WO2022137865A1 - ダイナミック型スピーカーユニット - Google Patents

Abstract

出力音圧を向上し、低歪みのダイナミック型スピーカーユニットを提供する。　複数の曲面によって構成され、長さがほぼ等しい複数の辺を連結して形成された前面開口からネック部の開口に向かって細くなる形状とされた振動板を備え、前面開口のコーナー部とネック部の開口の周縁を結んだ第１の曲線と、辺の中点とネック部の開口の周縁を結んだ第２の曲線のそれぞれの曲率が所定の比率に設定されたダイナミック型スピーカーユニットである。

Description

ダイナミック型スピーカーユニット

　本技術は、ダイナミック型スピーカーユニットに関する。

　スピーカーのサイズ制約がある中で、振動板面積を拡大させて音圧を向上する方法として、丸型振動板よりもスペースファクターの良い矩形振動板を使うことが一般的に挙げられる。スピーカーユニットの音圧向上のために使用される矩形振動板には、その形状が起因で丸型振動板と比較して特異な振動モードが発生することがあり、音圧特性が乱れることがある。特異な振動モードが発生する主な要因は、丸型振動板と比較して矩形振動板は形状起因での剛性が弱いことである。特許文献１に記載のスピーカーユニットでは、振動板にトラス(truss)構造を設けて振動板の剛性を高めることで、２０Hz～８０Hzのような低域再生時の屈曲を低減させている。

米国特許第７９１６８９０号明細書

　しかしながら、特許文献１のように、トラス構造等の補強部のみで振動板の剛性を高める手法をとると、低域再生時の屈曲は改善されるのに対し、高域再生時にはその補強部のために振動モードの乱れが顕著に現れ、歪や音圧特性のピークディップが悪化する問題がある。したがって特許文献１に記載の構造のスピーカーユニットの使用帯域は低域のみになってしまう。

　したがって、本技術の目的は、全帯域にわたって再生時の特性を改善することができるダイナミック型スピーカーユニットを提供することにある。

　本技術は、複数の曲面によって構成され、長さがほぼ等しい複数の辺を連結して形成された前面開口からネック部の開口に向かって細くなる形状とされた振動板を備え、
　前面開口のコーナー部とネック部の開口の周縁を結んだ第１の曲線と、辺の中点とネック部の開口の周縁を結んだ第２の曲線のそれぞれの曲率が所定の比率に設定されたダイナミック型スピーカーユニットである。

図１は、本技術によるスピーカーユニットの一実施形態の斜視図である。 図２は、本技術によるスピーカーユニットの一実施形態の断面図である。 図３は、一実施形態における矩形振動板及びエッジの平面図である。 図４は、図３の一部断面斜視図である。 図５は、一実施形態における矩形振動板の斜視図である。 図６Ａ～図６Ｅは、１次振動モードを対比的に示した図である。 図７は、本技術の説明に使用する周波数－加速度特性のグラフである。 図８は、本技術の説明に使用する周波数－音圧特性のグラフである。 図９は、一実施形態におけるノッチの説明に使用するグラフである。 図１０は、本技術の一実施形態の変形例の説明に使用する平面図である。

　以下、本技術の実施形態等について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態等は本技術の好適な具体例であり、本技術の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。また、以下の説明では、図示が煩雑となることを防止するために、一部の構成のみに参照符号を付す場合や、一部の構成を簡略化して示す場合もある。

　図１は、ダイナミック型のスピーカーユニットの斜視図であり、図２は、スピーカーユニットの断面図である。矩形振動板１の胴体部は、複数の曲面によって構成され、長さがほぼ等しい複数の辺を連結して形成された前面開口２からネック部３の円形の開口に向かって細くなる形状を有する。一実施形態では、前面開口２がほぼ正方形とされている。矩形振動板１の胴体部は、裏側から表側に向かって緩やかに盛り上がる弧を描く形状とされている。矩形振動板１は、紙、高分子、金属などの材料からなる。ネック部３の開口を塞ぐように、ダストキャップ４が設けられている。

　図３は、矩形振動板1及びエッジ５の正面図である。矩形振動板１の開口端の外周がエッジ５の内周縁５ａと固定されている。エッジ５は、内周縁５ａと一体のロールエッジ部５ｂと、ロールエッジ部５ｂと一体の外周縁５ｃを有する。エッジ５は、ウレタンフォーム、エラストマーなどの弾性材料からなる。外周縁５ｃがフレーム６に固定され、矩形振動板１がエッジ５によって支持される。エッジ５は直線とコーナー部のラウンドでほぼ正方形となるように構成されているのに対し、矩形振動板１の胴体部は弧で構成されるため、エッジ５の外形と矩形振動板１の胴体部の外形とが平行になることはない。ここで、平行にしてしまうと応力がロールエッジ部５ｂの直線部にかかりにくく、コーナー部に集中してしまう。本実施形態では平行にならないので、直線部にも周方向の応力をかけることができ、コーナー部と直線部の両方で支えることができる。

　フレーム６には、磁性材料によって形成されたプレート７が取り付けられている。プレート７は略円環状に形成されている。プレート７の後面には円環状に形成されたマグネット８が取り付けられている。マグネット８の後面にはヨーク９が取り付けられている。

　プレート７とマグネット８とヨーク９は、中心軸が一致された状態で結合されている。ヨーク９のセンターポール部にはコイルボビン１１が前後方向、即ち、センターポール部の軸方向へ変位可能（移動可能）にダンパー１０によって支持されている。コイルボビン１１は円筒状に形成され、コイルボビン１１の前端が矩形振動板１のネック部３に固定されている。

　コイルボビン１１の外周面にボイスコイル１２が巻き付けられている。ボイスコイル１２は少なくとも一部が磁気ギャップに位置されている。ボイスコイル１２が磁気ギャップに位置することにより、プレート７とマグネット８とヨーク９とボイスコイル１２によって磁気回路が構成される。ボイスコイル１２に対して駆動信号が供給されることによって、矩形振動板１及びボイスコイル１２が変位する。

　さらに、矩形振動板１と対応してエッジ５が四隅にラウンドした形状のコーナー部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ及び２１ｄ（特にコーナー部のそれぞれを区別する必要がない場合には、コーナー部２１と称する）を有する。コーナー部２１のそれぞれにおいて複数のノッチが形成されている。

　図４の断面図に示すように、例えばコーナー部２１ａには、矩形振動板１の放射方向に延びて背面側に突出するノッチ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅが形成されている。ノッチ２２ａ～２２ｅの隆起量（深さ）は、エッジ５の面厚以上とされている。ノッチ２２ａ～２２ｅの断面は、半円状又はＶ字状とされている。また、ノッチ２２ａ～２２ｅは、エッジ５のロールエッジ部５ｂの内周縁５ａと外周縁５ｃの間を連結せずに、より短い長さで形成される。

　ノッチ２２ａ，２２ｃ及び２２ｅは、エッジ５のロールエッジ部５ｂと外周縁５ｃの境界又はその近傍から開始してロールエッジ部５ｂの頂部からやや内周縁５ａ側に近づいた位置まで形成されている。ノッチ２２ｂ及び２２ｄは、エッジ５のロールエッジ部５ｂと内周縁５ａの境界又はその近傍から開始してロールエッジ部５ｂの頂部からやや外周縁５ｃ側に近づいた位置まで形成されている。他のコーナー部２１ｂ，２１ｃ及び２１ｄのそれぞれに対しても上述したコーナー部２１ａと同様に、５個のノッチがそれぞれ形成されている。なお、ノッチの数は、５個に限定されない。

　上述のように構成されたスピーカーユニットにおいて、ボイスコイル１２に駆動電圧又は駆動電流が供給されると、磁気回路において推力が発生し、コイルボビン１１が前後方向（軸方向）へ変位してコイルボビン１１の変位に伴って矩形振動板１が振動する。このとき電圧又は電流に比例した音声の出力が行われる。

　図５は、矩形振動板１の胴体部の一例の斜視図である。矩形振動板１の胴体部は、前面開口２を形成する４辺のそれぞれからネック部３の頂点によって形成される円形の開口１５の周縁１６まで延びる曲面によって形成されている。曲面を形成する曲線は、矩形振動板１の裏側から表側に向かってやや隆起している。矩形振動板１のコーナー部の頂点と開口１５の周縁１６を結ぶ曲線Ａ（４本存在する）が最大の長さとなり、前面開口２を形成する辺の中点と周縁１６を結ぶ曲線Ｂ（４本存在する）が最小の長さとなる。

　曲線Ａ及び曲線Ｂのそれぞれが単一の曲率（曲率半径の逆数）で構成されている。但し、曲線Ａ及び曲線Ｂのそれぞれが２種類以上の複数の曲率によって構成されるようにしてもよい。さらに、曲線Ａ及び曲線Ｂのとの間に新たに曲線を追加しても構わない。

　本技術の一実施形態は、曲線Ａ及び曲線Ｂのそれぞれの曲率を設定することによって、矩形振動板１の曲線の長さの相違による強度の相違を抑えて、矩形振動板１の剛性を向上させるものである。すなわち、（曲線Ａの曲率：曲線Ｂの曲率）の比率を（１：０．３）から（１：０．６）の範囲に設定する。この比率から外れる場合、矩形振動板１の胴体部の強度が不足し、１次振動モードが発生する周波数が低下してしまう。なお、曲線Ａと曲線Ｂ以外、例えば、曲線Ａと曲線Ｂの間の曲率は、曲線Ａと曲線Ｂの曲率の範囲内とする。

　周知の台形円錐形の胴体部を有する従来の丸型振動板の場合には、振動板の胴体部を構成する面の長さ（円形の前面開口の周縁からネック部の頂点によって形成される円形の開口の周縁まで延びる面の長さ）が等しいので、１次振動モードが同心円状の変位の分布を示す。一方、矩形振動板１の場合では、曲線Ａ及び曲線Ｂの長さが相違しており、これらの曲線の位置の振動板の強度が相違している。

　本技術の一実施形態では、上述したように、（曲線Ａの曲率：曲線Ｂの曲率）の比率を所定の範囲の値に設定しているので、矩形振動板１（図６Ａ参照）の胴体部の１次振動モードが丸型振動板（図６Ｂ参照）に近づき、胴体部の中心部分は分割振動の変位が小さくなる。この時、矩形振動板１の胴体部の曲線Ａの端部付近（四隅のコーナー）は分割振動の変位が大きくなるが、その面積は極めて小さいため影響は少ない。また、曲線Ａおよび曲線Ｂの曲率の上述した下限と上限における１次振動モード例も図６Ｃ、図６Ｄにそれぞれ示した。図６Ｃは、（曲線Ａの曲率：曲線Ｂの曲率）の比率が（１：０．３）における１次振動モード例を示し、図６Ｄは、（曲線Ａの曲率：曲線Ｂの曲率）の比率が（１：０．６）における１次振動モード例を示す。上述した比率の範囲内の曲率で曲線Ａおよび曲線Ｂを調節することにより、１次振動モードは、丸型振動板（図６Ｂ参照）に近いものが得られる。図６Ｅは、（曲線Ａの曲率：曲線Ｂの曲率）の比率が（１：０．８）における１次振動モード例を示す。（曲線Ａの曲率：曲線Ｂの曲率）の比率が設定範囲から外れると図６Ｅに示すように丸型振動板と似た振動モードとなるのは振動板胴体の中心部分のみになり、その外周部は大きく変位するため振動板全体の強度バランスが崩れてしまう。

　図７は、矩形振動板１の胴体部の周波数－加速度特性を示す。図７における特性Ｌ１は、曲線Ｂのみで構成された胴体部の周波数－加速度特性である。特性Ｌ２は、開口１５から開始して途中まで円（台形円錐状）で、残りが曲線Ｂの構成を有する胴体部の周波数－加速度特性である。特性Ｌ３は、本技術の一実施形態のように設定された曲率を有する曲線Ａ及び曲線Ｂによって構成された胴体部の周波数－加速度特性である。図７では、長径部の特性と短径部の特性のそれぞれを示す。

　図７において矢印で示すように、本技術の一実施形態は、１次振動モードの生じる周波数をより高い周波数とすることができ、また、そのレベルをより小さくすることができる。したがって、本技術の一実施形態は、ピストンモーション領域を拡大することができる。

　図８は、周波数－音圧特性を示す。曲線Ａ及び曲線Ｂの曲率を上述した範囲に設定しない場合には、破線で示す特性となる。曲線Ａ及び曲線Ｂの曲率を上述した範囲に設定する本技術の一実施形態は、実線で示すように、高域の振動モードの振幅を抑えることができるので、帯域を拡げることができる。さらに、ピーク及びディップを低減することができる。

　本技術の一実施形態では、エッジ５の四隅のコーナー部に対して複数のノッチ２２ａ～２２ｅを設けているので、エッジ５の振幅－反力の上下非対称性を改善することができる。従来のロールエッジにはその形状による振幅－反力の上下非対称性があり、再生音を歪ませる原因となる。上下に振幅するとき、下方向に変位する時にはロールエッジ部５ｂの外側がより径が小さい内側に倒れ込むので、外側が円周方向に縮むことになる。一方、上方向に変位する時にはロールエッジ部５ｂの内側がより径が大きい外側に倒れ込むので、内側が円周方向に伸びることになる。この結果、ロールエッジの上下非対称性が発生する。ロールエッジ部５ｂが大きく縮む際にエッジにくぼみができてしまい、歪や異音の原因になることもある。

　本技術では、ノッチ２２ａ～２２ｅが形成された部分のエッジ材の厚みを周辺と同等かより薄くすることによって、ロールエッジが円周方向の伸縮によってくぼみ等の大変形をする前に、ノッチ２２ａ～２２ｅが開閉動作することで、変形を抑えることができる。

　ノッチ２２ａ，２２ｃ及び２２ｅは、外周縁５ｃからロールエッジ部５ｂの幅方向の中心位置を超えて内側まで延設された外側ノッチであり、ノッチ２２ｂ及び２２ｄは、内周縁５ａからロールエッジ部５ｂの幅方向の中心位置を超えて外側まで延設された内側ノッチである。外側ノッチは、外側が縮むことに対応するために設けられ、内側ノッチは、内側が伸びることに対応するために設けられている。さらに、ロールエッジ部５ｂの幅方向の中心位置から内側及び外側に延設された中央ノッチを設けるようにしてもよい。

　図９は、変位－スティフネスの特性を示し、実線が従来のノッチを有しないエッジの特性である。矩形振動板の上下の変位に対してスティフネスが非対称となる。これに対してノッチ２２ａ～２２ｅを形成している本技術は、破線の特性で示すように、ロールエッジが上下に振幅したときのスティフネスの対称性を得ることができ、さらにロールエッジの座屈が解消される。なお、対称性が良好なものとなるように、ノッチの本数、ノッチの深さなどは、シミュレーションによって求められる。

　図１０を参照して本技術の一実施形態の変形例を説明する。上述した矩形振動板１に対して補強用の８個のリブ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３１ｅ，３１ｆ，３１ｇ，３１ｈが形成されている。８個のリブ３１ａ～３１ｈは、４５°の等角間隔で設けられている。リブ３１ａ～３１ｈは、下側（裏側）に突出するものである。リブ３１ａ～３１ｈを追加することによって、矩形振動板１の剛性が高まり、１次振動モードが発生する周波数をより高くすることができる。本技術では、曲線Ａの曲率と曲線Ｂの曲線を上述したように設定しているので、リブ３１ａ～３１ｈを追加しても高域での振動モードの乱れを抑えられ、さらに振動板の強度を向上できる。

　矩形振動板の変位方向で振幅と反力の関係が非対称なことに起因する歪みは、前述した特許文献１に記載されているような、ロールエッジ部の外側から内側まで連続した切り込みを入れる手法によって解消することができない。本技術によれば、このような歪みを解消することができる。

　以上、本技術の一実施形態について具体的に説明したが、上述の一実施形態に限定されるものではなく、本技術の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えばロールエッジの断面形状としては、断面が半円状のロールエッジ部が２個連続するようなエッジに対しても本技術を適用することができる。さらに、本技術は、多角形の開口を有する振動板を備えたスピーカーユニットに対して適用することができる。

　上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料及び数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料及び数値などを用いてもよい。上述した実施形態及び変形例は、適宜組み合わせることができる。

　本技術は、以下の構成も採ることができる。
（１）
　複数の曲面によって構成され、長さがほぼ等しい複数の辺を連結して形成された前面開口からネック部の開口に向かって細くなる形状とされた振動板を備え、
　前記前面開口のコーナー部と前記ネック部の開口の周縁を結んだ第１の曲線と、前記辺の中点と前記ネック部の開口の周縁を結んだ第２の曲線のそれぞれの曲率が所定の比率に設定されたダイナミック型スピーカーユニット。
（２）
　前記前面開口が矩形とされた（１）に記載のダイナミック型スピーカーユニット。
（３）
　（前記第１の曲線の曲率：前記第２の曲線の曲率）の比率を（１：０．３）から（１：０．６）の範囲に設定するようにした（２）に記載のダイナミック型スピーカーユニット。
（４）
　振動板がロールエッジを介してフレームに対して取り付けられた（１）から（３）のいずれかに記載のダイナミック型スピーカーユニット。
（５）
　前記ロールエッジのコーナー部において前記前面開口の放射方向に延びるように形成された複数のノッチを有し、
　前記ノッチは、外周縁からロールエッジ部の幅方向の中心位置を超えて内側まで延設された外側ノッチと、内周縁からロールエッジ部の幅方向の中心位置を超えて外側まで延設された内側ノッチを含む（４）に記載のダイナミック型スピーカーユニット。
（６）
　前記内側ノッチ及び前記外側ノッチは、ほぼ一定の幅の開口を有するストライプ状の形状を有する（５）に記載のダイナミック型スピーカーユニット。
（７）
　前記振動板が補強用のリブを有する（１）から（６）のいずれかに記載のダイナミック型スピーカーユニット。

１・・・矩形振動板、２・・・前面開口、３・・・ネック部、５・・・エッジ、
５ａ・・・内周縁、５ｂ・・・ロールエッジ部、５ｃ・・・外周縁、
１５・・・ネック部の開口、２１ａ～２１ｄ・・・コーナー部、
２２ａ～２２ｅ・・・ノッチ、３１ａ～３１ｈ・・・補強用のリブ

Claims (7)

1. 　複数の曲面によって構成され、長さがほぼ等しい複数の辺を連結して形成された前面開口からネック部の開口に向かって細くなる形状とされた振動板を備え、
   　前記前面開口のコーナー部と前記ネック部の開口の周縁を結んだ第１の曲線と、前記辺の中点と前記ネック部の開口の周縁を結んだ第２の曲線のそれぞれの曲率が所定の比率に設定されたダイナミック型スピーカーユニット。
2. 　前記前面開口が矩形とされた請求項１に記載のダイナミック型スピーカーユニット。
3. 　（前記第１の曲線の曲率：前記第２の曲線の曲率）の比率を（１：０．３）から（１：０．６）の範囲に設定するようにした請求項２に記載のダイナミック型スピーカーユニット。
4. 　振動板がロールエッジを介してフレームに対して取り付けられた請求項１に記載のダイナミック型スピーカーユニット。
5. 　前記ロールエッジのコーナー部において前記前面開口の放射方向に延びるように形成された複数のノッチを有し、
   　前記ノッチは、外周縁からロールエッジ部の幅方向の中心位置を超えて内側まで延設された外側ノッチと、内周縁からロールエッジ部の幅方向の中心位置を超えて外側まで延設された内側ノッチを含む請求項４に記載のダイナミック型スピーカーユニット。
6. 　前記内側ノッチ及び前記外側ノッチは、ほぼ一定の幅の開口を有するストライプ状の形状を有する請求項５に記載のダイナミック型スピーカーユニット。
7. 　前記振動板が補強用のリブを有する請求項１に記載のダイナミック型スピーカーユニット。

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