JP6216803B2 - マイクロスピーカモジュール、その周波数応答を増強する方法及び電子装置 - Google Patents

Description

本発明は、通信音響学分野に関し、具体的には、マイクロスピーカモジュール、その周波数応答を増強する方法及び電子装置に関する。

現在、通信音響学分野、特に移動端末装置（携帯電話、タブレットＰＣ、ノートパソコンなど）の音響学分野において、ほとんどのマイクロムービングコイル型スピーカー・モジュールは密閉式バックチャンバーのデザインを採用しており、音響駆動コンポーネントはケースに包まれ、スピーカー・モジュールのバックチャンバー全体は密閉的である。バックチャンバーの大きさ及び製品の体積の制限のため、マイクロスピーカモジュールの低周波数共振点F0が高くなり、十分に低い低周波数ダイブを提供できない。かかわる等化器（EQ，equalizer）及び低音ブースト算法は、いずれもこの種の密閉箱マイクロスピーカのデザインに基づいたものであり、F0以下の周波数帯域において、既存のダイアフラムの振幅と素子サイズからの制限を受けており、真の物理的な低音ブーストを実現することができず、且つラウドネスが欠けている。

また、一般的に、マイクロスピーカモジュールにおいて増強算法によって電気信号を増幅するとき、ボイスコイル及びバックチャンバーが昇温してしまうことは、システムの不安定を引き起こす恐れがある。既存の密閉式デザインでは、通常、音の小さい漏れ口が１つだけ設けられており、放熱の役に立たない。熱量が大きいメタルフレーム又は導熱片を介して導出されるのは一般的であるが、このような金属放熱方式は一般的に装置周りの回路、特にアンテナのデザインに妨害をもたらすことになる。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、上述の課題を克服する又は上述の課題の一部を少なくとも解消するマイクロスピーカモジュールの周波数応答を増強する方法、マイクロスピーカモジュール及び電子装置を提供する。

上記目的を達成するために、本発明の技術方案は、以下のように実現させる。

本発明の１つの方面に基づいて、マイクロスピーカモジュールの周波数応答を増強する方法が提供されており、
マイクロスピーカモジュールのバックチャンバーにおいて、位相反転管（インバーターチューブ）を増設することにより、アクティブ音源が動作するときに、アクティブ音源と共同に放射する第２の音源を位相反転管に形成することであって、マイクロスピーカモジュールにおいて位相反転管を増設した後の、アクティブ音源のダイアフラムの振幅は、共振周波数点F0以下の周波数帯域で最小点が周波数点Fbである局所的な谷が現れるようになることと、
位相反転管を増設したマイクロスピーカモジュールのアクティブ音源のダイアフラムの振幅特性に基づいて、アクティブ音源の入力信号に対して整合増強処理を行うことと、を含む。

前記マイクロスピーカモジュールは、正面発音のデザインであり、位相反転管に形成された第２の音源とアクティブ音源とは、それぞれ独立に放射し、
或いは、
前記マイクロスピーカモジュールは、側面発音のデザインであり、位相反転管に形成された第２の音源とアクティブ音源とは、それぞれ独立に放射し、
或いは、
前記マイクロスピーカモジュールは、正面発音のデザインであり、位相反転管に形成された第２の音源とアクティブ音源とは、フロントチャンバーを共用して共同に放射することが好ましい。

前記の位相反転管を増設したマイクロスピーカモジュールのアクティブ音源のダイアフラムの振幅特性に基づいて、アクティブ音源の入力信号に対して整合増強処理を行うことは、
Fbより低い周波数点である第１の周波数点以下の信号をフィルタリングして除去することにより、Fb以下の周波数帯域における振幅がアクティブ音源のダイアフラムの許容範囲を超えた信号をフィルタリングして除去することと、
Fbを中央周波数点とする一定の周波数帯域内の信号に対して帯域通過フィルタリングを行うとともに、増強処理を行うことにより、低周波数ダイブ及び低音ブーストを実現することと、
F0を中央周波数点とする一定の周波数帯域内の信号に対してノッチフィルタリングを行うことにより、F0の付近でアクティブ音源のダイアフラムの振幅が過大になることを防ぐことと、
F0より高い第２の周波数点以上の信号に対してハイパスフィルタリングを行うとともに、増強処理を行い、アクティブ音源のダイアフラムは中高周波数帯域における振幅が小さいという特性によって、中高周波数の出力をさらに増強することと、を含むことが好ましい。

前記方法は、
位相反転管のダクトの長さと口径を変えることでFbを調整し、及び／又は、アクティブ音源のダイアフラムの性質とボイスコイルの品質を変えることでF0を調整することと、
FbとF0の値及び電力増幅器とダイアフラムの振幅特性に基づいて、整合増強処理において、フィルタのQ値、位数、周波数帯域減衰パラメータ及びカットオフ周波数のいずれか一項又は複数項のパラメータを調整することと、をさらに含むことが好ましい。

本発明のもう１つの方面に基づいて、マイクロスピーカモジュールが提供されている。該マイクロスピーカモジュールは、チャンバーと、チャンバーに設置されたアクティブ音源と、位相反転管と、整合増強ユニットとを含み、
前記位相反転管は、アクティブ音源が動作するときに、アクティブ音源と共同に放射する第２の音源が位相反転管に形成されるように、バックチャンバーに設置され、
マイクロスピーカモジュールにおいて位相反転管を増設した後の、アクティブ音源のダイアフラムの振幅は、共振周波数点F0以下の周波数帯域で、最小点が周波数点Fbである局所的な谷が現れ、
前記整合増強ユニットは、位相反転管を増設したマイクロスピーカモジュールのアクティブ音源のダイアフラムの振幅特性に基づいて、アクティブ音源の入力信号に対して整合増強処理を行う。

前記マイクロスピーカモジュールは、正面発音のデザインであり、位相反転管に形成された第２の音源とアクティブ音源とは、それぞれ独立に放射し、
或いは、
前記マイクロスピーカモジュールは、側面発音のデザインであり、位相反転管に形成された第２の音源とアクティブ音源とは、それぞれ独立に放射し、
或いは、
前記マイクロスピーカモジュールは、正面発音のデザインであり、位相反転管に形成された第２の音源とアクティブ音源とは、フロントチャンバーを共用して共同に放射することが好ましい。

前記整合増強ユニットは、
Fbより低い周波数点である第１の周波数点以下の信号をフィルタリングして除去することにより、Fb以下の周波数帯域における振幅がアクティブ音源のダイアフラムの許容範囲を超えた信号をフィルタリングして除去する超低周波フィルタユニットと、
Fbを中央周波数点とする一定の周波数帯域内の信号に対して帯域通過フィルタリングを行うとともに、増強処理を行うことにより、低周波数ダイブ及び低音ブーストを実現する低周波増強ユニットと、
F0を中央周波数点とする一定の周波数帯域内の信号に対してノッチフィルタリングを行うことにより、F0の付近でアクティブ音源のダイアフラムの振幅が過大になることを防ぐ低周波低減ユニットと、
F0より高い第２の周波数点以上の信号に対してハイパスフィルタリングを行うとともに、増強処理を行い、アクティブ音源のダイアフラムの中高周波数帯域における振幅が小さいという特性によって、中高周波の出力をさらに増強する高周波増強ユニットと、を含むことが好ましい。

位相反転管のダクトの長さと口径を変えることでFbを調整し、及び／又は、アクティブ音源のダイアフラムの性質とボイスコイルの品質を変えることでF0を調整し、
並びに、FbとF0の値及びシステム電力増幅器とダイアフラムの振幅特性に基づいて、整合増強処理において、フィルタのQ値、位数、周波数帯域減衰パラメータ及びカットオフ周波数のいずれか一項又は複数項のパラメータを調整することが好ましい。

本発明のもう１つの方面によれば、上述したマイクロスピーカを含む電子装置を提供する。
該電子装置は、携帯電話、タブレットＰＣ、タブレットテレビ又はノートパソコンであってもよい。

本発明の技術方案に基づいて、マイクロスピーカモジュールにおいて位相反転管を増設することによって、位相反転管に形成された第２の音源とアクティブ音源とを共同に放射させることでマイクロスピーカモジュールの低周波数応答機能が向上することができ、マイクロスピーカモジュールに位相反転管を増設した後の、アクティブ音源のダイアフラムの振幅が共振周波数点F0以下の周波数帯域で、最小点が周波数点Fbである局所的な谷が現れるようになって、位相反転管を増設したマイクロスピーカモジュールのアクティブ音源のダイアフラムの振幅特性に基づいて、アクティブ音源の入力信号に対して整合増強処理を行う技術方案では、アクティブ音源の振幅特性に基づいて整合増強処理を行うことで、マイクロスピーカモジュールの周波数帯域全体の周波数応答が効果的に向上することができるとともに、マイクロスピーカモジュールにおいて位相反転管を増設することで、バックチャンバーにおける熱量が効果的に導出されることができて、システムの信頼性及びパワー上限を効果的に高めることができる。

本発明の一実施例にかかるマイクロスピーカモジュールの周波数応答を増強する方法のフローチャートを示す模式図 本発明のマイクロスピーカモジュールが、マイクロスピーカに入力されたアクティブ音源の信号に対して整合増強処理を行っていないときの周波数応答曲線と従来の密閉箱デザインのマイクロスピーカモジュールの周波数応答曲線とを示す対比模式図 本発明のマイクロスピーカモジュールが、マイクロスピーカに入力するアクティブ音源の信号に対して整合増強処理を行っていないときのインピーダンス曲線と従来の密閉箱デザインのマイクロスピーカモジュールのインピーダンス曲線とを示す対比模式図 本発明のマイクロスピーカモジュールが、マイクロスピーカに入力するアクティブ音源の信号に対して整合増強処理を行っていないときの薄膜振幅曲線と従来の密閉箱デザインのマイクロスピーカモジュールの薄膜振幅曲線とを示す対比模式図 位相反転管を増設したマイクロスピーカモジュールの図４に示す振幅特性に対して設計された整合増強処理算法の模式図 図５に基づいて設計された、位相反転管を増設したマイクロスピーカモジュールに対する整合増強処理算法の異なる周波数領域における具体的な処理の模式図 図５及び図６に基づいて設計された、位相反転管を増設したマイクロスピーカモジュールに対する整合増強処理算法の異なる周波数領域における具体的な処理の模式図 本発明のマイクロスピーカモジュールの第１の実施例を示す模式図 本発明のマイクロスピーカモジュールに含まれる整合増強ユニットを示すブロック図 本発明のマイクロスピーカモジュールの第２の実施例を示す模式図 本発明のマイクロスピーカモジュールの第３の実施例を示す模式図

本発明の目的、技術方案及び利点をより明らかにするために、以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態をさらに詳しく説明する。

図１は本発明の一実施例にかかるマイクロスピーカモジュールの周波数応答を増強する方法のフローチャートを示す。本実施例の方法は、ステップＳ１００、ステップＳ２００を含む。

ステップＳ１００では、マイクロスピーカモジュールのバックチャンバーにおいて、位相反転管を増設することにより、アクティブ音源が動作するときに、アクティブ音源と共同に放射する第２の音源を位相反転管に形成する。

具体的には、マイクロスピーカモジュールにおけるアクティブ音源の後側のバックチャンバーにおいて、位相反転管を増設することにより、アクティブ音源が動作するときに、アクティブ音源のダイアフラムがバックチャンバーの空気を押し出して、位相反転管に第２の音源を形成して、第２の音源がアクティブ音源と共同に放射することでマイクロスピーカモジュールの低周波数応答は向上されることができる。

マイクロスピーカモジュールにおいて位相反転管を増設した後の、アクティブ音源のダイアフラムの振幅が共振周波数点F0以下の周波数帯域で、最小点が周波数点Fbである振幅の局所的な谷が現れるようになる。

ステップＳ２００では、位相反転管を増設したマイクロスピーカモジュールのアクティブ音源のダイアフラムの振幅特性に基づいて、アクティブ音源の入力信号に対して整合増強処理を行う。

本実施例において、ステップＳ２００は、具体的には、アクティブ音源の入力信号に対する以下の処理を含む。即ち、Fbを中央周波数点とする一定の周波数帯域内の信号に対して帯域通過フィルタリングを行うとともに、増強処理を行うことにより、低周波数ダイブ及び低音ブーストを実現することを含む。

或いは、本実施例において、ステップＳ２００は、具体的には、アクティブ音源の入力信号に対する以下の処理を含む。即ち、Fbより低い周波数点である第１の周波数点以下の信号をフィルタリングして除去することにより、Fb以下の周波数帯域における振幅がアクティブ音源のダイアフラムの許容範囲を超えた信号をフィルタリングして除去する。Fbを中央周波数点とする一定の周波数帯域内の信号に対して帯域通過フィルタリングを行うとともに、増強処理を行うことにより、低周波数ダイブ及び低音ブーストを実現する。F0を中央周波数点とする一定の周波数帯域内の信号に対してノッチフィルタリングを行うことにより、F0の付近でアクティブ音源のダイアフラムの振幅が過大になることを防ぐ。F0より高い第２の周波数点以上の信号に対してハイパスフィルタリングを行うとともに、増強処理を行い、アクティブ音源のダイアフラムの中高周波数帯域における振幅が小さいという特性によって、中高周波数の出力をさらに増強する。

本実施例において、第１の周波数点以下の信号を超低周波信号といい、この周波数帯域内のダイアフラムの振幅は大きく、アクティブ音源のダイアフラムの許容範囲を超える（ダイアフラムの許容振幅に接近／到達／超過する）ことを指すものである。超低周波信号をフィルタリングして除去することは、ハイパスフィルタを用いて実現するのが一般的であり、フィルタカットオフ周波数、即ち第１の周波数点は、アクティブ音源のダイアフラムの振幅曲線とダイアフラム自体の性質によって決められる。例えば、振幅曲線がダイアフラム許容振幅に達するときの周波数点を第１の周波数点とすることが選択可能である。

図１に示す方法を用いて位相反転管を増設して得られたマイクロスピーカモジュールは、位相反転管を増設することにより、マイクロスピーカモジュールの周波数応答がF0以下の低周波数帯域において向上することができるとともに、さらに整合増強処理を介してマイクロスピーカモジュールの周波数帯域全体の周波数応答は全て大幅に向上されることになる。図１に示す方法は、マイクロスピーカモジュールの周波数応答を効果的に増強し、十分な低周波数ダイブ及びラウドネスを提供しており、マイクロ電気音響学分野、例えば携帯電話、タブレットＰＣ、タブレットテレビ及びノートパソコン等に幅広く応用することができる。

前記マイクロスピーカモジュールは、正面発音のデザインであり、位相反転管に形成された第２の音源とアクティブ音源とは、それぞれ独立に放射すること（図８に示す）が好ましい。或いは、前記マイクロスピーカモジュールは、側面発音のデザインであり、位相反転管に形成された第２の音源とアクティブ音源とは、それぞれ独立に放射する（図１０に示す）。或いは、前記マイクロスピーカモジュールは、正面発音のデザインであり、位相反転管に形成された第２の音源とアクティブ音源とは、フロントチャンバーを共用して共同に放射する（図１１に示す）。

図２は、本発明のマイクロスピーカモジュールが、マイクロスピーカに入力するアクティブ音源の信号に対して整合増強処理を行っていないときの周波数応答曲線と従来の密閉箱デザインのマイクロスピーカモジュールの周波数応答曲線との対比模式図を示す。そのうち、横軸は周波数であり、実線は本発明のマイクロスピーカモジュールが、マイクロスピーカに入力するアクティブ音源の信号に対して整合増強処理を行っていないときの周波数応答曲線であり、点鎖線は従来の密閉箱デザインのマイクロスピーカモジュールの周波数応答曲線である。図２から分かるように、ステップＳ１００での処理（即ち、位相反転管を増設すること）により得られたマイクロスピーカモジュールは、低周波数共振点F0（図５を参照すると、約600Hz）以下の周波数帯域（例えば、図２における300Hz〜500Hz）において、低周波数の感度は既存の密閉箱デザインのマイクロスピーカモジュールより、少なくとも2dBを向上した。即ち、位相反転管に形成された第２の音源がアクティブ音源と共同に放射することによって、マイクロスピーカモジュールの低周波数応答を向上することができた。

図３は、本発明のマイクロスピーカモジュールが、マイクロスピーカに入力するアクティブ音源の信号に対して整合増強処理を行っていないときのインピーダンス曲線と従来の密閉箱デザインのマイクロスピーカモジュールのインピーダンス曲線との対比模式図を示す。そのうち、横軸は周波数であり、実線は本発明のマイクロスピーカモジュールが、マイクロスピーカに入力するアクティブ音源の信号に対して整合増強処理を行っていないときのインピーダンス曲線であり、点鎖線は従来の密閉箱デザインのマイクロスピーカモジュールのインピーダンス曲線である。明らかに見て分かるように、低周波数帯域において、位相反転管に形成された第２の音源によって、低周波数帯域でのボイスコイルの振幅が制限されたため、本発明のマイクロスピーカモジュールがアクティブ音源の入力信号に対して整合増強処理を行っていないときのインピーダンス曲線に極値点（本実施例において420Hzの周辺であり、420Hz周波数点をFbと称す）が現れている。図４は本発明のマイクロスピーカモジュールが、マイクロスピーカに入力するアクティブ音源の信号に対して整合増強処理を行っていないときの薄膜振幅曲線と従来の密閉箱デザインのマイクロスピーカモジュールの薄膜振幅曲線との対比模式図を示す。そのうち、横軸は周波数であり、実線は本発明のマイクロスピーカモジュールが、マイクロスピーカに入力するアクティブ音源の信号に対して整合増強処理を行っていないときの薄膜振幅曲線であり、点鎖線は従来の密閉箱デザインのマイクロスピーカモジュールの薄膜振幅曲線である。明らかに見て分かるように、低周波数帯域において、位相反転管に形成された第２の音源によって、本発明のマイクロスピーカモジュールがマイクロスピーカモジュールに入力するアクティブ音源の信号に対して整合増強処理を行っていないときに、低周波数帯域に振幅の極値点Fb(420Hz)が存在している。このような特性に基づいて、本発明の実施例においては図５に示す整合増強処理算法が設計されたのである。

図５は、位相反転管を増設したマイクロスピーカモジュールの図４に示す振幅特性に対して設計された、整合増強処理算法の模式図である。図５を参照すると、該整合増強処理算法は具体的には、下記のステップＳ１、ステップＳ２、ステップＳ３、ステップＳ４を含む。

ステップＳ１では、第１の周波数点以下の信号（図５における大振幅の低周波領域の信号、即ち、周波数が350Hzより小さい信号）をフィルタリングして除去することにより、Fb以下の周波数帯域における、振幅がアクティブ音源のダイアフラムの許容範囲を超えることを引き起こす信号をフィルタリングして除去する。

第１の周波数点は、Fbより低い周波数点であり、ここで第１の周波数点以下の信号を超低周波信号と称し、この周波数帯域内のダイアフラムの振幅が大きく、アクティブ音源のダイアフラムの許容範囲を超えること（ダイアフラムの許容振幅に接近/到達/超過する）を指すものである。超低周波信号をフィルタリングして除去するにあたって、ハイパスフィルタを用いて実現するのが一般的であり、フィルタカットオフ周波数は、アクティブ音源のダイアフラムの振幅曲線とダイアフラム自体の性質によって決められる。例えば、フィルタカットオフ周波数を第１の周波数点とし、Fbより低く、且つ位相反転管を増設したマイクロスピーカモジュールのアクティブ音源のダイアフラムの振幅曲線がダイアフラム許容振幅に達するときの周波数点を第１の周波数点及びフィルタカットオフ周波数とすることが選択可能である。

ステップＳ２では、Fbを中央周波数点とする一定の周波数帯域内の信号（図５における420Hzを含む１つの周波数帯域内の信号）に対して帯域通過フィルタリングを行うとともに、増強処理を行うことにより、低周波数ダイブ及び低音ブーストを実現する。

図５に示すように、Fb帯域にダイアフラムの振幅の谷が現れる特徴によって、この周波数帯域内の信号に対して増幅を行うことで、低周波数ダイブ及び低音ブーストを実現すると同時に、依然としてダイアフラムの振幅を必要な範囲内に維持することができる（本実施例のダイアフラムの振幅が維持される必要な範囲はマイクロスピーカモジュールの素子のサイズによって決められる）。Fbは、位相反転管を増設したマイクロスピーカモジュールのアクティブ音源のダイアフラムの振幅曲線がF0以下の低周波帯域において振幅最小点となる周波数点であり（本実施例においてFbは420Hzとなる）、上述したFbを中央周波数点とする一定の周波数帯域は、規定の閾値及び位相反転管を増設したマイクロスピーカモジュールのアクティブ音源のダイアフラムの振幅曲線によって決められており、例えば、位相反転管を増設したマイクロスピーカモジュールのアクティブ音源の振幅曲線が規定の閾値（閾値は必要に応じて設定されており、例えば、ダイアフラムの許容振幅の60％又は70％とすることができる）に達するときの２つの周波数点を周波数帯域の２つの端点として選択可能である。

ステップＳ３では、F0を中央周波数点とする一定の周波数帯域内の信号（図５における600Hzを含む１つの周波数帯域内の信号）に対してノッチフィルタリングを行うことにより、F0の付近でアクティブ音源のダイアフラムの振幅が過大になることを防ぐ。

F0の付近でのダイアフラムの振幅は大きく、処理にあたり過大に増強が行われるべきではないため、ここでノッチフィルタリングが行われることにより、振幅が過大になることを防ぐ（本実施例においてF0は600Hzとなる）。上述したFbを中央周波数点とする一定の周波数帯域は、規定の閾値及び位相反転管を増設したマイクロスピーカモジュールのアクティブ音源の振幅曲線によって決められており、例えば、位相反転管を増設したマイクロスピーカモジュールのアクティブ音源の振幅曲線が規定の閾値（閾値は必要に応じて設定され、例えば、ダイアフラム許容振幅の40%又は60%とすることができる）に達するときの２つの周波数点を周波数帯域の２つの端点として選択可能である。

ステップＳ４では、F0より高い第２の周波数点以上の信号（図５における高周波小振幅領域の信号、即ち、周波数は1KHzより大きい信号）に対してハイパスフィルタリングを行うとともに、増強処理を行い、アクティブ音源のダイアフラムは中高周波数帯域において振幅が小さいという特性によって中高周波数の応答を増強する。高周波数帯域においてダイアフラムの振幅が小さいため、ここで高周波信号に対して増強処理を行うのである。第２の周波数点はF0より高い周波数点であり、振幅の特性から、F0より高い周波数である場合、ダイアフラムの振幅は周波数の増大に伴って低減することが分かり、従って、F0より高い第２の周波数点を選択可能であり、第２の周波数点以上の周波数に対応するダイアフラムの振幅は、１つの規定の閾値（閾値は必要に応じて設定され、例えば、ダイアフラム許容振幅の20%又は30％又は40%とすればよい）より小さくし、周波数が第２の周波数点より高い信号に対してハイパスフィルタリングを行うとともに、増強処理を行うことで中高周波数の応答を増強することができる。

従って、図５に示す算法によって、システム全体の周波数応答は大幅に向上されることになる。

図６は図５に基づいて設計された、位相反転管を増設したマイクロスピーカモジュールに対する整合増強処理算法の周波数領域における具体的な処理の模式図である。図６を参照すると、本発明の位相反転管を増設したマイクロスピーカモジュールに入力するアクティブ音源の信号に対し、超低周波信号のフィルタリング処理、Fb付近の周波数帯域での増強フィルタ処理、F0の付近の周波数帯域でのノッチフィルタリング処理及び高周波数帯域でのフィルタリング増強処理を順次に行う。説明しておきたいのは、図６に示す４つのブロックのステップは現在図６に示す順番に限らず、本発明の他の実施例においては、この４つのブロックのステップは任意的な順番で行われることができる。

さらに、位相反転管のダクトの長さと口径を変えることでFbを調整し、アクティブ音源のダイアフラムの性質とボイスコイルの品質を変えることでF0を調整することができる。それに、FbとF0の値及び電力増幅器とダイアフラムの振幅の特性に基づいて、整合増強処理において、フィルタのQ値（品質因数）、位数、周波数帯域減衰パラメータ及びカットオフ周波数のいずれか一項又は複数項のパラメータを調整することができる。

本発明における整合増強処理及びフィルタ増幅の方式には多種の実現方式がある。ソフトウェア又はハードウェアにて実現することができ、アナログ又はデジタル信号にて実現することもできる。但し、実現の中核フレームはいずれも図５及び図６のうち、特にFbを中央低音ブーストとする部分に合致させるべきである。

図７は図５及び図６に基づいて設計された、位相反転管を増設したマイクロスピーカモジュールに対する整合増強処理算法の周波数領域における具体的な処理の模式図である。図７を参照すると、本実施例において、整合増強処理の算法は具体的には次の通りになる。

F1周波数点以下の信号をフィルタリングして除去することにより、Fb以下の周波数帯域における振幅がアクティブ音源のダイアフラムの許容範囲を超えることを引き起こす信号をフィルタリングして除去する。F1周波数点は位相反転管を増設したマイクロスピーカモジュールのアクティブ音源の振幅曲線がダイアフラム許容振幅に達するときの周波数点となる。

Fbを中央周波数点とする一定の周波数帯域内の信号に対して帯域通過フィルタリングを行うとともに、増強処理を行う。前記一定の周波数帯域内の信号はF2〜F3周波数帯域範囲内の信号となる。F2とF3周波数点はそれぞれ位相反転管を増設したマイクロスピーカモジュールのアクティブ音源の振幅曲線が規定の閾値に達するときの２つの周波数点となる。

F0を中央周波数点とする一定の周波数帯域内の信号に対してノッチフィルタリングを行い、前記一定の周波数帯域内の信号はF3〜F4周波数帯域範囲内の信号となる。F3とF4周波数点はそれぞれ位相反転管を増設したマイクロスピーカモジュールのアクティブ音源の振幅曲線が規定の閾値に達するときの２つの周波数点となる。

F4周波数点以上の周波数信号に対してハイパスフィルタリングを行うとともに、増強処理を行う。F4周波数点以上の周波数に対応するダイアフラムの振幅は１つの規定の閾値より小さい。

そのうち、F1 < F2 < Fb < F3 < F0 < F4であって、
各周波数点のF1、F2、Fb、F3、F0及びF4の具体的な値は、マイクロスピーカの具体的なパラメータにより決められる。

例えば、位相反転管のダクトの長さと口径を変えることでFbを調整し、アクティブ音源のダイアフラムの性質とボイスコイルの品質を変えることでF0を調整する。尚、採用されているフィルタのQ値、位数、周波数帯域減衰及びカットオフ周波数などのパラメータについては、当業者は実際の需要及びマイクロスピーカモジュールの現有のパラメータ（増幅器の性能、スピーカのダイアフラム及びボイスコイルの性質など）に応じて確定することができ、それと同時に、システムの電気及び機械性能を総合的に考慮して算法補償の上限を調整し、過剰駆動による部材への損害を防ぐ。ここでは詳しく説明しない。

図８は、本発明のマイクロスピーカモジュールの第１実施例を示す模式図である。該マイクロスピーカモジュールは、チャンバー１０、チャンバー１０内に設置されたアクティブ音源２０、位相反転管３０、整合増強ユニット４０を含む。

位相反転管３０は、マイクロスピーカモジュールのバックチャンバー１１において設置されており、本実施例のバックチャンバー１１は、チャンバー１０のアクティブ音源２０の後側にある部分であり、本発明の位相反転管３０の吸気ポート３２は、バックチャンバー１１内のアクティブ音源２０と規定の距離で離れた位置に設置され、これによりアクティブ音源２０が動作するとき、アクティブ音源２０のダイアフラムがバックチャンバー１１の中の空気を押し出して、位相反転管３０に第２の音源を形成し、第２の音源がアクティブ音源２０と共同に放射することにより、マイクロスピーカモジュールの低周波数応答を向上させる。しかも、位相反転管３０内の気流はバックチャンバー１１の中の熱をよく導出することにより、マイクロスピーカモジュールの信頼性及び消費電力上限を効果的に高めることができる。

本実施例のマイクロスピーカモジュールは、正面発音のデザインであり、位相反転管３０に形成された第２の音源とアクティブ音源２０とは、それぞれ独立に放射する。さらに具体的に図８を参照すると、本発明の第１実施例のマイクロスピーカモジュールにおいては、位相反転管３０の吸気ポート３２はバックチャンバー１１内のアクティブ音源２０と規定の距離で離れた位置に設置されるとともに、位相反転管３０の発音方向の位置に発音口３１が設置され、アクティブ音源２０の発音方向の位置に発音口２１が設置される。発音口３１と発音口２１はマイクロスピーカの発音側に間隔を開けて設置される。

本実施例のマイクロスピーカモジュールの素子は、サイズが小さく、特に携帯電話、タブレットＰＣなどのモバイル機器に適しているため、本実施例の位相反転管３０の発音口とアクティブ音源２０の発音口はマイクロスピーカモジュールの同一側（即ち、発音側）に位置することが好ましい。

整合増強ユニット４０は、位相反転管３０を増設した前記マイクロスピーカモジュールのダイアフラム（アクティブ音源２０のダイアフラム）の振幅特性に基づいて、アクティブ音源２０の入力信号に対して整合増強処理を行うことに用いられる。本実施例において、整合増強ユニット４０はアクティブ音源２０に接続されているオーディオ処理チップであり、もちろんアクティブ音源２０に集積されたオーディオ処理回路であってもよい。さらに説明しておきたいのは、本発明においての整合増強ユニット４０は多種の実現方式があり、ソフトウェア又はハードウェアにて実現することができ、アナログ又はデジタル信号にて実現することもできる。但し、実現の中核フレームはいずれも図５及び図６のうち、特にFbを中央低音ブーストとする部分に合致させるべきである。本実施例の整合増強ユニット４０の特性はアクティブ音源２０の具体的なパラメータにより決められる。さらに説明しておきたいのは、図８、図１０及び図１１において、アクティブ音源２０の周辺枠（即ち、ホーン形状の図形の周辺枠）が示すのはアクティブ音源２０の位置であり、アクティブ音源２０の外に密閉枠がある又はその他の解釈をしてはならない。

図９は、本発明のマイクロスピーカモジュールに含まれる整合増強ユニットのブロック図を示す。整合増強ユニット４０は低周波増強ユニット４２を含み、Fbを中央周波数点とする一定の周波数帯域内の信号に対して帯域通過フィルタリングを行うとともに、増強処理を行うことにより、低周波数ダイブ及び低音ブーストを実現する。Fbは、位相反転管３０を増設した前記マイクロスピーカモジュールのアクティブ音源のダイアフラムの振幅曲線は低周波帯域の谷に対応している低周波数共振点よりも小さい周波数であり（図４、図５を参照）、Fbを中央周波数点とする一定の周波数帯域内の信号に対して帯域通過フィルタリングを行うとともに、増強処理を行うことにより、マイクロスピーカモジュールの低周波数応答を向上できると同時に、依然としてダイアフラムの振幅を必要な範囲内に維持することができ、さらにマイクロスピーカモジュールの低周波数応答を向上できる。

さらに、整合増強ユニット４０は超低周波フィルタユニット４１、低周波低減ユニット４３及び高周波増強ユニット４４を含む。

超低周波フィルタユニット４１は、Fbより低い周波数点である第１の周波数点以下の信号をフィルタリングして除去することにより、Fb以下の周波数帯域における振幅がアクティブ音源のダイアフラムの許容範囲を超えた信号をフィルタリングして除去する。低周波低減ユニット４３は、F0を中央周波数点とする一定の周波数帯域内の信号に対してノッチフィルタリングを行うことにより、F0の付近でアクティブ音源のダイアフラムの振幅が過大になることを防ぐ。高周波増強ユニット４４は、F0より高い第２の周波数点以上の信号に対してハイパスフィルタリングを行うとともに、増強処理を行い、アクティブ音源のダイアフラムの中高周波数帯域における振幅が小さいという特性によって、中高周波の出力をさらに増強する。従って、本発明のマイクロスピーカモジュールは、位相反転管３０を介して低周波感度を向上させ、また、整合増強ユニット４０を介してマイクロスピーカモジュールの周波数帯域全体の周波数応答を向上させた。

さらに、本実施例において、超低周波フィルタユニット４１は前記マイクロスピーカモジュールのアクティブ音源２０の入力信号を受信するとともに、第１の周波数点以下の信号がフィルタリングされた後の信号を低周波増強ユニット４２までに送信する。低周波増強ユニット４２は超低周波フィルタユニット４１から信号を受信するとともに、Fbを中央周波数点とする一定の周波数帯域内の信号に対する帯域通過フィルタリング及び増強処理が行われた後の信号を低周波低減ユニット４３に送信する。低周波低減ユニット４３は低周波増強ユニット４２から信号を受信し、F0を中央周波数点とする一定の周波数帯域内の信号に対するノッチフィルタリングが行われた後の信号を高周波増強ユニット４４に送信する。高周波増強ユニット４４は低周波低減ユニット４３から信号を受信し、F0より高い第２の周波数点以上の信号に対してハイパスフィルタリングを行うとともに、増強処理を行うことで、前記マイクロスピーカモジュールに入力するアクティブ音源２０の信号に対する整合増強処理を完成させる。

しかし、当業者が知るべきなのは、超低周波フィルタユニット４１、低周波増強ユニット４２、低周波低減ユニット４３及び高周波増強ユニット４４の信号接続関係が必要に応じて調整可能であり、図９に示す接続関係に限らないことである。

本発明の図８、図１０及び図１１に示すマイクロスピーカモジュールは、位相反転管のダクトの長さと口径を変えることでFbを調整し、及び/又は、アクティブ音源のダイアフラムの性質とボイスコイルの品質を変えることでF0を調整することができ、並びに、FbとF0の値及びシステム電力増幅器とダイアフラムの振幅特性に基づいて、整合増強処理において、フィルタのQ値、位数、周波数帯域減衰パラメータ及びカットオフ周波数のいずれか一項又は複数項のパラメータを調整することができる。

図１０は、本発明のマイクロスピーカモジュールの第２実施例を示す模式図を示す。第２実施例のマイクロスピーカモジュールは図８に示す第１実施例のマイクロスピーカモジュールとほぼ同一である。そのうち、第２実施例のマイクロスピーカモジュールは、側面発音のデザインであり、位相反転管に形成された第２の音源とアクティブ音源とは、それぞれ独立に放射する。さらに具体的には、位相反転管３０の吸気ポート３２はバックチャンバー１１内に設置されるとともに、位相反転管３０の発音方向の位置に発音口３１が設置され、及びアクティブ音源２０の発音方向に対して垂直の位置に発音口２１が設置されている。側面発音のデザイン、及び発音口３１が発音口２１と隣接することは、素子の軽量化に役立つ。

図１１は、本発明のマイクロスピーカモジュールの第３の実施例を示す模式図を示す。第３の実施例のマイクロスピーカモジュールは図８に示す第１の実施例のマイクロスピーカモジュールとほぼ同一である。そのうち、第３の実施例のマイクロスピーカモジュールは、正面発音のデザインであり、位相反転管に形成された第２の音源とアクティブ音源とは、フロントチャンバーを共用して共同に放射する。さらに具体的には、位相反転管３０の吸気ポート３２はバックチャンバー１１内のアクティブ音源２０と規定の距離で離れた位置に設置されるとともに、アクティブ音源２０の発音方向の位置に共用の発音口２１が設置される。正面発音のデザインを介して、且つ位相反転管３０とアクティブ音源２０とがフロントチャンバーを共用することにより、第３の実施例の構造デザインはさらに簡単になっている。

本発明はさらに前記いずれかの実施例に記載のマイクロスピーカモジュールを含む電子装置を開示している。本発明の電子装置はサイズが小さく、携帯しやすい電子装置である。本発明が開示した電子装置は携帯電話、タブレットＰＣ、タブレットテレビ又はノートパソコンであることが好ましい。

上記の説明は、あくまでも本発明の好ましい実施形態であり、本発明の保護範囲は、これに限定されるものではない。本発明の主旨及び原則に準じて行われた如何なる変更、置き換え、改善などは、いずれも本発明の保護範囲に含まれるものとすべきである。

Claims (6)

1. マイクロスピーカモジュールのバックチャンバーにおいて、位相反転管を増設することにより、アクティブ音源が動作するときに、アクティブ音源と共同に放射する第２の音源を位相反転管に形成することであって、
   マイクロスピーカモジュールにおいて位相反転管を増設した後の、アクティブ音源のダイアフラムの振幅は、共振周波数点Ｆ０以下の周波数帯域で、最低点が周波数点Ｆｂである局部的な谷が現れるようになることと、
   位相反転管を増設したマイクロスピーカモジュールのアクティブ音源のダイアフラムの振幅特性に基づいて、アクティブ音源の入力信号に対して整合増強処理を行うことと、
   を含み、
   前記の位相反転管を増設したマイクロスピーカモジュールのアクティブ音源のダイアフラムの振幅特性に基づいて、アクティブ音源の入力信号に対して整合増強処理を行うことは、
   Ｆｂより低い周波数点である第１の周波数点以下の信号をフィルタリングして除去することにより、Ｆｂ以下の周波数帯域における振幅がアクティブ音源のダイアフラムの許容範囲を超えた信号をフィルタリングして除去することと、
   Ｆｂを中央周波数点とする一定の周波数帯域内の信号に対して帯域通過フィルタリングを行うとともに、増強処理を行うことにより、低周波数ダイブ及び低音ブーストを実現することと、
   Ｆ０を中央周波数点とする一定の周波数帯域内の信号に対してノッチフィルタリングを行うことにより、Ｆ０の付近でアクティブ音源のダイアフラムの振幅が過大になることを防ぐことと、
   Ｆ０より高い第２の周波数点以上の信号に対してハイパスフィルタリングを行うとともに、増強処理を行い、アクティブ音源のダイアフラムの中高周波数帯域における振幅が小さいという特性によって、中高周波数の出力をさらに増強することと、
   を含む
   マイクロスピーカモジュールの周波数応答を増強する方法。
2. 前記マイクロスピーカモジュールは、正面発音のデザインであり、位相反転管に形成された第２の音源とアクティブ音源とは、それぞれ独立に放射し、
   或は、
   前記マイクロスピーカモジュールは、側面発音のデザインであり、位相反転管に形成された第２の音源とアクティブ音源とは、それぞれ独立に放射し、
   或は、
   前記マイクロスピーカモジュールは、正面発音のデザインであり、位相反転管に形成された第２の音源とアクティブ音源とは、フロントチャンバーを共用して共同に放射する請求項１に記載の方法。
3. チャンバーと、チャンバーに設置されたアクティブ音源とを含むマイクロスピーカモジュールであって、さらに位相反転管と、整合増強ユニットとを含み、
   前記位相反転管は、アクティブ音源が動作するときに、アクティブ音源とに共同に放射する第２の音源が位相反転管に形成されるように、バックチャンバーに設置され、
   マイクロスピーカモジュールにおいて位相反転管を増設した後の、アクティブ音源のダイアフラムの振幅は、共振周波数点Ｆ０以下の周波数帯域で、最低点が周波数点Ｆｂである局部的な谷が現れるようになり、
   前記整合増強ユニットは、位相反転管を増設したマイクロスピーカモジュールのアクティブ音源のダイアフラムの振幅特性に基づいて、アクティブ音源の入力信号に対して整合増強処理を行い、
   前記整合増強ユニットは、
   Ｆｂより低い周波数点である第１の周波数点以下の信号をフィルタリングして除去することにより、Ｆｂ以下の周波数帯域における振幅がアクティブ音源のダイアフラムの許容範囲を超えた信号をフィルタリングして除去する超低周波フィルタユニットと、
   Ｆｂを中央周波数点とする一定の周波数帯域内の信号に対して帯域通過フィルタリングを行うとともに、増強処理を行うことにより、低周波数ダイブ及び低音ブーストを実現する低周波増強ユニットと、
   Ｆ０を中央周波数点とする一定の周波数帯域内の信号に対してノッチフィルタリングを行うことにより、Ｆ０の付近でアクティブ音源のダイアフラムの振幅が過大になることを防ぐ低周波低減ユニットと、
   Ｆ０より高い第２の周波数点以上の信号に対してハイパスフィルタリングを行うとともに、増強処理を行い、アクティブ音源のダイアフラムの中高周波数帯域における振幅が小さいという特性によって、中高周波の出力をさらに増強する高周波増強ユニットと、
   を含む
   マイクロスピーカモジュール。
4. 前記マイクロスピーカモジュールは、正面発音のデザインであり、位相反転管に形成された第２の音源とアクティブ音源とは、それぞれ独立に放射し、
   或は、
   前記マイクロスピーカモジュールは、側面発音のデザインであり、位相反転管に形成された第２の音源とアクティブ音源とは、それぞれ独立に放射し、
   或は、
   前記マイクロスピーカモジュールは、正面発音のデザインであり、位相反転管に形成された第２の音源とアクティブ音源とは、フロントチャンバーを共用して共同に放射する請求項３に記載のマイクロスピーカモジュール。
5. 請求項３または４に記載のマイクロスピーカモジュールを含む電子装置。
6. 携帯電話、タブレットＰＣ、タブレットテレビ又はノートパソコンである請求項５に記載の電子装置。