JP6685624B2

JP6685624B2 - スピーカー

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Publication number: JP6685624B2
Application number: JP2018564113A
Authority: JP
Inventors: 直成柳舘; 仲田　剛; 剛仲田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-01-24
Filing date: 2017-10-30
Publication date: 2020-04-22
Anticipated expiration: 2037-10-30
Also published as: CN110199527B; WO2018138994A1; US10951977B2; CN110199527A; JPWO2018138994A1; US20190335270A1

Description

本発明はスピーカーに係り、特にメインコーンとサブコーンとを有するダブルコーンスピーカーに関する。

コーン型のスピーカーの再生可能周波数帯域は、コーンの口径によって決定される。そのため、例えばコーンの口径が１０ｃｍ以上の大型のスピーカーでは、５ｋＨｚ以上の高周波数帯域を低周波数帯域と比較して十分に再生することができない。

スピーカーのメインコーンにメインコーンよりも小口径のサブコーンを接着することによって、低周波数帯域から高周波数帯域までの音を十分に再生可能にするダブルコーンスピーカーが知られている。ダブルコーンスピーカーのサブコーンは分割振動によって音を放射するため、サブコーンを変形しやすい形状に構成することによって、再生可能周波数帯域を拡大させると共に音響放射パワーを増加させることができる。

特許文献１には、ダブルコーンスピーカーにおいて、サブコーンの外周部から中心部へと向かう複数の線状の薄肉部が設けられた構成が記載されている。また、特許文献２には、サブコーンに波形のコルゲーションを設けた構成が記載されている。

実開昭６３−１０８２９４号公報実開平１−５７８８６号公報

特許文献１では、サブコーンの放射面積が低減するために音響放射パワーが低下し、サブコーンにおいてメインコーンで再生不能な高周波数帯域を補うのに必要な音圧が得られないという問題がある。

また、特許文献２では、コルゲーションによってサブコーンの剛性が増加するために分割振動が促進されず、サブコーンにおいてメインコーンで再生不能な高周波数帯域を補うのに十分な音圧が得られないという問題がある。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、サブコーンの分割振動を促進させて、再生可能周波数帯域を拡大させると共に音響放射パワーを増加させることができる、スピーカーを提供することを目的とする。

本発明に係るスピーカーは、メインコーンとサブコーンとを有するスピーカーであって、サブコーン上には複数の線状の薄肉部が設けられ、当該複数の線状の薄肉部がサブコーン上に交点を有することを特徴とする。

本発明に係るスピーカーによれば、サブコーンの分割振動を促進させて、再生可能周波数帯域を拡大させると共に音響放射パワーを増加させることができる。

実施の形態１に係るスピーカーの構成を示す断面図である。実施の形態１に係るスピーカーの構成を示す斜視図である。実施の形態１に係るサブコーンの形状を示す側面図である。実施の形態１に係るサブコーンの形状を示す下面図である。実施の形態１に係るサブコーンの断面図である。実施の形態１に係るサブコーンの形状を示す下面図である。実施の形態１に係るサブコーンの断面図である。実施の形態１に係るサブコーンの薄肉部の連なりを説明するサブコーンの下面図である。実施の形態１に係るサブコーンの線状の薄肉部の様々な断面形状を示す図である。実施の形態１に係るサブコーンの分割振動時の形状を示す上面図である。本発明の効果を検証するために作成したサブコーンの解析モデルの斜視図である。本発明の効果を検証するために作成したサブコーンの解析モデルから求められた音響パワーレベルの周波数特性を示す図である。薄肉部の深さの効果を検証するために作成したサブコーンの解析モデルの斜視図である。薄肉部の深さの効果を検証するために作成したサブコーンの解析モデル音響パワーレベルのオーバーオール値である。薄肉部の幅の効果を検証するために作成したサブコーンの解析モデルの斜視図である。薄肉部の幅の効果を検証するために作成したサブコーンの解析モデル音響パワーレベルのオーバーオール値である。薄肉部の交点の位置の効果を検証するために作成したサブコーンの解析モデル音響パワーレベルのオーバーオール値である。実施の形態２に係るサブコーンの形状を示す正面図である。実施の形態２に係るサブコーンの形状を示す下面図である。実施の形態３に係るサブコーンの形状を示す正面図である。実施の形態３に係るサブコーンの形状を示す下面図である。実施の形態４に係るサブコーンの形状を示す正面図である。実施の形態４に係るサブコーンの形状を示す下面図である。

以下、添付図面を参照して、本願が開示するスピーカーの実施の形態を詳細に説明する。ただし、以下に示す実施の形態は一例であり、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係るスピーカー１００の構成について、図１、２を参照して説明する。なお、図１はスピーカー１００の断面図である。また、図２はスピーカー１００の斜視図である。

図１、２に示されるように、スピーカー１００では、メインコーン１の外縁部に形成されるロールエッジ４によって、メインコーン１の外周部がフレーム５に接着されている。また、メインコーン１にはボビン２が取り付けられており、ボビン２にはボイスコイル３が取り付けられている。さらに、メインコーン１の中央には、サブコーン８が取り付けられている。なお、ボイスコイル３は、フレーム５に固定されている永久磁石７から発生する磁界６の中に位置するように調整されている。

次に、サブコーン８の形状について、図３〜５を参照して説明する。なお、図３はサブコーン８の形状を示す正面図であり、図４はサブコーン８の形状を示す下面図である。また、図５はサブコーン８の断面図であり、サブコーン８の放射面を説明する図である。

図３〜５に示されるように、サブコーン８の外側１４または内側１３の少なくともいずれか一方を含む部位には、サブコーン８の板厚を低下させるための線状の薄肉部１０、１１が設けられている。線状の薄肉部１０、１１は、サブコーン８の径方向１５および周方向１６の両方向の成分を有しており、線状の薄肉部１０と線状の薄肉部１１とは交点１７で交差している。また、線状の薄肉部１０、１１の径方向１５の成分は、交点１７を起点として正の成分および負の成分を有するように構成されている。また、線状の薄肉部１０、１１の周方向１６の成分の大きさは一定である。

なお、図６、７に示されるように、線状の薄肉部１０、１１は連続している必要はなく、薄肉部が連なって線状に配置されているものでもよい。図６、７では、円形の薄肉部が連なって線状に配置されているが、円形に限定するものではない。

また、図８に示されるように、薄肉部と薄肉部の間隔Ｌ２は、薄肉部の最大幅Ｌ１に対して２倍以上であると、剛性が分割振動を促進するのに十分な剛性の低下が望めないため、２倍以下であることが望ましい。

また、図９に示されるように、線状の薄肉部１０、１１の断面形状の構成要素として、板厚Ｔ、深さＤ、幅Ｗが存在する。深さＤは板厚Ｔに対して１５％〜３５％である。幅Ｗはサブコーン８の外周部９の全長に対して３．５％以下であることが望ましい。

また、深さＤおよび幅Ｗは一定である必要はなく、線状の薄肉部１０、１１の任意の位置で幅Ｗを変化させてもよい。

さらに、線状の薄肉部１０、１１の断面形状は、図９に示されるように、三角形（Ａ）、半楕円または半円（Ｂ）、四角形（Ｃ）など様々な形状が考えられるが、これらに限定されるものではない。

また、図３〜５では、線状の薄肉部１０、１１は交点１７を中心にサブコーン８の径方向１５について左右対称となっているが、必ずしも左右対称である必要はない。そのため、線状の薄肉部１０、１１の周方向１６の成分の大きさについても特に限定されるものではなく、線状の薄肉部１０の周方向１６の成分の大きさと、線状の薄肉部１１の周方向１６の成分の大きさとが異なっていてもよい。

また、線状の薄肉部１０、１１は、サブコーン８の外周部９および内周部１２まで必ずしも達している必要はない。また、図４では、一方Ａの側の線状の薄肉部１０、１１と、他方Ｂの側の線状の薄肉部１０、１１とは、サブコーン８の周方向１６に角度１８０度をなす位置に設けられているが、必ずしもこれに限定されるものではない。すなわち、任意の本数の線状の薄肉部１０、１１をサブコーン８の周方向１６に任意の角度をなす位置に設けることができる。

次に、本発明の実施の形態１に係るスピーカー１００の作用について説明する。
図１に示されるように、スピーカー１００のフレーム５には、ロールエッジ４をバネとして、メインコーン１、ボビン２、ボイスコイル３の順に各部品が取り付けられている。

先述したように、ボイスコイル３は永久磁石７から発生する磁界６の中に位置するように調整されている。そのため、ボイスコイル３に電流を流すことで力が発生し、その力がボビン２を通してメインコーン１およびサブコーン８に伝わり、ボビン２、メインコーン１およびサブコーン８が一体となって運動する。この際、サブコーン８は分割振動と呼ばれる振動挙動をする。図１０には、分割振動時のサブコーン８の上面図が示されている。この図に示されるように、分割振動時には、サブコーン８は多角形に分割されるように変形する。これは、サブコーン８が径方向１５および周方向１６に伸縮することで、生じる現象である。

図１に示されるように、サブコーン８はメインコーン１とは異なり、フレーム５に固定されていない。また、永久磁石７、ボイスコイル３、ボビン２はメインコーン１を駆動することを想定して設計されている。そのため、サブコーン８は駆動方向を往復するピストン運動をすることは困難であり、分割振動によって音を放射する。

そのため、図３、４に示されるように、サブコーン８の径方向１５および周方向１６の両方向の成分を有する線状の薄肉部１０、１１を設けることによって、線状の薄肉部１０、１１の部位の板厚が薄くなり、サブコーン８全体の剛性と線状の薄肉部１０、１１の剛性が低下し、サブコーン８が径方向および周方向１６に伸縮しやすくなるため、サブコーン８が多角形に変形しやすくなる。従って、サブコーン８の分割振動が促進させ、サブコーン８の音響放射パワーを上昇させることができる。

サブコーン８からの音の放射は、サブコーン８の外周部９近傍の面が支配的で、内周部１２に近づくにつれて寄与が小さくなる。したがって、サブコーン８の外周部９近傍の面の変形量を増加させることで、サブコーン８の音響放射パワーを上昇させることができる。サブコーン８の外周部９近傍の面の変形量を増加させるには、例えば、図３、４に示されるように、サブコーン８の外周部９、線状の薄肉部１０、１１で囲まれる面を作ることで可能となる。

このような面を作るには、線状の薄肉部を１０、１１のように２本以上設ける必要があり、これらの線状の薄肉部１０、１１は交点１７を持つことになる。

図１１は、本発明の効果を検証するために作成したサブコーン８の解析モデルの斜視図である。この図において、（１）は線状の薄肉部を設けないモデル、（２）は線状の薄肉部を設けたモデルであり、黒色の部位が薄肉部である。

これらのモデルを用いてサブコーン８の振動解析および音響解析を行い、サブコーン８からの放射音の音響パワーレベルを求めた。図１２は、振動解析および音響解析から求めたサブコーン８の音響パワーレベルの周波数特性である。

図１２に示されるように、線状の薄肉部を設けたモデル（２）では、線状の薄肉部を設けないモデル（１）よりも、１０ｋＨｚから１２．５ｋＨｚにおける音響パワーレベルが上昇している。これは、サブコーン８に線状の薄肉部１０、１１を設けたことで、線状の薄肉部１０、１１が節となる分割振動が生じるためである。

また、１ｋＨｚから１５ｋＨｚでは、線状の薄肉部を設けたモデル（２）の方が線状の薄肉部を設けないモデル（１）よりも音響パワーレベルが上昇している周波数範囲が広く、広周波数範囲で音響放射パワーが大きい。したがって、サブコーン８に線状の薄肉部１０、１１を設けることの有効性が確認できる。

なお、７．８ｋＨｚから９ｋＨｚでは、線状の薄肉部を設けたモデル（２）よりも、線状の薄肉部を設けないモデル（１）の方がサブコーンの外周部の平均速度が大きいが、線状の薄肉部を設けたモデル（２）においても、線状の薄肉部の形状や本数を変更することによって、７．８ｋＨｚから９ｋＨｚにおける平均速度を、線状の薄肉部を設けないモデル（１）よりも上昇させることが可能である。

次に、薄肉部の深さＤは板厚Ｔに対して１５％〜３５％が望ましい理由を解析結果から示す。

図１３は、薄肉部の深さＤを検証するために作成したサブコーン８の解析モデルの斜視図である。この図において、（１）は線状の薄肉部を６本設けた解析モデル、（２）は線状の薄肉部を８本設けた解析モデル、（３）は線状の薄肉部を１０本設けた解析モデル、（４）は線状の薄肉部を１８本設けた解析モデルであり、黒色の部位が薄肉部である。これら４つの解析モデルの薄肉部の厚みを１０％〜６０％で１０％ずつ変化させ、音響パワーレベルのオーバーオール値を比較した。

図１４は、図１３の解析モデルを用いて振動解析および音響解析から求めたサブコーン８からの放射音の音響パワーレベルのオーバーオール値である。縦軸は音響パワーレベルのオーバーオール値を示し、横軸は図１３の解析モデルの番号を示す。図１４に示されるように、解析モデル（１）〜（４）において、薄肉部の深さＤが板厚Ｔに対して２０％、３０％で音響パワーレベルが最大になり、３０％よりも深さＤを大きくすると、徐々に音響パワーレベルが低下することがわかる。この解析結果の傾向から、分割振動を促進させる薄肉部の深さＤは、板厚Ｔに対して１５％〜３５％で効果が最大になることがわかる。

続いて、幅Ｗはサブコーン８の外周部９の全長に対して３．５％以下であることが望ましいこと示す。

図１５は、薄肉部の幅Ｗを検証するために作成したサブコーン８の解析モデルの斜視図である。この図において、（５）は径方向１５の成分のみを有する線状の薄肉部の幅Ｗがサブコーン８の外周部９の全長に対して１％の解析モデル、（６）は径方向１５の成分のみを有する線状の薄肉部の幅Ｗがサブコーン８の外周部９の全長に対して２％の解析モデル、（７）は径方向１５の成分のみを有する線状の薄肉部の幅Ｗがサブコーン８の外周部９の全長に対して３％の解析モデル、（８）は径方向１５の成分のみを有する線状の薄肉部の幅Ｗがサブコーン８の外周部９の全長に対して４％の解析モデル、（９）は径方向１５の成分のみを有する線状の薄肉部の幅Ｗがサブコーン８の外周部９の全長に対して５％の解析モデルであり、黒色の部位が薄肉部である。これらの解析モデルを用いて、音響パワーレベルのオーバーオール値を比較した。

図１６は、図１５の解析モデルを用いて振動解析および音響解析から求めたサブコーン８からの放射音の音響パワーレベルのオーバーオール値である。縦軸は音響パワーレベルのオーバーオール値を示し、横軸は図１５の解析モデルの番号を示す。図１６に示されるように、薄肉部の幅Ｗが３０％よりも大きくなると、薄肉部を設けていない解析モデルの結果に漸近する。この解析結果の傾向から、分割振動を促進させる薄肉部の幅Ｗはサブコーン８の外周部９の全長に対して３．５％以下であることが望ましいことがわかる。

続いて、径方向１５において、サブコーン８の内周部１２を基点として、サブコーン８の外周部９の位置を１００％としたときに、分割振動が促進される交点１７の位置について解析して検証した。

図１７では、一例として、解析モデルは図１５に示された（１）を使用し、径方向１５の成分が０で、周方向１６が３６０度の薄肉部が、サブコーン８の内周部１２を基点として、径方向１５にサブコーン８の外周部９の位置を１００％としたときに、径方向１５に１０％ずつ変化させた解析モデルを用いて、音響パワーレベルを解析した結果の比較である。

前述の通り、２本以上の線状の薄肉部１０とサブコーン８の外周部９とで囲まれる面を作ることで、この面の変形量を増加させるため、交点１７は外周部９に近づくほど音響パワーレベルが、線状の薄肉部１０を設けていないサブコーン８の音響パワーレベルに近づくと考えられる。

図１７に示されるように、今回検証した解析モデルでは、サブコーン８の内周部１２を基点として、径方向１５にサブコーン８の外周部９の位置を１００％としたときに、交点１７の位置が５０％よりも大きくなると、音響パワーレベルが薄肉部を設けていない解析モデルの結果に漸近する。この解析結果の傾向から、２本以上の線状の薄肉部１０とサブコーン８の外周部９とで囲まれる面を作ることで、この面の変形量が増加していることがわかる。

サブコーン８の断面形状などによって、分割振動の振動形状が異なるため、交点を設けるべき位置が変化するが、一般的に分割振動の振動形状は多角形に変形する。したがって、図１７に示されるように、分割振動の振動形状がＮ角形の場合、変形しない節３１と変形が大きい腹３０が周方向１６に２Ｎ存在する。節３１や腹３０と、サブコーン８の外周部８の中心とを結ぶ直線上では、Ｎ角形とＮ＋１角形でサブコーン８の伸縮分布はほとんど変化しない。そのため、図１７の結果から、サブコーン８の内周部１２に最も近接する交点が５５％以下であることが望ましいと考えられる。

以上説明したように、本発明の実施の形態１に係るスピーカー１００では、サブコーン８上に複数の線状の薄肉部１０、１１が設けられ、これら複数の線状の薄肉部１０、１１がサブコーン８上に交点１７を有している。この構成により、線状の薄肉部１０、１１の部位の板厚が薄くなり、サブコーン８全体の剛性が低下し、サブコーン８の分割振動が促進される。特に、サブコーン８において主に音が放射される外周部９の振動変位が促進される。

また、サブコーン８には、特許文献２のようなコルゲーションが設けられていないため、サブコーン８の剛性が増加することがなく、分割振動の際のサブコーン８の外周部９の変形が抑制されることがない。また、特許文献１のように、サブコーン８の放射面積が低減することもない。それゆえ、図１２に示されたように、サブコーン８において、メインコーン１で再生不能な高周波数帯域を補うのに必要な音圧を得ることができるため、スピーカー１００の再生可能周波数帯域を拡大させると共に音響放射パワーを増加させることができる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２に係るサブコーン２０８の構成について、図１８、１９を参照して説明する。なお、図１８はサブコーン２０８の形状を示す正面図であり、図１９はサブコーン２０８の形状を示す下面図である。

図１８、１９に示されるように、実施の形態２のサブコーン２０８上に設けられる線状の薄肉部２１０、２１１は、実施の形態１と同様に、サブコーン２０８の径方向２１５および周方向２１６の両方向の成分を有している。ただし、実施の形態１とは異なり、線状の薄肉部２１０、２１１の周方向２１６の成分の大きさは一定ではなく、線状の薄肉部２１０、２１１はサブコーン２０８の径方向２１５に延びる滑らかな曲線で構成されている。また、線状の薄肉部２１０、２１１の径方向２１５の成分は、交点２１７を起点として正の成分および負の成分を有するように構成されている。このように構成しても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３に係るサブコーン３０８の構成について、図２０、２１を参照して説明する。なお、図２０はサブコーン３０８の形状を示す正面図であり、図２１はサブコーン３０８の形状を示す下面図である。

図２０、２１に示されるように、実施の形態３のサブコーン３０８上に設けられる線状の薄肉部３１０、３１１の周方向３１６の成分の大きさは、実施の形態１と同様に一定である。ただし、実施の形態１とは異なり、線状の薄肉部３１０、３１１の径方向３１５の成分は、交点３１７を起点として正の成分のみを有するように構成されている。このように構成しても、実施の形態１，２と同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４に係るサブコーン４０８の構成について、図２２、２３を参照して説明する。なお、図２２はサブコーン４０８の形状を示す正面図であり、図２３はサブコーン４０８の形状を示す下面図である。

図２２、２３に示されるように、実施の形態４のサブコーン４０８上に設けられる線状の薄肉部４１０、４１８は、サブコーン４０８の径方向４１５および周方向４１６の両方向の成分を有する第１の線状の薄肉部４１０と、サブコーン４０８の周方向４１６の成分のみを有する第２の線状の薄肉部４１８とから構成されている。なお、第２の線状の薄肉部４１８は、サブコーンの４０８の径方向４１５の成分のみを有するように構成してもよい。すなわち、実施の形態４の第２の線状の薄肉部４１８は、サブコーン４０８の径方向４１５または周方向４１６のいずれか一方向の成分のみを有するように構成される。このように構成しても、実施の形態１〜３と同様の効果を得ることができる。

また、図２２、２３では、第２の線状の薄肉部４１８の周方向４１６の成分は０°〜３６０°までであるが、これに限定されるものではなく、任意に設定することができる。また、第２の線状の薄肉部４１８の本数についても、一本に限定されるものではなく、任意の本数とすることができる。

さらに、実施の形態２と同様に、第１の線状の薄肉部４１０は、サブコーン４０８の径方向４１５に延びる滑らかな曲線で構成してもよい。また、実施の形態３と同様に、第１の線状の薄肉部４１０の径方向４１５の成分は、交点４１７を起点として正の成分のみを有するように構成してもよい。

Claims

メインコーンとサブコーンとを有するスピーカーであって、
前記サブコーン上には複数の線状の薄肉部が設けられ、該複数の線状の薄肉部が前記サブコーン上に交点を有する、スピーカー。
前記複数の線状の薄肉部は、前記サブコーンの径方向および周方向の両方向の成分を有する第１の線状の薄肉部を含む、請求項１に記載のスピーカー。
前記第１の線状の薄肉部の前記周方向の成分の大きさが一定である、請求項２に記載のスピーカー。
前記第１の線状の薄肉部は、前記サブコーンの径方向に延びる滑らかな曲線で構成される、請求項２に記載のスピーカー。
前記第１の線状の薄肉部の前記径方向の成分は、前記交点を起点として正の成分のみを有する、請求項２〜４のいずれか一項に記載のスピーカー。
前記複数の線状の薄肉部は、前記サブコーンの径方向または周方向のいずれか一方向の成分のみを有する第２の線状の薄肉部をさらに含む、請求項２〜５のいずれか一項に記載のスピーカー。
前記サブコーンの前記複数の線状の薄肉部と前記サブコーンの外周部とで囲われた面を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のスピーカー。
前記サブコーンの前記複数の線状の薄肉部の深さは、前記サブコーンの板厚に対して１５％〜３５％である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のスピーカー。
前記サブコーンの前記複数の線状の薄肉部の幅は、前記サブコーンの外周部の全長に対して３．５％以下である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のスピーカー。
前記サブコーンの前記複数の線状の薄肉部の交点は、前記サブコーンの内周部を基点として径方向に前記サブコーンの外周部の位置を１００％としたときに、５５％以下である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のスピーカー。
前記サブコーンの前記複数の線状の薄肉部と前記サブコーンの外周部とで囲われた面を有し、かつ
前記サブコーンの前記複数の線状の薄肉部の深さは、前記サブコーンの板厚に対して１５％〜３５％であり、かつ
前記サブコーンの前記複数の線状の薄肉部の幅は、前記サブコーンの外周部の全長に対して３．５％以下であり、かつ
前記サブコーンの前記複数の線状の薄肉部の交点は、前記サブコーンの内周部を基点として径方向に前記サブコーンの外周部の位置を１００％としたときに、５５％以下である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のスピーカー。