JP2506068C

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Publication number: JP2506068C
Authority: JP
Original assignee: ボーズ・コーポレーシヨン
Publication date: 1998-09-03

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、一般には低周波数における効率を改善したスピーカシステムに関し
、特に、比較的製造が簡単で安価な構造によつて低周波数範囲の効率を改善した
スピーカシステムに関する。［従来技術］低周波数を再生するスピーカシステムを製作する場合の主要な問題は、制作費
用が高価でなく、比較的可聴歪の少ない変位領域内の適度な値にスビーカコーン
の変位運動を制限しながら低周波で高出力を得ることである。従来の多くの低周波用のスビーカシステムは、テレビジョンやラジオセットま
たは拡声袈置等のように包囲体のない簡単なウーハーから構成される。このよう
なスピーカシステムの問題は、スピーカの後方からの放射が前方からの放射を相
殺することを防止する手段がないことである、このようなシステムは低周波数に
おいて非常に大きなコーンの変位運動が生じる。後方放射を減少させる従来の方法の１つは、駆動用スピーカを密閉箱の中に配
置して音響サスペンションシステムと呼ばれる形態にすることである。音響サス
ペンションシステムは、スピーカの動作に対してリアクタンスを供給して、スピ
ーカコーンの振動の変位を制限しスピーカの後方からの放射が前方からの放射を
相殺しないようにする。ポートシステムは音響サスペンションシステムを改良す
る従来の方法の１つである。ポートシステムは、典型的には包囲体（キャビネッ
ト）の中に１っのウーハーを含み、ポート管が受動放射手段として作用する。ポ
ート管内の空気は音響的質量を供給し、その質量が付加的なリアクタンスを与え
て周波数特性の低い方の端部を修正するのに使用するができるようなシステム設
計を可能にする。ポートシステムは、ポート内の空気の質量がキャビネツト内の
空気と作用して共振（ポート共振）することが特徴であり、その共振点ではスピーカのコーン変位が最小となる。ポートシステムはポート共振における感度を改
善し、コーンの変位を減少させて歪を最小にする。ポート共振における感度の改
善によってスピーカの低い方のカットオフ周波数をより低い値にすることができ
る。［発明の解決しようとする課題］この発明の目的は、低音における振動板の変位を従来のポートスピーカよりも
さらに減少させ、それによって、ウーハの再生周波数帯域の音響出力を増加させ
ると共にウーハの音響再生周波数帯域より高い周波数が遮断されて中高音用スピ
ーカと組合わせる場合にクロスオーバ回路網として機能することのできるスピー
カシステムを提供することである。［課題解決のための手段］この目的は本発明のウーハ用スピーカシステムによって達成される。本発明の
ウーハ用スピーカシステムは、振動可能なコーンを備え、入力電気信号を対応す
る電気出力信号に変換する電気音響変換手段と、この電気音響変換手段を内部に
収容し支持する包囲体と、前記電気音響変換手段のコーンの第１の表面が第１の
サブチャンバに面し、そのコーンの第２の表面が第２のサブチャンバに面するよ
うに前記電気音響変換手段と共同して前記包囲体の内部を第１および第２のサブ
チャンバに分割する手段と、前記第１および第２のサブチャンバを前記包囲体の
外部の領域と結合する音響的質量をそれぞれ備える第１および第２の受動音響放
射手段とを具備し、前記第１のサブチャンバおよび第１の受動音響放射手段は第
１の低音周波数における前記コーンの変位を最小にするために第１の低音周波数
において第１の共振を生じるように構成され、前記第２のサブチャンバおよび第
２の受動音響放射手段は第２の低音周波数における前記コーンの変位を最小にす
るために第２の低音周波数において第２の共振を生じるように構成され、前記第
１および第２のサブチャンバのそれぞれの共振周波数の比が１．５：１乃至３：
１の範囲内にあり、前記第１のサブチャンバの容積の前記第２のサブチャンバの
容積に対する比が２：１乃至４：１の範囲内にあり、第１および第２のサブチャ
ンバの共振周波数はいずれもウーハの音響再生周波数帯域内に位置し、ウーハの
音響再生周波数帯域における音響出力が増加され、ウーハの音響再生周波数帯域より高い周波数が遮断された周波数特性が与えられており、第１および第２の受
動音響放射手段はポート管またはドロウン・コーンのいずれかによって構成され
ていることを特徴とする。［実施例］本発明を以下実施例に従つて詳細に説明する。第１図は本発明の一実施例の慨
略を示し、この実施例は周知の矩形断面を有する包囲体16から成り、この包囲体
は分割部材17によって２つのサブチャンバ16a および16b に分割され、その分割
部材には開口17a が形成され、チャンバ16a に電気音響変換手段、すなわち駆動
用スピーカ18のコーンの上面（前面）を露出する。駆動用スピーカ18の下面（後
面）は下側のサブチャンバ16b 内に露出する。ポート管19および20はそれぞれ包
囲体16ａおよび16b の内部を外部と結合する。このような２つのサブチャンバと
２つのボート管とを備えた構成によって、標準のポートシステムによって得られ
るものよりも低周波領域におけるコーンの変位を小さくすると共に、低周波領域
における応答を最大にするように調節することができる付加的パラメータ値を供
給する。本発明の原理および利点は、従来のスビーカシステムの等価回路と本発明のス
ピーカシステムの等価回路とを比較することによってより良く理解することがで
きる。図面では対応する構成要素には同じ参照符号を用いている。第２図には音
響サスペンションスピーカシステムの等価回路が示されている。この回路図はボ
イスコイルの抵抗を表わす抵抗21を含んでいる。変成器22はボイスコイル電流と
スピーカシステムの可動部分に与えられる力との間の変換を表すものである。ま
た、変成器22の２次側の変数はコーン速度を表わし、それによる変数は力を表わ
す。シヤント抵抗23はスピーカサスペンションにおける損失を表わす。サスペン
シヨンのコンプライアンスはインダクタンス24によって表わされる。スピーカコ
ーンの質量はキャパシタ25として表される。コーンの動きはコーンの領域によっ
て空気を励振させ、それは変成器26としてモデル化されている。スピーカは前面
および後面を有するので、その各々によって動かされる空気の体積速度は２つの
別々の２次巻線27および28によって表わされる。２次巻線27によって表わされる
コーンの前面は空気を励振させ、放射インピーダンス30において消費される音響パワーを発生する。一方、コーンの後面はコンプライアンス29として表わされる
包囲体の内部の空気を励振するだけである。第３図を参照すると、ポートを設けた従来のスピーカの等価回路が示されてい
る。包囲体の中に閉じ込められた空気はインダクタンスンス29で表わされ、この
インダクタンスは、キャパシタ31として表わされるポート管内の空気の質量と、
抵抗32として表わされるポート管内の空気の運劾の空気摩擦によって生じるボー
ト管の損失と、放射インピーダンス33として表わされるポート管の出力に生じる
放射インピーダンスとの並列接続と直列に接続される。第４図を参照すると、本発明によるスピーカシステムの等価回路が示されてい
る。本発明の場合、コーンの前面（上面）は、放射インピーダンスを直接的に駆
動するのではなく、インダクタンス42によって表わされる上側のチャンバ16ａの
空気に結合される。ポート管19内の空気の質量はキャパシタ43によって表わされ
ており、抵抗44によって表されるような損失を有する。ポート管19の露出された
端部に示される放射インピーダンスは放射インピーダンス45として表わされてい
る。背面（下面）における結合は、下側のチャンバ16b 内の空気の体積を表わすイ
ンダクタンス46を駆動する２次巻線41によって表わされる。ポート管20の音響的
質量はキャパシタ48によって表わされ、空気の運動よって生じる損失は抵抗47に
よって表わされる。インピーダンス49は、ボート管20の露出開口における音響イ
ンピーダンスを表わす。第４図における素子34〜39は第２図および第３図の素子
21〜26に対応する。本発明の好適な実施例は次のようなパラメータを採用している。 34＝3.2 Ω 35＝20Ｎ／Ａ 36＝0.4 ｍ／Ｎ- 秒 37＝3 ×10^-3ｍ／Ｎ 38＝0.087 Ｋg 39=0.1 ｍ³- 秒／ｍ- 秒 42＝6.14×10^-7ｍ⁵／Ｎ 43＝13.1Ｋg／Ｍ⁴ 44＝3.92×10^-3ｍ⁵／Ｎ- 秒 45＝3.27×10^-5−ｊl／Ｗ・2.89 46＝2.05×10^-7ｍ⁵／Ｎ 47＝2.83×10^-3ｍ⁵／Ｎ- 秒 48＝7.1 Ｋg／Ｍ⁴ 49＝3.27×10^-5−ｊl／Ｗ・2.89 ２つのサブチャンバ16a および16b の体積の比が２：１乃至４：１の範囲内に
あり、対応するポートの共振周波数の比が１．５：１乃至３．０：１の範囲内に
あるとき、最良の結果が得られた。第５図は、音響的サスペンションシステム（密閉箱）によって放射される音響
パワーを周波数の関数として曲線Ａで示し、従来のポートシステムを曲線Ｂで、
そして本発明のシステムを曲線Ｃで示す。各システムは包囲体の全容積が同じに
なるように選定され、運動する質量をできるだけ小さくし、スピーカおよびポー
トのパラメータを前記の各素子35，37，39，42，43，46および48を調節して最適
化し、カットオフ（典型的には６０Ｈｚ）より上で最大出力となるようにして得
られた曲線である。本発明によるシステムは、低音領域で改善された出力を与え
、高い周波数で鋭いカットオフを示す。第６図を参照すると、周波数の関数としてのコーンの変位を表わすグラスが示
され、曲線Ａは従来の音響的サスペンションシステムについて、曲線Ｂは従来の
ポートシステムについて、曲線Ｃは本発明のシステムについて示す。曲線Ａは、
音響サスペンションスピーカのコーン変位は周波数が減少するに従って上昇する
ことを示している。曲線Ｂは、従来のポート・システムがコーンの変位が最小に
なるボート共振を有することを示している。曲線Ｃは、本発明による２ポートシ
ステムはコーンの変位が最小にされる２つの共振を有することを示している。こ
れによって、複雑な信号についての全体的コーン変位は、同様の従来システムよ
りも低くなる。前述のパラメータに従って本発明を実際に実施したモデルを製作
して試験した結果、改善された効率を提供することがわかつた。多くの変更が本発明の技術的範囲内で可能である。例えば、駆動用スピーカは
付加したサブチャンバを介して各側面の１つ以上のボート管に結合することがで
きる。受動放射器は、図示の如きポート管によって構成する代りに、ドロウン・
コーン（ｄｒｏｎｅｃｏｎｅ）その他の受動牧射手段によって構成することがで
きる。単一のウーハーの代りに複数の電気音響変換器（スピーカ）を使用し、所
望の総面積、駆動力およびパワー処理能力を得ることができる。以上、低音領域における感度を上昇させ、および／または低域カットオフ周波
数、および／または高い方の端部でスピーカの応答特性を制限する音響高周波カットオフを与える装置および技術について説明した。この音響高周波カットオフ
は、ウーハーを中音用または高音用スピーカと組合せて使用する場合に有効であ
り、低音用スピーカシステムを広帯域スピーカシステムの残りのスピーカシステ
ムと結合するために使用される音響的クロスオーバ回路網として機能する。本発明の技術的範囲内において、実施例から離れて他の多くの変更が可能であ
ることは当業者には明らかであろう。Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to loudspeaker systems having improved efficiency at low frequencies, and more particularly to a loudspeaker system which is relatively easy to manufacture and inexpensive in its low frequency range. And a speaker system with improved characteristics. [Prior Art] A major problem in producing a loudspeaker system that reproduces low frequencies is that the production cost is not high, and the displacement movement of the speaker cone is limited to a moderate value within a displacement region with relatively little audible distortion. Obtaining high output at low frequency. Many conventional low frequency speaker systems consist of a simple woofer without an enclosure, such as a television or radio set or loudspeaker. The problem with such a loudspeaker system is that there is no means to prevent radiation from the back of the loudspeaker from canceling radiation from the front. Such a system has very large cone displacement motion at low frequencies. Occurs. One conventional method of reducing back radiation is to place the driving loudspeaker in a closed box into a form called an acoustic suspension system. The acoustic suspension system provides reactance to the operation of the loudspeaker so as to limit the displacement of the vibration of the loudspeaker cone so that radiation from the rear of the loudspeaker does not cancel radiation from the front. Port systems are one of the conventional ways to improve acoustic suspension systems. The port system typically includes one woofer in an enclosure, with the port tubes acting as passive radiating means. The air in the port tube provides an acoustic mass that allows the system design to provide additional reactance that can be used to modify the lower frequency end. The port system is characterized in that the mass of the air in the port acts on the air in the cabinet to cause resonance (port resonance), and at the resonance point, the cone displacement of the speaker is minimized. The port system improves sensitivity at port resonance, reduces cone displacement and minimizes distortion. The lower cutoff frequency of the loudspeaker can be made lower by improving the sensitivity at the port resonance. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to further reduce the displacement of a diaphragm in bass sound as compared with a conventional port speaker, thereby increasing the sound output in the reproduction frequency band of the woofer and the sound of the woofer. An object of the present invention is to provide a speaker system that can function as a crossover network when a frequency higher than a reproduction frequency band is cut off and combined with a mid-high range speaker. [Means for Solving the Problems] This object is achieved by the speaker system for a woofer of the present invention. The loudspeaker system for a woofer of the present invention includes an oscillatable cone, an electroacoustic conversion unit that converts an input electric signal into a corresponding electric output signal, and an enclosure that accommodates and supports the electroacoustic conversion unit inside, The electroacoustic transducer means cooperates with the electroacoustic transducer means such that a first surface of the cone faces a first subchamber and a second surface of the cone faces a second subchamber. Means for dividing the interior of the enclosure into first and second sub-chambers, and first and second respectively comprising an acoustic mass coupling the first and second sub-chambers to a region outside the enclosure. Wherein the first sub-chamber and the first passive sound radiating means include a first sub-chamber and a first passive sound radiating means, the first sub-chamber and the first passive sound radiating means having a first sub-chamber at a first bass frequency to minimize displacement of the cone at the first bass frequency. Wherein the second sub-chamber and the second passive acoustic radiation means are arranged to produce a second resonance at a second bass frequency to minimize displacement of the cone at a second bass frequency. Wherein the ratio of the resonance frequency of each of the first and second sub-chambers is 1.5: 1 to 3:
1 wherein the ratio of the volume of the first sub-chamber to the volume of the second sub-chamber is in the range of 2: 1 to 4: 1 and the resonance of the first and second sub-chambers. All frequencies are located within the sound reproduction frequency band of the woofer, the sound output in the sound reproduction frequency band of the woofer is increased, and a frequency characteristic in which frequencies higher than the sound reproduction frequency band of the woofer are cut off is given. The first and second passive sound radiating means are characterized by being constituted by either a port tube or a draw cone. [Examples] The present invention will be described in detail below with reference to examples. FIG. 1 shows an outline of an embodiment of the present invention, which comprises an enclosure 16 having a known rectangular cross section, which is divided into two sub-chambers 16a and 16b by a dividing member 17. An opening 17a is formed in the divided member, and the upper surface (front surface) of the electroacoustic transducer, that is, the cone of the driving speaker 18 is exposed in the chamber 16a. The lower surface (rear surface) of the driving speaker 18 is exposed in the lower sub-chamber 16b. Port tubes 19 and 20 connect the interior of enclosures 16a and 16b to the exterior, respectively. Such a configuration with two sub-chambers and two boat tubes reduces the displacement of the cone in the low frequency range and maximizes the response in the low frequency range than can be obtained with a standard port system. To provide additional parameter values that can be adjusted as follows. The principles and advantages of the present invention can be better understood by comparing the equivalent circuit of a conventional beaker system with the equivalent circuit of a speaker system of the present invention. In the drawings, the same reference numerals are used for corresponding components. FIG. 2 shows an equivalent circuit of the acoustic suspension speaker system. This circuit diagram includes a resistor 21 representing the resistance of the voice coil. Transformer 22 represents the conversion between voice coil current and the force applied to the moving parts of the loudspeaker system. Also, the variable on the secondary side of transformer 22 represents the cone speed, and the variable thereby represents the force. The shunt resistor 23 represents a loss in the speaker suspension. Suspension compliance is represented by inductance 24. The mass of the speaker cone is represented as capacitor 25. The movement of the cone excites air through the area of the cone, which is modeled as a transformer 26. Since the loudspeaker has a front surface and a rear surface, the volume velocity of the air driven by each of them is represented by two separate secondary windings 27 and 28. The front surface of the cone represented by the secondary winding 27 excites the air and produces the acoustic power consumed at the radiation impedance 30. On the other hand, the rear face of the cone only excites the air inside the enclosure, represented as compliance 29. Referring to FIG. 3, there is shown an equivalent circuit of a conventional speaker provided with a port. The air trapped in the enclosure is represented by an inductance 29, which is the mass of the air in the port tube, represented as a capacitor 31,
It is connected in series with the parallel connection of the boat tube loss caused by the air friction of the impeachment of the air in the port tube, represented as resistor 32, and the radiation impedance produced at the output of the port tube, represented as radiation impedance 33. Referring to FIG. 4, there is shown an equivalent circuit of the speaker system according to the present invention. In the present invention, the front (top) of the cone is coupled to the air in the upper chamber 16a, represented by the inductance 42, rather than directly driving the radiation impedance. The mass of air in port tube 19 is represented by capacitor 43 and has a loss as represented by resistor 44. The radiation impedance shown at the exposed end of the port tube 19 is represented as radiation impedance 45. The coupling at the back (bottom) is represented by a secondary winding 41 driving an inductance 46 representing the volume of air in the lower chamber 16b. The acoustic mass of port tube 20 is represented by capacitor 48, and the loss caused by the movement of the air is represented by resistor 47. Impedance 49 represents the acoustic impedance at the exposed opening of boat tube 20. The elements 34 to 39 in FIG. 4 are the elements shown in FIGS. 2 and 3.
Corresponds to 21-26. The preferred embodiment of the present invention employs the following parameters. 34 = 3.2 Ω 35 = 20 N / A 36 = 0.4 m / N-sec 37 = 3 × 10 ^-3 m / N 38 = 0.087 kg 39 = 0.1 m ³ -sec / m-sec 42 = 6.14 × 10 ^-7 m ⁵ / N 43 = 13.1 Kg / M ⁴ 44 = 3.92 × 10 ⁻³ m ⁵ / N− second 45 = 3.27 × 10 ⁻⁵ −jl / W · 2.89 46 = 2.05 × 10 ⁻⁷ m ⁵ / N 47 = 2.83 × 10 ^-3 m ⁵ / N-sec 48 = 7.1 kg / M ⁴ 49 = 3.27 × 10 ^-5 -jl / W · 2.89 The volume ratio of the two subchambers 16a and 16b is 2: 1 to 4: 1. Best results were obtained when in the range and the ratio of the resonance frequencies of the corresponding ports was in the range of 1.5: 1 to 3.0: 1. FIG. 5 shows the acoustic power radiated by the acoustic suspension system (enclosed box) as a function of frequency in curve A, the conventional port system in curve B,
And the system of the present invention is shown by curve C. Each system is selected so that the total volume of the enclosure is the same, the moving mass is as small as possible, and the loudspeaker and port parameters are adjusted by the aforementioned elements 35, 37, 39, 42, 43, 46 and 48 And a curve obtained with a maximum output above the cutoff (typically 60 Hz). The system according to the invention gives improved output in the bass range and shows a sharp cutoff at higher frequencies. Referring to FIG. 6, there is shown a glass representing cone displacement as a function of frequency, curve A for a conventional acoustic suspension system, curve B for a conventional port system, and curve C for a system of the present invention. Show. Curve A is
This shows that the cone displacement of the acoustic suspension speaker increases as the frequency decreases. Curve B shows that a conventional port system has a boat resonance that minimizes cone displacement. Curve C shows that the two-port system according to the invention has two resonances where the displacement of the cone is minimized. This results in lower overall cone displacement for complex signals than similar prior art systems. Building and testing models that actually implement the invention according to the above parameters have been found to provide improved efficiency. Many modifications are possible within the scope of the present invention. For example, the drive speakers can be coupled to one or more boat tubes on each side via additional subchambers. The passive radiator is a draw tube instead of a port tube as shown.
It can be constituted by a cone or other passive pasture means. Multiple electro-acoustic transducers (speakers) can be used instead of a single woofer to achieve the desired total area, drive and power handling capability. The foregoing has described an apparatus and technique for increasing the sensitivity in the bass range and / or providing a high frequency cutoff frequency and / or an acoustic high frequency cutoff that limits the response characteristics of the speaker at the higher end. This acoustic high frequency cutoff is useful when the woofer is used in combination with a mid-range or high-range speaker, and the acoustic high-frequency cutoff is used to couple the low-range speaker system with the rest of the broadband speaker system. Functions as a crossover network. It will be apparent to those skilled in the art that many other changes can be made apart from the embodiments within the scope of the present invention.

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の１実施例の概略図である。第２図．第３図、第４図は、それぞれ従来の音響サスベンション・システム、
従来のポート・システムおよび本発明のシステムに対応するスピーカシステムの
等価回路である。第５図および第６図は第２図乃至第４図のシステムのそれぞれパワー出力およ
びコーン変位を示すグラフである。［符号の説明］ 16…包囲体、16a，16b…サブチャンバ、17…分割部材、17a …
開口、18…駆動用スピーカ、19，20…ポート管。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram of one embodiment of the present invention. FIG. FIGS. 3 and 4 show a conventional acoustic suspension system, respectively.
2 is an equivalent circuit of a conventional port system and a speaker system corresponding to the system of the present invention. 5 and 6 are graphs showing the power output and cone displacement, respectively, of the system of FIGS. [Explanation of Signs] 16: Enclosure, 16a, 16b: Subchamber, 17: Dividing member, 17a
Aperture, 18 ... drive speaker, 19, 20 ... port tube.

Claims

Claims: (1) An electroacoustic conversion means having a vibrating cone and converting an input electric signal into a corresponding electric output signal; and an enclosure for housing and supporting the electroacoustic conversion means therein; The electroacoustic transducer means cooperates with the electroacoustic transducer means such that a first surface of the cone faces a first subchamber and a second surface of the cone faces a second subchamber. Means for dividing the interior of the enclosure into first and second sub-chambers; first and second respectively comprising an acoustic mass coupling the first and second sub-chambers with a region outside the enclosure. Wherein the first sub-chamber and the first passive acoustic radiation means have a first at a first bass frequency to minimize displacement of the cone at a first bass frequency. resonance Wherein the second sub-chamber and the second passive acoustic radiation means are adapted to produce a second resonance at a second bass frequency to minimize displacement of the cone at a second bass frequency. Wherein the ratio of the resonance frequency of each of the first and second sub-chambers is 1.5: 1.
And the ratio of the volume of the first sub-chamber to the volume of the second sub-chamber is in the range of 2: 1 to 4: 1, and the first and second The resonance frequencies of the sub-chambers are all located within the sound reproduction frequency band of the woofer, thereby increasing the sound output in the sound reproduction frequency band of the woofer, and the frequency characteristic in which frequencies higher than the sound reproduction frequency band of the woofer are cut off. A woofer loudspeaker system, wherein the first and second passive acoustic radiation means are constituted by either a port tube or a draw cone. 2. The speaker system according to claim 1, wherein the ratio of the resonance frequencies is about 2: 1. 3. The loudspeaker system according to claim 1, wherein the ratio of the volumes of the first and second sub-chambers is about 3: 1.