JP2004519169A - 可動コイルのためのエアーギャップの領域において音響的に漏れのない電気音響変換器 - Google Patents

Abstract

変換器軸（２）と、膜（３）と、外側磁石システム部（７）と内側磁石システム部（８）とを有する磁石システム（６）と、上記膜（３）に接続され且つコイルキャリヤ（２８）とコイルキャリヤ（２８）によって２つの磁石システム部（７，８）の間のエアーギャップ（１４）内に保持される可動コイル（２９）とを有する可動コイル構造（２７）と、変換器軸（２）に平行な上記可動コイル構造（２７）の直線ガイドのためのガイド手段（３６）とを有する変換器（１）であって、上記可動コイル構造（２７）が上記外側磁石システム部（７）の上記円筒境界面（１５）と一緒に多くとも１００Ｈｚの下限周波数から上の周波数に対して音響的に非透過性の円筒ギャップ（４３）を定める円筒境界面（４２）を有する。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変換器軸及び膜と、協働してエアーギャップを囲む外部磁石システム部及び内側磁石システム部を有する磁石システムと、膜に接続され且つコイルキャリヤ及びこのコイルキャリヤによって支持されエアーギャップ内に保持される可動コイルを有する可動コイル構造と、可動コイル構造を変換器軸に対し平行に直線的にガイドするガイド手段とを有する電気音響変換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような電気音響変換器は特許文献ＧＢ３８３，３７６から既知である。既知の変換器の中空の円筒可動コイルは、可動コイルと外側マグネットシステム部の円筒境界面との間に比較的大きなスペースが存在するように、外側磁石システム部の円筒境界面に対向するように配されており（この特許文献には、ブッシュ状のコイルキャリヤに対向する可動コイルのフリーな部分についての情報は無い）、この結果、可動コイルと外側磁石システム部の境界面との間のギャップ状の領域は比較的高周波数、即ち約９００Ｈｚ乃至１１００Ｈｚの範囲の周波数に対してのみ音響的に非透過性であるのに対して、このギャップ状の領域は、より低周波数に対しては音響的に非透過性ではない。その結果、既知の電気音響変換器は、約９００Ｈｚ乃至１１００Ｈｚの周波数範囲より上の信号に対してのみ申し分のない再生を達成するのに対して、より低周波数の信号を十分な品質で再生することは実際は不可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、その目的として、上記の状況を避けること、及び改良された電気音響変換器を作ることを有する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明による電気音響変換器では、この目的を達成するために、本発明による電気音響変換器が以下に与えられたやり方で特徴付けることができるように、本発明による特徴が備えられる。
【０００５】
変換器軸と、上記変換器軸に対し平行に振動可能な膜と、外側磁石システム部と内側磁石システム部とを有し、上記外側磁石システム部及び上記内側磁石システム部が上記外側磁石システム部の円筒境界面と上記内側磁石システム部の円筒境界面とによって制限されるエアーギャップを囲む磁石システムであって、上記膜の裏面に直に接続する裏面チャンバボリュームが上記膜の裏面から上記変換器軸の方向に平行に離れた追加の裏面チャンバボリュームに連通するように備えられる少なくとも１つ通路を有する磁石システムと、上記膜に接続され且つ中空の円筒コイルキャリヤと上記中空の円筒コイルキャリヤに接続される中空の円筒形の可動コイルとを有する可動コイル構造であって、上記可動コイルが少なくとも実質的にエアーギャップに存在するように保持され且つ上記磁石システムに対して調整可能である可動コイル構造と、可動コイル構造のためのガイド手段であって、上記磁石システムに対する上記可動コイルの調整時に上記変換器軸に平行に上記可動コイル構造をガイドするガイド手段とを有する電気音響変換器であって、上記可動コイル構造が上記外側磁石システム部の上記円筒境界面に対向する領域に円筒境界面を有し、上記外側磁石システム部の上記円筒境界面及び上記可動コイル構造の上記円筒境界面が、相互に同軸に配され且つ多くとも１００Ｈｚの下限周波数から上の周波数に対して音響的に非透過性の円筒ギャップを定める電気音響変換器。
【０００６】
本発明による構造的に単純なやり方の手段は、電気音響変換器の動作中であっても、可動コイル構造の円筒境界面が外側磁石システム部の円筒境界面から僅かに且つ常に一定の距離だけ離れて保持され、一方、多くとも１００Ｈｚの下限周波数より上の周波数に対して音響的に非透過性であるように、可動コイル構造の円筒境界面と外側磁石システム部の円筒境界面との間に形成される円筒ギャップの幅が非常に小さい電気音響変換器を提供し、このことは、１００Ｈｚの下限周波数から下の周波数に対して申し分のない音響信号の再生を保証することを意味する。
【０００７】
本発明による電気音響変換器では、上記外側磁石システム部の上記円筒境界面及び上記可動コイル構造の上記円筒境界面が、５０Ｈｚの下限周波数から上の周波数に対して音響的に非透過性である円筒ギャップの範囲を定める場合、非常に有利であることがわかった。このことは、５０Ｈｚの低周波数から下の周波数に対して申し分ない音響信号再生を保証することを意味する。２０Ｈｚの下限周波数から上の周波数のギャップの音響的な非透過性が、それに応じて形作られたギャップで保証される場合特に有利であることがわかった。円筒ギャップはこのような構造、即ち、このような変換器軸に平行なギャップ長及びギャップ幅を有することができ、このギャップはわずか１０Ｈｚ又は５Ｈｚの下限周波数から上の周波数に対して音響的に非透過性であることに言及する。
【０００８】
本発明による電気音響変換器では、可動コイルは、プラスチックケースに入れることができ、そのプラスチックケースとともに中空の円筒コイルキャリヤの外側境界面上に配することができ、この場合、プラスチックケースは、可動コイル構造の円筒境界面を形成し且つ外側磁石システム部の円筒境界面に対向して配される円筒外側境界面を有する。しかしながら、可動コイル構造の円筒境界面が中空の円筒コイルキャリヤの外側境界面によって形成され、可動コイルが中空の円筒コイルキャリヤの内側に備えられてそのコイルキャリヤに接続される場合、特に有利であることがわかった。このような設計は、試験によって非常に有利であることがわかった。
【０００９】
本発明による変換器では、ガイド手段を変換器軸に平行に延びるガイド溝及びガイドストリップによって形成することができる。このガイドストリップはガイド溝において突き出ている。しかしながら、ガイド手段が変換器軸に平行に延びる少なくとも２つの凹状のボールケージを有するボールベアリング構造によって形成され、一方ボールは２つの軸レベルに配されケージに入っている場合特に有利であることがわかった。このような設計は、最も容易な移動によって可動コイルの直線ガイドをする観点から、有利であることがわかった。このような設計も高い精度で達成することができ、このことは、できるだけ狭く且つ均一な幅を有する円筒ギャップの製造の観点から、大きな利点である。
【００１０】
このようなホールベアリング構造では、ボールが合成樹脂材料（例えばポリアセタール又はポリウレタン）から作られるのが特に有利であることがわかった。好ましくは、研削ボールが備えられる。
【００１１】
本発明による電気音響変換器では、膜が可動コイル構造の中空の円筒コイルキャリヤにのみ接続される場合、特に有利であることがわかった。このことは、例えば、上に挙げられた特許文献ＧＢ３８３３７６の図４に示されている、可動コイル接続のための戻り手段も膜に接続されている変換器のように、膜と他の変換器部品との間に如何なる形式の機械的接続も存在しないことを意味する。本発明による設計によって、膜が中空の円筒コイルキャリヤにのみ接続され、実際にどんな低い自然共振周波数も、膜と可動コイル構造とから形成されるアセンブリによって有利に達成され、これによって、低周波数において信号の高品質再生という利益を得る。
【００１２】
本発明の上記及び他の態様は、以下に記載される実施例から明白になり、この実施例を基準にして説明される。
【００１３】
本発明は、図面に示されている実施例を基準にして以下に記載されるが、本発明はその実施例には限定されない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１乃至図４は電気音響変換器１を示す。ここでは、この電気音響変換器１はダイナミックスピーカである。このダイナミックスピーカの独特な特徴は、スピーカが小さい外径、即ち、約２０ｍｍ乃至２５ｍｍの範囲の総体外径を有し、このスピーカはその小さな寸法にもかかわらず、特に高い再生品質（即ち、ハイファイの再生品質）を有し、このスピーカによって、２０Ｈｚと５０Ｈｚとの間の範囲にある超長波をこのスピーカによって優れた品質で再生することも達成できることである。
【００１５】
この変換器１は変換器軸２を有する。変換器１は、変換器軸２に対し平行に振動可能な膜３が取り付けられている。ここでは、この膜３は、概してカップ状又はドーム状であり、カップ状又はドーム状の部分４と、この部分４から突き出た、変換器軸２に平行な中空の円筒固定部分５とを有する。
【００１６】
変換器１は磁石システム６も備えている。この磁石システムは、外側磁石システム部７及び内側磁石システム部８並びに永久磁石９を有する。外側磁石システム部７はポット形状であり、底壁１０と中空の円筒側壁１１とを有する。内側磁石システム部８もポット形状であり、底壁１２と中空の円筒側壁１３とを有する。永久磁石９は円形のディスク状構造を有し、外側磁石システム部７の底壁１０と内側磁石システム部８の底壁１２との間に備えられる。２つの磁石システム部７及び８は、磁気的に高い透過性の材料、好ましくは軟鉄で作られる。
【００１７】
２つの磁石システム部７及び８は、２つの側壁１１及び１３の領域においてエアーギャップ１４を囲む。このエアーギャップ１４は、外側磁石システム部７の円筒境界面１５と内側磁石システム部８の円筒境界面１６とによって制限される。
【００１８】
磁石システム６に関して、この磁石システム６は、ここでは、３つの通路１７、１８及び１９を有し、これら通路は、膜３の裏面２０に直接に接続されている裏面チャンバボリューム２１が膜３の裏面２０から離れており変換器軸２の方向に平行な追加の裏面チャンバボリューム２２に連通するように備えられることを念頭におくべきである。図４から明らかなように、追加の裏面チャンバボリューム２２は、図４の変換器軸２を横切る方向の全体の大きさが図示されていない筐体２３によって制限されている。通路１７を示す図２及び図４から明らかなように、３つの通路１７、１８及び１９の各々は、内側磁石システム部８のスロット状の通路２４と外側磁石システム部７の同じくスロット状の通路２５とから成る。２つの通路２４及び２５は、永久磁石９に隣接し且つそれに応じて通路１７又は１８又は１９に割り当てられる中間チャンバ２６を通じて、相互に接続されている。従って、３つの通路１７、１８及び１９は、追加の裏面チャンバボリューム２２によって、膜３の裏面２０に直接に接続している裏面チャンバボリューム２１を拡大する役割をし、このことは、２０Ｈｚと数百Ｈｚとの間の範囲の低周波数の信号の申し分のない品質の音響再生を保証する場合に必要である。
【００１９】
変換器１は可動コイル構造２７も備えている。可動コイル構造２７は膜３に接続されている。可動コイル構造２７は、プラスチックブッシュによって形成される中空の円筒コイルキャリヤ２８を有する。更に、可動コイル構造２７は、コイルキャリヤ２８に接続される中空の円筒可動コイル２９を有する。ここでは、可動コイル２９は、全体的にエアーギャップ２４に位置するように保持される。可動コイル２９は、磁石システム６に対して調整することができる。変換器１が動作すると、可動コイル２９に電気信号が供給され、その結果、可動コイル２９は供給された信号に従って磁石システム６に対して変換器軸２の方向に平行に振動するように設定され、この振動は膜３によって音波に変換される。
【００２０】
図２及び図４は定位置の可動コイル構造２７を示す。可動コイルの定位置は、コイルキャリヤ２８が３つのラバーウェブ３０、３１及び３２に接続されて規定される。これらウェブは、その自由端の領域において、変換器軸２の方向に平行な外側磁石システム部７の側壁１１から突出する保持ブロック３３、３４及び３５に接続される。ラバーウェブ３０、３１及び３２は、図２及び図４に示す定位置からの正の偏りの場合と負の偏りの場合との両方において、同じ復帰力が実質的に常に可動コイル構造２７に作用するという利点を提供する。従って、ラバーウェブ３０、３１及び３２は、可動コイル構造２７の定位置を規定するだけでなく、可動コイル構造２７をその定位置に戻すための手段としても使用される。可動コイル構造２７の定位置は別のやり方（例えば螺旋状に巻かれた圧縮バネ又は板バネ又は他のバネの使用、機械的な助けの無い例えば磁気復帰力が利用できる復帰手段）によって確保されてもよいことに注意されたい。いかなる場合にも存在する変換器１の磁石システム６の使用によって復帰機能を成し遂げることも考えられる。
【００２１】
変換器１は、可動コイル構造２７のためにガイド手段３６も有する。ガイド手段３６は、磁石システム６に対する可動コイル２９の調整の間、可動コイル構造２７を変換器軸２に対し平行に正確にガイドする。変換器１のガイド手段３６は、ここでは、変換器軸２に対し平行に延びる３つの溝型のボールケージ３７を有するボールベアリング構造３６によって形成される。図２及び図４において、これらボールケージ３７のうちの１つのみが見えている。更に、ボールベアリング構造３６は、ボール３８及び３９を有する。このボール３８及び３９はボールケージ３７に入っており、点線４０及び４１で示される２つの軸レベルに配されている。従って、変換器１は、このようなボール３８及び３９を合計６個有しており、図２及び図４では２つのボール３８及び３９のみが見えている。
【００２２】
変換器１は、可動コイル構造２７が外側磁石システム部７の円筒境界面１５に対向する領域に円筒境界面４２を有し、外側磁石システム部７の円筒境界面１５及び可動コイル構造２７の円筒境界面４２が相互に同軸に配され、ここに円筒ギャップ４３を規定するように構成されることが有利である。円筒ギャップ４３は半径方向のギャップ幅を有し、変換器軸２に平行なギャップ長を有する。これら２つのギャップの寸法は、ギャップ４３が約２０Ｈｚの下限周波数から上の周波数に対して音響的に非透過性、即ち音響的に非透過性の挙動を有することを保証するように設けられる。
【００２３】
開発の間に構成された変換器１のサンプルの一例では、ギャップ幅が約０．１ｍｍの値を有し且つギャップ長が約１０ｍｍの値を有する円筒ギャップ４３が製造された。しかしながら、円筒ギャップ４３がかなり狭い（例えば、０．０５ｍｍ、また０．０２ｍｍ乃至０．０１ｍｍ）他のサンプルも製造された。これらの非常に狭いギャップ４３にもかかわらず、ボールベアリング構造３６が可動コイル構造２７を変換器軸２に対し平行に高精度で直線的にガイドするために、外側磁石システム部７の円筒境界面１５に対する可動コイル構造２７の望ましくないノッキングに関しては、これまで重大な問題は生じていない。円筒ギャップ４３の小さいギャップ幅の結果、このギャップ４３は非常に低い下限周波数に対して実質上音響的に非浸透性であり、このことは、低周波数信号の申し分のない音響再生を可能にするためには極めて重要な条件である。
【００２４】
変換器１の可動コイル構造２７の円筒境界面４２は、中空の円筒コイルキャリヤ２８の外側境界面４２によって形成され、このことは、円筒境界面４２が単一部品、即ちコイルキャリヤ２８によってのみ決定されるので、可動コイル構造２７の円筒境界面４２が軸全体に渡って正確な一定の直径を有するように実現されるという利点を有する。
【００２５】
変換器１は、可動コイル２９が中空の円筒コイルキャリヤ２８の内側に備えられコイルキャリヤ２８の内側においてそのコイルキャリヤ２８に接続されるという他の利点を有する。ここでは、可動コイル２９のコイルキャリヤ２８への接続は、接着剤接合（図示せず）によって達成されている。しかしながら、この接続は、上記のやり方に代えて、異なるやり方で達成することもできる。
【００２６】
円筒ギャップ４３の変換器軸２に平行に延びるギャップ長に関して、このギャップ長は、可動コイル構造２７が外側磁石システム部７の底壁１０から最も離れているストローク位置に存在している場合でも、ギャップ４３の音響的に非透過性の挙動を保証するように十分に長いことに注意すべきである。
【００２７】
変換器１の膜３は、膜３の振動部４から突き出た、変換器軸２に平行な中空の円筒固定部分５であって、コイルキャリヤ２８上に配され接着剤接合によってコイルキャリヤ２８に接続されている中空の円筒固定部５によって、可動コイル構造２７の中空の円筒コイルキャリヤ２８にのみ接続されている。従って、膜とコイルキャリヤ２８以外の部品との間には機械的接続が存在せず、このことは、結果として膜３と可動コイル構造２７とから成る構成要素の低い共振周波数を実質上達成するので、特に有利である。
【００２８】
本発明による変換器１では、
１）このような変換器１において膜３の前方の領域と膜３の後方の領域との間に必要な音響的な非透過性；
２）可動コイル構造２７の正確な軸方向のガイド；及び
３）可動コイル構造２７の戻りが、３つの独立した手段によって、構造的に簡単且つ信頼できるやり方で達成され、これにより、これらの手段の各々を他の手段とは独立に必要な大きさで構成することができ、このため、これらの手段によって達成されるべき機能の各々に対して最適条件を作ることができる。従って、本発明による変換器１は、高い伝達線形性を保証すると同時に、長い膜ストロークに対して申し分なく適している。
【００２９】
図１乃至図４の変換器１の可動コイル構造２７のコイルキャリヤ２８及び可動コイル２９は、製造後に接続される別々に製造された２つの部品によって形成されることに注意されたい。その代わりに、可動コイル構造２７が、独立したコイルとして単独で最初に巻かれる可動コイル２９を有し、その上において、この可動コイル２９が可動コイル２９の周りで成形されることによって形成されるコイルキャリヤ２８に接続され、この場合、コイルキャリヤ２８は可動コイル２９の軸方向の大きさよりも十分長く形成され、従って、図１乃至図４を基準にして上述された変換器１と同じ方法で、ボールベアリング構造によってガイドすることができるように、可動コイル構造２７を生産及び構成することも可能である。
【００３０】
図１乃至図４の変換器１は、外側磁石システム部７の円筒境界面１５と内側磁石システム部８の円筒境界面１６と可動コイル構造２７の円筒境界面４２と中空の円筒ギャップ４３とを有することに注意されたい。円形状の円筒デザインであることが好ましいが、円筒デザインは底面として円形状の有する必要は無く、その代わりに底面として正方形又は三角形又は多角形を有してもよいので、円形状の円筒デザインが絶対的に必須ではない。ガイド手段として、ボールベアリング構造の代わりにローラーベアリングを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による電気音響変換器の平面図を示す。
【図２】図１による電気音響変換器の図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う断面を示す。
【図３】図１及び図２の電気音響変換器の図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線の底面図である。
【図４】図２と同じやり方であるが、より大きなスケールで、図１乃至図３の電気音響変換器を筐体内に保持された状態で示す。

Claims (6)

1. 変換器軸と、
   前記変換器軸に対し平行に振動可能な膜と、
   外側磁石システム部と内側磁石システム部とを有し、前記外側磁石システム部及び前記内側磁石システム部が前記外側磁石システム部の円筒境界面と前記内側磁石システム部の円筒境界面とによって制限されるエアーギャップを囲む磁石システムであって、前記膜の裏面に直に接続する裏面チャンバボリュームが前記膜の裏面から前記変換器軸の方向に平行に離れた追加の裏面チャンバボリュームに連通するように備えられる少なくとも１つの通路を有する磁石システムと、
   前記膜に接続され且つ中空の円筒コイルキャリヤと前記中空の円筒コイルキャリヤに接続される中空の円筒形の可動コイルとを有する可動コイル構造であって、前記可動コイルが少なくとも実質的にエアーギャップに存在するように保持され且つ前記磁石システムに対して調整可能である可動コイル構造と、
   可動コイル構造のためのガイド手段であって、前記磁石システムに対する前記可動コイルの調整時に前記変換器軸に平行に前記可動コイル構造をガイドするガイド手段とを有する電気音響変換器であって、
   前記可動コイル構造が前記外側磁石システム部の前記円筒境界面に対向する領域に円筒境界面を有し、前記外側磁石システム部の前記円筒境界面及び前記可動コイル構造の前記円筒境界面が、相互に同軸に配され且つ多くとも１００Ｈｚの下限周波数から上の周波数に対して音響的に非透過性の円筒ギャップを定める電気音響変換器。
2. 前記外側磁石システム部の前記円筒境界面及び前記可動コイル構造の前記円筒境界面が、多くとも５０Ｈｚの下限周波数から上の周波数に対して音響的に非透過性である円筒ギャップの範囲を定める請求項１に記載の変換器。
3. 前記外側磁石システム部の前記円筒境界面及び前記可動コイル構造の前記円筒境界面が、最大２０Ｈｚの下限周波数から上の周波数に対して音響的に非透過性である円筒ギャップの範囲を定める請求項２に記載の変換器。
4. 前記可動コイル構造の前記円筒境界面が前記中空の円筒コイルキャリヤの外側境界面により形成され、前記可動コイルが前記中空の円筒コイルキャリヤの内側に備えられ且つ前記コイルキャリヤに接続される請求項１に記載の変換器。
5. 前記ガイド手段がボールベアリング構造によって形成され、前記ボールベアリング構造が、前記変換器軸に平行に延びる少なくとも２つの溝型のボールケージと前記ボールケージに入るボールとを有し、前記ボールは２つの軸レベルに配される請求項１に記載の変換器。
6. 前記膜が前記可動コイル構造の前記中空の円筒コイルキャリヤにのみ接続される請求項１に記載の変換器。