JP7703531B2

JP7703531B2 - 共振の節において接続されたドロップ・リングを有する音響トランスデューサ

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Publication number: JP7703531B2
Application number: JP2022527922A
Authority: JP
Inventors: フランシスグリフィス，ケルヴィン; エリンサンドリック，ティモシー
Original assignee: ドルビーラボラトリーズライセンシングコーポレイション
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2020-11-18
Publication date: 2025-07-07
Anticipated expiration: 2040-11-18
Also published as: CN114731473A; CN114731473B; US11856382B2; WO2021102056A1; US20220400347A1; JP2023506688A; EP4062652A1

Description

関連出願への相互参照
本願は、2019年11月19日に出願された米国仮特許出願第62/937,380号および2020年7月6日に出願された米国仮特許出願第63/048,240号の優先権を主張し、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれる。

分野
本明細書に記載される実施形態は、音響トランスデューサに関する。

図1は、サブウーファー100および構成要素の積み重ねを通る例示的な断面を示す。サブウーファー100は、バスケットまたは筐体105、ダイヤフラム110、モーター115、およびスパイダー120を含む。モーター115は、バックプレート125と、ボイスコイル130と、フロントプレート135とを含む。スパイダー120は、フォーマー（former）140においてボイスコイル130に接続される。サブウーファー100は、少なくとも2つのクリアランス可動域を含む。第1のクリアランス可動域は、モーター115のバックプレート125とボイスコイル130の底部との間の距離D₁として定義される。第2のクリアランス可動域は、スパイダー120と筐体105の一部との間の距離D₂として定義される。ダイヤフラム110とフロントプレート135との間の距離を記述するために、第3の距離D_Dを使用することができる。図1に示されるダイヤフラム110は、平坦なダイヤフラムである。あるいはまた、いくつかのサブウーファーは、ダイヤフラム110の構造的剛性を高めるようにダイヤフラム110を（たとえば、円錐形に）成形する。サブウーファー100は、1つの自由度（すなわち、バックプレート125に垂直な方向の直線運動）を含む。サブウーファー100の低周波音響出力は、空気容積の変位または可動域〔エクスカーション〕（たとえば、ダイヤフラム110が静止位置からどれだけ移動するか）によって支配される。

小さな製品寸法を有する製品で高品質のベース再生を達成することは、電気音響設計者にとって非常に困難である。製品寸法が小さくなるにつれ、高品質なベース再生を望に対する要望が残る場合、困難が増す。より小型のスピーカーを使用することで、より小さな製品寸法が達成できる。しかしながら、ベース再生（すなわち、低周波数の音波の発生）に関連する物理は、小さなスピーカーまたは小さなダイヤフラム・サイズのスピーカーには好ましくない。

サブウーファーの低周波出力は、空気容積の変位または可動域（たとえば、スピーカーのダイヤフラムが静止位置からどれだけ移動するか）によって支配される。結果として、ダイヤフラムは、モーターによって駆動されて、直線的に動く剛性ピストンとして動作する。結果として生じるダイヤフラムの直線運動は、モーターへの電気入力波形を密接に表すべきであり、スピーカーシステム内の他の相補的な（たとえば、より高い周波数の）スピーカーとバランスの取れた音圧レベルを達成するために必要とされうる、より高い振幅においてでさえ、そうするべきである。しかしながら、ベース再生は、ダイヤフラムのより大きな可動域を要求する。サブウーファーにおける大きな可動域の使用は、スピーカー内にモーター構成要素を含めることに加えて、ダイヤフラムと取り付けられた構成要素の間の機械的な接触（たとえば、過度の可動域〔エクスカーション〕、ボトムアウトなど）を防止するために、ダイヤフラムと取り付けられた構成要素の動きに余裕を持たせるべきであることを意味する。

いくつかの実施形態では、本明細書に記載される音響トランスデューサは、筐体、ダイヤフラム、スパイダー、モーター、およびドロップ・リングを含む。モーターは、バックプレート、フロントプレート、磁石、およびボイスコイルを含む。ドロップ・リングは、ダイヤフラムを、スパイダーの自由な周においてスパイダーに接続する。ドロップ・リングは、筐体の中心軸に対して平行に延びる。スパイダーの自由な周は、モーターから離間され、ダイヤフラムの共振の節においてダイヤフラムに接続される。

いくつかの実施形態では、本明細書に記載される音響トランスデューサの製造方法は、ダイヤフラムの節点を決定するステップと、サラウンド・サスペンションを介してダイヤフラムを筐体またはバスケットに取り付けるステップと、スパイダーを、スパイダーの自由な周においてドロップ・リングに取り付けるステップと、ドロップ・リングを前記節点においてダイヤフラムに取り付けるステップとを含む。

結果として、本明細書に記載される実施形態は、動作中のサブウーファーの安定性または剛性を確保しつつ、モーターを取り囲むスペースをドロップ・リングを下げるために利用することによって、サブウーファーの深さまたは厚さを減少させることを可能にする。たとえば、ドロップ・リングをモーター・パッケージから半径方向または外向きに、かつ中心軸に平行に取り付けることによって、ドロップ・リングはモーターと同じ線形スペースおよびモーターのための可動域余裕を利用する。すると、ドロップ・リングは、それ自身の動きのために別個の可動域余裕を必要としない。モーターのための可動域余裕（excursion allowance）とドロップ・リングのための可動域余裕は、サブウーファーの性能を損なうことなく、実質的に単一の可動域余裕に組み合わされる。

さらに、モーター・パッケージから半径方向に離れて取り付けられたドロップ・リングは、サブウーファーが減衰されてシステムから除かれ、より高い周波数のスピーカーが使用される周波数まで、ダイヤフラムの剛性を維持するのを助ける位置で、ダイヤフラムに接続することができる。ラウドスピーカー・アセンブリの動的解析によって決定される位置は、たとえば、ダイヤフラムの共振の節位置である。

さらなる熱ロバスト性の考慮事項として、ドロップ・リングはモーター・パッケージから半径方向に離れて取り付けられているため、ボイスコイルの加熱はスパイダーの接着ジョイントに影響を与えない。ボイスコイルからの高い機械的応力および熱伝達の組み合わせは、モーターの分離（motor detachment）をもたらす可能性があり、ドライバにおける一般的な故障態様である。

さらに、スパイダーはモーター・パッケージから半径方向に離れて取り付けられるため、スパイダーは増大した全体的な直径（外径および内径）をもつ。スパイダーの増大した直径は、スパイダーの変形がより低い機械的応力を生じるので、スパイダーの動きの軸線形性を改善する。この理由から、スパイダーの増大した直径はまた、モーターの性能および信頼性（たとえば、ロバスト性）を改善する。

本明細書に記載されたプロセス、システム、方法、ヒューリスティック等に関して、かかるプロセスのステップ等は、ある種の順序付けられたシーケンスに従って生起するように記載されているが、かかるプロセスは、本明細書に記載された順序以外の順序で実行される記載されたステップを用いて実施されうることが理解されるべきである。さらに、ある種のステップが同時に実行できること、他のステップを追加できること、または本明細書に記載されるある種のステップが省略できることを理解すべきである。換言すれば、本明細書におけるプロセスの説明は、ある種の実施形態を説明する目的のために提供されるものであり、決して請求項を限定するように解釈されるべきではない。

よって、上述の説明は制約するのではなく、例示的であることが意図されていることが理解されるべきである。提供される例以外の多くの実施形態および応用が、上記の説明を読むことによって明らかになるであろう。範囲は、上記の説明を参照してではなく、添付の特許請求の範囲を、そのような特許請求の範囲が資格をもつ均等物の全範囲とともに参照して決定されるべきである。本明細書中で議論される技術において将来の開発が起こり、開示されるシステムおよび方法がそのような将来の実施形態に組み込まれることが予想され、意図される。要するに、本出願は変更および変形が可能であることが理解されるべきである。

特許請求の範囲で使用されるすべての用語は、本明細書において逆のことが明記されているのでない限り、本明細書に記載される技術に精通している者によって理解されるそれらの通常の意味およびそれらの最も広い合理的な解釈を与えられることが意図されている。特に、「ある」、「前記」、「前出」等の単数形の使用は、クレームが反対の明示的限定を記載していない限り、指示された要素の一つまたは複数を記載するように読むべきである。実施形態の他の側面は、詳細な説明および添付の図面を考慮することによって明らかになるであろう。

サブウーファーを示す。本明細書に記載される実施形態による、サブウーファーの斜視図である。図2のサブウーファーの側面図である。本明細書に記載される実施形態による、ダイヤフラムを除去した図2のサブウーファーの斜視図である。本明細書に記載される実施形態による、図2のサブウーファーの断面斜視側面図である。本明細書に記載される実施形態による、図2のサブウーファーの断面側面図である。本明細書に記載される実施形態によるサブウーファーを示す。本明細書に記載される実施形態によるサブウーファーを示す。 Aは、本明細書に記載される実施形態によるサブウーファーを示す。Bは、本明細書に記載される実施形態によるサブウーファーを示す。本明細書に記載される実施形態によるサブウーファーを示す。 A、B、Cは、サブウーファーのためのドロップ・リング構成を示す図である。図11のA、B、およびCに示されるドロップ・リング構成についての音圧対周波数のグラフである。 A、B、Cは、サブウーファーのためのドロップ・リング構成を示す。図12のA、B、Cに示されるドロップ・リング構成についての音圧対周波数のグラフである。サブウーファーのためのドロップ・リング構成を示す図である。サブウーファーのためのドロップ・リング構成を示す図である。サブウーファーのためのドロップ・リング構成を示す図である。サブウーファーのためのドロップ・リング構成を示す図である。図13A、13B、13C、および13Dに示されるドロップ・リング構成についての音圧対周波数のグラフである。低域通過フィルタあり、およびなしでの、図13Dに示されるドロップ・リング構成についての音圧対周波数のグラフである。

図2および図3は、音響トランスデューサ200（たとえば、スピーカー、サブウーファーなど）の実施形態を示す。図2および図3に示される音響トランスデューサ200は、バスケットまたは筐体205（たとえば、ほぼ円筒形のバスケット）、ダイヤフラム210、ダストキャップ215、およびサラウンド220を含むサブウーファーである。サブウーファー200は、サブウーファー200（図3参照）の深さDSを低減または最小化するように構成される。サブウーファー200の深さDSを低減または最小化するために、サブウーファー200の内部構造は、サブウーファー200の内部空間の使用を最大限にするように設計される。

図4は、ダイヤフラム210、ダストキャップ215、およびサラウンド220を取り外したサブウーファー200を示す。図4に示されるように、サブウーファー200は、スパイダーまたはダンピング・スパイダー400、フォーマー405、ボイスコイル410、および二次部材またはドロップ・リング415（たとえば、コネクター、剛性リンク機構、またはダンピング・スパイダー400をダイヤフラムに固定するための同様の構成要素）を含む。フォーマー405およびドロップ・リング415は、バスケット205の中心軸に対して互いにほぼ平行である。いくつかの実施形態において、フォーマー405および／またはドロップ・リング415は、アルミニウム、発泡プラスチック等で構成される。いくつかの実施形態において、フォーマー405および／またはドロップ・リング415は、ダイヤフラム210の一部として製造される。

サブウーファー200は、図5に斜視断面図で示されている。図5に示されるように、サブウーファー200はモーター500を含む。モーター500は、バックプレート505、フロントプレート510、磁石515、フォーマー405、およびボイスコイル410を含む。スパイダー400は、モーター500の外側に、またはモーター500から放射状に（たとえば、バスケット205の中心軸に関して）取り付けられているので、スパイダー400は、図1の比較サブウーファー100と比較して、増大した内径および外径D_SPIDERを有する。スパイダー400のより大きな直径は、スパイダー400の変形がより低い機械的応力を生じるので、スパイダー400の動きの軸線形性を改善する。スパイダー400の増大した直径は、モーター500の性能および信頼性（たとえば、ロバスト性）をも改善する。

いくつかの実施形態では、たとえば、サブウーファー200を製造するために使用される材料に基づいて、スパイダーの直径D_SPIDERは、ダイヤフラム210の直径D_DIAPHRAGMよりも大きい。他の実施形態では、たとえば、サブウーファー200の製造に使用される材料に基づいて、スパイダーの直径D_SPIDERは、ダイヤフラム210の直径D_DIAPHRAGMにほぼ等しい。他の実施形態では、たとえば、サブウーファー200の製造に使用される材料に基づいて、スパイダーの直径D_SPIDERは、ダイヤフラム210の直径D_DIAPHRAGMよりも小さい。いくつかの実施形態では、サブウーファー200は、2つより多くのドロップ・リングを含む。

図6を参照すると、サブウーファー200は、サブウーファー200の裏面に関する中心軸600を含む。ドロップ・リング415は、モーター500から離間されている（たとえば、スパイダー400は、モーター500に物理的に接続されていない）。いくつかの実施形態では、ドロップ・リング415は、モーター500から離間されている（たとえば、スパイダー400は、モーター500に物理的に接続されることができる）。ドロップ・リング415は、スパイダー400の第1の端部または周において、ダイヤフラム210の振動共振の節に対応する節点605においてダイヤフラム210に接続される。スパイダー400は、第2の端部または周においてバスケット205に接続される。いくつかの実施形態では、節点605までの（たとえば、ドロップ・リング415およびスパイダー400までの）距離D_Nが、サブウーファー200の中心軸600から測定される。

節点605は、最小の動きの領域に対応し、そのあたりではダイヤフラム210は屈曲を経験する。ダイヤフラム210上の節点605の位置は、たとえば、サブウーファー200のサイズ、ダイヤフラム210のサイズ、ダイヤフラム210の厚さ、ダイヤフラム210を構築する材料などの変数に基づいて変わりうる。これらの変数のそれぞれは、ダイヤフラム210の曲げ共振周波数（flexural resonant frequency）、よって、節点605の位置に影響を及ぼすことができる。節点605は、たとえば、サブウーファー200の材料およびサブウーファー200の幾何形状に関連する入力を有する有限要素モデルを使用して位置特定できる。ドロップ・リング415とダイヤフラム210との間の接続を節点605に位置決めすることによって、ダイヤフラムの剛性および安定性が増大し、一方、曲げ共振（flexural resonance）が低減される。そのような仕方でダイヤフラム210を安定化させることにより、サブウーファーによって生成される周波数の上側範囲近くでサブウーファー200の性能を改善することができる。たとえば、いくつかの実施形態では、サブウーファー200は、約30Hz～約200Hzの範囲の周波数を生成するように構成される。生成された周波数の上側範囲（すなわち、200Hzに近づく範囲）での性能が改善されると、サブウーファーは、サブウーファー200の上限まで高品質の音を生成することができ、上限において、サブウーファー200は減衰されてシステムから外され、より高い周波数のスピーカーが使用される。

サブウーファー200についての節点605の位置特定は、物理的モデリング技法（たとえば、有限要素法["FEM"]）を用いて達成できる。FEMは、節点を位置特定するとともに、ダイヤフラム210内に通常存在するであろう曲げ共振を操作する（たとえば、周波数を変えるおよび／または絶対値を減少させる）ことができるようにサブウーファー200の構造を動的に調整するために使用できる。たとえば、ドロップ・リング415のダイヤフラム210への取り付け位置を修正すること、ダイヤフラム210の質量を修正すること、スパイダー400の機械的減衰を修正することなどによって、共振を操作することができる。ダイヤフラム210の共振のそのような操作は、ダイヤフラム210のための平坦（たとえば、円錐でない）デザインの使用を可能にする。平坦なダイヤフラム210は、平坦でないダイヤフラムと比較して、サブウーファー200の全体的な深さを減少させることを許容する。結果として、サブウーファー200は、ダイヤフラムの剛性を増大させるために、深さペナルティを導入することがあるへこんだまたは円錐形のダイヤフラムを使用しない。

図7は、音響トランスデューサ700の別の実施形態を示す。図7に示される音響トランスデューサ700は、サブウーファー700である。サブウーファー700は、バスケットまたは筐体705、ダイヤフラム710、スパイダー715、およびモーター720を含む。モーター720は、バックプレート725と、フロントプレート730と、磁石735と、ボイスコイル740と、フォーマー745とを含む。サブウーファー700は、ドロップ・リング750およびバスケット705の中心軸755を含む。図7に示されるように、フォーマー745およびドロップ・リング750はそれぞれ、サブウーファー700の中心軸755に対してほぼ平行である。

図6に関して上述した構成と同様に、ドロップ・リング750は、節点760においてダイヤフラム710に接続される。節点760までの距離D_Nは、サブウーファー700の中心軸755から測定される。図7に示されるサブウーファー700（または図2～図6に示されるサブウーファー200）についての第2のドロップ・リング構成では、サブウーファー700の可動部分に関してクリアランス可動域を定義することができる。第1のクリアランス可動域は、モーター720のバックプレート725とボイスコイル740の底部との間の第1の距離D₁として定義される。第2のクリアランス可動域は、スパイダー715とバスケット705の後部との間の第2の距離D₂として定義される。ドロップ・リング750のため、第2のクリアランス可動域を画定する第2の距離D₂は、ダイヤフラム710のためのクリアランス可動域をも画定する。

さらに、ダイヤフラム710とフロントプレート730との間の距離を記述するために、第3の距離D₃を使用することができる。いくつかの実施形態において、第1の距離D₁は、第2の距離D₂および第3の距離D₃より大きい。他の実施形態では、第1の距離D₁は、第2の距離D₂および第3の距離D₃にほぼ等しい。いくつかの実施形態では、第3の距離D₃は、第2の距離D₂よりも大きい。他の実施形態では、第3の距離D₃は、第2の距離D₂にほぼ等しい。他の実施形態では、第3の距離D₃は、第2の距離D₂より短い。

図8は、音響トランスデューサ800の別の実施形態の部分図を示す。図8に示される音響トランスデューサ800は、サブウーファー800である。さらなる実施形態の以下の説明は、前述の実施形態との相違に焦点を当てる。よって、前述の実施形態の特徴は、明示的に別段の記載がない限り、これらのさらなる実施形態において実装されているか、少なくとも実装されることが可能であると想定すべきである。サブウーファー800は、バスケットまたは筐体805、ダイヤフラム810、スパイダー815、二次部材またはドロップ・リング820、バスケット805の中心軸825、およびバスケット805の内側部分830を含む。サブウーファー800は、ドロップ・リングがサブウーファー800の中心軸825にほぼ平行であるという点で、本明細書に記載されている他のサブウーファーと類似している。しかしながら、サブウーファー800は、第1の端部においてドロップ・リング820に、第2の端部でバスケット805の内側部分830に接続されたスパイダー815を有する。スパイダー815がドロップ・リング820の内側に位置するように、スパイダー815をバスケット805の内側部分830に接続することは、スパイダーがドロップ・リング820の外側に位置する場合とは異なるスチフネス‐変位特性を生じる。いくつかの実施形態において、そのような構成は、スパイダーがドロップ・リング820の外側に配置される場合と比較して、有用な釣り合いを提供する。

図9Aは、音響トランスデューサ900の別の実施形態の部分図を示す。図9Aに示される音響トランスデューサ900は、サブウーファー900である。さらなる実施形態の以下の説明は、前述の実施形態との相違に焦点を当てる。よって、前述の実施形態の特徴は、明示的に別段の記載がない限り、これらのさらなる実施形態において実装されているか、少なくとも実装されることができると想定すべきである。サブウーファー900は、バスケットまたは筐体905、ダイヤフラム910、第1のスパイダー915、第2のスパイダー920（たとえば、追加の減衰を提供するため）、バスケット905の中心軸925、およびモーター930を含む。図9Aに示されるサブウーファー900は、ドロップ・リングを含まない。むしろ、ダイヤフラム910は、第1のスパイダー915および第2のスパイダー920への接続のために内向きに輪郭形成される（contoured inward）。他の実施形態では、サブウーファー900は、第1のスパイダー915と第2のスパイダー920の両方が接続されるドロップ・リングを含む。第1のスパイダー915と第2のスパイダー920を組み合わせることにより、サブウーファー900についての目標スチフネス‐可動域特性を達成する（たとえば、モーター930の大信号性能を改善するため）ことにおける設計上の柔軟性が提供される。

図9Bも、音響トランスデューサ900の部分図を示す。しかしながら、図9Bの音響トランスデューサ900は、補強カバー・リング935を含む。カバー・リング935は、ダイヤフラム910の構造的剛性を高める、ダイヤフラム910のためのブレーシング・リングとして機能する。いくつかの実施形態では、カバー・リング935は、ダイヤフラムが製造された後、ダイヤフラムに接着される（たとえば、接着剤で付けられる）。

本明細書に記載される実施形態はまた、音響トランスデューサ（たとえば、スピーカー、サブウーファーなど）を製造または構成する方法を含む。さらなる実施形態の以下の説明は、前述の実施形態との相違に焦点を当てる。よって、前述の実施形態の特徴は、明示的に別段の記載がない限り、これらのさらなる実施形態において実装されているか、少なくとも実装されることができると想定すべきである。たとえば、図10および音響トランスデューサ1000のある実施形態を参照すると、音響トランスデューサを製造することは、バスケットまたは筐体1005を提供することを含む。ダイヤフラム1010が、バスケット1005に取り付けられる。スパイダー1015が、スパイダー1015の第1の周においてバスケット1005に取り付けられる。スパイダー1015は、スパイダーの第2の周において部材またはドロップ・リング1020に取り付けられる。スパイダー1015の第2の周は、モーターから離間されている。いくつかの実施形態において、ドロップ・リング1020は、バスケット1005の中心軸1025に平行である。音響トランスデューサ1000を製造する方法は、前述のように、ダイヤフラム1010の節点1030を決定することを含む。次いで、ドロップ・リング1020が、節点1030においてダイヤフラム1010に取り付けられる。図10の両側矢印は、トランスデューサごとの音響トランスデューサ1000の属性または特性の変化に応じて、節点1030は、ダイヤフラム1010上の異なる位置に位置することができ、節点1030への距離D_Nは、トランスデューサごとに変わりうることを示している。具体的には、図10は、節点1030が中心軸1025に関してどのように位置決めされうるかを示す。たとえば、節点1030は、半径方向に中心軸1025により近くに、またはより遠くに配置することができる。節点1030をどこに配置するかの決定は、数値モデリング・ツール（たとえば、FEM）を使用して、サブウーファー1000およびその構造の分散したモデル挙動を考慮することができる。これらの数値モデリング技法を用いて、ダイヤフラム1010の共振挙動（たとえば、高調波歪み）、ダイヤフラム1010のスチフネス、およびサブウーファー1000の可動域特性はすべて、所望の性能レベルを達成するために、バランスさせることができる。

図11のA～Cは、説明目的のためにいくつかの構成要素を除去した、音響トランスデューサ1100の別の実施形態の部分図を示す。図11A～Cに示される音響トランスデューサ1100は、たとえば、サブウーファー1100である。さらなる実施形態の以下の説明は、前述の実施形態との相違に焦点を当てる。よって、前述の実施形態の特徴は、明示的に別段の記載がない限り、これらのさらなる実施形態において実装されているか、少なくとも実装されることができると想定すべきである。図11のAの音響トランスデューサ1100は、ダイヤフラム1105と、フォーマー1110とを含む。音響トランスデューサ1100は、ドロップ・リングが音響トランスデューサ1100に含まれる場合の音響トランスデューサ1100の性能改善を示すために、ドロップ・リングなしに、図11Aに示されている。図11のBは、ダイヤフラム1105の節点に配置されたドロップ・リング1115を示す。ドロップ・リング1115は、たとえば、軽い発泡プラスチック材料で作られ、約2mmの一様な幅を有する（たとえば、長方形の形状である）。図11のCは、ダイヤフラム1105の節点の外側に配置された（すなわち、節点よりもダイヤフラムの中心から離れた）ドロップ・リング1115を示す。

図11Dは、図11のA、B、Cの音響トランスデューサ1100の周波数応答特性を示すグラフである。ドロップ・リングを含まない音響トランスデューサ1100の実施形態は、音響トランスデューサ1100の周波数が約125Hz（すなわち、音響トランスデューサ1100の共振周波数）に達すると、音圧の有意な低下を示す。ダイヤフラム・アセンブリの共振に関連する屈曲は、音圧の損失をもたらし、スピーカーの出力に望ましくない高調波歪みを生じる。よって、ダイヤフラム・アセンブリの共振が生じる周波数が高いほど、音響トランスデューサ1100は良好に動作する。音響トランスデューサ1100が、典型的には約200Hzを超える周波数では運用されないサブウーファーである場合、音圧低下が200Hzより上の周波数で生じるようにすれば、音響トランスデューサ1100の全体的な性能が大幅に改善されるであろう。図11Dに示されるように、（音響トランスデューサ1100の節点および節点より外側の両方において）ドロップ・リング1115を含む音響トランスデューサ1100の実施形態の両方は、約200Hzを超える周波数（たとえば、約250Hz）で音圧低下を示す。結果として、ドロップ・リング1115は、音響トランスデューサ1100の周波数応答特性を著しく改善する。

図12のA～Cは、説明目的のためにいくつかの構成要素を除去して、音響トランスデューサ1200の別の実施形態の部分図を示す。図12のA～Cに示される音響トランスデューサ1200は、たとえば、サブウーファー1200である。さらなる実施形態の以下の説明は、前述の実施形態との相違に焦点を当てる。よって、前述の実施形態の特徴は、明示的に別段の記載がない限り、これらのさらなる実施形態において実装されているか、少なくとも実装されることができると想定すべきである。図12Aの音響トランスデューサ1200は、ダイヤフラム1205と、フォーマー1210とを含む。音響トランスデューサ1200は、ドロップ・リングが音響トランスデューサ1200内に含まれる場合の音響トランスデューサ1200の性能改善を示すために、ドロップ・リングなしで図12のAに示されている。図12のBは、ダイヤフラム1205の節点に配置されるドロップ・リング1215を示す。図12のCは、ダイヤフラム1205の節点の外側に（すなわち、節点よりもダイヤフラムの中心から離れて）配置されるドロップ・リング1215を示す。

ドロップ・リング1215は、たとえば、軽い発泡プラスチック材料で作られ、台形形状を有する。台形の形状は、ドロップ・リング1215とダイヤフラム1205との間に、より大きな接着領域を作り出すが、均一な（たとえば、長方形の）ドロップ・リングよりも追加の質量は少なくなる。ドロップ・リング1215の質量を制限することは、音響トランスデューサ1200の共振周波数を増加させるのに役立つ。台形ドロップ・リング1215の第1の端部、またはより小さい端部は、音響トランスデューサ1200のスパイダーに接続されることができる。台形ドロップ・リング1215の第2の、より大きな端部は、ダイヤフラム1205に接続される。図12のBおよびCの図示した実施形態では、台形ドロップ・リング1215の大きいほうの端部と台形ドロップ・リング1215の小さいほうの端部との比は、約4:2である。いくつかの実施形態において、台形ドロップ・リング1215の小さいほうの端部は、約2mmの幅を有し、台形ドロップ・リング1215の大きいほうの端部は、約4mmの幅を有する。図12Bに示される実施形態では、音響トランスデューサ1200の節点は、台形ドロップ・リング1215の大きいほうの端部に中心合わせされる。

図12Dは、図12のA、B、Cの音響トランスデューサ1200の周波数応答特性を示すグラフである。ドロップ・リングを含まない音響トランスデューサ1200の実施形態は、ここでもまた、音響トランスデューサ1200の周波数が約125Hz（すなわち、音響トランスデューサ1200の共振周波数）に達すると、音圧の有意な低下を示す。ダイヤフラム・アセンブリの共振に関連する湾曲は、音圧の損失をもたらし、スピーカーの出力に望ましくない高調波歪みを生じる。よって、ダイヤフラム・アセンブリの共振が生じる周波数が高いほど、音響トランスデューサ1200は、より良好に動作する。音響トランスデューサ1200が、典型的には約200Hzを超える周波数では運用されないサブウーファーである場合、音圧低下が200Hzを超える周波数で生じるようにすれば、音響トランスデューサ1200の全体的な性能が大幅に改善される。図12Dに示されるように、（音響トランスデューサ1200の節点および節点の外側の両方で）ドロップ・リング1215を含む音響トランスデューサ1200の実施形態の両方は、約200Hzより大きい周波数（たとえば、節点の外側のドロップ・リングについては約250Hz、節点のドロップ・リングについては約290Hz）で音圧低下を示す。結果として、ドロップ・リング1215は、音響トランスデューサ1200の周波数応答特性を著しく改善する。

図13A～13Dは、説明目的のためにいくつかの構成要素を除去した、音響トランスデューサ1300の別の実施形態の部分図を示す。図13A～13Dに示される音響トランスデューサ1300は、たとえば、サブウーファー1300である。さらなる実施形態の以下の説明は、前述の実施形態との相違に焦点を当てる。よって、前述の実施形態の特徴は、明示的に別段の記載がない限り、これらのさらなる実施形態において実装されているか、少なくとも実装されることができると想定すべきである。図13Aの音響トランスデューサ1300は、ダイヤフラム1305と、フォーマー1310とを含む。音響トランスデューサ1300は、ドロップ・リングが音響トランスデューサ1300内に含まれる場合の音響トランスデューサ1300の性能改善を示すために、ドロップ・リングなしで図13Aに示されている。図13B、13C、および13Dは、ダイヤフラム1305の節点に配置されるドロップ・リング1315を示す。

ドロップ・リング1315は、たとえば、軽い発泡プラスチック材料で作られ、台形形状を有する。台形の形状は、ドロップ・リング1315とダイヤフラム1305との間に大きな接着領域を作り出すが、均一な（たとえば、長方形の）ドロップ・リングよりも追加の質量は少なくなる。ドロップ・リング1315の質量を制限することは、音響トランスデューサ1300の共振周波数を増加させるのに役立つ。台形ドロップ・リング1315の第1の、またはより小さい端部は、音響トランスデューサ1300のスパイダーに接続されうる。台形ドロップ・リング1315の第2の、より大きな端部は、ダイヤフラム1305に接続される。図13Bの図示した実施形態では、台形ドロップ・リング1315の大きなほうの端部と台形ドロップ・リング1315の小さなほうの端部との比は、約6:2である。いくつかの実施形態において、台形ドロップ・リング1315の小さいほうの端部は、約2mmの幅を有し、台形ドロップ・リング1315の大きなほうの端部は、約6mmの幅を有する。図13Cの例示の実施形態では、台形ドロップ・リング1315の大きなほうの端部と台形ドロップ・リング1315の小さなほうの端部との比は、約8:2である。いくつかの実施形態において、台形ドロップ・リング1315の小さいほうの端部は、約2mmの幅を有し、台形ドロップ・リング1315の大きなほうの端部は、約8mmの幅を有する。図13Dの図示の実施形態では、台形ドロップ・リング1315の大きなほうの端部と台形ドロップ・リング1315の小さなほうの端部との比は、約10:2である。いくつかの実施形態において、台形ドロップ・リング1315の小さいほうの端部は、約2mmの幅を有し、台形ドロップ・リング1315の大きいほうの端部は、約10mmの幅を有する。図13B、13C、および13Dに示される実施形態では、音響トランスデューサ1300の節点は、台形ドロップ・リング1315の大きいほうの端部に中心合わせされる。

図13Eは、図13A、13B、13C、および13Dの音響トランスデューサ1300の周波数応答特性を示すグラフである。ドロップ・リングを含まない音響トランスデューサ1300の実施形態は、音響トランスデューサ1300の周波数が約125Hz（すなわち、ダイヤフラム・アセンブリの共振周波数）に達すると、音圧の顕著な低下を示す。ダイヤフラム・アセンブリの共振に関連する湾曲は、音圧の損失をもたらし、スピーカーの出力に望ましくない高調波歪みを生じる。よって、ダイヤフラム・アセンブリの共振が生じる周波数が高いほど、音響トランスデューサ1300はより良好に動作する。音響トランスデューサ1300が、典型的には約200Hzを超える周波数では運用されないサブウーファーである場合、音圧低下が200Hzを超える周波数で生じるようにすれば、音響トランスデューサ1300の全体的な性能が大幅に改善される。図13Eに示されるように、ドロップ・リング1315を含む音響トランスデューサ1300の実施形態のそれぞれは、約200Hzを超える周波数（たとえば、各実施形態について少なくとも300Hz、図13Dの実施形態については約350Hz）で音圧低下を示す。結果として、ドロップ・リング1315は、音響トランスデューサ1300の周波数応答特性を著しく改善する。

図13Fは、システムにおいて実装されたときに、音響トランスデューサ1300などの音響トランスデューサに典型的に適用されうる4次バターワース（Butterworth）LPFなどの、低域通過フィルタ（「LPF」）が含まれる場合と含まれない場合の、図13Dの音響トランスデューサ1300の周波数応答特性を示すグラフである。図13Fに示されるように、LPFのない音響トランスデューサ1300の周波数応答特性は、約350Hzの周波数での曲げ共振のために、音響出力におけるステップを経験する。しかしながら、このアーチファクトは約70デシベルの音圧レベルで発生する。LPFのある音響トランスデューサ1300の周波数応答特性は、やはり約350Hzの周波数で曲げ共振のために音響出力におけるステップを経験する。しかしながら、このアーチファクトは、約40デシベルの音圧レベルで発生し、これはたとえば、中間範囲トランスデューサがクロスオーバーされてその範囲の周波数を再生する場合には、可聴ではない。

本開示によるシステム、方法、および装置は、以下の構成のいずれか一つまたは複数をとることができる。よって、本発明は、本発明のいくつかの部分の構造、特徴、および機能性を記載した以下の箇条書き例示的実施形態（Enumerated Example Embodiment、EEE）を含むが、これらに限定されない、本明細書に記載された形態のいずれかで具現することができる:

（EEE1）
筐体と；
ダイヤフラムと；
スパイダーと；
バックプレート、フロントプレート、磁石、およびボイスコイルを含むモーターと；
前記ダイヤフラムを前記スパイダーの周において前記スパイダーに接続するドロップ・リングとを有するサブウーファーであって、前記ドロップ・リングは前記筐体の中心軸に関して平行に延在し、
前記スパイダーの前記周が前記モーターから離間されており、
前記ドロップ・リングは、前記ダイヤフラムの共振の節において前記ダイヤフラムに接続される、
サブウーファー。
（EEE2）
前記スパイダーの前記周は、前記モーターから離間されている、（EEE1）に記載のサブウーファー。
（EEE3）
（EEE1）または（EEE2）に記載のサブウーファーであって、スパイダーの外径がダイヤフラムの外径より大きい、サブウーファー。
（EEE4）
（EEE1）ないし（EEE3）のいずれかに記載のサブウーファーであって、さらに：
前記バックプレートと前記ボイスコイルの底部との間の第1の距離に対応する第1のクリアランス可動域と；
前記スパイダーと前記筐体の後方部分との間の第2の距離に対応する第2のクリアランス可動域とをさらに含む、
サブウーファー。
（EEE5）
前記第1のクリアランス可動域の前記第1の距離は、前記第2のクリアランス可動域の前記第2の距離よりも大きい、（EEE4）に記載のサブウーファー。
（EEE6）
（EEE4）または（EEE5）に記載のサブウーファーであって、さらに：
前記ダイヤフラムと前記フロントプレートの間の第3の距離に対応する第3のクリアランス可動域を含む、
サブウーファー。
（EEE7）
前記第3のクリアランス可動域の前記第3の距離は、前記第2のクリアランス可動域の前記第2の距離にほぼ等しい、（EEE6）に記載のサブウーファー。
（EEE8）
（EEE1）ないし（EEE7）のいずれかに記載のサブウーファーであって、
前記スパイダーはスパイダー外径を含み；
前記ダイヤフラムは、ダイヤフラム外径を含む、
サブウーファー。
（EEE9）
（EEE8）に記載のサブウーファーであって、
前記スパイダー外径が前記ダイヤフラム外径より大きい、サブウーファー。
（EEE10）
（EEE1）ないし（EEE9）のいずれかに記載のサブウーファーであって、前記スパイダーは、前記スパイダーの第2の周において前記筐体に接続するように構成される、サブウーファー。
（EEE11）
（EEE3）ないし（EEE10）のいずれかに記載のサブウーファーであって、さらに：
前記ボイスコイルを前記ダイヤフラムに接続するように構成されたフォーマーを有しており、前記フォーマーは、前記筐体の中心軸に関して平行に延在する、サブウーファー。
（EEE12）
（EEE1）に記載のサブウーファーであって、前記スパイダーは、前記スパイダーの第2の周において前記モーターに接続するように構成されている、サブウーファー。
（EEE13）
スパイダー外径がダイヤフラム外径未満である、（EEE12）に記載のサブウーファー。
（EEE14）
（EEE1）～（EEE13）のいずれかに記載のサブウーファーであって、前記ダイヤフラムは平坦なダイヤフラムである、サブウーファー。
（EEE15）
（EEE1）ないし（EEE14）のいずれかに記載のサブウーファーであって、前記ドロップ・リングは台形である、サブウーファー。
（EEE16）
前記ドロップ・リングの第1の端部の長さと、前記ドロップ・リングの第2の端部の長さとの比が少なくとも4:2である、（EEE15）に記載のサブウーファー。
（EEE17）
サブウーファーを製造する方法であって：
ダイヤフラムの節点を決定するステップと；
前記ダイヤフラムを筐体に取り付けるステップと；
前記スパイダーの周において前記スパイダーをドロップ・リングに取り付けるステップと；
前記ドロップ・リングを前記節点において前記ダイヤフラムに取り付けるステップとを含む、
方法。
（EEE18）
（EEE17）に記載の方法であって：
前記ドロップ・リングは前記筐体の中心軸に平行である、方法。
（EEE19）
（EEE17）または（EEE18）に記載の方法であって、
前記スパイダーの前記周は前記モーターから離間される、方法。
（EEE20）
（EEE17）ないし（EEE19）のいずれかの方法であって、さらに：
スパイダーを、前記スパイダーの第2の周において前記筐体に取り付けるステップを含む、
方法。

このように、本明細書に記載する実施形態は、とりわけ、深さが減少し、サブウーファーによって生成される周波数の上側範囲の近くで性能が改善されたサブウーファーを提供する。

要約は、読者が技術的開示の性質を迅速に確認できるようにするために提供されている。要約書は、請求項の範囲または意味を解釈または限定するために使用されないとの理解で提出される。さらに、前述の詳細な説明では、本開示の流れをよくする目的で、さまざまな実施形態においてさまざまな特徴が一緒にグループ化されていることがわかる。この開示方法は、請求項に記載された実施形態が、各請求項において明示的に記載されているよりも多くの特徴を含むという意図を反映するものとして解釈されるべきではない。むしろ、請求項に反映されるように、発明的な主題は、単一の開示される実施形態のすべての特徴より少ないものにある。よって、以下の請求項は、ここに、詳細な説明に組み込まれ、各請求項は、別個に請求される主題事項として自立する。

Claims

筐体と；
ダイヤフラムと；
スパイダーと；
バックプレート、フロントプレート、磁石、およびボイスコイルを含むモーターと；
前記ダイヤフラムを前記スパイダーの周において前記スパイダーに接続するドロップ・リングとを有する音響トランスデューサであって、前記ドロップ・リングは前記筐体の中心軸に関して平行に延在し、前記ドロップ・リングは台形であり、
前記スパイダーの前記周が前記モーターから離間されており、
前記ドロップ・リングは、前記ダイヤフラムの振動共振の節に対応する節点において前記ダイヤフラムに接続され、
前記節点は、最小動きの領域に対応し、該最小動きの領域は、前記ダイヤフラムが該最小動きの領域のまわりで屈曲を経験するような領域であり、
前記節点を位置特定するとともに前記ダイヤフラムの屈曲共振を操作するために、物理的なまたは数値モデリング技法が使用されている、
音響トランスデューサ。
前記スパイダーの前記周は、前記モーターから離間されている、請求項１に記載の音響トランスデューサ。
請求項２に記載の音響トランスデューサであって、スパイダーの外径がダイヤフラムの外径より大きい、音響トランスデューサ。
請求項１に記載の音響トランスデューサであって、さらに：
前記バックプレートと前記ボイスコイルの底部との間の第1の距離に対応する第1のクリアランス可動域と；
前記スパイダーと前記筐体の後方部分との間の第2の距離に対応する第2のクリアランス可動域とをさらに含む、
音響トランスデューサ。
前記第1のクリアランス可動域の前記第1の距離は、前記第2のクリアランス可動域の前記第2の距離よりも大きい、請求項４に記載の音響トランスデューサ。
請求項５に記載の音響トランスデューサであって、さらに：
前記ダイヤフラムと前記フロントプレートの間の第3の距離に対応する第3のクリアランス可動域を含む、
音響トランスデューサ。
前記第3のクリアランス可動域の前記第3の距離は、前記第2のクリアランス可動域の前記第2の距離に等しい、請求項６に記載の音響トランスデューサ。
請求項１に記載の音響トランスデューサであって、
前記スパイダーはスパイダー外径を含み；
前記ダイヤフラムは、ダイヤフラム外径を含む、
音響トランスデューサ。
請求項１に記載の音響トランスデューサであって、前記スパイダーは、前記スパイダーの第2の周において前記筐体に接続するように構成される、音響トランスデューサ。
請求項９に記載の音響トランスデューサであって、さらに：
前記ボイスコイルを前記ダイヤフラムに接続するように構成されたフォーマーを有しており、前記フォーマーは、前記筐体の中心軸に関して平行に延在する、音響トランスデューサ。
請求項１に記載の音響トランスデューサであって、前記スパイダーは、前記スパイダーの第2の周において前記モーターに接続するように構成されている、音響トランスデューサ。
スパイダー外径がダイヤフラム外径未満である、請求項１１に記載の音響トランスデューサ。
請求項１に記載の音響トランスデューサであって、前記ダイヤフラムは平坦なダイヤフラムである、音響トランスデューサ。
前記ドロップ・リングの第1の端部の長さは、前記ドロップ・リングの第2の端部の長さの少なくとも2倍である、請求項１に記載の音響トランスデューサ。
音響トランスデューサを製造する方法であって：
ダイヤフラムの節点を決定するステップと；
前記ダイヤフラムを筐体に取り付けるステップと；
スパイダーを前記スパイダーの周においてドロップ・リングに取り付けるステップと；
前記ドロップ・リングを前記節点において前記ダイヤフラムに取り付けるステップとを含み、
前記ドロップ・リングは前記筐体の中心軸に平行であり、前記ドロップ・リングは台形であり、
前記節点は、前記ダイヤフラムの振動共振の節に対応し、
前記節点は、最小動きの領域に対応し、該最小動きの領域は、前記ダイヤフラムが該最小動きの領域のまわりで屈曲を経験するような領域であり、
当該方法はさらに、前記節点を位置特定するとともに前記ダイヤフラムの屈曲共振を操作するために、物理的なまたは数値モデリング技法を使用するステップを含む、
方法。
請求項１５に記載の方法であって、
前記スパイダーの前記周はモーターから離間される、方法。
請求項１５に記載の方法であって、さらに：
前記スパイダーを、前記スパイダーの第2の周において前記筐体に取り付けるステップを含む、
方法。