JPH11234794A - スピーカの機械的共振を減衰する方法および装置 - Google Patents

スピーカの機械的共振を減衰する方法および装置

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JPH11234794A JP10322439A JP32243998A JPH11234794A JP H11234794 A JPH11234794 A JP H11234794A JP 10322439 A JP10322439 A JP 10322439A JP 32243998 A JP32243998 A JP 32243998A JP H11234794 A JPH11234794 A JP H11234794A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、スピーカ素子の駆動装置の機械的
振動を減衰させ、それによってスピーカの機械的共振の
減衰方法を得ること目的とする。 【解決手段】 スピーカの磁石構造6 または磁石構造付
近のフレーム4 の部分に１以上の付加的質量1 をスプリ
ング2 等で弾性的に取付け、この付加的質量1 を駆動装
置7 、フレーム4 、または駆動装置7 またはフレーム4
に機械的に結合されたスピーカエンクロージャの共振点
または実効的な共振範囲内にある共振周波数を有するよ
うに選定したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スピーカ構造に取
付けられ、同調された機械的共振を有するスピーカの機
械的共振を減衰する方法およびスピーカの機械的共振を
減衰させる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】約５０年にわたって、スピーカの機械的
共振が放射される音響の品質を低下させることが知られ
ており、この問題を克服するために種々の方法が開発さ
れている。これらの方法の幾つかではスピーカエンクロ
ージャ（スピーカボックス、スピーカキャビネット）に
スピーカ素子を弾性的に取付けており、エンクロージャ
に伝達される振動を減衰させている。しかしながら、多
くの異なった実施形態で提案されているそのような構造
は構成が困難であり、生産コストが高く、スピーカ取付
けの標準的ではない設計および製造技術を必要とする。
【０００３】トーマセン(Thomasen)（参考文献 1および
5）による米国特許明細書にはエンクロージャの壁にお
ける振動を減衰するためにエンクロージャの壁に取付け
るための適当な振動ダンパーが開示されている。この方
法はそのソースにおいて励起された振動を減少させるも
のではなく、壁の運動の２次的効果に対するものであ
り、振動を制御するための有効な方法を提供するもので
はない。さらに、広い帯域幅にわたって振動を制御し、
実用的な設計および材料の制約内で、広帯域動作と高い
効率が共に得られることは技術的な一般的な目標である
ことが示されている。
【０００４】アークロイド(Akroyd)（参考文献 2）のヨ
ーロッパ明細書はダイナミックスピーカの素子をエンク
ロージャ壁に機械的に結合する弾性材料から作られた管
を有する構造を提案している。この装置は、振動を減少
させるためにスピーカ素子のフレームを支持するための
ものである。この管は同時に音響共振構造として機能す
る。この構造は機械的支持を行うが、エンクロージャの
共振の有効な減衰器として機能しない。アークロイドの
発明はこの機械的結合が振動の消去を達成し、それによ
って減衰が達成されることを意図している。材料のステ
ィフネスが、例えば付加的な支持によって増加するの
で、特性共振の固有周波数が増加するが、機械的共振の
減衰を生じさせる構造の摩擦損失が同時に増加しないか
ぎり、共振は移動しない。事実、ダイナミックスピーカ
素子の駆動装置がエンクロージャの後部壁に機械的に結
合されている場合には、スピーカエンクロージャの外部
壁における機械的振動の量は減少しないでむしろ増加す
る可能性がある。それは、この構造は結合を減少させる
代わりに多くの周波数における振動の機械的結合を実際
に強調するからである。しかしながら、このような付加
的な機械的支持によって機械的共振の固有周波数を高い
方向へ移動させる効果が得られる。
【０００５】タナカの米国特許明細書（参考文献 3）で
はダイナミックスピーカ素子の駆動装置がその前面壁で
はなくスピーカエンクロージャの外部に固定されてい
る。さらに、スピーカ素子のフレームをスピーカエンク
ロージャに固定する弾性手段が設けられている。また、
参考文献 2についてこの発明にも同様に適用できること
が記載され、固定点はエンクロージャの前面ではない
が、低い機械的損失を有する手段を使用してスピーカ駆
動装置がエンクロージャに機械的に固定された構造が示
されている。エンクロージャ壁に結合される振動は通常
エンクロージャの全ての壁で生じるため、この構造では
良好な最終的な結果は得られない。どの壁にスピーカの
駆動装置が取り付けられたかは関係がなく、機械的振動
はエンクロージャの全ての壁に現れ、エンクロージャへ
の機械的エネルギの転送は、取付け手段の機械的弾性お
よびスピーカ素子の質量が共振する周波数でとくに効率
が大きくなる。それ故、このタナカの発明ではエンクロ
ージャの前面壁に結合される振動を顕著に減少させるこ
とはできるが振動のエンクロージャへの結合を一般的に
減少させることはできない。
【０００６】ファバリ(Favali)のフランス特許明細書
（参考文献 4）には、エンクロージャ壁に結合され、エ
ンクロージャにスピーカ素子を取付けた弾性体からなる
プレートを使用して機械的振動を減衰させる構造を備え
たスピーカエンクロージャが記載されている。この発明
は材料中の内部摩擦により機械的エネルギを熱に変換す
るように機能する弾性体中に剪断力を生成することを意
図している。このファバリの発明は機械的振動を生じる
スピーカ素子の傾向を減少させるものではない。その構
造は弾性体接合部で最大変位が生じない共振周波数にお
いては有効ではない。それは弾性体中にはこれらの周波
数における音響エネルギ損失がないからである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】これらの参考文献１乃
至５に記載された方法は、いずれもそのソース、すなわ
ちスピーカ素子における機械的振動を制御しようとする
ものではなくスピーカエンクロージャ中の２次振動に対
する影響を追及するものである。本発明は上記のような
従来の技術とは異なっており、本発明の目的は、スピー
カ素子駆動装置の機械的振動を減衰させ、それによって
エンクロージャ構造中の振動の減衰を不要にすることで
ある。このように本発明は従来の技術とは基本的に異な
る優れたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的は、本発明によ
り、スピーカの磁石回路に少なくとも１つの付加的な質
量を弾性的に取付け、システムの固有周波数が典型的に
スピーカの機械的共振と一致するようにこの付加的な質
量を選択することによって達成される。このような構成
によって、磁石回路で発生された機械的振動エネルギは
付加的な質量の振動としてこの付加的な質量に転送され
るようになり、したがって弾性結合素子がその材料の摩
擦損失によってこのエネルギを吸収することが可能にな
る。典型的に全体の付加的質量は磁石回路の質量と同程
度であるように選択される。質量はまた磁石回路の質量
と例えば１桁程度異なるように選択されてもよい。
【０００９】さらに、詳しく説明すると、本発明は、ス
ピーカ構造に取付けられ、同調された機械的共振構造を
有するスピーカの機械的共振を減衰する方法において、
スピーカの磁石構造または磁石構造に近接したフレーム
の部分に少なくとも１つの付加的な質量を弾性的に取付
け、この付加的な質量は、駆動装置、フレーム、駆動装
置またはフレームに機械的に結合されたスピーカエンク
ロージャの少なくとも１つの共振点または実効的な共振
範囲内にある共振周波数を有していることを特徴とす
る。スピーカの機械的共振の減衰方法。
【００１０】さらに、本発明は、音響放射コーンと、こ
の音響放射コーンに取付けられたボイスコイルと、スピ
ーカ素子のフレームと、このスピーカ素子のフレームに
結合された磁石回路と、スピーカ素子の構造体に取付け
られた１以上の付加的な質量と、スピーカ素子に関連し
たスピーカエンクロージャとを具備しているスピーカシ
ステムの機械的共振を減衰させる装置において、スピー
カの磁石構造または磁石構造に近接したフレームの部分
に弾性的に取付けられた少なくとも１つの付加的な質量
を具備し、この付加的な質量は、駆動装置、前記フレー
ム、前記駆動装置またはフレームに機械的に結合された
の少なくとも１つの共振点または実効的な共振範囲内に
ある共振周波数を有していることを特徴とする。
【００１１】本発明によれば以下のような種々の効果が
得られる。本発明の方法による共振の減衰の制御は、従
来技術を使用する場合に比較して非常に簡単で、容易
で、廉価に実施することができる。それは、不所望な共
振を除去するために良好で信頼性のある現在のスピーカ
の構造を変更する必要がないからである。これはスピー
カ素子が弾性手段によりエンクロージャに取付けられた
場合や、磁石回路が弾性手段によりスピーカ素子のフレ
ームに取付けられた場合、或るいはスピーカエンクロー
ジャ中に弾性構造を使用した場合には可能ではない。さ
らに、付加的な質量および取付け部分の弾性および損失
の適切な選択によって、共振のピークのＱ値、制御の実
効的周波数範囲、および振動の減少量を調整することが
可能である。以下の添付図面を参照にして例示的な実施
形態について詳細に説明する。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１に示されたダイナミックスピ
ーカ素子は、電磁力により付勢されたとき典型的には振
動板コーン5 である音響放射素子を変位させる駆動装置
6 を備えている。通常駆動装置6 は磁石回路7 およびそ
の磁石装置回路7 中のギャップ中で運動するボイスコイ
ル（図示せず）を備えている。通常は、ボイスコイルは
空気を駆動する（変位させる）振動板コーン5 に接着剤
で接着されている。このようにスピーカ素子は空気変位
機構8 （すなわち、コーンおよびボイスコイル）の質量
と、静止部分（すなわち、磁石装置回路7 ）の質量と、
スピーカ素子のフレーム構造4 の質量とを有している。
【００１３】磁石回路7 およびその磁石回路7 中のギャ
ップ中で運動するボイスコイルを含むコーンを変位させ
る駆動装置は、外部構造、典型的にはスピーカエンクロ
ージャにスピーカ素子のフレーム4 の周辺で取付けられ
ている。フレーム4 は代表的なものでは鋼板、プラスチ
ック、金属ダイキャストで作られ、ボイスコイルの変位
する軸方向においてある程度の弾性を有している。ま
た、スピーカエンクロージャの前面壁はある程度の弾性
を有しており、それは一般的にはスピーカ素子のフレー
ム4 の弾性に付加して考えることができる。
【００１４】スピーカが動作するとき、電磁力はボイス
コイルに作用する力と反対方向に磁石回路7 に作用し、
したがってスピーカ素子のフレーム4 の弾性およびエン
クロージャの前面壁に対する機械的取付け部分における
弾性に１以上の共振を生成させ、質量はこれらのいずれ
かと機械的に結合している。振動エネルギは磁石回路か
らエンクロージャ壁に送られるようになる状態を有し、
それらを振動させる。これは好ましいことではなく、こ
の機械的振動エネルギの伝達はエンクロージャ壁からの
音響放射を生成し、スピーカ素子から放射された音響放
射に付加される。したがって音響出力はもはや最初に考
えられていたようにスピーカ素子だけでは決定されなく
なり、音響出力の品質を劣化させる。
【００１５】典型的なスピーカについて、まず、磁石回
路の質量がボイスコイルを変位させ、フレームの強固に
結合された部分がフレーム4 の弾性により共振する角周
波数ω0 を発見する。この機械的共振は損失を有する質
量・スプリング系としてモデル化することができる。
【００１６】本発明は磁石回路7 に付加的な質量を取付
ける方法を開示する。その付加的な質量1 は、例えば磁
石回路・フレーム系の共振周波数ω0 と一致するように
選択された周波数で磁石回路7 と共に共振する。さら
に、これらの周波数はエンクロージャ壁への振動エネル
ギの伝達が減少されることを必要とする任意の他の周波
数に選択することができる。付加的な質量の量およびそ
れらの取付け部分における弾性の適切な選択によって、
多数の周波数またはオーバーラップした周波数帯域にお
ける多数の共振を制御することができる。このようにし
て、機械的振動の減少の効率および実効的周波数範囲を
調整および制御することが可能になる。
【００１７】本発明の理論的背景について以下説明す
る。図５ａを参照すると、１つの弾性的に取付けられた
質量（質量ｍ2 ）が示されており、この質量ｍ2 は、磁
石回路ｍ1 とスピーカ素子のフレーム4 のスティフネス
ｋ1 およびその損失ｃ1 と共に質量・スプリング系を形
成している。変位振幅はこの系の共振周波数において最
大値を有している。図５のａは弾性ｋ2 および損失係数
ｃ2 を有する質量ｍ2 が弾性的にこの系に取付けられた
状態を示している。
【００１８】このように形成された２つの結合された質
量からなるこの系の共振周波数は、弾性ｋ2 および損失
係数ｃ2 を変化させることによって適切に調整され、磁
石回路の質量ｍ2 の機械的共振周波数における変位の振
幅ｘ1 を最小にすることができる。 ニュートンの第２運動法則は次の式１のとおりである。 ΣＦ＝ｍａ 式１ この式は、作用するすべての力の合計がゼロであれば、
系は休止状態に維持されることを示している。
【００１９】従来の質量系に対して運動の式は、次の式
２および３で示される。
【数１】 電気機械的アナロジーを使用し、機械力Ｆ（ｔ）を電圧
Ｖ（ｔ）として表し、運動速度ｄｘ／ｄｔを電流ｉ
（ｔ）として表すと図５のｂに示された等価回路が得ら
れる。
【００２０】２質量機械系の性質は式２および３の微分
方程式を使用するか、電気的アナロジーを使用すること
によって解析することができる。以下のようにこの系の
性質は電気機械的アナロジーを使用して検査される。付
加的な質量ｍ2 がない場合には、上記のスピーカ磁石回
路により形成された質量・スプリング系ｍ1 は角速度
[6] に応じた次の式４で示される速度ｖで振動する。
【数２】 付加的な質量ｍ2 を使用しないとき、最大速度は共振周
波数において発生し、その周波数においてこで分母の虚
数部分がゼロになり、それによって機械的エネルギの転
送は最も効率が高くなる。この共振の角周波数は、
【数３】 によって与えられる。
【００２１】次に付加的な質量ｍ2 を使用することによ
る状況の変化について検討する。電気機械的アナロジー
を使用する図５の２質量系の解析は、付加的な質量の共
振周波数の調整により磁石回路の変位振幅ｘ1 を減少さ
せることが可能になる。この共振周波数は質量ｍ2 とそ
の取付け部分の弾性ｋ2 とによって決定され、磁石回路
の共振周波数と同じになるように調整される。
【００２２】運動速度を減少させるための付加的な質量
の能力は、弾性取付け部分の損失に依存する（電気機械
的アナロジーにおける成分Ｒ2 ）。適当な材料を使用す
ることにより正しくなるように共振周波数を設定した
後、正しいレベルに損失を調整し、弾性的な取付け部分
に対する機械的寸法を補正することにより、機械的振動
を任意のレベルまで減少させることが可能であり、所望
のレベルの振動減衰を得ることができる。
【００２３】駆動装置の運動エネルギを吸収するために
付加的な質量により生成された共振器の能力は共振系の
Ｑ値によって特徴付けられる。このＱ値は次の式６によ
って与えられる。 Ｑ＝ｍ2 ω0 ／ｃ2 式６ この式６は、共振周波数ω0 において、共振のＱ値、し
たがって機械的振動を減衰させる能力が磁石システムに
対する取付け部分の付加的質量および弾性値に依存する
ことを示している。弾性取付け部分の損失係数が一定に
維持された場合、所望のＱ値は付加的質量の正しい量お
よび取付けスプリングの正しい弾性を選択することによ
って得られる。もしも付加的質量が一定に維持された場
合には、取付け部分の損失の量が周波数の減少にしたが
って減少されなければならない。
【００２４】次に、本発明の実際の実施形態に対するパ
ラメータの決定の例について説明する。本発明による付
加的質量の値は、例えば磁石回路とスピーカエンクロー
ジャ中に取付けられたスピーカ素子フレームによって形
成された質量・スプリング系の共振周波数を加速変換器
の助けにより測定することによって選択されることがで
きる。共振周波数が知られた後、磁石回路の質量にほぼ
等しい重量を有する付加的な質量が磁石回路7 へ取付け
られ、測定が繰り返される。上述のような物理的原理を
使用することによって、スプリング定数に対する補正値
（正しい損失係数および弾性により表される）および質
量が選択される。
【００２５】実際の技術で遭遇するシステムの１例をあ
げると、スピーカ素子は測定された共振周波数ω0 が３
３００ラジアン／秒であり、磁石回路7 が１．８０ｋｇ
である。この場合、付加的質量Ｉは、厚さ４ｍｍ、面積
４．５ｃｍ2 のシートのニトリルゴムで作られたスプリ
ングを使用して取付けられた。材料の弾性は４．３ＭＮ
／ｍである。この場合に付加的質量は０．４ｋｇに選択
された。これらの選択によって振動を効果的に減少する
ことができた。この例は、取付けスプリングの性質がど
のように必要な付加的質量の量に影響するかを示してお
り、最適の結果はスピーカ中の質量共振系を生成する質
量と正確に同じではなく、質量は同程度のオーダーであ
ることを示している。さらに、場合によっては、付加的
質量およびその取付けスプリングを複数の部品に分割す
ることが有効である。質量および弾性は上述の原理にし
たがって変化されることができ、機械的共振の影響を所
望の低いレベルに減少させることができる。
【００２６】上記の実施形態に対する多くの変形変更が
可能であることを理解すべきである。上記の説明はは、
本発明の特定の実施形態の単なる例示に過ぎないことを
理解すべきであり、本発明の技術的範囲を逸脱すること
なく種々の、その他の構成が容易に可能である。
【００２７】参考文献 １． Thomasen ＵＳ 5 583 324 (1996) ２． Akroyd ＥＰ 0 459 682 (1990) ３． タナカ ＵＳ 4 797 935 (1989) ４． Favali ＦＲ 2 417 229(1978) ５． Thomasen ＵＳ 5 240 221 (1996) ６． Alonso M.,Finn E.:Physics Addison-Wesley,199
2 ７． William W.Seto:Theory and Problems of Acoust
ics,McGraw-Hill,Inc,1971
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態の１個の弾性的に取付けた
付加的質量を使用するスピーカ構造の側面図。
【図２】本発明の１実施形態の複数個の弾性取付け体を
並列に結合して取付けた付加的質量を使用するスピーカ
構造の側面図。
【図３】本発明の１実施形態の並列の複数の弾性的に取
付けた付加的質量を使用するスピーカ構造の側面図。
【図４】本発明の１実施形態の複数個の弾性取付け体を
直列および並列に結合して取付けた付加的質量を使用す
るスピーカ構造の側面図。
【図５】図１の実施形態の機械的共振および対応する電
気機械的類推に関連したパラメータおよび等価回路図。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 スピーカ構造に取付けられ、同調された
    機械的共振構造を有するスピーカの機械的共振を減衰す
    る方法において、 スピーカの磁石構造または磁石構造に近接したフレーム
    の部分に少なくとも１つの付加的な質量を弾性的に取付
    け、この付加的な質量は、駆動装置、前記フレーム、前
    記駆動装置またはフレームに機械的に結合されたスピー
    カエンクロージャの少なくとも１つの共振点または実効
    的な共振範囲内にある共振周波数を有していることを特
    徴とするスピーカの機械的共振の減衰方法。
  2. 【請求項２】 前記少なくとも１つの付加的な質量の全
    体の質量は、全体の質量が典型的に前記磁石回路の質量
    に近いように選択され、前記全付加的質量は通常前記磁
    石回路の０．１乃至１０倍の範囲である請求項１記載の
    方法。
  3. 【請求項３】 互いに直列または並列に結合された少な
    くとも１つの付加的質量およびスプリング構造からなる
    全付加的質量が前記磁石構造に弾性的に結合されている
    請求項１または２記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記付加的な質量は、 弾性ゴム、プラスチックまたはエラストマ、 金属スプリング、 空気スプリング、 或いはそれらの任意の組合わせを含む弾性材料を使用し
    て取付けられている請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記付加的な質量の弾性的な取付けは、
    １以上の分離した、等しい弾性体または異なる弾性体、
    同一または異なった材料からなる部分的スプリングを含
    み、前記部分的スプリングは互いに直列または並列に結
    合されている請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 音響放射コーンと、 この音響放射コーンに取付けられたボイスコイルと、 スピーカ素子のフレームと、 このスピーカ素子のフレームに結合された磁石回路と、 前記スピーカ素子の構造体に取付けられた１以上の付加
    的な質量と、 前記スピーカ素子に関連したスピーカエンクロージャと
    を具備しているスピーカシステムの機械的共振を減衰さ
    せる装置において、 スピーカの磁石構造または磁石構造に近接したフレーム
    の部分に弾性的に取付けられた少なくとも１つの付加的
    な質量を具備し、この付加的な質量は、駆動装置、前記
    フレーム、前記駆動装置またはフレームに機械的に結合
    されたの少なくとも１つの共振点または実効的な共振範
    囲内にある共振周波数を有していることを特徴とするス
    ピーカシステムの機械的共振の減衰装置。
  7. 【請求項７】 前記少なくとも１つの付加的な質量の全
    体的な質量は、全体的質量が典型的に前記磁石回路の質
    量に近いように選択され、前記全体的質量は通常前記磁
    石回路の０．１乃至１０倍の範囲である請求項６記載の
    装置。
  8. 【請求項８】 前記付加的な質量は、 弾性ゴム、プラスチックまたはエラストマ、 金属スプリング、 空気スプリング、 或いはそれらの任意の組合わせを含む弾性材料を使用し
    て取付けられている請求項６記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記付加的質量の弾性的な取付けは、１
    以上の分離した、等しい弾性体または異なる弾性体、同
    一または異なった材料からなる部分的スプリングを含
    み、前記部分的スプリングは互いに直列または並列に結
    合されている請求項６載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記付加的な質量は固体材料で構成さ
    れている請求項６載の装置。
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