JP4135319B2 - スピーカ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は各種音響機器、テレビジョン受像機に使用されるスピーカ装置であって、特に、スピーカユニットからの再生音を検出するマイクロフォンを設け、この検出信号により上記スピーカユニットの再生音を補正するスピーカ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
スピーカユニットの前面に開口部が矩形形状のホーンや音響管を結合し、スピーカユニットから発生した音波を上記音響管の開口部まで導くとともに、この音響管の内部にマイクロフォンを配置して帰還回路を介して上記スピーカユニットに入力信号を入力する増幅器に接続する構成としたスピーカ装置が音響特性の改善に寄与することは知られている。
【0003】
これらの従来技術について、図8、図9により説明する。図8は従来の音響管型音響帰還形のスピーカ装置の平面断面図、図9は同音響出力特性である。
【0004】
同図によると、1は音波を発生するスピーカユニットであり、このスピーカユニット1は音響管2に結合されている。この音響管2の両サイドには共振を抑えるために吸音材3が配置されている。音響管2の内部には、音響出力信号を検出するマイクロフォン4がスピーカユニット1の近傍に配置されている。このスピーカユニット1に信号が入力されると、スピーカユニット1より音響出力が放射され、音響出力が音響管2を通って音響管2の開口部から放射される。
【0005】
この時、音響管2の内部の音響管2の長さで発生する定在波や内部に発生する定在波によってスピーカ装置としてピークディップの激しい再生音圧周波数特性を有することを防止するために、この定在波を吸音材3で抑えることになるが、不十分であり、この抑えることができない定在波である音響出力をマイクロフォン4で検出し、スピーカユニット1に入力する増幅器に帰還させることで音響管2に発生する定在波を抑制し平坦な再生音圧周波数特性を実現するものであった。
【0006】
なお、マイクロフォン4の位置をスピーカユニット1の近傍前面に置くことでスピーカユニット1および音響管2の周波数特性の補正を、音響管2の1次共振の音圧最大の位置である音響管2の長さの1/3の点に置くことで音響管2の特性の補正を、音響管2の終端近傍に置くことで低音域から音響管2の1次共振までの特性の制御を行うことが可能となるものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のスピーカ装置では、マイクロフォン4にて音響管2に発生する2次、3次以降の共振の音響出力まで検出し、また、音響管2の長さ方向に対し90°となる閉空間で発生する共振まで検出し、帰還させるために発振余裕を十分に確保することが困難であった。また、定在波を抑えるために音響管2の形状が複雑となり、また吸音材3等を使用するためにコスト的に課題があった。
【0008】
本発明は上記課題を解決するもので、音響管の構造を簡単にし安定した特性を発揮することが可能なスピーカ装置を提供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のスピーカ装置は、入力信号が入力される増幅器と、この増幅器の出力信号を再生するスピーカユニットと、このスピーカユニットから放射される音響出力を検出するマイクロフォンと、このマイクロフォンで検出した音響出力信号を上記増幅器の入力側に帰還する帰還回路からなるスピーカ装置において、上記スピーカユニットの前面に音波を導く音響管を結合するものにあっては1次共振の補正を行う上記マイクロフォンをこの音響管の少なくとも以下の式(a)で求められる2次および3次の管共振において少なくとも音圧が発振に至らない程度の大きさの位置に配置する構成として、音響管を用いた上記スピーカ装置の音圧周波数特性に最も影響を与える1次共振の影響を抑制することでスピーカ装置として安定した特性を得ることができるものである。
式(a)・・・・共振周波数fa=(n+1)C/4La
(fa:管共振周波数、n:2次共振の場合は2、3次共振の場合は3、C:音速、La:管長)
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に本発明のスピーカ装置の一実施の形態について図1から図7により説明する。
【0011】
なお、説明にあたっては従来技術と同一部分は同一番号を付与して説明する。
【0012】
(実施の形態1)
本発明の第1の実施の形態を図1〜図3により説明する。
【0013】
図1はスピーカ装置の要部である音波を導く音響管を結合したスピーカユニット1の構成を示した平面断面図であり、図2は同装置を用いた音響回路のブロック図であり、図3は同音響出力特性である。
【0014】
まず、スピーカ装置の全体構成を図2により説明する。
【0015】
同図によると、1はスピーカユニットであり、2はスピーカユニット1の前面に結合された音響管であり、4は音響管2内に装着されたマイクロフォンであり、スピーカユニット1から放射された音波は音響管2内のマイクロフォン4で検出され、マイクロフォン増幅器10、加減算器11を経て減算器12で外部からの入力信号と混合して入力信号の補正を行い、電力増幅器13で増幅してスピーカユニット1に入力する構成としている。
【0016】
以上のようにスピーカ装置はスピーカユニット1から放射する音波を帰還回路により音声出力の周波数補正を行うものであるが、次に要部である音響管2内のマイクロフォン4の位置について説明し、本発明の要旨である1次共振補正の手段について説明する。
【0017】
スピーカユニット1と音響管2の関係は、スピーカボックス(図示せず)に取り付けられたスピーカユニット1の前面に音波を導く音響管2を結合し、狭い矩形状のスリットにした開口部から音を出すようにしたものであり、この音響管2に発生する管共振をスピーカユニット1の開口部から音響管2の長さLaにより発生する共振周波数fa=(n+1)C/4La
(fa:管共振周波数、n:2次共振の場合は2、3次共振の場合は3、C:音速、La:管長である。)
にて算出される2次および3次の管共振周波数の音圧分布の音圧の最小となる位置(節となる位置)近傍(2次、3次共振それぞれの音圧の最小となる位置が異なるのが一般的であり、従って、それぞれの最小位置近傍の管共振に至らない音圧の共通位置)にマイクロフォン4を設置している。
【0018】
このマイクロフォン4により上記音響管2を結合したスピーカユニット1から放射される音響出力信号をこのマイクロフォン4で管共振の1次成分のみを検出し、この検出した音響出力信号を減算器12に帰還させるものである。
【0019】
図2はスピーカ装置のブロック図であり、出・入力の関係は、
Vout/Vin=A/(1+A・T(S))
(Vout:出力電圧、Vin:入力電圧、A:増幅器総合の増幅度、T(S):伝達関数)
となる。
【0020】
即ち、マイクロフォン4の特性がほぼフラットであるためにT(S)はほとんどスピーカユニット1の伝達関数と考えると、スピーカユニット1および音響管2の2次または3次の管共振による位相変化でT(S)がマイナス1になる。
【0021】
即ち、分母が0となり発振する条件となる。
【0022】
しかし、本発明では音響管2で発生する2次および3次の管共振をマイクロフォン4で検出することがないためT(S)がマイナス1となる可能性が極めて小さくなり帰還の安定性を確保することが可能となる。
【0023】
図3は、本実施の形態の音響出力特性を示したものであり、従来の技術である図9による特性では2次および3次の共振まで検出している(図9のa部、b部)が、図3の本実施の形態においては検出していないことが確認された。
【0024】
以上のように、音響管2にて発生する管共振の1次共振のみをマイクロフォン4で検出し、帰還させることで特性改善が行えたので、要求される音響特性によっては従来管共振の抑制のため使用されていたヘルムホルツの共鳴を利用した吸音室や吸音材等を用いることなく音響管2を構成することができ、音響管2の設計の効率化が果たせるとともに、金型構造等が簡単になるためコストメリットに優れたスピーカ装置を提供することができるものである。
【0025】
なお、上記実施の形態では2,3次の管共振の影響を受けない位置にマイクロフォン4を設けたが、音響特性上いずれかの管共振の影響が無視できるものであれば、いずれかの管共振の周波数の音圧の最小となる点の近傍(管共振に至らない音圧の位置)にのみ設けても良いものである。
【0026】
また、使用する音響管2等の特性は2,3次以降の管共振も無視できる位置にマイクロフォン4を設定しても良いことはもちろんである。
【0027】
(実施の形態2)
本発明の第2の実施の形態を図4(a),(b)により説明する。
【0028】
図4(a)は要部である音波を導く音響管2を結合したスピーカユニット1の構成を示した平面断面図であり、図4(b)は同側面断面図である。同図により実施の形態1との相違点のみ説明すると、この音響管2の長さ方向に対し90°となる閉空間に発生する共振周波数fa=(n+1)C/2Lb、fb=(n+1)C/2Lc(fa:音響管の長さの90°方向の管共振周波数、fb:faの90°回転位置の管共振周波数、n:2次共振の場合は2、3次共振の場合は3、C:音速、Lb:音響管の長さの90°方向の管長、Lc:Lbの90°回転方向の管長である。)にて算出される音響管の長さ方向に対し90°となる閉空間に発生する共振周波数fa,fbの音圧分布の音圧の最小となる位置(節となる位置)近傍(2方向夫々の共振による音圧の最小となる位置が異なるのが一般的であり、従って、それぞれの最小位置近傍の管共振に至らない音圧の共通位置)にマイクロフォン4を設置して上記音響管2を結合したスピーカユニット1から放射される音響出力をこのマイクロフォン4で音響管2の長さ方向に対し90°となる閉空間で発生する共振周波数成分を検出しないようにし、マイクロフォン4の音響出力信号を用いて帰還をかけるようにしたものである。
【0029】
本発明では音響管2で発生する音響管2の長さ方向に対し90°となる閉空間の共振をマイクロフォン4で検出することがないためT(S)がマイナス1となる可能性が極めて小さくなり帰還の安定性を確保することが可能となる。このように音響管2の閉空間で発生する共振周波数を検出することがなくなるため、帰還の安定性を確保することが可能となる。
【0030】
(実施の形態3)
本発明の第3の実施の形態を図5(a),(b)により説明する。
【0031】
図5(a)は要部である音波を導く音響管2を結合したスピーカユニット1の構成を示した平面断面図であり、図5(b)は同側面断面図である。実施の形態3は実施の形態1,2の特徴を併せ持つものであり、マイクロフォン4を音響管2の管長による2次から3次の管共振の影響を受けず、且つ管長方向の90°方向の共振の影響を受けない(夫々の共振周波数の音圧分布の最小音圧位置(節となる位置)近傍の管共振に至らない音圧)位置に配置し、音響管2の1次共振分のみを検出し、かつ音響管2の長さ方向に対し90°となる閉空間に発生する共振周波数を検出しないことにより、より帰還の安定を確保することを可能とするものである。
【0032】
(実施の形態4)
本発明の第4の実施の形態を図6、図7により説明する。
【0033】
図6は音響管近傍の断面図であり、図7は同スピーカ装置をテレビジョン受像機に取り付けたときの断面図である。本実施の形態は上述の各実施の形態におけるマイクロフォン4の具体的な取付手段を示すものであり、5は音響管2の壁に締結手段5aにより装着されたブラケットであり、上述の実施の形態1から実施の形態3のマイクロフォン4をブラケット5によって極めて容易に所定の位置に設定できるものである。
【0034】
また、テレビジョン受像機に搭載し、内部の陰極線管8とテレビキャビネット6間に配置する構成としたものにあっては、テレビキャビネット6の音導部7の長さを変更して、スピーカ装置の音響管としての管長が変わり共振周波数の条件が変わってもブラケット5を適宜のものと変更することにより、マイクロフォン4の位置を容易に変更することができ、実施の形態1から3で説明した位置にマイクロフォン4の設定位置を変更して帰還回路の安定度を向上させることができるものである。
【0035】
なお、音響管2の内部にリブ等が強度向上のために設けられ音響管2の共振系が増加した場合にも本発明は適用可能なものである。
【0036】
【発明の効果】
以上のように本発明のスピーカ装置は、入力信号が入力される増幅器と、この増幅器の出力信号を再生するスピーカユニットと、このスピーカユニットから放射される音響出力を検出するマイクロフォンと、このマイクロフォンで検出した音響出力信号を上記増幅器の入力側に帰還する帰還回路からなるスピーカにおいて、上記スピーカユニットの前面に音波を導く音響管を結合すると共に、上記マイクロフォンをこの音響管の少なくとも2次および3次の管共振の少なくともいずれかの音圧が発振に至らない程度の大きさの位置に配置する構成とすることによって、2次以降の管共振の影響を抑制して帰還回路の安定度を向上させ、帰還量を増大させることを可能として、優れた音響特性のスピーカ装置の提供が行えるものである。
【0037】
また、上記構成の中でマイクロフォンを少なくとも2次または3次の管共振のいずれかの音圧が発振に至らない程度の大きさの位置に配置する構成としたものにあっては、影響の大きい2次または3次の少なくともいずれかの管共振の影響を抑制して、より優れた音響特性のスピーカ装置の提供が行えるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のスピーカ装置の一実施の形態の平面断面図
【図2】 同ブロック図
【図3】 同音響出力特性図
【図4】 (a)同他の実施の形態の平面断面図
(b)同側面断面図
【図5】 (a)同他の実施の形態の平面断面図
(b)同側面断面図
【図6】 同他の実施の形態の要部である音響管内のマイクロフォンの装着手段を説明するための側断面図
【図7】 同他の実施の形態のスピーカ装置のテレビジョン受像機への装着状態を説明する概念図
【図8】 従来のスピーカ装置の平面断面図
【図9】 同音響出力特性図
【符号の説明】
1 スピーカユニット
2 音響管
3 吸音材
4 マイクロフォン
5 ブラケット
5a 締結手段
6 テレビキャビネット
7 音導部
8 陰極線管
10 マイクロフォン増幅器
11 加減算器
12 減算器
13 電力増幅器
La 音響管の長さ
Lb 音響管の長さの90°方向の管長
Lc Lbの90°回転方向の管長
Claims (1)
- 入力信号が入力される増幅器と、この増幅器の出力信号を再生するスピーカユニットと、このスピーカユニットから放射される音響出力を検出するマイクロフォンと、このマイクロフォンで検出した音響出力信号を上記増幅器の入力側に帰還する帰還回路からなるスピーカにおいて、上記スピーカユニットの前面に音波を導く音響管を結合すると共に、上記音響管の長さにより発生する以下の式(a)により求められる2次および3次管共振周波数の音圧分布の音圧の最小となる位置(節となる位置)の近傍の管共振に至らない音圧の共通位置に上記マイクロフォンを配置する構成としたスピーカ装置。
式(a)・・・・共振周波数fa=(n+1)C/4La
(fa:管共振周波数、n:2次共振の場合は2、3次共振の場合は3、C:音速、La:管長)
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