JP2012165129A - Electroacoustic transducer - Google Patents

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Migaku Tada
琢 多田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a simple electroacoustic transducer with small size and light weight, capable of generating or storing power while listening to music, even when listening to the music under a no-vibration environment.SOLUTION: An electroacoustic transducer comprises a first diaphragm 211; a diaphragm driving portion 213 having a signal input portion 214 in which a voice signal for vibrating the diaphram 211 is input; a second diaphragm 221 vibrated due to pressure change of air generated behind the diaphragm 211 when the diaphragm 211 is vibrated; an electromagnetic induction coil 224 united with the diaphragm 221, and vibrated in the same direction together with the diaphragm 221; a power generating magnetic circuit 225 for generating a magnetic flux intersecting the vibrating direction of the electromagnetic induction coil 224, and generating electromotive force in the electromagnetic induction coil 224; and a power storing portion 44 for storing the electromotive force generated in the electromagnetic induction coil 224 as direct current power.

Description

本発明は、カナル型その他のインナイヤーヘッドホンや補聴器などとして用いられる電気音響変換器に係わり、特に振動板の振動エネルギーを電気エネルギーとして蓄える発電/蓄電機能を備えた電気音響変換器に関する。   The present invention relates to an electroacoustic transducer used as a canal type or other in-ear headphone or a hearing aid, and more particularly to an electroacoustic transducer having a power generation / storage function for storing vibration energy of a diaphragm as electric energy.

従来、スピーカと発電機との両機能を兼ね備えた電気音響変換器として、
磁気回路に設けた磁気ギャップ内に配設されたボイスコイルに、外部振動を付加したときに発生する逆起電力を取り出す第1モード位置と、オーディオ聴取時に前記第1モード位置を開放して前記ボイスコイルにオーディオ信号を供給する第2モード位置とを含むスイッチを備えたものが知られている(例えば、特許文献1)。
Conventionally, as an electroacoustic transducer having both functions of a speaker and a generator,
A first mode position for extracting a back electromotive force generated when an external vibration is applied to a voice coil disposed in a magnetic gap provided in a magnetic circuit; and the first mode position is opened when listening to audio. A device including a switch including a second mode position for supplying an audio signal to a voice coil is known (for example, Patent Document 1).

特開2004−221743号公報(請求項1、図1)JP 2004-221743 A (Claim 1, FIG. 1)

しかしながら、特許文献1のように外部振動によりボイスコイルを振動させて発電する構成では、自動車などの振動系内で用いられるものに限られ、振動系内での使用でもボイルコイルが外部振動の振幅方向に向けられていなければボイルコイルを良好に振動させることができない。   However, the configuration of generating power by vibrating a voice coil by external vibration as in Patent Document 1 is limited to that used in a vibration system such as an automobile, and the boil coil has an amplitude of external vibration even when used in the vibration system. If it is not directed in the direction, the boil coil cannot be vibrated well.

一方、ボイスコイルの振動を促すべく、ボイスコイルを外部振動の振幅方向に向けて配置すると、オーディオ聴取時において外部振動が振動板に直接作用して再生音質を劣化させてしまう。   On the other hand, if the voice coil is arranged in the direction of the amplitude of the external vibration in order to promote the vibration of the voice coil, the external vibration acts directly on the diaphragm during audio listening, thereby degrading the reproduced sound quality.

尚、特許文献1には、ボイスコイルの振動を促すために、ボイルコイルを含む振動系部品にウエイトを設ける例が開示されているが、これではスピーカとして低音再生能力を損ない、中高音帯域では再生できなくなることが懸念される。   Patent Document 1 discloses an example in which a weight is provided to a vibration system part including a boil coil in order to promote vibration of a voice coil. There is a concern that it will not be possible to reproduce.

本発明は以上のような事情に鑑みて成されたものであり、その目的は周囲が無振動の環境下で楽曲を聴取する場合でも、楽曲を聴取しながら発電および蓄電をすることのできる簡便な電気音響変換器を提供することにある。   The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and its purpose is to be able to generate and store electricity while listening to music even when listening to music in an environment where the surroundings are vibration-free. It is to provide a simple electroacoustic transducer.

本発明は上記の目的を達成するため、以下に記載するような電気音響変換器を提供するものである。
(1)第1の振動板211と、振動板211を振動させるための音声信号が入力される信号入力部214を有する振動板駆動部213と、振動板211の振動時にその背後に生ずる空気の圧力変動によって振動する第2の振動板221と、振動板221に結合して、その振動板221と共に同方向に振動する電磁誘導コイル224と、電磁誘導コイル224の振動方向に交差する磁束を発生して電磁誘導コイル224に起電力を生じさせる発電用磁気回路225と、電磁誘導コイル224に生じた起電力を直流電力として蓄える蓄電部44と、を備えていることを特徴とする電気音響変換器。
(2)振動板駆動部213の信号入力部214に入力される音声信号を加工する信号処理部41を備え、信号処理部41がその電源として蓄電部44に接続されていることを特徴とする上記(1)記載の電気音響変換器。
(3)第2の振動板221は、第1の振動板211よりも最低共振周波数が低いことを特徴とする上記(1)、又は(2)記載の電気音響変換器。
(4)第1の振動板211の背後に形成される気室C1と、第2の振動板221の背後に形成される気室C2とを連通させる連通孔230を備えていることを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれかに記載の電気音響変換器。
In order to achieve the above object, the present invention provides an electroacoustic transducer as described below.
(1) A diaphragm driving unit 213 having a first diaphragm 211, a signal input unit 214 to which an audio signal for vibrating the diaphragm 211 is input, and air generated behind the diaphragm 211 when the diaphragm 211 vibrates. A second diaphragm 221 that vibrates due to pressure fluctuation, an electromagnetic induction coil 224 that couples to the diaphragm 221 and vibrates in the same direction together with the diaphragm 221, and generates a magnetic flux that intersects the vibration direction of the electromagnetic induction coil 224 And a power storage magnetic circuit 225 for generating an electromotive force in the electromagnetic induction coil 224, and a power storage unit 44 for storing the electromotive force generated in the electromagnetic induction coil 224 as DC power. vessel.
(2) A signal processing unit 41 that processes an audio signal input to the signal input unit 214 of the diaphragm driving unit 213 is provided, and the signal processing unit 41 is connected to the power storage unit 44 as its power source. The electroacoustic transducer according to (1) above.
(3) The electroacoustic transducer according to (1) or (2), wherein the second diaphragm 221 has a lowest resonance frequency lower than that of the first diaphragm 211.
(4) It is characterized by having a communication hole 230 that communicates the air chamber C1 formed behind the first diaphragm 211 and the air chamber C2 formed behind the second diaphragm 221. The electroacoustic transducer according to any one of (1) to (3) above.

本発明に係る電気音響変換器は、電磁誘導コイルに起電力が生ずるようにしていることから、無振動環境下で楽曲を聴取する場合でも、楽曲を聴取しながら効率よく発電することができる。しかも、電磁誘導コイルに生じた起電力を直流電力として蓄える蓄電部を備えるようにすれば、信号処理部としてノイズキャンセリング機能などを備えたヘッドホンや補聴器などに適用して、蓄電部に蓄えた電力を信号処理部の駆動電力として利用できる。このため、信号処理部の主電源として用いられる電池の交換頻度を下げつつ、長期に亘って高音質の再生音を聴取することが可能となる。又、第2の振動板の最低共振周波数を第1の振動板よりも低くした構成では、第1の振動板の振動負荷を軽減できる。このため、第1の振動板の振動による音声再生帯域を拡大させながら、音源装置の電力消費を抑制することが可能となる。   Since the electroacoustic transducer according to the present invention generates an electromotive force in the electromagnetic induction coil, even when listening to music in a no-vibration environment, it can efficiently generate power while listening to the music. Moreover, if the power storage unit that stores the electromotive force generated in the electromagnetic induction coil as DC power is provided, the signal processing unit is applied to headphones or hearing aids that have a noise canceling function and the like, and is stored in the power storage unit. Electric power can be used as driving power for the signal processing unit. For this reason, it becomes possible to listen to high-quality reproduced sound over a long period of time while reducing the replacement frequency of the battery used as the main power source of the signal processing unit. Further, in the configuration in which the lowest resonance frequency of the second diaphragm is lower than that of the first diaphragm, the vibration load on the first diaphragm can be reduced. For this reason, it becomes possible to suppress the power consumption of the sound source device while expanding the sound reproduction band due to the vibration of the first diaphragm.

本発明に係る電気音響変換器の実施形態を示す断面図Sectional drawing which shows embodiment of the electroacoustic transducer which concerns on this invention 図1に示した電気音響変換器を構成する駆動ユニットの拡大断面図The expanded sectional view of the drive unit which comprises the electroacoustic transducer shown in FIG. 駆動ユニットの変更例を示す拡大断面図Enlarged sectional view showing an example of change of drive unit 駆動ユニットの他の変更例を示す拡大断面図Enlarged sectional view showing another modification of the drive unit

以下、図面に基づいて本発明を詳しく説明する。先ず、図1に本発明に係る電気音響変換器をカナル型インナイヤーヘッドホンとした例を示す。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, FIG. 1 shows an example in which the electroacoustic transducer according to the present invention is a canal type inner ear headphone.

図1において、1はヘッドホンの外装をなす筐体であり、この筐体1には主要な構成要素として駆動ユニット2が内蔵されている。図1から明らかなように、駆動ユニット2は動電形スピーカユニットを2つ背向かいに結合したような構造とされている。尚、係る駆動ユニット2は、音声再生機能と発電機能を備えているが、その具体的構成については追って説明する。   In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a housing that forms an exterior of a headphone. The housing 1 includes a drive unit 2 as a main component. As can be seen from FIG. 1, the drive unit 2 has a structure in which two electrodynamic speaker units are coupled opposite each other. The drive unit 2 has a sound reproduction function and a power generation function. The specific configuration will be described later.

筐体1の一端側には、耳孔内に挿入される筒状のノズル11が形成されており、そのノズル11の外周には、耳孔の内壁に密着するイヤピース12が嵌着されている。又、ノズル11と駆動ユニット2との間において、筐体1には駆動ユニット2から放射された音波を拡散するディフューザ3が内蔵されており、これにより拡散された音波がノズル11の内部を通じて耳孔内に放出される構成とされている。   A cylindrical nozzle 11 to be inserted into the ear hole is formed on one end side of the housing 1, and an earpiece 12 that is in close contact with the inner wall of the ear hole is fitted to the outer periphery of the nozzle 11. Further, between the nozzle 11 and the drive unit 2, the housing 1 has a built-in diffuser 3 that diffuses the sound wave emitted from the drive unit 2, and the sound wave diffused by the diffuser 3 passes through the inside of the nozzle 11. It is set as the structure discharge | released in.

一方、筐体1の内部には、駆動ユニット2を挟んでノズル11とは反対側となる位置において、回路基板4と蓋部材13とにより区分された空間14が形成されている。空間14には信号処理部41(例えば、デジタルシグナルプロセッサ:DSP)が設けられ、その信号処理部41と音源装置5(例えば、携帯型音楽プレーヤ:DAP)が接続コード42により繋がるようになっている。   On the other hand, a space 14 partitioned by the circuit board 4 and the lid member 13 is formed in the housing 1 at a position opposite to the nozzle 11 with the drive unit 2 interposed therebetween. The space 14 is provided with a signal processing unit 41 (for example, a digital signal processor: DSP), and the signal processing unit 41 and the sound source device 5 (for example, a portable music player: DAP) are connected by a connection cord 42. Yes.

信号処理部41は、音源装置5から接続コード42を通じて伝送された音声信号に対し、バイノーラルやサラウンド効果などの音場再生処理やノイズキャンセリングなどの処理を施すものであり、これによる信号出力が回路基板4上の入力端子4aに入力される構成とされている。そして、その種の信号処理部41を備える構成では、高品位な再生音声を得ることができる。   The signal processing unit 41 performs processing such as sound field reproduction processing such as binaural and surround effects and noise canceling on the audio signal transmitted from the sound source device 5 through the connection cord 42, and signal output by this is performed. The input is made to the input terminal 4 a on the circuit board 4. In the configuration including such a signal processing unit 41, high-quality reproduced sound can be obtained.

ここに、空間14には、信号処理部41の駆動用主電源として、電池43(アルカリ乾電池、オキシ水酸化ニッケル電池、ニッケル水素充電池、リチウムイオン充電池、空気亜鉛電池、酸化銀電池など)が設けられているが、その寿命は短く、短期間での交換が必要とされる。例えば、デジタル方式の信号処理では、連続再生時間が10〜20時間、ノイズキャンセリングをアナログ方式にした場合でも連続再生時間が200時間程度である。又、補聴器の場合でも、信号処理部41によるノイズ低減を図った高機能なデジタル機種では、連続使用時間が200時間前後に過ぎず、いずれも1日〜1週間程度の煩雑な電池交換を余儀なくされる。   Here, in the space 14, a battery 43 (an alkaline dry battery, a nickel oxyhydroxide battery, a nickel hydride rechargeable battery, a lithium ion rechargeable battery, an air zinc battery, a silver oxide battery, etc.) is used as a main power source for driving the signal processing unit 41. However, its lifetime is short and replacement in a short period is required. For example, in the digital signal processing, the continuous reproduction time is 10 to 20 hours, and the continuous reproduction time is about 200 hours even when the noise canceling is analog. Moreover, even in the case of a hearing aid, in a high-functional digital model in which the signal processing unit 41 reduces noise, the continuous use time is only about 200 hours, and all of them require complicated battery replacement of about 1 day to 1 week. Is done.

そこで、本発明では、信号処理部41の補助電源などとして、空間14内に蓄電部44を設け、その蓄電部44に蓄えられた直流電力を信号処理部41に供給する構成としている。蓄電部44は、整流器部45を介して回路基板4の出力端子4bに接続されており、これにより上記駆動ユニット2内に生じた起電力が直流電力として蓄電部44に蓄えられるようにしている。尚、蓄電部44には、キャパシタ、コンデンサ、リチウムイオン充電池、あるいはニッケル水素充電池などの二次電池が好適に用いられる。   Therefore, in the present invention, a power storage unit 44 is provided in the space 14 as an auxiliary power source for the signal processing unit 41, and the DC power stored in the power storage unit 44 is supplied to the signal processing unit 41. The power storage unit 44 is connected to the output terminal 4 b of the circuit board 4 via the rectifier unit 45, so that the electromotive force generated in the drive unit 2 is stored in the power storage unit 44 as DC power. . Note that a secondary battery such as a capacitor, a capacitor, a lithium ion rechargeable battery, or a nickel hydride rechargeable battery is suitably used for the power storage unit 44.

ここで、図2に基づき駆動ユニット2の構成について言及すると、210,220は略同一形状のフレームであり、その両フレーム210,220は互いに背面を接合面200として結合されている。一方のフレーム210には、ドーム型の振動板211(第1の振動板)の周縁がガスケット212により固定され、その振動板211が振動板駆動部213により所定方向(図2の上下方向)に振動される構成とされている。   Here, referring to the configuration of the drive unit 2 based on FIG. 2, reference numerals 210 and 220 denote frames having substantially the same shape, and both the frames 210 and 220 are coupled to each other with the back surface being a joint surface 200. The peripheral edge of a dome-shaped diaphragm 211 (first diaphragm) is fixed to one frame 210 by a gasket 212, and the diaphragm 211 is moved in a predetermined direction (vertical direction in FIG. 2) by a diaphragm driving unit 213. It is configured to be vibrated.

振動板駆動部213は、音声信号が入力されるボイスコイル214(信号入力部)と磁気回路215とからなる。このうち、ボイスコイル214は、銅やアルミからなる巻腺部214aをボビン214bの外周に巻き込んで構成され、その一端が振動板211の中心部に接着剤などによって固着されている。尚、ボビン214bは省略することができる。   The diaphragm driving unit 213 includes a voice coil 214 (signal input unit) to which an audio signal is input and a magnetic circuit 215. Among these, the voice coil 214 is configured by winding a winding gland portion 214 a made of copper or aluminum around the outer periphery of the bobbin 214 b, and one end thereof is fixed to the center portion of the diaphragm 211 with an adhesive or the like. The bobbin 214b can be omitted.

一方、磁気回路215は、コ字形の断面を有するヨーク215aと、ヨーク215aの中心部上に配置したリング状の永久磁石215bと、永久磁石215bの上に配したリング状の磁性体からなるトッププレート215cとにより構成された内磁形であり、トッププレート215cの周面とヨーク215aとの間はボイスコイル214に作用する磁束を発生する磁気ギャップG1とされている。そして、その磁気ギャップG1にボイルコイル214が挿入されることにより、磁気ギャップG1における磁束とボイスコイル214に流される電流とに対して直交する方向(図2の上下方向)に電磁力が働き、これによってボイスコイル214が結合する振動板211がボイスコイル214と共に同方向に振動することとなる。   On the other hand, the magnetic circuit 215 includes a yoke 215a having a U-shaped cross section, a ring-shaped permanent magnet 215b disposed on the center of the yoke 215a, and a ring-shaped magnetic body disposed on the permanent magnet 215b. A magnetic gap G1 that generates a magnetic flux acting on the voice coil 214 is formed between the peripheral surface of the top plate 215c and the yoke 215a. And by inserting the boil coil 214 into the magnetic gap G1, an electromagnetic force acts in a direction (vertical direction in FIG. 2) orthogonal to the magnetic flux in the magnetic gap G1 and the current flowing through the voice coil 214, As a result, the diaphragm 211 to which the voice coil 214 is coupled vibrates in the same direction together with the voice coil 214.

他方、フレーム220にもドーム型の振動板221(第2の振動板)の周縁がガスケット222により固定されている。振動板221の中心部には電磁誘導コイル224が結合されており、その電磁誘導コイル224が振動板221と共に所定方向(図2の上下方向)に振動する構成とされている。   On the other hand, the periphery of a dome-shaped diaphragm 221 (second diaphragm) is also fixed to the frame 220 by a gasket 222. An electromagnetic induction coil 224 is coupled to the central portion of the diaphragm 221, and the electromagnetic induction coil 224 is configured to vibrate in a predetermined direction (vertical direction in FIG. 2) together with the diaphragm 221.

電磁誘導コイル224は、銅やアルミからなる巻腺部224aをボビン224bの外周に巻き込んで構成され、その一端が振動板221の中心部に接着剤などにより固着されている。尚、電磁誘導コイル224もそのボビン224bを省略することができる。   The electromagnetic induction coil 224 is configured by winding a winding gland portion 224 a made of copper or aluminum around the outer periphery of the bobbin 224 b, and one end thereof is fixed to the center portion of the diaphragm 221 with an adhesive or the like. Note that the bobbin 224b of the electromagnetic induction coil 224 can be omitted.

又、フレーム220には、振動板221と電磁誘導コイル224との振動時において、電磁誘導コイル224に起電力を生じさせるための磁束を発生する発電用磁気回路225が設けられている。   The frame 220 is provided with a power generation magnetic circuit 225 that generates a magnetic flux for generating an electromotive force in the electromagnetic induction coil 224 when the diaphragm 221 and the electromagnetic induction coil 224 vibrate.

発電用磁気回路225は、磁気回路215と同じく、コ字形の断面を有するヨーク225aと、ヨーク225aの中心部上に配置したリング状の永久磁石225bと、永久磁石225bの上に配したリング状の磁性体からなるトッププレート225cとにより構成された内磁形であり、トッププレート225cの周面とヨーク225aとの間は電磁誘導コイル224に作用する磁束を発生する磁気ギャップG2とされている。そして、その磁気ギャップG2に電磁誘導コイル224が挿入され、その電磁誘導コイル224が磁気ギャップG2の磁束を横切る方向に振動することで、電磁誘導コイル224に誘導起電力が生じ、その起電力が直流電力として図1に示した蓄電部44に蓄えられるようにしてある。すなわち、電磁誘導コイル224は、図示せぬリード線により図1に示した出力端子4bおよび整流器部45を介して蓄電部44に接続されている。   Similarly to the magnetic circuit 215, the magnetic circuit for power generation 225 includes a yoke 225a having a U-shaped cross section, a ring-shaped permanent magnet 225b disposed on the center of the yoke 225a, and a ring-shaped disposed on the permanent magnet 225b. A magnetic gap G2 that generates a magnetic flux acting on the electromagnetic induction coil 224 is formed between the peripheral surface of the top plate 225c and the yoke 225a. . An electromagnetic induction coil 224 is inserted into the magnetic gap G2, and the electromagnetic induction coil 224 vibrates in a direction crossing the magnetic flux of the magnetic gap G2, thereby generating an induced electromotive force in the electromagnetic induction coil 224. The direct current power is stored in the power storage unit 44 shown in FIG. In other words, the electromagnetic induction coil 224 is connected to the power storage unit 44 via the output terminal 4b and the rectifier unit 45 shown in FIG.

特に、本発明において、振動板221は空気を媒介して振動板211に連動する構成とされている。そのために、図2に示す例では、フレーム210,220およびヨーク215a,225aの中心部に、永久磁石215b,225bとトッププレート215c,225cとの中心孔に合致する連通孔230を穿ち、その連通孔230により振動板211の背後(磁気回路215側)に形成される気室C1と、振動板221の背後(発電用磁気回路225側)に形成される気室C2とを連通させている。これによれば、振動板211の振動により、その背後に位置する気室C1に空気の圧力変動が生ずると、連通孔230を通じて気室C2内の空気にも同様の圧力変動が生じるために、振動板211,221を同調的に振動させることができる。要するに、本発明によれば、ボイスコイル214に入力した電気信号(音声信号)を振動板211の駆動による空気振動(音響信号)に変換しながら、振動板211の振動エネルギーを振動板221に伝達して発電を行い、これを信号処理部41の駆動用電力として蓄電することができる。そのため、振動板211と振動板221とで挟まれた空間は密閉されていることがより好ましい。   In particular, in the present invention, the diaphragm 221 is configured to interlock with the diaphragm 211 through the air. For this purpose, in the example shown in FIG. 2, a communication hole 230 is formed at the center of the frames 210 and 220 and the yokes 215a and 225a so as to match the center holes of the permanent magnets 215b and 225b and the top plates 215c and 225c. The hole 230 allows the air chamber C1 formed behind the diaphragm 211 (on the magnetic circuit 215 side) to communicate with the air chamber C2 formed behind the diaphragm 221 (on the power generation magnetic circuit 225 side). According to this, when air pressure fluctuations occur in the air chamber C1 located behind the diaphragm 211 due to vibration, the same pressure fluctuations also occur in the air in the air chamber C2 through the communication hole 230. The diaphragms 211 and 221 can be vibrated synchronously. In short, according to the present invention, the vibration energy of the diaphragm 211 is transmitted to the diaphragm 221 while converting the electric signal (sound signal) input to the voice coil 214 into air vibration (acoustic signal) driven by the diaphragm 211. Then, power generation is performed, and this can be stored as drive power for the signal processing unit 41. Therefore, it is more preferable that the space between the diaphragm 211 and the diaphragm 221 be sealed.

尚、磁気回路215と発電用磁気回路225は、別体として構成することに限らず、例えば両者のヨーク215a,225aを一体構造の共有物として構成することができる。   Note that the magnetic circuit 215 and the power generation magnetic circuit 225 are not limited to being configured separately, and for example, the yokes 215a and 225a of both can be configured as an integral structure.

又、2つの振動板211,221は全く同一のものでも良いが、振動板211の負荷を軽減する観点からして振動板221には振動板211よりも最低共振周波数(f)が低いものを用いることが好ましい。 Further, the two diaphragms 211 and 221 may be exactly the same, but the diaphragm 221 has a lowest resonance frequency (f 0 ) lower than that of the diaphragm 211 from the viewpoint of reducing the load on the diaphragm 211. Is preferably used.

ここに、f=(m/c)0.5{m:振動系の質量、c:コンプライアンス(スチフネスsの逆数)}であらわされるので、振動板の質量mを軽くし、コンプライアンスc(動き易さ)を大きくし、スチフネスs(硬さ)を小さくすれば、最低共振周波数fは低くなる。 Here, f 0 = (m / c) 0.5 {m: mass of vibration system, c: compliance (reciprocal of stiffness s)}, so that the mass m of the diaphragm is reduced and compliance c (motion the ease) is increased, by reducing the stiffness s (hardness), the lowest resonance frequency f 0 is lowered.

例えば、振動板221の口径、厚さ、密度、あるいは電磁誘導コイル224の口径、巻線部224aの巻数、線径などを小さくして振動板221を軽量化することにより、その最低共振周波数fを低くすることができる。又、振動板221の厚さ、もしくはヤング率を小さくするか、振動板221の形状やエッジ部形状などを最適化してスチフネスを小さくすることにより、振動板221の最低共振周波数fを低くすることができる。 For example, by reducing the diameter of the diaphragm 221, the thickness, the density, or the diameter of the electromagnetic induction coil 224, the number of turns of the winding portion 224 a, the wire diameter, etc., and reducing the weight of the diaphragm 221, the minimum resonance frequency f 0 can be lowered. In addition, the minimum resonance frequency f 0 of the diaphragm 221 is lowered by reducing the thickness or Young's modulus of the diaphragm 221 or optimizing the shape of the diaphragm 221 or the edge portion to reduce the stiffness. be able to.

一方、振動系における最大発電量の見積は、Mitchesonらにより、バネとダッシュポットの複合モデルとして算出されている。ここに、最大発電量Pmaxは、
max=(1/2)X ωm(Xmax/X){X:変位量、ω:2πf、Xmax:最大変位量、m:質量}であらわされるので、例えば振動板221の質量mが4mg、その変位量(振幅)Xが1μm、最大変位量Xmaxが10μm、周波数fが600Hzであれば、Pmaxは約1mWとなる。尚、市販のノイズキャンセリング機能を有するカナル型インナイヤーヘッドホンでは消費電力が20mW以下、補聴器では1〜2mWであるから、1mWの発電量でも信号処理部41の駆動用補助電力として十分である。
On the other hand, the estimation of the maximum power generation in the vibration system is calculated as a combined model of spring and dashpot by Mitcheson et al. Here, the maximum power generation amount P max is
P max = (1/2) X 0 2 ω 3 m (X max / X 0) {X 0: displacement, ω: 2πf, X max: maximum displacement, m: mass} so represented, for example vibration If the mass m of the plate 221 is 4 mg, its displacement (amplitude) X 0 is 1 μm, the maximum displacement X max is 10 μm, and the frequency f is 600 Hz, P max is about 1 mW. It should be noted that a commercially available canal type in-ear headphone having a noise canceling function consumes 20 mW or less, and a hearing aid uses 1 to 2 mW. Therefore, even a power generation amount of 1 mW is sufficient as driving auxiliary power for the signal processing unit 41.

次に、駆動ユニットの変更例を図3に示して説明する。図3において、係る駆動ユニット21は、永久磁石215b,225bおよびトッププレート215c,225cを無孔の円板状とし、永久磁石215b,225bの外周側においてフレーム210,220とヨーク215a,225aとの底部周縁に連通孔230を穿設し、その連通孔230を通じて気室C1,C2を連通させている点で上記例とは相違している。要するに、図3の駆動ユニット21は、連通孔230の位置のみ相違し、他は図2の駆動ユニット2と同様の構成とされている。そして、図3に示すような駆動ユニット21でも、振動板211の振動による気室C1内空気の圧力変動を、連通孔230を通じて気室C2に及ぼし、これによって振動板221および電磁誘導コイル224を振動させながら、電磁誘導コイル224に生ずる起電力を直流電力として図1に示した蓄電部44に蓄えることができる。尚、本変更例の連通孔230は、底部周縁において、周状に複数設けても良い。又、連通孔230は、第1の振動板211側から見たときの形状が円形状の連通孔230でもよいし、フレーム210,220とヨーク215a,225aとの底部の中心の位置を中心点とする円弧状の連通孔230でもよい。   Next, an example of changing the drive unit will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the drive unit 21 has permanent magnets 215b and 225b and top plates 215c and 225c formed in a non-perforated disk shape. A communication hole 230 is formed in the bottom periphery, and the air chambers C1 and C2 are communicated through the communication hole 230, which is different from the above example. In short, the drive unit 21 in FIG. 3 differs from the drive unit 2 in FIG. 2 except for the position of the communication hole 230. Also in the drive unit 21 as shown in FIG. 3, the pressure fluctuation of the air in the air chamber C1 due to the vibration of the vibration plate 211 is exerted on the air chamber C2 through the communication hole 230, thereby causing the vibration plate 221 and the electromagnetic induction coil 224 to move. While vibrating, the electromotive force generated in the electromagnetic induction coil 224 can be stored in the power storage unit 44 shown in FIG. 1 as DC power. Note that a plurality of communication holes 230 according to this modification may be provided circumferentially on the bottom periphery. Further, the communication hole 230 may be a communication hole 230 having a circular shape when viewed from the first diaphragm 211 side, or the center position of the bottom of the frames 210 and 220 and the yokes 215a and 225a. An arc-shaped communication hole 230 may be used.

又、図4は発電用磁気回路225を外磁形とした例を示す。すなわち、図4において、発電用磁気回路225は、センタピース部cpを有する断面T字形のヨーク225aの外周に、リング状の永久磁石225bを配置し、センタピース部cpの上端面に円板状の内側トッププレート225cを設けると共に、永久磁石225bの上端面にリング状の外側トッププレート225dを設け、内側トッププレート225cと外側トッププレート225dとの間を磁気ギャップG2として形成している。そして、図4に示すような駆動ユニット22でも、振動板211の振動時に連通孔230を通じて気室C1,C2内空気に圧力変動を生じさせ、これによって磁気ギャップG2に挿入された電磁誘導コイル224と、これが結合する振動板221とを同方向に振動させながら、電磁誘導コイル224に生ずる起電力を直流電力として図1に示した蓄電部44に蓄えることができる。   FIG. 4 shows an example in which the power generation magnetic circuit 225 is an external magnetic type. That is, in FIG. 4, the power generation magnetic circuit 225 includes a ring-shaped permanent magnet 225 b arranged on the outer periphery of a T-shaped yoke 225 a having a center piece portion cp, and a disc-like shape on the upper end surface of the center piece portion cp. The inner top plate 225c is provided, and a ring-shaped outer top plate 225d is provided on the upper end surface of the permanent magnet 225b, and a magnetic gap G2 is formed between the inner top plate 225c and the outer top plate 225d. Also in the drive unit 22 as shown in FIG. 4, when the diaphragm 211 vibrates, the air in the air chambers C1 and C2 undergoes pressure fluctuations through the communication holes 230, and thereby the electromagnetic induction coil 224 inserted into the magnetic gap G2. The electromotive force generated in the electromagnetic induction coil 224 can be stored as DC power in the power storage unit 44 shown in FIG. 1 while vibrating the diaphragm 221 to which it is coupled in the same direction.

以上説明したように、第1の振動板の振動時にその背後に生ずる空気の圧力変動によって振動する第2の振動板を備え、その第2の振動板に結合する電磁誘導コイルが発電用磁気回路による磁束と交差する方向に振動することにより、電磁誘導コイルに起電力が生ずるようにしていることから、無振動環境下で楽曲を聴取する場合でも、楽曲を聴取しながら効率よく発電することができる。   As described above, the first diaphragm is provided with the second diaphragm that vibrates due to air pressure fluctuation generated behind the first diaphragm, and the electromagnetic induction coil coupled to the second diaphragm is a magnetic circuit for power generation. Since the electromotive force is generated in the electromagnetic induction coil by oscillating in the direction intersecting with the magnetic flux, the power can be efficiently generated while listening to the music even when listening to the music in a no-vibration environment. it can.

尚、本発明の実施形態を説明したが、係る電気音響変換器はヘッドホンのみならず、補聴器にも適用することができる。又、上記各実施形態では、2つの振動板211,221を同一直線上に配置して、それらの振動方向が同一となるようにしたが、両振動板211,221の振動方向が交差するような配置形態とすることもできる。   In addition, although embodiment of this invention was described, the electroacoustic transducer which concerns can be applied not only to headphones but to a hearing aid. In the above embodiments, the two diaphragms 211 and 221 are arranged on the same straight line so that their vibration directions are the same. However, the vibration directions of both diaphragms 211 and 221 cross each other. It may be a simple arrangement.

更に、蓄電部44は、ノイズキャンセリングなどを行なう信号処理部41の補助電源として用いることに限らず、例えば電飾用LEDを付加した電気音響変換器にして、蓄電部44をLEDの発光電源として用いることができる。   Furthermore, the power storage unit 44 is not limited to being used as an auxiliary power source for the signal processing unit 41 that performs noise canceling or the like. For example, the power storage unit 44 may be an electroacoustic transducer to which an LED for illumination is added, and the power storage unit 44 is an LED light emitting power source. Can be used as

211 第1の振動板
213 振動板駆動部
214 ボイスコイル(信号入力部)
215 磁気回路
221 第2の振動板
224 電磁誘導コイル
225 発電用磁気回路
41 信号処理部
44 蓄電部
211 First diaphragm 213 Diaphragm driver 214 Voice coil (signal input section)
215 Magnetic circuit 221 Second diaphragm 224 Electromagnetic induction coil 225 Magnetic circuit for power generation 41 Signal processing unit 44 Power storage unit

Claims (4)

第1の振動板と、
前記第1の振動板を振動させるための音声信号が入力される信号入力部を有する振動板駆動部と、
前記第1の振動板の振動時にその背後に生ずる空気の圧力変動によって振動する第2の振動板と、
前記第2の振動板に結合して、その第2の振動板と共に同方向に振動する電磁誘導コイルと、
前記電磁誘導コイルの振動方向に交差する磁束を発生して前記電磁誘導コイルに起電力を生じさせる発電用磁気回路と、
前記電磁誘導コイルに生じた起電力を直流電力として蓄える蓄電部と、
を備えていることを特徴とする電気音響変換器。
A first diaphragm;
A diaphragm driving unit having a signal input unit to which an audio signal for vibrating the first diaphragm is input;
A second diaphragm that vibrates due to air pressure fluctuations that occur behind it when the first diaphragm vibrates;
An electromagnetic induction coil that is coupled to the second diaphragm and vibrates in the same direction together with the second diaphragm;
A power generation magnetic circuit that generates a magnetic flux that intersects a vibration direction of the electromagnetic induction coil to generate an electromotive force in the electromagnetic induction coil;
A power storage unit that stores electromotive force generated in the electromagnetic induction coil as DC power;
An electroacoustic transducer comprising:
前記振動板駆動部の信号入力部に入力される音声信号を加工する信号処理部を備え、
前記信号処理部がその電源として前記蓄電部に接続されていることを特徴とする請求項1記載の電気音響変換器。
A signal processing unit for processing an audio signal input to the signal input unit of the diaphragm driving unit;
The electroacoustic transducer according to claim 1, wherein the signal processing unit is connected to the power storage unit as a power source.
前記第2の振動板は、前記第1の振動板よりも最低共振周波数が低いことを特徴とする請求項1、又は2記載の電気音響変換器。 The electroacoustic transducer according to claim 1, wherein the second diaphragm has a lowest resonance frequency lower than that of the first diaphragm. 前記第1の振動板の背後に形成される気室と、前記第2の振動板の背後に形成される気室とを連通させる連通孔を備えていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電気音響変換器。 4. A communication hole for communicating an air chamber formed behind the first diaphragm and an air chamber formed behind the second diaphragm. The electroacoustic transducer according to any one of the above.
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