JP4341851B1

JP4341851B1 - スピーカ装置

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Publication number: JP4341851B1
Application number: JP2008216116A
Authority: JP
Inventors: 重幸黒川
Original assignee: 重幸黒川
Priority date: 2008-08-26
Filing date: 2008-08-26
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2028-08-26
Also published as: JP2010056588A

Abstract

【課題】スピーカ背面から放射される音がエンクロージャー内で反射しコーンの背面を振動することにより、位相ずれの変調歪を伴った音が外部へ放射される。この反射音を消音する。
【解決手段】同一の特性を有する主スピーカ５ａと副スピーカ５ｂを、点対称で構成された直方体である第１室３ａに同軸上至近距離に背中合わせに配置し、電気的に逆極で駆動するスピーカ装置において、副スピーカ５ｂをアクティブ消音スピーカとして機能させ主スピーカ５ａ背面の低音を消音する。主スピーカ５ａ背面の中音以上の音は第１室３ａ内部全面に備えられた吸音材４で吸音する。副スピーカ５ｂ背面から主スピーカ５ａ背面方向へ直進する音は、中心面吸音材４ａで吸音し、スピーカ配置間の距離差に起因する位相ずれの音波による主スピーカ５ａコーン背面への振動を抑制又は無くす。
【選択図】図１

Description

本発明は、スピーカ背面から放射される音をパッシブ消音とアクティブ消音により消音するスピーカ装置に関するものである。

従来の技術で音を消音する方法は大きく２つに分類できる。パッシブ消音とアクティブ消音である。

１つ目のパッシブ消音は吸音材、吸音ボード、反射板等を使用したものである。スピーカ装置でいえば吸音材を使用した密閉型、バスレフ型、また、反射板を使用したバックロードホーン型、ダブルバスレフ型等がある。スピーカ装置外ではマフラー、防音パネル等がある。

２つ目のアクティブ消音は、消音する音と逆位相同音圧の音を発生させ波の干渉により消音するものであり、特に低音（２００Ｈｚ以下の音を表し、以下低音という）の消音には効果的である。スピーカ装置では低音補強目的のタンデム型スピーカ装置の１種においてエンクロージャー内で低音がアクティブに消音されているといえる。スピーカ装置外では専用のＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッシング）制御装置を設けたエンジン排気音低減装置、空調機ダクト音低減装置、自動車の室内騒音低減装置等が実用化されている。

パッシブ消音で使用される吸音材は高音（２ＫＨｚ以上の音を表し、以下高音という）での吸音は顕著であるが、中音（２００Ｈｚ〜２ＫＨｚの音を表し、以下中音という）では周波数が低くなるに従って徐々に効果が少なくなる。エンクロージャー内に吸音材を増やしても特に低音では効果は少なく、低音はエンクロージャー内で反射を繰り返し熱エネルギーに変換され音が消滅するまでスピーカコーンの背面を振動する。このことが原因で従来のスピーカ装置では外部へ放射される音が幾重にも位相遅れの変調歪を伴った音となっている。

この改善策として、外部へ音を放射するスピーカ背面から放射される１．５ＫＨｚより低い周波数の中音及び低音はアクティブに消音し、１．５ＫＨｚ以上の中音及び高音は吸音材でパッシプに消音し、外部へ音を放射するスピーカ（以下外部スピーカという）背面から放射される音を消音する。

１．５ＫＨｚより低い周波数の中音及び低音をアクティブに消音する具体策を述べる。外部スピーカと同一の物理的・電気的特性を有するスピーカをエンクロージャー内部に外部スピーカの同軸上に背中合わせに配置し、同一方向に振動させる方式のタンデム型スピーカ装置おいて、エンクロージャー内部に配置されたスピーカ（以下内部スピーカという）の背面から放射される逆位相同音圧の音をアクティブ消音の制御音として使用することにより、内部スピーカをアクティブ消音用スピーカとして機能させ、外部スピーカの背面音をアクティブに消音する。

しかしながら、上記タンデム型スピーカ装置の内部スピーカをアクティブ消音用スピーカとして使用するには新たな問題が発生する。外部スピーカと内部スピーカは設置間の距離が存在する。そのことが原因で内部スピーカ背面音が外部スピーカ背面方向へ直進し、外部スピーカ背面に到達（波の重ね合わせの原理による波の独立性）した時、１．５ＫＨｚ以上（外部スピーカと内部スピーカ設置間の距離により異なる）の中音、高音で位相が１８０゜以上ずれ、この位相のずれた音で外部スピーカ背面のコーンを振動することである。

この振動を抑制するため、内部スピーカを外部スピーカの直角方向へ配置したタンデム型スピーカ装置も実用化されているが、干渉を無くすことは難しく、また、アクティブ消音効率は下がる。

本発明は図１が示すように、主スピーカ５ａと副スピーカ５ｂの中心面に中心面吸音材４ａを備え、副スピーカ５ｂ背面から放射される５００Ｈｚの中音から中心面吸音材４ａにより吸音効果を持たせ、５００Ｈｚ以上の音で主スピーカ５ａコーン背面が振動されることを抑制又は無くした。

本発明と、エンクロージャーの構成方法、スピーカの設置方法、同一のスピーカを使用する点、スピーカの駆動方法において類似構成が特開２００２−３６９２８９号公報で開示されている。その公報によれば、発明が解決しようとする課題の１つは「互いのスピーカの位相干渉によって生じる音圧周波数特性の山谷を防止すること」である。この課題をスピーカが背中合わせに設置されているエンクロージャーの容積を小さくすることによって解決するとしている。

本発明のスピーカ装置は、外部スピーカ背面から放射される１．５ＫＨｚより低い周波数の中音及び低音は、内部スピーカ背面から放射される逆位相同音圧の音により、波の干渉を積極的に利用しアクティブに消音する。外部スピーカ背面から放射される１．５ＫＨｚ以上の中音及び高音はエンクロージャー内の吸音材によりパッシブに消音する。これらのアクティブ消音とパッシィブ消音を組み合わせることで、外部スピーカの背面音を消音することを特徴としている。

本発明のスピーカ装置は、外部スピーカと内部スピーカ設置間の距離差に起因する位相ずれの音波による外部スピーカ背面のコーンを振動する問題は、中心面吸音材４ａで吸音することにより解決している。
特開平１０−２２４８９１号公報

解決しようとする問題点は、スピーカ背面から放射された音がエンクロージャー内で反射し、その反射音がコーンの背面を振動し位相ずれの変調歪みを伴った音が外部へ放射される点である。

このような課題を解決するため請求項１の発明においては、エンクロージャー１は表バッフル板１ａ、天板１ｂ、地板１ｃ、裏板１ｄと左右側板で構成された密閉された直方体であって、エンクロージャー１内に表バッフル板１ａ、内バッフル板２ａ、天板１ｂ、内下板２ｂ及び左右側板に囲まれた密閉された直方体である第１室３ａと、表バッフル板１ａ、内バッフル板２ａ、裏板１ｄ、天板１ｂ、内下板２ｂ、地板１ｃ及び左右側板に囲まれた密閉された第２室３ｂが設けられ、第２室３ｂの容積は第１室３ａの容積より大きく形成され、第１室３ａは中心点において点対称となるよう構成され、内部面はスピーカ取り付け孔を除くすべての面に吸音材４が備えられ、第１室３ａの表バッフル板１ａ又は内バッフル板２ａに平行な中心面に中心面吸音材４ａが備えられ、表バッフル板１ａに前向きに主スピーカ５ａが配置され、内バッフル板２ａに同一の物理的・電気的特性を有する副スピーカ５ｂを主スピーカ５ａの同軸上に限りなく至近距離に背中合わせに配置されたスピーカ装置において、主スピーカ５ａと副スピーカ５ｂの電気的接続を逆極で音声増幅器に接続し、副スピーカ５ｂをアクティブ消音スピーカとして機能させる。

従来のスピーカ装置によれば、外部へ音を放射するスピーカの背面音の消音は、吸音材による吸音とエンクロージャー内部で反射を繰り返し消音するパッシブ消音のみであり、低音の消音対策は取られてなかった。

本発明によれば、スピーカ装置にアクティブ消音を採り入れ、外部へ音を放射するスピーカの背面から放射される低音をアクティブに消音し、中音以上の音は吸音材によりパッシブに消音することにより、反射音による外部へ音を放射するスピーカの変調歪みが無くなるという利点がある。

本発明のスピーカ装置はエンクロージャー内の低音を専用のＤＳＰ制御装置を設けることなく、アクティブ消音を実現したことにより低コストであり、また、既存の音声増幅器が使用できる。

図１は本発明の実施例１を示したスピーカ装置の側断面図であり、第２室３ｂは副スピーカ５ｂの特性による密閉型所定の容積以上の容積で形成する。本図ではエンクロージャー１の奥行きを少なくするためＬ字型８面体としてあるが、直方体又は紡錘型への変更は可能である。また、副スピーカ５ｂのＱ₀値によりバックロードホーン型とする。

第１室３ａは密閉された直方体で構成され、容積は主スピーカ５ａと副スピーカ５ｂを限りなく至近距離に同軸上に背中合わせに配置することにより決定される。第１室３ａの容積＜第２室３ｂの容積で形成する。

主スピーカ５ａと副スピーカ５ｂは同一の物理的・電気的特性を有するスピーカで、図３に示すように電気的に主スピーカ５ａと副スピーカ５ｂの極性が逆極となるよう音声接続器に接続する。よって主スピーカ５ａ背面と副スピーカ５ｂの背面から放射される音は逆位相となり振動方向は同一方向となる。

第２室３ｂは副スピーカ５ｂの特性による密閉型所定の容積以上の容積で形成されていること、及び、第１室３ａの容積＜第２室３ｂの容積とされていることにより、主スピーカ５ａと副スピーカ５ｂを駆動した時、主スピーカ５ａ前面の空気圧と副スピーカ５ｂ前面の空気圧が近似的に等しくなり、主スピーカ５ａ背面から放射される音と、副スピーカ５ｂ背面から放射される音が近似的に同音圧となる。

第１室３ａは中心点において点対称となるよう構成する。即ち表バッフル板１ａと内バッフル板２ａの中心面において物理的構造が面対称、且つ、天板１ｂと内下板２ｂの中心面において物理的構造が面対称となるよう構成する。よって、スピーカ間（放射される音は周波数に係わらずコーンの先端位置とし、第１室３ａ内において、主スピーカ５ａコーンの先端位置から副スピーカ５ｂコーンの先端位置までの空間を表す）において、主スピーカ５ａ背面から放射される音の反射音と、副スピーカ５ｂ背面から放射される音の反射音が逆位相且つ近似的に同音圧で維持される。

主スピーカ５ａ背面から放射される１．５ＫＨｚより低い中音及び低音の進行方向が天板１ｂまたは内下板２ｂ又は側板方向である時、その音の１次反射音又は２次反射音・・・又はｎ次反射音と、副スピーカ５ｂ背面から放射される１．５ＫＨｚより低い中音及び低音の１次反射音又は２次反射音・・・又はｎ次反射音の音道が図４で示した同軸空間上（同軸空間上となる２つの例が太線、細線で示してある）となる時、又は図５で示した近傍並行空間上となる時、反射音同士の進行方向は逆方向且つ逆位相、近似的同音圧であり、また１．５ＫＨｚ以下の周波数域の指向性は鋭くなく近傍音波はアクティブに消音される。

第１室３ａの内部において、スピーカ取り付け孔を除くすべての面に吸音材４を備えることにより、主スピーカ５ａ背面及び副スピーカ５ｂ背面から放射される１．５ＫＨｚ以上の中音及び高音の進行方向が天板１ｂ又は内下板２ｂ又は側板方向である時、反射音は吸音材４により吸音される。

副スピーカ５ｂ背面から放射される音が主スピーカ５ａ背面方向へ直進し主スピーカ５ａの背面へ到達した時、主スピーカ５ａの背面で放射される音と位相差が生じる。この位相差は周波数が高くなるにしたがって大きくなる。この位相差が起因しスピーカ間において消音となる位置と増音（２つ以上の音波の干渉により音圧が上がることを表し、以下増音という）となる位置が存在する。

スピーカ間直線距離をＡ、主スピーカ５ａから放射される波長をλとするとＡ＜（λ／２）の時スピーカ間での消音量と増音量の平均は消音となり、Ａ＝（λ／２）の時消音量と増音量は等しく、Ａ＞（λ／２）では消音となるとは限らない。よって、高い周波数まで消音するには主スピーカ５ａと副スピーカ５ｂを可能な限り至近距離に配置する。

副スピーカ５ｂ背面から放射されるスピーカ間で消音となるとは限らないＡ＞（λ／２）の中音及び高音が主スピーカ５ａ背面方向へ直進する時、第１室３ａの中心面に中心面吸音材４ａを備えることによりＡ＞（λ／２）の中音及び高音は吸音され、主スピーカ５ａコーンの背面を振動することを無くすことができる。

副スピーカ５ｂ背面から主スピーカ５ａ背面方向へ放射される音の周波数がＡ＜（λ／２）であって、スピーカ間で消音となる場合でも、音圧は下がるが、主スピーカ５ａ背面へ到達し、位相の遅れた音で主スピーカ５ａコーンの背面を振動する。この振動を抑制するため中心面に備える中心面吸音材４ａは低い周波数まで吸音効果が及ぶグラスウール、高機能中綿素材等の吸音材を厚く（ｔ＝２０ｍｍ以上）使用する。

本発明による８ｃｍフルレンジ使用の試作機では、スピーカ間の直線距離が１１．５ｃｍであり消音効果のある周波数は低音から１，４９６Ｈｚまでである。しかし、副スピーカ５ｂ背面から放射される直進音が主スピーカ５ａ背面へ到達した時、主スピーカ５ａ背面の音との位相差は例えば７００Ｈｚの時８５゜であり主スピーカ５ａコーンの背面は位相の遅れた音で振動を受ける。タンデム型スピーカ装置の副スピーカ５ｂをアクティブ消音スピーカとして使用する場合、消音効果だけでなく外部へ放射する主スピーカ５ａの音に歪を発生させないことが重要であり、歪を少なくするためには高音から５００Ｈｚ（位相差６０゜）位までの周波数域を中心面吸音材４ａで吸音する。本試作機では低い周波数まで吸音できる高機能中綿素材を厚く（ｔ＝３０ｍｍ）使用してある。

図２は本発明の実施例２を示したスピーカ装置の側断面図であり、実施例２の目的は広い周波数帯域を再生するためのものではなく、再生される周波数帯域が人の音声に限定され、より明瞭度が要求される構内放送等のＰＡ（パプリック・アドレス）用に適したスピーカ装置である。なお、実施例１と同一部分は同一符号を付してある。

実施例２の構成は実施例１の第１室３ａの構成と同様である。

主スピーカ５ａと副スピーカ５ｂは同一の物理的・電気的特性を有するスピーカであって、設置方法及び電気的接続方法は実施例１と同様である。

主スピーカ５ａと副スピーカ５ｂを駆動した時、主スピーカ５ａ前面の空気圧と副スピーカ５ｂ前面の空気圧は同圧であり、主スピーカ５ａ背面から放射される音と、副スピーカ５ｂ背面から放射される音は同音圧となる。

主スピーカ５ａ背面から放射される音の反射音が、副スピーカ５ｂの背面から放射される音の反射音によりアクティブに消音されること、又は、吸音材により吸音されることの説明は実施例１に同じであるため省略する。

副スピーカ５ｂ背面から主スピーカ５ａ背面方向へ放射される直進音により主スピーカ５ａ背面のコーンが振動を受けることを無くす、又は、抑制する説明は実施例１に同じであるため省略する。

本発明の実施例１を示したスピーカ装置の側断面図である。本発明の実施例２を示したスピーカ装置の側断面図である。主スピーカ５ａと副スピーカ５ｂ及び音声増幅器の接続方法を示した説明図である。反射音同士が同軸空間上で消音される例を示した図である。反射音同士が近傍並行空間上で消音される例を示した図である。

Claims

エンクロージャー１は表バッフル板１ａ、天板１ｂ、地板１ｃ、裏板１ｄと左右側板で構成された密閉された直方体であって、エンクロージャー１内に表バッフル板１ａ、内バッフル板２ａ、天板１ｂ、内下板２ｂ及び左右側板に囲まれた密閉された直方体である第１室３ａと、表バッフル板１ａ、内バッフル板２ａ、裏板１ｄ、天板１ｂ、内下板２ｂ、地板１ｃ及び左右側板に囲まれた密閉された第２室３ｂが設けられ、第２室３ｂの容積は第１室３ａの容積より大きく形成され、第１室３ａは中心点において点対称となるよう構成され、内部面はスピーカ取り付け孔を除くすべての面に吸音材４が備えられ、第１室３ａの表バッフル板１ａ又は内バッフル板２ａに平行な中心面に中心面吸音材４ａが備えられ、表バッフル板１ａに前向きに主スピーカ５ａが配置され、内バッフル板２ａに同一の物理的・電気的特性を有する副スピーカ５ｂを主スピーカ５ａの同軸上に限りなく至近距離に背中合わせに配置されたスピーカ装置において、主スピーカ５ａと副スピーカ５ｂの電気的接続を逆極で音声増幅器に接続し、副スピーカ５ｂをアクティブ消音スピーカとして機能させることを特徴とするスピーカ装置。