JP3203919U - ２ウェイ全指向性バックロードホーンスピーカーシステム - Google Patents

Abstract

【課題】点音源と見なせ、広い再生周波数範囲、高能率を併せ持つ理想的な全指向性スピーカーシステムを提供する。【解決手段】低音用と高音用のスピーカーユニットを用いる２ウェイ方式で優れた再生周波数特性を確保し、上向きの低音用フルレンジスピーカーユニット３と下向きの高音用ホーン型スピーカーユニット１の間に複合構造の音響拡散器を配置して全指向性、点音源化を実現している。更に高能率スピーカーユニットとバックロードホーンの組み合わせで高能率を実現している。【選択図】図１

Description

本考案は、低音用と高音用の２台のスピーカーユニットで構成する全指向性スピーカーシステムに関するものである。

一般的なスピーカーユニットではユニットの正面、中心軸上で最良の再生周波数特性が得られ、中心軸からのずれ角が大きくなるほど音圧が低下する指向性を持ち、高い周波数ほど低下も大きくなる。このような指向性を持った一般的なスピーカーシステム２台を前方左右に配置してステレオ再生を行う場合、各スピーカーの正面中心軸が交差する一点でのみ最良の音像定位が得られ、この位置以外では左右の再生周波数特性のバランスが崩れて音像定位が劣化する。

この欠点を解決し、より自由な聴取位置で良好なステレオ再生が可能な全指向性スピーカーシステムが、先行技術文献の例のようにさまざま提案されている。ここでスピーカーシステムとしては指向性以外にも、点音源と見なせること、再生周波数範囲が広いこと、高能率などの性能も重要で、全指向性スピーカーシステムといえども例外ではない。小口径のフルレンジユニットによる全指向性システムは点音源と見なせるが、再生周波数範囲に限界があり能率も低い（図５）。低音用、高音用のユニットを用いる２ウェイなどのマルチウェイシステムとすれば再生周波数範囲は広がるが、各スピーカーユニットの物理的な大きさにより音源位置が分散するため、特に一般家庭のように近距離で使用する場合には点音源とは言えず、音像がぼける（図６）。

以上のように二律背反の要素が多く、ステレオ音響再生装置の理想である全指向性、点音源、優れた再生周波数特性を兼ね備え、かつ高い能率を持つスピーカーシステムは実現が困難であった。

特開２００２−１０３８３号 公報 実開平２−１３３０９２号 公報 実開平６−２３３９５号 公報

全指向性で点音源と見なせ、再生周波数範囲が広く高能率という要求を同時に実現することは困難であった。本考案は高能率ユニットによる２ウェイスピーカーユニットと複合構造の音響拡散器、およびこれらの特殊な空間配置、同軸構造のバックロードホーンなどの要素を組み合わせることにより、点音源、全指向性、優れた再生周波数特性、高能率を併せ持つ、ステレオ音響再生装置としての理想的なスピーカーシステムを実現しようとするものである。

また、構造が複雑で組立て、分解が難しい一般的なバックロードホーンでは、完成後に分解して音質調整等の作業を行うのは困難である。本考案では組立て、分解作業が容易な新構造の同軸型バックロードホーンを提案し、音質調整等の作業性向上を実現する。

本考案は鉛直方向に配置したスピーカーユニットと円錐形、または多角錐形等の音響拡散器を組み合わせて全指向性を実現する手法（図５）を基本として、低音用と高音用のスピーカーユニットを用いる２ウェイ方式で優れた再生周波数特性を確保しつつ、低音用と高音用のスピーカーユニットを鉛直線上に対向配置して、その中間に低音用音響拡散器に高音用音響拡散器を組み込んだ、複合構造の音響拡散器を配置（図７）することで点音源化を実現し、低音用に強力な磁気回路を持ち振動系質量の軽いフルレンジユニット、高音用に高能率のホーン型ユニットを用い、低音用エンクロージャーに同軸型バックロードホーンを使用して高能率化を達成し、ステレオ音響再生装置として理想的なスピーカーシステムを実現している。

また、音道を構成するパイプ以外の部品を上部ブロック（記号１〜８、１９、２１、２２）と下部ブロック（記号１３〜１５、１８、２０）にブロック化し、すべてのパイプが所定の配列になるように上記２ブロックで挟み込み、ブロック間を長ネジとナットで緊結する構造として、組立て、分解作業を容易にしている。

本考案によるスピーカーシステムは、点音源、全指向性、優れた再生周波数特性、高能率を併せ持つ理想的なステレオ音響再生装置として、聴取位置や部屋の音響特性に関わらず自然で立体的な音像再現を可能にするものであり、構造の工夫により組立て、分解作業も容易になった。

本考案のスピーカーシステム全体の構成図である。 本考案の上部ブロック２５の構成図である。 本考案の下部ブロック２６の構成図である。 第１から第４パイプを上下ブロックの所定位置にはめ込み、上部ブロック２５、下部ブロック２６間を長ネジとナットで緊結して組み立てる構造を示す。 鉛直方向に配置したスピーカーユニットと円錐形、または多角錐形等の音響拡散器を組み合わせて全指向性を実現する一般的な手法を示す。 低音用スピーカーユニットと高音用スピーカーユニットを用いる２ウェイ方式で全指向性を実現する一般的な例を示す。 ２ウェイ方式と複合構造の音響拡散器の組み合わせで点音源の全指向性を実現する本考案の構成を示す。 本考案の複合構造の音響拡散器の構造図である。 バックロードホーンスピーカーの原理図である。 一般的なバックロードホーンスピーカーの構造を示す。 本考案の同軸型バックロードホーンスピーカーの構造を示す。 本考案の実施例を示す。

図８は本考案の特徴の一つである低音用と高音用を合体した複合構造の音響拡散器４を示した分解図である。スペーサー１７によって間にスリット状の高域拡散音の通路を形成しつつ４ａと４ｂは一体化され、全体として斜面の角度が４５度の下向きの円錐、または多角錐をなし、低音用の音響拡散器となる。

この拡散器の直下に上向きに設置された低音用スピーカーユニット３からの音波は、拡散器の斜面で反射されて水平方向３６０度に均一に放射される（図７のＢ）。十分な拡散効果を得るためには拡散器の直径は低音用スピーカーユニットの口径と同等以上であることが望ましい。

低音用の音響拡散器の先端部分である４ｂの底面中心には、高音用音響拡散器２が設置される。拡散器の形状は斜面の角度が４５度の上向きの円錐、または多角錐形とする。

高音用ホーンスピーカーユニット１は高音用音響拡散器２に正対する形で、低音用の音響拡散器の基底部分である４ａの中心部に下向きに埋め込み設置される。高音用スピーカーユニット１からの音波は拡散器の斜面で反射され、４ａと４ｂの間のスリットから水平方向３６０度に均一に放射される（図７のＣ）。高音用拡散器の直径は高音用ホーンスピーカーユニットのホーン開口径と同等程度の小型のもので良い。

図１１は本考案の低音用エンクロージャーである同軸型バックロードホーンの構造図である。低音用フルレンジスピーカーユニット３からの直接音Ｄは上方に向けて放射される一方、ユニット背後からの音は低音用スピーカー取付板７、空気室仕切板８と第４パイプ１２で囲まれた空気室を通り、ホーンのスロートから第１パイプ９、第２パイプ１０の内側を下方に抜け、第３パイプ仕切板１３で反転して第３パイプ１１と第２パイプ１０、第１パイプ９の間のドーナツ型の空隙を上方に進み、空気室仕切板８で再び反転して第４パイプ１２と第３パイプ１１の間のドーナツ型の空隙を下方に進み、最後は底板１４の開口を通り設置床面１６と底板１４の空隙から水平３６０度に放射される（図１１のＥ）。

上記同軸型バックロードホーンは、スロートからホーン開口部へ進むにつれて音道の断面積が一定の比率で拡大する様に設計される点で、図９に示す原理図や図１０に示す一般的なバックロードホーンと同等である。空気室を設けることにより、ホーン開口部から放射される不要な高音域を抑える効果が得られる。

図１１では第３パイプが宙に浮いた状態であるため、実現するためには図１に示すスペーサー１８、１９、２０を設けてパイプの位置決めを行う。各スペーサーは音道の断面積に影響しないように配慮してパイプの円周上の３乃至４点に設ける。なお、第１パイプと第２パイプは、接続部からの空気漏れがない状態で、全体が所定の長さになるように予め一体化されているものとする。

図８の複合構造の音響拡散器４、高音用ホーンスピーカーユニット１、音響拡散器支持板５、音響拡散器支持柱６、低音用スピーカー取付板７、低音用フルレンジスピーカーユニット３を一体化し、更にスペーサー２１を介して空気室仕切板８とパイプスペーサー１９までを合体してスピーカー下部に長ネジを固定する金具２２を取り付けて上部ブロック２５とする（図２）。

底板１４、脚１５、第２パイプ位置決めスペーサー１８、第３パイプ仕切板１３を第３パイプ位置決めスペーサー（下）２０で一体化し、下部ブロックとする（図３）。

全体の組み立ては図４に示すようにパイプを挟んで上部ブロック２５、下部ブロック２６間を長ネジとナットで緊結して行う。第１から第４パイプは上下ブロックの所定位置にはめ込む形であり、接着固定は不要なのでいつでも容易に分解が可能である。ただし、各パイプの接合部分での空気漏れを防ぐためＯリングなどのパッキンを適宜設けるものとする。

図１４は低音用に口径２０ｃｍのフルレンジスピーカーユニット、高音用にホーンスピーカーユニットを用い、バックロードホーンのパイプ部分にＶＰ規格、ＶＵ規格の塩化ビニールパイプを利用した設計例である。使用するパイプは以下の通り。
第１パイプ：ＶＰ１２５（外径１４０ｍｍ、内径１２５ｍｍ）
第２パイプ：ＶＰ１５０（外径１６５ｍｍ、内径１４６ｍｍ）
第３パイプ：ＶＰ２５０（外径２６７ｍｍ、内径２４０ｍｍ）
第４パイプ：ＶＵ３５０（外径３７０ｍｍ、内径３４８ｍｍ）

この実施例の同軸型バックロードホーンの主要諸元は以下の通り。
空気室の体積： 約１２リットル
スロート面積： 約１２０平方センチメートル
ホーン開口面積： 約１０００平方センチメートル
（底板１４の直径：４００ｍｍとして）
音道の長さ： 約２．３メートル

同軸型バックロードホーンの構造により、独立した空気室、十分な長さの音道と開口面積を持ちながら、設置床面積が最小で済む。また、複合構造の音響拡散器４により全高も抑えられるため、中高音の音源位置を通常のいすに座った聴取者の耳の高さにほぼ揃えることが出来、最良の音響効果が期待できる。

１ 高音用ホーン型スピーカー ３１ フルレンジスピーカー
ユニット（下向き） ユニット（上向き）
２ 高音用音響拡散器 ３２ 音響拡散器
（円錐 または多角錐形） （円錐 または多角錐形）
３ 低音用フルレンジスピーカー ３３ 低音用スピーカーユニット
ユニット（上向き） （上向き）
４ 複合構造の音響拡散器 ３４ 低音用音響拡散器
４ａ 低音用音響拡散器基底部 （円錐 または多角錐形）
（円錐台 または多角錐台形） ３５ 高音用スピーカーユニット
４ｂ 低音用音響拡散器先端部 （上向き）
（円錐 または多角錐形） ３６ 高音用音響拡散器
５ 音響拡散器支持板 （円錐 または多角錐形）
６ 音響拡散器支持柱
７ 低音用スピーカー取付板 Ａ 水平３６０度に拡散された音
８ 空気室仕切板 （全音域）
９ 第１パイプ Ｂ 水平３６０度に拡散された音
１０ 第２パイプ （低音域）
１１ 第３パイプ Ｃ 水平３６０度に拡散された音
１２ 第４パイプ （高音域）
１３ 第３パイプ仕切板 Ｄ スピーカーからの直接音
１４ 底板 Ｅ ホーンからの放射音
１５ 脚 （低音域）
１６ 設置床面 Ｓ０ ホーンスロート部の断面積
１７ ４ａと４ｂ間に高域拡散音の通路 Ｓ１〜Ｓ４
を確保し、低音用拡散器を一体 一定距離進む毎のホーン断面積
化するスペーサー Ｓ５ ホーン開口部の断面積
１８ 第２パイプ位置決めスペーサー
１９ 第３パイプ位置決めスペーサー（上）
２０ 第３パイプ位置決めスペーサー（下）
２１ 空気室仕切板スペーサー
２２ 長ネジ取り付け金具
２３ 長ネジ
２４ ナット
２５ 上部ブロック
２６ 下部ブロック

Claims (3)

1. 低音用スピーカーユニットを上向き、高音用スピーカーユニットを下向きに鉛直線上に対向配置し、その間に、大型の低音用音響拡散器に小型の高音用音響拡散器を組み込んだ複合構造の音響拡散器を配置することにより、２つのユニットの仮想音源位置を鉛直線上のほぼ１点に近づけ、理想的な点音源を実現した全指向性スピーカーシステム。
2. 請求項１の低音用に高能率フルレンジコーンユニット、高音用に高能率ホーン型ユニットを使用し、低音用エンクロージャーに底面開口の同軸型バックロードホーンを採用することにより高能率を実現した全指向性スピーカーシステム。
3. 音道を構成するパイプ以外の構成部品を上部ブロック、下部ブロックとしてブロック化し、すべてのパイプが所定の配列になるように上記２ブロックで挟み込み、ブロック間を長ネジとナットで緊結する構造として、組立て、分解作業を容易にした同軸型バックロードホーンスピーカーシステム。

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