JP2023064331A - 同軸スピーカ用のホーン、及び、同軸スピーカ - Google Patents

Abstract

【課題】同軸スピーカの特性調整を容易に行うことができる同軸スピーカ用のホーンを提供する。【解決手段】同軸スピーカ用のホーンは、ツイーター３及びウーファー２と共に同軸スピーカ１を構成するホーン４であって、ホーン４の全周にわたって配置された複数の点状の貫通孔４１を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、同軸スピーカ用のホーン、及び、同軸スピーカに関する。

特許文献１には、高音域の音を出力するツイーターと、低中音域の音を出力するウーファーとを同軸上に配置した同軸スピーカが開示されている。特許文献１の同軸スピーカでは、軸方向においてウーファーの前側（ウーファーから音が出力される側）にツイーターが配置され、当該ツイーターにホーン（ウェブガイド）が取り付けられている。ホーンは、軸方向においてツイーターからウーファーの前側に向かうにしたがって径寸法が徐々に大きくなる筒状（コーン形状）に形成されている。ホーンは、ツイーターから出力される音圧を高めたり、ツイーターから出力される音の指向性を制御したりする役割を果たす。

特許文献１の同軸スピーカでは、ウーファーの音がホーンの前側に伝播するように、ホーンに複数の貫通孔が形成されている。各貫通孔は、軸方向から見てホーンの径方向に延びるスリット状に形成されている。複数のスリット状の貫通孔は、ホーンの周方向に間隔をあけて並んでいる。
このようなホーンの構造を有する特許文献１の同軸スピーカでは、スリット状の貫通孔を所定の開口面積とすることで、ホーンがウーファーのローパスフィルタとして機能している。また、ホーン（特にスリット状の貫通孔が形成されていないホーンの領域）は、ウーファーの圧縮チャンバーとしても機能している。

米国特許第８１３０９９４号明細書

ところで、同軸スピーカのようにツイーター及びウーファーを備えるスピーカシステムでは、一般に、ツイーター及びウーファーの組み合わせによる特性の乱れを抑えるために、パッシブクロスオーバーネットワークによってスピーカシステムの特性を調整する。しかしながら、ホーンがローパスフィルタや圧縮チャンバーとして機能する特許文献１の同軸スピーカでは、ウーファーの周波数特性が、ウーファー単体の状態とツイーター及びホーンと組み合わせた状態とで大きく異なってしまう。このため、パッシブクロスオーバーネットワークによる同軸スピーカの特性調整が難しくなる、という問題がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、同軸スピーカの特性調整を容易に行うことができる、同軸スピーカ用のホーン、及び、これを備える同軸スピーカを提供することを目的とする。

本発明の第一の態様は、ツイーター及びウーファーと共に同軸スピーカを構成する同軸スピーカ用のホーンであって、ホーンの全周にわたって配置された複数の点状の貫通孔を有する同軸スピーカ用のホーンである。

本発明の第二の態様は、前記同軸スピーカ用のホーンと、前記ホーンの軸方向から見て前記ホーンの中央部分に取り付けられるツイーターと、前記ツイーターの後側に前記ツイーターと同軸に配置されたウーファーと、を備える同軸スピーカである。

本発明によれば、同軸スピーカの特性調整を容易に行うことができる。

本発明の一実施形態に係る同軸スピーカを示す断面図であり、図３のＡ－Ａ線に対応する断面図である。 図１の同軸スピーカを斜め前方から見た断面斜視図であり、図３のＡ－Ａ線に対応する断面図である。 図１の同軸スピーカを前側から見た図である。 同軸スピーカに備えるウーファーの周波数特性を示すグラフである。

以下、図１～４を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図１，２に示すように、同軸スピーカ１は、ウーファー２と、ツイーター３と、ホーン４（同軸スピーカ用のホーン）と、を備える。ウーファー２は、振動することで主に低中音域の音を出力する。ツイーター３は、振動することで主に高音域の音を出力する。ウーファー２とツイーター３とは、これらの振動方向に間隔をあけて同軸に配置される。
図１～３において、ウーファー２及びツイーター３の振動方向は、Ｘ軸方向で示している（矢印の示す方向がＸ軸正方向であり、その反対の方向がＸ軸負方向である）。また、ウーファー２とツイーター３とが同軸に配置されることは、Ｘ軸方向に延びるウーファー２及びツイーター３の中心の軸線（図１～３において符号Ｏ１で示す軸線）が完全又は概ね一致するように、ウーファー２とツイーター３とが配置されることを意味する。

ウーファー２は、当該ウーファー２から出力される音が、主にウーファー２の振動方向の一方側（図１～３においてＸ軸正方向で示す側）に伝播するように構成されている。なお、ウーファー２から出力された音は、振動方向の他方側（図１～３においてＸ軸負方向で示す側）にも伝播する。
以下の説明では、ウーファー２から音が主に出力される側（振動方向の一方側）を前側と呼ぶことがある。また、前側と反対側を後側と呼ぶことがある。図１，２においては、上側あるいは上方が「前側」に対応し、Ｘ軸正方向で示している。また、図１，２においては、下側あるいは下方が「後側」に対応し、Ｘ軸負方向で示している。
図３に示すように、ウーファー２は前側から見て円形状に形成されている。

図１，２に示すように、ツイーター３は、ウーファー２の前側に間隔をあけてウーファー２と同軸に配置されている。
図３に示すように、ツイーター３は前側から見てウーファー２と同様の円形状に形成されている。前側から見たツイーター３の大きさ（径寸法）は、ウーファー２の大きさ（径寸法）と比較して十分に小さい。

図１，２に示すように、ホーン４は、ツイーター３に取り付けられている。ホーン４は、ツイーター３から出力される音圧を高めたり、ツイーター３から出力される音の指向性を制御したりする。具体的に、ホーン４は、ツイーター３から出力された音をホーン４の前側に積極的に向かわせる。
ホーン４は、軸方向の一方側（Ｘ軸正方向）に向かうにしたがって径寸法が大きくなる筒状に形成されている。ホーン４は、その軸方向（Ｘ軸方向）がツイーター３の振動方向（図１，２において上下方向）に向くように、かつ、軸方向において径寸法が大きくなる側が前側に向くように配置される。ツイーター３は、径寸法が小さいホーン４の第一端部（後端）に取り付けられている、すなわちホーン４の中央部分に取り付けられている。
図３に示すように、ホーン４は前側から見てウーファー２及びツイーター３と同様の円形状に形成されている。前側から見たホーン４の大きさ（径寸法）は、ウーファー２の大きさ（径寸法）よりも大きい。
前側から見て円形状のウーファー２、ツイーター３及びホーン４は、これらの中心の軸線（符号Ｏ１で示す軸線）が完全又は概ね一致するように配置される。

図１，２に示すように、ホーン４は、複数の貫通孔４１を有する。各貫通孔４１は、ホーン４の軸方向に貫通している。なお、各貫通孔４１がホーン４の軸方向に貫通することは、貫通孔４１の貫通方向がホーン４の軸方向に完全に一致することに限らず、例えばホーン４の軸方向に対して若干傾斜していてもよいことも含む。ホーン４の貫通孔４１は、ツイーター３及びホーン４の後側に配置されたウーファー２から前側に出力された音を通過させて、ホーン４の前側に伝播させる役割を有する。
ホーン４の各貫通孔４１は、図３に示すように前側（軸方向）から見て点状に形成されている。本実施形態において、前側から見た点状の貫通孔４１の形状は、円形である。なお、点状の貫通孔４１の形状は、例えば正方形などの正多角形であってもよいし、円形や正多角形に近い楕円形や若干扁平な多角形（縦横比が１に近い形状）であってもよい。

複数の貫通孔４１は、ホーン４の全周にわたって配置されている。複数の貫通孔４１がホーン４の全周にわたって配置されることは、点状の貫通孔４１が、ホーン４の周方向（図２，３において符号Ｃで示す方向）の全範囲に等間隔でリング状に並ぶことを意味する。点状の貫通孔４１をリング状に配列してなるリングユニット４０の形状は、前側から見たウーファー２の形状に対応していればよく、本実施形態では円形である。周方向における点状の貫通孔４１の間隔は、例えばホーン４がウーファー２のローパスフィルタや圧縮チャンバーとして機能しない程度に小さくされているとよい。

複数の貫通孔４１は、ホーン４を前側（ホーン４の軸方向）から見てホーン４の径方向（図３において符号Ｒで示すように、ホーン４の中心の符号Ｏ１で示す軸線の位置からホーン４の外側へ向かう方向）にも並べられている。具体的には、点状の貫通孔４１をリング状に配列してなるリングユニット４０が、ホーン４の軸線（図１～３において符号Ｏ１で示す軸線）を中心とする同心円状（ホーン４の径方向）に複数配列されている。複数の貫通孔４１がホーン４の径方向に並ぶことは、これら複数の貫通孔４１が、ホーン４の軸線からホーン４の径方向に延びる直線上に厳密に並ぶことに限らず、当該直線に対して周方向に若干ずれて位置することも含む。すなわち、ホーン４の径方向に隣り合う貫通孔４１は、ホーン４の周方向に互いにずれて位置してもよい。径方向における貫通孔４１の間隔（リングユニット４０間の間隔）は、例えばホーン４がウーファー２のローパスフィルタや圧縮チャンバーとして機能しない程度に小さくされているとよい。
本実施形態において、複数の貫通孔４１は、フィボナッチ数列を模した螺旋状に配列されている。なお、複数の貫通孔４１は、例えば、ホーン４の軸線を中心とする放射状に配列されてもよい。

本実施形態において、ホーン４の径方向の内側に位置する貫通孔４１の開口面積は、ホーン４の径方向の外側に位置する貫通孔４１の開口面積よりも小さい。すなわち、貫通孔４１の開口面積は、径方向においてホーン４の内側から外側に向かうにしたがって大きくなる。貫通孔４１の開口面積は、図３に示すように前側（ホーン４の軸方向）から見た状態における面積である。

個々の貫通孔４１の開口面積の上限値は、ホーン４がツイーター３から出力された所定の周波数の音（高音域の音）の音圧を高める機能を維持するように設定されている。これは、個々の貫通孔４１の開口面積が過度に大きいと、ホーン４の機能（ツイーター３から出力された所定の周波数の音の音圧を高める機能）が損なわれてしまうためである。

個々の貫通孔４１の開口面積の下限値は、ウーファー２から出力された所定の周波数の音（低中音域の音）が貫通孔４１を通ってホーン４の前側に伝わるように設定されている。
個々の貫通孔４１の開口面積の範囲は、例えば前側から見て円形に形成された貫通孔４１の直径寸法が２．５ｍｍ以上かつ７．５ｍｍ以下となるように設定されてよい。

ホーン４に形成された複数の貫通孔４１の開口面積の合計は、前側から見たホーン４の全体の面積（ホーン４の全体面積）の３５％以上であってよい。また、貫通孔４１の開口面積の合計は、ホーン４の全体面積の６０％以下であってよい。

複数の貫通孔４１は、ホーン４のうち図３に示すように前側から見てウーファー２と重なる領域にのみ形成されている。すなわち、ホーン４の貫通孔４１は、ホーン４のうち径方向においてウーファー２の外側に位置する領域には形成されていない。
本実施形態において、複数の貫通孔４１は、ホーン４のうちウーファー２と重なる領域全体（図１，３において符号Ｒ１で示す領域）に形成されている。このため、前側から見た複数の貫通孔４１全体の形状が、ウーファー２に対応する形状（本実施形態では円形）に形成されている。

図１，２に示すように、本実施形態の同軸スピーカ１は、ホーン４の軸方向に並ぶウーファー２とホーン４との間の空間を外部の空間に対して区画するウーファーカバー５をさらに備える。ウーファーカバー５は、ウーファー２からホーン４まで前側に延びる筒状に形成されている。図示しないが、前側（ホーン４の軸方向）から見たウーファーカバー５の形状は、ウーファー２に対応する形状に形成されている。前側から見てウーファー２に対応するウーファーカバー５の形状は、ウーファー２の外周に相当する形状（ウーファー２の外周に概ね一致する形状）であり、本実施形態ではウーファー２の外周円に相当する円形である。本実施形態において、ウーファーカバー５はホーン４に一体に形成されている。ホーン４に形成された複数の貫通孔４１は、ホーン４の径方向においてウーファーカバー５の内側に位置する。
ウーファー２とホーン４との間の空間がウーファーカバー５によって囲まれていることで、ウーファー２から前側に出力された音を、ホーン４の貫通孔４１を通してホーン４の前側に効率よく伝播させることができる。

本実施形態の同軸スピーカ１は、ウーファー２、ツイーター３及びホーン４の後側の空間を覆うケースの一部を構成するケース構成部６をさらに有する。ケース構成部６は、径寸法が大きいホーン４の第二端部（図１，２においてホーン４の前端）を囲むと共に、ホーン４の第二端部からホーン４の後側に延びる筒状に形成されている。
ケース構成部６は、バスレフポート６１を有する。バスレフポート６１は、ウーファー２から後側に出力された音をケースの外側に伝播させるための孔である。

本実施形態の同軸スピーカ１において、ウーファー２から前側に出力された音（特に低中音域の音）は、ホーン４の貫通孔４１を通してホーン４の前側に効率よく伝播する。また、ホーン４は、ツイーター３から出力された音（特に高音域の音）の音圧を高めたり、当該音の指向性を制御したりする。これにより、同軸スピーカ１から出力される音（低中音域及び高音域の音）をより遠くに到達させることができる。このような同軸スピーカ１は、例えば高い天井から吊り下げ、音を天井から床面に向けて放射する天井吊下げ型のスピーカとして有効に利用することができる。

以上説明したように、本実施形態のホーン４（同軸スピーカ用のホーン）及び同軸スピーカ１では、ホーン４がその全周にわたって配置された複数の点状の貫通孔４１を有する。この形状では、ホーン４が、ウーファー２のローパスフィルタや圧縮チャンバーとして機能しにくい。そして、同軸スピーカ１に組み込まれた状態におけるウーファー２の周波数特性が、ウーファー２単体での周波数特性から変化することを抑制又は防止することができる。これにより、パッシブクロスオーバーネットワークによる同軸スピーカ１の特性調整を容易に行うことができる。

また、ホーン４には点状の貫通孔４１がホーン４の全周にわたって複数配置されていることで、ホーン4は、ツイーター３から出力された所定の周波数の音の音圧を高めるホーンとして機能できる。言い換えれば、このようなホーン４の機能が貫通孔４１の形成によって損なわれることを抑制することができる。すなわち、ホーン４のうち貫通孔４１が形成された領域においても、ツイーター３の音圧を高めることができる。

また、本実施形態のホーン４及び同軸スピーカ１では、ホーン４の軸方向から見た複数の貫通孔４１の開口面積の合計がホーン４全体の面積の３５％以上である。このため、同軸スピーカ１に組み込まれた状態におけるウーファー２の周波数特性が、ウーファー２単体での周波数特性から変化することをさらに抑制又は防止することができる。これにより、パッシブクロスオーバーネットワークによる同軸スピーカ１の特性調整をさらに容易に行うことができる。

また、本実施形態のホーン４及び同軸スピーカ１では、ホーン４の軸方向から見た複数の貫通孔４１の開口面積の合計がホーン４全体の面積の６０％以下である。このため、ホーン４の機能（ツイーター３から出力された所定の周波数の音の音圧を高める機能）が損なわれることをより効果的に抑制することができる。言い換えれば、ホーン４のうち貫通孔４１が形成された領域においても、ツイーター３の音圧を効果的に高めることができる。

また、本実施形態のホーン４及び同軸スピーカ１では、個々の貫通孔４１の開口面積の上限値は、ホーン４がツイーター３から出力された所定の周波数の音の音圧を高める機能を維持するように設定されている。個々の貫通孔４１の開口面積の上限値がこのように設定されることでも、上記した「ホーン４の機能」が損なわれることをより効果的に抑制することができる。

以上のことから、本実施形態のホーン４及び同軸スピーカ１では、同軸スピーカ１の特性調整を容易に行うことができ、かつ、「ホーン４の機能」が損なわれることを抑制することができる。

また、本実施形態のホーン４及び同軸スピーカ１では、ホーン４の径方向の内側に位置する貫通孔４１の開口面積が、ホーン４の径方向の外側に位置する前記貫通孔４１の開口面積よりも小さい。このため、仮に、ホーン４の周方向に並べる貫通孔４１の数を、ホーン４のうち径方向の内側に位置する第一環状領域と、ホーン４のうち径方向の外側の領域に位置する第二環状領域とで等しくしても、ホーン４の面積に対する貫通孔４１の開口面積の比率が第一環状領域と第二環状領域とで異なることを抑制したり防止したりすることができる。すなわち、ホーン４の面積に対する貫通孔４１の開口面積の比率の均一化を図ることができる。

また、本実施形態のホーン４及び同軸スピーカ１では、ホーン４の軸方向から見て、ホーン４のうちウーファー２と重なる領域にのみ複数の貫通孔４１が形成されている。これにより、ウーファー２から前側に出力された音を、高い効率でホーン４の貫通孔４１に通してホーン４の前側に伝播させることができる。

以下、本実施形態の同軸スピーカ１において、当該同軸スピーカ１に組み込まれたウーファー２の周波数特性を、ウーファー２単体での周波数特性に近づけることができる点について、図４を参照して説明する。
図４は、実施例として本実施形態の同軸スピーカ１に組み込んだ状態におけるウーファー２の周波数特性と、ウーファー２単体（本実施形態の同軸スピーカ１からツイーター３及びホーン４を取り外した状態）における周波数特性と、を比較した結果を示すグラフである。

「実施例」と「ウーファー単体」とで扱うウーファー２は同一である。「実施例」において、ホーン４の軸方向から見た複数の貫通孔４１の開口面積の合計は、ホーン４全体の面積の３７％である。個々の貫通孔４１は、ホーン４の軸方向から見て円形に形成されている。径方向の内側に位置する貫通孔４１の開口面積は、径方向外側に位置する貫通孔４１の開口面積よりも小さい。そして、個々の貫通孔４１の直径寸法は、２．５ｍｍ～７．５ｍｍの範囲において０．５ｍｍ刻みで設定されている。

図４のグラフに示すように、「実施例」の周波数特性は、「ウーファー単体」の周波数特性に近いことが確認された。すなわち、本実施形態のホーン４（同軸スピーカ用のホーン）及び同軸スピーカ１では、同軸スピーカ１に組み込まれたウーファー２の周波数特性がウーファー２単体における周波数特性から変化することを効果的に抑制できることを確認できた。

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

本発明において、個々の貫通孔４１の開口面積の上限値は、例えば、ツイーター３から出力されてホーン４によって音圧を高められる音のうち上限の周波数に対応する音の波長をλとして、（λ/４）^２以下であってよい。上限の周波数は、例えば同軸スピーカ１に要求される仕様に応じて設定される音の周波数の上限であってよい。個々の貫通孔４１の開口面積の上限値がこのように設定されることでも、前述した「ホーン４の機能」が損なわれることを効果的に抑制することができる。

本発明において、ホーン４に形成される全ての貫通孔４１の個々の開口面積は、例えば互いに等しくてもよい。

本発明において、前側（軸方向）から見たウーファー２、ツイーター３及びホーン４の形状は、円形状に限らず、例えば楕円形状などであってよい。

１…同軸スピーカ、２…ウーファー、３…ツイーター、４…ホーン

Claims (7)

1. ツイーター及びウーファーと共に同軸スピーカを構成する同軸スピーカ用のホーンであって、
   ホーンの全周にわたって配置された複数の点状の貫通孔を有する同軸スピーカ用のホーン。
2. ホーンの軸方向から見た複数の前記貫通孔の開口面積の合計が、前記軸方向から見たホーン全体の面積の３５％以上である請求項１に記載の同軸スピーカ用のホーン。
3. 個々の前記貫通孔の開口面積の上限値は、ホーンが前記ツイーターから出力された所定の周波数の音の音圧を高める機能を維持するように設定されている請求項１又は請求項２に記載の同軸スピーカ用のホーン。
4. ホーンの軸方向から見た複数の前記貫通孔の開口面積の合計が、前記軸方向から見たホーン全体の面積の６０％以下である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の同軸スピーカ用のホーン。
5. 複数の前記貫通孔は、ホーンの軸方向から見てホーンの径方向に並べられ、
   径方向の内側に位置する前記貫通孔の開口面積は、径方向の外側に位置する前記貫通孔の開口面積よりも小さい請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の同軸スピーカ用のホーン。
6. ホーンの軸方向から見て、前記ウーファーと重なる領域にのみ複数の前記貫通孔が形成されている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の同軸スピーカ用のホーン。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の同軸スピーカ用のホーンと、
   前記ホーンの軸方向から見て前記ホーンの中央部分に取り付けられるツイーターと、
   前記ツイーターの後側に前記ツイーターと同軸に配置されたウーファーと、を備える同軸スピーカ。

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