JP2004247892A - Speaker system - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小口径のスピーカユニットを用い、小型にして薄型化されたスピーカキャビネットを実現し、実用的な音圧レベルを得られるようにした低音再生用のスピーカシステムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般にテレビ受像器あるいはオーディオ機器などの視聴覚装置において、低音域を増強して臨場感の豊かな再生をするため、ヘルムホルツの共鳴を利用したスピーカシステムが多く採用されている。特に低音専用のスピーカシステムでは、長大なホーンなどを用いることなく、比較的コンパクトに構成できることからケルトン方式の採用が多く、実用に供されている。
【0003】
図10は従来のケルトン方式により構成されたスピーカシステムの一例を示す断面図であり、同スピーカシステムを構成するキャビネット100において、スピーカユニット101はキャビネット100内のバッフル板102に固定されており、このバッフル板102によりキャビネット100の内部が第1の空気室103と第2の空気室104に仕切られている。そして、第1の空気室103には音響ダクト105を備え、第1の空気室103の空気によるスティフネスと音響ダクト105の部分の空気等価質量とによるヘルムホルツの共鳴を利用し、音響ダクト105から低音を放射する(例えば、特許文献1)。
【0004】
このように構成されたケルトン方式のスピーカシステムでは、バスレフ方式とは異なり、再生音は音響ダクトだけから放射されるため、その音圧特性は図11に示すように周波数範囲が実用上の下限周波数flから上限周波数fhまでのフィルタを介した特性となる。低音域の特性傾向としては、バスレフ方式が18db/oct.で急速に減衰するのに対し、ケルトン方式では密閉方式と同様に12db/oct.で減衰するため、低音域の再生のみを考えた場合、ケルトン方式が有利であり、このような特性から低音用スピーカシステムとして特定して利用され、ホームシアターなどのサブウーファとして広く活用されている。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−278778号
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のケルトン方式のスピーカシステムの構造では、再生できる下限周波数flは、使用するスピーカユニットの最低共振周波数f0の70%程度が限度であり、キャビネットの設計的手段により強制的に下限周波数flを下げると、図12に示すように実用となる再生周波数帯域がきわめて狭い急峻な特性となり、中高域を再生するためのスピーカとの繋がりが非常に悪くなる。このため、下限周波数flを下げるためには、最低共振周波数f0の低いスピーカユニットを採用することになるが、自ずと振動板の口径の大きいスピーカユニットとなるため、スピーカシステム全体が大型化することになる。
【0007】
ところで、近年の特にオーディオ・ビジュアル機器では、スピーカシステムの小型化は重要な課題であり、中・高音用のスピーカシステムの小型化は容易に達成できるものの、低音用のスピーカシステムの小型化は難しく、外形も箱形の形態となりデザイン的融通性の乏しいものであった。
【0008】
これは、前述したようにケルトン方式のスピーカシステムでは、図10に示すようにスピーカユニットの振動板が直接キャビネットの主室に臨むようにしているため、このスピーカの振動板面の外周を上回る取付面積を確保しなければならず、自ずから箱形が基本形態となるものであった。また、ケルトン方式のスピーカシステムは、スピーカユニットの背面が密閉室に臨むことから音響再生能率が低く、多くの場合、専用の増幅器を内蔵するようにしており、このようなことからも小型化が困難であり、デザイン性の向上するものではなかった。
【0009】
本発明は、かかる従来の問題に鑑みなされたもので、小口径のスピーカユニットを採用した場合においても実用に供することのできる低音再生が可能となるようにしたものであり、併せて小型化、薄型化が可能となり、外観のデザイン性に優れたスピーカシステムを提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は以下に述べる各手段により上記課題を解決するようにした。即ち、請求項1の発明では、音響ダクトを備えた主室にスピーカユニットの振動板を臨ませ、該スピーカユニットの背面が密閉室に臨むようにしたスピーカシステムにおいて、前記主室に連なり、且つ、主室に対して容積比がきわめて小さい副室を形成してなり、該副室にスピーカユニットの振動板を臨ませるようにする。
【0011】
また、請求項2の発明では、音響ダクトを備えた主室にスピーカユニットの振動板を臨ませ、該スピーカユニットの背面が密閉室に臨むようにしたスピーカシステムにおいて、前記主室に連なり、且つ、主室に対して容積比がきわめて小さい副室を形成してなり、該副室に第1のスピーカユニットの振動板を臨ませるとともに、主室に第2のスピーカユニットの振動板を臨ませるようにする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図にもとづいて詳細に説明する。
【0013】
図1は、本発明の第1実施例のスピーカシステムの断面図であり、スピーカキャビネット1は、主室2を主体に構成されており、音響ダクト3を備える。したがって、主室2の空気によるスティフネスと音響ダクト3の空気等価質量(エアーマス)とによりヘルムホルツの共鳴が生じるため、音響ダクト3から低音が放射される。
【0014】
つぎに、主室2の音響ダクト3に対向する端部には密閉室4が形成され、この密閉室4のバッフル板4aにスピーカユニットSPがキャビネット1の長手方向に対して水平状態で配置して取り付けられている。そして、バッフル板4aとキャビネット内壁で確定される範囲が副室5となり、この副室5に前記スピーカユニットSPの振動板が臨むことになる。なお、前記副室5の主室2に対する容積比をきわめて小さいものとし、空気等価質量を小さくすることによりスピーカユニットSPの振動板が副室5内の空気を確実に捉え、振動が有効に伝搬するようにする。
【0015】
このように構成することにより、図2の等価構成図に示すようにスピーカユニットSPの振動板は、まず、副室5の空気を励振し、この副室5の空気が空気振動板となり連通する主室2の空気へ有効に伝搬する。即ち、大きい空気容量の主室2に直接スピーカの振動板を臨ませた場合は、スピーカユニットSPの振動板が小口径であるほど、また、周波数が低くなるほど主室5内の空気を捉え難くなり、主室2内の空気の励振の程度が低くなるが、本発明では容量の小さい副室5の狭小な空間の空気を一次的に励振するようにしたので、スピーカユニットSPの振動板の振動エネルギーの損失を防ぐことができ、副室5内の空気がスピーカユニットSPと等価的に置き換えられた状態となるため、主室2内の空気を強力に励振することになる。
【0016】
図3は、上記第1実施例のスピーカシステムにおける機械系図であり、m0はスピーカユニットSPの振動板やボイスコイルなどの等価質量を示し、S1は振動板のエッジやダンパの硬さによる等価スティフネス、S2は密閉室4においてスピーカSPの振動板の背面にかかる空気バネの等価スティフネス、m1は副室5の空気等価質量、m2は音響ダクト3の空気等価質量、Sc1は主室2の等価スティフネスを示す。同図から明らかなように、スピーカユニットSPに振動板の駆動力Fが入力し、振動板が励振されるとその力は副室5の空気に直接作用し、主室2の等価スティフネスSc1と音響ダクト3の空気等価質量m2でヘルムホルツの共鳴が発生し、低音が再生されることになる。なお、このような動作態様を示す第1実施例のスピーカシステムの等価回路を図4に示す。
【0017】
このような動作原理にもとづく第1実施例のスピーカシステム1の実験的構成において、振動板の口径が46mmの小型スピーカユニットを用い、主室2を約1000ccとし、音響ダクトを約22cc、密閉室4を約500cc、副室5を約100cc乃至120ccとしたとき、音響出力特性は図5に示すごとくなり、実用上の下限周波数は約50Hzであり上限周波数は約300Hzであった。また、本発明のスピーカシステムによれば、スピーカユニットの最低共振周波数f0の30〜35%まで下限周波数の下限域を下げるが可能であることを確認することができた。
【0018】
前記各数値から明らかなごとく、振動板の口径が46mm程度のスピーカユニットはかなり小型であり、また、主室2が1000cc程度であるのもかなり小容量であるため、超小型の低音再生用スピーカシステムを完成することができることとなる。さらに、第1実施例によれば、スピーカユニットSPをスピーカキャビネット1の長手方向に対し水平に配置することができるので、薄型化を大きく促進することができ、従来にない形態のスピーカキャビネットを構成することができる。
【0019】
つぎに、本発明の基本原理を応用した図6に示す第2実施例を説明する。同図に示すスピーカシステムは、上限周波数を引き上げることを目的とするもので、広帯域の低音再生が可能となるようにしたものである。この第2実施例のスピーカシステムの特徴は、振動板が副室5に臨むスピーカユニットSP1を備えると同時に、振動板が主室2に臨むスピーカユニットSP2を設け、両スピーカユニットSP1・SP2を同相で駆動するようにしたことにある。
【0020】
このように構成したことにより、図7の機械系図に示すようにスピーカユニットSP2が主室2の空気を直接励振するので、上限周波数を引き上げることができる。なお、このような動作態様を示す第2実施例のスピーカシステムの等価回路を図8に示す。このようにして完成された第2実施例のスピーカシステムによれば、その音響出力特性は、図9に示すようにスピーカユニットSP1により得られる音響出力P1と、スピーカユニットSP2により得られる音響出力P2とが合成された音響出力P3が得られ、広帯域の低音再生が可能となる。
【0021】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明の請求項1記載の発明によれば、小口径のスピーカユニットによっても実用に供することのできる低音再生が可能となることから、超小型にして薄型化を同時に実現でき、低コストにしてデザイン的融通性の優れたスピーカシステムとすることができる。したがって、従来、内蔵が困難であったオーディオ・ビジュアル機器あるいは住宅設備機器など多くの用途を拓くことができるなど汎用性の高いスピーカシステムとすることができる。
【0022】
また、請求項2記載の発明によれば、広帯域の低音再生が可能となり、中・高音用スピーカユニットを小型化して組み合わせることが容易となることからシステム設計の融通性が高くなり、高音質の音響システムの構築が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す断面図である。
【図2】本発明の第1実施例を説明するための等価図である。
【図3】本発明の第1実施例の機械系図である。
【図4】本発明の第1実施例の等価回路である。
【図5】本発明の第1実施例の音響出力特性を示す図である。
【図6】本発明の第2実施例を示す断面図である。
【図7】本発明の第2実施例の機械系図である。
【図8】本発明の第2実施例の等価回路である。
【図9】本発明の第2実施例の音響出力特性を示す図である。
【図10】従来のケルトン方式のスピーカシステムの断面図である。
【図11】図10のスピーカシステムの音響特性を示す図である。
【図12】図10のスピーカシステムの不具合の発生状態を示す図である。
【符号の説明】
1・・・・・・スピーカキャビネット
2・・・・・・主室
3・・・・・・音響ダクト
4・・・・・・密閉室
4a・・・・・バッフル板
5・・・・・・副室
SP・・・・・スピーカユニット[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a loudspeaker system for low-frequency sound reproduction that uses a small-diameter loudspeaker unit, realizes a small and thin loudspeaker cabinet, and obtains a practical sound pressure level.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Generally, in audio-visual devices such as a television receiver and an audio device, a loudspeaker system using Helmholtz resonance is often used in order to enhance a low-pitched sound range and reproduce the sound with a sense of realism. Particularly, in a speaker system dedicated to bass, a Kelton system is often used because it can be configured relatively compact without using a long horn or the like, and is practically used.
[0003]
FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of a conventional speaker system configured by the Kelton system. In a
[0004]
Unlike the bass reflex type speaker system, the reproduced sound is radiated only from the acoustic duct in the Kelton type speaker system configured as described above, and its sound pressure characteristic has a frequency range whose practical lower limit frequency is as shown in FIG. The characteristic is obtained through a filter from fl to the upper limit frequency fh. As a characteristic tendency of the bass range, the bass reflex system is 18 db / oct. , While the Kelton system uses 12 db / oct. As in the closed system. Therefore, the Kelton system is advantageous when considering only the reproduction of the low frequency range, and it is specified and used as a low frequency speaker system from such characteristics, and is widely used as a subwoofer such as a home theater.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2000-278778 A
[Problems to be solved by the invention]
In such a structure of the conventional Kelton type speaker system, the lower limit frequency fl that can be reproduced is limited to about 70% of the lowest resonance frequency f0 of the speaker unit to be used, and the lower limit frequency is forcibly set by means of cabinet design. When fl is reduced, as shown in FIG. 12, a practical reproduction frequency band has a very narrow steep characteristic, and the connection with a speaker for reproducing the middle and high frequencies becomes extremely poor. For this reason, in order to lower the lower limit frequency fl, a speaker unit having a lower minimum resonance frequency f0 is employed. However, since the speaker unit naturally has a large diaphragm diameter, the overall size of the speaker system is increased. Become.
[0007]
By the way, in recent years, especially in audiovisual equipment, miniaturization of speaker systems is an important issue, and while miniaturization of speaker systems for medium and treble can be easily achieved, miniaturization of speaker systems for bass sounds is difficult. Also, the outer shape was a box shape, and the design flexibility was poor.
[0008]
This is because, as described above, in the Kelton type speaker system, the diaphragm of the speaker unit directly faces the main room of the cabinet as shown in FIG. It had to be secured, and the box shape was naturally the basic form. In addition, the Kelton type speaker system has a low sound reproduction efficiency because the back of the speaker unit faces a closed room, and in many cases, a dedicated amplifier is built-in. It was difficult and did not improve the design.
[0009]
The present invention has been made in view of such a conventional problem, and is intended to enable low-frequency sound reproduction that can be provided for practical use even when a small-diameter speaker unit is employed. It is an object of the present invention to provide a loudspeaker system which can be made thinner and which is excellent in appearance design.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned problem by each means described below. That is, according to the first aspect of the present invention, in the speaker system in which the diaphragm of the speaker unit faces the main room provided with the acoustic duct, and the rear surface of the speaker unit faces the closed room, the speaker system is connected to the main room, and A sub-chamber having an extremely small volume ratio with respect to the main chamber is formed, and the diaphragm of the speaker unit faces the sub-chamber.
[0011]
According to the invention of
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0013]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a speaker system according to a first embodiment of the present invention. A
[0014]
Next, a closed chamber 4 is formed at the end of the
[0015]
With this configuration, the diaphragm of the speaker unit SP first excites the air in the
[0016]
FIG. 3 is a mechanical diagram of the speaker system of the first embodiment, where m0 indicates an equivalent mass of a diaphragm, a voice coil, and the like of the speaker unit SP, and S1 is an equivalent stiffness due to the hardness of the edge of the diaphragm and the damper. , S2 is the equivalent stiffness of the air spring applied to the back of the diaphragm of the speaker SP in the closed chamber 4, m1 is the equivalent air mass of the
[0017]
In an experimental configuration of the
[0018]
As is clear from the above figures, the speaker unit having a diaphragm of about 46 mm in diameter is quite small, and the
[0019]
Next, a second embodiment shown in FIG. 6 to which the basic principle of the present invention is applied will be described. The loudspeaker system shown in FIG. 1 is intended to raise the upper limit frequency, and is capable of reproducing a wide range of bass sound. The feature of the speaker system of the second embodiment is that the diaphragm includes a speaker unit SP1 facing the
[0020]
With this configuration, the speaker unit SP2 directly excites the air in the
[0021]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the invention of
[0022]
According to the second aspect of the present invention, low-frequency sound reproduction over a wide band is possible, and it is easy to reduce and combine the speaker units for medium and high sounds. A sound system can be constructed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an equivalent diagram for explaining the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a mechanical diagram of the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an equivalent circuit of the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing sound output characteristics of the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a mechanical diagram of a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an equivalent circuit of a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing acoustic output characteristics of a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a sectional view of a conventional Kelton speaker system.
11 is a diagram showing acoustic characteristics of the speaker system of FIG.
12 is a diagram showing a state of occurrence of a failure of the speaker system of FIG.
[Explanation of symbols]
1
Claims (2)
前記主室に連なり、且つ、主室に対して容積比がきわめて小さい副室を形成してなり、該副室にスピーカユニットの振動板を臨ませるようにしたことを特徴とするスピーカシステム。In a speaker system in which a diaphragm of a speaker unit faces a main room provided with an acoustic duct, and a back surface of the speaker unit faces a closed room,
A speaker system comprising a sub-chamber connected to the main chamber and having an extremely small volume ratio with respect to the main chamber, wherein a diaphragm of a speaker unit faces the sub-chamber.
前記主室に連なり、且つ、主室に対して容積比がきわめて小さい副室を形成してなり、該副室に第1のスピーカユニットの振動板を臨ませるとともに、主室に第2のスピーカユニットの振動板を臨ませるようにしたことを特徴とするスピーカシステム。In a speaker system in which a diaphragm of a speaker unit faces a main room provided with an acoustic duct, and a back surface of the speaker unit faces a closed room,
A sub-chamber connected to the main chamber and having an extremely small volume ratio with respect to the main chamber is formed. The diaphragm of the first speaker unit faces the sub-chamber, and the second speaker is disposed in the main chamber. A speaker system wherein a diaphragm of a unit is exposed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003034558A JP2004247892A (en) | 2003-02-13 | 2003-02-13 | Speaker system |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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JP2004247892A true JP2004247892A (en) | 2004-09-02 |
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ID=33020196
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US8687830B2 (en) | 2010-06-18 | 2014-04-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Television apparatus and electronic device |
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2003
- 2003-02-13 JP JP2003034558A patent/JP2004247892A/en active Pending
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