JP4124165B2 - 低音スピーカ装置 - Google Patents

Description

本発明は、低音再生に好適であり、且つ、小型軽量な低音スピーカ装置に関するものである。

近年、ハイビジョンやワイドビジョン等の普及により、テレビジョン受像機の画面は大型化され且つ横長のものが一般的になりつつあり、この種のテレビジョン受像機は高画質化が要求されていると共に、内蔵したスピーカシステムも高音質化が要求されている。また、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ），ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）などのパッケージメディアを記録再生する光ディスクプレヤーなども高画質及び高音質が望まれている。

上記したようなＡＶ（Ａｕｄｉｏ Ｖｉｄｅｏ）機器に内蔵されるスピーカシステムは高音質化の要求に伴って低音域から高音域まで良好に再生できるように、それぞれの周波数帯域ごとに複数のスピーカ装置を組み合わせて用いられているが、ここではとくに低音域を再生する低音スピーカ装置について以下説明する。

この際、ＡＶ（Ａｕｄｉｏ Ｖｉｄｅｏ）機器に内蔵されるスピーカシステムは、高音質化のみならず小型軽量化も要求されることから、低音スピーカ装置も当然これらの要求を満たす必要がある。

上記した低音スピーカ装置として、一般的に内部を中空状に形成した１／４波長共振管（図示せず）を用い、この１／４波長共振管の一端にスピーカユニットを取り付け、且つ、他端を開放して簡便に低音を再生することができる低音再生方法があるものの、この場合には１／４波長共振管内に発生する共振が１／４波長に相当する周波数及びこの１／４波長に相当する周波数の奇数倍の周波数しか発生しないため、豊かな低音再生ができないことや、その音質に課題を残していた。

この課題を改善した低音再生能力を有するスピーカ装置がある（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−２５３３８３号公報（第３頁、図１）。

図３は従来のスピーカ装置を示した構造断面図である。 図３に示した従来のスピーカ装置２０は、上記した特許文献１（特開平６−２５３３８３号公報）に開示されており、ここでは特許文献１を参照して簡略に説明する。

図３に示した如く、従来のスピーカ装置２０は低音再生用として構成されている。このスピーカ装置２０では、略コ字状に屈曲させた音響管２１の一端にスピーカユニット２２が取り付けられ、且つ、音響管２１の途中の中間部位にこの音響管２１の断面積よりも大きな断面積を有した空気室部２１ａが一体的に形成されていると共に、音響管２１の他端に音響管５の断面積よりも小さい断面積を有した開口部２１ｂが一体的に形成されている。

そして、上記のように構成した従来のスピーカ装置２０によると、音響管２１の途中に形成した空気室部２１ａが音響的な高音域遮断フィルタとして作用し、音響管２１の低音域増強効果はそのまま維持して中高音域のみの音圧レベルを減衰させ、山谷のないなめらかな再生音圧周波数特性とするとともに、音響管２１の他端に形成した開口部２１ｂの断面積を絞り込み音響質量を付加して、音響管２１の共振周波数を低くすることができる旨が開示されている。

ところで、上記した従来のスピーカ装置２０では、音響管２１の一端にスピーカユニット２２が取り付けられているので、音響管２１内で共振する１／４波長に相当する周波数に対して奇数倍の周波数（３／４波長，５／４波長，…）が発生するが、これら奇数倍の周波数を空気室部２１ａによる高音域遮断フィルタで遮断し、且つ、開口部２１ｂの断面積を絞り込み音響質量を付加して、音響管２１の共振周波数を低くすることができるものの、これら空気室部２１ａ及び開口部２１ｂの設計思想には低音再生音質を良好にするバスレフ型の設計思想が取り入れられていない。

そこで、低音域の量感が増し、音質的にも好ましい特性が得られる低音スピーカ装置が望まれている。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、請求項１記載の発明は、閉鎖された一端部と開放された他端部との間の内部が中空状に形成されて略１／４波長に相当する周波数で共振し、且つ、前記一端部と前記他端部との間の側部にスピーカユニットが取り付けられていると共に、前記他端部に連接してキャビネット部が一体的に形成された１／４波長共振管と、
前記キャビネット部に設けられたダクトとを備え、
略１／４波長に相当する周波数で共振する前記１／４波長共振管に対して、前記ダクトによる共振が略１／４〜３／４波長となるように前記キャビネット部内の容積及び前記ダクトの形状寸法を設定してなることを特徴とする低音スピーカ装置である。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の低音スピーカ装置において、
前記１／４波長共振管の前記一端部と前記他端部との間の長さをＬとした時に、前記スピーカユニットの中心部位を前記一端部から略Ｌ／４隔てた側部位置に設定して取り付けたことを特徴とする低音スピーカ装置である。

請求項１記載の低音スピーカ装置によると、１／４波長共振管は、閉鎖された一端部と開放された他端部との間の側部にスピーカユニットを取り付け、且つ、他端部と連接してキャビネット部を一体的に形成すると共に、キャビネット部内から外部に向かってダクトを取り付けた際に、略１／４波長に相当する周波数で共振する１／４波長共振管に対して、ダクトによる共振が略１／４〜３／４波長となるようにキャビネット部内の容積及びダクトの形状寸法を設定しているため、低音域の音圧周波数特性は平坦な特性となり、低音域の量感が増し、音質的にも好ましい特性が得られるばかりでなく、小型軽量化も達成できるなどの利点が得られる。

また、請求項２記載の低音スピーカ装置によると、請求項１記載の効果が得られると共に、スピーカユニットの中心部位を１／４波長共振管の一端部から略Ｌ／３隔てた側部位置に設定して取り付けたため、３／４波長の共振峰の発生を抑制することができる。

以下に本発明に係る低音スピーカ装置の一実施例を図１及び図２を参照して詳細に説明する。

図１（ａ），（ｂ）は本発明に係る低音スピーカ装置を説明するための正面図，Ｙ−Ｙ断面図、
図２は本発明に係る低音スピーカ装置の音圧周波数特性と高調波歪みを示した特性図である。

図１（ａ），（ｂ）に示した本発明に係る低音スピーカ装置１０において、１／４波長共振管１１は、閉鎖された一端部（上端部）１１ａと開放された他端部（下端部）１１ｂとの間の内部が中空状に形成されて略１／４波長に相当する周波数で共振し、且つ、一端部１１ａと他端部１１ｂとの間の側部１１ｃの途中の所定位置にスピーカユニット１２が内部から外部に向かって取り付けられていると共に、他端部１１ｂに連接して内部が中空で予め計算により設定した容積Ｖ_ｃを有するキャビネット部１１ｄが一体的に形成されている。

更に、１／４波長共振管１１のキャビネット部１１ｄには、ダクト１３が内部から外部に向かって取り付けられており、このダクト１３は内部が中空状に形成され、且つ、内部端（一端部）及び外部端（他端部）が共に開放されて、この内部端がキャビネット部１１ｄ内に位置する一方、外部端が外部の空間を臨んでこの外部端から外部に放音可能になっている。この際、ダクト１３の外部端は図示したようにキャビネット部１１ｄの外側部と一致させるか、又は、キャビネット部１１ｄの外側部から突出させても良いものである。そして、ダクト１３内の容積Ｖ_ｄは、キャビネット部１１ｄ内の容積Ｖ_ｃより小さく設定されている。また、キャビネット部１１ｄ内の容積Ｖ_ｃは、１／４波長共振管１１の他端部１１ｂより下方に位置する空間内で且つダクト１３内の容積Ｖ_ｄを含まないものとする。

ここで上記した１／４波長共振管１１は、中空の断面が円形の場合には円柱パイプ状に形成され、又は、中空の断面が矩形ならば角柱パイプ状に形成されている。そして、１／４波長共振管１１の一端部１１ａと他端部１１ｂとの間の長さをＬ、空気中の音速をｃ、１／４波長共振管１１の共振周波数をｆすると、
［数１］
ｆ＝ｃ／４Ｌ ……（１式）
となるので、１／４波長共振管１１は、上記した（１式）に基づいて共振させたい略１／４波長に相当する共振周波数ｆに相当する長さＬに設定されている。

また、上記したスピーカユニット１２は、例えば、周知の直接放射式電動型（ダイナミック ドライバ…ＤＤ）を有し、不図示の振動板を取り付けた開口側が１／４波長共振管１１の長手方向に沿って細長い形状のものが用いられている。そして、スピーカユニット１２の振動板側を外部の空間に臨ませ、且つ、スピーカユニット１２の中心部位を１／４波長共振管１１の長さＬに対して一端部１１ａから略１／４Ｌ隔てた側部位置に設定して取り付けることにより、３／４波長の共振峰の発生を抑制することができるようになっている。この際、スピーカユニット１２の振動板の向きと、ダクト１３の外部端（他端部）の向きが同じであることが理想であるが、両者の向きのズレはある程度許容できるもである。

また、１／４波長共振管１１の他端部１１ｂに連接させたキャビネット部１１ｄと、このキャビネット部１１ｄ内から外部に向けて臨ませたダクト１３とに対して、バスレフ型の設計思想を取り入れている。

この際、バスレフ型の設計思想ではヘルムホルツ共鳴の原理により、上記したキャビネット部１１ｄ内の容積Ｖ_ｃの空気はバネ定数Ｋを持ったバネとして働き、一方、ダクト１３は質量ｍを持ったピストンとして見なすことができるので、スピーカユニット１２の振動板（図示せず）が振動すると、この振動はキャビネット部１１ｄによる空気バネＫを通して質量ｍのダクト１３内の空気を揺らし、このダクト１３から外部に向かって音波が放出される。

従って、この実施例では、略１／４波長に相当する周波数で共振する１／４波長共振管１１に対して、ダクト１３による共振が略１／４波長〜３／４波長となるようにキャビネット部１１ｄ内の容積Ｖ_ｃと、ダクト１３の形状寸法とを下記の（２式）又は（３式）に基づいて予め設定している。この際、ダクト１３の形状も、１／４波長共振管１１と同様に、中空の断面が円形の場合には円柱パイプ状に形成され、又は、中空の断面が矩形ならば角柱パイプ状に形成されている。

より具体的に説明すると、ダクト１３の形状を円柱パイプ状に設定した場合に、ダクト１３による共振周波数ｆ_ｄが下記の（２式）に基づいて算出できる。
［数２］
ｆ_ｄ＝１６０√｛πｒ^２／Ｖ_ｃ×（Ｌ_１＋ｒ）｝ ……（２式）
但し、ｆ_ｄ：円柱パイプ状のダクト１３の共振周波数（Ｈｚ）
Ｌ_１：円柱パイプ状のダクト１３の長さ（ｃｍ）
ｒ：円柱パイプ状のダクト１３内の半径（ｃｍ）
Ｖ_ｃ：キャビネット部１１ｄ内の容積（ｃｍ^３）。

一方、ダクト１３の形状を角柱パイプ状に設定した場合には、ダクト１３による共振周波数ｆ_ｄが下記の（３式）に基づいて算出できる。
［数３］
ｆ_ｄ＝１６０√｛Ｌ_２×Ｌ_３／Ｖ_ｃ×（Ｌ_１＋ｒ）｝ ……（３式）
但し、ｆ_ｄ：角柱パイプ状のダクト１３の共振周波数（Ｈｚ）
Ｌ_１：角柱パイプ状のダクト１３の長さ（ｃｍ）
Ｌ_２：角柱パイプ状のダクト１３内の幅（ｃｍ）
Ｌ_３：角柱パイプ状のダクト１３内の高さ（ｃｍ）
ｒ：角柱パイプ状のダクト１３内の断面積を円形に換算した時の半径（ｃｍ）
Ｌ_２×Ｌ_３＝πｒ^２より、ｒ＝√（Ｌ_２×Ｌ_３／π）
Ｖ_ｃ：キャビネット部１１ｄ内の容積（ｃｍ^３）。

尚、ダクト１３による共振周波数ｆ_ｄを一般化した時には、下記の（４式）に基づいて算出できる。
［数４］
ｆ_ｄ＝１６０√｛Ａ／Ｖ_ｃ×（Ｌ_１＋ｒ）｝ ……（４式）
但し、ｆ_ｄ：ダクト１３の共振周波数（Ｈｚ）
Ｌ_１：ダクト１３の長さ（ｃｍ）
Ａ：ダクト１３内の断面積（ｃｍ^２）
ｒ：ダクト１３内の断面積を円形に換算した時の半径（ｃｍ）
Ａ＝πｒ^２より、ｒ＝√（Ａ／π）
Ｖ_ｃ：キャビネット部１１ｄ内の容積（ｃｍ^３）。

そして、本発明に係る低音スピーカ装置１０の音圧周波数特性と高調波歪みは図２に示した如く得られる。この図２から明らかなように、略１／４波長に相当する周波数で共振する１／４波長共振管１１に対して、ダクト１３による共振が略１／４〜３／４波長となるようにキャビネット部１１ｄ内の容積Ｖ_ｃと、ダクト１３の形状寸法とを設定することにより、１／４波長共振管１１の共振峰付近の音圧が増加し、且つ、低音域の音圧周波数特性は平坦な特性となり、低音域の量感が増し、音質的にも好ましい特性が得られるばかりでなく、小型軽量化も達成できるなどの利点が得られる。

（ａ），（ｂ）は本発明に係る低音スピーカ装置を説明するための正面図，Ｙ−Ｙ断面図である。 本発明に係る低音スピーカ装置の音圧周波数特性と高調波歪みを示した図である。 従来のスピーカ装置を示した構造断面図である。

符号の説明

１０…低音スピーカ装置、
１１…１／４波長共振管、１１ａ…一端部（上端部）、１１ｂ…他端部（下端部）、
１１ｃ…側部、１１ｄ…キャビネット部、
１２…スピーカユニット、
１３…ダクト、
Ｖ_ｃ…キャビネット部内の容積、Ｖ_ｄ…ダクト内の容積。

Claims (2)

1. 閉鎖された一端部と開放された他端部との間の内部が中空状に形成されて略１／４波長に相当する周波数で共振し、且つ、前記一端部と前記他端部との間の側部にスピーカユニットが取り付けられていると共に、前記他端部に連接してキャビネット部が一体的に形成された１／４波長共振管と、
   前記キャビネット部に設けられたダクトと、を備え、
   略１／４波長に相当する周波数で共振する前記１／４波長共振管に対して、前記ダクトによる共振を略１／４〜３／４波長として低音域の音圧周波数特性が平坦になるよう前記キャビネット部内の容積及び前記ダクトの形状寸法を設定してなることを特徴とする低音スピーカ装置。
2. 請求項１記載の低音スピーカ装置において、
   前記１／４波長共振管の前記一端部と前記他端部との間の長さをＬとした時に、前記スピーカユニットを、その中心部位を前記一端部から略Ｌ／３隔てた側部位置に設定して取り付けたことを特徴とする低音スピーカ装置。

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