JP3336557B2 - スピーカユニット - Google Patents

スピーカユニット

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JP3336557B2
JP3336557B2 JP07545596A JP7545596A JP3336557B2 JP 3336557 B2 JP3336557 B2 JP 3336557B2 JP 07545596 A JP07545596 A JP 07545596A JP 7545596 A JP7545596 A JP 7545596A JP 3336557 B2 JP3336557 B2 JP 3336557B2
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speaker unit
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純一 早川
修二 静原
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、動電型のスピーカ
ユニットに係り、特にノイズキャンセル用のスピーカと
して最適なように、低域における時間遅れをコントロー
ルしたスピーカユニットに関する。
【0002】
【従来の技術】図5は従来の導電型のスピーカユニット
を示し、図において、11は振動板、12はエッジ、1
3はダンパ、14はボイスコイル、17はボイスコイル
ボビンであり、該ボイスコイルボビン17に振動板のネ
ック部16と前記ダンパ13を固定している。
【0003】前記のような従来のスピーカユニットにお
いては、入力信号(電圧)と出力音圧との間に時間ずれ
を生じ、このずれがノイズキャンセルを行う際、特に周
期性のない素早く変化するノイズに対して問題になるこ
とがあった。
【0004】このようなノイズをキャンセルするために
はあらかじめ耳位置でのノイズ相関の大きいノイズの元
となる信号を検出する必要があり、それが困難であれ
ば、耳位置で検出したノイズをリアルタイムに制御して
耳元に置いたスピーカでキャンセルしなくてはならな
い。
【0005】ところで、このずれは主に振動系の等価質
量とコンプライアンスのバランスから決定されてくるも
のであり、図1の符号Bで示すように、通常のスピーカ
では、バッフルが存在しないときの振動系の等価質量
(単位g)とコンプライアンスの値をみるものとしての
最低共振周波数(単位Hz)を乗じた値が800(g・
Hz)程度になっており、このようなスピーカでは、一
般にノイズキャンセルの対象周波数である60〜200
Hz程度の周波数において、入力信号(電圧)に対し出
力音圧のずれが1/2周期から1/10周期程度と遅れ
が一定でなく、前記周波数範囲全体においてリアルタイ
ムにノイズキャンセルすることが難しかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
スピーカユニットでは時間ずれのコントロールがなされ
ていないために、素早く変化するノイズを広い周波数範
囲でキャンセルすることができない。これを解決するた
めに、入力信号に対してのずれをコントロールする必要
がある。
【0007】そこで、本発明の目的は、広い周波数範囲
(60〜200Hz)で出力音圧と入力信号との周期の
ずれを1/6周期以下にすることができ、周期性がなく
リアルタイムに変化するノイズに対するキャンセル効果
を充分に得ることができるスピーカユニットを提供する
ことにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達するた
め、本発明の請求項1記載の発明においては、スピーカ
ユニットの振動系の等価質量とコンプライアンスのバラ
ンスを検討し、図1の斜線部で示すようにバッフルがな
いときの振動系の等価質量を12g以下、最低共振周波
数を100Hz以下になるようにし、該等価質量(単位
g)と最低共振周波数(単位Hz)を乗じた値が400
以下になるようにして時間ずれを調節し、一般にノイズ
キャンセルの対象周波数である60〜200Hz程度の
周波数範囲において、前記周波数範囲で入力信号に対し
ての周期のずれをリアルタイムでノイズキャンセルする
ことができる程度(周期の6分の1以下)に小さくする
ことができた。
【0009】請求項2記載の発明においては、振動系
は、等価質量を12g以下になるようにし、最低共振周
波数を100Hz以下になるようにすると共に、該等価
質量と最低共振周波数とを乗じた値が400(g・H
z)以下になるように設定した。
【0010】請求項3記載の発明においては、口径Dc
mの振動板において該等価質量がD2 /32g以下にな
るように設定した。
【0011】請求項4記載の発明は、前記のようなスピ
ーカユニットにおいて、振動系はボイスコイルボビンを
介さずに直接ボイスコイルに固定した。これにより質量
の小さい振動板の特性を改善することができた。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明に係るスピーカユニットの
実施形態を一実施例である図1〜図4に基づいて説明す
る。図1は、スピーカユニットのバッフルがないときの
振動系の等価質量(単位g)と最低共振周波数(単位H
z)との関係を示した図、図2は本発明を実施した口径
16cmのスピーカユニットの断面図、図3は本発明を
実施した口径16cmのスピーカユニットの出力音圧と
入力信号の周期のずれと、従来の口径16cmのスピー
カユニットの出力音圧と入力信号の周期のずれの実測値
を示したもの、図4はスピーカユニットを車のヘッドレ
ストの両側に配置した状態を示す平面図、図5は従来の
スピーカユニットの要部を略線的に示す断面図である。
【0013】図1において、符号Aは本発明によるスピ
ーカユニットの設定値を示す。図2において、1は振動
板、2はエッジ、3はダンパ、4はボイスコイル、5は
磁気回路を示し、このスピーカユニットでは、振動板1
のネック部6及びダンパ3の内周部がボイスコイル4の
中間付近に直接取り付けられており、磁気回路5はマグ
ネット5a,5aの同極面同士をセンタープレート5b
を介して対向させた、いわゆる反発型磁気回路が用いら
れている。
【0014】振動板1はおよそ2gの重量があり、ダン
パ3、エッジ2、ボイスコイル4、接着剤及び空気の付
加質量を含んだ振動系全体の等価質量は約6gである。
これは16cmの口径に対して請求項3の条件(8g)
を満たしている。
【0015】更に、最低共振周波数fo は約45Hzと
なっており、等価質量と最低共振周波数とを乗じた値は
270g・Hzで請求項1の条件を満たしている。ま
た、このスピーカユニットの条件を図1の印で示す。
【0016】一方、振動板1とダンパ3を直接ボイスコ
イル4に固定することにより、振動板1のネック部6の
強度が従来のようにボイスコイルボビン7に固定する場
合(図5参照)より大きくとれ、ネック部が弱いことに
よる歪みや共振を高い周波数に追いやることができると
共に共振の大きさを最小限に抑えることができ、軽くて
薄い振動板でも従来の振動板並みの特性を実現できる。
従ってこのような構造をとることにより、軽い振動板を
用いることが可能になり、本発明のスピーカユニットの
実現に好都合となる。
【0017】本発明では、設計値として、コントロール
しやすいLとCを振動板の重量やダンパ、エッジの柔ら
かさに可変することにより、60〜200Hzの範囲で
1/6周期以下のずれになるように設定し、最終的な音
圧出力の周期のずれを100Hz以上で1/10以下、
60Hzで1/6、80Hzで1/7程度にすることが
できた。その結果を図3の実線で示す。
【0018】また、同時に通常の設計手法で作られたス
ピーカユニットの周期のずれを同じく図3の破線で示
す。このときの設計値は、等価質量7g、最低共振周波
数110Hzであり、等価質量の値は本発明の請求項3
の条件は満たしているが、等価質量と最低共振周波数を
乗じた値は770g・Hzとなり、本発明の基本条件を
満たしていない。また、このスピーカユニットの条件を
図1の×印で示す。
【0019】通常の設計手法で作られたスピーカユニッ
トのずれは周波数により違いが大きく、1/10以下に
なるのは150Hz以上、また、1/6以下となるのは
120Hz以上となり、キャンセル効果の得られる範囲
が狭いことが判明する。
【0020】図4は本発明によるスピーカユニットを車
のヘッドレストHの両側に配置した状態を示した平面図
であり、8は頭部、9、10はスピーカユニットであ
る。本発明ではこのように耳に極めて近い位置に設置す
る状態を前提にしており、この程度の距離であれば20
0Hz以下においては、殆ど空間での時間遅れがないこ
とが確認でき、キャンセル効果が充分に得られた。
【0021】
【作用】通常、スピーカユニットの機械的等価回路はL
CRの直列共振回路として書くことができるが、このと
きL(質量)とC(コンプライアンス)とR(ロス)と
の組み合わせにより、該スピーカユニットのずれ時間を
ある程度コントロールすることができる。
【0022】このことから、スピーカを設計する場合に
コントロールが容易なLとCの値を前述のように設定す
ることにより、対象周波数である60〜200Hz程度
の周波数範囲において、出力音圧が入力信号に対し1/
6周期以下のずれになるように最適値を求め、出力音圧
と入力信号とのずれをリアルタイムのノイズキャンセル
ができる程度にすることができ、前記周波数範囲におけ
るリアルタイムのノイズキャンセルを可能にすることが
できる。
【0023】スピーカの動作では等価質量が大きくなる
と、出力音圧と入力信号との間に、その慣性により時間
ずれが生じやすくなる。従って等価質量を大きくせず
に、最低共振周波数を下げる必要があり、コンプライア
ンスを極めて大きくする必要がある。このことから鑑み
て、バッフルがないときの振動系の等価質量は12g以
下であることが条件となり、最低共振周波数を100H
z以下になるようにコンプライアンスを調節して、該等
価質量(単位g)と最低共振周波数(単位Hz)を乗じ
た値が400以下になるようにすることが必要となる。
【0024】実際に、一般にノイズキャンセルの対象周
波数である60〜200Hz程度の周波数範囲におい
て、出力音圧が入力信号に対し1/6周期以下にずれで
リアルタイムのノイズキャンセルができるためには、最
低共振周波数を40Hz程度以下になるようにすること
が要求され、対象周波数帯域で周波数特性ができるだけ
平坦であることが望ましい。そのようにしないと、制御
系で周波数特性の制御が必要になり、リアルタイムでの
制御ができなくなる。
【0025】また、更に、対象周波数帯域より上の帯域
においても、周波数特性ができるだけ平坦であることが
望ましい。特に制御帯域に近いところに大きなピークが
あると、そのピークの音は、簡単な時間遅れの少ない、
リアルタイムでの制御を邪魔しない程度のフィルターで
はカットできずに異音となって聞こえてしまう。
【0026】このような特性の暴れを改善するために、
該振動系(振動板1及びダンパ3)をボイスコイルボビ
ンを介さずに直接ボイスコイル4に固定することが有用
である。この構造は磁気回路5が反発型磁気回路で、セ
ンタープレート5bの外周側にアウターリングがないも
ので適応できるが、この構造を採ることにより、銅又は
アルミ線で巻かれたボイスコイル4の強度が強いために
振動板1のネック部6が強くなり、振動板1の分割振動
が抑えられる。
【0027】通常のスピーカでは前述のコイル部分より
遥かに弱いボイスコイルボビン17に振動板11が固定
されるためネック部16が弱く、分割振動がより低い周
波数から大きく生じてしまい、周波数特性の暴れになっ
ていた。
【0028】一方、このように最低共振周波数の低いス
ピーカでは、過大入力時に振幅が大きくなり、問題にな
ることがあるが、本発明では図4に示すように耳元での
使用を前提としており、そのような問題は殆ど起こらな
いものと考えられる。
【0029】
【発明の効果】本発明のスピーカユニットによれば、ス
ピーカユニットの等価質量やコンプライアンスをコント
ロールし、等価質量と最低共振周波数とを乗じた値が4
00以下になるようにすることにより、広い周波数範囲
(60〜200Hz)で出力音圧と入力信号との周期の
ずれを1/6周期以下にすることができ、周期性がなく
リアルタイムに変化するノイズに対するキャンセル効果
を充分に得ることができる。
【0030】また、振動板とダンパを直接ボイスコイル
に固定することにより、振動板のネック部の強度が、従
来のようにボイスコイルボビンに固定する場合よりも大
きくとれ、ネック部が弱いことによる歪みや共振を高い
周波数に追いやることができると共に共振の大きさを最
小限に抑えることができ、充分に軽い振動板を使用して
も従来の振動板並みの特性を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のスピーカユニットを構成する条件の範
囲を説明するための図であり、スピーカユニットのバッ
フルがないときの振動系の等価質量(単位g)と最低共
振周波数(単位Hz)との関係を示した図。
【図2】スピーカユニットの構成を示す断面図。
【図3】実測による本発明のスピーカユニットと従来の
スピーカユニットの入力信号に対する出力音圧の周期の
ずれを示したグラフ。
【図4】スピーカユニットを車のヘッドレストの両側に
配置した状態を示す平面図。
【図5】従来のスピーカユニットの要部を略線的に示す
断面図。
【符号の説明】
1 振動板 2 エッジ 3 ダンパ 4 ボイスコイル 5 磁気回路 6 振動板のネック部 8 頭部 9 スピーカユニット 10 スピーカユニット H ヘッドレスト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−73800(JP,A) 特開 昭57−63995(JP,A) 特開 平4−144398(JP,A) 実開 昭60−40196(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04R 1/00 301 G10K 11/16 H04R 1/22 310 H04R 7/02 H04R 9/02 103

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁気回路内のボイスコイルにより振動系
    が駆動される動電型スピーカユニットにおいて、60〜
    200Hzの間で出力音圧のずれが入力信号に対して1
    /6周期以内になるように、バッフルが存在しないとき
    の振動系の等価質量(単位g)と最低共振周波数(単位
    Hz)を乗じた値が400(g・Hz)以下になるよう
    に設定したことを特徴とするスピーカユニット。
  2. 【請求項2】 振動系は、等価質量を12g以下になる
    ようにし、最低共振周波数を100Hz以下になるよう
    にすると共に、該等価質量と最低共振周波数とを乗じた
    値が400(g・Hz)以下になるように設定したこと
    を特徴とする請求項1記載のスピーカユニット。
  3. 【請求項3】 口径Dcmの振動板において該等価質量
    がD2 /32g以下になるように設定したことを特徴と
    する請求項1記載のスピーカユニット。
  4. 【請求項4】 振動系はボイスコイルボビンを介さずに
    直接ボイスコイルに固定されていることを特徴とする請
    求項1〜3記載のスピーカユニット。
JP07545596A 1996-03-06 1996-03-06 スピーカユニット Ceased JP3336557B2 (ja)

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US11076233B2 (en) 2015-09-15 2021-07-27 Pioneer Corporation Sound generation device
US11070908B2 (en) 2017-03-14 2021-07-20 Pioneer Corporation Sound generator for mobile entities

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