JP5169133B2 - スピーカシステム - Google Patents

Description

この発明は、磁歪アクチュエータなどのアクチュエータの駆動ロッドによって音響振動板に振動を加えて音響を再生するスピーカシステムに関する。

特許文献１（特開２００７−１６６０２７号公報）に示されているように、例えばアクリルからなる円筒状の音響振動板を鉛直に立ててベース筐体に取り付け、ベース筐体内において音響振動板の下端側に音声信号で駆動されるアクチュエータを配置し、アクチュエータの駆動ロッドの先端を音響振動板の下端面に当接させて、音響振動板にその板面方向の振動を加えることによって、音響を再生するスピーカシステムが考えられている。

このスピーカシステムでは、音響振動板の下端面は縦波で励起されるが、振動弾性波が音響振動板の板面方向に伝播することによって縦波と横波が混在した波となって、音響振動板の板面に垂直な方向に横波によって音波が放射され、広がり感のある音場を得ることができる。

また、この場合のアクチュエータとしては、外部磁界を与えると形状が変化する磁歪素子を用いた磁歪アクチュエータを使用することができるが、磁歪素子として最近は形状変化量が従来の１０００倍近い超磁歪素子が現れているとともに、磁歪素子は形状が変化する際の発生応力が大きいため、小型の磁歪アクチュエータでも、音響振動板を比較的大音量で鳴らすことができるとともに、鉄板などの硬い音響振動板でさえも鳴らすことができる。

さらに、磁歪アクチュエータは応答速度にも優れ、磁歪素子単体の応答速度はナノ秒オーダーである。

なお、下記の非特許文献１には、ゴム弾性体（エラストマー）の一種であるＨｙｔｒｅｌ（登録商標）という材料の「柔らかさ」が示されている。

上に挙げた先行技術文献は、以下の通りである。
特開２００７−１６６０２７号公報 東レ・デュポン株式会社、製品案内、Ｈｙｔｒｅｌ、ハイトレルとは？ゴム、プラスチックとの比較、［平成１９年９月１２日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.td-net.co.jp/hytrel/about/comparison.html＞

しかしながら、上記のスピーカシステムでは、アクチュエータによって音響振動板を長時間振動させると、音響振動板のアクチュエータの駆動ロッドが当接する部分が磨耗して、音質や音量が変化してしまう。

図６に、試験結果を示す。これは、磁歪アクチュエータの鉄製の駆動ロッドの先端を、アクリルからなる音響振動板１０の下端面１２に当接させ、磁歪アクチュエータに駆動信号としてピーク電圧が６〜７Ｖｒｍｓの音楽信号を入力して、音響振動板１０を１０００時間振動させた場合の、音響振動板１０の下端面１２の駆動ロッドが当接した部分を、撮影したものである。

中央部の黒い円形部分１２ａが、音響振動板１０の下端面１２の、駆動ロッドで突き上げられることによって磨耗した凹部で、その深さ、すなわち磨耗量は、約１０μｍであった。

そこで、この発明は、音響振動板の磨耗を低減することができ、長時間に渡って音響を再生しても、安定した音質および音量が維持されるようにしたものである。

この発明のスピーカシステムは、音響振動板と、駆動ロッドによって上記音響振動板に振動を加えるアクチュエータとを備え、上記駆動ロッドの上記音響振動板と当接する先端部に、上記駆動ロッドから上記音響振動板への加振の伝達力が低下して音圧が落ちることなく且つ上記音響振動板の磨耗が低減されるように、ジュロメータＤが３０〜７５の範囲内の材料によって形成された緩衝部材が設けられていることを特徴とする。

この発明によれば、音響振動板の磨耗を低減することができ、長時間に渡って音響を再生しても、安定した音質および音量が維持される。

［１．スピーカシステムの一実施形態：図１〜図５］
（１−１．スピーカシステムの構成：図１〜図３）
図１は、この発明のスピーカシステムの一例を示し、図１（Ａ）は、上面図（上方から見た図）、図１（Ｂ）は、ベース筐体については図１（Ａ）のラインＢ−Ｂの部分を断面にした側面図である。

この例のスピーカシステムは、音響振動板１０、ベース筐体２０および磁歪アクチュエータ３０を備える。

音響振動板１０は、例えば、アクリルによって、両端を開口とした円筒状に形成し、厚みを２ｍｍ、直径を１０ｃｍ、長さ（高さ）を１００ｃｍとする。

ベース筐体２０は、例えば、合成樹脂によって、音響振動板１０の外径より大きい外径の、ある高さ（厚み）を有する円板状に形成し、その底面側には、等角間隔の３箇所の位置に、脚部２１を形成する。

音響振動板１０は、一端側のリング状の端面を上端面１１とし、他端側のリング状の端面を下端面１２として、その軸方向を鉛直方向とし、その中心軸をベース筐体２０の中心軸に合わせるように、ベース筐体２０の上面に取り付ける。

具体的に、ベース筐体２０の上面の、等角間隔の４箇所の位置において、それぞれ、Ｌ字アングル４１の一端を、ベース筐体２０との間にシリコンゴムからなるダンピング材４２を介在させて、ネジ４３によってベース筐体２０に取り付けるとともに、音響振動板１０の内側および外側に、それぞれシリコンゴムからなるダンピング材４４および４５を介在させて、Ｌ字アングル４１の他端を、ネジ４６およびナット４７によって音響振動板１０の下端部に取り付ける。

このようにダンピング材４４，４５および４２を介して音響振動板１０をベース筐体２０に取り付けることによって、音響振動板１０の振動がベース筐体２０に伝播してベース筐体２０側に音像が定位することを防止することができる。

さらに、ベース筐体２０には、Ｌ字アングル４１の取り付け位置の間の、等角間隔の４箇所の位置に、上下方向に貫通した収納穴２３を形成し、それぞれの収納穴２３に、磁歪アクチュエータ３０を、その駆動ロッド３１を上に向けて下側から挿入し、下端の板ばね３２をネジ３３，３４によってベース筐体２０に取り付けて、磁歪アクチュエータ３０をベース筐体２０に固定する。

磁歪アクチュエータ３０は、棒状の磁歪素子の周囲に、制御磁界印加用のソレノイドコイルが配置され、磁歪素子の一端に、例えば鉄製の駆動ロッド３１が連結されたもので、ソレノイドコイルに制御電流が流れることによって制御磁界が発生し、その制御磁界が磁歪素子に印加されて、磁歪素子が上下方向に変位し、駆動ロッド３１が上下方向に変位する。

そして、この磁歪アクチュエータ３０の駆動ロッド３１の、音響振動板１０の下端面１２と当接する先端部に、それぞれ緩衝部材３５を設ける。

緩衝部材３５は、後述のような材料によって、例えば、図２に示すように、キャップ状に形成して、駆動ロッド３１の先端部に装填し、または、図３に示すように、シート状に形成して、接着剤３６によって駆動ロッド３１の先端面に貼り付ける。

図２のようにキャップ状に形成して駆動ロッド３１に装填する場合と、図３のようにシート状に形成して駆動ロッド３１に貼り付ける場合とを比較すると、駆動ロッド３１に容易に装着することができ、駆動ロッド３１から容易に取り外すことができる点で、前者のようにキャップ状に形成して駆動ロッド３１に装填する方が望ましい。

緩衝部材３５の厚みが大きいと、緩衝部材３５が音響振動板１０の下端面１２に当接することによって音質が変化するので、緩衝部材３５の厚みは、コンマ数ｍｍ以下とする。

図１（Ｂ）に示すように、音響振動板１０の下端面１２とベース筐体２０の上面との間には、収納穴２３の位置を除く位置に、シリコンゴムなどからなるダンピング材１３を介在させる。

これによって、音響振動板１０とベース筐体２０との間の密閉度を高めて、音響振動板１０を共鳴管として良好に機能させることができるとともに、音響振動板１０の振動がベース筐体２０に伝播することを防止することができる。

以上の構成のスピーカシステムでは、音声信号を磁歪アクチュエータ３０のソレノイドコイルに制御電流として供給すると、音声信号に応じて、磁歪アクチュエータ３０を構成する磁歪素子が上下方向に変位し、駆動ロッド３１が上下方向に変位して、音響振動板１０の下端面１２に振動が加えられる。

音響振動板１０の下端面１２は縦波で励起されるが、振動弾性波が音響振動板１０の板面方向に伝播することによって縦波と横波が混在した波となって、音響振動板１０の板面に垂直な方向に横波によって音波が放射され、広がり感のある音場が得られる。

それぞれの磁歪アクチュエータ３０を、同一の音声信号で駆動することによって、無指向性を得ることが可能となるが、それぞれの磁歪アクチュエータ３０を、異なるチャンネルの音声信号、または同じ音声信号から得られたレベルや遅延時間または周波数特性が異なる音声信号で駆動することによって、より広がり感のある音場を得ることが可能となる。

なお、図１（Ａ）に示すようにベース筐体２０の中央部を開口部２５として、この開口部２５にダイナミックスピーカのスピーカユニットを、例えばスピーカ前面側を下方に向けて取り付け、例えば、音響振動板１０および磁歪アクチュエータ３０を、可聴周波数帯域の高域側を受け持つツィータとして機能させ、ダイナミックスピーカを、可聴周波数帯域の低域側を受け持つウーファとして機能させることもできる。

（１−２．緩衝部材の材料：図４および図５）
緩衝部材３５は、基本的には、駆動ロッド３１による音響振動板１０への衝撃を緩和するものとして、駆動ロッド３１および音響振動板１０の材質より軟らかい材質の材料によって形成すればよい。

しかし、緩衝部材３５が軟らかすぎると、圧縮の撓みが大きくなって、音響振動板１０への加振の伝達力が低下し、音圧が落ちてしまう。

逆に、駆動ロッド３１および音響振動板１０の材質より軟らかくても、緩衝部材３５が一定値以上硬いと、密着性が悪くなって、音響振動板１０への加振の伝達力が低下し、音圧が落ちてしまう。

以上の点を考慮すると、緩衝部材３５の材料としては、図４に矢印で示すように、軟らかさ（硬さ）の尺度の１つであるジュロメーターＤが３０〜７５の範囲内の軟らかさ（硬さ）の材料が好適である。

一般的なポリプロピレンは、ジュロメーターＤが７５〜８０であって、比較的硬く、圧縮の撓みは小さいが、密着性が悪く、音響振動板１０への加振の伝達力が低下し、音圧が落ちてしまうため、緩衝部材３５の材料として好適ではない。

スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）は、ジュロメーターＤが２０〜３０であって、比較的軟らかく、密着性は良いが、圧縮の撓みが大きく、音響振動板１０への加振の伝達力が低下し、音圧が落ちてしまうため、緩衝部材３５の材料として好適ではない。

これに対して、ジュロメーターＤが３０〜７５の範囲内であれば、圧縮の撓みも小さく、密着性も良い。

ジュロメーターＤが３０〜７５の範囲内の材料としては、耐衝撃用ポリプロピレンや、フッ素樹脂の１つであるＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレンコポリマー）などが存在する。

耐衝撃用ポリプロピレンは、ジュロメーターＤが５０〜６０であって、軟らかさの点では、緩衝部材３５の材料として好適である。しかし、耐衝撃用ポリプロピレンは耐熱性が悪い。

これに対して、ＥＴＦＥは、ジュロメーターＤが５０〜６０であって、ある程度の弾力性があり、密着性に優れ、脆くないだけでなく、耐熱温度が３００℃程度で、耐熱性にも優れている。したがって、ＥＴＦＥは、緩衝部材３５の材料として、より好適であり、最適である。

なお、非特許文献１に示されている、東レ・デュポン株式会社のＨｙｔｒｅｌ（登録商標）は、ジュロメーターＤが３０〜７５であるので、緩衝部材３５の材料として適する。

図５に、試験結果を示す。これは、緩衝部材３５を、ＥＴＦＥによって厚さ０．２ｍｍのキャップ状に形成し、磁歪アクチュエータ３０の鉄製の駆動ロッド３１に装填して、アクリルからなる音響振動板１０の下端面１２に当接させ、図６の試験結果の試験と同様に、磁歪アクチュエータ３０に駆動信号としてピーク電圧が６〜７Ｖｒｍｓの音楽信号を入力して、音響振動板１０を１０００時間振動させた場合の、音響振動板１０の下端面１２の緩衝部材３５が当接した部分を、撮影したものである。

図５に示すように、音響振動板１０の下端面１２には、緩衝部材３５が当接した箇所に凹みは見られず、磨耗は認められなかった。また、音質の変化なども、みられなかった。

［２．他の実施形態］
上記の例は、音響振動板１０の両端を開口とする場合であるが、音響振動板の上端側を有底のものとしてもよい。上端側を有底のものとする場合には、上端側の底部からも音波が放射され、音像の広がり感をより高めることが可能となる。

また、音響振動板は、円筒状に限らず、四角形や六角形などの筒状、平板状、球状、円錐状などに形成することもできる。

さらに、音響振動板の材料としても、アクリルに限らず、ガラスなどを用いることができる。

また、アクチュエータは、磁歪素子を用いた磁歪アクチュエータに限らず、他の素子を用いたものでもよい。

この発明のスピーカシステムの一例を示す図である。 緩衝部材をキャップ状とする場合を示す図である。 緩衝部材をシート状とする場合を示す図である。 緩衝部材として好適な軟らかさの範囲を示す図である。 この発明のスピーカシステムの一例の試験結果を示す図である。 従来のスピーカシステムの一例の試験結果を示す図である。

符号の説明

主要部については図中に全て記述したので、ここでは省略する。

Claims (5)

1. 音響振動板と、
   駆動ロッドによって上記音響振動板に振動を加えるアクチュエータと
   を備え、
   上記駆動ロッドの上記音響振動板と当接する先端部に、上記駆動ロッドから上記音響振動板への加振の伝達力が低下して音圧が落ちることなく且つ上記音響振動板の磨耗が低減されるように、ジュロメータＤが３０〜７５の範囲内の材料によって形成された緩衝部材が設けられている
   スピーカシステム。
2. 請求項１のスピーカシステムにおいて、
   上記緩衝部材が、ジュロメータＤが５０〜６０の範囲内のフッ素樹脂の１つであるＥＴＦＥによって形成されている
   スピーカシステム。
3. 請求項１のスピーカシステムにおいて、
   上記緩衝部材が、上記駆動ロッドに対して装着及び取り外し可能な、断面略コの字型のキャップ状となっている。
   スピーカシステム。
4. 請求項１のスピーカシステムにおいて、
   上記駆動ロッドが上記音響振動板に、その端面に対して直交する方向の振動を加える
   スピーカシステム。
5. 請求項１のスピーカシステムにおいて、
   上記アクチュエータが磁歪アクチュエータである
   スピーカシステム。