JPH01241296A - 音響装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、開口管ボートを有するヘルムホルツ共鳴器
に振動器を配設し、この振動器を駆動することにより共
鳴音響を放射するようにした音響装置に関し、特に、該
ヘルムホルツ共鳴器駆動時に生ずるヘルムホルツ共鳴音
以外の共鳴音を除去し、もって放射音響の歪特性改善を
図った音響装置に関する。

［従来の技術］ ヘルムホルツ共鳴を単独利用した音響装置として位相反
転形（バスレフ形）スピーカシステムが知られている。

第７図は、バスレフ形スピーカシステムの構成の一例を
示す斜視図および断面図である。同図のスピーカシステ
ムは、箱体６の前面に穴を開けて振動板２および動電形
スピーカ３からなる振動器を取り付け、また、その下方
に音道７を有する開口管ボート８を設けている。ここで
、通常の基本設定に従ったバスレフ形スピーカシステム
においては、箱体６の空気バネと音道７の空気質量によ
る共据周波数（共鳴周波数）ｆｏｒを、バスレフ形箱体
に組み込んだ状態での振動器（スピーカ）の最低共振周
波数ｆＯよりも低く設定しである。そして、前記の空気
バネと空気質量による共振周波数よりも高い周波数では
、振動板２の後面からの音圧が音道７のところで逆位相
となり、従って箱体６の前方では、振動板２の前面から
の直接放射音と開口ボートからの音が結果的に同位相と
なり、音圧が強められる。その結果、最適設計されたバ
スレフ形スピーカシステムによれば、出力音圧の周波数
特性を振動器の前記共振周波数ｆ０以下まで伸ばすこと
ができ、第８図に２点鎖線で示すように、−様再生範囲
を無限平面バフルや密閉形バブルよりも広げることがで
きる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このようなバスレフ形スピーカシステム
においては、開口管ボート部で開管共鳴が発生し、この
共鳴音がそのまま音響の歪成分または雑音として放射さ
れるという不都合があった。

このような歪または雑音を除去するために、ボート中央
部に径狭部を形成し、ボート共鳴を除去することが提案
されている（実公昭５４　３５０６８号参照）。しかし
、この場合、フィルター効果を増大させようとして径狭
部の径を狭くすればする程、ボートの音響抵抗は増大し
、ヘルムホルツ共鳴のＱが低下していき、スピーカシス
テムとしての挙動が密閉動作に近づいて、周波数特性が
第８図の１点鎖線で示す特性に近づき、したがって低音
放射能力が低下するという問題があった。

この発明は、上述の従来形における問題点に鑑み、開口
管ボートを有するヘルムホルツ共鳴器を用いた音響装置
において、このヘルムホルツ共鳴器のＱ、したがってこ
のヘルムホルツ共鳴器を備えた音響装置の低音放射能力
をできるだけ犠牲にしないでこのヘルムホルツ共鳴器の
駆動時に生じる不要な開管共鳴音を防止して雑音または
放射音歪を低減することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上述した課題を解決するため、この発明では、ヘルムホ
ルツ共鳴器の開口管ボートの開管共鳴の速度節を生ずる
部分の近傍に開管共鳴周波数に共鳴する別の共鳴器を付
設している。

開管共鳴周波数に共鳴する別の共鳴器としては、開口管
ボートの開管共鳴周波数にチューニングしたヘルムホル
ツ共鳴器または閉管共鳴器等を用いることができる。

［作用］ 共鳴器は、反面、共鳴周波数音の吸収器でもあるから、
上述の構成からなるこの発明においては、ヘルムホルツ
共鳴器の開口管ポートにおいてへルムホルッ共鳴とは独
立して発生する不要共鳴音、すなわちポート長により決
まる開管共鳴音が前記別の共鳴器により吸収され、打ち
消される。

この共鳴音打ち消し効果は、前記別の共鳴器の付設位置
が前記開管共鳴の速度節位置に近い程大きい。

［効果コ この発明によれば、上述のように不要共鳴音が吸収され
、打ち消される結果、前記へルムホルツ共鳴器を用いた
音響装置の雑音または歪成分である開管共鳴音の放射が
低減または防止される。

また、前記別の共鳴器は特定の周波数のみにチューニン
グし、不要撮動（不要共鳴音）のみを取り除くことがで
きる。したがって不要撮動周波数がヘルムホルツ共鳴周
波数と充分に離れている場合、ヘルムホルツ共鳴に悪影
習を及ぼすことなく不要撮動を取り除くことができる。

さらに、開口管ボートを極端に狭める必要がないため、
この点からもヘルムホルツ共鳴に及ぼす影響は少ない。

［実施例］ 以下、添付の第１図ないし第６図を参照して、この発明
の詳細な説明する。なお、図面の説明において同一の要
素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

第１図は、この発明の一実施例に係る音響装置の基本的
構成を示している。同図の音響装置は、共鳴放Ｏｉ部を
なす間口ボート１１を僅えた開口管ボート１２を有する
ヘルムホルツ共鳴器１０を用いている。このヘルムホル
ツ共鳴器１０においては、閉じられた空調と開口管ボー
トとによって空気の共鳴現象が生じる。そして、この共
鳴周波数ｆＯＰＩ　は、 ｆｏｒ＋　＝Ｃ（Ｓ＋　／、ｅ＋　ｖ、）”’　／２π
・・・・・・（１） として求められる。ここで、 Ｃ：音速 Ｓｌ　二開口ボート１１の断面積 １、：開口管ボート１２の長さ ｖｌ　、ヘルムホルツ共鳴器１０の空洞の体積である。

このヘルムホルツ共鳴器１０の開口管ボート１２には、
開口管ポート１６および空胴１７を有し、開口管ボート
１６の間口ボート１８により開口管ポート１２の中央部
に開口する第２のへルムホルツ共鳴器１５が付設されて
いる。

この第２のへルムホルツ共鳴器１５の共鳴周波数ｆ。Ｐ
２は、 ｆｏｐ２＝Ｃ（３２／ＪＺ２　Ｖ２　）　”’　／　２
π・・・・・・（２） として求められる。ここで、Ｃは音速、Ｓ２は開口ボー
ト１８の断面積、℃２は開口管ボート１６の長さ、■、
は空洞１７の体積である。

この実施例では、この共鳴周波数ｆ。Ｐ２が開口管ボー
ト１２の開管共鳴周波数 ｆ、Ｔ＝ｃ／２ｆＬ、　　　　　　　・・・・・・（３
）と一致するように、すなわち、 ｆＯＰ□＝ｅ（Ｓ２／λ　ｙ　、　）　ｌ／２　／　２
π＝　ｃ　／　２１Ｌ　＋　＝　ｆ　ｏｒしたがって、 （Ｓ　２　／　１１２　Ｖ　２　）　”’　＝π／ｉ＋
・・・・・・（４） となるように設定しである。

この実施例の音響装置では、ヘルムホルツ共鳴器１０に
撮動板２１および変換器２２かうなる振動器２０を取り
付けている。モして、この変換器２２は振動器駆動装置
３０に接続されている。また振動器駆動装置３０はへル
ムホルツ共鳴器１０駆勅時に該共鳴器側からの大気反作
用を打ち消すように電気的サーボを施すサーボ部３１を
具備している。このようなサーボ系としては、出力イン
ピーダンス中に等価的に負性インピーダンス成分（２０
）を発生させる負性インピーダンス発生回路や振動板２
１の動きに対応するモーショナル信号を何らかの手法で
検出して入力側に負帰還するモーショナルフィードバッ
ク（ＭＦＢ）回路等公知の回路を適用することができる
。

次に、第１図に示す構成の音響装置の作用を説明する。

振動器駆動装置３０から振動器２０の変換器２２に駆動
信号が与えられると、変換器２２はこわを電気機成変換
して振動板２１を前後（図中の左右）に往復駆動する。

振動板２１はこの往復運動を機械音響変換する。ここで
、振動板２１の前面側（図中の左面側）は音うを直接外
部に放射するための直接放射部をなしており、撮動板２
１の後面側（図中の右面側）はへルムホルッ共鳴器１０
を駆動するための共鳴器駆動部をなしている。そして、
この撮動板２１の後面側には、ヘルムホルツ共鳴器１０
の空胴内の空気からの大気反作用が加わるが、振動器駆
動装置３０は、この大気反作用を打ち消すように振動器
２０を駆動する。

このように、振動器２０を、ヘルムホルツ共鳴器１０駆
動時に該共鳴器１０からの大気反作用を打ち消すように
駆動しているため、振動器２ｏの振動板２１はへルムホ
ルッ共鳴器１０の側からは駆動できず、剛体すなわち壁
として作用する。

したがって、ヘルムホルツ共鳴器１ｏの共鳴周波数およ
びＱは、振動器２０の共振周波数およびＱから独立した
ものとなり、かつ変換器２２からの共鳴器１０駆動エネ
ルギーも前記直接放射部とは独立して与えられることに
なる。これにより、ヘルムホルツ共鳴器１０の空洞（例
えばスピーカキャビネット）の体積を従来のバスレフ形
スピー力システムより小さく、かつ共鳴周波数ｆ。Ｐを
このバスレフ形スピーカシステムよりさらに低く設定し
てもＱ値は充分高く設定でき、この結果、前記バスレフ
形スピーカシステムより小形化しても、より低音まで再
生することが可能となる。

第１図において、変換器２２は、振動器駆動装置３０か
らの駆動信号に応答して振動器２１を駆動し、かつヘル
ムホルツ共ｏＩＷｔｏに対し独立に駆動エネルギーを与
える。これにより、第１図中に矢印ａで示すように撮勤
板２１から音響が直接放射されるとともに、ヘルムホル
ツ共鳴器ｌＯ中の空気が共鳴させられて、第１図中に矢
印すで示すように、共鳴放射部（開口ボート１１）から
充分な音圧の音響が共鳴放射される。そして、ヘルムホ
ルツ共鳴器１０における開口管ボート１２内の空気等価
質量の調整により、この共鳴周波数ｆＱＰを振動器２０
の再生周波数帯域より低く設定し、かつ開口管ポート１
２の等価抵抗の調整によるＱ値の適正レベルへの設定に
より、開口ポートから適切なレベルの音圧が得られるこ
とを条件とし、さらに必要に応じて人力信号レベルを適
宜増減することによって、例えば第２図のような音圧の
周波数特性を得ることができる。

この音響放射の際、前記第２のへルムホルツ共鳴器１５
が付設されていないものにおいては、ヘルムホルツ共鳴
器１０の開口管ボート１２を通過する空気流により、開
口管ボート１２が開管共鳴し、この間管共鳴による周波
数 ｆ（，７＝ｃ／２１１　　　　　　・・・・・・（２）
の音響（第３図に１点鎖線で示す）がヘルムホルツ共鳴
器１０の共鳴放射音響に歪または雑音成分として混入さ
れるという欠点があった。このような欠点は、−数的な
バスレフ形スピーカシステムの振動器（スピーカ）を−
数的な電力増幅器で駆動した場合にも存在するが、振動
器２０をヘルムホルツ共鳴器１０側からの大気反作用を
打ち消すように駆動することによってヘルムホルツ共鳴
器１０のＱ値を向上させて共鳴放射の音圧を向上させた
場合には特に顕著である。

第１図の実施例においては、第３図に１点鎖線で示すよ
うなｆ　０Ｔ＝　Ｃ／　２λ１の開管共鳴音響が、共鳴
周波数ｆ　ＯＦ２　”　ｆ　ＯＴに設定された第２のへ
ルムホルツ共鳴器１５によって第３図に点線で示すよう
に吸収され、第３図に実線で示すような開管共鳴音響の
除去された総合特性が得られる。

このような開管共鳴音響除去効果は、第２のへルムホル
ツ共鳴器１５の付設箇所、すなわち開口ボート１８の開
口位置を、開管共鳴の速度の節が形成され圧力が最大と
なる位置、すなわち開口ボート１１からの距離ｌ、がり
、＝１□／２となる位置に設定したとき最大となる。

［他の実施例］ なお、この発明は、上述の実施例に限定されることなく
適宜変形して実施することができる。例えば、開管共鳴
はｆ　６Ｔ＝　Ｃ／　２℃１を基本波とする各高調波で
生じ得るが、これらの開管共鳴のレベルおよび周波数が
無視し得ないものであるときは、各高調波ごとにその速
度節位置に該高調波に共鳴する第３．第４．・・・・の
ヘルムホルツ共鳴器を配設すればよい。例えば第２高調
波の場合、第４図に示すように、第３のへルムホルツ共
鳴器４１を、λ４　＝　Ｉｔ　ｒ　／　４の位置とｊ２
ｓ　−３１１／４の位置とのいずれかまたは双方に配置
し、寸法関係は、（Ｓ　ｓ　／　ＪＺ　６　Ｖ　３　）
　”’　ｗｘ　２π／１１にしてやればよい。ここで、
Ｓ、は開口ボート４２の断面積、１６は開口管ボート４
３の長さ、■、は空洞４４の体積である。

また、第２のへルムホルッ共鳴器１５の開口管ボート１
６等においても開管共鳴は生じ得る。これらの開管共鳴
のレベルおよび周波数が無視し得ないものであるときは
、これら開口管ボート１６等を対象として順次、上述し
たのと同様の対策を施せばよい。

さらに、開管共鳴吸収用の共鳴器としては、第５図に示
すように、閉管共鳴器を用いることも可能である。この
場合、閉管共鳴器の共鳴周波数ｆ　ＯＴ３は、閉管５１
の長さをｆｌｏｓとすると、ｆｏ丁ｓ　＝Ｃ／４ｆＬｏ
ｓであるから、２゜３＝　Ｉｔ　ｌ／　２ なる長さの閉管５１を開口管ボート１２に付設すればよ
い。この閉管共鳴器もヘルムホルツ共口も器の場合と同
様に開口ボート１１からの距離が℃。

−４，／２なる箇所に付設したときに不要共鳴吸収効果
を最大にすることができる。

この閉管共鳴器を用いる場合にも開管共鳴によ。

る第２．第３．・・・・の各高調波を吸収するようにし
てもよい。例えば第２高調波の場合、第６図に示すよう
に、第３．・・・・の閉管共鳴器６１．・・・・を取り
付けるようにしてもよい。この場合、第３の閉管共鳴器
６１は、長さをｊ２ｏａ”’Ｊ２＋／４とし、λ、ｓ＝
、ｘｒ／４の位置とλ、＝３４２＋　／４の位置とのい
ずれかまたは双方に配置する。

また、これら閉管共鳴器は基本波の閉管共鳴を開口管ポ
ートの開管共鳴吸収に利用しているが、これら閉管共鳴
器の高調波の閉管共鳴音が新たに問題化してくることも
あり得る。これを吸収すべく、これら閉管共鳴器を対象
として順次上述したのと同様の対策を施してもよい。た
だしその場合は高調波の閉管共鳴の速度節の位置の生じ
方が上述した開管共鳴の場合とやや異なることに注意す
べきである。例えば閉管共鳴の第２高調波の速度節は管
間Ｍ端およびここから管長の２／３だＣ２−１開放端側
へ戻った位置に生じる。

なお、吸音用の共鳴器として上述したヘルムホルツ共鳴
器と閉管共鳴器を混在して利用しても良いことは言うま
でもなく、また、これら共鳴器中に適宜吸音材を充填し
て吸音作用を向上させるようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係る音響装置の基本構
成の説明図、 第２図は、第１図の音響装置から放射される音響の音圧
の周波数特性図、 第３図は、第１図の音響装置における不要共鳴音の吸収
作用を説明するための音圧周波数特性図、 第４図は、第１図の実施例の変形例を示す図、第５図は
、閉管共鳴器を用いた実施例を示す基本構成説明図、 第６図は、第５図の実施例の変形例を示す図、第７図は
、従来のバスレフ形スピーカシステムの構成を示す斜視
図および断面図、 第８図は、第７図のスピーカシステムの音圧特性の説明
図である。 １０：へルムホルッ共鳴器、１２：開口管ボー）−，１
５：第２のへルムホルツ共鳴器、２０；据動器、２１：
振動板、２２：変換器、３０：撮勤器駆動装置、３１：
サーボ部、４１：第３のへルムホルツ共鳴器、５１：閉
管共口、１器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）開口管ポートを有するヘルムホルツ共鳴器に振動
   器を配設し、この振動器を駆動することにより共鳴音響
   を放射するようにした音響装置において、 前記開口管ポートの開管共鳴の速度節位置近傍に、該開
   管共鳴周波数に共鳴する別の共鳴器を付設してなること
   を特徴とする音響装置。
2. （２）前記振動器は、前記共鳴器駆動時に該共鳴器側か
   らの大気反作用を打ち消すように電気的サーボを施され
   て駆動されるものである請求項１記載の音響装置。