JP2022183621A - スピーカユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 スピーカユニットにおける磁気回路の内部空間に発生する定在波を抑制する。
【解決手段】 コンプレッションドライバ１００は、底面部１３１ｂと底面部１３１ｂに対する突出部１３１ｖとを有するヨーク１３１と、底面部１３１ｂ上に配置される磁石１３２と、磁石１３２上に配置され、突出部１３１ｖとの間に磁気ギャップＡＧを形成するトッププレート１３３と、磁気ギャップＡＧに配置されるボイスコイル１１３と、ヨーク１３１、磁石１３２およびトッププレート１３３により囲まれる空間ＢＳ内に底面部１３１ｂから離れて配置され、少なくとも一部に開口部１６２を有する仕切部材１６１と、を含む。
【選択図】図１

Description

この発明は、ダイナミック型スピーカのスピーカユニットに関する。

周知の通り、ダイナミック型スピーカのスピーカユニットは、ボイスコイルが設けられた振動板と、同ボイスコイルが配置される磁気ギャップを有する磁気回路とを備えている。このスピーカユニットでは、磁気ギャップ内のボイスコイルへの通電により、振動板を駆動し、放音を行う。

特許第５５６０８９３号

スピーカユニットにおいて、ユニット内部の空間に定在波が発生し、放音の音質が劣化する問題がある。この問題に関連して、特許文献１の図５には、ホーンスピーカの磁気回路に空気流通路を設け、ユニット内部空間と外部空間とを連通させたものが記載されている。

この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、スピーカユニットにおける磁気回路の内部空間に発生する定在波を抑制することを目的とする。

この発明は、底面部と前記底面部に対する突出部とを有するヨークと、前記底面部上に配置される磁石と、前記磁石上に配置され、前記突出部との間に磁気ギャップを形成するトッププレートと、前記磁気ギャップに配置されるボイスコイルと、前記ヨーク、磁石およびトッププレートにより囲まれる空間内に前記底面部から離れて配置され、少なくとも一部に開口部を有する仕切部材と、を含むスピーカユニットを提供する。

この発明の第１実施形態であるコンプレッションドライバの構成を示す断面図である。 同実施形態における共鳴器の構成を示す平面図である。 図２のＩ－Ｉ’線断面図である。 一般的な吸音材の吸音率の周波数特性を例示する図である。 同実施形態の効果を示す図である。 この発明の第２実施形態であるヘッドホンドライバの構成を示す断面図である。 この発明の第３実施形態であるウーハユニットの構成を示す断面図である。

以下、図面を参照し、この発明の実施形態を説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、この発明の第１実施形態であるコンプレッションドライバ１００の構成を示す断面図である。このコンプレッションドライバ１００は、振動板１１０およびフェイズプラグ１５０によりホーンスピーカのホーンのスロート部１４０に空気圧力波を供給し、放音を行わせるスピーカユニットとして機能する。図１では、上方向がホーンスピーカの放音方向となっている。

振動板１１０は、ドーム形状をなしている。このドーム形状をなしている部分の周囲はエッジと呼ばれる円環状の周縁部１１１により取り囲まれている。この周縁部１１１において放音方向を向いた面には、中空円筒状のボイスコイルボビン１１２が配置されており、このボイスコイルボビン１１２にはボイスコイル１１３が巻回されている。また、周縁部１１１は、放音方向のロケーターリング１２３、反対側のターミナルリング１１４で挟み込むようにして接着、固定されている。

バックカバー１２０は、図１において上側が開口部となった中空円筒状の部材である。図１において、バックカバー１２０の下側の底面には、吸音材１２１が配置される。バックカバー１２０の開口部付近の領域は下段の内側周縁部１２２ａおよび上段の外側周縁部１２２ｂからなる階段状をなしており、内側周縁部１２２ａにターミナルリング１１４の外周領域が配置され、外側周縁部１２２ｂにロケーターリング１２３の外周領域が配置される。バックカバー１２０は、この開口部内のターミナルリング１１４から突出した振動板１１０を受け容れる。バックカバー１２０と、ターミナルリング１１４と、振動板１１０は、密閉された空間を形成している。

磁気回路１３０は、ヨーク１３１と、磁石１３２と、トップップレート１３３とにより構成されている。ヨーク１３１の底面中央は、円錐台形状に凹んでおり、ホーンスピーカのホーンのスロート部１４０となっている。ヨーク１３１は、このスロート部１４０を取り囲む円環状の底面部１３１ｂと、この底面部１３１ｂの中央付近においてスロート部１４０を取り囲んで振動板１１０側に突出した略円筒形状の突出部１３１ｖとからなる。磁石１３２は、円環状の磁石であり、底面部１３１ｂの一方の面において突出部１３１ｖの外側の領域に配置されている。トッププレート１３３は、円環状の磁性体であり、磁石１３２とロケーターリング１２３との間に挟まれている。磁石１３２は、Ｎ極またはＳ極の一方が底面部１３１ｂと接触し、Ｎ極またはＳ極の他方がトッププレート１３３と接触している。

フェイズプラグ１５０は、円錐状部材１５１、円錐状部材１５１の外周を取り囲む環状部材１５２、および環状部材１５２の外周を取り囲む環状部材１５３を各々の間にスリット１５４、１５５を空けるようにして一部連結した構造になっている。フェイズプラグ１５０における振動板１１０に対向する集音面１５７は、振動板１１０に沿って湾曲している。

ヨーク１３１の突出部１３１ｖにおいて、放音方向と反対方向（すなわち、図１における下方向）の端面には凹部が形成されており、この凹部にはフェイズプラグ１５０における集音面１５７と反対側の領域が収容されている。そして、ヨーク１３１の突出部１３１ｖの外側面とトッププレート１３３の内側面の間には磁気ギャップＡＧがある。磁気回路１３０を一巡する磁束はこの磁気ギャップＡＧを横切る。この磁気ギャップＡＧには、振動板１１０の外周のボイスコイルボビン１１２に巻回されたボイスコイル１１３が配置される。

ボイスコイル１１３には、音声信号に基づく交流電流が通電される。磁気ギャップＡＧの磁界中にあるボイスコイル１１３に交流電流が流れると、ボイスコイルボビン１１２には、フェイズプラグ１５０の中心軸方向の駆動力が与えられ、ボイスコイルボビン１１２の固定された振動板１１０が振動する。振動板１１０が振動すると、振動板１１０とフェイズプラグ１５０の間の空間ＯＳがフェイズプラグ１５０の各スリット１５４、１５５を介して押し出され、あるいは引き戻される。そして、この押し出され、あるいは引き戻される空気の粗密波が、音波としてホーンのスロート部１４０に供給され、ホーンから外部空間へ放射される。

ここで、図１に示すように、磁気回路１３０には、ヨーク１３１、磁石１３２およびトッププレート１３３により囲まれた空間ＢＳが生じる。そして、放音時に、振動板１１０、ボイスコイルボビン１１２およびボイスコイル１１３が振動すると、この空間ＢＳ内に定在波が発生し、何も策を講じないと、この定在波により放音の音質が劣化する。

そこで、本実施形態では、このヨーク１３１、磁石１３２およびトッププレート１３３により囲まれた空間ＢＳ内に、一部に磁気ギャップＡＧ側を向いた開口部１６２を有する円環状の仕切り部材１６１が配置される。この仕切り部材１６１は、底面部１３１ｂから離れて配置され、空間ＢＳを、磁気ギャップＡＧ側の円環状の空間ＢＳ１と、仕切り部材１６１および底面部１３１ｂに挟まれた円環状の空間ＢＳ２に区切る。そして、本実施形態では、仕切り部材１６１および底面部１３１ｂに挟まれた円環状の空間ＢＳ２を管共鳴器として機能させ、空間ＢＳに発生する定在波を減衰させる。また、本実施形態では、定在波の減衰量を増加させるために、仕切り部材１６１および底面部１３１ｂに挟まれた円環状の空間ＢＳ２内に吸音材１６３が充填される。

図２は図１における空間ＢＳ内の管共鳴器をボイスコイル１１３側から見た平面図である。また、図３は図２のＩ－Ｉ’線断面図である。この例において、仕切り部材１６１は、円環状のアルミニウム板であり、その内周に沿って等間隔の位置に４個の半円状の開口部１６２が設けられている。本実施形態において、仕切り部材１６１および底面部１３１ｂに挟まれた円環状の空間ＢＳ２は、これらの開口部１６２を励振源とする管共鳴器として機能する。

本実施形態では、空間ＢＳに発生する定在波の周波数に基づいて、仕切り部材１６１に沿った隣り合う２つの開口部１６２間の距離が決定される。すなわち、空間ＢＳ２の定在波周波数が空間ＢＳの定在波周波数に近づくように、隣り合う開口部１６２の距離を決定する。このようにすると、仕切り部材１６１の各開口部１６２が空間ＢＳ内の定在波に基づく励振源となり、仕切り部材１６１および底面部１３１ｂに挟まれた円環状の空間ＢＳ２を共鳴させ、円環の円周方向を波長方向とし、空間ＢＳ内の定在波と同じ波長λを有する定在波を発生させることができる。具体的には、各開口部１６２に空気粒子速度波の腹（音圧波の節）が位置する定在波を空間ＢＳ２内に発生させる。この共鳴状態では、管共鳴器（空間ＢＳ２）内の各位置において音の音圧と空気粒子速度が高くなり、空気粘性によるエネルギー消費が大きくなる。従って、空間ＢＳに発生する定在波を効果的に減衰させることができる。

また、本実施形態では、仕切り部材１６１および底面部１３１ｂに挟まれた円環状の空間ＢＳ２内に吸音材１６３が充填される。このため、吸音材１６３により管共鳴器（空間ＢＳ２）内のエネルギー消費を増やし、空間ＢＳに発生する定在波をさらに効果的に減衰させることができる。

図４は一般的な吸音材の吸音率の周波数特性を例示する図である。この例では、吸音材の体積が一定となるよう、厚みと面積を変えて管共鳴器に吸音材を充填した場合の吸音材の垂直入射吸音率の解析結果を示している。図４において横軸は吸音材に垂直に入射する音の周波数、縦軸は垂直入射吸音率である。垂直入射吸音率とは、吸音材に対する入射音のエネルギーから反射音のエネルギーを減算したものを入射音のエネルギーにより除算した値である。図４には１ｍｍの厚みの吸音材の垂直入射吸音率Ｄ１と、２ｍｍの厚みの吸音材の垂直入射吸音率Ｄ２と、４ｍｍの厚みの吸音材の垂直入射吸音率Ｄ４と、８ｍｍの厚みの吸音材の垂直入射吸音率Ｄ８と、１６ｍｍの厚みの吸音材の垂直入射吸音率Ｄ１６と、３２ｍｍの厚みの吸音材の垂直入射吸音率Ｄ３２と、６４ｍｍの厚みの吸音材の垂直入射吸音率Ｄ６４が示されている。

図４に示すように、吸音材の垂直入射吸音率の周波数特性にはピークが発生する。このピークは、吸音材厚み方向の定在波によるものである。同様にして吸音材１６３が充填された円環状の空間ＢＳ２でも管路長手方向の定在波により、吸音率ピークが発生する。すなわち、菅共鳴器に定在波に励起されると、管共鳴器内の各位置において音の音圧と空気粒子速度が高くなり、管共鳴器内に吸音材１６３を設置した場合はその吸音材１６３でのエネルギー消費が大きくなるためである。図４に示されているように、吸音材１６３の厚み、すなわち、管共鳴器の管路長を変えることで、垂直入射吸音率がピークとなる周波数を調整することができる。仮に空間ＢＳに発生する定在波の周波数を１～５ｋＨｚ程度とした場合、適切な管路長は大まかに８～３２ｍｍの範囲に含まれる。

図５は本実施形態の効果を示す図である。図５において、横軸はホーンスピーカから放音される音の周波数、縦軸はホーンスピーカにおいて振動板が一定速度で振動すると仮定して数値解析を行うことにより求めたスロート出口の音圧である。図５には、本実施形態において空間ＢＳ内に仕切り部材１６１および吸音材１６３を配置しない場合における音圧の周波数特性Ｐ０と、空間ＢＳ内に仕切り部材１６１および吸音材１６３を配置した場合における音圧の周波数特性Ｐ１が示されている。図５に示すように、周波数特性Ｐ０では、空間ＢＳに発生する定在波の影響により周波数２ｋＨｚ付近に大きなディップが生じる。しかしながら、周波数特性Ｐ１では、仕切り部材１６１および底面部１３１ｂに挟まれた円環状の空間ＢＳ２において管共鳴が発生し、吸音材１６３がこの共鳴音のエネルギーを消費するため、定在波が抑制され、２ｋＨｚ付近のディップがなくなる。このように本実施形態によれば、空間ＢＳ内に発生する定在波を抑制することができる。

＜第２実施形態＞
図６はこの発明の第２実施形態であるヘッドホンドライバ２００の構成を示す断面図である。このヘッドホンドライバ２００は、振動板２１０と、周縁部２１１と、ボイスコイル２１３が巻回されたボイスコイルボビン２１２と、磁気回路２３０と、プロテクタ２２１とを有する。

振動板２１０は、ドーム状をなしている。このドーム形状をなしている部分の周囲はエッジと呼ばれる円環状の周縁部２１１により取り囲まれている。また、振動板２１０の周囲には中空円筒形状のボイスコイルボビン２１２が固定されている。そして、振動板２１０の周囲およびボイスコイルボビン２１２は、周縁部２１１を介して略蓋状のプロテクタ２２１の内壁に支持されている。

磁気回路２３０は、ヨーク２３１と、磁石２３２と、トッププレート２３３と、係止部材２３４とを有する。ヨーク２３１は、円環状の底面部２３１ｂと、底面部２３１ｂの周囲領域において底面部２３１ｂから突出した中空円筒状の突出部２３１ｖとからなり、磁性体により形成されている。磁石２３２は、円環状をなしており、底面部２３１ｂにおいて突出部２３１ｖの内側の領域に配置されている。トッププレート２３３は、円環状の磁性体であり、磁石２３２上に配置されている。ここで、トッププレート２３３は、磁石２３２のＮ極またはＳ極の一方と接触しており、底面部２３１ｂは磁石２３２のＮ極またはＳ極の他方と接触している。係止部材２３４は、軸方向両端にフランジ２３４ｆを有する中空円筒形の部材である。この係止部材２３４は、ヨーク２３１、磁石２３２およびトッププレート２３３の中央の孔を貫通しており、その両端のフランジ２３４ｆがヨーク２３１、磁石２３２およびトッププレート２３３を挟み込んで固定している。

トッププレート２３３の外側面と突出部２３１ｖの内側面により挟まれた空間は磁気ギャップＡＧとなっている。この磁気ギャップＡＧには、ボイスコイルボビン２１２に巻回されたボイスコイル２１３が配置される。

このボイスコイル２１３には、音声信号に基づく交流電流が通電される。これにより、ボイスコイルボビン２１２の固定された振動板２１０が振動し、この振動板２１０によって発生される空気の粗密波が、係止部材２３４の中空領域を通過して、ユーザの耳に放射される。

本実施形態においても、磁気回路２３０には、ヨーク２３１、磁石２３２およびトッププレート２３３により囲まれた空間ＢＳが生じる。そして、放音時に、振動板２１０、ボイスコイルボビン２１２およびボイスコイル２１３が振動すると、この空間ＢＳ内に定在波が発生し、何も策を講じないと、この定在波により放音の音質が劣化する。

そこで、本実施形態では、上記第１実施形態と同様、ヨーク２３１、磁石２３２およびトッププレート２３３により囲まれた空間ＢＳ内に、一部に磁気ギャップＡＧ側を向いた開口部２６２を有する円環状の仕切り部材２６１が底面部２３１ｂから離れて配置される。また、本実施形態においても、仕切り部材２６１および底面部２３１ｂに挟まれた円環状の空間ＢＳ２内に吸音材２６３が充填される。従って、上記第１実施形態と同様、空間ＢＳ内に発生する定在波を抑制することができる。

＜第３実施形態＞
図７はこの発明の第３実施形態であるウーハユニット３００の構成を示す断面図である。このウーハユニット３００は、振動板３１０と、振動板３１０を支持する周縁部３１１およびスパイダ３１４と、ボイスコイル３１３が巻回されたボイスコイルボビン３１２と、磁気回路３３０と、フレーム３２０とを有する。

フレーム３２０は、図７において下方から上方にかけて開口面積が広がったコーン状の外形をなしている。フレーム３２０の内壁の下端部には、内側に向けて突出したフランジ３２１がある。振動板３１０は、図７において下方の小開口端から上方の大開口端まで連続的に開口面積が広がったコーン状をなしている。この振動板３１０の大開口端は、エッジと呼ばれる略円環状の周縁部３１１に取り囲まれており、この周縁部３１１によりフレーム３２０の上方の開口端に支持されており、小開口端は波状の断面形状および円環状の平面形状を有するスパイダ３１４によりフレーム３２０の内壁に支持されている。また、振動板３１０の下方の小開口端は、筒形状のボイスコイルボビン３１２の天井部により塞がれている。このボイスコイルボビン３１２は、フランジ３２１により囲まれた空間に挿通されている。

磁気回路３３０は、ヨーク３３１と、磁石３３２と、トッププレート３３３とを有する。ヨーク３３１は、中央に貫通孔３３１ａを有しており、この貫通孔３３１ａを取り囲む円環状の底面部３３１ｂと、底面部３３１ａの貫通孔３３１ａ付近において底面部３３１ｂから突出した中空円筒状の突出部３３１ｖとからなり、磁性体により形成されている。磁石３３２は、円環状をなしており、底面部３３１ｂにおいて突出部３３１ｖの外側の領域に配置されている。トッププレート３３３は、円環状の磁性体であり、磁石３３２上に配置されている。ここで、トッププレート３３３は、磁石３３２のＮ極またはＳ極の一方と接触しており、底面部３３１ｂは磁石３３２のＮ極またはＳ極の他方と接触している。そして、トッププレート３３３は、フレーム３２０の下端のフランジ３２１と、磁石３３２とに挟まれている。

トッププレート３３３の内壁面と突出部３３１ｖの外壁面により挟まれた空間は磁気ギャップＡＧとなっている。この磁気ギャップＡＧには、ボイスコイルボビン３１２に巻回されたボイスコイル３１３が配置される。

本実施形態においても、ボイスコイル３１３には、音声信号に基づく交流電流が通電される。これにより、ボイスコイルボビン３１２の固定された振動板３１０が振動し、振動板２１０によって発生される空気の粗密波が、ユーザの耳に放射される。

本実施形態においても、磁気回路３３０には、ヨーク３３１、磁石３３２およびトッププレート３３３により囲まれた空間ＢＳが生じる。そして、放音時に、振動板３１０、ボイスコイルボビン３１２およびボイスコイル３１３が振動すると、この空間ＢＳ内に定在波が発生し、何も策を講じないと、この定在波により放音の音質が劣化する。

そこで、本実施形態では、上記第１および第２実施形態と同様、ヨーク３３１、磁石３３２およびトッププレート３３３により囲まれた空間ＢＳ内に、一部に磁気ギャップＡＧ側を向いた開口部（図示略）を有する円環状の仕切り部材３６１が底面部３３１ｂから離れて配置される。また、本実施形態においても、仕切り部材３６１および底面部３３１ｂに挟まれた円環状の空間ＢＳ２内に吸音材３６３が充填される。従って、上記第１および第２実施形態と同様、空間ＢＳ内に発生する定在波を抑制することができる。

＜他の実施形態＞
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば次の通りである。

（１）上記第１実施形態では、仕切り板１６１に４個の開口部１６２を設けたが、これは一例であり、開口部１６２は、円環状の仕切り板１６１をＮ（Ｎは１以上の整数）等分した長さが、抑制対象である定在波の波長に対応したものとなるような適切な個数Ｎを求め、仕切り板１６１をＮ等分する各位置に設ければよい。

（２）上記各実施形態では、円環状の仕切り部材をＮ（Ｎは１以上の整数）等分する各位置に磁気ギャップ側を向いた開口部を設けたが、これらの全ての位置に開口部を設ける必要はなく。少なくとも１の位置に開口部を設ければよい。

（３）上記各実施形態では、開口部の設けられた仕切り板と底面部との間の円環状の空間を管共鳴器として機能させ、仕切り板の開口部を共鳴管の開放端として機能させた。しかし、この場合の管共鳴器の共鳴波長が空間ＢＳに発生する定在波の波長と一致しない場合もあり得る。その場合、仕切り板と底面部との間の円環状の空間の途中に、管共鳴器の管路を分断する仕切り板を設けてもよい。この場合、開口部の位置に空気粒子速度波の腹（音圧波の節）、仕切り板の位置に空気粒子速度波の節（音圧波の腹）が位置する定在波が管共鳴器内に発生する。この開口部および仕切り板間の間隔（管路長）が、抑制対象である定在波の波長に対応したものとなるように仕切り板の位置を調整すればよい。

（４）上記実施形態では、空間ＢＳ内に仕切り板を設けることにより管共鳴器を構成した。しかし、そのようにする代わりに、多数の孔を有する仕切り板を空間ＢＳ内に配置し、孔をネック、仕切り板と底面部との間の空間をキャビティとするヘルムホルツ共鳴器を構成し、このヘルムホルツ共鳴器により空間ＢＳ内の定在波を抑制してもよい。

１００……コンプレッションドライバ、２００……ヘッドホンドライバ、３００……ウーハユニット、１１０，２１０……振動板、２１１……周縁部、３１４……スパイダ、１１１……周縁部、１１２，２１２……ボイスコイルボビン、１１３，２１３……ボイスコイル、１１４……ターミナルリング、１２０……バックカバー、１２２ａ……内側周縁部、１２２ｂ……外側周縁部、１２３……ロケーターリング、２２１……プロテクタ、１３０，２３０，３３０……磁気回路、１３１，２３１，３３１……ヨーク、１３１ｂ，２３１ｂ，３３１ｂ……底面部、１３１ｖ，２３１ｖ，３３１ｖ……突出部、１３２，２３２，３３２……磁石、１３３，２３３，３３３……トッププレート、２３４……係止部材、２３４ｆ，３２１……フランジ、１４０……スロート部、１５０……フェイズプラグ、１５１……円錐状部材、１５２，１５３……環状部材、１５４，１５５……スリット、１５７……集音面、１６１……仕切り板、１６２……開口部、１６３，１２１……吸音材、１２２……周縁部、ＢＳ，ＢＳ１，ＢＳ２……空間、ＡＧ……磁気ギャップ、３２０……フレーム。

Claims (4)

1. 底面部と前記底面部に対する突出部とを有するヨークと、
   前記底面部上に配置される磁石と、
   前記磁石上に配置され、前記突出部との間に磁気ギャップを形成するトッププレートと、
   前記磁気ギャップに配置されるボイスコイルと、
   前記ヨーク、磁石およびトッププレートにより囲まれる空間内に前記底面部から離れて配置され、少なくとも一部に開口部を有する仕切部材と、
   を含むスピーカユニット。
2. 前記仕切り部材と前記底面部との間に挟まれた空間内に吸音材が配置された請求項１に記載のスピーカユニット。
3. 前記ヨーク、磁石およびトッププレートにより囲まれる空間は円環状の空間であり、
   前記仕切り部材は、円環状の部材である請求項１または２に記載のスピーカユニット。
4. 前記仕切り部材は、前記円環をＮ（Ｎは１以上の整数）等分する各位置のうち少なくとも１つの位置に前記磁気ギャップ側を向いた前記開口部を有する請求項３に記載のスピーカユニット。

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