JPS58127498A - 音響スピ−カ−を共鳴周波数以下で作動する方法及び装置 - Google Patents

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】 技術分野 本発明は音響スピーカー管作動する九め（使用される音
声消号Ｃオーディオ乍号ａｕｄｉｏ　ｓｉｇｎａｌ）の
処理に関するものであみ。

従来技術 音響スピーカー設計（対する最も簡単で８４普通の試み
（アプローチ）は、最も多く１−ｔ４〜８インチ直径域
でのシ／グルフルレンジドライ−バーで始まる。しかし
より高い周波数（約８　ＫＨｚ以上）がコーン損失、音
声コイルインダクタンス不足、その他のファクターの組
合せによって弱まるのでこの種のシーングルドライブ設
計は高性能（ハイファイ）サウンドを作り出すことはで
きない。

前記シングルドライバーシステムはラジエーションパタ
ーンの狭さによｈ高周波の望まれない１ビ一ミ／グｆｂ
ｅａｍｉｎｇ）’　　を示す。前記システムの基本的な
共鳴はドライバーと箱の物理的パラメータにより決定さ
れそして通常は６００と２００　Ｈｙ間のどこかに見出
される。基本的共鳴以下では音響スピーカーの出力は閉
じた箱にとってＦｉｌオクターブについて１２ｄＢ　の
割合で低下し、穴あき（ｐｏｒｔｅｄ′ｒＦ７わち低音
＝ｙ−ｙ　（ｄｒｏｎｅ　ｃｏｎｅ）ｉ置く対しては１
オクターブにつき１８ｄＢの割合で低下する。

シングルフルレンジドライバーシステムに関して高及び
低周波数の両方の問題を解失する設計上の試み（アプロ
ーチ）は高周波数のための小さいドライバーと低周波数
のための大きいドライバーという追加のドライバーを加
えることである。ドライバーの外勤域内の周波数にドラ
イバー信号を限定するためにクロスオーバ回路が使用さ
れる。一般に行なわれている実施は通常ではドライバー
と８０と６０　Ｈｚの間のどこかに基本的共鳴を示す箱
との組合せを有する低周波数用の箱にいれた１２〜１６
インチドライバーとなる。

過去ｌＯ年間の間普通アンイユライズドボルテージでド
ライブされる閉じ九箱で得られることのできる応答以下
に応答を拡げる見地でスピーカーの低周波数応答（レス
ポンス）を改善することに可成りの注意が向けられてい
た。しかし使用される重要な技術はせいぜい約１オクタ
ーブ低音応答を拡げ、それ以下ではそれ相応の大位相シ
フトで１オクターブにつき２４〜８０デクペルの割合で
応答が低下する。これらの位相シフトが周波数応答変則
であるように正確な音声再生のために肩書であることが
今はよく認められている。

低周波数特性を高めるための別の試み（アプローチ）は
１００８以下をクロスオーバする副低音用スピーカー（
＠ｕｂ−ｗｏｏｆｅｒ）を使用する。これらの副低音用
スピーカーユニットは非常に高価である。

これらの二ニットは高質量（ｈｉｇｈ−ｍ麿ＳＳ）ドラ
イバーを囲む物理的和犬きな箱であ秒、そのドライバー
の組合せは基本的共鳴を出来るだけ低く移動する九めに
使用される。副低音用スピーカー自身は普通の技術を使
用せずむしろ基本共鳴を下げることによる低周波数応答
を拡げるための非常１／Ｃ＠接的な試み（アプローチ）
を具象化する。

前記の従来技術のスピーカーシステムは主として基本共
鳴以上で作動する。閉ループフィードバック構成の使用
により応答をよく共鳴以下に拡げることに試みが行なわ
れた。この構成の工業上の実権例はスピーカーコーンに
取付けられた加速度計（ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ）
　　を用いる。加速度計からの出力Ｆｉｇ　Ｑ測定信号
（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　５ｃａｌｅｄ　ｓｉｇｎ
ａｌ）を作り出すために処理され、次いで該変位測定信
号はスピーカー人力信号と比較される。生ずるエラー信
号はひずみを減らすため出力増幅器に対すゐ負のフィー
ドバックとして使用される。ひずみがドライブ変位信号
（ｄｒｉｖｅ　ｄｉ＠ｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｓｉｇｎａ
ｌ）にあいまいさと混乱を作ね出すので、この構成との
結びつきで多数の本来の困難がある。フィードバック構
成に直接的に測定される変位変換器（ｄｉｒｅｃｔｌｙ
　５ｃａｌｅｄ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｔｒａｕ
ｓｄｎｃｅｒ）を使用することは必要である。

従来技術に見られる更に別の試みは気の出力抵抗の使用
に関連する技術全使用する特別の増幅器の使用にある。

簡単な場合では、負の出方抵抗は限定された音声コイル
抵抗の効果を打消すために使用されることがで傘る。よ
り複雑な場合には一組の共役インピーダンｘ　（ｃｏｎ
ｊｕｇａｔｅ　ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）の組込み（ｉｍｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ）がシステムの機械的音響的コムビーダ
ンス（ｃｏｍｐｅｄａｎｃｅ）ｆ）害になる作用を無処
するために使用されることができる。この技術が多分最
も完全に利用できるけれど、組込み［ｅ−を非常に費用
がかかれ困勝がある。

前記加速度計構成を除いて、従来技術の装置は倒れも基
本共鳴以下の微々九る量以上に音響スピーカーシステム
の低周波数応答を拡げるものはない。基本共鳴以下の領
域は、若干の点では、複雑で高ｇｆＪが装置なしにはう
まくい〈音再生介入（ａｕｄｉｏ　ｆｏｒａｙ）がたま
Ｋしか行なわれない未知の領域としてみなされることが
できる。

発明の概要 本発明の目的は基本共鳴以下で音響スピーカーシステム
を作動する簡単で費用のかからぬ手段を梯倶することに
ある。過去には、基本共鳴周波数Ｆｒは、限界以下では
正確な音の再生が困難であるが得るのが経済的（不可能
であるその下限とみなされていた。Ｆｒはスピーカード
ライバーパラメータとドライバーを収納する箱の内容積
の組合せにより決まる。　Ｆｃけ音響スピーカーシステ
ムの普通の高周波切断点であり、その点で応答は８　ｄ
＆ｃ低下する。　Ｆｅｕｄ上では応答が急速に低下する
。　Ｐｃは普通は音響スピーカードライバーのパラメー
タだけで決り、箱のパラメータくけ依存しない、Ｆｒ以
上の領域での応答は質量制御（ｍａｓｓ　ｃｏｎｔｒｏ
ｌｌ）され、Ｐｒ以下の領域では剛性制御（ｓｔｉｆｆ
ｎｅｓｓ　ｃｏｎｔｒｏｌｌ）される、　Ｆｒ以下の剛
性制御での上向き転移（ｒｏｌｌｏｆｆ）＋７）割合は
主にバフ　ル（ｂａｆｆｌｅ）の種類によね決められる
。閉じた箱のシステムにとってＦｉＦｒ以下の出力減少
の割合は１オクターブにつき１２　ｄＢであわ、使用で
きるスピーカー出力域は一般にＦｒ以上とＰｃ以下の領
域として考えられている。

Ｆｒ以下の音響出力減少を補償する普通の方法はシステ
ムをドライブする増幅器の前の低音ブーストイコライザ
ーによゐシステムへの電気入力を増大することによりＦ
ｒ以下のある周波数に対する均一な出力を拡大すること
である。別々のロールオフフィルター　（ｒｏｌｌ−ｏ
ｆｆ　ｆｉｌｔｅｒ）が、周波数が増大すると音響出力
を減少させるために使用され、普通は十分にＰＣ以下で
あるがＦｒ以上のある点で低音システムと使用されるべ
き高音域システムとの間の円滑な移転を効果的にさせる
ために受用される。

本発明では、音響スピーカーシステム共鳴Ｆｒｔｆ高周
波数切断点を決め、その点以上ではスピーカーの最終音
響出力が周波数の増大と共に減少する。

本発明では、オーディオ信号は、結果としてのスピーカ
ー出力がＦｒ以下のｆｆＦｌ！ｆｉでは均一であるよう
に、Ｆｒ以下の音響出力の減少の九めの逆補償を提供す
るために＠庖される。周波数減少による音響出力の減少
割合は閉じた箱の音響スピーカーシステムでは１オクタ
ーブにつ＠　１２　ｄＥ＋Ｔ：ある０本発明はオーディ
オ信号を処理して、正確な補償を提供し均一な音響出力
をＦｒ以下で生ずるように、周波数減少と共に１オクタ
ーブにつき１２針カ増大を提供する。二重積分回路けＦ
ｒ以下で均一な音響出力を得るためにそして又Ｆｒ匂上
の領域で成る本来の利益を形成するために＃＆密に正し
い量の補償を提供する。普通の音響スピーカーシステム
の音響出力が周波数に関して均一であみｖｒ以上の領域
では、本発明の二重積分器は周波数の増大と共Ｋｌオク
ターブにつき１２ｄＩ３の出力の減少を形成する。普通
のシステムの音響出力が自然に減少するＦｃ以上の領域
では本発明の二重積分器は対等の大きな割合の出力の減
少を生ずる。本発明は、し九がって、基本共鳴以下の均
一なスピーカー出力を得るための非常に簡単な手段を提
供する。本発明の装量て均一な出力が得られることがで
きる最大周波数は音箒スピーカードライパート箱ノパラ
メータにより決められる。

二重積分器が閉じた箱のシステムのための正しい構成を
提供する一方、孔あき箱のシステムの特性はＦｒ以下で
の均一な音響出力を形成するために三重積分器の使用を
必要とする。同様に、囲まれないシステムは同゛じ結果
を得るため［９！ａｌｌの積分器の使用を必要とする。

本発明は動力増幅器の前に組付けられる費用のかからな
いで使用できる増幅器の使用を通して容易に実行される
ことができる。一方では動力学幅器は積分器部品として
本発明の適当した電気回路で設計されることができる。

信号を微分した一段の積分の等価を形成するために信号
自身から微分値を減算条るような積分の電気的等価を違
、戎する色々な手段は多数のＲＣ回路を使用する個々の
近似技術と同様に使用されることができる。積分の等価
を達成するこの手段及び他の手段は当業界でよく知られ
ており、本発明の方法及び装置を実現するために使用さ
れることができる。

本発明は他の目的及び利点を有しそのうちのいくつかは
図に示された本発明の好ましい実施例についての以下の
説明により明らかにする。しかし図に示した例に対する
変形は特許請求の範囲に示す本発明の範囲内で採用され
ることができることは理解される。

本発明の方法及び装置は音響スピーカーシステムの共鳴
周波数Ｆｒ以下の周波数で音響スピーカーシステムから
の周波数に関して大体均一な音響出力を形成するために
音響スピーカーへの信号を引渡す前にオーディオ信号を
処理することを含む。

第２図は閉じた箱の音響ス、ビーカードライノく−の音
響出力を示す周波数に対する出力のノ゛ラフであゐ、Ｆ
ｒは音響スピーカードライノ（−と箱の／櫂うメータの
組合せによ抄定まるシステム共鳴周波数である。　Ｆｃ
は音響スピーカードライノ（−〕くラメータだけで定ま
る高周波数切断点である。第２図は閉鎖箱音響スピーカ
ーシステムに使用するためのオーディオ信号を処理する
ために用いられｂ本発明の特別の実施例の周波数に対す
る音量増加（ｇａｌｎ）曲線を示す０周波数減少に対す
る出力の増大の割合はｌオクターブにつき１２ｄＢ″ｅ
する０曲線ＡとＢとＣとの間の差は音量増加差だけでＴ
ｏゐ、この周波数に対する音量増加曲線は３つの図示し
九曲線を得るために８つの異なる音量増加レベルでの二
重積分増幅器セットの特性である。音量増加を生するた
めに使用される他の音響スピーカーの音響出力ＶＣマツ
チするため罠低音屑波数の音響出力をマツチするのに使
用することを許容する。

第４図は本発明の示唆に従って処理され九オーディオ信
号によりドライブされるときの閉鎖箱音響スピーカーシ
ステムの音響出力を示す０本発明の方法はオーディオ信
号周波数に逆比例して一定割合でオーディオ信号の強さ
を変えることを求める。第８図の曲線は割合が１オクタ
ーブについて１２デシベルであるこの種の信号処理を示
す、第８図の曲線を検討することから、Ｆｒ以下から少
なくともそして普通は喪好ＦＣｒｒ以上ｌオクターブを
越える広い領域の周波数にわたって割合が一定に保たれ
ていることが認められゐ、二重積分がオーディオ信号に
行なわれると、前記割合１２ｄＢが得られる。第４図は
オーディオ信号周波数に逆比例してｌオクターブについ
て１！ｄＢの一足割合でオーディオ信号の強さを変える
ために本発明が使用されゐとき共鳴周波数Ｆｒをもつ閉
鎖箱音響スピーカーから得られる音響出力管示す、第４
図を検討すると音響スピーカー出力がＦｒ以下で均一で
あることが認められる。　Ｆｒ以上では本発明ではＦｒ
とＦｃの間で普通はフラットな音響スピーカーシステム
の音響出力を周波数増大に対してｌオクターブにつき１
２ｄＢの割合で減少させる。音響スピーカーのの音響出
力ｐ工局波数の増大に伴ない１オクターブにつき１２ｄ
Ｂで普通に減少するＦｃ以上では音響出力の減少割合は
本発明の減少割合ｌオクターブにつ％　１２ｄＢＫよｏ
ｘ；ｔりｐ−ブにつき２４ｄＢＫｅる。

本発明の方法を実施する積分器を使用すると、積分割合
が周波数に関して均一である事実により周波数に対し均
一かつ線状である非常に望ましい位相特性を炸ね出す、
更に音響スピーカードライバーの高周波数分離点Ｆｃに
関し、音響スピーカードライバーの普通の位相遅ば加え
られる位相遅れはない、そこで本発明は位相遅れの増大
を生ずることな（Ｆｒを高周波数点Ｆｃよりずつと低い
周波数とすることを許容する。

本発明の最も広い利用は閉鎖箱音響スピーカーシステム
に関して二重積分により咋り出されることのできるｌオ
クターブにつき１２ｄＢの前記割合での使用であり、ｌ
オクターブにつき１８ｄＢの割合が孔あき箱音響スピー
カーシステムでの使用に適し、１オクターブにつ＠２４
ｄＢの割合は閉鎖されない音響スピーカーシステムく使
用するのに適していることが期待される。三重積分は１
８ｄＢ割合を形成するために使用されることができ、四
重積分は前記２４ｄＢ割合を形成する。

第１図は本発明の閉鎖箱音響スピーカークステムに使用
するに適し九−実施例の路線図である。

最も簡単な言葉で、第１１！ＡＫ示した装置はオーディ
オ信号と、閉鎖箱１１に組付けられた音響スピーカーｌ
Ｏとの間に接続される２１１の積分器８５と８６を使用
する。前記二重積分器回路は周波数Ｆｒ以下にある周波
数Ｆ、から周波数Ｆｒより少なくと４．１オクターブ上
にある周波数Ｆ、４でのオーディオ信号に逆比例する周
波数に対する振幅応答を有する。二重積分器はｌオクタ
ーブＩＣ′）き１２ｄＢの応答傾斜をもつ、動力増＠ｆ
ｓ　９　Ｆｉ１！４２積分器で得られる出力を音響スピ
ーカーを満足に作動する（十分に高いレベルに増大する
ために第１図に示されている。

咄記積分器の内部詳細を見ると、積分器として形成され
た複数の作動増Ｉ！＠器であることがみとめられる。第
１積分５８６は入力抵抗ｌを通してオーディオ信号を受
ける作動増幅器２を使用する。

積分キャパシタ−８ｉｌｔ咋動増幅器２の出力と入力の
間に接続され、そして並列に接続された分路抵抗４を有
する０分路抵抗４はＦｌの休止値（ｑｕｔｅ８ｃｅｎｔ
　ｖａｌｕｅ）を設定するために使用される。

同様に積分器８６は入力抵抗６を通して積分器８６の出
力を受ける作動増幅器６を使用する。積分キャパシタ−
７Ｆｉ作動増幅器６の入力と出力の間に接続されそして
並列に接続された分路抵抗８を有する０分路抵抗８は又
Ｆｔの休止値を設定するために使用される。

第１図に示された付加的回路はゆがみを防止するために
使用されているリミッタ−回路である。

このりミツターはゆがみを生ずると知られている振幅を
越えるオーディオ信号に応答するその正常値から上へ第
８図と＠４図に示すようＫＦｌｌｋｆえる方法（したが
って作動する。第１図に示されるように１回路はそれぞ
れ積分キャパシター８と７を有する一組の２つの積分器
８６と８６からなる。

制御可能な可変抵抗８８と８４Ｆｉキヤパシター８と７
を横切って分路され、そして最後の積分器８６の出力に
より制御されてＦ、をその正常値からゆがみを起すと知
られる振幅を越えるオーディオ信号　。

に応答して上方へ移動するように抵抗を最後の積分器の
出力（直接比例して変える。８’１ｊＶｔｈＫよｈバイ
ヤスオフされる全波整流器で６ｈ１したがってゆがみを
起すと知られるレベル以下の小さな信号はＦ、を上方に
移動する抵抗３８と８４に変化を生じない、第１図では
可変抵抗は実際には光放出ダイオード８１と８０によ軸
制御される光導電素子である。全波整流器８７は非反転
増幅器として形成される作動増幅器１２を使用する。抵
抗１Ｂはフィードバック抵抗１４との組合せで増幅器の
ゲインを１　＋　ＲＩ４　／　Ｒｔｓ　Ｋ　’Ｐｉ　シ
＜設定するゲイ／設定抵抗である。１５けフィードバッ
ク抵抗１７と同じ値をもつ入力抵抗である。１６Ｆｉゲ
イ／が負の１に等しい単一ゲイン反転増ＩＩｉ器として
形成される作動増幅器である。Ｉ８と１９はカップ１］
ングキパ７ターであみ、２０と２１はそれぞれダイオー
ド２８と２２をバイアスするために使用される抵抗であ
る。　ｖｔｈはゆがみを生ずると知られるレベル以下の
信号ＫＩＩＩ流をバイアスオフすゐようにバイアス抵抗
２０と２１１に使用される閾値電圧である。　ＶｔｈＦ
ｉ１３　ミツターがゆがみを防止するために必要とする
が不必要ＫＦ、を変えない場所でのみ作動されることを
確実にするために違った使用に変えられることができゐ
、８８け８７からの出力を滑らかにする制御電圧プロセ
ッサーである。制御電圧プロセッサー８８は動作開始時
間を制御するために充電抵抗１ｃｈａｒｇｉｎｇ　ｒｅ
＠１ｓｔｅｒ）２４を使用する。解除時間は放電抵抗２
６により制御される。平均キャパシター（ａｖｅｒａｇ
ｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｏｒ）！６は制御電圧Ｖｃを貯
える。　Ｖｃは限定を必要とする信号がないときく零で
ある。リミッタ−を作動する信号条件によってＶｃが正
方向に変るとき、Ｆ、は適当な量だけ上昇する。このこ
とは光放出ダイオード８１と８０に応答する制御可能な
可変抵抗８Ｂと８４により達成される。８９Ｆｉ前記光
放出ダイオードを作動する回路である。２７は電流変換
器への電圧を形成するためトランジスター２８と抵抗２
９と共に形成される作動増幅器である。

トランジスター２８のコレクターは直列の光放出ダイオ
ード８１と８０に接続される。プラスは光放出ダイオー
ド８１と８０のための動力源であり電流リミット抵抗８
２を通してダイオードに供給される。

Ｆ！は積分の高周波数限界として窮められることができ
る１本発明の実際の使用時のこの限界は常ＫＦｒより１
オクタ一ブ以上であｈ１普通はずっと大きく、積分回路
に使用される作動増ＷＡ器の高周波限界によってのみ限
定される。

【図面の簡単な説明】

９１図は閉鎖箱スピーカーシステムでの使用のために形
成さｎる本発明の実施例の路線図、第２図は閉鎖箱の音
響スピーカードライバーの音響出力を示すグラフ、第８
図けリミッタ−を有する二重積分増幅器用の周波数に対
するゲイン曲線を示すグラフ、第４図は本発明がオーデ
ィオ信号を処理するために使用されるとき音響スピーカ
ーから得られることができる音響出力を示すグラフであ
る。 ９・・・作動増幅器　　　ｌＯ・・・音響スピーカー１
１・・・閉鎖箱　　　　８５　、８６　、、、積分器代
理人　弁理士　　桑　原　英　明 Ｆｉｇ、　２ Ｆｉｇ、３ 周Ａ救げ！

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ０）共鳴周波数Ｆｒを有する音響スピーカーシステムに
   おける周波数Ｆｒ以下での音響スピーカーシステムから
   の周波数に関して大体均一な音響出力を形成するために
   音響スピーカーへ信号を送り山中前にオーディオ信号を
   処理する方法において、ＦｒＪ−Ｊ下にある周波数Ｆｔ
   から少なくとも１オクターブＰｒよね上の周波数Ｆ２ま
   でのオーディオ信号周波数に逆比例して一定の割合で前
   記信号の強さを変えることによりオーディオ信号を処理
   することを特徴とする方法。 （２）共鳴周波数Ｆｒ１に有する音響スピーカーシステ
   ムにおける周波数Ｆｒ以下で音響スピーカーシステムか
   らの周波数に関して大体均一な音響出力を形成するため
   に音響スピーカーシステムへ送り出す前にオーディオ信
   号を処理する装置において、 前記オーディオ信号と前記音響スピーカーシステテムと
   の間に接続される回路を有し、精回路がＰｒ以下の周波
   数Ｆ８からＰｒよｈ少なくともｌオクターブ上にある周
   波数Ｆ’ｔｔでのオーディオ信号周波数に逆比例する周
   波数に対する機幅応答を有することを特徴とする装置。