JP2012527811A - コーンラウドスピーカ - Google Patents

Abstract

狭いネック端および広い開口端を有する略円錐台状膜を備える音響的に放射する振動板と、放射膜を補強するための補強構造と、振動板を駆動するように構成されたインターフェイス領域とを備える音響的に放射する振動板を備えるラウドスピーカであり、音声コイルを備えるトランスデゥーサがそのインターフェイス領域を介して振動板を駆動するように取り付けられ、インターフェイス領域は、振動板の振動の第１次モードのノードに位置する。

Description

本願は、一般的に略円錐台状膜を具備する、音響的に放射する振動板を有するラウドスピーカに関する。このような振動板は通常ラウドスピーカの「コーン」と呼称される。

円錐形状は、円錐形状にかかる軸対称外力が、材質の引張力として現れるように本質的に強固である。有利には、このことがかなり薄い膜材の成功利用の可能にする。

競争が激しい市場では、コーンスピーカの性能を改善することを実現するための限りない要求が存在する。図１ａは、コーンラウドスピーカのコーンを図示し、図１ｂは、ネックが、２πステラジアンの無限音響領域内に放射する９３ｍｍ口径を有する従来方式で駆動された際の音圧レスポンスを示す。音圧は、ラウドスピーカから１ｍ離れ、かつ、２°ずつ角度を増加した４６箇所でプロットされる。コーンがその剛性の限界を超えて駆動され、非剛性な挙動を示すと、約１．５ｋＨｚよい高い音圧レスポンスが不規則になり、共鳴が起こることが、図１ｂから分かるだろう。非剛性な挙動は、それが、音圧およびラウドスピーカの方向レスポンスの両方が不均等になる結果において望ましくない。

ラウドスピーカ振動板における剛性のバンド幅が、振動の第１次モードのノードで振動板を駆動することによって延長されることは長きに渡り知られている（ノード駆動）。ノード駆動は、円形振動板であれば振動板周囲が円である振動の第１次モードのノードで駆動されている平板振動板を示す特許文献１に開示された。この手段は長きに亘り知られているが、コーンラウドスピーカに適用されなかった。コーンの形状は、必然的に、振動の第１次モードのノードをその開口端に向けて配置し、これにより、大型の音声コイルの使用を必要とするだろう。大径音声コイルの使用は、効率面で悪影響を有し、関連する磁石システムおよびコイルアセンブリのコストを増加し、このことがノード駆動の実用性をかなり限定してきた。この技術における一般的な慣行は、今まで、コーンをそのネック端から駆動することであった。

特許文献２には、振動板のネック端と、また、振動板の外の、同軸上に離間した位置との両方で駆動される円錐台状振動板を有するラウドスピーカが開示されている。この発明は、高周波数信号をインナー（ネック）ドライブに送り、後に高周波数信号のノードに配置されるアウタードライブに低周波数信号を送るものである。ドライブは、問題になっているドライブが供給している信号の振動板のノードに配置されておらず、これにより、実際にノード駆動は示唆されていない。振動板は、振動の第１次モードのノードで駆動されるのでは全くなく、駆動されるノードは、より高周波数駆動に対応するより高次モードのノードである。さらに、振動板の補強は開示されておらず、従って、アウタードライブは、かなり大きな直径で離間し、上述の問題が浮上する。

特許文献３には、振動板のスロート部分(throat portion)に取り付けられた、後方に延在する音声コイル構成物によって駆動される円錐形振動板を有するラウドスピーカが開示されている。振動板の後方で、かつ第１次ノードポイントで振動板に取り付けられている、前記構成物から半径方向外向きに延在する第２のコーン形状の振動板には付随的なスタビライザーが設けられる。従って、音声コイル構成物が振動板を駆動するインターフェイス領域は、スロート部分とノードポイントの両者の間に延在し、かつ、両者を含んでおり、従って、振動板はノード駆動で駆動されていない。また、付随的なスタビライザーが、不必要にラウドスピーカの深さに延在し、ノードポイントから離れた振動板にほんの僅かな補強をもたらしている。

特開昭５７−０６８９９３号公報 英国特許第３０８３１８号明細書 米国特許第５３２３４６９号明細書 英国特許第２４２３９０８号明細書 英国特許第２４３７１２６号明細書

第１の態様では、本発明は、振動板を動かすアセンブリの一部を形成し、狭いネック端および広い開口端を有する略円錐台状膜を備える、音響的に放射する振動板と、放射膜と振動板を駆動するように構成されたインターフェイス領域とを補強する補強構造と、そのインターフェイス領域を介して振動板を駆動するように取り付けられた音声コイルを有するトランスデューサと、を備え、インターフェイス領域は、振動板を動かすアセンブリの振動の第１次モードのノードに位置する、ラウドスピーカを提供する。

補強構造の適切な構成とともに、振動の第１次モードのノードの位置が、膜のそのネック端に向けて（同類の支持や補強がない構造に比べて）より近くに移動され得、これにより、振動板が、より小さな音声コイルを有するトランスデゥーサを使用するノード駆動されることを可能にする。その結果、振動板のスロート端は、駆動されることがない、または、自由に動くことができる。実際には、振動板のネックまたはスロートは常に非ノードであり、ゆえに本発明によって前述したようなノード駆動できる位置にはなり得ない。

好ましくは、補強構造は、振動板の振動挙動を支配するのに十分な補強効果をもたらたす。補強構造の配置は、振動板の振動の第１次モードのノードが所定位置に位置するように設計されてもよい。ノード位置がこのような素子によって影響されるということで、振動板を動かすアセンブリは、コーン（および補強素子）、フォーマ(former)、コイル、および、ノード位置にあまり影響しないかもしれないサスペンションなどの（ある程度の）アイテムなどの素子を含む。

好ましくは、第１次モードのノードの所定位置、つまり、インターフェイス領域の位置は、標準的な直径を有する音声コイルを有するトランスデゥーサとの適合性をもらすように設計される。このようにして標準部品の使用を可能にすることで、本発明におけるラウドスピーカは低コストで製造できる。

好ましくは、振動板は、振動板をトランスデゥーサに結合するようにインターフェイス領域に配置された連結タブを備える。

好ましくは、トランスデゥーサは、フォーマを備え、その上に音声コイルが取り付けられ、フォーマは、振動板を駆動するように前記連結タブに取り付けられている。音声コイルの内側の空気膣の通気と同時に、動かす構造の質量の低減を可能にすることからタブの使用が好ましいが、代わりのインターフェイスが、円筒状または、他の適切な形状であってもよい。

好ましくは、補強構造はリブから成る。一実施形態では、補強構造は、複数の縦リブから成り、各縦リブは、放射膜のネック端と開口端との間に延在し、各縦リブは、ネック端および／または開口端に向けて厚みが薄くなる。このようにリブを薄くすることは、放射膜の遠位部での質量を減少する。補強構造は、放射膜のネック端および／または開口端での円周リブからなってもよい。円周端リブは、ベルモード(bell modes)を防ぐ補助をする。

好ましい実施形態では、振動板は、複合ラウドスピーカの一部を形成する。ある配置において、ラウドスピーカは、膜のネック端に取り付けられるドーム型振動板をさらに備え、これにより、膜が使用中にドーム振動板によって射出される音波放射の波導路として機能する。振動板を動かすアセンブリは、通常、コーンのネック端および開口端、フォーマ、および音声コイルにエアシールを備えるだろう。実際には、コーン単独でモデリングするのではなく、コーンの内側および外側端でのエアシールが、ノード箇所の位置に影響を及ぼし得ることから、エアシールと一緒にモデリングすることによって最良の結果が得られることが分かった。突き詰めると、最終的な結果に近づく際、フォーマおよび音声コイル自体も、共鳴の第１次モードのノード位置の計算に含まれる。

第２の態様では、本発明は、本発明は、狭いネック端および広い開口端を有する略円錐台状膜と、放射膜を補強する補強構造と、振動板を駆動するように構成されたインターフェイス領域とを備える、音響的に放射するラウドスピーカ振動板を供えてもよく、補強構造は、インターフェイス領域と実質的に同じ位置に振動板の振動の第１次モードのノード配置するように構成される。

好ましくは、振動板は、振動板をトランスデゥーサに結合してもよい連結タブをインターフェイス領域に備える。

第３の態様では、本発明は、音響的に放射するラウドスピーカ振動板の設計方法であって、振動板がトランスデューサに結合されるように意図されたインターフェイス領域の所望位置と実質的に同じ位置に振動板の振動の第１次モードのノードを配置するように膜の適用される補強構造の様々な構成をコンピュータモデリングして成る、略円錐台状膜を備えるラウドスピーカ振動板の設計方法を備える。

本発明のこの態様において設計されるラウドスピーカ振動板は、標準的な、または一般的な直径を有する音声コイルを有するトランスデゥーサを使用して有利にノード駆動されてもよい。

以下に、本発明の実施形態が、添付図を参照に例示目的で説明される。

ラウドスピーカのシンプルなコーン振動板の図である。 ネック駆動の際の図１ａのコーン振動板のシミュレーションした音圧レスポンスを示すグラフである。 本発明の実施形態におけるコーン振動板の前面図である。 図２のコーン振動板の背面図である。 図２に示す軸Ｂ−Ｂに沿った断面図である。 図４のＣと付せられた詳細部の拡大図である。 図２〜図５に示すコーン振動板のシミュレーションした音圧レスポンスを示すグラフである。 本発明の実施形態のダイアフラムを含む複合ラウドスピーカの断面図である。 図７にＢと付せられた詳細部分の拡大図である。

本発明の好ましい実施形態におけるコーン振動板１０を図２〜図５に示す。

特に図３を参照すると、振動板１０は、その狭いネック端１４、広い開口端１６、および、中央縦軸／軸ＸおよびＹに垂直な方向に延在する回転軸を有する略円錐台状膜１２を備える。振動板１０は、ネック端１４から開口端１６の全長に沿って縦に延在する膜１２の裏面上に位置する複数のリブ２０をさらに備える。縦リブ２０の想像上の延長部が、その中央縦軸上の１箇所に収束することから、リブ２０は半径方向であるといえる。振動板１０は、膜１２の開口端１６に位置する円周リブ２５をさらに備える。リブ２０および２５の機能は、振動板１０の剛性に高める、すなわち、曲げ抵抗を増加することである。振動板１０は、隣接する各対のリブ２０の間に位置する複数のタブ３０をさらに備え、タブ３０は、それらのタブが一緒にそのネック端１２および開口端１４の間の膜１２の裏面上の円形壁を部分的に画定するように形状化され、配置される。タブ３０の機能は、下術のように駆動トランスデゥーサの音声コイルアセンブリに振動板を干渉／連結させる手段を提供することである。

コーン振動板は、下記の手順で設計される。先ず、適切な膜１２の寸法が、設計仕様を満たすように選択される。次に、１つ以上のターゲット領域が、駆動トランスデゥーサの音声に干渉／連結するのに望ましいだろうものを介して、膜１２の裏面上に画定される。
ターゲット領域の選択は、とりわけ、可能な限り小さな音声コイル径を保持することを所望することによって、また、標準または容易に入手可能な音声コイルのサイズとの互換により決定される。サイズを指定するような産業標準が存在しないとしても、音声コイルの直径が、１／２インチ間隔、例えば、１２．ｍｍ、２５．４ｍｍ、５０．８ｍｍ、７６．２ｍｍなどになることが一般的または標準的な習慣である。これらのパラメータセットで、振動板１０のコンピュータ補助ノード分析が、様々な適用されるリブの配置で実行される。リブの配置は、振動の第１次モードのノードが、目標とされるインターフェイス領域に適合するまで繰り返し調整される。リブ配置の調整とは、リブの数、リブのパターン、および、各リブ個々の形状を含む様々な形のものであり得る。リブ２０が、一定の厚みを有さないことが図４から分かるだろう。リブの配置を必要に確立して、振動板１０の振動の第１次モードのノードを所望される位置に配置し、この第１次モード／インターフェイス領域に配置される連結タブを有するこの仕様の振動板は一体成形される。

振動板１０の円錐台状膜１２は、図１ａに示す、既知の支持、または補強なしの振動板の膜と同様に寸法決めされる。しかしながら、ノード分析が、図１ａの支持なしの振動板が、（開口端での）その直径の０．８７９である、膜に沿った位置で振動の第１次モードのノードを有する一方、振動板１０の振動の第１次モードのノードは、（開口端での）直径の０．７８である、膜に沿った位置に現れる。従って、本発明の好ましい実施形態で適用されるリブ２０の配置は、膜のネック端に向けて振動の第１次モードのノードをシフトする働きをしたものと理解できる。これらにより、より小さな直径の音声コイルを使用することができる。図６は、振動板１０のシミュレーションされた音圧レスポンスを示し、図１ａに示す既知の支持または補強なしの振動板の音圧レスポンスを超える改善が示されている。さらに、振動板をノード駆動することによって、剛性挙動の限界になるのは振動の第2次モードの周波数になり、それは、下記の表に示すようにリブの適用によってかなり改善されている。

本発明を実施する上で、リブが、大きな剛性効果を生む比較的中実構造であり、例えば、リブは好ましくは少なくとも２ｍｍの厚さであることが好ましい。リブがより中実に作られると、リブは、振動板の振動挙動を支配するようになる。実際に、振動板の振動挙動が、効果的にリブ単体の配置の調整により効果的に調律されてもよいことを意味することから、このようなリブの配置が好まれる。
図７は、全体的に５０と付せられた複合ラウドスピーカの一部を形成するコーン振動板１０を示す。コーン振動板１０は、低周波数音放射を射出するために使用され、また、ドーム振動板５２によって射出される高周波数放射の導波路としての役割も果たす。ドーム振動板５２は、フェイズプラグ５３の後方、振動板１０のネック端のすぐ外側に位置する。このように取り付けられた振動板１０および５２は、聴取者に対して同じ場所にある音源を表現する。ドーム振動板５２およびコーン振動板１０の形状および配置は、特許文献４に開示される好適な範囲内のものである。フェイズプラグ５３は、特許文献５に記載されるもの同等である。

コーン振動板１０は、内側周囲シール５６と外側周囲シール５８との間で吊るされ、トランスデゥーサ６０によって駆動される。トランスデゥーサ６０は、本体部分６２ａおよびトッププレート部分６２ｂを有するヨーク６２と、フォーマ上に取り付けられた音声コイル６６を備える音声コイルアセンブリが配置される隙間６５を有する磁気回路内に配置される磁石６４とを備える。フォーマ６８は、音声コイル６６を支持し、実質的に磁気隙間６５内に位置する第１部分６８ａと、振動板１０上の連結タブ３０への連結をもたらすようにそこから延在する第２部分６８ｂとを備える。トランスデゥーサ６０は、従来通りに作動し、それにより、駆動電流がコイル６６に投入される際に、コイル６６および磁石６４は、磁気的に相互作用して、図７の軸Ｚに沿って前後にフォーマ６８、結果的に振動板１０の移動を引き起こす力を生じる。

上述の方法で設計された振動板は、リブの配置が、例えば、ドライバーの外縁状の可撓性シールを追加する振動効果などの、ラウドスピーカにおける実質的な改善から生じる他の効果を補うように設定され得るというさらなる利点をもたらす。

本発明の別の実施形態では、リブ以外の補強構造が使用されてもよい。一般的なリブ形状ではない別の形状は、例えば、コーンの表面から押し出されたハニカムパターンが使用されてもよい。一実施形態では、サンドイッチ型構造が、要求される補強を実現してもよい。

もちろん、本発明の範囲から逸脱することなく、多くの変更が上述の実施形態になされてもよいことは理解できるだろう。

１０ （コーン）振動板
１４ ネック端
１６ 開口端
２０ （縦）リブ
２５ （円周）リブ
３０ （連結）タブ
５０ ラウドスピーカ
５２ （ドーム）振動板
５３ フェイズプラグ
５６ 内側周囲シール
５８ 外側周囲シール
６０ トランスデゥーサ
６５ 隙間
６２ ヨーク
６２ａ 本体部分
６２ｂ トッププレート部分
６６ （音声）コイル
６８ フォーマ
６８ａ 第１部分
６８ｂ 第２部分

Claims (16)

1. 振動板を動かすアセンブリの一部を形成し、狭いネック端および広い開口端を有する略円錐台状膜を備える音響的に放射する振動板と、
   前記放射する振動板と前記振動板を駆動するように構成されたインターフェイス領域とを補強するための補強構造と、
   前記インターフェイス領域を介して前記振動板を駆動するために取り付けられた音声コイルを備えるトランスデゥーサと、
   を備えるラウドスピーカであって、
   前記インターフェイス領域が、前記接触板を動かすアセンブリの振動の第１次モードのノードに位置することを特徴とするラウドスピーカ。
2. 前記補強構造が、前記振動板の振動挙動を支配することを特徴とする請求項１に記載のラウドスピーカ。
3. 前記第１次モードのノードのインターフェイス領域の位置が、標準的な直径を有する音声コイルを有するトランスデゥーサとの適合性をもたらすことを特徴とする請求項１または２に記載のラウドスピーカ。
4. 前記振動板を前記トランスデゥーサに結合するための、前記インターフェイス領域に位置する連結タブをさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のラウドスピーカ。
5. 前記トランスデゥーサが、前記音声コイルが取り付けられるフォーマを備え、前記フォーマが前記振動板を駆動するために前記連結タブに連結されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のラウドスピーカ。
6. 前記フォーマが筒状であることを特徴とする請求項５に記載のラウドスピーカ。
7. 前記補強構造がリブから成ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のラウドスピーカ。
8. 前記補強構造が、縦リブから成り、前記縦リブそれぞれが、前記放射膜の前記ネック端と前記開口端との間に延在し、前記縦リブそれぞれは前記ネック端および／または前記開口端に向けて厚みが薄くなることを特徴とする請求項７に記載のラウドスピーカ。
9. 前記補強構造が、円周リブから成ることを特徴とする請求項７または８に記載のラウドスピーカ。
10. 前記膜の前記ネック端に取り付けられたドーム型振動板をさらに備え、これにより、前記膜が、使用中に前記ドーム型振動板による射出される音波放射の導波管としての機能を果たすことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のラウドスピーカ。
11. 前記振動板を動かすアセンブリが、前記コーンの前記ネック端に少なくとも１つのエアシール、前記コーンの前記開口端にエアシール、前記フォーマ、および、前記音声コイルをさらに備える請求項１〜１０のいずれか一項に記載のラウドスピーカ。
12. 音響的に放射するためのラウドスピーカ振動板であって、
    狭いネック端および広い開口端を有する略円錐台状膜と、
    放射する前記膜を補強する補強構造と、
    当該振動板を駆動するように構成されたインターフェイス領域と、
    を備え、
    前記補強構造が、前記インターフェイス領域と実質的に同じ位置に当該振動板の振動の第１次モードのノードを配置することを特徴とするラウドスピーカ振動板。
13. 前記補強構造が、前記振動板の振動的な挙動を支配することを特徴とする請求項１２に記載のラウドスピーカ振動板。
14. 前記第１ノード／インターフェイス領域の位置が、標準径の音声コイルを有するトランスデゥーサとの適合性を与えることを特徴とする請求項１２または１３に記載のラウドスピーカ振動板。
15. 前記インターフェイス領域に連結タブをさらに備え、前記連結タブにより当該振動板がトランスデューサに結合されてもよいことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一項に記載のラウドスピーカ振動板。
16. 音響的に放射するラウドスピーカ振動板の設計方法であって、前記振動板がトランスデューサに結合されるように意図されたインターフェイス領域の所望位置と実質的に同一の位置に前記振動板の振動の第１次モードのノードをもたらすように前記膜の適用される補強構造の様々な構成をコンピュータモデリングして成る略円錐台状膜を備えることを特徴とするラウドスピーカ振動板の設計方法。