臺灣博碩士論文加值系統

本文研究是從電腦輔助工程系統(CAD/CAE)思考的角度，整合技術應用於頭戴式耳機之夾持力設計，其目的為提升頭戴式耳機產品設計效率，在最短的時間內掌握關鍵物理特性與設計方向，降低失敗風險與減低實體原型成本，提供設計開發前後階段之修正夾持力設計條件。
本文研究共分三階段。第一階段驗證「對稱式」與「非對稱式」之量測方式和有限元素模擬分析之關係進行比對，觀察結果發現「對稱式」量測方式與有限元素模擬分析比對結果相對誤差值較小，且該量測方式與實際材料受力情況特性十分符合夾持力測試之設計需求。建議「對稱式」量測方式可做為此類型研究量測方法。第二階段透過市售頭戴式耳機產品個案的設計程序作為範疇與研究探討。針對耳機穿戴使用時影響其舒適性之夾持力進行敏感度較高的簡化特徵條件進行實物量測，再輔以三維模型電腦輔助軟體（Pro/ENGINEER）建構幾何模型再應用於有限元素法（Finite element analysis）進行模擬分析計算，快速取得模擬分析數值並與實際測量數值進行比對，修正模擬頭戴式耳機夾持力之各項外型設計參數與探討觀察材料幾何邊界條件並預測其材料與幾何變形之「線性」和「非線性」反應情況。
本文研究所完成電腦輔助工程分析步驟，希冀可提供作為往後類似新產品開發之建議，其目的提升設計效率並在設計初期可以快速取得量化數據。第三階段主要針對影響耳機夾持力敏感度高之關鍵簡化特徵頭鋼帶零件進行各項進行探討藉由有限元素模擬分析，快速調整彈性頭鋼帶材質與外型參數如截面積、幾何形狀等。此階段研究結果可提供工程師在設計過程中修改調整夾持力時判斷修改條件之依據。

For the improvement of headphone design process, the numerical analysis of headband clamping force is an efficient tool. In this research, an innovative design methodology is proposed to accelerate the design flow, predict the physical characteristics of headband and reduce the development cost.
There are three parts in this research. At first part, two kinds of measurement conditions are tested for comparing the accuracy of finite element (FEM) analysis. In symmetric condition, the clamping force is loaded at both sides and at one side for non-symmetric condition. From the results, symmetric measurement is more precise than non-symmetric one. The symmetric one is chosen for later study. Secondly, some headphone products on market are analyzed in order to find the key parameters of headband clamping force. The simulation model were created by CAD (Pro/ENGINEER) and analyzed by FEM analysis. In our study, the simplified characteristic model can be extracted to analyze the headphone clamping force which is related with wearing comfort, also to simulate the linear and non-linear deformation of material. From previous study, stainless band in the headphone is the key part to dominate the clamping force. By the use of simulation methodology developed from this research, engineers can tune the clamping force from cross section, shape, material of stainless band in efficiency.
In conclusion, the design methodology and FEM simulation flow proposed in this research is helpful for engineer to adjust the clamping force efficiently and precisely.

目錄
第一章緒論
1.1 前言
1.2 研究目的與動機
1.3 組織與章節
第二章文獻探討 研究理論
2.1 耳機發展簡史
2.2 耳機分類簡介
2.3 人體計測相關文獻探討
2.3.1 人體頭部計測
2.3.2 人體耳部計測
2.4 頭戴式耳機零組件介紹
2.5 頭戴式耳機設計之人因尺寸
第三章耳機夾持力測量設備與方法
3.1量測設備系統
3.2 量測範圍條件與方法
3.2.1 非對稱式量測方式
3.2.2 對稱式量測方式
3.3 量測結果與建議
3.4 十款市售耳機夾持力測量結果
3.5 章節小結
第四章個案研究流程、方法與結果
4.1 研究範圍與限制
4.2 個案量測條件與方法
4.3 個案量測結果
4.4 三維實體模型建構
4.5 有限元素分析模擬
4.5.1 輸入各項材料性質
4.5.2 模型網格建立
4.5.3 邊界條件設定
4.5.4 接觸面之設定
4.5.5 結果顯示設定
4.6 分析結果
4.6.1 頭鋼帶零件
4.6.2 支架組件-閉合條件( Fully Closed)
4.6.3 支架組件-全開條件( Fully Open)
4.6.4 比對模擬數值與實際量測結果
4.7 章節小結
第五章分析探討
5.1 頭鋼帶零件材質選擇
5.2 頭鋼帶截面積設計選擇
5.3 頭鋼帶幾何形狀開口寬度設計
5.4 減弱挾持力(增加孔洞)
5.5 增加挾持力(增加肋結構)
5.6 章節小結
第六章結論與未來展望
6.1 結論
6.2 未來研究之建議

圖目錄
圖一、2009年羅技公司所發行頭戴式耳機
圖二、影響耳機舒適性三元素
圖三、研究組織架構圖
圖四、早期耳機
圖五、Beyer dynamic DT48耳機
圖六、Koss立體聲耳機
圖七、耳機發展簡史
圖八、頭戴式耳機分類
圖九、耳塞式耳機分類
圖十、掛耳式耳機分類
圖十一、頭部與耳部二維尺寸關係
圖十二、外耳二維尺寸(單位：mm)
圖十三、頭戴式耳機零組件示意圖
圖十四、耳機設計頭部與耳部尺寸關係圖（單位：mm）
圖十五、頭帶組件設計尺寸關係圖（單位：mm）
圖十六、耳罩軟墊設計尺寸關係圖(單位：mm)
圖十七、耳機與人因設計尺寸關係示意圖
圖十八、頭鋼帶零件拉伸尺寸說明圖
圖十九、非對稱式夾持力測試機台示意圖
圖二十、對稱式夾持力測試機台示意圖
圖二十一、「非對稱式」量測結果差異示意圖
圖二十二、實際量測與模擬分析比對結果曲線圖
圖二十三、耳機夾持力量測實際情況
圖二十四、耳罩式量測結果曲線圖
圖二十五、貼耳式量測結果曲線圖
圖二十六、研究流程圖
圖二十七、假設簡化示意圖
圖二十八、假設簡化量測位置示意圖
圖二十九、實物測試樣品
圖三十、各部件量測與分析尺寸範圍
圖三十一、受測零組件固定於夾緊力測試台上的情形
圖三十二、個案假設簡化零組件量測結果曲線
圖三十三、頭鋼帶零件三維實體模型之示意圖
圖三十四、支架組件三維實體模型之示意圖
圖三十五、模型網格化示意圖
圖三十六、邊界條件示意圖
圖三十七、設定接觸面條件
圖三十八、簡化條件模擬條件示意圖
圖三十九、頭鋼帶零件實際量測與模擬分析結果
圖四十、支架組件-閉合條件實際量測與模擬分析結果
圖四十一、實際組裝間隙說明示意圖
圖四十二、支架組件-全開條件實際量測與模擬分析結果
圖四十三、模擬分析與實際量測結果
圖四十四、頭鋼帶零件成型製程.
圖四十五、不同硬度實際量測曲線
圖四十六、頭鋼帶截面積之寬度與厚度關係示意圖
圖四十七、模擬不同寬度非線性曲線
圖四十八、模擬不同厚度非線性曲線
圖四十九、頭鋼帶幾何形狀不同開口寬度示意圖
圖五十、不同開口寬度模擬夾持力曲線
圖五十一、頭鋼帶孔洞設計示意圖
圖五十二、模擬頭鋼帶孔洞夾持力曲線
圖五十三、頭鋼帶肋結構設計示意圖
圖五十四、模擬頭鋼帶肋結構夾持力曲線

表目錄
表一、選擇耳機時最注重哪一項條件調查
表二、耳機發展簡史
表三、國際電信聯盟標準佩帶方式定義
表四、各國靜態二維頭部尺寸（單位：mm）
表五、國人靜態二維頭部尺寸（單位：mm）
表六、國人靜態二維頭部尺寸百分位數
表七、頭戴式耳機零組件功能
表八、頭戴式耳機次零組件
表九、比對量測結果與材料變形情況
表十、耳罩式量測結果
表十一、貼耳式量測結果
表十二、十款市售耳機夾持力量平均值
表十三、個案假設簡化零組件量測結果
表十四、個案之材質物性表
表十五、簡化特徵產生效益
表十六、不銹鋼材質機械性質表

中文部分
(1) 李定穎，2004，＂應用虛擬產品發展技術於晶圓保持件之整合設計＂，朝陽科技大學設計研究所碩士論文。
(2) 曾竣懋，2010，＂頭戴式耳機之配戴舒適性探討與實務設計＂，台灣科技大學設計研究所碩士論文。
(3) 黃宗正，2000，＂防音防護具舒適性能評估研究＂，元智大學機械工程研究所碩士論文。
(4) 陳偉仁，2006)，＂耳掛式耳機之人因分析研究＂，大同大學工業設計研究所碩士論文。
(5) 劉晉，2001，《如何進入CAE 的世界》，電腦繪圖與設計雜誌162期， 頁26-34。
(6) 謝忠祐、蔡國銘、陳明義、林佩儒、林一嘉等著，2010，《ANSYS V12影音教學範例》，全華圖書。
(7) 陳昭昌譯，Rao, S. S.著, 1989，《有限元素法-工程上之應用》，復文書局。
(8) 李輝煌，2005，《ANSYS工程分析基礎與觀念》，國立圖書有有限公司。
(9) 楊怡祥、楊怡和等譯，Nomura、Hiraide、Fumihisa trans.等著，1987，《耳科學圖譜:形態圖解及計測值》，合記圖書。
(10) 行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所，1995，《勞工頭型模式之研究》，行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所。
英文部分
(11) Liu, B. S., 2008,＂Incorporating anthropometry into design of ear-related products＂. Applied Ergonomics, pp.115-121.
(12) Foreshaw, S. E., 1966,＂The significance of variances in the real-ear sensitivity of a circum-aural earphone＂.Sound Vibration, pp.45-50.
(13) Delany, M. E., 1964,＂The acoustical impedance of human ears＂.Sound vibration, pp.455-467.
參考文獻網站
(14) koss 簡介
http://www.koss.com
(15) beyerdynamic 簡介
http://www.beyerdynamic.hk/about.html
http://blog.xuite.net/piacarrot2/blog/29938178
(16) 行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所
http://www.iosh.gov.tw/
(17) 國際電信聯盟
http://www.itu.int/en/pages/default.aspx
(18) Ansys
http://www.ansys.com/
(19) ヘッドフォン近代博物館 (耳機近代博物館)
http://20cheaddatebase.web.fc2.com/index.html
(20) Logitech官方網站ClearChat™ PC Wireless
http://www.logitech.com/en-us/webcam-communications/internet-headsets-phones/devices/4226
(21) 波仕特線上市調網站
http://www.pollster.com.tw/AboutPollster/VoteResult.aspx?ID=1906
(22) 資策會2008/10/29 MIC 研究報告
http://mic.iii.org.tw/aisp/pressroom/press01_pop.asp?sno=501&cred=2008/10/29&type1=1
(23) 關於耳機簡介
http://www.wretch.cc/blog/ichiro892321/12116844
http://www.randomhistory.com/2008/08/20_headphones.html
(24) 關於耳機發明
http://www.brighthub.com/computing/hardware/articles/31558.aspx?image=11714
(25) 關於耳機種類
http://www.andaudio.com/
http://zh.wikipedia.org/zh/%E8%80%B3%E6%A9%9F
(26) 唐榮鐵工廠全球資訊網
http://www.tangeng.com.tw/