JP7743392B2 - 隆起湾曲突出部付きのラウドスピーカ用コーンおよび共振モードを制御する方法 - Google Patents

Description

本発明は、ラウドスピーカ用トランスデューサダイヤフラムに関する。

〔関連出願の参照〕
本願は、２０１９年７月２９日に出願された共通所有者の関連米国特許仮出願第６２８７９８８９号の優先権主張出願であり、この米国特許仮出願を参照により引用し、その開示内容全体を本明細書の一部とする。本願はまた、広義には、共通所有権者の米国特許第７６８４５８２号および同第９５３８２６８号に関し、これら米国特許の開示内容全体もまた、本明細書の一部とする。

典型的なオーディオトランスデューサでは、音は、動電駆動されるダイヤフラムまたはコーンがサスペンションで支持された状態で軸線に沿って往復動し、それにより機械的復元力をダイヤフラムまたはコーン本体にもたらすことによって生じる。

典型的な先行技術または従来型の動電型ラウドスピーカドライバ（例えば、１００）が図１に示されており、本発明の技術背景および技術的脈絡を提供するために、当業者によって用いられる幾つかの述語についてレビューする。図１を参照すると、円筒形ボイスコイルボビン１０３がその外周壁に巻き付けられた導電性のボイスコイル１０２を有し、この円筒形ボイスコイルボビンは、切頭円錐形ダイヤフラムまたはコーン１０１の中央に取り付けられている。ダイヤフラム１０１およびボイスコイルボビン１０３は、環状またはリング状の縁枠またはエッジ１０８の内周エッジに固定されるとともに、選択されたコンプライアンスおよびスチフネスを備えた環状ダンパまたは「スパイダ」１０９に固定されている。縁枠１０８およびスパイダ１０９の外周端は、スリーピース（three-piece）磁気回路（図示せず）もまた担持した剛性支持フレームまたはバスケット１１２に固定されており、その結果、フレーム１１２は、ダイヤフラム１０１およびボイスコイルボビン１０３を支持するようになっており、ダイヤフラム１０１およびボイスコイルボビン１０３は、フレーム内でボビン１０３の中心軸線１１５に沿ってピストン振動することができる。中央に配置された「ダスト」キャップ１１３がダイヤフラム１０１の中央に位置する穴を覆うようダイヤフラム１０１に固定されており、このダストキャップは、ダイヤフラム１０１と一体に動く。

エッジ１０８およびダンパ１０９は、ボイスコイル１０２とボイスコイルボビン１０３を磁気回路の磁気ギャップ内にそれぞれ所定位置に支持し、この磁気ギャップは、磁石（図示せず）、プレートまたはワッシャ（図示せず）、中央の軸対称ポールピース（磁極片）を含むポール（磁極）ヨーク（図示せず）で構成されている。この構造により、ダイヤフラムまたはコーン１０１は、磁気回路に接触することなく弾性的に支持された状態で所定の振幅の範囲内で軸方向にピストン振動することができる。

ボイスコイル１０２の第１および第２の端部またはリード線は、第１および第２の導電性リード線（図示せず）のそれぞれの端部に接続されており、第１および第２のリード線はまた、フレーム１１２で担持された第１および第２の端子（図示せず）に接続されている。所望の音響信号に対応した交流電流が端子のところでリード線を通ってボイスコイル１０２に送られると、ボイスコイル１０２は、対応の起電力に応動し、したがって、磁気回路の磁気ギャップ内でダイヤフラム１０１のピストン振動方向に軸方向に駆動される。その結果、ダイヤフラムまたはコーン１０１は、ボイスコイル１０２およびボイスコイルボビン１０３とともに振動し、そして電気信号を音響エネルギーに変換し、それにより例えば音楽または他のサウンドのような音波を生じさせる。

最初の諸原理に戻ると、ラウドスピーカまたはトランスデューサ（例えば、１００）の機能は、電気エネルギーをアナログ音響信号に変換することにある。この変換プロセスは、２つのステップで起こる。第１のステップは、電気エネルギーから機械エネルギーへの変換である。第２のステップは、機械エネルギーから音響エネルギーへの変換である。第１のステップでは、電気入力信号に比例した機械的変位を生じさせる。第２のステップでは、システムの機械的変位を何らかのメカニズム、例えばダイヤフラムまたはコーン１０１の強制運動により周りの空気に結合する。動電型と呼ばれているクラスのラウドスピーカは、永久磁石（図示せず）と電磁石の組み合わせを採用しており、それにより、電気エネルギーから機械（または音響）エネルギーへの変換を生じさせる。

通常のコーンを備えたトランスデューサ（例えば、１００、図１Ａに示されている）には、コーン本体（１０１）が非ピストン振動という挙動を示し、それにより、全ての部分が同時に同一の方向である軸方向に動くのではなく、コーン本体が撓みと曲げを開始したときに（例えば、図１Ｂに示されているような領域１５５を参照されたい）、「コーン分割振動（cone break-up）」と呼ばれる状態が生じるという欠点がある。この挙動は、コーン１０１および縁枠１０８の特定の設計によって決まるある特定の周波数で起こり、コーンの共振または共振モードは、フラットな周波数応答からの歪みや逸脱をもたらす。一般的にいえば、トランスデューサコーン（例えば、１０１）は、モータによるこれらトランスデューサコーンの駆動時に、トランスデューサが生じさせるよう設計されている音を発生させる。これらのコーンは、高能率であるためには質量が小さいことが必要であり、このことは、一般に、コーンが薄いことを意味している。これらコーンは、広範な周波数範囲（または帯域幅）にわたって駆動されるので、コーンの共振モードに対応した周波数または振動数で駆動されることが避けられないことになる。コーンを共振モードで駆動することにより、一様で滑らかな周波数応答からの逸脱が生じる場合がある。かかるモードの作用効果を軽減する一方法は、コーンを補剛してこれらモードが高い周波数で（例えば、トランスデューサの通過帯域を超えて）起こるようにすることである。剛性のまたは腰のあるコーンを作ることにより、他のチューニング上の問題が生じ、と言うのは、剛性構造体は、重くなる場合があるからである。剛性コーンを特殊な材料で作られた高価な積層構造体で作ることもできるが、かかるトランスデューサ構造体は、所望のラウドスピーカシステム用途では商業的にまたは経済的に妥当ではない場合がある。

したがって、ダイヤフラム（例えば、コーン）本体の挙動に対する高い制御をもたらすとともにドライバの周波数応答に関する問題を回避する有効であり、しかも経済的に手頃な構造体および方法が要望されている。

したがって、本発明の目的は、ダイヤフラム（例えば、コーン）本体の挙動に対するより高い制御をもたらすとともにドライバの音響周波数応答に関する問題を回避する有効であり、しかも経済的に手頃な構造体および方法を提供することによって、上述の欠点を解決することにある。

本発明によれば、ラウドスピーカ用トランスデューサ内のダイヤフラムを製作する構造体および方法は、コーンの共振挙動を制御するために経済的に組み込まれた構造的特徴を有し、その結果、もはや単一の強力な共振モードが存在しないようになる。これらモードを分散させることによって、唯一のまたは数個の強いモードとは対照的に、多くの弱いモードが生じる。強いモードは、弱いモードよりも周波数応答からの大きなずれを生じさせ、多くの弱いモードは、数個の強いモードよりも優れている。

本発明のラウドスピーカ用トランスデューサコーンは、主要な表面から延びて補剛および共振振動モードの分断を可能にする特別な輪郭形状の突出部を有する。これら突出部は、一方の表面が凸状であり、反対側の表面が凹状であり、したがって、これら突出部の平均厚さはコーン平坦な領域とほぼ同じである（すなわち、突出部の性状は、中実ではなくシェル状である）。これら突出部は、内側から外側に向かって全体として湾曲しており、それによりモード分断（強い振動モードの抑制）を促進する。湾曲していて遠位側または前方に突き出た突出部は、アレイ状に配置されたタービン翼型に似ており、したがって、ダイヤフラムの好ましい実施形態は「タービンコーン」と呼ばれ、ダイヤフラムは、好ましくは、望ましくない質量を加えないで、スチフネスおよびダンピングを劇的に増大させたダイヤフラムを提供するためにタービンの幾何学的形状に成形された積層または多層フォームコア構造体を有する。

切頭円錐形のコーン表面を超えて前方に延びる遠位側または前方に突き出た突出部を用いることによって、コーンの本体は、いっそう剛性になる。タービンパターン突出部を湾曲させることにより、強い振動モードをもたらす場合のある一貫した経路長を部分的にゼロにすることができるので、モード分断（モーダルブレークアップ）が得られる。コーンの突出部は、好ましくは、一般的には丸みをおびていて湾曲したバンプ、シェル、またはチャネルの形態をした一体構造を提供するようコーン本体中に成形される。これら突出部は一方の側（好ましくは、表面）が凸状であり、他方の側（裏面）が凹状であり、このことは、これら突出部がコーンの本体とほぼ同一の厚さを有し、一般に中実ではないことを意味している。

大きさがわずかであっても曲率のあるシェルが同じサイズの扁平なプレートよりもかなり剛性であることは、周知である。この原理は、おおまかにはコーンの中間部への突出部の導入によりコーンに利用される。これら突出部は、追加の剛性をコーンにもたらし、モードを高い周波数へ（すなわち、ホストラウドスピーカシステムからトランスデューサに提供される信号の通過帯域を超えて）追いやる。変形例として、突出部は、これらの幅よりも長さの方が大きく、したがって、各突出部がいっそう補剛リブとして挙動する点で、よりチャネル状であっても良い。

突出部を湾曲させることにより、コーンの表面に「乱れ」を生じさせる作用効果が生じる。この乱れにより、ほぼ同一の長さのものである振動モードを生じさせることができる互いに異なる経路の数が最小限に抑えられる。モード周波数が経路長の関数なので、多くの互いに異なる経路長を生じさせるということは、広範なモードが生じるが、これらモードのうち強力なものはないということを意味する。このことは、数個の強いモードではなく、多くの弱いモードが作られることを意味している。

湾曲方向は、様々であって良く（例えば、時計回りまたは反時計回りが等しく効果的であることが見込まれる）、様々な方向を混ぜることにより、追加のモード分断をもたらすことができるので、性能上の利益が得られる。また、突出部のサイズを互いに適合させる必要はなく、様々なサイズが混じった状態は、追加のモード分断をもたらす上でも有益であると言える。

突出部の利益は、伝統的なコーンを備えたトランスデューサの測定済み音響周波数応答と比較して理解でき、伝統的なコーンは、特に高い周波数域において本発明の広幅の隆起した湾曲突出部を有するコーンを備えた上述の構成ではないが同一のトランスデューサの滑らかさと同じほど滑らかではない。

本発明の上記目的、特徴および利点ならびにさらに別の目的、特徴および利点は、特に添付の図面と関連して本発明の特定の実施形態についての以下の詳細な説明を考慮すると、明らかになり、図面において、種々の図中の参照符号は、同一の部品を指示するために利用されている。

先行技術に従って、切頭円錐形ダイヤフラムを備えた伝統的なラウドスピーカドライバを示す断面側面図である。 動作中における図１Ａのダイヤフラムの望ましくない挙動を示すとともにコーン本体が非ピストン振動して撓みと曲げを開始すると（全ての部分が同時に同一の方向に軸方向に動くのではなく）生じる「コーン分割振動」状態を示す斜視図である。 主要な表面から延びて補剛および望ましくない共振振動モードの分断をもたらす特別な輪郭形状の突出部を有するラウドスピーカ用トランスデューサコーンの横から見た斜視図であり、突出部の表または遠位側の表面が凸状であり、近位側または裏面が凹状であり、その結果、これら突出部の平均厚さがコーンの平坦な領域とほぼ同じであり、これら突出部が中央開口部から外周エッジに向かうにつれて全体的に湾曲しており、本発明の構造および方法に従って共振モードの分断（強い振動モードの抑制）を促進する状態であることを示す図である。 本発明の構造および方法に従って、フルレンジ型ラウドスピーカシステム内に設置された図２Ａのドライバの好ましい実施形態の写真図である。 本発明の構造および方法に従って、図２Ａおよび図２Ｂのラウドスピーカ用ダイヤフラム用のフォームコアの拡大断面図である。 図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃのラウドスピーカ用ダイヤフラムのためのコーンまたはダイヤフラム表面の表側または近位側の側面図であり、本発明の構造および方法に従って、中央開口部から外周まで延びる特別な輪郭形状の突出部を形成する基準となる互いに間隔を置いた中心を定める曲線軌跡を示す図である。 図２Ｄの線Ａ－Ａに沿って取った断面側面図であり、本発明の構造および方法に従って、中央開口部から外周まで延びる特別な輪郭形状の突出部のうちの１つを示す図である。 本発明の補強後のラウドスピーカ用ダイヤフラムの別の実施形態の正面図（３Ａ）、平面図（３Ｂ）および側面図（３Ｃ）であり、本発明の構造および方法に従って、湾曲した幅の狭い溝またはチャネルの遠位側に突き出ていて等間隔を置いて配置されたアレイを示す図である。 本発明の補強済みラウドスピーカ用ダイヤフラムの別の実施形態の、表（おもて）側または近位側の表面の側面図であり、本発明の構造および方法に従って、遠位側に突き出ていて不等間隔を置いて配置された湾曲した幅の細い溝またはチャネルを示す図である。 動作中における図２Ａ～図２Ｅのダイヤフラムのより望ましい挙動を示す斜視図であり、本発明の構造および方法に従って、特別な輪郭形状の突出部がどのようにして補剛をもたらし、かくして分断をもたらし、望ましくない強力な共振振動モード（例えば、図１Ｂの）を抑制するとともに減少させ、それにより、本発明のコーン本体が撓みおよび曲げモードをそれほど小さくしないで、ピストン振動に近く挙動している状態を示す図である。 点線Ａで示された望ましさの小さい応答をもたらす先行技術のダイヤフラムまたはコーン（例えば、図１Ａおよび１Ｂの）と、ラウドスピーカシステム内で駆動される第１のラウドスピーカ用トランスデューサおよび第２のラウドスピーカ用トランスデューサ（例えば、図２Ａ～２Ｄおよび図５に示されている）の一対の比較可能な周波数応答プロットであり、本発明の構造および方法に従って、破線Ｂで滑らかでありより望ましい応答を示す図である。

次に図２Ａ～２Ｅの記載を参照すると、動電型ラウドスピーカまたはトランスデューサの例示の実施形態が示されている（例えば、１００とほぼ同じであるが、改良型ダイヤフラムまたはコーンを備えている）。改良型トランスデューサまたはコーン２０１は、中心軸線２１５に関して対称である（このことは、図１Ａの場合のように、コーン２０１が図１Ａに示されているようにドライバモータ構造体中に組み込まれるのが良いことを意味している）。

図２Ａ～図２Ｅを参照すると、第１の例示の実施形態において、本発明の改良型ラウドスピーカドライバは、好ましくは、現場で成形されてコーンの共振挙動を制御する７つの経済的に受け入れられた構造的特徴２１０を備える改良型ダイヤフラムまたはコーン２０１を有し、その結果、もはや、単一の強力な共振モードが存在しないようになっている。共振モードを分散させることによって、唯一のまたは数個の強いモードとは対照的に、多くの弱いモードが生じる（例えば、図１Ｂを図５と参照されたい）。強いモード（全体が図１Ｂに１５５で示されている）は、弱いモードよりも周波数応答からの大きな望ましくないずれを生じさせ、多くの弱いモード（全体が図５に２５５で示される）は、数個の強いモードよりも優れている。

図２Ａ～図２Ｅに示された例示のラウドスピーカ用トランスデューサコーン２０１は、全体として切頭円錐形であり、近位側が中央開口部２０４で終端し、この中央開口部は、ボイスコイルフォーマ（例えば、１０３）を受け入れるよう構成されている。コーン２０１は、前方または遠位側が外周エッジで終端し、この外周エッジは、遠位側環状または円形表面を担持したサスペンション２０８となるよう共振振動モードの中心軸線２１５から放射状外方にかつこれに関して対称に突き出ており、この外周エッジは、補剛および共振振動モードの分断をもたらすよう主要表面材２３０から遠位側に延びまたは突き出た７つの特別な輪郭形状のタービン翼型または花弁形状の突出部２１０を有している。突出部２１０は、遠位側または前に向いた表面が凸状であり、反対側の近位側または後ろに向いた表面が凹状であり、したがって、これらの平均厚さ（例えば、０．５ｍｍ）は、コーンの切頭円錐形領域と、ほぼ同じである（すなわち、このことは、突き出た花弁または突出部２１０が性状において厚い中実特徴部（望ましくない質量を加える）ではなく、シェル状であるということを意味している）。

これら突出部２１０は、中央開口部２０４の内側から外周エッジに向かうにつれて全体として放射線状にアレイを成すとともに湾曲しており、それによりモード分断（強い振動モードの抑制）を促す。遠位側に突き出た湾曲突出部２１０は、タービン翼型のアレイに似ており、したがって、ダイヤフラムまたはコーン２０１の好ましい実施形態は、「タービンコーン」（例えば、図２Ｂの写真図に示されているような）と呼ばれ、ダイヤフラムは、好ましくは、望ましくない質量を加えないで、スチフネスおよびダンピングを劇的に増大させたダイヤフラムを提供するようタービン幾何学的形状に成形されたフォームコア構造（例えば、図２Ｃの断面に示されているような）を有することが望ましい。好ましくは、図２Ａ～２Ｅに示されているように、ダイヤフラムまたはコーン（例えば、２０１）は、コーンの厚さ（例えば、０．５ｍｍ）よりも大きい突出部突起距離２４０（例えば、約３ｍｍ）だけコーンの実質的に切頭円錐形の前側表面材２３０から遠位側に突き出た等間隔を置いて配列されている７つのタービン翼または花弁形の凸状突出部２１０を有している。

本発明の方法によれば、突出部２１０をポリマー樹脂または発泡剤（例えば、ポリプロピレン）から成形するが、その手段として、選択された量の発泡剤を開放モールド中に投入し、次にモールドを閉鎖して選択された圧力で選択された大きさの圧力を加えて発泡剤がモールド内で硬化するようにし、そしていったん硬化すると、中実で無孔の表および裏コーン表面材または充実（なお、本明細書では、修飾語としての「中実」と「充実」は区別なく用いられ、「ソリッド」とも称される場合がある）スキン層（２３０，２３４）を提供し、これら中実無孔の表および裏コーン表面材または充実スキン層がフォームコア構造２３２を封じ込める（例えば、図２Ｃの顕微鏡写真図に示されているように）。密度およびスチフネスの観点における充実スキン層２３０，２３４とフォームコア２３２との差は、コーンの断面スチフネスを増大させる（断面厚さの増大のゆえに）とともに剛性スキン層と軟質フォームコア２３２との間の剪断に起因して内部ダンピングを増大させる。コーン本体２０１およびその突出部２１０をコーンの遠位側または表側表面材２３０から遠位側に、コーン厚さ（例えば、図２Ｂおよび図２Ｅに示されているように０．５ｍｍ）よりも著しく大きい厚さをもって膨らみまたは延びている突出部２１０と一緒に成形する。コーン本体２０１とその突出部２１０を現場で一緒に成形し、それによりコーンの本体は、いっそう軽量にかついっそう剛性になる。突出部２１０を湾曲させることにより、強い振動モード（例えば、図１Ｂに示すように）をもたらす場合のある一貫した経路長を部分的になくすことができるので、所望のモード分断が得られる。

コーンの突出部（例えば、２１０）は、好ましくは、コーン本体中に等間隔を置いて配置された放射状アレイを成して成形され、それにより好ましくは丸形でありかつ湾曲しているバンプ、シェル、またはチャネルの形をした一体構造体が提供され、これら突出部は、一方の側が凸状でありかつ他方の側が凹状であり、このことは、これら突出部がコーン本体とほぼ同じ厚さのものであって全体として中実遠位側突出部としては形成されていないことを意味する。突出部の曲率は、同じサイズの平坦なコーン表面材よりも剛性がかなり高くしかも曲げモーメントに対する抵抗が高いコーン表面材をもたらす。突出部２１０は、「オイル缶」曲げモードの発生を阻止するとともに追加のスチフネスをコーンに提供し、モードを高い振動数（すなわち、トランスデューサの通過帯域を超えて）へ追いやる。

図２Ｂは、本発明の構造および方法に従って、図２Ａに示されたダイヤフラム２０１がフルレンジ型ラウドスピーカシステム内に設置された状態で作られたドライバの好ましい実施形態の写真図である。図２Ｃは、図２Ａおよび図２Ｂのラウドスピーカ用ダイヤフラムのためのフォームコアを示す厚さ０．５ｍｍのダイヤフラムの拡大断面図である。図２Ｄは、図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃのラウドスピーカ用ダイヤフラム２０１のためのコーンまたはダイヤフラム表面の表側または近位側側面図であり、ダイヤフラムの中央開口２０４から外周まで延びる７つの輪郭形状のタービン翼型または花弁形状の突出部２１０を形成する基準となる互いに間隔を置いた中心を定める７つの等間隔を置いた曲線の放射状の軌跡を示す。図２Ｅは、図２ＤのＡ－Ａ線に沿って取った断面側面図であり、本発明の構造および方法に従って、中央開口部２０４から外周まで延びる前方または遠位側に膨らんだ輪郭をしている突出部のうちの１つを中央開口部の上方に示している。

変形例として、別の実施形態としてのダイヤフラムまたはコーン３０１は、突出部３１０を有し、突出部は、これらの長さがこれらの幅よりも極めて長いという点でよりチャネル状であり（例えば、図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃを参照されたい）、７つの等間隔を置いて設けられたチャネル状突出部３１０は、放射状アレイを成して配置された曲線状の補剛リブ３１０を形成している。図３Ａ～図３Ｃに示された別の例示のラウドスピーカ用トランスデューサコーン３０１もまた、全体として切頭円錐形であり、近位側が中央開口部３０４で終端している。コーン３０１は、遠位側が、中心軸線３１５に関して対称に形成された外周エッジで終端し、前方または遠位側に突き出て、遠位側環状または円形表面を担持したサスペンション３０８を提供している。特別な輪郭形状の突出部３１０は、主要なコーン表面から遠位側に延びたり突出したりして剛性を与え、もしそうでなければ発生するであろう望ましくない共振振動モードの分断をもたらす（図１Ｂに示されるように）。突出部３１０は、好ましくは遠位側または表側の表面が凸状であり、反対側の近位側または裏側の表面が凹状であり、したがって、突出部の平均断面厚さ（例えば、０．５ｍｍ）もまた、コーンの平坦な領域とほぼ同じである（すなわち、中実ではなく、管状である）。また、これらの突出部３１０は、開口部３０４付近の中央部（内側）から外周エッジにかけて全体として湾曲しており、それによりモード分断（強い振動モードの抑制）を促進する。

本発明のさらに別の実施形態は、不等間隔を置いて配置された曲線放射状突出部４１０を備えたダイヤフラムまたはコーン４０１を提供しており、これら突出部４１０もまた、これらの長さがこれらの幅よりも極めて長いという点でよりチャネル状であり（例えば、図４参照）、このチャネル状突出部４１０は、不均等な間隔を置いて設けられた湾曲した補剛リブとして挙動する。図４に示されている別の例示的なラウドスピーカ用トランスデューサコーン４０１もまた、全体として切頭円錐形であり、近位側が中央開口部４０４で終端している。コーン４０１は、遠位側が外周エッジ４０８で終端し、この外周エッジは、中心軸線４１５に沿って突き出て遠位側環状または円形表面を提供し、補剛および共振振動モードの分断（ブレークアップ）をもたらすよう主要表面から遠位側に延びまたは突き出ている特別な輪郭形状の突出部４１０を有している。突出部４１０は、好ましくは遠位側または表面が円筒状に凸状であり、反対側の近位側または裏面が凹状であり、したがって、突出部の平均厚さもコーンの平坦部に近い（すなわち、中実ではなく管状）。これらの突出部４１０も、開口部４０４付近の中央部（内側）から外周エッジにかけて全体として湾曲しており、それによりモード分断（強い振動モードの抑制）を促進する。

真っ直ぐな放射状の線に沿って整列したスチフナまたは補剛材を提供するのではなく、突出部（例えば、２１０，３１０または４１０）を湾曲させることが、曲げモード振動の経路を「途絶」させる作用効果を提供していることが観察され、曲げモード振動は、もしそのように構成されていなければ、コーンの表面に沿って伝わる。この途絶は、振動モードが生じる場合のあるほぼ同一長さの互いに異なる経路の数を最小限に抑える（例えば、同一の周波数および同一の駆動信号の振幅またはレベルを有する駆動信号で駆動された場合において、滑らかな伝統的なコーン（１０１）と、突出部を備えた改良型コーン（２０１、突出部２１０を備えている）の比較実施例を示した図１Ｂおよび図５を参照されたい）。先行技術のコーン１０１について示された望ましくない強いモード共振挙動は、影響を受けた広い領域（図１Ｂ、全体として符号１５５のところを参照されたい）を示しており、このことは、強い共振モードが発生し、これにより周波数応答について望ましくない可聴上の問題が生じることを意味している。比較によって、同一の共振周波数で駆動されたときの図５に示されている本発明の動電型トランスデューサの挙動は、分断されたモードを狭い領域に生じさせるに過ぎず（図５、全体として符号２５５を参照されたい）、このことは、強力なモードが生じることなく、その代わり、狭い領域だけが分断モードによって影響を受け、それによりトランスデューサの周波数応答（例えば、図６に示されているように）に関して生じる問題の重要度が低いことを示している。本出願人のプロトタイプ試験において、強モード共振が狭い周波数域を大いに強調することによって顕著な好ましからざる影響を性能に及ぼし、これに対し、弱モード共振がその周波数域全体にわたって極めてわずかな強調しか生じさせず、それにより特に滑らかな周波数応答が得られるということが観察された。

モード周波数が経路長の関数なので、多くの互いに異なる経路長を生じさせるということは、広範なモードが生じるが、これらモードのうち優勢であったり強力であったりするものはないということを意味する。このことは、数個の強いモード（例えば、図１Ｂの影響を受けた領域１５５で理解されるように）ではなく、多くの弱いモード（例えば、図５の影響を受けた領域２５５で理解されるように）が作られることを意味している。図２Ａ～図５に示された突出部（例えば、２１０，３１０または４１０）を湾曲させる方向は例示であるが、かかる方向の様々なバリエーションが可能であり、すなわち、時計回りまたは反時計回りの曲率は、等しく効果的であり、隣り合う突出部（図示せず）相互間の方向を混ぜることは、おそらくは、追加のモード分断をもたらすことによって性能上の利益を提供すると考えられる。また、突出部（例えば、２１０，３１０または４１０）のサイズは、互いに一致する必要はなく、サイズが混じった状態もまた、おそらくは、追加のモード分断をもたらす上で有益である。

改良型ダイヤフラム（例えば、２０１）の可聴的に認識されかつ測定して分かる利益としては、図６で理解できるように滑らかな音響周波数応答が挙げられ、図６では、曲線Ａ（点線のトレース）としてプロットされたデータは、伝統的なコーン（例えば、１０１）を備えた非改良型トランスデューサの周波数応答を示し、曲線Ｂ（破線のトレース）としてプロットされたデータは、改良型の共振モード減少コーン（例えば、２０１，３０１または４０１）を備えた、その他の点では同一のトランスデューサを示している。曲線Ｂに関するプロット済みデータは、特にドライバの周波数動作範囲のより重要な部分（例えば、数百Ｈｚから５ｋＨｚ超まで）において、著しく滑らかである。特に図６は、５．２５インチ（１３．３４ｃｍ）花弁形コーンドライバの例示の実施形態について、測定された音響周波数応答が、その他の点では同一であるが従来型のトランスデューサと比較される図２Ａ～図２Ｅのドライバを示しており、本発明のドライバ構造および方法は、トランスデューサの動作通過帯域を通じて特に滑らかで平坦な音響応答を提供していることを示している。特に、ほぼ３オクターブ幅の８００Ｈｚ～５．０ｋＨｚ範囲にわたり、任意の高性能オーディオシステムに関するミッドレンジ再現にとって重要な通過帯域に関し、ブロードバンド応答において３．０ｄＢの改善が達成される。

本発明のコーンまたはダイヤフラム（例えば、２０１，３０１または４０１）は、剛性支持フレームまたはバスケットに固定された協働する弾性材料サスペンション部材（例えば、２０８または３０８）に取り付けられた状態でこれによって支持されるのが良く、剛性支持フレームまたはバスケットはまた、スリーピース磁気回路（図示せず）を担持し、その結果、フレームは、駆動時に中心軸線に沿ってフレーム内でピストン振動できるダイヤフラムを支持するようになっている。

上述したように、本発明のコーンまたはダイヤフラム構造（例えば、２０１，３０１または４０１）および方法の目的は、コーン本体の挙動に対するいっそう高い制御を提供することによって性能を向上させる（図１の先行技術のラウドスピーカ１００と比較して）ことにある。好ましい実施形態（プロトタイプ実施形態）に関し、ダイヤフラム（例えば、２０１，３０１または４０１）は、上述したように、一体部品の状態に成形されたポリプロピレン材料で作られているフォームコア型コーンであるが、他の従来型コーン材料（例えば、紙、成形ファイバまたは金属、例えばアルミニウム）で作られても良い。弾性的に支持されるコーン（例えば、２０１，３０１または４０１）は、従来型トランスデューサコーン１０１よりも薄手であって良く、かかるコーンは、弾性材料サスペンション部材（例えば、２０８）で支持され、この弾性材料サスペンション部材は、好ましくは、弾性材料、例えばポリウレタンフォームまたは他の何らかの軟質で弾力のある共振減衰材料から成る。

当業者であれば理解されるように、本発明は、複数の対称の状態で放射状アレイを成して延びる遠位側に突き出た突出部（例えば、２１０，３１０または４１０）を備えるダイヤフラム（例えば、２０１，３０１または４０１）を含むラウドスピーカ用トランスデューサを提供し、突出部（例えば、２１０，３１０または４１０）は、コーンの中央領域からコーンの周辺エッジの近くまで延びる等間隔を置いた湾曲した弧の状態で延びる凸状表面材またはチャネル状突出部として形成されている。図２Ａ～図５に示された例示の実施形態では、コーンの特定の突出部（例えば、２１０，３１０または４１０）は、主要な表面材から延びて補剛および共振振動モードの分断をもたらし、これら突出部は、一方の表面が凸状であり、反対側の表面が凹状であり、したがって、突出部の平均厚さは、コーンの平坦な領域とほぼ同じであり、突出部は、これらが内側から外側まで延びるにつれて全体として湾曲しており、それによりモード分断（強い振動モードの抑制）を促進する。

図５は、動作中におけるダイヤフラム（例えば、図２Ａ～図２Ｅの）でのより望ましい挙動を示すコーン２０１および表側の充実スキン層表面材２３０の斜視図であり、そして、特別な輪郭形状の突出部がどのように補剛およびかくして分断をもたらして望ましくない強い共振振動モード（例えば、図１Ｂの）を抑制・減少させ、それによりどのように本発明のコーン本体が本発明の構造および方法に従って、撓みおよび曲げモードをそれほど小さくしないでほぼピストン振動的に挙動するかを示している。図５は、図１Ｂと同様、コーン表面上の分割振動モードを示す一時点の図であり、図６は、点線Ａで示された望ましさの小さい応答をもたらす先行技術のダイヤフラムまたはコーン（例えば、図１Ａおよび１Ｂの）と、ラウドスピーカシステム内で駆動される第１のラウドスピーカ用トランスデューサおよび第２のラウドスピーカ用トランスデューサ（例えば、図２Ａ～２Ｄおよび図５に示されている）の一対の比較可能な周波数応答プロットであり、本発明の構造および方法に従って、破線Ｂで分かる滑らかでありより望ましい応答を示す。図２Ａ～図５に示されたプロトタイプに関する本出願人の研究に基づき、突出部（例えば、４１０）のレイアウトにおける対称性の回避により、一般に、同一の周波数を持つモードの数を減少させることによって、モード分断による利益増進が得られると考えられる。回避されるべき対称性の一形態は、左右対称または鏡面対称である。左右対称のコーン（例えば、１０１）は、コーンの両半部上でのほぼ同じモードの発生を可能にし、それによりかかる対称性のないコーンに見られるより強力なモード挙動が生じる。本発明の方法に従って左右非対称を達成する一方法は、奇数個の突出部（例えば、５つまたは７つの突出部）を用いることである。この方法は、放射対称（放射相称とも呼ばれる）を排除するものではないが、この方法は、利益のうちの幾分かを提供しながら放射非対称コーンよりも見栄えが良いという利益を提供する。

本発明の改良型コーンおよび方法による本出願人の予備観察に基づき、「ピストン振動型」剛性コーンが提供されるが、幅の広い突出部（例えば、２１０）がコーンのエッジ（例えば、２０８）まで延びていないので、これら突出部は、低周波数域においてコーン表面全体を補剛することがなく、これとは異なり、より局所化された補剛効果をもたらし、この局所化補剛効果は、所望のモード分断および周波数応答に関する改良を生じさせるように思われる。比較すると、幅の狭い突出部に係る実施形態のチャネル形突出部（例えば、３１０，４１０）は、コーンの外側エッジ（例えば、３０８，４０８）まで延びる突出部を備えておらず、したがって、より全体的な補剛効果をもたらし、と言うのは、これら突出部は、低周波数域において効果的に補剛を行う隆起条だからである。チャネル形突出部（例えば、３１０，４１０）が中空でありまたは管状でありしかも湾曲していると仮定すると、より高振動数での撓みにより、ほぼ同じモード分断が得られる。

当業者であれば理解されるように、本発明は、ポリマー（例えば、ポリスチレン発泡剤）を開放（例えば、２部品、貝殻状）モールド組立体中に投入することによってラウドスピーカ用トランスデューサコーンまたはダイヤフラム（例えば、２０１，３０１または４０１）をポリマーから成形する方法を利用することができ、開放モールド組立体は、好ましくは、コーンの中央領域（例えば、２０４，３０４または４０４）からコーンの周辺エッジの付近まで好ましくは等間隔を置いて配置された湾曲しまたは曲線状の弧を成して延びる凸状表面材またはチャネル状突出部を提供する複数の放射状アレイを成して遠位側に突き出た突出部（例えば、２１０，３１０または４１０）を備えた一体形コーンまたはダイヤフラム（例えば、２０１）を成形し、圧縮し、加熱し（必要ならば、材料に応じて）、そしてそれにより形成するための内部モールド表面（図示せず）を備えた状態で構成される。次のステップでは、モールド組立体を閉鎖してポリマー（例えば、発泡剤）材料を閉じ込め、圧縮し、そして硬化させて、無孔の近位側および遠位側表面材ならびに実質的に一様な厚さ（例えば、０．５ｍｍ）を有する軽量で剛性の一体形フォームコアダイヤフラムを提供する。

本発明の方法および構造（例えば、図２Ａ～図２Ｅに示されているような）によれば、フォームコア構造２３２は、モールド半部内に一緒になって成形突出部２１０を構成する凸状およびこれに合致する凹状特徴部を含むモールド（図示せず）に発泡剤を含む溶融プラスチックを射出する成形技術の結果である。射出圧力（トン）により、発泡剤は当初、泡（例えば、フォーム／気泡（burbuja））を生じさせることができない。モールド表面は、モールドの本体内に巧妙に配置された冷却管／チャネルを通って流れる水によってプラスチックに対して低温に保たれる。モールドの表面に当たる溶融プラスチックは、迅速に凝固し、充実スキン層になる（最終的には、充実スキン層表面材２３０，２３４になる）。しかしながら、コーンのコアが依然として溶融状態にある間、モールドをわずかに開放し、かくして溶融液体に加わる圧力を減少させて、フォーム／気泡がコーンのコア（２３２）内に生じることができるようにする。このプロセスは、フォームおよび充実スキン層の厚さが製造にあたって一様でありかつ再現可能であるように正確に制御されるのが良い。上述したように、一体形成形コーン本体２０１では、充実スキン層２３０，２３４とフォームコア２３２との密度およびスチフネスの差は、コーンの断面スチフネスを増大させる（断面厚さの増加のゆえに）とともに硬質スキン層と軟質フォームコア２３２との間における剪断に起因した内部ダンピングを増大させる。

新規かつ改良型のダイヤフラム構造および歪み抑制方法の好ましい実施形態を説明したが、本明細書に記載された教示に照らして当業者には他の改造、変形および変更が想到されることが考えられる。したがって、理解されるべきこととして、かかる全ての変形、改造および変更は、本発明の範囲に含まれると考えられる。

Claims (11)

1. ラウドスピーカ用トランスデューサコーンであって、複数の放射状アレイを成す遠位側に突き出ている突出部（例えば、２１０，３１０または４１０）を備えたダイヤフラムまたはコーン（例えば、２０１，３０１または４０１）を含み、前記突出部は、前記コーンの中央領域（例えば、２０４，３０４または４０４）から前記コーンの外周エッジの付近まで互いに間隔を置いた曲線状の弧を成して延びる凸状表面材またはチャネル状突出部として奇数個形成され、
   前記ダイヤフラムまたはコーンは、一方の表面及び反対側の表面に設けられた充実スキン層の中に封じ込められたフォームコアを有し、
   前記ダイヤフラムまたはコーン（例えば、２０１）は、７個の等間隔を置いて位置する遠位側に突出したタービン翼型または花弁形状の凸状突起のアレイを含み、前記凸状突起は、前記コーンの厚さよりも大きな突出部突出距離（例えば、２４０）だけ前記コーンの切頭円錐形表面材２３０から遠位側に突出している、ラウドスピーカ用トランスデューサコーン。
2. 前記コーンの突出部は、補剛をもたらすとともに望ましくない共振振動モードを分断し、前記突出部は、一方の表面が凸状であり、反対側の表面が凹状であり、したがって、前記突出部の平均断面厚さは、前記コーンの平坦な領域とほぼ同じである、請求項１記載のラウドスピーカ用トランスデューサコーン。
3. 前記コーンの湾曲突出部（例えば、２１０，３１０または４１０）は、曲げモード振動の経路を「途絶」する作用効果を有し、もし途絶しなければ、前記曲げモード振動は、前記コーンの表面（例えば、１５５）に沿って伝わり、前記途絶された振動経路は、代わりに、数個の強い共振モードではなく多くの弱い共振モードの領域（例えば、２５５）をもたらし、それにより、滑らかな周波数応答を示すトランスデューサが得られる、請求項１記載のラウドスピーカ用トランスデューサコーン。
4. 前記コーンの湾曲突出部（例えば、３１０）は、曲げモード振動の経路の一様な「途絶」を可能にするよう対称的な放射状アレイを成して等間隔を置いて配置され、前記曲げモード振動は、もしそのように構成されていなければ、前記コーンの前記表面に沿って伝わる、請求項３記載のラウドスピーカ用トランスデューサコーン。
5. 前記コーンの湾曲突出部（例えば、２１０，３１０または４１０）は、コーンスチフネスが高められたトランスデューサ（例えば、２０１，３０１または４０１）をもたらし、それにより共振モードを前記トランスデューサの通過帯域を超えて追い出して前記ホストトランスデューサを含むシステムに対して滑らかな周波数応答を提供する、請求項３記載のラウドスピーカ用トランスデューサコーン。
6. 前記コーンの突出部は、タービン翼型または花弁のアレイに似ている遠位側に突出した湾曲突出部２１０から成り、前記ダイヤフラムは、好ましくは、望ましくない質量を加えないで、スチフネスおよびダンピングを劇的に増大させたダイヤフラムを提供するために前記タービンの幾何学的形状に成形された積層または多層（充実スキン層／フォームコア／充実スキン層）構造を有する、請求項１記載のラウドスピーカ用トランスデューサコーン。
7. 前記コーンの多層（充実スキン層／フォームコア／充実スキン層）構造は、表側および裏側の無孔ポリスチレン充実スキン層表面材２３０，２３４内に封じ込められたポリスチレンフォームコア２３２を有する、請求項６記載のラウドスピーカ用トランスデューサコーン。
8. 前記ダイヤフラムまたはコーンについて密度およびスチフネスの観点における前記充実スキン層２３０，２３４と前記フォームコア２３２との差により前記コーンの断面スチフネスが増大するとともに前記剛性スキン層と前記可撓性フォームコア２３２との間における剪断に起因して内部ダンピングが増大する、請求項７記載のラウドスピーカ用トランスデューサコーン。
9. ラウドスピーカ用トランスデューサコーンまたはダイヤフラムを提供する方法であって、選択された周波数範囲または帯域通過範囲にわたって駆動されるべきホストラウドスピーカシステムに用いられるトランスデューサダイヤフラムまたはコーンを成形しまたは製作するステップを含み、前記ダイヤフラム（例えば、２０１，３０１または４０１）は、前記コーンの中央領域（例えば、２０４，３０４または４０４）から前記コーンの周辺エッジ付近まで延びる等間隔を置いて位置する湾曲した弧を成して延びる凸状表面材またはチャネル状突出部として形成されていて複数の放射状アレイを成して遠位側に突き出ている突出部（例えば、２１０，３１０または４１０）を備えた状態で奇数個成形されまたは製作され、
   前記トランスデューサダイヤフラムまたはコーンは、一方の表面及び反対側の表面に設けられた充実スキン層の中に封じ込められたフォームコアを有し、
   前記ダイヤフラムまたはコーン（例えば、２０１）は、７個の等間隔を置いて位置する遠位側に突出したタービン翼型または花弁形状の凸状突起のアレイを含み、前記凸状突起は、前記コーンの厚さよりも大きな突出部突出距離（例えば、２４０）だけ前記コーンの切頭円錐形表面材２３０から遠位側に突出している、方法。
10. 前記ダイヤフラム（例えば、２０１，３０１または４０１）は、ポリスチレン発泡剤を開放モールド組立体中に投入することによって前記発泡剤によりプラスチック材料から成形され、前記前記開放モールド組立体は、前記コーンの中央領域（例えば、２０４，３０４または４０４）から前記コーンの周辺エッジの付近まで延びる等間隔を置いて位置する湾曲した弧を成して延びる凸状表面材またはチャネル状突出部として形成された複数の放射状アレイを成して遠位側に突き出ている突出部（例えば、２１０，３１０または４１０）を有する一体形コーンまたはダイヤフラムを作るよう構成され、前記方法は、
    前記モールド組立体を閉鎖して前記プラスチックを圧縮・硬化させ、それにより無孔の近位側および遠位側表面材ならびに実質的に一様な厚さを有する一体形フォームコアまたはダイヤフラムを提供するステップをさらに含む、請求項９記載の方法。
11. 前記モールドは、凸状特徴部および該凸状特徴部と嵌合する凹状特徴部を備えたモールド半部から成り、前記凸状および前記凹状特徴部は一緒になって、前記成形された突出部２１０を形成し、前記モールドは、開放状態および閉鎖状態を有し、前記モールド中には発泡剤を含む溶融プラスチックが射出され、
    前記射出ステップの射出圧力（トン）は、当初、前記発泡剤が泡（例えば、フォーム／気泡（burbuja））を生じさせるのを阻止し、モールド表面は、前記モールド内に巧妙に配置された状態で形成された冷却管／チャネルを通って流れる水によって前記プラスチックに対して低温に保たれ、
    前記モールドの前記表面内のかつ該表面に当たった前記溶融プラスチックは、迅速に凝固して、前記コーンの前記コアが依然として溶融状態にある間、充実スキン層になり（最終的には、充実スキン層表面材２３０，２３４になり）、
    次に、前記モールドは、わずかに開放され、かくして、前記溶融プラスチックに加わる圧力を減少させるとともにフォーム／気泡が生じて前記コーンの前記コア（２３２）を形成できるようにする、請求項１０記載の方法。