JP2013522946A - スピーカー - Google Patents
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Abstract
本発明はスピーカーに関し、スピーカーの磁気回路を構成するに際して、従来技術の垂直方向の極性配列とは異なり、マグネットの極性を水平方向に形成し、水平方向に形成された磁気回路の内側に振動計を形成する。磁気回路が振動計を取り囲むことにより、振動計の厚さと磁気回路部の厚さの和で高さが形成された従来のスピーカーとは異なり、磁気回路部の高さのみでスピーカーを形成することができる。また、マグネットの体積が大きくなりながらスピーカーの高さを低くすることができ、これによりスピーカーの音響特性を向上させることができる。
【選択図】図6
【選択図】図6
Description
本発明は、スピーカーに関し、より詳しくは、高さが顕著に低くかつ優れた性能を有するスピーカーに関する。
一般的に、スピーカーは、電気信号を人間が聴取可能な音に変える装置である。なお、スピーカーのうち、マイクロスピーカーとは、小型電子機器や移動通信端末などへの装着に適したスピーカーをいう。
現在、電子機器はだんだん小さくて軽くなっており、これにより、電子機器に適用されるスピーカーもより小さくて軽いながら一層高い性能が求められている。
図1および図2は従来技術による単一マグネットスピーカーを示す断面図である。図1に示したように、従来技術によるスピーカーは、フレーム111がスピーカー120の外形を形成する。フレーム111の内側にはマグネット101によって生じた磁束の通過経路を提供するヨーク(yoke)104が備えられる。ヨーク104は、下方が閉じた円筒状のボトムプレート(bottom plate)102と、円板状のトッププレート103とからなる。ボトムプレート102とトッププレート103の間には、円盤状のマグネット101が設けられる。なお、マグネット101により発生した磁束がヨーク104に誘導される途中、ヨーク104の不連続点に達するが、これを磁気ギャップという。
図2に示したように、マグネット101と、ヨーク104と、磁気ギャップとが磁気回路を形成する。磁気回路とは、スピーカーが電気信号を音に変えるために必要な磁場(magnetic field)を提供する装置である。
なお、磁気ギャップには音声コイル(voice coil)105が設けられる。音声コイル105はダイヤフラム106に連結されている。音声コイル105に印加された電気信号によって音声コイル105が上下運動すると、この運動がダイヤフラム106に伝達され、ダイヤフラム106が振動することにより、電気信号が音に変わる。図1に示したように、ダイヤフラム106は中央部のドームと縁部のリブ(rib)状とからなり、2つのドームの間の境界に音声コイル105が連結されている。ダイヤフラム106を二重ドーム状にした理由は、ダイヤフラム106の振動を円滑にしながらも振動範囲を制御するためである。
リードワイヤー(lead wire)107は音声コイル105に連結されて電気信号を印加する。リードワイヤー107は一般的にダイヤフラム106の表面にそって接着しており、フレーム111に形成された穴を通過してターミナルPCB108に連結される。
図2に示したように、ダイヤフラム106と音声コイル105とは振動計132を形成する。
ダイヤフラム106の上方は通孔キャップ109を覆う。通孔キャップ109はダイヤフラム106を始めとしたスピーカー内の装置を保護するためのものである。また、ダイヤフラム106で発生した音をスピーカーから上手に伝達するために、通孔キャップ109には多数の通孔110が形成される。なお、スピーカー内で発生した熱気を外側に排出するために、フレーム111に多数の熱放出口112を形成する。
従来技術によるスピーカーは以下のように動作する。ターミナルPCB108およびリードワイヤー107を介して音声コイル105に電気信号が印加されると、磁気ギャップ(magnetic gap)内の音声コイル105がフレミングの法則によって磁場と垂直方向に運動し、かかる運動がダイヤフラム106に伝達される。ダイヤフラム106に伝達された運動はダイヤフラム106を振動させ、これにより電気信号が音に変える。
図1および図2による従来技術のスピーカーは、以下のような問題がある。まず、従来技術によるスピーカーは、磁気回路131と振動計132が垂直に層を形成しているので、全体としてスピーカーの高さが高くなる。すなわち、スピーカーの全体高さは磁気回路の厚さと振動計の厚さを併せた値になる。
よって、スピーカーの厚さをより薄くするためには、マグネット101の厚さを減少する必要がある。しかし、マグネット101の厚さが減少すると、磁気ギャップの磁束密度(magnetic flux density)が減少し、つまりスピーカーの音圧が低くなる。
また、スピーカー120の厚さによって電子モジュールPCB基板から分離して組み立てているので、製造過程の効率が低くなるだけではなく、部品数の増加により組み立て時間が長くなり、製造コストが上昇する問題がある。
図3は従来技術によるダブルマグネットスピーカーを示す断面図である。図3に示したスピーカーは、中央に円盤状の第1マグネット141と、第1マグネットと中心を共有するリング状の第2マグネット142とを備える。
第1マグネット141と第2マグネット142は一つのボトムプレート143上に設けられる。第1マグネットは第1トッププレート144で覆われ、第2マグネットは第2トッププレート145で覆われる。第1トッププレート144と第2トッププレート145の間には磁気ギャップが形成される。また、ボトムプレート143、第1トッププレート144および第2トッププレート145は磁束の通過経路を提供するヨーク146を形成する。
図3によるダブルマグネットスピーカーも磁気回路および振動計が層をなしており、スピーカー全体の厚さを減少するためには、第1マグネット141および第2マグネット142の厚さを減少しなければならない。したがって、単一マグネットスピーカーのように、音圧が低くなる問題があるだけではなく、複雑な構造により製造コストが上昇する問題がある。
図4はナビゲーションおよび携帯用ゲーム機に適用される従来技術によるスピーカーを示す断面図である。図4に示したスピーカーも、図1のような方式のスピーカーである。但し、生産性向上のために、ボトムプレート151をフレームとして使用している。また、図4に示したスピーカーは、スピーカー自体の厚さを減少するために、振動計を薄く形成している。
しかし、図4に示したスピーカーは、音声コイル152が磁界から多く外れており、周波数帯域の損失を生じさせる。すなわち、最低再生限界周波数f0が高くなる問題がある。
また、高出力を出すためには、太い音声コイル152を使用しなければならないが、音声コイル152の外径が小さいので、巻幅が増加し、音声コイル152が上下往復運動時、X−MAX値(定格出力時のコイルの上下運動幅:mm)のために磁気回路の高さが高くなる問題がある。また、磁気回路の磁力弱化により音声の音色明瞭度および解像力の不足、音圧減少などの問題がある。
図5は従来技術による内磁型および外磁型の磁気回路を示す断面図である。図5の(a)は従来の内磁型磁気回路の構成を示す断面図であり、(b)は従来の外磁型磁気回路の構成を示す断面図である。
図5の(a)は、マグネット161がヨーク164の内側にあるので、内磁型磁気回路という。ここで、ヨーク164はボトムプレート162とトッププレート163とからなり、矢印はマグネット161によって形成された磁束の通過経路を示す。
図5の(b)は、マグネット171がボトムプレート172に連結されたポールピース(pole piece)175の外側にある構造であるので、外磁型磁気回路という。図5の(b)に示した矢印はマグネット171によって形成された磁束の通過経路を示す。
上記のように、従来技術によるスピーカーは、ボトムプレート、マグネット、トッププレートを積層して磁気回路を構成し、その上に振動計を構成することにより、スピーカーの高さが高くなる問題がある。
本発明は上記のような従来技術の問題を解決するためになされたものであり、スピーカーの高さを顕著に低くしながら音響特性を向上させたスピーカーを提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明は、スピーカーの磁気回路を構成するに際して、従来技術のような垂直方向の極性配列とは異なり、マグネットの極性を水平方向に形成し、水平方向に形成された磁気回路の内側に振動計を形成する。
本発明のスピーカーは、以下のような効果を有する。
第一に、磁力を増大させて高出力の音圧を提供することができる。
第一に、磁力を増大させて高出力の音圧を提供することができる。
第二に、スピーカーの高さを最小限に抑え、スピーカーを取り付けた電子機器のサイズを減少させることができる。
第三に、音声コイルの口径が大きいので、従来の音声コイルの太さより太いワイヤーを使用することができ、高入力、高出力のスピーカーを製造することができる。
第四に、スピーカーの部品数が減少してマイクロスピーカーの組み立て作業を単純化することができ、生産を自動化して生産コストを節減することができる。
第五に、底面部側に通孔部が形成されるので、音声コイルから発生する熱がすぐ放出され、耐久性が向上する。
第六に、音圧は高くしながら強いダイヤフラムを使用して、f0を低くすることができる。
第七に、小型携帯機器の製造メーカの電子PCBモジュールと一緒に組み立てることができるので、生産性が向上する。
上記目的、特徴および長所は以下の詳細な説明の記載から当業者に明らかであろう。以下、上記目的を具体的に実現できる本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図6は本発明によるスピーカーの磁気回路を示す一実施形態の断面図である。図6に係る磁気回路は、マグネットのN極とS極が水平に形成される。従来技術によるスピーカーの磁気回路においては、図5に示したように、マグネットのN極とS極が垂直に形成されており、磁気ギャップでのみ磁束が水平に形成されている。しかし、本発明による磁気回路では、N極とS極が水平に形成され、磁気ギャップでも磁束が水平に形成されている。
図6(a)は、本発明によるスピーカーの磁気回路において、2つのプレートを有する実施形態を示している。図6(a)を参照すれば、この実施形態によるマグネット501はリング状であって、外側から内側に段差を有する。また、マグネット501の極性は内側がS極、外側がN極で形成される。すなわち、N極とS極が水平に形成されている。もちろん、内側にN極が、外側にS極が位置して水平に形成されることもできる。
図6(a)のように、マグネット501の外側にN極が位置する場合、磁束(magnetic flux)はN極から始まって第1プレート502、磁気ギャップ505および第2プレート503を通過し、マグネット501のS極に向く。第1プレート502および第2プレート503は磁束の通過経路を提供するヨーク504の役割を果たす。このとき、マグネット501が第1プレートに密着するように磁気回路を構成することもできる。しかし、図6(a)に示したように、マグネット501が第1プレート502と一定距離離間するように磁気回路を構成することもできる。
図6(b)は、本発明によるスピーカーの磁気回路において、1つのプレートを有する実施形態を示している。図6(b)を参照すれば、この実施形態によるマグネット601はリング状であって、外側から内側に段差を有する。また、マグネット601の極性は内側がS極、外側がN極で形成される。すなわち、N極とS極が水平に形成されている。もちろん、内側にN極が、外側にS極が位置して水平に形成されることもできる。
図6(b)のように、マグネット601の外側にN極が位置する場合、磁束はN極から始まってヨーク602、磁気ギャップ605を通過し、マグネット601のS極に向く。ヨーク602は磁束の通過経路を提供する。このとき、図6(b)に示したように、マグネット601がヨーク602に密着するように磁気回路を構成することもでき、ヨーク602と一定距離離間するように磁気回路を構成することもできる。
図7は本発明によるスピーカーの第1実施形態を示す断面図である。第1実施形態は図6(a)に示した形態の磁気回路を適用したスピーカーに関する。第1実施形態によるスピーカーの磁気回路は、N極およびS極が水平に形成されたマグネット701と、第1プレート702と、第2プレート703と、第1プレート702と第2プレート703の間に形成された磁気ギャップ705とを含んでなる。
マグネット701は外側から内側に段差を有するリング状であることが好ましい。このとき、リング状は円形リングだけではなく、四角や楕円形リングも含む。
たとえば、マグネット701の外側がN極を形成する場合、マグネット701から発生した磁束は第1プレート702を通過し、磁気ギャップ705、第2プレート703を経て、マグネット701の内側に形成されたS極に繋がる。よって、第1プレート702および第2プレート703は磁束の通過経路を提供するヨーク704の機能を果たす。
なお、この実施形態によるスピーカーの振動計は、磁気ギャップ705に位置した音声コイル706と、ダイヤフラム707とからなる。音声コイル706はダイヤフラム707およびエッジ部708に連結され、ダイヤフラム707は中央部にドーム状を有し、エッジはリブ状を有する二重ドーム状であることが好ましい。エッジ部708は音声コイル706を支持するだけではなく、ダイヤフラム707の動きを円滑にし、ダイヤフラムの振動が一定範囲から外れないように制御する機能を果たす。音声コイル706は電気信号の入力を受けるためにリードワイヤー709に連結され、リードワイヤー709はターミナルPCB710に連結される。外部のアンプ信号はターミナルPCB710を介してスピーカーに伝達される。
ダイヤフラム707の上方は通孔キャップ711を覆う。通孔キャップ711はダイヤフラム707を始めとしたスピーカー内の装置を保護するためのものである。また、ダイヤフラム707で発生した音をスピーカーから上手に伝達するために、通孔キャップ711には多数の通孔が形成される。底面部712は第1プレート702の底面に形成されるが、異物質がスピーカー内に流入しないようにフィルターの役割を果たすだけではなく、スピーカー内の熱を外側に放出する役割も果たす。
上記のように、本発明によるスピーカーは、リング状のマグネットの高さ(または磁気回路の高さ)がスピーカーの高さを決定するので、従来技術に比べて厚さが顕著に薄くなったスピーカーを提供する。すなわち、従来技術のスピーカーによれば、磁気回路の上側に振動計が形成されるので、スピーカーの厚さは磁気回路の厚さと振動計の厚さを併せた値になる。しかし、本発明によれば、振動計が磁気回路に囲まれるので、磁気回路の高さによりスピーカーの厚さが決定される。よって、振動計の高さほどスピーカーの厚さが減少する。さらに、磁気回路の磁場の強度はマグネットの体積に依存するが、本発明によるスピーカーはマグネットがスピーカーの外径をなすので、マグネットの厚さを減少させながらも体積を維持することができ、磁気回路の高さも低くすることができる。
また、ヨークがスピーカーの外形を形成するフレームの機能を果たすことにより、別途のフレームが省略できるので、その分磁気回路のサイズを大きくすることができる。
表1は、従来技術の磁気回路においてヨークに形成される磁束密度と、本発明の第1実施形態によるスピーカーのヨークに形成される磁束密度とを比較したものである。
表1を参照すれば、本発明の第1実施形態による磁気回路は、従来技術による磁気回路に比べて、2倍以上の磁束密度を有することが分かる。
スピーカーの磁気回路部において、振動計の質量(音声コイルの重さ+ダイヤフラムの重さ)が一定であると仮定したとき、本発明によるスピーカーは非常に大きい磁場の強度に基づいて、音圧を一層向上させることができることが分かる。
表2は、従来技術によるスピーカーと本発明の第1実施形態によるスピーカーの性能を比較したものである。
表2を参照すれば、従来技術によるスピーカーのダイヤフラムの厚さと本発明の第1実施形態によるダイヤフラムの厚さの間には10ミクロンの差があるが、音圧においては相当な差があることが分かる。
また、従来技術による音声コイルはΦ40ミクロンの線径を有するので、一般的に高出力を出すことができないが、本発明の第1実施形態ではより太いコイルワイヤーを使用することにより、音圧をより高くすることができることが認められる。
このとき、磁気ギャップのサイズは、N極(またはS極)と内径コイルとのギャップを0.23mmとすることが好ましい。また、S極(またはN極)と外径コイルとのギャップも0.23mmとすることが好ましい。
図8は本発明によるスピーカーの第2実施形態を示す断面図である。第2実施形態は図6(b)に示した形態の磁気回路を適用したスピーカーに関する。第2実施形態によるスピーカーの磁気回路は、N極とS極が水平に形成されたマグネット801と、ヨーク804と、ヨーク804とマグネット801の間に形成された磁気ギャップ805とを含んでなる。マグネット801は外側から内側に段差を有するリング状であることが好ましい。このとき、リング状は円形リングだけではなく、四角や楕円形リングも含む。
たとえば、マグネット801の外側がN極を形成する場合、マグネット801から発生した磁束はヨーク804を通過し、磁気ギャップ805を経て、マグネット801の内側に形成されたS極に繋がる。よって、ヨーク804は磁束の通過経路を提供する。
なお、この実施形態によるスピーカーの振動計は、磁気ギャップ805に位置した音声コイル806と、ダイヤフラム807とからなる。音声コイル806はダイヤフラム807およびエッジ部808に連結され、ダイヤフラム807は中央部にドーム状を有し、エッジはリブ状を有する二重ドーム状であることが好ましい。エッジ部808は音声コイル806を支持するだけではなく、ダイヤフラム807の動きを円滑にし、ダイヤフラムの振動が一定範囲から外れないように制御する機能を果たす。音声コイル806は電気信号の入力を受けるためにリードワイヤー809に連結され、リードワイヤー809はターミナルPCB810に連結される。外部のアンプ信号はターミナルPCB810を介してスピーカーに伝達される。
ダイヤフラム807の上方は通孔キャップ811を覆う。通孔キャップ811はダイヤフラム807を始めとしたスピーカー内の装置を保護するためのものである。また、ダイヤフラム807で発生した音をスピーカーから上手に伝達するために、通孔キャップ811には多数の通孔が形成されることが好ましい。底面部812はヨーク804とともにスピーカーの底面を形成する。底面部812は異物質がスピーカー内に流入しないようにするフィルターの役割を果たすだけではなく、スピーカー内の熱を外側に放出する役割も果たす。
図9は本発明によるスピーカーの第3実施形態を示す断面図である。第3実施形態は図6(a)に示した形態を変形した磁気回路を適用したスピーカーに関する。
この実施形態によるスピーカーの磁気回路は、N極およびS極が水平に形成されたマグネット901と、第1プレート902と、第2プレート903と、第1プレート902と第2プレート903の間に形成された磁気ギャップ905とを含んでなる。マグネット901はリング状であることが好ましい。このとき、リング状は円形リングだけではなく、四角や楕円形リングも含む。
たとえば、マグネット901の外側がN極を形成する場合、マグネット901から発生した磁束は第1プレート902を通過し、磁気ギャップ905と第2プレート903を経て、マグネット901の内側に形成されたS極に繋がる。よって、第1プレート902および第2プレート903は磁束の通過経路を提供するヨーク904の機能を果たす。
なお、この実施形態によるスピーカーの振動計は、磁気ギャップ905に位置した音声コイル906と、ボビン911と、ダイヤフラム907とからなる。音声コイル906はボビン911に巻かれ、ボビン911はダイヤフラム907およびエッジ部908に連結される。ダイヤフラム907は略三重リブ状を有することが好ましい。エッジ部908は音声コイル906を支持するだけではなく、ダイヤフラム907の動きを円滑にし、ダイヤフラムの振動が一定範囲から外れないように制御する機能を果たす。音声コイル906は電気信号の入力を受けるためにリードワイヤー909に連結され、リードワイヤー909はターミナルPCB910に連結される。外部のアンプ信号はターミナルPCB910を介してスピーカーに伝達される。一方、底面部912は第1プレート902の底面に取り付けられる。
この実施形態によるスピーカーは、小型電子機器のプラスチック射出物内に取り付けられるように通孔キャップが省略されている。この実施形態によれば、磁気回路の磁場の強度が強くなるので、振動板の厚さを40ミクロンとしてf0を低くすることが好ましい。このような構成により、この実施形態によるスピーカーは、可聴周波数のうち、中音の声帯域を拡張できるという長所がある。
図10は本発明によるスピーカーの第1実施形態を示す分解斜視図である。図10に示したスピーカーは、マグネット701が略四角リング状である場合に該当する。
図10に示したように、マグネット701は第1プレート702の内側に結着し、マグネット701の内側には四角リング状の第2プレート703が結着する。なお、音声コイル706は第1プレート702と第2プレート703との間隔である磁気ギャップに位置し、音声コイル706の内側は二重ドーム状のダイヤフラム707に連結され、外側はダイヤフラムの外側を構成するエッジ部に連結される。
なお、第1プレート702内に電気信号を印加するためのターミナルPCB710が設けられ、スピーカーの上端および下端は通孔キャップ711および底面部712により覆われる。
本発明の各々の実施形態によるスピーカーは、様々な用途のスピーカーに適用可能であるが、特にマイクロスピーカーに適用することが好ましい。
図11は本発明によるスピーカーの第3実施形態を示す分解斜視図である。図11に示したスピーカーは、マグネット901が円形リング状である場合に該当する。
図11に示したように、マグネット901は第1プレート902内側に結着し、マグネット901の内側には円形リング状の第2プレート903が結着する。なお、音声コイル906はボビン911に巻かれ、音声コイル906に巻かれたボビン911は第1プレート902と第2プレート903との間隔である磁気ギャップに位置する。なお、ボビン911は内側はリブ状のダイヤフラム907に連結され、外側はダイヤフラム907の外側を構成するエッジ部に連結される。
なお、第1プレート902内に電気信号を印加するためのターミナルPCB910が設けられ、スピーカーの下端は底面部912により覆われる。
図12は本発明の第1実施形態によるスピーカーの性能を従来技術によるスピーカーの性能と比較したグラフである。このグラフはARTA測定装備および測定マイクを用いて、3cc後面開放型による音圧および周波数を示している。
図12を参照すれば、本発明の第1実施形態によるスピーカーは、従来技術によるスピーカーに比べて、広い帯域の周波数においてより平坦な特性を有することが分かる。また、人の声帯域である中音および低音周波数の場合に、顕著に高い音圧を有することが分かる。よって、移動通信端末などに本発明を適用した場合、通話音をイヤホン音のような高音質で提供することができると認められる。
図13は本発明の第3実施形態によるスピーカーの性能を従来技術によるスピーカーの性能と比較したグラフである。このグラフはLMS測定装備および測定マイクを用いて、8Ω基準で1m/1w/2.83vにおいて音圧および周波数を示している。
図13を参照すれば、本発明の第3実施形態によるスピーカーは、従来技術によるスピーカーに比べて、f0が200〜300Hz優れ、音圧も4dB以上高いことが分かる。
以上、本発明を好ましい実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に多様な変更を加えることが可能であることは本発明が属す分野の通常の知識を有する者に明らかであり、そのような変更を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが請求範囲の記載から明らかである。
101,141,142,161,171,501,601,701,801,901 マグネット、
104,146,164,174,504,602,704,804,904 ヨーク、
106,153,707,807,907 ダイヤフラム、
105,152,706,806,906 音声コイル、
505,605,705,805,905 磁気ギャップ、
109,711,811 通孔キャップ
104,146,164,174,504,602,704,804,904 ヨーク、
106,153,707,807,907 ダイヤフラム、
105,152,706,806,906 音声コイル、
505,605,705,805,905 磁気ギャップ、
109,711,811 通孔キャップ
Claims (12)
- 磁気回路および振動計を含んでなり、
前記磁気回路は、
リング状であり、前記リングの中心を基準として、外側面に第1極性を有し、内側面に前記第1極性と反対する第2極性を有するマグネットと、
前記マグネットから発生する磁束の通過経路を提供するヨークと、
を含んでなるスピーカー。 - 前記ヨークは、
前記第1極性に相応して磁束の通過経路を提供する第1プレートと、
前記第2極性に相応して磁束の通過経路を提供する第2プレートと、
を含んでなる請求項1記載のスピーカー。 - 前記第1プレートと前記第2プレートとが互いに離間して磁気ギャップを形成することを特徴とする請求項2記載のスピーカー。
- 前記ヨークは前記第1極性に相応して磁束の通過経路を提供することを特徴とする請求項1記載のスピーカー。
- 前記ヨークは前記マグネットと互いに離間して磁気ギャップを形成することを特徴とする請求項4記載のスピーカー。
- 前記振動計は前記リングの中心を基準として磁気回路の内側に形成されることを特徴とする請求項1記載のスピーカー。
- 前記振動計の高さは前記マグネットの高さより低いことを特徴とする請求項6記載のスピーカー。
- 前記振動計は、
電気信号が印加される導線であって、前記磁気回路にそって形成される磁場内に位置し、前記電気信号および前記磁場にしたがって機械的運動を行う音声コイルと、
前記音声コイルに連結され、前記音声コイルの機械的運動を音に変えるダイヤフラムと、
を含んでなる請求項1記載のスピーカー。 - 前記マグネットは前記リングの中心を基準として内側に段差を有することを特徴とする請求項8記載のスピーカー。
- 前記振動計は、一側は前記マグネットの段差に連結され、他側はさらに前記音声コイルに連結されるエッジ部を含むことを特徴とする請求項9記載のスピーカー。
- 前記リンク状は円形のリング状であることを特徴とする請求項1記載のスピーカー。
- 前記リンク状は四角のリング状であることを特徴とする請求項1記載のスピーカー。
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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