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高機能振動板材料
2001．10．10
ミクムス研究所
村上和男
１．機能特性を発揮する原理
板の振動特性を工業的に活用するものとして次のようなものがある。
スピーカーの振動板
楽器の響板
音 板
リード
音響部材
音響放射体
振動子
マイクロホン
これらの振動板の振動原理と要求される特性はそれぞれ異なり、その用途と目的により、高機能材料が求められるところである。またこれらは構造部材もかねるものであり、構造強度と耐久性も要求される。ここでは振動板材の代表としてコーン紙と楽器用平板材の変遷についてレビューする。
・コーン紙の変遷
スピーカーのキーパーツであるコーン紙は、機械振動を空間に音響替信号として放射する振動板の役割りとともに、コーン紙自身の固有音をできるだけ出さないことが望まれる。ステレオ化以降、ハイコンプライアンス化したスピーカーが求められ、コ←ン紙の高剛性化、高気密性などの新しい技術が求められた。1975年頃から振動観測技術が開発され、コーン振動板に求める条件が厳しくなり、低音用コーンでは性能改善のために紙離れ現象が進み、紙以外の新材料へと展開してきた。今日では比弾性率（E／ρ）と減衰定数のともに大きい理想的材料を求める状況に至っている1）。
・楽器響板の変遷
バイオリン、ギターの表板やピアノの替板に用いられる木析は多くの種類の木杯のうち、ドイツトウヒ、アカエゾマツ、シトカスブルースなどのトウヒ属だけに限定され、しかも節などの欠点が無く、木目が通った柾目の（LR）板が良材として用いられている。木材の音響的性質について動的力学定教とその周波数依存性や内部損失について調べられている2）。放射音の音色を決める部材だけに、繊維方向（L）方向についての振動特性だけでなく、板としての周波数応答や振動特性を知る必要がある3）。一方で響板は楽器の構造強度メンバーでもあり、板厚分布やアーチングや響棒で補強するとともに外形形状とその取り付け構造に工夫があり、これらの要素が振動特性に影響することになる。ピアノ、ギターなどの響板では、横造、塗装、接着などにおいて多くの技術革新がなされてきた。しかし響板材料は何百年も、トウヒ属の木材に固定されたままである。楽器の響板は楽器全体と一体不可分で振動特性と音響特性を形成しており、響板の材料だけをより高機能な材料に置き換えていくことはできない。しかし環境問題や希少資源対策などの時代的要請から、古い木材の振動特性が音響的に優れている点に注目して、新しい木材を人工的な処理でもって改質する研究や、複合材化の研究開発4）がすすめられており、竹などの代替材の活用にも取り組まれている。
２．基本的な機能析料
振動板として用いられる基本的な材料の機能と特性について述べる6）。
３．機能材料の製造法
４．機能材料を使用した製品への実施例
５．今後の展望
スピーカー振動板材料として、従来のP、LCPを超える音響特性をもつ新しい高分子材料は、この10年間で出現していない。音響ソースのデジタル化やマルチメディア化により入力信号の高品質化が進む中で、人間とのインターフェースとなる音響機器の高性能化が求められる。高ヤング率、高内部損失、低密度、耐久性を満足する新しい満分子材料の開発が期待される。最近の英科学誌ネイチヤー（‘01．9．20）で、高温にして引っ張ると金属のように伸びるセラミックスが発表されている。これは物質・材料研究機横（筑波市）が開発したもので、ジルコニア、アルミナなど3種の材料を焼結して、従来の1／10以下の結晶粒度のものができたとしている。これにより高温下でプレス加工も可能で複雑な部品を量産できる可能性があるという。今後、振動板や楽器などへの応用開発が期待される。
木材は古くて新しい機能材料であり、楽器の響板への適応技術開発と相俟って、その改質技術の一層の研究開発が望まれる。また環境、資源問題の視点から、ホンジュラスローズや黒檀やグラナデイラやケーンなどの希少材料に変わる、環境に優しい材料の開発が期待される。竹の活用も注目される。また、生体、昆虫などのバイオ関連、特に蝉の発音の原理とその素材の秘密の中に高機能の振動板材料の開発のヒントがあるかもしれない。
＜参考文献＞
1)佐伯多門：JÅS journal 25−28 ‘97．1
2)岡野健：木材学会誌、Vol.37，No．11(1991)
3)小野晃明：J．A．S．J．(E)Vol.20，No．2（1999）
4)矢野浩之、湊和也ほか：日音学会予稿集‘94.3
5）西美緒：高分子Vol．60，No．2(2001)
6）市川秀一：繊維学会誌、Vol.51，397（1996）
7）岡崎正敏：紙パ協会誌、Vol．48，1245（1994）
8）西美緒ほか：高分子学会予稿集、36，962（‘87）
9）馬場文明：高分子 Vol．46，No．11（1997）
10）小幡谷英一：木材研究・資料No．32(‘96)
11）小幡谷英一ほか：日音響学誌、Vol.52，No．1(1996)
12）秋津裕志、則元京ほか：木材学会誌、37，7（‘97）
13）小野晃明：J．A．S．J．（E）Vol．14，No．6（1993）
14）板野直文：工業析料 Vol．44，No．5（1996）
15）野中、堀井：満分子加工Vol．46，No．8（1997）
16）戸倉、瓜生：Pr∝．7Th SONY Res．Forum‘97
17）住田雅夫：高分子 Vol.46，No．3（1997）
18）光野、島村ほか：超音波TECHNO‘97．9．
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