(57)【要約】本発明の音響変換器の特徴は、変換器に対して小さくまた密閉されたリアボリュームチャンバを有する機械的な変換器構造であり、このリアボリュームチャンバは、音響変換器の機能の重要な構成部分である。またここではダイヤフラム質量とリアボリュームとの間の関係を選択して、所望の伝送領域のあらかじめ定めた下限が得られるようにし、またダイヤフラム張着部のばね剛性を小さく選択して、このばね剛性が上記の閉じ込められたリアボリュームのばね剛性よりもはるかに小さくなるようにする。
2005534266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信端末装置用音響変換器において、
該音響変換器は、当該変換器に対して小さくまた密閉されたリアボリュームチャンバを有する機械的な変換器構造を有し、
該リアボリュームチャンバは、音響変換器の機能の重要な構成部分であり、
ダイヤフラム質量とリアボリュームとの間の関係を選択して、所望の伝送領域のあらかじめ定めた下限が得られるようにし、
またダイヤフラム張着部のばね剛性を小さく選択して、当該ばね剛性が前記の閉じ込められたリアボリュームのばね剛性よりもはるかに小さくしたことを特徴とする
通信端末装置用音響変換器。
【請求項２】
スピーカのダイヤフラムは、曲げ剛性を有する大きな内側の領域と、当該の内側の領域を包囲する幅が狭く柔らな外側領域とからなる、
請求項１に記載の音響変換器。
【請求項３】
前記リアボリュームチャンバは、音響変換器に固定して接続される独立のモジュールである、
請求項１または２に記載の音響変換器。
【請求項４】
前記リアボリュームチャンバは、音響的に有利な開口部を通して、スタティックな圧力調整のため、またスピーカの音響特性を変えるために周囲の空気に接続されている、
請求項１から３までのいずれか１項に記載の音響変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信端末装置用の再生音響変換器に関する。
【０００２】
通信端末装置では、耳元で聴くため、スピーカで聴く／ハンズフリーで話すため、およびシグナリング機能に対して再生音響変換器が必要である。
【０００３】
上記の役割を果たすため、それぞれ固有の変換器、すなわちイヤホーン、ベル、ハンズフリー用スピーカを使用する解決手段（標準的な解決手段）が公知である。さらに上記の役割を果たすために、複数の機能の要求を同時に満たす慣用の組合せ式変換器が公知である。
【０００４】
公知の解決手段はいずれも、今日の極めて小型化された通信端末装置においては制限的にしか適用できない。
【０００５】
通信端末装置（殊にワイヤレス電話および移動電話）の小型化に対する前提は、コンポーネント数を少なくすることおよびそれぞれの個別コンポーネントを小型化することである。コンポーネント数の低減は、付加的に作製コストを考慮する場合にはそれだけ重要になる。したがってベルおよびイヤホーン（いずれの通信端末装置においても必要なる機能）と、ハンズフリートークと、娯楽機能（例えば、ラジオ、ＭＰ３プレーヤ）をスピーカで聴くこととまとめることは容積およびコストに対する重要な判定基準なのであり、このために複数の固有の変換器を使用することは不利である。
【０００６】
公知技術の音響変換器において上記の機能を組合せるためには、すべての要求を満たすため、比敷的大きく密閉されたリアボリュームが必要である。密閉されたリアボリュームとは、変換器の後ろの容積のことであり、その充填空気は、ダイナミックなダイヤフラム運動によって圧縮および膨張し、その際に空気がケーシングから漏れ出るまたはダイヤフラムの前の空気運動によって補われることはないと理解されたい。この変換器−リアボリュームが、通信端末装置のケーシングに残っている空気チャンバから構成される場合、密閉された大きなリアボリュームは実現できないか、または制限付きでしか実現できないのである。まず、装置に必要な多数のケーシング開口部（コネクタソケット、バッテリカバー）と、コストのかかる付加的な手段を有しない通常のケーシング技術とにより、通例、十分な気密は得られない。さらに、作製技術の機械的な許容差によって存在する漏れは、ほとんど通信端末装置毎に異なっている。最後に通信端末装置の小型化により、コンポーネント間に残っている空気の空間は極めて小さくなっている。したがって慣用の組合せ式変換器に必要な大きく気密なリアボリュームは、今日の通信端末装置の作製技術と両立しないのである。
【０００７】
したがって本発明の課題は、多重の機能（イヤホーン、ベル、ハンズフリースピーカ）をただ１つの音響変換器によって実現することである。この際につぎのようなケーシング形態においても統合化を可能にしたい。すなわち、変換器の背後に小さく気密でないボリューム、または密閉性が不定であるボリュームしか得られないようなケーシング形態においても統合化を可能にしたいのである。
【０００８】
この課題は、本発明により、つぎのような音響変換器によって解決される。この音響変換器の特徴は、変換器に対して小さくまた密閉されたリアボリュームチャンバを有する機械的変換器構造を有することであり、ここでこのリアボリュームチャンバは、音響変換器の機能の重要な構成部分であり、またここではダイヤフラム質量とリアボリュームとの間の関係を選択して、所望の伝送領域のあらかじめ定めた下限が達成されるようにし、またダイヤフラム張着部（Membraneinspannung）のばね剛性（Federsteifigkeit）を小さく選択して、このばね剛性が上記の閉じ込められたリアボリュームのばね剛性よりもはるかに小さくなるようにする。
【０００９】
本発明の１実施形態において、スピーカのダイヤフラムは、曲げ剛性を有する大きな内側の領域と、当該の内側の領域を包囲する幅が狭く柔らな外側領域とからなる。
【００１０】
本発明の１実施形態において、上記のリアボリュームチャンバは、音響変換器に固定して接続される独立のモジュールである。
【００１１】
本発明の別の実施形態において、上記のリアボリュームチャンバは、音響的に有利な開口部を通して、スタティックな圧力調整のため、またスピーカの音響特性を変えるために周囲の空気に接続される。
【００１２】
従来公知の変換器は、目標組み込みリアボリュームを考慮することなく作製されて調整される。この変換器と、通信端末装置のケーシングに存在する空気体積体とが結合すると、音響特性は大きく変わってしまい、殊に伝送領域の下側の限界周波数が上昇してしまう。さらに従来のケーシング技術に起因して発生する、リアボリュームの不安定な密度により、周波数特性が不所望にも変化してしまうのである。
【００１３】
必要な安定した周波数特性は、本発明の変換器において、この変換器に固定に割り当てられるリアボリュームチャンバによって形成される。比較が可能な構造技術においてここに含まれる空気体積体は、通信端末装置において合計して存在する空気チャンバよりも小さくなると推定される。従来の変換器技術を使用する際には、これに起因する伝送領域の下側の限界周波数は、許容できない領域に上昇してしまうおそれがある。
【００１４】
これとは異なり、本発明の変換器は、設計時にすでに、安定して結合される小さなリアボリュームに対して設計がなされる。有利な調整に対する前提は、ダイヤフラム質量を極めて増大させ、ならびにダイヤフラム張着部の剛性を大きく低減することである（段落００３０を参照されたい）。この結果、公知技術において組み込み時に発生する不所望の影響の原因になったリアボリュームの空気−ばね剛性が、本発明の変換器では、質量−ばね系の主構成部分になる。従来の変換器において決定的な役割を果たしたダイヤフラム張着部のばね剛性は、本発明の変換器において、小さな変換器−リアボリュームの優勢を占める空気−ばね剛性によって置き換えられるのである。
【００１５】
本発明の別の有利な実施形態ならびに本発明の物理な背景は、従属請求項ならびに図面に基づく従来技術および実施例の以下の説明から得られる。
【００１６】
ここで、
図１は、従来技術から公知の音響変換器の概略断面図を示しており、
図２は、本発明にしたがって作製された音響変換器の概略断面図を示している。
【００１７】
再生音響変換器の感度（供給した電気的な出力を基準にした放射音の音量）は、殊にダイヤフラムの体積速度によって決定される。高い感度のためには、ダイヤフラムのできる限り大きな部分が、できる限り大きな振幅で運動しなければならない。
【００１８】
慣用の電気力学式小型変換器（例えば、通信端末装置用）はダイヤフラム材料として、深絞り加工した（tiefziehen）シートを使用しており、これは、その輪郭により、中心部において曲げ剛性を有するように（例えば、深いくぼみ）また縁部において弾性的に成形される。
【００１９】
このような慣用の変換器が図１に概略的に示されている。図示のダイヤフラム１，２は曲げ剛性を有する領域１と、弾性的な張着領域（Einspannbereich）２とからなる。ダイヤフラム張着状態とはここではダイヤフラム１，２の領域２の構造的な特性のことと理解すべきであり、この特性はばね機能の形態で、ダイヤフラム静止位置の方向に復元力を及ぼす。
【００２０】
中央部における曲げ剛性領域１は、電磁石コイル３および永久磁石によってダイナミックに動かされる。ダイヤフラム運動の振幅は、弾性領域２において中心から離れるのにつれて減少する。ここから有効ダイヤフラム面積を計算することができる。この有効ダイヤフラム面積は、半径方向に運動が減少する上記のダイヤフラムと同じ体積速度において達成され得るものである。
【００２１】
スピーカで聴くためにおよびシグナリング機能に必要な音圧レベルにより、ダイヤフラムの最小剛性が設定され、これによって部分振動が回避される（ノイズのないサウンド再生）。伝送周波数領域の下限を一層低くしたい場合、張着部の剛性を小さくしなればならず、またしたがって一体型のダイヤフラム１，２では、弾性的な変形部に対して幅の広いストライプを使用しなければならない。これによってダイヤフラムの比較的小さな（内側の）部分だけがフルの振幅で運動し、有効ダイヤフラム面積は小さくなってしまうのである。
【００２２】
ダイヤフラム１，２の体積速度は、あらかじめ設定された周波数において、有効ダイヤフラム面積の他に運動振幅に依存する。これもまた張着部の剛性に比例し、ダイヤフラムの質量に反比例する。したがって慣用の小型変換器は、大きな運動振幅を実現するため、軽いコイル３によって駆動されるできる限り軽いダイヤフラム１，２を使用するのである。
【００２３】
ダイヤフラム前面における音の高い圧力が、ダイヤフラム裏面において同時に発生する低い圧力によって消去され得る（すなわち音響的な短絡（akustischer Kurzschluss））のでない場合にのみ音が放射される。これは、下側の変換器共振周波数を変化させることなしに音の波長に比べて大きなサイズを有するバフル板に組み込むだけで達成される。これは、考察対象の端末装置に対しては不可能であるため、密閉されたケーシングに変換器を組み込んでこの音響的な短絡を回避しなければならない。
【００２４】
しかしながらこのケーシングの特性により、変換器の音響的な特性が変化する。例えば、この変換器の後ろに閉じ込められている空気体積体は、付加的なばね剛性としてダイヤフラムに作用する。伝送周波数特性の下限を著しく上昇させないため、慣用の小型変換器には小さな空気体積体剛性が必要であり、ひいては大きなリアボリューム４が必要である。端末装置のサイズが１つの役割を果たす場合、大きなリアボリューム４は制限的にしか実現できず、変換器のために確保されるボックスの形態で実現することはできない。むしろこの装置ではいずれにせよ残っている空気チャンバ（組み込まれたアンテナ、電子コンポーネントの脇の空間）だけを使用できるのである。
【００２５】
リアボリューム４の閉じ込められた空気体積体が、比較的小さいチャンバに分割されるか、または部分的に気密でない（あるいは不定である、図１の漏れ開口部５を参照されたい）場合、制御不能の共振および音響的な伝送周波数特性の変動に結び付いてしまう。これはスピーカで聴く際またはベルモードでのみ発生するのではなく、組合せ式変換器ではイヤホーンモードでも発生するのである。
【００２６】
しかしながら通信部門は、装置の音響的な特性を規格の形で殊にイヤホーンモードにおいて詳細に規定している（音量、周波数特性その他）。このような理由から、上に説明した特性を有する組合せ式変換器は、今日の通信端末装置において考慮されないか、また極めて制限的にしか考慮されないのである。
【００２７】
以下では、図２に概略的に示した本発明の音響変換器の例を説明する。
【００２８】
この音響変換器の構造の特徴は、固有の変換器コンセプトによって調整が行われることであり、ここではこの調整により、リアボリュームが小さいのにもかかわらず、広帯域のサウンド再生が可能になる。
【００２９】
この変換器調整の利点は、通常のリアボリュームに変換器を組み込む際につぎのような低い共振周波数が得られることであり、すなわちこの低い共振周波数は、実際に達成しようとする伝送周波数特性の下限よりもはるかに低い。密閉された小さなリアボリューム８を変換器背面に適用してはじめて、伝送周波数特性の所望の下限が調整される。
【００３０】
これは、ダイヤフラム５，６の懸架部をひじょうに柔らかく、またダイヤフラム質量をひじょうに大きく選択することによって達成される。
【００３１】
柔らかなダイヤフラム懸架部は、例えば、２つの部分からなるダイヤフラムによって得ることができる。娯楽電子装置の大きな低音スピーカの場合と同じように均一に運動する内側のダイヤフラム面５に対して固有の曲げ剛性を有する材料（板紙、プラスティック）を、また外側の継ぎ目６に対して殊に柔らかい材料、例えばゴムまたはシリコーンを使用する。これによって弾性的な（半径が大きくなるにつれて運動が小さくなる）領域を狭い縁部にまで縮小し、ひいては有効ダイヤフラム面積を最大化することができる。大きな有効ダイヤフラム面積により、まず変換器感度が増大する。
【００３２】
さらにこの構造により、ダイヤフラム質量が所望のように増大する。ダイヤフラム質量を増大させることにより、変換器感度は低減されるが、部分的である。これはさらに慣用の小型変換器とは異なり、大きなコイル７と、マグネットシステムとによって補うことができる。大きなコイルはダイヤフラム質量をさらに増大させるのに役立つ。択一的には（大きな有効ダイヤフラム面積を有する）柔らかいダイヤフラム懸架部を、多層のダイヤフラム構造または縁部において大きく伸ばしたダイヤフラム構造によって達成することができる。
【００３３】
本発明による音響変換器では機械式の変換器構造を使用し、その調整は殊に変換器背面において密閉された小さな空気体積体８のばね剛性によって決定される。
【００３４】
従来技術と比べて小さくしたリアボリューム８により、密に変換器固有に割り当てられたリアボリュームチャンバを使用することができる。結合されたこのリアボリュームは、上記の音響的な短絡を阻止するために十分に密閉しなければならない。さらに減衰手段（フロー（Fliess）、詰め綿、機械的な狭小部）を有するまたは有しない音響的に調整した開口部（孔、スリット、溝、管または類似のもの）をねらいを定めて設けることによって、スタティックな圧力調整（外部＜−＞内部）も、付加的に周波数特性および歪みをねらい通りに変更することも共に可能である。これにより、装置容積体の気密性および形態に要求を課すことなく、小さな音響モジュールが得られ、この音響モジュールにより、伝送領域の下限が低く、安定した周波数特性が実現される。
【００３５】
したがって本発明の音響変換器により、つぎのような利点が得られる。すなわち、
＊  組合せ式変換器を使用することにより、コストおよび容積が節約される。
＊  変換器に比べて小さく、気密のリアボリュームを使用することにより、容積が節約される。
＊  変換器に割り当てられるリアボリュームチャンバにより、（制御可能な周波数特性を得るために）組み込み周囲部に対して幾何学的な要求が課せられることがない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来技術から公知の音響変換器の概略断面図である。
【図２】本発明にしたがって作製された音響変換器の概略断面図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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