JP4997328B2

JP4997328B2 - スピーカ

Info

Publication number: JP4997328B2
Application number: JP2010233477A
Authority: JP
Inventors: 健二鎌田
Original assignee: Kawai Musical Instrument Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kawai Musical Instrument Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2010-10-18
Filing date: 2010-10-18
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2025-06-27
Also published as: JP2011050085A

Description

本発明は、独立したスピーカユニットや電子楽器などに用いられ、楽音を放音するスピーカに関する。

本出願人は、この種のスピーカを、例えば特願２００４−１６３６６８号（特開２００５−３４７９６４号公報）ですでに提案している。このスピーカは、木質の単板で構成された振動板と、振動板に直接、取り付けられた２つの電磁式アクチュエータ（以下「アクチュエータ」という）などを備えている。このアクチュエータは、電子楽器などによって生成された楽音信号が入力されることにより駆動され、振動板を振動させる。それにより、楽音信号に応じた楽音が振動板から放音される。

特開２００５−３４７９６４号公報

しかし、上記のスピーカは、振動板全体を効率良く振動させ、良好な音響特性を得るという点で改善の余地がある。すなわち、このスピーカでは、振動板に直接、取り付けられた２つのアクチュエータによって、振動板を振動させる。このように、アクチュエータにより点状に発生した振動を振動板全体に伝播させるように構成されているので、特に、アクチュエータから遠い位置に振動が伝播しにくく、振動板全体を十分に振動させることができないため、良好な音響特性を得ることができない。特に、振動板を合板で構成した場合や、振動板の質量が大きい場合には、加速度振動が伝播しにくく、不足がちになるため、上記の問題が顕著になる。また、アクチュエータが振動板に直接、取り付けられているので、アクチュエータの振動を振動板にできるだけ伝播させやすくするために、アクチュエータを、その接触面を振動板に適度に押圧した状態で、振動板にしっかりと取り付ける必要があり、アクチュエータの取り付けや調整が煩雑になる。同じ理由から、アクチュエータの作動時に、ノイズ成分が混入することなどによって、音響特性に悪影響を与えるおそれがある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、構成が比較的単純で、振動を振動板に効率良く伝播させ、振動板全体を十分に振動させることによって、優れた音響特性を得ることができるスピーカを提供することを目的とする。

この目的を達成するために、請求項１に係る発明は、振幅情報を表す楽音信号に応じた楽音を放音するスピーカであって、楽音信号の振幅情報を微分することによって、速度情報に変換する微分回路と、振動板と、振動板に設けられた取付部と、振動板との間に間隙を存した状態で、取付部を介して振動板に取り付けられ、微分回路から入力された楽音信号の速度情報に応じて振動し、速度情報を加速度情報に変換した状態で、音波を間隙を介して振動板に放射することによって、振動板を振動させる第１の振動子と、振動板に直接、取り付けられ、入力された楽音信号の振幅情報に応じて振動することによって、振動板を直接、振動させる第２の振動子と、を備えることを特徴とする。

このスピーカでは、振動板に設けられた取付部を介して、第１の振動子が振動板に取り付けられており、第１の振動子と振動板の間には間隙すなわち空気層が形成されている。また、振動板には第２の振動子が直接、取り付けられている。

振幅情報を表す楽音信号は、微分回路および第２の振動子に出力される。第２の振動子は、入力された楽音信号の振幅情報に応じて振動することによって、振動板を直接、振動させる。また、微分回路は、楽音信号の振幅情報を微分することによって、速度情報に変換した後、第１の振幅子に出力する。第１の振幅子は、入力された楽音信号の速度情報に応じて振動し、この速度情報を加速度情報に変換した状態で、音波を間隙を介して振動板に放射することによって、振動板を振動させる。

以上のように、第１の振動子と振動板の間に形成された空気層を介して、楽音信号の加速度情報を表す音波が、第１の振動子から振動板に面状の拡がりをもって伝播されるので、加速度振動が振動板に効率良く与えられる。また、第１の振動子に加えて、楽音信号の振動情報に応じて振動板を直接、振動させる第２の振動子を併用するので、第１および第２の振動子の近くはもとより、両振動子から遠い位置まで、振動板を十分に振動させることができる。以上の結果、振動板全体を十分に振動させることができ、優れた音響特性を得ることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のスピーカにおいて、取付部が金属で構成されていることを特徴とする。

本発明の第１実施形態によるスピーカの斜視図である。図１のスピーカの部分拡大図である。本発明の第２実施形態によるスピーカの斜視図である。図３のスピーカの部分拡大図である。図３のスピーカにおいて、金属板および振動板に設けたアクチュエータの双方を駆動したときの、アクチュエータ付近における振動板の周波数特性を示す図である。図３のスピーカにおいて、金属板に設けたアクチュエータのみを駆動したときの、アクチュエータ付近における振動板の周波数特性を示す図である。図３のスピーカにおいて、振動板に設けたアクチュエータのみを駆動したときの、アクチュエータ付近における振動板の周波数特性を示す図である。図３のスピーカにおいて、金属板および振動板に設けたアクチュエータの双方を駆動したときの、アクチュエータから遠い位置における振動板の周波数特性を示す図である。図３のスピーカにおいて、金属板に設けたアクチュエータのみを駆動したときの、アクチュエータから遠い位置における振動板の周波数特性を示す図である。図３のスピーカにおいて、振動板に設けたアクチュエータのみを駆動したときの、アクチュエータから遠い位置における振動板の周波数特性を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１および図２は、本発明の第１実施形態によるスピーカ１を示している。このスピーカ１は、スピーカユニット（図示せず）として組み立てられ、スピーカユニットは、電子楽器やオーディオ機器などに内蔵され、あるいはこれらに接続され、独立した状態で用いられる。

図１に示すように、スピーカ１は、振動板２と、振動板２を振動させる２つの電磁式アクチュエータ（以下「アクチュエータ」という）３，３（振動子）と、振動板２に各アクチュエータ３を取り付けるための２つの取付ボルト４，４（取付部）と、２つのパワーアンプ５，５と、２つの微分回路６，６などで構成されている。

振動板２は、例えば、シトカスプルースやエゾマツなどの天然木材の単板や、合板などの木製の板で構成されており、長方形に形成されている。また、振動板２には、その長さ方向の両端から所定の距離、離れた２つの位置に、前後２つのボルト孔７（図２参照）がそれぞれ形成されている。

アクチュエータ３は、例えばラウドスピーカに用いられる電磁式アクチュエータで構成されており、図２に示すように、支持板８と、支持板８の下面に取り付けられ、支持されたフェライト磁石９と、フェライト磁石９の左右に対向するように設けられた複数の電磁コイル１０（２つのみ図示）と、これらの電磁コイル１０に連結され、フェライト磁石９を下側から覆うダイアフラム１１と、フェライト磁石９およびダイアフラム１１の間に設けられた複数のダンパ１２（２つのみ図示）などで構成されている。この電磁コイル１０は、電子楽器やオーディオ機器などの楽音再生装置１６から出力された楽音信号Ｓに応じて励磁されることによって駆動され、電磁コイル１０の振動がダイアフラム１１に伝達されることによって、ダイアフラム１１が振動する。支持板８の端部には、２つのボルト孔８ａ，８ａが形成されている。

取付ボルト４は、振動板２のボルト孔７に下方から通されており、取付ボルト４に螺合したナット１４を振動板２の上面に対して締め付けることによって、振動板２に固定されている。取付ボルト４の頭部と振動板２の下面との間、およびナット１４と振動板２の上面の間には、硬質ゴムなどからなる防振材１３が介在している。また、取付ボルト４の上端部は、支持板８のボルト孔８ａに通されており、これに螺合した上下２つのナット１５，１５で支持板８を挟持している。これにより、アクチュエータ３が取付ボルト４を介して振動板２に取り付けられ、振動板２とアクチュエータ３の間には、間隙Ｇ１（空気層）が形成されている。

パワーアンプ５は、楽音再生装置１６から出力された振幅情報を表す楽音信号Ｓを所定の利得で増幅した後、微分回路６に出力する。微分回路６は、増幅された楽音信号Ｓを微分することによって、楽音信号Ｓの振幅情報を速度情報に変換した後、アクチュエータ３に出力する。アクチュエータ３は、入力された楽音信号Ｓに応じて振動し、ダイアフラム１１から空気層に音波Ｗを放射する。

この音波Ｗは、以下の理由により、楽音信号Ｓの速度情報が加速度情報に変換された状態で、アクチュエータ３から放射される。次式（１）および（２）は、アクチュエータ３から空気中に音波を放射したときの、アクチュエータ３からの距離ｒの位置における音圧Ｐおよび粒子速度Ｖをそれぞれ表す。

ここで、ｋは波数、ρは音響インピーダンスのスカラ分、ｃは音速、Ａは体積速度である。したがって、このときの音響インピーダンス（＝Ｐ／Ｖ）Ｚは、次式（３）によって与えられる。また、波数ｋを角周波数ω／音速ｃで表し、角周波数の複素数ｊωをラプラス演算子ｓに置換した後、展開すると、音響インピーダンスＺは、式（４）のように表される。すなわち、音速ｃ／距離ｒに極を有する不完全微分で表すことができる。

以上により、振幅情報を表す楽音信号Ｓを微分回路６で微分した後、アクチュエータ３に出力することによって、アクチュエータ３からは楽音信号Ｓを２回微分した加速度情報を表す音波Ｗが間隙Ｇ１、すなわち空気層を介して振動板２に放射される。

以上のように、本実施形態によれば、アクチュエータ３と振動板２の間に形成された空気層を介して、楽音信号Ｓに応じた音波Ｗを、アクチュエータ３から振動板２に面状の拡がりをもって伝播させるので、振動が振動板２に効率良く与えられ、振動板２全体に効率良く十分に伝播される。その結果、振動板２全体を十分に振動させることができ、優れた音響特性を得ることができる。

また、楽音信号Ｓを微分回路６によって微分し、アクチュエータ３からの音波Ｗの放射によりさらに微分することによって、加速度振動を振動板２全体に効率良く十分に与えることができる。

さらに、アクチュエータ３として、ラウドスピーカに用いられる比較的安価な電磁式アクチュエータを用いているので、スピーカ１を安価に構成することができる。また、振動板２を空気層を介して振動させるので、振動板２へのアクチュエータ３の取り付けや調整が容易になり、スピーカ１の構成を単純化することができる。同じ理由から、ノイズ成分の混入を防止できる。

図３および図４は、本発明の第２実施形態によるスピーカ２１を示している。なお、以下の説明において、上述した第１実施形態と同じ構成については、同じ参照番号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。図３に示すように、スピーカ２１は、振動板２と、振動板２に取り付けられた２つの金属板２２，２２と、各金属板２２に取り付けられた第１アクチュエータ３（１つのみ図示）と、振動板２に取り付けられた第２アクチュエータ２３などで構成されている。振動板２の幅方向の各端部には、それらの長さ方向に間隔を存して５つのボルト孔２４（図４に１つのみ図示）がそれぞれ形成されている。

金属板２２は、金属製（例えば鋼製）の細長いアングル材で構成され、振動板２の長さ方向の全体にわたって延びている。図３および図４に示すように、金属板２２は、Ｌ字形の断面形状を有しており、本体部２２ａと、本体部２２ａから上方に直角に立ち上がる立上り部２２ｂとによって構成されている。本体部２２ａには、振動板２のボルト孔２４に対応する位置に、５つのボルト孔２５（図４に１つのみ図示）が形成されている。そして、振動板２および金属板２２の本体部２２ａのボルト孔２４，２５に下側から通したボルト２６とナット１４によって、金属板２２が振動板２に固定されている。

第１アクチュエータ３は、楽音信号Ｓの加速度情報を与えるためのものであり、各金属板２２の一端から所定の距離、離れた位置に配置されている。図４に示すように、第１アクチュエータ３は、その支持板８の上端部および下端部において、断面Ｌ形の取付金具２７，２７を介して、金属板２２の立上り部２２ｂおよび本体部２２ａに固定されている。これにより、第１アクチュエータ３のダイアフラム１１と金属板２２との間には、間隙Ｇ２が形成されている。第１アクチュエータ３は、楽音再生装置１６に、パワーアンプ５および微分回路６を介して接続されている。

第２アクチュエータ２３は、楽音信号Ｓの振幅情報を与えるためのものであり、第１アクチュエータ３と同様に構成され、振動板２の上面に直接、取り付けられている。図３に示すように、第２アクチュエータ２３は、振動板２の一端から、第１アクチュエータ３と同じ距離、離れた位置に配置されている。第２アクチュエータ２３は、楽音再生装置１６に、パワーアンプ５のみを介して接続されている。

以上の構成により、楽音再生装置１６から出力された振幅情報を表す楽音信号Ｓは、パワーアンプ５で所定の利得に増幅された後、第２アクチュエータ２３および微分回路６に出力される。第２アクチュエータ２３は、入力された楽音信号Ｓに応じて振動し、その振動によって振動板２を直接、振動させる。また、微分回路６は、入力された楽音信号Ｓを微分した後、第１アクチュエータ３に出力する。これにより、第１アクチュエータ３からは、楽音信号Ｓを２回微分した加速度情報を表す音波Ｗが、間隙Ｇ２を介して金属板２２に放射される。放射された音波Ｗによって金属板２２が振動し、その振動は、金属板２２の長さ方向に沿って伝播し（矢印Ａ）、金属板２２全体に拡がる。このように、金属板２２全体に拡がった振動はさらに、振動板２に面接触する本体部２２ａから振動板２に伝達される（矢印Ｂ）。

また、金属板２２の機械インピーダンスをＺｍ、振動板２の機械インピーダンスをＺｏとすると、これらの機械インピーダンスＺｍ、Ｚｏはそれぞれ、圧力Ｐを粒子速度Ｖで除算する（＝Ｐ／Ｖ）ことによって算出される。また、圧力Ｐおよび粒子速度Ｖは、金属板２２および振動板２の弾性率にそれぞれ依存するため、金属板２２の機械インピーダンスＺｍと振動板２の機械インピーダンスＺｏは、互いに異なる特性を有している。このため、金属板２２の本体部２２ａが振動板２に面接触した境界面では、第１アクチュエータ３からの振動が、反射、透過や屈曲などの現象を生じながら振動板２に伝達され、それにより、加速度振動を振動板２に効率良く十分に与えることができる。

図５〜図７は、第１および第２アクチュエータ３，２３付近の位置（以下「近傍位置」という）における振動板２の周波数特性の測定結果を、図８〜図１０は、第１および第２アクチュエータ３，２３から遠い位置（以下「遠方位置」という）における振動板２の周波数特性の測定結果をそれぞれ示している。また、これらの図のうち、図５および図８は、第１および第２アクチュエータ３，２３の双方を駆動したとき、図６および図９は、第１アクチュエータ３のみを駆動したとき、図７および図１０は、第２アクチュエータ２３のみを駆動したときのものをそれぞれ示してる。

これらの図から明らかなように、第１および第２アクチュエータ３，２３の双方を駆動した場合（図５および図８）と第１アクチュエータ３のみを駆動した場合（図６および図９）を比較すると、より高い周波数帯域、すなわち加速度成分の多い帯域では、近傍位置および遠方位置のいずれにおいても、同等の音圧レベルが得られている。これに対し、第２アクチュエータ２３のみを駆動した場合（図７および図１０）、加速度成分の多い帯域では、近傍位置および遠方位置のいずれにおいても、音圧レベルが大きく減衰している。

また、第１および第２アクチュエータ３，２３の双方を駆動したときの近傍位置と遠方位置の周波数特性を比較すると（図５および図８）、遠方位置において、加速度成分の多い帯域の音圧レベルが若干減衰してる。このことは、第１アクチュエータ３のみを駆動したときも同様である（図６および図９）。これに対し、第２アクチュエータ２３のみを駆動したときには、遠方の位置において、加速度成分の多い帯域の音圧レベルが大きく減衰している（図７および図１０）。

以上の結果から、第１および第２アクチュエータ３，２３を併用することによって、第１および第２アクチュエータ３，２３の近くはもとより、第１および第２アクチュエータ３，２３から遠い位置まで振動板２を十分に振動させることができることが確認された。

以上のように、本実施形態によれば、立上り部２２ｂは、第１アクチュエータ３の振動によって振動しやすいとともに、その振動が金属板２２の長さ方向に沿って伝播される。また、本体部２２ａが振動板２２に面接触状態で取り付けられているので、立上り部２２ｂから伝播された振動を本体部２２ａとの接触面から線状の拡がりをもって振動板２に効率良く伝達させることができる。その結果、振動板２全体に振動を効率良く伝播させ、振動板２全体を十分に振動させることができ、優れた音響特性を得ることができる。また、第１アクチュエータ３によって、金属板２２に加速度情報が与えられるので、加速度振動を振動板２に効率良く十分に与えることができる。

また、振動板２と第１アクチュエータ３の間に金属板２２を付加するだけでよいので、比較的単純な構成でスピーカ２１を実現することができる。さらに、第１および第２アクチュエータ３，２３を併用することによって、振動板２を、第１および第２アクチュエータ３，２３の近くはもとより、第１および第２アクチュエータ３，２３から遠い位置においても十分に振動させることができ、より優れた音響特性を得ることができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、微分回路６を、パワーアンプ５とアクチュエータ３の間に設けているが、楽音再生装置１６とパワーアンプ５の間に設けてもよい。また、実施形態では、振動板２を木材で構成しているが、これに限らず、例えばアクリルや、金属板２２と異なる機械インピーダンス特性を有する他の金属などで構成してもよい。さらに、第２実施形態では、第１アクチュエータ３を金属板２２の本体部２２ａと立上り部２２ｂにまたがるように取り付けているが、立上り部２２ｂにのみ取り付けてもよい。また、第２実施形態では、第１アクチュエータ３を各金属板２２に、第２アクチュエータ２３を振動板２にそれぞれ１つずつ取り付けているが、これに限らず、その数は任意である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部を適宜、変更することが可能である。

２振動板
３第１アクチュエータ（第１の振動子）
６微分回路
２１スピーカ
２２金属板（取付部）
２３第２アクチュエータ（第２の振動子）
Ｇ２間隙
Ｓ楽音信号
Ｗ音波

Claims

振幅情報を表す楽音信号に応じた楽音を放音するスピーカであって、
前記楽音信号の前記振幅情報を微分することによって、速度情報に変換する微分回路と、
振動板と、
当該振動板に設けられた取付部と、
前記振動板との間に間隙を存した状態で、前記取付部を介して前記振動板に取り付けられ、前記微分回路から入力された前記楽音信号の前記速度情報に応じて振動し、当該速度情報を加速度情報に変換した状態で、音波を前記間隙を介して前記振動板に放射することによって、前記振動板を振動させる第１の振動子と、
前記振動板に直接、取り付けられ、入力された前記楽音信号の前記振幅情報に応じて振動することによって、前記振動板を直接、振動させる第２の振動子と、
を備えることを特徴とするスピーカ。
前記取付部が金属で構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のスピーカ。