(57)【要約】【課題】  キャビネットの材質が金属や樹脂であっても、不要共振音の発生を抑制し、弾性部材による共振系に起因する異音や変調歪みの発生を防ぎ、またしっかりとした低音も再生できるスピーカシステムを提供することを目的とする。【解決手段】  スピーカユニット１と、キャビネット２と、取り付け手段３と、取り付け孔部１ａと取り付け面２ａと取り付け手段３との間に挟設された弾性部材４と、密閉部材５とを備え、取り付け孔部１ａを取り付け面２ａと取り付け手段３から接触回避させ、スピーカユニット１の質量をＭｓｐ、弾性部材４のコンプライアンスをＣ１、密閉部材５のコンプライアンスをＣ２、スピーカユニット１の最低共振周波数をｆｃ、取り付け面２ａの第１次共振周波数をｆ１とした時に、ｆｃ＜（Ｃ１＋Ｃ２）０．５／２π（Ｍｓｐ×Ｃ１×Ｃ２）０．５＜ｆ１と構成した。【選択図】  図１
2007228002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピーカユニットと、前記スピーカユニットを取り付けるキャビネットと、前記キャビネットに前記スピーカユニットを取り付ける手段と、前記スピーカユニットの取り付け孔部と前記キャビネットのスピーカユニット取り付け面および前記取り付け手段との間に挟設された弾性部材と、前記キャビネットに対する前記スピーカユニットの密閉部材とを備え、前記スピーカユニットの取り付け孔部が、前記キャビネットのスピーカユニット取り付け面および前記取り付け手段に対して接触回避するように構成したスピーカシステムであり、前記スピーカユニットの質量をＭｓｐ、前記スピーカユニットの振動方向における前記弾性部材のコンプライアンスをＣ１、前記スピーカユニットの振動方向における前記密閉部材のコンプライアンスをＣ２、前記スピーカユニットの前記キャビネット取り付け状態における最低共振周波数をｆｃ、前記キャビネットのスピーカユニット取り付け面の第１次共振周波数をｆ１とした時に、ｆｃ＜（Ｃ１＋Ｃ２）０．５／２π（Ｍｓｐ×Ｃ１×Ｃ２）０．５＜ｆ１となるように構成したことを特徴とするスピーカシステム。
【請求項２】
前記弾性部材を、前記スピーカユニットの取り付け孔部の表面側と裏面側とにつばをもち、取り付け孔部に挿入されるブッシング形状としたことを特徴とする、請求項１に記載のスピーカシステム。
【請求項３】
前記スピーカユニットの取り付け孔部を、前記弾性部材を外周横方向から挿入できる切り欠き形状としたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のスピーカシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆるホームシアター再生装置や単品コンポーネントとして用いられるスピーカシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のホームシアター再生装置や単品コンポーネントのスピーカシステムは、優れた音質を得ることだけではなく、家庭の中でのインテリア性や設置性を向上させることが望まれている。このため近年のスピーカシステムは木製のキャビネットに代わって、デザイン自由度の高いアルミニウムなどの金属製キャビネットや、樹脂成型のキャビネットが多用されるようになってきている。さらにまた設置性を考えてトールボーイタイプとしたものも多く見られる。
【０００３】
ところで金属製や樹脂製のキャビネットは厚肉に成型することが困難なので、またその材質自体の内部損失が小さいので、木製のキャビネットに比べてキャビネットが分割共振を起こし易く、キャビネットから耳障りな不要共振音が発生し易いという問題のあることが知られている。このような問題を解決するために、例えば特許文献１や特許文献２に記載されているようなスピーカシステムが考えられている。
【０００４】
図１８は特許文献１に記載された従来のスピーカシステムの構造断面図である。図１８において、スピーカユニット４１の取り付けフランジ部４１ａが、振動吸収部材４４を介してキャビネット４２に取り付けられており、振動吸収部材４４は取り付けネジ４３でキャビネット４４の支持ボス４６に固定されている。またスピーカユニットの放音部４１ｇとキャビネットの開口端部４２ｂとの間には、僅かな間隙が設けられている。
【０００５】
この構成によれば、スピーカユニット４１の振動がキャビネット４２に直接伝達することを抑制できるので、キャビネットから不要共振音が出にくくなる。
【０００６】
図１９は特許文献２に記載された従来のスピーカシステムの構造断面図である。図１９において、スピーカユニット５１のフレーム５１ｆの外周取り付け部に突出部５１ｈを設け、これをキャビネットバフル板５２ａに当接させ、取り付けネジ５３とＴナット５７とでスピーカユニット５１をキャビネットバフル板５２ａに取り付けている。
【０００７】
この構成は、スピーカユニットとキャビネットの間に弾性部材を介在させることによって構成される共振系の悪影響を避けようとしたものである。そしてこの構成によれば、フレーム全面がキャビネットに固定された場合に比べて振動の伝達面積が少なくなるので、バフル板から不要共振音が出にくくなるというものである。
【特許文献１】特開平１０−６６１７９号公報
【特許文献２】実開平５−８８０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら特許文献１に開示の従来のスピーカシステムでは、振動吸収部材４４がもつ弾性のコンプライアンスとスピーカユニット４１の質量とで形成される共振系が、スピーカユニット４１全体を高いレベルで共振させるので、これがかえってキャビネット全体を大きく振動させて異音や変調歪みを発生させるという問題があった。また低音域では振動吸収部材４４のもつ弾性コンプライアンスにより、スピーカユニット４１全体がその振動反作用によって音圧放射方向と逆方向に揺すられるので、しっかりとした低音が出ないという問題もあった。
【０００９】
なお特許文献１に限らず、スピーカユニットとキャビネットの間に柔らかい物を介在させて、スピーカユニットを柔軟に支持するというアイデアは昔からあったが、上記のような問題が起こるので、高音質が求められるオーディオ用のスピーカシステムでは製品化された例がないのが実情である。
【００１０】
また特許文献２に開示の従来のスピーカシステムでは、キャビネットの材質が木ではなくて金属や樹脂のような硬くて均質な材料の場合には、キャビネットバフル板５２ａにフレーム５１ｆが直接当たる限りは容易に振動伝達が起こってしまうので、キャビネットからの耳障りな不要共振音を抑制できないという問題があった。
【００１１】
さらにまた特許文献１や特許文献２に開示の従来のスピーカシステムでは、振動吸収部材４４が大型で複雑な形状になるために、またフレーム５１ｆに突出部５１ｈを形成するためには鉄板フレームを使うことは困難であり鋳造フレームを使う必要があるので、大きなコストアップを招くという問題もあった。
【００１２】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、キャビネットの材質が金属や樹脂であっても、キャビネットからの耳障りな不要共振音の発生を抑制し、弾性部材とスピーカユニットの質量とで形成される共振系に起因する異音や変調歪みの発生を防ぎ、またしっかりとした低音も再生できる最良の音質を実現するばかりでなく、コストアップをも抑制したスピーカシステム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】
【００１３】
本発明のスピーカシステムは、スピーカユニットと、前記スピーカユニットを取り付けるキャビネットと、前記キャビネットに前記スピーカユニットを取り付ける手段と、前記スピーカユニットの取り付け孔部と前記キャビネットのスピーカユニット取り付け面および前記取り付け手段との間に挟設された弾性部材と、前記キャビネットに対する前記スピーカユニットの密閉部材とを備えたものであり、前記スピーカユニットの取り付け孔部が、前記キャビネットのスピーカユニット取り付け面および前記取り付け手段に対して接触回避するように構成したスピーカシステムであり、前記スピーカユニットの質量をＭｓｐ、前記スピーカユニットの振動方向における前記弾性部材のコンプライアンスをＣ１、前記スピーカユニットの振動方向における前記密閉部材のコンプライアンスをＣ２、前記スピーカユニットの前記キャビネット取り付け状態における最低共振周波数をｆｃ、前記キャビネットのスピーカユニット取り付け面の第１次共振周波数をｆ１とした時に、ｆｃ＜（Ｃ１＋Ｃ２）０．５／２π（Ｍｓｐ×Ｃ１×Ｃ２）０．５＜ｆ１となるように構成したものである。
【００１４】
この構成により、キャビネットが不要共振音を発生させる第１次共振周波数以上の周波数帯域では、弾性部材と密閉部材の合成コンプライアンスが動作して、スピーカユニットの振動がキャビネットへ伝達することが抑制される。また弾性部材と密閉部材の合成コンプライアンスとスピーカユニットの質量によって形成される共振系の共振周波数が、スピーカユニットのキャビネット取り付け状態での最低共振周波数よりも高いので、スピーカユニット全体が高いレベルで共振してキャビネットがかえって大きく振動することがない。また低音域では弾性部材と密閉部材の合成コンプライアンスが動作しなくなるので、スピーカユニット全体がその振動反作用によって音圧放射方向と逆方向に揺すられることがなくなる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のスピーカシステムによれば、キャビネットの材質が金属や樹脂であっても、キャビネットからの耳障りな不要共振音の発生を抑制することができる。また弾性部材と密閉部材の合成コンプライアンスとスピーカユニットの質量とで形成される共振系に起因する異音や変調歪みの発生を防ぐことができ、安定した音を再生することができるという効果がある。またしっかりとした低音を再生することができるという効果もある。
【００１６】
また弾性部材を、スピーカユニットの取り付け孔部の表面側と裏面側とにつばをもち、取り付け孔部に挿入されるブッシング形状とすることにより、弾性部材の形状を共用化、標準化できるのでコストアップを抑制できるという効果もある。
【００１７】
またスピーカユニットの取り付け孔部を、弾性部材を外周横方向から挿入できる切り欠き形状とすることにより、スピーカユニットへの弾性部材の装着を非常に容易にできるので、量産性が向上して更にコストアップを抑制できるという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるスピーカシステムの構造断面図、図２は同スピーカシステムの内部背面を示す構成図、図３は同スピーカシステムの弾性部材の斜視図である。
【００２０】
図１において、スピーカユニット１は取り付け手段３によってキャビネット２に取り付けられている。スピーカユニット１は、界磁部１ｂ、振動板１ｃ、支持系１ｄ、ボイスコイル１ｅ、フレーム１ｆを備えた動電形スピーカユニットである。キャビネット２はバスレフ型であり、バスレフポート２ｂを備えている。
【００２１】
そしてスピーカユニットのフレーム１ｆの外周フランジ部に設けられたスピーカユニットの取り付け孔部１ａと、キャビネットのスピーカユニット取り付け面２ａと、取り付け手段３との間には弾性部材４が挟み込まれている。つまりスピーカユニットの取り付け孔部１ａと、キャビネットのスピーカユニット取り付け面２ａおよび取り付け手段３との間に弾性部材４を介在させて、スピーカユニットの取り付け孔部１ａが両者いずれにも接触しないように構成している。またスピーカユニットのフレーム１ｆとキャビネットのスピーカユニット取り付け面２ａとの間には、密閉部材５が設けられている。
【００２２】
またスピーカユニット１の質量をＭｓｐ、スピーカユニット１の振動方向における弾性部材４のコンプライアンスをＣ１、スピーカユニット１の振動方向における密閉部材５のコンプライアンスをＣ２、スピーカユニット１のキャビネット取り付け状態における最低共振周波数をｆｃ、キャビネットのスピーカユニット取り付け面２ａの第１次共振周波数をｆ１とした時に、ｆｃ＜（Ｃ１＋Ｃ２）０．５／２π（Ｍｓｐ×Ｃ１×Ｃ２）０．５＜ｆ１となるように構成している。
【００２３】
次にこのスピーカシステムの構成部品などについて、図１、図２、図３を参照しながら具体的に説明する。図１においてスピーカユニット１は口径８ｃｍのコーン型である。その振動系の実効振動質量は約４ｇである。キャビネット２は板厚が約２ｍｍのアルミ製であり、横幅は約１２ｃｍ、高さは約５０ｃｍ、内容積は約２リットル、質量は約１．１ｋｇである。
【００２４】
バスレフポート２ｂの共振周波数は約７０Ｈｚであり、本実施の形態１のスピーカシステムは約７０Ｈｚまで再生することができる。キャビネットのスピーカユニット取り付け面２ａの第１次共振周波数は２９０Ｈｚであり、これ以上の周波数では分割共振が発生する。なお、スピーカユニット１を取り付けていない状態では、取り付け面２ａの第１次共振周波数は少し高くなる。
【００２５】
スピーカユニット１の単体の最低共振周波数は１２５Ｈｚであるが、キャビネット取り付け状態におけるスピーカユニット１の低域共振周波数は約５０Ｈｚと約１５０Ｈｚである。一般的にバスレフ型スピーカにおける最低共振周波数とは、ポート共振周波数の上側の低域共振周波数を指すので、本実施の形態１における最低共振周波数ｆｃは約１５０Ｈｚである。
【００２６】
取り付け手段３は座付きの呼び径３ｍｍのビスであり、締め付け寸法を一定にできるようにネジ切り寸法規制している。これにより弾性部材４をつぶしすぎることがなく、所定のコンプライアンスを与えることができる。弾性部材４の全高は４．１ｍｍであるが、これを３ｍｍ一定につぶしている。
【００２７】
図３に示すように、弾性部材４は両側につば４ａをもつブッシング形状であり、つば４ａの外径は約８ｍｍ、厚みは１．３ｍｍ、材質は内部損失が大きなブチルゴムである。両側のつば４ａどうしの間隔は１．５ｍｍであり、パイプ部分４ｂの外径は６．２ｍｍである。取り付け手段３が挿入される孔の内径は約４ｍｍである。弾性部材４の材質は内部損失の大きなブチルゴムであり、本実施の形態１では弾性部材４は、電子機器の光学ピックアップメカニズムのインシュレータ用の標準的ブッシングの成型金型をそのまま共用して作っている。
【００２８】
図２に示すように、弾性部材４はスピーカユニットの４箇所の取り付け孔部１ａにはめ込まれている。スピーカユニットのフレーム１ｆは厚み０．６ｍｍの鉄板でありスピーカユニットの取り付け孔部１ａの厚みも０．６ｍｍなので、また取り付け孔部１ａの直径は６．４ｍｍなので、ゴム製の弾性部材４をスピーカユニットの取り付け孔部１ａに挿入することが可能となっている。
【００２９】
密閉部材５はスピーカユニットのフレーム１ｆのフランジ部にリング状に貼り付けられており、材質は厚み３ｍｍの発泡ウレタンである。そして取り付け状態では１ｍｍ強の厚みに圧縮されている。
【００３０】
スピーカユニット１の質量をＭｓｐとすると、Ｍｓｐ＝２００ｇである。スピーカユニット１の振動方向つまり振動板１ｃが動く方向における弾性部材４のコンプライアンスをＣ１とすると、Ｃ１＝６×１０−６ｍ／Ｎである。弾性部材４は４個あるので、１個当たりのコンプライアンスは２．４×１０−５ｍ／Ｎである。なお言うまでもなくこれらの値は、弾性部材４が取り付け手段３によって圧縮された取り付け状態におけるものである。弾性部材４の単体自由状態でのコンプライアンスはもっと大きな値である。
【００３１】
スピーカユニット１の振動方向つまり振動板１ｃが動く方向における密閉部材５のコンプライアンスをＣ２とすると、Ｃ２＝７×１０−６ｍ／Ｎである。この値は、密閉部材５が圧縮された取り付け状態におけるものであり、密閉部材５の単体自由状態でのコンプライアンスはもっと大きな値である。
【００３２】
コンプライアンスＣ１とコンプライアンスＣ２の合成コンプライアンスをＣとすると、Ｃ＝（Ｃ１×Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）＝３．２×１０−６ｍ／Ｎとなる。そしてこの合成コンプライアンスＣとスピーカユニット１の質量Ｍｓｐとで形成される共振系の共振周波数をｆｒとすると、ｆｒ＝１／２π（Ｍｓｐ×Ｃ）０．５＝（Ｃ１＋Ｃ２）０．５／２π（Ｍｓｐ×Ｃ１×Ｃ２）０．５となり、ｆｒ＝約２００Ｈｚである。
【００３３】
上述のようにスピーカユニット１のキャビネット取り付け状態における最低共振周波数をｆｃとするとｆｃ＝約１５０Ｈｚ、キャビネットのスピーカユニット取り付け面２ａの第１次共振周波数をｆ１とするとｆ１＝２９０Ｈｚなので、ｆｃ＜ｆｒ＜ｆ１の関係で構成されている。
【００３４】
以上のように構成したことにより本実施の形態１のスピーカシステムは、キャビネットのスピーカユニット取り付け面２ａが不要共振音を発生させる第１次共振周波数ｆ１の２９０Ｈｚ以上の周波数帯域では、弾性部材４と密閉部材５の合成コンプライアンスが動作して、スピーカユニット１の振動がキャビネット２へ伝達することが抑制されるので、キャビネット２からの耳障りな不要共振音の発生を抑制することができる。
【００３５】
また弾性部材４と密閉部材５の合成コンプライアンスとスピーカユニット１の質量によって形成される共振系の共振周波数ｆｒが、スピーカユニット１のキャビネット取り付け状態での最低共振周波数ｆｃの１５０Ｈｚよりも高いので、スピーカユニット１全体が高いレベルで共振してキャビネットがかえって大きく振動することがない。従ってその共振系に起因する異音や変調歪みの発生を防ぐことができる。
【００３６】
また低音域では弾性部材４と密閉部材５の合成コンプライアンスが動作しなくなるので、スピーカユニット１はキャビネット２にしっかりと取り付けられた状態となり、スピーカユニット１全体がその振動系の振動反作用によって音圧放射方向と逆方向に揺すられることがなくなる。従ってしっかりとした低音を再生することができる。
【００３７】
また弾性部材４を、スピーカユニットの取り付け孔部１ａの表面側と裏面側とにつばをもち取り付け孔部１ａに挿入されるブッシング形状とすることにより、弾性部材４の形状を色々な機器で用いられているインシュレータなどと共用化、標準化できるので、コストアップを抑制できる。
【００３８】
本実施の形態１のスピーカシステムにおいて、キャビネット２の不要共振が抑制されている効果を図１５に示す。図１５はキャビネット２のスピーカユニット取り付け面２ａの振動速度を実測した特性図である。図中（１）の点線の特性は、スピーカユニット１をキャビネットのスピーカユニット取り付け面２ａに、弾性部材４を用いずに通常のビスで完全に固定した場合であり、従来のスピーカシステムの場合に相当する。そして図中（２）の特性が本実施の形態１の場合である。これらから分かるように本発明の構成により、２９０Ｈｚの第１次共振やさらに高次のキャビネットの共振が大幅に抑制されている。
【００３９】
本発明のスピーカシステムは、キャビネット振動とスピーカユニット動作との関係を初めて等価回路を用いて解析したことにより、その最適な構成が見出されたものである。そして上述のｆｃ＜（Ｃ１＋Ｃ２）０．５／２π（Ｍｓｐ×Ｃ１×Ｃ２）０．５＜ｆ１なる構成はクリティカルなものであり、スピーカシステムを綿密に構成する必要がある。しかし本発明の構成をとることにより、金属製や樹脂製のキャビネットで従来実現することができなかった最良の音質が得られるようになるのである。
【００４０】
それでは以下に、本発明のスピーカシステムの動作や原理について、図６乃至図１７を参照しながら詳細に説明する。最初に、スピーカユニットが取り付けられるキャビネットの動作について説明する。
【００４１】
図６はキャビネットの振動モードや共振モードを示す説明図である。図６（Ａ）は０次振動モードを示しており、分割共振は起こさないがキャビネット３２が全体的に前後に揺すられるモードである。この時の実効振動質量は言うまでもなくキャビネット全体の質量となるので、スピーカユニットをキャビネットにしっかりと取り付けた場合には、スピーカユニットの振動系の振動反作用力を大きなキャビネット全体質量で受け止めることができる。
【００４２】
しかしキャビネット全体の前後振動が過大になると、キャビネットと設置床面などとの間で異音が発生したり、スピーカユニットが中高音域を一緒に再生した時に変調歪みを発生したりするという問題がある。
【００４３】
図６（Ｂ）は１次共振振動モードつまり最初の分割共振の振動モードを示しており、キャビネットの一部分だけが振動してしまうので、実効振動質量は０次振動モードの場合の１０分の一程度にまで激減する。図６（Ｃ）は２次共振振動モード、つまり２番目の分割共振の振動モードを示しており、実効振動質量は１次共振振動モードの場合よりもさらに小さくなる。高次の共振モードになればなるほど実効振動質量は小さくなる。
【００４４】
キャビネットが分割共振を起こすと、特に金属製や樹脂製のキャビネットの場合は材料の内部損失が小さく共振のＱが高いために、共振音が減衰しにくく長く尾を引くので非常に耳障りな音が出る。またそれだけでなくキャビネットの実効振動質量が激減するので、スピーカユニットの振動系の振動反作用力を受け止める効果がなくなってしまう。
【００４５】
スピーカユニットをキャビネットにしっかりと取り付けることの目的は、密閉を保つことの他に、スピーカユニットの振動系の振動反作用力をキャビネットの大きな質量で受け止めて、再生音をしっかりと安定させることであることはよく知られている。ところがキャビネットが分割共振を起こすと上述のようにこの効果が激減してしまう。
【００４６】
木製のキャビネットは全体の質量が十分大きいので分割共振を起こしてもこの効果はある程度は残るが、薄肉の金属製や樹脂製のキャビネットはもともと軽量であるため、分割共振を起こした時にはこの効果が殆どなくなってしまう。
【００４７】
従って少なくとも金属製や樹脂製のキャビネットにおいては、キャビネットが分割共振を起こす周波数帯域では、スピーカユニットをキャビネットにしっかりと固定することのメリットは殆どなく、耳障りな共振音が出るというデメリットしか残らないのである。
【００４８】
ではこれから以下に、スピーカユニットの振動系の振動反作用力によるキャビネット振動を、等価回路を用いながら解析した結果について説明する。図７はスピーカシステムのキャビネット振動を解析する等価回路図、図８はその等価回路図の回路記号説明図である。
【００４９】
図７、図８において、Ｆｖはスピーカユニットのボイスコイルが発生する駆動力、Ｖｄはスピーカユニットの振動系の振動速度である。Ｖｓｐは振動反作用力によって生じるスピーカユニットの振動速度であり、スピーカユニットの界磁部やフレームの振動速度に相当する。Ｖｂはスピーカユニット全体の振動がキャビネットに伝達されて生じる、キャビネットのスピーカユニット取り付け面の振動速度である。Ｖｓｐ、Ｖｂは振動反作用力によって生じるので、Ｖｄとベクトル方向は逆になる。図７の等価回路図の中の１：−１のトランスはこの動作をさせるためのものである。
【００５０】
ｍｄはスピーカユニットの振動系の実効振動質量、Ｃｄはスピーカユニットの支持系つまりエッジとダンパのコンプライアンスである。Ｒｍｄはスピーカユニットの振動系の機械抵抗、Ｒｅｄはスピーカユニットの電磁制動抵抗である。１：−１のトランスの1次側インダクタンスをｍｄとしている。
【００５１】
Ｃｃはキャビネット内部の空気の等価コンプライアンス、Ｒｃはキャビネット内部の空気の等価機械抵抗、Ｍｐはバスレフポートの空気の等価振動質量、Ｒｐはバスレフポートの空気の等価機械抵抗である。
【００５２】
Ｍｓｐはスピーカユニットの質量であり、厳密に言うとスピーカユニットの振動系の質量ｍｄはこれには含まれない。Ｃ１はスピーカユニットの振動方向における弾性部材のコンプライアンス、Ｒ１は機械抵抗である。Ｃ２はスピーカユニットの振動方向における密閉部材のコンプライアンス、Ｒ２は機械抵抗である。
【００５３】
以下本文中で述べる弾性部材と密閉部材のコンプライアンスとは、特に説明がなければスピーカユニットの振動方向におけるコンプライアンスを意味する。
【００５４】
△Ｍｂはキャビネットが分割共振を起こした時の分布質量、△Ｃｂは分布コンプライアンスである。Ｍｂはキャビネット全体の質量であり、キャビネットが分割共振を起こさずに一体的に振動する場合つまり０次振動モードにおいては、△Ｍｂの総和はＭｂになる。
【００５５】
それでは図７の等価回路図をもとに、色々な場合のキャビネット振動の解析結果を説明していく。まず周波数が十分に低い場合は、Ｃ１、Ｃ２に電流が流れなくなりキャビネットも分割共振を起こらないので、図７の等価回路図は図９に示す等価回路図で置き換えることができる。この場合はＶｓｐ＝Ｖｂとなり、Ｍｓｐ＋Ｍｂに流れる電流になるので、Ｖｂは小さな値になる。つまり周波数が十分に低い場合にはキャビネット、スピーカユニットとも振動速度は小さいので、安定した再生音が得られることになる。
【００５６】
例えば本実施の形態１のスピーカシステムにおいてはｍｄ＝４ｇ、Ｍｓｐ＝２００ｇ、Ｍｂ＝１．１ｋｇなので、Ｖｂ＝Ｖｄ×（ｍｄ／（Ｍｓｐ＋Ｍｂ））＝Ｖｄ×０．００３というごく小さな値になる。
【００５７】
今度は弾性部材と密閉部材のコンプライアンスが非常に大きく機械抵抗も十分小さい場合について、つまり弾性部材と密閉部材に非常に柔らかくて低密度な材料を用いた場合について説明する。この場合は、図７の等価回路図は図１０の等価回路図で置き換えることができる。この場合はＶｓｐがＣ１、Ｃ２で短絡バイパスされるので、Ｖｂは流れなくなる。つまりキャビネットにスピーカユニットの振動が伝わらなくなる。
【００５８】
しかしこの場合にはＶｓｐ＝Ｖｄ×（ｍｄ／Ｍｓｐ）となり、Ｖｓｐはある程度大きな値になる。つまりスピーカユニット自体がその振動系の振動反作用である程度大きく振動することを意味し、立ち上がりや歯切れの良いしっかりとした音を求められる低音再生においては好ましくない。例えば本実施の形態１のスピーカシステムにおいてもＶｂは、Ｖｂ＝Ｖｄ×（ｍｄ／Ｍｓｐ）＝Ｖｄ×０．０２という値（音圧レベル換算で約０．２ｄＢに相当）になり、低音再生においては悪影響が無視できない。
【００５９】
また図１０の等価回路図を見ると、ｍｄにはＭｓｐが並列に接続されるので、スピーカユニットの動作時の実効振動質量がｍｄよりも小さくなるという事実も判明した。つまり動作時の実効振動質量は（ｍｄ×Ｍｓｐ）／（ｍｄ＋Ｍｓｐ）となり、例えば本実施の形態１のスピーカシステムにおいては動作時の実効振動質量は３．９２ｇとなって、元々のｍｄ＝４ｇよりも小さくなる。これは低音の共振周波数を変動させることになるので、低音再生上好ましくない理由の一つとして今回明らかになったものである。
【００６０】
そしていよいよこれから、弾性部材と密閉部材の合成コンプライアンスとスピーカユニットの質量によって形成される共振系が、キャビネット振動にどのような影響を及ぼすかを含めて、等価回路で解析、計算した結果について説明する。図１１はキャビネットが０次振動モードで動作する時の上記共振系の影響を表した等価回路図である。
【００６１】
まず図１２は、本実施の形態１のスピーカシステムにおいて弾性部材と密閉部材のコンプライアンスを０とした場合の、つまり弾性部材を介さずにスピーカユニットをキャビネットにしっかりと固定したと仮定した場合の、スピーカシステムのキャビネット振動速度Ｖｂのシミュレーション特性図である。
【００６２】
これよりキャビネットの振動速度Ｖｂは、約１５０Ｈｚの最低共振周波数で最大になり、それより高い周波数では徐々に減衰することが分かる。またバスレフのポート共振周波数の約７０Ｈｚでは極小となり、その下の低い方の約５０Ｈｚの共振周波数では極大となることも分かる。
【００６３】
図１３は、本実施の形態１のスピーカシステムそのものの、キャビネット振動速度のシミュレーション特性図である。弾性部材と密閉部材の合成コンプライアンスとスピーカユニットの質量によって形成される共振系の約２００Ｈｚの共振周波数付近では、図１２と比較してキャビネット振動速度レベルが若干増えている。しかしながらそれより高い周波数ではキャビネット振動速度レベルは図１２におけるよりも急峻に減衰しており、コンプライアンスの吸収効果によりスピーカユニットからキャビネットへの振動伝達が抑制されることが分かる。
【００６４】
上記共振周波数を低くするほど高い周波数での振動伝達の抑制効果は増大するが、あまり低くすると図１０で説明したように、スピーカユニット自体がその振動系の振動反作用で大きく振動することになるので、共振周波数を低音域にまで下げることは低音再生上好ましくない。また弾性部材を非常に柔らかくすることになるので、スピーカユニットを取り付けた時に無理な変形を起こしやすくなる。
【００６５】
そして弾性部材と密閉部材の合成コンプライアンスとスピーカユニットの質量によって形成される共振系の共振周波数ｆｒを色々と変化させながら解析したところ、この共振周波数をスピーカシステムの最低共振周波数つまりスピーカユニットのキャビネット取り付け状態における最低共振周波数ｆｃとちょうど一致させた場合に、キャビネット振動速度レベルが甚だしく大きくなることが見出された。
【００６６】
この場合のキャビネット振動速度のシミュレーション特性図を図１４に示す。これから明らかなように最低共振周波数ｆｃの約１５０Ｈｚで非常に高いレベルでピークが発生し、キャビネット振動速度レベルが極端に増大してしまうことが分かる。また上記共振系の共振周波数ｆｒが最低共振周波数ｆｃから少しでもずれれば、大きなピークは発生しないことも分かった。
【００６７】
これは図１１の等価回路図において、弾性部材と密閉部材のコンプライアンスＣ１、Ｃ２とスピーカユニット質量Ｍｓｐから形成される共振回路が、ｍｄ、Ｃｄ、Ｃｃ、Ｍｐから形成されるキャビネット取り付け状態でのスピーカユニット振動系の共振回路とトランス結合されているので、両者の共振周波数がちょうど一致した場合には著しい共振増幅現象が起きるからである。
【００６８】
さらに図１４から分かるように、キャビネット振動速度の位相が１５０Ｈｚの最低共振周波数で急峻に変化している。つまりキャビネット振動の時間特性が最低共振周波数付近で大きく変化することを意味しており、キャビネット振動レベルの高さと相まって非常に不安定な動作を引き起こすことになる。音質的には、中高音域が一緒に再生されると変調の掛かり方が変化して、音像定位などが非常に不安定になる。
【００６９】
実測によっても上述の等価回路での解析結果と同様の現象が見出された。弾性部材４は本実施の形態１のスピーカシステムと同じものを使いながら、密閉部材５はその硬さに配慮をせずに大幅に柔らかい材料を用いた場合について実験を行った。つまりこれは、密閉部材のコンプライアンスに配慮をしない従来のスピーカシステムに相当する。
【００７０】
密閉部材５のコンプライアンスＣ２を本実施の形態１の場合の１０倍、つまりＣ２＝７×１０−５ｍ／Ｎとした。弾性部材４のコンプライアンスＣ１は、Ｃ１＝６×１０−６ｍ／Ｎなので、Ｃ１とＣ２の合成コンプライアンスＣは、Ｃ＝５．５×１０−６ｍ／Ｎとなった。スピーカユニット１の質量Ｍｓｐ＝２００ｇなので、これらによる共振系の共振周波数ｆｒは１５０Ｈｚとなった。
【００７１】
図１６の図中（３）の実線の特性が、この場合のキャビネット振動速度の実測特性図である。図中（１）の点線の特性は図１５の場合と同様に、スピーカユニット１をキャビネットのスピーカユニット取り付け面２ａに、弾性部材４を用いずに通常のビスで完全に固定した場合であり、（３）の測定条件も上述の図１５におけるものと同じである。これから分かるように、１５０Ｈｚ付近でキャビネットの振動速度が非常に大きくなっている。
【００７２】
図１７に、弾性部材４の材質を硬くして共振周波数ｆｒを約４００Ｈｚとした場合の、従来のスピーカシステムのキャビネット振動速度の実測特性図を示す。図中（４）の実線の特性がこの場合であり、キャビネットのスピーカユニット取り付け面２ａの第１次共振周波数２９０Ｈｚの不要共振を抑制することができていない。
【００７３】
なお図１５、図１６、図１７を見ると、弾性部材と密閉部材の合成コンプライアンスが変化しても、中高音域のキャビネット振動レベルはあまり変わらないことが分かる。これはスピーカユニットがキャビネット内部へ放射する音圧やキャビネットの外に放射する音圧により、キャビネット面が等しく振動させられるからである。
【００７４】
以上のように、金属製や樹脂製のキャビネットで最良の音質を実現するためには、弾性部材のコンプライアンス、密閉部材のコンプライアンス、スピーカユニットの質量とで形成される共振系の共振周波数ｆｒを、キャビネットに取り付けた状態のスピーカユニットの最低共振周波数ｆｃよりも高くし、且つキャビネットのスピーカユニット取り付け面の第１次共振周波数ｆ１よりも低くすればよいことが明らかになった。
【００７５】
本実施の形態１のスピーカシステムの場合は、弾性部材４と密閉部材５の合成コンプライアンスとスピーカユニット１の質量によって形成される共振系の共振周波数ｆｒを、１５０Ｈｚから２９０Ｈｚというかなり狭い最適範囲内に選ぶ必要があった。
【００７６】
さらにキャビネットのサイズを大型化したり、コストダウンなどのためにキャビネット材質を薄くしたりすることは一般的に行われることなので、キャビネットの第１次共振周波数ｆ１が下がってこの最適範囲は非常に狭いものとなってしまう。つまり従来のスピーカシステムの構成では最良の音質を到底実現し得なかったわけである。
【００７７】
従って以上説明したように本実施の形態１のスピーカシステムは、スピーカユニット１と、スピーカユニット１を取り付けるキャビネット２と、キャビネット２にスピーカユニット１を取り付ける手段３と、スピーカユニットの取り付け孔部１ａとキャビネットのスピーカユニット取り付け面２ａおよび取り付け手段３との間に挟設された弾性部材４と、キャビネット２に対するスピーカユニット１の密閉部材５とを備え、スピーカユニットの取り付け孔部１ａが、キャビネットのスピーカユニット取り付け面２ａおよび取り付け手段３に対して接触回避するように構成し、スピーカユニット１の質量をＭｓｐ、スピーカユニット１の振動方向における弾性部材４のコンプライアンスをＣ１、スピーカユニット１の振動方向における密閉部材５のコンプライアンスをＣ２、スピーカユニット１のキャビネット取り付け状態における最低共振周波数をｆｃ、キャビネットのスピーカユニット取り付け面２ａの第１次共振周波数をｆ１とした時に、ｆｃ＜（Ｃ１＋Ｃ２）０．５／２π（Ｍｓｐ×Ｃ１×Ｃ２）０．５＜ｆ１となるように構成した。
【００７８】
そしてこの構成により、キャビネット２が不要共振音を発生させる第１次共振周波数ｆ１以上の周波数帯域では、弾性部材４と密閉部材５の合成コンプライアンスが動作して、スピーカユニット１の振動がキャビネット２へ伝達することが抑制される。従ってキャビネットの材質が金属や樹脂であっても、キャビネット１からの耳障りな不要共振音の発生を抑制することができる。
【００７９】
また弾性部材４と密閉部材５の合成コンプライアンスとスピーカユニット１の質量によって形成される共振系の共振周波数ｆｒが、スピーカユニット１のキャビネット取り付け状態での最低共振周波数ｆｃよりも高いので、スピーカユニット１全体が高いレベルで共振してキャビネット２がかえって大きく振動することがない。従って異音や変調歪みの発生を防ぐことができ、安定感のある音も再生することができる。
【００８０】
また低音域では弾性部材４と密閉部材５の合成コンプライアンスが動作しなくなるので、スピーカユニット１全体がその振動反作用によって音圧放射方向と逆方向に揺すられることがなくなる。従ってしっかりとした低音を再生することができる。
【００８１】
さらにまた弾性部材４を、スピーカユニットの取り付け孔部１ａの表面側と裏面側とにつばをもち、取り付け孔部１ａに挿入されるブッシング形状とすることにより、弾性部材の形状を標準化、共用化できるのでコストアップを抑制することができる。
【００８２】
なお本実施の形態１においては、弾性部材４と密閉部材５の合成コンプライアンスとスピーカユニット１の質量によって形成される共振系の共振周波数ｆｒを２００Ｈｚとしたが、スピーカユニット１のキャビネット取り付け状態での最低共振周波数ｆｃと、キャビネットのスピーカユニット取り付け面２ａの第１次共振周波数ｆ１間であれば、共振周波数ｆｒの自由度はある。ただし本実施の形態１のようにｆｒをｆｃの１．３倍程度以上に選ぶと、図１２の振動速度レベルのグラフから分かるように、ｆｃのピークレベルに対して約６ｄＢのマージンが取れるので安全である。
【００８３】
また本実施の形態１においては、スピーカユニット１をキャビネット２の表側から取り付けたが、裏面から取り付ける構成とすることも可能である。また本実施の形態１においては、密閉部材５をスピーカユニットのフレーム１ｆのフランジ部に設けたが、密閉を保つことができればどこに設けても構わない。
【００８４】
また本実施の形態１においてはキャビネット２をバスレフ型としたが、密閉型やダブルバスレフ型などの各種方式キャビネットとしてもよいことは勿論のことである。密閉型キャビネットの場合の最低共振周波数ｆｃは言うまでもなく１個だけである。
【００８５】
ダブルバスレフ型キャビネットの場合は低域に、３個のインピーダンスカーブのピーク周波数が存在する。スピーカユニット単体の最低共振周波数より低い周波数に１個、高い周波数に２個存在するが、振動速度が最大になるのはスピーカユニット単体の最低共振周波数の１つ上の周波数であり、これが本発明の構成における最低共振周波数ｆｃである。
【００８６】
また本実施の形態１においては取り付け手段３を、締め付け寸法を一定化できるネジ切り寸法規制したビスとしたが、これを通常の木ネジやボルトなどその他の手段とすることも可能である。
【００８７】
また本実施の形態１においては弾性部材４の材質をブチルゴムとしたが、エラストマー、コルク、他のゴム材料などとすることも可能である。ただしブチルゴムは他の材質に比べて大きな内部損失をもっているので、上述した共振系の共振周波数ｆｒの共振を制動する効果が高く本発明に最も適した材料の一つである。
【００８８】
また本実施の形態１においてはスピーカユニット１を通常の動電型スピーカユニットとしたが、電磁型や可動マグネット型などのその他の方式のスピーカユニットにも適用できる。
【００８９】
また本実施の形態１においては、弾性部材４と密閉部材５を別々に構成したが、これらを一体的に構成することも可能である。また密閉部材５を弾性部材４の外周側に配置することも可能である。
【００９０】
また本実施の形態１においては弾性部材４を、スピーカユニットの取り付け孔部１ａの表面側と裏面側とにつばをもち、取り付け孔部１ａに挿入されるブッシング形状としたが、その他の形状にしても構わない。例えばキャビネットのスピーカユニット取り付け面２ａの側だけにつばをもつ形状とし、取り付け手段３とスピーカユニットの取り付け孔部１ａの間に弾性をもつワッシャをかましてもよい。
【００９１】
また本実施の形態１においては、スピーカユニット取り付け孔部１ａはフレーム１ｆのフランジ部に設けられたが、その他の構成も可能である。例えばフレームの外周側にリングを接着して、このリングに取り付け孔を設けることも可能である。
【００９２】
なお本実施の形態１においては、密閉部材４をリング状として弾性部材４の内周側だけに配置したが、これを図４に示すような構成としてもよい。図４において、スピーカユニット１１、スピーカユニットの取り付け孔部１１ａ、スピーカユニットのフレーム１１ｆ、取り付け手段１３、弾性部材１４は本実施の形態１と同じであるが、密閉部材１５をスピーカユニットのフレーム１１ｆのフランジ部全体に配置している。
【００９３】
密閉部材１５の材質は厚み２ｍｍの発泡ウレタンであり、本実施の形態１と同じコンプライアンスをもつように構成されている。このように構成すると、密閉部材１５がスピーカユニットのフレーム１１ｆのフランジ部全体を制動するので、フレーム自体から共振音を出にくくできるという効果が得られる。
【００９４】
またその他、本発明は上記説明した例に限定されるものでないことは言うまでもない。
【００９５】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２におけるスピーカシステムの内部背面を示す構成図である。図５において、スピーカユニット２１、スピーカユニットのフレーム２１ｆ、弾性部材２４、密閉部材２５は実施の形態１と同じである。実施の形態１と異なるのはスピーカユニットの取り付け孔部２１ａだけであり、その他の構成要素、および基本的な動作や効果も全て実施の形態１とも同じであるので、これらの説明は省略する。
【００９６】
本実施の形態２においては、スピーカユニットの取り付け孔部２１ａを、弾性部材２４を外周横方向からスライドして挿入できる切り欠き形状としたものである。切り欠きの幅は６．５ｍｍである。
【００９７】
以上のように構成することにより本実施の形態２のスピーカシステムは、実施の形態１で説明した効果に加えて、スピーカユニット２１への弾性部材２４の装着を非常に容易にできるので、量産性が向上して更にコストアップを抑制できるという効果が得られる。
【００９８】
なお本実施の形態２では、スピーカユニットの取り付け孔部２１ａの形状をＵ字形にしたが、切り欠き開口部だけの幅が少し狭まった壷形や、逆に広がった略円弧形などの形状とすることもできる。壺形にすれば、スピーカシステムの製造過程で弾性部材２４の挿入後に弾性部材をずれ動きにくくすることができる。また、その他、本発明は上記説明した例に限定されるものでないことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明のスピーカシステムによれば、キャビネットの材質が金属や樹脂であってもキャビネットからの耳障りな不要共振音の発生を抑制し、弾性部材とスピーカユニットの質量とで形成される共振系に起因する異音や変調歪みの発生を防ぎ、またしっかりとした低音も再生できる最良の音質を実現するばかりでなく、コストアップをも抑制することができるので、オーディオ用のスピーカシステムばかりでなく、ラジカセ、ポータブルＤＶＤプレーヤ、テレビ、パソコンなど電子機器全般の音響再生等の用途に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の実施の形態１におけるスピーカシステムの構造断面図
【図２】本発明の実施の形態１におけるスピーカシステムの内部背面を示す構成図
【図３】本発明の実施の形態１におけるスピーカシステムの弾性部材の斜視図
【図４】本発明の実施の形態１におけるスピーカシステムの内部背面を示す構成図
【図５】本発明の実施の形態２におけるスピーカシステムの内部背面を示す構成図
【図６】（Ａ）キャビネットの０次振動モードを示す説明図、（Ｂ）キャビネットの１次共振振動モードを示す説明図、（Ｃ）キャビネットの２次共振振動モードを示す説明図
【図７】スピーカシステムのキャビネット振動を解析する等価回路図
【図８】スピーカシステムのキャビネット振動を解析する等価回路図の回路記号説明図
【図９】スピーカシステムのキャビネット振動を解析する等価回路図
【図１０】スピーカシステムのキャビネット振動を解析する等価回路図
【図１１】スピーカシステムのキャビネット振動を解析する等価回路図
【図１２】スピーカシステムのキャビネット振動速度のシミュレーション特性図
【図１３】スピーカシステムのキャビネット振動速度のシミュレーション特性図
【図１４】スピーカシステムのキャビネット振動速度のシミュレーション特性図
【図１５】本発明の実施の形態１におけるスピーカシステムのキャビネット振動速度の実測特性図
【図１６】従来のスピーカシステムのキャビネット振動速度の実測特性図
【図１７】従来のスピーカシステムのキャビネット振動速度の実測特性図
【図１８】従来のスピーカシステムの構造断面図
【図１９】従来のスピーカシステムの構造断面図
【符号の説明】
【０１０１】
１    スピーカユニット
１ａ  スピーカユニットの取り付け孔部
１ｂ  スピーカユニットの界磁部
１ｃ  スピーカユニットの振動板
１ｄ  スピーカユニットの支持系
１ｅ  スピーカユニットのボイスコイル
１ｆ  スピーカユニットのフレーム
２    キャビネット
２ａ  キャビネットのスピーカユニット取り付け面
２ｂ  バスレフポート
３    取り付け手段
４    弾性部材
５    密閉部材
【図１】
2007228002.tif 000003
【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】
2007228002.tif 000009
【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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