JP2008211388A

JP2008211388A - 通話装置

Info

Publication number: JP2008211388A
Application number: JP2007044562A
Authority: JP
Inventors: Shinya Kimoto; 進弥木本; Kosaku Kitada; 耕作北田; Yasushi Arikawa; 泰史有川; Osamu Akasaka; 修赤坂; 恵一 ▲吉▼田; Keiichi Yoshida
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-02-23
Filing date: 2007-02-23
Publication date: 2008-09-11

Abstract

【課題】音声帯域の音質および効率の向上を実現可能な小型のスピーカ装置を提供する。
【解決手段】ハウジングＡ１と、ハウジングＡ１に取り付けられて、一方面側からハウジングＡ１外へ音声情報を出力するスピーカＳＰと、ハウジングＡ１内でスピーカＳＰの他方面側に形成された空間である後気室Ｂｒと、一端を開口し他端を閉塞した中空に形成され、開口を介して後気室Ｂｒ内に連通した音響管４０とを備え、音響管４０は、後気室Ｂｒの容量が小さいことによって低下するスピーカ出力の所定周波数の音圧レベルを増大させるために、増大させる周波数の１／４波長に基づく長さに設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、スピーカ装置に関するものである。

従来、スピーカをキャビネットに取り付けて、スピーカ（振動板）の表面側から外部空間に向かって音声情報が出力されるスピーカ装置があり、各種音響機器に用いられている。このようなスピーカ装置のキャビネット内には、スピーカの裏面側に形成された後気室があり、スピーカの裏面から後気室に放射される音波が、後気室を包囲する内面で反射して、互いに対向する内面間の距離が半波長の整数倍に等しくなる周波数の定在波を生じる。後気室内に生じる定在波は、スピーカの振動板の動きを阻害する作用を担うので、スピーカの出力から定在波と同一の周波数成分が低下してしまい、スピーカの音質、効率を劣化させる大きな要因となっている。

そこで、定在波を吸収する音響管を後気室内に設けることで、後気室に発生した定在波による音質悪化を抑制したスピーカ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許第３７６３６８２号

携帯電話やハンズフリー通話装置等の機器はそのハウジングをスピーカのキャビネットとして用い、近年、これらの機器はますます小型化する傾向があり、ハウジングの容量は小さくなっている。したがって、ハウジング内の後気室の容量も小さくなっており、この後気室の容量低減によって、一般に通話で使用される音声帯域６００Ｈｚ〜３ＫＨｚのうち特に低周波数帯域でのスピーカの放射音圧が低下し、さらにはスピーカの最低共振周波数が高周波数側にずれてしまい、音声帯域におけるスピーカの音質、効率が悪化するという問題が生じている。

しかしながら、上記従来技術は、後気室内に発生する定在波による音質低下を抑制するものであり、小型のスピーカ装置において、後気室の容量低減による音声帯域の音質、効率の悪化を抑制するものではなかった。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、音声帯域の音質および効率の向上を実現可能な小型のスピーカ装置を提供することにある。

請求項１の発明は、ハウジングと、ハウジングに取り付けられて、一方面側からハウジング外へ音声情報を出力するスピーカと、ハウジング内でスピーカの他方面側に形成された空間である後気室と、一端を開口し他端を閉塞した中空に形成され、開口を介して後気室内に連通した音響管とを備え、音響管は、後気室の容量が小さいことによって低下するスピーカ出力の所定周波数の音圧レベルを増大させるために、増大させる周波数の１／４波長に基づく長さに設定されることを特徴とする。

この発明によれば、音響管によって、スピーカの最低共振周波数が低周波数側に移行し、さらにはスピーカの音圧レベルが増加するので、後気室が小容量であっても音声帯域の音質および効率が向上する。すなわち、音声帯域の音質および効率の向上を実現可能な小型のスピーカ装置を提供することができる。

請求項２の発明は、請求項１において、前記後気室を包囲する各面は、互いに対向する面間の距離が５０ｍｍ以下に形成されることを特徴とする。

この発明によれば、後気室に音声帯域の定在波が発生しない小型のスピーカ装置となる。

請求項３の発明は、請求項１または２において、前記音響管は、前記後気室を包囲する各面のうち、複数の面に亘って連続して形成されることを特徴とする。

この発明によれば、音響管を必要に応じて長くすることができる。

以上説明したように、本発明では、音声帯域の音質および効率の向上を実現可能な小型のスピーカ装置を提供することができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
本発明のスピーカ装置を用いた一形態として、インターホンの通話装置を例に挙げて以下説明する。

本実施形態の通話装置Ａは図１〜図３に示され、前面に開口を形成したボディＡ１０と、ボディＡ１０の開口に覆設したカバーＡ１１とでハウジングＡ１（横寸法Ｘ１＝４０ｍｍ、縦寸法Ｘ２＝９０ｍｍ、厚さ寸法Ｘ３＝８ｍｍ）を構成し、ハウジングＡ１に、スピーカＳＰ、マイクロホン基板ＭＢ１、通話スイッチＳＷ１、音声処理部１０を備え、部屋間で双方向の通話が可能なインターホンとして機能するものである。なお、通話装置Ａの電源は、設置場所の近傍に設けたコンセントから供給されるか、あるいは情報線Ｌｓを介して供給されてもよい。

まず、スピーカＳＰは、図１に示すように、図示しないヨークや永久磁石等を設けた支持体２０を具備し、ドーム型の振動板２１の外周側の縁部が支持体２０に固定されている。振動板２１は、ＰＥＴ（PolyEthyleneTerephthalate）またはＰＥＩ（Polyetherimide）等の熱可塑性プラスチック（例えば、厚み１２μｍ〜５０μｍ）で形成され、振動板２１の背面に固定した図示しないボイスコイルに音声信号を入力すると、この音声信号の電流と支持体２０の永久磁石の磁界とにより、ボイスコイルに電磁力が発生するため、振動板２１が前後方向に振動させられる。このとき、振動板２１から音声信号に応じた音が発せられる。すなわち、動電型のスピーカＳＰが構成される（例えば、直径２５ｍｍ，厚さ３．６ｍｍ）。なお、動電型のスピーカの構成については周知であるので、詳細な説明は省略する。

そして、カバーＡ１１の内面に等間隔に形成された４箇所の円柱状のボス１１に、スピーカＳＰの支持体２０の四隅に設けた取付孔２２を各々載置し、ボス１１の軸方向に形成されたねじ孔１１ａに取付ねじ２３を螺合することで、振動板２１がカバーＡ１１の内面に対向する状態でスピーカＳＰが固定される。また、カバーＡ１１の振動板２１に対向する箇所には複数の音孔１２が穿設されている。

このスピーカＳＰが固定されたカバーＡ１１をボディＡ１０に取り付けてハウジングＡ１を組み立てると、ボディＡ１０の底面に立設した隔壁１３によって、ハウジングＡ１内には隔壁１３で仕切られた２つの空間Ａ１ａ，Ａ１ｂが形成され、スピーカＳＰは空間Ａ１ａ内に配置される。この空間Ａ１ａは、ハウジングＡ１の横寸法Ｘ１＝４０ｍｍ、縦寸法Ｘ２ａ＝３０ｍｍ、厚さ寸法Ｘ３＝８ｍｍに対応する空間に形成され、空間Ａ１ｂは、ハウジングＡ１の横寸法Ｘ１＝４０ｍｍ、縦寸法Ｘ２ａ＝６０ｍｍ、厚さ寸法Ｘ３＝８ｍｍに対応する空間に形成されている。

そして、空間Ａ１ａ内では、カバーＡ１１の内面とスピーカＳＰの表面側（振動板２１側）とで囲まれた空間である前気室Ｂｆと、ボディＡ１０の底面および４つの内壁面（隔壁１３含む）とスピーカＳＰの裏面側（支持体２０側）とで囲まれた空間である後気室Ｂｒとが形成される。前気室Ｂｆは、カバーＡ１１に複数設けた音孔１２を介して外部に連通している。後気室Ｂｒは、スピーカＳＰの支持体２０がカバーＡ１１の内面に密着することで、前気室Ｂｆとは絶縁した（連通していない）空間となり、さらにカバーＡ１１がボディＡ１０の前面開口に密着することで、外部とも絶縁した密閉された空間となっている。

次に、マイクロホン基板ＭＢ１は、マイクロホンＭ１およびマイクロホンＭ２をモジュール基板２の一面に各々実装し、ハウジングＡ１の外面に取付可能に構成される。本実施形態では、モジュール基板２の一面をハウジングＡ１の前面外側に沿って配置し、マイクロホンＭ１はハウジングＡ１前面の開口１４を挿通する。そして、マイクロホンＭ１の集音面は、前気室Ｂｆに向かってスピーカＳＰの振動板２１に対向しており、スピーカＳＰからの音声に対して高い指向性を有して、スピーカＳＰが発する音声を確実に集音することができる。また、マイクロホンＭ２は、ハウジングＡ１の前面に設けた凹部１５に嵌合し、モジュール基板２に穿設したマイクロホンＭ２の音孔２ａはハウジングＡ１の外部（前方）に面しているので、音孔２ａを介して伝達される、通話装置Ａの前方に位置する話者からの音声に対して高い指向性を有している。すなわち、スピーカＳＰが発する音声と話者の発する音声とをマイクロホンＭ１，Ｍ２で分離して集音しているのである。

また、ハウジングＡ１内の空間Ａ１ｂには音声処理部１０、通話スイッチＳＷ１が配置されており、通話スイッチＳＷ１は、ハウジングＡ１の前面からその操作部が露出している。そして音声処理部１０は、他の部屋等に設置されている通話装置Ａから情報線Ｌｓを介して送信された音声信号をスピーカＳＰから出力したり、通話スイッチＳＷ１を操作することで通話可能状態となった場合に、マイクロホンＭ２で集音した通話音声から，マイクロホンＭ１で集音したスピーカ音を除去することで、スピーカＳＰから回り込んだ音声をキャンセルするハウリング防止処理を施して、情報線Ｌｓを介して他の部屋等に設置されている通話装置Ａへ音声信号を送信する。

上記のように構成された通話装置Ａは、概略寸法が４０ｍｍ×３０ｍｍ×８ｍｍである空間Ａ１ａ（実際は、ハウジングＡ１の厚みがあるためこの寸法より小さくなる）内にスピーカＳＰを配置しており、スピーカＳＰの裏面側の空間である後気室Ｂｒの寸法も、上記概略寸法４０ｍｍ×３０ｍｍ×８ｍｍより小さくなり、本実施形態では後気室Ｂｒの容量を３８００ｍｍ^３（または３８００ｍｍ^３以下）に設定している。一般に通話で使用される音声帯域は６００Ｈｚ〜３ＫＨｚであり、後気室Ｂｒ内に３ＫＨｚ以下の定在波を発生させるためには、後気室Ｂｒを包囲する面間の距離が５０ｍｍ以上必要になる。したがって、本実施形態のように後気室Ｂｒを包囲する面間の距離が５０ｍｍ以下の小型の装置では、後気室Ｂｒ内に３ＫＨｚ以下の定在波が発生することはなく、後気室Ｂｒ内に発生する定在波によって通話音質が悪化することは考えられない。しかし、後気室Ｂｒの容量が小さいことによってスピーカＳＰの放射音圧が低下し、スピーカＳＰの最低共振周波数ｆｏが高周波数側にずれて、スピーカＳＰの音質、効率が悪化する恐れがある。

ここで、スピーカＳＰの最低共振周波数ｆｏは、一般に、スピーカの振動系の等価質量（振動板、ボイスコイル、空気付加質量）Ｍｏと、それを支持するエッジ等のスティフネスＳｏと、後気室Ｂｒ内の空気のスティフネスＳｒとによって決まり、

で表される。

図４はスピーカＳＰの前方における放射音圧の周波数特性を示しており、密閉された後気室の容量が３８００ｍｍ^３（または３８００ｍｍ^３以下）のハウジング（後述する音響管無し）を用いた場合と、ハウジングとして理想的なバッフル板を用いた場合との両方の場合について各結果を示す。

まず、理想的なバッフル板とは、図５に示すように無限大の大きさを有するバッフル板Ｃのことであり、放射音圧特性（図４の特性Ｙ１）は、スピーカＳＰの最低共振周波数ｆｏ１＝６００Ｈｚとなり、最低共振周波数はスピーカＳＰ単体での特性と同じ理想的な特性を示している。バッフル板Ｃを用いるとこのように優れた特性を備えるが、これはバッフル板Ｃが無限大の大きさを有して、スピーカＳＰの裏面（振動板２１の裏面）から放射された音がバッフル板Ｃで遮断されて前方に回り込まないとした場合の結果であり、現実的ではない。

次に、密閉された後気室を有するハウジングを用いた場合の放射音圧特性については、後気室の容量が十分に大きければバッフル板Ｃと同様の特性を得ることができるが、後気室の容量が小さいと、後気室内の空気のスティフネスＳｒが大きくなり、スピーカＳＰの最低共振周波数は高くなり、放射音圧が低下して、通話音質および効率が悪化する。後気室の容量が３８００ｍｍ^３（または３８００ｍｍ^３以下）のハウジングを用いた場合の放射音圧特性（図４の特性Ｙ２）は、スピーカＳＰの最低共振周波数ｆｏ２＝１２００Ｈｚとなり、バッフル板Ｃを用いた場合に比べて最低共振周波数が高周波数側にずれ、さらには８００Ｈｚ以下の周波数帯域でバッフル板Ｃを用いた場合に比べて音圧レベルが５〜２０ｄＢ程度減少しており、スピーカＳＰの音質および効率が悪化している。後気室の容量を大きくすればスピーカＳＰの音質は改善されるが、後気室の容量を大きくするとハウジングも大型化し、通話装置の小型化が困難になる。

そこで、本実施形態では、図１、図３に示すように、スピーカＳＰ裏面の後気室Ｂｒを包囲するハウジングＡ１の内壁面に沿って、一端を内壁面から離し、他端を内壁面に連続させた管壁１６が立設されており、この管壁１６とハウジングＡ１の内壁面とカバーＡ１１の裏面とで中空の音響管４０が形成され、この音響管４０が小容量の後気室Ｂｒ内に配置されている。音響管４０は、後気室Ｂｒの３つの内壁面に沿って屈曲し、後気室Ｂｒの周囲を略３／４周に亘って形成された矩形の断面形状を有する中空の閉管で、一端を開口し（開口端４０ａ）、他端を閉塞して（閉塞端４０ｂ）形成され、管内は開口端４０ａを介して後気室Ｂｒ内に連通している。音響管とは、閉管の共振周波数（管の全長が略１／４波長の奇数倍に一致する周波数）で入力インピーダンスが極めて小さくなることを利用したもので、共振周波数の音波が入射すると、その反射波は入射波に対して位相が反転した波形となり、入射波と反射波とが互いに打ち消しあうことで、開口端４０ａから外部へ伝播する音波を低減させている。また、音響管４０を後気室Ｂｒの複数の内壁面に亘って連続して形成することで、小容量の後気室Ｂｒ内に設けられる音響管４０を必要に応じて長くすることができ、さらに音響管４０を屈曲した形状に形成することで、小容量の後気室Ｂｒ内に音響管４０を配置することができる。

以下、音響管４０の作用について詳細に説明する。まず、図６は、後気室Ｂｒに音響管４０を備えたスピーカ装置、および音響管４０を備えていないスピーカ装置の各概略構成とその振動モデルとを示しており、音響管４０を備えていないハウジングＡ１では、スピーカＳＰの振動系の等価質量Ｍｏが、この振動系を支持するスピーカＳＰのエッジ等の減衰定数ｍ１およびばね定数ｍ２の並列回路と、後気室Ｂｒ内の減衰定数ｍ３とを介して固定端に接続している。一方、音響管４０を備えたハウジングＡ１では、上記音響管４０を備えていない構成に加えて、質量、減衰定数、ばね定数を合成して表される音響管４０のインピーダンスＺｐ（以後、音響インピーダンスＺｐと称す）が、後気室Ｂｒ内の減衰定数ｍ３と固定端との間に存在する。

そして、上記音響管４０を備えた場合の振動モデルの等価回路は、図７のように、電気系回路Ｋｅと機械系回路Ｋｓと音響系回路Ｋａとで構成される。なお、［スピーカＳＰの振動系の等価質量Ｍｏ］＝［振動板とボイスコイルの質量Ｍｓ］＋［空気付加質量２Ｍａ］とする。

電気系回路Ｋｅは、電圧源Ｅの出力端間に直列接続されたスピーカＳＰのボイスコイルインピーダンスＺｅ［ボイスコイル抵抗ＲｅとボイスコイルインダクタンスＬｅの直列回路］で構成され、機械系回路Ｋｓは、振動板２１の機械インピーダンスＺｍｓ［振動板の機械抵抗Ｒｓと振動板およびボイスコイルの重量ＭｓとスピーカＳＰのエッジ等のスティフネスＳｏとの直列回路］で構成され、電気系回路Ｋｅの電気エネルギーは、トランスＴ１を介して機械エネルギーに変換されて機械系回路Ｋｓに伝達される。具体的には、電気系回路Ｋｅのボイスコイルを流れる電流Ｉ（Ａ）、変換時の力係数Ｇ（Ｎ／Ａ）とすると、スピーカＳＰの振動板２１には力Ｆｓ＝ＧＩ（Ｎ）が加わり速度Ｖｓ（ｍ／ｓ）で振動する。

また、音響系回路Ｋａは、放射インピーダンスＺａ［後気室Ｂｒ内の空気の機械抵抗Ｒａと空気付加質量Ｍａの直列回路］と、後気室インピーダンスＺｒ（後気室Ｂｒ内の空気のスティフネスＳｒ）と音響インピーダンスＺｐの並列回路との直列回路で構成され、機械系回路Ｋｓの機械エネルギーは、トランスＴ２を介して音響エネルギーに変換されて音響系回路Ｋａに伝達される。具体的には、速度Ｖｓ（ｍ／ｓ）で振動するスピーカＳＰの振動板２１から、体積速度Ｕａ（ｍ^３／ｓ）の音波が放射される。

上記電気系回路Ｋｅと機械系回路Ｋｓと音響系回路Ｋａとで構成される等価回路は、さらに図８に示す機械系等価回路に置き換えられる。この機械系等価回路は、振動板２１を速度Ｖｓ（ｍ／ｓ）で振動させる力Ｆｓの加振源Ｆ１を有し、この加振源Ｆ１の両端間には、機械系電気インピーダンスＺｍｅ（＝Ｚｅ／Ｇ^２）と、振動板インピーダンスＺｓ（＝Ｚｍｓ＋Ｚａ）と、後気室インピーダンスＺｒ（後気室Ｂｒ内の空気のスティフネスＳｒ）と音響インピーダンスＺｐとの並列回路と、前気室Ｂｆ内の空気のスティフネスＳｆと音孔１２のインピーダンスＺｆ［音孔抵抗Ｒｂと空気付加質量Ｍｂ］との並列回路とを直列接続して構成される。

このような機械系等価回路において、後気室Ｂｒ前方のゾーンＨ１（図６参照）での振動板インピーダンスＺｓは、

となり、さらに、振動板２１による音源を半径Ｄの呼吸球とみなし、空気密度をρ、音速をｃ、Ｂｅｓｓｅｌ関数をＪ_１、Ｓｔｒｕｖｅ関数をＫ_１、位相定数をｋとすると、放射インピーダンスＺａは、

となる。

そして、ハウジングＡ１に取り付けたスピーカＳＰの音圧レベルの周波数特性Ｙ１１、および自由インピーダンスの周波数特性Ｙ１２を［数２］［数３］に基づいて算出すると図９のように各々示され、ともに６００Ｈｚ付近でピークとなる特性を有している。なお、自由インピーダンスとは、二端子対の系で出力側に接続する負荷のインピーダンスがゼロのときの入力側から見たインピーダンスのことである。

次に、音響管４０を含む後気室Ｂｒ後方のゾーンＨ２（図６参照）での音響管４０による作用について、図１０（ａ）（ｂ）に示すような後気室Ｂｒの外部に音響管４０’を設けた構成を用いて理論的に説明する。なお、後気室Ｂｒ内は平面波音場であり、ハウジングＡ１および音響管４０’は、その断面形状が波長に比較して小さい剛壁であるとする。

後気室Ｂｒ内の進行波（振動板２１の裏面からハウジングＡ１の底面に向かう方向に進む音波）の圧力Ｐｒ+、粒子速度Ｖｒ+とし、後気室Ｂｒ内の反射波（ハウジングＡ１の底面から振動板２１の裏面に向かう方向に進む音波）の圧力Ｐｒ-、粒子速度Ｖｒ-とした場合、後気室Ｂｒ内の振動板２１寄りの面１０１（音波の進行方向を法線とする面）での圧力Ｐｒ１、粒子速度Ｖｒ１は、

となり、面１０１から距離ＸｒだけハウジングＡ１の底面寄りに位置する面１０２（音波の進行方向を法線とする面）での圧力Ｐｒ２、粒子速度Ｖｒ２は、

となる。

したがって、後気室Ｂｒの断面積をＱｒ、面１０１での体積速度をＵｒ１、面１０２での体積速度をＵｒ２とした場合、上記［数４］［数５］より、伝達行列は、

となる。

そして、音響管４０’の開口端４０ａ’を、面１０２と同様に面１０１から距離ＸｒだけハウジングＡ１の底面寄りに設けたとすると、後気室Ｂｒの長さをＬｒとし、音響管４０’の断面積をＱｐ、長さをＬｐとした場合、閉管の条件より閉塞端での粒子速度＝０となることから、後気室インピーダンスＺｒ、音響インピーダンスＺｐは、

となる。

そして、後気室Ｂｒと音響管４０’のつなぎ目での境界条件として、後気室Ｂｒおよび音響管４０’での各体積速度および圧力が同じであることを適用すると、後気室Ｂｒでの機械系インピーダンスＺｍｒ、および音響管４０’での機械系インピーダンスＺｍｐは、

となり、上記機械系インピーダンスＺｍｒ、Ｚｍｐの合成インピーダンスＺｍは、

となる。

上記［数７］の音響インピーダンスＺｐは、音響管４０’の管壁の粘性による減衰を考慮していないが、以下、音響管４０’の管壁の粘性による減衰を考慮した音響インピーダンスＺｐを求める。まず、［数１０］で表される交番力Ｆａが空気に作用することを考慮して、音響管４０’内の運動方程式を解くと、管壁の粘性によって粒子速度が影響を受ける範囲δｏは、音波の波長をλ、周波数をｆ、空気の粘性をμとした場合には［数１１］のようになり、範囲δｏは図１１に示すように周波数が高いほど狭くなる。

そして、図１２に示すように、音響管４０’の開口端４０ａ’での圧力をＰｐ１、粒子速度をＶｐ１とし、開口端４０ａ’から距離Ｘｐだけ閉塞端４０ｂ’寄りの位置での圧力をＰｐ２、粒子速度をＶｐ２とし、さらにαを波長定数、βを減衰定数、γを伝播定数、ｄを音響管４０’の内径（半径）とすると、音響管４０’内を軸方向に進む音波の位相定数ｋは、

となる。なお、［数１２］中の減衰定数β、および管内音波の速度ｃ”は、図１３および図１４に示すように周波数が高いほど大きくなる。

また、音響管４０’内を軸方向に進む音波の振幅速度ｕは、音響管４０’の管壁の粘性の影響を受けない振幅速度をＶｏとした場合、

となる。

したがって、開口端４０’での体積速度をＵｐ１、開口端４０ａ’から距離Ｘｐだけ閉塞端４０ｂ’寄りの位置での体積速度をＵｐ２とし、［数１４］に位相定数ｋ＝−ｊγを代入して、音響管４０’の概略音響インピーダンスＺｐ’を求めると［数１５］のようになる。

ここで、［数１６］に示す開口端補正値ΔＬと、［数１７］に示す音響管４０’の開口端４０ａ’での圧力損失Δｐを考慮すると、音響管４０’の音響インピーダンスＺｐは［数１８］のようになる。

この音響管４０’の長さＬｐ＝９５ｍｍ、断面積Ｑｐ＝９ｍｍ^２とした場合の比音響インピーダンスＺｐ／ρｃ（音響インピーダンスＺｐを、空気の特性インピーダンス=ρｃで割った値）の周波数特性は図１５に示され、Ｙ２１は音響管の管壁の粘性による減衰を考慮していない比音響インピーダンスであり、Ｙ２２は音響管の管壁の粘性による減衰を考慮した比音響インピーダンスであり、管壁の粘性を考慮していない場合は、比音響インピーダンスの極大値、極小値の変動が大きくなる。また、図１５中において、比音響インピーダンスが１以下であれば、音響インピーダンスが空気の特性インピーダンスより小さく、吸音効果があることを示す。

図１０（ａ）（ｂ）に示すような後気室Ｂｒの外部に音響管４０’を設けた構成を用いて音響管の作用を上記説明したが、図１〜図３のように、後気室Ｂｒ内に音響管４０を設けた構成であっても、音響管４０の作用は同様に説明でき、音響管４０（４０’）の全長Ｌｐを、音圧レベルを増大させたい周波数（本実施形態では７００〜８００Ｈｚ付近の低周波数）の略１／４波長に設定することで、スピーカＳＰの最低共振周波数が低周波数側に移行し、さらにはスピーカＳＰの音圧レベルが増加するので、後気室Ｂｒが小容量であってもスピーカＳＰの音質および効率が向上する。音圧レベルを増大させたい周波数と音響管４０の全長Ｌｐとの関係は［数１９］に示される。

そして、図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）は、音響管４０を備えたハウジングＡ１に取り付けたスピーカＳＰの放射音圧特性を示しており、後気室Ｂｒの容量：３８００ｍｍ^２、音響管４０の長さ：９５ｍｍは共通で、音響管４０の断面積のみが異なり、図１６（ａ）は音響管４０の断面積が３．８ｍｍ^２（φ２．２ｍｍ相当）の場合の特性であり、Ｙ３１（破線）は音響管の管壁の粘性による減衰を考慮していない音圧レベルの理論値、Ｙ３２（実線）は音響管の管壁の粘性による減衰を考慮した音圧レベルの理論値、Ｙ３３（△マーク）は音圧レベルの実験結果を示す。また、図１６（ｂ）は音響管４０の断面積が９．０ｍｍ^２（φ３．４ｍｍ相当）の場合の特性であり、Ｙ４１（破線）は音響管の管壁の粘性による減衰を考慮していない音圧レベルの理論値、Ｙ４２（実線）は音響管の管壁の粘性による減衰を考慮した音圧レベルの理論値、Ｙ４３（△マーク）は音圧レベルの実験結果を示す。また、図１６（ｃ）は音響管４０の断面積が１２．６ｍｍ^２（φ４．０ｍｍ）の場合の特性であり、Ｙ５１（破線）は音響管の管壁の粘性による減衰を考慮していない音圧レベルの理論値、Ｙ５２（実線）は音響管の管壁の粘性による減衰を考慮した音圧レベルの理論値、Ｙ５３（△マーク）は音圧レベルの実験結果を示す。

而して、音響管の管壁の粘性による減衰を考慮した音圧レベルの理論値と実験結果とはほぼ一致しており、音響管４０を設けたハウジングＡ１では、スピーカＳＰの最低共振周波数ｆｏ０＝８００Ｈｚとなって、図４に示す音響管無しの特性Ｙ２（最低共振周波数ｆｏ２＝１２００Ｈｚ）に比べて最低共振周波数が低周波数側に移行し、さらには８００Ｈｚ以下の低域の音圧レベルが増大しており、スピーカＳＰの音質および効率が向上している。また、図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）によると、音響管４０の断面積が小さいほど、１０００Ｈｚ近傍での音圧レベルの落ち込みが小さくなることがわかる。

また、図１に破線で示すように、音響管４０の開口端４０ａ近傍に、不織布等の吸音材４５を配設することで、吸音効果を高めて、音響管４０の共振周波数を微調整することができ、図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）の９００〜１０００Ｈｚ付近で発生している音圧レベルの落ち込みを抑制して、音圧レベルを上げることができる。この吸音材４５は、微調整の度合によって、後気室Ｂｒ内または音響管４０内の各所に配置すればよい。

また、音響管４０の断面形状は矩形に限定されず、円、楕円、多角形等の形状でもよく、さらに１つの音響管４０で異なる形状の断面形状を連続して形成してもよい。（例えば、音響管４０の前半分の断面形状を円とし、後ろ半分の断面形状を矩形とする）。

また、音響管の形態として、図１７の概略図のようにハウジングＡ２の外部からチューブ状の音響管４１を後気室Ｂｒに差し込む形態でもよい。この音響管４１にウレタンチューブ等を用いると、全長Ｌｐを任意に設定、変更することができる。

（実施形態２）
実施形態１ではハウジング内に音響管を１つ設けていたが、本実施形態では図１８の概略図に示すように、ハウジングＡ３の後気室Ｂｒに複数の音響管４２，４３，４４（本実施形態では３つ）を設けており、音響管４２，４３，４４を互いに異なる長さに設定すれば、その共振周波数も互いに異なる周波数となる。したがって、スピーカＳＰの音圧レベルを、複数の周波数で増大させることができ、音響管４２，４３，４４の各全長を適宜設定することで、所望の音質および効率を得ることができる。

また、音響管４２，４３，４４の長さを同一にすれば、所定周波数の音圧レベルを大幅に向上させることができる。

（ａ）（ｂ）（ｃ）実施形態１の構成を示す図である。同上の斜視図である。同上の一部分解図である。スピーカの放射音圧特性を示す図である。理想的なバッフル板を用いた場合の構成を示す一部側面断面図である。スピーカ装置の振動モデルを示す図である。スピーカ装置の等価回路を示す図である。スピーカ装置の機械系等価回路を示す図である。後気室前方のゾーンにおけるスピーカの周波数特性を示す図である。音響管の作用を理論説明するための構成を示す図である。音響管の管壁の粘性によって粒子速度が影響を受ける範囲の周波数特性を示す図である。音響管内の音場を示す図である。減衰定数の周波数特性を示す図である。管内音波の速度の周波数特性を示す図である。音響管の比音響インピーダンスの周波数特性を示す図である。音響管を設けた場合の放射音圧特性を示す図である。同上の別のハウジングを示す側面断面図である。実施形態２のハウジングを示す側面断面図である。

符号の説明

Ａ１ハウジング
ＳＰスピーカ
Ｂｆ前気室
Ｂｒ後気室
４０音響管
４０ａ開口端
４０ｂ閉塞端

本発明は、通話装置に関するものである。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、音声帯域の音質および効率の向上を実現可能な小型の通話装置を提供することにある。

請求項１の発明は、双方向の通話が可能な通話装置において、ハウジングと、ハウジングに取り付けられて、一方面側からハウジング外へ音声情報を出力するスピーカと、ハウジング内でスピーカの他方面側に形成された空間である後気室と、一端を開口し他端を閉塞した中空に形成され、開口を介して後気室内に連通した音響管と、音声を集音するマイクロホンと、スピーカおよびマイクロホンとの間で音声信号の授受を行う音声処理部とを備え、音響管は、後気室の容量が小さいことによって低下するスピーカ出力の所定周波数の音圧レベルを増大させるために、増大させる周波数の１／４波長に基づく長さに設定されることを特徴とする。

この発明によれば、音響管によって、スピーカの最低共振周波数が低周波数側に移行し、さらにはスピーカの音圧レベルが増加するので、後気室が小容量であっても音声帯域の音質および効率が向上する。すなわち、音声帯域の音質および効率の向上を実現可能な小型の通話装置を提供することができる。

この発明によれば、後気室に音声帯域の定在波が発生しない小型の通話装置となる。

以上説明したように、本発明では、音声帯域の音質および効率の向上を実現可能な小型の通話装置を提供することができるという効果がある。

（実施形態１）
本発明の一形態として、インターホンの通話装置を例に挙げて以下説明する。

請求項１の発明は、双方向の通話が可能な通話装置において、ハウジングと、ハウジングに取り付けられて、一方面側からハウジング外へ音声情報を出力するスピーカと、ハウジング内でスピーカの他方面側に形成された空間である後気室と、一端を開口し他端を閉塞した中空に形成され、開口を介して後気室内に連通した音響管と、音声を集音するマイクロホンと、スピーカおよびマイクロホンとの間で音声信号の授受を行う音声処理部とを備え、音響管は、後気室の容量が小さいことによって低下するスピーカ出力の所定周波数の音圧レベルを増大させるために、増大させる周波数の１／４波長に基づく長さに設定され、音響管の内径は、音響管の管壁の粘性による減衰を考慮した音響インピーダンスに基づいて設定されることを特徴とする。

Claims

ハウジングと、
ハウジングに取り付けられて、一方面側からハウジング外へ音声情報を出力するスピーカと、
ハウジング内でスピーカの他方面側に形成された空間である後気室と、
一端を開口し他端を閉塞した中空に形成され、開口を介して後気室内に連通した音響管とを備え、
音響管は、後気室の容量が小さいことによって低下するスピーカ出力の所定周波数の音圧レベルを増大させるために、増大させる周波数の１／４波長に基づく長さに設定されることを特徴とするスピーカ装置。
前記後気室を包囲する各面は、互いに対向する面間の距離が５０ｍｍ以下に形成されることを特徴とする請求項１記載のスピーカ装置。
前記音響管は、前記後気室を包囲する各面のうち、複数の面に亘って連続して形成されることを特徴とすることを特徴とする請求項１または２記載のスピーカ装置。