JPH01302997A

JPH01302997A - 音響装置

Info

Publication number: JPH01302997A
Application number: JP62334262A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yokoyama; 健司横山
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1987-12-28
Filing date: 1987-12-28
Publication date: 1989-12-06
Anticipated expiration: 2012-04-30
Also published as: DE3855825T2; EP0322686B1; EP0322686A2; US4987564A; DE3855825D1; EP0322686A3; JP2605321B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、共鳴器を含んで構成される音響装置に関す
る。

〔従来の技術〕

音響装置の一種としてのスピーカユニットは、一般にキ
ャビネットにスピーカユニット（振動器）を配置し、こ
れを増幅器（ＡＭＰ）で駆動するように構成される。そ
して、再生特性のうちの特に低音域再生特性は、主とし
てキャビネットの容積により決定されている。

直接放射スピーカの代表例としての動電形直接放射スピ
ーカ（ダイナミック・コーン・スピーカ）は、略円錐形
状（コーン状）の振動板を有し、この振動板は円錐の頂
部近傍に取り付けた磁気ギャップ中のボイスコイルで駆
動される。このようなスピーカを音響装置に用いたとき
には、振動板の前面から直接音が放射されるが、後面か
らも音波が放射される。ところで、この前後の両面から
の音波は互いに逆位相であり、従ってこの前後の両面か
ら聴取者までの音波の行程差が半波長の奇数倍近傍であ
るときは、双方からの音圧は同位相になって互いに重畳
される。

しかしながら、この行程差が半波長の偶数倍近傍である
ときには、音圧が相殺されて弱め合うので、スピーカか
らは各種の波長の音が放射されることを考慮すると、後
面からの音は聴取者に届かないようにするが、あるいは
後面からの音が前面からの直接放射音に悪影響を与えな
いようにするかが望ましい。

そこで、直接放射スピーカではバフルと呼ばれるものが
用いられる。振動板の前後の音の流通を遮ぎるものとし
ては、第２９図に示すような平面バフル、後面開放箱形
バフルおよび密閉形バフルなとが知られ、これらとはや
や趣旨を異にするものとして、第３１図に示す位相反転
形バフル（バスレフ形）が知られている。以下、これら
を順次に説明する。

第２９図（ａ）は平面バフルの断面図である。

図示のように、１枚の広い平板１には振動器と同じ大き
さの穴かあけられ、ここに略円錐形状の振動板２が取り
付けられる。そして、この振動板２の円錐頂部には、ボ
イスコイル、磁気回路なとを含んだ動電形電気音響変換
器（スピーカ）３が取り付けられる。この平面バフルに
よれば、後面からの音は平板１によって遮ぎられるので
、仮に平板１を無限の広さにすれば、バフル効果は完全
となる。しかし、これは非現実的であり、実際には有限
の大きさの平板１が用いられる。ところが、例えば音圧
再生特性の最低周波数を６０ヘルツ程度に設定すると、
平板１の大きさは一辺が２ｍ程度にもなり、実用的では
ない。

第２９図（ｂ）は後面開放箱形バフルの断面図である。

図示のように、後方が開放された箱体４の前面には穴が
あけられ、ここに振動板２および動電形スピーカ３で構
成される振動器が取り付けられる。しかし、この後面開
放箱形バフルによっでも、必要な程度のバフル効果を得
るためには寸法か大きくなってしまい、また箱体４の空
気柱か共振系を構成して過渡特性を悪くする。

第２９図（Ｃ）は密閉形バフルの断面図である。

図示のように、密閉された箱体５の前面には穴があけら
れ、ここに振動板２および動電形スピーカ３で構成され
る振動器か取り付けられる。この構造では、箱体５が全
く振動しないようにすれば、振動板２の後面からの音は
完全に閉じ込められるので、完全なバフル効果が得られ
る。しかじなから、箱体５内の空気が空気ハネとなって
振動板２に弾性を与え、全体としての共振周波数は平面
バフルに比べて高くなってしまう。

これを第３０図により説明する。同図は第２９図（Ｃ）
のシステムの簡素化された電気的等価回路図である。そ
して、図中のＲは振動器のボイ■ スコイル直流抵抗であり、また、ｍ　　、Ｓ　　および
Ｓ　はｍ　　−振動系の等価質量Ｓ　　→振動系の等価スチフネスＳ　　→箱体の等価スチフネスにそれぞれ対応する関係にある。また、Ａは力係数であ
って、Ｂを磁気回路の磁気ギャップ中の磁束密度とし、
ρをボイスコイルの長さとしたときに、Ａ＝Ｂρとして
求められる。そして、ユニット振動系の等価モーショナ
ルインピーダンスによる並列共振回路Ｚ１と、密閉箱の
等価モーショナルインピーダンスＡ２／Ｓ　は互いに並
列接続され、これらは非モーショナルインピーダンスで
あるボイスコイル抵抗Ｒを介してアンプ（図示せ■ す）に並列接続される関係にある。

この電気的等価回路から明らかなように、システム全体
としての共振周波数ｆ　は振動器の最低Ｃ共振周波数より上昇し、ｆ　　＝ｆ　　（１＋Ｓ　　／Ｓ　　）ｏｃ　　　　　
　ｏ　　　　　　　　　　　　ｃ　　　　　　　。

となり、共振周波数ｆ　における等価的なＱ値Ｃ（Ｑ　　）は、振動器の最低共振周波数ｆ　におけＯＣ
ＯるＱ値（Ｑ　　）に対して、Ｑ　　＝Ｑ　　（１＋Ｓ　　／Ｓ　　）ＯＣＯＣＯとなって上昇する。従って、低域再生特性を向上させる
ときには、箱体の等価スチフネスをより小さくしなけれ
ばならず、このためキャビネットは大形にならざるをえ
ない。

バスレフ形スピーカシステムはこれらとやや趣旨を異に
するもので、その斜視図および断面図を第３］図に示す
。図示のように、箱体６には穴があけられて振動板２お
よび動電形スピーカ３からなる振動器が取り付けられ、
また、その下方には音道７を有する開口ポート８が設け
られている。

ここで、通常の基本設定に従ったバスレフ形スピーカシ
ステムにおいては、箱体６内部の空気バネと音道７の空
気質量による共振周波数（共鳴周波数）ｆ　を、振動器
をバスレフ形箱体に組み込んｐだ状態での振動器（スピーカ）の最低共振周波数ｆ　よ
りも、低く設定しである。そして、上記の空気ハネと空
気質量による共振周波数よりも高い周波数では、振動板
２の後面からの音圧か音道７のところで逆位相となり、
従って箱体６の前方では、振動板２の前面からの直接放
射音と開口□ポート８からの音が結果的に同位相になり
、音圧が強められる。その結果、最適設計されたバスレ
フ形スピーカシステムによれば、出力音圧の周波数特性
を振動器の前記低域共振周波数以下まで伸ばすことがで
き、第３２図に２点鎖線で示すように、−様再生範囲を
無限平面バフルや密閉形バフルよりも広げることができ
る。

しかしながら、このバスレフ形スピーカシステムで一様
再生を実現しようとすると、ユニット振動系の共振のＱ
値などについて各種の制約があり、これらが満たされた
ときに始めて第３２図の特性が得られていた。このよう
に、−船釣にバスレフ形スピーカシステムでは、最適設
計の条件を得るのが極めて難しかった。

一方、バスレフ形スピーカシステムの基本設計思想にこ
だわらず、開口ポートからの音響放射能力のみに着目し
、意図的に共鳴器側の共振周波数ｆ　を極度に低くする
試みもなされることがある。

Ｏｐところが、低音再生能力にはキャビネットの容積が密接
に関係してくるため、程度の違いこそあれ、やはり密閉
形バフルの場合とほぼ同じく、より低域の再生を実現す
るためには、より大形のキャビネット（箱体）とせざる
得なかったのである。

この事情を第３３図によりもう少し詳しく説明する。

まず、第３１図のバスレフ形スピーカシステムを、簡素
化された電気的等価回路で示すと、第３３図のようにな
る。同図において、Ａ、Ｒ。

■ ｍ、Ｓ、ｍｇおよびＳ。は第３０図に示したのと同様で
あり、ｍｇは音道（ポート）の等価質量に対応する関係
にある。そして、ユニット振動系の等価モーショナルイ
ンピーダンスによる並列共振回路Ｚ１と、ポート共振系
の等価モーショナルインピーダンスによる直列共振回路
Ｚ２は互いに並列接続され、これらは非モーショナルイ
ンピーダンスであるボイスコイル直流抵抗Ｒを介し■ て駆動用のアンプ（図示せず）に並列接続される関係に
ある。

この電気的等価回路から明らかなように、バスレフ形ス
ピーカシステムでは、その大きな特徴として共振系が２
つ存在する。これはインピーダンス特性でみれば双峰特
性を呈しており、かつ共振点は２つの山の頂点およびそ
の間の谷の計３つであり、この谷の共振がポート共振系
に該当する（前述した密閉形では共振系は唯一つであり
、インピーダンス特性は単峰特性を呈し共振点も１つで
あった）。そして、このバスレフ形スピーカシステムで
は、振動器（ユニット）のボイスコイル抵抗Ｒは振動器
側の並列共振回路Ｚ１の制動爪■ 抗と、開口ポート（ダクト）側の直列共振回路Ｚ２の制
動抵抗を兼ねている。このため、並列共振回路Ｚ　と直
列共振回路Ｚ２とは、相互に干渉し合う存在となってい
た。

相互干渉または相互依存性の一例としては、例えば振動
器として強力な磁気回路を有するものを用いると、振動
器としての共振のＱ値は小さくなるのに対し、開口ポー
ト側の共振のＱ値は大きくなることがあげられるし、逆
に軟弱な磁気回路を有する振動器を用いたときには、全
く逆の変化を生じることがあげられる。バスレフ形スピ
ーカシステムの本来の設計では、このような相反する相
互依存条件の下で、−様な低域再生特性の得られる最適
点を選択しなければならなかった。

ここで、キャビネットを小容積化することを考えると、
ユニット振動系の最低共振周波数ｆ　についてはいずれ
も密閉形バフルの場合と同じ傾向を示し、結果として最
低共振周波数ｆ　か高くなる。最終的には、開口ポート
の音響放射効果によって再びある程度の低音域再生特性
の改善がなされるわけではあるが、システム全体として
考えれば、バスレフ形スピーカシステムであってもキャ
ビネットを小さくすれば、それだけ低音域再生能力が低
下することは避けられない。

特に、前述のように基本設定から意図的にポート共振系
の共振周波数ｆ　を低下させた時には、Ｏｐキャビネットを小形化することと相まって開口ポートを
細長くする必要があり、従ってポートでの空気の機械抵
抗の上昇によりＱ値は極めて小さくなる。共振のＱ値か
極めて小さくなるということは、開口ポートからの音響
放射能力か失われることを意味しているから、結果的に
は開口ポートを共鳴ダクトとして設けた意義は失われ、
開口ポートの存在自体が無意味なものになってしまう。

すなわち、小形化すれば低音再生は実質的に不可能とな
ってくるのである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上、概略的に説明したように、従来の音響装置では、
低域再生を可能にするために、種々の工夫がなされてい
る。

第２９図に示す平面バブル、後方開放箱形バフルおよび
密閉形バブルでは、振動板の後面からの放射音は全て邪
魔な音として、前方の聴取者には届かないように設計し
ている。しかしながら、これらによって低音再生特性を
向上させようとすると、装置（キャビネット）が大形化
することは避けられず、また大形化したときでも、その
低域再生特性は十分なものではなかった。

第３１図に示すバスレフ形スピーカシステムでは、後方
音の位相を開口ポートで反転させることで、振動板の前
面からの直接放射音を、特に低音域で補償するように構
成されている。このため、本来非常に扱いにくい存在で
ある共振系が振動板および開口ポートの２箇所に生じて
しまい、このバスレフ効果を基本設定に従って十分に得
るためには、これら２つの共振系の相互依存条件を考慮
しつつ、システムの最適条件を極めてクリティカルに設
定しなければならず、従来から例えば特公昭４６−１２
６７０号、実公昭５４−３５０６８号に示されるように
種々の検討はなされているが、いずれによっても設計の
困難性は本質的には解消できなかった。

また、最適設計がなされるか否かにかかわらす、低域再
生特性を向上させるためには、やはりキャビネットか大
形化してしまっていた。

また、バスレフ形スピーカシステムの基本設定からポー
ト共振系の共振周波数ｆ　を意図的に低ｐくしたものもある。しかし、ここでもキャビネットを小
形化しようとすると、ポート共振系が音響放射に寄与し
なくなるという致命的な欠点があった。

従って、上記いずれの従来技術によっても、ある程度以
上の低音再生能力を得ようとすると、キャビネットが大
形化することは避けられなかった。

その結果、ホール、室内、自動車内など各種の用途にお
いてキャビネットが適宜の容積で、しがち、低域再生特
性の優れた音響装置を適用するのが困難であった。

この発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、音
響装置を構成するキャビネットなどの容積と低域再生特
性を適宜かつ無関係に設定することかでき、しかも、振
動器と共鳴器の相互依存条件を排除あるいは低減させる
ことができる音響装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る音響装置は、共鳴による音響を放射する
ための共鳴放射部を有する共鳴器と、この共鳴器に配設
される振動器と、この振動器を駆動する振動器駆動手段
とを備える。そして、この振動器は音響を直接に放射す
るための直接放射部と、共鳴器を駆動するための共鳴器
駆動部とを含んで構成される振動体を有し、振動器駆動
手段は振動器に固有の内部インピーダンスを等価的に低
減あるいは無効化するように駆動状態を制御する駆動制
御手段を有していることを特徴とする。

〔作用〕

上記の構成によれば、共鳴器は振動体の共鳴器駆動部に
よって駆動され、従って振動体の直接放射部からは音響
が直接に放射され、かつ共鳴器の共鳴放射部からは共鳴
による音響が放射される。

ここで、振動器は固有の内部インピーダンスを有してい
るが、これは振動器駆動手段における駆動制御手段の働
きによって見掛は上で小さくされる（望ましくは無効化
される）。

このため、振動器は電気的な駆動信号入力にのみ応動す
る要素となり、実質的に共振系ではなくなり、また同時
に共鳴器の容積は振動器の低域再生能力を左右する要因
ではなくなるので、キャビネットを小形化したときにも
、過渡応答による歪みなどを含まない低音再生を振動器
側で実現できる。また、共鳴器の共鳴周波数近傍でのＱ
値は十分に大きな値とすることができるので、十分な音
圧の重低音再生を実現できる。しかも、このＱ値は共鳴
放射部（開口ポート）の等価抵抗により設定でき、かつ
共鳴周波数は共鳴放射部（ポート）の等価質量を調整す
ることにより設定でき、共鳴器の容積の大小は低域再生
能力を支配する要素でなくなる。

更に、機械的あるいは電気的等価回路において示される
ように、振動器による振動系と共鳴器による共振系を、
より独立して（望ましくは完全に独立して）取り扱うこ
とが可能になるので、両者間の設計上の相互依存条件を
少なくする（望ましくは相互依存条件をなくす）ことが
でき、かっこのようにしても何らの支障も生じないので
、設計か極めて容易になる。

以上のことから、小形化と重低音再生を同時に実現する
ことができ、しかも容易に設計することか可能となる。

〔実施例〕

以下、添付の第１図ないし第２８図を参照して、この発
明の詳細な説明する。なお、図面の説明において同一の
要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

第１図は、この発明の一実施例の基本的構成を示してい
る。同図（ａ）のように、この実施例では共鳴器として
、共鳴放射部をなす開口ポート１１およびネック１２を
有するヘルムホルツ共鳴器１０を用いている。このヘル
ムホルツ共鳴器１０においては、閉じられた空胴と、開
口ポート１１およびネック１２による短い管とによって
空気の共鳴現象か生じる。そして、この共鳴周波数とし
て求められる。ここで、Ｃ：音速Ｓ：開口ポート］１の断面積、ｌｌｌ：開口ポート１１のネック１２の長さ■＝ヘル
ムホルツ共鳴器］０の空胴の体積である。

この実施例の音響装置では、これに振動板２１および変
換器２２からなる振動器２０を取り付けている。そして
、この変換器２２は振動器駆動装置３０に接続され、こ
れは出力インピーダンス中に等価的に負性インピーダン
ス成分（−Ｚ。）を発生させる負性インピーダンス発生
部３１を具備している。

この音響装置の電気的等価回路の構成は、第１図（ｂ）
のようになっている。ここで、並列共振回路Ｚ、は振動
器２０の等価モーショナルインピーダンスによるもので
あり、ｒ　は振動系の等価抵抗を示し、Ｓ　は振動系の
等価スチフネスを示し、ｍ　は振動系の等価質量を示し
ている。また、直列共振回路Ｚ２は開口ポート１１を含
むヘルムホルツ共鳴器］０の等価モーショナルインピー
ダンスによるものであり、ｒ　は共振器の空胴の等価抵
抗を示し、Ｓ　は空胴の等価スチフネスを示し、ｒρは
開口ポートの等価抵抗を示し、ｍρは開口ポートの等価
質量を示している。また、図中のＡは力係数であり、例
えば振動器が動電形直接放射スピーカであるときには、
Ｂを磁気ギャップ中の磁束密度、ρをボイスコイル導体
の長さとすると、Ａ＝ＢＪ７となる。さらに、図中のＺ
　は変■ 換器２２の内部インピーダンスであり、例えば振動器が
動電形直接放射スピーカであるときには、主としてホイ
スコイルの直流抵抗となり、わずかなからインダクタン
スを含んでいる。

次に、第１図に示す構成の音響装置の作用を簡単に説明
する。

負性インピーダンス駆動機能を有する振動器駆動装置３
０から、振動器２０の変換器２２に駆動信号か与えられ
ると、変換器２２はこれを電気機械変換し、振動板２１
を前後（図中の左右）に往復駆動しこれを機械音響変換
する。ここで、振動器駆動装置３０は負性インピーダン
ス駆動機能を有しているが故に、変換器２２に固有の内
部インピーダンスは実効的に減少化（理想的には無効化
）されている。従って、変換器２２は振動器駆動装置３
０からの駆動信号に忠実に応答して振動板２１を駆動し
、かつヘルムホルツ共鳴器１０に対して独立的に駆動エ
ネルギーを与える。このとき、振動板２１の前面側（図
中の左面側）は音響を直接に外部に放射するための直接
放射部をなしており、振動板２１の後面側（図中の右面
側）はへルムホルツ共鳴器１０を駆動するための共鳴器
駆動部をなしている。

このため、図中に矢印ａで示すように振動板２１から音
響が直接放射されると共に、ヘルムホルツ共鳴器１０中
の空気が共鳴させられて、共鳴放射部から十分な音圧の
重低音響が共鳴放射される。そして、ヘルムホルツ共鳴
器１０における開口ポート１１およびネック１２内の空
気等価質量の調整により、この共鳴周波数ｆ　を振動器
２０ｐの再生周波数帯域より低く設定し、かつ、開口ポーｌ−
１１およびネック１２の等価抵抗の調整によるＱ値の適
正レベルへの設定により、開口ポート１１から適切なレ
ベルの音圧が得られることを条件として、例えば第２図
のような音圧の周波数特性を得ることかできる。

以下、この事情を第３図および第４図の等価回路で説明
する。

第３図は第１図（ｂ）をより簡素にした電気的等価回路
である。言い換えれば、共鳴器］０の空胴の等価抵抗ｒ
　と、開口用−ト１１およびネ・ソり１２の等価抵抗ｒ
ρは十分に小さく、従ってその逆数分は極めて大きいの
で、これらを無視した等価回略図である。第３図におい
て、■は回路を流れる電流とし、■　およびＩ２はそれ
ぞれ並列共振回路Ｚ　および直列共振回路Ｚ２を流れる
電流であるとすると、２　　＝２　−２ｏとしたときｖに、次の（２）〜（４）式が成り立つ。

Ｅｖ−Ｅｏ・（Ｚｌ・Ｚ２／（Ｚ１＋２２））／　［’
（Ｚ　　−Ｚ　　／　（Ｚ　　＋ｚ　　）　ｌ　＋Ｚ３
　］　　・・　（２）１１−Ｅｏ・　（Ｚ２／（Ｚ１＋
Ｚ２））／［ｆｚ　　−ｚ　／（ｚ　　＋ｚ　）ｌ＋ｚ
３］　　・　（３）■２＝Ｅｏ・（Ｚ１／（Ｚ１＋２２
））／Ｈｚ　　−ｚ　　／（ｚ　　十ｚ　　）ｌ＋ｚ３
］　　・・・（４）ここで、（３）、（４）式を簡単に
するために、Ｚ　＝Ｚ　−Ｚ２／（Ｚ１＋２２）とする
と、上記の（３）式はＩ、　＝Ｅｏ／　（Ｚ、　　（］＋Ｚ３／Ｚ４）　ｌ　
　　　　　　・（５）となり、（４）式は ■２−Ｅｏ／（Ｚ２　（］＋Ｚ３／Ｚ４））　　　　　
　・・・（６）となる。

この（５）、（６）式より、次の２点が理解できる。第
１は、Ｚ３の値がゼロに近づけば、それだけ振動器側の
並列共振回路Ｚ１および共鳴器側の直列共振回路Ｚ２は
、共に交流的には短絡された状態に近づくことである。

第２は、並列共振回路Ｚｊと直列共振回路Ｚ２が、Ｚ３
−Ｚｖ−Ｚ。

を介して互いに影響を及はし合う関係にあり、このＺ３
の値がゼロに近づけば、それだけ並列共振回路Ｚ　と直
列共振回路Ｚ２は独立性を強めることである。そして、
理想的には、ｚ　　　＝ｚ　　−ｚｏ＝。

ｖと仮定すると、式（５）、（６）はそれぞれｒｌ　＝　
　Ｅｏ／ｚ１　　　　　　　　　　・、（７）Ｉ　　　
−Ｅ。／　Ｚ　２　　　　　　　　　　　・・（８）一
　　２３　− となり、並列共振回路Ｚ１および直列共振回路Ｚ２はそ
れぞれ共に交流的に七ロインピーダンスで短絡され、か
つ全く独立した共振系とみなすことができる。

第４図に、Ｚｏ−−Ｚｖとしたとぎ、すなわち、ｚ　　
＝Ｚ　　−Ｚｏとしたときの第３図の等価回路ｖを示す。

まず、振動器２０による共振系について、より厳密に考
察してみると、等価モーションナルインピーダンスによ
る並列共振回路Ｚ１は、両端か交流的に七ロインピーダ
ンスで短絡されている。従って、この並列共振回路Ｚ］
は、実質的には、もはや共振回路ではなくなっている。

すなわち、振動器２０は駆動信号入力に対してリアルタ
イムで線形応答し、全く過渡応答することなく、電気信
号（駆動信号）を忠実に音響変換することになる。

また、この振動器２０にあっては、単にヘルムホルツ共
鳴器１０に振動器２０を取付けた状態で有していた最低
共振周波数ｆ　という概念かもはやなくなっている。こ
の振動器２０の並列共振回路Ｚｌは、その両端を七ロイ
ンピーダンスで交流的に短絡されているのであるから当
然である。（以後、振動器２０の最低共振周波数ｆ　相
当値と言う場合には、実質的には無効化されてしまった
上記概念を仮に呼ぶにすぎない。）さらに、振動器２０
とへルムホルツ共鳴器１０は互いに無関係であり、しか
も、振動器２０と開口ポート１１も無関係であり、この
ためへルムホルツ共鳴器１０の容積の大小や開口ポート
１１の内径の大小やネック１２の長さなどとは全く無関
係に（ポート共振系の等価モーショナルインピーダンス
とは全く無関係に）機能する。

また、並列共振回路Ｚ　と直列共振回路Ｚ２は、■ 共振系として互いに無関係に独立して並存している。従
って、システムを小形化するためにヘルムホルツ共鳴器
１０を小容積に設計したときにも、また後述のようにポ
ート共振系のＱ値を下げるために開口ボート１１および
ネック１２を細長く設計したときにも、ユニット振動系
の設計は何ら影響されず、その最低共振周波数ｆ　相当
値なとも全く影響されない。このため、相互依存条件に
とられれない容易な設計か可能になる。

別の見方をすれば、このユニット振動系は実効的には共
振系でなくなっているので、駆動信号人力がゼロボルト
ならば、振動板２１は実質的には共鳴器１０の壁の一部
になってしまう。その結果、ポート共振系を考える際に
は、振動板２１の存在を無視することができる。

さらに別の見方をすれば、この発明の音響装置では、共
振系はポート共振系のみとなり、従来の密閉形と同様の
単峰特性を呈することになるといえる。

また、並列共振系において、（負荷抵抗）／（共振インピーダンス）として表される
Ｑ値は、並列共振回路Ｚ１についではゼロになる。

ユニット振動系でＱ＝０になることについては、その他
にもいくつかの意味がある。

第１は、等価的に並列共振回路ｚ１をなす振動器２０が
、入力電圧Ｅ　と並列共振回路Ｚ１の抵■ 抗分Ａ／ｒ　　で決定されるＥ　　／（Ａ２／ｒ　　）
Ｏｖ　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｏなる電流源
で駆動されるスピーカになることである。電気的にみて
電流駆動領域にあるということは、機械的には速度駆動
領域にあるということであり、このスピーカの最低共振
周波数ｆ　相当値近傍の音波の周波数特性は、６ｄＢ１
０ｃｔとなる。

これに対して、通常の電圧駆動状態の特性は、１２　ｄ
Ｂ／　ｏｃｔとなる。

第２に、振動板２１は完全な制動状態になることである
。すなわち、振動板２１を駆動したことによる反作用に
対しては、駆動電流が増減することにより、この反作用
に対抗すべく制御がなされる。従って、例えば振動板２
１に外力か加わった場合でも、その瞬間にこの外力と均
衡する状態まで逆駆動力が働く　（アクティブサーボ）
。

次に、上記の第４図を参照して、ヘルムホルツ共鳴器１
０．開口ポート１１およびネック１２による共振系につ
いて検討する。

同図に示すように、この直列共振回路Ｚ２についても、
両端は交流的にゼロΩで短絡されている。

＝　　　２７　− しかし、この場合は前述した並列共振回路Ｚ１の場合と
異なり、共振系としての意味は何ら失なわれない。逆に
、共振系としてのＱ値が極めて太きく（理想状態に近け
ればＱ峙■）なるという効果が生じる。また、このヘル
ムホルツ共鳴器１０、開口ポート１１およびネック１２
による仮想音響源（スピーカ）の駆動は、実際には振動
板２１の変位（振動）によってなされるものではあるが
、第４図の等価回路としては振動器２０とは全く並列的
に、駆動源Ｅ　から駆動エネルギーが供給さ■ れているものと考えられる。このため、共鳴周波数と共
振Ｑ値を共鳴器側で独自に設定することにより、小形で
ありながら十分な音圧の重低音再生が可能になる。

なお、このポート共振系の直列共振回路Ｚ２についても
、ユニット振動系の並列共振回路Ｚ１とは全く独立して
存在している。従って、振動器２０の設計仕様によって
ヘルムホルツ共鳴器１０や開口ポート１１の設計仕様が
影響されることはないので、相互依存条件を排除した容
易な設計が可能になる。

この仮想スピーカ（ヘルムホルツ共鳴器１０による音響
源）については、まず前述の（７）。

（８）式より、変換器２２に流れる電流■は、Ｉ＝１１
＋１２゜＝、（１／Ｚ　　＋１／Ｚ２）Ｅｏ　　−１９）となる
。また、（８）式より、開口ポート１１の共鳴周波数ｆ
　付近（ポート共振系かへルムホルｐツ共鳴をしている状態）においては、Ｚ２→０になり（
但し、実際には抵抗分によりダンプされている）、従っ
て微小な振幅の電圧によっても電流工、は充分に流れる
。

一方、振動板２１の最低共振周波数ｆ。相当値は開口ポ
ート１１の共鳴周波数ｆ。、より高いから、共鳴周波数
ｆ　付近においてはＺｌの値は十分にｐ大きくなってい゛る。このため、（９）式はＩ＝１１＋
Ｉ２峙■２となり、変換器２２に流れる電流の大部分は、ポート共
振系（仮想スピーカ）の駆動のために寄与していること
になる。また、ポート共振系は小振幅電圧（大電流）で
駆動されているため、これと並列な変換器２２も小振幅
電圧で駆動されることになり、従って振動板２１は小振
幅動作となっていることがわかる。ここにおいて、振動
板２１か小振幅動作であることから、ダイナミック・コ
ーン・スピーカなどの大振幅動作にありかちな非線形な
歪を、特に重低音域においてなくすことができる効果か
ある。

次に、直列共振回路Ｚ２の共振のＱ値については、前述
したように並列共振回路Ｚ１とは異なり直列共振系であ
るため、第４図の等価回路ではＱ値は無限大になる。こ
の場合、第１図の等価回路に基ついて共振のＱ値を正確
に算出すると１／２Ｑ−（ｍ　　Ｓ　　）　　　　／（ｒ　　＋ｒΩ）Ω　
ＣＣとなるが通常ｒ　　、ｒΩは極めて小さく、これをゼロ
とみなせば、やはり同様の結果となる。従って、このＱ
値を適当な値に設定することにより、十分な音圧をこの
仮想スピーカで得ることができる。

このヘルムホルツ共鳴器１０によるＱ値については、ス
ピーカユニットのＱ値に比べて一般的に制御しやすく、
必要に応じて低下させることができる。例えば、ヘルム
ホルツ共鳴器１０を小形化する場合、開口ポート１１の
共振系の共鳴周波数１／２ｆ　　＝ｃ（Ｓ／ΩＶ）　　／２π ｐにおいて、開口ポートの断面積Ｓを小さくし、あるいは
ネックの長さΩを大きくすることにより実現される。こ
のことは、この発明の音響装置では、小形化してかつ重
低音再生しようと設定すること自体が、Ｑ値を適度に下
げる要素となることを意味するのである。すなわち、開
口ポート１１を細長くすることは、空気摩擦による機械
抵抗（音響抵抗）を大きくすることであり、従って、第
１図（ｂ）の等価回路においてＡ　　／　ｒ　ｎを小さ
くすることになるので、ヘルムホルツ共鳴器１０および
開口ポート１１側の直列共振回路Ｚ２のＱ値は低下し、
結果として適度にダンピング特性が向上する。この点は
、従来のバスレフ形スピーカシステムにおいて意図的に
開口ポートの共振周波数を下げたとき、小形化すると共
振系としてのＱ値が極度に小さくなり、ついにはポート
としての音響放射能力が失われてしまっていたことと比
較すると、極めて好対照といえる。

また、その他に、ヘルムホルツ共鳴器１０内に吸音材な
どを入れることによってＡ２／ｒ　を小さくし、Ｑ値を
所望に制御することもできる。そして、ここにおいて重
要なことは、共鳴器（キャビネット）の小形化という条
件の下で、上記のようにポート共振系のＱ値を制御して
も、ユニット振動系には何ら影響が及ばないことである
。

以上の説明から明らかなように、この発明によれば、第
２図に示すような音圧の周波数特性を容易に、しかも小
形化された装置（キャビネット）て実現することができ
る。ここで、並列共振回路Ｚ１で表現されるユニット振
動系の最低共振周波数ｆ　相当値付近では、そのＱ値は
ゼロ近傍であって、ポート共振系の共鳴周波数ｆ　近傍
では、ｐ直列共振回路ｚ２のＱ値は自在に設定できる。この場合
、装置全体としては共振系はポート共振系のみとなり、
従来の密閉形と同じく単峰特性になる。そして重要なこ
とは、ユニット振動系の設計とポート共振系の設計は独
立的に行なえることである。これにより、開口ポートは
振動器によって駆動されながら、これとは独立に作用す
る仮想スピーカとなる。

この仮想スピーカは、開口ポート径に相当する小口径で
実現されるにもかかわらず、その低音再生能力から見る
と現実のスピーカとしては極めて大口径のものに該当し
、寸法効率あるいは音源集中化には極めて大きい効果を
奏する。当然、実際のスピーカを使わなくて済むから、
その意味でのコスト効率も極めて大きい。また、この仮
想スピーカには現実の振動板は存在せず、空気のみで構
成される仮想振動板であり、極めて理想的なものといえ
る。

なお、以上の基本構成の説明では、理想的状態としてＺ３−Ｚｖ−Ｚｏ＝０と仮定して説明したが、本質的には０≦Ｚ３〈Ｚｖとすることでこの発明の効果が充分に得られる。

なぜなら、ポート共振系の共振のＱ値は、Ｚ３の値が減
少するに従って増加するし、また、ユニット振動系とポ
ート共振系の相関関係は、Ｚ３の値が減少するに従って
減少するからである。従って、例えば動電形直接放射ス
ピーカにおいて、ボイスコイルの内部抵抗値が８Ωであ
るときには、−４Ωの等価負性抵抗を生成して見掛は上
は抵抗値を４Ωとすることで、開口ポート１１が形成す
る仮想スピーカからは十分に満足できる低音再生を実現
できる。

また、負性インピーダンスを大きくし過ぎることにより
、Ｚ　−Ｚ　−Ｚｏの値を負にするようｖなことは好ましくない。なぜなら、Ｚ３が負になると回
路は負荷を含め全体として負性抵抗性となり、発振を生
じるからである。従って、内部インピーダンス２　の値
が動作中の発熱などで変化す■ るときには、これに応じて負性インピーダンスの値をあ
らかじめ余裕をもって設定しておくが、温度変化に応じ
て負性インピーダンスの値を変える（温度補償する）必
要かある。

次に、これまで第１図ないし第４図で説明した基本構成
において、適用可能な各種の態様を説明する。

まず、共鳴器については、第１図（ａ）のものに限られ
ない。例えば、空胴部の形状は球形に限らず直方体、立
方体等としてもよく、また、その容積についても特に限
定されることなく、かつユニット振動系とは独立に設計
できる。このため、小容積としてキャビネットを小形化
することができる。また、共鳴放射部をなす開口ポート
およびネックについても、断面形状なとは限定されず、
例えば音道は第１図（ａ）のように外部に突出する形態
でも良いし、また空胴内に収容する形態としてもよい。

さらに、特にネック１２を設けず、単なる開口の存在の
みであってもよい。さらに開口は複数個に分散されてい
てもよい。さらに、共鳴周波数ｆ　は開口ポートの断面
積とネック長さｐとの相関関係の下で、適宜に設定してもよい。さらに、
開口ポートの断面積をネックの長さとの関係において適
宜設定できるので、ポートの開口を小さくすることによ
り低域用の仮想スピーカを小口径にでき、音源を集中さ
せて定位感を高めるようにしてもよい。

振動器（電気音響変換器）については、第５図ないし第
１２図に示すように、大別すると動電形、電磁形、圧電
形および静電形など各種の形のものを適用することがで
きる。

動電形スピーカ（ダイナミックスピーカ）の振動板の態
様は、第５図ないし第７図に示すように、コーン形、ド
ーム形、リボン形、全面駆動形およびバイルドライバ形
がある。コーン形ダイナミックスピーカは第５図に示す
ように、振動板として円錐形状のコーン１０１を有し、
このコーン１０１の円錐頂部近傍にはボイスコイル１０
２が固定される。そして、このボイスコイル’１．０２
は磁気回路１０３に形成された磁気ギャップ中に挿入さ
れている。なお、このコーン形ダイナミックスピーカで
は、非モーショナルインピーダンス成分は主に抵抗とし
て現れる。第６図に示すドーム形ダイナミックスピーカ
では、振動板がドーム１０４となっている点を除けば、
第５図のコーン形ダイナミックスピーカと基本的には同
一である。

リボン形ダイナミックスピーカは、第７図のように、磁
気回路１０３の磁気ギャップ中にリボン振動板１０５を
配設して構成される。この形のものでは、駆動電流をリ
ボン］０５の長手方向に流すことにより、前後（図面に
おいて上下）に振動して音波を発生させる。従って、リ
ボン１０５がボイスコイルと振動板を兼ねている。なお
、これについても非モーンヨナルインピーダンス成分は
主に抵抗として現れる。

全面駆動形ダイナミックスピーカは、第８図のように、
音波を放射するための開孔１０３ａを有する磁石板１０
３，１０３を平行に配設し、この間にボイスコイル１０
２付きの振動膜１０６を配設して構成される。ここで、
磁石板１０３は磁力線が振動板１０６とほぼ平行になる
ように着磁され、またボイスコイル１０２は振動膜１０
６上に渦巻き状に固定されている。

第９図に示すバイルドライバ形ダイナミックスピーカに
ついても、ホイスコイル］０２は振動膜］０６」−に配
設されている。すなわち、振動膜１０６は蛇腹状に構成
され、ここにボイスコイル］０２かジグザグに固着され
ている。これによれば、ホイスコイル１０２に駆動電流
を流すことにより振動板１０６の蛇腹は交互に伸縮し、
音波か放射される。そして、このスピーカにおいても非
モーショナルインピーダンス成分は主に抵抗として現れ
る。

電磁形スピーカとしては、第１０図のようなものかある
。図示のように、振動自在に配設された振動板１０６は
磁性体を含んで構成され、この近傍にはコイル１０７を
巻回した鉄心１０８か設けられる。ここにおいて、コイ
ル１．０７に駆動電流を流せば、鉄心１０８からの磁力
線により振動板１０６は振動させられ、図中の上下方向
に音波か放射される。なお、この形のスピーカにおいて
も、非モーショナルインピーダンス成分は主に抵抗とし
て現れる。

圧電形スピーカとしては、第１１図に示すようなものか
ある。図示のように、支持体１１０には電歪効果により
振動するバイモルフ１１１の両端が固定され、この中心
部には振動棒１１２が立設して固定される。そして、こ
の振動棒１１２の先端は支持体１１０に固着された振動
膜１１３の、はぼ中心部に当接している。このスピーカ
では、電歪効果によってバイモルフ１１１が屈曲し、こ
れによって中心部が上下に振動すると、これが振動棒１
１２を伝わって振動膜１１３に伝えられる。

従って、駆動電流に応して振動膜１１３を振動させ、音
波を放射することができる。なお、このスピーカでは非
モーショナルインピーダンス成分は、主として静電容量
などとして現れる。

静電形スピーカとしては、第１２図に示すようなものが
あり、一般には、同図（ａ）のものかシングルタイプコ
ンデンサ形と呼ばれ、同図（ｂ）のものがプッシュプル
タイプコンデンサ形と呼ばれる。同図（ａ）において、
振動膜１２１はメツシュ状の電極１２２と近接して並設
され、これにバイアスＥを重畳した入力信号が与えられ
る。従って、静電効果により振動膜］２］を振動させ、
音波を放射できる。このとき、振動膜１２１の振動によ
り変位電流のリアクションかあるので、これを利用して
負性インピーダンス（容量）を等価的に生成できる。同
図（ｂ）については、振動膜１２１が２枚のメツシュ状
の電極］−２２に挾まれている。動作原理については同
図（ａ）と同様であり、また非モーショナルインピーダ
ンス成分についても主に静電容量として現れる。

負性インピーダンス発生手段については、第１３図ない
し第２１図に示すように各種のものがある。

第１３図は、その基本構成を示している。図示のように
、利得Ａの増幅回路１３１の出力をスピーカ１３２によ
る負荷ＺＬに与える。そして、この負荷Ｚ、に流れる電
流ｌを検出し、伝達利得βの帰還回路１３３を介して増
幅回路１３１に正帰還する。このようにすれば、回路の
出力インピーダンスＺｏはＺｏ＝２８　（１−Ａβ）　　　　　　−（１０）とし
て求められる。この（１０）式でＡβ〉１とすれば、Ｚ
ｏは開放安定形の負性インピーダンスとなる。ここで、
Ｚ８は電流を検出するセンサのインピーダンスである。

第１４図は、電流ｌの検出をスピーカー３２の接地側に
設けた抵抗Ｒにより行なう例である。

これによれば、出力インピーダンスＺｏは前述の（１０
）式よりＺｏ＝Ｒ８（１−Ａβ）となるので、Ａβ〉１とすれば、見掛は上の負性抵抗成
分を出力インピーダンス中に含ませることができる。な
お、このような回路に相当する具体例は、例えば特公昭
５９−５１７７１号などに示されている。

第１５図は、電流ｉの検出をスピーカー３２の非接地側
に設けた抵抗Ｒにより行なう例である。

この例によっても、出力インピーダンスＺｏに負性抵抗
成分を含ませることができる。なお、このような回路の
具体例は、例えば特公昭５４−３３７０４号などに示さ
れている。第１６図はＢＴＬ接続にしたもので、図中の
１３４は反転回路である。この回路においても、出力イ
ンピーダンスＺｏはＺｏ＝Ｒ（１−Ａβ）となる。

第１７図は、電流プローブによって電流ｉを検出する例
である。すなわち、電流ｉは線路に周囲磁場を形成する
ので、これを電流プローブ１３５で検出し、帰還回路１
３３を介して増幅回路１３１に帰還するものである。

第１８図は、帰還回路１３３に積分器を用いた例である
。すなわち、インダクタンスＬの両端電圧を積分して検
出することにより、抵抗検出と同等のことを行なうこと
ができる。この回路によれば、ＤＣ近傍では抵抗Ｒを用
いたときよりも低損失にできる。

第１９図は、帰還回路１３３に微分器を用いた例である
。すなわち、キャパシタンスＣの両端電圧を微分して検
出することにより、抵抗検出と同等のことができる。但
し、この回路ではスピーカ１３２の駆動系にキャパシタ
ンスＣが介在されるため、直流成分の駆動信号がカット
される問題がある。

以上、説明した例は、出力インピーダンスＺ。

に負性抵抗を等価的に含ませるものであり、動電形ある
いは電磁形の電気音響変換器を用いたときに適用される
。これに対して、圧電形あるいは静電形の変換器（スピ
ーカ）を用いたときには、非モーショナルインピーダン
ス成分はキャパシタンスである。従って、出力インピー
ダンスＺｏには負性容量を等価的に含ませることが必要
になる。

第２０図はその一例の回路図で、スピーカ１３２は静電
形あるいは圧電形のスピーカである。このスピーカ１３
２の接地側のキャパシタンスＣの両端は、帰還回路１３
３に接続されている。この例によれば、出力インピーダ
ンスＺ。は前述の（１０）式よりＺｏ＝Ｃ（１−Ａβ）となる。

非モーショナルインピーダンス成分としてインダクタン
スを含む電気音響変換器を用いるときには、等価負性イ
ンダクタンスを出力インピーダンスＺｏに含ませること
が必要になる。また、動電形スピーカなどでは非モーシ
ョナルインピーダンス成分として、抵抗のほかにインダ
クタンスもある程度は含んでいるので、このインダクタ
ンス成分も無効化したいときには、負性インダクタンス
の生成が必要になる。第２１図はその一例の回路図であ
る。図示のように、スピーカ１３２の接地側のインダク
タンスＬの両端は、帰還回路１３３に接続されている。

この例によれば、出力インピーダンスＺｏはＺｏ＝Ｌ　（１−Ａβ）となる。

次に、この発明の実施例について、順次に説明する。

第２２図は、直方体のキャビネットに適用した実施例の
構成図である。図示のように、直方体形状のキャビネッ
ト４１の前面には穴があけられ、ここに動電形直接放射
スピーカ４２が取り付けられている。スピーカ４２はコ
ーン状の振動板４３と、その円錐頂部近傍に設けられた
動電形変換器４４により構成される。また、キャビネッ
ト４１のスピーカ４２の下側には開口ポート４５および
ダクト４６が形成され、これがこの発明に特有の低音用
の仮想スピーカをなしている。駆動回路４６は負性抵抗
駆動用のサーボ回路４７を有し、この出力で動電形変換
器４４が駆動される。

ここで、動電形変換器４４は固有の内部インピーダンス
としてボイスコイル直流抵抗Ｒを有し、■ これに対し駆動回路４６は出力インピーダンス中に等価
負性抵抗成分（−Ｒ）を有し、従って、■ これにより抵抗Ｒが実質的に無効化できるよう■ になっている。また、Ｒ、Ｌ　Ｍ、　　ＣＭはそれぞれ
スピーカ４２を電気的に等価表現したときのモーショナ
ルインピーダンスである。一方、キャビネット４１の容
積をＶとし、開口ポート４５の断面積をＳｌそのダクト
４６のネック長さをｐとすると、その共鳴周波数ｆ　は
前述の（１）式のよＯｐうに、１／２ｆ　　＝ｃ　（Ｓ／、＆　Ｖ）、　　　／２πｐで求められる。

第２２図に示す実施例の等価的動作構成は、第２３図の
ようになる。すなわち、スピーカ４２によって形成され
る中高音用スピーカ４２′と、開口ポート４５によって
等価的に形成される仮想の低音用スピーカ４５′は、容
積が無限大の密閉形キャビネット４１′、に取り付けら
れたのと等価となる。そして、中高音用スピーカ４２′
は等価的に形成された高域通過フィルタ（ＨＰＦ）４８
Ｈを介して、通常の（アクティブサーボ駆動をしない）
アンプ４９に接続され、低音用スピーカ４５′は等価形
成された低域通過フィルタ（ＬＰＦ）４８Ｌを介して、
上記と同一のアンプ４９に接続される。（なお、各フィ
ルタ４８Ｈ，４８Ｌは、通常のネットワーク回路との類
似性を強調するために便宜的に２次ＨＰＦおよび２次Ｌ
ＰＦで表現している。）ここで、中高音用スピーカ４２
′の最低共振周波数ｆ　は、等価モーショナルインピー
ダンスＲ、Ｌ　　およびＣＭにより定Ｍまり、そのときの共振のＱ値は先に示したように略セロ
である。そして、その特性は低音用の仮想スピーカ４５
′側の設計仕様には全く影響されない。また、低音用ス
ピーカ４５′の共振周波数ｆ　は開口ポート４５とダク
ト４６のみによってＯｐ定まり、そのときの共振のＱ値は自在に制御することが
できる。

以上の説明から明らかなように、この第２２図および第
２３図に示す実施例によれば、低音用の仮想スピーカが
開口ポート４５およびダクト４６により等価形成される
。そして、これらは容積か無限大の密閉形キャビネット
に取り付けたのと等価になるので、極めて優れた低音域
再生特性が実現される。そして、スピーカユニットの仕
様とキャビネットの仕様は、互いに制約されることなく
自由に設計でき、システムを従来のあらゆるスピーカシ
ステムに比べて著しく小形化できる。

更に、この発明によれば、例えば第２３図に示されるよ
うに、等価的に高域通過フィルタ４８Ｉ（および低域通
過フィルタ４８Ｌか形成されるので、駆動回路の構成を
簡単にすることができる。例えば、従来の２ウエイ構成
のスピーカシステムでは、高音および低音用のスピーカ
の前段にはネットワークとしての高域および低域通過フ
ィルタを、それぞれ配設しなければならなかった。そし
て、このフィルタはキャパシタンスやインダクタンスを
用いなければならないので、駆動回路のコストが高くな
りがちであり、駆動回路に占めるフィルタの容積も大き
くなりがちであった。また、その設計も別途に行なわな
ければならなかった。この発明では、これらのフィルタ
は等価的に形成されるので、かかる従来技術の問題点を
も解決することができる。

なお、振動器および共鳴器の全体としての音圧周波数特
性はアンプ側の入力信号のレベルを増減設定することで
任意とすることができる。振動器および共鳴器の各音響
放射能力は共に十分であるから、このように入力信号の
レベルを調整するたけで、装置全体の音圧周波数を広帯
域−様再生できるようにすることが極めて容易に実現で
きる。

次に、この発明の発明者が試作したいくつかの具体例を
説明する。

第２４図は、１個のスピーカユニットと１個のポート共
振系（キャビネット）を用いて、等価的に２ウエイのス
ピーカシステムを構成したときの駆動回路の回路図であ
る。同図において、負の出力インピーダンスＺｏはＺ　　＝Ｒ（１−Ｒｂ／Ｒａ）Ｓ −〇、　２２　　（１−３０／１．　６）＝−３，９（
Ω）となる。すなわち、第２４図の回路では等価的な出力イ
ンピーダンスが第２５図に示すようになっている。

第２６図は、低歪率の負性抵抗パワーアンプの回路例で
ある。同図中、点線で囲んたＡ部分が、第１４図及び第
２４図等に示す検出抵抗Ｒであす、図中の点線で囲んだ
Ｂ部分が、この検出電流値に相当する電圧を再び電流化
して、入力側に帰還させる部分であり、第１４図中の回
路１３３等に相当する。電圧電流変換をする理由は、検
出部と入力帰還部との接地電位差の影響を受けないよう
にするためである。この回路では、出力インピーダンス
Ｚ　はＺ　　＝Ｒ（１−Ｒｆ／Ｒ，）Ｓとなる。従って、Ｒｆ＝３０にΩであるので、Ｒ＜３０
にΩのときに、出力インピーダンスｚｏ中に等価的な負
性抵抗分を含ませることかできる。

第２７図は、２個のスピーカユニットと１個のポート共
振系を用いて、３ウエイ構成のスピーカシステムとした
ときの基本構成図である。この構成によれば、ヘルムホ
ルツ共鳴器の容量を３，５リツトルとしたときに、第２
８図に太い実線で示すような、優れた音圧の周波数特性
が得られた。

ここで、図中の１点鎖、線は中音用のスピーカの出力特
性、２点鎖線は高音用のツイータの出力特性を示してい
る。

更に本発明者は、この発明効果と、基本設定に従ったバ
スレフ形スピーカシステムの効果との比較に関し、次の
ような結果を得た。

まず、この発明に従った音響装置としては、ヘルムホル
ツ共鳴器の空胴の容量を６リツトルとし、開口ポートの
内径を３．３　ａｍとし、そのネック基を２５ｃｍとし
た。そして、ダイナミックコーンスピーカを取り付けて
負性抵抗駆動を行なったところ、ｆ　＝４１ヘルツまで
の重低音再生ができた。

ｐこれに対し、基本設定に従ったバスレフ形スピーカシス
テムでは、ダイナミックコーンスピーカとしてｆ　＝５
０ヘルツ、Ｑ＝０．５、口径２０　ｃｍのちのを用いた
ときには、キャビネットの容量を１７６リツトルとした
ときに、ｆ　＝４１ヘルツｐまでの再生が可能となった。従って、同一程度の重低音
再生において、キャビネットの容量を１／３０倍程度に
できることが判明した。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明した通り、この発明によれば、振動器
が有する固有の内部インピーダンスは、振動器駆動手段
における駆動制御手段の働きによつて見掛は上で小さく
される（望ましくは無効化される）。

このため、振動器は電気的な駆動信号入力にのみ応動す
る要素となり、−切過渡応答を生ずることのない理想的
な動作を行なうとともに、この振動器の共振系は実質的
に共振系ではなくなり、単に共鳴器の壁面と等価となっ
てしまう。従って、共鳴器は振動器によって駆動されな
がらも、駆動制御手段から見た場合、振動器とは全く独
立して駆動エネルギーが供給される要素となり、振動器
インピーダンスの影響がないので、この共鳴器の共振の
Ｑ値は極めて大きくなってその音響放射能力は強力なも
のとなり、仮に他の要因で共鳴器の共振のＱ値が減少す
るなどしても充分に余裕を有するものとなる。

また、振動器の低域再生特性は何ら共鳴器の容積の大小
によって左右されず、また、共鳴器の共鳴周波数は共鳴
放射部の等価質量だけで設定できるので、やはり共鳴器
の容積の大小は共鳴器自体の低域再生特性を支配する要
素ではなくなり、結果として、装置容積に全く無関係に
装置の低域再生特性を設定できるものとなり、もって小
形でかつ重低音再生が可能な音響装置も容易に実現でき
ることとなる。

更に、機械的あるいは電気的等価回路において示される
ように、振動器による共振系と共鳴器による共振系を、
より独立して（望ましくは完全に独立して）取り扱うこ
とが可能になるので、両者間の設計上の相互依存条件を
少なくする（望ましくは相互依存条件をなくす）ことに
より任意の帯域設計が容易にでき、かつ何らの支障も生
じない。

また、この発明の音響装置はオーディオ用スピーカシス
テム以外にも、電子楽器、電気楽器等の発音体あるいは
他の発音体として幅広く応用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の基本構成を説明する図
、第２図は、音圧の周波数特性図、第３図は、第１図（ａ）の電気的等価回路図、第４図は
、第３図の２３をゼロとしたときの等価回略図、第５図ないし第９図は、動電形スピーカのいくつかの例
を説明する図、第１０図は、電磁形スピーカの例を説明する側面図、第１１図は、圧電形スピーカの例を説明する断面図、第１２図は、静電形スピーカの例を説明する回路図、第１３図は、等価的に負性インピーダンスを生成する回
路の基本構成図、第１４図ないし第１９図は、等硬貨性抵抗を生成する回
路の回路図、第２０図は、等硬貨性キャパンタンスを生成する回路の
回路図、第２１図は、等硬貨性インダクタンスを生成する回路の
回路図、第２２図は、より具体的な実施例に係る音響装置の構成
図、第２３図は、第２２図の装置の等価的動作構成の説明図
、第２４図は、１個の振動器を用いて２ウエイ構成のスピ
ーカシステムを実現したときの回路図、第２５図は、第
２４図において等価的に形成される出力インピーダンス
を説明する図、第２６図は、低歪率の負性抵抗パワーア
ンプの回路図、第２７図は、２個の振動器により３ウエイ構成のスピー
カシステムを実現したときの構成図、第２８図は、第２
７図のスピーカシステムによる音圧の周波数特性を示す
図、第２９図は、従来のスピーカシステムに用いられるバフ
ルの断面図、第３０図は、密閉形スピーカシステムの電気的等価回路
図、第３１図は、バスレフ形スピーカのシステムの要部の構
成図、第３２図は、従来例による音圧の周波数特性を比較して
説明する図、第３３図は、バスレフ形スピーカシステムの電気的等価
回路図である。１０・・・ヘルムホルツ共鳴器、１１・・・開ロホート
、１２・・・ネック、２０・・・振動器、２１・・・振
動板、２２・・・変換器、３０・・振動器駆動装置、３
１・・駆動制御手段（負性インピーダンス発生部）、Ｚ
ｏ・・・出力インピーダンス、ＺＶ・・・内部インピー
ダンス（非モーショナルインピーダンス成分）。特許出願人　　ヤ　マ　ハ　株　式　会　社代理人弁理
士　　　長谷用　　芳　　樹コーン形ダイナミックスピ
ーカ第５図ドーム形ダイナミックスピーカ第６図リボン形ダイナミックスピーカ第７図全面駆動形ダイナミックヌピーカ第８図電磁形スピーカ第１０図圧電形ヌピーカ第１１図入力静電形スピーカ第１２図従来のス１第：（ｂ）二°−カシステム２９図ｌｌ密閉形の電気的等価回路第３０図第３２図（ａ　）　　　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ　）
バスレフ形ヌビーカシステム第３１図バスレフの電気的等価回路第３３図

Claims

【特許請求の範囲】

１．共鳴による音響を放射するための共鳴放射部を有す
る共鳴器と、音響を直接に放射するための直接放射部と、前記共鳴器
を駆動するための共鳴器駆動部とを含んで構成される振
動体を有し、前記共鳴器に配設される振動器と、この振動器に固有の内部インピーダンスを等価的に低減
あるいは無効化するように駆動状態を制御する駆動制御
手段を有し、前記振動器を駆動する振動器駆動手段と、を備えることを特徴とする音響装置。
２．前記共鳴器は、前記振動器が配設される第１開口部
と、前記共鳴放射部をなす第２開口部とを有するキャビ
ネットで構成され、前記振動器の振動体は、前記キャビネットの外面側部分
で前記直接放射部を構成し、前記キャビネットの内面側
部分で前記共鳴器駆動部を構成することを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の音響装置。
３．前記共鳴器の共振周波数が、前記振動器を前記共鳴
器に単に配設した状態での当該振動器の共振周波数と異
なっていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の音響装置。
４．前記共鳴器の共振周波数が、前記振動器を前記共鳴
器に単に配設した状態での当該振動器の共振周波数に比
べて低いことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
音響装置。
５．前記共鳴器は前記第２開口部を開口ポートとするヘ
ルムホルツ共鳴器であることを特徴とする特許請求の範
囲第２項記載の音響装置。
６．前記開口ポートは筒状のネックを有することを特徴
とする特許請求の範囲第５項記載の音響装置。
７．前記振動器は動電形電気音響変換器であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の音響装置。
８．前記振動器は電磁形電気音響変換器であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の音響装置。
９．前記振動器は静電形電気音響変換器であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の音響装置。
１０．前記振動器は圧電形電気音響変換器であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の音響装置。
１１．前記駆動制御手段が、前記振動器駆動手段の出力
インピーダンス中に等価的に負性インピーダンス成分を
発生する負性インピーダンス発生手段であることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の音響装置。
１２．前記負性インピーダンス発生手段が、前記振動器
の駆動電流に対応する信号を前記振動器駆動手段の入力
側に正帰還して等価的に負性インピーダンス成分を発生
するよう構成されていることを特徴とする特許請求の範
囲第１１項記載の音響装置。
１３．前記負性インピーダンス発生手段が、出力インピ
ーダンス中に等価的に負性抵抗成分を発生するよう構成
されていることを特徴とする特許請求の範囲第１２項記
載の音響装置。