JP2002159083A - 低域再生用スピーカユニット - Google Patents
低域再生用スピーカユニットInfo
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Abstract
帯域の位相特性をフラットにして歪みを軽減し、かつ、
低域の音像定位を改善する。 【解決手段】 低域再生用スピーカユニットは、スピー
カエンクロージャ10、スピーカエンクロージャ内に形
成され、かつ、スピーカエンクロージャ上にポートを備
えたダクト14、スピーカエンクロージャに取り付けた
スピーカ13を有している。スピーカは実使用帯域(20Hz
〜100Hz)の上側周波数より高く設定した第1の共振周波
数を有し、ポートは実使用帯域の下側周波数より低く設
定した第2の共振周波数を有する。たとえば、第1の共
振周波数を、スピーカ13の質量あるいはコンプライア
ンスを下げることにより実使用帯域の上側周波数より高
くし、第2の共振周波数を、ダクト長を大きくすること
により、あるいはダクト断面積を制御することにより実
使用帯域の下側周波数より低くする。
Description
ユニットに係わり、特に、スピーカエンクロージャにポ
ート(開口部)を備えたダクトを形成した低域再生用ス
ピーカユニットに関する。
8(a),(b)の断面図、正面図に示すように、スピーカ開
口孔1が形成されたエンクロージャ(箱)3にスピーカ
4を設けると共に、エンクロージャ前面部にポート(開
口部)2を有するダクト(管)5を形成した位相反転型
低域再生用スピーカユニットが知られている。尚、吸音
材6がエンクロージャの内側に適当に配置されている。
かかる位相反転型の低域再生用スピーカユニットによれ
ば、エンクロージャ(Vented Type Enclosureと呼ばれ
ている)自体をいわゆるヘルムホルツの共鳴器とするこ
とができ、低域全体を増強できる。以下にその理由を説
明する。
作り出すが、前に動くとコーンの前面の空気は密にな
り、コーンの後面の空気は粗となって位相が正反対とな
る。スピーカにバッフルをつけずに裸で鳴らすと、前後
の粗密の状態が互いに入り混じって打消し合い、音にな
らない。前後の位相が逆の音が混ざらないように大きな
バッフルをつければよいが低周波数まで有効なバッフル
は大きなものとなり実用的でない。そこで、位相反転型
の低域再生用スピーカユニットでは、後ろからの音の位
相をダクト5で1800反転させて、コーンの前の位相と
同じにしてポート2より放射する。すなわち、位相反転
型低域再生用スピーカユニットは、スピーカ後面から放
射される音を積極的に利用するもので、エンクロージャ
3の内部容積とダクト5とでいわゆる"ヘルムホルツの
共鳴"作用を発生し、該共鳴作用によってポート2から
外部に音を放射する。この放射した音がスピーカユニッ
ト前面に放射された音と同相になるので、ちょうど低音
の放射能率を向上させる働きをすることになる。"位相
反転"と呼ばれるのは、このようにスピーカユニット後
面からの逆位相の音が共鳴時にポートから放射されると
き正相に反転し、効果を上げるため、これを積極的に利
用したエンクロージャというところからきている。
ピーカユニットの斜視図であり、スピーカ孔1とポート
2がエンクロージャ3の隣接する異なる面に形成され、
また、断面円形のパイプダクト5がエンクロージャ内に
形成されている。図10は従来の位相反転型低域再生用
スピーカユニットの電気インピーダンス特性(f−Z特
性)である。f−Z特性より明らかなように、スピーカ
ユニットは、第1の共振周波数(箱に取り付けたスピー
カ4の共振周波数)f1、第2の共振周波数(ポート2
の共振周波数)f2を有すると共に、その間に共鳴周波
数f0を有し、共鳴周波数付近で放射効率が増大する。
図11はセダンタイプの自動車におけるスピーカ配置例
であり、フルレンジの4つのスピーカS1〜S4がフロ
ント、リアの左右のドアにそれぞれ配設され、かつ、図
8または図9の低域再生用スピーカS5がサブウーハと
してトランク内に配設されている。RV車やミニバンタ
イプの自動車でも低域再生用スピーカS5は後部の荷物
置き場の端に配置される。
用スピーカユニットにおいて、最大音圧は共鳴周波数を
中心として得られ、従来、第1、第2の共振周波数f
1,f2(図10)は共に実使用帯域(約20Hz〜100Hz)
内の適当な値となるよう設計されている。電気インピー
ダンスはこれら第1、第2の共振周波数f1,f2を中
心にして変化するため、周波数位相特性(f−θ特性)
は図10の点線で示すように位相=0のフラットな特性
にならない。すなわち、従来の低域再生用スピーカユニ
ットでは、実使用帯域において位相θが遅れたり、進ん
だりし、周波数fによって時間的な遅延が発生する。本
来、位相遅延が零の状態で音が到来することが望まし
く、周波数によって位相が遅れたり進んだすると、音が
濁り、ひずみが大きくなる。特に、図11に示すように
サブフーハS5は自動車内の運転手席から最も離れた場
所に配置されるため、更に遅延が大きくなり、音質面で
メインスピーカS1〜S4との位相ずれによる歪みが発
生し、又、サブウーハS5の音像定位が悪化する問題が
発生する。以上から本発明の目的は、歪みを軽減し、か
つ、低域の音像定位を改善することである。
に、本発明によれば、実使用帯域における位相特性を実質
的にフラット(=ゼロ)にする。特に、上記目的を達成
するために、本発明の低域再生用スピーカユニットは、
スピーカエンクロージャ、スピーカエンクロージャ内に
形成され、かつ、スピーカエンクロージャ上にポートを
備えたダクト、スピーカエンクロージャに取り付けたス
ピーカを備え、スピーカは実使用帯域の上側周波数より
高く設定した第1の共振周波数を有し、ポートは実使用
帯域の下側周波数より低く設定した第2の共振周波数を
有する。好ましくは、スピーカは、軽量化により第1の
共振周波数を実使用帯域の上側周波数より高くする振動
系、を有している。あるいは、スピーカのコンプライアン
スを下げることにより第1の共振周波数を実使用帯域の
上側周波数より高くする。好ましくは、ダクト長を大き
くすることにより第2の共振周波数を実使用帯域の下側
周波数より低くする。あるいは、ダクトの断面積を制御す
ることにより第2の共振周波数を実使用帯域の下側周波
数より低くする。以上の本発明の低域再生用スピーカユ
ニットによれば、スピーカユニットの第1、第2の共振
周波数を実使用帯域の外側にもっていくことで実使用帯
域における位相特性をフラットにでき、位相遅れ・時間
遅れがなくなる。この為、他のスピーカユニット間での
位相ずれによる歪み等が軽減するばかりでなく、周波数
毎の時間遅れもなくなることで低域の音像定位も大幅に
改善され、きれいな定位感を得ることができる。また、
本発明の低域再生用スピーカユニットによれば、実使用
帯域で位相特性、周波数特性を共にフラットにでき、こ
のため小さいスピーカでハイパワーの音を出力できる。
また、本発明の低域再生用スピーカユニットによれば、
実現の為のスピーカユニットとしては低コンプライアン
スの(振幅が少ない)ものでよい為、低域の過大振幅に
よるスピーカユニットの破損をなくすことができ、信頼
性が向上できる。
図である。低域再生用スピーカユニットは隣接する面に
それぞれスピーカ開口孔11とポート(開口部)12が形
成されたエンクロージャ10を有している。エンクロー
ジャ10の内部には、スピーカ開口孔11に嵌まるよう
にスピーカ13が取り付けられ、また、ポート12を形
成するダクト(管)14がエンクロージャ10の内部に
略L字状に延伸して設けられている。
カユニットでは、エンクロージャ10に取り付けたとき
のスピーカ13の共振周波数(第1共振周波数)f1を
実使用帯域(約20Hz〜100Hz)の上側周波数より高く、ポ
ート12の共振周波数(第2の共振周波数)f2を実使
用帯域の下側周波数より低くなるようにスピーカ13及
びダクト14を設計する。このように第1、第2の共振
周波数f1,f2を実使用帯域(約20Hz〜100Hz)の外側
になるように設計すると、電気インピーダンス特性(f
−Z特性)は図2の実線で示すようになり、また、位相
特性(f−θ特性)は図2の点線で示すように実使用帯
域内で実質的にフラット(=零)になる。
共振周波数(第1の共振周波数)f1は次式 f1=(1/2π)/(M×C)1/2 (1) により求まる。ただし、Mはスピーカの振動系の質量、
Cはスピーカのコンプライアンスである。従って、振動
系の質量MまたはコンプライアンスCを下げることによ
りスピーカユニットの共振周波数f1を実使用帯域(約2
0Hz〜100Hz)の上側周波数より高くすることができる。
ここでコンプライアンスとはスティフネス(剛性)の反
意語で振幅(振動)のしやすさを示す値である。
振周波数)f2は次式 f2=(Vs/2π)×{S/(L×VI)}1/2 (2) により求まる。ただし、Vsは音速、Sはダクト14の
断面積、Lはダクトの長さ、VIはエンクロージャ10
の容積である。従って、エンクロージャーに一体に形成
されたダクト14の長さLを通常より長くすることによ
り、あるいは、ダクト14の断面積Sを小さくすること
により、共振周波数f2を実使用帯域(約20Hz〜100Hz)
の下側周波数より低くすることができる。この場合、ダ
クト断面積Sを小さくすると音響抵抗が大きくなり音圧
が不十分となるため余り細くはできない。また、ダクト
長Lを長くするとやはり音圧が小さくなる。このため、
音圧が余り小さくならず、かつ、共振周波数f2が実使
用帯域より低くなるようにダクト長Lと断面積Sを調整
することが望ましい。
主に3つの部分に分けられる。第1は振動系、第2は磁
気回路、第3はこれらを支える本体部分である。振動系
は、振動板(コーン紙)21、エッジ22、ボイスコイ
ル23、ダンパー24、センター・キャップ25等で構
成され、磁気回路はマグネット26、センターポール/
ヨーク27、プレート28で構成され、本体部分は、フ
レーム29、ガスケット30、入力端子31等で構成さ
れている。ボイスコイル23に音声信号に基づいて電流
を流すとフレンミングの左手の法則により電流の正負に
より矢印A,B方向にコーン紙21が振動して音が放射
される。
のが特徴で、スピーカ性能を左右する重要部品であり、
その目的や性能のために各種形状や材質及び製造方法の
違ったものがある。コーン振動板21は一般的に首部に
ボイスコイル23を固定して駆動され、周辺はエッジ2
2により支持された構造で、駆動点から離れた周辺部が
空気の負荷に耐えられるように円錐形の角度を持った斜
面と機械的強度を必要とする。コーンの材質としては、
紙パルプが大部分でアルミニュウムや絹の繊維にフェノ
ール樹脂処理したものなどがある。また、最近ではアル
ミニウム単板やサンドイッチ構造あるいはCFRPを使った
ハニカムサンドイッチなど新材料が開発されている。コ
ーンとして現在多く使われている紙製コーンは、振動板
としての物理的性能すなわち剛性、密度及び内部損失が
適正値に近く、その上、製作が容易であり他の材料には
得がたい特質がある。この紙製コーンには、貼り合わせ
コーン、ノンプレスコーン、ウエットプレスコーン、ド
ライプレスコーンなどがありそれぞれ特長をもってい
る。コーン材料としては上記の他にもたくさんあり、ま
たそれらの組み合わせや配合比などを考えると、材料の
種類は非常に多い。
に懸垂させ、振動時に磁極に当たらないよう中心を保持
する役目と振動系全体の位置を保持する役目をもってい
るが、この保持によるスティフネスが振動系の低音共振
周波数を支配する要因になる。したがって、振動方向で
ある軸方向には柔らかくこれと直角の横振動には動きに
くい性質の構造と材質が必要である。一般にスパイダと
呼ばれるコルゲーションの入ったアウトサイドダンパ
は、主として麻布、綿、絹、ナイロン繊維の材料が使わ
れ、フェノール樹脂を含浸して加熱成形されたものが多
い。これら布地の目の荒さが通気性をもち、内部の共振
や音の放射を防ぐ効果をもっているためである。
共に、振動板を正しい位置に保持し、バッフル板と振動
板の外周辺との間で生ずる音響的短絡を防ぐ役目をもっ
ている。このためエッジ22は、振動板21の振動に対
して機械的直線性が要求される。また、ダンパ24と共
に振動系のスティフネスとして働き、低音共振周波数を
支配するので、振動方向である軸方向には柔軟で横振動
には動きにくい性能が要求され、したがてエッジの構造
や材質に工夫が必要である。エッジの構造としては大き
く分類するフィクスドエッジとフリーエッジ及びエッジ
レスの3つに分類された各種構造のものがある。また、
材料としては紙や布にダンピング塗料をコーティングし
たダンプドエッジや皮革(鹿、山羊、兎など)、フェル
ト、ウレタンフォーム、ゴム成形品などを使ったものな
どがあるが、材料としては適度に音響抵抗をもったもの
が望まれる。
数)f1を調整するには振動系の質量Mを軽くし、また
はコンプライアンスCを下げればよい。振動系の質量M
を軽くするには、振動板(コーン紙)21、エッジ2
2、ボイスコイル23、ダンパー24、センター キャ
ップ25などの材質、含浸材料を工夫して軽量化する。
また、前述のようにダンパ及びエッジは振動系のスティ
フネスを与えるように動作し、前述の低音共振周波数を
支配する。従って、これらダンパ、エッジの材質、構造
を工夫することによりコンプライアンスCを下げること
ができる。例えば、ダンパ24として厚みのある麻布を
用いたり、あるいは、含浸した後硬化するような処置を
施すことにより剛性(バネ係数)を大きくする。 (E)本発明と従来のスピーカユニットの構成と特性比
較 図4は本発明の低域再生用スピーカユニットの構成図、
図5は従来の低域再生用スピーカユニットの構成図であ
り、それぞれ(a)は斜視図、(b)、(c)はエンクロージャ
内のダクト形状を示す図である。図4の本発明のスピー
カユニットにおいてダクト14は実質的にL字状に形成
され、図5の従来のスピーカユニットのダクトに比べて
長くなっている。図6は本発明の低域再生用スピーカユ
ニットの特性図、図7は従来の低域再生用スピーカユニ
ットの特性図であり、それぞれ(a)はf−Z特性、(b)は
f−θ特性である。図6(a),(b)より明らかなように本
発明の低域再生用スピーカユニットによれば、第1、第
2の共振周波数f1,f2を実使用帯域(サブウーハ帯
域)FUの外側になるようにでき、f−θ特性を実使用
帯域内で実質的にフラット(=零)にできる。これに対
して、従来例の低域再生用スピーカユニットでは、第
1、第2の共振周波数f1,f2は共に実使用帯域(サ
ブウーハ帯域)FU内であるため、f−θ特性は実使用
帯域でフラットにならず大幅に変化する。以上、本発明
を実施例により説明したが、本発明は請求の範囲に記載
した本発明の主旨に従い種々の変形が可能であり、本発
明はこれらを排除するものではない。
の第1、第2の共振周波数を実使用帯域の外側にもって
いくことで実使用帯域における位相特性をフラットにで
き、位相遅れ・時間遅れがなくなる。この為、他のスピ
ーカユニット間での位相ずれによる歪み等が軽減するば
かりでなく、周波数毎の時間遅れもなくなることで低域
の音像定位も大幅に改善され、きれいな定位感を得るこ
とができる。また、本発明によれば、実使用帯域で位相
特性、周波数特性を共にフラットにでき、このため小さ
いスピーカでハイパワーの音を出力できる。また、本発
明によれば、実現の為のスピーカユニットとしては低コ
ンプライアンスの(振幅が少ない)ものでよい為、低域
の過大振幅によるスピーカユニットの破損をなくすこと
ができ、信頼性が向上できる。
である。
-θ特性図である。
である。
ある。
特性図である。
性図である。
トの説明図である。
ットの斜視図である。
-θ特性図である。
Claims (25)
- 【請求項1】 スピーカエンクロージャ、 スピーカエンクロージャ内に形成され、かつ、スピーカ
エンクロージャ上にポートを備えたダクト、 スピーカエンクロージャに取り付けたスピーカ、 を備え、前記スピーカは実使用帯域の上側周波数より高
く設定した第1の共振周波数を有し、 前記ポートは実使用帯域の下側周波数より低く設定した
第2の共振周波数を有する、 ことを特徴とする低域再生用スピーカユニット。 - 【請求項2】 前記実使用帯域は約20Hz〜100Hzである
請求項1記載の低域再生用スピーカユニット。 - 【請求項3】 前記スピーカは、軽量化により前記第1
の共振周波数を実使用帯域の上側周波数より高くする振
動系、を有する請求項1記載の低域再生用スピーカユニ
ット。 - 【請求項4】 前記スピーカは、軽量化により前記第1
の共振周波数を実使用帯域の上側周波数より高くする振
動板、を有する請求項3記載の低域再生用スピーカユニ
ット。 - 【請求項5】 前記スピーカは、軽量化により前記第1
の共振周波数を実使用帯域の上側周波数より高くするエ
ッジ、を有する請求項3記載の低域再生用スピーカユニ
ット。 - 【請求項6】 前記スピーカは、軽量化により前記第1
の共振周波数を実使用帯域の上側周波数より高くするボ
イスコイル、を有する請求項3記載の低域再生用スピー
カユニット。 - 【請求項7】 前記スピーカは、軽量化により前記第1
の共振周波数を実使用帯域の上側周波数より高くするダ
ンパ、を有する請求項3記載の低域再生用スピーカユニ
ット。 - 【請求項8】 前記スピーカは、軽量化により前記第1
の共振周波数を実使用帯域の上側周波数より高くするセ
ンターキャップ、を有する請求項3記載の低域再生用ス
ピーカユニット。 - 【請求項9】 スピーカのコンプライアンスを下げるこ
とにより前記第1の共振周波数を実使用帯域の上側周波
数より高くする請求項1記載の低域再生用スピーカユニ
ット。 - 【請求項10】 スピーカのコンプライアンスが下がる
ように該スピーカのダンパ構造あるいはダンパの材質を
決定する請求項9記載の低域再生用スピーカユニット。 - 【請求項11】 スピーカのコンプライアンスが下がる
ように該スピーカのエッジ構造を決定する請求項9記載
の低域再生用スピーカユニット。 - 【請求項12】 スピーカのダンパは振動方向に柔らか
くこれと直角の横振動には動きにくい構造あるいは材質
を備えた請求項10記載の低域再生用スピーカユニッ
ト。 - 【請求項13】 前記ダンパは厚みのある麻布で作られ
る請求項10記載の低域再生用スピーカユニット。 - 【請求項14】 前記ダンパは含浸と硬化を含む工程に
より生成される請求項10記載の低域再生用スピーカユ
ニット。 - 【請求項15】 前記エッジは振動方向に柔らかくこれ
と直角の横振動には動きにくい構造あるいは材質を備え
た請求項11記載の低域再生用スピーカユニット。 - 【請求項16】 前記ダクト長を大きくすることにより
前記第2の共振周波数を実使用帯域の下側周波数より低
くする請求項1または2記載の低域再生用スピーカユニ
ット。 - 【請求項17】 前記ダクトをエンクロージャ内におい
て実質的にL字状に形成した請求項16記載の低域再生
用スピーカユニット。 - 【請求項18】 前記ダクトの断面積を制御することに
より前記第2の共振周波数を実使用帯域の下側周波数よ
り低くする請求項1または2記載の低域再生用スピーカ
ユニット。 - 【請求項19】 スピーカエンクロージャ、 スピーカエンクロージャに取り付けたスピーカ、 スピーカエンクロージャ内に設けられ、かつ、一端でス
ピーカエンクロージャの表面に形成された開口部に通じ
るポートを有するダクト、 を備え、位相特性(f−θ特性)が実使用帯域において
実質的にフラットとなるように第1の共振周波数と第2の
共振周波数が設定される低域再生用スピーカユニット。 - 【請求項20】 前記実使用帯域は約20Hz〜100Hzであ
る請求項19記載の低域再生用スピーカユニット。 - 【請求項21】 前記第1の共振周波数は前記実使用帯
域の上側周波数より高く設定し、前記第2の共振周波数
は前記実使用帯域の下側周波数より低く設定する請求項
19記載の低域再生用スピーカユニット。 - 【請求項22】 前記スピーカの振動板、エッジ、ボイス
コイル、ダンパ及びセンターキャップのうち1以上を軽量
化することにより前記第1の共振周波数を上側周波数よ
り高くする請求項21記載の低域再生用スピーカユニッ
ト。 - 【請求項23】 前記スピーカのダンパとエッジのうち
少なくとも一方の振動方向におけるコンプライアンスを
下げることにより前記第1の共振周波数を上側周波数よ
り高くする請求項21記載の低域再生用スピーカユニッ
ト - 【請求項24】 前記ダクト長を大きくすることにより
及び又は前記ダクトの断面積を制御することにより前記
第2の共振周波数を下側周波数より低くする請求項21
記載の低域再生用スピーカユニット。 - 【請求項25】 スピーカエンクロージャ、 スピーカエンクロージャに取り付けたスピーカ、 スピーカエンクロージャ内に設けられ、かつ、一端でス
ピーカエンクロージャの表面に形成された開口部に通じ
るポートを有するダクト、 を備え、位相特性(f−θ特性)が約20Hz〜100Hzの周波
数帯域において実質的にフラットとなるように、第1の
共振周波数を約100Hzより高く設定し、及び又は第2の
共振周波数を約20Hzより低く設定する低域再生用スピー
カユニット。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US09/714799 | 2000-11-16 | ||
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| JP3965040B2 JP3965040B2 (ja) | 2007-08-22 |
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|---|---|---|---|
| JP2001341618A Expired - Fee Related JP3965040B2 (ja) | 2000-11-16 | 2001-11-07 | 低域再生用スピーカユニット |
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