JP2007096495A - バックロードホーンエンクロージャ - Google Patents

Abstract

【課題】 低音域の出力音圧レベルを高め、質感を高める。
【解決手段】 エンクロージャ本体１内にスピーカ３を嵌めこむ音室４に連通してスピーカ３に発した音を開口部６に導く音道５を有している。音道５は、スロート１０を含むコーン部分７とホーン部分８とからなり、仕切り９によってジグザグ状に上下数段に折り返されて開口部６に通じている。スロート１０は音室５の直後のくびれの部分であり、コーン部分７は、スロート１０の直後から口径が漸増して最終段の折返し部分に形成される内径曲率変化点１１で口径が急激に変化する位置までの部分であり、ホーン部分８は、内径曲率変化点１１から、コーン部分７の口径の漸増割合に比べて相対的に口径が急激に拡張して開口部６に通じる部分である。
【選択図】図２

Description

本発明は、バックロードホーンエンクロージャに関する。

スピーカの中低音領域を拡大する技術として、従来よりバックロードホーン型のキャビネットが知られている。バックロードホーンの基本原理は、図５に示すように音室３１と、スロート３２と、開口部３３に向けて内径を漸増させた音道（音響管）３４とから構成されたものである。

バックロードホーンエンクロージャ設計の基本ポイントは、１．音室（空気室）の内容積の大きさ、２．スロートの断面積の設定、３．音道の広がり率の設定、４．音道の全長の設定が重要な要件であるとされている。ところで、図５に示す基本構造では、実用性がないという理由から、図６に示すように音道３２の部分を上下に折り畳んで直方体の箱の中に収めるために、直方体の木製キャビネット３５内を２枚以上の平板状の仕切り板３６を用い、キャビネット３５内を迷路状に仕切ることによって、キャビネット３５内に音室３１と、音道３４とを形成するのが木製キャビネットの一般的な構成であった。

しかし、キャビネット内を平板状の仕切り板で迷路状に仕切って内径が漸増する音道を形成したときには、仕切り板の平板同士あるいは平板とキャビネットの内壁との接合部に角が形成され、この角の部分に渦流が発生し、或いは開口部で反射が生じて、音質に悪影響を与えることを指摘し、特許文献１では、図７に示すような音道３４の開口部３３を形成する仕切板３７に曲面に曲げ次加工した合板を用いて音質を向上させる案が記載されている。

ところで、木製のキャビネットには箱鳴りが生じ、また音道の形成は、直管の組合わせによらざるを得ないため、継ぎ目ごとに反射が出て音が濁ると云われている。さらに、特許文献２においては、低音域での放射能率の向上と共に音圧特性が平坦な音響管を有するスピーカシステムを提供するとして、スピーカユニットの背面に設けられた空室（音室）と、その音室から適当な割合で空間へ広がってゆく音道（音響管）と、スピーカユニット前面の空室に設けた位相反転器によって構成され、音道のスロート面積Ｓｔと開口面積ＳＭの比ＳＭ／Ｓｔを０．６以下、スロート面積Ｓｔと振動板有効面積ＳＤの比Ｓｔ／ＳＤを０．６以上１以下に設定したスピーカシステムを提案している。

ところで、バックロードホーンスピーカはもともと、音の抜けがよく、生々しい音質が魅力のシステムであるといわれており、オーディオ愛好家からは、クリアな音質にしたい、自然な音質を再生したい、ホーンの性能をもっと高めたいという要請は強いが、メーカ側では、バックロードホーンスピーカの構造が複雑なため、量産には向かないという理由から積極的に製造されないという事情があると言われている。

一方、一般的に金管楽器においては、マウスピースに接続される円錐状のマウスパイプとベルを結ぶ管の形状には、円筒(ストレート)管と円錐(テーパ)管とがあり、前者は両端の内径は同一であるが、後者は唄口の側から朝顔の側に向かって内径が少しずつ広がっている。理論的には全てを円筒管で構成した楽器や、逆に円錐管で構成した楽器はあり得るが、実際の金管楽器は、マウスピースに近い方が円筒管か円筒管に近い円錐管、ベルに近い方が円錐管というように両者が組み合わされる。

というのも、音高を変更するためのスライドやバルブの部分は途中で太さを変えるわけにいかないという理由から全て円筒管で作られ、ベルの部分は円錐管だからである。管全体に対して円錐管の占める割合が多いほど音は柔らかく太くなり、円筒管の占める割合が多いほど輪郭のはっきりとした音になるといわれている。(例えば、コルネットは円錐管の割合が多く、トランペットは円筒管の割合が多い)。

この理論をバックロードホーンに当てはめると、特許文献２に記載されたスピーカシステムは、音響管のスロート面積Ｓｔと開口面積ＳＭの比ＳＭ／Ｓｔを０．６以下の割合で漸増させることによって、ある程度は、柔らかく太い音が発生するであろうことは容易に推測できる。しかしながら、ＳＭ／Ｓｔを０．６以下の割合で漸増させるだけの一義的な条件設定では、バックロードホーンの設計条件であるスロートの断面積の設定、音道の広がり率の設定が限定され、音の柔らかさ、音の太さには自ずから限界があるのは避けられない。
公開実用昭５２−２０８２８号明細書 特許第２６１５４５３号公報 バックロードホーンスピーカーの解説ページhttp://www.e-bhsp.com/backroad.html カネコ木工ＨＰ http://www.e-bhsp.com/index.html

解決しようとする問題点は、バックロードホーンスピーカのキャビネットが木製では、箱鳴りが生じるほか、音道が直管の組み合わせによるときには、音が濁るという欠点があり、また、音道を一定の割合で内径を長さ方向に漸増させたのみの単純な円錐形によるときには、中低音域の音の質感の形成には限界があるという点である。

本発明は、中低音域の音の柔らかさ、音の太さを含めて中低音域の出力音圧レベルを高め、質感を高めるため、円形状断面の滑らかな音道を用い、しかも形状が互いに異なる２種類の曲線の組合わせによって音道を構成したことを最も主要な特徴とする。

本発明によるバックロードホーンエンクロージャは、音室から、音道の開口部に至るまでその内壁を滑らかな曲面にて構成するので、音に濁りのない中低域の音を放射することができる。特に内壁の曲面を特定の２種類の曲線の組合せによって形成することによって、中低音域の広い周波数帯にわたり、開口部から放射する音の音圧を高めることができる。

また、バックロードホーンエンクロージャの本体を合成樹脂にて一体成形することによって、音室から開口部までの音道の長さを自由に設定し、かつ設定された音道の全長を折返し形状に構成して一体成形することができ、従来の木製キャビネットのような箱鳴りが少なく、純度の高い良質の中低音を大きく放射でき、特に合成樹脂材にジシクロペンタジエンを主原料としたオレフィン系非発泡材を選定使用することによって、材質の有する高い剛性のため、音の抜けがよく、金管楽器とはまた違った生々しい音質の音響を発生させることができる。

中低音域の音を音の柔らかさ、音の太さを含めて中低音域の出力音圧レベルを高め、質感を高めるという目的を、成形材料に合成樹脂材料、特にジシクロペンタジエンを主原料としたオレフィン系非発泡材をもって、バックロードホーンエンクロージャ本体を一体成形することによって実現した。

図１は、本発明によるバックロードホーンエンクロージャ本体（以下エンクロージャ本体という）１の正面図、図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ線断面図である。エンクロージャ本体１は、図２（ａ）に示す対の半裁のセグメント２，２を向き合わせに組合わせて一体に結合したものである。対のセグメント２の組合わせによって、その内部にスピーカ３を嵌めこむ音室４と、円形断面の音道５とが形成されたものである。すなわち、本発明は、エンクロージャ本体１内に音室４と、音道５とを有するバックロードホーンエンクロージャであって、音室４は、スピーカ３を嵌め込む部分であり、音道５は、スピーカ３の発した音を開口部６に導く部分であり、円形断面で、互いに形状が異なる２種類の曲線によって内壁１２が形成され、長さ方向の特定位置に内径曲率変化点１１が設定され、音室４から後述する内径曲率変化点１１までは口径を緩やかに漸増させ、内径曲率変化点１１から開口部６に向けて口径を急激に拡張させたものである。なおこの実施例において、本体は、左右対称形のセグメントを組合わせることによって構成した例を示しているが、左右非対称形のセグメントを組み合わせたものであってもよい。

音道５は、コーン部分７とホーン部分８とからなり、音道５の内壁１２から突出する仕切り９によってジグザグ状に上下数段、この例では上下４段に折り返されて開口部６に通じている。コーン部分７は、円形状からなるスロート１０の直後から口径が漸増して最終段の折返し部分で口径が急激に変化する位置（内径曲率変化点１１（図２（ａ）参照）までの部分であり、スロート１０は音室４の直後に形成されたくびれの部分である。

ホーン部分８は、内径曲率変化点１１から、コーン部分７の口径の漸増割合に比べて相対的に口径が急激に拡張して開口部６に通じる部分である。本発明において、エンクロージャ本体１は合成樹脂成形体であり、この実施例においては、ジシクロペンタジエンを主原料としたオレフィン系非発泡成形体である。ジシクロペンタジエンを主原料としたオレフィン系非発泡成形体は、Ａ液とＢ液の２液、又はＡ液、Ｂ液、Ｃ液の３液を金型内に注入し、金型内で反応させて得られる成形品であり、高い剛性、断熱性に優れることから、今まで電子機器のハウジング、住宅基材、家具類に利用されてきた成形材料であるが、音響機器であるバックロードホーンエンクロージャに利用するのはじめての試みである。ジシクロペンタジエン樹脂の成形体によれば、その特性から金管楽器とは違った音響効果が期待される。

図１は、２分割した対のセグメント２，２の組合わせによってエンクロージャ本体１を組み立てているが、２分割に限らず、エンクロージャ本体１を任意に分割した数個のセグメントの組み立てによって構成することもできる。

勿論、エンクロージャ本体１の成形材料は、ジシクロペンタジエン樹脂に限らず、半硬質のポリウレタン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリカーボネート樹脂。ＡＢＳ樹脂なども同様に使用できる。図３に本発明によるバックロードホーンエンクロージャにおけるコーン部分７と、ホーン部分８との構成について説明する。図３は、４段のジグザグ状に折り返されたコーン部分７と、ホーン部分８とを直線状に展開した状態でスロート１０から開口部６に至るまでの音道５をスロート部中心から開口部に向けて水平にカットしたものとして示している。図３において、Ｘ軸はスロート部中心から開口部に向かう横軸方向の軸線、Ｒ軸はＸ軸上の任意の点で音道５をＸ軸方向に対して垂直にカットした際の断面のうち、Ｘ軸からエンクロージャ本体１の内壁１２或いは仕切り９までの距離が最長となる縦軸方向の軸線である。

図３において、円形状からなるスロート１０の中心の位置を基点０、開口部６の位置をＸｍ、内径曲率変化点をＸｓとすると、Ｘｓ−０＝Ｌ１がコーン部分７の長さであり、Ｘｍ−Ｘｓ＝Ｌ２がホーン部分８の長さ、Ｌ１＋Ｌ２＝Ｌが音道５の長さである。また、基点０におけるコーン部分７の内径をＲｄ、内径曲率変化点１１（Ｘｓ）のコーン部分７（又はホーン部分８）の内径をＲｓ、開口部６の内径をＲｍとしたときに、本発明においては、コーン部分７の形状及びホーン部分８の形状を次式に従って設定するものである。

（１）コーン部分の形状
長さＬ１上の任意の横軸座標をＸｒ１（０＜Ｘｒ１＜Ｘｓ）とすると、
１＜Ｒｓ／Ｒｄ≦５の関係において、
Ｘｒ１の縦軸座標をＲｒ１とすると、Ｒｒ１は、座標（０、Ｒｄ）と、（Ｘｓ、Ｒｓ）を結ぶ直線上の位置にあって、
Ｒｒ１＝（ＲＳ−Ｒｄ）／Ｌ１＋Ｒｄ・・・・（１）
で表され、コーン部分の縦軸座標をＲｘ１とすると、Ｒｘ１は、Ｒｄ＜Ｒｘ１＜Ｒｒ１における範囲の点を結ぶ曲線（エキスポネンシャルカーブ）となり、次式で表される。
Ｒｘ１＝ＲｄＥ^ｍｘ、 ｍ＝（１／Ｘｓ）ｌｎ｛Ｒｓ／Ｒｄ｝・・・（２）

（２）ホーン部分の形状
長さＬ２上の任意の横軸座標をＸｒ２（Ｘｓ＜Ｘｒ２＜Ｘｍ）とすると、
１＜Ｒｍ／Ｒｓ≦３０の関係において、
Ｘｒ２の縦軸座標をＲｒ２とすると、Ｒｒ２は、座標（Ｘｓ、Ｒｓ）、（Ｘｍ、Ｒｍ）を結ぶ直線上の位置にあって、
Ｒｒ２＝（Ｒｍ−Ｒｓ）／Ｌ２・Ｘｒ２＋（Ｒｓ・Ｘｍ−Ｒｍ・Ｘｓ）／Ｌ２
・・（３）
で表され、ホーン部の縦軸座標Ｒｘ２は、Ｒｓ＜Ｒｘ２＜Ｒｒ２における範囲の点を結ぶ曲線（エキスポネンシャルカーブ）となり、次式で表される。
Ｒｘ２＝ＲｄＥ^{ｍ（ｘ―ｘｓ）}、 ｍ＝（１／Ｌ２）ｌｎ｛Ｒｍ／Ｒｓ｝・・・（４）

したがって、本発明において、コーン部分７の長さ方向の断面形状は、縦軸座標Ｒｘ１＝ＲｄＥ^ｍｘ、 ｍ＝（１／Ｘｓ）ｌｎ｛Ｒｓ／Ｒｄ｝で表される曲線（エキスポネンシャルカーブ）によって形成され、ホーン部分８の長さ方向の断面形状は、縦軸座標Ｒｘ２＝ＲｄＥ^{ｍ（ｘ―ｘｓ）}、 ｍ＝（１／Ｌ２）ｌｎ｛Ｒｍ／Ｒｓ｝で表される曲線（エキスポネンシャルカーブ）によって形成されるものである。なお、エンクロージャ本体内に形成する音道は１つに限らず、それぞれ別個の開口部に通じる２以上の音道を独立して設けることができる。

本発明において、Ｒｓ／Ｒｄ及びＲｍ／Ｒｓの設定は、実験の結果によるものである。１＜Ｒｓ／Ｒｄ≦５および１＜Ｒｍ／Ｒｓ≦３０の範囲に設定して、中低音域に優れた質感が得られたが、具体的な数値の設定はリスナーの好みによって決定されるべき問題である。本発明によるバックロードホーンエンクロージャの性能試験として、インピーダンスマッチングによりＲＳ／Ｒｄ＝５、Ｒｍ／Ｒｓ＝３０に設定し、前記（２）、（４）式を満たす曲線をもってコーン部分７及びホーン部分８を形成したエンクロージャ本体の音室にスピーカを組み付け、スピーカから発する音の周波数―音圧特性を測定した。測定結果を図４に示す。

比較のため、平板状の仕切り板を用い、本発明のエンクロージャ本体の形状に似せてキャビネット内にスピーカを嵌めこむ音室と、実施例１とほぼ同じ長さの音道をジグザグ状に４段に折り返して開口部に通じる角型の音道とを形成した木製のキャビネットを作成し、このキャビネットの音室内に実施例１と同じスピーカを組みつけて周波数―音圧特性を「ＪＩＳ Ｃ ５５３２」に準じて測定した。結果を比較例１に示す。

実施例１と比較例１とを比較して明らかなとおり、実施例１によれば、殆どの周波数領域で音圧が比較例１を上回り、特に３００〜８００Ｈｚの周波数領域で８０ｄｂを上回る音圧が得られた。

本発明によるバックロードホーンエンクロージャは、金管楽器の特徴を更に進め、特定の合成樹脂材の有する剛性によって、スピーカユニットの実力を最大限に引き出して迫力のある優れた音質を再生するため、コンサートホールに設置するスピーカ用に好適であり、また、従来は、構造が複雑のため、量産に適さないと考えられていたバックロードホーンエンクロージャを合成樹脂の成形加工により量産が可能となり、しかも、ジグザク状に折り曲げられた円形断面の音道の外形を象る成形体によって構成されるため、デザイン性に優れ、オーディオ愛好家の多様な要求に応ずることができる。

本発明のバックロードホーンバックロードホーンエンクロージャの一実施例を示す斜視図である。 （ａ）は、エンクロージャ本体の半割のセグメントを示す図であって、図１のＡ−Ａ線断面図である。（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ線断面である。 エンクロージャ本体内に形成された音道の展開図である。 実施例による周波数−音圧特性図である。 バックロードホーンエンクロージャの基本原理を示す図である。 従来のバックロードホーンスピーカキャビネットの断面形状の１例を示す図である。 特許文献１に記載されたバックロードホーンスピーカキャビネットの構成を示す図である。

符号の説明

１ エンクロージャ本体
２ セグメント
３ スピーカ
４ 音室
５ 音道
６ 開口
７ コーン部分
８ ホーン部分
９ 仕切り
１０ スロート
１１ 内径曲率変化点
１２ 内壁

Claims (5)

1. エンクロージャ本体内に音室と、音道とを有するバックロードホーンエンクロージャであって、
   音室は、スピーカを嵌め込む部分であり、
   音道は、スピーカの発した音を開口部に導く部分であり、円形状断面で、互いに形状が異なる２種類の曲線によって内壁が形成され、長さ方向の特定位置に内径曲率変化点が設定され、音室から内径曲率変化点までは口径を緩やかに漸増させ、内径曲率変化点から開口部に向けて口径を急激に拡張させたことを特徴とするバックロードホーンエンクロージャ。
2. 音道は、スロートを含むコーン部分とホーン部とからなり、仕切りによってジグザグ状に上下数段に折り返されて開口部に通じ、
   スロートは音室の直後のくびれの部分であり、
   コーン部分は、スロートの直後から口径が漸増して最終段の折返し部分に形成される内径曲率変化点で口径が急激に変化する位置までの部分であり、
   ホーン部分は、内径曲率変化点から、コーン部分の口径の漸増割合に比べて相対的に口径が急激に拡張して開口部に通じる部分であることを特徴とする請求項１に記載のバックロードホーンエンクロージャ。
3. エンクロージャ本体は、合成樹脂成形体であり、２又はそれ以上の部分に分割されたセグメントの組合わせによって組み立てられているものであることを特徴とする請求項１に記載のバックロードホーンエンクロージャ。
4. 円形状からなるスロートの中心を基点０とし、内径曲率変化点をＸｓ、開口部の位置をＸｍ、基点０におけるコーン部分の内径をＲｄ、内径曲率変化点のコーン部分（又はホーン部分）の内径をＲｓ、開口部の内径をＲｓとすると、
   コーン部分の長さＬ１は、Ｌ１＝Ｘｓ−０であり、コーン部分の長さ方向の内壁の断面形状は、任意の座標におけるコーン部分の縦軸座標をＲｘ１とすると、
   Ｒｘ１＝ＲｄＥ^ｍｘ、 ｍ＝（１／Ｘｓ）ｌｎ｛Ｒｓ／Ｒｄ｝で表される曲線によって形成され、
   ホーン部分の長さＬ２は、Ｌ２＝Ｘｍ−Ｘｓであり、ホーン部分の長さ方向の内壁の断面形状は、ホーン部分の縦軸座標をＲｘ２とすると、
   縦軸座標Ｒｘ２＝ＲｄＥ^{ｍ（ｘ―ｘＳ）}、 ｍ＝（１／Ｌ２）ｌｎ｛Ｒｍ／Ｒｓ｝で表される曲線によって形成されるものであることを特徴とする請求項２に記載のバックロードホーンエンクロージャ。
5. コーン部分の内径Ｒｄと内径曲率変化点のコーン部分（又はホーン部分）の内径Ｒｓとの比Ｒｓ／Ｒｄは、１以上５以下であり、
   内径曲率変化点のコーン部分（又はホーン部分）の内径Ｒｓと開口部の内径Ｒｍとの比Ｒｍ／Ｒｓは、１以上３０以下であることを特徴とする請求項５に記載のバックロードホーンエンクロージャ。
   

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