JP7377877B2 - 複数のダイアフラムを含むマルチレンジスピーカー - Google Patents

Description

（優先権の主張）
本出願は、２０１９年２月２５日に出願された「棒磁石を使用してマルチレンジ及び双方向サウンドを生成可能なスピーカー」と題された米国仮特許出願第６２／８０９，８６６号、及び２０１９年１０月２１日に出願された「複数のダイアフラムを含むマルチレンジスピーカー」と題された米国特許出願第１６／６５９，３８９号に対して優先権を主張する。

（技術分野）
複数の周波数レンジのサウンドを生成することができるスピーカーの実施形態が開示される。スピーカーは、棒磁石と、複数のダイアフラムと、コイル状導体の１又は２以上の構成とを含む。コイル状導体の各構成は、棒磁石の間に配置され、受信した電気信号を１又は２以上のダイアフラムを振動させる運動エネルギーに変換し、各ダイアフラムは、サイズが異なる場合、様々な周波数レンジ内でサウンドを生成するのに適している。幾つかの実施形態では、スピーカー、は双方向のサウンドを生成する。

一般的に使用されている従来技術のコーン型スピーカー１００の概略図を図１に示す。コーン型スピーカー１００は、通常、円筒形であり、円筒形永久磁石１０を使用している。コーン型スピーカー１００はまた、ボイスコイル１１、ダイアフラム１２、バスケット／フレーム１３、及びダンパー１４を備えている。特に、ダイアフラム１２はコーン形状であるので、かなりの高さを有し、スピーカー構造全体をどれ程薄くできるかには限界が設けられる。加えて、Ｔ－ｙｏｋｅ１５もまたかなりの高さを有し、スピーカー構造全体をどれ程薄くできるかには限界が設けられる。

その上、円筒形磁石１０の使用により、フレームは、閉じたコーン形構造の採用を余儀なくされ、これは、実施上の考慮点として、同じボイスコイルによって駆動される複数のダイアフラムを有することから制限される。また、従来技術には、ウーファー内にツイーターが埋め込まれているなど、共通の構造内に複数のコーン形スピーカーが含まれる同軸スピーカーが挙げられるが、この場合、各スピーカーは、個別のボイスコイルと磁気構造によって駆動され、同じボイスコイル及び磁気構造によって駆動されない。従って、従来技術では、存在するマルチ周波数レンジスピーカーのみが、１つの構造に組み合わされる２つの別個のスピーカー（各々が、別個のボイスコイル及び磁石によって駆動される２つのダイアフラムを有する）を含み、これは、構造がより複雑でその設計でのサイズ及び重量が追加される結果となる。

更に、業界が要求する３次元サラウンドサウンドシステム又は他の様々なサウンド再生の最近の開発をサポートするために、スピーカーは、低歪みで広いレンジのサウンド信号を再生できなければならない。各ダイアフラムの物理的サイズは、ダイアフラムが効果的に生成できるサウンドの周波数レンジを本質的に制限する。比較的小さいダイアフラムは、サウンドの波長がダイアフラム自体よりも長いので、低周波サウンドを効率的に再生することができない。一方、主として低周波サウンドを再生するように設計された比較的大きなダイアフラムは、高周波サウンドを再生するのに適していない可能性があり、これは、従来の大きなコーン形ダイアフラムは、ダイアフラムの崩壊及びモード特性の発生なしに高周波サウンドを再生するには十分に剛性がないことが多く、大きな歪みが発生することに起因する。従来技術には、空間的制約と広い周波数レンジのサウンドの要件の両方に対処する効率的なスピーカー構造が欠けている。従来技術の解決策の１つは、互いから一定の距離を離間して設定された異なる周波数レンジの複数のスピーカーを使用することであるが、この方法は、不必要に大きなスペースを占める結果となる。従って、ワイドレンジのサウンドを効果的に再生できるが、従来技術のスピーカーよりも占有スペースが少ない改良されたスピーカーに対する必要性がある。

本発明は、１つの従来技術のスピーカーに必要なスペースよりも少ないスペースを使用しながら、異なるサイズのダイアフラムを使用することによって複数の周波数レンジで効率的にサウンドを生成するスピーカーを提供することによって、従来技術のスピーカーの制限を解決する。本発明のマルチダイアフラムスピーカーは、スピーカーのより大きな割合の外面を使用することにより、同様のサイズの従来技術のスピーカーよりも高い効率を達成することができる。実施形態は、超薄型の形態を維持し、ワイドレンジの周波数を生成する。実施形態はまた、再生されたサウンドの改善された方向制御のための設計オプションを提供する。

スピーカーのマルチダイアフラムの実施形態では、複数のダイアフラムが、同じボイスコイルプレート（ボビンとしても知られている）又はフレキシブルプリント回路基板（ＦＰＣＢ）、又は任意の他の材料手段に結合されている。これは、単一のモーター構造の上方に任意の数のサウンド生成表面を含む有利な状況を提供する。これらの表面は、異なる周波数帯域及び分散を実現するために、異なる表面積、材料、及び曲率を有することができる。任意選択的に、ダイアフラムは、同一平面又はほぼ同一平面に存在することができる。ダイアフラム間の距離は、様々な目的を達成するために変えることができる。更に、各ダイアフラムは、限定ではないが、円形、楕円形、矩形、その他を含む、任意の形状をとることができる。

本発明の例示的な実施形態について、添付図面を参照して説明する。

コーン形構造を有する従来のスピーカーを示す図である。 １つのダイアフラムと棒磁石の１つのペアを備えたスピーカーの１つの実施形態を示す図である。 標準的な「ドットアンドクロス」表記によって示された、電流が第１の方向に流れている、ｘ軸に沿って見た図２のボイスコイルプレートの断面の実施形態を示した図である。 図３ａのｚ軸に沿って見たボイスコイルプレートの側面図を示している。 標準の「ドットアンドクロス」表記で示された、電流が反対方向に流れている、図３ａのボイスコイルプレートの概略断面図である。 図３ｃのｚ軸に沿って見たボイスコイルプレートの側面図を示している。 棒磁石、複数のダイアフラム、及び共有ボイスコイルを使用してマルチ周波数レンジのサウンドを生成できるスピーカーのマルチビューの実施形態を示している。 ダイアフラムのサイズに対する低周波、長波長のサウンドに起因する部分振動の発生を示す図である。 棒磁石のペア、複数のダイアフラム、及び共有ボイスコイルを使用してマルチ周波数レンジのサウンドを生成できるスピーカーの３次元部分図である。 図６ａに示された平面Ａ－Ａ’に沿った断面図である。 図６ａに示された平面Ｂ－Ｂ’に沿った断面図である。

上記の本発明の特徴及び利点は、添付図面と併せて以下の説明から明らかになるであろう。説明によれば、適切な技術的専門知識を有する者であれば、関連業界において本発明に示される技術的思想を実行できることになる。本発明は、様々な異なる用途を有することができ、異なる形態及び形状を有することができるので、特定の実施例のみが図を通して示され、詳細な説明は本文にて記載される。しかしながら、これは、本発明を開示された特定の形態に限定するものでは決してなく、その派生物、均等物、及び代替物は、本発明の範囲に含まれる全てを包含するものとして理解されなければならない。本明細書で使用される用語は、特定の実施例を説明するためにのみ使用されており、本発明を限定することを意図するものではない。

図２は、単一のダイアフラムと棒磁石の１つのペアとを利用したスピーカー設計を示している。スピーカー２００は、棒磁石１１０及び１１０’、上側磁気ヨーク１２０及び１２０’、下側磁気ヨーク１３０及び１３０’、ダイアフラム１４０、及びボイスコイルプレート１５０を備える。スピーカー２００は更に、スピーカーフレーム１６０を備える。棒磁石１１０及び１１０’は、異なる極性が互いに向き合うように、所定の距離を間に有して配置された棒磁石のペアを含む。一方の端部では、ボイスコイルプレート１５０が、ダイアフラム１４０を介してスピーカーフレーム１６０に固定され、他方の端部では、ボイスコイルプレート１５０は、ダンパー１７０又は第２のダイアフラム（図示せず）を介してスピーカーフレーム１５０に固定される。

上側磁気ヨーク１２０及び１２０’は、同じ平面内の棒磁石１１０及び１１０’の上部に取り付けられ、下側磁気ヨーク１３０及び１３０’は、同じ平面内の棒磁石１１０及び１１０’の下部に取り付けられる。上側磁気ヨーク１２０及び１２０’及び下側磁気ヨーク１３０及び１３０’は、ボイスコイルが存在する磁石間の領域において磁場を含み配向する。上側磁気ヨーク１２０及び１２０’及び下側磁気ヨーク１３０及び１３０’は、任意選択的に、棒磁石１１０及び１１０’を超えて磁気ギャップ内に延在して、磁気ギャップにおいて誘起される磁束密度を増加させることができる。更に、磁気ヨーク１２０及び１２０’は、任意選択的に同じ磁気ヨークを含むことができ、磁気ヨーク１３０及び１３０’は、任意選択的に同じ磁気ヨークを含むことができる。

ダイアフラム１４０は、上側ヨーク１２０及び１２０’の上方、又は下側ヨーク１３０及び１３０’の下方の何れかに配置される。この場合、ダイアフラム１４０は、ダイアフラム１４０のサイズに応じて対応する周波数レンジのサウンドを生成するように構成されなければならない。本実施形態では、ダイアフラム１４０は実質的に平坦である。しかしながら、ダイアフラム１４０は、代わりに、凸面又は凹面、或いは何らかのアプリケーション関連の音響設計用に設計されたフレームの上面に対して任意の形状にすることができる。

図２の関連状況から取得した図３ａ、図３ｂ、図３ｃ、及び図３ｄは、スピーカーの動作方法を示している。ボイスコイルプレート１５０は、棒磁石１１０及び１１０’間のギャップにおいて実質的に剛性のある平面形態で配置する必要がある。コイル１５１／１５２は、ボイスコイルプレート１５０の片側又は両側に配置することができる。ダイアフラム１４０は、棒磁石１１０及び１１０’のペアによって誘起される磁場とコイル１５１／１５２に流れる電流とによって特定の周波数レンジで振動することになる。

動作中、コイル１５１／１５２は、導体２１１及び２１１’を介して信号源２１０から電気オーディオ信号を受信する。磁場は、棒磁石１１０及び１１０’によって、一般にＮ極（Ｎ）からＳ極（Ｓ）の方向に誘起される。信号サイクルの前半（「正の半サイクル」として定義）では、ページの平面を流れる電流の「ドットアンドクロス」標準規則に従って、電流は図３ａのコイル１５１を通って「ページ外」に流れ、また、電流は図３ａのコイル１５２を通って「ページ内」に流れる。この電流の流れ方向は、図３ｂの別の観点から示される。ボイスコイルプレート１５０及び結合されたボイスコイル２００が図２の状況で設置される場合、コイル１５１が上側磁気ヨーク１２０及び１２０’間の磁場と相互作用することによって、及びコイル１５２が下部磁気ヨーク１３０及び１３０’間の磁場と相互作用することの両方によってローレンツ力が生成され、ローレンツ力は、同じ方向に整列し、ボイスコイルプレート１５０を上向きに押し上げ、信号源からの電気信号の大きさに応じてダイアフラム１４０を上向きに押し上げる。信号サイクルの後半（「負の半サイクル」として定義）では、ページの平面を流れる電流の標準的な「ドットアンドクロス」規則に従って、電流は、図３ｃのコイル１５１を通って「ページ内」に流れ、また電流は、図３ｃのコイル１５２を通って「ページ外」に流れる。ボイスコイルの１５１と１５２の両方の電流方向が反転されているので、それぞれ１２０，１２０’と１３０，１３０’間の磁場との相互作用からのローレンツ力が同じ方向に整列し、ボイスコイルプレート１５０を下向きに押し下げ、信号源からの電気信号の大きさに応じてダイアフラム１４０を下向きに引き下げる。

スピーカーの全ての実施形態において、本特許にて既に言及されたもの及び以下で後述するものの両方において、各ボイスコイルは、限定ではないが、銅線、プリント回路基板、フレキシブルプリント回路基板、又は他の導電金属もしくは合金の任意の変形形態を含む、任意の導電性材料から構成することができる。

ダイアフラム１４０は、図２に示されるコネクタ１５３を用いてフレーム１６０に接続することができ、これは、ゴムなどの可撓性材料から作製することができ、またダイアフラム１４０及びフレーム１６０に接続する。このように、信号源からの電気音声信号は、運動エネルギーに変換されてダイアフラム１４０を動かし、サウンドを再生する。

図４は、棒磁石、複数のダイアフラム、及び共有平面ボイスコイルを使用してマルチ周波数レンジのサウンドを生成することができるスピーカーであるスピーカー３００を示している。図４は、上面図、断面上面図、磁気ギャップ（図４の下部に表示）に直交する平面に沿った断面図、及び破線で示されている相互の関係で取り外されたボイスコイルプレート組立体の図（図４の右側に示す）を示している。図４の共有ボイスコイルプレートに２つのダイアフラムを適切に配置すると、マルチ周波数レンジのサウンドを再生できるスピーカーが示される。

スピーカー３００は、図２のスピーカー２００と共通の特定の構成要素、すなわち、棒磁石１１０及び１１０’、上側磁気ヨーク１２０及び１２０’、及び下側磁気ヨーク１３０及び１３０’を備える。図３ｂ及び図３ｄと同様に、信号源２１０は、導体２１１及び２１１’を介してコイル１５１／１５２に提供される電気オーディオ信号を生成する。

スピーカー３００は更に、ダイアフラム３４０、ダイアフラム３４０’、ボイスコイルプレート３５０、及びスピーカーフレーム３６０を備える。すなわち、実質的に同一平面内にある２又は３以上のダイアフラム３４０及び３４０’がボイスコイルプレート３５０の上面に取り付けられている。オプションで、これは、コネクタ３５３及び３５４をそれぞれ使用して実行することができる。結果として得られる組立体は、異なる周波数レンジを同時に再生するマルチダイアフラムスピーカーであり、マルチレンジサウンドを再生できるこのスピーカー構造の結果として、より豊かで多様なオーディオの再生が可能になる。

棒磁石１１０及び１１０’は、互いに向き合う異なる極性で、互いに所定の距離を置いて配置されている。上側磁気ヨーク１２０及び１２０’は棒磁石１１０及び１１０’の上部に取り付けられ、下側磁気ヨーク１３０及び１３０’は棒磁石１１０及び１１０’の下部に取り付けられている。上側磁気ヨーク１２０及び１２０’及び下側磁気ヨーク１３０及び１３０’は、棒磁石１１０及び１１０’によって誘起される磁束を制御するために使用される。この目的のために、上側磁気ヨーク１２０と１２０’及び下側磁気ヨーク１３０と１３０’は、棒磁石１１０及び１１０’よりも幅広で、これによって磁束をコイル１５１／１５２に集中させる。任意選択的に、磁気ヨーク１２０及び１２０’は、本発明の他の実施形態では実質的に同じ部品とすることができ、任意選択的に、磁気ヨーク１３０及び１３０’は、本発明の他の実施形態では実質的に同じ部品とすることができる。

第１のダイアフラム３４０は、ボイスコイルプレート３５０に取り付けられ、フレーム３６０の上部に配置されている。第２ダイアフラム３４０’は、第１ダイアフラム３４０と実質的に同一平面上に配置され、ボイスコイルプレート３５０に取り付けられる。第１ダイアフラム３４０及び第２ダイアフラム３４０’は、両方ともボイスコイルプレート３５０の上部に配置され、ボイスコイル１５１／１５２内で受信された電流に応答してボイスコイル１５０から振動エネルギーを受け取る。

この実施例では、第１ダイアフラム３４０と第２ダイアフラム３４０’のサイズが異なっており、従って、第１ダイアフラム３４０及び第２ダイアフラム３４０’は各々、他方によって再生される周波数レンジとは異なる周波数レンジを再生する。各ダイアフラムのサイズは、次式で概略的に決定される、低周波数又は高周波数のサウンドを生成するために拡大又は縮小することができる。
ｆ₀＝ｃ／ｄ
ここでｆ₀はカットオフ周波数、ｃは空気中の音速、ｄはダイアフラム寸法である。

例えば、第１のダイアフラム３４０のサイズを第２のダイアフラム３４０’のサイズよりも小さくすることによって、第１の周波数レンジ（第１のダイアフラム３４０の理想周波数レンジである）を第２の周波数レンジ（第２のダイアフラム３４０’の理想周波数レンジである）よりも高くすることができる。すなわち、ダイアフラムのサイズが小さくなると、当該ダイアフラムを通って効率的且つ正確に伝送する周波数レンジがより高くなる。

代替的に、第１ダイアフラム３４０のサイズを第２ダイアフラム３４０’のサイズよりも大きくすることにより、第１ダイアフラム３４０の周波数レンジを第２ダイアフラム３４０’の周波数レンジよりも低くすることができる。すなわち、ダイアフラムのサイズが大きくなると、そのダイアフラムを通って効率的且つ正確に伝達する理想周波数レンジが小さくなる。

ボイスコイルプレート３５０は、磁石１１０及び１１０’を含む平面に垂直な平面内の棒磁石１１０及び１１０’の間の空間内に配置され、要素１５１及び１５２を含む１又は２以上のコイルが、ボイスコイルプレート３５０の片側又は両側に結合される。ボイスコイルを含む要素１５１及び１５２を流れる電流と棒磁石のペア１１０及び１１０’によって誘起される磁場との相互作用によって生成されるローレンツ力に応答して、第１のダイアフラム３４０は、第１の周波数レンジ内で効果的に振動し、第２のダイアフラム３４０’は、第２の周波数レンジ内で効果的に振動する。

ボイスコイルプレート３５０は、第１及び第２のダイアフラム３４０及び３４０’に接続することができる。ボイスコイルプレート３５０は、任意選択的に、第１及び第２のダイアフラム３４０及び３４０’を含む平面から延在して、第１のダイアフラム３４０及び第２のダイアフラム３４０’をボイスコイルプレート３５０にそれぞれ接続するコネクタ３５３（第１接合部）及びコネクタ３５４（第２接合部）を含むことができる。コネクタ３５３及び３５４は、永久磁場と相互作用するコイル１５１／１５２の電流から生じるローレンツ力によって生成される振動エネルギーが、第１及び第２のダイアフラム３４０及び３４０’に効果的に伝達することを可能にする。図４の標準上面図では、これらのコネクタは、ダイアフラム３４０及び３４０’を通って示されているが、破線で示されているように、各ダイアフラムの下のそれぞれの接続ポイントを明確にするために、第１のジャンクション及び第２のジャンクションがダイアフラム３４０及び３４０’の下方に配置されている。

任意選択的に、第１及び第２のダイアフラム３４０及び３４０’は、密閉されたスピーカーフレームの外側の一部を形成することができ、スピーカーフレーム３６０に直接接続することができ、又はコネクタ３６３及び３６４などのコネクタを介して間接的に接続することができる。

ここではボイスコイルプレート３５０がダイアフラム３４０及び３４０’の両方に作用することを除いて、ローレンツ力は、図２について前述したのと同じ方法で生成される。

図５は、ダイアフラムのサイズに基づいた低周波数信号及び高周波数信号に関する部分振動の原因を示している。例えば、音速が３４０ｍ／ｓと仮定すると、第１のダイアフラム３４０の最大範囲の幅が１０ｃｍの場合、第１周波数レンジは実質的に３４００Ｈｚ以上になる。第２のダイアフラム３４０’が最大範囲で３０ｃｍの場合、第２の周波数レンジは約１１００Ｈｚ以上になる。その結果、第１のダイアフラム３４０は、３４００Ｈｚより高い周波数の信号を正常に出力することができるが、３４００Ｈｚより低い信号は、オーディオ信号の波長がダイアフラム自体よりも大きいことに起因して、第１のダイアフラム３４０の部分振動を引き起こすことになる。同様に、第２のダイアフラム３４０’は約１１００Ｈｚより高い周波数の信号を正常に出力できるが、約１１００Ｈｚより低い信号は、生成されるオーディオ信号の波長がダイアフラム自体よりも大きいことに起因して、第２のダイアフラム３４０’の部分的な振動を引き起こす。ダイアフラムの部分的な振動は、歪んだサウンド及び信号源２１０からの音の不正確な再生を生じさせる。

第１及び第２のダイアフラム３４０及び３４０’のサイズは、ｘ軸に沿ったそれらの長さ及びｚ軸に沿った幅によって記述することができる。また、ダイアフラム３４０及び３４０’の形状は、円形、楕円形、矩形、又はこれらの任意の組み合わせにすることができ、また、ｙ軸に沿って平坦、凸状、又は凹状にすることができる。図示の実施例では、第１及び第２のダイアフラム３４０と３４０’は平坦であり、ｙ軸に沿った高さが最小であり、これは、スピーカー１００のダイアフラム１２とは大きく異なり、これによりスピーカー３００をスピーカー１００よりも薄くすることができる。これらの変形形態は任意選択的にあり、本発明によって実装するのがより実用的になる。

ダイアフラム３４０及び３４０’のサイズがｘ軸及び／又はｚ軸に沿って増加するにつれて、ダイアフラム３４０及び３４０’間の距離は、必要に応じて増加又は減少させることができる。ダイアフラム１４０と１４０’の間の距離は、第１及び第２の周波数レンジの間の干渉又は歪みの影響に基づいて決定することができる。

図６ａ、６ｂ、及び６ｃには、棒磁石を使用したマルチ周波数レンジスピーカーの別の実用例の詳細な概略図が含まれる。図６ａ、６ｂ、及び６ｃに示されているスピーカー４００は、スピーカーの上部に複数のダイアフラムとスピーカーの下部に複数のダイアフラムとを含み、これらを合わせて少なくとも４つの異なる周波数レンジを再生することができる。図６ａは、スピーカー４００の３次元部分図であり、図６ｂ及び６ｃは、異なるダイアフラムを含むスピーカー４００のそれぞれＡ－Ａ’及びＢ－Ｂ’に沿った断面図である。

スピーカー４００は、棒磁石のペア２１０及び２１０’のペア、上側磁気ヨーク２２０及び２２０’、下側磁気ヨーク２３０及び２３０’、ダイアフラム２４０、２４０’、２４０’’、及び２４０’’’、ボイスコイルプレート２５０、及びスピーカーフレーム２６０を備える。任意選択的に、スピーカー４００は更に、ボイスコイルプレート２５０の延長部であり、それぞれダイアフラム２４０及び２４０’と接触しているコネクタ２５３及び２５４を備え、ボイスコイルプレート２５０の延長である同様のコネクタ（図示せず）が、ダイアフラム２４０’’及び２４０’’’と接触している。棒磁石２１０及び２１０’、上側磁気ヨーク２２０及び２２０’、下側磁気ヨーク２３０及び２３０’、並びにスピーカーフレーム２６０は、図２及び３のスピーカー２００及び３００の棒磁石１１０及び１１０’、上側磁気ヨーク１２０及び１２０’、下側磁気ヨーク１３０及び１３０’並びにスピーカーフレーム１６０及び３６０と同等であり、図２及び３で前述した同じ原理に従って動作する。

図６ａ、６ｂ、及び６ｃに示すように、ダイアフラム２４０、２４０’、２４０’’、及び２４０’’’は、それぞれＷ１、Ｗ２、Ｗ３、及びＷ４の幅を有し、この特定の実施例では互いに異なり、この場合、Ｗ４＞Ｗ３＞Ｗ２＞Ｗ１のようになる。ダイアフラム２４０、２４０’、２４０’’、及び２４０’’’の幅は、様々な周波数レンジに合わせて変更することができる。ここで、スピーカー４００は、４つのダイアフラムを備えているが、より少ない数又はより多い数のダイアフラムを使用できることを理解されたい。

例えば、ダイアフラム２４０、２４０’、２４０’’、及び２４０’’’のサイズを大きくすると、第１から第４の周波数レンジを小さくすることができ、これによりスピーカーは、図３のスピーカー３００と比較してより広い周波数レンジを再生することができる。一方、ダイアフラム２４０、２４０’、２４０’’、２４０’’’のサイズを小さくすることで、周波数レンジを増大することができる。図６ａ、６ｂ、６ｃに示す実施例では、第１から第４のダイアフラム（２４０、２４０’、２４０’’、２４０’’’）のサイズが順番に大きくなると、第１から第４の周波数レンジがそれぞれ小さくなる。この場合、ダイアフラム２４０、２４０’、２４０’’、及び２４０’’’は、共有ボイスコイルプレート２５０によって振動する。

ここで、入力信号周波数が第１周波数レンジよりも高い場合に第１のダイアフラム２４０によって出力され、入力信号周波数が第１及び第２周波数レンジの間にある場合に第２のダイアフラム２４０’によって出力され、入力信号周波数が第２と第３の周波数レンジの間にある場合に第３ダイアフラム２４０’’によって出力され、或いは、入力信号周波数が第３周波数レンジよりも低い場合に第４ダイアフラム２４０’’’によって出力される信号を制御することができる。

逆に、第１から第４のダイアフラム２４０、２４０’、２４０’’、及び２４０’’’のサイズが順番に減少する場合（図６ａ、６ｂ、及び６ｃに示されているのとは逆の方法で）、第１から第４の周波数レンジはそれぞれ増加する。ここで、入力信号周波数が第２のダイアフラムの周波数レンジよりも低い場合に第１のダイアフラム２４０によって出力され、入力信号周波数が第２のダイアフラムと第３ダイアフラムの周波数レンジの間にある場合に第２のダイアフラム２４０’によって出力され、入力信号周波数が第３ダイアフラムと第４ダイアフラムの周波数レンジの間にある場合に第３ダイアフラム２４０によって出力され、或いは、入力信号周波数が第３周波数レンジよりも高い場合に第４ダイアフラム２４０インチによって出力される信号を制御することができる。

ローレンツ力は、図２で前述したのと同じ方法で生成されるが、ここではボイスコイルプレート２５０がダイアフラム２４０、２４０’、２４０’’、及び２４０’’’に作用する点が異なる。

前述の実施例によれば、スピーカー１００などの従来のスピーカーとは異なり、円形ではなく矩形のフラットスピーカーを実現して、ボイスコイルプレート及び複数のダイアフラムを保持する部品を簡素化し、ダイアフラムのサイズを変えることでマルチ周波数レンジを同時に再生して、全体的に幅広いサウンドを再生することを可能にする。

本発明によれば、スピーカーの出力方向は、ボイスコイルプレートを流れる電流の方向を変えることによって制御することができ、マルチ周波数レンジのサウンドは、異なるサイズのダイアフラムを有することによって効果的に再生することができる。

本発明は、スピーカーを超軽量及び超薄型にすることを可能にし、これは、薄く軽い物体で使用されるスピーカーの要求に完全に一致する。

本発明は、スピーカーを超軽量及び超薄型にすることを可能にし、これは、薄く軽い物体で使用されるスピーカーの要求に完全に一致する。

本発明で提案されるスピーカーは、異なるサイズの複数のダイアフラムを有することにより、マルチレンジサウンドを効果的に生成することができる。信号周波数の適切な範囲を決定し、出力するのに適切なダイアフラムを選択する制御信号は、コントローラ又はプロセッサによって作成することができる。制御信号の作成を担うこのようなコントローラ又はプロセッサは、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより実装することができる。

ソフトウェアの実装では、本明細書に記載されている手順及び機能だけでなく、本発明における各構成要素及び動作もまた、適切なプログラミング言語を使用して実装することができる。各ソフトウェアモジュールは、本明細書で記載されている１又は２以上の手順又は機能を担っている。実装されたソフトウェアコードは、電子メモリに格納することができ、コントローラ又はプロセッサによって実行することができる。

本発明を使用すると、ＡＣ電気信号を使用してボイスコイルを刺激することにより、及びボイスコイルに結合されてこれに応じて移動する異なるサイズのダイアフラムを実装することにより、ワイドレンジの周波数の音を効率的に再生することができる。このタイプのスピーカーは、超薄型のフォームファクターを必要とする製品においても理想的なサウンド出力を生成するために小型化及び最適化することができる。また、ダイアフラム間の距離は、各ダイアフラムに対して選ばれた周波数レンジ間の干渉又は歪みの影響に対処するように決定することができる。

多くの業界にわたって本技術を使用する機会が幾つかある。例えば、自動車、或いはボート、列車及び飛行機などの他のタイプの車両でも、超薄型のフォームファクターを全て維持しながら、可聴スペクトル全体を効果的にカバーするために、複数の周波数レンジを同一場所に密接に配置する機能からの恩恵を受けることができる。更に、家庭用ＩｏＴ製品は、複数のダイアフラムによって生成されるブロードバンドサウンドのより効果的なコプレーナ統合を享受することができる。最後に、「ハイファイ」ホームオーディオシステムは、スペースを考慮してより美観的設計及び柔軟性の選択肢を提供する新しい構成の恩恵を受けることができる。

実施形態によって提供される別の利点は、固有の効率的なブロードバンド周波数カバレッジである。従来のスピーカーと同様に、スピーカーの周波数レンジ能力は、ダイアフラムの表面積、形状、及び材質に大きく依存する。しかしながら、従来の設計では、異なる周波数レンジに対応するために、各スピーカーの表面を個別に設計する必要がある。このマルチダイアフラム構造により、異なる長さ及び幅を有するダイアフラム面を同じスピーカーモーター構造に含めることが可能となる。接着剤又は別の方法によるボイスコイルへの直接取り付けという性質により、ダイアフラム面が同一平面上にあるように、或いは他の方法で同様に電力が供給される同相表面になるように設計することができる。しかしながら、これらの表面は異なって設計されており、全て１つの磁石及びボイスコイルのモーター構造の動きによって駆動される。

実施形態によって提供される更に別の利点は、表面設計の協働的変動性である。従来のサウンドシステムは、多くの場合、様々な特性を達成するために、様々な表面材料を有する様々なスピーカードライバーを実装している。これらのスピーカーは、部品単独の場合よりも全体的に高い音質を実現するよう協働できるように別々の構成要素として設置されている。しかしながら、これらの異なる素材を使用するには、複数のスピーカードライバーを使用する必要があるという制限がある。例えば、ダストキャップデザイン及び多軸スピーカーが存在する幾つかの設計バリエーションがあるが、これらには、依然として構造内にスピーカーごとに複数の電気機械モーターが含まれる。本発明では、元のスピーカー構造を改善するために、これら複数のダイアフラムは、これらの構成及びボイスコイルプレートへの取り付けに加えて、異なる材料及び異なる曲率で実装することができる。例えば、ある表面は、ソフトドームツイーターとして設計することができ、別の表面は、サブウーファー用の硬質の材料で設計されている。更に、様々な表面の材料及び配置は、可動部品単独又はシステム全体の重心に影響を与えるものとみなすことができる。

実施形態によって提供される最後の利点は、サウンドの指向性の制御である。スピーカーの最終用途では、広拡散、狭拡散、又はその中間など、特定のタイプの指向性が要求されることが多い。表面の向き及び曲率により、サウンドを特定の一方向に集中させることを目標とするか、又は拡散を広げることを目標とするかに関わらず、サウンドの指向性に対してより適切な制御を提供することができる。

上記は、本開示の原理を単に例示したものである。本明細書の教示を考慮すると、当業者には記載された実施形態に対する様々な修正及び変更が明らかであろう。従って、当業者は、本明細書に明示的に図示又は記載されていないが、本開示の原理を具現化し、従って本開示の精神及び範囲内にあるものとすることができる多数のシステム、構成及び手順を考案することができることが理解されるであろう。当業者によって理解されるべきであるように、様々な異なる例示的な実施形態を互いに共に使用することができ、またこれらと互換可能に使用することができる。更に、明細書、図面、及び特許請求の範囲を含めて、本開示で使用される特定の用語は、例えば、限定ではないがデータ及び情報を含む特定の場合において同義語として使用することができる。これらの用語及び／又は互いに同義とすることができる他の用語は、本明細書では同義語として使用できるが、このような用語が同義語として使用されないことを意図できる場合も存在し得ることを理解されたい。更に、従来技術の知識は、上記で引用により明示的に組み込まれていない限り、その全体が本明細書に明示的に組み込まれている。引用されている全ての公表版物は、その全体が引用により本明細書に組み込まれる。

１００ スピーカー
１１ ボイスコイル
１２ ダイアフラム
１３ バスケット／フレーム
１４ ダンパー

Claims (18)

1. スピーカーであって、
   Ｎ極とＳ極を含む第１の棒磁石と、
   Ｎ極及びＳ極を含む第２の棒磁石であって、前記第２の棒磁石が、前記第１の棒磁石から所定の距離で平行に配置され、前記第２の棒磁石のＮ極が、前記第１の棒磁石のＳ極に面し、前記第２の棒磁石のＳ極が、前記第１の棒磁石のＮ極に面している、第２の棒磁石と、
   前記第１の棒磁石と前記第２の棒磁石との間に配置され、電気信号を受信するためのコイルを含むボイスコイルプレートと、
   第１のコネクタによって前記ボイスコイルプレートの第１の端部に取り付けられた第１のダイアフラムと、
   第２のコネクタによって前記ボイスコイルプレートの第１の端部に取り付けられた第２のダイアフラムと、
   を備え、
   前記ボイスコイルプレートは、前記コイル内の電気信号及び前記第１の棒磁石と前記第２の棒磁石との間の磁場によって生成される力に応答して、前記第２のダイアフラムを振動させ、
   前記ボイスコイルプレートは、前記コイル内の電気信号及び前記第１の棒磁石と前記第２の棒磁石との間の磁場によって生成される力に応答して、前記第１のダイアフラムを振動させる、
   ことを特徴とするスピーカー。
2. 前記第１のダイアフラム及び前記第２のダイアフラムが異なるサイズである、請求項１に記載のスピーカー。
3. 前記第１のダイアフラムは、第１の周波数レンジ内のサウンドを再生することができ、前記第２のダイアフラムは、前記第１の周波数レンジとは異なる第２の周波数レンジ内のサウンドを再生することができる、請求項２に記載のスピーカー。
4. 前記第１の棒磁石の第１の側に取り付けられた第１の磁気ヨークと、
   前記第２の棒磁石の第１の側に取り付けられた第２の磁気ヨークと、
   前記第１の棒磁石の第２の側に取り付けられた第３の磁気ヨークと、及び
   前記第２の棒磁石の第２の側に取り付けられた第４の磁気ヨークと、
   を更に備える、請求項１に記載のスピーカー。
5. 前記スピーカーを密閉することができるフレームを更に備える、請求項１に記載のスピーカー。
6. 前記ボイスコイルプレートの片側又は両側にワイヤの巻きコイルが取り付けられている、請求項１に記載のスピーカー。
7. 前記ボイスコイルプレートは、エッチングされたコイルを含むプリント回路基板を含み、前記エッチングされたコイルは、前記プリント回路基板内の複数の層にエッチングされる、請求項１に記載のスピーカー。
8. 前記複数の層のうちの２又は３以上の層が、１又は２以上の電気的ビアによって接続されて、各層の前記エッチングされたコイルを直列又は並列に組み合わせる、請求項７に記載のスピーカー。
9. １又は２以上の層が、前記スピーカーのインピーダンスを変更するためにオン又はオフにすることができる制御ゲートに取り付けられている、請求項８に記載のスピーカー。
10. スピーカーであって、
    Ｎ極とＳ極を含む第１の棒磁石と、
    Ｎ極及びＳ極を含む第２の棒磁石であって、前記第２の棒磁石が、前記第１の棒磁石から所定の距離で平行に配置され、前記第２の棒磁石のＮ極が、前記第１の棒磁石のＳ極に面し、前記第２の棒磁石のＳ極が、前記第１の棒磁石のＮ極に面している、第２の棒磁石と、
    前記第１の棒磁石と前記第２の棒磁石との間に配置され、電気信号を受信するためのコイルを含むボイスコイルプレートと、
    第１のコネクタによって前記ボイスコイルプレートの第１の端部に取り付けられた第１のダイアフラムと、
    第２のコネクタによって前記ボイスコイルプレートの前記第１の端部に取り付けられた第２のダイアフラムと、
    第３のコネクタによって前記ボイスコイルプレートの第２の端部に取り付けられた第３のダイアフラムと、
    第４のコネクタによって前記ボイスコイルプレートの前記第２の端部に取り付けられた第４のダイアフラムと、
    を備え、
    前記ボイスコイルプレートは、前記コイル内の電気信号及び前記第１の棒磁石と前記第２の棒磁石との間の磁場によって生成される力に応答して、前記第１のダイアフラム、前記第２のダイアフラム、前記第３のダイアフラム、及び前記第４のダイアフラムを振動させる、
    ことを特徴とするスピーカー。
11. 前記第１のダイアフラム、前記第２のダイアフラム、前記第３のダイアフラム、及び前記第４のダイアフラムが異なるサイズである、請求項１０に記載のスピーカー。
12. 前記第１のダイアフラムは、第１の周波数レンジ内のサウンドを再生することができ、前記第２のダイアフラムは、第２の周波数レンジ内のサウンドを再生することができ、前記第３のダイアフラムは、第３の周波数レンジ内のサウンドを再生することができ、前記第４のダイアフラムは、第４の周波数レンジ内のサウンドを再生することができ、前記第１の周波数レンジ、前記第２の周波数レンジ、前記第３の周波数レンジ、及び前記第４の周波数レンジが各々互いに異なっている、請求項１１に記載のスピーカー。
13. 前記第１の棒磁石の第１の側に取り付けられた第１の磁気ヨークと、
    前記第２の棒磁石の第１の側に取り付けられた第２の磁気ヨークと、
    前記第１の棒磁石の第２の側に取り付けられた第３の磁気ヨークと、及び
    前記第２の棒磁石の第２の側に取り付けられた第４の磁気ヨークと、
    を更に備える、請求項１０に記載のスピーカー。
14. 前記スピーカーを密閉することができるフレームを更に備える、請求項１０に記載のスピーカー。
15. 前記ボイスコイルプレートの片側又は両側にワイヤの巻きコイルが取り付けられている、請求項１０に記載のスピーカー。
16. 前記ボイスコイルプレートは、エッチングされたコイルを含むプリント回路基板を含み、前記エッチングされたコイルは、前記プリント回路基板内の複数の層にエッチングされる、請求項１０に記載のスピーカー。
17. 前記複数の層のうちの２又は３以上の層が、１又は２以上のビアによって接続されて、各層の前記エッチングされたコイルを直列又は並列に組み合わせる、請求項１６に記載のスピーカー。
18. １又は２以上のビアが、前記スピーカーのインピーダンスを変更するためにオン又はオフにすることができる制御ゲートに取り付けられている、請求項１７に記載のスピーカー。

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