JP7091142B2

JP7091142B2 - 電気音響変換装置

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Publication number: JP7091142B2
Application number: JP2018099209A
Authority: JP
Inventors: 景田辺; 亮伊藤
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2018-05-23
Filing date: 2018-05-23
Publication date: 2022-06-27
Anticipated expiration: 2038-05-23
Also published as: EP3573347A1; JP2019205069A; US20190364366A1

Description

本発明は、電気音響変換装置の音質向上の技術に関するものである。

電気音響変換装置としては、剛性に異方性がある振動板を用いることにより高域での共振ピークの先鋭化を抑制したスピーカが知られている（たとえば、特許文献１）。
ここで、このスピーカの振動板は、形状異方性を有するフィラーが所定の１方向にその長軸を配向させた状態で樹脂内に分散している構造を有する繋ぎ目のない一枚のシート材を成形して製作されている。

また、このスピーカは、振動板がコーン形状を有するコーン型スピーカであり、振動板の内周側端部に連結したボイスコイルボビンに巻き回したボイスコイルにオーディオ信号を印加し、磁気回路により発生したボイスコイルを通る磁束との電磁作用により、ボイスコイルボビンを介して振動板を振動させ音を発生させている。

このスピーカによれば、共振ピークの先鋭化が抑制され、すなわち共振が分散され、原音と異なる不要音の発生が抑制され、より原音に近い音を再生することができる。

特許第６２７５２９７号公報

しかし、上述した剛性に異方性がある振動板を用いたスピーカによれば、共振分散による音質向上効果は得られるものの、振動板の非軸対称モードの振動が発生し易くなり、当該振動による出力音の比較的大きな歪みが生じてしまうことがある。

そこで、本発明は、剛性に異方性がある振動板を用いた電気音響変換装置において、共振分散による音質向上効果を得つつ、非軸対称モードの振動の発生を抑制することを課題とする。

前記課題達成のために、本発明は、電気信号と音響信号との間の変換を行う電気音響変換装置を、繊維の向きに異方性のある繊維強化シート材を成形して形成した、剛性に異方性のある振動板と、環状の端部を有すると共に、前記振動板の軸方向に見て前記環状の端部が前記振動板の外縁部の内側を取り囲むように、前記環状の端部が前記振動板の外縁部に固着されたボイスコイルボビンと、前記ボイスコイルボビンに巻き回されたボイスコイルと、前記ボイスコイルを通る磁束を発生する磁気回路とを含めて構成したものである。

このような電気音響変換装置によれば、ボイスコイルボビンの当該環状の端部を、前記振動板の軸方向に見て当該環状の端部が前記振動板の外縁部の内側を取り囲むように、前記振動板の外縁部に固着したので、ボイスコイルボビンによって振動板を効果的に補強し、振動板の剛性が小さい方向について振動板の剛性を強化することができる。そのため、共振分散による音質向上効果を得ることができるとともに、振動板の非軸対称モードの振動を抑制することができる。

また、ボイスコイルボビンによって振動板の外縁部を駆動することにより、振動板の全体の動きを、ボイスコイルボビンの動きに、より忠実に追従させることができるようになり、振動板の非軸対称モードの振動の発生を抑制することができる。

また、前記課題達成のために、本発明は、前記振動板の外周側端の部分を、当該振動板の当該外周側端の部分よりも内側の部分の面に沿わない方向に屈曲したリブとしたものである。

このような電気音響変換装置によれば、振動板の振動板の外周側端の部分をリブとしたので、振動板の剛性が小さい方向について、その剛性を強化することができる。そのため、共振分散による音質向上効果を得ることができるとともに、振動板の非軸対称モードの振動を抑制することができる。

また、前記課題達成のために、本発明は、前記振動板の軸方向に見て当該振動板の軸を中心とする環形状を有する、前記振動板の面に固着された制振部材を設けたものである。
このような電気音響変換装置によれば、振動板に固着した制振部材によって、振動板の剛性が小さい方向について、その振動を減衰させることができ、振動板の非軸対称モードの振動を抑制することができる。また、環状の制振部材を振動板と同軸状に設けているので、異なる新たな非軸対象振動を発生させることなく、制振部材によって振動板の非軸対称モードの振動を吸収して抑制することができる。

ここで、以上のような電気音響変換装置は、たとえば、電気信号を音響信号に変換するスピーカであってよい。

以上のように、本発明によれば、剛性に異方性がある振動板を用いた電気音響変換装置において、非軸対称モードの振動の発生を抑制することができる。
以上、本発明の実施形態について説明した。
なお、以上の各実施形態は、振動板の形状がドーム形状でない場合にも同様に適用することができる。
また、以上の各実施形態は、電気信号を音響信号に変換するスピーカの他、音響信号を電気信号に変換するマイクロフォンなどの電気音響変換装置にも同様に適用することができる。

本発明の第１実施形態に係るスピーカを示す図である。本発明の第２実施形態に係るスピーカを示す図である。本発明の第３実施形態に係るスピーカを示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
まず、第１の実施形態について説明する。
図１に、本第１実施形態に係るスピーカを示す。
便宜上、図中に示すようにスピーカの上下前後左右を定めるものとして、図１ａはスピーカの上面を表し、図１ｂはスピーカの前面を表し、図１ｃはスピーカの下面を表し、図１ｄは図１ａの断面線Ａ-Ａによる断面図を表す。

また、図１ｅは、図１ｄの断面図の部分Ｂを拡大して示した図である。
さて、図示するように、スピーカは、下端に底を有し上端が開口した円管形状のヨーク１、ヨーク１の内側の底の上に固定された円盤形状の磁石２、磁石２の上に配置された円盤形状のトッププレート３を備えており、ヨーク１と磁石２とトッププレート３で磁気回路を形成している。なお、トッププレート３の上にはサブマグネット４が備えられている。このサブマグネット４は、磁界の方向が磁石２に対して反発する方向となっており、トッププレート３から磁気ギャップに向かう磁束密度を増加させる働きをしている。

また、スピーカは、ドーム形状の振動板５、中空の円筒形状のボイスコイルボビン６、ボイスコイルボビン６に巻き回されたボイスコイル７、エッジ８、上端に内向フランジ９１を備えた円管形状のトップフレーム９、上端に内向フランジ１０１を備えた円管形状のサブフレーム１０を備えている。

サブフレーム１０は、内向フランジ１０１の下面が、ヨーク１の上端の周上に載置された形態で、上下方向に見てヨーク１の上端の開口を囲むようにヨーク１に対して固定されている。また、トップフレーム９は、内向フランジ９１の下面が、サブフレーム１０の上端の周上に載置された形態で、上下方向に見てサブフレーム１０の開口を囲むように、サブフレーム１０に対して固定されている。

そして、振動板５の外周側縁部はエッジ８の内周側縁部に連結されており、エッジ８の外周側縁部は、トップフレーム９とサブフレーム１０に挟持された形態でヨーク１に対して固定されている。

次に、振動板５の外周端部には、ボイスコイルボビン６の上端がボイスコイルボビン６が下方に延伸するように固着され、振動板５の外周端部の内側は上下方向にみてボイルコイルボビン６の内側となる。

そして、ボイスコイルボビン６に巻き回されたボイスコイル７はヨーク１とトッププレート３の外周側面との間の、磁気回路によって発生する磁束φが通過する空間に配置される。

そして、オーディオ信号がボイスコイル７に印加されると、磁気回路から発生する磁束と、ボイスコイル７を流れるオーディオ信号との電磁作用によって、オーディオ信号の振幅に応じて、ボイスコイルボビン６と振動板５が上下に振動し、振動板５からオーディオ信号に応じた音が発生する。

ここで、振動板５は、剛性に異方性を備えたシート状の素材を、曲げ加工や真空成形等によってドーム形状に成形することにより製作したものである。このような材料を用いた振動板は、一見バランスが悪いように見える。しかし、共振ピークの先鋭化が抑制され、すなわち共振が分散され、原音と異なる不要音の発生が抑制され、より原音に近い音を再生することができる。

なお、このような剛性に異方性を備えたシート状の素材としては、たとえば、炭素繊維の向きを揃えた炭素繊維強化プラスチック(CFRP;Carbon Fiber Reinforced Plastics）のシートや、ガラス繊維強化プラスチック（GFRP；Glass Fiber Reinforced Plastics）などの繊維強化プラスチック（FRP；Fiber Reinforced Plastics ）を用いることができる。このような、繊維強化プラスチックのシートでは、繊維が向いている方向の剛性が大きくなり、繊維の向きと垂直な方向の剛性が小さくなる。

したがって、図１ａに示すように、振動板５において繊維が向いている方向がＸ方向であれば、Ｘ方向の剛性が大きく、Ｘ方向と垂直なＹ方向の剛性が小さくなる。そして、この結果、振動板単体ではＹ方向に進む非軸対称の振動が生じ易くなる。

しかし、本第１実施形態では、ボイスコイルボビン６を前記振動板５の振動板５の外周端部に固着したので、ボイスコイルボビン６によって振動板５を効果的に補強し、振動板５の剛性が小さい方向について振動板５の剛性を強化することができ、振動板５の非軸対称モードの振動を抑制することができる。

また、ボイスコイルボビン６によって振動板５の外周端部を駆動することにより、振動板５の全体の動きを、ボイスコイルボビン６の動きに、より忠実に追従させることができるようになり、振動板５の非軸対称モードの振動の発生を抑制することができる。

なお、共振分散の効果は、材料の特性によるものなので、上記のような補強により共振分散の効果が消失することはない。その結果、「共振分散」と「非軸対象振動抑制」の両立を図ることができる。

なお、ボイスコイルボビンを振動板の中心部に固着し、振動板の外縁部の補強手段として別の筒状部品等を用いることも考えられるが、重量増加を招き、高周波数帯域での振動が困難になる。これに対して本実施形態においては、補強手段としてボイスコイルボビン６を利用しており、重量増加が抑制されているので、高周波数帯域での特性が悪化しないようになっている。

以上、本発明の第１実施形態について説明した。
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。
本第２実施形態に係るスピーカは、図１に示した第１実施形態に係るスピーカにおいて、振動板５の外周縁部を屈曲させるリブ加工を施して、振動板５の外周側端の部分を環状のリブとしたものである。

すなわち、本第２実施形態においては、図２ａに図１ａの断面線Ａ-Ａによる断面図を示し、図２ｂに図２ａの断面図の部分Ｂを拡大して示すように、振動板５の外周端をエッジ８との連結部よりも外側に延伸させている。そして、連結部よりも外側に延伸させた外部分を、上下方向に見て、ドーム形状の振動板５の軸を中心とする一つの円または径の異なる複数の円のそれぞれを曲げ線として、振動板５のドーム形状に沿わない方向に曲げて形成したリブ５１を、エッジ８との連結部の外側に設けている。

ここで、このようにして設けるリブ５１の形状は、たとえば、図２ａ、ｂに示した形状の他、図２ｃに示すような形状などの種々の形状が可能である。
また、リブ５１は、必ずしも、エッジ８との連結部の外側に設ける必要はなく、たとえば、図２ｄに示すように、振動板５の環状のリブ５１の部分を連結部として、振動板５とエッジ８を連結するようにしてもよい。

以上、本発明の第２実施形態について説明した。
本第２実施形態によれば、振動板５の外終端部分の部分をリブ５１としたので、振動板５の剛性が小さい方向について、その剛性を強化することができ、振動板５の非軸対称モードの振動を抑制することができる。

また、たとえば、図２ｄに示したように、リブ５１の部分を利用して、ボイスコイルボビン６と振動板５との連結部においてボイスコイルボビン６と振動板５とを、より広い面積で当接させることができ、当該当接した部分を接着することにより、ボイスコイルボビン６と振動板５との連結部の強度を向上することができる。

以下、本発明の第３の実施形態について説明する。
本第３実施形態は、図１に示した第１実施形態に係るスピーカにおいて、振動板５に環状のダンパ部材を固着したものである。
すなわち、本第３実施形態は、図３ａにスピーカの上面を表し、図３ｂにスピーカに前面を表し、図３ｃにスピーカの下面を表し、図３ｄに図３ａの断面線Ａ-Ａによる断面図を表すように、振動板５の下面のエッジ８より内周側となる位置に、環状のダンパ部材１１を、振動板５と同軸状に接着等により固着したものである。

ここで、ダンパ部材１１は、硬質ゴム等の剛性と振動吸収性を備えた素材を用いて形成した部材である。
また、図３ｅ１にダンパ部材１１の上面を表し、図３ｅ２にダンパ部材１１の前面を表し、図３ｅ１にダンパ部材１１の右側面を表すように、ダンパ部材１１は、上下方向に見て環状形状を有し、上面、下面が、ドームの下面の湾曲に倣って湾曲した形状を有する部材である。

以上、本発明の第３実施形態について説明した。
本第３実施形態によれば、振動板５に固着したダンパ部材１１によって、振動板５の剛性が小さい方向について、振動を減衰させることができ、振動板５の非軸対称モードの振動を抑制することができる。また、環状のダンパ部材１１を振動板５と同軸状に設けているので、異なる新たな非軸対象振動を発生させることなく、ダンパ部材１１によって振動板５の非軸対称モードの振動を吸収して抑制することができる。

１…ヨーク、２…磁石、３…トッププレート、４…サブマグネット、５…振動板、６…ボイスコイルボビン、７…ボイスコイル、８…エッジ、９…トップフレーム、１０…サブフレーム、１１…ダンパ部材、５１…リブ、９１…内向フランジ、１０１…内向フランジ。

Claims

電気信号と音響信号との間の変換を行う電気音響変換装置であって、
振動板と、
環状の端部を有すると共に、前記振動板の軸方向に見て前記環状の端部が前記振動板の外縁部の内側を取り囲むように、前記環状の端部が前記振動板の外縁部に固着されたボイスコイルボビンと、
前記ボイスコイルボビンに巻き回されたボイスコイルと、
前記ボイスコイルを通る磁束を発生する磁気回路とを有し、
前記振動板は、一枚の、繊維の向きが一方向に揃った繊維強化シート材の形状のみを、当該振動板の軸方向に見て前記繊維の向きが一方向に揃うように変形して形成されたものであることを特徴とする電気音響変換装置。
請求項１記載の電気音響変換装置であって、
前記振動板の外周側端の部分は、当該振動板の当該外周側端の部分よりも内側の部分の面に沿わない方向に屈曲したリブとなっていることを特徴とする電気音響変換装置。
請求項１記載の電気音響変換装置であって、
前記振動板の軸方向に見て当該振動板の軸を中心とする環形状を有する、前記振動板の面に固着された制振部材とを有することを特徴とする電気音響変換装置。
請求項１、２または３記載の電気音響変換装置であって、
当該電気音響変換装置は、電気信号を音響信号に変換するスピーカであることを特徴とする電気音響変換装置。