JPH01319790A - 電子楽器 - 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】 ［ａ業上の利用分野］ この発明は、楽音を発生するためのサウンドシステムを
内蔵した電子楽器に関し、より詳しくは、サウンドシス
テムの小形化および周波数特性、特に低域再生特性の向
上を図った電子楽器に関する。

［従来の技術］ 電子楽器において、デザイン、周波数特性および操作性
等はともに重要なファクタである。

周波数特性については、例えば８８１１式ピアノの最低
音（八〇）は２７．５Ｈｚであり、自動リズム演奏にお
けるバスドラムの基本波の周波数は約３０Ｈｚである。

これらの超低音は、基本波そのものが再生されなくても
、高調波が再生されれば聴感レベルとしては補正される
ため、通常の演奏をモニタする上では支障がない。しか
し、例えばバスドラムの場合、基本波の約３０Ｈｚが僅
かでも出ており、かつ倍音の５０〜６０Ｈｚが充分に出
ていれば、身体を揺するような重低音として感じるのに
対し、最低再生周波数が７０Ｈｚ程度以上のサウンドシ
ステムを用いると「ボン、ボン」という軽い音になって
しまうというように音質上は、大ぎな差異がある。

最近の電子楽器の多くは、音源としてＰＣＭ音源を用い
ており、サウンドシステムへの入力信号がそのまま再生
されるとすればその音質は極めて高い。この高音質の楽
音を再生するため、電子楽器に内蔵されるサウンドシス
テムの高忠実度化が望まれている。サウンドシステムの
再生特性は、はとんどスピーカシステムの再生特性によ
って決定される。

ところで、従来、電子楽器に内蔵されるサウンドシステ
ムは、密閉形または位相反転形（バスレフ形）のスピー
カシステムと、これをいわゆる定電圧駆動する出力イン
ピーダンスが実質的にＯのパワーアンプとで構成されて
いた。この場合、スピーカシステムの最低再生周波数は
、主に箱体（キャビネット）の容積および使用している
スピーカユニットの特性（ｆｏ、Ｑｏ等）によって決定
される。すなわち、従来の電子楽器においては、より低
周波の音まて再生しようとすればより大容積の箱体が必
要となり、デザイン上の自由が制限され、かつ配置によ
っては、演奏の妨げになる等、操作上の問題が発生する
という不都合があった。第１４図は、背面框２１と箱体
７とを一体化したデザインの電子楽器の外観を示す。同
図において、９ａ、９ｂはバスレフポート（共口鳥ポー
ト）である。

［発明が解決しようとする課題］ この発明は、前記従来の電子楽器における問題点に鑑み
てなされたもので、サウンドシステム、特にスピーカシ
ステムを構成する箱体を、周波数特性、特に低域再生特
性を損なうことなく小形化してデザインの自由度および
操作性を向上させ、あるいは、前記箱体を大形化するこ
となく低域再生特性を向上させ得る電子楽器を提供する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段コ この発明の電子楽器は、サウンドシステムとして、ヘル
ムホルツ共鳴器を構成する共鳴ポート付箱体の外壁面に
電気音響変換器を配設してなり、この変換器の振動体の
内面側で前記ヘルムホルツ共鳴器を駆動するとともに外
面側で音響を直接放射する、形状的にバスレフ形スピー
カシステムに類似した共ロ１ポート付スピーカシステム
と、前記変換器を、前記ヘルムホルツ共鳴器から前記振
動体への大気反作用を打ち消すように駆動する駆動手段
とを具備するサウンドシステムを内蔵することを特徴と
している。

〔作用コ この発明において、スピーカシステムは、バスレフ形ス
ピーカシステムと同様の、ヘルムホルツ共鳴器を有する
形式のものである。したがって、音響は、電気音響変換
器の振動体から直接放射されるとともに、この振動体に
より駆動されるヘルムホルツ共鳴器からも放射され、こ
のスピーカシステムの出力音圧の周波数特性は、これら
電気音響変換器の振動体からの直接放射音響と、共鳴器
からの共鳴音響とが合成されたものとなり、密閉形スピ
ーカシステムのように直接放射音響のみを放射するもの
よりも前記共鳴音響のある分だけ低域特性を伸ばすこと
ができる。

この発明において、電気音響変換器の駆動手段は、ヘル
ムホルツ共鳴器駆動時に該共鳴器側からの大気反作用を
打ち消すように変換器を駆動する。このような駆動手段
としては、出力インピーダンス中に等測的に負性インピ
ーダンス成分（−ＺＯ）を発生させる負性インピーダン
ス発生回路や振動体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端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。

このように、電気音響変換器の振動体に対する反作用を
打ち消すようにこの変換器を駆動すると、例えば大気反
作用が完全に打ち消された場合、この変換器は共鳴器側
すなわち箱体側からの大気反作用に影響されない、充分
に制動のかかった、いわゆるデッドの状態で駆動される
ことになる。このため、直接放射音響の周波数特性は変
換器後面の空間の容積に影響されず、前記箱体の容積は
、ヘルムホルツ共鳴器の空洞として、かつ変換器の容器
として不都合が生じない限り、小さくすることができる
。また、ヘルムホルツ共鳴器側から見れば、該共鳴器駆
動時に該共鳴器側からの大気反作用を打ち消すように変
換器を駆動するということは、変換器の振動体が共鳴器
側からは駆動できない等測的な壁つまり共鳴器内壁の一
部と化しているということである。したがって、ヘルム
ホルツ共鳴器としてのＱ値は、変換器の特性には影響さ
れず、共鳴ポートと箱体とによる共鳴周波数を下げても
充分高いＱ値を確保することができる。これにより、キ
ャビネットを小形化してもヘルムホルツ共鳴器から充分
なレベルの重低音（共鳴音）を発生することができる。

すなわち、この発明の共鳴ポート付スピーカシステムと
、このスピーカシステムの変換器をヘルムホルツ共鳴器
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
駆動する駆動手段とを組合せたサウンドシステムによれ
ば、従来のバスレフ形スピーカシステムを定電圧駆動す
る場合に対し、箱体の容積を小さくすることができると
ともに、共鳴ポートを細長く形成して共鳴器の共鳴周波
数を低く設定することによって、より低音までの再生が
可能となる。

・［効果］ 以上のように、この発明によれば、再生低域特性を損な
うことなくスピーカユニットの箱体を小形化して、電子
楽器の操作性およびデザインの自由度を向上させたり、
前記箱体を犬ぎくすることなく再生低域特性を向上させ
ることが可能どなる。

［実施例コ 以下、図面を用いてこの発明の詳細な説明する。

第１図は、この発明の一実施例に係る電子楽器の外観を
示す。この電子楽器は、サウンドシステムを構成するス
ピーカシステムとして、従来のバスレフ形スピーカシス
テムと同様にヘルムホルツ共鳴器を有し、形状的にもこ
のバスレフ形に類似している共鳴ポート付スピーカシス
テムを用いたものである。但し、ヘルムホルツ共鳴器の
空洞の容積を従来のバスレフ形の２，３０ＩＬに対して
数℃と極端に小さくするとともに、共鳴ポートを細長く
形成して共鳴器の共鳴周波数をバスレフ形と同等、また
はより低い５０〜６０Ｈｚに設定しである。

第２図は第１図のＡ−Ａにおける断面図、第３図は外装
の一部を除いた斜視図である。第１〜３図において、棚
板１は垂直に設けられた２つの脚部２ａ、２ｂによって
所定の高さに保持されており、この柵板１の上に鍵盛３
と、スピーカユニット４ａ、４ｂを取り付けた左右２チ
ャンネル分のスピーカ取付台５ａ、５ｂと、音源および
各チャンネルのスピーカ駆動用アンプを含む電気回路（
図示せず）が搭載されている。また、棚板１には開口部
６ａ、６ｂが設けられるとともに、この棚板１の下側に
は柵板１との間に空胴部および共鳴ポート部を形成する
箱体７が配設されている。

この箱体７は、第４図（ａ）（ｂ）に示すように、底板
８に開口ポート部９ａ、９ｂが設けてあり、さらに中間
板１０および仕切板１１ａ〜１１ｄによフて内部を区切
っである。開口ポート部９ａ、９ｂおよびこれに連絡す
る仕切板１１ａ〜Ｉｌｄで区切られた部分は、この箱体
７が棚板１に取り付けられて上部を塞がれることにより
、ヘルムホルツ共鳴器の共鳴ポート部分を形成する。ま
た、この共鳴ポート部分を除く部分の空間はこの箱体７
が棚板１に取り付けられて上部を塞かれたとき、空洞を
形成する部分であり、中間板１０によって左右の各スピ
ーカシステム用として２つに分割されている。これらの
空間は、それぞれ、この電子楽器が完成した状態におい
て、前記開口部６ａ、６ｂを介して左右の各スピーカ取
付台５ａ、５ｂのスピーカユニット後側に形成される空
間に連絡し、これら箱体７の空間部とスピーカ取付台５
ａ、５ｂの空間部とによりヘルムホルツ共鳴器の空洞が
形成される。ここでは、中間板８を図中やや右寄りに取
り付けることによって、左チヤンネル用スピーカシステ
ム用の空洞容積が約５．５ｆｔ、右チヤンネル用スピー
カシステム用の空洞容積が約４．５℃となるように振分
けている。また、左右のヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波
数は、互いに異なる周波数である５０Ｈｚと６０Ｈｚと
に設定しである。このようなヘルムホルツ共鳴器の共鳴
周波数ｆ０−よ、音速をＣ１共鳴ポートの断面積をＳ、
共鳴ポートの長さを℃、空洞の体積を■とすると、 ｆＯｐ＝＝ｃ　（Ｓ／ＩＶ）”’　／２π　・・・・（
１）として求められる。

箱体７の底板８には、フェルト１２ａ、１２ｂが貼付さ
れている。この実施例において、箱体７は厚みが幅の１
／１０以下と薄いため、前記空間部分は管としての性格
が強く現われており、この空間を囲む壁全体が木、プラ
スチックまたは金属のような剛体のままであれば前記空
間部分の幅寸法を１／２，１．・・・・・・波長とする
管共鳴を生じる。ここでは、フェルト１２ａ、１２ｂを
貼付することによって前記管共鳴を防止している。この
ような管共鳴防止手段としては、前記フェルト１２ａ、
１２ｂの代わりに、通気性および音う抵抗性を備えた他
の材料、例えばスポンジ、不織布および織布等も使用す
ることができる。さらに、可撓性・粘弾性を有する材料
、例えはゴムで形成したものを用いてもよい。このよう
な可撓性・粘弾性材料は、可撓性により、前記フェルト
等の通気性と実質的に等価な圧力緩和作用を発揮し、粘
弾性により、撓み時にエネルギーを消費する抵抗として
作用する。

この箱体７は、数カ所に三角柱状の補強部材１３ａ〜１
３ｆを取り付けて補強しである。

第１〜３図を参照して、この電子楽器は、正面パネル１
４にスリット状開口群１５ａ、１５ｂが設けられており
、内部に斜めに配置されているスピーカユニット４ａ、
４ｂの直接放射音はそれぞれこの開口群１５ａ、１５ｂ
を介して外部に放出される。これにより、天板１６に前
記直接放射音放出用の開口を設ける必要がなくなり、音
質等を気にすることなく天板１６上に楽譜や装飾品等の
物を置くことができる。

脚部２ａと２ｂとの間には、箱体７の下側で、棚板１お
よび脚部２ａ、２ｂ等からなる構造体を補強するための
框２１が掛は渡されている。

第５図は、第１図の電子楽器に内蔵された音響装置（サ
ウンドシステム）の基本的構成を説明するための図であ
る。この音響装置は、前記の共鳴ポート付スピーカシス
テムおよびこのスピーカシステムを駆動するアンプを含
んでいる。スピーカシステムの実装状態におけるの構成
は、第１〜４図に示した。

第５図のスピーカシステム４ｏは、キャビネット（箱体
）７の前面に穴を開けて据勅板４１を有する動電形電気
音響変換器（スピーカユニット）４　（４ａ、４ｂ）を
取り付け、また、その下方に開口ポート部９　（９ａ、
９ｂ）を通じてキャビネット７の外部に開口する音道１
７を有する共鳴ポート１８を設けて、この共鳴ポート１
８とキャビネット７とでヘルムホルツ共鳴器を形成した
ものである。このヘルムホルツ共鳴器においては、閉じ
られた空胴であるキャビネット７の空気バネと共鳴ポー
ト１８の音道１７内の空気質量とによって空気の共鳴現
象が生じる。この共鳴周波数ｆＯＰは前記（１）式によ
り、 ｆｏｐ＝ｃ　（Ｓ／ｊ２Ｖ）””　／２πとして求めら
れる。

第５図において、駆動回路５０は、ｆ特補正回路５１お
よび負性インピーダンス回路５２等を具備する。負性イ
ンピーダンス回路５２は、増幅回路５３、抵抗Ｒ３およ
び帰還回路５４から構成されている。

この負性インピーダンス回路５２においては、利得Ａの
増幅回路５３の出力を負荷としてのスピーカシステムの
スピーカユニット４に与える。

そして、負荷電流検出用抵抗Ｒ５によってこのスピーカ
ニニット４に流れる電流工、を検出し、伝達利得βの帰
還回路５４を介して増幅回路５２に正帰還する。このよ
うにすれば、駆動回路５０の出力インピーダンスＺ０は
、 Ｒ０＝Ｒ，（１−Ａβ）　　・・・・・・（２）として
求められる。この式からＡβ〉１とすればＲ，）は開放
安定形の負性抵抗となる。

第６図は、第５図のスピーカシステム部分を電気等価回
路に置き換えて表わしたものである。第６図の並列共振
回路Ｚ１はスピーカユニット４の振動板４１等からなる
ユニット振動系が運動することにより生じる等価モーシ
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、Ｓｏは振動系の等価スチフネス、ｍｏは
振動系の等価Ｘ量を示している。また、直列共振回路Ｚ
２は共鳴ポートと空胴とにより構成されるヘルムホルツ
共鳴器の等価モーショナルインピーダンスによるもので
あり、ｒｃは空胴の等価抵抗、ＳＣは空胴の等価スチフ
ネス、ｒＰは共鳴ポートの等価抵抗、ｍｐは共鳴ポート
の等価買量を示している。また、図中のＡは力係数であ
り、スピーカユニット４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、ｆｔｖを
ボイスコイルの導体の全長とするとＡ＝ＢｕＶとなる。

さらに、図中のＺＶはスピーカユニット４の内部インピ
ーダンス（非モーショナルインピーダンス）であり、ス
ピーカユニット４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。

次に、第５および６図に示す構成の音響装置の作用を説
明する。

負性インピーダンス駆動機能を有する駆動回路５０から
スピーカユニット４に駆動信号が与えられると、ユニッ
ト４はこれを電気機械変換して振動板４１を前後（第５
図中の左右）に往復駆動する。振動板４１はこの往復運
動を機械音響変換する。ここで、駆動回路５０は負性イ
ンピーダンス駆動機能を有するが故に、ユニット４の内
部インピーダンスは等節約に低減（理想的には無効化）
されている。したかって、ユニット４は、駆動回路５０
へ入力される駆動信号に忠実に応動して振動板４１を駆
動し、かつ上記の共鳴ポート１８とキャビネット７とに
より構成されるヘルムホルツ共鳴器に対して独立的に駆
動エネルギーを与える。このとき、振動板４１の前面側
（第５図中の右面側）は音ｅを直接外部に放射するため
の直接放射部をなしており、振動板４１の後面側（第５
図中の左面側）はキャビネット７と共鳴ポート１８から
なるヘルムホルツ共鳴器を駆動するための共鳴器駆動部
をなしている。

このため、第５図中に矢印ａで示すように振動板４１か
ら音響が直接放射されるとともに、キャビネット７中の
空気が共鳴させられて、同図中に矢印すで示すように、
共鳴放射部（共口１ポート１８の開口ポート部９）から
充分な音圧の音響が共鳴放射される。そして、上記ヘル
ムホルツ共鳴器における共鳴ポート１８内の空気等価質
量の調整により、この共鳴周波数ｆ。ｐを従来のバスレ
フ形スピーカシステムとして標準的な設定値であるヘル
ムホルツ共鳴周波数ｆ　ｏｐ＝　ｆ　ｏｃ／　１丁（但
し、ｆＯｃはスピーカユニット４をバスレフ形キャビネ
ットに取り付けたときのユニット４の共振周波数）より
低く設定し、かつ共鳴ポート１８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、上記開口部から適
切なレベルの音圧が得られることを条件とし、さらに人
力信号レベルを適宜増減することによって、例えば第７
図に実線で示すような音圧の周波数特性を得ることがで
きる。第７図において、２点鎖線は従来の密閉形スピー
カシステムのインピーダンス特性およびこれを定電圧駆
動したときの出力音圧周波数特性を示し、破線は従来の
バスレフ形スピーカシステムのインピーダンス特性およ
び出力音圧周波数特性を示す。

以下、ヘルムホルツ共鳴器を利用したスピーカシステム
を負性インピーダンス駆動する場合の作用をさらに詳し
く説明する。

第８図は、第６図においてＺｖ　　Ｚｏ＝Ｏ，すなわち
スピーカユニット４の内部インピーダンス（非モーショ
ナルインピーダンス）が等価的に完全に無効化されたと
きの負性インピーダンス回路５２以降の部分の電気的等
価回路である。ここでは、共鳴ボー１−１８および空洞
の等価抵抗ｒ。。

ｒＰを直列の抵抗に換算するとともに各要素の値に付さ
れる係数を省略して示している。

この等価回路から以下のことが明らかである。

先ず、スピーカユニット４の等価モーショナルインピー
ダンスによる並列共振回路Ｚ、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。したがって、この並
列共振回路ＺＩは、Ｑ値がＯであり、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、このスピー
カユニット４にあっては、単にヘルムホルツ共鳴器にス
ピーカユニット４を取り付けた状態で有していた最低共
振周波数という概念がもはやなくなっている。

以後、スピーカユニット４の最低共振周波数ｆ０相当量
と言う場合には、実質的には無効化されてしまった上記
概念を仮に呼ぶに過ぎない。このように、ユニット共振
系（並列共振回路）２＋が実質的に共振回路でなくなる
結果、この音響装置における共振系はヘルムホルツ共鳴
器の等価モーショナルインピ−ダンス 列共振回路）Ｚ２のみ唯一つになってしまう。

また、スピーカユニット４は、振動系が実質的に共振回
路でなくなる結果、駆′＃Ｊ信号人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、入力電
気信号Ｅ０を忠実に電気機械変換し、振動板４１を変位
させることになる。つまり、完全な制動状態（いわゆる
スピーカプツトの状，態）である。この状態におけるこ
のスピーカの最低共振周波数ｆ０相当値近傍の出力音圧
周波数特性は、６　ｄ　Ｂ　／　ｏ　ｃ　ｔとなる。こ
れに対し、通常の電圧駆動状態の特性は、１　２　ｄ　
Ｂ　／　ｏ　ｃ　ｔとなる。

一方、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Ｚ２は、上記駆動信号源Ｅ０
にゼロインピーダンスで接続されているので、もはや並
列共振回路Ｚ１との間に相互依存の関係はなく、並列共
振回路Ｚ１と直列共振回路Ｚ２とは無関係に独立して併
存することになる。したがって、キャビネット７の容積
（ｓＣに反比例する）および共鳴ポート１８の形状、寸
ｔｌ　（　ｍ　ｐに比例する）はスピーカユニット４の
直接放射特性には影響せず、また、ヘルムホルツ共鳴器
の共鳴周波数およびＱ値はスピーカユニット４の等価モ
ーショナルインピーダンスにも影響されない。すなわち
、ヘルムホルツ共鳴器の特性値（　ｆ　ＯＦ．　　Ｑｏ
ｐ）とスピーカユニット４の特性値（　ｆ　ＯＣ＋　Ｑ
ｏｃ）とは独立して設定することができる。さらに、直
列共振回路ｚ２の直列抵抗は、ｒ（＋ｒｐのみであり、
これらは通常、充分小さな値であるから、この直列共振
回路Ｚ２．すなわちヘルムホルツ共鳴器のＱ値は充分に
高く設定することができる。

別の見方をすれば、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、駆動信号人力に応して変位し、
外力、特にキャビネット７の等価スチフネスＳＣによる
大気反作用には実質的に影響されない。このため、スピ
ーカユニット４の振動板４１はキャビネット側から見れ
ば等価的に壁となり、ヘルムホルツ共鳴器から見たとき
のスピーカユニット４の存在が無効化される。したがっ
て、ヘルムホルツ共鳴器としての共鳴周波数（以下、ポ
ート共鳴周波数という）ｆｏｒおよびＱ値は、スピーカ
ユニット４の非モーショナルインピーダンスに依存せず
、この共鳴周波数を通常の定電圧駆動方式では共鳴のＱ
値が非常に小さくなるような周波数に設定する場合にも
Ｑ値を充分に大きな値に維持することができる。また、
ポート共鳴系Ｚ２はユニット振動系Ｚ，とは全く独立し
て音響放射を行なう仮想スピーカとも言うべき存在とな
っている。そして、この仮想スピーカは、ポート径に相
当する小口径で実現するにもかかわらず、その低音再生
能力から見ると現実のスピーカとしては極めて大口径の
ものに相当する。

以上を従来のバスレフ形スピーカシステムを通常のパワ
ーアンプで定電圧駆動する従来方式と比較すると、該従
来方式では、周知のように、ユニット振動系Ｚ１とポー
ト共Ｏ％系Ｚ２との複数の共振系が存在し、しかも各共
振系の共振周波数およびＱ値は相互に密接に依存してい
た。例えば、ポート共１１４％系Ｚ２の共振周波数を下
げるためにポートを長くしたり、細くする（　ｍ　ｐが
大きくなる）と、ユニット振動系ＺｌではＱ値が高くな
り、ポート共鳴系Ｚ２では低くなるし、キャビネットの
容積を小さくする（ＳＣが大きくなる）と、ポートを長
くしたり、細くしてポート井目１系Ｚ２の共振周波数を
一定に保ったとしても、ユニット振動系ｚＩではＱ値お
よび共振周波数が高くなり、ポート共鳴系Ｚ２ではＱ値
がさらに低くなっていた。すなわち、スピーカシステム
の出力音圧周波数特性は、スピーカユニットの特性、キ
ャビネットの容積およびポートの寸法に密接に関連して
いるため、これらをマツチングさせるためには高度の設
計技術が必要であり、出力音圧周波数特性、特に低域特
性を損なうことなくキャビネット（システム）を小形化
することは一般に無理であると考えられていた。また、
上記ポート共鳴系Ｚ２における共振周波数ｆ。Ｐより低
い帯域での周波数と共鳴音響放射能力との関係は、音圧
レベルから見れば、周波数の低下に対して１２　ｄ　Ｂ
　／　ｏ　ｃ　を程度の割合で低下し、共振周波数をバ
スレフ形スピーカシステムの基本思想に対して極度に低
く設定すると、人力信号レベルの増減による補正は極め
て困難になっていた。また、共振点近傍におけるＱ値の
上昇および位相特性に基づく音質の劣化は補正のしよう
もなかった。

この実施例の駆動回路は、上述のようにヘルムホルツ共
鳴を利用したスピーカシステムを負性インピーダンス駆
動するようにしたため、システムのユニット振動系とポ
ート共鳴系の特性や寸法等を独立に設定でき、かつ、ポ
ート共鳴系の共振周波数を低く設定してもＱ値、低音再
生能力を高く保持することができるようになる上、ユニ
ット振動系の共鳴器駆動能力も強力（６ｄ　Ｂ　／　ｏ
　ｃ　ｔ　）となるので、周波数特性のうねりを、ｆ特
補正回路５１による人力信号レベルの増減、例えば通常
の音質調整程度の増減により補正し得る等の長所が得ら
れ、このため、周波数特性および音質を損なうことなく
キャビネットを小形化してスピーカシステムを小形に構
成することができる。また、この実施例の駆動回路によ
れば、各共鳴系の共振周波数およびＱ値を比較的自由に
設定できるため、既存のスピーカシステムを従来の定電
圧駆動による場合よりも音質を向上させたり、あるいは
音響再生帯域、特に低音側を簡単に拡大して駆動するこ
とが可能である。

なお、上述においては、ｚｖ−Ｚｏ＝０の場合について
のみ説明したが、この実施例では−Ｚ０く０であればＺ
ｖ　−２０＞Ｏであってもよく、この場合、ユニット振
動系およびポート共鳴系の特性値等は、上記インピーダ
ンスＺシー２０の値に応じて上記ＺＶ　−ＺＯ＝Ｑの場
合と従来の定電圧駆動方式の場合との間の値となる。し
たがって、この性質を積極的に利用して、例えばポート
井目も系のＱ値の調整を、ポート径を調節したり、キャ
ビネット内にグラスウールやフェルト等の機械的Ｑダン
パを入れたりして行なう代わりに、負性インピーダンス
−ＺＯを調節することにより行なうようにすることがで
きる。

第９図（ａ）（ｂ）（ｃ）は、前記共鳴ポート付スピー
カシステムおよび駆動回路５０を用いた第５図の音響装
置の電気的特性をシミュレーションした図である。ここ
では、スピーカユニット４の公称インピーダンスを８Ω
、駆動回路５０の負性インピーダンス発生回路５２の交
流入力電圧ｅを１ｖ、出力インピーダンス−Ｚ。を−７
Ωとしている。

第９図（ａ）において、実線ａは前記共鳴ポート付スピ
ーカシステムのインピーダンスＺＬ、、Ｆａ。

線すはスピーカユニット４の等価インダクタンスＡ２／
Ｓｏによるインピーダンス、破線Ｃはスピーカユニット
４の等価キャパシタンスｍ　ｇ　／　Ａ　２によるイン
ピーダンス、破線ｄはキャビネット７の等価インダクタ
ンスＡ　２／　ｓ　ｃによるインピーダンス、破線ｅは
キャビネット７の等価キャパシタンスｍｐ／Ａ２による
インピーダンス、−点鎖線ｆはユニット共振系Ｚｌのイ
ンピーダンスのそれぞれの周波数特性を示している。同
図において、ユニット共振系の共振周波数は破線すと破
線Ｃとの交点である約３５Ｈｚ、ポート共鳴系の共鳴周
波数は破線ｄと破線ｅとの交点である約４０Ｈｚである
。

第９図（ｂ）において、実線ｇは負性インピーダンス発
生回路５２の出力端電圧Ｖ、破線りはポート共鳴系から
の共鳴放射音響の出力音圧特性、破線ｉはユニット共振
系からの直接放射音響の出力音圧特性、そして、実線ｊ
は破線りと破線ｉどを合成したもので、スピーカシステ
ムとしての総合出力音圧特性を示している。前記出力端
電圧Ｖは、 ■：＝ＺＬｅ／（ＺＬ＋−Ｚｏ）・・・・・・・・（３
）で求めたものである。したがって、　　ＺＯ，ＺＬを
それぞれ純抵抗−Ｒｏ　（＝−７Ω）、ＲＬとすると、
電圧Ｖは、ＲＬ＝８！ＱでＶ＝８Ｖ、Ｒ，＝９ΩでＶ＝
４．５Ｖ、　・・・・・・というように変化する。

第９図（Ｃ）は、駆動回路５０のｆ特補正回路５１によ
り負性インピーダンス発生回路５２の入力端子ｅを周波
数に応じて増減し、回路５２の出力電圧を実線ｇ°のよ
うに補正することによって、実線ｊ°に示すように５０
Ｈｚ以上で平坦な出力音圧特性が得られることを示して
いる。同図において、破線には出力音圧特性を平坦にす
る場合の増幅器５３（すなわち負性インピーダンス発生
回路５２）の出力電力（Ｗ）特性を示している。

第１図の電子楽器では、左右２チャンネルの音う装置に
おけるスピーカシステムのポート共鳴周波数を互いに異
なる５０Ｈｚと６０Ｈｚとに設定している。このように
すると、左右のスピーカシステムによる総合の周波数特
性が、右側スピーカシステムからの６０Ｈｚ以上で平坦
な出力音圧特性に対して左側スピーカの共鳴ボー］・か
らの５０Ｈｚにピークを有する音圧特性が継ぎ足された
形なり、−様再生帯域を低域側に伸ばすことができる。

勿論、ｆ特補正回路５１の特性を適宜設定することによ
り、右チャンネルだけで一様再生帯域の低域側を５０Ｈ
ｚまで伸ばすことも可能ではあるが、この場合、第９図
（Ｃ）の破線ｋに示すように、ポート共鳴周波数近傍で
増幅器５３の出力電力を大きくする必要がある。同図で
見ると、−様再生周波数の低域側を１０Ｈｚ伸ばすため
には出力電力が６ｄＢ（４倍）大きな増幅器５３が必要
となる。特に、電子楽器においては、鍵を押下し続ける
場合も考慮すると、増幅器５３の大きさは連続定格で考
慮する必要があり、通常出力が同じであるとすれば、間
欠または瞬間最大出力で考慮すれば足りるオーディオア
ンプに比べて数倍の出力の電力増幅器を必要とする。こ
れを、周波数特性を平坦化するため、さらに大出力化す
るのは、回路設計上の負担が極めて大きい。そこで、こ
の実施例においては、左側のポート共鳴周波数を右側よ
り１０Ｈｚ低い周波数である５０Ｈｚに設定し、この５
０Ｈｚ近傍の周波数の出力音圧は、主に左側スピーカシ
ステムの共鳴ポートから放射させ、右側駆動回路５０の
負担を軽減している。同様に、６０Ｈｚ近傍の音響は、
主に右側スピーカシステムの共鳴ポートから放射させる
ことにより、左側駆動回路５０の負担を軽減している。

数十Ｈｚ以下の低周波域では、波長が数ｍ以上となるた
め音響の指向性は弱く、左右のチャンネルのいずれから
放射されたかはほとんど問題とならない。つまり、低周
波領域においては、前記のように左右から異なる音圧の
音響を放射するようにしても音像の定位等の問題はほと
んど生己ない。

なお、この実施例では、音響装置の出力音圧特性をより
低周波まで伸ばした結果、低音側のピアノ音等は、むし
ろこもるような実際の音色とは異なるものとなった。そ
のため、ここでは、音貰原において、基本波成分を低減
または除去する等して音質を調整している。

第１０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５２０基本措成を示す。

同図の回路は、利得Ａの増幅器５３の出力をスピーカシ
ステムによる負荷ＺＬに与える。そして、この負荷ｚ１
．に流れる電流Ｉしを検出し、伝達利得βの帰還回路５
４を介して増幅回路５３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Ｚ。は、 Ｚ０＝Ｚ、（１−Ａβ）　　　・・・・・・・・（４）
として求められる。この（４）式からＡβ〉１とすれば
Ｚｏ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１０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Ｚ
ｓが抵抗Ｒ３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Ｃｓであれは負
性キャパシタンスとなる。また、帰還回路５４に積分器
を用い、インピーダンスＺｓとじてのインダクタンスＬ
ｓ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、ざらに
帰還回路５４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Ｃ５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
Ｒ３，ＬＳ、Ｃ５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ユニット４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１１
図はＢＴＬ接続の例であるが、第１０図の回路に適用す
ることは容易である。第１１図の５６は反転回路である
。

第１２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１２図のアンプにおける出力インピーダンスＺｏは、 Ｚｏ　＝Ｒｓ　　（Ｉ　　Ｒｂ　／Ｒａ　）＝０．２２
　（１−３０／１．６） ＝−３，９（Ω） となる。

［実施例の変形例］ なお、この発明は、前記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、前記駆動回路は、共鳴器駆動時に振動体を周囲
からの反作用を打ち消すように駆動するものであればよ
く、前記負性インピーダンス発生回路の他、特公昭５８
−３１１５６号に開示されたようないわゆるＭＦＢ回路
を用いることができる。

また、前記出力インピーダンスに周波数特性を持たせる
ことにより、ＱｏｃやＱｏｐ等の設定の自由度を向上さ
せたり、特性、特に共振周波数ｆ。。およびｆ。Ｐ近傍
の出力音圧特性を調整したり、高域においてボイスコイ
ルインダクタンス成分の非直線性に起因する歪率の増加
を抑制することも可能である。

さらに、共鳴ポートの出力を機械式音響フィルタを通し
て出力することにより、管共鳴音を除去するようにして
もよく、この場合、第１３図（ａ）に示すように、左右
のチャンネルで１つのフィルタを共用して、いわゆる３
Ｄ（スリーディメンション）システムを構成するように
してもよい。また、この場合、左右の共鳴ポート１８ａ
と１８ｂの長さを異ならせることにより、ポート共鳴の
周波数を左右で異ならせることも可能である。機械式フ
ィルタとしては、ポート共鳴音を通過し、管共鳴音を遮
断するものであればバンドパス、バンドエリミネートお
よびローパスのいずれのタイプでもよく、その構造も問
わないが、例えば第１３図（ｂ）または（ｃ）に示すよ
うなものを用いることができる。第１３図（ｂ）は、箱
体７ｃに開口９１を設けたもので、管共鳴音より低い周
波数のみを通過するローパスフィルタとして作用する。

第１３図（ｂ）は、箱体７ｃにドローンコーンのような
受動振動体９２を設けたもので、ポート共鳴音を含む帯
域のみを通過するバントパスフィルタとして作用する。

共鳴ポート１８ａ、１８ｂは、第４図または第５図に示
す容量で、箱体７ａ、７ｂまたは７ｃの内部に収納して
も良く、その場合、システム全体をよりコンパクトに構
成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係る電子楽器の外観を
示す斜視図、 第２図は、第１図のＡ−Ａ断面図、 第３図は、第１図の電子楽器の外装を取り外した状態の
斜視図、 第４図（ａ）（ｂ）は、第１図における箱体の上面およ
び右側面図、 第５図は、第１図の電子楽器の基本構成を示す説明図、 第６図は、第１図および第５図の音響装置の電気等価回
路図、 第７図は、第１図および第５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８図は、第５図におい
てＺｖ　　Ｚｏ”Ｏとしたときの等価回路図、 第９図（ａ）（ｂ）（ｃ）は、第５図の音響装置の周波
数特性説明図、 第１０図および第１１図は、それぞれ負性インピーダン
スを発生する回路の基本的回路図、第１２図は、負性抵
抗駆動の具体的回路図、第１３図（ａ）（ｂ）（ｃ）は
、この発明の他の実施例に係る３Ｄシステムの構成図、
そして第１４図は、従来のバスレフ形スピーカシステム
を定電圧駆動する音響装置を内蔵した電子楽器の外観を
示す斜視図である。 １：棚板、 ３：１！盤、 ４ａ、４ｂニスビーカニニツト、 ５ａ、５ｂ：スピーカ取付台、 ７：キャビネット（箱体）、 １２ａ、１２ｂ：フェルト、 １８：共鳴ポート、 ４１：振動板、 ５０：駆動回路、 ５２、負性インピーダンス発生回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）鍵盤と、この鍵盤における押鍵操作に基づいて楽
   音信号を発生する音源と、この楽音信号を音響に変換し
   て放射するサウンドシステムとを備えた電子楽器におい
   て、 前記サウンドシステムは、 ヘルムホルツ共鳴器を構成する箱体および共鳴ポートと
   、 前記箱体の外壁に配設され、その振動体の一方の面で前
   記ヘルムホルツ共鳴器を駆動するとともに他方の面から
   音響を直接放射する電気音響変換器と、 前記変換器を、前記ヘルムホルツ共鳴器から前記振動体
   への大気反作用を打ち消すように駆動する駆動手段と を具備することを特徴とする電子楽器。