JP3599699B2 - フラットスピーカー - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フラットスピーカーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、平面パネルを振動板として、振動板に励振器（エキサイター）を装着して振動させ、音を放射するフラットスピーカーがあった。
【０００３】
図１１は、これらのフラットスピーカーの基本的な例で、（ａ）は表面を表し、（ｂ）は裏面のエキサイター装着状況を示している。（ｃ）は断面図である。１枚のパネルを１つの振動系とするモノーラル音響用のフラットスピーカー１０は、振動板１１とエキサイター１２で構成される振動系を持っている。フレーム１３が振動板１１とエキサイター１２を支持している。
【０００４】
音響出力の要求から、あるいは、パネルの振動形態を改善するために、１枚の振動板に複数個のエキサイター１２が装着されている例があるが、これらのエキサイターは同じ電気駆動源で励振されるので、パネルに同じ位相の振動を与えるのみで、１枚のパネルから２チャンネル以上の音響を放射することはできなかった。
したがって、ステレオ効果を出すためには、２組のフラットスピーカーを設置する必要があった。
【０００５】
フラットスピーカーの振動板の表面が平面であることを利用して、表面を映像スクリーンとして大型のスクリーンスピーカーとした例がある。
最近の映画の音響は、ステレオ音響から進んで、３チャンネル音響となっているので、独立した３個のスピーカーが必要となる。
【０００６】
図１２は、従来のスクリーンスピーカーを用いた投影システムの概要を示す説明図である。
全体符号１で示すスクリーン投影システムは、プロジェクタ１０とスクリーンスピーカー２０を有し、プロジェクタ１０からの映像はスクリーンスピーカー２０の表面に投影される。
【０００７】
図１３は、スクリーンスピーカー２０の裏面を示した概要説明図で、スクリーンスピーカー２０は、映像が投影される１枚のスクリーンフィルム２２を有し、スクリーンフィルム２２の裏面には音響用のフラットスピーカーユニット３０が装着される。
【０００８】
図１４は断面図で、スクリーンフィルム２２とフラットスピーカーの構造の詳細を示し、スクリーンフィルム２２の裏面に３個のスピーカー３１、３２、３３が装着される。
左チャンネル用のスピーカー３１は、スクリーンフィルム２２の裏面に接着される振動板３１ａと、振動板３１ａに取付けられるエキサイター３１ｂを有する。
センターチャンネル用のスピーカー３２は、振動板３２ａとエキサイター３２ｂを有し、右チャンネル用のスピーカー３３は、振動板３３ａとエキサイター３３ｂを有する。
このスクリーンフィルム２２は、スプリング４０を介して周囲を基台５０に展張されて投影面を形成する。
さらに、スクリーンスピーカーに高音質が要求されると、それぞれのチャンネルに高音域専用の小型スピーカーが設置されるので、複雑な構成となっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来のフラットスピーカーは、１枚のパネルから複数チャンネルの音が放射できなかったため、システムの構成が複雑で、全体の重量が大きく、コストも高かった。
本発明は、軽量で簡素な構造の多チャンネルのフラットスピーカーを提供して、設置場所の狭い一般家庭、店舗、航空機、車両内などに設置可能とすることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明では、課題を解決するための基本的な手段として、フラットスピーカーの振動板全体を１枚のサンドイッチパネルで構成し、パネルの曲げ剛性に方向性を持たせる、あるいは、局部的に異なる曲げ剛性を分布させて分割振動を容易にし、パネルを複数個のエキサイターで励振して、多チャンネルのスピーカー機能を持たせた。
【００１１】
振動板パネルの曲げ剛性に方向性、あるいは適正な分布を持たせるための手段としては、サンドイッチパネルの表面材に方向性を持つ材料を使うこと、および、芯材として剪断弾性率に方向性を持つ材料、あるいは、剪断弾性率の異なる芯材を局部的に配置する構造としたが、詳細はそれぞれの発明の実施の形態で述べる。
【００１２】
［サンドイッチパネルの曲げ剛性］
表面材とコア（芯）材で構成されるパネルを一般的にサンドイッチパネルと称している。軽量で曲げ剛性が高い特徴を持っているので、フラットスピーカーの振動板パネルに適している。
表面材として、金属の薄いシートの他、炭素繊維、ガラス繊維等の高弾性繊維を樹脂で固めたシートが用いられ、コアとして、蜂の巣状のハニカムコアや発泡樹脂材料が用いられる。
【００１３】
図１５は、その代表的な例として、蜂の巣状コアを用いたハニカムパネル８０を示している。コア８１の両面に表面材８２および裏面材８３が接着される。
【００１４】
図１６は、サンドイッチパネル８０が、曲げる力（または曲げモーメント）を受けた場合の曲げ変形図で、表面材８２は引張力を、裏面材８３は圧縮力を受ける。そして、コア材８１は剪断力を受ける。
表面材８２および裏面材８３の引張／圧縮弾性率が低いと、同じ曲げモーメントを受けてもパネルの曲がりは大きくなる。同時に、コア材８１の剪断弾性率が低いと剪断変形が大きくなって、曲がりが大きくなる。
【００１５】
従って、パネルの曲げ剛性を変化させる方法には、表面材８２および裏面材８３の引張／圧縮弾性率を変える方法と、コア材８１の剪断弾性率を変える２方法があることとなる。本発明では、この２方法を使ってパネルの曲げ剛性を変化させて、パネルの分割振動形態を調整した。
それぞれの具体的な方法を各実施の形態に示す。
【００１６】
［ハニカムコアの製造工程と剪断弾性率］
図１７は、ハニカムコア２００の製造工程を示している。
ハニカムコアの素材２０１は、軸線Ｘで示す縦方向の寸法が軸線Ｙで示す横方向の寸法に比べて大きくできている。この素材２０１を軸線Ｙ方向に矢印Ｓ１で示すストレッチをしていくと、図（ｂ）で示すハーフストレッチコア材２０２が形成される。このハーフストレッチコア材２０２の軸線Ｘで示す縦方向の剪断弾性率は、軸線Ｙで示す横方向の剪断弾性率の約１０倍の値を持っている。
ストレッチを続けると図（ｃ）で示す正六角形セルの標準ストレッチコア材２０３が形成される。この標準ストレッチコア材２０３の縦方向の剪断弾性率は、横方向の剪断弾性率の約２倍の値を持っている。
さらにストレッチを続けると図（ｅ）で示す長方形セルのオーバーストレッチコア材２０５が形成される。このオーバーストレッチコア材２０５の縦方向の剪断弾性率は、横方向の剪断弾性率の１／１０以下の値に逆転する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施例を図面を参照して説明する。
［実施例１］
図１は、本発明のフラットスピーカーを映像スクリーンに応用したスクリーンスピーカーの構造を示す説明図である。図１（ａ）は表面を、図１（ｂ）は裏面を示し、図２は断面図を示している。
【００１８】
全体を符号１００で示すスクリーンスピーカーは、振動板となるハニカムパネル１５０の一方の面にスクリーンフィルム１１０が接着され、ハニカムパネル１５０の他方の面にエキサイター１３１ｂ、１３２ｂ、１３３ｂが取り付けられた構造を有する。
【００１９】
図３は、スピーカーの振動板を構成するハニカムコア１６０の構造を示す。
ハニカムコア１６０は、３個の標準ストレッチコア材１６１、１６２、１６３を２個のオーバーストレッチコア材１６５、１６６で連結した構造を有する。
図３のハニカムコア材１６０の連結材１６５、１６６は、オーバーストレッチコア材のストレッチ方向を、ハニカムコア１６０のＸ方向に合わせて用いられている。したがって、図３のハニカムコア材１６０はコアの連結部１６５、１６６において、軸Ｙを含む平面の剪断弾性率は標準ストレッチコア材１６１、１６２、１６３の部分に比べて１／１０以下程度と極めて低い。
【００２０】
このような構造を持つハニカムコア材１６０の表裏面に平織り繊維を樹脂で固めた表層材料を接着すると、連結部１６５、１６６における剪断剛性の低いハニカムパネル１５０を得る。
この連結部１６５、１６６の剪断剛性を低くした構造によって、連結されている各標準ストレッチコアの部分がほぼ独立して振動することができる。特に指向性の強い高音域での振動板の振幅は１／１００ミリメートル以下なので、相互干渉は少ない。
【００２１】
したがって、図１および図２に示すように、各標準ストレッチコアを持つ振動板１３１ａ、１３２ａ、１３３ａに、エキサイター１３１ｂ、１３２ｂ、１３３ｂを取り付けることによって、３個の平板スピーカー１３１、１３２、１３３で、独立した振動系を持つ３チャンネルのスピーカーシステムを構成することができる。
このようにしてできた、スクリーンスピーカー１００は、振動板１３１ａ、１３２ａ、１３３ａが連結部１６５、１６６で滑らかに結合されているので、映像の歪みを排除することができ、パネルは四辺を引張る必要がないので大型フレームは不要となった。
【００２２】
図４は、ハニカムコア材１６０の連結材１６５、１６６の材料を、オーバーストレッチコア材からコルゲートコア材に替えて目的を達成した例である。
結合部材３００は、矩形波状に整形した材料３１０で作られていて、軸Ｙ方向の剪断弾性率はゼロに近い。表裏面に平織り繊維を樹脂で固めた表層材料を接着すると、連結部１６５、１６６における剪断剛性の極めて低いハニカムパネル１５０を得ることができる。
【００２３】
［実施例２］
図５は、芯材にハーフストレッチコアを用いた例である。
フラットパネルスピーカーの振動板４００の表面材料４２０、裏面材料４３０として、共に一般的な平織り繊維を樹脂で固めた材料を用いている。表／裏面材料の縦横の引張／圧縮弾性率は等しい。
振動板４００のコア材４１０として、ハーフストレッチしたハニカムコアを用いているが、前記の通り、ハーフストレッチコアの剪断弾性率は、縦方向の値と横方向の値が約１０倍も異なり、縦横の弾性率が等しい一般的な表面材料を接着してパネルを構成した場合、パネルの曲げ剛性値に方向性を与えることとなる。結果として、軸Ｘ方向（縦方向）の曲げ剛性が高く、軸Ｙ方向（横方向）の曲げ剛性が低くなっている。
【００２４】
図６は、このパネルを２チャンネルのフラットスピーカーに適用した説明図である。
横方向に距離を離して適切な位置に左チャンネル用エキサイター４５１ｂと右チャンネル用エキサイター４５２ｂを装着する。エキサイター支持フレームの表示を省略してある。
パネルの横方向の曲げ剛性が低いので、左右の分割振動が容易となり、特に指向性が強い高音域の周波数では振幅が１／１００ミリメートル以下なので、左右の干渉が少ない。
振幅の大きい低音域では、左右の干渉が多くなるが、低い周波数の音の指向性は弱いので、２チャンネルのステレオ音響を試したところ、満足できるセパレーションを得た。
【００２５】
［実施例３］
図７は、引張／圧縮弾性率が、縦方向の値と横方向の値が異なる材料を、振動板５００の表面材５２０および裏面材５３０として、標準ストレッチコア５１０の両面に接着してパネルを構成した例である。
フラットスピーカーの構成および効果は、実施例２と同じである。
【００２６】
［実施例４］
図８は、振動板６００として、標準ストレッチコア６００に、縦横の弾性率が等しい一般的な表面材料６２０、６３０を接着したパネルの中央の一部分の裏面材を切り取って、その部分の曲げ剛性を低下させて左右の分割振動を容易にした例である。エキサイター支持フレームの表示を省略してある。
１枚の振動板６００であっても、高音域において左右別々の振動板６３０、６４０として振動するので、ステレオ音響を放射することができる。
この構造は、小型で小出力のフラットスピーカーの振動板に適している。
【００２７】
［実施例５］
図９は、振動板の曲げ剛性を局部的に低下させ、高音域の振動に自由度を与え、高音域性能と左右のセパレーションを改善した多チャンネルスピーカー７００を示した説明図である。
図９（ａ）は、スピーカー振動板７１０の全体図、図９（ｂ）は、エキサイター７７０を装着した部分７２０の拡大断面図である。エキサイター支持フレームの表示を省略してある。
【００２８】
振動板７１０の基本構成は、発明の実施の形態？３と同じくハーフストレッチコア７３０の両面に、縦横の弾性率が等しい一般的な表面材料７４０、７５０を接着している。
そして、左右の適切な位置で、コア７２０を円錐形状に切削除去加工して、局部的に曲げ剛性を低くした部分７６０にエキサイター７７０を装着した構造を有している。
高音域においては、それぞれのエキサイターは、振動板７１０の局部的な部分７２０のみを振動させ、振動板となる部分の質量が小さいので、優れた高音特性が得られる。
【００２９】
そして、高音域の音は指向性が強いので、この部分７２０から左右別々に放射された音がステレオ感を与える。
振幅が大きく、位相の影響が少ない低音域では、エキサイターが振動板７１０全体を振動させるので、豊富な低音域の再生が可能となる。
【００３０】
図９は、一枚のパネルに２個のエキサイターを装着して、ステレオスピーカーとした例を示しているが、一枚のパネルに１個のエキサイターを装着すると、高音域を改善したモノーラルスピーカーとなる。
【００３１】
［実施例６］
図１０は、エキサイター８１２に高音域用振動板８１１を組み込んだユニット８１０を別部品として装着した多チャンネルスピーカー８００の説明図である。図１０（ａ）は、スピーカー８００の全体図、図１０（ｂ）は、ユニット８１０部分の拡大断面図である。エキサイター支持フレームの表示を省略してある。
実施例５では、コア７２０を円錐形状に切削除去加工して振動板の曲げ剛性を局部的に低下させているが、この実施例６では、当該部分８５０を円形に切断削除し、代わりに適切な曲げ剛性値を持った高音域専用の振動板８１１を別部品として配し、エキサイター８１２は、振幅の小さい高音域においては高音域用の専用振動板８１１のみに振動を与えて指向性の強い高音を放射する。
振幅の大きい低音域では、高音域専用振動板８１１の周囲が、ねじ８３０を介してパネル振動板８２０全体に振動を伝えるので、面積の大きい振動板８２０の全体を振動させて、豊富な低音を放射する。
【００３２】
高音域専用の振動板の曲げ剛性値を、材質と板厚を変えて変化させ、スピーカーの周波数特性を計測して決定した。
この方法によって、振動板８１０を軽量なサンドイッチ材料に限定せず、ある程度は重量の重い安価な材料を選定しても、多チャンネルスピーカーとして機能することとなる。
【００３３】
図１０は、一枚のパネルに２個のエキサイターを装着して、ステレオスピーカーとした例を示しているが、一枚のパネルに１個のエキサイターを装着すると、高音域を改善したモノーラルスピーカーを得ることができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明により、一枚のフラットパネルスピーカーから２〜３チャンネルのステレオ音響を放射するスピーカーシステムを構成することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるスクリーンスピーカーの表面図と裏面図。
【図２】本発明によるスクリーンスピーカーの断面図。
【図３】スピーカーの振動板を構成するハニカムコアの斜視図。
【図４】ハニカムコアの接合部にコルゲートコアを配した斜視図。
【図５】ハニカムパネルの芯材にハーフストレッチコアを用いた例を示す斜視図。
【図６】２チャンネルステレオスピーカーに適用した断面図。
【図７】縦横の弾性率が異なる表面材を張ったハニカムパネルの斜視図。
【図８】パネルの中央部分の一部を切り取って曲げ剛性を変化させた例を示す斜視図。
【図９】振動板の曲げ剛性を局部的に低下させた例を示す説明図。
【図１０】高音域専用振動板を持つユニットを別部品として装着した例を示す説明図。
【図１１】従来のフラットスピーカーの基本的な例を示す説明図。
【図１２】従来のスクリーンスピーカーを用いた投影装置を示す説明図。
【図１３】従来のスクリーンスピーカーの裏面図。
【図１４】従来のスクリーンスピーカーの断面図。
【図１５】蜂の巣状コアを用いたハニカムパネルの説明図。
【図１６】サンドイッチパネルが曲げる力を受けた時の説明図。
【図１７】ハニカムコアの製造工程図。
【符号の説明】
１００ スクリーンスピーカー
１１０ スクリーンフィルム
１３１，１３２，１３３ 平板スピーカー
１３１ｂ，１３２ｂ，１３３ｂ エキサイター
１５０ ハニカムパネル
１６０ ハニカムコア材
１６５，１６６ 連結部

Claims (3)

1. １枚の平面状のパネルにより構成される振動板と、振動板に取り付けられる励振器を備えるフラットスピーカーであって、
   パネルは、ハニカムコアと、ハニカムコアの両面に接着される表面材と裏面材を有し、
   ハニカムコアは、標準ストレッチコア材で形成される複数個のコア材と、複数個の標準ストレッチコア材を連結するパネルの短辺方向に引きのばされたオーバーストレッチコア材で形成され、
   複数個の標準ストレッチコア材を含むパネル上に各々励振器を備える多チャンネル音響用フラットスピーカー。
2. １枚の平面状のパネルにより構成される振動板と、振動板に取り付けられる励振器を備えるフラットスピーカーであって、
   パネルは、ハニカムコアと、ハニカムコアの両面に接着される表面材と裏面材を有し、
   ハニカムコアは、標準ストレッチコア材で形成される複数個のコア材と、複数個の標準ストレッチコア材を連結するハニカムコア材の材料を折り曲げたコルゲート材で形成され、
   複数個の標準ストレッチコア材を含むパネル上に各々励振器を備える多チャンネル音響用フラットスピーカー。
3. １枚の平面状のパネルにより構成される振動板と、振動板に取り付けられる励振器を備えるフラットスピーカーであって、
   パネルは、ハニカムコアと、ハニカムコアの両面に接着される表面材と裏面材を有し、
   ハニカムコア材は標準ストレッチコア材で形成されるとともに、裏面材の一部をパネルの短辺に沿って切り取ってパネルを複数個に区分し、区分された各パネルに励振器を備える多チャンネル音響用フラットスピーカー。

Images