JP2568674Y2

JP2568674Y2 - 音響装置

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Publication number: JP2568674Y2
Application number: JP1988038440U
Authority: JP
Inventors: 一成古川
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1988-03-25
Filing date: 1988-03-25
Publication date: 1998-04-15
Anticipated expiration: 2003-03-25
Also published as: JPH01143591U

Description

【考案の詳細な説明】［産業上の利用分野］この考案は、開口管ポートを有するヘルムホルツ共鳴
器に振動器を配設し、この振動器を駆動することにより
共鳴音響を放射するようにした音響装置に関し、特に、
小形で、重低音再生が可能であり、かつ、音源、すなわ
ち振動器および開口ポートの配置の自由度を増大した音
響装置に関する。

［従来の技術］ヘルムホルツ共鳴を利用した音響装置として位相反転
形（バスレフ形）スピーカシステムが知られている。第
９図は、バスレフ形スピーカシステムの構成の一例を示
す斜視図および断面図である。同図のスピーカシステム
は、箱体（キャビネット）１の前面に穴を開けて振動板
２および動電形スピーカ３からなる振動器（スピーカユ
ニット）４を取り付け、また、その下方に開口ポート６
で外部へ開口する音道７を有する開口管ポート８を設け
ている。ここで、通常の基本設定に従ったバスレフ形ス
ピーカシステムにおいては、箱体１の空気バネと音道７
の空気質量による共鳴周波数（反共振周波数）f_opを、
バスレフ形箱体に組み込んだ状態での振動器４の最低共
振周波数f_oより僅かに低く設定してある。そして、前記
共鳴周波数よりも高い周波数では、振動板２の後面から
の音圧が音道７のところで逆位相となり、従って箱体１
の前方では、振動板２の前面からの直接放射音と開口ポ
ート６からの音が結果的に同相となり、同相加算されて
音圧が強められる。つまり、この同相加算によって、シ
ステムとしての最低共振周波数が共鳴器の共鳴周波数f
_opまで伸び、最適設計されたバスレフ形スピーカシステ
ムによれば、出力音圧の周波数特性を振動器の前記共振
周波数f_o以下まで伸ばすことができ、第10図に２点鎖線
で示すように、一様再生範囲を無限平面バフルや密閉形
バフルよりも広げることができる。

［考案が解決しようとする課題］ところで、このようなバスレフ形スピーカシステムに
おいては、反共振（共鳴）を生じさせる周波数は、50〜
100Hzと低いため、音の波長は長く、振動板２前面と開
口ポート６とのいわゆる２つの発音源間の距離差による
干渉は目立ちにくい。特に、通常のスピーカキャビネッ
ト寸法から見て、互いに逆相打消しに至る程の行程差を
有することはまずあり得ない。しかし、従来のバスレフ
形スピーカシステムにおいては、原理上、位置関係が重
要視され、一般に、同相加算をできるだけ正確に行なう
ために、振動板２と開口ポート６との２つの発音源を同
一平面に、特に再生音放射方面に対向するキャビネット
１の前面にいわゆる面一（つらいち）に並置すべきもの
と考えられていた。また、より低音再生帯域を伸ばす等
の目的で、開口管ポート８の長さを長くして行程差が大
きくなれば必然的に干渉の問題を生じることが考えられ
る。

また、従来のスピーカシステムでは、基本的により低
音を良好に再生するにはより大型のキャビネットに頼ら
ざるを得ず、これを打破するものはなかった。バスレフ
形スピーカシステムにおいても、同一キャビネット容積
では密閉形より低域まで再生が可能ではあるが、一般に
ある程度大きなキャビネットを用いるのが常であった。
ここで、共鳴周波数f_opは、音速をｃ、開口管ポート８
の断面積（開口ポート６の面積）をＳ、開口管ポート８
の長さをｌ、キャビネット１の容積をＶとすると、 f_op＝ｃ（S/lV）^1/2/2π ……（１）として求められる。したがって、従来、共鳴周波数f_op
を設定する開口管ポート８の形状は、キャビネット容積
Ｖが大きい分、S/lが大きくて済み、一般にポートは短
くて済んでいた。このため、上述のように振動板２と開
口ポート６とをキャビネット１の前面に面一に並置する
ことに何ら支障はなかった。また、そこに収め切れない
ような、例えばキャビネット１の奥行以上の、ポート長
になることもなかった。また、従来から、“Loudspeake
rs in Vented Boxes:PartI,PartII"（A.N.Thiele,Journ
al of Audio Engineering Society 1971 vol.19 No.5,N
o.6）のバスレフ設計手法（これは振動板側の共振系の
特性を電気的な手法を用いて最適化しようというもの）
等に示されるように種々の検討もなされてきたが、いず
れによっても設計の困難性は本質的に解消できなかった
し、さらには未だ充分なる小型重低音再生を実現し得な
かった。

さらに、低音再生領域を拡大しようとして、バスレフ
形スピーカシステムの基本思想にこだわらず、キャビネ
ット１と開口管ポート８とで構成されるヘルムホルツ形
共鳴器の共鳴周波数f_opを極度に低く設定することも考
えられるが、この場合、従来の一般的なパワーアンプに
よる定電圧駆動方式では、スピーカユニット側と共鳴器
側との相互依存性のため、ユニット側のＱ値が上昇する
とともに共鳴器側のＱ値が低下し、共鳴器として充分な
低音共鳴放射能力を確保することができなかった。この
ようなＱ値の変化は、開口管ポート８の径を細くする
程、また開口管ポート長を長くする程、さらに、開口管
ポートを折曲げたり、開口管ポートの後端開口部とキャ
ビネット内面とが該開口管ポートの内径以下に近づくこ
とによっても顕著となる。したがって、従来の位相反転
形スピーカシステムにおいては、開口管ポート８を長く
して、折曲げたり、キャビネット前面より突出させなけ
ればならない程、小形化し、かつ低音再生領域を拡大す
ることは、不可能ないし極めて困難であると考えられて
いた。

この考案の目的は、上述の従来形の問題点に鑑み、小
形で、重低音再生が可能であり、かつ、音源配置の自由
度が大きい音響装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段」上述した課題を解決するため、この考案では、開口管
ポートを有するヘルムホルツ共鳴器と、このヘルムホル
ツ共鳴器を駆動するための共鳴器駆動部を含んで構成さ
れる振動体を有して前記共鳴器に配設される振動器と、
この振動器を電気的に駆動する振動器駆動手段と、この
振動器駆動手段中に設けられ、電気的サーボ手段を構成
することにより、ヘルムホルツ共鳴器からの共鳴による
音響の再生特性に対するヘルムホルツ共鳴器の共振系の
特性および振動器の振動系の特性の相互依存条件を少な
くしあるいはなくすとともに、ヘルムホルツ共鳴器のＱ
値を大きくする負性インピーダンス発生回路とを有し、
ヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数は、振動器駆動手段が
この振動器駆動手段の出力インピーダンス中に等価的に
零以上の抵抗成分を発生して振動器を駆動した場合にこ
のヘルムホルツ共鳴器の低音共鳴放射能力が確保される
最低周波数よりも低く、かつ、開口管ポートの管長がこ
の共鳴器の体積部分の最大寸法より長くなるように設定
され、また開口管ポートは、ヘルムホルツ共鳴器から外
部へ突出させたことにより必要な管長を確保することを
特徴とする。

［作用］上述の構成からなるこの考案においては、ヘルムホル
ツ共鳴器駆動時に該共鳴器側からの大気反作用、すなわ
ち共鳴器内空気の反作用を打ち消すように振動器を駆動
するようにしている。つまり、振動器は共鳴器側すなわ
ち箱体側からの大気反作用に影響されない、充分に制動
のかかった、いわゆるデッドの状態で駆動されるため、
直接放射音響の周波数特性は箱体の容積に影響されな
い。したがって、ヘルムホルツ共鳴器の空洞として、か
つ振動器の容器として不都合が生じない限り、箱体の容
積を小さくすることができる。また、ヘルムホルツ共鳴
器駆動時に該共鳴器側からの大気反作用を打ち消すよう
に振動器を駆動するということは、該共鳴器側から見れ
ば、振動器の振動板が、共鳴器側からは駆動できない等
価的な壁となっているということである。したがって、
ヘルムホルツ共鳴器としてのＱ値は、振動器の特性には
影響されず、共鳴周波数f_opを下げても充分高いＱ値を
確保することができる。また、開口管ポートの音響抵抗
の増加が共鳴器のＱ値に及ぼす影響も前記相互依存によ
る場合より低減される。このため、この考案によると、
システムを小形化した上に、従来のバスレフ形スピーカ
システムより低音まで再生することが可能となる。

そして、この場合、キャビネットを小形化し、かつ共
鳴器の共鳴周波数f_opを下げるためには、前記（１）式
よりS/lを小さくする必要があり、開口管ポート８の長
さｌはキャビネット本体より長くなる可能性が高い。開
口管ポートをキャビネット内で何度も折曲させて収納し
ようとすると、音響抵抗が大きくなり、結果として共鳴
Ｑを低下させる。しかし、開口管ポート（共鳴ポート）
をキャビネットから突出させれば、共鳴器の共振周波数
f_opを、前記開口管ポートの管長ｌが該共鳴器の体積部
分の最大寸法より長くなるような周波数に設定したとし
ても、開口管ポートの管長を確保しながら折曲による共
鳴Ｑの低下を防止することができる。

［効果］以上のように、この考案によると、キャビネットを小
形化し、かつ重低音を再生することができるとともに、
このために開口管ポートを長くしたとしても、これによ
る低音域特性の劣化が少ない。すなわち、開口管ポート
をキャビネットから突出させることにより、システムを
さらに小形化することが可能となる。また、振動器（ス
ピーカユニット）と開口管ポートは、各分担帯域の音響
を独立的に放射するため、基本的には２音源間の位相関
係を考慮する必要がない。したがって、振動器と開口管
ポートの開口部との相対位置関係を任意に設定すること
ができる。

さらに、開口管ポートをキャビネットから突出させて
いるため、開口管ポートの開口方向を可変にすることが
でき、再生環境に応じ好みのセッティングを行なうこと
が可能となる。

［実施例］以下、添付の第１図ないし第８図を参照して、この考
案の実施例を説明する。なお、第９図に示した従来例の
共通または対応する要素には同一の符号を付してある。

第１図は、この考案の一実施例に係る音響装置の構成
を示す。同図の音響装置（スピーカシステム）は、箱体
１の前面に穴を開けて振動板２および動電形電気音響変
換器（スピーカ）３からなる振動器４を取り付け、ま
た、箱体１の上部に該箱体１から突出するとともに開口
ポート６により外部へ開口する音道７を有する開口管ポ
ート８を設けて、この開口管ポート８と箱体１とでヘル
ムホルツ共鳴器を形成したものである。このヘルムホル
ツ共鳴器においては、閉じられた空胴である箱体１の空
気バネと開口管ポート８の音道７内の空気質量とによっ
て空気の共鳴現象が生じる。そして、この共鳴周波数f
_opは、前記（１）式により求められる。

この実施例の音響装置において、変換器３は振動器駆
動装置30に接続されている。この振動器駆動装置30は箱
体１と開口管ポート８とからなるヘルムホルツ共鳴器駆
動時に該共鳴器側からの大気反作用を打ち消すように電
気的サーボを施すサーボ部31を具備している。このよう
なサーボ系としては、出力インピーダンス中に等価的に
負性インピーダンス成分（−Zo）を発生させる負性イン
ピーダンス発生回路を適用することができる。

次に、第１図に示す構成の音響装置の作用を説明す
る。

振動器駆動装置30から振動器４に駆動信号が与えられ
ると、変換器３はこれを電気機械変換して振動板２を前
後（図中の左右）に往復駆動する。振動板２はこの往復
運動を機械音響変換する。ここで、振動板２の前面側
（図中の右面側）は音響を直接外部に放射するための直
接放射部をなしており、振動板２の後面側（図中の左面
側）は箱体１ろ開口管ポート８からなるヘルムホルツ共
鳴器を駆動するための共鳴器駆動部をなしている。そし
て、この振動板２の後面側には、箱体１内の空気からの
大気反作用が加わるが、振動器駆動装置30は、この大気
反作用を打ち消すように振動器４を駆動する。

このように、振動器４を、前記ヘルムホルツ共鳴器駆
動時に該共鳴器からの大気反作用を打ち消すように駆動
すると、振動板２は共鳴器の側からは駆動できず、この
共鳴器側から見れば剛体すなわち壁として作用する。し
たがって、ヘルムホルツ共鳴器としての共鳴周波数およ
びＱは、直接放射部としての振動器４の共振周波数およ
びＱから独立したものとなり、かつ振動器４からの共鳴
器受動エネルギーも前記直接放射部とは独立して与えら
れることになる。また、振動器４は共鳴器すなわち箱体
１側からの大気反作用に影響されない、いわゆるデッド
の状態で駆動されるため、直接放射音響の周波数特性が
箱体１の容積に影響されない。したがって、この実施例
の構成によれば、ヘルムホルツ共鳴器の空洞である箱体
１の容積を従来のバスレフ形スピーカシステムより小さ
くすることができ、この場合、共鳴周波数f_opを従来の
バスレフ形スピーカシステムよりさらに低く設定しても
Ｑ値は充分な大きさに設定することができる。この結
果、第１図の音響装置においては、箱体１を従来のバス
レフ形スピーカシステムより小形化しても、より低音ま
で再生することが可能となる。

第１図において、変換器３は、振動器駆動装置30から
の駆動信号に応答して振動板２を駆動し、かつ箱体１と
開口管ポート８とで構成されるヘルムホルツ共鳴器に対
し独立に駆動エネルギーを与える。これにより、第１図
中に矢印ａで示すように振動板２から音響が直接放射さ
れるとともに、箱体１中の空気が共鳴させられて、第１
図中に矢印ｂで示すように、共鳴放射部（開口ポート
６）から充分な音圧の音響が共鳴放射される。そして、
前記ヘルムホルツ共鳴器における開口管ポート８の音道
７内の空気等価質量の調整により、この共鳴周波数f_op
を変換器３の再生周波数帯域より低く設定し、かつ音道
７の等価抵抗の調整によるＱ値の適正レベルへの設定に
より、開口ポート６から適切なレベルの音圧が得られる
ことを条件として、例えば第２図に示すように音圧の周
波数特性を得ることができる。

また、このヘルムホルツ共鳴器は、振動器４とは全く
独立して重低音域の音響放射を行なう仮想ウーハとも言
うべき存在となっている。そして、この仮想ウーハは、
ポート径に相当する小口径であるにもかかわらず大口径
のものに相当し、しかも振動板が空気であり、振幅歪の
少ない理想的なスピーカである。

また、（１）式からも明らかなように、ヘルムホルツ
共鳴器の共鳴周波数f_opは箱体１の任意の容積Ｖに対
し、音道７の断面積Ｓと長さｌとの比率を適宜選択する
ことにより設定できるので、この比率を一定として共鳴
ポート（開口管ポート）８の長さｌを設定することによ
り、開口部６を自由な位置へセットすることができる。

［他の実施例］第３〜８図は、それぞれ第１図の開口管ポートの他の
実施例を示す図である。

第３図は、従来のバスレフ形スピーカシステムに対
し、開口管ポート８をキャビネット（箱体）１の奥行よ
り長くした場合の実施例を示す。この場合、開口管ポー
ト８の後端部を箱体１の内面から少なくとも該開口管ポ
ート８の内径だけ離し、開口管ポート８の箱体１内に収
らない部分を箱体１の外部に突出させている。

第４図は、第３図のものが箱体１の前面に開口管ポー
ト８を突出させているのに対し、箱体１の後面に開口管
ポート８を突出させたものである。

第５図は、開口管ポート８を箱体１および振動器４を
設置した部屋とは別の部屋に開口させたものである。

第６図は、第１図のものに対し、開口管ポート８をＬ
形に折り曲げたものである。

第７図は、第６図のＬ形開口管ポート８を箱体１への
取付部分8aで回動自在に構成したものである。

第８図は、開口管ポート８として中央部分8bをフレキ
シブル管で構成したフレキシブルポートを用いたもので
ある。

これらの第６図ないし第８図の構成によると、開口管
ポート８の開口部、すなわち仮想低域ウーハを再生環境
に応じて好みの位置および向きにセッティングすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この考案の一実施例に係る音響装置の構成
図、第２図は、第１図の音響装置から放射される音響の音圧
の周波数特性図、第３〜８図は、それぞれ第１図の開口管ポートの変形例
を示す図、第９図は、従来のバスレフ形スピーカシステムの構成を
示す斜視図および断面図、第10図は、第９図のスピーカシステムの音圧特性の説明
図である。 2:振動板、3:変換器、4:振動器、6:開口ポート、7:音
道、8:開口管ポート、8a:開口管ポートの先端部、8b:フ
レキシブルポート、30:振動器駆動装置、31:サーボ部。

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】開口管ポートを有するヘルムホルツ共鳴器
と、前記ヘルムホルツ共鳴器を駆動するための共鳴器駆動部
を含んで構成される振動体を有して前記共鳴器に配設さ
れる振動器と、この振動器を電気的に駆動する振動器駆動手段と、この振動器駆動手段中に設けられ、電気的サーボ手段を
構成することにより、前記ヘルムホルツ共鳴器からの共
鳴による音響の再生特性に対する前記ヘルムホルツ共鳴
器の共振系の特性および前記振動器の振動系の特性の相
互依存条件を少なくしあるいはなくすとともに、前記ヘ
ルムホルツ共鳴器のＱ値を大きくする負性インピーダン
ス発生回路とを有し、前記ヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数は、前記振動器駆
動手段が当該振動器駆動手段の出力インピーダンス中に
等価的に零以上の抵抗成分を発生して前記振動器を駆動
した場合に当該ヘルムホルツ共鳴器の低音共鳴放射能力
が確保される最低周波数よりも低く、かつ、前記開口管
ポートの管長が該共鳴器の体積部分の最大寸法より長く
なるように設定され、また前記開口管ポートは、前記ヘルムホルツ共鳴器から
外部へ突出させたことにより前記必要な管長を確保する
ことを特徴とする音響装置。
【請求項２】前記開口管ポートは、その大気側開口部の
開口方向が変更可能に構成されている請求項１記載の音
響装置。