CN102422650B - 扬声器单元 - Google Patents

Abstract

本发明实现了一种利用数字声音信号直接驱动低密度、轻量且具有充分的刚性的振动膜、能够无损耗地向碳质声音振动膜传递音圈的振动的扬声器单元。该数字扬声器单元具有：扬声器主体(14)，其具有碳质声音振动膜(25)；Δ∑调制器(11)及温度计码转换器(12)，其用于将从数字声源(10)供给的多值位的数字声音信号转换为所需位的数字信号；多个音圈(24)，其与数字信号的位数对应地设有多个并用于分别使上述碳质声音振动膜(25)振动；驱动电路(13)，其用于根据数字信号单独驱动各音圈(24)。

Description

扬声器单元

技术领域

本发明涉及一种声音再现用的扬声器单元，特别是涉及一种利用数字声音信号直接进行驱动的扬声器单元。 

背景技术

以往，开发有将数字声音信号不转换为模拟信号而直接供给到扬声器并进行再现的数字扬声器(例如，参照专利文献1)。专利文献1所述的数字扬声器是对卷绕在音圈绕线筒上的多个音圈中的每一个音圈进行加权以产生与数字信号的各位对应的驱动力，按照数字信号的各2位中的二个值切换施加到各音圈上的恒定电压的极性，从而按照二个值设定在音圈中流通的电流的方向。采用该结构，能够以与数字信号的量化对应的比率产生驱动力。 

另外，提出了将根据数字信号生成高质量的模拟信号的数模转换装置应用于数字扬声器的驱动装置、实现了再现声音质量改善与电路规模缩小的扬声器单元(例如，参照专利文献2)。专利文献2所述的扬声器单元利用格式器(formatter)将Δ∑调制器的n位输出转换为温度计码，利用后置过滤器进行失配整形(Mismatch Shaping)处理，将其输出输入到缓冲电路，利用从缓冲电路输出的数字信号控制线圈而增减磁场的强度(参照0063段、0078段)。 

另一方面，用于各种音响设备、视频设备、便携式电话等可移动设备等中的扬声器的振动膜要求具有能够在较大范围的频带、特别是高音域中能够忠实地再现清楚的声音的特性。因此，为了使振动膜具有充分的刚性而要求振动膜的材质的弹性 模量较高，为了使振动膜轻量化而要求振动膜的材质的密度较低，要求振动膜的材质具有这样的乍一看相反的特性。特别是，对于近年来备受关注的数字扬声器用的振动膜而言，根据对振动响应性的要求，强烈要求具有这些特性。 

专利文献1：日本特开平4-326291号公报 

专利文献2：国际公开第2007/135928号文本 

发明内容

因而，本发明的目的在于提供一种利用数字声音信号直接对低密度、轻量且具有充分的刚性的振动膜进行驱动的、能够无损耗地向碳质声音振动膜传递音圈的振动的、实现了良好的声音特性的扬声器单元。 

本发明的扬声器单元的特征在于，该扬声器单元具有：碳质声音振动膜；音圈，其呈筒状卷绕导电性线而成并以一个开口端部与上述碳质声音振动膜直接抵接的状态被固定；磁通产生部件，其用于产生沿径向贯穿筒状的上述音圈的磁通；驱动部件，其用于向上述音圈供给与声音信号对应的驱动电流。 

采用该结构，由于是音圈的一端部与碳质声音振动膜直接抵接的构造，因此与声音信号对应地在音圈上被激发的振动无损耗地传递到碳质声音振动膜。由于高效地将音圈的振动传递到碳质声音振动膜，因此能够实现能够输出忠实地再现了声音信号的声音的扬声器。 

另外，根据上述扬声器单元，本发明的特征在于，上述音圈由与数字信号的位数对应的多个单位音圈构成，使上述多个单位音圈的直径尺寸不同，将小径的单位音圈依次插入大径的音圈而构成上述音圈，上述驱动部件根据数字信号的各位值单独驱动上述各单位音圈。 

采用该结构，由于利用数字信号直接驱动具有碳质声音振动膜的扬声器主体，因此利用低密度、轻量且具有充分的刚性的碳质声音振动膜的特性能够实现良好的声音特性。 

另外，根据上述扬声器单元，本发明的特征在于，上述各单位音圈是由被加工为截面长圆状的导电性线以沿与音圈径向正交的方向相邻的相邻线之间在该线截面的长轴方向上紧密接触的方式卷绕成筒状而成的。 

采用该结构，即使在沿径向多层层叠了多个单位音圈的情况下也能够抑制音圈整体的在音圈径向上的音圈厚度(1层或多层)，能够缩小配置音圈的间隙以使磁通穿过音圈，能够减少磁损失。 

另外，根据上述扬声器单元，本发明的特征在于，上述各单位音圈是由被加工为截面长圆状的导电性线以沿与音圈径向正交的方向相邻的相邻线之间在该线截面的短轴方向上紧密接触的方式卷绕成筒状而成的。 

采用该结构，由于构成单位音圈的导电性线的相邻线之间在该线截面的短轴方向上紧密接触，因此能够进一步抑制向碳质声音振动膜传递在音圈上被激发的振动时的损耗。 

另外，根据上述扬声器单元，本发明的特征在于，上述碳质声音振动膜具有固定有上述音圈的开口端部的第1主面和位于与该第1主面相反侧的第2主面，上述音圈的上述开口端部的最外周位置配置在比振动膜外周缘部向内侧偏移的位置，在上述第2主面上，在振动膜外周缘部的与上述音圈的开口端部的固定位置不重合的部分固定有支承构件的一端部，该支承构件用于以使该碳质声音振动膜能振动自如地的方式支承该碳质声音振动膜。 

采用该结构，由于在振动膜外周缘部的与音圈固定位置不 重合的部分固定有用于以使该碳质声音振动膜能振动自如地的方式支承该碳质声音振动膜的支承构件的一端部，因此能够避免支承构件直接吸收音圈施加给碳质声音振动膜的振动而令碳质声音振动膜难以弯曲的不良情况，能够将碳质声音振动膜的振动特性的劣化抑制到最小程度。 

另外，根据上述扬声器单元，本发明的特征在于，上述磁通产生部件具有：磁轭，其具有与上述音圈的固定在上述碳质声音振动膜上的外周面相对的端部；中心构件，其从上述音圈的另一个开口端部插入音圈内部并在该中心构件与上述磁轭的同该中心构件相对的端部之间形成间隙；永磁铁，其设置在上述中心构件与上述磁轭之间并使靠上述中心构件的一侧为一个磁极、使靠上述磁轭侧的一为另一个磁极；上述碳质声音振动膜具有固定有上述音圈的开口端部的第1主面、位于与该第1主面相反侧的第2主面、形成在上述第1主面上的用于固定上述音圈的开口端部的固定位置的凸部，上述凸部具有使上述音圈的中心部位于上述磁轭的端部与上述中心构件之间的间隙位置的高度。 

采用该结构，通过配置为使音圈的中心部位于间隙位置，而使横穿音圈的磁通量达到最大，通过向音圈流入电流，产生了最大的应力。即，能够最有效地使碳质声音振动膜振动。 

在上述扬声器单元中，优选使与上述各单位音圈相连接的引出线的引出位置均匀地分散在上述碳质声音振动膜外周。在从单位音圈引出的引出线的张力对碳质声音振动膜的振动特性带来较大影响时，通过使引出线的引出位置均匀地分散在上述碳质声音振动膜外周上，能够实现不使碳质声音振动膜的振动特性劣化的引出构造。 

另外，根据上述扬声器单元，本发明的特征在于，上述驱 动部件具有用于对从数字声源供给的多值位的数字声音信号进行Δ∑调制的Δ∑调制器，根据从上述Δ∑调制器输出的数字信号单独驱动上述各音圈。 

采用该结构，通过具有Δ∑调制器，能够利用噪声整形(noise shaping)效果去除在将从数字声源供给来的多值位的数字声音信号转换为所需位的数字信号的过程中产生的量化噪声，并且也能够获得利用过采样(oversampling)法抑制量化误差的结构。 

另外，根据上述扬声器单元，本发明的特征在于，上述驱动部件具有用于将上述Δ∑调制器输出的规定位的数字信号转换为与上述音圈的个数对应的位数的温度计码的温度计码转换部。 

采用该结构，由于从Δ∑调制器输出的二进制的信号是每一位都具有权重的信号，因此当直接使用该信号时难以直接进行数字驱动，但是通过转换为在各位上没有权重的温度计码，能够利用数字信号直接驱动扬声器主体。 

在上述扬声器单元中，上述碳质声音振动膜也可以由含有非晶碳和均匀地分散在该非晶碳中的碳粉末且孔隙率为40％以上的多孔体构成。 

另外，在上述扬声器单元中，上述碳质声音振动膜能够为具有低密度层与高密度层的结构，该低密度层由含有非晶碳和均匀地分散在该非晶碳中的碳粉末且孔隙率为40％以上的多孔体构成；该高密度层含有非晶碳，厚度比上述低密度层薄，密度比上述低密度层的密度高。 

另外，在上述扬声器单元中，上述扬声器主体也可以为使上述音圈与上述碳质声音振动膜相接触并振动的结构。或者，也可以为利用挠性的膜体保持上述碳质声音振动膜、且使上述 音圈与上述膜体相接触并振动的结构。 

采用本发明，能够提供一种扬声器单元，该扬声器单元利用数字声音信号直接驱动低密度、轻量且具有充分的刚性的振动膜，能够无损耗地向碳质声音振动膜传递音圈的振动的，并实现了良好的声音特性。 

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的数字扬声器单元的概略性整体图。 

图2是表示本发明的第1实施方式中的扬声器主体的构造的示意性剖视图。 

图3是表示本发明的第1实施方式中的多个音圈配置的示意图。 

图4是表示本发明的第1实施方式中的音圈、碳质声音振动膜及驱动电路之间的关系的示意图。 

图5是表示本发明的第1实施方式中的音圈与驱动电路之间的关系的电路图。 

图6是本发明的第1实施方式中的Δ∑调制器的电路结构图。 

图7的(a)是本发明的第1实施方式中的将扬声器数字直接驱动的数字信号的整体波形图，图7的(b)是将数字信号的一部分放大了的波形图。 

图8的(a)是本发明的第1实施方式中的利用挠性膜支承碳质声音振动膜的扬声器主体的剖视图，图8的(b)是图8的(a)的俯视图。 

图9是表示本发明的第2实施方式的数字扬声器单元中的扬声器主体的截面构造的图。 

图10是表示本发明的第2实施方式中的从缠线柱(drum)放出音圈用线并使音圈用线经过辊之间的情况的图。 

图11是表示本发明的第2实施方式中的经过辊前后的音圈用线的截面形状的图。 

图12是表示本发明的第2实施方式中的将压扁的音圈用线卷绕在卷绕架上的情况的图。 

图13是本发明的第2实施方式中的卷绕了压扁的音圈用线的卷绕架的局部剖面图。 

图14是表示本发明的第2实施方式中的音圈的引出线的引出位置的图。 

图15是本发明的变形例中的在碳质声音振动膜上形成有凸部的扬声器主体的结构图。 

图16是本发明的变形例中的在碳质声音振动膜上形成有凸部及肋部的扬声器主体的结构图。 

图17的(a)、图17的(b)是表示本发明的变形例中的音圈的变形例的图。 

图18是本发明的实施例的具有低密度层与高密度层的碳质声音振动膜的示意图。 

图19是表示本发明的实施例的经过时间与质量变化率之间的关系的碳质声音振动膜的特性图。 

图20是本发明的实施例的仅碳质声音振动膜时的数字扬声器的频率特性图(SPL vs Freq)。 

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。 

本发明的一实施方式是数字扬声器单元，其作为扬声器主体的振动膜具有碳质声音振动膜，利用从数字声源供给的数字 信号直接驱动音圈而使碳质声音振动膜振动。另外，本发明适合于数字扬声器单元，但是也能够应用于由模拟声音信号进行的驱动方式。 

第1实施方式

图1是本发明的第1实施方式的数字扬声器单元的概略性整体图。 

在图1中，数字声源10能够由CD播放器、DVD播放器及其他数字形式的声音再现装置构成，对数字扬声器单元输出数字声音信号。 

本实施方式的数字扬声器单元以多位(multi-bit)的Δ∑调制器11、用于将Δ∑调制器11输出的数字信号转换为没有权重的N位温度计码(thermometer code)的温度计码转换器12、根据温度计码进行驱动控制的驱动电路13、具有碳质声音振动膜的扬声器主体14为主要构成要素。 

参照图2说明扬声器主体14的构造。 

扬声器主体14具有在中心部具有形成为板状的中心磁极(center pole)21的有底筒状的磁轭22和配置在中心磁极21的基端部的磁体23。利用该磁体23、磁轭22、中心磁极21构成了磁路。另外，扬声器主体14在磁路内借助未图示的绕线管具有多个音圈24和安装在该音圈24的前端部的碳质声音振动膜25，该多个音圈24包围在该中心磁极21的外周且与该中心磁极21的外周之间具有间隙。碳质声音振动膜25的外周缘部经由边缘件26以该碳质声音振动膜25能够振动的方式支承在框架27上。多个音圈24的音圈个数N与温度计码转换器12的输出位数N相对应。 

图3～图5中示出了扬声器驱动系统的示意图。N个单位音圈(24-1～24-N)彼此独立地配置(图3)，均卷绕在一端 与碳质声音振动膜25相连结的音圈保持部28上(图4)。另外，也能够设为不使用音圈保持部28而使单位音圈(24-1～24-N)的端部与碳质声音振动膜25的一个面直接连结的构造。另外，如图5所示，N个(在图5中为3个)单位音圈(24-1～24-N)各自的引出线分别与各自对应的驱动电路13(1)～驱动电路13(N)相连接，分别从各自对应的驱动电路13(1)～驱动电路13(N)独立地流入驱动电流。各单位音圈(24-1～24-N)构成为能够从驱动电路13(1)～驱动电路13(N)独立地进行控制。 

在上述扬声器主体14中，向置于由磁体23、磁轭22、中心磁极21构成的磁路中的音圈24流入电流，利用沿与磁力线正交的方向产生的、作用于音圈24的力使碳质声音振动膜25振动而产生声波。在音圈24中，与从温度计码转换器12输出的数字信号的各位值对应地流入电流。 

图6是Δ∑调制器11的电路结构图。另外，该图所示的电路结构是一个例子，能够使用更高阶的Δ∑调制器。在此，将利用多值输入位表示的数字声音信号设为16位，将来自Δ∑调制器11的n位输出设为4位。 

Δ∑调制器11基本上具有积分器31、量化器32、延迟器33及反馈环(feedback loop)。τ是反馈增益。向Δ∑调制器11输入的多值位(例如16位)经过积分器31被量化器32转换为n位(例如9值＝4位)。在量化时产生的量化误差利用经过延迟器33的反馈环返回到输入端并进行差值处理，从而仅对量化误差积分。当将输入设为X、将输出设为Y、将量化误差设为Q时，关系式表示为Y＝X+(1-Z^-1)Q。乘以量化误差Q的传递函数(1-Z^-1)具有频率特性，在直流附近变小，因此该特性成为后述的噪声整形效果。 

在Δ∑调制器11中，利用量化器32将多值位的数字声音信号量化为与输出位数n对应的位数。由量化器32产生的量化误差能够通过应用过采样(oversampling)方法来消除。过采样是以比信号带充分高的频率进行采样的方法之一。另外，当进行Δ∑调制时，通过噪声整形效果能够改善原信号精度。即，当使用量化器进行量化时，量化噪声均匀地分布在整个频率上，但是通过Δ∑调制，不需要的噪声成分移动到过采样后的高频区域，从而抑制了原信号附近的噪声，具有能够改善原信号的精度的效果。 

温度计码转换器12将Δ∑调制器11的n位输出转换为与音圈数对应的N位温度计码。例如，若是转换为8位温度计码，则将Δ∑调制器输出(0010)、(0101)、(1000)分别转换为温度计码(00000011)、(00011111)、(11111111)。由于从Δ∑调制器11输出的二进制的信号是每一位都具有权重的信号，因此在直接使用该信号时，难以直接进行数字驱动，但是通过转换为在各位上没有权重的温度计码，能够利用数字信号直接驱动扬声器主体14。 

驱动电路13根据从温度计码转换器12输出的温度计码单独驱动各单位音圈24-1～单位音圈24-N。具体而言，各单位音圈24-1～单位音圈24-N与温度计码的各位值一一对应，从温度计码转换器12针对温度计码的每一位都输出如图7的(a)、图7的(b)所示的1位信号(ON/OFF)。以向温度计码为“1”的音圈24流入电流、向温度计码为“0”的音圈24不流入电流的方式进行驱动。该音圈24自身与流入音圈24中的电流成正比地移动，而使与该音圈24相结合的碳质声音振动膜25振动，产生声音。 

接着，详细说明在本实施方式中所使用的碳质声音振动膜 25的构造及制造方法。 

在本发明的数字扬声器单元中，能够将具有多孔体的碳质振动膜用作碳质声音振动膜25，该多孔体含有非晶碳和均匀地分散在该非晶碳中的碳粉末且孔隙率为40％以上。优选该碳质声音振动膜25以上述多孔体的膜作为低密度层，还具有含有非晶碳、厚度比上述低密度层薄、密度比上述低密度层的密度高的高密度层。 

在此，层数能够是具有高密度层与低密度层的双层构造、在低密度层的两面形成高密度层的3层构造、相反地在高密度层的两面形成低密度层的3层构造以及仅高密度层的单层构造等各种各样的结构。 

优选上述多孔体的气孔的形状为球状，其平均气孔直径为5μm以上150μm以下。优选上述碳粉末含有平均直径为0.2μm以下、平均长度为20μm以下的碳纳米纤维。上述高密度层有时含有均匀地分散在上述非晶碳中的石墨。优选该碳质声音振动膜在干燥后放置在温度25℃、湿度60％的环境中250小时后的质量增加为5％以下。 

另外，使用在含碳树脂中均匀地混合碳粉末、将混合物成形为膜状并加热使之成为碳前体、并使碳前体在非活性气氛中碳化的方法能够制造碳质声音振动膜。在该碳质声音振动膜的制造方法中，将成孔材料的颗粒预先混合在上述混合物中，从而在上述碳化后形成含有非晶碳与碳粉末的多孔体，该成孔材料在上述碳前体化温度下为固体或液体、并在上述碳化温度下消失并残留下气孔。 

优选还包含通过在上述碳化之前在上述碳前体的膜的至少一个面上形成含碳树脂层而在上述碳化之后形成含有由上述多孔体构成的低密度层和密度高于低密度层的高密度层的碳质声 音振动膜的工序。另外，在高密度层的两面形成低密度层的构造例如能够通过利用树脂将含有成孔材料的碳前体层粘接在不含成孔材料的碳前体的两面上并一体进行碳化来获得。 

优选上述成孔材料的颗粒为球状。优选上述碳粉末含有碳纳米纤维。上述含碳树脂层有时含有均匀地分散在其中的石墨。优选上述碳化在1200℃以上的温度下进行。 

如上所述，通过将在进行碳前体化时的温度下为固体或液体、在碳化温度下消失并残留有气孔的成孔材料、例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的颗粒混合在含碳树脂与碳粉末的混合物中，在碳化过程中，该成孔材料残留下与其立体形状对应的立体形状的气孔并消失。因而，通过控制成孔材料的调配比例能够容易地控制孔隙率，通过选择成孔材料的颗粒的立体形状及尺寸能够容易地控制气孔的立体形状及尺寸，能够实现孔隙率40％以上的多孔体。 

孔隙率是指气孔的体积占含有气孔的多孔体整体的体积的百分比，定义为以碳密度为1.5g/cm³、根据多孔体整体的体积及质量计算出的孔隙率。 

若采用高密度层与由上述多孔体构成的低密度层的多层构造，则能够维持必要的刚性并将孔隙率设为60％以上，能够将振动膜整体的密度设为0.5g/cm³以下。 

高密度层以其厚度为总厚度的1％～30％左右来实现效果，以杨氏模量为100GPa左右的刚性来承担再现高音域的作用。 

低密度层的杨氏模量为2GPa～3GPa左右，使振动膜整体较轻并维持整体的音质，使振动响应性较好。 

使上述高密度层、低密度层一体化并进行烧成、碳化，形成多层碳质材料，因此能够获得能够控制特性、特别是能够输出直至高音域的能够听到的音域的声音的多层平面扬声器振动 膜。 

另外，也能够设为圆顶状使其具有刚性，利用致密且高刚性的高密度层与成为芯的较轻的低密度层的作为梁的强度之间的平衡，能够获得再现极限频率较高的平面振动膜。再现音域也会因孔隙率设计而发生改变，但是不会因气孔直径带来较大影响。处理(handling)性良好，耐冲击性也得到提高。另外，通过利用高密度层覆盖多孔体的低密度层的单面或双面，能够防止向扬声器单元安装时的粘合剂的吸入。 

作为要求声音振动膜还具有的特性，能够列举出吸湿性较低的特性，以不会吸收空气中的水分、变重而改变声音特性。通过将碳化温度设为1200℃以上，能够获得在干燥后放置在温度25℃、湿度60％的环境中250小时后的质量增加为5％以下的声音振动膜。 

在以上说明中，例示了借助边缘件利用框架保持碳质声音振动膜的构造，但是也能够设为利用挠性膜支承碳质声音振动膜的构造。 

图8的(a)是利用挠性膜支承碳质声音振动膜的扬声器主体的剖面图，图8的(b)是其俯视图。如图8的(a)所示，关于磁轭22、磁体23、中心磁极21、音圈24及框架27，具有与图2所示的扬声器主体14相同的构造。碳质声音振动膜41固定在挠性膜42的内侧面。挠性膜42形成为中央部呈圆顶状鼓出的形状，固定在形成为板状的膜基座43的上表面。音圈24的端部与膜基座43的下表面外周缘部相抵接而传递振动。另外，在挠性膜42上施加有用于确保强度的凹凸加工。 

使如上构成的扬声器主体与如图1所示的数字驱动系统相连接而构成数字扬声器单元。由从数字声源供给的数字声音信号进行的扬声器主体的驱动方法如上所述。 

与利用框架保持碳质声音振动膜的构造相比，像这样利用具有所需的刚性与挠性的挠性膜42来保持碳质声音振动膜41，能够实现较高的声压。在本发明人进行的验证实验中，通过在膜上组合碳质振动膜，作为峰值声压能够实现了90dBspI。因而，在需要较高声压的用途中，优选如图8所示利用挠性膜42保持碳质声音振动膜41的结构。 

第2实施方式

接着，说明本发明的第2实施方式。图9是表示本发明的第2实施方式的数字扬声器单元的结构的示意图，表示扬声器主体的截面构造。另外，对于与第1实施方式相同的结构部分，标记相同的符号并省略说明，以与第1实施方式的不同点为中心进行说明。 

扬声器主体100具有由铁片构成且截面形成为U形状的磁轭121、中心构件122、磁体123、形成为筒状的音圈124及碳质声音振动膜125。磁轭121形成为具有比音圈124的外径稍微大的内径的有底筒状。从磁轭121的底面外周缘部立起的磁轭端部121a(121b)与音圈124的外周面相对。在音圈124的内部空间中配置中心构件122。 

在中心构件122的下表面与磁轭121的与该中心构件122的下表面相对的面(磁轭上表面)之间配置磁体123。磁体123的与中心构件122的下表面相接触的上表面被磁化为一个磁极(例如N极)，磁体123的与磁轭121的上表面相接触的下表面被磁化为另一个磁极(例如S极)。利用该磁体123、磁轭121及中心构件122构成了磁路。 

关于磁轭121及中心构件122的俯视形状，并不特别限定，但是当磁轭121形成为有底圆筒状或四方筒状时，中心构件122形成为相同形状(相似形状)的圆形或四方形，而且中心构件 122设定为在磁轭端部121a、121b与中心构件122外周部之间形成有间隙的程度的尺寸。 

在形成于磁轭端部121a(121b)与中心构件122外周缘部之间的间隙中配置音圈124。音圈124沿径向重叠多个单位音圈124-1、124-2、124-3而构成。多个单位音圈124-1、124-2、124-3的数量N与温度计码转换部12的输出位数N相对应。音圈124配置为至少音圈124的一部分位于磁轭端部121a(121b)与中心构件122外周缘部之间的间隙中。图9中示出了以音圈124的下部位于间隙的方式配置的例子。单位音圈124-1、124-2、124-3将线卷绕为筒状而构成，该线由导电性线压扁加工为截面呈长圆状而成。 

在从磁轭121及中心构件122的上表面向上方离开规定距离L 1的位置处配置碳质声音振动膜125。碳质声音振动膜125具有比音圈124的外径尺寸大的尺寸。以音圈124的一个开口端部与碳质声音振动膜125的下表面直接抵接的状态进行粘接固定。即，音圈124的一端部固定在碳质声音振动膜125上，音圈124的另一开口端部成为自由端。另外，音圈124安装为径向的最外周位置配置在从碳质声音振动膜125的外周缘部向内侧进入了规定距离L2的位置处。 

以包围磁轭121、音圈124及碳质声音振动膜125的外周的方式配置框架126。框架126借助刚性较高的支承部127保持磁轭121，借助具有弹性的边缘件128以碳质声音振动膜125能够振动的方式支承该碳质声音振动膜125。边缘件128优选具有以碳质声音振动膜125能振动自如地的方式支承碳质声音振动膜125的功能和抑制碳质声音振动膜125继续振动的减震功能。 

如上所述，音圈124的径向的最外周部位于从碳质声音振动膜125的外周缘部向内侧进入了规定距离L2的位置处。本实 施方式在碳质声音振动膜125的成为未直接抵接有音圈124的一个开口端部的区域的到距外周缘部为距离L2为止的范围内确保有用于固定边缘件128的振动膜侧端部的安装部129。即，边缘件128的靠振动膜侧端部固定在安装部129上，靠框架侧端部固定在框架126的一部分上。 

在此，参照图10～图13说明音圈124的制造工序。 

如图10所示，放出卷绕在缠线柱141上的音圈用线142，使其经过一对辊43a、43b之间而被压扁。其结果，如图11所示，经过辊后的音圈用线42a的截面形状从正圆变形为长圆形。 

接着，如图12所示，利用卷绕架44以成为音圈124的筒形状的方式卷绕截面形状变形为长圆形的音圈用线42a。当为图9所示的3声道(124-1、124-2、124-3)构造时，最先将位于最内侧的单位音圈124-3卷绕在卷绕架44上。卷绕架44的卷绕部44a优选设为与音圈124的径向的截面形状相同的形状。在图12中示意性例示了长圆形，但是通过使用具有圆形、椭圆形、四边形等截面形状的卷绕部44a而能够将径向的截面形状缠绕成任意形状。通过更换插入方式的卷绕部44a能够调整绕线宽度。 

图13是表示使用卷绕架44卷绕途中的状态的剖面图。以压扁为长圆状的音圈用线42a的压扁面位于卷绕部44a的卷绕面侧的方式进行卷绕，并且以在沿旋转轴方向相邻的音圈用线42a之间未留有间隙的方式紧密地进行卷绕。由此，能够获得以沿与音圈径向正交的方向相邻的相邻线之间在该线截面的长轴方向上紧密接触的方式卷绕为筒状的单位音圈。 

当在卷绕架44的卷绕部44a外周面上卷绕了2层时，位于最内侧的单位音圈124-3的卷绕作业结束。引出构成单位音圈124-3的音圈用线42a的两端部，能够与后述的驱动电路相连接。后面说明音圈用线42a的引出位置。 

接着，在位于最内侧的单位音圈124-3的外周面上，与单位音圈124-3相同地卷绕用于构成位于中间的单位音圈124-2的音圈用线42a。此时，音圈用线42a被压扁为截面呈长圆状，使压扁的平面彼此相接触地进行层叠，因此能够确保线不会层叠得走形。若位于中间的单位音圈124-2的卷绕作业结束，则同样地实施位于最外侧的单位音圈124-1的卷绕作业。 

如上所述，通过在位于内侧的单位音圈的外周上卷绕位于外侧的单位音圈的音圈用线42a，成为在大径的单位音圈中依次插入了小径的单位音圈的构造。 

为了高效地(无损耗地)向碳质声音振动膜125传递在所制作的音圈124上产生的振动，优选沿与径向正交的方向紧密地配置音圈用线，并且使单位音圈一体化。因此，为了使单位音圈一体化，优选在卷绕了音圈用线之后例如利用固化性树脂来使音圈整体一体化。 

这样，能够获得多声道的单位音圈124-1、124-2、124-3被一体化了的音圈124。在使该音圈124的一个开口端部与碳质声音振动膜125的下表面相抵接的状态下进行粘接固定。 

另外，当使单位音圈单独振动时，分别准备具有与各单位音圈的内径相匹配的卷绕部44a的卷绕架44，一个一个地制作内径不同的各单位音圈。对每一个单位音圈利用固化性树脂进行一体化。之后，向外径较大的单位音圈的内侧插入挨着的内径较小的单位音圈，组合内径不同的多个单位音圈而制作成1个音圈124。 

另外，当为安装在便携式电话机等上的小型的扬声器单元时，从单位音圈124-1、124-2、124-3引出的引出线的张力给碳质声音振动膜125的振动特性带来了较大的影响。随着 碳质声音振动膜125变小、变轻，引出线给振动特性带来的影响增大。另一方面，由于声道数(单位音圈个数N)每增加1个会追加两根引出线，因此引出线与声道数的增加相应地增加。因此，关于从单位音圈124-1、124-2、124-3引出的引出线，要求有不使碳质声音振动膜125的振动劣化的引出构造。 

图14是表示具有6个单位音圈的音圈124中的引出线配置的示意性立体图。从6个单位音圈124-1～单位音圈124-6各引出两根引出线。如该图所示，当为长方形的碳质声音振动膜125时，在各长边上，从两个单位音圈(124-1、124-2)(124-4、124-5)分别引出两根共计引出4根引出线，在各短边上，从1个单位音圈124-3、单位音圈124-6分别引出两根引出线。这样，优选使在碳质声音振动膜125上的引出线的引出位置在振动膜整个外周上均匀地分散。另外，关于驱动音圈124的驱动系统的结构，由于与第1实施方式相同，因此省略说明。 

如图9所示，本实施方式的扬声器主体100是音圈124的一端部与碳质声音振动膜125直接抵接的构造，因此与数字声音信号对应地在音圈124上被激发的振动无损耗地被传递到碳质声音振动膜125。即，能够高效地向碳质声音振动膜125传递在能被数字驱动的音圈124上激发的振动，因此能够实现能够输出忠实地再现了数字声音信号的声音的数字扬声器。 

另外，由于音圈124的一端部与碳质声音振动膜125直接抵接，因此在音圈124中产生的热量(焦耳热)传递到碳质声音振动膜125并被有效地散热。即，采用本实施方式，能够使导热特性优异的碳质声音振动膜125作为音圈124的散热板发挥作用。其结果，能够防止由音圈124的发热导致的特性劣化，并且能够谋求由简化散热对策带来的结构简化。 

由于碳质声音振动膜125经由具有减震功能的边缘件128支承在框架126上，因此碳质声音振动膜125与数字数据对应地振动，但是与该数字数据对应的振动迅速被边缘件128吸收，而不会对由后续的声音数据引起的振动造成不良影响。

而且，具有减震功能的边缘件128的振动膜侧端部固定在从音圈124的抵接位置向外侧离开的安装部129上。因此，能够避免具有减震功能的边缘件128直接吸收音圈124施加给碳质声音振动膜125的振动而使碳质声音振动膜125难以弯曲这样的不良情况，能够将碳质声音振动膜125的振动特性的劣化抑制到最小程度。 

另外，音圈124是将音圈用线42a压扁为截面长圆状并将音圈用线42a在平面侧重叠卷绕为多层而得到的，因此能够将多个单位音圈124-1～单位音圈124-3重叠为多层时的、音圈整体的内径与外径之差抑制为较小的尺寸。形成在磁轭端部121a、121b与中心构件122外周缘部之间的间隙越小越能够将磁损失抑制得较小，而由于能够将配置在该间隙中的音圈124的内径与外径之差设为较小的尺寸，因此与其相对应地也能够缩小间隙而能够进行抑制了磁损失的高效的驱动。 

接着，说明扬声器主体100的变形例。 

图15示出了在碳质声音振动膜上形成有用于调整音圈的高度位置的凸部的例子。驱动系统的电路结构能够应用与上述实施方式相同的结构。 

若音圈124的至少一部分能够介于被形成在磁轭端部121a、121b与中心构件122外周缘部之间的间隙中，则一定程度的磁通能够横穿音圈124。特别是，通过配置为音圈124的中心部位于间隙位置，横穿音圈124的磁通量达到最大，通过向音圈124流入电流，而产生最大的应力。即，如图15所示，音圈124的中心部位于间隙位置的配置能够最有效地使碳质声音振动膜51振动。 

在此，碳质声音振动膜51(下表面)与中心构件122(上表面)之间为了确保碳质声音振动膜51振动时的行程而设定为在最大行程的基础上具有些许盈余的尺寸。因此，在调整碳质声音振动膜51(下表面)与中心构件122(上表面)之间的间隔来调整音圈124与间隙位置之间的位置关系时受到限制。另一方面，若向与振动膜相反侧(图16的(a)中的下方侧)延长音圈124的长度，则能够将音圈124的中心部配置在间隙位置。但是，当扩展音圈124的长度时，由于线距离伸长，因此重量增大。如上所述，由于音圈124被碳质声音振动膜51直接保持，因此并不优选使音圈124的重量增大这样的对策。 

因此，采用下述构造：形成碳质声音振动膜51上的音圈安装部突出而成的凸部52，在该凸部52上粘接固定音圈124的一端部。凸部52的高度D1调整为音圈124的中心部位于间隙位置的尺寸。在图15中，音圈124的与一端部相距距离D2的位置为中心部。 

由于在碳质声音振动膜51上形成了凸部52，而增加的只是与凸部52相应的重量。因此，将凸部52挖为中空状能够抑制重量增加。或者，也可以使碳质声音振动膜51的除凸部52以外的部分的厚度d1变薄来抑制总重量增加。 

采用这种变形例，形成碳质声音振动膜51上的音圈安装部突出而成的凸部52，配置为音圈124的中心部位于间隙位置，因此能够使通过音圈124的磁通量达到最大，能够最有效地使碳质声音振动膜51振动。 

另外，如图16所示，在碳质声音振动膜51上形成凸部52，并且使碳质声音振动膜51的厚度d1变薄。由此，碳质声音振动膜51的弯曲强度降低，因此为了提高强度也可以在振动膜表面上形成加强用的肋部53。在该图中，例示了四边形的碳质声音振动膜51，但是本发明也能够应用于其他形状。

图17的(a)、图17的(b)是表示扬声器主体的改变了构成音圈的线的层叠方向的变形例的图。图17的(a)的基本构造与图9所示的扬声器主体100相同，图17的(b)的基本构造与图15所示的扬声器主体100相同。 

在图17的(a)、图17的(b)所示的扬声器主体中，构成音圈124的各单位音圈60-1、60-2、60-3是以被压扁为长圆状的音圈用线彼此用平面相重叠的方式进行层叠而构成的。各单位音圈是以被压扁的音圈用线的平面部相重叠的方式卷绕在卷绕架44的卷绕部44a上制作而成的。由此，在各单位音圈中，音圈用线紧密接触地排列，因此能够进一步抑制向碳质声音振动膜51传递在音圈124上被激发的振动时的损耗。 

另外，如图17的(a)、图17的(b)所示，通过减少各单位音圈向径向的重叠层数(1层)，能够防止磁轭端部121a、121b与中心构件122外周部之间的间隙增大。 

在以上说明中，例示了经由边缘件利用框架保持碳质声音振动膜的构造，但是也能够设为利用挠性膜保持碳质声音振动膜的构造。将碳质声音振动膜的开口端部固定在挠性膜的膜平面上，挠性膜经由边缘件以该挠性膜能振动自如的方式固定在框架上。由于将碳质声音振动膜配置在挠性膜的中心，因此能够称作中心板方式(center plate scheme)。 

在中心板方式的扬声器主体100中，使上述音圈124的一端部与挠性膜直接抵接并振动。 

实施例 

(实施例1)利用高密度层覆盖低密度层的两面的3层结构的实施例

对由作为非晶碳源的氯乙酸树脂35质量％、平均粒径0.1μm长5μm的碳纳米纤维1.4质量％、作为用于形成气孔的成孔材料的PMMA复合而成的组合物，添加作为增塑剂的邻苯二甲酸二烯丙基酯单体，使用亨舍尔混合机使其分散之后，使用加压捏合机(日文：加圧ニ一ダ一)充分地反复进行捏而获得组合物，利用造粒机进行造粒而获得成形用组合物。通过挤出成形将该成形用组合物的颗粒形成为厚400μm的片状的成型物，然后在双面涂敷呋喃树脂并使其固化，获得多层片状物。在200℃的空气干燥炉(air oven)中对该多层片状物处理5个小时而获得前体(precursor)(碳前体)。之后，在氮气中以20℃/h的升温速度进行升温，以1000℃保持3个小时。自然冷却之后，在真空中以1400℃保持3个小时，之后进行自然冷却而完成烧成。由此，如图18示意性所示那样，能够获得具有低密度层116和高密度层118的声音振动膜，该低密度层116为多孔体，在非晶碳110中均匀地分散有碳纳米纤维的粉末112，具有PMMA颗粒消失后残留下的球状的气孔144，该高密度层118由覆盖该低密度层116双面的非晶碳110构成。 

这样获得的声音振动膜的低密度层116的孔隙率为70％，平均气孔直径为60μm。振动膜整体具有厚度约350μm、弯曲强度25MPa、杨氏模量8GPa、声速4200m/sec、密度0.45g/cm³、吸湿性1质量％以下这样的优异的物理特性。 

另外，声速根据密度与杨氏模量的实际测量值通过计算而求出(以下相同)。吸湿性是在以100℃干燥30分钟之后放置在温度25℃、湿度60％的环境中时的质量增加率(％)。图19中示出了经过时间与质量变化率之间的关系。作为比较例1，也示出了将最后的烧成(碳化)温度设为1000℃时的结果。根据图19可知，通过将碳化温度设为1200℃以上，能够获得250小时 后的质量增加为5％以下的吸湿性低的振动膜。 

(实施例2)在高密度层中加入了填料(石墨)的实施例

对由作为非晶碳源的氯乙酸树脂35质量％、平均粒径0.1μm长5μm的碳纳米纤维1.4质量％、作为用于形成气孔的成孔材料的PMMA复合而成的组合物，添加作为增塑剂的邻苯二甲酸二烯丙酯单体，使用亨舍尔混合机使其分散之后，使用加压捏合机充分地反复进行捏而获得组合物，利用造粒机进行造粒而获得成形用组合物。通过挤出成形将该成形用组合物的颗粒形成厚400μm的片状的成型物，然后在两面涂敷使平均粒径4μm左右的石墨(日本石墨公司(日本黒鉛)制造的SP270)5质量％分散在呋喃树脂中并加入了固化剂而成的液体并使其固化，获得多层片状物。在200℃的空气干燥炉中对该多层片状物处理5个小时并获得前体(碳前体)。之后，在氮气中以20℃/h的升温速度进行升温，以1000℃保持3个小时。自然冷却之后，在真空中以1500℃保持3个小时，之后进行自然冷却而完成烧成，获得复合碳振动膜。 

这样获得的声音振动膜的低密度层的孔隙率为70％，平均气孔直径为60μm。振动膜整体具有厚度约350μm、弯曲强度23MPa、杨氏模量5GPa、声速3333m/sec、密度0.45g/cm³这样的优异的物理特性。 

(实施例3)仅多孔体的实施例

对由作为孔隙率50％的单层成形体非晶碳源的氯乙酸树脂54质量％、平均粒径0.1μm长5μm的碳纳米纤维1.4质量％、作为用于形成气孔的成孔材料的PMMA复合而成的组合物，添加作为增塑剂的邻苯二甲酸二烯丙酯单体，使用亨舍尔混合机使其分散之后，使用加压捏合机充分地反复进行捏而获得组合物，利用造粒机进行造粒而获得成形用组合物。使用该颗粒进行了 厚400μm的膜状的挤出成形。在加热到200℃的空气干燥炉中对该膜处理5个小时而获得前体(碳前体)。之后，在氮气中以20℃/小时以下的升温速度进行升温，以1000℃保持3个小时。自然冷却之后，在真空气氛中以1500℃保持3个小时，之后进行自然冷却而完成烧成，获得复合碳振动膜。 

这样获得的多孔质的声音振动膜具有孔隙率为50％、气孔直径60μm、厚度约350μm、弯曲强度29MPa、杨氏模量7GPa、声速3055m/sec、密度0.75g/cm³这样的优异的物理特性。 

接着，说明在上述数字扬声器单元中使用了在上述实施例1中制作的振动膜时的扬声器的频率特性。扬声器单元所具有的音圈24由6个音圈构成，在Δ∑调制器11中将16位的数字声音信号转换为4位，从温度计码转换器12输出的温度计码设为6位结构。 

图20示出了在使用了实施例1中获得的振动膜时的频率特性。如该图所示，当仅为碳质振动膜时，从700Hz左右到能够听到的频带的上限、即所谓的20kHz实现了非常平坦的特性。若为图20所示的频率特性，则能够再现质量极好的音质。另外，作为峰值声压能够实现85dBspl以上。 

如上所述，采用本发明的一实施方式的数字扬声器单元，能够利用数字声音信号直接驱动低密度、轻量且具有充分的刚性的碳质声音振动膜，实现良好的声音特性。 

本申请基于2009年3月11日申请的日本特愿2009-057901及2009年4月30日申请的日本特愿2009-111539。这些内容全部包含于此。 

Claims (11)

1.一种扬声器单元，其特征在于，该扬声器单元具有：

碳质声音振动膜；

音圈，其呈筒状卷绕导电性线而成并以一个开口端部与上述碳质声音振动膜直接抵接的状态被固定；

磁通产生部件，其用于产生沿径向贯穿筒状的上述音圈的磁通；

驱动部件，其用于向上述音圈供给与声音信号对应的驱动电流，

上述碳质声音振动膜具有低密度层与高密度层，该低密度层由含有非晶碳和均匀地分散在该非晶碳中的碳粉末且孔隙率为40％以上的多孔体构成；该高密度层含有非晶碳，厚度比上述低密度层薄，密度比上述低密度层的密度高。

2.根据权利要求1所述的扬声器单元，其特征在于，

上述音圈由与数字信号的位数对应的多个单位音圈构成，使上述多个单位音圈的直径尺寸不同，将小径的单位音圈依次插入大径的音圈而构成上述音圈，

上述驱动部件根据数字信号的各位值单独驱动上述各单位音圈。

3.根据权利要求2所述的扬声器单元，其特征在于，

上述各单位音圈是由被加工为截面长圆状的导电性线以沿与音圈径向正交的方向相邻的相邻线之间在该导电性线的截面的长轴方向上紧密接触的方式卷绕成筒状而成的。

4.根据权利要求2所述的扬声器单元，其特征在于，

上述各单位音圈是由被加工为截面长圆状的导电性线以沿与音圈径向正交的方向相邻的相邻线之间在该导电性线的截面的短轴方向上紧密接触的方式卷绕成筒状而成的。

5.根据权利要求1所述的扬声器单元，其特征在于，

上述碳质声音振动膜具有固定有上述音圈的开口端部的第1主面和位于与该第1主面相反侧的第2主面，上述音圈的上述开口端部的最外周位置配置在比振动膜外周缘部向内侧偏移的位置，在上述第2主面上，在振动膜外周缘部的与上述音圈的开口端部的固定位置不重合的部分固定有支承构件的一端部，该支承构件用于以该碳质声音振动膜能振动自如的方式支承该碳质声音振动膜。

6.根据权利要求1所述的扬声器单元，其特征在于，

上述磁通产生部件具有：磁轭，其具有与固定在上述碳质声音振动膜上的上述音圈的外周面相对的端部；中心构件，其从上述音圈的另一个开口端部插入音圈内部并在该中心构件与上述磁轭的同该中心构件相对的端部之间形成间隙；永磁铁，其设置在上述中心构件与上述磁轭之间并使靠上述中心构件的一侧为一个磁极、使靠上述磁轭的一侧为另一个磁极；

上述碳质声音振动膜具有固定有上述音圈的开口端部的第1主面、位于与该第1主面相反的一侧的第2主面、形成在上述第1主面上的用于固定上述音圈的开口端部的固定位置的凸部，上述凸部具有使上述音圈的中心部位于上述磁轭的端部与上述中心构件之间的间隙位置的高度。

7.根据权利要求2所述的扬声器单元，其特征在于，

与上述各单位音圈相连接的引出线的引出位置均匀地分散在上述碳质声音振动膜外周。

8.根据权利要求1所述的扬声器单元，其特征在于，

上述驱动部件具有用于对从数字声源供给的多值位的数字声音信号进行ΔΣ调制的ΔΣ调制器，

上述驱动部件根据从上述ΔΣ调制器输出的数字信号单独驱动上述各音圈。

9.根据权利要求8所述的扬声器单元，其特征在于，

上述驱动部件具有用于将上述ΔΣ调制器输出的规定位的数字信号转换为与上述音圈的个数对应的位数的温度计码的温度计码转换部。

10.根据权利要求1所述的扬声器单元，其特征在于，

在上述扬声器主体中，使上述音圈与上述碳质声音振动膜相接触并振动。

11.根据权利要求1所述的扬声器单元，其特征在于，

在上述扬声器主体中，利用挠性的膜体保持上述碳质声音振动膜，使上述音圈与该膜体相接触并振动。