JP4102935B2 - スピーカボックス - Google Patents

Description

本発明は主に低音用のスピーカボックスに関し、特にキャビネット内とポートとの共振を利用して低音を出力するスピーカボックスに関する。

従来、低音域を出力するスピーカ装置の構造としてスピーカユニットをキャビネットで覆い、キャビネット内に音響空間を発生させ、さらにキャビネットの内外を連通するポートを設けることで、キャビネットとポートに発生する空気の共振現象を利用し、低周波数領域の出力を向上させたスピーカ装置が一般的に普及している。

ところで、薄型大画面テレビの普及により、小さな容積（薄型）で大音量の低音を発生するスピーカのニーズが高まっているが、水平に取り付けたポートの長さが奥行き（大きさ）を制約してしまうという問題点があった。

そこで、ポート開口部をスピーカ装置の下面に設け、開口中央部に空気の流れを拡散する拡散器を配置するスピーカ装置が提案されている（例えば非特許文献１）。

図７は、ポート開口部を下面に設け、開口中央部に円錐状の拡散器を配置したスピーカ装置の全体の概略図である。このスピーカ装置は、振動板の振動によって音を発生するスピーカユニット１０１を有し、スピーカユニット１０１の周りのフレームはバッフル１０２に固定されている。

バッフル１０２は長方形状で、スピーカユニット１０１を取り付けるための丸穴が開設されている。キャビネット１０３はバッフル１０２の背面を覆い、スピーカ装置全体を直方体状に形作る形状である。キャビネット１０３の底面はポート１０４を取り付けるための穴が開設されている。

床面板１０６は、支柱１０５でキャビネット１０３と接続され、スピーカ装置全体を支えている。床面板１０６とキャビネット１０３の間は空間が形成されている。ポート１０４はキャビネット１０３の内部と外部を連通する筒状の形状であり、一方の開口端がキャビネット１０３の底面と同一面上に接合される。円錐状の拡散器１０７は、床面板１０６の上面に設置され、ポート１０４の開口部の真下に設置される。

図８は、このスピーカ装置の断面図である。スピーカユニット１０１が音波を発生すると、ポート１０４は、キャビネット１０３内の音響空間に発生した低音の音波をスピーカユニット１０１が前面に放出する音波の位相と同位相で鉛直下方向に放出する。ポート１０４が放出した音波は、床面板１０６の上面に設置された拡散器１０７によって放射状に拡散される。
Polk Audio社、The innovative portsystem is clearly asuccess story ...、［online］、平成７年１２月、［平成１７年２月３日検索］、インターネット〈ＵＲＬ：http://www.polkaudio.com/home/technology/pwrport.php?category=3&speaker=2〉

上記のスピーカ装置は、ポートの開口面を鉛直下向きとし、かつ円錐状の拡散器により音波をキャビネット外部へ放射状に拡散させる。

しかしながら、このようなスピーカ装置は全方向に空気を出力するため、薄型テレビに並行するように室内の壁面やコーナに設置すると、出力した音波が壁面で乱反射して、スピーカ装置が出力する音波に干渉する問題があった。

この発明は、音波の放射方向を制御可能として、壁面やコーナに設置しても反射による音波の干渉を引き起こすことのないスピーカボックスを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、前面板にスピーカユニットを取り付ける開口部を有するとともに、底面板から内部に向けてバスレフポートを形成したスピーカボックスであって、背面板を前記底面板よりも下方に伸張した縦脚部、および、この縦脚部の下端部から前記前面方向に設けられた底脚部からなるベース部を有し、前記バスレフポートは、前記バスレフポートは、略桶形状の立体部と板状の平面部とで構成された筒形状であることを特徴とする。

この発明におけるスピーカボックスでは、バスレフポートは、略樋形状の立体部と、板状の平面部とで構成された管形状であるため、スピーカボックス背面方向に音波は放射せずに、スピーカボックス前面（および側面）方向に放射する。板状の平面部については、背面板を平面部として利用するようにしてもよい。

請求項２に記載の発明は、上記発明において、前記バスレフポートは、断面が両端開口部付近までエクスポネンシャルに広がる管形状をなすとともに、両端開口部は、前記断面がエクスポネンシャルに広がる管形状から開口端を含む平面へ滑らかにつながる曲面形状であることを特徴とする。

この発明におけるスピーカボックスでは、バスレフポート内を流れる空気の流れは管の中央で最も速く、開口部に近づくにつれて徐々に遅くなる。また、中央から対称形状にエクスポネンシャルに広がるので、開口部付近では、音波は球面波となる。

請求項３に記載の発明は、上記発明において、前記縦脚部の下部端付近に、前記縦脚部と底脚部とをなめらかにつなぐ曲面状のガイドをさらに設けたことを特徴とする。

この発明におけるスピーカ装置は、バスレフポートから放射された空気は空気流ガイドによって鉛直下方向から前面方向にスムーズに流れる。これにより、空気の放射方向を音響的に確立することができる。

請求項４に記載の発明は、上記発明において、前記バスレフポートの一方の開口端は、前記キャビネットの表面と面一に接合されていることを特徴とする。

この発明におけるスピーカ装置では、バスレフポートの開口端がキャビネット表面と面一で接合されるので、バスレフポートから放出された空気はさらにスムーズに外へ流れる。

以上のように、この発明によれば、ポート開口端がキャビネットの鉛直下方向を外部と連通するように設置され、ポート内壁の一面がキャビネットの背面板となり、他の面は略樋形状となる立体部であるため、スピーカ装置背面方向に音波は放射せずに、スピーカ装置前面方向に放射する。ポートから放射された空気はガイドによって鉛直下方向から前面方向にスムーズに流れる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態であるスピーカ装置について説明する。

図１は本実施形態のスピーカ装置全体の概略図である。スピーカ装置は振動板の振動によって音を発生するスピーカユニット１を有し、スピーカユニット１の周りのフレームはバッフル２に固定されている。スピーカユニット１はコーン状の振動板を有する低音用のスピーカである。

バッフル２は長方形状で厚さが数ｍｍ〜十数ｍｍの厚板で構成され、スピーカユニット１を取り付けるための丸穴が開設されている。キャビネット３および背面板４はバッフル２の背面を覆い、スピーカ装置全体を直方体状に形作る形状である。キャビネット３の底面はポート５を取り付けるための穴が開設されている。キャビネット３の厚さも数ｍｍ〜十数ｍｍ程度である。

キャビネット３の背面と背面板４は接合されており、背面板４は、キャビネット３の底面よりも鉛直下側に延長されている。背面板４の厚さも数ｍｍ〜十数ｍｍ程度である。床面板６は、背面板４の底面に接合され、スピーカ装置全体を支えている。床面板６とキャビネット３の間は支柱７で支えられ、空間が形成されている。ポート５は背面板４を一面としてキャビネット３の内部と外部を連通する筒状の形状であり、一方の開口端がキャビネット３の底面と同一面上に接合される。キャビネット３と接合される開口端は、鉛直下向きに設けられている。ガイド８は、背面板４と床面板６の接合部に設置され、背面板４の下部前面から床面板６の上面にスムーズな曲面形状となるように形成されている。

スピーカユニット１に音声信号を入力すると電磁作用によって振動板が前後に振動し、ユニット前面に音波を発生すると同時にユニット後方に前方とは逆位相の音波を発生する。図１のスピーカ装置ではこの音波が入り混じらないようにバッフル２で仕切り、キャビネット３および背面板４でバッフル２のスピーカユニット後方側を覆うことによりスピーカユニット１後方に発生する音波でキャビネット３内部に音響空間を形成している。ポート５は、キャビネット３内の音響空間に発生する低音の音波をスピーカユニット１が前面に放出する音波の位相と同位相で放出する形状になっている。キャビネット３とポート５は、いわゆるヘルムホルツ共振器を形成するが、このスピーカ装置ではその共振周波数が低音の所定周波数になるように設計されている。

ヘルムホルツ共振器とは、キャビネット３とポート５に存在する空気がばねとおもりの役目をして単振動を起こす空気の共振現象を利用したものである。

図２は、本実施形態のスピーカ装置の断面図である。スピーカユニット１が音波を発生すると、ポート５は、キャビネット３内の音響空間に発生する低音の音波をスピーカユニット１が前面に放出する音波の位相と同位相で鉛直下方向に放出する。ポート５が放出した音波は、背面板４と床面板６の接続部に設置されたガイド８によって、スピーカ装置の前面にスムーズに放出される。これにより、スピーカ装置の背面方向に音波が放出されずに前面（および側面）方向にのみ放出される。

図３は、本実施形態のスピーカ装置のポートの概略図である。ポート５の断面は半円形状であり、ポート５は、円柱筒形状のポートを断面円中心を含む平面で切断した形状であり、切断した面は、板状の平面板を内壁とする。すなわち、このポート５は、板状の平面板５Ｂと、断面が半円形状であり、略樋形状の部材である立体部５Ａとで構成される。なお、背面板４の一部を平面板５Ｂとして利用するようにしてもよい。

ポート５は、中心部から両端開口部にかけて断面積が広がる形状となっている。ポート中心から距離ｎである地点のポート断面積ＳｎはＳｎ＝Ｓ０×Ｋ＾ｎで表され、ポート中心部から開口部にかけてエクスポネンシャルに広がっていく。ここでＳ０はポート中心部の断面積であり、Ｋは任意の定数とする。さらにポート内壁は開口部付近でホーン状に広がって開口面に滑らかに接続している。一方の開口部はキャビネット３の底面と面一で接続する。

この形状におけるポートでは、断面積が最も小さい中心部で空気の流れが最も速くなり、開口部に近づくにつれて流れが遅くなる。つまりこの形状におけるポートでは、中心部の断面積が十分に小さいので共振周波数を低くすることができ、開口部に向けて断面積が徐々に大きくなってゆくので空気の流れが徐々に滑らかに遅くなり風切り音が発生しない。また、エクスポネンシャルに広がるため、開口部付近では、音波は球面波となる。

また、この形状におけるポートでは、両開口部にかけて対称であるため、キャビネット外部に出力される空気の流れとキャビネット内部への空気の流れが均一になり、音の歪みを低減することができる。

図４は、本実施形態のスピーカ装置のガイドの概略図である。ガイド８の断面は、略三角形状であり、その斜辺は内部方向に曲線形状に湾曲している。すなわち、このガイド８の斜面は、なめらかな曲面形状となっている。ガイド８の背面は背面板４に接合され、底面は床面板６に接合される。このように接合することで、背面板４と床面板６は、ガイド８の斜面によって、スムーズな曲面で接続され、連続面となる。これにより、ポート５から放出された空気は、鉛直下方向から前面方向にスムーズに放出される。

なお、ポート５とガイド８を含めて空気路として、断面が徐々に広がる形状となるようにしてもよい。すなわち、ポート５の断面積の広がりに沿うようにガイド８の斜面を形成すればよい。

なお、ポートおよびガイドの形状は、上述したものに限られない。以下、他の形状のポートおよびガイドについて説明する。

まず、ポートの断面は、図３に示した半円形状に限るものではない。図３に示したポート５をさらに半分に切断して中心角が９０度の扇形のポートとしてもよい。この場合においても、切断平面に板状の平面板を接合して内壁とするが、切断平面が二つ直交するのでキャビネット３の側面のうちいずれか一方に背面板をさらに設置する。キャビネット３の背面と側面に設置する二つの背面板の接合部にポートを設置するようにすればよい。

このように背面板を設置すると、スピーカ装置の背面方向および側面方向のうち一方には音波が放射されずに、前面方向およびもう一方の側面方向にのみ放射される。さらに、ポート断面の中心角を９０度以外にすることも可能であり、その角度にあわせて背面板を設置することで、音波の放射方向を制御することが可能となる。

また、ポート内壁面は曲面に限るものではない。図５は、ポートの断面図である。同図（Ａ）は、断面が半円形状のポート５を示したものである。同図（Ｂ）は、断面が四角形状のポート５０を示したものである。同図（Ｃ）は、断面が三角形状のポート５１を示したものである。このように、キャビネット３内部と外部を連通し、板状の平面板を内壁の一面とする管状のものであればどのような断面形状であってもよい。断面がどのような形状であっても、断面積がポート中心部からポート開口端にかけてエクスポネンシャルに広がるようにすればよい。

なお、ポートはスピーカ装置に対して一つに限るものではない。例えば断面半円形状のポート５を二つ並行して設置してもよい。

次に、他の形状のガイドについて説明する。図６は、他の形状のガイドを示した概略図である。このガイド８０は、ガイド８をさらに、円錐状に湾曲させたものである。すなわち、断面が半円形状のポート５の内壁形状に立体的に沿うように湾曲させている。このように、ポート内壁の形状にあわせて立体的にガイドを設置することで、スピーカ装置の側面から前面に均一に音波を放射することができる。

以上のように、この発明におけるスピーカ装置では、ポート開口端がキャビネットの鉛直下方向を外部と連通するように設置され、ポート内の一面が板状の平面板で構成される管形状であるため、スピーカ装置背面方向に音波は放射せずに、スピーカ装置前面方向に放射する。ポートから放射された空気は空気流ガイドによって鉛直下方向から前面方向にスムーズに流れる。また、ポート断面形状を変更することで、音波の放射方向を制御することが可能となる。

本実施形態のスピーカ装置全体の概略図 本実施形態のスピーカ装置の断面図 本実施形態のスピーカ装置のポートの概略図 本実施形態のスピーカ装置のガイドの概略図 本実施形態のポートの断面図 空気流ガイドの他の形状を示した概略図 従来のスピーカ装置全体の概略図 従来のスピーカ装置の断面図

符号の説明

１−スピーカユニット
２−バッフル
３−キャビネット
４−背面板
５，５０，５１−ポート
６−床面板
７−支柱
８，８０−ガイド
１０１−従来のスピーカ装置におけるスピーカユニット
１０２−従来のスピーカ装置におけるバッフル
１０３−従来のスピーカ装置におけるキャビネット
１０４−従来のスピーカ装置におけるポート
１０５−従来のスピーカ装置における支柱
１０６−従来のスピーカ装置における床面板
１０７−従来のスピーカ装置における拡散器

Claims (4)

1. 前面板にスピーカユニットを取り付ける開口部を有するとともに、底面板から内部に向けてバスレフポートを形成したスピーカボックスであって、
   背面板を前記底面板よりも下方に伸張した縦脚部、および、この縦脚部の下端部から前記前面方向に設けられた底脚部からなるベース部を有し、
   前記バスレフポートは、略桶形状の立体部と板状の平面部とで構成された筒形状であることを特徴とするスピーカボックス。
2. 前記バスレフポートは、断面が両端開口部付近までエクスポネンシャルに広がる管形状をなすとともに、両端開口部は、前記断面がエクスポネンシャルに広がる管形状から開口端を含む平面へ滑らかにつながる曲面形状であることを特徴とする請求項１に記載のスピーカボックス。
3. 前記縦脚部の下部端付近に、前記縦脚部と底脚部とをなめらかにつなぐ曲面状のガイドをさらに設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスピーカボックス。
4. 前記バスレフポートの一方の開口端は、前記底面板の表面と面一に接合されていることを特徴とする請求項1、請求項２、または請求項３に記載のスピーカボックス。

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