JP2011524710A

JP2011524710A - 改善された音響デバイス

Info

Publication number: JP2011524710A
Application number: JP2011514126A
Authority: JP
Inventors: グラハムバンク
Original assignee: ニュートランスデューサーズリミテッド
Priority date: 2008-06-17
Filing date: 2009-06-16
Publication date: 2011-09-01
Also published as: US20110142277A1; EP2297975A1; GB0811015D0; CN102067627B; US9525946B2; EP2297975B1; WO2009153591A1; CN102067627A; EP2297975B8

Abstract

ピストン的に及び撓みモードで動作するように意図された音響デバイス（５０、８０）は、パネル型音響ラジエータ（５１、７０）と、ラジエータを直接ドライブするようにラジエータに直接結合された管状ボビン（５４）の上のボイスコイル（５５）を含む磁気ドライブシステムと、ボビンに接続されたカップリングデバイス（６０、６０’、６０”）とを備え、該カップリングデバイス（６０、６０’、６０”）は、ラジエータの撓み共振の第１のノード線又はその近くの位置においてラジエータに接続される。パネル型ラジエータ（５１、７０）を有し、ピストン的にも撓みモードでも動作するように意図されたラウドスピーカの軸線上応答性を改善する方法は、ラジエータを直接接続されたボビン（５４）によって駆動し、ボビンからラジエータまでその第１のノード線又はその近くで接続されるカップラ（６０、６０’、６０”）を設けることによって、ラジエータの最低固有周波数を実質的に抑制するステップを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、ラウドスピーカ及びマイクロフォンのような音響デバイス、並びにそれらデバイスのドライブユニットに関する。より具体的には、本発明は、例えば、音声スペクトルの実質的な部分にわたって動作する全帯域デバイスとして、撓みモード及びピストン的動作の両方で作動するパネル型音響ラジエータを有する、前述したような音響デバイスに関する。

全体的に平らなパネル型ラウドスピーカ・ラジエータは、奥行きが小さい点で明らかに有利であり、実用的な設計を提供するための多くの試みがなされているが、軸線上周波数応答性が変則的であるという固有の欠点は克服されていない。

国際公開第２００５／１０１８９９号

本発明の目的は、従来技術のスピーカの欠点を軽減することである。

本発明によれば、音響デバイスは、パネル型すなわち平面型の音響ラジエータと、該ラジエータを直接駆動するように接続された管状ボビン上のボイスコイルを含む磁気ドライブシステムと、該ボビンとラジエータとに接続されたカップリングデバイスとを備え、該カップリングデバイスは、ラジエータの第１の撓みモードにおけるノード線又はその近くの位置で該ラジエータに接続される。

平面型ダイアフラム又はラジエータにおけるラウドスピーカ・ドライバは、通常のコーン型ドライバに潜在的に存在する共振音響空洞を避けることができる点で好ましい。しかし、コーン型ダイアフラムは、その質量に対して比較的硬く、コーンが二次共振に分裂する前の領域に、かなり広いピストン周波数範囲を有する。ラジエータ又はダイアフラムがパネルとして形成された構成では、撓み剛性は遥かに小さく、周波数範囲を拡張するためには、撓み挙動を制御する手段が必要になる。低周波数においては、パネルはピストンのように動作するが、撓み挙動が不可避となる高周波数においては、通常の寸法の小型ボイスコイル及びボビンを用いることにより、高周波数範囲での応答性及び指向性が十分に維持されるという利点が得られる。

そのようなラウドスピーカ・ドライバを用いると、周波数応答における変則性の結果として問題が生じる。これらの変則性は、本発明により、例えば、小型コーンの形状の軽量補助カップラを用いることにより対処される。この補助カップラは、パネルに対するボイスコイル・ボビンの直接接続部とパネルの外周部との間におけるパネルダイアフラムの領域に接続される。補助カップラの大径側がパネルに接続され、小径側がボイスコイル・ボビンに接続される。

従って、一例として、円形パネルは、ボイスコイルの小径側からだけでなく、補助カップラコーンを通してパネルの大径側からも、同時に駆動することができる。この付加的なカップラは、より広い周波数範囲で作動する場合の平面型ダイアフラムの応答変則性を制御する。

ラジエータパネルが円形の場合には、カップリングデバイスは、パネル直径の約２／３の円においてラジエータパネルに接続することができる。この円は、パネル直径の２／３±２０％、好ましくは±１０％にすることができる。円は、パネル直径の０．６８にすることができる。

代替的に、ラジエータパネルは矩形にすることができ、カップリングデバイスは、パネルの第１のノード線と実質的に一致する少なくとも２つの直線に沿ってラジエータパネルに接続することができる。

カップリングデバイスは、第１のノード線を生成する周波数のすぐ上の周波数において、ラジエータパネルとの結合から外れるように配置することができる。

本発明によるラウドスピーカの利点は、ボイスコイルのサイズを、従来技術において同等のサイズのパネルに対して通常用いられるサイズにすることができ、しかも、軸線上応答変則性を軽減できることである。

本発明は、ＮｅｗＴｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ社の特許文献１に記載された種類の、平衡モード式パネル型ラジエータに応用することができる。平衡モード式ラジエータによるラウドスピーカは、ある面積を有し、ある動作周波数範囲を有し、この動作周波数範囲内に共振モードを有するラジエータダイアフラムと、該ダイアフラムに結合したドライブ部分を有し、ダイアフラムとエネルギー交換をするように構成された電磁変換器と、ダイアフラムと結合され又は一体化された少なくとも１つの機械インピーダンス手段とを備えた音響デバイスであり、該少なくとも１つの機械インピーダンス手段の位置及び質量は、ダイアフラムの面積全域にわたって正味の横モード速度がゼロになる傾向をもつようにする。

本発明は、添付の図面を参照しながら、例証として図式的に説明する。

円形スピーカドライバの断面図である。従来技術のスピーカに典型的なオンアクシス周波数応答である。本発明によるスピーカのオンアクシス周波数応答である。図１の実施形態の軽微な変形を示す。図１の実施形態の軽微な変形を示す。図１の実施形態の軽微な変形を示す。図１の実施形態の軽微な変形を示す。図１の実施形態の軽微な変形を示す。図１の実施形態の軽微な変形を示す。矩形ラジエータ・スピーカドライバの実施形態の正面図である。図１０のドライバの断面図である。ラウドスピーカ・ドライバの更に別の実施形態の断面図である。図１２のラウドスピーカ・ドライバの変形型の平面図である。

図１に、ピストン的及び撓みモードで動作するように意図され、円形シャーシ５３に取り付けられた可撓性円形サスペンション５２により周辺部で支持された円形の平面パネル型ラジエータ５１を有するラウドスピーカ・ドライブユニット５０の形態の音響デバイスを示す。円筒型ボビンすなわちコイル巻型５４が、パネル５１の裏側に、例えば接着剤で同軸に取り付けられ、パネルから遠いボビン端部は、ボイスコイル５５を保持しており、該ボイスコイル５５は、カップ５８内において磁石５７のフロントプレート５６の間の空隙に配置される。ボイスコイル５５とパネル５１との間で、ボビン５４の外周には円形サスペンションすなわちスパイダ５９が接続され、該スパイダ５９は、シャーシ内においてボビンを空隙内で軸方向運動するように支持する。

ボビン５４にはまた、スパイダとパネル５１の間の位置に円錐形カップラ６０が接続され、このカップラの外縁は、パネルの第１のノード線又はその近くでパネル５１に接続される。このノード線はパネル直径の約２／３の円である。

動作中、ボイスコイル５５がボビン５４を振動させ、該ボビンは、パネル型ラジエータ５１を低周波数ではピストン的に、そして高周波数では撓みモード領域で駆動し、サスペンション５２及びスパイダ５９は、パネルが移動するとき軸方向の復元力及び中心位置決め力を与えて、そのような運動を可能にする。第１のノード線において円錐形カップラ６０を接続することにより、ボビンがパネルを直接に他の周波数、すなわち高周波数で駆動する際に、パネル５１の最低固有周波数を抑制する。

ここで図２を参照すると、図は典型的な従来技術の平面パネル型ラウドスピーカの特性を示すものである。デシベル単位の音圧レベル対ヘルツ単位の周波数Ｆのプロットにおいて、軸線上周波数応答Ｒは、約２ｋＨｚに明瞭なくぼみを有し、同時に、第２、第３及び第４高調波の歪み曲線、それぞれ、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３は、全てこの周波数において明瞭なピークを示す。

図３は、図２のものと類似であるが、本発明により作成されたラウドスピーカの特性を示す。軸線上周波数応答Ｒ’は、２ｋＨｚにおけるくぼみを示しておらず、高調波の歪み特性Ｄ１’、Ｄ２’、Ｄ３’が改善されている。

円錐形カップラ６０は、それがなければ図２に示すような不利な応答異常が起る周波数領域においてのみパネル５１に結合することが必要とされるものであることが好ましい。カップラ６０は、周知の音響技術を用いて材料及び輪郭を選択することにより、例えば、金属箔、紙又はポリマーの殻を使用し、円錐形又はフレヤ形状のような輪郭にするように設計することができる。カップラは、パネルラジエータ５１の最低固有周波数を抑制するためのものであるが、好ましくは、パネルの最低固有周波数の直ぐ上から第２モードを発生する周波数の下までの、より高い周波数において、パネルとの結合を解除するものとするべきである。自由円板に対するこれら２つの周波数の比は１：４．２である。本発明の方式でのカップラ６０の使用はまた、ボイスコイル５５の直径を、パネル５１の直径に対して通常のサイズにすることを可能にする。

パネル型ラジエータ５１は、軽量コアに接着した上側及び下側表皮からなる複合体、すなわち、アルミニウム、紙、「Ｎｏｒｍｅｘ」（登録商標）、伸張ポリマー、及びバルサなどから作られたハニカムコアと、紙、アルミ箔、ガラスファイバ、カーボンファイバ、Ｎｏｒｍｅｘ、ポリマーフィルム、及び結晶性ポリマーなどの表皮とを有する複合体とすることができる。代替的に、ラジエータ５１は、一体構造とすることができ、上記の表皮材料の何れかにより構成することができる。それらの材料は、すべて、ラウドスピーカ構造に普通に用いられている。ラウドスピーカの設計者は、選択した周波数においてパネルの第１の共振モードを与えるように材料を選択する。カップラ６０は、パネル５１と同じ範囲の材料、又は従来のラウドスピーカ製造に普通に用いられる材料で作成することができ、これらは、断面が、直線状、凸型又は凹型、或いは複合型の形状を有するものとすることができる。

図４乃至図９は図１の構造の変形を示す拡大した詳細断面を示し、それゆえに、同一の整数で番号付けがされている。

図４において、カップラ６０は、矩形断面を有する、環状でコンプライアントな環状部材６２によってパネル５１に接続され、該環状部材６２は、カップラ６０の外向きに延びるフランジ６３により支持される。このコンプライアントな部材は、ゴム、発泡プラスチック、その他の同様な材料により、低い周波数では、ボビン５４からの力がカップラ６０を介してパネル５１に伝わるが、ラジエータの第１及び第２の固有撓み周波数の間の範囲の周波数では伝わらない剛さを有するものとなるように作成することができる。従って、カップラ６０は、コンプライアントな部材６２により、高周波数において結合が解除される。パネルはまた、カップラより小さな直径のボビン５４により直接駆動される。

図５は、図４の配置の代替例を示すもので、この場合、カップラ６０の外側端がパネル５１に垂直な小リップ６４を有し、コンプライアントな部材６２は、該リップ６４とパネル５１に取り付けられる。この配置は、対応部材がより一貫性をもって機能するような剪断動作を可能にする。

図６において、カップラ６０には複数の孔６５が形成され、これにより空気の自由な移動を可能にして、好ましくない「空気噴出」音を生じることになるカップラの望ましくない空気バネ剛さを防止する。これらの孔は、カップラの質量を減らすために用いることができる。ボビン５４は、同様に、カップラ６０との接合部の上方及び／又は下方の位置において孔（図示せず）を形成して、望ましくない吹き出し音を防止することができる。両方の例において、孔は、例えば５０％乃至６０％の開口面積を有するメッシュ形状にすることができる。カップラ及びボビンの両方に対して、孔の存在は、メッシュ状であろうとなかろうと、ラウドスピーカ・ラジエータの全体の運動質量を減らして感度を高める利点を有する。

図７は、パネル５１の裏側に向かって凸型の湾曲形状を有するカップラ６０’を示しており、図８は、パネルの裏側に向かって凹型の湾曲形状を有するカップラ６０”を示す。これらの変形例において湾曲形状は、カップラが所望の周波数において自身で結合解除するように選択することができる。

図９は、三角形断面を有し、カップラ６０の外側縁部内に配置された、環状のコンプライアントな部材６２’を示す。この場合にも、材料は、低周波数において比較的剛さをもち、選択された周波数より上では結合解除するように選択される。

第１の実施形態のいずれの変形例においても、カップラは連続的である必要はなく、セグメント状又はスロット付き形状、或いはストリップ状とすることができる。これは、全体の運動質量を減らして感度を高める。パネルへの接続は、円全周にわたるものとし、カップラが全体として一体となるようにすることが好ましい。

ピストン的に及び曲げ撓みモードで動作するように意図されたラウドスピーカ・ドライブユニット８０の形態の音響デバイスの第２の実施形態を、図１０及び図１１に示すが、この場合においては、パネル７０は矩形である。パネルの縁部の回りに、丸みのある隅部７３により接続された長短の直線部分７１、７２を有する矩形のコンプライアントなサスペンションがある。コイル７６と円筒型ボビン７５を見ることができる。ボビン７５は、カップ７４内に位置する磁石７７の空隙内でボイスコイル７６を保持する。

カップラ７８は、対称的に配置された２つの部分７８Ａ、７８Ｂからなり、「蝶ネクタイ」形状を形成する。部分７８Ａ及び７８Ｂは、円筒型ボビン７５には湾曲した縁部に沿って接続されるが、ラジエータパネル７０には第１のノード線に沿って接続され、この第１のノード線は、矩形パネルにおいては、ラジエータが駆動される位置の両側にある直線である。接続は、７９Ａ、７９Ｂにおいてである。軽微な変形例において、カップラ７８は、ボビン７５の全外周に沿って延びるようにすることができる。

図示はしないが、ピストン的に及び撓みモードで動作するように意図されたラウドスピーカ・ドライブユニットとして形成される音響デバイスの他の実施形態において、パネル型ラジエータの材料は、撓み剛さが異方性のものとすることができ、この場合には、第１のノード線は楕円形となり、ラジエータとの接合部では、楕円形カップラが必要となる。

矩形のラジエータパネル、特に高アスペクト比のものにおいては、各々がラジエータの第１のノード線又はその近くに取り付けられたカップラを有する、２つ又はそれ以上の、間隔をもって配置されたボビンを備えることができる。

図１２には、上述した図１のものと概ね同じラウドスピーカ・ドライバの形態の音響デバイス９０が示されており、このデバイスは、円形平面型音響ラジエータすなわちダイアフラム９１を備え、該ラジエータ９１は、該ラジエータ９１の外周縁部とシャーシ９２の間に結合されたコンプライアントな周辺サスペンション部材９３により、シャーシ９２内で懸架される。可動コイルモータ９４は、その磁石システム９５と共にシャーシに取り付けられ、ボイスコイル及び管状巻型すなわちボビンを備えたボイスコイル・アセンブリ９６は、磁石アセンブリ内の環状空隙内で軸方向運動をするように懸架される。ボイスコイル・アセンブリのボイスコイルは、環状空隙内においてボビンの一方の端部の近くに配置され、ボイスコイル・アセンブリの他方の端部は、例えば接着剤を用いて、プラスチック材料から形成された環状脚１００を介してラジエータに固定され、その環状脚１００は、ボビンの端部に剛に固定される。サスペンション・スパイダ９７は、ボイスコイル巻型とシャーシの間に結合され、ボイスコイル・アセンブリが軸方向運動するように案内してその横向き運動を防止する。概ね切頭円錐型のカップリング部材９８が、その小径端部でコイル巻型に取り付けられ、その大径端部で、ラジエータの第１の撓みモード又はその近くでラジエータの下面に取り付けられる。カップラ部材の壁厚は、その小径部に向かって内側に次第に薄くなることに注意されたい。

図１２の実施形態において、３つの同心環状質量９９が、ＮｅｗＴｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ社の特許文献１に記載された形態でラジエータの上に配置され、それにより、この音響デバイスは平衡モード・ラジエータとなる。

図１２のドライバ内に用いられるカップリング部材は、ＢＭＲドライバにおける軸線上のくぼみ及び歪みの生成を改善するものであるが、剛さをもつ異方性のパネルが用いられる場合には、第１のパネルモードのモード形状は、僅かに歪む可能性がある。これは、このモードからの軸線上体積速度が正確にゼロではないことを意味する。パネルの剛さを減らすと、異方性が減ることにより軸線上くぼみを改善することができるが、これは、より低いモード周波数を生じることになり、望ましくない可能性がある。

ＢＭＲの教示は、ＢＭＲ用の付加的質量の値を与えて、平衡度が等方性パネルにとって理想的となるようにするが、パネルが異方性である場合には、コア及び表皮が剛さの優先方向を生成する。コアが全体のパネル剛さを支配することが多いので、この優先方向は、コア厚により変動することがある。この異方性は、パネル型ラウドスピーカに精通する者には周知のことである。この場合には、第１のモードにおける体積速度の不均衡に起因する残余の軸線上くぼみが依然として存在することになる。

これを克服するために、同じ平衡化質量、即ち、ＢＭＲにより教示される環状リング質量の全質量に等しい質量１０２を、図１３に示すように、直径に沿って２つの正反対の位置、実質的にはパネルの剛さ軸１０１の上に集中させることができる。これは、体積速度の不均衡を減らし、応答くぼみを除去することによりオンアクシス応答性を修復するものとなる。これら２つの付加的質量の質量中心の位置は、等方性パネルＢＭＲ設計において付加的質量リングに対して規定されたのと実質的に同じ半径方向位置である。開発中に、多少の最終的な調整、並びにパネルに対して質量を配置するために成型構造体を加えることが必要になる可能性がある。この質量は、典型的には、成型ゴム又はプラスチックから作成することができ、各設計に適合させるように、金属によっても、又は金属とポリマーの組み合わせによっても、作成することができる。

剛さ軸は、パネル構造から推定することができ、普通は厚いパネルにおいてはハニカムコアの軸である。レーザを用いてパネルのモード形状を調べることができる。

上で詳述した種々の実施形態において説明し示したラウドスピーカ・ドライバは、少なくとも７オクターブにわたって広がる周波数範囲を有する全帯域ラウドスピーカに用いることができる。

５０：ラウドスピーカ・ドライブユニット
５１：パネル（平面パネル型ラジエータ）
５２：サスペンション
５３：シャーシ
５４、７５：ボビン（コイル巻型）
５５、７６：ボイスコイル
５６：前板
５７、７７：磁石
５８、７４：カップ
５９：スパイダ
６０、６０’、６０”：カップラ
６２、６２’：環状対応部材
６３：フランジ
６４：リップ
６５：孔
７０：矩形パネル
７１、７２：直線部分
７３：丸みのあるコーナー
７８Ａ、７８Ｂ：カップラ７８の部分
７９Ａ、７９Ｂ：接続部
９０：音響デバイス
９１：円形平面型音響ラジエータ（ダイアフラム）
９２：シャーシ
９３：対応サスペンション・サラウンド
９４：可動コイルモータ
９５：磁石システム
９６：ボイスコイル・アセンブリ
９７：サスペンション・スパイダ
９９：同心環状質量
１００：環状脚
１０１：剛性軸
１０２：質量

Claims

ピストン的に及び撓みモードで動作するように意図された音響デバイス（５０、８０）であって、パネル型音響ラジエータ（５１、７０）と、該ラジエータを直接駆動するように該ラジエータに直接結合された管状ボビン（５４）上のボイスコイル（５５）を含む磁気ドライブシステムと、該ボビンに接続されたカップリングデバイス（６０、６０’、６０”）とを備え、該カップリングデバイス（６０、６０’、６０”）は、該ラジエータの撓み共振の第１のノード線又はその近くの位置において該ラジエータに接続されたことを特徴とする音響デバイス。
前記ラジエータ（５１）は円形であり、前記カップリングデバイス（６０）は、前記パネルの直径の約２／３の円において前記ラジエータに接続された円錐体であることを特徴とする、請求項１に記載の音響デバイス。
前記円錐形カップラ（６０）の側面は、凸状又は凹状であることを特徴とする、請求項２に記載の音響でバイス。
前記ラジエータ（７０）は矩形であり、前記カップリングデバイス（６０）は、該ラジエータの前記第１のノード線又はその近くにおける少なくとも１つの直線に沿って該ラジエータに接続されることを特徴とする、請求項１に記載の音響デバイス。
前記カップリングデバイス（６０）は、前記第１のノード線の周波数の直ぐ上の周波数においてラジエータから結合解除されるように配置されることを特徴とする、前記請求項１から４までのいずれかに記載の音響デバイス。
前記カップリングデバイス（６０）は、前記第１のノード線を生成する周波数の直ぐ上の周波数においてラジエータから結合解除されるように配置されることを特徴とする、前記請求項1から５までのいずれかに記載の音響デバイス。
前記カップリングデバイス（６０）は、前記結合解除をもたらすコンプライアントな部材（６２、６２’）を通して前記ラジエータに接続されることを特徴とする、請求項６に記載の音響デバイス。
前記ラジエータ（９１）は、ある面積及びある動作周波数範囲を有し、該ラジエータは前記動作周波数範囲内に共振モードを有し、少なくとも１つの機械的インピーダンス手段（９９）が該ラジエータに結合又はそれと一体化されているものであり、該少なくとも１つの機械的インピーダンス手段の位置及び質量は、該ラジエータの該面積全域にわたって正味の横モード速度がゼロになる傾向になるようにするものであることを特徴とする、前記請求項１から７までのいずれかに記載の音響デバイス。
前記ラジエータは撓み剛さが異方性であり、対称的に配置された大きい撓み剛さの軸を有し、前記少なくとも１つの機械的インピーダンス手段の質量は、前記大きい撓み剛さの軸上の２つの実質的に向い合う位置に配置されることを特徴とする、請求項８に記載の音響デバイス。
前記２つの質量は前記ラジエータの縁部又はその近くに配置されることを特徴とする、請求項９に記載の音響デバイス。
少なくとも７オクターブの周波数範囲を有する全帯域デバイスとして意図されることを特徴とする、前記請求項１から１０までのいずれかに記載の音響デバイス。
前記請求項１から１１までのいずれかに記載の音響デバイスを備えるラウドスピーカ。
前記請求項１から１１までのいずれかに記載の音響デバイスを備えるラウドスピーカ・ドライブユニット。
パネル型ラジエータ（５１、７０）を有し、ピストン的にも撓みモードでも動作するように意図されたラウドスピーカの軸線上応答性を改善する方法であって、前記ラジエータを直接に接続されたボビン（５４）によってドライブし、前記ボビンから前記ラジエータまでその第１のノード線又はその近くで接続されるカップラ（６０、６０’、６０”）を設けることによって前記ラジエータの最低固有周波数を実質的に抑制する、ステップを含むことを特徴とする方法。