JP2017123647A - 空気吸着剤を備えるマイクロスピーカー - Google Patents
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Abstract
【課題】製作単価の低減とともに、空気吸着剤のシリコンに対しアルミニウム質量比に関係なく、優れた低域特性を向上させるマイクロスピーカーを提供する。
【解決手段】エンクロージャー２００と、その内部に受容されるスピーカーユニット１００と、その両方間で定義される共鳴空間と、共鳴空間内に具備される空気吸着剤とを含むマイクロスピーカー１０において、空気吸着剤は、０.４ｎｍ〜０.６ｎｍのサイズを有するチャンネル（管状細孔）が、チャンネル全体中で３５％以上であるゼオライトからなる。
【選択図】図１
【解決手段】エンクロージャー２００と、その内部に受容されるスピーカーユニット１００と、その両方間で定義される共鳴空間と、共鳴空間内に具備される空気吸着剤とを含むマイクロスピーカー１０において、空気吸着剤は、０.４ｎｍ〜０.６ｎｍのサイズを有するチャンネル（管状細孔）が、チャンネル全体中で３５％以上であるゼオライトからなる。
【選択図】図１
Description
本発明は、小型の電子機器などに用いられるマイクロスピーカーに関し、特に、エンクロージャー(enclosure)が適用されたマイクロスピーカーにおいて、低域帯の音質を向上させるために空気吸着剤を備えるマイクロスピーカーに関する。
スピーカーは、フレミングの左手の法則(Fleming's left hand rule)により、孔隙間に存在するボイスコイルによって電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換させて音を生成する装置である。最近は、スマートフォン(smart phone)を含む小型の内蔵型スピーカーを必要とする小型の電子機器の普及の増加により、小型や薄型のマイクロスピーカーに対する需要が増加しつつある。
マイクロスピーカーの場合、サイズ、形状及び音放出口の位置等のような構造において制約があるため、制限された空間内でも良い音質を確保するための構成が考慮されている。特に、エンクロージャーマイクロスピーカーモジュールは、マイクロスピーカーが共鳴空間の役割を果たすエンクロージャーケース内に具備され、このエンクロージャーケースが電子機器内に装着される。このとき、マイクロスピーカーから発生する音響がエンクロージャーケース内で共鳴して放出されることで、音の干渉を低減させ、音質及び音量の向上が図られるという長所がある。特に、スピーカーにおける共鳴空間は、低域特性のための重要な因子であり、共鳴空間が大きいほど低音帯の再現が有利になって再生帯域幅を拡大させることができる。
最近は、このような低域特性をより強化させるために、空気吸着剤を備えるマイクロスピーカーが開発されつつある。ゼオライト(zeolite)や活性炭(activated carbon)をエンクロージャー内に挿入し、空気分子の吸着・脱着を用いて仮想のバックボリューム(back volume)、すなわち、共鳴空間を作るものである。欧州特許第２４２４２７０号明細書、欧州特許出願公開第２０１５−０３５８７２１号明細書及び米国特許第８６８７８３６号明細書では、ゼオライトを備えて低域帯特性を強化させるスピーカーについて開示している。
しかしながら、このような従来のゼオライトを備えるマイクロスピーカーは、低域帯の音質を向上させるために、質量比が高いシリコン、アルミニウムのような高価の材料が用いられた。一般に、シリコンに対しアルミニウムの質量比が高いほど、ゼオライトは疎水性を持つようになる。したがって、シリコンに対しアルミニウムの質量比だけがゼオライトの主要な性能指標として見なした。空気吸着剤が疎水性を持つほど、水分子を吸着する割合が低減して、空気分子を多量に吸着できるからである。しかしながら、このようにシリコンに対しアルミニウムの質量比を高くする場合、工程費用が増加して単価の上昇を招くため、空気吸着剤を備えるマイクロスピーカーの優れた性能にもかかわらず、現在までの普及率は高くなかった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされるもので、その目的は、空気吸着剤のシリコンに対しアルミニウム質量比に関係なく、優れた低域特性の向上が図られるマイクロスピーカーを提供することにある。
また、本発明の目的は、製作単価の低減とともに、優れた低域特性の向上が図られるマイクロスピーカーを提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明による一実施例では、エンクロージャーと、その内部に受容されるスピーカーユニットと、その両方間で定義される共鳴空間と、共鳴空間内に具備される空気吸着剤とを含むマイクロスピーカーにおいて、空気吸着剤は、０.４ｎｍ〜０.６ｎｍのサイズを有するチャンネル（管状細孔）が、チャンネル全体中で３５％以上であるゼオライトからなることを特徴とする。
また、本発明による一実施例では、ゼオライトの少なくとも一部は、そのフレームワーク(framework)がＦＥＲ、ＭＦＩ、ＭＥＬ、ＴＯＮ及びＭＦＳ(国際ゼオライト学会による構造コード)の何れか一つであることを特徴とする。
また、本発明による一実施例では、ゼオライトは、比表面積(ＢＥＴ)が４００ｍ２／ｇ以上であることを特徴とする。
また、本発明による一実施例では、ゼオライトは、粒子のサイズが０.２ｍｍ〜０.５ｍｍの顆粒状であることを特徴とする。
また、本発明による一実施例では、ゼオライトは、単位質量当りの内部微細気孔体積が０.２５ｃｍ３／ｇ〜０.３５ｃｍ３／ｇであることを特徴とする。
また、本発明による一実施例では、空気吸着剤は、共鳴空間の特定された空間内に配置されることを特徴とする。
また、本発明による一実施例では、空気吸着剤配置空間は、スピーカーユニットの周辺に２ケ所以上具備されることを特徴とする。
また、本発明による一実施例では、空気吸着剤配置空間は、スピーカーユニットを非連続的に取り囲むことを特徴とする。
本発明によれば、空気吸着剤のシリコンに対しアルミニウムの質量比に関係なく、優れた低域特性の向上が図られるマイクロスピーカーを提供することができる。
また、シリコンに対しアルミニウムの質量比を低減して、廉価で、且つ従来の空気吸着剤を備えるマイクロスピーカーと類似するように低域特性の向上が図られるマイクロスピーカーを提供することができる。
以下、添付の図面に基づき、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。本明細書において、図面の説明の便宜上、同一又は相当する構成の場合には、一部の図面符号を省略した。
図１は、本発明の一実施例による空気吸着剤を備えるマイクロスピーカー１０の概略断面図である。マイクロスピーカー１０は、スピーカーユニット１００と、エンクロージャー２００と、その両方間で定義される共鳴空間Ｒに位置し得る空気吸着剤とを含むことができる。スピーカーユニット１００は、エンクロージャー２００内に受容されることにより、外部から保護される。スピーカーユニット１００は、電気的な信号を受けて音響を生成する装置であり、例えば振動板、ボイスコイル及びマグネットを含むことができる。
エンクロージャー２００は、内部に、スピーカーユニット１００を受容すると同時に、スピーカーユニット１００から発生した音響を共鳴させる共鳴空間Ｒを含む。その一側面には音放出口２１０が形成され得る。共鳴空間Ｒ内には、また他の定義がなされた空間、即ち、空気吸着剤が内部に配置される空気吸着剤配置空間３００が形成され得る。
図２は、本発明の一実施例による空気吸着剤を備えるマイクロスピーカー１０の概略平面図である。図２は、共鳴空間Ｒ内のスピーカーユニット１００及び空気吸着剤配置空間３００の配置を概略的に示す。空気吸着剤配置空間３００は、スピーカーユニット１００の周辺に２ケ所以上具備され得るが、図２では３ケ所が具備されている。エンクロージャー２００は、マイクロスピーカー１０の設置環境によって矩形でない複雑な形状も可能であるため、空気吸着剤配置空間３００が制限され得る。したがって、空気吸着剤配置空間３００は、スピーカーユニット１００を取り囲むが、非連続的に取り囲むのが好ましい。
空気吸着剤配置空間３００内には、例えば、アルミノケイ酸塩(aluminosilicates)の鉱物であるゼオライトが配置され得る。一般に、商用のゼオライトは、殆どが人工的に合成され、使用の便宜のために顆粒(granules)状で製作される。ゼオライトには、微細気孔が形成されているため、微細気孔のチャンネルサイズによる選択的な分子吸着特性を持つ。ゼオライトは、その成分及び構造によって多様に区分され、微細気孔のチャンネルサイズ、乃至は、チャンネルサイズの造成比が異なることがある。
空気は、窒素気体Ｎ２、酸素気体Ｏ２及び水蒸気Ｈ２Ｏ等からなり、乾燥空気を基準とすれば、ほぼ一定に窒素気体は空気の７８％、酸素気体は空気の２１％を占める。空気吸着剤を備えるマイクロスピーカーが生成できる仮想のバックボリュームは、空気吸着剤が、十分な量の空気、すなわち、窒素気体及び酸素気体を吸着しなければ、円滑に生成されないので、ゼオライトの微細気孔のチャンネルサイズは空気分子のサイズよりも大きい必要がある。公知の窒素気体分子のサイズは約０.４ｎｍ内外であり、公知の酸素気体分子のサイズはそれより微細なものであるが、このような窒素気体分子及び酸素気体分子のサイズよりも、チャンネルサイズの方が大きくなければ、ゼオライトはこれらの分子を円滑に吸収できない。しかしながら、ゼオライトは、その構造、すなわちフレームワークによって固有の微細気孔サイズの分布を持っているので、どのくらいのサイズ分布がマイクロスピーカーの低域帯の音質において有意な性能向上が図れるかに対しては最適化が必要である。
図３は、サイズが０.４ｎｍ〜０.６ｎｍのチャンネル(以下、空気チャンネル)の分布比率が各々異なるゼオライトを、図１のマイクロスピーカー１０の空気吸着剤として適用した後に測定した周波数(単位：Ｈｚ)別の音圧レベル(sound pressure level、単位：ｄＢ)の変化を示すグラフである。本グラフに示すように、周波数が低い区間、すなわち低域帯区間での音圧の向上は、空気チャンネルの分布比率が４０％以上である時のほうが、空気吸着剤を使用しない場合に比べて有意に得られることが観察された。 空気チャンネルの分布比率は測定間隔が存在する箇所であることを考慮して、空気チャンネルの分布比率の範囲には余裕を与えるようにすると、好ましくは、空気チャンネルの分布比率を３５％以上有するゼオライトが、空気吸着剤として効率よいものとして用いられる。このような制限事項に符合するゼオライトのフレームワークは、少なくともＦＥＲ、ＭＦＩ、ＭＥＬ、ＴＯＮ及びＭＦＳを含む(Database of Zeolite Structures, Princeton University,http://helios.princeton.edu/zeomics/cgi-bin/list_structures.pl)。
図４は、ＢＥＴ式(Brunauer-Emmett-Teller equation)を用いて測定した比表面積が各々異なるゼオライトを、図１のマイクロスピーカー１０の空気吸着剤として適用した後に測定した周波数(単位：Ｈｚ)別の音圧レベル(sound pressure level、単位：ｄＢ)の変化を示すグラフである。吸着は、空気吸着剤の表面で発生されるので、空気吸着剤の比表面積が大きいほど吸着効率は高くなる。したがって、空気吸着剤を備えるマイクロスピーカー１０において用いられる空気吸着剤の比表面積が大きいほど、低域帯向上の効果がより高くなる。本グラフに示すように、好ましくはＢＥＴ比表面積が４００ｍ２／ｇ以上のゼオライトを用いた時、低域帯向上の効果が著しいことが観察された。ゼオライトの単位質量当りの微細気孔体積の場合、０.２５ｃｍ３／ｇ〜０.３５ｃｍ３／ｇ の範囲で充分な空気分子の吸着能力が保証される。
ゼオライトは、前述したように、取扱いの便宜上、顆粒状で製作されて用いられる。特に、マイクロスピーカーの空気吸着剤として用いられる際に、２次成形されない粉末その自体で用いられるか、微粒子のサイズに微細分給される場合には、マイクロスピーカー１０の他の構成部位に空気吸着剤が流入して該部位を汚染させ得る。また、このような空気吸着剤の流出が仮想のバックボリュームの減少につながることは当然である。一方では、このような２次成形が空気吸着剤の空気分子吸着能力に悪影響を与えることもできる。顆粒子のサイズが大きくなるほど粒子自体の単位質量当りの表面積、すなわち比表面積が減少するためである。
図５は、顆粒状で２次成形したゼオライトにおいて、その粒子のサイズが各々異なるゼオライトを、図１のマイクロスピーカー１０の空気吸着剤として適用した後に測定した周波数(単位：Ｈｚ)別の音圧レベル(sound pressure level、単位：ｄＢ)の変化を示すたグラフである。すなわち、同一のタイプのゼオライトを各々異なる粒子のサイズで２次成形した後、空気吸着剤を使用しない場合(Empty)と低域帯の向上能力を比較したものである。粒子のサイズの範囲が、０.２１ｍｍ〜０.４２ｍｍのゼオライトグループと、０.２１ｍｍ〜０.５ｍｍのゼオライトグループと、０.４２ｍｍ〜０.６ｍｍのゼオライトグループとも、ほぼ同一の低域帯の音圧向上能力を持つ。その中でも、粒子のサイズの範囲が、０.２１ｍｍ〜０.４２ｍｍのゼオライトグループと、０.２１ｍｍ〜０.５ｍｍのゼオライトグループとが、ほぼ同一の数値を示し、粒子のサイズが０.４２ｍｍ〜０.６ｍｍのゼオライトグループよりは良い低域帯向上の効果を奏する。したがって、取扱いの便宜上、粒子のサイズが小さくし過ぎないで、且つ、低域向上性能は優れるように、粒子のサイズが０.２ｍｍ〜０.５ｍｍのゼオライト、乃至は、これらからなるグループを用いるのが最も望ましい。
以上の説明から確認できるように、従来とは異なり、質量比でない気孔の他の特性によりゼオライトを選択するだけでも、有意な低域帯向上の結果が得られることがわかる。また、以上の説明は、本発明の実施例に対する理解を助けるためのもので、本発明の権利範囲は前述した特定の実施例に限定されるものではない。
１０ マイクロスピーカー
１００ スピーカーユニット
２００ エンクロージャー
３００ 空気吸着剤配置空間
１００ スピーカーユニット
２００ エンクロージャー
３００ 空気吸着剤配置空間
Claims (8)
- エンクロージャーと、その内部に受容されるスピーカーユニットと、その両方間で定義される共鳴空間と、共鳴空間内に具備される空気吸着剤とを含むマイクロスピーカーにおいて、
空気吸着剤は、０.４ｎｍ〜０.６ｎｍのサイズを有するチャンネルが、チャンネル全体中で３５％以上であるゼオライトからなる
ことを特徴とする、マイクロスピーカー。 - 前記ゼオライトの少なくとも一部は、そのフレームワークがＦＥＲ、ＭＦＩ、ＭＥＬ、ＴＯＮ及びＭＦＳの何れか一つである
ことを特徴とする、請求項１に記載のマイクロスピーカー。 - 前記ゼオライトは、比表面積(ＢＥＴ)が４００ｍ２／ｇ以上である
ことを特徴とする、請求項１に記載のマイクロスピーカー。 - 前記ゼオライトは、粒子のサイズが０.２ｍｍ〜０.５ｍｍの顆粒状である
ことを特徴とする、請求項１に記載のマイクロスピーカー。 - 前記ゼオライトは、単位質量当りの内部微細気孔体積が０.２５ｃｍ３／ｇ〜０.３５ｃｍ３／ｇである
ことを特徴とする、請求項１に記載のマイクロスピーカー。 - 空気吸着剤は、共鳴空間の特定された空間内に配置される
ことを特徴とする、請求項１に記載のマイクロスピーカー。 - 空気吸着剤配置空間は、スピーカーユニットの周辺に２ケ所以上具備される
ことを特徴とする、請求項６に記載のマイクロスピーカー。 - 空気吸着剤配置空間は、スピーカーユニットを非連続的に取り囲む
ことを特徴とする、請求項６に記載のマイクロスピーカー。
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