JP2009164676A - Passive radiator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はステレオ、マルチチャンネル音響再生機器の低音再生用のバスレフ型スピーカやケルトン型スピーカに使用される、パッシブラジエータに関するものである。 The present invention relates to a passive radiator used for bass reflex speakers and kelton speakers for stereo reproduction of stereo and multi-channel sound reproducing devices.
近年、一般家庭内でのホームシアター再生機器などの普及に伴って、ローコストかつ小型ながら大音圧で低音再生のできる低音再生スピーカの実現が求められている。一般的に、低音再生スピーカはバスレフ型スピーカやケルトン型スピーカーであり、ポートを用いて低音を増強する。しかし大音圧で低音再生するとポートから風切り音ノイズが発生してしまうことが知られている。 In recent years, along with the popularization of home theater playback devices and the like in ordinary homes, there has been a demand for the realization of a low-frequency sound reproduction speaker that can reproduce low-frequency sound with high sound pressure while being low-cost and small. Generally, the bass reproduction speaker is a bass reflex type speaker or a kelton type speaker, and uses a port to enhance the bass. However, it is known that wind noise noise is generated from the port when low sound is reproduced with high sound pressure.
そこで、ポートの代わりにパッシブラジエータを用いたバスレフ型スピーカとすれば、またはポートの代わりにパッシブラジエータを用いたケルトン型スピーカとすれば、ポートの風切り音ノイズを解消することができる。 Therefore, if a bass-reflex speaker using a passive radiator is used instead of a port, or a kelton speaker using a passive radiator is used instead of a port, wind noise noise of the port can be eliminated.
図13は上記従来のバスレフ型スピーカの構成を示す断面図、図14は上記従来のケルトン型スピーカの構成を示す断面図である。図13、図14においてそれぞれ、キャビネット119、129に、ドライバユニット118、128と、パッシブラジエータ117、127が取り付けられている。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the configuration of the conventional bass reflex speaker, and FIG. 14 is a cross-sectional view showing the configuration of the conventional kelton speaker. In FIGS. 13 and 14,
ところがパッシブラジエータは、ポートに比べて大型で部品点数が多いのでコストが高くなりスペースも要すること、また振動板が大振幅時にローリングを発生しがちで安定した大音圧低音再生ができない場合が多いので、あまり使われていなかった。 However, passive radiators are large and have a large number of parts compared to ports, which increases costs and requires space. In addition, there are many cases where stable vibration and low sound reproduction cannot be achieved because the diaphragm tends to roll when the amplitude is large. So it was not used much.
これに対して、部品点数の削減を図ったパッシブラジエータとして、例えば特許文献1に記載されているようなパッシブラジエータが提案されている。図11は、特許文献1に記載された従来のパッシブラジエータの構成を示す断面図である。
On the other hand, for example, a passive radiator described in
図11において、振動板92の表面部92cはエッジ91と一体成型されており、発泡材でできている。振動板の表面部92cの裏側には裏板92dが取り付けられており、樹脂や厚紙でできている。エッジ91はフレーム93に取り付けられている。この構成により、エッジ91だけで振動板92を支持してダンパを用いないので、コストを安くでき奥行きスペーズも小さくできる。
In FIG. 11, the
また一方、大振幅時の振動板のローリングを防いだパッシブラジエータとして、例えば特許文献2に記載されているようなパッシブラジエータが提案されている。図12は特許文献2に記載された従来のパッシブラジエータの構成を示す断面図である。
On the other hand, as a passive radiator that prevents rolling of the diaphragm at a large amplitude, for example, a passive radiator as described in
図12において、フレーム103にエッジ101とダンパ104が取り付けられており、振動板102はエッジ101でその外周部を支持され、またボビン105を介してダンパ104でその内周部を支持されている。そしてウエイト106はボビン105の先端かつ振動系の重心付近に配置されている。この構成により、振動系の重量バランスが取れるのでローリングを防止できる。
しかしながら前述の図11に示すような従来のパッシブラジエータでは、振動板の裏板92dの質量が支配的であるため、振動板92の質量とエッジ91の実効振動質量を含む振動系全体の重心位置Gと、エッジ91の振動板に対する支持部の振幅中心位置91cとが離れているので、および振動板92の質量分布密度が均一なので、振動系の2次共振慣性モーメントが大きく、振動板がローリングを発生しやすくて安定した大音圧再生ができないという問題点があった。これについては本発明の実施の形態1のところで詳しく説明する。
However, in the conventional passive radiator as shown in FIG. 11 described above, since the mass of the
また前述の図12に示すような従来のパッシブラジエータでは、エッジ101とダンパ104の両方で振動板102を支持するので、ダンパ104のスティフネスがエッジ101のスティフネスに加わって振動系が動きにくくなり、低音再生効率が低下する。つまりポートに比べて低音の再生限界周波数が高くなったり、これを防ぐために振動系の質量を増やすと低音がブーミーになる上に能率が低下するという問題点があった。また部品点数が多いのでコストが高くなり奥行きスペースも大きくなるという問題点もあった。
Further, in the conventional passive radiator as shown in FIG. 12 described above, since the
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、振動系が動きやすくて低音再生効率が高く、振動板がローリングを発生せず安定した大音圧低音再生ができ、且つコストが安く奥行きスペースも小さいパッシブラジエータを提供することを目的とする。 The present invention solves such a conventional problem, the vibration system is easy to move, the bass reproduction efficiency is high, the diaphragm does not generate rolling, can stably reproduce the high sound pressure bass, and the cost is low. An object is to provide a passive radiator with a small depth space.
本発明のパッシブラジエータは、ダンパを用いずにロール状のエッジだけで振動板の外周部を支持するものであり、前記振動板の質量と前記エッジの実効振動質量を含む振動系全体の重心位置を、前記エッジの前記振動板に対する支持部の振幅中心位置付近に設け、前記振動板の内周部の質量分布密度を高くするように構成したものである。 The passive radiator of the present invention supports the outer peripheral portion of the diaphragm with only a roll-shaped edge without using a damper, and the center of gravity position of the entire vibration system including the mass of the diaphragm and the effective vibration mass of the edge Is provided in the vicinity of the amplitude center position of the support portion of the edge with respect to the diaphragm, and the mass distribution density of the inner peripheral portion of the diaphragm is increased.
この構成により、振動系の2次共振慣性モーメントを小さくできるので、ダンパを用いずにエッジだけで振動板を支持してもローリングの発生を防止できる。 With this configuration, the secondary resonance moment of inertia of the vibration system can be reduced, so that rolling can be prevented from occurring even if the diaphragm is supported only by the edge without using a damper.
本発明のパッシブラジエータによれば、ダンパを用いないので支持系のスティフネスを小さくでき、低音再生効率を高くすることができる。そして振動板の質量とエッジの実効振動質量を含む振動系全体の重心位置を、前記エッジの前記振動板に対する支持部の振幅中心位置付近に設け、前記振動板の内周部の質量分布密度を高くしたので、振動系の2次共振慣性モーメントが小さくなり、振動板が大振幅時にもローリングを発生せず安定した大音圧低音再生ができる。また部品点数が少ないのでコストを安くすることができ、奥行きスペースも小さくすることができる。 According to the passive radiator of the present invention, since no damper is used, the stiffness of the support system can be reduced, and the bass reproduction efficiency can be increased. A center of gravity position of the entire vibration system including the mass of the diaphragm and the effective vibration mass of the edge is provided in the vicinity of the amplitude center position of the support portion with respect to the diaphragm of the edge, and the mass distribution density of the inner peripheral portion of the diaphragm is determined. Since it is increased, the secondary resonance moment of inertia of the vibration system is reduced, and stable high sound pressure bass reproduction can be achieved without causing rolling even when the diaphragm has a large amplitude. Further, since the number of parts is small, the cost can be reduced and the depth space can be reduced.
また、振動系の最低共振周波数をf0、2次共振モード周波数をfrとした時、fr/f0≧1.4となるように構成することにより、振動系の2次共振慣性モーメントを一層小さくできるため、大振幅時にも一層安定したローリングのない振幅動作を行うことができ、一層大音圧低音再生ができる。 In addition, when the minimum resonance frequency of the vibration system is f0 and the secondary resonance mode frequency is fr, the second resonance moment of inertia of the vibration system can be further reduced by configuring so that fr / f0 ≧ 1.4. For this reason, even when the amplitude is large, it is possible to perform a more stable amplitude operation without rolling, and it is possible to reproduce a higher sound pressure bass sound.
また、振動板の内周部に振動板の材料よりも比重の大きな材料を配置することにより、振動系の2次共振慣性モーメントを一層小さくできるため、一層安定したローリングのない大振幅動作を行うことができ、一層の大音圧低音再生ができる。またパッシブラジエータを一層薄型化することができる。 Further, by arranging a material having a specific gravity larger than that of the diaphragm material on the inner peripheral portion of the diaphragm, the secondary resonance moment of inertia of the vibration system can be further reduced, so that a more stable large-amplitude operation without rolling is performed. It is possible to reproduce a higher sound pressure bass sound. Further, the passive radiator can be further reduced in thickness.
以下に本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
まず、本発明の実施の形態1におけるパッシブラジエータの構成について、図1を参照しながら説明する。図1は本発明の実施の形態1におけるパッシブラジエータの構成を示す断面図である。
(Embodiment 1)
First, the configuration of the passive radiator in the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a passive radiator according to
図1において、フレーム3にエッジ1が取り付けられており、振動板に対するエッジの支持部1aが振動板2の外周部に取り付けられている。つまりロール状のエッジ1だけで振動板2の外周部を支持しており、ダンパを用いていない。エッジ1をロール形状としているのは、大振幅ができること、および大音圧低音再生時のキャビネット内音圧によるキャビネット内外の気圧差により、その他のエッジ形状では降伏変形しやすいからである。
In FIG. 1, an
そして振動板2の質量とエッジ1の実効振動質量を含む振動系全体の重心位置Gを、振動板に対するエッジの支持部の振幅中心位置1cにほぼ揃えている。エッジ1の実効振動質量は、振動板に対するエッジの支持部1aの質量と、エッジ可動部の実効振動質量部1bの合計である。エッジやダンパなどの支持系の可動部の実効振動質量は、可動部全体の内周側から1/3程度の面積分の質量に相当することが知られている。また振動板の内周部2aは厚肉にして質量分布密度を高くしている。逆に言えば、振動板2の外周部の質量分布密度を低くしている。
The center-of-gravity position G of the entire vibration system including the mass of the
次に本実施の形態1のパッシブラジエータの構成部品の、具体的な寸法や材質について説明する。本パッシブラジエータの公称口径は25cmでありフレーム3の外径を指している。エッジ1のロール外径は216mm、ロール内径は172mm、ロール半径は11mm、実効振動半径は97mm、エッジの厚みは1.5mmであり、材質はNBRゴムである。その比重は1.2g/m3である。振動板に対するエッジの支持部1aの内径は160mmである。
Next, specific dimensions and materials of the components of the passive radiator according to the first embodiment will be described. The nominal diameter of this passive radiator is 25 cm, which indicates the outer diameter of the
振動板2の直径は168mmであり、材質はABS樹脂である。その比重は1.06g/m3である。振動板2の厚みは外周部が1.8mmである。厚肉となっている、つまり質量分布密度が高くなっている内周部2aの直径は56mm、厚みは17mmである。内周部2aは振動板2の前後方向に対して後方に3.6mmオフセットしており、内周部2aの振動板2の外周部からの前面側への飛び出しは4mm、後面側への飛び出しは11.2mmである。
The diameter of the
振動板2の質量は82g、振動板に対するエッジの支持部1aの質量は7g、エッジ可動部の実効振動質量相当部1bの質量は6gである。つまり空気の付加質量を含まない振動系の実効振動質量は上記合計の95gである。空気の等価付加質量は約3gでありこれを加えると実効振動質量は約98gであるが、空気の等価付加質量は振動板2の裏表両面に加わるので、またその質量も小さいので、振動系の重心を考える上では無視することができる。
The mass of the
上記の寸法や材質で構成することにより、振動板2の質量とエッジ1の実効振動質量を含む振動系全体の重心位置Gは、振動板2の表面から2.8mmほど後方に、振動板の内周部2aの表面から6.8mmほど後方に位置している。振動板に対するエッジの支持部の振幅中心位置1cは、エッジ材質が厚み方向に均一であるのでエッジ肉厚の中心位置に相当し、振動板2の表面から2.55mmほど後方である。つまり振動板2の質量とエッジ1の実効振動質量を含む振動系全体の重心位置Gは、振動板に対するエッジの支持部の振幅中心位置1cと0.25mmしか離れておらず、両者の位置がほぼ揃っている。
By configuring with the above dimensions and materials, the center of gravity position G of the entire vibration system including the mass of the
言い換えれば本実施の形態1では、振動板に対するエッジの支持部の振幅中心位置1cは振動板2の裏面よりも後方にあるが、質量分布密度を高くした振動板の内周部2aを後方にオフセットさせることにより、振動板2の質量とエッジ1の実効振動質量を含む振動系全体の重心位置Gを後方に移動させ、振動板に対するエッジの支持部の振幅中心位置1cとほぼ揃えているわけである。
In other words, in the first embodiment, the
以上のように構成した実施の形態1のパッシブラジエータの作用、効果について、これから説明するが、その前にまず従来のパッシブラジエータの問題点について、図7、図8、図9、図10を参照しながら詳しく説明する。 The operation and effect of the passive radiator according to the first embodiment configured as described above will be described below. First, referring to FIG. 7, FIG. 8, FIG. 9, and FIG. 10, regarding the problems of the conventional passive radiator. While explaining in detail.
図7、図8は、より一般的な従来のパッシブラジエータの構成を示す断面図であり、特許文献1で説明した図11の従来のパッシブラジエータと動作的には同じものである。この従来のパッシブラジエータの口径は、実施の形態1のパッシブラジエータと同じく25cmである。図7、図8において、それぞれエッジ61、71の各寸法、材質、および振動板に対するエッジの支持部61a、71aの寸法も実施の形態1のパッシブラジエータと同じである。
7 and 8 are cross-sectional views showing the configuration of a more general conventional passive radiator, and are the same in operation as the conventional passive radiator of FIG. 11 described in
図7においては、振動板に対するエッジの支持部61aは振動板62の表面側に取り付けられている。振動板62は直径が172mm、厚みは6mm均一であり、質量分布密度が均一である。振動板62の材質はボール紙であり、その比重は0.59g/m3である。振動板62の質量は82g、振動板に対するエッジの支持部61aの質量は7g、エッジ可動部の実効振動質量相当部61bの質量は6gであり、実施の形態1のパッシブラジエータと同様である。
In FIG. 7, the
この従来のパッシブラジエータの振動板62の質量とエッジ61の実効振動質量を含む振動系全体の重心位置Gは、振動板62の表面から2.5mmほど後方に位置している。振動板に対するエッジの支持部61aの振幅中心位置61cは、振動板2の表面から0.75mmほど前方である。つまり振動板62の質量とエッジ61の実効振動質量を含む振動系全体の重心位置Gは、振動板に対するエッジの支持部の振幅中心位置61cよりも3.25mmほど後方にずれている。
The center of gravity G of the entire vibration system including the mass of the
図8においては、振動板に対するエッジの支持部71aは振動板72の裏面側に取り付けられている。振動板72は直径が168mm、厚みは6.3mm均一であり、質量分布密度が均一である。振動板72の材質はボール紙であり、その比重は0.59g/m3である。振動板72の質量は82g、振動板に対するエッジの支持部71aの質量は7g、エッジ可動部の実効振動質量相当部71bの質量は6gであり、実施の形態1のパッシブラジエータと同様である。
In FIG. 8, the
この従来のパッシブラジエータの振動板72の質量とエッジ71の実効振動質量を含む振動系全体の重心位置Gは、振動板72の裏面から2.8mmほど前方に位置している。振動板に対するエッジの支持部の振幅中心位置71cは、振動板72の裏面から0.75mmほど後方である。つまり振動板72の質量とエッジ71の実効振動質量を含む振動系全体の重心位置Gは、振動板に対するエッジの支持部の振幅中心位置71cよりも3.55mmほど前方にずれている。
The center of gravity G of the entire vibration system including the mass of the
図10は、図8に示した従来のパッシブラジエータの振動板の振動モードを示し、(a)図はその1次共振モード説明図、(c)図はその2次共振モード説明図である。(a)図の1次共振モードは振動系の最低共振周波数におけるものであり、ローリングのない正常な振幅動作を表している。(b)図の2次共振モードはローリングの共振モードに相当し、振動板82が横揺れしエッジ81がねじれる。
10A and 10B show vibration modes of the diaphragm of the conventional passive radiator shown in FIG. 8, where FIG. 10A is a diagram illustrating the primary resonance mode, and FIG. 10C is a diagram illustrating the secondary resonance mode. (A) The primary resonance mode in the figure is at the lowest resonance frequency of the vibration system and represents normal amplitude operation without rolling. (B) The secondary resonance mode in the figure corresponds to the rolling resonance mode, and the
次に従来のパッシブラジエータのように、振動系の重心位置と振幅中心位置がずれているとまた振動板の質量分布密度が均一であると、2次共振慣性モーメントが大きくなりローリングが発生しやすくなることを、定量的に明らかにする。 Next, if the position of the center of gravity and the position of the center of amplitude of the vibration system are deviated as in the case of conventional passive radiators, and if the mass distribution density of the diaphragm is uniform, the secondary resonance moment of inertia increases and rolling is likely to occur. It becomes clear quantitatively.
図9は、パッシブラジエータの振動系の2次共振慣性モーメントの計算概念を示す説明図である。図9において、81aは振動板に対するエッジの支持部、81bはエッジ可動部の実効振動質量相当部、81c振動板に対するエッジの支持部の振幅中心位置、82は振動板、A−A’は2次共振モードの中心軸である。 FIG. 9 is an explanatory diagram showing a calculation concept of the secondary resonance moment of inertia of the vibration system of the passive radiator. In FIG. 9, 81a is an edge support portion for the diaphragm, 81b is an effective vibration mass equivalent portion of the edge movable portion, 81c is the amplitude center position of the edge support portion for the diaphragm, 82 is the diaphragm, and AA 'is 2 This is the central axis of the next resonance mode.
Pは、振動板の質量とエッジの実効振動質量を含む振動系の中の任意の微小質点である。つまりPは、振動板82、振動板に対するエッジの支持部81a、エッジ可動部の実効振動質量相当部81bの中の任意の微小質点である。rは、2次共振モード中心軸A−A’からPまでの鉛直距離である。2次共振慣性モーメントをI、微小質点Pの質量をdmとすると、数1で表されることが物理学上で知られている。
P is an arbitrary small mass point in the vibration system including the mass of the diaphragm and the effective vibration mass of the edge. That is, P is an arbitrary minute point in the
一方、ローリングの発生のしやすさは2次共振先鋭度に依ることを今回見いだした。慣性モーメントが大きい方が物体は動きにくいことが物理学上で知られているので、ローリングも発生しにくいと一般的に考えられがちであるが、逆であることを以下説明する。 On the other hand, the present inventors have found that the ease of rolling is dependent on the secondary resonance sharpness. Since it is known in physics that an object with a larger moment of inertia is less likely to move, it is generally thought that rolling is less likely to occur, but the opposite is explained below.
振動系の2次共振モード周波数(ローリング共振周波数に相当)をfr、振動系の2次共振先鋭度をQr、2次共振慣性モーメントをI、2次共振周波数でのエッジのねじりスティフネスをKr、2次共振周波数でのエッジのねじり機械抵抗をRr、とすると、数2と数3のようになる。従って2次共振慣性モーメントIが大きいほど、2次共振周波数frが低下するとともに2次共振先鋭度Qrが高くなる。
The secondary resonance mode frequency (corresponding to the rolling resonance frequency) of the vibration system is fr, the secondary resonance sharpness of the vibration system is Qr, the secondary resonance moment of inertia is I, the torsional stiffness of the edge at the secondary resonance frequency is Kr, When the torsion mechanical resistance of the edge at the secondary resonance frequency is Rr, the following
キャビネット内の低音の音圧が場所によって不均一になったり、振動板、エッジの厚みや材質がばらついたりして振動系の軸対称バランスが低下すると、振動板にローリング共振を発生させようとする加振力が働く。しかし2次共振先鋭度Qrが低ければ、2次共振モードは制動され、ローリングの発生には至らない。逆に2次共振先鋭度Qrが高いと、上記加振力を受けながら2次共振モードが成長し、ついにはローリングが発生してしまう。 If the sound pressure of the bass in the cabinet becomes uneven depending on the location, or if the thickness and material of the diaphragm and edges vary and the axial symmetry balance of the vibration system decreases, it will try to generate rolling resonance in the diaphragm. Excitation force works. However, if the secondary resonance sharpness Qr is low, the secondary resonance mode is braked and rolling does not occur. On the other hand, when the secondary resonance sharpness Qr is high, the secondary resonance mode grows while receiving the excitation force, and finally rolling occurs.
実験の結果、2次共振モードの成長速度は2次共振先鋭度Qrにだいたい反比例すること、2次共振先鋭度Qrが高いほど早く成長することが分かった。 As a result of the experiment, it was found that the growth rate of the secondary resonance mode is almost inversely proportional to the secondary resonance sharpness Qr, and that the growth is faster as the secondary resonance sharpness Qr is higher.
ローリングの発生を防止するためには、2次共振先鋭度Qrを低くすること、つまり2次共振慣性モーメントIを小さくすることが必要である。 In order to prevent the occurrence of rolling, it is necessary to lower the secondary resonance sharpness Qr, that is, to reduce the secondary resonance inertia moment I.
図9および数1から分かるように、振動系の重心位置と振幅中心位置がずれているとまた振動板の質量分布密度が均一であると、2次共振モードの中心軸A−A’から遠方の微小質点Pの積分値が大きくなり、2次共振慣性モーメントIが大きくなる。従って図7、図8、図11に示すような従来のパッシブラジエータでは2次共振慣性モーメントIが大きい。このため従来のパッシブラジエータでは2次共振先鋭度Qrが大きくなるので、ローリングの発生を防止することができなかった。 As can be seen from FIGS. 9 and 1, if the position of the center of gravity of the vibration system is shifted from the position of the amplitude center, and if the mass distribution density of the diaphragm is uniform, it is far from the center axis AA ′ of the secondary resonance mode. The integral value of the small mass point P becomes larger and the secondary resonance inertia moment I becomes larger. Therefore, in the conventional passive radiator as shown in FIGS. 7, 8, and 11, the secondary resonance inertia moment I is large. For this reason, in the conventional passive radiator, since the secondary resonance sharpness Qr is increased, the occurrence of rolling cannot be prevented.
図9において、2次共振モードの中心軸A−A’から遠方の微小質点Pの積分値を小さくすれば、すなわち振動系の重心位置と振幅中心位置を揃え、また振動板の外周部の質量分布密度を小さくすれば、2次共振慣性モーメントIを小さくすることができる。本実施の形態1では上記を満たすように構成しているので、2次共振慣性モーメントIが小さくなり、大音圧低音再生時にもローリングの発生を防止することができる。 In FIG. 9, if the integral value of the minute mass point P far from the center axis AA ′ of the secondary resonance mode is reduced, that is, the center of gravity position and the amplitude center position of the vibration system are aligned, and the mass of the outer peripheral portion of the diaphragm If the distribution density is reduced, the secondary resonance inertia moment I can be reduced. Since the first embodiment is configured so as to satisfy the above, the secondary resonance inertia moment I becomes small, and the occurrence of rolling can be prevented even during reproduction of high sound pressure bass.
今回、ローリングのしやすさを表すパラメータを見出すことができた。それはパッシブラジエータの振動系の最低共振周波数f0と、2次共振モード周波数(つまりローリング共振周波数)frとの周波数比:fr/f0である。 This time, I was able to find a parameter that represents the ease of rolling. It is a frequency ratio: fr / f0 between the lowest resonance frequency f0 of the vibration system of the passive radiator and the secondary resonance mode frequency (that is, rolling resonance frequency) fr.
最低共振周波数f0は、振動系の実効振動質量をm0、エッジの振幅方向スティフネスをK0とすれば、数4である。一方、上記の数2、数3より、Qr=Kr/(2πfr×Rr)と導き出され、2次共振モード周波数frが低いほど共振先鋭度Qrが高くなることが分かる。
The minimum resonance frequency f0 is given by Equation 4, where m0 is the effective vibration mass of the vibration system and K0 is the amplitude direction stiffness of the edge. On the other hand, Qr = Kr / (2πfr × Rr) is derived from
エッジをロール形状と固定すれば、振幅方向スティフネスK0と、2次共振モード周波数でのエッジのねじりスティフネスKrは、Kr<K0であるが、両者の比:Kr/K0はある一定値αをもつ。またエッジの振幅方向機械抵抗をRmとすれば、2次共振モード振周波数でのエッジのねじり機械抵抗をRrは、Rr<Rmであるが、両者の比:Rr/Rmはある一定値βをもつ。そこでKr=αK0、Rr=βRmとする。 If the edge is fixed to the roll shape, the amplitude direction stiffness K0 and the torsional stiffness Kr of the edge at the secondary resonance mode frequency are Kr <K0, but the ratio between them: Kr / K0 has a certain value α. . If the mechanical resistance of the edge in the amplitude direction is Rm, the torsional mechanical resistance of the edge at the secondary resonance mode vibration frequency is Rr where Rr <Rm, but the ratio between the two: Rr / Rm has a certain value β. Have. Therefore, Kr = αK0 and Rr = βRm are set.
するとQr=Kr/(2πfr×Rr)=αK0/(2πfr×βRm)となり、数4よりK0=m0(2πf0)2 なので、Qr=αm0(2πf0)2/(2πfr×βRm)=(2παf0m0/βRm)/(fr/f0)と導き出される。振動系の質量とエッジを変えない限り(2παf0m0/βRm)は一定値になるので、2次共振先鋭度Qrは、周波数比:fr/f0に反比例する。従って周波数比:fr/f0が大きいほどローリングを発生しにくい。 Then, Qr = Kr / (2πfr × Rr) = αK0 / (2πfr × βRm). Since K0 = m0 (2πf0) 2 from Equation 4, Qr = αm0 (2πf0) 2 / (2πfr × βRm) = (2παf0m0 / βRm) ) / (Fr / f0). Since (2παf0m0 / βRm) is a constant value unless the mass and edge of the vibration system are changed, the secondary resonance sharpness Qr is inversely proportional to the frequency ratio fr / f0. Therefore, rolling is less likely to occur as the frequency ratio fr / f0 is larger.
実験とコンピュータ振動解析を行ったところ、図7、図8の従来のパッシブラジエータでは、f0=20Hz、fr=26Hzであり、fr/f0=1.3であった。これに対して図1の本実施の形態1のパッシブラジエータでは、f0=20Hz、fr=34Hzであり、fr/f0=1.7であった。 As a result of experiments and computer vibration analysis, f0 = 20 Hz, fr = 26 Hz, and fr / f0 = 1.3 in the conventional passive radiator shown in FIGS. In contrast, in the passive radiator of the first embodiment shown in FIG. 1, f0 = 20 Hz, fr = 34 Hz, and fr / f0 = 1.7.
そして、内容積11リットル、ドライバユニット口径16cm、フラット再生周波数帯域50Hz〜100Hz(−3dB)の低音再生用ケルトン型スピーカに、上記従来のパッシブラジエータを用いたところ、振動板振幅が約8mm(peak to peak)付近でローリングを発生した。しかし本実施の形態1のパッシブラジエータでは、振動板振幅が最大振幅限界の約15mm(peak to peak)に達しても全くローリングを発生せず、極めて安定した大音圧低音再生が実現できた。 When the conventional passive radiator is used for a bass reproduction kelton speaker having an internal volume of 11 liters, a driver unit diameter of 16 cm, and a flat reproduction frequency band of 50 Hz to 100 Hz (-3 dB), the diaphragm amplitude is about 8 mm (peak). to peak) rolling occurred. However, in the passive radiator according to the first embodiment, even when the diaphragm amplitude reaches about 15 mm (peak to peak), which is the maximum amplitude limit, no rolling is generated, and extremely stable high sound pressure bass reproduction can be realized.
今回、様々な振動板形状を検討し、周波数比:fr/f0とローリングの状況を調べたので、以下に説明する。図1で説明した本実施の形態1のパッシブラジエータをベースとして、振動板の内周部の質量分布密度を変えながら、実験とコンピュータ振動解析を行った。つまりエッジは本実施の形態1と同じNBRゴム材質で、寸法、厚みも同じものを用い、振動板材質も同じABSとし、振動板外周部の厚みを1.8mm一定とした。そして振動板質量も82g一定としながら、振動板の内周部の形状を変化させた。またいずれも振動板の質量とエッジの実効振動質量を含む振動系全体の振動系の重心位置と、振幅中心位置をほぼ揃えた。 This time, various diaphragm shapes were examined, and the frequency ratio: fr / f0 and the rolling condition were examined, which will be described below. Based on the passive radiator according to the first embodiment described with reference to FIG. 1, experiments and computer vibration analysis were performed while changing the mass distribution density of the inner peripheral portion of the diaphragm. That is, the edge is made of the same NBR rubber material as in the first embodiment, the same size and thickness, the same ABS material is used for the diaphragm material, and the thickness of the outer peripheral portion of the diaphragm is constant at 1.8 mm. The shape of the inner peripheral portion of the diaphragm was changed while the diaphragm mass was also kept constant at 82 g. In both cases, the center of gravity of the vibration system of the entire vibration system including the mass of the diaphragm and the effective vibration mass of the edge and the position of the amplitude center are substantially aligned.
以下に検討を行った振動板の内周部の寸法仕様を示す。仕様1:直径126mm、厚み4.8mm 仕様2:直径100mm、厚み6.6mm 仕様3:直径84mm、厚み8.6mm 仕様4:直径63mm、厚み14mm 仕様5(本実施の形態1に相当):直径56mm、厚み17mm 仕様6:直径42mm、厚み29mm 仕様7:直径31mm、厚み52mm である。
The dimensional specifications of the inner periphery of the diaphragm examined below are shown below. Specification 1: Diameter 126 mm, Thickness 4.8 mm Specification 2: Diameter 100 mm, Thickness 6.6 mm Specification 3: Diameter 84 mm, Thickness 8.6 mm Specification 4:
また参考仕様1として、直径168mmの振動板で厚み3.5mm均一のもの、および参考仕様2として図4に示すパッシブラジエータを、参考仕様3として図5に示すパッシブラジエータを検討した。図4において振動板の内周部32aの寸法は、直径21mm、
厚み(奥行き長さ)110mmである。振動板32の厚みは1.8mmである。図5に示すパッシブラジエータは、振動板外周部に肉厚部42bを設けたものであり、その寸法は外径168mm、内径160mm、厚み10.2mmである。また内周部42aの寸法は直径56mm、厚み10mmである。振動板42の厚みは1.8mmである。
Further, as a
Thickness (depth length) is 110 mm. The thickness of the
以上の仕様1〜7、参考仕様1〜3は、全てf0=20Hzであり、frおよび周波数比:fr/f0、そして上記の低音再生用ケルトン型スピーカに用いた場合のローリングの状況は下記のようになった。
The
参考仕様1はfr=26.8Hz、fr/f0=1.33であり、振動板振幅が約12mm(peak to peak)付近でローリングを発生した。仕様1はfr=27.6Hz、fr/f0=1.38であり、振動板が最大振幅限界の15mm(peak to peak)付近でローリングを発生した。仕様2はfr=28Hz、fr/f0=1.4であり、ローリングを発生しなかった。仕様3はfr=32Hz、fr/f0=1.6であり、ローリングを発生しなかった。仕様4はfr=33.4Hz、fr/f0=1.67であり、ローリングを発生しなかった。仕様5(本実施の形態1に相当)はfr=34Hz、fr/f0=1.7であり、ローリングを発生しなかった。仕様6はfr=35Hz、fr/f0=1.75であり、ローリングを発生しなかった。仕様7はfr=35Hz、fr/f0=1.75であり、ローリングを発生しなかった。参考仕様2はfr=32Hz、fr/f0=1.6であり、ローリングを発生しなかった。参考仕様3はfr=26.2Hz、fr/f0=1.31であり、振動板振幅が約10mm(peak to peak)付近でローリングを発生した。
以上は口径25cmのパッシブラジエータでの実験結果であるが、口径6.5cmの小型パッシブラジエータを用いたバスレフ型スピーカで、また口径30cmのパッシブラジエータを用いたケルトン型スピーカで実験を行っても、同様の周波数比とローリング状況の結果が得られた。以上の結果から、周波数比:fr/f0が1.4以上になるように構成すれば、大音圧低音再生時においてもローリングの発生を防止できることが分かった。 The above is the result of an experiment with a passive radiator with a caliber of 25 cm. Similar frequency ratio and rolling results were obtained. From the above results, it was found that if the frequency ratio fr / f0 is configured to be 1.4 or more, the occurrence of rolling can be prevented even during reproduction of high sound pressure and low sound.
また上記の結果から、振動板の内周部の質量分布密度を高くする時に、内周部の厚み(奥行き長さ)を極端に大きくしても周波数比:fr/f0は大きくならず、かえって低下してしまうことが分かった。これは振動板奥行き前後方向での慣性モーメントが大きくなってしまうためである。また内周部の質量分布密度をせっかく高くしても、外周部の質量分布密度を高くしてしまうと周波数比:fr/f0が大幅に低下し、ローリングを発生してしまう。 In addition, from the above results, when the mass distribution density of the inner peripheral portion of the diaphragm is increased, the frequency ratio: fr / f0 does not increase even if the thickness (depth length) of the inner peripheral portion is extremely increased. It turns out that it falls. This is because the moment of inertia in the longitudinal direction of the diaphragm becomes large. Further, even if the mass distribution density in the inner peripheral portion is increased, if the mass distribution density in the outer peripheral portion is increased, the frequency ratio fr / f0 is significantly reduced, and rolling occurs.
従って以上説明したように本実施の形態1の構成によれば、ダンパを用いないので支持系のスティフネスを小さくでき、低音再生効率を高くすることができる。そして振動板2の質量とエッジ1の実効振動質量を含む振動系全体の重心位置Gを、エッジの振動板に対する支持部の振幅中心位置1bの付近に設け、振動板の内周部2aの質量分布密度を高くしたので、振動系の2次共振慣性モーメントが小さくなり、振動板が大振幅時にもローリングを発生せず安定した大音圧低音再生ができる。また部品点数が少ないのでコストを安くすることができ、奥行きスペースも小さくすることができる。
Therefore, as described above, according to the configuration of the first embodiment, since the damper is not used, the stiffness of the support system can be reduced and the bass reproduction efficiency can be increased. The center of gravity G of the entire vibration system including the mass of the
さらにパッシブラジエータの振動系の最低共振周波数f0と、2次共振モード周波数frとの周波数比:fr/f0を1.4以上となるように構成したので、振動系の2次共振慣性モーメントを一層小さくし2次共振先鋭度を低くすることができるため、大振幅時にも一層安定したローリングのない振幅動作を行うことができ、極めて安定した大音圧低音再生ができる。 Further, since the frequency ratio of the lowest resonance frequency f0 of the vibration system of the passive radiator to the secondary resonance mode frequency fr: fr / f0 is set to 1.4 or more, the secondary resonance moment of inertia of the vibration system is further increased. Since the secondary resonance sharpness can be reduced by reducing the size, it is possible to perform a more stable operation without rolling even at a large amplitude, and a very stable high sound pressure bass reproduction can be performed.
ところで本発明の上記効果を発揮するためには、振動板に対するエッジの支持部の質量が大きいと振動板の外周部で2次共振慣性モーメントが大きくなるので、エッジの支持部の面積または質量が大きすぎないことが望ましい。最終的には周波数比:fr/f0が1.4以上となるように構成すれば問題はない。 By the way, in order to exert the above effect of the present invention, if the mass of the edge support portion with respect to the diaphragm is large, the secondary resonance inertia moment becomes large at the outer peripheral portion of the diaphragm. It is desirable not to be too large. If the frequency ratio fr / f0 is finally set to 1.4 or more, there is no problem.
なお本実施の形態1では振動板2の形状を平面状としたが、振動板形状を浅いコーン型やドーム型とすることが可能である。このような構成にすると振動板自体の固有共振周波数が高くなり、いわゆる振動板の鳴きを防ぐことが容易になる。
In the first embodiment, the shape of the
なお本実施の形態1ではエッジ1の材質をNBRゴムとしたが、発泡ウレタンや、ゴムをコーティングした布などとしてもよいことは言うまでもない。エッジの厚み方向の物性が均一でない場合は、エッジの振動板に対する支持部の振幅中心位置はエッジの応力中心位置と考えればよい。例えばエッジの片側表面にコーティング処理をしてエッジの片側表面だけが硬くなっている場合は、エッジの振動板に対する支持部の振幅中心位置は、エッジ厚みの中心よりもコーティング面に近寄る。
In the first embodiment, the material of the
なお本実施の形態1では、振動板内周部2aを厚みの大きい円板として振動板の内周部の質量分布密度を高めたが、これを厚みの大きいリング形状、四角形など、様々な形状とすることができる。また中心部から外周部にかけて徐々に厚みを減じるような振動板の断面形状とするなどして、内周部の質量分布密度を高めてもよいことは勿論である。
In the first embodiment, the diaphragm inner
またその他、本発明は上記説明した例に限定されるものでないことは言うまでもない。
(実施の形態2)
次に、図2を参照しながら、本発明の実施の形態2におけるパッシブラジエータについて説明する。図2は本発明の実施の形態2におけるパッシブラジエータの構成を示す断面図であり、エッジ11、振動板に対するエッジの支持部11a、エッジ可動部の実効振動質量部11b、フレーム13は実施の形態1と同じなので説明を省略する。また振動板12の外周部の厚みも1.8mmで実施の形態1と同じであり、振動板の材質も同じABS樹脂、質量も同じ82gである。
In addition, it goes without saying that the present invention is not limited to the examples described above.
(Embodiment 2)
Next, a passive radiator according to
本実施の形態2においても、振動板12の質量とエッジ11の実効振動質量を含む振動系全体の重心位置Gを、振動板に対するエッジの支持部の振幅中心位置11cにほぼ揃えている。
Also in the second embodiment, the center-of-gravity position G of the entire vibration system including the mass of the
本実施の形態2においては、振動板12の直径は170mmであり、厚肉となって質量分布密度が高くなっている内周部12aの直径は56mm、厚みは16.7mmである。内周部12aは振動板12の前後方向に対して前方に3.8mmオフセットしており、内周部12aの振動板12の外周部からの前面側への飛び出しは11.2mm、後面側への飛び出しは3.7mmである。
In the second embodiment, the
この構成により、振動板12の質量とエッジ11の実効振動質量を含む振動系全体の重心位置Gは、振動板12の表面から1mmほど前方に、振動板の内周部12aの表面から10.2mmほど後方に位置している。振動板に対するエッジの支持部の振幅中心位置11cは、振動板12の表面から0.75mmほど前方である。つまり振動板12の質量とエッジ11の実効振動質量を含む振動系全体の重心位置Gは、振動板に対するエッジの支持部の振幅中心位置11cと0.25mmしか離れておらず、両者の位置がほぼ揃っている。
With this configuration, the center-of-gravity position G of the entire vibration system including the mass of the
言い換えれば本実施の形態2では、振動板に対するエッジの支持部の振幅中心位置11cは振動板2の表面よりも前方にあるが、質量分布密度を高くした振動板の内周部12aを前方にオフセットさせることにより、振動板12の質量とエッジ11の実効振動質量を含む振動系全体の重心位置Gを前方に移動させ、振動板に対するエッジの支持部の振幅中心位置11cとほぼ揃えているわけである。
In other words, in the second embodiment, the
以上の構成とすることにより、本実施の形態2のパッシブラジエータもf0=20Hz、fr=34Hzであり、fr/f0=1.7であった。そして実施の形態1と同様に振動板が大振幅時にもローリングを発生せず、極めて安定した大音圧低音再生ができた。
(実施の形態3)
次に図3を参照しながら、本発明の実施の形態3におけるパッシブラジエータについて説明する。図3は本発明の実施の形態3におけるパッシブラジエータの構成を示す断面図であり、エッジ21、振動板に対するエッジの支持部21a、エッジ可動部の実効振動質量部21b、フレーム23は実施の形態1と同じなので説明を省略する。また振動板12の外周部の厚みも1.8mmで実施の形態1と同じであり、振動板の材質も同じABS樹脂、質量も同じ82gである。
With the above configuration, the passive radiator of the second embodiment also has f0 = 20 Hz, fr = 34 Hz, and fr / f0 = 1.7. As in the first embodiment, no rolling occurs even when the diaphragm has a large amplitude, and extremely stable high sound pressure bass reproduction can be achieved.
(Embodiment 3)
Next, a passive radiator according to
本実施の形態3においても、振動板22の質量とエッジ21の実効振動質量を含む振動系全体の重心位置Gを、振動板に対するエッジの支持部の振幅中心位置21cに揃えている。
Also in the third embodiment, the center of gravity G of the entire vibration system including the mass of the
本実施の形態3においては、振動板12の直径は168mmで、浅いコーン型としており厚みは1.8mmである。コーン形状となっている部分の外径は158mm、内径は65mm、コーン形状の深さは7.6mmである。厚肉となって質量分布密度が高くなっている内周部22aの表面側直径は61mm、底部の直径は65mm、厚みは13.6mmである。
In the third embodiment, the
内周部22aは、振動板に対するエッジの支持部の振幅中心位置21cに対してオフセットせずに中心に位置している。振動板22の外周部は浅いコーンとなっており、振動板に対するエッジの支持部の振幅中心位置21cから見て、前方と後方に各々同程度の振動板質量が分布するように構成している。
The inner
この構成により、振動板22の質量とエッジ21の実効振動質量を含む振動系全体の重心位置Gは、振動板の内周部22aの表面から6.8mmほど後方に位置している。振動板に対するエッジの支持部の振幅中心位置21cも、振動板の内周部22aの表面から6.8mmほど前方である。つまり振動板12の質量とエッジ11の実効振動質量を含む振動系全体の重心位置Gは、振動板に対するエッジの支持部の振幅中心位置11cと一致している。
With this configuration, the center of gravity G of the entire vibration system including the mass of the
以上の構成とすることにより、本実施の形態3のパッシブラジエータはf0=20Hz、fr=33Hzであり、fr/f0=1.65であった。そして実施の形態1と同様に振動板が大振幅時にもローリングを発生せず、極めて安定した大音圧低音再生ができた。また本実施の形態3では振動板22を浅いコーン型としたので、振動板の固有共振いわゆる鳴きを発生しにくく、再生帯域を高域側に拡大することができる。また外観デザインの自由度を高くすることができる。
(実施の形態4)
次に図6を参照しながら、本発明の実施の形態4におけるパッシブラジエータについて説明する。図6は本発明の実施の形態4におけるパッシブラジエータの構成を示す断面図であり、エッジ51、振動板に対するエッジの支持部51a、エッジ可動部の実効振動質量部51b、フレーム53は実施の形態1と同じなので説明を省略する。
With the above configuration, the passive radiator of the third embodiment has f0 = 20 Hz, fr = 33 Hz, and fr / f0 = 1.65. As in the first embodiment, no rolling occurs even when the diaphragm has a large amplitude, and extremely stable high sound pressure bass reproduction can be achieved. In the third embodiment, the
(Embodiment 4)
Next, a passive radiator according to Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of the passive radiator according to the fourth embodiment of the present invention. The
本実施の形態3においては、振動板52の直径は168mm、厚みは1.8mmであり、材質はABS樹脂である。そして内周部中心に鉄板でできたウエイト52aを取り付けている。その直径は47mm、厚みは3mmである。振動板52とウエイト52aの合計質量は82gである。
In the third embodiment, the
この構成により、振動板52とウエイト52aの質量とエッジ51の実効振動質量を含む振動系全体の重心位置Gは、振動板の52の表面から2.1mmほど後方に位置している。振動板に対するエッジの支持部の振幅中心位置51cは、振動板52の表面から2.55mmほど前方である。つまり振動板12の質量とエッジ11の実効振動質量を含む振動系全体の重心位置Gは、振動板に対するエッジの支持部の振幅中心位置51cと0.45mmしか離れておらず、両者は互いに近い位置にある。
With this configuration, the center of gravity G of the entire vibration system including the masses of the
以上の構成とすることにより、本実施の形態4のパッシブラジエータはf0=20Hz、fr=36.6Hzであり、fr/f0=1.83であった。そして実施の形態1と同様に、振動板が大振幅時にもローリングを発生せず、極めて安定した大音圧低音再生ができた。また本実施の形態4では、振動板の内周部に振動板の材料よりも比重の大きな材料を配置したので振動板の内周部の質量分布密度を高めるためのスペースを小さくすることができ、パッシブラジエータを一層薄型化することができる。 With the above configuration, the passive radiator of the fourth embodiment has f0 = 20 Hz, fr = 36.6 Hz, and fr / f0 = 1.83. As in the first embodiment, no rolling occurs even when the diaphragm has a large amplitude, and extremely stable reproduction of high sound pressure and low sound can be achieved. In the fourth embodiment, since a material having a specific gravity larger than that of the diaphragm is disposed on the inner peripheral portion of the diaphragm, the space for increasing the mass distribution density of the inner peripheral portion of the diaphragm can be reduced. Further, the passive radiator can be further reduced in thickness.
本発明のパッシブラジエータによれば、低音再生効率を高くすることができ、振動板が大振幅時にもローリングを発生せず安定した大音圧低音再生ができる。またコストを安くすることができ、奥行きスペースも小さくすることができる。従ってホームシアター等の低音再生用スピーカばかりでなく、テレビ用スピーカ、車載用スピーカなど、あらゆる音響再生機器に有用である。以上のように、本発明のパッシブラジエータは極めて実用的価値の高いものである。 According to the passive radiator of the present invention, low sound reproduction efficiency can be increased, and stable high sound pressure low sound reproduction can be performed without causing rolling even when the diaphragm has a large amplitude. Further, the cost can be reduced and the depth space can be reduced. Therefore, it is useful not only for low-frequency sound reproduction speakers such as home theaters but also for various sound reproduction devices such as television speakers and vehicle-mounted speakers. As described above, the passive radiator of the present invention has extremely high practical value.
1 エッジ
1a 振動板に対するエッジの支持部
1b エッジ可動部の実効振動質量相当部
1c 振動板に対するエッジの支持部の振幅中心位置
2 振動板
2a 振動板の内周部
3 フレーム
G 振動系の重心位置
DESCRIPTION OF
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