KR101655710B1 - 이중 진동판 다이나믹 마이크로폰 트랜스듀서 - Google Patents

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마크 더블유. 길버트
찰스 에스. 아르젠토
로저 스티븐 3세 그리니프
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슈레 애쿼지션 홀딩스, 인코포레이티드
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Abstract

무엇보다도, 전문적인 수준의 다이나믹 마이크로폰 성능을 희생하지 않고 소스/수신기 근접 효과들의 제어를 제공하는 이중 진동판 다이나믹 타입 마이크로폰 트랜스듀서가 개시된다.

Description

이중 진동판 다이나믹 마이크로폰 트랜스듀서{DUAL DIAPHRAGM DYNAMIC MICROPHONE TRANSDUCER}
<관련 출원에 대한 상호 참조>
본 출원은 2012년 10월 23일에 출원된 미국 특허 출원 제13/658,506호의 우선권을 주장하며, 위 출원서의 내용은 본원에 참조로 완전하게 포함된다.
<기술분야>
본 출원은 일반적으로 다이나믹 마이크로폰 트랜스듀서(dynamic microphone transducer)에 관한 것이다. 구체적으로 본 출원은 이중 진동판 다이나믹 마이크로폰 트랜스듀서(dual diaphragm dynamic microphone transducer)에 관한 것이다.
예를 들어 다이나믹(dynamic), 크리스털(crystal), 콘덴서(condenser)/커패시터(capacitor){외부 바이어스 및 일렉트릿(externally biased and electret)} 등과 같은 몇몇 타입의 마이크로폰들 및 관련된 트랜스듀서들이 있는데, 이들은 다양한 극성 응답 패턴들(polar response patterns){카디오이드(cardioid), 슈퍼 카디오이드(supercardioid), 비지향성(omnidirectional) 등}로 설계될 수 있다. 이 타입들 모두는 응용에 따라 그들의 장점 및 단점을 가진다. 콘덴서 마이크로폰들은 매우 높은 오디오 주파수들에 응답할 수 있고, 그들은 보통 다이나믹 마이크로폰들에 비해 훨씬 더 감도가 좋아, 소리가 작은(quieter) 또는 멀리 떨어진(distant) 음원들에 그들을 더 적합하게 한다. 콘덴서 마이크로폰 트랜스듀서들의 진동판들(diaphragms)은 다이나믹 모델들과 달리, 진동판들이 트랜스듀서의 음향 공간(acoustical space) 내에 그것들에 부착될 많은 음성 코일을 가지지 않는다는 사실 덕분에, 다이나믹 모델들의 그것들보다 일반적으로 얇고 가볍게 만들어질 수 있기 때문에, 그러한 주파수 응답들이 가능하다. 반면에, 다이나믹 마이크로폰들의 장점들 중 하나는 그들이 패시브이고, 따라서 동작하기 위해 액티브 회로를 필요로 하지 않는다는 점이다. 이와 같이, 다이나믹 마이크로폰들은 일반적으로 튼튼하고, 상대적으로 저렴하며, 수분/습도 문제들을 덜 갖는다. 그것들은 또한 피드백이 문제가 되기 전에 잠재적으로 높은 게인(gain)을 보인다. 이 특성들은 그들을 무대(on-stage)에 사용하기에 이상적으로 만든다.
전방향(all directional) 마이크로폰 트랜스듀서 설계들이 극복(contend with)해야 할 현상은 "근접 효과(proximity effect)"라고 불린다. 근접 효과는 마이크로폰이 음원에 가깝게 사용될 때 저주파수(베이스) 응답이 증가하는 것이다. 이 증가된 응답은 지향성 마이크로폰들은 트랜스듀서 캡슐의 후방으로부터의 음파들을 또한 담아낸다는 사실 때문에 야기되는데, 이들은 음향 통로(acoustic passage) 또는 포트 내에서 딜레이되고 그다음에 축에 도달하는 소리 에너지(sound energy)에 더해진다. 음원이 상대적으로 멀 때, 음향 통로에 의해 도입되는 위상 변이(phase shift)는 마이크로폰 트랜스듀서의 전방과 후방에서 실질적으로 동일한 소리 레벨들이 도달할 때 후방으로부터 도달하는 음파들이 주로 상쇄되는 것을 야기한다. 그러나, 상대적으로 가까운 음원들에 대하여, 역제곱 법칙(inverse square law)은 마이크로폰 트랜스듀서의 전방에서의 소리 레벨이 후방에서의 소리 레벨보다 증가될 것임을 결정한다. 이것은 저주파수들을 상쇄하는 포트의 효율을 감소시킨다. 실용적으로 말하면, 마이크에 가깝게 위치된 보컬리스트, 스피커, 악기 또는 다른 음원은 상당한 양의 베이스 응답을 만들어낼 것이다.
근접 효과를 처리하는 일반적인 전략은 증가된 기계적 공명(increased mechanical resonance)을 통해 전기적으로 또는 기계적으로 저주파수 출력을 감소(하이 패스)시키는 것이다. 한 기계적 전략은 제2 진동판과 같은 추가적인 컴플라이언스(compliance) 구성요소를 사용하는데, 그것은 근접 효과를 제어하기 위해서 후방 포트 튜닝 임피던스(rear port tuning impedance)와 함께 직렬로 위치될 수 있다. 그러나 그러한 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서는 콘덴서 마이크로폰 트랜스듀서들 내의 음향 공간의 더 작은 크기 및 단순성 때문에 콘덴서-타입 마이크로폰 응용들에 제한되어왔다.
무엇보다도, 전문적인 수준의 다이나믹 마이크로폰 성능을 희생하지 않고 소스/수신기 근접 효과들의 제어를 제공하는 이중 진동판 다이나믹 타입 마이크로폰 트랜스듀서에 대한 필요가 있다.
일 실시예에서, 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서는 하우징(housing) 및 음파들을 받아들이기 위해 하우징 내에 지지되는 트랜스듀서 어셈블리를 포함한다. 트랜스듀서 어셈블리는 자석 어셈블리, 자석 어셈블리와 인접하게 배치된 후면을 가진 전방 진동판(front diaphragm), 및 자석 어셈블리와 인접하여 전방 진동판의 후면에 대하여 마주보게 배치된 후면을 가진 후방 진동판(rear diaphragm)을 포함한다. 전방 진동판의 전면은 음파가 그것에 부딪히게 하도록 구성되고, 후면은 코일이 자석 어셈블리의 자기장과 상호작용할 수 있도록 그것에 연결된 코일을 갖도록 구성된다. 후방 진동판의 전면은 음파들이 그것에 부딪히게 하도록 구성된다. 트랜스듀서 어셈블리는 하우징 내의 적어도 하나의 공기 통로(air passage)를 통하여 하우징 내의 공동(cavity)과 연통하는 내부 음향 공간을 정의한다.
다른 실시예에서, 하우징은 그것 내에 적어도 하나의 개구(aperture)를 갖고 전방 진동판의 전면 상에 배치되는 공진기를 더 포함한다.
다른 실시예에서, 하우징은 전방 진동판의 전면에 인접하고 그 전면으로부터 외측에 오프셋 배치된 회절판(diffractor plate)을 더 포함한다.
또 다른 실시예에서, 전방 진동판은 중앙 돔 부분(central dome portion) 및 외측 컴플라이언스 링 부분(outer compliance ring portion)을 포함하고, 전방 진동판의 컴플라이언스 링 부분은 가변의 곡률 반경을 가진 단면 프로필(cross-sectional profile)을 가진다.
또 다른 실시예에서, 후방 진동판은 중앙 돔 부분 및 외측 컴플라이언스 링 부분을 포함하고, 후방 진동판의 컴플라이언스 링 부분은 가변의 곡률 반경을 가진 단면 프로필을 가진다.
또 다른 실시예에서, 전방 진동판 및 후방 진동판 각각은 중앙 돔 부분 및 외측 컴플라이언스 링 부분을 포함하고, 후방 진동판의 중앙 돔 부분은 전방 진동판의 중앙 돔 부분보다 작다.
이것들 및 다른 실시예들, 및 다양한 치환들 및 태양들은 발명의 원리가 사용될 수 있는 다양한 방법을 나타내는 예시적인 실시예를 제시하는 이하의 상세한 설명 및 수반하는 도면들로부터 명확해 지고 더 충분히 이해될 것이다.
도 1은 진동판의 전면과 진동판의 후면 사이의 외부 딜레이 거리 D 및 점선으로 보여진 음향 경로를 포함하여, 단일 진동판 다이나믹 마이크로폰 트랜스듀서의 토폴로지(topology)를 도시하는 개략도이다.
도 2는 전방 진동판의 전면과 후방 진동판의 전면 사이의 외부 딜레이 거리 D 및 점선으로 보여진 음향 경로를 포함하여, 본 발명의 하나 이상의 원리에 따른 이중 진동판 다이나믹 마이크로폰 트랜스듀서의 토폴로지를 도시하는 개략도이다.
도 3은 트랜스듀서의 공진기의 일부를 드러내기 위해 잘라내진 회절판의 일부를 가진, 본 발명의 하나 이상의 원리에 따른 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서의 일 실시예의 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서 실시예의 입면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서 실시예의 평면도이다.
도 6은 도 3에 도시되고 도 5의 단면선 6-6을 따르는 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서 실시예의 횡단입면도이다.
도 7은 도 6에 그려진 단면의 분해 조립도이다.
도 8은 도 3에 도시된 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서 실시예의 전방 진동판의 단면윤곽도(cross-sectional profile view)인데, 그것은 진동판의 고리 모양의 컴플라이언스 링의 가변의 곡률 반경 R을 도시하고, R은 진동판의 중심선(centerline)으로부터 측정된 반경의 함수로서 변한다.
도 9는 도 3에 도시된 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서 실시예의 전방 진동판의 사시도이다.
도 10은 도 3에 도시된 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서 실시예의 후방 진동판의 사시도이다.
도 11a 및 11b는 공진기 없이 본 발명의 하나 이상의 원리에 따라 설계된 예시적인 샘플 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서 실시예의 경계 요소 시뮬레이션(boundary element simulation)으로부터 얻어진 외부 딜레이 D 및 게인 인자 G 값들을 도시하는 그래프들로서, 게인 인자 G는 20log(|Pb/Pf|)로 정의되며, Pb는 후방 진동판의 노출된 표면 상의 평균 압력, Pf는 전방 진동판의 노출된 표면 상의 평균 압력이다.
도 12a 및 12b는 두 소스(source) 거리에서 본 발명의 하나 이상의 원리에 따라 설계된 예시적인 샘플 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서 실시예의 주파수 응답을 도시하는 그래프들이다.
이하의 설명은 본 발명의 원리에 따라 본 발명의 하나 이상의 특정한 실시예들을 기술하고, 설명하고 예시한다. 이러한 설명은 본 발명을 본원에 기술된 실시예들로 제한하기 위해 제공되는 것이 아니라, 오히려 본 기술분야에 통상의 기술을 가진 자가 본 발명의 원리들을 이해하고, 그러한 이해로, 본원에 기술된 실시예들뿐만 아니라, 이러한 원리들에 따라 떠오를 수 있는 다른 실시예들을 실시하기 위해 그것들을 적용할 수 있게 하는 방식으로, 본 발명을 설명하고 교시하기 위한 것이다. 발명의 범위는 문자 그대로(literally), 또는 균등론하에서, 첨부된 청구항들의 범위에 속할 수 있는 모든 그러한 실시예들을 포함하도록 의도된다.
상세한 설명 및 도면들에서, 비슷하거나 실질적으로 유사한 구성요소들은 동일한 참조 번호들로 표지될 수 있다는 점을 주의해야 한다. 그러나 때때로, 예를 들면 다른 번호들로 표지함으로써 더 명확한 기술이 가능한 경우에는, 이러한 구성요소들은 다른 번호들로 표지될 수 있다. 추가로, 본원에 제시된 도면들은 반드시 정확한 배율로 도시되는 것은 아니고, 몇몇 경우에서는 특정한 특징을 더욱 명확히 묘사하기 위해 비율들이 과장되어 있을 수 있다. 이러한 표지 방법(labeling)과 도시 방식(drawing practice)은 반드시 잠재적인 실질적 목적(underlying substantive purpose)을 시사하는 것은 아니다. 위에 언급된 바와 같이, 명세서는 전체로서 받아들여지고, 본원에 교시되고 본 기술분야에 통상의 기술을 가진 자에게 이해되는 대로의 본 발명의 원리들에 따라 해석되도록 의도된다.
본 발명의 하나 이상의 원리에 따라, 이중 진동판 다이나믹 마이크로폰 트랜스듀서가 본원에 개시되는데, 그것은 특정 실시예들에서, 무엇보다도, 소스/수신기 근접 효과 및 기준 소스 근접(reference source proximity)에서의 측면 배음성(off-axis rejection)을 제어하는 최적의 수단을 가진 단일한 캡슐의 전문적인 수준의 단일-지향성 마이크로폰을 제공한다.
도 1은 전형적인 단일 진동판 마이크로폰 트랜스듀서 설계의 토폴로지를 도시하는데, 그것은 교시의 목적으로 도 2에 도시된 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서의 토폴로지와 비교하여 보여진다. 도 2는 이중 진동판 다이나믹 마이크로폰 트랜스듀서의 더 복잡한 토폴로지를 도시한다. 도 1에서 단일 진동판 모델 내에 보여지듯이, 제1 음향 컴플라이언스(acoustical compliance) Ca는 진동판 뒤에 정의되고 공동(cavity)의 형태의 제2 컴플라이언스 Cb와 음향적으로 연통한다. 시스템의 음향 흐름은 도 1에 보여진 점선으로 도시된다. 시스템의 음향 딜레이 D는 진동판의 전면과 저항(R1)으로 나타나는 이차적인 튜닝 포트(secondary tuning port) 사이의 거리에 의해 정의된다. 단일 진동판 시스템에서, 거리 D로 정의되는 음파들의 외부 딜레이는 상대적으로 짧다. 비교해보면, 도 2는 이중 진동판 모델의 도입에 의해 야기된 위상 변이 네트워크를 통한 "반전된" 음향 흐름 및 증가된 외부 딜레이 D를 가진 시스템을 도시한다. 이러한 복잡성들과 제약들은 이중 진동판 설계의 전문적인 수준의 성능을 달성하기 위하여 고려되어야 한다. 무엇보다도, 외부 딜레이는 설계 내의 적절한 내부 공동 부피를 유지하면서 최소화되어야 한다.
본 발명의 하나 이상의 원리에 따라, 이중 진동판 다이나믹 마이크로폰 트랜스듀서는, 무엇보다도, 전문적인 수준의 성능을 달성하는 것으로 본원에 개시된다. 특정 실시예들에서, 트랜스듀서는 균일한 전체 대역폭(50Hz ≤ f ≤ 15kHz) 주파수 응답, 최적의 감도(보컬 응용들에 대하여 S ≥ -56dBV/Pa) 및 액티브 증폭(active amplification){팬텀 파워(phantom power)} 없는 낮은 출력 임피던스(Zout ≤ 300Ω), 및 원하는 극성 패턴(예를 들어 카디오이드 동작에 대하여 Δ ≥ 25dB)에서 확장된 대역폭 제거(extended bandwidth rejection)를 보여준다. 특정 실시예들은 직렬 후면 포트 컴플라이언스 구성요소를 포함하는 장점들뿐만 아니라, 감소된 근접 효과를 보여주고 최적의 측면 배음성을 위한 조정할 수 있는 기준 거리(tunable reference distance)를 갖는다.
도 3 내지 7을 종합적으로 참조하면, 단일한 캡슐의 이중 진동판 다이나믹 마이크로폰 트랜스듀서(30)는 하우징(32), 및 음파들을 받아들이기 위하여 하우징 내에 지지되는 트랜스듀서 어셈블리(40)를 갖는다. 도 6에 도시된 바와 같이, 트랜스듀서 어셈블리(40)는 자석 어셈블리(magnet assembly)(41), 자석 어셈블리(41)와 인접하게 배치된 후면(43)을 갖는 전방 진동판(42), 및 자석 어셈블리(41)와 인접하게 전방 진동판(42)의 후면(43)에 대하여 마주보도록 배치된 후면(45)을 갖는 후방 진동판(44)을 포함한다. 전방 진동판(42)의 전면(46)은 음파가 그것에 부딪히게 하도록 구성되고, 후면은 코일(47)이 자석 어셈블리(41)의 자기장과 상호작용할 수 있도록 그것에 연결된 코일(47)을 갖도록 구성된다. 후방 진동판(44)의 전면(48)은 음파가 그것에 부딪히게 하도록 또한 구성된다. 트랜스듀서 어셈블리(40)는 하우징(32) 내의 적어도 하나의 공기 통로(52)를 통하여 하우징(32) 내의 공동(cavity)(50)과 연통하는 내부 음향 네트워크 공간을 정의한다. 보여진 실시예에서, 네 개의 공기 통로들(52)이 하우징(32) 내에 구현된다.
특정 실시예의 추가적인 태양들을 참조하고, 도 6 및 7을 참조하면, 도시된 특정 실시예의 자석 어셈블리(41)는 하우징(32)의 중앙 수직 축을 대략 따라서 수직으로 배치된 그것의 극들(poles)을 갖는 중앙에 배치된 자석(61)을 포함한다. 고리 모양으로 생긴 하부 자극편(annularly-shaped bottom magnet pole piece)(62)은 자석(61)으로부터 동심으로(concentrically) 외측에 위치되고, 자석(61)의 상부의 자극(magnetic pole)과 동일한 자극을 갖는다. 이 실시예에서, 상부 극편(top pole piece)(63)은 하부 극편에 인접하게 위쪽으로 배치되고, 자석(61)의 상부와 반대의 자극을 갖는다. 이 실시예에서, 상부 극편(63)은 두 부분을 포함하지만, 다른 실시예들에서는, 그것은 하나 또는 많은 부분을 포함할 수 있다. 도 6에서 보일 수 있듯이, 전방 진동판이 음파가 그것에 부딪히도록 할 때, 코일(47)은 음파에 상응하는 전기적 신호들을 생성하기 위하여 자석 어셈블리(41)와 그것의 연관된 자기장에 대하여 이동한다. 전기적 신호들은 도 3 내지 5에 보여지듯이 코일 연결 및 연관된 단자 리드(terminal lead)(64)를 통해 전송될 수 있다.
도 6 및 7에 나타난 특정 실시예에서 보여지듯이, 전방 진동판(42)은 전방 진동판 마운트(front diaphragm mount)(66)를 통해 트랜스듀서 어셈블리(40)에 장착(mounted)된다. 후방 진동판(44)은 후방 진동판 마운트(rear diaphragm mount)(67)를 통해 트랜스듀서 어셈블리(40)에 장착된다. 후방 진동판 마운트(67)는 적어도 하나의 개구(aperture)(68)를 그것 내에 포함한다.
트랜스듀서(30)는 트랜스듀서 어셈블리(40)에 의해 대체로 정의되는 내부 음향 네트워크를 포함하는데, 그것은 공동(50)과 음향적으로 연통한다. 도 6 및 7에 보여지듯이, 트랜스듀서 어셈블리(40)에 연관된 내부 공간 네트워크는 하우징(32)내에 형성된 공기 통로(52)와 음향적으로 연통한다. 전방 진동판(42) 뒤의 공간과 트랜스듀서(40)의 자석 어셈블리(41)에 대체로 연관된 중앙 공간 사이의 이 음향 연통을 가능하게 하는 부분은 상부 극편(63) 내의 적어도 하나의 개구이다. 음향 저항(acoustic resistance)(72)은 음향 저항(72)이 상부 극편(63) 내의 개구들을 통하여 통과하는 음파를 마주칠 수 있도록 상부 극편(63)의 두 부분 사이에 배치된다. 다른 음향 저항(73)은 음향 저항(73)이 후방 진동판 마운트(67) 내의 개구들(68)을 통하여 통과하는 음파를 마주칠 수 있도록 도 6에서 보이는 바와 같이, 후방 진동판 마운트(67)와 하부 자극편 사이에 배치된다. 일 실시예에서, 제3 음향 저항 구성요소(74)는 하우징(32) 내의 공동(50)의 제1 부분(76)과 제2 부분(77) 사이에 배치된다.
도 6에 대체로 보여진 바와 같이, 트랜스듀서(30)는 그것과 연관된 몇몇 내부 음향 공간을 갖는데, 그것은 트랜스듀서 어셈블리 내의 저항들(72 및 73) 사이의 대체적인(general) 부피를 포함하는 주 공간(primary space); 저항(73)과 공기 통로들(52)의 대체적인 종단(termination) 사이에 대체적인 부피를 포함하는 이차적인 공간(secondary space); 및 저항(74) 위와 공기 통로들(52)의 종단 뒤의 대체적인 부피를 대체로 포함하는 제1 부분(76)뿐만 아니라 저항(74) 아래 부피를 대체로 포함하는 제2 부분(77)에 의해 정의되는 공동(50)을 포함하는 예비 공간(auxiliary space)을 포함한다.
도 3 내지 7을 종합적으로 참조하고, 도 3을 더 구체적으로 참조하면, 도시된 실시예에서, 하우징(32)은 적어도 하나의 개구(83)를 그 안에 갖는 공진기(82)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 하우징(32)은 회절판(84)을 더 포함하는데, 그것은 본원에 논의될 바와 같이 트랜스듀서(30)의 음향 성능을 지원(assists)한다. 무엇보다도, 회절판(84)은 이중 진동판 설계에 의해 도입되는 음향 공간 분할로 인한 반파 공진 조건(half wavelength resonance condition)을 보상한다. 그것은 외부 딜레이 거리 D 또한 감소시킨다. 도 3은 적어도 하나의 개구(83)를 가진 트랜스듀서(30)의 공진기(82)의 일부를 드러내기 위해 잘라내진 회절판(84)의 일부를 보여준다. 도 3에서 개구들(83)을 통하여 일부가 보일 수 있는 전방 진동판(42)은 개구들(83)을 통과하는 음파들이 전방 진동판(42)의 전면(46)에 부딪히도록 공진기(82)에 인접하게 배치된다.
도 4에 보이듯이, 후방 진동판(44)은 음파들이 그것에 부딪힐 수 있도록 하우징(32) 내에 배치된다. 도 4 및 6에 보이듯이, 후방 진동판(44)의 전면(48)은 대체적으로 중앙에 위치한 하우징(32)의 개방 영역(open area)(86)에 인접하게 위치한다. 이 구성이 하우징(32)의 공기 통로(52) 및 공동(50) 구성의 제약들을 더 적게 하지만, 하우징의 측면이나 하우징의 외측 부분 주위에 동심으로(concentrically) 공동을 배치하는 것을 제한 없이 포함하여, 다른 구성들이 가능하며 본원에 고려됨에 주의해야 한다.
도 8 내지 10은 본 발명의 하나 이상의 원리들에 따라 몇몇 실시예에서 포함된 전방 진동판(42) 및 후방 진동판(44)의 양상들을 도시한다. 이중 진동판 다이나믹 마이크로폰 트랜스듀서 개념과 관련하여, 전방 진동판(42) 및 후방 진동판(44) 모두의 컴플라이언스는 본원에 보이는 실시예의 기본적인 시스템 극(fundamental system pole) 내의 상방 시프트(shift upwards)를 보상하기 위해 종래의 설계들보다 증가되었다. 따라서 얇은 진동판 물질이 바람직하게 사용된다. 또한, 도 8에 보여진 전방 진동판(42)의 윤곽에 의해 예시되었듯이, 진동판은 진동판의 외부 지름의 감도(stiffness)를 증가시키기 위해 가변적인 반경의 곡률 R을 가진 컴플라이언스 링 부분(92)을 또한 바람직하게 사용한다. 얇은 진동판 물질은 오디오 주파수 대역폭으로 하향 시프트하는(shift down) 모달 동작(modal behavior)을 가능하게 하기 때문에, 수많은 추가적인 특징이 잠재적인 모달 효과들(modal effects)을 개선하기 위하여 진동판 프로필에 사용될 수 있다. 예컨대, 진동판은 예를 들어 마일러(Mylar) 또는 호스타판(Hostaphan)과 같은 얇은 PET로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 진동판은 35 게이지 PET(35 gauge PET)로 구성된다. 그러나, 다른 게이지들/두께들 및 다른 물질들도 이 원리들에 따라 사용될 수 있다. 진동판은 진동판의 컴플라이언스 링 부분(92)에 복수의 톱니모양(serration) 구성요소(94) 또한 포함할 수 있다. 톱니모양 구성요소들(94)은 가늘고 긴 홈들(elongated indentations) 또는 진동판으로부터 물질이 잘려나간 것들로 보여지고, 다른 형태들이나 형상들도 될 수 있다. 전방 진동판(42)에 관하여, 물질의 빈 곳(blank of material)(도시되지 않음)은 전방 진동판의 코일 부착 플랫(coil attachment flat)(97) 상에 배치될 수 있다. 빈 곳은 멜리넥스(Melinex)와 같은 폴리에스테르 필름과 같은 임의의 적절한 얇은 물질로 형성될 수 있다. 후방 진동판(44)에 관하여, 전형적인 다이나믹 마이크로폰 진동판들에 비해 증가된 컴플라이언스가 바람직한 대역폭 조건들 및 최적의 측면배음성을 위한 조정가능한 기준 거리를 달성하기 위하여 바람직하다는 사실이 고려되었다. 특히 후방 진동판은 부착된 코일을 가지고 있지 않기 때문에, 후방 진동판(44)의 질량도 고려되었다. 보여진 실시예에서, 후방 진동판의 돔 부분(98)은 전방 진동판의 돔 부분(99)의 지름에 비하여 더 작은 지름을 갖고, 그것은 그것에 부착되는 코일을 가지고 있지 않는다는 사실 때문에, 코일의 부착을 수용하기 위한 플랫 부분을 포함하지 않는다.
위에 언급되었듯이, 회절판(84)은 이중 진동판 설계에 의해 도입된 음향 공간 분할로 인한 반파 공진 조건을 보상한다. 이것은 회절판(84)이 전방 진동판(42)에 대해 비슷한 효과를 생성하여 진동판들 둘 다의 응답을 트래킹(track)하는 것을 허용한다는 사실에 의해 달성된다. 회절판(84)은 또한 외부 딜레이 거리 D를 유리하게 감소시킨다. 고주파수 성능 수정들은 회절판(84)에 대한 약간의 수정을 통해 가능하다. 일반적으로, 수정은 외부 딜레이 거리 D 뿐만 아니라 연속 방사 음향관성(series radiation inertance)을 교란시킨다(perturb). 회절판(84)의 외부 지름이 증가할 때, 공진기 개구(83) 음향관성과 함께 연속 방사 음향관성은 공진기 공진 주파수를 낮추며 약간 증가한다. 이것은 외부 딜레이를 약간 감소시킬 뿐 아니라 고주파수 응답(f ≥ 10kHz)을 감소시킨다. 그러나, 반파 공진 조건이 다시 생겨나는 최소 외부 지름이 있다. 하우징(32)의 넥(neck) 부분(102)에 의해 도 3 내지 7에서 보이는 실시예에 확립된 회절판(84)의 높이는 비슷한 효과를 갖는다. 높이가 증가할 때, 연속 방사 음향관성은 감소하고 외부 딜레이는 증가한다. 그 역도 또한 참이다.
이중 진동판 다이나믹 마이크로폰 트랜스듀서는 바람직하게는 전방 진동판(42)과 후방 진동판(44) 둘 다에 연관된 낮은 방사 음향관성과 최소 외부 딜레이 사이에서 절충을 한다. 경계 요소(boundary element; BE) 수치 시뮬레이션 툴은 {전방 진동판(42)의 전면(46)이 상당히 노출되도록 하여 공진기(83)를 제외한} 본 발명의 하나 이상의 원리에 따라 설계된 샘플 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서 실시예의 진동판들을 올려놓는(loading) 방사 임피던스(radiation impedance)를 특징짓기 위하여 사용되었다. 후방 진동판의 방사 음향관성은 표 1에 보여진 바와 같이 거의 일정함이 발견되었다. 복수의 주파수들(f ≤ 1kHz)이 시뮬레이팅되었고, 후방 진동판에 의해 경험된 방사 음향관성은 전방 진동판에 의해 보여진 것의 대략 두 배임이 발견되었다. 전방 진동판이 시뮬레이션 동안 (공진기 없이) 노출되었기 때문에, 따라서 그것은 주어진 표면적의 가장 낮은 가능한 방사 음향 관성을 보인다.
Figure 112015048632519-pct00001
도 11a 및 11b는 (공진기 없는) 본 발명의 하나 이상의 원리에 따라 설계된 예시적인 샘플 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서 실시예의 경계 요소 시뮬레이션으로부터 얻어진 외부 딜레이 D 및 게인 인자 G 값들을 도시하는 그래프들이다. 이 그래프들에서, 게인 인자 G는 20log(|Pb/Pf|)로 정의되는데, Pb는 후방 진동판의 노출된 표면 상의 평균 압력, Pf는 전방 진동판의 노출된 표면 상의 평균 압력이다.
그래프들에서 보여지듯이, 외부 딜레이 파라미터는 주파수에 대하여 거의 일정하고(D
Figure 112015048632519-pct00002
0.0283m), f > 5kHz에서 결국 붕괴된다.
도 12a 및 12b는 두 소스 거리(rf = 0.6096m 및 rf = 1.8288m)에서 본 발명의 하나 이상의 원리에 따라 설계된 예시적인 샘플 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서 실시예의 주파수 응답을 도시하는 그래프들이다. 샘플에서 후방 진동판 컴플라이언스는 기준 거리 rf = 1.8m에서 측면 배음성(θ = 180°)을 최적화하려는 의도였다. 도면들에 보여진 바와 같이, 샘플은 rf = 0.6096m의 더 가까운 근접 소스에 비해, 소스 거리 rf = 1.8288m에서 개선된 LF 제거(rejection)(f ≤ 200Hz)를 보인다.
이 결과들에 의해 입증된 바와 같이, 무엇보다도, 기준 소스 근접에서의 측면배음성 및 소스/수신기 근접 효과들을 제어하는 최적의 수단을 가진 단일한 캡슐의 전문적인 수준의 단일-지향성(uni-directional) 마이크로폰이 달성되었다.
본 명세서는 기술에 따른 다양한 실시예들의 진정한, 의도되고 공정한 범위 및 취지를 제한하기 위한 것이 아니라 이들을 어떻게 만들어내고(fashion) 사용할지를 설명하는 것을 의도하고 있다. 전술한 설명은 모든 것을 다 포함하는 것(exhaustive)이나, 명시된 특정한 형태들로 한정되는 것을 의도하지 않는다. 전술된 교시를 고려한 변경이나 변형이 가능하다. 실시예(들)는 설명된 기술 및 그 기술의 실용적 응용의 원리의 최상의 실례를 제공하기 위해, 그리고 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자가 본 기술을 다양한 실시예들에서 고려된 특정 목적에 적합한 대로 다양하게 변경하여 활용할 수 있도록 하기 위해 선택되고 묘사되었다. 공정하게, 법적으로 그리고 정당하게 자격이 부여되는 범위에 따라서 해석될 경우, 이러한 모든 변형과 변경은, 특허 출원 중에 보정될 수 있는 첨부된 청구범위 및 그것의 모든 균등물에 의해 결정된 실시예들의 범위 내에 속한다.

Claims (22)

  1. 하우징(housing); 및
    음파들을 받아들이기 위해 상기 하우징 내에 지지된 트랜스듀서 어셈블리(transducer assembly) - 상기 트랜스듀서 어셈블리는
    자석 어셈블리(magnet assembly);
    상기 자석 어셈블리에 인접하게 배치되고 전면과 후면을 가지며, 상기 전면은 음파들이 그에 부딪히게 하도록 구성되고, 상기 후면은 그에 연결된 코일을 가져 상기 코일이 상기 자석 어셈블리의 자기장과 상호작용할 수 있는, 전방 진동판(front diaphragm); 및
    전면과 후면을 갖고, 상기 후면은 상기 자석 어셈블리에 인접하게 상기 전방 진동판의 상기 후면에 대하여 마주보게 배치되고, 상기 전면은 음파들이 그에 부딪히게 하도록 구성된 후방 진동판(rear diaphragm)
    을 포함함 -;
    를 포함하고,
    상기 트랜스듀서 어셈블리는 내부 음향 공간을 정의하고;
    상기 하우징은 상기 내부 음향 공간과 상기 하우징 내의 공동 사이에 음향적인 연통(acoustic communication)을 확립하는(establishing) 적어도 하나의 공기 통로(air passage)를 갖고, 상기 공동은 상기 후방 진동판의 상기 전면에 인접하도록 위치하는, 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서(dual diaphragm microphone transducer).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 전방 진동판의 상기 전면 상에 배치된 공진기(resonator)를 더 포함하고,
    상기 공진기는 내부에 적어도 하나의 개구(aperture)를 갖는, 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 전방 진동판의 상기 전면에 인접하고 상기 전방 진동판의 상기 전면으로부터 외측에 오프셋 배치된 회절판(diffractor plate)을 더 포함하는, 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전방 진동판은 중앙 돔 부분(central dome portion) 및 외측 컴플라이언스 링 부분(outer compliance ring portion)을 포함하는, 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전방 진동판의 상기 컴플라이언스 링 부분은 가변의 곡률 반경을 갖는 단면 프로필(cross-sectional profile)을 갖는, 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 후방 진동판은 중앙 돔 부분 및 외측 컴플라이언스 링 부분을 포함하는, 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 후방 진동판의 상기 컴플라이언스 링 부분은 가변의 곡률 반경을 갖는 단면 프로필을 갖는, 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전방 진동판 및 상기 후방 진동판 각각은 중앙 돔 부분 및 외측 컴플라이언스 링 부분을 포함하고, 상기 후방 진동판의 상기 중앙 돔 부분은 상기 전방 진동판의 상기 중앙 돔 부분보다 작은, 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서.
  9. 음원으로부터의 음파들의 통과를 허용하는 적어도 하나의 개구를 가진 공진기를 갖는 하우징; 및
    상기 음파들을 받아들이기 위해 상기 하우징 내에 지지된 트랜스듀서 어셈블리 - 상기 트랜스듀서 어셈블리는
    자석 어셈블리;
    상기 자석 어셈블리에 인접하게 배치되고 전면과 후면을 가지며, 상기 전면은 상기 하우징의 상기 공진기에 인접하게 배치되고, 상기 후면은 그에 연결된 코일을 가져 상기 코일이 상기 자석 어셈블리의 자기장과 상호작용할 수 있는, 전방 진동판; 및
    전면과 후면을 갖고, 상기 후면은 상기 자석 어셈블리를 향하고(facing) 상기 자석 어셈블리와 인접하게 배치된 후방 진동판
    을 포함함 -;
    를 포함하고,
    상기 하우징은 상기 전방 진동판 뒤의 공간과 상기 하우징 내의 공동 사이에 음향적인 연통을 확립하는 적어도 하나의 공기 통로를 갖고, 상기 공동은 상기 후방 진동판의 상기 전면에 인접하도록 위치하는, 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 전방 진동판의 상기 전면에 인접하고 상기 전방 진동판의 상기 전면으로부터 외측에 오프셋 배치된 회절판을 더 포함하는, 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 전방 진동판은 중앙 돔 부분 및 외측 컴플라이언스 링 부분을 포함하는, 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전방 진동판의 상기 컴플라이언스 링 부분은 가변의 곡률 반경을 갖는 단면 프로필을 갖는, 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 후방 진동판은 중앙 돔 부분 및 외측 컴플라이언스 링 부분을 포함하는, 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 후방 진동판의 상기 컴플라이언스 링 부분은 가변의 곡률 반경을 갖는 단면 프로필을 갖는, 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 하우징 내의 상기 공동은 음향 저항 소자(acoustically resistive element)를 통해 두 부분으로 분리되는(separated), 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서.
  16. 전방 부분과 후방 부분을 갖고, 상기 전방 부분은 음원으로부터의 음파들의 통과를 허용하는 적어도 하나의 개구를 가진 공진기를 갖고, 상기 후방 부분은 내부에 형성된 공동을 갖는 하우징; 및
    상기 음파들을 받아들이기 위해 상기 하우징 내에 지지된 트랜스듀서 어셈블리 - 상기 트랜스듀서 어셈블리는
    자석 어셈블리;
    상기 자석 어셈블리에 인접하게 배치되고 전면과 후면을 가지며, 상기 전면은 상기 하우징의 상기 공진기에 인접하게 배치되고, 상기 후면은 그에 연결된 코일을 가져 상기 코일이 상기 자석 어셈블리의 자기장과 상호작용할 수 있는, 전방 진동판; 및
    전면과 후면을 갖고, 상기 후면은 상기 자석 어셈블리를 향하고 상기 자석 어셈블리와 인접하게 배치된 후방 진동판
    을 포함함 -;
    를 포함하고,
    상기 하우징은 상기 전방 진동판 뒤의 공간과 상기 하우징의 상기 후방 부분 내의 공동 사이에 음향적인 연통을 확립하는 적어도 하나의 공기 통로를 갖고, 상기 공동은 상기 후방 진동판의 상기 전면에 인접하도록 위치하는, 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 전방 부분은 상기 공진기에 인접하고 상기 공진기로부터 외측에 오프셋 배치된 회절판을 더 포함하는, 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 전방 진동판은 중앙 돔 부분 및 외측 컴플라이언스 링 부분을 포함하는 디스크-같은 형태(disc-like shape)를 갖는, 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 전방 진동판의 상기 컴플라이언스 링 부분은 가변의 곡률 반경을 갖는 단면 프로필을 갖는, 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 후방 진동판은 중앙 돔 부분 및 외측 컴플라이언스 링 부분을 포함하는 디스크-같은 형태(disc-like shape)를 갖는, 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 후방 진동판의 상기 컴플라이언스 링 부분은 가변의 곡률 반경을 갖는 단면 프로필을 갖는, 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서.
  22. 제16항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 후방 부분 내의 상기 공동은 음향 저항 소자를 통해 두 부분으로 분리되는, 이중 진동판 마이크로폰 트랜스듀서.
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