JP5432308B2 - 回転楕円体型エンクロージャーを用いたスピーカー装置 - Google Patents

Description

この発明は、スピーカーユニットを組み込むエンクロージャーの内面の形状を工夫することによって、エンクロージャーに起因する雑音の発生を低減し、音声の全周波数帯域にわたって原音に忠実な再生を可能ならしめるとともに、そのスピーカーユニットの諸元を突破する低音再生を実現するスピーカー装置に関するものである。

音質について、従来、スピーカー装置におけるエンクロージャーは箱型が一般的であるが、箱型は内面に互いに平行な平面を有するなどのため、ユニットの背面からエンクロージャー内に放射された音波は内面で反射を繰り返して共振（定在波）を引き起こし、それにエンクロージャー自体の共振も加わって雑音を発生させ、濁った再生音となる原因になっていた。

その対策として、エンクロージャーの平行面を減らしたり、内部に吸音材や制振材を用いたりする対策が一般的に行われている。また一部愛好家の間では、内面に互いに平行な平面を持たない陶磁器壺などにスピーカーユニットを組み込むなどして音質を向上させる試みが行われており、少数ながら曲面体エンクロージャーによるスピーカー装置も製品化もされている。（例えば特許文献１・２参照）

低音の再生について、スピーカーユニットは振動板の口径に応じた最低共振周波数を有しており、それ以下の周波数においては振動板の働きが急激に低下するため、最低共振周波数が実用上、低音再生の下限となっている。また、最低共振周波数近辺まで十分に再生するためには、スピーカーユニットの口径に見合ったエンクロージャーの容積が必要であるため、いきおい大型のスピーカー装置が設置場所を占めることとなる。そこで、エンクロージャーに取り付けたダクトによって内部の低音を共振増幅させて前面に放出する位相反転（バスレフ）型を採用することによって、低音の再生を確保しつつエンクロージャーの容積を多少なりとも低減する工夫なども行われている。（例えば特許文献３参照）

特開２０１０−２５８８００号公報 特許第４４１６２１６号公報 特許第４８７０２４２号公報

しかしながら、雑音低減を目指して吸音材や制振材を使用しても、その効果にはおのずから限界があり、過度に使用すると再生音に不自然な変化をきたすなど調整も難しい。また、陶磁器製壺など非箱型エンクロージャーの採用も雑音低減に一定の効果を上げているとはいえ、厳密に吟味された形状ではないことが多いため、やはり限界があるし、バスレフ方式にしても、エンクロージャーの容積を大幅に減じることは難しい。

いずれにせよ、従来の技術で十分な低音を得ようとすれば、大口径のスピーカーニットと大きなエンクロージャーが必要なため、その設置場所も限られ、机上など狭い場所に置いて使用するには不向きである。かといって、口径が４〜５ｃｍ以下の小型スピーカーユニットはエンクロージャーも小型で済むものの、最低共振周波数がおおむね１００Ｈｚ以上であるため、既存の手段では４０Ｈｚ、５０Ｈｚといった、いわゆる身体に響くような重低音の再生は困難である。こうした技術上の制約から、机上に置いて邪魔にならない程度の小型サイズのスピーカー装置でパソコンや携帯音楽プレーヤーなどにつなぎ、原音により忠実な音質で、かつ重低音を手軽に楽しむことは難しいのが現状である。

図１に示すようにエンクロージャー１内面の形状を、楕円形の長軸ａを中心に回転して得られる回転楕円体の曲面にし、その長軸ａ上に２箇所ある焦点ｆのうち１箇所の位置に開口部を設け、その開口部にバッフル３を取り付け、焦点にスピーカーユニット２の振動板が位置するように設置する。

図１に示すように楕円形の長軸ａ上には焦点ｆが２か所あり、その性質上、内面の形状が回転楕円体のエンクロージャー１において、１つの焦点ｆに置いたスピーカーユニット２の振動板から内面に向けて放射された音波ｓはエンクロージャー１の内壁で反射して他の１つの焦点ｆに集束した後、再び内壁で反射して元の焦点にある振動板に戻っていくため、エンクロージャー内で乱反射をして有害な雑音を発生することがない。また、この音波の経路はすべて等距離であるため、振動板に戻る音波に時間的なズレが発生しないという利点がある。なお、一部の反射波はバッフルに当たって振動板には戻らず、乱反射が発生するものの、エンクロージャーの内面積に比してバッフルが占める面積の割合は小さいため、乱反射の量は箱型エンクロージャーに比べればはるかに少なくなる。さらに必要に応じてエンクロージャーの材質や厚さを調整したり、吸音材や制振材を適度に併用したりすることで、乱反射や共振による雑音の発生は極めて少なくなり、原音に近い明瞭な音声を再生できることとなる。

振動板から放射された音波は、再び同時に振動版に戻ってくるという循環経路を形成するので、雑音成分をほとんど含まない状態で一種の共振を起こし、エンクロージャー内部空間自体がユニットの振動板と一体となった大きな振動板の役割を果たすことになる。その結果、音波の循環によってもたらされる共振作用が振動板に対して強く働くため、小口径スピーカーユニットの最低共振周波数以下の帯域においても、その限界を超えて、広い振動板を持つ大口径のスピーカーユニットのような低音をスピーカーの前面に放出することが可能になる。すなわち、当発明はエンクロージャー内部において、スピーカーユニットの振動板から発した原音が再び同時に振動板に戻るという循環を積極的に形成せしめ、循環波の音圧によって振動板の動きを督励し増強することで、最低共振周波数の限界を突破し、かつ全帯域にわたって雑音の混入が少ない高音質の音声の再生を図るものである。

かくて、例えば口径が１〜２インチという超小型のスピーカーユニットをソフトボールサイズ程度のエンクロージャーに組み込んだコンパクトなスピーカー装置でも重低音を再生し、かつ全帯域にわたって原音に忠実な音声を再生することが可能になる。

さらに、エンクロージャーの外面も内面と同じような曲面にすれば、前面に放出された音波は抵抗なく四周に拡散するので、音の定位に優れ、音楽においては各楽器の位置までも明瞭に感得できるばかりか、あたかもリスナー自身が演壇上にいるかのごとき聴感上、極めて自然な立体音場を楽しむことができる。エンクロージャーが小さいので様々な位置の置き方ができ、それに応じて音場が様々に変化することもまた聴く楽しみを倍増させてくれる。

本発明の実施の形態に関する回転楕円体型エンクロージャー内面における音波の経路。 本発明のスピーカー装置全体の概構造。 本発明のスピーカー装置の実施例の外観写真（横置き）。 本発明のスピーカー装置の実施例の外観写真（伏せ置き）。

図２に示すように、このスピーカー装置は回転楕円体の内部曲面を持つエンクロージャー１にバッフル３を取り付け、バッフル３の中心部にスピーカーユニット２を装着した簡単な構造である。なお、バッフルやエンクロージャーにバスレフダクトを設けて更に音質を調整することも可能であるが、バスレス方式は従来一般的に用いられている技法であるので、当図においては表示していない。

エンクロージャー１の内面の形状は、楕円形の長軸を回転して得られる回転楕円体である。その長軸上にある２焦点のうち１焦点の位置に、壷に蓋をするようにバッフル３を取り付けて一体化したものが、このエンクロージャー部分の全体構造となる。

そのバッフル３に、振動板が焦点の位置に来るようにスピーカーユニット２を設置したものが当スピーカー装置の基本構造である。

図３・図４は、口径２インチのフルレンジスピーカーユニット２を直径約１２ｃｍ、高さ約１１ｃｍ、内容積約６５０ｃｃの磁器製回転楕円体エンクロージャー１に組み込んだ実施例の写真である。この実施例では、回転楕円体を焦点の位置で長軸に対して垂直に切断し、そこに円盤状のバッフル３を取り付け、そのバッフルにスピーカーユニット２を振動板の中心付近が焦点付近に位置するように設置したものである。この例ではエンクロージャー１の内形と外形が相似形であり、この外形曲面もまた音場形成上有利に働くことになる。

図３・図４のごとく、置き方は横置きと伏せ置きができる。横置きでは輪状の台座に載せることによって自由に開口面の向きを変える仕組みになっている。伏せ置きの場合はバッフル３に４本の脚を取り付けて床との間に適度の間隔を開けて再生音を放出する。

この例におけるスピーカー装置の性能は、バスレフダクト無しで実用再生周波数約４０Ｈｚ〜１５ｋＨｚである。ちなみに当スピーカーユニットのメーカー発表の諸元による最低共振周波数は２００Ｈｚである。

１ エンクロージャー
２ スピーカーユニット
３ バッフル
ａ 楕円の長軸
ｂ 楕円の短軸
ｆ 楕円の焦点
ｓ 音波

Claims (2)

1. エンクロージャーの内面を、楕円式 ｘ^２／ａ^２＋ｙ^２／ｂ^２＝１ （ａ＞ｂ＞０） で表される楕円形の長軸ａを中心にした回転楕円体の形状とし、その楕円体の長軸ａ上の ｛±√（ａ^２−ｂ^２），０｝ で表される２個の焦点のうちいずれか１個の焦点の位置で、長軸に対して直角にその楕円体を切断してバッフルを取り付け、そのバッフルにスピーカーユニットの振動板（コーン紙）が当該焦点ｆの位置に来るように設置した構造を持つスピーカー装置。
2. 請求項１に記載のスピーカー装置であって、前記エンクロージャーの内面が前記楕円体の長軸ａ：短軸ｂの比の値において １．０＜ａ／ｂ≦１０．０ となる回転楕円体の形状をなし、前記の位置に前記のスピーカーニットを設置した構造を持つスピーカー装置。