2b1 w3b2，其中w1、w2以及w3为加权系数。
85.举例来说，向量也可以是由各开口的形心所形成。前开口110a所围成的平面具有第一形心c1。第一后开口110b所围成的平面具有第二形心c2。第二后开口110c所围成的平面具有第三形心c3。第一形心c1与第二形心c2形成往第一形心c1方向的第一向量b1。第一形心c1与第三形心c3形成往第一形心c1方向的第二向量b2。第二形心c2与第三形心c3形成往第三形心c3方向的第三向量。第三向量具有远离第一形心c1的法向量a’。所述法向量a’具有指向第一形心c1的反向向量a。第一向量b1、第二向量b2以及反向向量a为单位向量。第一向量b1、第二向量b2以及反向向量a相加形成声音总和的方向d。
86.请参考图12a至图12c，扬声模块500与扬声模块100大致相同。两者差别在于，扬声模块500的前开口数量以及后开口数量与扬声模块100不同。在本实施例中，扬声模块500的壳体510具有两个前开口510a、510b以及三个后开口510c、510d、510e。前盖511与驱动单元520形成前腔室514，且后盖512与驱动单元520形成后腔室515。两个前开口510a、510b分别
与前腔室514连通。三个后开口510c、510d、510e分别与后腔室515连通。
87.详细地说，前开口510a与每个后开口510c、510d、510e的连线具有指向前开口510a的向量b51、b52、b53。前开口510b与每个后开口510c、510d、510e的连线具有指向前开口510b的向量b54、b55、b56。另一方面，任两个后开口的连线具有法向量a1’、a2’、a3’。每个法向量a1’、a2’、a3’具有指向驱动单元520的反向向量a1、a2、a3。向量b51、b52、b53以及反向向量a1、a2、a3的向量总和形成第一方向d1。向量b54、b55、b56以及反向向量a1、a2、a3的向量总和形成第二方向d2。在前开口510a与前开口510b的开口连线上，第一方向d1与第二方向d2相加形成声音总和的方向d3。也就是说，在不同数量的前开口以及后开口中，声音总和仍具有方向性。
88.请再参考图2，另一方面，由前开口110a所构成的平面具有远离驱动单元120的法向量n。所述法向量n垂直于由前开口110a所构成的平面。驱动单元120具有垂直于前面121的轴线a。所述轴线a与所述法向量n构成几何平面。在所述的几何平面上，轴线a与法向量n之间的夹角小于90度。也就是说，由前开口110a所构成的平面与轴线a彼此没有垂直，并且前开口110a与前面121彼此没有平行。
89.请参考图3a，在本实施例中，第一后开口110b为单一开口。此外，请参考图3b，在另一实施例中，扬声模块200与图3a的扬声模块100大致相同。两者差别在于，扬声模块200的第一后开口210b包括两个次开口210b1。在本发明中，每个开口都具有有效长度。有效长度为当开口之间没有间隔时，则有效长度为开口的长度加上两倍的开口的宽度。当开口之间具有间隔，但间隔小于相邻两边最小开口的长度的一半或小于开口的宽度，则在计算有效长度时可忽略结构间隔。在图3b的实施例中，由于两个次开口210b1之间的间隔h小于相邻两边最小开口的长度l2的一半，两个次开口210b之间的间隔h可以忽略。也就是说，图3a的第一后开口110b的长度l1与图3b的第一后开口210b的长度l2相同，且第一后开口110b的宽度w1与第一后开口210b的宽度w2相同。因此，图3a的第一后开口110b的有效长度与图3b的第一后开口210b的有效长度相同。此外，类似于图3a的第一后开口210b可改变为图3b的第一后开口210b的次开口的配置及有效长度的设定，图3a的前开口110a及第二后开口110c也可具有类似的次开口的配置以及有效长度的设定。
90.承上述，在图3b的实施例中，扬声模块100的前开口110a、第一后开口110b以及第二后开口110c的有效长度大致相同。详细地说，扬声模块100的声音总和的方向d与开口的尺寸和形状相关。当前开口110a、第一后开口110b以及第二后开口113a的尺寸或形状不同时，可以具有最小有效长度的开口为主，并以此推导出扬声模块100的声音总和的方向d。
91.请参考图4a及图4b，第一前开口110a(例如是第一前开口110a的第一形心c1)与人体耳朵参考点(ear reference point,erp)之间具有连线cl。扬声模块100所输出的声音总和的方向d在连线cl的正负30度以内。也就是说，扬声模块100的聆听范围缩小，可以使外界不易听清楚扬声模块100所输出的声音。
92.请参考图5a至图5c，扬声模块100适于配置在穿戴式装置10上。所述穿戴式装置10包括头戴式显示装置(head mount display,hmd)，其可包括框架11、显示单元12以及设置在框架11内的一对扬声模块100。前开口110a、第一后开口110b以及第二后开口110c整合在框架11上，意即由框架11的一部分构成壳体110。在本实施例中，这对扬声模块100可分别设置在框架11的左右两侧且分别靠近使用者的一对耳朵。各扬声模块100的前开口110a以及
第一后开口110b朝向使用者的头部，并分别相对于水平面分别为朝上45度以及朝下45度，此可达到声音总和的方向d的最佳化。
93.请参考图5d，在另一实施例中，穿戴式装置20可包括框架21及扬声模块100。扬声模块100可拆卸地配置在框架21上。穿戴式装置20例如是耳挂式装置。
94.请参考图5e，在另一实施例中，穿戴式装置30也可以具有三个以上的扬声模块100。这些扬声模块100组装到具有环绕喇叭摆位的穿戴式装置30上，并搭配调整扬声模块100的角度提升环绕声场的效果。在其他未绘示的实施例中，依照所设定的框架形式，穿戴式装置也可以是喇叭环绕式聆听装置、夹头式装置、颈挂式装置、肩挂式装置、夹脸式装置等。扬声模块的数量可以是一个或一个以上，但不以此为限。
95.请参考图6a，一般而言，穿戴式装置40上会具有两个扬声模块400，并且设置在穿戴式装置40的框架41上的左右两侧。由于相关的扬声模块400仅具有单一开口，当左边的扬声模块400输出声音后产生正向声波r1并往周围扩散，进而传递到使用者的右耳，产生干扰现象。
96.然而，请参考图6b，图5a的各扬声模块100具有前开口110a、第一后开口110b以及第二后开口110c。前开口110a以及第一后开口110b设置在穿戴式装置10的内侧并以特定的角度朝向使用者头部的方向，使得左侧扬声模块100所输出的声音具有正向声波r2以及与正向声波r2相反向位的反向声波r3。正向声波r2由前开口110a输出。反向声波r3由第一后开口110b输出。当反向声波r3与正向声波r2绕过使用者的头部而传递至右耳，因其传递的距离相近且声波仍然维持相反相位，使反向声波r3与正向声波r2在使用者的右耳交会时会互相抵消。降低右耳受到左侧扬声模块所输出的声音而产生的干扰现象。同理，右侧扬声模块100的声波传递至左耳时也会相互抵消，降低左耳受到右侧扬声模块100所输出的声音而产生的干扰现象。
97.请再参考图6a，由于相关的扬声模块400所输出的声音的总和不具有指向性，因此相关的扬声模块400所输出的声音的声场分布会以扬声模块为中心的向外扩散，形成以扬声模块400为中心的同心圆，如图7a所示。也就是说，相关的扬声模块400所输出的声音不会指向耳朵。
98.请参考图6b，由于扬声模块100所输出的声音的总和具有指向性，并且是往使用者的耳朵参考点的方向输出，因此扬声模块100所输出的声音的声场分布呈现心形并朝向使用者的耳朵，如图7b、图7c及图7d所示。图7b是图1a的扬声模块100的声场分布图。图7c是扬声模块100在使用者耳朵水平高度的示意图。
99.请参考图8a及图8b，在使用者配戴穿戴式装置10时，会因为习惯的不同导致配戴位置上的差异。图8a与图8b中的斜线区域为声场在不同配戴位置的重叠区域。由于图6a的相关的扬声模块400所输出的声音不具备指向性，因此，在不同的配戴位置上声场的重叠区域不会包覆使用者的耳朵。此会导致声音的品质下降。然而，由于图6b的扬声模块100所输出的声音的总和具有指向性，并且指向使用者的耳朵。即使配戴穿戴式装置100的位置不同，仍然可以尽量维持声场区域包覆使用者的耳朵，以维持声音的品质。
100.请参考图9a，由于相关的扬声模块400的壳体410的内侧为平面并且与驱动单元420的前面平行，不具有共振效果。因此，扬声模块400在中高频的峰值约在3khz左右，如图9b所示。
101.请参考图10a，扬声模块100的前盖111的内表面111a具有凸面111b。所述的凸面111b朝向驱动单元120的前面121，可增加前腔室114的共振峰值，并增加扬声模块100的中高频频率。详细地说，凸面111b具有第一斜面s1以及第二斜面s2。第一斜面s1与驱动单元120的承靠面123平行，且第一斜面s1与第二斜面s2之间的夹角为20
°
。另一方面，第二后开口110c与驱动元件120的背面122对齐，且后盖112的内表面112a与驱动元件120之间的距离在1mm之内，可以提高中高频的峰值至5khz以上。另外，第一斜面s1与第二斜面s2之间的夹角也可以是大于20
°
或小于20
°
，只要第一斜面s1与第二斜面s2之间的夹角在0
°
至45
°
之间，都可以增加共振峰值，提高中高频的频率。
102.请参考图11a与图11b，扬声模块300与扬声模块100大致相同。两者差别在于，扬声模块300的壳体310与扬声模块100的壳体110不同。在本实施例中，扬声模块300的壳体310为网状薄壳，并且在前开口310a、第一后开口310b以及第二后开口310c上使用开孔率较高的网格。因此，可以保持扬声模块300所输出的声音的总和所具有的指向性，并且可以提高共振峰值至8khz以上。
103.综上所述，在本发明中，扬声模块所输出的声音的总和具有指向性，可以降低使用者的配戴变异及人体的结构差异所造成的偏差此外，所述指向性更可隔绝语音，让外面不易听清楚扬声模块所输出的语音内容，创造更加隐私的使用情境，也让使用者有更真实的聆听体验以及更舒适的使用感受。