JP2013090317A - 音響再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】左右のスピーカの間の筐体内に電子回路や蓄電池を内蔵する一体型の小型スピーカシステムで、パッシブラジエータを用いて強力な低音再生をしようとすると、構造物が振動する。振動を防止するために筐体を重くする必要がある。かまたは、対抗型のパッシブラジエータを必要とし、コストアップにもなり、寸法も大きくなる。
【解決手段】左右のスピーカのそれぞれに、一枚のパッシブラジエータを設け、双方のパッシブラジエータの振動方向を向かい合わせとなるよう、左右対称に配置する。電子回路では低音再生周波数範囲内で、左右の信号が同レベル同位相となるよう、左右の低音信号を合成する。電子回路とスピーカの再生部を含め、低音再生をモノラル化することで左右のパッシブラジエータの振動が対称になり、スピーカシステム全体の機械振動が抑制される。
【選択図】図１

Description

用語の定義

請求項を含む全文を通じ、｛｝内の内容は｛｝外の内容に優先して意味を持つものとする。

スピーカシステムの低音再生性能改善と機械振動の抑制
パッシブラジエータを持つスピーカシステムと低域高域強調用信号処理

近年、スピーカの｛小型化、細型化、薄型化｝に伴って、性能確保のための技術開発や製造方法の開発が盛んである。全体の形状が小さくなると、要求される性能を満足するには多くの難しい課題を解決しなければならない。
小型スピーカの多くは低音再生性能を上げる目的で、パッシブラジエータを有するが、低音再生範囲を広げるほど、パッシブラジエータの質量を増やさなければならない。パッシブラジエータの重量を増やすと、振動による反作用でスピーカ全体の機械振動が激しくなり、問題となる。この振動を抑えるために、パッシブラジエータ２枚を使って、対向型とすることで、パッシブラジエータの振動による反作用を打ち消す。この方法で、低音再生を確保し、スピーカ全体の振動を激減させることができる。しかし、構造が複雑になり小型化にとって大きな制約となり、コストアップも避けられない。

課題を解決するための手段

左右のスピーカのそれぞれに、一枚のパッシブラジエータを設け、双方のパッシブラジエータの振動方向を向かい合わせとなるよう、左右の中心面に対し対称に配置する。電子回路では、低音周波数範囲で左右の位相が同相となるよう、左右の低音を合成する。電子回路とスピーカの再生部を含め、低音再生をモノラル化することで左右のパッシブラジエータの振動が対称になり、左右の振動の反作用は相殺されスピーカシステム全体の機械振動が抑制される。スピーカシステムの機械振動が小さくなることで、スピーカシステムの低音再生性能はさらに向上する。
パッシブラジエータが一枚の場合、低音再生による反作用による振動は、低音再生能力の増大とともに比例して増大する。従って、パッシブラジエータ１枚の場合の小形軽量の低音再生能力には限界がある。一方、左右のスピーカが筐体と一体になっているスピーカシステムでは左右のスピーカの間隔が狭いことから、ステレオ効果が弱い。とりわけ、低音再生のステレオ感はほとんど感じられない。低音は左右が同相同レベルで録音されている楽曲も少なくはないが、レベル、位相、ともに左右同じでない楽曲も少なくはない。一般的に、低音域でも左右の信号は異なっている。従って、パッシブラジエータを左右対称に配置したとしても、楽曲によっては低音再生によって激しい振動が発生する。音響信号レベルで、左右の低音域の信号を同じとすることで、左右各１枚のパッシブレジエータでも筐体の機械振動を大幅に抑制することができる。

［図１］は本案発明の一実施例のスピーカシステム部の原理説明図である。

［図１］（ａ）は音響再生装置の上面図。
［図１］（ｂ）は音響再生装置の正面図。
［図１］（ｃ）は音響再生装置の側面図。

付番中、Ｌは左側の、Ｒは右側のそれぞれを示す。
１Ｌと１Ｒはそれぞれ左側と右側のドライバ、（以下ＬとＲを省略して説明する）
２はパッシブラジエータ、３はエンクロージャ、４はエンクロージャ内の空間、５は左右のエンクロージャを結合する筐体である。
１１はドライバの振動方向、２１はパッシブラジエータの振動方向を示す。

左右のドライバエンクロージャの空間４の空気を伝わってパッシブラジエータに伝達される。パッシブラジエータは低音域において振動するよう通常、重りが設けられる。ドライバとエンクロージャとパッシブラジエータからなる振動系は商品として最良となるよう、与えられた資源を最大限利用するよう設計される。振動系の共振条件はドライバの振幅の最大値が２０Ｈｚから１００Ｈｚの範囲に設計されることが多いが、いずれにせよ、低音再生範囲では｛重りが付けられたパッシブラジエータ｝が大きく振動する。従ってその反作用の機械振動も大きくなる。

図１（ａ）は左右のパッシブラジエータが対称にあって、その振動も対称であることを示す。その振動による加速度は｛左右のエンクロージャを固定する筐体によって結合される｝ことから左右のパッシブラジエータの振動による反作用は相殺される。但し、低音域の周波数成分が同相で同レベルのとき相殺されるのであって、一般的には、低音といえども、左右が完全に同相で同レベルにあるとは限らない。実際、左右の低音は、レベルも位相も異なるのが一般的である。従って、スピーカシステム側で左右のパッシブラジエータを対称にしたからといって，発生する左右の振動を相殺できるわけではない。発生する左右の振動を相殺するには電気信号の段階で、信号に含まれる低音域の信号の｛レベルと位相｝を合わせておかなければならない。

［図２］は本案発明の一実施例の信号処理部の原理説明図である。
本案発明の本質は低音再生域における振動を抑制する手法に関する。一般的に通常の小型スピーカシステムは低音強調と高音強調の双方の信号処理が組み込まれていることから、本案発明の実施例は｛実用的な高音強調における左右分離｝と｛実用的な低音強調における左右共通化｝を考慮したものである。
中高音はステレオ感の再生に必要で重要な成分であるが、低音はさほどステレオ感には影響を及ぼさない。左右一体型の小型スピーカでは、低音のステレオ感よりも低音における再生装置の機械振動の抑制を優先させなければならないケースが多い。

ＳＬｉ ＳＲｏ はそれぞれ、左側と右側の入力信号、
ＳＬｏ ＳＲｏ はそれぞれ、左側と右側の信号処理部出力信号、
Ｌｏｕｔ は左側パワアンプの出力、Ｒｏｕｔ は右側アンプの出力である。
ＡＤＤｂ は左右の入力信号の加算機能、
Ｋｂ は ＡＤＤｂ の出力信号の係数器、
Ｆｂ｛ ｝は左右共通の低音域強調のための高域遮断フィルターで、遮断周波数は５０００ＨＺから１５０００Ｈｚの間の値、

Ｋｔ は左右の入力信号に対する係数器、
Ｆｔ｛ ｝は高音域強調のための低音域遮断フィルターで、遮断周波数は２０Ｈｚから１５０Ｈｚの間。

ＡＤＤＬ は元の左側入力信号に 左側の高音域強調信号と左右共通の低音域強調信号を加算（減算も含む）する。

ＰＡ はパワアンプである。左右それぞれの信号は パワアンプで増幅され、ドライバを駆動する。

図で示すように、左右が合成された信号はＦｂ｛ ｝の高域遮断フィルターを通過して、左右共通で再生される。高域の強調信号は左右独立して再生される。元々の入力信号はそのまま再生される。通常、Ｋｂ と Ｋｔ の値は １０から３０程度であることから、ＳＬｏ または ＳＲｏ に含まれる低音成分は 元々の入力信号の低音成分を無視できる程度に大きい。

［図３］は本案発明の信号処理部の実際の回路例の説明図である。
先頭の付番 Ｒ はエレメントが抵抗器であり、Ｃはコンデンサである。
２番目の付番｛Ｌ、Ｒ｝はそれぞれ左側右側の回路であることを示す。
付番 ｂ は低音強調特性を決める回路のエレメントであることを示す。
付番 ｔ は高音強調特性を決める回路のエレメントであることを示す。

ＳＬｉ ＳＲｏ はそれぞれ、左側と右側の入力信号、
ＳＬｏ ＳＲｏ はそれぞれ、左側と右側の信号処理部の出力信号、
ＰＡ はパワアンプである。左右それぞれの信号は パワアンプで増幅され、ドライバを駆動する。
Ｌｏｕｔ は左側パワアンプの出力、Ｒｏｕｔ は右側アンプの出力である。
ＳＧｉ は入力側の信号グランド、ＳＧｏ は出力側の信号グランドである。
Ｋｂ は 低音強調度合いを決定する係数器で、０から１の間の値、
Ｋｔ は 高音強調度合いを決定する］係数器で、０から１の間の値、
Ｋｅ は増幅器のゲインで、０から１００の間の値である。
Ｋｅ の値は ０から１００の間の値である。

定する。
Ｋｅ という係数は演算増幅器によって得られ、同じ演算増幅器で 加算もできることから、左右の増幅器と加算器は｛極めて低価格の２個一組の演算増幅器｝によって構成することができる。図３は最も簡素な回路で実現できる実用的な回路構成例である。

ＲＬｂ１，ＲＬｂ２，ＣＬｂ１，ＣＬｂ２ からなる回路は２次の高域遮断フィルターを構成する。実際の定数は−６ｄＢの遮断周波数が２０Ｈｚから１５０Ｈｚの間に設計される。
口径が大きく高性能のドライバでは、遮断周波数は低く設計され、超低音を無理なく再生する。口径が小さい低性能のドライバでは、遮断周波数は高く設計され中低音域で低音感を再生するよう設計する。

ＲＬｔ１，ＲＬｔ２，ＣＬｔ１，ＣＬｔ２ からなる回路は２次の低域遮断フィルターを構成する。実際の定数は−６ｄＢの遮断周波数が５０００Ｈｚから１５０００Ｈｚの間に設計される。
高域性能の良いドライバの場合は ＣＬｔ１ は省略されショート、ＲＬｔ１ は省略されオープンとなり、低域遮断フィルターは１次となる。
また、｛高域性能の良いドライバの場合は、遮断周波数は高く｝設計され、｛高域性能が悪いドライバの場合は遮断周波数は低く｝設計される。
実際の応用回路ではＣＬｂ１ の値は ＣＬｔ１ の値の３０倍以上に設計し、同様にＣＬｂ２ の値は ＣＬｔ１ の値の３０倍以上に設計する。従って、高域強調回路すなわち低域遮断回路の特性は ＲＬｔ１ と ＲＬｔ２ の信号グランドに近い側は信号的にグランドとほぼ等しい。従って、ＲＬｔ２の両端信号、すなわち高域強調回路の出力は低域強調回路の信号の上に出力されていることになる。
結果として、増幅器 Ｋｅ の入力は 低域強調信号と高域強調信号が加算された信号となる。３０倍の違いによる誤差は−３０ｄＢとなり、聴感で区別できる範囲ではなく、一般のオーディオ商品では全く問題にならない。
加算器 ＡＤＤＬ では元の入力信号と 増幅器の出力信号を加算する。
３図の実施例は回路が２次であることから、高音強調側は１８０度の位相進みとなり、低音強調出力は１８０度の位相遅れとなる。従って、中音域において強調信号と元の信号の位相が反転していることから、強調信号の位相を反転することで、入力信号と強調信号の中音域における位相を同相とし、加算する。実際の回路では増幅器と加算器は一個の演算増幅器で構成できることから、図３の回路は極めて簡素である。

右側についても左側と同様であるので、説明を省略する。

ここで、左側の低音強調回路である高域遮断フィルターの出力である｛ＲＬｂ２ とＣＬｂ２ の接続点｝は 右側の低音強調回路である高域遮断回路の出力である｛ＲＲｂ２ と ＣＲｂ２ の接続点｝と結ばれているので、左側と右側の低音強調信号はここで平均化され左右共通の低音強調信号となる。

る。

る。
ＰＡ はパワアンプである。左右それぞれの信号は パワアンプで増幅され、ドライバを駆動する。

発明の効果

重いパッシブラジエータを装着した再生装置でも、左右のパッシブラジエータの振動を相殺し、機械振動を小さくできることから、商品全体の重量を大幅に軽くすることができる。

アンプ内蔵で左右のドライバが一体構造である、小型音響再生装置

上記に同じ

より小型で振動の小さいスピーカシステム
音響機器のデザインの自由度を広げる。

本案発明の一実施例のスピーカ側の構造説明図 本案発明の一実施例の信号処理側のブロック図 本案発明の一実施例の実際の回路例

Claims (3)

1. 電気信号を音響振動に変換するスピーカをドライバとし、
   ドライバの振動方向の中心軸をドライバ軸とし、
   ドライバの振動を受けて受動的に振動する膜をパッシブラジエータとし、
   パシブラジエータの振動方向の中心軸をパッシブラジエータ軸とし、
   ドライバの音波放射面とパッシブラジエータの音波放射面とを含む密閉の箱をエンクロージャとし、
   ドライバとパッシブラジエータとエンクロージャからなる音響再生部を左右に配置した再生装置をスピーカシステムとし、
   ドライバを駆動するための電力増幅機能をパワアンプとし、
   音響信号入力とパワアアンプの間にあって音響信号処理を司る機能を信号処理部とし、
   スピーカシステムの左右側面に、｛左右のパッシブラジエータの音響放射面を平行に配置する｝ことを第１の特徴とし、
   左側のエンクロージャと右側のエンクロージャが同一筐体によって固定されていることを第２の特徴とし、
   パッシブラジエータが担う低音再生帯域において、左右信号が同一信号もしくは、
   近似的に同一信号となるよう、信号処理部を構成することを第３の特徴とし、
   パッシブラジエータの低音再生帯域において、パッシブラジエータの振動が互いに逆方向となるよう構成されていることを第４の特徴とし、
   低音再生において、左右のパッシブラジエータの振動が｛互いに反作用の関係にあって打ち消しあう｝ことでエンクロージャの振動を著しく小さくするところの、上記、第１、第２、第３、第４の特徴を有する音響再生装置。
2. 入力音響信号の左側を ＳＬｉ とし、右側を ＳＲｉ とし、
   １次もしくは２次のトレブル強調用低域遮断フィルターを Ｆｔ｛｝ とし、
   Ｆｔ｛｝ の入力信号の係数を Ｋｔ とし、
   

   

   ２次のベース強調用高域遮断フィルターを Ｆｂ｛｝ とし、
   Ｆｂ｛｝ の入力信号の係数を Ｋｂ とし、
   左と右の加算信号を ＳＬｉ＋ＳＲｉ とし、この信号を左右合成信号とし、
   

   

   Ｋｔ と Ｋｂ を −１００倍 から ＋１００倍 の範囲で適度な値に設定するとし、
   

   

   左右のパワアンプのそれぞれの入力に左右の再生信号を入力し、
   左右のパワアンプのぞれぞれの出力でスピーカシステムの左右のドライバを駆動することを第５の特徴とし、
   請求項１の第３の特徴が上記第５の特徴を有するところの、音響再生装置
3. ｛係数器、増幅器、抵抗器、コンデンサ｝からなる左右の信号処理回路において、
   左側の入力音響信号を ＳＬｉ とし、右側の入力音響信号を ＳＲｉ とし、
   第１番目の付番 Ｒ は抵抗器を意味し、
   第１番目の付番 Ｃ はコンデンサを意味し、
   Ｎ を付番記号 ｛１，２｝ とし、
   第２番目の付番 Ｘ を付番記号 ｛Ｌ，Ｒ｝ とし、
   Ｌ は左側系統を意味し、Ｒ は右側系統を意味し、
   Ｙ を付番記号 ｛ｔ，ｂ｝ とし、
   ｔ は高域強調用を意味し、ｂ は低域強調用を意味し、
   Ｋｔ を０から１の間で設定できる係数とし、
   Ｋｂ を０から１の間で設定できる係数とし、
   Ｋｅ を０から１００まで設定できる増幅率とし、
   ８個の抵抗器を ＲＸＹＮ とし、
   ＲＸＹＮ の一方の端子を ＲＸＹＮｐ 他方の端子を ＲＸＹＮｑ とし、
   ８個のコンデンサを ＣＸＹＮ とし、
   ＣＸＹＮ の一方の端子を ＣＸＹＮｐ 他方の端子を ＣＸＹＮｑ とし、
   左右それぞれの入力信号に係数Ｋｂを乗じた信号に ＲＸｂ１ｐ を接続し、
   ＲＸｂ１ｑ を ＲＸｂ２ｐ に接続し、
   ＲＸｂ１ｐ に ＣＸｂ１ｐ を接続し、ＣＸｂ１ｑ を信号グランドに接続し、
   ＲＸｂ２ｐ に ＣＸｂ２ｐ を接続し、ＣＸｂ２ｑ を信号グランドに接続し、
   ＲＸｂ１ と ＲＸｂ２ と ＣＸｂ１ と ＣＸｂ２ からなる２次の高域遮断回路の遮断周波数が３０Ｈｚから１００Ｈｚの間にあることを第６の特徴とし、
   左右それぞれの入力信号に係数 ｋｔ を乗じた信号に ＣＸｔ１ｐ を接続し、
   ＣＸｔ１ｑ を ＣＸｔ２ｐ に接続し、
   ＣＸｔ１ｐ に ＲＸｔ１ｐ を接続し、ＲＸｔ１ｑ を ＣＸｂ１ｐ に接続し、
   ＣＸｔ２ｑ に ＲＸｔ２ｐ を接続し、ＲＸｔ２ｑ を ＣＸｂ２ｐ に接続し、
   ＣＸｔ１ と ＣＸｔ２ と ＲＸｔ１ と ＲＸｔ２ からなる２次の低域遮断回路の遮断周波数が５０００Ｈｚから１５０００Ｈｚの間にあることを第７の特徴とし、
   ＣＬｂ２ｐ と ＣＲｂ２ｐ を接続したことを第８の特徴とし、
   

   

   ＲＬｔ２ｐ と信号グランドの両端の信号であるところの、Ｋｔ＊Ｆｔ｛ＳＬｉ｝ と
   

   

   再生信号 ＳＬｏ とすることを第９の特徴とし、
   同様に、
   

   

   とを第１０の特徴とし、
   ｛上記第６と第７と第８と第９と第１０の特徴を有する信号処理回路｝が請求項１の第２の特徴であるところの、左右の低音再生信号がほぼ同じであるところの音響再生装置。

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