(57)【要約】      （修正有）【課題】共鳴空間内に空気を吸着する吸着剤を備え、吸着剤の空気吸着により仮想のバックボリュームを形成することで低域特性を強化する、マイクロスピーカーエンクロージャーを提供する。【解決手段】マイクロスピーカーエンクロージャーは、マイクロスピーカーと、マイクロスピーカーが内部に設置され、共鳴空間を形成するエンクロージャーと、エンクロージャーの共鳴空間内に適用される空気吸着剤とを含む。単位圧力変化による空気吸着剤の単位体積当たりの空気吸着モル比が４０.６ｍｏｌ／ｍ３・ａｔｍである。【選択図】図４
2017121045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロスピーカーと、
マイクロスピーカーが内部に設置され、共鳴空間を形成するエンクロージャーと、
エンクロージャーの共鳴空間内に適用される空気吸着剤とを含み、
単位圧力の変化による空気吸着剤の単位体積当たりの空気吸着モル比が４０.６ｍｏｌ／ｍ３・ａｔｍである
ことを特徴とする、空気吸着剤を備えるマイクロスピーカーエンクロージャー。
【請求項２】
エンクロージャー内に適用された空気吸着剤の体積に対する空気の比率は、
空気の占有体積をＶa、吸着剤の占有体積をＶｎ、圧力変化に対する単位体積当たりの空気吸着モル数をＤ、気体定数をＲ、温度をＴ、圧力変化を△Ｐ、初期圧力をＰ０とする場合、
【数１】
2017121045.tif 000044
を満たす
ことを特徴とする、請求項１に記載の空気吸着剤を備えるマイクロスピーカーエンクロージャー。
【請求項３】
エンクロージャー内の圧力変化は、スピーカーの有効な振動板の面積及び振動板の機械的最大許容振幅を考慮し、
振動板の面積をＳｄ、マイクロスピーカーが設置されたエンクロージャー内の共鳴空間の体積をＶｃｃ、振動板の機械的最大振幅をＸmechとする場合、
エンクロージャー内の圧力変化の最大値は
【数２】
2017121045.tif 000045
の式を満たす
ことを特徴とする、請求項２に記載の空気吸着剤を備えるマイクロスピーカーエンクロージャー。
【請求項４】
マイクロスピーカーの有効な振動板の面積が１.２ｃｍ２以上であり、最大許容振幅が０.４ｍｍである場合、Ｖａ／Ｖｎは０.１以上である
ことを特徴とする、請求項２又は３に記載の空気吸着剤を備えるマイクロスピーカーエンクロージャー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共鳴空間内に空気を吸着する吸着剤を備え、吸着剤の空気吸着により仮想のバックボリューム(back volume)を形成することで、低域特性を強化し得る、空気吸着剤を備えるマイクロスピーカーエンクロージャーに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロスピーカーは、携帯用機器等に備えられて音響を発生するもので、最近においては、モバイル機器等の発達により多様な機器等に用いられている。特に、最近になって開発されているモバイル機器等は、携帯の容易さのために、軽量化や小型化や薄型化がすすめられている。それにより、モバイル機器に設けられるマイクロスピーカーも、小型化や薄型化が要求されつつある。
【０００３】
しかしながら、マイクロスピーカーの場合、小型化や薄型化の際に、振動板の面積が小さくなり、振動板の振動により発生した音が共鳴増幅される共鳴空間のサイズも小さくなるため、音圧が減少するという問題があった。このような音圧の減少は低音域帯において顕著になり、低音域帯における音圧強化のために空気吸着剤を共鳴空間に配置することにより、空気吸着剤が空気分子を吸着して仮想の音響空間を作るようになり、低音域帯の音圧(ＳＰＬ)を向上させる技術が開発されてきた。
【０００４】
欧州特許（ＥＰ）第２４２４２７０号（Ｂ１）明細書には、吸着剤の物質としてゼオライト(zeolite)を共鳴空間に配置し、ゼオライトの粒子を構成するシリコンのアルミニウムに対する質量比が少なくとも２００であることを開示している。
【０００５】
また、米国特許（ＵＳ）第８,６８７,８３６号（Ｂ２）明細書には、エンクロージャー内の空気吸着物質としてシリコンのベースに少量の第２金属を含むシリコンベースのゼオライトを有し、第２金属に対するシリコンの質量比が２００以下であることを開示している。
【０００６】
しかしながら、欧州特許（ＥＰ）第２４２４２７０号（Ｂ１）明細書及び米国特許（ＵＳ）第８,６８７,８３６号（Ｂ２）明細書に開示された技術は、共鳴空間に吸着剤を配置して仮想の音響空間を形成する際に、吸着剤の占有空間だけ実際の共鳴空間は狭くなるということに対する考慮が欠けていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】欧州特許（ＥＰ）第２４２４２７０号（Ｂ１）明細書
【特許文献２】米国特許（ＵＳ）第８,６８７,８３６号（Ｂ２）明細書
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】インターネット<http://www.knowles.com/eng/Products/Receivers-and-speakers/Speaker-enhancement-technology>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、共鳴空間に吸着剤を配置する際に、吸着剤の占有空間と、残っている実際の共鳴空間との比率を考慮して、低周波数における振動特性を向上させることができる、空気吸着剤を備えるマイクロスピーカーエンクロージャーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、マイクロスピーカーと、マイクロスピーカーが内部に設置され、共鳴空間を形成するエンクロージャーと、エンクロージャーの共鳴空間内に適用される空気吸着剤とを含み、単位圧力の変化による空気吸着剤の単位体積当たりの空気吸着モル比が４０.６ｍｏｌ／ｍ３・ａｔｍであることを特徴とする、空気吸着剤を備えるマイクロスピーカーエンクロージャーを提供する。
【００１１】
また、本発明の他の一実施例として、エンクロージャー内に適用された空気吸着剤の体積に対する空気の比率は、空気の占有体積をＶa、吸着剤の占有体積をＶｎ、圧力変化に対する単位体積当たりの空気吸着モル数をＤ、気体定数をＲ、温度をＴ、圧力変化を△Ｐ、初期圧力をＰ０とする場合、
【数１】
2017121045.tif 000003
を満たすことを特徴とする、空気吸着剤を備えるマイクロスピーカーエンクロージャーを提供する。
【００１２】
また、本発明の他の一実施例として、エンクロージャー内の圧力変化は、スピーカーの有効な振動板の面積及び振動板の機械的最大許容振幅を考慮して、振動板の面積をＳｄ、マイクロスピーカーが設置されたエンクロージャー内の共鳴空間の体積をＶｃｃ、振動板の機械的最大振幅をＸmechとする場合、エンクロージャー内の圧力変化の最大値は、
【数２】
2017121045.tif 000004
の式を満たすことを特徴とする、空気吸着剤を備えるマイクロスピーカーエンクロージャーを提供する。
【００１３】
また、本発明の他の一実施例として、マイクロスピーカーの有効な振動板の面積が１.２ｃｍ２以上であり、最大許容振幅が０.４ｍｍである場合、Ｖａ／Ｖｎは０.１以上であることを特徴とする、空気吸着剤を備えるマイクロスピーカーエンクロージャーを提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る空気吸着剤を備えるマイクロスピーカーエンクロージャーは、共鳴空間に配置される空気吸着剤の空気吸着率による等価剛性の変化を考慮して、空気吸着剤の単位体積当たりの空気吸着モル比を限定することにより、空気吸着剤が配置されていないエンクロージャーに比べて、実質的に低周波領域における音圧の向上が得られる。
【００１５】
また、空気吸着剤が配置された時、空気吸着剤の占有空間と空気の占有空間との比率を考慮して、空気吸着剤が配置されていないエンクロージャーに比べて、実質的に低周波領域における音圧の向上が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】音圧を決定する音圧に係る振動板の振動特性因子を示す模式図である。
【図２】マイクロスピーカーの振動系の運動を１次誘導系に簡略化した図である。
【図３】マイクロスピーカーがエンクロージャー内に設置されたボックス空間の等価剛性を計算するために示す模式図である。
【図４】空気吸着剤をマイクロスピーカーが設置されたエンクロージャー内に充填する形状を示す模式図である。
【図５】空気吸着剤の空気吸着率による等価剛性の変化を示すグラフである。
【図６】空気吸着剤の空気吸着率によるスピーカーの低周波数応答特性を分析したグラフである。
【図７】エンクロージャーに適用される吸着剤及び空気の比率による低域における音圧変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付の図面に基づき、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。
【００１８】
図１は、音圧を決定する音圧に係る振動板の振動特性因子を示す模式図である。振動板の振動変位をＺ、振動板から受音点までの距離をｒ、振動板の半径をａ、振動板の振動周波数をｆ、空気密度をρ０とする場合、音圧Ｐは次のように表示できる。
【数３】
2017121045.tif 000005
【００１９】
図２は、マイクロスピーカーの振動系の運動を１次誘導系に簡略化した図である。Ｍは振動板やボイスコイル等を含む振動系の重さ、ｃは振動系の減衰、Ｋは振動系の剛性、Ｆはコイルで発生した電磁気力である場合、振動板の振動変位Ｚは次のように表示できる。
【数４】
2017121045.tif 000006
ここで、振動周波数ωが共振周波数より低い場合、振動変位は次のように振動系の剛性Ｋに大きい影響を受ける。
【数５】
2017121045.tif 000007
【００２０】
図３は、マイクロスピーカーがエンクロージャー内に設置されたボックス空間の等価剛性を計算するために示す模式図である。
【００２１】
マイクロスピーカーがエンクロージャー内に設置される場合、ボックス形状のエンクロージャー内の共鳴空間(バックボリューム)は、もう一つの剛性の役割を果たすようになり、スピーカーシステムの剛性を増加させる原因になる。よって、マイクロスピーカーエンクロージャーの総剛性は、マイクロスピーカーの剛性と共鳴空間の等価剛性との合計であり、
【数６】
2017121045.tif 000008
で表示できる。
【００２２】
このとき、エンクロージャー内の共鳴空間により増加された剛性Ｋｃｃは、マイクロスピーカーが具備する振動板の面積をＳｄ、マイクロスピーカーが設置されたエンクロージャー内の共鳴空間の体積をＶｃｃとする場合、
【数７】
2017121045.tif 000009
で表示できる。
【００２３】
低容積におけるエンクロージャーの内部空間の等価剛性は、次のように証明することができる。
【００２４】
エンクロージャーの内部空間における圧力と体積との積は、温度が一定であれば一定の値を表す。(理想気体の状態方程式)
【数８】
2017121045.tif 000010
【００２５】
スピーカーの振動板の運動によってエンクロージャーの内部空間の体積が変化し、これにより共鳴空間の圧力が変化するようになる。
【数９】
2017121045.tif 000011
【数１０】
2017121045.tif 000012
【００２６】
圧力変化量と体積変化量との積が相対的に非常に小さいので、
【数１１】
2017121045.tif 000013
であり、したがって、
【数１２】
2017121045.tif 000014
である。
【００２７】
圧力変化によって振動板に作用する力は、振動板の面積と比例し、
【数１３】
2017121045.tif 000015
になる。
【００２８】
また、振動板の運動による体積変化は、振動板の有効面積と振動変位との積で表示できる。
【数１４】
2017121045.tif 000016
【００２９】
空気が媒質である場合、音響インピーダンスＺは、
【数１５】
2017121045.tif 000017
であり、
要は、
【数１６】
2017121045.tif 000018
である。
【００３０】
フックの法則(Hooke's law)により共鳴空間が持つ等価剛性を整理すれば、
【数１７】
2017121045.tif 000019
である。
【００３１】
したがって、共鳴空間の体積が小さくなる場合、空気が持つ等価剛性は大きくなり、低周波数における音圧が減少する。
【００３２】
空気の吸着剤として用いられる物質の場合、空気の吸着量は圧力に比例する。
【００３３】
図４は、空気吸着剤をマイクロスピーカーが設置されたエンクロージャー内に充填する形状を示す模式図である。
【００３４】
エンクロージャー内にマイクロスピーカー(unit)が設置され、エンクロージャー内で共鳴空間に空気吸着剤(ｎ)が所定量充填され、残りの空間は空気(air)が占有する。全ての共鳴空間の体積Ｖｃｃは、空気の占有体積Ｖaと吸着剤の占有体積Ｖｎとに分かれ、
【数１８】
2017121045.tif 000020
であり、
理想気体の状態方程式
【数１９】
2017121045.tif 000021
により、
圧力変化による空気の吸着量は、
【数２０】
2017121045.tif 000022
である。
【００３５】
振動板の振幅変化により体積が変化する場合に圧力変化が発生する。このとき、空気吸着剤の吸着量変化により空間内の空気モル数が変化するので、
【数２１】
2017121045.tif 000023
【数２２】
2017121045.tif 000024
である。
【００３６】
圧力変化量と体積変化量との積が相対的に非常に小さいので、整理すれば、
【数２３】
2017121045.tif 000025
である。
【００３７】
圧力変化により振動板に作用する力は、振動板の面積と関係があるので、
【数２４】
2017121045.tif 000026
であり、
振動板の運動による体積変化は、振動板の有効面積と振動変位との積で表示されるので、
【数２５】
2017121045.tif 000027
である。
【００３８】
空気が媒質である場合、音響インピーダンスＺは、
【数２６】
2017121045.tif 000028
であり、
要は、
【数２７】
2017121045.tif 000029
である。
【００３９】
フックの法則により共鳴空間が持つ等価剛性を整理すれば、
【数２８】
2017121045.tif 000030
である。
【００４０】
空気吸着剤をエンクロージャー内に適用する前後の等価剛性を比較すれば、
吸着剤がない時の等価剛性は
【数２９】
2017121045.tif 000031
であり、
吸着剤を適用した後の等価剛性は
【数３０】
2017121045.tif 000032
である。
【００４１】
よって、空気吸着剤を適用しない場合よりも空気吸着剤を適用した場合が低音強化の効果を果たすためには、
【数３１】
2017121045.tif 000033
であるべきである。
したがって、
【数３２】
2017121045.tif 000034
である。
【００４２】
すなわち、空気吸着剤の適用において、低域強化のために必要な空気吸着比率の最小値は
【数３３】
2017121045.tif 000035
であり、
空気の気体定数及び常温の条件を適用すれば、気体定数Ｒは８.２１×１０−５ｍ３・ａｔｍ／ｍｏｌ・Ｋであり、常温は３００Ｋである場合、Ｄ＞４０.６ｍｏｌ／ｍ３・ａｔｍである。したがって、単位体積当たりの圧力変化による吸着量の変化量比率の最小値は、４０.６ｍｏｌ／ｍ３・ａｔｍである。
【００４３】
一方、エンクロージャー内にマイクロスピーカー(unit)が設置され、エンクロージャー内の共鳴空間には空気吸着剤(ｎ)が所定量充填され、残りの空間には空気(ａｉｒ)が占有する。全ての共鳴空間の体積Ｖｃｃは、空気の占有体積Ｖａと吸着剤の占有体積Ｖｎとに分かれ、圧力変化に対する単位体積当たりの空気吸着モル数がＤであり、空気の初期モル数がｎ０である場合、圧力変化による空気の吸着量は
【数３４】
2017121045.tif 000036
である。
【００４４】
このとき、空気の吸着量は、初期の空気モル数を超過することができないので、
【数３５】
2017121045.tif 000037
である。
【００４５】
初期のモル数ｎ０は、
【数３６】
2017121045.tif 000038
であり、
要は、
【数３７】
2017121045.tif 000039
である。
【００４６】
スピーカーのＴＳパラメータの一つとして、物理的な接触が発生しない振動板の最大変位である、機械的最大振幅Ｘmechを考慮すれば、最大圧力変化は次の通りである。
【数３８】
2017121045.tif 000040
【数３９】
2017121045.tif 000041
【数４０】
2017121045.tif 000042
【００４７】
このとき、圧力変化に対する単位体積当たりの吸着モル数Ｄの最小値が４０.６であり、エンクロージャー及びマイクロスピーカーのサイズが、共鳴空間Ｖｃｃ＝０.６ｃｃ、有効な振動板の面積Ｓｄ＝１.２ｃｍ２、最大許容振幅Ｘmech＝０.４ｍｍである場合、
【数４１】
2017121045.tif 000043
である。
【００４８】
図５は、空気吸着剤の空気吸着率による等価剛性の変化を示すグラフである。このとき、エンクロージャー及びマイクロスピーカーのサイズは、共鳴空間Ｖｃｃ＝０.６ｃｃ、有効な振動板の面積Ｓｄ＝１.２ｃｍ２の場合である。吸着剤を適用しない場合に比べ、吸着剤を適用した場合が等価剛性がより小さくなることは、空気吸着剤の圧力変化による単位体積当たりの空気吸着率Ｄが４０.６ｍｏｌ／ｍ３・ａｔｍ以上の場合である。これは、Ｖａ／Ｖｎの変化とは無関係に、Ｄが４０.６ｍｏｌ／ｍ３・ａｔｍ以上である時、エンクロージャーの等価剛性が小さくなるのが確認できる。
【００４９】
図６は、空気吸着剤の空気吸着率によるスピーカーの低周波数応答特性を分析したグラフである。このとき、エンクロージャー及びマイクロスピーカーのサイズは、共鳴空間Ｖｃｃ＝０.６ｃｃ、有効な振動板の面積Ｓｄ＝１.２ｃｍ２の場合である。空気吸着剤を適用しない場合に対し、低周波数における音圧(ＳＰＬ)を比較すれば、空気吸着率Ｄが、４０.６ｍｏｌ／ｍ３・ａｔｍ の時は空気吸着剤を適用しない場合と類似であり、１００ｍｏｌ／ｍ３・ａｔｍ の時は音圧の向上が顕著であり、２０ｍｏｌ／ｍ３・ａｔｍの時は空気吸着剤を適用しない場合よりも音圧が減少した。よって、空気吸着剤を適用する場合、空気吸着率Ｄは少なくても４０.６ｍｏｌ／ｍ３・ａｔｍ 以上でなければならないのが確認できる。
【００５０】
図７は、エンクロージャーに適用される吸着剤及び空気の比率による低域における音圧変化を示すグラフである。エンクロージャーの共鳴空間Ｖｃｃ＝０.６ｃｃ、有効振動板の面積Ｓｄ＝１.２ｃｍ２、空気吸着率Ｄが２２５ｍｏｌ／ｍ３・ａｔｍである場合、Ｖｎの体積による音圧の変化を測定して示した。Ｖａ／Ｖｎが０.１になるまではＶｎの体積が大きくなるほど音圧は増加するが、Ｖａ／Ｖｎ＝０.１以下になれば音圧はさらに減少する。換言すれば、エンクロージャーの共鳴空間のうち、空気の占有体積は吸着剤の占有空間の１０％以上になる必要がある。
【図１】
2017121045.tif 000046
【図２】
2017121045.tif 000047
【図３】
2017121045.tif 000048
【図４】
2017121045.tif 000049
【図５】
2017121045.tif 000050
【図６】
2017121045.tif 000051
【図７】
2017121045.tif 000052