JP2008270855A

JP2008270855A - スピーカ装置および音響管の長さ設定方法

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Publication number: JP2008270855A
Application number: JP2007106718A
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Inventors: Yoshio Ohashi; 芳雄大橋
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Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2007-04-16
Filing date: 2007-04-16
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2027-04-16
Also published as: JP5223227B2

Abstract

【課題】高次の共鳴周波数による不都合がなく、短い音響管長さで低音域の再生を良好に行い得るようにする。
【解決手段】スピーカ装置１００Ａを、スピーカ１０１と、このスピーカ１０１の背面に順に取り付けられた第１の音響管１０２、第２の音響管１０４とで構成する。音響管１０４の断面積を、音響管１０２の断面積より小さくし、合成音響管１０６の基本共鳴周波数を、断面積が均一で長さが合成音響管１０６の長さと等しい音響管の基本共鳴周波数より低くする。音響管１０２の長さに対して、音響管１０４の長さを所定の比率とし、合成音響管１０６の、少なくとも、第二共鳴周波数または第三共鳴周波数を、断面積が均一で長さが合成音響管１０６の長さと等しい音響管の対応する共鳴周波数よりも高くし、また、合成音響管１０６の高次の共鳴周波数を、当該合成音響管１０６の基本共鳴周波数の整数倍の周波数からずらす。
【選択図】図１

Description

この発明は、スピーカ装置および音響管の長さ設定方法に関する。詳しくは、この発明は、スピーカの前面または背面に第１の断面積の第１の音響管を取り付け、さらにこの第１の音響管の放音側開口部に断面積が第１の音響管よりも小さく、第１の音響管の長さに対して所定の比率の長さを持つ第２の音響管を取り付けることにより、高次の共鳴周波数による不都合がなく、短い音響管長さで低音域の再生を良好に行い得るようにしたスピーカ装置等に係るものである。

従来、低音あるいは重低音の帯域を再生するスピーカ装置として、スピーカに取り付けられた音響管の共鳴現象を利用して低音を再生する、音響管方式のスピーカ装置が提案されている。このようなスピーカ装置の共鳴周波数は、音響管の長さによって決定される。

図１２を参照して、従来の音響管方式のスピーカ装置２００について説明を行う。図１２は、スピーカ装置２００の構造を模式的に示す。図１２（ａ）は、スピーカ装置２００の斜視図である。図１２（ｂ）はスピーカ装置２００の断面図である。なお、図１２（ｂ）には、音響管内の空気流、共鳴周波数等も記載されている。

スピーカ装置２００は、図示のように、スピーカ（スピーカユニット）２０１と、このスピーカ２０１の背面に取り付けられた音響管２０２により構成されている。音響管２０２の、スピーカ２０１に取り付けられた端部とは逆側の端部は、当該音響管２０２の放音側開口部２０３となっている。

図１２に示すスピーカ装置２００の動作を説明する。スピーカ２０１の背面からでた音波は、音響管２０２に導かれ、その開口部２０３より外部に放射される。音波は、音響管２０２の全長で決まる特定の周波数で共鳴する。音響管２０２の全長をＬ、空気中の音速をＣとすると、当該音響管２０２の共鳴周波数ｆ_ｎ＝（２ｎ＋１）＊Ｃ／４Ｌで表される。ここで、ｎは、０，１，２，・・・・のように、０および正の整数をとる。例えば、ｎ＝０のときの共鳴周波数ｆ_０が基本共鳴周波数であり、ｎ＝１のときの共鳴周波数ｆ_１が第二共鳴周波数であり、ｎ＝３のときの共鳴周波数ｆ_２が第三共鳴周波数である。

例えば、ｎ＝０では、音響管２０２内に１／４波長がのって共鳴が生じ、音響管２０２の開口部２０３より音響的に増大された音波が放射され、低音再生限界付近での大幅な能率向上が図られる。また、例えば、ｎ＝１では、音響管２０２内に３／４波長がのって共鳴が生じ、ｎ＝０の場合と同様に、音響管２０２の開口３より音響的に増大された音波が放射される。このように、図１２に示すスピーカ装置２００は、低音域において高能率なスピーカ装置となる。

なお、図１２（ｂ）に示す共鳴周波数は、音響管２０２の長さＬを０．８５ｍとして、ｆ_ｎ＝（２ｎ＋１）＊Ｃ／４Ｌの式に基づいて算出されたものである。

上述したように、図１２に示すスピーカ装置２００においては、音響管２０２の長さＬにより、基本共鳴周波数（低域再生限界周波数）ｆ_０が決まる。そのため、図１２に示すスピーカ装置２００において基本共鳴周波数ｆ_０をｆ_０′に下げようとした場合、音響管２０２の長さＬを、Ｌ＝Ｃ／４ｆ_０′で決まる長さまで長くする必要があり、スピーカ装置２００が大型なものとなってしまうという不都合があった。

また、図１２に示すスピーカ装置２００においては、ｆ_ｎ＝（２ｎ＋１）＊Ｃ／４Ｌの式から明らかなように、高次の共鳴周波数（第二共鳴周波数ｆ_１、第三共鳴周波数ｆ_２、・・・）は、基本共鳴周波数ｆ_０の奇数倍の周波数になる。そのため、基本共鳴周波数ｆ_０と等しい音声信号がスピーカ２０１に入力されるとき、当該音声信号に高次の歪み信号が含まれている場合、当該高次の歪み信号の周波数で音響管２０２が共鳴し、歪みの大きな音声が出力されるという不都合がある。

そこで、従来、スピーカ２０１に入力される音声信号から、高次の共鳴周波数を取り除くことが提案されている。例えば、スピーカ２０１に入力される音声信号に対して、高次の共鳴周波数に対応した周波数成分のレベルを小さくする補正が行われる。また、例えば、スピーカ２０１に入力される音声信号から、ローパスフィルタを用いて高次の共鳴周波数に対応した周波数成分を取り除くことが行われる。しかし、高次の共鳴周波数は基本共鳴周波数ｆ_０の３倍、５倍、・・・なので、基本共鳴周波数が小さくなるように設計すると、基本共鳴周波数ｆ_０と高次の共鳴周波数の周波数間隔が小さくなってしまい、音声再生周波数帯域が狭くなってしまうという不都合がある。

例えば、特許文献１には、音響管の長さを変えずに、低域再生限界周波数をより低い周波数まで伸すことのできるスピーカ装置（スピーカシステム）が記載されている。このスピーカ装置は、音響管の開口を絞ることにより、音響管の共鳴周波数を低域側に移動させるようにしている。
特開平４−１７０２９８号公報

上述した特許文献１には、基本共鳴周波数（低域再生限界周波数）を音響管の長さを変えずに低域側に移動できることについては記載されている。しかし、この特許文献１には、上述した高次の共鳴周波数が基本共鳴周波数の奇数倍であることによる不都合、およびその不都合を解決する技術については、何ら言及されていない。

この発明の目的は、高次の共鳴周波数による不都合がなく、短い音響管長さで低音域の再生を良好に行い得るようにすることにある。

この発明の概念は、
スピーカと、
上記スピーカの前面または背面に取り付けられ、第１の断面積を有する第１の音響管と、
上記第１の音響管の放音側開口部に取り付けられ、上記第１の断面積より小さな第２の断面積を有し、上記第１の音響管の長さに対して所定の比率の長さを持つ第２の音響管と
を備えることを特徴とするスピーカ装置にある。

この発明においては、スピーカの前面または背面に第１の音響管が取り付けられ、この第１の音響管の放音側開口部に第２の音響管が取り付けられている。第１の音響管は第１の断面積を有し、第２の音響管は第１の断面積より小さな第２の断面積を有するものとされる。例えば、第１の音響管および第２の音響管の接続部分は、第１の音響管の断面積から第２の音響管の断面積に不連続に、あるいは連続的に変化するようにされる。

このように第２の音響管の断面積が第１の音響管の断面積より小さくされることで、第１の音響管および第２の音響管で構成される合成音響管の基本共鳴周波数は、断面積が均一で長さが合成音響管の長さと等しい音響管の基本共鳴周波数より低くなる。これにより、合成音響管の長さが従来の音響管の長さと同じであっても、基本共鳴周波数（低域再生限界周波数）を、より低い周波数まで伸ばすことが可能となる。

第２の音響管は第１の音響管の長さに対して所定の比率の長さを持つようにされる。このように第２の音響管の長さが規制されることで、例えば、第１の音響管および第２の音響管により構成される合成音響管の、少なくとも、第二共鳴周波数または第三共鳴周波数が、断面積が均一で長さが合成音響管の長さと等しい音響管の対応する共鳴周波数よりも高くされる。これにより、例えば、基本共鳴周波数と第二共鳴周波数との周波数間隔が大きくなり、スピーカに入力される音声信号に含まれる第二共鳴周波数の成分を減衰あるいは取り除く処理を行っても、音声再生周波数帯域が狭くならないようにできる。

また、第２の音響管の長さが上述のように規制されることで、第１の音響管および第２の音響管により構成される合成音響管の高次の共鳴周波数が、合成音響管の基本共鳴周波数の整数倍の周波数からずれるようにされる。これにより、基本共鳴周波数と等しい音声信号がスピーカに入力された場合、この音声信号に高次の歪み信号が含まれていても、当該高次の歪み信号の周波数では共鳴が生ぜず、高次の歪みの大きな音声は出力されない。

なお、この発明において、例えば、第１の音響管の放音側開口部を一端側とするとき、第１の音響管の他端側は閉じられており、スピーカは、第１の音響管の側面に取り付けられていてもよい。これにより、第１の音響管に対するスピーカの取り付けの自由度を増すことが可能となる。

また、この発明において、例えば、第２の音響管の一部または全部は、第１の音響管の内部に挿入されていてもよい。これにより、合成音響管の物理的な長さを短くでき、スピーカ装置のより一層の小型化が可能となる。

この発明によれば、スピーカの前面または背面に第１の断面積の第１の音響管を取り付け、さらにこの第１の音響管の放音側開口部に断面積が第１の音響管よりも小さく、第１の音響管の長さに対して所定の比率の長さを持つ第２の音響管を取り付けるものであり、高次の共鳴周波数による不都合がなく、短い音響管長さで低音域の再生を良好に行うことができる。

以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態としてのスピーカ装置１００Ａの構成例を示している。このスピーカ装置１００Ａは、音響管方式のスピーカ装置である。

スピーカ装置１００Ａは、図示のように、スピーカ（スピーカユニット）１０１と、このスピーカ１０１の背面に取り付けられた音響管１０２と、この音響管１０２の放音側開口部１０３に取り付けられた音響管１０４により構成されている。音響管１０２は第１の音響管を構成し、音響管１０４は第２の音響管を構成している。音響管１０４の断面積は、音響管１０２の断面積より小さくされている。音響管１０２と音響管１０４との接続部分は、音響管１０２の断面積から音響管１０４の断面積に不連続に変わっている。

図１に示すスピーカ装置１００Ａにおいて、スピーカ１０１の背面からでた音波は、音響管１０２および音響管１０４に導かれ、音響管１０４の放音側開口部１０５より外部に放射される。この場合、音波は、音響管１０２および音響管１０４により構成される合成音響管１０６の共鳴周波数で共鳴し、増大される。

なお、音響管１０２は、スピーカ１０１の背面ではなく、当該スピーカ１０１の前面に取り付けられるようにしてもよい。

図１に示すスピーカ装置１００Ａにおいては、上述したように音響管１０４の断面積が音響管１０２の断面積より小さくされることで、合成音響管１０６の基本共鳴周波数は、断面積が均一で長さが合成音響管１０６の長さと等しい音響管の基本共鳴周波数より低くなる。

ここで、合成音響管１０６の共鳴周波数を求めてみる。
まず、図２（ａ）に示すように、片端開放の半径ａ、長さｘ_１なる音響管１０２と、両端開放の半径ｂ、長さＬ−ｘ_１の音響管１０４を、中心軸が一直線となるように接続した場合の、音響インピーダンス密度を求めてみる。なお、図２（ｂ）は、音響管１０２の断面（断面積はＳ１＝πａ^２である）、および音響管１０４の断面（断面積はＳ２＝πｂ^２である）を示している。

音響管１０４の半径ｂは、音波の波長に比べて十分小さいものとする。音響管１０２，１０４の中心軸の方向をｘ方向とするとき、ｘ＝ｘ_１端から音響管１０４の出口（ｘ＝Ｌ）を見た音響インピーダンス密度Ｚ_２(ｘ_１)は、（１）式のようになる。ここで、ρ_０は空気の体積密度、ｃは音速、ｋは波数である。

音響管１０２内のｘ＝ｘ_１の近傍の断面から＋ｘ方向を見た音響インピーダンス密度をＺ_１(ｘ_１)とすると、その断面上の粒子速度ｖ_１(ｘ_１)と音圧Ｐ_１(ｘ_１)との間には、（２）式の関係があり、また、音響管１０４内のｘ＝ｘ_１の断面上では、粒子速度ｖ_２(ｘ_１)と音圧Ｐ_２(ｘ_１)との間には、（３）式の関係がある。
Ｚ_１(ｘ_１)ｖ_１(ｘ_１)＝Ｐ_１(ｘ_１) ・・・（２）
Ｚ_２(ｘ_１)ｖ_２(ｘ_１)＝Ｐ_２(ｘ_１) ・・・（３）

したがって、ｘ＝ｘ_１の近傍の、音波の波長に比較して小さい領域内では、音圧はー様であると考えられるから、（４）式が成り立つ。
Ｐ_１(ｘ_１)＝Ｐ_２(ｘ_１) ・・・（４）

また、ｘ＝ｘ_１の近傍の、音波の波長に比較して小さい領域内では、体積速度が連続であると考えられるから、（５）式が成り立つ。
Ｓ１ｖ_１(ｘ_１)＝Ｓ２ｖ_２(ｘ_１) ・・・（５）

上述の（２）式〜（５）式から、（６）式が得られる。
Ｚ_１(ｘ_１)＝Ｚ_２(ｘ_１)ｖ_２(ｘ_１)／ｖ_１(ｘ_１)＝Ｚ_２(ｘ_１)Ｓ１／Ｓ２・・・（６）

そのため、音響管１０２内から＋ｘ方向を見た音響インピーダンス密度Ｚ_１(ｘ)は、
（７）式のようになる。

したがって、図１において、スピーカ１０１から見た合成音響管１０６の音響管インピーダンス密度Ｚ_１は、（８）式で表される。

図１に示すスピーカ装置１００Ａの音響管１０２，１０４で構成される合成音響管１０６の共鳴周波数は、上述の（８）式に示す音響インピーダンス密度Ｚ_１が０となる周波数である。

なお、図３は、上述の図１２に示す従来の音響管方式のスピーカ装置２００を示している。音響管２０２の長さをＬ、その半径をａとするとき、スピーカ２０１から見た合成音響管２０２の音響管インピーダンス密度Ｚ_１′は、（９）式で表される。

このスピーカ装置２００の音響管２０２の共鳴周波数は、上述の（９）式に示す音響インピーダンス密度Ｚ_１′が０となる周波数である。

図４は、図１に示すスピーカ装置１００Ａ（本発明）および図３に示す従来のスピーカ装置２００（従来）における、音響インピーダンス密度−周波数特性の一例を示している。図４において、実線は、スピーカ装置１００Ａにおいて、音響管１０２の半径ａが０．０２ｍ、その長さｘ_１が０．６ｍ、音響管１０４の半径ｂが０．０１ｍ、その長さＬ−ｘ_１が０．４ｍの場合の計算例である。また、図４において、破線は、スピーカ装置２００において、音響管２０２の半径が０．０２ｍ、その長さＬが１ｍの場合の計算例を示している。

この図４から、図１に示すスピーカ装置１００Ａの合成音響管１０６の基本共鳴周波数は、当該合成音響管１０６と同じ長さを持つ図３に示すスピーカ装置２００の基本共鳴周波数より低くなっていることがわかる。

図１に示すスピーカ装置１００Ａでは、音響管１０２の長さに対して、音響管１０４の長さは所定の比率とされる。このように音響管１０４の長さを規制することで、スピーカ装置１００Ａでは、例えば、合成音響管１０６の、少なくとも、第二共鳴周波数または第三共鳴周波数が、断面積が均一で長さが合成音響管１０６の長さと等しい音響管の対応する共鳴周波数よりも高くされる。

ここで、図１に示すスピーカ装置１００Ａの合成音響管１０６の第二共鳴周波数、第三共鳴周波数が、断面積が均一で長さが合成音響管１０６の長さと等しい、図３に示す従来のスピーカ装置２００の音響管２０２の対応する共鳴周波数よりも高くなる条件について述べる。

音響管開放部分の補正項８ｂ／３πは、基本共鳴周波数（第一共鳴周波数）よりも周波数が高くなることから無視できる。この場合、従来のスピーカ装置２００の音響管２０２の音響インピーダンス密度Ｚ_１′は、（１０）式のようになる。

第二共鳴周波数はｋＬが３π／２になる周波数であり、第三共鳴周波数はｋＬが５π／２になる周波数である。したがって、従来のスピーカ装置２００の音響管２０２においては、第二共鳴周波数は３ｃ／４Ｌとなり、第三共鳴周波数は５ｃ／４Ｌになる。

図１に示すスピーカ装置１００Ａにおいて、第二共鳴周波数、第三共鳴周波数が、従来のスピーカ装置２００の音響管２０２の対応する共鳴周波数よりも高くなるためには、上述の３ｃ／４Ｌ，５ｃ／４Ｌの周波数において、音響インピーダンス密度が０以下であることが必要である。

したがって、第二共鳴周波数に関しては、以下の（１１）式が成り立つことが条件となる。

上述したように音響管１０２の断面積Ｓ１は音響管１０４の断面積Ｓ２より大きいことから、Ｓ１／Ｓ２は１より大きい。また、長さがＬ−ｘ_１である音響管１０４が存在することから、ｘ_１／Ｌは０より大きく１未満である。

（１１）式で左辺が０になる場合について考える。その場合、（１２）式が成立する。

（１２）式を満足するｘ_１／Ｌ，Ｓ１／Ｓ２の値は、Ｓ１／Ｓ２の値に拘わらず、ｘ_１／Ｌ＝１／３，２／３になる。したがって、ｘ_１／Ｌの値が１／３以上２／３以下では（１１）式を満足するので、図１に示すスピーカ装置１００Ａにおいて、第二共鳴周波数が、従来のスピーカ装置２００の音響管２０２の対応する共鳴周波数よりも高くなる条件は、ｘ_１／Ｌの値が１／３以上２／３以下になることである。

図５（ａ）は、ｘ_１／Ｌをｘとし、Ｓ１／Ｓ２をｙとして、上述の第二共鳴周波数に係る条件を満足する領域、つまりｘ_１／Ｌの値が１／３以上２／３以下の領域をハッチングして示したものである。

同様に、第三共鳴周波数に関しては、以下の（１３）式が成り立つことが条件となる。

（１３）式で左辺が０になる場合について考える。その場合、（１４）式が成立する。

（１４）式を満足するｘ_１／Ｌ，Ｓ１／Ｓ２の値は、Ｓ１／Ｓ２の値に拘わらず、ｘ_１／Ｌ＝１／５，２／５，３／５，４／５になる。したがって、ｘ_１／Ｌの値が１／５以上２／５以下、３／５以上４／５以下では（１３）式を満足するので、図１に示すスピーカ装置１００Ａにおいて、第三共鳴周波数が、従来のスピーカ装置２００の音響管２０２の対応する共鳴周波数よりも高くなる条件は、ｘ_１／Ｌの値が１／５以上２／５以下、３／５以上４／５以下になることである。

図５（ｂ）は、ｘ_１／Ｌをｘとし、Ｓ１／Ｓ２をｙとして、上述の第三共鳴周波数に係る条件を満足する領域、つまりｘ_１／Ｌの値が１／５以上２／５以下、３／５以上４／５以下の領域をハッチングして示したものである。

上述した条件から、図１に示すスピーカ装置１００Ａでは、ｘ_１／Ｌの値が１／３以上２／３以下となるように音響管１０４の長さが規制されることで、合成音響管１０６の第二共鳴周波数が、断面積が均一で長さが合成音響管１０６の長さと等しい音響管の対応する共鳴周波数よりも高くされる。また、図１に示すスピーカ装置１００Ａでは、ｘ_１／Ｌの値が１／５以上２／５以下、３／５以上４／５以下となるように音響管１０４の長さが規制されることで、合成音響管１０６の第三共鳴周波数が、断面積が均一で長さが合成音響管１０６の長さと等しい音響管の対応する共鳴周波数よりも高くされる。

さらに、図１に示すスピーカ装置１００Ａでは、ｘ_１／Ｌの値が１／３以上２／５以下、３／５以上２／３以下となるように音響管１０４の長さが規制されることで、合成音響管１０６の第二共鳴周波数、第三共鳴周波数の双方が、断面積が均一で長さが合成音響管１０６の長さと等しい音響管の対応する共鳴周波数よりも高くされる。

なお、図１に示すスピーカ装置１００Ａでは、上述したように、合成音響管１０６の基本共鳴周波数が、断面積が均一で長さが合成音響管１０６の長さと等しい音響管の基本共鳴周波数より低くされると共に、また、合成音響管１０６の第二共鳴周波数、第三共鳴周波数が、断面積が均一で長さが合成音響管１０６の長さと等しい音響管の対応する共鳴周波数よりも高くされることで、結果として、合成音響管１０６の高次の共鳴周波数は当該合成音響管１０６の基本共鳴周波数の整数倍の周波数からずれるようにされる。

ここで、具体的な実施例について、各共鳴周波数を計算してみる。

図１に示すスピーカ装置１００Ａにおいて、音響管１０２の半径ａを０．０２ｍ、その長さｘ_１を０．６ｍ、音響管１０４の半径ｂを０．０１ｍ、その長さＬ−ｘ_１を０．４ｍとする。この場合、基本共鳴周波数は５０．４Ｈｚ、第二共鳴周波数は２７１．７Ｈｚ、第三共鳴周波数は４１８．５Ｈｚになった（図４実線参照）。

これに対して、図３に示す従来のスピーカ装置２００において、音響管２０２の半径を０．０２ｍ、その長さＬを１ｍとした場合、基本共鳴周波数は８３．５８Ｈｚ、第二共鳴周波数は２５０．７４Ｈｚ、第三共鳴周波数は４１７．９Ｈｚであった（図４破線参照）。

この実施例においては、合成音響管１０６の基本共鳴周波数は、断面積が均一で長さが合成音響管１０６の長さと等しい音響管の基本共鳴周波数より低くなる。また、合成音響管１０６の第二共鳴周波数、第三共鳴周波数は、断面積が均一で長さが合成音響管１０６の長さと等しい音響管の対応する共鳴周波数よりも高くなる。さらに、合成音響管１０６の高次の共鳴周波数は、当該合成音響管１０６の基本共鳴周波数の整数倍の周波数からずれたものとなる。

上述したように、図１に示すスピーカ装置１００Ａにおいては、音響管１０４の断面積Ｓ１が音響管１０２の断面積Ｓ２より小さくされることで、合成音響管１０６の基本共鳴周波数は、断面積が均一で長さが合成音響管１０６の長さと等しい音響管の基本共鳴周波数より低くなる。したがって、図１に示すスピーカ装置１００Ａによれば、合成音響管１０６の長さが断面積が均一な従来の音響管の長さと同じであっても、基本共鳴周波数（低域再生限界周波数）を、より低い周波数まで伸ばすことができる。

また、図１に示すスピーカ装置１００Ａにおいては、音響管１０２の長さに対して音響管１０４の長さは所定の比率とされ、音響管１０４の長さが規制されることで、合成音響管１０６の、少なくとも、第二共鳴周波数または第三共鳴周波数が、断面積が均一で長さが合成音響管１０６の長さと等しい音響管の対応する共鳴周波数よりも高くなる。したがって、図１に示すスピーカ装置１００Ａによれば、例えば、基本共鳴周波数と第二共鳴周波数との周波数間隔が大きくなり、スピーカ１０１に入力される音声信号に含まれる第二共鳴周波数の成分を減衰あるいは取り除く処理を行っても、音声再生周波数帯域は従来のように狭くはならない。

また、図１に示すスピーカ装置１００Ａにおいては、合成音響管１０６の基本共鳴周波数が、断面積が均一で長さが合成音響管１０６の長さと等しい音響管の基本共鳴周波数より低くされると共に、また、合成音響管１０６の第二共鳴周波数、第三共鳴周波数が、断面積が均一で長さが合成音響管１０６の長さと等しい音響管の対応する共鳴周波数よりも高くされることで、結果として、合成音響管１０６の高次の共鳴周波数は当該合成音響管１０６の基本共鳴周波数の整数倍の周波数からずれたものとなる。したがって、図１に示すスピーカ装置１００Ａによれば、基本共鳴周波数と等しい音声信号がスピーカ１０１に入力された場合、この音声信号に高次の歪み信号が含まれていても、当該高次の歪み信号の周波数では共鳴が生ぜず、高次の歪みの大きな音声は出力されない。

次に、この発明の他の実施の形態について説明する。図６は、他の実施の形態としてのスピーカ装置１００Ｂの構成例を示している。この図６において、図１と対応する部分には同一符号を付して示している。

スピーカ装置１００Ｂは、図示のように、スピーカ（スピーカユニット）１０１と、音響管１０２Ｂと、この音響管１０２Ｂの放音側開口部１０３に取り付けられた音響管１０４により構成されている。音響管１０２Ｂは第１の音響管を構成し、音響管１０４は第２の音響管を構成している。音響管１０２Ｂの放音側開口部１０３を一端側とするとき、この音響管１０２Ｂの他端側は閉じられている。また、音響管１０２Ｂの側面には開口部１１１が形成されており、音響管１０２Ｂの当該開口部１１１に対応した位置にスピーカ１０１が取り付けられている。

図６に示すスピーカ装置１００Ｂにおいて、スピーカ１０１の背面から出た音波は、音響管１０２Ｂおよび音響管１０４に導かれ、音響管１０４の放音側開口部１０５より外部に放射される。この場合、音波は、音響管１０２Ｂおよび音響管１０４により構成される合成音響管１０６の共鳴周波数で共鳴し、増大される。

音響管１０４の断面積は、音響管１０２Ｂの断面積より小さくされている。音響管１０２Ｂと音響管１０４との接続部分は、音響管１０２の断面積から音響管１０４の断面積に不連続に変わっている。このように音響管１０４の断面積が音響管１０２Ｂの断面積より小さくされることで、スピーカ装置１００Ｂにおいては、上述の図１に示すスピーカ装置１００Ａと同様に、合成音響管１０６の基本共鳴周波数が、断面積が均一で長さが合成音響管１０６の長さと等しい音響管の基本共鳴周波数より低くされている。

また、音響管１０２Ｂの長さｘ_１に対して、音響管１０４の長さＬ−ｘ_１は、上述の図１に示すスピーカ装置１００Ａと同様に、所定の比率とされる。このように音響管１０４の長さが規制されることで、スピーカ装置１００Ｂにおいては、上述の図１に示すスピーカ装置１００Ａと同様に、例えば、合成音響管１０６の、少なくとも、第二共鳴周波数または第三共鳴周波数が、断面積が均一で長さが合成音響管１０６の長さと等しい音響管の対応する共鳴周波数よりも高くされ、また、例えば、合成音響管１０６の高次の共鳴周波数が当該合成音響管１０６の基本共鳴周波数の整数倍の周波数からずれたものとされている。

図６に示すスピーカ装置１００Ｂによれば、図１に示すスピーカ装置１００Ａと同様の作用効果を得ることができる。また、この図６に示すスピーカ装置１００Ｂによれば、スピーカ１０１を音響管１０２Ｂの側面に取り付けるものであり、スピーカ１０１の取り付け位置の自由度を増すことができる。

次に、この発明のさらに他の実施の形態について説明する。図７は、他の実施の形態としてのスピーカ装置１００Ｂの構成例を示している。この図７において、図１と対応する部分には同一符号を付して示している。

スピーカ装置１００Ｃは、図示のように、スピーカ（スピーカユニット）１０１と、このスピーカ１０１の背面に取り付けられた音響管１０２と、この音響管１０２の放音側開口部１０３に取り付けられた音響管１０４により構成されている。音響管１０２は第１の音響管を構成し、音響管１０４は第２の音響管を構成している。音響管１０４は、音響管１０２の内部に挿入された状態とされている。

この場合、音響管１０４の放音側開口部１０５を一端側とするとき、当該音響管１０４の他端側の部分が、音響管１０２の放音側開口部１０３となる。そして、この場合、音響管１０４は、音響管１０２の当該放音側開口部１０３に取り付けられているものと解釈できる。

図７に示すスピーカ装置１００Ｃにおいて、スピーカ１０１の背面から出た音波は、音響管１０２および音響管１０４に導かれ、音響管１０４の放音側開口部１０５より外部に放射される。この場合、音波は、音響管１０２および音響管１０４により構成される合成音響管１０６の共鳴周波数で共鳴し、増大される。

図８（ａ）は、音響管１０２と音響管１０４との位置関係を示している。音響管１０４は、音響管１０２と中心軸が一致した状態で、当該音響管１０２の内部に挿入された状態にある。ここで、音響管１０４の断面積Ｓ２は、音響管１０２の断面積Ｓ１より小さくされている。図８（ｂ）は、音響管１０２の断面積Ｓ１と、音響管１０４の断面積Ｓ２とを示している。音響管１０２の断面積Ｓ１は、中心部の音響管１０４の断面積Ｓ２を除く、ドーナツ状の部分となる。このように音響管１０４の断面積Ｓ２が音響管１０２の断面積Ｓ１より小さくされることで、スピーカ装置１００Ｃにおいては、上述の図１に示すスピーカ装置１００Ａと同様に、合成音響管１０６の基本共鳴周波数が、断面積が均一で長さが合成音響管１０６の長さと等しい音響管の基本共鳴周波数より低くされている。

また、音響管１０２の長さｘ_１に対して、音響管１０４の長さＬ−ｘ_１は、上述の図１に示すスピーカ装置１００Ａと同様に、所定の比率とされる。このように音響管１０４の長さが規制されることで、スピーカ装置１００Ｃにおいては、上述の図１に示すスピーカ装置１００Ａと同様に、例えば、合成音響管１０６の、少なくとも、第二共鳴周波数または第三共鳴周波数が、断面積が均一で長さが合成音響管１０６の長さと等しい音響管の対応する共鳴周波数よりも高くされ、また、例えば、合成音響管１０６の高次の共鳴周波数が当該合成音響管１０６の基本共鳴周波数の整数倍の周波数からずれたものとされている。

図７に示すスピーカ装置１００Ｃによれば、図１に示すスピーカ装置１００Ａと同様の作用効果を得ることができる。また、この図７に示すスピーカ装置１００Ｃによれば、音響管１０４が音響管１０２の内部に挿入されているので、合成音響管１０６の物理的な長さを短くでき、スピーカ装置の小型化を図ることができる。

なお、図７に示すスピーカ装置１００Ｃは、音響管１０４の全部が音響管１０２の内部に挿入されたものを示したが、図９に示すように、音響管１０４の一部が音響管１０２の内部に挿入されたスピーカ装置１００Ｄも考えられる。この図９に示すスピーカ装置１００Ｄにおいても、音響管１０２の断面積と音響管１０４の断面積との関係、および音響管１０２の長さと音響管１０４の長さとの関係が、図７に示すスピーカ装置１００Ｃと同様とされることで、当該スピーカ装置１００Ｃと同様に動作し、同様の効果を得ることができる。

また、上述の図１に示すスピーカ装置１００Ａにおいては、音響管１０２と音響管１０４との接続部分を、音響管１０２の断面積から音響管１０４の断面積に不連続に急峻に変化させている。これに対して、図１０（ａ）に示すように、音響管１０２と音響管１０４との接続部分を、音響管１０２の断面積から音響管１０４の断面積に、不連続部分と連続部分を組み合わせて徐々に変化させるようにしてもよい。ここで、不連続部分とは、接線の傾きが不連続となる部分をいっている。また、図１０（ｂ）に示すように、音響管１０２と音響管１０４との接続部分を、音響管１０２の断面積から音響管１０４の断面積に連続的になだらかに変化させるようにしてもよい。

また、図１に示すスピーカ装置１００Ａにおいては、音響管１０２の放音側開口部１０３に取り付けられる音響管１０４の本数は１本であるが、当該音響管１０４を２本以上設けることも考えられる。図１１（ａ）は、音響管１０４を２本設けた状態を示している。このように音響管１０４を２本以上設けるものは、単に１本の音響管１０４を複数本に分割したものと等価であり、総断面積と等しい１本の音響管１０４を持つものと、効果的には同じと考えられる。

また、図１に示すスピーカ装置１００Ａにおいては、音響管１０２の放音側開口部１０３に音響管１０４が取り付けられた２段構成のものを示したが、３段以上の構成も考えられる。図１１（ｂ）は、音響管１０４の放音側開口部１０５に、さらに音響管１０４′を取り付けた状態を示している。このように３段以上の複雑な構成にするものにあっても、効果的には２段階の構成のものと同じと考えられる。

この発明は、高次の共鳴周波数による不都合がなく、短い音響管長さで低音域の再生を良好に行い得るものであり、低音あるいは重低音の帯域を再生するスピーカ装置等に適用できる。

実施の形態としての音響管方式のスピーカ装置１００Ａの構成を示す断面図である。スピーカ装置１００Ａにおける合成音響管の共鳴周波数等を説明するために使用する図である。従来の音響管方式のスピーカ装置２００の構成を示す断面図である。スピーカ装置１００Ａおよびスピーカ装置２００の音響インピーダンス密度−周波数特性例を比較して示す図である。スピーカ装置１００Ａの合成音響管の第二共鳴周波数、第三共鳴周波数が、従来のスピーカ装置２００の音響管の対応する共鳴周波数よりも高くなる条件を満足する、ｘ＝ｘ_１／Ｌ、ｙ＝Ｓ１／Ｓ２の領域を示す図である。他の実施の形態としての音響管方式のスピーカ装置１００Ｂの構成を示す断面図である。他の実施の形態としての音響管方式のスピーカ装置１００Ｃの構成を示す断面図である。スピーカ装置１００Ｃの第１、第２の音響管の位置関係、断面積等を説明するための図である。他の実施の形態としての音響管方式のスピーカ装置１００Ｄの構成を示す断面図である。スピーカ装置１００Ａに対する、第１、第２の音響管の接続部分の他の例を示す図である。スピーカ装置１００Ａに対する変形例を示す図である。従来の音響管方式のスピーカ装置２００を説明するための斜視図および断面図である。

符号の説明

１００Ａ〜１００Ｄ・・・音響管方式のスピーカ装置、１０１・・・スピーカ、１０２，１０２Ｂ，１０４，１０４′・・・音響管、１０３，１０５・・・放音側開口部、１０６・・・合成音響管、１１１・・・開口部

Claims

スピーカと、
上記スピーカの前面または背面に取り付けられ、第１の断面積を有する第１の音響管と、
上記第１の音響管の放音側開口部に取り付けられ、上記第１の断面積より小さな第２の断面積を有し、上記第１の音響管の長さに対して所定の比率の長さを持つ第２の音響管と
を備えることを特徴とするスピーカ装置。
上記第１の音響管および上記第２の音響管により構成される合成音響管の第二共鳴周波数が、断面積が均一で長さが上記合成音響管の長さと等しい音響管の第二共鳴周波数よりも高い
ことを特徴とする請求項１に記載のスピーカ装置。
上記第１の音響管および上記第２の音響管により構成される合成音響管の第三共鳴周波数が、断面積が均一で長さが上記合成音響管の長さと等しい音響管の第三共鳴周波数よりも高い
ことを特徴とする請求項１に記載のスピーカ装置。
上記第１の音響管および上記第２の音響管により構成される合成音響管の第二共鳴周波数が、断面積が均一で長さが上記合成音響管の長さと等しい音響管の第二共鳴周波数よりも高く、
上記合成音響管の第三共鳴周波数が、断面積が均一で長さが上記合成音響管の長さと等しい音響管の第三共鳴周波数よりも高い
ことを特徴とする請求項１に記載のスピーカ装置。
上記第１の音響管の長さをｘ_１とし、上記第１の音響管および上記第２の音響管により構成される合成音響管の長さをＬとし、上記第１の断面積をＳ１とし、上記第２の断面積をＳ２とするとき、
の式を満たす
ことを特徴する請求項１に記載のスピーカ装置。
上記第１の音響管の長さをｘ_１とし、上記第１の音響管および上記第２の音響管により構成される合成音響管の長さをＬとし、上記第１の断面積をＳ１とし、上記第２の断面積をＳ２とするとき、
の式を満たす
ことを特徴とする請求項１に記載のスピーカ装置。
上記第１の音響管の長さをｘ_１とし、上記第１の音響管および上記第２の音響管により構成される合成音響管の長さをＬとし、上記第１の断面積をＳ１とし、上記第２の断面積をＳ２とするとき、
の式、および、
の式を満たす
ことを特徴とする請求項１に記載のスピーカ装置。
上記第１の音響管および上記第２の音響管により構成される合成音響管の高次の共鳴周波数が、上記合成音響管の基本共鳴周波数の整数倍の周波数からずれている
ことを特徴とする請求項１に記載のスピーカ装置。
上記第１の音響管および上記第２の音響管の接続部分は、上記第１の音響管の断面積から上記第２の音響管の断面積に不連続に変化している
ことを特徴とする請求項１に記載のスピーカ装置。
上記第１の音響管および上記第２の音響管の接続部分は、上記第１の音響管の断面積から上記第２の音響管の断面積に連続的に変化している
ことを特徴とする請求項１に記載のスピーカ装置。
上記第１の音響管の上記放音側開口部を一端側とするとき、上記第１の音響管の他端側は閉じられており、
上記スピーカは、上記第１の音響管の側面に取り付けられている
ことを特徴とする請求項１に記載のスピーカ装置。
上記第２の音響管の一部または全部は、上記第１の音響管の内部に挿入されている
ことを特徴とする請求項１に記載のスピーカ装置。
スピーカと、
上記スピーカの前面または背面に取り付けられ、第１の断面積を有する第１の音響管と、
上記第１の音響管の放音側開口部に取り付けられ、上記第１の断面積より小さな第２の断面積を有する第２の音響管とからなるスピーカ装置における音響管の長さ設定方法であって、
上記第１の音響管の長さをｘ_１とし、上記第１の音響管および上記第２の音響管により構成される合成音響管の長さをＬとし、上記第１の断面積をＳ１とし、上記第２の断面積をＳ２とするとき、上記第１の音響管および上記第２の音響管の長さを、少なくとも、
の式、または、
の式を満たすように設定する
ことを特徴とする音響管の長さ設定方法。