(57)【要約】【課題】評価精度の向上を図り、最適形状を生成可能な、スピーカ用磁気回路の形状設計方法を提供する。【解決手段】スピーカ用磁気回路の形状設計方法は、磁気回路の形状データを外部から取得し、当該取得した形状データに基づき、磁気回路の間隙に設けられるボイスコイルの磁束密度分布をシミュレーションし、当該シミュレーションにより取得される磁束密度分布の平均値、および分散値を算出し、当該算出された平均値および分散値に基づきボイスコイルの磁束密度分布の評価を行い、当該評価結果にしたがい磁気回路の形状変更が必要か否かを判定し、形状変更が必要と判定された場合、上記した一連のステップを繰り返し実行し、磁気回路の形状変化が不要と判定された場合、最後に取得した形状データを最適形状データとして出力する。【選択図】図２
2008306578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁界シミュレータにより磁気回路の磁束密度分布を算出し、ＣＡＤにより前記磁気回路の最適形状データを生成するスピーカ用磁気回路の形状設計方法であって、
前記磁気回路の形状データを外部から取得する第１のステップと、
前記取得した形状データに基づき、前記磁気回路が有する間隙に設けられるボイスコイルの磁束密度分布をシミュレーションする第２のステップと、
前記シミュレーションにより取得される前記磁束密度分布の平均値、および分散値を算出する第３のステップと、
前記算出された平均値および分散値に基づき前記ボイスコイルの磁束密度分布の評価を行なう第４のステップと、
前記評価結果にしたがい前記磁気回路の形状変更が必要か否かを判定し、形状変更が必要と判定された場合、前記第１から第４に至る一連のステップの実行を繰り返し、前記磁気回路の形状変化が不要と判定された場合、前記第１のステップで取得した形状データを最適形状データとして出力する第５のステップと、
を有することを特徴とするスピーカ用磁気回路の形状設計方法。
【請求項２】
前記第３のステップは、
前記第２のステップにおける磁束密度分布のシミュレーション結果を用い、前記ボイスコイルの定常範囲と可動範囲のそれぞれにおける磁束密度の平均値と分散値を算出することを特徴とする請求項１記載のスピーカ用磁気回路の形状設計方法。
【請求項３】
前記第４のステップは、
前記第３のステップで算出される、前記ボイスコイルの磁束密度分布の平均値と分散値を、前記第１のステップで取得される形状データ毎に比較し、平均値が大で分散値が小さい形状データを最適形状データとして評価するサブステップを有することを特徴とする請求項１または請求項２記載のスピーカ用磁気回路の形状設計方法。
【請求項４】
前記第４のステップは、
前記第３のステップで算出される、前記ボイスコイルの磁束密度分布の平均値と分散値を、前記第１のステップで取得される形状データ毎に比較し、平均値が概略等しい場合、分散値が小さい形状データを最適形状データとして評価するサブステップを有することを特徴とする請求項１または請求項２記載のスピーカ用磁気回路の形状設計方法。
【請求項５】
前記第４のステップは、
前記第３のステップで算出される、前記ボイスコイルの磁束密度分布の平均値と分散値とを２次元平面上に目盛り、前記第１のステップで取得される形状データを前記２次元平面上にマッピングして磁束密度分布の傾向を評価することを特徴とする請求項１記載のスピーカ用磁気回路の形状設計方法。
【請求項６】
永久磁石、およびヨークによって構成される磁気回路の一部に形成される間隙に、振動板の垂直方向に取り付けられたボビンに巻回されるボイスコイルを有し、前記間隙に磁場を発生させ前記振動板を振動させるスピーカ用磁気回路であって、
前記ボイスコイルの定常範囲、および可動範囲における磁束密度分布の平均値が所定値を越え、前記磁束密度の分散値が所定値以下に設定された形状を有することを特徴とするスピーカ用磁気回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電磁界シミュレータにより磁気回路の磁束密度分布を算出し、ＣＡＤ（Computer Aided Design）により前記磁気回路の最適形状データを生成する、スピーカ用磁気回路の形状設計方法、および同方法により製作されたスピーカ用磁気回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６に、スピーカ用磁気回路の断面図の一例が示されている。図６に示されるように、磁気回路２０は、永久磁石２１とヨーク２２から構成され、一部に磁場を形成する間隙（ギャップ）２３が存在する。間隙２３にはスピーカの振動板（不図示）につながれたボイスコイル２４が存在し、当該ボイスコイル２４に流れる電流と、間隙２３において発生する磁場の磁束密度とによって電磁力が発生し、振動板が駆動される。間隙中のボイスコイル２４には音声信号に比例した電流が流れ、それに伴い振動板が上下に振動する。ここでは、磁束密度が高いほど電磁力が強くなり、スピーカの能率が向上する。そのため、スピーカ用磁気回路の形状設計において、間隙中の磁束密度の分布を評価する必要がある。
【０００３】
上記したスピーカ用磁気回路の磁束密度分布は、通常、電磁界シミュレータを用いて評価される。具体的に、磁気回路の形状毎に磁束密度分布を計算し、それらを比較検討することで磁気回路の最適形状を模索する（例えば、特許文献１参照）。また、磁束密度分布の比較検討を行うとき、従来、磁束密度分布の平均値が用いられていた（例えば、特許文献２参照）。これは、平均値がスピーカの能率に関係した値になるためであると考えられる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２４２１９９号公報
【特許文献２】特開２００６−２０１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記した図６において、ボイスコイル２４が上下動し、ボイスコイル２４が間隙の上側（Ａ側）にある場合と下側（Ｂ側）にある場合とで、間隙中の磁束密度が非対称であった場合、ボイスコイル２４に発生する電磁力が上下非対称となり、それが音として出力されると歪となって知覚される。
【０００６】
そのため、磁束密度分布の上下対称性が評価されるが、例えば、図７（ａ）（ｂ）に示されるように、磁束密度の最大値が等しく、かつ、上下非対称性も同じである磁束密度分布が存在する場合、上記した従来の評価方法によれば甲乙つけがたい。このため、特許文献２に開示されるように、磁束分布の平均値を用い、ここでは、図７（ａ）に示す磁束密度分布１の方が図７（ｂ）に示す磁束密度分布２より平均値が高いことから高い評価を得ることになる。しかしながら、平均値が同程度となる磁束密度分布は多く、それらを比較し、評価することは非常に困難であった。
【０００７】
この発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、磁束密度分布の評価を詳細に行うことにより評価精度の向上を図り、最適形状を生成可能な、スピーカ用磁気回路の形状設計方法、および同方法により製作されたスピーカ用磁気回路を提供すること  を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るスピーカ用磁気回路の形状設計方法は、電磁界シミュレータにより磁気回路の磁束密度分布を算出し、ＣＡＤにより磁気回路の最適形状データを生成するものであって、磁気回路の形状データを外部から取得する第１のステップと、取得した形状データに基づき、磁気回路の間隙に設けられるボイスコイルの磁束密度分布をシミュレーションする第２のステップと、シミュレーションにより取得される磁束密度分布の平均値、および分散値を算出する第３のステップと、算出された平均値および分散値に基づきボイスコイルの磁束密度分布の評価を行なう第４のステップと、評価結果にしたがい磁気回路の形状変更が必要か否かを判定し、形状変更が必要と判定された場合、第１から第４に至る一連のステップの実行を繰り返し、磁気回路の形状変化が不要と判定された場合、第１のステップで取得した形状データを最適形状データとして出力する第５のステップと、を有するものである。
【０００９】
また、この発明のスピーカ用磁気回路は、永久磁石、およびヨークによって構成される磁気回路の一部に形成される間隙に、振動板の垂直方向に取り付けられたボビンに巻回されるボイスコイルを有し、間隙に磁場を発生させ振動板を振動させるスピーカ用磁気回路であって、ボイスコイルの定常範囲、および可動範囲における磁束密度の平均値が所定数を越え、磁束密度の分散値が所定値以下に設定された形状を有するものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、磁束密度分布の評価を詳細に行うことにより評価精度の向上を図り、最適形状を生成可能な、スピーカ用磁気回路の形状設計方法および同方法により製作されたスピーカ用磁気回路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るスピーカ用磁気回路の形状設計方法を実現する設計支援装置の構成を示すブロック図である。
図１に示されるように、設計支援装置は、具体的には、演算制御装置１と、入力装置２と、記憶装置３と、表示装置４とが、システムバス５を介して共通接続された構成である。このシステムバス５はアドレス、データ、コントロールのための複数本のラインで構成されている。
【００１２】
演算制御装置１は、入力装置２を操作することによって入力される磁気回路の形状データを取得し、当該取得した形状データに基づき、磁気回路の間隙に設けられるボイスコイルの磁束密度分布をシミュレーションし、当該シミュレーションにより取得される磁束密度分布の平均値、および分散値を算出し、当該算出された平均値および分散値に基づきボイスコイルの磁束密度分布の評価を行い、当該評価結果にしたがい磁気回路の形状変更が必要か否かを判定する。そして、形状変更が必要と判定された場合、上記した形状データの取得、シミュレーション、平均値および分散値の演算、および磁束密度分布の評価を繰り返し、磁気回路の形状変化が不要と判定された場合、取得した形状データを最適形状データとして表示装置４に出力する各処理を実行する。
【００１３】
上記した各処理は、演算制御装置１が、記憶装置３に記憶されるプログラムを逐次読み出し、実行することにより実現される。なお、ここでいう「プログラム」とは、例えば、３次元電磁界シミュレータと、当該３次元電磁界シミュレータに有機的に結合された３次元機械ＣＡＤと、をいう。
【００１４】
このため、演算制御部１の構成を機能展開して示せば、磁束密度分布演算部１１と、磁束密度分布評価部１２と、形状データ生成部１３とから成る。
磁束密度分布演算部１１は、入力装置２によって入力される磁気回路の形状データを取得し、当該取得した形状データに基づき、磁気回路の間隙に設けられるボイスコイルの磁束密度分布を、例えば、有限要素法にしたがいシミュレーションし、当該シミュレーションにより取得される磁束密度分布の平均値、および分散値を算出して磁束密度分布評価部１２へ出力する機能を有する。このとき、磁束密度分布演算部１１は、磁束密度分布のシミュレーション結果を用い、ボイスコイルの定常範囲（ボイスコイルに電流が流れていない状態）と可動範囲（ボイスコイルに音声に比例した電流が流れている状態）のそれぞれにおける磁束密度分布の平均値と分散値とを算出する。
【００１５】
磁束密度分布評価部１２は、磁束密度分布演算部１１で算出される、ボイスコイルの磁束密度分布の平均値と分散値を取得される形状データ毎に比較し、平均値が大で分散値が小さい形状データを最適形状データとして形状データ生成部１３に出力するか、あるいは、磁束密度分布演算部１１で算出される、ボイスコイルの磁束密度分布の平均値と分散値を形状データ毎に比較し、平均値が概略等しい場合、分散値が小さい形状データを最適形状データとして形状データ生成部１３に出力する機能を有する。磁束密度分布評価部１２はまた、磁束密度分布演算部１１で算出される、ボイスコイルの磁束密度分布の平均値と分散値をそれぞれ２次元平面上に目盛り、取得される形状データを２次元平面上にマッピングして磁束密度の傾向を評価し、その結果を表示装置４に出力してもよい。
【００１６】
なお、形状データ生成部１３は、磁束密度分布評価部１２によって出力される最適形状データを、例えば、有限要素法にしたがいシミュレーションを行い、その３次元形状を表示装置４に表示する機能を有する。
【００１７】
図２は、この発明の実施の形態１に係るスピーカ用磁気回路の形状設計方法の各工程を説明するために示したフローチャートである。
以下、図２のフローチャートを参照しながらこの発明の実施の形態１に係るスピーカ用磁気回路の形状設計方法の各工程について詳細に説明する。
【００１８】
まず、ユーザは、入力装置２を用いて形状設計の対象となるスピーカ用磁気回路の初期形状についてデータ入力を行う（ステップＳＴ２１）。初期形状を取得した演算制御装置１は磁束密度分布演算部１１を起動し、磁束密度分布演算部１１は、取得した形状データに基づき電磁界シミュレーション実行を行い、磁気回路間隙中の磁束密度分布を計算する（ステップＳＴ２２）。そして、得られた磁束密度分布について平均値および分散値を求め（ステップＳＴ２３）、磁束密度評価部１２にて磁束密度分布の評価を行う（ステップＳＴ２４）。
【００１９】
磁束密度分布評価部１２は、磁束密度分布演算部１１により生成される平均値と分散値を後述する評価ルールにしたがい評価し、磁気回路の形状変更が必要か否かを判定する（ステップＳＴ２５）。ここで、形状変更が必要と判定された場合（ステップＳＴ２５“Ｙｅｓ”）、変更すべき形状入力取得（ステップＳＴ２６）を行った後、ステップＳＴ２２の電磁界シミュレーション実行処理に戻り、ステップＳ２５の形状判定処理に至る一連の工程の実行を繰り返し、磁気回路の形状変化が不要と判定された場合（ステップＳＴ２５“Ｎｏ”）、最後に取得した形状データを形状データ生成部１３へ最適形状データとして出力する（ステップＳＴ２７）。
形状データ生成部１３は、磁束密度分布評価部１２で行なわれる評価結果に基づいて磁気回路形状の変更を行い、例えば、有限要素法に基づくシミュレーションを行い、表示装置４に最適形状データに基づく磁気回路の３次元形状を表示する。
【００２０】
ここで重要になるのが、ステップＳＴ２４で実行される磁束密度分布の評価ルールである。磁気回路形状を変化させることにより磁束密度分布も変化するため、磁気回路形状毎に得られる磁束密度分布が他の磁気回路形状を有する磁束密度分布に比べ、所望の磁束密度分布に近づいたのか、遠ざかったのかを判定することは非常に困難である。以下に、磁束密度分布の評価ルールについて、事例を付して詳細に説明する。
従来は、上記した特許文献２に開示されるように、磁束密度分布の平均値を算出し、当該平均値と、他の形状を有する磁気回路の磁束密度分布の平均値とを比較することにより評価していたが、磁束密度分布が異なっても同じ平均値を有するケースが多数あるため、平均値による評価だけでは詳細な比較を行うことができない。このため、ここでは、磁束密度分布の平均に加え、分散値を用いることとした。
【００２１】
ここで、「平均値」とは、変量（磁束密度ｘ）のＮ個の値ｘ1，ｘ2，…，ｘNの組において、これらの値の総和をＮで割った、以下の演算式（１）で示される。
【００２２】
【数１】
2008306578.tif 000003
【００２３】
また、上記した組の各値と平均値との隔たりを表わす量（ｘ1−ｘ）2，（ｘ2−ｘ）2，…，（ｘN−ｘ）2の平均値を、ｘ1，ｘ2，…，ｘNの分散といい、この分散をσ2で表わせば、以下の演算式（２）で示される。
【００２４】
【数２】
2008306578.tif 000004
【００２５】
なお、分散の正の平方根σをとり、これを変量ｘの標準偏差という。ここでは、分散の代替として標準偏差を用いてもよい。
【００２６】
図３（ａ）（ｂ）に、異なるモデル形状を有する磁気回路が、図４（ａ）（ｂ）に、電磁界シミュレーションによりそれぞれ生成される磁束密度分布が示されている。なお、図３（ａ）（ｂ）に示される数字は、永久磁石のサイズ（ｍｍ）を示す。
また、図５は、図３（ａ）（ｂ）にそれぞれ示されるモデル形状Ｎｏ．１、モデル形状Ｎｏ．２における、磁束密度分布の平均値と分散値とを表形式で示している。ここでは、平均値と分散値とを求める範囲として、ボイスコイル定常範囲と、ボイスコイルの可動範囲の２種類を用いている。なお、ここでは、定常範囲と可動範囲についてのみ示しているが、任意の範囲で平均値と分散値とを求め比較してもよい。
【００２７】
すなわち、従来の評価方法である平均値のみを使用した場合、磁気回路モデル形状Ｎｏ．１とＮｏ．２とのボイスコイル定常範囲での平均値の差は１．０％であり、いずれが良いか甲乙つけがたい。これに対し、評価の対象として更に分散値を用いることにより、ボイスコイルの定常範囲での分散値の差は、形状モデルＮｏ．２が、永久磁石２１を２個有する形状モデルＮｏ．１に比べ、２５．７％減少していることがわかる。この結果、図４（ｂ）に示す形状モデルＮｏ．２のほうが、分散が小さいため、磁束密度が均一に近いことがわかり、明確に比較評価が可能となる。
さらに、ボイスコイル可動範囲での平均値、分散値の差は、磁気回路形状モデルＮｏ．２が、形状モデルＮｏ．１に比べ、それぞれ、０．８％減、１６９．９％減になっている。平均値は、０．８％減となり、明確な差異があるとは言い難い。これに対し、分散値は、１６９．９％減となっており、明確な差異が確認される。ボイスコイル可動範囲において、分散が少ないということは、ボイスコイルがどのような位置にあっても鎖交する磁束密度が、均一に近いことを示している。
【００２８】
以上説明のようにこの発明の実施の形態１に係るスピーカ用磁気回路の形状設計方法は、例えば、図１において、電磁界シミュレータ（磁束密度分布演算部１１）により磁気回路の磁束密度分布を算出し、ＣＡＤ（形状データ生成部１３）により磁気回路の最適形状データを生成するスピーカ用磁気回路の形状設計方法であって、例えば、図２において、磁気回路の形状データを外部から取得する第１のステップ（ＳＴ２１）と、取得した形状データに基づき、磁気回路の間隙に設けられるボイスコイルの磁束密度分布をシミュレーションする第２のステップ（ＳＴ２２）と、シミュレーションにより取得される磁束密度の平均値、および分散値を算出する第３のステップ（ＳＴ２３）と、算出された平均値および分散値に基づきボイスコイルの磁束密度分布の評価を行う第４のステップ（ＳＴ２４）と、評価結果にしたがい磁気回路の形状変更が必要か否かを判定し、形状変更が必要と判定された場合、第１から第４に至る一連のステップの実行を繰り返し、記磁気回路の形状変化が不要と判定された場合、第１のステップで取得した形状データを最適形状データとして出力する第５のステップ（ＳＴ２５〜ＳＴ２７）と、を有するものである。
【００２９】
この発明の実施の形態に係るスピーカ用磁気回路の形状設計方法によれば、スピーカ用磁気回路の磁束密度の分布評価を、平均値に加え、分散値を用いて行うことにより、評価精度の向上が図れ、最適形状を有する磁気回路を製作することができる。
また、磁束密度分布の評価に、分散を用いることにより、平均値のみでは評価できなかった場合でも明確に差異を判定することが可能になる。これにより、スピーカ磁気回路設計において、磁束密度分布の評価を機械的に実行することが出来、ユーザの負担を軽減するとともに、磁気回路の形状設計を迅速に行うことができる。また、平均値と分散値を二次元平面上に目盛り、磁気回路形状を二次元平面上にマッピングして評価することにより、磁束密度分布の傾向などの確認も可能になる。
【００３０】
なお、上記したこの発明の実施の形態１に係るスピーカ用磁気回路形状設計方法によれば、磁束密度分布演算部１１において演算された平均値が形状モデルＮｏ．１と形状モデルＮｏ．２とで明確な差異が無い場合に分散値を用いて評価する仕組みについてのみ説明したが、磁束密度分布演算部１１により演算される平均値と分散値を独立して扱い、例えば、１００種類ほどのサンプルを比較し、形状モデルの平均値が大で分散値が小さい形状モデルを最適形状として判定してもよい。
【００３１】
次に、上記のように設計され、製作される、この発明の実施の形態１に係るスピーカ用磁気回路の一例を図６に示す。
この発明の実施の形態１に係るスピーカ用磁気回路２０は、図６に示されるように、永久磁石２１とヨーク２２から構成され、一部に間隙２３が存在する。間隙２３にはスピーカの振動板（不図示）につながれたボイスコイル２４が存在し、当該ボイスコイル２４に流れる電流と、間隙２３において発生する磁場の磁束密度とによって電磁力が発生し、不図示の振動板を駆動する。間隙中に存在するボイスコイル２４には音声信号に比例した電流が流れ、それに伴い振動板が上下に振動する。
【００３２】
特徴的には、上記したスピーカ用磁気回路の形状が、ボイスコイル２４の定常範囲、および可動範囲における磁束密度の平均値が所定値を越え、かつ、磁束密度の分散値が所定値以下に設定された形状を有することにある。ここでいう平均値と分散値の所定値とは、図１に示す設計支援装置が、最適形状データを出力する際、判定に使用された平均値と分散値とする。
【００３３】
上記したこの発明の実施の形態１に係るスピーカ用磁気回路によれば、磁束密度分布の評価に、磁束密度分布の平均値と分散値とを用い、磁束密度分布の平均値が大きく、分散値の小さい形状データを最適形状とし、その形状データに基づき製作されるため、能率（出力効率）が良く、また、ボイスコイル可動範囲において、分散が少ないということは、ボイスコイル２４がどのような位置にあっても鎖交する磁束密度が均一に近いことを意味するため、歪が少ないクリアな音質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の実施の形態１に係るスピーカ用磁気回路の形状設計方法を実現する設計支援装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るスピーカ用磁気回路の形状設計方法の各工程を説明するために示したフローチャートである。
【図３】異なるモデル形状を有するスピーカ用磁気回路の断面形状を示す図である。
【図４】図３に示されるスピーカ用磁気回路の磁束密度分布の例を示す図である。
【図５】図３に示されるモデル形状毎の磁束密度分布の平均値と分散値を表形式で示した図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係るスピーカ用磁気回路の断面構造の一例を示す図である。
【図７】図６に示すスピーカ用磁気回路の磁束密度分布の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  演算制御装置、２  入力装置、３  記憶装置、４  表示装置、５  システムバス、２０  磁気回路、２１  永久磁石、２２  ヨーク、２３  間隙、２４  ボイスコイル。
【図１】
2008306578.tif 000005
【図２】
2008306578.tif 000006
【図３】
2008306578.tif 000007
【図４】
2008306578.tif 000008
【図５】
2008306578.tif 000009
【図６】
2008306578.tif 000010
【図７】
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