JP2018107540A - 筒状スピーカー構造、スピーカー装置、オーディオシステム、スピーカー装置製造方法、およびスピーカー装置改造方法 - Google Patents
筒状スピーカー構造、スピーカー装置、オーディオシステム、スピーカー装置製造方法、およびスピーカー装置改造方法 Download PDFInfo
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- Details Of Audible-Bandwidth Transducers (AREA)
- Obtaining Desirable Characteristics In Audible-Bandwidth Transducers (AREA)
Abstract
Description
従来のスピーカーは、スピーカーユニットのボイスコイルが電気音声信号を受けてコーンを振動させ、コーンの特に前面の空気に疎密圧力を与えることにより、音を発生させるものである。この場合、コーン前面の疎密波とコーン背面に副次的に発生する疎密波が干渉し、特に指向性の低い低音の回り込みが発生して、前面に発生する音が打ち消される。この回り込みを解消するために、スピーカーユニットはエンクロージャーにセットされることが多い。
スピーカー装置については従来、技術的な提案も多くなされている。たとえば後掲特許文献1には、バスレフ型スピーカーの低中音域の音質を向上させることを目的として、両端に開口部を有する筒状の筐体と、筐体の内寸よりも小さい寸法の柱状部材を備え、筐体の一方の開口部にはスピーカーユニットが取り付けられ、筐体の他方の開口部には、スピーカーユニット側に開口部のない柱状部材が、筐体との間に筒状の隙間を形成するように取り付けられることによって、筒状の隙間をダクトとして機能させ、他方の開口部をポートとして機能させる構成が開示されている。
さて、従来のスピーカーには次のような問題点がある。
(1)微弱信号に弱い
従来のスピーカーでは、主たる音がスピーカーコーンの正面からのみ発音される。そのため、スピーカーユニットは大口径、高出力、ワイドレンジ、フラットな特性が優れたものであるとされ、強力なコーンの動きを制御するためにダンパーやエッジが強化されてきた。その結果、リアリティや臨場感、聞きやすさなどの「良い音」の再現にとって重要な微弱信号を発音できない、良好に再生できないという問題点がある。また、音声信号は様々なスペクトラムの交流波であるが、ユニット背面の音を消すことにより、交流の一方の音エネルギーを消していることになる。そのため、強力な信号の音は再現できても、微妙なニュアンスを含む微弱信号は吸音材、重いユニットに伝わることにより、キャンセルされてしまうという問題点がある。
これらのことから、原音(CD音源等)のHi−Fi(High Fidelity、高忠実性)再生性が、高出力型高級機で一定以上の音量で聞いた場合以外は低いものとならざるを得ないという問題点がある。つまり、高出力機器、マルチスピーカー、マルチアンプなどのハイエンドオーディオ機器を、オーディオルームなどの環境で一定以上の音量を聞くことができる一部のオーディオマニア以外は、リアリティの高いオーディオを楽しむことが難しい現状である。
SACD(Super Audio CD)、DSD(Direct Stream Digital)、サンプリング周波数、量子化ビット数が高いハイレゾ音源ダウンロードサービスなど、高精細音源やDAC(Digital to Analog Converter)、これらの高精細音源に対応するアンプが開発されている。しかし、肝腎のスピーカーにおける高精細化の取り組みが不足している。特に、小音量時でも再生周波数のバランスや高精細な再現性を得られるスピーカーが存在しない。
このように、リアリティの高いオーディオを真のオープンエアで楽しむことが困難であるため、ヘッドフォン、ヘッドフォンアンプ市場は活況を呈しているが、耳だけによるリスニングは耳への負担が大きく、長時間楽しむことができない。すなわち、安価、容易に高精細なオーディオを、時間制限されることなく、かつ耳に過度の負担をかけることなく、十分に楽しめる装置がない。
そもそも、木質、金属、それらの組み合わせからなる楽器の、さらにオーケストラなどの重層化された演奏を、スピーカーコーンだけによって再現することは不自然であるが、その不自然さを少しでも解消するための試みは、未だ足りない状況である。
本願発明者は上記課題を掲げて研究した結果、以下のような解決方針を立てた。
(1)コーンで音として再現されなかった音を再現することにより、CD音源のHi−Fi再生を超えて、録音現場の再生(Hi−Fi+立体音像)を目指す。
(2)スピーカーユニットだけではなく、エンクロージャー(筐体)全体から発音する構造とする。
(3)スピーカーユニットから発生するすべての「振動エネルギー」をエンクロージャーに伝え、音に変換する。
(4)微細な倍音成分までを発音できる構造とする。
(5)楽器の音色はもとより、音の立ち上がり(アタック)、減衰(ディケイ)、持続(サスティーン)、消音(リリース)までをリアルに表現できるようにする。
(6)楽器に利用されているスプルース、竹などの素材を複合的に利用する。
(7)木材の場合は、その組み合わせ、木目の向きまでを考慮し、音をチューニングする。
(8)エンクロージャー内部の圧力(コーンの背面からの音)、内部反響を利用する。
(9)低音コントロール、ならびにスピーカー装置全体の音のチューニングとして、バスレフ方式を検討する。
(10)中高音、低音、内部反響コントロールとして、独自の内部構造とする。
(11)スピーカーユニットからの振動をスピーカー本体で振動させるため、強固な底板とする。
すなわち、スピーカー構造を、エンクロージャー全体から発音する構造とし、そのための材質を検討することを基礎とし、その他多面的な検討を行った結果、上記課題を解決できることを見出し、これに基づいて本発明を完成するに至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。
該エンクロージャーと同軸的に開放端側に配置されていて音声信号に基づいて駆動されるスピーカーユニットとを備え、
該エンクロージャーの側面部は非均質性の薄板体により形成されており、
音波が該エンクロージャーの側面部を透過して外部に放射される
ことを特徴とする、筒状スピーカー構造。
〔2〕 前記薄板体は一または複数のシート状木質素材を用いて形成されていることを特徴とする、〔1〕に記載の筒状スピーカー構造。
〔3〕 前記シート状木質素材としてスプルース(以下、「スプルス」とも記す場合がある)、竹またはその双方が用いられることを特徴とする、〔2〕に記載の筒状スピーカー構造。
〔4〕 前記シート状木質素材として二枚のスプルース突板が用いられることを特徴とする、〔2〕に記載の筒状スピーカー構造。
〔6〕 前記シート状木質素材には補強用シートが貼着されていることを特徴とする、〔2〕ないし〔5〕のいずれかに記載の筒状スピーカー構造。
〔7〕 前記エンクロージャーは円筒状であることを特徴とする、〔1〕ないし〔6〕のいずれかに記載の筒状スピーカー構造。
〔8〕 前記薄板体の振動効率を高めるための仮想グラウンド部を備えていることを特徴とする、〔1〕ないし〔7〕のいずれかに記載の筒状スピーカー構造。
〔10〕 前記エンクロージャー内には前記スピーカーユニットからの音波を反射する反射部が設けられていることを特徴とする、〔1〕ないし〔9〕のいずれかに記載の筒状スピーカー構造。
〔11〕 前記反射部はフローティングマウント方式で固定されていることを特徴とする、〔10〕に記載の筒状スピーカー構造。
〔12〕 前記スピーカーユニットからの振動を前記エンクロージャーに伝える振動伝播手段(以下、「サウンドブリッジ」)が設けられていることを特徴とする、〔1〕ないし〔11〕のいずれかに記載の筒状スピーカー構造。
〔14〕 前記薄板体を分割振動させるために一または複数のスタビライザーが設けられていることを特徴とする、〔1〕ないし〔13〕のいずれかに記載の筒状スピーカー構造。
〔15〕 前記スタビライザーはテープ状であり、前記薄板体に貼着して用いられることを特徴とする、〔14〕に記載の筒状スピーカー構造。
〔16〕 前記スタビライザーは木質素材により形成されていることを特徴とする、〔14〕または〔15〕に記載の筒状スピーカー構造。
〔18〕 〔17〕に記載のスピーカー装置を製造する方法であって、エンクロージャーに一または複数のスタビライザーを貼着することを特徴とする、スピーカー装置製造方法。
〔19〕 〔17〕に記載のスピーカー装置を改造する方法であって、エンクロージャーに一または複数のスタビライザーを貼着することを特徴とする、スピーカー装置改造方法。
〔20〕 〔17〕に記載のスピーカー装置を含むオーディオシステム。
〔21〕 前記エンクロージャーのスピーカーユニット対向側の端部が開放された構成となるのは、底板にバスレフを設けた場合のバスレフ穴の場合のみであることを特徴とする、〔1〕ないし〔16〕のいずれかに記載の筒状スピーカー構造。
本発明の筒状スピーカー構造、スピーカー装置、オーディオシステム、スピーカー装置製造方法、およびスピーカー装置改造方法は上述のように構成されるため、これらによれば、微妙なニュアンスを含む微弱信号を良好に再生することができ、高出力型高級機を用いることなく、優れたCD音源等の原音のHi−Fi再生性を得ることができ、安価かつ容易にリアリティの高いオーディオ環境を提供することができる。
以下、図面により本発明を詳細に説明する。なお、各図は例であり、本発明が各図に示された形態・寸法・配置その他の仕様に厳密に限定されるものではない。たとえば図11等に示されるターミナル5T等の配置箇所は同一ではないが、いずれも、あくまでも本発明に係る構成例を示すものである。
図1は、本発明筒状スピーカー構造の基本構成例を示す側断面図である。また、
図2、3、4はそれぞれ、図1に示す構成例の側面図、平面図(上面図)、底面図である。これらに示すように本筒状スピーカー構造10は、少なくとも一端側2が開放された筒状のエンクロージャー1と、エンクロージャー1と同軸的に開放端2側に配置されていて音声信号に基づいて駆動されるスピーカーユニット4とを備え、エンクロージャー1の側面部は非均質性の薄板体5により形成されており、これにより、音波がエンクロージャー1の側面部を透過して外部に放射されるように構成されていることを、主たる構成とする。
振動:スピーカーユニット振動 ―> バッフル板 ―> エンクロージャー ―> 音に変換
背面音:スピーカーユニット背面音 ―> エンクロージャー内部音圧 ―> エンクロージャー(側面) ―> 音に変換
エンクロージャー(側面)1すなわち薄板体5は、パッシヴラジエーター(受動的音波放射器)として機能する。いわば、ギター、バイオリンなどの弦の振動がブリッジを介して表板を振動させ、音を発生させるメカニズムに近い原理である。
エンクロージャー1の側面を薄板体5により形成し、筒状(特に円筒状)とすることの効果を列挙する。
(1)エンクロージャーが円筒状である場合、薄板を円筒状に曲げることで張力が発生し、筐体の強度が確保できる。
(2)薄くて軽いという、最適な振動特性、透過特性の発音体となる。
(3)音の分解能が高い(各楽器の音が個別に聞こえる)。
(4)適度な内部反響が高い臨場感を生み出す。
(5)スピーカーユニットの直接音が上方に広がり、円筒エンクロージャー表面から360度水平に発音されるため、立体的な音像が形成される。
(6)薄板の円筒全てが発音体となるため発音面積が広く、振動音、透過音の発音効率が高い。
(7)ユニットからの音が直接届かないため耳に優しく、ニアフィールド(近距離)での長時間リスニングが可能である。
(9)板の厚さとともに、板を貼り合わせ、年輪の縦、横を組み合わせることにより、薄く、強度がある構造、ならびに音質をコントロール可能な振動体とすることができる。
(10)これまでのパッシヴラジエーター(駆動機能のない受動的コーンを、エンクロージャー内部圧力によって駆動させ、低音を増強させようとするもの)方式は、低音部分の増強を目的としているが、本発明では、高音から低音までの出力が可能である。
(11)エンクロージャーが円筒状である場合、円筒の側面からの音が円筒波として拡散するため、リスナーには圧力のある音が届き、円筒波の特徴から小音量でも遠くまで明瞭な音が到達する。
(12)バスレフを設ける構成の場合には、サイズを超えた豊かな低音が再生できる。
(13)木質の板が振動することにより紙などの軽量なコーンが振動する時よりも、音の振動を明確に体感することができる。つまり、より楽器らしい発音がなされる。
(14)エンクロージャー内の音が高効率で透過し、発音する。この透過が減衰となるため、定常波(定在波)が発生しにくく、音の濁りが少ない。
バスレフポート:外部に開いた穴
バスレフダクト:管
バスレフダクト長:管の長さ
バスレフダクト径:内径:管の内径、外径:ダクトの外径
本発明筒状スピーカー構造10において、非均質性の薄板体5は、一または複数のシート状木質素材を用いて形成されるものとすることができる。一枚または二枚のシート状木質素材を用いるものとすることもできるが、三枚以上であっても本発明の範囲内である。複数のシート状木質素材を用いる場合、これらは好適には、貼り合わされて用いられるものとすることができる。植物性素材としては、スプルース、竹を初めとして種々の樹種の突板を好適に用いることができるが、それに限定されない。突板だけではなく、削り出しによるシート状素材、その他のシート状素材でもよい。
本発明完成に至る過程で行った実験のうち、特にスプルースと竹について検討した結果を述べる。下記二種類の突板を用いた実験結果である。
厚さ0.25mmのスプルース柾目突板に、厚さ0.05mmの和紙を貼り、厚さ0.3mmのシート状木質素材とした。以下、単に「スプルース」とする。
また、厚さ0.25mmの竹突板に、厚さ0.05mmの和紙を貼り、厚さ0.3mmのシート状木質素材とした。以下、単に「竹」とする。
(1)竹について
竹を薄板体の内部として用いた場合、内部反響が強くなる。また、大きなボリュームの場合でも音が破綻しにくい。一方、竹を外部として用いた場合、放射される音のインパクトが強くなる。また、小さい音量では輪郭がしっかりした明瞭な音であるが、大きなボリュームの時にはエンクロージャー内部の反響が大きくなる場合がある。
スプルースを薄板体の内部として用いた場合、内部反響は適度である。なお、バッフル固定前の段階では、大ボリュームの時に低音が破綻する場合があるが、これは、エンクロージャー内部に、横方向にテープ状の突板を貼り回すことによって強度が補完され、低音の増加を図ることができ、問題ない。一方、スプルースを外部として用いた場合、柔らかく自然な音が放射される。もっとも、竹と比較してクリア感がやや減少する傾向があるが、中音量でも聞き疲れせず、長時間のリスニングやBGMの再生に適している。
竹、スプルース、いずれの樹種でも、木目を縦(エンクロージャーの軸方向)とした場合はスピード感、インパクトがある音になる。竹の縦では、特に特徴が強く出る。
以上の実験の結果、パラメーター:H260mm、W120mm、スピーカー:〜20W、口径6cm〜8cm とした場合のエンクロージャー仕様例は、たとえば次の通りとすることができる。
厚さ0.3mm(突板0.25mm+補強用の和紙0.05mm) のシート状木質素材を2枚貼り合わせて、厚さ0.6mm とする。なお、シート状木質素材は、一方が木目縦、他方が横とする。この仕様は、薄さによる振動伝達、透過音の繊細さ、製品として必要な強度保持、および美観のバランスが最適なものの一つである。また、内側にスプルース縦、外側にスプルース横 とする組合せは、優れた音響特性が得られる。なお、外側をスプルース横とすることで表面に「輝き」が発生するため、美観が向上する。
もっとも、本発明がかかる仕様に限定されるものではない。
図5は、本発明に係る薄板体の形成方法例を示す説明図である。上方に示す各スプルース突板15a、15bを貼り合わせて下方に展開図として示す薄板体15とする。縦木目のスプルース突板15a(上左)、横木目のスプルース突板15b(上右)とも上述の通り和紙で補強したものを用いる。接着剤には木工用ボンドなど適宜のものを用いることができ、下記の手順で形成する。
(1)いずれの突板15a、15bも、最終的に形成する円筒の円周+1cmの寸法でカットする。
(2)2枚の突板15a、15bを丸め方向に1cmずらして接着する。
(3)貼り合わせてできたシート(薄板体)15を丸め、ずらした1cm幅の2辺がのりしろWa、Wbとなる。
(4)のりしろWa、Wb部分を貼り合わせて円筒を形成する。
継ぎ目を境に内外1cmののりしろWa、Wb部分は都合3枚重ねとなり、継ぎ目の内側と外側をのりしろWa、Wbがそれぞれカバーする。これにより、接合部分の強度が保たれ、そのままでも円筒が保持される。
本発明筒状スピーカー構造は上述の通り、エンクロージャーを構成する薄板体が非均質性であることを、重要な特徴とする。これについて、若干重複もするが、補足説明する。
本発明筒状スピーカー構造では、スピーカーユニットからの振動を薄板体エンクロージャーに伝えることによる発音、および、スピーカーユニット背面から生じる薄板体エンクロージャー内部音をエンクロージャーを透過させることによる発音がなされる。つまり、エンクロージャーが発音体となる。薄板体としては非均質性素材を用い、特に木材、竹などの木質素材が好適であり、とりわけスプルース材の薄板により最適な結果が得られる。
薄板体の厚さについてはその仕様例等を上述したが、さらに説明する。
薄板体としてシート状木質素材を用いる場合の樹種や年輪の方向、突板等を二枚以上用いる場合の貼り合わせ方などにより、薄板体の厚さは主要なパラーメーターとなる。また、求める音質や音響特性などにおいても、薄板体の厚さは主要なパラメーターである。これらを考慮した上で、本発明に係る薄板体の厚さは、0.1mm以上5mm以下とすることが望ましいといえる。より望ましくは0.3mm以上1mm以下、さらに望ましくは、0.5mm以上0.8mm以下である。
また、0.3mm以上1mm以下とすることがより望ましいとする根拠は、薄板体に突板を用いることとした場合、小型ユニットを用いる仕様では突板1枚での構成、大型化した仕様では突板3枚での構成とすることが望ましいからである。
また、0.5mm以上0.8mm以下とすることがさらに望ましいとするのは、本発明実施例における0.6mm厚さを基準として、樹種等による、さらに望ましい範囲の可能性を考慮したものである。
図6は、仮想グラウンド部を備えた本発明筒状スピーカー構造の構成例を示す側断面図である。図示するように本構成例では、図1等で示した構成に加えて、薄板体25の振動効率を高めるための仮想グラウンド部2VGを備えていることを、特徴的な構成とする。仮想グラウンド部2VGは、図示するように仮想グラウンド化手段29を設けることによって形成することができる。仮想グラウンド化手段29としては、質量によってより大きな慣性を得、かつ硬度によってより大きな変形防止効果を得られる素材による物を、好適に用いることができる。たとえば、鉄等の金属を用いた板材等であり、またバスレフ構造26の重量も仮想グラウンド部2VGを構成する要素である。図では、バスレフ穴6H周囲に設置するドーナツ状体を用いた例を示すが、もちろんこれには限定されない。しかしバスレフ構造26を設ける場合には、図示するようにこれに仮想グラウンド化手段29を設けることが望ましい。なお、後掲図では仮想グラウンド化手段として鉄ウェイトを用いた例を示しているものがある。
図7は、反射部を備えた本発明筒状スピーカー構造の構成例を示す側断面図である。また図8は、図7に示す構成例における作用を示す側断面視の説明図である。これらに示すように本発明筒状スピーカー構造310は、エンクロージャー31内に、スピーカーユニット34からの音波を反射するための反射部3Rが設けられていることを、特徴的な構成とする。なお図では、塔状の反射器(以下、「リフレクター」ともいう)3R1と傘状のノーズ部(以下、「反射器2」ともいう)3R2とからなる反射部3Rの例を示すが、本発明はこれに限定されない。ノーズ部3R2を設けない構成とすることもでき、また反射器3R1、ノーズ部3R2とも別な形状とすることもできる。
(1)エンクロージャー内部音の反射・透過 → 音の透過(下記図面)
(2)スピーカー振動板による内部圧力の変化 → シート振動→音の透過
(3)サウンドブリッジ機構によるシートの振動 → 音の透過
このうち、(1)について図8を用いて説明を加える。
により発生した音は、図中に表記するように、エンクロージャー31(シート)を介して外部に透過される。
<1> 直接透過(図中、3Rs1):内部音 → シート振動 → 音の透過(外部空気疎密波
<2> 反射透過(図中、3Rs2):内部音 → 反射器 → シート振動 → 音の透過(外部空気疎密波)
<3> 反射透過2(内部乱反射の防止 図中、3Rs3):内部反射音 → 反射器 → シート振動 → 音の透過(外部空気疎密波)
反射器がなければ、シートといえども乱反射は起きる。乱反射は過度なエコーを生じ、逐次発生する音の純粋性を阻害する。したがって、より高精細な再現性を得るためには反射部3Rを設けることが望ましい。
P1:リフレクター4R1の構造基材の材質
MDF(中密度繊維板、medium density fiberboard)、HDF、木材(種類)、金属、樹脂など。材質により音色をコントロールできる。
P2:リフレクター4R1の表面材の材質
MDF、HDF、木材(種類)、金属、樹脂など。材質により音色をコントロールできる。ただし、P2は設けない場合もある。
P3:リフレクターの形状
これについては、後掲図10により説明する。
バスレフ46の機能の度合い(バスレフによる低音発生)と、薄板体への振動エネルギー伝達の度合いを調整することができる。G1により外部への音圧の逃げを調整することができる。
G2:ノーズ部の径
G1とともに、スピーカーユニットからの音の回析を防ぐことができる。G2が大きければユニットからの音は回析しにくくなり、その分バスレフポート46Pに逃げる音が少なくなり、薄板体を通じて音をより透過させることができる。
G2に比べてG3が小さいほど、バスレフポート46Pへの音の逃げが少なくなり、エンクロージャー41内部空気の流動性が低下する。すなわち、薄板体から音をより多く透過、発音させることができる。
G4:ノーズ部の頂角の角度
スピーカーユニット背面からの音を左右方向、下部方向に振り分けるため、その度合いを、G4およびノーズ部の大きさによってコントロールすることができる。
図10は、本発明筒状スピーカー構造における反射器の形状例を示す側断面視の説明図であり、音の入射角に応じた反射をコントロールするバリエーション例である。左から順に、(a)強反射型、(b)弱反射型、(c)バランス型である。
(a)強反射型
反射器と薄板体の距離の短い部位(凸状部位)を一箇所以上設け、二段型または多段型の形態とすることにより、中高音域、低音域の分離性を高めつつ、それぞれの透過性を高めることができる。メリハリのある、エネルギッシュな音を発音できる。
反射器を細身(スリム)にしてエンクロージャー内部空間を広く取れる形態とすることにより、スピーカーユニット背面音のエンクロージャー内音圧を緩やかにする。また、反射器による内部音の反射を弱める。これらにより、録音時のルームトーンを再現するような繊細な音、刺激の少ない心地よい音を発音することができる。
(c)バランス型
強反射型、弱反射型の中間的な形態であり、クセのないハイファイを得ることができる。信号に忠実な音の再生の際、有効である。
図11は、反射部をフローティングマウントとした本発明筒状スピーカー構造の構成例を示す一部側断面視の説明図である。図示するように本筒状スピーカー構造510は、反射部5Rがフローティングマウント方式で固定されていて、他の構成要素から独立していることを、特徴的な構成とする。図の例では、固定手段5Sを用いて反射器5R1を底板50に固定するに際し、反射器底板5R10と底板50の間にソフト緩衝材(層)等の緩衝手段5Fを介在させ、かつ、固定手段5Sと各固定先との間にも緩衝材等の緩衝手段5Eを介在させることによって、反射部5Rのフローティングマウント化を実現している。また、固定手段5Sと緩衝手段5F等の間の隙間は、シリコン樹脂等で埋める構成としている。
本筒状スピーカー構造510は、スピーカーユニット54からの振動をエンクロージャー51に伝える振動伝播手段(サウンドブリッジ)が設けられた構成とすることができる。スピーカーユニット54を囲繞するバッフル板58をサウンドブリッジとしても機能させることができる。スピーカーユニット54と一体化しているバッフル板58はまた、エンクロージャー51とも接着等によって一体化しているため、結局エンクロージャー51は、バッフル板58というサウンドブリッジを介してスピーカーユニット54と一体化していることになる。したがって、薄板体であるエンクロージャー51は積極的に振動せしめられ、音がエンクロージャー51外部に良好に放射される。特に、中音、高音をエンクロージャー51に良好に伝えることができ、またバッフル板58自身、スピーカーユニットの重力により、ダイナミックに振動を伝えることができる。
スピーカーユニット64上からエンクロージャー61の全周に接するように、傘状体6B2を設ける。傘状体6B2は、たとえばアルミニウム製、銅製、鋼板製とすることができるが、その限りではない。また、形状その他の仕様も本例に限定されない。傘状体6B2は、バッフル板68のサウンドブリッジ機能を補助し、中音、高音をエンクロージャー61に伝える作用をし、特に、繊細な中音、高音を伝えることができる。また本構成によれば、エンクロージャー61の内周全てに接することから、均等に振動を伝えることができる。
傘状体に替えて、棒状体6B3を補助的サウンドブリッジ機能として設けることができる。本例では、スピーカーユニット64のスピーカーマグネット64M背面に、中心から放射状に伸長する8本の棒状体6B3からなる構成である。各棒状体6B3はエンクロージャー61に接するように設けられる。棒状体6B3は、たとえばステンレス鋼性とすることができるが、その限りではない。また、形状その他の仕様も本例に限定されない。棒状体6B3は、バッフル板68のサウンドブリッジ機能を補助し、スピーカーユニット振動源に近いことから特に高い振動エネルギーを得られるため、低音、中音、高音に亘ってエンクロージャー61に伝える作用を高めることができる。
図14は、スタビライザーを備えた本発明筒状スピーカー構造の構成例を示す一部側断面視の説明図である。図示するように本筒状スピーカー構造710は、薄板体(エンクロージャー71)を分割振動させるために一または複数のスタビライザー7Z1等が設けられていることを、特徴的な構成とする。図では、二つのテープ状スタビライザー7Z1、7Z2が薄板体に貼着して設けられている例を示すが、スタビライザーの形状・仕様・設置個数は限定されない。もっとも、薄板体に貼着するという簡便な方法で設置することのできるテープ状の形態は、本発明用のスタビライザーとして好適な例である。
(1)分割振動
スタビライザー7Z1等を設置することによって、エンクロージャー71が分割振動しやすい構造となるため、エンクロージャー71(薄板体)のスピーカーユニット74側において高音、反対側において低音がそれぞれ発音しやすくなる。なお、図示するように二つのスタビライザー7Z1、7Z2によりエンクロージャー71を三領域に分割する場合は、中央部からは中音が発音しやすくなる。分割振動しやすい構造は、音声信号による振動の分解能を高めることができる。つまり、振動として残りやすい低音を、中音、高音に影響させないため、すっきりした中音、高音を出すことができる。
エンクロージャー71が過度な振動をすること、振動し続けること、特定の周波数に共振することを抑えることができる。これにより、スピーカーユニット74からの振動の変化にリニアに追従することができる。
(3)内圧に対する応力の補完
エンクロージャー71は、スピーカーの背面からの音圧(内圧)により膨張し、応力(ひずみ)が発生する。この応力(ひずみ)が音となるが、入力信号に対して過度な応力は原音の忠実な再生の妨げとなる。スタビライザー7Z1等を設置することによって、微弱な信号にたいしてのセンシティビティを確保しつつ、適度に応力の高い振動体とすることができる。
高音は、各サウンドブリッジおよびスピーカー背面の音によりエンクロージャー71が振動し、音となる。高音および高音振動は低音振動と比較して減衰率が高く、直進性が高いため、エンクロージャー71上部で音として放射することが望ましい。一方、低音はスピーカーコーンによる空気の圧力波が主であるため、主にエンクロージャー内面の空気を通じ、底部まで到達するが、その圧力波は反射器7R1により行き場を失い、エンクロージャー71底部までを振動させることにより減衰する。
(1)輪郭がはっきりした低音を発音することができる。
(2)中高音のクリアさが向上する。
(3)スピーカーシステム全体としての音の発生パワーが向上する。つまり、エンクロージャーの内部圧力に対する応力が上がることにより、スタビライザー設置箇所以外の部分のひずみの増加、およびバスレフポートへの圧力が高まり、バスレフ機構の働きが高まる。
(4)耐高入力性が向上する。つまり、アンプのボリュームを上げても音が破綻しにくくなる。
(5)エンクロージャーの強度、耐久性が向上する。
・厚さ:木質の場合、0.3mm程度(材質によっては、さらに薄くても可)
・幅:10mm程度(材質によっては、さらに細くても可)
設置方法
・スタビライザーをエンクロージャーの内周に木工ボンドを用いて貼り付ける(1周+のりしろ分)。
なお、スタビライザーを横ではなく縦方向に設置したり、枚数、設置間隔、材質などのパラメーターにより、音質を自在に変化させることができる。
各図に示したように本発明では、上向きにスピーカーユニットが設置されているため、慣性と重力により初動の振動(最初の振幅)こそ上には動きにくいが、2度目の振幅以降はスピーカーの構造(ダンパー、エッジによる制動力)の影響を受けにくい。そして、信号終了後は、制動力と重力により、慣性を打ち消しやすい。これにより、下記のような効果を得ることができる。
(1)アタックが強くなる
(2)サスティーンが安定的になる。
(3)小音量時でも、音の微細な表現が可能となる。
(4)消音が瞬時にできる。
以下、改めて本発明の根本思想の確認を踏まえ、発明を完成するに至った過程について、補足的に説明する。
(1)本発明筒状スピーカー構造の根本思想
従来のスピーカーでは、不要振動を極力抑えるために、エンクロージャー、バッフル板に強固な資材を利用し、エンクロージャー自体の振動を防止しようとしてきた。また、スピーカーユニット裏面から出る音によるエンクロージャー内部音の混濁、共振が、信号によるコーンの振動に影響を与えることを防止することの必要性から、消音材による対策を採ってきた。一方本発明は、スピーカーユニットはもとより、エンクロージャーをも発音体とするものとした。スピーカーユニットから発生するすべての振動、波などのエネルギーを不要振動とは捉えず、できる限り音に変換しようとするものである。これは、従来の考え方とは相容れないものであり、それであってなおかつ、従来型のスピーカーでは出音できない音響特性を実現できたものである。
(2)−1 慣性の法則
動きやすく、止まりやすいものは、スピーカーの振動体として最適である。動きやすさは振動体の比重の軽さ、振動伝達速度であり、止まりやすさは柔軟性(損失特性)、振動エネルギーから音への変換率である。これら、相反する特性を併せ持つ素材としては木材、特にスプルースが優れている。また、木材の種類、サイズ、厚さ、接合方法の違いにより、出力される音質をコントロールできると考えられる。
ある物体に外力Fが加わると、力の方向に加えた力に比例し、物体の質量mに反比例した加速度aが生じる。すなわち、下式の通りである。
外力F=質量m×加速度a
ここで、外力F:ボイスコイルへの電流によって生じる電磁気力、質量m=スピーカー揺動部分(ボイスコイル、コーン紙)の質量、加速度a=コーンの動きの加速度である。したがって、コーンは軽いと速く、重いと遅く運動する。また、外力Fすなわち信号のインパクトや電流が大きければ、コーンの加速度aはそれに比例して大きくなり、スピーカーユニットの振動も比例して大きくなる。この運動方程式は、本発明の振動体を薄板で構成すること、傘状サウンドブリッジの形態を考案することなどに応用した。
発生した振動はスピーカーの筒に伝わり、底板で反力となり押し返す。底部が基盤としてしっかりしていると、筒部分が振動せざるを得なくなる。そのため、底部以下の材質、重さによっても、音質は変わることになる。材質が柔らかければ作用、反作用ともに力が逃げるため、最も柔らかい部分に力が吸収される。また、下向きの加速度には重力も加わるため、筒への下向きの作用はより強まると考えられる。
独立した体系の内部においては、どんな物理的あるいは化学的な変化があっても、全体としてのエネルギーは不変である。スピーカー装置においては、スピーカーユニットに入力した電気は磁気エネルギーとなり、磁気エネルギーはボイスコイルによりコーンを振動させる振動エネルギーとなる。
この振動エネルギーは、
<1> コーンの振動(表裏)→ 空気振動(表裏)
<2> 裏の空気振動 → 筒の振動 → 筒の発音(一部はバスレフポートから空気振動へ)
<3> コーンの振動の反力 → バッフル板の振動 → 筒の振動 → 筒の発音
というように伝えられる。
エンクロージャー内部音が薄板を透過して外部に発音する場合、透過損失が生じる。これを質量法則といい、透過損失は材料の質量(面密度)(kg/m2)と周波数の積に比例する。すなわち、質量が大きいほど透過損失も大きくなる。従来のスピーカーが重厚な木材を用いて、エンクロージャー内部音を遮断しているのは、この法則による。本発明は、いかに透過損失が低い材質を用いてエンクロージャーを構成し、エンクロージャー内部音を透過させるか、を考えた。また、サウンドブリッジからの振動の伝播、ならびに発音において、特性のすぐれた材質という、音質的にはこれら二つの要素を満足させるものとして、薄板体を考案、設計した。
このように、本発明の構想段階、仮説構築、試作、評価、課題解決などの原理構築、実証には、これらの物理法則を応用した。
楽器は、種類ごと、さらに個体ごとに音が異なる。したがって、一つの楽器の音を忠実に再生するためには、その楽器専用のスピーカーが設計されることが理想である。しかし、一つの楽器であっても、大会場でのライブの再現のように、演奏シチュエーションによる空気感、反響、観客の声などの環境までを再生するとなると、さらに条件が異なる。また、マイクの位置、種類、メーカー、エンジニアリング、録音機材によっても、音源の音質は変化する。ボーカルであっても、シャウトする声、ささやくような声、響く声、奇数倍音のある声、男声・女声の相違などの条件がある。
<1> オーディオ再生の最終段として、ありとあらゆる音源を最適な再生の対象とすることができ、
<2> プレイヤーや楽器の実在感、演奏する音場の形成、プレイヤーの心情の再現に優れ、
<3> 長時間のリスニングにも心地よく、
<4> 大音量から極小音量再生でもバランスを崩さず、
<5> コンパクトかつコスト的にもメリットがあり、
<6> 愛着を持って所有することができ、
<7> 音と音楽を知り尽くした者によって製作された、
<8> 音楽による楽しみ、感動をユーザー個々人が最大化できるスピーカー
であるといえる。
上述の通り従来、不要振動は、信号に忠実に音を再生するためにはネガティブなものとして考えられていた。不要振動には、次の2つがある。スピーカー内部に発生する音と、スピーカーユニットの振動がエンクロージャーに伝播する振動である。内部損失とは、スピーカーエンクロージャー内部における音の消えやすさであり、これが高いことはエンクロージャー内部での反響音が少ないということになる。従来は、厚く重い木材を使用し、不要振動を外部に漏らさず、さらにエンクロージャー内部での不要振動となる反響音を吸音材で損失させるという方法を取ってきた。
以上の考察に基づき、スピーカーを構成することとした。その構成要素と機能は、下記の通りである。
<1> スピーカーユニット:主発音体(振動源)
<2> バッフル板:スピーカー取り付け板(振動伝達)
<3> 筒:エンクロージャー主要構成部(副発音体) 薄板による円筒を使用
<4> 底板:エンクロージャー主要構成部(反力基盤(振動源に対するグラウンドとして))
<5> スパイク:スピーカーの支持(反力基盤の支持)
<6> バスレフポート:バスレフポート(バスレフ兼内部反響コントロール)
試作したスピーカーには、次のような特徴が認められた。
(6)−1 ユニットからの振動が筒に伝わることにより、楽器等の強力なアタックが再現される。
(6)−2 スピーカーユニットだけでは再生できない多様な振動が胴(筒)で発生し、再生される。つまり、ユニットからの各振動に対して、筒のうちの振動しやすいところが振動し(自由振動)、音となる。
<1> 反射器により適度にコントロールされた内部の残響音が実際の演奏音場のように響く(サスティーン効果)。
<2> 微弱振動にも反応するなどの高い音響効果を持つ薄板体であるが、同時にエンクロージャーとしても機能することが求められ、円筒に成形することによる強度向上効果によって、これらスピーカーユニットで音に変換しきれない微弱な振動を音にできる(センシティビティ)。
<3> 外部に円筒波として音が発散されるため、上部のスピーカー、下部のバスレフとともに立体音像(奥行き、高さ)を再現でき、なおかつ定位が明確になる。すなわち、相対的に出力の高いメインの楽器やボーカルが筒を強力に振動させ、バックの音が緩やかに出音される。円筒波の性質によるものと考えられる。
<5> 円筒による放射音は再生場全体に広がり、面あるいは点音源である一般のスピーカーと比較して、優れた音場形成能力がある。また、指向性については、音源の振動面面積と波長の関係で決定され、波長に対して振動面の面積が大きいほど、また、波長が短いほど鋭い指向性が得られる。特に、指向性の高い高音が、サウンドブリッジにより円筒により拡大された振動面に伝播し、振動、発音することが、一般の面や点音源スピーカーと違い、自然な音場形成を可能としている。
<6> シートによる円筒波(面からの音の放射)は、音が良く通る。特にピアノ、バイオリン、ギター、ドラム等で強く認められる。
<7> ニアフィールド(スピーカーに近い場所)でも耳触りのよい音場が感じられる。
<8> ボリュームによる音場の崩れ、破綻が起きにくく、音場が維持される。
本発明スピーカーの最重要ポイントといえるエンクロージャーの筒(胴)は、次のように検討を重ね、本発明の基礎を完成するに至った。
<1> 竹集成材突板を利用した。
<2> 竹の突板で強度を確保し、その表面にスプルース、米松などのギター・バイオリン製造材料を貼り、厚さ、サイズ(縦横、容量)の変化により、音の特徴を整えることを試験し、良好な結果を得た。
<3> その他の木材の薄板でも、同様の効果、あるいは準じた効果が認められたが、最も音が良いものは、スプルースの縦横2枚貼り合わせによるエンクロージャーであった。
<5> 本スピーカーは基本的に正面がない(あらゆる方向が正面)ものではあるが、胴の一部に突板を縦に貼ったり、反射板を取り付けたりすることによって、それが設けられた方向を裏として、正面、裏面の方位を明確にすることもできた。
<6> また、ギターやバイオリンに使用されるブレイシングのように、テープ状の薄い板を筒の内部に設置することにより、音質の修正が可能であることも確認できた。
なぜ、本発明のスピーカーでは、従来になかった程のリアリティのある音が出せるのか。
本スピーカー試作開始時点では、従来レベルの音が得られることを想定していた。しかし、試作完成後実際に音を出すと、想像を超えた音色、生の楽器のような音の立ち上がり、微小信号の再現などが感じられた。この、従来方式のスピーカーとの音の差異の原因について考察すると、その原因の一つとして、衝撃波の発生が考えられる。
本発明の筒状スピーカー構造、スピーカー装置、オーディオシステム、スピーカー装置製造方法、およびスピーカー装置改造方法によれば、微妙なニュアンスを含む微弱信号を良好に再生することができ、高出力型高級機を用いることなく、優れたCD音源等の原音のHi−Fi再生性を得ることができ、安価かつ容易にリアリティの高いオーディオ環境を提供することができる。したがって、オーディオ機器分野および関連する全分野において、産業上利用性が高い発明である。
1、21、31、41、51、61、71…エンクロージャー
2、22…エンクロージャーの端部(開放端部)
3、23…エンクロージャーの端部(他方)
4、24、34、54、64、74…スピーカーユニット
5、15、25…薄板体
6、26、36、46、56、66、76…バスレフ(バスレフ構造)
6H、26H、36H、46H…バスレフ穴
6P…バスレフポート
7、27、37、47、57、67、77…スパイク
8、28、38、58、68、78…バッフル板
10、210、310、510、610、710…筒状スピーカー構造
15a、15b…突板
29、39、49、59、69、79…仮想グラウンド化手段
2VG、3VG、5VG、6VG、7VG…仮想グラウンド部
3R、4R、5R、6R、7R…反射部
3R1、4R1、5R1、6R1、7R1…反射器
3R2、4R2、5R2、6R2、7R2…ノーズ部(反射器2)
3Rm、4Rm、5Rm、6Rm、7Rm…支柱
3Rs1…内部音の直接透過
3Rs2…内部音の反射透過
3Rs3…内部音の反射透過2
4F、5E、5F、6E、6F、7F…緩衝手段
4S、5S、6S、7S…固定手段
5R10…反射器底板
5T、6T、7T…ターミナル
6B2、7B2…傘状体
6B3…棒状体
6BV…各サウンドブリッジから筒に振動を伝える部分
6BVl…6BVから筒下端まで亘る領域
64F…スピーカーフレーム
64M…スピーカーマグネット
64N…スピーカー取り付けナット
7Z1、7Z2…スタビライザー
GND…グラウンド
Wa、Wb…のりしろ
Claims (21)
- 少なくとも一端側が開放された筒状のエンクロージャーと、該エンクロージャーと同軸的に開放端側に配置されていて音声信号に基づいて駆動されるスピーカーユニットとを備え、該エンクロージャーの側面部は非均質性の薄板体により形成されており、音波が該エンクロージャーの側面部を透過して外部に放射されることを特徴とする、筒状スピーカー構造。
- 前記薄板体は一または複数のシート状木質素材を用いて形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の筒状スピーカー構造。
- 前記シート状木質素材としてスプルース、竹またはその双方が用いられることを特徴とする、請求項2に記載の筒状スピーカー構造。
- 前記シート状木質素材として二枚のスプルース突板が用いられることを特徴とする、請求項2に記載の筒状スピーカー構造。
- 内側に用いるスプルース突板は縦木目、外側に用いるスプルース突板は横木目とすることを特徴とする、請求項4に記載の筒状スピーカー構造。
- 前記シート状木質素材には補強用シートが貼着されていることを特徴とする、請求項2ないし5のいずれかに記載の筒状スピーカー構造。
- 前記エンクロージャーは円筒状であることを特徴とする、請求項1ないし6のいずれかに記載の筒状スピーカー構造。
- 前記薄板体の振動効率を高めるための仮想グラウンド部を備えていることを特徴とする、請求項1ないし7のいずれかに記載の筒状スピーカー構造。
- 前記仮想グラウンド部にバスレフが設けられていることを特徴とする、請求項8に記載の筒状スピーカー構造。
- 前記エンクロージャー内には前記スピーカーユニットからの音波を反射する反射部が設けられていることを特徴とする、請求項1ないし9のいずれかに記載の筒状スピーカー構造。
- 前記反射部はフローティングマウント方式で固定されていることを特徴とする、請求項10に記載の筒状スピーカー構造。
- 前記スピーカーユニットからの振動を前記エンクロージャーに伝える振動伝播手段(以下、「サウンドブリッジ」)が設けられていることを特徴とする、請求項1ないし11のいずれかに記載の筒状スピーカー構造。
- 前記サウンドブリッジとして、前記スピーカーユニットを囲繞するバッフル板の他に、一または複数の付加サウンドブリッジが設けられていることを特徴とする、請求項12に記載の筒状スピーカー構造。
- 前記薄板体を分割振動させるために一または複数のスタビライザーが設けられていることを特徴とする、請求項1ないし13のいずれかに記載の筒状スピーカー構造。
- 前記スタビライザーはテープ状であり、前記薄板体に貼着して用いられることを特徴とする、請求項14に記載の筒状スピーカー構造。
- 前記スタビライザーは木質素材により形成されていることを特徴とする、請求項14または15に記載の筒状スピーカー構造。
- 請求項1ないし16のいずれかに記載の筒状スピーカー構造を備えたスピーカー装置。
- 請求項17に記載のスピーカー装置を製造する方法であって、エンクロージャーに一または複数のスタビライザーを貼着することを特徴とする、スピーカー装置製造方法。
- 請求項17に記載のスピーカー装置を改造する方法であって、エンクロージャーに一または複数のスタビライザーを貼着することを特徴とする、スピーカー装置改造方法。
- 請求項17に記載のスピーカー装置を含むオーディオシステム。
- 前記エンクロージャーのスピーカーユニット対向側の端部が開放された構成となるのは、底板にバスレフを設けた場合のバスレフ穴の場合のみであることを特徴とする、請求項1ないし16のいずれかに記載の筒状スピーカー構造。
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