JPS63155999A

JPS63155999A - 電気音響変換装置

Info

Publication number: JPS63155999A
Application number: JP30417486A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Furuya; 古谷　伸昭
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1986-12-19
Filing date: 1986-12-19
Publication date: 1988-06-29

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、電気と音響を相互に変換し、例えば、スピー
カ、マイクロホン、超音波トランすデー一サ等として用
いる電気音響変換装置に関するものである。

従来の技術従来より、磁気を用いた電気と音響の相互変換装置は、
スピーカ、イアホン、マイクロホン、超音波トランスデ
ー−サ等、数多くの分野で利用されている（例えば、用
村雅恭著、「電気音響工学概論」昭晃堂出版）。上記従
来の電気音響変換装置についてスピーカとマイクロホン
を例に採って説明する。

第５図（ａ’）　、　（ｂ）は従来、最も一般的に使用
されているスピーカを示し、第５図（ａ）は縦断面図、
第５図（ｂ）は第５図（ａ）のｖｂ　−ｖｂ線に沿う断
面図である。

第５図Ｃａ）、　（ｂ）において、１０１は磁石で、円
形の溝１０２が形成され、中央部が円柱状のＮ極となり
、その外周部がＳ極となっている。１０３はボビン、１
０４はコイルで、コイル１０４はボビン１０３に巻かれ
、ボビン１０３とコイル１０４が磁石１０１の溝１０２
に挿入されている。１０５は円錐状のコーンで、ボビン
１０３に接続されている。コーン１０５の外側はエツジ
１０６により保持体１０７に保持されている。

次に上記スピーカの動作について説明する。コイル１０
３はＮ極からＳ極に向う放射状の磁界中に有るため、コ
イル１０３に電流を流すと、フレミングの左手の法則に
よりコイル１０３を溝１０２より出す方向、または引く
方向に働く。電流を信号電流にすると、コイル１０３に
発生した力はボビン１０３を伝わり、コーン１０５を動
かして信号電流に応じた音となって発音する。

第６図Ｃａ）　、（ｂ）　　は従来使用さ、れているマ
グネチックマイクロホンを示し、第６図（ａ）は縦断面
図、第６図（ｂ）は第６図（ａ）のｙｂ−■ｂ線に沿う
断面図である。

第６図（ａ）　、　（ｂ）　ｌ＝おいて、１１１は磁石
で、円形の溝１１２が形成され、中央部が円柱状のＮ極
となり、その外周部がＳ極となっている。１１３はボビ
ン、１１４はコイルで、コイル１１４はボビン１１３に
巻かれ、ボビン１１３とコイル１１４が磁石１１１の溝
１１２に挿入されている。１１５はドーム型のコーンで
、ボビン１１３に接続されている。コーン１１５の外側
はエツジ１１６により磁石１１１に備えられた保持体１
１７に保持されている。このマグネチックマイクロホン
の構造は第５図（ａ）　、　（ｂ）に示したスピーカに
対し、全体の寸法が小型化している事の外にコーン１１
５の形状において異なる。

次に上記マグネチックマイクロホンの動作について説明
する。外部の音によりコーン１１５が振動し、この振動
がボビン１１３を通じてコイル１１４を動かす。コイル
１１４は磁石１１１が作る放射状の磁界中にあるため、
フレミングの右手の法則によりコイル１１４の中に振動
に応じた起電力を生じ、電気信号となって出力される。

すなわち、上記スピーカとは逆の過程で音が電気に変換
される。

発明が解決しようとする問題点しかし、上記従来のスピーカの構成では、次のような問
題点がある。

（１）　　コーン１０５を駆動する点が中心部のボビン
１０３と接続する部分だけであるため、コーン・１０５
に剛性の高い、重い材料で厚みも厚くして使用する必要
があり、重量が増加するので、高い周波数の応答が悪い
。

（２）コーン１０５の中央に加えた力が周辺まで伝達す
るように円錐形にする必要から、スピーカの厚みｂｓを
コーン１０５の円錐の高さｈｓ　以下には薄くすること
ができない。

（３）　　中央のポビン１０３にコイル１０４を集中し
て巻くため、コイル１０４の巻数が増加する。従って、
巻幅ＷＳ′が増加するため、スピーカの厚みｂｓを薄く
することができない。。

一方、上記従来のマグネチックマイクロホンの構成では
、次のような問題点がある。

（１）コーン１１５は周辺部だけでポビン１１３と接続
しているため、コーン１１５に働く音の力を周辺まで伝
達するため、剛性の高い重い材料で厚みも厚くして使用
する必要があり、重量が増加するので、高い周波数の応
答が悪い。

（２）コーン１１５に働く音の力を周辺まで伝達するた
め、ドーム型にする必要から、マイクロホンの厚みｂｍ
をコーン１１５のムード高さｈｍ以下には薄くすること
ができない。

（３）　　ポビン１１３にコイル１１４を集中して巻く
ため、コイル１１４の巻数が増加する。従って巻幅■が
増加するため、マイクロホンの厚みｂｍを薄くすること
ができない。

そこで、本発明は、スピーカやマイクロホンのコーン等
の振動体の軽量化を図り、高周波の応答を向上させるこ
とができ、またスピ゛−カやマイクロホン等の装置の薄
型化を図ることができるようにした電気音響変換装置を
提供しようとするものである。

問題点を解決するための手段そして上記問題点を解決するための本発明の技術的な手
段は、交互に磁界の方向が反転する磁界中で電流の方向
が上記磁界の反転（二対芯して反転するように配置され
た導体と、この導体と複数個所で機械的に接続された面
状の振動体とを備え、上記振動体の振動により電気と音
響を相互に、若しくは一方から他方に変換するように構
成したものである。

作　　　　用上記技術的手段による作用は次のようになる。

すなわち、導体を複数個所で振動体と機械的に接続して
力を分散しているので、振動体の軽量化を図ることがで
きる。また面状の振動体を用い、しかも上記のように導
体を複数個所に分散して振動体（二接続しているので、
装置全体の厚みを大幅に低減することができる。

実施例以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

まず、本発明の第１実施例について説明する。

第１図及び第２図は本発明の第１実施例における電気音
響装置を示し、第１図（ａ）は斜視図、第１図（ｂ）は
縦断面図、第１図（Ｃ）はそのＩＣ部の拡大図、第２図
は磁石の着磁状態と発生磁界説明用の斜視図である。

第１図（ａ）　、　（ｂ）　、、　（ｃ）−二おいて、
１は磁石で、Ｎ極２ａ　、　２ｂ　、　２Ｃ、２ｄ　ｌ
−・・と、Ｓ極３ａ＋　３ｂ　、３ｃ。

３ｄ、・・・が帯状に交互に着磁され、磁界４ａ　、　
４ｂ　。

４Ｃ、４ａ　、・・・の方向が交互に反転されるよう（
二なっている。５は磁石１の前面に設けられた平面状の
振動体で、磁石ｌの端部に備えられた保持体６にフレキ
シブルなエツジ７により支持されている。

Ｂａ　、　８ｂ　、　８ｃ　ｒ　８ｄ　！・・・は振動
体５の内面に機械的に接続された導体で、各導体８ａ　
、　８ｂ　、　８ｃ　、　３ｄ　。

・・・はＮ極２ａ　、　２ｂ　、　２Ｃ、２ｄ　、　−
・・及びＳ極３ａ　、　３ｂ。

３ｃ　、　３ｄｒ　　”’と平行で、各磁界４　ａ　＋
　４　ｂ　ｒ　４　Ｃ＋　４　ｄ＋・・・中に配置され
、両端が接続部９”　＋　９ｂ＋　９Ｃ，９ｃｌ　。

・・・によりミアンダ−形に相互に接続されている。

−側の導体８ａは電気入力用の端子１０に接続され、他
側の導体８ｇは電気出力用の端子１１に接続されている
。

次に上記実施例の動作について説明する。端子ＩＯより
流れ込む電流は第１図（ａ）に矢印で示すように導体８
ａ　、　８ｂ　、　８ｃ　、−及び接続部ｇａ　、　ｇ
ｂ。

９ｃ、・・・に沿って交互に反転しながら流れる。ここ
で、第２図に示すように磁石１から発生する磁界４ａ　
、　４ｂ　、　４ｃ、　　・・・は方向を交互に反転し
ている。

第１図（ｂ）に示すように導体３ａ　、　８ｂ　、　８
ｃ　、　・・・は磁界４ａ　、　４ｂ　、　４ｃ　、−
・の中にあり、導体Ｂａ　、　Ｂｂ。

８Ｃ９・・・を流れる電流１２の方向は磁界４ａ　ｌ　
４ｂ　＋４ｃ、・・・の反転に対応して反転している。

従って第１図（Ｃ）に示すように例えば、導体８ｃ、３
ｄに流れる電流１２により磁界４ｃ　、　４ｄとの相互
作用でフレミングの左手の法則より力１３が発生する。

ここで、磁界４ａ　、　４ｂ　Ｔ　４ＣＩ　・・・が交
互に反転するのに対応して電流１２も交互に反転するた
め、複数の導体が同期して同相で振動し、力１３はすべ
て同じ方向に向く。各導体８ａ、８ｂ、８Ｃ２・・・は
振動体５に機械的に接続されているため、各導体８ａ、
８ｂ、８Ｃ２・・・に働く力１３が合わさって振動体５
を駆動する。

このように振動体５は多数の導体８ａ　、　３ｂ　、　
３ｃ。

・・・によって分散した多数の力１３により駆動される
ため、大きな剛性も不用であり、厚みも薄くすることが
できると共に、コーン状やドーム状の形状も不要とする
ことができる。従って振動体５の厚みｈや導体８ａ、８
ｂ、８Ｃ９・・・の幅Ｗを小さくできるので、装置全体
の厚みｂを大幅に薄くすることができる。

上記電気音響変換装置を空気中で動作させれば、端子１
０から流す信号電流に対応して振動体５を振動させ、音
を発生させることができ、いわゆるスピーカとして用い
ることができる。また逆に上記電気音響変換装置に外部
より音が入ると、音により振動体５が磁界４ａ、４ｂ、
４Ｃ２・・・の中で振動するため、電流１３の流れる方
向に起電力を生じる。この時、電流１３の流れる方向が
磁界４ａ。

４ｂ　、　４ｃ　、・・・に対応して反転するため、各
導体８ａ　、　８ｂ　ｌ　８ＣＩ　・・・に発生する起
電力を加算し、端子１１より外部に電気信号として出力
させることができ、いわゆるマイクロホンとして用いる
ことができる。また上記電気音響変換装置全体を高い周
波数で動作させることにより超音波と電気信号を相互に
変換する超音波トランスデー−サとして用いることがで
きる。また上記電気音響変換装置全体を液体中で動作さ
せることにより、例えば水中の音波や超゛音波のトラン
スデユーサとして用いることができる。また振動体５と
固体の媒体を機械的に接続することにより固体中の弾性
波を発生し、または受けるトランスデユーサとして用い
ることができる。さらに固体の弾性波の発生（−おいて
は、振動体５と固体の媒体を同一体で構成し、振動体、
すなわち固体媒体とすることにより直接、導体８ａ、８
ｂ、８Ｃ２・・・の力を固体媒体に伝えるようにし、固
体中の弾性波を発生し、または受けるトランスデユーサ
として用いることができる。

なお、本実施例では、導体８ａ　、　８ｂ　、　８ｃ　
、・・・をミアンダ−形に接続しであるので、最短で接
続できる長所を有するが、これに限定されるものではな
く、磁界４ａ、４ｂ、４Ｃ９・・・の反転に対応した電
流１３の反転を生じる各種の接続方式を用いることがで
きる。また本実施例では、磁石１として、永久磁石を交
互に反転する磁界４ａ、４ｂ、４Ｃ１・・・を生じるよ
うに着磁しているが、複数の永久磁石を組合わせても良
（、電磁石を利用しても良い。

また振動体５は上記のように多くの分散した力を使用し
て振動させるようにしているので、フレキシブルな材料
を用いても良く、この場合、フレキシブルなエツジ７を
用いなくても良く、例えば、ポリイミドフィルムなどの
フレキシブルな有機フィルム上に銅やアルミなどの金属
薄膜を設け、導体８ａＨ８ｂ＋　８０＋　”’と接続部
９ａ　＋　９ｂ＋　９Ｃ！　”’を同時にフォトリング
ラフ工程で形成し、導体３ａ。

３ｂ　、　８ｃ　、　　・・・と振動体５を一体に構成
することも可能であり、このように構成することにより
振動体５の厚みｈと導体３ａ　、　８ｂ　、　８Ｃ、・
・・の幅Ｗの和を数十μｍ以下と非常に薄く形成するこ
とが可能となる。さらに、磁石１はＢａフェライト材な
どの安価な材料の外に、希土類コバルト材など、高いＢ
Ｈ積を持つ材料を使用することによりその厚みを薄くす
ることが可能となる。

次に本発明の第２実施例について説明する。第３図（ａ
）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）は本発明の第２実施例にお
ける電気音響変換装置を示し、第３図（ａ）は斜視図、
第３図（ｂ）は縦断面図、第３図（Ｃ）はそのｌｃ部の
拡大図である。

上記第１実施例では極めて薄型化することができるが、
大きな振幅で振動体５を振動させる必要がある場合には
適さないので、本実施例においては、特に振動体を大き
な振幅で振動させる必要がある低音用のスピーカに用い
るのに適するようにしたものである。

第３図（ａ）　、　（ｂ）　、　ＣＣ）において、２１
は磁石で、帯状の溝２１ａが形成され、溝２１ａの両側
においてＮ極２２ａ　、　２２ｂ　、　２２ＣとＳ極２
３ａ　、　２３ｂ、２３Ｃが帯状；＝交互に着磁され、
磁界２４の方向が交互に反転されるようになっている。

２５は磁石２１の前面に設けられた面状の振動体で、磁
石２１の端部に備えられた保持体２６にフレキシブルな
エツジ２７により支持されている。２８は導体で、大き
な電流を流すことができるように複数本の導線が並列状
態に束ねられ、アーム２９を介して振動体２５に機械的
に接続され、アーム２９と共に磁石２１の溝２１ａ中に
挿入され、接続部３０と配線によりミアンダ−形に接続
されている。導体の一側２８は電気入力用の端子３１　
に接続され、導体２８の他側には電気出力用の端子３２
　に接続されている。

次に上記実施例の動作（二ついて説明する。端子３１　
　より流れ込む電流３２は導体２８に沿って交互に反転
しながら流れる。一方、磁石２１から発生し、交互に反
転する磁界２４は一定の幅の溝２１ａ中で均一性の良い
磁界となり、導体２８は磁界２４の中にある。従って上
記第１実施例と同様に、導体２８に発生する力は方向が
同一となって加算され、これにより振動体２５を駆動す
ることができる。

本実施例によれば、振動体２５が大きい振幅で振動して
も導体２８が磁界２４から出ないようにし、また磁界の
均一性を向上して音の歪を防止するようにしているので
、低音用のスピーカとして用いるのに適する。

なお、磁界２４の均一性をより良くするため、永久磁石
や電磁石と磁気ポールピースを使用しても良い。また振
動体２５と磁石２１の間の空気が外部は対し出入し易い
ように磁石２１の一部に空気穴を形成しても良い。

次に本発明の第３実施例について説明する。第４図（ａ
）　、　（ｂ）は本発明の第３実施例における電気音響
変換装置を示し、第４図（ａ）は斜視図、第４図（ｂ）
は縦断面図である。

上記第１、第２実施例では、振動体５が平面状であるの
で、高音用のスピーカとして使用した場合に音が一方向
（−強く放射されるので、本実施例においては、音を広
い角度で放射させるようにしたものである。

本実施例は、上記第１実施例と同様に、磁石４１、振動
体４５、フレキシブルなエツジ４７、端子５０．５１と
接続された導体４８などより構成され、上記第１実施例
とは磁石４１、振動体４５が外方へ突出する曲面形状に
形成されている点において構成を異にする。なお、４４
は磁界、５２は電流を示している。

本実施例における動作原理は上記第１実施例と同様であ
り、交互に反転する磁界４４と導体３８中の電流５２に
より同じ方向の力を生じ、振動体４５　を駆動する。こ
のとき、上記のように振動体４５が外方へ突出する曲面
形状に形成されているので、音を広く放射することがで
きる。また外部からの音は振動体４５を振動させ、これ
に応じた導体４２中の起動力は加算され、電気端子５１
より出力され、指向性の広いマイクロホンとして用いる
ことができる。

発明の効果以上述べたように本発明によれば、交互に磁界の方向が
反転する磁界中中１電流の方向が上記磁界の反転に対応
し七反転するように配置された導体と、この導体と複数
個所で機械的に接続された振動体とを備えているので、
振動体の軽量化を図り、高い周波数の応答を向上させる
ことができ、また装置全体を薄型化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の第１の実施例における電気
音響変換装置を示し、第１図（ａ）は斜視図、第１図（
ｂ）は縦断面図、第１図（Ｃ）は第１図（ｂ）のＩＣ部
の拡大図、第２図は磁石の着磁状態と発生磁界説明用の
斜視図、第３図（ａ）　、　（ｂ）　’＋（Ｃ）は本発
明の第２実施例を示し、第３図（ａ）は斜視図、第３図
（ｂ）は縦断面図、第３図（Ｃ）は第３図（ｂ）の１Ｃ
部の拡大図、第４図（ａ）　、　（ｂ）は本発明の第３
実施例を示し、第４図（ａ）は斜視図、第４図（ｂ）は
縦断面図、第５図（ａ）　、　（ｂ）は従来のスピーカ
を示し、第５図（ａ）は縦断面図、第５図（ｂ）は第５
図（ａ）のｖｂ−ｖｂ線に沿う断面図、第６図（ａ）　
、　（ｂ）は従来のマイクロホンを示し、第６図（ａ）
は縦断面図、第６図（ｂ）は第６図（ａ）のｙｌｂ　−
■ｂ線に沿う断面図である。・１　、２１　、４１・・・磁石、４　、２４　、４４
・・・磁界、５　、２５　、４５・・・振動体、８　、
２８　、４８・・・導体。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はか１名第２
図第１図敬７・ｌＪ力

Claims

【特許請求の範囲】

（１）交互に磁界の方向が反転する磁界中で、電流の方
向が上記磁界の反転に対応して反転するように配置され
た導体と、この導体と複数個所で機械的に接続された面
状の振動体とを備え、上記振動体の振動により電気と音
響を相互に、若しくは一方から他方に変換するように構
成したことを特徴とする電気音響変換装置。
（２）導体がミアンダー形に形成された特許請求の範囲
第１項記載の電気音響変換装置。
（３）振動体が平面状に形成された特許請求の範囲第１
項記載の電気音響変換装置。
（４）振動体が外方へ突出する緩やかな曲面状に形成さ
れた特許請求の範囲第１項記載の電気音響変換装置。
（５）振動体と導体が一体に形成された特許請求の範囲
第１項記載の電気音響変換装置。
（６）振動体にフィルムが用いられ、導体がフィルム上
に形成された金属薄膜より成る特許請求の範囲第５項記
載の電気音響変換装置。
（７）磁界が着磁した永久磁石のＮ極とＳ極を交互に繰
り返すことにより、交互に反転する特許請求の範囲第１
項記載の電気音響変換装置。
（８）磁界がＮ極とＳ極を交互に繰り返すように複数の
永久磁石を配置することにより、交互に反転する特許請
求の範囲第１項記載の電気音響変換装置。
（９）導体がアームを介して振動体に接続され、永久磁
石に形成された溝中に納められている特許請求の範囲第
７項または第８項記載の電気音響変換装置。
（１０）永久磁石が空気の出入を行なう穴を有する特許
請求の範囲第７項または第８項記載の電気音響変換装置
。
（１１）磁界が電磁石により交互に反転する特許請求の
範囲第１項記載の電気音響変換装置。
（１２）音響が空気中を伝播する音であり、電気信号を
音に変換する特許請求の範囲第１項記載の電気音響変換
装置。
（１３）響が空気中を伝播する音であり、音を電気信号
に変換する特許請求の範囲第１項記載の電気音響変換装
置。
（１４）音響が固体または液体を伝播する弾性波であり
、電気信号を弾性波に変換する特許請求の範囲第１項記
載の電気音響変換装置。
（１５）音響が固体または液体を伝播する弾性波であり
、弾性波を電気信号に変換する特許請求の範囲第１項記
載の電気音響変換装置。
（１６）振動体は音響が伝播する固体の媒体と同一体で
ある特許請求の範囲第１項記載の電気音響変換装置。