JP7240688B2 - 多重エンジンアレイシステム及びスピーカー - Google Patents

Description

本発明は、電動スピーカーの技術分野に関し、特に多重エンジンアレイシステム及びスピーカーに関する。

伝統的なスピーカーエンジンは、ほとんど単一のエンジン駆動であり、エンジンの形状は、ほとんど円形であり、このような伝統的なのエンジンは、一般的に外部磁気タイプを採用しており、上下の磁気導電プレート（Ｔ鉄とワッシャー）、磁石（主流フェライト）、ボイスコイル（金属フィラメント巻線）、骨格（手作りのデュポングラスファイバークロス、アルミニウム合金ロール、またはボール紙チューブ）で構成されている。より大きな口径のスピーカーの場合、伝統的なシングルエンジン構造のスピーカーは、ダイヤフラムやボイスコイルなどの各部材の寸法、特にエンジンにおける磁石の寸法、重量、コスト、金型等を変更する必要があり、いずれも大口径スピーカーの量産化を難しくしている。

さらに、不十分なエンジン熱放散は、スピーカーに一連の問題を引き起こす可能性があり、例えば、熱による磁石の減磁現象、ボイスコイルの脱ガム、短絡または破壊、ボイスコイル骨格の変形またはボイスコイル骨格のダイヤフラムとセンタリングサポートピースに接触する変形、パワー損失があり、効率η_ｏなどに影響を与える。

単一エンジンのスピーカーにはボイスコイルが１つしかなく、その抵抗Ｒ_Ｅは、ボイスコイル工場の製造および加工を除いて不変である。抵抗Ｒ_Ｅが比較的大きい場合、それを押し込むためにより高出力のアンプが必要になり、消費電力が大きくなる。スピーカーで熱を発生する主な熱源は、ボイスコイルであり、サスペンションシステムが動くときに圧縮空気も熱を発生するが、この熱はボイスコイルの振動によって発生する熱と比較して無視できる。ボイスコイルは、インピーダンスと誘導性リアクタンスを備えた一種の抵抗素子であり、電流が接続された後、磁気回路によって引き起こされる機械的運動に加えて、抵抗要素によってエネルギーの一部を熱に変換される。エネルギー保存原理によれば、ボイスコイルのこの熱エネルギーは、実際には運動エネルギーの変換と損失の一部である。温度に関しては、一般に、ボイスコイル自体の瞬間温度は摂氏３００度を超えないが、連続的な高出力の場合、ピーク温度は摂氏３００度を超えることさえある。さらに、磁気回路の温度は、一般にボイスコイル自体よりも低く、摂氏１００度を超えることはないが、極端な場合や熱放散が不合理な場合は、摂氏２００度に近づくか超えることもある。磁気回路の摂氏２００度以上の状態が３０分以上続くと、保磁力の低い磁石が消磁する現像が現れ、さらに永久に磁力が失われる。したがって、十分な熱放散は、磁石の減磁、ボイスコイル短絡または破壊を解決するために必要な手段であるだけではなく、エンジンが電－力－音の変換プロセスに可能な限り少ない熱エネルギーを変換するが多くの運動エネルギーを変換することを可能にし、それによって熱エネルギーの変換による損失を減らす。

伝統的なスピーカーエンジンのボイスコイルは、磁気回路内を運動する時、エンジンのシリンダーおよびピストンに類似しており、線形運動に属する。しかし、磁気回路内のボイスコイルのこの種の運動は完全に線形ではなく、非線形でもある。主に２つの側面で現れ、第１に、磁気ギャップの高さがボイスコイルの高さに完全に収納できないため、ボイスコイルが磁気ギャップを超える現象、即ち磁気におけるボイスコイルの最大線形変位Ｘ_Ｍａｘが発生する。これが発生すると、その線形運動は、シリンダー内のピストンほど正確ではなくなり、この範囲に近づいたり超えたりすると、非線形運動を引き起こし、さらに非線形歪みと高調波歪みが発生する。第２は、ボイスコイル、ボイスコイル骨格、ボイスコイル骨格の上部に接続されているセンタリングサポートピースとダイヤフラムが、いずれも半吊り状態であると同時に、センタリングサポートピースとダイヤフラムが弾力性があり、運動過程中にボイスコイルの非線形ズレが発生する。

さらに、伝統的なシングルエンジンスピーカーは、例えば、磁気ギャップを横切るボイスコイルの非線形振動によって引き起こされる高調波歪みおよび相互変調歪み、ならびにボイスコイルの逆起電力によって引き起こされる出力パワーおよび効率η_ｏの損失、ボイスコイルの起電力、エンジンの磁力と電流ＢＬＩの不均一な分布によって引き起こされる非線形歪み、サスペンションシステム（ダイヤフラム、センタリングサポートピース、折り畳まれたリングの吊り下げ部分を含み）の非線形によって引き起こされる高調波歪み、グループ遅延、および位相歪みなどの様々な歪みの問題を引き起こす。

本発明の目的は、上記の欠陥および欠点のうちの少なくとも１つを解決することであり、その目的は、以下の技術的解決案を通じて達成される。

本発明は、少なくとも二つのエンジンアセンブリを備え、少なくとも二つの前記エンジンアセンブリアレイは、スピーカーの鉢枠の底部に取り付けられ、各前記エンジンアセンブリは、いずれもボイスコイル骨格が配置されたボイスコイル及び前記ボイスコイルへ磁場を提供する磁気回路システムを含み、前記ボイスコイルは、前記ボイスコイル骨格の外周に巻かれ、前記ボイスコイルは、印刷された可撓性回路基板や片面絶縁の金属箔テープを含み、前記磁気回路システムは、磁気ボウル、磁石、磁気導電プレートを含み、磁気回路システムの前記断面の周囲は、円弧遷移を用い、前記磁気ボウルは、前記鉢枠の底部に取り付けられ、前記磁石と前記磁気導電プレートは、前記磁気ボウルに位置し、前記磁気ボウル及び前記磁石と前記磁気導電プレートの間に磁気ギャップが形成され、前記ボイスコイルサは、前記磁気ギャップにスペンションされ、前記ボイスコイルと前記磁気回路システムの断面の形状は、いずれも長方形である多重エンジンアレイシステムを提供する。

更には、前記磁石の１端は、前記磁気ボウルの底部に貼り付けられ、前記磁石の他端は、前記磁気導電プレートに貼り付けられ、前記磁気ギャップは、環状磁気ギャップである。

更には、前記磁気ボウルの底部には、複数の第１の換気穴が設けられ、前記第１の換気穴の位置は、前記鉢枠の底部に設置された第２の換気穴に対応し、前記磁気ギャップと前記第１の換気穴の間に、前記磁気ボウルの内部エアダクトを形成する。

更には、前記磁気回路システムの前記断面の周囲は、円弧遷移を用いる。

更には、前記磁気回路システムは、内部磁気型構造であり、前記磁石は、ネオジム鉄ホウ素強磁である。

更には、複数の前記エンジンアセンブリにおける異なる前記ボイスコイルは、回路により互いに接続され、複数の前記ボイスコイルの回路接続方式は、直列回路、並列回路、及び直列と並列を組み合わせた集積回路を含む。

更には、複数の前記ボイスコイルは、それぞれボイスコイルリード線により、ダイヤフラム底部に設置された回路基板と接続され、前記回路基板は、前記ボイスコイルリード線により、異なる前記回路接続方式で、複数の前記ボイスコイルを互いに接続させる。

更には、前記ボイスコイルは、前記ボイスコイル骨格の外周に巻かれ、前記ボイスコイルは、印刷された可撓性回路基板や片面絶縁の金属箔テープを含む。

更には、前記ボイスコイル骨格は、耐高温材料であり、前記耐高温材料は、耐高温射出成形材料や軽量セラミック材料を含み、前記ボイスコイル骨格は、一体構造である。

本発明は、上記の多重エンジンアレイシステムを含むスピーカーさらに提供する。

本発明の利点は、以下のようになる。
（１）本発明の多重エンジンアレイシステムは、寸法大きなスピーカーに適用し、高出力アンプに依存する必要がなく、消費電力を効果的に低減し、スピーカー効率を向上する。

（２）本発明の多重エンジンアレイシステムは、インピーダンスＲＥおよび誘導性リアクタンスＬ_ＶＣを制御して、Ｑ_ＥＳ、Ｑ_ＭＳ、Ｑ_ＴＳを合理的に制御し、効率η_ｏを増加させるだけでなく、共振周波数ｆ_ｓを減少させることができる。

（３）本発明の多重エンジンアレイシステムは、ボイスコイルおよびボイスコイル骨格の構造を変更することによって熱放散効果を改善し、同時に、磁気回路の排水及び換気により放熱させ、さらにスピーカー鉢枠の放熱設計により十分な放熱を実現する。

（４）本発明の多重エンジンアレイシステムは、スピーカーの運動をより線形運動にし、さらに非線形歪みを低減させ、運動をよりバランスの取れた安定したものにし、反応速度をより速くし、制御能力がより強く、複数のエンジンアセンブリの相乗効果及び相互制限により、様々な歪みを減少でき、スピーカーの音響性能を向上させる。

（５）本発明は、可聴周波数信号をハイレート解析して、音の動的な詳細を深く復元させ、複数のエンジンアセンブリの空間アレイ分布により音の完全な拡散を実現する。

以下の好ましい実施形態の詳細な説明を読むことにより、他の様々な利点およびメリトが当業者に明らかになる。図面は、好ましい実施形態を説明する目的でのみ使用され、本発明を限定するとは見なされない。また、図面全体で、同じ図面符号を使用して同じ部材を示している。

は、本発明に実施例により提供された多重エンジンアレイシステムの立体構造の分解概念図である。 は、本発明に実施例により提供された多重エンジンアレイシステムの作動概念図である。 は、本発明に実施例により提供された多重エンジンアレイシステムの取付構造の概念図である。 は、本発明に実施例により提供された２０個のエンジンからなる多重エンジンアレイシステム概念図である。 は、本発明に実施例により提供された多重エンジンアレイシステムのボイスコイルがダイヤフラム底部での取付概念図である。 は、本発明に実施例により提供されたボイスコイル回路の直列回路概念図である。 は、本発明に実施例により提供されたボイスコイル回路の並列回路概念図である。 は、本発明に実施例により提供されたボイスコイル回路の直列と並列の集積回路概念図である。 は、本発明に実施例により提供された多重エンジンシステムの放熱概念図である。 は、本発明に実施例により提供された多重エンジンアレイシステムに接続する鉢枠の放熱概念図である。 は、本発明に実施例により提供された音波のフーリエ変換概念図である。

以下、本開示の例示的な実施形態を添付の図面を参照してより詳細に説明する。図面は本開示の例示的な実施形態を示しているが、本開示は様々な形態で実施することができ、本明細書に記載の実施形態によって限定されるべきではないことを理解されたい。それどころか、これらの実施形態は、本開示のより完全な理解を可能にし、本開示の範囲を当業者に完全に伝えるために提供される。

まず、本願の理解を容易にするために、以下の用語を説明する。

スピーカーのＴ／Ｓパラメータ：ＴｈｉｅｌｅとＳｍａｌｌによって完全及び確立されたＴ／Ｓパラメータは、スピーカー電－力－音変換過程における比較的完全な理論データを含み、特に低周波直接放射式スピーカー分野では、工業デザイン界で一般的に受け入れられ、採用されている。

１、Ｔ／ＳパラメータにおけるＱ_ＥＳ、Ｑ_ＭＳ、Ｑ_ＴＳ
（１）Ｑ_ＥＳは、スピーカーユニット共振周波数での電Ｑ値であり、即ち、ボイスコイル直流抵抗Ｒ_Ｅと共振周波数ｆｓでの動生インピーダンスの割合値である。Ｑ_ＥＳは、ボイスコイル自体の電気品質であり、主に直流抵抗Ｒ_Ｅ、インダクタンスＬ_ＶＣ、逆起電力Ｒ_ＥＳによって形成された電減衰を表現する。

（２）Ｑ_ＭＳは、スピーカーユニット共振周波数での機械Ｑ値であり、即ち、ユニット支持システムの機械損失インピーダンスＲ_ＭＳの等価抵抗と共振周波数ｆｓでの動生インピーダンスの割合値である。Ｑ_ＭＳは、ボイスコイル自体の質量及びサスペンションシステム（ボイスコイル、ダイヤフラム、センタリングサポートピース、折りたたみリングの吊り上げ部分を含み）の機械抵抗Ｒ_ＭＳである。

（３）Ｑ_ＴＳは、スピーカーユニット共振周波数での合計Ｑ値であり、即ち、Ｑ_ＥＳとＱ_ＭＳの並列値であり、Ｑ_ＴＳ＝（Ｑ_ＥＳ×Ｑ_ＭＳ）÷（Ｑ_ＥＳ＋Ｑ_ＭＳ）である。

上記の式から分かるように、Ｑ_ＥＳが低いほど、電減衰が小さくなり、出力パワーＮ_ｏと効率η_ｏも高くなり、Ｑ_ＥＳとＱ_ＭＳを低減させることにより、Ｑ_ＴＳを効果的に低減できるが、Ｑ_ＭＳは可能な限り低くはなく、Ｑ_ＭＳが低すぎると、減衰が不足し、スピーカーのサスペンションシステムがアクティブになりすぎて遅延が発生し、即ち、信号停止後に、サスペンションシステムがゆっくりと衰減し、慣性力に従って振動し続ける。Ｑ_ＭＳが高すぎると、過度の減衰（過度の剛性または過度の質量）が発生し、スピーカーの全ての振動部分の振動が制限され、効率η_ｏと共振周波数ｆｓに影響を与える。

２、Ｘ_Ｍａｘは、ボイスコイルが磁気ギャップでの最大変位であり、ボイスコイル高さから磁気ギャップ高さを引いてから２で割ったものに等しく、可動部分の一方向の運動範囲を表し、この範囲に近づくか超えると、非線形運動を引き起こし、さらに高調波歪みが発生する。

図１から図４は、本発明の実施方式により提供された多重エンジンアレイシステムの構造概念図を示す。図１から図４に示されたように、本発明により提供された多重エンジンアレイシステムは、少なくとも二つのエンジンアセンブリ１００を含み、複数のエンジンアセンブリ１００は、スピーカーの鉢枠２００の底部に取り付けられ、複数のエンジンアセンブリ１００は、アレイ分布であり、各エンジンアセンブリ１００は、いずれもボイスコイル骨格１２が配置されたボイスコイル１１及び前記ボイスコイル１１へ磁場を提供する磁気回路システムを含み、磁気回路システムは、磁気ボウル２１、磁石２２、磁気導電プレート２３を含み、磁気ボウル２１は、鉢枠２００の底部に取り付けられ、磁石２２と磁気導電プレート２３は、前記磁気ボウル２１に位置し、磁気導電プレート２３は、磁石２２の１端の端面に固定され、磁石２２と磁気ボウル２１の間に磁気ギャップ２４を形成し、ボイスコイル１１は、磁気ギャップ２４に懸架され、ボイスコイル１１と磁気回路システムの断面形状は、いずれも長方形であり、異なる鉢状構造のスピーカーと一致することができ、断面の周囲は、円弧遷移を用いる。上記の長方形は、長方形であってもよく、正方形であってもよい。また、エンジンアセンブリ１００のボイスコイル１１と磁気回路システムの形状は、円形やその他の形状であってもよく、本発明は、具体てきに限定されない。鉢枠２００の形状に一致する長方形の丸角構造のエンジンアセンブリ１００を用いることにより、迅速な取付を実現するだけでなく、取付空間を節約することもできる。

具体的には、図２に示されたように、磁気回路システムは、内部磁気型構造であり、外部磁気型構造と比較して、内部磁気型構造の体積が小さく、占有スペースが小さく、磁気漏れが減少される。磁石２２の１端が磁気ボウル２１の底部に貼り付けられ、磁石２２の他端が磁気導電プレート２３に貼り付けられ、磁気ボウル２１と磁石２２及び磁気導電プレート２３の間に環状磁気ギャップ２４を形成し、ボイスコイル１１は、磁気ギャップ２４に懸架され、電流を投入する時、ボイスコイル１１が磁気ギャップ２４に磁石２２及び磁気導電プレート２３の軸方向に沿って往復振動（図では、両方向の矢印方向は、ボイスコイル１１の振動方向であり）を行い、ボイスコイル１１が磁気ギャップ２４での最大線形変位は、Ｘ_Ｍａｘである。

磁石２２は、ネオジム鉄ホウ素強磁を用い、強い磁場を提供でき、ボイスコイル１１の運動へ大きな動力を提供する。また、磁石２２は、その他の永久磁石材料を用いても良い。磁気回路システムでの磁気ギャップ２４の軸方向の高さ範囲は、４～８ｍｍであり、磁気ギャップ２４の半径方向幅は、２～３ｍｍである。

図３に示されたように、複数のエンジンアセンブリ１００は、鉢枠２００の底部にアレイ状に分布され、エンジンアセンブリ１００の数と寸法サイズは、本発明では具体的に限定されず、スピーカーの口径に応じて設置することができる。例えば、図４には、２０個のエンジンアセンブリからなる多重エンジンアレイシステムの概念図を示す。複数のエンジンアセンブリ１００によりアレイで構成される多重エンジンアレイシステムを用い、適用範囲が広く、大面積のダイヤフラムと大口径のスピーカーに適用することができる。独立したエンジンアセンブリ１００の寸法は、小さく製造でき、小さいな口径のスピーカーに個別に適用できる。異なる口径寸法と動力のスピーカーについては、スピーカーの寸法に応じて、エンジンアセンブリ１００の数を増減すればよく、エンジンアセンブリ１００の寸法及び規格を変更する必要がない。

複数のエンジンアセンブリ１００からなる多重エンジンアレイシステムを用いることにより、スピーカーの消費電力を低減でき、効率を向上させる。４エンジンアセンブリ１００を例にして具体てきに説明する。異なるエンジンアセンブリ１００のボイスコイル１１の間は、回路により互いに接続され、個別な直列回路、並列回路、又は直列と並列を組み合わせた集積回路を用いって、理想的なインピーダンスＲ_Ｅ目標を得る。

具体的な実施では、図５に示されたように、異なるボイスコイル１１は、ダイヤフラム底部３１に設置された専用回路基板３１１により互いに接続され、各ボイスコイル１１には、いずれもリード線が設けられ、ボイスコイル１１は、リード線により回路基板３１１に接続され、電流をリード線によりボイスコイル１１に入力し、リード線が回路基板３１１での配線位置を調整することにより、異なるボイスコイル１１を異なる回路により接続できる。

ダイヤフラム３００の底部は、安定に支持されておらず、同時に、ダイヤフラム３００がパルプ等の材料を用いれば、その紙質の底部は容易に変形する。別の実施方式では、ダイヤフラム３００の底部に一つの剛性シャーシを設置でき、ボイスコイル１１とダイヤフラム３００を剛性シャーシにより接続することにより、ダイヤフラム３００の変形を減少させ、取付効率を向上する。この剛性シャーシは、ダイヤフラム底部３１の形状に一致し、ダイヤフラム底部３１に貼り付けられ、シャーシ上には、ボイスコイル１１と接続された取付部が設けられ、シャーシには、異なるボイスコイル１１を互いに接続する回路基板３１１がさらに設けられ、各ボイスコイル１１リード線により回路基板３１１に接続され、リード線が回路基板３１１での配線位置を調整することにより、異なるボイスコイル１１を回路により互いに接続できる。

図６から図８には、４エンジンアレイシステムのボイスコイル接続概念図を示しており、図６から図８に示されたように、仮に、各ボイスコイル１１のインピーダンスＲ_Ｅは、いずれも４Ωであり、異なるボイスコイル回路は、三つの接続モードがある。（１）直列モード：図６に示されたように、四つのボイスコイル１１が直列回路により直列に接続され、最終的に、インピーダンスＲ_Ｅ＝Ｒ_Ｅ１＋Ｒ_Ｅ２＋Ｒ_Ｅ３＋Ｒ_Ｅ４＝１６Ωになる。（２）並列モード：図７に示されたように、四つのボイスコイル１１が並列回路により並列に接続され、最終的に、インピーダンスＲ_Ｅ＝１／（１／Ｒ_Ｅ１＋１／Ｒ_Ｅ２＋１／Ｒ_Ｅ３＋１／Ｒ_Ｅ４）＝１Ωになる。（３）総合モード：図８に示されたように、四つのボイスコイルを２組に分け、組内が直列で、組と組の間が並列で、又は組内が並列で、組と組の間が直列で、第１のボイスコイル１０１と第４のボイスコイル１０４が上下に直列で、第２のボイスコイル１０２と第３のボイスコイル１０３が上下に直列であり、それぞれ上下に直列に接続された後の２組のボイスコイル１１が、再び左右に並列に接続され、最終的には、インピーダンスＲ_Ｅ＝４Ωになる。上記から分かるように、異なる回路接続方式によりシステム内の異なるボイスコイル１１を自由に組み合わせることにより、異なるインピーダンスＲ_Ｅを得ることができる。また、エンジンアセンブリ１００数の増加に従って、配列組合せ原理により、総合モードでより多い異なるインピーダンスＲ_Ｅを得ることができる。

別の実施方式では、仮に、各ボイスコイルのＲ_Ｅは、いずれも２Ωであり、直列モードで得られたインピーダンスＲ_Ｅは、８Ωであり、並列モードで得られたインピーダンスＲ_Ｅは、０．５Ωであり、総合モードで得られたインピーダンスＲ_Ｅは、２Ωである。仮に、各ボイスコイルのＲ_Ｅは、いずれも６Ωであり、直列モードで得られたインピーダンスＲ_Ｅは、２４Ωであり、並列モードで得られたインピーダンスＲ_Ｅは、１．５Ωであり、総合モードで得られたインピーダンスＲ_Ｅは、６Ωである。仮に、各ボイスコイルのＲ_Ｅは、いずれも８Ωであり、直列モードで得られたインピーダンスＲ_Ｅは、３２Ωであり、並列モードで得られたインピーダンスＲ_Ｅは、２Ωであり、総合モードで得られたインピーダンスＲ_Ｅは、８Ωである。

上記のボイスコイル１１の回路接続方式から分かるように、スピーカー寸法が大きくても、複数のボイスコイル１１の回路接続方式を変更してオーミック規則により組み合わせることにより、そのＲ_Ｅ値を変更でき、それをインピーダンスＲ_Ｅ目標に合致させ、例えば、単一のボイスコイル１１のインピーダンスＲ_Ｅは１６Ωでこのようにインピーダンスが大きい場合、四つのボイスコイル１１は、並列モードでＲ_Ｅ＝４Ωの小さいインピーダンスを得ることができる。即ち、複数のエンジンアセンブリ１００が連携して構成された多重エンジンアレイシステムは、様々な自由に接続するボイスコイル回路により、インピーダンスＲＥと誘導性リアクタンスＬ_ＶＣを制御し、さらにＱ_ＥＳを低減させ、それが合理化された。

また、式Ｑ_ＴＳ＝（Ｑ_ＥＳ×Ｑ_ＭＳ）÷（Ｑ_ＥＳ＋Ｑ_ＭＳ）により分かるように、Ｑ_ＥＳ、Ｑ_ＭＳの何れか１つのパラメータの変動は、いずれもＱ_ＴＳに影響を与え、Ｑ_ＴＳが不変する場合、Ｑ_ＥＳのパラメータ値を効果的に低減させると、Ｑ_ＭＳのパラメータ値を向上させることができる。Ｑ_ＭＳ値が向上すると、サスペンションシステムの質量がより大きく、即ち、サスペンションシステムにおけるダイヤフラム３００の質量がより大きくなることが許可される。単位質量を単位面積に変換すれば、ダイヤフラム３００の面積がより大きくなる。ダイヤフラム３００の質量と面積が増加すると、ランダムに擾乱する空気粒子が多くなり、より低い共振周波数ｆｓを得ることができる。従って、エンジンアセンブリ１００の数の増加に従って、インピーダンスＲＥと誘導性リアクタンスＬ_ＶＣを合理的に制御することにより、さらにＱ_ＥＳ、Ｑ_ＭＳ、Ｑ_ＴＳに影響を与え、共振周波数ｆｓを多く低減させることができ、音響性能が向上する。

多重エンジンアレイシステムのスピーカーのインピーダンスＲ_Ｅは、制御可能であり、本発明は、高出力のアンプに依存する必要がなく、消費電力を低減するだけでなく、同時に過剰なパワーによって引き起こされるパワー歪みも低減させ、スピーカーの効率η_ｏが向上する。

具体的には、スピーカーの効率η_ｏは、音から電気へ変換のパーセンテージであり、多重エンジンアレイシステムが高出力アンプへの依存を低減したので、入力パワーＮ_Ｉを低減した。また、複数のエンジンアセンブリ１００が同時に作動し、その出力パワーＮ_Οは、複数の独立したエンジンアセンブリ１００の独立した作動を重ね合わせたものであるので、出力パワーの合計が増加した。効率式：η_ｏ＝Ｎ_Ο÷Ｎ_Ｉ×１００％に応じて、分子としての出力パワーＮ_Οが増加し、分母としての入力パワーＮ_Ｉが減少し、スピーカーの合計効率η_ｏが大幅に増加する。

好適な実施では、ボイスコイル１１は、印刷された可撓性回路基板（ＦＰＣ）又は片面絶縁の金属箔テープにより巻かれてなる。具体的には、印刷された可撓性回路基板（ＦＰＣ）又は金属箔テープは、いずれもストリップ状のモノリシック体である。印刷された可撓性回路基板（ＦＰＣ）を用いる時、可撓性回路基板は、導電層と絶縁層を含み、巻かれる時、絶縁層の１側が、ボイスコイル骨格１２に密着する。具体的な実施では、可撓性回路基板には、複数の縦方向の導電層（本実施方式には、五つが設けられ）が設けられ、複数の導電層が絶縁層に付着し、ボイスコイル骨格１２の外周に密に配列されて巻かれて、長方形環状のボイスコイル１１を形成する。金属箔テープを用いる時、金属箔テープ絶縁の１面が、ボイスコイル骨格１２に密着する。ボイスコイル１１は、厚さの薄いストリップ状のシート本体で巻かれて形成されるので、放熱面積が大きく、ボイスコイル１１の放熱効果を大幅に向上させ、ボイスコイル１１の破壊を減少する。厚さの薄いストリップ状のシート本体は、ボイスコイル骨格１２に複数回巻き付けることができ、ボイスコイル長さを増加させる。式Ｆ＝ＢＬＩから分かるように、ボイスコイル長さが増加し、ボイスコイル１１のアンペア力（駆動力）が増加し、音声変換効率を向上でき、その中、Ｂはボイスコイル内部での平均磁束密度であり、Ｌはボイスコイル長さであり、Ｉは電流である。

ボイスコイル骨格１２は、耐高温材料により一体的に加工および成形され、例えば、耐高温射出成形材料や窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の軽量セラミック材料を用いることができ、上記のこれらの材料は、質量が軽く剛性がよく、放熱効果がよく、ボイスコイル１１の正確な位置決めを実現でき、取付誤差率を低減させる。ボイスコイル１１の数が多いほど、その正確な位置決めの要求が複雑になり、精度要求も厳しくなる。複数のボイスコイル１１がダイヤフラム底部３１での配列方式及び位置レイアウトが確定されると、エンジンアセンブリ１００が鉢枠２００底部でのマッピング（投影）位置が確定され、スピーカーの正確な取付が実現される。ボイスコイル１１の正確な位置決めにより、磁力の不均一な分布を減少でき、磁気回路を衝突することによるボイスコイル１１の損傷を減少でき、ボイスコイル１１の非線形運動を減少できる。また、図２に示されたように、ボイスコイル骨格１２の側壁には、複数のアレイ分布の放熱穴１２１が設けられ、ボイスコイル１１の放熱効果をさらに増加させる。

ボイスコイル１１が磁場中部に位置する時、磁場強さが最も高い、有効な磁気エネルギーが磁気ギャップ２４に集中して分布され、磁気ギャップ２４の範囲を超えると、磁場強さが迅速に低下する。ボイスコイル１１が磁気ギャップ２４での最大線形変位Ｘ_Ｍａｘは、ボイスコイル１１の線形運動の閾値であり、ボイスコイル１１の変位がこの限界を超える時、磁場を切断するボイスコイル１１の長さが減少し、ボイスコイル１１での電流が不変する場合、ボイスコイル１１が受けるアンペア力が減少し、即ち、ボイスコイル１１の駆動力が下降し、スピーカーの出力音圧が非線形状態に入り、明らかな非線形歪みを引き起こしやすい。磁気回路システムを長方形の筒状構造に設置するすることにより、ボイスコイル１１が磁気ギャップでの最大線形変位Ｘ_Ｍａｘを増加させ、歪みを減少させる。

多重エンジンアレイシステムにおける複数の独立した磁気回路システムとボイスコイル１１は、同時に運動するとともに、それと接続する同じダイヤフラム３００を押し込んで振動させ、オーディオ信号がボイスコイル１１を通る時、偏波が発生しにくく、非線形ズレを効果的に低減でき、スピーカーの運動がより線形運動になる傾向があり、非線形歪みをさらに低減させる。また、複数のボイスコイル１１は、同時にダイヤフラム３００を押し込んで運動させ、安定性の原理により、運動がよりバランスが取れて安定し、反応速度がより速く、制御能力がより強い。

オーディオ電流がボイスコイル１１を通る時に、ボイスコイル１１が磁場に力を受けて、ボイスコイル１１がダイヤフラム３００を連行して往復運動させ、空気を振動させる。ダイヤフラム３００は、ボイスコイル１１の垂直押し込みによって前後に変位し、ボイスコイル１１からダイヤフラム３００縁（折りたたみリングの吊り上げ部分を含み）までの距離がより大きく、ボイスコイル１１によって直接及び垂直に押し込む力がより小さく、引き起こされた非線形、機械的な歪みがより強くなり、さらに歪み量とグループ遅延を増加させる。ダイヤフラム３００の剛性弾性率が悪く、その歪みの程度とグループ遅延もより大きくなる。この多重エンジンアレイシステムで使用される複数のボイスコイル１１は、複数のボイスコイル１１のアレイ配列により、ボイスコイル１１からダイヤフラム３００縁までの距離が大幅に短縮され、それによる歪みとグループ遅延をさらに低減させる。

複数のエンジンアセンブリ１００が連携して作動することにより、それの複数のボイスコイル１１が連携して運動して同じダイヤフラム３００を押し込んで運動させ、同時に複数のエンジンアセンブリ１００が互いに制限し、スピーカーの歪みは、複数のエンジンアセンブリ１００歪みの平均値であり、即ち、ＤＥ_Ｓ＝（ＤＥ_１＋ＤＥ_２＋…＋ＤＥｎ）÷ｎであり、その中、ＤＥ_Ｓは、多重エンジンアレイシステムの歪みであり、ＤＥ_１は、第１のエンジンアセンブリ１０１の歪みであり、ＤＥ_２は、第２のエンジンアセンブリ１０２の歪みであり、ｎは、エンジンアセンブリの数である。

複数のエンジンアセンブリ１００が連携して作動することにより互いに制限し、歪みの周波数が大幅に低減する。上記の歪みは、ボイスコイルが磁気ギャップ２４の非線形を超えて引き起こされた高調波歪み、相互変調歪み、ボイスコイルの逆起電力によって引き起こされた出力パワーと効率η_ｏ損失、エンジンアセンブリの磁力、電流ＢＬＩの不均一な分布によって引き起こされた非線形歪み、サスペンションシステム（ダイヤフラム３００、センタリングサポートピース、折りたたみリングの吊り上げ部分を含み）の非線形によって引き起こされた高調波歪み、グループ遅延、位相歪み等を含む。

不十分な熱の集合拡散によって引き起こされたパワー損失及び効率損失を減少させるために、磁気ボウル２１の底部には、換気穴が設けられ、図９に示されたように、図では矢印方向は風向であり、磁気ボウル２１の底部には、四つの第１の換気穴２１１が設けられ、ボイスコイル１１に連行されたダイヤフラム３００、センタリングサポートピースからの空気流は、磁気回路システムに入ってから、各磁気ボウル２１底部の四つの第１の換気穴２１１に磁気ボウル２１の内部エアダクトを形成し、磁気ギャップ２４により空気流循環をして、排水と換気の効果を達成する。具体的な実施では、換気穴を設けることは、磁気回路内の約２０％の熱を低減でき、良好な放熱効果を奏することができる。

また、図１０に示されたように、鉢枠２００底部には第２の換気穴２０１が設けられ、第２の換気穴２０１は、各磁気ボウル２１の第１の換気穴２１１の位置と同心にアライメントされ、全体のシステムのスムーズな空気流循環が保証され、スピーカーの鉢枠２００は、エンジンの上半部分に開放式構造（図では、湾曲矢印で示し）を用い、エンジン内に形成された高圧区の熱を、直接周囲の低圧区に放射させる。鉢枠２００は、エンジンの下半部分に構造的に冷却フィン２０２式の拡散構造をさらに設置することにより、導熱を補強し、それと密に接続する磁気ボウル２１の熱が熱伝導の方式で開放することが確保される。また、鉢枠２００の底部には、中心エアダクト２０３がさらに設けられ、ダイヤフラム３００が振動する時の直接的な応力を効果的に低減させ、抵抗を減少させる。多重エンジンアレイシステムは、ボイスコイル１１自体の放熱構造、磁気回路システム、鉢枠２００により、十分な放熱を実現する。

多重エンジンアレイシステムは、ダイヤフラム３００と協働して、可聴周波数信号をハイレート解析することができ、音声の動的な詳細を深く復元させるとともに、複数のエンジンアセンブリの空間アレイ分布により、音声が完全に拡散することができる。多重エンジンアレイシステムにおける各エンジンアセンブリ１００は、いずれも独立であり、それらの間のすべてのボイスコイル回路は、いずれも並列、直列、又は総合モードにより接続する。同時に同じ可聴周波数信号を受信した後に、すべてのボイスコイル１１は、いずれも同時に線形ビストン運動を行い、さらにそれと密に接続するダイヤフラム３００を押し込んで一連の複雑な振動を発生する。

具体的には、複数の独立したエンジンアセンブリ１００は、連携して作動し、本発明の多重エンジンアレイシステムは、複数の独立したエンジンアセンブリ１００により構成された分布式アレイモードであり、異なるボイスコイル１１は、異なる回路接続方式を用い、フーリエ変換の原理に応じて、音波の成分を様々な解析または合成して、時間領域や周波数領域の図像を得ることができる。フーリエ変換は、１つの複合波（即ち、多くの異なる周波数の波を重ね合わせ）を解析して単純波（単一の周波数の波）に分解し、単純波を逆に複合波として合成する。信号が複雑になるほど、重ね合わせる単純波が多くなり、信号が単純になるほど、重ね合わせる単純波が少なくなり、各種の単純波は、いずれも信号の成分、例えば、正弦波、方形波、鋸形波等とすることができる。フーリエ変換は、正弦波を信号の成分とし、一定の条件を満たすある関数を、正弦又は余弦関数（三角関数）、又はそれらの積分の線形組合せとして表示することができる。図１１に示されたように、フーリエ変換により、音波の複数の単純波が時間領域での合成図像Ｓ_１及び音波が周波数領域での複数の分解図像Ｓ_２、Ｓ_２ ^’等を得ることができる。

同じチャネルの可聴周波数信号は、フーリエ変換原理に従って、周波数領域と時間領域の波動モードで、複数回の分離及び重ね合わせて、最終的に、電－力－音の変換過程を完成し、複数の伝統的なシングルエンジンスピーカーの連携作動の合計に相当することを得る。即ち、このようなマルチエンジンが共同して完成した完全な波動状態は、次の式で表すことができる。ΣＥ＝Ｅ_１＋Ｅ_２＋．．．＋Ｅｎ又はΣＥ＝Ｅ×ｎ、その中、ΣＥは、スピーカーのすべてのエンジンの合計であり、Ｅは、単一のエンジンアセンブリであり、ｎは、エンジンアセンブリの数である。多重エンジンアレイシステムを用い、音波を超解析することができ、複雑な可聴周波数信号を複数回の分解又は合成して解析でき、豊かでカラフルな音を解析でき、「可聴周波数信号に対するハイレート解析、音声の動的な詳細に対する深い復元、及び音波空間分布の完全な拡散の実現」の能力を達成できる。

別の実施方式では、シャノン式（Ｓｈａｎｎｏｎ）により、スピーカーの解析を分析できる。理解を容易にするために、まずシャノン情報論の関連用語と音響の関連用語を同等に比較する。

チャネル（Ｃｈａｎｎｅｌ）：信号のオーディオチャネル、即ち、スピーカーの回路に投入されたオーディオ信号（Ａｕｄｉｏ Ｃｈａｎｎｅｌ）に類似することができる。一般的に、一つのスピーカーは、１つのオーディオ信号が投入され且つ１つのチャネルしかない。本出願の複数のエンジンアセンブリ１００は、同じチャネルをエンジンアセンブリ１００数と同じの複数のチャネルにバイパスされる。

帯域幅（Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）：帯域の幅、即ち、信号に含まれた周波数成分の最高周波数と最低周波数の差に類似することができ、帯域幅は、容量に比例し、単位は、Ｈｚで公式ではＨである。

速率（Ｖｅｌｏｃｉｔｙ）：マス変位が経る波長λと、この波長λを通過する時間ｔとの割合値に類似することができ、ｖ＝λ／ｔである。速率は、速度と等しくないが、速度に比例する。音波の周波数は、音声を発生する音源によって決まり、音声が伝わる媒体の変化によって変化しないため、異なる周波数の音波は、同じ媒体で伝達する速率が異なり、周波数が低いほど、その波長が長く、速率が大きい。逆に、周波数が高いほど、その波長が小さく、速率が小さい。速率は、音響で帯域幅の低周波端の影響をより受ける。

エラー率（Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）：歪み率（Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ Ｒａｔｅ）と同等にすることができる。

シャノン式Ｃ＝Ｈｌｏｇ_２（１＋Ｓ／Ｎ）から分かるように、情報容量Ｃは、チャネル、帯域幅Ｈ、速率ｖに比例関係するが、エラー率は、情報容量Ｃ、チャネル、帯域幅Ｈに反比例するが、速率ｖに比例する。Ｓ／Ｎは、信号対雑音比であり、Ｓは、信号パワー（ワット）であり、Ｎは、騒音パワー（ワット）である。情報容量Ｃは、チャネルの最大伝送能力である。即ち、チャネルの情報源の速率Ｒは、チャネル容量Ｃ以下であれば、理論的には、情報源の出力は、任意に小さいエラー率でチャネルにより伝送される。

本実施方式は、既に、速率ｖを波長λと時間ｔとの割合値と同等にし、チャネル容量Ｃを帯域の幅Ｈと同等にし、エラー率を歪み率ＤＲと同等にする。歪みを低減させるために、帯域の幅Ｈを増加するか、速率ｖを低減する。帯域の幅Ｈと速率ｖが同時に増加するか、一つだけを増加すると、チャネルを通過する情報量も、必然的に増加する。帯域の幅Ｈが同時に低減するか、一つだけを低減すると、チャネルを通過する情報量も、必然的に減少する。チャネルの数は２以上である時、全体の情報量とチャネルもアレイで重ね合わせる。

シャノン式により、全体的な情報容量をΣＣ＝Ｈｌｏｇ_２（１＋Ｓ／Ｎ）×ｃｎとして表示でき、その中、ΣＣは、すべてのチャネルを通過する情報の合計であり、Ｈは帯域の幅であり、小文字のｃｎはアレイ重ね合わせたチャネル数である。信号対雑音比Ｓ／Ｎを無視すると、式をΣＣ＝Ｈ×ｃｎに簡易化でき、即ち、すべてのチャネルを通過する情報の合計は、帯域幅にチャネル数をかけたものに等しくなる。この式は、前記のフーリエ分析の合計式：「ΣＥ＝Ｅ_１＋Ｅ_２＋．．．＋Ｅ_ｎ又はΣＥ＝Ｅ×ｎ」と完全に同等であり、即ち、すべてのエンジンの合計は、各エンジンの重ね合わせ又は乗算に等しくなる。

シャノン式を用いたスピーカーの解析は、多重エンジンアレイシステムを用いることにより、スピーカーの情報合計量Ｃ及び帯域の幅Ｈを制御可能にし、スピーカーの可聴周波数の解析能力とスピーカーに対する制御能力を向上できることを表明する。

別の実施方式では、等価回路モデリングの方式でスピーカーの解析を分析し、電－力－音の集積パラメータを回路モデルの方式で整合して等価回路モデルを形成する。この方式は、機械（力）、音響（音）のパラメータを電気（電）パラメータに変換させ、回路でリアクタンスの方式により表示及び算出される。リアクタンスは、抵抗Ｒ_Ｅ（インピーダンス）、静電容量Ｃ_ＡＰ（容量性リアクタンス）、インダクタンスＬ_ＶＣ（誘導性リアクタンス）を含み、図６から図８に示されたように、多重エンジンアレイシステムは、複数のエンジンアセンブリ１００を有し、異なるエンジンアセンブリ１００のボイスコイル１１の回路は、効果的に組み合わせて、複数組の等価回路を形成し、複数組の等価回路は、可聴周波数を様々な解析を行い、元の可聴周波数信号に対するハイレート解析能力を向上させ、スピーカーの性能を向上させる。

本発明により提供された多重エンジンアレイシステムは、各エンジンアセンブリがいずれも独立であり、各エンジンアセンブリが連携してそれと密に接続する同じ長方形鉢状のダイヤフラムをともに押し込んで振動させ、ダイヤフラムは、これらのエンジンにおける信号による電気エネルギーを機械エネルギーに変換するとともに、前記のフーリエ変換、シャノン理論、及び等価回路モデリング等の方式の解析により、豊かでカラフルな音を解析でき、可聴周波数信号に対するハイレート解析、音声の動的な詳細に対する深い復元、及び音波空間分布の完全な拡散の実現を達成する。

本発明は、上記の多重エンジンアレイシステムを含むスピーカーをさらに提供する。

本発明は、大口径のスピーカーに適用し、高出力アンプに依存する必要がなく、消費電力を効果的に低減でき、スピーカー効率を向上する。多重エンジンアレイシステムは、インピーダンスＲＥと誘導性リアクタンスＬ_ＶＣを制御してＱ_ＥＳ、Ｑ_ＭＳ、Ｑ_ＴＳをさらに合理的に制御でき、効率η_ｏを増加するだけでなく、共振周波数ｆ_ｓを低減させる。ボイスコイル及びボイスコイル骨格の構造を変更することにより放熱効果を向上させ、同時に磁気回路の排水及び換気により放熱させ、さらにスピーカー鉢枠の放熱設計により十分な放熱を実現する。多重エンジンアレイシステムは、スピーカーの運動がより線形運動になり、さらに非線形歪みを低減させるとともに、運動はよりバランスが取れて安定し、反応速度は、より迅速であり、制御能力がより強い。複数のエンジンアセンブリの相乗効果及び相互制限により、各種類の歪みを減少でき、スピーカーの音響性能を向上させる。

なお、本発明の説明において、「第１の」および「第２の」という用語は、１つのエンティティまたは操作を別のエンティティまたは操作から区別するためにのみ使用され、これらのエンティティまたは操作間のそのような実際の関係または順序を必ずしも要求または暗示するものではない。

上記は本発明の具体的な実施形態に過ぎないが、本発明の保護範囲はそれに限定されない。創造的な作業を通じて考えられないいかなる変更または置換も、本発明の保護範囲に含まれるものとする。したがって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲によって限定される保護範囲に従うべきである。

１００ エンジンアセンブリ、２００ 鉢枠、３００ ダイヤフラム、１１ ボイスコイル、１２ ボイスコイル骨格、１２１ 放熱穴、１０１ 第１のボイスコイル、１０２ 第２のボイスコイル、１０３ 第３のボイスコイル、１０４ 第４のボイスコイル、２１ 磁気ボウル、２２ 磁石、２３ 磁気導電プレート、２４ 磁気ギャップ、２１１ 第１の換気穴、３１ ダイヤフラム底部、３１１ 回路基板、２０１ 第２の換気穴、２０２ 冷却フィン、２０３ 中心エアダクト。

Claims (7)

1. アレイに少なくとも二つのエンジンアセンブリを備える、多重エンジンアレイシステムであって、
   前記エンジンアセンブリはそれぞれ相互に独立し、いずれもボイスコイル骨格が配置されたボイスコイルと、前記ボイスコイルへ磁場を提供する磁気回路システムとを含み、
   前記ボイスコイルは、前記ボイスコイル骨格の外周に巻かれ、前記ボイスコイルは、印刷された可撓性回路基板又は片面絶縁の金属箔テープを巻き付けることによって形成され、
   前記磁気回路システムは、磁気ボウル、磁石、磁気導電プレートを含み、
   前記磁気回路システムの磁気ボウル、磁石、磁気導電プレートの断面の周囲は、角を丸くした形状に形成され、
   前記磁石と前記磁気導電プレートは、前記磁気ボウルに位置し、
   前記磁気ボウル及び前記磁石と前記磁気導電プレートの間に磁気ギャップが形成され、
   前記ボイスコイルは、前記磁気ギャップに吊り下げられ、
   前記ボイスコイルと、前記磁気回路システムの磁気ボウル、磁石、磁気導電プレートの断面の形状とは、いずれも長方形であり、
   複数の前記ボイスコイルは、それぞれ対応するボイスコイルリード線により、ダイヤフラム底部に設置された回路基板に接続され、
   前記ボイスコイルのインピーダンスが、前記ボイスコイルの回路接続方式を変更し、オームの法則に従ってそれらを組み合わせることによって、目標インピーダンスに合致するように、前記回路基板は、前記ボイスコイルリード線によって、異なる前記回路接続方式で、複数の前記ボイスコイルを互いに接続させている、ことを特徴とする多重エンジンアレイシステム。
2. 前記磁石の１端は、前記磁気ボウルの底部に貼り付けられ、
   前記磁石の他端は、前記磁気導電プレートに貼り付けられ、
   前記磁気ギャップは、環状磁気ギャップである、ことを特徴とする請求項１に記載の多重エンジンアレイシステム。
3. 前記磁気ボウルの底部には、複数の第１の換気穴が設けられ、
   前記磁気ギャップと前記第１の換気穴との間に、前記磁気ボウルの内部エアダクトを形成している、ことを特徴とする請求項１に記載の多重エンジンアレイシステム。
4. 前記磁気回路システムは、内部磁気型構造であり、
   前記磁石は、より強い磁気を提供するネオジム鉄ホウ素強磁である、ことを特徴とする請求項１に記載の多重エンジンアレイシステム。
5. 複数の前記ボイスコイルの前記回路接続方式は、直列回路又は並列回路又は直列及び並列を組み合わせた集積回路のいずれか一つである、ことを特徴とする請求項１に記載の多重エンジンアレイシステム。
6. 前記ボイスコイル骨格は、耐高温材料であり、
   前記耐高温材料は、耐高温射出成形材料又は軽量セラミック材料を含み、
   前記ボイスコイル骨格は、一体構造である、ことを特徴とする請求項１に記載の多重エンジンアレイシステム。
7. 請求項１から請求項６の何れか１項に記載の多重エンジンアレイシステムを備える、ことを特徴とするスピーカー。

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