JP7143851B2 - 振動板のエッジ及びスピーカーユニット - Google Patents

Description

本技術は、音質を改善することができる振動板のエッジ及びスピーカーユニットに関する。

スピーカーユニットとして、エッジを介して振動板をフレームに取り付ける構成が知られている。横断面が半円状のロールエッジ、２個の半円を有するロールエッジなどが知られている。エッジは、振動板に対して制振効果を有する。さらに、エッジ自体も振動するので、振動板の一部としての機能を有する。これらの点からエッジがスピーカの音質に与える影響が小さくない。

例えば特許文献１には、低音の再生限界を下げるためには、振動板本体をフレームに弾性支持させるエッジ部等を変形し易くしてスチフネスを下げるために、複数本の溝状のリブ（横断面形状がＶ字状の溝）をエッジに一体成形することが記載されている。さらに、リブを設けた場合の問題点を解決するために、エッジ部の表面又は裏面の一部に、エッジの曲げ強度を部分的に改善する調整部材を設けることが記載されている。

特開２００４－０４８４９４号公報

振動板の変位とエッジの変形について検討したところ、振動板が前方に変位する場合と、後方に変位する場合では、エッジの動きに対する反力が相違する非対称性が認められた。反力は、エッジの動きを阻止する方向の力である。かかる非対称性を特許文献１に記載されているようなリブによって補正することができない。すなわち、特許文献１において、リブは、エッジの内周縁（即ち、振動板本体の外周縁）の接線方向に延設されており、周方向に等間隔で配設されていると記載されている。そして、リブは、溝の延在する方向（即ち、振動板本体の外周縁の接線方向）には曲げ強度を向上させるが、溝を横断する方向（即ち、振動板本体の半径方向）には溝幅の伸縮によって曲げ強度を下げる働きを持ち、結果的に、振動板を動き易くして、スチフネスの低減を実現できるとされている。

特許文献１に記載の発明は、スチフネスを下げ過ぎると、振動板本体に、再生音に歪みを生じたり、振動機構の相互接触による騒音の発生原因となる横揺れやローリング等を招いたりして、再生音の品位を低下させ問題を解決するものである。しかしながら、特許文献１に記載のリブによっては、上述した前後方向の振幅に対する反力の変化の非対称性を補正することができない問題があった。

したがって、本技術の目的は、前後方向の振幅に対する反力の変化の対称性を得ることができる振動板のエッジ及びスピーカーユニットを提供することにある。

本技術は、振動板側の領域に延設された内側ノッチと、
内側ノッチの近傍の、フレーム側の領域に延設された外側ノッチと、
内側ノッチ及び外側ノッチに挟まれて位置する中央ノッチを有し、
内側ノッチ、外側ノッチ及び中央ノッチは、厚み以上の深さの凹みを有し、
エッジ中心から放射方向に延びる線に対して、内側ノッチの延長方向のなす角度Ａと、線に対して外側ノッチの延長方向のなす角度Ｂと、線に対して中央ノッチの延長方向のなす角度Ｃが（Ａ＜Ｃ＜Ｂ）の関係に設定された
エッジである。
また、本技術は、駆動信号によって変位する振動板を支持するエッジを有するスピーカーユニットであって、
エッジは、
振動板側の領域に延設された内側ノッチと、
内側ノッチの近傍の、フレーム側の領域に延設された外側ノッチと、
内側ノッチ及び外側ノッチに挟まれて位置する中央ノッチを有し、
内側ノッチ、外側ノッチ及び中央ノッチは、厚み以上の深さの凹みを有し、
エッジ中心から放射方向に延びる線に対して、内側ノッチの延長方向のなす角度Ａと、線に対して外側ノッチの延長方向のなす角度Ｂと、線に対して中央ノッチの延長方向のなす角度Ｃが（Ａ＜Ｃ＜Ｂ）の関係に設定された
スピーカーユニットである。

少なくとも一つの実施形態によれば、本技術は、従来のエッジに比べ振幅と反力の関係の直線性がよい低歪なスピーカーユニットを実現できる。また、伸縮動作がスムーズになることにより、くぼみ等による異音、ローリングの低減、また材料ヒステリシス歪の影響の低減が期待できる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本技術中に記載されたいずれかの効果又はそれらと異質な効果であっても良い。

図１は、従来のエッジの問題点を説明するための略線図である。 図２は、本技術の第１の実施の形態のスピーカーユニットの断面図である。 図３は、第１の実施の形態によるエッジの斜視図である。 図４は、第１の実施の形態によるエッジの部分拡大斜視図である。 図５は、第１の実施の形態によるエッジの部分拡大図である。 図６は、ノッチの説明のための拡大平面図及び拡大断面図である。 図７は、第１の実施の形態のエッジの平面図である。 図８は、振幅－反力の特性を示すグラフである。 図９は、本技術の第２の実施の形態の平面図である。 図１０は、本技術の第３の実施の形態の平面図である。 図１１は、本技術の第４の実施の形態の平面図である。

以下、本技術の実施の形態等について図面を参照しながら説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
＜１．振幅－反力の非線形性＞
＜２．第１の実施の形態＞
＜３．第２の実施の形態＞
＜４．第３の実施の形態＞
＜５．第４の実施の形態＞
＜６．変形例＞
以下に説明する実施の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の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。

＜１．振幅－反力の非対称性＞
本技術の説明に先立って従来のエッジの問題点について図１を参照して説明する。図１Ａは、スピーカーユニットに対して駆動信号が入力されていない状態を示し、図１Ｂは、スピーカーユニットに対して振動板１を下方（背面方向）に変位させる駆動信号が入力された場合を示し、図１Ｃは、スピーカーユニットに対して振動板１を上方（前面方向）に変位させる駆動信号が入力された場合を示す。

図１は、スピーカーユニットの振動板１を含む構成の一部を示している。振動板１は、例えばコーン形状で、紙、高分子、金属などの材料からなる。振動板１の開口端の近傍がエッジ２の内周縁２ａと接続されている。エッジ２は、内周縁２ａと一体のロールエッジ部２ｂと、ロールエッジ部２ｂと一体の外周縁２ｃを有する。外周縁２ｃがフレーム３に固定される。エッジ２は、ウレタンフォーム、エラストマーなどの材料からなる。

振動板１が図１Ｂに示すように、二点鎖線で示す元の位置に対して下方に変位すると、ロールエッジ部２ｂ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。極端な場合には、ロールエッジ部２ｂにえくぼのような凹みが生じることがある。一方、振動板１が図１Ｃに示すように、二点鎖線で示す元の位置に対して上方に変位すると、ロールエッジ部２ｂ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。このように、従来のエッジにはその形状による振幅と反力の関係に非対称性があり、非対称性が再生音を歪ませる原因となっていた。

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、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。

＜２．第１の実施の形態＞
「スピーカーユニットの構成」
以下、本技術の第１の実施の形態について詳細に説明する。図２は、本技術の第１の実施の形態のスピーカーユニット１１の断面図である。スピーカーユニット１１は、同心円状に補強用のリブが形成されたコーン型の振動板１２を有する。振動板１２の外周がエッジ１３の内周縁と固定され、エッジ１３の外縁部がフレーム１４に固定され、振動板１２がエッジ１３によって支持される。

フレーム１４には、磁性材料によって形成されたプレート１５が取り付けられている。プレート１５は略円環状に形成されている。プレート１５の後面には円環状に形成されたマグネット１６が取り付けられている。マグネット１６の後面にはヨーク１７が取り付けられている。

プレート１５とマグネット１６とヨーク１７は、中心軸が一致された状態で結合されている。ヨーク１７のセンターポール部１８にはコイルボビン１９が前後方向、即ち、センターポール部１８の軸方向へ変位可能（移動可能）に支持されている。コイルボビン１９は円筒状に形成され、コイルボビン１９の前端が振動板１２に固定されている。コイルボビン１９の外周面にボイスコイル２０が巻き付けられている。ボイスコイル２０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２０が磁気ギャップに位置することにより、プレート１５とマグネット１６とヨーク１７とボイスコイル２０によって磁気回路が構成される。ボイスコイル２０に対して駆動信号が供給されることによって、振動板１２及びボイスコイル２０が変位する。

上述のように構成されたスピーカーユニット１１において、ボイスコイル２０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１９が前後方向（軸方向）へ変位してコイルボビン１９の変位に伴って振動板１２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。

「エッジの詳細」
図３から図７を参照してエッジ１３についてより詳細に説明する。エッジ１３は、内周縁１３ａと一体のロールエッジ部１３ｂと、ロールエッジ部１３ｂと一体の外周縁１３ｃを有し、円形に成形されたものである。内周縁１３ａが振動板１２の外周と接続され、外周縁１３ｃがフレーム１４に固定される。ロールエッジ部１３ｂは、断面が半円状の形状を有する。エッジ１３は、ウレタンフォーム、エラストマーなどの材料からなる。

ロールエッジ部１３ｂの全周に対してほぼ均一な間隔で複数のノッチ３１が設けられている。ノッチ３１は、面厚以上の深さを有する凹部であって、ノッチ３１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３１が開閉動作することで、大変形を防止できる。また、ノッチ３１は、ロールエッジ部１３ｂの曲率に沿う形で形成され、ロールエッジ部１３ｂのロール形状が径方向に変形しにくくなることが防止されている。

図６Ａに拡大して示すように、ノッチ３１の平面に投影した形状の一例は、ほぼ一定の幅の開口３２を有するストライプ状の形状を有し、形状の端部が曲線例えば半円形とされたものである。図６Ｂに拡大して示すように、ノッチ３１の端部を先細の曲線としてもよい。例えばノッチ３１は、１０mm程度の長さで１～３mm程度の開口幅を有したものとされる。

さらに、図６Ｃがノッチ３１の延長方向の断面を示し、図６Ｄ及び図６Ｅがノッチ３１の幅方向の断面を示す。図６Ｄに示す例は、ノッチ３１の断面がほぼＶ字状のもので、図６Ｅに示す例は、ノッチ３１の断面が円弧状のものである。いずれの形状であっても、開口が幅方向（矢印で示す）に開閉が容易となるようにされている。

ノッチ３１には、図４及び図６に示すように、振動板側の領域、すなわち、内周縁１３ａの近傍のロールエッジ部１３ｂの領域に延設された内側ノッチ３１Ａと、内側ノッチ３１Ａの近傍の、フレーム側の領域、すなわち、外周縁１３ｃの近傍のロールエッジ部１３ｂの領域に延設された外側ノッチ３１Ｂと、内側ノッチ３１Ａ及び外側ノッチ３１Ｂに挟まれた領域に延設された中央ノッチ３１Ｃが含まれる。内側ノッチ３１Ａ、中央ノッチ３１Ｃ及び外側ノッチ３１Ｂは、ノッチ３１として上述したような形状を有する。但し、中央ノッチ３１Ｃは、内側ノッチ３１Ａ及び外側ノッチ３１Ｂよりやや長いものとしたり、深さをより深いものとしたりしてもよい。また、内側ノッチ３１Ａがロールエッジ部１３ｂの幅方向の中心位置を超えて外側まで延設され、外側ノッチ３１Ｂが幅方向の中心位置を超えて内側まで延設されている。

振動板１２の変位方向で振幅と反力の関係が非対称となることを防止するために、内側ノッチ３１Ａと外側ノッチ３１Ｂを形成している。上述したように、振動板１２が下方に変位する時は、ロールエッジ部１３ｂの外側が円周方向に縮み、一方、振動板１２が上方に変位する時は、ロールエッジ部１３ｂの内側が円周方向に伸びることになる。内側が伸びることに対応するために、内側ノッチ３１Ａを形成し、外側が縮むことに対応するために、外側ノッチ３１Ｂを形成している。

図７に示すように、円形のエッジ１３の中心から放射方向に延びる線（径方向）と内側ノッチ３１Ａがなす角度をＡと表記し、外側ノッチ３１Ｂがなす角度をＢと表記し、中央ノッチ３１Ｃがなす角度をＣと表記すると、（Ａ＜Ｃ＜Ｂ）の関係とされている。この角度の関係は、ロールエッジ部１３ａにおいて、円周方向に縮む動作が大きくなる外側ノッチ３１Ｂは、伸びる動作が大きくなる内側ノッチ３１Ａに比べて径方向を基準として角度Ｂをより大きくしている。このように、内側と外側で別々の形状のノッチを設けることによって伸縮に対して最適な動作形状にすることができ、上下の振幅に対する反力の非対称性を改善できる。実際の角度の値、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。

さらに、内側ノッチ３１Ａと外側ノッチ３１Ｂ間のロールエッジ部１３ｂに変形時の応力の集中を避けるために、中央ノッチ３１Ｃが形成されている。内側ノッチ３１Ａ、外側ノッチ３１Ｂ及び中央ノッチ３１Ｃを一つのグループとすると、グループ間の領域に対して中央ノッチ３１Ｃが介在されている。すなわち、中央ノッチ３１Ｃの個数が２倍とされている。これによって、グループ間の領域において、変形時の応力集中を避けることができる。なお、内側ノッチ３１Ａ及び外側ノッチ３１Ｂ間に介在される中央ノッチ３１Ｃを２本又は２本以上設けて、４本又は４本以上のノッチを一つのグループとしてもよい。この場合では、グループ間に設ける中央ノッチ３１Ｃの数も２本又は２本以上とされる。このように、中央ノッチ３１Ｃをより多く設けることによって、生じた伸縮余裕を調整するため、中央に比べ内側と外側のノッチを深く大きくすることで変形時の応力集中を避けることができる。

「改善効果」
図８は、振動板の振幅と反力の関係の実際の測定結果を示すグラフである。図中の破線のグラフがノッチを設けないエッジに関する振幅と反力の関係を示し、実線のグラフが第１の実施の形態の振幅と反力の関係を示す。このグラフで示されるように、第１の実施の形態が従来の構成に比して振幅と反力の関係の直線性を改善することができる。その結果、歪みを少ないスピーカーユニットを構成することができる。

＜３．第２の実施の形態＞
上述した第１の実施の形態は、エッジ１３が円形であるので、エッジ１３上のロールエッジ部１３ｂが均等な曲率を有しており、ノッチ３１も均一な密度で形成されている。スピーカーユニットとしては、楕円形のものが存在する。図９に示すように、楕円形のエッジ（ロールエッジ）４０の場合では、曲率に応じてノッチ４１を設ける密度が設定される。すなわち、曲率が大きい領域では、曲率が小さい領域に比してノッチ４１の密度が高くされる。第２の実施の形態は、上述した第１の実施の形態と同様に、振幅と反力の関係の直線性を改善し、歪みの少ないスピーカーユニットを構成することができる。

＜４．第３の実施の形態＞
本技術は、コーン型の振動板に限らず、平面型の振動板を有するスピーカーユニットに対しても適用することができる。図１０は、矩形の平面振動板５２を支持するエッジ（ロールエッジ）５０の例である。矩形の平面振動板５２の四隅が曲率を持つので、四隅にのみノッチ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄをエッジ５０が持つようになされる。第３の実施の形態は、上述した第１の実施の形態と同様に、振幅と反力の関係の直線性を改善し、歪みの少ないスピーカーユニットを構成することができる。

＜５．第４の実施の形態＞
本技術は、ヘッドホンユニットのエッジに対しても適用することができる。図１１に示すように、ヘッドホンユニットの平面状振動板６２をエッジ（ロールエッジ）６０が支持する構成とされる。エッジ６０が円形であるので、均一な密度でノッチ６１が形成される。第４の実施の形態は、上述した第１の実施の形態と同様に、振幅と反力の関係の直線性を改善し、歪みの少ないヘッドホンユニットを構成することができる。

＜６．変形例＞
以上、本技術の実施の形態について具体的に説明したが、上述の実施の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。この場合では、各ロールエッジ部に対してノッチを設けるようになされる。さらに、本技術は、パッシブラジエータに対しても適用して同様の作用効果を得ることができる。

上述の実施の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。上述した実施の形態及び変形例は、適宜組み合わせることができる。

１１・・・スピーカーユニット、１２・・・振動板、１３・・・エッジ、
１３ａ・・・内周縁、１３ｂ・・・ロールエッジ部、１３ｃ・・・外周縁、
３１・・・ノッチ、３１Ａ・・・内側ノッチ、３１Ｂ・・・外側ノッチ、３１Ｃ・・・中央ノッチ

Claims (6)

1. 振動板側の領域に延設された内側ノッチと、
   前記内側ノッチの近傍の、フレーム側の領域に延設された外側ノッチと、
   前記内側ノッチ及び前記外側ノッチに挟まれて位置する中央ノッチを有し、
   前記内側ノッチ、前記外側ノッチ及び前記中央ノッチは、厚み以上の深さの凹みを有し、
   エッジ中心から放射方向に延びる線に対して、前記内側ノッチの延長方向のなす角度Ａと、前記線に対して前記外側ノッチの延長方向のなす角度Ｂと、前記線に対して前記中央ノッチの延長方向のなす角度Ｃが（Ａ＜Ｃ＜Ｂ）の関係に設定された
   エッジ。
2. 前記内側ノッチ及び前記外側ノッチの間に２以上の中央ノッチが設けられている
   請求項１に記載のエッジ。
3. 前記内側ノッチ、前記外側ノッチ及び前記中央ノッチは、ほぼ一定の幅の開口を有する細長い形状を有し、
   前記細長い形状の端部が曲線とされている
   請求項１に記載のエッジ。
4. 前記内側ノッチ、前記外側ノッチ及び前記中央ノッチが曲線の輪郭を持つ領域に設けられた
   請求項１に記載のエッジ。
5. 前記内側ノッチ、前記中央ノッチ及び前記外側ノッチのグループを複数設けると共に、前記グループ間に中央ノッチを介在させた
   請求項１に記載のエッジ。
6. 駆動信号によって変位する振動板を支持するエッジを有するスピーカーユニットであって、
   前記エッジは、
   振動板側の領域に延設された内側ノッチと、
   前記内側ノッチの近傍の、フレーム側の領域に延設された外側ノッチと、
   前記内側ノッチ及び前記外側ノッチに挟まれて位置する中央ノッチを有し、
   前記内側ノッチ、前記外側ノッチ及び前記中央ノッチは、厚み以上の深さの凹みを有し、
   エッジ中心から放射方向に延びる線に対して、前記内側ノッチの延長方向のなす角度Ａと、前記線に対して前記外側ノッチの延長方向のなす角度Ｂと、前記線に対して前記中央ノッチの延長方向のなす角度Ｃが（Ａ＜Ｃ＜Ｂ）の関係に設定された
   スピーカーユニット。

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