JP2014511066A - 複合スピーカシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、複合スピーカシステムであって、音再生信号を受信して音を再生し、前面に陥没部を有するコーン型スピーカと、コーン型スピーカの陥没部に内蔵され、コーン型スピーカに入力する音再生信号を共有する分散モードスピーカとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複合スピーカシステムに関する。より詳細には、コーン型スピーカと分散モードスピーカを結合して原音を忠実に再生する複合スピーカシステムに関する。

スピーカとは、電気信号から音を再生する装置である。電気信号が音に変換される過程は、電気信号が振動板の振動に変換され、振動板の振動が空気に疎密波、すなわち音波を発生させ、音波が輻射されることにより人の耳に伝達される。

一般に、スピーカは、低周波再生用スピーカと高周波再生用スピーカを組み合わせて用いる。低周波再生用スピーカと高周波再生用スピーカは、どちらもコーン型スピーカを用いる。低い周波数の音を再生するには、ウーファ（woofer）という大型コーン型スピーカを用い、高い周波数の音を再生するには、ツイータ（tweeter）という小型コーン型スピーカを用いる。

音周波数の全範囲を忠実に再生するためには、１つのスピーカを用いるのではなく、複数のスピーカを組み合わせて用いる。例えば、空間が十分であれば、低周波スピーカと高周波スピーカを分離して設置し、空間が十分でなければ、低周波スピーカに隣接して、又は低周波スピーカの内部に高周波スピーカを配置する。特に、車両内部のように空間が制限される場合は、大きな空間を用いることができないので、低周波スピーカの内部に高周波スピーカを内蔵させる、いわゆる同軸スピーカ（coaxial speaker）構造を採用することがある。すなわち、ウーファである大型コーン型スピーカの前方に、ツイータである小型コーン型スピーカを内蔵する。同軸スピーカ構造においては、ウーファの中にツイータが内蔵されるので、スピーカの設置空間が小さくなるという利点がある。

しかし、コーン型スピーカから発生する音波は相関音であるので、音波が衝突する現象、すなわち干渉現象が発生する。同じコーン型スピーカであるウーファとツイータから発生する音波間に干渉現象が発生すると、スピーカシステムの音響解像度が著しく低下する。特に、同軸スピーカ構造を有するスピーカを複数用いる自動車内部では、このような干渉現象が非常に大きくなる。

本発明は、従来の同軸スピーカ構造の音波干渉を解決することを目的とする。

また、本発明は、同軸スピーカの空間活用度を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、コーン型スピーカと分散モードスピーカを結合した同軸スピーカ構造の複合スピーカシステムを提供する。コーン型スピーカは、前面に陥没部を有し、音再生信号を受信して音波を発生させる。分散モードスピーカは、コーン型スピーカの陥没部に内蔵されるように結合され、コーン型スピーカに入力する音再生信号と同じ音再生信号を受信して音波を発生させる。

本発明の複合スピーカシステムは、分散モードスピーカに入力する音再生信号から低音域の周波数成分を除去して分散モードスピーカに出力するフィルタをさらに備える。

フィルタは、２０Ｈｚ〜６００Ｈｚの範囲に含まれる周波数成分を除去し、好ましくは２０Ｈｚ〜５００Ｈｚ、より好ましくは２０Ｈｚ〜４００Ｈｚの範囲の低音周波数成分を除去する。

フィルタは、コンデンサで構成することができ、その他、回路的に実現することもできる。

分散モードスピーカの振動板は、長方形に構成する。ここで、長方形の振動板はハニカム構造を有する。

分散モードスピーカとコーン型スピーカは、同一軸上に配置する。

コーン型スピーカと分散モードスピーカを結合する１つの方法として、コーン型スピーカのフレームに一端が結合される支持体を備え、分散モードスピーカのフレームを支持体の他端に結合する方法がある。ここで、支持体は、分散モードスピーカの回転を阻止する回転阻止手段を備えてもよい。

コーン型スピーカと分散モードスピーカを結合する他の方法として、コーン型スピーカの外周の一側にコーン型スピーカの内側に向かって連結される固定ロッドを備え、分散モードスピーカが固定ロッドの端部に結合されるように構成することができる。

その他、分散モードスピーカは、コーン型スピーカのフレームを用いることもできる。例えば、分散モードスピーカのボイスコイル部がコーン型スピーカの永久磁石に挿入されて振動するように構成することができる。

コーン型スピーカと分散モードスピーカは、永久磁石の材質にネオジム（ＮｄＦｅＢ）を用いる。

本発明による複合スピーカシステムは、コーン型スピーカの陥没部内にコーン型スピーカと音波干渉のない分散モードスピーカを内蔵させて構成することにより、原音を忠実に再生することができる。

また、本発明の複合スピーカシステムは、同軸スピーカ構造の空間活用度を向上させることにより、狭い空間にも容易にスピーカシステムを設置することができる。

本発明による複合スピーカシステムの構成を概略的に示す斜視図である。 本発明による複合スピーカシステムに音再生信号を伝達する配線図である。 本発明による複合スピーカシステムの第１実施形態を示す断面図である。 本発明による複合スピーカシステムの第２実施形態を示す斜視図である。 本発明による複合スピーカシステムの第３実施形態を示す断面図である。

１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ 複合スピーカシステム
２００ コーン型スピーカ
２１０ コーン
２２０，３２０ ダンパ
２３０，３３０ ボイスコイル部
２４０，３４０ 永久磁石
２５０，３５０ 支柱
２５２，３５２ ナット
３００ 分散モードスピーカ
３１０ 平面振動板
３６０ 両面テープ
５００ 支持体
６００ 固定ロッド

以下、本発明による複合スピーカシステムについて詳細に説明する。

図１は本発明による複合スピーカシステムの構成を概略的に示す斜視図である。

図１に示すように、複合スピーカシステム１００は、コーン型スピーカ２００の陥没部に分散モードスピーカ３００を結合する。

コーン型スピーカ２００は、音再生信号（電気信号）を受信してコーン（cone）状の振動板を振動させることにより音を再生する。

分散モードスピーカ３００は、コーン型スピーカと同様に、音再生信号（電気信号）を受信して振動板を振動させることにより音を再生する。ただし、分散モードスピーカ３００は、コーン状の振動板ではなく、平板状の振動板を用いる。

コーン型スピーカ２００と分散モードスピーカ３００の結合は、分散モードスピーカ３００の前方端部がコーン型スピーカ２００の陥没部の前方端部より前方に突出するように結合することもできるが、図１に示すように、複合スピーカシステム１００の体積を小さくするために、分散モードスピーカ３００の前方端部がコーン型スピーカ２００の陥没部の前方端部より内側に位置するように、すなわちコーン型スピーカ２００の陥没部に内蔵されるように結合することが好ましい。

図２は本発明による複合スピーカシステムに音再生信号を伝達する配線図である。

図２に示すように、分散モードスピーカ３００とコーン型スピーカ２００は、音再生信号を共有する。例えば、コーン型スピーカ２００と分散モードスピーカ３００に入力する音再生信号の信号線を並列接続する。

分散モードスピーカ３００の入力信号は、コーン型スピーカ２００に入力する音再生信号から低音域の低周波成分を除去することが好ましい。このために、フィルタ４００を用いることができる。フィルタ４００としては、コンデンサを用いることができるが、例えば自動車に搭載される複合スピーカシステムの場合、４．７〜１０マイクロファラッド（μＦ）のコンデンサを用いることができる。また、低周波成分をより精密に制御するために、別途のフィルタ回路を構成することもできる。

フィルタ４００が除去する低周波成分は、２０Ｈｚ〜６００Ｈｚの範囲から選択することが好ましい。なぜなら、分散モードスピーカ３００の周波数動作特性において、６００Ｈｚ以下、特に５００Ｈｚ以下ではきれいな音質を実現できないため、複合スピーカシステム全体の音質が低下することがあるからである。ただし、人によって音質の認識能力が異なるので、除去される低周波成分の範囲は、２０Ｈｚ〜６００Ｈｚの範囲内で、設置される複合スピーカシステムの特性を考慮して適宜その範囲を選択することができる。

フィルタ４００は、分散モードスピーカ３００に接続される＋信号線と−信号線のいずれか１つに接続することができるが、信号の入力線の役割を果たす＋信号線に接続されることが好ましい。

図３は本発明による複合スピーカシステムの第１実施形態を示す断面図である。

図３に示すように、複合スピーカシステムは、分散モードスピーカの永久磁石３４０を支持する分散モード用支柱３５０と、コーン型スピーカの永久磁石２４０を支持するコーン用支柱２５０が、それぞれ螺合により支持体５００に連結されている。

図３において、分散モード用支柱３５０に結合される支持体５００は、螺合ではなく、分散モード用支柱３５０と一体型で構成することもできる。そうすると、分散モードスピーカ３００の体積は大きくなるが、分散モードスピーカ３００とコーン型スピーカ２００の結合や分離がより簡単になる。

コーン型スピーカ２００は、一般にフレーム（図示せず）、エッジ（図示せず）、コーン２１０、ダンパ２２０、ボイスコイル部２３０、永久磁石２４０、コーン用支柱２５０などから構成される。

フレーム（図示せず）は、コーン２１０、ダンパ２２０、及びボイスコイル部２３０の外部を囲み、ユニットドライバ全体の重量を支える中心錘の役割を果たし、特にボイスコイル部２３０に流れる電流によりコーン２１０が前後に振動すると発生するユニットドライバの振動を相殺する。材質は、アルミニウム、鋼鉄、強化プラスチックなどである。

エッジ（図示せず）は、フロントサラウンドともいい、コーン２１０の前面の外部ラウンド部分でフレーム（図示せず）に接合し、フレーム（図示せず）の内部と外部間の空気の流入や放出を防止する。材質としては、ゴム、スポンジなどの柔らかく柔軟なものを主に用いる。

コーン２１０は、ボイスコイル部２３０と接合しており、ボイスコイル部２３０の動きに応じて同一方向に揺動し、ボイスコイル部２３０の振幅に応じてコーン２１０も振幅運動する。音を出す中核部分であり、薄く、軽く、かつ強度に優れた材質を用いる。初期には紙を多く用いていたが、その後紙の欠点を改善するためにポリプロピレンなどのプラスチック素材などが用いられるようになり、最近では強度のために金属を含む合金素材を用いる。

音質はコーン２１０の材質により異なり、通常、紙の材質は柔らかく温かい音質となり、プラスチックや金属などは硬質的で冷たい音質となる。

ダンパ２２０は、コーンの背面保護具として一種のスプリングのような役割を果たし、コーン２１０とボイスコイル部２３０の過剰な振幅による異常音の発生を阻止する。ダンパ２２０は、通常、網目状に形成されて弾力性がある。ダンパ２２０の材質としては、縮んだ黄色の綿糸などを主に用いる。

ボイスコイル部２３０は、電気が移動する部分である。ボイスコイル部２３０は、コーン２１０の中心部に接合しており、また少なくとも一部は永久磁石２４０に内蔵される。アンプで生成された音再生信号（電気信号）がボイスコイル部２３０を通過すると、永久磁石２４０の磁場によりボイスコイル部２３０が前後に動き、その際に一側がボイスコイル部２３０に結合されたコーン２１０も同一方向に移動する。このように、ボイスコイル部２３０の振動、それに伴うコーン２１０の振動により音が生成される。

永久磁石２４０は、アルニコ、フェライトなどを材質として用いることができるが、ネオジム（ＮｄＦｅＢ）を用いることが好ましい。ネオジムは、小型でも強い磁場を形成することができ、また機械的強度が高く、割れにくい。このように、ネオジムは永久磁石２４０の体積を小さくすることができ、その結果複合スピーカシステム全体の体積を大幅に小さくすることができるので、狭い場所、例えば自動車の内部に複合スピーカシステムを搭載する際に体積減少の効果を大きく発揮することができる。

コーン用支柱２５０は、ユニットドライバのフレーム（図示せず）と永久磁石２４０が当接しないようにするつっかい棒の役割を果たす。また、中央には雌ネジ部が形成された貫通孔があり、貫通孔に支持体５００が螺合される。コーン用支柱２５０は、通常、アルミニウムなどの非磁性導電体金属で形成される。

分散モードスピーカ３００は、コーン型スピーカ２００と同様に、ダンパ３２０、ボイスコイル部３３０、永久磁石３４０、分散モード用支柱３５０などから構成される。ただし、分散モードスピーカ３００は、コーン型スピーカ２００の振動板のコーン２１０とは異なり、長方形の平面振動板３１０を備える。

分散モードスピーカ３００は、コーン型スピーカ２００の陥没部に内蔵される形態に結合され、支持体５００を介してコーン型スピーカ２００に結合される。支持体５００の両端部にはネジ山が形成されており、ネジ山部分がコーン用支柱２５０と分散モード用支柱３５０の雌ネジ部に回転挿入され、それぞれ反対側からナット２５２、３５２が支持体５００のネジ山に螺合される。

コーン型スピーカ２００と分散モードスピーカ３００が音を再生する際に振動と揺動を繰り返すと、支持体５００の螺合が解除されることがある。これを防止するために、支持体５００、支柱２５０、３５０、又はナット２５２、３５２に、回転防止手段（図示せず）をさらに備えてもよい。回転防止手段（図示せず）は、ピン、楔などで構成することができる。その他、簡単にナット２５２、３５２にワッシャ（図示せず）を挿入することにより、分散モードスピーカ３００の回転を防止することもできる。

分散モードスピーカ３００の振動板３１０は平面になっているので、無方向かつランダムに振動し、分散モードスピーカ３００自体から生成される音波間はもとより、コーン型スピーカの音波とも干渉をほとんど起こさない。

分散モードスピーカ３００の振動板３１０がコーン型スピーカ２００の前方端部より突出するように構成する場合は、分散モードスピーカ３００の振動板３１０の面積をコーン型スピーカ２００の前方端面より大きく構成してもよく、小さく構成してもよい。ただし、分散モードスピーカ３００をコーン型スピーカ２００の陥没部に内蔵させる場合は、分散モードスピーカ３００の振動板３１０の長辺がコーン２１０の開口部の内径より小さくなければならない。このような構成により、コーン型スピーカ２００から生成されて前方に伝播する音響が分散モードスピーカ３００により遮断されることを低減することができる。

分散モードスピーカ３００がコーン型スピーカ２００の陥没部に内蔵される場合、コーン型スピーカ２００から分離されて分散モードスピーカ３００に並列接続される音再生信号の信号線は、コーン型スピーカ２００の振動板を貫通させるか、又は支持体５００の内部に貫通孔を形成し、その内部に信号線を通過させて分散モードスピーカのボイスコイル部３３０に接続することができる。

分散モードスピーカ３００の振動板３１０は、ハニカム構造を有することが好ましい。

例えば、振動板３１０は、アルミニウム材質のハニカムコアを強化プラスチックや紙に圧着した構造に形成することができる。ハニカム構造の振動板は、素材が軽いほど効率がよいので、紙類を圧着した振動板が好ましい。そうすると、分散モードスピーカ特有の音、例えば「うんうん」とうねるような音を減少させることができる。

分散モードスピーカ３００において、振動板３１０とボイスコイル部３３０の前面部の間には、振動板３１０とボイスコイル部３３０を結合する両面テープ３６０が備えられている。両面テープ３６０でボイスコイル部３３０に結合された振動板３１０は、ボイスコイル部３３０の前後振動に連動して前後振動する。

図３においては、支持体５００を結合するための貫通孔が永久磁石２４０とコーン用支柱２５０を全て貫通し、貫通孔の外側にナット２５２を結合するように構成しているが、コーン用支柱２５０のうち上部支柱まで、又はコーン用支柱２５０の上部支柱と永久磁石２４０まで、又はコーン用支柱２５０の下部支柱を貫通しない範囲まで挿入することにより、支持体５００を結合するようにしてもよい。そうすると、ナット２５２は必要なくなる。

図４は本発明による複合スピーカシステムの第２実施形態を示す斜視図である。

図４に示すように、コーン型スピーカ２００の外周の一側に固定ロッド６００を設置する。固定ロッド６００は、その一側をエッジやフレームに固定することができる。固定ロッド６００の他側には、分散モードスピーカ３００を結合して固定する。ここで、固定ロッド６００の他側は、分散モードスピーカ３００がコーン型スピーカ２００と同一軸上に位置するように長さを調整する。

固定ロッド６００は１つで十分である。その場合は、固定ロッド６００の幅や厚さを十分に大きくしなければならない。しかし、分散モードスピーカ３００を安定して支持するためには２つ以上備えることが好ましく、そうすると、固定ロッド６００の幅や厚さを小さくすることができる。

固定ロッド６００の他側において、分散モードスピーカ３００は、両面テープ（図示せず）により固定ロッド６００に固定される。その他、固定ロッド６００の他側にリング結合具又はネジ結合具などを備え、これに対応する対応結合具を分散モードスピーカ３００に備え、これらを結合することにより分散モードスピーカ３００を固定ロッド６００に固定することもできる。

図５は本発明による複合スピーカシステムの第３実施形態を示す断面図である。

図５に示すように、図５の分散モードスピーカ３００は、振動板３１０、ダンパ３２０、ボイスコイル部３３０、両面テープ３６０を備える。図５の複合スピーカシステムは、図３の複合スピーカシステムとは異なり、永久磁石３４０、分散モード用支柱３５０、ナット２５２、３５２、支持体５００を備えていない。

図５の複合スピーカシステムにおいては、分散モードスピーカ３００がコーン型スピーカ２００のフレームに結合される。すなわち、分散モードスピーカ３００が、コーン型スピーカ２００と同様に、コーン型スピーカ２００の永久磁石２４０及びコーン用支柱２５０に挿入され、コーン型スピーカ２００の振動メカニズムと同じ方式で振動して音響を再生する。すなわち、平面振動板３１０は、ボイスコイル部３３０に結合されており、コーン型スピーカ２００の永久磁石２４０内でボイスコイル部３３０が動くことにより、平面振動板３１０も連動して同一方向に振動する。

図５の構成は、複合スピーカシステムを簡単にすることができ、重量と体積を小さくすることができる。

図３〜図５の構成を有する本発明の複合スピーカシステムは、次のように動作する。

コーン型スピーカ２００に入力する音再生信号が分散モードスピーカ３００に並列接続されているので、コーン型スピーカ２００と分散モードスピーカ３００は音源を共有する。

コーン型スピーカ２００から分離されて分散モードスピーカ３００に入力する音再生信号は、フィルタ４００により２０Ｈｚ〜６００Ｈｚの低音域が除去され、分散モードスピーカ３００に入力する。このように、分散モードスピーカ３００に入力する音再生信号から低周波成分を除去すると、分散モードスピーカ３００の振動板３１０が大きく振動することにより生じる音質低下の問題を解消することができる。これは、複合音響（layered sound）は、コーン型スピーカの生成する相関音と分散モードスピーカの生成する無相関音が５００Ｈｚ〜５ｋＨｚ又は６００Ｈｚ〜５ｋＨｚの帯域で共に再生される際に最も理想的な音を出すことにも関連する。

コーン型スピーカ２００はコーン２１０が前後に振動することにより特定波面を有する波長を生成し、分散モードスピーカ３００は長方形の振動板３１０が不規則に振動することにより波面をほとんど形成しない波長を生成するため、分散モードスピーカ３００の再生音とコーン型スピーカ２００の再生音は互いに干渉を起こさない。その結果、ユーザは、低音用ウーファと高音用ツイータが同軸に結合された従来のスピーカ構造に比べて、非常に改善された音質の音を聞くことができる。また、分散モードスピーカの特性に起因する低音域の再生における難題をフィルタで解決することにより、コーン型スピーカと分散モードスピーカによる原音再生を改善することができる。

本発明は、低音用ウーファと高音用ツイータが同軸に結合された従来の同軸スピーカ構造や、低音用ウーファと高音用ツイータが隣接して配置される従来のスピーカ構造から出力する音質より改善された音質を提供するために開発されたものである。よって、本発明の複合スピーカシステムに加えて、高音用ツイータをウーファの側面に別途に備えることもでき、そうすると本発明のスピーカ構造、すなわちウーファ内に分散モードスピーカを結合したスピーカ構造と比較して、よりよい音質を提供することができる。さらに、ウーファに隣接する高音用ツイータにも分散モードスピーカを内蔵することができ、そうするとさらによい音質を提供することができる。なぜなら、前述した通り、コーン型スピーカの生成する相関音と分散モードスピーカの生成する無相関音が５００Ｈｚ〜５ｋＨｚ又は６００Ｈｚ〜５ｋＨｚの帯域で共に再生される際に最も理想的な音を出すが、低音域を出力するウーファと高音域を出力するツイータの周波数分布が５００Ｈｚ〜５ｋＨｚ又は６００Ｈｚ〜5ｋＨｚの帯域にも存在するので、分散モードスピーカをウーファだけでなく、ツイータにも結合することが好ましい。

また、本発明は、空間効率性の確保という目的を達成するために、ウーファ又はツイータ内に分散モードスピーカを内蔵させる構造を開示しているが、分散モードスピーカをウーファやツイータの外部に隣接させて配置することを排除するものではない。

前述した実施形態は、本発明の技術的思想を説明するためのものであり、権利範囲を限定するものではない。よって、本発明の権利範囲は、特許請求の範囲の記載により決定されるべきである。また、特許請求の範囲に記載された本発明の思想を逸脱しない範囲内において、当該技術分野の当業者であれば、本発明の思想を多様に修正又は変更することができるものと予想され、それらの修正又は変更は本発明の権利範囲に含まれるものと解される。

本発明の複合スピーカシステムは、車両などに利用する目的で提案されたものであり、その他、家庭、聖堂、教会、教室、音楽室などにも利用することができる。

Claims (13)

1. 音再生信号を受信して音を再生し、前面に陥没部を有するコーン型スピーカと、
   前記コーン型スピーカの前記陥没部に内蔵され、前記コーン型スピーカに入力する音再生信号を共有する分散モードスピーカとを備えることを特徴とする複合スピーカシステム。
2. 前記分散モードスピーカに入力する音再生信号から低音域の周波数成分を除去して前記分散モードスピーカに出力するフィルタをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の複合スピーカシステム。
3. 前記分散モードスピーカは長方形の平面振動板を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の複合スピーカシステム。
4. 前記長方形の平面振動板はハニカム構造を有することを特徴とする請求項３に記載の複合スピーカシステム。
5. 前記フィルタは２０Ｈｚ〜６００Ｈｚの範囲に含まれる周波数成分を除去することを特徴とする請求項２に記載の複合スピーカシステム。
6. 前記フィルタはコンデンサであることを特徴とする請求項２又は５に記載の複合スピーカシステム。
7. 前記分散モードスピーカの軸中心は前記コーン型スピーカの軸中心と同一線上にあることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の複合スピーカシステム。
8. 前記コーン型スピーカのフレームに一端が結合される支持体を備え、
   前記分散モードスピーカのフレームは前記支持体の他端に結合されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の複合スピーカシステム。
9. 前記支持体は前記分散モードスピーカの回転を阻止する回転阻止手段をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の複合スピーカシステム。
10. 前記コーン型スピーカの外周の一側に前記コーン型スピーカの内側に向かって連結される固定ロッドを備え、
    前記分散モードスピーカは前記固定ロッドの端部に結合されることを特徴とする請求項１から７いずれか一項に記載の複合スピーカシステム。
11. 前記コーン型スピーカと前記分散モードスピーカはネオジム（ＮｄＦｅＢ）の磁石を用いることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の複合スピーカシステム。
12. 前記分散モードスピーカは前記コーン型スピーカのフレームを用いることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の複合スピーカシステム。
13. 前記分散モードスピーカのボイスコイル部は前記コーン型スピーカの永久磁石に挿入されて振動することを特徴とする請求項１２に記載の複合スピーカシステム。

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