JP3230078B2 - スピーカシステムの低音増強装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オーディオシステ
ムあるいはパーソナルコンピュータ等に使用する、スピ
ーカシステムの低音増強装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】オーディオシステムは、原音をより忠実
に再生するのがよいことから、単なる増幅回路とせず
に、高忠実度再生をするための種々の工夫がなされてい
る。増幅回路に通常施されるＮＦＢ（ネガティブ・フィ
ードバック）回路もそのうちの一つである。このＮＦＢ
回路は、最初は増幅回路内のみで実施されたが、段々に
スピーカの系も含んで行われるようになっている。とい
うのは、オーディオシステムのうちでもっとも性能が悪
いのはスピーカであることから、このスピーカにはなん
らの手段も講じずに（もちろんスピーカ単体の研究、改
良はなされている）、これを駆動する回路のみに改良を
施しても限界があるからである。

【０００３】ところで、音質、とくに低域の音を忠実に
再生しようとすると、必然的に大口径のスピーカを使用
することになる。低域の音を再生するためには大きな振
幅でコーン紙を振動させなければならないからである。
しかしながら実際の用途には、大口径のスピーカを使用
できない場合も多々ある。たとえば小型のオーディオシ
ステムがそれであり、またパーソナルコンピュータの音
声モニタ用スピーカがこれに該当する。両者ともに小口
径でありながら、低域の再生が強く要望されるからであ
る。

【０００４】そこで、一定の口径を有するスピーカで、
より低域の音を再生する方策として、パッシブラジエー
タと称される低音増強装置が案出され、実用化されてい
る。これは、アンプの出力で駆動されるメインスピーカ
（アクティブスピーカ）の音圧を受けるところに他のス
ピーカ（このスピーカは振動用のコーン紙のみで磁気回
路を有していなくてよい）を配設し、このスピーカがメ
インスピーカの発する音圧に共振することにより音（低
域の音）を発生させるものである。この共振スピーカを
パッシブラジエータと称する。

【０００５】この技術も研究が重ねられ、種々の特許出
願がなされている。このうちの特開平５−１７６３８９
号公報と特開平５−１７６３９０号公報に記載されたも
のは、ともに内部を２分割する箱体（エンクロージャ）
の中の第１のキャビティにアンプで駆動されるドライバ
ユニット（スピーカ）を取付け、第１のキャビティとは
独立した第２のキャビティにパッシブラジエータを取付
けた構造において、ドライバユニットの振動を検出する
センサを設け、このセンサの出力に応じて、アンプに帰
還をかけるものである。

【０００６】また別の先行技術としては、特開平３−２
３２３９９号公報に開示されたものがある。これは、パ
ッシブラジエータにその振動を検出する手段を設け、そ
の出力に応じて、メインスピーカを駆動するアンプに帰
還をかけるものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】これらの発明は、いず
れも低域の再生に優れた効果を発揮することができる。
本発明は、これらの技術とはまったく異なった発想によ
り、上記〔０００５〕や〔０００６〕で述べたもののよ
うに、メインスピーカの駆動アンプ系に帰還をかけるこ
となく、メインスピーカの信号系統とは独立したパッシ
ブラジエータ側の補償方法により、低域の補償が満足で
きる技術を開発したのでこれを提供しようとするもので
ある。

【０００８】一方、最近においては、家庭等において
も、大画面で映画等のソフトを鑑賞する機会が増えてお
り、その場合の画像・音響設備としてドルビー・ディジ
タル・ＡＶシステム等が採用される場合が多くなってき
ている。このシステムを採用するためには、部屋の前壁
中央に配置したスクリーンの左右にフロントスピーカを
置き、スクリーンの下部にセンタースピーカを配設する
と共に、部屋の後壁左右にリアスピーカを置くことにな
る。そしてこれらのスピーカでは再現することができな
い重低音を受け持つサブウーファー（スーパーウーファ
ー）の置き場所をどこにするかが問題であり、一般的に
は壁に沿わせて配置することが多い。

【０００９】サブウーファーも画像に密接に関連した音
を再現するものであるから、部屋の横壁に沿わせるよう
な配置とせず、できれば画面の中央上部あるいは下部に
位置させるのが良いことはいうまでもない。しかしなが
ら一般的な技術常識として、重低音を再現させるために
は口径の大きいスピーカを使用しなければならないもの
であり、これに伴って箱体（エンクロージャ）も大きく
なるので、限られた容積の部屋では横壁に沿わせた配置
とならざるを得ず、部屋中央のリスナーからすると、画
像との関係で不自然な印象を拭いきれないことになる。

【００１０】本発明は上記〔０００７〕で述べたよう
に、メインスピーカの信号系統とは独立したパッシブラ
ジエータ側の補償方法により、低域の補償が満足できる
技術を開発したものであるから、このシステムにより、
別途サブウーファーを設けることなく、小径のメインス
ピーカで十分なる中音ならびに重低音を再現する技術も
提供できることになる。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するための手段として、アンプで駆動されるメインス
ピーカの音圧を受ける個所に、磁気回路を有するスピー
カからなるパッシブラジエータを配設し、該パッシブラ
ジエータに、前記メインスピーカの駆動回路とは独立し
たモーショナル・フィードバック回路を接続すると共
に、前記メインスピーカを駆動するアンプの入力側に、
センタースピーカ用の信号とサブウーファー用の信号を
混合するミキシングアンプを接続したことを特徴とす
る。

【００１２】メインスピーカの作動に伴いパッシブラジ
エータのコーン紙が振動する。この振動はパッシブラジ
エータの磁気回路で捉えられ音声電流となる。この音声
電流は差動入力バッファアンプ、積分ＭＦＢアンプ、速
度ＭＦＢアンプおよびサミングアンプで信号処理された
後、電力増幅されて再びパッシブラジエータの磁気回路
に加えられる。これによりパッシブラジエータは作動を
継続する。

【００１３】上記回路によってパッシブラジエータはサ
ーボコントロールされることになり、パッシブラジエー
タにはたらくスティフネスが打ち消される。メインスピ
ーカとパッシブラジエータとを、密閉型あるいはバスレ
フ型の箱体に取付ければ、上記サーボコントロールの効
果とこれら箱体特有の効果が相乗して、より低域の再生
に優れることになる。

【００１４】パッシブラジエータとして磁気回路を有す
るスピーカユニットを用い、メインユニットとは独立し
た、パッシブラジエータだけで閉じたモーショナル・フ
ィードバック・ループ（ＭＦＢループ）を構成し、ＭＦ
Ｂによってパッシブラジエータにはたらくスティフネス
を実効的に打ち消す。これによりパッシブラジエータの
動作帯域を低周波領域に拡大し、スピーカシステムの低
音再生限界周波数を大幅に下げ、小型のシステムで超低
音の再生が可能となる。

【００１５】そして、メインスピーカを駆動するアンプ
の入力側に、センタースピーカ用の信号とサブウーファ
ー用の信号を混合するミキシングアンプを接続したこと
により、メインスピーカがセンタースピーカおよびサブ
ウーファーとしても機能することになり、パッシブラジ
エータもこの音に対して機能するので、全体としての音
域が拡張され、高音質を得ることができることになる。
よって、とくにビジュアルを主体としたオーディオシス
テムのようにスピーカの設置面積に限りがあるような場
合、大きな面積を必要としたサブウーファーを別途設け
ずに、中音ならびに重低音の再生が十分にできることに
なる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１の回路のうち、破線で囲む部分が本発明の特
徴部分であり、他の部分は前提技術の部分である。この
前提技術部分については、本出願人によって既に特許出
願がなされている（特願平９−１６５１４６号）。図１
において１はメインスピーカであり、２はコーン紙、３
は磁気回路となるボイスコイルである。ボイスコイル３
はメインアンプ４の出力側に接続されている。メインア
ンプ４の入力側には、図示しないが音響回路の出力側が
接続されている。メインスピーカ１の近傍でメインスピ
ーカ１が作動したときその音圧を受けるところには、パ
ッシブラジエータ５が配設されている。このパッシブラ
ジエータ５は、コーン紙６と磁気回路となるボイスコイ
ル７とを有するスピーカで構成されており、メインスピ
ーカ１が作動したとき、ボイスコイル７に音声電流が発
生するものである。

【００１７】パッシブラジエータ５のボイスコイル７の
一端（正側）には、パワーアンプ８の出力側と、抵抗器
９の一端が接続されている。抵抗器９の他端は差動入力
バッファアンプ（平衡入力バッファアンプ）１０の正側
入力端と抵抗器１１の一端に接続されている。抵抗器１
１の他端は、ボイスコイル７の他端（負側）と差動入力
バッファアンプ１０の負側入力端に一端を接続された抵
抗器１２の他端とともに接地回路に接続されている。差
動入力バッファアンプ１０は、両入力端の入力レベルの
差をなくすもので、増幅レベルは０デシベルである。

【００１８】差動入力バッファアンプ１０の出力側に
は、積分ＭＦＢアンプ１３と速度ＭＦＢアンプ１４の入
力端が接続されている。積分ＭＦＢアンプ１３は、入力
信号を内蔵の積分回路を通して高域を−６ｄＢ／ｏｃｔ
の減衰率で減衰させるとともに９０度の位相差を持つ信
号を作るものである。この信号を帰還することにより、
パッシブラジエータ５の振動板に働くスティフネスが等
価的に打ち消されるので、パッシブラジエータ５の最低
共振周波数が下がり、低音再生限界周波数が下がる。速
度ＭＦＢアンプ１４は、パッシブラジエータ５の振動板
速度に比例した信号を増幅して帰還するものであり、パ
ッシブラジエータ５の電磁制動抵抗が等価的に小さくな
った状態が得られ、積分ＭＦＢによるスティフネスの減
少のために等価的に小さくなったパッシブラジエータ５
の振動板の振動のＱ値を大きくし、低音再生レベルの減
少を補償する。

【００１９】これら両アンプ１３，１４の出力端は、増
幅度０デシベルでフラット特性のサミングアンプ１５の
入力端に接続されていて、積分ＭＦＢ信号と速度ＭＦＢ
信号がこのサミングアンプ１５で加算され、加算信号が
出力される。そして出力端は、増幅度２６デシベルのパ
ワーアンプ８の入力側に接続されている。

【００２０】このように構成されたこの回路のうちの前
提技術部分は、パッシブラジエータ５のボイスコイル７
に発生した音声電流を減少させるので、音声電流がボイ
スコイル７自身の電気抵抗を流れることで生ずる電磁制
動力を減少させ、振動を増大させるように働くため、正
帰還回路として動作することがナイキスト線図を描くこ
とで証明される。従ってこのままでは自己発振をしてボ
イスコイル７を損傷することになる。そこでナイキスト
の安定性判別法を適用して、速度ＭＦＢのゲインと積分
ＭＦＢのゲインが予めの安定性が得られる範囲で最適値
となるべく、厳密かつ実際的な方法で決定し、これを防
ぐようにしてある。

【００２１】メインスピーカ１とパッシブラジエータ５
とは、密閉型の箱体に取付けるか、下部にポートを設け
たバスレフ型の箱体に取付けて使用する。これらいずれ
の場合であっても、パッシブラジエータ５は、メインス
ピーカの背部の音圧で駆動されることになる。密閉型の
箱体では、メインスピーカ１のコーン紙２及びパッシブ
ラジエータ５のコーン紙６の前後両面の逆位相が遮断さ
れるから、これらが干渉することによる音圧減衰がなく
なる利点に前記〔００１６〕項で述べた帰還の利点が加
わることになる。一方、バスレフ型では箱体内の空気と
ポート内の空気のヘルムホルツ共振が起こる反共振周波
数近傍でメインスピーカ１及びパッシブラジエータ５の
コーン紙６の振動振幅が制限される。このため、この反
共振周波数を帰還をかけたパッシブラジエータ５の共振
周波数より低く設定することで、音圧にほとんど影響を
与えることなく、コーン紙６の振動振幅が大きくなる超
低音領域の音圧歪を低減することができる。

【００２２】図示する回路のうち、破線で囲んだ部分を
除く部分（本発明の前提部分）が作動すると、パッシブ
ラジエータ５は、単にメインスピーカ１に共振して音を
発するのでなく、パワーアンプ８の出力で積極的に音を
出すことになる。このためメインスピーカ１とこのパッ
シブラジエータ５ともに小口径のスピーカを使用し、こ
れを容量の小さい箱体に取付けた場合であっても、十分
に低域をカバーすることができる。

【００２３】図示する回路で破線で囲んだ部分を含むも
のが本発明の実施の形態であり、とくにスピーカ系にサ
ブウーファーを必要とするときに適したものである。こ
の回路においては、メインスピーカ１を駆動するメイン
アンプ４の入力側にミキシングアンプ１６の出力側を接
続し、その入力側に、抵抗器１７を介して入力するセン
タースピーカ用の信号と、抵抗器１８を介して入力する
サブウーファー用の信号をミックスして加えるようにし
てある。メインアンプ４の通常の入力回路は、図１と同
様に図示を省略してある。１９は帰還用の抵抗器であ
る。

【００２４】この回路においても、基本的な作動におい
ては先に述べたところと変わるところはない。ただしメ
インスピーカ１に加えられる信号が中域と低域を増強し
たものとなるので、パッシブラジエータが発生する音も
含めて、全体的に非常に広範囲な、とくに中域から低域
の部分が強調された高音質を得ることができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明は以上説明したように、パッシブ
ラジエータのみにモーショナル・フィードバック（ＭＦ
Ｂ）をかけたスピーカシステムの低音増強装置であるか
ら、ＭＦＢループはパッシブラジエータだけで閉じてい
るので、ＭＦＢループによってメインユニットの音質を
損なうことなく低音の増強が可能であり、メインユニッ
トのドライブアンプの選択が自由になる。そしてサーボ
・コントロールド・パッシブラジエータとすることで、
パッシブラジエータに働くスティフネスをＭＦＢで打ち
消し、パッシブラジエータの受持ち帯域を低域方向に広
帯域化できるので、５０Ｈｚ以下の超低音領域まで音圧
特性を延ばすことができる。

【００２６】メインユニットが必要とする箱体の容積で
済むので、小型の箱体で超低音領域でのパッシブラジエ
ータ動作が可能となり、軽量振動質量の小口径メインユ
ニットと超小型の箱体で超低音再生ができる。そして低
音再生のためにキャビティを分割する必要もない。小口
径のメインスピーカで中音ならびに重低音の再生が可能
となるので、用法としては、メインスピーカをビジュア
ルモニタ（大画面テレビあるいはスクリーン等）の上部
に配設することにより、別途サブウーファーを設けるこ
となく、中音ならびに重低音の利いた音場を得ることが
できることになる。これにより、画像と音のマッチング
がきわめて良好になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す回路図である。

【符号の説明】

１ メインスピーカ ４ メインアンプ ５ パッシブラジエータ ７ ボイスコイル ８ パワーアンプ １０ 差動入力バッファアンプ １３ 積分ＭＦＢアンプ １４ 速度ＭＦＢアンプ １５ サミングアンプ １６ ミキシングアンプ

フロントページの続き (72)発明者 小数賀 耕二 東京都三鷹市上連雀１丁目12番17号 ア ツデン株式会社内 (72)発明者 大園 明広 東京都三鷹市上連雀１丁目12番17号 ア ツデン株式会社内 (72)発明者 誉田 雄一 東京都三鷹市上連雀１丁目12番17号 ア ツデン株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−176389（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−47099（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−341492（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−118400（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−195897（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04R 3/04 101

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アンプで駆動されるメインスピーカの音
   圧を受ける個所に、磁気回路を有するスピーカからなる
   パッシブラジエータを配設し、該パッシブラジエータ
   に、前記メインスピーカの駆動回路とは独立したモーシ
   ョナル・フィードバック回路を接続すると共に、前記メ
   インスピーカを駆動するアンプの入力側に、センタース
   ピーカ用の信号とサブウーファー用の信号を混合するミ
   キシングアンプを接続したことを特徴とするスピーカシ
   ステムの低音増強装置。