JP6467486B2 - 減衰を伴った硬質で均質なスピーカー用の放射型ダイアフラム - Google Patents

減衰を伴った硬質で均質なスピーカー用の放射型ダイアフラム Download PDF

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Description

本発明は、ダイアフラム構造、特にスピーカーに用いられるダイアフラム構造に関する。
スピーカーは、電気的なオーディオ信号をそれに対応する音に変換する装置である。19世紀以降、様々な種類のスピーカーが開発され、改良が続けられている。
一般的に、電気力学的な、直接放射型スピーカーは、専ら、磁気回路組立品と、一部的に又は全体的に磁気回路組立品の内部に位置するボイスコイルと、ボイスコイルに機械的に取り付けられた音波放射ダイアフラムと、ほとんどの場合、ダイアフラムの外周部のような他の支持部と一体化されたスパイダースポーク又はサスペンションフレームと呼ばれる懸架装置などで構成されている。コイルに流れる交流電流から生じる磁界はフレミングの法則に従って磁気回路組立品からの磁界と相互に作用し合い、ボイスコイルはダイアフラムの取付部を作動させ、ダイアフラムの取付部が振動し、その振動がボイスコイルに直接取り付けられていない残りのダイアフラム領域に伝播する。その結果、音響伝播における周波数依存性及び非線形性、吸収(減衰)及び境界反射プロセスなどに起因する非常に複雑な方法でダイアフラム領域の全体から音が放射される。それゆえ、ダイアフラムの材料、構造及び構成は、スピーカーの音質に顕著に影響を及ぼす。
本発明は、満足できる音質を達成するために様々な方法を組み合わせることができる、非晶質で、圧縮され、表面に張力が掛けられたコア構造に基づいたスピーカー用のダイアフラム構造を提供することを目的とする。
本発明は、第1表面領域と、第2表面領域と、前記第1表面領域と前記第2表面領域との間のコアと、一方の側において前記第1表面領域と連続し、他方の側において前記コアと連続する第1遷移領域と、一方の側において前記コアと連続し、他方の側において前記第2表面領域と連続する第2遷移領域とを含み、前記第1表面領域、前記第2表面領域、前記コア、前記第1遷移領域及び前記第2遷移領域は、それぞれ、ほぼ均質な非晶質材料で形成され、前記第1表面領域及び前記第2表面領域は、それぞれ、内部圧縮応力を示し、前記コアは内部引っ張り応力を示し、前記第1遷移領域及び前記第2遷移領域は、それぞれ、内部圧縮応力から内部引っ張り応力への応力傾斜を示す、圧縮され表面に張力が掛けられたコア構造を提供する。
本発明は、第1表面シートと、第2表面シートと、前記第1表面シートと前記第2表面シートとの間に配置された低密度コアとを備え、前記第1表面シートと前記第2表面シートの少なくとも一方は、上記構造を有する、圧縮され表面に張力が掛けられたコア構造であるスピーカー用複合ダイアフラムを提供する。
また、本発明は、第1表面シートと、第2表面シートと、前記第1表面シートと前記第2表面シートとの間に配置された波形断面コアを備え、前記第1表面シートと前記第2表面シートの少なくとも一方は、上記構造を有する、圧縮され表面に張力が掛けられたコア構造であるスピーカー用の複合型ダイアフラムを提供する。前記波形断面コアは、複数の第1支持部と、複数の第2支持部と、複数の結合部を備え、前記複数の第1支持部は前記第1表面シートに接着され、前記複数の第2支持部は前記第2表面シートに接着され、前記複数の第1支持部が前記第2表面シートから隔離され、及び/又は、前記複数の第2支持部が前記第1表面シートから隔離されるように、前記複数の結合部は、それぞれ、前記複数の第1支持部の1つと前記複数の第2支持部の1つを結合することが好ましい。
以下の詳細な説明及び添付図面を精査した後であれば、当業者であれば本発明を容易に理解することができるであろう。
図1は、本発明の一実施形態に係るスピーカーの非晶質で、圧縮され、表面に張力が掛けられたコアを概略的に示す断面図である。
図2Aは、本発明に係るスピーカーのダイアフラム構造の第1構成例を示す概略図である。
図2Bは、本発明に係るスピーカーのダイアフラム構造の第2構成例を示す概略図である。
図2Cは、図2A又は2Bに示されたダイアフラム構造のT−T線に沿った断面図である。
図2Dは、本発明に係るスピーカーのダイアフラム構造の第3構成例を示す概略図である。
図2Eは、本発明に係るスピーカーのダイアフラム構造の第4構成例を示す概略図である。
図2Fは、本発明に係るスピーカーのダイアフラム構造の第5構成例を示す概略図である。
図3Aは、本発明に係るスピーカーのダイアフラム構造の第6構成例を示す概略図である。
図3Bは、図3Aに示されたダイアフラム構造のT−T線に沿った断面図である。
図4は、本発明に係るスピーカーのダイアフラム構造の第7構成例を示す概略図である。
図5A〜5Eは、本発明に係るスピーカーのダイアフラム構造の構成例を示す概略図であり、図5F及び5Gはその斜視図である。
図6Aは、本発明の他の実施形態に係るスピーカーのダイアフラム構造を概略的に示す断面図である。
図6Bは、本発明のさらに他の実施形態に係るスピーカーのダイアフラム構造を概略的に示す断面図である。
図7Aは、本発明に係るスピーカーのダイアフラム構造の第8構成例を示す概略図である。
図7Bは、本発明に係るスピーカーのダイアフラム構造の第9構成例を示す概略図である。
図8は、本発明に係るダイアフラム構造のスピーカーへの応用例を示す概略図である。
本発明について、以下の実施形態を参照しつつ、より詳細に説明する。以下の本発明に係る好適な実施形態の記載は、図示と説明のみを目的としてなされたものであり、開示された正確な形状が全てではなく、これにのみ限定されることを意図してはいない。
本発明は、スピーカーに用いられる様々なタイプのダイアフラムに対して顕著に優れた性能を有するダイアフラムを実現するために有用な新規なデザインの多様性を提供する。
周知のように、ある媒体から音響インピーダンスの異なる他の媒体に音が伝わるときに、たとえこれら2つの媒体の密度がほとんど同じであったとしても、エネルギー損失が存在する。慎重に操作されたエネルギー損失は、良好な音質を達成するために有効である。そのため、しばしば減衰と呼ばれる制御されたエネルギー損失の概念は、スピーカーのダイアフラム構造の設計に際して、有利に適用されるであろう。
図1を参照して、そこには本発明の一実施形態に係るスピーカーのダイアフラムの全体又は一部分として機能する非晶質で、圧縮され、表面に張力が掛けられたコア構造の概略的な断面が描かれている。非晶質で、圧縮され、表面に張力が掛けられたコア構造400は、上側の表面層410、上側の遷移層420、コア430、下側の遷移層440及び下側の表面層450を含み、各層は、実質的に同じ硬質で均質な非晶質材料で形成されており、上側の表面層410、上側の遷移層420、下側の遷移層440及び下側の表面層450中のゲストイオンの濃度分布に起因してそれぞれ異なる内部応力を有し、内部応力は、表面からの深さによって変化し、圧縮応力層410及び420と、それに対応する遷移層420及び440と、コア430中の補償張力を生じさせるために、高温に溶融した塩浴中に未処理のガラス片を浸したときに科学的なイオン交換の結果として生じ、それによって本発明に係る非晶質で、圧縮され、表面に張力が掛けられたコア構造400が形成される。応力分布は、媒体の全体に亘って音響インピーダンスの変化を生じさせる。媒体の全体に亘っての音響インピーダンスの変化は、媒体を介して音が伝わるにつれてエネルギー損失を生じさせ、十分に制御されている限りにおいて、最適化された音質を生じさせる。
上側の表面層410、上側の遷移層420、中央層(コア)430、下側の遷移層440及び下側の表面層450が、異なる内部応力パラメーターを有する同じ硬質で、均質な非晶質材料で形成されていたとすると、応力分布は、媒体を介して、異なる音速及び/又は音響インピーダンスで音を伝達させるであろう。ダイアフラム層の物理的な振動性能は、ある程度のエネルギー損失を生じさせるように差別化されるので、十分に制御されている限りにおいて、音質を最適化させるであろう。
本発明の実施形態によれば、上側の表面層410と下側の表面層450は、同量の内部圧縮応力を有しており、コア430はそれを補償する内部引っ張り応力を示すことが好ましい。上側の表面層410とコア430との間の上側の遷移層420及び下側の表面層450とコア430との間の下側の遷移層440としては、層全体に亘って一定量の応力を有さず、その代わりに、内部圧縮応力からコアの内部引っ張り応力に向かう応力傾斜を示す。
上側の遷移層420は、上側の表面層410に近接する領域で、上側の表面層410の内部圧縮応力とほぼ等しい最大の内部圧縮応力を有し、コア430に近接する領域で、コア430の内部引っ張り応力とほぼ等しい最大の内部引っ張り応力を有する。同様に、下側の遷移層440は、下側の表面層450に近接する領域で、下側の表面層450の内部圧縮応力とほぼ等しい最大の内部圧縮応力を有し、コア430に近接する領域で、コア430の内部引っ張り応力とほぼ等しい最大の内部引っ張り応力を有する。非晶質で、圧縮され、表面に張力が掛けられたコア構造の各層は、図1において破線で示されているけれども、明瞭な境界を有してはいないことに注意されるべきである。経験に基づいて、発明者は、傾斜的な圧縮引っ張り領域が音質を高めることを発見した。
さらに、より良い音質を提供するために、非晶質で、圧縮され、表面に張力が掛けられたコア構造400の全体の厚みは25μmと850μmの間の範囲であることが好ましい。具体的には、上側の表面層410プラス上側の遷移層420又は下側の表面層450プラス下側の遷移層440の厚みdは1μmと40μmの間の範囲が好ましく、コア430の厚みdは20μmと800μmの間の範囲が好ましい。
ここで、本発明に係るダイアフラム構造の実施例について図面を参照しつつより詳細に説明する。これらの実施例は、本発明の実施や範囲を定めるというよりも、むしろ一例を示すに過ぎない。
図2A及び図2Bを参照して、そこには本発明に係るダイアフラム構造の2つの実施例が概略的に描かれている。これらの実施例において、いずれのダイアフラムも波打った構造を有しており、図2Aに示すダイアフラム構造はX軸に沿ってのみ上下しており、一方、図2Bに示すダイアフラム構造はX軸とY軸の両方に沿って上下している。図2Cは、図2A又は図2Bに描かれたダイアフラム構造のT−T’線に沿った断面を概略的に示す。図2Aに示すダイアフラム100a及び図2Bに示すダイアフラム100bは、例えば、ほぼ均質な非晶質材料の連続した矩形又はその他の好ましい形状のシートである。ダイアフラム100a及び100bのエッジ部において振幅減衰又は波長伸展設計が施されており、そこでダイアフラムがボイスコイルに結合されているか、または、ダイアフラムをスピーカーの他の部品に結合する手助けをするように、エッジが平坦になされていてもよい。
図2Aに描かれたダイアフラム100a及び図2Bに描かれたダイアフラム100bは例示であって、矩形に限定されるものではないことに注意されるべきである。実際の設計及び要求に従って、ダイアフラム1001及び100bの輪郭はその他の形状であってもよい。例えば、小判型、円形、卵形、楕円形、又はその他の好適な形状であってもよい。
図2D〜2Fは、様々な円形ダイアフラムを例示する。図2Dに描かれたダイアフラム100cは、円形の輪郭を有し、X軸及びY軸の両方に沿って上下している。図2Dにおいて、影付き及び空白のブロックの分布は、ダイアフラムの位置的な特徴を概略的に表している。この実施例では、X軸とY軸は互いに直交している。あるいは、X軸とY軸はそれらの間に適当な角度を有していてもよい。他の実施例としては、ダイアフラムは3方向以上に上下していてもよい。同様に、振幅減衰又は波長伸展設計がダイアフラム100cの1又は複数のエッジに施されていてもよく、そこでダイアフラムがボイスコイルに結合されているか、または、ダイアフラムをスピーカーの他の部品に結合する手助けをするように、1又は複数のエッジが平坦になされていてもよい。
図2Eを参照して、そこにはダイアフラム100dが概略的に描かれている。ダイアフラム100dは、円形の輪郭を有し、その中心軸の周りに、例えば円周T−T’線方向に沿って上下している。一方、図2Fに描かれたダイアフラム100eは、円形の輪郭を有し、放射方向に沿って上下している。これらの実施例では、ダイアフラム100d及び100eはシート形状である。あるいは、ダイアフラム100d及び100eは立体的であってもよい。例えば、ダイアフラム100d及び100eは円錐状又は釣り鐘状であってもよい。
図3A及び3Bを参照して、そこにはダイアフラム構造の代替構成が概略的に描かれている。この実施形態において、ダイアフラム200は、このダイアフラム200がボイスコイルに結合される領域に中央孔29を有している点において、図2Fに描かれたダイアフラム100eと異なっている。同様に、ダイアフラムの代替構成を形成するために、ダイアフラム100a、100b、100c又は100dに中央孔を設けてもよい。有孔ダイアフラムの側面を図3Bに示す。図4は、図2Eに描かれたダイアフラム100dに中央孔29を設けることによって形成されたダイアフラム構造300を概略的に描いており、T−T’線に沿った断面は図2Cに示された断面と同様であり、S−S’線に沿った断面は図3Bに示された断面と同様である。中央孔29の存在は、ダイアフラムがボイスコイルに結合される領域での持続波構造を遮断する。
図面中に示された上記実施形態及び実施例において、ダイアフラムは、中央孔を備えているか又は備えていない矩形又は円形の平坦なシートである。あるいは、上記のように、ダイアフラムは、小判型、円形、卵形、楕円形、多角形又はその他の好適な形状であってもよい。図5A〜5Eは、様々なダイアフラム構造の側面を例示する。また、ダイアフラムは、図5F及び5Gに示された斜視図に例示されたような円錐状、釣り鐘状、トンネル状であってもよい。
他の実施形態において、図6A及び6Bに描かれているように、本発明に係るダイアフラムは複合構造を有している。図6Aに描かれているように、ダイアフラム60aは、第1表面シート600、第2表面シート610及び第1表面シート600と第2表面シート610の間の低密度コア620を含む。この実施形態において、第1表面シート600及び第2表面シート610として、上記図1〜5を参照して説明した表面シート及びそれと等価な変形のいずれかを実装することができる。あるいは、第1表面シート及び第2表面シートのいずれか一方のみを硬質で、ほぼ均一な非晶質材料で形成し、他方を、スピーカー用のダイアフラムとして従来から用いられている例えばアルミホイル、ポリマーフィルム、カーボンファイバー、又はその他の好適な材料で形成してもよい。
低密度コア620は、複合ダイアフラム60aの全体の重量を少なくするために、その密度が第1表面シート600及び第2表面シート610よりも低い材料、例えばポリメタクリルフォーム(PMI フォーム:polymethacrylimide foam)、バルサ材、ガラスマイクロスフェア充填エポキシなどで形成されていてもよい。第1表面シート600及び第2表面シート610は、接着剤によって低密度コア620に取り付けられている。
図6Bに描かれたダイアフラム60bは、図6Aに描かれたダイアフラム60aと同様の構造を有している。換言すれば、これも第1表面シート600及び第2表面シート610を含む。とはいえ、ダイアフラム60bは、低密度コアの代わりに、第1表面シート600と第2表面シート610の間の波形断面コア630を含む。図6Bに示すように、波形断面コア630は、複数の第1支持部630aと、複数の第2支持部630bと、複数の接続部630cを含む。第1支持部630aは第1表面シート600に接着され、第2支持部630bは第2表面シート610に接着されており、各接続部630cは、第1支持部630aを第2表面シート610から隔離し、及び/又は、第2支持部630bを第1表面シート600から隔離するために、第1支持部630aの1つと第2支持部630bの1つを結合している。波形断面コア630は、例えばアルミホイル、厚紙、ポリマーフィルム、又はその他の好適な材料で形成されていてもよい。
図7A及び7Bは、本発明に係るダイアフラム構造のその他の構成を例示する。図7Aに描かれた実施形態では、ダイアフラム70は、中央の平坦領域700及び中央の平坦領域700の互いに対向する辺に配置された1組の折り曲げ部710及び720を含む。ダイアフラム70は、上記のように、単一のダイアフラム構造又は複合ダイアフラム構造であってもよい。あるいは、ダイアフラム70は、中央の平坦領域700の他の互いに対向する辺に配置された他の1組の折り曲げ部730及び740を含んでいてもよい。薄くされ、軽量化された大面積のダイアフラムは曲がりやすいので、折り曲げ部710、720、730及び740は、結果として生じる問題を改善するために、構造の剛性を高めるために設けられている。ダイアフラムの輪郭としては矩形を例示している。とはいえ、実施するにあたって、多角形やその他の形状を適用してもよい。さらに、剛性を高めるという目的が達成される限りにおいて、折り曲げ部の数、位置及び構成は、例示したものに限定されない。
図8は、用途として本発明に係るダイアフラム構造が適用されたスピーカーを概略的に示す。この実施例では、平坦領域700のそばに互いに対向する1組の折り曲げ部710及び720を有する図7Aに描かれたダイアフラム70がスピーカー80として用いられている。あるいは、平坦領域700のそばに互いに対向する2組の折り曲げ部710〜740を有する図7Bに描かれたダイアフラム70を用いてもよい。図に示すように、スピーカー80は、バックプレート800、ワッシャー810、マグネット820、フレーム830、外周部840、ボイスコイル850、鉄製天板860及びダイアフラム70又はその変形を含む。ダイアフラム70の平坦領域700は、マグネット820を全体的に覆い、マグネット820に連続するフレーム830の一部分を選択的に又は広範囲に覆う。ダイアフラム70は、バックプレート800、ワッシャー810、マグネット820及びフレーム830といったスピーカーの固定された部品から隔離され、外周部840やボイスコイル850といったスピーカーの可動部品にのみ接触していることが好ましい。さらに、折り曲げ部710及び720の寸法は、フレーム830や外周部840の寸法と一致していることが好ましく、それによって、スピーカー全体の厚みを増加させることなく、これらの部品によって本質的に構築される空間内に折り曲げ部710及び720を収容することができる。
他の実施形態において、ダイアフラム70の代わりに、図1〜6に描かれたダイアフラム及びそれと等価な変形例をスピーカーとして用いてもよいし、また、ダイアフラムの一部分を構成してもよい。
本発明についての上記実施形態、具体例及び説明から、ダイアフラムの少なくとも一部分は、二酸化ケイ素のような、硬質で、傾斜した圧縮応力協会を有し、ほぼ均質な非晶質材料で形成されていることが理解されるであろう。さらに、良好な音質を達成するために、新規な三次元的な変化や全体の形状を備えていてもよい。
本発明は、現在のところ最も実用的で好適と思われる実施形態の観点から記載されているけれども、本発明は開示された実施形態に限定されるものではないことを理解されるであろう。それどころか、請求項に記載された発明の精神や範囲に含まれる様々な変形や類似の構造をカバーすることを意図しており、請求項はそのような変形や類似の構造を包含するように最も広く解釈されるべきである。例えば、上記実施形態に加えて、本発明に係るスピーカーのダイアフラム構造の構成は、以下の特徴、例えば平面的形状、全体が湾曲的形状、及び全体が俯瞰的な形状などの様々な組み合わせから選択されてもよく、ダイアフラム構造の俯瞰的な形状は、例えば(正方形を含む)矩形、円形、小判型又は(楕円形を含む)卵形であってもよい。

Claims (11)

  1. 圧縮され表面に張力が掛けられたコア構造を含み、スピーカーに用いられるダイアフラム構造であって、前記圧縮され、表面に張力が掛けられたコア構造は、
    第1表面領域と、
    第2表面領域と、
    前記第1表面領域と前記第2表面領域との間のコアと、
    一方の側において前記第1表面領域と連続し、他方の側において前記コアと連続する第1遷移領域と、
    一方の側において前記コアと連続し、他方の側において前記第2表面領域と連続する第2遷移領域とを備え、
    前記第1表面領域、前記第2表面領域、前記コア、前記第1遷移領域及び前記第2遷移領域は、それぞれ、ほぼ均質な非晶質材料で形成され、前記第1表面領域及び前記第2表面領域は、それぞれ、内部圧縮応力を示し、前記コアは内部引っ張り応力を示し、前記第1遷移領域及び前記第2遷移領域は、それぞれ、内部圧縮応力から内部引っ張り応力への応力傾斜を示すことを特徴とするダイアフラム構造。
  2. 前記第1表面領域の内部圧縮応力は前記第2表面領域の内部圧縮応力とほぼ等しいことを特徴とする請求項1に記載のダイアフラム構造。
  3. 前記第1遷移領域は、前記第1表面領域に近接する領域で、前記第1表面領域の内部圧縮応力とほぼ等しい最大の内部圧縮応力を有し、前記コアに近接する領域で、前記コアの内部引っ張り応力とほぼ等しい最大の内部引っ張り応力を有し、又は、前記第2遷移領域は、前記第2表面領域に近接する領域で、前記第2表面領域の内部圧縮応力とほぼ等しい最大の内部圧縮応力を有し、前記コアに近接する領域で、前記コアの内部引っ張り応力とほぼ等しい最大の内部引っ張り応力を有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のダイアフラム構造。
  4. 前記ダイアフラム構造は、全体の厚みが25μmと850μmの間の範囲であり、前記第1表面領域プラス前記第1遷移領域又は前記第2表面領域プラス前記第2遷移領域厚みが1μmと40μmの間の範囲であり、前記コアの厚みが20μmと800μmの間の範囲であることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載のダイアフラム構造。
  5. 前記ほぼ均質な非晶質材料は二酸化ケイ素を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のダイアフラム構造。
  6. 前記ダイアフラム構造は、平坦領域と、前記平坦領域のうち異なる複数の辺に連続する少なくとも2つの折り曲げ領域を有する形状であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のダイアフラム構造。
  7. 前記少なくとも2つの折り曲げ領域は、それぞれ前記平坦領域のうち互いに対向する2つの辺に連続している2つの折り曲げ領域を含むか、又は、前記少なくとも2つの折り曲げ領域は、それぞれ前記平坦領域のうち互いに対向する2組の辺に連続している4つの折り曲げ領域を含むことを特徴とする請求項6に記載のダイアフラム構造。
  8. スピーカー用の複合型ダイアフラムであって、
    前記ダイアフラムは、
    第1表面シートと、
    第2表面シートと、
    前記第1表面シートと前記第2表面シートの間に配置された低密度コアを備え、
    前記第1表面シートと前記第2表面シートの少なくとも一方は、請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載された構造を有する、圧縮され表面に張力が掛けられたコア構造であることを特徴とする複合型ダイアフラム。
  9. 前記低密度コアは、全体の密度が前記第1表面シート及び前記第2表面シートの密度よりも低い材料で形成されていることを特徴とする請求項8に記載の複合型ダイアフラム。
  10. スピーカー用の複合型ダイアフラムであって、
    前記ダイアフラムは、
    第1表面シートと、
    第2表面シートと、
    前記第1表面シートと前記第2表面シートの間に配置された波形断面コアを備え、
    前記第1表面シートと前記第2表面シートの少なくとも一方は、請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載された構造を有する、圧縮され表面に張力が掛けられたコア構造であることを特徴とする複合型ダイアフラム。
  11. 前記波形断面コアは、複数の第1支持部と、複数の第2支持部と、複数の接続部を含み、前記第1支持部は前記第1表面シートに接着され、前記第2支持部は前記第2表面シートに接着されており、前記接続部は、それぞれ前記第1支持部を前記第2表面シートから隔離し、及び/又は、前記第2支持部を前記第1表面シートから隔離するために、前記第1支持部の1つと前記第2支持部の1つを結合していることを特徴とする請求項10に記載の複合型ダイアフラム。
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