JP2517053B2 - スピ―カシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はスピーカユニット背面にホーンを有するスピ
ーカシステムに関するものである。

従来の技術 低音域を拡大する従来のスピーカシステムの１つとし
て、バックロードホーン形のスピーカシステムがある。

以下、図面を参照しながら、上述した従来のバックロ
ードホーン形のスピーカシステムについて説明を行う。

第６図は、上記スピーカシステムの構造断面図を示す
ものである。

第６図において、１はスピーカユニット、２はスピー
カユニット１を取り付けるキャビネット、３はキャビネ
ット２にスロート４を結合したホーン、５はホーン３の
開口である。

以上のように構成されたバックロードホーン形のスピ
ーカシステムについて以下その動作を説明する。

スピーカユニット１の背面からでた音は、スロート４
よりホーン３に導かれその開口５より放射される。周知
のようにホーン効果を有効に出すには、ホーンの拡がり
率を大きくする必要があるが、ホーン容積が大きくなる
ため、小形スピーカシステムでは、ストレート管に近い
ホーンが使用される。このようなホーンではその全長で
決まる特定の周波数で共振現象を生じる。ホーンの全長
をＬ、空気中の音速をＣとすると、共振周波数ｎ＝C/
4L×（2n＋１）、ここでｎ＝0,1,2、……ｎ、となりｎ
＝０で1/4波長がホーン長と等しくなり共振現象を生
じ、ホーンの開口５より音響的に増大された音が放射さ
れ低音再生限界付近での大幅な能率向上が図られるもの
である。また、1/2波長がホーン長と等しくなる周波数
では、スピーカユニット１の前面から放射される音と、
前面からの音に比し、本来逆相となるホーンの開口５か
ら放射されるスピーカニユット１の背面からの音は半波
長の位相遅延のため同相となって加算され音圧レベルが
増大するものである。さらにｎ＝２となると、3/4波長
がホーン長と等しくなりホーンに共振現象が生じてｎ＝
０の場合と同様に、ホーンの開口５より音響的に増大さ
れた音が放射される。従って、低音域において高能率な
スピーカシステムを実現出来るものであった。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のような構成では、第７図の音圧
周波数特性で示すように、その１波長がホーンの長さと
等しくなる周波数_ｄ付近ではスピーカユニット１の前
面から放射される音と、ホーンの開口５から放射される
スピーカユニット背面からの音は逆相となり打ち消し合
って音圧の大きな谷を生じる。

周波数の上昇とともに、ホーンは上記の動作をくり返
しスピーカユニット１の前面の音とホーン３から放射さ
れる音の合成は、周期的に大きな音圧の山谷を生じるも
ので、スピーカシステムの音質を劣化させる要因となっ
ていた。

本発明は上記問題点に鑑み、低音域での放射能率の向
上とともに、音圧特性の乱れの少ない音質の優れたスピ
ーカシステムを提供するものである。

課題を解決するための手段 この目的を達成するために、本発明のスピーカシステ
ムは、スピーカユニット背面にホーンを設け、このホー
ンより放射される音と、上記スピーカユニット前面から
放射される音との合成音圧において、上記合成音圧の音
圧特性の周期的な複数の谷において上記谷の音圧が極小
になる周波数のうち最低の周波数をf_dとする時、上記ホ
ーン内にホーンの音響インピーダンスを不連続とする音
響フィルターを設け、上記スピーカユニットと上記音響
フィルターの間で生じる第１次の共振現象の周波数を上
記f_dとほぼ等しくなるように設定したことを特徴とする
ものである。

作用 本発明は、ホーン内部に音響フィルターを設けるもの
で、ホーンの断面積を小さくしたり、重量が大きいドロ
ンコーンを用いて、音響インピーダンスを増大しホーン
内を流れる粒子速度を抑制すると、ホーン内の音響イン
ピーダンスは不連続なものとなりスロート部に設けた振
動板と音響フィルターの間に、あたかも両端閉の音響管
と同様な共振現象を生じるものである。周知のように両
端閉の音響管の第１次の共振における音圧の定在波は、
中央部が節で、両閉止端が腹となって1/2波長が音響管
長と等しくなる周波数で共振現象が発生する。このた
め、音響フィルターの位置では非常に大きな音圧とな
り、これが新たな音源となって、ホーン開口に音を放射
するものであり、ホーン開口から音場空間に放射される
音圧は定在波の音圧に比例して非常に大きなものとな
る。またホーン長による位相遅延のため音圧の大きな谷
が発生する最低周波数を_ｄとするとき、スピーカユニ
ットからの距離が_ｄの波長の略1/2となる位置に音響
フィルターを配置するならば、この周波数_ｄはスピー
カユニットと音響フィルターの間を管長とする両端閉の
音響管に第１次の共振が生じる周波数と一致するもので
ある。従って、_ｄにおいてホーンから放射される音圧
は、スピーカユニット前面の音と比べて非常に大きくな
り、_ｄ付近では、スピーカユニット前面の音とホーン
からの音は逆相となり打ち消されるがホーンからの音圧
が非常に高く、その差分は従来方式で発生していた音圧
の大きな谷が十分に補正される音圧レベルが確保され
る。また、音響フィルターは、ポートやドロンコーンで
あるため音響質量として作用し、そのリアクタンス成分
は中高音域で大きくなり、ホーンを通過する中高域の音
を遮蔽するハイカットフィルターとして動作を兼ね備え
るものである。

実施例 以下発明の実施例について図面を参照しながら説明す
る。

第１図は、本発明の第１の実施例におけるスピーカシ
ステムの構造断面図を示すものである。なお、第１図に
おいて、第６図の従来例と同構成部品には同番号を付し
た。第１図において、１はスピーカユニットで、２はス
ピーカユニット１を取り付けるキャビネット、４はキャ
ビネット２に取り付けたホーン６のスロート、７はホー
ン６の断面積を部分的に小さくしたポートで構成した音
響フィルター、５はホーンの開口である。

以上のように構成されたスピーカシステムについて、
以下その動作を説明する。

スピーカユニット１の背面から出た音はキャビネット
２に結合されたホーン６のスロート４よりホーン６内に
導かれ、ホーン断面積が小さくなったポートで構成され
た音響フィルター７を通って、ホーン開口５より音場空
間に放射されるものであり、スピーカシステムとしての
音圧は、スピーカユニット１の前面の音と、ホーン開口
５より放射される音の合成となる。ここで、ホーンスロ
ート４から音響フィルター７までの長さｌ は第７図で
示した従来例のスピーカシステムの音圧特性で、スピー
カ前面から放射される音と、ホーンから放射される音と
の合成音圧において、この合成音圧の音圧特性の周期的
な複数の谷においてこの谷の音圧が極小となる周波数の
うち最低の周波数をf_dとするとき、この_ｄの波長の略
1/2に設定するものである。このように設置された音響
フィルター７はホーン６の音響インピーダンスを不連続
なものとするとともにあたかもスピーカユニット１と音
響フィルター７の間で両端閉となる音響管のような動作
をするものである。第１図のホーン６内の破線は、ホー
ンスロート４と音響フィルター７との間で両端閉の音響
管として動作し第１次の共振現象が生じた時の定在波の
様子を音圧分布によって示すものである。音圧分布は中
央部が節で両端が腹となって、音響フィルター７の入口
では非常に大きな音圧となる。従って、音響フィルター
７からホーンの開口５に致るホーン６の内部では、音響
フィルター７の入口の大きな音圧を新たな音源として、
ホーン開口５に向って、新たに、従来のホーンの動作を
行ない、ホーン開口５には、定在波による大きな音圧に
比例した音圧を得ることができるものである。上記のよ
うに音響フィルター７の位置は、_ｄの波長の略1/2に
設定しているため、_ｄにおいて、スピーカユニット１
と音響フィルター７の間に、両端閉の音響管の第１次の
共振現象が生じる。このため、周波数_ｄ付近の帯域で
は、ホーン開口５から放射される音圧は非常に大きなも
のとなり、スピーカユニット１の前面から出る音との差
分は、従来方式で発生していた音圧の大きな谷が十分に
補正される音圧レベルとなるものである。第２図の実線
は、本実施例のスピーカシステムの音圧周波数特性であ
り、従来方式で大きな谷が発生していた周波数_ｄにお
いて、音圧特性が大幅に改善されていることがわかる。
また、_ｄ以下の帯域では、波長が長くなるためスピー
カユニット１と音響フィルター７との間に定在波を生じ
ることなく、従来方式とほぼ同じ動作をするものであ
る。さらに、_ｄよりも上の帯域では、音響フィルター
７を構成するポートが、バスレフのポートと同様に音響
質量として見なせるためリアクタンス成分は周波数の上
昇とともに大きくなり、音響フィルターを通過する中高
域の成分を遮断して、ホーン開口５より放射される音圧
レベルを大幅に減衰させるもので、音響的なハイカット
フィルターとしての動作を行なうものである。その結
果、中高音域におけるスピーカシステムの音圧は、ほと
んどスピーカユニット前面のホーンが個別にあって、こ
れを合成したものと見ることができる。第４図はホーン
内に音響フィルターがない場合のホーン長l₁＋l₃とl₂＋
l₃のホーンの音圧周波数特性を示すものである。バック
ロードホーン方式における音圧の山谷が生じる周波数は
ホーン長により決定されるものである。

従来スピーカシステムの動作で述べたように、ホーン
長が1/2波長の略奇数倍となる周波数ではスピーカユニ
ット前面の音とホーン開口から放射される音は同相とな
って加算され、略偶数倍となる周波数では逆相となって
打ち消される。このくり返しによって、音圧特性に大き
な山谷を生じていることから、１つのホーンのホーン長
が1/2波長の奇数倍と等しくなる周波数では他の１つの
ホーンのホーン長は1/2波長の偶数倍と等しくなるよう
にホーン長を設定すればよい。従って、長いホーン（l₁
＋l₃）が1/2波長の偶数倍となる周波数に、短いホーン
（l₂＋l₃）が1/2波長の奇数倍となる周波数を一致させ
ると、 となり、音圧の山谷を一致させようとする周波数によ
って、（l₁＋l₃）／（l₂＋l₃）の比は変化するものであ
る。しかし、音圧の山谷はそれほど急峻なものでなく、
第７図で示すように帯域幅を持つため、（l₁＋l₃）／
（l₂＋l₃）の比は、1.1〜２であるならば、特に中高音
域では音圧の山谷をほぼ一致させることが可能である。

そこで、第３図の実施例ではホーン長l₁＋l₃とl₂＋l₃の
比を1.2とすると第４図で示すように、それぞれのホー
ンで生じる音圧の山谷が相殺するようにできるもので、
中高音域における２つのホーンの合成音圧は非常に平坦
なものとすることができる。

しかし、スピーカユニット１の前面からの音とホーン
開口５から放射される音が逆相となるために生じる低音
域での第１番目の音圧の谷が発生する帯域は広く、上記
パラレルホーンの効果だけでは改善することは困難であ
る。そこで、第１の実施例と同様に、共有ホーン12に音
響フィルターを設けて、同様の動作によってこの音圧の
谷をなくした。第２図の破線で、第２の実施例における
音圧周波数特性を示すが、中高音域では、音響フィルタ
ーのハイカットフィルターとしての効果と、パラレルホ
ーンから放射される音となり、第２図の実線で示すよう
に、_ｄ以上の中高音域での、スピーカユニット１の前
面からの音と、ホーン開口５から放射される音との干渉
による音圧の山谷は小さなものとなる。

本発明の第２の実施例におけるスピーカシステムの構
造断面図を第３図に示すが、第１の実施例と同構成部品
には同番号を付した。第３図において、第１の実施例と
異なるのは、ホーンのスロート部を8,9の２つに分割す
るとともに、スロート8,9からそれぞれ長さの異なるホ
ーン10,11を設け、それぞれのホーンの開口を共有ホー
ン12に結合した複合ホーンとしているところにあり、共
有ホーン12には、その断面積を小さくしたポートで構成
された音響フィルター13を設けるものである。

以上のように構成されたスピーカシステムについて、
以下その動作を説明する。長さの異なるホーン10,11の
それぞれの長さをl₁,l₂として、共有ホーン12の長さをl
₃とする時、波長が短くなる中高音域ではホーンの動作
は、ホーン長さがl₁＋l₃のホーンとl₂＋l₃のホーンの音
圧の山谷の相殺効果との相乗効果によって、第１の実施
例よりもさらに平坦な音圧特性が実現できるものであ
る。

なお、本発明の第1,第２の実施例では、音響フィルタ
ーは、ホーンの断面積を小さくしたポートであったが、
第５図で示すように、ホーン３内を音響的に遮蔽する遮
蔽板14に、サスペンション15で支持されたドロンコーン
16によって構成した音響フィルターであっても、ドロン
コーンの質量によってホーン内の音響インピーダンスは
不連続となり、スロート４とドロンコーン16との長さ
が、1/2波長に等しくなる周波数付近では、両端閉の音
響的に近い動作をして、第１の実施例と同様な効果を得
ることができるものである。

また、上記実施例では音響フィルターの位置はスピー
カユニットから_ｄの波長の略1/2であったが、スピー
カユニット背面の空室容積の大きさや、スピーカユニッ
トの振動板の大きさとホーンスロートの大きさの比率に
よって、音響フィルターの位置は修正を加える必要があ
る。

しかし、いずれの場合も、スピーカユニットと音響フ
ィルターの間で、あたかも両端閉の音響管の第１次の共
振現象を生じせしめ、この共振現象の周波数を_ｄとほ
ぼ等しくする位置に設定することを基本として修正を加
えるならば、本実施例と同様の効果が得られるものであ
る。

発明の効果 以上のように、本発明は、スピーカ前面から放射され
る音と、ホーンから放射される音との合成音圧におい
て、この合成音圧の音圧特性の周期的な複数の谷におい
てこの谷の音圧が極小となる周波数のうち最低の周波数
をf_dとするとき、ホーン内にホーンの断面積よりも小さ
な断面積を有するポートあるいは、ドロンコーンによっ
て構成される音響フィルターを設けて、周波数_ｄにお
いてスピーカユニットと音響フィルターの間で、あたか
も両端閉の音響管として動作させ第１次の共振現象を発
生させるものである。この共振現象によって、音響フィ
ルター直前での音圧は非常に高いものとなり、ホーン開
口から、この音圧に比例した音圧を再生するものであ
る。スピーカ前面の音に比べて、ホーンから放射される
音圧は高くなり、２つの音の差分となるスピーカシステ
ムとしての合成音圧は、従来方式で発生する音圧の大き
な谷を十分補正する音圧レベルとなる。さらに、音響フ
ィルターはそのリアクタンス成分によって、ホーン開口
より放射される中高音域を遮断する音響的なハイカット
フィルターとしての役目を兼ね備えるものであり、この
帯域で、スピーカユニット前面から出る音と、ホーンか
ら放射される音との干渉をなくして、平坦な中高音域を
再生するものである。さらに、ホーンを長さの異なるパ
ラレルホーンと、その開口を共有ホーンに結合した複合
ホーンとし、かつ共有ホーンに音響フィルターを設ける
ことにより、それぞれのホーンで発生する中高音域にお
ける音圧の山谷を相殺することが可能となり、音響フィ
ルターとの相乗効果により、従来に比べて音圧特性は非
常に平坦となり、音質劣化のないスビーカシステムが実
現できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例におけるスピーカシステ
ムの構造断面図、第２図は同スピーカシステム及び第２
の実施例の音圧周波数特性図、第３図は本発明の第２の
実施例におけるスピーカシステムの構造断面図、第４図
は、第２の実施例の動作を説明するための音圧周波数特
性図、第５図は、本発明の第３の実施例における構造断
面図、第６図は従来のスピーカシステムの構造断面図、
第７図は同スピーカシステムの音圧周波数特性図であ
る。 １……スピーカユニット、3,6,10,11……ホーン、12…
…共有ホーン、7,13……音響フィルター、16……ドロン
コーン。

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スピーカユニット背面にホーンを設け、こ
   のホーンより放射される音と、上記スピーカユニット前
   面から放射される音との合成音圧において、上記合成音
   圧の音圧特性の周期的な複数の谷において上記谷の音圧
   が極小になる周波数のうち最低の周波数をf_dとする時、
   上記ホーン内にホーンの音響インピーダンスを不連続と
   する音響フィルターを設け、上記スピーカユニットと上
   記音響フィルターの間で生じる第１次の共振現象の周波
   数を上記f_dとほぼ等しくなるよう設定したスピーカシス
   テム。
2. 【請求項２】スピーカユニット背面とホーンの接合部か
   ら音響フィルターまでの長さをf_dの波長の略1/2となる
   位置とした請求項１記載のスピーカシステム。
3. 【請求項３】スピーカ背面のホーンは長さの異なる複数
   個のホーンと、上記複数個のホーン開口を１つの共有ホ
   ーンにて結合した複合ホーンであり、上記複合ホーンの
   共有ホーン内に設けた音響フィルターと上記スピーカユ
   ニットの間で生じる第１次の共振現象の周波数をf_dとほ
   ぼ等しくなるように設定したことを特徴とする請求項１
   記載のスピーカシステム。
4. 【請求項４】長さの異なる２つのホーンのそれぞれの長
   さをl₁,l₂、共有ホーンの長さをl₃とするとき、（l₁＋l
   ₃）／（l₂＋l₃）の比が1.1〜２であることを特徴とする
   請求項３記載のスピーカシステム。
5. 【請求項５】音響フィルターは、その位置でのホーン断
   面積よりも小なる断面積を有するポートより構成したこ
   とを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載
   のスピーカシステム。
6. 【請求項６】音響フィルターは、ホーン内に設けられた
   ドロンコーンで構成したことを特徴とする請求項１から
   請求項４のいずれかに記載のスピーカシステム。