JP2023519881A - 電気音響変換器及びラウドスピーカー、マイクロフォン及び電気音響変換器を備える電子機器 - Google Patents

Abstract

この開示は、中央領域及び外側領域を有するダイアフラム；及びダイアフラムに機械的に結合したダイナミックコイルを備え、ダイナミックコイルは、ダイアフラムの外側領域の少なくとも一部上又は内に設けられ、かつそれに沿って巻かれた電気音響変換器を提示する。少なくとも１つの追加コイルが、ダイナミックコイルと同心に設けられ、これにより、ダイアフラムの少なくとも中央領域上又は内に設けられ、かつそれに沿って巻かれるならば、追加のダイナミックコイル；及びダイアフラムに隣接して巻かれ、かつダイナミックコイルに電磁的に相互作用するように構成されるならば、静止場コイルの一つが画定される。この開示は、更には、ラウドスピーカー、マイクロフォン及び電子機器に関し、各々が、本開示に係る電気音響変換器を備える。

Description

本発明は、電気音響変換器に関する。

電気音響変換器との用語は、電気信号から音響信号へ（ラウドスピーカー）、及び／又は、音響信号から電気信号へ（マイクロフォン）の２つの形態での、信号により搬送されるようなエネルギーの変換を含意する。信号は、時間又は周波数ドメインのいずれかで規定され得る。周波数ドメインで表されるならば、信号は、複数の周波数帯を含み得る。例えば、信号は、低周波数信号の低周波数帯、中間周波数の中域周波数帯、及び高周波数の高周波数帯を含み得る。一般的に、幾つかの電気音響変換器が組み合わされて複数の周波数帯に亘る周波数域（frequency range）をカバーする。

電気音響変換器は、一般的に電磁誘導の原理で作動し、ダイアフラムに取り付けられたダイナミックコイルを含む。ダイアフラムは、音波により励振され、永久磁石により生成された静止磁場内でダイナミックコイルを振動させる。逆に、電気信号は、交流磁場を生成するべくダイナミックコイルに適用可能であり、それが静止磁場と相互作用してダイアフラムでの動きを励起し、これによって音波が生成される。

慣例の電気音響変換器のダイアフラムは、その全表面で音波を放出又は収集し、他方、ダイナミックコイルは、ダイアフラムの小部分や、さらには単一点に取り付けられる。例えば、慣例のラウドスピーカーでは、ダイアフラムは、先端が開口したコーン（end-opened cone）の形状を有し、ダイナミックコイルは、その小さい開口端の周囲でそのコーンに取り付けられ、また、慣例のマイクロフォンでは、円形のダイアフラムの中心がダイナミックコイルに取り付けられる。

上述の電気音響変換器は、忠実に信号を変換するため、ダイアフラムに限定的かつ相互に両立し難い条件を課す不利益を持つ。慣例の電気音響変換器のダイアフラムは、次のものでなければならない。（ａ）ダイアフラム全体を介して音波を伝搬するように極めて硬い；（ｂ）リンギング（ringing）を回避するために強力に音を減衰し、さもなくば受信又は放出した音波に影響する；及び（ｃ）音波に関してダイアフラムの慣性を低減するために質量が軽い。これらの条件は、既知の複合材、ましてや既知の純粋な材料では簡単には充足できないため、変換の忠実度は、既知の電気音響変換器において悪化し、及び／又は、相対的に狭い周波数帯に限られている。例えば、高い剛性の材料は、また当然に相対的に弱い減衰特性を有する。

米国特許第６１３７８９１号明細書は、電気的に絶縁性の柔軟な材料のシート上にボイスコイルを形成する導体パターンを有する電気音響変換器を開示する。複数のボイスコイルが、ダイアフラム上で隣接して間隔を空けた配置で示されている。

国際公開第０２／０６３９２２号は、平行な列に設けられた永久磁石との協働のために取り付けられた導体ストリップを有するダイアフラムを備えるシングル・エンド・電気音響変換器を開示する。

英国特許出願公開第２０７１４６０号明細書は、同心円セグメントにおいてダイアフラム上に設けられたボイスコイルと、一致する磁化パターンを有する磁石板を有する平面状のダイアフラムを備える電気音響変換器を開示する。

米国特許第４４７１１７３号明細書、特には、その図６～７及び関連の記述は、リブ内に導線が埋設されたリブを有する平面状のダイアフラムを備える変換器を開示する。これらのリブは、磁化ストリップに平行に設けられ、磁化ストリップの間の空間の内外にリブが移動し得る。

米国特許第６１３７８９１号明細書、国際公開第０２／０６３９２２号、英国特許出願公開第２０７１４６０号明細書及び米国特許第４４７１１７３号明細書を先行技術と認め、各々が、ダイアフラム上でダイナミックコイルとして機能するように電気導体が巻かれたダイアフラムを有する電気音響変換器を記述する。

改良された電気音響変換器を提供することが本発明の目的である。

これは、本発明により達成され、電気音響変換器を提示し、中央領域及び外側領域を有するダイアフラム；及びダイアフラムに機械的に結合したダイナミックコイルを備え、ダイナミックコイルは、ダイアフラムの外側領域の少なくとも一部上又は内に設けられ、かつそれに沿って巻かれ、少なくとも１つの追加コイルが、ダイナミックコイルと同心に設けられ、これにより、ダイアフラムの少なくとも中央領域上又は内に設けられ、かつそれに沿って巻かれるならば、追加のダイナミックコイル；及びダイアフラムに隣接して巻かれ、かつダイナミックコイルに電磁的に相互作用するように構成されるならば、静止場コイルの一つが画定される。

ダイアフラムの外側領域の少なくとも一部上又は内、かつそれに沿って巻かれたダイナミックコイルを設けることにより、ダイナミックコイルとダイアフラムの間に分散した機械的な接触が得られ、より良好な変換及び制限的な材料要求の解消に帰結する。改良され、かつかなり忠実な電気音響変換器が、今、そのダイアフラムについて簡素化された要求で達成可能であり、ダイアフラムは、せいぜい音を減衰させ、また好ましくは質量において軽い必要があるだけである。ダイアフラムが硬い従来の制限的な要求は、もはや必要ない。実際、より良好な音の減衰や、通常、軽量にも当然に繋がるフレキシブルなダイアフラムは、本発明の電気音響変換器において有益である。フレキシブルなダイアフラムは、到来又は生成される音波による局所的に誘起された動きに忠実に追随する。音の減衰及び軽い質量という２つの特性が、ゴムまたはポリカーボネートといった多くの異なる材料において兼備可能である。これにより音波の放出及び記録の品質が極めて向上する。

更には、対称なダイアフラムが、慣例の電気音響変換器とは対照的に本発明に係る電気音響変換器では必要ない。ダイアフラムは、平面状であり、本質的に２次元形態から成り、又は、立方体又は湾曲面を含む３次元形状であり得る。これにより電気音響変換器の設計の制約が更に解消される。例えば、ラウドスピーカーのダイアフラムの慣例的に用いられている先端が開口したコーン形状が省略され得る。これにより、そのようなダイアフラムの中央の穴の必要性が解消する。

本発明によれば、少なくとも１つの追加コイルは、ダイナミックコイルと同心に設けられる。この少なくとも１つの追加コイルは、ダイアフラム上又は内に設けられ、かつそれに沿って巻かれるならば、別のダイナミックコイルを形成し、ダイアフラムに隣接して巻かれ、かつダイナミックコイルに電磁的に相互作用するように構成されるならば、静止場コイルを形成する。ダイナミックコイルと少なくとも１つの追加コイルの同心配置は、ダイアフラムに沿う及び／又は渡る方向において空間的に離れたものでも同一面でもあり得る。ダイアフラム上又は内に設けられ、かつそれに沿って巻かれる時、少なくとも１つの追加コイルは、別のダイナミックコイルを形成する。ダイアフラムに隣接して巻かれ、かつダイナミックコイルに電磁的に相互作用するように構成される時、少なくとも１つの追加コイルは、静止場コイルを形成する。各場合において、ダイナミックコイル及び少なくとも１つの追加コイルの組み合わせにより電気音響変換器の忠実度が高められ、また、既知の電気音響変換器と比較して、より多様な配置と低減した厚みを提供する。特には、少なくとも１つの追加コイルが静止場コイルである時、永久磁場を生成する磁石又は磁化材料の使用が回避可能である。

一般的に、追加コイルが、ダイアフラム上又は内に設けられ、かつそれに沿って巻かれる場合、それにより追加のダイナミックコイルが画定される。また、追加コイルが、ダイアフラムに隣接して巻かれ、かつダイナミックコイルに電磁的に相互作用するように構成されるならば、それにより静止場コイルが画定される。コイル配置の同心性は、ダイナミックコイル及び少なくとも１つの追加コイルが共通の数学軸（mathematical axis）の周りに巻かれる意味において理解されるが、コイルが共通平面にある必要はなく、従って、この数学軸に沿ってオフセットを呈し得る。更には、コイルは、円、螺旋、又は渦巻といった特定のパターンに巻かれる必要はない。追加コイルが追加のダイナミックコイルを画定する時、この追加のダイナミックコイルは、ダイナミックコイルに関して径方向にオフセット又は間隔を空けて配置され得る。ダイナミックコイルに対する径方向のオフセット又は間隔の代替又は追加として、ダイナミックコイルに対するダイアフラムの厚みにおけるオフセット又は間隔で追加のダイナミックコイルを配置することも想定される。

ダイアフラムは、ダイナミックコイルのためのフレームとして機能し得る。ダイナミックコイルは、最大の表面積に亘ってダイナミックコイルとダイアフラムの間の機械的な接触を得るべくダイアフラムの有効面の全域に沿って巻かれ得る。ダイアフラムは、その形状に関わらず、ダイアフラム上の全ての場所で作動され得る。

永久磁石により慣例的に生成される静止磁場は、慣例の方法で、また代替的に本開示の態様において、本発明の電気音響変換器において実施され得る。

好ましくは、ダイアフラムが実質的に平面状（planar）である。実質的に平面状のダイアフラムは、様々な利益を有する。例えば、慣例の電気音響変換器と比較して本発明の電気音響変換器の厚みの低減に帰結する。更には、平面状の形状は、慣例のラウドスピーカーにおいて必要性から存在していたダイアフラムにおける穴を要求しない。そのような穴が無いと、ダイアフラムは、特には高周波数で、より忠実に音波を放出又は受け取り得る。

好ましくは、ダイナミックコイルは、ダイアフラムに埋設される。従って、ダイアフラムは、部分的又は完全にダイナミックコイルを封入し得る。ダイナミックコイルがダイアフラムに埋設される時、ダイナミックコイルとダイアフラムの間の機械的な接触が更に改善され、変換の忠実度の改善に帰結する。更には、この構成によって、より薄型の構造が得られる。

好ましくは、ダイナミックコイルは、入力又は出力端子に電気的に接続される。入力又は出力端子は、ダイナミックコイルに電気信号を供給するように構成され、及び／又は、ダイナミックコイルから電気信号を受け取るように構成され得る。入力又は出力端子は、接続導線によりダイナミックコイルに電気的に接続され得る。

本発明の有利な実施形態では、複数のダイナミックコイルがダイアフラム上又は内に設けられ、各ダイナミックコイルが周波数帯に関連付けられる。即ち、各ダイナミックコイルは、他のダイナミックコイルの音響周波数帯とは別の又は異なるそれ独自の周波数帯に関連付けられ得る。この実施形態では、各ダイナミックコイルは、入力又は出力端子に電気的に接続され得る。従って、複数の入力又は出力端子が採用され得、各々が、音響周波数帯に関連した信号を供給又は受け取る。追加又は代替として、この実施形態では、複数のダイナミックコイルが同心に設けられ得る。更には、この実施形態では、複数のダイナミックコイルは、音響周波数帯の順番で配置され得る。また、若しくは代替として、この実施形態では、最高の音響周波数帯に関連したダイナミックコイルがダイアフラムの中央領域の最も近く又はそこに設けられ得る。複数のダイナミックコイルが同心配置で設けられ、最高の音響周波数帯に関連したダイナミックコイルが中心にある。この配置は、より広い周波数域に亘ってより正確に音波を受け取り、かつ放出することにより電気音響変換器を更に改善する。

本開示のいずれの実施形態においても、ダイアフラムは、ダイナミックコイルに関連した音響周波数帯において弾性（伸縮自在（elastic））であり得る。ダイアフラムは、従って、そのような音響周波数を減衰させ、同時に、その弾性（伸縮性）のためにその周波数で低い慣性も持つ。これは、伸縮性というよりも一般的に硬い、特にラウドスピーカーで使用された先行技術のダイアフラムとは異なる。伸縮性のダイアフラムは、電気又は音響信号により誘起された機械的変形に局所的に従順である。一つよりも多くのダイナミックコイルが設けられるならば、同数の関連の帯域が具現化され得る。

好ましくは、ダイアフラムは、ゴム状材料、ゴム、シリコーン、ポリイミド、ポリアミド、好ましくは炭素及び／又はガラス繊維で強化されたポリエステル樹脂、及びポリカーボネートを含む群から少なくとも１つの材料を含む。この材料グループによって減衰、低い慣性、変換の忠実度の改善が確保される。

有利には、本発明は、透明でなし得る。これは、ダイナミックコイルのために十分に小さいワイヤー径を選択し、ダイアフラムのために透明材料を選択することにより達成される。薄厚及び透明なダイアフラムのため、本発明は、透明な電気音響変換器の可能性を創出し、これは、従って、ディスプレイ技術と組み合わされ得る。

好ましくは、ダイアフラムは、０．０１ＧＰａと５ＧＰａの間、より好ましくは、０．１ＧＰａと２．４ＧＰａの間のヤング率の材料から成る。この範囲は、慣例の電気音響変換器のダイアフラムとは対照的に、可聴スペクトルの音波を励起又は受け取るために特に適しており、同時に、相対的に低い剛性を有する。

好ましくは、本発明に係る電気音響変換器は、ダイナミックコイルと電磁的に相互作用するように構成された少なくとも１つの静止場コイルを更に備える。静止場コイルは、慣例の永久磁石を不必要なものにする。これにより変換器の質量が減じられ、電気音響変換器のための永久磁石において一般的に用いられているネオジウムといった希土類金属が省略される。

好ましくは、少なくとも１つの静止場コイルは、ダイアフラムに隣接して巻かれる。これにより、少なくとも１つの静止場コイルとダイナミックコイルの間の相互作用が強化され、音の変換の忠実度が高められる。更には、電気音響変換器の厚みが更に低減される。好ましくは、どの静止場コイルもダイアフラムから離間されるものと理解される。

少なくとも１つの静止場コイルは、ダイナミックコイル又は複数のダイナミックコイルのそれぞれに供給される又はそれにより供給される信号に対して電気的グランドとして機能し得る。少なくとも１つの静止場コイルのそれぞれは、複数のダイナミックコイルの一つに別々に接続され得、そのダイナミックコイルの音響周波数帯において相互作用する。そのような場合、静止場コイルが参照コイルを形成し、また、機械的に動的なダイアフラムに対して機械的な意味において静止であるものと理解され得る。

少なくとも１つの静止場コイルは、好ましくは平面に配置される。好ましくは、ダイアフラムが平面状である時、少なくとも１つの静止場コイルは、ダイアフラムの面に平行に配置される。そのような平行面の間隔は、好ましくは、ダイアフラムの断面よりも小さい。これらの好適な特徴によって、磁気的な相互作用と、従って、音の変換の忠実度が更に高められる。

静止場コイルは、剛体面に設けられ、又は、代替としてダイアフラムと比較して同一又は異なる剛性の第２のダイアフラムに設けられ得る。

好ましくは、ダイアフラム及び少なくとも１つの静止場コイルがシャーシに設けられ、シャーシは、当該シャーシに対する少なくとも１つの静止場コイルの動きを制限するように構成される。シャーシは、従って、空間において少なくとも１つの静止場コイルにより生成される電磁場の動きを制限する。ダイアフラムは、空間的に固定された電磁場内で動く。

シャーシは、好ましくは、３Ｄプリントされた構造を備える。これにより、一般的に、シャーシが、２つの金属リングと、２つの金属リング間の少なくとも３つの連結脚又はリブから成る先行技術の電気音響変換器と比べて構造体の質量が更に減じられる。３Ｄプリンティングを用いることにより、三角形の骨組み（triangular framework）といった、より複雑なデザインを創出可能である。このようにして、材料の使用を削減しつつ、硬いシャーシが製造され得る。開示のシャーシは、また、コーン基準のラウドスピーカーといった慣例の電気音響変換器においても採用され得る。

開示のいずれの実施形態においても、ダイアフラムは、ダイアフラムを吊すように構成されたサスペンションにより保持され得る。サスペンションは、ダイアフラムの外周部、好ましくは、ダイアフラムの外縁を介してダイアフラムに実装され得る。

電気音響変換器がシャーシ及びサスペンションの両方を備える時、シャーシ及びサスペンションが、単一の構成部品に一体化され得る。これにより、電気音響変換器の厚み及び質量が更に減少し、その構造が単純になる。慣例の電気音響変換器では、シャーシは、必然的に硬く、サスペンションは、必然的に従順又は弾性であることに留意されたい。本発明の電気音響変換器では、しかしながら、サスペンションも硬く、従って、シャーシに一体化可能であり得る。なぜなら、ダイアフラムが硬い必要はなく、弾性的に吊される必要もないためである。

本発明は、更には、ラウドスピーカー、マイクロフォン及び電子機器に関し、各々が、本発明に係る電気音響変換器を含む。

本発明は、次の図面を通じて更に説明される。
図１は、参考のために慣例の電気音響変換器の断面を模式的に図示する。 図２は、本発明に係る電気音響変換器の実施形態を模式的に図示する。 図３は、平面状のダイアフラムを有する電気音響変換器の実施形態の斜視図を模式的に図示する。 図４は、ダイアフラム及び一つの静止場コイルの好適な配置の斜視図を模式的に図示する。 図５は、図３の配置における電気音響変換器を含む電子機器の断面を模式的に図示する。 図６は、複数のダイナミックコイルの様々な配置を有するダイアフラムの平面図を模式的に図示する。 図７は、複数のダイナミックコイルの様々な配置を有するダイアフラムの平面図を模式的に図示する。 図８は、複数のダイナミックコイルの様々な配置を有するダイアフラムの平面図を模式的に図示する。 図９は、本開示に係るシャーシを有する本発明に係る電気音響変換器の実施形態の側面図を模式的に図示する。 図１０は、本開示に係るシャーシを有する慣例の電気音響変換器を模式的に図示する。 図１１は、ダイアフラムの片側に１つずつの２つのダイナミックコイルの配置を模式的に図示する。 図１２は、本開示に係るサスペンションの実施形態を模式的に図示する。 図１３は、本開示に係るサスペンションの実施形態を模式的に図示する。

図面の以下の詳細な説明において、ラウドスピーカーの例に従って、一貫した態様で本発明を説明する。しかしながら、本発明は、電気音響変換器のこの特定の用途に限られるように理解されるべきではない。本発明の限定は、添付請求項によって設定されるだけである。

次の参照記号が用いられる：
１ 電気音響変換器,
２ ダイアフラム,
２.１ 中央領域,
２.２ 外側領域,
３ ダイナミックコイル,
３.１ 低域コイル,
３.２ 中域コイル,
３.３ 高域コイル,
４ 入力又は出力端子,
５ 静止場磁石／コイル,
６ シャーシ,
７ サスペンション,
７.１ 内側角スリット,
７.２ 外側角スリット,
７.３ 径方向スリット,
８ ラウドスピーカー,
９ マイクロフォン,
１０ 電子機器,
１１ コントローラー.

図１は、その中心軸を通る断面において慣例の電気音響変換器、特には、ラウドスピーカーを示す。図示の慣例の電気音響変換器は、その軸周りに円対称性を有する。慣例のラウドスピーカーは、先端が開口したコーンの形態のダイアフラム２を有し、それがサスペンション７により吊され、続いて、シャーシ６に取り付けられる。ダイナミックコイル３は、ダイアフラム２の中心でダイアフラム２に機械的に結合され、静止場磁石５の開口内に設けられることにより、永久静止場磁石５に磁気的に結合される。電気信号は、（不図示の）慣例の手段によってダイナミックコイル３から供給され又は受け取られる。交流の電気信号が、ダイナミックコイル３に供給されて交番磁場を生成し、静止場磁石５からの静止場と相互作用し、電気信号がダイアフラム２の機械的な動きに変換され、周囲媒体での音響信号に帰結し得る。逆に、音響信号によるダイアフラム２の機械的な動きが静止場内でダイナミックコイル３を動かし、ダイナミックコイル２において電気信号が誘導される。

図２は、本発明に係る電気音響変換器１の実施形態を示し、中央領域２.１及び外側領域２.２を有するダイアフラム２を備える。ダイナミックコイル３は、ダイアフラム２に機械的に結合される。ダイナミックコイル３は、ダイアフラム２の外側領域２.２の少なくとも一部上又は内に設けられる。ダイアフラム２は、慣例のラウドスピーカーの如く先端が開口したコーンとして図示されているが、ダイアフラム２は、各々が、開口を有する又は有しない円錐形、半球形、球形、平面状、円形、楕円形、四角形、ローブ形（lobed）及びそれらの組み合わせといった様々な形態又は形状を持ち得る。この開示において例が提示される。

ダイナミックコイル３の機能は、供給された電気信号に応じた交番磁場を生成することによりダイアフラム２を動かすことである。ダイナミックコイル３とダイアフラム２の機械的結合によってダイアフラム２が振動し、従って、音波を生成する。ダイナミックコイル３は、ワイヤーの形態の電気導体から成る。ダイナミックコイル３の回転数は、ダイアフラム２の素材の密度、ダイアフラム２の面積、及び電気導体の密度に依存する。

図２の電気音響変換器１が静止場磁石５を更に備え、これは、永久磁石及び／又は電磁石コイルであり得る。本発明の有利な実施形態においては、静止場磁石５が静止場コイル５である。静止場磁石５は、異なる位置に設けられ得、例えば、コーン形状のダイアフラム内又は周囲にあり、薄型構造に帰結する。図示の電気音響変換器１は、更にシャーシ６を備える。しかしながら、慣例の電気音響変換器のサスペンション７が余分である。

静止場磁石又はコイル５の機能は、ダイナミックコイル３の磁場に対抗する静止磁場を生成することである。静止場コイル５は、ワイヤー形態の電気導体から成る。静止場コイル５の特性は、ダイナミックコイル３と同一の特性であり得るが、異なることも可能である。ダイナミックコイル３及び／又は静止場コイル５が複数のパーツ（parts）から成り、そのコイルのインダクタンスを制限し得ることに更に留意されたい。

図２の電気音響変換器１は、ラウドスピーカー８としての使用に特に適合されるが、この機能に限定されない。例えば、マイクロフォン９として機能することもできる。図示例は、既存システム内での本発明の実施を示すため、意図的に慣例のラウドスピーカーの形態で提示している。この例では、静止場磁石５の開口内に設けられた慣例のボイスコイルが、代替のダイアフラム２の外側領域２.２の少なくとも一部上又は内に設けられたダイナミックコイル２により置き換えられる。

本発明の利益は、図１の電気音響変換器と図２の電気音響変換器１を比較する時に特に明確になり、両方が、先端が開口したコーン形状のダイアフラム２、ダイナミックコイル３、静止場磁石５及びシャーシ６を有するラウドスピーカーの機能である。ダイアフラム６は、ダイナミックコイル３の動きによって作動される。図１では、ダイナミックコイル３は、ダイアフラム２の中央領域に設けられ、他方、図２では、ダイナミックコイル３は、ダイアフラム２の外側領域の少なくとも一部上に設けられる。図２に図示した配置のため、ダイナミックコイル３は、ダイナミックコイルがダイアフラム２の小さい開口端の外周に実装された図１の慣例のラウドスピーカーの中央領域とは対照的に、ダイアフラム２の外側領域の少なくとも一部上でダイアフラム２を作動させる。図１のダイアフラム２は、ダイアフラム２を介して忠実に音波を伝播するために硬く、減衰させ、かつ質量が小さい必要がある。更には、フレキシブルなサスペンション７が要求される。しかしながら、図２において、ダイアフラム２は、忠実な音の生成を得るべくコーン全体を介して力を伝達するべく硬い必要がなく、フレキシブルなサスペンション７が必要ない。従って、材料の選択が高められ、構造が単純化され、また音生成の品質が高められる。

上述の議論は、音波が生成されるよりも収集されるマイクロフォン９の機能での電気音響変換器１に等しく当てはまる。硬いダイアフラム２は、もはや必要なく、従って、電気音響変換器１の設計をもはや制限しない。

図３は、電気音響変換器１の別の形態を示し、ダイアフラム２が実質的に平面状である。図１に図示のものといった慣例の電気音響変換器と比較して、実質的に平面状なダイアフラム２により電気音響変換器１の厚みが減少する。静止場磁石５が設けられ、永久磁石及び／又は電磁石であり得る。

図３の電気音響変換器１は、マイクロフォン９としての使用に特に適合されるが、この機能に限定されない。例えば、ラウドスピーカー８としても機能することができる。

図４は、円形で平面状なダイアフラム２を示し、ダイナミックコイル３が一体化されている。ダイナミックコイル３は、入力又は出力端子４と電気的グランドに接続される。静止場コイル５の形態の静止場磁石５は、ダイアフラム２に平行に設けられる。静止場コイル５は、また、入力又は出力端子４と電気的グランドに接続される。静止場コイル５は、有利には、図４に図示の渦巻きの如く、平面で巻かれ、及び／又は、空間において固定され得る。

図４の実施形態は、有利には改良された電気音響変換器１を構成し、２つのコイル３，５、即ち、ダイナミックコイル３及び静止場コイル５を備え、これらが、コイル３，５間の小さい距離で積層態様で位置付けられる。ダイナミックコイル３は、好ましくは、ダイアフラム２に組み込まれ、従って、ダイアフラム２に機械的に結合される。ダイナミックコイル３は、受信コイル又はボイスコイルとして機能し、静止場コイル５は、静止磁場を生成する。入力又は出力端子４を介して両方のコイル３，５に電気オーディオ信号が適用されることで、相互作用する磁場が生成され、２つのコイル３，５が、適用された電気信号に応じてお互いに吸引又は反発する。ダイナミックコイル３とダイアフラム２の機械的な結合によって、ダイアフラム２が振動を開始し、従って、適用された電気信号に応じた音波を生成する。２つの平坦なコイル３，５の使用によって、より薄型の電気音響変換器となり、従って、様々な他のシステムにより簡単に一体化され得る。

上述の特徴は、図４に図示の実施形態に限定されない。本発明の実施形態の電気音響変換器１は、好ましくは、ダイナミックコイル３と電磁的に相互作用するように構成された少なくとも１つの静止場コイル５を更に備える。複数のダイナミックコイル３が採用される場合、静止場コイルの数が等しいことが好ましい。複数の静止場コイル５は、そして、好ましくは、複数のダイナミックコイル３と同様の態様で設けられる。複数のダイナミックコイル３及び／又は複数の静止場コイル５を有する構成が図６乃至８との関係において更に提示される。

少なくとも１つの静止場コイル５は、好ましくは、ダイアフラム２に隣接して巻かれる。ダイアフラム２が３次元形状である時、少なくとも１つの静止場コイル５は、ダイアフラム２の３次元形状に平行に設けられ得る。更に好ましくは、少なくとも１つの静止場コイル５は、特に、ダイアフラム２が平面状である時、平面に設けられる。そして、図４に図示の如く、ダイアフラム２及び少なくとも１つの静止場コイル５の平行な構成が好まれる。

図５は、電子機器１０における図４の電気音響変換器１の組み込みの例を示す。側面図が断面にて示される。電子変換器１のダイアフラム２は、ここでは、サスペンション７に実装されている。サスペンション７は、電子機器１０の外部の環境から音波を受け取り、及び／又は、そこに音波を放出するため、例えば、電子機器１０の表面で、ダイアフラム２を吊す。シャーシ６が、静止場コイル５を空間に固定するために設けられ得る。代替として、シャーシ６及びサスペンション７が、単一の構成部品に一体化され得る。電子機器は、図５に図示のように、コントローラー１１を更に備えることができ、入力又は出力端子４を介して電気音響変換器１に接続され、また、ダイナミックコイル３及び静止場コイル５に電気信号を提供又はそれらから電子信号を受け取るように構成される。

電子機器１０は、環境に関して完全に閉じられている利益を持つ。なぜなら、電子機器１０に実装された電気音響変換器１のダイアフラムが、電気音響変換器１が実装された電子機器１０の開口を封じるためである。これは、電子機器の外部及び内部環境の間で連通を維持する慣例の電気音響変換器とは対照的である。これらの例は、モバイル装置におけるマイクロフォン及びラウドスピーカーである。これは、電子機器及び／又はその電気音響変換器の汚れ、誤動作又は閉鎖という負の結末を有する。本発明に係る電気音響変換器１を有する電子機器１０は、より良好に封止され、また、防水及び／又は気密でさえあり得る。

更には、電子機器１０が、より小さくもなり得る。なぜなら、慣例の電気音響変換器と比較して厚みが減じられるため、本発明に係る電気音響変換器１のためにより小さい空間が要求されるからである。

最後に、本発明に係る電気音響変換器１は、マイクロフォン９及び／又はラウドスピーカー８として用いられ、また、加えて、例えば、コントローラー１１によって、それらの機能の間で切り替えられ、個別のマイクロフォン９と個別のラウドスピーカー８が必要なく、単一の電気音響変換器１が両方の機能を実行するために使用可能である。

図６、図７及び図８は、複数のダイナミックコイル５を有するダイアフラム２の平面図を示す。複数のダイナミックコイル５は、ダイアフラム２上又は内に設けられる。各ダイナミックコイル５は、好ましくは、ある音響周波数帯に関連付けられる。これは、例えば、各ダイナミックコイル５に別々に電気信号を供給し、又はそこから別々に電気信号を受信することにより達成可能である。複数のダイナミックコイル５のそれぞれが入力又は出力端子４に電気的に接続され得る。共同で、複数のダイナミックコイル５は、従って、選択された音響周波数スペクトルを忠実にカバーし得る。

単一のダイアフラム２上又は内に複数のダイナミックコイル５があり、本発明に係る電気音響変換器１は、より広い周波数域をカバーし得る。更には、慣例の場合の複数の電気音響変換器の組み合わせが回避され得、また本発明に係る単一の電気音響変換器１が、一つの装置で同様の周波数帯をカバーするために採用され得る。

図６では、３.１、３.２及び３.３が付与された３つのダイナミックコイル３を有する円形のダイアフラム６が描かれている。コイル３.１、３.２、３.３が同心に設けられ、各々が、それらの個別のコイル３.１、３.２及び３.３に対応して４.１、４.２及び４.３が付与された個別の入力又は出力端子４に電気的に接続される。図示例では、ダイナミックコイル３.１が低域コイル３.１であり、ダイナミックコイル３.２が中域コイル３.２であり、ダイナミックコイル３.３が高域コイル３.３であり得、音響周波数帯の順番で低域コイル３.１、中域コイル３.２及び高域コイル３.３が設けられ得、最高音響周波数帯を持つ高域コイル３.３がダイアフラム２の中央領域に最も近接して又はそこに設けられる。図示のように、ダイナミックコイル３が、径方向にオフセットして、又は、お互いに対して間隔を空けてダイアフラム２上に設けられる。

ラウドスピーカーとして、各入力端子４.１、４.２、４.３が、それ独自のオーディオ供給を受け取り、複数のダイナミックコイル３.１、３.２、３.３のそれぞれの周波数帯に応じてより高い周波数の信号がフィルタリングされる。低域コイル３.３について、入力端子４.３が、中域コイル３.２への入力端子４.２よりも低域の音響周波数を供給する。続いて、入力端子４.２が、高域コイル３.１への入力端子４.１よりも中域コイル３.２に低域音響周波数を供給する。従って、ダイナミックコイル３.１、３.２、３.３が大きくなると、そこに供給される周波数帯が低下する。この構成が好適であるが、他の順番、２つ又は４つ又はこれ以上のダイナミックコイル３も検討される。

ダイナミックコイル３を複数のパーツに分割することで、ダイアフラム２の中心が、音スペクトル全体の周波数で振動し、ダイアフラム２の外側部分が、音スペクトルの低域で振動するという利益を持つ。異なるエリアで生成された周波数は、音波長及びダイアフラム２のサイズ、この例では、円形のダイアフラム２の直径によって制限される。波長が直径よりも小さければ、波は、ダイアフラム２の表面を介して伝播を開始する。これは、生成される音に欠陥を生じさせる。エリアの数及び対応の直径が、異なるオクターブの波長に基づいて決定可能である。これによって忠実に音を生成するフルレンジラウドスピーカー８が製造される。

ラウドスピーカー８と解釈される図６で上述の利益を説明したが、マイクロフォン９でも同様の利益が得られ、ここでは、ダイナミックコイル５が複数のダイナミックコイル５に分割され、各々が、音響周波数帯に関連付けられる。

図７は、矩形のダイアフラム２における複数のダイナミックコイル５の代替の配置を示す。ここでは、１つの低域コイル３.１、２つの中域コイル３.２、及び１つの高域コイル３.３が図示されている。複数のダイナミックコイル５は、本発明のどの実施形態においても同一又は同様の周波数帯をカバーするように設けられ得る。明瞭さのために入力又は出力端子４の図示が省略されている。

図８は、ローブ形ダイアフラム２における複数のダイナミックコイル３の代替の配置を示す。低域コイル３.１は、ダイアフラム２の最大のローブ上又は内に設けられ、中域コイル３.２は、ダイアフラム２の中間のローブ内に設けられ、高域コイル３.３が、ダイアフラム２の最小のローブ内に設けられる。好ましくは、ダイアフラム２は、サスペンション７及び／又はシャーシ６内でその外周周りに固定される。明瞭さのために入力又は出力端子４の図示が省略されている。

上述において、図６、７及び８は、ダイナミックコイル３を有するダイアフラム２として論じた。しかしながら、これらの図は、例えば、図４及び５に沿う有利な電気音響変換器１に到達するべく、対応のダイアフラム２及び複数のダイナミックコイル３に組み合わされ得る複数の静止場コイル５の配置にも関する。例えば、３つのダイナミックコイル３を有する図８のローブ形ダイアフラムは、３つのダイナミックコイル３と同一の配置の３つの静止場コイル５に組み合わされ得る。ここで、各静止場コイル５は、ダイナミックコイル３の対応の一つと磁気的に相互作用するように構成される。

図９は、側面図においてシャーシ６を有する本発明の実施形態に係る電気音響変換器１を示す。シャーシ６は、シャーシ６に関して少なくとも１つの静止場コイル５の動きを制限するように構成される。シャーシ６は、更に、オプションとしてダイアフラム２を吊すように構成されたサスペンション７を介して、ダイアフラム５を保持するように構成され得る。図９では、サスペンション７は、明瞭さのために個別に図示されているが、好ましくは、単一の構成部品としてシャーシ６に組み込まれ得る。例えば、サスペンション７及びシャーシ６は、金属の固片からフライス加工（milled）され、又は、３Ｄプリンティング（3D-printing）により一緒に製造される。

シャーシ６の好適な実施形態では、シャーシ６は、３Ｄプリントされた構造を備える。代替又は追加としては、シャーシ６は、三角形の構造部（群）（triangular structures）を備える。これらは、シャーシ６に強度を提供し、シャーシ６に関して少なくとも１つの静止場コイル５を固定し、従って、少なくとも１つの静止場コイル５に静止場を提供させ、ここで、ダイアフラム２が自由に振動して忠実な電気音響変換が得られる。図９及び１０に図示のように、３Ｄプリント構造は、少なくとも１つの静止場コイル５に対してダイアフラム２を支持するシャーシ６のリブを規定する。

図１０は、本発明の開示に係るシャーシ６を有する慣例の電気音響変換器を示す。側面で示されたシャーシ６は、ここでは、図１の慣例のラウドスピーカーを実装し、その構成部品が、断面にて示され、シャーシ６内でのそれらの位置を示す。シャーシ６は、空間において固定された位置で永久静止場磁石５による静止場を維持する。従って、シャーシ６は、慣例の電気音響変換器と同様、本発明に係る電気音響変換器１で採用され得るものと理解される。

本開示に係るシャーシ６が３Ｄプリントされ得、好ましくは、三角形構造部（群）を有するため、シャーシ６は、相対的に単純で硬質の設計から成る。より複雑な設計も可能である。これは、従来のシャーシと比べて少量の材料を用いてより硬いシャーシの製造の可能性を創出する。従来では、シャーシは、一般的に、それらの間のある距離でお互いの上に積層された２つの金属リングから成る。これらのリングは、各ビームの間で１２０度の間隔で３つの金属ビームにより接続される。

図１１は、ダイアフラム２上又は内の２つのダイナミックコイル３の有利な配置を示す。ここで図示のように、第１のダイナミックコイル３は、ダイアフラム２の上面又は上面内に設けられ、第２のダイナミックコイル３は、上面の反対側のダイアフラム２の下面又は下面内に設けられる（２つのダイナミックコイル３が、明瞭さのために誇張してお互いに間隔をあけて図示されている）。このようにダイナミックコイル３を配置することにより、ダイナミックコイル３とダイアフラム２の接触が増加して電気音響変換器１の忠実度及び寿命が改善される。２つのダイナミックコイル３は、例えば、ダイアフラム２を介した又は穿孔するように設けられた電気的コンタクトによってダイアフラム２を介して又は渡ってお互いに接続される。ここで、入力又は出力端子４及び電気的グランドは、ダイナミックコイル３の巻線に重畳することなくダイアフラム２の外周に設けられ得る（これは、図３及び図６の場合である）。これにより磁場の歪みが低減され、従って、変換器１の忠実度が更に高められる。その上、ダイアフラム２の片側から見る時、２つのダイナミックコイル３が同一方向（例えば、時計回り又は反時計回り）に巻かれ得る。そのような構成においては、ダイナミックコイル３それぞれが、同様の態様で他方の磁場を強化する（又は他方の外部磁場に敏感である）。代替又は追加として、２つのダイナミックコイル３は、平行面に設けられ、及び／又は、空間的にオフセットしているが同一経路を辿るように構成され得る。２つのダイナミックコイル３の結合した電磁石の相互作用により、電気音響変換器１の感度が更に高められる。

図示のように、図１１において、第１及び第２のダイナミックコイル３は、お互いに対してダイアフラムの厚みに沿ってオフセットして設けられている。このオフセットは、２つのダイナミックコイル３の間の径方向のオフセットの代替又は追加で採用され得る。２つのダイナミックコイル３は、ダイアフラム２を介して又は渡って電気的に接続され、ダイアフラム２の外周に設けられた共通の入力又は出力端子４から同一の電気音響信号を受け取るように構成され得る。この構成では、ダイアフラム上を延びる導線、又はダイアフラムにおける潜在的な活性領域への固定の端子が回避され、従って、電気音響変換器の忠実度及び電力伝送が更に改善される。

２つのダイナミックコイル３が図１１に図示されているが、この構成は、例えば、図６，７及び８に図示のような、ダイナミックコイル３の複数のパーツにも適用され得る。ダイアフラム２を穿孔するダイナミックコイル３の各ペアのコンタクトは、また、中心ではなく径方向にオフセットして設けられ得る。ダイナミックコイル３及び／又はそれらの入力又は出力端子（群）４又は電気的グランド（群）用の導線は、様々な深さ位置でダイアフラム２に埋設され得る。

図１２及び図１３は、ダイアフラム２のための有利なサスペンション７を示す。サスペンションは、取り付けられる構造体からのダイアフラム２の音響的な隔離を改善するように構成される。図１２に図示のように、サスペンション７の構造は、ダイアフラム２にスリットを配置することにより提供され得る。サスペンション７は、従って、ダイアフラム２と一体であり得る。代替的に、図示の実施形態のサスペンション７は、別個の構成部品として提供され得る。スリットは、サスペンション７に内的及び外的に結合した構成部品（例えば、ダイアフラム２及びシャーシ６）間の機械的な接続の蛇行（tortuous）経路を規定することにより、サスペンション７を渡る機械的な振動の伝達を低減するように構成される。

図１２及び１３に図示のように、サスペンション７は、内側角スリット７.１、外側角スリット７.２及び径方向スリット７.３を備える。ここでは、角（angular）及び径（radial）との用語は、サスペンション７により囲まれた平面又は空間（例えば、ダイアフラム２）の中心に関する方向を示す。内側及び外側角スリット７.１、７.２は、角方向において部分的に重畳するが、径方向において離れて設けられる。径方向スリット７.３は、内側角スリット７.１に接続され、好ましくは、外側角スリット７.３に対応する径方向寸法に向けて突出し、また、２つの外側角スリット７.３の間の位置に向けて突出し得る。角スリット７.１、７.２が同心円セグメントとして図示されているが、楕円、線形、及び傾斜態様といった他の形状が可能である。径方向スリット７.３は、角構成部品でも実施され得る。スリット７.１、７.２、７.３の様々な代替の配置が、従って、想定される。

図１２及び１３のサスペンション７は、従って、機械的な完全性（mechanical integrity）を提供し、また、サスペンション７により囲まれた平面又は空間（例えば、ダイアフラム２）と隣接の構造体（例えば、シャーシ６又は電子機器１０）の音響的な隔離を改善する。スリット７.１、７.２、７.３は、従って、サスペンション７を画定し、他方、ダイアフラム２は、結果として、サスペンション７により輪郭付けられる。例えば、サスペンション７は、電子機器１０の面といった平坦な対象物に設けられ、例えば、図１３に図示のような、サスペンション７により囲まれた部分としてダイアフラム２を画定し得る。サスペンション７を画定するスリット構造は、従って、本発明に係る電気音響変換器１と同様に既知の電気音響変換器で採用され得る。

本発明の実施形態のダイアフラム２は、好ましくは、複数のダイナミックコイル３.１、３.２、３.３に関連した音響周波数帯、又は一つのダイナミックコイル３のみがある場合にはダイナミックコイル３の少なくとも周波数帯において弾性である。追加又は代替として、ダイナミックコイル２は、少なくとも１つの材料を群から含み、その群は、好ましくは炭素及び／又はガラス繊維で強化された、ゴム状材料、ゴム、シリコーン、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル樹脂、ポリカーボネートを含む。この群の材料は、十分な柔軟性を呈し、入射した音波、及び／又は、１つ又は複数のダイナミックコイル（群）３による作動に起因する局所的な変形に順応する。追加又は代替としては、ダイアフラム２は、好ましくは、０．１ＧＰａと２．４ＧＰａの間のヤング率の非硬質の材料から成る。本発明の実施形態に係る電気音響変換器の試験では、これらの材料及び範囲によって、音響信号への電気信号の効率的な変換が提供されることが分かった。

ラウドスピーカー８は、本発明に係る電気音響変換器１を備え得る。実施例が、図面、特に、図２に図示されている。ラウドスピーカー８が本発明に係る電気音響変換器１を備える時、ダイナミックコイル３は、ボイスコイルとして構成され、電子信号を受け取り、また、静止場磁石５との電磁相互作用で音響信号に電気信号を変換するように構成される。静止場磁石５は、永久磁石、又は開示の電気音響変換器１の好適な実施形態の静止場コイル５といった電磁石であり得る。

マイクロフォン９は、本発明に係る電気音響変換器１を備え得る。実施例が、図面、特に、図３に図示されている。マイクロフォン９が本発明に係る電気音響変換器１を備える時、ダイナミックコイル３は、音響信号を受け取り、また静止場磁石５との電磁相互作用で音響信号を電気信号に変換するように構成される。静止場磁石５は、永久磁石、又は開示の電気音響変換器の好適な実施形態の静止場コイル５といった電磁石であり得る。

電子機器１０は、本発明に係る電気音響変換器１を備え得る。実施例が、図面、特に、図５に図示されている。電子機器１０が本発明に係る電気音響変換器１を備える時、電気音響変換器１は、別の又は同様の周波数帯においてラウドスピーカー８及び／又はマイクロフォン９として機能するように構成可能である。好適な実施形態では、ダイアフラム２が平面状であり、穴が無く、従って、電気音響変換器１を受容するように構成された電子機器１０の開口を有利に封止し得る電気音響変換器１が提供される。

本発明の様々な特徴を個別の図面で説明し、また図示してきたが、これらの特徴は、本発明の有利な実施形態を獲得するために組み合わせ可能であるものと理解される。例えば、本発明のどの実施形態でも、シャーシが静止場磁石５を備え得る、及び／又は、静止場磁石５が少なくとも１つの静止場コイル５であり得る。更には、ダイナミックコイル３又は複数のダイナミックコイル３、３.１、３.２、３.３は、各々、入力又は出力端子４、４.１、４.２、４.３に電気的に接続可能であり、又は接続される。本開示は、図示の構成に限られず、また、保護の範囲は、添付請求項だけにより制限される。

Claims (22)

1. 中央領域及び外側領域を有するダイアフラム；及び
   前記ダイアフラムに機械的に結合したダイナミックコイルを備え、
   前記ダイナミックコイルは、前記ダイアフラムの前記外側領域の少なくとも一部上又は内に設けられ、かつそれに沿って巻かれ、
   少なくとも１つの追加コイルが、前記ダイナミックコイルと同心に設けられ、これにより
   前記ダイアフラムの少なくとも前記中央領域上又は内に設けられ、かつそれに沿って巻かれるならば、追加のダイナミックコイル；及び
   前記ダイアフラムに隣接して巻かれ、かつ前記ダイナミックコイルに電磁的に相互作用するように構成されるならば、静止場コイルの一つが画定される、電気音響変換器。
2. 前記ダイアフラムが実質的に平面状である、請求項１に記載の電気音響変換器。
3. 前記ダイナミックコイル及び／又は前記追加のダイナミックコイルは、前記ダイアフラムに埋設される、請求項１又は２に記載の電気音響変換器。
4. 前記ダイナミックコイルは、入力又は出力端子に電気的に接続される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電気音響変換器。
5. 前記静止場コイルは、同一の前記入力又は出力端子に電気的に接続される、請求項４に記載の電気音響変換器。
6. 前記追加のダイナミックコイルは、同一の前記入力又は出力端子に電気的に接続される、請求項４又は５に記載の電気音響変換器。
7. 前記追加のダイナミックコイルは、前記ダイナミックコイルを介して前記同一の入力又は出力端子に電気的に接続される、請求項６に記載の電気音響変換器。
8. 前記ダイナミックコイル及び前記追加のダイナミックコイルが前記ダイアフラムを貫いて電気的に接続され、また、前記ダイアフラムの外周に設けられた共通の入力又は出力端子からの同一の電気音響信号を受け取るように構成される、請求項６又は７に記載の電気音響変換器。
9. 前記ダイナミックコイル及び前記追加のダイナミックコイルが、別々の入力又は出力端子に電気的に接続される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電気音響変換器。
10. 前記ダイナミックコイル及び前記追加のダイナミックコイルが、各々、その固有の音響周波数帯に関連付けられる、請求項９に記載の電気音響変換器。
11. 前記追加のダイナミックコイルは、前記ダイナミックコイルよりも高い音響周波数帯に関連付けられる、請求項９又は１０に記載の電気音響変換器。
12. 前記ダイナミックコイル及び前記追加のダイナミックコイルが、前記ダイアフラム上又は内に同心に設けられ、かつお互いに間隔を空けて前記ダイアフラムに沿って巻かれる、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の電気音響変換器。
13. 前記追加のダイナミックコイルは、前記ダイアフラムの厚みに沿って前記ダイナミックコイルから離間される、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の電気音響変換器。
14. 前記ダイアフラムは、前記ダイナミックコイル及び前記追加のダイナミックコイルに関連する音響周波数帯において弾性である、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の電気音響変換器。
15. 前記静止場コイルは、平面に配置される、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の電気音響変換器。
16. 前記ダイアフラム及び前記静止場コイルがシャーシに設けられ、前記シャーシは、当該シャーシに対する前記静止場コイルの動きを制限するように構成される、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の電気音響変換器。
17. 前記シャーシは、３Ｄプリントされた三角形の構造部を備え、好ましくは、前記少なくとも１つの静止場コイルに対して前記ダイアフラムを支持する前記シャーシのリブを規定する、請求項１６に記載の電気音響変換器。
18. 前記ダイアフラムが、前記ダイアフラムを吊すように構成されたサスペンションにより保持され、前記サスペンションは、好ましくは、前記ダイアフラムを包囲する複数のスリットにより形成される、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の電気音響変換器。
19. 前記シャーシ及び前記サスペンションが単一の構成部品に一体化される、請求項１６又は１８に記載の電気音響変換器。
20. 請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の電気音響変換器を備えるラウドスピーカー。
21. 請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の電気音響変換器を備えるマイクロフォン。
22. 請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の電気音響変換器を備える電子機器。

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