JP6052669B2 - スピーカとそのスピーカを用いた電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、スピーカとそのスピーカを用いた電子機器に関し、特に薄型化を図るスピーカに関するものである。

近年、いわゆるハイビジョンや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、ディスプレイ周辺の筐体部分の幅の薄型化など、いわゆる狭額縁化により、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音声の高音質化も要求されている。

薄型テレビに使用されている従来のトラック形の細長構造のスピーカ１０について、図１５Ａ〜図１５Ｃを用いて説明する。

図１５Ａに従来のトラック形の細長構造のスピーカ１０の上面図を、図１５Ｂに図１５Ａに示すＡ−Ａ’断面図を、図１５Ｃに図１５Ａに示すＢ−Ｂ’断面図を示す。

図１５Ａ〜図１５Ｃにおいて、従来のトラック形の細長構造のスピーカ１０は、振動板１と、エッジ２と、ボイスコイルボビン３と、ボイスコイル４と、プレート５と、マグネット６と、ヨーク７と、フレーム８とを備える。

振動板１は、その外周部がエッジ２の内周部に接着されている。その形状は、振動方向から見た平面形状が長手と短手とを有し、短手方向の断面形状が中空円形状で、長手方向両端が中空１／４球形状ある。

エッジ２は、その外周部がフレーム８に固着されている。

ボイスコイルボビン３は、振動板１の外周部に接着され、振動板１へ力を加える。

ボイスコイル４は、磁気回路の磁気ギャップＧ中に配置されるように、ボイスコイルボビン３によって支持される。

プレート５、マグネット６、及びヨーク７は、内磁型磁気回路を構成する。そして、この内磁型磁気回路は、プレート５とヨーク７との内壁間に形成される磁気ギャップＧに磁束を発生させる。磁気回路の構成として、プレート５はマグネット６の上面に固着され、マグネット６はヨーク７の底面に固着される。また、プレート５、マグネット６、及びヨーク７は、振動板１と、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。

フレーム８は、エッジ２の外端部の下側に固着される。また、上記磁気回路の底面にも固着される。

以上のように構成された従来のトラック形の細長構造のスピーカ１０について、以下にその動作を説明する。

ボイスコイル４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４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３を介して振動板１に伝達される。発生した駆動力により、振動板１、ボイスコイルボビン３、及びボイスコイル４は、同一の振動運動を行う。そして、振動板１が振動することによって、音が空間へ放射される。

特開平８−２６５８９５号公報

しかしながら、上記の従来の構成のスピーカにおいて、次のような課題が考えられる。

振動方向から見た振動面の平面形状が長手と短手を有し、その長手方向の長さと短手方向の長さとの比が大きい細長い振動板の場合、長手方向の長さによってきまる固有振動モードが発生する。その結果、音圧周波数特性上の重要な音声帯域にピークディップが生じ、音質の劣化を招く可能性がある。この固有振動モードによる音圧周波数特性への影響を抑えるためには、振動板長手方向全体を駆動する必要がある。従来のスピーカ１０では、振動方向から見た平面形状がトラック形状の細長いボイスコイルボビン３とボイスコイル４とを使用し、振動板長手方向全体を駆動している。

そこで、我々は、長手方向の長さと短手方向の長さとの比が約２：１の小さいボイスコイルを使用する構造を検討した。

しかしながら、前述のボイスコイルを使用する場合には、振動板の振動モードを全て抑えることが出来ないので、音圧周波数特性上で特に重要な音声帯域に影響を与える振動モードを出来るだけ減らし、残った振動モードのみを抑えるアプローチが必要となる。

そこで本発明は、振動モードの周波数を高くするとともに共振を抑制し、更なる広帯域化を図ることを目的とするものである。

本発明の一形態に係るスピーカは、両端が閉止されている筒形状の振動板と、前記振動板を振動可能に支持するエッジと、ボイスコイルが巻回され、前記振動板に接続されるボイスコイルボビンと、前記ボイスコイルを駆動させるための磁気回路とを備える。

一例として、前記振動板は、短手方向の断面形状が円形状であってもよい。

また、前記振動板は、各々が、短手方向の断面形状が半円形状の円弧部と、前記円弧部の両端から径方向外側に突出するフランジ部とで構成される第１の振動板及び第２の振動板を、前記フランジ部同士を結合することによって形成されてもよい。

さらに、前記振動板の両端は、長手方向の外向きに膨出する半球形状であってもよい。

一例として、前記スピーカは、２つの前記ボイスコイルボビンを備えてもよい。そして、２つの前記ボイスコイルボビンは、前記振動板の長手方向の中心に対して対称で、且つ前記振動板の第１次共振モードの節の位置に取り付けられてもよい。

具体的には、前記振動板の長手方向の一端を０、他端を１としたとき、第１の前記ボイスコイルボビンの取り付け位置は、０．２２４の位置を含み、第２の前記ボイスコイルボビンの取り付け位置は、０．７７６の位置を含んでもよい。

他の例として、前記スピーカは、４つの前記ボイスコイルボビンを備えてもよい。そして、４つの前記ボイスコイルボビンは、前記振動板の長手方向の中心に対して対称で、且つ前記振動板の第１次共振モード及び第２次共振モードの節の位置に取り付けられてもよい。

具体的には、前記振動板の長手方向の一端を０、他端を１としたとき、第１の前記ボイスコイルボビンの取り付け位置は、０．１１３の位置を含み、第２の前記ボイスコイルボビンの取り付け位置は、０．３７７７５の位置を含み、第３の前記ボイスコイルボビンの取り付け位置は、０．６２２２５の位置を含み、第４の前記ボイスコイルボビンの取り付け位置は、０．８７７の位置を含んでもよい。

さらに他の例として、前記スピーカは、２つの前記ボイスコイルボビンを備えてもよい。そして、２つの前記ボイスコイルボビンは、前記振動板の長手方向の中心に対して対称で、且つ前記振動板の第１次共振モードの節の位置と前記第２次共振モードの節の位置との間の位置に取り付けられてもよい。

具体的には、前記振動板の長手方向の一端を０、他端を１としたとき、第１の前記ボイスコイルボビンの取り付け位置は、０．３３２の位置を含み、第２の前記ボイスコイルボビンの取り付け位置は、０．６６８の位置を含んでもよい。

また、前記振動板は、前記ボイスコイルボビンの取り付け位置に貫通孔を有してもよい。そして、前記ボイスコイルボビンは、前記貫通孔に挿通されることによって、前記振動板に取り付けられてもよい。

本発明の一形態に係る電子機器は、スピーカを備える。そして、前記スピーカは、両端が閉止されている筒形状の振動板と、前記振動板を振動可能に支持するエッジと、ボイスコイルが巻回され、前記振動板に接続されるボイスコイルボビンと、前記ボイスコイルを駆動させるための磁気回路とを備える。

本発明によれば、両端を閉止した筒形状の振動板を採用したことにより、振動板の長手方向の剛性を向上させることができる。その結果、長手方向の振動モードの周波数を高くすることができるという効果を奏する。

図１Ａは、実施例１における振動板の上面図である。 図１Ｂは、実施例１における振動板のＡ−Ａ’方向断面図である。 図１Ｃは、実施例１における振動板のＢ−Ｂ’方向断面図である。 図２Ａは、回転半径を計算するための中空半円形の断面形状モデル図である。 図２Ｂは、回転半径を計算するための中空円形の断面形状モデル図である。 図３は、断面形状が中空円形および中空半円形における各々の断面２次モーメント、回転半径、断面積の計算値表である。 図４は、実施例１における振動板と、従来の振動板の実形状モデルを組み込んだＦＥＭによる固有振動モードの共振周波数の解析結果を示す図である。 図５Ａは、実施例２におけるスピーカの上面図である。 図５Ｂは、実施例２におけるスピーカのＡ−Ａ’方向断面図である。 図５Ｃは、実施例２におけるスピーカのＢ−Ｂ’方向断面図である。 図５Ｄは、実施例２におけるスピーカのＣ−Ｃ’方向断面図である。 図６Ａは、第１次共振モードを制御する２点駆動の場合における特性を示す図である。 図６Ｂは、第２次共振モードを制御する２点駆動の場合における特性を示す図である。 図６Ｃは、第１次と第２次の両共振モードを制御する４点駆動の場合における特性を示す図である。 図７Ａは、実施例３におけるスピーカの上面図である。 図７Ｂは、実施例３におけるスピーカのＡ−Ａ’方向断面図である。 図７Ｃは、実施例３におけるスピーカのＢ−Ｂ’方向断面図である。 図７Ｄは、実施例３におけるスピーカのＣ−Ｃ’方向断面図である。 図８Ａは、実施例４におけるスピーカの上面図である。 図８Ｂは、実施例４におけるスピーカのＡ−Ａ’方向断面図である。 図８Ｃは、実施例４におけるスピーカのＢ−Ｂ’方向断面図である。 図８Ｄは、実施例４におけるスピーカのＣ−Ｃ’方向断面図である。 図９Ａは、駆動位置を変化させるシミュレーションに用いたスピーカの上面図である。 図９Ｂは、図９ＡにおけるスピーカのＡ−Ａ’方向断面図である。 図９Ｃは、図９ＡにおけるスピーカのＢ−Ｂ’方向断面図である。 図１０は、シミュレーションにより求めた音圧周波数特性の共振モードによるピークディップを説明する図である。 図１１は、駆動位置に対する共振モードによるピークディップの偏差幅を示す図である。 図１２は、第１次共振モードを抑える位置と、第２次共振モードを抑える位置で駆動させた場合の音圧周波数特性のシミュレーション解析結果を示す図である。 図１３は、振動板２０１へのボイスコイルボビン２０３の固着条件の違いによる音圧周波数特性の違いを示す図である。 図１４は、本発明の実施例２におけるスピーカを搭載するテレビジョン受像機の外観図である。 図１５Ａは、従来のスピーカの上面図である。 図１５Ｂは、従来のスピーカのＡ−Ａ’方向断面図である。 図１５Ｃは、従来のスピーカのＢ−Ｂ’方向断面図である。

この出願の発明に関連する先行技術文献としては、例えば、特許文献１が知られている。

しかし、細長い構造のボイスコイルおよびボイスコイルボビンを使用するには、下記のような課題がある。一つ目として、現在の薄型テレビ用の細長スピーカサイズ（例として幅１０ｍｍ×厚み１３ｍｍ×長さ１００ｍｍ）に適用する細長いボイスコイルを作成する上で、長手方向直線部分の直線精度を確保することが難しい。

二つ目として、いくつかの特定の周波数（共振周波数）においてボイスコイルボビンの直線部分が共振し、振動板の振動方向とは直角の方向（ボイスコイルボビンを駆動する磁気回路の、磁気ギャップ内での磁束の方向）に振動する。直線部分が長くなるに従って共振周波数は低くなり、共振の振幅も増大する。上記二つの課題に対しては、特許文献１において、ボイスコイルボビンの内側に、振動板の短径方向に関して互いに対向する面の間を、振動板の振動方向と平行で、且つ、該対向面と直角に架張する薄板状連結部材を取り付けることで影響を抑えている。

三つ目として、その細長いボイスコイルを駆動するためには、大きなマグネットを必要となる。ボイスコイルの長手方向の長さに対応した長さが必要である。また、スピーカのサイズが小さくなれば、十分な磁束を得るために、磁気回路構造として外磁界型を適用し、かつマグネットにはフェライトではなくネオジウムマグネットを使用する必要がある。結果として、マグネットの材料コストが増加する。

そこで、本発明の実施例１〜４を参照して、上記の特許文献１とは別のアプローチで、音圧周波数特性上の重要な音声帯域にピークディップが生じるのを有効に防止するスピーカの構造について、詳しく説明する。

なお、以下で説明する実施例は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施例で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲によって特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、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ものとして説明される。

（実施例１）
以下、本発明の実施例１におけるスピーカに用いられる振動板について図面を参照しながら説明する。

図１Ａに本実施例におけるスピーカに用いられる振動板の上面図を、図１Ｂに図１Ａに示すＡ−Ａ’断面図を、図１Ｃに図１Ａに示すＢ−Ｂ’断面図を示す。

図１Ａ〜図１Ｃにおいて、振動板１００は、振動方向から見た平面形状が長手と短手を有し、短手方向の断面形状が中空円形状で、長手方向両端が中空半球形状の構造を有する。言い換えれば、振動板１００は、両端が閉止されている有底筒形状である。また、振動板１００の短手方向の断面形状は真円形状である。さらに、振動板１００の両端は、長手方向の外向きに膨出する半円形状となっている。この振動板１００の材料は、薄型化に適し、軽量であるものが望ましい。例えば、紙あるいは高分子フィルムなどが最適であるが、アルミやチタンなどの軽量高剛性金属箔であってもよい。

振動板１００は、短手方向の断面が半円形状の終端部に振動板張り合わせ部（フランジ部）１０２を設け、上面から見た平面形状がトラック形状である細長の第１及び第２の振動板１０１ａ、１０１ｂを２枚張り合わせたものである。

言い換えれば、第１及び第２の振動板１０１ａ、１０１ｂは、各々が、短手方向の断面形状が半円形状の円弧部（短手方向の断面形状が半円形状の部分）と、円弧部の両端から径方向外側に突出するフランジ部とで構成される。そして、振動板１００は、第１及び第２の振動板１０１ａ、１０１ｂを、フランジ部同士を結合することによって形成される。

以上のように構成された振動板１００について、以下に短手方向の断面形状を従来の中空半円形状から中空円形状にしたことによる効果を、理論及びシミュレーションの観点から説明する。まず、理論の観点から説明する。

振動板１００は、通常その外周をエッジにより宙に浮いた状態で支持されているので、略両端自由な棒と見なせる。よって、両端自由の棒の振動モードの理論からその振動モードの共振周波数や剛性の断面形状による変化を考えることができる。次に、両端自由の棒の振動モードの理論について説明する。式１に両端自由の棒の振動モードの共振周波数式を示す。式１において、ｌは棒の長さ、ρは密度、Ｑは材料のヤング率、Ｋは回転半径を示す。

式１において回転半径Ｋは、断面形状により異なる。

図２Ａに中空半円形の断面形状を、図２Ｂに中空円形の断面形状を示す。次に、図２Ａ及び図２Ｂを用いて、各々の断面形状に対する回転半径について説明する。

まず、図２Ａの中空半円形の断面形状について説明する。

断面２次モーメントの定理によれば、管やトンネルのような中空断面の図形の断面２次モーメントは、外側の図形の断面２次モーメントから、中空の図形の断面２次モーメントを差し引いて求めることができる。ここで、断面モーメントを求める際の基準軸に対して、外側の図形の図心の位置と内側の図形の図心の位置は異なる。しかしながら、本振動板の断面形状の中空半円形の場合は、振動板の厚みが非常に薄いため、外側半円の半径と内側半円の半径とは略等しいと考えることができる。

よって、中空半円形の断面２次モーメントは、外側半円及び内側半円各々の断面２次モーメントの差と考えることができる。式２に中空でない半円の断面２次モーメントを、式３に断面形状が中空半円形の断面２次モーメントを、式４にその断面積を示す。式２でｒｓｅｍｉは中空でない半円の半径を示し、式３、式４でＲは外側半円の半径を、ｒは内側半円の半径を示す。

回転半径は、断面２次モーメントと断面積との商の平方根であるので、断面形状が中空半円形の回転半径は式５となる。

図２Ｂの中空円形の場合についても、上記と同様の考え方で断面２次モーメントおよび回転半径を計算することができるので、式のみを示し、説明を省略する。式６に断面形状が中空円形の断面２次モーメントを、式７にその回転半径を、式８にその断面積を示す。

式３〜式８を用いて計算した断面形状が中空半円形および中空円形における各々の断面２次モーメント、回転半径、断面積を図３に示す。図３において、Ｒ＝２ｍｍ、ｒ＝１．８ｍｍ、ｔ＝０．２ｍｍを用いて計算した。

次に、図３の計算値を用いて、断面形状を中空半円形から中空円形に変化したことによる共振周波数の変化および剛性の変化について検討する。

式１より、棒の長さや材料定数が同じ場合、断面形状の変化による共振周波数の変化は、回転半径に比例することが分かる。また、棒の剛性（曲げ剛性）は、棒の材料のヤング率と断面２次モーメントとの積で表される。すなわち、棒の剛性は、断面２次モーメントに比例することがわかる。

よって、断面形状を中空半円形から中空円形に変化したことにより、回転半径は約１．９倍、断面２次モーメントは約７．２倍となる。その結果、共振周波数は約１．９倍高くなり、剛性は約７．２倍向上することがわかる。

次に、上記までに述べた理論結果を踏まえ、本実施例で説明した振動板１００と、従来の技術で説明した振動板１との実形状モデルを組み込んだ有限要素法（Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ（ＦＥＭ））による固有振動モードの共振周波数を解析した結果を、図４に示す。図４において、共振周波数（理論値）は、式１を用いて計算した結果である。

図４より、理論計算値とシミュレーション解析値とがよく一致していることがわかる。また、断面形状が中空半円形状の振動板１の共振周波数に比べて、断面形状が中空円形状の振動板１００の共振周波数が約２倍高いことがわかる。このシミュレーション結果の共振周波数変化から、振動板の断面形状を中空半円形状から中空円形状へ変化したことによる剛性の変化を逆算する。

式１より、共振周波数は、回転半径に比例する。また、回転半径が断面２次モーメントと断面積との商の平方根であることから、断面２次モーメントは回転半径の二乗と断面積との積に比例する。よって図４から、振動板の断面形状を半円形状から円形状に変化すると、回転半径の変化は約２倍となり、断面積も２倍となる。その結果、剛性は約８倍となることがわかる。

以上のように、本実施例によれば、振動板１００の長手方向の剛性を向上させ、モードの共振周波数を高くすることができる。このため、重要な音声帯域上で影響のある共振周波数の数を減少することができる。

なお、実施例１では、短手方向の断面形状が半円状の振動板１００について説明したが、断面形状を長円状とすることで剛性をさらに高くすることができる。同様に中空台形や中空多面体であっても良い。すなわち、本実施例における振動板は、長手方向の両端面が閉止された筒形状であれば、短手方向の断面形状は特に限定されない。また、実施例１では、振動板１００の両端が長手方向の外向きに膨出している例を示したが、本発明はこれに限定されない。振動板の長手方向の両端面の形状は、例えば、平坦であってもよいし、その他の形状であってもよい。

（実施例２）
以下、本発明の実施例２では、実施例１の振動板１００の最適な駆動方法について図面を参照しながら説明する。なお、実施例１、２との共通点の詳しい説明は省略し、相違点を中心に説明する。

図５Ａに本実施例におけるスピーカ２００の上面図を、図５Ｂに図５Ａに示すＡ−Ａ’断面図を、図５Ｃに図５Ａに示すＢ−Ｂ’断面図を、図５Ｄに図５Ａ（ａ）に示すＣ−Ｃ’断面図を示す。

本実施例におけるスピーカ２００は、図５Ａ〜図５Ｄに示されるように、振動板２０１と、エッジ２０２と、ボイスコイルボビン２０３と、ボイスコイル２０４と、プレート２０５と、マグネット２０６と、ヨーク２０７と、フレーム２０８とを備える。なお、振動板２０１は、振動板１００と略同様の構成であるが、振動板２０１の振動方向へ貫通し、ボイスコイルボビン２０３が挿通される貫通孔２０９が２箇所に形成されている点が異なる。

エッジ２０２は、その外周部がフレーム２０８に固着されている。また、エッジ２０２の断面は、中空半円形である。また、エッジ２０２は、その材料として薄型のスピーカ２００ながら低域限界を下げるために、例えば、エラストマーやＳＢＲのようなゴム材料が望ましい。エッジ２０２と振動板２０１との組立に関しては、例えば、それぞれを別々に成形した後に貼りあわせてもよいし、あるいはインサート成形などによって一体成形してもよい。

ボイスコイルボビン２０３は、振動板２０１の貫通孔２０９に挿通されて、貫通孔２０９の内壁面に接着され、振動板２０１に力を加える。振動方向から見た場合のボイスコイルボビン２０３の平面形状は、長手方向端部が半円もしくは楕円形状であり、全体としてはトラック形状である。ボイスコイルボビン２０３の材料は、例えば、紙やアルミ箔、あるいはポリイミド等の高分子樹脂フィルムで、それらを所望の形状に成型したものである。

ボイスコイル２０４は、ボイスコイルボビン２０３上に巻線（巻回）され、磁気回路の磁気ギャップＧ中に配置されるように振動板２０１によって支持される。振動方向から見た場合のボイスコイル２０４の平面形状は、長手方向端部が半円もしくは楕円形状であり、全体としてはトラック形状である。ボイスコイル２０４が固着されたボイスコイルボビン２０３は、スピーカ２００の長手方向の中心に対して対称な位置に２箇所配置される。ボイスコイル２０４の材料は、銅やアルミ等の導体の巻き線からなる。

プレート２０５、マグネット２０６、及びヨーク２０７は、外磁型磁気回路を構成する。そして、この外磁型磁気回路は、プレート２０５とヨーク２０７との内壁間に形成される磁気ギャップＧに磁束を発生させる。磁気回路の構成として、プレート２０５はマグネット２０６の上面に固着され、マグネット２０６はヨーク２０７の底面に固着される。

外磁型磁気回路は、フレーム２０８に固着される。そして、外磁型磁気回路とボイスコイル２０４が固着されたボイスコイルボビン２０３とは、振動方向から見た中心位置が一致するように、スピーカ２００の長手方向の中心に対して対称な位置に２箇所配置される。マグネット２０６は、目標音圧、形状等に合わせてフェライトマグネットやネオジウムマグネット等の希土類マグネット、サマリウム鉄系ボンドマグネット等で構成される。

なお、上記構成のスピーカ２００は、例えば、薄型のテレビジョン受像機６００に取り付けられる。図１５に示されるように、テレビジョン受像機６００は厚みが非常に薄く、且つスピーカ２００が設置される表示画面の外枠部分は、非常に幅が狭い。そして、本実施例に係るスピーカ２００は、このような場所に設置されるのに適している。以降の各実施例についても同様である。

本実施例におけるスピーカ２００のフレーム２０８は、図５Ｂに示されるように、テレビジョン受像機６００のフレーム６１０にボルトで締結される。但し、フレーム２０８、６１０の固定方法はこれに限定されず、接着等の方法を採用してもよい。

次に、振動板２０１の駆動点の位置について説明する。

実施例１のスピーカは振動板１００の中心を駆動点とし、１つのボイスコイル（図示省略）で駆動されるものである。使用周波数帯域内で振動板１００の共振がない場合は、この構造で十分である。しかしながら、前述のとおり細長い振動板１００では、低い周波数から共振が発生し、音圧周波数特性が乱れる。このため実施例１では振動板１００の剛性を高める構造により、帯域を確保した。しかしながら、更なる音圧周波数特性の平坦化のためには、発生する共振モードの抑制が必要となる。

そこで、本実施例２では、最初に発生する第１次共振モードを抑制し、次の第２次共振モードまで平坦な特性を実現する。そのためにボイスコイル２０４は、中心から左右に距離ｄ１離れた位置に対称に２個配置されている。すなわち、第１次共振モードを制御する駆動点は、第１次共振モードの節の位置を含むように設けられる。

振動板２０１の共振姿態は、エッジ２０２に比べて振動板２０１の剛性が高く、且つエッジ２０２の質量が振動板２０１と同様に軽い場合、両端自由の棒の共振姿態と略同様となる。このため、振動板２０１の長手方向の第１次共振モードの節の位置は、振動板２０１の長手方向の一端を０、他端を１としたとき、振動板２０１の長手方向の一端から０．２２４に相当する位置ならびに０．７７６に相当する位置となる。このように、ボイスコイルボビン２０３は、振動板２０１の長手方向の第１次共振モードの節である位置、すなわち、振動板２０１の長手方向の一端から０．２２４に相当する位置、ならびに、０．７７６に相当する位置に固着される。

なお、ボイスコイルボビン２０３は、第１次共振モードの節の位置（すなわち、０．２２４、０．７７６に相当する位置）と、ボイスコイルボビン２０３の中心（重心）位置とが一致するように取り付けるのが最も望ましい。しかしながら、必ずしもこれらが厳密に一致することまでは必要なく、ボイスコイルボビン２０３の上面の外形輪郭線（図５Ａのトラック形状）の内部に、第１次共振モードの節の位置が含まれていれば、本実施例の効果が期待できる。以降の各実施例についても同様である。

以上のように構成されたスピーカ２００について、以下にその動作を説明する。

ボイスコイル２０４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２０４に駆動力が発生する。発生した駆動力は、ボイスコイルボビン２０３を介して振動板２０１に伝達される。発生した駆動力により、振動板２０１、ボイスコイルボビン２０３、及びボイスコイル２０４は、同一の振動運動を行う。そして、振動板２０１が振動することによって音が空間へ放射される。

図４より、実施例１の振動板１００の重要な音声帯域上で影響を与える共振モードの数は、２つである。本実施例では、その内の最初の第１次共振モードの節の位置で振動板２０１を駆動するため、第１次共振モードは抑制され、次の第２次共振モードまでを平坦に再生することができる。

図６Ａは、本実施例のスピーカ特性をＦＥＭ解析により計算したものである。図６Ａにおいて、縦軸はＳＰＬ、横軸は周波数を示す。本実施のスピーカ２００では、Ｆｏ（８００Ｈｚ）から４．５ｋＨｚまでを再生することができる。図４の共振周波数より低い周波数となっているのは、エッジ２０２による共振周波数の低下と、ボイスコイル２０４の付加質量による共振周波数の低下とによるものである。

なお、さらなる帯域を確保するためには、下記実施例３のように、第２次共振モードをも抑制することが望ましい。

（実施例３）
以下、本発明の実施例３について図面を参照しながら説明する。なお、実施例１、２との共通点の詳しい説明は省略し、相違点を中心に説明する。

図７Ａに本実施例におけるスピーカ３００の上面図を、図７Ｂに図７Ａに示すＡ−Ａ’断面図を、図７Ｃに図７Ａに示すＢ−Ｂ’断面図を、図７Ｄに図７Ａに示すＣ−Ｃ’断面図を示す。なお、スピーカ３００は対称形状のため、図７Ａ及び図７Ｂでは、中心線の左半分のみ図示している。

本実施例におけるスピーカ３００は、図７Ａ〜図７Ｄに示されるように、振動板３０１と、エッジ３０２と、ボイスコイルボビン３０３と、ボイスコイル３０４と、プレート３０５と、マグネット３０６と、ヨーク３０７と、フレーム３０８とを備える。振動板３０１は、振動板１００と略同様の構成であるが、振動板３０１の振動方向へ貫通し、ボイスコイルボビン３０３が挿通される貫通孔３０９が４箇所（２箇所のみ図示）に形成されている点で異なる。

エッジ３０２は、その外周部がフレーム３０８に固着されている。また、エッジ３０２の断面は、中空半円形である。また、エッジ３０２は、その材料として薄型のスピーカ３００ながら低域限界を下げるために、例えば、エラストマーやＳＢＲのようなゴム材料が望ましい。エッジ３０２と振動板３０１との組立に関しては、それぞれを別々に成形した後に貼りあわせてもよいし、あるいはインサート成形などによって一体成形してもよい。

ボイスコイルボビン３０３は、振動板３０１の貫通孔３０９に挿通されて、貫通孔３０９の内壁面に接着され、振動板３０１に力を加える。振動方向から見た場合のボイスコイルボビン３０３の平面形状は、長手方向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である。ボイスコイルボビン３０３の材料は、例えば、紙やアルミ箔、あるいはポリイミド等の高分子樹脂フィルムで、それらを所望の形状に成型したものである。

ボイスコイルボビン３０３は、振動板３０１の長手方向の中心に対して対称に２個ずつ、合計４個固着される。

振動板３０１とボイスコイルボビン３０３との駆動位置ｄ２、ｄ３は、後述の通り、第１次共振モードと第２次共振モードとの両方を制御する位置である。両方を制御する駆動点に先立ち、第２次共振モードを制御する駆動点（節の位置）について説明する。

第２次共振モードの節の位置は、振動板３０１の長手方向の一端を０、他端を１としたとき、振動板３０１の長手方向の一端から０．０９４４、０．３５５８、０．６４４２、０．９０５６に相当する位置である。但し、第２次共振モードを制御する場合、前述した４点を全て駆動する必要はなく、振動板３０１の長手方向の中心に対して左右対称な節の位置を２箇所で駆動すればよい。すなわち、ボイスコイルボビン３０３は、振動板３０１の長手方向の一端から０．０９４４に相当する位置、ならびに、０．９０５６に相当する位置に固着されるか、あるいは振動板３０１の長手方向の一端から０．３５５８に相当する位置、ならびに、０．６４４２に相当する位置に固着されればよい。

その場合音圧周波数特性は、図６Ｂのように計算される。図６Ｂを参照すると、第２次共振モードは制御されるものの、第１次共振モードがそれより低い１．２ｋＨｚに存在する。このため、再生帯域は狭くなる。そこで本実施例では、第１次共振モードと第２次共振モードとの両方を制御する位置に駆動点を設けるものである。

各々の共振モードを個別に打ち消すためには、そのモードの節の位置で駆動させればよい。しかしながら、第１次共振モードと第２次共振モードとの両方を制御するためには、特別な４点で駆動する必要がある。その駆動点は、以下のように決められる。

両端自由の棒の共振姿態において、集中駆動力Ｆｘ＊ｅ^jωtによる強制振動変位ξは、式９によって与えられる。

ここで、ρは密度、ｓは棒の断面積、ｌは棒の長さ、Ξｍ（ｘ）とΞｍ（ｙ）とは振動姿態を表す規準関数、ωは角速度を示す。

次に、振動板３０１の長手方向長を１として当該長手方向の一端からｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４の４点を駆動した場合の振動変位ξは、式１０によって与えられる。

このとき、第１次共振モードと第２次共振モードとの両方が起こらない条件は、ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４が式１１を満たすことである。すなわち、第１次共振モードと第２次共振モードとの両方を制御する駆動点としては、式１１を満たすｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４を求めればよい。なお、中心に対して対称に駆動するので、非対称モードは発生しない。したがって、ここでは、非対称モードを除いて、低次モードから順に第１次共振、第２次共振モードと称する。

ここで、同一力で中心に対して対称に駆動するため、以下の式１２が成り立つ。

したがって、式１１を満たす条件は、式１３と表すことができる。

式１３を同時に満足するように駆動ポイントｘを求めると、次の式１４〜式１７のようになる。

ｘ１＝０．１１３０ ・・（式１４）
ｘ２＝０．３７７７５ ・・（式１５）
ｘ３＝（１−ｘ２）＝０．６２２２５ ・・（式１６）
ｘ４＝（１−ｘ１）＝０．８７７０ ・・（式１７）
以上より、式１４〜式１７を満たすｘ１〜ｘ４により示される４点が駆動点となる。

図６Ｃは、ＦＥＭシミュレーション解析による本実施例のスピーカ特性の結果を示す。図６Ｃでは、第１次共振モードと第２次共振モードとの両方が低減されているのがわかる。本実施例によれば、第１次共振モードと第２次共振モードとの両方が抑制され、１０ｋＨｚ以上の広帯域再生を可能とするスピーカ３００を提供することができるものである。

（実施例４）
上記結果から、第１次共振モードと第２次共振モードとの両方を制御する４点駆動を適用すれば最もよい。しかしながら、ボイスコイルを４個使用すれば、磁気回路も同様に４個必要となり、マグネットの材料コストが増加してしまう。そこで、使用するボイスコイルを２個に限定し、両共振モードによるピークディップの偏差幅を共に同程度まで最小限に抑えることができる駆動位置を見極める必要がある。本実施例４のスピーカ４００は、駆動点を２つとしながら第１次共振と第２次共振との両方を適度に抑制し、広帯域再生を図るものである。

以下、本実施例４のスピーカ４００について図面を参照しながら説明する。なお、実施例１〜３との共通点の詳しい説明は省略し、相違点を中心に説明する。

図８Ａに本実施例におけるスピーカ４００の上面図を、図８Ｂに図８Ａに示すＡ−Ａ’断面図を、図８Ｃに図８Ａに示すＢ−Ｂ’断面図を、図８Ｄに図８Ａに示すＣ−Ｃ’断面図を示す。なお、スピーカ４００は対称形状のため、図８Ａ及び図８Ｂでは、中心線の左半分のみ図示している。本実施例のスピーカ４００において、その基本構成は実施例２と同等であるが、そのボイスコイル４０４の駆動位置ｄ４が実施例２と異なる。

本実施例におけるスピーカ４００は、図８Ａ〜図８Ｄに示されるように、振動板４０１と、エッジ４０２と、ボイスコイルボビン４０３と、ボイスコイル４０４と、プレート４０５と、マグネット４０６と、ヨーク４０７と、フレーム４０８とを備える。振動板４０１は、振動板１００と略同様の構成であるが、振動板４０１の振動方向へ貫通し、ボイスコイルボビン４０３が挿通される貫通孔４０９が２箇所に形成されている点が異なる。

駆動位置ｄ４は、振動板４０１の長手方向の第１次共振モードと第２次共振モードとの両方を適度に制御する位置に設置される。その位置は、振動板４０１の第１次共振モードの節の位置（振動板の長手方向の長さを１とした場合０．２２４と０．７７６の位置）と、第２次共振モードの中心側の節の位置（振動板の長手方向の長さを１とした場合０．３５５と０．６４５の位置）の中間点もしくはその近傍（振動板の長手方向を１とした場合０．２９と０．７１の位置）に設置される。

次に、その駆動点についての検討内容を説明する。

図９Ａ〜図９Ｃに示す中心駆動によるスピーカ５００を想定し、その音圧周波数特性をシミュレーション解析する。図９Ａ〜図９Ｃに示されるスピーカ５００は、振動板５０１と、エッジ５０２と、ボイスコイルボビン５０３と、ボイスコイル５０４と、プレート５０５と、マグネット５０６と、ヨーク５０７と、フレーム５０８とを備える。そして、図９Ａ〜図９Ｃの例では、ボイスコイルボビン５０３は振動板５０１の長手方向の中心に取り付けられている。

シミュレーション解析の結果を図１０に示す。長手方向の第１次共振モードと第２次共振モードとにより、音圧周波数特性上に現れるピークディップの偏差をそれぞれＰ１、Ｐ２とする。ボイスコイルボビン５０３を振動板５０１の中心から長手方向端部に向かって移動させながら音圧周波数特性をシミュレーション解析して、それぞれの位置における音圧偏差Ｐ１、Ｐ２を求める。すなわち駆動点の位置の変化に対する音圧周波数特性のシミュレーション解析を行った。

図１１に駆動位置に対する共振モードによるピークディップの偏差幅を示す。図１１において、横軸は、振動板４０１の長手方向の全体の長さを１としたときの長手方向の一端からの距離の比を示している。グラフ中心の０．５は、振動板４０１の長手方向の中心位置を示す。また、グラフ内の実線は第１次共振モードの影響によるピークディップの偏差幅Ｐ１を、破線は第２次共振モードの影響によるピークディップの偏差幅Ｐ２を示す。また、図１１内の縦線は、両端自由の棒の共振姿態より算出された第１次及び第２次共振モードの節の位置を示す。

図１１より、偏差幅が最小になる駆動位置は、両端自由の棒の共振姿態より算出された第１次共振モードの節の位置及び第２次共振モードの節の位置から若干ずれはあるものの、略付近の位置に存在することがわかる。グラフより第１次共振モードを抑える位置は０．７６０、第２次共振モードを抑える位置は０．６２０であることがわかる。

また図７より、０．６６８の位置で両共振モードによるピークディップの偏差幅を共に同程度まで最小限の偏差幅に低減できることがわかる。

これらの結果より、両共振モードによるピークディップの偏差幅を共に同程度まで最小限の偏差幅に低減できる位置は、第１次共振モードの節の位置と第２次共振モードの内側の節の位置との間であり、その位置は振動板長さを１とした場合に０．６６８の位置となる。

以上のように本実施例によれば、第１次共振モードの節の位置と第２次共振モードの内側の節の位置との間で振動板４０１を駆動させることで、第１次共振モードおよび第２次共振モードによるピークディップの偏差幅を、共に同程度まで最小限の偏差幅に低減できる。

図１２に、前述位置で駆動させた場合の音圧周波数特性のシミュレーション解析結果を示す。図１２より、第１次共振モードおよび第２次共振モードのピークディップの偏差幅を共に同程度まで最小限に低減させ、平坦な音圧周波数特性に近づく。

なお、本実施例に係るスピーカ４００は、ボイスコイルボビン４０３を振動板４０１の貫通孔４０９に挿通して固着することにより、振動板５０１の下側のみを固着した場合に発生する上側部分の高域での共振を制御することができる。このため、さらに平坦な音圧周波数特性を実現できるという効果が得られる。

図１３に、振動板４０１へのボイスコイルボビン４０３の固着条件の違いによる音圧周波数特性の違いを示す。

図１３より、ボイスコイルボビン４０３を振動板４０１の下側のみで固着した場合、７．６ｋＨｚ付近で特性の乱れが見られる。これは、振動板４０１の上側部分の共振によるためである。一方、ボイスコイルボビン４０３を振動板４０１へその振動方向に貫通させて固着した場合、７．６ｋＨｚ付近の特性の乱れが改善されていることがわかる。

さらに、本発明の各実施例に係るスピーカは、スリム化および薄型化が容易であるので、図１５に示される薄型のテレビジョン受像機６００に限定されず、携帯電話やＰＤＡ等の電子機器にも利用することが有効である。すなわち、電子機器は、本発明の各実施例に係るスピーカと、スピーカを内部に保持する筐体とを備える構成である。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

本発明のスピーカ振動板は、細長構造でありながら分割共振を抑制することができるスピーカとして有用である。

１，１００，２０１，３０１，４０１，５０１ 振動板
２，２０２，３０２，４０２，５０２ エッジ
３，２０３，３０３，４０３，５０３ ボイスコイルボビン
４，２０４，３０４，４０４，５０４ ボイスコイル
５，２０５，３０５，４０５，５０５ プレート
６，２０６，３０６，４０６，５０６ マグネット
７，２０７，３０７，４０７，５０７ ヨーク
８，２０８，３０８，４０８，５０８，６１０ フレーム
１０，２００，３００，４００，５００ スピーカ
１０１ａ 第１の振動板
１０１ｂ 第２の振動板
１０２ 振動板張り合わせ部
２０９，３０９，４０９，５０９ 貫通孔
６００ テレビジョン受像機

Claims (10)

1. 両端が閉止されている筒形状の振動板と、
   前記振動板を振動可能に支持するエッジと、
   ボイスコイルが巻回され、前記振動板に接続されるボイスコイルボビンと、
   前記ボイスコイルを駆動させるための磁気回路と、を備え、
   前記振動板は、短手方向の断面形状が円形状であり、
   前記振動板は、各々が、短手方向の断面形状が半円形状の円弧部と、前記円弧部の両端から径方向外側に突出するフランジ部とで構成される第１の振動板及び第２の振動板で構成され、
   前記フランジ部同士は結合している
   スピーカ。
2. 前記振動板の両端は、長手方向の外向きに膨出する半球形状である
   請求項１に記載のスピーカ。
3. 前記スピーカは、２つの前記ボイスコイルボビンを備え、
   ２つの前記ボイスコイルボビンは、前記振動板の長手方向の中心に対して対称で、且つ前記振動板の第１次共振モードの節の位置に取り付けられる
   請求項１又は２に記載のスピーカ。
4. 前記振動板の長手方向の一端を０、他端を１としたとき、
   第１の前記ボイスコイルボビンの取り付け位置は、０．２２４の位置を含み、
   第２の前記ボイスコイルボビンの取り付け位置は、０．７７６の位置を含む
   請求項３に記載のスピーカ。
5. 前記スピーカは、４つの前記ボイスコイルボビンを備え、
   ４つの前記ボイスコイルボビンは、前記振動板の長手方向の中心に対して対称で、且つ前記振動板の第１次共振モード及び第２次共振モードの節の位置に取り付けられる
   請求項１又は２に記載のスピーカ。
6. 前記振動板の長手方向の一端を０、他端を１としたとき、
   第１の前記ボイスコイルボビンの取り付け位置は、０．１１３の位置を含み、
   第２の前記ボイスコイルボビンの取り付け位置は、０．３７７７５の位置を含み、
   第３の前記ボイスコイルボビンの取り付け位置は、０．６２２２５の位置を含み、
   第４の前記ボイスコイルボビンの取り付け位置は、０．８７７の位置を含む
   請求項５に記載のスピーカ。
7. 前記スピーカは、２つの前記ボイスコイルボビンを備え、
   ２つの前記ボイスコイルボビンは、前記振動板の長手方向の中心に対して対称で、且つ前記振動板の第１次共振モードの節の位置と第２次共振モードの節の位置との間の位置に取り付けられる
   請求項１又は２に記載のスピーカ。
8. 前記振動板の長手方向の一端を０、他端を１としたとき、
   第１の前記ボイスコイルボビンの取り付け位置は、０．３３２の位置を含み、
   第２の前記ボイスコイルボビンの取り付け位置は、０．６６８の位置を含む
   請求項７に記載のスピーカ。
9. 前記振動板は、前記ボイスコイルボビンの取り付け位置に貫通孔を有し、
   前記ボイスコイルボビンは、前記貫通孔に挿通され、前記貫通孔の内壁面に接着される
   請求項１〜８のいずれか１項に記載のスピーカ。
10. スピーカを備える電子機器であって、
    前記スピーカは、
    両端が閉止されている筒形状の振動板と、
    前記振動板を振動可能に支持するエッジと、
    ボイスコイルが巻回され、前記振動板に接続されるボイスコイルボビンと、
    前記ボイスコイルを駆動させるための磁気回路と、を備え、
    前記振動板は、短手方向の断面形状が円形状であり、
    前記振動板は、各々が、短手方向の断面形状が半円形状の円弧部と、前記円弧部の両端から径方向外側に突出するフランジ部とで構成される第１の振動板及び第２の振動板で構成され、
    前記フランジ部同士は結合している
    電子機器。

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