JP3966315B2 - スピーカ - Google Patents

Description

本発明は、音響再生機器などに用いる高域再生限界周波数の伸長を図ったスピーカに関するものである。

従来、スピーカにおいて高域再生限界周波数の伸長を図るための手段としては、非特許文献１のＰ．１５７〜１５８に記載された方法が知られている。すなわち、
１．振動系質量を軽量化する。
２．剛性の高い振動板を使用する。
３．振動板とボイスコイルの接合部の振動板の半頂角を小さくする。
ことが有効である。
スピーカ・システム 上／山本武夫編著（ラジオ技術社）Ｐ．１５７〜１５８

しかしながら、従来の方法では以下に示す問題点があった。

まず、振動系質量を軽量化すれば、振動板の強度が低下するため、振動板の分割共振が発生し易くなり、特性に大きなピーク・ディップが多数発生し、さらには、耐入力が高く出来ない。

また、剛性の高い振動板を使用しようとすれば、振動板材料が高価となり、一般的に高剛性材料は内部損失が小さく、特性に大きなピーク・ディップが発生する。

さらに、振動板とボイスコイルの接合部の振動板の半頂角を小さくすれば、振動板の前室効果の特性に緩やかで大きなピーク・ディップが発生する。
等の問題があった。

ここで、前室効果とは、スピーカ振動板前面のくぼんだ空間により、空洞（キャビティ）が形成され、この空洞により特定帯域に共振が発生し、音圧周波数特性にピーク・ディップを生じることを言う。

本発明は、従来のこれらの問題を解決し、高域再生限界を伸長しながらも、平坦な特性を実現する安価なスピーカを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願の請求項１に記載の発明は、
フレームと、ボイスコイルと、前記フレームと前記ボイスコイルとに接合される振動板とを備え、前記振動板と前記ボイスコイルとの接合部の半頂角が４５゜以下であり、前記振動板は、内径取り付け部から外径取り付け部に伸延している曲面を持つ弓なり型断面と、前記内径取り付け部および外径取り付け部のいずれよりも前方に形成されかつ前記弓なり型断面の曲率が最も小さくなる近傍に頂部とを有して一体成型された構成を有し、接合手段として、ゴム系接着剤を用いたスピーカである。

この構成により、振動板のボイスコイル接合部分の半頂角を小さくしながらも、弓なり形状により、振動板が薄型化できるので、前室効果を抑制することが可能になる。さらに、弓なり形状により振動板の強度が向上し、分割共振が発生し難くなる。

本願の請求項３に記載の発明は、
振動板裏側の空間が密閉され、かつ、振動板に空気の流通する部分を持ち、この部分からのみ空気の流通が可能なことを特徴としたスピーカである。

この構成により、振動板を通して空気の流通が可能になり、振動板裏側の空間の空気のスティフネスを低下させることができる。低域共振はスティフネスの平方根に比例するので、低域共振を小さく、すなわち、低域特性を平坦化することが可能になる。

以上のように、本発明におけるスピーカによれば、振動板のボイスコイル接合部分の半頂角を小さくしながらも、弓なり形状により、振動板が薄型化できるので、前室効果を抑制することが可能になる。また、弓なり形状により、振動板の強度が向上し、分割共振が発生し難くなる。さらに、接合手段として、エポキシ系接着剤に比べ接着強度が劣るが作業性の良いゴム系接着剤を使用することが可能となる。その結果、振動板の材料は、高価な高剛性材料でなく一般パルプを使用しても容易に高域限界周波数を伸長でき、かつ、特性の平坦化が実現できる。

また、本発明のスピーカによれば、振動板とボイスコイル接合部分において、接着剤の層を介することなく、直接振動板とボイスコイルを接合することが可能になり、更に、高域限界周波数を伸長することができる。

さらに、本発明のスピーカによれば、振動板を通して空気の流通が可能になり、振動板裏側の空間の空気のスティフネスを低下させることができる。低域共振はスティフネスの平方根に比例するので、低域共振を小さくすることができる。その結果、低域特性も容易に平坦化することができる。

このように、本発明のスピーカは工業的価値の大なるものである。

以下、本発明のスピーカの実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は本実施の形態のスピーカの構成を示す断面図である。このスピーカは口径６ｃｍの高域再生スピーカである。図１において、１は材質パルプ１００％で、内径取り付け部から７ｍｍ、外径取り付け部から２．９ｍｍ前方に頂部をもつ弓なりに屈曲した形状の振動板であり、内径取り付け部から直径φ１９．２ｍｍまでＲ１０の曲面、直径φ１９．２ｍｍから直径φ３８．６ｍｍまでＲ１５の曲面、直径φ３８．６ｍｍ〜外径取り付け部、すなわち、直径φ５０ｍｍまでＲ７の曲面で構成されている。また、直径φ３８．６ｍｍの位置が振動板頂部であり、この頂部は振動板取り付け部より前方に位置している。また、内径の半頂角θは２７．５゜である。さらに、外径取り付け部における半頂角は４０゜である。

また、この振動板の外周部は、ｔ０．６ｍｍ、全高１３．５ｍｍであるフレーム５にゴム系接着剤により固着されている。なお、このフレーム５には孔はなく、振動板裏面は密閉されている。また、振動板内周部は、厚みｔ０．０５ｍｍのクラフト製ボビンを持つボイスコイル３に接着剤により固着され、ボイスコイル３は外周部がフレーム５に固着された綿布製ダンパー４により中心保持されている。さらに、振動板１の前面上には、最外径φ１７．５ｍｍ、曲面外径φ１５．５ｍｍ、曲率Ｒ８、パルプ１００％のセンターキャップ２が固着されている。

また、フレーム５の下部には、外径φ４５ｍｍ、厚み８ｍｍのフェライト製マグネット、鉄製トッププレート、及び、ヨークにより構成された界磁部６が配置されている。さらに、トッププレートとヨークにより構成される磁気ギャップ部には、ボイスコイル３の下部に巻かれたボイスコイル線輪が挿入されている。

上記構成においてその動作を説明する。本実施の形態におけるスピーカでは、振動板のボイスコイルとの接合部の半頂角が２７．５゜であり、内径取り付け部から７ｍｍ、外径取り付け部から２．９ｍｍ前方に頂部をもつ弓なりに屈曲した振動板により構成されている。

高域限界周波数（ｆｈ）と前記半頂角θとの関係は、前述した非特許文献１の『スピーカ・システム 上／山本武夫編著』のＰ．１５７〜１５８中の式（５・１４）、及び、図５・１９に示されている関係にあり、すなわち、高域限界周波数を伸長するには、半頂角を小さくすることが有効である。

しかしながら、一般的に半頂角を小さくすると振動板の全高が高くなり、振動板の前面から振動板取り付け部までの前方空間の前室効果により、特性に緩やかで大きなピークディップが発生する。従って、従来は半頂角４５゜程度以上が一般的であった。

これに対し、本実施の形態では、振動板が弓なり形状に屈曲しているため、半頂角を２７．５゜と十分に小さく、かつ、振動板の前面から振動板頂部までの前方空間を小さくすることができる。さらに、振動板の屈曲形状により振動板の強度を向上させることができ、その結果、振動板の分割共振の発生を抑制することが可能になる。

また、本願の構成の振動板形状における振動板内径の半頂角については、ＦＥＭシミュレーション、及び、実測実験により、半頂角を４５゜より大きくした場合、可聴帯域２０ｋＨｚを越える高域限界周波数の伸長が困難であると共に、特性に大きなピーク・ディップが発生することが確認できた。本実施の形態では、この条件を満たした仕様になっており、高域限界周波数を十分伸長しながらも、かつ、平坦な特性を実現することができる。

以下、その効果について実測特性を参照しながら説明する。図２は本実施の形態１のスピーカと、従来のスピーカにおいて図９に示した高域限界周波数の伸長を図るため振動板の半頂角と振動板重量を本実施の形態１のスピーカと同等にしたものについて、実測音圧周波数特性を対比して示したものである。

図２において、従来のスピーカは、特性Ｂで示すように、３〜１２ｋＨｚ付近に前室効果によるピークディップが発生している。さらに、振動板強度の低下により、１５ｋＨｚ以上には振動板の分割共振による大きなピークディップが多数発生している。これに対して、本実施の形態１のスピーカでは、特性Ａに示すように、高域再生限界周波数（平均音圧（３，４，６，８ｋＨｚの平均）より１０ｄＢ音圧が低下したところの周波数）：４０ｋＨｚ（平均音圧：９２ｄＢ）と可聴帯域を越え、十分高くすることができると共に、前室効果、及び、振動板の分割共振によるピーク・ディップが大幅に低減できているのが確認できる。

なお、本実施の形態では、振動板材料としてパルプ１００％を使用したが、フイルム等の材料を使用しても同様の効果が得られることは言うまでもないことである。さらに、本実施の形態では振動板外径取り付け部をゴム系接着剤を用いて取り付けたが、ブチルゴム等の粘弾性の高い材料で取り付けても同様の効果が得られることは言うまでもないことである。

（実施の形態２）
次に、本発明のスピーカの実施の形態２について図面を参照しながら説明する。図３は本実施の形態におけるスピーカの構成を示す断面図である。本実施の形態が実施の形態１と異なる点は、振動板７のボイスコイルとの接合部分の形状、及び、下方向に頂部を持つセンターキャップと一体形状になっている点である。すなわち、振動板のボイスコイルより外側の最内周曲率Ｒ１０上のφ１３．５ｍｍの位置から、φ１３．０ｍｍの位置まで全周テーパで結ばれ、φ１３．０ｍｍから内側は下方向に頂部をもつ曲率Ｒ８であるセンターキャップと一体形状で構成されている。そして、前記テーパ部分にボイスコイル３が接合する構造になっている。

上記構成においてその動作を説明する。図４（ａ）に実施の形態１に示す振動板１とボイスコイル３の接合部分の拡大図を、また、図４（ｂ）に本実施の形態に示す振動板７とボイスコイル３の接合部分の拡大図を示す。本実施の形態におけるスピーカでは、図４（ｂ）に示すように、振動板とボイスコイルを固着時、ボイスコイル内径部に振動板上のテーパ部分を挿入する構造であり、接着剤８を排除しながら固着するために、振動板とボイスコイルボビンを直結することができる。一方、実施の形態１におけるスピーカは、従来の一般的な接合構造である。すなわち、図４（ａ）に示すように、ボイスコイルボビン外径部に振動板の内径部を固着する構造であり、製造作業上、ボイスコイル外径と振動板内径との間に一定のクリアランスが必要で、この部分に必然的に接着剤の層が形成される。

以下、その効果について実測特性を参照しながら説明する。図５は本実施の形態２のスピーカと実施の形態１のスピーカの実測音圧周波数特性とを対比して示したものである。

図５において、特性Ａは実施の形態１のスピーカによるものであり、特性Ｃは本実施の形態２のスピーカによるものである。本実施の形態２のスピーカでは、振動板とボイスコイル接合部に音の伝搬速度の遅い接着剤の層が形成されず、直結できるので、音の伝搬にロスが発生しない。

従って、図５に示すように高域限界周波数を実施の形態１よりも伸長することができる。もう少し具体的に説明すると、実施の形態１、２とも平均音圧（前述）：９２ｄＢで、実施の形態１では、高域限界周波数（前述）：４０ｋＨｚであるのに対して、本実施の形態２では、５０ｋＨｚであり、実施の形態１よりさらに１０ｋＨｚ高域限界周波数を伸長することが実現できている。

なお、本実施の形態２では、一体型センターキャップは下方向に頂部を備えていたが、上方向に頂部を備えていても同様の効果が得られることは言うまでもないことである。さらに、本実施の形態２では、センターキャップ一体型であったが、センターキャップを一体型とせず別部品として、実施の形態１と同様に振動板に取り付ける構成にしても同様の効果が得られることは言うまでもない。

（実施の形態３）
以下、本発明のスピーカの実施の形態３について図面を参照しながら説明する。図６は本実施の形態におけるスピーカの構成を示す前面図である。本実施の形態が実施の形態１と異なる点は、振動板９の振動面上に材料密度が著しく低く、空気の流通が可能な部分９ａを備えている点である。すなわち、振動板上のφ４０ｍｍより内側部分は密度６００ｋｇ／ｍ³であり、図中ハッチングで示した外側部分９ａは、密度２００ｋｇ／ｍ³で、空気の流通が可能となっている。

上記構成においてその動作を説明する。本実施の形態３におけるスピーカでは、フレーム５により振動板裏側の空間が密閉されているが、振動板上の空気流通可能な低密度部分９ａを備えているために、この部分から空気が流通できる。

一般的に振動板裏面が小容積で密閉されている場合、この密閉空間の空気のスティフネスが大きくなるために低域の共振も大きくなり（低域共振の大きさは、空気のスティフネスの平方根に比例する）、音圧周波数特性上低域特性に大きなピークが発生する。しかしながら、本実施の形態に示す構成にすることにより、振動板から空気の流通が可能になり、空気のスティフネスが低下し、低域共振を小さくすることができる。

以下、その効果について実測特性を参照しながら説明する。図７は本実施の形態３のスピーカと実施の形態１のスピーカの実測音圧周波数特性を対比して示したものである。ここで、実施の形態１の振動板裏面は、フレーム５によって密閉された構成となっている。図７において、特性Ａは実施の形態１のスピーカによるものであり、特性Ｄは本実施の形態３のスピーカによるものである。本実施の形態３のスピーカでは、振動板からの空気の流通により、振動板裏部の空気のスティフネスが低下し、その結果、特性Ｄに示されるように低域共振によるピークが低減できている。

なお、本実施の形態３では、振動板上に低密度部分を備えていたが、図８に示すように、振動板１０上に直径φ１ｍｍである孔１０ａを備えても同様の効果が得られることは言うまでもないことである。

本発明のスピーカは、高域再生限界周波数を伸長しながらも、安価でかつ平坦な周波数特性を実現するスピーカとして有用である。

本発明の実施の形態１によるスピーカの断面図 本発明におけるスピーカと従来のスピーカの音圧周波数特性を示す図 本発明の実施の形態２によるスピーカの断面図 スピーカの振動板とボイスコイルとの接合部分の拡大図 本発明の実施の形態１及び２におけるスピーカの音圧周波数特性を示す図 本発明の実施の形態３によるスピーカの前面図 本発明の実施の形態１及び３におけるスピーカの音圧周波数特性を示す図 本発明の実施の形態３の応用例を示すスピーカの前面図 従来の一般的なスピーカの断面図

符号の説明

１ 実施の形態１における振動板
２ センターキャップ
３ ボイスコイル
４ ダンパー
５ フレーム
６ 界磁部
７ 実施の形態２における振動板
８ 接着剤
９ 実施の形態３における振動板
９ａ 実施の形態３における振動板の低密度部分
１０ 実施の形態３の応用例における振動板
１０ａ 実施の形態３の応用例における振動板の孔部
θ 振動板の半頂角

Claims (5)

1. フレームと、ボイスコイルと、前記フレームと前記ボイスコイルとに接合される振動板とを備え、
   前記振動板と前記ボイスコイルとの接合部の半頂角が４５゜以下であり、
   前記振動板は、内径取り付け部から外径取り付け部に伸延している曲面を持つ弓なり型断面と、前記内径取り付け部および外径取り付け部のいずれよりも前方に形成されかつ前記弓なり型断面の曲率が最も小さくなる近傍に頂部とを有して一体成型された構成を有し、
   接合手段として、ゴム系接着剤を用いることを特徴とするスピーカ。
2. フレームと、ボイスコイルと、前記フレームと前記ボイスコイルとに接合される振動板とを備え、
   前記振動板と前記ボイスコイルとの接合部の半頂角が４５゜以下であり、
   前記振動板は、内径取り付け部から外径取り付け部に伸延している曲面を持つ弓なり型断面と、前記内径取り付け部および外径取り付け部のいずれよりも前方に形成されかつ前記弓なり型断面の曲率が最も小さくなる近傍に頂部とを有して一体成型されており、
   前記ボイスコイルは、略円筒形状であり、その端部と前記振動板の内径取り付け部とを接合した構成を有し、
   接合手段として、ゴム系接着剤を用いることを特徴とするスピーカ。
3. 振動板裏側の空間が密閉され、かつ、振動板に空気の流通する部分を持ち、この部分からのみ空気の流通が可能なことを特徴とした請求項１または２記載のスピーカ。
4. 空気の流通する部分は振動板外周部近傍に配置したことを特徴とする請求項３記載のスピーカ。
5. 振動板外周部近傍には内周部に比較して密度の低い部材を用いることを特徴とする請求項３または４記載のスピーカ。
   

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