JP6173478B2 - ２つのモータと１つのサスペンションとを有するラウドスピーカ - Google Patents

Description

[2]本発明は、ラウドスピーカに関し、特に、１つのサスペンション要素を有するラウドスピーカに関する。

[4]低い周波数の音を再生するようになっている可動コイルラウドスピーカは、一般に、モータ構成要素の内側で音声コイルを懸架するとともにダイヤフラムを懸架する２つのサスペンション要素を有する。機械的結合によって音声コイルに接続されるダイヤフラムは、送出圧力波を形成するラウドスピーカの構成要素である。幅狭い場所に嵌め込むために、ダイヤフラムの通常は丸い形状が、通常は丸いあるいは円形の形状から、楕円形状、競技トラック形状、または、長方形形状へ延ばされる。楕円形状の幅狭さは、サスペンションシステムのスティフネスを制限し、そのため、２つのサスペンション要素が音声コイルの動きを制御する必要がある。従来のラウドスピーカ構造は、ダイヤフラムの下方で、サスペンション要素の一方が音声コイルに取り付けられ、これは、ダイヤフラムのエクスカーション（ｅｘｃｕｒｓｉｏｎ）能力または最大移動距離をモータと下側サスペンション要素との間の垂直距離に効果的に等しくなるように制限する。

[5]図６に示される典型的なラウドスピーカでは、音声コイル７がダイヤフラム１とスパイダ９とに取り付けられる。また、ダイヤフラム１はサラウンド２に取り付けられる。スパイダ９およびサラウンド２は、サスペンション要素であり、ラウドスピーカの前端でダイヤフラムを懸架するとともに、トッププレート４、磁石５、および、ヨーク６によって規定される磁気モータ構造体の隙間内で音声コイルを懸架する役割を果たす。モータ構成要素、スパイダ９、および、サラウンド２は、フレーム３によって物理的に接続されて支持される。

[6]ラウドスピーカ機能は、電気入力信号に対する音声コイルの応答によって特徴付けられ、その結果、音声コイルに作用する磁力に起因して、音声コイル軸線の方向に沿って音声コイルで力が生成される。この力により、音声コイルが移動し、それにより、ダイヤフラムも同じ方向に移動し、そのため、ラウドスピーカの前方の空気が押される。このようにして、コイルおよびダイヤフラムの動きから、送出圧力波が形成される。

[7]ラウドスピーカの動作帯域幅は、可動構成要素の質量と、一次共振周波数として知られる周波数で可動構成要素の一次機械共振を共同でもたらす複数のサスペンション要素のスティフネスとにより、下限が制御される。これが図７に示されており、この図７は、所定の入力信号に関してラウドスピーカによりもたらされる測定された音圧レベルを示す例示的なグラフであり、グラフ中、図中の周波数ｆ_０および矢印（ａ）を参照することにより、１Ｗは、１ワット、すなわち、ラウドスピーカへ入力される電力の量を意味し、また、１ｍは、１メートル、すなわち、測定値がとられるドライバからの距離を意味する。周波数ｆ_０は、ラウドスピーカにおけるサスペンション要素のスティフネスを減少させることによってあるいはラウドスピーカにおける可動構成要素の質量を増大させることによって下方へ調整され得る。

[8]ラウドスピーカにおける帯域幅上限は、高い周波数で付加的なインピーダンスを入力信号に対して与える音声コイルのインダクタンスによってあるいはダイヤフラムのブレークアップモードによって制御される。ブレークアップとは、ダイヤフラムの非ピストン状挙動のことである。更に高い周波数では、ダイヤフラムが入力信号への共振応答で屈曲する場合があり、その場合、ダイヤフラムの一部分が他の部分と位相がずれて移動し、これが出力音圧レベルの損失をもたらす。これは、所定の入力信号レベルに関する音圧レベルを示す図７に例示される。音圧レベル曲線は、周波数ｆ_１でのブレークアップに起因する出力の損失を示す。

[9]帯域幅ができる限り低い周波数にまで及ぶこと、および、人の聴力の範囲をできる限り広くカバーすることがしばしば望まれる。小型のラウドスピーカの場合には、可動構成要素の質量がしばしば非常に軽く、そのため、スティフネスの低下が、低域帯域幅カットオフ周波数を下げて帯域幅を拡張させる最良の機会を与え得る。スティフネスを低下させることができる能力は、２つのサスペンション要素（スパイダおよびサラウンド）の存在によって制限される。これは、それらのサスペンション要素のそれぞれが、幾らかのレベルのスティフネスをサスペンションシステムに与えるからである。

[10]また、最大音圧出力も２つのサスペンション要素の存在によって制限される。ダイヤフラムの動きによって送出な音圧波が形成され、ダイヤフラムが更に一層移動できればできるほど、より大きな音圧を発生させることができる。第２のサスペンション要素、すなわち、スパイダは、一般に、ダイヤフラムの下側で音声コイルに取り付けられる。したがって、スパイダとモータ構成要素との間のクリアランス（距離または隙間）が最大出力を制限し、ダイヤフラムとモータ構成要素との間のクリアランスは最大出力を制限しない。

[11]改良されたラウドスピーカの１つの例が図５に示される。ラウドスピーカは、１つだけのサスペンション要素、すなわち、サラウンドを特徴とし、したがって、ラウドスピーカの最大出力は、代わりに、ダイヤフラムとモータ構成要素との間のクリアランスによって制限される。この種の構造のラウドスピーカは、それらの構造に制限を有する。音声コイルの動きを適切に制御するため、また、作用する動きをほぼ軸線方向に維持するため、ラウドスピーカのダイヤフラムは、直径が小さくなる、一般には４０ｍｍ未満になる傾向がある。これがダイヤフラムの面積を制限し、それにより、最大音圧レベルも制限される。２５ｍｍ以下の直径を有するこの構造のラウドスピーカは、一般に、１Ｗ入力に対して７４ｄＢの音圧レベルをもたらし得るとともに、４００Ｈｚを超える共振周波数を有し得る。

[13]本発明の目的は、従来技術における欠陥を克服するとともに、コンパクトな空間内へ嵌まり込むべく、長くて幅狭い構造、コンパクトなサイズを有し、広い帯域幅を伴うラウドスピーカを提供することである。

[14]本発明は、上記目的を実現するために以下の技術的スキームを用いる。

[15]ラウドスピーカは、ダイヤフラムと、ダイヤフラムの外周に取り付けられるサラウンドと、ダイヤフラムの下面に取り付けられるとともに対応する磁気モータ内に懸架される２つの音声コイルと、全ての構成要素が直接的にまたは間接的に取り付けられるフレームとを備える。

[16]ダイヤフラム、対応するサラウンド、および、フレームの形状は全てが長くて幅狭い。本明細書中では長方形として記載されるが、形状は特に長方形形状に限定されず、長軸線および短軸線を有する形状として効果的に描かれ得る他の形状、例えば卵形状または楕円形状であってもよい。

[17]ダイヤフラムの形状は長方形であることが好ましい。ダイヤフラムの長軸線は、２つのコイルの中心と一致して、５０ｍｍ〜９０ｍｍの範囲の長さを伴って、ダイヤフラムの一方の短い辺から他方の短い辺まで延びる。また、ダイヤフラムの短軸線は、２つのコイルの中心と一致して、２０ｍｍ〜２８ｍｍの範囲の長さを伴って、ダイヤフラムの一方の長い辺から他方の長い辺まで延びる。

[18]フレームの構造は、モータ構成要素およびダイヤフラムを支持するようになっているとともに、電気端子を位置決めするようになっており、電気端子を通じて外部電気入力信号が入ってくる。好ましくは、フレームは、ダイヤフラムが作用するためのシールされた筐体にフレームがなることを防止するために、その側面または底面にある音響通気穴も特徴としており、そのようにしなければ、ラウドスピーカの共振周波数がその目標に達することが妨げられる。通気穴の総面積は、構造内での大きな圧縮効果および作用を避けるべく、ダイヤフラムの表面積の少なくとも５％でなければならない。通気穴の直径は、フレームの底面に設けられるときには、構造に適合するべく８．０ｍｍ〜１３．０ｍｍの範囲であることが好ましい。

[19]また、構造はリード配線も特徴とし、これは、電気端子から音声コイルへ導く従来構造である。これは、音声コイルと外部電気入力信号との間の電気的な接続を可能にする。

[20]音声コイルのサイズおよび構造は、製品のエンドユーザが製品を快適に聴くために必要な音圧レベルを生み出すのに十分な全モータ力係数（コイルへ入力される電流に対するコイルに作用する出力磁力の比）が得られるようになっている。これを制御する設計因子は、磁場が集中されるモータ隙間中へ配置される音声コイル配線の長さである。幾何学的に、これは、音声コイルの円筒直径と、配線の直径と、配線の巻回部の巻線高さとによって設定される。コイルの設計における重要な因子は、ラウドスピーカにより結果として生み出される音圧レベルであり、この音圧レベルは、１ワット入力電力レベルにおいて、１メートル距離で７８ｄＢを超える。２つのコイルは、設計者によって望まれるように直列または並列に配線されてもよく、この場合、配線は、コイルを２つの電気端子に接続する。音声コイルはダイヤフラムに取り付けられることが好ましく、その場合、それらの音声コイルの中心は、ダイヤフラムの長軸線に沿って配置されるとともに、ダイヤフラムの短軸線に対して対称的に配置される。好ましくは、音声コイルの円筒の直径は８．０ｍｍ〜１３．０ｍｍの範囲内にある。音声コイルの全円筒側面高さは好ましくは５ｍｍ〜７ｍｍでなければならない。２つの音声コイルは、互いから４０ｍｍ離れて、長軸線に沿って配置される。

[21]ラウドスピーカの深さに対する制約を考えると、ダイヤフラムは、好ましくは平坦であり、通常は、ラウドスピーカのエクスカーション能力を最大にするために、１ｍｍよりもかなり薄い厚さ、好ましくは０．０５ｍｍ〜０．２０ｍｍの範囲の厚さを有する。ダイヤフラム厚はダイヤフラム材料（アルミニウム、チタン、または、他の選択肢）に伴って変化し、また、異なる材料は、シート箔形態を成す原材料の利用可能性に起因して、異なる厚さが利用できる。「１ｍｍよりもかなり薄い」ことは、高さ制約およびエクスカーション制約に関連する。ダイヤフラムが厚くなればなるほど、トランスデューサの高さを高くしなければならず、あるいは、エクスカーションクリアランスが小さくしなければならない。

[22]具体的には、各磁気モータは、トッププレートと、磁石と、ヨークとを備える。詳細には、ヨークは、磁石をその下側の内面に当て付けて収容するスチール構成要素であり、磁石には、トッププレートとして知られるスチール構成要素がその上面に配置される。トッププレートおよび磁石はいずれも形状が円筒状であり、また、３つの構成要素の配置は、トッププレートの外径とヨークの円筒内径との間に空隙が存在するようになっている。この空隙内に、磁化された際に磁石により発生される磁束が集中される。磁気モータのこの空隙内で音声コイルが懸架される。

[23]各構成要素のために本発明で使用される材料は、従来技術の場合と同様の通常の材料である。

[24]単一のモータと２つのモータとの置き換えは、音声コイルにもたらされるモータ力を上向きあるいは下向きに調整できる自由度を設計者に与え、これは、ラウドスピーカの小さい形状およびサイズの制限内にモータの寸法を維持しつつ、図７に示される音圧レベル周波数応答曲線のレベルを矢印（ｃ）に応じて変える。浅いプロファイルおよび長方形形状は、幅狭いプロファイルを有する器具内にラウドスピーカを配置できるようにする。

[25]また、ラウドスピーカ内の構成要素をこのプロファイル内に嵌まり込むように選択することにより、共振周波数の範囲を延ばすことができ、一般的には低い共振周波数に達することができる。低い共振周波数は、高い周波数のオーディオラウドスピーカが本来は適合するであろう場所に配置されるラウドスピーカから、低い周波数の音の生成を可能にする。

[26]ラウドスピーカは、音声コイルの２つの組と、２つの対応する磁気モータとを備える。これは、ラウドスピーカサイズの制限内に配置され得るコンパクトなモータを可能にし、したがって、ラウドスピーカを更に大きくすることなく十分なモータ力を生み出すことができる。また、これは、図７にｆ_１として示される高い周波数帯域幅限界を、平坦なダイヤフラムと単一のコイルとを有する同様のラウドスピーカ構造を用いて経験される高い周波数帯域幅限界を超えて拡張させる。この拡張は、２つのコイル間および各コイルとラウドスピーカの長軸線の端部にあるサスペンション要素との間のラウドスピーカの長軸線に沿うダイヤフラムの長さが全てラウドスピーカが単一の音声コイルのみを有する構造の場合よりも減少されることに起因して生じる。この長さの減少は、ダイヤフラムがそのブレークアップ挙動に陥る周波数を高めるように作用し、それにより、帯域幅が増大される。ダイヤフラムに対する音声コイルの取り付け位置の僅かな調整は、図７に矢印（ｂ）によって示されるようにｆ_１の値を調整する。

[27]本発明において、この構造には第２のサスペンション要素が存在せず、そのため、ダイヤフラムのエクスカーション能力がダイヤフラムとモータとの間のクリアランスとなるように最大になるとともに、ラウドスピーカのサスペンションシステムの全体のスティフネスが減少する。ダイヤフラムの長軸線に沿うモータおよび音声コイルの分布は、音声コイルによって与えられる力をダイヤフラムの長さに沿って分配できるようにする。ラウドスピーカの長尺な形状は、ダイヤフラムの放射面積の増大を可能にする。

[28]前述の構造の場合には、ラウドスピーカの全体の深さが１３ｍｍ未満となることができ、また、ラウドスピーカの動作帯域幅が４００Ｈｚ未満となる。本発明の実施がなされてきたが、これらが約２２０Ｈｚの共振周波数を有することが分かってきた。

[29]本発明の利点は、プロファイルが浅くかつプロファイルが幅狭いウーファー構造を有する一方で、４００Ｈｚ未満の音響信号を効果的に再生できることである。数々のそのような製品をテレビ、コンピュータモニタ、および、ドッキングステーションなどの家庭用電子機器へ展開することができ、それらの全てのプロファイルは幅が狭い。

ダイヤフラムおよびフレームを示す、本発明の斜め上から見た図である。 モータ、フレーム、および、端子を示す、本発明の斜め下から見た図である。 モータ、音声コイル、フレーム、および、ダイヤフラムを示す、長軸線を貫く本発明の断面図である。 全ての部品を示す本発明の分解図である。 ダイヤフラムおよびフレームを示す、１つのサスペンション要素および１つのモータのみを有する従来技術におけるラウドスピーカの斜め上から見た図である。 モータ構成要素、コイル、フレーム、ダイヤフラム、スパイダ、および、ダストキャップを示す、従来技術におけるラウドスピーカの断面図である。 ラウドスピーカの音圧レベル周波数応答および帯域幅における概念を示すグラフである。

[39]図面を参照して本発明を更に説明する。

[40]図１〜図４に示されるラウドスピーカの全体構造の図を参照すると、ラウドスピーカは、平坦なダイヤフラム１と、ダイヤフラム１の外周に取り付けられるサラウンド２と、ダイヤフラム１の下面に取り付けられるとともに、トッププレート４、磁石５、および、ヨーク６から成る対応する磁気モータ内に懸架される音声コイル７の２つの組と、全ての構成要素が取り付けられるフレーム３とを備える。

[41]ダイヤフラム１の長軸線は、音声コイル７の中心と一致して、７５ｍｍの長さを伴って、ダイヤフラム１の一方の短い辺の中央から他方の短い辺の中央まで延びる。ダイヤフラム１の短軸線は、音声コイル７の中心と一致して、２４．９ｍｍの長さを伴って、ダイヤフラム１の一方の長い辺の中央から他方の長い辺の中央まで延びる。

[42]音声コイル７の直径は１２ｍｍであり、また、音声コイル７の円筒状の側面の高さは６ｍｍである。

[43]２つの音声コイルはダイヤフラム１に取り付けられて配置されており、この場合、それらの音声コイルの中心は、ダイヤフラム１の長軸線に沿って配置されるとともに、４０ｍｍ離れて、ダイヤフラム１の短軸線に対して対称的に配置される。

[44]フレームには、底面に配置される１２ｍｍ直径を有する通気穴と、電気端子８と、電気端子８を音声コイルと接続するためのリード配線とが設けられる。

[45]磁気モータは、音声コイル７の冷却のために存在する磁性流体を収容する。

[46]前述の構造の場合には、ラウドスピーカの全体の深さが１１ｍｍであり、また、ラウドスピーカの動作帯域幅は２２０Ｈｚから１ｋＨｚにまで及ぶ。

Claims (1)

1. ラウドスピーカであって、
   ダイヤフラム（１）と、前記ダイヤフラム（１）の外周に取り付けられるサラウンド（２）と、前記ダイヤフラム（１）の下面に取り付けられるとともに対応する磁気モータ内に懸架される２つの音声コイル（７）と、全ての構成要素が直接的にまたは間接的に取り付けられるフレーム（３）と、を備え、
   前記ダイヤフラム（１）が、５０ｍｍ〜９０ｍｍの範囲の長軸線と２０ｍｍ〜２８ｍｍの範囲の短軸線とを伴って長く幅狭く、
   前記ダイヤフラム（１）が平坦であり、０．０５ｍｍ〜０．２０ｍｍの範囲の厚さを有し、
   前記ラウドスピーカが、前記フレーム（３）の底面または側面に配置される通気穴を備え、前記通気穴の総面積が前記ダイヤフラムの表面積の少なくとも５％であり、
   前記２つの音声コイル（７）が前記ダイヤフラム（１）に取り付けられ、それらの音声コイルの中心が、前記ダイヤフラム（１）の長軸線に沿って配置されるとともに、前記ダイヤフラム（１）の短軸線に対して対称的に配置され、前記２つの音声コイル（７）が互いから４０ｍｍ離れて配置され、
   前記音声コイル（７）の円筒の直径が８．０ｍｍ〜１３．０ｍｍの範囲であり、前記音声コイル（７）の全円筒側面高さが５ｍｍ〜７ｍｍの範囲であり、
   前記ラウドスピーカの全体の深さが１３ｍｍ未満である、ラウドスピーカ。

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