(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームに弾性的に支持された振動板と該振動板を振復駆動する電磁駆動装置からなり低周波数音域に固有の機械的共振を有するスピーカーユニットと，該スピーカーユニットを取り付けてスピーカーユニットの振動板の背面側の音と前面側の音の干渉を阻害するエンクロージャーと，スピーカーユニットの電磁駆動装置に接続される電気駆動回路からなる音響装置において，前記スピーカーユニットの振動板の振動を制動することによる機械的共振の抑制手段と，電気駆動回路には前記機械的共振の抑制手段によって共振を抑制された振動板の振幅減少による音圧不足を補う周波数−音圧補正回路を備え，該周波数−音圧補正回路の補正特性は，所定の周波数より低い周波数では振動板振幅が所定の周波数における振幅を超えることがないよう利得を制限し，それにより不足する所定の周波数より低い周波数の音圧をエンクロージャーの共振手段で補うようにしたものであって，前記所定の周波数は，使用するスピーカーユニット固有の機械的共振周波数（ｆｏという）を基本として０．５倍から２倍の範囲に設定したことを特徴とする音響装置。
【請求項２】
前記機械的共振の抑制手段は，前記スピーカーユニットの振動板の背面と該振動板背面から所定の距離を置く開口を含み，該開口を介してのみ前記振動板の振動による空気振動が前記エンクロージャー内部の主空間に伝搬するようにした小空間内の，前記振動板と開口間に通気性と吸音性のある音響抵抗物質を配したものであることを特徴とする請求項１の音響装置。
【請求項３】
前記不足する所定の周波数以下の音圧を補うエンクロージャーの共振手段はエンクロージャーの主空間の等価機械スチフネスと別に設けた等価機械質量の組み合わせによるものであることを特徴とする請求項１または請求項２の音響装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件発明は，スピーカーとそれを駆動する電気回路で構成される音響装置に関わり，相対的に小型のスピーカーユニットとエンクロージャーでより低い音を再生するいわゆる低音再生技術に係る。
【背景技術】
【０００２】
現在の一般的音響装置は，電磁駆動装置に直結する振動板を弾性的にフレームに支持したスピーカーユニットと該スピーカーユニットを取り付けるエンクロージャーとからなるスピーカーシステムと，スピーカーユニットの電磁駆動装置に接続される電気駆動回路で構成される。
【０００３】
図１は，筐体２０１と内部空間２０２を有する密閉型エンクロージャー２に，フレーム１０２と該フレームに図示しない弾性支持系で弾性的に支持された振動板１０１と該振動板を振復駆動する電磁駆動装置１０３から成るスピーカーユニット１を取り付けたごく一般的なスピーカーシステムで，図２はその低音域における機械共振を表す機械系等価回路である。
【０００４】
図２において，Ｆｏ，Ｍｏ，Ｃｏ，Ｒｏはスピーカーユニットの機械系等価要素であり，Ｆｏは電磁駆動装置の駆動力，Ｍｏは振動板を含む振動系の等価機械質量，Ｃｏは同じく等価機械スチフネス，Ｒｏは等価機械抵抗で，Ｃｅはエンクロージャー内部空間の等価機械スチフネスである。
【０００５】
この機械系等価回路は，ＭｏとＣｏとＣｅの直列共振回路を構成しているが，エンクロージャーに取り付けられていない自由空間では図２のＣｅが無限大となり，その場合の共振周波数はＭｏとＣｏで定まり一般的にそのスピーカーユニット固有の最低共振周波数ｆｏと呼ばれる。その共振の強さはＲｏで制限され一般的にＱｏと呼ばれる。Ｒｏが大きければ共振の強さＱｏは小さく，Ｒｏが小さければＱｏは大きくなる。
【０００６】
ここで図１のように密閉型エンクロージャーにスピーカーユニットを取り付けた場合は，Ｃｅが有限になるからＣｏとＣｅの直列合成スチフネスをＣｓとすると，ＣｓはＣｏより小さくなるのでその共振周波数をｆｓとすればｆｓはｆｏより高くなる。
【０００７】
ところで，この等価回路は，その共振現象によって共振周波数を中心とした周波数領域では駆動力Ｆｏによるよりも大きく振動板が振動することを表している。図３はこの低域共振と音圧の関係を示しており，一般的に周波数−音圧特性（ｆ特）と呼ばれるものである。
【０００８】
図３において，（イ）は共振がある場合の特性で，従来のスピーカーシステムは前述の共振を利用し，十分に低い出力インピーダンスの電力増幅器により周波数に対し一定の電圧でスピーカーユニットの電磁駆動装置を駆動した場合に，周波数毎の音圧がほぼ一定になるよう設計・製造される。従って，前述のシステムで再生可能な最低周波数は低域の共振周波数ｆｓに制約され，それより低い周波数では周波数が低くなるに従って音圧が急に小さくなる現象を生じる。
【０００９】
図３（ロ）は前述の共振がない場合の特性を示した図で，理論的にはスピーカーの口径で定まる周波数ｆｈから低い周波数に向けて６ｄＢ／ｏｃｔでなだらかに音圧が低下する特性となることが知られている。またｆｈはスピーカーユニットの口径が大きい方が低く，小さい方が高くなる。
【００１０】
このような関係は，鼓膜とスピーカーユニットの振動板が含まれる空間が十分に大きい場合，すなわち部屋で音楽を聴くような場合に成り立つもので，該空間が極端に小さい例えばヘッドホンやイヤホンのような場合は成り立たず本件発明の対象から除かれる。
【００１１】
以上のような原理原則に基づき，発明者は，通気性のある音響抵抗物質を使用した機械的な手段でスピーカーの低音域の共振を抑制しスピーカーシステムの低音域での周波数−音圧特性を図３（ロ）に近づけて，それにより不足する低音の音圧を電気駆動回路系で補うことを考えた。（特許文献１，特許文献２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特願２００４−１０２４３５号公報
【特許文献２】特願２００５−２４４０３６号公報
【００１３】
図４にその電気駆動回路系の構成を，図５にその周波数特性の関係を示す。図４において３は再生しようとする音の電気信号源，４は周波数補正回路，５は電力増幅器，１はスピーカーユニットで電力増幅器５の出力はスピーカーユニット１の電磁駆動装置に接続される。
【００１４】
図４の周波数補正回路４の特性は，図５の周波数補正回路の周波数特性に示すように，前述の図３の（ロ）に示す周波数ｆｈからスピーカーユニットの最低共振周波数ｆｏより低い周波数ｆｌにかけて６ｄＢ／ｏｃｔで上昇するようなものとしている。このような特性は電気回路素子ＣとＲおよび適当なバッファアンプを組み合わせることで容易に実現可能で俗にイコライザーとも呼ばれる。
【００１５】
周波数補正回路４の特性は図３の（ロ）に示す特性と真逆の関係になっているから，このような電気回路で図３の（ロ）の特性のスピーカーシステムを駆動した場合，その周波数−音圧特性は図５の（ハ）のようにスピーカーユニット固有の最低共振周波数ｆｏより低い周波数まで再生可能となる。
【００１６】
このようにすることで，相対的に小さな口径のスピーカーユニットや小型のエンクロージャーを用いてもスピーカーユニット固有のｆｏより低い周波数の音まで再生することが可能になることは自明である。すなわち一般的なスピーカーユニットのｆｏはその口径が大きい方が低く，小さい方が高いので，再生できる最低周波数はほぼスピーカーユニットの口径に依存する限界が生じるが，最低共振周波数ｆｏの影響を排除あるいは制限できればその限界から解き放たれるからである。
【００１７】
エンクロージャーもまた，そのスチフネスＣｅが最低共振周波数を高くする働きをするので十分な低音を再生しようとすれば大型化することが自明であり，共振そのものを抑制できれば共振周波数を気にすることなく小型化することが可能である。
【００１８】
それを実現するために，前述の発明者による特願では，基本的にスピーカーユニットの振動板とエンクロージャー内部の主空間の間を通気性のある音響抵抗物質で仕切って機械的に低域の共振を抑制している。通気性のある音響抵抗物質としては通気性の発泡ウレタンや綿やグラスウールなど繊維質材料の密度を高く配して用いることができる。
【００１９】
そのような音響抵抗物質を使用することは図２の等価回路でＲｏとＣｅの間に新たに等価機械抵抗を挿入し結果的にＲｏを大きくしたことと等価となるから，スピーカーユニットとエンクロージャーの組み合わせによる共振度合いＱｏが小さくなり，システムとして周波数−音圧特性を図３（ロ）の特性に近づけることが可能となる。
【００２０】
このような理論に基づき，発明者は図６のようなスピーカーシステムを考案した。図６のスピーカーシステムはスピーカーユニット１を筒状のエンクロージャー６に取り付け，エンクロージャー内の主空間６０２とスピーカーユニットの振動板１０１の間は振動板１０１の近傍で通気性のある音響抵抗物質８により仕切られ，主空間６０２の内部には吸音材９を適当な密度で，より具体的には発泡ウレタンを１〜数センチ角に切断したものや真綿，グラスウールなどを適当な密度で連続的に配してある。そしてスピーカーユニットから最も遠い端部は鼓膜と振動板を含む空間に接する開口端６０３としている。
【００２１】
ここで，音響抵抗物質８と吸音材９の機能を説明すれば，音響抵抗物質８は主にスピーカーユニットとエンクロージャー内部の主空間の相互作用による低音域の機械的共振の抑制が目的であり，吸音材９は主に振動板１０１の背面から音響抵抗物質８を通じて漏れ出た音の消音が目的であるが，副次的に前述の低音域の機械的共振の抑制にも寄与している。
【００２２】
より詳しく説明すれば，音響抵抗物質８による共振の抑制は，振動板１０１から主空間６０２に向けた通気断面積の制限による空気の粘性を利用した流動抑制である。したがって音響抵抗物質８は体積よりその密度が重要であり，振動板１０１と主空間６０２の間に隙間を作ることなく配する必要がある。具体的には通気性のある発泡ウレタンや真綿など柔らかい繊維質の吸音材料を圧縮気味にして用いている。
【００２３】
一方で吸音材９は消音が目的であり，一般的に発泡ウレタンやグラスウールなどの繊維質材料が用いられるが，低い周波数まで十分な消音を行うには全体としてのボリュームや空気振動が通過する厚みが必要で，前述の音響抵抗物質８より密度は低くてよい。
【００２４】
このような吸音材の吸音率は，一般的に約３００Ｈｚ以上では１に近く，約１００Ｈｚ以下の低い周波数では０．１以下に近い。これは吸音材の吸音効果が物質同志の振動摩擦による音響エネルギーから熱エネルギーへの転換昇華に起因しているものと考えられ，高い周波数では時間当たりの摩擦頻度が高いが低い周波数では摩擦頻度が低いことに起因していると考えられる。
【００２５】
図６においてエンクロージャーを長い筒状としたのは，この吸音材の吸音率が１００Ｈｚ程度以下の低い周波数では非常に小さいので，振動板１０１から開口端６０３までの吸音材の厚みを確保して低い周波数の音のエネルギーを十分に吸収できるようにするためである。
【００２６】
このようなシステムの低音域の機械系等価回路を図７に示す。図においてＲｔは音響抵抗物質８の等価機械抵抗，Ｃｔは振動板１０１と音響抵抗物質８の間の空間の等価機械スチフネス，Ｃｅ１，Ｒｅ１，Ｃｅ２，Ｒｅ２・・・Ｒｅｎはエンクロージャー６内部の主空間６０２に吸音材９を適当な密度で連続的に配したことによる等価機械スチフネスと等価機械抵抗を模擬している。Ｃ∞は振動板と鼓膜を含む空間の等価機械スチフネスで，その他のＣｏやＣｔ，Ｃｅｎに比べ十分に大きいものとする。
【００２７】
このようなシステムの低音域の機械共振の特性は，等価機械抵抗Ｒｏ，Ｒｔ，Ｒe１〜Ｒｅｎとその間に存在するＣｏとＣｔ，Ｃｅ１〜Ｃｅｎ，Ｃ∞の直並列の合成等価機械スチフネスに依存し，最低はＣｏとＣ∞，最高はＣｏとＣｔの直列スチフネスで決まる周波数領域で連続的に分散した形になると考えられ，その連続的に分散する共振峰の形はＲｔ，Ｒｅ１〜ＲｅｎおよびＣｔ，Ｃｅ１〜Ｃｅｎの個々の大きさに関係すると考えられる
【００２８】
しかしＣｔについてその容積は，スピーカーユニットが例えば１６ｃｍの口径であるとき，振動板から音響抵抗物質８までの距離を３ｃｍとすれば約０．５リットルほどであると考えられ，スピーカーユニットのｆｏを４０Ｈｚと仮定してＭｏとＣｏとＣｔの直列共振周波数を別途シミュレーションすれば４００Ｈｚ以上と推定される。
【００２９】
一方，音響抵抗物質８は前述のとおり通気性のある発泡ウレタンや布や真綿などの繊維質の材料であって一般的な吸音材と同一であり，その吸音率は３００Ｈｚ以上であれば１に近く，また振動板背面のほぼ全面を覆っていることから共振エネルギーは十分に吸収抑制されると考えられる。
【００３０】
従って，図６のようなスピーカーシステムにおける図７の等価回路においてはＣｔの影響は無視でき，Ｃｅ１，Ｃｅ２・・・ＣｅｎとＣ∞のみ考慮すればよいものと考えられる。その場合，ＣｏとＣｅ１の間に入る音響抵抗Ｒｏ＋ＲｔよりＣｏとＣ∞の間に入る音響抵抗Ｒｏ＋Ｒｔ＋Ｒｅ１＋・・・＋Ｒｅｎの方が大きいので，共振の強さは連続的に分散する共振峰の内，ＣｏとＣｅ１の直列スチフネスで決まる周波数の共振が強く表れる。
【００３１】
図６に示すエンクロージャーにおいて開口端６０３の意義について説明する。開口端６０３が閉端状の場合は図７に示す機械共振の等価回路においてＣ∞はゼロとなり前述の連続した共振峰のうちＣｏとＣｅ１で決まる高い周波数の共振がより強くなるとともに，ＣｏとＣ∞の直列のスチフネスで決まる低い周波数の共振が欠けてしまい低い周波数での振動板振幅に制約を与えると考えられるから，開口端６０３の存在はそのことに配慮したものである。
【００３２】
音響抵抗物質８の音響抵抗を可能な限り大きくし，対して吸音材９の等価機械抵抗を無視し得る程度に小さくして，且つ筒６の長さを無限大とすれば，共振は極限まで抑制され，且つ鼓膜が接する空間に音が届くまでには音のエネルギーも吸収されて理想的な図３の（ロ）に近い周波数−音圧特性が得られると考えられるが，本件の目的がスピーカーユニットの大きさのみならずエンクロージャーも小型に構成することであるから，筒の長さは有限で且つ可能な限り短いことが望ましく現実的には数十ｃｍから１ｍ程度までと考えられる。
【００３３】
発明者は図６に示すスピーカーシステムの次にさらに図８のような構造のスピーカーシステムを考案し試作した。図８に示すスピーカーシステムは，図６に示す基本的な構想をさらに小型化できるようにしたものである。図８のスピーカーシステムではスピーカーユニット１をエンクロージャー１０に取り付け，エンクロージャーはユニット１側から鼓膜が接する空間への開口端部１００４までを内部で折り曲げて先細りとした空間１００１〜１００３を有するように構成したもので，スピーカーユニット１の振動板１０１とエンクロージャー内部の主空間１００１の間は通気性のある音響抵抗物質８で仕切り，空間１００１〜１００３には吸音材９を配置している。
【００３４】
吸音材９の配置密度は基本的に同一としているが，エンクロージャー内部を折り曲げた空間として振動板１０１から鼓膜が接する空間までの通路の長さを確保するとともに，エンクロージャーの開口端部１００４に向けて空間を先細りとし，さらに吸音材９の密度も図６のものよりは高く，すなわち等価機械抵抗を高くなるようにして外部空間に漏れ出す音を吸収，消音できるよう配慮している。
【００３５】
図８に示すものの試作では，スピーカーユニット１には１６ｃｍ口径でｆｏが４０Ｈｚのものを用い，エンクロージャー１０は六面体の１辺が約２０ｃｍとして，低音再生までを考慮した１６ｃｍ口径のスピーカーのためのエンクロージャーとしては破格に小さいものとしている。
【００３６】
このようなスピーカーシステムを図４のような電気駆動回路，すなわち周波数補正回路４と周波数対電圧利得が一定の電力増幅器５を含む回路で駆動した。
【００３７】
しかしこのような音響装置により二つの課題が発生した。一つ目の課題は図８に示すスピーカーシステムの試作では１６ｃｍ口径のスピーカーユニットを用いたことを説明したが，より小型で口径が１０ｃｍ程度以下のスピーカーユニットを用いると，低い周波数の再生音圧を振動板の振動のみに依存するこの方式では振動板面積が小さすぎてスピーカーユニットのｆｏより低い周波数領域で十分な音圧が出せなかったことである。
【００３８】
ここで，このような方式のスピーカーシステムに小型のスピーカーユニットを用いた場合にｆｏより低い周波数で十分な音圧が出せないことについて説明する。もともとスピーカーユニットにはその振動板の振動可能な最大振幅があり，周波数に対して一定の電圧で駆動した場合には振動板振幅は最低共振周波数ｆｏで最大になると考えられるから，ｆｏより高い周波数の音圧が均一であるとすれば，そのスピーカーユニットで出せる最大音圧はｆｏ周波数で出せる音圧に制約されると言える。その最大音圧を基にそのスピーカーユニットの用途，例えばスピーカーユニットから耳までの距離が１ｍ程度というような使い方を想定されている。そのような使い方を基準にした場合，振動板の振幅だけでｆｏより低い周波数をｆｏの周波数と同じ音圧で再生しようとすれば振動板の必要な振幅はｆｏの周波数で可能な振幅を超えてしまい無理があるということである。
【００３９】
より安直に考えれば振動板面積が小さい場合でも振幅を大きくすれば音圧は確保できるが，現実的な小型スピーカーでは，振動板面積とともに最大振幅も小さい。
【００４０】
次に第二の課題は，図４の電気駆動回路，すなわち図５の周波数補正回路の補正特性で図８のスピーカーシステムを駆動した場合，前述の図７のＣｏとＣｅ１の直列スチフネスの影響と思われる共振で意図しない周波数，具体的には１５０Ｈｚ近傍で音圧の山が生じること，その音圧の山を避けようと補正の開始周波数（前述のｆｈ）を下げると低い周波数帯域で十分な音圧が得られなくなることである。
【００４１】
その様子を図９と図１０で説明する。図９は，周波数補正特性のｆｈを図５で説明した理想に近いものとほぼ同一の関係とした場合で，図９の（二’）に示すよう周波数ｆｐで音圧の山ができてしまっている。これは前述の図７のＣｏとＣｅ１の直列スチフネスの影響と考えられる。前述の図８で説明したスピーカーシステムではｆｐの周波数が約１５０Ｈｚであった。
【００４２】
図１０は，その音圧の山が現れないようｆｈの周波数をｆｐに近いｆｈ’にずらせた場合の特性で，ｆｐ近傍の音圧の山は小さくなるものの，今度は（ハ”）のように周波数ｆｐより低い周波数で音圧が一段下がってしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４３】
そこで本件の発明は，フレームに弾性的に支持された振動板と，振動板を振幅駆動する電磁駆動装置からなるスピーカーユニットを，振動板の背面側の音と前面側の音の干渉を阻害するエンクロージャーに取り付け，且つスピーカーユニットとエンクロージャーの内部空間による低音域の機械共振を抑制する手段を備えるとともに，電気駆動回路には該低音域の機械共振を抑制したことによる低音の不足を補う周波数補正回路を備えた音響装置において，振動板振幅のみで所望の低音を再生するよりも相対的に小さな口径のスピーカーユニットやエンクロージャーを使用しても十分な音圧を得られることを課題としている。さらにはより均一な周波数−音圧特性を得ることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００４４】
前述の課題を解決するために，請求項１では， フレームに弾性的に支持された振動板と該振動板を振復駆動する電磁駆動装置からなり低周波数音域に固有の機械的共振を有するスピーカーユニットと，該スピーカーユニットを取り付けてスピーカーユニットの振動板の背面側の音と前面側の音の干渉を阻害するエンクロージャーと，スピーカーユニットの電磁駆動装置に接続される電気駆動回路からなる音響装置において，前記スピーカーユニットの振動板の振動を制動することによる機械的共振の抑制手段と，電気駆動回路には前記機械的共振の抑制手段によって共振を抑制された振動板の振幅減少による音圧不足を補う周波数−音圧補正回路を備え，該周波数−音圧補正回路の補正特性は，所定の周波数より低い周波数では振動板振幅が所定の周波数における振幅を超えることがないよう利得を制限し，それにより不足する所定の周波数より低い周波数の音圧をエンクロージャーの共振手段で補うようにしたものであって，前記所定の周波数は，使用するスピーカーユニット固有の機械的共振周波数（ｆｏという）を基本として０．５倍から２倍の範囲に設定したことを特徴とする音響装置を提供した。
【００４５】
請求項２では，前記機械的共振の抑制手段は，前記スピーカーユニットの振動板の背面と該振動板背面から所定の距離を置く開口を含み，該開口を介してのみ前記振動板の振動による空気振動が前記エンクロージャー内部の主空間に伝搬するようにした小空間内の，前記振動板と開口間に通気性と吸音性のある音響抵抗物質を配したものであることを特徴とする請求項１の音響装置を提供した。
【００４６】
請求項３では，前記不足する所定の周波数以下の音圧を補うエンクロージャーの共振手段はエンクロージャーの主空間の等価機械スチフネスと別に設けた等価機械質量の組み合わせによるものであることを特徴とする請求項１または請求項２の音響装置を提供した。
【発明の効果】
【００４７】
それにより，請求項１によれば，スピーカーユニットの振動板の機械共振を抑制して，それによる低音の音圧不足を電気的に補正する音響装置の所望の使用環境下において，そのスピーカーユニットの振動板の振幅のみで必要な音圧を発生しようとした場合に振動板の最大振幅を超えてしまうような低い周波数の低音はエンクロージャーの共振手段により音圧を補えるので，スピーカーユニットに口径が例えば１０ｃｍ以下の小型のものを用いても所望の使用環境下で従来は考えられない低い周波数で十分な音圧の低音を得られる。
【００４８】
請求項２によれば，請求項１の発明に用いることができる機械共振の抑制手段を容易に且つ安価に提供できる。
【００４９】
請求項３によれば，請求項１または請求項２において適用可能なエンクロージャーの共振手段を提供でき，特に小型のものを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】従来の密閉型エンクロージャーによるスピーカーシステムの略図
【図２】図１に示すスピーカーシステムの低域機械共振の機械系等価回路の図
【図３】図１に示すスピーカーシステムの周波数−音圧特性の説明図
【図４】図３の（ロ）の周波数−音圧特性のスピーカーシステムに用いる電気駆動回路の図
【図５】図４の電気駆動回路を用いて図３（ロ）の周波数−音圧特性のスピーカーシステムを駆動した場合の周波数−音圧特性の説明図
【図６】図３（ロ）の特性を得るためのスピーカーシステムの一例の図
【図７】図６に示すスピーカーシステムの低音域の機械共振の機械系等価回路
【図８】図６を基礎にして試作した現実的なスピーカーシステムの図
【図９】図８に示すスピーカーシステムを図４の電気駆動回路で駆動した場合の周波数−音圧特性を説明する第一の図
【図１０】図８に示すスピーカーシステムを図４の電気駆動回路で駆動した場合の周波数−音圧特性を説明する第ニの図
【図１１】本件の発明による音響装置の第一の実施例を用いたスピーカーシステムと電気駆動回路を示す図
【図１２】第一の実施例を用いた音響装置の音圧特性と周波数補正特性の関係を示す図
【図１３】図１１の（ａ）に示すスピーカーシステムの周波数補正回路を用いずに測定した周波数−音圧特性を示す図
【図１４】図１２とは別の周波数補正回路を使用した場合の音圧特性と周波数補正特性の関係を示す図
【図１５】図１４に示す周波数補正特性を得るための周波数補正回路の一例を示す図
【図１６】図１５とは別の周波数補正回路を示す図
【図１７】図１６に示す周波数補正回路を使用した場合の音圧特性と周波数補正特性の関係を示す一例の図
【図１８】本件の発明による音響装置の第二の実施例を用いたスピーカーシステムを示す図
【図１９】図１４に示すスピーカーシステムを周波数補正回路がない電気駆動回路で駆動し測定した周波数−音圧特性を示す図
【図２０】本件の発明による音響装置の第三の実施例を用いたスピーカーシステムを示す図
【図２１】本件の発明による音響装置の第三の実施例を用いた別のスピーカーシステムを示す図
【図２２】本件の発明による音響装置の第四の実施例の電気駆動回路を示す図
【図２３】図１８の電気駆動回路の帯域減衰フィルターに用いる基本回路の例
【図２４】本件の発明による音響装置の第五の実施例を用いたスピーカーシステムを示す図
【図２５】図２０の第五の実施例を用いたスピーカーシステムの低域機械共振の機械系等価回路
【図２６】図２０に示すスピーカーシステムを周波数補正回路がない電気駆動回路で駆動し測定した周波数−音圧特性を示す図
【図２７】本件の発明による音響装置の第六の実施例を用いたスピーカーシステムを示す図
【図２８】本件発明の第二の実施例を用いたスピーカーシステムと第四の実施例に示す電気駆動回路で周波数補正回路を用いずに組み合わせて使用し測定した周波数−音圧特性を示す図
【発明を実施するための形態】
【００５１】
本件発明の第一の実施例を用いたスピーカーシステムを図１１の（ａ）に示す。図１１の（ａ）に示すスピーカーシステムのエンクロージャー１２は基本的に内部の主空間１２０１とダクト１２０２により構成されるバスレフ型である。
【００５２】
一般的なバスレフ型エンクロージャーは，スピーカーユニット１１と主空間１２０１による共振周波数に対し，主空間１２０１とダクト１２０２による共振周波数を約７０％に設定する。これはスピーカーユニット１１と主空間１２０１の共振でその共振周波数以上の周波数の音圧を平坦化し，それより低い周波数の音圧をバスレフダクトと主空間の共振で補う構成とした場合に，スピーカーユニット１１と主空間１２０１による共振周波数とバスレフダクトによる共振周波数の間に音圧の谷を生じさせることなく，全体として周波数−音圧特性を平坦化するための一般的な目安である。
【００５３】
従ってこのような共振１段のバスレフ型エンクロージャーの場合では，主空間の大きさを十分大きくして，スピーカーユニットと主空間の共振周波数をスピーカーユニットのｆｏ共振の周波数に近づけたとしても，ｆｏ周波数の約７０％程度の周波数までしか音圧を確保できなかった。しかも前提条件として主空間の大きさを十分に大きくとらなければならないのでエンクロージャーも小型にできなかった。
【００５４】
また，さらなる低音域の再生を可能とする技術として，ダブルバスレフという方式も存在する。これはバスレフ共振を２段構成にしたもので，第一段目と第二段目の共振をうまく設定した場合にはスピーカーユニット固有のｆｏ共振の約５０％程度までの周波数の再生が可能であると言われている。
【００５５】
このような一般的なバスレフボックスに対し，図１１に示す本件発明のスピーカーシステムに用いるバスレフエンクロージャーは，試作した実際の例ではスピーカーユニットに８ｃｍ口径，ｆｏが１２５Ｈｚ程度のものを使用し，該スピーカーユニットと主空間の共振周波数が１６０Ｈｚ〜２００Ｈｚ程度となるよう主空間１２０１の大きさを１．５リットル程度としてある。
【００５６】
またその主空間１２０１とバスレフダクトの共振周波数は約５０Ｈｚとし，スピーカーユニットのｆｏ周波数対比では４０％と低く，従来の一般的な１段バスレフ型エンクロージャーとは考え方を異にしている。
【００５７】
そのようなスピーカーシステムを図１１の（ｂ）のような電気駆動回路で駆動する。図１１の（ｂ）に示す回路は，図４に示す回路にいわゆるＭＦＢ（モーショナルフィードバック）を加えたもので，スピーカーユニット１１の振動板の動きを１４のセンサーで検出して電圧信号に変換し，その電圧信号を１３に示す加算回路で元の再生信号に加算する。加算するセンサーの信号位相を選択し図示しない回路でその利得を調整すれば，再生しようとする電気信号に対し振動板の過剰な動きすなわち共振による余分な振動は制動され抑制されるので，共振抑制手段として機能する。
【００５８】
図１１に示す音響システムの周波数音圧特性について図１２を用いて説明する。図１２の周波数−音圧特性において，（ロ”）で表した特性が，図１１の（ａ）のスピーカーシステムを図４において周波数補正回路がない一般的な電気駆動回路で駆動した場合の周波数−音圧特性である。ｆｐはスピーカーユニット１１とエンクロージャー１２の主空間１２０１による共振峰の中心周波数で前述の実際の試作例ではｆｐは約１６０Ｈｚであった。図１３にその試作例の実測の周波数−音圧特性を示す。
【００５９】
また図１２の（ホ）は図１１の（ａ）に示すエンクロージャー１２の主空間１２０１とダクト１２０２による中心周波数ｆｄの共振峰の音圧であり，スピーカーユニット１１が周波数ｆｄの成分を含んで振動したとき共振しより大きな音圧を発生する。
【００６０】
このようなスピーカーシステムを図１１の（ｂ）に示す電気駆動回路で駆動する。図１１の（ｂ）に示す周波数補正回路４は図１２の周波数補正回路の特性で示す音圧補正を行う。周波数補正回路の特性は周波数ｆｈからｆｌ’に向けて６ｄＢ／ｏｃｔで利得が上昇するように構成するが，ｆｌ’はスピーカーユニットのｆｏと振幅を考慮し無理がない周波数とする。具体的には使用するスピーカーユニット固有の最低共振周波数ｆｏを基本としてその約５０％〜２００％程度の範囲に選定する。
【００６１】
ｆｌ’の基本をｆｏとするのは，前述のとおりスピーカーユニットにおける振動板の最大振幅がｆｏの周波数で可能となるという前提からであり，本件発明の基礎となる前述の理論から最も妥当であると考えられる。
【００６２】
ｆｌ’をｆｏ周波数の５０％に設定した場合は，周波数補正回路の補正特性は６ｄＢ／ｏｃｔであるからｆｌ’の周波数時に当該スピーカーユニットで可能な振動板の最大振幅まで振動させるとすれば，ｆｏ周波数時の可能な振動板の振幅は最大振幅の１／２となるが，スピーカーユニットと耳の距離を前述の基準となる使用環境の１／２にすれば，つまりそのような使用環境を設定すれば実用的には耐え得る。
【００６３】
逆にｆｌ’をｆｏ周波数の２００％に設定した場合は，ｆｏ周波数の２倍の周波数での振動板振幅を当該スピーカーユニットで可能な振動板の最大振幅とできるから前述の基準となる使用環境の２倍の距離でも実用的に耐え得る音圧が得られる。
【００６４】
また，ｆｌ’としてｆｏの約５０％から約２００％の範囲を設定するほかの理由は，使用するスピーカーユニットによっては最低共振周波数ｆｏと可能な振動板の最大振幅の関係にずれがある場合も想定されるからである。なお，ｆｌ’の周波数設定によってバスレフダクトの共振周波数ｆｄも調整する。
【００６５】
実際の試作例ではｆｌ’をｆｏ周波数と同じ１２５Ｈｚとしてある。そのような周波数補正回路で音圧を補正したとき図１１の（ａ）のスピーカーシステムは図１２の周波数−音圧特性の（ハ）のように周波数ｆｌ’まで中高音と同じ音圧で再生可能となるがｆｌ’より低い周波数は音圧が不足する。（ホ’）は図１１の（ａ）のエンクロージャー１２の主空間１２０１とダクト１２０２の共振による音圧であり，前述のｆｌ’より低い周波数の音圧を補うものである。
【００６６】
ここで改めてスピーカーユニットの振動板で中高音と同一な音圧で再生可能な周波数とバスレフダクトの共振周波数の関係を，従来のバスレフ型エンクロージャーによる場合と本件の発明で比較すれば，図１１の（ａ）の試作例のスピーカーユニット１１とエンクロージャー１２の主空間１２０１を基準にして従来のバスレフ型エンクロージャーを構成する場合，スピーカーユニット１１と主空間１２０１の共振周波数は前述のとおり約１６０Ｈｚであるので，バスレフダクトの共振周波数は１６０Ｈｚの７０％である１１２Ｈｚより大幅には低くできなかった。これはスピーカーユニットと主空間の共振のため１６０Ｈｚ以下の周波数では急に音圧が減少し，もし１１２Ｈｚより極端に低い共振周波数のダクトを組み合わせれば，ダクトの共振周波数と１６０Ｈｚの共振の間に音圧の谷が発生するからである。
【００６７】
一方で，本件発明によれば，試作例のように主空間１２０１とダクト１２０２の共振周波数をスピーカーユニット１１と主空間１２０１の共振周波数１６０Ｈｚの約３０％の５０Ｈｚに選定してもなお周波数−音圧特性を均一にできる。これは，図１１に示す実施例では，第一にスピーカーユニット１１と主空間１２０１の共振をＭＦＢによって抑制し，周波数補正回路で共振より低い周波数ｆｌ’まで音圧が均一になるよう音圧を補正したこと，第二に，ｆｌ’より低い周波数の音圧の減衰が理論的に６ｄＢ／ｏｃｔと緩やかであるため，前述のようにｆｌ’を１２５Ｈｚとしてダクトの共振周波数ｆｄを５０Ｈｚに設定してもｆｄとｆｌ’の間に谷を生じにくいためである。
【００６８】
なお，周波数補正回路がないバスレフ共振による音圧は図１２の（ホ）のように，共振のないスピーカーユニットの振動板振幅による低音の再生音圧（ロ”）に沿って低い音圧しか得られないが，周波数補正を行うことにより（ホ’）のように音圧が上昇する。
【００６９】
図１１の第一の実施例を前述のように８ｃｍ口径のスピーカーユニットを用いて，バスレフエンクロージャーの主空間の容積を１．５リットルとし且つバスレフダクトと主空間の共振周波数を５０Ｈｚとして試作した音響システムでは，５０Ｈｚという低い周波数の音圧を十分に再生でき，このような小型のスピーカーシステムとしては従来にない低い周波数を再生できていることが検証できた。
【００７０】
ちなみに同口径のスピーカーユニットを用いてダブルバスレフタイプのエンクロージャーを設計すればエンクロージャーの内容積はダクトと空間を含めると５〜６リットルとなりそれでも再生可能な低音周波数は６０〜７０Ｈｚ止まりと想像される。
【００７１】
以上において，周波数補正回路４は，図１２に示すようｆｌ’以下の周波数において利得を同一として説明した。それによれば理論的にはｆｌ’以下の周波数では周波数ｆｌ’を起点としてそれより低い側の周波数に向かって−６ｄB／ｏｃｔの傾きでスピーカーの振動板から発生する音圧は減少するが，それによる低い周波数での音圧不足をエンクロージャーの共振によって補い周波数特性を平坦化するという考え方に基づいている。
【００７２】
しかしながら再生しようとする音源によってはｆｌ’の周波数における最大振幅での音圧を基準にした場合，ｆｌ’より低い周波数において更なる音圧を必要とするような場合が存在する。例えばバスドラムや大型の和太鼓の音を強調したような音源である。その場合，音楽全体として人が感じる音圧レベルはｆｌ’以上の周波数すなわち中音域が基準となるので，所望の音圧を中音域で設定した場合には，前述のバスドラムや大型の和太鼓が鼓動する時間領域でスピーカーの振動板の振幅がｆｌ’での最大振幅を超えてしまう場合がある。
【００７３】
そのような場合を想定し，周波数補正回路４の特性を図１４のようにｆｌ”以下の周波数から低い周波数に向かって利得を小さくなるよう設定し，それによって不足する音圧をエンクロージャーの共振で補うよう構成することも可能である。ｆｌ”の周波数としてはｆｌ’と同一またはそれより低い周波数を設定するが，ｆｌ’より高い周波数を設定した場合には，図１４のｆｌ”が図１２のｆｌ’，図１２のｆｌ’が図１４のｆｌ”に設定した場合と同一となる。
【００７４】
図１４の補正特性を得る周波数補正回路の一例を図１５に示す。図はＣＲ素子によるフィルターａ，フィルターｂとバッファアンプを組み合わせたものであるが，ファイルターａとフィルターｂは場所を入れ変えてもよく，またＣＲをバッファアンプのＮＦループ内に組んでも差し支えない。このような構成とした場合，エンクロージャーの共振周波数ｆｄにおけるスピーカーユニットの振動板の振動板振幅は図１２によるよりも図１４の（ヘ）分小さくなるから，周波数−音圧特性を平坦化することを前提とした場合は，エンクロージャーの共振強さはその共振周波数においてその分強く調整する必要がある。また周波数−音圧特性の谷の発生状況によって共振周波数も調整する必要がある。このような調整はバスレフボックスの場合ダクトの開口面積と長さを調整することで可能である。
【００７５】
また，別の方法として周波数補正回路を図１６に示すような構成とする方法がある。フィルター１からフィルター３は，例えば図２３に示すようなバンドエリミネーションフィルター（ＢＥＦ）としてその中心周波数や減衰量を何種類かに変化させたもので，音源によってスピーカーユニットの振動板振幅が固有の最大振幅を超えないよう切り替えるものである。０図１６に示す回路でＳＷをｓ０からｓ３に切り替えた場合，ｓ０において補正特性はｆｌ’以下で利得が同一となり，ｓ１〜ｓ３では，それぞれのフィルターで設定した中心周波数と周波数帯域で利得が減少するようになっている。通常はＳＷをｓ０としておき，前述のバスドラムや大型の和太鼓があるような音源の場合は必要に応じｓ１〜ｓ３に切り替えて音楽性は損なわない程度に特定の周波数におけるスピーカーユニットの振動板の振幅を抑制する。
【００７６】
また別の方法ではより簡素化してｓ１〜ｓ３は単一のフィルターのみとしてｓ０とｓ１を切り替える。あるいはｓ０を省略して常にｓ１に接続されるようにして予め特定の周波数帯域で利得が減少するようにしておくなど自由である。実験ではｆｌ’以上の音圧に対し，ｆｌ’より低い周波数約３０Ｈｚ〜７０Ｈｚの音圧が約６ｄＢ高いような音源に対し，中心周波数を５０Ｈｚとした帯域減衰フィルターを用いて５０Ｈｚでの利得を−６ｄＢとした際に約３０Ｈｚ〜７０Ｈｚの音圧が減少し音楽性も損なわずまたスピーカーユニットの振動板の最大振幅も抑制できて最大音圧も高く音楽全体としてのバランスもよいという結果を得た。図１７はその場合の周波数補正特性と音圧特性の関係を示す図である。図１７ではバスレフダクトの共振中心周波数ｆｄが５０Ｈｚであって帯域減衰フィルターの中心周波数も５０Ｈｚである場合を想定して表したが，ｆｄと帯域減衰フィルターの中心周波数はずれていてもよい。さらには図１６に示すフィルター１〜フィルター３のいずれかまたは全部に図１５のフィルターａのようなものを使用することも自由である。
【００７７】
なお，以上において周波数補正回路の特性を得るにあたり増幅器等における超低域たとえば２０Ｈｚ以下の利得低下は無視しているが，このような利得低下は増幅器特に入出力回路にコデンサやアウトプットトランスを用いた真空管アンプ等では一般的な特性であり図１４のｆｌ”以下の利得の低下特性を得るにあたり増幅器の低域の利得低下特性を利用することが可能である。
【００７８】
以上のように周波数補正回路の特性は周波数ｆｌ’以下において利得を同一とすることもできるし，一部あるいはｆｌ’より低い周波数のほぼ全域においてｆｌ’における利得を超えないよう低くすることが可能である。本件特許の基本思想は，低音域に固有の機械的共振を有するスピーカーユニットと，該スピーカーユニットを取り付けるエンクロージャーと，スピーカーユニットの電磁駆動装置に接続される電気駆動回路からなる音響装置において，前記スピーカーユニットの機械的共振の抑制手段と，電気駆動回路には低音域の音圧不足を補う周波数−音圧補正回路を備え，該周波数−音圧補正回路の補正特性は，使用環境すなわちスピーカーとの距離や空間の大きさ，必要最大音圧等を考慮した所望の音圧でスピーカーユニットの振動板振幅が当該スピーカーユニット固有の最大値を超えることが無いよう設定し，それにより不足する所定の周波数以下の音圧をエンクロージャーの共振手段で補うようにしたことである。
【００７９】
なお図１２の周波数補正特性においてｆｌ’における利得は，便宜上特性を直線で表したため，ｆｌ’においてそれ以下の周波数と全く同一として表している。ＣＲ素子で図４のような周波数補正回路を構成した場合，周波数ｆｌ’において利得は最大値の−３ｄＢとなるが説明では無視している。
【００８０】
次に，図１１の（ｂ）に示す，ＭＦＢの働きについて図１２を用いて説明する。図１１の（ｂ）において１４のセンサーと１３の加算回路がなく，周波数補正回路のみが電気駆動回路にある場合は，周波数−音圧特性の（ハ）に対し点線のような中心周波数ｆｐの共振峰が現れる。これに対し１４のセンサーと１３の加算回路を加えてＭＦＢを構成した場合，信号源３の源信号に対する中心周波数ｆｐの共振による振動板の過剰振動はセンサー１４で検出され１３の加算器で源信号を相殺し，丁度図１２のＭＦＢによる共振抑制特性のように源信号から共振による過剰振動分を減衰させるフィルターのような働きをする。その結果，周波数−音圧特性に示す点線の共振峰を抑制して周波数に対して均一な音圧特性を得ることができる。
【００８１】
共振抑制手段として図１１の（ｂ）よるＭＦＢを利用した音響システムの更なる利点は，スピーカーユニットの振動板振幅の入出力の非線形性に基づく歪も改善されることである。すなわちスピーカーユニット自体の振動板の振幅が電磁駆動装置から出力される電圧に対し比例関係になくともそれが改善されることは周知である。
【００８２】
図１１〜図１７の実施例は共振抑制手段にＭＦＢを用いた例で説明したが，次に別の方法を用いた実施例について説明する。図１８は本件発明の第二の実施例を用いたスピーカーシステムを示す図である。図において１１と１２は図１１の（ａ）と同一のものであり説明を省略する。図１８において１５は通気性のある音響抵抗物質でスピーカーユニット１１の振動板１１０１の背面側に主空間１２０１との間を仕切るように配され，空気流量を制限して振動板の振動を制動している。これは図６と図８の８と同様に振動板の共振抑制手段として機能する。
【００８３】
ここで，通気性のある音響抵抗物質１５を用いて周波数−音圧特性を測定したところ，図１９のようになり，音響抵抗物質１５がない図１３の特性と比較すれば前述のｆｐの山の高さが低いことから音響抵抗物質１５は共振抑制手段として機能していることが分かる。
【００８４】
このようなスピーカーシステムを図４の電気駆動回路で駆動し，且つ図９のｆｌを図１２のｆｌ’のような周波数に設定した音響システムでは，音響抵抗物質１５を用いてなお図８と図９で説明した共振峰（ニ’）は残るものの図１３に示すよりは改善され，小型のスピーカーユニットを用いて共振を抑制し，共振を抑制したことによる低音の音圧不足を周波数補正回路で補正する音響システムにおいて振動板振幅の不足による低音の音圧不足を，エンクロージャーによる共振で補いより大きな音圧を得ることができる。
【００８５】
図１８に示すバスレフタイプのエンクロージャーでバスレフダクトによる共振を十分に引き出すためには，エンクロージャー内の主空間にスピーカーユニットの振動板の振動による空気の振動が十分に伝わらなければならないが，音響抵抗物質に一般的な吸音材を用いた場合は前述のように１００Ｈｚ以下の周波数では吸音率が非常に低く，実際に試してみた感触では音響抵抗物質として一般的な通気性のある発泡ウレタンを圧縮気味にして用いても振動板の振動は音響抵抗物質を通じて主空間に伝わった。
以上
【００８６】
共振抑制手段としては，図１８による方法のほか機械的共振器を用いることが可能である。図２０は，第三の実施例であるホルムヘルツ共振器１６を用いたスピーカーシステムである。図２０において１１と１２は図１１（ａ）と同一のものである。図において共振器１６は空間１６０２と開口筒１６０１を備え，開口筒１６０１の開口は，エンクロージャー１２の主空間１２０１に接している。
【００８７】
ホルムヘルツ共振器１６の共振周波数はその空間１６０２の容積と開口筒１６０１の開口面積と筒の長さで求められるが，前述の試作による事例ではスピーカーユニット１１と主空間１２０１による共振周波数ｆｐは約１６０Ｈｚであり，ホルムヘルツ共振器１６の共振周波数をほぼｆｐと同一にすることで，主空間内１２０１内の共振エネルギーを共振器１６が吸収し，共振を抑制できる。
【００８８】
試算では，空間１６０２の容積を約１リットル，開口筒１６０１の開口面積を１．９ｃｍ２，長さを２ｃｍとすれば共振周波数を約１６０Ｈｚとできる。なお共振器の共振の強さは空間１６０２の容積や開口筒１６０１の開口面積や長さおよび空間１６０２や開口筒１６０１内に吸音材を配する，開口筒の開口に音響抵抗を設けるなどで調整するものとする。このようなスピーカーシステムには図１８のスピーカーシステムの場合と同様の電気駆動回路を用い，その場合の周波数−音圧特性は図１２においてＭＦＢによる共振抑制特性がほぼホルムヘルツ共振器１６による共振抑制特性に取って替わられる。
【００８９】
ホルムヘルツ共振器１６の共振筒１６０１は，質量を有しその周囲を弾性支持された振動板としても効果は同一である。
【００９０】
機械的共振器を用いた別の方法では，図２１のような方法も考えられる。図２１において１７は主空間１２０１内に設置された共振器で，弾性板１７０２の自由端側に錘１７０１が取り付けてあり，基端は台１７０３に固定されている。振動板１７０２の弾性と錘１７０１の質量により共振周波数が定まり，振動板に弾性が高く機械損失の大きいプラスチック板のようなものを用いて共振周波数を前述のｆｐに合わせれば，主空間１２０１の空気振動で共振し，主空間の共振エネルギーを吸収する。
【００９１】
共振抑制手段は，電気駆動回路内に設けられた帯域減衰フィルターでもよい。図２２は本件発明の第４の実施例に用いる電気駆動回路で，図４に示す電気駆動回路に１８の帯域減衰フィルター（ＢＥＦ：バンドエリミネーションフィルター）を追加したものである。１８の帯域減衰フィルター（ＢＥＦ）の具体回路例を図２３の（ａ）と（ｂ）に示す。図２３の（ａ）はＬとＣの直列共振回路で共振周波数ではインピーダンスが最小となる特性を利用したもの，同じく（ｂ）は一般的にＴノッチフィルターと呼ばれる回路で，いずれも図１２のＭＦＢによる共振抑制特性に類似の周波数−利得特性を得ることができる。また近年はデジタル技術（コンピュータとソフトウエア）でもこのような特性を容易に得ることができる。
【００９２】
従って，フィルターの中心周波数を図１２のｆｐと同一に設定すれば，図１１の（ａ）のスピーカーシステムと組み合わせて使用することで図１１と類似の音響システムを構成することができる。
【００９３】
なお，図２０と図２１の機械的共振器および図２２の帯域減衰フィルターは単一のもので説明したが，共振周波数をｆｐ近傍でずらせた複数のものを組み合わせて減衰帯域幅を広げてもよい。
【００９４】
図２４は本件発明の第五の実施例による機械共振抑制手段を用いたスピーカーシステムを示す図である。図２４に示すスピーカーシステムのエンクロージャー１９は基本的に図１８に示す１２と同じバスレフ型エンクロージャーであり，主空間１９０１とダクト１９０２で共振し，共振周波数は図１４に示す第二の実施例と同様に低い周波数の音圧を補うことを意図している。
【００９５】
図２４と図１８との違いは図１８に示すスピーカーシステムではスピーカーユニット１１と通気性を有する音響抵抗物質１５が主空間１２０１内に直接配置してあるのに対し，図２４の実施例では，エンクロージャー１９と壁部２０で覆われる小空間２１内に配置され，スピーカーユニット１１の振動板１１０１の振動によって生じる空気の振動は小空間２１の開口２１０１を通じて主空間１９０１に伝搬することおよび，小空間内には振動板１１０１の背面側に通気性を有する音響抵抗物質２２と，音響抵抗物質２２と開口２１０１側に吸音材２４が配されていることである。なお，試作では，図１１に示したエンクロージャーを改造したので，図１１のエンクロージャーの主空間１２０１は容積が１．５リットルであったが，図２４の実施例では小空間２１の容積は０．２リットル，主空間１９０１の容積は壁部２０の体積を含めて１．３リットルほどである。
【００９６】
なお，２３は音響抵抗物質２２と吸音材２４の間の空間で，適当な吸音材を充填されていてもよく，場合によっては吸音材２４と同一の材料で充填されていてもよい。さらには音響抵抗物質２２から吸音材２４までを同一材料で一体的に構成してもよい。
【００９７】
ここで音響抵抗物質２２は，振動板１１０１の振動による空気流量を制限して振動板を制動するこが目的であり，より具体的には通気面積を制限して空気の粘性を利用することで時間あたりの空気流量を制限するもので，試作では前述のように通気性の発泡ウレタンや木綿布などを圧縮気味にして使用した。このような材料では振動板の制動のみならず吸音効果も期待できる。
【００９８】
吸音材２４は吸音が目的であり，具体的には音響抵抗物質２２と同様に繊維質材料や通気性の発泡ウレタンなどを用いることができる。このような構成により図１８に示す第二の実施例に対しさらなる共振抑制効果を得ることができる。図２５は図２４に示すスピーカーシステムの低音域の機械共振の機械系等価回路であり，図２６は図１３と図１９に示すものと同様に図２４に示すスピーカーシステムの周波数−音圧特性である。
【００９９】
図２５に示す機械系等価回路においてＲｔ１は前記の音響抵抗物質２２の等価機械抵抗で，Ｒｔ２は吸音材２４の等価機械抵抗を示している。Ｃｔ１は振動板１１０１と音響抵抗物質２２の間の空間のスチフネス，ＲｅｓとＣｅｓは音響抵抗物質２２と吸音材２４の間の等価機械抵抗と等価機械スチフネスである。Ｃｅｍはエンクロージャー１９内の主空間１９０１のスチフネス，Ｍｄはダクト１９０２内の空気の等価機械質量である。
【０１００】
ここで，スピーカーユニット１１とエンクロージャー１９内の空間の共振について図２５を用いて説明する。まず一番低い周波数の共振は，スピーカーユニット１１の等価機械質量Ｍｏと等価機械スチフネスＣｏとエンクロージャー１９の主空間１９０１の等価機械スチフネスＣｅｍの直列回路で生じ，図２４に示す主空間１９０１の容積を前述のとおり約１．３リットルとするとその共振周波数は約１６０Ｈｚ程度である。
【０１０１】
次に低い周波数の共振はスピーカーユニット１１の等価機械質量Ｍｏと等価機械スチフネスＣｏと小空間２０の等価機械スチフネスＣｅｓの直列回路で生じ，図２４に示す小空間２１の容積を前述のとおり０．２リットルとするとその共振周波数は３００Ｈｚ以上である。一番高い周波数の共振はスピーカーユニット１１の等価機械質量Ｍｏと等価機械スチフネスＣｏと振動板１１０１と音響抵抗物質２２間の空間の等価機械スチフネスＣｔ１の直列回路で生じ，Ｃｔ１は小空間２１の容積よりさらに小さくなるから共振周波数は５００Ｈｚ以上である。
【０１０２】
ここで音響抵抗物質２２は前述のとおり通気性の発泡ウレタンもしくは繊維質の布で構成し，また吸音材２４も同様である。ここでこのような材料に共通するのはこれらの材料は前述のとおり一般的に吸音材として用いられ，その吸音率は周波数が高いほど高く，周波数が低いほど低くなり，約３００Ｈｚ以上では１に近く，約１００Ｈｚ以上では０．１以下，約１００〜３００Ｈｚでは０．１〜１の間であることである。また吸音材を厚くすればそれに応じて吸音率は高くなるということである。
【０１０３】
従って，前述のとおり振動板１１０１と第一の音響抵抗物質２２の間の空間による共振は周波数３００Ｈｚ以上５００Ｈｚ程度となるが音響抵抗物質２２の吸音特性により共振による音響エネルギーはそのほとんどが吸収されて共振は抑制される。また小空間２１による共振も周波数が約３００Ｈｚであるから音響抵抗物質２２と吸音材２４の吸音特性により共振による音響エネルギーはそのほとんどが吸収されて共振は抑制される。
【０１０４】
最後に主空間１９０１との共振であるが，共振周波数は約１６０Ｈｚ程度であり，音響抵抗物質２２と吸音材２４の吸音率としては０．１〜１の間の周波数領域である。しかし開口２１０１から振動板１１０１方向に距離を十分に確保し，すなわち空気振動が通過する吸音材の厚みを確保することで１６０Ｈｚの音響エネルギーを吸収し共振を抑制できる。
【０１０５】
一方で，スピーカーユニット１１と主空間１９０１の相互関係でおこる共振は，主空間１９０１内も音響エネルギーで満たすが，音響エネルギーは主空間１９０１を構成するエンクロージャーの内壁面と壁部２０の主空間１９０１側の面及び開口２１０１の面積に応じて単位面積あたりで均等な圧力として伝搬しようとするが，開口２１０１の面積分だけが振動板１１０１方向に伝搬でき，その他は壁により反射され，次の瞬時ではまた同じことを繰り返し，壁部２０と開口２１０１がない図１８の場合に比べて主空間１９０１側から振動板１１０１に作用するエネルギーは相応に制限されさらに共振抑制効果を高くできる。開口２１０１から振動板１１０１に伝搬できなかったエネルギーは主空間１９０１内で時間をかけて減衰する。
【０１０６】
以上のように図２４に示す第五の実施例の共振抑制手段を用いたスピーカーシステムでは，図１８に示すものに比べて，振動板１１０１と主空間１９０１との共振を生じる相互関係において，吸音材２４および吸音材２４と音響抵抗物質２２間の吸音材，開口２１０１と壁部２０の作用により共振抑制効果を高めることができる。
【０１０７】
また，主空間１９０１に露呈する吸音材２４の面積は開口２１０１の部分に制限されることにより，主空間１９０１とダクト１９０２のバスレフ共振の強さにもほとんど影響することがない。
【０１０８】
図２６に図２４に示すスピーカーシステムの周波数−音圧特性を示すが，図１８に示す音響抵抗物質１５だけの場合のスピーカーシステムの周波数−音圧特性図１９に比べ，さらに共振の抑制がよく行われていることが分かる。
【０１０９】
図２４において，小空間２１はエンクロージャー１９と該エンクロージャー１９に一体化された壁部２０によって囲われて構成されているが，壁部をエンクロージャーやスピーカーユニットとは別の一部品として例えば樹脂成型品のようなもので構成し，スピーカーユニットの背面全周を該部品で覆って構成してもよい。すなわち小空間は該部品によってのみ囲われて構成されるようにしてもよい。また，スピーカーユニット１１と該スピーカーユニットの振動板１１０１と音響抵抗物質２２の間の空間の容積すなわち等価機械スチフネスＣｔ１との関係で生じる共振の周波数において音響抵抗物質２２と吸音材２４の吸音率が１に近いこと，スピーカーユニット１１とエンクロージャーの主空間１９０１の容積すなわち等価機械スチフネスＣｅｍとの関係で生じる共振の周波数において音響抵抗物質２２と吸音材２４の吸音率が０．１から１の範囲であること，さらには主空間１９０１とダクト１９０２の関係で生じる共振の周波数において音響抵抗物質２２と吸音材２４の吸音率が０．１に近い値以下であることという関係が成り立てば，用いる音響抵抗物質や吸音材の周波数対吸音率の特性に沿って，各空間の容積や各共振周波数は前述の値から調整可能である。
【０１１０】
以上は本件発明の音響システムを用いる共振抑制手段の違いにより第一から第五の実施例として個々に説明して来たが，第一から第五の実施例の共振抑制手段は，二つないし複数で組み合わせて使用してもよい。図２７は，共振抑制手段としてまず通気性のある音響抵抗物質１５でスピーカーユニット１１の振動板１１０１の背面側を覆い，さらにホルムヘルツ共振器１６をその開口筒１６０１の開口がエンクロージャー１２の主空間１２０１に接するように設けている。このスピーカーシステムに組み合わせる電気駆動回路は図４の構成のものを，ｆｌだけを図１２のｆｌ’のように設定したものを用いる。
【０１１１】
また，スピーカーシステムとしては，図１８の構成のものを用い，図１１の（ｂ）に示すＭＦＢを使用した電気駆動回路を組み合わせてもよい。また図２２に示すＢＥＦを加えた電気駆動回路を組み合わせてもよい。図２８は図１８のスピーカーシステムと図２２に示す帯域制限減衰フィルター（ＢＥＦ）を組み合わせて使用した場合の，周波数−音圧特性を示す。この例で帯域減衰フィルターは，フィルターの中心周波数を１２５Ｈｚと２５０Ｈｚとした二つのフィルターを組み合わせて使用したものである。一つの手段で共振抑制効果が不十分な場合は，他の手段と組み合わせることでより十分な効果を奏することができる。
【０１１２】
さらに以上は本件発明の実施例のエンクロージャー方式として１段のバスレフ共振を用いたもので説明したが，スピーカーユニットの振動板振幅をスピーカーユニット固有の最低共振周波数を基本としてその約５０％〜２００％の範囲より低い周波数では増加しないようにし，それにより不足する低い周波数の音圧をエンクロージャーの機械共振で補うようにするという図１２で説明した周波数−音圧特性の特徴的且つ基本的考えによれば，エンクロージャーの機械共振，すなわち図１２の（ホ）の共振は，前述の１段のバスレフ共振以外の方式でもよいことは自明である。
【０１１３】
ダブルバスレフ型にすればさらに低い周波数の再生が可能であり，バスレフ型と同様にエンクロージャー内の主空間の等価機械スチフネスと別に設けた等価機械質量による共振を利用したドロンコーン式でも同様の効果が得られる。これらの方式ではスピーカーユニットと直接作用する主空間が図２５に示す等価機械スチフネスＣｅｍの略密閉空間となり，スピーカーユニットと主空間による機械共振が強く表れるので第一から第五の実施例は有効に作用する。さらに別の方式として共鳴管やＴＱＷＴと呼ばれるような方式，あるいはホーンを用いたような方式でもその外形寸法が大きくなるという側面を除けば十分に図１２の（ホ）の特性は得られる。
【０１１４】
改めて本件発明の効果を説明すれば，従来のスピーカーユニットの低音域の機械的共振の利用を前提としたスピーカーシステムでは，スピーカーユニットとエンクロージャー内部の空間の関係による低域共振周波数でその再生可能な周波数の下限が制限され，それより低い周波数の音域をエンクロージャーの共振で補う構成としても，最低共振周波数が比較的高い例えば８ｃｍ以下の口径の小型のスピーカーユニットでは５０Ｈｚ程度の低い周波数を十分な音圧で再生することは難しく，またエンクロージャーも必然的に大型のものが必要になっていた。
【０１１５】
また，スピーカーユニットの低音域の機械的共振を抑制して，それによる低音の不足を電気的に補正した音響システムでは，スピーカーユニットの最低共振周波数の制約から解放されてより低い周波数の再生が可能になるが，１０ｃｍ程度以下の小口径のスピーカーユニットでは，スピーカーユニットの最低共振周波数より低い周波数では振動板の振幅の制約から十分な音圧を発生できなかった。
【０１１６】
対して本件発明では，スピーカーユニットの低音域の機械共振を抑制して，それによる低音の不足を電気的に補正するとともに，電気的な振動板の振幅補正は，所望の音圧でスピーカーユニットの振動板の最大振幅を超えない範囲とし，さらに不足する低音域の音圧はエンクロージャーの共振で補うようにしたので，スピーカーの最低共振周波数の制約によらない低い周波数の再生が可能になるとともに，音圧も十分に確保される。さらにエンクロージャーの方式を選択すればその大きさも小型にできる。
【０１１７】
さらには，種類の異なる低音域の共振の抑制手段を組み合わせて使用することにより共振の抑制効果を十分にして，共振の影響による音圧の山を排除して周波数特性の平坦化を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
音響装置の存在を外形寸法的に負担に感じさせない且つ高品位な音を再生するステレオ装置，あるいはＴＶ装置，あるいはＰＣオーディオ装置，サブウーハーシステムなどに適用できる。
【符号の説明】
【０１１９】
１      ・・・スピーカーユニット
１０１  ・・・振動板
１０２  ・・・フレーム
１０３  ・・・電磁駆動装置
２      ・・・密閉型エンクロージャー
２０１  ・・・筐体
２０２  ・・・内部空間
３      ・・・信号源
４      ・・・周波数補正回路
５      ・・・電力増幅器
６      ・・・エンクロージャー
６０１  ・・・筐体
６０２  ・・・内部空間
６０３  ・・・開口
８      ・・・通気性のある音響抵抗物質
９      ・・・通気性のある音響抵抗物質
１０    ・・・エンクロージャー
１００１・・・主空間
１００２・・・折れ曲がり空間
１００３・・・折れ曲がり空間
１００４・・・開口端部
１１    ・・・スピーカーユニット
１１０１・・・振動板
１２    ・・・バスレフ型エンクロージャー
１２０１・・・主空間
１２０２・・・バスレフダクト
１３    ・・・加算回路
１４    ・・・センサー
１５    ・・・通気性のある音響抵抗物質
１６    ・・・ホルムヘルツ共振器
１６０１・・・開口筒
１６０２・・・空間
１７    ・・・共振器
１７０１・・・錘部
１７０２・・・板部
１７０３・・・台
１８    ・・・帯域減衰フィルター（ＢＥＦ）
１９    ・・・エンクロージャー
１９０１・・・主空間
１９０２・・・ダクト
２０    ・・・小空間を構成する壁
２１    ・・・小空間
２１０１・・・小空間の開口
２２    ・・・音響抵抗物質
２３    ・・・吸音材
２４    ・・・吸音材
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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