JP3157210B2 - ホーンスピーカ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、振動板からの音をホー
ンによって導く方式のホーンスピーカに関する。

【０００２】

【従来の技術】ホーンスピーカは、振動板からの音を直
接拡散させずホーンで導いていく方式である。振動板か
らの音は一度絞られて高音圧となり、振動板へはホーン
内の空気が抵抗として付くことができるので放射抵抗が
増大し能率も大幅に向上する。

【０００３】ホーンスピーカの特徴は、音響エネルギの
変換能率が高いことであり、用途も家庭用Ｈi −Ｆi シ
ステムから業務用のＰＡ（パブリックアドレス）装置ま
で幅広く使われている。

【０００４】ホーンの形状の代表的なものとして、パラ
ボリックホーン、コニカルホーン、エクスポネンシャル
ホーン、ハイパボリックホーン等があり、これらはホー
ンの広がり度合によって分けられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のホーンスピーカにあっては、ホーンの下限帯域レベ
ルを上げようとすれば群遅延特性が悪くなり、逆に群遅
延特性を良くしようとすればホーンの低域特性が犠牲と
されてしまうという欠点がある。

【０００６】また、ホーン内部の波長λh は、

【数２】 ｆc ：カットオフ周波数 で与えられるが、ｆ＝ｆc においては無限に長くなり、
音源位置のズレを生じてしまう。

【０００７】またホーンの指向周波数特性とエネルギー
特性の関連により音圧周波数特性ににピークを生じ音質
のなめらかさを損なう場合がある。ここで、通常のホー
ンスピーカとしてエクスポーネンシャルホーンを代表さ
せ、その従来の動作を説明する。説明を簡単にするため
に無限長ホーンについて行う。

【０００８】図８（ａ）にホーンスピーカの基本構造を
同図（ｂ）にその機械等価回路を示す。なお、以下に説
明するインピーダンスＺに関しては、単にＺで表すもの
とする。

【０００９】ここで、Ｓo ：振動板の面積 Ｓ1 ：ホーンスロートの面積 ｍo ：振動部の全質量 Ｃm ：振動系サンペンションのコンプライアンス Ｃm´ ：振動板とスロート間の空気のコンプライアンス Ｚr ＝ｒr ＋ｊＸr ：音響インピーダンス密度 ｒr ：放射抵抗密度

【数３】 Ｘr ：放射リアクタンス密度 Ｘr ＝Ｚo （ｍ／２ｋ） Ｚo ：固有音響インピーダンス ｍ ：ホーンのフレアコンスタント

【００１０】図９にエクスポーネンシャルホーンの放射
インピーダンス密度の周波数特性を示す。放射抵抗密度
はホーンの内部を前方に伝わるエネルギーの割合を示
す。図１０に音響インピーダンス密度にかかわる時定数
τを示す。τ＝Ｘr ／ｒr で示される時定数は過渡性能
を表す。つまり、時定数が長いことは立上がりも立下が
りも遅いことを示す。ホーンでは低音側で過渡特性が悪
い。

【００１１】したがって、従来のホーンからの音は過渡
状態において低音側の音が強調されたいわゆる「こもっ
た音」となり音質の低下を招いてしまう。ところで、ホ
ーン内における位相定数は

【数４】 であり、ホーン内の波長λh は

【数５】 となり、自由空間波長λより長くなりホーンのカットオ
フ周波数では無限に長くなる。

【００１２】図１１に波長の比λh ／λを示す。同図は
見方をかえればホーン内部で周波数によって定位が移動
することを示している。ｆc 付近においては特に変化が
大きい。このことが従来のホーンの欠点の一つとなって
いる。

【００１３】本発明はこのような事情に対処してなされ
たもので、音質の向上及び音源の位置ズレ防止を図るこ
とのできるホーンスピーカを提供することを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、振動板からの音をホーンによって導く方
式のホーンスピーカにおいて、前記ホーンを形成する側
壁に開口部が設けられるとともに、この開口部には終端
を閉じた管状のダクトが設けられており、

【００１５】前記管状のダクトの長さＬは、音速をｃ、
低減すべき音圧の周波数をｆr 、ダクトの等価的な径を
ｄとしたとき、約、

【数６】 とされていることを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明のホーンスピーカでは、

【数７】 に基づいてダクトの寸法を設定することにより、ｆr の
周波数のホーンからの音圧をダクトの共鳴効果によって
減衰させることができる。また、低減すべき音圧の周波
数ｆr をホーンのカットオフ周波数に近似させ、上記式
に基づいてダクトの長さＬを設定することにより、カッ
トオフ周波数付近を中心とする大きな音響インピーダン
スの時定数をもつ音圧レベルが下げられるため、音質の
過渡性能が良くなりまたホーンのスロート部近傍に音源
を定位させることができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例の詳細を図面に基づい
て説明する。図１乃至図３は本発明のホーンスピーカの
一実施例を示すもので、開口端周縁にフランジ１を有し
たホーン２は、４つの側壁３，４，５，６によって構成
されている。

【００１８】側壁３には、凹部７が設けられており、こ
の凹部７の低部には終端が閉じられた管状のダクト８の
開口部９が設けられている。凹部７にはジャージネット
１０が取付けられ、これによって開口部９が覆われるよ
うになっている。

【００１９】ダクト８の中空部８ａ内部には、吸音材１
１が収容されている。ホーン２のスロート部１２には、
ドライバ（図示省略）の取付けフランジ１３が設けられ
ている。

【００２０】ここで、ダクト８の長さＬは、低減すべき
音圧の周波数ｆrに対して、約、

【数８】 の式に基づいた値に設定されている。ここで、ｃは音
速、ｄは中空部８ａの等価的な内径をそれぞれ示してい
る。またＬは、図３に示すように実効長を示している。

【００２１】このような構成のホーンスピーカは、次の
ような動作を行う。図４にホーンの途中に終端を閉じて
いるダクトを取付けた時の等価回路を示す。説明を簡単
にするためにホーンとダクトのカップリングを密として
考える。Ｚo は長さＬのダクトの音響インピーダンス密
度で Ｚo ＝−ｊωｃ ｃｏｔ ｋ（Ｌ＋０．４ｄ）であらわ
され ｆr ＝Ｚ（ｎ−１）ｃ／４（Ｌ＋０．４ｄ） ｎ＝１、
２、３・・・で０となる。

【００２２】したがって、ｆr 近くにおいてＶ1 はダク
トの音響インピーダンス密度に分流しやすくなり、音響
リアクタンスに蓄わえられるエネルギー量が少なくなる
ため、ｆc ＝ｆr とすると、過渡性能の悪い音圧レベル
が下がるとともに共振エネルギーの減少により過渡特性
は良好になる。なお、図４においてｆr ではＺo が０に
なるので駆動側からは等価的にＺm＝０となり、Ｚr ＝
ｒr ＋ｊＸr ＝０とみなされる。ここで、ｒr はｆc に
おいて０であるから

【００２３】Ｘr ＝Ｚo （ｍ／２ｋ）＝０ Ｚo ≠
０、ｋ≠０なので ｍ＝０ よってｍ＝０をホーン内部の位相定数を決める式(１)に
代入すると、λh ＝λとなる。

【００２４】つまり、本考案のダクトを設けたホーンで
は、ｆc において波長定数λh は自由空間の波長定数λ
と同じになり、その波面中心としてのスロート部が明確
になるのでスロート部に音像が定位される。

【００２５】以上はダクト中に吸音材のない場合につい
て述べたが吸音材のある場合も同様の考え方ができるの
で過渡音質の向上、定位の安定性が図られる。吸音材は
ダクトの共振鋭度Ｑを下げるためのもので、目的の周波
数に対しての効果は減るが共振によるダクトの音響イン
ピーダンス密度の低下のすそ野が広がるために図１１に
示したλh ／λの高い部分を幅広く落とすことができ
る。

【００２６】また吸音材によりサブダクト内での共振エ
ネルギーが短い時間で熱エネルギーに変えられるため
に、サブダクトによる付帯的な不要共振音を減らすこと
ができる。ここで、ダクト８を有しない従来のものと比
較した場合のホーン２の軸上の周波数特性を図５に示
す。同図から解る通り、ダクト８を有した本実施例のも
のは、たとえば３００〜４００ＨZ の間における低域に
おいて、従来のものより音圧レベルが減衰されている。

【００２７】図６は、図５における従来のものとの位相
特性を比較したものであり、３００〜４００ＨZ の間に
おいて本実施例のものは従来のものより位相特性の回転
が小さくなっている（つまり郡遅延が小さい）ことを理
解することができる。

【００２８】なお、この実施例では、ダクト８の中空部
８ａを一個設けた場合について説明したが、この例に限
らず各側壁４，５，６にそれぞれダクト８の中空部８ａ
を適宜設けてもよい。この場合、各ダクト８の中空部８
ａの寸法を、吸収すべき周波数ｆr の値が異なるように
設定することにより、共振周波数の減衰範囲が広がるた
め、音質を更に向上させることができる。

【００２９】図７は、ホーンの形状を変えた場合の他の
実施例を示すもので、ホーン２Ａの各側壁３，４，５，
６には上記式（１）に基づいて設定された中空部８ａ，
８ｂ，８ｃ，８ｄが設けられている。ここで、各中空部
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄのＬ1 〜Ｌ4 は、それぞれ吸収
すべき周波数ｆr の値が変えられていることにより、そ
れぞれ異なった寸法とされている。

【００３０】各中空部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ内には、
吸音材１１が収容されている。更に、各中空部８ａ，８
ｂ，８ｃ，８ｄの底部には、ネジ挿入孔１４が形成され
ている。そして、ホーン２Ａのスロート部１２にはネジ
１５の締結力によりドライバ１６が取付けられている。

【００３１】このように、この実施例では、各側壁３，
４，５，６に中空部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを設けると
ともに、これら中空部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの底部に
ネジ挿入孔１４を形成し、このネジ挿入孔１４に挿入し
たネジ１５によってホーン２Ａのスロート部１２にドラ
イバ１６を取付けるようにした。

【００３２】したがって、上記同様に共振周波数の減衰
範囲拡大に伴って音質が更に向上することに加え、ドラ
イバ１６を取付けるためのネジ挿入孔１４と共用できる
ので音質劣化を防止するために、従来から行われている
挿入孔をふさぐための特別な手段が不必要になる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のホーンス
ピーカによれば、

【数９】 に基づいてダクトの長さを設定し、ある周波数のホーン
再生音圧をダクトの共鳴効果によって減衰させるように
し、また低減すべき音圧の周波数ｆr をホーンのカット
オフ周波数に近似させ、上記式に基づいてダクトの長さ
Ｌを設定することにより、カットオフ周波数付近を中心
とする音圧レベルを下げ、ホーンのスロート部近傍に音
源を定位させるようにしたので、音質の向上及び音源の
位置ズレ防止を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のホーンスピーカの一実施例を示す斜視
図である。

【図２】図１のホーンスピーカのホーンを示す正面図で
ある。

【図３】図１のホーンスピーカのホーンを示す断面図で
ある。

【図４】図１のホーンスピーカの作用を説明するための
ものであり、ホーンの途中に終端を閉じているダクトを
取付けたときの等価回路を示す図である。

【図５】図１のホーンスピーカの音圧特性を従来のもの
と比較して示す図である。

【図６】図１のホーンスピーカの位相特性を従来のもの
と比較して示す図である。

【図７】図１のホーンの形状を変えた場合の他の実施例
を示す断面図である。

【図８】従来のホーンスピーカの基本構造及びその機械
等価回路を示す図である。

【図９】従来のエクスポーネンシャルホーンの放射イン
ピーダンス密度の周波数特性を示す図である。

【図１０】図９のエクスポーネンシャルホーンにおける
音響インピーダンス密度にかかわる時定数τを示す図で
ある。

【図１１】図９のエクスポーネンシャルホーンにおける
波長の比を示す図である。

【符号の説明】

１ フランジ ２ ホーン ３，４，５，６ 側壁 ７ 凹部 ８ ダクト ９ 開口部 １０ ジャージネット １１ 吸音材 １２ スロート部

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動板からの音をホーンによって導く方
   式のホーンスピーカにおいて、 前記ホーンを形成する側壁に開口部が設けられるととも
   に、この開口部には終端を閉じた管状のダクトが設けら
   れており、 前記管状のダクトの長さＬは、音速をｃ、低減すべき音
   圧の周波数をｆr、ダクトの等価的な径をｄとしたと
   き、約、 【数１】 とされていることを特徴とするホーンスピーカ。
2. 【請求項２】 前記ｆr はホーンの低域カットオフ周波
   数に略合わせられていることを特徴とする請求項１記載
   のホーンスピーカ。