JP7191348B2 - スピーカーユニット及びスピーカー装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電動スピーカー技術分野に関し、特に、スピーカーユニット及びスピーカー装置に関する。
オーディオ機器の重要な構成要素として、スピーカーユニットの品質はオーディオ機器の音質に直接影響する。これまでのところ、伝統的なスピーカーユニット(特に、ミッドウーファースピーカーユニット)の各部材の形状と構造は、いずれも円形構造である。たとえば、ほとんどのダイアフラムは円錐形のダイアフラムであり、円錐形のダイアフラムの有効な面積は小さく、音響エネルギー変換効率は低くなっている。同時に、円形ダイアフラムが移動すると、半径方向および軸方向のセグメンテーション振動が発生し、さらに多数の干渉高調波が生成されて高調波歪みが形成される。また、既存のスピーカーの多くは単一のエンジンで駆動され、外部磁気構造を採用しているため、ボイスコイルは移動中に非線形にずれやすく、高調波歪みや位相歪みなどのさまざまな歪みの問題が発生する。また、既存のスピーカーは放熱効果が低く、ボイスコイルの脱ガム、短絡、破壊、又はダイヤフラムやセンタリングブレース等の変形を引き起こして、スピーカーの性能に影響を与える可能性がある。
さらに、図1に示すように、伝統的なプロ仕様のラインアレイによって形成される線形音源は、通常、円錐形スピーカーによって生成されるか、少なくとも低音は円錐形スピーカーによって生成される。この線形音源は、円柱波で形成された純粋なラインアレイではなく、球面波を含む折衷的なラインアレイである。アレイラインlの両側の球面波の境界曲線lは、指数関数的に徐々に変化している。複数のスピーカー間で放射される球面波の隣接する波面の交差領域Sは、四つの方向に指数関数的に徐々に変化している。複数の波面アレイの後、交差領域を弱めることはできない。つまり、複数の球面波を整然と結合することができないため、混沌とした音場を形成しやすく、干渉を引き起こし、効果的な音の範囲に影響を及ぼす。
本発明の目的は、上記の欠陥および欠点のうちの少なくとも1つを解決することであり、その目的は、以下の技術的解決案を通じて達成される。
本発明は、スピーカーユニットの本体は、長方形の鉢状の構造であり、サスペンションシステム、環状磁気ギャップを有する磁気回路システム、及び前記サスペンションシステムと前記磁気回路システムを接続する鉢枠とを備え、前記鉢枠は、前記サスペンションシステムと前記磁気回路システムを収納し、前記磁気回路システムは、前記鉢枠内に固定され、前記サスペンションシステムは、ダイヤフラム及び前記ダイヤフラムの底部と接続する少なくとも1つのボイスコイルを含み、前記磁気回路システムは、前記ボイスコイルに一致する少なくとも1つの磁気回路アセンブリを含み、前記ボイスコイルの1端は、ボイスコイル骨格と前記ダイヤフラムにより接続され、前記ボイスコイルの他端は、前記磁気回路アセンブリにより形成された前記環状磁気ギャップ内にサスペンションされ、前記ボイスコイルは、前記ダイヤフラムを押して振動させて音を発生させるように、前記環状磁気ギャップ内に軸方向に沿ってピストン式のような往復振動を行うことができるスピーカーユニットを提供する。
更には、前記サスペンションシステムは、センタリングサポートピースと折りたたみリングをさらに含み、前記ダイヤフラムは、内から外へに順次接続されたダイヤフラム底部、膜体、及びダイヤフラムの縁を含み、前記ダイヤフラム底部は、前記ボイスコイル骨格の外部に嵌設された前記センタリングサポートピースにより前記鉢枠に固定され、前記ダイヤフラムの縁は、前記折りたたみリングにより前記鉢枠の縁と接続され、前記ダイヤフラム底部と前記ダイヤフラムの縁の間は、前記膜体により接続され、前記膜体構造は、複数の不規則なで構成された立体アレイ構造であり、前記立体アレイ構造は、前記膜体の表面を覆い、隣接する前記不規則な面体によりエッジと互いに接続される。
更には、前記ダイヤフラムは、前記ダイヤフラム底部に設置されたダイヤフラムシャーシをさらに含み、前記ダイヤフラムシャーシは、前記ダイヤフラム底部の裏面に接着され、前記ダイヤフラムは、前記ダイヤフラムシャーシにより前記鉢枠に固定して接続され、前記ダイヤフラムシャーシには、前記ボイスコイル骨格に接続されたボイスコイル接続部が設けられる。
更には、前記ボイスコイルは、前記ボイスコイル骨格の1端の外周に巻かれ、前記ボイスコイル骨格の他端は、前記ボイスコイル接続部により前記ダイヤフラムシャーシと接続される。
更には、前記不規則な面体は、三角形面体であり、複数の前記三角形面体の形状及び寸法は、完全に同じではない。
更には、前記磁気回路アセンブリは、磁気ボウル、磁石、磁気導電プレートを含み、前記磁気ボウルは、前記鉢枠の底部に取り付けられ、前記磁石と前記磁気導電プレートは、前記磁気ボウルに位置し、前記磁石の1端は、前記磁気ボウルの底部にに貼り付けられ、前記磁石の他端は、前記磁気導電プレートに貼り付けられ、前記磁気ボウルと前記磁石及び磁気導電プレートの間には、前記環状磁気ギャップが形成され、前記ボイスコイルは、前記環状磁気ギャップ内に位置する。
更には、複数の前記ボイスコイル及び複数の前記磁気回路アセンブリが設けられ、前記ボイスコイル及び前記磁気回路アセンブリの断面の形状は、いずれも長方形であり、前記環状磁気ギャップは、長方形環状の磁気ギャップである。
更には、複数の前記ボイスコイルの間は、回路により互いに接続され、前記回路は、直列回路、並列回路又は直並列集積回路を含む。
更には、前記ダイヤフラムの底部には、前記ボイスコイルへ電流を供給する回路基板が設けられ、複数の前記ボイスコイルは、それぞれリード線により前記回路基板と接続される。
更には、前記ボイスコイルは、ストリップ状のモノリシック体で巻くことによって形成され、前記モノリシック体は、印刷された可撓性回路基板又は片面絶縁の金属箔テープを含む。
更には、前記ボイスコイル骨格は、耐高温材料であり、前記耐高温材料は、耐高温射出成形材料や軽量セラミック材料を含み、前記ボイスコイル骨格は、一体構造である。
更には、前記センタリングサポートピースは、長方形環状の構造であり、前記センタリングサポートピースは、ベース層、可撓性の外環、剛性の内環を含み、前記外環は、前記鉢枠に近い前記ベース層の1側に設置され、前記内環は、前記ボイスコイルに近い前記ベース層の1側に設置され、前記ベース層、外環、内環は、オーバープレスにより一体に成形される。
更には、前記折りたたみリングは、長方形環状の構造であり、前記折りたたみリングの断面形状は、波形であり、前記波形は、少なくとも1つの波の山と少なくとも1つの波の谷を含み、異なる前記波の山と前記波の谷の形状は、完全に同じではなく、前記折りたたみリング上には、複数の前記折りたたみリングを補強する補強リブが設けられ、隣接する前記補強リブの間は、一定の距離をおく。
更には、前記鉢枠は、一体構造であり、前記鉢枠の縁は、円弧遷移を用い、前記鉢枠の側面には、漸進的な支持機構が設けられ、前記鉢枠の底部には、換気機構が設けられる。
本発明は、少なくとも1つの上記のスピーカーユニットを含むスピーカー装置をさらに提供する。
更には、複数の前記スピーカー装置により線形のアレイキャビネットシステムが形成される。
本発明の利点は、以下のようになる。
(1)本発明は、スピーカーユニットは、スピーカーの構造を最適化する長方形丸角構造に設置され、スピーカーのエッジおよびコーナーは、滑らかな曲線または曲面遷移を用い、美しく実用である。
(2)本発明は、長方形の鉢状の構造のダイアフラムを用い、膜体を不規則な三角形の面からなる立体幾何学的構造として構築し、これはダイアフラムの剛性弾性率および自己減衰を増加させるだけでなく、乱気流も増加させ、可聴周波数変換が改善される。さらに、長方形鉢状の構造のダイヤフラムは、機械的な歪み損失とグループ遅延を減らすだけでなく、セグメンテーション振動、非線形運動、サウンドフォーカシング、およびフロントルーム効果も減らす。
本発明のスピーカーユニットは、複数のエンジンにより協調協働してダイヤフラムを駆動して振動させるので、スピーカーの動きはより線形動きになり、それによって非線形歪みが減少し、動きがよりバランスが取れて安定する。インピーダンスREと誘導性リアクタンスLVCは、自由に接続されたさまざまなボイスコイル回路を介して制御でき、QES、QMS、QTS、を合理的に制御できる。これにより、消費電力を効果的に削減し、スピーカー効率を向上させ、共振周波数fをさらに削減できる。複数のエンジンアセンブリが連携して互いに制限し、さまざまな歪みを減らし、スピーカーの音響性能を向上させる。また、スピーカーユニットの口径などの寸法範囲を拡大し、スピーカーの適用範囲を拡大した。
(4)本発明は、ボイスコイルおよびボイスコイル骨格の構造を変化させることによりピストン運動の非線形性を低減し、スピーカーの音響性能を向上させ、ボイスコイルの放熱効果を向上させる。同時に、磁気回路の排水と換気によって熱を放散し、スピーカーの鉢枠に対して放熱設計をすることにより、空気循環を強化し、十分な放熱を実現する。
(5)本発明の鉢枠は、支持時の剛性要件および取付寸法要件を満たしながら、製品の品質およびコストを低減することができる。また、鉢枠の様々な共振を効果的に低減し、スピーカーの音質を向上させることができる。
(6)本発明は、様々な材料をオーバープレスすることにより形成されたセンタリングサポートピースを用いて、センタリングサポートピースの内環の高い半径方向剛性および外環の高い軸方向コンプライアンスを効果的に向上することができる。そのため、ボイスコイルは非線形ズレを減らし、サスペンションシステムの復元力を高め、大幅に振動しやすく、サスペンションシステムの運動エネルギーを高めて高い軸方向コンプライアンスを実現できる。また、共振周波数を効果的に低減し、スピーカーの音質を向上させることができる。
(7)本発明は、高調波共振を低減しながら、折り畳みリングの半径方向剛性を効果的に向上することができ、同時に、高調波共振が減少し、それによって折りたたみリングの補助ダイアフラム効果がさらに減少し、スピーカーの音質が向上する。また、折りたたみリングには、補強リブが設けられ、ラジアル剛性を強化し、折りたたみリングの靭性、耐疲労性、耐用年数を増加させ、そして、共振と高調波を効果的に抑制できる。
以下の好ましい実施形態の詳細な説明を読むことにより、他の様々な利点およびメリトが当業者に明らかになる。図面は、好ましい実施形態を説明する目的でのみ使用され、本発明を限定するとは見なされない。また、図面全体で、同じ図面符号を使用して同じ部材を示している。
は、球面波スピーカーからなる線アレイシステムの概念図である。 は、本発明の実施例により提供されたスピーカーユニットの立体構造の分解概念図である。 は、本発明の実施例により提供されたスピーカーユニットの立体構造概念図である。 は、本発明の実施例により提供されたスピーカーユニットの側面図である。 は、本発明の実施例により提供されたスピーカーユニットの平面図である。 は、本発明の実施例により提供されたスピーカーユニットの底面図である。 は、本発明の実施例により提供されたスピーカーユニットのダイヤフラム振動時の音波の拡散概念図である。 は、本発明の実施例により提供されたスピーカーユニットのダイヤフラムとボイスコイルの取付概念図である。 は、本発明の実施例により提供されたスピーカーユニットのエンジンシステムの構造概念図である。 は、本発明の実施例により提供されたスピーカーユニットのエンジンシステムの作動概念図である。 は、本発明の実施例により提供されたスピーカーユニットのボイスコイルの回路接続概念図である。 は、本発明の実施例により提供されたスピーカーユニットのセンタリングサポートピースの構造概念図である。 は、本発明の実施例により提供されたスピーカーユニットの折りたたみリングの部分的な構造概念図である。 は、本発明の実施例により提供されたスピーカーユニットの折りたたみリングの断面構造概念図である。 は、本発明の実施例により提供された円柱波スピーカーからなる線形のアレイシステム概念図である。
以下、本開示の例示的な実施形態を添付の図面を参照してより詳細に説明する。図面は本開示の例示的な実施形態を示しているが、本開示は様々な形態で実施することができ、本明細書に記載の実施形態によって限定されるべきではないことを理解されたい。それどころか、これらの実施形態は、本開示のより完全な理解を可能にし、本開示の範囲を当業者に完全に伝えるために提供される。
図2から図6は、本発明の実施方式により提供されたスピーカーユニットの構造概念図を示している。図2から図6に示されたように、本発明により提供されたスピーカーユニット100の本体構造は、長方形の鉢状の構造であり、サスペンションシステム、長方形環状の磁気ギャップを有する磁気回路システム、前記サスペンションシステムと前記磁気回路システムを接続する鉢枠10とを備え、鉢枠10は、サスペンションシステムと磁気回路システムを収納し、磁気回路システムは、鉢枠10内に固定され、サスペンションシステムは、ダイヤフラム20、センタリングサポートピース50、折りたたみリング60、ダイヤフラム20を駆動する少なくとも1つのボイスコイル31を含み、磁気回路システムは、ボイスコイル31と協働する少なくとも1つの磁気回路アセンブリ40を含み、磁気回路アセンブリ40は、ボイスコイル31の運動へ磁場を提供し、ボイスコイル31の1端は、ボイスコイル骨格32によりダイヤフラム20の底部に固定して接続され、ボイスコイル31の他端は、磁気回路アセンブリ40により形成された磁気ギャップ44内にサスペンションされ、電流を投入した後、ボイスコイル31は、ダイヤフラム20を押して振動させて空気を押して音波を発生させるように、磁気ギャップ44内軸方向に沿ってピストン式のような往復振動を行うことができる。
ダイヤフラム20は、一体構造であり、内から外へに順次に接続されたダイヤフラム底部21、膜体22、ダイヤフラムの縁23を含み、ダイヤフラム底部21は、ボイスコイル骨格32の外部に嵌設されたセンタリングサポートピース50により鉢枠10に固定され、ダイヤフラムの縁23は、折りたたみリング60により鉢枠10の縁に固定して接続され、ダイヤフラム底部21とダイヤフラムの縁23の間は、膜体22により接続され、膜体22の構造は、複数の不規則なで構成された立体アレイ構造であり、立体アレイ構造は、膜体22の表面(正面と裏面を含み)を覆い、隣接する不規則な面体は、それのエッジにより互いに接続される。本実施例では、不規則な面体は、三角形面体であり、複数の三角形面体の形状及び寸法は、完全に同じではない。不規則なで構成された立体アレイ構造の安定性により、ダイヤフラム20の安定支持を保証でき、ダイヤフラム20の剛性弾性率を向上させ、ダイヤフラム20の機械的な歪み損失及びセグメンテーション振動を減少させる。
具体的には、三角形面体221を例にして、三角形面体221の辺及び隣接する三角形により共有されるエッジは、ダイヤフラム20の骨格を構成し、その剛性弾性率は大きく、安定支持の作用を奏することができる。同時に、三角形の幾何学的物体の自身は、安定構造を有する。また、各三角形の幾何学的物体は、異なる平面にあり、セグメンテーション振動を発生しやすい平面がなく、ダイヤフラム20にセグメンテーション振動を発生しにくく、さらに高調波歪みを減少させる。異なる三角形面体221の構造は異なり、そして、異なる三角形面体が膜体22の表面に互い違いに分布しているので、線と面の間は、互いに制限し、セグメンテーション振動を発生できない。
図7は、本発明の実施方式により提供されたダイヤフラムの音波放射概念図を示しており、図では、実線矢印Lは、スピーカーダイヤフラム20の軸心線方向を示しており、破線矢印Lは、面体に垂直な音波放射方向を示しており、スピーカーダイヤフラム20全体の長方形鉢状の構造により、スピーカーダイヤフラム20の軸心線Lから周囲までの距離が等しくなく、集合領域を形成できず、同時に、同じ平面にない複数の三角形面体221により、三角形面体221に垂直な音波放射方向Lは、同じではんく、拡散を増加でき、フロントルーム効果を減少でき、さらに位相歪みを減少できる。
また、式V=S×XMaxに従って、その中、Vは、空気排気量であり、Sは、ダイヤフラム20の拡張面積であり、XMaxは、ボイスコイルが磁気ギャップでの最大線形変位である。膜体22は、立体状のアレイ構造であり、ダイヤフラム20の拡張面積が増加しており、ダイヤフラム20が擾乱する空気粒子である空気排気量は、ランダムに増大しており、さらに変換された音響エネルギーが多くなり、可聴周波数の変換率が向上している。
ダイヤフラム底部21の正面の中心には、防塵キャップ70が設けられ、防塵キャップ70は、ダイヤフラム20の中心に貼り付けられ、ダストが磁気ギャップ44に入って可聴周波数性能に影響することを防止する。同時に、防塵キャップ70は、積極的な拡散作用を奏することもでき、音波を含む空気粒子の衝突を減少させ、衝突発生による位相歪みと高調波歪みを低下させる。
具体的な実施では、ダイヤフラム20に用いる材料は、主にパルプであり、一定の割合の炭素繊維と羊毛を添加して、パルプを改質して、その耐用年数、耐疲労能力、自己減衰を増強させる。
図8に示されたように、スピーカーダイヤフラム20の底部は、平面構造であるので、三角形の剛性支持がなく、ダイヤフラム20と鉢枠10を取付する時、それを変形させにくくなるために、ダイヤフラム底部21に一つのダイヤフラムシャーシ24が設けられ、このダイヤフラムシャーシ24は、一定の剛性を有する。ダイヤフラムシャーシ24には、ボイスコイル骨格32と接続されする取付インターフェースが設けられ、ダイヤフラム20、ボイスコイル骨格32は、ダイヤフラムシャーシ24により迅速に位置決められ、センタリングサポートピース50を介して鉢枠10の底部に取付され、ダイヤフラム20、ボイスコイル骨格32、センタリングサポートピース50の取付難易度を低下させ、さらに全体のスピーカーの取付工数と製造コストを低下させる。ダイヤフラムシャーシ24の中心には、ボイスコイル31と接続されする回路基板241がさらに設けられ、これによりボイスコイル31へ外部電流を供給する。
ボイスコイル31と磁気回路アセンブリ40は、スピーカーユニット100のエンジンシステムを構成し、ダイヤフラム20の振動へ動力を提供することができ、ボイスコイル31と磁気回路アセンブリ40の数は、スピーカーユニット100の口径寸法により設置でき、シングルエンジンシステムを用いてもよく、マルチエンジンシステムをもちいてもよい。シングルエンジンシステムは、1つのボイスコイル31と1つの磁気回路アセンブリ40からなるシングルエンジンアセンブリが配置され、マルチエンジンシステムは、複数のボイスコイル31と複数の磁気回路アセンブリ40からなる複数のシングルエンジンアセンブリの組合せアレイモードが配置される。複数のボイスコイル31と磁気回路アセンブリ40は、協働してマルチエンジンシステムを形成し、ともに同じダイヤフラム20を押して振動させる。本実施例では、スピーカーユニット100には、四つのボイスコイル31と四つの磁気回路アセンブリ40が設けられ、異なるボイスコイル31の間は、回路により接続される。
長方形鉢枠10とダイヤフラム20の形状を一致させるために、磁気回路システムの磁気ギャップ44が長方形の環状の構造であることを保証するために、ボイスコイル31と磁気回路アセンブリ40の断面形状は、いずれも長方形に設置され、長方形は、長方形又は正方形を含み、長方形の周囲は、円弧遷移を用いる。円弧遷移を用いることにより、ボイスコイル31が磁気ギャップでの衝突を減少でき、ボイスコイル31の損傷を減少できる。
図9に示されたように、シングルエンジンシステムを例とし、ボイスコイル31と磁気回路アセンブリ40の構造を詳細に説明する。好適な実施では、ボイスコイル31は、印刷された可撓性回路基板(FPC)又は片面絶縁の金属箔テープにより巻かれてなる。具体的には、印刷された可撓性回路基板(FPC)又は金属箔テープは、いずれもストリップ状のモノリシック体構造である。ストリップ状シート本体は、長方形筒状のボイスコイル骨格32に巻かれて長方形環状のボイスコイル31を形成し、ボイスコイル31は、ボイスコイル骨格32によりダイヤフラム20の底部と接続される。印刷された可撓性回路基板(FPC)を用いる時、可撓性回路基板は、導電層と絶縁層を含み、巻かれる時、絶縁層の1側がボイスコイル骨格32に密着する。具体的な実施では、可撓性回路基板には、複数の縦向の導電層(本実施方式では五つが設けられる)が設けることができ、複数の導電層は、絶縁層に付着し、ボイスコイル骨格32の外周に密に配列されて巻かれて、長方形環状のボイスコイル31を形成する。金属箔テープを用いる時、金属箔テープ絶縁の1面が、ボイスコイル骨格32に密着する。ボイスコイル31が厚さの薄いストリップ状シート本体で巻くことによって形成されるので、放熱面積が大きく、ボイスコイル31の放熱効果を大幅に向上させ、ボイスコイル31の破壊を減少させる。また、厚さの薄いストリップ状のシート本体は、ボイスコイル骨格32に複数回巻き付けることができ、ボイスコイルの長さを増加させ、式F=BLIによりわかるように、ボイスコイル31のアンペア力(駆動力)が増加しており、音の変換効率を向上でき、その中、Bは、ボイスコイル内部での平均磁束密度であり、Lは、ボイスコイルの長さであり、Iは、電流である。巻き成形後のボイスコイル31の厚さ(ストリップ状シート本体が巻かれて積層される厚さ)は、0.6mm~1.2mmである。
ボイスコイル31には、リード線が設けられ、リード線の1端は、ボイスコイル31に固定して接続され、リード線の他端は、自由端であり、ダイヤフラムシャーシ24に設置された回路基板241と接続し、外部電流を投入する。リード線は、ボイスコイル31の信号投入端として、一般に金属導体を用い、リード線がボイスコイル31の1端の端面で引き出され、ボイスコイル31が振動する時の散線、断線現象を減少でき、リード線の耐用年数を向上させ、ボイスコイル品質が保証される。
ボイスコイル骨格32は、耐高温材料を用い一体的に加工および成形され、例えば、耐高温の射出成形材料や窒化ケイ素(Si)、炭化ケイ素(SiC)等の軽量セラミック材料を用いることができ、上記のこれらの材料質量が軽く、剛性がよく、放熱効果がよく、ボイスコイル11の正確な位置決めを実現でき、取付誤差率を低下させる。ボイスコイル数が多いほど、その正確な位置決めの要求も複雑になり、精度要求も厳しくなる。複数のボイスコイル31がダイヤフラム底部20での配列方式及び位置レイアウトを確定すると、エンジンシステムが鉢枠10底部でのマッピング(投影)位置も確定され、スピーカーユニット100の正確な取付を実現する。ボイスコイル31の正確な位置決めは、磁力の不均一な分布を減少でき、磁気回路を衝突することによるボイスコイル31の損傷を減少し、ボイスコイル31の非線形運動を減少する。また、ボイスコイル骨格32の側壁には、複数のアレイ分布の放熱穴321が設けられ、ボイスコイル31による熱をすぐに放散させ、同時に、ボイスコイル骨格32の質量を低下することもできる。
磁気回路アセンブリ40は、磁気ボウル41、磁石42、磁気導電プレート43を含み、磁気ボウル41は、鉢枠10の底部に取り付けられ、磁石42と磁気導電プレート43は、磁気ボウル41に設置され、磁気導電プレート43は、磁石42の1端の端面に固定され、磁気ボウル41と磁気導電プレート43の間に磁気ギャップ44を形成し、ボイスコイル31は、磁気ギャップ44内にサスペンションされる。ボイスコイル31による熱をすぐに放散させることを保証するために、磁気ボウル41の底部には、複数の放熱穴が設けられる。
具体的には、図10に示されたように、磁気回路アセンブリ40は、内部磁気型の構造であり、外部磁気型の構造と比較して、内部磁気型構造の体積が小さく、占有スペースが小さく、磁気漏れを減少できる。磁石42の1端は、磁気ボウル41の底部に貼り付けられ、磁石42の他端は、磁気導電プレート43に貼り付けられ、磁気ボウル41と磁石42及び磁気導電プレート43の間に環状磁気ギャップ44を形成し、ボイスコイル11は、磁気ギャップ44に懸架され、電流を投入する時、ボイスコイル31は、磁気ギャップ44で磁石42及び磁気導電プレート43の軸方向に沿って往復振動(図では、両方向の矢印方向はボイスコイル11の振動方向である)し、ボイスコイル11が磁気ギャップ44での最大線形変位は、XMaxである。XMaxは、ボイスコイル高さから磁気ギャップ高さを引いてから2で割った値に等しくなり、移動可能な部分が1つの方向での運動範囲を表し、この範囲に近づくか超えると、非線形運動を引き起こしてさらに高調波歪みが発生する。
磁石42は、ネオジム鉄ホウ素強磁を用い、強い磁場を提供でき、ボイスコイル11の運動へ大きい動力を提供する。また、磁石42は、その他の永久磁石材料を用いることもできる。磁気回路システムでは、磁気ギャップ44の軸方向の高さ範囲は、4~8mmであり、磁気ギャップ44の半径方向幅は、2~3mmである。
磁気回路アセンブリ40を長方形の構造に設置することにより、磁石42が垂直方向での寸法を増大させることができ、磁気回路システムへより強い磁場を提供でき、同時に、ボイスコイル31が磁気ギャップでの最大線形変位XMaxを増加させることもでき、式V=S×XMaxに従って、ダイヤフラム20が擾乱する空気粒子を増加することができ、可聴周波数の変換を増加することができる。また、長方形構造の磁気回路アセンブリ40の四隅は、丸角であり、ボイスコイル31が磁気回路での剛性衝突を回避できる。具体的な実施では、ボイスコイル31と磁気回路アセンブリ40の断面の形状は、円形や楕円形等のその他の形状であってもよく、本発明は、具体的に限定されない。
シングルエンジンシステムを用いる時、振動の均一性を保証するために、ボイスコイル31の取付位置をダイヤフラム20の中心に設置する。マルチエンジンシステムを用いる時、複数のボイスコイル31をダイヤフラム20の底部に均一なアレイで配置される。本実施例では、4エンジンシステムを用い、四つのボイスコイル31を上下左右に配列してダイヤフラム20の底部に配置される。シングルエンジンスピーカーと比較して、マルチエンジンシステムを用い、単一のエンジンアセンブリの寸法を小さく設計することができ、異なる口径寸法と動力のスピーカーユニット100に対して、スピーカーユニット100の寸法のみに応じて、エンジンアセンブリの数を増減させることができ、適用範囲は広い。マルチエンジンシステムでは、複数のエンジンアセンブリの異なるボイスコイル31の間は、回路により互いに接続される。回路の接続方式は、個別の直列回路、並列回路及び直列と並列を組み合わせた集積回路を含み、異なる回路の接続方式により、理想的なインピーダンスRを得ることができる。
図11は、本発明の実施方式により提供された4エンジンシステムの回路接続図を示しており、仮に、本実施例では、各ボイスコイル31のRは、いずれも8Ωであり、四つのボイスコイル31は、個別の直列モードにより、インピーダンスR=RE1+RE2+RE3+RE4=32Ωということを得ることができ、個別の並列モードにより、インピーダンスR=1/(1/RE1+1/RE2+1/RE3+1/RE4)=2Ωということを得ることができ、図9に示された直列と並列を組み合わせた集積モードにより、まず、第1のボイスコイル311と第4のボイスコイル314を上下に直列に接続させ、第2のボイスコイル312と第3のボイスコイル313を上下に直列に接続させ、さらに、それぞれ上下に直列に接続された後の両組ボイスコイルを左右に並列された後、最終インピーダンスR=8Ωということを得ることができる。上記から分かるように、四つのRは、いずれも8Ωのボイスコイル31を並列に接続することにより、Rが2Ωである小さいなインピーダンスを得ることができ、ボイスコイル31に入力される電流を増大させ、ボイスコイル31の動力を向上させる。エンジンアセンブリの増加に従って、ボイスコイル31の回路接続方式もより複雑になり、インピーダンスRの調整範囲も大きくなり、スピーカーユニット100のインピーダンスRが制御可能である。本発明は、回路接続方式を直接変更することによりボイスコイル31での電流を変化させることができ、インピーダンスに一致させるように、追加の変圧器を増加する必要がなく、高出力のアンプに依存することも必要がなく、消費電力を低下させる同時に、過剰なパワーによるパワー歪みも低下させ、スピーカーの効率ηを向上させる。
また、式QTS=(QES×QMS)÷(QES+QMS)から分かるように、QES、QMSの何れか1つのパラメータの変動がQTSに影響を与えることができ、QESが低いほど、電減衰が小さくなり、出力パワーNΟと効率ηも高くなる。QTSが変わらない場合、QESのパラメータ値を効果的に低下させることも、QMSのパラメータ値を向上することができる。その中、QESは、スピーカーユニット共振周波数での電Q値であり、即ち、ボイスコイル直流抵抗Rと共振周波数fsでの動生インピーダンス(motional impedance)の割合値である。QMSは、スピーカーユニット共振周波数での機械Q値であり、即ち、ユニット支持システムの機械損失インピーダンスRMSの等価抵抗と共振周波数fsでの動生インピーダンスの割合値であり、QMSボイスコイル31自身の質量及びサスペンションシステム(ボイスコイル31、ダイヤフラム20、センタリングサポートピース50、折りたたみリング60の吊り上げ部分を含む)の機械抵抗RMSである。QTSは、スピーカーユニット共振周波数での合計Q値であり、即ち、QESとQMSの並列値である。
MS値が向上すると、サスペンションシステムの質量がより大きく、即ち、サスペンションシステムではダイヤフラムの質量がより大きくなることを許可する。単位質量を単位面積に変換すると、即ち、ダイヤフラムの面積がより大きい。ダイヤフラム20の質量と面積の増加により、さらに擾乱する空気粒子が多くなり、より低い共振周波数fsを得る。従って、エンジンアセンブリの数の増加に従って、インピーダンスREと誘導性リアクタンスLVCを合理的に制御することにより、さらにQES、QMS、QTSに影響を与えて、共振周波数fsをより多く低下させ、音響性能が向上する。
シングルエンジンシステムでは、ボイスコイル31がダイヤフラム20の中心位置にあり、ダイヤフラム20は、ボイスコイル31を垂直に押し込みにより、前後変位を発生し、従って、ボイスコイル31がダイヤフラムの縁23(折りたたみリング60の吊り上げ部分を含む)までの距離が大きくなり、ボイスコイル31からの直接的な垂直押し込み力がより小さくなり、引き起こされた機械的な歪みと損失がより強くなる。マルチエンジンシステムでは、ボイスコイル31の数の増加に従って、ボイスコイル31の配列はより縁へ展開され、ボイスコイル31とダイヤフラムの縁23の間の距離は減少され、機械的な歪み損失とグループ遅延を低下させる。機械的な歪み損失とグループ遅延の低下により、ボイスコイル31が磁気ギャップ44での最大変位XMaxは、より大きい線形を保持でき、引き起こされた非線形運動と高調波歪みが減少し、一定の振動範囲でダイヤフラム20の振動がより線形になり、スピーカーユニット100の音響性能を向上させる。
マルチエンジンシステムでは、複数のエンジンアセンブリが連携して作動することにより、同じダイヤフラム20振動を押し込み、同時に、複数のエンジンアセンブリは、互いに制限することにより、スピーカーユニット100の歪み周波数が大幅に低下した。同時に、同じ可聴周波数信号を受信した後、全てのボイスコイル31が同時に線形ビストン運動をして、さらにそれと密に接続されるダイヤフラム20を押し込んで、一連の複雑の振動を発生させる。マルチエンジンシステムがダイヤフラム20と協働することにより、可聴周波数信号をハイレート分析することができ、動的な詳細を深く復元させ、複数のエンジンアセンブリの空間アレイ分布により、音が完全に拡散できる。フーリエ変換原理により、同じチャネルの可聴周波数信号がフーリエ変換原理に従って、周波数領域と時間領域の波動モードにより複数回の分離と重ね合わせを経て、最終電-力-音の変換過程を完成し、複数の伝統的なシングルエンジンスピーカーの共同作動の合計に相当することを得る。即ち、このようなマルチエンジンが共同して完成した完全な波動状態は、次の式で表すことができる。(即ち、ΣE=E+E+...+En又はΣE=E×nであり、その中、ΣEは、スピーカーの全部エンジンの合計であり、Eは、単一のエンジンアセンブリであり、nは、エンジンアセンブリの数である)。
図3と図4に示されたように、鉢枠10はサスペンションシステムと磁気回路システムの支持構造として、台座11、第1の取付台12、第2の取付台13を含み、台座11の丸角と第1の取付台12の丸角の間は、第1の支持機構14により接続され、第1の取付台12の丸角と第2の取付台13の丸角の間は、第2の支持機構15により接続され、第1の支持機構14と第2の支持機構15は、いずれも放物線構造であり、第1の支持機構14と第2の支持機構15の脚の厚さと角度は、徐々に変化している。
鉢枠10は、硬質材料を用い鋳造により一体に成形され、好適な実施では、アルミニウム合金、ポリオキシメチレン(POM)等の射出成形材料を用いて、鉢枠10の剛性を増加でき、鉢枠10の支持強さ及び安定性を向上させる。鉢枠10の全体がフレーム構造を用いて重量と製造コストを低下できる。
第1の支持機構14は、磁気回路アセンブリ40へ大きい歪み防止能力と安定性を提供でき、第2の支持機構15は、軸方向に沿って運動するサスペンションシステムの振動へ大きい歪み防止能力と安定性を提供でき、同時に、第1の支持機構14と第2の支持機構15のエッジは、曲線状であり、スタイリッシュで美しいである。
サスペンションシステムの振動が質点運動の方式により鉢枠10に伝達でき鉢枠10の共振を引き起こし、第1の支持機構14と第2の支持機構15の脚を表面が平らであるが厚さが漸進的な構造に設置して、固有周波数による共振を低下できる。また、第1の支持機構14と第2の支持機構15の断面は、二重曲線により形成された平面であり、立面は二重曲面であり、質点運動による変位と伝達を阻止でき、共振も減少され、スピーカーの音質を向上させる。また、鉢枠10のエッジおよびコーナーは、円弧遷移を用い、エッジラインをできるだけ減少させ、境界寸法と同じ波長の高調波周波数による共振を低下できる。
鉢枠10の台座11の底部の中心には、換気路111が設けられ、換気路111の周囲には、磁気ボウル41の放熱穴に対応する換気穴112が設けられ、中心の換気路111に設置することは、ダイヤフラム20が振動する時直接発生した応力を効果的に低下でき、抵抗を減少させる。磁気ギャップ44、磁気ボウル41底部の放熱穴、及び鉢枠10の換気穴112により形成されたエアダクトは、気流循環を強化でき、換気放熱効果を向上させる。台座11の側面には、放熱を補強する冷却フィン113が設けられる。
ダイヤフラム底部21は、センタリングサポートピース50により、鉢枠10の第1の取付台12に固定され、ダイヤフラムの縁23は、外突の長方形環状の構造であり、ダイヤフラムの縁23は、折りたたみリング60により、鉢枠10の第2の取付台13に固定される。センタリングサポートピース50及び折りたたみリング60と、それと共同構成されたサスペンションシステムのダイヤフラム20及びボイスコイル31は、コンプライアンス(compliance)CMS、復元力、減衰RMS作用を提供し、サスペンションシステムが振動する時、線形ビストン方式の運動を保持する。
図12に示されたように、センタリングサポートピース50は、長方形の環状の構造であり、ベース層51を含み、鉢枠10に近いベース層51の1側には、外環52が設けられ、ボイスコイル31に近いベース層51の1側には、内環53が設けられ、外環52は、コンプライアンス層であり、鉢枠10と接続する1側の可撓性力を補強でき、サスペンションシステムが大幅に振動しやく、サスペンションシステムの運動エネルギーを増加させ、軸方向のコンプライアンスを向上させる。さらに、共振周波数fを効果的に低下する。内環53は、剛性層であり、ボイスコイル31と接続する1側の剛性力を補強でき、ボイスコイル31の非線形ズレを減少させ、サスペンションシステムの復元力を増加させ、半径方向の剛性をさらに向上させる。
センタリングサポートピース50には、外から内への波打ちが設けられ、波打ち深さと波打ち幅は、徐々に変化しており、中心から内外の両側へ徐々に減少し、例えば、図12に示されたように、第1の波打ち541から両側に向かってそれぞれ第2の波打ち542と第3の波打ち543までは、波打ち深さと幅が徐々に減少している。異なる深さと幅の波打ちにより、共振と散乱振動を効果的に抑制でき、サスペンションシステム振動による鉢枠共振を低下させる。
センタリングサポートピース50は、様々な材料でオーバープレスにより成形され、ベース層51は、繊維布を用い、好ましくは、ポリイミド繊維布を用い、センタリングサポートピース50が一致の機械安定性と良好な復元力を有し、引き裂き抵抗が強く、温度や湿度の影響が少ないという利点がある。外環52は、ゴム材料によりコンプライアンスを補強し、好ましくは、シリカゲルやスチレンブタジエンゴムを用いて、オーバープレスによりベース層51に柔らかさおよび靭性を増加させ、共振周波数fとサスペンションシステム振動による鉢枠共振をさらに低下させる。内環53は、繊維材料でオーバープレスによりベース層51に剛性を補強し、好ましくは、ポリイミド繊維布により、即ち、ベース層51に1層のポリイミド繊維布を再びオーバープレスする。
具体的な実施では、スピーカーユニット100の寸法要求に応じて、より強い復元力とより大きい減衰RMSが必要とされる場合、複数のセンタリングサポートピース50を設けることができ、複数のセンタリングサポートピース50を一緒に積層することができ、隣接するセンタリングサポートピース50の間は、スペーサーにより接続され、振動する時互いに衝突しないことが確保される。
図2、図13及び図14に示されたように、折りたたみリング60は、長方形丸角の折りたたみリングであり、ダイヤフラムの縁23と協働して接続され、折りたたみリング60の内縁は、ダイヤフラム20に貼り付けられ、折りたたみリング60の外縁は、鉢枠10に貼り付けられ、折りたたみリング60の断面形状は、波形であり、この波形は、複数の波の山と波の谷を含み、波の山と波の谷の形状(深さと幅)は、完全に同じではない。軸方向のコンプライアンスと半径方向の剛性を向上する。例えば、波形の形状は、1つ峰の両谷形(図14a)又は2つ峰の3つの谷形(図14b)であってもよく、且つ各波の山と波の谷の深さと幅は、等しくなく、高次高調波の発生を抑制し、即ち、非均一化の波の山及び波の谷の弧度は、部分的な高調波の伝達を抑制した。その中、1つ峰の両谷形の折りたたみリング60は、エンジンストロークの小さいなスピーカーに適用し、2つ峰の3つの谷形の折りたたみリング60は、エンジンストロークの大きいスピーカーに適用する。
また、波の山と波の谷の断面に垂直する方向に、一定距離をおいて、複数の補強リブ61を並列に設置することにより、半径方向の剛性を補強し、同時に、共振と高調波を効果的に抑制でき、空気に対する擾乱を減少させ、ダイヤフラム20振動に対する折りたたみリング60の干渉を低下させる。補強リブ61は、折りたたみリング60の靭性、耐疲労性、及び耐用年数を増加させる。具体的な実施では、補強リブ61は、折りたたみリング60の上面に設けてもよく、折りたたみリング60の下面に設けてもよい。
好適な実施では、折りたたみリング60は、スチレンとブタジエンで合成されたスチレンブタジエンゴムを用い、スチレンブタジエンゴムは、耐熱性、耐摩耗性、および耐老化性の特性を有し、良好なコンプライアンスと靭性を有し、折りたたみリングの剛性とコンプライアンスの比例関係をさらに調整できるが、ダイヤフラム20の軸方向の運動に影響を与えない。
本発明は、スピーカー装置をさらに提供し、このスピーカー装置は、少なくとも1つの上記のスピーカーユニットを含む。
長方形構造のスピーカーユニット100が空気で放射する音波の波面は、円柱波に属し、従って、純粋の線形のアレイを発生でき、さらに本発明のスピーカーユニット100は、実際の音柱型キャビネットシステムと線形のアレイキャビネットシステムを製造するために直接使用することができる。複数の波面アレイの後、交集領域を弱めることができ、複数のスピーカーユニット100の間は、干渉のない場合で自然に結合することができ、位相の一致性を大幅に向上する。
図15において、スピーカー装置200は、二つのスピーカーユニット100を含み、複数のスピーカー装置200が上下に配列して線形のアレイキャビネットシステムを構成し、図での破線矢印の方向は、音波の放射方向である。アレイ線l 両側の境界線は、それに平行な直線l であり、即ち、波面は、平面であり、複数の波面アレイの後、大波面の音柱を組み合わせ、複数の波面アレイの後に、隣接する波面の交集領域Sを弱めることができ、複数の円柱波を整然と結合する。
なお、本発明の説明において、「第1の」および「第2の」という用語は、1つのエンティティまたは操作を別のエンティティまたは操作から区別するためにのみ使用され、これらのエンティティまたは操作間のそのような実際の関係または順序を必ずしも要求または暗示するものではない。
なお、本明細書の説明において、限定又は説明がない限り、用語である「繋がる」「接続」、「固定」などの用語の意味は広く理解されるべきであり、例えば、「接続」は二つの部材内部の連通であっても、直接接続であっても、中間媒体を介して間接的に接続であってもよく、又は電的に接続又は信号接続であってもよい。当業者にとって、具体的な状況に応じて上記用語の本発明中の具体的な意味を理解することができる。
上記は本発明の具体的な実施形態に過ぎないが、本発明の保護範囲はそれに限定されない。創造的な作業を通じて考えられないいかなる変更または置換も、本発明の保護範囲に含まれるものとする。したがって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲によって限定される保護範囲に従うべきである。
100 スピーカーユニット、10 鉢枠、11 台座、12 第1の取付台、13 第2の取付台、14 第1の支持機構、15 第2の支持機構、111 換気路、112 換気穴、113 冷却フィン、20 ダイヤフラム、21 ダイヤフラム底部、22 膜体、221 三角形面体、23 ダイヤフラムの縁、24 ダイヤフラムシャーシ、241 回路基板、31 ボイスコイル、32 ボイスコイル骨格、311 第1のボイスコイル、312 第2のボイスコイル、313 第3のボイスコイル、314 第4のボイスコイル、321 放熱穴、40 磁気回路アセンブリ、41 磁気ボウル、42 磁石、43 磁気導電プレート、44 磁気ギャップ、50 センタリングサポートピース、51 ベース層、52 外環、53 内環、541 第1の波打ち、542 第2の波打ち、543 第3の波打ち、60 折りたたみリング、61 補強リブ、70 防塵キャップ、200 スピーカー装置。

Claims (13)

  1. スピーカーユニットの本体は、長方形の鉢状の構造であり、サスペンションシステム、
    環状磁気ギャップを有する磁気回路システム、及び前記サスペンションシステムと前記磁気回路システムを接続する鉢枠とを備え、
    前記鉢枠は、前記サスペンションシステムと前記磁気回路システムを収納し、
    前記磁気回路システムは、前記鉢枠内に固定され、
    前記サスペンションシステムは、ダイヤフラム及び前記ダイヤフラムの底部と接続する少なくとも1つのボイスコイルを含み、
    前記磁気回路システムは、前記ボイスコイルに一致する少なくとも1つの磁気回路アセンブリを含み、
    前記ボイスコイルの1端は、ボイスコイル骨格と前記ダイヤフラムにより接続され、前記ボイスコイルの他端は、前記磁気回路アセンブリにより形成された前記環状磁気ギャップ内にサスペンションされ、
    前記ボイスコイルは、前記ダイヤフラムを押して振動させて音を発生させるように、前記環状磁気ギャップ内に軸方向に沿ってピストン式のような往復振動を行うことができ、
    前記ダイヤフラムは、内から外へに順次に接続されたダイヤフラム底部、膜体、及びダイヤフラムの縁を含み、
    前記ダイヤフラム底部は、前記ボイスコイル骨格の外部に嵌設されたセンタリングサポートピースにより前記鉢枠に固定され、
    前記ダイヤフラムの縁は、前記折りたたみリングにより前記鉢枠の縁と接続され、前記ダイヤフラム底部と前記ダイヤフラムの縁の間は、前記膜体により接続され、
    前記膜体構造は、複数の不規則な面体で構成された立体アレイ構造であり、
    前記立体アレイ構造は、前記膜体の表面を覆い、隣接する前記不規則な面体によりエッジと互いに接続され、
    前記スピーカーユニットには、複数の前記ボイスコイル及び複数の前記磁気回路アセンブリが設けられ、
    前記ボイスコイル及び前記磁気回路アセンブリの断面の形状は、いずれも長方形であり、
    前記環状磁気ギャップは、長方形環状の磁気ギャップであり、
    前記ダイヤフラムの底部には、前記ボイスコイルへ電流を供給する回路基板が設けられ、
    複数の前記ボイスコイルは、それぞれリード線により前記回路基板と接続されていることを特徴とするスピーカーユニット。
  2. 前記ダイヤフラムは、前記ダイヤフラム底部に設置されたダイヤフラムシャーシをさらに含み、
    前記ダイヤフラムシャーシは、前記ダイヤフラム底部の裏面に接着され、
    前記ダイヤフラムは、前記ダイヤフラムシャーシにより前記鉢枠に固定して接続され、
    前記ダイヤフラムシャーシには、前記ボイスコイル骨格に接続されたボイスコイル接続部が設けられる、ことを特徴とする請求項1に記載のスピーカーユニット。
  3. 前記ボイスコイルは、前記ボイスコイル骨格の1端の外周に巻かれ、
    前記ボイスコイル骨格の他端は、前記ボイスコイル接続部により前記ダイヤフラムシャーシと接続される、ことを特徴とする請求項2に記載のスピーカーユニット。
  4. 前記不規則な面体は、三角形面体であり、
    複数の前記三角形面体の形状及び寸法は、完全に同じではない、ことを特徴とする請求項1に記載のスピーカーユニット。
  5. 前記磁気回路アセンブリは、磁気ボウル、磁石、磁気導電プレートを含み、
    前記磁気ボウルは、前記鉢枠の底部に取り付けられ、
    前記磁石と前記磁気導電プレートは、前記磁気ボウルに位置し、
    前記磁石の1端は、前記磁気ボウルの底部に貼り付けられ、
    前記磁石の他端は、前記磁気導電プレートに貼り付けられ、
    前記磁気ボウルと前記磁石及び磁気導電プレートの間には、前記環状磁気ギャップが形成され、
    前記ボイスコイルは、前記環状磁気ギャップ内に位置する、ことを特徴とする請求項1に記載のスピーカーユニット。
  6. 複数の前記ボイスコイルの間は、回路により互いに接続され、
    前記回路は、直列回路、並列回路又は直並列集積回路を含む、ことを特徴とする請求項に記載のスピーカーユニット。
  7. 前記ボイスコイルは、ストリップ状のモノリシック体で巻くことによって形成され、
    前記モノリシック体は、印刷された可撓性回路基板又は片面絶縁の金属箔テープを含む、ことを特徴とする請求項3に記載のスピーカーユニット。
  8. 前記ボイスコイル骨格は、耐高温材料であり、
    前記耐高温材料は、耐高温射出成形材料や軽量セラミック材料を含み、
    前記ボイスコイル骨格は、一体構造である、ことを特徴とする請求項3に記載のスピーカーユニット。
  9. 前記センタリングサポートピースは、長方形環状の構造であり、
    前記センタリングサポートピースは、ベース層、可撓性の外環、剛性の内環を含み、
    前記外環は、前記鉢枠に近い前記ベース層の1側に設置され、
    前記内環は、前記ボイスコイルに近い前記ベース層の1側に設置され、
    前記ベース層、外環、内環は、オーバープレスにより一体に成形される、ことを特徴とする請求項1に記載のスピーカーユニット。
  10. 前記折りたたみリングは、長方形環状の構造であり、
    前記折りたたみリングの断面形状は、波形であり、
    前記波形は、少なくとも1つの波の山と少なくとも1つの波の谷を含み、
    異なる前記波の山と前記波の谷の形状は、完全に同じではなく、
    前記折りたたみリング上には、複数の前記折りたたみリングを補強する補強リブが設けられ、
    隣接する前記補強リブの間は、一定の距離をおく、ことを特徴とする請求項1に記載のスピーカーユニット。
  11. 前記鉢枠は、一体構造であり、
    前記鉢枠の縁は、円弧遷移を用い、
    前記鉢枠の側面には、漸進的な支持機構が設けられ、
    前記鉢枠の底部には、換気機構が設けられる、ことを特徴とする請求項1に記載のスピーカーユニット。
  12. 少なくとも1つの請求項1から請求項11の何れか1項に記載のスピーカーユニットを含む、ことを特徴とするスピーカー装置。
  13. 複数の前記スピーカー装置は、円柱波線形のアレイキャビネットシステムを形成できる、ことを特徴とする請求項12に記載のスピーカー装置。
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