(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バスレフ方式スピーカシステムのエンクロージャーの内部に、中仕切板によりスピーカユニットの側とバスレフポートの側に分割された第１キャビティと第２キャビティの２つのキャビティを具備し、かつ、前記２つのキャビティを連結する開口部を、前記中仕切板の断面と前記エンクロージャーの内壁面のみで構成するスピーカシステムであって、
前記スピーカシステムのインピーダンスカーブのピーク周波数を低い方から順にｆ１、ｆ２、ｆ３とした時、
前記エンクロージャーのトータル実行キャビティと、前記スピーカユニットと、前記バスレフポートによりｆ２の共振が生じるように構成され、
前記第１キャビティと、前記スピーカユニットと、前記開口部によりｆ３の共振が生じるように構成され、
ｆ３／ｆ２≦５であることを特徴とするスピーカシステム。
【請求項２】
バスレフ方式スピーカシステムのエンクロージャーの内部に、中仕切板によりスピーカユニットの側とバスレフポートの側に分割された第１キャビティと第２キャビティの２つのキャビティを具備し、かつ、前記２つのキャビティを連結する開口部を、前記中仕切板の断面と前記エンクロージャーの内壁面のみで構成するスピーカシステムであって、前記開口部を構成する前記エンクロージャーの内壁面は全て前記中仕切板と接合されていることを特徴とするスピーカシステム。
【請求項３】
開口部を構成するエンクロージャーの内壁面は全て中仕切板と接合されていることを特徴とする請求項１記載のスピーカシステム。
【請求項４】
スピーカユニットの界磁部と中仕切板が接合されていることを特徴とする請求項１、２または３記載のスピーカシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音響再生機器などに用いる高音圧な低域用スピーカシステム、いわゆるサブウーハなどのスピーカシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
スピーカシステムの低域の音圧を高くする方式として、従来よりダブルバスレフ方式が広く知られている。例えば、フォステクス株式会社から発行されているスピーカシステムの設計事例集である「ＣＲＡＦＴ  ＨＡＮＤ  ＢＯＯＫ  ＳＰＥＡＫＥＲ−ＣＲＡＦＴ−ＭＡＮＵＡＬ  ＶＯＬ.３」の第２６頁〜第２９頁にその実例が示されている。
【０００３】
同設計事例集に記載のスピーカシステムは、バスレフ方式スピーカシステムのエンクロージャー内部に、中仕切板によりスピーカユニット側とバスレフポート側に分割された２つのキャビティを有し、さらに、仕切板にもう一つのポートを有している。この２つのキャビティ、ポートによる共振を利用することにより、低域の音圧をバスレフ方式より高くすることができるというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の構成によれば以下に示す問題点が発生する。
【０００５】
１．ダブルバスレフ方式は、バスレフ方式に比べて中仕切板とポートが必要であり、大幅にコストアップする。
【０００６】
２．中仕切板のポートの機械抵抗により、音圧アップの効果が小さい。
【０００７】
本発明は、従来のこれらの課題を解決し、大幅なコストアップを抑えるとともに、中仕切板ポートの機械抵抗を小さくして低域の音圧向上を図ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の発明によるスピーカシステムは、バスレフ方式スピーカシステムのエンクロージャーの内部に、中仕切板によりスピーカユニットの側とバスレフポートの側に分割された第１キャビティと第２キャビティの２つのキャビティを具備し、かつ、前記２つのキャビティを連結する開口部を、前記中仕切板の断面と前記エンクロージャーの内壁面のみで構成したスピーカシステムであって、前記スピーカシステムのインピーダンスカーブのピーク周波数を低い方から順にｆ１、ｆ２、ｆ３とした時、前記エンクロージャーのトータル実行キャビティと、前記スピーカユニットと、前記バスレフポートによりｆ２の共振が生じるように構成され、前記第１キャビティと、前記スピーカユニットと、前記開口部によりｆ３の共振が生じるように構成され、ｆ３／ｆ２≦５であることを特徴とするように構成されたスピーカシステムである。
【０００９】
この構成により、開口端補正による効果で、開口孔だけでもポートとして働かせることができる。従って、中仕切板の一部に、エンクロージャー内壁面と中仕切板断面による開口部を設けるだけで、従来のようなポートを設ける場合と同じ性能を得ることができる。
【００１０】
また一方、ポート内の空気の流通により、機械抵抗が発生する。このポートの機械抵抗は、低域の音圧を低下させる要因となる。一般的に、ポートの機械抵抗を小さくするには、ポートの開口面積を大きくする必要がある。さらに、ポートの開口面積を大きくして、かつ、共振周波数を同じにするには、ポートを長くしなければならない。
【００１１】
従来のスピーカシステムにおいて、中仕切板ポートの開口面積を大きく、また、長くするには構成上限界がある。また、大きな中仕切板ポートを用いた場合、エンクロージャーの実効内容積はポートの占める容積分だけ小さくなるので、低域共振周波数が高くなってしまう。
【００１２】
本発明の第１の発明によるスピーカシステムでは、一般的に中仕切板に取り付けられるポートとしては十分に長いエンクロージャーの壁面をポートとして機能させることができるので、従来の中仕切板ポートと同じ共振周波数を得る場合、従来に比べて開口面積を大きくすることができる。その結果、ポートの機械抵抗を小さくすることが可能になり、音圧の高い低域再生を実現できる。
【００１３】
また、本発明の第２の発明によるスピーカシステムは、バスレフ方式スピーカシステムのエンクロージャーの内部に、中仕切板によりスピーカユニットの側とバスレフポートの側に分割された第１キャビティと第２キャビティの２つのキャビティを具備し、かつ、前記２つのキャビティを連結する開口部を、前記中仕切板の断面と前記エンクロージャーの内壁面のみで構成するスピーカシステムであって、前記開口部を構成する前記エンクロージャーの内壁面の全てが前記中仕切板と接合されていることを特徴とするスピーカシステムである。上記第１の発明の構成では、スピーカシステムの量産組み立て時に、中仕切板が接合されていないエンクロージャー内壁面側へ移動した状態で接合される可能性がある。この場合、中仕切板とエンクロージャー内壁部に不正規な僅かな隙間ができ、この僅かな隙間への空気の流通により、機械抵抗の増加による低域音圧の低下がおこると共に、風切り音が発生する。しかしながら、本発明に示す構成にすることにより、低域音圧低下を防ぐことができると共に、風切り音等の異常音の発生を防止することができる。
【００１４】
また、本発明の第３の発明によるスピーカシステムは、上記第２の発明に加えて、スピーカユニットの界磁部と中仕切板が接合されていることを特徴とするものである。
【００１５】
振動板が振動する場合、振動系の振動反作用がスピーカユニットの界磁部に発生する。この界磁部に発生した振動反作用により、界磁部が不要振動し、さらに、この振動はスピーカユニットの固定部分であるエンクロージャーの前面バッフルへフレームを介して伝わる。その結果、前面バッフルが大きく振動し、スピーカユニット以外から不要音が大きく発生する。しかしながら、本発明に示す構成により、スピーカユニットの界磁部を中仕切板にも固定することができるので、反作用による振動の発生源である界磁部からの振動をエンクロージャー内部の中仕切板へも伝えることができ、前面バッフルの不要振動を低減することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１、２は実施の形態１による低域再生用スピーカシステムの断面図である。このスピーカシステムは、内寸法が幅１７５ｍｍ、高さ４１８ｍｍ、奥行き２７８ｍｍである木製エンクロージャー２に、口径１７ｃｍで直列接続された２個のスピーカユニット１が取り付けられたものである。２個スピーカユニットは同一仕様であり、それぞれの実効振動質量は１４ｇ、実効振動半径は５．５ｃｍである。また、スピーカユニット１は、エンクロージャー前面下側寄りに取り付けられている。
【００１８】
また、エンクロージャー背面下側には、内径φ４０、長さ５０ｍｍである第２ポート３が取り付けられている。さらに、エンクロージャー内部には、木製で厚み１２ｍｍである中仕切板４が配置されている。この中仕切板４により総内容積１９．５リットルが、スピーカユニット側のキャビティ、すなわち、第１キャビティ５と、第２ポート側のキャビティ、すなわち、第２キャビティ６に分割されている。また、スピーカユニット１の取り付けバッフルの内壁面から中仕切板４の前面までの間隔は８２ｍｍであり、中仕切板４裏面からエンクロージャー背面の内壁面までの間隔は１８４ｍｍである。それぞれの内容積は、第１キャビティ５が６リットル、第２キャビティ６が１３．５リットルである。また、エンクロージャー上部の内壁と中仕切板４の上端断面部により、開口面積１１３ｃｍ2 である開口部７が構成されている。開口端補正の効果により開口部の実効ポート長は約１３０ｍｍである。中仕切板４の側面、底面部はエンクロージャー内壁と密着しており空気の流通はない。なお、中仕切板４の取り付けられているエンクロージャ内壁面によるエンクロージャー断面積は、７３２ｃｍ2 である。
【００１９】
以上のように構成された本実施の形態のスピーカシステムの動作について説明する。図３に実施の形態１のスピーカシステムの等価回路を示す。
【００２０】
また、図４、５に従来のスピーカシステムを示す。すなわち、中仕切板１４には上部に内径φ８０、長さ３０ｍｍである第１ポート８が取り付けられている。スピーカユニット１、エンクロージャー２、及び、第２ポート３は実施の形態１によるスピーカシステムと同一である。
【００２１】
実施の形態１によるスピーカシステムと従来のスピーカシステムの実測音圧周波数特性とインピーダンス特性の比較を図６に示す。Ａ，Ｃはそれぞれの音圧周波数特性、また、Ｂ，Ｄはそれぞれのインピーダンス特性を示す。
【００２２】
音圧周波数特性について、本実施の形態１の特性Ａは、低域特性の平坦部の音圧は、８９．５ｄＢであり、この音圧より−３ｄＢである８６．５ｄＢの周波数、すなわち、一般的にこの周波数をカットオフ周波数と呼んでいるが、５５Ｈｚである。また一方、従来のスピーカシステムの特性Ｃは、平坦部の音圧は８８．５ｄＢで、これより−３ｄＢの音圧の周波数、すなわち、カットオフ周波数は５５Ｈｚで本実施の形態１のスピーカシステムと同じである。
【００２３】
次に、インピーダンス特性Ｂ，Ｄについて説明する。図６より、インピーダンス特性の頂点の周波数は、低域側から、２７Ｈｚ、７５Ｈｚ、２４０Ｈｚである。これらをｆ１、ｆ２、ｆ３と呼ぶことにする。ｆ３／ｆ２＝３．２である。ｆ１の共振は、第１キャビティと開口部もしくは第１ポート、スピーカユニット、および、第２キャビティと第２ポートの共振によるものである。また、ｆ２の共振は、エンクロージャーのトータル実効キャビティと、スピーカユニット、および、第２ポートによる共振である。また、ｆ３の共振は第１キャビティと、スピーカユニット、および、開口部もしくは第１ポートによる共振である。図より、それぞれの共振周波数は同じであるが、インピーダンスの大きさが本実施の形態によるスピーカシステムの方が大きくなっていることが確認できる。これは、実施の形態１に示すスピーカシステムでは、エンクロージャーの壁面をポートとして機能させることができ、開口端補正の効果により、開口部の等価半径×２＋中仕切の厚みがほぼ開口部の有効ポート長となるので、共振周波数を高くすることなくポート開口面積を大きくでき、その結果、ポートの機械抵抗が小さくなるためである。
【００２４】
以上のように、本実施の形態によるスピーカシステムでは、カットオフ周波数が同じ場合でも、従来より音圧を高くすることが可能である。
【００２５】
次に、本実施の形態１と同等の機械抵抗、つまり、第１ポートの開口面積が実施の形態１と同じであるスピーカシステムについて述べる。
【００２６】
図７、８は実施の形態１によるスピーカシステムと同じ開口面積である第１ポートをもつスピーカシステムである。すなわち、内径φ１２０、長さは１３２ｍｍで、厚み３ｍｍの樹脂成形品である第１ポート１８が中仕切板２４に取り付けられている。その他の構成は、実施の形態１によるスピーカシステムと同じである。図９に実施の形態１との特性比較を示す。すなわち、第１ポートの開口面積が大きいので、機械抵抗を小さくすることができ、第１キャビティと第１ポートの共振、すなわち、インピーダンス特性の２４０Ｈｚ付近のレベルを実施の形態１によるスピーカシステムと同等にすることができる。従って、逆に実施の形態１によるスピーカシステムの構成の開口部は、内径φ１２０、長さは１３２ｍｍのポートと等価になっていることが分かる。このポート長さは、開口部の等価半径×２＋中仕切板の厚みに相当する。なお、他の実例においても、この関係はほぼ同じであることが確認できている。
【００２７】
図７、８に示すスピーカシステムでは、大きなポートを第２キャビティの中に設けているため、第２キャビティの実効キャビティが小さくなる。その結果、第２キャビティに関わる共振周波数が高くなり、７０Ｈｚ以下の音圧が１ｄＢ程度低下し、カットオフ周波数も５８Ｈｚと高くなる。このように、従来の構成において、第１ポートの機械抵抗を小さくして機械抵抗による音圧低下を防ごうとしても、第２キャビティ、もしくは、第１キャビティの実効容積が小さくなるので、カットオフ周波数が高くなる。
【００２８】
次に実施の形態１によるスピーカシステムにおいて、第１キャビティと開口部による共振周波数の最適範囲について説明する。
【００２９】
図１０は、カットオフ周波数は５５Ｈｚで同じ条件で、本発明によるスピーカシステム、及び、従来のスピーカシステムの第１キャビティと第１ポートによる共振周波数ｆ３が高い場合の実測特性の比較を示したものである。スピーカシステムの仕様は、いずれも、スピーカユニット１の取り付けバッフルの内壁面から中仕切板前面までの間隔は４１ｍｍ、中仕切板裏面からエンクロージャー背面の内壁面までの間隔は２２５ｍｍである。それぞれの内容積は、第１キャビティが３リットル、第２キャビティが１６．５リットルである。その他の仕様は実施の形態１によるスピーカシステムと同じである。
【００３０】
実施の形態１によるスピーカシステムに比べて第１キャビティの容積が小さくなることにより、第１キャビティと開口部による共振周波数ｆ３が高くなる。インピーダンス特性の頂点の周波数、つまり共振周波数は、低域側から２７Ｈｚ、７５Ｈｚ、３９０Ｈｚであり、ｆ３＝３９０Ｈｚである。また、ｆ３／ｆ２＝５．２である。
【００３１】
このときの音圧周波数特性Ｇ，Ｊであるが、本発明によるスピーカシステムと従来のスピーカシステムとの差がほとんど認められない。また、インピーダンス特性Ｈ，Ｋについても、ほとんど差が認められなくなっている。
【００３２】
この理由について説明する。前述のようにｆ３の共振周波数は、第１キャビティと開口部の大きさで決定される。また、ｆ２の共振周波数は、エンクロージャーのトータル実効キャビティと、スピーカユニット、および、第２ポートによる共振であり、中仕切板の位置、開口部の形状には影響されない。ここで、ｆ３が高くなる条件としては、第１キャビティの容積が小さい場合と開口部の大きさが大きい場合である。図３にダブルバスレフ方式スピーカシステムの等価回路図を示すが、前述の前者の状態は、図中のＣ１が小さく、かつ、Ｒｃ１が大きくなる場合であり、また、後者の状態は、（Ｓｄ／Ｓｐ１）2 ・Ｍｐ１が大きく、かつ、（Ｓｄ／Ｓｐ１）2 ・Ｒｐ１が小さくなる場合である。いずれの場合においても、Ｃ１，Ｒｃ１の部分、また、（Ｓｄ／Ｓｐ１）2 ・Ｍｐ１，（Ｓｄ／Ｓｐ１）2 ・Ｒｐ１の部分が無視できる状態、つまり、第１キャビティと開口部による共振の効果が極めて小さくなるので、従来のスピーカシステムに対する本発明によるスピーカシステムの優位性がなくなる。
【００３３】
このように、第１キャビティと開口部による共振周波数には適切な周波数範囲があることがわかる。ここで、図３に示す等価回路により低域の音圧周波数特性、インピーダンス特性のシミュレーションにより、共振周波数の適切な範囲を見出した。その結果、本願の構成によるスピーカシステムのインピーダンスカーブのピーク周波数を低い方からｆ１、ｆ２、ｆ３とすると、ｆ３／ｆ２≦５が適切な範囲であり、この条件からはずれると、従来のダブルバスレフ方式のスピーカシステムと同等程度の性能になることが確認できた。
【００３４】
なお、本実施の形態１では、スピーカユニットを同一仕様のものを２個使用しているが、仕様が異なっていても、また、１個でも同等の性能が得られることは言うまでもないことである。さらに、中仕切として厚み１２ｍｍの木材を使用しているが、厚みを変更しても、中仕切開口面積などを変更することにより同等の性能が得られることは言うまでもないことである。
【００３５】
（実施の形態２）
図１１は、実施の形態２によるスピーカシステムの断面図である。すなわち、中仕切板３４は厚み１２ｍｍの木製で、上端のコーナーに１５０ｍｍのコーナーカットによる開口部１７を具備している。その他の仕様は実施の形態１によるスピーカシステムと同じである。この構成により中仕切板３４は開口部を構成する全てのエンクロージャーの内壁面に接合部をもつことになる。実施の形態１によるスピーカシステムではエンクロージャー内壁面のうち、上部内壁面に接合部を持たないので、量産組み立て時に上方向にずれて固定される恐れがある。その結果、中仕切下部に僅かな隙間ができ、この僅かな隙間に空気が流通することにより機械抵抗が大きくなり音圧低下すると共に風切り音等の異常音が発生する可能性がある。また、中仕切板のずれを防止するために、位置決め用の別部材を用いる方法も考えられるが、部材追加と工数が増えることによるコストアップが生じる。
【００３６】
しかしながら、実施の形態２によるスピーカシステムでは、開口部を構成するエンクロージャーの全ての内壁面に中仕切板が接合部をもつので、組み立て時に中仕切板が不正規位置に固定されることがなく、ほとんどコストアップなく品質の向上ができる。
【００３７】
なお、実施の形態２によるスピーカシステムでは、中仕切開口部を中仕切コーナーに具備しているが、図１２に示すように中仕切板４４上端の切り欠きによる開口部２７をもつ構成でも同等の効果が得られることは言うまでもないことである。
【００３８】
（実施の形態３）
図１３は、実施の形態３によるスピーカシステムの断面図である。すなわち、スピーカユニット１の界磁部１０と中仕切板４とは外径φ７０、厚み２０ｍｍの木製スペーサ９で接合されている。その他の仕様は、実施の形態１によるスピーカシステムと同じである。この構成により、スピーカユニット１はエンクロージャー前面バッフルのみでなく、エンクロージャー内の中仕切板にも固定される。
【００３９】
一般的に、振動板が振動する場合、振動系の振動反作用が界磁部１０に発生する。また、この反作用により界磁部に不要振動が発生する。実施の形態１によるスピーカシステムでは、この振動系の反作用による界磁部１０の不要振動がスピーカユニットの固定部分であるエンクロージャーの前面バッフルへフレームを介して伝わる。その結果、前面バッフルが大きく振動し、スピーカユニット以外から不要音が大きく発生する。しかしながら、本実施の形態３によるスピーカユニットでは、界磁部を中仕切板にも固定することができるので、界磁部からの振動をエンクロージャー内部の中仕切板へも伝えることができ、前面バッフルの不要振動を低減することが可能になる。
【００４０】
なお、本実施の形態３では、木製スペーサを使用しているが、アルミニウムなどの金属製スペーサを用いても同様の効果が得られることは言うまでもないことである。さらに、粘弾性材料によるスペーサを用いても同様、もしくは、更に大きな効果が得られることは言うまでもないことである。また、スペーサを用いず、スピーカユニット背面と中仕切板を直接固定しても同様の効果が得られることは言うまでもないことである。
【００４１】
その他、本発明は、上記の例に限定されるものではないことは言うまでもないことである。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明のスピーカシステムによれば、バスレフ方式スピーカシステムのエンクロージャー内部に、中仕切板によりスピーカユニット側とバスレフポート側に分割された２つのキャビティを具備し、かつ、前記２つのキャビティを連結する開口部を、前記中仕切板断面とエンクロージャー内壁面のみで構成することにより、従来のように中仕切板に別ポートを配置した場合と同じ動作をさせることができ、中仕切板の別ポートを省略することができる。その結果、ポート材料費と組み立て工数の削減が可能になる。
【００４３】
さらに、上記の構成により、開口部の等価半径×２＋中仕切板の厚みがほぼ開口部の有効ポート長として働き、すなわち、開口部の開口面積を大きくしても、ポート長を長くすることができる。その結果、中仕切板の開口部による共振周波数を高くすることなく、中仕切板開口部の機械抵抗を小さくでき、機械抵抗によるロスを極力小さくでき、音圧レベルを高くすることが可能になる。
【００４４】
また、本発明のスピーカシステムによれば、中仕切板が開口部を構成するエンクロージャーの全ての内壁面の一部分に接合部をもつので、スピーカシステムの量産組み立て時に中仕切板が不正規位置に固定されることがない。その結果、機械抵抗の増加による音圧の低下や、風切り音等の異常音の発生がなく、品質の向上が実現できる。
【００４５】
また、本発明のスピーカシステムによれば、振動反作用の発生源であるスピーカユニットの界磁部を直接中仕切板に固定することができるので、前面バッフルの振動を抑えることができ、前面バッフルからの不要音を低減することが可能になる。
【００４６】
このように、本発明のスピーカシステムは工業的価値の大なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるスピーカシステムを示す断面図
【図２】本発明の実施の形態１によるスピーカシステムを示すＡ−Ａの断面図
【図３】ダブルバスレフ方式スピーカシステムの等価回路図
【図４】従来のスピーカシステムを示す断面図
【図５】従来のスピーカシステムを示すＢ−Ｂの断面図
【図６】本発明の実施の形態１によるスピーカシステムと従来のスピーカシステムの実測音圧周波数特性、ならびに、インピーダンス特性を示す周波数特性図
【図７】同実施の形態１によるスピーカシステムの中仕切板開口部と同じ開口面積のポートをもつ従来のスピーカシステムの断面図
【図８】同実施の形態１によるスピーカシステムの中仕切板開口部と同じ開口面積のポートをもつ従来のスピーカシステムのＣ−Ｃの断面図
【図９】同実施の形態１によるスピーカシステムと図７、８に示す従来のスピーカシステムの実測音圧周波数特性、ならびに、インピーダンス特性を示す周波数特性図
【図１０】スピーカユニット側のキャビティが小さい場合の本発明によるスピーカシステムと従来のスピーカシステムの音圧周波数特性、ならびに、インピーダンス特性を示す周波数特性図
【図１１】本発明の実施の形態２によるスピーカシステムを示す断面図
【図１２】本発明の実施の形態２によるスピーカシステムを示す断面図
【図１３】本発明の実施の形態３によるスピーカシステムを示す断面図
【符号の説明】
１  スピーカユニット
２  エンクロージャー
３  第２ポート
４、１４、２４、３４、４４  中仕切板
５  第１キャビティ
６  第２キャビティ
７、１７、２７  開口部
８、１８  第１ポート
９  スペーサ
１０  界磁部
【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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【図１３】
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