(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面部材及び開口付きスピーカ・エンクロージャを有する携帯用電子装置であって、前記開口付きスピーカ・エンクロージャが、
前面部分と背面部分を有するスピーカであって、前記前面部分が前記表面部材に面し、前記背面部分が前記開口付きスピーカ・エンクロージャの底部表面に面する、スピーカと、
遮音材であって、前記携帯用電子装置の前記表面部材と前記開口付きスピーカ・エンクロージャの前記底部表面との間に配置され、前記遮音材の一方の側に第１チャンバ部分が形成され、前記遮音材の他方の側に第２チャンバ部分が形成され、さらに前記第１チャンバ部分から前記第２チャンバ部分に音波が進行できるようにするギャップを有し、前記第１チャンバ部分は第１チャンバ容積を有し、前記第２チャンバ部分は第２チャンバ断面積及び第２チャンバ長を有するように構成される、遮音材と、
前記スピーカの前面部分から音波を放出できるようにする前記表面部材に設けられた第１の開口部と、
前記第１チャンバ部分及び前記第２チャンバ部分を介して前記スピーカの背面部分から音波を放出できるようにする、前記表面部材に設けられた第２の開口部と、を備え、
前記スピーカの前記前面からの前記音波と前記スピーカの前記背面からの前記音波が前記第１の開口部及び前記第２の開口部から放出されるとき、互いにほぼ同相になる、ことを特徴とする携帯用電子装置。
【請求項２】
前記第１チャンバの容積が、前記スピーカの共振周波数と前記スピーカの等価音響コンプライアンスによって決まることを特徴とする請求項１に記載の携帯用電子装置。
【請求項３】
前記第２チャンバ断面積が、前記スピーカの共振周波数と前記スピーカの等価音響コンプライアンスによって決まることを特徴とする請求項１に記載の携帯用電子装置。
【請求項４】
前記第２チャンバ長が、前記スピーカの共振周波数と前記スピーカの等価音響コンプライアンスによって決まることを特徴とする請求項１に記載の携帯用電子装置。
【請求項５】
前記携帯用電子装置が携帯用コンピュータであることを特徴とする請求項１に記載の携帯用電子装置。
【請求項６】
前記携帯用電子装置の前記表面部材がパーム・レストであることを特徴とする請求項１に記載の携帯用電子装置。
【請求項７】
前記第１チャンバの容積が０．７５立方インチ未満であることを特徴とする請求項２に記載の携帯用電子装置。
【請求項８】
前記第２チャンバ断面積が０．０８平方インチ未満であることを特徴とする請求項３に記載の携帯用電子装置。
【請求項９】
前記第２チャンバ長が１．８インチ未満であることを特徴とする請求項４に記載の携帯用電子装置。
【請求項１０】
前記スピーカの最大パワーが０．８ワットを超えることを特徴とする請求項１に記載の携帯用電子装置。
【請求項１１】
前記遮音材がガスケットであることを特徴とする請求項１に記載の携帯用電子装置。
【請求項１２】
ディスプレイ、キーボード、パーム・レスト、及び開口付きスピーカ・エンクロージャを有する携帯用コンピュータであって、前記開口付きスピーカ・エンクロージャが、
前面部分と背面部分を有するスピーカであって、前記前面部分が前記パーム・レストに面し、前記背面部分が開口付きスピーカ・エンクロージャの底部エンクロージャ表面に面する、スピーカと、
遮音材であって、前記パーム・レストと前記開口付きスピーカ・エンクロージャの前記底部エンクロージャ表面との間に配置され、前記遮音材の一方の側に第１チャンバ部分が形成され、前記遮音部材の他方の側に第２チャンバ部分が形成され、さらに前記第１チャンバ部分から前記第２チャンバ部分に音波が進行できるようにするギャップを有し、前記第１チャンバ部分は前記スピーカの共振周波数と前記スピーカの等価音響コンプライアンスによって決まる第１チャンバ面積を有し、前記第２チャンバ部分は前記スピーカの共振周波数と前記スピーカの等価音響コンプライアンスによって決まる第２チャンバ断面積及び第２チャンバ長を有するように構成される、遮音材と、
前記スピーカの前面部分から音波を放出できるようにする、前記パーム・レストに開設された第１の開口部と、
前記第１チャンバ部分及び前記第２チャンバ部分を介して前記スピーカの背面部分から音波を放出できるようにする、前記パーム・レストに開設された第２の開口部と、を備え、
前記スピーカの前記前面からの前記音波と前記スピーカの前記背面からの前記音波が前記第１の開口部および前記第２の開口部から放出されるとき、互いにほぼ同相になる、ことを特徴とする携帯用コンピュータ。
【請求項１３】
前記遮音材がガスケットであることを特徴とする請求項１２に記載の携帯用コンピュータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電子回路要素の分野に関するものである。本発明は、とりわけ、開口付きスピーカ・エンクロージャを有する携帯用電子装置である。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
携帯用パーソナル・コンピュータのような携帯用電子装置のサイズは、この数年の間にかなり急激に縮小されてきた。初期の携帯用コンピュータは、１０Ｋｇを超えており、より現実に即していえば、ハンドル付きのデスクトップ・コンピュータに似ていたが、このため、力持ちと真のサディストだけにしか、このコンピュータを持ち運びすることはできなかった。対照的に、今日のラップ・トップ及びサブノートブック・コンピュータは、１．５Ｋｇ未満の重さにすることが可能であり、簡単にブリーフケースに納めることができ、真に携帯用である。携帯用パーソナル・コンピュータのサイズ縮小は、出張者にとって恩恵であったが、問題がないわけではなかった。
【０００３】
こうした問題の１つが、コンピュータまたは他の電子装置が小さくなるにつれて、コンピュータまたは他の電子装置に含まれる部品の多くも、小さくしなければならないということである。電子装置と共に縮小された部品の例には、回路要素、ハードディスク記憶装置及びスピーカがある。回路要素及びハードディスク記憶装置のサイズ縮小は、これらの分野における技術的進歩のおかげで、もっと大きいサイズで以前に得られた以上の機能性がさらに小さいサイズにおいて得ることが可能になったので、大した問題ではなかった。
【０００４】
他方では、スピーカのサイズ縮小によって、より深刻な問題が生じた。スピーカが小さくなるにつれて、スピーカが扱うことの可能な最大パワーも小さくなり、このため、スピーカが発生し得る音量が小さくなり、音質が劣化する可能性がある。さらに、小型スピーカの低周波レスポンスは、低周波数におけるスピーカのコイルの物理的動きのため、スピーカが扱うことの可能な最大パワーとトレード・オフが必要になる。小型スピーカの低パワー及び不十分な低周波レスポンスは、今日のサウンド集約形マルチメディア・アプリケーションを実行する場合のように、音響が重要になる、今日の携帯用コンピュータ及び他の電子装置においては全く許容することができない。
【０００５】
この問題を解決するための先行技術による試みの１つが、Weberに対して付与された米国特許第４，７２７，５８３号に開示されている。この特許には、電話の受話器のハウジングに納められた薄いスピーカが開示されており、ここでは、スピーカのキャビティには、スピーカ／ハウジングの組み合わせの共振周波数をほぼスピーカの自由空気カットオフ周波数まで動かすような寸法が付与されている。この結果生じるレスポンスは、そのカットオフポイント周波数よりも下では約６ｄｂ／オクターブで低下する。通常の所望の可聴範囲においてほぼフラットな周波数レスポンスを得るため、６ｄｂ／オクターブで利得が増大する増幅器が信号入力経路に配置される。Weberの装置はこの低い側の周波数範囲を拡大するように見えるが、この結果を実現するには余分な回路要素が必要になり、従って、望ましくないことには、電子装置のサイズが大きくなり、コストが上昇する。
【０００６】
比較的低い周波数の音響の前面と背面間での相殺は、大形で独立した可動ダイアフラムを備えるラウドスピーカの基本的な問題である。大形の独立したラウドスピーカの設計者は、通常、スピーカの背面からの音響をある体積の空気内に密封することによってこの問題を処理する。もう１つの一般的なアプローチは、１９５０年代の後期以降に、大形で独立したラウドスピーカの動作はラウドスピーカの背面からの位相を補正した音響用にベントまたは開口を設けると向上するという理論化を行ったJames F. Novac、A.N.Thiele及びRichard H. Smallの初期研究に従ったものである。以下の論文はその研究を代表するものである：
1. James F. Novak, Performance of Enclosures for Low-Resonance High-Compliance Loudspeakers. IRE Transactions in Audio. Vol. AU-7, pp. 5-13 (Jan-Feb 1959)
2. N. Thiele, Loudspeakers in Vented Boxes: Part I. Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 19, No. 5, pp382-392(May 1971)
3. N. Thiele, Loudspeakers in Vented Boxes: Part II, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 19, No. 6, pp471-483 (June 1971)
4. Richard H. Small, Simplified Loudspeaker Measurements at Low Frequencies, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 20, No. 1, pp28-33 (Jan/Feb 1972)
5. Richard H. Small, Direct-Radiator Loudspeaker System Analysis, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 20, No. 1, pp383-395 (June 1972)
6. Richard H. Small, Closed Box Loudspeaker Systems Part I: Analysis, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 20, No. 10, pp798-808 (December 1972)
7. Richard H. Small, Closed Box Loudspeaker Systems Part II: Synthesis, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 21, No. 1, pp11-18 (Jan/Feb 1973)
8. Richard H. Small, Vented Box Loudspeaker Systems Part I: Small-Signal Analysis, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 21, No. 5, pp363-372 (June 1973)
9. Richard H. Small, Vented Box Loudspeaker Systems Part II: Large-Signal Analysis, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 21, No. 6, pp438-444 (July/August 1973)
10. Richard H. Small, Vented Box Loudspeaker Systems Part III: Synthesis, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 21, No. 7, pp549-554 (September 1973)
11. Richard H. Small, Vented Box Loudspeaker Systems Part IV: Appedices, Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 21, No. 8, pp635-639 (October 1973)
【０００７】
これらの研究者の著作は、その理論を大形の独立したラウドスピーカに実際に用いることを企図したものであるが、これらの理論が携帯用電子装置に収容される小型スピーカに実際にどのようにして適用できるか、また適用できるか否かすら考慮してはいなかった。かくして、同様に、小型携帯用電子装置の設計者は、これらの研究者による理論が携帯用電子装置に収容される小型スピーカに実際にどのようにして適用できるか、また適用できるか否かすら、全く考えもしていなかった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
携帯用パーソナル・コンピュータのような携帯用電子装置が、開口付きスピーカ・エンクロージャを備えている。開口付きスピーカ・エンクロージャには、前面部分と背面部分を備えたスピーカが設けられており、スピーカの前面部分は携帯用電子装置の上部表面部材に面し、スピーカの背面部分は、開口付きスピーカ・エンクロージャに収容されていて、背面部分は開口付きスピーカ・エンクロージャの底部表面に面する。携帯用電子装置の上部表面部材と開口付きスピーカ・エンクロージャの底部表面との間にガスケットのような遮音材が配置されており、これにより、遮音材の一方の側に１つのチャンバ部分が形成され、遮音材のもう一方の側にもう１つのチャンバ部分が形成されている。遮音材は、音響が第１チャンバ部分から第２チャンバ部分に進行できるようにするギャップを備えている。携帯用電子装置の上部表面部材にある第１の開口部によって、スピーカの前面部分から音波を放出することが可能になる。携帯用電子装置の上部表面部材にある第２の開口部によって、第１チャンバ部分及び第２チャンバ部分を介して、スピーカの背面部分から音波を放出することが可能になる。スピーカの前面部分からの音波とスピーカの背面部分からの音波は、第１及び第２の開口部から放出されるとき、互いにほぼ同相になる。
【０００９】
【実施例】
図１には、従来の密封形スピーカ・エンクロージャを利用した携帯用電子装置が示され、図２には、該携帯用電子装置の一部に関する分解図が示されている。携帯用コンピュータ１０（ここでは、ヒューレット・パッカードＯｍｎｉＢｏｏｋ ４０００（ヒューレット・パッカード社の登録商標）ラップ・トップ・コンピュータとして示されている）は、この場合、上部表面部材１４として示された第１表面部材に含まれる開口部１２を備えている。携帯用コンピュータ１０は、ディスプレイ１１及びキーボード１３も備えている。スピーカ１５（図２）は、開口部１２のすぐ下に取り付けられるので、スピーカ１５の前面部分１８からの音響は上部表面部材１４の開口部１２を介して放出される。スピーカ１５の背面部分１９からの音響は底部エンクロージャ表面１６と上部表面部材１４の間に閉じ込められる。スピーカ１５の背面部分１９からの音響は、閉じ込められるので、スピーカ１５の前面に回り込んでスピーカ１５の前面部分１８から生じる低周波音響をキャンセルすることはできない。従って、スピーカ１５は、底部エンクロージャ表面１６と表面部材１４の間の空気がエア・サスペンション・システムにおけるバネの働きをする、密閉形エンクロージャに納められているものとみなされる。
【００１０】
スピーカ１５に供給可能な最大パワーは、スピーカ１５のダイヤフラムの最大偏位によって決まる。A.  N.  Tieleの発見によれば、密閉形エンクロージャに納めたスピーカ・ダイヤフラムの最大偏位は、スピーカの共振周波数において発生する。密閉形エンクロージャに取り付けられるスピーカ１５に関して一般的な、共振周波数が３５６Ｈｚのスピーカでは、このスピーカの最大パワーは一般に約０．２ワットである。
【００１１】
図３には本発明の望ましい実施例の携帯用電子装置が示され、図４にはこの携帯用電子装置の一部に関する分解図が示されている。望ましい実施例では、携帯用コンピュータ１００は、ここで解説され示される修正を加えた図１に示すヒューレット・パッカードOmniBook 4000（ヒューレット・パッカード社の登録商標）ラップ・トップ・コンピュータである。図１の携帯用コンピュータ１０と同様、携帯用コンピュータ１００は上部表面部材１４０に開口部１２を含んでいる。しかし、図１の携帯用コンピュータ１０とは異なり、携帯用コンピュータ１００は、上部表面部材１４０に第２の開口部としての開口部１１０、も含んでいる。望ましい実施例では、上部表面部材１４０は携帯用コンピュータ１００のキーボード用パーム・レストである。パーム・レストの下の部分は通常充分に活用されていないので、ここは開口部１２及び１１０を配置するのに都合のよい場所である。開口部１１０の働きについては以下で更に詳述する。図２のスピーカと同様、スピーカ１５０（図４）は、開口部１２のすぐ下に取り付けられるので、スピーカ１５０の前面部分１８０からの音響は上部表面部材１４０の開口部１２を介して放出される。望ましい実施例では、スピーカ１５０の前面部分１８０は上部表面部材１４０と接している。図２のスピーカ１５とは異なり、スピーカ１５０の背面部分１９０からの音響は底部エンクロージャ表面１６０と上部表面部材１４０の間に閉じ込められることはない。その代わり、底部エンクロージャ表面１６０と上部表面部材１４０との間の壁面１２１〜１２４内の領域によって、開口付きスピーカ・エンクロージャ１２０が形成される。開口付きスピーカ・エンクロージャ１２０と上部表面部材１４０は、次に説明するやり方で、スピーカ１５０の背面部分１９０から放出される音波と、スピーカ１５０の前面部分１８０からの音波がほぼ同相になるように設計されている。
【００１２】
スピーカ１５０以外に、開口付きスピーカ・エンクロージャ１２０には、遮音材２００も含まれている。望ましい実施例では、遮音材２００は柔らかい弾性のガスケット材料であるが、他の材料を用いることも可能である。遮音材２００は上部表面部材１４０と底部エンクロージャ表面１６０の間に配置されて、開口付きスピーカ・エンクロージャ１２０をチャンバ２１０と２２０に分割する。遮音材２００は、壁面１２２から壁面１２４まで延びるのではなく、壁面１２４の手前で終わり、ギャップ２１５が残される。遮音材２００のギャップ２１５によって、スピーカ１５０の背面部分１９０からの音響が第１チャンバ２１０から遮音材２００のギャップ２１５を通って第２チャンバ２２０に進み、その後、上部表面部材１４０の開口部１１０を通って出ていくことができる。開口付きスピーカ・エンクロージャ１２０の第１チャンバ部分２１０によって、スピーカ１５０の背面部分１９０からの音響に音響コンプライアンスがもたらされ、第２チャンバ部分２２０によって、スピーカ１５０の背面部分１９０からの音響に音響質量が付与される。この場合、チャンバ部分２１０及び２２０は、スピーカ１５０の背面部分１９０から生じる音波を遅延させるので、この音波は、上部表面部材１４０の開口部１２を介してスピーカ１５０の前面部分１８０から放出される音波とほぼ同相になってから上部表面部材１４０の開口部１１０から放出される。
【００１３】
開口付きスピーカ・エンクロージャ１２０の設計は、スピーカ１５０として選択されるスピーカの２つの特性、すなわち共振周波数（ｆs）と等価音響コンプライアンス（Ｖas）に大いに左右される。望ましい実施例では、スピーカ１５０は日本のシャープ社製のＪＳＲ−３６Ｍ１スピーカである。このスピーカの共振周波数は約３５６Ｈｚである。この特性は、スピーカ・メーカから得ることもできるし、あるいは、Thiele及びSmallによれば共振周波数の正確な表示が得られるところの、スピーカの最大インピーダンス点を測定することによって求めることも可能である。Ｖasは、スピーカ・メーカから得ることもできるし、あるいは、Thiele及びSmallの教示に従い、当業者には既知のやり方で製作されたテスト・ボックスにスピーカをはめ込み、テスト・ボックス内と自由空気内におけるスピーカの共振周波数を測定し、更に、下記の公式に従ってＶasを計算することによって求めることもできる：
【００１４】
【数１】
0003699192.tif 000002
【００１５】
ｆs及びＶasが求められると、以下の式から音響コンプライアンスの体積（第１チャンバ部分２１０）を計算することができる：
【００１６】
【数２】
0003699192.tif 000003
【００１７】
Ｃas／Ｃab、すなわち（ドライバのサスペンションの音響コンプライアンス）／（エンクロージャ内の空気の音響コンプライアンス）は、Thieleのアライメント表（参考文献２、ｐ３８８）を参照することによって求めることができる。（準４次高域通過バタウォース・フィルタと等価である）スピーカ１５０にはThieleのアライメント数３、ＱＢ3があてはまる。ＱＢ3に関して、Thieleのアライメント表の関連する部分を以下に再録する：
【００１８】
【表１】
0003699192.tif 000004
【００１９】
上のアライメント表を用いると、式（３）は、次のようになる：
【００２０】
【数３】
0003699192.tif 000005
【００２１】
Ｖasに３．１９ｉｎ3を代入すると、
【００２２】
【数４】
0003699192.tif 000006
【００２３】
第２チャンバ部分２２０の長さ及び表面積は、以下の式から求めることができる：
【００２４】
【数５】
0003699192.tif 000007
【００２５】
Thieleのアライメント表を用いると、ｆb＝５０４．０９６であることが分かるので、
【００２６】
【数６】
0003699192.tif 000008
【００２７】
Ｓvについて都合の良いサイズ＝０．０７８ｉｎ2を選択し、末広がり形状の開口(flared port)に関する終端の補正係数を適用すると、
【００２８】
【数７】
0003699192.tif 000009
【００２９】
【数８】
0003699192.tif 000010
【００３０】
上述のように、スピーカに供給可能な最大パワーは、スピーカのダイヤフラムの最大偏位によって決まり、ダイヤフラムの最大偏位は、スピーカがエア・サスペンション・システムに取り付けられている場合、スピーカの共振周波数で起こる。しかし、開口付きスピーカ・エンクロージャ２００のスピーカ１５０の場合のように、スピーカが開口付きスピーカ・エンクロージャに取り付けられると、Thieleが結論付けたように、ダイヤフラムの理論的偏位は共振周波数においてゼロになる。開口付きエンクロージャに取り付けられたスピーカのこの特性を利用すれば、スピーカ１５と比較してスピーカ１５０に入力されるパワーを理論的には無限に増大させることができるが、実際上の限界によって最大パワーが制限される。エンクロージャ２００に示すスピーカ１５０では、最大パワーは約０．８〜１．８ワットである。これはスピーカ１５の０．２ワットの最大パワーに対して性能面での大きい増大である。この性能の増大によって、マルチメディア用途のような音響が重要な用途において、携帯用コンピュータ装置１００を携帯用コンピュータ装置１０よりもはるかに有効にすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の密閉形スピーカ・エンクロージャを利用した携帯用電子装置を示す図である。
【図２】図１の携帯用電子装置の一部の分解図である。
【図３】本発明の望ましい実施例の携帯用電子装置を示す図である。
【図４】図３の携帯用電子装置の一部の分解図である。
【符号の説明】
１０：携帯用コンピュータ
１１：ディスプレイ
１２：アパーチャ
１３：キーボード
１４：上部表面
１５：スピーカ
１６：底部エンクロージャ表面
１８：前面部分
１９：背面部分
１００：携帯用コンピュータ
１１０：アパーチャ
１２０：開口付きスピーカ・エンクロージャ
１２１：壁面
１２２：壁面
１２３：壁面
１２４：壁面
１４０：上部表面
１５０：スピーカ
１６０：底部エンクロージャ表面
１８０：前面部分
１９０：背面部分
２００：遮音材
２１０：チャンバ部分
２１５：ギャップ
２２０：チャンバ部分
【図１】
0003699192.tif 000011
【図２】
0003699192.tif 000012
【図３】
0003699192.tif 000013
【図４】
0003699192.tif 000014