JP2013102409A - スピーカシステムとパッシブラジエータユニット - Google Patents

Abstract

【課題】小型スピーカの低音再生に必要なパッシブラジエータを使ったスピーカシステムのさらなる小型化と低音放射性能の改善と組み立てやすさの改善と設計工程の簡素化。
【解決手段】エンクロージャの内面の四角形に外形が円形のパッシブラジエータを挿入し、形状の違いによって生じる空間を空気の通り道とすることで、無駄のない構造のパッシブラジエータ型のスピーカシステムを構成し、さらに、パッシブラジエータをユニット化する。
【選択図】図１

Description

用語の定義

請求項を含む全文を通じ、以下の用語を定義する。
請求項で定義した用語の意味は明細書の記述でも同様である。
｛｝内の内容は｛｝外の内容に優先して意味を持つ。
｛小型高性能｝とはスピーカのサイズが小さく、かつ、低音再生性能に優れていることを意味する。
｛密閉｝とは低音再生性能に影響を与えない程度の気密構造を意味する。
｛設計｝とは完成状態での性能を期待通りに製作できるところの製作図面または製作手順書の作成の業務を意味する。
｛設計が難しい｝とは製作図面段階で完成状態での性能を予測することが難しいことを意味する。

パッシブラジエータを使った、小型スピーカシステムの低音再生性能改善。
強力な低音再生によって生じる不要な機械振動を抑制するための２枚のパッシブラジエータの構造的対称性の確保。
パッシブラジエータの組み立ての簡素化。
パッシブラジエータを含むスピーカシステムの生産品質管理。
パッシブラジエータのユニット化。
パッシブラジエータを含むスピーカシステムの性能の決定に際し、複雑に絡む複数の諸元の明確化。
｛理論的なアナリシスやシンセシスが面倒な複数の製作図面の諸元｝と、｛パッシブラジエータをスピーカシステムへ組み込んだ時にパッシブラジエータとしての音響機能的諸元｝の関係を明確にする設計手順の標準化。

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。
多くの場合、課題の分析が進まず、完成度が上がらないまま中途半端な状態で製品化するケースがほとんどである。

パッシブラジエータの質量を増やすと、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、対向型とし、反作用を打ち消す方法が有効であるが、構造が複雑になり設計工程が簡単ではない。小型であるほど設計が難しく、コストアップも避けられない。
問題の多くは、一つの改善課題に関し｛その課題を改善すれば他の課題を犠牲にしなければならない｝という、相矛盾するファクターが複数存在する。従って、音響再生の設計現場においては、相矛盾する複数課題の妥協点を探る仕事と切り離せないのが現状である。

相矛盾する課題とは、
｛さらなる小型化とさらなる性能アップ｝、
｛性能アップとコストダウン｝、
｛高性能化と量産性｝、
｛与えられた条件下での最大効果と限られた設計工程｝、
などがあげられる。
いずれの課題も、小型化になるほど、あらゆるファクターが障壁となる。
本案発明はスピーカシステム全体の小型化の要求に対し、｛スピーカシステムの内部空間を有効に利用するための手法｝と、｛専門知識を必要とすることなく、コンポーネントの｛選択と組み合わせ｝の作業によって｛低音再生性能を短期間に極限まで完成させる｝ことができる手法｝に関する。

課題を解決するための手段

第１に、エンクロージャ内部の空間の利用効率を上げる目的で、エンクロージャの内面とパッシブラジエータの外周の形状に違いを持たせ、その違いによって生じた空間を空気の通路として使う。
第２に、パッシブラジエータの内部空間を密閉とし、エンクロージャの内部空間にパッシブラジエータを埋め込むことで、パッシブラジエータの組み込みを簡素化する。
第３に、ドライバが持つ背面の円柱状のヨーク部の空洞部を持つパッシブラジエータとすることで、エンクロージャの内部容積を大幅に縮小する。
第４に、本案発明のスピーカシステムの重要な機能であるパッシブラジエータのユニット化を図る。パッシブラジエータに要求される振動特性に必要な諸元を明確化にする。機能的に明確化された諸元を持つパシブラジエータを部品化することで、スピーカシステム全体の性能設計をカットアンドトライの手法から解放し、設計の段階でスピーカシステムの完成度を理論的極限まで引き上げる。

一般的な製品設計工程では、商品設計はセットメーカによって行われる。セットメーカはスピーカシステムをスピーカの専門メーカに発注する。双方の業務内容や業務形態は異なっていて、唯一、セットメーカが要求するスピーカシステムに要求される諸元が双方の受け渡し仕様となる。パッシブラジエータの機能を完全に生かし切るには、電子回路側の特性を与えられたパッシブラジエータの欠点を押さえ、良い点を引き出すよう、工夫しなければならないが、

［図１］は本案発明の一実施例のスピーカシステムの説明図である。
［図１］（ａ）は上面図。
［図１］（ｂ）はＡ−Ａ‘断面図。
［図１］（ｃ）はＢ−Ｂ‘断面図。
［図１］（ｄ）はＣ−Ｃ‘断面図。

１はドライバ、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ドライバ側のエンクロージャ空間、５はエンクロージャ内の背面側のエンクロージャ空間、２１１と２１２はパッシブラジエータの低音放射口、１０１はドライバから放射される低音の振動方向、２０１はパッシブラジエータから放射される低音の振動方向、４５１と４５２と４５３と４５４はそれぞれエンクロージャの内面とパッシブラジエータの外周との間にできる隙間空間、６はパッシブラジータ空間である。

ドライバの低音振動は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の２枚の振動膜は互いに向きが逆方向となるよう振動しなければならない。従って、エンクロージャ空間４とエンクロージャ空間５は低音再生において同じ条件の空間でなければならない。すなわち、隙間穴４５１と４５２と４５３と４５４でつながることで、空間４と空間５は低音振動において、同じ条件となる。
隙間穴は、図３の実施例では４カ所であるが、隙間穴の数は本案発明の本質ではない。空間４と空間５が低音再生による圧力変化が同じ条件であることが本案発明の本質である。
低音放射口は、図３の実施例では４カ所でるが、放射口の数は本案発明の本質ではない。パッシブラジエータがエンクロージャの外部に低音放射口が通じていることが本案発明の本質である。

図１の実施例の第１の特徴は、｛内面が四角形のエンクロージャ｝と｛外周がエンクロージャの内面に接する円形のパッシブラジエータ｝によって生じる四隅の隙間を隙間空間として利用していることである。この手法は、２枚の振動膜による低音放射面積をできるだけ広くし、エンクロージャの容積をできるだけ小さくする場合に極めて有効な手法である。

図１の実施例の第２の特徴は、組み立て構造に関し、パッシブラジエータのユニット化が可能な点である。パッシブラジエータのエンクロージャへの装着は、パッシブラジエータのユニットを｛エンクロージャに設けた挿入口｝から挿入し、空気漏れがないように隙間を封じることで完了する。低音再生特性の選択は、｛諸元の異なるパッシブラジエータユニット｝の｛交換による特性確認｝によってなされる。あらかじめ、同じ取り付け寸法を持つところの、振動特性が異なる複数種類のパシブラジエータユニットを準備しておくことで、設計時の音質選択が極めて容易となる。

｛パッシブラジエータとドライバとエンクロージャ｝のそれぞれの｛低音再生性能を決定する主要な諸元の種類｝は多くはないが、複雑にからみあっているので、与えられた条件下での最良の設計は極めて難い。多くのケースではカットアンドトライによって完成度を上げているのが現状である。カットアンドトライは簡単ではない。
低音性能を決定する主要な諸元は、
ドライバでは、｛駆動力、可動範囲、線形性、放射面積、スティフネス、質量｝
エンクロージャでは、｛内容積｝
パッシブラジエータでは、｛放射面積、可動範囲、線形性、スティフネス、質量｝
などが上げられる。

｛スピーカシステムの電気インピーダンスが最大となる最も低い周波数の付近｝を第１共振周波数とし、第１共振周波数よりも高い周波数範囲において｛スピーカシステムの電気インピーダンスが最小となる最も低い周波数の付近｝を第２共振周波数とする。第１共振周波数と第２共振周波数の選択は低音再生性能を決める上で重要なファクターとなる。しかしながら、｛デザイン上の理由から制約を受けるエンクロージャの構造やサイズ｝、｛コストやサイズの制約を受けるドライバユニットの選択｝、さらには、｛構造や特性の最適条件が明確でないパッシブラジエータの設計条件｝、が絡み合っていることから、第１共振条件と第２共振条件を設計段階において、要求されるスピーカシステムの性能から各コンポーネントの諸元を割り出すことは｛極めて煩雑で難しく、計算精度も悪く実用的ではない｝。

図１のエンクロージャとパッシブラジエータの構造はパシブラジエータ自身の諸元を明確にし、同じ取り付け寸法の条件で、異なる諸元のパッシブラジエータを揃えることを可能とする。諸元が明確なエンクロージャとドライバとの関連で、どのような諸元のパッシブラジエータが最も有効なのか、という問題解決に際し、｛諸元が明らかなパッシブラジエータを選択することができる設計環境｝は振動や音響に関する専門知識を必要とすることなく、｛経験的な解決方法によるところの最適設計｝を容易にする。

［図２］は図１の一実施例のパッシブラジエータの説明図である。
［図２］（ａ）は上面図。
［図２］（ｂ）はＡ−Ａ‘断面図。
［図２］（ｃ）はＢ−Ｂ‘断面図。
［図２］（ｄ）はＣ−Ｃ‘断面図。

２１は外周枠、２２と２３はそれぞれ振動膜、２４と２５と２６と２７はそれぞれ振動膜の重り、２１１と２１２は低音放射口、２０１は低音放射の方向である。
この実施例の場合、パッシブラジエータをエンクロージャに取り付ける構造を外周枠に持つ。振動膜は外周枠に接着されていて、内部の空間は低音放射口を除いて密閉構造である。この実施例は、円筒状の外周枠と取り付平面を持つ取り付け構造部が一体となっている場合を示す。

パッシブラジエータユニット単体の生産方法はスピーカシステムの生産方法の専門分野ごとの分業体制を強化し、さらなる品質の改善、性能の改善、コストの低減の道を開く。小型で高性能のスピーカシステムの設計環境が大幅に改善されることで、音響や振動の専門知識を必要とすることなく、経験的に、ドライバとパシブラジエータの｛諸元のより適した関係｝が明らかになり、低音再生性能に優れた小型スピーカシステムの設計環境を大幅に改善する。

一連の設計環境の改善はスピーカシステムの部品構成のシステム化を促進する。
スピーカシステムの設計は用途が決定されると外観デザインにより概略のエンクロージャ形状が決定される。この時点で、ラインアップされたドライバとラインアップされたパッシブラジエータの中から最適なドライバと最適なエンクロージャが選択により決定できる。このような環境は、さらなる標準化を促進し、無駄な生産設備や無駄な品種増大を大幅に減少させることにつながる。

本案発明は空間の無駄を省いた構造のスピーカシステムを提供し、与えられた条件下において、最小スペースで最大効果のパッシブラジエータを提供するものである。無駄がなく、完成度が高く、諸元が明確なパッシブラジエータは部品としての標準化の可能性を開く。

［図３］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３］（ａ）は上面図。
［図３］（ｂ）はＡ−Ａ‘断面図。
［図３］（ｃ）はＢ−Ｂ‘断面図。
［図３］（ｄ）はＣ−Ｃ‘断面図。

図３の図１の同番号は同機能である。
図３の図１との相違点は、パッシブラジエータの外周枠の形状である。
｛図１の場合は外周枠が円形｝であるが｛図３は四隅が四半円形の四角形｝である。そのため、図３の隙間空間は図１より小さくなり、低音放射面積が増える。
｛隙間空間を極度に小さくすることはパッシブラジエータの性能を損ねる｝ことになるが、｛圧力の伝わり方が２枚の振動膜に均等に伝わる条件を損ねる｝ことなく、適度の縮小は問題ない。｛図３のパッシブラジエータの低音の放射効率｝は放射面積がおおきいことから、図２よりも高い。

［図４］は図３の一実施例のパッシブラジエータの説明図である。
［図４］（ａ）は上面図。
［図４］（ｂ）はＡ−Ａ‘断面図。
［図４］（ｃ）はＢ−Ｂ‘断面図。
［図４］（ｄ）はＣ−Ｃ‘断面図。

図４の｛図３と図１と図２｝の同番号は同機能である。
図４の図２との相違点は｛パッシブラジエータの外周枠の形状｝である。
図４の機能は図２と同じであることから説明を省略する。

［図５］は本案発明の一実施例のスピーカシステムの説明図である。
［図５］（ａ）は上面図。
［図５］（ｂ）はＡ−Ａ‘断面図。
［図５］（ｃ）はＢ−Ｂ‘断面図。
［図５］（ｄ）はＣ−Ｃ‘断面図。

図５の図１と同番号は同機能である。
２１１と２１２と２１３と２１４は低音放射口である。
２８はパッシブラジエータの内周枠である。内周枠は｛振動膜の内側｝が貼り付けられていて、なおかつドライバの背面の円筒部のヨークに固定される。

図５の図１と異なる点は、パシプラジエータの中央に円筒状の穴があって、ドライバの背面の円筒状ヨークと接している点である。スピーカシステムのサイズを小さくしたい場合、省ける空間を省かなければならない。パッシブラジエータを使ったスピーカシステムは、低音再生性能を大幅に改善するものの、パッシブラジエータそのものの容積を必要とすることから、極度の小形や極度の薄型とすることが難しい。

特に高性能のドライバの場合、ヨークの奥行きが長くなる傾向にあり、その場合、無駄なエンクロージャ空間が生じる。図５の実施例は、ドライバのヨークによって生じる無駄なエンクロージャ空間を有効利用したものである。すなわち、｛ヨークによって生じる無駄なエンクロージャ空間｝にパッシブラジエータを設け、なおかつ、隙間空間も同様に、｛ヨークによって生じる無駄な空間｝を使う。

一方、小型化になるほど、パッシブラジエータに要求される諸元の選択は難しくなる。パッシブラジエータの諸元とドライバの諸元とエンクロージャの容積との関係が複雑な上、リアルタイムでの実験も難しいことから、設計段階で限界性能を知ることは難しかった。本案発明による構造の簡素化は、さらなる小型化に加え、専門知識を必要とすることなく短時間での最適諸元の追求を可能とする。

［図６］は図５の一実施例のパッシブラジエータの説明図である。
［図６］（ａ）は上面図。
［図６］（ｂ）はＡ−Ａ‘断面図。
［図６］（ｃ）はＢ−Ｂ‘断面図。
［図６］（ｄ）はＣ−Ｃ‘断面図。

図６の図２と同番号は同機能である。
図６の図２と異なる点は、中央にヨーク逃げ穴を設けている点である。
２８は内周枠、２１１と２１２と２１３と２１４は低音放射口である。
図６の機能は図２と同じであるので、説明を省略する。

発明の効果

パッシブラジエータを持つ小形スピーカシステムに関し、
第１に、パアシブラジエータが占めることによるスピーカシステム全体の容積の増加の軽減。
第２に、パッシブラジエータの組み込み作業の簡素化。
第３に、パッシブラジエータの最適な諸元へたどり着くまでの工程の大幅な短縮。
第４に、スピーカシステムの生産とは関係なく、パッシブラジエータ単体での製品の標準化ラインアップと生産を可能とする。
第５に、パッシブラジエータ単体での｛性能向上と品質向上とコスト低減｝を図ことができる。
第６に、専門知識を必要とすることなく、最適なパッシブラジエータの選択を決定することができる。
このことを技術的な観点か説明すると、低音再生性能にとって重要な、しかも、｛小形であるほど設計が難しいところの第１共振周波数と第２共振周波数｝を｛理論的な計算手法｝ではなく、あるいは｛スピーカシステム全体でやみくもなカットアンドトライによる手法｝でもなく、｛選択と比較による確認作業の手法｝によって探り当てることができる。
第７に、第６の結果であるが、設計工程で性能の追い込みが可能であることから、｛商品のデザインの工程｝と｛そのデザインによる性能の見積もり｝を同時進行させることが可能となる。
第８に、第７の結果であるが、商品設計の精度と工程の大幅な短縮を図ることができる。

低音再生性能に重要な諸元の仕様が明確な、部品として｛業界レベルで標準化された｝パッシブラジエータの生産と供給。
小形で低音再生性能に優れたスピーカシステム

上記に同じ

パッシブラジエータの業界標準化と生産分業システム。
より小型で低音再生性能の良いスピーカシステムの設計効率の改善。
小形音響機器のデザインの自由度の拡大。
小形音響機器の設計工程の大幅な短縮。

本案発明の一実施例のスピーカ側の説明図 ［図１］（ａ） 上面図。［図１］（ｂ） Ａ−Ａ‘断面図。［図１］（ｃ） Ｂ−Ｂ‘断面図。［図１］（ｄ） Ｃ−Ｃ‘断面図。 本案発明の一実施例のパッシブラジエータの説明図 ［図２］（ａ） 上面図。［図２］（ｂ） Ａ−Ａ‘断面図。［図２］（ｃ） Ｂ−Ｂ‘断面図。［図２］（ｄ） Ｃ−Ｃ‘断面図 本案発明の一実施例のスピーカ側の説明図 ［図３］（ａ） 上面図。［図３］（ｂ） Ａ−Ａ‘断面図。［図３］（ｃ） Ｂ−Ｂ‘断面図。［図３］（ｄ） Ｃ−Ｃ‘断面図 本案発明の一実施例のパッシブラジエータの説明図 ［図４］（ａ） 上面図。［図４］（ｂ） Ａ−Ａ‘断面図。［図４］（ｃ） Ｂ−Ｂ‘断面図。［図４］（ｄ） Ｃ−Ｃ‘断面図 本案発明の一実施例のスピーカ側の説明図 ［図５］（ａ） 上面図。［図５］（ｂ） Ａ−Ａ‘断面図。［図５］（ｃ） Ｂ−Ｂ‘断面図。［図５］（ｄ） Ｃ−Ｃ‘断面図 本案発明の一実施例のパッシブラジエータの説明図 ［図６］（ａ） 上面図。［図６］（ｂ） Ａ−Ａ‘断面図。［図６］（ｃ） Ｂ−Ｂ‘断面図。［図６］（ｄ） Ｃ−Ｃ‘断面図

１ ドライバ
２ パッシブラジエータ
３ エンクロージャ
４ エンクロージャ空間
５ エンクロージャ空間
６ パッシブラジータ空間
２１ 外周枠
２２、２３ 振動膜
２４、２５、２６、２７ 振動膜の重り
２８ 内周枠
１０１ ドライバから放射される低音の振動方向
２０１ パッシブラジエータから放射される低音の振動方向
２１１，２１２、２１３，２１４ 低音放射口
４５１，４５２、４５３、４５４ 隙間空間

Claims (5)

1. スピーカシステムのスピーカユニットをドライバとし、
   スピーカシステムのエンクロージャユニットをエンクロージャとし、
   スピーカシステムのパッシブラジエータユニットをパッシブラジエータとし、
   ｛ドライバとエンクロージャからなる空間｝の｛パッシブラジエータを除く空間｝をエンクロージャ空間とし、
   パシブラジエータは、｛以下に定義の２枚の振動膜｝と｛以下に定義の外周枠｝の主要部品からなるものとし、
   重りを設けた振動膜を振動膜とし、
   ２枚の振動膜を向かい合わせに貼り合わせるための中空の枠を外周枠とし、
   ２枚の振動膜が外周枠の側面に貼られているものとし、
   外周枠と２枚の振動膜によって囲まれた空間をパッシブラジエータ空間とし、
   外周枠は｛外周枠の外周面の一部｝に、｛パッシブラジエータ空間から外部空間へ低音放射のための一個または複数個の穴｝を持つものとし、
   この穴を低音放射口とし、
   パッシブラジエータ空間は放射口を除き密閉であるとし、
   エンクロージャとドライバとパッシブラジエータが組み上がった状態で、エンクロージャ空間は密閉であるとし、
   パッシブラジエータの外周枠がエンクロージャに固定されていることを第１の特徴とし、
   ｛パッシブラジエータの片側の振動膜の側｝の｛エンクロージャ空間｝をＡ空間とし、
   ｛他方の振動膜の側｝の｛エンクロージャ空間｝をＢ空間とし、
   エンクロージャの内面の形状と、パッシブラジエータの外周の形状が異なることを第２の特徴とし、
   ｛パッシブラジエータの外周面｝と｛エンクロージャ内面｝の間にできる空間を隙間空間とし、
   ｛ドライバが低音で振動したときに発生するエンクロージャ空間の内部圧力の変化｝がＡ空間とＢ空間の双方で均等になるよう、｛隙間空間を通じて空気が流れる構造｝であることを第３の特徴とし、
   パッシブラジエータの内部空間は低音放射口を通じ外部空間と通じていることを第４の特徴とし、
   上記の｛ドライバとエンクロージャとパッシブラジエータ｝からなり、上記第１と第２と第３と第４の特徴を有するところのスピーカシステム。
2. ｛請求項１に定義する、パッシブラジエータの外周枠の外周｝が円形であることを第５の特徴とし、
   ｛請求項１に定義するエンクロージャの内面｝が四角形であることを第６の特徴とし、
   ｛請求項１に定義する隙間空間の主要部｝が｛エンクロージャの内面の四角形のコーナー｝と｛パッシブラジエータの円形の外周枠｝の間にできる空間であることを第７の特徴とし、
   第５と第６と第７の特徴を有するスピーカシステム。
3. ｛請求項１に定義する、パッシブラジエータの外周枠｝が｛四半円形状のコーナーを持つ四角形状｝であることを第８の特徴とし、
   ｛請求項１に定義するエンクロージャの内面｝が四角形であることを第９の特徴とし、
   ｛請求項１に定義する隙間空間の主要部｝が｛エンクロージャの内面の四角形のコーナー｝と｛パッシブラジエータの四半円形の外周枠｝の間にできる空間であることを第１０の特徴とし、
   第８と第９と第１０の特徴を有するスピーカシステム。
4. ｛請求項１または２または３に定義する、パッシブラジエータの中心部｝が円筒形の空洞になっていることを第１１の特徴とし、
   この空洞をヨーク逃げ空洞とし、
   ヨーク逃げ空洞が｛ドライバの背面の磁気回路である円筒型ヨークの外周面｝と接する構造であることを第１２の特徴とし、
   ｛２枚の振動膜の内側の端面を固定するための側面｝と、内周面に｛ヨーク逃げ空洞を設けるための円筒形状の穴｝を持つところの、パッシブラジエータの内側の枠を内周枠とし、
   ｛請求項１に定義するパッシブラジエータ空間｝が｛中央に穴を持つ２枚の振動膜と外周枠の内面と内周枠の外面｝によって構成され、
   請求項１と同様に、外周枠が｛一個または複数個の穴｝の低音放射口を持ち、
   パシブラジエータ空間が低音放射口を除いて密閉構造であることを第１３の特徴とし、
   内周枠がドライバの円筒形ヨークに固定されている構造であることを第１４の特徴とし、
   外周枠がエンクロージャに固定されている構造であることを第１５の特徴とし、
   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ところの、上記、第１１と第１２と第１３と第１４と第１５の特徴を有するスピーカシステム。
5. パッシブラジエータの主要な諸元の内、｛｛振動膜の大きさ｝または｛振動膜の放射面積｝｝と｛｛振動膜の重りを含む質量｝または｛振動膜の重りを含む重さ｝｝または｛上記２種類の諸元と関連を持つ諸元｝を主要諸元とし、
   請求項１または２または３または４に定義するパッシブラジエータであって、かつ、｛２枚の振動膜｝の部品と｛外周枠 または ｛外周枠と内周枠｝｝の部品が組み合わされている状態の｛パッシブラジエータの機能として、完成品である｝ことを第１６の特徴とし、
   ｛少なくとも、主要諸元が定義されている｝パッシブラジエータであることを第１７の特徴とし、
   第１６と第１７の特徴を有するパッシブラジエータユニット。

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