JP6748666B2

JP6748666B2 - スピーカー

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Publication number: JP6748666B2
Application number: JP2018041226A
Authority: JP
Inventors: 知名　弘; 弘知名
Original assignee: 知名　弘; 弘知名
Priority date: 2018-03-07
Filing date: 2018-03-07
Publication date: 2020-09-02
Anticipated expiration: 2038-03-07
Also published as: JP2019161273A

Description

この発明は、筐体のデザインに優れると共に、特に直径の小さなコーンを用いた小型スピーカーユニットを使用しても、可聴周波数の低音から十分な効率を発揮することができ、スペース効率に優れたスピーカーを提供することを目的とする。

スピーカーは、スピーカーユニットとエンクロージャーの組み合わせにより、平面バッフル型、バスレフ型、密閉型、ホーン型、バックロードホーン型等種々の構成があり、これらのスピーカーの音質は、スピーカーユニットのみならずエンクロージャーの形状や構造も大きく影響するため、エンクロージャーとなるスピーカーの筐体の設計には種々の制約がある。

例えば、比較的小型のスピーカーユニットを用いて低音域まで再生できるとされるバックロードホーン型スピーカーにおいては、スピーカーユニットの後側に必要なホーンと同様の作用を得るために筐体が複雑化、巨大化し、デザイン上の制約も生じてしまう。

ところで、バックロードホーン型のように設計意図により筐体の内部空間を末広がりの筒状としたもの以外のフルレンジ型スピーカーでは、筒状の管内部では、管の長さによって決まる特定の周波数での音の共振（共鳴）が起こり、パイプオルガンやフルート等の楽器においてはこれらの共鳴を利用して音色を出しているが、種々の周波数を出すためのフルレンジ型スピーカーでは、特定の周波数での共鳴は特性の悪化となるため、筐体の内部空間を筒状としたものは用いられないのが普通である。

しかしながら出願人は、筒型の筐体を用いても、共振周波数の発生による音の劣化が無く、かつ、音圧レベルの各方向へのムラが無い（全指向性）スピーカーを提案した（特許文献１参照）。

上記特許文献１のスピーカーは、円筒形の筐体の一方端部（上端）に筐体の円筒直径と略等しい直径のスピーカーユニットを外向きに取り付けて封鎖し、筐体内面に吸音材を設け、更に、上端に略円錐形の反射板の円筒先端部をスピーカーユニットに対向するようにして設けたもので、スピーカーユニットが円筒筐体と同径であるため円筒筐体内部で空気が平面波として伝わり共振等の影響が無いと共に、円錐形反射板で全方向に音が拡散して特定の指向性が無くなる（全指向性）利点がある。

特開２００５−２６０６２７号公報

しかしながら、通常のスピーカーでは、可聴周波数における低音（約２０Ｈｚ）を十分に出すためには、スピーカーユニットのコーン紙等の振動板の面積を大きくしなければならないとされており、家庭用でも３８〜８０ｃｍもの大きなウーファーを使うのが主流であり、特許文献１のような小型のスピーカーユニットを採用するフルレンジスピーカーというものは他には見当たらなかった。

また、筒状の筐体とスピーカーユニットを単に適当に組み合わせただけでは、管楽器で示されるように筒の長さにより共振周波数が決まってくるため、固定寸法の筒状の筐体では綺麗な周波数特性が得られず、また音域全域にわたる必要な効率（出力音圧レベル）が得られないこともあった。

そこで発明者は、鋭意研究の結果、スピーカーユニットと筐体とその形状の組み合わせにおいて、小型であっても十分な低音が得られ、かつ十分な効率による出力音圧レベルが得られる最適な組み合わせのスピーカーを発明するに至った。

上記の課題を解決するため、この発明は、直径７０〜９０ｍｍの円形の振動面を有するスピーカーユニットを、このスピーカーユニットと略同径で２〜２．１２５ｍの長さを有する筒状の筐体の上端部に外向きに設置して封鎖し、筐体の上端から複数本の保持柱体を延設して保持柱体の上端で天板を支え、前記天板の下面に円錐形の反射板を円錐の頂点が前記スピーカーユニットに対向するように設置し、筐体の下端部の側面には前記スピーカーユニットの振動面の面積の１０〜２０％の面積となる開口部を設けたことを特徴とするスピーカーである。

この発明において、用いられるスピーカーユニットとしては、コーン紙などの円形の振動面の大きさを、特に直径約８０ｍｍを中心として直径７０〜９０ｍｍの範囲とするのが、スピーカー全体の大きさと音の特性（周波数特性、出力音圧レベル等）のバランスの点から最適となる。

筐体については、振動板の面積７０〜９０ｍｍのスピーカーユニットと略同径の筒体であり、スピーカーユニットの種類や形状にもよるが、通常は約８０〜１００ｍｍ程度の直径の筒体となる。

この発明のスピーカーは筐体が筒状であるが、音響管の共鳴を利用した楽器等と大きく違う所は、パイプオルガンやフルートの場合は自由振動のため、管の長さで決まる共振周波数で共鳴が生じるが、このスピーカーの場合、筐体の上端部を略同径のスピーカーユニットで閉鎖することにより、筐体内をスピーカーユニットの振動板背面から筐体内部空間を平面波として強制的に駆動によるピストン効果（活塞効果）により効率的に空気（音波）をコントロールして駆動するので、管楽器のような共鳴ではなく十分な周波数特性が得られるのである。

また、筒状の筐体の長さは約２ｍとする。まず、上記筒状筐体でのピストン効果を発揮するためには通常、その周波数の波長λと同じ長さの筒長が必要とされている。つまり可聴周波数の低音限界である２０Ｈｚを得るとして、λ（波長）＝３４０ｍ／ｓ（音速）÷２０Ｈｚ（周波数）＝約１７ｍが必要とされる。一方、各周波数の音のうち、特に低音域のものは、壁面等の反射板１面において３ｄＢずつ音圧レベルが上昇するとされている。

ここで本発明のスピーカーの構成であれば、密閉型の筒状の筐体でフラットな周波数特性が得られる筈であるが、低音域では底板や内壁面での反射等で３ｄＢずつ音圧レベルが上がることから、低音域はむしろ音圧レベルを抑える必要が生じるのが判った。ここで必要な低音域の周波数の音を得るためには、筐体は波長の１／８の長さがあればよいことが判明し、可聴周波数の低音限界である２０Ｈｚを得るとして、本来のλ（波長）＝約１７ｍに対し、この１／８の長さとして２．１２５ｍの筐体が適していることがわかった。

また、筐体は直立して設置され、下端部には開口部を有するようにするが、その開口面積は、スピーカーユニットの振動面の面積の約１５％とするのが好ましく、１０〜２０％の範囲内とする。開口部がこの範囲外となると、周波数特性が乱れたり必要な音圧レベルが得られないと共に音の共鳴等の不具合が生じたりするが、この発明の範囲内であれば、十分な周波数特性と出力音圧レベルとが得られる。

以上のように、この発明のスピーカーによれば、小径の筒状の筐体を立てた状態で設置でき、場所を取らずにスペース効率が良く、またデザインに優れると共に、直径の小さな小型スピーカーユニットであっても、周波数特性に優れ、可聴周波数の低音から十分に鳴らすことができ、更に出力音圧レベルの効率にも優れたスピーカーとなる。

この発明のスピーカーの要部を示す正面図である。この発明のスピーカーの上端部を示す斜視図である。この発明のスピーカーの下端部を示す斜視図である。

以下、この発明の実施の形態を、スピーカーの中間部を略した正面図である図１、スピーカの上端部の斜視図である図２、スピーカーの下端部の斜視図である図３に基づいて説明する。

まず、この発明のスピーカーは、円筒状の筐体１の上端部にこの筐体１と略同径のスピーカーユニット２を上向きに設置してあり、また筐体１の下端部には略四角形の底板７が接合され、筐体１の側面の底板７に接する部分に凹状の切欠を設けることで開放又は隙間を設けた開口部６を設けてある。

筐体１の上端の周囲４箇所から４本の保持柱体３を垂直方向に延設してあり、保持柱体３の上端で筐体と略同径となる円形の天板４を支えている。この天板４の下面に略円錐形の反射板５を円錐の頂点が前記スピーカーユニット２に対向するように設置してある。

筒状の筐体１は、用いられるスピーカーユニット２の大きさにより適宜決定されるが、この発明のスピーカーユニットの振動板の大きさが７０〜９０ｍｍの直径の円形であることから、筐体１の直径は、約８０〜１００ｍｍ程度となる。

また、その長さは、約２ｍとする。これは前述の通り、研究の結果、本発明のスピーカーの構成であれば、必要な低音周波数の波長の１／８の長さがあれば、必要十分な音が得られることがわかり、可聴周波数の低音限界である２０Ｈｚを得るとして、λ（波長）＝３４０ｍ／ｓ（音速）÷２０Ｈｚ（周波数）＝約１７ｍとなり、更に底面や内壁面の反射による増幅を考慮し、この波長長さの１／８のとして約２ｍがあれば必要な可聴周波数を得るには十分となる。

また、筐体１の上端部を略同径のスピーカーユニット２で閉鎖することにより、筐体１内をスピーカーユニット２の振動板背面から筐体内部空間を平面波として強制的に駆動によるピストン効果（活塞効果）により効率的に空気（音波）をコントロールして駆動するので、管楽器のような共鳴ではなく、共振周波数ｆ_０が小型スピーカーユニットで例えば１６５Ｈｚであっても関係無く２０Ｈｚからの低音が得られ、ｆ_０の値に依存されない周波数特性となる。

なお、筐体１やその他の保持柱体３、天板４、反射板５等の材質は、音の吸収、反射等を考慮して各部適宜特性を考慮した上で材質を決めれば特に限定されず、金属、合成樹脂、自然界にある材質等種々のものが適用できる。

筐体１の下端部には、このスピーカーの足となる４箇所を残して他の部分を下端部から凹状に取り去って、接合された底板７との間で４箇所の開口部６を設けてある。

底板７は金属製で、一例として辺の長さ２４ｍｍの正四角形の４隅を半径５ｍｍの円形状としたものであるが、材質や寸法等は適宜設計変更することが可能である。

この開口部６の形状や数、または設置構造は特に限定されないが、その開口面積は、スピーカーユニット２の振動面の面積の約１５％とするのが好ましく、１０〜２０％の範囲内とする。

スピーカーユニット２が約８ｃｍの直径のコーン紙を有する場合、振動板面積が約５，０００ｍｍ^２となり、その１５％としては約７５０ｍｍ^２であり、各開口部６の上下寸法を１０ｍｍとすれば、横の長さ２０ｍｍ程度あれば、４箇所で約８００ｍｍ^２となる。

この発明のスピーカーの構成は上記のようなものであり、スピーカーユニット２から出る音の周波数のうち、中音、高音はスピーカーユニット２の前方から球面波として広がり、上部の円錐形の反射板５で全方位に拡散し、一方、低音はスピーカーユニット２の背面からスピーカーユニット２と略同径となる筐体１内部を平面波として伝わり、下端部の開口部６から全方位に拡散するので、３６０°に音が広がり、特段の音の指向性が無く、スピーカーの設置場所を問わない。

この発明の実施形態は上記の通りであるが、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の目的の範囲内で、適宜変更して実施することができる。

１筐体
２スピーカーユニット
３保持柱体
４天板
５反射板
６開口部
７底板

Claims

直径７０〜９０ｍｍの円形の振動面を有するスピーカーユニットを、このスピーカーユニットと略同径で２〜２．１２５ｍの長さを有する筒状の筐体の上端部に外向きに設置して封鎖し、筐体の上端から複数本の保持柱体を延設して保持柱体の上端で天板を支え、前記天板の下面に円錐形の反射板を円錐の頂点が前記スピーカーユニットに対向するように設置し、筐体の下端部の側面には前記スピーカーユニットの振動面の面積の１０〜２０％の面積となる開口部を設けたことを特徴とするスピーカー。