JP5029709B2

JP5029709B2 - スピーカ

Info

Publication number: JP5029709B2
Application number: JP2010022967A
Authority: JP
Inventors: 祥司田中; 幸一中山; 裕子堤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-02-04
Filing date: 2010-02-04
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2030-02-04
Also published as: JP2011166193A

Description

本発明は各種音響再生機器に用いられるスピーカに関し、特に中音域から高音域の周波数特性を改善したスピーカに関するものである。

スピーカのコーン型振動板には、安価で音質調整の自由度が高いパルプ材料がよく用いられている。そして安価で音質の良い音響再生機器を実現するために、１個のスピーカで低音域から高音域までの広い周波数帯域を、ピークディップの少ない優れた周波数特性で再生することが望まれる。

図４のＢの細実線カーブは、内外周に渡って均一厚みのコーン型振動板をもつ、従来の口径６．５ｃｍのフルレンジ型スピーカの音圧周波数特性である。１１ｋＨｚ付近に高いピークを発生していることが分かる。周波数特性を改善するために、振動板の内周部と外周部とで厚みを変える方法が提案されている。特許文献１にはこのような振動板を用いた従来のスピーカが開示されている。

図５、図６、図７は特許文献１に開示された従来のスピーカの振動板の半断面図である。図８は特許文献１で開示された図７の振動板を用いた従来のスピーカの断面図である。図５において振動板２０１は、高密度で厚みの小さな内周部２０２と、低密度で厚みの大きな外周部２０３とで構成されている。抄紙工程では内外周に渡って厚みが均一に抄紙された振動板を、プレス成型の上下金型のクリアランスを内周と外周とで変えて、振動板完成品の厚みを内周と外周とで２段階に変えている。

図６において振動板３０１は、内外周に渡って厚みは均一であるが、高密度の内周部３０２と低密度の外周部３０３とで構成されている。プレス成型の上下金型のクリアランスは内外周に渡って均一であるが、抄紙工程で内周部を厚く、外周部を薄く抄紙している。

図７において振動板４０１は、抄紙工程で内外周に渡って厚みが均一に抄紙された振動板を、内周部４０２から外周部４０３にかけて厚みが連続的に大きくなるようにプレス成型している。図６、図７、図８に示す従来のいずれの振動板も、振動板完成状態において外周部の密度が内周部の密度よりも低くなるように構成している。

図８において振動板４０１の内周部４０２にはボイスコイル４１３が取り付けられ、外周部４０３にはエッジ４１１が取り付けられている。振動板４０１の内周部４０２の付近にはセンタキャップ４１２が取り付けられている。ボイスコイル４１３は界磁部４１７の磁気ギャップ内に配置され、ダンパ４１４で保持されている。エッジ４１１の外周部はフレーム４１５に取り付けられており、ガスケット４１６が装着されている。

このように構成された従来のスピーカは、振動板の外周部の内部損失を内周部よりも大きくできるので、振動板の共振ピークを低減できる。また振動板の内周部は高い弾性率を維持できるので高音域まで再生できる。

特開２００４−１７９７９２号公報

しかしながら前述の図５、図６に示すような従来の振動板では、高密度の内周部の表面はキメが細かく光沢が出やすいのに対して、低密度の外周部の表面はキメが粗く光沢が乏しいため、高密度の内周部と低密度の外周部の表面外観の境界が目立つ。従ってスピーカの外観品位が低下するという問題があった。

図７に示すような従来の振動板では、その境界がないので外観品位が改善される。しかし図５の振動板と同様に外周部の密度が大幅に低くなるので、振動板外周部の局所的剛性が低下してエッジ取り付け部付近が共振しやすくなるという問題があった。

一般的に、振動板材料の弾性率が低下しても振動板の厚みを大きくするほど、厚み効果によって振動板の剛性が高くなると理論的に考えられている。しかしこれは振動板の内部に材料が均一に分布しており、かつ振動系が完全軸対称にできている理想状態の場合である。

実際には振動板の厚みを大幅に大きくすると、パルプ繊維が均一分布しないポーラス部分が振動板内部に発生するようになり、局所的な剛性が低下する。つまり理論通りの剛性向上効果が得られなくなる。また量産時における振動板の厚みばらつきや、エッジの取り付け偏心や貼りしろのズレなどによって軸対称性が低下し、エッジ取り付け部付近がいっそう共振しやすくなる。

さらには大入力時に、振動板のポーラス部分が坐屈を起こして歪み音を発生したり、坐屈が次第に拡大して振動板を劣化させてしまう恐れもあり、信頼性に乏しかった。

本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、高い信頼性と高い外観品位と、ピークディップの少ない優れた周波数特性を兼ね備えたスピーカを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明のスピーカは、パルプ材料を抄紙、プレス成形した振動板を備え、前記振動板は内周部から外周部にかけて面密度が連続的に大きくなるように抄紙し、内周部から外周部にかけて厚みが連続的に大きくなるようにプレス成形し、前記振動板の外周部の密度を内周部の密度よりも小さくしたものである。

このような構成をとることにより、振動板内部のパルプ材料の均一分布を確保しながら、振動板の外周部の厚みを内周部の厚みに比べて大幅に大きくすることができる。また振動板の内周部から外周部にかけて、振動板材料の密度変化を連続的にできる。

本発明のスピーカによれば、振動板内部にパルプ材料のポーラス部分を発生させることなく、振動板の外周部の剛性を高めながら内部損失を大きくできる。また振動板の高密度部分と低密度部分の境界を無くすことができる。従って高い信頼性と高い外観品位と、ピークディップの少ない優れた周波数特性を兼ね備えたスピーカを提供できる。

本発明の実施の形態１のスピーカの構成を示す断面図本発明の実施の形態１のスピーカの振動板の半断面図本発明の実施の形態１のスピーカの振動板の抄紙濾過工程の断面図本発明の実施の形態１のスピーカと従来のスピーカの音圧周波数特性図従来のスピーカの振動板の半断面図従来のスピーカの振動板の半断面図従来のスピーカの振動板の半断面図従来のスピーカの構成を示す断面図

以下に本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１におけるスピーカの構成について、図１、図２、図３、図４を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態１におけるスピーカの構成を示す断面図である。図２は、同実施の形態１のスピーカの振動板の半断面図である。図３は、同実施の形態１のスピーカの振動板の抄紙濾過工程の断面図である。図４は、同実施の形態１のスピーカと従来のスピーカの音圧周波数特性図である。

図１において振動板１０１の最内周部１０２にはボイスコイル１１３が取り付けられ、振動板１０１の最外周部１０３にはエッジ１１１が取り付けられている。振動板１０１の最内周部１０２の付近にはセンタキャップ１１２が取り付けられている。ボイスコイル１１３は界磁部１１７の磁気ギャップ内に配置され、ダンパ１１４で保持されている。エッジ１１１の外周部はフレーム１１５に取り付けられており、ガスケット１１６が装着されている。

本実施の形態１のスピーカは口径６．５ｃｍのフルレンジ型であり、ボイスコイル１１３の口径は１９ｍｍである。センタキャップ１１２の材質は紙であり、直径は２６ｍｍ、質量は０．０５ｇである。エッジ１１１の材質は布であり、実効振動半径は２６．５ｍｍである。エッジ１１１は振動板１０１の裏面に取り付けられている。振動板１０１の材質は竹繊維パルプであり、直径は４７ｍｍである。

図２において、振動板１０１の内周部の厚みｔ１は０．２ｍｍ、外周部の厚みｔ２は０．４ｍｍである。振動板１０１の質量は０．２７ｇである。振動板１０１の断面形状はほぼストレートコーンであり、全高は１２ｍｍである。

図３において、抄紙網１２２、抄紙型１２３は、漉き槽１２４の中に逆向けに設置されている。漉き槽１２４の中に溜められたパルプ水溶液原料１２１は、抄紙網１２２で濾過されて抄紙状態の振動板１１１を沈殿形成する。パルプ水溶液原料１２１は、振動板の内周部１１２は濾過時間が最も短く、振動板の外周部１１３ほど濾過時間が長い。

つまり振動板の内周部から外周部にかけて濾過時間が連続的に長くなるので、振動板の内周部から外周部にかけて連続的に厚くなるように抄紙される。本実施の形態１の抄紙状態の振動板１１１は、プレス成型前の乾燥させた状態において、内周部の厚みは約０．５ｍｍ、外周部の厚みは約０．６５ｍｍである。つまり内周部の面密度に対して外周部の面密度は１．３倍である。この抄紙状態の振動板１１１をプレス成型して、完成状態の振動板１０１を得た。

プレス成型前の振動板の内周部の面密度は０．０１２３ｇ／ｃｍ²、外周部の面密度は０．０１６ｇ／ｃｍ²である。そしてプレス成型後の完成状態の振動板１０１の内周部の密度は０．６１ｇ／ｃｍ³、外周部の密度は０．４ｇ／ｃｍ³である。つまり外周部の密度は内周部の密度の６５％程度である。

以上のように構成された本実施の形態１のスピーカは、振動板１０１の内部にパルプ材料のポーラス部分を発生させることなく、振動板外周部１０３の厚みを振動板内周部１０２の厚みの２倍と大幅に厚くできた。これにより振動板外周部１０３の剛性を大幅に高めることができた。

また振動板外周部１０３の密度を振動板内周部１０２の密度よりも小さくしたことで、振動板内周部１０２の内部損失ｔａｎδが約０．０３であるのに対して、振動板外周部１０３の内部損失ｔａｎδを約０．０４５と大きくできた。そしてまた振動板１０１の表面に高密度部と低密度部の境界の現れない、高品位な外観を実現した。

以下、本実施の形態１のスピーカの音圧周波数特性上の効果について、図７、図８に示した従来のスピーカと比較しながら説明する。図８において振動板４０１以外の構成要素は、本実施の形態１のスピーカと全く同じである。また振動板４０１は、材質、直径、コーンのカーブとも実施の形態１の振動板１０１と同じである。

従来の振動板４０１は、内外周に渡って均一な厚みに抄紙されたものを、実施の形態１と同様に内周部の厚みが０．２ｍｍ、外周部の厚みが０．４ｍｍになるようにプレス成型したものである。振動板４０１の質量は０．２３ｇである。プレス成型前の乾燥させた状態において、振動板の厚みは約０．５ｍｍ均一である。プレス成型前の振動板の面密度は内外周とも０．０１２３ｇ／ｃｍ²である。そしてプレス成型後の完成状態の振動板４０１の内周部の密度は０．６１ｇ／ｃｍ³、外周部の密度は０．３ｇ／ｃｍ³である。振動板内周部の内部損失ｔａｎδは約０．０３、振動板外周部の内部損失ｔａｎδは約０．０５５である。

図４のＢの細実線カーブは上記従来のスピーカの振動板４０１を、内外周に渡って０．２ｍｍの均一厚みにプレス成型した振動板に置き換えた、従来の口径６．５ｃｍのスピーカの音圧周波数特性である。１１ｋＨｚ付近に高いピークを発生している。一方、図４のＣの点線カーブは図７、図８で説明した上記従来のスピーカの音圧周波数特性であり、１２ｋＨｚ付近の高いピークが改善されている。

しかしＢの細実線カーブとＣの点線カーブを比較すると分かるように、上記従来のスピーカは４ｋＨｚ付近に緩やかなピークを、５．５ｋＨｚ付近に緩やかなディップを発生して特性が乱れている。これは振動板外周部４０３の密度が小さくなりすぎて、外周部にパルプ材料のポーラス部分を生じ、剛性がかえって低下するためである。

これに対して、本実施の形態１のスピーカの音圧周波数特性を図４のＡの太実線カーブに示す。１１ｋＨｚ付近のピークが改善されているだけでなく、４ｋＨｚ〜５．５ｋＨｚ付近の特性の乱れもなく、ピークディップの少ない優れた音圧周波数特性が得られている。振動板の内周部は高密度であるため高い弾性率を維持できるので、高音域も従来のスピーカと同様に伸びている。

以上のように本発明のスピーカによれば、振動板内部のパルプ材料の均一分布を確保しながら、振動板の外周部の厚みを内周部の厚みに比べて大幅に大きくできるので、振動板の外周部の剛性を高めながら内部損失を大きくできる。また振動板の高密度部分と低密度部分の境界を無くすことができる。従って高い信頼性と高い外観品位と、ピークディップの少ない優れた周波数特性を兼ね備えたスピーカを提供できる。
（他の実施の形態）
本発明の実施の形態として、実施の形態１を例示した。しかし本発明はこれには限らない。そこで、本発明の他の実施の形態を以下まとめて説明する。なお本発明はこれらには限定されず、適宜調整された実施の形態に対しても適用可能である。

実施の形態１においては、プレス成型前の乾燥状態において抄紙振動板の内周部の厚みを約０．５ｍｍ、外周部の厚みを約０．６５ｍｍとし、プレス成型後の振動板の内周部の厚みを０．２ｍｍ、外周部の厚みを０．４ｍｍとしたが、これに限られるものではない。ただし、良い効果を得るために望ましい条件が存在する。

まずプレス成型後の完成振動板において、外周部の密度が内周部の密度よりも大きくなっては逆効果である。振動板の内周部の面密度をＡ、厚みをｔ１、密度をρ１とし、振動板の外周部の面密度をＢ、厚みをｔ２、密度をρ２とすると、少なくともρ１＞ρ２でなければならない。ρ１＝Ａ／ｔ１、ρ２＝Ｂ／ｔ２なので、Ａ／ｔ１＞Ｂ／ｔ２となる。つまり抄紙時に振動板の内周部から外周部にかけて連続的に厚みが増える割合は、プレス時の同割合よりも小さくしなければならない。

そして良い効果を得るためには、言い換えれば音圧周波数特性のピークディップ低減の目に見える効果を得るためには、振動板の外周部の内部損失を内周部の内部損失の１．２５倍以上にすることが望ましい。これにより共振のＱが２ｄＢ程度下がるので、ピークディップを２ｄＢ程度低減することができ、改善効果が聴感的にもよく分かる。振動板材料の内部損失は、密度の１乗乃至０．５乗に反比例して変化する傾向があるので、少なくとも振動板外周部の密度ρ２を内周部の密度ρ１の０．８倍以下にすることが望ましい。

一方、振動板の外周部の密度を小さくしすぎると、パルプ繊維が均一分布しないポーラス部分が振動板内部に発生するようになる。どの程度の密度でこれが発生するかは材料によって差があるが、比較的発生しにくい針葉樹パルプにおいてもオーブン乾燥式ノンプレスコーンの密度を下回ってはいけない。この密度は０．２ｇ／ｃｍ³程度である。そして振動板の内周部は、高音域を再生するために硬くプレスする必要があり、その密度は０．６ｇ／ｃｍ³前後が一般的である。従って振動板の内周部の密度ρ１と外周部の密度ρ２との比は３：１までにする必要がある。つまり以上のことから、ρ１：ρ２を、１：０．８乃至１：０．３３とすることが望ましい。

なお実施の形態１においては振動板１０１の材質を竹繊維パルプとしたが、針葉樹パルプ、広葉樹パルプ、水中植物繊維パルプなどとしてもよいことは言うまでもない。またパルプ材料にカーボン、マイカ、タルク、アラミド繊維などのフィラーを混ぜても構わない。また振動板の表面に塗装やフィルムラミネートなどを施すこともできる。

なお実施の形態１においてはフルレンジ型スピーカに適用したが、低音用スピーカや中高音用スピーカなどに適用してもよい。

また実施の形態１では、振動板の内周部が薄く外周部が厚くなるように抄紙するために逆抄き濾過を行ったが、正抄き濾過であっても抄紙網の目を内周部から外周部にかけて荒くすることでも実現できる。逆抄き濾過においてこのような抄紙網を用いれば、さらに内周部と外周部の厚みの差を大きくできる。

また実施の形態１では振動板１０１の断面形状をほぼストレートコーンとしたが、カーブドコーンやその他の形状としても適用可能である。

また実施の形態１では、振動板の内周部から外周部にかけて面密度が連続的に大きくなるように抄紙し、内周部から外周部にかけて厚みが連続的に大きくなるようにプレス成形したが、この厚み変化が完全に直線的である必要はない。高密度部分と低密度部分の境界が分からなければ構わないので、例えばボイスコイスが取り付けられる最内周端部からセンタキャップが取り付けられる内周部付近までの厚みを一定としてもよい。また最外周端部からエッジ取り付け部分の外周部までの厚みを一定としてもよい。その他、本発明は上記説明した例に限定されるものでないことは言うまでもない。

本発明によれば、振動板内部にパルプ材料のポーラス不均一部分を発生させることなく、振動板の外周部の剛性を高めながら内部損失を大きくできる。また振動板の高密度部分と低密度部分の境目を無くすことができる。従って高い信頼性と高い外観品位と、ピークディップの少ない優れた周波数特性を兼ね備えたスピーカを提供できる。

そのため本発明はフルレンジ型スピーカだけでなく、低音用スピーカや中高音用スピーカなどあらゆるスピーカに適用できる。以上のように、本発明のスピーカは極めて実用的価値の高いものである。

１０１振動板
１０２振動板内周部
１０３振動板外周部
１１１エッジ
１１２センタキャップ
１１３ボイスコイル
１１４ダンパ
１１５フレーム
１１６ガスケット
１１７界磁部

Claims

振動板を備えたスピーカであり、
前記振動板は、
抄紙工程における厚みが内周部から外周部にかけて連続的に大きく、
成形後における厚みが前記内周部から前記外周部にかけて連続的に大きく、
前記外周部の密度が前記内周部の密度よりも小さいことを特徴とするスピーカ。
前記内周部の密度をρ１、前記外周部の密度をρ２とした時、ρ１：ρ２を、１：０．８乃至１：０．３３としたことを特徴とする、請求項１に記載のスピーカ。