(57)【要約】【課題】音響管を折り返して低音域の再生性能を向上させたスピーカシステムにおいて、ヘルムホルツ共鳴体を用いることなく第１次管共振周波数以降の周波数領域におけるピークディップや共鳴音の発生を確実に抑制し、低音域における周波数特性を平坦化することができるスピーカシステムを提供する。【解決手段】スピーカシステム１は、前面７に管共振を起こすエネルギーを発生する複数のスピーカユニット１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが取り付けられ、背面下端側に開口部６が設けられた前部キャビネット２と、前部キャビネット２の背面側に配置されるとともに、前部キャビネット２の開口部６を介して連結され、上端側に外部に開放された開口孔１１が設けられた後部キャビネット３とを備え、後部キャビネット３の高さＬが４５０ｍｍから５５０ｍｍの範囲内にある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前面に管共振を起こすエネルギーを発生する複数のスピーカユニットが取り付けられ、背面下端側に開口部が設けられた前部キャビネットと、
前記前部キャビネットの背面側に配置されるとともに、前記前部キャビネットの開口部を介して連結され、上端側に外部に開放された開口孔が設けられた後部キャビネットと
を備え、
前記後部キャビネットの高さが４５０ｍｍから５５０ｍｍの範囲内にあることを特徴とするスピーカシステム。
【請求項２】
前記前部キャビネットおよび前記後部キャビネットにより形成される音響管の全長が１４５０ｍｍから１５５０ｍｍの範囲内にある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】
前記複数のスピーカユニットは、前記前部キャビネットの前面に等間隔に取り付けられている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。
【請求項４】
前記前部キャビネットに取り付けられる管共振を起こすエネルギーを発生するスピーカユニットの個数は４個であることを特徴とする請求項３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、スピーカシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スピーカユニットから放射される音響のうち特に低音域の音響の音圧不足による再生音の質的劣化を解消するために、低音用のスピーカユニットの背後側に音響管を取り付けて管共振を利用して低音域の音圧を高めるスピーカシステムの開発が進められている（例えば、特許文献１〜３等参照）。
【０００３】
上記のようなスピーカシステムは、通常、低音域の音圧不足を解消するために数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの低音域周波数帯で管共振を発生させて低音域で十分な音量が得られるように設計される。
【０００４】
ところが、このような管共振を得るためにはスピーカユニットに比較的長い音響管を取り付けなければならないが、そのまま取り付けるとシステム全体の長大化が避けられない。そのため、音響管を途中で折り返したり径が異なる円筒を同心状に組み合わせることでコンパクトにされたスピーカシステムが提案されている（特許文献４、５参照）。
【０００５】
しかし、特許文献４、５に記載されたスピーカシステムでは、スピーカユニットから直接ユーザに届く音と音響管の開口端から届く音とが干渉して、数十Ｈｚに設定された第１次管共振周波数のほかにもその３倍、５倍、…の周波数、すなわち第２次、第３次、…の管共振周波数で音圧が極端に低下するピークディップ現象や音波が重なり合って特定の周波数の音が強調される共鳴音が発生する現象が生じ、音質が悪化してしまう場合がある。
【０００６】
このようなピークディップや共鳴音の発生を抑えるため、音響管の壁面にヘルムホルツ共鳴体を取り付けたスピーカシステムが提案されている（特許文献６参照）。
【特許文献１】特開平２−２０５１９９号公報
【特許文献２】特開平６−２０５４９１号公報
【特許文献３】特開平１１−２７５６７９号公報
【特許文献４】特開２００２−２９１０８５号公報
【特許文献５】特開平１０−２８２９９号公報
【特許文献６】特開平４−３３６７９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、音響管にヘルムホルツ共鳴体を取り付けても、ピークディップや共鳴音が解消され得るのはそのヘルムホルツ共鳴体に対応するヘルムホルツ共鳴周波数の音のみであり、その他の周波数ではピークディップ等を的確に解消させることができない。
【０００８】
また、特許文献６では、第２次、第３次等の高次の管共振周波数に対応するように複数のヘルムホルツ共鳴体を設けてもよいと記載されているが、すべてのピークディップや共鳴音に対応する数のヘルムホルツ共鳴体を設けることは、システムのコンパクト化等の観点から事実上困難である。
【０００９】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、音響管を折り返して低音域の再生性能を向上させたスピーカシステムにおいて、ヘルムホルツ共鳴体を用いることなく第１次管共振周波数以降の周波数領域におけるピークディップや共鳴音の発生を確実に抑制し、低音域における周波数特性を平坦化することができる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】
【００１０】
前記の問題を解決するために、請求項１のスピーカシステムは、
前面に管共振を起こすエネルギーを発生する複数のスピーカユニットが取り付けられ、背面下端側に開口部が設けられた前部キャビネットと、
前記前部キャビネットの背面側に配置されるとともに、前記前部キャビネットの開口部を介して連結され、上端側に外部に開放された開口孔が設けられた後部キャビネットと
を備え、
前記後部キャビネットの高さが４５０ｍｍから５５０ｍｍの範囲内にあることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のスピーカシステムにおいて、前記前部キャビネットおよび前記後部キャビネットにより形成される音響管の全長が１４５０ｍｍから１５５０ｍｍの範囲内にあることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のスピーカシステムにおいて、前記複数のスピーカユニットは、前記前部キャビネットの前面に等間隔に取り付けられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のスピーカシステムにおいて、前記前部キャビネットに取り付けられる管共振を起こすエネルギーを発生するスピーカユニットの個数は４個であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、音響管を折り返して低音域の再生性能を向上させたスピーカシステムにおいて、ヘルムホルツ共鳴体を用いることなく第１次管共振周波数以降の周波数領域におけるピークディップや共鳴音の発生を確実に抑制し、低音域における周波数特性を平坦化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係るスピーカシステムの実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
本実施形態に係るスピーカシステム１は、図１の斜視図および図２の断面図に示すように、主に、前部キャビネット２と、後部キャビネット３と、複数のスピーカユニット１２ａ、１２ｂ、…とを備えている。
【００１７】
本実施形態では、前部キャビネット２は、高さが１０００ｍｍの縦長の箱型に構成されており、その最上部は上面板４で閉塞されている。また、前部キャビネット２の背面板５の最下端側には、開口部６が設けられている。なお、前部キャビネット２の前記上面板４や背面板５、前面板７、側面板８、および後部キャビネット２の側面板９や背面板１０等には管共振に影響しない程度の大きさの通気孔等を設けることも可能である。
【００１８】
前部キャビネット２の背面側には、後部キャビネット３が配置されており、本実施形態では、後部キャビネット３は、高さ５００ｍｍの縦長の箱型に形成されている。なお、後述するように後部キャビネット３の高さＬは４５０〜５５０ｍｍの範囲内で適宜決められる。
【００１９】
また、後部キャビネット３は、開口部６を介して前部キャビネット２に連結されており、本実施形態では、前部キャビネット２の背面板５が後部キャビネット３の前面板として共用されている。また、後部キャビネット３の背面板１０の最上端側には、外部に開放された開口孔１１が設けられており、前部キャビネット２の側面板８と後部キャビネット３の側面板９とが一体的に形成されている。
【００２０】
このように、本実施形態に係るスピーカシステム１では、前部キャビネット２と開口部６を介して連結され外部に開放された開口孔１１が設けられた後部キャビネット３とにより折り返された１本の音響管が構成されている。なお、後述するように前部キャビネット２の高さと後部キャビネット３の高さとの合計、すなわち前記１本の音響管の全長が１４５０〜１５５０ｍｍの範囲内になるように構成されることが好ましい。
【００２１】
前部キャビネット２の前面板７には、管共振を起こすエネルギーを発生し得るスピーカユニットすなわち低音用のスピーカユニット１２ａ、１２ｂ、…が複数取り付けられている。本実施形態では、前面板７の上端部および下端部にそれぞれ１個ずつのスピーカユニット１２ａ、１２ｄが取り付けられ、また、それらの間に２個のスピーカユニット１２ｂ、１２ｃがそれぞれ設けられており、計４個のスピーカユニット１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが前部キャビネット２の上下方向に等間隔で取り付けられている。
【００２２】
次に、本実施形態に係るスピーカシステム１の作用について説明する。
【００２３】
低音用スピーカユニット１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄに特定の周波数の音を放射するように信号が送られると、スピーカユニットから音が前方に放射されると同時に、その振動がスピーカユニット後方に伝わり前部キャビネット２および後部キャビネット３により形成される折り返された音響管で管共振して、後部キャビネット３の開口孔１１から外部に放射される。そのスピーカユニット１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄから前方に放射される放射音と、管共振により後部キャビネット３の開口孔１１から放射される放射音とがユーザに到達し音響として認識される。
【００２４】
図３は、本実施形態に係るスピーカシステムでの低音域における音圧のシミュレーション結果を示すグラフである。図３では、１ｍ・１Ｗ入力の条件で測定した場合、すなわちユーザの耳の高さを９２０ｍｍとしスピーカシステム１の手前１ｍの地点で測定した場合のシミュレーション結果を示す。なお、同地点にマイクロフォンを設置して測定した結果も図３に示した結果と同様の結果を示す。
【００２５】
図３に示すように、本実施形態に係るスピーカシステム１では、約６０Ｈｚの周波数に第１次管共振周波数が現れ、低音域の再生性能が向上されている。また、第１次管共振周波数以降の周波数領域においては、ピークディップや共鳴音の発生が抑制され、周波数特性が平坦化されている。
【００２６】
図４は、本実施形態とは異なる実験条件、すなわち本実施形態に係るスピーカシステムにおいて後部キャビネット３の高さＬを２００ｍｍにした場合と１０００ｍｍにした場合の周波数特性を示すグラフである。
【００２７】
後部キャビネット３の高さＬを２００ｍｍに短くした場合には、約６０Ｈｚの周波数領域の第１次管共振周波数におけるピークが失われ、１４０Ｈｚ付近と３００Ｈｚ付近にピークディップが生じている。また、後部キャビネット３の高さＬを１０００ｍｍにした場合も６０Ｈｚ近辺に弱く第１次管共振周波数が現れるが、１３０Ｈｚおよび３９０Ｈｚ付近に強い共鳴音のピークが現れている。これらの実験例では音質が非常に悪い。
【００２８】
これをさらに詳細に検証するために、本実施形態に係るスピーカシステムにおいて後部キャビネット３の高さＬを１００ｍｍ刻みで短縮し或いは延長して１ｍ・１Ｗ入力の条件で測定する場合のシミュレーションを行った。図５は、後部キャビネット３の高さＬを１００ｍｍ刻みで短くした場合の周波数特性を示すグラフであり、図６は、逆に１００ｍｍ刻みで長くした場合の周波数特性を示すグラフである。
【００２９】
後部キャビネット３の高さＬを本実施形態での５００ｍｍより１００ｍｍ短い４００ｍｍとし、後部キャビネット３と前部キャビネット２により形成される音響管の全長を１４００ｍｍとすると、約６０Ｈｚの周波数領域の第１次管共振周波数におけるピークが弱くなり、３１０Ｈｚ付近に共鳴音のピークが現れる。また、後部キャビネット３の高さＬをさらに１００ｍｍ短い３００ｍｍとし、音響管の全長を１３００ｍｍとすると、約６０Ｈｚの周波数領域の第１次管共振周波数におけるピークは再び大きくなるが、２００Ｈｚ付近に共鳴音の強いピークが現れる。
【００３０】
逆に、後部キャビネット３の高さＬを本実施形態での５００ｍｍより１００ｍｍ長い６００ｍｍとし、音響管の全長を１６００ｍｍとすると、約６０Ｈｚの周波数領域の第１次管共振周波数におけるピークが弱わり、１６０Ｈｚ付近および３８０Ｈｚ付近に共鳴音のピークが現れる。また、後部キャビネット３の高さＬをさらに１００ｍｍ長い７００ｍｍとし、音響管の全長を１７００ｍｍとすると、約６０Ｈｚの周波数領域の第１次管共振周波数におけるピークは弱く、１５０Ｈｚ付近および３５０Ｈｚ付近に共鳴音のピークが現れる。
【００３１】
このように、ユーザの耳の高さの標準とされる９２０〜９４０ｍｍを基準とすると、後部キャビネット３の高さＬが本実施形態のような５００ｍｍ近辺、音響管の全長では１５００ｍｍの近傍の狭い範囲内にある場合にのみ図３に示したような第１次管共振周波数が強く、それ以降の周波数領域における周波数特性が平坦となるような周波数特性が得られることが分かる。それ以外の後部キャビネット３の高さＬを５００ｍｍより短縮した場合或いは延長した場合には、いずれも音質が悪化する。
【００３２】
このように後部キャビネット３の高さＬが本実施形態のような５００ｍｍ近辺、音響管の全長では１５００ｍｍの近傍の狭い範囲内にある場合にのみ理想的な周波数特性が得られる理由は次のように考えられる。
【００３３】
すなわち、後部キャビネット３の高さＬの変化によって上記のように周波数特性が変化することから分かるように、共鳴音やピークディップの発生の有無が、前部キャビネット２の前面板７に取り付けられたスピーカユニット１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄとユーザとの距離と、後部キャビネット３の開口孔１１とユーザとの距離との関係に強く依存し、少なくとも４００Ｈｚ以下の低音域では、スピーカユニット１２ａ等から直接ユーザに届く放射音と後部キャビネット３の開口孔１１から放射されてユーザに届く放射音とが互いに強め合って共鳴したり弱め合ってピークディップが生じたりすることがない前記距離関係が狭い範囲に限られることによると考えられる。
【００３４】
本出願人らの実験によれば、前述したようにユーザの耳の位置をスピーカシステム１の手前１ｍの地点で高さ９２０ｍｍから９４０ｍｍとする標準位置とした場合、後部キャビネット３の高さＬが４５０ｍｍから５５０ｍｍの範囲内にあるとき、すなわち後部キャビネット３と前部キャビネット２により形成される音響管の全長が１４５０ｍｍから１５５０ｍｍの範囲内にある場合には、図３に示したような理想的な周波数特性が得られることが確認されている。
【００３５】
一方、この状態で、図７に示すように前部キャビネット２の前面板７に取り付けられたスピーカユニット１２ｂ、１２ｃの取り付け位置を本実施形態におけるＡの位置からそれぞれスピーカユニット１２ａ、１２ｄに接近させるようにＢ、Ｃ、Ｄと変化させると、図８に示すような周波数特性が得られる。
【００３６】
図８に示すように、スピーカユニット１２ｂ、１２ｃの取り付け位置をＡからＤに変化させた場合、まず、いずれの場合も約６０Ｈｚの周波数領域の第１次管共振周波数におけるピークが強く現れる。しかし、取り付け位置がＡからＢに変化すると３００Ｈｚ付近に共鳴音のピークが現れ、取り付け位置がＢ、Ｃ、Ｄと変化するにつれてピークが大きくなる。また、約７００Ｈｚ以上の周波数領域ではＡからＤへの変化につれて音圧が増加し、逆に５００〜６００Ｈｚ付近では音圧が減少する。
【００３７】
つまり、スピーカユニット１２ｂ、１２ｃの取り付け位置をＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄと変化させると、第１次管共振周波数以降の周波数において、共鳴音のピークが生じ或いはピークが増大し、またピークディップの周波数帯では音圧の降下の度合がさらに大きくなり、全体として共鳴音のピークとピークディップがより強調されるようになることが分かる。
【００３８】
このようにスピーカユニット１２ｂ、１２ｃの取り付け位置を移動させることによりピークディップや共鳴音がより強調される理由は、前述した後部キャビネット３の高さＬの変化による共鳴音やピークディップの発生と同様に、スピーカユニット１２ｂ、１２ｃとユーザとの距離が変化することによってスピーカユニット１２ｂ、１２ｃから直接ユーザに届く放射音と後部キャビネット３の開口孔１１からの放射音とが互いに強め合って共鳴するようになり、或いは放射音同士の弱め合いが強調されてピークディップがより大きくなるためであると考えられる。
【００３９】
以上のように、本実施形態のスピーカシステム１によれば、前部キャビネット２および後部キャビネット３により形成される折り返された音響管の長さ、特にその中でも後部キャビネット３の長さすなわち高さＬを適正に調整することで、図３に示したように第１次管共振周波数以降の周波数領域におけるピークディップや共鳴音の発生を確実に抑制し、低音域における周波数特性を平坦化することが可能となる。
【００４０】
その際、音響管にヘルムホルツ共鳴体を設ける必要はなく、ユーザの耳の位置をスピーカシステム１の手前１ｍの地点で耳の位置が高さ９２０ｍｍから９４０ｍｍの標準位置にいるユーザに対して、スピーカユニット１２ａ、１２ｂ、…から直接届く放射音と後部キャビネット３の開口孔１１から放射されてユーザに届く放射音との重なり合いにより低音域における理想的な音質を提供することが可能となる。
【００４１】
なお、本実施形態では、前部キャビネット２の背面板５が後部キャビネット３の前面板として用い、開口部６が前部キャビネット２と後部キャビネット３とで共有される場合について述べたが、この他にも、例えば、前部キャビネット２と後部キャビネット３とを別体として設け、前部キャビネット２に設けた開口部６と後部キャビネット３に設けた開口部とを連結して１本の音響管を形成するように構成することも可能である。
【００４２】
また、本実施形態では、前部キャビネット２や後部キャビネット３が縦長の箱型に形成されている場合について述べたが、前部キャビネット２と後部キャビネット３とが開口部６を介して全体として音響管を構成していればよく、例えば、前部キャビネット２や後部キャビネット３の前面や側面、背面を曲面状に形成したり凹凸をつけたりすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施形態に係るスピーカシステムの斜視図である。
【図２】本実施形態に係るスピーカシステムの垂直断面図である。
【図３】本実施形態に係るスピーカシステムでの低音域における音圧の測定結果を示すグラフである。
【図４】後部キャビネットの高さを２００ｍｍにした場合と１０００ｍｍにした場合の周波数特性を示すグラフである。
【図５】後部キャビネットの高さを１００ｍｍ刻みで短くした場合の周波数特性を示すグラフである。
【図６】後部キャビネットの高さを１００ｍｍ刻みで長くした場合の周波数特性を示すグラフである。
【図７】スピーカユニットの取り付け位置を示す斜視図である。
【図８】スピーカユニットの取り付け位置を変えた場合の周波数特性の変化を表すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
１    スピーカシステム
２    前部キャビネット
３    後部キャビネット
６    開口部
７    前面板
１１  開口孔
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ  スピーカユニット
Ｌ    後部キャビネットの高さ
【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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