WO2014027467A1 - 電気音響変換装置 - Google Patents

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WO2014027467A1
WO2014027467A1 PCT/JP2013/004881 JP2013004881W WO2014027467A1 WO 2014027467 A1 WO2014027467 A1 WO 2014027467A1 JP 2013004881 W JP2013004881 W JP 2013004881W WO 2014027467 A1 WO2014027467 A1 WO 2014027467A1
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WO
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wirings
electroacoustic transducer
wiring
vibration film
magnetized
Prior art date
Application number
PCT/JP2013/004881
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English (en)
French (fr)
Inventor
正直 奥田
正 吉野
Original Assignee
ミカサ商事株式会社
株式会社プロトロ
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Filing date
Publication date
Application filed by ミカサ商事株式会社, 株式会社プロトロ filed Critical ミカサ商事株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R9/00—Transducers of moving-coil, moving-strip, or moving-wire type
    • H04R9/02—Details
    • H04R9/04—Construction, mounting, or centering of coil
    • H04R9/046—Construction
    • H04R9/047—Construction in which the windings of the moving coil lay in the same plane
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R9/00—Transducers of moving-coil, moving-strip, or moving-wire type
    • H04R9/06—Loudspeakers

Definitions

  • the present invention relates to an electroacoustic transducer such as a speaker and a microphone.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-28785 discloses a digital speaker that directly converts analog sound by a circuit that outputs a plurality of digital signals by a ⁇ modulator and a mismatch shaping filter circuit, and a plurality of speakers driven by the plurality of digital signals.
  • a digital sound system that is optimal for the equipment.
  • This document includes a ⁇ modulator, a post filter, s drive circuits, and a power circuit that supplies power to the ⁇ modulator, the post filter, and s drive elements.
  • a digital speaker driving device is described in which the driving circuit corresponds to s digital signal terminals.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-250063 discloses a driving method with a high degree of freedom in front face shape design with a high-density pattern having a full-range acoustic conversion capability while realizing a thin thickness that can be built into a small flat-screen television or the like. It is described to provide a thin full-surface driving speaker having
  • the loudspeakers described in this document each have a first magnetic circuit and a second magnetic circuit having the same configuration of magnetic circuits forming a maximum number of circular magnetic gaps arranged at a high density on almost the entire surface of a yoke plate forming a frame.
  • the circuit groups are arranged on both sides of the diaphragm so that each of the magnetic circuits faces each other at the same polar face, and the voice coil carried by the diaphragm is a circular magnetic gap between the two magnetic circuits facing each other. Is formed in a continuous pattern with the maximum effective line length traced in one stroke, and is arranged perpendicularly to the magnetic flux direction in the main magnetic flux loop formed radially in the circular magnetic gap on the neutral surface between the opposing magnetic circuits.
  • the yoke plate includes a through hole that radiates sound pressure in a wide amplitude region due to vibration of the diaphragm to the outside.
  • One embodiment of the present invention is an electroacoustic transducer having a magnet plate including a magnetized surface that is multipolarly magnetized, and a vibrating membrane that is disposed so as to face the magnetized surface with a buffer material interposed therebetween.
  • the vibration film includes a wiring pattern including a plurality of independent wirings to which different electric signals are applied, and the wiring pattern extends along a magnetization boundary (magnetization boundary line) of a magnetized surface magnetized by multipolar magnetization.
  • An arrangement pattern including an arrangement pattern having a magnetization boundary as the center of symmetry.
  • This electroacoustic transducer is a surface-type electroacoustic transducer in which a magnet plate and a diaphragm are arranged to face each other, and a plurality of magnetic circuits are provided by a plurality of independent wirings to which different electrical signals are applied. Can be configured. Further, the wiring pattern includes a symmetric arrangement pattern with the magnetization boundary as the center of symmetry along the magnetization boundary line. If a plurality of magnetic circuits are constituted by a plurality of wirings, a force parallel to the vibration film (force in the in-plane direction) may be generated with respect to the vibration film, and depending on the signal applied to the wiring pattern, There is a possibility that a component that is not assumed in the movement is included. Symmetrical arrangement patterns included in the wiring patterns tend to generate parallel force components that cancel each other. For this reason, the movement (vibration) by the force parallel to the vibrating membrane can be suppressed.
  • the functions of a plurality of magnetic circuits each constituted by a plurality of wirings can be flexibly selected or reconfigured.
  • the function as a plurality of speakers can be realized by a single surface type (flat type, flat plate type) device.
  • a plurality of wirings included in the wiring pattern in an appropriate combination, it is possible to function as one or a plurality of speakers having different characteristics.
  • the array pattern includes a first array pattern and a second array pattern that have adjacent magnetization boundaries as symmetrical centers, and the plurality of wirings included in the first array pattern and the second array pattern are those It is desirable that the order of the order is reversed.
  • the array pattern includes a first array pattern and a second array pattern that have adjacent magnetization boundaries as symmetrical centers, and the plurality of wirings included in the first array pattern and the second array pattern are those It is desirable that the order of the order is reversed.
  • the vibrating membrane includes a wiring pattern on both sides. More magnetic circuits can be configured in one vibration film.
  • a typical magnetized surface is multi-pole magnetized in a stripe shape, and a typical one of a plurality of wiring patterns provided on the vibration film is arranged (arranged) in a stripe shape or a winding (meandering) state. It has been done.
  • a quadrangular magnet plate is multipolarly magnetized at equal pitches in stripes parallel to either side, and the wiring pattern of the diaphragm is parallel to any side of the diaphragm. This includes an array pattern meandering at the same pitch as the multipolar magnetization pitch.
  • the electroacoustic transducer has a connection piece integrated with the vibration membrane, and the connection piece preferably includes a plurality of connection ends that electrically connect each of the plurality of wirings and the external wiring.
  • a combination of a plurality of wirings can be controlled using a plurality of connection ends, and can be used as an electroacoustic transducer having different characteristics.
  • the electroacoustic transducer is configured such that an input destination or an output source (output source) of an electric signal input or output to each of the plurality of wirings is directly connected to the plurality of wirings through the plurality of connection ends. It is desirable to have a connection unit that switches at a clock or a period close thereto. Even if each of the plurality of wirings included in the wiring pattern has the same basic characteristics, fine acoustic characteristics are often different due to manufacturing tolerances. Therefore, the acoustic characteristics of the plurality of wirings included in the wiring pattern can be averaged by switching the allocation of the plurality of wirings in a clock or a period close thereto, for example, in units of clocks. For this reason, an electroacoustic transducer with better acoustic characteristics can be provided.
  • the electroacoustic transducer may include a substrate (printed wiring board) integrated with the vibration film, and a processing unit that is mounted on the substrate and supplies a digital acoustic signal to each of the plurality of wirings.
  • a typical electroacoustic transducer has a printed wiring board including a vibrating membrane portion and a substrate portion.
  • the processing unit preferably includes a connection function for switching the supply destination of the digital acoustic signal supplied to each of the plurality of wiring patterns to one of the plurality of wirings in a clock or a period close thereto, for example, in units of clocks.
  • One of the different forms of the present invention is a speaker having the above-described electroacoustic transducer and a housing that houses the electroacoustic transducer.
  • the figure which shows the external appearance of a speaker The figure which expands and shows the structure of a speaker.
  • Sectional drawing which shows arrangement
  • FIG. 1 shows the appearance of a flat-plate speaker as an example of the electroacoustic transducer according to the present invention.
  • FIG. 2 is a development view showing a schematic configuration of the flat speaker 10.
  • the speaker 10 includes a plate-shaped housing 20, plate-shaped magnet plates 31 and 32 disposed on the upper and lower sides (front and rear, or left and right) of the housing 20, and buffer plates (buffer members) 41 on the magnet plates 31 and 32. And 42 and a terminal unit 70 for connecting the vibration film 50 and external wiring.
  • the housing 20 is made of metal, plastic, or wood, and may be made of other materials such as ceramic and glass.
  • the housing 20 includes an upper housing 21 and a lower housing 22, each having a plurality of openings 23.
  • the shape of the opening 23 is not limited to a circle, and may be a polygon, a net, a slit, or the like.
  • the housing 20 may constitute the speaker 10 alone, or may be a part of a television, a personal computer or other electrical product or furniture.
  • the housing 20 may be part of the interior of the vehicle or the interior of the room, and the housing 20 may be part of other movable property or real estate.
  • the magnet plates 31 and 32 housed inside the housing 20 are permanent magnet plates having a common configuration. Due to magnetization, a belt-like N pole 35n and S pole 35s are formed on the front and back magnetized surfaces 33. It appears alternately in parallel stripes. Furthermore, a plurality of through-holes 34 are formed along a boundary (magnetization boundary, magnetization boundary line) 36 of the belt-like N pole 35n and S pole 35s (hereinafter, sometimes referred to as a magnetized region 35 regardless of the pole). Is provided.
  • the magnet plates 31 and 32 may be sintered magnet plates, non-sintered magnet plates, flexible magnet plates, solid structure magnet plates, or any other known magnet plate.
  • the material to which magnetism is added may be a ferrite magnet, a rare earth magnet, a neodymium-iron-boron magnet, or the like.
  • the thickness and shape of the magnetic plate 31 (square, rectangular, circular, elliptical, etc.) and structure (whether it is a single permanent magnet plate or a structure in which a plurality of permanent magnet plates are bonded together) are arbitrary. Depending on the design problem, it can be appropriately selected according to the characteristics, cost, manufacturing necessity, use condition, and the like. Further, the size of the magnetic pole (magnetization size), the pole pitch, etc. are arbitrary, and can be selected based on factors such as the size of the housing 20 and the required volume.
  • the speaker 10 having a structure in which the diaphragm 50 is sandwiched between the two magnetic plates 31 and 32 will be described as an example.
  • the vibration film 50 may be disposed only on one side (one side) of one magnet plate, and the vibration film 50 may be provided on both sides of one magnet plate.
  • the arrangement may be such that a plurality of magnet plates and a vibration film are laminated.
  • the buffer members 41 and 42 disposed between the magnet plates 31 and 32 and the vibration film 50 are soft, have air permeability that allows sound waves to freely pass through, and are approximately the same size as the vibration film 50.
  • One example of the buffer members 41 and 42 is a laminate of a plurality of thin sheet-like nonwoven fabrics (about 2 to 5 sheets). When the buffer members 41 and 42 are formed by stacking a plurality of sheet-like members, it is desirable to arrange them so that they can be individually vibrated (displaced) without being bonded.
  • the buffer members 41 and 42 prevent the vibration film 50 from hitting the magnet plates 31 and 32 and generating abnormal noise (noise that is not normal vibration sound) during operation, and prevent the vibration film 50 itself from generating divided vibrations (chattering). This includes controlling the generation of sound other than sound waves that are faithful to the sound source.
  • the vibrating membrane 50 is a thin resin film, and for example, a polyimide film (aromatic polyimide film), a polyethylene terephthalate film or the like can be used, and the thickness is preferably about 10-50 ⁇ m, and more preferably about 20-40 ⁇ m.
  • the vibration film 50 may be a laminate of a plurality of films.
  • the vibrating membrane 50 of this example is a rectangular portion of a resin film (printed wiring board) 59 that is square (rectangular) and has a small connecting piece 58 provided on one side.
  • a wiring pattern 60 including a plurality of wirings 61 a to 61 c is formed on both surfaces 51 and 52 on the vibration film 50.
  • FIGS. 3A and 3B show both surfaces (upper surface and lower surface, front surface and rear surface, front surface and back surface) 51 and 52 of the vibration membrane 50.
  • the arrangement of the magnetized regions 35n and 35s of the magnetized surface 33 of the opposing magnet plate 30 is shown.
  • a wiring pattern 60 including three wirings 61a, 61b and 61c is formed on the surface 51 of the vibration film 50.
  • a wiring pattern 60 including three wirings 61 d, 61 e and 61 f and having the same or symmetrical arrangement as the wiring pattern on the front surface 51 is formed.
  • the connection piece 58 integrated with the vibrating membrane 50 is provided with connection terminals 62 connected to both ends of the respective wirings 61a to 61c and 61d to 61f. Therefore, the front and back wirings 61a to 61f are electrically independent, and different electrical signals can be applied to the wirings 61a to 61f via the connection terminals 62, respectively.
  • the wirings 61a to 61f and the connection terminal 62 are printed wirings, and the resin film 59 including the vibration film 50 is a flexible printed wiring board. These wirings 61a to 61f can be formed by photoetching a flexible copper-clad print film. Since the configuration of the front surface 51 and the back surface 52 is common, the wiring pattern 60 on the front surface 51 will be described below.
  • the vibration film 50 includes a wiring pattern 60 including a plurality of independent wirings 61a to 61c to which different electric signals are applied.
  • the wiring pattern 60 is arranged on the edge side of the vibration film 50 and the array patterns 65a and 65b for output extending along the magnetization boundary (magnetization boundary line) 36 of the magnetized surface 33 that has been magnetized with multiple poles.
  • an array pattern 66 for connection extending in a direction orthogonal to the boundary 36.
  • the output array patterns 65a and 65b are array patterns with the magnetization boundary 36 as the center of symmetry, and a plurality of wirings 61a to 61c are arranged at symmetrical positions with the magnetization boundary 36 as the center.
  • these array patterns 65a and 65b include three wirings 61a to 61c, the wiring 61b is disposed along the magnetization boundary 36, and the wirings 61a and 61c are disposed in parallel to the wiring 61b at equal intervals. ing.
  • the output array patterns 65a and 65b arranged adjacent to each other in parallel are connected by a connection array pattern 66, and the order of the wirings 61a to 61c is reversed by the array pattern 66. Therefore, the arrangement order of the wirings 61a to 61c is reversed between the adjacent first array pattern 65a and second wiring pattern 65b.
  • the wiring pattern 60 includes a plurality of first array patterns 65a and second array patterns 65b, and the first array pattern 65a and the second array pattern 65b appear alternately and repeatedly.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the diaphragm 50 is sandwiched between the upper and lower magnet plates 31 and 32 in the speaker 10.
  • the buffer member is omitted.
  • Magnetized regions 35 (35n and 35s) magnetized in stripes appear on the surfaces (magnetized surfaces) 33 of the magnet plates 31 and 32.
  • the perpendicular magnetic field component (absolute value) of the magnetized region 35 is the largest in the vicinity of the centers of the magnetized regions 35n and 35s, and the boundary between the magnetized regions 35n (N pole) and 35s (S pole) (magnetized boundary). ) It is the smallest in the vicinity of 36. This is because the magnetization magnetic field component is defined in the vertical direction.
  • the horizontal component (component parallel to the surface of the permanent magnet plate) of the magnetic field 37 formed by these magnetized regions 35 is the smallest in the vicinity of the centers of the respective magnetized regions 35n and 35s, and in the vicinity of the magnetized boundary 36. Is the largest. This is because the lines of magnetic force 37 pass in an arc from the adjacent magnetized region 35n (N pole) to the magnetized region 35s (S pole).
  • the horizontal component of the magnetic field 37 is a component that contributes to vibrating the vibrating membrane 50 in the thickness direction.
  • the wirings 61a to 61c are arranged along the magnetization boundary 36 having the largest horizontal component by the first arrangement pattern 65.
  • the array patterns 65a and 65b include a plurality of wirings 61a to 61c. Accordingly, a plurality of wirings 61a to 61c are arranged with a certain width in a direction perpendicular to the magnetization boundary 36. For this reason, when a current flows through the wirings 61a and 61c on both sides, it acts not only on the horizontal component of the magnetic field 37 but also on the vertical component, moving the vibrating membrane 50 in the thickness direction (vertical direction, vertical direction in this figure) and vibrating. There is a possibility that a force for moving the film 50 in a parallel direction (in-plane direction, horizontal direction in the figure) works.
  • the wirings 61 a and 61 c on both sides are arranged at positions symmetrical with respect to the magnetization boundary line 36. Further, a current flows in the opposite direction through the array patterns 65a and 65b connected by the connection array pattern 66 and running side by side. Therefore, when signals having the same phase are supplied to the wirings 61 a and 61 c on both sides, the wirings 61 a and 61 c on both sides in the direction parallel to the vibration film 50 (in-plane direction, horizontal direction) due to the vertical component of the magnetic field 37. A reverse force is generated. Therefore, the force that moves the vibrating membrane 50 generated by the wirings 61a and 61c in the horizontal direction is canceled, and the vibrating membrane 50 can be vibrated up and down in a stable state to generate sound.
  • the same electrical signal is not always supplied to the wirings 61a and 61c on both sides.
  • the signal strengths supplied to the wirings 61a to 61c are often almost equal on a time average.
  • the terminal unit 70 is provided with a function of selecting and connecting the wirings 61a to 61c randomly or cyclically in units of clocks, thereby reducing the signal strength supplied to the wirings 61a to 61c. Further averaging is possible.
  • the order of the wirings 61a to 61c is reversed, and in the arrangement patterns 65a and 65b, the direction of the current flowing through the wirings 61a to 61c is reversed. Therefore, in the same wiring, for example, the wiring 61c, the direction of the vertical component of the magnetic field 37 is the same and the direction of the current is reversed. For this reason, the force that moves the vibrating membrane 50 generated by the wires 61 a and 61 c in the horizontal direction is canceled between the adjacent first arrangement patterns 65.
  • the vibration film 50 is vibrated up and down in a stable state, and the electrical signals are acoustic signals. Can be converted to output.
  • the acoustic signal output by the vibrating membrane 50 is output to the outside through the through holes (through portions) 34 provided in the magnet plates 31 and 32.
  • the movement of the vibration film 50 and the buffer members 41 and 42 in the horizontal direction (direction parallel to the surface) can be restricted by providing the housing 20 with an appropriate stopper structure.
  • the movement of the diaphragm 50 or the like can be restricted by the side wall of the housing 20, or the movement of the diaphragm 50 can be restricted by making the corner shape of the housing 20 oblique.
  • the horizontal movement of the vibrating membrane 50 can be restricted by a member such as a pin.
  • the edge (peripheral end) of the vibrating membrane 50 is housed in the housing 20 in a state where it can freely vibrate.
  • the vibration film 50 can be vibrated in the free end state, and vibration according to the electric signal supplied to the wirings 61a to 61f can be excited in the vibration film 50.
  • FIG. 5 shows a schematic configuration of a terminal unit 70 for connecting the wirings 61a to 61f on the front and back of the vibration membrane 50 to the outside, for example, a personal computer (PC) serving as a host device.
  • the vibration film 50 includes six wirings 61 a to 61 f in total on the front and back sides, and twelve connection terminals 62 in total on the front and back are provided on the connection piece 58 integrated with the vibration film 50. These twelve connection terminals 62 are connected to both ends of each of the six wirings 61a to 61f.
  • the terminal unit 70 is included in a first wiring group 76 including 12 wirings connected to the 12 connecting terminals 62, a second wiring group 77 including the 12 wirings, and a first wiring group 76.
  • a second switching unit 72 that switches a combination of twelve wirings included in the second wiring group 77, and a third wiring group 78, which are connected to each other arbitrarily. And a general-purpose interface connected to the switching unit 72, for example, a USB interface 73. Further, the terminal unit 70 includes a first controller 74 that controls the first switching unit 71 and a second controller 75 that controls the second switching unit 72.
  • the first switching unit 71 includes a switching mechanism such as a selector or a crossbar switch or a reconfiguration circuit.
  • the first switching unit 71 includes wirings of the first wiring group 76 on the output side that are electrically connected to the wirings 61a to 61f of the vibrating membrane 50, and wirings of the second wiring group 77 on the input side. And the connection of each wiring of the first wiring group 76 and each wiring of the second wiring group 77 is switched randomly or cyclically in units of clocks under the control of the first controller 74.
  • the first controller 74 When switching between random and cyclic, the first controller 74 always switches both ends of the wirings 61a to 61f of the vibrating membrane 50 so as to form a pair. Accordingly, when the second wiring group 77 on the input side is used, it is only necessary to select a wiring corresponding to any of the wirings 61a to 61f without considering switching to random or cyclic.
  • the timing for switching may be an appropriate period (cycle), and may be in units of one clock, in units of several clocks, or in units of several tens of clocks. That is, the timing for switching may be a clock or a period close to it.
  • the signals supplied to the wirings 61a to 61f are controlled by controlling the first switching unit 71 so as to switch in units of clocks. It can be switched at the same cycle as the digital audio signal.
  • the six wirings 61a to 61f formed on the front and back surfaces of the vibration film 50 are basically designed and formed (manufactured) so as to have the same wiring length and the same combination of lengths in the vertical and horizontal directions.
  • the resistance values and areas of the respective wirings 61a to 61f may fluctuate slightly.
  • the amplitude and frequency of the vibration film 50 may fluctuate slightly, and a subtle discomfort is generated in the output sound. there is a possibility.
  • the output of the diaphragm 50 can be averaged and the sound quality can be improved. Further, as described above, since the electric signals supplied to the wirings 61a to 61f can be averaged within a certain time range, the force for moving the vibrating membrane 50 in the horizontal direction can be canceled, and the vibration is stably performed. be able to.
  • the first switching unit 71 may select (switch) the wirings 61a to 61f cyclically in a short time unit.
  • the second switching unit 72 also includes an appropriate connection circuit element capable of switching connections such as a selector and a crossbar switch, and the combination of connections of the six wirings 61a to 61f can be changed via the connection terminal 62.
  • the wirings 61a to 61f can be connected in series, partially connected in series, or combined in series and parallel.
  • the resistance of each of the wirings 61a to 61f is 4 ⁇ , when a voltage of 4V is applied to both ends, the wirings 61a to 61f of the speaker 10 can be used as six speakers having a resistance of 4 ⁇ and an output of 4W.
  • FIG. 5 shows, as an example, a combination of two wirings, for example, wirings 61a and 61d, wirings 61b and 61e connected in series, and further an example in which these are connected in parallel by broken lines.
  • the speaker 10 can be used as a single speaker having an overall circuit resistance of 4 ⁇ and an output of 4 W.
  • the six wires are used, but since the output wires are selected or switched randomly or cyclically by the first switching unit 71, the six wires are actually used.
  • 61a to 61f are used for output.
  • the speaker 10 can be used as three speakers having a resistance of 8 ⁇ and an output of 2 W. It is also possible to use four of the wirings 61a to 61f connected in series. By adopting this connection, the speaker 10 can be used as one speaker having a resistance of 16 ⁇ and an output of 1 W. In this way, the speaker 10 can be changed to a speaker having a resistance and an output that match the specifications of the host-side device, simply by changing the setting of the second switching unit 72. For this reason, the speaker 10 can be easily used for various applications such as the output of a smartphone and the output of an audio device, and can be easily used for a plurality of applications.
  • FIG. 6 shows a different type of printed wiring board 80 provided with the vibrating membrane 50.
  • This printed wiring board 80 can be housed in the housing 20 instead of the printed wiring board (resin film) 59 shown in FIG. 2, and the speaker 10 can be configured in the same manner as in the above example.
  • the printed wiring board 80 includes a vibration film 50 and a substrate portion 81 integrated with the vibration film 50.
  • a processing unit 85 is mounted (mounted) on the substrate portion 81, and is connected to the wirings 61 a to 61 f on the front and back of the vibrating membrane 50 by connection wirings 82.
  • a plurality of slits 83 are provided between the vibration film 50 and the substrate portion 81 along a boundary 89 between the vibration film 50 and the substrate portion 81, and the vibration film 50 using the substrate portion 81 as a vibration body.
  • the wiring pattern 60 and the processing unit 85 of the vibrating membrane 50 are mounted on a common printed wiring board (circuit board) without deteriorating the performance (vibration) of the vibrating membrane 50. 60 and the processing unit 85 can be electrically connected.
  • the configuration of the vibrating membrane 50 is the same as described above, and a description thereof will be omitted.
  • the processing unit 85 may be provided as a chip (LSI, ASIC), or a processing circuit may be formed directly on the printed wiring board 80.
  • the processing unit 85 includes a digital amplifier function 86, and supplies a digital acoustic signal to each of the wirings 61a to 61f of the diaphragm 50 via the connection wiring 82.
  • FIG. 7 shows digitalization of the CD system as an example of the principle of digital recording.
  • the horizontal axis represents time (t), and the vertical axis represents the voltage (v) of the electrical signal corresponding to the voice.
  • the digitization is performed by dividing the original audio signal shown by the curve 98 into a sampling period (for example, 22.7 ⁇ sec) on the time axis, and the voltage value therebetween is represented by digital data, for example, as shown by a broken line 99. It is recorded in the form of 16-bit binary number (quantization).
  • D / A converter analog converter
  • the voltage directly output from the D / A converter is a quantized stepped voltage as shown by a broken line 99 in the figure. If this step-like voltage signal is reproduced as it is with a speech force, it generally becomes a “jagged” sound that is difficult to hear.
  • the Super Audio CD (SACD) system performs high frequency sampling (spreading Linz period 0.35 ⁇ sec) at the recording stage, and ⁇ modulation (1 bit, 2.8224 MHz) data is directly applied to the Super Audio CD board during A / D conversion. Record.
  • SACD Super Audio CD
  • This is a method of expressing the size of an audio signal by the density (shading) of a 1-bit digital pulse, and has an order of magnitude performance compared to a conventional CD having a dynamic range of 120 db and a frequency characteristic of 100 KHz or more.
  • the digital amplifier (amplifier function, digital amplifier unit) 86 of the processing unit 85 drives the speaker with a digital logic circuit. That is, after receiving a digital signal, sound is reproduced by supplying the digital signal directly to the wirings (circuits) 61a to 61f of the diaphragm (diaphragm) 50 directly without performing analog conversion.
  • the digital amplifier function 86 receives a 24-bit digital signal
  • the digital amplifier function 86 is decomposed into six wirings (circuits) 61a to 61f and controlled so as to output information of four bits through one wiring within a certain period of time. To do.
  • the resolution per time per wiring is not limited to 4 bits, but may be 4 bits or more.
  • the digital amplifier 86 has a processing capability of about 100 MHz and divides a quantized sampling period, for example, 2.8 MHz into 16 in the time direction. Accordingly, as schematically shown in FIG. 8, the digital amplifier function 86 reproduces the input 24-bit digital signal 91 in six bits every six circuits (6 circuits ⁇ 16 bits (divided into 16 in the time direction)). Convert to signal 92. Specifically, the digital amplifier 86 converts the digital signal 91 into six signals 92.1 to 92.6 and supplies them directly to the respective wirings 61a to 61f.
  • the vibrating membrane 50 of the speaker 10 vibrates up and down by a digital signal (reproduction signal) 92 supplied independently to the wirings 61a to 61f. For this reason, in the speaker 10, a sound in which the vibration due to the reproduction signal 92 is synthesized is output from the vibration film 50.
  • the playback signal 92 is divided into 16 bits in the time direction. Therefore, as shown in FIGS. 9A to 9P, the speaker 10 can output 16-bit values (0 to 15) dispersed in the time direction.
  • 9 (a) shows the value 0, FIG. 9 (b) shows the value 1, FIG. 9 (c) shows the value 2, FIG. 9 (d) shows the value 3, and FIG. FIG. 9 (f) shows the value 5, FIG. 9 (g) shows the value 6, FIG. 9 (h) shows the value 7, FIG. 9 (i) shows the value 8, and FIG. 9 (j) indicates the value 9, FIG. 9 (k) indicates the value 10, FIG. 9 (l) indicates the value 11, FIG. 9 (m) indicates the value 12, and FIG. 9 (n) indicates the value. 13, FIG. 9 (o) shows the value 14, and FIG. 9 (p) shows the value 15.
  • the digital amplifier 86 selects an appropriate 4-bit signal (audio output) from these outputs, and the reproduction signal 92 is connected to each wiring of the diaphragm 50 so that a total of 24 bits of the signal is reproduced as the diaphragm 50.
  • (Circuit) 61a to 61f are supplied.
  • each of the wirings 61a to 61f is equivalent in terms of circuit, but there may be a slight difference in mechanical performance, and load distribution among the wirings 61a to 61f can be achieved. desirable.
  • the processing unit 85 includes a function (supply unit) 87 that supplies the wirings 61a to 61f with the reproduction signal 92 switched at random or cyclically so as to achieve load distribution.
  • the speaker 10 can be driven only by the logic circuit if there is a premise that there is a digital signal. Therefore, a digital / analog conversion circuit, an analog amplifier circuit, and a power supply circuit necessary for the amplifier are unnecessary, and a compact, power-saving and high-output speaker can be provided. Further, since the processing unit 85 for driving the speaker is a digital drive, that is, an on / off only switch, there is no heat generation on the circuit side, and no heat sink or the like is required. Furthermore, since the speaker can be driven with a voltage close to the power supply voltage, there is also an advantage that it can be used with lower power than the analog type.
  • the speaker 10 including the vibration film 50 in which the wiring pattern 60 including three wirings (three circuits) is formed on each of the front and back surfaces is described as an example.
  • the wiring pattern 60 may be two wirings, may be four wirings or more, and may be the vibrating membrane 50 in which wiring is provided only on one of the surfaces.
  • the wiring pattern 60 is two wirings, the two wirings are arranged at symmetrical positions around the magnetization boundary 36.
  • the wiring pattern 60 is folded back in the longitudinal direction (vertical direction) of the vibration film 50, but may be folded back in the width direction (lateral direction) of the vibration film 50.
  • the number of wiring patterns 60 that are meandering or zigzag bent (turned) is not limited to three. If the vibration film 50 is small, the wiring pattern 60 may be straight.
  • the wiring pattern 60 preferably includes the same number of first array patterns 65a and second wiring patterns 65b. In this case, the wiring pattern 66 for connection (turn part) included in the wiring pattern 60 is an odd number. It is desirable that
  • the positions of the through holes (vent holes) 34 provided in the magnet plates 31 and 32 are arbitrary, it is desirable to arrange them along the magnetization boundary 36 where the displacement of the vibration film 50 becomes large. Further, the arrangement of the through holes 34 may be a staggered pattern or a lattice pattern, and may be circular, oval, or polygonal.
  • a speaker that outputs sound is described as an example of an electroacoustic conversion device.
  • a microphone that converts sound into an electric signal may be used.
  • characteristics may be set flexibly or a digital signal may be used. Can be provided.

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Abstract

スピーカー（１０）は、多極磁化された着磁面（３３）を含む磁石板（３１）および（３２）と、着磁面（３３）と緩衝材（４１）および（４２）を挟んで対峙するように配置された振動膜（５０）とを有する。振動膜（５０）は、異なる電気信号が印加される独立した複数の配線を含む配線パターン（６０）を含み、配線パターン（６０）は、多極磁化された着磁面の着磁境界（３６）に沿って延びた配列パターンであって、着磁境界（３６）を対称の中心とした配列パターン（６５ａ）および（６５ｂ）を含む。

Description

電気音響変換装置
　本発明は、スピーカーおよびマイクロフォンなどの電気音響変換装置に関するものである。
　日本国特開２０１０－２８７８５号公報は、ΔΣ変調器とミスマッチシェーピングフィルター回路により複数のデジタル信号を出力する回路と、複数のデジタル信号により駆動される複数のスピーカーによりアナログ音声を直接変換するデジタルスピーカー装置に最適なデジタル音響システムを提案している。この文献には、ΔΣ変調器と、後置フィルターと、ｓ個の駆動回路と、ΔΣ変調器、後置フィルター及びｓ個の駆動素子に電源を供給する電源回路とから構成され，ｓ個の駆動回路はｓ個のデジタル信号端子に対応していることを特徴とするデジタルスピーカー駆動装置が記載されている。
　日本国特開２０１１－２５００６３号公報には、小型平面テレビ等に内蔵され得る薄型化を実現しつつ、フルレンジ型の音響変換能力を有する高密度パターンで、前面形状設計の自由度の高い駆動方式を持つ薄型全面駆動スピーカを提供することが記載されている。この文献に記載されているスピーカは、それぞれ、フレームをなすヨーク板のほぼ全面に高密度で配置した最大多数の円形の磁気ギャップを形成する磁気回路の同一構成でなる第１と第２の磁気回路群を、互いに磁気回路の各々が同極面で間隔を置いて対向する様に振動板の両側に配置し、振動板が担持するボイスコイルは対向する２群の各磁気回路の円形磁気ギャップの全てを一筆書でたどる最大有効線長の連続パターンで形成されて対向磁気回路間の中性面に円形磁気ギャップについてラジアル状に形成されるメイン磁束ループ内に磁束方向と直交して配置される。ヨーク板は、振動板の振動による広い振幅領域の音圧を外側に放射する貫通孔を備える。
　薄型化が可能な電気音響変換装置、たとえばスピーカーにおいて、複数の磁気回路をフレキシブルに利用できる電気音響変換装置が求められている。
　本発明の一態様は、多極磁化された着磁面を含む磁石板と、着磁面と緩衝材を挟んで対峙するように配置された振動膜とを有する電気音響変換装置である。振動膜は、異なる電気信号が印加される独立した複数の配線を含む配線パターンを含み、配線パターンは、多極磁化された着磁面の着磁境界（着磁境界線）に沿って延びた配列パターンであって、着磁境界を対称の中心とした配列パターンを含む。
　この電気音響変換装置は、磁石板と振動膜とが対峙して配置される面タイプの電気音響変換装置であり、異なる電気信号が印加される独立した複数の配線のそれぞれにより複数の磁気回路を構成できる。さらに、配線パターンに、着磁境界線に沿い、着磁境界を対称の中心とした、対称な配列パターンを含める。複数の配線により複数の磁気回路が構成されると振動膜に対し振動膜と平行な力（面内方向の力）が生成される可能性があり、配線パターンに与えられる信号によっては振動膜の動きに想定されていない成分が含まれる可能性がある。配線パターンに含まれる対称な配列パターンは、相互にキャンセルするような平行な力の成分を生成させやすい。このため、振動膜と平行な力による動き（振動）を抑制できる。
　したがって、この電気音響変換装置においては、複数の配線のそれぞれにより構成される複数の磁気回路の機能を、フレキシブルに選択または再構成できる。たとえば、配線パターンに含まれる複数の配線のそれぞれに異なる駆動信号を供給することにより複数のスピーカーとしての機能を１つの面タイプ（フラットタイプ、平板タイプ）の装置で実現することも可能である。また、配線パターンに含まれる複数の配線を適当な組み合わせで接続することにより１または複数の特性の異なるスピーカーとして機能させることが可能である。
　この電気音響変換装置においては、隣接する着磁境界に沿った配列パターンに含まれる複数の配線の並び順が逆転していることが望ましい。すなわち、配列パターンは、隣り合う着磁境界を対称の中心とする第１の配列パターンおよび第２の配列パターンを含み、第１の配列パターンおよび第２の配列パターンに含まれる複数の配線はそれらの並び順が逆転していることが望ましい。複数の配線のそれぞれに、パターンが偏った異なる電気信号が印加されるような場合であっても、第１の配列パターンおよび第２の配列パターンに流れる電流の向きが逆方向となる場合は、第１の配列パターンおよび第２の配列パターンと多極磁化とにより生成される振動膜に平行な力の成分は逆方向となり、それらにより振動膜の水平方向の動き（振動）を抑制できる。したがって、振動膜を、面に垂直な方向に効率よく振動させることができる。
　振動膜は両面に配線パターンを含むことが望ましい。より多くの磁気回路を１つの振動膜に構成できる。典型的な着磁面はストライプ状に多極磁化されているものであり、振動膜に設けられる複数の配線パターンの典型的なものはストライプ状または曲がりくねった（蛇行した）状態に配置（アレンジ）されたものである。典型的には、四角形の磁石板がいずれかの辺に平行な縞状に等ピッチで多極磁化されており、振動膜の配線パターンは、振動膜のいずれかの辺に平行で、磁石板の多極磁化のピッチと同ピッチで蛇行した配列パターンを含むものである。
　電気音響変換装置は、振動膜と一体化した接続片を有し、接続片は、複数の配線のそれぞれと外部配線とを電気的に接続する複数の接続端を含むことが望ましい。複数の配線の接続の組み合わせを複数の接続端を用いて制御でき、１または複数の特性の異なる電気音響変換装置として使用できる。
　電気音響変換装置は、複数の接続端を介して、または直に、複数の配線のそれぞれに対し入力または出力される電気信号の入力先または出力元（出力源）を、複数の配線のいずれかにクロックまたはそれに近い周期で切り替える接続ユニットを有することが望ましい。配線パターンに含まれる複数の配線のそれぞれは基本的な特性が共通するとしても、製造上の公差等により微細な音響特性が異なることが多い。したがって、複数の配線の割り当てをクロックまたはそれに近い周期、たとえばクロック単位で切り替えることにより、配線パターンに含まれる複数の配線の音響特性を平均化できる。このため、いっそう音響特性の良好な電気音響変換装置を提供できる。
　電気音響変換装置は、振動膜と一体化した基板（プリント配線基板）と、基板に搭載された処理ユニットであって、複数の配線のそれぞれにデジタル音響信号を供給する処理ユニットとを有することが望ましい。典型的な電気音響変換装置は、振動膜部分と基板部分とを含むプリント配線板を有する。処理ユニットを搭載する基板と振動膜とを一体化することにより、処理ユニットと複数の配線とを端子を介さずに接続できる。このため、処理ユニットを含んだ、省スペースで軽量な電気音響変換装置を提供できる。
　電機音響変換装置においては、振動膜と基板との境界に沿ってスリットを設けることが有効である。振動膜の振動特性を制御しやすい。基板は、振動膜と同様にプリント配線されたフレキシブル基板であることが望ましい。振動膜の振動特性への影響を抑制できる。また、処理ユニットは、複数の配線パターンのそれぞれに供給されるデジタル音響信号の供給先を複数の配線のいずれかにクロックまたはそれに近い周期、たとえば、クロック単位で切り替える接続機能を含むことが望ましい。
　本発明の異なる形態の１つは、上記の電気音響変換装置と、電気音響変換装置を収納したハウジングとを有するスピーカーである。
スピーカーの外観を示す図。 スピーカーの構成を展開して示す図。 振動膜の表裏の構成を示す図。 配線の配置を示す断面図。 ターミナルユニットのブロック図。 振動膜を含むプリント配線板を示す図。 デジタル化を説明する図。 デジタル信号を各配線に分割する様子を示す図。 各配線に供給される信号を示す図。
　図１に、本発明に係る電子音響変換装置の一例として平板型のスピーカーの外観を示している。図２に、平板型のスピーカー１０の概略構成を展開図により示している。このスピーカー１０は、板状のハウジング２０と、ハウジング２０の内部の上下（前後または左右）に配置された板状の磁石板３１および３２と、磁石板３１および３２に緩衝材（緩衝部材）４１および４２を介して挟まれるように配置された振動膜５０と、振動膜５０と外部配線とを接続するターミナルユニット７０とを含む。
　ハウジング２０は、金属製、プラスチック製または木製であり、その他の材料、たとえばセラミック、ガラスなどで構成されていてもよい。ハウジング２０は上部ハウジング２１と下部ハウジング２２とを含み、それぞれに複数の開口２３が設けられている。開口２３の形状は円形に限定されず、多角形であっても、網状であっても、スリット状などであってもよい。ハウジング２０は、スピーカー１０を単独で構成するものであってもよく、テレビ、パーソナルコンピュータあるいはその他の電気製品または家具の一部であってもよい。ハウジング２０は車両の内装または部屋の内装の一部であってもよく、ハウジング２０はその他の動産または不動産の一部であってもよい。
　ハウジング２０の内部に収納された磁石板３１および３２は、共通の構成の永久磁石板であり、着磁により、表面および裏面の着磁面３３に、帯状のＮ極３５ｎとＳ極３５ｓとが平行縞状に交互に現れている。さらに、帯状のＮ極３５ｎおよびＳ極３５ｓ（以降では極に関わらず着磁領域３５と称することがある）の境界（着磁境界、着磁境界線）３６に沿って、複数の貫通孔３４が設けられている。
　磁石板３１および３２は、焼結磁石板、非焼結磁石板、フレキシブル磁石板またはソリッド構造の磁石板であってもよく、その他の公知の構造の磁石板のいずれかであってもよい。磁性を付加する材質は、フェライト磁石、希土類磁石、ネオジム－鉄－ホウ素系磁石などであってもよい。磁石板３１の厚さや形状（正方形、長方形、円形、楕円形など）、構造（１枚の永久磁石板であるか、複数の永久磁石板を貼り合わせた構造であるかなど）は任意であり、設計上の問題で、特性やコスト、製造上の必要性、使用状態などに応じて適宜選択できる。また、磁極の大きさ（着磁の大きさ）、極ピッチなども任意であり、ハウジング２０の大きさ、要求される音量などの要素に基づき選択できる。
　以下では、２枚の磁石板３１および３２に振動膜５０が挟まれた構造のスピーカー１０を例に説明する。スピーカー１０あるいは、本発明に係る他の電子音響変換装置は、１枚の磁石板の一方（片面）のみに振動膜５０を配置してもよく、１枚の磁石板の両側に振動膜５０を配置してもよく、複数の磁石板および振動膜を積層した構成であってもよい。
　磁石板３１および３２と、振動膜５０との間に配置される緩衝部材４１および４２は、軟質で、音波が自由に通る程度の通気性を有し、振動膜５０とほぼ同じ大きさのシート状の部材である。緩衝部材４１および４２の一例は、薄いシート状の不織布を複数枚（２～５枚程度）を重ねたものである。緩衝部材４１および４２を複数枚のシート状の部材を重ねて構成する場合は、それらを接着せずに、それぞれ別個に振動（変位）できるように重ねて配置することが望ましい。緩衝部材４１および４２は、動作時に振動膜５０が磁石板３１および３２にぶつかって異音（正常振動音ではない雑音）を発することを防ぎ、振動膜５０自身の分割振動の発生を防ぐ（びびり音の発生を防ぐ）など、音源に忠実な音波以外の発生を制御する作用を含む。
　振動膜５０は、薄膜の樹脂フィルムであり、たとえば、ポリイミドフィルム（芳香族ポリイミドフィルム）、ポリエチレンテレフタレートフィルムなどを用いることができ、厚みは１０－５０μｍ程度が好ましく、さらに２０－４０μｍ程度が好ましい。振動膜５０は、複数枚のフィルムを積層したものであってもよい。本例の振動膜５０は、方形（長方形）で一方の辺に小さな接続片５８が設けられた樹脂フィルム（プリント配線板）５９の方形の部分である。振動膜５０には、複数の配線６１ａ～６１ｃを含む配線パターン６０が両面５１および５２に形成されている。
　図３（ａ）および（ｂ）に、振動膜５０の両面（上面および下面、前面および後面、表面および裏面）５１および５２を示している。また、参考のために、対峙する磁石板３０の着磁面３３の着磁領域３５ｎおよび３５ｓの配置を示している。
　振動膜５０の表面５１には、３本の配線６１ａ、６１ｂおよび６１ｃを含む配線パターン６０が形成されている。振動膜５０の裏面５２には、３本の配線６１ｄ、６１ｅおよび６１ｆを含み、表面５１の配線パターンと同じ、または対称な配置の配線パターン６０が形成されている。また、振動膜５０と一体化した接続片５８には、それぞれの配線６１ａ～６１ｃおよび６１ｄ～６１ｆの両端に繋がる接続端子６２が設けられている。したがって、表裏６本の配線６１ａ～６１ｆは電気的に独立しており、配線６１ａ～６１ｆのそれぞれに対し接続端子６２を介して異なる電気信号を印加することができる。
　これらの配線６１ａ～６１ｆおよび接続端子６２はプリント配線であり、振動膜５０を含む樹脂フィルム５９はフレキシブルタイプのプリント配線板となっている。これらの配線６１ａ～６１ｆは、フレキシブル銅張プリントフィルムをフォトエッチングすることにより形成できる。表面５１と裏面５２との構成は共通するので、以降では表面５１の配線パターン６０を説明する。
　振動膜５０は、異なる電気信号が印加される独立した複数の配線６１ａ～６１ｃを含む配線パターン６０を含む。配線パターン６０は、多極磁化された着磁面３３の着磁境界（着磁境界線）３６に沿って延びた出力用の配列パターン６５ａおよび６５ｂと、振動膜５０の縁側に配置され着磁境界３６に対し直交する方向に延びた接続用の配列パターン６６とを含む。出力用の配列パターン６５ａおよび６５ｂは、着磁境界３６を対称の中心とした配列パターンであり、着磁境界３６を中心にした対称な位置に複数の配線６１ａ～６１ｃが配置されている。すなわち、これらの配列パターン６５ａおよび６５ｂは、３つの配線６１ａ～６１ｃを含むので、配線６１ｂが着磁境界３６に沿って配置され、配線６１ａおよび６１ｃが配線６１ｂに対し等しい間隔で平行に配置されている。
　並列に隣り合うように配置された出力用の配列パターン６５ａおよび６５ｂは、接続用の配列パターン６６により接続され、配列パターン６６により配線６１ａ～６１ｃの順番は逆転される。したがって、隣り合った第１の配列パターン６５ａと第２の配線パターン６５ｂとでは、配線６１ａ～６１ｃの並び順が逆転している。配線パターン６０は、複数の第１の配列パターン６５ａおよび第２の配列パターン６５ｂを含み、第１の配列パターン６５ａおよび第２の配列パターン６５ｂは交互に繰り返して表れる。
　図４に、スピーカー１０において、振動膜５０が上下の磁石板３１および３２により挟まれた状態を模式的に断面図により示している。なお、緩衝部材は省略している。磁石板３１および３２の表面（着磁面）３３にはストライプ状に着磁された着磁領域３５（３５ｎおよび３５ｓ）が表れる。着磁領域３５の垂直な磁界成分（絶対値）は、それぞれの着磁領域３５ｎおよび３５ｓの中心付近で最も大きく、着磁領域３５ｎ（Ｎ極）と３５ｓ（Ｓ極）の境界（着磁境界）３６付近では最も小さくなる。これは着磁磁界の成分を垂直方向に見て定義しているためで、境界３６付近では垂直成分の磁界が無いことから、この領域をニュートラルゾーンと呼ぶこともある。一方、これらの着磁領域３５により形成される磁界３７の水平成分（永久磁石板の表面に平行な成分）は、それぞれの着磁領域３５ｎおよび３５ｓの中心付近では最も小さく、着磁境界３６付近で最も大きい。隣接する着磁領域３５ｎ（Ｎ極）から着磁領域３５ｓ（Ｓ極）へ円弧状に磁力線３７が通るためである。
　振動膜５０の配線６１ａ～６１ｃに電流を通すと、フレミングの左手の法則にしたがい、磁界３７の方向により振動膜５０を動かす力が働く。磁界３７の水平成分は振動膜５０を厚み方向に振動させるのに寄与する成分であり、配線６１ａ～６１ｃに信号（電流）を印加することにより振動膜５０を厚み方向（垂直方向）に振動させて音響に変換できる。このため、配線６１ａ～６１ｃは、第１の配列パターン６５により水平成分の最も大きな着磁境界３６に沿って配置される。
　一方、この配列パターン６５ａおよび６５ｂは、複数の配線６１ａ～６１ｃを含む。したがって、着磁境界３６に垂直な方向にある程度の幅で複数の配線６１ａ～６１ｃが配置される。このため、両側の配線６１ａおよび６１ｃに電流が流れると、磁界３７の水平成分だけではなく垂直成分と作用し、振動膜５０を厚み方向（垂直方向、本図では上下方向）に動かすとともに、振動膜５０を平行な方向（面内方向、本図では水平方向）に動かす力が働く可能性がある。
　本例の振動膜５０に設けられた配列パターン６５ａおよび６５ｂにおいては、両側の配線６１ａおよび６１ｃは、着磁境界線３６に対して対称な位置に配置されている。また、接続用の配列パターン６６により接続され、隣り合って併走する配列パターン６５ａおよび６５ｂには逆方向に電流が流れる。したがって、両側の配線６１ａおよび６１ｃに同位相の信号が供給された場合は、磁界３７の垂直成分により両側の配線６１ａおよび６１ｃでは振動膜５０と平行な方向（面内方向、水平な方向）で逆方向の力が発生する。このため、配線６１ａおよび６１ｃにより発生する振動膜５０を水平方向に動かす力はキャンセルされ、振動膜５０を安定した状態で上下に振動させて音を発生させることができる。
　配線６１ａ～６１ｃには異なる電気信号を独立して供給することができる。したがって、両側の配線６１ａおよび６１ｃには同じ電気信号が同時に供給されるとは限らない。しかしながら、配線６１ａ～６１ｃを音源として利用する場合、配線６１ａ～６１ｃに供給される信号強度は時間平均するとほぼ等しくなることが多い。さらに、以下で説明するように、ターミナルユニット７０に、配線６１ａ～６１ｃをクロックの単位でランダムまたはサイクリックに選択して接続する機能を設けることにより、配線６１ａ～６１ｃに供給される信号強度をさらに平均化できる。
　このように、隣接する出力用の配列パターン６５ａおよび５６ｂにおいては、配線６１ａ～６１ｃの順番が逆転し、配列パターン６５ａおよび６５ｂにおいては各配線６１ａ～６１ｃに流れる電流の向きは逆転する。したがって、同一の配線、たとえば、配線６１ｃにおいては、磁界３７の垂直成分の方向は同じで、電流の向きが逆転する。このため、各配線６１ａおよび６１ｃにより発生する振動膜５０を水平方向に動かす力は、隣接する第１の配列パターン６５の間でキャンセルされる。したがって、各配線６１ａ～６１ｃに位相の異なる電気信号や極性の異なる電気信号が供給されるような場合であっても、振動膜５０を安定した状態で上下に振動させて、電気信号を音響信号に変換して出力できる。
　振動膜５０により出力された音響信号は、磁石板３１および３２に設けられた貫通孔（貫通部）３４を通して外界に出力される。また、振動膜５０および緩衝部材４１および４２の水平方向（面と平行な方向）の動きは、ハウジング２０に適当なストッパとしての構成を設けて規制することも可能である。たとえば、ハウジング２０の側壁で振動膜５０などの動きを規制したり、ハウジング２０のコーナーの形状を斜めにして振動膜５０の動きを規制することができる。さらに、ピンなどの部材により振動膜５０の水平方向の動きを規制することができる。なお、振動膜５０の縁（周端）は、自由に振動できる状態でハウジング２０に収納されていることが望ましい。振動膜５０を自由端状態で振動させることができ、配線６１ａ～６１ｆに供給される電気信号に応じた振動を振動膜５０に励起することができる。
　図５に、振動膜５０の表裏の配線６１ａ～６１ｆを外部、たとえば、ホスト装置となるパーソナルコンピュータ（ＰＣ）と接続するターミナルユニット７０の概略構成を示している。振動膜５０は、表裏合計で６本の配線６１ａ～６１ｆを含み、振動膜５０と一体になった接続片５８に表裏合計で１２個の接続端子６２が設けられている。これら１２個の接続端子６２は６本の配線６１ａ～６１ｆのそれぞれの両端と接続している。ターミナルユニット７０は、１２個の接続端子６２と接続する１２本の配線を含む第１の配線群７６と、１２本の配線を含む第２の配線群７７と第１の配線群７６とに含まれる配線をそれぞれ任意に接続する第１の切替ユニット７１と、第２の配線群７７に含まれる１２本の配線の組み合わせを切り替える第２の切替ユニット７２と、第３の配線群７８により第２の切替ユニット７２に接続された汎用インタフェース、たとえば、ＵＳＢインタフェース７３とを含む。さらに、ターミナルユニット７０は、第１の切替ユニット７１を制御する第１のコントローラ７４と、第２の切替ユニット７２を制御する第２のコントローラ７５とを含む。
　第１の切替ユニット７１は、セレクターあるいはクロスバースイッチなどの切り替え機構または再構成回路を含む。第１の切替ユニット７１は、振動膜５０の配線６１ａ～６１ｆに対し電気的に接続される出力側の第１の配線群７６の各配線と、入力側の第２の配線群７７の各配線とを接続し、第１のコントローラ７４の制御により第１の配線群７６の各配線と第２の配線群７７の各配線との接続を、ランダムまたはサイクリックにクロック単位で切り替える。第１のコントローラ７４は、ランダムまたはサイクリックに切り替える際、振動膜５０の配線６１ａ～６１ｆのそれぞれの配線の両端は常にペアーを組むようにして切り替える。したがって、入力側の第２の配線群７７を使用する場合は、ランダムまたはサイクリックに切り替えられることを考慮せずに、配線６１ａ～６１ｆのいずれかに相当する配線を選択するだけでよい。
　切り替えるタイミングは適当な周期（サイクル）であればよく、１クロック単位であってもよく、数クロック単位あるいは数１０クロック単位であってもよい。すなわち、切り替えるタイミングは、クロックまたはそれに近い周期であればよい。振動膜５０の配線６１ａ～６１ｆにクロック単位のデジタルオーディオ信号が供給される場合は、クロック単位で切り替えるように第１の切替ユニット７１を制御することにより、配線６１ａ～６１ｆに供給される信号をデジタルオーディオ信号と同じ周期で切り替えることができる。
　振動膜５０の表裏に形成されている６本の配線６１ａ～６１ｆは、いずれも基本的には同じ配線長で、縦横方向の長さの組み合わせも同じになるように設計および形成（製造）される。しかしながら、プリント配線板を製造する際の製造公差や膜厚公差などが重なることにより、それぞれの配線６１ａ～６１ｆの抵抗値や面積が微小に変動することがある。これらにより、同じ電流または同じ形状の信号をそれぞれの配線６１ａ～６１ｆに供給しても振動膜５０の振幅や周波数が微小に変動する可能性があり、出力される音に微妙な違和感が発生する可能性がある。第１の切替ユニット７１によりランダムに配線６１ａ～６１ｆを選択し、それを交換する（切り替える）ことにより、振動膜５０の出力を平均化でき、音質を向上できる。また、上述したように、各配線６１ａ～６１ｆに供給される電気信号をある程度の時間の範囲内で平均化できるので、振動膜５０を水平方向に動かす力をキャンセルでき、安定した状態で振動させることができる。第１の切替ユニット７１は、短い時間単位でサイクリックに配線６１ａ～６１ｆを選択（切替）してもよい。
　第２の切替ユニット７２もセレクターやクロスバースイッチなどの接続を切替可能な適当な接続回路要素を含み、接続端子６２を介して６本の配線６１ａ～６１ｆの接続の組み合わせを変えることができる。たとえば、配線６１ａ～６１ｆを直列に接続したり、部分的に直列に接続したり、直列と並列とを組み合わせて接続したりすることができる。たとえば、配線６１ａ～６１ｆのそれぞれの抵抗が４Ωであれば、両端に４Ｖの電圧を加えると、スピーカー１０の配線６１ａ～６１ｆを、抵抗が４Ωで４Ｗの出力の６つのスピーカーとして使用できる。
　図５には一例として、２本の配線の組み合わせ、たとえば、配線６１ａおよび６１ｄ、配線６１ｂおよび６１ｅを直列に接続し、さらにこれらを並列に接続する例を破線で示している。このような接続を採用することにより、スピーカー１０を、回路全体の抵抗が４Ωで出力が４Ｗの１つのスピーカーとして使用できる。形式的には６本の配線の内の４本を使用しているが、第１の切替ユニット７１によりランダムまたはサイクリックに出力用の配線が選択または切り替えられるので、実際には６本の配線６１ａ～６１ｆが出力のために使用される。
　配線６１ａ～６１ｆの内の２本を直列に接続して使用することも可能である。この接続を採用することにより、スピーカー１０を抵抗が８Ωで２Ｗの出力の３つのスピーカーとして利用できる。配線６１ａ～６１ｆの内の４本を直列に接続して使用することも可能である。この接続を採用することにより、スピーカー１０を抵抗が１６Ωで１Ｗの出力の１つのスピーカーとして利用できる。このように、スピーカー１０は、第２の切替ユニット７２の設定を変えるだけで、ホスト側の機器の仕様に合わせた抵抗および出力を備えたスピーカーに設定を変更できる。このため、スピーカー１０は、スマートフォンの出力、オーディオ機器の出力などのさまざまな用途に手軽に使用でき、複数の用途に兼用することも容易である。
　図６に、振動膜５０を備えた異なるタイプのプリント配線板８０を示している。このプリント配線板８０は、図２に示したプリント配線板（樹脂フィルム）５９に代えてハウジング２０に収納でき、上記の例と同様にスピーカー１０を構成できる。
　プリント配線板８０は、振動膜５０と、振動膜５０と一体化した基板部分８１とを含む。基板部分８１には、処理ユニット８５が搭載（実装）されており、接続配線８２により、振動膜５０の表裏の配線６１ａ～６１ｆに接続されている。また、振動膜５０と基板部分８１との間には、振動膜５０と基板部分８１との境界８９に沿って複数のスリット８３が設けられており、基板部分８１を振動体としては振動膜５０から分離されるようにしている。これにより、振動膜５０の振動（音響）に関する性能を劣化させずに、振動膜５０の配線パターン６０と処理ユニット８５とが共通のプリント配線板（回路基板）上に搭載された状態で配線パターン６０と処理ユニット８５とを電気的に接続できる。振動膜５０の構成は上記と同様であり、説明は省略する。
　処理ユニット８５はチップ（ＬＳＩ、ＡＳＩＣ）として提供されてもよく、プリント配線板８０に直に処理用の回路が形成されていてもよい。処理ユニット８５はデジタルアンプ機能８６を含み、振動膜５０の配線６１ａ～６１ｆのそれぞれに対し接続配線８２を介してデジタル音響信号を供給する。
　図７にデジタルレコーディングの原理の一例としてＣＤ方式のデジタル化を示している。横軸は時間（ｔ）、縦軸は音声に対応する電気信号の電圧（ｖ）を示す。この場合のデジタル化は、曲線９８で示されている元の音声シグナルを時間軸でサンプリング周期（たとえば、２２．７μsec）に分割し、その間の電圧値を折れ線９９で示すようにデジタルデータ、たとえば１６ビットの２進数)で表して記録する(量子化)。従来、デジタルデータを音響信号として再生するときは、デジタル信号をアナログコンバータ(Ｄ／Ａコンバータ)でアナログ電圧に戻してスピーカーを駆動する。このとき、Ｄ／Ａコンバータから直接出てくる電圧は、図に折れ線９９で示した量子化されたような階段状（ギザギザ）の電圧となる。この階段状の電圧信号がそのままスピー力ーで再現されると一般的には「ギザギザ」した聞きづらい音になる。
　スーパーオーディオＣＤ（ＳＡＣＤ）方式は、記録段階で高周波サンプリング(散布リンツ周期０.３５μsec)を行ない、Ａ／Ｄ変換の際にΔΣ変調（１bit、2.8224MHz）のデータをそのままスーパーオーディオＣＤ盤上に記録する。音声信号の大小を１ビットのデジタルパルスの密度(濃淡)で表現する方式であり、ダイナミックレンジ１２０ｄｂ、周波数特性１００ＫＨｚ以上という従来のＣＤとは桁違いの性能を有する。
　処理ユニット８５のデジタルアンプ（アンプ機能、デジタルアンプユニット）８６は、デジタル論理回路でスピーカーを駆動する。すなわち、デジタル信号を受け取った後、アナログ変換を行わずに、直接、デジタル信号を振動膜（振動板）５０の配線（回路）６１ａ～６１ｆに独立に供給することにより音を再現する。たとえば、デジタルアンプ機能８６は、２４ビットのデジタル信号を受信すると、６つの配線（回路）６１ａ～６１ｆに分解し、一定の時間内に１つの配線で４ビット分の情報を出力するように制御する。１つの配線あたりの時間当たりの分解能は４ビットに限定されることはなく、４ビット以上であればよい。
　デジタルアンプ８６は、１００ＭＨｚ程度の処理能力を備えており、量子化されたサンプリング周期、たとえば、２．８ＭＨｚを時間方向に１６分割する。したがって、デジタルアンプ機能８６は、図８に模式的に示すように、入力された２４ビットのデジタル信号９１を６回路毎に１６ビット（６回路×１６ビット（時間方向に１６分割））の再生信号９２に変換する。具体的には、デジタルアンプ８６は、デジタル信号９１を、６つの信号９２．１～９２．６に変換してそれぞれの配線６１ａ～６１ｆに直に供給する。スピーカー１０の振動膜５０は、配線６１ａ～６１ｆに対しそれぞれ独立に供給されたデジタル信号（再生信号）９２により、上下に振動する。このため、スピーカー１０においては、再生信号９２による振動が合成された音が振動膜５０より出力される。
　再生信号９２は、時間方向に１６ビットに分割されている。このため、図９（ａ）～（ｐ）に示すように、スピーカー１０においては、１６ビットの値（０～１５）を時間方向に分散して出力できる。図９（ａ）は値０を示し、図９（ｂ）は値１を示し、図９（ｃ）は値２を示し、図９（ｄ）は値３を示し、図９（ｅ）は値４を示し、図９（ｆ）は値５を示し、図９（ｇ）は値６を示し、図９（ｈ）は値７を示し、図９（ｉ）は値８を示し、図９（ｊ）は値９を示し、図９（ｋ）は値１０を示し、図９（ｌ）は値１１を示し、図９（ｍ）は値１２を示し、図９（ｎ）は値１３を示し、図９（ｏ）は値１４を示し、図９（ｐ）は値１５を示す。
　デジタルアンプ８６は、これらの出力から適当な４ビット分の信号（オーディオ出力）を選んで、振動膜５０としてトータル２４ビットの信号が再現されるように、再生信号９２を振動膜５０の各配線（回路）６１ａ～６１ｆに供給する。
　上述したように、各配線６１ａ～６１ｆは回路的には等価であるが、微小な機械的な性能の差がある可能性があり、さらに、配線６１ａ～６１ｆの間で負荷分散を図ることが望ましい。このため、処理ユニット８５は、配線６１ａ～６１ｆに対し、ランダムに、または負荷分散を図るようにサイクリックに再生信号９２を切り替えて供給する機能（供給ユニット）８７を含む。
　このように、振動膜部分５０および基板部分を含むプリント配線板８０を含むスピーカー１０においては、デジタル信号があるという前提があれば、論理回路だけでスピーカー１０を駆動できる。このため、デジタル／アナログ変換回路、アナログアンプ回路、およびアンプに必要な電源回路が不要であり、コンパクトで、省電力・大出力のスピーカーを提供できる。また、スピーカーを駆動する処理ユニット８５は、デジタル駆動、すなわち、オン／オフだけのスイッチになるので、回路側での発熱がなく、ヒートシンクなどは不要である。さらに、電源電圧に近い電圧でスピーカーを駆動できるので、アナログ式に比べて低い電力で使用できるというメリットもある。
　なお、上記では、表裏のそれぞれに３配線（３回路）を含む配線パターン６０が形成された振動膜５０を備えたスピーカー１０を例に説明しているが、振動膜５０に設けられる配線の数はこれに限定されない。配線パターン６０は、２配線であってもよく、４配線以上であってもよく、いずれか一方の面だけに配線が設けられている振動膜５０であってもよい。たとえば、配線パターン６０が２配線の場合は、２つの配線は着磁境界３６を中心に対称な位置に配置される。また、上記では、配線パターン６０は振動膜５０の長手方向（縦方向）に折り返しているが、振動膜５０の幅方向（横方向）に折り返してもよい。配線パターン６０が蛇行またはジグザグに曲がっている（ターンしている）数は３つに限定されない。振動膜５０が小さいものであれば、配線パターン６０はストレートであってもよい。配線パターン６０は同数の第１の配列パターン６５ａおよび第２の配線パターン６５ｂが含まれていることが望ましく、この場合は、配線パターン６０に含まれる接続用（ターン部分）の配線パターン６６は奇数であることが望ましい。
　また、磁石板３１および３２に設けられた貫通孔（通気孔）３４の位置は任意であるが、振動膜５０の変位が大きくなる着磁境界３６に沿って配置することが望ましい。また、貫通孔３４の配置は千鳥状であっても格子状であってもよく、円形であっても、長円形であっても、多角形であってもよい。
　また、上記では電気音響変換装置として音を出力するスピーカーを例に説明しているが、音を電気信号に変換するマイクロフォンであってもよく、この場合、特性をフレキシブルに設定したり、デジタル信号を出力するマイクロフォンを提供できる。

Claims (10)

  1. 　多極磁化された着磁面を含む磁石板と、
    　前記着磁面と緩衝材を挟んで対峙するように配置された振動膜とを有し、
    　前記振動膜は、異なる電気信号が印加される独立した複数の配線を含む配線パターンを含み、
    　前記配線パターンは、前記多極磁化された着磁面の着磁境界に沿って延びた配列パターンであって、前記着磁境界を対称の中心とした配列パターンを含む、電気音響変換装置。
  2. 　請求項１において、前記配列パターンは、隣り合う前記着磁境界を対称の中心とする第１の配列パターンおよび第２の配列パターンを含み、前記第１の配列パターンおよび前記第２の配列パターンに含まれる前記複数の配線は、それらの並び順が逆転している、電気音響変換装置。
  3. 　請求項１または２において、前記振動膜は両面に前記配線パターンを含む、電気音響変換装置。
  4. 　請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記着磁面はストライプ状に多極磁化されている、電気音響変換装置。
  5. 　請求項１ないし４のいずれかにおいて、さらに、前記振動膜と一体化した接続片を有し、
    　前記接続片は、前記複数の配線のそれぞれと外部配線とを電気的に接続する複数の接続端を含む、電気音響変換装置。
  6. 　請求項１ないし５のいずれかにおいて、さらに、前記複数の配線のそれぞれに対し入力または出力される電気信号の入力先または出力元を、前記複数の配線のいずれかにクロックまたはそれに近い周期で切り替える接続ユニットを有する、電気音響変換装置。
  7. 　請求項１ないし４のいずれかにおいて、さらに、前記振動膜と一体化した基板と、
    　前記プリント配線板に搭載された処理ユニットであって、前記複数の配線のそれぞれにデジタル音響信号を供給する処理ユニットとを有する、電気音響変換装置。
  8. 　請求項７において、さらに、前記振動膜と前記処理ユニットが実装された基板との境界に沿って設けられたスリットを有する、電気音響変換装置。
  9. 　請求項７または８において、前記処理ユニットは、前記複数の配線のそれぞれに供給されるデジタル音響信号の供給先を前記複数の配線のいずれかにクロックまたはそれに近い周期で切り替える接続機能を含む、電気音響変換装置。
  10. 　請求項１ないし９のいずれかに記載の電気音響変換装置と、
    　前記電気音響変換装置を収納したハウジングとを有するスピーカー。
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