JPH1051892A

JPH1051892A - ヘッドホン用ドライバー

Info

Publication number: JPH1051892A
Application number: JP21795096A
Authority: JP
Inventors: Hideo Koreeda; 秀夫是枝; Kiyotaka Miyashita; 清孝宮下
Original assignee: Foster Electric Co Ltd
Current assignee: Foster Electric Co Ltd
Priority date: 1996-07-30
Filing date: 1996-07-30
Publication date: 1998-02-20
Anticipated expiration: 2016-07-30
Also published as: JP3756259B2

Abstract

(57)【要約】【課題】振動板にポリエステル等の高分子フィルムを
多用しているが、これらの材料ではドーム部に必要な剛
性と、エッジ部に必要なコンプライアンスを与えること
は困難であった。【解決手段】１０は振動板胴体部１とエッジ部２の２
ピースからなる振動板、１３は上下にコイルを有するボ
イスコイル、１４はフレーム，ヨーク、１５ａｂは上下
部ポールピース、６はマグネットである。この磁気回路
にはデュアル磁気ギャップが設けられている。振動板胴
体部１には、バイオセルロースにカーボン繊維を混抄
し、この混抄を重量比１５〜５０％とした材料を使用し
て必要な剛性を与え、エッジ部２には振動板胴体部１と
は異なる材料を使用して必要なコンプライアンスを与え
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はヘッドホン用ドライ
バーに関する。

【０００２】

【従来の技術】ヘッドホンは、頭部にヘッドバンドを装
着しなければならない等の煩わしさがある反面、スピー
カに比べて部屋の影響を受けない、或いは他人への迷惑
が比較的少ない等のメリットもあり、音楽をじっくり鑑
賞するには良い条件がそろっている。特に部屋の影響を
受けずにすむということは、セッティングや、チューニ
ングという煩わしさ、また多くの場合、開発した意図が
なかなか正確に再現されないという問題から開放される
という点では、音響機器として設計意図をユーザーに直
に伝え易く、また、ユーザーもそれをストレートに感受
し、また判断できるというメリットがある。

【０００３】図１１は、従来例におけるヘッドホン用ド
ライバーの断面図である。図において、２１は振動板、
３はボイスコイル、４はフレーム，ヨーク、５はポール
ピース、６はマグネットである。

【０００４】この従来のヘッドホン用ドライバーの振動
板２１にはポリエステル等の高分子フィルムを多用して
いる。これは振動板２１のドーム部はある程度の硬さ、
剛性が必要であるのに対し、フィルムは熱可塑性で比較
的容易に成形することができ、かつ成形による形状剛性
が得られるからである。また、フィルムを薄くすればコ
ンプライアンスを大きくとれる（ｆ₀を下げる）ので、
低音再生を広げることができる。薄くしたい材料として
はポリエステル系のフィルムが比較的適している。紙，
金属は薄くて柔らかいと言う点では向いていない。紙は
余り薄くできず、アルミは厚さを薄くしても必要なコン
プライアンスが得られない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、素材として見
ると殆どの高分子フィルムは比重が１以上であることか
ら、材料としてのヤング率があまり高くなく、ＰＰＴＡ
等の比較的ヤング率の高い素材でも、伝播速度（Ｅ／
ρ）^1/2は４０００ｍ／ｓ以下であり、曲げ剛性の平方
根（Ｅ／ρ³）^1/2の値は木材パルプよりも低く、充分
な高域再生及び高忠実度再生は期待できない。但し、記
号Ｅはヤング率、ρは密度である。共振周波数ｆは上記
の曲げ剛性の平方根（Ｅ／ρ³）^1/2と質量ｍとの積に
比例する。すなわち、次の式（１）で表すことができ
る。ｆ∝ｍ（Ｅ／ρ³）^1/2・・・・・・・（１）

【０００６】そこで、ヤング率の高い金属またはセラミ
ック等をドーム部に使用したり、高分子フィルムの表面
に蒸着したりという方法も考えられるが、これらの材料
は単体で使用すると内部損失（ tanδ）が低いため、材
料固有の音色を持っており、また、蒸着した場合も音色
は変化するが、実際の伝播速度は基材が支配的であるた
め、ｆ特上もｆｈは殆ど変化しない場合が多い。

【０００７】さらに最近は生物或いはこれらから生成さ
れるセルロース等を使用し、振動板を形成し、比重が低
くかつヤング率が高く、適度な内部損失もある材料が使
われているが、振動板としてのコンプライアンスを得る
ためにはヤング率が高いので振動板を極端に薄くするこ
とになり、その結果振動板としての剛性が低下してしま
うという問題がある。

【０００８】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、ドーム部に該当する振動板胴体部に求められ
る性能を極めてバランス良く達成し、しかもエッジ部を
振動板胴体部とは別の材料を用いて適切なコンプライア
ンスを得ることがてきる振動板を有するヘッドホン用ド
ライバーを提供することを目的とする。また、充分な低
域のエネルギーを持ち、全帯域に渡って極めて低歪みの
ヘッドホン用ドライバーを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、振動板の振動
板胴体部に求められる物性のヤング率，密度，内部損
失，曲げ剛性等をバランス良く達成し、また、エッジ部
を別に設けることにより振動板を極端に薄くすることな
く、高コンプライアンスの材料を使用することができ
る。すなわち、離解したバイオセルロースにカーボン繊
維を加えることにより、密度を下げ、かつヤング率を上
げることができ、バイオセルロース単体の場合よりもさ
らに高伝播速度，高曲げ剛性が得られる。また、バイオ
セルロースに混抄するカーボン繊維の混抄率を上げると
ヤング率はさらに高くなるが、内部損失も低下するの
で、カーボン繊維の混抄を重量比５０％以下とすること
により、振動板胴体部に求められる性能を極めてバラン
ス良く達成している。更に、デュアル磁気ギャップとの
併用により、駆動力の増加、磁束密度分布の上下対称、
上下コイルの逆巻き方向によりコイルをプッシュプル動
作させることができ、一段の性能向上が図れる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明のヘッドホン用ドライバー
は、振動板を振動板胴体部とエッジ部との２ピース構造
とし、振動板胴体部の材料は、バイオセルロースを基材
とし、引張弾性率４０，０００Ｋｇｆ／ｍｍ²以上のカ
ーボン繊維を強化材として重量比１５〜５０％混抄した
ものであることに特徴を有している。

【００１１】また、本発明のヘッドホン用ドライバー
は、リング状マグネットの上下両面にリング状ポールピ
ースを各々配置し、これらのポールピースとリング状ヨ
ークからデュアル磁気ギャップを形成するように磁気回
路を構成したことに特徴を有している。

【００１２】更に、本発明のヘッドホン用ドライバー
は、振動板を振動板胴体部とエッジ部との２ピース構造
とし、バイオセルロースを基材とし、引張弾性率４０，
０００Ｋｇｆ／ｍｍ²以上のカーボン繊維を強化材とし
て重量比１５〜５０％混抄した材料を使用した振動板胴
体部と、デュアル磁気ギャップを形成する磁気回路を用
いたことに特徴を有している。

【００１３】

【実施例】本願発明においては、離解したバイオセルロ
ースにカーボン繊維を混抄することで、バイオセルロー
ス単体に比べて、伝播速度（Ｅ／ρ）^1/2或いは、曲げ
剛性の平方根（Ｅ／ρ³）^1/2をさらに高めている。し
かし、カーボン繊維混抄率を高めていくとヤング率が高
くなると同時に内部損失が低くなってしまうため、カー
ボン繊維の比率の最適範囲を求めて採用している。

【００１４】低音域の拡大においては、エッジ部のコン
プライアンスを上げる必要がある。一体型の振動板で
は、振動板の厚さを薄くすることで対応している。しか
し、離解したバイオセルロースはヤング率が高いため、
厚さ４０ミクロンでも必要なコンプライアンスを得るこ
とができない。更に薄くすると振動板としての材料の持
つ長所が失われる。一体型の振動板は、剛性とコンプラ
イアンス等相反する物性が要求されるが、一般的にはポ
リエステルフィルム等を使用して妥協点を見出してい
る。

【００１５】また、エッジ部を別に設けることにより振
動板胴体部を極端に薄くしなくても高コンプライアンス
を得ることができるので材料の持つ性能を充分に引き出
すことができる。フリーエッジタイプでは、振動板胴体
部は剛性のある材料、エッジ部は他の材料で柔らかく、
例えば薄いウレタンのエラストマーフィルムを使うこと
で、この問題を解決することができる。

【００１６】離解したバイオセルロースにカーボン繊維
を混抄することで、密度を下げ、曲げ剛性を上げてい
る。音質は曲げ剛性と伝播速度の両方で効いており、音
のスピード感は伝播速度の高い材料が必要であり、歪み
に対しては密度を下げ、曲げ剛性を上げなければならな
い。内部損失、伝播速度、曲げ剛性等の物性の好適なバ
ランスをとり、音質等の劣化のないように配慮してい
る。

【００１７】振動板胴体部は、基本的にはバイオセルロ
ースが主材になっている。カーボン繊維の混抄がない場
合には高域が不足し、カーボン繊維の混抄が多すぎると
高域にピークが出るので、物性からくる音響特性との関
係で範囲を定めた。

【００１８】しかし、ヘッドホン用ドライバーの振動板
では、カーボン繊維の割合が５０％以上になると、カー
ボン繊維どうしが絡み合い、結合が増え、均一に分散し
なくなる。絡み合いが出るために、抄紙のムラ、カーボ
ン繊維のムラができ、厚い所と薄い所ができる。結局、
極限まで薄くすると、ピンホールが生じる。カーボン繊
維の比率が高い場合には、軽量化ができなくなる。

【００１９】そこでカーボン繊維を所定量入れることに
よって、諸物性値を最適値にしている。物性値には、密
度，音速，ヤング率等がある。基本的には密度が１以
下，内部損失が０．０３程度で音速或いは曲げ剛性を上
げている。

【００２０】曲げ剛性は、厚い程強くなり、軸対象モー
ドの振動には非常に効果が大きい。これは振動板胴体部
を深くしても効果は少なく、厚くしても余り重量が増え
ない低密度の材料が必要となる。軸対象モードの分割共
振は、特に奇数次の高調波歪み、３次，５次に関係し、
高調波歪が多いと音楽を聞く上で非常な阻害となる。従
って、それを取り除かないと、高音質の振動板が得られ
ない。

【００２１】曲げ剛性だけであれば、紙でも厚くすれば
高くなる。しかし、紙を厚くした振動板胴体部は曲げ剛
性は高くなるが、重くなって、感度が下がってしまう。
ヘッドホンでは磁気回路を大きくしないで、感度を上げ
たいので、振動系には軽くて剛性のある材料が必要とな
る。例えばカーボンクロスは比較的軽量で剛性は高い
が、坪量当たりの軽量化に限界がある。そこでバイオセ
ルロースに高弾性のカーボン繊維を補って軽量化と曲げ
剛性の向上を図っている。

【００２２】図９は、バイオセルロースに対するカーボ
ン繊維混抄率と曲げ剛性の平方根との関係を示す図であ
る。バイオセルロースにカーボン繊維を混抄する混抄率
が０％であると曲げ剛性の平方根は３．１に、混抄率１
０％で５に、混抄率２０％で８．３となる。共振周波数
はこの数値に比例する。例えば、カーボン繊維の混抄比
率を０％から２０％に増やすと、共振周波数は約３倍
（８．３／３．１）になる。分割共振のモードの周波数
が上がると高調波歪みがそれだけ高域に移動し、かつ歪
み量が低減する。

【００２３】また、従来例におけるポリエステルフィル
ムの曲げ剛性の平方根は１．５である。バイオセルロー
スの曲げ剛性の平方根は３でポリエステルフィルムの２
倍、バイオセルロースにカーボン繊維を１５％混抄する
と曲げ剛性の平方根は６．５で約４倍となる。

【００２４】図１０は、バイオセルロースに対するカー
ボン繊維混抄率と内部損失との関係を示す図である。内
部損失は０．００５位変化すると明らかに耳で音質上の
評価上の差が分かる。そういう意味ではカーボン繊維混
抄率の２０％と４０％の差も大きい。

【００２５】内部損失は、カーボン繊維混抄率が４０〜
５０％で一番低くなる。カーボン繊維単体の内部損失は
非常に低く０．０００１でアルミの０．００２よりも更
に低い。また、バイオセルロースが持っている内部損失
自体がかなり大きな値（０．０３７）であり、バイオセ
ルロースをマトリック材として中にカットした３ｍｍ位
のカーボン繊維を分散させて作った複合材料であれば、
ポリエステルフィルムが持っている０．０２よりは大き
い。従って、内部損失が従来の材料よりも大きい値とな
り、かつ、大きな曲げ剛性が得られる。元のカーボン繊
維の性質からみると２桁位大きな内部損失に維持でき
る。これは基本的にはバイオセルロースの持っている効
果が寄与している。

【００２６】それにカーボン繊維混抄率５０％以上にな
ると、内部損失が増大し、結着性がなくなり、カーボン
繊維どうしのこすれによるガサガサ音が多く不快な音に
なってくる。カーボン繊維混抄率０％のものに比べて音
質は冷たい感じである。また、抄紙の均一性も悪くな
る。そこで、曲げ剛性との兼ね合いから２０％から３０
％近辺の混抄率を選ぶと共振周波数が、４倍以上となり
かなりの効果がある。

【００２７】〔第１実施例〕以下、本発明の一実施例を
図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施例
におけるヘッドホン用ドライバーの断面図である。図に
おいて、１は振動板胴体部、２はエッジ部、３はボイス
コイル、４はフレーム，ヨーク、５はポールピース、６
はマグネット、１０は振動板胴体部１とエッジ部２から
なる振動板である。なお、ヘッドホン用ドライバーの口
径はφ５０ｍｍとした。

【００２８】振動板胴体部１の材料は、バイオセルロー
ス対するカーボン繊維混抄率を２０％に特定し、軽く薄
くできる範囲としている。

【００２９】エッジ部２の材料のヤング率を４５０ＭＰ
ａ以下とし、ウレタンエラストマーシート（ブリジスト
ンＵＲＳ−Ｂ２）を成形したものを使用した。

【００３０】図２は、本発明の第１実施例と従来例にお
ける周波数特性と第２高調波歪みの比較を示す図であ
り、無響室における測定結果である。図において、実線
Ａ１は第１実施例における周波数特性、破線Ｂは図１１
で示した従来例における周波数特性である。従来例にお
ける振動板２１にはポリエステルフィルムを使用した。
実線Ａ１₂は第１実施例における第２高調波歪み、破線
Ｂ₂は従来例における第２高調波歪みである。実線Ａ１
₂から、２００Ｈｚ以上の周波数において第２高調波歪
みに改善結果が現れていることが分かる。無響室におけ
る測定のために２００Ｈｚ以下の周波数においては実線
Ａ１₂の方が破線Ｂ₂よりもレベルが高くなっている。

【００３１】図３は、本発明の第１実施例と従来例にお
ける周波数特性と第３高調波歪みの比較を示す図であ
り、無響室における測定結果である。図において、実線
Ａ１は第１実施例における周波数特性、破線Ｂは図１１
で示した従来例における周波数特性である。従来例にお
ける振動板２１にはポリエステルフィルムを使用した。
実線Ａ１₃は第１実施例における第３高調波歪み、破線
Ｂ₃は従来例における第３高調波歪みである。実線Ａ１
₃から、２００Ｈｚ以上の周波数において第３高調波歪
みに改善結果が現れていることが分かる。

【００３２】〔第２実施例〕図４は本発明の第２実施例
におけるヘッドホン用ドライバーの断面図である。な
お、図１と同一符号を付したものはそれぞれ同一の要素
を示しており、説明を省略する。図において、１３はボ
イスコイル、１４はフレーム，ヨーク、１５ａは上部ポ
ールピース、１５ｂは下部ポールピースである。この第
２実施例では、振動板胴体部１とエッジ部２からなる振
動板１０は実施例１におけるものと同一で、磁気回路が
異なっている。なお、ヘッドホン用ドライバーの口径は
φ５０ｍｍとした。

【００３３】デュアル磁気ギャップを形成する磁気回路
に、エネルギー積が極めて高いネオジューム磁石を使用
することによって、利用効率が良く，比較的薄く小型に
することができた。なお、デュアル磁気ギャップは実施
例における内磁型だけでなく、外磁型で形成しても同様
の作用効果がある。

【００３４】１．上下の磁気回路が完全対称型にできる
ことから、磁束密度分布が上下対称である。２．それぞれのギャップに対してコイルの巻き方向を逆
向きにすることによりコイルをプッシュプル動作させる
ことができる、という利点がある。

【００３５】図５は、本発明の第２実施例と従来例にお
ける周波数特性と第２高調波歪みの比較を示す図であ
り、無響室における測定結果である。図において、実線
Ａ２は第２実施例における周波数特性、破線Ｂは図１１
で示した従来例における周波数特性である。従来例にお
ける振動板２１にはポリエステルフィルムを使用した。
実線Ａ２₂は第２実施例における第２高調波歪み、実線
Ｂ₂は従来例における第２高調波歪みである。実線Ａ２
₂から、２００Ｈｚ以上の周波数において第２高調波歪
みに改善結果が現れていることが分かる。無響室におけ
る測定のために２００Ｈｚ以下の周波数においては実線
Ａ２₂の方が破線Ｂ₂よりもレベルが高くなっている。

【００３６】図６は、本発明の第２実施例と従来例にお
ける周波数特性と第３高調波歪みの比較を示す図であ
り、無響室における測定結果である。図において、実線
Ａ２は第２実施例における周波数特性、破線Ｂは図１１
で示した従来例における周波数特性である。従来例にお
ける振動板２１にはポリエステルフィルムを使用した。
実線Ａ２₃は第２実施例における第３高調波歪み、実線
Ｂ₃は従来例における第３高調波歪みである。実線Ａ２
₃から、２００Ｈｚ以上の周波数において第３高調波歪
みに改善結果が現れていることが分かる。

【００３７】図７は、本発明の第１実施例と第２実施例
における第２高調波歪みの比較を示す図であり、無響室
における測定結果である。図において、実線Ａは実施例
における周波数特性、破線Ａ１₂は第１実施例における
第２高調波歪み、実線Ａ２₂は第２実施例における第２
高調波歪みである。図から明らかなように第２実施例に
おけるデュアル磁気ギャップを形成する磁気回路の効果
が顕著に現れている。

【００３８】図８は、本発明の第１実施例と第２実施例
における第３高調波歪みの比較を示す図であり、無響室
における測定結果である。図において、実線Ａは実施例
における周波数特性、破線Ａ１₃は第１実施例における
第３高調波歪み、実線Ａ２₃は第２実施例における第３
高調波歪みである。図から明らかなように第２実施例に
おけるデュアル磁気ギャップを形成する磁気回路の効果
が顕著に現れている。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のヘッドホ
ン用ドライバーは、振動板を振動板胴体部とエッジ部と
の２ピース構造とし、振動板胴体部の材料は、バイオセ
ルロースを基材とし、引張弾性率４０，０００Ｋｇｆ／
ｍｍ²以上のカーボン繊維を強化材として重量比１５〜
５０％混抄したものであるから、また、本発明のヘッド
ホン用ドライバーは、リング状マグネットの上下両面に
リング状ポールピースを各々配置し、これらのポールピ
ースとリング状ヨークからデュアル磁気ギャップを形成
するように磁気回路を構成したので、更に、本発明のヘ
ッドホン用ドライバーは、振動板を振動板胴体部とエッ
ジ部との２ピース構造とし、バイオセルロースを基材と
し、引張弾性率４０，０００Ｋｇｆ／ｍｍ²以上のカー
ボン繊維を強化材として重量比１５〜５０％混抄した材
料を使用した振動板胴体部と、デュアル磁気ギャップを
形成する磁気回路を用いたので、振動板胴体部に求めら
れる性能を極めてバランス良く達成し、また、エッジ部
を高コンプライアンスにすることができ、充分な低域の
エネルギーを持ち、全帯域に渡って極めて低歪みとする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例におけるヘッドホン用ドラ
イバーの断面図である。

【図２】本発明の第１実施例と従来例における周波数特
性と第２高調波歪みの比較を示す図である。

【図３】本発明の第１実施例と従来例における周波数特
性と第３高調波歪みの比較を示す図である。

【図４】本発明の第２実施例におけるヘッドホン用ドラ
イバーの断面図である。

【図５】本発明の第２実施例と従来例における周波数特
性と第２高調波歪みの比較を示す図である。

【図６】本発明の第２実施例と従来例における周波数特
性と第３高調波歪みの比較を示す図である。

【図７】本発明の第１実施例と第２実施例における第２
高調波歪みの比較を示す図である。

【図８】本発明の第１実施例と第２実施例における第３
高調波歪みの比較を示す図である。

【図９】バイオセルロースに対するカーボン繊維混抄率
と曲げ剛性の平方根との関係を示す図である。

【図１０】バイオセルロースに対するカーボン繊維混抄
率と内部損失との関係を示す図である。

【図１１】従来例におけるヘッドホン用ドライバーの断
面図である。

【符号の説明】

１振動板胴体部２エッジ部３ボイスコイル４フレーム，ヨーク５ポールピース６マグネット１０振動板１３ボイスコイル１４フレーム，ヨーク１５ａ上部ポールピース１５ｂ下部ポールピース２１振動板Ａ実施例における周波数特性Ａ１第１実施例における周波数特性Ａ１₂ 第１実施例における第２高調波歪み特性Ａ１₃ 第１実施例における第３高調波歪み特性Ａ２第２実施例における周波数特性Ａ２₂ 第２実施例における第２高調波歪み特性Ａ２₃ 第２実施例における第３高調波歪み特性Ｂ従来例における周波数特性Ｂ₂ 実施例における第２高調波歪み特性Ｂ₃ 従来例における第３高調波歪み特性

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】振動板を振動板胴体部とエッジ部との２
ピース構造とし、振動板胴体部の材料は、バイオセルロースを基材とし、
引張弾性率４０，０００Ｋｇｆ／ｍｍ²以上のカーボン
繊維を強化材として重量比１５〜５０％混抄したもので
あることを特徴とするヘッドホン用ドライバー。
【請求項２】リング状マグネットの上下両面にリング
状ポールピースを各々配置し、これらのポールピースとリング状ヨークからデュアル磁
気ギャップを形成するように磁気回路を構成したことを
特徴とするヘッドホン用ドライバー。
【請求項３】請求項１記載の２ピース構造にした振動
板と請求項２記載のデュアル磁気ギャップを形成する磁
気回路を用いたことを特徴とするヘッドホン用ドライバ
ー。