JP2010199818A - 平板スピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】低音再生能力の低下を抑えながら、振動板上で発生する共振をコントロールし、安価に周波数特性を平坦にすることができる、住宅の天井や壁に設置する形態の平板スピーカを提供する。
【解決手段】枠体と、この枠体の一端に設けられた平板状の振動板と、前記枠体内に設けられると共に、前記振動板に結合され、前記振動板を駆動させる駆動部と、前記振動板が設けられている側とは反対側の枠体の一端に設けられた裏板とからなる平板スピーカであって、前記平板スピーカは、前記駆動部を前記振動板の幾何学的中心に結合すると共に、前記裏板と前記振動板とが、前記枠体内に設けられた結合部材を介して結合されたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、住宅やオフィスビル等の居住空間の壁や天井に設置、使用される平板スピーカに関するものである。

近年、住宅やオフィスビル等の居住空間において、天井や壁のパネルをスピーカの振動板として用い、居住空間内の人物がスピーカの存在を感じずに音楽等を聴取可能となる天井や壁と一体型のスピーカの技術が提案されている。

平板振動板を、エキサイタをはじめとした駆動部によって駆動し、振動板の分割共振を積極的に利用して音を再生する平板スピーカでは、振動板の物性やサイズにもよるが、特定の周波数にて振動板の固有共振による大きなピーク・ディップが周波数特性上で発生し、音質の面で課題があった。

この課題を解決するために、特許文献１に記載の技術では図７に示す様に、振動板上に駆動部を接合する最適な位置関係を設計することで解決を図っていた。

すなわち、図７（ａ）、図７（ｂ）に示すごとく、特許文献１の平板スピーカ１００は、枠体１０１に接合された、あるサイズと物性を持つ振動板１０２に対して、駆動部１０３を最適な位置に接合することで、振動板１０２上で発生する分割共振を効果的に分散させることができ、周波数特性を改善していた。一般的に、駆動部１０３を振動板１０２の幾何学的中心に接合した場合は、振動板１０２の分割共振は対称性を持って発生し、この対称性が特性を劣化させる原因となるため、特許文献１に記載の技術では駆動部１０３と振動板１０２の幾何学的中心とは一致していない。

また、特許文献２に記載の技術では図８に示す様に、振動板の一部に重りを取り付けて部分的に振動板の物性を変化させる方法により、振動板上での共振の発生の仕方を変化させることで解決を図っていた。

すなわち、図８（ａ）、図８（ｂ）に示すごとく、振動板１０２上の重り２０１を取り付けた箇所は、周囲と比較して質量をはじめとした物性値が異なるため、共振が発生する条件も周囲とは異なる。このようにして、振動板１０２上で発生する共振の周波数を分散させることで、周波数特性で現れる鋭いピーク・ディップを軽減し、特性を平坦化する手法が提案されている。

尚、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１および特許文献２が知られている。
特許第３７６３８４８号公報 特表２００２−５２８０１９号公報

しかし、振動板の中心をずらして駆動部を接合する方法では、駆動部から振動板の一次モードの節となる振動板端部までの距離が短くなる箇所ができるため、振動板の一次モードにおける振動面積が小さくなり、低音再生能力が低下するという課題を有している。特に、住宅の天井や壁に設置するスピーカでは、装飾性の点からすっきりとしたデザインが要求されるため、機器自体を低音再生に不向きな薄型にする必要があり、少しでも低音再生に有利な機器が求められる。

また、振動板の一部に重りを取り付ける方法では、大きな効果を得るためには大量の重りを取り付ける必要があり、コスト高や音圧の低下といった課題を有していた。

本発明の目的は、低音再生能力の低下を抑えながら、振動板上で発生する共振をコントロールし、安価に周波数特性を平坦にすることができる、住宅の天井や壁に設置する形態の平板スピーカを提供することを目的とするものである。

本発明の平板スピーカは、枠体と、この枠体の一端に設けられた平板状の振動板と、前記枠体内に設けられると共に、前記振動板に結合され、前記振動板を駆動させる駆動部と、前記振動板が設けられている側とは反対側の枠体の一端に設けられた裏板とからなる平板スピーカであって、前記平板スピーカは、前記駆動部を前記振動板の幾何学的中心に結合すると共に、前記裏板と前記振動板とが、前記枠体内に設けられた結合部材を介して結合されたことを特徴とする。

本発明によれば、駆動部を振動板の幾何学的中心に結合して低音再生能力を保ったまま、振動板と裏板とを結合部材を介して結合し、振動板上のこの結合箇所において振動の節を強制的に設けることで、振動板上で発生する複数の共振をコントロールし、周波数特性を平坦化した平板スピーカを提供できるので、平板スピーカを住宅の天井や壁に設置した際に、良質な音質で音楽を楽しむことが可能となる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における平板スピーカ１の構成について図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態１における平板スピーカ１の背面図である図２の、線Ａ−Ａに沿う断面図である。図３は、構成部品の一つである裏板を取り除いた場合の背面図である。

図１から図３に示されるように、平板スピーカ１は、枠体２と、この枠体の一端に接合された平板状の振動板３と、枠体２内に設けられると共に、振動板３の幾何学的中心に結合された駆動部４と、振動板３が接合されている側とは反対側の枠体の一端に設けられた裏板５と、裏板５と振動板３とを結合するために枠体２内に配置されている結合部材６とを備える。

枠体２は、木で構成される。枠体２は後述する平板スピーカの各部材を支持する部材である。本実施の形態において、枠体２は図３に示すように上面視において略正方形状で、その形状は本実施の形態の場合、一辺が４５ｃｍの四角形としている。

なお、枠体２の材質としては、木の他に樹脂や金属でも形成できる。その際、樹脂を用いた場合は、良好な加工精度が得られるという効果を奏する。さらに、金属を用いた場合は良好な加工精度が得られると共に、枠体の強度が向上し、長期間使用における信頼性が向上するという効果を奏する。但し、例えば住宅内の天井や壁面へ平板スピーカを設置することを考えると、落下等の危険を排除するために各構成部材は軽量である必要があり、全体の構成で大きな占有体積を持つ枠体２は出来る限り軽量な材質であることが望ましい。

天井板や壁板を兼ねた薄い金属と樹脂の複合体でできた振動板３は、略平板状で、その形状は本実施の形態の場合、一辺が４５ｃｍの四角形としている。

本実施の形態で用いている金属と樹脂の複合体は、コア材に低発泡のポリエチレン、スキン材にアルミを用いたサンドイッチ構造の複合材料であり、軽量・高剛性といった特長を備え、耐久性にも優れており、看板やディスプレイ用途として汎用性もあって安価に入手可能であることから、住宅用の大型平板スピーカの振動板としては好ましい。

この振動板３の外周部は、枠体２の一端と接着をはじめとした手段で接合されている。

なお、振動板３の材質としては、金属と樹脂の複合体の他に軽量硬質素材の木や樹脂板、発泡樹脂板、金属板、ハニカム構造板でも形成することは可能である。木を用いた場合、木の内部損失が高いので、周波数特性を平坦に近づけることができる。樹脂板を用いた場合、樹脂の内部損失が高いので、周波数特性を平坦に近づけることができ、また透明な樹脂板を用いることで振動板３に照明としての機能を持たせることも可能である。発泡樹脂板を用いた場合、軽量でかつ内部損失が高いので能率の向上と周波数特性を平坦に近づけることができる。金属板を用いた場合、薄くても十分な強度が得られるため、機器の薄型化が可能である。ハニカム構造板を用いた場合、軽量であるため能率を向上させることが可能である。

また、振動板３の厚みは本実施の形態の場合２ｍｍとしているが、求められるサイズと必要な強度に応じて１ｍｍ〜６ｍｍの板厚を選択することも可能である。

更に、内部損失の高いゴムや発泡樹脂体を介して振動板３と枠体２とを接合することも可能である。その場合、振動板３端での不要共振を軽減することができるため、特性の改善を行うことが可能となる。

また、振動板３は住宅用内装材で形成されてもよい。その場合、平板スピーカ１の装飾性が居住空間に適したものとなり、スピーカの存在を感じることなく音楽を楽しむことが可能となる。

また、振動板３は住宅用天井材で形成されてもよい。その場合、平板スピーカ１の装飾性が居住空間の天井に適したものとなり、スピーカの存在を感じることなく音楽を楽しむことが可能となる。

裏板５は、アルミ等の金属から構成される。裏板５は、振動板３が接合されている側とは反対側の枠体２の一端と接合されている。裏板５は、後述する結合部材６を介して振動板３の振動を抑制する必要があるため、振動板３よりも重たく、また剛性も高いほうが望ましい。また、裏板５が平板スピーカ１から突出すると、平板スピーカ１の装飾性が損なわれるため、裏板５は平板状であることが望ましい。

なお、裏板５の材質としては、金属以外にも木や樹脂、金属と樹脂の複合体でも形成できる。木、樹脂、金属と樹脂の複合体のいずれを用いた場合も、全体を軽量にできるという効果を奏する。

また、裏板５は、枠体２と振動板３と裏板５とで形成する空間が密閉空間になるように枠体２に隙間なく接合されることが望ましい。その場合、振動板３から背面に放射された音が平板スピーカ１の裏側へ漏れることを防止することができ、天井や壁面へ平板スピーカを設置した際の上階や隣室への音漏れを抑制することが可能となる。

駆動部４は、動電型の方法、具体的には動電型のエキサイタによって構成される。動電型のエキサイタは、磁気空隙を有する磁気回路と、この磁気空隙に配挿されるボイスコイルと、このボイスコイルを支持するダンパーと、前記ボイスコイルから発生した振動を伝達する伝達部材から構成されている。駆動部４は振動板３の幾何学的中心に結合され、入力信号に応じて発生した振動により振動板３を駆動する。また、駆動部４は、枠体２と振動板３、裏板５とで形成される空間内に配置され、振動を発生した際に枠体２や裏板５に接触しないサイズで設計されている。

なお、駆動部４は動電型エキサイタの他に、磁歪型エキサイタ、電歪型エキサイタのいずれかを用いて構成されてもよい。磁歪型エキサイタを用いた場合、より重たい振動板を駆動することが可能となり、振動板選定の幅が広がるという効果を奏する。電歪型エキサイタを用いた場合、より薄型が可能になるという効果を奏する。

また、動電型エキサイタの磁気回路部を裏板５に結合することで、振動板３に駆動力を与えた反作用によって駆動部４自身が振動することを防止することができ、特に低音におけるエネルギー損失を抑制することが可能となる。

結合部材６は硬質のゴム材から構成される。結合部材６は裏板５と振動板３との距離と等しい厚みを有しており、枠体２と振動板３、裏板５とで形成される空間内に配置されると共に、振動板３、裏板５とそれぞれ接着をはじめとした手段で結合されている。

以下、本実施の形態における平板スピーカ１の動作について図面を用いて説明する。

図４は、本発明の実施の形態における平板スピーカの音圧−周波数特性を、結合部材６がある場合（実線）と無い場合（点線）で測定した結果である。図５（ａ）は、結合部材６がある状態での、周波数３５０Ｈｚにおける振動板３の振動モードの様子を、レーザードップラー速度計を用いて測定した図である。図５（ｂ）は、結合部材６が無い状態での同一条件による振動モードを示した図である。図６（ａ）は、結合部材６がある状態での、周波数５００Ｈｚにおける振動板３の振動モードの様子を、レーザードップラー速度計を用いて測定した図である。図６（ｂ）は、結合部材６が無い状態での同一条件による振動モードを示した図である。

駆動部４に信号が入力され、駆動部４の振動が振動板３に伝わり、振動板３から音が再生されると、振動板３上に複数の共振が発生し、振動板３のサイズと物性に応じて各周波数で複雑な振動モードが見られる。

ここで、結合部材の無い状態を観測すると、周波数３５０Ｈｚにおける振動板３の動きは、駆動部４の位置とその周囲とで位相が逆の動きをしており、これはお互いに音を打ち消す動作となるため、試聴位置においてはこの部分の音が抜けてしまう。また、周波数特性上では大きなディップとなって現れる。

逆に、周波数５００Ｈｚにおいては、全体にわたってほぼ同じ位相で動作をしているため、試聴位置においては他の帯域よりも音が大きく聞こえる。これは周波数特性上では大きなピークとなって現れる。

次に、本発明の動作について説明するが、本実施の形態では硬質で内部損失の大きな結合部材６が振動板３と裏板５のそれぞれと結合しており、裏板５は振動板３よりも重量があるため、振動板３の、結合部材６との結合箇所は振動することができず、この結合箇所は全ての周波数帯域において振動の節となる。

そのため、結合部材６が無い状態で振動板３上の振動モードを観測した後、特に動作の大きな（暴れている）箇所を、結合部材６を用いて節にしてしまうことで、ピーク・ディップの少ない平坦な周波数特性を安価に作り出すことが可能となる。

なお、駆動部４を振動板３の幾何学的中心に結合し、結合部材６は、駆動部４と枠体２とを結ぶ直線上の中間点よりも枠体２に近い位置に配置されることが望ましい。その場合、低音再生における実質的な振動面積を縮小することがなく、低音再生能力を保ったまま周波数特性を改善することが可能となる。

また、駆動部４を振動板３の幾何学的中心に結合すると、振動モードの現れ方が対称性を持つため、結合部材６の配置は駆動部４を通り、駆動部４と枠体２との距離が最短となる基準線に対して線対称に配置されることが望ましい。

また、結合部材６と振動板３との結合面積が大きくなると、振動板３の振動面積が小さくなり音圧も低下する。結合部材６によって作られる振動板３上の振動の節は、その大きさよりも結合する位置による影響が大きいため、十分な振動面積を確保するという理由から、結合部材６の、振動板３との結合面積はそれぞれ５％以下であることが望ましい。結合箇所の形状に関しては、加工のし易さを考慮すると矩形や円形であることが望ましいが、特に限定するものではない。

結合部材６の個数が１個の場合、対称に発生する共振を抑制するには十分でなく、また、結合部材６の数が多量になると、製造コストが増大すると共に、取付け位置の微妙な誤差によるスピーカ製品ごとの音質のバラつきが課題となる。可聴帯域内で生じる振動モードの形状を考慮すると、結合部材６によって作られる振動の節が８箇所あれば十分必要な特性を作れるため、上記理由により結合部材６の個数は２個以上で、かつ８個以下が望ましい。

また、結合部材６の材質としては、硬質ゴムの他に樹脂、金属、木といった材質でも形成することができる。樹脂や金属を用いた場合、寸法精度と形状安定性に優れるため、結合部材６と裏板５、結合部材６と振動板３との隙間を少なくして強固に結合することが可能となる。木を用いた場合、比重が小さく接着性に優れるため、様々な振動板３と裏板５の組み合わせが可能となる。但し、振動板３上に確実に振動の節を設けるために、結合部材６は内部損失の高い制動材であることが望ましい。

なお、本実施の形態においては、枠体２と振動板３との接合箇所の形状が対称形であるが、枠体２の内周部の形状を非対称な形状にすることで、外観上は対称性を保ったまま、実質的な振動板形状は非対称にすることも可能である。その場合、更に共振を分散させることができ、良質な特性が得られる。

また、駆動部４と振動板３との接合形状を楕円等の非対称形状にすることによって、更に共振を分散させることができ、良質な特性が得られる。

本発明の平板スピーカは、住宅やマンション、オフィスビル等の建築物に設置する音響機器として有用である。

本発明の実施の形態１における平板スピーカ１の（図２のＡ−Ａ）断面図 本発明の実施の形態１における平板スピーカの背面図 本発明の実施の形態１における平板スピーカの構成部品の一つである裏板を排除した際の背面図 本発明の実施の形態１における平板スピーカの音圧−周波数特性図 （ａ）本発明の実施の形態１における平板スピーカの結合部材がある状態での周波数３５０Ｈｚにおける振動モードを示す図、（ｂ）結合部材が無い状態での周波数３５０Ｈｚにおける振動モードを示す図 （ａ）本発明の実施の形態１における平板スピーカの結合部材がある状態での周波数５００Ｈｚにおける振動モードを示す図、（ｂ）結合部材が無い状態での周波数５００Ｈｚにおける振動モードを示す図 （ａ）従来の平板スピーカの正面図、（ｂ）図７（ａ）のＢ−Ｂにおける断面図 （ａ）従来の平板スピーカの正面図、（ｂ）図８（ａ）のＣ−Ｃにおける断面図

１、１００、２００ 平板スピーカ
２、１０１ 枠体
３、１０２ 振動板
４、１０３ 駆動部
５ 裏板
６ 結合部材
２０１ 重り

Claims (18)

1. 枠体と、
   この枠体の一端に設けられた平板状の振動板と、
   前記枠体内に設けられると共に、前記振動板に結合され、前記振動板を駆動させる駆動部と、
   前記振動板が設けられている側とは反対側の枠体の一端に設けられた裏板とからなる平板スピーカであって、
   前記平板スピーカは、前記駆動部を前記振動板の幾何学的中心に結合すると共に、
   前記裏板と前記振動板とが、前記枠体内に設けられた結合部材を介して結合された平板スピーカ。
2. 前記裏板は、平板状である請求項１記載の平板スピーカ。
3. 前記裏板は、振動板より重い請求項１記載の平板スピーカ。
4. 前記結合部材は、制動材である請求項１記載の平板スピーカ。
5. 前記結合部材は、前記駆動部と前記枠体とを結ぶ直線上の中間点よりも前記枠体に近い位置に配置された請求項１記載の平板スピーカ。
6. 前記結合部材は、前記駆動部を通り、前記駆動部と前記枠体との距離が最短となる基準線に対して線対称に配置された請求項１記載の平板スピーカ。
7. 前記結合部材は、前記振動板との結合面積が前記振動板の振動面積の５％以下である請求項１記載の平板スピーカ。
8. 前記結合部材は、２箇所以上で、かつ８箇所以下とした請求項１記載の平板スピーカ。
9. 前記結合部材は、樹脂、ゴム、金属、木のうち、いずれか一種類以上の材料からなる請求項１記載の平板スピーカ。
10. 前記振動板は、樹脂、発泡樹脂、木、金属、金属と樹脂の複合体のうち、いずれか一種類以上の材料からなる請求項１記載の平板スピーカ。
11. 前記金属と樹脂の複合体の構成は、コア材として発泡樹脂、スキン材として金属を用いたサンドイッチ構造からなる請求項１０記載の平板スピーカ。
12. 前記枠体は、木、樹脂、金属のうち、いずれか一種類以上の材料からなる請求項１記載の平板スピーカ。
13. 前記裏板は、金属、樹脂、木、金属と樹脂の複合体のうち、いずれか一種類以上の材料からなる請求項１記載の平板スピーカ。
14. 前記枠体と振動板と裏板とで形成する空間が密閉空間である請求項１記載の平板スピーカ。
15. 前記駆動部は、動電型、磁歪型、電歪型のうちのいずれか一つの方法により駆動される請求項１記載の平板スピーカ。
16. 前記駆動部は、前記裏板に結合された請求項１から請求項１５のいずれか１つに記載された平板スピーカ。
17. 前記振動板は、住宅用内装材で構成された請求項１から請求項１６のいずれか１つに記載された平板スピーカ。
18. 前記振動板は、住宅用天井材で構成された請求項１から請求項１６のいずれか１つに記載された平板スピーカ。

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