JP2009094706A - スピーカシステムおよびスピーカ用ボックス - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、スピーカ用ボックスを特殊な形状にしなくても、音圧周波数特性の制御可能なスピーカシステムを実現することを目的とする。
【解決手段】音波を反射しかつ吸音する吸音部材１６をボックス１７の前面バッフル１７ａ面に担持することによって、ボックス１７による回折効果を制御することが可能になる。したがって、スピーカユニット１１の音圧周波数特性および音質を損ねない密閉型スピーカシステム１０を実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、音響機器に用いるスピーカシステムおよびスピーカ用ボックスに関する。

現在市販されている代表的なスピーカシステムとしては、密閉型スピーカシステムと、密閉型スピーカシステムに音響ポートを装着したバスレフ型スピーカシステムと、ドロンコーン型スピーカシステムが主流をなしている。これらのスピーカシステムに採用されているスピーカボックス（以下、単にボックスと言う）の形状は、直方体が一般的である。ボックスを直方体にすると、音の回折効果によりスピーカシステムの音圧に山谷が生じて音質を損ねる要因になっていた。
そこで、これを解決するために、従来はボックスの角を丸くしたり、ボックスを卵形や球形にしたりして、音圧の山谷を平坦化していた。
特許公開２００２−２４７６７５ 佐伯多門 監修「新版スピーカ＆エンクロージャー百科」（株）第７刷、１１２ページ、誠文堂新光社（２００５年９月１５日発行）

しかしながら、従来のボックスは、木材やプラスチックなどの剛体（反射率：略１）からなる材料を使用していた。したがって、このような剛体からなるボックスを特殊な形状にすると、イ）製造コストが高くなる、ロ）デザイン上の制約を受ける、などの問題があった。

そこで本発明は、係る問題を解決して、ボックスを特殊な形状にしなくても、音圧周波数特性の制御可能なスピーカシステムを提供することを目的とする。

上記の問題を解決して目的を達成するために、本発明のスピーカシステムは、スピーカユニットと、スピーカユニットを装着するボックスと、音波を反射しかつ吸収する吸音部材とを備え、吸音部材がスピーカユニットの前面から放射した音波の伝播空間に担持されていることを特徴とする。

以上のような構成にすることによって、ボックスによる回折効果を制御することが可能になる。したがって、スピーカユニットの音圧周波数特性および音質を損ねないスピーカシステムを実現することができる。また、スピーカユニットの音圧周波数特性の山谷を抑制するように回折効果を制御することが可能になる。したがって、音圧周波数特性の平坦なスピーカシステムを実現することができる。

吸音部材によってボックスによる回折効果が制御されるメカニズムについては、未だ理論的な解析が十分になされていないので定かではないが、発明者等は以下のように推察している。
すなわち、スピーカユニットから放射された音波が吸音部材に衝突すると、吸音部材で反射した音波によって形成された回折音場が、スピーカユニットから直接放射された音波に重畳される。この回折音場の音圧周波数特性は、用いる吸音部材の反射率および吸音率によって変化する。したがって、吸音部材の反射率および吸音率を適切に選ぶことによって、スピーカシステムの音圧の山谷が平坦化されるものと推察している。

本発明のスピーカシステムは、吸音部材がボックスのスピーカユニット装着面に担持されていることを特徴とする。
また、吸音部材がボックスの周縁部に担持されていることを特徴とする。
さらに、吸音部材がボックスのスピーカユニット装着面および周縁部に担持されていることを特徴とする。

以上のような構成にすることによって、回折効果による音圧の山谷を小さくすることが可能になる。

また、本発明のスピーカシステムは、吸音部材がボックスのスピーカユニット装着面より前方に突出していることを特徴とする。
このような構成にすることによって、スピーカシステムの音圧の山谷を平坦化することが可能になる。

また、本発明のスピーカシステムは、吸音部材が互いに異なる反射率および吸音率を有する複数の材料で構成されていることを特徴とする。
このような構成にすることによって、回折効果による音場の山谷の設計自由度を高くすることができる。その理由は、吸音部材からの反射波の不連続性を減らし、反射波をなだらかにすることができるからである。

本発明のスピーカシステムによれば、従来のようにボックスを特殊な形状にしなくても、回折効果によって形成された音場の音圧を制御することができるため、スピーカシステムの音圧周波数特性を制御することができる効果が得られる。したがって、スピーカシステムの音圧周波数特性を平坦化することができる。また、ボックスの形状およびデザインの設計自由度が高くなる。

以下、本発明の実施の形態について図１〜図１６の図面を参照にして説明する。

(第１の実施の形態)
図１および図３〜図５は本発明に係るスピーカシステムの一構成例を示す概略図である。図２は、本発明に係るスピーカシステムに担持する吸音部材の配置を説明するための説明図である。尚、各図面において、同じ構成要素については同じ符号を付与し、重複する説明については省略する。

以下、スピーカシステムとして密閉型スピーカシステムを例にして説明する。
〔密閉型スピーカシステムの構成〕
図１は、ダイナミック型スピーカユニットを用いた密閉型スピーカシステムの一構成例である。図１Ａは密閉型スピーカシステム１０の側面の断面概略図である。図１Ｂは、図１Ａに示す矢印Ｘから見た密閉型スピーカシステム１０の正面概略図である。

図１において、１７は木・プラスチックなどの剛体からなるボックス、１７ａはボックス１７の前面バッフル、１１はスピーカユニット、１２はスピーカユニットのマグネット、１３はスピーカユニット１１の振動板、１４はスピーカユニット１１のフレーム、１５はスピーカユニット１１のエッジ、１６は振動板１３の前面から放射した音波を反射しかつ吸収する材料からなる吸音部材である。本実施形態の密閉型スピーカシステム１０は、スピーカユニット１１をボックス１７に装着したスピーカシステム（以下、基準スピーカシステムと言う）の前面バッフル１７ａの全表面に吸音部材１６を担持した構成になっている。

吸音部材１６の厚さ（ｔ）は、用いる吸音部材１６の反射率および吸音率、スピーカユニット１１の音圧周波数特性、要求される音質などに応じて所望の厚さに設定すればよい。一般的には、４０ｍｍ以下の厚さで音圧の山谷が小さくなる。厚さ（ｔ）を４０ｍｍより厚くする場合は、吸音部材１６がホーン効果を有することになるため、ホーンを適切な形状にする必要がある。最適なホーン形状にすると、音圧の山谷がさらに小さくなるため、音圧の平坦化に有効である。

図３〜図５は、吸音部材１６を前面バッフル１７ａに担持させた他の密閉型スピーカシステムの構成例である。尚、ここでは図１で説明した密閉型スピーカシステム１０と異なる構成についてのみ説明し、同じ構成については説明を省略する。

図３に示す密閉型スピーカシステム３０は、吸音部材１６をスピーカユニット１１の外縁部に沿って円環状に担持させ、前面バッフル１７ａの一部を露出させた構成になっている。

図４に示す密閉型スピーカシステム４０は、前面バッフル１７ａの一部をスピーカユニット１１の外縁部に沿って円環状に露出させ、それ以外の部分の前面バッフル１７ａに吸音部材１６を担持させた構成になっている。

図３および図４に示したように、前面バッフル１７ａの一部を露出すると、反射率および吸音率が互いに異なる材料で構成することができる。このような構成にすることによって、前面バッフル１７ａによる回折効果と、吸音部材１６による回折効果とを重畳した音質が得られるため、音質の設計自由度が高くなる。

図５に示す密閉型スピーカシステムは、図１で説明した吸音部材１６を前面バッフル１７ａより大きくした構成になっている。吸音部材１６の形状は、図５Ａに示すように、吸音部材１６の各辺の長さを前面バッフル１７ａの各辺より長くしてもよい。この形態は、特に壁などに埋め込む埋め込み型スピーカシステムに好適である。

また、密閉型スピーカシステムを床に設置する用途に用いる場合は、図５Ｂに示すように、吸音部材１６の下辺と前面バッフル１７ａの下辺とが面一になるようにすればよい。

吸音部材１６の形態を図５に示す構成にすることによって、吸音部材１６による回折効果が大きくなるため、音圧の山谷をより小さくすることできる。したがって、音圧周波数特性の山谷の大きなスピーカユニット１１を用いても、音圧の山谷の小さなスピーカシステムを構築することができる。

以上に説明したように、吸音部材１６の形態は、用いる吸音部材１６の反射率および吸音率、スピーカユニット１１の音圧周波数特性、要求される音質などに応じて所望の形態にすればよい。したがって、吸音部材１６の形態は、以上に説明した形態に限定されるものではない。つぎに、吸音部材１６の配置について説明する。

〔吸音部材の配置〕
図２は、図１で説明した基準スピーカシステムを例にして、吸音部材１６の配置を説明するための説明図である。図２Ａは、基準スピーカシステムの断面付近の空間を示す断面空間図である。図２Ｂは、基準スピーカシステムの正面付近の空間を示す正面空間図である。

吸音部材１６は、図２のハッチングで示した空間の任意の位置に設ければよい。すなわち、スピーカユニット１１の振動板１３前面から放射された音波が伝播する空間であって、ボックス１７の開口部２１を前方に平行移動して形成される空間（振動板１３の前方空間）を除く位置に設ければよい。
つぎに、吸音部材１６の配置を変えた実施形態について説明する。

(第２の実施の形態)
図６から図８は、吸音部材１６を図１で説明した基準スピーカシステムのボックス１７の周縁部に設けた密閉型スピーカシステムの一構成例を示す概略図である。図１と異なる点は吸音部材１６を担持する位置のみである。したがって、図１と同じ構成要素については同じ符号を付与して重複する構成については説明を省略し、図１と異なる構成についてのみ説明する。

図６に示す密閉型スピーカシステム６０は、吸音部材１６を前面バッフル１７ａの周縁部の前方に設けた構成になっている。すなわち、前面バッフル１７ａ前面と吸音部材１６の前面とが面一になるように吸音部材１６が設けられている。

図７に示す密閉型スピーカシステム７０は、図６で説明した吸音部材１６の下部を切り取って、吸音部材１６の下辺と前面バッフル１７ａの下辺とが面一になるように吸音部材１６が設けられている。

図８に示す密閉型スピーカシステム８０は、図７で説明した吸音部材１６がボックス１７の外壁と間隙８２を設けて配置されている構成になっている。吸音部材１６は、前面バッフル１７ａに設けた支持台８１に担持され、前面バッフル１７ａ面と吸音部材１６の前面とが面一になるように設けられている。

吸音部材１６を図６および図７に示した位置に担持させることによって、前面バッフル１７ａによる回折効果と、吸音部材１６による回折効果とを重畳した音質が得られる。したがって、吸音部材１６の表面積および前面バッフル１７ａの表面積を変えることによって、音質を制御することができるため、音質の設計自由度が高くなる。また、図８に示すように、吸音部材１６とボックス１７との間に間隙８２を設けた構成にすると、スピーカユニット１１からの音波の一部が間隙８２を通過するため、さらに音質の設計自由度を高くすることができる。

尚、図６〜図８では吸音部材１６の前面と、前面バッフル１７ａ面とを面一にしたが、図９に示すように、吸音部材１６を前面バッフル１７ａ面より前方に突出した構成にしてもよい。
このような構成にすることによって、吸音部材１６による回折効果に加えて、突出させた吸音部材１６によるホーン効果が発現する。したがって、スピーカシステムの音圧の山谷を平坦化させる手段として有効である。

ホーン効果は吸音部材１６の突出し量に比例して大きくなる。一般的には、突出し量を４０ｍｍ以上、好ましくは６０ｍｍ以上にすると音圧の山谷が平坦化される点で望ましい。

(第３の実施の形態)
図１０は、図５Ａで説明した吸音部材１６を互いに反射率および吸音率の異なる材料で構成した密閉型スピーカシステム１００の一構成例を示す概略図である。図５Ａと異なる点は吸音部材１６の材料構成のみであり、その他の構成は図５Ａと同じである。したがって、図５Ａと同じ構成要素については同じ符号を付与して重複する構成については説明を省略し、図５Ａと異なる構成についてのみ説明する。

図１０において、前面バッフル１７ａ面に担持されている吸音部材１６ａと、吸音部材１６ａの周縁部に担持されている吸音部材１６ｂとは、互いに反射率および吸音率の異なる材料で構成されている。
このような構成にすることによって、吸音部材１６ａおよび１６ｂと、ボックス１７の外側の空気層との反射波の不連続性を減らし、反射波をなだらかにすることができる。しがたって、吸音部材の回折効果による音場の山谷の設計自由度をさらに高くすることができる。
尚、図１０は、吸音部材１６ａと１６ｂとの２種類の吸音部材を用いた構成例であるが、必要に応じて３種類以上の吸音部材で構成してもよい。また、複数の異なる吸音材料を複合してなる複合吸音部材でもよい。

以上に説明したスピーカシステムはいずれも密閉型スピーカシステムであるが、本発明によるスピーカシステムはバスレフ型スピーカシステム、ドロンコーン型スピーカシステムなどにも適用することができる。つぎに、バスレフ型スピーカシステムへの適用例について説明する。

〔バスレフ型スピーカシステムの構成〕
図１５は、本発明に係るバスレフ型スピーカシステムの一構成例を示す概略図である。図１５に示すバスレフ型スピーカシステム１５０は、ボックス１７の一部に音響ポート１５１が装着されている以外は図１に示した密閉型スピーカシステム１０と基本的な構成は同じである。したがって、図１と同じ構成要素については、図１と同一の符号を付与し説明を省略する。ここでは、図１と異なる構成についてのみ説明する。

吸音部材１６は、図１５に示すように、前面バッフル１７ａ全面に担持されている。尚、吸音部材１６の形態は、図１５に示す形態に限定されるものではなく、第１から第３の実施の形態で説明した形態にしてもよいことは勿論である。

〔吸音部材の構成〕
本発明に適用し得る吸音部材１６としては、音波を反射しかつ吸収するものであればいずれでもよい。具体的には、音響学で言う軟らかい材料すなわち音波の反射率（以下、単に反射率と言う）が１より小さい材料であればいずれでもよい。このような材料としては、連続気泡発泡体あるいは独立気泡と連続気泡とが混在している半独立気泡発泡体の樹脂・合成ゴムなどがある。
因みに、従来のボックスに用いられている木やプラスチックなどの剛体は、いずれも硬い材料に属し、反射率が略１である。

連続気泡発泡体あるいは半独立気泡発泡体としては、熱可塑性ポリウレタン・熱可塑性ポリオレフィン・熱可塑性ポリスチレンなどのエラストマ、ＮＢＲ・ＳＢＲ・シリコンゴム・エチレンプロピレンゴムなどの合成ゴムを材料にして発泡させたものがある。これらの発泡体の反射率を１より小さくするには、通気度が１０ｃｃ／ｃｍ^２／ｓｅｃ以下、好ましくは略１ｃｃ／ｃｍ^２／ｓｅｃになるように発泡させることにより容易に得られる。通気度を１０ｃｃ／ｃｍ^２／ｓｅｃ以下にすると、回折効果が大きくなる点で好ましい。
一般的に、通気度が１０ｃｃ／ｃｍ^２／ｓｅｃ以下の連続気泡発泡体あるいは半独立気泡発泡体の反射率は０．８以下である。

（具体的実施例１）
以下に示すスピーカユニットを内容積０．６６リットルの密閉型ボックスに装着した基準スピーカシステムを用意した。
（スピーカユニットの規格）
スピーカユニットの種類：ダイナミック型スピーカユニット「ＥＡＳ８Ｐ１７０Ａ」（パナソニック社製）
口径：φ７０ｍｍ
インピーダンス：６Ω
最低共振周波数（ｆ_０）：１５５Ｈｚ
再生周波数帯域：ｆ_０〜３２ｋＨｚ
出力音圧レベル：８３．５ｄＢ／Ｗ（１ｍ）
ｍ_０：２．４ｇ
Ｑ_０：１．２
（密閉型ボックスの構成）
ボックスの内寸法：縦１１０×横１００×奥行６０ｍｍ
ボックスの材料：パーティクルボード（板厚：１５ｍｍ、反射率：略１）

つぎに、以下に示す吸音部材１６をボックス１７の前面バッフル１７ａに接着して、図１に示すような密閉型スピーカシステム１０を作成した。
（吸音部材１６の構成）
吸音部材の材料：ウレタンフォーム（ブリヂストン株式会社製「ＤＯＸ」、通気度：約１ｃｃ／ｃｍ^２／ｓｅｃ、反射率：約０．７）
吸音部材の寸法：縦２５０×横２２０×厚２０ｍｍ
尚、ウレタンフォーム「ＤＯＸ」の垂直入射吸音率を図１６に示す。

上述した密閉型スピーカシステム１０を無響室で測定した音圧周波数特性を図１３の実線で示す。尚、図１３中の点線は、基準スピーカシステムの音圧周波数特性である。図１３から分かるように、吸音部材１６を前面バッフル１７ａに担持させることによって、最低共振周波数付近から１ｋＨｚ付近までの中音域の音圧が、基準スピーカシステムより高くなりしかも音圧の山谷が小さくなった。

（具体的実施例２）
具体的実施例１と同様の基準スピーカシステムを用意し、図６に示すように、前面バッフル１７ａ面と吸音部材１６の前面とが面一になるように吸音部材１６を、前面バッフル１７ａの周縁部に襟巻状に取り付けた密閉型スピーカシステム６０を作成した。
（吸音部材１６の構成）
吸音部材の材料：ウレタンフォーム（ブリヂストン株式会社製「ＤＯＸ」）
吸音部材の寸法；外形寸法：縦３００×横２９０×厚２０ｍｍ
内形寸法：縦１４０×横１３０ｍｍ

上述した密閉型スピーカシステム６０を無響室で測定した音圧周波数特性を図１１の実線で示す。尚、図１１中の点線は、基準スピーカシステムの音圧周波数特性である。図１１から分かるように、吸音部材１６を前面バッフル１７ａの周縁部に担持させることによって、中音域の音圧が基準スピーカシステムより高くかつ平坦化され、しかも具体的実施例１で説明した密閉型スピーカシステム１０より中音域の音圧波形がさらに平坦化された。

（具体的実施例３）
具体的実施例１と同様の基準スピーカシステムを用意し、図９に示すように、以下に示す吸音部材１６をバッフル１７ａ面から８０ｍｍ突出してボックス１７の周縁部に取り付けた密閉型スピーカシステム９０を作成した。
（吸音部材１６の構成）
吸音部材の材料：ウレタンフォーム（ブリヂストン株式会社製「ＤＯＸ」）
吸音部材の寸法；外形寸法：縦１５０×横１４０×奥行９０ｍｍ
内形寸法：縦１１０×横１００ｍｍ

上述した密閉型スピーカシステム９０を無響室で測定した音圧周波数特性を図１４の実線で示す。尚、図１４中の点線は、基準スピーカシステムの音圧周波数特性である。図１４から分かるように、中音域の音圧が基準スピーカシステムより高くかつ平坦化され、しかも具体的実施例２で説明した密閉型スピーカシステム６０より低中音域の音圧レベルが高くなり、かつ中音域の音圧波形がさらに平坦化された。

（比較例１）
具体的実施例２で説明した密閉型スピーカシステム６０の吸音部材１６（ウレタンフォーム）を以下に示す木板に変えた密閉型スピーカシステムの音圧周波数特性を図１２の実線で示す。尚、図１２中の点線は、基準スピーカシステムの音圧周波数特性である。
（木板の構成）
木板の材料：杉板（反射率：略１）
木板の寸法；外形寸法：縦３００×横２９０×厚１０ｍｍ
内形寸法：縦１４０×横１３０ｍｍ

図１２から分かるように、具体的実施例２で説明した密閉型スピーカシステム６０と比較すると、最低共振周波数から５００Ｈｚの音圧が２〜４ｄＢほど低くなりしかも音圧の山谷が大きくなった。

本発明に係るスピーカシステムおよびスピーカ用ボックスは音響機器分野に有用である。

本発明に係る密閉型スピーカシステムの一構成例を示す概略図。 本発明に係る吸音部材の配置を説明するための説明図。 本発明に係る他の密閉型スピーカシステムの一構成例を示す概略図。 本発明に係る他の密閉型スピーカシステムの一構成例を示す概略図。 本発明に係る他の密閉型スピーカシステムの一構成例を示す概略図。 本発明に係る他の密閉型スピーカシステムの一構成例を示す概略図。 本発明に係る他の密閉型スピーカシステムの一構成例を示す概略図。 本発明に係る他の密閉型スピーカシステムの一構成例を示す概略図。 本発明に係る他の密閉型スピーカシステムの一構成例を示す概略図。 本発明に係る他の密閉型スピーカシステムの一構成例を示す概略図。 本発明に係る密閉型スピーカシステムの音圧周波数特性図。 比較例で用いた密閉型スピーカシステムの音圧周波数特性図。 本発明に係る他の密閉型スピーカシステムの音圧周波数特性図。 本発明に係る他の密閉型スピーカシステムの音圧周波数特性図。本発明に係る音響抵抗部材の垂直入射吸音率の一例を示す垂直入射吸音率特性図。 本発明に係るバスレフ型スピーカシステムの一構成例を示す概略図。 本発明に係る吸音部材の垂直入射吸音率を示す吸音特性図。

符号の説明

１０、３０、４０、６０、７０、８０、９０、１００ 密閉型スピーカシステム
１１ スピーカユニット
１６ 吸音部材
１７ ボックス
１７ａ 前面バッフル
１５０ バスレフ型スピーカシステム

Claims (12)

1. スピーカユニットと、前記スピーカユニットを装着するボックスと、音波を反射しかつ吸収する吸音部材とを備え、前記吸音部材が前記スピーカユニットの前面から放射した音波の伝播空間に担持されていることを特徴とするスピーカシステム。
2. 前記吸音部材が前記ボックスのスピーカユニット装着面に担持されてい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。
3. 前記吸音部材が前記ボックスの周縁部に担持されていることを特徴とする請求項１もしくは２に記載のスピーカシステム。
4. 前記吸音部材が前記ボックスのスピーカユニット装着面より前方に突出してい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。
5. 前記ボックスと前記吸音部材とが、互いに異なる反射率および吸音率を有する材料で構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のスピーカシステム。
6. 前記吸音部材が、互いに異なる反射率および吸音率を有する複数の材料で構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のスピーカシステム。
7. 前記スピーカユニットが密閉されたボックスに装着されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のスピーカシステム。
8. 前記ボックスの一部に音響ポートが具備されていることを特徴とする請求項７に記載のスピーカシステム。
9. スピーカユニットを装着するための開口部を有するボックスと、音波を反射しかつ吸収する吸音部材とを備え、前記吸音部材が前記ボックスの外側に担持されていることを特徴とするスピーカ用ボックス。
10. 前記吸音部材が前記開口部を有するボックス面に担持されていることを特徴とする請求項９に記載のスピーカ用ボックス。
11. 前記吸音部材が前記ボックスの周縁部に担持されていることを特徴とする請求項９もしくは１０に記載のスピーカ用ボックス。
12. 前記吸音部材が前記開口部を有するボックス面より前方に突出していることを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載のスピーカ用ボックス。

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