JP6242398B2 - 同軸のスピーカ配置 - Google Patents

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Description

本発明は、低周波数範囲で動作するための外側ダイヤフラムと、高周波数範囲で動作するための内側ダイヤフラムとを有し、両ダイヤフラムが共通のスピーカフレームに位置し、外側ダイヤフラムに接続した外側ボイスコイルと、内側ダイヤフラムに接続した内側ボイスコイルと、同軸に配置された2つの磁石と、この磁石につながっているフェライトコアとを有する同軸のスピーカ配置であって、ボイスコイルがフェライトコア間のエアギャップの中に広がり、ダイヤフラムが可撓性懸架部材を介してスピーカフレームに接続している、同軸のスピーカ配置に関する。
電気音響変換器としてのスピーカは、(電力や周波数範囲の面で)多種多様な形で知られている。ダイヤフラムが1つしかないスピーカは、全可聴周波数帯域にわたって万全の性能を提供するのには適していないため、よりよい音響性能を提供するためには、より多く、好ましくは2つ(高域および低域)または3つ(高域、中域および低域)のスピーカをスピーカシステムで組み合わせる。これらのスピーカは、ツーウェイまたはスリーウェイのクロスオーバを通して音響パワーアンプの出力部に接続されてよい。一般に、この種の複数のスピーカを有するスピーカシステムは、比較的大きなスピーカボックスにしか取り付けることができない。
必要なスペースを縮小し、それによってそのようなスピーカボックスのサイズを縮小するために、様々なスピーカを共通のフレームで同軸に配置することによって解決策を提供する。自動車用ラジオおよび自動車用アンプの現在のスピーカは、一般に同軸の配置で、あまりスペースを必要としない比較的広い周波数範囲を提供している。サイズが小さめであるため、同軸構成のスピーカは出力が小さく、例えば電流負荷容量は、大きめのサイズのマルチスピーカシステムと比較してさらに制限されている。そのような従来のマルチスピーカシステムで電圧または電流の負荷を大きくすると、ひずみが大きくなり、寿命が縮まってしまう。
独国特許第19913558号(特許文献1)には同軸のスピーカが開示されており、このスピーカでは、外側のサブウーファダイヤフラムのボイスコイルと内側のツイータダイヤフラムのボイスコイルとの間に、フェライトコア間の共通の磁気回路が1つしかない。スピーカは小サイズかつ軽量だが、より高い音声出力を提供するのには適していない。ダイヤフラムの両方のボイスコイルが、実質的に強度が同じである磁場で動き、適切な周波数依存補償なしにひずみを引き起こすことから、もう1つの問題が生じる。
米国特許第6,963,650号(特許文献2)および第4,821,331号(特許文献3)には、サブウーファダイヤフラムのボイスコイルおよびツイータダイヤフラムのボイスコイルが2つの異なる磁気回路内でフェライトコア間に位置するという同軸のスピーカが開示されている。これらの解決策では、強度の異なる磁場で異なるボイスコイルを制御する可能性が提供されているが、2つのダイヤフラムが2つの平面で互いに重なって配置されているため、作製が困難になり、重量が大きくなってしまう。
独国特許第19913558号 米国特許第6,963,650号 米国特許第4,821,331号
したがって、同軸に配置されたスピーカを提供することが本発明の目的であり、このスピーカは、比較的サイズが小さく、音声出力が高く、音声の周波数帯域が広く、電流負荷容量が大きい。先行技術で公知の同様のスピーカとは対照的に、ひずみが少なく高出力でも寿命が長い同軸のスピーカ配置を提供することが本発明のもう1つの目的である。
本発明の目的は、全体的に、請求項1に記載の同軸のスピーカ配置で達成される。その他の有利な実施形態および例は従属請求項に見ることができる。
本発明は、低周波数範囲で動作するための外側ダイヤフラムと、高周波数範囲で動作するための内側ダイヤフラムとを有し、両ダイヤフラムが共通のスピーカフレームに位置し、外側ダイヤフラムに接続した外側ボイスコイルと、内側ダイヤフラムに接続した内側ボイスコイルと、同軸に配置された2つの磁石と、この磁石につながっているフェライトコアとを有する同軸のスピーカ配置であって、ボイスコイルがフェライトコア間のエアギャップの中に広がり、ダイヤフラムが可撓性懸架部材を介してスピーカフレームに接続している、同軸のスピーカ配置に関する。本発明の一態様によれば、同軸のスピーカ配置は、外側磁石と内側磁石との間にある内側エアギャップを介して互いに離れている内側コアおよび外側コアを備え、外側磁石の一方のフェライトコアは、2つの磁石の間に位置している外側コアから外側エアギャップを介して離れ、外側ダイヤフラムのボイスコイルは外側エアギャップの中に広がり、内側ダイヤフラムのボイスコイルは内側エアギャップの中に広がる。
このような設計により、2つのボイスコイルは強度の異なる磁場で動作し、2つの磁石は両ボイスコイルに強度が十分に大きい磁場を提供する。磁場が増大するにつれて、スピーカの感度および出力は高くなる。強度の異なる磁場で動作しているボイスコイルは、高出力であってもスピーカのひずみを低減する。
1つの好適な実施形態では、内側磁石の少なくとも一部および外側磁石の少なくとも一部は、同じ平面に位置している。この構成によりスピーカのサイズを縮小できる。さらに、この構成では、内側磁石の上平面は、好ましくは、外側磁石の上平面の近傍で外側磁石の上平面よりも上に位置し、内側磁石の下平面は、外側磁石の上平面と下平面との間に位置する。
本発明のもう1つの態様によれば、外側磁石は、下コアと上コア(極コア)との間に位置し、2つのフェライトコアの外径は、外側磁石の外寸法と実質的に等しく、上フェライトコアの内径と外側フェライトコアの外径との間のエアギャップは、外側ボイスコイルの寸法に応じて決定される。外側磁石の上平面は、実質的に上フェライトコアの上平面と同じ平面に位置し、内側フェライトコアの上平面は、外側フェライトコアの上平面の近傍で、外側フェライトコアの上平面よりも下に位置する。
もう1つの有利な実施形態では、外側フェライトコアは、内側ボイスコイルに隣接するヘッド部、および内側フェライトコアに密着しているフット部を備え、外側フェライトコアのヘッド部の内径と内側フェライトコアの外径との間にあるエアギャップは、内側ボイスコイルの寸法に応じて決定される。
もう1つの好適な実施形態では、外側フェライトコアのヘッド部とフット部との間には中間空洞部が形成され、ヘッド部は、上外壁から下内壁まで広がる円錐面を備えている。
内側フェライトコアは、実質的に、内側磁石を収容するために上部分に凹部を有する筒形状である。この凹部は、内側磁石を位置決めするため、例えば内側磁石をスピーカ軸と同軸に設置するために使用できる。
内側フェライトコアの上平面は、内側磁石の上平面よりも高く位置していることが好ましく、それによって内側フェライトコアに挿入された内側磁石は、円形ディスクの形状で内側フェライトコアの凹部内に密着するフェライトコアで覆われてよい。
内側フェライトコアの外面の下領域では、円周凹部が形成されて下フェライトコアの内側エッジと密着する。この凹部は、内側フェライトコアを位置決めするため、例えば内側フェライトコアをスピーカ軸と同軸に設置するために使用できる。
外側磁石のN極およびS極は、上フェライトコアおよび下フェライトコアの方を向いていることが好ましい。
本発明の好適な実施形態では、内側磁石のN極およびS極は、内側および外側を向いていて、内側磁石の外側を向いている極は、上フェライトコアに向いている外側磁石の極と同じである。
本発明のもう1つの好適な実施形態では、ボイスコイルの少なくとも一方は複数の層を有し、互いに重なる巻き数はコイルに応じて変化可能である。1つの好適な実施形態では、ボイスコイルは、断面が円錐形状であり、ダイヤフラム側では互いに重なる巻きが多く、ダイヤフラムの反対側では巻きが少ない。このような構成は、従来のスピーカで一般的に知られている、駆動用パワーアンプを接続したときや音声周波数信号のレベルが大幅に変化したときに起こる不快な音響効果を実質的に低減するのに役立つ可能性がある。
本発明によるスピーカ配置に使用される磁石は、ネオジムまたはネオジムを含む材料からなる永久磁石である。
本発明について図示した実施形態を参照してさらに詳細に説明する。
本発明による同軸のスピーカ配置の側面断面図である。 図1の同軸のスピーカ配置の拡大詳細図である。 図1の同軸のスピーカ配置のボイスコイルの拡大詳細図である。 本発明による同軸のスピーカ配置の周波数応答グラフである。
図1には、本発明による同軸のスピーカ配置の側面断面図を示している。この図からわかるように、同軸のスピーカ配置は共通スピーカフレーム10を有し、このスピーカフレームは、ディスク状のベースプレート11を備え、径方向に広がるリブが周縁に接続してこの周縁で終わっている。スピーカフレームは、基本的に磁性はなく、よってプラスチック材で作製できるものである。高い変形応力および力に耐えるため、好ましくは非磁性金属で作製されてよく、有利にはアルミニウムまたはアルミニウム合金で作製されてよい。アルミニウムなどの金属製のスピーカフレームであれば熱伝導にも適している。
低周波数帯域で動作し、外側ボイスコイル22を具備している外側ダイヤフラム21が、可撓性懸架部材(スパイダ)12および13を介して上周縁および下周縁に固定されている。内側ボイスコイル24を具備し、高周波数帯域で動作する内側ダイヤフラム23が、外側ダイヤフラムと同心に配置され、可撓性懸架部材(スパイダ)14を介して外側フェライトコア42に固定される。スピーカ配置は、同軸に配置された2つの磁石31および32を有し、フェライトコア41、42および43は磁石とつながっている。ボイスコイル22および24は、フェライトコア間のエアギャップ51、52の中に広がっている。外側ダイヤフラム21は、可撓性懸架部材12および13を介してスピーカフレーム10に接続している。内側ダイヤフラム14は、可撓性懸架部材14を介してフェライトコア42に連結している。内側ダイヤフラム23の開口はダストキャップ25で覆われている。
さらに、内側コア41および外側コア42が設けられ、両コアは、外側磁石31と内側磁石32との間に位置し、内側エアギャップ52によって互いに分離されている。外側磁石31の上にある上フェライトコア43aは、2つの磁石の間に位置している外側コア42から外側エアギャップ51によって分離されている。外側ダイヤフラム21のボイスコイル22は、外側エアギャップ51の中に広がり、内側ダイヤフラム23のボイスコイル24は内側エアギャップ52の中に広がっている。意外にも我々は、このような磁石の構成で、スピーカの出力が向上し、ひずみが減少し、電流負荷容量が増大することを発見した。
内側磁石32の少なくとも一部および外側磁石31の少なくとも一部は、同じ平面に位置している。図面に示した構成では、内側磁石32の上平面は、好ましくは、外側磁石31の上平面の近傍で外側磁石31の上平面よりも上に位置し、内側磁石32の下平面は、外側磁石31の上平面と下平面との間に位置する。
外側磁石31は、下フェライトコア43aと上フェライトコア43bとの間に位置し、2つのフェライトコア43a、43bの外径は、外側磁石31の外寸法と本質的に等しい。上フェライトコア43aの内径と外側フェライトコア42の外径との間のエアギャップ51の寸法は、外側ボイスコイル22の寸法に応じて決定される。外側エアギャップ51の寸法は、2〜4mm、好ましくは3mmである。
外側フェライトコア42の上平面は、実質的に上フェライトコア43aの上平面と同じ平面に位置し、内側フェライトコア41の上平面は、外側フェライトコア42の上平面の近傍で外側フェライトコア42の上平面よりも下に位置している。
外側フェライトコア42は、内側ボイスコイル24に隣接するヘッド部、および内側フェライトコア41に密着しているフット部を備えている。外側フェライトコア42のヘッド部の内径と内側フェライトコア41の外径との間にあるエアギャップ52の寸法は、内側ボイスコイル24の寸法に応じて決定される。内側エアギャップ52の寸法は、1〜2mm、好ましくは1.5mmである。
さらに、外側フェライトコア42のヘッド部とフット部との間には中間空洞部が形成され、ヘッド部は、上外壁から下内壁まで広がる円錐面を備えている。内側フェライトコア41は、実質的に、内側磁石32を受け入れるために上部分に凹部を有する筒形状である。
内側フェライトコア41の上平面は、内側磁石32の上平面よりも上に位置しているため、内側フェライトコア41に挿入された内側磁石32は、円形ディスクの形状で内側フェライトコア41の凹部内に密着するフェライトコア44で覆われてよい。フェライトコア44には、内側磁石32の内側開口部と実質的に等しい寸法である中央開口部が設けられている。図示した実施形態では、フェライトコア44の開口部は、直径がフェライトコアよりも小さく内側磁石32の内径と等しい円錐壁を有し、開口部の直径は上に向かって小さくなっている。内側フェライトコア41の外面の下領域では、円周凹部が形成されて下フェライトコア43bの内側エッジと密着する。
外側磁石31のN極およびS極は、上フェライトコアおよび下フェライトコア43a、43bの方を向いている。内側磁石32のN極およびS極は、それぞれ内側および外側を向いていて、外側を向いている内側磁石32の極、図面のN極は、上フェライトコア43aに向いている外側磁石31の極と同じである。
使用されるボイスコイルの少なくとも1つが複数層からなるコイルを有する場合、互いに重なる巻き数はコイルに応じて変化可能であることが有利である。変化可能なコイルの層の厚みは、磁場の強度が強いエアギャップ領域では少なめの層、例えば1つの層を適用し、それより先はさらに多くの層、例えば2つまたは3つの層を適用することで達成されることが好ましい。図3aおよび図3bの例に示したように、ボイスコイルは、断面が実質的に円錐形状であり、ダイヤフラム側では互いに重なる巻きが多く、ダイヤフラムの反対側では巻きが少ない。図3aでは層の厚みは段階的に変化しているのに対し、図3bでは層の厚みはこれよりも連続的に変化しているが、これは個々の層のワイヤが部分的に巻きのギャップに位置しているためである。達成すべき要件および特徴によれば、さらに、線形的または非線形的に軸沿いに変化する巻きまたはコイル層の数を決定することも可能である。
永久磁石に使用される材料は、ネオジムまたはネオジムを含むもので、N52などのネオジムの合金などである。このような磁気材料または同じように強度の高い磁石を使用することで、スピーカアセンブリの感度および出力を増大させることができる。
スピーカアセンブリの部品は、生産および組立を簡易化するとともに、個々の部品を正しく設置し位置決めできるように作製される。スピーカフレーム10の筒状凹部の中には下フェライトコア43bが嵌合し、下フェライトコアは、嵌合凹部を有する内側コア41を受け入れて位置決めするための中央開口部を有する。フェライトコア43bは外側磁石31を支持し、この外側磁石もスピーカフレーム10の筒状内壁に包囲されている。外側フェライトコア42を内側フェライトコア41の方へ寄せてよく、この場合、外側コアは、そのフット部が内側フェライトコア41の外径にぴったりと密着する。上フェライトコア43aを外側磁石31の上に配置してよく、この場合、上コアは、その外径がスピーカフレーム10の受け入れ凹部の内径と密着する。内側磁石32を内側フェライトコア41の内側凹部に受け入れることができ、この場合、内側磁石32の上平面は、内側フェライトコア41の上平面よりも下に位置する。内側磁石32は、ディスク状のフェライトコア44で覆われてよい。互いに密着する個々の要素はすべて、スピーカ15の軸に対して同軸に位置する。磁石およびフェライトコアは、スピーカフレーム10に装着され、例えば接着剤によって互いに装着されてよい。
それぞれの磁石およびフェライトコア部分が装着された後、外側ダイヤフラムを挿入でき、それに続いて内側ダイヤフラムを挿入し、両ダイヤフラムは、可撓性懸架部材を介して装着されてよい。
図4は、本発明による同軸のスピーカ配置の周波数応答グラフを示している。このグラフでは、横軸に単位Hzの周波数を対数目盛で示し、縦軸にスピーカの出力を単位dBで示している。スピーカの公称電力は150W、平均音圧は100dBであった。図示したように、スピーカの周波数範囲は50Hz〜10kHzで、最低音圧は100dBであった。測定用に用いたスピーカ配置では、外側ダイヤフラム(サブウーファ)の直径は35cm、外側ボイスコイルの直径は9.7cm、内側ダイヤフラム(ツイータ)の直径は12.5cm、内側ボイスコイルの直径は6.0cmであった。外側磁石および内側磁石の磁束は、それぞれ1.4Tおよび2.2Tであった。
本発明について図示した例および実施形態を基に詳細に説明したが、当業者に自明のように、特許請求の範囲に記載の本発明の範囲内であれば、多くのその他の修正が可能である。したがって、本発明は図示した実施形態に限定されるものではない。
10 スピーカフレーム
11 ベースプレート
12〜14 可撓性懸架部材(スパイダ)
15 軸
21 外側ダイヤフラム
22 外側ボイスコイル
23 内側ダイヤフラム
24 内側ボイスコイル
25 ダストキャップ
31 外側磁石
32 内側磁石
41 内側コア
42 外側コア
43a (上)フェライトコア
43b (下)フェライトコア
44 フェライトコア
51 外側エアギャップ
52 内側エアギャップ

Claims (15)

  1. 低周波数範囲で動作するための外側ダイヤフラム(21)と、高周波数範囲で動作するための内側ダイヤフラム(23)とを有し、両ダイヤフラムが共通のスピーカフレーム(10)に位置し、前記外側ダイヤフラム(21)に接続した外側ボイスコイル(22)と、前記内側ダイヤフラム(23)に接続した内側ボイスコイル(24)と、同軸に配置された2つの磁石(31、32)と、該磁石につながっているフェライトコア(41、42、43)とを有する同軸のスピーカ配置であって、前記ボイスコイル(22、24)が前記フェライトコア間のエアギャップ(51、52)の中に広がり、前記ダイヤフラムが可撓性懸架部材(12〜14)を介して前記スピーカフレーム(10)に接続している、同軸のスピーカ配置において、
    内側エアギャップ(52)を介して互いに離れている内側コア(41)および外側コア(42)が外側磁石(31)と内側磁石(32)との間に位置し;前記外側磁石(31)の一方のフェライトコア(43a)は、前記2つの磁石の間に位置している前記外側コア(42)から外側エアギャップ(51)を介して離れ、前記外側ダイヤフラム(21)の前記ボイスコイル(22)は前記外側エアギャップ(51)の中に広がり、前記内側ダイヤフラム(23)の前記ボイスコイル(24)は前記内側エアギャップ(52)の中に広がる
    ことを特徴とする、スピーカ配置。
  2. 前記内側磁石(32)の少なくとも一部および前記外側磁石(31)の少なくとも一部は、同じ平面に位置していることを特徴とする、請求項1に記載のスピーカ配置。
  3. 前記内側磁石(32)の上平面は、前記外側磁石(31)の上平面の近傍で前記外側磁石(31)の上平面よりも上に位置し、前記内側磁石(32)の下平面は、前記外側磁石(31)の上平面と下平面との間に位置することを特徴とする、請求項2に記載のスピーカ配置。
  4. 前記外側磁石(31)は、下フェライトコアと上フェライトコア(43a、43b)との間に位置し、前記2つのフェライトコア(43a、43b)の外径は、前記外側磁石(31)の外寸法と本質的に等しく、前記上フェライトコア(43a)の内径と前記外側フェライトコア(42)の外径との間の前記エアギャップ(51)の寸法は、前記外側ボイスコイル(22)の寸法に応じて決定されることを特徴とする、請求項1〜3のうちいずれか一項に記載のスピーカ配置。
  5. 前記外側フェライトコア(42)の上平面は、実質的に前記上フェライトコア(43a)の上平面と同じ平面に位置し、前記内側フェライトコア(41)の上平面は、前記外側フェライトコア(42)の上平面の近傍で前記外側フェライトコア(42)の上平面よりも下に位置することを特徴とする、請求項1〜4のうちいずれか一項に記載のスピーカ配置。
  6. 前記外側フェライトコア(42)は、前記内側ボイスコイル(24)に隣接するヘッド部、および前記内側フェライトコア(41)に密着しているフット部を備え、前記外側フェライトコア(42)の前記ヘッド部の内径と前記内側フェライトコア(41)の外径との間にある前記エアギャップ(52)の寸法は、前記内側ボイスコイル(24)の寸法に応じて決定されることを特徴とする、請求項1〜5のうちいずれか一項に記載のスピーカ配置。
  7. 前記外側フェライトコア(42)の前記ヘッド部と前記フット部との間には中間空洞部が形成され、前記ヘッド部は、上外壁から下内壁まで広がる円錐面を備えていることを特徴とする、請求項6に記載のスピーカ配置。
  8. 前記内側フェライトコア(41)は、実質的に、前記内側磁石(32)を受け入れるために上部分に凹部を有する筒形状であることを特徴とする、請求項1〜7のうちいずれか一項に記載のスピーカ配置。
  9. 前記内側フェライトコア(41)の上平面は、前記内側磁石(32)の上平面よりも高くに位置し、それによって前記内側フェライトコア(41)に挿入された前記内側磁石(32)は、円形ディスクの形状で前記内側フェライトコア(41)の凹部内に密着するフェライトコア(44)で覆われることを特徴とする、請求項8に記載のスピーカ配置。
  10. 前記内側フェライトコア(41)の外面の下領域では、円周凹部が形成され、前記円周凹部は、前記下フェライトコア(43b)の内側エッジと密着することを特徴とする、請求項4及び、請求項8または9に記載のスピーカ配置。
  11. 前記外側磁石(31)のN極およびS極は、前記上フェライトコアおよび前記下フェライトコア(43a、43b)の方を向いていることを特徴とする、請求項4及び、請求項1〜10のうちいずれか一項に記載のスピーカ配置。
  12. 前記内側磁石(32)のN極およびS極は、それぞれ内側および外側を向いていて、前記内側磁石(32)の外側を向いている極は、前記上フェライトコア(43a)に向いている前記外側磁石(31)の極と同じであることを特徴とする、請求項4及び、請求項1〜11のうちいずれか一項に記載のスピーカ配置。
  13. 前記ボイスコイル(22、24)の少なくとも一方は、複数層のコイルを有し、互いに重なる層の数は、前記コイルに応じて変化可能であることを特徴とする、請求項1〜12のうちいずれか一項に記載のスピーカ配置。
  14. 前記ボイスコイル(22、24)の少なくとも一方は、実質的に円錐形状であり、前記ダイヤフラム側では互いに重なる巻きが多く、前記ダイヤフラムの反対側では巻きが少ないことを特徴とする、請求項13に記載のスピーカ配置。
  15. 前記磁石に使用される材料は、ネオジムまたはネオジムを含むものであることを特徴とする、請求項1〜14のうちいずれか一項に記載のスピーカ配置。
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