(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピーカボックスとパッシブラジエータとスピーカユニットとを備えるスピーカシステムであって、スピーカボックスはスピーカユニットの前面音響出力を密閉する背面密閉室とスピーカユニットの背面音響出力をパッシブラジエータに結合する前面密閉室とを構成し、パッシブラジエータは背面にフレーム、マグネット等の第１突起部を有し背面からの音響出力によってスピーカボックス外部に音響出力するよう配置され、スピーカユニットは外部からの音響信号によって駆動されるとともに、背面にフレーム、マグネット等の第２突起部を有し、パッシブラジエータに対して逆さ方向で、かつ第１、第２突起部の高さを互いに吸収するようスピーカボックス内部に配置されるスピーカシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は低域用のスピーカシステムおよびそのスピーカシステムを利用した音響再生装置に関し、特に車載用として有用なスピーカシステムおよび音響再生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、コンパクトディスクなどの広帯域ソースの普及にともない、これらの広帯域ソースを十分に再生できるスピーカシステムが必要とされている。低域の再生能力を改善するため、従来はスピーカユニットとパッシブラジエータを組み合わせたパッシブラジエータ型ケルトン方式により、低域の再生能力を改善することが行われている。
【０００３】
以下に、低域の再生能力を改善する従来のパッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステムについて説明する。図１０は従来のパッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステムの断面図である。図１０において、１０２は実際に音響再生を行うパッシブラジエータである。１０１はパッシブラジエータ１０２を駆動するスピーカユニットである。１０３は前記スピーカユニット１０１の音響出力をパッシブラジエータ１０２に結合する前面密閉室、１０４は前記スピーカユニット１０１の背面音響出力を密封する背面密閉室であり、これらの密閉室１０３，１０４はスピーカボックス１０５にて構成されている。
【０００４】
図１１は従来のパッシブラジエータ型ケルトン方式の等価回路である。図１１において、２０１はスピーカユニットの逆起電力などによる電気的抵抗である。２０２はスピーカユニットの機械的な抵抗である。２０３はスピーカユニットの振動板の質量などによる等価質量である。２０４はスピーカユニットのダンパーやエッジなどによるコンプライアンスである。２０５はスピーカユニットの音響出力を面積比に応じて、パッシブラジエータに伝達する変圧器である。２０６はパッシブラジエータの機械的な抵抗である。２０７はパッシブラジエータのダンパーやエッジなどによるコンプライアンスである。２０８はパッシブラジエータの振動板の質量などによる等価質量である。２０９は前面密閉室によるコンプライアンスである。２１０は背面密閉室によるコンプライアンスである。
【０００５】
以上のように構成された従来のパッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステムについて、以下その動作について説明する。図１０に示すように、スピーカユニット１０１前面から放出される音響再生出力が前面密閉室１０３内の空気を介してパッシブラジエータ１０２を駆動することにより、このパッシブラジエータ１０２から音響再生が行われる。また、スピーカユニット１０１背面から放出された音響再生出力はパッシブラジエータ１０２の音響再生出力に干渉しないように背面密閉室１０４により密封されている。
【０００６】
図１２は、従来のパッシブラジエータ型ケルトン方式の優位性を示す低域再生特性の比較の一例である。図１２において、３０１は密閉方式の出力音圧周波数特性である。密閉方式はスピーカユニット背面の音響再生出力をスピーカボックス内に密封することで、スピーカユニット前面の音響再生出力との干渉を避ける方式であるが、スピーカボックスの容積が十分に大きくない場合にはスピーカユニットに対するコンプライアンス減少を招き、図１２の特性３０１から分かる通り低域再生能力に限界が生じる。
【０００７】
３０２は同タイプのスピーカユニットとスピーカボックスを用いた位相反転方式の出力音圧周波数特性である。位相反転方式はスピーカユニット背面の音響再生出力をスピーカボックス内からダクトを通してある周波数（以下、反共振周波数と称す）で共振させ、スピーカユニット前面の音響再生出力へ混合させる方式である。このダクトを経由した音響再生出力は反共振周波数より上の周波数帯域においては、スピーカユニット前面の音響再生出力と同一位相となるため、特に反共振周波数付近において相互作用により放射効率が向上し、密閉式より低域再生限界を伸ばすことができる。しかしながら、このダクトを経由した音響再生出力は反共振周波数より下の周波数帯域においては、スピーカユニット前面の音響再生出力とは逆位相となり、打ち消し合いが生じる。このため、反共振周波数より下の周波数帯域では約−２０ｄＢ／ｏｃｔの急激な減衰カーブとなってしまうため十分な重低音再生が得られない欠点がある。
【０００８】
３０３は同タイプのスピーカユニットとスピーカボックスを用いた従来のパッシブラジエータ型ケルトン方式の出力音圧周波数特性である。パッシブラジエータ型ケルトン方式は、位相反転方式と同様に、ある周波数（以下、最低共振周波数と称す）でパッシブラジエータとスピーカユニットを共振させ、低域再生限界を伸ばすことができる。しかも超低域においてもパッシブラジエータとスピーカユニットが同位相で振動するため、最低共振周波数より下の周波数帯域でも密閉方式と同様な約−１２ｄＢ／ｏｃｔの緩やかな減衰カーブとなり十分な重低音再生が得られる。また、特定の周波数より上の周波数帯域においてはスピーカユニットが振動しても、パッシブラジエータは振動しないため、低域再生用スピーカシステムとしては優れたバンドパス特性をも有することができる。
【０００９】
以上のように、従来のパッシブラジエータ型ケルトン方式は、密閉方式の長所である超低域の緩やかな減衰特性に起因する重低音域の再生能力と、位相反転方式の長所である低域再生限界の拡大という、両方式の長所を併せ持つことにより低域の再生能力を改善する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のパッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステムは、低域の再生能力を改善するための手段として非常に有効であることは上記に示した通りであるが、構造的にスピーカユニットとパッシブラジエータが縦列またはそれに近い形で組み合わされるため、スピーカシステムの奥行寸法が大きくなり、コンパクト化や薄型化が難しいという課題があった。
【００１１】
本発明は上記に示した従来のパッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステムにおける問題点を解決するもので、スピーカシステム内部のパッシブラジエータとスピーカユニットの配置構造を最適化することにより、従来のパッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステムのコンパクト化と薄型化を同時に実現することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明のスピーカシステムは、スピーカボックスとパッシブラジエータとスピーカユニットとを備え、スピーカボックスはスピーカユニットの前面音響出力を密閉する背面密閉室とスピーカユニットの背面音響出力をパッシブラジエータに結合する前面密閉室とを構成し、パッシブラジエータは背面にフレーム、マグネット等の第１突起部を有し背面からの音響出力によってスピーカボックス外部に音響出力するよう配置され、スピーカユニットは外部からの音響信号によって駆動されるとともに、背面にフレーム、マグネット等の第２突起部を有し、パッシブラジエータに対して逆さ方向で、かつ第１、第２突起部の高さを互いに吸収するようスピーカボックス内部に配置したものである。
【００１３】
【作用】
本発明は上記した構成により、スピーカユニットがパッシブラジエータに対して逆さ方向に配置され、更にスピーカユニットとパッシブラジエータの水平位置関係をオフセットする構造により、スピーカユニットとパッシブラジエータのフレームやマグネット部などの突起部が互いに吸収されるため、従来のパッシブラジエータ型ケルトン方式におけるスピーカシステムのコンパクト化や薄型化を同時に実現することができる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の第１の実施例について図面を参照しながら説明する。図１は本発明のパッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステムの一実施例を示す断面図で、図２は同パッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステムの等価回路で、図３は本実施例のパッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステムに電力増幅器を組み込んで低域用音響再生装置（以下、単にサブウーハと称す）として用いた場合のブロック図で、図４は車載音響再生装置として本実施例のパッシブラジエータ型ケルトン方式のサブウーハを組み合わせた場合のシステム構成図である。
【００１５】
図１〜図４において、４０２は実際に音響再生を行うパッシブラジエータである。４０１はパッシブラジエータ４０２を背面音響出力により駆動するスピーカユニットである。４０３はスピーカユニット４０１の背面音響出力をパッシブラジエータ４０２に結合する前面密閉室、４０４はスピーカユニット４０１の前面音響出力を密封する背面密閉室であり、これらの密閉室４０３，４０４はスピーカボックス４０５にて構成されている。
【００１６】
このパッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステムの等価回路を図２に示す。図２において、５０１はスピーカユニットの逆起電力などによる電気的抵抗である。５０２はスピーカユニットの機械的な抵抗である。５０３はスピーカユニットの振動板の質量などによる等価質量である。５０４はスピーカユニットのダンパーやエッジなどによるコンプライアンスである。５０５はスピーカユニットの音響出力を面積比により、パッシブラジエータに逆位相で伝達する変圧器である。５０６はパッシブラジエータの機械的な抵抗である。５０７はパッシブラジエータのダンパーやエッジなどによるコンプライアンスである。５０８はパッシブラジエータの振動板の質量などによる等価質量である。５０９は前面密閉室によるコンプライアンスである。５１０は背面密閉室によるコンプライアンスである。
【００１７】
図３は本実施例のパッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステムに電力増幅器を組み込んでサブウーハとして用いた場合のブロック図である。図３において、６０５は音響入力信号の低域信号のみを電力増幅するパルス幅変調方式の電力増幅器である。６０６は電力増幅器６０５の音響出力信号を再生する本実施例のパッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステムである。６０７はスピーカシステム６０６から放射される音響信号をマイクロフォン６０２で検出し、そのマイクロフォン６０２からの出力信号にもとづき音響信号を制御する音響帰還回路であり、前記電力増幅器６０５の前段に形成されている。ここで、前記音響帰還回路６０７、電力増幅器６０５は、前記音源装置６１１からの音響出力信号の低域信号のみを電力増幅しスピーカシステムに入力する電力増幅手段を構成している。また、前記音響帰還回路６０７は図５に示すように前記音源装置６１１の出力が加えられる入力端子１を反転入力端子に接続した減算器６０１と、マイクロフォン６０２の出力信号が入力されるマイクロフォン増幅器６０３と、このマイクロフォン増幅器６０３の出力と電力増幅器６０５に入力される音響信号とを加減算処理する加減算器６０４から構成されており、前記加減算器６０４の出力が前記減算器６０１の非反転入力端子に接続される。
【００１８】
図４は車載音響再生装置として本実施例のパッシブラジエータ型ケルトン方式のサブウーハを組み合わせた場合のシステム構成図である。図４において、６１１はコンパクトディスクプレーヤ、コンパクトカセットプレーヤ、チューナなどの音源機器６１１ａと、音源の質量・音質を可変する可変部６１１ｂと、この音響出力信号を電力増幅する電力増幅器６１１ｃからなる音源装置である。６１２は音源装置６１１の音響出力信号を車室内に再生するフルレンジスピーカシステムである。６１３は音源装置６１１からの音響出力信号が接続された本実施例のパッシブラジエータ型ケルトン方式のサブウーハである。
【００１９】
以上のように構成された本発明の第１の実施例におけるパッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステムについて、以下その動作について説明する。
【００２０】
本実施例のパッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステムは、パッシブラジエータ４０２に対してスピーカユニット４０１が逆さ方向に取り付けられ、スピーカユニット４０１の背面音響出力が前面密閉室４０３の空気を介してパッシブラジエータ４０２に伝達され、パッシブラジエータ４０２から音響出力を得る構造である。このため、スピーカユニット４０１とパッシブラジエータ４０２のフレームやマグネット部などの突起部が互いに吸収される構造となるため、スピーカシステムの奥行を薄型にすることができる。更に、スピーカユニット４０１とパッシブラジエータ４０２の水平位置をオフセット関係にする構造とすることで、同時にスピーカシステムの幅も狭めることができる。なお、背面密閉室４０４はパッシブラジエータの音響再生出力にスピーカユニットの前面音響出力が干渉しないようにするため、スピーカユニット４０１の前面音響出力を密封するものである。
【００２１】
本実施例のパッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステムでは、スピーカユニットの背面音響出力が前面密閉室の空気を介してパッシブラジエータに伝達され、パッシブラジエータから音響出力を得る構造のため、スピーカユニットとパッシブラジエータの位相関係が反転する。この関係を、変圧器５０５によって表している。他のスピーカシステムとの併用においては位相関係を合わせるため、本実施例のパッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステムの音響信号入力端子が逆相でスピーカユニットに接続される。
【００２２】
図３は応用例として、本実施例のパッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステム内にパルス幅変調方式の電力増幅器６０５と、減算器６０１、マイクロフォン６０２、マイクロフォン増幅器６０３、加減算器６０４から成る音響帰還回路を組み込んだ車載用サブウーハのブロック図を示す。パルス幅変調方式の電力増幅器６０５はコンパクトな大きさで高出力が得られる電力増幅器であり、音響帰還回路はサーボ効果により音響再生出力の立上りを改善するものである。図４は、車載音響再生装置に本実施例のパッシブラジエータ型ケルトン方式のサブウーハを組み合わせたシステムである。基本システムは音源装置６１１とフルレンジスピーカシステム６１２により構成されるが、基本システムで不足する低域再生を本実施例のパッシブラジエータ型ケルトン方式のサブウーハ６１３で改善するものである。なお、フルレンジスピーカシステム６１２と本実施例のパッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステム６０６の位相関係を合わせるため、パルス幅変調方式の電力増幅器６０５の音響出力信号は逆相でスピーカユニットに接続される。
【００２３】
本実施例のサブウーハは他に図６に示すように構成される。図６において、７０１は車両側の車速パルスの周波数から車両速度に比例した直流電圧に変換する周波数電圧変換器である。７０２は周波数電圧変換器７０１の制御電圧により、音響入力信号から制御電圧に比例した音響信号を出力する電圧制御増幅器である。７０３は周波数電圧変換器７０１の制御電圧により電圧制御増幅器７０２の出力信号が頻繁に変動するのを防ぐ積分回路である。７０４は本実施例のサブウーハの音量が十分に大きく車室内騒音による影響を受けない時に音響出力信号が過剰になるのを抑える信号制限回路である。７０５は車両停車時にエンジンがアイドリングしている場合でも最適な音量が得られるようにエンジンスイッチＯＮ時の出力電圧により音響信号を制御する電圧制御増幅器である。６０５は電圧制御増幅器７０２の出力信号の低音域のみを電力増幅するパルス幅変調方式の電力増幅器である。６０６は電力増幅器６０５の音響出力信号を再生するパッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステムである。６０７はスピーカシステム６０６から放射される音響信号をマイクロフォン６０２で検出し、そのマイクロフォン６０２からの出力信号にもとづき音響信号を制御する音響帰還回路であり、前記信号制限回路７０４と前記電力増幅器６０５間に形成されている。ここで、前記信号制限回路７０４、帰還回路６０７、電力増幅器６０５は、前記電圧制御増幅器７０２からの音響出力信号の低域信号のみを電力増幅しスピーカシステムに入力する電力増幅手段を構成している。ここで、前記音響帰還回路６０７は図５に示す通りである。
【００２４】
以上のように構成された本実施例のサブウーハについて、以下その動作について説明する。音源装置６１１から入力された音響信号は電圧制御増幅器７０５に入力される。この電圧制御増幅器７０５の増幅度は車両側のエンジンスイッチがオン状態で出力される電圧を検出すると一定レベル上昇する。周波数電圧変換器７０１には車両側の車速パルスが入力されており、車両速度に比例した制御電圧を積分回路７０３を介して電圧制御増幅器７０２へ出力する。また、電圧制御増幅器７０５から出力された音響信号は電圧制御増幅器７０２に入力される。この電圧制御増幅器７０２の増幅度は、周波数電圧変換器７０１の制御電圧、すなわち車両速度に正比例して制御される。電圧制御増幅器７０２の音響出力は信号制限回路７０４へ入力される。信号制限回路７０４は本実施例のサブウーハの音量が十分に大きくロードノイズなどの車室内騒音の影響を受けていないときに、車両速度の上昇に伴う音量の過剰を抑える働きをする。信号制限回路７０４からの音響出力信号は音響帰還回路６０７に入力される。音響帰還回路６０７はパッシブラジエータ型ケルトン方式スピーカシステム６０６の音響出力をマイクロフォン６０２で検出し、マイクロフォン増幅器、減算器、加減算器を介して帰還ループを形成し、サーボ効果によりサブウーハの音響再生出力を改善する。音響帰還回路６０７の音響出力はパルス幅変調方式電力増幅器６０５に入力される。パルス幅変調方式電力増幅器６０５にはローパスフィルタ回路などが内蔵されており、低域のみが電力増幅される。パッシブラジエータ型ケルトン方式スピーカシステム６０６はパルス幅変調方式電力増幅器６０５の音響出力信号が接続され、再生音を車室内に出力する。
【００２５】
以上の構成により、車両停車時、エンジンのアイドリング時、車両低速走行時、中速走行時、高速走行時の順番に車室内騒音レベルが大きくなるが、本実施例のサブウーハの音量も車室内騒音レベルに比例して大きくなるため、本実施例サブウーハの再生音レベルのＳ／Ｎ比が一定に保たれるように改善され、最適な音響再生ができる。また、本実施例のサブウーハの音量が大きく、車室内騒音の影響を受けない時には、信号制限回路７０４により車両高速走行時においても本実施例のサブウーハの音量は必要以上に上昇しない。また、積分回路７０３により車両速度が頻繁に変動しても、本実施例のサブウーハの音量が頻繁に変動することは少ない。
【００２６】
尚、本発明のスピーカシステムは他に図７乃至図９に示すように変形することが可能である。
【００２７】
図７は、本発明の第１の実施例で説明したパッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステムと基本的に同じものであるが、パッシブラジエータ８０１，８０２として複数に分割して用いたものである。複数に分割した場合、振動板面積および振動板質量の和が単独使用時と同一であれば、第１実施例の場合と同じ特性を有することができる。
【００２８】
図８も、本発明の第１の実施例で説明したパッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステムと基本的に同じものであるが、パッシブラジエータ４０２の代わりにダクト９０２を用いたものである。ダクト９０２を用いた場合、ダクト９０２の内径面積およびダクト９０２内の空気の質量がパッシブラジエータ４０２の振動板と同一であれば、第１実施例の場合と同じ特性を有することができる。
【００２９】
図９は、本発明の第１の実施例で説明したパッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステムのパッシブラジエータ４０２の上に音響リフレクタ４０６を取り付けたものである。パッシブラジエータ４０２からの音響再生出力を、音響リフレクタ４０６に反射させて、スピーカボックスと音響リフレクタ４０６の横側に設けられた音響出力放射部４０７から音響再生出力を得る構造のため、パッシブラジエータ４０２に対する実効的な等価質量が増加して低域再生限界が更に拡大される。また、スピーカボックス上に物などを置いても音響特性に悪影響を与えることがなく、車室内における座席下などへの設置においても再生音圧が直接上方に出力されないため、着席者に及ぼす不快な振動が緩和される。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明は、低域の再生能力を改善するのに有効なパッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステムにおいて、スピーカユニットの背面音響出力でパッシブラジエータを駆動し、スピーカユニットをパッシブラジエータに対して逆さ方向に配置、更にスピーカユニットとパッシブラジエータの水平位置関係をオフセットする構造とすることにより、スピーカユニットとパッシブラジエータのフレームやマグネット部などの突起部を吸収することができ、従来は困難であったパッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステムのコンパクト化と薄型化を実現することができるものであり、その実用的価値は非常に大きい。また、パッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステムのコンパクト化と薄型化により、車室内でデッドスペースとなる座席下などへもスピーカシステムを容易に設置できる。また、車室内の座席下に設置する場合には、パッシブラジエータ上に音響リフレクタを取り付けることで再生音圧が直接上方に出力されないため、着席者に及ぼす不快な振動が緩和されるので、その実用的価値は非常に大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施例におけるパッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステムの断面図
【図２】  同スピーカシステムの等価回路図
【図３】  同スピーカシステムを利用した音響再生装置のブロック図
【図４】  同スピーカシステムを利用した音響再生装置のシステムブロック図
【図５】  同音響再生装置に使用する要部回路ブロック図
【図６】  同音響再生装置の他の例を示すブロック図
【図７】  本発明の他の実施例におけるパッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステムの断面図
【図８】  本発明の更に他の実施例におけるポート型ケルトン方式のスピーカシステムの断面図
【図９】  本発明の更に他の実施例におけるパッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステムの断面図
【図１０】  従来のパッシブラジエータ型ケルトン方式のスピーカシステムの断面図
【図１１】  同スピーカシステムの等価回路図
【図１２】  従来のスピーカシステムの低域再生の比較周波数特性図
【符号の説明】
１０１  スピーカユニット
１０２  パッシブラジエータ
１０３  前面密閉室
１０４  背面密閉室
４０１  スピーカユニット
４０２  パッシブラジエータ
４０３  前面密閉室
４０４  背面密閉室
４０６  音響リフレクタ
６０１  減算器
６０２  マイクロフォン
６０３  マイクロフォン増幅器
６０４  加減算器
６０５  パルス幅変調方式の電力増幅器
６０６  本実施例のスピーカシステム
６０７  音響帰還回路
６１１  音源装置
６１２  フルレンジスピーカシステム
６１３  サブウーハ
７０１  周波数電圧変換回路
７０２，７０５  電圧制御増幅器
７０３  積分回路
７０４  信号制限回路
８０１，８０２  パッシブラジエータ
９０２  ダクト（音導管）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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