WO2018079340A1 - 骨伝導スピーカ - Google Patents

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WO2018079340A1
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bone conduction
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sound
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幹夫 福田
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株式会社テムコジャパン
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    • H04R9/06Loudspeakers
    • H04R9/066Loudspeakers using the principle of inertia

Definitions

  • the present invention relates to a bone conduction speaker, and more particularly, to a bone conduction speaker with improved frequency characteristics.
  • bone conduction type headphones that can transmit sound without closing the ear canal are used. Proposed. Originally, bone conduction headphones transmit voice vibration directly to the nerve via the skull, so it is possible to transmit information without going through the tympanic membrane, but the transmission frequency characteristics in that case are usually It is known that it is inferior in the low frequency band and the high frequency band in comparison with the frequency characteristics via the eardrum (published as RETFL (Reference equivalent threshold level)).
  • RETFL Reference equivalent threshold level
  • the voice coil is fixed to the housing, the yoke part is held by the diaphragm, and the yoke part vibrates with respect to the input signal.
  • the low frequency resonance frequency determined by the weight of the yoke and the diaphragm can be set to a sufficiently low value, and a large vibration output can be generated in the low frequency range.
  • the case part holding the voice coil is usually made of plastic parts and is lighter than the yoke part, so the case itself vibrates in the middle and high ranges to ensure output. It has become.
  • the vibration surface is a part of the case (surface on which the voice coil is fixed), and there is a drawback that it is difficult to freely select the frequency characteristics because the shape is restricted. Further, when the vibration surface is in contact with the human body, there is a problem that the high frequency characteristics are also changed.
  • the present invention has been made to solve such problems in the conventional bone conduction speaker, and the eardrum is used to transmit air conduction sound (air vibration) generated from the diaphragm of the unit in a high range that cannot be covered by bone vibration. It is an object of the present invention to provide a bone conduction speaker that solves the above-mentioned problems by enabling more efficient listening via the above method.
  • the invention according to claim 1 for solving the above-described problem is a bone conduction speaker in which a yoke assembly is loaded in the container of the unit case including a container and a lid, and the container includes the container.
  • a first diaphragm disposed on an upper part and a second diaphragm disposed on a lower part of the first diaphragm; the yoke assembly is disposed on the second diaphragm; and a voice coil is disposed on a rear surface of the first diaphragm.
  • the lid interior space above the first diaphragm is an air conduction sound generation chamber, and a part of the lid is opened to serve as a sound outlet that communicates the air conduction sound generation chamber to the atmosphere.
  • the air conduction sound generated in the air conduction sound generation chamber due to the vibration of the first diaphragm can be emitted in a direction substantially perpendicular to the vibration direction of the bone conduction speaker via the sound emission port.
  • This is a bone conduction speaker.
  • the yoke assembly comprises a deep dish-shaped yoke fixed to the second diaphragm, a magnet installed in the yoke, and a pole piece fixed to the upper surface of the magnet.
  • the voice coil on the back surface of the first diaphragm is disposed so as to surround the pole piece.
  • the second diaphragm is formed by connecting a thin metal circular spring plate to a peripheral portion via an arc-shaped connecting piece, and the peripheral portion is fixed to the inner peripheral wall of the container.
  • the container portion includes a deep dish-shaped base portion and a cylindrical frame that is fitted to the base portion in the form of a stamp, and the peripheral edge portion of the second diaphragm is an inner portion of the base portion.
  • the first diaphragm has a shape in which a central portion bulges into a dome shape.
  • a duct that extends toward the ear canal during use is extended to the sound emission opening.
  • a step-shaped lower stopper is formed at the center of the inner bottom surface of the container with a space between the second diaphragm and the upper inner peripheral surface of the container.
  • a flange-shaped upper stopper is formed at a distance from the upper surface of the yoke.
  • the bone conduction speaker according to the present invention is as described above, and the yoke assembly is disposed between the first diaphragm disposed at the upper portion of the container portion of the unit case and the second diaphragm disposed at the inner bottom portion thereof.
  • the lid interior space on the upper side of the first diaphragm is used as an air conduction sound generation chamber, and a part of the lid is opened as a sound emission opening, and the air conduction is caused by the vibration of the first diaphragm. Since air conduction sound generated in the sound generation chamber can be emitted through the sound emission opening in a direction substantially perpendicular to the vibration direction of the bone conduction speaker, a high range that cannot be covered by bone vibration is released. The air conduction sound (air vibration) emitted from the sound mouth can be heard more efficiently via the eardrum, and thus the frequency characteristics can be sufficiently improved.
  • the bone conduction speaker according to the present invention is constructed by incorporating a yoke assembly 4 constituting a bone conduction speaker main body into a container 2 of a unit case 1 including a container 2 and a lid 3.
  • the container 2 is provided with a first diaphragm 5 on the top thereof, a second diaphragm 6 on the inner bottom thereof, and the yoke assembly 4 is installed on the second diaphragm 6.
  • the yoke assembly includes a deep dish-shaped yoke 7, a magnet 8 installed in the yoke 7, and a pole piece 9 fixedly installed on the upper surface of the magnet 8.
  • the voice coil 10 is installed on the back surface of the first diaphragm 5 so as to surround the pole piece 9.
  • the first diaphragm 5 is mainly for reproducing the frequency band after 4 kHz.
  • the material is a thick material such as PEN, PP, PI, etc. of 200 um or more, a plate spring material such as PBS, SUS, or a resin material such as PC, ABS (for example, an outer dimension of about 17 mm and a thickness of about 0.5 mm) If necessary, the center is swelled into a dome shape, and the minimum resonance frequency (fo) as a dynamic speaker is set to 3 kHz or more.
  • the reason for this setting is to suppress sound leakage as much as possible, and to prevent generation of a human voice frequency band, which is particularly noticeable, as much as air conduction sound.
  • the first diaphragm 5 is preferably in the shape of a central dome, but is not necessarily limited to the shape of the central dome as long as predetermined characteristics can be obtained by a combination of material, thickness, and the like.
  • the output level can be changed by changing the thickness of the first diaphragm 5, it is possible to select the optimum output level value of the air conduction sound by selecting the thickness (shown in FIG. 5). See air conduction characteristics).
  • the second diaphragm 6 is configured such that a thin metallic circular spring plate 15 is connected to the peripheral edge portion 17 via, for example, four arc-shaped connecting pieces 16 (see FIG. 3). ).
  • the circular spring plate 15 is separated from the peripheral edge portion 17 and is connected via a thin arc-shaped connecting piece 16 and is sensitive to vibration.
  • the low-frequency resonance frequency is set to a sufficiently low value, and it is effective for generating a large vibration output.
  • a normal dynamic speaker outputs sound by vibrating air by driving a voice coil fixed to the diaphragm and driving the diaphragm.
  • the mass of the vibrating body is required to obtain a large driving force (vibration output). Therefore, in the case of the bone conduction speaker according to the present invention, the voice coil 10 is fixed to the first diaphragm 5 and the yoke 7 is driven, and the compliance (following performance) of the second diaphragm 6 and the yoke of the above-described form.
  • the required low-frequency resonance frequency and vibration output are ensured by the combination with the mass No. 7.
  • the container 2 is composed of two parts, a deep dish-shaped base portion 18 and a cylindrical frame 19 that is fitted to the base portion 18 in the form of a stamp, and the second diaphragm 6 has a peripheral portion thereof. 17 is fixed to the inner peripheral wall of the container 2 by being sandwiched between a step portion 18 a formed on the inner peripheral surface of the base portion 18 and the bottom surface of the cylindrical frame 19.
  • the second diaphragm 6 drives the yoke 7
  • the second diaphragm 6 is usually fixed to the bottom surface of the yoke 7 by spot welding, adhesion, or the like, but can be installed on the top of the yoke 7.
  • an opening corresponding to the inner diameter of the yoke 7 is provided in the second diaphragm 6 and the edge of the opening is fixed to the upper end surface of the yoke 7 by spot welding or the like.
  • it is more preferable to fix to the bottom surface of the yoke 7 because the degree of freedom of the diaphragm shape for generating a sufficiently low frequency can be increased (the bone shown in FIG. 6). (Refer to the sound conduction frequency synthesis frequency characteristics).
  • the space inside the lid portion 3 on the upper side of the first diaphragm 5 is an air conduction sound generation chamber 11, and a part of the peripheral wall of the lid portion 3 is opened so that the air conduction sound generation chamber 11 communicates with the atmosphere.
  • the mouth 12 is used.
  • the air conduction sound (air vibration) generated in the air conduction sound generating chamber 11 due to the vibration of the first diaphragm 5 is approximately the same as the vibration direction of the bone conduction speaker via the sound emission port 12. Sound is emitted in the orthogonal direction.
  • a duct 13 that extends toward the ear canal during use is extended to the sound outlet 12 (see FIG. 4).
  • the air conduction sound generated in the first diaphragm 5 is radiated toward the ear hole 31 of the wearer via the sound emission opening 12, sound leakage to the surroundings can be minimized. In particular, it is more effective to provide a duct 13 for guiding sound toward the ear canal in the sound emission opening 12 (see FIG. 4).
  • symbol 32 in FIG. 4 has shown the tragus
  • symbol 33 has shown the pinna.
  • a step-shaped lower stopper 21 is formed at the center of the inner bottom surface of the base portion 18 with an appropriate space between the second diaphragm 6 and the yoke 7 is formed on the upper inner peripheral surface of the cylindrical frame 19. It is recommended to form an upper stopper 22 that protrudes inward in a flange shape with an appropriate space between the upper surface and the upper surface (see FIG. 2).
  • the bone conduction speaker according to the present invention is configured as described above, and the air conduction sound generated in the air conduction sound generating chamber 11 due to the vibration of the first diaphragm 5 is transmitted through the sound emission opening 12 to the bone conduction speaker. Since the sound is emitted in a direction substantially perpendicular to the vibration direction, air conduction sound (air vibration) emitted from the sound emission opening 12 through the eardrum through a high range that cannot be covered by bone vibration. Listening more efficiently. As a result, the frequency characteristics can be sufficiently improved (refer to the bone conduction sound conduction sound synthesis frequency characteristics shown in FIG. 6), and the industrial applicability is great.

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Abstract

【課題】骨振動ではカバーできない高域を、振動板から発生する気導音を鼓膜を経由して効率よく聴取可能にした骨伝導スピーカを提供することを課題とする。 【解決手段】ユニットケース1の容部2内にヨークアッセンブリ4を装填して成り、容部2は、その上部に配置される第1振動板5とその下部に設置される第2振動板6とを備え、第2振動板6にヨークアッセンブリ4が設置されると共に、第1振動板5の裏面にボイスコイル10が設置され、第1振動板5の上側の蓋部内空間は気導音発生室11とされ、蓋部3の一部が開口されて放音口12が形成され、第1振動板5の振動によって気導音発生室11内において発生する気導音を、放音口12を経由して骨伝導スピーカの振動方向とほぼ直交する方向に放音可能にした。

Description

骨伝導スピーカ
 本発明は骨伝導スピーカに関するものであり、より詳細には、周波数特性の改善を図った骨伝導スピーカに関するものである。
 屋外でヘッドホンやスピーカを使用する場合、耳を塞いでしまうことが問題視されるようになり、その解決策として、耳孔を塞がなくても音声伝達を行うことができる骨伝導タイプのヘッドホンが提案されている。本来骨伝導ヘッドホンは、音声振動を頭蓋骨を経由して直接神経に伝達するものであるので、鼓膜を経由することなく情報を伝達することが可能であるが、その場合の伝達周波数特性は、通常の鼓膜経由の周波数特性に比較して、低周波帯域及び高周波帯域で劣っていることが知られている(RETFL(Reference equivalent threshold level)として公表されている。)。
 しかし、実際に骨伝導ヘッドホンを健聴者が使用した場合、耳珠周辺にスピーカをセットして聴取することにより、スピーカ本体(ケース全体)の振動によって発生する気導音(空気振動)が直接鼓膜を経由して伝達されるため、結果として周波数レンジは比較的広くなってはいるものの、十分というレベルにはならない。
 一般的なダイナミックタイプの骨伝導スピーカの場合、より大きな振動出力を確保するために、ボイスコイルをハウジングに固定し、ヨーク部を振動板で保持して入力信号に対してヨーク部が振動する構造としているものがほとんどである(例えば、特許第4952211号公報参照)。この構成の場合、ヨークの重量と振動板によって決まる低域共振周波数を十分に低い値とすることが可能になり、低周波域で大きな振動出力を発生することができる。
 また、この構成の場合、ボイスコイルを保持しているケース部は、通常、プラスチック部品で構成されていてヨーク部より軽いため、中・高域ではケース自体が振動して出力が確保される構造となっている。しかし、構造上ケース全体が振動するため、周囲への音漏れも大きくなりやすいという欠点がある。そして、振動面はケースの一部(ボイスコイルが固定されている面)であって、形状に制約が伴うため、周波数特性を自由に選ぶことが難しいという欠点もある。更に、振動面が人体に接触する構造とした場合には、高域周波数特性も変化してしまうという問題がある。
特許第4952211号公報
 上述したように、従来のダイナミックタイプの骨伝導スピーカの場合は、構造上ケース全体が振動するため、周囲への音漏れが大きくなりやすく、振動面がケースの一部であって形状上制約が伴うために、周波数特性を自由に選ぶことが難しく、更に、振動面が人体に接触する構造とした場合に、高域周波数特性が変化するという問題があった。
 本発明はこのような従来の骨伝導スピーカにおける問題点を解決するためになされたもので、骨振動ではカバーできない高域を、ユニットの振動板から発生する気導音(空気振動)を鼓膜を経由してより効率よく聴取できるようにすることにより、上記諸問題を解決した骨伝導スピーカを提供することを課題とする。
 上記課題を解決するための請求項1に係る発明は、容部と蓋部とから成るユニットケースの前記容部内にヨークアッセンブリを装填して成る骨伝導スピーカであって、前記容部は、その上部に配置される第1振動板とその下部に設置される第2振動板とを備え、前記第2振動板に前記ヨークアッセンブリが設置されると共に、前記第1振動板の裏面にボイスコイルが設置され、前記第1振動板の上側の蓋部内空間は気導音発生室とされ、前記蓋部の一部が開口されて、前記気導音発生室を大気に連通させる放音口とされ、前記第1振動板の振動によって前記気導音発生室内において発生する気導音を前記放音口を経由して骨伝導スピーカの振動方向とほぼ直交する方向に放音可能にしたことを特徴とする骨伝導スピーカである。
 一実施形態においては、前記ヨークアッセンブリは、前記第2振動板に固着される深皿状のヨークと、前記ヨーク内に設置されるマグネットと、前記マグネット上面に固定されるポールピースとから成り、前記第1振動板の裏面の前記ボイスコイルが、前記ポールピースを囲むように配置される。そして、前記第2振動板は、薄い金属製の円形ばね板を円弧状の連結片を介して周縁部に連結したもので、前記周縁部が前記容部の内周壁に固定される。
 一実施形態においては、前記容部は、深皿状のベース部と前記ベース部に印籠形式に嵌め付けられる円筒枠とから成り、前記第2振動板は、その周縁部が前記ベース部の内周面に形成される段部と前記円筒枠の環状底面との間に挟持されることにより、前記容部の内周壁に設置される。
 一実施形態においては、前記第1振動板は、中央部がドーム形状に膨出する形状とされる。また、前記放音口に、使用時に耳孔に向かうダクトが延設される。
 一実施形態においては、前記容部の内底面中央部に、前記第2振動板との間に間隔を置いて壇状の下部ストッパーが形成されると共に、前記容部の上部内周面に、前記ヨークの上面との間に間隔を置いてフランジ状の上部ストッパーが形成される。
 本発明に係る骨伝導スピーカは上記のとおりのものであって、ヨークアッセンブリがユニットケースの容部の上部に配置される第1振動板とその内底部に設置される第2振動板との間に組み込まれ、第1振動板の上側の蓋部内空間は気導音発生室とされると共に、蓋部の一部が開口されて放音口とされ、第1振動板の振動によって前記気導音発生室内に発生する気導音を前記放音口を経由して骨伝導スピーカの振動方向とほぼ直交する方向に放音可能にしたものであるので、骨振動ではカバーできない高域を、放音口から放音された気導音(空気振動)を鼓膜を経由してより効率よく聴取でき、以て、十分に周波数特性の改善を図ることができる効果がある。
本発明に係る骨伝導スピーカの一実施形態の外観図である。 本発明に係る骨伝導スピーカの一実施形態の縦断面図である。 本発明に係る骨伝導スピーカにおける第2振動板の形状例を示す平面図である。 本発明に係る骨伝導スピーカの使用状態を示す図である。 気導音の周波数特性を示すグラフである。 骨導音と気導音の合成周波数特性を示すグラフである。
 本発明を実施するための形態について、添付図面に依拠して説明する。本発明に係る骨伝導スピーカは、容部2と蓋部3とから成るユニットケース1の容部2内に、骨伝導スピーカ本体を構成するヨークアッセンブリ4を組み込んで成るものである。
 容部2には、その上部に第1振動板5が配置されると共に、その内底部に第2振動板6が配設され、その第2振動板6上にヨークアッセンブリ4が設置される。ヨークアッセンブリは、深皿状のヨーク7と、ヨーク7内に設置されるマグネット8と、マグネット8の上面に固定設置されるポールピース9とから成る。そして、第1振動板5の裏面に、ポールピース9を囲むようにボイスコイル10が設置される。
 第1振動板5は、主に4kHz以降の周波数帯域を再生するためのものである。材質はPEN、PP、PI等の200um以上の厚手のものや、PBS、SUS等の板バネ材、PC、ABS等の樹脂材料(例えば、外寸約17mmで厚さ約0.5mm)を、必要に応じて中央をドーム形状に膨出成形して、ダイナミックスピーカとしての最低共振周波数(fo)を3kHz以上に設定したものである。このように設定するのは、音漏れを極力抑えるためであって、特に目立ちやすい、人の音声周波数帯域をできるだけ気導音として発生させないようにするためである。
 上記のように、第1振動板5は中央ドーム形状とすることが好ましいが、材質、厚み等の組み合わせによって所定の特性が得られるのであれば、必ずしも中央ドーム形状にこだわるものではない。例えば、第1振動板5の厚みを変えることによって出力レベルを変動させることができるので、厚みを選択することによって気導音の最適出力レベル値を選定することが可能になる(図5に示す気導音特性参照)。
 好ましい実施形態においては、第2振動板6は、薄い金属性の円形ばね板15を、例えば、4つの円弧状の連結片16を介して周縁部17に連結した形態とされる(図3参照)。この形態の場合円形ばね板15は、周縁部17から分離されて細い円弧状の連結片16を介して接続されていて、振動に敏感なものとなるので、第2振動板6は、主に、低域共振周波数を十分に低い値にし、且つ、大きな振動出力を発生させるのに有効なものとなる。
 通常のダイナミックスピーカは、振動板に固定されたボイスコイルを駆動して振動板を駆動することにより、空気を振動させて音を出力する。しかし、骨伝導スピーカの場合、大きな駆動力(振動出力)を得るためには振動体の質量が必要となる。そこで、本発明に係る骨伝導スピーカの場合は、ボイスコイル10を第1振動板5に固定してヨーク7を駆動することとし、上記形態の第2振動板6のコンプライアンス(追従性)とヨーク7の質量との組み合わせによって、必要な低域共振周波数と振動出力が確保される構成としている。
 図示した実施形態においては、容部2は、深皿状のベース部18とベース部18に印籠形式にて嵌め付けられる円筒枠19の2部品から成り、第2振動板6は、その周縁部17がベース部18の内周面に形成される段部18aと、円筒枠19の底面との間に挟持されることにより、容部2の内周壁に固定されている。
 第2振動板6はヨーク7を駆動するものであるので、通例、ヨーク7の底面に、スポット溶接や接着等によって固着されるが、ヨーク7の上部に設置することもできる。その場合は、例えば、第2振動板6にヨーク7の内径に合わせた開口を設け、その開口端縁をヨーク7の上端面にスポット溶接等により固着する。但し、ヨーク7の底面に固着することとした方が、十分な低域周波数を発生させるための、振動板形状の自由度を大きくすることができるので、より好ましいと言える(図6に示す骨導音気導音合成周波数特性参照)。
 第1振動板5の上側の蓋部3内の空間は気導音発生室11とされ、蓋部3の周壁の一部が開口されて、気導音発生室11を大気に連通させる放音口12とされる。かかる構成とすることにより、第1振動板5の振動により気導音発生室11内において発生する気導音(空気振動)が、放音口12を経由して骨伝導スピーカの振動方向とほぼ直交する方向に放音されることになる。一実施形態においては、放音口12に、使用時に耳孔に向かうダクト13が延設される(図4参照)。
 第1振動板5で発生した気導音は、放音口12を経由して装着者の耳孔31方向に向かって放射されるので、周囲への音漏れを最小限に抑えることができる。殊に、放音口12に耳孔に向かって音声を導くためのダクト13を設けると、更に効果的である(図4参照)。なお、図4中の符号32は耳珠を、また、符号33は耳介を指し示している。
 上記構成の骨伝導スピーカの場合、構造上、特にヨークアッセンブリ4部分が上下方向の大きな衝撃に弱いという弱点がある。そこで、その衝撃対策として、ヨークアッセンブリ4の上下部分に、衝撃緩衝用のストッパーを設けることが好ましい。即ち、ベース部18の内底面中央部に、第2振動板6との間に適宜間隔を置いて壇状の下部ストッパー21を形成し、また、円筒枠19の上部内周面に、ヨーク7の上面との間に適宜間隔を置いて、内方向にフランジ状に張り出す上部ストッパー22を形成することが推奨される(図2参照)。
 本発明に係る骨伝導スピーカは上記のような構成であって、第1振動板5の振動によって気導音発生室11内において発生する気導音を放音口12を経由して骨伝導スピーカの振動方向とほぼ直交する方向に放音させるようにしたものであるので、骨振動ではカバーできない高域を、放音口12から放音される気導音(空気振動)を鼓膜を経由してより効率よく聴取可能となる。そして、そのことによって、周波数特性の改善が十分に図られるものであり(図6に示す骨導音気導音合成周波数特性参照)、産業上の利用可能性は大である。

Claims (7)

  1.  容部と蓋部とから成るユニットケースの前記容部内にヨークアッセンブリを装填して成る骨伝導スピーカであって、
     前記容部は、その上部に配置される第1振動板とその下部に設置される第2振動板とを備え、前記第2振動板に前記ヨークアッセンブリが設置されると共に、前記第1振動板の裏面にボイスコイルが設置され、前記第1振動板の上側の蓋部内空間は気導音発生室とされ、前記蓋部の一部が開口されて、前記気導音発生室を大気に連通させる放音口とされ、前記第1振動板の振動によって前記気導音発生室内において発生する気導音を前記放音口を経由して骨伝導スピーカの振動方向とほぼ直交する方向に放音可能にしたことを特徴とする骨伝導スピーカ。
  2.  前記ヨークアッセンブリは、前記第2振動板に固着される深皿状のヨークと、前記ヨーク内に設置されるマグネットと、前記マグネット上面に固定されるポールピースとから成り、前記第1振動板の裏面の前記ボイスコイルが、前記ポールピースを囲むように配置される、請求項1に記載の骨伝導スピーカ。
  3.  前記第2振動板は、薄い金属製の円形ばね板を円弧状の連結片を介して周縁部に連結したもので、前記周縁部が前記容部の内周壁に固定される、請求項1又は2に記載の骨伝導スピーカ。
  4.  前記容部は、深皿状のベース部と前記ベース部に印籠形式にて嵌め付けられる円筒枠とから成り、前記第2振動板は、その周縁部が前記ベース部の内周面に形成される段部と前記円筒枠の環状底面との間に挟持されることにより、前記容部の内周壁に設置される、請求項3に記載の骨伝導スピーカ。
  5.  前記第1振動板は中央部がドーム形状に膨出している、請求項1乃至4のいずれかに記載の骨伝導スピーカ。
  6.  前記放音口に、使用時に耳孔に向かうダクトが延設されている、請求項1乃至5のいずれかに記載の骨伝導スピーカ。
  7.  前記容部の内底面中央部に、前記第2振動板との間に間隔を置いて壇状の下部ストッパーが形成されると共に、前記容部の上部内周面に、前記ヨークの上面との間に間隔を置いてフランジ状の上部ストッパーが形成されている、請求項2乃至6のいずれかに記載の骨伝導スピーカ。
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