JPH01296797A

JPH01296797A - 音響装置

Info

Publication number: JPH01296797A
Application number: JP12563888A
Authority: JP
Inventors: Masao Noro; 正夫野呂
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1988-05-25
Filing date: 1988-05-25
Publication date: 1989-11-30
Anticipated expiration: 2013-04-08
Also published as: JP2737922B2

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、１つの振動器により互いに共鳴周波数の異
なる複数の共鳴器を駆動しで、これらの共鳴器から放射
される共鳴音響の合成された音響を発生する音響装置に
関する。

［従来の技術］従来、この種の音響装置として、第１２図に示す構成の
ものが知られている。この音響装置は、特開昭６０−９
８７９３号に開示されたボート付スピーカシステムと同
様のもので、周知の矩形断面を有するキャビネット１の
内部空間を仕切板２によって２つの部屋１ａと１ｂに分
割し、各部屋１ａ、ｌｂそれぞれの外壁に開口ポート３
ａ、３ｂを設け、これらの部屋１ａと開口ボート３ａ、
および部屋１ｂと開口ボート３ｂとにより２つのへルム
ホルッ共鳴器を形成したものである。各ヘルムホルツ共
鳴器の共鳴周波数は、それぞれｆ４およびｆｚ（ｆｎ＜
ｆ、）に設定しである。また、前記仕切板２には開口２
ａを形成し、この間口２ａに振動器（動電形スピーカユ
ニット）５を取り付けである。この振動器５の振動板６
は前記開口２ａを塞ぐように取り付けられるとともに、
振動板６の前面は部屋１ａに面し、後面は部屋！ｂに面
している。

従来、この種のスピーカシステムは、一般に、出力イン
ピーダンスが実質的にＯのパワーアンプにより、いわゆ
る定電圧駆動されていた。

第１３図は、第１２図の装置の振動器５を、定電圧駆動
した場合の電気等価回路を示す。ここで、並列共振回路
ＺＩは振動器５の等価モーショナルインピーダンスによ
るものであり、ｒｏは振動系の等価抵抗を示し、Ｌｏは
振動系の等価インダクタンス（または等価スチフネスの
逆数）を示し、Ｃｏは振動系の等価容量（または等価質
量）を示している。また、直列共振回路Ｚ４は部屋１ａ
と開口ボート３ａとにより構成される第１のへルムホル
ツ共振器の等価モーショナルインピーダンスによるもの
であり、ｒ１□は共鳴器の空胴である部屋１ａの等価抵
抗を示し、Ｌｌａはこの空胴の等価インダクタンス（ま
たは等価スチフネスの逆数）を示し、ｒｌＰは開口ボー
ｈ３ａの等価抵抗を示し、ＣＩＰは開口ボート３ａの等
価容量（または等価買量）を示している。また、直列共
振回路Ｚ２は部屋１ｂと開口ボート３ｂとにより構成さ
れる第２のへルムホルツ共振器の等価モーショナルイン
ピーダンスによるものであり、ｒ２ｍは共口１％器の空
胴である部屋１ｂの等価抵抗を示し、Ｌ２ａはこの空胴
の等価インダクタンス（または等価スチフネスの逆数）
を示し、ｒ２Ｐは開口ボート３ｂの等価抵抗を示し、Ｃ
２Ｐは開口ポート３ｂの等価容量（または等価質量）を
示している。さらに、図中のＺｖは振動器５の内部イン
ピーダンスであり、振動器５が動電形直接放射スピーカ
であるときには、主としてボイスコイルの抵抗ＲＶとな
り、わずかながらインダクタンスを含んでいる。また、
Ｅｖは出力インピーダンスがＯの駆動源である定電圧源
である。なお、等価抵抗’ｊａｒ’　ＩＰ＋　　ｒ　２
Ａ＋　　ｒ　２Ｐはボイスコイルの抵抗Ｒｖに比較して
無視し得る程度の極めて小さな値である。

第１４図は、第１２図のシステムの電気インピーダンス
特性を示す。第１２図のシステムにおいては、１つの並
列共振回路Ｚ１と２つの直列共振回路Ｚ２．Ｚａとによ
り５つの共振点ｆ１〜ｆ。

が生じている。これらの共振点ｆ、−ｆ５のうち、主に
直列共振回路Ｚ２による共振周波数ｆ２と直列共振回路
Ｚ４による共振周波数ｆ４が出力音圧に関与する。

［発明が解決しようとする課題］ところで、第１２図のスピーカシステムにおいては、第
１５図に示すように、間口ボート３ａ。

３ｂからの出力音圧がそれぞれ第１５図の実線のように
周波数ｆ２とｆ４で等しくなり、これらが合成されて同
図に点線で示すように周波数ｆ２とｆ４の間で平坦な総
合音圧となるのが理想的である。しかしながら、このよ
うにするためには、周波数ｆ４におけるＱ値Ｑ４を周波
数ｆ２におけるＱ値Ｑ２より高く設定する等、各Ｑ値を
適正な値に設定する必要がある。

従来の定電圧駆動方式においては、周波数ｆ２とｆ４に
おけるＱ値を決定する制動抵抗は共通のＲｖであるから
、これらのＱ値を適正な値に調整するには、部屋１ａ、
ｌｂの容積（Ｌｌ、、　Ｌ２．）とボート内質量（Ｃ＋
ｐ、　Ｃ２Ｆ）を調整するしかなかった。

もともと第１２図の構成のスピーカシステム（以下、ダ
ブルバスレフという）は、サブウーハ等のように通常の
スピーカシステムに比へて狭い帯域を効率良く再生する
ためのものであり、２つの共振を利用することでこれを
達成しようというものである。

ここで、ｆ、＝８０Ｈｚ、ｆ４＝４０Ｈｚとし、４０Ｈ
ｚ〜８０Ｈｚで平坦な特性を持つダブルバスレフによる
サブウーハを想定する。

音楽の平均エネルギースペクトルは、一般に、第１６図
に示すように、２００Ｈｚ位を中心として両側では少な
くなっている。よってこのサブウーハに加わる音楽信号
のエネルギーは周波数ｆ４の成分Ｅ　（ｆ４　）よりも
ｆ２の成分エネルギーＥ　１２）の方が大きいことが殆
どである。よって効率の高さを目的としている以上ｆ２
における共振は有効でなくてはならない。また、音響的
な共振は低い周波数よりも高い周波数の方が同一体積で
は高いＱ値をもたせ易く、音圧は加速度に比例するため
Ｅ　（ｆ２）＞Ｅ　（ｆ４）であるから共振のＱが同じ
であればｆ４よりもｆ２の方が出力音圧は大きくなる。

よってｆ４よりｆ２の共振を有効にするのは容易であり
効率の面では好ましいことではあるが、ｆ４の音圧とｆ
、の出力音圧をほぼ等しくｆ２からｆ４までの帯域がほ
ぼ平坦であることがスピーカシステムとしての本来の条
件でもあるため、ｆ２のみの共振が有効であることは逆
にこのスピーカシステムとしての本来の条件を満たさず
、周波数特性が平坦でなくなる。むしろ周波数特性を平
坦にするにはｆ４における共振をｆ２よりも有効な条件
としてやらないと、もともと音圧の出しにくいｆ４の音
圧は低下してしまう。

現実のダブルバスレフシステムは、このような理由によ
り、空洞１ａの容積）空洞１ｂの容積としてｆ４の音圧
を上げるようになっており、ｆ２の音圧はｆ４の音圧に
合うように比較的小さなＱ値を持たせるように空洞１ａ
の容積や開口ボート３ａの設計を行なっている。これは
スピーカシステムの性能として最も重要な周波数特性を
まず満たす必要があるからである。このようなスピーカ
システムは、むろんボートを持たないスピーカシステム
よりは効率が改善されるが、ｆ２の共振をｆ４の音圧に
合せることはｆ２における効率を低下させることになる
。また、スピーカシステムとしての大きさはｆ２ではな
くｆａの設計でほとんど決定される。したがって、エネ
ルギーの面で考えると、ｆ、よりも少ないエネルギーし
か加わらないｆ４によりシステムの大ぎさが決定され、
しかもそのｆ４の音圧に合せてｆ２の効率を押さえなく
てはならないというのが現状である。

すなわち、ダブルバスレフ形スピーカシステムを定電圧
駆動する第１２図の音響装置においては、キャビネット
の大きさが周波数ｆ４におけるＱ値に関連するため、設
計上の自由度が少なく、また、キャビネットを小形化す
ることが困難であった。

この発明は、前記従来例における問題点に鑑みてなされ
たもので、共鳴周波数の互いに異なる複数の共鳴器を１
つの振動器で駆動する音響装置において、装置の小形化
を図るとともに、設計の自由度を向上させることを目的
とする。

［課題を解決するための手段］前記課題を達成するため、この発明では、共鳴周波数の
互いに異なる複数の共鳴器を１つの振動器で駆動すると
ともに、各共鳴器の音圧出力を合成して音響として放射
する音響装置において、振動器および各共鳴器のモーシ
ョナルインピーダンス要素の組合せにより形成される複
数の共振周波数のうち、音圧に関与する共振周波数の少
なくとも１つの周波数において出力インピーダンス中に
負性インピーダンスを含む駆動装置により駆動すること
を特徴としている。

［作用］この発明の音響装置で用いられる駆動装置は、前記複数
のモーショナルインピーダンスにより形成される共振周
波数のうち音圧に関与する共振周波数の少なくとも１つ
の周波数で振動器を負性インピーダンス駆動するため、
この共振周波数における振動器の非モーショナルインピ
ーダンスが低減または無効化される。例えば前記第１２
図の音響装置の全帯域において、駆動装置の出力インピ
ーダンスがＲｖ　−Ｒｏ　＝Ｏなる負性抵抗−Ｒｏであ
る場合、すなわち、第１３図の等価回路において抵抗Ｒ
ｖを短絡した状態について説明すると、各共振回路Ｚｒ
　、Ｚ２　、Ｚａが交流インピーダンス０の定電圧源Ｅ
ｖに直接接続されたこととなり、交流的にそれぞれ両端
を短絡される。これにより、並列共振回路Ｚ１は、Ｑ値
がＯとなり、また、直列共振回路Ｚ２．Ｚ４は音響的等
価抵抗’　ＩＪＴ　　’　ＩＰ＋　　ｒ　２ｊ＋　　ｒ
　２Ｆを無視すればＱ値が計算上■となる。また、この
場合、各共振回路Ｚ、。

Ｚ４は、ゼロインピーダンスを介して接続されることと
なり、各共振回路間の相互依存がなくなるため、共振周
波数ｆａ、ｆｉおよびＱ値Ｑ４゜Ｑ２をそれぞれ独立に
設定することができる。なお、Ｒｖ　−Ｒｏ　＞Ｏの場
合、または各空洞および共振開口ボートの音響的等価抵
抗ｒ　１ａ＋　　’　ＩＰ−’　２ａ＋　　ｒ　２Ｆを
無視し得ない場合、前記Ｑ４とＱ２は、前記（１）と前
記駆動装置の出力インピーダンスが０である従来の定電
圧駆動方式による場合のＱ値との間の値となる。さらに
、駆動装置の出力インピーダンスが正の値である場合に
は、出力インピーダンスの値の上昇とともにＱ２．Ｑ４
は下がる。

［効果］このように、この発明によると、駆動装置の出力インピ
ーダンスを少なくとも音圧に関与する共振周波数におい
て、適宜設定することにより、これらの共振周波数にお
けるＱ値を適正な音圧特性が得られるような適正な値に
設定することができるため、キャビネットの大きさを比
較的自由に設定でき、設計の自由度が向上するとともに
、キャビネットを小形化することができる。

［実施例］以下、この発明の実施例を図面に基づき説明する。なお
、第１２図〜第１６図に示す従来例と共通または対応す
る部材は同一の記号を付して表わす。

第１図は、この発明の一実施例に係る音響装置の基本的
構成を示す、同図の音響装置は、第１２図のものに対し
、キャビネット１を小形化し、これによりキャビネット
１への収納が難しくなった開口ボート３ａ、３ｂをキャ
ビネットｌの外部に突出して設け、仕切板２に取り付け
た振動器（スピーカユニット）５を駆動するための駆動
装置として第１４図に示す５つの共振周波数ｆ１゜ｆ２
．ｆｓ、　ｆ４．　ｆｓのうち、音圧出力に関与する共
振周波数ｆｚ、ｆ４の少なくとも一方の周波数で出力イ
ンピーダンス中に負性インピーダンスを含む駆動装置３
０を用いている。

第２図は、第１図の電気等価回路を示す。また、第３図
は、第２図においてＺｖ　−Ｚｏ　＝　Ｏｌすなわち変
換器７に固有の内部インピーダンスが等価的に完全に無
効化されたときの電気的等価回路を示す。

この第３図の状態においては、各ヘルムホルツ共鳴器の
等価モーショナルインピーダンスによる直列共振回路Ｚ
４．Ｚ２は、両端が交流的に短絡されることとなる。し
たがって、これらの直列共振回路２４，２．に等価的に
直列接続される等価抵抗は、ｒ　Ｉ□ｒ　ＩＰ、ｒ　２
ａ＊　　ｒ　２Ｐだけとなって、これらの直列共振回路
Ｚ４．Ｚ２のＱ値は、定電圧駆動したときのそれぞれの
Ｑ値のＲＶ／（ｒｌａ＋　ｒ　＋ｐ）　、　Ｒｖ　／　
（ｒｚａ＋　ｒ　ｚｐ）倍となる。ここで、これらの等
価抵抗’　１ａ＋　　’　ＩＰ＋　　ｒ　２ａ＋　　ｒ
　２Ｆの抵抗値は、前述のように、ボイスコイル抵抗Ｒ
Ｖに比べれば無視し得る程度の小さなものであるから、
各直列共振回路Ｚ、、Ｚ２のＱ値は、それぞれ定電圧駆
動したときより格段に上昇させることができる。

第４図は、駆動装置３０の出力インピーダンスとＱ値と
の関係の一例を示す。同図から分るように、直列共振回
路のＱ値は、負性インピーダンスで駆動することにより
、大きくすることができるとともに、０または正のイン
ピーダンスで駆動することにより、従来の定電圧駆動に
よる場合と同程度またはそれ以下にすることができる。

したがって、第１図の音響装置においては、空洞１ａを
小形化することにより周波数ｆ４におけるＱ値が低下し
たとしても、この周波数ｆ４における駆動装置３０のイ
ンピーダンスを負性とすることによりＱ値を低下した分
を超えて充分に大きくすることができる。すなわち、第
１図の構成において、Ｑ値を最も高くしたいのは、共振
周波数ｆ４のＱ値Ｑ４であり、空洞１ａを小さくすると
、このＱ４が低下するが、第１図の音響装置においては
、空洞１ａの容積を小さくしても駆動装置３０の出力イ
ンピーダンスとして適正な負性インピーダンスを設定す
ることにより、共振周波数ｆ４の共振のＱ値Ｑ４を充分
な大ぎさに設定することができ、このため、キャビネッ
トを小形化してシステムの小形化を図ることができる。

また、周波数ｆ４と周波数ｆ２における駆動装置３０の
出力インピーダンスが同じであれば、前記したように、
周波数ｆ４より高い周波数ｆ２では周波数ｆ４における
よりＱ値を高く設定し易く、また、出力音圧レベルも高
いため、周波数ｆ４とｆ２との間の音圧出力特性を平坦
にできない。その場合は、前記出力インピーダンスが周
波数ｆ４では負性となるように、かつ周波数ｆ２では周
波数ｆ４におけるより高い出力インピーダンスとなるよ
うに、駆動装置３０の出力インピーダンスに周波数特性
を持たせるようにすればよい。

第５図は、振動器を負性インピーダンス駆動するための
負性インピーダンス発生回路の基本構成を示す。

同図の回路は、利得Ａの増幅器３１の出力をスピーカ３
２による負荷ＺＬに与える。そして、この負荷２．に流
れる電流■、を検出し、伝達利得βの帰還回路３３を介
して増幅回路３１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Ｚ０は、Ｚｏ＝Ｚｓ　（１−Ａβ）　　　・・・・・・・・（４
）として求められる。この（４）式からＡβ〉１とすれ
ばＺ。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。

したがって、この第５図の回路において、インピーダン
スＺｓの種類を適宜選択することにより、出力インピー
ダンス中に所望の負性インピーダンス成分を含ませるこ
とができる。例えば、電流ＩＬをインピーダンスＺＳの
両端電圧により検出する場合には、インピーダンスＺ５
が抵抗Ｒｓであれば負性インピーダンス成分は負性抵抗
成分となり、インダクタンスｔ、ｓであれば負性インダ
クタンス成分となり、キャパシタンスＣ３であれば負性
キャパシタンスとなる。また、帰還回路３３に積分器を
用い、インピーダンスＺ、としてのインダクタンスし、
の両端電圧を積分して検出することにより負性インピー
ダンス成分を負性抵抗成分とすることができ、さらに帰
還回路３３に微分器を用い、インピーダンスＺＳとして
のキャパシタンスＣｓの両端電圧を微分して検出しても
負性インピーダンス成分は負性抵抗成分となる。

電流検出センサとしては、これらのインピーダンス素子
Ｒｓ　、Ｌｓ　、Ｃｓ等の他、Ｃ，Ｔ、やホール素子等
の電流プローブを用いることも可能である。

このような回路に相当する具体例は、例えば特公昭５９
−５１７７１号等に示されている。

また、電流検出をスピーカ３２の非接地側で行なうこと
も可能である。このような回路の具体例は、例えば特公
昭５４−３３７０４号等に示されている。第６図はＢＴ
Ｌ接続の例であるが、第５図の回路に通用することは容
易である。第６図の３４は反転回路である。

第７図は出力インピーダンス中に負性抵抗成分を含むア
ンプの具体的回路例を示す。

第７図のアンプにおける出力インピーダンスＺｏは、Ｚｏ　＝　Ｒｓ　　（Ｉ　　Ｒｂ　／　Ｒ−）＝０．２
２　（１−３０／１．６）＝−３，９（Ω）となる。

第５図の回路において、Ａ１βまたはＺ５に周波数特性
を持たせれば出力インピーダンスＺ。に周波数特性を持
たせることができる。

第８図は、周波数ｆ４とｆ２のそれぞれにおける出力イ
ンピーダンスＺ４およびＺ２がいずれも負性インピーダ
ンスで、かつ相互に近い値でよい場合の回路例を示す。

同図の回路は、電流！、を検出するセンサとして電流検
出抵抗Ｒ８を用いるとともに、負帰還回路３３としてコ
ンデンサＣ３と抵抗Ｒ，，Ｒ，とからなり周波数特性を
有する（所要帯域内の周波数特性が平坦でない）ＣＲ回
路３３ａおよび周波数特性を有しない（所要帯域内の周
波数特性が平坦な）増幅器３３ｂを用いて負帰還回路３
３の伝達利得βに周波数特性を持たせたものである。な
お、この回路は、前記ＣＲ回路３３ａを前記電流検出セ
ンサｚｇに含めればセンサ２３に周波数特性を持たせも
のと考えることもできる。第９図は、第８図の回路の周
波数特性を示す。第９図において、Ｚ、＝Ｒ，（１−Ａβ。）である。また、出力インピーダンス曲線をナイキスト法
に従って折線近似したときの出力インピーダンスがＺ、
からＺ４へ向けて立ち下る折点Ｐの周波数ｆＰは、はぼ
１／２πＣｌＲ２である。

第１０図は、伝達利得βが β−β。（Ｆ　（Ｘ）　−Ｆ　（Ｙ）　）であり、正と
負の両方の成分を持つ回路の例を示す。

同図に示すように、帰還回路３３に、ある伝達特性Ｆ　
（Ｘ）および−Ｆ　（Ｙ）を持たせると、Ｆ　（Ｘ）の
利得がＦ　（Ｙ）を上回る帯域ではβ〉０となり、Ｚｏ
　＝Ｒｓ　　（Ｉ　　Ａβ）であるから、出力インピー
ダンスは、Ｒｓ以下となり、Ａβ〉１において負性イン
ピーダンスが実現できるし、逆に、Ｆ　（Ｙ）の利得が
Ｆ　（Ｘ）を上回る帯域ではβく０となるから、出力イ
ンピーダンスは、Ｒ５以上の正のインピーダンスとなる
。

このように第１図に示すダブルバスレフ形スピーカシス
テムの振動器５を第１１図のような出力インピーダンス
特性を有する駆動装置３０、例えば第１０図に示す構成
の駆動装置により駆動することにより、システムの小形
化と高効率化を図ることができる。例えば、第１２図に
示す従来のシステムに対し、空洞１ａを小さくし、共振
周波数ｆ４における駆動装置の出力インピーダンスを負
性とすることでＱを上げ、かつ空洞１ｂを従来より大ぎ
めにするとともに正のインピーダンスで駆動することに
より効率を良くしながら、Ｑ値を下げることができる。

第１１図は、この場合の共鳴器の共振周波数と、駆動装
置３０の出力インピーダンスとの関係を示す。

なお、上述の実施例においては、共鳴器を構成するため
の音響的質量手段として間口ボートを用いているが、こ
れは羊なる開口やドローンコーン等の受動振動体であっ
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図および第３図は、第１図の装置の電気等価回路図
、第４図は、駆動装置の出力インピーダンスと共鳴器のＱ
値との関係を示す特性図、第５図は、この発明の負性インピーダンス発生回路の基
本構成図、第６図〜第８図および第１０図は、この発明の他の実施
例を示す回路図、第９図は、第８図の回路の出力インピーダンスの周波数
特性図、第１１図は、共鳴器の共振周波数と、駆動装置の出力イ
ンピーダンスとの関係の一例を示す説明図、第１２図は、従来のダブルバスレフ形スピーカシステム
の構成を示す断面図、第１３図は、第１２図のスピーカシステムを定電圧駆動
する場合の電気等価回路図、第１４図は、第１２図のスピーカシステムの電気インピ
ーダンス周波数特性図、第１５図は、第１２図のスピーカシステムの音響出力の
説明図、そして第１６図は、音楽の平均エネルギースペクトル図である
。１：キャビネットｌａ、ｌｂ：部屋（空洞）２：仕切板３ａ、３ｂ：開口ボート５：振動器（スピーカユニット）６：振動板３１：増幅回路３２：スピーカ３３：帰還回路

Claims

【特許請求の範囲】

（１）閉じられた空洞とこの空洞を外部領域に音響的に
連絡する音響的質量手段とにより構成され、共鳴周波数
を互いに異なる値に設定された複数の共鳴器と、これらの共鳴器を並列的に駆動する１つの振動器と、この振動器を電気的に駆動する駆動手段と、を具備する
音響装置において、前記駆動手段は、前記共鳴器および振動器により形成さ
れる複数の共振周波数のうち、音圧に関与する少なくと
も１つの周波数付近における出力インピーダンスが負で
あることを特徴とする音響装置。
（２）キャビネットを仕切板で２つの部屋に分割し、各
部屋のそれぞれを前記空洞としてこの空洞を構成するキ
ャビネットの外壁に開口、開口ポートまたは受動振動体
からなる前記音響的質量手段を設けて２つの共鳴器を形
成するとともに、前記仕切板に開口を設けてこの開口を
前記振動器の振動体で塞ぎ、この振動体の第１面を一方
の空洞に対面させるとともに第２面を他方の空洞に対面
させてある請求項１記載の音響装置。