JPH10229595A - スピ−カ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コーンの分割振動を抑え、良質な音を得るこ
と 【解決手段】 コーン２を周方向に４等分し、各分割領
域は同一の形状である。コーン２の大径側口縁部２１は
円形とし、この円２１の分割領域の一つである円弧状の
線分をＡＣとし、その中点をＢとする。円２１の中心軸
Ｌにおいて円２１の中心Ｏから離れた線分をＰ１、Ｐ２
とし、ＢとＰ１を結ぶ直線を線分Ｐ１Ｐ２及びＢＣに沿
ってＣとＰ２とを結ぶ位置まで移動させ、この移動によ
って形成される曲面がコーン２の８等分の一つとなる。
ＢからＡに至る領域においても同様にして曲面を形成す
る。この曲面は双曲放物面であり、強度が大きく、分割
振動が抑えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばオ−ディオ
のスピ−カに係り、特にコ−ンの構造に特徴を持つもの
である。

【０００２】

【従来の技術】スピーカは、図１８の略解図に示すよう
にコーン１１の基端側（小径側）にボイスコイル１２を
設け、ボイスコイル１２の周りの磁界を音声信号に応じ
て変化させ、これにより図示しないマグネットとボイス
コイル１２との間の磁力を変えてコーン１１を振動させ
るものである。コーン１１は通常紙材を用いて円錐状に
成形され、大径側口縁部（外周縁）が弾性リングにより
保持されて前後方向に振動できるように構成される。コ
ーン１１の振動状態は再生周波数特性や高周波ひずみ周
波数特性などを支配しているため、スピーカの性能はコ
ーン１１によって概ね決定される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】コーン１１の理想的な
振動は、本来の円錐形状を維持したまま前後に動作する
ことであるが、実際には理想的な振動から外れた動きを
示す。最近において振動状態の観測手法やコンピュータ
処理が発達してきているため、実際の振動状態がかなり
判明されてきており、図１９（イ）に示すようにコーン
１１がねじれて外周縁が波を打ったような格好になった
り、図１９（ロ）に示すように軸対称の形状ではある
が、周面の途中で波を打って振動の節を形成する状態に
なることが分かっている。このような挙動は分割振動と
呼ばれている。

【０００４】その理由については次のように考えられ
る。例えばコーン１１が後退した瞬間を考えると、コー
ン１１の大径側口縁部１３は慣性によりその位置にとど
まろうとするため結果的に中心軸に向かって収縮しよう
とし、このため図２０に示すように周方向のどの部位に
おいても圧縮力が発生する。またコーン１１が前方側に
押し出された瞬間を考えると、逆に周方向のどの部位に
おいても引張り力が作用する。

【０００５】従って上述のように非軸対称の振動が起こ
ったり、節点が発生し、理想的な挙動から外れ、この結
果音質が悪くなってしまう。スピーカはこのような基本
的な課題を背負っており、このため次のような問題があ
る。

【０００６】先ず低周波域において十分な音圧を確保す
るためには、厚くて大型のコーン１１が要求されるが、
この場合コーン１１の重量が大きくなり慣性モーメント
が大きくなる。分割振動は慣性モーメントが大きい程、
また振動数が高い程（コーン１１の面の山谷の発生回数
が多い程）大きくなるため、結局低周波域でしか使用で
きなくなる。

【０００７】一方高周波域で使用する場合には、分割振
動の影響が大きいため、慣性モーメントを小さくする必
要があり、そのため薄くて強度の大きいものが要求され
る。コーン１１が薄くても高域では十分な音圧を確保す
ることができる。しかしながらこの場合には低周波域で
使用することができないし、材質としてチタンやベリリ
ウムなど高価なものを用いなければならない。

【０００８】本発明はこのような事情の下になされたも
のであり、その目的は分割振動を抑えることができ、良
質な音を得ることができるスピーカを提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、コ−ンの形状
に工夫を凝らしたものであって、建築構造物などに用い
られている双曲放物面と呼ばれる形状をコ−ンに適用し
たものである。

【００１０】請求項１の発明は、２本の線分を結ぶ直線
を当該２本の線分に沿って移動させることにより形成さ
れる双曲放物面によりコ−ンを構成したことを特徴とす
る。双曲放物面とは双曲線と放物線とが含まれる面であ
り、双曲放物面によりコ−ンを構成したとは双曲放物面
の一部を用いてコ−ンを構成する場合も含む。双曲放物
面とは、完全な双曲放物面のみならず、これに近似した
曲面も本発明でいう双曲放物面に含まれる。

【００１１】請求項２の発明は、コ−ンを周方向に分割
し、各分割領域が以下のように構成されたことを特徴と
する。 ａ．周縁部をなす線分を第１の線分とする。 ｂ．前記第１の線分と、この第１の線分よりも内方側に
位置しかつ第１の線分に対して同一平面上に存在しない
第２の線分と、を結ぶ直線を第１の線分及び第２の線分
に沿って移動させることにより形成される双曲放物面に
よりコ−ンの分割領域が構成される。

【００１２】請求項３の発明は、コ−ンを周方向に分割
し、各分割領域が以下のように構成されたことを特徴と
する。 ａ．周縁部をなす線分を第１の線分とする。 ｂ．前記第１の線分の中点とコ−ンの中心軸とを含む面
上に存在し、第１の線分に対して同一平面上に存在しな
い線分を第２の線分とする。 ｃ．前記第１の線分と第２の線分とを結ぶ直線を第１の
線分の中点から第１の線分の左端または右端に沿って、
かつ第２の線分の一端から他端に沿って移動させ、その
移動によって形成される双曲放物面の一部により前記コ
−ンの分割領域が形成される。なお第２の線分は直線で
あっても円弧状の線分であってもよい。コ−ンを周方向
に分割する分割数は、奇数であることが好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は本発明のスピーカに用いら
れるコーン２を示す概略斜視図である。このコーン２は
従来のような円錐形状ではなく双曲放物面により作られ
ている。コーン２を周方向に等分に４分割して、各分割
領域をＳ１〜Ｓ４とすると、Ｓ１〜Ｓ４は同一の形状を
している。大径側口縁部２１は円形状に形成されてお
り、この口縁部２１を線分として捉えると、Ｓ１（Ｓ２
〜Ｓ４）の口縁部２１は１／４円の線分（円弧状の線
分）により形成されていることになる。

【００１４】分割領域Ｓ１〜Ｓ４は同一形状であるた
め、Ｓ１を代表してその構造について述べる。図２
（イ）に示すように大径側口縁部である円２１の中心点
Ｏを通り、この円２１を含む面に直交する中心軸Ｌにお
いてＯから同一方向に偏位した位置にある２点をＰ１、
Ｐ２とする。一方円２１の一部をなす円弧状線分をＡ、
Ｂ、Ｃとし、Ｂは線分ＡＣの中点とする。ＢとＰ１とを
結ぶ直線を直線Ｐ１Ｐ２及び曲線ＢＣに沿って移動させ
ることにより、Ｂ、Ｐ１、Ｐ２、Ｃで囲まれる領域に曲
面が形成される。この例ではＢとＰ１とを結ぶ直線の外
端側をＢからＣに等速で移動させながら、当該直線の内
端側をＰ１からＰ２に等速で移動させることにより曲面
が形成される。

【００１５】言い換えれば曲線ＢＣをｋ（ｋは整数）個
に等分割すると共に、直線Ｐ１Ｐ２をｋ個に等分割し、
対応する等分割点同士を結ぶことにより前記曲面が形成
されている。即ちこの曲面は直線群から形成されるもの
で双曲放物面と呼ばれ、図２（ロ）に示すように双曲線
と放物線とが内在する。同様にＢとＰ１とを結ぶ直線を
直線Ｐ１Ｐ２及び曲線ＢＡに沿って移動させることによ
りＢ、Ｐ１、Ｐ２、Ａで囲まれる領域に双曲放物面が形
成される。他の分割領域Ｓ２〜Ｓ４についても同様にし
て双曲放物面が形成される。即ちＢと中心軸Ｌとを結ぶ
線分の両側に双曲放物面が広がり、全体としては山（Ｂ
とＰ１を結ぶ領域）と谷（ＡあるいはＣとＰ１とを結ぶ
領域）とが周方向に交互に形成される格好となってい
る。そして前記中心軸Ｌを中心軸とし、その半径が円２
１の半径に比べて例えば１／４程度の円筒体３により図
３に示すように前記双曲放物面を貫通させ、この円筒体
３の周面の部分から円２１に至るまでの面が図１に示す
コーン２の形状である。

【００１６】図４は、分割領域Ｓ１を中心軸Ｌ側から見
た断面図とコーン２の全体を上から見た上面図とを示す
ものであり、小径側口縁部（内周縁）２２は中心軸Ｌ側
から見ると山形（ａｂｃ）の形状をしている。このよう
な形状のコーン２は、例えばコンピュータグラフィック
により設計され、紙材、カーボンあるいは金属などで作
ることができる。

【００１７】上記コーン２を組み込んだスピーカ全体を
図５に示す。本発明の実施の形態ではコーン２の構造に
特徴があり、その他の部分に関しては従来の構成をその
まま適用することができる。図５中４はフレームであ
り、コーン２の大径側口縁部２１は、弾性のあるロール
エッジ４１を介してフレーム４の先端に取り付けられて
いる。コーン２の小径側口縁部２２は円筒体４２（既述
の円筒体３に対応している）の周面に固定されている。

【００１８】円筒体４２の基端側の周面にはボイスコイ
ル４３が巻装されると共に、円筒体４２のまわりには、
ボイスコイル４３と対向するようにヨーク５が設けられ
ている。５１はマグネット、５２はセンターポール、５
３はダンパ、５４はキャップである。このスピーカは内
周駆動タイプのものであり、音声信号に応じてボイスコ
イル４３の周囲の磁界が変化し、ヨーク５との間の磁力
が変化してコーン２１が前後に振動する。

【００１９】このような実施の形態によれば次のような
作用効果がある。コーン２を構成している双曲放物面
は、圧縮力と引張力とがバランスよく働き、また理論上
は表裏両面の表面積が等しいので、極めて強度の大きい
構造として建築構造物に用いられているものであり、従
ってコーン２が変形しにくく分割振動を起こしにくい。
ここでコーン２の振動時に発生する応力について考察し
てみると、コーン２が後退位置から前方側へ押し出され
る場合、コーン２の小径側口縁部２２が円筒体４２によ
り押し出されるが、このとき大径側口縁部２１は慣性に
よりその位置にとどまろうとするため、当該口縁部２１
は相対的に後方側への力を受けることになる。このとき
コーン２が従来の円錐形であれば既述のようにどの面に
おいても引張り応力が働くが、本実施の形態のコーン２
では圧縮応力と引張り応力とが同時に作用する。

【００２０】図６はこの様子を示す図であり、前記分割
領域Ｓ１（Ｓ２〜Ｓ４）の一つのうちの半分の領域（図
２で示せば例えばＡからＢまでの領域）を示している。
コーン２を形成する面は、曲線ＡＢから内側に向かうに
つれて徐々にねじれているため口縁部２１が相対的に後
方側への力を受けたとき、面の前縁（山の部分）６１に
近い領域は引張り応力が、また後縁（谷の部分）６２に
近い領域は圧縮応力が夫々発生する。即ちコーン２の面
全体についてみれば既述のように山、谷が周方向に交互
に現われており、引張り応力と圧縮応力とが交互に発生
していることになる。そして面がねじれていることから
振動の方向が各位置によってまちまちであり、こうした
ことからコーンの変形が抑えられ、分割振動が起こりに
くくなる。

【００２１】更に図７に示すようにコーン２の中心軸Ｌ
と直交する面Ｑでコーン２を切って考えると、円錐形の
場合には切欠された周縁と中心軸Ｌとの距離は、周縁の
どの位置においても同じであり、このため「発明が解決
しようとする課題」の項で図１１（ロ）により説明した
ように節が発生する。これに対し本実施の形態の場合に
は、面がねじれているため、つまりミクロ的にみれば外
から内側に向かう直線群のとなり合うもの同士がねじれ
の位置にあるため、面Ｑで切欠された部位と中心軸Ｌと
の距離はその部位の位置によって異なり、従って節とは
なり得ない。以上述べたことから双曲放物面によりコー
ン２を構成すれば分割振動の発生が抑えられ、良質な音
を得ることができる。

【００２２】そしてこのように分割振動が発生しにくい
構造であるため、周波数が低周波域の音圧を確保するた
めに厚くて大型のコーンを構成した場合、このコーンは
高周波域においても分割振動が発生しにくく、この結果
広い周波数帯域で使用することができ、しかも材質の選
定の自由度が広がるため安価に製造することができる。

【００２３】また本発明は、コーン２に深さを持たせな
い、横に広がったいわばフラット形状とすることができ
る。図８はその一例を示す図であり、図２に示した直線
Ｐ１Ｐ２を、Ｐ１が円２１の中心Ｏにくるまで引き上げ
ると共に、中央部側においては円筒体３で切欠せずに中
心軸Ｌに至るまで面を形成したものである。即ちコーン
２１の面の山の部分（ＢとＰ１を結ぶ線）が円２１を含
む平面上に存在することになる。なお図の便宜上コーン
２の１／４の領域のみ直線群を記載してあるが、他の３
／４の領域も同様の構造である。

【００２４】ここでコーン２を周方向に分割して各分割
領域毎に双曲放物面を形成するにあたっては、上述のよ
うに４等分に分割されることに限られるものではない。
図９に示すコーン２は、周方向に３等分に分割して各分
割領域毎に、図８に示すコーンと同様にして双曲放物面
を形成したものであり、円弧状線分ＡＣは円２１を３等
分した線分に相当する。この場合もＡＰ２を結ぶ領域及
びＣＰ２を結ぶ領域は谷の部分であり、ＢＰ１を結ぶ領
域は山の部分である。図１０は、図９に示すコーン２を
用いて内方駆動型として構成したスピーカを示すもので
ある。

【００２５】図１１に示すコーン２は、周方向に２等分
に分割して各分割領域毎に図８に示すコーンと同様にし
て双曲放物面を形成したものであり、円弧状線分ＡＣは
円２１を２等分した線分に相当する。図８に示すコーン
を４分割タイプ、図１１に示すコーンを２分割タイプと
呼ぶことにすると、ｎ分割タイプのコーンを構成する場
合、ｎを奇数にすれば、径方向に対向する面の形状が互
に同一でなくなるので強度が大きくなる共に、対向する
部分の曲げの状態が同一でないため共鳴音が発生しにく
くなるという利点がある。

【００２６】またｎの値は、少ない方がコーンを軽量に
することができるので有利であり、１０以下であること
が好ましい。更に図８、図９及び図１１に示すコーンを
裏返しにして使用してもよい。そして双曲放物面を形成
するにあたっては、例えば図１２に示すように線分Ｐ１
Ｐ２を、長さ１：１／２：１：１／２の比率に分け、こ
うして分けた各領域と線分ＡＢを４等分した各領域との
間で双曲放物面を形成してもよい。つまりこの場合に
は、線分Ｐ１Ｐ２の長さ「１」の領域をｋ等分し、円弧
状線分ＡＢの４等分領域をｋ等分し、互いの等分点同士
を直線で結び、これらの直線群により双曲放物面を形成
する。また線分Ｐ１Ｐ２の長さ「１／２」の領域につい
てもｋ等分し、同様にして双曲放物面を形成する。この
ようなコーンにおいては、各分割領域に対応する双曲放
物面の境界が山になる（図１２中○印を付した境界ライ
ン）。

【００２７】次に本発明のスピーカに用いるコーンの他
の例を図１３に示すと、図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）
は夫々コーンを示す斜視図、側面図及び平面図である。
即ち周縁部をなす円２１を含む面よりも高い位置（前方
側の位置）にあり、中心軸Ｌから放射状に、円２１を含
む面と平行な面に沿って伸び互に１２０度の角度をなす
３本の直線をＸ１、Ｘ２、Ｘ３とし、これら直線Ｘ１、
Ｘ２、Ｘ３の内端をＰ１、外端をＰ２とする。ＡとＰ１
とを結ぶ直線を曲線ＡＢ及び直線Ｐ１Ｐ２に沿って移動
させると共に、ＣとＰ１とを結ぶ直線についても曲線Ｃ
Ｂ及び直線Ｐ１ｐ２に沿って移動させ、双曲放物面を形
成する。つまり例えばＡＢをｋ等分し、Ｐ１Ｐ２をｋ等
分し、これら等分点同士を直線で結ぶことにより双曲放
物面を形成する。ただしＡＣは円２１の３等分線、Ｂは
その中点であり、Ｘ１（Ｘ２、Ｘ３）とＢとは、図１３
（ａ）において上から見ると一直線上にある。

【００２８】図１３の例では、直線Ｘ１（Ｘ２、Ｘ３）
の両端Ｐ１、Ｐ２は周縁部に対して同じ高さに設定して
あるが、Ｐ２をＰ１に対して上下することで特性を変化
させるようにしてもよい。図１４は図１３に示すコーン
においてＰ１よりもＰ２を高くした場合のコーンを示す
図である。図１３及び図１４に示すコーンは、表向き
（図に示した向き）、裏向きのどちらにおいても使用す
ることができる。

【００２９】図１５に示すスピーカは、外方駆動型のも
のであり、コーン２としては図１３に示したコーンを用
いている。コーン２はコイルボビンである円筒体８１の
一端に設けられており、この円筒体８１には、ボイスコ
イル８２が巻装されると共に、円筒体８１の他端側には
ポールピース８３が挿入されている。マグネット８４は
ボイスコイル８２を囲むようにリング状に形成されてい
る。８５は波状のダンパであり、コーン２はこのダンパ
８５を介して支持部８６に支持されている。コーン２を
このような構造とすれば、プレス加工にて容易に軽量な
ものを作成することができ、またこの場合コーン２とボ
ビン８１とを例えばチタン等の金属板を用いて同時に一
体に作成することもできる。

【００３０】更に本発明では双曲放物面の形状としては
上述の例に限られるものではなく、例えば円弧状の曲線
とこの曲線の弦に平行な直線との間に形成されるコノイ
ド双曲放物面と呼ばれるものであってもよい。図１６は
このような実施の形態を示す図であり、大径側の口縁部
２１をなす円を例えば４等分とすると共に、この円の中
心軸を中心軸とする正方形７を用い、円２１の４等分の
一つの線分ＤＥとこの線分ＤＥに平行な正方形７の一辺
ｄｅとの間において、直線７０を線分ＤＥ及びｄＥに沿
って一端から他端まで移動させることにより双曲放物面
が形成される。円２１の４等分の他の３つの線分におい
ても同様にして双曲放物面が形成され、この場合にも双
曲放物面の強度が大きく、円２１の中心軸に直交する面
で切ったときの周縁部の各点について、中心軸までの距
離が異なることから、分割振動を抑えることができる。

【００３１】またコーンの大径側口縁部は円であること
に限られず、三角形、四角形あるいは多角形であっても
よく、この場合例えば小径側口縁部を円としてコノイド
双曲放物面を形成するようにしてもよい。

【００３２】ここで従来の図１８に示すスピーカと、図
９及び図１０に示す構造のスピーカとを作成し、周波数
と音圧との関係を調べたところ図１７（ａ）、（ｂ）に
示す結果が得られた。ただし縦軸はレコ−ダの目盛りで
あり、ｄＢを直接表わしたものではないが、音圧に対応
するものである。図１７（ａ）は従来のスピーカ、図１
７（ｂ）は本願のスピーカに夫々対応する。具体的な構
造を示すと、いずれのスピーカもコーンの材質としてカ
−ボンファイバを用い、従来のスピーカについては、コ
ーンの直径が３２０ｍｍ、深さが６５ｍｍであり、本願
のスピーカについてはコーンの外縁部の直径が３２０ｍ
ｍ、深さが５５ｍｍである。この結果から分かるように
本願のスピーカにおいては従来のスピーカよりも周波数
の変化に対して音圧の変化が緩やかであり、良質な音を
得ることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明のスピーカによれ
ば、コーンに双曲放物面を用いているので分割振動を抑
えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るスピーカのコーンを
示す概略斜視図である。

【図２】上記実施の形態のコーンの曲面を示す説明図で
ある。

【図３】コーンと円筒体の接合部分を示す斜視図であ
る。

【図４】上記実施の形態のコーンを示す説明図である。

【図５】上記実施の形態の全体構成を示す縦断側面図で
ある。

【図６】コーンに作用する応力を説明するための説明図
である。

【図７】コーンと中心軸に直交する切断面との関係を示
す説明図である。

【図８】本発明の他の実施の形態におけるコーンを示す
説明図である。

【図９】本発明の更に他の実施の形態におけるコーンを
示す説明図である。

【図１０】図９に示すコーンを用いたスピーカの一例を
示す断面図である。

【図１１】図９に示すコーンの変形例を示す説明図であ
る。

【図１２】コーンの作成方法の一例を示す説明図であ
る。

【図１３】本発明の更にまた他の実施の形態におけるコ
ーンを示す説明図である。

【図１４】上記以外の実施の形態におけるコーンを示す
説明図である。

【図１５】図１３に示すコーンを用いたスピーカのの一
例を示す断面図である。

【図１６】上記以外の実施の形態におけるコーンを示す
説明図である。

【図１７】本発明のスピーカと従来のスピーカとについ
て、音圧と周波数との関係を調べた結果を示す特性図で
ある。

【図１８】従来のスピーカを略解して示す縦断側面図で
ある。

【図１９】従来のコーンに分割振動が発生する様子を示
す説明図である。

【図２０】従来のコーンに発生する応力を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

２ コーン ２１ 大径側口縁部（円） ２２ 小径側口縁部 Ｓ１〜Ｓ４ 分割領域 ３ 円筒体 Ｌ 中心軸 ４ フレーム ４１ ロールエッジ ４３ ボイスコイル ５ ヨーク ５１ マグネット ８１ 円筒体（コイルホビン） ８２ ボイスコイル ８３ マグネット ８４ ポールピース

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２本の線分を結ぶ直線を当該２本の線分に
   沿って移動させることにより形成される双曲放物面によ
   りコ−ンを構成したことを特徴とするスピ−カ。
2. 【請求項２】 コ−ンを周方向に分割し、各分割領域が
   以下のように構成されたことを特徴とするスピ−カ。 ａ．周縁部をなす線分を第１の線分とする。 ｂ．前記第１の線分と、この第１の線分よりも内方側に
   位置しかつ第１の線分に対して同一平面上に存在しない
   第２の線分と、を結ぶ直線を第１の線分及び第２の線分
   に沿って移動させることにより形成される双曲放物面に
   よりコ−ンの分割領域が構成される。
3. 【請求項３】 コ−ンを周方向に分割し、各分割領域が
   以下のように構成されたことを特徴とするスピ−カ。 ａ．周縁部をなす線分を第１の線分とする。 ｂ．前記第１の線分の中点とコ−ンの中心軸とを含む面
   上に存在し、第１の線分に対して同一平面上に存在しな
   い線分を第２の線分とする。 ｃ．前記第１の線分と第２の線分とを結ぶ直線を第１の
   線分の中点から第１の線分の左端または右端に沿って、
   かつ第２の線分の一端から他端に沿って移動させ、その
   移動によって形成される双曲放物面の一部により前記コ
   −ンの分割領域が構成される。
4. 【請求項４】 コ−ンを周方向に分割する分割数は、奇
   数であることを特徴とする請求項３記載のスピ−カ。