JPS5831157B2 - スピ−カ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、歪が発生しないスピーカを提供するものであ
る。

ボイスコイルによる集中駆動方式のスピーカとしては、
その振動板形状により、コーン型スピーカ、平板型スピ
ーカ、ドーム型スピーカがある。

これらのスピーカは、可動部である振動板を、非可動部
であるフレームや磁気回路に支持するために、エツジや
ダンパーを用いている。

コーン型スピーカや平板型スピーカの場合、振動板の外
周部をエツジ部材で支持するとともに、振動板に固定さ
れたコイルボビンをダンパーで支持し、振動板の振動方
向に対する垂直方向の横揺れを防止している。

またダンパーは振動板の振動に必要な弾性復元力を発生
させる役割を果たし、エツジは振動板の背面の音圧が前
面に回り込むのを防止し、前面音圧と背面音圧との位相
差による音圧周波数特性の乱れをなくす働きをしている
。

なお、ドーム型スピーカの場合には、通常ダンパーは用
いずエツジにより弾性復元力を果たしている。

このように、従来のスピーカにおいては、エツジやダン
パー等の固体の支持系を持つため、弾性変位の大きさに
限界があり、弾性変位と駆動力の直線性関係が、大振幅
時において崩れ、支持系の非直線性による低域歪が発生
する欠点がある。

この第１の欠点は、特に小口径のウーファにおいて顕著
であり、たとえば９０φの口径のウーファで１００ｄＢ
の音圧（距離１ ｍ ）を得るのに、１００Ｈｚで約６
間、５０Ｈｚで約２４間の振幅を必要とし、振幅が６間
になると、高調波歪が１０％を越える。

また３００φ以上の口径の大きなウーファにおいて、高
分子シートや含浸布の成型物を支持系に用いても数ｍｙ
ｔｔを越える大振幅時の非直線性による歪の問題は根本
的には解決されない。

また、上記従来のスピーカにおいて、低域再生帯域を伸
ばすために、最低共振周波数を低く設計する場合、ダン
パーやエツジの弾性定数を小さくする必要があり、薄く
て柔らかい材料を用いなければならないが、これらの支
持系では振動板の中心保持能力が弱くなり横揺れ振動が
大きくなり、この結果音圧周波数特性に乱れや歪が発生
する欠点がある。

また、横揺れ振動によるボイスコイルの磁極への当接を
防止するために、磁気回路の磁気空隙長を大きくすると
、コスト高となる欠点がある。

また、従来のスピーカにおいては、エツジ共振により高
圧周波数特性に数ｄＢ以上の凹凸が生じる欠点がある。

たとえば、コーン型スピーカの場合、再生帯域の中域に
おいてエツジ共振による凹凸が生じ、また、ドーム型ス
ピーカにおいては、エツジ共振により高域再生限界が低
下する欠点があるものである。

以上のように、従来のスピーカにおいては、振動系の支
持を固体の支持系で行なっているために、前記様々の欠
点が生じるものであった。

本発明は上記従来の欠点を除去するものであり、以下に
本発明の実施例について説明する。

第１図において、１は上面が開口した容器であり、この
容器１内には仕切板２が一体に形成されている。

３，４はそれぞれ上記仕切板２に形成された孔である。

５は上記仕切板２に固定されたヨークであり、このヨー
ク５の中央部には孔６を有するセンターポール７が一体
に形成されている。

８はヨーク５の上面に固定された環状のマグネット、９
はマグネット８の上面に固定された環状のヨークであり
、このヨーク９の内周面と上記センターポール７の外周
面間に環状の磁気ギャップが構成される。

１０は上記容器１の開口部に固定された環状のヨークで
あり、このヨーク１０の内周部には突条１１が形成され
ている。

１２は上記ヨーク１０の上面に固定された環状のマグネ
ット、１３は上記マグネット１２の上面に固定されたヨ
ークでありこのヨーク１３の内周部には上記ヨーク１０
の突条１１に対向する突条１４が形成されている。

１５は上記ヨーク１０，１３の突条１１，１４間の磁気
ギャップに充填された磁性流体である。

この磁性流体１５はコロイド状の磁性超微粒子を流体に
分散させたものであり、この磁性流体１５は第２図ａに
示すようにヨーク１０，１３の突条１１．１４間に保持
される。

１６は発泡樹脂、発泡金属、アルミハニカム材等からな
る円板状の振動板であり、この振動板１６は上記環状の
ヨーク１０．１３の中心孔内に挿入される。

第２図すは振動板１６を挿入した状態を示している。

この状態においては、磁性流体１５が磁場の強い磁気ギ
ャップ近傍に集まろうとする力が生じ、振動板１６の外
周面に圧力を加える。

このため振動板１６は図示のように支持される。

なお、この振動板１６が偏心した場合にはこの振動板１
６を中心に押し戻そうと力が働き、常に中心部に保持さ
れる。

１７は振動板１６の下面に固定されたコイルボビン、１
８はこのコイルボビン１１に巻回されたボイスコイルで
あり、このボイスコイル１８は、ヨーク９とセンターポ
ール７との間の磁気ギャップ部に配置されている。

次に、第２図ａ、ｂについてさらに詳細に説明する。

第２図ａに示すように、振動板１６が挿入されていない
場合には、磁性流体１５はヨーク１０゜１３の突条１１
，１４間の磁気ギャップの磁束密度の分布に応じて磁束
密度の大きい空間に集まっている。

磁性流体１５の飽和磁束密度は１００〜４００ （Ｇａ
ｕｓｓ ）であり、磁性流体充填前の磁気ギャップの磁
束密度より１桁以上小さく、充填後の磁束密度の分布の
変化は少ない。

したがって、磁性流体１５が占める空間内でも磁場勾配
があり磁束密度の大きい点に集まろうとする内部応力が
働いている。

第２図すに示すように、振動板１６を挿入すると、磁性
流体１５は振動板１６によって磁束密度の比較的高い部
分から押しのけられ、元の安定な状態に戻ろうとする体
積力（内部応力）によって振動板１６を押しのける力Ｆ
が発生する。

この力Ｆは、振動板１６の環状外周面全面に働き振動板
１６を中心に保持する。

振動板１６が偏心すると、振動板１６が接近した側の磁
場勾配は大きくそれに比例した大きな体積力を受けるが
、振動板１６が離れた側では体積力が小さくなる。

この結果、振動板１６を元の状態に戻そうとする力が発
生するものである。

このように、ヨーク１０，１３、マグネット１２からな
る磁気回路と磁性流体１５とにより、振動板１６の中心
保持が行なわれるとともに、磁性流体１５は、振動板１
６の背部の空気を密閉する働きもするものである。

すなわち、振動板背部は、容器１、振動板１６、磁気回
路、磁性流体１５とで完全密閉される。

この密閉された空気は、振動板１６の振動に対する空気
バネの働きをし、振動板１６の弾性復元力を発生する。

上記磁性流体１５は磁場によって束縛された１間以下の
厚みの環状の断面積を背面に露出しているだけであり、
背面の空気圧の変化で磁性流体１５が飛び出すことはな
い。

スピーカ組立時に振動板１６を最後にはめ込む場合、密
閉した背面キャビティの内圧が上がるので、磁性流体１
５の部分に外部から注射器等の針をさし込み背面キャビ
ティーの空気を必要量だけ抜き取って、振動板１６の位
置を設定することが出来る。

また長期間の使用による振動板１６の位置ズレも同様の
方法で容易に調整が可能である。

以上の様に本発明ではダンパーやエツジのような固体の
支持系を用いないで振動板１６を保持できるため歪が発
生せずに数量以上の大振幅の振動が可能となるものであ
る。

本発明によれば、９０φの小口径のウーファで約１２７
Ｉｔπの振幅が実用的に可能となり、１００Ｈｚで１０
６ｄＢ（距離Ｉｍ）以上の最大出力音圧を得ることがで
き、歪も１％以下にすることができるものである。

なお、従来のスピーカにおいては大振幅を保証するため
にエツジの幅を大きくした場合にエツジ共振が生じ易い
欠点があったが、本発明によればこのような問題は生じ
ない。

また、本発明の動電型スピーカの最低共振周波数は、振
動板１６の実効質量と背面キャビティの容積のみで決ま
るため、設計が単純化できる利点を有する。

たとえば、２００φの口径で実効質量が５（１、背面キ
ャビティ容積が５０１の場合、その最低共振周波数を約
５０Ｈｚに設計できるものである。

また本発明では、磁性流体１５の粘度を変えるだけで共
振のＱ値を自由に変えることができるものである。

さらに本発明によれば、ダンパーのような音響放射に寄
与しない振動部がないため、約１〜３ｄＢ能率を向上す
ることができるものである。

また、従来のスピーカにおいては、エツジ、ダンパー等
の変形運動を要求される部分の耐熱性が問題であったが
、本発明ではエツジ、ダンパーが不要であるため、１０
０℃以上の環境でも使用可能となるものである。

第３図ａ ” ｅはそれぞれ本発明の他の実施例の振動
板支持構造を示している。

第３図ａは環状のヨーク１９，２０，２１の間に環状の
マグネット２２．２３を介在させて２つの環状の磁気ギ
ャップを構成し、この磁気ギャップそれぞれに磁性流体
２４．２５を充填して、振動板１６の外周面を２個所で
支持したものである。

本実施例によれば、重い振動板でも安定に支持でき、ま
た横揺れの低減効果が向上するものである３第３図すは
、ヨーク２６．２７間に環状のマグネット２８を介在さ
せて磁気回路を構成し、この磁気回路の磁気ギャップに
充填された磁性流体２９で、振動板１６の筒状部３０を
支持したものであり、本実施例によれば、磁性流体２９
に外部より直接ホコリ等が付着するのを少なくすること
ができるものである。

第３図Ｃは、外周部に環状の突条３１が形成されたヨー
ク３２と環状のマグネット３３と環状のヨーク３４とで
磁気回路を構威し、ヨーク３２の突条３１の内周面とヨ
ーク３４の外周面との間の磁気ギャップに、振動板１６
の筒状部３０を挿入し、この筒状部３０とヨーク３４間
に充填された磁性流体３５で振動板１６を支持したもの
である。

第３図ｄは、ヨーク３６，３７とマグネット３Ｂとで磁
気回路を構成し、ヨーク３６と３７との間の磁気ギャッ
プ内に振動板１６の筒状部３０を挿入し、この筒状部３
０とヨーク３６問および筒状部３０とヨーク３７間にそ
れぞれ充填された磁性流体３９．４０で振動板１６を支
持したものである。

第３図ｅは、ヨーク４１．４２の間に環状のマグネット
４３を介在させて磁気回路を構成し、この環状の磁気回
路の内周面に、テフロン、ＦＥＰ。

ポリエチレン等の表面潤滑性の高いフィルム４４を密着
させ、このフィルム４４の内周面に磁性流体４５を充填
し、この磁性流体４５で振動板１６を支持するものであ
る。

本実施例においては、振動板１６が非常に大きく横揺れ
しても、この振動板１６がヨーク４１，４２に直接当接
しないため、破損しにくく、また磁性流体４５に残留す
る水分や微量の酸性物質によってヨーク４１．４２が酸
化することがない利点を有するものである。

第４図はドロンコーン方式のスピーカ装置を示している
。

このスピーカ装置は、第１図に示す動電型スピーカと受
動振動板（パッシブ、ラジェータ）とを具備したもので
あり、第１図と同一個所には同一番号を付している。

第４図において、４６は磁気回路を容器（スピーカボッ
クス）４７内に支持する支持板であり、この支持板４６
には孔４Ｂが形成されている。

４９は容器４７の前面板５０の孔内に固定された環状の
マグネットであり、この環状のマグネット４９の両面に
環状のヨーク５１．５２が固定されこのヨーク５１．５
２の内周部分に形成される環状の磁気ギャップに磁性流
体５３が充填され、この磁性流体５３によって受動振動
板５４が支持されるものである。

５５は容器４７内に収納された吸音材、５６は容器４７
に取付けられた空気圧調整装置である。

第４図において、受動振動板５４によって、動電型スピ
ーカの背面に放射された音の位相を反転させ、スピーカ
振動板１６と受動振動板５４とを低域周波数で同相で駆
動し、低域の音圧を大きくするものである。

この場合、受動振動板のスチフネスをできる限り小さく
してｆｏを２０Ｈｚ以下にすることが要求されるが、第
４図の実施例では受動振動板５４の支持系によるスチフ
ネスはＯであり理想的であり、従来の受動振動板を用い
たものより低音の再生帯域が拡大する。

また本実施例によれば大振幅時の受動振動板の支持系の
非直線性に起因する歪も発生しない。

空気圧調整装置５６は、組立時の振動板のはめ込み時の
容器４７内の空気を抜いたり、大きな外気圧の変化があ
って特に容器４７内の気圧を外気圧と同じに調整する時
に用いるもので、たとえばバネによって圧着密閉された
吸気弁と排気弁を持つシリンダーにピストンをはめ込ん
だ構造など種種の装置が使用できる。

なお、上記空気圧調整装置５６のかわりに、容器に形成
された孔にゴム状物質を嵌合し、このゴム状物質に注射
器の針を挿入して空気圧を調整することも可能である。

本発明は、上記のような構成であり、エツジ部材、ダン
パー等の固体の支持系を用いないため、歪が発生せずに
数ｍｍ以上の大振幅の振動が可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるスピーカの断面図、
第２図ａ ｙ ｂは本発明スピーカの振動板支持原理を
示す要部拡大断面図、第３図ａ ” ｅはそれぞれ本発
明の他の実施例の振動板支持部の断面図、第４図は本発
明の他の実施例の断面図である。 １・・・・・・容器、２・・・・・・仕切板、３，４・
・・・・・孔、５・・・・・・ヨーク、６・・・・・・
孔、Ｔ・・・・・・センターポール、８・・・・・・マ
クネット、９・・・・・・ヨーク、１０・・・・・・ヨ
ーク、１１・・・・・・突条、１２・・・・・・マグネ
ット、１３・・・・・・ヨーク、１４・・・・・・突条
、１５・・・・・・磁性流体、１６・・・・・・振動板
、１７・・・・・・コイルボビン、１８・・・・・・ボ
イスコイル、１９，２０，２１・・・・・・ヨーク、２
２゜２３・・・・・・マグネット、２４ 、２５・・・
・・・磁性流体、２６．２７・・・・・・ヨーク、２８
・・・・・・マグネット、２９・・・・・・磁性流体、
３０・・・・・・筒状部、３１・・・・・・突条、３２
・・・・・・ヨーク、３３・・・・・・マグネット、３
４・・・・・・ヨーク、３５・・・・・・磁性流体、３
６，３７・・・・・・ヨーク、３８・・・・・・マグネ
ット、３９．４０・・・・・・磁性流体、４１，４２・
・・・・・ヨーク、４３・・・・・・マグネット、４４
・・・・・・フィルム、４５・・・・・・磁性流体、４
６・・・・・・支持板、４７・・・・・・容器、４８・
・・・・・孔、４９・・・・・・マグネット、５０・・
・・・・前面板、５１，５２・・・・・・ヨーク、５３
・・・・・・磁性流体、５４・・・・・・受動振動板、
５５・・・・・・吸音材、５６・・・・・・空気圧調整
装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 環状の磁気ギャップを有する磁気回路を、容器の開
   口部に配置し、上記磁気ギャップに磁性流体を充填し、
   振動板の外周面を上記磁性流体に接触させ、上記容器、
   振動板、磁気回路、磁性流体により密閉された空気の空
   気バネで上記振動板の弾性復元力を発生させることを特
   徴とするスピーカ。 ２、特許請求の範囲第１項記載のスピーカにおいて、ド
   ロンコーン方式の受動振動板を磁性流体で支持してなる
   スピーカ。