JPH03208500A - スピーカシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、スピーカシステムに係り、特に既存のスピー
カでは補償されない過渡現象、歪率、位相差等を改善し
たスピーカシステムに関するものである。

〔従来の技術及びその問題点〕

本発明を理解する為に、まず音は空気の振動即ち小さい
圧力の変化により伝播される。一般的に、この原理を利
用して音を再生するスピーカには現在、スビーカの大部
分を占めるコーン型、ドーム型、ホーン型等に分類され
る動電形スピーカがあり、これとは別に振動板が前面駆
動されて主にツィータで使用されるリボン型スピーカや
、狭い間隔に二個の電極を設置して静電気の力で吸引、
反撥動作す−るスピーカや、ピエゾ効果を利用したハイ
ブリマースピーカ等があり、これらを再び周波数特性に
より分類すると低音専用のスビーカユニットであるウー
ファ、中音専用のスピーカであるトウィトがある。一般
的に一番広く使用されるコーン型スピーカを基準に低音
、中音及び高音の特性に関する従来の問題点を述べる。

第１図はコーン型スピーカの一般的な構造で入力端子（
１３〉に音声信号が入力されるとボイスコイル（４）に
電流が流れてセンターポールヨーク（ｌ）、プレート（
２）、マグネット（３〉　は磁気回路を形成する。従っ
て、ボイスコイル〈４）と一体化したコーン紙（５）が
音声信号に応じてセンターポールヨーク（１）の側面に
対し上下にピストン運動する。コーン紙（５）が上方に
動く時、即ち１８０゜前進時は音圧の発生が可能だが、
コ一ン紙（５）が下方に動く時、即ち１８０゜後進する
時は音圧の発生が不可能である。

これはコーン紙（５）が上方に移動する場合、１０１３
ミ！Ｊバールの大気圧状態で質量を持つ微粒子（空気〉
により音圧発生が可能であるが、コーン紙（５）が下方
に移動する場合は空気の容積が縮小されて次の１８０゜
前進時妨害要素になる。

即ち、空気中の空気分子と空気分子の間には互いに１０
１３　ミ’）バールの圧力で立体的に存在する容量とい
う単位が存在する。コーン紙（５）が前進する場合一定
の質量を有する空気分子は３４０ｍ／ｓｅｃの速度で振
動を次の分子に伝達し、その伝達過程を通じて最終分子
までその振動を伝達する。

その伝達過程で最初に音という反復的で規則的な波動を
空気素粒子の間に１７２（λ）波長前進した場合、素粒
子間の間隔が初めは狭くて空気間の緩衝役割をして次の
空気粒子が続いて順次伝達過程を繰り返す。こうして最
終点に到達したときには伝達される力はごく微弱なエネ
ルギーで耳に聞こえなくなる。

音の発生は空気の振動、即ち圧力変化により生じる。コ
ーン紙（５）が後退する場合には空気素粒子の容積（密
度）が変化するだけで、これが音圧に現れない。即ち、
音圧は一定に維持される。コーン紙が後退する時に非常
に速く動くと空気がこれに追従出来ないために一時的に
コーン紙（５）周囲の空気が稀薄になる。例えば、９９
！Ｈ’７バールのような圧力に減少する。この稀薄状態
は相当に大きな振幅が１８０゜前進する場合の圧力より
数倍以上の圧力で現れる程度のものである。

これはコーン紙（５）が後退する場合、疎状態に早くな
るから１０１３ミｌＪバールの圧力状態では音の媒体が
３４０ｍ／ｓｅｅ−の速度で伝達するとすると、コーン
紙の後退により稀薄にされた空間を埋めるには力不足で
非常に遅い速度である。その為、空気不足により音圧の
低下が生じ、１８０゜前進の音圧を妨害し、最終的には
繊細な音の再生は不可能になる。

従って前進するコーン紙（５）の音圧が発生する時には
後進するコーン紙（５）を分離して音を再現しなければ
音の根本再生原理に近い音は出ない。

音圧は１０１３ミｌＪパール大気圧以上の圧力から始ま
って分子と分子の間が平均圧力より強くなる時期から発
生する。この時期が出来ると前後の分子間の移動が始ま
る。即ち真空状態では音の媒体がないから音を聞くこと
が出来ないが、反対に空気圧が強ければ強い程音は大き
くなる。

上記の説明から理解されるように、入力端子（１３〉に
音声信号が入力するとボイスコイル（４）で磁界が発生
し、センターポールヨーク（１）、プレート（２）及び
マグネット（３〉　は磁気回路を形或してボイスコイル
（４）と一体化されたコーン紙（５）を振動する。この
時、コーン紙（５）の振動により音圧の変化が生じて音
が発生する。

即ち、コーン紙（５〉　が１８０゜前進する時は音圧が
発生するが、１８０゜後進する時には空気の疎状態が生
じて音圧の発生が不可能になる。

音声信号電圧が（＋〉電圧に増加すれば、オイスコイル
（４〉　に流れる電流も増加して磁気丈が増加し、コー
ン紙（５）は上方に次第に移動する。従って、空気はコ
ーン紙の上方移動で上尤に押されて音圧が発生するが、
位相が９０゜を赳える範囲からは音声信号電流が下降す
ることにより、電流、磁気力、コーン紙（５〉　の位置
は同一波形に現れる。しかしながら、空気の移動方向は
９０゜以前のものとは反対現象が現れる。何故なら、こ
れはコーン紙の下方移動により気圧が下降して空気分子
が共に下降する為である。

反対に音声信号電圧が〈一〉電圧に増加すれば、上述し
た如き動作で電流、磁気力、コーン紙の位置も増加する
が、位相はく＋〉電圧とは反対の位相をもつ。又、位相
が２７０゜を越える瞬間からは空気の移動方向だけが電
圧波形とは違う波形を持つ。これはコーン紙（５）が下
降しその瞬間に再び上昇して空気を上方に押すからであ
る。

第２図はコーン型スピーカの低音、中音及び高音の動作
特性に関する波形を図示し、（ａ）は入力信号がサイン
波の時、従来スビーカ等の応答曲線であり、（ｂ）は矩
形波パルスの場合、（Ｃ）は入力信号が半周期はく＋〉
位相だけ持つ一対の波形、別の半周期は（−）位相だけ
を持つ波形を交番的に示すサイン波の場合、（ｄ）は矩
形波の一周期を（＋〉位相にして半周期にし、別の半周
期は矩形波の一周期を（一〉位相にして交番的に発生す
る波形の応答曲線を示すものである。図面に示した低音
、中音、高音の動作特性が違うのはその対応する質量の
為である。

第２図（ｅ）は質量と応答速度との関係を示すもので、
質量が重い程、慣性の法則によりコーン紙の振動に従う
動作曲線が低下する。これは第２図（ａ）〜（ｄ）から
も知ることが出来る。結果的に質量が軽い低音で最も忠
実な音圧を送出し、質量が最も重い高音で忠実な音圧を
送出することか出来ない。

このように、スピーカにおいて振動に関連された手段の
質量は重要な因子で、質量がゼロが最も理想的であるが
、これは実現不可能である，又、質量は共振周波数にも
影響を及ぼす。第２図（ｅ）は電力と周波数との関係を
示すので、一般的な可聴周波数である２０Ｈｚ〜２０Ｋ
Ｈｚまで示した。第２図（ｅ）から低周波帯域が高周波
帯域に比して比例的に電流を多く分布しているが、これ
は実際音圧を発生する場合トプラー効果等により各音域
スピーカ別に干渉が生じて音圧を害する為である。第２
図（ｆ）は音圧と周波数との関係を示し、周波数２κＨ
ｚ〜５　ＫＨｚの範囲で音圧が最も強く、低周波帯域２
０Ｈｚ又は高周波帯域２ＯＫｔｌｚ付近に行くに従い低
くなり、結果的には聞くことのできない０．　０００２
マイクロバール〈μＢＡＲ）以下の音圧になることを示
す。

上述した従来のスピーカの最も大きな欠点は、周波数別
に音圧の分布が相違することである。

例えば、低周波又は高周波では音圧が弱く発生し、Ｉ　
ＫＨｚ範囲の周波数帯域だけ適当な音圧を発生している
から、聞く時はごく高い周波数又は低い周波数では低い
音だけしか聞こえない。

スピーカが低音に駆動する時、低音と高音で急激な低下
を示すが、それはコーン紙の駆動範囲が縮小されたので
、高音と低音で再生音が発生しない為である。従って、
低域と高城を補償することにより聞こえるようにしたの
である。

又、コーン紙は慣性の法則により動くので、電気的特性
を機械的振動に変換する過程で駆動時は少し遅く出発し
、停止時は少し後に停止する。

これは振動するコーン紙が重い程深刻である。

もう一つの問題点は空気の抵抗である。これはコーン紙
の面積が広い程空気の抵抗力を受ける為で、音が散る原
因になる。歪曲現象はコーン紙にダンバを入れてコーン
紙を自己共鳴させてスチフネスを大きくするか、又は小
さくする程高城と低域に深刻な影響を及ぼす。このよう
な従来スピーカの動作特性と構造から現れる欠陥により
原音の再生が不可能であった。

本発明は、上述した問題点を解消し、原音の再生が可能
となるよう、従来のコーン紙の役割をする振動子の振動
が音圧変化に影響を及ぼすことなく、従来の周波数別の
分割方式を振動子一つに一体化してドプラー効果による
干渉現象を除去し、エアータンクを別途に設置して常に
一定な気圧を維持し、振動子の質量を最少化してどの帯
域でも忠実に音を再生することのできるスピーカシステ
ム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〕

本発明のスピーカシステムは、軸方向に配列される三個
の室を有するシリンダー（８）に軸方向に内在される振
動子（５）の一端側にボイスコイル（４）が固定されて
センターポールヨーク（１プレート（２）及びマグネッ
ト（３）と共に磁気回路を形或して上記振動子（５〉　
のゲート（Ａ”，Ｂ゜）が変位されることによりシリン
ダー（８）の内部壁面（Ａ，Ｂ）を開閉して高圧タンク
（９）又は低圧タンク（１０〉から発生する空気圧を上
記シリンダー（８）の上部中央開口部に一体化されて設
置されたホーン（７）に導いて一定な気圧状態の空気に
制御するように構成することを特徴とする。

〔実　施　例〕

第３図は本発明の実施例で、（Ａ）は一部切欠した斜視
図である。軸方向に三個の室を持つシリンダー８の中央
部を貫通して水平に振動子５が内在している。上記振動
子５は中空状にされてその一端側が第３図（８）に図示
したように入力端子１３．　１３’を通じて外部から音
声信号電圧を受信するボイスコイル４に固定されている
。そして、センターポールヨーク１、プレート２、マグ
ネット３等の磁気回路の形成で上記振動子５の中央外周
面５゜、及び左右ゲートＡ’，８゜　が変位することに
より、シリンダー８の壁面Ａ，Ｂを開閉して高圧タンク
９又１ま低圧タンク１０から音圧が発生されて上記シリ
ンダー８の上部中央開口部に一体化して設置されたホー
ン７を通じて出る一定な気圧状態の空気を制御するよう
に構威されている。

又音声信号電圧が（＋〉の時、高圧タンクが作動し、音
声信号電圧が（一〉の時低圧タンクが作動するように設
計されている。また入力端子１３．１３”を通じて外部
から音声信号電圧が印加され、その音声信号電圧が（＋
〉位相に上昇すると、ボイスコイル４を流れる電流が増
加し、それに比例して磁気力も増加し、ボイスコイル４
、センターポールヨーク１、プレート２及びマグネット
３により形或される磁気回路によって振動子５は図面の
右側に移動する。その結果シリンダー８の壁面Ａ，Ｂを
閉じていた振動子５のゲート部Ａ’，Ｂ”　が移動し、
シリンダー８の内部壁面Ａを開く。この時オーディオシ
ステムに電源を印加する瞬間に圧力調節スイッチ（図示
しない〉がスイッチされて振動子５が移動する前に空気
タンク９のバルブが開き、タンク内に予め空気が充填さ
れるようになっている。

この充填された空気は振動子５の移動でシリンダー８の
壁面Ａが開くと同時にホーン７に音圧で送出される。

振動子５の移動量により空気の量が決定される。シリン
ダー８の壁面Ｃに一対のボルト１４．　１５及び１４′
，１５“で固定されるダンパ６は振動子と一体的にされ
、このダンパ６の移動量は振動子５の変位により決定さ
れる。

またダンパ６のスチフネスはダンパの移動方向と反対方
向に力が作用するから、上述した如く音声信号電圧が（
＋）位相に増加するとこれは反対の位相に増加が開始さ
れる。

もし音声信号電圧が（＋）位相に増加しながら９０”位
相を少し越える瞬間から音声信号電圧も下降するから、
これにより磁気力、振動子の位置、空気の移動方向、空
気の量も同一位相に下降を開始する。注目すべきことは
空気の移動方向である。従来のコーン駆動方式のスピー
カでは反対位相に逆転されたが、本発明のスピーカにお
いては振動子５の変位が音圧に影響を与えることなく、
エアタンク９．１０から一定の気圧が発生するのである
から、空気の方向が一定に維持されて音声信号をそのま
ま再生することが出来る。

音声信号電圧が（一）位相に増加する時にも同じく上述
した動作過程で同一位相に増加する。

即ち、音声信号電圧の位相が２７０度を越える瞬間に上
述した如き理由で従来のコーン紙駆動方式のスピーカと
は別に音声信号をそのまま再生することが出来るのであ
る。

第４図は本発明スピーカの動作特性を示す波形であり、
実線で示す波形は基本波形、破線で示す波形は本発明に
よるスピーカから基体波形に応答した波形である。（ａ
）は音声信号電圧がサイン波の場合の応答曲線であり、
（ｂ）は矩形波パルスの場合、（Ｃ）は入力信号で半周
期は〈＋〉位相だけを持つ一対の波形を、又別の半周期
はく−〉位相を持つ一対の波形を交番的に示すサイン波
の場合、（ｄ）は矩形波の半周期を（一〉位相にして交
番的に発生する波形の場合の応答曲線を示したものであ
り、（ｅ）及び（ｆ）は電力と周波数との関係及び音圧
と周波数との関係を示したものである。これらは従来の
ものとは確実に差異がある。

換言すれば、従来のコーン紙駆動方式のスピー力では周
波数により電力及び音圧が変化するが、本発明によるス
ピーカでは周波数とは関係なく電力と音圧が常に一定に
維持されることである。従って、本発明は既存の方式と
は別に分割方式を採択しなくても音をそのまま再生する
ことが出来る。

また本発明によるスピーカシステムは、従来のコーン駆
動方式のスピーカを駆動する手段の重量よりも軽いから
慣性の法則において約１／１０００減少することが一つ
の長所である。

一方、（一〉位相を持つ音声信号電圧が入力端子１３．
　１３゜を通じて印加されると、ボイスコイル４に電流
が流れてセンターポールヨーク１、プレート２、マグネ
ット３等の磁気回路により、（＋）相の信号電圧が印加
される時とは正反対に、磁気力が形成される。その結果
、振動子５は左側に移動しシリンダー８の内壁Ｂを開く
。

このとき大気圧がホーン７を通じて低圧タンク１０内に
入る。これは従来のコーン駆動方式の後進時に相当し、
従来の方式では後進時に空気密度の疎状態が形或される
が、本発明によるスビ一力では低圧タンク１０により一
定な気圧の空気が充填されるから、従来のような疎状態
の発生はない。

従って、振動子５の移動時、予め充填された空気により
シリンダー８との摩擦が小さく、充填された空気が振動
子５に対し一定の力を加えるから、摩擦力は気圧の変動
とは関係なく一定である。

また振動子５はダンパ６の前面に対し一定な距離をもっ
て振動するから、従来のコーン駆動方式によるスピーカ
での音圧の前後干渉とドブラー効果を抑制する効果を得
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のコーン型スピーカの断面図、第２図（ａ
）〜（ｄ）は上記コーン型スビーカの動作特性に関する
線図、第２図（ｅ）及び（ｆ）はそれぞれ同スピーカに
関する電力と周波数及び音圧と周波数との関係を示す線
図、第３図（Ａ）は本発明に係るシリンダーと振動子の
一部切欠いた斜視図、第３図（Ｂ）は本発明に係るスピ
ーカシステムの断面図、第４図（ａ）〜（ｄ）は本発明
のスピーカシステムの動作特性に関する線図、第４図（
ｅ）及び（ｆ）は同スピーカシステムに関するそれぞれ
電力と周波数及び音圧と周波数との関係を示す線図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　軸方向に配列される三個の室を有するシリンダー（
   ８）に軸方向に内在される振動子（５）の一端側にボイ
   スコイル（４）が固定されてセンターポールヨーク（１
   ）、プレート（２）及びマグネット（３）と共に磁気回
   路を形成して上記振動子（５）のゲート（Ａ’、Ｂ’）
   が変位されることによりシリンダー（８）の内部壁面（
   Ａ、Ｂ）を開閉して高圧タンク（９）又は低圧タンク（
   １０）から発生する空気圧を上記シリンダー（８）の上
   部中央開口部に一体化されて設置されたホーン（７）に
   導いて一定な気圧状態の空気に制御するように構成する
   ことを特徴とするスピーカシステム。 ２　音声信号電圧が（＋）の時高圧タンク（９）が作動
   して一定な高圧がシリンダー（８）の高圧タンク側壁面
   に予め充填され音声信号電圧が（−）の時低圧タンク（
   １０）が動作して一定の低圧がシリンダー（８）の低圧
   タンク側壁面に予め充填されることを特徴とする請求項
   １記載のスピーカシステム。 ３　振動子（５）は質量を最少にし空気の流通を円滑に
   するようにその中心に中空を形成することを特徴とする
   請求項１又は２記載のスピーカシステム。