JPH04227397A - 能動補助スピーカ付き音響ボックス - 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】

【０００１】本発明は能動補助スピーカ付加型の音響ボ
ックスに係る。かかる音響ボックスは、同位相で給電さ
れる２つのダイナミックスピーカを含む。主スピーカは
第１チャンバに収納され、補助スピーカは第１チャンバ
に隣接の第２チャンバに収納されている。補助スピーカ
は２つのチャンバの共通壁に配置されている。

【０００２】低音域及び極低音域の再生は音響ボックス
の重要な課題である。小口径ダイナミックスピーカは、
大口径スピーカよりも明らかに高い加速度特性を有する
ので、大口径スピーカよりも明らかに優れている。しか
しながら小口径スピーカは、従来のごとく負荷されてい
る場合、周波数１００Ｈｚ以下の多量のエネルギを許容
される倍音ひずみ率で放射することができない。

【０００３】スピーカ自体の素寸法に比較して音波の波
長が長いとき、音響短絡現象が生じ、このため、低周波
数のレベルが大きく低下することは知られている。平面
バフルもしくは折り曲げバフルによって振動膜の両面間
の間隔を拡大させるか、または後進波をキャビネットで
絶縁することによってこの短絡現象を減衰または防止す
ることが可能である。

【０００４】この問題を解決するためにいくつかの構造
が提案されたが、残念ながら問題の十分な解決には至っ
ていない。最初に、平面バフルが提案された。平面バフ
ルを組み込んだシステムは、共振周波数でスピーカが全
く減衰されない、レベルが増加するとひずみが大きくな
る、などの欠点を示した。

【０００５】また、密閉箱が提案された。この構造の欠
点は、効率が極めて悪いこと及び過渡的レスポンスがよ
くないことである。

【０００６】公知のいま１つの解決方法は位相反転キャ
ビネット（バスレフ）の使用である。この解決方法では
、低音域での通過帯域を拡大し、ひずみを減らして正し
いレスポンスを得ることができる。しかしながら、自由
空気中でスピーカの共振周波数の両側に２つの共振ピー
クが存在する。従ってこのアセンブリでは、「ボックス
サウンド」と呼ばれる普通の品質の音質しか得られない
。

【０００７】また、対称負荷を有するボックス、即ちス
ピーカの前面に共振器、背面に密閉箱が配置され、共振
器が該密閉箱と同調し得るボックスも提案された。かか
るボックスは極低音域のレスポンスがよくひずみが少な
いが、その使用が極低音域の再生に限定され、高い遮断
周波数に共振する（ヘルムホルツ形共鳴器）。

【０００８】１／４波長ボックスは、再生すべき最低周
波数の波長の１／４に対応する長さを有する折り曲げ可
能な音響管または音響伝搬路から構成される。このボッ
クスでは、良好なレスポンスが得られる極低音域の範囲
は拡大されるが、レスポンスカーブが不規則で、音響伝
搬路の管が共振する。

【０００９】１９４７年にＯｌｓｏｎは、前述のタイプ
の能動補助スピーカ付きボックスを使用する別の解決方
法を提案した。

【００１０】理論的には、低周波数において、該ボック
スに収納された２つのスピーカの共通スペース内の空気
の音響インピーダンスは、密閉箱のインピーダンスより
も顕著に小さい。２つのスピーカが同位相で給電される
ように構成し、極めて低い共振周波数のスピーカを補助
スピーカとして採用することによって、主スピーカが無
限大バフルとして装着されたときとほぼ同様の機能が得
られる。

【００１１】この解決方法は、通過帯域を極低音域側に
拡大し且つほぼ一定のインピーダンスを得るためにスピ
ーカの両面で最適の圧力バランスを得ることが必要であ
るが、このような圧力バランスを得ることには成功しな
かった。

【００１２】本発明は、各スピーカの両面の圧力バラン
スを得ることに成功した上記タイプのボックスを提案す
る。

【００１３】本発明のボックスの特徴は、第１チャンバ
が、隣合う２つのキャビティから構成され、これらのキ
ャビティが両者の共通障壁を貫通する通気路によって連
通し、第１のキャビティが、主スピーカを収納し且つ該
主スピーカに同調し、第２のキャビティが、前記２つの
チャンバの共通壁を含み且つ補助スピーカに同調し、第
２のチャンバが圧縮チャンバを含み、該圧縮チャンバが
補助スピーカを内蔵し且つ漸増断面積を有する音響伝搬
路に通じており、２つのスピーカが同体積の空気を排除
するように選択されていることである。これは同じ直径
のスピーカを選択することによって得られる。

【００１４】このようにして、同位相で変位する各スピ
ーカの前面及び背面で極めて良好な圧力バランスが得ら
れる。更に、各スピーカはほぼ理想的に減衰され、第１
チャンバの２つのキャビティによって規定される空気の
体積は、無限大負荷をシミユレートする弾力性を有して
おり、優れた動インピーダンスが得られる。

【００１５】本発明の別の特徴によれば、前記音響伝搬
路は、第２チャンバの内部壁によって構成された折り曲
げられた音響伝搬路である。この構造によって第２チャ
ンバの長さを実質的に１／２に短縮し得る。

【００１６】本発明の更に別の特徴によれば、２つのス
ピーカの直系以外の特性値はやや異なっている。特に、
過電圧係数（ｆａｃｔｅｕｒｓ　　ｄｅ　　ｓｕｒｔｅ
ｎｓｉｏｎ）及び共振周波数がやや異なっているおり、
このため、２つのスピーカをいっそう容易に同調させる
ことができ、過電圧ピークを小さくできる。

【００１７】本発明の１つの実施態様によれば、第１チ
ャンバの第２キャビティがトンネル型の通気路を介して
同調する。

【００１８】

【実施例】添付図面に示す非限定実施例に基づく以下の
記載より本発明のその他の特徴及び利点が明らかであろ
う。

【００１９】図１及び図２は本発明のボックスの実施例
の概略図である。このボックスは、能動補助スピーカ付
きボックスであり、２つのスピーカ、即ち主スピーカ１
と補助スピーカ２とを含む。主スピーカ１は、第２チャ
ンバ４と隣合う第１チャンバ３に収納されている。２つ
のチャンバ３，４は共通壁１０を含んでおり、第２チャ
ンバ４に収納された補助スピーカ２は該共通壁１０に固
定されている。

【００２０】本発明によれば、第１チャンバ３は水平障
壁７によって２つのキャビティ５及び６に分割されてい
る。２つのキャビティ５及び６は、障壁７に設けられた
通気路８を介して連通している。上部キャビティ５は主
スピーカ１を内蔵しており、下部キヤビティ６は補助ス
ピーカ２によって負荷されている。上部キャビティ５の
容積は、主スピーカ１と同調するように計算され、下部
キャビティ６の容積は、補助スピーカ２と同調するよう
に計算されている。キャビティ６の同調は、チャンバ３
の外部に通じる通気路９によって得られる。

【００２１】チャンバ４は圧縮チャンバ１１を含み、補
助スピーカ２は該圧縮チャンバに内蔵されている。圧縮
チャンバ１１は末端にマウスピース１２を備えた漸増断
面積を有する音響伝搬路に接続している。

【００２２】漸増断面積を有する音響伝搬路の長さは、
補助スピーカ２の共振周波数の関数として計算される。 この音響伝搬路の長さを制限するために、音響伝搬路が
、圧縮チャンバ１１の底部から延びる壁１３を介して上
縁１４から下縁１５まで折り曲げられた構造を有するの
が有利である。壁１３はチャンバ４の壁に対して傾斜し
ている。

【００２３】音響伝搬路はチャンバ４の底部で一定の断
面積を有する。即ち、縁１５からチャンバ４の底部１６
までの距離及び垂直な２つの壁の各々までの距離がいず
れも等しい値ａである。壁１３によって規定される音響
伝搬路が漸増断面積を有するので、点１４に存在する音
響伝搬路の起点の断面積は幅１によって規定されており
、該断面積は、マウスピース１２の近傍の幅Ｌによって
規定される末端断面積の１／２である。

【００２４】２つのスピーカ、即ち主スピーカ１及び補
助スピーカ２は等しい直径を有し、極めて低い過電圧係
数を有する。従って、同位相で給電される２つのスピー
カによって駆動される空気の体積が等しく、主スピーカ
１の背面と補助スピーカ２の前面との間に存在するチャ
ンバ３の容積が厳密に一定に維持される。２つのスピー
カが極めて低い過電圧係数を有するので、２つのスピー
カは共振周波数でかなり減衰され得る。

【００２５】２つの通気路８及び９は乱流現象を防止す
るために円筒状であるのが好ましい。通気路９の寸法は
、できるだけ範囲の広い平坦なレスポンスカーブが得ら
れるように決定される。この通気路９の断面積は、補助
スピーカ２の振動板の実効表面積の１／３に相当する。 この通気路９の長さは、極低音域のインピーダンスの絶
対値の変化によって決定される。

【００２６】通気路８は２つのキャビティ５，６内で循
環する空気集団に対するスプリングとして作用し、２つ
のキャビティ間で循環する空気の流量を調整し得る。通
気路９は、周波数１５０Ｈｚ以上のときに２つのスピー
カのタンデム動作によって生じた過電圧を除去し得る。 この通気路が存在しないならば、周波数１５０〜３００
Ｈｚのときに生じた上記のような過電圧が、音響圧力レ
ベルの急激な上昇（最小＋８ｄＢ）を生起するであろう
。即ち、周波数１５０Ｈｚ以下のときに放射されるエネ
ルギは、主スピーカによって放射されるエネルギと２つ
の通気路８，９によって放射されるエネルギとの和であ
る。周波数１５０Ｈｚ以上のときには主スピーカだけが
エネルギを放射する。

【００２７】２つのスピーカの間に閉じ込められた空気
集団のコンプライアンスが計算できないと、通気路８の
寸法を計算することはできない。その断面積は、２つの
スピーカ１，２の振動板の実効表面積の和の１／３に対
応するのが有利である。

【００２８】均一に増加する断面積を有する音響伝搬路
１３はサイレンとして作用し、音響インピーダンスの変
換器を構成する。圧縮チャンバ１１の下部の入口１４に
駆動される空気集団は、伝搬路内で励振される空気分子
数の漸増によって、マウスピース１２に到達するまでに
その体積を次第に増加させる。従って、音響インピーダ
ンスは、幅１で規定される断面積を有する音響伝搬路の
入口で大きく、幅Ｌで規定される断面積を有するマウス
ピース１２の処で小さい。

【００２９】断面積が漸増するので、一定断面積を有す
る常用の音響伝搬路で見られるような管の共振が防止さ
れる。

【００３０】マウスピース１２は、ヘルムホルツ形共鳴
器を構成するように補助スピーカ２の共振周波数に同調
する。その結果、補助スピーカ２の背面は完全に減衰さ
れ、マウスピース１２が一定の信号を発生する。この同
調は、平坦なレスポンスが得られるように実験的に決定
される。マウスピース１２の断面積は常に、補助スピー
カ２の振動板の実効表面積の１／３よりも小さいのが好
ましい。

【００３１】圧縮チャンバ１１の出口の断面積、即ち音
響伝搬路１３の入口の開口断面積は好ましくは補助スピ
ーカ２の振動板の実効表面積のほぼ０．７倍に等しい。

【００３２】音響伝搬路１３は上述の入口の開口によっ
て規定され、縁１４の処の出口面積は入口断面積の２倍
である。音響伝搬路１３の長さは１／４波長ボックスの
パラメータに基づいて計算され、音響変換器として機能
し得る漸増断面積を得るための補正係数を該パラメータ
に適用する。この長さは補助スピーカ２の共振周波数に
依存する。

【００３３】スピーカコーンの両側でスピーカ２によっ
て排除される体積の空気が音波を発生し、この音波が通
気路１２及び９によってボックスの外部に放射される。 スピーカ２の両側のキャビティが同調するのでコーンの
両側の負荷が等圧的になる。従って負荷は圧力対称的に
動作し得る。これは過渡レスポンス（音波インパルスま
たは音波列の正負の振幅の対称性）に有利である。

【００３４】スピーカの動作自体によって通気路１２及
び９は反位相で放出するが、音響短絡は、音波の通過距
離が伝送すべき最低波長の１／４よりも長いとき、且つ
、音波の周波数が再生すべき最低周波数（これは伝搬路
の長さによって規定され、伝搬路の長さは補助スピーカ
２の共振周波数によって規定される）以下であるときに
しか生じない。

【００３５】この通過距離は、音響伝搬路の長さに通気
路１２と９との間の距離を加えて計算されてもよく、ま
たは音響伝搬路の長さに通気路１２とスピーカ１との間
の距離を加えて計算されてもよい。

【００３６】キャビティ５，６の容積Ｖは、位相反転負
荷を計算するためのＴｈｉｅｌｅパラメータを用いて、
即ち、式： Ｖ＝Ｓ　　ＶＡＳ　　Ｑｔｓ２ 〔式中、Ｓは共振キャビティの過電圧係数に対応し、Ｖ
ＡＳはスピーカのサスペンションと等価の空気体積を示
し、Ｑｔｓはスピーカの過電圧係数を示す〕によって計
算するのが有利である。過電圧係数Ｓは５．７〜１１の
範囲であり、本発明ボックス用に実験によって決定され
た値は約６．７である。

【００３７】上記等式中にはスピーカの過電圧係数の２
乗項が存在するので、上部チャンバ３の容積はスピーカ
の過電圧係数に大きく左右されることが理解されよう。 このような理由から、ボックスを小型化したい場合には
、極めて小さい過電圧係数を有するスピーカを選択する
のが有利であろう。

【００３８】２つのスピーカ１及び２は、低音域及び極
低音域の再生に用いられるので、音響ボックスには更に
、図２に示すような別の２つのスピーカ、即ち中音域ス
ピーカ１７及び高音域スピーカ１８が配備され、これら
のスピーカはキャビティ６に収納されている。

【００３９】以下の寸法を用いて本発明の音響ボックス
の実施例を製造した。下部チャンバ４は、高さ４０ｃｍ
、奥行き１８ｃｍ及び幅１５ｃｍ（内部寸法）を有する
。音響伝搬路１３の入口の断面積を規定する幅１は６ｃ
ｍ、従って距離ａは９ｃｍ、幅Ｌは１２ｃｍであり、マ
ウスピース１２の高さは４．５ｃｍである。

【００４０】第１チャンバの２つのキャビティは奥行き
２８ｃｍ、幅２０ｃｍを有し、キャビティ５の高さは１
９ｃｍ、キャビティ６の高さは２３ｃｍである（内部寸
法）。

【００４１】通気路８は直径１０．４ｃｍ及び長さ１４
ｃｍを有し、通気路９は直径７．４ｃｍ及び長さ９ｃｍ
を有する。

【００４２】２つのスピーカは直径１７ｃｍのダイナミ
ックスピーカである。補助スピーカ２は、過電圧係数０
．２５、共振周波数４０Ｈｚ、サスペンションと等価の
空気体積０．０３１ｍ３を有する。主スピーカ１はやや
異なる特性値を有し、過電圧係数０．２７、共振周波数
３９Ｈｚ、サスペンションと等価の空気休積０．０２３
ｍ３である。

【００４３】前述のごとく、本発明の音響ボックスによ
れば、２つのスピーカで極めて良好な圧力バランスを得
ることができる。本発明のボックスでは、図３に示すよ
うなほぼ平坦なインピーダンスカーブが得られる、２つ
のスピーカが過電圧を全く生じない、極低音域までほぼ
一定のレベルが与えられ音質も極めて良好である、など
の優れた結果が得られる。

【００４４】このインピーダンスカーブを、図５に示す
主スピーカ自体のインピーダンスカーブと比較するとよ
い。

【００４５】図４は、本発明のボックス用主スピーカの
軸線におけるレスポンスカーブを示す。このカーブは実
質的に平坦であることが理解されよう。このレスポンス
カーブを、同じ主スピーカを位相反転キャビネットに配
置した同様のスピーカで得られるレスポンスカーブと比
較するとよい。

【００４６】製作過程に関連した二次的な影響を受ける
ことを完全に防止するために、音響伝搬路１３の壁の厚
みを第３倍音の放射が完全に阻止されるように選択した
。この音響伝搬路の内部壁が非平行なため、吸収材の使
用量は最小であり、従って、エネルギの熱放散が阻止さ
れ、低音域及び中低音域が十分に再生される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のボックスの断面図である。

【図２】図１のボックスの正面図である。

【図３】本発明のボックスの負荷インピーダンスを周波
数の関数として示すグラフである。

【図４】本発明のボックスの主スピーカの軸線内のレス
ポンスカーブを示すグラフである。

【図５】主スピーカ自体のインピーダンスを示すグラフ
である。

【図６】公知の位相反転キャビネット内に配置された主
スピーカのレスポンスを示すグラフである。

【符号の説明】

１　　主スピーカ ２　　補助スピーカ ３　　第１チャンバ ４　　第２チャンバ ５　　第１キャビティ ６　　第２キャビティ ７　　共通障壁 ８．９　　通気路 １０　　共通壁 １１　　圧縮チャンバ １３　　音響伝搬路

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　同位相で給電される２つのダイナミッ
   クスピーカ、即ち第１チャンバに収納された主スピーカ
   と、第１チャンバに隣接の第２チャンバに収納された補
   助スピーカとを含み、補助スピーカが２つのチャンバの
   共通壁に配置された能動補助スピーカ付加型の音響ボッ
   クスであつて、第１チャンバが、共通障壁を貫通する通
   気路によって接続された隣合う２つのキャビティから成
   り、第１キャビティは主スピーカを内蔵し且つ該主スピ
   ーカに同調し、第２キャビティは前記２つのチャンバの
   共通壁を含み且つ補助スピーカに同調すること、第２チ
   ャンバが圧縮チャンバを有し、該圧縮チャンバは補助ス
   ピーカを内蔵し且つ漸増断面積を有する音響伝搬路に通
   じていること、２つのスピーカが同体積の空気を排除す
   るように選択されていることを特徴とする能動補助スピ
   ーカ付き音響ボックス。
2. 【請求項２】　　前記音響伝搬路が、第２チャンバの内
   部壁から成る折り曲げられた音響伝搬路であることを特
   徴とする請求項１に記載の音響ボックス。
3. 【請求項３】　　２つのスピーカの直径以外の特性値が
   やや異なっていることを特徴とする請求項１または２に
   記載の音響ボックス。
4. 【請求項４】　　第２キャビティが外部に通じる通気路
   を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一
   項に記載の音響ボックス。
5. 【請求項５】　　前記通気路が円筒状部分を有すること
   を特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の音
   響ボックス。
6. 【請求項６】　　第２キャビティの通気路の断面積が、
   補助スピーカの振動板の実効表面積の１／３にほぼ等し
   いことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記
   載の音響ボックス。
7. 【請求項７】　　２つのキャビティを接続する通気路の
   断面積が、２つのスピーカの振動板の実効表面積の和の
   １／３にほぼ等しいことを特徴とする請求項１から６の
   いずれか一項に記載の音響ボックス。
8. 【請求項８】　　圧縮チャンバの出口の断面積が、補助
   スピーカの振動板の実効表面積の０．７倍にほぼ等しい
   ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載
   の音響ボックス。
9. 【請求項９】　　音響伝搬路の出口マウスピースの断面
   積が、補助スピーカの振動板の実効表面積の１／３以下
   であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項
   に記載の音響ボックス。
10. 【請求項１０】　　各キャビティの容積Ｖが式：Ｖ＝Ｓ
    　　ＶＡＳ　　Ｑｔｓ２ 〔式中、Ｓは、共振キャビティの過電圧係数に対応し、
    ６．７にほぼ等しい値、ＶＡＳは、考察中のスピーカの
    サスペンションに等価の空気の体積、Ｑｔｓは考察中の
    スピーカの過電圧係数〕によって得られることを特徴と
    する請求項１から９のいずれか一項に記載の音響ボック
    ス。