(57)【要約】【課題】高忠実度立体音場再生におけるスピーカーシステムに関し、特に聴き心地の良い音響効果を持つエンクロージャー（筐体）を提供するものである。【解決手段】多孔質軽量セラミック材の気孔率とその貫流性に着眼し、球体型の筐体を成型焼成した。筐体５分の４を本体とし、位相反転型の音響ダクトに代わる効果を筐体の気孔に求めた。その疎密な気孔のもつ貫流性を音圧調整に用いることで独特の低音の増幅に成功した。さらにフロントに空気室を設けることで音の速度が速まることから、理想的な高域特性と、減衰特性が得られた。このことから、従来の密閉型や位相反転型の課題である筐体の振動を剛性で排除するのではなく、振動を音ずくりのために積極的に応用することを手段とした。ゆえに、その音響効果は独特で、無指向性と指向性を兼ね備えた新しいスピーカーシステムである。【選択図】図１
2006094453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体を多孔質軽量セラミック材で構成させたこと特徴とするスピーカーシステム。
【請求項２】
筐体の全貌形状は球体である。その球体を直径方向に５分の４と５分の１に切断する。そこから得られた大小の球冠の、一方大の球冠に一個のスピーカーユニットを装着することで筐体本体とし、他方小の球冠にスピーカーユニット振動板の口径と同寸の開口部を形成してなる球冠グリルを接合して構成したことを特徴とするスピーカーシステム。
【請求項３】
筐体本体の礎材である多孔質軽量セラミック材の特徴は真気孔率が５０％以上あること、より詳しくは成型性に優れ，気孔径、気孔率、吸水性、比重が制御でき、寸法精度と強度の比較的高いこと。またその空気（音波）の貫流性（振動減衰性）とその整振特性によって不要振動が抑制されることに着眼し画成させた。その音響作用を阻害せず、筐体の強度に影響しない範囲の低温焼成で多孔質軽量セラミック材を素焼きで構成したことを特徴とするスピーカーシステム。
【請求項４】
請求項２に記載の球冠グリルは空気室である。コーン型スピーカーの振動板から放射される音はエッジに近くは低音域。中心に寄るほど高音域の音が放射される。空気室の出口が振動板の口径より狭いことから音圧により、音は加速されるため、低音が増幅され、高音の減衰が抑えられる。ゆえに本体に音質向上を狙った空気室を具有してなるスピーカーシステム。
【請求項５】
筐体の形状は球体である。そのスピーカーシステムを設置して転ばないように保持するために台座が不可欠である。そこで木製の円環上に３個の木製の球体を１２０度ごとに点接着させた架台。それは筐体を全方向自由自在に支持できることを目的とした。そのために球形筐体の一点と保持球体の一点を支点させることで構成したことを特徴とするスピーカーシステム。
【請求項６】
多孔質軽量セラミック材を大小から成る球冠に成型焼成し、大の球冠にスピーカーユニットを取り付け、小の球冠にスピーカーユニット振動板の口径と同寸の開口部を持たせ、再接合することで、全貌形状を球形筐体とした。その形状（球体）と真気孔率による音波の貫流性と整振特性作用に着眼し画成させた。さらに筐体が球体であることから木製の円環に１２０度に３分割した接合点に木製の球体を接着し、筐体を全方向自由自在に保持出来る制振架台を構成したスピーカーシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は高忠実度立体音場再生（以下ハイファイステレオと略す）におけるスピーカーシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  オーディオ機器のアンプ・ＣＤプレーヤーのデジタル化に於ける音質の向上は著しいものがある。しかし、音の出口であるスピーカーユニットには発明当初から現在に至っても理論的な大きな進化は見られない。反面スピーカーユニットを構成する部材の開発とスピーカーを包み込むエンクロージャー（以下筐体と呼ぶ）の開発に眼を見張るものがある。筐体の基材として多用される木材は音の振動減衰特性が良く、曲線による曲面加工の難易度を除けば、その一般的な加工法と経済性から木材が筆頭にあげられる。しかしその筐体の形態は伝統的な直方体が主であるため音質に有害とされる定在波の発生が常に問題となっている。【０００３】  スピーカーシステムの基本構成はスピーカーユニットと音響再生に相応しい筐体の組み合わせによる電気的音響変換装置であることは明白である。【０００４】  近年においては、スピーカーシステムの使用目的とその再生音場内の環境からその基本構成が変わってきた。詳しくは２チャンネル方式に加え、複数個のスピーカーを用いる５．１チャンネルの台頭である。また、多くの大衆を聴取者とするコンサートホールと居住空間での特定の人を聴取者とするかによっては、指向感度特性が根本的に変わるため、スピーカーシステムの音の放射形式を回定指向性形と無指向性形のいずれか、もしくは目的によっては両方を使用する。【０００５】  スピーカーシステムの基本形で、スピーカー前面から直接音だけを放射する筐体は密閉型と称される。振動板の前面からの音と背面からの音との回折効果による干渉を防ぐことを特徴として構成される。背面の空気が密閉され振動板の動きが抑えられることから、能率は低下するが、そのため低共振周波数（ｆ０）が高まり、出力の高いアンプを使用することで安定した低音がえられる。しかし高音域の設計追加が望ましい。また筐体の剛性が高くなければ、不要共振の発生がみられる。【０００６】  見かけは密閉型を基本とした筐体であるが、密閉型との違いはスピーカーユニットと音響ポート（ダクト）をバッフル面に設けることで、同一容積の密閉型より低音域が拡大できるとされているバスレフ型がある。内部容積の音圧とポート部の空気の質量分とによりヘルムホルツの共鳴を生じ、反共振周波数で共振して外部に音を放射する。この放射音が反共振周波数より高い周波数では、振動板前面から放射された音と同位相になる。この現象は位相が反転されたことになることから、位相反転型と呼ばれており、この形式は現行のスピーカーシステムの多くを占めている。しかし、密閉型より低音の減衰が早くなる方向にある特徴を示すことから、音の再生鑑賞に大切な残響特性を欠くことになる。【０００７】  位相反転型の形式に属し、スピーカーユニットの前面から出る音は直接放射し、背面からの音も長い音道を経過させて前面から放射するバックロードホーン型がある。バックロードホーン型は低域を重視する余り、中域音の再生設計が困難である。また、かなり長い音道を必要とすることから、コスト高となる。更にホーンの共振対策と不要高音域成分の除去を工夫しなければならない。
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  ゆえに、ハイファイステレオのスピーカーシステムに関する観点から、本発明のは筐体の構造形式を密閉型に求めながらの、その延長線上の発明ではあるが、密閉型と位相反転型スピーカーシステムの理論から、その特性上の欠点を補い、さらなる音響再生原理を進化さすことを課題とした。
【０００９】  スピーカーシステムはスピーカーユニットを単一もしくは複数個と筐体との組み合わせである。その高性能化の基本条件とは、従来から１再生周波数帯域が広い・２レスポンス特性が平坦・３指向感度特性が優秀・４低歪み率・５過渡特性が良好・６位相特性が平坦・７異常音、固有音がない・８許容入力が大きく能率が良い事があげられる。
【００１０】  従来のスピーカーシステムのオーディオ理論を要約すれば、スピーカーの振動板から放射された振動作用に基づく音波の波形を分析する事で得られる音圧を軸とした出力音圧周波数特性と、時間軸上の位相周波数特性を基にした二つの考え方がある。特に今日まで各オーディオメーカーの技術開発に於ける主たる研究課題は出力音圧周波数特性（ｆ特）の向上にあった。しかし位相周波数特性に全く指標を持たなかったわけではなく、その例として近年「時間領域理論」が注目されている。その理論とは、ｆ特ではわからないとされる位相周波数特性をパルス応答を基に時間軸、周波数軸によって演算して得た時間領域を多面的に解析した「インパルス応答」によって把握できると理論づけられている。詳しくは、インパルスとはスピーカーに通した再生音の波形のことををいい、これが限りなく一致すれば、スピーカーに入る音と、出る音が同じになり、理想的な特性を得ることができるとされる。しかし理論的には、入力したパルスと同じ波形応答になるのが理想であることは理解出来るが、振動板には固有の質量がある限り、慣性の法則の見知からしても、スピーカーユニットの電気振動系が良好な音響再生のために振動板が理想的な動きをするかは疑問である。
【００１１】  上記スピーカーシステムに於ける音響工学理論は電子・電気機械工学の分野である。別の観点からすれば、スピーカーシステムとは電気信号で振動板が駆動するスピーカーユニットと電気的要素を持たない筐体で構成される。ゆえにスピーカーシステムを電気的な要素から離して思考する事で、逆に電気的な要素を持たないことを特徴とする機能を要素とした音響再生工学理論が考えられる。
【００１２】  スピーカーシステムに於ける技術開発ではスピーカーユニットの機能開発を目指すより筐体のデザインと関連機能の開発に力が注がれている。従来から筐体形状が球体とそれに準じる球形筐体は、木材、石材、ガラス、合成樹脂、陶磁器と様々な礎材で開発されてきた。しかしながらそれらは一様に従来からの筐体のデザインと機能上の形式は、密閉型とバスレフ型の音響再生方式の踏襲であることにすぎず、然るに新規性があり進化した理論に基づく発明ではない。要するにそれらは、理論に裏付けられたものではなく、様々な礎材を駆使して球体という形から入ったもので、音響再生機器として、オーディオにおけるハイファイステレオの要求を満たしていない。
【００１３】  したがって、本発明の目的は、上述の問題点を解消することになる。まず多孔質軽量セラミック材の真気孔率と貫流作用でもって、密閉型と位相反転型の特徴を要因とすることから研究を推進した。それは音響再生における振動理論に基づき、その研究開発技術から得られたスピーカーシステムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】  本発明の目的を達成するために、礎材の選定と筐体構造が重要である。本発明のスピーカーシステムはまず多孔質軽量セラミック材の以下の性能に注目した。１００μｍ以下１０μｍ以上の平均粒径を有し、単独の気孔よりなる球状中空の樹脂粉末が素地１００重量部に対して１重量部以上５０重量部以下添加された生地を可塑成型され焼成した筐体である。
【００１５】  さらに中空の樹脂粉末の添加量を少なくすれば独立気孔が生じ、また添加量を多くすれば連続気孔が生じる二つの性質に着眼した。それは筐体内部から発生した機械的振動に対して、その過渡応答に優れることから振動減衰特性が向上する。
【００１６】  さらにまた、中空の樹脂粉末の大きさを目的にあわせ適切に選定使用することにより、上述の独立気孔と連続気孔の気孔径の大きさを、コントロールすることができる。ゆえに筐体のサイズによる振動計数を演算することで、求める音響に適合した筐体の気孔を創出できる。
【００１７】  本発明に係わる単気孔及び連続気孔を有する多孔質軽量セラミックス材は寸法精度と強度は低温焼成においても比較的高く、気孔径、気孔率の制御が容易な礎材となった。これを礎材とした成型焼成することから得られた多孔質軽量セラミック製筐体は細孔貫流特性と振動吸収特性を併せ持ち、筐体内部に発生するの定在波（後述）を抑制する従来の内部吸音材に代わって、筐体自身が音質の向上に有効な周波数特性や過渡特性に対して顕著な効果を示す。ゆえに本発明のスピーカーシステムの筐体を構成するために多孔質軽量セラミックは重要な構成要素である。
【００１８】  筐体の全貌形状は球体である。請求項２に記載した大小の球冠の大の球冠にコーンスピーカーユニットを一個取り付け、上述の多孔質軽量セラミック材の要旨を余すことなく反映して筐体本体とした。その筐体は外見上は密閉型であるが、筐体壁面に発生した無数個の気孔が仮想上のダクトとなり、筐体にダクトを備えた位相反転型の筐体の特性と密閉型の音圧特性を併せ持つことになる。
【００１９】  本発明は上述の多孔質軽量セラミック材を採用することから、その特徴である高い真気孔率を生かし、密閉型と位相反転型の欠点を補い克服した。
【００２０】  従来から筐体には密閉型と位相反転型が存在することは明確である。  密閉型に於いては筐体内のスピーカー振動板から放射される背面音波が、筐体が小さければ小さいほど、筐体内の音圧を高めることになるため、入力信号と無関係にスピーカーユニットの振動能率を低下させてしまう。また位相反転型では、密閉型と同一のユニットと同一容積で筐体を作製したとき、位相反転型の方が密閉型より低音の音圧が上昇して有利なことは明確である。しかし、ダクトの直径や長さによっては低音の放射効果が出なかったり、過渡特性が悪くなる。また、いずれの形式においても、その機械的な不要振動から発生した定在波が、周波数特性や過渡特性を悪化させることから、音質の劣化に影響を及ぼすことは良く知られている。定在波発生の解決方法として、従来から定在波を抑えるために各種の吸音材が採用されてきたが、大量に使用して音響処理すると、二次輻射が発生しその影響で音の躍動感がなくなるなど、音質面に逆効果となる。
【００２１】  したがって、筐体形式の現行に於ける主流は密閉型と位相反転型よる形式であり、その二つの筐体形式が合体した形式は存在しない。スピーカーを効率よく鳴らすには、密閉型の特徴である直接音と位相反転型の特徴である間接音を融合することで初めて理想的な音響特性が得られるスピーカーシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２２】  従来の筐体形式に見る大方の筐体構造設計は不要振動の抑制を第１の目的としてきた。筐体に閉じこめられた空気は共振する。その共振周波数は筐体の容積で決まる。スピーカーの振動板から放射された色々な周波数成分の混じった音は、筐体内で反射を繰り返す。この時、振動板から放射された音は特定の周波数のみに反応する。従来の密閉型又は位相反転型のスピーカーの筐体は応答する周波数範囲が狭いほど良質な共振「Ｑ値」を示すとされてきた。そのため不要共振を嫌うことから、必要以上に筐体の剛性を追求するようになった。本発明は筐体内の共振の全てを強制的に抑制するのではなく、共振によって発生する必要な音は響かせること、つまり共振との共生によって「Ｑ値」を高める事を手段とした。
【００２３】  筐体は多孔質軽量セラミック材で構成させた球体である。製品となる球体の標準サイズは直径２５０ミリ。筐体の肉厚は１０ミリからなり、その５分の４にあたる球冠開口部に１６０ミリフルレンジ・スピーカーユニットを装着した球体状筐体である。従来から球体状筐体は、金属、ガラス、合成樹脂、陶磁器などで構成されてきた。しかし本発明との顕著なる相違点は、構成材料が水や空気の流体を漏らさないように気密性の高い礎材で構成されたこと。本発明はそれとは逆に水や空気を意図的に漏らすことを目的とした。その方法は気孔率の高い多孔質セラミック材を採用してその貫流性を積極的に活用することで解決した。
【００２４】  また、筐体の５分の１からしてなる皿状の冠球は、中心部にスピーカー振動板の口径とほぼ同寸の開口部を形成した。その冠球グリルを筐体本体に接合することで、冠球グリル内に小さな空気室ができることになる。振動作用で押し引きされた空気（音波）が放射され、冠球グリル（空気室）の音圧が高まることから空気の粒子速度が速められる。これは位相反転型にみられる筐体内の音圧音響ポート内の等価質量による、ヘルムホルツの原理である。この作用によって低音は増幅され、さらに高音の減衰が抑えられることが確認できた。
【００２５】  筐体本体は一見すれば、ダクトをもたない密閉型の態様をしめすが、凝視すれば、大小の気孔が筐体の全面を覆い尽くしている。その気孔のもつ貫流特性を実証するため、筐体の開口部を上にして水を満水状態を保つようにした。筐体の外壁から水が滲出することは明白である。その滲出速度は筐体の内部圧力が一定に保たれている限り、外壁からの滲出量は平均していることは明確である。また、筐体開口部を閉じて、その一点からエアーコンプレッサーで一定圧の空気を送風すると、筐体外壁の気孔から空気が放出されることが実証できた。
【００２６】  上記の実験により、従来から密閉型においてタブーとされてきた音（空気運動の疎密の変化）の漏れを、意図的に多孔質軽量セラミック材の特徴である気孔性と貫流特性を応用することで、筐体本体を構成し、位相反転型の特徴である特定周波数での共鳴現象を利用した音響ポート（ダクト）の作用を、無数の気孔によって得た。
【００２７】  本発明と位相反転型の相違点は以下である。従来の位相反転型において、ダクトから出る音は共鳴周波数より高いところでは、位相が反転され、スピーカーユニット前面から出る音と同相となり音圧レベルがあがる。一方、共鳴周波数よ低いところでは逆相となり、密閉型より急激に降下する事で音質が劣化する弱点が知られている。本発明は位相反転型の特徴である特定の部位に装着されたダクトによる共鳴現象とは異なり、筐体全体を構成する気孔全てが音響ポート（ダクト）であると見なすことから、この特徴を応用し、音圧レベルの上下の急激な変化を抑制する。そのことから再生帯域の拡がりと帯域内のエネルギーバランスを常にフラットに保持することができた。フロントスピーカーユニットは指向性方式の直接音でありながら、冠球グリル内でヘルムホルツ原理により低音を増幅し、高音の減衰を抑制した。さらに筐体内のスピーカーユニットから放射された背面音は気孔を貫流する際に熱エネルギーに変換されることで、理想的な減衰特性と独特の波形反応特性を備える。ゆえに全方向に音を放射する無指向性方式の性格を帯びる。普通、無指向特性スピーカーは低能率であり、高出力アンプが必要とされるが、本発明では上述した冠球グリルの音響効果との相乗効果によって、無指向特性の短所を補うことと相まって独特の音場空間と音像定位領域が拡大することが出来た。
【００２８】  さらに、本発明の筐体に関する特徴とは上述した。筐体が理想的な働きを実現するためには、筐体の不要振動を抑制して保持する架台が不可欠である。請求項５にある特徴の要点は、球体からなる筐体を木製の球体で保持することは、面積を最小に抑えた点による支点に他ならない。ゆえに筐体の振動は３点に分散される。さらにまた、支持球体を木製円環に点接着する。そのため球体からの振動は円環板が中心を持たない形状のため、振動は速やかに拡散消滅する。
【発明の効果】
【００２９】  以上のように本発明によるスピーカーでは、筐体本体は密閉型の外貌をもたせ、気孔率の高い多孔質軽量セラミック材から構成した。さらに積極的な筐体内部の音波の気孔貫流化を計ることで、位相反転型の音響ポートによく似た効果を創出した。さらに、ヘルムホルツの原理により、フロントに球冠グリルからなる空気室を設け、する抜ける音を囲い込むことで低域を増幅させ、さらに、音圧が高められ音速が速められることから高音の減衰時間のコントロールが可能となった。ゆえに本発明は音響聴感上では、筐体全体の気孔から放射される音は無指向性となり、フロントからの音は、高音は直接音として、低音は増幅された間接音となることから、従来のスピーカーシステムにはない拡大された音場空間と独特の音像定位領域により、過渡特性の改善と位相特性の向上が画成できた。特筆できることは、音の再生に最重要とされる時間軸上の物理特性を超えた、音の表現力（音色、音調、各種楽器のタッチ等）を得ることが出来た。
【００３０】  また、多孔質軽量セラミック材から構成された本発明の筐体は従来の陶磁器製の筐体と比べると飛躍的に軽く、スピーカーを空間に懸吊するのに適している。さらに、強度を保ちながら低温焼成できることから、コストが軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係わるスピーカーシステムの具体的な実施例の三面図である。
【符号の説明】
１  筐体本体
２  冠球グリル
３  スピーカーユニット
４  保持球体
５  円環板
６  支柱
７  ターミナル
８  ケーブル
【図１】
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