JP6397489B2 - マイクロホンダイヤフラム用スタビライザ - Google Patents

Description

本願は、２０１３年５月３０日に出願された米国特許仮出願第６１／８２９，０１０号の優先権主張出願であり、当該米国特許仮出願を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。

本願は、一般に、マイクロホン変換器組立体内に設けられるダイヤフラムに関する。特に、本願は、或る特定の条件下での望ましくない運動を制御するための、マイクロホン組立体内のダイヤフラムの安定化に関する。

マイクロホン及び関連変換器には、幾つかの形式、例えば、ダイナミック方式、クリスタル方式、コンデンサ／キャパシタ方式（外部付勢及びエレクトレット方式）等、が存在する。それらは、種々の有極性応答パターン（カーディオイド、スーパーカーディオイド、無指向性等）を備えた状態で設計され得る。マイクロホン変換器は、典型的には、当該ダイヤフラムの運動を生じさせるべく音波が当たる表面を提供する１つ又は２つ以上のダイヤフラムを利用している。かかる運動が、電気音響信号に変換され得る。変換器組立体内におけるダイヤフラムの設計及び具体化（実装）に応じて、周波数応答は変化する。幾つかの設計例では、例えばコンデンサ型マイクロホン変換器では、周波数応答が極めて高い場合がある。これが可能である理由は、コンデンサ型マイクロホン変換器のダイヤフラムを典型的にはダイナミックモデルのダイヤフラムよりも薄く且つ軽量に作ることができるからである。この理由は、ダイナミックモデルとは異なり、ダイヤフラムが変換器の音響空間内でこれに取り付けられるボイスコイルの質量を有していないことにある。しかしながら、特に高周波数高感度用途におけるダイナミック型マイクロホン変換器では、ボイスコイルの質量は、ダイヤフラムの運動に著しく影響を及ぼす。このようにコンプライアンスが極端に高い場合、望ましくない非対称運動又は大幅偏移が或る特定の状況下においてダイヤフラムに及ぼされ得る。特定の状況というのは、例えば、或る特定の励起周波数の構造振動下、あるいは、マイクロホンの偶発的衝突や手荒い扱いにより引き起こされる衝撃の際中、である。

かかる極端に高いコンプライアンス用途では、通常の使用下におけるダイヤフラムの性能を損なうことなく、望ましくない運動をなくす又は最小化するための、変換器内でのダイヤフラムの安定化が要望されている。

一実施形態では、オーディオ機器、例えばマイクロホン変換器又はスピーカドライバ、のダイヤフラムを安定化する際に用いられるスタビライザが提供される。当該スタビライザは、当該スタビライザの外周を規定する環状周辺部と、当該スタビライザの外周内に同心状に設けられた中央部と、中央部から出て環状周辺部まで外方に延びる複数本のストラップ部と、を備える。当該スタビライザは、ダイヤフラムに安定性をもたらすべく、当該スタビライザの中央部のところで当該ダイヤフラムに取り付けられるように構成されている。それは、ボイスコイルの質量中心回りの非対称運動に対する反作用、ダイヤフラムの所望の軸方向運動に垂直な方向の回転に対する反作用、及び、軸方向におけるダイヤフラムの機械的制限のための追加の非線形スティフネス、のうちの１つ又は２つ以上の形態であり得る。それは、思いがけない原因、例えば落下や衝撃等、に起因するダイヤフラムの大幅な偏移を阻止するのを助けることができる。

これらの及び他の実施形態並びに種々の組み合わせ及び種々の観点（特徴）が、以下の詳細な説明及び添付の図面から明らかになると共に完全に理解されるようになろう。なお、添付の図面は、本発明の原理が採用され得る種々の態様を表す例示的な実施形態を記載している。

本明細書において説明される本発明の１つ又は２つ以上の原理の利用により恩恵を受けることができる形式の、例示の実施形態のデュアルダイヤフラム型マイクロホン変換器の縦断面図である。

ダイヤフラムの軸方向励起モードを示す概略モデル図である。 ダイヤフラムの非対称励起モードを示す概略モデル図である。

本明細書において説明される１つ又は２つ以上の特定の観点に従う、ダイヤフラム及びスタビライザの例示の実施形態の組立て斜視図である。

スタビライザ取付箇所、及び、ダイヤフラム／コイル組立体の質量中心に対する結果として生じるモーメントアームＲ、を示す概略モデル図である。

本明細書において説明される１つ又は２つ以上の特定の観点に従う、スタビライザの一実施形態の斜視図である。

以下の明細書の内容は、本発明の原理に従う本発明の１つ又は２つ以上の特定の実施形態を、記載し、説明し、そして例示している。本明細書の内容は、本発明を本明細書において説明する実施形態に限定するために提供されるのではなく、むしろ、当業者が本発明の原理を理解することを可能にして、その理解により当該原理を適用して本明細書において説明する実施形態だけでなくこれら原理に従って想到し得る他の実施形態をも実施することができる、というような態様でかかる原理を説明し教示する。本発明の範囲は、文言上あるいは均等論によって特許請求の範囲の範囲内に含まれ得る全ての実施形態に及ぶことが意図されている。

説明中及び図面中、同一又は実質的に同一の要素は同一の参照符号で示され得る、ということが留意されるべきである。しかしながら、時々、これら要素は、異なる符号で表示され得る。例えば、かかる表示がより明確な説明を容易にする場合である。加うるに、本明細書に添付された図面は、必ずしも縮尺通りに描かれていない。幾つかの場合、比率が、或る特定の特徴をより明確に示すために誇張されている場合がある。かかる表示及び図面に係るプラクティスは、根本をなす実体的な目的を必ずしも暗示するものではない。上述したように、明細書は、当該明細書において教示され当業者に理解されるように、本発明の原理に従って全体として受け取られて解される、ということが意図されている。

技術の背景を説明すると、図１は、本明細書において説明される本発明の原理のうちの１つ又は２つ以上から恩恵を受けることができる形式の、例示形態としてのデュアルダイヤフラム型マイクロホン変換器の断面図である。図１に示されているように、単一カプセルデュアルダイヤフラム型ダイナミックマイクロホン変換器３０が、ハウジング３２と、音波を受け入れるよう当該ハウジング内に支持された変換器組立体４０と、を有している。図１に示されているように、変換器組立体４０は、磁石組立体４１、磁石組立体４１に隣接して設けられた後面４３を有する前側ダイヤフラム４２、及び、前側ダイヤフラム４２の後面４３に対して磁石組立体４１に隣接して反対側に設けられた後面４５を有する後側ダイヤフラム４４、を含む。前側ダイヤフラム４２の前面４６は、音波がこれに当たるように構成されており、後面にはコイル４７が連結されており、コイル４７は、磁石組立体４１の磁界と相互作用できるようになっている。後側ダイヤフラム４４の前面４８もまた、音波がこれに当たるように構成されている。変換器組立体４０は、ハウジング３２内に設けられた少なくとも１つの空気通路５２を経てハウジング３２内に設けられた空洞５０と連通状態にある内部音響ネットワーク空間を規定している。図示の実施形態では、４つの空気通路５２がハウジング３２内に設けられている。

さらに技術の背景として、図示された特定の実施形態の磁石組立体４１は、中央に配置された磁石６１を含み、その磁極は、全体としてハウジング３２の中心鉛直軸線に沿って鉛直に配置されている。環状の底部磁極片６２が、磁石６１から同心状に外方に配置されており、かかる底部磁極片６２は、磁石６１の上側部分の磁極と同一の磁極を有している。当該実施形態では、頂部磁極片６３が底部磁極片に隣接して上方に設けられており、この頂部磁極片６３は、磁石６１の上側部分の磁極と逆の磁極を有している。当該実施形態では、頂部磁極片６３は、２つの小片から成っているが、他の実施形態では、この頂部磁極片は、１つの小片又は多数の小片から成っていても良い。図１から理解できるように、前側ダイヤフラム４２に音波が当たると、コイル４７が磁石組立体４１及びその関連磁場に対して動いて、当該音波に対応する電気信号を発生させる。

図１から明らかであるように、前側ダイヤフラム４２のコンプライアンス及び他の潜在的な要因、例えば製造プロセス変数、と結合された（関連する）コイル４７の質量が、或る特定の条件下において前側ダイヤフラムの望ましくない運動を引き起こす場合がある。例えば、大きな構造的振動が励起されると、前側ダイヤフラム４２及び関連コイル４７は、例えば図２Ｂに示されているような相当大きな非対称運動すなわち「ロッキング（揺れ）」を受けるであろう。これら励振は、過酷な（落下／衝撃）条件下でも使用時の「荒い」取り扱い下でも生じ得る。かかる励振は、マイクロホンハンドルを介して、ないしは、変換器カプセルとの直接接触状態で、伝えられ得る。図２Ｂに示された結果的に生じるダイヤフラムの動きは、小さな振幅ではゼロ信号出力を生じるが、当該ダイヤフラムの動きは、それが図２Ａに示されたダイヤフラム４２の対称（軸方向）の動きと図２Ｂに示されたダイヤフラム４２の非対称の動きとの両方の重ね合わせである場合には、問題となる。

特定の観点（特徴）によれば、マイクロホン変換器又はスピーカのダイヤフラムの安定化は、スタビライザ、例えばダイヤフラム１０２と関連したスタビライザ１００として図３に示された実施形態、の使用によって達成され得る。スタビライザ１００は、中央部１０４及び外側環状部１０６を有し、中央部１０４と外側環状部１０６との間にウェブ状又はアレイ状の個々のストラップ１０８が設けられている。これらストラップは、ダイヤフラム１０２の利点を得るべく側方安定化力をもたらす。図示の実施形態では、３本のストラップが利用されている。しかしながら、任意本数のストラップを利用することができる。好ましくは、素数本のストラップが、非対称運動を阻止するよう対称に分布して配置される。スタビライザ１００は、好ましくはスタビライザ１００の中央部１０４との接触箇所のところでダイヤフラム１０２のドーム状部１１０に取り付けられ得る。図４に示されるように、この取り付け箇所は、質量中心とドーム１１０の頂部の接触箇所との間の軸方向距離（ｚ軸）に等しいモーメントアームＲを生じさせる。このモーメントアームＲは、ドーム１１０の頂部への取り付けによって最大になる。モーメントアームＲを最大にすることにより、システムの質量中心回りの回転の反作用が最大になる。スタビライザはまた、ダイヤフラム１０２の所望の軸方向の動きに垂直な方向における回転を止めるよう働く。さらに、スタビライザ１００は、軸方向においてもダイヤフラム１０２の機械的制約のための非線形スティフネスを生じさせるよう構成され得る。かかる非線形スティフネスは、思いがけない原因、例えば落下や衝撃等、に起因するダイヤフラム１０２の大幅な偏移を阻止するのを助けることができる。スタビライザ１００は、それが緩まないように予備張力をかけた状態でダイヤフラム１０２に取り付けられ得る。これ（緩み）は、側方安定性に悪影響を及ぼすことがあり、オーディオアーチファクト、例えばブーンという音又は他の望ましくないノイズ、を生じさせることもある。しかしながら、この予備張力は、追加の軸方向スティフネスを最小限に抑えるよう、最小限に抑えられるべきである。スタビライザ１００はまた、変換器組立体内のその周囲周りに沿って位置する１つ又は２つ以上の箇所のところで固着され得る。

スタビライザ１００は、好ましくは、薄いポリマーフィルム材料で作られるが、所望の安定化力を与えるための好適な特性を有する他の材料も、当該技術分野において知られている通り利用され得る。スタビライザ１００じゃ、種々の態様で接触箇所のところでダイヤフラム１０２に取り付けられ得て、かかる態様としては、接着（剤）が挙げられるが、これには限定されない。フィルム材料の厚さは、特定の用途のためのる適当な設計及び安定性要件で決まるであろう。

ダイヤフラム１０２に対するスタビライザ１００の理想的な理論上の位置は、ダイヤフラムドーム１１０と同一の平面内である。これにより、理想的な横方向スティフネス（半径方向スティフネス）が提供される。これは、許容誤差の積み重ねや追加の軸方向スティフネスを生じさせる他の部品及び組立体の変数に起因して、必ずしも達成可能であるとは限らないので、横方向スティフネスを妥協策として僅かに損なうことで、かかる許容誤差に起因する高さのばらつきを許容する、ということが知見されている。かかる妥協策は、スタビライザ１００内に形成される或る特定のコンプライアンス特徴部、例えばストラップ１０８の延長を可能にする平面内特徴部（例えば、切れ目、ウェッビング、螺旋パターン等）やスタビライザ１００内にモールド成形される特徴部、により達成できる。横方向スティフネスと任意の追加の軸方向スティフネスとが、これら特徴部により適切に釣り合わされ得る（バランスが取られ得る）。

図５は、ダイヤフラム用の別の実施形態としてのスタビライザ２００を示している。この場合、横方向スティフネスの減少は、各ストラップ２０４に設けられた凹み２０２によって達成されている。この特定の実施形態では、５本のストラップ２０４が設けられているが、設計パラメータに応じて任意の本数を利用することができる。スタビライザ２００の材料は、好ましくは、ＰＥＴフィルムである。かかるＰＥＴフィルムは、多くの場合、マイクロホン変換器で利用される基体としてのダイヤフラム材料に適合する。同一材料の使用に基づき、ダイヤフラムとスタビライザの両方は、成形プロセスにおいて同一の温度履歴を受け、したがって、環境安定性が損なわれることはない。

本明細書における開示から明らかなように、スタビライザ並びに関連システム及び方法は、オーディオ機器、例えばマイクロホン変換器又はスピーカドライバ、のダイヤフラムに安定性をもたらす。本明細書における教示に基づき、スタビライザは、とりわけ、コイルの質量中心回りの非対称運動に対する反作用、ダイヤフラムの所望の軸方向動きに垂直な方向の回転に対する反作用、及び、軸方向におけるダイヤフラムの機械的制限のための追加の非線形スティフネス、のうちの１つ又は２つ以上を提供するように構成され得ると共に設計上のバランスが取られるのが良い。非線形スティフネスは、思いがけない原因、例えば落下や衝撃等、に起因するダイヤフラムの大幅な偏移を阻止するのを助けることができる。

本開示内容は、種々の実施形態を本発明の技術に従ってどのように構成して使用するかについて説明しているが、本発明の真の、意図した、公平な範囲及び精神を限定するものではない。上述の説明は、網羅的ではなく、或いは、開示された形態そのものに限定されることを意図してはいない。上記教示に照らして改造又は変形が可能である。実施形態は、開示された技術の原理及びその実用的な適用の最適実施態様を提供すると共に、当業者が当該技術を種々の実施形態で且つ想定される特定の用途に合わせた種々の改造を伴って利用することができる、というように選択されて説明されている。かかる全ての改造例及び変形例は、本特許出願の係属中に補正される可能性のある添付の特許請求の範囲により定められる実施形態、及び、当該実施形態が公平に慣習法上且つ衡平法上受ける資格のある権利の幅に従って解された場合の当該実施形態の全ての均等例、の範囲内にある。

Claims (15)

1. マイクロフォン変換器のダイヤフラムを安定化する際に用いられるスタビライザであって、
   当該スタビライザの外周である環状周辺部と、
   当該スタビライザの前記外周内に同心状に設けられた中央部と、
   前記中央部から出て前記環状周辺部まで外方に延びる複数本のストラップ部と、
   を備え、
   当該スタビライザは、前記ダイヤフラムの後面を支持することなく、当該スタビライザの前記中央部のところで前記ダイヤフラムの前面のドーム状部の頂部に取り付けられるように構成されており、
   前記前面は、当該前面に音波が当たるように構成されており、
   前記スタビライザは、前記ダイヤフラムの非対称運動を最小化するように構成されている
   ことを特徴とするスタビライザ。
2. 前記ストラップ部の各々内に形成された少なくとも１つのコンプライアンス特徴部
   を更に備えたことを特徴とする請求項１記載のスタビライザ。
3. 前記少なくとも１つのコンプライアンス特徴部は、凹み、切れ目、ウェッビング、又は螺旋パターンのうちの１つ又は２つ以上を有する
   ことを特徴とする請求項２記載のスタビライザ。
4. 当該スタビライザは、ポリマー材料で構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載のスタビライザ。
5. 当該スタビライザは、当該スタビライザの前記環状周辺部のところで前記ダイヤフラムを含む変換器組立体に取り付けられるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載のスタビライザ。
6. マイクロフォン変換器のダイヤフラムを安定化する際に用いられるスタビライザであって、
   当該スタビライザの外周である環状周辺部と、
   当該スタビライザの前記外周内に同心状に設けられた中央部と、
   前記中央部から出て前記環状周辺部まで外方に延びる複数本のストラップ部と、
   を備え、
   当該スタビライザは、前記ダイヤフラムの後面を支持することなく、前記ダイヤフラムの前面のドーム状部の頂部に当該スタビライザの前記中央部で取り付けられるように構成されており、
   前記前面は、前記後面とは反対側であり、
   前記後面は、コイルが連結されており、
   前記スタビライザは、前記ダイヤフラムの非対称運動を最小化するように構成されている
   ことを特徴とするスタビライザ。
7. 前記ストラップ部の各々内に形成された少なくとも１つのコンプライアンス特徴部
   を更に備えたことを特徴とする請求項６記載のスタビライザ。
8. 前記少なくとも１つのコンプライアンス特徴部は、凹み、切れ目、ウェッビング、又は螺旋パターンのうちの１つ又は２つ以上を有する
   ことを特徴とする請求項７記載のスタビライザ。
9. 当該スタビライザは、ポリマー材料で構成されている
   ことを特徴とする請求項６記載のスタビライザ。
10. 当該スタビライザは、当該スタビライザの前記環状周辺部のところで前記ダイヤフラムを含む変換器組立体に取り付けられるように構成されている
    ことを特徴とする請求項６記載のスタビライザ。
11. マイクロフォン変換器用の変換器組立体であって、
    磁石組立体と、
    前記磁石組立体に隣接して設けられたダイヤフラムと、
    前記ダイヤフラムの後面を支持することなく、中央部が前記ダイヤフラムの前面のドーム状部の頂部に取り付けられたスタビライザと、
    を備え、
    前記ダイヤフラムにはコイルが連結されており、当該コイルは前記磁石組立体の磁界と相互作用できるようになっており、
    前記前面は、当該前面に音波が当たるように構成されており、
    前記スタビライザは、前記ダイヤフラムの非対称運動を最小化し、
    前記スタビライザは、
    当該スタビライザの外周である環状周辺部と、
    当該スタビライザの前記外周内に同心状に設けられた前記中央部と、
    前記中央部から出て前記環状周辺部まで外方に延びる複数本のストラップ部と、
    を有する
    ことを特徴とする変換器組立体。
12. 前記スタビライザは、前記ストラップ部の各々内に形成された少なくとも１つのコンプライアンス特徴部を更に有する
    ことを特徴とする請求項１１記載の変換器組立体。
13. 前記少なくとも１つのコンプライアンス特徴部は、凹み、切れ目、ウェッビング、又は螺旋パターンのうちの１つ又は２つ以上を有する
    ことを特徴とする請求項１２記載の変換器組立体。
14. 当該スタビライザは、ポリマー材料で構成されている
    ことを特徴とする請求項１１記載の変換器組立体。
15. 前記コイルは、前記ダイヤフラムの前記後面に連結されている
    ことを特徴とする請求項１１記載の変換器組立体。

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