JP7299454B2

JP7299454B2 - 振動板またはダストキャップ並びにスピーカーユニット

Info

Publication number: JP7299454B2
Application number: JP2018162233A
Authority: JP
Inventors: 岳井上; 創吉村; 浩靖雲; 禎俊久本
Original assignee: Onkyo Corp
Current assignee: Onkyo Corp
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2018-08-31
Publication date: 2023-06-28
Anticipated expiration: 2038-08-31
Also published as: JP2020036240A; US20200077197A1; US10805732B2; CN110876105A

Description

本発明は、音波を放射する振動板またはダストキャップ並びにこれを備えて構成される動電型のスピーカーユニットに関する。

動電型のスピーカーユニットにおいては、円筒状のボイスコイルボビンの円筒側面に、スピーカー振動板（特に、コーン型振動板）の内周端を接着剤で接着する組立構造が多用されている。動電型スピーカーでは、ボイスコイルボビンに巻回されるコイルに音声信号電流が供給される。コーン型の振動板の外径部にはエッジが連結し、エッジの外周端側は磁気回路と連結するフレームに固定され、ボイスコイルのコイルは磁気回路の磁気空隙に配置される。ダストキャップは、ボイスコイルボビン並びに磁気回路の磁気空隙に異物が入るのを防ぐように取り付けられる。その結果、振動板およびボイスコイルが振動すると、振動板およびダストキャップが音波を放射する。

振動板およびダストキャップの形状は、動電型のスピーカーユニットが再生する音声の品質並びに音圧周波数特性に影響を与える。振動板およびダストキャップは、軽さと構造強度の両立を必要とする。従来のスピーカーにおいては、このコーン型振動板の形状、または、ダストキャップの形状に工夫を施して、音圧周波数特性の平坦化を含めた音響特性の改善を図ろうとするものがある。円形のコーン型振動板では、振動系の構成が中心軸に対して対称性がよくなり、その結果、ローリング等の動作不良が発生しにくくなる利点がある一方で、コーン型振動板の剛性が低くなると、円形であるが故に分割振動モードの影響が顕著に現れて音圧周波数特性上のピーク・ディップが大きくなり、再生音質の低下を招く場合があるという問題がある。

例えば、従来には、コーン形状の振動板の変曲部に沿って振動板の前方もしくは後方に突出する垂直断面がＶ字状の突状リブを周方向接線と交差する方向に、または、周方向に不規則に複数分布するように設けたことを特徴とするスピーカー用振動板がある（特許文献１、図２、図３）。振動板部の剛性が、周方向に対して不均一となって著しい分割共振が発生せず、周波数特性の平坦化が図られる。

一方で、従来には、昆虫の形状を似せて厚さ１０００μｍ以下で多結晶Ｓｉ、単結晶Ｓｉ又はＳｉＣからなるウエハ状のシリコン基板よりなり、昆虫の翅を模した外形を有するとともに、表面をエッチング処理して前記昆虫の翅脈を模した凹凸模様を形成してなることを特徴とする昆虫型飛翔玩具の翼体がある（特許文献２）。

昆虫の翅は、背中の外骨格が薄く伸びたもので、キチン質でできており、飛行に適するように非常に軽く、必要な強度を有する。昆虫の翅は、膜状に広がった翅を支えるために、翅脈という太くなったキチン質の筋が葉脈のように翅に広がる。昆虫の翅脈は、羽化時に体液を充填して翅を展開できる構造になっている。例えば、従来には、トンボの翅に見られる翅脈の幾何学形成に学び建築への応用可能性を考察した研究がある（非特許文献１）。また、昆虫のトンボの翅の翅脈には、ボロノイ構造が現れる（非特許文献２）。

軽さと強度の両立を必要とする点で、昆虫の翅とスピーカーの振動板およびダストキャップは共通する。ただし、従来には、音波を放射する振動板またはダストキャップ並びにスピーカーユニットにおいて、昆虫の翅の形状や模様等を模したものは、存在しない。

実開昭６２－２６９９７号公報特許第４９６８１３９号公報工藤俊輔、宇野求、田中陽輔、"トンボの翅脈の形態学的特性とその建築的応用可能性"、（日本建築学会大会学術講演梗概集・建築デザイン発表梗概集巻：2012 ページ：5324）［平成３０年８月２１日検索］、インターネット〈URL：https://www.rs.kagu.tus.ac.jp/unolab/thesis/2011/kudo.pdf〉中河友里濱野彩音山田瑞、"トンボの翅脈にはなぜボロノイ構造が現れるのか"、（広島大学附属高等校）、［平成３０年８月２１日検索］、インターネット〈URL：https://www.musashino-u.ac.jp/albums/abm.php?f=abm00004627.pdf&n=%E6%9C%80%E5%84%AA%E7%A7%80%E8%B3%9E_%E5%BA%83%E5%B3%B6%E5%A4%A7%E9%99%84%E5%B1%9E%E9%AB%98%E7%AD%89%E5%AD%A6%E6%A0%A1.pdf〉

本発明は、上記の従来技術が有する問題を解決するためになされたものであり、その目的は、音波を放射する振動板およびダストキャップ並びにこれを備えて構成される動電型のスピーカーユニットに関し、分割振動モードの影響が現れて音圧周波数特性上のピーク・ディップが大きくなることを防いで、再生音質に優れるスピーカーユニットを提供することにある。

本発明の振動板またはダストキャップは、動電型のスピーカーユニットを構成する振動板またはダストキャップであって、音波を放射する振動板部の少なくとも一方面に昆虫の翅を模した凹凸が形成されている。

好ましくは、本発明の振動板またはダストキャップは、凹凸が、昆虫の実際の翅脈の形状を測定したデータ、または、昆虫の翅脈を模したボロノイ図のデータ、に基づいて形成されている。

また、好ましくは、本発明の振動板またはダストキャップは、凹凸が、所定の面積の同一の翅脈の形状を、振動板部に複数繰り返して配置して形成されている。

また、好ましくは、本発明の振動板またはダストキャップは、振動板部の凹凸における凸部の厚みｔ２が、凹凸における凹部の厚みｔ１とほぼ同じか、ｔ１以上の厚みに形成されている。

また、好ましくは、本発明の振動板またはダストキャップは、振動板部の凹凸における凸部が、翅脈を模した中空空間を内部に形成している。

また、本発明のスピーカーユニットは、上記の振動板と、振動板の内径部に連結されるボイスコイルと、振動板の外径部に連結されるエッジと、エッジの外周端部が固定されるフレームと、ボイスコイルのコイルが配置される磁気空隙を有してフレームに固定される磁気回路と、を少なくとも備える。

また、本発明のスピーカーユニットは、コーン形状の振動板と、振動板の内径部に連結されるボイスコイルと、振動板またはボイスコイルに連結する上記のダストキャップと、振動板の外径部に連結されるエッジと、エッジの外周端部が固定されるフレームと、ボイスコイルのコイルが配置される磁気空隙を有してフレームに固定される磁気回路と、を少なくとも備える。

以下、本発明の作用について説明する。

本発明の振動板またはダストキャップは、動電型のスピーカーユニットを構成する振動板またはダストキャップであって、音波を放射する振動板部の少なくとも一方面に昆虫の翅を模した凹凸が形成されている。ここで、凹凸は、昆虫の実際の翅脈の形状を測定したデータ、または、昆虫の翅脈を模したボロノイ図のデータ、に基づいて形成されているのが好ましい。自然界に存在する昆虫の翅は、昆虫が飛行するのに必要な強度と軽さを両立した構造物であり、その凹凸を模した構造は、振動板またはダストキャップにおいても同様の期待される効果を発揮することができる。

本発明のスピーカーユニットは、この振動板またはダストキャップと、振動板のエッジ部の外周端部が固定されるフレームと、ボイスコイルのコイルが配置される磁気空隙を有してフレームに固定される磁気回路と、を備える。凹凸は、振動板またはダストキャップの振動板部の剛性を高めるので、分割振動モードの影響により出現しやすい音圧周波数特性上のピーク・ディップを抑制し、再生音質に優れるスピーカーユニットを提供することができる。

振動板またはダストキャップの振動板部の凹凸は、所定の面積の同一の翅脈の形状を、振動板部に複数繰り返して配置して形成してもよい。トンボなどの昆虫の細長い翅を模した凹凸であっても、広い円形の面積を有する振動板またはダストキャップに採用することができる。

振動板またはダストキャップの振動板部の凹凸は、その凸部の厚みｔ２が、凹凸における凹部の厚みｔ１とほぼ同じか、ｔ１以上の厚みに形成されているのが好ましい。また、振動板部の凹凸における凸部が、翅脈を模した中空空間を内部に形成していてもよい。振動板部の凹凸を構成する構造を、昆虫の翅に更に模したものに近づけられるので、より再生音質に優れるスピーカーユニットを提供することができる。

本発明の動板およびダストキャップ並びにこれを備えて構成される動電型のスピーカーユニットは、分割振動モードの影響が現れて音圧周波数特性上のピーク・ディップが大きくなることを防いで、再生音質に優れるスピーカーユニットを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る動電型のスピーカーユニットの外観図である。昆虫の翅の翅脈／凹凸を説明する図である。本発明の一実施形態に係る振動板の形状を示す図である。本発明の一実施形態に係るダストキャップの形状を示す図である。本発明の一実施形態に係る振動板およびダストキャップを用いた動電型のスピーカーユニット、並びに比較例のスピーカーユニットの音圧周波数特性を示すグラフである。

以下、本発明の好ましい実施形態による振動板またはダストキャップ並びにスピーカーユニットについて説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。

図１は、本発明の好ましい実施形態による動電型のスピーカーユニット１について説明する図である。具体的には、図１は、コーン型振動板並びにダストキャップを備えるスピーカーユニット１の外観を示す前面側からの斜視図である。なお、スピーカーユニット１の形態は、本実施例の場合に限定されない。また、本発明の説明に不要なスピーカーユニット１の構成については、図示及び説明を省略する。

本実施例のスピーカーユニット１は、スピーカーシステム用または車両取付用の呼び口径が１６ｃｍの動電型スピーカーである。スピーカーユニット１は、スピーカーシステムを構成するキャビネット又は車両のボディ／ドア等に取り付けられて、音声を再生するスピーカーを構成する。ただし、このスピーカーユニット１を用いるスピーカーシステム等の具体的な形態については、図示及び説明を省略する。

スピーカーユニット１は、金属材料でバスケット状に形成されるフレーム２と、フレーム２に固定される磁気回路３と、紙質材料を抄紙して形成するコーン形状の振動板１０と、振動板１０の内周側に連結してそのコイルが（図示しない）磁気回路３の（図示しない）磁気空隙に配置される（図示しない）ボイスコイル４と、ボイスコイル４の（図示しない）ボビンに連結して振動可能に支持する（図示しない）ダンパー５と、振動板１０の外周側に連結して振動板１０を振動可能に支持するエッジ９と、ボイスコイル４の（図示しない）ボビンの上端側を塞ぐように取り付けられるダストキャップ２０と、を備える。なお、ボイスコイル４、並びに、ダンパー５は、図１では振動板１０の背面側に位置して隠れることになるので、外観視されていない。

したがって、スピーカーユニット１では、強い直流磁界が発生する磁気回路３の磁気空隙中に配置されるボイスコイル４のコイルに音声信号電流が供給されると、図示するＺ軸方向に駆動力が発生し、ボイスコイル４ならびに振動板１０並びにダストキャップ２０から構成されるスピーカー振動系がＺ軸方向に振動する。つまり、スピーカー振動系は、ダンパー５およびエッジ９によって振動可能に支持されており、その結果、振動板１０並びにダストキャップ２０の前後に存在する空気に圧力変化を生じ、音声信号電流を音波（音声）に変換する。

図２は、昆虫の翅の翅脈／凹凸を説明する図である。具体的には、図２は、あるトンボの翅の一部拡大写真であり、光源を翅の裏側に置いているので、翅を透過した光により翅脈の筋が濃い影の線として見えている。昆虫の翅において、翅脈に囲まれた一つ一つの領域には薄い膜が形成されており、凹部としての膜の厚みは、凸部としての翅脈の厚みよりも薄い構造となっている。自然の昆虫の翅の翅脈の広がり方は、その種類／個体によって様々であるが、図２のような凹凸が出現する点では共通する。

昆虫の翅の凹凸は、昆虫の実際の翅脈の形状を測定して得たデータにより模すことができる。例えば、図２のような写真から翅脈の交点の位置を２次元で特定してデータ化し、これらの交点を結ぶことで実際の翅脈を模した凹凸が再現できる。実際の翅脈では、翅脈の交点の間の距離が様々に分散する。翅脈は、大きさおよび形状が様々に異なる多数の多角形（主に三角形または四角形または五角形）が連なるような凹凸を形成する。翅脈の凹凸は、昆虫が飛行する翅として必要な強度と軽さを両立した構造を実現している。

ただし、振動板またはダストキャップに利用する凹凸の寸法は、実際の昆虫の翅脈の寸法に一致させるように限ることなく、何倍かに拡大して利用するのが現実的である。昆虫の翅の実際の面積は小さいので、凹凸の大きさの相対比を保ったまま拡大して利用するのが適当である。また、所定の面積の同一の翅脈の形状を、振動板またはダストキャップの振動板部を補強する凹凸として、複数繰り返して配置して形成してもよい。なお、昆虫の翅の翅脈が形成する凹凸は、翅脈の部分を厚みが厚い凸部として、翅脈に囲まれた膜の部分を厚みが薄い凹部として利用すればよく、厚み寸法まで正確に模さなくてもよい。

図３は、本発明の一実施形態に係る振動板１０の形状を示す図である。具体的には、図３（ｂ）は振動板１０の平面図であり、図３（ａ）は振動板１０のＡ－Ａ断面図であり、図３（ｃ）は振動板１０の側面図である。コーン形状の振動板１０は、円孔を規定する内径部１１と、内径部１１と同心円となる円形の縁部を規定する外径部１２と、内径部１１と外径部１２を結ぶ略円錐面状の曲面を有する振動板部１３と、を有する。

本実施例の振動板１０の振動板部１３の曲面の一方面には、昆虫の翅を模した凹凸が形成されている。この凹凸は、昆虫の翅の凹凸と同様に、厚みの薄い凹部１４（厚みｔ１）と、厚みが厚い凸部１５（厚みｔ２（＞ｔ１））を含む。本実施例の振動板１０の場合には、図３（ｂ）に示すように、中心Ｏからの角度７２°の略扇形の領域Ｓの凹凸を、５つ周方向に繰り返すように配置して、全周にわたる凹凸を実現している。したがって、凹部１４および凸部１５は、翅の翅脈と同様のリブ状の構造を振動板部１３の略円錐面状の曲面に形成する。凹部１４および凸部１５が形成する凹凸は、振動板部１３の剛性を高めるように作用する。

なお、本実施例の振動板１０では、振動板部１３の曲面の一方面にのみ凹凸が出現するように構成しているが、両面に凹凸が出現してもよい。その場合には、振動板部１３の曲面の一方面での凸部１５に対応させて、他方面に細い凹部を形成して翅脈を形作るようにして、凸部１５の厚みｔ２を広い凹部１４の部分の厚みｔ１とほぼ同じようにしてもよい。また、振動板部１３の曲面の両面に、凹部１４の厚みｔ１よりも厚く突出する凸部１５をそれぞれ設けてもよい。また、振動板部１３の曲面において、凹凸を全体に設けるだけでなく、一部のみに設けてもよい。

図４は、本発明の一実施形態に係るダストキャップ２０の形状を示す図である。具体的には、図４（ｂ）はダストキャップ２０の平面図であり、図４（ａ）はダストキャップ２０のＡ－Ａ断面図であり、図４（ｃ）はダストキャップ２０の側面図である。ダストキャップ２０は、円形の縁部を規定する外径部２２と、略ドーム状の振動板部２３と、を有する。

本実施例のダストキャップ２０の振動板部２３の曲面の一方面には、昆虫の翅を模した凹凸が形成されている。この凹凸は、昆虫の翅の凹凸と同様に、厚みの薄い凹部２４（厚みｔ３）と、厚みが厚い凸部２５（厚みｔ４（＞ｔ３））を含む。本実施例のダストキャップ２０の場合には、振動板１０に比べて面積が狭いので、昆虫の翅を模した凹凸をそのまま一面に配置している。したがって、凹部２４および凸部２５は、翅の翅脈と同様のリブ状の構造を振動板部２３のドーム状の曲面に形成する。凹部２４および凸部２５が形成する凹凸は、振動板部２３の剛性を高めるように作用する。

なお、本実施例のダストキャップ２０では、振動板部２３の曲面の一方面にのみ凹凸が出現するように構成しているが、両面に凹凸が出現してもよい。その場合には、振動板部２３の曲面の一方面での凸部２５に対応させて、他方面に細い凹部を形成して翅脈を形作るようにして、凸部２５の厚みｔ４を広い凹部２４の部分の厚みｔ３とほぼ同じようにしてもよい。また、振動板部２３の曲面の両面に、凹部２４の厚みｔ３よりも厚く突出する凸部２５をそれぞれ設けてもよい。また、振動板部２３の曲面において、凹凸を全体に設けるだけでなく、一部のみに設けてもよい。

図５は、本実施例の振動板１０およびダストキャップ２０を用いた動電型のスピーカーユニット１、並びに（図示しない）比較例のスピーカーユニット１００の音圧周波数特性を示すグラフである。比較例のスピーカーユニット１００は、昆虫の翅を模した凹凸が形成されていない（図示しない）比較例の振動板およびダストキャップを備える点で相違するので、説明および図示を省略する。

図５のグラフに示すように、振動板１０およびダストキャップ２０を用いる本実施例のスピーカーユニット１において、振動板１０およびダストキャップ２０の凹凸は、振動板部１３および振動板部２３の剛性をそれぞれ高めるので、分割振動モードの影響により出現しやすい音圧周波数特性上のピーク・ディップを抑制し、再生音質に優れるものになる。一方で、凹凸を有さない比較例の振動板およびダストキャップを備える比較例のスピーカーユニット１００では、振動板部よび振動板部２３の剛性が劣るので、分割振動モードの影響が音圧周波数特性上のピーク・ディップとして出現しやすくなる。

なお、本実施例の振動板１０およびダストキャップ２０の凹凸は、実際のトンボの翅脈の形状を測定したデータに基づいて形成されている。ただし、凹凸は、トンボに限らず、セミ、蝶、カブトムシ、テントウムシ、などの他の昆虫の翅を模してもよい。

また、昆虫の翅の凹凸がボロノイ図と類似性を有するという考察に基づいて、作図したボロノイ図のデータから昆虫の翅脈を模した凹凸を作成することができる。ボロノイ図は、平面状に幾つかの点（母点）をとり、これらの点と点を線で結ぶように作図し、出来た三角形の各辺の垂直二等分線をつなぐように作図し、最初に作図した線を消して得られる図である。ボロノイ図は、平面上に配置された母点を、他のどの母点に最も近いかによって分割して得られる図であると言える。したがって、ボロノイ図でつないだ垂直二等分線を用いて、昆虫の翅脈に模した凹凸を描くことができる。凹凸は、昆虫の翅脈を模したボロノイ図のデータ、に基づいて形成されていてもよい。

昆虫の翅の凹凸を形成する翅脈には、翅を伸ばす際にのみ体液が流れて、翅が形成された後は乾くので、体液が流れた翅脈は中空になる。これは、翅として必要な強度と軽さを両立した構造に寄与している。したがって、本発明の昆虫の翅を模した凹凸を形成する振動板１０またはダストキャップ２０では、昆虫の翅脈を模した中空空間を内部に形成してもよい。

例えば、振動板部１３の昆虫の翅を模した凹凸において、厚みが厚い凸部１５の内部の振動板材料の密度が、厚みの薄い凹部１４の振動板材料の密度よりも低くなるようにしてもよい。また、表側材料と裏側材料を貼り合わせて形成するような振動板において、厚みの薄い凹部１４を貼り合わせて形成し、厚みが厚い凸部１５の内部に、表側材料と裏側材料とが貼り合わせられていない中空空間を設けるようにしてもよい。

また、実施例の振動板１０またはダストキャップ２０を構成する材料は、樹脂材料であってもよい。例えば、振動板１０またはダストキャップ２０を構成する樹脂材料は、ＰＥＴのフィルム状部材であってもよい。振動板１０またはダストキャップ２０を形成する材料は、例えば、他のＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＡＲ（ポリアリレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、等の軽量な樹脂材料のフィルム、もしくは、シートを熱プレスして形成したものであってもよく、また、エラストマーのシートをプレス成形したものであってもよい。また、振動板１０またはダストキャップ２０を形成する材料は、セルロース等の天然繊維や合成繊維から構成された不織布、または、紙材であってもよい。

また、本発明の振動板１０は、ダストキャップ２０と同様に音波を放射するドーム形状の振動板であってもよい。また、振動板の口径、形状を問わず、本発明の振動板は、ドーム形状の振動板とコーン形状の振動板を組み合わせるようなバランスドーム形状の振動板であってもよい。もちろん、コーン形状の振動板であって、ダストキャップ部分を一体に形成している振動板であってもよい。また、ダストキャップは、振動板としてのサブコーンを備えるものであってもよい。

本発明の振動板は、図示するような動電型のスピーカーユニットに限らず、ダンパーを備えずにスピーカー振動系を構成するスピーカーユニットであってもよい。また、動電型のスピーカーユニットに限らず、圧電型のスピーカーユニットにも適用が可能である。

１スピーカーユニット
２フレーム
３磁気回路
４ボイスコイル
９エッジ
１０振動板
１１内径部
１２外径部
１３振動板部
１４凹部
１５凸部
２０ダストキャップ
２２外径部
２３振動板部
２４凹部
２５凸部

Claims

動電型のスピーカーユニットを構成する振動板またはダストキャップであって、
音波を放射する振動板部の少なくとも一方面に昆虫の翅を模した凹凸が形成され、
前記凹凸が、前記昆虫の実際の翅脈の形状を測定したデータ、または、前記昆虫の翅脈を模したボロノイ図のデータ、に基づいて形成されている、
振動板またはダストキャップ。
前記凹凸が、所定の面積の同一の前記翅脈の形状を、前記振動板部に複数繰り返して配置して形成されている、
請求項１に記載の振動板またはダストキャップ。
前記振動板部の前記凹凸における凸部の厚みｔ２が、前記凹凸における凹部の厚みｔ１とほぼ同じか、前記ｔ１以上の厚みに形成されている、
請求項１または２に記載の振動板またはダストキャップ。
請求項１から３のいずれかに記載の前記振動板と、
前記振動板の内径部に連結されるボイスコイルと、
前記振動板の外径部に連結されるエッジと、
前記エッジの外周端部が固定されるフレームと、
前記ボイスコイルの前記コイルが配置される磁気空隙を有して前記フレームに固定される磁気回路と、を少なくとも備える
スピーカーユニット。
コーン形状の振動板と、
前記振動板の内径部に連結されるボイスコイルと、
前記振動板または前記ボイスコイルに連結する請求項１から３のいずれかに記載の前記ダストキャップと、
前記振動板の外径部に連結されるエッジと、
前記エッジの外周端部が固定されるフレームと、
前記ボイスコイルの前記コイルが配置される磁気空隙を有して前記フレームに固定される磁気回路と、を少なくとも備える、
スピーカーユニット。