JPH01253397A - 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、共鳴器を音響放射体として用いた音響装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

音響装置では、共鳴現象が種々の形で利用されている。

第１の従来例として、共鳴器が仕切壁によってＡ室とＢ
室の２室に区切られ、仕切壁の穴には振動器として、動
電形電気音響変換器（ダイナミックスピーカ）が取り付
けられたものが知られている。ここで、Ａ室とＢ室には
それぞれ開口ダクトが設けられ、ここから共鳴音響が外
部へ放射されるようになっている。Ａ室およびＢ室は、
それぞれ空胴の容積や開口ダクトの寸法などで定まる共
鳴周波数ｆ　　（Ｈｚ）およびｆ。ｂ　（Ｈｚ　）を持
っａ ている。従って、スピーカが増幅器などで駆動されると
、振動板の振動によってＡ室およびＢ室で共鳴現象が生
じ、そのときの出力エネルギーは上記の共鳴周波数近傍
で最大になる。その結果、上記のｆ　およびｆ。、のそ
れぞれにピークを有するａ 音圧の周波数特性を持った共鳴音響を得ることができる
。

第２の従来例として、箱体によって構成される共鳴室に
振動器としての第１の動電形電気音響変換器（スピーカ
）が取り付けられると共に、共鳴室からの共鳴音響を外
部へ放射するための開口が形成されたものがある。ここ
で、上記箱体には第２の動電形電気音響変換器（スピー
カ）が別個に設けられ、ここから音響が外部へ直接放射
されるようになっている。このような音響装置において
も、第１のスピーカが増幅器で駆動されると振動板の振
動により共鳴室で共鳴現象が生じる。従って、第２のス
ピーカによる直接放射とは別個に、開口からは共鳴室に
固有の共鳴周波数ｆ　近傍の音圧をピークとして共鳴音
響の再生がなされる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の音響装置によると、振動器により
音響放射体としての共鳴器の共振のＱ値が低下するとい
う問題があった。これは、振動器としてのスピーカには
固有の内部インピーダンスＺ　があるためであり、これ
が共鳴器の共鳴を制■ 動する要素となっているからである。このように共振の
Ｑ値が低いと、共鳴音響の放射能力は必然的に低くなり
、音響装置としての意義は小さくなる。

また、共鳴器を小形化しながら共鳴周波数を低くしよう
とすると、開口ダクトは細くかつ長くなければならない
。すると、開口ダクトの音響抵抗（機械抵抗）が必然的
に大きくなり、共振のＱ値はますます低下してしまう。

このため、共振のＱ値の低下によって音響放射能力が更
に低下し、音響装置としての現実的な用途には適しない
ものとなる。

その結果、上記のような従来装置では、いずれも十分な
共鳴音響の放射能力を有しておらず、またこの能力をあ
る程度確保しようとすると、キャビネットが極めて大形
化することは避けられなかった。

そこで、この発明は、十分な音響放射能力を実現するこ
とができ、しかも小形化が可能な音響装置を提供するこ
とを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る音響装置は、共鳴による音響を放射する
ための共鳴放射部をなす受動振動体を有する共鳴器と、
この共鳴器に配設される振動器と、この振動器を駆動す
る振動器駆動手段とを備える。

そして、この振動器は共鳴器を駆動するための共鳴器駆
動部を含んで構成される能動振動体を有し、振動器駆動
手段は振動器による共鳴器の駆動時に、この共鳴器から
の大気反作用を打ち消すように駆動状態を制御する駆動
制御手段を有することを特徴とする。

〔作用〕

上記の構成によれば、共鳴器は振動器が有する能動振動
体の共鳴器駆動部によって駆動され、従って共鳴器の共
鳴放射部をなす受動振動体からは共鳴による音響が外部
へ放射される。

ここで、振動器は固有の内部インピーダンスを有してい
るが、この振動器は共鳴器駆動時の当該共鳴器からの大
気反作用を打ち消すように駆動されるため、能動振動板
は等価的に共鳴器の壁となり、共鳴器から見たときの振
動器の存在が無効化され、従って振動器に固有の内部イ
ンピーダンスが共鳴器の共振のＱ値を低下させる要因と
はならなくなる。このため、駆動制御手段が負性インピ
ーダンス発生手段を具備する場合も、またモーショナル
フィードバック手段を具備する場合も、いずれも共鳴器
の共振のＱ値は極めて高い。従って、共鳴器を小形化し
、かつ共鳴周波数を低くすることにより、共鳴器として
の音響抵抗が大きくなって通常の駆動方式では共振のＱ
値が非常に小さくなるような場合でも、この発明では振
動器により共振のＱ値の低下は生じない。また、共鳴器
の共振周波数は受動振動体の等価質量を大きくすること
で容易に低くすることができ、これらは空気等価質量を
大きくするものに比べ、共振周波数の低下に伴なう音圧
レベルでの音響放射能力の低下を少なくでき、これに加
え、振動器の有する固有の内部インピーダンスが見掛は
上で小さくされているため、共鳴器への振動器（能動振
動体）配設に伴なう共鳴Ｑ値の低下がなく、上述した受
動振動体の等価質量を大きくして共振周波数を低下させ
ると音圧レベルでの音響放射能力の減少が少ないという
効果が顕著に現われ、結果として十分な音圧の重低音再
生を実現できる。

さらに、キャビネットを小形化するにあたっても、受動
振動体は何ら駆動用の専用磁気回路を必要としないし、
また、振動のストローク幅にしても、口径を大きくすれ
ば、いくらでも小さくなるため、特に、奥行方向の小形
化に適しており、いわゆる薄形キャビネットを容易に実
現できる。

〔実施例〕

以下、添付の第１図ないし第１２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、重複する説明を省略する。

第１図は、この発明の第１の実施例の基本的構成を示し
ている。同図（ａ）のように、この実施例では、共鳴放
射部としての受動振動板１１を有する共鳴器１０を用い
ている。この共鳴器１０においては、閉じられた空胴と
、エツジ部１２によって取り付けられた受動振動板１１
とによって共鳴現象が生じる。そして、この共鳴周波数
ｆ　はｏｐ １／２ ｆ　　＝（Ｓ　　／ｍ　　）　　　／２π　　・・・（
１）ｏｐ　　　　ｃ　　　Ｉ として求められる。ここで、 Ｓｏ：空洞の等価スチフネスＳ　′とエツジ部１２の等
価スチフネスＳ　′の和 （ｓ　　’＋ｓ　　’） ｃ　　　　　　　　　　ｃ ｍｐ：受動振動板１１の等価質量 である。

この第１の実施例の音響装置では、これに能動振動板２
１および変換器２２からなる振動器２０を取り付けてい
る。そして、この変換器２２は振動器駆動装置３０に接
続され、これは出力インビーダンス中に等価的に負性イ
ンピーダンス成分（−Ｚｏ）を発生させる負性インピー
ダンス発生部３１を具備している。

この音響装置の電気的等価回路の構成は、第１図（ｂ）
のようになっている。ここで、並列共振回路ｚ１は振動
器２０の等価モーショナルインピーダンスによるもので
あり、ｒ　は振動系の等価抵抗を示し、Ｓ　は振動系の
等価スチフネスを示し、ｍ　は振動系の等価質量を示し
ている。また、直列共振回路Ｚ　は回路Ｚ　′としてあ
られされる共鳴器１０の空胴と回路Ｚ　″としてあられ
される受動振動板１１およびエツジ部１２の直列接続か
らなる共鳴器１０の等価モーショナルインピーダンスに
よるものであり、ｒ　′は共鳴器１０の空胴の等価抵抗
を示し、ｒ　′はエツジ部１２の等価抵抗を示している
。また、図中のＡは力係数であり、例えば振動器が動電
形直接放射スピーカであるときには、Ｂを磁気ギャップ
中の磁束密度、ｇをボイスコイル導体の長さとすると、
Ａ−Ｂｌとなる。さらに、図中のＺ　は変換器２２の■ 内部インピーダンスである。

次に、第１図に示す構成の音響装置の作用を簡単に説明
する。

負性インピーダンス駆動機能を有する振動器駆動装置３
０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はこれを電気機械変換し、能動振動板
２１を前後（図中の左右）に往復駆動する。ここで、振
動器駆動装置３０は負性インピーダンス駆動機能を有し
ているが故に、変換器２２に固有の内部インピーダンス
は実効的に減少化（理想的には無効化）されている。従
って、変換器２２は振動器駆動装置３０からの駆動信号
に忠実に応答して能動振動板２１を駆動し、共鳴器１０
に対して独立的に駆動エネルギーを与える。

このとき、能動振動板２１の前面側（図中の右面側）に
は、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はこの反作用を打ち消すよう
に振動器２０を駆動する。

これは、振動器２０の変換器２２に固有の内部インピー
ダンスＺ　が等価的に無効化されているた■ めであり、従って、能動振動板２１は共鳴器１０の等価
的な壁となり、共振のＱ値は理想的には無限大となる。

このため、共鳴器１０中の空気および受動振動板１１と
エツジ部１２が共鳴させられて、共鳴放射部としての受
動振動板１１から十分な音圧の音響が共鳴放射される。

そして、共鳴器１０における受動振動板１１の等価質量
およびエツジ部１２の等価スチフネスの調整、特に上記
の等価質量の調整により、この共鳴周波数ｆ　を所望の
周波数帯域に設定し、かつ、ｐ Ｑ値を適正レベルに設定することにより、例えば第２図
のような音圧の周波数特性を得ることかできる。なお、
図中の点線は振動器自体の周波数特性を示している。

第１図（ｂ）において、■は回路を流れる電流とし、■
　および１２はそれぞれ並列共振回路■ Ｚ　および直列共振回路Ｚ２を流れる電流であるとする
と、２　−２　−２８としたときに、次の３■ （２）〜（４）式が成り立つ。

Ｅ、−Ｅｏ’　（Ｚｌ−２２／　（Ｚ、　＋２２）　１
／　［：　（２１・Ｚ２／（Ｚ１＋２２））＋Ｚ３］　
　・・・（２）Ｉ　ｔ　”　Ｅ　ｏφ（Ｚ２／（Ｚｌ＋
２２））／　［（Ｚｌ−Ｚ２／　（Ｚ１＋Ｚ２）　ｌ　
＋Ｚ３］　　−（３）■２−Ｅｏ・（Ｚ１／（Ｚ１＋２
２））／　［（Ｚｌ・Ｚ２／（Ｚ１＋２２））＋Ｚ３］
　・・・（４）ここで、（３）、（４）式を簡単にする
ために、Ｚ　　−Ｚ　　−Ｚ　　／（Ｚ　　＋２２）と
すると、上４　１　２　　　ｌ 記の（３）式は １ｌ−Ｅｏ／　（２１（１＋２３／Ｚ４）　ｌ　　　　
　・（５）となり、（４）式は １２−Ｅｏ／　（Ｚ２（１＋２３／Ｚ４）　ｌ　　　　
　−（６）となる。

この（５）、（６）式より、次の２点が理解できる。第
１は、Ｚ３の値がゼロに近づけば、それだけ振動器側の
並列共振回路ｚ１および共鳴器側の直列共振回路Ｚ２は
、共に交流的には短絡された状態に近づくことである。

第２は、並列共振回路Ｚ　と直列共振回路Ｚ２が、ｚ３
−２ｖ−２゜を介して互いに影響を及ぼし合う関係にあ
り、このＺ３の値がゼロに近づけば、それだけ並列共振
回路Ｚ　と直列共振回路Ｚ２は独立性を強めることであ
る。そして、理想的には、 ｚ　　　−ｚ　　−ｚｏ−。

ｖ と仮定すると、式（５）、（６）はそれぞれＩ　　　　
−Ｅ　　ｏ　／ｚ　　１　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　・　　（７）１　　−　　Ｅｏ／ｚ２　　　
　　　　　−（８）となり、並列共振回路Ｚ１および直
列共振回路ｚ２はそれぞれ共に交流的にゼロインピーダ
ンスで短絡され、かつ全く独立した共振系とみなすこと
ができる。

そこで、まず共鳴器１０、受動振動板１１およびエツジ
部１２による受動共振系を検討する前提として、振動器
２０による共振系について考察してみると、等価モーシ
ョナルインピーダンスによる並列共振回路Ｚ１は、両端
が交流的にゼロインピーダンスで短絡されている。従っ
て、この並列共振回路Ｚ１は、実質的には、もはや共振
回路ではなくなっている。すなわち、振動器２０は駆動
信号入力に対してリアルタイムで線形応答し、全く過渡
応答することなく、電気信号（駆動信号）を忠実に電気
機械変換し、能動振動板２１を変位させることになる。

また、この振動器２０にありでは、単に共鳴器１０に振
動器２０を取付けた状態で有していた最低共振周波数ｆ
　という概念がもはやなくなっている。（以後、振動器
２０の最低共振周波数ｆ　相当値と言う場合には、実質
的には無効化されてしまった上記概念を仮に呼ぶにすぎ
ない。）さらに、振動器２０と共鳴器１０は互いに無関
係であり、しかも、振動器２０と受動振動板１１も無関
係であり、このため共鳴器１０の容積の大小や受動振動
板１１およびエツジ部１２の設計仕様などとは全く無関
係に（受動共振系の等価モーショナルインピーダンスと
は全く無関係に）機能する。

また、並列共振回路Ｚ　と直列共振回路Ｚ２は、共振系
として互いに無関係に独立して並存している。従って、
システムを小形化するために共鳴器１０を小容積に設計
したときにも、また受動共振系の共振周波数を下げるた
めに受動振動板１１を大きく設計したときにも、ユニッ
ト振動系の設計は何ら影響されず、その最低共振周波数
ｆ　相当値なども全く影響されない。このため、相互依
存条件にとられれない容易な設計が可能になる。

別の見方をすれば、このユニット振動系は実効的には共
振系でなくなっているので、駆動信号入力がゼロボルト
ならば、能動振動板２１は実質的には共鳴器１０の壁の
一部になってしまう。その結果、受動共振系を考える際
には、能動振動板２１の存在を無視することができる。

さらに別の見方をすれば、この発明の音響装置では、共
振系は受動共振系のみとなり、従来の密閉形と同様の単
峰特性を呈することになるといえる。

−なお、並列共振系において、 （負荷抵抗）／（共振インピーダンス）として表される
Ｑ値は、並列共振回路Ｚ１についてはゼロになる。従っ
て、能動振動板２１は完全な制動状態になる。すなわち
、能動振動板２１を駆動したことによる反作用に対して
は、駆動電流が増減することにより、この反作用に対抗
すべく制御がなされる。

次に、共鳴器１０、受動振動板１１およびエツジ部１２
による受動共振系について詳しく検討する。

第１図（ｂ）に示すように、この直列共振回路Ｚ２につ
いても、両端は交流的にゼロΩで短絡されている。しか
し、この場合は前述した並列共振回路Ｚ１の場合と異な
り、共振系としての意味は何ら失なわれない。逆に、共
振系としてのＱ値が極めて大きく（理想状態に近ければ
Ｑ’ｔｏｏ）なるという効果が生じる。また、この共鳴
器１０．受動振動板１１およびエツジ部１２による仮想
音響源（スピーカ）の駆動は、実際には能動振動板２１
の変位（振動）によってなされるものではあるが、等価
回路としては振動器２ｏとは全く並列的に、駆動源Ｅｖ
から駆動エネルギーが供給されているものと考えられる
。このため、共鳴周波数と共振Ｑ値を共鳴器側で独自に
設定することにより、小形でありながら十分な音圧の重
低音再生が可能になる。

この仮想スピーカ（共鳴器１０．受動振動板１１および
エツジ部１２による音響源）については、まず前述の（
７）、（８）式より、変換器２２に流れる電流Ｉは、 ■綱！　■＋　Ｉ　２ −（１／Ｚｌ＋１／Ｚ２）Ｅｏ　　−（９）となる。ま
た、（８）式より、受動振動板１１の共鳴周波数ｆ　付
近（受動共振系が共鳴をしていｐ る状態）においては、Ｚ２→０になり（但し、実際には
抵抗骨によりダンプされている）、一方、能動振動板２
１の最低共振周波数ｆ　相当値は受動共振系の共鳴周波
数ｆ　より高いから、共鳴器ｐ 波数ｆ　付近においてはｚｌの値は十分に大きくｐ なっている。このため、（９）式は ｌ−１１＋１２→■２ となり、変換器２２に流れる電流の大部分は、受動共振
系（仮想スピーカ）の駆動のために寄与していることに
なる。また、受動共振系は小振幅電圧（大電流）で駆動
されているため、これと並列な変換器２２も小振幅電圧
で駆動されることになり、従って能動振動板２１は小振
幅動作となっていることがわかる。ここにおいて、能動
振動板２１が小振幅動作であることから、ダイナミック
・コーン・スピーカなどの大振幅動作にありがちな非線
形な歪を減少するできる効果がある。そして、この効果
は特に重低音で著しい。

次に、共鳴器１０の共鳴周波数について説明する。この
共鳴周波数数とは、すなわち直列共振回路Ｚ２の共振周
波数のことであるが、これは、前述の（１）式から明ら
かなように、受動振動板１１の等硬質量と空胴およびエ
ツジ部１２の等価スチフネスの調整、特に上記の等硬質
量を調整することにより共鳴器１０の空胴の体積に無関
係に任意設定できる。（もちろん体積を含んで調整する
ことも可能である。） 次に、共鳴器１０が形成する直列共振回路ｚ２の共振の
Ｑ値について説明する。この直列共振回路Ｚ２の両端は
交流的にゼロインピーダンスで短絡されているため、 （負荷抵抗）／（共振インピーダンス）として表わされ
る共振のＱ値を正確に算出すると１／２ Ｑ　−（ｍ　Ｉ　Ｓ　ｃ　） ／（１／ｒ　　’＋１／ｒ　　’） Ｃ ・・・（１０） となるが、通常ｒ　　’　＋　　ｒ　ｃ　’は極めて小
さく、に れをゼロとみなせば無限大となる。

すなわち、この発明によれば、共鳴器１０の共振のＱ値
が従来に比べて格段に大きくなるということであり、こ
れは共鳴器１０の音響放射能力の余裕度を極めて大きく
しているとも見れる。

一般に、共鳴器１０等の共鳴Ｑ値を必要に応じて低下さ
せる制御は容易にできる。例えば、共鳴器１０による受
動共振系の共鳴周波数ｆ。、を低くすることは、前述の
（１）式 ％式％ において、受動振動板１１の等価質量ｍ！！を太きくす
ることにより実現される。これは、例えば、受動振動板
１１０体の重量を増大するだけで容易に実現できる。こ
の場合、等価抵抗ｒ０′。

ｒｏ′の増大がないとすれば、前述の（１０）式により
受動共鳴系の共鳴Ｑ値は見掛は上増大する。

しかし、音圧レベルで見た音響放射能力は共鳴周波数ｆ
　の低下に伴ない６ｄＢ１０ｃｔ程度の割合ｐ で低下していくことになるので、この点だけでは総合的
に判断した場合、それほど顕著な効果とも言いがたい。

なお、受動振動体を用いずにこれに相当する等価質量を
空気で構成するものも考えられる。例えば、バスレフ形
スピーカボックス等のような、開口管ボートを有するヘ
ルムホルツ共鳴器を利用するものである。これにおいて
共振周波数を低下させるために、その開口管ボートの寸
法形状を変更して等価質量を増大させることが考えられ
る。しかし、この場合には、どうしてもボートを細くし
たり長くしたりしなければならないため必ず空気抵抗が
増大し、前記等価抵抗の大幅な増大を伴なってしまい、
Ｑ値、音響放射能力ともに、前述の受動振動体を用いる
場合より更に大きい割合で低下していく。

ところで、受動振動体を含む含まずに拘らず、共鳴器に
、該共鳴器を駆動するための振動器を配設すると、この
振動器の駆動構成が一般のもの（単なる電圧駆動）であ
る限り、この振動器に固有の内部インピーダンスが必ず
共振回路の制動抵抗となってしまい、通常この値は、前
述した等価抵抗の大きさに比較すればはるかに大きいた
め、結果的には共鳴器のＱ値が極端に低下してしまう。

したがって従来装置では、受動振動板の重量を増大させ
て等価質量の増大を図っても、空気等価質量を増大させ
ても、いずれも音響放射能力が激減しほとんど無いに等
しいものとなってしまうので、これらの間に顕著な差異
は生じ得なかった。

この発明の音響装置では、振動器を共鳴器側からの大気
反作用を打ち消すように駆動するために、前述の負性イ
ンピーダンス駆動あるいは後述のモーショナルフィード
バック駆動を行なうようにしている。この場合、当該振
動器に固有の内部インピーダンスは見掛は上小さくなっ
ており、共鳴器に当該振動器を配設しても何ら共鳴の制
動要素とはならない。すなわち、振動器の能動振動板は
共鳴器の壁と化しているものである。従って、空気等価
質量ではなく受動振動板の重量を増加させて等価質量を
大きくしたことの上述した効果は、はとんどそのまま音
響装置としての効果となって現われる。もって、極めて
重低音域まで十分な放射能力ををする共鳴音響の再生が
可能となる。

また、この発明によれば、装置（キャビネット）を小形
にしながら十分な共鳴音響の放射能力を実現することが
、この発明の先願に係る特願昭６２−３３４２６３号（
未公開）に比べてはるかに容易になる。すなわち、上記
の先願によれば、共鳴放射部は第３図のようにヘルムホ
ルツ共鳴器１０１に形成された開口ボート１０２により
実現されている。そして、振動器１０３は負性インピー
ダンスを発生させる振動器駆動手段により負性インピー
ダンス駆動されるようになっている。このため、上記の
先願において共鳴周波数を低くしようとすると、開口ボ
ート１０２の断面積を一定の大きさに保ちながら、ダク
ト１０４を長（しなければならず、結果として第３図（
ａ）のようにダクト１０４がへルムホルツ共鳴器１０１
から大きく突出したり、同図（ｂ）のようにダクト　９
．１０４がへルムホルツ共鳴器１０１の内部に大きく伸
びることは避けられなかった。これは、キャビネットの
大形化（特に奥行寸法の大形化）をもたらし、従って小
形でありながら十分な音響放射能力を可能にするという
要請と矛盾する。また、開口ボート１０２が小面積とな
ることは避けられないため、音源集中という点では優れ
ているものの、低音スピーカは大口径であるというユー
ザーの一般的認識には反したものとなり、十分な満足を
得られないこともある。

この発明によれば、共振周波数を低（することは受動振
動板を大きくする（等価質量を大きくする）ことで達成
され、従って、キャビネットの奥行寸法を著しく低減さ
せることができ、しかも所望の口径とすることができる
ので、上記先願の有していた問題点を克服することがで
きる。

なお、以上の基本構成の説明では、理想的状態として ｚ　　−ｚ　　−ｚｏ麿０ ｖ と仮定して説明したが、本質的には ０≦ｚ８くｚｖ とすることでこの発明の効果が充分に得られる。

すなわち、振動器が共鳴器駆動時に共鳴器から受ける大
気反作用を少しでも打ち消すように駆動してやれば、そ
れなりに効果を生じるのである。

なぜなら、振動器の能動振動板が共鳴器の壁面と化す程
度は、共鳴器からの大気反作用によって該能動振動板が
勝手に駆動される度合に関係し、反作用打ち消しの効果
は、ｚ３の値が減少するに従って増加するからである。

また、負性インピーダンスを大きくし過ぎることにより
、ｚ３ｍｚｖ−ｚｏの値を負にするようなことは好まし
くない。なぜなら、ｚ３が負になると回路は負荷を含め
全体として負性回路となり、発振を生じるからである。

従って、内部インピーダンスＺ　の値が動作中の発熱な
どで変化すると■ きには、これに応じて負性インピーダンスの値をあらか
じめ余裕をもって設定しておくか、温度変化に応じて負
性インピーダンスの値を変える（温度補償する）必要が
ある。

次に、これまで第１図で説明した第１の実施例の基本構
成において、適用可能な各種の態様を説明する。

まず、共鳴器については、第１図（ａ）のものに限られ
ない。例えば、空胴部の形状は球形に限らず直方体、立
方体等としてもよく、また、その容積についても特に限
定されることがない。

振動器（電気音響変換器）については、動電形、電磁形
、圧電形および静電形など各種の形のものを適用するこ
とができる。

負性インピーダンス発生手段についても、各種のちのが
ある。

第４図は、その基本構成を示している。図示のように、
利得Ａの増幅回路１３１の出力をスピーカ１３２による
負荷ＺＬに与える。そして、この負荷ｚＬに流れる電流
ｉを検出し、伝達利得βの帰還回路１３３を介して増幅
回路１３１に正帰還する。このようにすれば、回路の出
力インピーダンスＺｏは Ｚｏ−Ｚｓ　（１−Ａβ）　　　　　　−（１１）とし
て求められる。この（１１）式でＡβ〉１とすれば、Ｚ
ｏは開放安定形の負性インピーダンスとなる。ここで、
Ｚｓは電流を検出するセンサのインピーダンスである。

このような回路に相当する具体例は、例えば特公昭５９
−５１７７１号、特公昭５４−３３７０４号などに示さ
れている。

次に、この第１の実施例の具体的態様について、順次に
説明する。

第５図は、直方体のキャビネットに適用した具体的態様
の構成図である。図示のように、直方体形状のキャビネ
ット４１の後面には穴があけられ、ここに動電形直接放
、射スピーカ４２が取り付けられている。スピーカ４２
はコーン状の能動振動板４３と、その円錐頂部近傍に設
けられた動電形変換器４４により構成される。また、キ
ャビネット４１の前面にはコーン状の受動振動板４５が
設けられ、これがこの発明に特有の仮想スピーカをなし
ている。駆動回路４６は負性抵抗駆動用のサーボ回路４
７を有し、この出力で動電形変換器４４が駆動される。

ここで、動電形変換器４４は固有の内部インピーダンス
としてボイスコイル直流抵抗Ｒを有し、これに対し駆動
回路４６は出力インピーダンス中に等価負性抵抗成分（
−Ｒ）を有し、従って、これにより抵抗Ｒが実質的に無
効化できるようになっている。また、Ｒ、Ｌ　　、Ｃは
それぞ８ＭＭ れスピーカ４２を電気的に等価表現したときのモーショ
ナルインピーダンスであり、Ｒ，Ｌ　　はＣＣ それぞれキャビネット４１を電気的に等価表現したとき
のインピーダンスであり、Ｒ、Ｌ　　。

ｐ Ｃは受動振動板４５を電気的に等価表現したときのモー
ショナルインピーダンスである。

第５図に示す具体的態様の等価的動作構成は、第６図の
ようになる。すなわち、受動振動板４５によって等価的
に形成される仮想のスピーカ４５′は、容積が無限大の
密閉形キャビネット４１′に取り付けられたのと等価と
なる。そして、仮想のスピーカ４５′は等画形成された
低域通過フィルタ（ＬＰＦ）４８を介して、通常の（ア
クティブサーボ駆動をしない）アンプ４９に接続される
。なお、共鳴器に設けられた受動振動板４５からの音圧
周波数特性は、その等価質量によって調整できるだけで
なく、アンプ側の入力信号のレベルを増減設定すること
で任意とすることができ、例えば第７図のような周波数
依存性をもった音響放射を実現できる。

第７図は、この発明の第１の実施例の他の具体的態様を
示している。図示の通り、共鳴器は第１および第２の共
鳴器５１ａ、５１ｂがらなり、これらはそれぞれ左右に
振動自在の受動振動板５２ａ、５２ｂを有している。そ
して、共鳴器５１ａ、５１ｂの間の仕切壁５３には穴が
あけられ、ここに動電形スピーカ５４が取り付けられて
いる。そして、スピーカ５４は負の出力インビーダンス
（−Ｒ）を等価的に有する駆動制御装置３０によって動
作させられ、第１および第２の共鳴器５１ａ、５１ｂか
らのそれぞれの大気反作用に影響されず、その能動振動
板は等価的にこれら共鳴器の壁面の一部となる。この例
では、各共鳴系Ａ、Ｂはそれぞれ別個の共鳴周波数ｆ。

、ａ。

ｆ　　を持っている。

ｐｂ 次に、この発明の第２の実施例の基本構成を説明する。

第９図はその基本構成を示している。そして、この実施
例では、振動器駆動装置３０は能動振動板２１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、入
力側に負帰還するモーショナルフィードバック（ＭＦＢ
）部を具備している。

この音響装置の電気的等価回路の構成は、第９図（ｂ）
のようになっており、これは第１の実施例と同様である
。

この振動器２０の本来のインピーダンス等価回路は電気
等価的に見ると、第１０図に示すように、前述の等価モ
ーショナルインピーダンスＺＭと、変換器２２固有の内
部インピーダンスＺ　との直列回路から構成されている
。等価モーショナルインピーダンスｚＭから検出すべき
モーショナル信号ＳＭとしては、等価モーショナルイン
ピーダンスＺＨの両端電圧、あるいはその微分出力、ま
たは積分出力であり、これらはそれぞれ能動振動板２１
の振動速度、振動加速度、振動変位（振幅）に対応する
ものである。振動器駆動装置３０に設けられるモーショ
ナルフィードバック構成は、上記のうちいずれかに対応
する量をモーショナル信号として検出するモーショナル
信号検出部２４を有するものであり、これによるモーシ
ョナル信号ＳＭはフィードバック部２５によって振動器
駆動装置３０の入力側に負帰還される。

次に、第９図に示す第２の実施例の音響装置の作用を簡
単に説明する。

モーショナルフィードバック機能を有する振動器駆動装
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はこれを電気機械変換し、能動振動
板２１を前後（図中の左右）に往復駆動する。ここで、
振動器駆動装置３０はモーショナルフィードバック部を
有しているが故に、負帰還量が極めて大きいとすれば、
この振動器駆動装置３０の駆動状態は、駆動入力に対応
する量の信号が常に上記の等価モーショナルインピーダ
ンスの両端電圧、あるいはその微分電圧、または積分電
圧として正確に伝達されるように追従制御される。言い
換えれば、等価モーショナルインピーダンスに印加され
るモーショナル電圧が、駆動入力と１対１の関係で対応
するように制御されている。従って、振動器駆動装置３
０は見掛は上で振動器２０の等価モーショナルインピー
ダンス自体を直接的に線形駆動、あるいは積分駆動また
は微分駆動しているのと等価になり、変換器２２に固有
の内部インピーダンスは実効的に無効化されることにな
る。このため、変換器２２は振動器駆動装置３０からの
駆動信号に忠実に応答して能動振動板２１を駆動し、共
鳴器１０に対して独立的に駆動エネルギーを与える。

このとき、能動振動板２１の前面側（図中の右面側）は
共鳴器１０を駆動するための共鳴器駆動部をなしており
、ここには、共鳴器１０の空胴内の空気から大気反作用
が加わるが、振動器駆動装置はモーショナルフィードバ
ックによりこの大気反作用を打ち消すように振動器２０
を駆動する。

これは、振動器２０の変換器２２固有の内部インピーダ
ンスＺ　が実効的に無効化されているため■ であり、従って、能動振動板２１は共鳴器１０の等価的
な壁となり、共振のＱ値は理想的には無限大となる。従
って、第１の実施例と同様にして受動振動板１１の等価
質量を調整することにより、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。

この第２の実施例において特徴的なことは、いわゆる過
剰補償が全く生じないことである。モーショナルフィー
ドバックは駆動入力に対応する量の信号が等価モーシジ
ナルインピーダンス側に正確に伝達されるよう追従制御
するものであって、これによって内部インピーダンスは
見掛は上で無効化されるものである。そして、この内部
インピーダンスの低減もしくは無効化は、振動板の動き
に対応するモーショナル信号を検出し、これと駆動入力
とが常に対応するように駆動状態を負帰還制御すること
で実現されるものであり、負帰還量をβとしたとき内部
インピーダンスの大きさを１／βに減少させるものであ
る。すなわち、上記βが無限大という理想状態で内部イ
ンピーダンスは完全に打消されるものであり、打消しが
過剰に行なわれすぎて全体として負インピーダンスを呈
してしまうというような過剰補償は原理的に生じ得ない
。また、内部インピーダンスがボイスコイルの発熱等で
変動したような場合でも、βがある程度大きければ、上
記内部インピーダンスの低減もしくは無効化の程度は大
きく異なったりすることはなく、このため、第１の実施
例と異なり温度変化に応じてモーショナルフィードバッ
クの程度を変える（温度補償する）必要は全くない。

なお、以上の説明では、内部インピーダンス２　はモー
ショナルフィードバック駆動により完全に無効化（Ｚ　
　−０）されると仮定して説明したが、本質的にはＺ　
を実効的に減少化させるこ■ とでこの第２の実施例の効果が充分に得られることは、
前述の第１の実施例と同様である。

モーショナルフィードバックのかけ方およびモーショナ
ル信号の検出方式には、各種のものがある。

モーショナルフィードバック部の基本的構成については
、第１０図において既に説明した通りであるが、このモ
ーショナルフィードバック駆動を行なうためには、能動
振動体の動きに対応したモーショナル信号を検出するこ
とが必要となる。そして、このモーショナル信号の検出
方式については、前述したように変位検出形４、速度検
出形および加速度検出形の三方式があり、検出部の構成
については振動器駆動装置の出力からモーショナル信号
を電気回路的に検出するようにしたものと、振動器の能
動振動体から検出するようにしたものもある。

変位検出方式は能動振動板の振幅に対応した量、すなわ
ち等価モーショナルインピーダンスの両端電圧の積分出
力に対応する量のモーショナル信号を得るもので、例え
ば容量変化形ＭＦＢスピーカとして知られている。速度
検出方式は能動振動板の速度、すなわち等価モーショナ
ルインピーダンスの両端電圧の微分出力に対応する量の
モーショナル信号を得るもので、例えば検出コイル形Ｍ
ＦＢスピーカとして知られている。

加速度検出方式は能動振動板の加速度、すなわち等価モ
ーショナルインピーダンスの両端電圧そのものに対応し
た量のモーショナル信号を得るもので、例えば圧電形Ｍ
ＦＢスピーカが知られている。

上記のようにして検知される振幅対応、速度対応および
加速度対応のそれぞれのモーショナル信号は、微分回路
あるいは積分回路を用いて相互に変換することが可能で
ある。従って、検出方式として上記三方式のいずれを採
用したかということに制約されることなく、振幅、速度
および加速度のいずれに対応するモーショナル信号でも
フィードバックすることができ、またこれらを適切な割
合で混合させてフィードバックすることもできる。

次に、第１１図を参照して、電気的に構成された検出手
段によりモーショナル信号を検出して負帰還する方式と
して、ブリッジ型モーショナルフィードバックの例を説
明する。

第１１図はその回路図である。図中において、バンドパ
スフィルタ（Ｂ　Ｐ　Ｆ）回路２２０は入力端子２０９
から信号ｖ１を入力して信号（ｖ１＋Ｖ　Ｍ）を出力す
る。この回路によれば、入力信号ｖ１の電圧波形を正確
にスピーカ２２３のモーショナルインピーダンスの両端
へ伝達することができる。

裸利得の大きい電圧増幅器２２１ａとパワー段をなすト
ランジスタ２２１ｂおよび２２１ｃとから構成される。

増幅部２２１の出力端はスピーカ２２３の一端に接続さ
れているが、このスピーカ２２３の能動振動板は共鳴器
駆動部をなし、ここに受動振動板を有する共鳴器（図示
せず）が配設される。

スピーカ２２３、抵抗２２４〜２２６，２３１およびコ
ンデンサ２２７は、モーショナル電圧■Ｍを検出するた
めのブリッジ回路２３２を構成する。このブリッジ回路
２３２の抵抗２２４〜２２６の合成抵抗値 （α　争　Ｒ＋　α−Ｒ／２　　＋　α−Ｒ／２）ｖ　
　　　　　　　　　Ｓ　　　　　　　　　　　　　　　
Ｓは、抵抗２２８，２３１の合成抵抗値（Ｒ＋Ｒ）に対
して十分大きく、かつ抵抗２３１の抵抗値Ｒは抵抗２２
８の抵抗値Ｒに対して十分Ｓ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｖに小さい値と
なるように設定されている。また、抵抗２２４，２２５
，２２６および２３１はスピーカ２２３に対して、 α　・　Ｒ／　α　争　Ｒ−Ｒ／Ｒ・・・　　（５）Ｓ
ＶＳ なる条件に設定されている。このように各抵抗の値を決
定することで、抵抗２２５と抵抗２２６との接続点Ｐ４
と、スピーカ２２３の他端と抵抗２３１の接続点Ｐ３と
の間にモーショナル電圧■Ｍが正確に検出される。

ブリッジ回路２３２、増幅器２３４，２３７、抵抗２３
５，２３６，２３８．２３９およびコンデンサ２４０は
ブリッジ増幅部２４１を構成する。

そして、このブリッジ増幅部２４１は、等価モーショナ
ルインピーダンスに印加されるモーショナル電圧を検出
してモーショナル信号を出力する検出手段に該当する。

このようにすれば、ブリッジ増幅器２３４の出力電圧ｖ
４からスピーカ２２３のモーショナル電圧ＶＭを、Ｖ４
−ＶＭとして正確に得られることになる。

次に、以上の構成における第１１図の回路の動作を説明
する。

まず、ＢＰＦ回路２２０によって人力信号■１のうちの
所定の周波数成分の信号レベルが増強される。すなわち
、モーショナルフィードバック駆動を行なったためにス
ピーカ２２３に固有の内部インピーダンスが見掛は上無
効化された結果として、スピーカ２２３はＱＬ＝ＩＯの
動作となり、したかって最低共振周波数ｆ　相当値近傍
での音圧時性が低下するので、これを補償すべく該当周
波数帯の信号レベルを増強する。そして、信号（ｖ１＋
ＶＭ）は増幅部２２１の増幅器２２１ａで増幅された後
、スピーカ２２３へ供給され、スピーカ２２３が略々平
坦な振動特性で駆動される。

スピーカ２２３が駆動されると、スピーカ２２３の等価
回路２３０の両端にモーショナル電圧ＶＭが発生する。

そして、モーショナル電圧ｖＭはブリッジ増幅部２４１
によって検出され、コンデンサ２４２を介して増幅器２
２１ａの反転入力端へ供給される。ここにおいて、検出
ブリッジにはスピーカ２２３の内部インピーダンス２２
９に対応するコンデンサ２２７が設けられているので、
モーショナル電圧は従来の検出ブリッジに比べてはるか
に正確に検知される。従って、増幅部２２１に対しては
、モーショナル電圧ｖＭが正確にかつ極めて大きい帰還
量で帰還されることになる。

このようにモーショナル電圧ＶＭを増幅部２２１へ極め
て大量に負帰還させるようにしたので、スピーカ２２３
の内部インピーダンスＲ。

Ｌ　は共に略々完全に無効化され、従ってスビー■ 力２２３は振動系の過渡応答による歪を全く含むことな
しに、駆動入力に対して忠実に応答して変位する。さら
に、そのうえで駆動入力のレベルを制御しているため、
最終的には従来と同様の振動特性を実現することができ
、さらにはこの駆動入力レベル制御の内容如何では振動
特性を元より低域まで伸ばすことも可能となる。

これに加えて、スピーカ２２３の共振系は実質的に共振
系ではなくなり、スピーカ２２３の振動板は図示しない
共鳴器の壁面と等価になるので、この共鳴系にはスピー
カ２２３の振動系とは全（独立にエネルギーが供給され
ることになる。また、共鳴器の受動振動板の等価質量を
大きくすることで、共鳴周波数を低くしながら同時に共
鳴のＱ値を大きくできることになる。そして、内部イン
ピーダンスが見掛は上無効化されるため、このスピーカ
２２３を共鳴器に配設しても当該共鳴器のＱ値は、それ
により何ら低下することはなく、結果として当該共鳴器
の音響放射能力は充分強大となる。

モーショナル信号の検出手法については、上記の例に限
られず、種々の態様が可能である。

まず、光学的な検出としては、実公昭４２−５５６１号
公報あるいは同４２−１５１１０号公報に示されたもの
があり、その他にも、スリットによる変調を利用した実
公昭４３−１２６１９号公報や、光ファイバを用いた特
公昭５４−１１１３２７号公報が知られている。

半導体を用いた検出としては、例えばスピーカの磁気ギ
ャップに感磁性の半導体素子を挿入するもの（実公昭４
４−２８４７２号公報）や、スピーカのポールピースの
前方にホール素子を配設するもの（特開昭４９−１０２
３２４号公報）などがある。

圧電効果を用いた検出としては、例えばコーンスピーカ
のコーン紙の前面に圧電素子を配設するもの（実公昭４
１−２０２４７号公報）などがある。

また、静電的に能動振動板の振幅を検出するものとして
は、例えば内側固定電極と外側固定電極との間にボビン
の可動電極を配設することでモーショナル信号を検出し
たものがある（特公昭５４−３６４８６号公報）。

一方、電気的構成によってモーショナル信号を検出する
ものでは、ブリッジ検出を差動増幅回路で行なうもの（
実公昭４４−９６３４号公報）、ブリッジ回路の構成要
素にセンタータップ付きの出カドランスを用いたもの（
実公昭４３−２５０２号公報）などがある。

次に、この第２の実施例の具体的態様について、説明す
る。

第１２図は、直方体のキャビネットに適用した実施例の
構成図である。図示のように、直方体形状のキャビネッ
ト４１の後面に取り付けられたスピーカ４２の反対側（
前面側）にはコーン状の受動振動板４５が前後に移動自
在に配設され、これがこの発明に特有の仮想スピーカを
なしている。

駆動回路４６は裸利得の大きい駆動部４７ａと、動電形
変換器４４の等価モーショナルインピーダンスに印加さ
れるモーショナル電圧を検出する検出部４７ｂと、この
検出部４７ｂの出力に所定の変換を施してモーショナル
信号を出力する帰還部４７ｃと、この帰還部４７ｃから
出力されるモーショナル信号を入力側に負帰還する減算
器４７ｃを有し、この出力で動電形変換器４４が駆動さ
れる。。

ここで、動電形変換器４４は固有の内部インピーダンス
としてボイスコイル直流抵抗Ｒを有し、これは駆動回路
４６のモーショナルフィードバック駆動により見掛は上
無効化できるようになっている。

この例によっても、受動振動板４５によって等価的に形
成される仮想のスピーカは、容積が無限大の密閉形キャ
ビネットに取り付けられたのと等価となる。そして、仮
想のスピーカは等価的に形成された低域通過フィルタ（
Ｌ　Ｐ　Ｆ）を介して、通常の（アクティブサーボ駆動
をしない）アンプに接続されたのと等価になる。

なお、この例においても、共鳴器の音圧周波数特性はア
ンプ側の入力信号のレベルを増減設定することで任意と
することができる。このような調整は、第１０図の回路
において例えばＢＰＦ回路２２０によって実現されてい
る。

〔発明の効果〕

上記の構成によれば、共鳴器を駆動するための能動振動
体を有する振動器は固有の内部インピーダンスを有して
いるが、この振動器は共鳴器駆動時の当該共鳴器からの
大気反作用を打ち消すように駆動されるため、能動振動
板は等価的に共鳴器の壁となり、共鳴器から見たときの
振動器の存在が無効化され、従って振動器に固有の内部
インピーダンスが共鳴器の共振のＱ値を低下させる要因
とはならなくなる。このため、共鳴器の共振のＱ値は極
めて高くなり、これは負性インピーダンス駆動を行なう
ときにも、モーショナルフィードバック駆動を行なうと
きにも、同様である。従って、共鳴器を小形化し、かつ
共鳴周波数を低くすることにより、共鳴器としての音響
抵抗が大きくなって通常の駆動方式では共振のＱ値が非
常に小さくなるような場合でも、この発明では振動器に
より共振のＱ値の低下はない。

また、共鳴器の共振周波数は受動振動体の等価質量を大
きくすることで容易に低くすることができ、さらに、受
動振動板の等価質量を大きくして共振周波数を低くした
場合、空気質量を大きくすることと比べて音響放射能力
の低下が少ない。また、キャビネットの小形化（特に薄
形化）を実現でき、その口径も原理的には任意に設計で
きることになる。結果として、小形でありながら十分な
音響放射能力を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の第１の実施例の基本構成を説明す
る図、 第２図は、音圧の周波数特性図、 第３図は、本出願人による先願の問題点を説明する図、 第４図は、負性インピーダンス生成の基本構成を説明す
る図、 第５図は、第１の実施例の具体的態様を説明する図、 第６図は、第５図の等価的動作構成を説明する図、 第７図は、第５図および第６図に示す具体的態様の音圧
の周波数依存性を説明する図、第８図は、第１の実施例
の他の具体的態様を説明する図、 第９図は、この発明の第２の実施例の基本構成を説明す
る図、 第１０図は、モーショナルフィードバックの概念を説明
する図、 第１１は、ブリッジ検出を用いたモーショナルフィード
バックの例の回路図、 第１２図は、第２の実施例の具体的態様を説明する図、 である。 １０・・・共鳴器、１１・・・受動振動板、１２・・・
エツジ部、２０・・・振動器、２１・・・能動振動板、
２２・・・変換器、２４・・・モーショナル信号検出部
、２５・・・フィードバック部、Ｚｏ・・・出力インピ
ーダンス、Ｚ　・・・内部インピーダンス。 第２図 先願の問題点の説明図 第３図 第７図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．共鳴による音響を放射するための共鳴放射部として
   受動振動体を有する共鳴器と、 前記共鳴器を駆動するための共鳴器駆動部を含んで構成
   される能動振動体を有しかつ前記共鳴器に配設される振
   動器と、 この振動器による前記共鳴器の駆動時に当該共鳴器から
   の大気反作用を打ち消すように駆動状態を制御する駆動
   制御手段を有し、前記振動器を駆動する振動器駆動手段
   と、 を備えることを特徴とする音響装置。
2. ２．前記駆動制御手段が、前記振動器駆動手段の出力イ
   ンピーダンス中に等価的に負性インピーダンス成分を発
   生する負性インピーダンス発生手段であることを特徴と
   する請求項１記載の音響装置。
3. ３．前記振動器駆動手段が前記能動振動体の動きに対応
   するモーショナル信号を検出して入力側へ負帰還するモ
   ーショナルフィードバック手段を有し前記振動器をモー
   ショナルフィードバック駆動することを特徴とする請求
   項１記載の音響装置。