JP2013223201A - 電気音響変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 音圧レベルを増幅することができるようにする。
【解決手段】 フレーム１の円筒形状部１ｂ内の上部には平面円形状の共鳴管ユニット７の下部が嵌め込まれている。共鳴管ユニット７は、平面円形状の第１の共鳴管８と、第１の共鳴管８の外周部に設けられた平面リング形状の第２の共鳴管９と、第２の共鳴管９の外周部に設けられた平面リング形状の第３の共鳴管１０とを備えている。第１、第２、第３の共鳴管８、９、１０の高さ（長さ）は互いに異なっている。振動膜５が振動すると、それに応じて前気室１７内の空気が振動して音波が発生し、この音波が第１、第２、第３の共鳴管８、９、１０の各下側の通気孔１１、１３、１５および各上側の通気孔１２、１４、１６を介して外部に放出され、これにより放音される。この場合、音波が第１、第２、第３の共鳴管８、９、１０を介して放出されるので、音圧レベルを増幅することができる。
【選択図】図２

Description

この発明は電気音響変換装置に関する。

従来の携帯電話等で用いられているスピーカユニットには、ケースとその上に設けられたカバーとの間の中央部に圧電振動板が設けられ、圧電振動板とカバーとの間の空間からなる前気室がカバーに設けられた音孔を介して外部と連通され、圧電振動板とケースとの間の空間からなる後気室がケースに設けられた開放孔を介して外部と連通されたものがある（例えば、特許文献１参照）。このスピーカユニットでは、圧電振動板の振動により前気室内の空気が振動して音波が発生し、この音波が音孔を介して外部に放出され、これにより放音するようになっている。

特開２００８−１９９２６６号公報（図８）

しかしながら、上記従来のスピーカユニットでは、圧電振動板の振動により前気室内の空気が振動して音波が発生し、この音波が音孔を介して外部に放出され、これにより放音するようになっているだけであるので、音圧レベルに限界があると言わざるを得ないという問題がある。

そこで、この発明は、音圧レベルを増幅することができる電気音響変換装置を提供することを目的とする。

この発明に係る電気音響変換装置は、有底円筒形状部を有するフレームと、前記フレーム内に設けられた振動膜と、前記フレームの上部に設けられ、前記振動膜に対して垂直な上方に延びる複数の音波通路を有する共鳴管ユニットとを備え、前記フレーム、前記振動膜および前記共鳴管ユニットによって囲まれた空間により前気室が形成されていることを特徴とするものである。

この発明によれば、音圧レベルを増幅することができる。

この発明の第１実施形態としての電気音響変換装置の平面図。 図１のII−II線に沿う断面図。 周波数音圧特性を説明するために示す図。 この発明の第２実施形態としての電気音響変換装置の図２同様の断面図。 この発明の第３実施形態としての電気音響変換装置の図２同様の断面図。 この発明の第４実施形態としての電気音響変換装置の平面図。 図６のVII−VII線に沿う断面図。

（第１実施形態）
図１はこの発明の第１実施形態としての電気音響変換装置の平面図を示し、図２は図１のII−II線に沿う断面図を示す。この電気音響変換装置は樹脂からなるフレーム１を備えている。フレーム１は、有底円筒形状部１ａの上部にそれよりも大径の円筒形状部１ｂが設けられ、有底円筒形状部１ａの上部によって段差２が形成された構造となっている。

フレーム１の底部上面中央部には有底円筒形状のヨーク３が接着剤（図示せず）を介して固着されている。ヨーク３の底部上面中央部には円柱形状の永久磁石４が接着剤（図示せず）を介して固着されている。フレーム１の段差２の上面にはポリエチレンテレフタレート等からなる平面円形状の振動膜５の下面外周部が接着剤（図示せず）を介して固着されている。振動膜５の下面の所定の箇所にはボイスコイル６の上部が接着剤（図示せず）を介して固着されている。ボイスコイル６は、ヨーク３と永久磁石４との間に上下動可能に配置されている。

フレーム１の円筒形状部１ｂ内の上部には平面円形状の共鳴管ユニット７の下部が嵌め込まれている。共鳴管ユニット７は、平面円形状の第１の共鳴管８と、第１の共鳴管８の周囲に設けられた平面リング形状の第２の共鳴管９と、第２の共鳴管９の周囲に設けられた平面リング形状の第３の共鳴管１０とを備えている。共鳴管の数は４つ以上であってもよい。

第１、第２、第３の共鳴管８、９、１０の高さ（長さ）は互いに異なり、且つ、互いに比例関係となるようになっている。この場合、第１の共鳴管８の高さは、この電気音響変換装置の共振周波数の波長に対して比例関係にあり、例えば共振周波数の波長の１／８に対応する高さとなっている。第２の共鳴管９の高さは第１の共鳴管８の高さの２倍となっている。第３の共鳴管１０の高さは第１の共鳴管８の高さの３倍となっている。すなわち、第１、第２、第３の共鳴管８、９、１０の高さは共振周波数の波長の１／８の整数倍となっている。

第１、第２、第３の共鳴管８、９、１０は、振動膜５に対して垂直な上方に延びる音波通路を有している。この場合、第１の共鳴管８は円柱形状の空間を有し、その下板部の中央部およびその上板部の中央部には通気孔１１、１２がそれぞれ設けられている。第２の共鳴管９はリング形状の空間を有し、その下板部の径方向中央部およびその上板部の径方向中央部には各々複数の通気孔１３、１４がそれぞれ等間隔に設けられている。第３の共鳴管１０はリング形状の空間を有し、その下板部の径方向中央部およびその上板部の径方向中央部には各々複数の通気孔１５、１６がそれぞれ等間隔に設けられている。

ここで、第１の共鳴管８の下板部の下面、第２の共鳴管９の下板部の下面および第３の共鳴管１０の下板部の下面は面一となっている。そして、第１、第２、第３の共鳴管８、９、１０の各下板部、フレーム１の有底円筒形状部１ａおよび振動膜５によって囲まれた空間は前気室１７となっている。

さて、この電気音響変換装置では、ボイスコイル６に電流が流れ、ボイスコイル６の上下動に伴って振動膜５が振動すると、それに応じて前気室１７内の空気が振動して音波が発生し、この音波が第１、第２、第３の共鳴管８、９、１０の各下側の通気孔１１、１３、１５および各上側の通気孔１２、１４、１６を介して外部に放出され、これにより放音される。この場合、音波が第１、第２、第３の共鳴管８、９、１０を介して放出されるので、音圧レベルを増幅することができる。

ここで、図２に示す電気音響変換装置および図２に示す電気音響変換装置において共鳴管ユニット７を備えていない比較のための電気音響変換装置について、周波数音圧特性を調べたところ、図３に示す結果が得られた。図３において、実線のグラフは、図２に示す電気音響変換装置（実施例）の場合の周波数音圧特性を示し、点線のグラフは、図２に示す電気音響変換装置において共鳴管ユニット７を備えていない比較のための電気音響変換装置（比較例）の場合の周波数音圧特性を示す。図３から明らかなように、実線で示す実施例の音圧レベルは、点線で示す比較例の音圧レベルよりも全体的に高くなっており、全体的に音圧レベルが増幅されていることが分かる。

ところで、図２に示す電気音響変換装置では、音圧レベルの増幅のほかに、周波数音圧特性の平坦化を図ることもできる。次に、周波数音圧特性の平坦化について説明するに、まず、通常の携帯電話について説明する。通常の携帯電話で利用される電気音響変換装置の基本共振周波数は１．５ｋＨｚ程度であり、その波長は２３ｃｍとなり、その１／８は２．８ｃｍとなる。

携帯電話では、薄型化を図る関係から、その厚さに制約があり、高さ２．８ｃｍの共鳴管を組み込むことは困難である場合が多い。そこで、高次の共振周波数を考慮した設計が考えられる。しかしながら、高次の共振周波数においては、分割振動を誘発するため、山谷のある周波数音圧特性となってしまう。

これに対し、図２に示す電気音響変換装置では、高次の振動モードで見られる音圧ピークが発生する周波数に合わせて、位相反転するように、第１、第２、第３の共鳴管８、９、１０の高さを調整し、共鳴管による音波を位相反転させることにより、音波を干渉させて、高周波数帯域の音圧レベルを抑制し、これにより特定の周波数の音圧レベルを補完することが可能となり、周波数音圧特性の平坦化を図ることができる。

（第２実施形態）
図４はこの発明の第２実施形態としての電気音響変換装置の図２同様の断面図を示す。この電気音響変換装置において、図２に示す電気音響変換装置と異なる点は、共鳴管ユニット７において、第３の共鳴管１０の高さをこの電気音響変換装置の共振周波数の波長の１／８に対応する高さとし、第２の共鳴管９の高さを第３の共鳴管１０の高さの２倍とし、第１の共鳴管８の高さを第３の共鳴管１０の高さの３倍とした点である。

（第３実施形態）
図５はこの発明の第３実施形態としての電気音響変換装置の図２同様の断面図を示す。この電気音響変換装置において、図２に示す電気音響変換装置と異なる点は、共鳴管ユニット７において、第１、第２、共鳴管８、９の高さを第３の共鳴管１０の高さと同じとし、第１の共鳴管８の内部において図２に示す第１の共鳴管８の高さに対応する位置に、中央部に円孔２１を有する平面円形状の仕切り板２２を設け、第２の共鳴管９の内部において図２に示す第２の共鳴管９の高さに対応する位置に、径方向中央部に円孔２３を有する平面リング形状の仕切り板２４を設けた点である。この場合、仕切り板２２、２４の配置位置は共振周波数の波長の１／８の整数倍に対応する位置となっている

（第４実施形態）
図６はこの発明の第４実施形態としての電気音響変換装置の平面図を示し、図７は図６のVII−VII線に沿う断面図を示す。この電気音響変換装置において、図４に示す電気音響変換装置と異なる点は、共鳴管ユニット７において、第２、第３の共鳴管９、１０を左側半分の平面半円弧形状とし、第１、第２、第３の共鳴管８、９、１０の右側に平面半円弧形状の第４、第５の共鳴管３１、３２を設けた点である。この場合、第４の共鳴管３１の高さは第３の共鳴管１０の高さの４倍となっている。第５の共鳴管３２の高さは第３の共鳴管１０の高さの５倍となっている。

以下、この発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。

（付記１）
付記１の発明は、有底円筒形状部を有するフレームと、前記フレーム内に設けられた振動膜と、前記フレームの上部に設けられ、前記振動膜に対して垂直な上方に延びる複数の音波通路を有する共鳴管ユニットとを備え、前記フレーム、前記振動膜および前記共鳴管ユニットによって囲まれた空間により前気室が形成されていることを特徴とする電気音響変換装置である。

（付記２）
付記２の発明は、付記１に記載の発明において、前記共鳴管ユニットは、それぞれ上下端部に通気孔を有し、且つ、高さが異なる複数の共鳴管を有するものからなることを特徴とする電気音響変換装置である。

（付記３）
付記３の発明は、付記２に記載の発明において、前記共鳴管ユニットは、平面円形状の共鳴管の周囲に平面リング形状で径が異なる複数の共鳴管が設けられたものからなることを特徴とする電気音響変換装置である。

（付記４）
付記４の発明は、付記２に記載の発明において、前記共鳴管ユニットは、平面円形状の共鳴管の周囲の半分に平面半円弧形状で径が異なる複数の共鳴管が設けられ、残りの半分に平面半円弧形状で径が異なる複数の共鳴管が設けられたものからなることを特徴とする電気音響変換装置である。

（付記５）
付記５の発明は、付記２〜４のいずれかに記載の発明において、前記共鳴管の長さは共振周波数の波長の１／８の整数倍となっていることを特徴とする電気音響変換装置である。

（付記６）
付記６の発明は、付記１に記載の発明において、前記共鳴管ユニットは、それぞれ上下端部に通気孔を有し、且つ、高さが同じである複数の共鳴管を有し、一の共鳴管以外の共鳴管の内部の異なる位置に通気孔を有する仕切り板が設けられていることを特徴とする電気音響変換装置である。

（付記７）
付記７の発明は、付記６に記載の発明において、前記共鳴管の高さは共振周波数の波長の１／８の整数倍となっており、前記仕切り板の配置位置は共振周波数の波長の１／８の整数倍に対応する位置となっていることを特徴とする電気音響変換装置である。

１ フレーム
３ ヨーク
４ 永久磁石
５ 振動膜
６ ボイスコイル
７ 共鳴管ユニット
８ 第１の共鳴管
９ 第２の共鳴管
１０ 第３の共鳴管
１１〜１６ 通気孔
１７ 前気室

Claims (7)

1. 有底円筒形状部を有するフレームと、前記フレーム内に設けられた振動膜と、前記フレームの上部に設けられ、前記振動膜に対して垂直な上方に延びる複数の音波通路を有する共鳴管ユニットとを備え、前記フレーム、前記振動膜および前記共鳴管ユニットによって囲まれた空間により前気室が形成されていることを特徴とする電気音響変換装置。
2. 請求項１に記載の発明において、前記共鳴管ユニットは、それぞれ上下端部に通気孔を有し、且つ、高さが異なる複数の共鳴管を有するものからなることを特徴とする電気音響変換装置。
3. 請求項２に記載の発明において、前記共鳴管ユニットは、平面円形状の共鳴管の周囲に平面リング形状で径が異なる複数の共鳴管が設けられたものからなることを特徴とする電気音響変換装置。
4. 請求項２に記載の発明において、前記共鳴管ユニットは、平面円形状の共鳴管の周囲の半分に平面半円弧形状で径が異なる複数の共鳴管が設けられ、残りの半分に平面半円弧形状で径が異なる複数の共鳴管が設けられたものからなることを特徴とする電気音響変換装置。
5. 請求項２〜４のいずれかに記載の発明において、前記共鳴管の長さは共振周波数の波長の１／８の整数倍となっていることを特徴とする電気音響変換装置。
6. 請求項１に記載の発明において、前記共鳴管ユニットは、それぞれ上下端部に通気孔を有し、且つ、高さが同じである複数の共鳴管を有し、一の共鳴管以外の共鳴管の内部の異なる位置に通気孔を有する仕切り板が設けられていることを特徴とする電気音響変換装置。
7. 請求項６に記載の発明において、前記共鳴管の高さは共振周波数の波長の１／８の整数倍となっており、前記仕切り板の配置位置は共振周波数の波長の１／８の整数倍に対応する位置となっていることを特徴とする電気音響変換装置。

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