JP7332230B1

JP7332230B1 - スピーカー

Info

Publication number: JP7332230B1
Application number: JP2023524829A
Authority: JP
Inventors: 知久島津
Original assignee: 株式会社薩摩島津
Priority date: 2022-04-25
Filing date: 2023-02-09
Publication date: 2023-08-23
Anticipated expiration: 2043-02-09
Also published as: JPWO2023210103A1

Abstract

大幅に振動体剛性を高めるとともに、特に非軸対称モード振動に対する剛性が著しく向上し、且つ軸対称モード振動についても共振開始周波数を高める音質の改善を実現するスピーカーを提供すること。中心側から外周側に向けて前方に拡がる形状の第１振動板１２０と、第１振動板（１１０）と外周縁で接合されて対向配置される中心側から外周側に向けて後方に拡がる形状の第２振動板（１２０）とを有し、第１振動板（１１０）と第２振動板（１２０）の間に補強部材（１３０）が配置されている。

Description

本発明は、ボイスコイル等によって駆動される振動板を有するスピーカーに関する。

従来のスピーカーの振動板は、コーン形やドーム型に代表されるように、シート材を成型して得られる簡便な形状が多く用いられている。
しかし、これらのものは、特に外周部分の剛性が低く、エッジ（サラウンド）の質量付加によって使用帯域内で容易に軸対称モード振動を発生してしまう。
また、これらの形状は横方向からの力にも非常に弱いため、低い周波数から非軸対称モード振動を生じる。
これらの共振によって、特定の音高で強調音が生じたり、歪み音を発生したり、音濁りを生じたりするため、音質上好ましくない問題が生じる。

特開平４－９２５９８号公報特開２００３－２３０１９１号公報特開２０１５－８２７５４号公報

例えば、従来の振動板形状では、非軸対象モード振動（釣鐘動）に対して非常に剛性が低いため、例えば１７ｃｍ口径スピーカーでは３００～５００Ｈｚ程度から非軸対称モード振動が発生し、音質上重要な中音域において既に分割振動を発生している。
また、軸対称モード振動についても、剛性の低くなる振動板外周部にエッジ（サラウンド）の質量が付加されることで、１～２ｋＨｚ程度の中高音域において共振を生じてしまうのが現実である。

これらの問題の改善のため、樹脂のような内部損失の大きな振動板素材を使用することで、共振鋭度を抑えるものが公知であるが、聴感上の応答が劣化するという問題があった。
また、軽金属、炭素繊維、ハニカムコア（特許文献１－３等参照）など、比弾性の大きな素材を用いることで共振開始周波数を高めるものも公知であるが、現実には使用帯域内や、使用帯域上限付近での強い共振が生じるため、癖や歪みの多い音質になりやすいという課題があり、使用帯域内での分割振動から十分に逃れることができなかった。

本発明は、これらの問題点を解決するものであって、大幅に振動体剛性を高めるとともに、特に非軸対称モード振動に対する剛性が著しく向上し、且つ軸対称モード振動についても共振開始周波数を高めて音質の改善を実現するスピーカーを提供することを目的とする。

本発明は、中心側から外周側に向けて前方に拡がる形状の第１振動板と、前記第１振動板と外周縁で接合されて対向配置される中心側から外周側に向けて後方に拡がる形状の第２振動板とを有し、前記第１振動板と前記第２振動板の間に補強部材が配置され、前記補強部材が、前記第１振動板と前記第２振動板の間の空間に筒形状に配置された筒状補強部材を含み、前記筒状補強部材の少なくとも一つが、前記第１振動板のボビンとの接合部の裏面に接合されていることにより、前記課題を解決するものである。
また、中心側から外周側に向けて前方に拡がる形状の第１振動板と、前記第１振動板と外周縁で接合されて対向配置される中心側から外周側に向けて後方に拡がる形状の第２振動板とを有し、前記第１振動板と前記第２振動板の間に補強部材が配置され、前記補強部材が、前記第１振動板及び前記第２振動板に接触しない位置に制振部材を有することにより、前記課題を解決するものである。

本請求項１に係る発明によれば、補強部材が第１振動板と第２振動板の間の空間に筒形状に配置された筒状補強部材を含み、筒状補強部材の少なくとも一つが第１振動板のボビンとの接合部の裏面に接合されていることにより、また、本請求項３に係る発明によれば、補強部材が第１振動板及び第２振動板に接触しない位置に制振部材を有することにより、立体的な外殻構造と内部の補強構造によって大幅に振動体剛性を高めることでき、非軸対称モード振動に対する剛性が著しく向上し、且つ軸対称モード振動についても共振開始周波数を高めて音質の改善を実現することができる。

本請求項２及び４乃至８に係る構成によれば、様々な補強部材を配置あるいは組み合わせることによって、より剛性を向上させるとともに、さらなる音質改善を行うことができる。

本発明の第１実施形態に係るスピーカーの断面説明図。本発明の第２実施形態に係るスピーカーの断面説明図。筒状補強部材の実施形態の説明図。板状補強部材の実施形態の説明図。発泡体の実施形態の説明図。筒状補強部材の他の実施形態の説明図。中心部補強部材の実施形態の説明図。本発明の第３実施形態に係るスピーカーの断面説明図。本発明の第４実施形態に係るスピーカーの断面説明図。制振部材の変形例の説明図。本発明の他の実施形態に係るスピーカーの参考写真。本発明のさらに他の実施形態に係るスピーカーの参考写真。図９のスピーカーの特性グラフ。

本発明の実施例を、図１～図１１を参照して説明する。但し、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

本発明の第１実施形態に係るスピーカー１００は、図１に示すように、中心側から外周側に向けて前方（図１の上向）にコーン状に拡がる形状の第１振動板１１０と、第１振動板１１０と外周縁で接合されて対向配置される中心側から外周側に向けて後方（図１の下方）にコーン状に拡がる形状の第２振動板１２０とを有している。
第１振動板１１０と第２振動板１２０の間には、円筒補強部材１３１が配置されている。
円筒補強部材１３１は、ボイスコイル１０２を有するボビン１０３と同一直径で前後方向（図１の上下方向）に連続するように設けられている。
また、第１振動板１１０は、周知のスピーカーと同様に、マグネット１０１と位置固定されたフレーム１０４に対して柔軟なエッジ１０５により接続されている。
なお、全体の剛性を担保するとともに厚みを大きくしすぎないよう、外周縁の接合部における第１振動板１１０と第２振動板１２０の成す角θは３０°～１２０°とするのが望ましい。

本発明の第２実施形態に係るスピーカー１００ｂは、図２に示すように、中心側から外周側に向けて前方にドーム状に拡がる形状の第１振動板１１０ｂと、第１振動板１１０ｂと外周縁で接合されて対向配置される中心側から外周側に向けて後方にドーム状に拡がる形状の第２振動板１２０ｂとを有している。
第１振動板１１０ｂと第２振動板１２０ｂの間には、円筒補強部材１３１が配置されている。
円筒補強部材１３１は、ボイスコイル１０２を有するボビン１０３と同一直径で前後方向に連続するように設けられている。
また、第１振動板１１０ｂは、周知のスピーカーと同様に、マグネット１０１と位置固定されたフレーム１０４に対して柔軟なエッジ１０５により接続されている。
本実施形態では、外周縁の接合部における第１振動板１１０ｂと第２振動板１２０ｂの成す角θを大きくすることができ、第１実施形態と比べて厚みを増加させずに全体の剛性をより大きくすることができる。

また、上記２つの実施形態では、補強部材として全体が同一直径の円筒補強部材１３１を１つのみ設けたが、剛性、共振点、重量を考慮して、形状、配置数、配置位置を様々に変えあるいは組み合わせたものが考えられる。
例えば、図３に示すように、筒状補強部材１３１の外周側に直径が一様でない円錐筒状補強部材１３３を第１振動板１１０側で隣接するように配置してもよい。
また、図４に示すように、筒状補強部材１３１の外周側に、放射状に板状補強部材１３２を配置してもよい。
また、図５に示すように、筒状補強部材１３１の外周側に、発泡材１３４を充填してもよい。
また、図６に示すように、直径が一様でない円錐筒状補強部材１３３を中心から外周に向かって断面がトラス構造となるように複数配置してもよい。

さらに、図７に示すように、円錐筒状補強部材１３３を有し、円錐筒状補強部材１３３の第１振動板１１０側端部、第２振動板１２０側の端部から、中心側にそれぞれ第１振動板１１０及び第２振動板１２０と対称な形状の中心部補強部材１３５を設けてもよい。
中心部補強部材１３５を設けることで、第１振動板１１０及び第２振動板１２０のピストン運動時に、放射方向の応力が集中する第１振動板１１０及び第２振動板１２０の中心部の剛性を向上させることができ、共振の開始周波数をより高音域に排除することができる。

本発明の第３実施形態に係るスピーカー１００ｃは、図８に示すように、中心側から外周側に向けて前方にドーム状に拡がる形状の第１振動板１１０ｃと、第１振動板１１０ｃと外周縁で接合されて対向配置される中心側から外周側に向けて後方にドーム状に拡がる形状の第２振動板１２０ｃとを有している。
第１振動板１１０ｃと第２振動板１２０ｃの間には、直径が一様でない円錐筒状補強部材１３３が、中心から外周に向かって断面がトラス構造となるように複数配置されている。
最も内側の円錐筒状補強部材１３３の第１振動板１１０ｃとの接合部側は、ボイスコイル１０２を有するボビン１０３と同一直径であり、第１振動板１１０ｃのボビン１０３との接合部の裏面に接合されている。
また、第１振動板１１０ｃは、周知のスピーカーと同様に、マグネット１０１と位置固定されたフレーム１０４に対して柔軟なエッジ１０５により接続されている。
本実施形態では、第２振動板１２０ｃに対して、ボビン１０３の駆動力を、トラス構造を持つ複数の円錐筒状補強部材１３３を経由して直接的に伝達できるための、特に高音域でより広帯域な音声の再生が可能となる。

本発明の第４実施形態に係るスピーカーは、図９に示すように、中心側から外周側に向けて前方にドーム状に拡がる形状の第１振動板１１０ｄと、第１振動板１１０ｄと外周縁で接合されて対向配置される中心側から外周側に向けて後方にドーム状に拡がる形状の第２振動板１２０ｄとを有している。
第１振動板１１０ｄと第２振動板１２０ｄの間には、直径が一様でない円錐筒状補強部材１３３が、中心から外周に向かって断面がトラス構造となるように複数配置されている。
複数の円錐筒状補強部材１３３の間には、上下方向の中間位置に隣接する円錐筒状補強部材１３３と接合されるように制振部材１３６が配置されている。

本実施形態の制振部材１３６は、断面がクサビ形状で、図１０（ａ）に示すように上面から見てドーナツであり、全ての円錐筒状補強部材１３３の間に配置されている。
制振部材１３６は、図１０（ｂ）に示すように上面から見て放射状に複数設けてもよく、また、複数の円錐筒状補強部材１３３の間のいずれかにのみ配置してもよい。
制振部材１３６の材質については、発泡体を含む様々な樹脂や粘弾性体が適用可能である。
例えば、軽量な樹脂発泡体を制振部材１３６として使用することにより、重量増加による能率低下を避けつつ、効率良く共振音を抑制することが可能となる。

なお、上記の各実施形態では、第１振動板１１０、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄと第２振動板１２０、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄを同一形状として対向させているが、例えば、一方をコーン状、他方をドーム状とした異なる形状のものを対向させてもよく、第１振動板と第２振動板が外周縁で接合され内部空間に補強部材を有する構成であれば、それぞれコーン状、ドーム状に限定されず、他の形状の振動板を組み合わせてもよい。
また、第２振動板１２０、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄが中心に孔部をたない構造でセンターキャップの役目も果たすことから、第１振動板１１０、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄはボビン１０３より外周側のみとし、内周側を孔部として軽量化してもよい。
また、全ての変形例において、第１振動板１１０、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、第２振動板１２０、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ、筒状補強部材１３１、板状補強部材１３２、円錐筒状補強部材１３３、中心部補強部材１３５の材質は、従来通りの紙、樹脂、金属、炭素繊維等いかなるものであってもよい。

また、第１振動板１１０、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、第２振動板１２０、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ、筒状補強部材１３１、板状補強部材１３２、円錐筒状補強部材１３３、中心部補強部材１３５の板厚は、それぞれ一様な板厚を有するものであってもよく、一様でない板厚を有するものであってもよい。
また、複数の円錐筒状補強部材１３３が、それぞれ異なる板厚を持つものであってもよい。
例えば、ボビン１０３からの駆動力による応力が集中する第１振動板１１０、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、第２振動板１２０、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄの中心部分（またはボビン１０３との接合部に近い部分）の剛性を高め、且つ応力の低い外周部（またはボビン１０３から遠い部分）は薄く軽量化することで、第１振動板１１０、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、第２振動板１２０、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄの共振開始周波数をより高い周波数に排除する事が可能である。
特に第１振動板１１０、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ及び第２振動板１２０、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄについては、両方またはいずれか一方を、直径の異なる板材を貼り合わせて、中心、外周で厚みを変化させる方法が考えられる。
また、プレス技術等によって、各部の厚みを連続的に変化させる方法も可能である。

なお、どの部分の厚みを大きくするのかについては、ボビン１０３の直径によって変化させてもよい。
例えば、大口径ボビンによって第１振動板１１０、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄの外周を駆動する場合は、第１振動板１１０、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ（及び第２振動板１２０、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ）の外周部分の厚みを大きくし、中心部を薄くするのがよい。
中口径ボビンの場合は、ボビン直径周辺の厚みを大きくし、第１振動板１１０、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ（及び第２振動板１２０、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ）の中心部と外周部は薄くするのがよい。
一般的な広帯域スピーカー（例えばフルレンジスピーカー）の場合は小口径ボビンが主流であるため、第１振動板１１０、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ（及び第２振動板１２０、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ）の中心部の厚みを増すのがよい。

図１１（参考写真）に示す実施形態は、円筒補強部材１３１を二重に設け、中心側の円筒補強部材１３１から外周縁まで放射状に２０枚の板状補強部材１３２を配置したものである。
本実施形態では、中心側の円筒補強部材１３１が炭素繊維製、第１振動板１１０、第２振動板１２０、外側の円筒補強部材１３１及び板状補強部材１３２がアルミ製であり、第１振動板１１０及び第２振動板１２０の直径は１７ｃｍである。
本実施形態の第１振動板１１０及び第２振動板１２０は、単体で中心を吊るして外周部を打撃した際には約４００Ｈｚの共振音が生じるが、第１振動板１１０、第２振動板１２０、円筒補強部材１３１及び板状補強部材１３２を結合して中心を吊るして外周部を打撃した際には、硬い打撃音がするのみで、非軸対称モードの共振音は生じないことが確認された。

また、同様にして図１２（参考写真）に示すような、６ｃｍ口径のさらに他の実施形態を製作して周波数特性を測定したところ、図１３に示すように極めて滑らかな特性であり、且つ１－２ｋHz付近での軸対象モード共振による、いわゆる「中音域の谷」は観測されず、分割振動の開始周波数は使用帯域よりも十分に高い周波数に排除されている。
実際の音質上も、癖や歪み感が非常に少なく、応答も良好であり、極めて高音質であることが確認できた。

１００・・・スピーカー
１０１・・・マグネット
１０２・・・ボイスコイル
１０３・・・ボビン
１０４・・・フレーム
１０５・・・エッジ
１１０・・・第１振動板
１２０・・・第２振動板
１３１・・・筒状補強部材
１３２・・・板状補強部材
１３３・・・円錐筒状補強部材
１３４・・・発泡体
１３５・・・中心部補強部材
１３６・・・制振部材

Claims

中心側から外周側に向けて前方に拡がる形状の第１振動板と、
前記第１振動板と外周縁で接合されて対向配置される中心側から外周側に向けて後方に拡がる形状の第２振動板とを有し、
前記第１振動板と前記第２振動板の間に補強部材が配置され、
前記補強部材が、前記第１振動板と前記第２振動板の間の空間に筒形状に配置された筒状補強部材を含み、
前記筒状補強部材の少なくとも一つが、前記第１振動板のボビンとの接合部の裏面に接合されていることを特徴とするスピーカー。
前記補強部材が、前記第１振動板と前記第２振動板の間の空間に放射状に配置された複数の板状補強部材を含むことを特徴とする請求項１に記載のスピーカー。
中心側から外周側に向けて前方に拡がる形状の第１振動板と、
前記第１振動板と外周縁で接合されて対向配置される中心側から外周側に向けて後方に拡がる形状の第２振動板とを有し、
前記第１振動板と前記第２振動板の間に補強部材が配置され、
前記補強部材が、前記第１振動板及び前記第２振動板に接触しない位置に制振部材を有することを特徴とするスピーカー。
前記補強部材が、前記第１振動板と前記第２振動板の間の空間の一部又は全部に充填される発泡体を含むことを特徴とする請求項１または請求項３に記載のスピーカー。
前記補強部材が、複数の円筒状補強部材及び／または板状補強部材を有し、
前記複数の円筒状補強部材及び／または板状補強部材は、中心側と外側で板厚が異なることを特徴とする請求項１または請求項３に記載のスピーカー。
前記補強部材が、前記第１振動板と前記第２振動板の間の空間の前記第１振動板及び／または前記第２振動板の中心を含む領域に設けられた中心部補強部材を含むことを特徴とする請求項１または請求項３に記載のスピーカー。
前記第１振動板及び前記第２振動板が、コーン形状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項３に記載のスピーカー。
前記第１振動板及び前記第２振動板が、ドーム形状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項３に記載のスピーカー。