薄膜カーボンファイバー振動板技術の応用：スピーカー効率と高域拡張性を高める材料革新

Composite Sound社のThin-ply Carbon Diaphragm（TPCD）はスピーカーユニットに用いられる革新的な材料である。このスウェーデン企業のビジョンは、精密設計された振動板によりスピーカーの音質を完全に要求仕様に適合させることであり、その鍵は薄膜カーボン繊維を用いた革新的な編み技術による振動板性能設計にある。
> 従来のスピーカーダイアフラムは金属、紙、プラスチックなどの等方性材料を使用しており、全方向で特性が均一であるため、対称的な分割運動（モード）が発生します。
> TPCD素材を使用することで、対称的なモード振動を排除し、代わりに小さく局所的で分散したモード振動を実現します。
> これにより周波数応答における大きなピークと谷が平滑化され、より小さなピークと谷に置き換わることで、滑らかな特性曲線と自然な音質が実現されます。

志豊はComposite Soundと協力し、薄膜炭素繊維（TPCD）振動板を用いた高感度スピーカーを開発した。

図1：開発サンプルモールドのエンクロージャー寸法

Composite Sound社は志豊が設計した筐体寸法（図1）に基づきサンプル金型を開発し、その後複数の異なる構造のサンプルを志豊に提供。これらはスピーカーに組み立てられ、音響特性をテストし、どの構造が期待される効果を達成できるかを確認した。
スピーカーユニットの寸法は、長さ85mm×幅85mm×高さ43.35mm。図2のサンプル比較テスト結果に基づき、今後のサンプル調整方向を確定した。

図2：第一陣サンプルで構成したスピーカーの周波数特性比較テスト曲線

志豊の第一目標は可能な限り高効率なスピーカーであり、第二に有効周波数範囲が広く、特に高域の伸びが良好であることである。
したがって、次のサンプルは主に高音域の伸びに焦点を当てた。図3は周波数特性曲線である。

図3：第2次サンプルの周波数特性曲線

図4では曲線を拡大して観察し、平均音圧を10dB減衰させた基準線を挿入することで、中高域の伸びが最も優れたサンプルを特定できる。

図4：拡大曲線による最適高域延展周波数の確認

下図は最終バージョンのサンプル写真です。Composite Sound社は最終確定サンプルのTPCD筐体を微調整し、量産可能なバージョンに仕上げました。

図5の曲線から、高域が31kHzまで伸びていることを確認できる。

図5、最終版サンプルの周波数特性曲線

最終版サンプルに一般的なエッジを装着し、薄膜炭素繊維（TPCD）との比較を行いました。下図は一般的なエッジ付きスピーカーの写真です。

図6から、一般的なエッジ材を使用したスピーカーの高域特性は7kHz程度までしか伸びないことがわかります。

図6、薄膜カーボンファイバー（TPCD）と一般的なエナメルコイルの比較

薄膜炭素繊維（TPCD）をダイアフラムに用いた85×85mmスピーカーは、200Hzから1kHzにおける平均音圧レベルが、一般的なダイアフラムを用いた同サイズスピーカーよりも3dB高い。さらに平均音圧レベルの測定周波数を20kHzまで引き上げた場合、薄膜カーボンファイバー（TPCD）筐体は5dB高い平均音圧を実現する。この革新的な材料が、高効率かつ高周波数特性に優れたスピーカーの開発に確かに活用できることは明らかである。

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