(57)【要約】【課題】低音再生能力に優れた小形スピーカーにはパッシブラジエーターが有効である。しかし、サイズが小さくなればなるほど、精密で複雑な構造、コストほどには上がらない性能など、特性を決定するファクター間のトレードオフ関係が顕著になり、設計は著しく難しくなる。【解決手段】ドライバーを固定せず弾力性のあるエッジを介しフリーにすることで、ドライバー自身を振動させ、再生したい低音域で、ドライバーのボイスコイルとドライバー全体の双方の振動を同相に近くなるよう、諸元を整合させることによって、低音再生能力を大幅に上げる。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
｛永久磁石と磁気回路とボイスコイルとボビンとコーンとダンパーとエッジとフレーム｝からなる｛電気信号を音響信号に変換する機能｝を｛ドライバー｝とし、
｛｛ドライバー｝の背面に密閉空間を設けるため箱｝または｛｛ドライバー｝を装着する構造物｝を｛エンクロージャー｝とし、
｛ドライバー｝と｛エンクロージャー｝からなるものを｛スピーカー｝とし、
｛｛ドライバー｝全体が｛｛ドライバー｝の部品であるボイスコイルの振動方向｝に振動できる自由度を持つ｝ところの｛｛ドライバー｝と｛エンクロージャー｝を連結するエッジ｝｝を｛第2エッジ｝とし、
｛ドライバー｝と｛エンクロージャー｝とを第２エッジを介し結合させることを第1の特徴とする｛スピーカー｝。
【請求項２】
請求項１に定義の｛第２エッジ｝を装着したことを第2の特徴とする｛ドライバー｝。
【請求項３】
｛重りとダイヤフラムからなるパッシブラジエーター｝を｛請求項１に定義の｛エンクロージャー｝の｛｛ドライバー｝の装着面の背面｝｝に取り付けたことを第３の特徴とする｛スピーカー｝。
【請求項４】
｛音響再生機能を持つ装置｝または｛乗用車｝を｛応用装置｝とし
｛請求項１または請求項３に定義の｛スピーカー｝｝または｛請求項２の｛ドライバー｝｝を有するところの｛応用装置｝。
【請求項５】
｛ドライバー｝の部品である｛｛ボイスコイル｝または｛ボイスコイルと構造的に一体となっているコーン｝｝を｛ドライバー振動系｝とし、
｛｛ドライバー振動系｝を支えるフレーム｝または｛フレームと構造的に一体になっている磁気回路｝を｛ドライバー固定系｝とし、
｛ドライバー固定系｝を基準とする｛ドライバー振動系｝の振動を｛フルレンジ振動｝とし、
｛第２エッジ｝を固定する構造物を｛装置固定系｝とし、
｛装置固定系｝に対する｛ドライバー固定系｝の振動を｛低音域振動｝とし、
｛応用装置にとって｛必要とされる低音再生帯域｝｝を｛必要低音再生帯域｝とし、
｛
｛必要低音再生帯域｝内の特定の周波数において、
｛｛低音域振動｝と｛フルレンジ振動｝の位相が同相もしくは同相に近い状態にある｝かまたは
｛｛フルレンジ振動｝の振幅が極小になる状態にある｝かまたは
｛｛スピーカー｝の電気インピーダンスが極小になる状態にある｝か、
｝
いずれかに該当する周波数を｛同相低音域代表周波数｝とし、
｛同相低音域代表周波数｝が存在することを第４の特徴とし、
｛
｛必要低音再生帯域｝の下限もしくは下限より低い周波数域において、
｛｛低音域振動｝と｛フルレンジ振動｝の位相が90度もしくは90度に近い状態にある｝かまたは
｛｛フルレンジ振動｝の振幅が最大になる状態にある｝かまたは
｛｛スピーカー｝の電気インピーダンスが極大になる状態にある｝か、
｝
いずれかに該当する周波数を｛逆相低音域代表周波数｝とし、
｛逆相低音域代表周波数｝が存在することを第５の特徴とし、
第４と第５の特徴を有する｛スピーカー｝または｛応用装置｝。
【請求項６】
請求項５に定義の｛同相低音域代表周波数｝を含む｛必要低音再生帯域｝の信号を増大させる信号処理フィルターを｛同相域強調フィルター｝とし、
｛同相域強調フィルター｝を有することを第６の特徴とし、
請求項５に定義の｛逆相低音域代表周波数｝の付近、もしくは｛その付近を含む低い周波数帯全域｝を｛逆相低音再生帯域｝とし、
｛逆相低音再生帯域｝の信号を減衰させる信号処理フィルターを｛逆相域減衰フィルター｝とし、
｛逆相域減衰フィルター｝を有することを第７の特徴とし、
第６と第７の特徴を有する｛応用装置｝。
【請求項７】
｛特定の諸元を持つ｛請求項２に定義の｛ドライバー｝｝｝の諸元を｛ドライバー諸元｝とし、
｛ドライバー｝の装着環境のサンプルを｛仮定の環境｝とし、
｛仮定の環境｝の諸元を｛仮定環境諸元｝とし、
｛特定の｛ドライバー｝の｛ドライバー諸元｝｝と、｛特定の｛仮定環境諸元｝｝とを組み合わせた場合の音響再生性能を、特定の｛ドライバー｝の｛組み合わせ音響再生性能｝とし、
特定の｛ドライバー｝のいずれかの場所に、｛組み合わせ音響再生性能｝を表記するか、または
その｛ドライバー｝とその｛ドライバー｝の｛組み合わせ音響再生性能｝とを対応づけた情報が任意の手段で提供されていることを第８の特徴とし、
第８の特徴を有するところの、請求項２に定義の｛ドライバー｝。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
小型スピーカーの低音再生性能改善。
低音再生能力に優れた小形スピーカーのコスト低減。
低音再生性能に優れた小型スピーカー設計の難易度と設計精度の改善。
【０００２】
請求項を含む全文を通じ、以下の用語を定義する。
請求項で定義した用語の意味は明細書の記述でも同様である。
｛｝内の内容は｛｝外の内容に優先して意味を持つ。
｛小型高性能｝とはスピーカーのサイズが小さく、かつ、低音再生性能に優れていることを意味する。
｛設計｝とは完成状態での性能を期待通りに製作できるところの｛製作図面または製作手順書の作成の業務｝を意味する。
｛設計が難しい｝とは製作図面段階で完成状態での性能を予測することが難しいことを意味する。
【背景技術】
【０００３】
小型のスピーカーで強力な低音再生性能を得ようとする場合、パッシブラジエーターが使われるが、限界を超えた小型化には、コストとサイズと低音再生性能の相矛盾するファクターが障壁となる。一方で、パッシブラジエーターの機能として、できるだけ広い音響放射面積であることが求められるが、小型になるほど音響放射面積の確保が難しくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
小形高性能スピーカーの寸法対限界性能の改善。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
｛ドライバー｝をエンクロージャーや構造物に直接固定するのではなく、｛ドライバー｝自身が振動できる｛第２エッジ｝を介して取り付ける。
【０００６】
請求項１は本案発明の基本に関する。
本案発明の基本は、パッシブラジエーターが持つ｛重りと放射面｝の双方の機能を｛ドライバー｝そのものと兼用するものである。｛｛コーンの振動によるコーンにかかる負荷｝の作用によって｛ドライバー｝自身を振動させる｝ことによって、｛｛ドライバー｝自身の外周で囲まれる放射面積｝を低音放射のために使おうとするものである。
コーンが外に向かって動こうとすると、ボイスコイルを介して、磁気回路には当然ながら反対方向の力が作用するので、結果、磁気回路を支えるフレームにも、｛ボイスコイルに作用する力と反対方向の力｝が作用する。｛ドライバー｝のフレームを固定せず、｛第２エッジ｝で支えることで、｛ドライバー｝のフレームはボイスコイルに働く力と反対方向に動こうとする。従来の｛ドライバー｝はフレームが｛エンクロージャー｝に取り付けられるが、本案発明の｛ドライバー｝は、ボイスコイルが振動する方向にドライバーが振動できるよう、｛第２エッジ｝を介して｛エンクロージャー｝に取り付ける構造を持つ。
｛ドライバー｝と｛第２エッジ｝からなる機能を｛浮動ドライバー｝とする。
【０００７】
｛浮動ドライバー｝をエンクロージャーに取り付けると、エンクロージャーと｛浮動ドライバー｝からなる内部空間ができる。この内部空間を｛空気室｝とする。
｛空気室｝が密閉であるか否かは本案発明の本質ではないが、以下の説明では、｛空気室｝は密閉されているものとする。｛｛ドライバー｝のボイスコイル｝が外に向かって動くと、コーンが外に向かって動き、｛ドライバー固定系｝は内に向かって動こうとする。空気室の圧力は両者運動に依存して変化する。そしてこの圧力変化によって、｛浮動ドライバー｝にはやや複雑な力が作用する。ここで｛｛浮動ドライバー｝とボイスコイル｝は｛二つの自由度を持つ振動系｝を構成する。
【０００８】
この振動系は、以下の主要な諸元に依存するところの振動モードを持つ。
｛｛浮動ドライバー｝の｛振動系｝の質量｝、｛｛浮動ドライバー｝の｛固定系｝の質量｝、｛コーンとエッジによる実効音響放射面積｝、｛｛空気室｝の容積｝、｛｛浮動ドライバー｝全体の質量｝、｛｛浮動ドライバー｝全体の実効音響放射面積｝、｛エッジとダンパーのスティフネス｝、｛｛第２エッジ｝のスティフネス｝。
これらの諸元を整合させることで｛必要低音再生帯域｝で｛同相低音域代表周波数｝を持つよう設計できる。｛同相低音域代表周波数｝付近では、｛｛浮動ドライバー｝と｛ドライバー振動系｝振動の位相｝が同相に近い。そして｛同相低音域代表周波数｝付近が｛必要低音再生帯域｝に重なるよう設計する。
【０００９】
この振動系の多様な振動モードの内、｛同相低音域代表周波数｝付近ではボイスコイルから発生する駆動エネルギーは｛｛空気室｝の圧力変化｝と｛第２エッジ｝の変位｝を介して｛浮動ドライバー｝へと伝達される。
この振動系のでは｛｛ドライバー｝の電気インピーダンスが極小の周波数｝即ち｛同相低音域代表周波数｝を存在させる｛諸元の組み合わせ｝が存在する。結果、低インピーダンス出力特性を持つ増幅器によって駆動されると、｛同相低音域代表周波数｝付近では｛ドライバー｝の電力消費が増大する。この電力消費の増大分は音響放射エネルギーの増大に繋がる。そして、この｛同相低音域代表周波数｝の付近では｛｛コーンの振動｝と｛浮動ドライバーの振動｝の位相｝が｛同相または同相に近い｝ことから、双方の振動による音響放射の相殺がなく低歪みの低音が再生される。以上のことは、最良の状態に設計されたパッシブラジエーター方式のスピーカーにおいても同様である。
【００１０】
以上の説明のとおり、｛必要低音再生帯域｝ではボイスコイルが発生する振動は｛浮動ドライバー｝全体の振動として伝わる。結果、より広い低音放射面積は、放射効率を増大させる。中音高音については、｛ドライバー固定系｝の質量の関係で｛浮動ドライバー｝の振動は無視できる程度に小さいことから、通常のスピーカーと同様である。また中音高音は低音の振動に加算されることから、ドプラー変調歪みは発生するが、この点についても低音再生可能なフルレンジスピーカーと同様である。
【００１１】
請求項２は、｛ドライバー｝を｛浮動ドライバー｝として使いやすくするための方法に関する。
あらかじめ｛ドライバー｝に｛第２エッジ｝を装着しておくことにより、｛浮動ドライバー｝を標準部品として供給できる。
【００１２】
請求項３は低音再生時、｛｛スピーカー｝または｛装置｝｝全体の機械振動を抑制するための手法に関する。
｛｛同相低音域代表周波数｝または｛逆相低音域代表周波数｝｝付近の振動において、｛｛浮動ドライバー｝と｛1個のパッシブラジエーター｝の間の｛加速度と質量の積｝のファクターでバランスを取る｝ことによって双方の機械振動を相殺し、｛｛スピーカー｝または｛応用装置｝｝全体の振動を大幅に軽減することができる。
【００１３】
請求項４は本案発明の応用装置に関する。
小形で低音性能に優れた｛スピーカー｝または｛応用装置｝であることから、デスクトップスピーカーを主として、小さいものは携帯端末から、大きい物はテレビジョンセットや乗用車まで応用が可能である。
｛浮動ドライバー｝の振動を｛浮動ドライバー｝から音響放射させるとともに、その振動を応用装置の構造物にも伝達して放射させることができる。特に乗用車のフロントガラスやピラーに｛｛浮動ドライバー｝または｛｛浮動ドライバー｝からなる｛スピーカー｝｝装着する｝ことで、小形のスピーカーを使って強力な低音を再生できるばかりでなく、｛運転席の前方から音が聞こえるスピーカーシステム｝となる。
音響再生機能を備えた携帯端末では、小形であることから効率良い低音再生が難しいが、｛浮動ドライバー｝を使って低音再生の大幅な改善が可能となる。
薄形で、低音再生性能に優れ、機械振動が小さく、かつ低コストのスピーカーが求められるテレビジョンセットに応用できる。
【００１４】
請求項５は｛浮動ドライバー｝を使った｛スピーカー｝が｛重低音再生帯域｝で効率よく低音を再生するための｛｛ドライバー｝、｛第２エッジ｝、｛エンクロージャー｝｝の諸元を最適に設計するための二つの必要条件に関する。
二つの必要条件の第1は、
｛必要低音再生帯域｝において、｛ボイスコイルの振動と浮動ドライバーの振動とが同相｝となることで、ボイスコイルの振動エネルギーを浮動ドライバーに効率よく伝えるための条件である。｛放射面積が小さいボイスコイルの振動が小さくなり｝、｛放射面積が広い｛浮動ドライバー｝の振動が大きくなる｝ことによって低音放射効率は著しく向上する。
二つの条件の第2は、
｛逆相低音域代表周波数｝付近において｛ボイスコイルと｛浮動ドライバー｝の双方の振動｝は逆相に近い付近で大きく振動し、歪みを発生する。しかし、｛逆相域低音域代表周波数｝と｛同相域必要低音域代表周波数｝は互いに関連していて、｛両周波数が接近している場合に説得力のある低音再生ができる｝ことを実験的に確認することができる。このことは最良の状態に設計されたパッシブラジエーター方式のスピーカーシステムでも同様である。
以上の二つの条件、即ち｛｛同相低音域代表周波数｝と｛逆相低音域代表周波数｝の適切な設計｝は、｛｛応用装置｝に求められる性能｝と｛｛必要低音再生帯域｝で効率良く低音再生できる条件｝を整合させるために必要不可欠のファクターである。
【００１５】
請求項６は本案発明の｛スピーカー｝を応用装置でより良好な低音音質の再生のための必要条件である。
本案発明の｛スピーカー｝は低音再生能力を備えているだけで、通常の大口径のスピーカーのような駆動方法では｛必要低音再生域｝で説得力のある低音が再生されないばかりでなく、｛逆相低音域代表周波数｝付近では｛ドライバー｝のダイナミックレンジを超える異常振動が発生する。｛必要低音再帯域｝で強力な低音再生音を引き出すには｛この周波数範囲でゲイン強調特性を持つフィルター｝が有効である。そして、｛逆相低音再生帯域｝では｛異常振動を抑制する減衰特性を持つフィルター｝が必要である。
これらのフィルターを増幅器側に備えることで、実用的に良好な低音再生を得ることができる。
【００１６】
請求項７は本案発明の｛スピーカー｝を｛応用装置｝に組み入れる場合、｛良好な低音再生を得るための音響設計レベルの業務｝を標準化するに必要な｛スピーカー｝の諸元の明記の方法に関する。少なくとも、｛求められる必要低音再生帯域｝で、｛エンクロージャーの容積など必要な環境条件を提示｝することは、設計業務を簡素化し、設計精度を向上させる。スピーカーのサイズを小型化できることから、｛ドライバー｝の標準化の促進の可能性を持つ。抵抗やコンデンサが標準部品であるように、｛スピーカー｝の主要部品である｛ドライバー｝を標準化することで、非効率な現状の音響設計業務の大幅な改善が可能となる。
【実施例】
【００１７】
第1に、
通常のドライバーの金属フレームまたはプラスティックフレームはエンクロージャーへの取り付け構造を持つが、この取り付け構造のかわりに弾力性のあるゴム製の｛第２エッジ｝を設け、｛第２エッジ｝の外周を｛エンクロージャー｝に密着させたスピーカー。または｛第2エッジ｝の外周に金属またはプラスティックのフレームを接着し、そのフレームをエンクロージャーに密着させたスピーカー。
【００１８】
第２に、第１のスピーカーのエンクロージャーのドライバーの裏側にドライバーに対向させてパッシブラジエーターを設け、｛ドライバーの振動とパッシブラジエーターの振動｝による機械振動を｛必要低音再生帯域｝において相殺させた、スピーカー。
【００１９】
第３に、第１の実施例の｛｛第2エッジ｝を設けた｛ドライバー｝｝または｛｛第２エッジ｝の外周にフレームを設けた｛ドライバー｝｝に関し、仮定したエンクロージャーの容積に対し、｛｛同相低音域代表周波数｝と｛逆相低音域代表周波数｝に関する見積もり値｝を｛ドライバー｝の諸元の一部として対応づけた｛ドライバー｝。
【００２０】
第４に、｛第１または第２のスピーカー｝または｛第３のドライバー｝を｛キャビネットやシャーシに装着｝した｛音響装置やテレビジョンセットや携帯電話やスマートフォン｝。
【００２１】
第５に、｛第１または第２のスピーカー｝または｛第３のドライバー｝を｛フロントガラスまたはピラーまたはダッシュボード｝に装着した乗用車。
【００２２】
第６に、｛第１または第２のスピーカー｝または｛第３のドライバー｝を｛壁やドア｝に装着した家屋。
【００２３】
第７に、｛第１または第２のスピーカー｝または｛第３のドライバー｝を装着したテーブルやデスク。
【００２４】
第８に、｛第１のスピーカー｝または｛第３のドライバー｝を｛ガラスや木｝の板に装着したスピーカー。
【００２５】
第９に、｛｛携帯電話、スマートフォンと呼ばれる携帯端末、パーソナルコンピューター、テレビジョンセット、カーステレオ｝の音響信号処理プロセッサ｝に｛｛必要低音再生域｝での強調フィルターや｛逆相低音再生帯域｝での減衰フィルター｝を組み込んだところの、｛｛第１または第２のスピーカー｝または｛第３のドライバー｝｝を持つ応用装置。