(57)【要約】【課題】スピーカーユニットの裏面で発生する逆位相の空気振動を多段階に拡散吸収して外部に伝達させない小型軽量かつ単純なエンクロージャーであり、内部で発生する定常波を減少させてエンクロージャー自体の共鳴振動を抑制する構造。【解決手段】スピーカーユニットを取り付けたバッフル板の後方に円筒形吸音管を設置する二重構造のエンクロージャーであり、内部吸音管は膨張室と整流室さらに吸音部を積層する構造を有する。さらに背板中央部内側に円錐状の突出部を設けてバッフル板との間で定常波が発生することを防止しつつ、平行する平面の内側には傾斜した内壁を設けて定常反射波の発生を抑止する。スピーカーユニットは内壁から不等な距離に設置されることを特徴とし、バッフル板の二等分線および対角線上にユニットの中心軸がなく、各部の結合は粘弾性素材を介して行われる装置。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に円筒形吸音管を有する二重構造のエンクロージャーであり、中央部に円錐状突出部をもつ背板で反射された逆位相の空気振動を、無位相化してバッフル板に設けた開口部から前方へ放出する装置。
【請求項２】
吸音管の内部は膨張部、整流部および吸音部に分かれ、およそ蜂巣状ないし小円筒断面を持つ整流室で振動方向を一定化すると同時に、多孔質の粘弾性素材から成る吸音部で中高音域の逆位相音波を吸収する装置。
【請求項３】
平行する平面を有するエンクロージャーでは、傾斜した内壁を設けて定常波の形成を防止し、内壁の一部に空気振動を吸収する粘弾性素材を貼付した音響スピーカー装置であり、スピーカーユニットの中心軸が全ての内壁と不等距離にあることを特徴する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は音響用スピーカーボックス内部における定常波の発生を防止し、同時にエンクロージャーの共鳴共振を抑制しつつ逆位相音波の無位相化を行う構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
音響用スピーカーユニットの周波数特性は満足できる範囲にあり、ほぼ完成された技術と言える。しかしスピーカーユニットの振動板は裏面で逆位相の空気振動（音波）を同時に発生させ、逆位相の音波を減弱させない限り聴覚刺激の十全性は得られない。逆位相の音波を減少させるため種々のエンクロージャーが開発されてきたが、エンクロージャー内部で発生する定常波（恒常的反射波）がエンクロージャー自体を共鳴振動させ、外部に雑音として拡散することを防止できなかった。また密閉性の高いエンクロージャーでは、振動板の動きが逆位相の音波によって制限されるという欠点も指摘できる。このためスピーカーの口径に対してバッフル板を大きくし、密閉式のエンクロージャーを用いない後面開放型システムが用いられることもある。しかし巨大なバッフル板によってスピーカーユニットの後面から発する音波を遮断ないし減弱させることは、日本の家屋など限られた空間では実現し難い。したがってエンクロージャーの形態を変えたり、内部に吸音材を充填するなどの手段によって、逆位相の定常波を抑制すると同時に共鳴振動の低減が図られてきた。またスピーカーユニットの周波数特性が低音域を十分にカバーしない場合には、逆位相の音波を完全に封じ込めてしまうエンクロージャーによって低音域の減少を補うため、種々の形式たとえばバックロードホーンやバスレフ式などが考案されてきた。しかしバスレフやバックロードホーン式では反射波の位相差が解消されずに放出され、またバスレフ構造と呼ばれる共鳴管を通じて特定周波数帯（低音域）の増幅を行うが、いずれも人工的な音響として聴取される。これらスピーカーボックスの欠点を解消するためには、エンクロージャー内部で発生する逆位相音波とくに定常波を減弱させるとともに、エンクロージャー自体の共鳴振動を抑制する構造が必要となる。
【０００３】
エンクロージャーの内部で定常波を発生させないためには、エンクロージャーの立体形状が重要な問題となり、向かい合う平面が少なければ少ないほど定常波の発生は抑制される。このため内部に平面を持たない球面あるいは円筒形エンクロージャーが考案されたが、空気振動が集中する点あるいは線の発生という欠点がある。とくに円筒形エンクロージャーでは、スピーカーユニットの中心軸に一致して空気振動の集中点が生じ、後方に向かう高い音圧を減少させることが困難となる。すなわちエンクロージャーを円筒形に変更しただけではスピーカーユニットの中心軸と平行する空気振動を抑制できず、前後方向の定常波や共鳴振動を十分に防止できなかった。円筒形エンクロージャーが密閉式となり難い最大の原因は、スピーカーユニットの中心軸と平行する空気振動の抑制が困難であったためと言える。
【０００４】
定常波を抑制する手段としては、エンクロージャーの内部に吸音材を封入して空気の振動エネルギーを吸収させることも有効であるが、低音域の振動を十分に吸収する素材は知られていない。およそ粘弾性の高い吸音素材を十分な厚みでエンクロージャー内部に貼付すれば吸音性能は上昇するが、内部空間に対する吸音材の占める割合を増やせば、エンクロージャーの容積が減少してスピーカーシステムの音響特性は悪化する。粘弾性の高い素材で薄くエンクロージャーの内部を被覆することは必要としても、エンクロージャーの容積を最大限に確保することが優先されなければならない。
【０００５】
一方でエンクロージャーの体積を増加させると、固有振動数の低下によって低音域の共鳴振動が発生し易くなるため、エンクロージャーの内部で逆位相の空気振動を減少させる必要性が高まる。同時にエンクロージャー自体の剛性が確保されないと、共鳴振動によって外部へ空気振動が伝達されてしまう。このため硬質な木材や石材などが使用されることもあるが、エンクロージャー自体の重量増加という無視できない物理的な限界に直面する。エンクロージャーの共鳴振動数を下げる目的で重量を増加させることも考えられるが、家屋構造に対する負担が大きくなるため無制限の重量増加は現実的でない。音響装置（たとえばアンプリファイアー）の小型軽量化および省電力化が進んでいる中で、スピーカー装置のみが大型で重いままでは産業上の利用範囲が限定されてしまう。
【０００６】
エンクロージャー自体の振動が外部に伝達されないようにするためには、高効率のインシュレーターを付加して振動を吸収させることもできる。インシュレーターの技術は成熟しているが、広帯域の振動を遮断するためには構造が複雑化し、さらに特殊な素材を必要とすることもあって価格の上昇傾向が強い。より単純な構造で小型軽量かつ安価なインシュレーターが求められる。逆にエンクロージャー全体を吊り下げればインシュレーターの必要性は低下するが、堅牢かつ重いエンクロージャーであれば、吊り下げ用の支持体にも高い剛性と支持性（転倒防止や落下を予防する構造）が要求されることが避けられない。すなわち音響特性の優れたスピーカーシステムを構築する上で、小型軽量化と共鳴振動の発生および逆位相波の処理が喫緊の課題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許公開２０１０ー６８０６３
【特許文献２】特許公開２００９ー１４７８９２
【特許文献３】特許公開２００７ー１５８９７７
【特許文献４】特許公開２００７ー４９７０２
【特許文献５】特許公開２００６ー２９５４４８
【特許文献６】特許公開２００６ー１２１５９１
【特許文献７】特許公開２００６ー３３１００
【特許文献８】特許公開２００６ー１２１５９１
【特許文献９】特許公開２００４ー３６４１１０
【特許文献１０】特許公開２００２ー２６５７２２
【特許文献１１】特許公開平０８ー２７５２８３
【特許文献１２】特許公開平０５ー１６８０７５
【特許文献１３】特許公開平０７ー２８４１８２
【特許文献１４】特許公開２０１１ー１０３５８４
【特許文献１５】特許公開２０１１ー２７２４９
【特許文献１６】特許公開２００５ー２４０６７
【特許文献１７】特許公開平０５ー１２５１６１
【特許文献１７】実用新案平０７ー４４８８７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、最少の体積と重量に対して最大の容積を提供するエンクロージャーの構造であるが、内部に設けた吸音管（マフラー）で逆位相の音波を吸収すると同時に、共鳴振動を減弱するための内部構造に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
最小の体積と重量に対して最大の容積を提供するエンクロージャーは球形であるが、スピーカーユニットの取り付け部分は平面が好ましく、また吊り下げ以外の固定方法とくに床置きを想定した場合には球体を採用するのが困難となる。実用的なエンクロージャー形態として円筒形が用いられるが、円筒の厚みを薄くして重量を軽くするとエンクロージャー全体の共鳴振動が増加する。このため円筒形エンクロージャーはスピーカーユニット面（バッフル板）を上方に向けた縦置きとすることが原則とされ、背面（スピーカーユニットと対立する平面）を開放することで振動のエネルギーを拡散させてきた。本発明では図１に示すように、スピーカーユニットの裏面で発生する逆位相音波を円筒形の吸音管内で拡散、整流、吸収を行うが、吸音管の背板端でも低音域を中心とする振動エネルギーは残存する。このため図２に示すように吸音管と中心軸を共有する円錐状の突起を背板に設置し、反射波の方向を中心軸に対して斜方向へ拡散させる。この場合の空気振動はスピーカーユニットの背面（バッフル板方向）に向かわず、エンクロージャーの壁面に対して斜めに拡散する。吸音管の内部で空気振動は中心軸と平行な方向へ整流されているため、背板の突起部に当たる振動は突起部の傾斜角に対して2倍程度の傾きを有するように偏向する。背板の共鳴振動を発生させ易い中心軸方向のエネルギーが斜方向に向かって拡散することで、背板の中心軸方向に作用する応力が減少する。さらに円錐状の突起部表面に粘弾性吸音材を設置すれば、背板と共にバッフル板の共鳴振動が抑制される。また背板の内側に傾斜した内壁を設けることで、バッフル板と背板の平行関係を解消する。
【００１０】
図３のようにエンクロージャーを二重円筒構造とすれば、背板で反射した空気振動は外部円筒と内部吸音管の間で斜方向に反射を繰り返して減弱し、バッフル板の開口部から前方に拡散してエンクロージャーの共鳴振動を発生させ難い。しかし内部に平行して向き合う平面が存在するエンクロージャーの場合は、定常波が発生し易くなるため新たな共鳴振動が生じてしまう。図４に示すように新たな共鳴振動の発生を抑制するためには、バッフル板と背板を結合するエンクロージャー（胴体部分）の内面に傾斜を有する内壁を設置する。この傾斜内壁は背板あるいはバッフル板にも設置でき、前後方向の反射波を低減することができる。これに伴ってエンクロージャーの内面と傾斜した内壁の表面に異なる粘弾性素材を貼付すれば、さらに定常波の出現が抑制される。また図５に示すようにスピーカーユニットの取り付け位置をエンクロージャーの内壁から不等な距離に設置すれば（すなわちユニット中心と対角線が一致しない位置）、対立する平面を有するエンクロージャーであっても定常波ならびに共鳴振動の発生が抑制される。
【００１１】
なおバッフル板に開口部を設けるのは、ユニット裏面で発生する空気振動がエンクロージャー全体を膨張あるいは収縮するのを回避するためで、いわゆる空気抜き穴に相当する構造と考えて構わない。すなわちバスレフ式の低音域増強はバスレフ管の共鳴振動によって生じる現象であるが、本発明のように単なる空気抜き用開口部では新たな共鳴振動が発生し難い。したがってバスレフ管の固有振動数ならびに倍数に相当する周波数の選択的増幅は生じない。
【００１２】
図６に示すように、バッフル板に設置されるスピーカーユニットは、バッフル板および吸音管とも粘弾性的に結合されており、ユニットそのものに由来する振動がエンクロージャーに伝達しない構造とする。これはエンクロージャーとくにバッフル板の軽量化に伴って、可聴域の共鳴振動が発生し易くなることを防止するもので、固有振動数の異なる内部吸音管および外部円筒との接合点も同様な結合様式とする。
【００１３】
図７に示すようにバッフル板と背板の一部には振動吸収装置（インシュレーター）を複数個（合計で３個以上）設置するが、一部に湾曲部をもつ円形断面の構造と特徴とする。いわゆるヒートンないし洋橙吊り型であり、円環状の湾曲部は閉鎖していない。このような構造のインシュレーターでは平面との接触が常に一点となり、さらに湾曲部そのものが弾性体として機能するからである。３個の同型インシュレーターをバッフル板と背板の一部に設置した場合、エンクロージャーは３つの接触点を共有する平面上に固定され、共鳴振動を促進する支持点間の重量配分に不均衡が発生しない構造とする。当該インシュレーターは硬質な平面状にエンクロージャーを設置することを特徴とするが、やや軟質の平面にスピーカーを設置する場合には、インシュレーターの受け皿として上部に凹面を有して下面が平面となる補助装置を設けることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、バッフル板に固定されたスピーカーユニットの発生する逆位相の空気振動が内部の円筒形吸音管で拡散、整流および吸音され、さらに平行しないエンクロージャー内壁との間で多数回の反射を行うことで逆位相の空気振動は減弱すると同時に、新たな定常波を作り出すことなくバッフル板の開口部から外部に放出される。またバッフル板と吸音管およびエンクロージャーの胴部分は粘弾性的に結合されており、スピーカーユニットから直接に伝達される振動エネルギーも抑制される。これらの過程で中高音域の逆位相波は大部分が吸収され、低音域のみが無位相となってバッフル板の開口部から前方に放出される。さらにバッフル板と背板にヒートン型あるいは洋燈型のインシュレーターを付置し、エンクロージャー自体の振動を外部へ伝達させない軽量のスピーカーボックスである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は円筒型吸音管の内部構造を示す断面図である。
【図２】図２は背板の円錐形突起部と音波の進行方向を示す断面図である。
【図３】図３は二重円筒構造の縦断面図である。
【図４】図４は直方体および立方体エンクロージャーの横断面図である。
【図５】図５は直方体および立方体エンクロージャーの横断面図である。
【図６】図６はスピーカーユニット取付部の断面図である。
【図７】図７はエンクロージャー下部に設置したインシュレーターの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１６】
図３に二重円筒構造の実施例（実施例１）を示す。二重円筒から成るエンクロージャーは小型軽量化が容易だが、現実の室内および家具などの規格である立方体あるいは直方体との整合性が悪く、エンクロージャー自体の外寸は小さいが設置するための空間は比較的大きくなる。たとえば円筒状エンクロージャーの上部に何かを置くことは不可能に近い。したがってブックシェルフ（本棚）など棚状家具の一部に設置するような場合に適合し、いわゆる床置き型として用いることが難しい。ただし外部円筒と内部吸音管の間で反射する空気振動は完全に位相が乱れるため、無位相の音波となって正位相波と混合される利点を有する。
【実施例２】
【００１７】
図４および５に直方体および立方体エンクロージャーの内部構造を示すが（実施例２）、直方体および立方体ではバッフル板と背板のみならず、平行する対立面からなる胴部分が含まれるため、傾斜した内壁を設けない限り逆位相の定常波が内部で発生する。これを防止するには対立する３組６面のうち、少なくとも３面に傾斜した内壁を設ける必要がある。さらに平行でなくなった対立面の片方に、空気振動を反射し難い粘弾性素材を貼付することで、定常波の発生を抑制することが可能となる。実施例２のような立方体あるいは直方体のエンクロージャーであれば、床置きあるいは他の家具上に設置した場合でも、さらに上部あるいは側面に接した空間を有効に使用することができる。すなわち一般的な住宅あるいは公共空間においても設置可能性が拡大することになり、より省スペースで自由に高音質の音響が利用できる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明はスピーカーユニットの裏面で発生する逆位相の音波を内部吸音管で拡散吸収し、さらに外部エンクロージャーとの間に形成される空間を通じてバッフル板の前面から放出するスピーカーボックスである。エンクロージャーを二重円筒構造としたことで、スピーカーユニット後面で発生する逆位相の音波が吸収され、固有振動数の異なる円筒間を粘弾性的に結合したためにエンクロージャーの共鳴振動も抑制される。さらに軽量小型で単純な構造をもつヒートン型インシュレーターを介して水平面に設置することで、バッフル板を含むエンクロージャー全体の振動が低下する。結果的に前面バッフル板の開口部から前方に放出される低音域の空気振動は無位相性となり、低音域の音量が増大することでスピーカーシステムの音質が改善される。本発明のスピーカーシステム（とくに二重円筒型）は小型軽量化が容易であり、吊り下げ法などによれば場所を選ばずに設置することが可能で、広い範囲で高度な音響システムが構築可能となる。
【符号の説明】
【００１９】
１  スピーカーユニット
２  バッフル板
３  開口部
４  吸音管
５  膨張部
６  ハニカム構造の整流部
７  多孔質粘弾性素材の吸音部
８  背板
９  円錐状突出部
１０  多孔質吸音材
１１  エンクロージャー
１２  支持体
１３  傾斜内壁
１４  対角線
１５  粘弾性体
１６  ヒートンあるいは洋灯吊り型インシュレーター
【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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