JP2015109579A - 電気音響変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】一対の湾曲形成された振動面を有する振動体の形状を損なうことなく、その振動体とボイスコイルモータ等の変換部とを強固に接続した安価な電気音響変換器を提供する。【解決手段】一対の縦割り筒状面５が並列に形成されるとともに、隣接する縦割り筒状面５の一方の側部どうしの間で谷部６を形成した振動体１と、振動体１を谷部６の深さ方向に沿って往復駆動するアクチュエータ２とを備え、振動体１の谷部６は、一対の縦割り筒状面５が互いに接合する接合部分を介して形成され、谷部６の底部には、幅方向を谷部６の深さ方向として帯状部１３が、谷部６の延在方向に沿って設けられており、アクチュエータ２は、帯状部１３の長さ方向の途中位置に接続され、これらアクチュエータと帯状部との接続部は、帯状部１３の幅方向に延びて形成されている。【選択図】 図６

Description

本発明は、縦割り筒状面を振動させて音を再生するスピーカ又は音を収集するマイクロホンに好適な電気音響変換器に関する。

リッフェル型スピーカは、一対の長方形の湾曲板により振動板が構成され、中高音域での指向性がよく、また、振動板の湾曲方向に沿う横方向に音が広がり、縦方向にはほとんど広がらないという特性を有する。

このようなリッフェル型スピーカとして、従来、例えば特許文献１又は特許文献２に開示されたものがある。
特許文献１には、高分子樹脂フィルムの中央部分にボイスコイルとしての導電体パターンをプリント形成し、その中央部分を折り返し加工して接着することによって、導電体パターンを有する平板状の部分と、湾曲形状の第１，第２の振動部とを一体化して備える振動板が形成されており、この振動板の平板状の部分は磁気回路内の磁気ギャップ内に配置され、両振動部の先端は支持部材に固定された構造のスピーカが開示されている。
特許文献２には、振動板中央部が凹部を形成した状態で折り返され、その凹部内に、長円の環状に巻回された偏平なボイスコイルが配置され、そのボイスコイルを上下に離間した二つの磁気ギャップ内に配置した構造のスピーカが開示されている。このスピーカにおいても、振動板の外周部は、環状のフレーム上に固定されている。
また、特許文献３には、略断面Ｖ字型の振動板の谷底に導体を挟持し、この導体を磁界内に設置した構造のスピーカが開示されている。
さらに、特許文献４には、折曲形成された振動板の折曲部を圧電素子に直接結合した構造のスピーカが開示されている。

特開２００２−７８０７９号公報 特開２００７−１７４２３３号公報 実公昭６２‐１４７９４号公報 特開昭５８‐１８２９９９号公報

特許文献１から３に記載されるスピーカは、振動板の中央の折り返し部分に、その長さ方向に沿う長尺状のボイスコイルを取り付けて、そのボイスコイルの駆動力によって振動板を一体に駆動する構成とされていることから、ボイスコイルが特殊な形状とされ、高価になる傾向がある。
一方、特許文献４に記載されるスピーカは、振動板中央の折曲部を圧電素子に結合した構造とされており、汎用的な圧電素子をアクチュエータとして使用することができる。この場合、その第２図に示すように振動板の長さと圧電素子の直径とをほぼ同じ大きさにするか、又は、第４図に示すように多数の圧電素子を一列に並べて、その列の上に振動板を固定するようにしている。第２図に示すスピーカでは振動板が圧電素子に対応して限られた大きさのものしかできず、また、第４図に示すスピーカでは多数の圧電素子が必要になる。また、これら圧電素子と振動板とを接続する場合、圧電素子の接続部は円形表面であるのに対して、振動板の接続部は直線状であるため、これらを強固に固定することが難しく、特許文献４では、第２図等に示すように、振動板の折曲部に所定幅の平坦部を形成し、その平坦部の裏面を圧電素子の表面に接合している。このため、この平坦部により音響特性を損なうおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、一対の湾曲形成された振動面を有する振動体の形状を損なうことなく、その振動体とボイスコイルモータ等の変換部とを強固に接続した安価な電気音響変換器を提供することを目的とする。

本発明の電気音響変換器は、一対の縦割り筒状面が並列に形成されるとともに、隣接する前記縦割り筒状面の一方の側部どうしの間で谷部を形成した振動体と、該振動体の前記谷部の深さ方向に沿う振動と該振動に対応する電気信号との変換を行う変換部とを備え、前記振動体の前記谷部は、前記一対の縦割り筒状面が互いに接合する接合部分を介して形成され、該谷部の底部には、幅方向を前記谷部の深さ方向とした帯状部が、前記谷部の延在方向に沿って設けられており、前記変換部は、前記帯状部の長さ方向の途中位置に接続され、前記変換部と前記帯状部との接続部は、前記帯状部の前記幅方向に延びて形成されていることを特徴とする。

この電気音響変換器は、変換部と振動体との接続部が振動体の帯状部の幅方向に延びて形成されているので、その接続部の面積を大きくすることができ、振動体と駆動変換部とを強固に接続し得て、振動体と変換部との間で振動を確実に伝達することができる。しかも、変換部として汎用のボイスコイルモータ等を適用することが可能であり、安価に製造することができる。この場合、振動体の谷部の底部に変換部を接続しているので、振動体の縦割り筒状面及び谷部の形状を損なうことはなく、優れた音響特性を維持することができる。

本発明の電気音響変換器において、前記変換部には、前記帯状部の面方向に沿う偏平部が形成されており、前記接続部は、前記帯状部と前記偏平部とを重ね合わせて固定しているとよい。
このような構造とすることにより、変換部と振動体との接続面積を大きくすることができ、より強固に接続することができる。

本発明の電気音響変換機において、前記変換部に、前記帯状部の延在方向に沿う凹溝部が設けられており、前記接続部は、前記帯状部を前記凹溝部に係合させて固定しているとよい。
このような構造とすることにより、接続部は振動体の帯状部の両側に配置されることになり、変換部と振動体とを強固に接続することができる。

本発明の電気音響変換器において、前記帯状部には、前記変換部の一部を嵌合可能なキャップが一体に設けられており、前記接続部は、前記キャップに前記変換部の一部を嵌合させて固定しているとよい。
変換部の一部を振動体のキャップに嵌合させて固定することで、振動体と駆動変換部とを強固に接続することができ、振動を正確かつ確実に伝達することができる。

本発明の電気音響変換器は、振動体と変換部との接続部が振動体の帯状部の幅方向に延びて形成されているので、振動体と変換部とが強固に接続され、これらの間で確実に振動を伝達することができ、しかも、変換部として汎用のボイスコイル等を適用することが可能であり、安価に製造することができる。

本発明の第１実施形態のスピーカを示す分解斜視図である。 図１のスピーカの組立状態を示す斜視図である。 図２のスピーカの上面図である。 図３のＡ−Ａ線で切断したスピーカの半断面斜視図である。 図３のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図である。 振動体と１個のアクチュエータとの接続部付近の斜視図である。 振動体を示す縦断面図である。 ボイスコイルの他の変形例を説明する斜視図である。 ボイスコイルのさらに他の変形例を説明する斜視図である。 図９の分解斜視図である。 振動体のさらに他の変形例を説明する斜視図である。

以下、本発明の電気音響変換器をスピーカに適用した実施形態について図面を参照して説明する。
図１〜図７は、本発明の第１実施形態のスピーカを示す。
この実施形態のスピーカ（電気音響変換器）は、振動体１と、この振動体１を往復駆動するアクチュエータ（変換部）２と、これら振動体１及びアクチュエータ２を支持するための支持枠３と、振動体１を支持枠３に往復移動自在に支持するエッジ部４とを備えている。
なお、図１において、エッジ部４が設けられている側を上、アクチュエータ２が設けられている側を下とするように上下方向を設定し、後述するように矩形状に形成されている支持枠３の長辺方向を縦方向又は長さ方向、短辺方向を横方向とする。また、上方を向く面を表面、下方を向く面を裏面とし、さらに、図示したように、縦方向（長さ方向）をｘ方向、横方向をｙ方向、上下方向をｚ方向と称する場合もあるものとする。

振動体１は、一対の縦割り筒状面５が並列に形成されるとともに、隣接する縦割り筒状面５の一方の側部どうしの間で谷部６を形成した表面形状とされている。図示例の振動体１は、縦割り筒状面５に沿って湾曲形成された一対の湾曲板１１と、これら湾曲板１１を連結する連結板１２とにより構成されており、両湾曲板１１の谷部６を形成している側部どうしが接合されている。連結板１２は、その谷部６の両端に、谷部６全体を塞ぐように設けられている。
なお、この振動体１においては、谷部６の延在方向が縦方向又は長さ方向、これと直交する方向が横方向である。
この振動体１は、その材質が限定されるものではなく、スピーカの振動板として一般的に用いられる合成樹脂、紙、金属等の材料を用いることができ、例えば、ポリプロピレン、ポリエステル等の合成樹脂からなるフィルムを真空成形することにより、比較的容易に成形することができる。

また、湾曲板１１の縦割り筒状面５は、必ずしも単一円弧面でなくてもよく、複数の曲率を連続させたもの、縦割り筒状面５の周方向（横方向）に沿う断面が放物線形状やスプライン曲線など曲率が一定ないし連続的に変化するもの、角筒状面としたもの、階段状に複数の段差部を有する形状としたものなどを採用することができ、一方向（縦割り筒状面５の周方向：横方向）に湾曲し、その一方向と直交する方向（縦割り筒状面５の縦方向）へは直線状となっている。そして、一対の湾曲板１１が、その凸となる方向を同じ表面側に向けて並列に配置されるとともに、隣接する側部どうしが、接線方向を共通にして接合されている。したがって、谷部６は、両湾曲板１１の間に、縦割り筒状面５の縦方向に沿う直線状に形成されている。両湾曲板１１の接合部分が帯状部１３となっており、この帯状部１３は、例えば、図６及び図７に示すように、両湾曲板１１の一側部どうしを谷部６の深さ方向に沿う一定の幅で接着することにより、谷部６の延在方向に沿って形成される。そして、この帯状部１３の長さ方向（縦割り筒状面５の縦方向）の途中の位置（好ましくは中央の位置）に、後述するアクチュエータ２が接続される。
また、均一な音源を得るために、図５及び図７に示すように、両湾曲板１１を谷部６の接線Ｌに対して線対称に形成することが好ましい。

アクチュエータ２は、例えばボイスコイルモータが用いられ、湾曲板１１の帯状部１３の長さ方向の途中位置に接合されたボイスコイル２０と、支持枠３に固定された磁石機構２１とにより構成される。図１及び図２に示す例では、湾曲板１１の帯状部１３の長さ方向に間隔をおいて２個のアクチュエータ２が設けられている。
ボイスコイル２０は、円筒状のボビン２０ａの回りにコイル２０ｂが巻回されたものである。この場合、図６等に示すように、コイル２０ｂはボビン２０ａの上端部を除いて巻回されており、そのボビン２０ａの上端部がコイル２０ｂよりも上方に突出し、かつ半径方向に押し潰されることにより、ボビン２０ａの上端部に軸方向かつ直径方向に沿って偏平部１５が形成されている。そして、この偏平部１５が湾曲板１１の帯状部１３の一側面に重ね合わせられ、接着剤等を介して固着されることにより、振動体１とボイスコイル２０との接続部１６が形成されている。この接続部１６は、帯状部１３の幅方向及び長さ方向に延びて広い面積で形成される。
そして、このボイスコイル２０の外周部がダンパー２２を介して支持枠３に支持されており、ボイスコイル２０は支持枠３に対してボイスコイル２０の軸方向に沿って往復移動自在である。ダンパー２２は一般的なダイナミックスピーカに用いられる材料のものが適用される。
磁石機構２１は、環状の磁石２３と、この磁石２３の一方の極に固定されたリング状のアウターヨーク２４と、他方の極に固定されたインナーヨーク２５とを備えており、インナーヨーク２５の中心のポール部２５ａの先端部がアウターヨーク２４内に配置されることにより、これらアウターヨーク２４とインナーヨーク２５との間に、環状に磁気ギャップ２６が形成され、この磁気ギャップ２６内にボイスコイル２０の端部（コイル２０ｂが巻回されている部分）が挿入状態に配置されている。

支持枠３は、例えば金属材により成形され、図示例では、矩形の枠状に形成されたフランジ部３０と、フランジ部３０の下方に延びる複数のアーム部３１と、これらアーム部３１の下端に形成された一対（アクチュエータ２の個数分）の環状フレーム部３２とを備えている。そして、そのフランジ部３０内の空間に、谷部６がフランジ部３０の長辺方向と平行となるように振動体１が配置され、振動体１の周縁部、つまり両湾曲板１１の帯状部１３とは反対側の側部及び連結板１２の上端部がエッジ部４を介してフランジ部３０の上面に支持されている。したがって、エッジ部４は、振動体１の外周部に対応して矩形の枠状に形成される。このエッジ部４も、一般的なダイナミックスピーカに用いられている材料のものを適用することができる。
この実施形態では、支持枠３とエッジ部４によって振動体１を谷部６の深さ方向（ｚ方向）に振動可能に支持する支持部３５が構成されている。

このように構成されたスピーカは、振動体１に固定されたアクチュエータ２のボイスコイル２０にオーディオ信号に応じた駆動電流が流れると、その駆動電流によって生じる磁束変化と、磁気ギャップ２１内の磁界とにより、ボイスコイル２０に駆動電流に応じた駆動力が作用し、磁界と直交する方向（ボイスコイル２０の軸方向、図５では矢印で示す上下方向）にボイスコイル２０を振動させる。これにより、このボイスコイル２０に接続されている振動体１が、谷部６の深さ方向に沿って振動し、その縦割り筒状面５から振動による再生音が放射される。
この場合、縦割り筒状面５が振動面となるので、リッフェル型スピーカに用いられている振動板と同様に、縦割り筒状面５の周方向に沿う横方向への音の指向性が広く、縦方向には狭いという特性を有する。また、リッフェル型スピーカと同様に中高音域で広い指向性を有している。

また、上記実施形態では、振動体１は、その外周部がエッジ部４により支持枠３に支持されているので、接合部１３から外周部までの全体がアクチュエータ２によって一様に振動し、いわゆるピストンモーションによる振動が生じる。このため、ダイナミックスピーカと同様に、低音域においても高い音圧を有する。
したがって、１本のスピーカユニットにより低音域から中高音域までの可聴帯域の全域で広い指向性で再生可能なフルレンジスピーカユニットを実現することができる。このスピーカを振動体１の谷部６を連続させるように縦列状態に複数並べることにより、ラインアレイスピーカシステムを構築することができ、線音源の理想的な音空間を提供することができる。

また、振動体１の谷部６の底部には、その谷部６の延在方向に沿って帯状部１３が設けられ、振動体１とアクチュエータ２０のボイスコイル２０との接続部１６において、ボイスコイル２０の上端部の偏平部１５が振動体１の帯状部１３の側面に重ね合わせられて固着（固定）されている。このように、振動体１とアクチュエータ２のボイスコイル２０とは、振動体１の帯状部１３とボイスコイル２０の偏平部１５との接続部が広い面積で固定されるので、直線状の帯状部１３と円筒状のボイスコイル２０との異形どうしの接続であるにもかかわらず、これらが強固に接続され、アクチュエータ２の往復運動を確実に同じ方向の振動体１の往復運動へと伝達することができる。したがって、周波数の高い高音域においても、アクチュエータ２の駆動を振動体１に確実に伝達することができ、高音域で高い音圧を得ることができる。
しかも、本実施形態のスピーカには、アクチュエータ２として、通常のダイナミックスピーカに用いられているものを適用することができ、安価に製造することができる。
更に、前述したように両縦割り筒状面５は、その谷部６において接線Ｌを共通にした形状として形成されるとともに、この谷部６に接線Ｌと同じ方向に沿って往復振動するアクチュエータ２が接続される。このため、アクチュエータ２の往復運動を、湾曲板１１の端部に効率よく印加することができ、湾曲板１１を応答速度が速く、伝達時の損失も少なく駆動することができる。
また、谷部６の両端が開放状態であると、振動板１により放射された音波の一部が、その開放された空間を通って湾曲板１１の裏面側に抜けていくが、連結板１２により谷部６の両端が塞がれた状態となっているので、音波の湾曲板１１の裏面側への抜けを防止し、振動体１の前面の全体から効率的に放音することができる。

図８〜図１１は、本発明のスピーカを構成する振動体とアクチュエータとの接続部のその他の実施形態を示している。これらの図において、第１実施形態と共通要素には同一符号を付して説明を簡略化する。また、いずれの図も振動体と１個のアクチュエータとの接続部付近のみを示している。
図８に示す第２実施形態では、アクチュエータのボイスコイル２０は、そのボビン２０ａのコイル２０ｂよりも上方部分は円筒状のままであるが、二点鎖線で示すように、その円筒状の上端部に、振動体１の帯状部１３の延在方向に沿う凹溝部４１がボイスコイル２０の直径方向に設けられており、この凹溝部４１に振動体１の帯状部１３が係合して固定されている。この場合、振動体１の帯状部１３の外面と凹溝部４１の内面とが接着されて接続部４２を形成しており、これにより、接続部４２は、帯状部３の幅方向に延びて形成される。
凹溝部４１に帯状部１３を嵌合させているので、単に円筒状のボイスコイルの開口部上に帯状部１３を載置して接合する場合と比べて、凹溝部４１の深さの分だけ振動体１とボイスコイル２０とを強固に接続することができる。

図９及び図１０に示す第３実施形態では、アクチュエータのボイスコイル２０には、ボイスコイル２０の上端の開口部を塞ぐダストキャップ５１が設けられており、このダストキャップ５１に振動体１を固定する構成とされる。ダストキャップ５１は、円形の天板部５１ａとその外周縁に形成された周壁部５１ｂとを有しており、その天板部５１ａの上面を直径方向に横断するように凹溝部５１ｃが設けられ、この凹溝部５１ｃに振動体１の帯状部１３を係合させて固定している。このダストキャップ５１の裏面は、凹溝部５１ｃの部分が下方に突出して突出部（図示略）が形成されており、ボイスコイル２０の上端部には、ダストキャップ５１の突出部を係合するための切欠部５２が形成されている。ただし、この切欠部５２は必ずしもなくてもよい。
この実施形態の場合も、ダストキャップ５１の凹溝部５１ｃ内に振動体１の帯状部１３が係合し、振動体１の帯状部１３の外面と凹溝部５１ｃの内面とが接着されて接続部５３を形成しており、したがって、接続部５３は、帯状部１３の幅方向に延びて形成される。また、凹溝部５１ｃはダストキャップ５１の天板部５１ａを横断して形成されているので、帯状部１３との接続部５３は、帯状部１３の幅方向だけでなく長さ方向（天板部５１ａの直径方向）にも延びて形成される。そして、このような接続部５３としたことにより、ダストキャップ５１に振動体１の帯状部１３を面によって強固に接続できるとともに、ダストキャップ５１自体もボイスコイル２０の上端部に面によって強固に接続できることから、振動体１にアクチュエータの駆動力を正確かつ確実に伝達することができる。

図１１に示す第４実施形態では、振動体１の湾曲板１１の一側部の大部分が接合されて帯状部１３が形成されているが、この帯状部１３の長さ方向の中央部に、ボイスコイル２０の上端部（接合部）と嵌合可能なキャップ５５が一体に形成されている。このキャップ５５は、湾曲板１１の一側部のうちの中央部を接合せずに、これらを横方向（ｙ方向）に拡げるように半円形に変形させて、天板部５５ａと周壁部５５ｂとを有する形状に形成したものであり、帯状部１３の長さ方向に直径方向を一致させて形成されている。
そして、ボイスコイル２０は二点鎖線で示すように円筒状のまま用いられ、キャップ５５にボイスコイル２０の上端部が嵌合して接着され、これらキャップ５５の周壁部５５ｂの内周面とボイスコイル２０の上端部の外周面とが面接触状態で接着した接続部５６が形成されている。
この実施形態の場合も、アクチュエータと振動体１とを帯状部１３の幅方向及び長さ方向に沿う面によって強固に接続することができ、アクチュエータの駆動力を振動体１に正確かつ確実に伝達することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、第１実施形態における振動体を湾曲板と連結板とにより構成したが、連結板は必ずしもなくてもよい。また、連結板を設ける場合も、湾曲板の間を全面的に連結するものでなくともよく、高さ方向の上端部、下端部あるいは中間部のみを連結するものであってもよい。
また、均一な音源を得るためには両湾曲板は、谷部の中心（接線Ｌ）に対して線対称に形成したが、本発明においては、必ずしも線対称でなくてもよい。
上記実施形態では振動体をエッジ部により支持枠に往復移動自在に支持したが、本発明においては、エッジ部を有しないものも含むものとする。エッジ部を設けない場合は、連結板をなくした状態で両湾曲板の接合部とは反対側の側部を支持枠に固定する。その固定部分で、湾曲板の側部を剛体ではなく柔軟な材質のもので挟んだ状態に固定するとよく、そのような固定構造とすることにより、湾曲板の振動が固定部分で反射することを低減することができる。
さらに、振動体を往復駆動する変換部として、ボイスコイルモータを適用したが、ボイスコイルモータに代えて、圧電素子等を用いてもよい。
また、前述の実施形態では、図１等に示すように振動体の帯状部の長さ方向（ｘ方向）に間隔をおいて二箇所に変換部を設けたが、変換部は２個に限らず、振動体の帯状部の長さ方向（ｘ方向）の中央部に１個、あるいは帯状部の長さ方向に間隔をおいて３個以上配置してもよい。また、剛性の高い補強材等を帯状部に沿わせて固着することにより、帯状部を補強してもよい。
さらに、上記実施形態ではいずれも本発明をスピーカに適用したが、本発明をマイクロホンに適用することも可能である。本発明をスピーカに適用する場合は、ボイスコイルモータ等の変換部が、音声信号に基づく電気信号を振動体の振動に変換するが、本発明をマイクロホンに適用する場合も、変換部としてボイスコイルモータ等を用いることができ、その場合の変換部は、音波を受けて振動する振動体の振動を電気信号に変換する。そして、本発明を適用したマイクロホンは、縦割り筒状面が振動面であり、その振動体と変換部とが強固に接続されていることにより、その振動が確実に伝達され、感度を維持しながら指向性が良好となり、低音域から高音域まで広い周波数帯域に亘って広い指向性で収音することができる。

１…振動体、２…アクチュエータ（変換部）、３…支持枠、４…エッジ部、５…縦割り筒状面、６…谷部、１１…湾曲板、１２…連結板、１３…帯状部、１６…接続部、２０…ボイスコイル、２０ａ…ボビン、２０ｂ…コイル、２１…磁石機構、２２…ダンパー、２３…磁石、２４…アウターヨーク、２５…インナーヨーク、２５ａ…ポール部、２６…磁気ギャップ、３０…フランジ部、３１…アーム部、３２…環状フレーム部、４１…凹溝部、４２…接続部、５１…ダストキャップ、５１ｂ…凹溝部、５２…切欠部、５３…接続部、５５…キャップ、５５ａ…天板部、５５ｂ…周壁部、５６…接続部

Claims (4)

1. 一対の縦割り筒状面が並列に形成されるとともに、隣接する前記縦割り筒状面の一方の側部どうしの間で谷部を形成した振動体と、該振動体の前記谷部の深さ方向に沿う振動と該振動に対応する電気信号との間の変換を行う変換部とを備え、前記振動体の前記谷部は、前記一対の縦割り筒状面が互いに接合する接合部分を介して形成され、該谷部の底部には、幅方向を前記谷部の深さ方向とした帯状部が、前記谷部の延在方向に沿って設けられており、前記変換部は、前記帯状部の長さ方向の途中位置に接続され、前記駆動変換部と前記帯状部との接続部は、前記帯状部の前記幅方向に延びて形成されていることを特徴とする電気音響変換器。
2. 前記変換部には、前記帯状部の面方向に沿う偏平部が形成されており、前記接続部は、前記帯状部と前記偏平部とを重ね合わせて固定していることを特徴とする請求項１記載の電気音響変換器。
3. 前記変換部に、前記帯状部の延在方向に沿う凹溝部が設けられており、前記接続部は、前記帯状部を前記凹溝部に係合させて固定していることを特徴とする請求項１記載の電気音響変換器。
4. 前記帯状部には、前記変換部の一部を嵌合可能なキャップが一体に設けられており、前記接続部は、前記キャップに前記変換部の一部を嵌合させて固定していることを特徴とする請求項１記載の電気音響変換器。

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