JPH09130886A - スピーカ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高音域での音圧レベルの低下を招いたり、周
波数特性上のピークのレベルが高いための再生音質の問
題を有することのない、優れた音質を持つスピーカ装置
を得ること。 【解決手段】 スピーカユニット１と、スピーカユニッ
ト１の音響放射面に取り付けられた音響管２とを具備す
る。音響管の断面積を表す関数は、音響放射面から音響
管の中央付近までは単調減少、中央付近で極小、中央付
近から音響管の開口までは単調増加となり、その導関数
は不連続点を持たず、極小値は、スピーカユニット１の
音響放射面の面積の０．１５倍〜０．３５倍の範囲内と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、音波を導くための
音響管を、スピーカユニットの音響放射面に配置したス
ピーカ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スピーカユニットの音響放射面（通常は
振動板の前面部）に音響管を配置し、発生した音波を音
響管の開口まで導く方式のスピーカ装置が知られてい
る。近年、このようなスピーカ装置が様々な音響機器に
採り入れられており、特にテレビジョン受像機に内蔵さ
れることが多くなっている。

【０００３】音響管には、共振が発生する周波数が複数
個存在し、その周波数は音響管の形状（主として音響管
の長さ）によって決まる。共振周波数では、音響管の内
部に定在波が生じて音波が強められ、再生音圧が特に高
くなる。そのため、この方式のスピーカ装置において
は、再生周波数特性上にピーク・ディップが現れ、音質
が不自然になる問題があった。そこで、近年、この共振
を低減して自然な音質を得るための、様々な方式のスピ
ーカ装置が提案されている。以下、それらの方式につい
て説明する。

【０００４】まず、第１の従来の方式として、例えば、
特開昭６３−３１３９９８号公報に開示されたスピーカ
装置が挙げられる。図９はこのスピーカ装置の構造を示
す断面図である。同図において、スピーカユニット１か
ら放射された音波は、音響管２ｂを通じて開口部まで導
かれる。この音波の一部は開口部で反射し、スピーカユ
ニット１の振動板面に戻ろうとする。この反射波の一部
を、音響管２ｂの内部に配置された吸音材７ａによって
吸収することで、音響管内部に強い定在波が発生するこ
とを抑制する。これにより音響管２ｂの共振が低減し、
音質が改善される。

【０００５】第２の従来の方式としては、例えば特開平
５−１６８０８１号公報に開示されたスピーカ装置が挙
げられる。図１０はこのスピーカ装置の一例を示す断面
図である。スピーカユニット１の音響放射面には、音響
管２ｃが取り付けられ、その断面積は、音響管の両開口
部に向かって徐々に拡大するように構成されている。図
１１は、このスピーカ装置の再生音圧レベル周波数特性
を示す図である。

【０００６】図１１のように周波数特性上に発生するピ
ークは、音響管内の適当な場所に、ピークの周波数と同
じ共振周波数をもつヘルムホルツの共鳴器を接続するこ
とによっても除去が可能である。

【０００７】一般に、ヘルムホルツの共鳴器は空洞と短
管から構成され、その共振周波数ｆは、空洞の容積を
Ｗ、短管の断面積をＳ、開口端補正された短管の長さを
Ｌ、音速をｃとして、（数２）のように表される。

【０００８】

【数２】

【０００９】ここで、共振周波数ｆを高くするために
は、Ｓを大きく、ＬおよびＷを小さくする必要がある。
しかし、おおむね２ｋＨｚ以上に共振周波数を設定した
場合、空洞の容積Ｗに対して短管の断面積Ｓが大きくな
るために、集中定数系の音響回路とは見なせず、共鳴器
としての正常な動作は期待できない。

【００１０】従って、図１１において、周波数があまり
高くない第１番目のピークに対しては、ヘルムホルツの
共鳴器を構成し、除去することが比較的容易であるが、
周波数の高い第２番目以降のピークを共鳴器で除去する
ことは困難である。このため、図１０のようなスピーカ
装置では、音響管の形状を適切に選ぶことによって、第
２番目以降のピークレベルを小さく抑えておく必要があ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のスピーカ装置には次の様な課題があった。

【００１２】吸音材は一般に、周波数が高くなるほど吸
音率が高まる性質がある。そのため図９のスピーカ装置
では、高音域での音圧レベルの低下を招く問題があっ
た。さらに、吸音材の材料費や、吸音材を挿入するため
の工数がかかるという問題もあった。

【００１３】また、図１０のスピーカ装置では、第３番
目、第５番目、・・・、等の奇数番目のピークのレベル
が高いことから、再生音質に問題を有している（なお、
第１番目のピークについては、ヘルムホルツの共鳴器を
用いれば除去できる）。

【００１４】本発明は、上記の問題点を解消し、高音域
での音圧レベルの低下を招くことなく、ピーク・ディッ
プの少ない、優れた音質を持つスピーカ装置を得ること
を目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１記載の発
明は、スピーカユニットと、スピーカユニットの音響放
射面に取り付けられた音響管とを具備し、音響管内の音
波の進行方向に垂直な、音響管の断面の面積を、音波の
進行方向に沿う位置の関数として表したとき、この関数
は、音響放射面から音響管の中央付近までは単調減少、
中央付近で極小、中央付近から音響管の開口までは単調
増加となり、関数の導関数は不連続点を持たず、関数の
極小値は、スピーカユニットの音響放射面の面積の０．
１５倍から０．３５倍の範囲内にあることを特徴とする
ものである。

【００１６】本願の請求項２記載の発明は、音響管内で
の音波の進行方向に垂直な、音響管の断面の面積をＳ、
音波の進行方向に沿う位置をｘとしたとき、関数Ｓ
（ｘ）が、（数３）で表されることを特徴とするもので
ある。

【００１７】

【数３】

【００１８】本願の請求項３記載の発明は、ｘ軸、ｙ
軸、ｚ軸からなる直交座標系において、音響管内での音
波の進行方向をｘ軸としたとき、音響管のｘ軸に垂直な
断面の形状は長方形であり、かつ、長方形の各辺は、ｙ
軸またはｚ軸のいずれかに平行であって、ｙ軸に平行な
辺の長さをＹ（ｘ）、ｚ軸に平行な辺の長さをＺ（ｘ）
としたとき、音響放射面から音響管の中央付近までは、
Ｚ（ｘ）は一定の値であり、音響管の中央付近から音響
管の開口までは、Ｙ（ｘ）は一定の値であることを特徴
とするものである。

【００１９】本願の請求項４記載の発明は、音響管がｘ
−ｙ平面に関して対称に形成されていることを特徴とす
るものである。

【００２０】本願の請求項５記載の発明は、音響管がｘ
−ｙ平面に関して対称に形成され、かつ、音響管内部の
ｘ−ｙ平面上に、管壁をつなぐ補強リブが形成されるこ
とを特徴とするものである。

【００２１】本願の請求項６記載の発明は、音響放射面
から音響管の中央付近までの壁面に、一つまたは複数個
の孔を設け、この孔にヘルムホルツ型共鳴器を取り付け
たことを特徴とするものである。

【００２２】本願の請求項７記載の発明は、音響管の中
央付近から音響管の開口までの音響管の壁面の一部を吸
音材で構成したことを特徴とするものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】音響管の一部で管の断面積、また
はその変化率が急激に変わると、その箇所でインピーダ
ンスの不整合を生じる。その場合には、反射波が発生
し、結果的に周波数特性を乱すことになる。従って、ピ
ーク・ディップの少ない特性を得るためには、音響管の
断面積を表す関数の導関数に、不連続点のないことが必
要である。図１０のスピーカ装置において、奇数番目の
ピークのレベルが高いのは、音響管の断面積変化率が、
管の中央部を境に負の値から正の値に急変しているため
である。

【００２４】また、特性上のピーク値は、振動板の面積
と音響管の断面積の最小値の比（絞り比）にも関係があ
り、絞り比が大きい程ピークのレベルは小さくなる。図
１２、図２、図１３は、一定の長さ（約１６ｃｍ）の音
響管で絞り比を変えた場合の周波数特性を比較したもの
である。絞り比が大きくなるに従い、第２番目以降のピ
ークのレベルが小さくなり、平坦な周波数特性が得られ
ることが分かる。

【００２５】しかし、図１３のように絞り比が極端に大
きい場合は、ホーンのカットオフ周波数が高くなるた
め、カットオフ周波数と音響管の第１の共振のピークと
の間の帯域に広いディップが生じる。

【００２６】即ち、絞り比は大きすぎても小さすぎても
特性に悪影響を及ぼし、絞り比が特定の範囲にある場合
のみ良好な特性が得られる。しかし、この点に関しては
特開平５−１６８０８１号公報にも言及されておらず、
これまで明確にされていなかった。本発明はこの点に関
して種々の検討を行い、絞り比の逆数が、０．１５〜
０．３５の範囲内にあれば良好な周波数特性が得られる
ことを提案するものである。

【００２７】以下に、本発明をその実施形態を示す図面
に基づいて説明する。まず、本発明の第１の実施形態の
スピーカ装置について、図１および図２を参照しながら
説明する。図１は、第１の実施形態のスピーカ装置の断
面図であり、１はスピーカユニット、２は音響管であ
る。

【００２８】図１のように座標軸をとった場合の、音響
管の断面積Ｓ（ｘ）は（数４）によって表される。この
関数およびその導関数には不連続点がなく、断面積はな
めらかに変化する。Ｓ（ｘ）は、音響管の中央（ｘ＝
０）において極小値を取り、この極小値は、スピーカユ
ニットの音響放射面の面積の０．２倍（すなわちこの逆
数で定義される絞り比は５倍）となっている。

【００２９】

【数４】

【００３０】図２は、本実施形態のスピーカ装置の（再
生音圧レベル）周波数特性を示す図である。作用の項で
述べた通り、断面積を表す関数と絞り比を適切に選ぶこ
とにより、従来例のスピーカ装置の周波数特性（図１
１）と比較して、２番目以降のピークのレベルが低減
し、良好な周波数特性が得られているのがわかる。

【００３１】なお、上記したＳ（ｘ）の極小値は、本実
施形態のようにスピーカユニットの音響放射面の面積の
０．２倍のみならず、０．１５〜０．３５の範囲内にあ
れば同様に良好な周波数特性が得られる。

【００３２】また、本実施形態では、音響管の断面積が
（数４）で表される場合について述べたが、これと同等
で類似する形状についても、若干劣るものの比較的良好
な周波数特性が得られる。

【００３３】次に、本発明の第２の実施形態のスピーカ
装置について、図３および図４を参照しながら説明す
る。図３は、本実施形態のスピーカ装置の斜視図であ
り、１はスピーカユニット、２ａは音響管である。

【００３４】音響管２ａのｚ軸方向での断面形状は、点
線で示すように長方形となる形状である。同図のように
座標軸をとり、ｙ軸に平行な辺の長さをＹ（ｘ）、ｚ軸
に平行な辺の長さをＺ（ｘ）としたとき、スピーカユニ
ット１（音響放射面）から音響管の中央付近まではＺ
（ｘ）は一定値であり、また、音響管の中央付近から開
口までは、Ｙ（ｘ）が一定値となっている。さらに、断
面積は第１の実施形態と同じく（数４）で表されるもの
とする。この第２の実施形態の形状をしたスピーカ装置
の周波数特性は、基本的に第１の実施形態と同じにな
る。

【００３５】なお、本実施形態においては、音響管の、
ｘ軸方向に垂直な断面の長方形の各辺は、ｙ軸とｚ軸の
両方に平行であるが、少なくともｙ軸とｚ軸の一方に平
行で、音響管の形状がｘ−ｙ平面に関して対称に形成さ
れていれば、同様の効果が得られる。

【００３６】音響管開口の形状は、ｚ軸方向が長い細長
の長方形となるが、このような形状は、テレビやコンピ
ュータディスプレイの内蔵スピーカシステムとして最適
である。図４は、本実施形態のスピーカ装置をブラウン
管８の両サイドに取り付けた場合を示す斜視図である。
これにより、ブラウン管と同じ面内にスピーカユニット
を取り付けた場合に比べ、全体として、テレビユニット
の横幅を狭くすることが可能となる。

【００３７】次に、本発明の第３の実施形態のスピーカ
装置について、図５を参照しながら説明する。図５は、
第３の実施形態のスピーカ装置の斜視図であり、１はス
ピーカユニット、２ａは音響管である。これらは第２の
実施形態と同一のものであるが、特に音響管２ａはｘ−
ｙ平面に関して対称な形状を成している。３は、音響管
２ａの管壁をつなぐ補強リブであり、ｘ−ｙ平面上に形
成されている。

【００３８】比較的軟らかい材料で音響管を構成する
と、特定の周波数で管壁が機械的共振を起こし、それに
よって周波数特性が乱れることがある。これを防止する
には、音響管を補強するリブを設ける必要がある。しか
し、音響管の対称性を乱すような位置に、不用意に補強
リブを取り付けた場合には、管内の音圧分布が変化し、
これによっても周波数特性が乱れることがある。

【００３９】このような不都合を解消するために、本実
施形態では、補強リブ３を音響管内の対称面に取り付け
ており、こうすることにより、鏡像原理によって管内の
音圧分布は変化しないため、周波数特性も全く変化しな
い。従って、周波数特性を乱すことなく、音響管を補強
することが可能となる。

【００４０】次に、本発明の第４の実施形態のスピーカ
装置について、図６および図７を参照しながら説明す
る。図６は、第４の実施形態のスピーカ装置の斜視図で
あり、１はスピーカユニット、２ａは音響管である。こ
れらは第２の実施形態と同一のものであるので、説明を
省略する。

【００４１】空洞４、短管（孔）５、空洞４の内部に詰
められた吸音材６は、これら全体でヘルムホルツの共鳴
器を構成している。共鳴器は、その共振周波数が音響管
の第１の共振のピークの周波数と一致するように、空洞
の体積や、短管の断面積と長さが調整されている。

【００４２】図７は、本実施形態のスピーカ装置の周波
数特性を示す図である。共鳴器を含めてスピーカ装置を
構成することにより、音響管の第１の共振のピークが除
去され、広い帯域で平坦な周波数特性が実現されている
のがわかる。

【００４３】なお、本実施形態ではヘルムホルツの共鳴
器の数が１つの場合について説明したが、短管（孔）を
複数個設けて各孔に共鳴器を設けるてもよく、共鳴器の
数は複数個であっても良い。

【００４４】最後に、本発明の第５の実施形態のスピー
カ装置について、図８を参照しながら説明する。図８
は、第５の実施形態のスピーカ装置の斜視図であり、１
はスピーカユニット、２ａは音響管である。また、空洞
４、短管５、吸音材６は、第４の実施形態と同様にこれ
ら全体でヘルムホルツの共鳴器を構成している。これら
は第４の実施形態と同一のものであるので、説明を省略
する。図８に示すように、吸音材７は、音響管の中央付
近から開口までの壁面の一部を構成しており、中高域に
発生する僅かなピークを除去するために設けられてい
る。

【００４５】図９に示した従来のスピーカ装置は、音響
管の第１の共振のピークも吸音材によって除去する方式
を採っている。しかし、吸音材は周波数が低くなるに従
って吸音率が低下するため、この方式では多量の吸音材
が必要である。実際には、第１のピークが充分除去され
ないことと、高音域での音圧レベルの低下を招くという
問題があった。

【００４６】本実施形態のスピーカ装置では、第１のピ
ークを共鳴器で除去することと、管の断面積を（数４）
のように設定することにより、第２以降のピークのレベ
ルが既に小さいため、吸音材の量が少なくて済み、高音
域での音圧レベルの低下も少ない。かつ、第４の実施形
態のスピーカ装置に比べると、一層平坦な周波数特性を
得ることができる。

【００４７】

【発明の効果】以上のように、本発明のスピーカ装置
は、音響管の断面積を表す関数、およびその導関数に不
連続点がなく、絞り比の逆数を０．１５〜０．３５の範
囲内に設定することによって、中高域特性のピーク・デ
ィップのレベルが小さく抑えられ、平坦な周波数特性が
得られるため再生音質の優れたスピーカ装置を提供でき
る。

【００４８】また、音響管開口の形状は、ｚ軸方向が長
い細長の長方形となるため、テレビやコンピュータディ
スプレイの内蔵スピーカシステムとして適したものとな
る。すなわち、本発明はブラウン管と同じ面内にスピー
カユニットを取り付けた場合に比べ、全体として、テレ
ビユニットの横幅を狭くすることが可能となる。

【００４９】さらに本発明は、補強リブを音響管内の対
称面に取り付けることにより、鏡像原理によって管内の
音圧分布は変化しないため、周波数特性を乱すことな
く、音響管を補強することが可能となる。

【００５０】また共鳴器を含めてスピーカ装置を構成す
ることにより、音響管の第１の共振のピークが除去さ
れ、広い帯域で平坦な周波数特性が実現できる。

【００５１】さらに、第１のピークを共鳴器で除去する
ことと、管の断面積を（数４）のように設定することに
より、吸音材の量が少なくて済み、高音域での音圧レベ
ルの低下も少なくなり、一層平坦な周波数特性を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態におけるスピーカ装置
の構成を示す断面図

【図２】本発明の第１の実施形態におけるスピーカ装置
の再生音圧レベル周波数特性を示す図

【図３】本発明の第２の実施形態におけるスピーカ装置
の構成を示す斜視図

【図４】本発明の第２の実施形態におけるスピーカ装置
の他の構成を示す斜視図

【図５】本発明の第３の実施形態におけるスピーカ装置
の構成を示す斜視図

【図６】本発明の第４の実施形態におけるスピーカ装置
の構成を示す斜視図

【図７】本発明の第４の実施形態におけるスピーカ装置
の再生音圧レベル周波数特性を示す図

【図８】本発明の第５の実施形態におけるスピーカ装置
の構成を示す斜視図

【図９】第１の従来例のスピーカ装置の構成を示す断面
図

【図１０】第２の従来例のスピーカ装置の構成を示す断
面図

【図１１】第２の従来例のスピーカ装置の再生音圧レベ
ル周波数特性を示す図

【図１２】スピーカ装置の再生音圧レベル周波数特性を
示す図

【図１３】スピーカ装置の再生音圧レベル周波数特性を
示す図

【符号の説明】

１ スピーカユニット ２、２ａ〜２ｃ 音響管 ３ 補強リブ ４ 空洞 ５ 短管 ６ 吸音材 ７、７ａ 吸音材 ８ ブラウン管

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スピーカユニットと、前記スピーカユニッ
   トの音響放射面に取り付けられた音響管とを具備し、 前記音響管内の音波の進行方向に垂直な、前記音響管の
   断面の面積を、前記音波の進行方向に沿う位置の関数と
   して表したとき、前記関数は、前記音響放射面から前記
   音響管の中央付近までは単調減少で中央付近で極小とな
   り、かつ前記中央付近から前記音響管の開口までは単調
   増加となる関数であり、 前記関数の導関数は不連続点を持たず、 前記関数の極小値は、前記スピーカユニットの音響放射
   面の面積の０．１５倍から０．３５倍の範囲内にあるこ
   とを特徴とするスピーカ装置。
2. 【請求項２】前記音響管内での、前記音波の進行方向に
   垂直な、前記音響管の断面の面積をＳ、前記音波の進行
   方向に沿う位置をｘとしたとき、関数Ｓ（ｘ）は、（数
   １）で表されることを特徴とする請求項１に記載のスピ
   ーカ装置。 【数１】
3. 【請求項３】ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸からなる直交座標系にお
   いて、前記音響管内での前記音波の進行方向をｘ軸とし
   たとき、 前記音響管の、ｘ軸に垂直な断面の形状は長方形であ
   り、かつ、前記長方形の各辺は、ｙ軸とｚ軸の少なくと
   も一方に平行であって、ｙ軸に平行な辺の長さをＹ
   （ｘ）、ｚ軸に平行な辺の長さをＺ（ｘ）としたとき、 前記音響放射面から前記音響管の中央付近までは、Ｚ
   （ｘ）は一定の値であり、 前記音響管の中央付近から前記音響管の開口までは、Ｙ
   （ｘ）は一定の値であることを特徴とする請求項１また
   は２に記載のスピーカ装置。
4. 【請求項４】前記音響管は、ｘ−ｙ平面に関して対称に
   形成されていることを特徴とする請求項３に記載のスピ
   ーカ装置。
5. 【請求項５】前記音響管は、ｘ−ｙ平面に関して対称に
   形成され、かつ、前記音響管内部の前記ｘ−ｙ平面上
   に、管壁をつなぐ補強リブが形成されていることを特徴
   とする請求項３に記載のスピーカ装置。
6. 【請求項６】前記音響放射面から前記音響管の中央付近
   までの壁面に、一つまたは複数個の孔を設け、前記各孔
   にヘルムホルツ型共鳴器を取り付けたことを特徴とする
   請求項３乃至請求項５のいずれかに記載のスピーカ装
   置。
7. 【請求項７】前記音響管の中央付近から前記音響管の開
   口まで、前記音響管の壁面の一部を吸音材で構成したこ
   とを特徴とする請求項６に記載のスピーカ装置。