JPH0744752B2 - スピ−カ - Google Patents

スピ−カ

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JPH0744752B2
JPH0744752B2 JP60215006A JP21500685A JPH0744752B2 JP H0744752 B2 JPH0744752 B2 JP H0744752B2 JP 60215006 A JP60215006 A JP 60215006A JP 21500685 A JP21500685 A JP 21500685A JP H0744752 B2 JPH0744752 B2 JP H0744752B2
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diaphragm
frequency band
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speaker
audio signal
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徹 森
誠 小橋
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  • Obtaining Desirable Characteristics In Audible-Bandwidth Transducers (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、略半円筒状に形成した振動子を並列的に連接
した振動子群の各連接部にボイスコイルが捲回又は接合
された振動板をもつスピーカに係り、振動子の構成およ
びボイスコイルを形成する構成構造ならびにそれらに付
属する分割ネットワークの接続に関する。
〔発明の背景〕
近年、耐熱性の合成樹脂シート(以後、単にプラスチッ
クシートという)が入手できるようになって、例えば実
開昭59−174793にも見られるように第2図に示すような
プラスチックシートを略半円筒状の振動子1aを並列的に
連接した振動板1を加熱加圧成形、ブロー成形などの成
形法によって成形し、振動子群の各連接部1bにボイスコ
イルVCを捲回または予め捲回成形したボイスコイルVCを
接合し振動系を形成した第3図に示す断面構造をもった
全帯域形のスピーカが製造されるようになった(例え
ば実開昭59−187295)。
ここで、3および4はヨークプレート、5は柱状マグネ
ット、6は振動板1およびボイスコイルVCからなる振動
系を支えるエッジ、7はフレームである。
このスピーカの利点は、振動系の質量が軽く構成でき
るので、従来のコーン形の全帯域形スピーカに比べ過渡
特性が良好で、形態的には極薄形のスピーカに構成で
きることである。
その反面、振動系の質量が軽くなったために、第4図に
示すように、再生音圧周波数特性イが平坦にならなく周
波数が高くなるに従って音圧レベルが増大(段差hが生
じる)する欠点を生じる。
この原因は、第8図に示すようにスピーカの放射インピ
ーダンスZr特性のXr分が周波数によって変化するためで
ある。
放射インピーダンスZrは、 である。ただし、 ここで、J1はベッセル関数、S1はストルブ関数である。
また、Rrは放射抵抗、Xrは放射リアクタンスと呼ばれ、
Ka<1の周波数帯域では近似的に、 となる。ここで、 a:振動板の実効半径 z0:特性インピーダンス(Z0=ρ0C) ρ0:空気の密度 c:空気中の音速 k:波定数 λ:波長 ω:角周波数(ω=2π) :周波数 ただし、第3図,第6図で示したスピーカは角形である
が、ここでは説明を簡単にするために無限大バッフル中
のピストン円板として記述している。
また、Xr=ωMa ……(7) ただし、 とおくと、Maは周波数に無関係な1つの質量である。こ
の質量Maは振動板の片面に付加する質量で空気の付加質
量と呼ばれ、空気を振動させるときの慣性を表わす。ま
た無限大バッフル中のスピーカではこの2倍の値とな
る。しかし、この関係はKa<1の低い周波数帯域ではほ
ぼ成立つが、Ka>1の高い周波数では、Xrが第8図に示
すように漸次減少するので、Maも減少することが分る。
一方、質量制御領域(>0,0:最低共振周波数)で
Ka<1の帯域での出力音圧レベル(SPL)は次式で求ま
る。
ここで、C:定数 B:磁気空隙の磁束密度 l:ボイスコイルの長さ a:振動板の実効半径 M0:振動系の実効質量(M0=Md+Mv+Ma+……) ZS:ボイスコイルの電気インピーダンス である。振動系の実効質量M0は、振動板の質量Md、ボイ
スコイルの質量Mv、空気の付加質量Maなどからなる。空
気の付加質量MaはKa<1の低い周波数帯域では(8)式
で表わしたようにほぼ一定であるが、Ka>1の高い周波
数帯域では、前述したように次式に従って漸次減少す
る。
また、Ka>5の高い周波数帯域では、 Rr≒πa2Z0 ……(11) Xr≒0 ……(12) となり、空気の付加質量Ma≒0となる。そのために、第
4図に示すように出力音圧周波数特性に段差hが発生
し、聴感上好ましくない音質となる。また、段差hは
(9)式より、次式で求まる。
ここで、重要なことは、空気の付加質量Maは、振動板の
実効半径aの三乗に比例するので、振動板が大きくなる
に従ってこの段差hは大きくなることが分る。
一方、前述したがKa>5の高い周波数帯域ではRr,Xrは
それぞれ(11)式,(12)式のようになる。これは指向
性が鋭くなって、振動板の前方にしか音が放射されなく
平面板に近くなることを示している。
また、指向特性は、次式によって求まる。
である。ここで、 Rθ:軸上の音圧と角度θでの音圧の比 J1:ベッセル関数 K:波定数(K=2π/λ) θ:振動板の軸と測定点の中心を結ぶ直線のなす角度 θ=30゜,θ=60゜での音圧周波数特性を第4図にそれ
ぞれロ,ハに合せ示している。
同様に、振動板が大きくなるほど低い周波数から指向性
が鋭どくなることを示している。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、かかる事情を鑑みて、一枚の振動板に
おいて全帯域を再生し、音圧周波数特性が平坦でかつ音
像定位が良好で、しかも指向特性(広指向性)および過
渡特性が良好なスピーカを提供することにある。
〔発明の概要〕
振動板1の各振動子1aの各連設部1bに複数個からなるボ
イスコイルを捲回または予め捲回し成形したボイスコイ
ルを接合する。そして第6図の点線ニで示すように低音
側の音圧レベルを上昇させる。または鎖線ホで示すよう
に高音側の音圧レベルを低下させるように、各帯域を駆
動するボイスコイルにそれぞれ分割ネットワークを接続
すると共に、駆動力に重み付けをして多重駆動を行い音
圧周波数特性を平坦にする。
また、指向特性を改善するために高音側を再生するため
のボイスコイルは、全振動子に対して駆動力を伝達しな
いで、例えば全体の1/2,1/3…の面積に当る振動子に対
して伝達するように捲回する。その結果、等価な実効半
径(等価な放射面積)が小さくなり指向特性が改善でき
る(広指向性)。
〔発明の実施例〕
以下、実施例を図により説明する。
実施例1:本実施例は、音圧レベルの高い高音側Hのレベ
ルを低下させる手段である。第1図は複数のボイスコイ
ルとそれに付随する分割ネットワーク(D.N.W.)の結線
図である。ここで、8,9はボイスコイル、10はローパス
フィルタ(L.P.F.)11とハイパスフィルタ(H.P.F.)12
からなる分割ネットワーク(D.N.W.)、13は減衰器(AT
T.)、14はボイスコイル9との合計で電気インピーダン
スZS=8Ωとするための抵抗器rである。
ここで、本発明の手段を説明しやすくするために前述の
段差hがdBであると仮定して、高音側Hの音圧レベル
(S.P.L.)を6dB低下させるには、スピーカの端子から
見た電気インピーダンスZS=8Ωとすると、ボイスコイ
ル8,9はそれぞれ同じ線長lで振動板全体に、平行又は
並列的に捲回し直列接続としている。また電気インピー
ダンスはそれぞれ4Ωとし、抵抗器14は4Ωとする。そ
れぞれのボイスコイル8,9は磁束密度Bなる磁気空隙に
位置している。スピーカの端子にiなる電流の信号が印
加されると、低音側Lの信号は、ボイスコイル8,9の両
方に流れるので、駆動力F−B×2l×i=2BLiである。
一方、高音側Hはボイスコイル9だけに流れるので駆動
力F=BLiとなり、高音側Hの駆動力Fは6dB低い。その
結果、第7図に示すように、ローパスフィルタ(L.P.
F.)11を通した低音側Lは音圧周波数特性となる(L.P.
F.11を通さない場合、点線で示す特性トである)。また
ハイパスフィルタ(H.P.F.)12を通した高音側Hは音圧
周波数特性チとなる(H.P.F.を通さない場合、点線で示
す特性リである)。特性ヘとチを合成すると全帯域にわ
たり平坦な音圧周波数特性ヌとなり、ボイスコイル9の
電気インピーダンスは4Ωであるので抵抗器14との和で
8Ωとすることによってスピーカの入力端子から見た電
気インピーダンス曲線は所定値ZS=8Ωを大幅に低下す
ることはない。
このように、ボイスコイル8,9を単に直列接続して電気
インピーダンスZS=8Ωで構成した全帯域形のスピーカ
の音圧周波数特性の段差hが6dBの場合、本実施例のよ
うに全帯域にわたって平坦な音圧周波数特性ヌが得られ
る。
段差hが6dB以上の場合、ボイスコイル8の長さlを長
く(>4Ω)、ボイスコイル9の長さlを短かく(<4
Ω)、合成の電気インピーダンスを8Ωになるように、
抵抗器14の抵抗値を大きく(r>4Ω)する方法と、減
衰器(ATT.)13で高音側Hの音圧レベルを下げる方法が
考えられる。
次に段差hが6dB以下の場合は、前述と逆にボイスコイ
ル8の長さlを短かく(<4Ω)、ボイスコイル9の長
さlを長く(>4Ω)して、合成の電気インピーダンス
を8Ωになるように、抵抗器14の抵抗値を小さく(r<
4Ω)すれば良い。
このように、本発明によれば、平坦な音圧周波数特性が
得られ、電気インピーダンス特性は所定値ZSを大幅に低
下することはない。
本発明では、最も簡素な2個のボイスコイルを用いて説
明したが、さらに多くのボイスコイルを用いることも可
能である。
実施例2:本実施例は、実施例1で述べたスピーカにお
いて、指向特性を合せ改善する方法である。実施例1で
は、高音側Hを再生するボイスコイル9は低音側Lを再
生するボイスコイルを兼ねているので振動板1全体に駆
動力Fを伝達するように、振動板1全体にボイスコイル
8,9は同じ線長l(電気インピーダンスも同じで平行又
は並列的に捲回しているので、その場合の指向特性は振
動板1の口径によってきまり第8図に示すようになる。
特に30゜,60゜はKa>2の高い周波数帯域で大幅に劣化
する。そのために、スピーカ2の正面軸上(A×1S)か
らずれた場合、高音成分が足りない音質となる。
そこで、指向特性を改善するには、振動板1の放射面積
S(実効半径a)を小さくすれば良い。第9図に示すよ
うに、第1図で示したボイスコイル8,9を捲回する。つ
まり、ボイスコイル8は振動板1の半分の振動子1a−1,
1a−2,1a−3,1a−4に捲回し、ボイスコイル9は同様に
振動板1の半分の振動子1a−5,1a−6,1a−7,1a−8に捲
回する。ボイスコイルと分割ネットワークなどの接続は
第1図と同一として以下を記述する。又前述の段差は6d
Bと仮定して同様に説明する。
高音側Hの音圧レベル(SPL)を6dB低下させるには、ス
ピーカの端子から見た電気インピーダンスZS=8Ωとす
ると、ボイスコイル8,9はそれぞれ同じ線長lで第9図
に示したように振動板1に捲回し、ボイスコイル8,9は
直列接続とする。また、ボイスコイル8,9の電気インピ
ーダンスはそれぞれ4Ωとして、抵抗器14は4Ωとす
る。それぞれのボイスコイル8,9は磁束密度Bなる磁気
空隙に位置している。
スピーカの端子にiなる電流の信号が印加されると、低
音側Lの信号は、ボイスコイル8,9の両ボイスコイルに
流れるので、駆動力F=B×2l×i=2Bliである。一
方、高音側Hはボイスコイル9だけに流れるので駆動力
F=Bliとなり、高音側Hの駆動力Fは6dB低い。その反
面、振動板1およびボイスコイルの質量が1/2となるの
で、実効質量M0は約1/2となる。さらに高音側Hは、振
動板の1/2の放射面積であるので(9)式を参照すれ
ば、低音側Lに比べ高音側Hの音圧レベルは6dB低くな
ることが分る。
その結果、第10図に示すように、ボイスコイル8,9によ
った低音側Lは音圧周波数特性ルとなる(L.P.F11を通
した場合、実線で示す特性ヲである)。またボイスコイ
ル9によった高音側Hは音圧周波数特性ワとなる(H.P.
F.12を通した場合、実線で示す特性カである。)このと
き、高音側Hの音圧周波数特性ワは、第7図に示した高
音側Hの音圧周波数特性チ,リに比べ周波数特性の形が
音圧レベルが6dB低下するだけではなく、1オクターブ
だけ高周波数域にシフトしている。特性ヲとカを合成す
ると全帯域にわたり平坦な音圧周波数特性ヨとなる。そ
のときの指向特性は第11図に示すように、30゜特性タ、
60゜特性レ共に第8図に示した実施例1に比べ、振動板
1の放射面積が1/2であるので1オクターブ高音域まで
改善される。また、ボイスコイル9によって生じる高音
側Hの駆動力Fが振動板1の全体に伝達しないように、
第9図に示すようにメカニカルフィルタの役目をする例
えばコルゲーション1bを振動子1a−5〜1a−8の外周に
設けると良い。
また、ボイスコイル9の電気インピーダンスは4Ωであ
るので抵抗器14との和で8Ωとすることによって電気イ
ンピーダンスZSは所定値を低下することはない。
段差hが6dB以上の場合、実施例1と同様にボイスコイ
ルの長さlを長く(>4Ω)、ボイスコイル9の長さl
を短かく(<4Ω)合成の電気インピーダンスを8Ωに
なるように抵抗器14の抵抗値を大きく(r>4Ω)する
方法と、ボイスコイル9を捲回する振動子1aの数を減ら
し、等価な放射面積を減らせば良く、このとき指向特性
は更に改善される。
次に段差が6dB以上の場合は、実施例1と同様に、前述
とは逆にボイスコイル8の長さlを短かく(<4Ω)、
ボイスコイル9の長く(>4Ω)する方法と、ボイスコ
イル9を捲回する振動子1aの数を段差hに合わせ増減
(放射面積を増減)する。
このように、ボイスコイル8,9を単に直列接続して(ボ
イスコイル1個と等価)電気インピーダンスZS=8Ωで
構成した全帯域形のスピーカの音圧周波数特性の段差h
が6dBの場合、本実施例のように全帯域にわたって平坦
な音圧周波数特性が得られ、かつ指向特性を改善でき
る。
上記したスピーカは、1個のスピーカでメカニカルにか
つ電気的に2wayの構成になっているが、3way以上の構成
にすることも可能である。そして高音側Hの放射面積S
を小さくすればさらに指向特性を改善できる。
本発明では、最も簡素な2個のボイスコイルを用いて説
明したが、さらに多くのボイスコイルを用いることも可
能である。
〔発明の効果〕
以上により明らかなように本発明によれば、一枚の振動
板によって、全帯域をメカニカルかつ電気的に複合形
(マルチウェイ形)のスピーカが構成でき、平坦な音圧
周波数特性が得られ、指向特性の改善ができる。さら
に、電気インピーダンス特性は所定値ZS(例えば8Ω)
を低下することもない。
その結果、音像定位が良くしかも過渡特性の良い自然な
音質のスピーカが得られる。さらにスピーカを駆動する
電力増幅器の動作を安定にする効果がある。
また、本発明の技術は、例えば他の方式の動電形スピー
カにも応用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例1のスピーカのボイスコイル,
分割ネットワークなどの構成を示す結線図、第2図は薄
形スピーカに用いているプラスチックシート成形振動板
の斜視図、第3図は本発明および従来の薄形スピーカの
構造断面図、第4図は従来の薄形スピーカの音圧周波数
特性と指向特性、第5図はピストン円板の放射インピー
ダンス特性図、第6図は従来の薄形スピーカの音圧周波
数特性図と改善の模式図、第7図は第1図に示した本発
明の実施例1のスピーカにおける本発明の主旨を示す特
性図、第8図は実施例1での本発明の駆動方向によった
スピーカの音圧周波数特性と指向特性図、第9図は本発
明の実施例2のスピーカの振動板とボイスコイルの関係
を示す模式図、第10図は本発明の実施例2のスピーカに
おける本発明の主旨を示す特性図、第11図は本発明の実
施例2の音圧周波数特性と指向特性図である。 1……振動板、1a……振動子 1b……連設部 1c……メカニカルフィルタの作用をもつコルゲーション ……スピーカ 3,4……ヨークプレート 5……柱状マグネット、6……エッジ 7……フレーム VC……複数からなるボイスコイル 8,9……ボイスコイル、10……分割ネットワーク 11……ローパスフィルタ、12……ハイパスフィルタ 13……抵抗減衰器、14……外部抵抗器 イ〜レ……音圧周波数特性 h……音圧周波数特性の段差

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】略半円筒状に形成された複数の振動子を並
    列的に連設し、各振動子の間の連設部にボイスコイルを
    巻回または接合して成る振動板を有する平面駆動形のス
    ピーカにおいて、 入力端子より入力された音声信号を、所望の周波数帯域
    毎に分離して出力する帯域分割ネットワークを設け、且
    つ、前記ボイスコイルを複数用意し、前記帯域分割ネッ
    トワークから出力された各周波数帯域毎の音声信号をそ
    れぞれ導く信号経路中に、それぞれ、複数の前記ボイス
    コイルを分けて接続して、各信号経路毎の、前記ボイス
    コイルによって発生される駆動力によって、前記振動板
    を多重駆動すると共に、 ka<1(但し、kは波定数、aは前記振動板の等価的な
    半径である。)の周波数帯域の音声信号を導く信号経路
    に係る前記駆動力に比べ、ka≧1の周波数帯域の音声信
    号を導く信号経路に係る前記駆動力の方が小さくなるよ
    う、各信号経路毎の駆動力に重み付けをすることによ
    り、音圧周波数特性が前記音声信号の全周波数帯域にわ
    たって略一定になるようにし、且つ、比較的低い周波数
    帯域の音声信号を導く信号経路に係る前記駆動力によっ
    て駆動される前記振動板の振動子の数に比べ、比較的高
    い周波数帯域の音声信号を導く信号経路に係る前記駆動
    力によって駆動される前記振動板の振動子の数の方が少
    なくなるように、前記振動板の放射面積に重み付けをす
    ることにより、指向特性を改善するようにし、且つ、各
    信号経路毎の電気インピーダンスを互いに略等しくなる
    ようにすることにより、前記入力端子から見た電気イン
    ピーダンスが前記音声信号の全周波数帯域にわたって略
    一定になるようにしたことを特徴とするスピーカ。
JP60215006A 1985-09-30 1985-09-30 スピ−カ Expired - Lifetime JPH0744752B2 (ja)

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