JP2735291C

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Publication number: JP2735291C
Authority: JP
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Publication date: 1999-12-13

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明はスピーカに関する。（従来の技術）オーディオ製品は近年、小型化，コンパクト化が進み、ポータブルタイプのス
テレオなども多種見られるようになっている。また、こういった小型化，コンパ
クト化と同時に、消費電力の低減化も進められている状況にある。電気信号エネルギを音響エネルギに変換するスピーカは、こういったオーディ
オ製品の一部として広く利用されているものである。一般にスピーカは、内部に
設けられた磁気回路と、この磁気回路を構成する永久磁石から磁場を得て直線運
動するコイルとを有するボイスコイルモータを備え、このコイルを振動板に接続
して音波を発生させるものである。上記スピーカにおいても、小型化，コンパクト化が行われていることは知られ
ているが、消費電力の低減化を考えた場合、磁力の大きな永久磁石を用いるとか
、あるいは磁気回路の漏れ磁束を少なくするといった、ボイスコイルモータの特
性の向上を目指すことが行われているだけであった。（発明が解決しようとする課題）以上のように従来は、スピーカの消費電力を低減化するために、ボイスコイルモータの特性を向上させることが行われているだけであった。本発明においては
従来と異なる手段にて消費電力の低減化を図ったスピーカの提供を目的とする。〔発明の構成〕（課題を解決するための手段）上記の目的を達成するために本発明においては、ボイスコイルモータを有し、
このボイスコイルモータの可動体の運動により音波を放射する、特定の周波数を
中心に使用されるスピーカにおいて、前記ボイスコイルモータのコイルの質量と
、このコイルを除き、前記最も頻度の高い周波数による質量増加分が加えられた
前記可動体の質量とを略等しくした。（作用）一般に、コイルに発生する力Ｆｃは次式で表される。Ｆｃ＝Ｇ・ｌ・Ｉ・Ｐ ……（１）Ｇ；磁束密度〔Ｔ〕ｌ；コイル長さ〔ｍ〕Ｉ；コイルに流れる電流〔Ａ〕Ｐ；コイル利用効率（磁界中にあるコイルの場合）また、コイルの消費電力Ｗｃは次式で表される。Ｗｃ＝Ｒ・Ｉ² ……（２）Ｒ；コイル抵抗〔Ω〕また、コイル抵抗Ｒは次式で表される。ｋ；コイル素材抵抗率〔Ω・ｍ〕Ｓ；コイル断面積〔ｍ²〕ここで、コイル質量、コイル長さ及びコイル断面積の間には次式の関係がある
。ｍ；コイル質量〔kg〕ｑ；コイル素材密度〔kg／ｍ³〕ｅ；コイル体積効率Ｖ；コイル体積〔ｍ³〕よって式（２），（３），（４）より次式が導き出される。式（１），（５）より結果として次式が得られる。Ｍ〔kg〕の負荷質量をｍ〔kg〕のコイルにて駆動した場合に得られる加速度al
〔ｍ／Ｓ²〕は次式で表される。よって消費電力を一定とした場合、最大加速度はコイル質量を負荷質量と等し
くした場合に得られ、いかなる他の質量比にした場合よりも被駆動体（可動体）
を早く駆動することができる。従って、同一の音量を発生させる場合、コイルの質量と、このコイルを除いた
可動体の質量とを等しくすれば、消費電力が最小となる。（実施例）以下、図面に基づいて本発明を説明する。第１図は本発明のスピーカを示す外観図である。同図のようにスピーカ１はフ
レーム２に高温再生用スピーカ３や低温再生用スピーカ４などを具備してなるも
のである。ここで上記高域再生用スピーカあるいは低温再生用スピーカ４は、第
２図のような断面形状をなしている。つまり、コーン紙などを用いてなる振動板
５は、断面半円環状のエッジ６を介してフレーム２に支持されている。振動板５
の裏面には円錐台形筒体７が固定されており、その筒体７の径小端側にはボイス
コイルボビン８が形成され、外周には紙面と直交するようにボイルコイル９が巻
回されている。ボイスコイル９の近傍には永久磁石10により結合されたヨーク11
a,11bが配置される。このような構成において、永久磁石10から発生したヨーク 11a,11b内を流れる
磁束は、その磁気ギャップ部に挿通されたボイスコイル９に作用するものであり
、該ボイスコイル９に印加する電気信号（電流信号）とによって発生するローレ
ンツ力により、矢印の方向へ振動板５を運動させることができる。この際、振動
板５が振動を音波として放射することになるので、電気信号を変化させることに
よって振動の速さや大きさを変化させ、任意の音響を生じさせることが可能とな
る。尚、ここでボイスコイル９の質量は、振動板５,筒体７,ボイスコイルボビン８
の質量及びエッジ６の質量の約半分の質量の和に等しく構成されている。このよ
うにボイスコイル９の質量を、ボイスコイル９によって駆動される可動体の質量と等しくすることにより、従来に比べて少ない消費電力で同一の音量を発生させ
ることができる。以下、その原理を説明する。一般に、コイルに発生する力Ｆｃは次式で表される。Ｆｃ＝Ｇ・ｌ・Ｉ・Ｐ ……（１）Ｇ；磁束密度〔Ｔ〕ｌ；コイル長さ〔ｍ〕Ｉ；コイルに流れる電流〔Ａ〕Ｐ；コイル利用効率（磁界中にあるコイルの割合）また、コイルの消費電力Ｗｃは次式で表される。Ｗｃ＝Ｒ・Ｉ² ……（２）Ｒ；コイル抵抗〔Ω〕また、コイル抵抗Ｒは次式で表される。ｋ；コイル素材抵抗率〔Ω・ｍ〕Ｓ；コイル断面積〔ｍ²〕ここで、コイル質量、コイル長さ及びコイル断面積の間には次式の関係がある
。ｍ；コイル質量〔kg〕ｑ；コイル素材密度〔kg／ｍ³〕ｅ；コイル体積効率Ｖ；コイル体積〔ｍ³〕よって式（２），（３），（４）より次式が導き出される。式（１），（５）より結果として次式が得られる。Ｍ〔kg〕の負荷質量をｍ〔kg〕のコイルにて駆動した場合に得られる加速度al
〔ｍ／Ｓ²〕は次式で表される。よって消費電力を一定とした場合、最大加速度はコイル質量を負荷質量と等し
くした場合に得られ、いかなる他の質量比にした場合よりも少ない消費電力で必
要な音量を発生させることができる。また、特定の周波数を中心に使用されるスピーカの場合は、その着目する周波
数にて、次式に示すような流体（スピーカ周囲の音響伝播媒体）による質量増加分ＭＡを可動体に加えた値をボイスコイル９の質量と等しく構成するように補正
することにより、各スピーカの最も頻度の高い周波数において、同一の消費電力
のもとで発生する加速度を最大にすることができ、総消費電力を更に少なくする
ことが可能となる。もちろんここでいう音響伝播媒体は、スピーカの使用環境に
応じて、空気や水以外のものを考慮してもよい。ＭＡ；流体による付加質量Ｊｌ；Bessel関数（１次）Ｓｌ；Struve関数（１次） ω；振動角周波数〔Ｈz〕ｃ；音速〔ｍ／s〕ｄ；振動板半径〔ｍ〕 ρ；音響伝播媒体の密度〔kgfs²／ｍ⁴〕 Iｍ；複素数の虚部を示す関数〔発明の効果〕以上のように本発明によれば、消費電力が最小でありながら同一の音量を得る
ことのできるスピーカが提供される。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a speaker. (Prior Art) In recent years, audio products have been reduced in size and size, and various types of portable stereos have been seen. Further, at the same time as the miniaturization and the compactness, the reduction of power consumption is being promoted. Speakers that convert electrical signal energy into acoustic energy are widely used as part of such audio products. In general, a speaker includes a voice coil motor having a magnetic circuit provided therein and a coil that linearly moves by obtaining a magnetic field from a permanent magnet constituting the magnetic circuit, and connects the coil to a diaphragm to generate sound waves. To be generated. It is known that the above-mentioned loudspeakers have also been reduced in size and size. However, in order to reduce power consumption, a permanent magnet having a large magnetic force is used, or the leakage flux of the magnetic circuit is reduced. The only thing that has been done is to improve the characteristics of the voice coil motor. (Problems to be Solved by the Invention) As described above, conventionally, in order to reduce the power consumption of the speaker, only the characteristics of the voice coil motor have been improved. It is an object of the present invention to provide a speaker in which power consumption is reduced by means different from conventional ones. [Configuration of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention has a voice coil motor,
In a speaker that emits sound waves by the movement of the movable body of the voice coil motor and that is used around a specific frequency, the mass of the coil of the voice coil motor and the mass of the most frequent frequency excluding this coil The mass of the movable body to which the increase was added was made substantially equal. (Operation) In general, the force Fc generated in the coil is expressed by the following equation. Fc = G · I · I · P (1) G: Magnetic flux density [T] l: Coil length [m] I: Current flowing in the coil [A] P: Coil utilization efficiency (of a coil in a magnetic field) Case) The power consumption Wc of the coil is expressed by the following equation. Wc = R · I ² (2) R; coil resistance [Ω] The coil resistance R is represented by the following equation. k: coil material resistivity [Ω · m] S: coil cross-sectional area [m ² ] Here, there is the following relationship between the coil mass, the coil length and the coil cross-sectional area. m; coil mass [kg] q; coil material density [kg / m ³ ] e; coil volume efficiency V; coil volume [m ³ ] Therefore, the following equation is derived from equations (2), (3) and (4). . From the expressions (1) and (5), the following expression is obtained as a result. Acceleration al obtained when driving a load mass of M [kg] with a coil of m [kg]
[M / S ² ] is represented by the following equation. Therefore, when the power consumption is constant, the maximum acceleration is obtained when the coil mass is equal to the load mass, and the driven body (movable body) is higher than when any other mass ratio is used.
Can be driven quickly. Therefore, when generating the same volume, if the mass of the coil is equal to the mass of the movable body excluding the coil, power consumption is minimized. Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an external view showing a speaker of the present invention. As shown in the figure, a speaker 1 is provided with a high-temperature reproduction speaker 3 and a low-temperature reproduction speaker 4 on a frame 2. The high-range reproduction speaker or low-temperature reproduction speaker 4 has a cross-sectional shape as shown in FIG. That is, the diaphragm 5 made of cone paper or the like is supported by the frame 2 via the edge 6 having a semicircular cross section. Diaphragm 5
A frusto-conical cylindrical body 7 is fixed to the back surface of the cylindrical body, a voice coil bobbin 8 is formed on the small end side of the cylindrical body 7, and a boil coil 9 is wound around the outer periphery of the cylindrical body 7 so as to be orthogonal to the paper surface. I have. A yoke 11 connected by a permanent magnet 10 is provided near the voice coil 9.
a and 11b are arranged. In such a configuration, the magnetic flux generated in the yokes 11a and 11b generated from the permanent magnet 10 acts on the voice coil 9 inserted into the magnetic gap portion, and the electric signal applied to the voice coil 9 ( (Current signal), the diaphragm 5 can be moved in the direction of the arrow. At this time, since the vibration plate 5 emits the vibration as a sound wave, it is possible to change the speed and magnitude of the vibration by changing the electric signal to generate an arbitrary sound. Here, the mass of the voice coil 9 is the diaphragm 5, the cylinder 7, the voice coil bobbin 8
And about half the mass of the edge 6. By making the mass of the voice coil 9 equal to the mass of the movable body driven by the voice coil 9 as described above, the same sound volume can be generated with less power consumption than in the related art. Hereinafter, the principle will be described. Generally, the force Fc generated in the coil is represented by the following equation. Fc = G · I · I · P (1) G: Magnetic flux density [T] l: Coil length [m] I: Current flowing in the coil [A] P: Coil utilization efficiency (of a coil in a magnetic field) Ratio) The power consumption Wc of the coil is expressed by the following equation. Wc = R · I ² (2) R; coil resistance [Ω] The coil resistance R is represented by the following equation. k: coil material resistivity [Ω · m] S: coil cross-sectional area [m ² ] Here, there is the following relationship between the coil mass, the coil length and the coil cross-sectional area. m; coil mass [kg] q; coil material density [kg / m ³ ] e; coil volume efficiency V; coil volume [m ³ ] Therefore, the following equation is derived from equations (2), (3) and (4). . From the expressions (1) and (5), the following expression is obtained as a result. Acceleration al obtained when driving a load mass of M [kg] with a coil of m [kg]
[M / S ² ] is represented by the following equation. Therefore, when the power consumption is constant, the maximum acceleration is obtained when the coil mass is equal to the load mass, and the required sound volume can be generated with less power consumption than when any other mass ratio is used. In the case of a loudspeaker used around a specific frequency, a value obtained by adding a mass increase MA due to a fluid (an acoustic propagation medium around the loudspeaker) as shown in the following equation to the movable body at the frequency of interest. Is corrected so as to be equal to the mass of the voice coil 9, the acceleration generated under the same power consumption at the most frequent frequency of each speaker can be maximized, and the total power consumption can be reduced. It is possible to further reduce. Of course, the sound propagation medium referred to here may be other than air or water depending on the usage environment of the speaker. MA; additional mass due to fluid Jl; Bessel function (primary) Sl; Struve function (primary) ω; vibration angular frequency [Hz] c; sound velocity [m / s] d; diaphragm radius [m] ρ; Medium Density [kgfs ² / m ⁴ ] Im; Function Representing Imaginary Part of Complex Number [Effect of the Invention] As described above, according to the present invention, a speaker capable of obtaining the same sound volume with minimum power consumption Is provided.

【図面の簡単な説明】第１図並びに第２図は本発明のスピーカを示す外観図及び断面図である。１……スピーカ２……フレーム３……高音再生用スピーカ４……低音再生用スピーカ５……振動板、６……エッジ７……円錐台形筒体８……ボイスコイルボビン９……ボイスコイル 10……永久磁石 11a,11b……ヨーク[Brief description of the drawings] FIG. 1 and FIG. 2 are an external view and a sectional view showing a speaker of the present invention. 1 ... speaker 2 ... frame 3. High-frequency speaker 4. Low frequency speaker 5 ... diaphragm, 6 ... edge 7 ... frustoconical cylinder 8 ... voice coil bobbin 9 Voice coil 10 Permanent magnet 11a, 11b …… Yoke

Claims

(1) A speaker having a voice coil motor and emitting a sound wave by the movement of a movable body of the voice coil motor and used around a specific frequency, comprising: A speaker characterized in that, except for this coil, the mass of the movable body to which the mass increase due to the acoustic propagation medium around the speaker is added at the most frequent frequency among the specific frequencies, excluding this coil, .