JP5411377B1 - 骨伝導スピーカー - Google Patents

Abstract

【課題】特に共鳴箱に設置しなくても正常に動作する骨伝導理論のスピーカーシステムを提供する。
【解決手段】本体１に設置された、共振作用を利用する弾性体が内部に構成されない発振体２の可動部分３は、振動体５に接続され、振動体５は弾性体６を直列に介して発振体２が設置されたのと同じ本体１の異なる場所に支持接続されて、弾性体６の共振を積極的に起こさせてその作用を利用し得ながら、振動体５の歪み振動により発声する。
【選択図】図１８

Description

骨伝導理論のスピーカーの発明である。

最近、スピーカー分野に関して電磁発振体あるいは超磁歪素子発振体を利用した、従来からの技術であるコーン紙で空気に振動を与えて音を出す理論ではなく、物質に直接振動を与えるところの骨伝導理論スピーカーなるものがあり、物体内部に直接振動を与えて、例えばドアやテーブルなどいろいろな物をスピーカーにしてしまう発明も存在する。しかし実際に音を出す振動体を含んだスピーカーは未だ数が少ない。

本願発明は直接空気中に音を発生させることが出来るところの振動体を含んだ構成よりなる、骨伝導スピーカーに関するものである。

特開２００７−１９６２３ 特開２０１２−４９６５３ 特開２００７−１０４６０３ 特開２００１−２５８０９５ 特開平９−７５８４７ 特開２０１１−５０１１１ 特開２００５−１５９４０９

＝先行技術のスピーカーシステム＝

骨伝導理論スピーカーシステムの分野の先行技術の中を分析していく中で、ある原理や分類があるのに気が付く。それらから新たなスピーカーシステムを導き構築することを課題とする。

そこで、先ず示すべき「先行技術のスピーカーシステム」は図１８動作原理説明図の上図で示す以下のものとなる。

本体（１）に設置された発振体（２）の可動部分（３）は、振動体（５）の場所（Ａ）に接続されていて、続いてこの振動体（５）は、発振体（２）が設置されたのと同じ本体（１）の異なる場所（Ｂ）で支持接続されている骨伝導理論のスピーカーシステム。

この様な構造のものは以下の先行技術で開示されている。

特許文献１ 特開２００７−１９６２３の図２に基づき、以下のごとく解析する。
筐体３（本体（１））に設置されたドライバ２（発振体（２））の振動伝達材２１（可動部分（３））が振動版１（振動体（５））に接続されて、続いてこの振動版１（振動体（５））は、ドライバ２（発振体（２））が設置されたのと同じ筐体３（本体（１））の異なる場所で固定具３１を介して支持接続されているスピーカー。

特許文献２ 特開２０１２−４９６５３の図４に基づき、以下のごとく解析する。
ブラケット２２（本体（１））に設置された超磁歪アクチュエータ２１（発振体（２））の可動部分は振動版７１，７２（振動体（５））にヘッド４５で接続されていて、続いてこの振動版７１，７２（振動体（５））は、超磁歪アクチュエータ２１（発振体（２））が設置されたのと同じブラケット２２（本体（１））の異なる場所に締結具２３で支持接続されている発振装置。

特許文献３ 特開２００７−１０４６０３ 図２５参照
筐体１５０（本体１）に設置された発振体１１０（発振体（２））の可動部分１１０ａ（可動部分（３））は、振動版１５１に接続されていて、続いてこの振動版１５１は、発振体１１０（発振体（２））が設置されたのと同じ筐体１５０（本体（１））の異なる場所に吸盤１５３で接続されている音声出力器。

これらの先行技術のシステムが具体的にどのような原理で働いているのかを図１８を参照して解析する。

まず、発振体（２）への入力信号に応じて可動部分（３）が伸縮運動する形での振動が発生する。この振動は、可動部分（３）が接続されている振動体（５）の場所（Ａ）に伝わる。この時、振動体（５）は、発振体（１）が設置されている本体（１）の場所とは異なる場所（Ｂ）で支持接続されているので、これら二つの場所（Ａ）と（Ｂ）との間で支持されている振動体（５）には、歪み運動する形での振動が発生することになる。

＝支え有りの原理＝

ここで、振動源の発振体（２）と、振動先の可動部分（３）の先が同じ本体（１）に接続されて、いわばループ接続されている理由を図１９を用いて以下説明する。

もし図１９左図「支え無し」の様に、支え無しに設置された発振体が振動板に振動を与えると、その反動で発振体自体が振動してしまいエネルギーが無駄に消費されてしまう。これを改善したのが図１９右図「支え有り」であり、発振体は固定して設置してあるので発振体が無駄に振動する事は無く、発生した振動は効果的に振動板に伝わる。

骨伝導スピーカーに関してのこの「支え有りの原理」は、本願発明の根幹をなす原理であり、ここで開示したものであるけれど、しかし既にいくつかの実施例は上記の様に明示されている。

そして、これらはそれなりに有効な骨伝導スピーカーであるけれど、周波数特性の改善が一つの課題である。

又、特許文献５ 特開平９−７５８４７ には、磁歪式振動子の内部にある可動ヨーク７（可動部分）と磁歪ロッド６の間に共鳴作用を得て効果的に動作させるために弾性体５を直列的に介して接続されているところの、弾性体５を発振体の内部に設置した方式の「弾性体内装式の発振体」が明示されている。

ところで、「弾性体外装式の発振体」なる弾性体を発振体の外部に設置する構造のスピーカーもこれと別に存在する。それは、特許文献６ 特開２０１１−５０１１１にある従来のスピーカー構造であり、振動を吸収する性質を利用すべく弾性体であるスピーカーのエッジ９は電磁発振体の可動部分の先に接続されている振動版８のその先の、発振体の外に該当するところで直列的にフレーム６（本願で言う本体）に接続されているものである。

このように、弾性体で振動をコントロールする機能を持つ発振体の種類は、内部に弾性体を設置してある「弾性体内装式の発振体」と、発振体の可動部分の先方向の発振体外部に弾性体を設置する「弾性体外装式の発振体」とに分けられ、それらの構造と特徴は基本的に異なるものである。なお、通常の発振体の殆どは「弾性体外装式の発振体」である。

そして、特許文献５の磁歪式振動子の可動部分である可動ヨーク７の外（図で言えば可動ヨーク７の上）に弾性体を設置すれば「弾性体外装式の発振体」になるものだけれど、実際にはそのような実施例は示されていないで弾性体５は磁歪式振動子の内部の磁歪ロッド６に接してに設置してある訳なので、又特許文献５の請求の範囲に「弾性体を内蔵したことを特徴とする」とあるように、この発明の発振体の方式は「弾性体内装式の発振体」と限定されている事が理解できる。

ところで、この特許文献５の発振体を使用する時には可動ヨーク７を適宜物品に接触させ振動を与えて動作させる訳だけれど、その物品に合わせて周波数特性を弾性体で調整しようとしても振動体５は簡単に変更できないので、おのずと使用できる範囲は限られたものとなっている。

＝想定のスピーカーシステム＝

これらの問題を解決するために、図１８上図に示した「先行技術のスピーカーシステム」における発振体（２）の代わりに、特許文献５の「弾性体内装式の発振体」である磁歪式振動子に代えて構成したスピーカーシステムを図１８中図に示した。

これは、弾性体の共振作用を利用した確かに有益なシステムを構築するけれど、発振体に特許文献５をそのまま利用するので、当業者ならば想定可能な「想定のスピーカーシステム」であり、上記の弾性体の調整に関する問題点は解消されるものの、代わりに発振体は弾性体を内装するために構造が複雑になり製作コストが高くなる問題が残ってしまうものである。

これらを踏まえて、特許文献１，２，３，で示した原理図１８上図の「先行技術のスピーカーシステム」における発振体（２）として特許文献５の発明とは異なる「弾性体外装式の発振体」を選択し弾性体の共振作用を利用するシステムを「本願発明のスピーカーシステム」として図１８下図に、又その説明を以下に提示する。

本体（１）に設置された、共振作用を利用する弾性体が内部に構成されていないところの発振体（２）の、その可動部分（３）は振動体（５）に接続されていて、続いてこの振動体（５）は弾性体（６）を直列に介して発振体（２）が設置されたのと同じ本体（１）の異なる場所に支持接続されていて、弾性体（６）の共振を積極的に起こさせてその作用を利用し得ながら、振動体（５）の歪み振動により発声する、特に共鳴箱に設置しなくても正常に動作する骨伝導スピーカー。

基本動作原理は「先行技術のスピーカーシステム」や「支え有りの原理」を応用したもので、これに弾性体の共振作用を利用する事が加わったものである。

なお発振体とは超磁歪素子発振体、或いは電磁発振体などとする。

なお、弾性体とは鋼鉄焼き入れのハガネ板などのバネ材、或いはプラスチックゴムなどを適宜利用する。

又、ここで構成される各部品は適宜固定具などで固定しても良い。この時この固定具に新しい機能を追加する事もやぶさかではない。

静止状態時の振動体（５）には、弾性体（６）やダンパ（電磁発振体の時）などの設置する位置の調整などによりあらかじめ与圧を与えておくことで、振動体（５）を固定しやすくしたり、発音性能を調整したりしても良い。

又、あらかじめ振動体（５）を目的とする形とは少しだけ異なる様に成形しておき、目的とする形にすべく目的とする場所に振動体（５）を設置したら既に振動体（５）自体には予圧が加わっている状態になるように構成して、発音性能を調整しても良い。例えば平板パネル状の振動体を湾曲させて設置したり、或はこの逆にあらかじめ湾曲させて成形した板状の振動体を平板状に設置するなど。

弾性体の形状や材質を変更する事で共振作用を調整し、出力特性を修正する事が出来る。

従来の電磁スピーカーの振動板は、これを効果的に往復振動させるべくより質量の少ない軽くて薄い紙などの材質で構成されているが、本願発明の場合は、振動体の全方向の伸縮運動により音声を再生させるので、これらにこだわる必要がなく、振動体素材としてバルサ材などの木材、プラスチック、アルミ薄膜板などの金属が利用出来る。

従来のスピーカーは振動板の反対側から逆位相の音が発生するが、本願発明のシステムにおける振動版である振動体からは振動体の裏表区別無く振動体全体から全方向へ音声が発生するので従来のスピーカーの様に本体を共鳴箱、密閉箱等に必ずしも設置する必要が無く、振動版全体を外界にむき出しの形態で設置する使い方が出来る。

本願発明は空気中に音声を伝えるスピーカーシステムであるが、これに限らず、基本原理は変更せずに、水中、地中、物質中、へ音や振動を伝えるスピーカーシステム、振動発生システム、として応用が可能であろう。

以下先行技術、あるいは容易に想定できる振動発生システムなど、類似する発明との比較を記述する。

従来の電磁発振体によるスピーカーの原理は振動版の往復運動で音声を発生させるものであるが、本願発明のスピーカーの原理は、振動体の歪み運動で音声を発生させるものである。

特許文献５などから想定された「弾性体内装式の発振体」で構成された図１８の中図に示した「想定のスピーカーシステム」の発振体（２a）は弾性体を内装するために構造が複雑になり製作コストが高くなるであろうし、弾性体を発信体の内部に設置するので発振体自体の大きさも大きくならざろう得ないので、デザイン的に制約が出てくるであろうし、弾性体を内装するための発振体内に十分なスペースの設置場所が確保できるのか？などの課題がある。

この点、本願発明は「弾性体外装式の発振体」で構成した振動発生システムなので、発振体の製作コストを抑えられるし、発振体自体の大きさも特に大きくなる理由もないのでデザイン上の制約も減るし、弾性体を新たに発振体外部に設置するので、それを利用した今までにないデザインの骨伝導スピーカーを提案できる可能性もあるし、弾性体を発振体内に内装するための場所を確保する必要はないので発振体の設計が容易である。

特許文献１
特開２００７−１９６２３
この先行技術は本願と同じ骨伝導の原理を応用したスピーカーであり、本願と同じように従来スピーカーよりもある程度質量も厚みもある材質より成る振動体で構成されている。しかし、振動板１の一端はドライバ２の振動伝達材２１に、もう一端は固定具３１で筐体３に固定されていて、本願の様に弾性体の共振作用を利用する構成にはなっていない。

特許文献２
特開２０１２−４９６５３
この先行技術も本願と同じ骨伝導の原理を応用したスピーカーであり、本願と同じように従来スピーカーよりもある程度質量も厚みもある材質より成る振動体で構成されている。しかし、図３、図４、を見ればわかるように、振動体７１にアクチュエータ２１は固定具２２で接続されていて、アクチュエータ２１の可動部分は、ヘッド４５で直接振動体７１に接続されていて、本願の様に、振動体（５）は弾性体（６）を直列に介して本体（１）に接続されているのとは基本構造が異なる。

特許文献３
特開２００７−１０４６０３
本願発明の様に弾性体の共振を積極的に起こさせてその作用を利用し得ながら動作するものではない。

特許文献４
特開２００１−２５８０９５
これは超磁歪発振体で構成されたもので、適宜物品に接触させて音を出す使い方をするので、本願発明のように外気に音を直接伝達させる機能を持つ振動板は構成されていない。

特許文献５
特開２００７−１０４６０３
これ自体は「弾性体内装式の発振体」であるところの、振動版や振動体を含まない単なる発振体である。なお、本願発明は発振体と振動板を含んで構成したスピーカーのシステムなので、お互いに発明の分野が異なる。

広く見ると、ある振動系に弾性体を直列に挿入して共振作用を利用するのは公知の事である。この原理を、振動板は含まないで構成される発振体という、一つの振動系に応用したのが特許文献５といえる。

そして本願は、ある一つの特定された振動系である「先行技術のスピーカーシステム」に弾性体を設置する発明であり、且つ弾性体の設置場所を特に特定したものである。

又、本願発明では図１８上図の「先行技術のスピーカーシステム」に弾性体の原理を応用したのだけれど、そのやり方の内、特許文献５の応用の仕方を省いたものにした。つまり、本願発明の発振体は特許文献５の発振体を含まない。

特許文献６
特開２０１１−０５０１１１
これは従来のスピーカーであり、本願発明と同じ「弾性体外装式の発振体」で構成されたスピーカー装置１００は、図１に示すように、スピーカーユニット８０と、そのスピーカーユニット８０を収容するキャビネット１２とを備えて構成されている。しかし本願発明のスピーカーにはキャビネットなどの共鳴箱は特に必要ではない。

又、スピーカーエッジ９は環状の形状で弾性体を形成しているのが分かる。これは振動版の往復運動を妨げる事の無いように軽くて薄い材質の形態であり、不要な振動などを吸収する（００３３参照）、と弾性体特有の機能を有する事が記述されているのから分かるように、本願発明の弾性体のように積極的に共振作用を起こさせて利用しているのとは異なっている。

このように、特許文献６の発明と本願発明とでは振動板や弾性体の構成の順が似ているけれど、それぞれの具体的な形態や機能は異なっていて、異なる原理で動作する異なる発明である。

特許文献７
特開２００５−１５９４０９
確かにこの文献によると本願発明と同じように振動版と弾性体とがシステムとして構成されていて発振体も「弾性体外装式の発振体」より成るものではある。

しかし、文献中段落（００２９）に記述があるように、ボイスコイル２１の振動方向と振動板１１の振動方向とが約９０度異なる構造となっているために、せっかくのボイスコイル２１の垂直方向の振動エネルギーが振動版１１の左右方向の往復運動という無駄な慣性エネルギーとして消費されてしまう。すなわち、この引用文献１を最も詳しく知っている引用文献１の当事者は、本願発明の振動版（振動体）の様な、無駄な慣性のエネルギーの消費などは起こりえないように、発振体とバネでしっかり支持接続されている構造に気が付く筈もない。ましてや、この文献を見ただけの人ならなおさら本願発明に思い至る事も無かろう。

特許文献７の図８（００５６）参照
エッジ２６は弾性体と認められるけれど、これは駆動部Ａ及び振動部Ｂをより確実に正しい位置に保持するためのもので、エッジ２６の共振を積極的に起こさせてその作用を利用し得ながら動作するようにはなっていないので、本願発明とは異なる弾性体の使い方をしているので、異なる発明である。

は、実施例１の断面図 は、実施例１の立体図 は、実施例２の断面図 は、実施例２の立体図 は、実施例３の断面図 は、実施例３の立体図 は、実施例４の断面図 は、実施例４の立体図 は、実施例５の立体図 は、実施例６の断面図 は、実施例６の立体図と、この例での弾性体（６）の立体図 は、実施例７の断面図 は、実施例７の立体図 は、実施例８の断面図 は、実施例８の立体図 は、実施例９の立体図 は、請求項２の実施例の立体図 は、動作原理説明図 は、動作原理説明図

本体（１）に固定設置されている発振体（２）への入力信号に応じて可動部分（３）が伸縮する形での振動が発生する。

この振動は、直接あるいは固定具（４）で結合されている振動体（５）へ伝わる。

この時振動体（５）の他端は弾性体（６）を直列に介して、同じく本体（１）の発振体（１）を設置したところと異なる場所に接続固定されているので、発振体（２）と弾性体（６）の間で支えられた振動体（５）は、弾性体（６）との共振作用を得ながら、全方向へ歪み運動する形での振動が発生することになり、音声が再生される。

平面振動体で構成した実施例の断面図を図１に立体図を図２に示した。
各部品を設置する形態によりあらかじめ振動体（５）には与圧が加わった状態で構成して発生音声の調整をすることも良い。

実施例１における発振体（２）の設置の仕方を変更した実施例の断面図を図３に、立体図を図４に示した。

振動体（５）を従来のスピーカー風デザインで構成した実施例の断面図を図５に、立体図を図６に示した。

ヘッドホンに応用した実施例の断面図を図７に、立体図を図８に示した。

横長の振動体（５）に、弾性体（６）には板バネを選択し構成した実施例の立体図を図９に示した。

中が空洞の円柱状の振動体（５）で構成した実施例の断面図を図１０に、立体図を図１１に示した。弾性体（６）は板バネで構成し、固定具（９）で振動体（５）に接続されている。なお、このままの形状で全体の天地を逆にした実施例も可能であろう。又、この例での弾性体（６）の立体図を図１１の下方に示しておいた。

そして、この円柱の直径や太さは適宜目的別に変更しても良いし、固定具（９）や、固定具（４）には空気抜け穴を追加するなど新たな機能を加えることもやぶさかではない。

又、これを原型として、円柱状の中の空洞には空気、或いは目的別に選択した気体、液体、或いは目的別に選択した材質のものを入れても良い。円柱振動体（５）上部に設置してある弾性体（５）であらかじめ円柱振動体（５）に与圧を与えておいても良いし、或いは中の気圧を下げる事で円柱振動体（５）に与圧を与えても良い。又或いは中を空洞にしない円柱棒体で良いかも知れない。

中が空洞（１１）の略球の振動体（５）の実施例の断面図を図１２に、立体図を図１３に示した。弾性体（６）は板バネで構成し、固定具（９）で振動体（５）に接続されている。

中の空洞（１１）には空気、或いは目的別に選択した気体、液体、或いは目的別に選択した材質のものを入れても良い。球振動体上部に設置してある弾性体（６）であらかじめ球振動体に与圧を与えておいても良いし、或いは中の気圧を下げる事で球に与圧を与えても良い。又或いは中を空洞にしなくても良いかも知れない。

実施例６の中が空洞の球状の振動体を半分に割った形にした振動体（５）で構成した実施例の断面図を図１４に、立体図を図１５に示した。

楕円板状の振動体で構成した実施例の立体図を図１６に示した。固定具（１０）で弾性体（６）と本体（１）とを接続している。

平版状の振動体（５）を採用した実施例の立体図を図１７に示した。

１ 本体
２ 発振体
２a 弾性体内装式の発振体
３ 可動部分
３a
可動子
３b
可動アーム
４ 固定具（可動部分と振動体とを接続する固定具）
５ 振動体
６ 弾性体
７ カバー
８ パッド
９ 固定具（振動体と弾性体とを接続する固定具）
１０ 固定具（弾性体と本体とを接続する固定具）
１１ 空洞
１２ 隙間

Claims (1)

1. 
   本体（１）に設置された、共振作用を利用する弾性体が内部に構成されていないところの発振体（２）の、その可動部分（３）は振動体（５）に接続されていて、続いてこの振動体（５）は弾性体（６）を直列に介して発振体（２）が設置されたのと同じ本体（１）の異なる場所に支持接続されていて、焼き入れハガネ板やプラスチックゴムなどの材質より成る弾性体（６）の共振作用を利用し得ながら、振動体（５）の歪み振動により発声する、特に共鳴箱に設置しなくても正常に動作する骨伝導スピーカー、あるいは歪み振動スピーカー。