JP2008011340A

JP2008011340A - 音響スピーカー

Info

Publication number: JP2008011340A
Application number: JP2006181326A
Authority: JP
Inventors: Kiyousuke Takahashi; 匡輔高橋; Akio Nakamura; 暁生中村; Toshio Chamura; 俊夫茶村; Takeshi Fujii; 健藤井
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2008-01-17

Abstract

【課題】音の歪みが低減され、音質の良好な音響スピーカーを提供する。
【解決手段】音響スピーカー１０は、矩形状の平板からなる振動板１１と、振動板１１の一方の主面１１ａ上に設けられた補助板１２と、振動板１２に当接する出力ロッド１４を有し、音響信号に基づいて出力ロッド１４を駆動して振動板１１を振動させるアクチュエータとを備えている。補助板１１は、出力ロッド１４の当接点Ｐと振動板１１上の歪点Ｓ１、Ｓ２とを含む振動板１１上の平面領域を覆うように設けられている。このような構成により、振動板１１上の歪点Ｓ１、Ｓ２と出力ロッド１４の当接点を一緒に振動させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、音響スピーカーに関し、特に超磁歪アクチュエータによって駆動される振動板の構造に関するものである。

最近、超磁歪アクチュエータを利用した音響スピーカーが注目されている。超磁歪アクチュエータは、磁界変化によって寸法が伸張するという超磁歪素子の性質を利用したアクチュエータである。超磁歪素子は、磁界変化によって１０００〜２０００ｐｐｍの変位量を生じ、応答速度も速く、低電圧駆動が可能なことから、これをアクチュエータとして振動板の駆動に用いることで高性能なスピーカーを実現するものである。従来の音響スピーカーは、超磁歪アクチュエータのロッド部分を振動板に当接し、音響信号に基づいて超磁歪アクチュエータを駆動して振動板を振動させることにより、音響信号を機械的振動に変換し、音として出力するようにしていた（特許文献１参照）。
特許第３６１５８８３号公報

しかしながら、上述した従来の音響スピーカーのように、超磁歪アクチュエータのロッド部分を単に振動板に当接しただけでは、振動板上の振動に歪点が生じ、これが音の歪みとして出力されてしまうという問題があった。このような問題は、音響スピーカーの駆動素子として超磁歪アクチュエータを用いた場合のみならず、他の種類のアクチュエータを用いた場合においても生じ得る問題である。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、音の歪みが低減され、音質の良好な音響スピーカーを提供することにある。

本発明の上記目的は、振動板と、振動板に直接又は間接的に当接する出力ロッドを有し、音響信号に基づいて出力ロッドを駆動して振動板を振動させるアクチュエータとを備え、出力ロッドの当接点と振動板上の歪点とを含む振動板上の平面領域の弾性度が他の領域の弾性度よりも抑制されていることを特徴とする音響スピーカーによって達成される。

本発明において、平面領域の弾性度は、振動板の少なくとも一方の主面上に設けられた補助板によって抑制されていることが好ましい。これによれば、非常に簡単な構成で、振動板の強度を高めることができる。

本発明において、補助板の長さは、振動板の長さの３８％以上であることが好ましく、４８〜６８％であることが特に好ましい。振動板に対する補助板の長さの比が３８％以上であれば、通常の人が感じ取ることができない程度にまで歪音を抑制することができ、４８〜６８％であれば、聴力の非常に優れた人であっても感じ取ることができない程度にまで歪音を抑制できることから、歪みのない良質な音を再生することができる。

このように、本発明によれば、音の歪みが十分に低減され、音質の極めて良好な音響スピーカーを提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る音響スピーカーの構成を示す略斜視図である。また、図２は図１のＹ−Ｙ線に沿った略断面図である。

図１に示すように、この音響スピーカー１０は、振動板１１と、振動板１１の一方の主面１１ａ上の略中央部に設けられた補助板１２と、振動板１１を振動させる超磁歪アクチュエータ１３とを備えている。超磁歪アクチュエータ１３はエキサイターとも呼ばれ、補助板１２の表面に当接する出力ロッド１４を有し、音響信号に基づいて出力ロッド１４を駆動することにより振動板１１を補助板１２と共に振動させる。

振動板１１は、矩形状の平板であって、振動板１１の上端付近の一点１１ｐと、下端付近の二点１１ｑ、１１ｒがそれぞれスピーカー筐体（不図示）に固定されている。振動板１１の材料としては、例えばアクリル板を用いることができる。振動板１１の平面寸法は、スピーカーの目的に応じて適宜設定することができる。一例としては、振動板１１の幅Ｗ１＝１３５ｍｍ、長さＬ１＝４８０ｍｍに設定することができる。また、振動板１１の厚みＴ１は、超磁歪アクチュエータ１３の駆動によって振動可能な限りにおいて特に限定されないが、例えばＴ１＝１０ｍｍに設定することができる。

補助板１２は、振動板１１よりも小さく細長い部材である。本実施形態の補助板１２は、振動板１１とは別の部材であり、振動板１１の略中央部に接着固定されている。補助板１２は、振動板１１と同一の材料であってもよく、別の材料であってもよい。詳細は後述するが、補助板１２は、出力ロッド１４の当接点Ｐと振動板１１上の歪点Ｓ１、Ｓ２とを含む振動板１１上の平面領域を覆うように設けられている。そのためには、補助板１２の長さＬ２は、振動板１１の長さＬ１の３８％以上であることが好ましく、４８〜６８％であることが特に好ましい。Ｌ２／Ｌ１≧３８％であれば、通常の人が感じ取ることができない程度にまで歪音が低く抑えられることから、良質な音を再生することができ、４８％≦Ｌ２／Ｌ１≦６８％であれば、聴力の非常に高い人であっても感じ取ることができない程度にまで歪音が抑制されることから、さらに歪みのない良質な音を再生することができる。また、補助板１２の幅Ｗ２及び厚みＴ２は特に限定されず、実用的な範囲内で適宜決定することができる。

超磁歪アクチュエータ１３は、振動板１１の一方の主面１１ａ側に設けられており、出力ロッド１４の先端は補助板１２の表面に当接している。よって、出力ロッド１４の振動は、補助板１２を介して振動板１１に供給される。出力ロッド１４の当接点Ｐは、振動板１１の平面領域内において、振動板１１の主面の中央よりも僅かに上端寄りに設けられている。これは、振動板１１の上端付近が一点で固定され、下端付近が二点で固定されていることから、振動板全体の振動のバランスを配慮したものである。補助板１２の表面には僅かな凹部１２ｄが形成されており、出力ロッド１４の先端が凹部１２ｄ内に嵌合することにより、出力ロッド１４の位置ずれが防止される。

超磁歪アクチュエータ１３の出力ロッド１４から振動板１１上の一点に機械的振動を与えるとき、振動板１１上にはいくつかの歪点が発生する。特に、本実施形態の音響スピーカー１０では、振動板１１の長手方向に延びる中心線（Ｙ−Ｙ線）上であって、出力ロッド１４の当接点Ｐよりも上端側に第１の歪点Ｓ１が発生し、出力ロッド１４の当接点Ｐよりも下端側に第２の歪点Ｓ２が発生する。補助板１２は、これらの歪点Ｓ１、Ｓ２と出力ロッド１４の当接点を一緒に固定することにより、振動板１１上の歪みの低減するものである。

図３は、超磁歪アクチュエータ１３の構成を示す略断面図である。

図３に示すように、超磁歪アクチュエータ１３は、ハウジング２１と、ハウジング２１内に設けられた超磁歪シャフト２２と、超磁歪シャフト２２に対して軸方向の磁界を印加して超磁歪シャフト２２を伸張させるコイル２３と、コイル２３が巻回されたボビン２４と、ボビン２４の外周に設けられた円筒状のバイアス磁石２５と、超磁歪シャフト２２の伸縮に連動して振動する出力ロッド１４と、出力ロッド１４及び超磁歪シャフト２２に対して予荷重を与える弾性部材２６とを備えている。これらの部材は、ハウジング２１の底面に設けられた裏蓋２１ａを外してハウジング２１内に収容され、裏蓋２１ａはねじ２１ｂで固定される。

超磁歪シャフト２２は、超磁歪材料で構成された略柱状の部材である。超磁歪材料は、外部から応力を加えると透磁率が変化し、外部から磁界を印加すると磁歪量が変化するという特性を有している。超磁歪材料としては、特に限定されるものではないが、Ｔｂ_０．３４−Ｄｙ_０．６６−Ｆｅ_１．９０を中心組成とする材料を用いることができる。超磁歪シャフト２２の寸法については、目的とする磁歪量に応じて適宜選択すればよい。例えば１０００ｐｐｍ程度の磁歪量が得られる材料を用いて超磁歪シャフト２２を構成する場合において、１０μｍ程度の伸縮を得たい場合には、超磁歪シャフト２２の長さを１ｃｍ程度にすればよい。

コイル２３は、ボビン２４に巻回された状態で超磁歪シャフト２２の外周に配置されている。つまり、超磁歪シャフト２２は、コイル２３が巻回されたボビン２４の中空部に挿入されている。超磁歪シャフト２２には予めバイアス磁石２５によるバイアス磁界が印加されている。無磁界におかれた超磁歪シャフト２２に対してコイル２３による磁界を印加しても超磁歪シャフト２２は伸張するだけであるが、予めバイアス磁界を印加しておくことで、超磁歪シャフト２２は伸張と収縮の両方が可能となる。

出力ロッド１４は、超磁歪シャフト２２の伸縮に合わせて振動する部材である。出力ロッド１４の先端は補助板１２に当接しており、出力ロッド１４の後端は超磁歪シャフト２２の先端に当接している。出力ロッド１４にはフランジ部１４ａが設けられおり、弾性部材２６はフランジ部１４ａとハウジング２１の内壁面に挟まれている。この弾性部材２６によって出力ロッド１４は超磁歪シャフト２２の先端を押圧する方向に付勢されている。

以上の構成において、コイル２３に駆動電流を印加して超磁歪シャフト２２を貫く磁界を変化させると、超磁歪シャフト２２が伸縮して出力ロッド１４が振動する。また、コイル２３への電流供給を停止すると、弾性部材２６の付勢力によって出力ロッド１４は元に位置に押し戻される。したがって、この超磁歪アクチュエータ１３を音響信号で駆動した場合には、音響信号を機械的振動に変換することができ、音響信号により変調された振動で振動板１１を振動させることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、補助板１２が出力ロッド１４の当接点Ｐと振動板１１上の歪点Ｓ１、Ｓ２とを含む振動板１１上の平面領域を覆うように設けられていることから、振動板１１上の歪点Ｓ１、Ｓ２と出力ロッド１４の当接点を一緒に振動させることができる。したがって、振動板１１より放射される音の歪みを十分に低減することができ、音質の極めて良好な音響スピーカーを実現することができる。

図４は、本発明の第２の実施形態に係る音響スピーカーの構成を示す略断面図である。

図４に示すように、この音響スピーカー３０の特徴は、超磁歪アクチュエータ１３が振動板１１の他方の主面１１ｂ側に設けられており、出力ロッド１４の先端が振動板１１の他方の主面１１ｂに当接している点にある。つまり、出力ロッド１４からの振動は、補助板１２を介することなく振動板１１に直接供給される。その他の構成については、第１の実施形態と略同様であることから、ここでの説明は省略する。

本実施形態においても、超磁歪アクチュエータ１３の出力ロッド１４から振動板１１上の一点に機械的振動を与えるとき、振動板１１の幅方向中央（Ｙ−Ｙ線上）に歪点Ｓ１、Ｓ２が発生するが、補助板１２が出力ロッド１４の当接点Ｐと振動板１１上の歪点Ｓ１、Ｓ２とを含む振動板１１上の平面領域を覆うように設けられていることから、振動板１１上に発生する歪点Ｓ１、Ｓ２と出力ロッド１４の当接点を一緒に振動させることができる。したがって、振動板１１より放射される音の歪みを十分に低減することができ、音質の極めて良好な音響スピーカーを実現することができる。

本発明は、以上の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることが可能であり、これらも本発明の範囲に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態においては、補助板１２が振動板１１の長手方向に細長い形状を有しているが、円形状や楕円形状など、他の形状であっても良い。さらには、補助板１２の形状としては、出力ロッド１４の当接点P付近の厚みが厚く、外側に行くにつれて厚みが直線的又は曲線的に薄くなるような形状であっても良い。要は、補助板１２の形状は特に限定されるものではなく、振動板１１の形状や歪点の発生位置に合わせて自由に設定することができる。すなわち、補助板１２は、出力ロッド１４の当接点と、振動板１１上に発生する歪点とを含む振動板１１上の平面領域を覆うように設けられていればよい。

また、上記実施形態においては、補助板１２が振動板１１とは別の部材であり、振動板１１の略中央部に接着固定されているが、振動板１１と補助板１２が一体的に成形されたものであってもよい。

また、上記実施形態においては、出力ロッドの当接点Ｐが振動板１１の平面領域内の中央よりも僅かに上端側に設定されているが、出力ロッド１４の当接点は、振動板１１の中央であってもよく、さらにはそれ以外の点に設定されていてもよい。このような構成であっても、補助板１２が出力ロッド１４の当接点と振動板１１上に発生する歪点とを含む振動板１１上の平面領域の弾性度が他の領域の弾性度よりも抑制されていれば、音の歪みを十分に低減することが可能である。

また、上記実施形態においては、振動板１１を駆動するためアクチュエータとして超磁歪アクチュエータ１３を用いているが、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、種々のアクチュエータを対象とすることができる。

まず実施例１について説明する。実施例１では、振動板１１単体の歪み分布を測定した。歪み分布の測定では、まず測定対象となる振動板１１を用意した。振動板１１の寸法は、図５に示すように、長さＬ１＝４８０ｍｍ、幅Ｗ１＝１３５ｍｍ、厚みＤ１＝１０ｍｍとした。このような振動板１１の上端の幅方向中央をゼロ点とし、幅方向をＸ軸、長手方向をＹ軸として定め、振動板１１の中心（Ｘ，Ｙ）＝（０，２４０ｍｍ）を超磁歪アクチュエータの出力ロッドの当接点Pとした。そして、超磁歪アクチュエータに駆動信号として１５７０Ｈｚの正弦波信号を印加しながら、振動板上の各点における歪率を求めた。その測定結果を図６に示す。

図６は、上記測定結果を示すグラフであり、横軸はＹ方向の距離（ｍｍ）、縦軸は歪み率（％）をそれぞれ示している。

図６に示すように、Ｘ＝３７．５ｍｍ及び５７．５ｍｍの場合、振動板１１上の歪率は、Ｙ軸方向全体にわたって０．２％以下となることが分かった。これに対し、Ｘ＝０ｍｍの場合、出力ロッドの当接点Ｐ（Ｙ＝２４０ｍｍ）を中心とし、その両側に歪率が０．３％以上となる２つのピークが存在することが分かった。特に、本実施例では、Ｙ＝２００ｍｍの地点に第１のピークが発生し、Ｙ＝３２０ｍｍの地点に第２のピークが発生している。このことは、図１に示した通り、振動板１１の長手方向に延びる中心線（Ｙ−Ｙ線）上であって、出力ロッド１４の当接点Ｐよりも上端側及び下端側にそれぞれ歪点Ｓ１、Ｓ２が発生していることを意味するものである。なお、この歪点Ｓ１、Ｓ２の位置は、振動板１１を振動させたときに発生する振動板１１の節とは異なる位置に発生している。

次に実施例２について説明する。実施例２では、補助板１２の長さと歪率（ＴＨＤ）との関係について測定した。この測定では、まず実施例１と同じの寸法（１３５ｍｍ×４８０ｍｍ×１０ｍｍ）を有する振動板１１を用意し、この振動板１１に長さＬ２が異なる種々の補助板１２を接着固定した。特に、本実施例では、補助板１２の長さＬ２を可変とし、幅Ｗ２＝３０ｍｍ、厚みＴ２＝１０ｍｍとした。そして、このような補助板１２が設けられた振動板１１に、１５７０Ｈｚの正弦波信号が印加された超磁歪アクチュエータによる振動を与え、このとき得られるＹ軸上の歪率の最大値を求めた。その測定結果を図７に示す。

図７は、上記測定結果を示すグラフであり、横軸は振動板の長さＬ１と補助板の長さＬ２との比（Ｌ２／Ｌ１）、縦軸は歪率の最大値（％）をそれぞれ示している。

図７に示すように、歪率の最大値は、Ｌ２／Ｌ１が３８％以上のときに１０％以下となり、４８〜６８％のときに５％以下となることが分かった。１０％以下の歪率であれば、通常の人にとって感じ取ることができない歪み音となることから、Ｌ２／Ｌ１＞３８％であれば、歪みのない良質な音を再生することができることが分かった。さらに、５％以下の歪率であれば、聴力の非常に高い人であっても感じ取ることができない歪み音となることから、Ｌ２／Ｌ１が４８〜６８％であれば、さらに歪みのない良質な音を再生できることが分かった。

次に実施例３について説明する。実施例３では、補助板１２の幅Ｗ２と歪率（ＴＨＤ）との関係について測定した。この測定では、実施例１と同じ寸法（Ｌ１＝４８０ｍｍ、Ｗ１＝１３５ｍｍ、Ｔ１＝１０ｍｍ）を有する振動板１１を用意し、この振動板１１に幅Ｗ２が異なる種々の補助板１２を接着固定した。このとき、補助板１２の長さＬ２＝２５０ｍｍ、厚みＴ２＝１０ｍｍとした。そして、このような補助板１２が設けられた振動板１１に、１５７０Ｈｚの正弦波信号が印加された超磁歪アクチュエータによる振動を与え、このとき得られるＹ軸上の歪率の最大値を求めた。その測定結果を図８に示す。

図８は、上記測定結果を示すグラフであり、横軸は振動板の幅Ｗ１と補助板の幅Ｗ２との比（Ｗ２／Ｗ１）、縦軸は歪率の最大値（％）をそれぞれ示している。

図８に示すように、Ｗ２／Ｗ１がどのような値であっても、歪率の最大値は１０％以下になることが分かった。１０％以下の歪率であれば、通常の人にとって感じ取ることができない歪み音となることから、Ｗ２／Ｗ１の全範囲において歪みの少ない良質な音を再生できることが分かった。すなわち、補助板１２の幅Ｗ２は振動板１１上に発生する歪みに大きな影響を与えず、Ｗ２＜Ｗ１であればどのような値に設定してもかまわないことが分かった。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る音響スピーカーの構成を示す略斜視図である。図２は図１のＹ−Ｙ線に沿った略断面図である。図３は、超磁歪アクチュエータ１３の構成を示す略断面図である。図４は、本発明の第２の実施形態に係る音響スピーカーの構成を示す略断面図である。図４は、振動板上の歪み分布の測定について説明するための模式図である。図６は、実施例１に係る測定結果を示すグラフであり、横軸はＹ方向の距離（ｍｍ）、縦軸は歪み率（％）をそれぞれ示している。図７は、実施例２に係る測定結果を示すグラフであり、横軸は振動板の長さＬ１と補助板の長さＬ２との比（Ｌ２／Ｌ１）、縦軸は歪率の最大値（％）をそれぞれ示している。図８は、実施例３に係る測定結果を示すグラフであり、横軸は振動板の幅Ｗ１と補助板の幅Ｗ２との比（Ｗ２／Ｗ１）、縦軸は歪率の最大値（％）をそれぞれ示している。

符号の説明

１０音響スピーカー
１１振動板
１１ａ振動板の一方の主面
１１ｂ振動板の他方の主面
１１ｐ振動板の固定点
１１ｑ振動板の固定点
１１ｒ振動板の固定点
１２補助板
１２ｄ凹部
１３超磁歪アクチュエータ
１４出力ロッド
１４ａフランジ部
１４振動板
２１ハウジング
２１ａ裏蓋
２１ｂねじ
２２超磁歪シャフト
２３コイル
２４ボビン
２５バイアス磁石
２６弾性部材
３０音響スピーカー
Ｐ出力ロッドの当接点
Ｓ１歪点
Ｓ２歪点

Claims

振動板と、前記振動板に直接又は間接的に当接する出力ロッドを有し、音響信号に基づいて前記出力ロッドを駆動して前記振動板を振動させるアクチュエータとを備え、
前記出力ロッドの当接点と前記振動板上の歪点とを含む前記振動板上の平面領域の弾性度が他の領域の弾性度よりも抑制されていることを特徴とする音響スピーカー。
前記平面領域の弾性度は、前記振動板の少なくとも一方の主面上に設けられた補助板によって抑制されていることを特徴とする請求項１に記載の音響スピーカー。
前記補助板の長さが、前記振動板の長さの３８％以上であることを特徴とする請求項２に記載の音響スピーカー。
前記補助板の長さが、前記振動板の長さの４８〜６８％であることを特徴とする請求項３に記載の音響スピーカー。
前記振動板が、略矩形状の平板からなることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の音響スピーカー。
前記出力ロッドの前記当接点は、前記振動板の長手方向に沿った中心線上に設定されていることを特徴とする請求項５に記載の音響スピーカー。