JP4059272B2 - スピーカシステムおよびスピーカエンクロージャー - Google Patents
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Description
バスレフは、ヘルムホルツ共鳴を利用して低音を増強するものであり、ドローンコーンは駆動回路のないスピーカユニットを取り付け、エンクロージャーの容積内の空気との共振を利用して低音を増強するものである。
また、本願発明によるスピーカシステムは、内部が密閉されるスピーカエンクロージャーと、前記スピーカエンクロージャーに取り付けられたスピーカと、前記スピーカエンクロージャーの一面に設けられ、一端が固定端となり、他端が自由端となって弾性により振動可能な振動板と、前記振動板が設けられた一面において、前記振動板の振動部位に対応する位置に設けられた開口部と、前記振動板と前記開口部の縁部との間に形成される空隙を、前記振動板の振動を可能にした状態で塞ぎ、前記スピーカエンクロージャーの気密性を保持する密閉部材とを具備し、前記振動板の前記自由端が前記スピーカシステムの重心付近に配置されていることを特徴とする。
また、好ましい態様として、前記振動板の固定端は、前記スピーカエンクロージャーの底板または天板に固定されているようにしてもよい。
また、さらに好ましい態様として、前記開口部は、前記一面において、線で囲まれる平面図形の輪郭の一部を残して切り欠くように形成され、前記平面図形に対応する部分が前記振動板として機能するようにしてもよい。
また、さらに好ましい態様として、前記振動板および前記開口部が設けられる一面は、前記スピーカが取り付けられた面と同一の面であるようにしてもよい。
また、本願発明によるスピーカエンクロージャーは、スピーカが取り付けられるスピーカ取り付け穴を有した密閉型のスピーカエンクロージャーにおいて、前記スピーカエンクロージャーの一面に設けられ、一端が固定端となり、他端が自由端となって弾性により振動可能な振動板と、前記振動板が設けられた一面において、前記振動板の振動部位に対応する位置に設けられた開口部と、前記振動板と前記開口部の縁部との間に形成される空隙を、前記振動板の振動を可能にした状態で塞ぎ、前記スピーカエンクロージャーの気密性を保持する密閉部材とを具備し、前記スピーカエンクロージャーに前記スピーカが取り付けられた場合の重心位置に近い位置に前記振動板の前記自由端が配置されていることを特徴とする。
<A:第1実施形態>
図1は、この発明の第1の実施形態であるスピーカシステム1の外観を示す斜視図である。また、図2(a)はスピーカシステム1の正面図であり、図2(b)は図2(a)に示すB−B線断面図である。図において、10は、ボイスコイル、マグネット等を備えたスピーカであり、スピーカエンクロージャー20の前面に取り付けられている。スピーカエンクロージャー20は、内部が密閉される直方体状のエンクロージャーであり、6面とも板状の部材(例えば、木材、合成樹脂、金属もしくはそれらを張り合わせた合成材等)により形成されている。図1に示すように、スピーカエンクロージャー20の前面のバッフル板20aを貫通してスピーカ取付穴が設けられ、このスピーカ取付穴に前述したスピーカ10が挿入されている。この場合、スピーカ10の前面のフレームがネジによりバッフル板20aに固定されている。
また、「弾性」の度合いは、この振動板22の一辺を固定して水平に置いたときに自重を支えてほぼ水平に保つことができる程度である。このような特性を満足させるために、振動板22には、例えば薄い木の板、薄い合成樹脂、金属の板もしくはそれらを張り合わせた合成材等を用いることもできる。
また、振動板22の共振周波数は、振動板22の質量を大きくすることで下げることができる。すなわち、振動板22の大きさや材質などによっても調整が可能であり、振動板22に何らかの部材を貼り付けることによっても容易に調整が可能である。
ここで、
Re=ボイスコイル直流抵抗
Le,L2,R2=高域インピーダンス上昇要素
Cmes=スピーカ振動系の等価質量容量
Lces=スピーカ振動系の等価コンプライアンスインダクタンス
Res=スピーカ振動系のメカニカル制動抵抗
である。
図6は、従来のドローンコーンやヒンジ固定フラップなどのパッシブラジエターの等価回路である。図示のように、スピーカからボイスコイルのファクターを無くした回路構成を持つ。質量Cmepは、エッジの持つコンプライアンスLcepと制動抵抗Repで支えられている。
ここで、
Cmep=パッシブラジエターの等価質量容量
Lcep=パッシブラジエターの等価コンプライアンスインダクタンス
Rep=パッシブラジエターのメカニカル制動抵抗
である。図7は従来のパッシブラジエターシステムの等価回路である。信号電圧がスピーカを駆動し、スピーカの音響出力がスピーカエンクロージャー容積を介してパッシブラジエターを駆動する。
図8において、
Cmeb=振動板の等価質量容量
Lceb=振動板の等価コンプライアンスインダクタンス
Lcex=振動板エッジの等価コンプライアンスインダクタンス
Rex=振動板エッジのメカニカル制動抵抗
である。図9は本件発明におけるスピーカシステムの等価回路である。図7と比較した場合、スピーカとスピーカエンクロージャー容積を同じとすると、
Cmep=Cmeb
とすれば、低域の共振周波数も同じになる。この重量を支えるコンプライアンスも同等のものが必要になるが、図7ではLcepであり、図9ではLcex>>Lcebであるから、ほとんどLcebとなり、適切な設計をすればほぼ
Lcep=Lceb
となる。ここまでのファクターに大きな差異はない。しかし、ここまでの説明で明らかなように、
Rex>>Rep
となることが、本願発明の重要な特徴であり、これにより従来方式に較べてロスが大幅に少なくなり、低音再生が有利になることが分かる。
以上が、ドローンコーンやヒンジ固定フラップなどのパッシブラジエターを用いたスピーカシステムと、本実施形態であるスピーカシステム1との差異についての説明である。
図26に示すスピーカシステム2は、スピーカエンクロージャー220のバッフル板220aの中央部から下部にかけて、U字状に細長く切り欠かれた開口部221が設けられており、開口部221の内側の部分が振動板222として機能するようになっている。このスピーカシステム2においては、図示のように、振動板222の固定端222bが自由端222cに対しスピーカ10側に位置している。すなわち、振動板222の固定端222bがスピーカ10に近い位置に配置され、逆に、自由端222cがスピーカ10から遠い位置に配置されている。
このようなスピーカシステムにおいても、上述した実施形態と同様に、振動板222の振動によって低音を増強することができる。すなわち、中・高音域の音がスピーカ10から再生されるとともに、中・低音域の音が振動板222から再生される。
また、振動板22の自由端22cとスピーカ10とが近接配置されているので、スピーカ10から視聴位置までの距離と振動板22の自由端22cから視聴位置までの距離との距離差が少なくなる。そのため、干渉を起こす可能性のある周波数帯は距離差が小さい場合においても生じる帯域に限られる。すなわち、干渉を起こすおそれがある周波数は、高域の帯域に限られる。しかし、実際には振動板22からはその共振周波数から離れた高音域はほとんど再生されないため、干渉による周波数特性の乱れは極めて小さいものとなる。すなわち、本実施形態においては、視聴位置におけるスピーカ10から放出される音波と振動板22の自由端22cから放出される音波との位相差を少なくし、周波数特性の山谷を抑制して音像を明確にすることができる。
図10(a)は、図1に示したスピーカシステム1において振動板22の振動がスピーカシステム1に与える力を模式的に示した図であり、図27(a)は、図26に示したスピーカシステム2において振動板222の振動がスピーカシステム2に与える力を模式的に示した図である。
図10(a)および図27(a)に示す点Gは、それぞれスピーカシステム1,2の重心である。スピーカシステム1,2の重量がそれぞれ240g,スピーカ10の重量が140gであるとすると、図示のように、重心はかなりスピーカシステム1,2の上方に偏っている。また、図10(a)および図27(a)に示す矢印Pは、振動板22,222の振動の様子を模式的に表したものである。
振動板がスピーカシステム全体を揺り動かす回転モーメントは、スピーカシステムの重心から回転を及ぼす力の作用点までの距離に比例するから、図10(a)に示すスピーカシステム1全体の振動は、図27(a)に示すスピーカシステム2の約1/3となる。
具体的には、例えば、図1および図26に示すスピーカシステムが、80mm×140mm×30mm(W、H、D)、内容積が約200cc、重量が240gである場合、最大許容入力20Wのフルレンジユニットと振動板とによって90Hzからの再生がそれぞれ可能である。しかし、図26に示すスピーカシステムにおいては、例えばゴム足等の滑り止めを底面に設けただけでは、実用的な音量を出力しただけでスピーカシステムが振動し、この振動によって自走状態で移動してしまう。これに対し、本実施形態におけるスピーカシステムにおいては、同一のサイズであっても、ゴム足を設けるだけで実用的な音量においてスピーカシステムの移動はほとんど発生しない。
これに対し本実施形態においては、振動板22の固定端22bを、構造材として強固な底面20bに固定するので、振動板22の不要振動や低音の音圧の低下を抑制することができ、音像を明確にすることができる。
これに対して、本実施形態におけるスピーカシステム1においては、図10(b)に示すように、前後に振り出すときに底面に押し付ける力が働き、振り戻す時に浮き上がる力が働く。つまり、図26に示すスピーカシステム2においては、振動による力が足元をすくうような向きに働いており、スピーカシステム2の移動を助長してしまっていた。これに対し本実施形態のスピーカシステム1においては、振動に対して重力の方向に踏ん張る力を発生させることができる。
このように本実施形態においては、振動板22の固定端22bをスピーカシステム1の底面20b側として重力の方向に配置することで、足元をすくうような力がスピーカシステム1に加わることを防止することが可能となり、スピーカシステム1全体の振動を抑制し、スピーカシステム1全体の移動を抑制することが可能となる。
次に、この発明の第2の実施形態を説明する。
図11は、この発明の実施形態であるスピーカシステム1Aの外観を示す斜視図である。また、図12は図11に示すスピーカシステム1Aの側断面図である。また、図13(a)は図12に示すA−A線断面図であり、図13(b)は図12に示すB−B線断面図である。なお、図11に示すスピーカシステム1Aおいて、図1に示したスピーカシステム1と同様の構成要素については、同じ符号を付与して適宜その説明を省略する。
また、この補強壁40は、振動板22Aの固定端22bを補強する機能に加えて、スピーカ10の背面とスピーカシステム1Aの底板20bとの間を音波が往復して定在波が発生するのを抑制する機能をも兼ね備えている。
これに対し本実施形態においては、振動板22Aの固定端22b付近に、バッフル板20aとスピーカシステム1Aの背板20eにわたる補強壁40を設けているので、振動板22Aの不要振動や低音の音圧の低下を抑制することができ、音像を明確にすることができる。
さらに、スピーカ10背面とスピーカシステム1Aの底板20bとの間を音波が往復して定在波が発生するのを抑制することができる。
以下、図面を参照し、この発明の第3の実施形態を説明する。
図15は、この発明の実施形態であるスピーカシステム1Bの正面図である。また、図16は図15に示すスピーカシステム1BのA−A線断面図であり、図17は図15に示すB−B線断面図である。なお、図15に示すスピーカシステム1Bおいて、図1に示したスピーカシステム1と同様の構成要素については、同じ符号を付与して適宜その説明を省略する。
本実施形態の動作は、前述した第1実施形態と同様であり、振動板22Bの共振周波数付近の帯域(低音帯域)が増強される。
一般的にスピーカシステムにおいてはスピーカの重量が大きいことが多く、このため、図15に示すように、振動板22Bの自由端22cがスピーカ10A,10Bに近い位置になるようにバッフル板20fを装着することによって、スピーカシステム1Bの重心と振動板22Bの自由端22cとの距離を小さくすることができ、これにより、スピーカシステム1B全体の振動を抑制することができる。
そのため、スピーカシステム1Bを横向きに設置する場合は、振動板22Bの自由端22cが左右ではなく上下のどちらかになる向きにバッフル板20fの向きを変更することが好ましい。振動板22Bの自由端22cが上下のどちらであっても、スピーカシステム1Bの重心と振動板22Bの自由端22cとの距離はほぼ等しくなる。つまり、どちらの向きでバッフル板20fを装着しても、振動板22Bの振動により発生する回転モーメントの大きさは同じとなる。そのため、スピーカシステム1Bを横向きに設置する場合は、音域による音像の移動を抑制して音像を明確にするため、中低音を再生するスピーカ10Aと、同じく中低音を再生する振動板22Bの自由端22cとが近づく方向が最適であるといえる。すなわち、図18に示す振動板の向きでバッフル板20fをスピーカエンクロージャー20Bに装着するのが最適である。
なお、図18に示す例においては、中低音を再生するスピーカ10Aと高音を再生する10Bとは音像が左右に拡大するのを防ぐため縦位置となるようにバッフル板20aを装着している。また、床面からの高音の反射の影響を軽減するためスピーカ10Aが上部となる向きにバッフル板20aを装着している。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。以下にその一例を示す。
(1)上述した第1実施形態においては、スピーカ10と振動板22とをスピーカエンクロージャー20の同一面上に設け、かつスピーカ10の下部に振動板22を設けるようにした。スピーカシステムにおけるスピーカと振動板との位置関係は、上述した第1実施形態において示したものに限定されるものではない。例えば、図19に示すように、スピーカ10をスピーカシステムの下部に取り付け、スピーカ10の上部に振動板22を設けるようにしてもよい。この場合も、振動板22の自由端をスピーカ10の近傍に配置するようにすればよい。または、図20に示すような横向きのスピーカシステムにおいても、スピーカ10に近い側に振動板22の自由端を配置することで、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、スピーカを取り付ける面と異なる面に振動板を形成するようにしてもよい。例えば、図21に示すように、スピーカ10と振動板22とを、スピーカエンクロージャー20Dの異なる面にそれぞれ取り付けるようにしてもよい。要するに、振動板の自由端が固定端に対しスピーカ側に位置しているようにすればよい。また、振動板の自由端をスピーカシステムの重心付近に配置することが好ましい。
なお、図22に示すような、再生音域の異なる複数のスピーカ10A,10Bが取り付けられる場合においては、中・低音域を再生するスピーカに近い側に、振動板の自由端を配置することが好ましい。
なお、この補強壁は、スピーカとスピーカシステムの底板との間を音波が往復して定在波が発生するのを抑制する機能を兼ね備えるため、補強壁の中央位置には穴や切り欠きを設けないようにすることが好ましい。また、補強壁の追加による新たな定在波の発生を抑えるため、スピーカエンクロージャーの長手の軸に対して垂直から多少の角度を持って設置されるのが好ましい。
内部が密閉されるスピーカエンクロージャーと、前記スピーカエンクロージャーに取り付けられたスピーカと、前記スピーカエンクロージャーの一面において一端が固定された状態で弾性により振動可能な振動板と、前記スピーカエンクロージャーの内面において、前記振動板が固定された付近とこの部分に対向する内面にわたって前記スピーカエンクロージャーの内部空間を空気の流通を可能にした状態で仕切る補強壁と、前記振動板が設けられた一面において、前記振動板の振動部位に対応する位置に設けられた開口部と、前記振動板と前記開口部の縁部との間に形成される空隙を、前記振動板の振動を可能にした状態で塞ぎ、前記スピーカエンクロージャーの気密性を保持する密閉部材とを具備することを特徴とする。
なお、この態様において、前記開口部は、前記一面において、線で囲まれる平面図形の輪郭の一部を残して切り欠くように形成され、前記平面図形に対応する部分が前記振動板として機能することが好ましい。
また、スピーカエンクロージャーの構成としては、以下のようになる。
スピーカが取り付けられるスピーカ取り付け穴を有した密閉型のスピーカエンクロージャーにおいて、前記スピーカエンクロージャーの一面において一端が固定された状態で弾性により振動可能な振動板と、前記スピーカエンクロージャーの内面において、前記振動板が固定された付近とこの部分に対向する内面にわたって前記スピーカエンクロージャーの内部空間を空気の流通を可能にした状態で仕切る補強壁と、前記振動板が設けられた一面において、前記振動板の振動部位に対応する位置に設けられた開口部と、前記振動板と前記開口部の縁部との間に形成される空隙を、前記振動板の振動を可能にした状態で塞ぎ、前記スピーカエンクロージャーの気密性を保持する密閉部材とを具備することを特徴とする。
また、スピーカシステムの形状は上述した実施形態で示したものに限定されるものではなく、例えば、スピーカと振動板とがスピーカエンクロージャーの異なる面に形成されていてもよい。要するに、振動板が形成された板(上述した実施形態ではバッフル板)が、着脱可能であり、装着した状態ではスピーカエンクロージャーの気密性を保持するものであればよい。上述した実施形態で示したスピーカシステムと異なる形状のスピーカシステムを用いる場合でも、振動板の自由端とスピーカシステムの重心との距離によって回転モーメントの力の大きさが異なる場合があるので、振動板が形成された板を着脱可能とすることによって、そのスピーカシステムの形状と設置方向とに応じて、適宜板(振動板)の向きを最適な向きに調節することができる。
内部が密閉されるスピーカエンクロージャーと、前記スピーカエンクロージャーに取り付けられたスピーカと、前記スピーカエンクロージャーの一面に対して着脱可能であり、装着した状態では前記スピーカエンクロージャーの気密性を保持する板と、前記板に設けられ、一端が前記板に固定された状態で弾性により振動可能な振動板と、前記板に設けられ、かつ前記振動板の振動部位に対応する位置に設けられた開口部と、前記振動板と前記開口部の縁部との間に形成される空隙を、前記振動板の振動を可能にした状態で塞ぎ、前記スピーカエンクロージャーの気密性を保持する密閉部材とを具備することを特徴とする。
なお、この態様において、前記開口部は、前記板において、線で囲まれる平面図形の輪郭の一部を残して切り欠くように形成され、前記平面図形に対応する部分が前記振動板として機能することが好ましい。
また、スピーカエンクロージャーの構成としてまとめると、以下のようになる。
スピーカが取り付けられるスピーカ取り付け穴を有した密閉型のスピーカエンクロージャーにおいて、前記スピーカエンクロージャーの一面の一部または全部に着脱可能であり、装着した状態では前記スピーカエンクロージャーの気密性を保持する板と、前記板に設けられ、一端が前記板に固定された状態で弾性により振動可能な振動板と、前記板に設けられ、かつ前記振動板の振動部位に対応する位置に設けられた開口部と、前記振動板と前記開口部の縁部との間に形成される空隙を、前記振動板の振動を可能にした状態で塞ぎ、前記スピーカエンクロージャーの気密性を保持する密閉部材とを具備することを特徴とする。
Claims (7)
- 内部が密閉されるスピーカエンクロージャーと、
前記スピーカエンクロージャーに取り付けられたスピーカと、
前記スピーカエンクロージャーの一面に設けられ、一端が固定端となり、他端が自由端となって弾性により振動可能な振動板と、
前記振動板が設けられた一面において、前記振動板の振動部位に対応する位置に設けられた開口部と、
前記振動板と前記開口部の縁部との間に形成される空隙を、前記振動板の振動を可能にした状態で塞ぎ、前記スピーカエンクロージャーの気密性を保持する密閉部材と
を具備し、前記振動板の前記自由端が前記固定端に対し前記スピーカ側に位置していることを特徴とするスピーカシステム。 - スピーカシステムにおいて、
内部が密閉されるスピーカエンクロージャーと、
前記スピーカエンクロージャーに取り付けられたスピーカと、
前記スピーカエンクロージャーの一面に設けられ、一端が固定端となり、他端が自由端となって弾性により振動可能な振動板と、
前記振動板が設けられた一面において、前記振動板の振動部位に対応する位置に設けられた開口部と、
前記振動板と前記開口部の縁部との間に形成される空隙を、前記振動板の振動を可能にした状態で塞ぎ、前記スピーカエンクロージャーの気密性を保持する密閉部材と
を具備し、前記振動板の前記自由端が前記スピーカシステムの重心付近に配置されていることを特徴とするスピーカシステム。 - 前記振動板の固定端は、前記スピーカエンクロージャーの底板または天板に固定されていることを特徴とする請求項1または2に記載のスピーカシステム。
- 前記開口部は、前記一面において、線で囲まれる平面図形の輪郭の一部を残して切り欠くように形成され、前記平面図形に対応する部分が前記振動板として機能することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のスピーカシステム。
- 前記振動板および前記開口部が設けられる一面は、前記スピーカが取り付けられた面と同一の面であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか記載のスピーカシステム。
- スピーカが取り付けられるスピーカ取り付け穴を有した密閉型のスピーカエンクロージャーにおいて、
前記スピーカエンクロージャーの一面に設けられ、一端が固定端となり、他端が自由端となって弾性により振動可能な振動板と、
前記振動板が設けられた一面において、前記振動板の振動部位に対応する位置に設けられた開口部と、
前記振動板と前記開口部の縁部との間に形成される空隙を、前記振動板の振動を可能にした状態で塞ぎ、前記スピーカエンクロージャーの気密性を保持する密閉部材と
を具備し、前記振動板の前記自由端が前記固定端に対し前記スピーカ側に位置していることを特徴とするスピーカエンクロージャー。 - スピーカが取り付けられるスピーカ取り付け穴を有した密閉型のスピーカエンクロージャーにおいて、
前記スピーカエンクロージャーの一面に設けられ、一端が固定端となり、他端が自由端となって弾性により振動可能な振動板と、
前記振動板が設けられた一面において、前記振動板の振動部位に対応する位置に設けられた開口部と、
前記振動板と前記開口部の縁部との間に形成される空隙を、前記振動板の振動を可能にした状態で塞ぎ、前記スピーカエンクロージャーの気密性を保持する密閉部材と
を具備し、前記スピーカエンクロージャーに前記スピーカが取り付けられた場合の重心位置に近い位置に前記振動板の前記自由端が配置されていることを特徴とするスピーカエンクロージャー。
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