JPH08307984A - 連動位相反転型および渦巻き駆動型スピーカー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スピーカー前方の音が出ると同時に、後方の
音をスピーカー前方へ同時、同相の音となるように位相
反転して輻射することで、正確な低音増強を可能とする
ことと、密閉型キャビネットの低音を出にくくする弊害
を取り除くことを可能とする。 【構成】キャビネット４上部に柔軟接着剤７で連動振動
板１，２，３，６を保持し、スピーカー５前方の音に対
し、背後の音は受動振動板１に連動する輻射振動板２の
前方で位相をずらさずに位相反転された音を輻射する。
密閉型キャビネットでのスピーカー背後に、比対向面の
通気口を形成した渦巻き室を装備し、その後部に連動振
動板を保持することで、スピーカー背後の空気駆動に対
し、空気バネとしての反作用を対向しにくくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業場の利用分野】本発明は、連動振動板による位相
反転機構および渦巻き装置によって、特に低音増強が小
型スピーカーシステムでも可能であり、多様なスピーカ
ーシステムとして利用できる。

【０００２】

【従来の技術】能動的な手段ではなく、受動的な音響効
果によって小型で低音増強ができるスピーカーシステム
として、主に共振用の開口部や振動板、音響管などを備
えた位相反転型キャビネットによるスピーカーシステム
がある。また、渦巻き駆動型スピーカーにおいては、本
出願人による平成２年特許願第２−１８１３６１号の余
波気流転換スピーカーを発展させたものであり、スピー
カー背面の空気振動を気流に転換するためのラウンド面
とプレートを組み合わせたポートを備えるものであっ
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の位相反転型キャ
ビネットは、スピーカー前方の音に対し後方の音が半周
期遅れた状態で前方の音と重なり低音増強となる。しか
し、音波の始まりではスピーカー前方の振幅のみ、そし
て終わりでは後方の振幅のみの状態を伴う。重なる部分
では振幅を増し、基の音波の振幅変位に比例しないた
め、本来の音の波形に対し正確な低音増強が求めにくい
ものである。そこで、スピーカー前方の音に対し、後方
の音を同時に前方へ位相反転する機能を求めることと、
後方の音が前方に干渉しない長所を活かせる密閉型キャ
ビネットでの、低音をでにくくする弊害を取り除く機能
を求めることを課題とした。

【０００４】

【課題を解決するための手段】スピーカー振動板が振動
する前方と後方では、空気に与える圧力が同時に正と負
の関係となって逆相の音であるので、後方の圧力をほぼ
同時に前方へ反転した圧力を作動させる位相反転機構を
考えたものである。その構造は、図１、図２および図３
に示すようにスピーカーの音圧を受けて振動する受動振
動板１と、それに連結してキャビネット外側に片面を露
出する輻射振動板２からなる連動振動板を備えたもので
ある。連動振動板は、その周囲がキャビネット内面に接
触しないようにわずかな間隙を維持してアーム状の支持
板８で保持して振動させるか、連動振動板の端部を支持
して振動させる。支持部は、適度な柔軟材料か柔軟接着
剤７で結合し、連動振動板は、発砲樹脂、木材、紙、金
属などの人工材料や天然材量を用いて軽量で適度な剛性
と内部損失を確保するように形成する。

【０００５】密閉型キャビネット内部の空気は、弾性制
御域でスピーカー振動板の動きを基へ戻そうとするバネ
としての反作用が、スピーカー振動板の振幅を押さえよ
うとする。一般に、スピーカー振動板質量を増すことに
よって慣性制御域の周波数を低くする手法を用いるが、
スピーカーへの電気入力に対する音響出力の低下を伴
う。そこで、スピーカー振動板背面に、その反作用が対
抗しにくいスピーカー後方の空気駆動を考えた結果、ス
ピーカー振動板の動きに伴う空気往復の道筋を回転経路
で駆動させるものである。そのような作用は圧力が抜け
る部分や流速の生じる部分の形状によって反応すること
を利用した。その構造は、原特許願第２−１８１３６１
号のラウンド面とプレートの組み合わせの構成による渦
巻き室に加えて、図４および図５に示すようにスピーカ
ー背後の枠に凸部のある曲面１０、プレート９、ガイド
軸１１などで非対抗面の通気口１３を形成する。通気口
の開口面積をスピーカー振動板面積の１１〜１４％位ま
で小さくすることによって非対抗面に反応する流速を求
める。通気口の流速を低下させず流通抵抗を小さくする
ように考えた結果、渦巻き室後部に受動振動板１ａを設
け、それに連動する輻射振動板２ａを通気口外部に近接
して保持する。

【０００６】

【作用】連動位相反転型スピーカーの作用は、キャビネ
ット内部にスピーカーの音が広がる過程において、ま
ず、受動振動板１が音圧を受け、同時に、その背面にも
音圧が生じると共に、輻射振動板２が連動して、その内
面と外面に音圧が生じる。その結果、受動振動板１の受
ける音圧は、その背面と輻射振動板２の内面および外面
の３面部に分散する。スピーカー５と受動振動板１間の
音圧が、輻射振動板２外面の音響負荷として消費され、
キャビネット４内への音圧が減少されると共に、空気バ
ネとしての反作用も減少して最低共振周波数を下げられ
る。スピーカーと受動振動板を近接することによって、
スピーカー５の振動板と受動振動板１の振動の同時性を
高める。受動振動板が受ける音圧によって連動する輻射
振動板２の内面に、その音圧と同相、外面に逆相の音を
発生できる。弾性変形しにくい固体材料による機構動作
によって同時動作性が高く、機構部の長さ、大きさ、形
状、構造などの自由度が広い。

【０００７】渦巻き駆動型スピーカーの作用は、曲面１
０に対し間隙をもってプレート９が垂直に対向して非対
向面の通気口１３を形成し、スピーカー背後の音圧が通
気口１３を介してキャビネット４内の空気を往復駆動す
る。通気口１３を往復流通する気流経路は、図５に示す
ようにプレート９をへだてる双方の空間で交互に圧力が
作用し、気流が集中する方向は通気口回りの圧力を受け
る面角度の中間方向となって対向しないものであり、プ
レート９をへだてる両側の曲面上に集中した往復気流が
吹き出るとき、曲面１０に気流が回り込むことによっ
て、気流の直進性を曲げられる。このように、片寄った
方向へ吹き出る気流に対し、それを押し返そうとする反
作用の圧力が対向しないものであり、通気口で空気の往
復流通が交差して気流が迂回する経路Ｃを伴う。スピー
カー振動板の動きに対し、キャビネット内部の空気バネ
としての反作用を大きく受ける振動周期中の時期は、基
準の空気密度が変位を増す過程中であり、この時はスピ
ーカー振動板速度が最も早い時期を過ぎて速度０に近づ
く時期、または最大振幅に近づく時期である。この時、
曲面上１０の流速保有力が大きいことで反作用に対し、
吹き出る気流の片寄りを維持し安い。そこで、渦巻き室
の内周面を滑らかに形成し、通気口の流速を渦巻き室内
の空気回転力Ｄとして維持しやすくする。気流が吹き出
る双方で、ガイド軸１１に気流が接し、それを軸として
回りに渦巻きが保持されることで流通気流の直進性を曲
げ安くする。また、曲面に小さな凸部１２を設け、往復
流通が短い区間でも直進性を曲げて対向しにくいように
する。なお、流通の迂回経路Ｃとガイドポールを軸とす
る渦巻の回転力が、プレート面から曲面への流速保有力
となり、プレート断面部での流通反転角度を小さくで
き、風切り音の原因となる小さな渦が生じにくい。スピ
ーカーが渦巻き室後部の受動振動板１ａを振動させ、そ
れに連動する輻射振動板２ａが通気口外部に近接して支
持することで、渦巻き室内の音圧が通気口外部に転移し
て同時位相反転されるため、通気口１３の双方で圧力差
を増して流通速度を速められることで渦巻き室１４の空
気体積往復量を高められる。

【０００８】

【実施例】実施例１ 実施例１は、簡単な構造で小型化しやすい連動位相反転
型スピーカーの実施例であり、図１と図６に基づいて説
明する。図１は連動振動板を装備したスピーカーシステ
ムを示す斜視図であり、受動振動板１の下部と連結板３
を固着し、その前方に輻射振動板２及び補強材６を固着
して連動振動板を形成する。連動振動板の周囲とキャビ
ネット４が接触しない最小の間隙を維持した状態で受動
振動板の上端部を柔軟接着剤７によって支持し、スイン
グモーションで振動させる。連動振動板の材質は、適当
な一例として主に発砲スチーロールを用いて表面に和紙
をエマルジョン系接着剤によって張り、軽量で曲げ剛性
を大きくするようにした。柔軟接着剤は、ホットボンド
を用いたがゴム系ボンドでもよい。スピーカー５と受動
振動板１の間をできるだけ狭くして受動振動板１の振幅
効率を高めるようにした。受動振動板１の曲げ剛性を適
度に小さくするか、柔軟接着剤７の部分の弾性率を大き
くすることによって、高い周波数の振動を輻射振動板２
に伝えにくくして周波数特性をコントロールできる。輻
射振動板２をスピーカー５の振動板位置より前方へ出す
ことで、位相合わせの補正が可能である。そして、受動
振動板１と輻射振動板２の振幅体積比を試聴による判断
から１：１程度とし、面積比では、この場合１７：７程
度となる。図６は、図１の連動振動板を装備したキャビ
ネットと、連動振動板を装備しない密閉型キャビネット
の状態での低域の周波数特性とインピーダンス特性の変
化の傾向を示すものであり、口径１２ｃｍのスピーカー
と内容積１０ｌのキャビネットを使用した実験に基づく
ものであり、同じスピーカーと同じ寸法比のキャビネッ
トを使用した。その結果、最低共振周波数を３０％程度
下げられ、１００Ｈｚ付近で３ｄＢ程度の音圧上昇を求
められる。

【０００９】実施例２ 実施例２の連動位相反転型スピーカーを図２に基づいて
説明する。平行動作する板状の支持アーム８および柔軟
接着剤７によって連動振動板を支持し、ピストンモーシ
ョンとする。この場合、受動振動板１と輻射振動板２の
振幅は等しいので振幅体積比を１：１としたとき面積比
も１：１となり、実施例１の場合より輻射振動板面積を
広くしやすい。

【００１０】実施例３ 実施例３の連動位相反転型スピーカーを図３に基づいて
説明する。スピーカー取り付け板ごと輻射振動板２とし
た構造であり、その上端部を柔軟接着剤７で結合し、受
動振動板１の下部を柔軟接着剤７で結合する。連結板３
の結合位置を上下間の中間より下へ柔軟接着剤によって
結合することで位相反転動作となる。連結板は、適度な
弾性および内部損失をもった構造もしくは材質にするこ
とによっても周波数特性をコントロールできる。受動振
動板１や輻射振動板２は、天然木材を用いて、その音色
効果を求められる。

【００１１】実施例４ 実施例４は、渦巻き駆動型スピーカーの実施例であり、
図４，図５，図７に基づいて説明する。図４は、渦巻き
装置を装備したスピーカーシステムの斜視図である。渦
巻き室を構成する部品材質は適当な一例であり、アルミ
板のプレート９，エンビパイプにその直径の５％程度の
凸部１２を付けた曲面１０，プレートと曲面を固着する
ように加工したエンビ製の枠１５，発砲スチーロール製
の受動振動板１ａと輻射振動板２ａ，紙製の連結リング
１６，厚み０．２ｍｍのアルミ板バネの支持アーム１
７、アルミパイプのガイド軸１１などによって構成す
る。枠１５と輻射振動板２ａ及び連結リング１６が接触
せず最小の間隙を維持する状態で支持アーム１７の両端
部を接着する。そのさい輻射振動板と曲面上部でも振幅
に必要な間隙をとる。図６によって通気口の設定を示す
と、出入気流を想定した９０°の交差する直線Ａおよび
Ｂが曲面に接する状態において、交点を通気口の中間と
し、ガイド軸も直線ＡおよびＢに接し、ガイド軸の中心
線Ｆはプレート９端部に接する位置とする。通気口１３
の縦長方向の長さはスピーカー振動板（コーン）の深さ
程度とし、スピーカー振動板と通気口との平均間隔をな
るべく広げないようにし、スピーカー周囲の通気口配置
間隔は６ｃｍ〜９ｃｍとした。これは渦巻き室内の共振
を発生しにくいように考慮したものである。通気口開口
面積はスピーカー振動板面積の１１〜１４％程度とし
た。そして、プレートと曲面の間隙を曲面直径の３０〜
３５％程度とし、ガイド軸直径は間隙の３０〜４０％程
度、また受動振動板、輻射振動板の面積比は１：１程度
とした。図７は、図４の渦巻き装置を装備したキャビネ
ットと渦巻き装置を装備しない密閉型キャビネットの状
態の低域の周波数特性とインピーダンス特性の変化の傾
向を示すものであり、スピーカー口径１２ｃｍ、内容積
１０ｌのキャビネットを使用した実験に基づくものであ
り、同じスピーカーと同じ寸法比のキャビネットを使用
した。その結果、最低共振周波数以下での音圧を低下さ
せずに最低共振周波数を５Ｈｚ程度低くできる。なお、
低音のみ再生するスピーカーでは通気口の数を減らすこ
とで、最高２０％程度まで最低共振周波数を低くでき最
低再生周波数を低くできる。

【００１２】

【発明の効果】連動位相反転型スピーカーでは、スピー
カー前方の音に対し後方の音を半周期遅らせなくても連
動振動板で位相反転してキャビネット外部へ低音を輻射
し、低音増強ができる。

【００１３】渦巻き駆動型スピーカーでは、非対向面の
通気口と連動振動板を備える渦巻き装置によって、スピ
ーカー振動板の動きに対する、密閉キャビネット内の空
気バネとしての反作用が影響しにくくでき、低音増強が
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のキャビネット内部の連動振動板機構
を示す斜視図である。

【図２】実施例２のキャビネット内部の連動振動板機構
を示す斜視図である。

【図３】実施例３のキャビネット内部の連動振動板機構
を示す斜視図である。

【図４】実施例４のキャビネット内部の渦巻き装置を示
す斜視図である。

【図５】実施例４の渦巻き装置を示す背面一部断面図で
ある。

【図６】実施例１と連動振動板を装備しない密閉型スピ
ーカーシステムとの特性変化を示す図である。

【図７】実施例４と渦巻き装置を装備しない密閉型スピ
ーカーシステムとの特性変化を示す図である。

【符号の説明】

１，１ａ 受動振動板 ２，２ａ 輻射振動板 １２ プレート １３ 曲面 １４ ガイド軸 １５ 凸部 １６ 通気口

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受動振動板と輻射振動板が形成される連
   動振動板の機構動作によって位相反転する連動位相反転
   型スピーカー。
2. 【請求項２】 曲面や凸部のある面とプレートおよびガ
   イド軸を用いて比対向面の通気口を形成した渦巻き駆動
   型スピーカー。
3. 【請求項３】 第２項記載の通気口をスピーカー背後の
   枠に形成したことによる渦巻き室に第１項記載の連動振
   動板を装備した渦巻き駆動型スピーカー。