JP6926341B2 - ハイブリッドスピーカー - Google Patents

Description

本発明は、スピーカーに関し、より詳細には、高域帯のツイーターと、低域帯のウーファーとが同一軸に構成されたハイブリッドスピーカーにおいて、高域帯のツイーター(Tweeter)で発生する高域音と、低域帯のウーファー(Woofer)で発生する低域音とを分離して放出することによって、音質を改善したハイブリッドスピーカーに関する。

一般的に、スピーカーは、電気信号を音波に変換させる原理と方法によって、動電型、電磁気型、静電型、誘電体型、磁気歪型などに区分されるが、最も広く使用される動電型（ｄｙｎａｍｉｃ）は、マグネットの磁場内にあるコイル（ボイスコイル）に音声信号電流を流すと、その電流の強さに応じて機械的な力がコイルに作用して運動を起こすという原理を利用したものである。また、スピーカーは、振動板が空気中に直接配置される輻射型スピーカーと、振動板がホーン（ｈｏｒｎ）内に配置されるホーン型スピーカーとに区分されることもある。

一方、磁性体のアーマチュアの振動により動作するマグネチックスピーカーを、バランスド・アーマチュアスピーカー（Ｂａｌａｎｃｅｄ Ａｒｍａｔｕｒｅ Ｓｐｅａｋｅｒ）と言うが、アーマチュアスピーカーは、金属ケース内部のコイルの上下にあるアーマチュア（ａｒｍａｔｕｒｅ）が、コイルと一緒にあるマグネットによりコイルの間で均衡を成し、どちら側にもくっ付かずに浮いている状態となる。この際、内部コイルに電流が流れることになると、コイルが磁性を呈するようになって、金属材質のアーマチュアが磁性によって振動運動をし、その振動が薄いロッド（Ｒｏｄ）を介してダイアフラム（振動板）に伝達されて、最終的に振動板が振動して音を出すことになる。通常、振動板の材質は、１００％金属板や、金属にプラスチック被膜、プラスチック板など多様な素材を使用する。このようなＢＡスピーカーは、補聴器用に発明されたドライバーであるので、サイズが小さくて、重さも軽い。

電磁気型スピーカーのうちプレート型スピーカーは、別途の２次振動伝達要素が不要であり、振動プレートが直接的に空気を振動させて音波を再現することができるので、供給された電気信号の微細な信号にも非常に忠実に答える高速反応性を有する。このようなプレート型スピーカーとしては、韓国特許登録第１５９６８９４号公報に記載されたバランスドプレート方式の電磁石スピーカーがある。

登録公報に記載された電磁石スピーカーは、上部コイルと、該上部コイルの下方に配置された下部コイルと、上部コイルと下部コイルとの間に配置された振動板と、上部コイルおよび下部コイルの外側に配置された一つ以上のマグネットと、振動板の上面を支持する上部ダンピング部材と、振動板の底面を支持する下部ダンピング部材とで構成される。このような従来の電磁気型スピーカーは、電流の流れが０であるときは、振動板が中性化され、上部および下部マグネットについての上下の磁場のバランシングと、振動板自体の復元力とにより、振動板が中央に位置するのであり、電流の流れが正（＋）である周期にあるときは、上部コイルの内部の磁場の方向と、下部コイルの内部の磁場の方向とが、内側へと向かって相互に対向し、これによって振動板は、Ｎ極化されるので、振動板は、上方へと運動するのであり、電流の流れが負（−）である周期にあるときは、上部コイルの内部の磁場の方向と、下部コイルの内部の磁場の方向が、外側へと向かって相互に対向し、これによって振動板はＳ極化されるので、振動板は下方へと運動する。ところが、このような従来の電磁気型スピーカーは、平面状の一体化した単一の振動板が上部および下部のダンパー部材により支持され、その外側にギャップガイドが設けられるので、振幅空間が必要であることはもちろん、磁気抵抗が増加して効率が減少し、スピーカー自体の厚さが拡大されるという問題点があった。特に、従来の電磁気型スピーカーは、解像度は良いが、大部分の低音と超高音の拡張に制限的性能を示していて、高音と低音にて、より優れた高品質の音響再生のための新しい特性のスピーカーが要求されている。

本発明は、前記のような要求を充足するために提案されたものであって、本発明の目的は、高域帯のツイーターで発生する高域音と、低域帯のウーファーで発生する低域音とを分離して放出することによって、音の損失を減らすことができるハイブリッドスピーカーを提供することにある。

本具現例は、ウーファー部の低音空間で形成された低域音の放出経路と、ツイーター部の高音空間で形成された高域音放出経路とが、互いに重ならずに分離したハイブリッドスピーカーを開示する。

本具現例のハイブリッドスピーカーは、磁気回路上に配置された低音部ボイスコイルに電流が流れると、低音部ダイアフラムが振動することによって低域音を発生するダイナミックスピーカで具現されたウーファー部と、平衡状態の高音部ダイアフラムを基準として上側と下側にマグネットとコイルがそれぞれ配置されており、上側と下側コイルに電流が流れると、各コイルが電磁石になることによって、高音部ダイアフラムを磁化させて高域音を発生するプレート型電磁石スピーカーで具現されたツイーター部と、前記ウーファー部と前記ツイーター部との間に配置されて、ウーファー部の低音空間とツイーター部の高音空間を区分し、かつウーファー部とツイーター部の各コイルに電気的な信号を供給するための基板と、構成部品を同一軸上に収容するための下部フレームと、前記下部フレームと結合されて単一体のスピーカーハウジングを形成し、前記ウーファー部の低域音を放出するための低域音放出口と前記ツイーター部の高域音を放出するための高域音放出口とが分離されており、かつ、同一方向に音を放出するようにする上部フレームとを含む。

前記下部フレームは、ウーファー部のヨークとマグネットを収容するためのフレーム胴体と、低音部ダイアフラムを収容し、上部フレームを支持するためのウーファーカバーとから構成される。

前記上部フレームは、ウーファー部の低音空間で生成された低域音を、スピーカーハウジングの周辺部から放出するための低音放出口が形成された低音ケースと、ツイーター部の高音空間で生成された高域音をスピーカーハウジングの中央から放出するための高音放出口が形成された高音ケースとから構成されて、低音放出口の面積や配置を調節して、高域音の音響チューニングが可能になるものである。

本発明によるスピーカーは、高域帯のツイーター（Ｔｗｅｅｔｅｒ）を高音特性が良好なプレート型電磁石スピーカーで具現し、低域帯のウーファー（Ｗｏｏｆｅｒ）をダイナミック型スピーカーで具現して、電磁石スピーカーとダイナミックスピーカが結合したハイブリッド構造を有し、全体形状が薄型ながらも、低域と高域の全帯域にわたって音響特性を向上させることができる効果がある。

また、本発明によるスピーカーは、高域帯のツイーターと低域帯のウーファーが同一軸上に単一体で具現されると共に、それぞれの音の放出口を別個に有していて、性能を最大化することができ、高域帯ツイーターのフレーム（Ｆｒａｍｅ）を低域帯のウーファーカバー（Ｃｏｖｅｒ）でもって代替することができるので、工程が単純化されて生産性を高めることができる効果がある。

そして、本発明によれば、高域帯のツイーター（Ｔｗｅｅｔｅｒ）と低域帯のウーファー（Ｗｏｏｆｅｒ）のサイズを異ならしめて、全体としてスピーカーをスリム化することができ、低音放出口と高音放出口が分離しているので、低音放出口の面積や配置などを調節して、高域帯の音響を容易にチューニングすることができる利点がある。

本発明によるハイブリッドスピーカーの分解斜視図である。 本発明によるハイブリッドスピーカーの結合斜視図である。 本発明によるハイブリッドスピーカーの側断面図である。 本発明によるハイブリッドスピーカーの平面図である。 本発明によるハイブリッドスピーカーの正面図である。 本発明によるハイブリッドスピーカーにおけるウーファー部サブアッセンブリの斜視図である。 本発明によるハイブリッドスピーカーにおけるツイーター部サブアッセンブリの斜視図である。 本発明によるハイブリッドスピーカーの音響特性図である。

本発明と本発明の実施により達成される技術的課題は、下記で説明する本発明の好ましい実施例によりさらに明確になるだろう。下記の実施例は、ただ本発明を説明するために例示されたものに過ぎず、本発明の範囲を制限するためのものではない。

図１は、本発明によるハイブリッドスピーカーの分解斜視図であり、図２は、本発明によるハイブリッドスピーカーの結合斜視図であり、図３は、本発明によるハイブリッドスピーカーの側断面図であり、図４は、本発明によるハイブリッドスピーカーの平面図であり、図５は、本発明によるハイブリッドスピーカーの正面図である。

本発明によるハイブリッドスピーカー１００は、図１〜図５に示されたように、低音特性が良好なウーファー部１１０と、高音特性が良好なツイーター部１２０と、ウーファー部１１０の低音空間とツイーター部１２０の高音空間とを区分するとともにコイルに電気的な信号を供給するための基板１３０とが、下部フレーム１４０ａと上部フレーム１４０ｂとの間の同一軸上に、一体に結合されている。

ウーファー部１１０は、ヨーク１１１と、低音部マグネット１１２と、プレート１１３と、低音部ボイスコイル１１４と、低音部ダイアフラム１１５とから構成されるダイナミック型スピーカーであり、ツイーター部１２０は、第１高音部コイル１２１と、第１高音部マグネット１２２と、第１ギャップガイド１２３と、高音部ダイアフラム１２４と、第２ギャップガイド１２５と、第２高音部マグネット１２６と、第２高音部コイル１２７とから構成されたプレート型電磁石スピーカーである。

図１〜図３を参照すると、下部フレーム１４０ａは、フレーム胴体１４２とウーファーカバー１４１とから構成されるが、フレーム胴体１４２の中央部分に円筒形の凹部が形成されて、円筒形ヨーク１１１を収容し得るようになっており、中央には、軸柱１４２ａが突出して各構成要素を同一軸に結合し得るようになっている。

ウーファー部１１０は、ヨーク１１１の内側にマグネット１１２とプレート１１３が順に積層されて、ヨーク１１１とプレート１１３との間に空隙を形成しており、ボイスコイル１１４は、低音部ダイアフラム１１５の底面に取り付けられるとともに空隙に配置されている。低音部ダイアフラム１１５は、中央のドーム部と、周辺のエッジ部とから構成されている。

このようなウーファー部１１０は、ボイスコイル１１４に電流が流れると、マグネット１１２とヨーク１１１との間の磁場と相互作用することで、低音部ダイアフラム１１５を振動させるダイナミック型スピーカーとして動作する。

ツイーター部１２０は、中央の高音部ダイアフラム１２４が、上下両側のダンパーの役割をするギャップガイド１２３、１２５により、空間上にフローティングされており、高音部ダイアフラム１２４の下側には、第１コイル１２１と第１マグネット１２２が水平方向に配置されており、高音部ダイアフラム１２４の上側には、第２マグネット１２６と第２コイル１２７が水平方向に配置されている。本発明の実施例においてマグネット１２２、１２６やコイル１２１、１２７は、全てリング型であって、コイル１２１、１２７の外側にマグネット１２２、１２６が配置された構造であり、各マグネット１２２、１２６と振動板１２４との間にギャップガイド１２３，１２５が挟み込まれて、高音部ダイアフラム１２4の振動のための空間を形成している。

このように構成されるツイーター部１２０は、電流が流れないときは、高音部ダイアフラム１２４が中性化され、第１および第２マグネット１２２、１２６の上下の磁場のバランシングと、ダイアフラム自体の復元力により、高音部ダイアフラム１２４が中央に位置するのであり、電流の流れが正（＋）の周期にあるときは、各コイル１２１、１２７の内部磁場の方向が内側に向かって相互に対向するとともに、高音部ダイアフラム１２４は、Ｎ極化されるので、高音部ダイアフラム１２４は、上方へと運動するのであり、電流の流れが負（−）の周期にあるときは、各コイルの内部磁場の方向が外側に向かって相互に対向することによって、高音部ダイアフラム１２４は、Ｓ極化されるので、高音部ダイアフラム１２４は、下方へと運動するのである、プレート型電磁石スピーカーとして動作する。ここで、第１マグネット１２２と第２マグネット１２６の磁極配列の方向によって、磁極化の方向が変わりうる。

基板１３０は、印刷回路基板１３１に電極パッド１３２が形成された構造であって、ウーファー部１１０とツイーター部１２０との間に配置されて、低音空間と高音空間を区分すると共に、ウーファー部１１０のボイスコイル１１４と、ツイーター部１２０の第１コイル１２１および第２コイル１２７に、オーディオ信号電流をそれぞれ供給する。

上部フレーム１４０ｂは、ウーファー部１１０の低音空間で生成された低域音を放出するための低音放出口１４３ａが形成された低音ケース１４３と、ツイーター部１２０の高音空間で生成された高域音を放出するための高音放出口１４４ａが形成された高音ケース１４４とから構成される。本発明の実施例において低音ケース１４３は、円周部に形成されており、高音ケース１４４は、中央の部分から突出している。そして、本発明の実施例において高音放出口１４４ａは、高音ケース１４４の中央部分に１個形成されており、低音放出口１４３ａは、低音ケース１４３の周りの部分に多数個形成されている。このように本発明では、低音放出口１４３ａと高音放出口１４４ａとが分離しているので、低音放出口の面積や配置などを調節して、高域帯の音響チューニングが可能であるという利点がある。

また、本発明の実施例では、高音放出口と低音放出口との面積比は、高音放出口の面積を基準として低音放出口の面積が５０％〜１００％であり、高音放出口の中心と低音放出口中心との間の距離Ｄは、スピーカー幅をＷ、スピーカーの厚さをＴとするとき、およそ、Ｄ＝４．５Ｗ／Ｔである。

図６は、本発明によるハイブリッドスピーカーのウーファーサブアッセンブリの斜視図であり、図７は、本発明によるハイブリッドスピーカーのツイーターサブアッセンブリの斜視図であり、図８は、本発明によるハイブリッドスピーカーの音響特性図である。

本発明によるハイブリッドスピーカーの基板１３０に外部からオーディオ信号が印加されると、ウーファー部のボイスコイル１１４にオーディオ電流が流れることになる。ウーファー部１１０の、マグネット１１２及びプレート１1３とヨーク１１１とから構成される磁気回路における空隙に配置されたボイスコイル１１４に電流が流れると、電流の方向によって磁場が形成されて、磁気回路と相互作用しつつ、低音部ダイアフラム１１５が上下へと振動することになり、低音部ダイアフラム１１５の振動によって発生したウーファー部の低音は、上部フレームの低音放出口１４３ａを通じて外部に放出される。

一方、ハイブリッドスピーカーの基板１３０に外部からオーディオ信号が印加されると、ツイーター部の第１コイル１２１と第２コイル１２７にも電流が流れることになって、第１コイル１２１と第２コイル１２７は、電磁石として作動することにより、第１マグネット１２２および第２マグネット１２６と相互作用しつつ、高音部ダイアフラム１２４を磁化させることになる。そして、高音部ダイアフラム１２４の磁化の方向によってダイアフラム１２４は上下に振動することによって、ツイーター部の高音を発生させ、ツイーターの高音は、高音放出口１４４ａを通じて外部に放出される。

このように本発明によるハイブリッドスピーカー１００は、図６に示されたウーファーアッセンブリと、図７に示されたツイーターサブアッセンブリとが、同一軸上に上下に配置された構造であるが、ウーファー部１１０で発生した低音が低音放出口１４３ａを通じて放出され、ツイーター部１２０で発生した高音が高音放出口１４４ａを通じて放出されることによって、高音の損失を減らすことができるので、音質が改善される効果がある。

このように改善された本発明の音響特性は、図８に示されたグラフのように、従来の放出口が１個である構造に比べて、音響特性が大きく改善されたことが知られる。

図８を参照すると、図示されたグラフにおいてＧ２は、従来の音響特性グラフであり、Ｇ１は、本発明による音響特性グラフであるが、両グラフを比較すると、本発明のスピーカーは、低音と高音で音響特性が改善されたことを確認することができる。

以上、本発明は、図面に示された一実施例を参考として説明されたが、本技術分野における通常の知識を有する者なら、これから多様な変形および均等な他の実施例が可能であるという点を理解するだろう。

Claims (2)

1. 磁気回路上に配置された低音部ボイスコイルに電流が流れると、低音部ダイアフラムが振動することによって、低域音を発生するダイナミックスピーカで具現されたウーファー部と；
   平衡状態の高音部ダイアフラムを基準として、上側と下側に、マグネットとコイルがそれぞれ配置されており、上側と下側のコイルに電流が流れると、各コイルが電磁石になることによって、高音部ダイアフラムを磁化させて高域音を発生するプレート型電磁石スピーカーとして具現されたツイーター部と；
   前記ウーファー部と前記ツイーター部との間に配置されて、ウーファー部の低音空間と、ツイーター部の高音空間とを区分するとともに、ウーファー部とツイーター部の各コイルに電気的な信号を供給するための基板と；
   構成部品を同一軸上に収容するための下部フレームと；
   前記下部フレームと結合されて、単一体のスピーカーハウジングを形成し、前記ウーファー部の低域音を放出するための低域音放出口と、前記ツイーター部の高域音を放出するための高域音放出口とが、分離されるとともに同一方向に音を放出するようにする上部フレームと；を含み、
   ウーファー部の低音空間にて形成された低域音の放出経路と、ツイーター部の高音空間にて形成された高域音放出経路とが、互いに重ならずに分離されており、
   前記上部フレームは、
   ウーファー部の低音空間で生成された低域音を、スピーカーハウジングの周辺部から放出するための低音放出口が形成された低音ケースと、
   ツイーター部の高音空間で生成された高域音を、スピーカーハウジングの中央から放出するための高音放出口が形成された高音ケースとから構成されて、
   低音放出口の面積や配置を調節して、高域音の音響チューニングが可能であることを特徴とするハイブリッドスピーカー。
2. 前記下部フレームは、
   ウーファー部のヨークとマグネットを収容するためのフレーム胴体と、低音部ダイアフラムを収容し、上部フレームを支持するためのウーファーカバーとから構成されたことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドスピーカー。

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