JP2010509827A - ラウドスピーカシステム - Google Patents

Abstract

音を再生することができる現代の装置に適合する１／４レフλラウドスピーカシステム１。システムは、スピーカ３と、スピーカを収容するキャビネット５と、レフポート７と、キャビネットの外部に位置する四分の一波長共鳴管９とを備える。キャビネットは、レフポートと連通している第１の孔１１ａを有し、且つスピーカのスピーカ前面３ａがキャビネットの第２の孔１１ｂ内に設けられ、当該第２の孔は四分の一波長共鳴管と連通している。
【選択図】図１

Description

本発明は、スピーカ前面を有するスピーカと、スピーカを収容するキャビネットと、レフポートと、四分の一波長共鳴管とを備えるラウドスピーカシステムに関する。本発明はまた、このような四分の一波長ラウドスピーカシステムを備える装置に関する。

特許文献１は、前面と対向する背面とを有するエンクロージャを備えるラウドスピーカシステムであって、スピーカと、中空部材によって形成される四分の一波長共鳴器と、バスレフポートとがエンクロージャ内に配置される、ラウドスピーカシステムを開示している。中空部材はスピーカからエンクロージャの前面まで延びる。レフポートはエンクロージャの背面から内方に延びる。

バスレフ方式スピーカユニットがよく知られている。バスレフ方式スピーカユニットは、ダイヤフラムを備えるラウドスピーカを収納するラウドスピーカエンクロージャを有する。エンクロージャはダイヤフラムの後側から出る音を利用し、通常の閉じたボックスのラウンドスピーカよりも低い周波数範囲における効率を高める。より気密であるか又はより気密でない閉じたボックスのラウドスピーカとは対照的に、バスレフ方式スピーカユニットは、エンクロージャ内へ延びると共に、例えば円形断面又は矩形断面のオルガンのパイプのようなものによって形成されているポートを有する。バスレフ方式スピーカユニットの既知の利点は、より小さいボックス内でより多くの低音拡張を行うことができることである。音響学では、可聴スペクトルの特定の周波数帯域を向上させる四分の一波長共鳴管もよく知られている。四分の一波長共鳴管の一端には、共鳴管内で共鳴を起こすようにラウドスピーカが位置しており、他端は或る特定の音圧を有する音用の開いた出口である。

特許文献１において開示されているラウドスピーカシステムでは、バスレフシステムがより低い同調周波数に同調され、四分の一波長共鳴器がより高い同調周波数に同調される。

既知のラウドスピーカの不利点は、一方で所望の反射量を提供すると共に他方で四分の一波長共鳴器を収容するために、容積の大きいエンクロージャが必要であることである。

米国特許第５３１３５２５号明細書

本発明の目的は、始めの段落で記載した類の四分の一波長ラウドスピーカシステムであって、十分な周波数応答を提供すると共に、現代のオーディオ、ビデオ及び／若しくはデータ記録用途並びに／又は再生用途、並びに現代の自動車用途への適用に特に適している、四分の一波長ラウドスピーカシステムを提供することである。

この目的は、本発明によるラウドスピーカシステムによって達成され、当該システムは、スピーカ前面を有するスピーカと、スピーカを収容するキャビネットと、レフポートと、キャビネットの外部に位置する四分の一波長共鳴管とを備え、キャビネットは、レフポートと連通している第１の孔を有し、且つスピーカ前面はキャビネットの第２の孔内に設けられ、当該第２の孔は四分の一波長共鳴管と連通している。

四分の一波長共鳴管がキャビネットの外部に位置することによって、キャビネット自体が、比較的小さい寸法から成ることができる。これによって、本発明によるラウドスピーカシステムが、レフキャビネットを取り付ける余地が少ししかないが共鳴管を収容するのに十分な空間、特に長さがある場合での用途で使用される際に非常に魅力的になる。このような用途は例えば、平坦なＬＣＤ又はプラズマテレビセット又はモニタ、及び車室である。四分の一波長共鳴管は、円形断面又は矩形断面等の任意の適した断面形状を有することができる。使用の際、レフポートがキャビネットの内部の空気と共鳴する。なお、キャビネットとレフポートとの組合せが共鳴する周波数は、レフポートの断面積及び長さ、並びにキャビネットの内部の空気量によって決まる。本発明によるシステムにおけるレフポートの機能は、有用な帯域幅を拡張するために、音放射を、１／４λ共鳴を上回る周波数範囲において向上させるというものである。使用の際に、定常波が四分の一波長共鳴管において発生し、当該定常波の波長は管の長さの４倍に相当する。管の、スピーカ付近に、より詳細にはスピーカ前面付近に位置する端では、音圧が最大であると共に空気速度が最小であり、他端では、音圧が最小であると共に空気速度が最大である。レフポートの存在によって発生する音圧が、四分の一波長共鳴管の存在による音圧に加わる。

本発明によるラウドスピーカシステムの非常に好ましい実施の形態は、レフポートがアッパーバス又はミッドレンジレフシステム周波数ｆ１に同調され、四分の一波長共鳴管が共鳴周波数ｆ２に同調される（ｆ２＜ｆ１）ことを特徴とする。共鳴周波数ｆ２とレフシステム周波数ｆ１とのこの比は、多くの装置の場合に約２００Ｈｚである少なくともクロスオーバ周波数まで、広い周波数範囲にわたって実質的に平坦な周波数応答を得るのに非常に好適であることを証明している。

実用的な実施の形態では、レフシステム周波数ｆ１は、共鳴周波数ｆ２の実質的に２倍である。この特定の状況下で、音圧ゲインは、閉じたスピーカボックスに接続されている四分の一波長共鳴器を有するシステムと比較して約１０ｄＢであり得る。別の利点はスピーカに関する。通常、スピーカは、電磁式駆動体によって作動される移動可能な円錐体を有するスピーカである。バスレフシステムでは、円錐体のエクスカージョンは、このようなシステムのバスレフポートの同調周波数で最小となることが元より既知である。本発明によるレフシステムの上記実施の形態では、周波数ｆ１は、多くの装置の場合に約１５０Ｈｚである二分の一波長周波数で円錐体のエクスカージョンの減少に貢献する。

本発明によるラウドスピーカシステムの好ましい実施の形態は、スピーカ前面が表面Ｓ１を有し、四分の一波長共鳴管が少なくともその長さのうちの少なくともより長い部分にわたって断面Ｓ２を有する（Ｓ２＜Ｓ１）ことを特徴とする。この寸法の結果、スピーカと共鳴管との間の音響変化が常に１より大きくなる。これは、共鳴管の空気負荷により、１／４λ共鳴を下回る周波数でスピーカの駆動体質量に、上記断面の比の２乗に等しい係数が加わり、それによって、駆動体にかかる空気負荷が増加することで共鳴が最小にされ、したがって、共鳴器共鳴を下回って、さらに小さくなることを意味する。この係数の実用値は約２である。

本発明によるラウドスピーカシステムの好ましい実施の形態は、レフポートがキャビネットの外部に位置することを特徴する。この特徴は、スピーカ、特にその駆動体によって発生する熱を分散するのに貢献する。

本発明によるラウドスピーカシステムと、その好ましい実施の形態は、請求項１〜５に規定される。本発明による装置は、請求項６及び７のいずれか一項に規定される。好ましくは、ラウドスピーカシステムは、装置の構造部に少なくとも部分的に一体化され、例えば、ラウドスピーカが自動車の車室構造に一体化される。

特許請求の範囲を参照するに当たり、特許請求の範囲で言及される特徴の全ての可能な組合せは本発明の一部をなすことに留意されたい。

本発明のこれらの態様及び他の態様は後述する例から明らかであり、当該態様を当該例を参照して明瞭にする。

本発明によるラウドスピーカシステムの実施形態の概略図である。 本発明によるラウドスピーカシステムでの使用に適したラウドスピーカの概略断面図である。 図１に示す実施形態の音圧レベル（ＳＰＬ）対周波数（ｆ）をプロットしたグラフである。 図１に示す実施形態の電気インピーダンス（Ｚ）対周波数（ｆ）をプロットしたグラフである。 図１に示す実施形態の音圧レベル（ＳＰＬ）対周波数（ｆ）を、１／４λ共鳴器に接続されている閉じたスピーカボックスを有する既知のラウドスピーカシステムの音圧レベル（ＳＰＬ）対周波数（ｆ）と比較してプロットしたグラフである。 図１に示す実施形態の電気インピーダンス（Ｚ）対周波数（ｆ）を、１／４λ共鳴器に接続されている閉じたスピーカボックスを有する既知のラウドスピーカシステムの電気インピーダンス（Ｚ）対周波数（ｆ）と比較してプロットしたグラフである。

次に図１を参照すると、本発明の好ましい実施形態に従って組み立てられたラウドスピーカシステム１の概略図を見ることができる。ラウドスピーカシステム１は、スピーカ前面３ａを有するラウドスピーカ３を収容するキャビネット５を備える。例えばプラスチックから成るキャビネット５は、第１の孔１１ａと、第２の孔１１ｂとを有する。システム１は、レフポート７と、四分の一波長共鳴管９とをさらに備え、これらは両方ともキャビネット５に固定され、この例では両方ともキャビネット５の外部に位置している。レフポート７は、第１の孔１１ａ内に設けられ、孔１１ａ付近に配置されている第１の開いたポート端７ａと、キャビネット５の外部に位置している第２の開いたポート端７ｂとを有する。所望であれば、第１の開いたポート端をキャビネットの内部に位置していてもよい。

スピーカ３は、スピーカ前面３ａが第２の孔１１ｂ内に位置するように配置される。四分の一波長共鳴管９は、その開いた側のうちの一方に、第２の孔１１ｂ付近にスピーカ前面３ａに対向して配置される第１の管端９ａを有すると共に、他方の開いた側に第２の管端９ｂを有する。

この実施形態では、共鳴管９は１．１２メートルの長さＬを有し、これは、四分の一波長（１／４λ）である７６Ｈｚに相当する。

レフポート７はレフシステム周波数ｆ１に同調され、四分の一波長共鳴管９は共鳴周波数ｆ２に同調される。この場合、レフシステム周波数は二分の一波長周波数に近く、この例では約１５０Ｈｚであり、したがって、ｆ１はｆ２の約２倍である。

スピーカ前面３ａは表面Ｓ１を有し、四分の一波長共鳴管９は少なくとも概ねその全長にわたって断面Ｓ２を有する（Ｓ２＜Ｓ１）。共鳴管９は、原則的に全ての種類の断面を有し得る。この例では、管９は丸い断面を有する。

ラウドスピーカシステム１は、参照符号１００によって概略的に示される装置の一部とすることができ、エンクロージャ及び／又は共鳴管９は、装置の構造部１０１に取り付けられてもよく、又は一体化されてもよい。このような装置は、オーディオ及び／若しくはビデオ及び／若しくはデータ記録並びに／又は再生装置、又は自動車用装置とすることができる。

図２は、図１に示す実施形態のラウドスピーカ３として使用することができるラウドスピーカ２０３を示す。ラウドスピーカ２０３は、ラウドスピーカ２０３をキャビネット２０５内に取り付ける取り付け要素２０４を備えるシャーシ２２１を有する。ラウドスピーカ２０３は、音を放射するためにシャーシ２２１に対してエクスカージョン方向２０６に可動であるダイヤフラム２１０を備える。ダイヤフラム２１０は、可撓性サスペンション２１１を介して取り付け要素２０４に接続される。ラウドスピーカ２０３は、シャーシ２２１のフレーム２２３に固定される磁石系２２０を有する駆動体と、空隙２２７を通じて磁石系２２０と協働するボイスコイル２１５とをさらに備える。ボイスコイルは、ダイヤフラム２１０に固定され、センタリング体２１３によってセンタリングされる。コイル２１５に電流を流すことによって、動的な力がダイヤフラム２１０に加わり、その結果、ダイヤフラム２１０が方向２０６のうちの一方向へ移動する。

図３は、図１の実施形態の音圧レベル（ＳＰＬ）対周波数（ｆ）をプロットしたグラフを示す。音圧レベルは、基準音源に対する特定の音源の圧力の対数的な測定値である。これは通常、デシベルで測定される。図１に示す例の音圧レベルは、グラフに示すように、１００Ｈｚ前後のかなり広い範囲において実質的に一定のままである。さらに、図５に示すグラフから引き出され得るように、音圧レベルは上記範囲において、レフポートを有しない１／４λ共鳴システムより高い。図５では、閉じたスピーカボックス、すなわちレフポートを有しないキャビネットと協働する１／４λ共鳴器を有する既知のラウドスピーカシステムの音圧レベル（ＳＰＬ）対周波数（ｆ）をプロットしたグラフが点線によって示されている。本発明によるシステムによって得ることができる音圧ゲインは、音圧がレフポートによって発生し、本発明によるシステムに適用される四分の一波長管によって発生する音圧に加わる結果である。上記ゲインは約１０ｄＢであり得る。さらに、ラウドスピーカによって発生する熱が、空気流がポートを通ること、及びこのポートがエンクロージャの外部に位置していることの両方に起因して効率的に分散されるため、本発明によるシステムの電力処理能力を高めることができる。

図４は、図１の実施形態の駆動体の電気インピーダンス（Ｚ）対周波数（ｆ）をプロットしたグラフを示す。駆動体は、図２に示すラウドスピーカの実施形態に関する記載において参照した駆動体とすることができる。グラフに示すように、２００Ｈｚを下回る周波数範囲で考えると、１／４λ共鳴は約７６Ｈｚであり、レフ共鳴は約１５０Ｈｚである。比較のために、図６は、１／４λ共鳴器に接続されている閉じたスピーカボックスを有する既知のラウドスピーカシステムの電気インピーダンス（Ｚ）対周波数（ｆ）を点線でプロットしたグラフを示す。駆動体は、図２に示すラウドスピーカの実施形態に関する記載において参照したような類の駆動体とすることができる。

本発明を図面及び以上の記載において詳細に図示及び説明したが、図示及び説明は例示又は例であり、限定的ではないと見なされるべきである。本発明は、開示された実施形態に限定されず、例えば、曲線状の共鳴管の代わりに直線状の共鳴管を適用することが可能である。開示された実施形態に対する他の変形形態が、図面、明細書及び特許請求の範囲を検討することで、クレームされる本発明を実施する当業者によって理解及び達成されることができる。特許請求の範囲及び明細書において、単語「備える（含む、有する）」は他の要素を除外せず、且つ不定冠詞「a」又は「an」は複数を除外しない。特許請求の範囲における任意の参照符号は、当該範囲を限定するものとして解釈されるべきでない。

Claims (8)

1. ラウドスピーカシステム（１）であって、
   スピーカ前面（３ａ）を有するスピーカ（３）と、
   前記スピーカを収容するキャビネット（５）と、
   レフポート（７）と、
   前記キャビネットの外部に位置する四分の一波長共鳴管（９）と、
   を備え、
   前記キャビネットは、前記レフポートと連通している第１の孔（１１ａ）を有し、且つ前記スピーカ前面は前記キャビネットの第２の孔（１１ｂ）内に設けられ、該第２の孔は前記四分の一波長共鳴管と連通している、ラウドスピーカシステム。
2. 前記レフポートはレフシステム周波数ｆ１に同調され、前記四分の一波長共鳴管は共鳴周波数ｆ２に同調される（ｆ２＜ｆ１）、請求項１に記載のラウドスピーカシステム。
3. 前記レフシステム周波数ｆ１は、前記共鳴周波数ｆ２の実質的に２倍である、請求項２に記載のラウドスピーカシステム。
4. 前記スピーカ前面は表面Ｓ１を有し、前記四分の一波長共鳴管は少なくともその長さのうちのより長い部分にわたって断面Ｓ２を有する（Ｓ２＜Ｓ１）、請求項１〜３のいずれか一項に記載のラウドスピーカシステム。
5. 前記レフポートは前記キャビネットの外部に位置する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のラウドスピーカシステム。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のラウドスピーカシステムを備える、オーディオ及び／若しくはビデオ及び／若しくはデータ記録並びに／又は再生装置。
7. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のラウドスピーカシステムを備える自動車用装置。
8. 前記ラウドスピーカシステムは、前記装置の構造部（１０１）に少なくとも部分的に一体化される、請求項６又は７に記載の装置。

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