JP2007060501A

JP2007060501A - 電気音響変換装置

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Publication number: JP2007060501A
Application number: JP2005245852A
Authority: JP
Inventors: Takao Kawasaki; 隆生川崎; Jiro Nakaso; 二郎中曽
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2005-08-26
Filing date: 2005-08-26
Publication date: 2007-03-08

Abstract

【課題】少なくとも一つ以上のスピーカユニットをキャビネットに取り付けた時に、密閉したキャビネットの内部空間に炭酸ガスよりも比熱比の小さい気体を充填する。
【解決手段】少なくとも一つ以上のスピーカユニット１１を少なくとも一つの面１２ａに取り付けて内部空間を密閉したキャビネット１２内に、比熱比が１．２８以下の気体１３を充填したことを特徴とする電気音響変換装置１０を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも一つ以上のスピーカユニットを少なくとも一つの面に取り付けて内部空間を密閉したキャビネット内に、比熱比が１．２８以下の気体を充填することで、低い周波数での音波の放射効率を高めることができる電気音響変換装置に関するものである。

一般的に、音波を放出するスピーカユニットは、振動板と、この振動板に固着したボイスコイルと、このボイスコイルに磁界を作用させるためのマグネットを有した磁気回路とを備えて、磁気回路中に設置したボイスコイルに音声信号電圧を加えると電流が流れ、電磁力によって振動板が駆動されて振動板の前面に空気の粗密波である音波を発生する共に、振動板の背面には前面と逆送の粗密波が発生するが、前面の粗密波を打ち消すことがないように、前面と背面とを遮蔽する目的でキャビネットが使用されており、このキャビネットにより振動板の背面側の内部空間を密閉することで、低い周波数まで遮蔽効果が得られる利点がある。

この際、スピーカユニットを取り付けたキャビネットの内部空間に炭酸ガスを充填したものがある（特許文献１）。
特開平４−１１７９００号公報

図３は従来のスピーカシステムを示した縦断面図である。

図３に示した従来のスピーカシステム１００は、上記した特許文献１（特開平４−１１７９００号公報）に開示されているものであり、ここでは特許文献１を参照して簡略に説明する。

図３に示した如く、従来のスピーカシステム（電気音響変換装置）１００では、スピーカユニットとしてコーン型スピーカユニット１０１が、密閉型のキャビネット１０２の一側面（前面）１０２ａに穿設した取り付け孔１０２ａ１内に取り付けられている。

更に、密閉型のキャビネット１０２の内部空間には、音速のニ乗と密度との積が空気よりも小さいガス（気体）として炭酸ガス（ＣＯ_２）１０３が充填されている。

この際、コーン型スピーカユニット１０１の最低共振周波数ｆ_０は、炭酸ガス１０３に依存するので、空気のみの場合と比較して低下させることができ、これにより低周波数で良好な音波の放射が行われ、優れた周波数特性が得られる旨が開示されている。

ところで、従来のスピーカシステム１００では、上記したように、コーン型スピーカユニット１０１を取り付けたキャビネット１０２の内部空間に炭酸ガス１０３を充填することで、コーン型スピーカユニット１０１の最低共振周波数ｆ_０を低下させることができるものの、最近、ディスプレイの大型化とか、光記録媒体の高密度化などに伴って、スピーカシステムに対してより一層優れた周波数特性を得る必要があり、従来のスピーカシステム１００ではこの要求に対して十分な対策が施されてなく、以下、この理由について図４を用いて説明する。

図４はスピーカユニットを取り付けたキャビネットの体積に対する周波数特性を示した図である。

一般的に、スピーカユニットをキャビネットの一つの面に取り付けて、このキャビネットの内部空間を密閉した時に、スピーカユニットの振動板が振動すると、キャビネットの内部空間の空気は圧縮または膨張するため、大気圧との間に圧力差を生じ振動板に反作用が働き、振動板の動きが妨害される。

ここで、キャビネットの内部空間の体積が小さいほど、圧力の変化が大きくなり、その結果妨害の程度が大きくなる。即ち、図４に示したように、キャビネットの体積が大きい場合、キャビネットの体積が中程度の場合、キャビネットの体積が小さい場合とを比較すると、キャビネットの体積が小さいほど、最低共振周波数ｆ_０が上昇し、共振の鋭さＱも上昇すると共に、最低共振周波数ｆ_０以下の能率が低下する。

この際、振動板から見た、内外圧力差による反作用の程度をばね定数ｋで表した時に、下記の式（１）が成立する。

尚、式（１）中に示したキャビネット内の気体の体積弾性率Ｋは、一様な圧力ｐを受けてキャビネットの内部空間の体積ＶのものがΔｖだけ変形した場合に、下記の式（２）が成立する。

そして、上記した式（１）より、ばね定数ｋを小さくして反作用の影響を小さくするには、キャビネットの内部空間の体積Ｖを大きくするか、又は、振動板の有効面積Ｓを小さくするか、もしくは、キャビネットの内部空間の体積弾性率Ｋを小さくすれば良いものであるが、キャビネットの内部空間の体積Ｖを大きくすることはスピーカシステムの小型化と相反し、振動板の有効面積Ｓを小さくすると必要な音圧を得るためのストロークが増大してしまう欠点がある。

そこで、キャビネット内の気体の体積弾性率Ｋを小さくすれば良いことになる。この際、音声周波数における内部気体の圧縮・膨張は断熱過程と考えられるため、キャビネット内の気体の体積弾性率Ｋは、下記の式（３）のようにも表すことができる。

尚、上記した気体の比熱比γは、定圧熱容量と定積熱容量との比であり、熱力学の解析に用いるのは、それぞれ１モルあたりの定圧熱容量（定圧比熱）と定積熱容量（定積比熱）との比である。

この際、気体の比熱容量、比熱比は、分子の構造によって決まり、言い換えると、気体の種類によって決まっており、以下の表１に、２５°Ｃにおける各気体の定圧・定積比熱容量、比熱比の具体例を示す。

この際、キャビネットの内部空間に空気が入っている時に空気の比熱比は、表１に示した酸素（Ｏ_２）と同じで１．４０であり、一方、従来例で説明したようにキャビネットの内部空間に炭酸ガス（ＣＯ^２）が充填されている時に炭酸ガス（ＣＯ^２）の比熱比は表１から１．２９であるので、このことからも空気よりも比熱比が小さい炭酸ガス（ＣＯ^２）を充填した方が優れた周波数特性が得られることがわかるものの、気体の比熱比が炭酸ガス（ＣＯ^２）よりも更に小さいものを充填できれば、より一層優れた周波数特性が得られることは明らかである。

そこで、少なくとも一つ以上のスピーカユニットをキャビネットに取り付けた時に、密閉したキャビネットの内部空間に炭酸ガスよりも比熱比の小さい気体を充填した電気音響変換装置が望まれている。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、請求項１記載の発明は、少なくとも一つ以上のスピーカユニットを少なくとも一つの面に取り付けて内部空間を密閉したキャビネット内に、比熱比が１．２８以下の気体を充填したことを特徴とする電気音響変換装置である。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の電気音響変換装置において、
前記気体は、ＨＦＣ類（ハイドロフルオロカーボン類）又はＨＣＦＣ類（ハイドロクロロフルオロカーボン類）を含むことを特徴とする電気音響変換装置である。

請求項１記載の電気音響変換装置によると、少なくとも一つ以上のスピーカユニットを少なくとも一つの面に取り付けて内部空間を密閉したキャビネット内に、比熱比が１．２８以下の気体を充填することで、低い周波数での音波の放射効率を高めることができ、炭酸ガスを充填した従来例よりも低周波数で良好な音波の放射が行われ、より一層優れた周波数特性が得られる。

また、請求項２記載の電気音響変換装置によると、比熱比が１．２８以下の気体として、ＨＦＣ類（ハイドロフルオロカーボン類）又はＨＣＦＣ類（ハイドロクロロフルオロカーボン類）を用いた際に、これらの気体は市販されているので電気音響変換装置１０を安価に提供することができる。

以下に本発明に係る電気音響変換装置の一実施例について図１及び図２を参照して詳細に説明する。

図１は本発明に係る電気音響変換装置を示した縦断面図、
図２は比較例としてキャビネット内に空気を充填した場合と、実施例としてキャビネット内にＨＦＣ−１３４ａを充填した場合に、それぞれの周波数特性を示した図である。

図１に示した如く、本発明に係る電気音響変換装置（スピーカシステム）１０では、スピーカユニット１１が密閉型のキャビネット１２の前面１２ａに穿設した取り付け孔１２ａ１内に取り付けられている。

この実施例では、１個のスピーカユニット１１をキャビネット１２に取り付けた状態を図示しているが、これに限ることなく、例えば、低音域用，高音域用など複数個のスピーカユニット１１をキャビネット１２に取り付ける場合も可能であり、言い換えると、少なくとも一つ以上のスピーカユニット１１を密閉型のキャビネット１２の少なくとも一つの面に取り付けている。

上記したスピーカユニット１１は、密閉型のキャビネット１２の前面１２ａに穿設した取り付け孔１２ａ１内に取り付けられる円錐状（ｃｏｎｅｔｙｐｅ）のフレーム１１ａと、このフレーム１１ａの前縁に柔らかなゴム材を用いて接着したエッジ部材１１ｂと、このエッジ部材１１ｂに前縁を接着した状態でフレーム１１ａ内に振動可能に支持された振動板１１ｃと、この振動板１１ｃの後端に固着されたボイスコイル１１ｄと、振動板１１ｃとボイスコイル１１ｄとを一体に振動させるためのマグネットを有する磁気回路１１ｅとを備えて、磁気回路１１ｅ中に設置したボイスコイル１１ｄに音声信号電圧を加えると電流が流れ、電磁力によって振動板１１ｃが駆動されて振動板１１ｃの前面に空気の粗密波である音波を発生する共に、振動板１１ｃの背面には前面と逆送の粗密波が発生するが、前面の粗密波を打ち消すことがないように、キャビネット１２により振動板１１ｃの背面側の内部空間を密閉することで、低い周波数まで遮蔽効果が得られるようになっている。

ここで、この実施例では、スピーカユニット１１の最低共振周波数ｆ_０を低下させるために、密閉したキャビネット１２の内部空間に炭酸ガス（ＣＯ２）の比熱比１．２９よりも小さい比熱比１．２８以下の気体を充填しており、この比熱比１．２８以下の条件を満足する気体として３原子以上の分子からなるＨＦＣ類（ハイドロフルオロカーボン類）又はＨＣＦＣ類（ハイドロクロロフルオロカーボン類）を含ませて充填している。

この際、前記した式（３）により気体の比熱比は小さくなるほどキャビネット１２内の気体の体積弾性率Ｋを小さく設定でき、気体の比熱比は１．２０以下が好ましい。

より具体的に説明すると、ＨＦＣ類（ハイドロフルオロカーボン類）として例えば比熱比が１．１１８６であるＨＦＣ−１３４ａ（１，１，１，２−テトラフルオロエタン）を用いるか、又は、ＨＣＦＣ類（ハイドロクロロフルオロカーボン類）として例えば比熱比が１．１８５であるＲ−２２（クロロジフルオロメタン）を用いている。

更に、上記以外の気体として、比熱が１．１７５であるＲ−４１０Ａ（ＨＦＣ−３２／ＨＦＣ−１２５…５０／５０ｗｔ％）とか、比熱が１．１４４であるＲ−４０７Ｃ（ＨＦＣ−３２／ＨＦＣ−１２５／ＨＦＣ−１３４ａ…２３／２５／５２ｗｔ％）とか、比熱が１．１１１８であるＲ−４０４Ａ（ＨＦＣ−１４３ａ／ＨＦＣ−１２５／ＨＦＣ−１３４ａ…５２／４４／４ｗｔ％）とか、比熱が１．１１７であるＲ−５０７Ａ（ＨＦＣ−１４３ａ／ＨＦＣ−１２５…５０／５０ｗｔ％）などのＨＦＣ類の混合物を用いても良い。

この際、炭酸ガスに比べて優位になるＨＦＣ類（ハイドロフルオロカーボン類）又はＨＣＦＣ類（ハイドロクロロフルオロカーボン類）の充填量は、体積比で４０％以上であれば良いが、充填量は多ければ多いほど低音特性が良好に得られる。

ここで、この実施例に対する比較例としてキャビネット１２内に比熱比が１．４０である空気を体積比１００％で充填した場合と、実施例としてキャビネット１２内に比熱比が１．１１８６であるＨＦＣ−１３４ａを体積比１００％で充填した場合とを比較すると、空気の場合よりもＨＦＣ−１３４ａの方が体積弾性率Ｋを１．１１８６／１．４＝０．８０倍に小さくすることができるので、これにより最低共振周波数ｆ_０を約１１％低下させることができ、且つ、低域の能率を約２ｄＢ向上させることができる。

そして、上記した比較例と、上記した実施例とによる周波数特性を計算した結果を図２に示している。この図２からも明らかなように、比較例よりも実施例の方が優れた周波数特性が得られている。

尚、先に説明した従来例ではキャビネット内に比熱比が１．２９である炭酸ガスが充填されているので、この炭酸ガスを用いた場合の周波数特性は、図２での図示を省略するものの、比較例よりも優れるものの、本実施例よりも低下することは言うまでもないことである。

尚更に、ここでの図示を省略するものの、キャビネット中でスピーカユニットを取り付けた少なくとも一つの面に空気を共振させるための筒状ポートを形成したバスレフ型の電気音響変換装置においても、筒状ポートの入口、中間、又は出口などに柔らかで気体分子を透過しない膜などを用いた振動可能な可動隔壁を貼り付けてキャビネット内を密閉して、このキャビネット内に炭酸ガスよりも比熱比が小さい気体を充填して構成することも可能である。

以上詳述したように、本発明に係る電気音響変換装置によると、少なくとも一つ以上のスピーカユニットを少なくとも一つの面に取り付けて内部空間を密閉したキャビネット内に、比熱比が１．２８以下の気体を充填することで、低い周波数での音波の放射効率を高めることができ、炭酸ガスを充填した従来例よりも低周波数で良好な音波の放射が行われ、より一層優れた周波数特性が得られる。

また、比熱比が１．２８以下の気体として、ＨＦＣ類（ハイドロフルオロカーボン類）又はＨＣＦＣ類（ハイドロクロロフルオロカーボン類）を用いた際に、これらの気体は市販されているので電気音響変換装置１０を安価に提供することができる。

本発明に係る電気音響変換装置を示した縦断面図である。比較例としてキャビネット内に空気を充填した場合と、実施例としてキャビネット内にＨＦＣ−１３４ａを充填した場合に、それぞれの周波数特性を示した図である。従来のスピーカシステムを示した縦断面図である。スピーカユニットを取り付けたキャビネットの体積に対する周波数特性を示した図である。

符号の説明

１０…電気音響変換装置、
１１…スピーカユニット、１１ａ…フレーム、１１ｂ…エッジ部材、１１ｃ…振動板、
１１ｄ…ボイスコイル、１１ｅ…磁気回路、
１２…キャビネット、１２ａ…前面、１２ａ１…取り付け孔、
１３…比熱比が１．２８以下の気体。

Claims

少なくとも一つ以上のスピーカユニットを少なくとも一つの面に取り付けて内部空間を密閉したキャビネット内に、比熱比が１．２８以下の気体を充填したことを特徴とする電気音響変換装置。
前記気体は、ＨＦＣ類（ハイドロフルオロカーボン類）又はＨＣＦＣ類（ハイドロクロロフルオロカーボン類）を含むことを特徴とする請求項１記載の電気音響変換装置。