JP2001268679A - 共振整列型パイプ式スピーカーシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 円筒パイプの一端にドライバを取り付
けてパイプの共振を利用する多共振型パイプスピーカの
持つ欠点を少なくし、ギター、ハープ、フルート、笙な
どのコンサートにふさわしい拡声装置としての使用を可
能とする。 【解決手段】 整数列の共鳴周波数を持つ両端開管のパ
イプと、奇数列の共鳴特性を持つ同じ長さの片側閉管の
パイプを組み合わせると、２倍の長さの両端開管の共鳴
特性と同じ特性が得られ、奇数列の共鳴特性を持つ片側
閉管のパイプと、その長さを順次半分にして得られる片
側閉管のパイプとを組み合わせると、やはり２倍の長さ
の両側開管の共鳴特性と同じ特性が得られる、という原
理を応用してコンパクトな大きさの拡声装置を実現す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】「スピーカというものは忠実
に信号を再生すべき電気−音響変換器である」という１
００年来の呪縛が音響技術者を縛り付けていて、その結
果スピーカの設計法は閉塞状態にあって進歩が全く見ら
れない。その呪縛のひとつが「周波数特性は平坦である
べき」という基準であるが、現実におけるスピーカの周
波数特性は、所詮平坦と言うにはほど遠いものであり、
特に名器とよばれるスピーカほどその特性が乱れている
ものである。また、過去数十年の間、完全な平坦特性を
めざして幾つかのスピーカが開発されてきたが、「聴感
的には音楽性が感じられない、自然でない」などの理由
で市場から退けられてきたことも、周波数特性至上主義
が反省すべき点を含んでいる、ということを暗に証明し
ている。しかし、それに代わる新しいデザインクライテ
リオンが無いのもまた事実であり、それが設計法の閉塞
状態を生み出している、と言っても過言では無い。この
平坦特性を追求したスピーカと対極にあるのが多共振型
のスピーカであるが、高忠実度であるとは言えないにし
ても、その音楽性豊かな再生音は捨てがたいものであ
る。本発明は、多共振型スピーカの豊かな音質を維持し
ながら、多共振型の持つ欠点が少なくなるように工夫し
たものである。また、現代のスピーカは周波数特性を平
坦にしたいがために能率を犠牲にしている、という側面
も持っているが、一般的な通念としては「能率の低いス
ピーカほど鳴りっぷりが悪い」とされている。本発明の
スピーカは多共振型であるために能率が高く、再生する
音は伸び伸びとしているのが特徴である。もうひとつの
呪縛は、「ダイヤフラムの背面から発生する逆相の音を
完全に消し去らなければならない」ということである。
そのためにスピーカのドライバは吸音材が充填された箱
に取り付けられるのが常であるが、これも現実には低音
を完全に吸音することは不可能であって、吸音材のミク
ロに振動する音による色づけを聴いているに過ぎないの
である。薄い紙で出来たダイヤフラムは背面の音を遮音
することが出来ず、そのほとんどを前方に再放射してい
るからである。その結果いわゆる箱臭い音、圧迫感のあ
る音につきまとわれることになる。本発明では、ダイヤ
フラム背面の音は共振という形で、制動を掛けることな
く全て利用するため、普通のスピーカが持つ箱臭い音と
は無縁の、開放的な音がするのが特徴である。さらにも
うひとつ呪縛を挙げるとすれば、「どんな音楽、楽器で
もきちんと再生しなければならない」ということであ
る。しかし、これも現実問題としては成り立たない。ロ
ックとクラシック音楽の両方のカテゴリーを共に得意と
するスピーカは無い。バイオリンが得意なスピーカもあ
るしピアノが得意なスピーカもあるが、両方得意なスピ
ーカは無い。多目的であるということは特徴が無いとい
うことであり、どんな音楽を聴いても無味乾燥というこ
とである。本発明のスピーカは、クラシックギター、バ
イオリン、チェロ、ハープ、チェンバロ、フルート、笙
などを得意としていて、特にコンサート会場でそれらの
楽器が独奏される場合のＰＡ（パブリックアドレス）の
ために使用することを主眼としている。現状では、それ
らの楽器にふさわしいＰＡ用のスピーカが存在しないた
め、マイク、スピーカを使わずに演奏されるのが普通で
あるが、大ホールではプレーヤに文字どおり力のこもっ
た演奏を強いることになり、疲労度が非常に高くなるば
かりでなく、早いパッセージは乱れ、細かなニュアンス
は表現出来ず、演奏者、観客ともに不満の残るコンサー
トとなってしまう。ハープ、オカリナや笙などの極めて
音量が小さい楽器においては、本来ロック音楽や電気ギ
ターのために作られている通常のＰＡ装置を通すと、そ
れらの楽器が持つ繊細さがかき消されてしまうことにな
り、したがって大ホールでのコンサートは成立しなくな
る。一方、小ホールでは営業収支のバランスが採れない
から、結局これらの楽器のコンサートが行われる機会が
無くなってしまうことになる。本発明のスピーカによれ
ば、これらの繊細な楽器による大ホールでのコンサート
が実現できる。

【０００２】

【従来の技術】円筒パイプの一端にドライバを取り付け
てパイプの共振を利用しようというスピーカのアイディ
アは古くからあるが、低域における共振密度が低く、ま
た、その共振密度を高めようとすると長大なパイプを必
要とすることから、実用にはなっていない。長さＬ
（ｍ）の両端開管のパイプの基本周波数ｆ_０は３４４／
（２Ｌ）（Ｈｚ）となり、その高調波（倍音）は基本周
波数の整数倍の系列で現れる。ここで長さＬを１．７ｍ
とすれば、基本周波数は１００Ｈｚとなり、高調波は２
００、３００、４００、５００、・・・・Ｈｚとなる
が、基本周波数と第２高調波の間隔は１オクターブも開
いていて、その間にある音はほとんど再生出来ない。音
程で表すと、下からソ、ソ、レ、ソ、シとなり単一の主
和音にしか過ぎないため響きが単調となる嫌いがある。
ここで長さを３．４ｍにして１００Ｈｚ以上の同一周波
数帯で比較すると、１００、１５０、２００、２５０、
３００、３５０、４００、４５０、５００、５５０Ｈｚ
となって共振密度が倍になり、音程も、ソ、レ、ソ、
シ、レ、ファ、ソ、ラ、シ、ド＃、と単調さを脱するこ
とになるが、その長さ３．４ｍはいかにも長すぎて実用
には適さない。また、長さを少しづつ変化させた複数の
パイプスピーカを組み合わせれば、低域の密度を高める
ことは出来るが、高調波が重なり合ってしまうため、周
波数特性が乱れてしまう。その様子を図１、図２に示
す。図１に、長さＬの両端開管のパイプの高調波系列
と、低域の共振密度を高めるために長さを少しづつ短く
した３本のパイプの高調波系列を示す。その４本を束ね
て組み合わせたときの共振特性は図２のようになり、共
振が重なった周波数のみが聞こえてその他の周波数はマ
スキングされてしまう。もっと細かく共振を調整すれば
重なりを避けることが出来るようにも見えるが、実際に
は線スペクトルではなく、半値幅が共振周波数の１／１
０〜１／２０位であるから、２〜３％ずらしても分離さ
せた効果は無く、結局どのように配置してもこの周波数
特性の乱れから逃がれることは出来ない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、パイプの長
さをいたずらに長くすることなく低域の共振密度を高め
ると同時に、全てのスペクトルが重ならないように自然
数系列で整然と並ぶようにすることを狙いとしている。
それによってパイプ式にありがちな癖を最小限に留めつ
つスピーカ全体を実現可能なサイズに収めることを目的
としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、自然数列の共
鳴周波数を持つ両端開管のパイプと、奇数列の共鳴特性
を持つ同じ長さの片側閉管のパイプを組み合わせると、
オクターブ下の自然数列の共鳴特性が得られるというこ
と、および、奇数列の共鳴特性を持つ片側閉管のパイプ
と、その長さを順次半分にした片側閉管のパイプとを組
み合わせると、自然数列の共鳴特性が得られる、という
発見に基づくものである。図３に１本の片側閉管のパイ
プ式スピーカユニットを示す。パイプ（３）の右端は堅
く閉じられていて閉管（４）となっている。一方、左側
の開口端にはバッフル（２）が取り付けられていて、そ
の面にドライバ（１）がネジ止めされている。なお、ド
ライバのダイヤフラムの振動は粒子速度を駆動すること
になるため、ドライバが取り付けられている点は開管と
して扱うことができる。音はドライバの背面にある孔か
ら放射されるが、ドライバの向きを逆にして、ドライバ
の背面側にパイプを取り付けても良い。図４にこの片側
閉管のパイプ内の粒子速度の分布を第３高調波まで示
す。パイプの長さが波長の１／４に一致する周波数が基
本周波数となり、高調波はその奇数倍の周波数となって
現れる。図５にこの片側閉管スピーカの共振周波数を線
スペクトルで表す。基本周波数ｆ_０は、パイプの長さを
Ｌとすると、３４４／（４Ｌ）（Ｈｚ）となる。次に、
図６に、図３の片側閉管パイプ式スピーカユニットと同
じ長さを持つ両側開管のパイプ式スピーカユニットを示
し、図７に管内の粒子速度の分布を示す。図８に、その
線スペクトルを片側閉管の基本周波数を基準にとって示
す。基本周波数は片側閉管の場合の２倍となり、高調波
はその整数倍となる。図９に、図３、図６の２本のパイ
プ式スピーカユニットを同時に駆動したときの、合成線
スペクトルを示す。この合成線スペクトルが、パイプの
長さが２Ｌである両側開管のパイプ式スピーカのスペク
トルに等しくなっているということは容易に判る。すな
わち、片側閉管と両側開管の２本のパイプ式スピーカユ
ニットを組み合わせることによって、長さがその２倍で
あるパイプ式スピーカと同じ線スペクトルを持つパイプ
式スピーカが実現できる。もうひとつの原理を、図１
４、図１５に示す。図１４の長さＬの線スペクトルは、
図５に示したものと同一であり、片側閉管で高調波が奇
数系列となる場合である。その長さを半分、１／４、１
／８にした場合の線スペクトルも同図に示す。図１５に
は、それら４本の片側閉管のパイプ式スピーカユニット
を合成したときの線スペクトルを示す。この例では長さ
を１／８までに留めたために１６倍の高調波は現れてい
ない。この図によれば、前述の図９にほぼ等しい線スペ
クトルが得られていることが判る。すなわちこの方法に
よっても、長さが２倍である両端開管のパイプ式スピー
カと同等の線スペクトルを持つパイプ式スピーカが実現
できる。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１０に、両側開管のパイプ式ス
ピーカユニットと、それと長さが等しい片側閉管のユニ
ットを組み合わせた一実施例を示す。パイプは紙管によ
って作成され、吸音材は使用していない。２本のユニッ
トの径が異なっているのは、通常の２ウェイ方式と同様
であり、下のユニットがウーファ（７）、上のユニット
がミッドレンジ（６）である。ウーファは径を大きくし
て、体積流を確保し、放射するときのインピーダンスを
マッチングさせるが、高い周波数では指向性が強くなっ
てしまう。ミッドレンジはウーファに比べると周波数が
２倍であるから直径は約６割で済み、指向性は多少ブロ
ードになって改善される。ミッドレンジの後端から放射
される音はステージ奥の壁面から反射され、音に奥行き
感を与える。図１１、図１２に、他の実施例を示す。４
ウェイのパイプ式スピーカであり、縦にして使用する。
音は底面のドライバから床を這うように放射され、一方
上端から放射される音はステージ上の反射壁に当たって
客席に向かって放射される。無指向性に近いために非常
にナチュラルな音になり、スピーカの存在を感じさせな
い。パイプの断面を図１１に示す。ウーファ（１１）と
なる中央の太い径のパイプのみが片側閉管になってい
て、他は両側開管である。パイプの長さはミッドハイ
（９）とツイータ（８）がそれぞれウーファの１／２、
１／４になっていて、本発明のルールから外れるが、こ
れは音に多少の変化をもたせるものであり、高い周波数
帯域では厳密にルールを適用しなくても良い。図１６に
は、全て片側閉管として、その長さを順次半分にした３
ウェイ構成のパイプ式スピーカの実施例を示す。この場
合は後面から音は放射されないため、演奏者に音が回り
込まず、その分音量を上げることが出来る。この例で
は、３ウェイ型を示しているが、簡易型の場合は２ウェ
イでも良く、また逆に４ウェイ以上でも良いのは勿論で
ある。

【０００６】

【発明の効果】複数のパイプ式スピーカユニットを本発
明の方法によって組み合わせれば、パイプ式スピーカと
してはコンパクトなサイズで低域の共振密度を高く出来
るため、従来のパイプ式スピーカの弱点であった低音の
単調さを補うことができる。また、高調波を自然数系列
によって整列させているため、周波数特性に大きな乱れ
を生じない。通常の箱にドライバを組み込んだスピーカ
に比べると、ドライバの背面の逆相の音を吸音材によっ
て無理に消さずに、そのまま共振として利用しているこ
とから、自然な伸び伸びとした音色を再生することが出
来る。また、パイプの共振を利用しているために能率が
高く、したがってこのスピーカを駆動するアンプは小出
力で済む。本考案のスピーカは非常にナチュラルでアコ
ースティックな音質を有しているため、音量が小さく繊
細な楽器によるソロ演奏や小編成の演奏における拡声装
置として使用することが出来る。従来のロック音楽や電
気ギター用のＰＡシステムでは音質の点で使用を断念せ
ざるを得なかったために、大ホールでのリサイタルやコ
ンサートを開くことが出来なかったケースでも、本発明
のスピーカを使用することによって演奏会を成功させる
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 長さＬの両側開管の高調波系列と長さ
を適宜短くした３本の両側開管の高調波系列

【図２】 図１の４本のパイプ型スピーカユニッ
トを組み合わせたときの合成線スペクトル

【図３】 長さＬの片側閉管のパイプ式スピーカ
ユニット

【図４】 片側閉管の粒子速度の定在波

【図５】 片側閉管のパイプ型スピーカユニット
の線スペクトル

【図６】 長さＬの両側開管のパイプ式スピーカ
ユニット

【図７】 両側開管の粒子速度の定在波

【図８】 両側開管のパイプ型スピーカユニット
の線スペクトル

【図９】 片側閉管と両側開管の２本を組み合わ
せたときの合成線スペクトル

【図１０】 片側閉管と両側開管の２本を組み合わ
せた本発明の実施例

【図１１】 片側閉管と両側開管を組み合わせた本
発明の他の実施例

【図１２】 底面のドライバ配置図

【図１３】 断面Ａ−Ａ’

【図１４】 長さＬの片側閉管の高調波系列と長さ
を順次半分にした３本の片側閉管の高調波系列

【図１５】 図１４の４本のパイプ型スピーカユニ
ットを組み合わせたときの合成線スペクトル

【図１６】 長さを順次半分にした３本の片側閉管
のパイプ式スピーカユニットを組み合わせた実施例

【符号の説明】

１ドライバ ２バッフル ３パイプ ４閉管 ５開管 ６ミッドレンジ ７ウーファ ８ツイータ ９ミッドハイ １０ミッドバス １１ウーファ １２片側閉管 １３両側開管 １４ツイータ １５ミッドレン
ジ １６ウーファ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （イ）長さＬの片側閉管の円筒パイプ
   の開口端に、ドライバを取り付ける。 （ロ）長さＬの両側開管の円筒パイプの一端に、ドライ
   バを取り付ける。 （ハ）以上のように２種類のスピーカユニットによって
   構成されたパイプ式スピーカシステム。
2. 【請求項２】 （イ）長さＬの片側閉管の円筒パイプ
   の開口端に、ドライバを取り付ける。 （ロ）長さＬ／２の片側閉管の円筒パイプの開口端に、
   ドライバを取り付ける。 （ハ）長さＬ／４の片側閉管の円筒パイプの開口端に、
   ドライバを取り付ける。 （ニ）以上のように、片側閉管の円筒パイプの長さが順
   次半分になったスピーカユニットによって構成されたパ
   イプ式スピーカーシステム。