JP2016509446A - 音響変換器アセンブリ - Google Patents

Abstract

本明細書に記載される実施形態は、音響変換器に関する。具体的には、記載される実施形態は、音響変換器における使用のためのドライバーに関する。エアギャップと実質的に同等の長さの可動コイルを有する、音響変換器のためのドライバー。エアギャップはそれ自身で、上側もしくは下側リップまたは両方を使用して、長さを延長させ得る。固定コイルもまた提供される。可動及び固定コイルは、低減した歪曲を有する電磁石ベースの変換器を形成するために、好適な制御ブロックによって制御することができる。音響変換器はハイブリッド音響変換器であり得る。【選択図】図１

Description

本明細書に記載される実施形態は、音響変換器に関する。具体的には、記載される実施形態は、音響変換器における使用のためのドライバーに関する。

多くの音響変換器またはドライバーは、音波を生成するために可動コイル動的ドライバーを使用する。ほとんどの変換器設計では、磁石は、エアギャップを有する磁束経路を提供する。可動コイルは、エアギャップ内で磁束と反応し、ドライバーを移動させる。当初は、電磁石を使用して、固定した磁束経路が作成された。これらの電磁石ベースのドライバーは、高い電力消費及び損失を被った。音響ドライバーは、永久磁石を用いても作成することができる。永久磁石は電力を消費しない一方で、これらのＢＨ生産は限られており、かさ高であり得、磁性材料に応じて高価であり得る。対照的に、電磁石ベースのドライバーは、同様のＢＨ生産の制限を被らない。

最近では、電磁石の不利点のいくつかの効果を低減させながらそれらの利点を組み込む、より効率的な電磁石ベースの音響変換器が開発されている。しかしながら、電磁石ベースの音響変換器では、エアギャップにわたる磁束における非線形性は、再生される音において望ましくない人為的な結果をもたらし得る。かかる非線形性を最小化または排除する必要性が存在する。

広範な態様では、音響変換器用のドライバーであって、可動振動板と；磁性材料で形成されたドライバー本体であって、中柱と、ドライバー本体の下部を介して中柱に連結される外壁と、外壁から中柱に向かって内向きに延びる環状板と、を備える、ドライバー本体と；振動板に連結される可動コイルであって、環状板と中柱との間に形成されるエアギャップ内に少なくとも部分的に配設される可動コイルと；環状板、外壁、下部、及び中柱によって画定される空洞内に配設される固定コイルと；を備えるドライバーが提供される。

いくつかの場合では、環状板は、環状板の内面端に配設される上側リップを備え、上側リップはエアギャップを延長するために空洞から離れて延びる。いくつかの場合では、エアギャップは、環状板の中央部よりも上側リップの外方部で広い幅を有する。いくつかの場合では、上側リップの幅は、上側リップが環状板から離れて延びるのに応じてより狭くなるように、先細である。

いくつかの場合では、環状板は、環状板の内面端に配設される下側リップを備え、下側リップはエアギャップを延長するために空洞へと延びる。いくつかの場合では、エアギャップは、環状板の中央部よりも下側リップの外方部で広い幅を有する。いくつかの場合では、下側リップの幅は、下側リップが環状板から離れて延びるのに応じてより狭くなるように、先細である。

いくつかの場合では、可動コイルは、エアギャップのエアギャップ長さと実質的に同等の可動コイル長さを有する。可動コイル長さは、可動コイルの最大可動域の少なくとも４００％であり得る。

いくつかの場合では、ドライバー本体は下部と外壁との間に先細の外角を有する。いくつかの場合では、ドライバー本体は外壁と環状板との間に先細の外角を有する。いくつかの場合では、ドライバー本体は中柱の先細の上部内側部を有する。

いくつかの場合では、環状板の内側面は中柱に平行でない。いくつかの場合では、エアギャップは、エアギャップの外側部でより広く、エアギャップの中央部でより狭い。

いくつかの実施形態では、ドライバーは、少なくとも１つの追加のエアギャップ及び少なくとも１つの追加の空洞を画定する、少なくとも１つの追加の環状板をさらに備える。

いくつかの場合では、少なくとも１つの追加の環状板の内面部は、中柱の上部に連結され、少なくとも１つの追加の空洞内に配設される追加の固定コイルをさらに備え、追加の固定コイルは、固定コイルの磁束経路と反対方向に回転する追加の磁束経路を有する。

いくつかの実施形態では、ドライバーは、少なくとも１つの追加のエアギャップ内にそれぞれ配設される少なくとも１つの追加の可動コイルと、少なくとも１つの追加の空洞内にそれぞれ配設される少なくとも１つの追加の固定コイルと、をさらに備える。

別の広範な態様では、音響変換器であって、入力音声信号を受信するための音声入力端子と；音声入力信号に対応する、少なくとも１つの時変固定コイル信号を生成し、かつ音声入力信号及び固定コイル信号に対応する、少なくとも１つの時変可動コイル信号を生成するための制御システムと；本明細書に記載される実施形態に従うドライバーであって、制御システムに電気連結されるドライバーと；を備える音響変換器が提供される。

様々な態様及び実施形態の追加の特徴は、以下に記載される。

本発明のいくつかの実施形態は、これから図面を参照して詳細に説明される。
電磁石ベースの音響変換器の例の断面図である。 図１の音響変換器の例の斜傾図である。 様々な実施形態の例に従う、音響変換器のエアギャップの詳細断面図である。 様々な実施形態の例に従う、音響変換器のエアギャップの詳細断面図である。 様々な実施形態の例に従う、音響変換器のエアギャップの詳細断面図である。 実施形態の例に従う、ドライバーの例の斜視図である。 図４のドライバーの断面図である。 図４のドライバーの様々な代替の形状の断面図である。 図４のドライバーの様々な代替の形状の断面図である。 図４のドライバーの様々な代替の形状の断面図である。 図４のドライバーの様々な代替の形状の断面図である。 図４のドライバーの様々な代替の形状の断面図である。 図４のドライバーの様々な代替の形状の断面図である。 別のドライバーの例の断面図である。 さらに別のドライバーの例の断面図である。 なおも別のドライバーの例の断面図である。 異なる磁束曲線に対する磁束曲線を例示する。 ハイブリッド音響変換器の例を例示する。 ハイブリッド音響変換器の別の例を例示する。 ハイブリッド音響変換器のさらに別の例を例示する。

以下に記載される実施形態の様々な態様を例示するために、図面の様々な特徴は、一定の縮尺で描かれていない。図面では、対応する要素は、概して、同様のまたは対応する参照番号で識別される。

まず、電磁石ベースの音響変換器１００を例示する、図１及び２を参照されたい。変換器１００は、入力端末１０２、制御ブロック１０４、及びドライバー１０６を有する。図１は、ドライバー１０６を横断面で、及び変換器１００の残りの部分をブロック図形式で、例示する。図２は、斜傾図で、より詳細に、ドライバー１０６を含む変換器１００の部分を例示する。

制御ブロック１０４は、固定コイル信号生成ブロック１０８及び可動コイル信号生成ブロック１１０を含む。固定及び可動コイル信号生成ブロックのそれぞれは、入力端末１０２に連結される。動作において、入力オーディオ信号Ｖ_ｉは、入力端末１０２で受信され、固定コイル信号生成ブロック１０８及び可動コイル生成ブロック１１０の両方に伝送される。固定コイル信号生成ブロック１０８は、入力信号Ｖ_ｉに応答して、ノード１２６で固定コイル信号Ｉ_ｓを生成する。同様に、可動コイル信号生成ブロック１１０は、入力信号Ｖ_ｉに応答して、ノード１２８で可動コイル信号Ｉ_ｍを生成する。

ドライバー１０６は、磁気材料１１２、振動板１１４、可動コイル巻型１１６、固定コイル１１８、及び可動コイル１２０を備える、ドライバー本体を含む。ドライバー１０６は、任意の振動板支持またはスパイダー１２２及び囲い１２３も含む。

磁気材料１１２で形成されるドライバー本体は、概してトロイダル型であり、トロイダル型空洞１３４を有する。特に、ドライバー本体は、中柱１６０、下部１４９、及び外壁１４８を備え得る。固定コイル１１８は空洞１３４内に位置する。様々な実施形態では、磁気材料１１２は、１つ以上の部分から形成され得、これは、固定コイル１１８がより容易に空洞１３４内に挿入されるまたはその内部で形成されることを可能にし得る。磁気材料１１２は、固定コイル信号に応答して磁化され、磁気材料内に磁束を生成する。磁気材料は、その磁気回路１３８内に環状またはトロイダル型エアギャップ１３６を有し、磁束はエアギャップ１３６を通って及びその付近を流れる。

磁性材料１１２は、磁場の存在下で磁化されることが可能である任意の材料で形成され得る。様々な実施形態では、磁性材料１１２は、２つ以上のかかる材料から形成され得る。いくつかの実施形態では、磁性材料は、積層体から形成され得る。いくつかの実施形態では、積層体は、放射状に組み立てられ得、かつ組成磁性材料が積層体間にギャップを有することなく形成されるように、楔形状であり得る。

可動コイル１２０は可動コイル巻型１１６に搭載される。可動コイル１２０は、可動コイル信号生成ブロック１１０に連結され、可動コイル信号Ｉ_ｍを受信する。振動板１１４が可動コイル１２０及び可動コイル巻型１１６と一緒に移動するように、振動板１１４は可動コイル巻型１１６に搭載される。可動コイル１２０及び可動コイル巻型１１６は、可動コイル信号Ｉ_ｍ及びエアギャップ内の磁束に応答して、エアギャップ１３６内で移動する。可動コイル巻型と移動する音響変換器の部品は、可動部品と称され得る。可動コイル巻型が移動しているときに固定される部品は、固定部品と称され得る。音響変換器の固定部品は、磁性材料１１２及び固定コイル１１８を含む。

様々な実施形態では、音響変換器は、ダストキャップ１３２と磁性材料１１２との間の空隙を通気させるように適合され得る。例えば、空隙を通気させることを可能にするために、開口部が磁性材料内に形成され得るか、または開口部が可動コイル巻型内に形成され得、それにより空気圧が振動板の移動に影響を与えることを低減または防止する。

制御ブロック１０４は、振動板１１４が入力信号Ｖ_ｉに対応する音声波１４０を生成するように、入力信号Ｖ_ｉに応答して固定コイル信号及び可動コイル信号を生成する。

固定コイル信号及び可動コイル信号は、入力信号に対応し、かつ互いにも対応する。信号の大きさが音響変換器の動作中に単一の大きさに固定される必要がないため、これらの信号は、両方ともに時変信号である。固定コイル信号Ｉ_ｓの変化は、磁性材料１１２及びエアギャップ１３６において異なるレベルの磁束を生成する。可動コイル信号Ｉ_ｍの変化は、振動板１１４の移動を引き起こして、入力音声信号Ｖ_ｉに対応する音を生成する。示される実施形態では、固定コイル信号生成ブロック及び可動コイル信号生成ブロックは、互いに連結される。固定コイル信号Ｉ_ｓまたは固定コイル信号のあるバージョンは、可動コイル信号生成ブロック１１０に提供される。可動コイル信号生成ブロック１１０は、固定コイル信号Ｉ_ｓ、ならびに入力信号Ｖ_ｉに部分的に応答して、可動コイル信号Ｉ_ｍを生成するように適合される。

他の実施形態では、固定コイル信号は、可動コイル信号及び入力信号に応答して生成され得る。いくつかの他の実施形態では、可動コイル信号生成ブロック及び固定コイル信号生成ブロックは、互いに連結されないことがあるが、これらのブロックのうちの一方または両方が、他方のブロックによって生成されるコイル信号を推定またはモデル化し、その後、モデル化コイル信号及び入力信号に応答して、それ自体のそれぞれのコイル信号を生成するように適合され得る。

可動及び固定コイル信号生成ブロックのさらなる詳細を含む、電磁石ベースの音響変換器の設計及び動作は、ＵＳ８，１３９，８１６に記載され、その全体は、参照により本明細書に組み込まれる。

一般的に、音響変換器では、「オーバーハング」トポロジーが可動コイルに使用され、可動コイル１２０の長さはエアギャップ１３６の長さを超える。逆に、いくつかの他の音響変換器では、「アンダーハング」トポロジーが可動コイルに使用され得、可動コイル１２０の長さはエアギャップ１３６の長さ未満である。

次に図３Ａ〜３Ｃを参照すると、様々な実施形態に従う、音響変換器１００のエアギャップの詳細な断面図が例示される。

図３Ａは、音響変換器３００Ａのモータのアンダーハングトポロジーを例示する。変換器３００Ａでは、エアギャップ１３６は、概して、長さＧ_１を有する。可動コイル１２０Ａは長さＬ_１を有し、これは長さＧ_１未満である。典型的に長さＬ_１は長さＧ_１よりも実質的に短く、例えば、長さＧ_１の８０％未満である。

アンダーハングトポロジーの性能は、概して、磁性材料１１２の上板の厚さによって制限され得、これは、可能な物理的変位を制限し得る。さらに、アンダーハングトポロジーにおける可動コイルの短い巻線は、動作間の高い温度をもたらし得、一方で、磁性材料１１２の磁心及び外径の存在は、高いインダクタンス及び磁束変調をもたらし得る。

しかしながら、可動コイルの可動域が通常制限されているため、かつさらに、可動コイルが略線形磁束を有するエアギャップの領域内に完全にまたはほとんど残るため、アンダーハングトポロジーは、概して、比較的線形性能特徴を享受する。

図３Ｂは、音響変換器３００Ｂのモータのオーバーハングトポロジーを例示する。変換器３００Ｂでは、エアギャップ１３６も長さＧ_１を有する。しかしながら、可動コイル１２０Ｂは、長さＬ_２を有し、これは長さをＧ_１超える。典型的に、長さＬ_２は、長さＧ_１よりも実質的に長く、例えば、長さＧ_１の１２０％を超える。

アンダーハングトポロジーとは対照的に、オーバーハングトポロジーは、より長い巻線のためにより低い温度で動作し得、かつ比較的より大きい可動域に設計され得る。しかしながら、エアギャップ１３６の縁に存在する磁束の非線形性のため、かつさらに、エアギャップの外側の非線形または弱い磁束のため、オーバーハング可動コイルは、非線形性能特徴による有意な歪曲を受け得る。

図３Ｃは、音響変換器３００Ｃのモータの均衡または均等ハングトポロジーを例示する。変換器３００Ｃでは、エアギャップ１３６は、長さＧ_１を有し、可動コイル１２０Ｃは、長さＬ_３を有し、これは長さＧ_１と実質的に同等（例えばＧ_１の長さの約５〜１０％以内）である。

Ｇ_１が目標可動域に比較して大きい場合、均衡トポロジーは従来のオーバーハング設計と同様の線形性能（すなわちより少ない歪曲）を享受し得、一方で、アンダーハング設計よりも、大きい可動域及び良好な温度性能を提供する。さらに、エアギャップ及び可動コイルの整合する長さは、同じ線形可動域に対する低減した磁気抵抗をもたらし、これは、同じ合計磁束を生成するための、著しく少ない磁化電流を可能にする。しかしながら、大きいＧ_１及びＬ_３を有する均衡トポロジーは、磁性材料１１２の比較的厚い上板を必要とし得、これは、変換器の重量及び経費を著しく増加させ得る。

したがって、必要とされるのは、変換器の上板を非実用的に厚くすることなく、オーバーハング設計と同様に可動コイルの長さを延長する方法、及び、アンダーハング設計と同様にエアギャップの長さを延長する方法である。

次に図４及び５を参照すると、均衡トポロジードライバー４００を有する電磁石ベースの音響変換器の例が例示される。図４は、斜視図でドライバー４０６を例示し、図５は、横断面図でドライバー４０６を例示する。

ドライバー４０６は、概して、図１及び２のドライバー１０６に類似する。具体的には、ドライバー４０６は、磁性材料４１２、振動板４１４、可動コイル巻型４１６、固定コイル４１８、及び可動コイル４２０を含む。

磁性材料４１２は、略トロイダル型であり、トロイダル型空洞４３４を有する。固定コイル４１８は、空洞４３４内に位置付けられる。様々な実施形態では、磁性材料４１２は、１つ以上の部品から形成され得、これは、固定コイル４１８がより容易に空洞４３４内に挿入されるまたはその内部で形成されることを可能にし得る。磁性材料４１２は、固定コイル信号に応答して磁化され、磁性材料内の磁束を生成する。磁性材料４１２は、その磁気回路４３８内にトロイダル型エアギャップ４３６を有し、磁束はエアギャップ４３６を通って及びその付近を流れる。

磁性材料４１２は、磁場の存在下で磁化されることが可能である任意の材料で形成され得る。様々な実施形態では、磁性材料４１２は、２つ以上のかかる材料から形成され得る。いくつかの実施形態では、磁性材料は、積層体から形成され得る。いくつかの実施形態では、積層体は、放射状に組み立てられ得、かつ組成磁性材料が積層体間にギャップを有することなく形成されるように、楔形状であり得る。いくつかの実施形態では、磁性材料４１２は、２つ以上の要素から形成され得、これらは摩擦嵌めまたは別の好適な組み立て方法によって一緒に組み立てられ得る。

いくつかの実施形態では、磁性材料は、上板、下板、またはそれらの側壁において形成される１つ以上の開口部４５２を有し得、これは、制御ブロックからのワイヤの経路を決めるため、または通気のために使用され得る。

可動コイル４２０は、可動コイル巻型４１６に搭載される。可動コイル４２０は、変換器１００内のブロック１１０等の、可動コイル信号生成ブロックに連結され得る。振動板４１４が可動コイル４２０及び可動コイル巻型４１６と一緒に移動するように、振動板４１４は可動コイル巻型４１６に搭載される。可動コイル４２０及び可動コイル巻型４１６は、可動コイル信号及びエアギャップ内の磁束に応答して、エアギャップ４３６内で移動する。可動コイル巻型と移動するドライバーの部品は、可動部品と称され得る。可動コイル巻型が移動しているときに固定される部品は、固定部品と称され得る。音響変換器の固定部品は、磁性材料４１２及び固定コイル４１８を含む。

磁性材料４１２は、磁性材料４１２の外側先端から離れて中柱４６０に向かって内向きに延びる、上板４４０を備える。エアギャップ４３６に近接して、上板４４０は、環状板の内向き端に配設され、空洞４３４及び上板４４０から離れて延びて、エアギャップ４３６の長さを延長する、上側リップ４４２リップ、もしくは、環状板の内向き端に配設され、空洞４３４内に延びて、これもエアギャップ４３６の長さを延長する、下側リップ４４４、または例示されるように両方を有する。上板４４０は、磁性材料４１２のトロイダル型形状に対応し、略環状またはトロイダル型の板を形成する。上側リップ４４２及び下側リップ４４４の両方も略環状またはトロイダル型であり、エアギャップに近接する上板の厚さを増加させる役割を果たし、よって、エアギャップの効果的な長さを増加させる。いくつかの場合では、上側または下側リップは、上板から離れて延びるのに応じて先細であり得る。

歪曲を軽減するために、可動コイル４２０は、所望の可動域の長さの、少なくとも４００％、概して、４００％〜５００％の間の長さを有し得る。あるいは、またはさらに、エアギャップは歪曲を軽減するために延長され得る。同様に、本明細書でより詳細に記載されるように、磁束を形状化するために他の技術が使用され得る。

次に図６Ａ〜６Ｆを参照すると、ドライバーの様々な代替形状の横断面図が示される。可動コイル４２０及び固定コイル４１８等の、例示されるドライバーの様々な要素は、それぞれの形状を不明瞭にしないために、示されていない。それぞれの横断面図は、それぞれのドライバーの形状の半分のみを例示する。例示される部分は、閉鎖中柱の中心にある中心線４７０（図４及び６Ａ）の周囲、または、開放中柱の中心にある中心線４７２（図６Ｂ）の周囲を回転し得る。例示される中心線は、全ての図面には例示されず、ほんの例である。形状のうちのあらゆるものが、開放または閉鎖中柱を有し得る。

次に図６Ａを参照すると、中柱４６０を備える磁性材料４１２を有するドライバー６０６Ａが例示される。ドライバー６０６Ａは、概して、下側リップ４４４Ａよりも短くて狭い上側リップ４４２Ａを有する。

次に図６Ｂを参照すると、中柱４６０を備える磁性材料４１２を有するドライバー６０６Ｂが例示される。ドライバー６０６Ｂは、下側リップ４４４Ｂよりも任意で短い上側リップ４４２Ｂを有する。ドライバー６０６Ｂの磁性材料４１２の部分は、６１２、６１４、及び６１６で取り外され、下部と外壁との間及び外壁と環状板との間の、先細の外角をもたらす。中柱の上部内部部分も先細である。取り外される部分は、残っている磁性材料４１２と比較して比較的低磁束密度を有する材料の体積に対応する。結果的に、低磁束密度部分の取り外しは、磁束またはドライバーの性能に影響をほとんど有さないまたは有さず、一方で同時に重量及び材料費を低減させる。

次に図６Ｃを参照すると、中柱４６０を備える磁性材料４１２を有するドライバー６０６Ｃが例示される。ドライバー６０６Ｃは上側リップ４４２Ｃ及び下側リップ４４４Ｃを有する。ドライバー６０６Ｃは、さらに、形状化エアギャップ４３６Ｃを有し、中柱４６０から、上側リップ４４２Ｃの外側縁もしくは下側リップ４４４Ｃの外側縁、または両方までのエアギャップは、それぞれの外側縁の内向きに位置するエアギャップ４３６Ｃ′よりも大きい。結果的に、エアギャップは、環状板の中央部よりも上側リップ（または下側リップ）の外方部で広い幅を有し得る。さらに、環状板及び任意の上側または下側リップによって形成される内側面は、中柱に平行でなく、エアギャップがエアギャップの外側部でより広く、エアギャップの中央部でより狭くなることをもたらす。

図６Ｃでは、なめらかに湾曲する凸状または楕円形状が例示されるが、エアギャップの中央部におけるエアギャップ距離を低減させるために、他の形状も使用され得る。例えば、三角形状、階段形状、放物線形状、ガウス曲線形状、または他の形状が使用され得る。

エアギャップの曲線または先細形状は、磁束密度がエアギャップの中央部において比較的より高くなることをもたらす。これは、概して、中央部におけるＢＬ（すなわち可動コイル長さ×磁束密度）が、可動コイルによってなお結合されるため、高可動域での線形性を増加させる。これは、高可動域長さに対するＢＬを上昇させる効果も有する。

次に図６Ｄを参照すると、中柱４６０Ｄを備える磁性材料４１２Ｄを有するドライバー６０６Ｄが例示される。ドライバー６０６Ｄは、上側リップ４４２Ｄ及び下側リップ４４４Ｄを有する。ドライバー６０６Ｄの中柱４６０Ｄ及び磁性材料４１２Ｄの両方は、放射状丸型輪郭を有する。図６Ｃのドライバー６０６Ｃと同様に、丸型輪郭は、比較的低磁束密度を含有する磁性材料の部分を除外する。

次に図６Ｅを参照すると、磁性材料４１２及び中柱４６０を有するドライバー６０６Ｅが例示される。ドライバー６０６Ｅは下側リップ４４４Ｅのみを有する。

次に図６Ｆを参照すると、磁性材料４１２及び中柱４６０を有するドライバー６０６Ｆが例示される。ドライバー６０６Ｆは上側リップ４４４Ｆのみを有する。

次に図７を参照すると、磁性材料４１２及び中柱４６０を有するドライバー７０６が例示される。図４のドライバー４０６とは対照的に、ドライバー７０６は複数の環状板７４０Ａ、７４０Ｂ、及び７４０Ｃを有し、これらのそれぞれが、それぞれ下側リップ７４４Ａ、７４４Ｂ、及び７４４Ｃを備える。いくつかの実施形態では、環状板７４０Ａ、７４０Ｂ、及び７４０Ｃのそれぞれは、単独またはそれぞれの下側リップとの組み合わせのいずれかで、上側リップ（表示せず）を有し得る。

環状板の下側リップ、または存在する場合上側リップ、によって形成される、空洞部分７３４Ａ、７３４Ｂ、及び７３４Ｃは、別個の固定コイル（表示せず）を含み得る。同様に、中柱４６０と、下側リップ７４４Ａ、７４４Ｂ、及び７４４Ｃとの間に形成される、それぞれのエアギャップ７３６Ａ、７３６Ｂ、及び７３６Ｃに対応する、複数の可動コイル（表示せず）が提供され得る。

隣接するコイルからの磁場の打消しを防止するために、固定コイルの巻き取り窓の面積は、固定コイルが「上」から「下」へと大きさが増加するように、空洞部分７３４Ａから７３４Ｃへ漸進的に増加する。これは磁束をドライバー７０６の中心へと動かす。

次に図８を参照すると、磁性材料４１２及び中柱４６０を有するドライバー８０６が例示される。ドライバー８０６は、環状板８４０Ａ、８４０Ｂ、及び８４０Ｃが上側または下側リップを欠くことを除き、概してドライバー７０６に類似する。

ドライバー８０６では、エアギャップ８３６Ａ、８３６Ｂ、及び８３６Ｃは、それぞれ固定コイル８１８Ａ、８１８Ｂ、及び８１８Ｃの高さに対して、厚いエアギャップを作成するように大きさが決められる。かかる厚いエアギャップの作成は、磁束の房化をもたらし、これは、エアギャップにわたって磁束密度の平滑化をもたらす。

次に図９を参照すると、磁性材料９１２及び中柱９６０を有するドライバー９０６が例示される。ドライバー９０６は、エアギャップ９３６がドライバー９０６内に含まれるように、ドライバー９０６の上部が中柱９６０と接触していることを除き、概してドライバー４０６に類似する。

ドライバー９０６は、２つの固定コイル９１８Ａ及び９１８Ｂを備え、これらはプッシュプル様式で配置される。結果的に固定コイル９１８Ａは磁束経路９９１に寄与し、一方で固定コイル９１８Ｂは磁束経路９９１の反対方向に回転する反対磁束経路９９２に寄与する。結果として、ほとんどまたは全ての磁束は、可動コイル（表示せず）を通過するように、磁性材料９１２内に完全に含まれ得る。これは、開放エアギャップ設計を２０〜３０％超える効率性獲得をもたらし得る。しかしながら、例えば磁性材料内の１つ以上の開口部を通過する１つ以上の柱を提供することによって、音声コイルのスピーカコーンへの好適な取り付けを提供しなければならない。

上記の音響変換器のうちのいくつかの実施形態は、ハイブリッド音響変換器であり得る。ハイブリッド音響変換器は、永久磁石及び１つ以上の固定コイル１１８の両方を使用して、磁気材料１１２及びエアギャップ１３６を磁化する。低いレベルの固定コイル信号Ｉ_ｓで磁束を増加させるために、ハイブリッド音響変換器を使用することが望ましくあり得る。

次に、異なる音響変換器設計に対する磁束曲線１０００を概して例示する、図１０を参照されたい。磁束曲線１０００は、異なる音響変換器設計についての、磁気材料１１２における磁束密度Ｂ対固定コイル信号Ｉ_ｓを図示する。曲線１０１０は、上記の音響変換器のいずれか等の、固定コイル１１８を使用して磁気材料１１２を磁化する音響変換器に対応し、曲線１０２０はハイブリッド音響変換器に対応する。曲線１０１０と曲線１０２０を比較すると、固定コイル信号Ｉ_ｓのより小さい値に対して、ハイブリッド音響変換器はエアギャップ１３６内の磁束を生成することにおいてより効果的であると判断され得る。しかしながら、固定コイル信Ｉ_ｓのより大きい値に対しては、上記の音響変換器のいずれかとハイブリッド音響変換器との間に、磁束の生成における有意な差はない。

ハイブリッド音響変換器について、固定コイル信号Ｉ_ｓは以下のように表され得る。
式中、Ｂはエアギャップ１３６内の磁束を表し、Ｎは固定コイル１１８内の回転数を表し、Ｒはハイブリッド音響変換器の磁気回路の磁気抵抗を表し（磁気回路は、永久磁石、磁気材料１１２、及びエアギャップ１３６を含む）、Ａは磁気材料１１２及びエアギャップ１３６の断面積を表し、Ｈ_磁石は永久磁石の起磁力を表し、Ｉ_磁石は磁石（Ｂ_磁石）の磁束の方向における永久磁石の長さを表す。磁石の起磁力Ｈ_磁石は概して以下のように表され得る。
式中、Ｂ_磁石は永久磁石の磁束密度を表し、Ｂ_残留磁気は永久磁石の残留インダクタンスを表す。Ｂ_残留磁気及び永続性係数の値は、ハイブリッド音響変換器において使用される永久磁石に依存する。Ｂ及びＢ_磁石の値は、磁気材料１１２及び永久磁石のそれぞれの断面積が等しい場合、等価であり得るということが理解されるであろう。

再度図１０を参照すると、ハイブリッド音響変換器の磁気回路の磁気抵抗Ｒは、磁気材料１１２内で誘発される磁束が飽和するため、Ｂと共に変化する。曲線１０２０は、曲線１０２０に適切に適合する、任意の一次、二次、三次以上の多項式を使用して、図示され得る。例えば、固定コイル信号Ｉ_ｓの関数としての磁束に対する下記の表現が使用され得る。
式中、係数ｎ_１、ｎ_２、ｎ_３、及びｎ_４は、曲線８２０に適合するように選択される。同様の形式の別の等式もまた使用され得る。

次に図１１〜１３を参照すると、ハイブリッド音響変換器の様々な代替の形状の断面図が例示される。可動コイル１２０等の、例示されるハイブリッド音響変換器の様々な要素は、それぞれの形状を不明瞭にしないために、示されていない。

次に図１１を参照すると、ハイブリッド音響変換器１１００の例が例示される。例示される部分は、例えば中心線１１７０の周囲を回転し得る。例示されるように、ハイブリッド音響変換器１１００は、磁気材料１１１２から形成される。上記の音響変換器と同様に、ハイブリッド音響変換器１１００の磁気材料１１１２は、中柱１１６０に向かって内向きに、磁気材料１１１２の外壁１１４８から離れて延びる、上板１１４０を含む。エアギャップ１１３６は上板１１４０と中柱との間に画定される。固定コイル１１１８も空洞１１３４内に提供される。

ハイブリッド変換器１１００の中柱１１６０は、磁気材料１１１２内に、ネオジム等の永久磁石材料から形成される永久磁石１１８０を含み得る。永久磁石１１８０が磁気材料１１１２内に位置することにより、永久磁石１１８０は、磁気材料１１１２が運搬している磁束を支持することができるように構成される必要がある。

次に図１２を参照すると、ハイブリッド音響変換器またはドライバー１２００の別の例が例示される。この実施形態の例では、ハイブリッド音響変換器１２００は、中柱１３６０からドライバーの重心軸に向かって延びる永久磁石１２８０を含み得る。永久磁石１２８０は、ドライバー１２００の中心から内向きに延びる、外部永久磁石部分１２８２を含み得る。外部永久磁石部分１２８２は、１２１３ａ及び１２１３ｂ等の、磁束拡散磁気材料１２１３によって取り囲まれる。磁気材料１２１３は、多量の永久磁石１２８０を通して、磁気回路１２３８を通って流れる磁束を拡散させ得る。永久磁石１２８０を取り囲む磁気材料１２１３は、図１２で例示されるように、先細部分を形成するために磁気材料１２１２の先細層から形成され得る。磁気材料１２１２の先細層は、異なる長さであり得る。

ハイブリッド音響変換器１１００と同様に、図１２の永久磁石１２８０は、ネオジム材料及び／または鉄ベースの材料等の、様々な材料から形成され得る。いくつかの実施形態では、永久磁石１２８０は、円柱形状、球形状、または円盤形状のうちのいずれかから形成され得る。

次に、別のハイブリッド音響変換器またはドライバー１３００を例示する、図１３を参照されたい。ハイブリッド変換器は、磁気回路１３３８内に位置する永久磁石１３８０を含む。１３１３ａ及び１３１３ｂ等の、磁束拡散磁気材料１３１３は、磁気材料１３１２と一体に形成される。永久磁石１３８０の外部１３８２は、中柱１３７０から内向きに延びる。いくつかの実施形態では、永久磁石１３８０は円盤として（中心線が１３７０にある場合）またはトロイドとして（中心線が１３７２にあり永久磁石１３８０から離間する場合）形状化され得る。

磁気材料１３１２の断面は、磁気回路１３３８に沿って磁束を運搬するのに十分な磁気材料１３１２を提供しながら、ドライバー１３００の質量を低減させるように形状化され得る。例えば、磁気材料１３１２は、固体コイル信号が固定コイル１３１８に適用されるときに、磁気材料１３１２を通る磁束の流れに対応する形状で提供され得る。図１３に例示されるように、かかる磁気材料１３１２において磁束はほとんどまたは全く流れないため、磁気材料１３１２は、領域１３７６及び１３７８においては提供されない。概して、磁気材料１３１２が磁束で飽和し、追加の磁束が磁気回路１３３８内を流れることができなくならないように、十分な磁気材料１３１２を提供することが望ましい。

上記の様々な実施形態は、ブロック図レベルで、かつ実施形態を例示するためにいくつかの離散的要素を用いて記載される。

本発明は、例示のみを目的として記載される。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、これらの例示的な実施形態に様々な修正及び変形がなされ得、これは添付の請求項によってのみ制限される。

Claims (54)

1. 音響変換器のためのドライバーであって、
   可動振動板と、
   磁気材料及び永久磁石で形成されるドライバー本体であって、
   前記磁気材料で形成される第１の柱部分及び前記永久磁石で形成される第２の柱部分から構成される中柱と、
   前記ドライバー本体の下部を介して前記中柱に連結される外壁と、
   前記中柱に向かって前記外壁から内向きに延びる環状板と、を備える前記ドライバー本体と、
   前記振動板に連結される可動コイルであって、前記環状板と前記中柱との間に形成されるエアギャップ内に少なくとも部分的に配設される、前記可動コイルと、
   前記環状板、外壁、下部、及び中柱によって画定される空洞内に配設される固定コイルと、を備える、前記ドライバー。
2. 前記第２の柱部分が、前記第１の柱部分を前記ドライバー本体の前記下部に連結する、請求項１に記載の前記ドライバー。
3. 前記外壁、前記下部、及び前記環状板のそれぞれが、同じ磁気材料で形成される、請求項１及び２のいずれか一項に記載の前記ドライバー。
4. 前記永久磁石が、ネオジム磁石及び鉄ベースの磁石から成る群から選択される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の前記ドライバー。
5. 前記第２の柱部分が、前記外壁から離れて延びる外部磁気部分を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の前記ドライバー。
6. 前記磁気材料が、第１の磁気材料と、前記第１の磁気材料とは異なる第２の磁気材料と、を含み、
   前記外壁、前記下部、及び前記環状板のそれぞれが、少なくとも前記第１の磁気材料で形成され、
   前記外部磁気部分が、前記第２の磁気材料で形成される１つ以上の層によって取り囲まれる、請求項５に記載の前記ドライバー。
7. 前記外部磁気部分を取り囲む前記１つ以上の層において、それぞれの後続の層が長さにおいて減少する、請求項６に記載の前記ドライバー。
8. 前記１つ以上の層が先細である、請求項６に記載の前記ドライバー。
9. 前記外部磁気部分が、外部端と、前記外部端に対向する内部端と、を備え、前記内部端が前記空洞に係合し、前記外部端が前記ドライバーの中心に位置し、かつ、前記第２の柱部分が円盤形状である、請求項５〜８のいずれか一項に記載の前記ドライバー。
10. 前記外部磁気部分が、外部端と、前記外部端に対向する内部端と、を備え、前記内部端が前記空洞に係合し、前記外部端が前記ドライバーの前記中心から離間し、かつ、
    前記第２の柱部分の形状がトロイダル型である、請求項５〜８のいずれか一項に記載の前記ドライバー。
11. 前記第２の柱部分が、円柱、球形、トーラス、及び円盤から成る群から選択される形状で構成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の前記ドライバー。
12. 前記環状板が、前記環状板の内面端に配設される上側リップを備え、前記上側リップが前記エアギャップを拡大するために前記空洞から離れて延びる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の前記ドライバー。
13. 前記エアギャップが、前記上側リップの外面部で、前記環状板の中心部でよりも、広い幅を有する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の前記ドライバー。
14. 前記上側リップの幅が、前記上側リップが前記環状板から離れて延びるに応じてより狭くなるように、先細である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の前記ドライバー。
15. 前記環状板が前記環状板の内面端に配設される下側リップを備え、前記下側リップが前記エアギャップを拡大するために前記空洞へと延びる、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の前記ドライバー。
16. 前記エアギャップが、前記下側リップの外面部で、前記環状板の中心部でよりも広い幅を有する、請求項１５に記載の前記ドライバー。
17. 前記下側リップの幅が、前記下側リップが前記環状板から離れて延びるに応じてより狭くなるように、先細である、請求項１５または１６に記載の前記ドライバー。
18. 前記可動コイルが、前記エアギャップのエアギャップ長さと実質的に同等の可動コイル長さを有する、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の前記ドライバー。
19. 前記可動コイル長さが、前記可動コイルの最大可動域の少なくとも４００％である、請求項１８に記載の前記ドライバー。
20. 前記ドライバー本体が、前記下部と前記外壁との間に先細外部角を有する、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の前記ドライバー。
21. 前記ドライバー本体が、前記外壁と前記環状板との間に先細外部角を有する、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の前記ドライバー。
22. 前記ドライバー本体が、前記中柱の先細上部内側部を有する、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の前記ドライバー。
23. 前記環状板の内側面が、前記中柱に平行でない、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の前記ドライバー。
24. 前記エアギャップが、前記エアギャップの外側部でより広く、前記エアギャップの中心部でより狭い、請求項２３に記載の前記ドライバー。
25. 少なくとも１つの追加のエアギャップ及び少なくとも１つの追加の空洞を画定する、少なくとも１つの追加の環状板をさらに備える、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の前記ドライバー。
26. 前記少なくとも１つの追加の環状板の内面部が、前記中柱の上部に連結され、前記少なくとも１つの追加の空洞内に配設される追加の固定コイルをさらに備え、前記追加の固定コイルが、前記固定コイルの磁束経路の反対方向で回転する追加の磁束経路を有する、請求項２５に記載の前記ドライバー。
27. 前記少なくとも１つの追加のエアギャップ内にそれぞれ配設される少なくとも１つの追加の可動コイルと、前記少なくとも１つの追加の空洞内にそれぞれ配設される少なくとも１つの追加の固定コイルと、をさらに備える、請求項２５に記載の前記ドライバー。
28. 音響変換器であって、
    入力オーディオ信号を受信するためのオーディオ入力端末と、
    制御システムであって、
    前記オーディオ入力信号に対応する、少なくとも１つの時変固定コイル信号を生成すること、及び、前記オーディオ入力信号及び前記固定コイル信号に対応する少なくとも１つの時変可動コイル信号を生成すること、のための前記制御システムと、
    前記制御システムに電気連結されるドライバーであって、
    可動振動板と、
    磁気材料及び永久磁石で形成されるドライバー本体であって、
    前記磁気材料で形成される第１の柱部分及び前記永久磁石で形成される第２の柱部分から構成される中柱と、
    前記ドライバー本体の下部を介して前記中柱に連結される外壁と、
    前記中柱に向かって前記外壁から内向きに延びる環状板と、を備える前記ドライバー本体と、
    前記振動板に連結される可動コイルであって、前記環状板と前記中柱との間に形成されるエアギャップ内に少なくとも部分的に配設される、前記可動コイルと、
    前記環状板、外壁、下部、及び中柱によって画定される空洞内に配設される固定コイルと、を備える、前記ドライバーと、を備える、前記音響変換器。
29. 前記第２の柱部分が、前記第１の柱部分を前記ドライバー本体の前記下部に連結する、請求項２８に記載の前記音響変換器。
30. 前記外壁、前記下部、及び前記環状板のそれぞれが、同じ磁気材料で形成される、請求項２８及び２９のいずれか一項に記載の前記音響変換器。
31. 前記永久磁石が、ネオジム磁石及び鉄ベースの磁石から成る群から選択される、請求項２８〜３０のいずれか一項に記載の前記音響変換器。
32. 前記第２の柱部分が、前記外壁から離れて延びる外部磁気部分を備える、請求項２８〜３１のいずれか一項に記載の前記音響変換器。
33. 前記磁気材料が、第１の磁気材料と、前記第１の磁気材料とは異なる第２の磁気材料と、を含み、
    前記外壁、前記下部、及び前記環状板のそれぞれが、少なくとも前記第１の磁気材料で形成され、
    前記外部磁気部分が、前記第２の磁気材料で形成される１つ以上の層によって取り囲まれる、請求項３２に記載の前記音響変換器。
34. 前記外部磁気部分を取り囲む前記１つ以上の層において、それぞれの後続の層が長さにおいて減少する、請求項３３に記載の前記音響変換器。
35. 前記１つ以上の層が先細である、請求項３３に記載の前記音響変換器。
36. 前記外部磁気部分が、外部端と、前記外部端に対向する内部端と、を備え、前記内部端が前記空洞に係合し、前記外部端が前記ドライバーの中心に位置し、
    かつ、前記第２の柱部分が円盤形状である、請求項３２〜３５のいずれか一項に記載の前記音響変換器。
37. 前記外部磁気部分が、外部端と、前記外部端に対向する内部端と、を備え、前記内部端が前記空洞に係合し、前記外部端が前記ドライバーの前記中心から離間し、かつ、
    前記第２の柱部分の形状がトロイダル型である、請求項３２〜３５のいずれか一項に記載の前記音響変換器。
38. 前記第２の柱部分が、円柱、球形、トーラス、及び円盤から成る群から選択される形状で形成される、請求項２８〜３５のいずれか一項に記載の前記音響変換器。
39. 前記環状板が、前記環状板の内面端に配設される上側リップを備え、前記上側リップが前記エアギャップを拡大するために前記空洞から離れて延びる、請求項２８〜３８のいずれか一項に記載の前記音響変換器。
40. 前記エアギャップが、前記上側リップの外面部で、前記環状板の中心部でよりも、広い幅を有する、請求項２８〜３９のいずれか一項に記載の前記音響変換器。
41. 前記上側リップの幅が、前記上側リップが前記環状板から離れて延びるに応じてより狭くなるように、先細である、請求項２８〜４０のいずれか一項に記載の前記音響変換器。
42. 前記環状板が前記環状板の内面端に配設される下側リップを備え、前記下側リップが前記エアギャップを拡大するために前記空洞へと延びる、請求項２８〜４１のいずれか一項に記載の前記音響変換器。
43. 前記エアギャップが、前記下側リップの外面部で、前記環状板の中心部でよりも広い幅を有する、請求項４２に記載の前記音響変換器。
44. 前記下側リップの幅が、前記下側リップが前記環状板から離れて延びるに応じてより狭くなるように、先細である、請求項４２または４３に記載の前記音響変換器。
45. 前記可動コイルが、前記エアギャップのエアギャップ長さと実質的に同等の可動コイル長さを有する、請求項２８〜４４のいずれか一項に記載の前記音響変換器。
46. 前記可動コイル長さが、前記可動コイルの最大可動域の少なくとも４００％である、請求項４５に記載の前記音響変換器。
47. 前記ドライバー本体が、前記下部と前記外壁との間に先細外部角を有する、請求項２８〜４６のいずれか一項に記載の前記音響変換器。
48. 前記ドライバー本体が、前記外壁と前記環状板との間に先細外部角を有する、請求項２８〜４７のいずれか一項に記載の前記音響変換器。
49. 前記ドライバー本体が、前記中柱の先細上部内側部を有する、請求項２８〜４８のいずれか一項に記載の前記音響変換器。
50. 前記環状板の内側面が、前記中柱に平行でない、請求項２８〜４９のいずれか一項に記載の前記音響変換器。
51. 前記エアギャップが、前記エアギャップの外側部でより広く、前記エアギャップの中心部でより狭い、請求項５０に記載の前記音響変換器。
52. 少なくとも１つの追加のエアギャップ及び少なくとも１つの追加の空洞を画定する、少なくとも１つの追加の環状板をさらに備える、請求項２８〜５１のいずれか一項に記載の前記音響変換器。
53. 前記少なくとも１つの追加の環状板の内面部が、前記中柱の上部に連結され、前記少なくとも１つの追加の空洞内に配設される追加の固定コイルをさらに備え、前記追加の固定コイルが、前記固定コイルの磁束経路の反対方向で回転する追加の磁束経路を有する、請求項５２に記載の前記音響変換器。
54. 前記少なくとも１つの追加のエアギャップ内にそれぞれ配設される少なくとも１つの追加の可動コイルと、前記少なくとも１つの追加の空洞内にそれぞれ配設される少なくとも１つの追加の固定コイルと、をさらに備える、請求項５２に記載の前記音響変換器。