JP4639142B2

JP4639142B2 - スピーカ装置

Info

Publication number: JP4639142B2
Application number: JP2005336356A
Authority: JP
Inventors: 実堀米; 輝明海谷; 裕一高橋
Original assignee: Tohoku Pioneer Corp; Pioneer Corp
Current assignee: Tohoku Pioneer Corp; Pioneer Corp
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2005-11-21
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2025-11-21
Also published as: US8045745B2; US20070127768A1; JP2007142982A; CN1972528A; EP1788839B1; EP1788839A1

Description

本発明は、スピーカ装置に関する。

動電型スピーカ装置の一般例としては、磁気回路と、この磁気回路を後部に保持したフレームと、振動板外周のロール状エッジが前記フレームの前部に固定されたコーン状の振動板と、軸方向に移動自在の円筒状ボイスコイルボビンに巻回されたボイスコイルとを有しており、前記ボイスコイルボビンは軸方向の移動を規制するためのダンパを介して前記フレームに弾性支持される。前記ダンパとしては、通常、前記ボイスコイルボビンに対して同心状の蛇腹構造のものが採用される（例えば、特許文献１）。
特開昭６３−１５５９００号公報特願２００３−４２８３７４ＥＰ０９１４０２０Ａ２号公報

ところで、最近は、車載のオーディオシステムでも、ウーファーやサブウーファーといった重低音再生用のスピーカ装置を組み込むものが増えている。
このような車載用のスピーカ装置の場合は、車両のドアや天井パネル等の奥行き寸法が限られている部位でもスピーカ装置の組み込みが可能なように、スピーカ装置の薄型化が重要課題とされている。

しかし、前述の特許文献１に示すような、ダンパによって振動系を支持する形式のものは、スピーカ装置が軸方向に長くなり、また振動系のスティフネスも大きく、その機械的疲労による振動系の支持性能の低下をきたし易い。そのため、ダンパに代って一対の振動板の間に密閉空間を形成し、該密閉空間内の気体のバネ性を利用して振動系を支持するダンパレスの薄型化を実現したダンパレスのスピーカ装置として、本発明の出願人は、図１に示す構造のスピーカ装置を特許文献２に記載している。

なお、図１に示すスピーカ装置は中心線３７に対して左右対称であり、中心線３７の片側の半体部分のみを示してある。
図１に示すスピーカ装置は、マグネット５３を備えた磁気回路３３と、磁気回路３３を担持したフレーム３５と、磁気回路３３に対して軸方向移動自在に配置された円筒状のボイスコイルボビン４５と、磁気回路３３に対峙するようにボイスコイルボビン４５に巻回されたボイスコイル４６と、駆動方向に沿って配置された振動板４１とボイスコイル４６の駆動を振動板４１に伝える駆動部材４２（以下、ドライブコーンという）と、を有し、この振動板４１およびドライブコーン４２とフレーム３５とで囲まれた空間が密閉空間とされ、この密閉空間６７内の気体のバネ性により、ボイスコイルボビン４５を介して振動系が支持される。５１はマグネット５３を保持したヨーク、２３はスピーカ装置の前面で振動板４１の中央部を覆うダストキャップである。

振動板４１およびドライブコーン４２の外周部にはロールエッジと称する略半円形縦断面形状のわん曲部が形成され、このロールエッジ６１，６２の外端から延びたフランジ部６１ａ，６２ａがフレーム３５に固着されている。ロールエッジ６１，６２の寸法形状はスピーカ装置の前面出寸法ばかりでなく、密閉空間６７の容積や、振動板４１およびドライブコーン４２の有効振動面積等に関係し、ひいてはスピーカ装置の周波数特性にも影響を与える。

しかしながら、図１に示すスピーカ装置では、振動板４１のロールエッジ６１は、曲率半径の中心点Ａがロールエッジ６１につながるフランジ部６１ａの面と同一高さ（Ｈ0）位置にある単一曲率半径Ｒの半円形で形成され、ドライブコーン４２のロールエッジ６２は、曲率半径の中心点Ｂが該ロールエッジ６２につながるフランジ部６２ａよりエッジ膨出側にある、いわゆるトールエッジとなっている。

前述の如く、振動板間の密閉空間内は空気バネとしての機能を発揮するが、この密閉空間の容積はバネ性の定数、即ちスティフネスに影響を与える。また、密閉空間を形成する振動板およびドライブコーンの有効振動面積差も前記スティフネスに関係してくる。振動板の有効振動面積をＳ１，ドライブコーンの有効振動面積をＳ２、密閉空間の容積をＶとすると、密閉空間内の空気バネのバネ定数は、（Ｓ１−Ｓ２）／Ｖに比例する。また、バネ定数をｓ０、振動系の重量をｍ０とすれば、最低共振周波数ｆ_０はｆ_０＝（１／２π）×√（ｓ０／ｍ０）で表されるので、バネ定数ｓ０を小さくすることにより、最低共振周波数を低くすることができる。

したがって、バネ定数を小さくして最低共振周波数を下げるには、振動板およびドライブコーンの有効振動面積差を小さくする必要があり、そのためには装置前面側の振動板のロールエッジを大きい単一曲率半径のエッジ形状とすることも１つの方法である。しかし、単にロールの曲率半径を大きくするとエッジの高さが高くなり、スピーカ装置の軸方向長さ、特に振動板の取付面からのエッジの出寸法が大となり、スピーカ装置の薄型化を損なう。その他、スピーカ装置の口径（落込み径）やフレームの抜きテーパ等によりロールエッジのロール外径、ロール長さにもスピーカ装置の仕様上の制約がある。
また、特許文献３にはコルゲーションダンパで波形がドライブコーン側に設けられた構成が記載されているが、この構成では、ドライブコーン側の有効振動面積が小さくなるために、空気バネによる支持が硬くなってしまう問題を内在している。

本発明が解決しようとする課題としては、振動板間の密閉空間内の空気バネで振動系を支持するスピーカ装置において、エッジのロール径（前面出寸法）を大きくすることなく振動板の支持を柔軟にする問題等が一例として挙げられる。

請求項１に係るスピーカ装置は、駆動方向に沿って同軸に配置した有効振動面積Ｓ１の振動板と有効振動面積Ｓ２のドライブコーンとを備え、前記振動板及び前記ドライブコーンの外周部は、前記振動板のエッジおよび前記ドライブコーンのエッジを介してフレーム上のそれぞれの支持部に固定されると共に、前記振動板及び前記ドライブコーンと前記フレームとで囲まれた容積Ｖの空間が密閉され、前記振動板と前記ドライブコーンとの有効振動面積差Ｓ１−Ｓ２を前記容積Ｖで割った（Ｓ１−Ｓ２）／Ｖによって前記空間内の気体によるバネ定数を調整するスピーカ装置において、前記有効振動面積差Ｓ１−Ｓ２を小さくして前記バネ定数を小さくするために、前記振動板のエッジの横断面形がスピーカ前面に向かって突出する２個以上の山部を有する波形によって構成されたことを特徴とする。

この発明は、ボイスコイルの駆動により振動する振動板の外周部を構成するエッジは、その横断面形がスピーカ前面に向かって突出する２個以上の山部を有する波形に構成されたことを、その最良の実施形態としているものである。
この構成によれば、振動板のエッジの高さを低くできてスピーカ装置の薄型化が図れるだけでなく、エッジの反射が減少し、インピーダンスの乱れを低減することができる。また、エッジの有効長さを長くできて、振動板の振幅に対する余裕ができ、この結果、入力信号のパワーを上げても余裕を持って対応でき歪みの少ない高品位音質を再現することができる。さらに、振幅し易いことから最低共振周波数ｆ_０が下がり、特にウーファーやサブウーファーなどの低音再生用のスピーカ装置の音響特性の改善に有用である。

この実施形態のスピーカ装置では、エッジは発泡ウレタンの内部にメッシュ状の補強部材が設けられた構成とすることができる。この構成のエッジによれば、十分な強度が得られるとともに振動板の変位に対応して容易に変形することができる。

この実施形態のスピーカ装置では、山部の折り返し角度が５０度〜６５度の範囲に構成することができる。この構成によれば、複数の山部の弾性機能と補強部材による強度アップ機能とを両立した、所謂高品位音質の再生と耐久性のあるスピーカ装置を提供することができる。

また、この実施形態のスピーカ装置では、振動板とボイスコイルの駆動を振動板に伝えるドライブコーンとを備え、この振動板およびドライブコーンの外周部がフレーム上の振動板支持部に固着され、振動板およびドライブコーンとフレームとで囲まれた空間が密閉空間とされ、前記密閉空間内の気体のバネ性により前記ボイスコイルボビンを介して振動系が支持されるように構成されたものに適用できる。

この構成によれば、エアーサスペンションを使用したダブルコーン（振動板およびドライブコーン）のスピーカ装置において、振動板のエッジの高さを低くできるので、スピーカ装置の薄型化が更に促進できる。車載用のスピーカ装置のごとき、車両のドアや天井パネル等の奥行き寸法が限られている部位でも設置容易なスピーカ装置を提供できる。また、エッジの有効長さを長くできて、振動板の振幅に対する余裕ができ、入力信号のパワーを上げても余裕を持って対応でき歪みの少ない高品位音質を再現することができる。さらに、振幅し易いことからｆ_０が下がり、特にウーファーやサブウーファーなどの低音再生用のスピーカ装置の音響特性を改善できる。

以下、本発明に係るスピーカ装置の好適な実施の形態における第１の実施例について、図面を参照して説明する。
図２は、本発明に係る実施例のスピーカ装置の縦断面図である。なお、本実施例においては左右対称であるのでスピーカ装置の半分の断面図として示す。また、図３は、図２の要部の拡大断面図である。
図２に示すように、本実施例のスピーカ装置３０は磁気回路３３と、この磁気回路３３が後部内壁に取り付けられたフレーム３５と、駆動方向に沿って配置された振動板４１とボイスコイル４６の駆動を振動板４１に伝えるドライブコーン４２と、円筒状のボイスコイルボビン４５に巻回されたボイスコイル４６とを備え、振動板４１およびドライブコーン４２およびフレーム３５とで囲まれた密閉空間６７内の空気バネによってボイスコイルボビン４５を介して振動系を支持する構成となっている。なお、３７はスピーカ装置３０の中心線である。

磁気回路３３は、円板状のプレート５１ａの中心に円筒状のセンターポール５１ｂが突設された構造のヨーク５１と、センターポール５１ｂの外周に遊嵌するリング状のマグネット５３と、プレート５１ａとの間にマグネット５３を挟み込むようにセンターポール５１ｂの先端側に遊嵌して装備されたリング状のトッププレート５５とから構成されている。トッププレート５５の内周とセンターポール５１ｂとの間の隙間が、ボイスコイル４６を配置する磁気ギャップ５７となっている。

フレーム３５は浅底の椀形で、底板部３５ａの内面はヨーク５１のプレート５１ａを載せた状態で、磁気回路３３が取り付けられる。
このフレーム３５には、駆動方向に沿って離れた位置に、振動板４１の振動板支持部３５ｃとドライブコーン４２の振動板支持部３５ｄがそれぞれ設けられている。

振動板４１およびドライブコーン４２は、コーン型の振動板であり、振動板４１の外周部のエッジ７１は、振動板間の密閉空間６７の外側（スピーカ装置の前面側）に膨らむ２つの同じ高さＨ（頂部７２ｂ、７３ｂの高さが同じ）の山部７２，７３を有する波形エッジとなっており、ドライブコーン４２の外周部のロールエッジ６２は、振動板間の密閉空間６７の外側（スピーカ装置の背面側）に膨らむトールエッジとなっている。

振動板４１およびドライブコーン４２は、その外周部のエッジ７１，ロール６２の外端に連接された取付用フランジ部７１ａ，６２ａがフレーム３５上の振動板支持部３５ｃ，３５ｄに固定される。

この構成によれば、振動板４１のエッジ７１の高さＨを低くできてスピーカ装置３０の薄型化が図れる。また、エッジの反射が減少し、インピーダンスの乱れを低減することができる。また、エッジ７１の有効長さを長くできて、振動板４１の振幅に対する余裕ができ、この結果、入力信号のパワーを上げても余裕を持って対応でき歪みの少ない高品位音質を再現することができる。さらに、振幅し易いことから最低共振周波数ｆ_０が下がり、特にウーファーやサブウーファーなどの低音再生用のスピーカ装置の音響特性の改善に有用である。

エッジ７１は発泡ウレタンの内部全面に亘ってメッシュ状の補強部材が設けられている。この構成のエッジによれば、十分な強度が得られるとともに振動板の変位に対応して容易に変形することができる。

なお、この補強部材は、例えば芳香族ポリアミド繊維、綿、ポリエステル繊維、オレフィン系の繊維、ナイロン繊維の内いずれかにて形成されている。また、補強部材は、平織り、亀甲編み及び三軸織りのいずれかの構成であり、また、不織布および三軸組布のいずれかである。
また、熱可塑性樹脂のフィルムに上記構成の補強部材を挟み込んで、熱加圧成形により発泡ウレタンと該補強部材を融着して製造されている。

本実施例１では、エッジ７１の厚みは例えば１ｍｍ程度に構成され、また、山部７２，７３の折り返し角度αが５０度〜６５度の範囲に、また、折り返しのＲは例えば１.５ｍｍ程度の大きさに構成されている。この範囲の角度であると、補強部材として内装されたメッシュが発泡ウレタンを突き破ることがなく、複数の山部７２，７３による弾力性を維持しつつ補強部材の強度アップ機能を両立できる。

スピーカ装置３０の前面側に配置される振動板４１は、中央の開口の径が、ドライブコーン４２の開口の径よりも大きく設定され、また、振動板４１の背部に配置されるドライブコーン４２は、中央部の開口の径がボイスコイルボビン４５の外径に略等しく設定されている。

また、振動板４１の内周部４１ａは、その背後に位置しているドライブコーン４２の上に重ねられた状態でドライブコーン４２に接合されている。
また、この振動板４１の中央部には、ダストキャップ２３が貼着装備される。このダストキャップ２３は、ボイスコイルボビン４５の前方を覆って、磁気ギャップ５７への塵埃等の進入を防止する。

ドライブコーン４２の内周部４２ａを、ボイスコイルボビン４５の外周に適宜接着剤等によって接着固定することで、振動板４１はドライブコーン４２を介してボイスコイルボビン４５に接続された構造を得ている。

円筒状のボイスコイルボビン４５は、軸方向に移動自在に、センターポール５１ｂの外周に遊嵌すると共に、その外周に接合されたドライブコーン４２によって、半径方向および軸方向の位置決めが成されている。

振動板４１のエッジ７１およびドライブコーン４２のロールエッジ６２は、振動板本体であるコーン紙から伝わった振動を減衰させるため、内部損失の高い材質の部材を使用することが好ましい。よって、例えば、コーン紙とは異なる材質（コーン紙よりも内部損失の高い材質）の部材を接合してエッジ７１，ロール６２とするのがよい。

次に、本発明の実施例１のスピーカ装置と比較例のスピーカ装置（図１に示すスピーカ装置）との音響特性の測定結果の一例を示す。
なお、本実施例１においては、エッジ高さＨは８．５ｍｍ、エッジ有効長さは３９．５９ｍｍ、折り返し角度αは６０度とし、比較例は、図１のような従来のエッジ構造のスピーカ装置を使用し、エッジ高さＨは１２．０ｍｍ、エッジ有効長さは３６．２３ｍｍとした。

図６は、実施例１のスピーカ装置と比較例のスピーカ装置（図１に示すスピーカ装置）とに対して、インピーダンスの周波数特性を測定した結果を示すグラフであり、（ａ）は実施例１、（ｂ）は比較例の測定結果である。
図６に示すように、比較例のスピーカ装置に比べて実施例１のスピーカ装置の方が、周波数が４５０Ｈｚ〜５００Ｈｚの範囲（図中においてＸにて示す範囲）においてインピーダンス特性の乱れが少ないことが判る。

また、実施例１のスピーカ装置と比較例のスピーカ装置に対して、入力パワー（入力電力）に対する出力音圧の関係を示すパワーリニアリティの測定を低音域の周波数３０Ｈｚ，４０Ｈｚ，５０Ｈｚで行った。
図７は、パワーリニアリティの測定結果を示すグラフであり、（ａ）は実施例１、（ｂ）は比較例の測定結果である。

図７の（ａ）において、実施例１のスピーカ装置における各周波数３０Ｈｚ，４０Ｈｚ，５０Ｈｚに対する測定値は、Ｍ_３０（３０Ｈｚ），Ｍ_４０（４０Ｈｚ），Ｍ_５０（５０Ｈｚ）に示すラインであり、パワーリニアリティの理想的なラインは図中細い線で表されたK_３０（３０Ｈｚ），K_４０（４０Ｈｚ），K_５０（５０Ｈｚ）である。

また、図７の（ｂ）において、比較例のスピーカ装置における各周波数３０Ｈｚ，４０Ｈｚ，５０Ｈｚに対する測定値は、ＲＬ_３０（３０Ｈｚ），ＲＬ_４０（４０Ｈｚ），ＲＬ_５０（５０Ｈｚ）に示すラインであり、パワーリニアリティの理想的なラインは図中細い線で表されたK_３０（３０Ｈｚ），K_４０（４０Ｈｚ），K_５０（５０Ｈｚ）である。

図からわかるように、比較例（図７（ｂ））に比べて実施例１（図７（ａ））のスピーカ装置の方が、各周波数ともに理想的な特性を示すライン（K_３０，K_４０，K_５０）に近い結果となっている。

また、最低共振周波数ｆ_０は、比較例のスピーカ装置が４０Ｈｚであったのに対して、本実施例１のスピーカ装置では３２Ｈｚであった。

以下、本発明に係るスピーカ装置の好適な実施の形態における第２の実施例について、図４を参照して説明する。
図４は、本発明に係る実施例２のスピーカ装置におけるエッジ８１の拡大断面図である。なお、実施例２における他の構成については、実施例１と同様であるので説明を省略する。
本実施例２においては、振動板４１およびドライブコーン４２は、コーン型の振動板であり、振動板４１の外周部のエッジ８１は、振動板間の密閉空間６７の外側（スピーカ装置の前面側）に膨らむ３つの同じ高さＨ（頂部８２ｂ，８３ｂ，８４の高さが同じ）の山部８２，８３，８４を有する波形エッジとなっている。また、折り返し部のＲ１はすべて同じ大きさに構成されている。
本実施例２においても、前掲の実施例１と同様の効果を得ることができる。

以下、本発明に係るスピーカ装置の好適な実施の形態における第３の実施例について、図５を参照して説明する。
図５は、本発明に係る実施例３のスピーカ装置におけるエッジ９１の拡大断面図である。なお、実施例３における他の構成については、実施例１と同様であるので説明を省略する。
本実施例３においては、振動板４１およびドライブコーン４２は、コーン型の振動板であり、振動板４１の外周部のエッジ９１は、振動板間の密閉空間６７の外側（スピーカ装置の前面側）に膨らむ２つの山部９２と山部９３を有した波形をしている。この両山部９２，９３は、異なった高さＨ２（頂部９２ｂ）と高さＨ（頂部９３ｂ）に構成され、折り返し部のＲの大きさもすべて異なっており、折り返し角度α2、α3、α4についても全て異なった大きさに構成されている。このように、構成されていると、前掲の実施例１，２と同様の効果を得られるだけでなく、山部の大きさの適宜調整ができ、その機能を微妙に変化させる等の設定内容に調整が可能となる。

以上、詳述したように、本発明の実施の形態に係るスピーカ装置３０は、エアーサスペンションを使用したダブルコーン（振動板およびドライブコーン）のスピーカ装置において、振動板のエッジの高さを低くできるので、スピーカ装置の薄型化が更に促進できる。車載用のスピーカ装置のごとき、車両のドアや天井パネル等の奥行き寸法が限られている部位でも設置容易なスピーカ装置を提供できる。また、エッジの有効長さを長くできて、振動板の振幅に対する余裕ができ、入力信号のパワーを上げても余裕を持って対応でき歪みの少ない高品位音質を再現することができる。さらに、振幅し易いことからｆ_０が下がり、特にウーファーやサブウーファーなどの低音再生用のスピーカ装置の音響特性の改善に有用である。

なお、本発明に係るスピーカ装置は、上記実施例のエアーサスペンションを使用したダブルコーン（振動板およびドライブコーン）のスピーカ装置に限定されるものではなく、その他各種スピーカ装置に適用できる。また、エッジの構造は、前記実施の形態の形状に限定されるものではなく種々変更できるものである。

前面の振動板のロールエッジをロールエッジで構成したスピーカ装置の半体部分を示す縦断面図である。本発明の実施例１に係るスピーカ装置の半体分を示す縦断面図である。図２に示すスピーカ装置の要部の拡大断面図である。本発明の実施例２に係るスピーカ装置の要部の拡大断面図である。本発明の実施例３に係るスピーカ装置の要部の拡大断面図である。スピーカ装置に対してインピーダンスの周波数特性を測定した結果を示すグラフであり、（ａ）は本発明の実施例１、（ｂ）は比較例の測定結果である。パワーリニアリティの測定結果を示すグラフであり、（ａ）は本発明の実施例１、（ｂ）は比較例の測定結果である。

符号の説明

３０スピーカ装置
３３磁気回路
３５フレーム
３５ｃ，３５ｄ振動板支持部
４１振動板
４２ドライブコーン（駆動部材）
４５ボイスコイルボビン
５７磁気ギャップ
６２（ドライブコーンの）ロールエッジ
６７密閉空間
７１，８１，９１エッジ
７２，７３，８２，８３，８４，９２，９３山部

Claims

駆動方向に沿って同軸に配置した有効振動面積Ｓ１の振動板と有効振動面積Ｓ２のドライブコーンとを備え、
前記振動板及び前記ドライブコーンの外周部は、
前記振動板のエッジおよび前記ドライブコーンのエッジを介してフレーム上のそれぞれの支持部に固定されると共に、
前記振動板及び前記ドライブコーンと前記フレームとで囲まれた容積Ｖの空間が密閉され、
前記振動板と前記ドライブコーンとの有効振動面積差Ｓ１−Ｓ２を前記容積Ｖで割った（Ｓ１−Ｓ２）／Ｖによって前記空間内の気体によるバネ定数を調整するスピーカ装置において、
前記有効振動面積差Ｓ１−Ｓ２を小さくして前記バネ定数を小さくするために、前記振動板のエッジの横断面形がスピーカ前面に向かって突出する２個以上の山部を有する波形によって構成されたことを特徴とするスピーカ装置。
前記バネ定数を小さくすることにより、最低共振周波数を低くすることを特徴とする請求項1に記載のスピーカ装置。
前記ドライブコーンの内周部はボイスコイルボビンに固定され、
前記振動板の内周部は前記ドライブコーンに固定されていることを特徴とする請求項1または２に記載のスピーカ装置。
前記エッジは発泡ウレタンの内部にメッシュ状の補強部材が設けられた構成であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のスピーカ装置。
前記山部の折り返し角度が５０度〜６５度の範囲に構成されたことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のスピーカ装置。