JP2000134696A

JP2000134696A - 電磁型電気音響変換器

Info

Publication number: JP2000134696A
Application number: JP30659998A
Authority: JP
Inventors: Shuji Saeki; 周二佐伯; Sawako Usuki; 佐和子薄木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-10-28
Filing date: 1998-10-28
Publication date: 2000-05-12

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は携帯端末に用いられる電磁型電気音
響変換器であり、振動板の共振周波数と音響共振周波数
で再生される２つの共振峰間の音圧レベルを向上させ、
メロディー音の高調波成分を十分な音圧レベルで再生す
ることを目的とする。【解決手段】本発明は、センターポール１とマグネッ
ト４の上面に空隙を設けて支持された第１の振動板１０
と、前記第１の振動板１０の上面に固着され、中央部と
外周部の磁束密度が実質的に均一となるように、外周部
に切欠き部を設けた形状の第２の振動板１１を具備し、
第1と第2の振動板で構成される振動系の質量を軽量化し
て、高い音圧レベルが得られるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は携帯電話、ＰＨＳ
（登録商標）（ＰｅｒｓｏｎａｌＨａｎｄｙＰｈｏｎ
ｅＳｅｔ）、ポケットベル（登録商標）等の携帯端末
装置で、主に着信を知らせる呼出し音の再生に使用され
る電磁型電気音響変換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、携帯電話、ＰＨＳ（Ｐｅｒｓｏｎ
ａｌＨａｎｄｙＰｈｏｎｅＳｅｔ）、ポケットベル
等の携帯端末装置では、その本体内に、振動板の共振を
利用して高音圧の再生が可能な電磁型電気音響変換器が
取り付けられ、着信を知らせる呼出し音の再生に用いら
れてきた。

【０００３】従来の電磁型電気音響変換器を図９、図１
０により説明する。図９は従来の電磁型電気音響変換器
の構造断面図であり、１はプレート２の中央部に一体に
形成されたセンターポール、３はセンターポール２の外
周に設けられた励磁コイル、４は励磁コイル２の外周部
でプレート２の上面に固着されたマグネット、５はセン
ターポール１の上面とマグネット４の上面との間に空隙
を設け、マグネット外周部の突出部上面に置かれる磁性
材料よりなる第１の振動板、６は第１の振動板の上面中
央に固着され磁性材料よりなる第２の振動板、７は第
１、第２の振動板５、６の上面を覆い、マグネット４及
びプレート２の外周に固着されたケース、８はケース７
の壁面に設けられた音響ポート、９はケース７と第１、
第２の振動板５、６の上面に構成される空室である。図
１０は第１の振動板５と第２の振動板６の上面図を示す
が、ともに円板状であり、通常、振動板の厚みは、例え
ば第１の振動板５が３０μ、第２の振動板６が１５０μ
として、第２の振動板は第１の振動板に比べて厚く設計
される。

【０００４】前記電磁型電気音響変換器の動作について
説明すると、振動系を構成する第１の振動板５と第２の
振動板６は磁性材料であるため、マグネット４とセンタ
ーポール１との間に作用する静的吸引力により吸引さ
れ、センターポール側に撓む。励磁コイル２に電気信号
が加えられると、第１の振動板５と第２の振動板６の中
を前記電気信号により発生する磁束が流れ、第１の振動
板５、第２の振動板６とマグネット４、センターポール
１との間の磁気吸引力が変化して、第１の振動板５と第
２の振動板６が振動して音を発生するものである。この
場合、マグネット４で発生する磁束で材厚の薄い第1の
振動板は磁気飽和を生じるため、励磁コイル３に印可さ
れる電気信号により生じる吸引力のほとんどは、センタ
ーポール１と十分な材厚を持たせた第２の振動板６との
間で作用するものである。前記の発生音は第１の振動板
５と第２の振動板６上面のケース７で覆われた空間９に
伝えられ、ケース７の壁面に設けられた音響ポート８よ
り放射されるものである。

【０００５】図１１のカーブＡは前記構成の電磁型電気
音響変換器に正弦波信号を印加した場合の音圧周波数特
性を示すものである。ケース７の空間９と音響ポート８
はヘルムホルツの音響共鳴器を構成するものであり、こ
の音響共振周波数ｆ３は第１の振動板５と第２の振動板
６で構成される機械振動系の共振周波数ｆ１よりも高く
設定され、これにより電磁型電気音響変換器では、2つ
の共振峰によって再生帯域の拡大が図られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の電磁型電気
音響変換器では、呼出し音に変化をあたえるため、メロ
ディー音の再生を行っている。その手段は励磁コイル２
に加える信号波形をを矩形波として、メロディー音を構
成する高調波成分を図１１で示した音圧周波数特性の周
波数帯域幅ｆ１からｆ３で再生するものである。図１２
のＣカーブはｄｕｔｙ＝５０％の矩形波信号を電磁型電
気音響変換器に印加した場合の高調波成分を含む音圧特
性を示す。正弦波信号を印可して測定した図１１の音圧
周波数特性と比較して、高調波成分で再生される低音域
の特性がわかる。しかしながら、従来の電磁型電気音響
変換器では、図１１で示す音圧特性の再生帯域幅ｆ１と
ｆ３との間の帯域ｆ２付近の音圧レベルが低く、この帯
域で再生されるメロディー音の高調波成分の音圧レベル
が低く、メロディー音の再生時に音量が低下するという
課題があった。

【０００７】さらに、メロディー音ではない通常の呼出
し音は単一周期（２．５ｋから２．８ｋＨｚの１ポイン
ト周波数）の矩形波が用いられる。この帯域は、電磁型
電気音響変換器の第１の振動板５と第２の振動板６で構
成される機械振動系の共振周波数ｆ１を厳しく管理する
ことで実現するものである。一方、高い音圧レベルを得
るためには振動板の質量を軽くする必要があるが、共振
周波数ｆ１は第１の振動板５と第２の振動板６で構成さ
れる機械振動系の振動質量と第１の振動板のスティフネ
スで決定されるため、振動板の質量を変化させると共振
周波数ｆ１が変動して、1ポイント周波数を用いる通常
の呼出し音の音圧レベルが低下するいう課題があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の電磁型電気音響変換器は、中央部にセンター
ポールを有するプレートと、前記センターポールの外周
部に配置された励磁コイルと、前記励磁コイルの外周部
の前記プレート上に配置されたリング状のマグネット
と、前記センターポールと前記マグネットの上面に空隙
を設けて支持された第１の振動板と、前記第１の振動板
の上面に固着され、中央部と外周部の磁束密度が実質的
に均一となるように、外周部に切欠き部を設けた形状、
あるいは振動板の外周部の材厚を中央部より薄くした形
状とした第２の振動板と、前記第１、第２の振動板の上
面を覆いその壁面に音響ポートを具備する構成とするこ
とにより、第２の振動板の中を流れる磁束を従来と大き
く変化させることなく、第1と第2の振動板で構成される
振動系の質量を軽量化して、高い音圧レベルが得られる
ものである。

【０００９】また、中央部にセンターポールを有するプ
レートと、前記センターポールの外周部に配置された励
磁コイルと、前記励磁コイルの外周部の前記プレート上
に配置されたリング状のマグネットと、前記センターポ
ールと前記マグネットの上面に空隙を設けて外周部を支
持された第１の振動板と、前記第１の振動板の上面に固
着され、円板状の中央部とリング状の外周部との間を細
棒状の連結部で連結した構成、あるいは外周部に突起部
を設けた構成として、外形を実質的に大きくした第２の
振動板と、前記第１、第２の振動板の上面を覆いその壁
面に音響ポートを具備する構成とすることにより、第１
の振動板と第２の振動板とで構成される振動系の質量を
ほとんど変化させることなく、第１の振動板のスティフ
ネスの値を変化させ、前記振動系の共振周波数を所定の
周波数に設定できるものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しつつ説明する。

【００１１】（実施の形態１）本発明の実施の形態１の
電磁型電気音響変換器を図１、図２で説明する。図１は
電磁型電気音響変換器の振動板の平面図であり、図２は
図１の振動板をＩ―Ｉ゜で切断する方向で表した電磁型
電気音響変換器の構造断面図である。図１によると、１
０は第１の振動板、１１は周辺部を切り欠いた第２の振
動板であり、第１の振動板上に接合され、それぞれの材
厚は、従来例と同様に第２の振動板は第１の振動板より
も厚い設定としている。また、図２では、図９で示した
従来の技術と同じ構成部品については、同じ番号を付
し、重複した記載は省略する。

【００１２】以上のように構成された電磁型電気音響変
換器について、その動作を説明する。励磁コイル３に電
気信号が印加されると、マグネット４で生じる磁束と励
磁コイル３で生じる磁束の合成磁束φ１、φ２、φ３
が、マグネット４から第１の振動板１０、第２の振動板
１１、センターポール１、プレート２を介して流れる。
ここで、磁束φ１はセンターポール１の外周部付近、φ
２はセンターポール１の中間部付近、φ３はセンターポ
ール１の中央部付近を流れる磁束を示すものである。磁
束φ１、φ２、φ３は振動板１１の周辺部より中央部に
流れ、切り欠きがない場合、単位面積当たりの磁束であ
る磁束密度Ｂ＝φ／Ｓ（φ：磁束、Ｓ：面積）は外周ほ
ど断面積が大きいため、外周部の磁束密度は小さくな
る。振動板１１はその周辺部に切り欠き部を設けてある
ので、磁束の通過する断面積を変化させ、振動板１１内
の磁束密度を均一化することができる。また、振動板１
１とセンターポール１との対向面では磁束はセンターポ
ール１の外周部よりφ３、φ２、φ１と分流し、その大
きさは内部になるほど減少するため、切り欠きがなくて
もかなり均一な磁束密度とすることが可能である。ま
た、磁気飽和が生じない程度に切り欠きを設けるなら
ば、第２の振動板１１を流れる磁束は、従来の均一な円
板振動板とは大差がなく、第２の振動板１１に作用する
振動力も同じとすることができる。その結果、磁束密度
か均一な第２の振動板１１とセンターポール１との間
で、励磁コイル３に印加する電気信号に応じて吸引力が
変化し、第２の振動板１１と一体に結合されている第１
の振動板１０とともに振動して、発音するものである。
ここでは、第１の振動板１０よりも材厚が厚い第２の振
動板１１の周辺部に切り欠きを設けているため、第１の
振動板１０と第２の振動板１１とで構成される振動系の
質量は軽量化される。

【００１３】図１１のＢカーブは振動系の質量を軽くし
た本実施の形態の音圧周波数特性である。振動系の共振
周波数ｆ１と音響共振周波数ｆ３との間の帯域ｆ２付近
の音圧レベルが向上している。また、図１２のＤカーブ
では、本実施の形態の電磁型電気音響変換器に矩形波信
号を印加した時の音圧周波数特性を示す。低音域でのレ
ベルが向上して、メロディー音の音圧レベルを高くする
ことができる。

【００１４】なお、第２の振動板の切り欠き部のより具
体的な形状は、センターポール上面と対向し、前記セン
ターポールの外径と等しい径での断面積を基準として、
外周部に伸びた切欠き部を除く振動板の円周上の合成面
積が、前記前記センターポールの外径と等しい径での断
面積とほぼ等しくなるように設計することが望ましい。

【００１５】（実施の形態２）本発明の実施の形態２を
図３（ａ）、（ｂ）で説明する。図３（ａ）は要部であ
る振動板の断面図、（ｂ）は同平面図である。なお、実
施の形態２の電磁型電気音響変換器の構造については実
施の形態１と同様であるので、ここでは記載を省略す
る。

【００１６】図３によると、１２は第１の振動板、１３
は第２の振動板であるが、本実施の形態と実施の形態１
との主たる相違点は、第２の振動板の外周部の厚みｔ
１、中央部の厚みｔ２としてｔ１＜ｔ２となるように、
外周部から中央部にかけて材厚を増加させた点である。
この場合、実施の形態１では切り欠き部を設けて実現し
ていた振動板断面積の縮小による磁束密度の均一化を、
第２の振動板の外周部の材厚を薄くすることにより達成
するものである。これにより、第１の振動板と第２の振
動板とで構成される振動系の質量は軽量化され、音圧レ
ベルの向上するという、実施の形態１と同様な効果が実
現できるものである。

【００１７】（実施の形態３）本発明の実施の形態３を
図４（ａ）、（ｂ）で説明する。図４（ａ）は要部であ
る振動板の断面図、（ｂ）は同平面図である。なお、実
施の形態３についても電磁型電気音響変換器の構造につ
いては実施の形態１と同様であるので、ここでは記載を
省略する。

【００１８】図４によると、１４は第１の振動板、１５
は第２の振動板である。本実施の形態と実施の形態２と
の主たる相違点は、第２の振動板１５が直径の異なる複
数の振動板１５ａ、１５ｂ、１５ｃを積層して構成して
いる点である。この場合、実施の形態２では第２の振動
板の材厚を外周部から中央部にかけて連続的に増加させ
て、振動板断面積の変化により磁束密度の均一化を図っ
ていたが、実施の形態３では、直径の異なる振動板１５
ａ、１５ｂ、１５ｃを積層して、振動板の材厚変化を等
価的に実現するものであり、音圧レベルの向上という、
実施の形態１、２と同様な効果が期待できるものであ
る。この場合、第２の振動板は単に径の異なる円板を組
み合わせればよいため、実施の形態２に比べて実現が比
較的容易である。

【００１９】（実施の形態４）本発明の実施の形態４を
図５で説明する。図５は要部である振動板の平面図であ
る。なお、実施の形態４についても電磁型電気音響変換
器の構造については実施の形態１と同様であるので、こ
こでは記載を省略する。

【００２０】図５によると、１６は第１の振動板、１７
は円板状の中央部１７ａ、リング上状の外周部１７ｂ、
その間を連結する連結部１７ｃ，１７ｄ，１７ｅよりな
る第２の振動板である。

【００２１】以上の振動板により構成された電磁型電気
音響変換器の動作を説明する。振動系の共振周波数ｆ１
は、厳密には振動板の振動有効質量とそのスティフネス
及び、磁気吸引力により生じる負のスティフネスにより
決定されることは周知である。また、振動板は第１の振
動板と第２の振動板で構成されるが、第２の振動板は第
１の振動板に比べて材厚を厚くして剛性を持たせている
ため、振動系のスティフネスは実質的には第１の振動板
の呈するスティフネス、すなわち、第１の振動板の外周
支持部（マグネット外周の突起部）から第２の振動板と
の接合部までのフラット部のスティフネスで決定される
ものである。

【００２２】従って、第２の振動板の径を小さくして重
量が軽くなっても、第１の振動板の外周支持部と第２の
振動板との接合部間のフラット面は拡大して、スティフ
ネスが小さくなり共振周波数はむしろ低下するものであ
る。厳密には、前記負のスティフネスも変化するため、
共振周波数の変動はさらに予測し難いものがある。図６
は直径が９．４ｍｍ、材厚３０μ第１の振動板を用い
て、材厚１５０μの第２の振動板の直径を変化させた場
合の振動系共振周波数の測定結果である。第２の振動板
の径を小さくすると振動板質量は小さくなり、共振周波
数を上昇させるが、第１の振動板のスティフネスが小さ
くなり、共振周波数を低下させる。図６では結果的には
第２の振動板の径を小さくすると共振周波数が低下する
ことを示している。

【００２３】本実施の形態では、第２の振動板の中央部
１７aはセンターポールとの間で振動力を得る、本来の
振動板としての役割を持つものである。連結部１７ｃ，
１７ｄ，１７ｅで結合されたリング状の外周部１７bは
第１の振動板１６と接合され、第１の振動板のフラット
部の幅を狭くする。この結果、第１の振動板のスティフ
ネスは大きくなり、中央部１７ａの径を小さくして低下
した共振周波数を所定の周波数まで上昇させることが可
能となる。以上のように、第２の振動板のリング状の外
周部１７bの径を所定の大きさに設定することにより、
通常の呼出し音で用いられる２．５ｋから２．８ｋＨｚ
という狭い帯域の１ポイント周波数に振動系の共振周波
数を一致させることができるため、高い音圧レベルが確
保できる。

【００２４】さらに、第２の振動板の中央部１７ａの径
を小さくすれば、振動系の質量が軽くできて振動系の共
振周波数ｆ１と音響共振周波数ｆ３との間の帯域ｆ２付
近の音圧レベルも大きくなり、メロディー音の音圧レベ
ルを高くすることも可能である。そのためには、第２の
振動板のリング状周辺部及び連結部は質量増とならない
ように細くすることが望ましい。さらに、実施の形態２
のように第２の振動板の中央部に切り欠きを設けてもよ
い。また、実施の形態３のように第２の振動板の中央部
の材厚を変化させてもよい。

【００２５】また、図８の２０で示すように第２の振動
板のリング状の外周部を一部切り取る形状とすれば質量
をより軽くできる。

【００２６】（実施の形態５）本発明の実施の形態５を
図７で説明する。図７は要部である振動板の平面図であ
る。図７によれば１８は第１の振動板、１９は中央部１
９ｆ、突起部１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９
ｅ、１９ｆ、１９ｇよりなる第２の振動板である。本実
施の形態と実施の形態２との主たる相違点は、突起部１
９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９ｅ、１９ｆ、１９
ｇを第１の振動板上の外周方向に延ばした点である。こ
の場合、突起部１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ，１９
ｅ、１９ｆ、１９ｇの頂点を結ぶ仮想の円をＥとする
と、第１の振動板と第２の振動板との接合部は仮想の円
をＥ付近まで拡大され、第１の振動板スティフネスは大
きくなり、実施の形態４と同様に振動系の共振周波数を
所定の周波数まで上昇させることが可能となる。この場
合、実施の形態５に比べて、第２の振動板の形状が簡単
になるという利点がある。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明の電磁型電気音響変
換器を構成すれば、第１、第２の振動板で構成される振
動系で、第２の振動板の中央部と外周部の磁束密度が実
質的に均一となるように、外周部に切欠き部を設けた形
状、あるいは外周部の材厚を中央部より薄くした形状と
して、振動系の質量を軽量化することが可能である。さ
らに、第２の振動板各部で磁気飽和がない形状とすれ
ば、吸引力が従来と大きく変化しないため、振動系の共
振周波数ｆ１と音響共振周波数ｆ３との間の帯域である
ｆ２付近の音圧レベルが向上し、低音域での高調波成分
のレベルが向上して、高能率なメロディー音再生が可能
な電磁型電気音響変換器が実現できる。

【００２８】さらに、第２の振動板の円板状の中央部と
リング状の外周部との間を棒状の連結部で連結した構
成、あるいは外周部に突起部を設けた構成とすることに
より、振動系の質量ををほとんど変化させることなく外
形を実質的に大きくして、第１の振動板の呈するスティ
フネスを任意の値に設定できため、通常の呼出し音で用
いられる２．５ｋから２．８ｋＨｚという狭い帯域の１
ポイント周波数に振動板の共振周波数を一致させ、ベル
音を高い音圧レベルで再生する電磁型電気音響変換器が
実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１の振動板の平面図

【図２】本発明の実施の形態１の電磁型電気音響変換器
の構造断面図

【図３】（ａ）は本発明の実施の形態２振動板の断面図（ｂ）は同振動板の平面図

【図４】（ａ）は本発明の実施の形態３振動板の断面図（ｂ）は同振動板の平面図

【図５】本発明の実施の形態４の振動板の平面図

【図６】第２の振動板の直径を変化させた時の振動系の
共振周波数の測定結果を示す図

【図７】本発明の実施の形態５の振動板の平面図

【図８】本発明の実施の形態４の振動板の平面図

【図９】従来の電磁型電気音響変換器の構造断面図

【図１０】従来の振動板の平面図

【図１１】電磁型電気音響変換器に正弦波信号を印加し
た場合の音圧周波数特性を示す図

【図１２】電磁型電気音響変換器に矩形波信号を印加し
た場合の音圧周波数特性を示す図

【符号の説明】

１センターポール２プレート３励磁コイル４マグネット５，１０，１２，１４，１６，１８第１の振動板６，１１，１３，１５，１７，１９，２０第２の振動
板７ケース８音響ポート９空室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5D016 AA05 DA01 5D021 BB02 BB11 BB19 5K023 AA07 BB03 HH04 HH12 5K027 AA11 FF03 FF25 MM13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中央部にセンターポールを有するプレー
トと、前記センターポールの外周部に配置された励磁コ
イルと、前記励磁コイルの外周部の前記プレート上に配
置されたリング状のマグネットと、前記センターポール
と前記マグネットの上面に空隙を設けて支持された第１
の振動板と、前記第１の振動板の上面に固着され、磁性
材料よりなり中央部と外周部の磁束密度が実質的に均一
となる形状に形成された第２の振動板と、前記第１、第
２の振動板の上面を覆いその壁面に音響ポートを具備す
る電磁型電気音響変換器。
【請求項２】第２の振動板の各部は実質的に磁気飽和
の生じない請求項１記載の電磁型電気音響変換器。
【請求項３】第２の振動板は外周部に切欠き部を設け
た形状とした請求項１記載の電磁型電気音響変換器。
【請求項４】第２の振動板は、センターポール上面と
対向し、前記センターポールの外径と等しい径での断面
積を基準として、外周部に伸びた切欠き部を除く振動板
の円周上の合成面積が、前記前記センターポールの外径
と等しい径での断面積とほぼ等しい請求項３記載の電磁
型電気音響変換器。
【請求項５】第２の振動板の外周部の材厚を中央部よ
り薄くした請求項１記載の電磁型電気音響変換器。
【請求項６】第２の振動板が直径の異なる複数の円板
状の振動板で構成される請求項５記載の電磁型電気音響
変換器。
【請求項７】中央部にセンターポールを有するプレー
トと、前記センターポールの外周部に配置された励磁コ
イルと、前記励磁コイルの外周部の前記プレート上に配
置されたリング状のマグネットと、前記センターポール
と前記マグネットの上面に空隙を設けて外周部を支持さ
れた第１の振動板と、前記第１の振動板の上面に固着さ
れ、その重量をほとんど変化させることなく外形を実質
的に大きくして、前記第１の振動板の呈するスティフネ
スを所定の値に設定できる形状に形成した第２の振動板
と、前記第１、第２の振動板の上面を覆いその壁面に音
響ポートを具備する電磁型電気音響変換器。
【請求項８】第２の振動板は円板状の中央部とリング
状の外周部との間を棒状の連結部で連結して構成される
請求項７記載の電磁型電気音響変換器。
【請求項９】第２の振動板は外周部に突起部を設けて
構成される請求項７記載の電磁型電気音響変換器。