(57)【要約】【課題】  中央開口を有するドーナツ形、円形平板状振動板の全面駆動を図って、所望の周波数帯域全般にわたり分割振動の共振モードにおける節円、節直径の発生を抑制し、音圧周波数特性をフルレンジで平滑化し得る薄型軽量の、ドーナツ形振動板による円形平板型スピーカの提供。【解決手段】  ドーナツ形振動板の外径より小径の同心円上に等間隔で環状振動領域に配置した複数の小型円形のボイスコイルを振動板の片面に取りつけ、各ボイスコイルを挿入し得る磁気ギャップを形成する薄型の複数の磁気回路を、エッジを介して振動板を保持するフレームの内面に取り付けてなり、同心円の半径は同心円の外側環状部分と内側環状部分との全ボイスコイルの配置密度が均等になる値に設定したドーナツ形振動板による円形平板型スピーカ。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周縁および中央開口を区画する内周縁の間の環状部分を振動領域とするドーナツ形円形平板状の振動板と、振動板の振動領域の片面に担持される複数の小型円形のボイスコイルと、それぞれボイスコイルの各々と対峙する磁気ギャップを含んで振動板の片面に対面する複数の小型円形の磁気回路と、振動板の内外両周縁をエッジを介して内外両周部で保持すると共に磁気回路を内面部に担持するフレームとでなり、ボイスコイルはその中心を振動板の振動領域内の同心円上に等間隔で位置させた奇数個でなり、同心円はその内側と外側の振動領域の面積がほぼ等しくなる半径に設定されることを特徴とする、ドーナツ形振動板による円形平板型スピーカ。
【請求項２】
同心円上の奇数個のボイスコイルが中心角７２度の等間隔で配置した５個であることを特徴とする請求項１に記載のドーナツ形振動板による円形平板型スピーカ。
【請求項３】
同心円の半径を、その外側と内側の振動領域の面積がほぼ等しくなる値の９５〜１００％とすることを特徴とする、請求項１または２に記載のドーナツ形振動板による円形平板型スピーカ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はドーナツ形振動板による円形平板型スピーカ、特に、中央に円形開口を有する円形ドーナツ形振動板を用い、全体を薄型としたフルレンジ用の円形平板型スピーカに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、薄型のスピーカに用いる振動板の主流をなすのは方形または楕円形の振動板であり、これら非円形振動板を全面駆動するためのボイスコイルと磁気回路とによる高効率駆動方式を、スピーカの構成に適合させつつ達成するための様々な試みと提案がなされてきたが、円形ドーナツ形振動板の全面駆動方式についてはこれまで確たる提案はなされていない。
【０００３】
円形平板状振動板の場合は中心部を含む振動板の全面がピストン振動するように駆動することを理想とするが、従来採用し得る駆動方式として、環状のボイスコイルを円形平板状振動板に同心に取り付けて駆動し、周波数を上昇させた場合、振動板の分割振動による円形の振動節、即ち節円が生じた共振モードの周波数時点で振動板のピストン振動は消滅する。この共振モードは比較的に低い周波数で生じるため、この駆動方式はフルレンジを意図するスピーカには不適格である。
【０００４】
円形平板状振動板におけるこのような節円発生に対処するため、従来行なわれる駆動方式として挙げられるスピーカにおいては、ボイスコイルを担持するボビンと内周端で結合したドライブコーンの外周端を円形平板状振動板の第１次共振で生じる節円の位置に結合し磁気回路と組合せて振動板を駆動する。この場合第１次共振は除去されてその節円は発生しないが、更に周波数をあげたときに第２次共振が生じ、それに伴う節円には対処できない。つまり、第１次共振の節円位置における駆動では低周波帯域から第２次共振が生じる周波数までは再生可能でもそれ以上の帯域での再生は不能である。
【０００５】
この課題への対策としての一提案によれば、それぞれ円形平板状振動板の第１次共振と第２次共振により生じる２個の節円位置に一端を固定した大口径と小口径の２個のコイルボビンの他端にそれぞれボイスコイルを設け、これらボイスコイルを、放射方向に異方性を持つ磁石を複合化して形成した磁気回路の大口径と小口径の２個の磁気ギャップ内に配置し、第１次共振と第２次共振の２個の節円位置において円形平板状振動板は駆動される。
【特許文献１】特開平４−１１５６９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
円形平板状振動板の共振モードで発生するのは、しかし、節円のみではなく、周波数に応じて振動板の直径方向に生じる節直径も存在し、特許文献１はこの節直径についての対策を何等示さない。しかも、節円のみの抑制のために必要とする２個の口径の異なる環状の磁気ギャップ形成のためには、振動板として巨大な寸法と重量の磁気回路を必要とするため、フレームを含む周辺構造も大型化され、スピーカの小型化、特に薄型化と軽量化の面で不利となるばかりでなく、製造コストの面でも著しく不利となる。
【０００７】
更に、円形平板状振動板において同心状の中央開口を設け、いわゆるドーナツ形振動板として汎用のフルレンジにおいて全面駆動を実施可能であれば、中央開口にツイータを組込むことによって小型の円形平板型スピーカの再生範囲を高音域に広げることが可能となるが、ドーナツ形振動板の全面駆動のために特許文献１が示唆するのは大口径の円形ボイスコイルとこれに適合する大口径磁気回路の使用であり、上記と同様の不利を免れない。
【０００８】
従って本発明は同心状中央開口を有するドーナツ形円形平板状振動板を用いたスピーカの汎用の低音域から高音域まで、それぞれ小型小径のボイスコイルと磁気回路とにより振動板を駆動して、ほぼ全音域において変化する分割振動の節円ならびに節直径となる部分を高効率で振動させ、それによって共振モードを抑制し、振動板の全面駆動をフルレンジにおいて可能とする円形平板型スピーカ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】
【０００９】
本発明による第１の課題解決手段は、ドーナツ形振動板による円形平板型スピーカが、外周縁および中央開口を区画する内周縁の間の環状部分を振動領域とするドーナツ形円形平板状の振動板と、振動板の振動領域の片面に担持される複数の小型円形のボイスコイルと、それぞれボイスコイルの各々と対峙する磁気ギャップを含んで振動板の片面に対面する複数の小型円形の磁気回路と、振動板の内外両周縁をエッジを介して内外両周部で保持すると共に磁気回路を内面部に担持するフレームとでなり、ボイスコイルはその中心を振動板の振動領域内の同心円上に等間隔で位置させた奇数個でなり、同心円はその内側と外側の振動領域の面積がほぼ等しくなる半径に設定されることを特徴とする。
本発明による第２の課題解決手段は、同心円上の奇数個のボイスコイルが中心角７２度の等間隔で配置した５個であることを特徴とする。
本発明による第３の課題解決手段は、同心円の半径を、その外側と内側の振動領域の面積がほぼ等しくなる値の９５〜１００％とすることを特徴とする。
【００１０】
本発明による第１の課題解決手段の作用は、ドーナツ形振動板の環状振動領域内の同心円上に等間隔で配置した奇数個の小型円形のボイスコイルが、ドーナツ形振動板の汎用周波数帯域において固有振動で生じ得る分割振動の共振モードによる単一の節円と複数本の節直径の発生防止に有効な駆動を行い、同心円の半径を、同心円の内側と外側の環状部分の面積がほぼ等しくなる値に設定することによって両環状部分におけるボイスコイルの配置密度を均等化する。
本発明による第２の課題解決手段の作用は、同心円上のボイスコイルを等間隔の５個に設定することにより、ドーナツ形振動板の高周波帯域で生じる共振モードにおける５本の節直径部分の駆動を可能とする。
本発明による第３の課題解決手段の作用は、ドーナツ形振動板の同心円の半径を、その内外の面積をほぼ均等とする値の９５〜１００％とすることにより、低周波帯域で最初に生じる節円の発生を有効に抑制する。
【発明の効果】
【００１１】
円形平板型スピーカに用いるドーナツ形円形平板状の振動板を約１〜１５ｋＨｚの汎用周波数帯域において全面振動させるためには、振動周波数と共に変化する分割振動の共振モードにおける節円と節直径を実質的に全て除去しうる位置において、それぞれ小型円形の複数のボイスコイルを均等密度で分散配置するのが有利であるとの観点から、汎用周波数帯域における共振モードの最少の節円と最多数の節直径の数とに対応しうる環状振動領域内の同心円上の等間隔位置に、複数の、望ましくは奇数の小型円形ボイスコイルを配置することにより、汎用周波数帯域において節円と節直径の発生を抑制する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
先ず、図３から図１０を参照して、一般に振動板材として用いられるヤング率２ＧＰａ、比重０．２７ｇｒ／ｃｍ３の材料を直径１４０ｍｍ、中央開口の直径４０ｍｍ、厚さ４ｍｍのドーナツ形円形平板状振動板とし、これを約１６００Ｈｚから１５ｋＨｚまで変化する周波数で振動させた場合の固有振動モードに基づき、周波数上昇と共に変化する分割振動の共振モードと共に変わる振動節のパターンを考察する。特に、図４（２８０７Ｈｚ）では１つの円環状の節すなわち節円ａ（モノクロームの図では環状振動領域のほぼ中央部の円形濃色部分）が見られ、図６（６０７８Ｈｚ）では１つの節円と１つの直径方向の節すなわち節直径ｂが、図８（１０９６３Ｈｚ）では１つの節円ａと２つの節直径ｂが見られるに対し、図３（１６６１Ｈｚ）、図５（４１２０Ｈｚ）、図７（７２６６Ｈｚ）、図９（１１０９１Ｈｚ）と図１０（１５５７９Ｈｚ）ではそれぞれ２〜６本の節直径ｂが現れる。
【００１３】
ここで注目されるのは図９と図１０の分割共振モードで、振動はそれぞれ５本と６本の節直径ｂにより放射方向に１０個と１２個の区分に分割され、明確な振動はこれら１０または１２区分の外周部分にしか見られず、各節直径ｂの内周側を繋ぐ内周部分に振動は見られない。従ってドーナツ形円形平板状の振動板の汎用周波数帯域のフルレンジにおいて全面振動を得るためには、従来の大口径のボイスコイルと大口径の磁気回路以外の方式で、少なくとも図９（１１０９１Ｈｚ）に見られる５本の節直径の発生直前までの考慮が有効と考えられる。
【実施例１】
【００１４】
図１および２は本発明のドーナツ形振動板による円形平板型スピーカの実施例を示し、図１はこの円形平板型スピーカ１０に用いるドーナツ形円形平板状の振動板１１の内面側における平面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う円形平板型スピーカ１０の断面図である。図において例えば上記したようなヤング率と比重を持つ合成樹脂材やパルプ材でなり、中央に中央開口１２を有する環状の、いわゆるドーナツ形の振動板１１は、例えば金属板で断面を浅いＵ字形にした円盤状皿型のフレーム１３の外周壁１３ａと中央突台１３ｂに、弾性材でなる環状の外周エッジ１４と円形の中央エッジ１５を介して弾性的に支持される。本発明の特徴として振動板１１の内面側に複数の小径円筒状のボイスコイルＶ１〜Ｖｎを取り付け、フレーム１３の内底面に、それぞれボイスコイルＶ１〜Ｖｎの各々を挿入し得る直径の磁気ギャップを形成する複数の小径薄型の磁気回路Ｍ１〜ＭｎをボイスコイルＶ１〜Ｖｎに対峙させて取り付ける。
【００１５】
本実施例では、図１に示すように、ドーナツ形の振動板１１を放射方向に中心各７２度で５等分する５本の放射半径線１６と、後述するようにして設定される半径Ｒの同心円１７との５個の交点に中心を位置させた５個のボイスコイルＶ１〜Ｖ５を振動板１１の内面に取り付ける。これらボイスコイルＶ１〜Ｖ５は、望ましくは円筒状に巻回したものを一端縁において接着剤により振動板表面に直接接着することが、スピーカ１０の薄型化および軽量化と再生効率とを両立させる意味において有利であるが、コイルボビンを介して取りつける構成としても良い。また、これらボイスコイルＶ１〜Ｖ５の全てを同じ径とすることが有利であるとともに、振動板１１の直径の実質的に１０分の１の径で充分有効である。
【００１６】
磁気回路Ｍ１〜Ｍ５も同様に、振動板１１の同心円１７上の５個のボイスコイルＶ１〜Ｖ５に対応する磁気回路Ｍ１〜Ｍ５（図２ではＭ２とＭ５のみ示される）がフレーム１３の内底面に固定される。磁気回路Ｍ１〜Ｍ５として図２に示すのは、円盤型磁石をセンターポールピースと皿型ヨークで挟持してポールピース外周面とヨーク周壁内周面との間に環状の磁気ギャップを形成し、この磁気ギャップ内にボイスコイルを挿入する型のものであるが、これに限定されることなく、円形小型のボイスコイルと組み合わせてほぼ同等の駆動効率と空間同率を達成するものであれば他の型のものでよい。
【００１７】
ボイスコイルＶ１〜Ｖ５と磁気回路Ｍ１〜Ｍ５のそれぞれの組合せを配置する５本の放射半径線１６は、図９について前述した５本の節直径ｂの半径部分に相当し、固有振動パターンは回転移動するとしても節直径の間隔は変わらないから、これら５個の固定位置におけるボイスコイルＶ１〜Ｖ５による振動板１１の駆動は、５本の節直径において振動板を駆動することに相当する。従って通常は高音域、特に１１ｋＨｚ付近で発生するピークディップの直前までが抑制される。また、この５本の節直径駆動は低音域から高音域までの他の周波数における少数の節直径発生の抑制にも有効である。
【００１８】
ボイスコイルの数を５個とせず、６個とすれば図１０の節直径６本の共振モードに対処できるのではないかと見られるが、実際には、ボイスコイルの数を偶数とした場合には、その数の半分の節直径の共振モード、つまり図５のモード発生時点で振動パターンに破綻を来たすことが判明している。４個の場合には従って図３の時点で既に破綻し、低周波帯域での節直径発生すら抑制できない。従ってボイスコイルの数は奇数とすることが有利であり、特に汎用周波数帯域では５個とすることが有効である。
【００１９】
同心円１７上に等間隔に配置する５個のボイスコイルＶ１〜Ｖ５の配置位置については、ドーナツ形振動板１１の環状振動領域全面に対して配置密度が均等となることが望ましい。そのためには同心円１７の内側と外側におけるボイスコイルＶ１〜Ｖ５の分布密度と、同心円の内外の振動板の面積比を一致させるように、振動板１１内における同心円１７の半径を設定すればよい。
【００２０】
ボイスコイルの分布密度については、ドーナツ形振動板１１の半径をＲＯ、中央開口１２の半径をｒ、同心円１７の半径をＲとすれば、同心円１７の内側と外側の面積比は
πＲＯ２−πＲ２＝πＲ２−πｒ２                                （１）
となり、この（１）式からＲＯに対するＲの割合を求めれば
Ｒ＝√｛（ＲＯ２＋ｒ２）／２｝                                  （２）
となる。これに、図３ないし図１０の固有振動パターンを示すドーナツ型振動板１１の半径ＲＯ＝７０ｍｍ、中央開口１２の半径ｒ＝２０ｍｍを当てはめると、同心円１７の半径Ｒは約５１．５ｍｍとなる。この半径Ｒの同心円上の中心角７２度の等間隔位置に中心を合わせて５個のボイスコイルＶ１〜Ｖ５を載置し、磁気駆動すれば、環状振動領域前面に対してほぼ均等な駆動を行なえることになる。
【００２１】
一方、同心円１７の算出値約５１．５ｍｍと、図４の２８０７Ｈｚで最初に生じる節円ａの半径の実測値約４８．９ｍｍとの関連を考察すると、応力解析の面では同心円の内側は外側に比して直径に対する厚さの比率が増し、見かけの剛性が上がるため、この周波数での固有振動では節円ａは算出同心円よりやや内側に、つまり、約９５％の半径位置に生じることになる。したがって、同心円１７は上記の式（１）、（２）で算出した半径の９５〜１００％の値に設定すれば、汎用周波数帯域で生じる節円の抑制に有効となる。
【００２２】
ドーナツ形円形平板状の振動板における分割振動の共振モードは、振動板材の寸法、弾性係数、比重等の条件に応じて変化し、図３〜図１０に示すものと同じ周波数帯域であっても発生する節円や節直径の数と位置は同じではない。従って同心円上に配置するボイスコイルの数は、所望の周波数帯域において発生する最多の節直径の数に対応して選択され、この数に対応して同心円の半径ないし直径が算定される。
【００２３】
実施例１ではドーナツ型円形平板状振動板について図３ないし図１０に示す固有振動モードにおける振動節パターンを考察したが、実際のスピーカ組立の際には治具を用いてボイスコイルを振動板に設けた孔に挿入し、治具を孔から引き抜く必要があり、そのためボイスコイル設置位置において、ボイスコイルを担持するボビンの内径に相当する径の孔を振動板に設けねばならない。したがって実施例１の構成に対応して、上記の式（１）、（２）で算出した半径の同心円に沿う５個のボイスコイル設置位置に孔を設けた振動板による、同じ汎用周波数帯域で求めた固有振動モードを図１１から図１８に示す。ただし、この場合、孔の周壁面は円筒状のボイスコイルを直接もしくはボイスコイルを担持するボビンを接着することによって剛性を増すことを考慮し、通常の弾性振動板材に代えて厚さ０．１ｍｍのアルミ箔を用いてある。
【００２４】
図１１はこのような５個の孔付きドーナツ形振動板における周波数９６１Ｈｚで節直径２本のモード、図１２は周波数２８３２Ｈｚで節円１個のモード、図１３は周波数３６７１Ｈｚで節直径３本のモード、図１４は周波数５９１０Ｈｚで節円１個と節直径１本のモード、図１５は周波数６６９０Ｈｚで節直径４本のモード、図１６は周波数９５０１Ｈｚで５個の穴のない場合にはなかった５角形の節のモード、図１７は周波数１１９１６Ｈｚで節直径５本のモード、図１８は周波数１３６１６Ｈｚで節円２個のモードを示す。
【００２５】
５個の孔付きドーナツ形振動板の固有振動モードにおいて、５本の節直径が生じるのは図１７の１１９１６Ｈｚであり、図３から図１０の孔無しドーナツ形振動板１１において、５個のボイスコイル設置の場合に共振パターン抑制の限界となる図９の周波数１１０９１Ｈｚをやや上回っている。これは上記したように５個の孔の周壁へのコイルまたはボビンの接着による剛性の増加に起因することは明らかであり、５個のボイスコイルの同心円上等間隔配置による汎用周波数帯域での共振パターン抑制の高周波帯域における限界を上げることになり、また、５個のボイスコイル設置の有効性の証左でもある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による円形平板型スピーカに用いるドーナツ形円形平板上振動板の、ボイスコイルを取りつけた内面側の平面図。
【図２】図１の振動板を用いた、本発明のドーナツ形振動板による円形平板型スピーカの、図１のＡ―Ａ線に沿う断面図。
【図３】本発明において用いるものと同じドーナツ形円形平板状振動板材料であって未だボイスコイル取り付け用の孔を設けないものの１，６６１Ｈｚの周波数における固有振動の分割振動共振モードを示す。
【図４】図３のものと同じ孔無し振動板材料の２，８０７Ｈｚの周波数における個有振動の共振モードを示す。
【図５】図３のものと同じ孔無し振動板材料の４，１２０Ｈｚの周波数における固有振動の共振モードを示す。
【図６】図３のものと同じ孔無し振動板材料の６，０７８Ｈｚの周波数における固有振動の共振モードを示す。
【図７】図３のものと同じ孔無し振動板材料の７，２６６Ｈｚの周波数における固有振動の共振モードを示す。
【図８】図３のものと同じ孔無し振動板材料の１０，９６３Ｈｚの周波数における固有振動の共振モードを示す。
【図９】図３のものと同じ孔無し振動板材料の１１，０９１Ｈｚの周波数における固有振動の共振モードを示す。
【図１０】図３のものと同じ孔無し振動板材料の１５，５７９Ｈｚの周波数における固有振動の共振モードを示す。
【図１１】本発明において用いるものと同じドーナツ形円形平板状振動板材料であって、ボイスコイル取り付け用に同心円上の５個の孔を設けたものの９６１Ｈｚの周波数における固有振動共振モードを示す。
【図１２】図１１のものと同じ孔付き振動板材料の２，８３２Ｈｚの周波数における固有振動の共振モードを示す。
【図１３】図１１のものと同じ孔付き振動板材料の３，６７１Ｈｚの周波数における固有振動の共振モードを示す。
【図１４】図１１のものと同じ孔付き振動板材料の５，９１０Ｈｚの周波数における固有振動の共振モードを示す。
【図１５】図１１のものと同じ孔付き振動板材料の６，６９０Ｈｚの周波数における固有振動の共振モードを示す。
【図１６】図１１のものと同じ孔付き振動板材料の９，５０１Ｈｚの周波数における固有振動の共振モードを示す。
【図１７】図１１のものと同じ孔付き振動板材料の１１，９１６Ｈｚの周波数における固有振動の共振モードを示す。
【図１８】図１１のものと同じ孔付き振動板材料の１３，６１６Ｈｚの周波数における固有振動の共振モードを示す。
【符号の説明】
【００２７】
１０    スピーカ
１１    振動板
１２    中央開口
１３    フレーム
１４    外周エッジ
１５    中央エッジ
１６    放射半径線
１７    同心円
Ｖ１〜Ｖ５    ボイスコイル
Ｍ１〜Ｍ５    磁気回路
ａ    節円
ｂ    節直径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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