JP2006333005A

JP2006333005A - 周波数特性可変型スピーカ装置

Info

Publication number: JP2006333005A
Application number: JP2005152929A
Authority: JP
Inventors: Minoru Horigome; 実堀米; Hiroyuki Kobayashi; 博之小林
Original assignee: Tohoku Pioneer Corp; Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Tohoku Pioneer Corp; Pioneer Corp
Priority date: 2005-05-25
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2025-05-25
Also published as: JP4527599B2

Abstract

【課題】ユーザー自身で簡単に好みの最低共振周波数を選択でき、また、車載オーディオシステム等で要求されているスピーカ装置の薄型化を実現できる周波数特性可変型スピーカ装置を提供する。
【解決手段】駆動方向に沿って配置された振動板４１とドライブコーン４２とを備え、振動板４１およびドライブコーン４２の外周部６１，６２がフレーム３５上の振動板支持部３５ｃ，３５ｄに固着されると共に、振動板４１およびドライブコーン４２の内周部４１ａ，４２ａが互いに接合されてボイスコイルボビン４５に固着され、フレーム３５の外周部に、振動板４１およびドライブコーン４２とフレーム３５とで画成される密閉空間６７に連通する密閉中空アタッチメント７０が脱着可能に取り付けられ、全体の密閉空間の空気バネ定数が容積の異なる密閉中空アタッチメント７０の交換により可変とされる。
【選択図】図２

Description

本発明は、周波数特性可変型スピーカ装置に関する。

図１は、従来の一般的な動電型スピーカ装置１の構成を示したものであり、その構成は、磁気回路３と、この磁気回路３が後部に取り付けられたフレーム５と、外周のロール状のエッジ７がフレーム５の前部の振動板支持部５ａに固定されたコーン状の振動板９と、円筒状のボイスコイルボビン１１に巻回されたボイスコイル１２とを備えている。

磁気回路３は、円板状のプレート１５ａの中心に円筒状のセンターポール１５ｂが突設された構造のヨーク１５と、センターポール１５ｂの外周に遊嵌するリング状のマグネット１６と、プレート１５ａとの間にマグネット１６を挟み込むようにセンターポール１５ｂの先端側に遊嵌して装備されたリング状のトッププレート１７とから構成されている。
トッププレート１７の内周とセンターポール１５ｂとの間の隙間が、ボイスコイル１２を配置する磁気ギャップ１９となっている。

振動板９は、中心に、ボイスコイルボビン１１を挿通させる開口部９ａが形成されている。振動板９の外周縁に接合されたエッジ７は、該エッジ７の外周に装備された取付用フランジ部７ａが振動板支持部５ａに貼着されたリング状のガスケット２１と振動板支持部５ａとの間に挟まれた形態で、振動板支持部５ａに固定される。また、開口部９ａを形成している振動板９の内周部９ｂは、開口部９ａに挿通されたボイスコイルボビン１１の外周に接着等により固定される。
また、このような振動板９の中央部には、ダストキャップ２３が貼着装備される。このダストキャップ２３は、ボイスコイルボビン１１の前方を覆って、磁気ギャップ１９への塵埃等の進入を防止する。

円筒状のボイスコイルボビン１１は、軸方向に移動自在に、センターポール１５ｂの外周に遊嵌されると共に、軸方向の移動が規制されるように、ダンパ２５を介してフレーム５に弾性支持される。
通常、ダンパ２５としては、ボイスコイルボビン１１に対して同心状に蛇腹構造を形成したものが普及している（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
ダンパ２５は、外周縁がフレーム５のダンパ支持部５ｂに固定されると共に、内周部がボイスコイルボビン１１の外周に固定されて、ボイスコイルボビン１１の半径方向の変位を規制し、且つ、振動板９の駆動時には、蛇腹の変形によって振動エネルギーを吸収し、振動板９の制振を行う。

なお、通常、フレーム５は、振動板支持部５ａとダンパ支持部５ｂとの間に、適宜に開口５ｃを設けた構造とされる。この開口５ｃは、振動板９の駆動時の背圧を逃がす通気孔として機能すると同時に、フレーム５の軽量化に貢献する。

以上のスピーカ装置１は、図示せぬ入力端子および錦糸線を介して、音響信号がボイスコイル１２に入力されると、それによるボイスコイルボビン１１の往復振動によって振動板９を振動させて、音響再生をする。

このほか、スピーカユニットの振動系に負のスティフネスを与える手段の負スティフネスを減少させることにより、低音再生能力をもたせたスピーカ装置も知られている（特許文献３，４）。この場合、スピーカユニットの振動系に負のスティフネスを与える手段のスティフネスを可変にすることにより、発生する負のスティフネスを調整し、低域特性を変更できるようにしている。
特開昭６３−１５５９００号公報特開平１１−２６２０８５号公報特開２０００−３０８１７４号公報特開２００１−１５７２９０号公報

ところで、最近は、車載のオーディオシステムでも、ウーファーやサブウーファーといった重低音再生用のスピーカ装置を組み込むものが増えている。
このような車載用のスピーカ装置の場合は、車両のドアや天井パネル等の奥行き寸法が限られている部位でもスピーカ装置の組み込みが可能なように、スピーカ装置の薄型化が重要課題とされている。

ところが、上記のようにボイスコイルボビン１１の弾性支持をダンパ２５によって行う従来のスピーカ装置１では、振動板９と磁気回路３との間にダンパ２５を配置するスペースを確保しなければならず、ダンパ２５の設置スペースの確保のために、スピーカ装置の軸方向寸法の短縮が困難で、スピーカ装置の薄型化のネックとなっていた。

また、ダンパ２５は、通常エッジ７よりもスティフネスが大きいため、長期使用による機械疲労がエッジ７よりも早期に起こり、制御性能の低下が故障の原因となる虞があった。
更に、ダンパ２５上の隣接する蛇腹間の振動伝搬時における蛇腹の変形によって、特異な振動や擦れ音が発生し、それが逆にボイスコイル１２や振動板９の振動に影響を及ぼして、音質を濁してしまう可能性もあった。

一般に、スピーカの最低共振周波数ｆ_０は、前記スピーカの振動系重量をＭ_ｍｓ、前記スピーカのトータルコンプライアンス（バネ定数の逆数）をＣ_ｍｓとすると、ｆ_０＝（１／２π）×√（１／（Ｍ_ｍｓ×Ｃ_ｍｓ））で決定され、図１のダンパ支持型のスピーカ装置ではバネ成分がダンパと振動板のエッジ自身のもつバネ性とで構成され、これらのバネ定数は固定であるため、このバネ定数に直結している最低共振周波数もそれぞれのスピーカユニットに対して固定されたものである。

また、特許文献３，４に記載のスピーカ装置では、スプリングの圧縮力の変更により、低域特性を可変できる構成としているが、この場合は、あくまでメーカの製作段階において変更設定できる構造であり、最終ユーザー側で所望の低域特性を得るように調整することはできない。

本発明が解決しようとする課題としては、従来のダンパ設置スペースの確保のためスピーカ装置の軸方向寸法の短縮が困難であるという問題、長期使用で前記ダンパの機械疲労が生じ、これによる振動板の支持性能の低下が故障の原因となるという問題、前記ダンパの変形によって特異な振動や擦れ音が発生するという問題、さらに、ユーザー側で簡単に周波数特性を好みに応じて変更できないという問題がそれぞれ一例として挙げられる。

本発明の請求項１に係る周波数可変型スピーカ装置は、駆動方向に沿って配置された振動板と、ボイスコイルの駆動を前記振動板に伝えるドライブコーンと、を備え、前記振動板および前記ドライブコーンの外周部がフレーム上の振動板支持部に固着されると共に、前記振動板および前記ドライブコーンの内周部が互いに接合されてボイスコイルボビンに固着され、前記フレームの外周部に、前記振動板および前記ドライブコーンと前記フレームとで画成される密閉空間に連通する密閉中空アタッチメントが脱着可能に取り付けられ、前記密閉空間の空気バネ定数が容積の異なる前記密閉中空アタッチメントの交換により可変とされることを特徴とする。

以下、本発明に係る周波数可変型スピーカ装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図２は、本発明に係る周波数可変型スピーカ装置の実施の形態の縦断面図である。図２に示すように、この実施形態のスピーカ装置３０は磁気回路３３と、この磁気回路３３が後部内壁に取り付けられたフレーム３５と、駆動方向に向って同軸に配置された振動板４１およびボイスコイルの駆動を振動板４１に伝えるドライブコーン４２と、円筒状のボイスコイルボビン４５に巻回されたボイスコイル４６と、フレーム３５に脱着可能に嵌挿され、かつ前記振動板４１およびドライブコーン４２の間の密閉空間に連通する密閉中空アタッチメント７０とを備えた構成である。なお、３７はスピーカ装置３０の中心線である。

磁気回路３３は、円板状のプレート５１ａの中心に円筒状のセンターポール５１ｂが突設された構造のヨーク５１と、センターポール５１ｂの外周に遊嵌するリング状のマグネット５３と、プレート５１ａとの間にマグネット５３を挟み込むようにセンターポール５１ｂの先端側に遊嵌して装備されたリング状のトッププレート５５とから構成されている。トッププレート５５の内周とセンターポール５１ｂとの間の隙間が、ボイスコイル４６を配置する磁気ギャップ５７となっている。

フレーム３５は浅底の椀形で、底板部３５ａの内面はヨーク５１のプレート５１ａを載せた状態で、磁気回路３３が取り付けられる。
このフレーム３５には、駆動方向に沿って離れた位置に、振動板４１の振動板支持部３５ｃとドライブコーン４２の振動板支持部３５ｄがそれぞれ装備されている。
この２つの振動板支持部３５ｃ，３５ｄと底板部３５ａとの間には、振動板の背圧を逃がす通気孔としての開口３５ｆが、適宜に設けられている。なお、フレーム３５の振動板支持部３５ｃの背面は、スピーカキャビネットのバッフル７１に密着固定するフランジ面として機能する。

振動板４１およびドライブコーン４２は、コーン型の振動板であり、その外周部であるエッジ６１，６２は、フレーム３５上の振動板支持部３５ｃ，３５ｄに固定されると共に、その内周部４１ｂ，４２ｂは、接合してボイスコイルボビン４５に固定される。
このエッジ６１，６２は、振動板本体であるコーン紙から伝わった振動を減衰させるため、内部損失の高い材質の部材を使用することが好ましい。よって、例えば、コーン紙とは異なる材質（コーン紙よりも内部損失の高い材質）の部材を接合してエッジ６１，６２とするのがよい。

スピーカ装置の前面側に配置される振動板４１は、中央の開口の径が、スピーカ装置の前面側に配置されたドライブコーン４２の開口の径よりも大きく設定されており、エッジ６１には振動板間の密閉空間６７の外側（スピーカ装置の前面側）に膨らむ膨出部６１ａが設けられている。
また、振動板４１の背部に配置されるドライブコーン４２は、中央部の開口の径がボイスコイルボビン４５の外径に略等しく設定されており、エッジ６２には振動板間の密閉空間６７の外側（スピーカ装置の背面側）に膨らむ膨出部６２ａが設けられている。
なお、膨出部６１ａおよび膨出部６２ａの凹凸の向きは、図２の向きに限定されるものではない。

以上の振動板４１およびドライブコーン４２のそれぞれのエッジ６１，６２は、前述のフレーム３５の２つの振動板支持部３５ｃ，３５ｄにそれぞれ固定される。
なお、振動板４１のエッジ６１は、その外周部に連設された取付用フランジ部６１ｂがガスケット６５と振動板支持部３５ｃとで挟持されて、振動板支持部３５ｃに固定されている。

また、振動板４１の内周部４１ｂは、その背後に位置しているドライブコーン４２の上に重ねられた状態でドライブコーン４２に接合されている。
また、この振動板４１の中央部には、ダストキャップ２３が貼着装備される。このダストキャップ２３は、ボイスコイルボビン４５の前方を覆って、磁気ギャップ５７への塵埃等の進入を防止する。

ドライブコーン４２の内周部４２ｂを、ボイスコイルボビン４５の外周に適宜接着剤によって接着固定することで、振動板４１およびドライブコーン４２の内周部４１ｂ，４２ｂが接合され、ボイスコイルボビン４５に固定された構造を得ている。

円筒状のボイスコイルボビン４５は、軸方向に移動自在に、センターポール５１ｂの外周に遊嵌すると共に、その外周に接合されたドライブコーン４２によって、半径方向および軸方向の位置決めが成されている。

振動板４１およびドライブコーン４２と、フレーム３５とで囲まれる領域が主空気バネ空間（密閉空間）６７となる。この主空気バネ空間を画成するフレーム３５の側部には、後述する密閉中空アタッチメント７０を装着する差込み口３５ｈが形成されている。この差込み口３５ｈの部分を除いて主空気バネ空間６７は気密空間となっている。

密閉中空アタッチメント７０は、本実施の形態の場合、図２に示すように矩形箱型の形態を成し、その側部には、フレーム３５の差込み口３５ｈに気密状態に、かつ脱着可能に嵌挿される差込み口７０ａが形成されている。密閉中空アタッチメント７０内はその差込み口７０ａの部分を除いて気密空間となっており、この気密空間が副空気バネ空間７３となる。そして、密閉中空アタッチメント７０をフレーム３５に嵌挿した状態では、振動板４１およびドライブコーン４２で挟まれた主空気バネ空間６７とアタッチメント７０内部の副空気バネ空間７３とが合体してスピーカ装置の全体密閉空気バネ空間が形成される。

ボイスコイルボビン４５の軸方向変位によって振動板４１およびドライブコーン４２が駆動される時、図示の如く、振動板４１とドライブコーン４２との間およびアタッチメント７０内の密閉空間に封入されている空気などの気体が振動板４１およびドライブコーン４２の変位およびエッジ６１ａ，６２ａの変位により圧迫されて、空気バネとしてのバネ性が発揮され、このエッジ６１ａ，６２ａ自身のバネと、密閉空間の容積により規制される空気バネとによってボイスコイルボビン４５が制御可能に支持される。

ここで、空気バネは振動板４１とドライブコーン４２との振動面積の差が小さい程、また、密閉空間の容積が大きい程、柔らかくなる。本実施の形態において、振動板４１の有効面積とドライブコーン４２の有効面積との差をΔＳ、密閉中空アタッチメント７０の容積を加えた密閉空間全体の容積をＶとすると、バネの硬さ、即ち空気バネのバネ性を表わすバネ定数のスティフネスは、ΔＳ／Ｖに比例する。

本実施の形態では、容積の異なる３種類の密閉中空アタッチメント７０（１），７０（２），７０（３）がスピーカユニットに付属されており、この密閉中空アタッチメント７０（１），７０（２），７０（３）を交換することにより、密閉空間全体の容積Ｖ、したがってバネ定数が変わり、ユーザーが好みの最低共振周波数ｆ_０を、密閉中空アタッチメントを交換するだけで、ユーザー自身が簡単に選択できる。密閉中空アタッチメントをさらに多数準備しておくことにより、副空気バネを使用しない状態（図２で閉鎖アタッチメント７４によりフレーム３５の差込み口３５ｈを開放する）から、機構上ギリギリに空気バネを利かせた状態まで、ユーザーがこの空気バネのバネ定数を自由に選択できる。

実際に異なる容積の密閉中空アタッチメント７０を付けて密閉空間全体の容積Ｖを変化させ、最低共振周波数ｆ_０を測定した結果のグラフを図３に示す。
図３において、密閉空間全体の容積Ｖが大きくなる程、最低共振周波数ｆ_０が低くなっていることがわかる。すなわち、異なる容積の密閉中空アタッチメント７０をフレーム３５に嵌挿することにより、最低共振周波数ｆ_０を調整することができる。

また、本実施の形態のスピーカ装置３０では、振動板４１およびドライブコーン４２自体が振動制御機能をもつダンパを兼ねており、振動板間の密閉空間６７の空気バネとしてのバネ性がボイスコイルボビン４５，振動板４１およびドライブコーン４２の振動エネルギーを吸収して、これらボイスコイルボビン４５，振動板４１およびドライブコーン４２の制御を行うため、図１に示す従来のスピーカ装置に備えられているような制御用のダンパを設ける必要が無い。ダンパおよびその設置スペースの排除によってスピーカ装置の軸方向寸法が縮小され、車載オーディオシステム等で要求されているスピーカ装置３０の薄型化を実現できる。

さらに、振動板間の密閉空間６７を実現するために振動板４１の背後に同軸に装備されるドライブコーン４２は、振動板４１と共通の材質で良く、従来の蛇腹構造のダンパと比較すると、機械疲労が発生し難いため、構成部品の機械疲労に起因する制振性能の低下を防止して、スピーカ装置の長寿命化を実現できる。

また、振動伝搬時に隣接する蛇腹間を変形が移動する従来の蛇腹構造のダンパの場合と異なり、振動板４１およびドライブコーン４２には局部的に大きな変形が生じないため、音質を濁す原因となる特異振動や擦れ音の発生が無く、濁りのない高品位の音再生を実現できる。

また、本実施の形態のスピーカ装置３０は、振動板間の密閉空間６７内の気体の気圧の助けにより、振動板４１およびドライブコーン４２のエッジ６１，６２が背圧による変形に強くなる。さらに、ドライブコーン４２およびそのエッジ６２が背圧を負担するので、音響再生を行う振動板４１にかかる背圧の負担が減り、再生音質を向上させることができる。

以上、詳述したように、本発明の実施の形態に係る周波数特性可変型スピーカ装置３０は、駆動方向に沿って配置された振動板４１とボイスコイルの駆動を前記振動板に伝えるドライブコーンとを備え、ドライブコーン４２の外周部６１，６２がフレーム３５上の振動板支持部３５ｃ，３５ｄに固着されると共に、振動板４１およびドライブコーン４２の内周部４１ａ，４２ａが互いに接合されてボイスコイルボビン４５に固着され、フレーム３５の外周部に、振動板４１およびドライブコーン４２とフレーム３５とで画成される密閉空間６７に連通する密閉中空アタッチメント７０が脱着可能に取り付けられ、密閉空間６７の空気バネ定数が容積の異なる密閉中空アタッチメント７０の交換により可変とされる。

これにより、容積の異なる複数個の密閉中空アタッチメントを準備しておき、この密閉中空アタッチメントを交換することにより、主空気バネ空間と副空気バネ空間とを合せた密閉空間全体の容積Ｖ、したがってバネ定数が変わり、ユーザーが好みの最低共振周波数ｆ_０を、アタッチメントを交換するだけで、ユーザー自身が簡単に選択できる。付属する密閉中空アタッチメントの形状も種々形状のものを準備しておくことが可能で、ユーザーが自由に最低共振周波数ｆ_０を選択できることから、ユーザー好みの音質、取り付ける密閉中空アタッチメントとの相性を調整可能となる。

振動板４１とドライブコーン４２との間の密閉空間６７の空気バネとしてのバネ特性がボイスコイルボビン４５，振動板４１およびドライブコーン４２の振動の制御を行うため、制御用として専用のダンパを設ける必要が無くなる。このようにダンパおよびその設置スペースの排除によってスピーカ装置３０の軸方向寸法を短縮し、特に、車載オーディオシステムで要求されるスピーカ装置の薄型化を実現することができる。

また、ドライブコーン４２は、振動板４１と共通の材質を用いることができるので、従来の蛇腹構造のダンパと比較すると、質量が軽く、機械疲労が発生し難いため、構成部品の機械疲労に起因した制振性能の低下を防止して、スピーカ装置の長寿命化を実現でき、さらに、局部的に大きな変形が生じないため、音質を濁す原因となる特異振動や擦れ音の発生が無く、濁りの無い高品位の音再生を実現することができる。

従来のスピーカ装置の構造を示す縦断面図である。本発明の実施の形態に係る周波数特性可変型スピーカ装置の縦断面図である。密閉空間全体の容積Ｖを変化させ、最低共振周波数ｆ_０を測定した結果のグラフである。

符号の説明

３０スピーカ装置
３３磁気回路
３５フレーム
３５ｃ，３５ｄ振動板支持部
３５ｈ差込み口
４１振動板
４２ドライブコーン
４５ボイスコイルボビン
５７磁気ギャップ
６１，６２エッジ
６７振動板間の密閉空間
７０密閉中空アタッチメント
７０ａ差込み口
７３副空気バネ空間

Claims

駆動方向に沿って配置された振動板と、ボイスコイルの駆動を前記振動板に伝えるドライブコーンと、を備え、
前記振動板および前記ドライブコーンの外周部がフレーム上の振動板支持部に固着されると共に、前記振動板および前記ドライブコーンの内周部が互いに接合されてボイスコイルボビンに固着され、前記フレームの外周部に、前記振動板および前記ドライブコーンと前記フレームとで画成される密閉空間に連通する密閉中空アタッチメントが脱着可能に取り付けられ、前記密閉空間の空気バネ定数が容積の異なる前記密閉中空アタッチメントの交換により可変とされることを特徴とする周波数特性可変型スピーカ装置。
前記密閉中空アタッチメントおよび前記フレームには互いに気密状態に嵌合する差込み口が形成されることを特徴とする請求項１に記載した周波数特性可変型スピーカ装置。
前記フレームの差込み口に対して気密状態に嵌合する差込み口を備えた容積の異なる複数個の密閉中空アタッチメントがスピーカユニットに付属されることを特徴とする請求項１または２に記載した周波数特性可変型スピーカ装置。