JP5676580B2 - スピーカ、及びそのスピーカを備える音響機器 - Google Patents

Description

本発明は、スピーカに関し、特に薄型化を図るスピーカの筐体構造に関する。

近年、いわゆるハイビジョンおよびワイドビジョンテレビ等の普及により、テレビの画面は横長のものが一般的になりつつある。またテレビセット全体として薄型のものが望まれている。

薄型テレビに使用されるスピーカユニット（以下、「スピーカ」と呼ぶ。）には、テレビの薄型化、および、ディスプレイ周辺の筐体部分の幅の薄型化など、いわゆるテレビの狭額縁化に伴い、スピーカの幅および厚みの縮小化が要求されている。また同時に、画面の高画質化に伴い出力音の高音質化も要求されている。

薄型テレビ用のスピーカ以外では、小型無線機用のスピーカに関して、狭いスペースに収納し、音を前方に放射させることができるスピーカが提案されている（特許文献１参照）。

小型無線機は、薄型のケースの表面に画面およびすべての操作部を配置する必要があるため、スピーカの放射口として取りうる面積が非常に制約される。さらに、音は振動板の振動により発生するため、一般に、振動板の向きをケースの表面に合わせる必要があるが、上記制約のためこのような配置を行うのは難しい。

そこで特許文献１に記載のスピーカでは、小型無線機に搭載する際に振動板を収納する薄型のケースにおいて、振動板の振動方向に直交する向きのダクトを形成し、該ダクトの先端を音の放射口に形成する。この構成により、狭い放射口から音を前方に放射させることができる。

特開２００１−１８９９８１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構造を、例えばテレビ用スピーカにそのまま応用すると、３ｋ〜１０ｋＨｚの周波数帯域において、振動板上面空間の音響負荷による共振に起因するピーク／ディップ（ピークおよびディップの少なくとも一方）があらわれるというという課題が生じる。

この帯域は音声などの周波数帯域を含む主要帯域であり、出来る限り平坦な特性が求められる。小型無線機のスピーカであれば、ケースと振動板とによって形成される振動板上面空間の容積が小さく、共振周波数が１０ｋＨｚ以上と非常に高い帯域に存在するため、ピーク／ディップが主要帯域に与える影響が小さい。しかし、テレビ用スピーカにおいてはその振動板上面空間の容積が大きくなるため共振周波数が下がり主要帯域にピーク／ディップが存在する。つまり、上記従来の構造に起因するピーク／ディップの主要帯域に与える影響が大きくなる。

本発明は、上記の課題を考慮し、主要帯域において従来よりも平坦な音圧周波数特性を実現できる薄型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、本発明の一態様に係るスピーカは、マグネットおよびヨークを有し、磁束を発生させる磁気回路と、上方が開口し、内部に前記磁気回路が配置されたフレームと、前記磁気回路の磁気ギャップに配置されたコイルと、前記コイルと接続された振動板であって、前記振動板が前記フレームに対して上下方向に振動可能なように、前記振動板と前記フレームとを接続する接続部を有する振動板と、前記フレームの、前記上下方向と直交する方向である横方向の一端と接続され、前記振動板を上方から覆うように配置され、かつ、前記フレームの前記横方向の他端との間に、音を放射する開口部を形成するカバー部材とを備え、前記カバー部材は、前記開口部とは反対側である閉端側に、前記振動板の上方かつ前記カバー部材の下方の前記閉端側における空間の容積を縮小化するためのスペーサを有する。

この構成によれば、閉端側における、振動板とカバー部材との間の空間（振動板上面空間）の所定の容積がスペーサによって埋められ、音響負荷を低減される。その結果、主要帯域におけるピーク／ディップが抑制され、これによって音圧周波数特性の平坦化が実現される。

また、本発明の一態様に係るスピーカにおいて、前記スペーサは、前記カバー部材の前記閉端側の下面から下方に向けて凸状に設けられているとしてもよい。

この構成によれば、例えば、閉端側における振動板上面空間の容積をより効果的に縮小化することができる。

また、本発明の一態様に係るスピーカにおいて、前記接続部は、少なくとも一部に上方に凸の形状を有し、前記スペーサは、前記接続部と対向する面に凹部を有するとしてもよい。

この構成によれば、接続部とスペーサとの接触を防止しつつ、かつ、閉端側における振動板上面空間の容積を縮小化することができる。

また、本発明の一態様に係るスピーカにおいて、前記凹部は、前記スペーサに、前記接続部が有する前記上方に凸の形状と略相似形状の窪みを設けることで、前記スペーサに形成されているとしてもよい。

この構成によれば、接続部とスペーサとの接触を防止しつつ、かつ、振動板とスペーサとの間に形成される空間の容積を極小化することが可能となる。つまり、閉端側における振動板上面空間を最小にすることが可能となる。

また、本発明の一態様に係るスピーカにおいて、前記スペーサは、前記閉端側から前記開口部の方向にいくに従って、前記上下方向の厚みが減少するように形成されているとしてもよい。

この構成によれば、音圧周波数特性において振動板上側空間の音響負荷によるピーク／ディップをより効果的に抑制できる。

また、本発明の一態様に係るスピーカにおいて、前記閉端側における、前記振動板の上方かつ前記カバー部材の下方の空間の前記横方向の断面積は、前記スペーサがないとした場合の当該断面積の０．９倍以下であるとしてもよい。

この構成によれば、音圧周波数特性における振動板上側空間の音響負荷による共振に関して共振周波数を約１０％高域側へ変化させることができ、その結果、ディップは約３ｄＢ上昇と改善される。

また、本発明の一態様に係るスピーカにおいて、前記振動板の、前記横方向における振動有効長は１６ｍｍ以下であるとしてもよい。

この構成によれば、指向性による音圧周波数特性上の高域レベルの低下を防ぐことができる。

また、本発明の一態様に係る音響機器は、上記いずれかの態様のスピーカを備え、前記スピーカを用いて音を出力する。

この構成によれば、例えば、テレビなどの、ユーザと対向する前面に音の放射口の配置面積を大きくとることが困難な音響機器であって、主要帯域において従来よりも平坦な音圧周波数特性を有する音響機器を提供することができる。

本発明によれば、主要帯域において従来よりも平坦な音圧周波数特性を有するスピーカ、および、当該スピーカを備える音響機器を提供することができる。

図１は、実施の形態１におけるスピーカの構成概要を示す図である。 図２は、図１の（ｂ）に示されるスピーカのＡ―Ａ’断面の拡大図である。 図３は、実施の形態１のスピーカにおける音響負荷の構成を示す模式図である。 図４は、図３に示す各音響負荷によって形成される音響管構成の概要図である。 図５Ａは、スペーサを有さない場合のスピーカのＡ―Ａ’断面図であって、全音響負荷を考慮した場合のシミュレーション解析モデルを示す図である。 図５Ｂは、全音響負荷を考慮した場合の音響等価回路のシミュレーション解析結果を示す図である。 図６は、閉端側の音響負荷がない状態のシミュレーション解析結果を示す図である。 図７は、閉端側の空間の容積を０．９倍に縮小した状態のシミュレーション解析結果を示す図である。 図８は、スペーサの他の形状例を示す図である。 図９は、実施の形態２におけるスピーカの構成概要を示す図である。 図１０は、実施の形態２におけるスピーカのＡ―Ａ’断面の拡大図である。 図１１は、実施の形態２におけるスペーサの各種の形状例を示す図である。 図１２は、従来のスペーサの外観の一例を示す図である。 図１３は、実施の形態２におけるスペーサの外観を示す図である。 図１４は、従来のスペーサおよび実施の形態２におけるスペーサのＢＥＭシミュレーション解析結果を示す図である。 図１５は、実施の形態２におけるスピーカの試作品の音圧周波数特性を示す図である。 図１６は、実施の形態１または２のスピーカを備えるテレビの外観を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ要素には同じ符号を付しており、説明を省略する場合もある。

また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではなく、以下で説明する各実施の形態のそれぞれでは、本発明の好ましい一具体例が示されている。各実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置および接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、請求の範囲によって限定される。よって、以下の各実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素は、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成する要素として説明される。

（実施の形態１）
以下、図面を用いて実施の形態１におけるスピーカ１００について説明する。

図１は、実施の形態１におけるスピーカ１００の構成概要を示す図である。

図１の（ａ）は、スピーカ１００の上面図であり、図１の（ｂ）は、図１の（ａ）におけるＡ―Ａ’断面を示す図であり、図１の（ｃ）は、図１の（ａ）におけるＢ―Ｂ’断面を示す図である。

図２は、図１の（ｂ）に示されるスピーカ１００のＡ―Ａ’断面の拡大図である。

図２に示すように、スピーカ１００は、接続部１０２を有する振動板１０１と、フレーム１０３と、カバー部材１０４と、マグネット１０５およびヨーク１０７を有する磁気回路１２０と、ボイスコイル１０９と、スペーサ１１０とを備える。

また、マグネット１０５の上面にはプレート１０６が設置されており、ボイスコイル１０９は、ボイスコイルボビン１０８を介して振動板１０１と接続されている。

振動板１０１は、磁気回路１２０の上方に配置され、少なくとも一部に上方に凸の形状を有する接続部１０２を有する。また、振動板１０１は、長手方向（Ｙ軸方向）の端部が半円もしくは楕円形状をした、全体としてトラック形状をした略平面である。

また、振動板１０１は短手方向（Ｘ軸方向）と長手方向との長さが異なる細長形状であり、本実施の形態では、例えば短手方向長と長手方向長の比率が略１：７である。

なお、振動板１０１は平面形状であると説明したが、接続部１０２で囲まれる振動板１０１の中央部は平面形状に限らず、その中央部がドーム状に張り出した形状もしくは窪んでいる形状、または全体に凹凸のリブがついた形状であってもよい。

振動板１０１の材料は薄型化に適しかつ軽量であるものが望ましく、紙あるいは高分子フィルムなどが最適であるが、アルミまたはチタンなどの軽量高剛性金属箔であってもよい。

接続部１０２は、振動板１０１がフレーム１０３に対して上下方向（Ｚ軸方向）に振動可能なように、振動板１０１とフレーム１０３とを接続する。なお、接続部１０２は、一般的に「エッジ」、「サスペンション」、または「サラウンド」などと表現されることもあるが、本願では「接続部」と表現している。

本実施の形態では、接続部１０２は、振動板１０１と同じ材料で一体であり、その断面は、図２に示すように略半円形である。また、接続部１０２は、その材料として低域限界を下げるために振動板１０１の材料と異なるエラストマーを用いてもよい。接続部１０２と振動板１０１とが異なる材料である場合は、それぞれ別々に成形した後に貼りあわせる、あるいはインサート成形などによる一体成形するなどの方法で作成する。

フレーム１０３は、図２に示すように、上方が開口し、内部に磁気回路１２０が配置されている。またフレーム１０３には、接続部１０２の外端部の下側が固着されている。

カバー部材１０４は、フレーム１０３の一端であって、上下方向と直交する方向である横方向（本実施の形態ではＸ軸方向）の一端と接続され、振動板１０１を上方から覆うように配置されている。

本実施の形態では、カバー部材１０４は、接続部１０２の外端部の上側が固着されている。つまり、カバー部材１０４は、接続部１０２の外端部を介してフレーム１０３の横方向の一端（図２では左端）と接続されている。

言い換えると、カバー部材１０４は、振動板１０１の長手方向に伸びる接続部１０２の２箇所の部分のうち、一方（図２では左側）の外端部に沿うように固着され、他方（図２では右側）の少なくとも一部で接続部１０２と固着されていない。これにより、振動板１０１の振動方向に直交する方向（横方向）に音を放射する開口部１３０（以下、音孔とも記す）が形成される。

マグネット１０５、プレート１０６、およびヨーク１０７は、内磁型の磁気回路１２０を構成する。磁気回路１２０は、プレート１０６とヨーク１０７の内壁との間に形成される磁気ギャップＧに磁束を発生する。磁気回路１２０では、具体的には、マグネット１０５はヨーク１０７の底面に固着され、プレート１０６はマグネット１０５の上面に固着される。

また、マグネット１０５、ヨーク１０７、および振動板１０１はそれぞれ長手方向が一致する方向に、かつ、それらの中心軸が略一致するように配置される。その結果、矩形のプレート１０６とヨーク１０７の側面との間には磁気ギャップＧが形成される。

マグネット１０５、およびプレート１０６は、上面から見た場合の形状は矩形形状である。ヨーク１０７の断面形状は、図２に示すようにＵの字型（Ｕ-ｓｈａｐｅｄ）である。

マグネット１０５の材料は、目標音圧および形状等に合わせて、ネオジウムマグネットまたはサマリウムコバルトマグネット等を用いてもよい。また、本実施の形態では、ヨーク１０７はフレーム１０３に固着されている。

ボイスコイルボビン１０８は、振動板１０１に固着され、振動板１０１へ力を加える。ボイスコイルボビン１０８の、上面から見た場合の形状は、矩形形状である。ボイスコイルボビン１０８は、例えば、紙もしくはアルミ箔、またはポリイミド等の高分子樹脂フィルムを、所望の形状に成形したものである。ボイスコイルボビン１０８は、その長手方向と振動板１０１の長手方向が一致する方向に、かつ、その中心軸が略一致するように、振動板１０１に固着される。

ボイスコイル１０９は、磁気回路１２０の磁気ギャップＧ中に配置されるようにボイスコイルボビン１０８によって支持される。ボイスコイル１０９の、上面から見た場合の形状は、矩形形状である。ボイスコイル１０９は、銅またはアルミ等の導体の巻き線により構成される。ボイスコイル１０９は、ボイスコイルボビン１０８の側面に張り付くように固着される。

スペーサ１１０は、図２に示すように、開口部１３０とは反対側、つまり、カバー部材１０４が接続部１０２と固着されている側（以下、閉端側と記す）であってカバー部材１０４の下面に接着されている。また、スペーサ１１０は、例えば樹脂を成形することで作製される。

スペーサ１１０により、カバー部材１０４と振動板１０１との間の空間の閉端側の音響負荷の、スピーカ１００における音圧周波数特性に対する影響を低減することができる。このスペーサ１１０による効果についての詳細は後述する。

以上のように構成されたスピーカ１００の動作を説明する。

ボイスコイル１０９に電流が印加されると、印加された電流および磁気ギャップＧに発生した磁界によってボイスコイル１０９には駆動力が発生する。発生した駆動力はボイスコイルボビン１０８を介して振動板１０１に伝達される。

つまり、上記発生した駆動力により、振動板１０１、ボイスコイルボビン１０８、およびボイスコイル１０９は、同一の振動運動を行う。振動板１０１が振動することによって発生される音は、カバー部材１０４と振動板１０１との間の空間を通って、カバー部材１０４に対して振動板１０１の振動方向と直交する方向に設けられた音孔（開口部１３０）を通って空間へ放射される。

スピーカ１００の音圧周波数特性について、音響等価回路による音圧シミュレーション解析を用いて説明する。

図３は、実施の形態１のスピーカ１００における音響負荷の構成を示す模式図である。

具体的には、図３の（ａ）は、スピーカ１００の短手方向における音響負荷の構成を示し、図３の（ｂ）は、スピーカ１００の長手方向における音響負荷の構成を示す。なお、図３では、スペーサ１１０の図示は省略されている。

定性的な挙動検証と解決方法立案のため、図３の（ａ）に示すようにスピーカ１００における振動板１０１上面の音響負荷部分はＺｃｔ、Ｚｃ１、Ｚｏの３つに分割されると想定する。

音響負荷Ｚｃｔは、図３の（ａ）に示すように、振動板１０１の左右一方の接続部１０２の内端部から他方の接続部１０２の内端部までの空間であって、振動板１０１とカバー部材１０４とに挟まれる両端開放管部分の音響負荷である。

音響負荷Ｚｃ１は、図３の（ａ）に示すように、カバー部材１０４固着されている接続部１０２の内端部とカバー部材１０４の閉端側の内壁までの間の空間であって、振動板１０１とカバー部材１０４とに挟まれる、片側を完全に閉じた閉管部分の音響負荷である。

音響負荷Ｚｏは、図３の（ａ）に示すように、音孔である開口部１３０が構成される側の接続部１０２の内端部から外端部までの間の空間であって、振動板１０１とカバー部材１０４とに挟まれる、音放射方向の開放管部分の音響負荷である。

音響負荷Ｚｃ１には、図３の（ｂ）に示す、振動板１０１とカバー部材１０４とに挟まれる空間のうち長手方向両端部分の空間それぞれを表す２つの音響負荷Ｚｃ２およびＺｃ３が接続されていると考える。

図４は、図３に示す各音響負荷によって形成される音響管構成の概要図である。

音響管のインピーダンスＺは、（式１）のマトリックスで表される。（式１）において、Ｓは音響管の断面積、ｌは音響管の長さ、ρ０は空気の密度、ｃは音速、ｋは波数（２πｆ／ｃ）を示す。

（式１）に基づいて、Ｚｃｔ、Ｚｃ１、Ｚｏ、Ｚｃ２、Ｚｃ３の各インピーダンスを算出し、図４に示す音響管の音響等価回路を組み、音圧シミュレーションを行った結果を以下に示す。

図５Ａは、スペーサ１１０を有さない場合のスピーカ１００のＡ−Ａ’断面図であって、全音響負荷を考慮した場合のシミュレーション解析モデルを示す図である。

図５Ｂは、全音響負荷を考慮した場合の音響等価回路のシミュレーション解析結果を示す図である。

つまり、図５Ｂは、全音響負荷を考慮した初期条件、すなわち図５Ａに示すスペーサ１１０を有さない構成の音響等価回路を用いた音圧シミュレーションの解析結果を示している。

また、図５Ｂでは、スピーカ１００に１Ｗの電力を入力した場合の、スピーカ１００の中心を通りスピーカ１００から音が放射される方向を示す軸上であって、スピーカ１００から１ｍの位置での音圧周波数特性が示されている。

スピーカ１００が図５Ａに示す構成の場合、音圧周波数特性において、振動板１０１の上面の空間（以下、「振動板上面空間」ともいう。）の音響負荷による最も周波数の低いピーク／ディップが略３ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ間に現れることが、図５Ｂから分かる。

音響負荷による共振周波数を高い方向へ移動させるためには、音響コンプライアンスを小さく、すなわち音響管内の容積を小さくすればよい。

ここで、音が直に放射される音孔（開口部１３０）側は音響負荷の影響が少なく、音が反射等する閉端側は音響負荷の影響が大きいと仮定した。

そこで、まず理想状態として、閉端部分が存在しないとして各インピーダンスを算出した音響等価回路を組む。

図６は、閉端側の音響負荷がない状態のシミュレーション解析結果を示す図である。

つまり、図６は、理想状態における音圧シミュレーションの解析結果を示す図である。

図６において、点線が図５Ｂに示した全ての音響負荷を考慮した場合の解析結果を示し、実線が理想状態における解析結果を示す。

図６より、閉端部分が存在しない理想状態においては、高域での共振周波数がより高域へ移動し、ディップの発生が抑制されることが確認できる。

以上から、閉端側の音響負荷の、音圧周波数特性に対する影響が非常に大きいことが分かる。

しかし、振動板１０１は上下に振動することが必要であり、そのため、閉端側の空間の容積を完全に無くすことはできず、閉端側の容積をできるだけ小さくするアプローチが必要となる。

そこで、本願発明者らは、閉端側における振動板１０１の接続部１０２の振動を考慮し、音響負荷Ｚｃ１の空間容積を縮小した場合の解析を行った。

図７は、音響負荷Ｚｃ１の空間容積を０．９倍にした場合の音響等価回路を用いた音圧シミュレーション解析結果を示す図である。

図７において、点線が全ての音響負荷を考慮した場合の解析結果を示し、実線が容積を縮小した場合の解析結果を示す。

図７より、閉端側の空間の容積を縮小することで、共振周波数が高域へ移動し、これにより、ピーク／ディップが改善されることがわかる。

そこで、本実施の形態におけるスピーカ１００では、閉端側に、振動板１０１の上方かつカバー部材１０４の下方の空間の容積を縮小化するためのスペーサ１１０が配置されている。

具体的には、本実施の形態におけるスペーサ１１０は、図２に示すようにカバー部材１０４の閉端側の下面から下方に向けて凸状に設けられている。

このスペーサ１１０により、閉端側における振動板上面空間の、振動板１０１の振幅方向の長さを縮め、その結果、閉端側における振動板上面空間の容積が縮小化されている。

閉端側の振動板上面空間の容積の縮小可能な範囲は、振動板１０１の最大振幅および接続部１０２の大きさにもよるが、例えば、スペーサ１１０は、閉端側の振動板上面空間の短手方向の断面積が、スペーサ１１０がない場合の断面積の０．９倍以下になるように設計する。

この構成の場合、共振周波数はスペーサ１１０がない場合よりも約１０％高域へ移動し、ディップは約３ｄＢ上昇する。

なお、スペーサ１１０は、図８に示すように、振動板１０１とカバー部材１０４間の空間が閉端側から開口側に向かって拡がったテーパー状であってもよい。つまり、スペーサ１１０は、閉端側から開口部１３０の方向にいくに従って、上下方向の厚みが減少するように形成されていてもよい。

振動板１０１の振動により発生する音は、音孔である開口部１３０から放射されるまでに振動板上面空間を通る。閉端側近辺で発生した音と開口部１３０の近辺で発生した音は、開口部１３０から放射されるまでに通る空間の距離に差があるため、位相差が生まれる。しかし、スペーサ１１０が閉端側から開口部１３０側へテーパー状に構成される場合、その距離差が小さくなるため、位相差によるディップ等に起因する特性の乱れが抑制する。

また、スペーサ１１０とカバー部材１０４別体として説明してきたが、これに限ったものではなく、これらが一体であってもよい。つまり、カバー部材１０４の閉端側の下面に、スペーサ１１０のような形状の凸部が形成されていてもよい。また、カバー部材１０４の下面が図８のようなテーパー状になっていてもよい。

次に、振動板１０１が満たすべき条件について説明する。

スピーカ１００のように、振動板の振動方向と直交する向きに音が放射されるスピーカは、その指向性により高域において音圧レベルが低下しやすい。

スピーカの指向性は振動板の有効振動半径に影響を受け、指向性の劣化する実用的な限界周波数は、（式２）によって計算される。（式２）においてａは振動板の有効振動半径を示す。

（式２）は振動板の有効振動半径の条件として（式３）に変形される。（式３）における各記号は（式１）および（式２）と同様である。

（式３）により、例えば２０ｋＨｚまで実用的に許容される音圧レベルを維持するためには、振動板の有効振動半径ａを約８ｍｍ以下としなければならない。

本実施の形態のスピーカ１００は、振動板１０１を図１の（ａ）に示すような細長い形状にし、短径方向、つまり閉端側から音孔（開口部１３０）に向かう方向と平行な方向（横方向）の振動有効長を（式４）の条件範囲内に設定する。

この構成により、スピーカ１００は、指向性の劣化による所望の周波数ｆまでの音圧レベル低下を許容範囲内に収めることができる。（式４）においてｄｓは振動板の有効振動長を示し、他の記号は（式１）、（式２）、および（式３）と同様である。

スピーカ１００について、所望のサイズ、すなわち筐体短径方向幅、接続部１０２の貼りしろ寸法、および、筐体嵌合寸法等と、所望の音圧およびｆ０（最低共振周波数）等の特性を考慮した結果、最適な振動板１０１の短径方向（横方向）の有効振動長は１６ｍｍ以下である。より好ましくは当該短径方向の有効振動長は１１ｍｍ程度である。

以上のように、スピーカ１００は閉端側の振動板上面空間の容積を縮小化するスペーサ１１０を用いることで、スピーカ１００の薄型化と、高域を含む主要帯域における従来よりも平坦な音圧周波数特性とを実現することができる。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２におけるスピーカ２００について説明する。

図９は、実施の形態２におけるスピーカ２００の構成概要を示す図である。

図９の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）はそれぞれ、スピーカ２００の上面図、正面図、背面図、および右側面図である。

図１０は、実施の形態２におけるスピーカ２００のＡ―Ａ’断面の拡大図である。

図１０に示すように、スピーカ２００は、接続部２０２を有する振動板２０１と、フレーム２０３と、スペーサ２０４と、カバー部材２０５と、互いに逆方向に着磁されたマグネット２０６および２０７と、ヨーク２０８および２０９と、ボイスコイル２１０と、制動布２１１とを備える。スピーカ２００は、実施の形態１におけるスピーカ１００とは、主として以下の５点に関して異なる。

（１）スピーカ２００の磁気回路２２０は、振動板２０１の上下に配置されるマグネット２０６および２０７とヨーク２０８および２０９とで構成される。

（２）スピーカ２００におけるカバー部材２０５は、ヨーク２０８と固着され、フレーム２０３およびスペーサ２０４を囲むように覆い、フレーム２０３に取り付けられる。

（３）スピーカ２００は、ボイスコイルボビンは有さず、ボイスコイル２１０が振動板２０１へ直接接着される。

（４）フレーム２０３の下面に制動布２１１が固定される。

（５）スペーサ２０４は、接続部２０２に対向する面に凹部２０４ａを有する。

本実施の形態においては、図１０に示すように、スペーサ２０４に、接続部２０２が有する上方に凸の形状と略相似形状の窪みを設けることで、スペーサ２０４に、凹部２０４ａが形成されている。なお、略相似形状とは、完全な相似形状も含む概念である。

ここで、凹部２０４ａの形状は、接続部２０２が、振動板２０１の振動により、上方向における最大振幅に達した際に、接続部２０２とスペーサ２０４とが接触しない形状であればよい。例えば、接続部２０２の断面形状が略半円形である場合に、断面がＶ字状の溝が凹部２０４ａとしてスペーサ２０４に設けられていてもよい。

図１１は、実施の形態２におけるスペーサ２０４の各種の形状例を示す図である。

スペーサ２０４の凹部２０４ａは、たとえば、図１１の（ａ）に示すように、接続部２０２の形状をオフセットすることでえら得る形状であってもよい。

また、スペーサ２０４の凹部２０４ａは、例えば図１１の（ｂ）および（ｃ）に示すように接続部２０２の振動による変形形状を考慮した２次曲線の一部の形状であってもよい。

ここで、凹部２０４ａの形状が、当該２次曲線の極値が、接続部２０２の内端部の直上に位置するような、放物線のちょうど半分のような形状である場合を想定する。この場合、スペーサ２０４の下面（つまり、凹部２０４ａの内面）がテーパー状にもなる。その結果、実施の形態１でも説明したように、振動板２０１の閉端側から放射された音と開放側（開口部２３０側）から放射された音の開口部２３０から放射されるまでに通る空間の距離差による位相差から生じる特性上のディップの発生が抑制されるという効果がある。

また、例えば図１１の（ｃ）のように接続部２０２の内端部の位置におけるスペーサ２０４の厚みを大きくすると、閉端側における振動板上面空間の容積の削減量をより増加させすることができる。

以下、図１０を用いてスピーカ２００の構成を説明する。

振動板２０１は、フレーム２０３に対して上下方向に振動可能なように接続部２０２によってフレーム２０３と接続されている。また、振動板２０１は、振動板２０１の上下に配置されるマグネット２０６および２０７とヨーク２０８および２０９とで構成される磁気回路２２０の上部分と下部分との間に浮いたような状態で配置される。

その磁気回路２２０は上側ではカバー部材２０５に固着され、下側ではフレーム２０３に固着されている。

接続部２０２は、外側の貼りしろ部分がフレーム２０３とスペーサ２０４とに挟まれている。

カバー部材２０５は、フレーム２０３の横方向（Ｘ軸方向）の一端と接続され、振動板２０１を上方から覆うように配置されている、より具体的には、カバー部材２０５は、フレーム２０３とスペーサ２０４とを覆うように、例えばカシメによりフレーム２０３に取り付けられる。

ボイスコイル２１０は、銅またはアルミ等の導体の巻き線により構成され、上面視において矩形形状である。ボイスコイル２１０は、振動板２０１の下側に、マグネット２０６および２０７と同心になるように例えば接着剤により接着される。

フレーム２０３の底面には、底面へ放射される音を抜くための底面孔２０３ａが設けられており、制動布２１１はその底面孔２０３ａを覆うように取り付けられる。制動布２１１を取り付ける以外に、小さな径の孔を多数設けた部材を取り付ける構成で通気性を調整してもよい。

次に、スピーカ２００の動作を説明する。

ボイスコイル２１０に交流電気信号が入力されていない状態で、マグネット２０６および２０７から放射した磁束はそれぞれ反発し合う。その結果、磁束ベクトルはほぼ垂直に曲がり、振動方向に垂直な磁束で構成される磁場が形成される。

ボイスコイル２１０に交流電気信号を入力すると、ボイスコイル２１０を流れる電流の方向および磁束の方向それぞれに対して垂直な方向に、駆動力が発生する。この駆動力により振動板２０１は振動し、その振動は音として放射される。

その振動板２０１より放射された音は、スペーサ２０４と、磁気回路２２０の、マグネット２０６およびヨーク２０８で構成される振動板２０１上側の部分と、振動板２０１とで構成される振動板上面空間を通って、フレーム２０３とカバー部材２０５との間に設けられたサイドの音孔（開口部２３０）より放射される。

ここで、本願発明者らは、より正確な音圧特性シミュレーションを行うために、実際のモデル形状を組み込んだ境界要素法（Ｂｏｕｎｄａｒｙ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ（ＢＥＭ））による検討を行った。

図１２は、従来のスペーサ３００の外観の一例を示す図であり、図１３は、実施の形態２におけるスペーサ２０４の外観を示す図である。

図１２の（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、それぞれ従来のスペーサ３００の下面図、斜視図、および上面図である。また、図１３の（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、それぞれスペーサ２０４の下面図、斜視図、および上面図である。

実施の形態２におけるスペーサ２０４は、凹部２０４ａを有することで、音圧周波数特性の平坦化により効果の高い形状となっている。具体的には、スペーサ２０４は、振動板２０１が振動により磁気回路２２０へ当たらない範囲で、スペーサ２０４と、磁気回路２２０のマグネット２０６およびヨーク２０８で構成される振動板２０１上側の部分と、振動板２０１とによって形成される振動板上面空間の容積を最小にする形状となっている。

図１４は、従来のスペーサ３００および実施の形態２におけるスペーサ２０４のＢＥＭシミュレーション結果を示す図である。

図１４において、点線は従来のスペーサ（図１４では旧スペーサと表示）３００を用いたスピーカ２００の音圧周波数特性示し、実線はスペーサ２０４（図１４では新スペーサと表示）を用いたスピーカ２００の音圧周波数特性を示す。また、図１４において、縦軸は８０ｄＢを０ｄＢとして基準化している。

図１４より、スペーサ２０４によって、スピーカ２００における振動板上側空間の閉端側の容積を小さくすることで、ピーク／ディップの周波数が高域へ移動することが分かる。また、ディップも改善する（ディップ量が減少する）ことが分かる。

次に、ＢＥＭシミュレーション結果に基づいて設計した試作品の実測特性を図１５に示す。

図１５は、実施の形態２におけるスピーカ２００の試作品の音圧周波数特性を示す図である。

具体的には、図１５には、スピーカ２００に１Ｗの電力の入力を加えた場合のスピーカ１００の中心を通りスピーカ１００から音が放射する方向を示す軸上であって、スピーカ１００から１ｍの位置での音圧周波数特性が示されている。

また、図１５において、点線はスピーカ２００に従来のスペーサ３００を配置した場合の音圧周波数特性を示し、実線はスピーカ２００に実施の形態２におけるスペーサ２０４を配置した場合の音圧周波数特性を示す。

図１５に示すように、実測においても、実施の形態２におけるスペーサ２０４によって、ピーク／ディップの主要帯域に対する影響が抑制されることが確認された。

以上のように、スピーカ２００は、閉端側における振動板上面空間の容積を縮小化するスペーサ２０４を用いることで、スピーカ２００の薄型化と、高域を含む主要帯域における音圧周波数特性の平坦化とを実現することができる。

また、振動板２０１の振動と最大振幅時の変形した形状とが考慮されたスペーサ２０４であって、閉端側における振動板上面空間の容積を極力小さくするようなスペーサ２０４を用いることで、スピーカ２００の薄型化を実現しつつ、高域を含む主要帯域における音圧周波数特性の平坦化をより推し進めることが可能となる。

また、実施の形態１のスピーカ１００および実施の形態２のスピーカ２００は、いずれも、音出力装置として音響機器に備えられることができる。

例えば、スピーカ１００および２００のそれぞれは、テレビなどの、ユーザと対向する前面に音の放射口の配置面積を大きくとることが困難な音響機器であって、主要帯域における平坦な音圧周波数特性を要求される音響機器に、音出力装置として備えられることができる。

図１６は、実施の形態１のスピーカ１００または実施の形態２のスピーカ２００を備ええるテレビ２５０の外観を示す図である。

図１６に示すテレビ２５０は、本発明に係るスピーカを備える音響機器の一例である。

なお、図１６では、テレビ２５０に４つのスピーカ１００（２００）が備えられているが、テレビ２５０が備えるスピーカ１００（２００）の個数に特に限定はない。

また、図１６では、テレビ２５０において、画面の下に４つのスピーカ１００（２００）が並んで配置されているが、これらの配置位置も特に限定はない。例えば、画面の側方に長手方向を上下方向に向けた１以上のスピーカ１００（２００）が配置されてもよい。

さらには、スピーカ１００とスピーカ２００とが混在して配置されていてもよい。

また、本発明に係るスピーカを備える音響機器は、テレビに限られず、例えばステレオセットなどの音響機器に本発明に係るスピーカが備えられてもよい。

以上、本発明のスピーカおよびについて、実施の形態１および２に基づいて説明した。しかしながら、本発明は、これらの説明内容に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を上記実施の形態１および２のいずれかに施したもの、あるいは、上記説明された複数の構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。

例えば、実施の形態１におけるスペーサ１１０が、実施の形態２における凹部２０４ａのような凹形状を有していてもよい。この場合、実施の形態１におけるスピーカ１００は、実施の形態２におけるスピーカ２００と同様に、スペーサ１１０と、振動板１０１の接続部１０２との接触を防止しつつ、閉端側における振動板上面空間の容積を最小化することが可能となる。

また、例えば、スペーサ１１０および２０４は中実構造である必要はない。つまり、スペーサ１１０および２０４は閉端側における振動板上面空間を縮小化できる形状および大きさであれば、中空構造であってもよい。

本発明に係るスピーカは、主要帯域において平坦な音圧周波数特性を実現できる薄型のスピーカであって、例えば、音を出力する音響機器などに適用することができる。

また、本発明に係る音響機器は、例えばテレビ等の、音を出力する機能を備える機器として有用である。

１００、２００ スピーカ
１０１、２０１ 振動板
１０２、２０２ 接続部
１０３、２０３ フレーム
１０４、２０５ カバー部材
１０５、２０６、２０７ マグネット
１０６ プレート
１０７、２０８、２０９ ヨーク
１０８ ボイスコイルボビン
１０９、２１０ ボイスコイル
１１０、２０４ スペーサ
１２０、２２０ 磁気回路
１３０、２３０ 開口部
２０３ａ 底面孔
２０４ａ 凹部
２１１ 制動布
２５０ テレビ
３００ 従来のスペーサ

Claims (10)

1. 第一のマグネットおよび第一のヨークを有し、磁束を発生させる磁気回路と、
   上方が開口し、内部に前記磁気回路が配置されたフレームと、
   前記磁気回路の磁気ギャップに配置されたコイルと、
   前記コイルと接続された振動板であって、前記振動板が前記フレームに対して上下方向に振動可能なように、前記振動板と前記フレームとを接続する接続部を有する振動板と、
   前記フレームの、前記上下方向と直交する方向である横方向の一端と接続され、前記振動板を上方から覆うように配置され、かつ、前記フレームの前記横方向の他端との間に、音を放射する開口部を形成するカバー部材とを備え、
   前記カバー部材は、前記開口部とは反対側である閉端側に、前記振動板の上方かつ前記カバー部材の下方の前記閉端側における音響コンプライアンスを小さくするためのスペーサを有し、
   前記スペーサは、前記振動板の中心軸上には配置しない
   スピーカ。
2. 前記スペーサは、前記カバー部材の前記閉端側の下面から下方に向けて凸状に設けられている
   請求項１記載のスピーカ。
3. 前記接続部は、少なくとも一部に上方に凸の形状を有し、
   前記スペーサは、前記接続部と対向する面に凹部を有する
   請求項１または２記載のスピーカ。
4. 前記凹部は、前記スペーサに、前記接続部が有する前記上方に凸の形状と略相似形状の窪みを設けることで、前記スペーサに形成されている
   請求項３記載のスピーカ。
5. 前記閉端側における、前記振動板の上方かつ前記カバー部材の下方の空間の前記横方向の断面積は、前記スペーサがないとした場合の当該断面積の０．９倍以下である
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のスピーカ。
6. 前記振動板の、前記横方向における振動有効長は１６ｍｍ以下である
   請求項１〜５のいずれか一項に記載のスピーカ。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のスピーカを備え、
   前記スピーカを用いて音を出力する
   音響機器。
8. 前記磁気回路はさらに、前記振動板の中心軸上であって、前記振動板を挟んで前記第１のマグネットおよび前記第１のヨークとは反対側に配置された第２のマグネットおよび第２のヨークを有する
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のスピーカ。
9. 前記接続部は、少なくとも一部に上方に凸の形状を有し、
   前記振動板において前記接続部より内側の中央部は平面形状である
   請求項１または２に記載のスピーカ。
10. マグネットおよびヨークを有し、磁束を発生させる磁気回路と、
    上方が開口し、内部に前記磁気回路が配置されたフレームと、
    前記磁気回路の磁気ギャップに配置されたコイルと、
    前記コイルと接続された振動板であって、前記振動板が前記フレームに対して上下方向に振動可能なように、前記振動板と前記フレームとを接続する接続部を有する振動板と、
    前記フレームの、前記上下方向と直交する方向である横方向の一端と接続され、前記振動板を上方から覆うように配置され、かつ、前記フレームの前記横方向の他端との間に、音を放射する開口部を形成するカバー部材とを備え、
    前記カバー部材は、前記開口部とは反対側である閉端側に、前記振動板の上方かつ前記カバー部材の下方の前記閉端側における音響コンプライアンスを小さくするためのスペーサを有し、
    前記接続部は、少なくとも一部に上方に凸の形状を有し、
    前記スペーサは、前記接続部と対向する面に凹部を有し、
    前記凹部は、前記スペーサに、前記接続部が有する前記上方に凸の形状と略相似形状の窪みを設けることで、前記スペーサに形成されている
    スピーカ。

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