JP2003289593A

JP2003289593A - スピーカ装置

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Publication number: JP2003289593A
Application number: JP2002091762A
Authority: JP
Inventors: Koji Maekawa; 孝治前川; Hiroyuki Doi; 寛幸土肥
Original assignee: Tohoku Pioneer Corp; Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Tohoku Pioneer Corp; Pioneer Corp
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2003-10-10
Anticipated expiration: 2022-03-28
Also published as: JP3914449B2; US7379556B2; US20040028246A1

Abstract

(57)【要約】【課題】小型ながら、所望の低音域の信号を可能な限
り平坦な周波数特性で再生することが可能なスピーカ装
置を提供する。【解決手段】スピーカ装置は、音響容積部分と、前記
音響容積部分に取り付けられた音響管と、前記音響容積
部分に取り付けられた駆動用スピーカと、を備え、前記
音響管の共振周波数は、前記音響容積部分と前記音響管
とによるヘルムホルツの共振周波数より０．５〜２．５
オクターブ高い周波数とする。音響容積部分と音響管と
はヘルムホルツの共鳴器を構成し、所定のヘルムホルツ
の共振周波数において共振する。一方、音響管自体も共
振周波数を有する。ここで、音響管自体の共振周波数
を、ヘルムホルツの共振周波数より０．５〜２．５オク
ターブ高い周波数とすることにより、ヘルムホルツの共
振周波数から音響管の共振周波数までの連続的な帯域の
信号を放出するスピーカ装置を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はスピーカ装置に関
し、特に小型ながら低音再生能力に優れたスピーカ装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】低音域の周波数特性を比較的平坦な周波
数特性で再生するための低音再生用スピーカ装置の例が
特開平５−４１８９６号公報、特開平６−３８２９０号
公報及び特開２００１−１６６７３などに記載されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、そのようなポ
ートを有するスピーカ装置（いわゆるバスレフ形式やケ
ルトン形式など）においては、ポートの管共振を積極的
に利用しようとすると、ポートが短く管共振周波数は高
いため、ポート内空気の質量とキャビネット内のコンプ
ライアンスとで起こるヘルムホルツの共振周波数とかな
り離れてしまい、これら２つの共振をつないで実用的な
低音再生帯域を得ようとすることが困難である。

【０００４】本発明は、以上の点に鑑みてなされたもの
であり、小型ながら、所望の低音域の信号を可能な限り
平坦な周波数特性で再生することが可能なスピーカ装置
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの観点で
は、スピーカ装置は、音響容積部分と、前記音響容積部
分に取り付けられた音響管と、前記音響容積部分に取り
付けられた駆動用スピーカと、を備え、前記音響管の共
振周波数は、前記音響容積部分と前記音響管とによるヘ
ルムホルツの共振周波数より０．５〜２．５オクターブ
高い周波数とする。

【０００６】上記のスピーカ装置は、所定容積の音響容
積部分に対して、音響管と駆動用スピーカとが取り付け
られて構成される。音響容積部分と音響管とはヘルムホ
ルツの共鳴器を構成し、所定のヘルムホルツの共振周波
数において共振する。一方、音響管自体も共振周波数を
有する。ここで、音響管自体の共振周波数を、ヘルムホ
ルツの共振周波数より０．５〜２．５オクターブ高い周
波数とすることにより、ヘルムホルツの共振周波数から
音響管の共振周波数までの連続的な帯域の信号を放出す
るスピーカ装置を得ることができる。音響管の共振周波
数の調整は、例えば音響管自身の長さを調整することに
より行うことができる。

【０００７】上記のスピーカ装置において、前記ヘルム
ホルツの共振周波数は所定の低域周波数とすることがで
きる。１つの好適な実施形態では、前記ヘルムホルツの
共振周波数を５０Ｈｚ〜５５Ｈｚの範囲内とし、前記音
響管の共振周波数を１６０Ｈｚ〜１８０Ｈｚの範囲内と
することができる。これにより、約５０Ｈｚ〜約２００
Ｈｚ付近の帯域で音響信号を出力する低音スピーカを構
成することができる。

【０００８】上記のスピーカ装置の一態様では、前記駆
動用スピーカとオーディオソースとの間に設けられ、リ
アクタンス及び／又はキャパシタンスを含むフィルタ回
路をさらに備えることができる。この態様によれば、フ
ィルタ回路の特性を適切に設定することにより、ヘルム
ホルツの共振周波数と音響管の共振周波数との間の周波
数特性を平坦化してより好ましい特性のスピーカ装置を
得ることができる。

【０００９】その場合、前記フィルタ回路は、前記ヘル
ムホルツの共振周波数と前記音響管の共振周波数の間の
周波数帯域において、前記駆動用スピーカのスピーカ端
子側から見た電気インピーダンスのリアクタンス分と電
気的共振を生じさせ、音圧レベルを上昇させるようにし
てもよい。また、前記フィルタ回路は、前記ヘルムホル
ツの共振周波数と前記音響管の共振周波数の間の周波数
帯域の音圧レベルが所定値より低い領域において、前記
駆動用スピーカのスピーカ端子側から見た電気インピー
ダンスのリアクタンス分と電気的共振を生じさせ、音圧
レベルを上昇させるようにしてもよい。

【００１０】さらに、前記フィルタ回路は、前記音響管
の共振周波数より高い周波数の信号を減衰させる特性を
有するようにしてもよい。これにより、音響管の共振周
波数より高い、不要な周波数帯域の信号を減衰させて、
所望の周波数帯域のみを出力するスピーカ装置を得るこ
とができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施の形態について説明する。

【００１２】［第１実施形態］図１に、本発明の第１実
施形態にかかるスピーカ装置の構成を模式的に示す。図
示のように、本発明のスピーカ装置１は、低域再生用の
スピーカ装置であり、約５０Ｈｚ〜２００Ｈｚ付近の周
波数帯域でできる限り平坦な周波数特性が得られるよう
に構成される。

【００１３】図示のように、スピーカ装置１は、駆動用
スピーカ２と、音響容積部分３と、音響管４を備える。
このスピーカ装置１では、音響容積部分３と音響管４と
によりヘルムホルツの共鳴器を構成している。これによ
り、スピーカ装置１は、音響容積部分３及び音響管４に
より構成されるヘルムホルツ共鳴器としての共振周波数
と、音響管４自身による共振周波数の２つの周波数で共
振を生じる。図１に示すように、音響管４の断面積を
Ｓ、音響容積部分３の音響容積をＢ、音響管４の長さを
Ｌ、音速をＣとすると、スピーカ装置１によるヘルムホ
ルツの共振周波数ｆ_０及び音響管４の共振周波数ｆは、
それぞれ

【００１４】

【数１】

【００１５】のように得られる。なお、音響管４の共振
周波数は、音響管４の両端開放の場合と片側開放の場合
とで異なる。

【００１６】駆動用スピーカ２には、図示しない電気的
フィルタを介して電気信号が供給される。この電気的フ
ィルタは、低域再生用スピーカとして機能するために、
不要な高域成分を減衰させるものである（以下、このフ
ィルタを「高域減衰フィルタ」とも呼ぶ）。

【００１７】図２に、スピーカ装置１の音圧周波数特性
及び電気インピーダンス特性を示す。特性５０は音圧周
波数特性であり、横軸の値は周波数を示し、縦軸（左
側）の値は音圧レベルを示す。一方、特性６０は上述し
た高域減衰フィルタの電気インピーダンス特性であり、
横軸の値は周波数を示し、縦軸（右側）の値はインピー
ダンス値を示す。なお、インピーダンス値は、グラフ上
の縦軸の下方へ向かって値が増加するように示してあ
る。

【００１８】図２において、低い周波数から高い周波数
に向かって音圧周波数特性５０の約５０〜５５Ｈｚ付近
の山５０ａは、ヘルムホルツの共振によるものであり、
具体的には音響容積Ｂのコンプライアンスと音響管４内
の空気質量との共振周波数である。この例では、５０〜
５５Ｈｚで起きている。駆動用スピーカ４により音響容
積Ｂ内の空気を振動させると、ヘルムホルツの共振周波
数で音響管４の開口端から最も高い音圧で放音がなされ
る。

【００１９】一方、音圧周波数特性５０の１６０Ｈｚ〜
１８０Ｈｚ付近にある山５０ｂは音響管４自身の共振に
よるものであり、具体的には先に述べた両端開放時の共
振周波数と片端開放時の共振周波数の間の周波数で起き
たものである。図１に示すように、音響管４の右側には
音響容積Ｂが存在するため、音響管４の共振周波数は、
両端開放時と片端解放時の間に起きることになる。

【００２０】このように、ヘルムホルツの共振周波数
（例えば５０Ｈｚ）に対して、その０．５〜２．５オク
ターブ上の範囲内に音響管の共振周波数が位置するよう
にスピーカ装置１を構成することにより、所望の低音域
（例えば５０Ｈｚ〜２００Ｈｚ）において音圧レベルが
連続する周波数特性を得ることができる。

【００２１】以上のようなスピーカ装置１の動作を、図
３を参照して周波数別に説明する。

【００２２】図３（ａ）は、ヘルムホルツの共振周波数
以下での音響管内の状態を示す。音響管４内の空気は駆
動用スピーカ２の振動板とほぼ同位相で動くが、駆動用
スピーカ２の支持系のコンプライアンスで制御されるた
め音圧は低くなる。図１における約４０Ｈｚと５０Ｈｚ
の間には、スピーカ振動系の重さに音響管４内の空気の
重さを加えた質量と、駆動用スピーカ２のコンプライア
ンスによる共振が生じており、インピーダンス特性６０
には山６０ａができている（図１ではインピーダンス値
は下方に向かって高くなるように示されている）。

【００２３】図３（ｂ）はヘルムホルツの共振周波数で
の音響管内の状態を示す。音響管４内の空気は音響容積
Ｂのコンプライアンスをバネにして振動板と逆位相でド
ライブされる。図１における音圧周波数特性５０におい
て、５０Ｈｚと６０Ｈｚとの間にヘルムホルツの共振の
山５０ａが生じている。

【００２４】図３（ｃ）はヘルムホルツの共振周波数以
上での音響管内の状態を示す。音響管４内の空気の質量
を音響容積Ｂのコンプライアンスにより駆動できなくな
るため、音圧レベルは低い値となる。この場合、音響管
４内の空気はあまり動けず、駆動用スピーカ２の振動系
の重さと、駆動用スピーカ２のコンプライアンスに音響
容積Ｂのコンプライアンスを加えた共振となり、インピ
ーダンス特性６０には１００Ｈと１５０Ｈｚの間に山６
０ｃができる。

【００２５】図３（ｄ）〜（ｆ）は、音響管４自身の共
振周波数１６０Ｈｚ〜１８０Ｈｚ付近における状態を示
し、図３（ｄ）は音響管４の片端開放の場合の共振の第
１調波、図３（ｅ）は片端開放の場合の共振の第３調
波、図３（ｆ）は両端開放の場合の共振の第１調波を示
す。これらにより、１６０Ｈｚ〜１８０Ｈｚ付近に、音
響管４自身による共振が生じ、音圧周波数特性５０に山
５０ｂが生じている。

【００２６】以上のように、音響容積部分３及び音響管
４によるヘルムホルツの共振（５０〜６０Ｈｚ付近にピ
ークを有する）と、音響管４自身による共振（１６０〜
１８０Ｈｚ付近にピークを有する）により、所望の低音
域５０〜２００Ｈｚ付近において音圧レベルが高い周波
数特性を得ることができ、スピーカ装置１を低域用スピ
ーカとして利用することができる。なお、図１に示す音
圧周波数特性において、２００Ｈｚ以上の帯域は前述の
高域減衰フィルタにより減衰させることができる。

【００２７】［第２実施形態］次に、本発明の第２実施
形態によるスピーカ装置について説明する。第１実施形
態によるスピーカ装置を５０Ｈｚ〜２００Ｈｚの低音再
生用スピーカとして使用することができるが、図１の音
圧周波数特性に示すように、１００Ｈｚ付近を中心とし
て音圧レベルを上昇させると、より平坦な周波数特性を
有する低音再生用スピーカを得ることができる。

【００２８】図１に示すインピーダンス特性６０を見る
と分かるように、１００Ｈｚ付近のインピーダンス特性
の山６０ｃにおいては電気インピーダンス値はかなり高
くなっており、その分音圧レベルが低くなっている。前
述のように、スピーカ装置を低音専用スピーカとして用
いるためには高域減衰フィルタを駆動用スピーカ２に接
続することが必要となるので、このフィルタの素子値を
調整して、１００Ｈｚ付近の電気インピーダンスを減少
させるようにフィルタを構成することができる。これに
より、１００Ｈｚ付近のリアクタンス分と電気的共振を
起こさせて１００Ｈｚ付近の音圧レベルを上昇させれば
よい。なお、そのフィルタは同時に不要な高域を減衰さ
せるように構成する。

【００２９】図４にそのようなフィルタを適用した、第
２実施形態によるスピーカ装置１０の概略構成を示す。
第２実施形態のスピーカ装置１０は、駆動用スピーカ２
に対して前述のフィルタを電気回路として挿入している
他は図１に示す第１実施形態のスピーカ装置１と同様の
構成を有する。図４（ａ）は駆動用スピーカ２に接続さ
れた電気回路にインダクターＬを挿入した例であり、図
４（ｂ）は駆動用スピーカ２に接続された電気回路にイ
ンダクターＬとキャパシタＣを挿入した例である。

【００３０】図４（ｂ）に示す構成で、インダクターＬ
＝６ｍＨ、キャパシタＣ＝３３０μＦとした場合のスピ
ーカ装置１０の音圧周波数特性５５及びインピーダンス
特性６５を示す。図４（ｂ）示すようにインダクターＬ
及びキャパシタＣによる共振回路を挿入したことによ
り、１００Ｈｚ付近におけるインピーダンス値が減少し
ており、その分音圧周波数特性における谷が無くなって
いる。その結果、５０Ｈｚ〜２００Ｈｚの帯域で、より
平坦な周波数特性が得られている。

【００３１】次に、図４（ｂ）に示す構成のスピーカ装
置１０におけるインダクターＬ及びキャパシタＣの値に
ついて、等価回路を利用して検討する。以下の検討は、
図５に例示するインピーダンス特性及び音圧周波数特性
を与えるものであり、５０Ｈｚ〜２００Ｈｚの低音域内
に電気的な２つの共振を作っている。１つは図５に示す
インピーダンス特性６５の低域側の山６５ｂであり、こ
れに対応して図５に示す音圧周波数特性５５に谷５５ｂ
ができている。また、もう１つは同特性６５の高域側の
谷６５ａであり、これに対応して音圧周波数特性５５に
は山５５ａができている。

【００３２】図６（ａ）にスピーカ装置１０の等価回路
を示す。なお、等価回路上の各量は図６（ａ）に示すよ
うに定義されているものとする。まず、図６（ａ）にお
ける機械回路を電気回路に変換する。図２に示すインピ
ーダンス特性の山６０ｃ付近での機械回路の部分は、音
響管内の空気の振動は低減し、振動系の質量によるコン
デンサＣと、駆動用スピーカ２のコンプライアンスに音
響容量Ｂのコンプライアンスを加えた合計のコンプライ
アンスによるインダクタンスＬ０との共振が起きる。ス
ピーカ装置の低域での電気インピーダンスＺｅを機械イ
ンピーダンスＺｍを用いて表すと、

【００３３】

【数２】

【００３４】となる。図１におけるインピーダンス特性
６０の山６０ｃ付近では、機械抵抗は省略し、

【００３５】

【数３】

【００３６】となる。このＺｅから、ωｍ０＝１／ωＣ
のときに機械的な共振が起き、機械インピーダンスは最
小となり、電気インピーダンスは最大となる。駆動用ス
ピーカのボイスコイルの直流抵抗を省略した電気インピ
ーダンスＺｅの式、

【００３７】

【数４】

【００３８】から、機械的な共振角周波数は、

【００３９】

【数５】

【００４０】となる。電気インピーダンスとしては、共
振点でインピーダンスが最大となる図６（ｂ）に示す並
列回路となる。図１のインピーダンス特性６０の山６０
ｃがこれに対応する。しかし、音響管内の空気の振動は
小さいので、音響管の開口の音圧は低い。図６（ｂ）の
等価電気回路に高域減衰を兼ねたフィルタ用電気素子を
入れると、図６（ｃ）に示すようになる。

【００４１】ヘルムホルツの共振周波数と音響管の共振
周波数との音圧を上げるために、駆動用スピーカ側の等
価素子でできるリアクタンスと電気素子との電気回路で
共振を起こさせる。共振周波数のみを求めるために抵抗
を省略すると、図６（ｄ）の等価回路が得られる。これ
に基づいて、電気回路の共振周波数を求めるため、電気
インピーダンスを求める。電気インピーダンスＺｅは、

【００４２】

【数６】

【００４３】で与えられる。共振（直列）はインピーダ
ンスが最小になる点であるので、上式の分子の｛｝内
がゼロとなることが条件になる。即ち、

【００４４】

【数７】

【００４５】であり、共振周波数ｆは、

【００４６】

【数８】

【００４７】となる。これが図５に示すインピーダンス
特性６５の１２０Ｈｚ付近の谷６５ａに対応する。

【００４８】また、もう一方の共振（並列）はインピー
ダンスが最大になる点であるので、Ｚｅの式の分母がゼ
ロになる点であり、

【００４９】

【数９】

【００５０】が条件となる。よって、共振周波数は、

【００５１】

【数１０】

【００５２】で求められる。これが図５に示すインピー
ダンス特性６５の７０Ｈｚ付近の山６５ｂに対応する。

【００５３】［スピーカの適用例］以上のように、本発
明のスピーカ装置は、通常のバスレフ形式に比べて細く
長めの音響管と小さめの音響容積で構成できるため、小
型ながら所望の低音域において平坦な周波数特性を有
し、低域再生用スピーカとして使用することができる。

【００５４】この点、図１及び図４においては説明の便
宜上、音響管４を直線的に図示しているが、実際の構造
上は音響管４の部分を例えばＵ字又はＳ字形状などに湾
曲させて、音響出力方向の省スペース化を図ることがで
きる。この様子を図７に示す。図７（ａ）に示すバスレ
フ形式のスピーカは、ポートは短いものの、大きな音響
容積を必要とする。これに対し、本願のスピーカは、図
７（ｂ）に示すように、細めで長めの音響管をＵ字又は
Ｓ字形状などに湾曲させて、小さな音響容積と接続す
る。これにより、バスレフ形式のもよりも全体として小
さなサイズで、同じヘルムホルツの共振周波数を得るこ
とができる。

【００５５】よって、このような低音再生用スピーカ
は、用途として例えば車載用スピーカ、家庭用スピー
カ、テレビジョン用スピーカ、壁掛け用スピーカ、パソ
コン用スピーカなどに好適に適用することができる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
小型ながら所望の低音域の信号を可能な限り平坦な周波
数特性で再生することが可能なスピーカ装置を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態にかかるスピーカ装置の
構成を模式的に示す図である。

【図２】第１実施形態にかかるスピーカ装置のインピー
ダンス特性及び音圧周波数特性例を示すグラフである。

【図３】第１実施形態にかかるスピーカ装置の動作を説
明するための図である。

【図４】本発明の第２実施形態にかかるスピーカ装置の
構成を模式的に示す図である。

【図５】第２実施形態にかかるスピーカ装置のインピー
ダンス特性及び音圧周波数特性例を示すグラフである。

【図６】第２実施形態における実施例の等価回路を示
す。

【図７】従来のバスレフ形式のスピーカと本発明のスピ
ーカとの構造を比較する図である。

【符号の説明】

１、１０スピーカ装置２駆動用スピーカ３音響容積部分４音響管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者土肥寛幸山形県天童市大字久野本字日光1105番地東北パイオニア株式会社Ｆターム(参考） 5D017 AD12 5D018 AD17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】音響容積部分と、前記音響容積部分に取り付けられた音響管と、前記音響容積部分に取り付けられた駆動用スピーカと、
を備え、前記音響管の共振周波数は、前記音響容積部分と前記音
響管とによるヘルムホルツの共振周波数より０．５〜
２．５オクターブ高い周波数であることを特徴とするス
ピーカ装置。
【請求項２】前記ヘルムホルツの共振周波数は所定の
低域周波数であることを特徴とする請求項１に記載のス
ピーカ装置。
【請求項３】前記ヘルムホルツの共振周波数は５０Ｈ
ｚ〜５５Ｈｚの範囲内であり、前記音響管の共振周波数
は１６０Ｈｚ〜１８０Ｈｚの範囲内であることを特徴と
する請求項１に記載のスピーカ装置。
【請求項４】前記駆動用スピーカとオーディオソース
との間に設けられ、リアクタンス及び／又はキャパシタ
ンスを含むフィルタ回路をさらに備えることを特徴とす
る請求項１乃至３のいずれか一項に記載のスピーカ装
置。
【請求項５】前記フィルタ回路は、前記ヘルムホルツ
の共振周波数と前記音響管の共振周波数の間の周波数帯
域において、前記駆動用スピーカのスピーカ端子側から
見た電気インピーダンスのリアクタンス分と電気的共振
を生じさせ、音圧レベルを上昇させることを特徴とする
請求項４に記載のスピーカ装置。
【請求項６】前記フィルタ回路は、前記ヘルムホルツ
の共振周波数と前記音響管の共振周波数の間の周波数帯
域の音圧レベルが所定値より低い領域において、前記駆
動用スピーカのスピーカ端子側から見た電気インピーダ
ンスのリアクタンス分と電気的共振を生じさせ、音圧レ
ベルを上昇させることを特徴とする請求項４に記載のス
ピーカ装置。
【請求項７】前記フィルタ回路は、前記音響管の共振
周波数より高い周波数の信号を減衰させる特性を有する
ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載
のスピーカ装置。