(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピーカボックスと、前記スピーカボックスに取り付けられたスピーカユニットと、前記スピーカボックスの内部空間に配置されてその周辺部が固定された弾性体からなる振動膜と、前記振動膜によって前記スピーカボックスの前記内部空間と遮断された背後空気室と、を具備してなり、
前記振動膜が半径ａ(ｍ)の略円形状の膜であり、前記背後空気室の内容積をＶ(ｍ３)としたとき、前記ａと前記Ｖの関係が下記式（１）によって決定されることを特徴とするスピーカ装置。
ｆ０ｃ＝ｆ０((３．５５×１０４・πａ２/(Ｖ・π２・ｆ０２・ρ・ｔ))＋１)１／２…（１）
ただし、式（１）において、ｆ０ｃは前記スピーカボックスと前記スピーカのみからなるスピーカ装置における低音共振周波数であり、ａは前記振動膜の半径(ｍ)であり、ｔは前記振動膜の厚み(ｍ)であり、ρは前記振動膜の密度(ｋｇ／ｍ３)であり、Ｖは前記背後空気室の内容積(ｍ３)であり、ｆ０は前記振動膜の共振周波数であって下記式（２）によって決定される値である。
ｆ０＝α・ｔ・ａ−２・(Ｅ/(ρ(１−σ２)))１／２…（２）
ただし、式（２）において、αは０．４６〜０．４８の範囲の数であり、ｔは前記振動膜の厚み(ｍ)であり、Ｅは前記振動膜のヤング率(Ｎ／ｍ２)であり、ρは前記振動膜の密度(ｋｇ／ｍ３)であり、σは前記振動膜のポアソン比である。
【請求項２】
前記ａと前記Ｖとの関係に基づいてスピーカ装置を仮構成して音圧レベルの周波数依存性を測定し、測定結果に基づき少なくとも前記Ｖを微調整することによって構成されたことを特徴とする請求項１に記載のスピーカ装置。
【請求項３】
スピーカボックスと、前記スピーカボックスに取り付けられたスピーカユニットと、前記スピーカボックスの内部空間に配置されてその周辺部が固定された弾性体からなる振動膜と、前記振動膜によって前記スピーカボックスの前記内部空間と遮断された背後空気室と、を具備してなり、
前記振動膜が縦ｘ(ｍ)、横ｙ(ｍ)の大きさの略矩形状の膜であり、前記背後空気室の内容積をＶ(ｍ３)としたとき、前記ｘ、ｙと前記Ｖの関係が下記式（３）によって決定されることを特徴とするスピーカ装置。
ｆ０ｃ＝ｆ０((３．５５×１０４・ｘ・ｙ/(Ｖ・π２・ｆ０２・ρ・ｔ))＋１)１／２…（３）
ただし、式（３）において、ｆ０ｃは前記スピーカボックスと前記スピーカのみからなるスピーカ装置における低音共振周波数であり、ｘ、ｙはそれぞれ、前記振動膜の各辺の長さ(ｍ)であり、ｔは前記振動膜の厚み(ｍ)であり、ρは前記振動膜の密度(ｋｇ／ｍ３)であり、Ｖは前記背後空気室の内容積(ｍ３)であり、ｆ０は前記振動膜の共振周波数であって下記式（４）によって決定される値である。
ｆ０＝π・ｔ/２・(Ｅ/(１２ρ(１−σ２)))１／２・((ｍ/ｘ)２＋(ｎ/ｙ)２)…（４）
ただし、式（４）において、ｔは前記振動膜の厚み(ｍ)であり、Ｅは前記振動膜のヤング率(Ｎ／ｍ２)であり、ρは前記振動膜の密度(ｋｇ／ｍ３)であり、σは前記振動膜のポアソン比であり、ｍは前記振動膜が固有振動したときの前記ｘ(ｍ)の長さの辺に沿う振動の変位部の数であり、ｎは前記振動膜が固有振動したときの前記ｙ(ｍ)の長さの辺に沿う振動の変位部の数である。
【請求項４】
前記ｘ、ｙと前記Ｖとの関係に基づいてスピーカ装置を仮構成して音圧レベルの周波数依存性を測定し、測定結果に基づき少なくとも前記Ｖを微調整することによって構成されたことを特徴とする請求項３に記載のスピーカ装置。
【請求項５】
前記背後空気室に繊維質吸音材が充填されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のスピーカ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピーカ装置に関するものであり、特に、低音側での音圧レベルを向上させることが可能なスピーカ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に小型軽量のスピーカ装置においては、スピーカユニットの振動板の振動によって、スピーカボックス内の内部空気が圧縮／膨張されて一種の空気バネとなり、この空気バネの振動が特定の周波数で前記振動板と共振し、この共振周波数よりも低域側では伸びの悪い低音になるという、いわゆる低域再生限界の問題がある。
【０００３】
従来、この空気バネの振動を防止するために、密閉型スピーカの場合はスピーカボックス内にグラスウールやフェルト等の繊維質材料を充填していた。
しかし、繊維質材料は、高音域において吸音する性質が有るため、高音域の再生を阻害してしまうという問題がある。
また、いわゆるバスレフ型スピーカ装置では、密閉型スピーカ装置よりも低音再生限界の問題は生じにくいが、スピーカボックスの内容積が小さくなると、低音再生限界の問題が顕在化するという問題がある。
従来のスピーカ装置の設計においては、空気バネとスピーカユニットの振動板との共振を極力防止するように設計を行うので、スピーカ装置自体やスピーカボックスの設計の自由度が少なくなっていた。
【０００４】
そこで、下記特許文献１には、スピーカボックスの前面のバッフル板に取り付けられたスピーカユニットと、スピーカボックスの後面に設けられた通気孔を有する室と、前記室のスピーカユニット側に配置された振動体と、前記振動体の外周を固定するダンパー等の可動体とを具備してなるスピーカ装置が開示されている。
また、下記特許文献２には、スピーカユニットが取り付けられたスピーカボックスの中に、１個の開口或いはダクトを有する気密ボックスを設け、スピーカボックス中の空気のスティフネスの変化がないように構成されたスピーカ装置が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−１５０７８２号公報
【特許文献２】特開平１１−３４１５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載のスピーカ装置では、振動体として非弾性の部材を使用していることから、いわゆるヘルムホルツ共鳴を利用しているものと考えられる。ヘルムホルツ共鳴を利用する場合には、例えば空気バネとスピーカユニットの振動板との共振周波数を２００Ｈｚ以下に合わせようとすると、スピーカボックスの後面に設けた室の容積を３３７５ｃｍ３程度（一辺の長さが１５ｃｍの立方体程度）の大きさに設定しなければならず、スピーカ装置の小型化が困難になる問題があった。
【０００６】
また、特許文献２に記載のスピーカ装置では、スピーカユニットの振動板の振動によって生じるスピーカボックス内の空気の圧縮／膨張を、空気自体の質量と気密ボックス自体の質量によって起きにくくし、これにより空気バネとスピーカユニットの振動板との共振を抑制しようとしている。しかしこの構成では、スピーカユニットの振動板の振動自体が抑制されてしまい、スピーカ装置の入力電力に対する出力（音圧レベル）が低下してしまい、スピーカ装置のエネルギー効率が低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、低音域及び高音域のいずれの領域においても音圧レベルが低下することがなく、しかも、スピーカボックス自体の設計の自由度を高めることが可能なスピーカ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明のスピーカ装置は、スピーカボックスと、前記スピーカボックスに取り付けられたスピーカユニットと、前記スピーカボックスの内部空間に配置されてその周辺部が固定された弾性体からなる振動膜と、前記振動膜によって前記スピーカボックスの前記内部空間と遮断された背後空気室と、を具備してなり、前記振動膜が半径ａ(ｍ)の略円形状の膜であり、前記背後空気室の内容積をＶ(ｍ３)としたとき、前記ａと前記Ｖの関係が下記式（１）によって決定されることを特徴とする。
ｆ０ｃ＝ｆ０((３．５５×１０４・πａ２/(Ｖ・π２・ｆ０２・ρ・ｔ))＋１)１／２…（１）
ただし、式（１）において、ｆ０ｃは前記スピーカボックスと前記スピーカのみからなるスピーカ装置における低音共振周波数であり、ａは前記振動膜の半径(ｍ)であり、ｔは前記振動膜の厚み(ｍ)であり、ρは前記振動膜の密度(ｋｇ／ｍ３)であり、Ｖは前記背後空気室の内容積(ｍ３)であり、ｆ０は前記振動膜の共振周波数であって下記式（２）によって決定される値である。
ｆ０＝α・ｔ・ａ−２・(Ｅ/(ρ(１−σ２)))１／２…（２）
ただし、式（２）において、αは０．４６〜０．４８の範囲の数であり、ｔは前記振動膜の厚み(ｍ)であり、Ｅは前記振動膜のヤング率(Ｎ／ｍ２)であり、ρは前記振動膜の密度(ｋｇ／ｍ３)であり、σは前記振動膜のポアソン比である。
【００１０】
また本発明のスピーカ装置は、前記ａと前記Ｖとの関係に基づいてスピーカ装置を仮構成して音圧レベルの周波数依存性を測定し、測定結果に基づき少なくとも前記Ｖを微調整することによって構成されたことが好ましい。
【００１１】
次に、本発明のスピーカ装置は、スピーカボックスと、前記スピーカボックスに取り付けられたスピーカユニットと、前記スピーカボックスの内部空間に配置されてその周辺部が固定された弾性体からなる振動膜と、前記振動膜によって前記スピーカボックスの前記内部空間と遮断された背後空気室と、を具備してなり、前記振動膜が縦ｘ(ｍ)、横ｙ(ｍ)の大きさの略矩形状の膜であり、前記背後空気室の内容積をＶ(ｍ３)としたとき、前記ｘ、ｙと前記Ｖの関係が下記式（３）によって決定されることを特徴とする。
ｆ０ｃ＝ｆ０((３．５５×１０４・ｘ・ｙ/(Ｖ・π２・ｆ０２・ρ・ｔ))＋１)１／２…（３）
ただし、式（３）において、ｆ０ｃは前記スピーカボックスと前記スピーカのみからなるスピーカ装置における低音共振周波数であり、ｘ、ｙはそれぞれ、前記振動膜の各辺の長さ(ｍ)であり、ｔは前記振動膜の厚み(ｍ)であり、ρは前記振動膜の密度(ｋｇ／ｍ３)であり、Ｖは前記背後空気室の内容積(ｍ３)であり、ｆ０は前記振動膜の共振周波数であって下記式（４）によって決定される値である。
ｆ０＝π・ｔ/２・(Ｅ/(１２ρ(１−σ２)))１／２・((ｍ/ｘ)２＋(ｍ/ｙ)２)…（４）
ただし、式（４）において、ｔは前記振動膜の厚み(ｍ)であり、Ｅは前記振動膜のヤング率(Ｎ／ｍ２)であり、ρは前記振動膜の密度(ｋｇ／ｍ３)であり、σは前記振動膜のポアソン比であり、ｍは前記振動膜が固有振動したときの前記ｘ(ｍ)の長さの辺に沿う振動の変位部の数であり、ｎは前記振動膜が固有振動したときの前記ｙ(ｍ)の長さの辺に沿う振動の変位部の数である。
【００１２】
また本発明のスピーカ装置は、前記ｘ、ｙと前記Ｖとの関係に基づいてスピーカ装置を仮構成して音圧レベルの周波数依存性を測定し、測定結果に基づき少なくとも前記Ｖを微調整することによって構成されたことが好ましい。
【００１３】
また本発明のスピーカ装置においては、前記背後空気室に繊維質吸音材が充填されていることが好ましい。
【００１４】
本発明のスピーカ装置によれば、スピーカボックスの内部に、弾性体からなる振動膜と背後空気室とが備えられているので、スピーカユニットが作動することによってスピーカボックス内部の空気が圧縮及び膨張されて空気バネとなり、この空気バネによる反発力が生じたとしても、振動膜及び背後空気室によって空気バネの反発力が吸収され、これにより空気バネとスピーカユニットとの間における共振が抑制される。これにより、共振周波数近傍での音圧レベルの極端な上昇を抑制し、かつ低音域での音圧レベルを向上させることができる。
また、本発明では振動膜として弾性体からなる膜を採用するので、ヘルムホルツ共鳴を利用する場合と比べて背後空気室の容積を比較的小さくすることができ、これによりスピーカ装置の小型化を実現することができる。
更に、振動膜として弾性体からなる膜を採用することで、スピーカボックス内部の空気バネの反発力が振動膜及び背後空気室によって効率良く吸収され、これにより空気バネの反発力がスピーカユニットの振動を妨げる虞がなく、スピーカ装置の入力電力に対する出力（音圧レベル）を低下させることなく、スピーカ装置のエネルギー効率を高めることができる。
更にまた、スピーカボックス内に繊維質吸音材を充填する必要がないので、高音域の音圧レベルを低下させることがない。
【００１５】
また、本発明のスピーカ装置によれば、振動膜を略円形の膜としたときに、振動膜の半径ａと背後空気室の内容積Ｖとの関係を上記式（１）及び式（２）によって決めるので、背後空気室の内容積を振動膜の半径に合わせて必要最小限の大きさに設計することができ、これによりスピーカ装置の小型化を図ることができる。
【００１６】
更に、本発明のスピーカ装置によれば、振動膜を略矩形の膜としたときに、振動膜の各辺の長さｘ、ｙと背後空気室の内容積Ｖとの関係を上記式（３）及び式（４）によって決めるので、背後空気室の内容積を振動膜の大きさに合わせて必要最小限の大きさに設計することができ、これによりスピーカ装置の小型化を図ることができる。
【００１７】
更にまた、本発明のスピーカ装置によれば、振動膜によって内部空気と遮断された背後空気室に繊維質吸音材が充填されているので、振動膜による内部空気の反発力をこの繊維質吸音材によってより効率良く吸収することができ、低音域での音圧レベルをより改善することができる。また、スピーカボックスの内部空間には繊維質吸音材が充填されないので、高音域の音圧レベルを低下させることがない。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のスピーカ装置によれば、低音域及び高音域のいずれの領域においても音圧レベルを低下させることがなく、しかも、スピーカボックスの設計の自由度を高めることが可能なスピーカ装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。尚、以下の説明において参照する図は、スピーカ装置の構成等を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際のスピーカ装置の寸法関係とは異なる場合がある。
【００２０】
「スピーカ装置の一例」
図１は、本実施形態のスピーカ装置の一例を示す斜視図であり、図２は、図１のスピーカ装置の断面模式図である。
図１及び図２に示すように、本例のスピーカ装置１は、スピーカボックス２と、スピーカボックス２に取り付けられたスピーカユニット３と、スピーカボックス２の内部空間２ａに配置されてその周辺部４ａが固定された弾性体からなる振動膜４と、振動膜４によってスピーカボックス２の内部空間２ａと遮断された背後空気室５と、を具備して概略構成されている。
【００２１】
スピーカボックス２は、図１及び図２に示すように、中空直方体状に形成されてなるものであって、木質材料または樹脂材料によって構成されている。スピーカボックス２の前面壁２ｂには開口部２ｃが設けられており、この開口部２ｃにスピーカユニット３が装着されている。スピーカボックス２の内部空間２ａには、振動膜４を支持固定するための固定部材２ｄが２つ設けられている。各固定部材２ｄは、振動膜４が装着される平面視略円形の開口部２ｅが設けられてなる板状の部材であり、スピーカボックス２の上面壁２ｆ及び底面壁２ｇとほぼ平行にかつ離間されて配置されている。
【００２２】
次に、スピーカユニット３は、いわゆるフルレンジ型と呼ばれるものであって、入力信号を電磁変換して振動信号にする変換部３ａと、振動信号を音波に変換して放出させるコーン型の振動板３ｂとから概略構成されている。変換部３ａ及び振動板３ｂはいずれもスピーカボックス２の内部空間２ａに配置されている。
【００２３】
次に、振動膜４は、平面視円形状の弾性膜（弾性体）からなるものであって、スピーカボックス２の内部に備えられた固定部材２ｄによって固定されている。固定部材２ｄには、前述したように平面視略円形の開口部２ｅが設けられており、振動膜４の周辺部４ａが開口部２ｅによって固定された状態になっている。
振動膜４の材質としては、損失係数（tanδ）が大きく、かつ損失係数（tanδ）の温度依存性が小さく、更に耐久性に優れている材料が好ましく、シリコーン樹脂、ウレタンゴム等の弾性体が好ましく、シリコーン樹脂が特に好ましい。また、振動膜の４の厚みは数ｍｍ程度が好ましい。
【００２４】
次に、背後空気室５は、振動膜４によってスピーカボックス２の内部空間２ａと遮断されてなるものである。本例の背後空気室５は、図１及び図２に示すように、振動膜４と、振動膜４を支持固定する固定部材２ｄと、スピーカボックス２の上面壁２ｆまたは底面壁２ｇと、これら上面壁２ｆまたは底面壁２ｇに隣接する側面壁とによって区画されている。
背後空気室５には、スピーカボックス２の内部空間２ａと同様に空気が充填されている。背後空気室５は、振動膜４によってスピーカボックス２の内部空間から遮断されていることが、低音域の音圧レベルを低下させない点で好ましい。背後空気室５の内容積Ｖと振動膜の半径ａとの関係については後述する。
尚、背後空気室５には、グラスウール、フェルト等の繊維質吸音材が充填されていても良い。
【００２５】
次に本例のスピーカ装置１の動作について説明する。図３に示すように、スピーカユニット３の変換部３ａに入力信号が入力されると、入力信号が電磁変換されて振動信号に変換される。そしてこの振動信号が振動板３ｂに伝搬され、振動板３ｂが図３に示すようにスピーカボックス２の内部空間に向けて振動する。
振動板３ｂの振動は、スピーカボックスの内部空間２ａに伝わり、この振動に合わせて内部空間２ａの圧縮及び膨張が繰り返され、内部空間２ａの空気が空気バネになる。内部空間２ａが膨張した際には、作用反作用の法則に則って、スピーカユニット３の振動板３ｂ及びスピーカボックス２に対する反力が生じる。
この時、スピーカボックス２の内部空間２ａには、振動膜４及び背後空気室５が備えられているので、内部空間２ａにおける空気バネの反力が振動膜４にも伝わる。振動膜４は、弾性体から構成されているために、弾性体の伸縮による損失弾性によって、内部空間２ａにおける空気バネの反力が軽減される。
この反力の軽減によって、スピーカユニット３の振動板３ｂに対する反力が弱まり、振動板３ｂと内部空間２ａとの共振現象が抑制される。これにより、共振周波数における音圧レベルのピークが小さくなるとともに、低音域における音圧レベルの低下が抑制される。
【００２６】
図４には、振動膜を有しないスピーカ装置の音圧レベルと周波数との関係をグラフで示し、図５には、振動膜を有するスピーカ装置の音圧レベルと周波数との関係（再生音圧の周波数特性）をグラフで示す。音圧レベルの周波数特性は、スピーカ装置のスピーカユニットの軸線上にマイクロホンを設置し、マイクロホンとスピーカユニットとの距離を１ｍとし、国際規格ＩＥＣ  ２６８−１に準じて測定した。
図４に示すように、振動膜を有しないスピーカ装置の場合は、１００Ｈｚ付近に音圧レベルのピークが見られ、このピークよりも低音域側（低周波数側）では、音圧レベルが急激に減少していることがわかる。音圧レベルの急減は、スピーカユニット単独の曲線よりも下回った後で特にその曲線の傾きが大きくなっている。
尚、図４中、スピーカユニット単独とは、スピーカユニットを標準密閉箱（ＪＩＳ Ｃ ５５３１に規定のもの）に取り付け、ＪＩＳ Ｃ ５５３１の規定に準拠して音圧レベルと周波数との関係を測定した曲線であり、スピーカ装置を設計する際の目標となる曲線である。
【００２７】
一方、図５に示すように、振動膜を有するスピーカ装置の場合は、音圧レベルのピークが１００Ｈｚよりもより低音域側にシフトし、またピーク自体が図４に比べて著しく小さくなっている。更に、このピークよりも低音域側（低周波数側）では、音圧レベルが減少しているが、その減少の傾きは図４に比べて小さくなっており、低音域側での音圧レベルの低下が小さくなっていることがわかる。
【００２８】
以上説明したように、振動膜４および背後空気室５を備えた本実施形態のスピーカ装置１によれば、１００Ｈｚ程度の低音域における音圧レベルの低下を低減することが可能になる。
【００２９】
次に、背後空気室５の内容積Ｖと振動膜の半径ａとの関係について説明する。
本実施形態のスピーカ装置１では、最初に振動膜４の材質、大きさ（半径ａ）及び厚み等の構成を決めてから、背後空気室５の内容積を振動膜４の構成に基づいて決定することが望ましい。
本実施形態では振動膜４の面積をできるだけ大面積にすることが、低音域側での再生音圧の損失が小さくする点で有利になる。しかし本実施形態では、図１および図２に示すように、振動膜４をスピーカボックス３の上面壁２ｆ及び底面壁２ｇと対向させて配置する関係から、振動膜４の大きさは、上面壁２ｆ及び底面壁２ｇよりも小さくせざるを得ない点で振動膜４の大きさには制約がある。本実施形態では、この制約の範囲内で、できるだけ振動膜４の大きさ（半径ａ）を大きくすることが望ましい。
【００３０】
図６に示すように、振動膜４の半径をａ(ｍ)とし、振動膜４の厚みをｔ(ｍ)とし、振動膜４のヤング率をＥ(Ｎ／ｍ２)とし、振動膜４の密度をρ(ｋｇ／ｍ３)とし、振動膜４のポアソン比をσとしたとき、振動膜４の共振周波数ｆ０(Ｈｚ)は以下の式（５）で示される。ただし、式（５）において、αは０．４６〜０．４８の範囲の数である。
【００３１】
ｆ０＝α・ｔ・ａ−２・(Ｅ/(ρ(１−σ２)))１／２…（５）
【００３２】
例えば、振動膜４の材質としてシリコーン樹脂を選択した場合には、振動膜４のヤング率Ｅは１．０×１０７(Ｎ／ｍ２)となり、振動膜４の密度ρは１０４０(ｋｇ／ｍ３)となり、振動膜４のポアソン比σは０．４５となり、αは０．４６７になる。
【００３３】
次に、この振動膜４の共振周波数ｆ０から背後空気室５の内容積Ｖと振動膜の半径ａとの関係を求める。
図７に示すように、振動膜４の半径をａ(ｍ)とし、振動膜４の厚みをｔ(ｍ)とし、振動膜４の密度をρ(ｋｇ／ｍ３)とし、背後空気室５の内容積をＶ(ｍ３)とし、式（５）で求めた振動膜４の共振周波数をｆ０(Ｈｚ)とし、スピーカボックスとスピーカユニットのみからなるスピーカ装置における低音共振周波数（例えば図４における音圧レベルのピーク値の周波数）をｆ０ｃ（Ｈｚ）としたとき、ｆ０ｃ、ａ及びＶの関係は下記の式（６）の通りとなる。
【００３４】
ｆ０ｃ＝ｆ０((３．５５×１０４・πａ２/(Ｖ・π２・ｆ０２・ρ・ｔ))＋１)１／２…（６）
【００３５】
このように、図４のように振動膜を有しないスピーカ装置の再生音圧の周波数特性を求めてから、再生音圧がピーク値となる周波数をｆ０ｃとし、振動膜４の半径ａ及び膜厚ｔを決めた上で、上記式（５）及び式（６）を用いることで、振動膜４の半径ａに最適な背後空気室５の内容積Ｖが求められる。この半径ａと内容積Ｖの関係に従ってスピーカ装置１を構成すればよい。
【００３６】
ただし、場合によっては、上記の計算によって算出された半径ａと内容積Ｖの関係が必ずしも最適でない場合がある。
すなわち、半径ａと内容積Ｖの関係に基づいてスピーカ装置を仮組立し、この仮組立したスピーカ装置について音圧レベルの周波数依存性曲線を測定し、測定した音圧レベルの周波数依存性曲線と、図４におけるスピーカユニット単独の曲線とを比較したところ、仮組立のスピーカ装置の曲線がスピーカユニット単独の曲線に一致しない場合がある。
このような場合には、仮組立のスピーカ装置の曲線がスピーカユニット単独の曲線に一致するまで、背後空気室の内容積Ｖを微調整するか、内容積Ｖ、半径ａ及び振動膜の材質を微調整することが望ましい。
【００３７】
尚、図１及び図２に示すスピーカ装置では、振動膜と背後空気室が２組ずつ備えられている。このような場合は、各振動膜の半径を同じ値とし、この半径値に基づいて上記式（５）及び（６）から背後空気室の内容積Ｖを求める。そして、各背後空気室の内容積をそれぞれＶとすれば良い。背後空気室を２つ設けることで、空気バネの反発力がより効率良く吸収され、空気バネとスピーカユニット３の振動板３ｂとによる共振抑制効果が更に高まる。
【００３８】
これまでの説明は、平面視略円形状の振動膜４を適用した例だが、平面視略矩形状の振動膜の場合は、以下に示す手順で振動膜の大きさと背後空気室の内容積との関係を求めればよい。
【００３９】
平面視略矩形状の振動膜の場合であっても、振動膜の材質、大きさ（各辺の長さｘ、ｙ）及び厚み等の構成を決めてから、背後空気室の内容積を振動膜の構成に基づいて決定すればよい。
すなわち、振動膜の縦辺の長さをｘ(ｍ)とし、横辺の長さをｙ(ｍ)とし、振動膜の厚みをｔ(ｍ)とし、振動膜のヤング率をＥ(Ｎ／ｍ２)とし、振動膜の密度をρ(ｋｇ／ｍ３)とし、振動膜のポアソン比をσとし、振動膜が固有振動したときのｘ(ｍ)の長さの辺に沿う振動の変位部の数をｍとし、振動膜が固有振動したときのｙ(ｍ)の長さの辺に沿う振動の変位部の数をｎとしたとき、振動膜の共振周波数ｆ０(Ｈｚ)は以下の式（７）で示される。尚、ｍ、ｎは具体的には１以上の自然数である。
【００４０】
ｆ０＝π・ｔ/２・(Ｅ/(１２ρ(１−σ２)))１／２・((ｍ/ｘ)２＋(ｎ/ｙ)２)…（７）
【００４１】
次に、この振動膜の共振周波数ｆ０から背後空気室の内容積Ｖと振動膜の各辺の長さｘ、ｙとの関係を求める。
振動膜の縦辺の長さをｘ(ｍ)とし、横辺の長さをｙ(ｍ)とし、振動膜の厚みをｔ(ｍ)とし、振動膜の密度をρ(ｋｇ／ｍ３)とし、背後空気室の内容積をＶ(ｍ３)とし、式（７）で求めた振動膜の共振周波数をｆ０(Ｈｚ)とし、スピーカボックスとスピーカユニットのみからなるスピーカ装置における低音共振周波数（図４における音圧レベルのピーク値の周波数）をｆ０ｃ（Ｈｚ）としたとき、ｆ０ｃ、ｘ、ｙ及びＶの関係は下記の式（８）の通りとなる。
【００４２】
ｆ０ｃ＝ｆ０((３．５５×１０４・ｘ・ｙ/(Ｖ・π２・ｆ０２・ρ・ｔ))＋１)１／２…（８）
【００４３】
このように、図４のように振動膜を有しないスピーカ装置の再生音圧の周波数特性を求めてから、再生音圧がピーク値となる周波数をｆ０ｃとし、振動膜の各辺の長さｘ、ｙ、及び膜厚ｔを決めた上で、上記式（７）及び式（８）を用いることで、振動膜の各辺の長さｘ、ｙに最適な背後空気室の内容積Ｖが求められる。この各辺の長さｘ、ｙと内容積Ｖの関係に従ってスピーカ装置を構成すればよい。
【００４４】
また、円形の振動膜の場合と同様に、上記の計算によって算出されたｘ、ｙと内容積Ｖの関係が必ずしも最適でない場合がある。
このような場合には、円形の場合と同様に、仮組立のスピーカ装置の曲線がスピーカユニット単独の曲線に一致するまで、背後空気室の内容積Ｖを微調整するか、内容積Ｖ、各辺の長さｘ、ｙ及び振動膜の材質を微調整することが望ましい。
【００４５】
上記のスピーカ装置１によれば、スピーカボックス２の内部に、弾性体からなる振動膜４と背後空気室５とが備えられているので、スピーカユニット３が作動することによってスピーカボックス２内部の空気が圧縮及び膨張されて空気バネとなり、この空気バネにより反発力が生じたとしても、振動膜４及び背後空気室５によって空気バネの反発力が吸収され、これにより空気バネとスピーカユニット３の振動板３ｂとによる共振が抑制される。これにより、低音域での音圧レベルの低下を防止することができる。
また、本実施形態では振動膜４として弾性体からなる膜を採用するので、ヘルムホルツ共鳴を利用する場合と比べて背後空気室５の容積を比較的小さくすることができ、これによりスピーカ装置１の小型化を実現することができる。
更に、振動膜４として弾性体からなる膜を採用することで、スピーカボックス２内部における空気バネの反発力が振動膜４及び背後空気室５によって効率良く吸収され、これにより空気バネの反発力がスピーカユニット３の振動を妨げる虞がなく、スピーカ装置１の入力電力に対する出力（音圧レベル）が低下させることなく、スピーカ装置１のエネルギー効率を高めることができる。
更にまた、スピーカボックス２内に繊維質吸音材を充填する必要がないので、高音域の音圧レベルを低下させる虞がない。
【００４６】
また、上記のスピーカ装置１によれば、振動膜４を略円形の膜としたときに、振動膜４の半径ａと背後空気室５の内容積Ｖとの関係を上記式（５）及び式（６）によって決めるので、背後空気室５の内容積を振動膜４の半径に合わせて必要最小限の大きさに設計することができ、これによりスピーカ装置１の小型化を図ることができる。
【００４７】
また、振動膜を略矩形の膜とした場合には、振動膜の各辺の長さｘ、ｙと背後空気室の内容積Ｖとの関係を上記式（７）及び式（８）によって決めれば良く、略円形の膜の場合と同様に、背後空気室の内容積を振動膜の大きさに合わせて必要最小限の大きさに設計することができ、これによりスピーカ装置の小型化を図ることができる。
【００４８】
更にまた、背後空気室５に繊維質吸音材を充填した場合には、振動膜４による内部空気の反発力をこの繊維質吸音材によってより効率良く吸収することができ、低音域での音圧レベルの低下を抑制することができる。
【００４９】
また、スピーカ装置では、空気バネによる共振の他に、スピーカユニットの振動板の材質に由来する音圧レベルの尖頭（ピーク）部分が発生する場合があるが、本実施形態のスピーカ装置によれば、このようなピーク部分の低減も可能である。
また、背後空気室を複数設ける場合には、各内容積を異ならせることによって、複数の周波数での共振を防止することができる。
【００５０】
「スピーカ装置の別の例」
次に、図８を参照して、本実施形態のスピーカ装置の別の例について説明する。
図８に示すスピーカ装置１１は、スピーカボックス１２と、スピーカボックス１２に取り付けられた２つのスピーカユニット１３と、スピーカボックス１２の内部空間１２ａに配置されてその周辺部１４ａが固定された弾性体からなる振動膜１４と、振動膜１４によってスピーカボックス１２の内部空間１２ａと遮断された背後空気室１５と、を具備して概略構成されている。
【００５１】
スピーカボックス１２は、図８に示すように、中空直方体状に形成されてなるものであって、木質材料または樹脂材料によって構成されている。スピーカボックス１２の前面壁１２ｂには開口部１２ｃが２つ設けられており、各開口部１２ｃにスピーカユニット１３がそれぞれ装着されている。スピーカボックス１２の内部空間１２ａには、振動膜１４を支持固定するための円筒管１２ｄが配置されている。円筒管１２ｄは、その一端側がスピーカボックス１２の上面壁１２ｆに接合されており、他端側には振動膜１４が取り付けられている。
また、スピーカボックス１２の中央部には、平面視略ロ字状の補強板１２ｅが取り付けられている。補強板１２ｅの下方には、円筒状のバスレフポート１２ｇが２つ備えられている。バスレフポート１２ｇは、スピーカボックス１２の前面壁１２ｂと反対側の背面壁１２ｈに装着されている。バスレフポート１２ｇが装着された背面壁１２ｈには、貫通孔１２ｉが設けられており、スピーカボックス１２の内部空間１２ａが、貫通孔１２ｉ及びバスレフポート１２ｇを介して外部空間と連通されている。
【００５２】
次に、スピーカユニット１３は、先に説明した一例のスピーカ装置１におけるスピーカユニット３とほぼ同じ構成である。ただし、本例のスピーカ装置１１における各スピーカユニット１３は、低音レンジ用及び高音レンジ用としてそれぞれ設計されたものである。
【００５３】
次に、振動膜１４は、スピーカ装置１の場合と同様に、平面視円形状の弾性膜（弾性体）からなるものであって、スピーカボックス１２の内部に備えられた円筒管１２ｄの他端側に固定されている。すなわち、振動膜１４の周辺部が円筒管１２ｄの他端側の開口部によって固定された状態になっている。
振動膜１４の材質としては、スピーカ装置１の場合と同様に、シリコーン樹脂、ウレタンゴム等の弾性体が好ましく、シリコーン樹脂が特に好ましい。また、振動膜の１４の厚みは数ｍｍ程度が好ましい。
【００５４】
次に、背後空気室１５は、振動膜１４によってスピーカボックス１２の内部空間１２ａと遮断されてなるものである。本例の背後空気室１５は、図８に示すように、振動膜１４と、振動膜１４を支持固定する円筒管１２ｄと、スピーカボックス１２の上面壁１２ｆとによって区画されている。背後空気室１５には、スピーカボックス１２の内部空間１２ａと同様に空気が充填されている。尚、背後空気室１５には、グラスウール、フェルト等の繊維質吸音材が充填されていても良い。
【００５５】
また、背後空気室１５の内容積Ｖと振動膜１４の半径ａとの関係については、先のスピーカ装置１の場合と同様にして設計すれば良い。
更に、振動膜を平面視略矩形状に形成した場合において、背後空気室１５の内容積Ｖと振動膜の各辺ｘ、ｙの長さとの関係についても、先のスピーカ装置１の場合と同様に設計すればよい。
また、先のスピーカ装置１の場合と同様に、スピーカ装置を仮組立してから内容積Ｖ等を微調整しても良い。
【００５６】
本例のスピーカ装置１１によれば、先に説明したスピーカ装置１と同様な効果が得られる。
【００５７】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば図１及び図２に示すスピーカ装置１では、スピーカボックスの内部に２組の振動膜及び背後空気室を配設したが、本発明はこれに限らず、１組の振動膜及び背後空気室を配設しても良い。また振動膜及び背後空気室の配置場所は図１及び図２に示した位置に限らず、スピーカボックスの前面壁と反対側の後面壁側に配置しても良い。
【実施例】
【００５８】
（実施例１）
内寸幅１４ｃｍ、奥行き１８ｃｍ、高さ３１ｃｍの直方体状のスピーカボックスを用意し、このスピーカボックスの前面壁に開口部を設け、この開口部にフルレンジ型のスピーカユニットを装着した。また、スピーカボックスの内部空間において、上面壁及び底面壁からそれぞれ３ｃｍ離間させて、直径１０ｃｍの円形の開口部を有する厚さ２．１ｃｍの固定部材を２つ装着した。そして、各固定部材の開口部に、直径１０ｃｍ、厚み１ｍｍのシリコーン樹脂膜をそれぞれ装着した。これにより、スピーカボックスの内部空間の大きさは、幅１４ｃｍ、奥行き１８ｃｍ、高さ２１ｃｍとなり、また各背後空気室の大きさはそれぞれ、幅１４ｃｍ、奥行き１８ｃｍ、高さ３ｃｍになった。このようにして、図１及び図２に示すものとほぼ同一構成の実施例１のスピーカ装置を製造した。
【００５９】
（比較例１）
固定部材の開口部にステンレス鋼板を嵌め込んだこと以外は上記実施例１と同様にして、比較例１のスピーカ装置を製造した。
【００６０】
実施例１及び比較例１のスピーカ装置について、音圧レベルの周波数特性を測定した。音圧レベルの周波数特性は、各スピーカ装置のスピーカユニットの軸線上にマイクロホンを設置し、マイクロホンとスピーカユニットとの距離を１ｍとし、国際規格ＩＥＣ  ２６８−１に準じて測定した。結果を図９に示す。
【００６１】
図９に示すように、比較例１のスピーカ装置では、１５０Ｈｚ付近に音圧レベルのピークが見られた。このピークにおける周波数が低音共振周波数ｆ０ｃとなる。一方、実施例１のスピーカ装置では、比較例１のような音圧レベルのピークは観察されなかった。これにより、実施例１のスピーカ装置では、振動膜及び背後空気室を配設したことによって、内部空間の空気とスピーカユニットとの間で共振が起きなかったものと推定される。
【００６２】
（実施例２）
直方体状のスピーカボックスを用意し、このスピーカボックスの前面壁に開口部を２つ設けてフルレンジ型のスピーカユニットを２つ装着した。また、スピーカボックスの内部空間に、直径８ｃｍ、長さ１４ｃｍの円筒管を配設し、円筒管の一端側をスピーカボックスの上面壁に接合させ、他端側には厚さ１ｍｍのシリコーン樹脂膜を装着した。このようにして図８に示すものとほぼ同一構成の実施例２のスピーカ装置を製造した。
【００６３】
（比較例２）
円筒管の他端側にステンレス鋼板を嵌め込んだこと以外は上記実施例２と同様にして、比較例２のスピーカ装置を製造した。
【００６４】
実施例２及び比較例２のスピーカ装置について、音圧レベルの周波数特性を測定した。音圧レベルの周波数特性は、上記と同様に、各スピーカ装置のスピーカユニットの軸線上にマイクロホンを設置し、マイクロホンとスピーカユニットとの距離を１ｍとし、国際規格ＩＥＣ  ２６８−１に準じて測定した。結果を図１０に示す。
【００６５】
図１０に示すように、比較例２のスピーカ装置では、１００Ｈｚ付近に音圧レベルのピークが見られた。このピークにおける周波数が低音共振周波数ｆ０ｃとなる。一方、実施例２のスピーカ装置では、比較例２のような音圧レベルのピークは観察されなかった。これにより、実施例２のスピーカ装置では、実施例１の場合と同様に、振動膜及び背後空気室を配設したことで、内部空間の空気とスピーカユニットとの間で共振が起きなかったものと推定される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態であるスピーカ装置を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１のスピーカ装置の断面模式図である。
【図３】図３は、図１のスピーカ装置の動作を説明する断面模式図である。
【図４】図４は、振動膜を有しないスピーカ装置の音圧レベルと周波数との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、振動膜を有するスピーカ装置の音圧レベルと周波数との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、振動膜の共振周波数を算出する際の振動膜の構成を示すモデル図である。
【図７】図７は、振動膜の半径と背後空気室の内容積との関係を算出する際の振動膜及び背後空気室の構成を示すモデル図である。
【図８】図８は、本発明の第２の実施形態であるスピーカ装置を示す断面模式図である。
【図９】図９は、実施例１及び比較例１のスピーカ装置の音圧レベルと周波数との関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、実施例２及び比較例２のスピーカ装置の音圧レベルと周波数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６７】
１、１１…スピーカ装置、２、１２…スピーカボックス、２ａ、１２ａ…内部空間、３、１３…スピーカユニット、４、１４…振動膜、４ａ…周辺部、５、１５…背後空気室
【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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