JP5083703B2 - Parallel-arranged air chamber type speaker reproducing device - Google Patents
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本発明は、小型であっても豊かな低音を再生するためのスピーカ再生装置に関するものである。The present invention relates to a speaker reproducing apparatus for reproducing a rich bass even if it is small.
従来のバスレフ型スピーカ再生装置は、ヘルムホルツの共鳴箱であり、スピーカ再生装置の低音域を補強する方法として最も広く利用されている方式である。A conventional bass reflex type speaker reproducing apparatus is a Helmholtz resonance box, and is the most widely used method for reinforcing the low frequency range of the speaker reproducing apparatus.
従来のバスレフ方式においては、ダクトが1つしかないため、ダクトの固有振動数を高めに設定せざるを得ず、従って低い音域まで再生するためには、口径の大きなウーファーを使用しなければならなかった。In the conventional bass reflex system, since there is only one duct, the natural frequency of the duct has to be set higher, and therefore a woofer with a large aperture must be used to reproduce the low sound range. There wasn't.
一般のバスレフ型の低音域を補強する方法として、ダブルバスレフ型がある。ダブルバスレフ型は、スピーカユニットを取付ける空気室(本発明の背圧分配室に相当する)に、ダクトを介して1つの副空気室を付けたものであり、その副空気室に外部に開放されたダクトを1つ設けたものである。従ってダクトの共振周波数が2つしかない。
また、一般に共振周波数の間隔が大きくなるため、その間の周波数域では、音圧が十分に得られにくい。There is a double bass reflex type as a method for reinforcing the bass range of a general bass reflex type. In the double bass reflex type, an air chamber (corresponding to the back pressure distribution chamber of the present invention) to which the speaker unit is attached is attached with one sub air chamber via a duct, and the sub air chamber is opened to the outside. One duct is provided. Therefore, there are only two resonance frequencies of the duct.
In general, since the interval between the resonance frequencies becomes large, it is difficult to obtain a sufficient sound pressure in the frequency range therebetween.
ダブルバスレフ型と構造が類似のものとして、特許文献1が提案されている。この方式では、スピーカユニットを取付ける空気室のダクトが大気中に開放されているため、スピーカユニットの背圧が、大気に開放されてしまい、その他の空気室が十分に働かない。また、副空気室が2つあるが片方しか第一空気室に接続されておらず、本発明とはコンセプトが異っている。
また、非特許文献には長岡の著作が非特文献1,2など複数存在するが、いずれも空気室を直列に並べただけのダブルバスレフ構造であり、共振周波数が2つしかないため、共振周波数の間の再生音圧レベルが低くなることが文献中に明確に記載されている。
In addition, there are several non-patent literatures such as Nagaoka's works, such as Non-Patent
解決しようとする問題点は、従来のダブルバスレフ動作のスピーカ再生装置では共振周波数が2つしかなく、また、その間の帯域が広かったため、低音全域に亘る周波数応答が良好でなかった点である。The problem to be solved is that the conventional double bass reflex speaker reproducing apparatus has only two resonance frequencies, and the band between them is wide, so that the frequency response over the entire low frequency range is not good.
本発明は、「スピー
カ再生装置において、スピーカユニットを取付ける空気室(背圧分配室)に、ダクトを介して少くとも2個以上の副空気室を並列接続しており、前記並列接続と
は、それぞれの前記副空気室が、前記ダクトを介して前記背圧分配室に直接接続されていることを云うものであり、そして、前記各副空気室は、前記ダクトと異
なる、大気に音圧を放散するダクトを備えていることを特徴とする、スピーカ再生装置。」であり、背圧を分配する空気室と、そこに、ダクトを通して繋げた副空気室を2個以上並列に配置することにより、バスレフ動作の共振周波数を4個以上設け、なおかつ共振周波数の間の周波数帯域を自由に決めることにより、低域まで、良好な周波数応答で再生することを主要な特徴とする。
According to the present invention, in the speaker reproducing apparatus, at least two or more sub air chambers are connected in parallel via a duct to an air chamber (back pressure distribution chamber) to which a speaker unit is attached. Each of the sub air chambers is directly connected to the back pressure distribution chamber via the duct, and each of the sub air chambers is different from the duct and applies sound pressure to the atmosphere. A speaker reproducing apparatus characterized by having a duct for radiating. "By arranging two or more auxiliary air chambers connected through the duct in parallel with an air chamber that distributes back pressure. The main feature is that reproduction is performed with a good frequency response up to a low frequency range by providing four or more resonance frequencies for bass reflex operation and freely determining the frequency band between the resonance frequencies.
本発明の並列配置空気室型構造スピーカ再生装置は、背圧分配室を設けることにより、接続された複数の空気室に設けられたバス
レフダクトの数だけバスレフ共振周波数を付加することができる。このため、低音域の良好な周波数応答特性を実現できるという利点がある。
更に、スピーカ振動板からの音圧が不足する低音域に共振周波数が現れるよう設計することによって、広い音域に亘って良好な音圧特性を得ることができる。
The parallel-arranged air chamber structure speaker reproducing apparatus of the present invention can add the bass reflex resonance frequency by the number of the bass reflex ducts provided in the plurality of connected air chambers by providing the back pressure distribution chamber. For this reason, there exists an advantage that the favorable frequency response characteristic of a low sound range is realizable.
Furthermore, by designing the resonance frequency to appear in the low sound range where the sound pressure from the speaker diaphragm is insufficient, a good sound pressure characteristic can be obtained over a wide sound range.
背圧分配室に2個以上の副空気室を並列に接続した構造のキャビネットを有するスピーカ再生装置とする。A speaker reproducing apparatus having a cabinet having a structure in which two or more auxiliary air chambers are connected in parallel to a back pressure distribution chamber.
図1は、本発明装置の1実施例を裏側から見た構造図である。内部の構造を示すため裏側の外板は省略してある。0はスピーカユ
ニットの背圧を分散するための背圧分配室であり、1a,2a,3a,及び4aは、背圧分配室0と副空気室1,2,3,及び4を連結するダクトである。ス
ピーカユニットの背面から放射された音圧は、ダクト1a,2a,3a,及び4aを通して副空気室1,2,3,及び4にそれぞれ分配され、それらの背圧はダ
クト1b,2b,3b,及び4bを通してそれぞれ外部に放射される。
この例においては、スピーカユニットに、Tangband社製のW3−517SA型を使用した。W3−517SA型は、口径3インチのフルレンジ型のユニットであり、メーカーの仕様では、再生周波数帯域は、100Hz〜19kHzとなっている。
背圧分配室0の容積は、1.01リットル、副空気室1〜4の容積は、夫々、1.99リットル、2.00リットル、2.08リットル、2.08
リットルとした。また、ダクト1a〜4a及び1b〜4bの断面形状は全て円形とし、1a〜4aの断面直径×長さは、25mm×51mm、27mm×
52mm、29mm×24mm、32mm×25mm、また、1b〜4bの直径×長さは、夫々、25mm×65mm、27mm×52mm、29mm×
24mm、32mm×25mmとした。この製作例においては、ダクト1b〜4bのいずれかを塞いで調節できるので、3bおよび4bを塞いだ状態で使用したものを参考例とした。この結果、ダクトの共振周波数は、422Hz,194Hz,172Hz,141Hz,73Hz,及び37Hzとなった。
この参考例では、周波数特性は、図4のようになった。図4では、概ね170Hz以上の音圧レベルが下降しているが、これは使用したスイープ信
号自体が、そのように下降しているので、そのことを考慮するとスピーカシステムの応答特性は40Hz以上19kHzまで、ほぼ平坦であり、メーカー仕様の
100Hz以下を十分なレベルで再生することができた。
FIG. 1 is a structural view of an embodiment of the device of the present invention viewed from the back side. The outer skin on the back side is omitted to show the internal structure. 0 is a back pressure distribution chamber for dispersing the back pressure of the speaker unit, and 1a, 2a, 3a, and 4a are ducts that connect the back
In this example, T3-band W3-517SA type was used for the speaker unit. The W3-517SA type is a full-range unit having a 3 inch diameter, and the reproduction frequency band is 100 Hz to 19 kHz according to the manufacturer's specifications.
The volume of the back
Liters. The
52 mm, 29 mm × 24 mm, 32 mm × 25 mm, and the diameter × length of 1b to 4b are 25 mm × 65 mm, 27 mm × 52 mm, 29 mm ×, respectively.
24 mm and 32 mm × 25 mm. In this production example, since any of the
In this reference example, the frequency characteristics are as shown in FIG. In FIG. 4, the sound pressure level of 170 Hz or higher is generally lowered. This is because the used sweep signal itself is so lowered, and considering this, the response characteristic of the speaker system is 40 Hz or more and 19 kHz. Until then, it was almost flat and was able to reproduce the manufacturer's specification of 100 Hz or less at a sufficient level.
図2の動作原理図において、背圧分配室0にはスピーカユニットが取付けられている。
スピーカユニットの背面から放射された音圧は、ダクト1a〜4aを通して各副空気室に分散される。また、各副空気室を通った音圧は、ダクト
1b〜4bを通して大気中に放射される。背圧分配室0及び各副空気室1〜4は、空気ばねとして作用し、また、各ダクト内の空気は、質量として作用するた
め、スピーカシステム全体は固有振動系を構成する。
この図において、ダクトの数が8であるため、自由度8の振動系を構成する。kは、各空気室にある空気のばね定数を表し、mは、各ダクト内の空
気の質量を表す。kについては、簡略化するため、k0からk4までの5種類しか書いていないが、各ダクトの断面積が異るため、実際の計算にあたってはそれ
ぞれのダクトの断面積に反比例した値として計算する。計算式の詳細は数1に示す。参考例の場合は、ダクト3bおよび4bを塞いだので、これらのダクトはないものとして計算した。この場合、これらのダクト内にある空気の質量を十分に大きくすることによって近似計算した。
In the operation principle diagram of FIG. 2, a speaker unit is attached to the back
The sound pressure radiated from the back surface of the speaker unit is distributed to the sub air chambers through the
In this figure, since the number of ducts is 8, a vibration system with 8 degrees of freedom is configured. k represents the spring constant of the air in each air chamber, and m represents the mass of air in each duct. For simplification, only five types from k0 to k4 are shown for simplification. However, since the cross-sectional areas of the respective ducts are different, the actual calculation is performed as a value inversely proportional to the cross-sectional area of each duct. . The details of the calculation formula are shown in
一般に密閉した箱にダクトを付けた場合には、箱がばね、ダクト内の空気がひとつの塊として固有振動系を構成することが分かっている(ヘルムホルツの共鳴箱)。
本発明においては、ヘルムホルツの式を多自由度の振動系に拡張して用いた。
動作原理を示す図2において、各ダクト内の空気の質量mjは、表1の(1)式で表される。また、背圧分配室を含む各空気室の各ダクトに対するばね定数kj *は、表1の(3)式で形式的に定義したばね定数Kj使および各ダクト断面積ajと振動板面積a0との面積比rjを用いて表1の式(2)のよう表される。
ここで副空気室の数をN個とした場合の、系の自由振動の運動方程式は、数1の(5)式で表される。(5)式を行列形式で表したものが、数1の(6)〜(12)式であり、数1の(13)の固有方程式を解くことにより共振周波数を求めることができる。固有方程式は、ヤコビ法で数値的に解いた。
固有方程式を解いて求めた共振周波数においては、スピーカ再生装置の音圧が大きくなるため、スピーカ振動板からの音圧が不足する低音域に共振周波数が現れるよう設計することによって、広い音域に亘って良好な音圧特性を得ることができる。In general, when a duct is attached to a sealed box, it is known that the box constitutes a natural vibration system as a spring and the air in the duct constitutes one lump (Helmholtz resonance box).
In the present invention, the Helmholtz equation is extended to a multi-degree-of-freedom vibration system.
In FIG. 2 showing the operation principle, the mass m j of air in each duct is expressed by the equation (1) in Table 1. In addition, the spring constant k j * for each duct of each air chamber including the back pressure distribution chamber is determined by using the spring constant K j formally defined by the expression (3) in Table 1, the cross-sectional area a j of each duct, and the diaphragm. Using the area ratio r j with the area a 0, it is expressed as in equation (2) in Table 1.
Here, when the number of sub air chambers is N, the equation of motion of the free vibration of the system is expressed by equation (5). Expressions (5) in a matrix form are Expressions (6) to (12) in
At the resonance frequency obtained by solving the eigen equation, the sound pressure of the speaker playback device increases, so by designing the resonance frequency to appear in the low range where the sound pressure from the speaker diaphragm is insufficient, And good sound pressure characteristics can be obtained.
上記の数式(7)〜(12)においては、副空気室の数を、作例1の場合と同じく4個とした場合のものである。In the above formulas (7) to (12), the number of sub air chambers is four as in the case of the first example.
ここで提案した方程式を解くことにより、共振周波数を任意に分散させることができ、結果として、スピーカユニット前面から放射される音圧が低い周波数帯域についても、スピーカキャビネットの固有振動による音圧を負荷することができる。By solving the proposed equation, the resonant frequency can be distributed arbitrarily, and as a result, the sound pressure due to the natural vibration of the speaker cabinet is loaded even in the frequency band where the sound pressure radiated from the front of the speaker unit is low. can do.
図3は、副空気室を2に簡略化した場合の実施例の構造図である。動作原理は、図2の動作原理図のうち副空気室3、4及び接続するダクト3a、4a、3b、4bを省略して簡略化したものである。
この例においては、背圧分配室0の容積は、1.39リットル、副空気室1,2の容積は、夫々、約1.24リットル、1.56リットルとした。
また、ダクト1a、2a、1b、2bの断面形状は正方形とし、1辺の長さ×ダクトの長さは、26mm×70mm、26mm×70mm、26mm×
104mm、26mm×104mmとした。スピーカ振動板には、直径60mmのものを用いた。この結果、ダクトの共振周波数は、218Hz,151Hz,
85Hz及び46Hzとなった。
実施例1に比べてダクトの数が少く、振動の自由度が4であるため共振周波数は4つとなった。参考例と同様でN=2としたときの支配方程式により、固有振動数を求めることができ、よって共振周波数を求めることができる。
FIG. 3 is a structural diagram of an embodiment in which the auxiliary air chamber is simplified to 2. The operation principle is simplified by omitting the
In this example, the volume of the back
The
104 mm and 26 mm × 104 mm. A speaker diaphragm having a diameter of 60 mm was used. As a result, the resonance frequency of the duct is 218 Hz, 151 Hz,
It became 85 Hz and 46 Hz.
Since the number of ducts is smaller than that of the first embodiment and the degree of freedom of vibration is 4, the resonance frequency is four. Similar to the reference example, the natural frequency can be obtained from the governing equation when N = 2, and thus the resonance frequency can be obtained.
0 背圧分配室
1 副空気室(1)
1a 背圧分配室(0)と副空気室(1)をつなぐダクト
1b 副空気室(1)から大気に音圧を放散するダクト
2a 背圧分配室(0)と副空気室(2)をつなぐダクト
2b 副空気室(2)から大気に音圧を放散するダクト
3a 背圧分配室(0)と副空気室(3)をつなぐダクト
3b 副空気室(3)から大気に音圧を放散するダクト
4a 背圧分配室(0)と副空気室(4)をつなぐダクト
4b 副空気室(4)から大気に音圧を放散するダクト0 Back pressure
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