JP5311223B2 - スピーカ用センターキャップ及びキャップ付スピーカユニット - Google Patents

Description

本発明は、振動板の中心に装着されるスピーカ用センターキャップと、センターキャップを備えたスピーカユニットに関する。

従来、ボイスコイルの先端に接合する振動板の中心にセンターキャップを装着したスピーカユニットが一般に広く知られている（例えば、特許文献１）。

実開平５−１８１９７号公報

上記のようなスピーカ用センターキャップは、ボイスコイルに連通するコーン型振動板の中心孔を覆うドーム状の部材であって、振動板を駆動する磁気回路内への塵埃の侵入を防止する役割を担うほか、振動板の一部として高音域の再生にも寄与している。

尚、振動板は、軽量で剛性が高く内部損失の大きいものが理想とされるが、その中心部に装着されるセンターキャップも振動板に連れて振動しスピーカの音響特性に影響を及ぼすため、振動板と同じく軽量で剛性が高く内部損失の大きいものであることが望まれる。

センターキャップが軽量であれば振動板の動きを阻害せず、駆動力に対して感度よく反応するため、再生音の音圧が向上するなどの効果が得られる。又、剛性（ヤング率）が高ければ、センターキャップが定形を維持して振動するので歪みの少ないクリアな音を再生することができ、しかも相関して音波の伝搬速度（ヤング率Ｅ／密度ρの平方根）が大きくなるので再生帯域を広げることができる。一方、内部損失は、外部からの振動エネルギーを吸収する減衰性能をあらわすもので、これが大きいものであれば、音質を劣化させる分割振動を吸収できるため残響を生じ難く、音質を向上させることができる。

しかしながら、これまでスピーカ用センターキャップの多くは、高音域を伸ばすことなどを目的として、金属系材料から成形されていたため、高域特性は向上するものの、金属製のセンターキャップでは内部損失が小さいことに起因して、高音域での共鳴による耳障りな異音や残響を発生しやすいという問題がある。

この点、特許文献１のように金属製センターキャップの裏面に紙製シートを貼り付けると、高音域での共鳴の発生を抑制することはできるが、高域限界周波数が低下して高域特性の劣化を招く。又、センターキャップには金属以外にも種々の素材が用いられるが、金属その他の均一素材からなるセンターキャップでは、上下左右の全方向で音波の伝搬速度が等しくなる（音波の伝搬速度に等方性を有する）ために音質の劣化要因となる定在波を発生しやすく、しかも高域での音の広がりに乏しく大きな音場空間を創成することが困難となる。

本発明は以上のような事情に鑑みて成されたものであり、その目的は高域での音質向上と指向特性の拡大を図ることのできるスピーカ用センターキャップとこれを備えたスピーカユニットを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係るスピーカ用センターキャップ７は、第１の音波の伝搬速度及び第１の内部損失を有し、中心孔５ａを有する振動板５の前記中心孔５ａを覆うキャップ本体７１と、前記第１の音波の伝搬速度よりも高い第２の音波の伝搬速度及び前記第１の内部損失よりも小さい第２の内部損失を有し、前記キャップ本体７１の裏面に貼付された環状部７２ａと前記環状部７２ａから中心に向かう突片部７２ｂと前記環状部７２ａから外周部に向けて放射状に広がる突片部７２ｃとを有する薄膜状部材７２と、を備えることを特徴とする。

又、本発明に係るキャップ付スピーカユニットは、コイルボビン３１の外周に導電線を巻き付けたボイスコイル３と、前記ボイスコイル３に連通する中心孔５ａを有する振動板５と、前記キャップ本体７１と前記薄膜状部材７２とを有するセンターキャップ７と、を備えることを特徴とする。

本発明に係るセンターキャップによれば、振動板の中心孔を覆うキャップ本体に、それよりも音波の伝搬速度が高く且つ内部損失が小さい薄膜状部材を貼付してなることから、高音域を伸ばしてクリアな音を再生しながら高域での異音や残響の発生を抑制することが可能となる。

又、薄膜状部材が、キャップ本体の内周部から外周部に向けて放射状に広がる突片部を有していることから、高音域を広げて指向性を改善し、音場感を高めることができ、しかもキャップ全体として音波の伝播速度に異方性が生ずるために高音域での定在波による共鳴（カラーレーション）を抑制して音質を向上させることができる。

本発明に係るキャップ付スピーカユニットの一実施の形態を示す断面図 一実施の形態のセンターキャップの装着部分を示す拡大断面図 同センターキャップを示す背面図 同センターキャップを背面側からみた斜視図 一実施の形態と従来のセンターキャップの指向性パターンを示すグラフ 薄膜状部材の変形例を示す説明図

以下、図面に基づいて本発明の一実施の形態を詳しく説明する。先ず、図１において、本発明に係るキャップ付スピーカユニットの一実施の形態を説明すれば、係るスピーカユニットは動電型（ダイナミック型）であって、高音から低音までの全帯域を出せるように作られるフルレンジ型のスピーカである。１はスピーカユニットのフレームであり、このフレーム１には磁気回路２（図示例において外磁型）が取り付けられている。

磁気回路２は、厚さ方向に着磁されているリング状のマグネット２１と、マグネット２１の一方の磁極に装着されているリング状のトッププレート２２と、マグネット２１の他方の磁極に装着されているバックプレート２３と、バックプレート２３の中心に設けられているポールピース２４とにより構成されており、ポールピース２４とトッププレート２２との間にはマグネット２１の磁束が作用する磁気ギャップＧが形成されている。

トッププレート２２、バックプレート２３、及びポールピース２４は、磁気ギャップＧにマグネット２１の磁束を集めるヨークとなるもので、その磁気ギャップＧにはボイスコイル３が挿入される。尚、バックプレート２３及びポールピース２４を一体として成形することもある。

ボイスコイル３は、紙などからなる非導電性（アルミなどの非磁性体を用いる場合もある）のコイルボビン３１の外周に、絶縁被膜を施した銅やアルミなどの導電線を巻き付けて巻線部３２とした構成であり、その内周にはポールピース２４の先端部が挿入され、外周の巻線部３２にはトッププレート２２の内周面が臨んでいる。そして、ボイスコイル３は、フレーム１にダンパ４を介して取り付けられ、そのダンパ４により前後方向（ボイスコイル３の中心を通る軸線の方向であって図１の上下方向）に移動可能に支持されており、その先端はコーン型の振動板５に接合している。

振動板５は、紙、木、又はポリプロピレンやポリエステルといった合成樹脂、アルミその他の金属、又は化学繊維などから形成されるコーン型の輻射器で、ボイスコイル３に接合する内側中心部にはボイスコイル３に連通する円形の中心孔５ａが形成されており、大径側の外周は振動板５の前後方向の動きを許容するエッジ６を介してフレーム１に支持されている。

又、振動板５の中心には、その中心孔５ａを覆うセンターキャップ７が装着される。センターキャップ７は、振動板５の中心孔５ａよりも大きいドーム型の部材で、その外周が接着剤にて振動板５に固定されると共に、このセンターキャップ７にもボイスコイル３の先端が接合されている。

そして、以上のように構成されるスピーカユニットによれば、磁気ギャップＧ内に発生する直流磁界の磁力線に直交するボイスコイル３（正確にはその巻線部３２）に音声電流を流すと、周知のようにボイスコイル３が軸方向の起振力を得て振動し、その振動が振動板５を介して空気振動に変換されることにより音を再生することができる。尚、センターキャップ７は、磁気回路２内に塵埃が侵入するのを防ぐ防塵機能を有するが、センターキャップ７それ自体も振動板５に連れて振動するため音響特性に影響を及ぼすことになる。

ここに、一実施の形態のセンターキャップ７の構成について説明すると、係るセンターキャップ７は、図２から明らかなように振動板５に接着固定されるドーム型のキャップ本体７１と、そのキャップ本体７１に貼付される薄膜状部材７２とにより構成される。

キャップ本体７は、振動板５と同じく紙、木、又はプリプロピレンやポリエステルといった合成樹脂などの単一材料ないしは複合材料から形成される単層もしくは積層構造物であり、その裏面（ボイスコイル３側の面）に上記の薄膜状部材７２が貼付されている。

一方、薄膜状部材７２は、キャップ本体７１が有する音波の伝搬速度よりも音波の伝搬速度（以下、音速とする）が高く、且つキャップ本体７１が有する内部損失よりも内部損失の小さい部材から形成される厚さ１０μ〜１５０μの薄片で、キャップ本体７１の裏面に対して接着剤により固定される。逆に言えば、キャップ本体７１には、薄膜状部材７２よりも音速が低く、内部損失の大きい部材が選ばれる。尚、薄膜状部材７２の厚さが１０μ以下では成形や貼付が困難となり、１５０μ以上の厚さでは重量が増して能率が低下する。

又、音速（ヤング率Ｅ／密度ρの平方根）と内部損失（tanδ）は、音響性能を評価する指標となるもので、それらの数値は素材によって異なる。例えば、下表に示すように、
紙では音速が５００〜２５００ｍ／ｓ、内部損失が０．０２５〜０．０５５、木（カバの無垢材）では音速が５０３９ｍ／ｓ、内部損失が０．０２２、木（シナの無垢材）では音速が４８９６ｍ／ｓ、内部損失が０．０１９、木（ブナの無垢材）では音速が４７３６ｍ／ｓ、内部損失が０．０２５、ポリアミド樹脂では音速が３０００ｍ／ｓ、内部損失が０．０１８、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）では音速が２７４０ｍ／ｓ、内部損失が０．０１７、ポリプロピレン樹脂では音速が１０００ｍ／ｓ、内部損失が０．０８、ポリプロピレン樹脂（炭素繊維２０重量％含有）では音速が２１５０ｍ／ｓ、内部損失が０．０４８、アルミニウムでは音速が５１１４ｍ／ｓ、内部損失が０．００２、マグネシウムでは音速が５０６８ｍ／ｓ、内部損失が０．００５、銅では音速が３８００ｍ／ｓ、内部損失が０．００１、チタンでは音速が５１４５ｍ／ｓ、内部損失が０．００３である。

従って、キャップ本体７１の素材として、紙、カバやブナといった木材、又はポリプロピレン樹脂などの合成樹脂が用いられる場合、薄膜状部材７２の素材には金属系材料、とりわけアルミニウム、チタン、銅などが好適に用いられる。特に、センターキャップ７２は、振動板５の一部として高音域の再生に寄与するところ、各種素材の中でも音速の高い金属を薄膜状部材７２の素材として絶対的に用いることが好ましく、これに対してキャップ本体７１に音速が低く且つ内部損失の大きい素材を用いれば高音域での共鳴を抑制することが可能となる。

又、図３及び図４から明らかなように、薄膜状部材７２は、キャップ本体７１よりも小さく、キャップ本体７１の裏面全体を覆わない形状異方性の形態とされる。具体的には、キャップ本体７１よりも小径の環状部７２ａと、その環状部７２ａの内外に突出する突片部７２ｂ，７２ｃとを一体に連ねた形態とされる。このうち、環状部７２ａはキャップ本体７１に対し同心状に固定されてキャップ本体７１を補強し、キャップ本体７１の変形を防止する働きをする。一方、内側の突片部７２ｂはそれぞれ環状部７２ａの中心に向けて突出し、高音域成分を前方に放射する働きをする。又、外側の突片部７２ｃは、キャップ本体７１の内周部から外周部に向けて放射状に広がり、高音域成分を上下左右方向に放射する働きをする。

そして、上記のような薄膜状部材７２をもつセンターキャップ７によれば、音速に異方性が生ずるために高音域での定在波による共鳴（カラーレーション）を抑制して音質を向上させながら、突片部７２ｃの作用により高音域を広げて指向性を改善することができ、しかも薄膜状部材７２の形態によって音響特性を容易に制御することができる。

図５は、一実施の形態のセンターキャップ７と従来のセンターキャップに１４ｋＨｚを入力したときの水平方向の指向性パターンを示す。尚、図５において、実線は一実施の形態のセンターキャップ７の指向性パターンを示し、一点鎖線は従来キャップの指向性パターンを示す。又、従来キャップはポリプロピレン製であり、その裏面に図３に示されるような形態の銅製の薄膜状部材７２（厚さ１００μ）を貼付したものを一実施の形態のセンターキャップとした。

図５から明らかなように、一実施の形態のセンターキャップは、従来キャップに比べて３０〜１５０度、及び２２０〜３３０度の範囲で大きな音圧レベルの向上がみられる。これにより、一実施の形態のセンターキャップによれば、高音域での指向特性に大きな改善効果を有することが判る。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、薄膜状部材７２は図３、図４のような形態に限らず、図６(a)〜(e)のうち、図６(a)〜(c)に示すような形態としてもよい。

３ ボイスコイル
３１ コイルボビン
３２ 巻線部
５ 振動板
５ａ 中心孔
７ センターキャップ
７１ キャップ本体
７２ 薄膜状部材
７２ｃ 突片部

Claims (2)

1. 第１の音波の伝搬速度及び第１の内部損失を有し、中心孔を有する振動板の前記中心孔を覆うキャップ本体と、
   前記第１の音波の伝搬速度よりも高い第２の音波の伝搬速度及び前記第１の内部損失よりも小さい第２の内部損失を有し、前記キャップ本体の裏面に貼付された環状部と前記環状部から中心に向かう突片部と前記環状部から外周部に向けて放射状に広がる突片部とを有する薄膜状部材と、
   を備えることを特徴とするスピーカ用センターキャップ。
2. コイルボビンの外周に導電線を巻き付けたボイスコイルと、
   前記ボイスコイルに連通する中心孔を有する振動板と、
   請求項１に記載のスピーカ用センターキャップと、
   を備えることを特徴とするキャップ付スピーカユニット。

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