JP2007028419A

JP2007028419A - スピーカ駆動装置

Info

Publication number: JP2007028419A
Application number: JP2005210272A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Jinno; 久司神野
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2005-07-20
Filing date: 2005-07-20
Publication date: 2007-02-01

Abstract

【目的】低域共振の山のピークを平坦化する伝送特性の補正フィルタ回路を備えるスピーカ駆動装置を提供する。
【構成】キャビネット１と、これに収納された動電形スピーカユニット２とからなるスピーカシステム５の実効Ｑ_０が１を超える場合の最低共振周波数ｆ_０に発生する低域共振の山のピーク波形ＰＫ２に対して、これを平坦化する谷のピーク波形ＰＫ１を持つ周波数特性波形Ａ１の伝送特性の補正フィルタ回路７を備える構成であり、良好な音質の低音再生を実現し、スピーカユニットの最低共振周波数ｆ_０でのピーク発生を顧慮することなくスピーカユニットのＱ_０や振動板口径が設定できるので、スピーカシステム設計の自由度が広がるとともにコストダウンが可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明は、動電形スピーカを比較的小さな容積のキャビネットに収納したサブウーファなどのＱ_０の高いスピーカシステムに好適なスピーカ駆動装置に関し、特に、その低域の周波数特性の平坦化の技術分野に属する。

動電形スピーカユニットからなるスピーカシステムの設計において、その電気インピーダンスの周波数特性は、周波数が低くなるとボイスコイルの振幅が大きくなり、逆起電力が発生するため電気インピーダンスは急激に増大する。そしてある周波数でピークに達し、そこを過ぎると急降下し音圧も低下してしまう。この電気インピーダンスが最大値を示す周波数が最低共振周波数でｆ_０と呼ばれる。このｆ_０はキャビネット（エンクロージャーとも称される。）の容積が小さくなるほど、高い周波数に移行し、この山の形から当該スピーカシステムの実効Ｑ_０を計算することができる。このＱ_０はスピーカユニット或いはスピーカシステムの最低共振周波数ｆ_０付近の共振の鋭さを表す定数（尖鋭度或いは共振鋭度と称される。）である。

図９の導電形スピーカユニットの低域特性グラフに示されるように、Ｑ_０はスピーカユニットの低域の周波数特性（音圧レベル（ｄＢ）対周波数（ｆ／ｆ_０）の片対数グラフ）に密接に関係し、Ｑ_０＝０．７のとき最も平坦な特性が得られる。そしてスピーカユニットのＱ_０はｆ_０と同様にキャビネットに入れると数値が大きくなる。したがってＱ_０が０．６以下のスピーカユニットをキャビネットに入れ、その場合の前記実効Ｑ_０を１以下、望ましくは０．７とするのがキャビネット設計の基本と云われる。

然るに、動電形スピーカユニットを用いたサブウーファなどのスピーカシステムの低域再生において平坦な周波数特性を得るためには、十分な容積のキャビネットと、低い最低共振周波数ｆ_０と１以下の適度な値の実効Ｑ_０を持たせる必要があり、必然的に物量をかけた大型システムになっているのが現状である。

一方、従来のスピーカシステムの課題とされるものは、上記設計思想で作られた実効Ｑ_０が１以下の十分な容積を確保したスピーカシステムにおいて、低域カットオフ周波数ｆｃ近傍の低域での音圧レベルの落ち込みを補正するためのブースト（持ち上げ）手段の構築が主体であった。

例えば、下記［特許文献１］では、低域の肩特性の持ち上げの手段を備える低域特性改善回路が提案されており、下記［特許文献２］では完全密閉型スピーカシステムの１２ｄＢ／ｏｃｔローパスフィルタを利用した２次補正の手段が提案されている。

特開昭５８−０６３２８９号公報

特開平０４−０３０６９８号公報

近年のスピーカシステムの小型化と低価格化の傾向により、サブウーファを始めとするスピーカシステムに用いられるキャビネットに許容される容積は急速に小さくなり、且つ、動電形スピーカユニットのマグネットなどの駆動系のコストも抑えられている。

一方、小型キャビネットで低音再生を行うには、振動板質量を重くする必要があるが、コストを抑えた小さなマグネットでは駆動に必要な電磁制動力が得られず、Ｑ_０が大きくなってしまう。

このような条件下で動電形スピーカユニットの振動板面積を小さくせずに従来の設計思想からは小さ過ぎる容積のキャビネットに収納すると、そのスピーカシステムの前記最低共振周波数ｆ_０での低域共振のピークが非常に大きくなり（Ｑ_０大）、周波数特性が暴れて音質が劣化する点が課題として挙げられる。

この点、前記［特許文献１］や［特許文献２］に記載された低域特性改善の技術は、最低共振周波数ｆ_０で山のピークが表れないようにキャビネットの容積を十分にとって実効Ｑ_０＝０．７程度になるように作られたスピーカシステムを前提にして、その低域カットオフ周波数ｆｃ近傍における音圧レベルの落ち込みをブーストして改善するという目的でなされたものであり、上記課題に対する解決策にはならない。

畢竟、動電形スピーカユニットを最低共振周波数ｆ_０で実効Ｑ_０が１を超える大きな山のピークが表われてしまう小さな容積のキャビネットに入れた比較的小型のスピーカシステムを前提に、このような従来のスピーカシステムの設計思想からは低域再生にとって好ましくない条件下で、その最低共振周波数ｆ_０での低域共振の大きな山のピークを平坦化する補正をスピーカ駆動装置で行うという着眼は未だ為されていない。

尤も、電気的に負性抵抗を作り、外部から付け加えることでスピーカユニットの抵抗を小さくし、これによりダンピングを効かせて等価的にスピーカのＱ_０を下げるという方法が以前からあるが、この方法は負性抵抗をつくるための回路の複雑さ（発振要素が入ってくる。）、或いは効果を大きくとると歪の増加やボイスコイル抵抗値の温度変化に対して不安定になるなどの問題を孕んでいる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、動電形スピーカユニットを実効Ｑ_０が１を超えてしまうような小さな容積のキャビネットに収納したスピーカシステムに対して、最低共振周波数ｆ_０に発生する低域共振の山のピークを平坦化するように打ち消す周波数特性（伝送特性）の補正フィルタ回路を備えるスピーカ駆動装置を提供することを目的とする。

本発明は、キャビネット１と、これに収納された動電形スピーカユニット２とからなるスピーカシステム５の実効Ｑ_０が１を超える場合の最低共振周波数ｆ_０に発生する低域共振の山のピーク波形ＰＫ２に対して、これを平坦化する谷のピーク波形ＰＫ１を持つ周波数特性の補正フィルタ回路７を備えることを特徴とするスピーカ駆動装置１０を提供することにより、上記課題を解決する。

本発明に係るスピーカ駆動装置は、上記のような構成のため、
（１）動電形スピーカユニットを比較的小さなキャビネットに収納してなる実効Ｑ_０が１を超えるスピーカシステムに対して、低域共振の山のピークを打ち消して平坦な周波数特性を得ることができ、良好な音質の低音再生を実現できる。
（２）最低共振周波数ｆ_０付近の出力が抑制されてアンプの必要出力が減少する。
（３）動電形スピーカユニットの最低共振周波数ｆ_０でのピーク発生を顧慮することなくスピーカユニットのＱ_０や振動板口径が設定できるので、スピーカシステム設計の自由度が広がるとともにコストダウンが可能になる。

本発明に係るスピーカ駆動装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係るスピーカ駆動装置のブロック図である。図２は本発明に係るスピーカ駆動装置の補正フィルタ回路のツインＴ回路を用いた第１の形態例を示す回路図である。図３は本発明に係るスピーカ駆動装置の補正フィルタ回路のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を用いた第２の形態例を示す回路図である。図４は前記バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）としてステートバリアブル型を使用した上記第２の形態例を示す回路図である。図５はツインＴ回路を用いた前記第１の形態例の補正フィルタ回路のシミュレーション用回路図であり、図６は上記シミュレーション用の補正フィルタ回路の振幅特性波形と、補正後のスピーカ出力の音圧レベルの周波数特性波形と、補正なしのスピーカ出力の音圧レベルの周波数特性波形と、群遅延（グループディレイ）特性を示すグラフである。図７は試作品の音圧レベルの周波数特性の補正フィルタ回路有りの場合（波形Ａ）と無しの場合（波形Ｂ）の実測データのグラフである。図８はステートバリアブル型バンドパスフィルタを用いた補正フィルタ回路の周波数特性の実測グラフである。

図１または図６において、スピーカ駆動装置１０は、従来のスピーカ駆動装置の備える低域カットオフ周波数ｆｃ（例えば３５Ｈｚ）近傍の低域での音圧レベルの落ち込みを補正（例えば＋６ｄＢ）するためのブースト回路８、メインアンプ９、その他図示されない公知の付加回路に加えて、キャビネット１と、これに収納された動電形スピーカユニット２とからなるスピーカシステム５の音圧レベルの周波数特性波形Ａ３における実効Ｑ_０が１を超える場合の最低共振周波数ｆ_０（約６５Ｈｚ）に発生する低域共振の山のピーク波形ＰＫ２に対して、これを平坦化する谷のピーク波形ＰＫ１（例えばｆ_０＝６５Ｈｚ、−１５ｄＢ）を持つ周波数特性波形Ａ１の伝送特性の補正フィルタ回路７を備えることを特徴とする。

上記キャビネット１は、完全密閉型のほかバスレフ型、平面バッフル（後面開放）型などが対象であり、その形状（ブックシェルフ型、フロワ型、コラム型など）や構成（フルレンジ・シングル、サブウーファ、マルチ・ユニット、マルチ・ウェイなど）に制限はない。

次に、上記補正フィルタ回路７の具体例を挙げると、図２の補正フィルタ回路７Ａは所謂ツインＴ回路を用いたものである。図中、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３でｆ_０を設定し、抵抗Ｒ５／Ｒ６でＱを設定する。

抵抗Ｒ４はｆ_０でのディップ量を調整するが、前記Ｒ１〜Ｃ３のバランスを変化させることでも調整できるので省略も可能である。ｆ_０の特性を可変するのは難しいが、高いＱでも安定であるので、固定した回路の実装に好適である。

回路定数は、図５のシミュレーションの場合を例にすると、Ｒ１＝１８ｋΩ、Ｒ２＝２０ｋΩ、Ｒ３＝８．２ｋΩ、Ｒ４＝１５０ｋΩ、Ｒ５＝４７０Ω、Ｒ６＝１ｋΩ、Ｃ１＝Ｃ２＝０．１５μＦ、Ｃ３＝０．３３μＦである。

次に、図３の補正フィルタ回路７Ｂはバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を利用したＮＦＢ型の補正フィルタ回路であり、グラフィック・イコライザとしても多用されているものである。使用するＢＰＦは適切なＱの得られる回路であればよく任意である。

図４の補正フィルタ回路７Ｃはステートバリアブル型のＢＰＦを使用した回路例である。図４において、コンデンサＣ１、Ｃ２と抵抗Ｒｆでｆ_０を設定し、抵抗ＲＱでＱを、抵抗ＲＡでゲイン（ディップ量）を設定する。各値を独立で可変でき、Ｑの値も広範囲に設定できるので、伝送特性を可変する用途に好適である。

図３、図４中の回路定数の好適な例は、Ｒ１＝Ｒ３＝Ｒ＝３３ｋΩ、Ｒ２＝１５ｋΩ、Ｃ１＝Ｃ２＝０．１μＦ、Ｒｆ＝３．９ｋΩ＋ＶＲ５０ｋΩ（ｆ_０＝３０〜２００Ｈｚ可変）、ＲＱ＝１５ｋΩ＋ＶＲ３００ｋΩ（Ｑ＝０．５〜３．５可変）、ＲＡ＝ＶＲ１０ｋΩ（ディップ量：０〜２Ｑ可変）である。

なお、上記補正フィルタ回路７Ａ，７Ｂ，７Ｃの周波数特性は対象とするスピーカシステム５（実効Ｑ_０＞１）の最低共振周波数ｆ_０に発生する低域共振の山のピーク波形ＰＫ２に対して、逆関数の周波数特性とするのが平坦化する目的から望ましいが、完全な逆関数でなくとも平坦化に有効な周波数特性（概ね同じ大きさの谷のピーク波形ＰＫ１）であれば一応の目的は達せられる。

次に、図５のシミュレーション用回路図に示される補正フィルタ回路７Ｄ（前述のツインＴ回路を用いたもの）で、ｆ_０＝３２Ｈｚ、Ｑ_０＝２．０のスピーカユニットをＶａｓ（等価容積）の１／２の容積のキャビネットに入れ、バスレフ型スピーカシステムのチューニングを３２Ｈｚにとった場合のシミュレーション結果が図６に示されている。

図５中のＶ３は入力信号源、Ｐ１は補正フィルタ回路の出力点、Ｐ２は補正後のスピーカ出力点、Ｐ３は補正無しのスピーカ出力点である。

図６のグラフは前記Ｐ１点の振幅特性Ａ１と、前記Ｐ２点の振幅特性Ａ２と、前記Ｐ３点の振幅特性Ａ３及びＰ２点、Ｐ３点それぞれの群遅延（グループディレイ）特性を示している。なお、Ａ２、Ａ３の振幅はシミュレーションの音圧検出の都合で−４０ｄＢラインが基準となっている。

図５における補正無しのスピーカ出力Ｐ３点の応答は、６０Ｈｚ近傍に＋１４ｄＢの大きな音圧ピークを持ち、群遅延も６０Ｈｚに２４ｍｓのピークがあり、音質的に悪影響を及ぼすことが判る。

これに対し、補正フィルタ回路７Ｄを通した後のＰ２点の応答は６０Ｈｚ近傍の低域共振による山のピークＰＫ２が補正フィルタ回路７Ｄの振幅特性Ａ１の谷のピークＰＫ１波形によってキャンセルされ、Ｐ２点の振幅特性Ａ２は平坦化され、群遅延特性ともに素直な応答を示している。なお、１７Ｈｚ近辺の群遅延の大きなピークはバスレフダクトの反共振によるもので、再生帯域外なので悪影響は殆どない。

次に、本発明のスピーカ駆動装置の試作品の音圧特性の実測値を図７に示すとともにその効果を以下述べる。

駆動対象のスピーカシステムは、口径３０ｃｍ、ｆ_０＝３５Ｈｚ、Ｑ_０＝１．３、Ｖａｓ＝５０Ｌ（リットル）の動電形スピーカユニットを、３０Ｌのキャビネットに収納し、バスレフのチューニングを３３Ｈｚにとったものであり、口径３０ｃｍとしてはやや貧弱なマグネットで３０Ｌと小さなキャビネットに入れているので、補正無しではグラフの上側の特性曲線Ｆ１のように約７０Ｈｚの最低共振周波数ｆ_０に１３ｄＢの大きな山のピークが発生している。これに図４のステートバリアブル型のＢＰＦを使用した補正フィルタ回路７Ｃ（ｆ_０、Ｑ_０は図８のように設定されている。）を追加することにより、グラフの下側の特性曲線Ｆ２のようにフラットな周波数特性を得ることができた。

本発明に係るスピーカ駆動装置のブロック図である。本発明に係るスピーカ駆動装置の補正フィルタ回路のツインＴ回路を用いた第１の形態例を示す回路図である。本発明に係るスピーカ駆動装置の補正フィルタ回路のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を用いた第２の形態例を示す回路図である。前記バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）としてステートバリアブル型を使用した上記第２の形態例を示す回路図である。ツインＴ回路を用いた前記第１の形態例の補正フィルタ回路のシミュレーション用回路図である。上記シミュレーション用の補正フィルタ回路の振幅特性波形と、補正後のスピーカ出力の音圧レベルの周波数特性波形と、補正なしのスピーカ出力の音圧レベルの周波数特性波形と、群遅延（グループディレイ）特性を示すグラフである。試作品の音圧レベルの周波数特性の補正フィルタ回路有りの場合と無しの場合の実測データのグラフである。ステートバリアブル型バンドパスフィルタを用いた補正フィルタ回路の周波数特性の実測グラフである。導電形スピーカユニットの低域特性とＱ_０との関係を示すグラフである。

符号の説明

１キャビネット
２動電形スピーカユニット
５スピーカシステム
７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ補正フィルタ回路
８ブースト回路
９メインアンプ
１０スピーカ駆動装置
ｆｃ低域カットオフ周波数
ｆ_０最低共振周波数
ＰＫ２低域共振の山のピーク波形
ＰＫ１谷のピーク波形
Ｑ_０、Ｑ共振鋭度

Claims

キャビネットと、これに収納された動電形スピーカユニットとからなるスピーカシステムの実効Ｑ_０が１を超える場合の最低共振周波数ｆ_０に発生する低域共振の山のピーク波形に対して、これを平坦化する谷のピーク波形を持つ周波数特性の補正フィルタ回路を備えることを特徴とするスピーカ駆動装置。