JP2004502365A

JP2004502365A - 小型高性能スピーカ

Info

Publication number: JP2004502365A
Application number: JP2002505553A
Authority: JP
Inventors: ゴードハード　エイ　グエンサー
Original assignee: ゴードハード　エイ　グエンサー
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2004-01-22
Also published as: AU2001270246A1; CN1443433A; EP1329130B1; EP1329130A4; EP1329130A1; WO2002001913A1

Abstract

スピーカは、互いに同軸上に配置され一端でシャント（３）により接続される第１および第２の環状マグネット（１，２）、および磁束を円筒型ボイスコイルギャップ（Ｇ）の中で集中させるための他端の磁極を定める構造（４，５）を有する。組み合わされた磁気アセンブリが中心を貫通する開口部（Ｃ）を有するように、シャントおよび磁極構造は積み重ねられる。ボイスコイル（ＶＣ）は円筒型磁束ギャップに乗り、その導線は開口部（Ｃ）を通して前記マグネットの他の側へ引き出される。エンクロージャと一緒に使用されるとき、スピーカの振動板（Ｄ）が中心開口部を通してスピーカの後ろに拡張する同調エンクロージャに通じるか、開口部がエンクロージャの一部として機能し、全音響効果の更なる制御を可能にする。形成された磁極片は各々マグネットの１つに寄り掛かり、高磁束密度の浅いボイスコイルギャップを定め、ギャップの中で磁場が効率よく集中される

Description

【０００１】
［本発明の背景］
本発明はオーディオスピーカに関し、特に小型のラウドスピーカに関する。
【０００２】
近年、小型スピーカが取り付けられる多くのアプリケーションが実質的に成長している。この成長は部分的には民生電子機器およびパーソナル電子音楽演奏装置の多数の新しい形態の出現によるものであり、民生電子機器およびパーソナル電子音楽演奏装置の多くは、高品位サウンドの最大音量放出のための付属スピーカの使用を要求または促進する。また、小型スピーカの使用の増加は、何十年にもわたってオーディオ性能に対する基準を形成してきた指物細工の大きなスピーカエンクロージャよりも小型のブックシェルフまたはデスクトップシステムへの一般的傾向によって支持されてきた。
【０００３】
これらのアプリケーションの多くにとって、軽量性および可搬性が重要である。更に他のアプリケーションにとっては、コストが主な要因である。更に他のアプリケーションにとっては、キャビネットまたは他のスピーカハウジングに関するそのようなスピーカの性能を最適化することが望ましい。そのようなケースでは、詳細な検討がスピーカおよびハウジング双方の構造および音響効果に対して為されなければならない。しかし、小さなスピーカへの趨勢は、（特にスペクトルの低周波端において）多数の技術的問題を提起する。何故ならば、小さな振動板は放射中の低い周波数において効率が低く、高い固有共鳴を有するからである。補いの特徴（例えば、高い駆動電流、長いスローコイル（ｔｈｒｏｗｃｏｉｌ）構造、強力なマグネットギャップ、改良された振動板材料、および新しいキャビネット形態の使用）の完全装備が、小さなサイズのシステムでの所望するオペレーションを達成するために必要である。
【０００４】
従って、改良された小型スピーカを提供することが望ましい。
【０００５】
また、その中で小型スピーカの性能が更に改善されるハウジングを提供することが望ましい。
【０００６】
また、ハウジング自体がキャビネット、壁スペース、またはユニットのような他の位置に取り付けられるように最適化されたスピーカおよびハウジングを発明し、それにより取付構造を広範な音響工学または個別化された設計なしに適応させることが望ましい。
【０００７】
［発明の要約］
１または複数のこれらおよび他の望ましい結果が、円筒型ギャップの中の磁束を集中させるために、第１および第２の環状マグネットが互いに同心円状に配置され、一端のシャント構造および他端の極を定める構造により接続されるスピーカにより、本発明を用いて得られる。マグネットと同様に、シャントおよび極構造も環状であり、組み合わされたマグネットアセンブリが中心を貫通する開口部を有するように、それらが積み重ねられる。中心開口部を通して、スピーカのボイスコイルは円筒型磁束ギャップに乗り、その駆動導線はスピーカの後ろに引き出される。種々の実施例では、スピーカの振動板は中心開口部を通してスピーカの後ろに配置された同調エンクロージャに通じており、従って、全音響効果を更に制御することを可能にする。
【０００８】
本発明の１側面によると、環状マグネットは軸方向に分極し極性が反対であり、２つのマグネットの間の円筒型マグネットギャップにより分離される。２つの形成された磁極片（１つは各マグネットの上面に寄り掛かる）が、マグネットギャップと実質的に隣接する高磁束密度の浅いボイスコイルギャップを定める。この構造は、１インチ（２．５４センチメートル）のボイスコイルギャップの全磁束密度１．４テスラ以上、２オンス（５６．７グラム）以下の全スピーカ重量、およびギャップの全エネルギー１００ミリワット秒を達成するために（外径が２５ミリメートルおよび３６ミリメートルの）２つのネオジウムリングマグネットを使用してアセンブリに適用される。従って、高価なネオジウムの質量は最小化され、利用可能な磁束はギャップの中で効率的に集中され、全体的なスピーカ性能が優れている。更に詳細には、マグネットがこの高エネルギーを非常に浅いギャップの中で達成し、振動板が小さな偏位で強く駆動されることを可能にする。開口部を通る中心は、スピーカ組立およびその後のスピーカ取付の間の導線の取り扱いを容易にする。また、開口部は、比較的浅いチャンバの中で達成されるべき弱められたか共振した結合の何れかの有効なレベルを可能にするために利用される。チャンバは、平坦または浅いパネルまたは壁に取り付けられる穴を開けられたエンクロージャでもよい。
【０００９】
［本発明の詳細な記載］
本発明は、マグネットの下部構造に低コストの金属部品を利用する改良された高効率のスピーカを提供することを求める。一般に、小さな高性能スピーカの場合、スピーカは永久マグネット（希土類マグネット（例えば、ネオジウムマグネット）が好ましい）を有する。また、マグネットの下部構造は、スピーカ振動板に取り付けられた円筒型ボイスコイルが加えられた駆動電流信号に従って動く高磁束ギャップに磁場を集中させるシャントおよび磁極片構造を含む。
【００１０】
そのようなスピーカの設計では、既存の設計を開始して、最も重要と思われる１つのパラメータ（例えば、磁束、重量、奥行き、またはコスト）に基づいて新しいスピーカの磁気的な性能を最適化することを求めてもよい。このアプローチは工業的には簡単であるが、最適化されていない他のパラメータを必ずしも改善させず、損なうかもしれない。本発明は、超小型で高効率のスピーカを製造するためにいくつかの性能パラメータを同時に改善する新規な構造を提供する。
【００１１】
本明細書では、出願人の以下の特許および特許出願を参照する。米国特許第５，８０２，１９１号、米国特許出願第０９／１００，４１１号、米国特許出願第０９／４３９，４１６号（および対応する国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９９／２７０１１号）、米国特許出願第０９／６３９，４１６号（および対応する国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ００／２２１１９号）。
【００１２】
図１は本発明によるスピーカ１０の１実施例であり、マグネット構造２０、振動板Ｄ、およびボイスコイルＶＣを詳細に図示する。（例えば、（例えば、カプトン（Ｋａｐｔｏｎ）シートで形成された）円筒型ボビン上の銅または他の導電巻線から成る）ボイスコイルＶＣは、マグネット構造２０が磁束を集中させる磁気ギャップＧの中に架かる。振動板Ｄは、円筒型ボイスコイルＶＣが及ぶ領域全体に広がる平坦なシートとして図示される。一般に、そのような振動板は、振動板をフレームに貼り付けている可撓ゴムまたはポリマバンド（図示されない）により外周を支持される。しかし、他の実施例では、もっと大きなフレームに乗るように振動板はコイルの直径に及ぶドーム型もしくは凹型振動板でもよく、またはボイスコイルの外周に主として伸長するように配置されたシートまたはコーンでもよい。この場合、磁気ギャップＧの中のセンタリングを維持するために、一般に可撓であるが寸法が変化しない材料の追加の環状バンドがボイスコイルの領域の中のボイスコイルまたは振動板に付着する。コーンの外端では、一般にもう１つの可撓バンドが振動板をスピーカフレームに取り付ける。
【００１３】
図１に示されるように、スピーカアセンブリ１０のマグネット構造２０は、互いに同軸に配置され、マグネットの１つの側にシャント部材３によって共に接続される第１および第２の環状マグネット１，２を含む。図示される実施例では、シャント部材３は（平坦なプレートまたはシートであるよりも）成形された部材であり、半径方向の内端および半径方向の外端に向かって薄くなっていく。即ち、側面３ａ，３ｂが面取りされ（または丸められ）、中央部分から離れるにつれて薄くなっていく。マグネット１，２の他の側面では、磁極片４，５がそれぞれ形成される。図１に示されるように、内側のマグネットの外周と外側のマグネットの内壁の間の小さな空間と一緒に、内側および外側の円筒型マグネット１，２が同心円状に配置される。磁極片４，５は各々が環状リングから成るかまたは環状リングを含み、２つの磁極片の向かい合う面の間の分離がボイスコイルギャップＧを形成するように、各マグネットの上面に各々が位置する。図示される実施例では、ギャップＧは２つのマグネットの間に存在する空間より小さく、それに加えて同軸である。スケールとして、本発明の１実施例では、ボイスコイルＶＣは約１インチ（約２．５４センチメートル）の直径を有し、内側のマグネット１は２４．５ミリメートルの外径を有し、８ミリメートルの中心開口部を備える。マグネット２は１．５ミリメートルのギャップ全体にわたって配置され、直径３６ミリメートルまで広がる。磁極片４，５は磁気ギャップを狭くするので、ギャップＧは（例えば）１ミリメートルである。保磁子３と同様に、磁極片４，５はギャップＧの付近で厚く、アセンブリの半径方向の内端および外端の近くになるにつれて先細りするか薄くなる。
【００１４】
図１Ａは本発明によるプロトタイプスピーカのマグネット構造であり、スピーカマグネットの１つの側を通る正中面に沿う断面を示す。この実施例では、外側の磁極片５は突き出た周辺スタンド５ａを有する。振動板（図１に示されるような平坦な振動板）の端部は、スタンド５ａに付着してもよい。磁極片は適切な材料（例えば、鉄または鋼鉄）で形成され、それらの形態は磁束を上手く利用して磁束をボイスコイルギャップの中に集中させ、振動板がブーンという音を立てないように逃げまたは遊びを提供するのに役立つ。
【００１５】
図３は、ギャップの中で達成された磁束密度のグラフである。図示されるように、２重の同軸リングマグネット構造は１ミリメートルのギャップにより２ミリメートルにわたって１．４４テスラの磁束密度を発し、全ギャップエネルギーは１００ミリワット秒である。
【００１６】
図２は、図１Ａのマグネット構造の中のベクトルを図示する。金属／磁性部品を図示するために実線が図の右側に挿入され、これらは図１の番号に対応する番号で識別される。マグネットはリングの軸に沿ってＮ−Ｓ極に分極し、外側のリングマグネット２は内側のリングマグネットと反対方向に分極する。この実施例では、外側の磁極片５は拡張スタブまたはバンド部分５ａを外周において含み、次の詳細な図面に図示されるように、外側の力線に作用する。反対方向に分極されたリングマグネットに適用される極およびシャント構造は、高い磁束密度をギャップＧの中に集中させるために、利用可能な磁性体を更に効率的に使用する。
【００１７】
図１に更に図示されるように、保磁子３を有する内側のマグネット１および内側の磁極片４は全て、マグネットアセンブリの中心を通る物理的開口部Ｃを定める環状素子である。スピーカ入力導線ａ，ｂはこの中心開口部を通過し、ボイスコイルＶＣに接続する。入力駆動導線の表示は図示されているだけであることに注意しなければならない。単一の導線は、スピーカの金属構造に接地された第２の導線と一緒に開口部を通過できる。更に、導線ａ，ｂは図示されるような導線である必要はなく、他の形態（例えば、プラスチックシートが金属導体を包んで補強する、可撓ケーブルまたはマイクロリソグラフで形成された導電素子）を取ってもよい。更に、中心開口部Ｃを通過する導体に接続する前に、駆動導線はボイスコイルから振動板Ｄ上の表面端子パッド構造に接続してもよい。当該技術分野で既知の他の接続技術も利用できる。
【００１８】
しかし、導体の中の駆動線または導線が開口部を直接通過するのが好都合である。従って、このアーキテクチャは、ボイスコイル導線を振動板または（コーンの）布被覆センタリング支持材上に位置する端子板または接続パッドに付着させるステップを無くす。そのような中間接続はスピーカフレームの内側で繊細な操作を必要とするので、これは従来技術では時間のかかる組立ステップであった。
【００１９】
また、開口部Ｃは、スピーカの背面と前面の間の空気伝達を提供する。従って、振動板Ｄがマグネットアセンブリの全面にわたって広がるとき、その挙動は開口部を通る（例えば、マグネットの後ろのキャビネットまたは他の空間内部への）気柱の剛性により影響を受ける。振動板が中心キャップまたはドーム無しにボイスコイルから周囲へ広がるとき、この開口部はそのようなキャビネット剛性を緩和するために、および／またはキャビネット内部からの音を逃がすか移すために使用できる。従って、マグネット開口部はシステム応答を調整するために音響結合を可能にし、エンクロージャに穴を開けて小さなエンクロージャの中の空気の剛性を減少させることを可能にする。
【００２０】
図４Ａおよび図４Ｂは、図１Ａの装置の環状マグネット構造およびギャップ領域の磁路／力線を連続階調および単独線を用いてそれぞれプロットし、穴を開けられたマグネットアセンブリを提供しながら対称な磁路を定めるための、小さなマグネットの非常に効率的な使用を示す。
【００２１】
プロトタイプ実施例では、２重リング構造は、空気結合および配線を可能にする８ミリメートルの中心穴を有した。内側のネオジウムリングは２４．５ミリメートルの外径および８．２５ミリメートルの肉厚を有し、外側のリングは３６ミリメートルの外径および４．２５ミリメートルの肉厚を有したので、２つの同軸マグネットの間の空間は１．５ミリメートル幅であった。両方のマグネットは３．５ミリメートルの厚さであり、従って、（１．４７＋１．４５）ｃｃ（または、２．９７ｃｃ）に等しい磁性体の体積、２２．５グラムの重量を利用する。鋼鉄の部品（内側の天板および外側の天板（それぞれの重量５グラムおよび５．７７グラム）、全システムの重量４８グラム）が、１．４４テスラの磁束密度および１００ミリワット秒の全エネルギーを提供する。
【００２２】
［比較する実施例１］
これらの性能特性の値は、同じ総重量であるが本システムに最適化された単一の固体ネオジウムディスクマグネットを使用する第１の比較構造に対して、図１Ａ，２，３，および４Ａの特徴と比較可能な特徴をそれぞれ図示する図５−８の考察により高く評価されるであろう。図示されるように、エネルギーは本発明のシステムより実質的に低く、固体ディスクの中心領域の磁束分布はギャップ密度の増加に寄与すること無く実質的に浪費される。ギャップの全エネルギーは６５ミリワット秒、全磁束密度１．２１テスラ、およびシステム重量４９．５グラムであり、ギャップの外部シェルが重要な部分を形成する。従って、上で議論されたパラメータの中で、１つだけが改善される（即ち、マグネットおよび極構造の単純なスラグによりコストが下がる）。
【００２３】
［比較する実施例２］
もう１つの有用な比較は、図１−４のシステムと同じ量のネオジウムマグネットを使用する図９に示されるマグネット構造に対するものである。この実施例では、マグネットは高いディスクであり、厚さ１０ミリメートル、直径２４．５ミリメートル、重量１２．５５グラムである。（前の実施例のものに類似するが深いシャントを有する）天板および低板が、最大４８．５グラムまでの全システム重量をもたらす。磁束密度１．３２テスラまでだけ増加するが、マグネットの深さは１５．５ミリメートルまで増加し、構造を浅いエンクロージャに対して適切でないようにする。図１０−１２Ｂは、磁束密度、磁束分布、力線モデル、およびこの実施例の全体形状を示す。
【００２４】
［比較する実施例３］
他の実施例として、もし図１−５のシステムと同じギャップのエネルギーを得ようとするがディスクマグネットを使用するなら、構造は図１３に示されるようなものである。この場合、マグネットは１２ミリメートルの厚さ、および４０の重量を有し、外部シェルおよび天板が最大１００グラムまでの全システム重量をもたらす。図１５−１６Ｂは、磁束密度、磁束分布、力線モデル、およびこの実施例の全体形状を示す。この構造は１８．５ミリメートルのマグネット深さをもたらし、フラットパネルスピーカと一緒に動作するには深過ぎる。また、増加したマグネット重量も、この設計を図１の２重リング設計より高価にする。
【００２５】
従って、２重リングマグネット設計が高磁束密度を軽量実施方法で達成することがわかる。対照的に、同じ磁束の従来の設計だけでは、深過ぎ、重過ぎ、高価過ぎる。本発明のスピーカが利用可能な磁束を狭くて浅いボイスコイルギャップの中で効率的に集中させるだけでなく、２重リング設計の中心穴が開口部を提供し、開口部を通して電力線が可動コイルに電力を供給するように引き回される。このことが、駆動導線をスピーカの内側の静止したコイル端子に結合する繊細な仕事を除去することによりスピーカ製造コストを下げる。また、（配線のための周りの空間を配置する必要が無いので）そのことが小さなアセンブリサイズを達成し、キャビネット取付方法を単純にする。ネオジウムからのエネルギーの抽出は極めて効率的であり、それにより完全に線形な駆動モータの音響効率を増加させる。また、上記のように、開口部を備えたスピーカが取り付けられるエンクロージャの剛性を低下させるために利用されるか、または組み合わされたスピーカ／エンクロージャシステムの応答を調節または減衰させるように外部の同調エンクロージャへの空気結合のために利用される。
【００２６】
従って、本発明は開示され実施例を記載されたが、他の変更および修正が当業者により行われ、全ての変更および修正は請求項により定められた本発明の範囲内にあると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明によるスピーカのボイスコイルのための高性能マグネット構造である。
【図１Ａ】
本発明の他の実施例である。
【図２】
図１Ａのマグネット構造の中の磁場ベクトルである。
【図３】
図１Ａの構造のギャップ全体の磁束密度のグラフである。
【図４Ａ】
図１Ａの構造に対する磁路および力線である。
【図４Ｂ】
図１Ａの構造に対する磁路および力線である。
【図５】
第１の比較構造の固体ディスクマグネット構造に対する図１Ａ，２，３，および４Ａの類似する特徴である。
【図６】
第１の比較構造の固体ディスクマグネット構造に対する図１Ａ，２，３，および４Ａの類似する特徴である。
【図７】
第１の比較構造の固体ディスクマグネット構造に対する図１Ａ，２，３，および４Ａの類似する特徴である。
【図８】
第１の比較構造の固体ディスクマグネット構造に対する図１Ａ，２，３，および４Ａの類似する特徴である。
【図９】
第２の比較構造の固体ディスクマグネット構造に対する図１Ａ，２，３，４Ａ，および４Ｂの類似する特徴である。
【図１０】
第２の比較構造の固体ディスクマグネット構造に対する図１Ａ，２，３，４Ａ，および４Ｂの類似する特徴である。
【図１１】
第２の比較構造の固体ディスクマグネット構造に対する図１Ａ，２，３，４Ａ，および４Ｂの類似する特徴である。
【図１２Ａ】
第２の比較構造の固体ディスクマグネット構造に対する図１Ａ，２，３，４Ａ，および４Ｂの類似する特徴である。
【図１２Ｂ】
第２の比較構造の固体ディスクマグネット構造に対する図１Ａ，２，３，４Ａ，および４Ｂの類似する特徴である。
【図１３】
第３の比較構造の固体ディスクマグネット構造に対する図１Ａ，２，３，４Ａ，および４Ｂの類似する特徴である。
【図１４】
第３の比較構造の固体ディスクマグネット構造に対する図１Ａ，２，３，４Ａ，および４Ｂの類似する特徴である。
【図１５】
第３の比較構造の固体ディスクマグネット構造に対する図１Ａ，２，３，４Ａ，および４Ｂの類似する特徴である。
【図１６Ａ】
第３の比較構造の固体ディスクマグネット構造に対する図１Ａ，２，３，４Ａ，および４Ｂの類似する特徴である。
【図１６Ｂ】
第３の比較構造の固体ディスクマグネット構造に対する図１Ａ，２，３，４Ａ，および４Ｂの類似する特徴である。
【符号の説明】
１，２　マグネット
３　　　保磁子
４，５　磁極片
５ａ　　スタンド
１０　　スピーカアセンブリ
２０　　マグネット構造

Claims

スピーカのためのマグネットアセンブリであって、
同軸上に配置され、間に半径方向のギャップを形成し、軸方向に分極した前記第１および第２のマグネット、
前記第１および第２のマグネットの一方の側にわたって接続されるシャント
第１の面を有し、前記第１のマグネット上に配置された第１の磁極片、および
第２の面を有し、前記第２のマグネット上に配置された第２の磁極片から成り、
磁束がボイスコイルギャップの中に集中されるように前記第１および第２の面の間の前記ボイスコイルギャップが定められ、中心を貫通する開口部が設けられることを特徴とするアセンブリ。
前記第１および第２のマグネットが希土類マグネットであることを特徴とする、請求項１に記載のマグネットアセンブリ。
前記第１および第２のマグネットがネオジウムマグネットであることを特徴とする、請求項１に記載のマグネットアセンブリ。
スピーカであって、
振動板、
前記振動板に接続されたボイスコイル、および
磁束ギャップを定めるマグネットアセンブリから成り、
前記ボイスコイルは前記磁束ギャップの中に配置され、前記ボイスコイルギャップを形成するために磁極片の向かい合う面の間に磁束を効率的に集中させるように、前記マグネットアセンブリは１組の同軸上に配置された環状マグネット、前記マグネットの上に配置され前記マグネットの１側面と相互接続しているシャント、および前記マグネットの第２の側面に１組の磁極片を含む。
前記ボイスコイルのための電力導線が前記マグネットアセンブリの中心を貫通することを特徴とする、請求項４に記載のスピーカ。
前記マグネットアセンブリが前記スピーカの後ろの空間への空気結合のための中心開口部を有することを特徴とする、請求項４に記載のスピーカ。
エンクロージャを更に含み、前記中心開口部が前記エンクロージャに結合することを特徴とする、請求項６に記載のスピーカ。
スピーカ組立の方法であって、
前記マグネットアセンブリを貫通する中心開口部、および磁気ギャップを有するマグネットアセンブリを提供し、
ボイスコイルを前記マグネットアセンブリの第１の側のギャップの中に配置し、および
ボイスコイル駆動導線を前記開口部を貫通して前記マグネットアセンブリの第２の側まで通過させる諸ステップから成ることを特徴とする方法。