JP3790528B2

JP3790528B2 - スピーカシステム

Info

Publication number: JP3790528B2
Application number: JP2003386924A
Authority: JP
Inventors: 雅裕宮崎
Original assignee: Yamaha Living Tech Co Ltd
Current assignee: Yamaha Living Tech Co Ltd
Priority date: 2003-11-17
Filing date: 2003-11-17
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2023-11-17
Also published as: JP2005151236A

Description

本発明は、小型化を達成しつつ低音再生能力を向上するようにしたスピーカシステムに関するものである。

一般にテレビ受像器あるいはオーディオ機器などの視聴覚装置において、低音域を増強して臨場感の豊かな再生をするため、ヘルムホルツの共鳴を利用したスピーカシステムが多く採用されている。特に低音専用のスピーカシステムでは、長大なホーンなどを用いることなく、比較的コンパクトに構成できることからケルトン方式の採用が多く、実用に供されている。

図１２は、従来のケルトン方式により構成されたスピーカシステムの一例を示す断面図であり、同スピーカシステムを構成するキャビネット１００において、スピーカユニット１０１はキャビネット１００内の仕切板１０２に固定されており、この仕切板１０２によりキャビネット１００の内部が第１の空気室１０３と第２の空気室１０４に仕切られている。そして、第１の空気室１０３には音響ダクト１０５を備え、第１の空気室１０３の空気によるスティフネスと音響ダクト１０５の部分の空気等価質量とによるヘルムホルツの共鳴を利用し、音響ダクト１０５から低音を放射する。

このように構成されたケルトン方式のスピーカシステムでは、位相反転方式（バスレフ方式）とは異なり、再生音は音響ダクトだけから放射されるため、その音圧レベル特性は図１３に示すように周波数特性が実用上の下限周波数ｆｌから上限周波数ｆｈまでのフィルタを介した特性となる。低音域の特性の傾向としては、バスレフ方式が−１８ｄＢ／ｏｃｔ．で急峻に減衰するのに対し、ケルトン方式では密閉方式と同様に−１２ｄＢ／ｏｃｔ．で減衰するため、低音域の再生のみを考えた場合、ケルトン方式が有利でる。

また、比較的小型に構成でき、低音を増強するスピーカシステムとしてタンデムドライブ方式が知られている。図１４は、従来のタンデムドライブ方式により構成されたスピーカシステムの一例を示す断面図であり、同スピーカシステムの構成において、キャビネット２００内の仕切板２０１によりキャビネット２００の内部が第１の空気室２０２と第２の空気室２０３に仕切られ、第１の空気室２０２には音響放射面をキャビネット２００のバッフル面から外部に臨むように第１のスピーカユニット２０４が配設され、仕切板２０１には音響放射面が第１の空気室２０２に臨むように配設されている。

このように構成されたタンデムドライブ方式のスピーカシステムでは、第１のスピーカユニット２０４の振動板背面にかかる空気の圧力を排除するように第２のスピーカユニット２０５が制御され、第１のスピーカユニット２０４にかかる空気の圧力をほぼ０とし、第１のスピーカユニット２０４があたかも無限大バッフルに配設されているようにしたものである。

このタンデムドライブ方式では、第２のスピーカユニット２０５により第１のスピーカユニット２０４の動きを助けるようにしたものであるが、第１のスピーカユニット２０４と第２のスピーカユニット２０５を同一の仕様のものを採用してもうまく動作しない問題があり、低音再生能力がケルトン方式や位相反転方式に比べ劣るものである。

また、このように第１のスピーカユニットと第２のスピーカユニットを同一のキャビネットで駆動させる場合、この２組のスピーカユニットのそれぞれの振動板の振動方向を同一方向に駆動させるようにしたものもあるが、第１のスピーカユニットと第２のスピーカユニットの駆動力に対する反作用が両方のスピーカユニットとも同じ方向に生じることにより、反作用による機械的振動を助長してしまう不具合が生じる。

一方、歪み特性の向上を目的として、図１５に示すようなスピーカシステムが提案されている。同図に示す構成では、キャビネット３００内の仕切板３０１によりキャビネット３００内部が第１の空気室３０２と第２の空気室３０３に仕切られ、第１の空気室３０２には音響放射面をキャビネット３００のバッフル面から外部に臨むように第１のスピーカユニット３０４を配設し、仕切板３０１から音響放射面を第２の空気室に臨むように第２のスピーカユニット３０５を配設している。

したがって、第１の空気室３０２は第１のスピーカユニット３０４の空気室として作用し、第２の空気室３０３は第２のスピーカユニット３０５の空気室として作用する。そして、第１のスピーカユニット３０４と第２のスピーカユニット３０５の振動板を同一方向に振動させることにより、第１のスピーカユニット３０４の空気室によるスチィフネスが無視されることになる。

これにより、第２のスピーカユニット３０５から生じる反作用による機械振動を第１の空気室３０２により減衰させることができ、第１のスピーカユニット３０４への第２のスピーカユニット３０５の反作用による機械振動の影響を低減するとされている。即ち、第１のスピーカユニット３０４の振動板が前に出たとき、第２のスピーカユニット３０５の振動板は後退する動作となり、それぞれのスピーカユニットの有する第２高調波などの偶数次の高調波歪みを打ち消すことができ、音響特性を改善できるとするものである（例えば、特許文献１）。
特開平１０−２２４８９１号公報

ところが、上記構成のスピーカシステムによる場合は、第１のスピーカユニットに対し第２のスピーカユニットは補助的な機能を果たすのみであり、低音域の再生も第１のスピーカユニットによりなされることになり、低音の増強に関しては十分な効果を得ることができないものであった。また、既存のシステムとして空気室を３室にし、低音の増強とともに全帯域の再生が可能となるようにした方式もあるが、キャビネットの大型化を避けることができない。

本発明は、このような従来の問題に鑑みなされたもので、低音を増強するとともに、必要最小限の空気室によりキャビネット全体を小型化できるようにし、全帯域の再生が可能となるようにしたスピーカシステムを提供するものである。

そこで本発明は、以下に述べる各手段により上記課題を解決するようにした。即ち、請求項１記載の発明では、密閉状態が保たれた第１の空気室と音響ダクトを備えた第２の空気室との間に仕切板を介在させて一体にしたキャビネットを構成し、音響放射面がキャビネットの外部に臨むように第１のスピーカユニットを前記第１の空気室に備えたバッフル板に配設するとともに、音響放射面が第１または第２の空気室に臨むように第２のスピーカユニットを前記仕切板に配設するようにしたスピーカシステムにおいて、第１のスピーカまたは第２のスピーカのいずれか一方の結線路中に極性切換スイッチを接続し、第１のスピーカおよび第２のスピーカへ入力する共通の信号が同相または逆相となるように、前記極性切換スイッチを切り換えて選択できるようにする。

請求項２記載の発明では、上記請求項１記載の発明において、第１のスピーカの結線路中にクロスオーバ周波数以下の帯域を減衰させるフィルタ回路およびこのフィルタ回路の出力信号を増幅する増幅器を接続し、第２のスピーカの結線路中にクロスオーバ周波数以上の帯域を減衰させるフィルタ回路およびこのフィルタ回路の出力信号を増幅する増幅器を接続する。

本発明によれば、低音部分の音色の変更が可能となるため、音楽ソースの自然な聴感と劇場音響のように重低音が強調された音響を簡単なスイッチ操作により得ることができ、しかも、コンパクトなキャビネットにより実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図にもとづいて詳細に説明する。

図１は、本発明が実施の対象するスピーカシステムの構成を示すもので、同図において符号１はキャビネットであり、図２に示すように円筒形状に構成した例を示す。このキャビネット１の内部は、仕切板２により第１の空気室３と第２の空気室４に仕切られ、前記第２の空気室４には音響ダクト５を設ける。そして、キャビネット１の正面となるバッフル板６には、音響放射面が外部に臨むように第１のスピーカユニット７を配設し、前記音響ダクト５の開口部を臨ませる。

そして、前記仕切板２には音響放射面を第２の空気室４に臨ませて第２のスピーカユニット８を配設する。この場合、第１のスピーカユニット７と第２のスピーカユニット８の振動板を同一方向に振動させるためには、第１、第２のスピーカユニット７・８の増幅器Ａに対する正、負の結線が逆方向となるようにし、信号が逆相で印加されるようにする。また、第１、第２のスピーカユニット７・８の振動板を逆方向に振動させる場合は、図３に示すように、増幅器Ａに対する正、負の結線が同方向となるようにし、信号が同相で印加されるようにする。

なお、第１の空気室３を小さくするなどの理由により、図４に示すように、第２のスピーカユニット８の音響放射面が第１の空気室３に臨むようにした場合において、第１のスピーカユニット７と第２のスピーカユニット８の振動板を同一方向に振動させるためには、第１、第２のスピーカユニット７・８の増幅器Ａに対する正、負の結線が同方向となるようにし、信号が同相で印加されるようにする。また、第１、第２のスピーカユニット７・８の振動板を逆方向に振動させるためには、図５に示すように、増幅器Ａに対する正、負の結線が逆方向となるようにし、信号が逆相で印加されるようにする。

上記のように構成した本発明のスピーカシステムにおいて、第１のスピーカユニット７と第２のスピーカユニット８は同一規格のものを採用してもよいが、第２のスピーカユニット８を、特に低域の音響変換能率が高い低音再生専用のスピーカユニットを採用することもできる。この場合、第１のスピーカユニット７から特に中高音域の再生音が得られ、音響ダクト５の開口部から得られる低音域の再生音を強力なものとすることができる。また、第１のスピーカユニット７と第２のスピーカユニット８の振動板を防水性を備えたものとすることにより、湿潤な環境においても影響を受けることなく、例えば、ユニットバスなどの浴室の天井あるいは壁面への埋込型のスピーカシステムとして好適なものとなる。

なお、本願出願人による製作例として、図１、図２の形態において、キャビネットの直径９６ｍｍ、第１の空気室３の幅８４ｍｍ、第２の空気室４の幅９０ｍｍ、音響ダクト５の直径１６ｍｍ、長さ９０ｍｍ、第１のスピーカユニット７と第２のスピーカユニット８の振動板の直径５０ｍｍとし、クロスオーバ周波数を１５０Hzにすると、総合的な音圧レベル特性を７０Hz〜２０ｋHzとすることができ、広帯域で低音域の充実したものとなった。

図６は、再生される周波数特性を平坦化する構成を示すもので、共通の信号源Ｓにクロスオーバ周波数以下の帯域を減衰させるフィルタ回路Ｆ１とクロスオーバ周波数以上の帯域を減衰させるフィルタ回路Ｆ２を接続するようにしたものである。そして、このフィルタ回路Ｆ１・Ｆ２を通過した信号を増幅器Ａ１・Ａ２で増幅し、この増幅器Ａ１の出力信号により第１のスピーカユニット７を駆動する一方、増幅器Ａ２の出力信号により第２スピーカユニット８を駆動することにより、第１、第２のスピーカユニット７・８の振動板を同一方向に駆動するようにしたものである。

このような構成において、図７に示すように第１のスピーカユニット７の音圧レベル特性Ｐ１をクロスオーバ周波数で、フィルタ回路Ｆ１により−１ｄＢとなるようにし、且つ、−１８ｄＢ／ｏｃｔ．となるようにしておくことにより、クロスオーバ周波数付近で起こる第２のスピーカユニット８との位相干渉の影響を軽減することができる。一方、第２のスピーカユニット８により音響ダクト５から得られる音圧レベル特性Ｐ２は、−１２ｄＢ／ｏｃｔ．と緩やかであることから、低音再生の優位性を保つことができ、音圧レベル特性Ｐ１・Ｐ２のつながりが良くなるので、この部分の周波数特性を平坦にすることができる。即ち、音響ダクト５からの再生音とスピーカユニット７からの再生音は逆相となるため、互いに打ち消すように働くが、スピーカユニット７の音圧レベル特性Ｐ１をクロスオーバ周波数で−１ｄＢとなるようにし、且つ、−１８ｄＢ／ｏｃｔ．で急峻にカットオフしていることから、自然な聴感の再生音が得られるようになる。

図８は、図６の構成と同様に、共通の信号源Ｓのクロスオーバ周波数以下の帯域を減衰させるフィルタ回路Ｆ１とクロスオーバ周波数以上の帯域を減衰させるフィルタ回路Ｆ２を接続したもので、このフィルタ回路Ｆ１・Ｆ２を通過した信号を増幅器Ａ１・Ａ２で増幅し、第１のスピーカユニット７および第２のスピーカユニット８の振動板を逆方向に駆動するようにしたものである。

このような構成において、図９に示すように第１のスピーカユニット７の音圧レベル特性Ｐ１をクロスオーバ周波数で、フィルタ回路Ｆ１により−３ｄＢとなるようにし、且つ、−１２ｄＢ／ｏｃｔ．となるようにしておくことにより、この部分を低音の強調された周波数特性とすることができる。また、第１、第２のスピーカユニット７・８の振動板が逆方向に振動されることから、第１の空気室のスティフネスが高くなり、有効に低音が増強される。

図１０は、図１に示す結線と図３に示す結線を選択可能とするようにしたもので、第１のスピーカユニット７または第２のスピーカユニット８のいずれか一方、（図１０においては、第２のスピーカユニット８）の結線路中に極性切換スイッチＳＷを接続し、入力信号の同相の印加あるいは逆相の印加が任意に選択できるようにしたものである。これにより、第１のスピーカユニット７と第２のスピーカユニット８のクロスオーバ周波数付近の総合的な周波数特性を変更することができ、低域部分の音色の変更が可能となる。

図１１は、図６に示す結線と図８に示す結線を選択可能となるようにしたもので、第１のスピーカユニット７または第２のスピーカユニット８のいずれか一方（図１１においては、第２のスピーカユニット８）の結線路中に極性切換スイッチＳＷを接続し、入力信号の同相の印加あるいは逆相の印加が任意に選択できるようにしたものである。

これにより、第１のスピーカユニット７と第２のスピーカユニット８のクロスオーバ周波数付近の総合的な周波数特性を変更することができ、低域部分の音色の変更が可能となる。即ち、極性切換スイッチＳＷにより図６に示す接続とした場合は、例えば、音楽ソースの自然な聴感が得られるようにし、図８に示す接続とした場合は、例えば、劇場音響のように重低音が強調された音響が得られ、スイッチ操作のみで趣向に合う音色の再生が可能となる。

以上、詳細に説明したように、本発明のスピーカシステムによれば、低音の再生を減衰させることなく、キャビネットをきわめて小型化できるので、前述したように浴室あるいは乗用車など、狭小なスペースに取り付けることが可能となり、その利用範囲はきわめて広範なものとなる。

本発明が実施の対象とするスピーカシステムの構成を示す図である。図１の構成のスピーカシステムの正面図である。図１の別構成の例を示す図である。図１の変更例を示す図である。図１の変更例を示す図である。図１のスピーカシステムの発展的構成を示す図である。図６のスピーカシステムの音響出力特性を説明する図である。図１のスピーカシステムの発展的構成を示す図である。図８のスピーカシステムの音響出力特性を説明する図である。本発明の基本構成を説明する図である。本発明の発展的構成を説明する図である。ケルトン方式のスピーカシステムを説明する図である。図１２のスピーカシステムの音響出力特性を説明する図である。タンデムドライブ方式のスピーカシステムを説明する図である。図１４の改良の対象となるスピーカシステムを説明する図である。

符号の説明

１・・・・・・・・キャビネット
２・・・・・・・・仕切板
３・・・・・・・・第１の空気室
４・・・・・・・・第２の空気室
５・・・・・・・・音響ダクト
６・・・・・・・・バッフル板
７・・・・・・・・第１のスピーカ
８・・・・・・・・第２のスピーカ
Ａ・Ａ１・Ａ２・・増幅器
Ｆ１・Ｆ２・・・・フィルタ回路
Ｓ・・・・・・・・信号源
ＳＷ・・・・・・・極性切換スイッチ

Claims

密閉状態が保たれた第１の空気室と音響ダクトを備えた第２の空気室との間に仕切板を介在させて一体にしたキャビネットを構成し、音響放射面がキャビネットの外部に臨むように第１のスピーカユニットを前記第１の空気室に備えたバッフル板に配設するとともに、音響放射面が第１または第２の空気室に臨むように第２のスピーカユニットを前記仕切板に配設するようにしたスピーカシステムにおいて、
第１のスピーカまたは第２のスピーカのいずれか一方の結線路中に極性切換スイッチを接続し、第１のスピーカユニットおよび第２のスピーカユニットへ入力する共通の信号が同相または逆相となるように、前記極性切換スイッチを切り換えて選択できるようにしたことを特徴とするスピーカシステム。
第１のスピーカの結線路中にクロスオーバ周波数以下の帯域を減衰させるフィルタ回路およびこのフィルタ回路の出力信号を増幅する増幅器を接続し、第２のスピーカの結線路中にクロスオーバ周波数以上の帯域を減衰させるフィルタ回路およびこのフィルタ回路の出力信号を増幅する増幅器を接続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。