JP6799323B2

JP6799323B2 - スピーカ

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Publication number: JP6799323B2
Application number: JP2017074359A
Authority: JP
Inventors: 哲平山田
Original assignee: 有限会社ゾルゾ
Priority date: 2017-04-04
Filing date: 2017-04-04
Publication date: 2020-12-16
Anticipated expiration: 2037-04-04
Also published as: CN108696790B; JP2018182387A; US20180288522A1; EP3386211B1; EP3386211A1; US10484787B2; CN108696790A

Description

本発明は、スピーカに関する。

特許文献１及び２は、複数のスピーカユニットを組み合わせることにより、低音特性を向上したスピーカを開示している。

特許第５７１９７１８号特許第５７１９９５８号

本発明は、スピーカの低音特性を更に向上させることを目的とする。

スピーカは、ｎ個の振動板及び（ｎ−１）個の空間画定部を備えてもよい。ｎは、３以上の自然数であってもよい。ｉ番目の空間画定部は、ｉ番目の振動板の第一の面及び（ｉ＋１）番目の振動板の第二の面に面した密閉空間を画定してもよい。ｉは、ｎ未満の自然数でもよい。前記振動板は、すべての前記密閉空間の体積が実質的に一定となるように駆動されてもよい。
（ｉ＋１）番目の振動板は、前記第二の面がｉ番目の振動板の第一の面と実質的に同じ方向を向くよう配置されてもよく、ｉ番目の振動板の横に隣接して配置されてもよい。
前記振動板は、実質的に一直線に並んで配置されてもよい。
ｎは、奇数でもよく、ｐ及びｑの積でもよい。ｐ及びｑは、２以上の自然数でもよい。

前記スピーカによれば、すべての密閉空間の体積が実質的に一定なので、すべての振動板の背圧が打ち消される。これにより、最低共振周波数が低くなるので、低音特性が改善される。
一番目の空間画定部によって画定される密閉空間と、（ｎ−１）番目の空間画定部によって画定される密閉空間との間に少なくとも一つの密閉空間が存在するので、各密閉空間の体積を大きくすることなく、一番目の振動板とｎ番目の振動板との間を離すことができる。
一番目の振動板とｎ番目の振動板との間が離れていれば、外部に露出した一番目の振動板の第二の面及びｎ番目の振動板の第一の面から放射される音圧が打ち消し合うのを防ぐことができる。したがって、バッフル板やエンクロージャなど、振動板から放射される音圧が打ち消し合うのを防ぐための要素を設ける必要がない。
各密閉空間の体積が小さければ、密閉空間のなかで音波が伝達されるのにかかる時間をほとんど無視できるので、振動板の背圧を確実に打ち消すことができる。
（ｉ＋１）番目の振動板を、第二の面がｉ番目の振動板の第一の面と実質的に同じ方向を向くよう配置し、及び／又は、ｉ番目の振動板の横に隣接して配置すれば、ｉ番目の密閉空間の体積を小さくすることができる。
振動板を、実質的に一直線に並べて配置すれば、一番目の振動板とｎ番目の振動板との間を最大限に離すことができる。
ｎが奇数であれば、一番目及びｎ番目の振動板から外部に音圧が放射される方向が異なる方向となるので、音圧が打ち消し合うのを防ぐことができる。
ｎがｐ及びｑの積であれば、振動板を駆動するドライバをｐ個並列に接続してｑ個の並列回路を形成し、その並列回路を直列に接続することができる。あるいは、ドライバをｑ個直列に接続してｐ個の直列回路を形成し、その直列回路を並列に接続してもよい。これにより、駆動回路の合成インピーダンスは、ドライバのインピーダンスのｑ／ｐ倍となる。ｐとｑとが同じであり又はほぼ同じであれば、駆動回路の合成インピーダンスは、ドライバのインピーダンスと同じになり又はほぼ同じになるので、一つのドライバを駆動するように設計された増幅回路で、駆動回路を駆動することができる。したがって、駆動回路の数が増えても、増幅回路の数を増やす必要がない。

スピーカの一例を示す正面図。前記スピーカを示すＩＩ−ＩＩ端面図。スピーカの別の例を示す正面図。前記スピーカを示す背面図。前記スピーカを示すＶ−Ｖ端面図。スピーカの回路構成の一例を示す回路図。スピーカの回路構成の別の例を示す回路図。

一実施形態にかかるスピーカ１０Ａは、図１及び図２に示すように、本体１２及び五つのスピーカユニット１３ａ〜１３ｅを備える。
本体１２は、四つの箱２１ａ〜２１ｄを結合した形状を有する。
スピーカユニット１３ａ〜１３ｅは、すべて同一であり、本体１２に設けられた穴に固定され、平行かつ一直線状に並べて配置されている。
スピーカユニット１３ａの振動板３１ａは、表面（第二の面）が本体１２の外部に露出し、裏面（第一の面）が箱２１ａの内部空間２２ａに面している。スピーカユニット１３ｂの振動板３１ｂは、スピーカユニット１３ａの振動板３１ａの横に隣接して配置され、裏面（第二の面）が箱２１ａの内部空間２２ａに面し、表面（第一の面）が箱２１ｂの内部空間２２ｂに面している。スピーカユニット１３ｃの振動板３１ｃは、スピーカユニット１３ｂの振動板３１ｂの横に隣接して配置され、表面（第二の面）が箱２１ｂの内部空間２２ｂに面し、裏面（第一の面）が箱２１ｃの内部空間２２ｃに面している。スピーカユニット１３ｄの振動板３１ｄは、スピーカユニット１３ｃの振動板３１ｃの横に隣接して配置され、裏面（第二の面）が箱２１ｃの内部空間２２ｃに面し、表面（第一の面）が箱２１ｄの内部空間２２ｄに面している。スピーカユニット１３ｅの振動板３１ｅは、スピーカユニット１３ｄの振動板３１ｄの横に隣接して配置され、表面（第二の面）が箱２１ｄの内部空間２２ｄに面し、表面が本体１２の外部に露出している。
内部空間２２ａ〜２２ｄ（密閉空間）は、箱２１ａ〜２１ｄ（空間画定部）及び振動板３１ａ〜３１ｅによって囲まれ、密閉されている。

振動板３１ａ〜３１ｅは、同一の信号によって駆動される。ただし、振動板３１ｂ及び３１ｄは、振動板３１ａ，３１ｃ及び３１ｅを駆動する信号とは位相が逆の信号によって駆動される。したがって、振動板３１ａが表側へ向けて移動するとき、振動板３１ｂは、逆に裏側へ向けて移動する。これにより、内部空間２２ａの体積は、常に一定に保たれる。同様に、内部空間２２ｂ〜２２ｄの体積も、常に一定に保たれる。
内部空間２２ａ〜２２ｄの体積が常に一定に保たれているので、振動板３１ａ〜３１ｅが移動しても、内部空間２２ａ〜２２ｄのなかの空気が圧縮したり膨張したりしない。なお、内部空間２２ａ〜２２ｄの体積が大きいと、振動板の付近で発生した空気の動きが内部空間全体に伝搬するのに時間がかかるので、内部空間２２ａ〜２２ｄのなかで過渡的に圧力のムラが生じる。内部空間２２ａ〜２２ｄの体積が小さければ、過渡的な圧力のムラを抑えることができるので、振動板３１ａ〜３１ｅは、内部空間２２ａ〜２２ｄのなかの空気の抵抗を受けることなく、移動することができる。
なお、振動板３１ｂ及び３１ｄを逆位相の信号によって駆動する代わりに、スピーカユニット１３ｂ及び１３ｄを、スピーカユニット１３ａ，１３ｃ及び１３ｅとは表裏逆向きに固定し、振動板３１ａ〜３１ｅをすべて同位相の信号によって駆動してもよい。

スピーカの最低共振周波数に関して、以下の式が成り立つ。

ただし、ｆ_０は、最低共振周波数。Ｃは、定数。Ｋ_０は、ばね定数。ｍ_０は、等価質量を表す。

振動板の前後が開放されたスピーカユニット単体の場合、以下の式が成り立つ。

ただし、ｍは、スピーカユニット単体における等価質量。Ｋは、ドライバ部分におけるばね定数。Ｋ´は、振動板の表面及び裏面それぞれにおける空気抵抗によるばね定数を表す。
したがって、

ただし、ｆ_１は、振動板の前後が開放されたスピーカユニット単体の最低共振周波数を表す。

これに対し、本実施形態にかかるスピーカの場合は、等価質量が５倍になり、ドライバ部分におけるばね定数も５倍になる。これに対して、振動板３１ａの表面及び振動板３１ｅの裏面でのみ空気抵抗が生じ、それ以外の面では空気抵抗が生じないので、空気抵抗によるばね定数は、変わらない。したがって、

ただし、ｆ_５は、本実施形態にかかるスピーカの最低共振周波数を表す。
以上より、

ただし、ｋ＝Ｋ／Ｋ´。

例えば、ｆ_１＝１００［Ｈｚ］、ｋ＝１．２７であれば、ｆ_５＝７１．５［Ｈｚ］となり、最低共振周波数が大幅に小さくなる。

このように、内部空間を細かく分割して、各内部空間の体積を小さくし、内部空間の間の境界部分に振動板を設けて、内部空間内における空気の移動を助けることにより、スピーカ１０の最低共振周波数を大幅に小さくすることができる。

また、振動板３１ａ〜３１ｅを駆動することにより本体１２に印加される反作用力は、振動板一つ分だけを残して、互いに打ち消し合う。これにより、本体１２の振動を抑え、スピーカ１０の特性を改善することができる。

本体１２の外部の空気は、振動板３１ａの表面、及び、振動板３１ｅの裏面によって振動させられる。振動板３１ａ及び３１ｅの間が離れているので、振動板３１ｅの裏側に生じた音が、振動板３１ａの表側に回りこんで、振動板３１ａによって発生した音を打ち消すのを防ぐことができる。このため、振動板３１ｅの裏側を囲い込む必要がない。

なお、スピーカユニットの数は、５個に限らず、３個以上であればいくつでもよい。
スピーカユニットの数が奇数であれば、外部に露出する二つの振動板が異なる方向に露出するので、二つの振動板によって発生した音が打ち消し合うのを防ぐ構成を設ける必要がない。
スピーカユニットの数が偶数の場合は、外部に露出する二つの振動板が同じ方向に露出するので、例えば二つの振動板の間にバッフル板を配置して隔離し、又は、最後の振動板の表側をエンクロージャなどで囲むするなど、二つの振動板によって発生した音が打ち消し合うのを防ぐ必要がある。

スピーカユニットの数をｎとすると、

ただし、ｆ_ｎは、スピーカユニットがｎ個の場合における最低共振周波数を表す。
したがって、スピーカユニットの数を多くすればするほど、最低共振周波数が低くなる。
しかし、

なので、スピーカユニットの数が多くなるほど、最低共振周波数の低下率が小さくなる。

スピーカユニットの間の位置関係は、上述した配置に限らず、他の配置であってもよい。例えば、スピーカユニットを縦に並べて配置してもよいし、スピーカユニットがそれぞれ異なる方向を向いていてもよい。
しかし、同じ内部空間に面した二つの振動板をなるべく近くに配置すれば、内部空間の体積を小さくできるので好ましい。また、二つの振動板の同じ内部空間に面した面が同じ方向を向いていれば、その二つの振動板を駆動する際に生じる反作用力が打ち消し合うので、好ましい。このため、同じ内部空間に面した二つの振動板を、横に並べて隣接して配置することが最も好ましい。
また、スピーカユニットを一直線に並べて配置すれば、外部に露出する二つの振動板の間の距離が大きくなり、かつ、反作用力が効果的に打ち消し合うので、好ましい。この場合、スピーカユニットの数が多いほど、外部に露出する二つの振動板の間の距離が大きくなるので、好ましい。

別の実施形態にかかるスピーカ１０Ｂは、図３〜図５に示すように、本体１２及び５つのスピーカユニット１３ａ〜１３ｅを備える。
スピーカユニット１３ａ〜１３ｅは、スピーカ１０Ａのものと同様であり、説明を省略する。
本体１２は、スピーカ１０Ａと異なり、板２３、８つの蓋２４ｂ〜２４ｅ及び２５ａ〜２５ｄ、並びに、４つの管２６ａ〜２６ｄを有する。
板２３は、略長方形状である。スピーカユニット１３ａ〜１３ｅは、すべて同一であり、板２３に設けられた穴に固定され、平行かつ一直線状に並べて配置されている。
蓋２４ｂ〜２４ｅは、板２３の表側に固定されている。蓋２４ｂは、スピーカユニット１３ｂの表側を囲っている。蓋２４ｃは、スピーカユニット１３ｃの表側を囲っている。蓋２４ｄは、スピーカユニット１３ｄの表側を囲っている。蓋２４ｅは、スピーカユニット１３ｅの表側を囲っている。蓋２５ａ〜２５ｄは、板２３の裏側に固定されている。蓋２５ａは、スピーカユニット１３ａの裏側を囲っている。蓋２５ｂは、スピーカユニット１３ｂの裏側を囲っている。蓋２５ｃは、スピーカユニット１３ｃの裏側を囲っている。蓋２５ｄは、スピーカユニット１３ｄの裏側を囲っている。管２６ａ及び２６ｃは、板２３の裏側に固定されている。
管２６ｂ及び２６ｄは、板２３の表側に固定されている。管２６ａは、蓋２５ａの内側の空間と、蓋２５ｂの内側の空間とを流体結合している。板２３、蓋２５ａ及び２５ｂ並びに管２６ａ（空間画定部）により、密閉された一つの内部空間２２ａ（密閉空間）が画定される。管２６ｂは、蓋２４ｂの内側の空間と、蓋２４ｃの内側の空間とを流体結合している。板２３、蓋２４ｂ及び２４ｃ並びに管２６ｂ（空間画定部）により、密閉された一つの内部空間２２ｂ（密閉空間）が画定される。管２６ｃは、蓋２５ｃの内側の空間と、蓋２５ｄの内側の空間とを流体結合している。板２３、蓋２５ｃ及び２５ｄ並びに管２６ｃ（空間画定部）により、密閉された一つの内部空間２２ｃ（密閉空間）が画定される。管２６ｄは、蓋２４ｄの内側の空間と、蓋２４ｅの内側の空間とを流体結合している。板２３、蓋２４ｄ及び２４ｅ並びに管２６ｄ（空間画定部）により、密閉された一つの内部空間２２ｄ（密閉空間）が画定される。

蓋２４ｂ〜２４ｅ及び２５ａ〜２５ｄは、振動板３１ａ〜３１ｅの動きを邪魔しないよう、スピーカユニット１３ａ〜１３ｅとの間に隙間を有し、かつ、内部空間２２ａ〜２２ｄの体積ができるだけ小さくなるよう、スピーカユニット１３ａ〜１３ｅの形状に沿った形状を有する。これにより、スピーカ１０Ａと比べて、内部空間２２ａ〜２２ｄの体積が顕著に小さくなるので、過渡的な圧力のムラを更に抑えることができる。これにより、低音特性が更に改善される。

更に別の実施形態におけるスピーカ１０Ｃは、図６に示すように、９つのスピーカユニットを備える。９つのスピーカユニットは、すべて同一であり、本体に固定され、平行かつ一直線状に並べて配置されている。本体は、スピーカ１０Ａ又は１０Ｂのものと同様であり、説明を省略する。
９つのスピーカユニットは、３つの組に分けられている。各組に属する３つのスピーカユニットは、互いに並列に電気接続され、並列回路を構成している。３つずつのスピーカユニットにより構成された３つの並列回路は、互いに直列に電気接続されて、駆動回路を構成している。

各スピーカユニットのインピーダンスをＺとすると、各並列回路の合成インピーダンスＺ_Ｃは、Ｚ／３であり、駆動回路全体の合成インピーダンスＺ_Ｌは、３Ｚ_Ｃ＝Ｚである。
このように、スピーカユニットの数が平方数であれば、駆動回路全体の合成インピーダンスをスピーカユニットのインピーダンスと等しくすることができる。

一般に、スピーカユニットのインピーダンスは、４Ω又は８Ωであり、スピーカユニットを駆動するための増幅回路は、これとインピーダンス整合するように設計されている。
駆動回路全体の合成インピーダンスが、一つのスピーカユニットのインピーダンスと等しいので、一般的な増幅回路をそのまま使用することができる。インピーダンスを整合させるための特別な回路は不要であり、スピーカユニットの数が多いにもかかわらず、増幅回路は一つでよい。

また更に別の実施形態におけるスピーカ１０Ｄは、図７に示すように、９つのスピーカユニットを備える。９つのスピーカユニットは、すべて同一であり、本体に固定され、平行かつ一直線状に並べて配置されている。本体は、スピーカ１０Ａ又は１０Ｂのものと同様であり、説明を省略する。
９つのスピーカユニットは、３つの組に分けられている。各組に属する３つのスピーカユニットは、互いに直列に電気接続され、直列回路を構成している。３つずつのスピーカユニットにより構成された３つの直列回路は、互いに並列に電気接続されて、駆動回路を構成している。
このような接続にしても、駆動回路全体の合成インピーダンスをスピーカユニットのインピーダンスと等しくすることができる。

スピーカユニットの数は、平方数ではなく、２つの２以上の整数ｐ及びｑの積であってもよい。その場合、ｑ個のスピーカユニットを並列に接続したｐ個の並列回路を直列に接続してもよいし、ｐ個のスピーカユニットを直列に接続したｑ個の直列回路を並列に接続してもよい。駆動回路全体の合成インピーダンスは、スピーカユニットのインピーダンスのｐ／ｑ倍になる。例えば、スピーカユニットのインピーダンスが４Ωであり、スピーカユニットの数が８個である場合、２個のスピーカユニットを並列に接続した４つの並列回路を直列に接続することにより、駆動回路全体の合成インピーダンスが８Ωになる。したがって、出力インピーダンスが８Ωの増幅回路を使用することができる。
なお、ｐ及びｑがともに奇数であれば、スピーカユニットの数が奇数になるので、好ましい。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするための一例である。本発明は、これに限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によって定義される範囲から逸脱することなく様々に修正し、変更し、追加し、又は除去したものを含む。これは、以上の説明から当業者に容易に理解することができる。

１０Ａ〜１０Ｄスピーカ、１２本体、１３ａ〜１３ｅスピーカユニット、２１ａ〜２１ｄ箱、２２ａ〜２２ｄ内部空間、２３板、２４ｂ〜２４ｅ，２５ａ〜２５ｅ蓋、２６ａ〜２６ｄ管、３１ａ〜３１ｅ振動板。

Claims

ｎ個の振動板及び（ｎ−１）個の空間画定部を備え、ｎは、３以上の自然数であり、
ｉ番目の空間画定部は、ｉ番目の振動板の第一の面及び（ｉ＋１）番目の振動板の第二の面に面した密閉空間を画定し、ｉは、ｎ未満の自然数であり、
前記振動板は、すべての前記密閉空間の体積が実質的に一定となるように駆動される、
スピーカ。
請求項１のスピーカにおいて、
（ｉ＋１）番目の振動板は、前記第二の面がｉ番目の振動板の第一の面と実質的に同じ方向を向くよう配置されている、
スピーカ。
請求項１又は２のスピーカにおいて、
（ｉ＋１）番目の振動板は、ｉ番目の振動板の横に隣接して配置されている、
スピーカ。
請求項１乃至３いずれかのスピーカにおいて、
前記振動板は、実質的に一直線に並んで配置されている、
スピーカ。
請求項１乃至４いずれかのスピーカにおいて、
ｎは、奇数である、
スピーカ。
請求項１乃至５いずれかのスピーカにおいて、
ｎは、ｐ及びｑの積であり、ｐ及びｑは、２以上の自然数である、
スピーカ。