JP5083703B2

JP5083703B2 - 並列配置空気室型構造スピーカ再生装置

Info

Publication number: JP5083703B2
Application number: JP2007101111A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　　茂
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-03-10
Filing date: 2007-03-10
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2027-03-10
Also published as: JP2008228259A

Description

本発明は、小型であっても豊かな低音を再生するためのスピーカ再生装置に関するものである。

従来のバスレフ型スピーカ再生装置は、ヘルムホルツの共鳴箱であり、スピーカ再生装置の低音域を補強する方法として最も広く利用されている方式である。

従来のバスレフ方式においては、ダクトが１つしかないため、ダクトの固有振動数を高めに設定せざるを得ず、従って低い音域まで再生するためには、口径の大きなウーファーを使用しなければならなかった。

一般のバスレフ型の低音域を補強する方法として、ダブルバスレフ型がある。ダブルバスレフ型は、スピーカユニットを取付ける空気室（本発明の背圧分配室に相当する）に、ダクトを介して１つの副空気室を付けたものであり、その副空気室に外部に開放されたダクトを１つ設けたものである。従ってダクトの共振周波数が２つしかない。
また、一般に共振周波数の間隔が大きくなるため、その間の周波数域では、音圧が十分に得られにくい。

ダブルバスレフ型と構造が類似のものとして、特許文献１が提案されている。この方式では、スピーカユニットを取付ける空気室のダクトが大気中に開放されているため、スピーカユニットの背圧が、大気に開放されてしまい、その他の空気室が十分に働かない。また、副空気室が２つあるが片方しか第一空気室に接続されておらず、本発明とはコンセプトが異っている。
また、非特許文献には長岡の著作が非特文献１，２など複数存在するが、いずれも空気室を直列に並べただけのダブルバスレフ構造であり、共振周波数が２つしかないため、共振周波数の間の再生音圧レベルが低くなることが文献中に明確に記載されている。
特開２００３−１６９３８６（Ｐ２００３−１６９３８６Ａ）長岡鉄男著「最新オリジナルスピーカー工作２０」音楽の友社１９８６年長岡鉄男著「オリジナル・スピーカー設計術こんなスピーカー見たことない」音楽の友社１９９６年

解決しようとする問題点は、従来のダブルバスレフ動作のスピーカ再生装置では共振周波数が２つしかなく、また、その間の帯域が広かったため、低音全域に亘る周波数応答が良好でなかった点である。

本発明は、「スピー
カ再生装置において、スピーカユニットを取付ける空気室（背圧分配室）に、ダクトを介して少くとも２個以上の副空気室を並列接続しており、前記並列接続と
は、それぞれの前記副空気室が、前記ダクトを介して前記背圧分配室に直接接続されていることを云うものであり、そして、前記各副空気室は、前記ダクトと異
なる、大気に音圧を放散するダクトを備えていることを特徴とする、スピーカ再生装置。」であり、背圧を分配する空気室と、そこに、ダクトを通して繋げた副空気室を２個以上並列に配置することにより、バスレフ動作の共振周波数を４個以上設け、なおかつ共振周波数の間の周波数帯域を自由に決めることにより、低域まで、良好な周波数応答で再生することを主要な特徴とする。

本発明の並列配置空気室型構造スピーカ再生装置は、背圧分配室を設けることにより、接続された複数の空気室に設けられたバス
レフダクトの数だけバスレフ共振周波数を付加することができる。このため、低音域の良好な周波数応答特性を実現できるという利点がある。
更に、スピーカ振動板からの音圧が不足する低音域に共振周波数が現れるよう設計することによって、広い音域に亘って良好な音圧特性を得ることができる。

背圧分配室に２個以上の副空気室を並列に接続した構造のキャビネットを有するスピーカ再生装置とする。

図１は、本発明装置の１実施例を裏側から見た構造図である。内部の構造を示すため裏側の外板は省略してある。０はスピーカユ
ニットの背圧を分散するための背圧分配室であり、１ａ，２ａ，３ａ，及び４ａは、背圧分配室０と副空気室１，２，３，及び４を連結するダクトである。ス
ピーカユニットの背面から放射された音圧は、ダクト１ａ，２ａ，３ａ，及び４ａを通して副空気室１，２，３，及び４にそれぞれ分配され、それらの背圧はダ
クト１ｂ，２ｂ，３ｂ，及び４ｂを通してそれぞれ外部に放射される。
この例においては、スピーカユニットに、Ｔａｎｇｂａｎｄ社製のＷ３−５１７ＳＡ型を使用した。Ｗ３−５１７ＳＡ型は、口径３インチのフルレンジ型のユニットであり、メーカーの仕様では、再生周波数帯域は、１００Ｈｚ〜１９ｋＨｚとなっている。
背圧分配室０の容積は、１．０１リットル、副空気室１〜４の容積は、夫々、１．９９リットル、２．００リットル、２．０８リットル、２．０８
リットルとした。また、ダクト１ａ〜４ａ及び１ｂ〜４ｂの断面形状は全て円形とし、１ａ〜４ａの断面直径×長さは、２５ｍｍ×５１ｍｍ、２７ｍｍ×
５２ｍｍ、２９ｍｍ×２４ｍｍ、３２ｍｍ×２５ｍｍ、また、１ｂ〜４ｂの直径×長さは、夫々、２５ｍｍ×６５ｍｍ、２７ｍｍ×５２ｍｍ、２９ｍｍ×
２４ｍｍ、３２ｍｍ×２５ｍｍとした。この製作例においては、ダクト１ｂ〜４ｂのいずれかを塞いで調節できるので、３ｂおよび４ｂを塞いだ状態で使用したものを参考例とした。この結果、ダクトの共振周波数は、４２２Ｈｚ，１９４Ｈｚ，１７２Ｈｚ，１４１Ｈｚ，７３Ｈｚ，及び３７Ｈｚとなった。
この参考例では、周波数特性は、図４のようになった。図４では、概ね１７０Ｈｚ以上の音圧レベルが下降しているが、これは使用したスイープ信
号自体が、そのように下降しているので、そのことを考慮するとスピーカシステムの応答特性は４０Ｈｚ以上１９ｋＨｚまで、ほぼ平坦であり、メーカー仕様の
１００Ｈｚ以下を十分なレベルで再生することができた。

図２の動作原理図において、背圧分配室０にはスピーカユニットが取付けられている。
スピーカユニットの背面から放射された音圧は、ダクト１ａ〜４ａを通して各副空気室に分散される。また、各副空気室を通った音圧は、ダクト
１ｂ〜４ｂを通して大気中に放射される。背圧分配室０及び各副空気室１〜４は、空気ばねとして作用し、また、各ダクト内の空気は、質量として作用するた
め、スピーカシステム全体は固有振動系を構成する。
この図において、ダクトの数が８であるため、自由度８の振動系を構成する。ｋは、各空気室にある空気のばね定数を表し、ｍは、各ダクト内の空
気の質量を表す。ｋについては、簡略化するため、ｋ０からｋ４までの５種類しか書いていないが、各ダクトの断面積が異るため、実際の計算にあたってはそれ
ぞれのダクトの断面積に反比例した値として計算する。計算式の詳細は数１に示す。参考例の場合は、ダクト３ｂおよび４ｂを塞いだので、これらのダクトはないものとして計算した。この場合、これらのダクト内にある空気の質量を十分に大きくすることによって近似計算した。

一般に密閉した箱にダクトを付けた場合には、箱がばね、ダクト内の空気がひとつの塊として固有振動系を構成することが分かっている（ヘルムホルツの共鳴箱）。
本発明においては、ヘルムホルツの式を多自由度の振動系に拡張して用いた。
動作原理を示す図２において、各ダクト内の空気の質量ｍ_ｊは、表１の（１）式で表される。また、背圧分配室を含む各空気室の各ダクトに対するばね定数ｋ_ｊ ^＊は、表１の（３）式で形式的に定義したばね定数Ｋ_ｊ使および各ダクト断面積ａ_ｊと振動板面積ａ_０との面積比ｒ_ｊを用いて表１の式（２）のよう表される。
ここで副空気室の数をＮ個とした場合の、系の自由振動の運動方程式は、数１の（５）式で表される。（５）式を行列形式で表したものが、数１の（６）〜（１２）式であり、数１の（１３）の固有方程式を解くことにより共振周波数を求めることができる。固有方程式は、ヤコビ法で数値的に解いた。
固有方程式を解いて求めた共振周波数においては、スピーカ再生装置の音圧が大きくなるため、スピーカ振動板からの音圧が不足する低音域に共振周波数が現れるよう設計することによって、広い音域に亘って良好な音圧特性を得ることができる。

上記の数式（７）〜（１２）においては、副空気室の数を、作例１の場合と同じく４個とした場合のものである。

ここで提案した方程式を解くことにより、共振周波数を任意に分散させることができ、結果として、スピーカユニット前面から放射される音圧が低い周波数帯域についても、スピーカキャビネットの固有振動による音圧を負荷することができる。

図３は、副空気室を２に簡略化した場合の実施例の構造図である。動作原理は、図２の動作原理図のうち副空気室３、４及び接続するダクト３ａ、４ａ、３ｂ、４ｂを省略して簡略化したものである。
この例においては、背圧分配室０の容積は、１．３９リットル、副空気室１，２の容積は、夫々、約１．２４リットル、１．５６リットルとした。
また、ダクト１ａ、２ａ、１ｂ、２ｂの断面形状は正方形とし、１辺の長さ×ダクトの長さは、２６ｍｍ×７０ｍｍ、２６ｍｍ×７０ｍｍ、２６ｍｍ×
１０４ｍｍ、２６ｍｍ×１０４ｍｍとした。スピーカ振動板には、直径６０ｍｍのものを用いた。この結果、ダクトの共振周波数は、２１８Ｈｚ，１５１Ｈｚ，
８５Ｈｚ及び４６Ｈｚとなった。
実施例１に比べてダクトの数が少く、振動の自由度が４であるため共振周波数は４つとなった。参考例と同様でＮ＝２としたときの支配方程式により、固有振動数を求めることができ、よって共振周波数を求めることができる。

構造図（実施例１）並列配置空気室型構造スピーカ再生装置の副空気室が４つの場合の構造図である。原理図（実施例１）並列配置空気室型構造スピーカ再生装置の副空気室が４つの場合の動作原理図である。構造図（実施例２）並列配置空気室型構造スピーカ再生装置の副空気室が２つの場合の構造図である。参考例の場合の周波数特性

符号の説明

０背圧分配室
１副空気室（１）
１ａ背圧分配室（０）と副空気室（１）をつなぐダクト
１ｂ副空気室（１）から大気に音圧を放散するダクト
２ａ背圧分配室（０）と副空気室（２）をつなぐダクト
２ｂ副空気室（２）から大気に音圧を放散するダクト
３ａ背圧分配室（０）と副空気室（３）をつなぐダクト
３ｂ副空気室（３）から大気に音圧を放散するダクト
４ａ背圧分配室（０）と副空気室（４）をつなぐダクト
４ｂ副空気室（４）から大気に音圧を放散するダクト

Claims

スピーカ再生装置において、スピーカユニットを取付ける空気室（背圧分配室）に、ダクトを介して少くとも２個以上の副空気室を並列接続しており、前記並列接続とは、それぞれの前記副空気室が、前記ダクトを介して前記背圧分配室に直接接続されていることを云うものであり、そして、前記各副空気室は、前記ダクトと異なる、大気に音圧を放散するダクトを備えていることを特徴とする、スピーカ再生装置。