JP2009055605A - 制動型スピーカユニットおよびスピーカシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ダイナミック型スピーカユニットのマグネットの磁力を小さくして、スピーカシステムの軽量化と、最低共振周波数付近の音圧の平坦化とを同時に実現する。
【解決手段】密閉型スピーカシステム１０のスピーカユニット１２の背面側をスピーカユニットの動インピーダンス以上の音響抵抗を有する音響抵抗部材１３で覆い、かつスピーカ振動板１４の背面と音響抵抗部材１３とで囲まれる空間の体積Ｖ１と、音響抵抗部材１３とキャビネット１１とで囲まれる空間の体積Ｖ２との比（Ｖ１／Ｖ２）が１／２以下になる位置に音響抵抗部材１３を配置することによって、課題の解決が図れる。
【選択図】図１

Description

本発明は、音響機器に用いるスピーカユニットおよびスピーカシステムに関し、具体的には制動型スピーカユニットおよび制動型スピーカユニットを装着したスピーカシステムに関する。

ダイナミック型スピーカユニットを装着した密閉型スピーカシステムは、図１６の実線で示すように、一般的に最低共振周波数（ｆ_０）付近の音圧が山状に高くなる現象が生じる。そこで、図１６の一点鎖線で示すように、最低共振周波数（ｆ_０）付近の振動を制動して音圧の山を平坦化する方法が色々提案されている。その代表的な方法としては、スピーカユニットのマグネットの磁力を強くする方法と、吸音材を用いる方法とがある。

マグネットの磁力を強くする方法は、マグネットの寸法が大きくなるため、スピーカユニットが大型になりしかも重量が重くなる問題がある。特に、携帯型スピーカシステム・車載用スピーカシステム・薄型テレビ受像装置に内蔵するスピーカシステムのように小型・軽量が要求される用途には不向きである。
一方、吸音材を用いる方法は、マグネットの磁力の弱い小型でしかも軽量のスピーカユニットが採用できるため、スピーカシステムの小型化・軽量化に有効な手段として期待されている。

例えば、連続気泡型ウレタン・グラスウール・真綿などの吸音材をキャビネット内の空間に充満して最低共振周波数付近の振動を制動する方法が良く知られている。しかし、この方法は最低共振周波数付近のみならず中音域（３００Ｈｚ〜１ｋＨｚ）の音圧レベルをも著しく低下させてしまう問題がある。この問題を解決するために、特許文献１に開示されている音響調整材が提案されている。つぎに、この音響調整材について説明する。

音響調整材は、アルミ箔などからなる反射・制動部材と、繊維シートなどからなる保形・制振部材と、ウレタンなどのスポンジ・ダウン・真綿・フェルトなどの多孔質部材もしくは風船・エアクッションなどの弾性体からなる吸音・緩衝部材とを、布などの音波透過部材で包装したものから構成されている。この音響調整材を密閉型あるいはバスレフ型のキャビネットに装着する場合は、キャビネット内の隅あるいは音圧が高くなる位置に取り付ける。

また特許文献２には、音波遅延板をキャビネットの内部空間を仕切る位置、もしくは内部空間の一部を占有する位置に設置したキャビネットが提案されている。音波遅延板は、多数の小孔（孔径：１ｍｍ〜１０ｍｍ）を穿設した穿孔板を複数枚、相互に間隙を設け、かつ各穿孔板の孔位置が一致しないように重積したものから構成されている。音波遅延板の中に音波が入射されると、音波はそれぞれの小孔をジグザグに迂回して伝播する。このように、音波の伝播経路を長くすることによって内部定在波の発生を抑制している。
特開平７−２６１７６７ 実公平２−１２７８９

しかしながら、特許文献１に記載されている音響調整材は、構成が複雑である上に、制動抵抗の非常に大きな部材すなわちアルミ箔・風船・エアクッションなど通気性のない部材を用いているため、制動抵抗の設計および制御が極めて難しい。また、音響調整材をスピーカユニットに装着する仕方（音響調整材とスピーカユニットとの間隔調整など）によって制動抵抗が変化すると言う問題点があった。さらに、通気性のない部材でスピーカユニットを覆うと、制動抵抗が大きくなり過ぎて、再生周波数全域の音圧レベルが著しく低下すると言う問題点があった。

特許文献２に記載されている音波遅延板について、最低共振周波数付近の振動を制動する制動作用があるかどうか検証実験を行った。その結果、音波の通過路としての役割を果たすためには、音波遅延板の孔径を１ｍｍ以上にする必要があり、孔径を１ｍｍ以上にすると制動作用が発現されないことが分かった。
したがって、特許文献２に開示されている音波遅延板と、本発明による多孔シートとでは、構成および作用効果を全く異にするものである。

また、バスレフ型スピーカシステムの場合は、図１０の一点鎖線で示すように、最低共振周波数（ｆ_０）付近の音圧が山状に高くなると共に、音響ポートの共振周波数（ｆｐ）付近にも音圧の山谷が発生するため低音域の音圧周波数特性が乱れると言う問題があった。この問題を解決するために、音響ポートに吸音材を挿入する方法が考えられる。しかし、この方法では最低共振周波数（ｆ_０）以下の音圧が低下するため、低音域の再生周波数帯域が狭くなる問題があった。

そこで本発明は、係る問題を解決して、最低共振周波数付近の振動を制動する、構成の簡単な音響抵抗部材を提供することを目的とする。また、スピーカユニットのマグネットの磁力を小さくして、スピーカユニットおよびスピーカシステムの軽量化と、最低共振周波数付近の音圧の平坦化とを同時に実現させることを目的とする。さらに、最低共振周波数付近および音響ポートの共振周波数付近の音圧の平坦化と、軽量化とを同時に実現可能なバスレフ型スピーカシステムを提供することを目的とする。

上記の問題を解決して目的を達成するために、本発明の制動型スピーカユニットは、スピーカ振動板を有するスピーカユニットと、スピーカ振動板の背面空間内に設けられた音響抵抗部材とを備え、背面空間は音響抵抗部材によって閉ざされており、かつ音響抵抗部材はスピーカユニットの動インピーダンス以上の音響抵抗を有していることを特徴とする。また、吸音特性のピーク周波数が１ｋＨｚ以下であることを特徴とする。
以上のような構成にすることによって、簡単な構成でスピーユニットの制動抵抗を制御することが可能になる。したがって、スピーカユニットのマグネットの磁力を小さくして、スピーカユニットの軽量化と、最低共振周波数付近の音圧の平坦化とを同時に実現することができる。
さらに、音響抵抗部材の背面側（スピーカ振動板とは反対側）に空気層を形成するための背面板が具備されていることを特徴とする。このような構成にすることによって、スピーカシステムの軽量化と、最低共振周波数付近の音圧の平坦化とを同時に実現することができる。

本発明による制動型スピーカユニットに用いられている音響抵抗部材は、通気性を有する多孔質体であることを特徴とする。好ましくは、多孔質体が１０ｃｃ／ｃｍ^２／ｓｅｃ以下の通気性を有する発泡体であることを特徴とする。このような構成にすることによって、吸音特性のピーク周波数を１ｋＨｚ以下にすることが可能になる。
さらに好ましくは、該多孔質体が複数の貫通孔を有する多孔シートであり、かつ貫通孔の孔径（直径）が０．８ｍｍ以下であることを特徴とする。以上のような構成にすることによって、
イ）吸音特性のピーク周波数特性が２００Ｈｚで、吸音周波数帯域幅（バン
ド幅）を１．４オクターブ以上に広げることが可能となる。
ロ）発泡体と比較して、孔の構造が単純になるため音響抵抗部材の音響抵抗
設計が容易になる。
ハ）音響抵抗部材の軽量化が図れる。

また、本発明による音響抵抗部材は、複数枚の多孔シートを互いに間隙を設けて重ね合わせた多重多孔シートからなることを特徴とする。このような構成にすることによって、音響抵抗の設計自由度の拡大が図れる。すなわち、重ね合わせる多孔シートの枚数を変えることによって、音響抵抗を調節することが可能になる。

さらに、多重多孔シートにおいて、各多孔シートの貫通孔の孔径が互いに異なっていることを特徴とする。このような構成にすることによって、吸音特性のピーク周波数および吸音周波数帯域幅の設計自由度が拡大する。したがって、キャビネットの最低共振周波数付近および音響ポートの共振周波数付近に音圧の山谷のない、低音域の再現性に優れたバスレフ型スピーカシステムを実現することが可能になる。

本発明のスピーカシステムは、キャビネットと、キャビネットの内壁に装着された、前述の制動型スピーカユニットとを備え、制動型スピーカユニットに具備されている音響抵抗部材の背面とキャビネットの内壁との間に空気層を有することを特徴とする。
また、スピーカ振動板の背面と音響抵抗部材とで囲まれる空間の体積Ｖ１と、音響抵抗部材の背面とキャビネットの内壁とで囲まれる空間の体積Ｖ２との比（Ｖ１／Ｖ２）が、１／２以下、好ましくは１／５以下になる位置に音響抵抗部材を配置することを特徴とする。
以上のような構成にすることによって、スピーカシステムの制動抵抗を制御することが可能になる。したがって、マグネットの磁力の弱いすなわち軽量のスピーカユニットを用いることができるため、スピーカシステムの軽量化と最低共振周波数付近の音圧の平坦化とが同時に実現される。

また、本発明のスピーカシステムは、背面空間の一部に音響ポートが具備されていることを特徴とする。このような構成にすることによって、スピーカユニットのマグネットの磁力を小さくして、最低共振周波数付近の音圧および音響ポート共振周波数付近の音圧の平坦化と、軽量化とを同時に実現するバスレフ型スピーカシステムを提供することが可能になる。

本発明のスピーカユニットによれば、マグネットの磁力を小さくすることができるため、スピーカユニットの軽量化が図れる効果が得られる。

また、本発明のスピーカシステムによれば、マグネットの磁力の弱いすなわち軽量のスピーカユニットを用いることができるため、スピーカシステムの軽量化と、最低共振周波数付近の音圧の平坦化とを同時に実現することができる効果が得られる。

さらに、本発明のバスレフ型スピーカシステムによれば、低音域の再現性の向上と、軽量化とを同時に実現することができる効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について図１〜図１５の図面を参照にして説明する。

(第１の実施の形態)
図１は本発明に係る密閉型スピーカシステムの一構成例を示す断面概略図である。図２は、図１に示す制動型スピーカユニットの電気音響等価回路図である。図３は、図１に示す密閉型スピーカシステムの電気音響等価回路図である。図４は、図３に示す電気音響等価回路図を用いて、音響抵抗部材の配置をパラメータにして音圧と周波数との関係を計算シミュレーションで求めた音圧周波数特性図である。図５は、音響抵抗部材の吸音特性と制動作用との関係を示す図である。図６、図７および図８は、本発明に係る音響抵抗部材の一構成例を示す概略図である。

〔密閉型スピーカシステムの構成〕
密閉型スピーカシステム１０は、図１に示すように、キャビネット１１と、キャビネット１１の壁面に装着したスピーカユニット１２と、スピーカユニット１２の背面側に設けた音響抵抗部材１３とを有している。スピーカユニット１２は、一般に良く知られているダイナミック型スピーカユニットであり、スピーカ振動板１４（以下、略して振動板と言う）と、振動板１４の支持系１５と、ボイスコイル１６と、マグネット１７と、フレーム１８とから構成されている。本実施形態では、フレーム１８の背面が音響抵抗部材１３で覆われた構成になっている。以下、音響抵抗部材１３が担持されているスピーカユニット１２を制動型スピーカユニット１９（点線で囲まれた部分）と言うことにする。Ｖ１は、振動板１４の背面と音響抵抗部材１３とで囲まれる空間である。

音響抵抗部材１３は、スピーカユニット１２の動インピーダンスＲ２（図２参照）以上の音響抵抗を有し、かつ通気性を有する多孔質体から構成されている。好ましくは、音響抵抗部材１３の吸音ピーク周波数が１ｋＨｚ以下の吸音特性を有する多孔質体がよい。その理由は、音響抵抗部材１３の吸音ピーク周波数が１ｋＨｚより高いと、制動を期待する所望の周波数、例えば最低共振周波数付近における音響抵抗部材１３の抵抗成分が小さくなり、最低共振周波数付近の音圧を平坦化する効果が小さくなるからである。また、通気性のない音響抵抗部材でスピーカユニット１２を覆うと、制動抵抗が大きくなり過ぎて、再生周波数全域の音圧レベルが著しく低下すると言う不具合が生じるからである。
ここで、吸音ピーク周波数とは、例えば垂直入射吸音率測定法・残響室吸音率測定法など一般に良く知られた測定方法で測定して得られた吸音率周波数特性において、吸音率が最も高くなる周波数である。つぎに、制動型スピーカユニット１９の構成について詳しく説明する。

〔制動型スピーカユニットの構成〕
図２において、点線で囲んだ部分２１はスピーカユニット１２部の電気音響等価回路、一点鎖線で囲んだ部分２２は空間Ｖ１部の電気音響等価回路、二点鎖線で囲んだ部分２３は音響抵抗部材１３部の電気音響等価回路である。
Ｖａｃは交番駆動力、Ｌ１はスピーカ振動系の質量、Ｃ１は振動板１４の支持系１５のコンプライアンス、Ｒ１は支持系１５の抵抗、Ｒ２は動インピーダンス、Ｃ３は空間Ｖ１の音響コンプライアンス、Ｒ４は音響抵抗部材１３の音響抵抗、Ｃ４は音響抵抗部材１３の音響コンプライアンス、Ｌ４は音響抵抗部材１３の音響インダクタンスである。つぎに、図２を参照しながら制動型スピーカユニット１９の動作について説明する。

音響抵抗部材１３の音響コンプライアンスＣ４と音響インダクタンスＬ４との並列共振周波数から十分離れた周波数では、音響抵抗部材１３の電気音響等価回路２３は、ほぼ音響抵抗部材１３の音響抵抗Ｒ４と等価になる。また、並列共振周波数より十分離れた低周波領域では、空間Ｖ１の音響コンプライアンスＣ３のインピーダンスは極めて大きくなる。したがって、音響抵抗Ｒ４だけがスピーカユニット１２部の電気音響等価回路２１に加わることになり、スピーカユニット１２の制動抵抗は（Ｒ１＋Ｒ２）から（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ４）へ増加する。特に、マグネット１７の磁力の強さＢに関係する制動抵抗Ｒ２が（Ｒ２+Ｒ４）に増加したことになる。よって、制動型スピーカユニット１９は、（１）式から分かるように、マグネット１７の磁力の強さＢが（１＋Ｒ４/Ｒ２）の平方根倍のスピーカユニットと同等の制動能力を有することになるため、最低共振周波数付近における音圧の山谷が平坦化されることになる。
例えば、マグネット１７の磁力の強さＢが２倍のスピーカユニットと同等の制動力を実現するためには、音響抵抗Ｒ４をスピーカユニットの動インピーダンスＲ３の３倍以上にすればよい。
動インピーダンスＲ２＝（Ｂｌ）^２/Ｒ ・・・・・・・ （１）
但し、Ｂはボイスコイル１６をよぎる磁束の磁束密度、ｌはボイスコイル１６の長さ、Ｒはボイスコイル１６の電気抵抗である。

音響抵抗部材１３は、スピーカユニット１２の音響特性および音響抵抗部材１３の吸音特性とに基づいて設定した位置に設けられている。つぎに、音響抵抗部材１３の配置について詳しく説明する。

〔音響抵抗部材の配置〕
図１において、振動板１４の背面と音響抵抗部材１３とで囲まれる空間の体積をＶ１、音響抵抗部材１３とキャビネット１１の内壁とで囲まれる空間の体積をＶ２とする。通常、音響抵抗部材１３は、Ｖ１とＶ２との比（Ｖ１／Ｖ２）が１／２以下、好ましくは１／５以下になる位置に設ける。このような位置に音響抵抗部材１３を配置すると、音響抵抗部材１３によるスピーカシステム全体の制動作用が発現して、最低共振周波数付近の音圧周波数特性の乱れ（音圧の山）が小さくなる点で好ましい。つぎに、この制動抵抗の発現について、図３に示す電気音響等価回路図３０を参照にして詳しく説明する。

図３において、点線で囲んだ部分３１は図２で説明した制動型スピーカユニット１９の電気音響等価回路２０と基本構成が同じである。したがって、図２に示す構成要素と同じ構成要素には同一の符号を付与し説明を省略する。ここでは、図２と異なる構成について説明する。

一点鎖線で囲んだ部分３２はキャビネット１１部の電気音響等価回路である。Ｃ２は音響抵抗部材１３とキャビネット１１の内壁とで囲まれた空間Ｖ２の音響コンプライアンス、Ｒ３は放射抵抗、Ｌ２は放射インピーダンスの無効成分を示す。音響抵抗部材１３の電気音響等価回路は、図２に示すように、キャパシタンスＣ４とインダクタンスＬ４との並列共振周波数から十分離れた周波数、すなわち本発明の効果を発現する周波数（最低共振周波数付近）では、ほぼ音響抵抗Ｒ４となる。したがって、以下では、音響抵抗部材１３の電気音響等価回路を音響抵抗Ｒ４と簡略化して説明する。

図３は、図２に示す音響コンプライアンスＣ３と音響コンプライアンスＣ２との比Ｃ３／Ｃ２（Ｖ１／Ｖ２に相当）をパラメータにして、音圧と周波数との関係を計算シミュレーションで求めた音圧周波数特性図である。尚、計算シミュレーションは、機械系パラメータを電気系パラメータに変換して電気系ＣＡＤで行った。計算に用いた各パラメータの数値は以下の通りである。
スピーカユニット１２の特性：Ｖａｃ＝１Ｖ、Ｌ１＝２７８０μＨ、Ｃ１＝４２６μＦ、Ｒ１＝０．６８３Ω、Ｒ２＝１．３８Ω
音響抵抗部材１３の音響抵抗Ｒ４：０．２Ω、０．４Ω、０．６Ω、０．８Ω、１．０Ωの５種類

図４ａはＣ３／Ｃ２が１／３０（Ｖ１／Ｖ２＝１／３０に相当）になる位置に音響抵抗部材１３を配置した場合の音圧周波数特性図である。同様に、図４ｂはＣ３／Ｃ２が１／５（Ｖ１／Ｖ２＝１／５に相当）、図４ｃはＣ３／Ｃ２が１／２（Ｖ１／Ｖ２＝１／２に相当）、図４ｄはＣ３／Ｃ２が１／１（Ｖ１／Ｖ２＝１／１に相当）になる位置に音響抵抗部材１３を配置した場合の音圧周波数特性図である。尚、図中の矢印の方向は、音響抵抗部材１３の音響抵抗Ｒ４が上から下に向かって順に大きくなる方向を示している。例えば、図４ａで説明すると、一番上の音圧周波数特性はＲ４が０．２Ωの場合、そして一番下の音圧周波数特性はＲ４が１．０Ωの場合である。

図４から分かるように、Ｖ１／Ｖ２（Ｃ３／Ｃ２）が１／２以下になる位置に音響抵抗部材１３を配置すると、音響抵抗部材１３の音響抵抗Ｒ４に比例して制動抵抗が大きくなり、最低共振周波数付近の音圧の山を平坦化する作用が発現する。しかし、Ｖ１／Ｖ２（Ｃ３／Ｃ２）が１／２より大きくなる位置に音響抵抗部材１３を配置すると制動抵抗が小さくなり、Ｖ１／Ｖ２（Ｃ３／Ｃ２）が１／１以上になる位置に音響抵抗部材１３を配置すると音響抵抗Ｒ４を大きくしても制動作用が発現しなくなることが分かる。

以上に説明したように、音響抵抗部材１３の音響抵抗Ｒ４と、音響抵抗部材１３の配置すなわちＣ３／Ｃ２とを調節することによって、スピーカシステム１０全体の制動抵抗を制御することが可能になる。例えば、スピーカユニット１２の動インピーダンスＲ２（制動抵抗）が小さい場合は、音響抵抗部材１３をスピーカユニット１２の近傍に配置しかつ音響抵抗の大きな音響抵抗部材１３でスピーカユニット１２を覆うことによって、スピーカシステム１０全体の制動抵抗を大きくすることができる。このことは、音響抵抗部材１３によってスピーカユニットの見かけの動インピーダンスが、大きくなったとみなすことができる。したがって、動インピーダンスの小さい安価なスピーカユニットすなわちマグネットの磁力の弱いスピーカユニットを用いたスピーカシステムの最低共振周波数付近の音圧を平坦化することが可能になる。

先に、制動作用を発現する音響抵抗部材１３は、吸音ピーク周波数が１ｋＨｚ以下でありかつ通気性を有する多孔質体がよいと述べた。この根拠について以下に説明する。

図５は、多孔質体として５種類のウレタンフォーム（連続気泡型ウレタン）を用い、各ウレタンフォームの吸音特性と制動作用との関係について実験した結果である。制動作用の有無は、図１に示す密閉型スピーカシステムを用い、最低共振周波数付近に発生する音圧の山が低くなるかどうかで判定した。尚、ウレタンフォームの吸音ピーク周波数は、垂直入射吸音率測定器で測定して求めた。

図５から分かるように、吸音ピーク周波数が１ｋＨｚ以下の試料ＡおよびＢは制動作用を有するが、吸音ピーク周波数が１ｋＨｚ以上の試料Ｃ、Ｄ、Ｅはいずれも制動作用を有していなかった。また、試料ＡとＢとを比較すると、試料Ａの方が試料Ｂより制動効果が大きかった。この差異について詳しく調べたところ、試料Ａの吸音周波数帯域幅（１５０Ｈｚ〜８５０Ｈｚ）が試料Ｂの吸音周波数帯域幅（３００Ｈｚ〜１．２ｋＨｚ）より広く、しかも試料Ａの方が試料Ｂより最低共振周波数付近の吸音率が高かった。また、ウレタンフォームの通気度と制動効果との間に相関があり、通気度が１０ｃｃ／ｃｍ^２／ｓｅｃ以下、好ましくは略１ｃｃ／ｃｍ^２／ｓｅｃの試料Ａおよび試料Ｂが制動効果を有することが分かった。

以上の実験結果から、音響抵抗部材１３に求められる要求性能としては、吸音ピーク周波数が１ｋＨｚ以下でありしかも吸音周波数帯域幅が広くかつ最低共振周波数付近に吸音特性を有するものが良いことが判明した。

〔音響抵抗部材の構成〕
本発明に適用し得る音響抵抗部材１３としては、吸音ピーク波長が１ｋＨｚ以下で通気性を有するものであればいずれでもよい。このような特性を有するものとしては、樹脂・合成ゴム・金属などからなる連続気泡発泡体あるいは独立気泡と連続気泡とが混在している半独立気泡発泡体、直径０．８ｍｍ以下の微細孔を有する多孔シート、複数枚の多孔シートを互いに間隙を設けて重ねた多重多孔シートなどがある。

連続気泡型発泡体あるいは半独立気泡型発泡体としては、熱可塑性ポリウレタン・熱可塑性ポリオレフィン・熱可塑性ポリスチレンなどのエラストマ、ＮＢＲ・ＳＢＲ・シリコンゴム・エチレンプロピレンゴムなどの合成ゴム、ポリプロピレン樹脂・ポリエチレン樹脂などの樹脂、およびアルミニウムなどの金属を材料にして発泡させたものがある。これらの発泡体は、１０ｃｃ／ｃｍ^２／ｓｅｃ以下、好ましくは略１ｃｃ／ｃｍ^２／ｓｅｃの通気度を有するものが、吸音ピーク周波数が１ｋＨｚ以下になりしかも少ない量で大きな音響抵抗が得られる点で好ましい。

多孔シート５０としては、図６に示すように、ステンレス・銅・鉄・ニッケルなどの金属板、ＰＥＴ・アラミドなどのプラスチックシートあるいはジルコニアなどのセラミックシートなどからなる基材５１に複数の孔５２（貫通孔）をあけたものが用い得る。基材５１の厚さ（孔の長さ）、孔５２の孔径、孔５２の開孔率、孔５２の形状を適宜選択することによって、吸音ピーク周波数・吸音周波数帯域幅・音響抵抗などの音響特性を調節することができる。

吸音周波数帯域幅を広くすると、制動可能な周波数帯域幅が広くなる点で望ましい。例えば、吸音周波数帯域幅を１．４オクターブ以上にするためには、基材５１の厚さを０．１〜１ｍｍ、孔５２の孔径を０．１〜０．８ｍｍ、孔５２の開孔率を０．１〜２％にすることによって成し得る。

多孔シート５０の音響抵抗は、基材５１の厚さ（孔５２の長さ）および孔５２の開孔率によって調節することができる。すなわち、音響抵抗は、孔５２の長さに比例して大きくなり、孔５２の開孔率に反比例して大きくなる。したがって、孔あけ工法は、多孔シートの音響特性・製造コスト・加工精度に大きな影響を及ぼす点で重要である。つぎに、孔あけ工法について説明する。

孔５２の長さ（Ｌ）を孔５２の孔径（Ｒ）以上に長くしない範囲（Ｌ≦Ｒ）で所望の音響抵抗が得られる場合は、化学エッチング加工・放電加工・パンチング加工などの孔あけ工法によって、孔５２を高精度に形成することができる。
上述した工法で作成した多孔シートは、製造コストが安価になる点で優れている。しかし、上述の多孔シート１枚では音響抵抗が小さ過ぎる場合は、後述する多重多孔シートを用いるのがよい。

多孔シート５０の孔５２の長さ（Ｌ）を孔径（Ｒ）より長くして音響抵抗を大きくする場合（Ｌ＞Ｒ）は、ピコ秒レーザー加工で孔あけすることによって成し得る。この工法で作成した多孔シートは、構成が簡単でしかも音響抵抗を自由に制御できる点で優れている。

尚、図６では孔５２の形状を円形にしたが、これに限定されるものではなく、角型・星型など目的に応じた形状にしてもよい。また、孔５２にテーパーをつけることによって、吸音周波数帯域幅を広げることができる。具体的には、音波が多孔シートに入射する側の孔径を小さくし、音波が多孔シートから放射される側の孔径を大きくする。

音響抵抗を調節する他の方法としては、図７に示すように、多重多孔シート６０を用いることにより達成し得る。多重多孔シート６０は、図６で説明した多孔シートを複数枚、スペーサ６１を介して重ねたものから構成されている。多孔シート６２と６２’との孔の位置は、一致させても一致させなくともいずれでもよい。尚、図７では２枚の多孔シート６２を重ねた例を示しているが、重ねる枚数に比例して音響抵抗を大きくすることができる。

多孔シート６２と６２’との間隔（Ｄ）を調節することによって、吸音する周波数帯域幅を制御することができる。吸音周波数帯域幅は、間隔（Ｄ）に比例して広くなる。通常、間隔は２０〜１００ｍｍに設定する。

吸音周波数帯域幅を広くする他の方法としては、図８に示すように、互いに孔径の異なる多孔シート７１（孔径：ｒ１）と多孔シート７２（孔径：ｒ２）とを重ね合わせた多重多孔シートを用いることにより成し得る。すなわち、吸音ピーク周波数が互いに異なる多孔シートを重ね合わせることによって、吸音周波数帯域幅を広くすることができる。尚、図８では２枚の多孔シート７１、７２を重ねた例を示しているが、重ねる枚数に比例して音響抵抗を大きくすることができる。

(第２の実施の形態)
〔バスレフ型スピーカシステムの構成〕
図９は、本発明に係るバスレフ型スピーカシステムの一構成例を示す断面概略図である。図１０は、本発明によるバスレフ型スピーカシステムの音圧周波数特性を説明するための説明図である。
図９に示すように、バスレフ型スピーカシステム８０は、キャビネット１１の一部に音響ポート８１が装着されている以外は図１に示した密閉型スピーカシステム１０と同じ構成である。したがって、密閉型スピーカシステム１０と同じ構成要素については、図１と同一の符号を付与し、説明を省略する。ここでは、図１と異なる構成についてのみ説明する。

音響抵抗部材１３の配置は、音響ポート８１部の体積を密閉型スピーカシステム１０の構成で説明した音響抵抗部材１３とキャビネット１１の内壁とで囲まれる空間の体積Ｖ２の中に含めて計算した位置に設ければよい。このような条件で音響抵抗部材１３を配置すると、図１０の実線で示す音圧周波数特性のように、キャビネット１１の最低共振周波数（ｆ０）付近に発生する音圧の山および音響ポートの共振周波数（ｆｐ）付近に発生する音圧の山谷が平坦化される。尚、図１０の一点鎖線は音響抵抗部材１３を入れない場合の音圧周波数特性である。

(第３の実施の形態)
〔制動型スピーカユニットの構成〕
図１１は、本発明に係る制動型スピーカユニットの一構成例を示す断面概略図である。図１２は、本発明に係る制動型スピーカユニットの他の構成例を示す断面概略図である。尚、図１１に示す制動型スピーカユニットは図１で説明した制動型スピーカシステムと同じものである。したがって、図１に示した制動型スピーカユニットと同じ構成要素については、図１と同一の符号を付与し、説明を省略する。ここでは、図１に示した制動型スピーカユニットと異なる構成についてのみ説明する。
図１１に示すように、制動型スピーカユニット１９は、スピーカユニット１２の振動板１４の背面空間（振動板１４の振動空間）が音響抵抗部材１３によって閉ざされた構成になっている。

図１１ａは、音響抵抗部材１３が連続気泡発泡体あるいは半独立気泡発泡体の場合に適したスピーカユニットの一構成例である。このような発泡体からなる音響抵抗部材１３をフレーム１８の形状に合わせて成型したキャップ型の音響抵抗部材１３を、フレーム１８に被せて接合した構成になっている。キャップの形状および容積は、音響抵抗部材１３の音響抵抗に応じて最適化すればよく、図に示した形態に限定されるのもではない。

図１１ｂは、音響抵抗部材１３が多孔シートあるいは多孔シート間の間隔の狭い、例えば１０ｍｍ以下の多重多孔シートの場合に適した制動型スピーカユニットの一構成例である。このようなシート状の音響抵抗部材１３を、振動板１４からの背面音波を通過させるフレーム１８に設けられた開口窓１０１（点線部）に接合した構成になっている。尚、音響抵抗部材１３の音響抵抗が小さくてもよい場合は、上述した発泡体を開口窓１０１に接合してもよい。

また、音響抵抗部材１３を１枚の多孔シートで構成する場合は、図１１ｃに示すように、複数の孔をあけたフレーム１０２にしてもよい。

図１１ｄは、音響抵抗部材１３が多孔シート間の間隔の広い（１０ｍｍ以上）多重多孔シートの場合に適した制動型スピーカユニットの一構成例である。この制動型スピーカユニットは、フレーム１８の平坦部（スピーカユニットをビスなどでキャビネットに装着するために設けた平坦部）の一部に台座１０３を設け、台座１０３の上に多重多孔シート１０４を接合した構成になっている。

例えば、スピーカユニットの最低共振周波数が８０〜２００Ｈｚの場合は、基板５１の厚さが０．１〜１ｍｍ、孔５２の直径が０．１〜０．８ｍｍ、孔５２の開孔率が０．１〜２％の多孔シート（図６参照）を用いる。このような多孔シートは、５０〜５００Ｈｚの音圧を制動させる作用があるが、それ以外の周波数に対しては音圧を制動させる作用がない。したがって、最低共振周波数付近の音圧周波数特性が平坦になり、しかも５００Ｈｚ以上の周波数の音圧が低下しない音圧周波数特性が得られる。

尚、多孔シートもしくは多重多孔シートを取り付けた制動型スピーカユニットを平面バッフル型スピーカシステムなどの開放型スピーカシステムに用いる場合は、図１２に示すように、支持枠１１１を介して多孔シート１０２（図１２ａ）もしくは多重多孔シート１０４（図１２ｂ）の背面側に空気層を形成するための背面板１１２を設ける。ここで、支持枠１１１の側面は開放になっている。

（具体的実施例１）
以下に示すダイナミック型スピーカユニット「ＥＡＳ８Ｐ１７０Ａ」（パナソニック社製）を内容積０．６６リットルの密閉型キャビネット（１１０×１００×６０ｍｍ）に装着したものを用意した。
●スピーカユニットの規格
動インピーダンス：１．３８Ω
最低共振周波数（ｆ０）：１５５Ｈｚ
再生周波数帯域：ｆ０〜３２ｋＨｚ
出力音圧レベル：８３．５ｄＢ／Ｗ（１ｍ）
ｍ０：２．４ｇ
Ｑ０：１．２
つぎに、音響抵抗部材としてブリヂストン株式会社製「ウレタンフォームＤＯＸ」（図５に示す試料Ａ、音響抵抗：４．５Ω）を用いてキャップ状に成型したもの（容積：０．５リットル）を、図１１ａに示すようにスピーカユニットに接合して、図１に示すような密閉型スピーカシステム１０を作成した。Ｖ１とＶ２との比Ｖ１／Ｖ２（図１参照）は約１／３０である。「ウレタンフォームＤＯＸ」の垂直入射吸音率特性を図１３の実線で示す。

上述した密閉型スピーカシステムを無響室に入れて測定した音圧周波数特性を図１４の実線で示す。尚、図１４の点線で示した音圧周波数特性は、音響抵抗部材として図５に示す試料Ｄ（音響抵抗：０．２Ω）を用いたものである。図１４から分かるように、試料Ａの音響抵抗部材を上述の条件でキャビネットに具備することによって、最低共振周波数付近の音圧が平坦化された。一方、試料Ｄの音響抵抗部材では制動効果が得られなかった。

（具体的実施例２）
具体的実施例１と同様のキャップ状ウレタンフォーム（「ウレタンフォームＤＯＸ」の容積：約１．２リットル）を取り付けたスピーカユニットを以下仕様のバスレフ型キャビネットに装着して、図９に示すようなバスレフ型スピーカシステムを作成した。Ｖ１とＶ２との比Ｖ１／Ｖ２（図９参照）は約１／７０である。
●バスレフ型キャビネットの仕様
内容積：約４．９リットル（縦２２０×横１４０×奥行き１６０ｍｍ）
音響ポート：内径（直径）５４ｍｍ、長さ１２０ｍｍ

上述したバスレフ型スピーカシステムを無響室に入れて測定した音圧周波数特性を図１５の実線で示す。尚、図１５の点線で示した音圧周波数特性は、音響抵抗部材として図５に示す試料Ｄを用いたものである。図１５から分かるように、音響ポートの共振周波数（約８５Ｈｚ）付近および最低共振周波数（約１８０Ｈｚ）付近の音圧が平坦化され、低音域の再現性が良好になった。一方、試料Ｄの音響抵抗部材では制動効果が得られなかった。

（具体的実施例３）
まず、円形のステンレスシートに複数の孔を格子状にあけた多孔シートを２枚用意して、図７に示すような多重多孔シートを以下の仕様で作成した。
●多重多孔シートの仕様
ステンレスシート：厚さ０．４ｍｍ、直径８６ｍｍ
孔径：直径０．４ｍｍ
孔の開孔率：１％
孔間ピッチ：３．３ｍｍ
スペーサ：内径（直径）８０ｍｍ、外径（直径）８６ｍｍ、長さ（図６のＤに相当）８８ｍｍのアクリルパイプ

つぎに、上述の多重多孔シートを具体的実施例１で用いたスピーカユニットに台座を介して取り付け、図１１ｄに示すような多重多孔シート付きスピーカユニットを作成した。台座１０３には、上記のスペーサと同じアクリルパイプ（長さ２２ｍｍ）を用いた。
つぎに、この多重多孔シート付きスピーカユニットを具体的実施例２と同様のバスレフ型キャビネットに装着して、図９に示すようなバスレフ型スピーカシステムを作成した。図９に示すＶ１とＶ２との比（Ｖ１／Ｖ２）は約１／１０である。

上述したバスレフ型スピーカシステムを無響室に入れて音圧周波数特性を測定したところ、具体的実施例２とほぼ同等の特性（図１５の実線を参照のこと）が得られた。

本発明に係るスピーカユニットおよびスピーカシステムは音響機器分野に有用である。

本発明に係る密閉型スピーカシステムの一構成例を示す断面概略図 本発明に係る制動型スピーカユニットの電気音響等価回路図 図１に示す密閉型スピーカシステムの電気音響等価回路図 図１に示す密閉型スピーカシステムについて、音響抵抗部材の配置をパラメータにしてシミュレーションした音圧周波数特性図 音響抵抗部材の吸音特性と制動効果との関係を示す図 本発明に係る音響抵抗部材の一構成例を示す概略図 本発明に係る音響抵抗部材の他の構成例を示す概略図 本発明に係る音響抵抗部材の他の構成例を示す概略図 本発明に係るバスレフ型スピーカシステムの一構成例を示す断面概略図 従来の密閉型スピーカシステムの音圧周波数特性を説明するための音圧周波数特性図 本発明に係るスピーカユニットの一構成例を示す断面概略図 本発明に係るスピーカユニットの他の構成例を示す断面概略図 本発明に係る音響抵抗部材の垂直入射吸音率の一例を示す垂直入射吸音率特性図 本発明に係る密閉型スピーカシステムの音圧周波数特性の一例を示す音圧周波数特性図 本発明に係るバスレフ型スピーカシステムの音圧周波数特性の一例を示す音圧周波数特性図 従来の密閉型スピーカシステムの音圧周波数特性を説明するための音圧周波数特性図

符号の説明

１０ 密閉型スピーカシステム
１１ キャビネット
１２ スピーカユニット
１３ 音響抵抗部材
１９ 制動型スピーカユニット
２０ 制動型スピーカユニットの電気音響等価回路
３０ 密閉型スピーカシステムの電気音響等価回路図
５０、１０２ 多孔シート
６０、１０４ 多重多孔シート
８０ バスレフ型スピーカシステム
１１２ 背面板

Claims (12)

1. スピーカ振動板を有するスピーカユニットと、前記スピーカ振動板の背面空間内に設けられた音響抵抗部材とを備え、前記背面空間は前記音響抵抗部材によって閉ざされており、かつ前記音響抵抗部材は前記スピーカユニットの動インピーダンス以上の音響抵抗を有していることを特徴とする制動型スピーカユニット。
2. 前記音響抵抗部材の吸音ピーク周波数が１ｋＨｚ以下であることを特徴とする請求項１に記載の制動型スピーカユニット。
3. 前記音響抵抗部材の背面側（前記スピーカ振動板とは反対側）に空気層を形成するための背面板が具備されていることを特徴とする請求項１に記載の制動型スピーカユニット。
4. 前記音響抵抗部材が通気性を有する多孔質体であることを特徴とする請求項１に記載の制動型スピーカユニット。
5. 前記多孔質体が１０ｃｃ／ｃｍ^２／ｓｅｃ以下の通気度を有する連続気泡発泡体もしくは半独立気泡発泡体であることを特徴とする請求項４に記載の制動型スピーカユニット。
6. 前記多孔質体が複数の貫通孔を有する多孔シートであり、かつ前記貫通孔の孔径が０．８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の制動型スピーカユニット。
7. 前記多孔質体が、複数枚の前記多孔シートを互いに間隙を設けて対向設置した多重多孔シートであることを特徴とする請求項６に記載の制動型スピーカユニット。
8. 前記複数枚の多孔シートの貫通孔の孔径が、シート毎に互いに異なっていることを特徴とする請求項７に記載の制動型スピーカユニット。
9. キャビネットと、前記キャビネットの内壁に装着された、請求項１から８のいずれか１項に記載の制動型スピーカユニットとを備え、前記制動型スピーカユニットに具備されている音響抵抗部材の背面と前記キャビネットの内壁との間に空気層を有することを特徴とするスピーカシステム。
10. 前記制動型スピーカユニットのスピーカ振動板の背面と前記音響抵抗部材とで囲まれる空間の体積Ｖ１と、前記空気層の体積Ｖ２との比（Ｖ１／Ｖ２）が、１／２以下になる位置に前記音響抵抗部材が配置されていることを特徴とする請求項９に記載のスピーカシステム。
11. 前記（Ｖ１／Ｖ２）が１／５以下であることを特徴とする請求項１０に記載のスピーカシステム。
12. 前記キャビネットの一部に音響ポートが具備されていることを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載のスピーカシステム。

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