JP3756259B2

JP3756259B2 - ヘッドホン用ドライバー

Info

Publication number: JP3756259B2
Application number: JP21795096A
Authority: JP
Inventors: 秀夫是枝; 清孝宮下
Original assignee: フオスター電機株式会社
Priority date: 1996-07-30
Filing date: 1996-07-30
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2016-07-30
Also published as: JPH1051892A

Description

【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（ｆ_０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／ρ^３）^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／ρ^３）^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／ρ^３）^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、カーボン繊維を強化材として重量比１５〜５０％混抄したものとし、これをデュアル磁気ギャップを形成する磁気回路を用いて駆動することに特徴を有している。
【００１１】
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／ρ^３）^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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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１０％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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、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はマグネットで、これらによって磁気回路が構成されている。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。
【００２６】
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。
【００２７】
エッジ部２の材料のヤング率を４５０ＭＰａ以下とし、ウレタンエラストマーシート（ブリヂストンＵＲＳ−Ｂ２）を成形したものを使用した。
【００２８】
図２は、振動板胴体部１の材料を、バイオセルロースに対するカーボン繊維混抄率を２０％としたもの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はバイオセルロースにカーボン繊維を混抄したものの周波数特性、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Ａ１_２はＡ１における第２高調波歪み、破線Ｂ_２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Ａ１_２の方が破線Ｂ_２よりもレベルが高くなっている。
【００２９】
図３は、バイオセルロースにカーボン繊維を混抄したもの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はバイオセルロースにカーボン繊維を混抄したものの周波数特性、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Ａ１_３はＡ１における第３高調波歪み、破線Ｂ_３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。
【００３０】
図４は本発明に用いられ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、これらによって磁気回路が構成されている。本発明の実施例では、振動板胴体部１とエッジ部２からなる振動板１０は前述のものと同一で、磁気回路を異ならせたデュアル磁気ギャップとしている。なお、ヘッドホン用ドライバーの口径はφ５０ｍｍとした。
【００３１】
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では内磁型としている。
【００３２】
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。
【００３３】
図５は、本発明の上記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Ａ_２は実施例における第２高調波歪み、実線Ｂ_２は従来例における第２高調波歪みである。
実線Ａ_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Ａ２_２の方が破線Ｂ_２よりもレベルが高くなっている。
【００３４】
図６は、本発明の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Ａ２_３は実施例における第３高調波歪み、実線Ｂ_３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。
【００３５】
図７は、図１に示した磁気回路を用いたものと、図４に示したデュアル磁気ギャップの磁気回路を用いた実施例における第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Ａ１_２は図１に示した磁気回路を用いたものの第２高調波歪み、実線Ａ２_２は実施例における第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。
【００３６】
図８は、図１に示した磁気回路を用いたものと、図４に示したデュアル磁気ギャップの磁気回路を用いた実施例における第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Ａ１_３は図１に示した磁気回路を用いたものの第３高調波歪み、実線Ａ２_３は実施例における第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。
【００３７】
【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、カーボン繊維を強化材として混抄し、これをデュアル磁気ギャップを形成する磁気回路で駆動するようにしたため、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】ヘッドホン用ドライバーの断面図である。
【図２】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をバイオセルロースを基材とし、カーボン繊維を強化材として所定量混抄したものを図１に示した磁気回路で駆動したものと従来例との周波数特性と第２高調波歪みの比較を示す図である。
【図３】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をバイオセルロースを基材とし、カーボン繊維を強化材として所定量混抄したものを図１に示した磁気回路で駆動したものと従来例との周波数特性と第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】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をバイオセルロースを基材とし、カーボン繊維を強化材として所定量混抄したものを図１に示した磁気回路で駆動したものと本発明の実施例における第２高調波歪みの比較を示す図である。
【図８】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をバイオセルロースを基材とし、カーボン繊維を強化材として所定量混抄したものを図１に示した磁気回路で駆動したものと本発明の実施例における第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をバイオセルロースを基材とし、カーボン繊維を強化材として所定量混抄したものを図１に示した磁気回路で駆動したものにおける周波数特性
Ａ１_２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をバイオセルロースを基材とし、カーボン繊維を強化材として所定量混抄したものを図１に示した磁気回路で駆動したものにおける第２高調波歪み特性
Ａ１_３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をバイオセルロースを基材とし、カーボン繊維を強化材として所定量混抄したものを図１に示した磁気回路で駆動したものにおける第３高調波歪み特性
Ａ２実施例における周波数特性
Ａ２_２実施例における第２高調波歪み特性
Ａ２_３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
Ｂ_２実施例における第２高調波歪み特性
Ｂ_３従来例における第３高調波歪み特性

Claims

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、カーボン繊維を強化材として混抄して構成し、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より、前記リング状マグネットの外側に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、この磁気回路により前記振動板を駆動することを特徴とするヘッドホン用ドライバー。