JP3992876B2

JP3992876B2 - スピーカ

Info

Publication number: JP3992876B2
Application number: JP11733299A
Authority: JP
Inventors: 幹郎岩佐; 弘行武輪; 和栄佐藤; 満裕長谷川
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-05-08
Filing date: 1999-04-23
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2019-04-23
Also published as: JP2000217192A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大入力の音響信号を再生するのに好適であって、エッジに特徴を有したスピーカに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、家庭で用いられるステレオやパーソナルコンピュータのために、小型で場所をとらない音響再生装置が提供されている。この様な音響再生装置に使用されるスピーカは小口径のものが多い。
【０００３】
図９（ａ）は、従来の小口径のスピーカの構造例を示す断面図である。図９（ｂ）は図９（ａ）のスピーカのエッジ９の近傍を示す拡大断面図である。図９（ａ）において、環状のフレーム１の下端部には、センターポール２、磁石３、トッププレート４を含む環状磁気回路が形成されている。
【０００４】
センターポール２の上側外周とトッププレート４の内周間に形成される環状の空隙５には、高密度の磁束が生じており、この空隙５においてボイスコイルボビン６が上下に振動自在に保持されている。ボイスコイルボビン６の下側外周には、ボイスコイル１０が巻回されている。ボイスコイル１０に音声信号に対応する駆動電流が印加されると、該ボイスコイル１０に電磁力が発生し、空隙５の磁界においてボイスコイルボビン６がピストン振動する。
【０００５】
ボイスコイルボビン６の上端には振動板８が固着され、ボイスコイルボビン６の上端近傍にはダンパー（サスペンションともいう）７が接続されている。振動板８はエッジ９を介してフレーム１に取り付けられ、ダンパー７はフレーム１に直接取り付けられている。エッジ９及びダンパー７によって振動板８が振動自在に保持されている。
【０００６】
この様に構成されたスピーカにおいて、ボイスコイル１０に音声信号に比例する駆動電流が印加されると、ボイスコイル１０の電磁力と空隙５の磁束の相互作用によって、ボイスコイル１０に駆動力が発生して、ボイスコイル１０が振動し、これに伴ってダンパー７とエッジ９によって保持された振動板８が上下に振動し、このスピーカより音声が出力される。
【０００７】
スピーカのエッジ９としては、図９（ａ）及び（ｂ）に示すものが最も一般的に用いられている。このエッジ９は、その断面形状が半円を描くロール形状であってロールエッジと称され、振動板８の外周に該振動板８と同心円状に形成されている。エッジ９の材料には、樹脂を含浸した布、発泡ウレタンシート、ゴムシート等が適用されている。このロール形状のエッジ９と波形形状のダンパー７によって、スピーカの振動板８の支持系が構成され、振動板８の大きな振動振幅が確保されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９（ａ）に示す従来の小型スピーカでは、振動板８の口径が小さいので、大きな音圧を得難い。つまり、所定の音圧を得るためには、振動板８の振動振幅を振動板面積に反比例して大きくしなければならず、かつ、音声信号の周波数の二乗に反比例して振動振幅を大きくしなければならない。
【０００９】
振動板の最大振幅は、エッジ９のロールの大きさに比例する。ロールの大きさは、小口径のスピーカと大口径のスピーカ間で大差が無い。このため、小口径のスピーカでは、十分に大きな振幅を確保することが困難となり、特に低周波数帯域の再生音が悪くなるという問題があった。
【００１０】
図１０は、ロール形状のエッジ９の変位状態を示す概略断面図である。図１０において、破線は、ボイスコイル１０に駆動電流が印加されておらず、振動板８が中立点にあるときのエッジ９の状態を示している。また、実線は、ボイスコイル１０に低周波数の大きな駆動電流が印加され、振動板８がＺ軸に沿って＋方向に変位したときのエッジ９の状態を示している。図１０から明らかな様に、ボイスコイル１０に低周波数の大きな駆動電流が印加されたときには、エッジ９が直線状に引き延ばされて、延びきっている。
【００１１】
図１１は、ボイスコイル１０にドラムのアタック音に対応する駆動電流を印加して、振動板８をＺ軸に沿って±１０ｍｍまでの振幅で振動させたときのエッジ９の変位をレーザードップラー変位計で測定し、エッジ９の変位の１周期分を示している。図１１から明らかな様に、振動板８が中立点にあるときにはエッジ９がロール形状であるが、振動板８の振幅が±１０ｍｍになると、エッジ９が直線状に変化し、エッジ９が突っ張っている。
【００１２】
この様にボイスコイル１０に低周波数の大きな駆動電流が印加され、エッジ９が延びきって突っ張ると、エッジ９から異常音（突っ張り音）が発生し、再生された音声の品質を著しく悪化させた。この異常音は、薄いシート状のゴム、布、紙などを撓ました状態から急激に突っ張ったときに発生する音と全く同様である。
【００１３】
そこで、本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、ボイスコイルに印加される駆動電流に対する振動板の変位の直線性を大きく劣化させることなく、振動板の大振幅時のエッジの突っ張りに起因する異常音（突っ張り音）が発生しないスピーカを提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記従来の課題を解決するために、本発明のスピーカは、振動板と、該振動板を囲むフレームと、該振動板の外周に接合されると共に、該フレームの内周に接合され、該フレームの内側に該振動板を支持するエッジとを備え、前記エッジは、表層が密であり、内部が多孔質の発泡体から構成され、かつ、前記振動板と前記フレーム間の略中央近傍で薄くされ、前記振動板及び前記フレームに近づくに従って厚くされている。
【００１６】
１実施形態では、前記エッジの断面形状がロール形状である。つまり、最も一般的な断面がロール形状のエッジに、本発明を適用することができる。
【００１７】
本発明では、前記エッジは、表層が密であり、内部が多孔質の発泡体からなる。この場合、エッジは、その表層が密で硬く、その内部が粗で軽いサンドイッチ構造になるため、軽い重量でありながら、エッジを厚くすることができ、振動板の支持体としての適度な剛性と粘弾性が得られる。かつ、表層から内部まで均質な発泡体と比べると、紫外線や湿度の影響を受けず高温高湿下でも剛性が変動し難く、スピーカの低音特性が安定して維持されるものである。
【００１８】
また、本発明のスピーカは、振動板と、該振動板を囲むフレームと、該振動板の外周に接合されると共に、該フレームの内周に接合され、該フレームの内側に該振動板を支持するエッジとを備え、前記エッジは、表層が密であり、内部が多孔質の発泡体から構成され、かつ、前記エッジの剛性率は、前記振動板と前記フレーム間の略中央近傍で小さく、前記振動板及び前記フレームに近づくに従って大きくされている。
【００２６】
この様な構成においても、エッジの中央近傍で剛性が低く、内外周近傍で剛性が高くなるので、振動板の振動振幅が一定範囲内であれば、ボイスコイルに印加される駆動電流に対する振動板の変位の直線性が保たれ、また振動板の大振幅時にエッジに大きな引っ張り応力が加わったときにエッジが急激に延びきって突っ張ることがなく、異常音が発生しない。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１（ａ）は、本発明のスピーカの第１実施形態を示す断面図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）のスピーカのエッジ近傍を示す拡大断面図である。
【００２８】
図１（ａ），（ｂ）において、環状のフレーム１の下端部には、センターポール２、磁石３、トッププレート４を含む環状磁気回路が形成されている。
【００２９】
センターポール２の上側外周とトッププレート４の内周間に形成される環状の空隙５に、ボイスコイルボビン６が上下に振動自在に保持されている。ボイスコイルボビン６の下側外周には、ボイスコイル１０が巻回されている。ボイスコイルボビン６の上端には振動板８が固着され、ボイスコイルボビン６の上端近傍にはダンパー（サスペンションともいう）７が接続されている。
【００３０】
エッジ１１は、振動板８の外周に接合されると共に、フレーム１の内周に接合され、フレーム１の内側に振動板８を支持する。ダンパー７はフレーム１に直接取り付けられている。エッジ１１及びダンパー７によって振動板８が振動自在に保持されている。
【００３１】
エッジ１１は、ゴム材料を成形してなり、その断面が凸型のロール形状になっている。エッジ１１の厚さは、その頂部１４で最も薄く、頂部１４からその内周部１２及び外周部１３に近づくに従って徐々に厚くなる。外周部１３はフレーム１に接着され、内周部１２は振動板８に固着されている。
【００３２】
尚、ここではエッジ１１のロール形状が半円を描いているが、他の円弧や円弧と直線を組み合わせた長円、楕円等を描いても、また凸型の円弧と凹型の円弧とを組み合わせても良く、更に複数の半円或いは円弧を組み合わせた波形、台形、平坦な形状等でも構わない。
【００３３】
この様な構成において、ボイスコイル１０に音声信号に比例する駆動電流が印加されると、ボイスコイル１０の電磁力と空隙５の磁束の相互作用によって、ボイスコイル１０に駆動力が発生して、ボイスコイル１０が振動し、これに伴って振動板８が上下に振動し、このスピーカより音声が出力される。
【００３４】
図２は、エッジ１１の変位状態を示す概略断面図である。図２において、ボイスコイルボビン６の振動方向をＺ軸とし、スピーカの前方（音声の出力方向）を＋、後方を−としている。破線は、ボイスコイル１０に駆動電流が印加されておらず、振動板８が中立点にあるときのエッジ１１の状態を示している。また、実線は、ボイスコイル１０に低周波数の大きな駆動電流が印加され、振動板８がＺ軸に沿って＋方向に変位したときのエッジ１１の状態を示している。
【００３５】
エッジ１１の内周部１２は、振動板８に接着されているため振動板８と一体となって振動する。もう一方の外周部１３は、フレーム１に固着されているため変位しない。エッジ１１の頂部１４は、その厚みが薄いために、剛性が小さく、直線的に伸びている。
【００３６】
エッジ１１の内外周部１２，１３は厚くて剛性が高いため、図９の均一厚さの従来のエッジと比べると、振動板８の荷重（変位量に対応する）に対する内外周部１２，１３の延びが少なく、エッジ１１が図９の従来のエッジの様に延びきることはない。過大な駆動電流がボイスコイル１０に印加され、過大な荷重が振動板８に作用したときには、エッジ１１の内外周部１２，１３が緩やかに延び、振動板８に対して緩やかな制動がかかる。
【００３７】
図３は、エッジ１１の内周部１２に加わる力（Ｎ）に対する該内周部の変位量を示す。図３において、破線（１）は、断面がロール形状であってかつ均一な厚さ０．５ｍｍのゴム製の従来のエッジについて測定された特性曲線であり、一点鎖線（２）は、断面がロール形状であってかつ均一な厚さ１．０ｍｍのゴム製の従来のエッジについて測定された特性曲線であり、実線（３）は、頂部１４が厚さ０．５ｍｍであって、内周部１２及び外周部１３に近づくに従って徐々に厚く、内周部１２及び外周部１３が厚さ１．０ｍｍとなる本実施形態のゴム製のエッジ１１について測定された特性曲線である。
【００３８】
均一な厚さ０．５ｍｍの従来のエッジの場合、破線（１）の特性曲線から明らかな様に、力（荷重）１０（Ｎ）を境に、変位量が急激に変化し、力１０（Ｎ）以上では、変位量がほぼ一定となり、エッジが突っ張った状態となる。また、均一な厚さ1．０ｍｍの従来のエッジの場合、一点鎖線（２）の特性曲線から明らかな様に、およそ力２０（Ｎ）以上で変位量がほぼ一定になる。これらの特性曲線の傾きはエッジのスチフネスを表している。破線（１）の特性曲線は傾きが大きく、よってエッジのスチフネスが小さく、振動板の支持系としては適度な値である。これに対して、一点鎖線（２）の特性曲線は傾きが小さく、エッジのスチフネスが大きくて、振動板の支持系としては硬過ぎ、低周波数の音声信号の再生を妨げる。
【００３９】
一方、頂部１４が厚さ０．５ｍｍであって、内周部１２及び外周部１３が厚さ１．０ｍｍである本実施形態のゴム製のエッジ１１の場合は、実線（３）の特性曲線から明らかな様に、エッジ１１の内周部１２に加わる力（Ｎ）が小さいときには薄くされた頂部１４が変形するため、力（Ｎ）に対応して変位量が直線的に変化する。また、力（Ｎ）が増加するにつれて、厚くされた内周部１２及び外周部１３近傍部分が徐々に変形するため、力（Ｎ）に対する変位量の変化が徐々に緩慢になる。すなわち、力（Ｎ）が小さいときには、実線（３）の特性曲線が破線（１）の特性曲線にほぼ一致する。また、力（Ｎ）が８（Ｎ）〜１５（Ｎ）の範囲では、実線（３）の特性曲線が破線（１）及び一点鎖線（２）の各特性曲線の中間を示し、力（Ｎ）が大きくなる程、力（Ｎ）に対する変位量の変化が緩やかになる。
【００４０】
従って、力（Ｎ）が大きくなると、エッジ１１の内周部１２の変位が緩やかとなり、エッジ１１が急激に突っ張ることはない。また、スチフネスをみると、力（Ｎ）が比較的小さいときには、薄くされた頂部１４が主に変形するので、スチフネスが小さくて適度な値となり、力（Ｎ）が大きくなったときには、厚くされた内周部１２及び外周部１３近傍部分が主に変形するので、スチフネスが大きくなり、振動板８の支持系としては過大入力に対して硬く、振動板８が動き難くなる。
【００４１】
図４は、本実施形態のスピーカのボイスコイル１０にドラムのアタック音に対応する駆動電流を印加して、振動板８をＺ軸に沿って±１０ｍｍまでの振幅で振動させたときのエッジ１１の変位をレーザードップラー変位計で測定し、エッジ１１の変位の１周期分を示している。図４から明らかな様に、振動板８が±１０ｍｍの振幅で振動しても、エッジ１１が突っ張らず、エッジ１１の形状にゆとりがある。このため、エッジ１１が伸び切ることはなく、エッジ１１が突っ張ることで起きる異常音は発生しない。
【００４２】
以上の様に本実施形態のスピーカのエッジ１１は、中央部が薄くなり、内外周部近傍で厚くなるという偏った厚さを持つので、柔らかく変形し易い均一な薄いエッジと、硬くて突っ張り難い均一な厚いエッジの両方の利点を有する。
【００４３】
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態のスピーカにおけるエッジを示す拡大断面図である。本実施形態のエッジ２１は、第１実施形態のエッジ１１とは材質が異なるものの、第１実施形態のエッジ１１と全く同様の形状を有し、かつ図１に示すスピーカに適用される。
【００４４】
本実施形態のエッジ２１は、材料として多孔質発泡ゴムを適用したものであり、金型成形によって形成される。
【００４５】
このエッジ２１が成形される金型内の中空部は、エッジ２１の外形と同様の形状を有しており、その断面がロール形状であって、エッジ２１の頂部２４に対応する箇所が最も薄く、内周部１２及び外周部１３に対応するそれぞれの箇所で厚くなっている。この中空部内でゴム材料を発泡成形することによってエッジ２１を形成する。この発泡成形に際しては、表層が密で内部にいくにつれて発泡倍率が高くなる様にゴム材料の発泡倍率を設定する。
【００４６】
この結果、エッジ２１は、表層が密で硬く、内部が粗で軽いサンドイッチ構造になり、同重量のゴムシートと比較すると、エッジ２１を厚くすることができ、剛性を高くすることができる。さらに、発泡倍率を変えているので、エッジ２１の重量、剛性の調節を容易に行うことができ、適度な剛性と粘弾性を設定することができる。これによって、第１実施形態と同様に、振動板８の振動振幅が一定の範囲内では柔らかく変形し易いという利点と、振動振幅が大きくなっても突っ張り難く、異常音（突っ張り音）が発生しないという利点を合わせ持つことができる。また、均一な発泡倍率の発泡ウレタンからなるエッジと比べると、エッジ２１の表層が密で硬いため、エッジ２１の方が耐候性及び耐湿性に優れ、高温高湿度下でも剛性が変動し難く、スピーカの低音再生特性が安定して維持される。
【００４７】
（第３実施形態）
図６（ａ）は、本発明のスピーカの第３実施形態を示す断面図である。また、図６（ｂ）は、図６（ａ）のスピーカのエッジ近傍を示す拡大断面図である。尚、図６（ａ），（ｂ）において図１と同様の作用を果たす部位には同じ符号を付している。
【００４８】
本実施形態では、エッジ４１は、３個の連続するロール部４２，４３，４４を有する。このエッジ４１においては、中央部分で薄く、内周部４６及び外周部４５に近づくに従って徐々に厚くなっている。外周部４５はフレーム１に接着され、内周部４６は振動板８に接着されている。
【００４９】
本実施形態のエッジ４１も、第１及び第２実施形態と同様に、振動板８の振動振幅が一定の範囲内では柔らかく変形し易いという利点と、振動振幅が大きくなっても突っ張り難く、異常音（突っ張り音）が発生しないという利点を合わせ持つ。
【００５０】
尚、本実施形態では、エッジ４１の厚さを徐々に変化させているが、この代わりに、中央のロール部４３だけを薄くし、両外側の各ロール部４２，４４を厚くしても良い。また、連続するロール部の数が４つ以上であっても構わない。
【００５１】
（第４実施形態）
図７（ａ）は、本発明のスピーカの第４実施形態を示す断面図である。また、図７（ｂ）は、図７（ａ）のスピーカのエッジ近傍を示す拡大断面図である。尚、図７（ａ），（ｂ）において図１と同様の作用を果たす部位には同じ符号を付している。
【００５２】
本実施形態のエッジ５１は、３個の連続する内周側のロール部５２、中央のロール部５３、及び最外周のロール部５４からなる。内外周のロール部５２，５４の半径は、中央のロール５３の半径に比べて小さい。ロール部の半径が小さくなると、振動板８を支持するためのスチフネスが大きくなるため、エッジ５１の内周部に作用した力（Ｎ）に対する該ロール部の変位量が小さくなる。これは、エッジの厚さを増加したことに相当する。従って、本実施形態のエッジ５１においては、中央のロール部５３が柔らかくて変形し易く、内外周のロール部５２，５４が硬くて突っ張り難く、第１乃至第３実施形態と同様に、振動板８の振動振幅が一定の範囲内では柔らかく変形し易いという利点と、振動振幅が大きくなっても突っ張り難く、異常音（突っ張り音）が発生しないという利点を実現することができる。
【００５３】
尚、本実施形態のエッジ５１の厚さを変化することによって、エッジ５１の制動効果と復元力特性の直線性の調整を行うことができる。
【００５４】
また、第３実施形態と同様に、エッジ５１の中央を薄くし、内周部及び外周部に近づくに従ってエッジ５１を徐々に厚くしても良く、これによって制動効果をより一層増大させることができる。
【００５５】
尚、本発明は、上記各実施形態に限定されるものなく、多様に変形することができる。図８は、エッジの断面形状の各種変形例を示している。図８（ａ）のエッジ８１は全体に平坦であり、図８（ｂ）のエッジ８２は山型であり、図８（ｃ）のエッジ８３は連続する凹凸型の２つのロール部８３ａ，８３ｂを有し、図８（ｄ）のエッジ８５は台形状であり、図８（ｅ）のエッジ８６は連続する２つの波形部８６ａ，８６ｂを有し、図８（ｆ）のエッジ８７は連続する３つの波形部８７ａ，８７ｂ，８７ｃを有し、図８（ｇ）のエッジ８８は中央の凹部８８ａと内外周の小さな半径の各ロール部８８ｂ，８８ｃを有し、図８（ｈ）のエッジ８９は中央の凹部８９ａと内外周の各ロール部８９ｂ，８９ｃを有し、図８（ｉ）のエッジ９０は中央の凹部９０ａと内外周の各波形部９０ｂ，９０ｃを有する。各エッジ８１〜９０のいずれも、中央部が薄く、内外周に近づくに従って厚くなっており、振動板の振動振幅が一定の範囲内では柔らかく変形し易いという利点と、振動振幅が大きくなっても突っ張り難く、異常音が発生しないという利点を合わせ持つ。
【００５６】
上記各実施形態及び各変形例のエッジを考察すると、いずれのエッジにおいても、エッジの中央の剛性率が小さく、エッジの内外周に近づくに従って剛性率が大きくなっている。従って、この様に剛性率が配分されたエッジは、本発明の範囲に入る。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明によれば、エッジの中央近傍で剛性が低く、その内外周近傍で剛性が高くなっている。エッジの中央近傍で剛性が低いため、振動板の振動振幅が一定範囲内であれば、エッジ中央近傍が容易に変形し、ボイスコイルに印加される駆動電流に対する振動板の変位の直線性が保たれる。また、振動板の大振幅時にエッジに大きな引っ張り応力が加わったときには、高い剛性のエッジの内外周の部分によって引っ張り応力が分散されるので、エッジが急激に延びきって突っ張ることがなく、この急激な突っ張りに起因する異常音（突っ張り音）が発生せずに済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明のスピーカの第１実施形態を示す断面図であり、（ｂ）は該スピーカのエッジ近傍を示す拡大断面図である。
【図２】第１実施形態のスピーカのエッジの変位状態を示す概略断面図である。
【図３】第１実施形態のスピーカのエッジの内周部に加わる力（Ｎ）に対する該内周部の変位量を示すグラフである。
【図４】第１実施形態のスピーカのエッジの変位の１周期分を示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態のスピーカにおけるエッジを示す拡大断面図である。
【図６】（ａ）は本発明のスピーカの第３実施形態を示す断面図であり、（ｂ）は該スピーカのエッジ近傍を示す拡大断面図である。
【図７】（ａ）は本発明のスピーカの第４実施形態を示す断面図であり、（ｂ）は該スピーカのエッジ近傍を示す拡大断面図である。
【図８】本発明のスピーカのエッジの各種変形例を示す断面図である。
【図９】（ａ）は従来の小口径のスピーカの構造例を示す断面図であり、（ｂ）は該スピーカのエッジ近傍を示す拡大断面図である。
【図１０】図９の従来のスピーカのエッジの変位状態を示す概略断面図である。
【図１１】図９の従来のスピーカのエッジの変位の１周期分を示すグラフである。
【符号の説明】
１フレーム
２センターポール
３磁石
４トッププレート
５空隙
６ボイスコイルボビン
７ダンパー
８振動板
１０ボイスコイル
１１エッジ

Claims

振動板と、該振動板を囲むフレームと、該振動板の外周に接合されると共に、該フレームの内周に接合され、該フレームの内側に該振動板を支持するエッジとを備え、
前記エッジは、表層が密であり、内部が多孔質の発泡体から構成され、かつ、前記振動板と前記フレーム間の略中央近傍で薄くされ、前記振動板及び前記フレームに近づくに従って厚くされたスピーカ。
前記エッジの断面形状がロール形状である請求項１に記載のスピーカ。
振動板と、該振動板を囲むフレームと、該振動板の外周に接合されると共に、該フレームの内周に接合され、該フレームの内側に該振動板を支持するエッジとを備え、
前記エッジは、表層が密であり、内部が多孔質の発泡体から構成され、かつ、前記エッジの剛性率は、前記振動板と前記フレーム間の略中央近傍で小さく、前記振動板及び前記フレームに近づくに従って大きくされたスピーカ。