JP5323097B2 - スピーカ、及び携帯型電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は小型スピーカに関し、より特定的には、レシーバと呼ばれる超小型スピーカの低音域特性を向上させるための技術に関する。
近年、携帯電話の小型化、及び薄型化が進み、携帯電話内部でスピーカの配置場所を十分に確保することが難しくなってきている。一方、補聴器は、外耳道内に装着する必要があり、また外観上目立たないようにしたいという要望が強いので、補聴器自体を小さくしなければならない。
そこで、携帯電話や補聴器等の携帯型電子機器に用いるスピーカの小型化が望まれている。
携帯電話が備えるスピーカには、受話音や外部音声等を再生するレシーバと、着信音や音楽信号等を再生するマイクロスピーカとがある。一方、補聴器が備えるスピーカはレシーバのみである。
携帯電話や補聴器が備える上記レシーバは、受話音や外部音声等を再生しなければならないため、母音や子音を明確に識別できるように音声を再生する必要がある。従って、着信音や音楽信号等を再生するための上記マイクロスピーカ等に比べ、低音域特性がよく広帯域再生が可能であることが要求される。
一方、振動板の外周部分を支持するエッジを備えるタイプの一般的なスピーカを小型化すると、当該エッジの幅が狭くなりエッジのスティフネスが大きくなるため、低音域特性が低下する。
以上のように、携帯電話や補聴器が備えるレシーバは、低音域特性の向上と小型化という相反する要求を同時に満たす必要がある。
また上記一般的なタイプとは異なる振動板の外周部分を支持するエッジを備えない従来のスピーカが特許文献1に開示されている。図23(a)は特許文献1に開示された従来のスピーカの正面図、図23(b)は、当該従来のスピーカの断面図である。
図23(a) 、(b)において、1はヨーク、2はセンターポール、3は貫通孔、4はマグネット、5はヨーク、6はフレーム、9は振動板、10はコイルボビン、11はボイスコイル、12はカップリングコーン、13は磁性流体、14はワイヤー、15は電熱用液体、17は密閉容器、19は吸音材、21は固定用ボルトである。
特許文献1には、「図に示す実施例は封止用磁気空隙とボイスコイル駆動用磁気空隙の中間の部分の位置でコイルボビン10とワイヤー14とを結合したものであり、ワイヤー14はコイルボビン10に1回以上巻きつけてある。更に、ヨーク5に設けた径方向の4つの貫通孔20の中にワイヤー14を配置し、固定用ボルト21で張力を調整してある。またこの固定用ボルト21は電熱用液体15のもれを封じる働きをし、21をゆるめた状態で電熱用液体を注入することができる。」と記載されている。
このように、特許文献1のスピーカは、環状のエッジの代わりにワイヤー14を用いて、振動板9を振動が可能なように支持するものであり、また特許文献1には、「環状のエッジ部材が不要であるため大振巾に対しても低域歪が小さくなる」と記載されている。
さらに特許文献1には、磁性流体13によってコイルボビン10の中心保持を行うとともに、ボイスコイル11の熱が磁性流体13を介して放熱されると記載されている。
特開昭56−58398号公報
しかしながら、上記従来のスピーカでは、ワイヤーの端部はほとんど可動しないので、振動板を支持するワイヤーを、振動板の外周よりも大きく延長しなければ振動板の可動範囲を著しく制限され、ワイヤーが伸びるための余裕がなくなるので、低音再生に必要な大きな振幅が困難となる。したがって、小型化のためにワイヤーの長さを短くすることは、ワイヤーの動きを制限して低音再生を抑制するので、小型化と低音再生を両立させた、補聴器等に用いる程度に小型化した高音質のレシーバを実現することは困難である。
それ故に、本発明の目的は、低音域特性を向上させて広帯域再生を可能とし、かつ小型化に適したスピーカ、及び当該スピーカを搭載する携帯型電子機器を提供することである。
本発明は、スピーカ、補聴器、及び、携帯型情報処理装置に向けられている。そして上記課題を解決するために、本発明のスピーカは、筐体、振動板、駆動部、及び複数の可動支持体を備える。
筐体は、多角形形状の一の主面を持ち、当該一の主面に開口部を有する。振動板は、一の主面における多角形形状の、各頂点の周辺部分である各コーナー領域を除く、当該一の主面の他の部分を覆い、開口部に配置されている。駆動部は、外部より入力された信号に対応する音を発生させるための振動を、振動板に与える。複数の可動支持体は、各コーナー領域に配置され、振動板が振動可能なように筐体と当該振動板とを接合して、当該振動板を支持する。
好ましくは、各コーナー領域は、それぞれ、一の主面における多角形形状の頂点を挟む2辺の当該頂点近傍と、振動板の外周とにより略囲曉された部分に位置するとよい。
好ましくは、筐体は、略直方体であり、一の主面は、略正方形、又は略長方形であり、振動板は、一の主面を平面視する正面方向から見たときに、略円形、略楕円形、又は略トラック形状であるとよい。
好ましくは、複数の可動支持体は、それぞれ、各コーナー領域において、一の主面における多角形形状の頂点を挟む2辺のうちの、一方の辺に対して平行な方向に弾性を有するように配置された弾性体と、弾性体と、振動板との間を連結し、当該振動板とともに振動する連結体とからなるとよい。
好ましくは、連結体には、剛性を高めるためのリブが形成されているとよい。
好ましくは、可動支持体は、振動板と一体成形され、弾性体の厚みが、振動板よりも薄いとよい。
好ましくは、複数の可動支持体は、それぞれ、各コーナー領域において、一の主面における多角形形状のそれぞれの頂点を挟む2辺のなす角の二等分線の方向に弾性を有するように配置された弾性体であるとよい。
好ましくは、可動支持体は、振動板と一体成形され、可動支持体の厚みが、振動板よりも薄いとよい。
好ましくは、可動支持体は、筐体側と振動板側とを跨ぐ方向を含む、一の主面に垂直な断面の形状が、略円弧形状であるとよい。
好ましくは、駆動部は、筐体内に配置された磁気回路と、磁気回路に設けた磁気空隙と、磁気空隙に挿入されたボイスコイルと、ボイスコイルと磁気回路との隙間に充填された磁性流体とを含み、振動板は、外周部分にボイスコイルが接合され、磁気回路は、一の主面に垂直な方向に貫通する音孔を、少なくとも1つ有するとよい。
好ましくは、駆動部は、筐体内に配置された磁気回路と、磁気回路に設けた磁気空隙と、磁気空隙に挿入されたボイスコイルとを含み、振動板は、外周部分にボイスコイルが接合され、磁気回路は、一の主面に垂直な方向に貫通する音孔を、少なくとも1つ有し、ボイスコイルと磁気回路との隙間が、50μm以下であるとよい。
本発明は、上記スピーカを内蔵する補聴器、及び携帯電話等の携帯型電子機器に向けられている。
そして上記課題を解決するために、本発明の携帯型電子機器は、上記のスピーカを搭載する。
以上のように、本発明においては、筐体の多角形形状の主面に、各コーナー領域を除く主面の他の部分を覆う振動板を配置し、振動板が振動可能なように筐体と振動板とを接合する可動支持体を各コーナー領域に配置して振動板を支持するので、例えば円形、楕円形、又はトラック形状のような角を持たない形状の振動板を、例えば正方形、又は長方形のような多角形形状の筐体の主面に最大限に効率よく配置すると同時に、限られたスペースの中で可動支持体を大きくすることができる。よって、低音域特性を向上させて広帯域再生を可能とし、かつ小型化に適したスピーカを提供することができる。
さらに、可動支持体を振動板と一体成形し、振動板よりも可動支持体を薄くして、可動支持体に弾性を持たせることにより、部品点数を削減し製造コストを低減することができる。
さらに、ボイスコイルと磁気回路との隙間に磁性流体を充填するか、又は当該隙間を50μm以下にすることにより、音漏れを遮蔽、又は軽減して、スピーカから効率よく音を放出させることができる。
第1の実施形態に係るスピーカ100の外観図 第1の実施形態に係るスピーカ100の平面図 スピーカ100のほぼ中心部分の断面図(図2のA−A'断面図) スピーカ200のほぼ中心部分の断面図(図2のA−A'断面図に相当) スピーカ300のほぼ中心部分の断面図(図2のA−A’断面図に相当) 第2の変形例の特徴を説明するための図(図2のA−A'断面図に相当) 空隙幅Lgの大きさと音圧周波数特性の関係をシミュレーション計算により求めた結果を示す図 磁性流体の粘性と音圧周波数特性の関係を示す図 第2の実施形態に係るスピーカ400の平面図 スピーカ400のほぼ中心部分の断面図(図9のA−A'断面図) スピーカ400の振動板420をトラック形状から楕円形状に変更したスピーカの平面図である。 スピーカ500のほぼ中心部分の断面図(図9のA−A'断面図に相当) スピーカ600のほぼ中心部分の断面図(図9のA−A’断面図に相当) 第3の実施形態に係るスピーカ700の平面図 本実施形態に記載の可動支持体を、上記第2の実施形態に記載のトラック形状の振動板を備えるスピーカに適用した例を示す図 本実施形態に記載の可動支持体を、上記第2の実施形態に記載の楕円形状の振動板を備えるスピーカに適用した例を示す図 上記実施形態に係るスピーカを補聴器に搭載した使用形態を示す図 レシーバ部830の詳細を示す図 開放型のレシーバが耳に装着された時の装着状態を示す図 本実施形態に係る開放型の補聴器の音圧周波数特性を示す図 上記実施形態に係るスピーカを携帯型情報処理装置の一例である携帯電話機に搭載した使用形態を示す図 本実施形態に係る携帯電話機の音圧周波数特性を示す図 (a)は特許文献1に開示された従来のスピーカの正面図、(b)は、当該従来のスピーカの断面図
[第1の実施形態]
<概要>
第1の実施形態は、筐体のほぼ正方形の主面に略円盤状の振動板を配置し、従来の一般的なスピーカのエッジの代わりに、主面の頂点の近傍に、振動板が振動可能なように筐体と振動板とを接合する可動支持体を備えるスピーカである。
<構成>
図1は、第1の実施形態に係るスピーカ100の外観図である。また図2は、第1の実施形態に係るスピーカ100の平面図である。また図3は、スピーカ100のほぼ中心部分の断面図(図2のA−A’断面図)である。
図1〜3に示すように、第1の実施形態に係るスピーカ100は、筐体110、振動板120、駆動部130、及び可動支持体140a〜dを備える。
筐体110は、図1〜3に示したような正方形の第1主面111を持つ直方体の容器であり、第1主面111にその大部分が開口した第1開口部112を有し、第1主面111の裏側の第2主面113に円形に開口した第2開口部114を有する。筐体110の材質は金属や樹脂等、特に制限はないが、本実施形態では、筐体110がヨーク131aを兼ねているので、全体が鉄等の軟磁性材料である。なお、ここでは図示しないが、ヨークと筐体を別体として、筐体がヨーク外周を保持するような構成とすることも可能である。この場合、ヨークは磁気回路を構成しているので、鉄等の軟磁性材料とする必要があるが、その他の部分、例えば可動支持体の端部を固着するコーナー部等を筐体の一部として構成する場合は、その材質は非磁性の金属、樹脂等でなんら問題はない。また、本実施形態では、第1主面111をほぼ正方形としているが、長方形であってもよいし、三角形、五角形、六角形といったような、四角形以外の他の多角形形状であってもよい。
振動板120は、第1開口部112に配置され、中央がやや膨らんだドーム型に似た略円盤形状であって、図2に示すように第1主面111を平面視する正面方向から見たときにほぼ円形である。また振動板120の材質は、紙、アルミやチタンなどの軽量高剛性金属箔、あるいはポリイミド等の高分子フィルムなどが好適である。なお、本実施形態では振動板120を、剛性を高めるためにドーム型に似た略平板形状としたが、凹凸を付ける等の別の形状により剛性を高めてもよいし、剛性が高い材料を用いたり、剛性を保つために厚さが十分であるような場合には、特に剛性を高めるような形状にせずに、円形の単なる平板でもよい。また正面方向から見たときの振動板120の形状は円形に限られず、第1主面111における多角形形状の各頂点の周辺部分(以下「コーナー領域」と記す)を除く、第1主面111の他の部分を覆う形状であればよい。ここでコーナー領域は、第1主面111における多角形形状の各頂点を挟む2辺の頂点近傍と、振動板120の外周とにより囲曉された部分に位置する。よって図2に示すように、本実施形態におけるコーナー領域115a〜dは、第1主面111を平面視する正面方向から見たときに、正方形の第1主面111において、円形の振動板120により覆われていない部分に存在することになる。
駆動部130は、外部より入力された信号に対応する音を発生させるための振動を振動板120に与えるものであり、図3に示すように、筐体110内に配置された磁気回路131と、磁気回路131に設けた磁気空隙132と、磁気空隙132に挿入されたボイスコイル133とを含む。
磁気回路131は、ヨーク131a、マグネット131b、プレート131cを含み、第2主面113側へ音を放射する音孔131dを少なくとも1つ有している。ここで音孔131dは、ヨーク131a、マグネット131b、及びプレート131cの全てを、第1主面111に垂直な方向に貫通している。
なお、本実施形態では、前述のように、ヨーク131aは筐体110の役割を兼ねているが、ヨーク131aと筐体110とはそれぞれ別の独立した構成であってもよい。また、ヨークと筐体とが独立している場合には、音孔131dは、ヨーク、マグネット、プレート、及び筐体の全てを、第1主面111に垂直な方向に貫通することになる。
ボイスコイル133は、振動板120の外周部分に環状に接合され、ボイスコイル133に外部より電気信号が入力されると、磁気空隙132における磁力によりボイスコイル133が力を受けて振動板120を振動させ音が発生する。
可動支持体140a〜dは、それぞれ各コーナー領域115a〜dに配置され、弾性体141a〜d、連結体142a〜d、スペーサ144a〜dを含み、振動板120が振動可能なように筐体110と振動板120とを接合して、振動板120を支持するものである。
弾性体141a〜dは、筐体110側と振動板120側とを跨ぐ方向(図2の点線両矢印a〜dの方向)を含む、第1主面111に垂直な断面の形状が略円弧形状のサスペンションであり、当該断面に添って弾性を有する。また弾性体141a〜dの材質は、バネ機能を有する金属や、樹脂材料などが好適である。
なお、本実施形態のように第1主面111をほぼ正方形や長方形とした場合には、弾性体141a〜dはそれぞれ、各コーナー領域115a〜dにおいて、第1主面111における四角形の各頂点を挟む2辺のうちの、一方の辺に対して平行な方向(図2中の点線両矢印a〜dの方向)に略円弧形状となり、当該方向に対して弾性を有するように配置される。その結果、可動支持体140a〜dは、当該方向(図2中の点線両矢印a〜dの方向)を含む第1主面111に垂直な面上において可動性と弾性とを有することになる。
また、弾性体141a〜dの形状は、各コーナー領域115a〜dに効率よく配置するために、図2に示すように、第1主面111を平面視する正面方向から見たときに角型であるとよい。
また弾性体141a〜dは、振動板120と同じ材料で一体成形されるものであっても、別材料を一体化して成形したものであってもよい。
ここで弾性体141a〜dを振動板120と同一材料で一体成形する場合には、弾性体141a〜dの幅を小さくする、あるいは、振動板よりも厚みを薄くすることにより、弾性体141a〜dのスティフネスを小さくすることが可能である。このようにして、弾性体141a〜dのスティフネスを小さくすると、最低共振周波数が下がり低音再生限界の拡大を図ることができる。また、振動板120に剛性の高い材料を使用し、あるいは、振動板120の厚みを厚くすることにより、振動板120の剛性を大きくして高域再生限界を拡大することもできる。
反対に弾性体141a〜dを振動板120の材料とは異なる別材料で成形する場合には、弾性体141a〜dを振動板120よりも柔らかな材料で成形するか、あるいは、材厚を振動板120よりも薄くすることにより、弾性体141a〜dのスティフネスを小さくすることが可能である。このようにして、弾性体141a〜dのスティフネスを小さくすると、最低共振周波数が下がり低音再生限界の拡大を図ることができる。また、振動板120に剛性の高い材料を使用したり、振動板120の厚みを厚くしたり、あるいは、形状を工夫することにより、振動板120の剛性を大きくして高域再生限界を拡大することもできる。
連結体142a〜dはそれぞれ、弾性体141a〜dと振動板120との間を連結する部分であり、振動板120とともに振動するので振動板の機能も兼ね備えている。また連結体142a〜dにはそれぞれ、剛性を高めるためのリブ143a〜dが形成されている。
スペーサ144a〜dは、筐体110と振動板120とを適当な間隔にするために、第1主面111の枠と弾性体141a〜dとの間に挿入される角柱形状の樹脂である。なお、スペーサ144a〜dは、特に必要な構成ではなく、筐体110の一部として一体成形されてもよいし、それぞれ可動支持体140a〜dの一部として一体成形されてもよい。
<まとめ>
角型の筐体の主面に円形の振動板を配置すると、主面の4つのコーナー領域は通常デッドスペースとなる。一般的なスピーカが備える振動板の外周部分を支持するエッジの代わりに、このデッドスペースに弾性体を配置して部分的に振動板を支持することにより、振動板を筐体の主面に最大限に効率よく配置して、振動板の有効振動面積を最大限確保すると同時に、限られたスペースの中で弾性体を大きくすることができる。
よって、スピーカの小型化を図りつつ、弾性体のスティフネスを小さくし、最低共振周波数を下げて低音再生限界の拡大を図り、低音域特性を向上させて広帯域再生を可能とすることができる。
[第1の変形例]
<概要>
第1の変形例は、第1の実施形態のスピーカ100において、ボイスコイル133とプレート131cとの隙間に磁性流体を充填したスピーカである。
<構成>
第1の変形例に係るスピーカ200の外観図、及び平面図は、第1の実施形態に係る図1、及び2と同様である。また図4は、スピーカ200のほぼ中心部分の断面図(図2のA−A’断面図に相当)である。
図4に示すスピーカ200と、図3に示すスピーカ100との違いは、ボイスコイル133とプレート131cとの隙間に磁性流体134が充填されている点である。
磁性流体134は、ボイスコイル133とプレート131cとの隙間の磁気空隙中に磁力により保持され、流体Oリングを形成している。ここで磁性流体とは、マグネタイトやマンガン亜鉛フェライトなどの強磁性微粒子(直径10nm程度)と、強磁性微粒子の表面を覆う界面活性剤と、水や油などのベース液とにより構成される磁性コロイド溶液であり、液体であるにも関わらず、磁性を帯び磁石に吸い寄せられる性質を持つ。
また磁性流体は中心保持力を備えるので、振動板120が大きく振幅するような場合であっても、磁性流体134の中心保持力により、振動板120やボイスコイル133が、ヨーク131aやプレート131cに接触することなく、安定した状態で振動させることができる。
また、ボイスコイル133と磁気空隙132との隙間に充填された磁性流体134により、当該隙間からの音漏れが遮蔽され、スピーカから効率よく音を放出させることができる。
なお一般に磁性流体は、ボイスコイルの形状に曲半径が約1mm以下の角張った部分が存在すると、その角張った部分を這い上がる性質を有している。磁性流体の這い上がりが生じると、音が漏れ出して音孔131dから放射される音の音圧が下がったり、中心保持力が低下するため、ボイスコイルを曲半径が約1mm以下の角を持たない形状にする必要がある。第1の変形例では、振動板120を円形にし、接合されるボイスコイル133の形状も円形にしている。
[第2の変形例]
<概要>
第2の変形例は、第1の実施形態のスピーカ100において、ボイスコイル133とプレート131cとの隙間を50μm以下にしたスピーカである。
<構成>
第2の変形例に係るスピーカ300の外観図、及び平面図は、第1の実施形態に係る図1、及び2と同様である。また図5は、スピーカ300のほぼ中心部分の断面図(図2のA−A’断面図に相当)である。また図6は、第2の変形例の特徴を説明するための図(図2のA−A'断面図に相当)である。
図5示すスピーカ300と、図3に示すスピーカ100との違いは、ボイスコイル133とプレート131cとの隙間Lgが、スピーカ100では通常のスピーカと同程度の150μm程度であるのに対し、スピーカ300では50μmである点である。
図6において、振動板背面の音(図6中点線矢印の音a、b)は、センターポール、マグネット、ヨークのそれぞれ中央部に設けられた音孔より放射され、使用者の耳に伝達される。
ここで、ボイスコイルの内周部とプレートの外周部との空隙は音響的に開放されているため、振動板背面の音の一部はこの空隙を通過して振動板の前面部に抜けて(図6中点線矢印の漏れ音c、d)、本来の音響再生に必要な音圧のレベルが低下する。
図7は、空隙幅Lgの大きさと音圧周波数特性の関係をシミュレーション計算により求めた結果を示す図である。ここで、計算に用いたスピーカ定数は、振動系重量1.32mg、振動板半径2.83mm、力係数0.33、ボイスコイルの電気インピーダンス32Ω、センターポールの中央音孔径φ1mmである。
音響カプラーは、ITU(International Telecommunication Union)の規格で決められている。具体的には、Type1、Type3.2のlow−leak、または、hi−leakと呼ばれる3種類の音響カプラーが一般的に用いられる。これらの音響カプラー内には狭い空室が設けられ、この空室にはマイクロホンが取り付けられている。このマイクロホンでレシーバからの再生音圧周波数特性が測定される。音漏れがなく、完全に密閉された状態を想定したモデルが、音響カプラーのType1である。音響カプラーのType1ではレシーバが取り付けられた状態で上述の空室は完全に密閉される。従って、レシーバの最低共振周波数以下の低音域では音圧特性がほぼ平坦となる。一方、音漏れが生じた状態を想定したモデルが、Type3.2の2種類の音響カプラーである。Type3.2のlow−leakでは音漏れは僅かであるが、hi−leakでは音孔が増加して音漏れ量が増大する。
よって音圧特性の測定条件は、音響カプラーとしてITU(International Telecommunication Union)の規格で決められているType3.2 hi−leakを用いることを想定している。
図7では、空隙幅Lg(mm)=0.15、0.10、0.05、0(0mmは、空隙がなく音漏れが全くないとする条件)の4つの条件における音圧周波数特性を示している。図7によれば、Lg=0.15では漏れ音c、dのため音圧レベルは全帯域にわたって大きく低下することがわかる。Lgが小さくなると、音が通過する空隙の幅が縮小するため、空隙の呈する音響インピーダンスが高くなり、空隙から漏れ音が通過し難くなって、振動板背面音のほとんどがセンターポールの中央部音孔を通過することになる。図7には、空隙幅を仮想的にLg=0としたときの特性も示している。図7によれば、空隙幅をLg=0.05mmまで狭めれば、空隙幅をLg=0とした場合と遜色のない特性が得られることがわかる。よって、ボイスコイル133とプレート131cとの隙間を50μm以下にすることが望ましい。
一方、このように空隙幅を狭くしていくと、低音域の再生時において振動板が大きく振幅する際に、ボイスコイルの内周部とセンターポールの外周部とが接触して、異常音を発したり破損する可能性が高くなる。従って、この空隙の全体又は一部に磁性流体を注入することにより、ボイスコイルの内周部とセンターポールの外周部との接触を防止することが望ましい。
ここで、磁性流体の材料条件として粘性は重要であるので、第1の変形例に係るスピーカ200における磁性流体の粘性についての検討結果を以下に示す。
図8は、磁性流体の粘性と音圧周波数特性の関係を示す図である。ここで用いたスピーカは、第2の変形例においてシミュレーション計算に用いたスピーカと同等のスピーカ定数を備えるものとする。
図8において、磁性流体の粘性が100mPasの場合と300mPasの場合とを比較すると、500〜3kHzでは両者の音圧レベルに差はほとんど認められないが、100〜300Hz辺りで、磁性流体の粘性が100mPasの場合の方が300mPasの場合よりも、音圧レベルが約10dB程高く、磁性流体の粘性が100mPasの場合、低音域が豊かに再生され、再生音声の音質がよいことがわかる。
よって、ここでは、磁性流体の粘性を100mPasとすることが望ましい。
[第2の実施形態]
<概要>
第2の実施形態は、筐体のほぼ長方形の主面に略トラック形状の振動板を配置し、従来の一般的なスピーカのエッジの代わりに、主面の頂点の近傍に、振動板が振動可能なように筐体と振動板とを接合する可動支持体を備えるスピーカである。
<構成>
図9は、第2の実施形態に係るスピーカ400の平面図である。また図10は、スピーカ400のほぼ中心部分の断面図(図9のA−A’断面図)である。
第2の実施形態に係るスピーカ400は、筐体410、振動板420、駆動部430、及び可動支持体440a〜dを備える。
図9に示すスピーカ400と、図2に示すスピーカ100との違いは、主にスピーカ400の外形が長辺と短辺とを持つ細長い形状になり、振動板の形状が略トラック形状になった点であり、他の基本的な構成はほぼ同じである。
筐体410は、機能的には第1の実施形態の筐体110と同様であり、長方形の第1主面411を持つ直方体の容器である。
振動板420は、機能的には第1の実施形態の振動板120と同様であり、図9に示すように、例えば第1主面411を平面視する正面方向から見たときに、陸上競技用の400mトラックのように見えるトラック形状の略平板となっている。また振動板420には、短手方向(第1主面411の短辺に平行な方向)に長いリブ420aが設けられ、リブの凹凸により特に短手方向の剛性を高めている。
駆動部430は、機能的には第1の実施形態の駆動部130と同様であり、形状が細長くなっており、図10に示すように、駆動部430は、外部より入力された信号に対応する音を発生させるための振動を振動板420に与え、筐体411内に配置された磁気回路431と、磁気回路431に設けた磁気空隙432と、磁気空隙432に挿入されたボイスコイル433とを含む。
磁気回路431は、ヨーク431a、マグネット431b、プレート431cを含み、第1主面411の裏側へ音を放射する音孔431dを少なくとも1つ有している。ここで音孔431dは、ヨーク431a、マグネット431b、及びプレート431cの全てを、第1主面411に垂直な方向に貫通している。
なお、本実施形態では、ヨーク431aは筐体410の役割を兼ねている。
ボイスコイル433は、振動板420の外周部分にトラック形状となるように接合され、ボイスコイル433に外部より電気信号が入力されると、磁気空隙432における磁力によりボイスコイル433が力を受けて振動板420を振動させ音が発生する。
可動支持体440a〜dは、機能的には第1の実施形態の可動支持体140a〜dと同様であり、各コーナー領域415a〜dに効率よく配置され、弾性体441a〜d、連結体442a〜d、スペーサ443a〜dを含む。弾性体441a〜dは、機能的には第1の実施形態の弾性体141a〜dと同様である。連結体442a〜dは、機能的には第1の実施形態の連結体142a〜dと同様である。スペーサ443a〜dは、機能的には第1の実施形態のスペーサ144a〜dと同様である。
なお、本実施形態では、図9に示すように、弾性体441a〜dの弾性を有する方向を、第1主面411の長辺に平行な方向(図9中の点線両矢印a〜dの方向)に略一致させているが、第1主面411の短辺に平行な方向(図9中の点線両矢印a〜dと直行する方向)に略一致させてもよい。
また、振動板420は、第1主面411を平面視する正面方向から見たときに楕円形に見える楕円形状の略平板であってもよい。
図11は、スピーカ400の振動板420をトラック形状から楕円形状に変更したスピーカの平面図である。
図11に示すように、振動板420をトラック形状から楕円形状に変更すると、若干振動板の面積は小さくなるものの、コーナー領域におけるデッドスペースが、第1主面411の短辺方向(振動板の短手方向)に広がることになる。従って、弾性体441a〜dの弾性を有する方向を、第1主面411の短辺に平行な方向(図11中の点線両矢印a〜dの方向)に略一致させることにより、サスペンションの長手方向の幅をより大きくし、低音域の再生限界を拡大することが望ましい。
また、本実施形態に、上記第1の変形例、及び上記第2の変形例の構成を適用することもできる。
第2の実施形態に上記第1の変形例を適用したスピーカ500、及び第2の実施形態に上記第2の変形例を適用したスピーカ600の外観図、及び平面図は、第1の実施形態に係る図1、及び2と同様である。また図12は、スピーカ500のほぼ中心部分の断面図(図9のA−A’断面図に相当)である。また図13は、スピーカ600のほぼ中心部分の断面図(図9のA−A’断面図に相当)である。
図12に示すスピーカ500と、図10に示すスピーカ400との違いは、ボイスコイル433とプレート431cとの隙間に磁性流体501が充填されている点である。
磁性流体501は、機能的には第1の変形例の磁性流体134と同様である。
図13に示すスピーカ600は、図10に示すスピーカ400のボイスコイル433とプレート431cとの隙間Lgを、50μm程度に狭くしたスピーカである。
<まとめ>
例えば携帯電話の筐体で液晶画面の上端部に配置するレシーバは、設置スペースがかなり細長く狭いので、スリムな形状にする必要がある。スリムな形状にするために、レシーバの筐体を長方形にする場合、筐体に合わせて、振動板を略トラック形状、又は略楕円形状とすることで、有効振動面積を効率よく確保することが可能となる。また、ボイスコイルを略トラック形状、又は略楕円形状とすることで、ボイスコイルに角張ったコーナー部が存在しないことになるので、磁性流体の這い上がりを防止することもできる。
また、振動板を略トラック形状、又は略楕円形状とすると、短手方向の剛性が長手方向の剛性に比べて劣るため、振動板の短手方向に長い複数のリブを振動板に設け、振動板の短手方向の剛性を高くすることで、高音域の再生限界を拡大させることが可能となる。
以上のように、スピーカの筐体を長方形にし、振動板を略トラック形状、又は略楕円形状とすることにより、振動板の有効振動面積を最大限確保した上で、スピーカの小型化、及びスリム化を図りつつ、低音域の再生限界を拡大することが可能になる。
[第3の実施形態]
<概要>
第3の実施形態は、第1の実施形態のスピーカ100において、可動支持体の配置を変更したスピーカである。
<構成>
図14は、第3の実施形態に係るスピーカ700の平面図である。
第3の実施形態に係るスピーカ700は、筐体110、振動板120、駆動部130、及び可動支持体740a〜dを備える。ここで第1の実施形態に係るスピーカ100と同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
図14に示すスピーカ700と、図2に示すスピーカ100との違いは、可動支持体140a〜dを、可動支持体740a〜dに置き換えた点であり、他の構成は同じである。
可動支持体740a〜dは、機能的には第1の実施形態の可動支持体140a〜dと同様であり、各コーナー領域115a〜dに効率よく配置され、弾性体741a〜d、スペーサ742a〜dを含み、第1の実施形態の連結体142a〜dのような構成を含まない。
弾性体41a〜dは、機能的には第1の実施形態の弾性体141a〜dと同様であるが、弾性体141a〜dとは配置される方向が異なる。
弾性体41a〜dは、第1主面111の対角方向、あるいは、第1主面111におけるそれぞれの頂点を挟む2辺のなす角の二等分線の方向(図14中の点線両矢印a〜dの方向)に略円弧形状とすることによって、当該方向に対して弾性を有するように配置される。その結果、可動支持体740a〜dは、当該方向(図14中の点線両矢印a〜dの方向)を含む第1主面111に垂直な面上において可動性と弾性とを有することになる。
スペーサ742a〜dは、機能的には第1の実施形態のスペーサ144a〜dと同様であり、弾性体741a〜dが配置される方向が弾性体141a〜dとは異なるので、それに合わせて、スペーサ144a〜dとは形状が異なり、ここでは三角柱形状である。
なお、弾性体741a〜dが弾性を有する方向は、第1主面111の対角方向、あるいは、第1主面111におけるそれぞれの頂点を挟む2辺のなす角の二等分線の方向(図14中の点線両矢印a〜dの方向)に限られず、弾性体741a〜dの長手方向の幅を大きくとることができ、振動板120を支持することができるような方向であれば他の方向であってもよい。
また、本実施形態のような可動支持体740a〜dを、上記第2の実施形態のトラック形状、及び楕円形状の振動板を備えるスピーカに適用することもできる。
図15は、本実施形態に記載の可動支持体を、上記第2の実施形態に記載のトラック形状の振動板を備えるスピーカに適用した例を示す図である。
図16は、本実施形態に記載の可動支持体を、上記第2の実施形態に記載の楕円形状の振動板を備えるスピーカに適用した例を示す図である。
また、本実施形態に、上記第1の変形例、及び上記第2の変形例の構成を適用することもできる。
<まとめ>
対角方向、あるいは、それぞれの頂点の二等分線の方向に弾性を有するように弾性体を配置することによって、限られた領域内で、サスペンションの長手方向の幅を大きくすることが可能となる。弾性体の長手方向の幅をより大きくすると、弾性体のスティフネスを小さくすることができるため、低音域の再生限界を拡大することが可能となる。
[第4の実施形態]
<概要>
第4の実施形態では、上記実施形態に係るスピーカを補聴器に搭載した例と、その効果について説明する。
<構成>
図17は、上記実施形態に係るスピーカを補聴器に搭載した使用形態を示す図である。
図17に示す補聴器800は、上記第1の実施形態における変形例1に記載したスピーカ200を搭載した補聴器であり、利用者の耳に装着されて使用される。補聴器800は、補聴器本体810、リードチューブ820、及びレシーバ部830からなる。
補聴器本体810は、マイク(不図示)を備え、当該マイクで話者の声や周囲の音を収音して電気信号に変換し、利用者の聴覚特性に合うように最適化する信号処理を施し、さらに増幅して出力する。
リードチューブ820は、電線(不図示)を内部に備え、補聴器本体810から出力される電気信号をレシーバ部830へ電送する。
レシーバ部830は、上記第1の実施形態における変形例1に記載したスピーカ200(図1、2、4参照)を備え、リードチューブ820内部の電線により電送された電気信号を音に変換する。
図18は、レシーバ部830の詳細を示す図である。なお、図18には、リードチューブ820の一部を記載しており、また、リードチューブ接合部831以外のレシーバ部830の各構成を断面で示している。
図18に示すようにレシーバ部830は、スピーカ200、リードチューブ接合部831、背面カバー832、イヤーチップ接合部833、及びイヤーチップ834から構成される。
ここで、背面カバー832はスピーカ200の背面に配置され、リードチューブ接合部831に取り付けられている。またリードチューブ接合部831はリードチューブ820に接合されている。
また背面カバー832には背面カバー通気孔832aが開けられている。背面カバー通気孔832aは、スピーカ200の振動板120(図1、2、4参照)の動きを制限しないように、振動板120から受ける背面への圧力や、振動板120から背面へ放射される音を逃がすために設けられている。
スピーカ200の筐体110(図1、2、4参照)には、スピーカ200の音孔131d(図1、2、4参照)から放射される音を遮らないように、中央部分に音孔833aが開いたイヤーチップ接合部833が取り付けられ、イヤーチップ接合部833にはイヤーチップ834が接合されている。またイヤーチップ834には、イヤーチップ通気孔834aが開けられている。イヤーチップ通気孔834aは、外耳道と外界とを繋いで、利用者が長時間装着しても不快感が生じ難いようにするために設けられている。
また、スピーカ200には、リードチューブ820の内部の電線が接続されている。
<効果>
上記補聴器800の効果について以下に説明する。
補聴器のレシーバは、一般に耳孔に挿入されるものであり、外耳道の鼓膜側と外界側との間に隙間がない密閉型と呼ばれるタイプと、通気孔等により隙間を設けた開放型と呼ばれるタイプとがある。
密閉型は、レシーバから放射された音が外耳道から漏れてこないため、再生音が低音域まで良好に再生され、音圧周波数特性がよいという利点がある。しかしながら、密閉型は長時間装着すると湿気がこもる等により不快感が生じ易いため、比較的不快感が生じ難い開放型の需要が多い。
従って、開放型において、音圧周波数特性を向上させることが望まれる。
図19は、開放型のレシーバが耳に装着された時の装着状態を示す図である。
図19において、レシーバから放射された音は、鼓膜に到達してユーザーの補聴を助けると同時に、一部が通気孔から外気へ漏れる(図19中の矢印A)。
そこで、本実施形態では、通気孔を有する開放型のイヤーチップを用いて、ダミーヘッド特性を測定する。
また測定には、耳孔の内部にマイクロホンを備えた、B&K社のダミーヘッド(Head and Torso SimulatorTYPE 4128)を用いることとする。
図20は、本実施形態に係る開放型の補聴器の音圧周波数特性を示す図である。図20において、横軸は周波数、縦軸は音圧レベルである。また図中の点線αは、補聴器用として大多数を占める電磁型方式のレシーバを用いた従来の補聴器の音圧周波数特性を示す。この従来の補聴器に用いた電磁型方式のレシーバは、幅5.4mm、長さ7mm、厚み3.5mmの略直方体であり、最低共振周波数は3kHz程度である。また図中の実線βは、補聴器800の音圧周波数特性を示す。補聴器800に用いたスピーカ200は、主面が5.4mm角で、厚さが3.5mmの略直方体である。また振動板120は、材厚が10μmのPEI(ポリエーテルイミド)フルム製であり、振動板120と可動支持体140a〜d(図1、2参照)とは同じ材料で一体成形されたものである。ここで、磁性流体134(図4参照)の粘度は100mPasである。このような構成によりスピーカ200は、最低共振周波数を300Hz程度まで低下させることができ、従来の電磁型方式のレシーバに比べて低音域の再生帯域が大幅に拡大されている。そのため、図20に示すように、補聴器800は従来の補聴器よりも、例えば150〜450Hz辺りで約20dBも音圧レベルが高く、再生音声の音質が大幅に改善されていることがわかる。
本実施形態では、鼓膜(図示せず)に向かって放射される音(図19中の矢印B)は、ボイスコイル133(図4参照)が取り付けられた振動板120の背面側(ボイスコイル133が取り付けられている面)から、磁気回路131(図4参照)の中央部に設けられた音孔131d(図4参照)を通過して放射される。
一方、振動板120の前面側(ボイスコイル133が取り付けられていない面)から漏れる音(図19中の矢印C)は、背面カバー832に開けられた背面カバー通気孔832a(図18参照)より放射される。振動板120の前面の放射音と背面の放射音とは逆相であるため、振動板120の前面側から漏れる音(図19中の矢印C)の一部が、イヤーチップ通気孔834a(図18参照)より侵入して、鼓膜に到達する音圧を低減させる可能性がある。従来の補聴器では、この振動板前面側から漏れる逆相音の影響を防ぐために、振動板前面側をほぼ完全に密閉している。振動板前面側を密閉するとキャビネット内の音響スティフネスが大きくなるため、一般に振動板の最低共振周波数が上昇する。しかしながら、従来の補聴器は振動板の最低共振周波数が3kHzと高いため、振動板前面側をほぼ完全に密閉したとしても、振動板の最低共振周波数の上昇がほとんどないので問題は起きない。これに対し、本実施形態では、最低共振周波数が300Hzと低いため、振動板前面側を密閉すると振動板の最低共振周波数が上昇するという課題が生じる。ところが、イヤーチップ通気孔834aから鼓膜までの外耳道の音響インピーダンスは、イヤーチップ通気孔834aから外気に向かう方向で見た音響インピーダンスよりも大きくなる。その結果、振動板前面側から漏れる逆相音が、振動板背面側から鼓膜に達する音にほとんど影響を与えない状態とすることが可能である。
また、本実施形態に、他の実施形態や変形例のスピーカを適用することもできる。
<まとめ>
このように、振動板の4つのコーナー領域に可動支持体を設け、可動支持体のスティフネスを小さくしたスピーカを補聴器に用いることで、最低共振周波数を低くし、低音域の再生帯域を改善しつつ、逆相音による影響を受けない状態とすることが可能となる。
[第5の実施形態]
<概要>
第5の実施形態では、上記実施形態に係るスピーカを携帯型情報処理装置に搭載した例と、その効果について説明する。
<構成>
図21は、上記実施形態に係るスピーカを携帯型情報処理装置の一例である携帯電話機に搭載した使用形態を示す図である。
図21に示す携帯電話機900は、上記第2の実施形態に変形例1を適応したスピーカ500を搭載した携帯電話機であり、スピーカ500、上部筐体910、下部筐体920、液晶画面930、及びヒンジ部940を備える。
ここで携帯電話機900は、上部筐体910及び下部筐体920からなる折りたたみ式であり、上部筐体910と下部筐体920はヒンジ部940を中心に回転可能に接続されている。また上部筐体910には、液晶画面930が設けられ、液晶画面930の上部に受話音再生用のレシーバであるスピーカ500が配置される。
<効果>
上記携帯電話機900の効果について以下に説明する。
一般的なスピーカの評価では、マイクロホンから所定の距離だけ離した位置で測定を行うが、携帯電話機における受話音再生用のレシーバの評価では、専用の音響カプラーに取り付けて測定を行う。
携帯電話機は、一般に携帯電話機の筐体に耳に当てて受話音を聴き取るものであるが、携帯電話機の筐体のみを用いて、携帯電話機の筐体と耳との間の隙間をなくすことは難しい。更に近年、携帯電話機の液晶画面が次第に大きくなっているため、レシーバの取り付け位置が筐体上部の外枠近くになり、携帯電話機の筐体と耳との間の隙間をなくすことは益々難しくなってきている。従って、受話音が漏れている状態を想定する必要があるので、音響カプラーとしてITU(International Telecommunication Union)の規格で決められている、Type3.2のhi−leakの音響カプラーを用いて、上記携帯電話機900の効果を検証した。
図22は、本実施形態に係る携帯電話機の音圧周波数特性を示す図である。図22において、横軸は周波数、縦軸は音圧レベルである。また図中の点線αは、従来の動電型方式のレシーバを用いた従来の携帯電話機の音圧周波数特性を示す。この従来の携帯電話機に用いた動電型方式のレシーバは、本願のスピーカ500のように可動支持体が複数に分割して設けられておらず、振動板の外周全体が可動支持体により支持された、幅5mm、長さ10mm、厚み2.5mmの略直方体であり、支持体が分割されていないため、支持体のスティフネスは大きく、最低共振周波数は950Hz程度である。また図中の実線βは、携帯電話機900の音圧周波数特性を示す。携帯電話機900に用いたスピーカ500は、幅5mm、長さ10mm、厚み2.5mmの略直方体である。またトラック形状の振動板420(図9、12参照)は、材厚が16μmのPEN(ポリエチレンナフタレート)フルム製であり、磁性流体501の粘度は100mPasである。このような構成によりスピーカ500は、支持体が分割されているため、支持体のスティフネス小さくできて、最低共振周波数を250Hz程度まで低下させることができ、従来の電磁型方式のレシーバに比べて低音域の再生帯域が大幅に拡大されている。そのため、図22に示すように、携帯電話機900は従来の携帯電話機よりも、例えば100〜300Hz辺りで約20dBも音圧レベルが高く、再生音声の音質が大幅に改善されていることがわかる。
<まとめ>
このように、振動板の4つのコーナー領域に可動支持体を設け、可動支持体のスティフネスを小さくしたスピーカを携帯電話機に用いることで、最低共振周波数を低くし、低音域の再生帯域を改善することが可能となる。
なお、上記各実施の形態、及び各変形例は、矛盾が生じない限り適宜組み合わせて実施することができる。
本発明のスピーカは、小型でありながら広帯域再生を可能とするので、携帯型電子機器に搭載すれば、装置全体の小型化が容易となる。特に、スピーカの小型化と、低音域を拡大した高音質再生の両立を図ることを可能としているので、高音質が必要な補聴器や携帯電話機等の携帯型電子機器に有用であり、その産業的利用価値は極めて高い。
100 スピーカ
110 筐体
111 第1主面
112 第1開口部
113 第2主面
114 第2開口部
115a〜d コーナー領域
120 振動板
130 駆動部
131 磁気回路
131a ヨーク
131b マグネット
131c プレート
131d 音孔
132 磁気空隙
133 ボイスコイル
134 磁性流体
140a〜d 可動支持体
141a〜d 弾性体
142a〜d 連結体
143a〜d リブ
144a〜d スペーサ
200 スピーカ
300 スピーカ
400 スピーカ
410 筐体
411 第1主面
415a〜d コーナー領域
420 振動板
420a リブ
430 駆動部
431 磁気回路
431a ヨーク
431b マグネット
431c プレート
431d 音孔
432 磁気空隙
433 ボイスコイル
440a〜d 可動支持体
441a〜d 弾性体
442a〜d 連結体
443a〜d スペーサ
500 スピーカ
501 磁性流体
541a〜d 弾性体
600 スピーカ
700 スピーカ
740a〜d 可動支持体
741a〜d 弾性体
742a〜d スペーサ
800 補聴器
810 補聴器本体
820 リードチューブ
830 レシーバ部
831 リードチューブ接合部
832 背面カバー
832a 背面カバー通気孔
833 イヤーチップ接合部
833a 音孔
834 イヤーチップ
834a イヤーチップ通気孔
900 携帯電話機
910 上部筐体
920 下部筐体
930 液晶画面
940 ヒンジ部

Claims (12)

  1. スピーカであって、
    多角形形状の一の主面を持ち、当該一の主面に開口部を有する筐体と、
    前記一の主面における多角形形状の、各頂点の周辺部分である各コーナー領域を除く、当該一の主面の他の部分を覆い、前記開口部に配置されている振動板と、
    外部より入力された信号に対応する音を発生させるための振動を、前記振動板に与える駆動部と、
    前記各コーナー領域に配置され、前記振動板が振動可能なように前記筐体と当該振動板とを接合して、当該振動板を支持する複数の可動支持体とを備えることを特徴とするスピーカ。
  2. 前記各コーナー領域は、それぞれ、
    前記一の主面における多角形形状の頂点を挟む2辺の当該頂点近傍と、前記振動板の外周とにより略囲曉された部分に位置することを特徴とする請求項1に記載のスピーカ。
  3. 前記筐体は、略直方体であり、
    前記一の主面は、略正方形、又は略長方形であり、
    前記振動板は、前記一の主面を平面視する正面方向から見たときに、略円形、略楕円形、又は略トラック形状であることを特徴とする請求項2に記載のスピーカ。
  4. 前記複数の可動支持体は、それぞれ、
    前記各コーナー領域において、前記一の主面における多角形形状の頂点を挟む2辺のうちの、一方の辺に対して平行な方向に弾性を有するように配置された弾性体と、
    前記弾性体と、前記振動板との間を連結し、当該振動板とともに振動する連結体とからなることを特徴とする請求項3に記載のスピーカ。
  5. 前記連結体には、剛性を高めるためのリブが形成されていることを特徴とする請求項4に記載のスピーカ。
  6. 前記可動支持体は、前記振動板と一体成形され、
    前記弾性体の厚みが、前記振動板よりも薄いことを特徴とする請求項4に記載のスピーカ。
  7. 前記複数の可動支持体は、それぞれ、
    前記各コーナー領域において、前記一の主面における多角形形状のそれぞれの頂点を挟む2辺のなす角の二等分線の方向に弾性を有するように配置された弾性体であることを特徴とする請求項2に記載のスピーカ。
  8. 前記可動支持体は、前記振動板と一体成形され、
    前記可動支持体の厚みが、前記振動板よりも薄いことを特徴とする請求項7に記載のスピーカ。
  9. 前記可動支持体は、
    前記筐体側と前記振動板側とを跨ぐ方向を含む、前記一の主面に垂直な断面の形状が、略円弧形状であることを特徴とする、請求項1に記載のスピーカ。
  10. 前記駆動部は、
    前記筐体内に配置された磁気回路と、
    前記磁気回路に設けた磁気空隙と、
    前記磁気空隙に挿入されたボイスコイルと、
    前記ボイスコイルと前記磁気回路との隙間に充填された磁性流体とを含み、
    前記振動板は、外周部分に前記ボイスコイルが接合され、
    前記磁気回路は、前記一の主面に垂直な方向に貫通する音孔を、少なくとも1つ有することを特徴とする、請求項1に記載のスピーカ。
  11. 前記駆動部は、
    前記筐体内に配置された磁気回路と、
    前記磁気回路に設けた磁気空隙と、
    前記磁気空隙に挿入されたボイスコイルとを含み、
    前記振動板は、外周部分に前記ボイスコイルが接合され、
    前記磁気回路は、前記一の主面に垂直な方向に貫通する音孔を、少なくとも1つ有し、
    前記ボイスコイルと前記磁気回路との隙間が、50μm以下であることを特徴とする請求項1に記載のスピーカ。
  12. 前記請求項1〜11のいずれか1項に記載のスピーカを搭載する携帯型電子機器。
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