(57)【要約】      （修正有）【課題】振動板背面側に通気性のある音響抵抗物質を配して振動板の低域共振を抑制し，抑制による低音の不足を補う電気駆動回路に周波数補正回路により均一な周波数−音圧特性を得るスピーカーシステムを提供する。【解決手段】フレームに弾性的に支持された振動板１０１と低音域に固有の機械共振を有するスピーカーユニット１に於いて、スピーカーユニット１の振動板１０１の背面側に配し通気性を有する音響抵抗物質８を配置し、ホルムヘルツ共振器１１を設け、電気駆動回路にはこれらの共振を抑制したことによる低音域の音圧不足を補う周波数補正回路５を備える。【選択図】図１１
2016171537.tif 000002
【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幅駆動する電磁駆動装置からなり低音域に固有の機械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，スピーカーユニットの振動板背面側に配し通気性を有する音響抵抗物質から成る第一の共振抑制手段と，該第一の共振抑制手段によってなお残る共振を抑制する第二の共振抑制手段を備え，電気駆動回路には共振を抑制したことによる低音域の音圧不足を補う周波数−音圧補正回路を備えることを特徴とする音響装置。
【請求項２】
前記第二の共振抑制手段は，前記エンクロージャー内部の空間に接する一つあるいは複数の機械的共振器であることを特徴とする請求項１の音響装置。
【請求項３】
前記第二の共振抑制手段は，スピーカーユニットを駆動する電気駆動回路に設けられたひとつあるいは複数の帯域減衰フィルターであることを特徴とする請求項１の音響装置。
【請求項４】
フレームに弾性的に支持された振動板と該振動板を振幅駆動する電磁駆動装置からなり，低音域に固有の機械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，前記振動板背面側近傍にはスピーカーユニットとエンクロージャー内部の主空間との相互作用による機械共振の抑制手段を備え，電気駆動回路には前述の機械共振を抑制したことによる低音域の音圧不足を補う周波数−音圧補正回路を備える音響装置において，前記機械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音響装置。
【請求項５】
前記エンクロージャーは，スピーカーユニットから該スピーカーユニットの振動板と鼓膜を含む空間に対する開口に向けて長細状の空間を有し，該空間に吸音材を詰めたものであることを特徴とした請求項１または請求項２または請求項３または請求項４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と該振動板を振幅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では，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中低域すなわち１５０Ｈｚ近傍の周波数で音圧の山が生じるという課題が発生した。これは図８のスピーカーシステムではエンクロージャー内部の空間が先細りとしてあること，また吸音材９の配置密度が図６のものより高く配してあるから図７に示す等価回路においてＲｅ１〜Ｒｅｎの値が図６の場合より大きく，且つＲｅ１からＲｅｎに向けて順次値が大きくなるのでＣｏとＣｅ１の直列スチフネスの影響がより強く表れ易いためと考えられる。
【００３８】
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音圧の山ができてしまっている。前述の図８で説明したスピーカーシステムではｆｐの周波数は約１５０Ｈｚであった。
【００３９】
図１０は，そのピークの音圧が現れないようｆｈの周波数をほぼｆｐにまでずらせた場合の特性で，ｆｐ近傍の音圧のピークは生じないものの，今度はピークの周波数ｆｐより低い周波数で音圧が一段下がってしまっている。
【００４０】
このような傾向は図６に示したようなスピーカーシステムにおいても，前述のとおりＲe１〜Ｒｅｎの影響によりＣｏとＣe１の直列スチフネスによる共振の方がＣｏとＣ∞の直列スチフネスによる共振より相対的に強く表れるからその程度は少ないものの同様である。
【００４１】
以上の図６と図８に示すスピーカーシステムでは，主空間６０１と１００１内に吸音材９を配し，スピーカーユニットの反対側は開口端６０３，１００４としたことを説明したが，開口端６０３，１００４を閉じ吸音材９がない場合はより回路が単純化され，前述の図２でＲｏが音響抵抗８の分大きくなった場合に相当し，且つ図９のｆｐに示す音圧の山は，中心周波数がスピーカーユニットとエンクロージャー内の空間の容積の関係によって定まり，山の大きさがより大きくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４２】
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，且つ前記振動板背面側近傍には該振動板とエンクロージャー内部の空間を仕切るように通気性のある音響抵抗物質を配して振動板の低音域の共振を抑制し，該低域共振の抑制による低音の不足を補うように電気駆動回路に周波数補正回路を備えた音響装置において，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】
【００４３】
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幅駆動する電磁駆動装置からなり低音域に固有の機械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，前記振動板背面側近傍には該振動板とエンクロージャー内部の空間を仕切るように通気性のある音響抵抗物質を配して第一の共振抑制手段とし，該第一の共振抑制手段によってなお残る共振を抑制する第二の共振抑制手段を備え，電気駆動回路には共振を抑制したことによる低音域の音圧不足を補う周波数−音圧補正回路を備える音響装置を提供した。
【００４４】
請求項２では，前記第二の共振抑制手段は，前記エンクロージャー内部の空間に接する一つあるいは複数の機械的共振器である音響装置を提供した。
【００４５】
請求項３は，前記第二の共振抑制手段は，スピーカーユニットを駆動する電気駆動回路に設けられたひとつあるいは複数の帯域減衰フィルターである音響装置を提供した。
【００４６】
請求項４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幅駆動する電磁駆動装置からなり，低音域に固有の機械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，前記振動板背面側近傍にはスピーカーユニットとエンクロージャー内部の主空間との相互作用による機械共振の抑制手段を備え，電気駆動回路には前述の機械共振を抑制したことによる低音域の音圧不足を補う周波数−音圧補正回路を備える音響装置において，前記機械共振の抑制手段は，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した音響装置を提供した。
【００４７】
請求項５は，前記エンクロージャーは，スピーカーユニットから該スピーカーユニットの振動板と鼓膜を含む空間に対する開口に向けて長細状の空間を有し，該空間に吸音材を詰めたものであることを特徴とした請求項１または請求項２または請求項３または請求項４の音響装置を提供した。
【発明の効果】
【００４８】
それにより，請求項１によれば，第一の共振抑制手段で抑制し切れなかった共振をさらに第二の共振抑制手段で抑制できるので，エンクロージャーを小型に構成しても，意図しないスピーカーユニットとエンクロージャー内部の空間による共振による音圧の山をより少なくでき，電気駆動回路の周波数補正回路で音圧を補正した場合に得られる周波数−音圧特性をより平坦なものにできる。
【００４９】
請求項２によれば，第二の共振抑制手段は，エンクロージャー内部の空間に接する機械的共振器としたので，エンクロージャー側に設けることができ，電気駆動回路を簡単な構成にできる。
【００５０】
請求項３によれば，第二の共振抑制手段は，電気駆動回路に設けた帯域減衰フィルターとしたので，エンクロージャーを簡単な構造とできる。
【００５１】
請求項４によれば，振動板背面に設けた通気性のある音響抵抗物質のみの場合に比べてより強力な共振抑制手段を得ることができて，電気駆動回路の周波数補正回路で音圧を補正した場合に得られる周波数−音圧特性をより平坦なものにできる。
【００５２】
請求項５によれば音圧−周波数特性が平坦でより低い周波数まで再生可能でスピーカーシステムを従来よりも小型な構成とした音響装置を得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【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音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
【図７】図６に示すスピーカーシステムの低音域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】本件の発明による第一の実施例を用いた音響装置を示す図
【図１２】本件の発明による第一の実施例を用いた音響装置の周波数−音圧特性を説明する図
【図１３】本件の発明による第一の実施例を用いたスピーカーシステムの別の実施例を示す図
【図１４】本件の発明による第一の実施例を用いたスピーカーシステムの別の実施例を示す図
【図１５】本件の発明による第二の実施例の電気駆動回路を示す図
【図１６】本件の発明による第二の実施例の周波数−音圧特性を説明する図
【図１７】本件の発明による第二の実施例に用いる帯域減衰フィルターの回路例を示す図
【図１８】本件の発明による第三の実施例を用いたスピーカーシステムを示す図
【図１９】図１８に示すスピーカーシステムの低音域機械共振の機械系等価回路を示す図
【発明を実施するための形態】
【００５４】
本件発明の第一の実施例を用いた音響ステムを図１１に示す。図１１の（ａ）におけるスピーカーシステムは図８に示すものに第二の共振抑制手段としてホルムヘルツ共振器１１をその開口筒１１０１がエンクロージャー内部の主空間１００１に接するように配し，ホルムヘルツ共振器１１の共振周波数は，スピーカーユニット１とエンクロージャー１０の内部の主空間１００１の関係で現れる共振による音圧上昇の中心周波数とほぼ同一となるよう，共振器内部の空間１１０２の容積と開口筒１１０１の開口面積および長さを設定する。
【００５５】
なお，ホルムヘルツ共振器１１の共振の強さや共振の帯域幅は開口筒１１０１の開口面積や長さと空間１１０２の大きさの関係，および開口筒１１０１や空間１１０２中に吸音材や音響抵抗物質を詰めるなどして調整するものとする。
【００５６】
それにより，第一の共振抑制手段，すなわちスピーカーユニット１の振動板１０１の背面側の通気性のある音響抵抗物質８を備えてなお，スピーカーユニット１とエンクロージャー１０内部の主空間１００１の関係で現れる共振のエネルギー，すなわち図９（二）に示す１５０Ｈｚ付近の音圧上昇を共振器１１が吸収しキャンセルできるから，図１１の（ｂ）に示す電気駆動回路で駆動した場合に音圧特性を図５の（ハ）に近づけることが可能になり，音響装置全体としては周波数−音圧特性を平坦化できるとともに，スピーカーユニットおよびエンクロージャーを小型に構成してもスピーカーユニットのｆｏあるいはスピーカーシステムのｆｓに対し低い周波数まで再生可能とすることができる。
【００５７】
以上の関係を図１２の周波数−音圧特性および機械的共振器による音圧吸収特性および周波数補正回路の特性で説明すれば，図１２の周波数−音圧特性に示す点線部分の（ニ’）は前述のホルムヘルツ共振器１１がない場合の特性で，共振器による音圧吸収特性はホルムヘルツ共振器１１による音圧吸収特性を示しており，（ニ’）の音圧の山をホルムヘルツ共振器１１が吸収している。
【００５８】
ここで，図１１（ａ）に示すスピーカーの口径が１６ｃｍ，エンクロージャーが１辺２０ｃｍの六面体の場合で前述の１５０Ｈｚ付近のピークのエネルギー吸収を想定し，第二の共振抑制手段として用いるホルムへルツ共振器の空間１１０２の容積を試算すれば，開口筒１１０１の開口面積を約１．９ｃｍ２とし長さを約２ｃｍとすれば約１２００ｃｍ３となって，共振器の大きさを考慮してもなお再生可能な低音の周波数を考慮すればエンクロージャー全体としての外形は従来の方式に比べ格段に小型のもので済む。
【００５９】
試作による確認では，このような音響装置で再生可能な最低周波数は３０Ｈｚ程度であり，ちなみに，再生可能周波数を３０Ｈｚとしてこれを同じスピーカーユニットを用い従来の例えばバスレフ方式のエンクロージャーで構成しようとしればエンクロージャーの内容積は４０リットル程度となって図１１に示す本件発明の実施例によるものより相当大型のものとなる。
【００６０】
なお，図１１のホルムヘルツ共振器の代わりに図１３のような方法でもよい。図１３に示す共振器は前述のホルムヘルツ共振器の開口筒１１０１の代わりに質量を有する振動板１２０１とそれを支持する弾性支持体１２０２を設けたもので，振動板の質量と弾性体の弾性率と主空間１２０３の容積をうまく設定すればホルムヘルツ共振器と同様の効果を奏する。  
【００６１】
また図１４に示すように主空間１００１内に別の共振器１４を設けることも可能である。共振器１４は，主空間１００１内に例えば穴あき遮蔽板などで囲われて通気性を有する音響抵抗９に邪魔されない自由空間１３内に設ける。共振器１４は弾性板部１４０２の自由端側に錘部１４０１を設けてその質量と板部１４０２の弾性で共振を起こすように調整されている。板部の基端１４０３はエンクロージャーに固定され，弾性板部１４０２にプラスチックのような適当な弾性と機械損失を有する材料を用い，その共振周波数を前述のｆｐに設定すれば，主空間１００１内の共振エネルギーにより共振器１４の錘部１４０１が振動し，弾性板部１４０２が屈曲してその機械損失によりエネルギーを吸収する。
【００６２】
次に，本件発明の第二の実施例について説明する。第二の実施例に用いるスピーカーシステムは図８のようなものをそのまま使用するが，第二の共振抑制手段として，スピーカーユニット１の電磁駆動装置に接続する電気駆動回路中に前述の振動板の振動とエンクロージャー内部の主空間の関係で現れる共振での音圧上昇分をキャンセルする帯域減衰フィルターを設け，前述の音圧のピークを電気的に相殺するものである。
【００６３】
第二の実施例に用いる電気駆動回路を図１５に示す。図１５に示す電気駆動回路は図４に示す回路にさらに第二の共振抑制手段として帯域減衰フィルターいわゆるＢＥＦ（バンドエリミネーションフィルター）１５を付加したものである。
【００６４】
これにより図１６に示すようにＢＥＦの減衰特性を図１２に示す共振器による音圧吸収特性と略同一とすれば，図１１に示す第一の実施例とほぼ等価にすることができる。図１７（ａ），（ｂ）にＢＥＦとして用いる回路の一例を示す。これらの回路のＬＣＲの各値を適宜設定してこれに図示しないバッファー用増幅器を組み合わせれば容易に図１５の減衰特性を得ることができる。またＢＥＦは図１７のような電気回路素子の組み合わせによらなくとも近年ではデジタル技術（コンピューターとソフトウエア）でも容易に構成できる。
【００６５】
以上において，機械的共振器およびＢＥＦはただ一つでなく，共振周波数をずらせた複数のものを用いることもできる。そのようにして第二の共振抑制手段の抑制周波数帯域を調整することが可能である。
【００６６】
また，本件の発明は，第一の共振抑制手段として通気性がある音響抵抗物質を用い，さらに機械的共振手段あるいは電気的な帯域減衰フィルター（ＢＥＦ）による第二の共振抑制手段を備えることを特徴としているが，第二の共振抑制手段に機械的共振手段を用い，さらに第三の共振抑制手段として電気的な帯域減数フィルターを組み合わせるなどは任意である。
【００６７】
以上のように本件発明の第一，第二の実施例によれば，スピーカーユニットの振動板の背面側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たスピーカーユニットの振動板背面側に第一の共振抑制手段として通気性のある音響抵抗物質を配し低音域の機械共振を抑制した構造のスピーカーシステムを，前述の低音域の共振を抑制したことによる低音の音圧の不足を補うような周波数補正回路を備える電気駆動回路で駆動する音響装置において，前記の第一の共振抑制手段によって抑制しきれなかった低音域の機械共振を第二の機械共振抑制手段によって抑制するから，より周波数−音圧特性を平坦化できる。
【００６８】
また前記第二の機械共振抑制手段はエンクロージャー内部空間に接するホルムヘルツ共振器のような機械的共振器，あるいは電気駆動回路に設けた帯域減衰フィルターのような音圧上昇分のキャンセル回路で簡単に実現可能である。
【００６９】
第二の共振抑制手段に機械的共振器を使用した場合は，電気駆動回路が簡単な構成で済み，電気駆動回路に帯域減衰フィルターを設ける場合は，スピーカーシステムの構造が簡単な構造とできる。
【００７０】
さらに，本件発明による第二の共振抑制手段にホルムヘルツ共振器など機械的共振器を用いる場合は，エンクロージャーを小型に構成するために非常に好都合である。なぜなら，エンクロージャーを小型に構成することによって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共振周波数が上昇し，その共振を抑制する機械的共振器も小型のもので済むからである。
【００７１】
本件発明による第三の実施例を用いたスピーカーシステムを図１８に示す。図１８は図８に示す通気性のある音響抵抗物質８の共振抑制効果をさらに強化したものである。
【００７２】
図８のスピーカーシステムとの違いは図８に示すシステムではスピーカーユニット１と通気性を有する音響抵抗物質８が主空間１００１内に直接配置してあるのに対し，図１８の実施例では，エンクロージャー１０と壁部１６で覆われる小空間１７内に配置され，スピーカーユニット１の振動板１０１の振動によって生じる空気の振動は小空間１７の開口１７０１を通じてのみ主空間１００１に伝搬し，また逆に主空間１００１内の音響エネルギーすなわち空気の振動もまた開口１７０１を通じてのみ振動板１０１に伝搬することであり，さらに小空間内には振動板１０１の背面側に通気性を有する音響抵抗物質８，開口１７０１側に吸音材１８が配されていることである。
【００７３】
なお，音響抵抗物質８と吸音材１８の間の空間には適当な吸音材を充填されていてもよく，場合によっては空間のままでもよい。さらには吸音材１８と同一の材料で充填されていてもよいし音響抵抗物質８と吸音材１８は同一の材料で一体的に構成されていてもよい。
【００７４】
ここで音響抵抗物質８は，振動板１０１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，より具体的には空気に粘性があることを利用して通気面積を制限することで時間あたりの空気流量を制限するもので，通気性の発泡ウレタンや布や真綿などを使用できる。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。
【００７５】
吸音材１８には音響抵抗物質８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が配置密度は調整するものとする。このような構成により図８に示す実施例に対し以下に説明するようにさらなる共振抑制効果を得ることができる。図１９は図１８に示すスピーカーシステムの低音域の機械共振の等価回路である。
【００７６】
図１９に示す等価回路においてＲｔ１は前記の音響抵抗物質８の等価機械抵抗で，Ｒｔ２は吸音材１８の等価機械抵抗を示している。Ｃｔ１は振動板１０１と音響抵抗物質８の間の空間のスチフネス，ＲｅｓとＣｅｓは音響抵抗物質８より後から吸音材１８の間の等価機械抵抗と等価機械スチフネスである。Ｃｅ１，Ｃｅ２・・・はエンクロージャー１０内の主空間１００１から１００３のスチフネス，Ｒｅ１〜Ｒｅｎは主空間１００１から１００３内の吸音材９の等価機械抵抗，Ｃ∞は振動板１０１と鼓膜を含む空間の等価機械スチフネスである。
【００７７】
ここで，スピーカーユニット１とエンクロージャー１０内の空間の共振について図１９を用いて説明する。一番高い周波数の共振は，前述のとおりＣｏとＣｔの直列等価機械スチフネスとＭｏの等価機械質量の関係で起こるが，前述のとおりその周波数は４００Ｈｚ程度と考えられ音響抵抗物質８によりそのエネルギーは吸収される。次に高い周波数の共振はＣｏとＣｓ１〜Ｃｓ２の直列等価機械スチフネスとＭｏの等価機械質量の関係，すなわちスピーカーユニット１と小空間１７の関係で起こるが，小空間１７の容積が１リットル程度までであれば約３００Ｈｚ程度となり，そのエネルギーもまた音響抵抗物質８や吸音材１８により吸収される。
【００７８】
次に高い周波数の共振はＣｏとＣｅ１の直列等価スチフネスとＭｏの等価機械質量の関係，すなわちスピーカーユニット１と主空間１００１の関係で起こるが，前述のとおりその周波数は約１５０Ｈｚ程度である。１５０Ｈｚの周波数における吸音材の吸音率は前述のとおり０と１の中間になるが，音が通過する吸音材の厚みを厚くすれば吸音率を高めることができる。図１８に示すとおり振動板１０１から開口１７０１までの距離すなわち音響抵抗物質８と吸音材１８およびその間の空間に適当な吸音材を配した場合にその空気振動が通過する厚みは前述の１５０Ｈｚの周波数の音のエネルギーを吸収できる程度としてある。それによりスピーカーユニット１と主空間１００１間での空気振動の伝搬は音響抵抗物質８と吸音材１８により吸収され共振を抑制する。
【００７９】
一方で，スピーカーユニット１と主空間１００１の相互関係でおこる共振は，主空間１００１内も音響エネルギーで満たすが，瞬時では主空間１００１内の吸音材９によりその一部は吸収され，吸収できないエネルギーは主空間１００１を構成するエンクロージャーの内壁面と壁部１６の主空間１００１側の面及び開口１７０１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。しかし開口１７０１の面積分だけが振動板１０１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１６と開口１７０１がない図８の場合に比べて主空間１００１側から振動板１０１に作用するエネルギーは相応に制限されるからさらに共振抑制効果を高くできる。開口１７０１から振動板１０１に伝搬できなかったエネルギーは時間をかけて一部は開口１７０１から振動板１０１に伝搬し残りは吸音材９が吸収することになる。
【００８０】
以上のように図１８に示す第三の実施例の発明を用いたスピーカーシステムでは，図８に示すものに比べて，振動板１０１と主空間１００１との共振を生じる相互関係において，吸音材１８および吸音材１８と音響抵抗物質８間の吸音材，開口１７０１と壁部１６の作用により共振抑制効果を高めることができ，図４に示す電気駆動回路と組み合わせて使用することで周波数−音圧特性がより平坦な音響装置を得ることができる。
【００８１】
図１８において，小空間１７はエンクロージャー１０と該エンクロージャー１０に一体化された壁部１７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部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。
【００８２】
なお，図１１，図１３，図１４，図１８に示す本件発明を用いたスピーカーシステムの実施例では全て，図８に示すスピーカーシステムに本件発明を応用した実施例として説明したが，開口端１００４が閉じている場合，あるいは吸音材９が配されず，形状も図１に示したような単純な密閉型エンクロージャーに適用した場合でもスピーカーユニットとエンクロージャー内の空間の相互作用による共振を抑制し，より平坦な周波数−音圧特性を得るという目的に対する効果は同じである。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
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，サブウーハー装置などに適用できる。
【符号の説明】
【００８４】
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
２０１  ・・・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  ・・・開口端
８      ・・・通気性のある音響抵抗
９      ・・・通気性のある音響抵抗
１０    ・・・エンクロージャー
１００１・・・主空間
１００２・・・折り曲げた内部空間
１００３・・・折り曲げた内部空間
１００４・・・開口端部
１１    ・・・ホルムヘルツ共振器
１１０１・・・開口筒
１１０２・・・内部空間
１２    ・・・別の共振器
１２０１・・・質量を有する振動板
１２０２・・・弾性支持部
１３    ・・・自由空間
１４    ・・・別の共振器
１４０１・・・錘部
１４０２・・・板部
１４０３・・・基端部
１５    ・・・帯域減衰フィルター（ＢＥＦ）
１６    ・・・壁部
１７    ・・・小空間
１７０１・・・開口
１８    ・・・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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