JPH11220787A

JPH11220787A - スピーカシステム

Info

Publication number: JPH11220787A
Application number: JP5877598A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Takenaka; 正明竹中
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-02-03
Filing date: 1998-02-03
Publication date: 1999-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】広範囲の音域で有効であるとともに、吸音設
計が容易な吸音材料を用いた音質の優れたスピーカシス
テムを提供する。【解決手段】段ボールの積層体などを斜めに切断して
作った、長さ分布を有する空気柱の集積体をスピーカシ
ステムの吸音材料１として用いる。上記吸音材料は空気
柱の共鳴を利用したものであり、長さ分布の設定により
広い音域の中の任意の周波数帯域の吸音が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、キャビネット内部に
特定の吸音材料を設置したスピーカシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】スピーカシステムにおいて、定在波防
止あるいは箱鳴り防止や低音域特性の改善などによる音
質向上を目的として、キャビネット内部に吸音材料を設
置することが広く行われている。

【０００３】一般に材料に音波があたるとそのエネルギ
ーの一部が熱エネルギーに変換されて吸音されるが、そ
の割合が特に大きい材料を吸音材料という。従来、吸音
材料としてグラスウール、ロックウール、ナイロンウー
ル、フェルト、ウレタンフォームなどの多孔質材料が主
として用いられてきた。これらの多孔質材料内部に音波
が侵入すると、細孔中での空気の粘性による摩擦および
繊維などの振動によって音のエネルギーの一部が熱エネ
ルギーに変換されるため吸音効果が生じる。上記多孔質
吸音材料は中高音域に対しては良い吸音特性を示すが、
低音域に対しては効果が非常に少ない。

【０００４】低音域に対する吸音法としては、ヘルムホ
ルツ共鳴器などによる一定周波数での共鳴に伴って生じ
る粘性摩擦を利用して、音のエネルギーの一部を熱エネ
ルギーに変換する方法がある。実際には有孔板やリブス
リット構造体などが多く用いられるが、これらは単一共
鳴器が多数並んだものと考えることができる。共鳴器の
吸音特性は著しい周波数選択性を示すため、際だった固
有振動があるような場合には有効であるが、広範囲の音
域での吸音には適さない。板状共鳴器の背後に多孔質材
料を張ると吸音周波数範囲を広げることができるが、そ
れでも一般的には１００〜２５０Ｈｚ程度の吸音にしか
効果がないとされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように従来使用
されてきた吸音材料では、単一の吸音材料により低音域
から高音域までの広い音域内の任意の範囲で吸音するこ
とができなかった。さらに、各種吸音材料の吸音特性は
必ずしも明確ではなく、材料固有の性質だけでなく吸音
材料背後の条件、特に空気層の厚さなど、によっても大
きく変化することが知られている。このため吸音設計は
容易ではなく、経験と勘に頼らざるを得なかった。

【０００６】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであって、広範囲の音域で有効であるとともに、吸音
設計が容易な吸音材料を提供し、それを用いて音質の優
れたスピーカシステムを構成することを目的としてい
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、吸音材料をキ
ャビネット内部に設置したスピーカシステムであって、
上記吸音材料が空気柱の集積体であり、該空気柱の集積
体が（１）空気柱の長さに分布を有すること、（２）互
いに平行に並んだ多数の管状体により形成されているこ
と、（３）空気柱の有効直径が０．１〜１０ｍｍである
こと、および（４）空気柱の長さの分布により決まる共
鳴周波数の範囲が吸音すべき周波数範囲の一部または全
部と重なることを特徴とする。

【０００８】本発明で用いられる、互いに平行に並んだ
多数の管状体により形成された空気柱の集積体として
は、段ボールの積層体、硬質チューブの結束体およびハ
ネカムなどが挙げられ、これら集積体を斜め等に切断ま
たは成形することにより、空気柱の長さに分布をもたせ
たものが吸音材料として好適である。空気柱の長さ分布
の範囲により吸音される周波数の範囲が定まり、長さ分
布の形状により吸音率周波数特性が定まる。

【０００９】上記集積体を斜め等に切断または成形して
空気柱の長さに分布を持たせる方法において、「斜め等
に切断」という言葉は、切断面が平面であることに限定
するものではなく、曲面であってもよく、また階段状や
円錐状（または、すり鉢状）などであってもよい。要す
るに、使用目的に応じて最適の形状にすればよいのであ
る。

【００１０】上記集積体に長さの分布を持たせる方法と
しては、あらかじめブロック状の集積体を成形し、これ
を適当な手段、例えばカッター、赤外線レーザー、熱線
などにより切断する方法と、あらかじめ打ち抜き法など
により形状を整えたシート状体などを適当な手段、例え
ば接着剤、結束バンド等により集積し成形する方法など
がある。段ボールのような異方性の材料に対する切断等
の方向は任意である。

【０００１１】空気柱の長さの分布はできるだけ連続的
であることが、周波数による吸音率のばらつきを少なく
する上で望ましく、したがって、できるだけ多数の空気
柱を用いるべきである。空気柱の有効直径が１０ｍｍを
越えると、集積体の容積が一定であれば空気柱の本数が
少なくなり、長さの分布の不連続性が強まり周波数特性
が悪くなる。また、有効直径が０．１ｍｍ未満である
と、集積体容積に占める空気柱を形成する隔壁の割合が
大きくなり、キャビネット内部の空間を有効に活用でき
なくなる。

【００１２】上記段ボール、硬質チューブおよびハネカ
ムなどの素材について特に制限はないが、紙、プラスチ
ックおよび金属などが好ましく、またこれらの素材およ
びその他の素材から選ばれた２種以上の素材の複合体で
あってもよい。

【００１３】本発明において用いられる段ボールは表紙
（ライナー）と波形の中芯紙を貼り合わせてつくったも
のであって、上記ライナーと中芯紙により空気柱が形成
されている。段ボールの積層体は、両面段ボールシート
または片面段ボールシートを２枚以上貼り合わせたもの
である。

【００１４】本発明において用いられる硬質チューブと
しては、薄肉プラスチックチューブが特に好ましく、例
えば、飲料用のストローなどに用いられるチューブが挙
げられる。薄肉であることにより、キャビネット内部の
限られた空間が有効に活用される。これらのチューブを
適当な接着剤やバンドなどにより結束して、互いに平行
に並んだ多数の空気柱を形成することができる。

【００１５】本発明において用いられるハネカムは、一
片を共有する六角形のセルの集積体であり、平行に並ん
だ多数の空気柱が形成されている。

【００１６】上記３種類の集積体のうち、段ボールおよ
びハネカムで形成された空気柱の断面形状は円形ではな
い。また硬質チューブの断面形状は必ずしも円形である
必要はなく、四角形などであってもよい。これらの異形
断面の直径は、等しい面積を有する円の直径、すなわち
有効直径で表すものとする。

【００１７】上記空気柱は両端の開いた開管であっても
よく、一端の閉じた閉管であってもよい。上記各種の集
積体を閉管の集積体とするには、集積体の片端に紙やビ
ニールなどのシート類や合板などの板状体を接着する
か、キャビネットの底板などに片端を接着すればよい。

【００１８】本発明で用いられる吸音材料による吸音
は、空気柱の共鳴により内部の空気が激しく振動し、そ
のときの粘性摩擦により音のエネルギーの一部が熱エネ
ルギーに変換されることによるものである。

【００１９】１本の空気柱の長さＬと共鳴周波数Ｎの関
係は、音速をＣとし、上記空気柱が半径Ｒの細長い円管
と仮定した場合の開口端の補正０．８５Ｒを考慮する
と、次式で与えられる。すなわち、閉管であればＮ＝（２Ｓ−１）Ｃ／４（Ｌ＋０．８５Ｒ）Ｓ＝１，２，３・・（１）また、開管であればＮ＝ＳＣ／２（Ｌ＋０．８５Ｒ）Ｓ＝１，２，３・・（２）

【００２０】本発明は、上式のＬに分布を持たせた多数
の空気柱を用いれば広い音域にわたって共鳴させること
ができ、したがってＬの分布設計により任意の周波数帯
域の吸音が可能になるとの考えに基づいている。

【００２１】いま、斜め等にカットした空気柱の集積体
の片端を閉じて、長さに分布を有する閉管の集合体を形
成した場合、（１）式により共鳴周波数Ｎと空気柱の長
さＬの関係を計算すると表１のようになる。

【００２２】表１は音速Ｃを３４０ｍ／秒、空気柱の有
効半径Ｒを０．２ｃｍとした場合の計算例であるが、Ｓ
＝３以上の倍音は無視できるので表には含めない。表１
より、０．５ｃｍから３０ｃｍの間で空気柱の長さが分
布している場合には、２８０Ｈｚから３８０００Ｈｚの
吸音が可能であることがわかる。いうまでもなく、３０
ｃｍ以上の長さの空気柱であれば、さらに低音までの吸
音が可能である。さらに、開管を用いれば、より長い空
気柱による高音域の吸音が可能である。

【００２３】どの範囲の周波数帯域をどの程度の吸音率
で吸音するかはスピーカの設計思想により定まる事柄で
あり、そのようにして決められた吸音すべき周波数の範
囲および周波数ごとの吸音率に応じて、上記計算式
（１）または（２）により本発明で用いられる吸音材料
の形状を決定することができる。なお、吸音率は空気柱
の本数に比例する数値とみなすことができる。

【００２４】このように、本発明によれば、広い吸音周
波数範囲を有する吸音材料が得られるとともに、該吸音
材料の特性を計算により把握することができ、したがっ
て、吸音すべき音域に適合する吸音材料の設計を容易に
行うことができる。

【００２５】本発明で用いられる吸音材料は各種のスピ
ーカシステム、例えば、密閉形、位相反転形（バスレフ
形）、後面開放形、パッシブラジエータ形、共鳴管形、
バックローデッドホーン形、フロントローデッドホーン
形、コンビネーションホーン形、および音響迷路形等の
キャビネット内部に設置して使用できる。また、本発明
で用いられる吸音材料と、従来使用されてきた多孔質材
料等からなる吸音材料を併用することもでき、形状の異
なる複数の吸音材料を組み合わせて用いることもでき
る。

【００２６】本発明で用いられる吸音材料の具体的な形
状の例を以下に挙げる。図１（ａ）および（ｂ）は段
ボールを使用した吸音材料の例である。ここで図１
（ａ）は切断面が傾きの異なる二つの平面により構成さ
れ、長い空気柱の割合が多く、したがって、低音域の吸
音率に重点を置いた形状である。また、図２（ｂ）は切
断面が曲面により構成されている例であり、同様に、低
音域の吸音率に重点を置いたものである。

【００２７】図２は硬質チューブを使用した吸音材料の
例であり、図３はハネカムを使用した吸音材料の例であ
り、共に一つの平面により切断されている。さらに、図
４は段ボールを円筒状に巻き付けて成形した集積体を斜
めに切断した例であり、キャビネットやポート等の断面
が円形である場合などに、円の内または外に設置して使
用される。

【００２８】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
する。図５は本発明で用いられる吸音材料１を位相反転
形スピーカシステムのキャビネット２内部に設置した例
である。

【００２９】本実施例のスピーカシステムにおいては、
スピーカユニット３の背面からの音はキャビネット２内
部でその容積とポート４の空気の質量で決まる特定周波
数において共鳴し、ポート４から外部に放射される。上
記共鳴はヘルムホルツの共鳴と呼ばれるが、通常、ヘル
ムホルツの共鳴音以外の不要音がポート４を通り、歪音
成分としてスピーカユニット３の音およびヘルムホルツ
の共鳴音に付加されるため、音質の悪化が生じる。これ
らの不要音を低減し良好な音質を確保するために、通
常、キャビネット内部に吸音材料が設置される。

【００３０】図５においては、３４０Ｈｚ以上の可聴領
域の音を吸音するために吸音材料１が設置されている。
該吸音材料１は段ボールの積層体により作られており、
その底面がキャビネット２の底板に接着された、０．５
〜２５ｃｍの間で長さ分布を有する閉管の集積体であ
る。

【００３１】図６は本発明で用いられる吸音材料１を図
５のように設置したときにポート４から放射される音の
音圧周波数特性であり、図７は従来技術であるグラスウ
ールを設置したとき（不図示）にポート４から放射され
る音の音圧周波数特性である。

【００３２】図６および図７を比較すると、およそ５０
Ｈｚにピークを有するヘルムホルツの共鳴音以外に、高
周波数側に多くの不要音のピークが観測されているが、
図６の方がこれらの不要音の音圧レベルが著しく低い。
このことから、本発明で用いられる吸音材料の優位性が
理解できる。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のスピーカ
システムにおいては、特定の吸音材料を用いることによ
り、不要音の放射が著しく低減される。

【００３４】上記特定の吸音材料は広範囲の音域で有効
であるとともに、吸音設計が容易であり、それにより音
質の優れたスピーカシステムを構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）および（ｂ）は本発明で用いられる吸
音材料の具体例を示す斜視図である。

【図２】本発明で用いられる吸音材料の具体例を示す
斜視図である。

【図３】本発明で用いられる吸音材料の具体例を示す
斜視図である。

【図４】本発明で用いられる吸音材料の具体例を示す
斜視図である。

【図５】本発明の一実施例を示す断面図である。

【図６】本発明の一実施例においてポートから放射さ
れる音の音圧周波数特性を示す図である。

【図７】従来技術においてポートから放射される音の
音圧周波数特性を示す図である。

【符号の説明】

１吸音材料２キャビネット３スピーカユニット４ポート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸音材料をキャビネット内部に設置した
スピーカシステムであって、上記吸音材料が空気柱の集
積体であり、該空気柱の集積体が（１）空気柱の長さに
分布を有すること、（２）互いに平行に並んだ多数の管
状体により形成されていること、（３）空気柱の有効直
径が０．１〜１０ｍｍであること、および（４）空気柱
の長さの分布により決まる共鳴周波数の範囲が吸音すべ
き周波数範囲の一部または全部と重なることを特徴とす
るスピーカシステム。
【請求項２】空気柱の集積体が、段ボールの積層体を
斜め等に切断または成形したものである請求項１に記載
のスピーカシステム。
【請求項３】空気柱の集積体が、硬質チューブの結束
体を斜め等に切断または成形したものである請求項１に
記載のスピーカシステム。
【請求項４】空気柱の集積体が、ハネカムを斜め等に
切断または成形したものである請求項１に記載のスピー
カシステム。