JP2008109541A - 平面振動板スピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】長方形振動板を複数の動電型ドライバによって多点駆動する平面振動板スピーカにおいて、従来の長辺に平行な２行のラインの各行上に、それぞれ４個計８個の駆動点を設けた２行配置の構成では、短辺方向の周期振動の制御が十分でなく、（０，４）モードの分割振動を抑制することができず、この（０，４）モードの分割振動が発生する周波数以上の高域再生ができない。
【解決手段】長方形振動板の長辺に平行な３行のラインの各行上に、３個、２個、３個の駆動点を配した３−２−３の３行配列とすることによって、（６，４）モード未満より低次の分割振動を抑制できるようにし、必要以上に駆動点を増やすことなく簡単な構成で、従来よりも高い周波数帯域まで再生可能とした。
【選択図】図１

Description

この発明は、平面振動板スピーカ、特に長方形の平面振動板を備えた平面振動板スピーカに関する。

電気信号を音に変換する電気音響変換器であるスピーカには、各種の方式のものがあるが、駆動方式としては動電型（ダイナミック型）のものが最も広く用いられており、一方、音を放射する振動板の構造としては略円錐形状をしたコーン型の振動板が最も普遍的なものとして、幅広く使用されている。

コーン型スピーカは、再生周波数の低いところで振動板が一体となって振動するピストン運動領域では、周波数特性は平坦で歪みが少ないが、これを超える周波数帯域では、各部がバラバラの動きをする分割振動を行い、この領域では周波数特性にピークやディップが発生し歪みも大きくなる。また、コーン型スピーカは、振動板の前部に窪みがあることに起因してくぼみ効果（または前室効果）といわれる現象があり、特性を乱すことになる。

最近のオーディオ技術はデジタル技術の導入などにより急激な進歩を遂げているが、これに伴ってスピーカに対するニーズも多様化すると同時に、高品質志向が顕著になっている。このような背景の下でスピーカの特性向上の手段として、平面振動板を持った平面振動板スピーカがあらためて注目されるようになっている。平面振動板スピーカは振動板の前部にくぼみがないので、前述したコーン型スピーカのくぼみ効果による特性の乱れがなく指向性も良い。一方、振動板が平らであるため、分割振動が発生しやすいという側面を有するが、振動板の剛性を強化したうえで、駆動する位置を工夫することにより、ピストン運動域をコーン型スピーカより極めて広くすることができる。

分割振動を抑制しピストン運動域を広くして高域の再生周波数をできるだけ高くするために、平面振動板スピーカにおいては、振動板の特定の分割振動の節（振動しにくい部分）を駆動する節駆動と称する駆動方式が知られている。
特公昭４４−２３７８３（特許文献１）には長方形の長手方向の第３次振動モードの各振動区の境界をなす２本の節線上のそれぞれ中央点付近を駆動点とし、同相に駆動する平板型スピーカが示されている。特開昭５５−８８４９９（特許文献２）には正方形の振動板の分割振動の節円近傍の４点を駆動するものが示されている。また、特開昭６３−９７０９９（特許文献３）には矩形平面振動板の長径方向の第２次自由共振モードの節と短径方向の節の交点又はその近傍にボイスコイルを固着した構成により、短径方向の第１次共振も抑えて振動板のピストンモーション領域を拡大したものが示されている。この特許文献３には具体的な実施態様として、長辺方向に平行な直線２行の上にそれぞれ４個ずつ計８個の駆動点を設けたものが例示されている。

長辺と短辺の比が１．５〜２．５程度の長方形振動板を８点で駆動しようとする場合には、従来は第５図のように２行４列の配置とするのが一般的である。図に置いて符号２はボイスコイルである。このように駆動点を長辺方向に平行な２行の直線上に複数個配置するものとしては、図７のように６点で駆動するものや、図９のように１０点で駆動するものも用いられており、いずれも１行の直線上に駆動点を配置したものに比べて、２行としたため、ピストン領域を拡げ高い周波数帯域まで平坦に再生することができる。
特公昭４４−２３７８３ 特開昭５５―８８４９９ 特開昭６３−９７０９９

特許文献２のような正方形の振動板あるいは円形の振動板のように、中心に対して点対称な形状の振動板を備えた平面振動板スピーカにあっては、分割振動姿態も略点対象に順次規則的に発生するので、これを抑制するための駆動点の設定も比較的容易に行うことが可能であるが、長方形状の振動板においては、分割振動の姿態が長辺方向と短辺方向単独にあるいは双方が組み合わさって、煩雑な形で発生するために、これを的確に制御するのは非常に困難である。

本発明において、このような長方形振動板の分割振動姿態を説明するため、長辺方向をＸ軸、短辺方向をＹ軸とし、周期振動の節の数がＸ方向にｍ個、Ｙ方向にｎ個（ｍ、ｎは０または正の整数）の振動姿態を（ｍ，ｎ）モードと表記する。

図５、図７および図９のような駆動点を２行配置にしたものは、長辺方向の分割振動の抑制のみならず、短辺方向の分割振動の制御にも配慮しており、比較的高い周波数帯域まで再生可能としている。しかしながら、図５の構成のものは、Ｘ方向の７節モード、Ｙ方向の３節モードまで対応できるが、Ｘ方向の８節モード、Ｙ方向の４節モードより高次の分割共振を抑制することができない。図５、図７および図９の構成を１６０ｍｍ×８０ｍｍの長方形に適用したものの振動姿態を観測したところ、いずれも５．３ｋＨｚ〜５．７ｋＨｚで（０，４）モードが現れ、スピーカはピストン領域が維持できなくなった。図６、図８および図１０は図５、図７および図９の構成のスピーカの音圧周波数特性で、それぞれ（０，４）モードが現れる周波数の近傍が高域再生の限界であることを示している。

駆動点の数を増やしていくと、ある程度ピストン領域を拡げ高域を伸ばすことができるが、製造の容易さや部品点数などを考慮すると、コストパフォーマンスの良い８点駆動が前述したとおり一般的な形態として用いられているが、この２行４列の８点駆動では、より高域まで平坦な再生を求める最近のニーズに対応するには十分とはいえない。
本発明は上記した問題に鑑み、必要以上に駆動点を増やすことなく簡単な構成で、従来の２行配列の駆動方式のものより大幅にピストン領域を拡大し、より高域まで平坦な周波数特性を確保することのできる平面振動板スピーカを提供することを目的とする。

請求項１の発明による平面振動板スピーカは、 長辺と短辺の比が１．５〜２．５の長方形振動板を複数の動電型ドライバで駆動する平面振動板スピーカにおいて、長辺に平行な３行の直線上に、一方の長辺側から他方の長辺側に向って各行に３個、２個、３個の駆動点を設け、８個の駆動点を３−２−３配列としたことを特徴とする。
請求項２の発明による平面振動板スピーカは、請求項１記載の発明において、前記８個の駆動点は、振動の節が長辺方向に６個、短辺方向に４個の（６，４）モード未満より低次の分割振動を抑制するように配置されていることを特徴とする。
請求項３による平面振動板スピーカは、請求項１または２記載の発明において、前記長方形振動板は長辺の長さをＡ、短辺の長さをＢとし、各頂点を長辺方向をＸ軸、短辺方向をＹ軸とする座標上の（０，０）、（Ａ，０）、（Ａ，Ｂ）、（０、Ｂ）に配したとき、前記８個の駆動点の座標は、（８／Ａ，３Ｂ／１６）、（Ａ／４，３Ｂ／１６）、（７Ａ／８，３Ｂ／１６）、（５Ａ／１６，Ｂ／２）、（１１Ａ／１６，Ｂ／２）、（Ａ／８，１３Ｂ／１６）、（Ａ／４，１３Ｂ／１６）、（７Ａ／８，１３Ｂ／１６）であり、各点の近傍を中心とした位置に前記動電型ドライバのボイスコイルを固着したものであることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、駆動点を必要以上に増やすことなく８個という適度な駆動点を３−２−３として配列して駆動する簡単な構成により、従来の駆動点を２行配列としたものに比べて大幅にピストン領域を拡大し、より高域まで平坦な周波数特性を確保することが、容易に低コストにて実現できる平面振動板スピーカを提供しうる。
請求項２の発明によれば、８個の駆動点が、振動の節が長辺方向に６個、短辺方向に４個の（６，４）モード未満より低次の分割振動を抑制するように配置されているので、従来の２行配列のものに比べて大幅にピストン領域を拡大し、より高域まで平坦な周波数特性が確保できる平面振動板スピーカを提供しうる。
請求項３の発明によれば、８個の駆動点の座標は、（８／Ａ，３Ｂ／１６）、（Ａ／４，３Ｂ／１６）、（７Ａ／８，３Ｂ／１６）、（５Ａ／１６，Ｂ／２）、（１１Ａ／１６，Ｂ／２）、（Ａ／８，１３Ｂ／１６）、（Ａ／４，１３Ｂ／１６）、（７Ａ／８，１３Ｂ／１６）であり、各点の近傍を中心とした位置に動電型ドライバのボイスコイルを固着したものであるので、長方形の寸法が決まれば駆動点が容易に算出されるので、設計製造が容易な平面振動板スピーカを提供しうる。

以下、図面に沿って本発明の実施例を説明する。

図１は本発明の平面振動板スピーカの振動板の平面図で、破線の円で示してあるのが、動電型ドライバのボイスコイルが固着される位置である。振動板は長辺（Ａ）が１６０ｍｍ、短辺（Ｂ）が８０ｍｍの長方形を呈し、好ましくはバルサ材のような軽量木材からなるコア材の両面にアルミのスキン材を被覆した材料からなっている。振動板の外周は図示しないエッジを介し図示しない長方形のフレームに振動可能に取り付けられ、さらに振動板の裏面には図中破線で示す８箇所に動電型ドライバのボイスコイル２が固着されている。

この８個のボイスコイル２の中心点は以下の基準で設定されている。これらの点は、長辺に平行な３行の直線上に、一方の長辺側から他方の長辺側に向ってそれぞれ３個、２個、３個が配置され、３−２−３の３行５列の配置となっているところが従来と異なっている。そして３行の直線は一方の長辺からの距離が３Ｂ／１６すなわち１５ｍｍである第１の直線、短辺の中点を通る第２の直線、および他方の長辺からの距離が３Ｂ／１６すなわち１５ｍｍとなる第３の直線の３本であり、第１の直線および第３の直線のそれぞれの直線上の中点および両短辺からの距離がＡ／８すなわち２０ｍｍである点、さらに第２の直線上の両短辺からの距離が５Ａ／１６すなわち６５ｍｍである点の８点が設定されている。そしてこの８点のそれぞれをほぼ中心とするように動電型ドライバのボイスコイル２が固着されており、このボイスコイル２に入力信号が加えられると、振動板１はこの８点において同相で駆動される。

以上のような構成の本実施例の平面振動板スピーカの音圧周波数特性を測定し図２の特性を得た。８ｋＨｚ近くまで大きなピークやディップのない平坦な特性が伸びており、従来の駆動点を２行４列あるいは２行５列、２行３列等２行配列としたものに比べ、大幅に周波数特性が改善されていることが確認された。

本実施例の平面振動板スピーカの振動板の振動姿態を観測したところ、７９５０Ｈｚで（６，４）モードの分割振動が発生することが確認された。図３は本実施例の平面振動板スピーカの振動板の（６，４）モードの分割振動の状態を模式的に示したものである。本実施例では（６，４）モードの分割振動は抑制することができず、この分割振動が発生した７９５０Ｈｚ近辺が高域の限界ということがいえるが、換言すれば（６，４）モード未満より低次モードの分割振動は抑制できていることになり、（０，４）モードの分割振動が現れる従来の２行配列の駆動方式より大幅にピストン領域を拡大し、高域の周波数特性を改善することができる。

図４によって本実施例の平面振動板スピーカの作用を説明する。図４（ａ）は（０，４）モードにおけるＹ軸方向の変位、図４（ｂ）は（６，０）モードにおけるＸ軸方向変位、図４（ｃ）は（６，４）モードにおけるＹ軸方向変位、図４（ｄ）は（６，４）モードにおけるＸ軸方向変位とボイスコイルの相対的な関係を模式的に表したものである。図４（ａ）の（０，４）モード、図４（ｂ）の（６，０）モードにおいては、いずれも中央の行に配置された２個のボイスコイルが両側の行に配置されたボイスコイルと逆相で駆動されることになり、当該モードの分割振動が励起されるのを抑制している。一方（６，４）モードにおいては、図４（ｃ）および図４（ｄ）に示すように同相のボイスコイルで振動モードの腹部が励振されるので、６，４）モードの分割振動が現れることになるのである。

なお、本実施例は振動板として１６０ｍｍ×８０ｍｍのアスペクト比が２である長方形振動板を用いたものを例示したが、この寸法に限定されることなく長辺と短辺の比が１．５〜２．５程度の長方形について幅広く適用して同様の効果が得られるものである。比を１．５〜２．５程度としたのは、１．５以下では正方形の挙動に近くなり、２．５以上では短辺方向の分割振動は影響が小さく無視できる程度であるためである。また、振動板の材料としてアルミハニカムとアルミスキンを複合したものを用いたが、これに限らずこれと同様に軽量でかつ剛性の高い材料であれば、同様の効果をうることができる。さらにドライバとして動電型のものを使用したが、圧電型その他の駆動方式のドライバを用いたものに展開することも可能である。

本発明のスピーカは、再生限界周波数が高くかつ広い指向性を求められる平面振動板スピーカに好適に利用でき、特に長辺と短辺の比が１．５〜２．５程度の長方形スピーカに用いてその効果が顕著に発揮される。

本発明の８点駆動平面振動板スピーカの振動板平面図である。 本発明の８点駆動平面振動板スピーカの音圧周波数特性図である。 本発明の８点駆動平面振動板スピーカの（６，４）モードの振動姿態を説明する模式図である。 本発明の８点駆動平面振動板スピーカの作用を説明するための模式図である。 従来例の８点駆動の平面振動板スピーカの振動板平面図である。 従来例の８点駆動の平面振動板スピーカの音圧周波数特性図である。 他の従来例である６点駆動の平面振動板スピーカの振動板平面図である。 他の従来例である６点駆動の平面振動板スピーカの音圧周波数特性図ある。 更に他の従来例である１０点駆動の平面振動板スピーカの振動板平面図である。 更に他の従来例である１０点駆動の平面振動板スピーカの音圧周波数特性図である。

符号の説明

１ 振動板
２ ボイスコイル
３ 第１の直線
４ 第２の直線
５ 第３の直線

Claims (3)

1. 長辺と短辺の比が１．５〜２．５の長方形振動板を複数の動電型ドライバで駆動する平面振動板スピーカにおいて、長辺に平行な３行の直線上に、一方の長辺側から他方の長辺側に向って各行に３個、２個、３個の駆動点を設け、８個の駆動点を３−２−３の３行配列としたことを特徴とする平面振動板スピーカ。
2. 前記８個の駆動点は、振動の節が長辺方向に６個、短辺方向に４個の（６，４）モード未満より低次の分割振動を抑制するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の平面振動板スピーカ。
3. 前記長方形振動板は長辺の長さをＡ、短辺の長さをＢとし、各頂点を長辺方向をＸ軸、短辺方向をＹ軸とする座標上の（０，０）、（Ａ，０）、（Ａ，Ｂ）、（０、Ｂ）に配したとき、前記８個の駆動点の座標は、（８／Ａ，３Ｂ／１６）、（Ａ／４，３Ｂ／１６）、（７Ａ／８，３Ｂ／１６）、（５Ａ／１６，Ｂ／２）、（１１Ａ／１６，Ｂ／２）、（Ａ／８，１３Ｂ／１６）、（Ａ／４，１３Ｂ／１６）、（７Ａ／８，１３Ｂ／１６）であり、各点の近傍を中心とした位置に前記動電型ドライバのボイスコイルを固着したものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の平面振動板スピーカ。

Images