JP2545344B2 - 音響スピ−カ−を共鳴周波数以下で作動する方法及び装置 - Google Patents

音響スピ−カ−を共鳴周波数以下で作動する方法及び装置

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JP2545344B2 JP58000555A JP55583A JP2545344B2 JP 2545344 B2 JP2545344 B2 JP 2545344B2 JP 58000555 A JP58000555 A JP 58000555A JP 55583 A JP55583 A JP 55583A JP 2545344 B2 JP2545344 B2 JP 2545344B2
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は音響スピーカーを作動するために使用される
音声信号（オーデイオ信号audio signal）の処理に関す
るものである。
従来技術 音響スピーカー設計に対する最も簡単で最も普通の試
み（アプローチ）は、最も多くは４〜８インチ直径域で
のシングルフルレンジドライバーで始まる。しかしより
高い周波数（約8KHz以上）がコーン損失、音声コイルイ
ンダクタンス不足、その他のフアクターの組合せによつ
て弱まるのでこの種のシングルドライブ設計は高性能
（ハイフアイ）サウンドを作り出すことはできない。前
記シングルドライバーシステムはラジエーシヨンパター
ンの狭さにより高周波の望まれない“ビーミング（beam
ing）”を示す。前記システムの基本的な共鳴はドライ
バーと箱の物理的パラメータにより決定されそして通常
は600と200Hzの間のどこかに見出される。基本的共鳴以
下では音響スピーカーの出力は閉じた箱にとつては１オ
クターブについて12dBの割合で低下し、穴あき（porte
d）すなわち低温コーン（drone cone）装置に対しては
１オクターブにつき18dBの割合で低下する。シングルフ
ルレンジドライバーシステムに関して高及び低周波数の
両方の問題を解決する設計上の試み（アプローチ）は高
周波数のための小さいドライバーと低周波数のための大
きいドライバーという追加のドライバーを加えることで
ある。ドライバーの作動域内の周波数にドライバー信号
を限定するためにクロスオーバ回路が使用される。一般
に行なわれている実施は通常ではドライバーと30と60Hz
の間のどこかに基本的共鳴を示す箱との組合せを有する
低周波数用の箱にいれた12〜15インチドライバーとな
る。
過去10年間の間普通アンイユライズドボルテージでドラ
イブされる閉じた箱で得られることのできる応答以下に
応答を拡げる見地でスピーカーの低周波数応答（レスポ
ンス）を改善することに可成りの注意が向けられてい
た。しかし使用される重要な技術はせいぜい約１オクタ
ーブ低音応答を拡げ、それ以下ではそれ相応の大位相シ
フトで１オクターブにつき24〜30デシベルの割合で応答
が低下する。これらの位相シフトが周波数応答変則であ
るように正確な音声再生のために有害であることが今は
よく認められている。
低周波数特性を高めるための別の試み（アプローチ）
は100Hz以下をクロスオーバする副低音用スピーカー（s
ub−woofer）を使用する。これらの副低音用スピーカー
ユニツトは非常に高価である。これらのユニツトは高質
量（high−mass）ドライバーを囲む物理的に大きな箱で
あり、そのドライバーの組合せは基本的共鳴を出来るだ
け低く移動するために使用される。副低音用スピーカー
自身は普通の技術を使用せずむしろ基本共鳴を下げるこ
とによる低周波数応答を拡げるための非常に直接的な試
み（アプローチ）を具象化する。
前記の従来技術のスピーカーシステムは主として基本
共鳴以上で作動する。閉ループフイードバツク構成の使
用により応答をよく共鳴以下に拡げることに試みが行な
われた。この構成の工業上の実施例はスピーカーコーン
に取付けられた加速度計（accelerometer）を用いる。
加速度計からの出力は変位測定信号（displacement sca
led signal）を作り出すために処理され、次いで該変位
測定信号はスピーカー入力信号と比較される。生ずるエ
ラー信号はひずみを減らすため出力増幅器に対する負の
フイードバツクとして使用される。ひずみがドライブ変
位信号（drive displacement signal）にあいまいさと
混乱を作り出すので、この構成との結びつきで多数の本
来の困難がある。フイードバツク構成に直接的に測定さ
れる変位変換器（directly scaled displacement traus
dncer）を使用することは必要である。
従来技術に見られる更に別の試みは負の出力抵抗の使
用に関連する技術を使用する特別の増幅器の使用にあ
る。簡単な場合では、負の出力抵抗は限定された音声コ
イル抵抗の効果を打消すために使用されることができ
る。より複雑な場合には一組の共役インピーダンス（co
njugate impedance）の組込み（imposition）がシステ
ムの機械的音響的コムピーダンス（compedance）の害に
なる作用を無にするために使用されることができる。こ
の技術が多分最も完全に利用できるけれど、組込みには
非常に費用がかかり困難がある。
前記加速度計構成を除いて、従来技術の装置は何れも
基本共鳴以下の微々たる量以上に音響スピーカーシステ
ムの低周波数応答を拡げるものはない。基本共鳴以下の
領域は、若干の点では、複雑で高価が装置なしにはうま
くいく音再生介入（audio foray）がたまにしか行なわ
れない未知の領域としてみなされることができる。
発明の概要 本発明の目的は基本共鳴以下で音響スピーカーシステ
ムを作動する簡単で費用のかからぬ手段を提供すること
にある。過去には、基本共鳴周波数Frは、限界以下では
正確な音の再生が困難であるか得るのが経済的に不可能
であるその下限とみなされていた。Frはスピーカードラ
イバーパラメータとドライバーを収納する箱の内容積の
組合せにより決まる。Fcは音響スピーカーシステムの普
通の高周波切断点であり、その点では応答は3dBに低下
する。Fc以上では応答が急速に低下する。Fcは普通は音
響スピーカードライバーのパラメータだけで決り、箱の
パラメータには依在しない。Fr以上の領域での応答は質
量制御（mass controll）され、Fr以下の領域では剛性
制御（stiffness controll）される。Fr以下の剛性制御
での上向き転移（roll off）の割合は主にバフル（baff
le）の種類により決められる。閉じた箱のシステムにと
つてはFr以下の出力減少の割合は１オクターブにつき12
dBであり、使用できるスピーカー出力域は一般にFr以上
とFc以下の領域として考えられている。
Fr以下の音響出力減少を補償する普通の方法はシステ
ムをドライブする増幅器の前の低音ブーストイコライザ
ーによるシステムへの電気入力を増大することによりFr
以下のある周波数に対する均一な出力を拡大することで
ある。別々のロールオフフイルター（roll−off filte
r）が、周波数が増大すると音響出力を減少させるため
に使用され、普通は十分にFc以下であるがFr以上のある
点で低音システムと使用されるべき高音域システムとの
間の円滑な移転を効果的にさせるために使用される。
本発明では、音響スピーカーシステム共鳴Frは高周波
数切断点を決め、その点以上ではスピーカーの最終音響
出力が周波数の増大と共に減少する。本発明では、オー
デイオ信号は、結果としてのスピーカー出力がFr以下の
周波数では均一であるように、Fr以下の音響出力の減少
のための逆補償を提供するために処理される。周波数減
少による音響出力の減少割合は閉じた箱の音響スピーカ
ーシステムでは１オクターブにつき12dBである。本発明
はオーデイオ信号を処理して、正確な補償を提供し均一
な音響出力をFr以下で生ずるように、周波数減少と共に
１オクターブにつき12dBの増大を提供する。二重積分回
路はFr以下で均一な音響出力を得るためにそして又Fr以
上の領域で或る本来の利益を形成するために厳密に正し
い量の補償を提供する。普通の音響スピーカーシステム
の音響出力が周波数に関して均一であるFr以上の領域で
は、本発明の二重積分器は周波数の増大と共に１オクタ
ーブにつき12dBの出力の減少を形成する。普通のシステ
ムの音響出力が当然に減少するFc以上の領域では本発明
の二重積分器は対等の大きな割合の出力の減少を生ず
る。本発明は、したがつて、基本共鳴以下の均一なスピ
ーカー出力を得るための非常に簡単な手段を提供する。
本発明の装置で均一な出力が得られることができる最大
周波数は音響スピーカードライバーと箱のパラメータに
より決められる。
二重積分器が閉じた箱のシステムのための正しい構成
を提供する一方、孔あき箱のシステムの特性はFr以下で
の均一な音響出力を形成するために三重積分器の使用を
必要とする。同様に、囲まれないシステムは同じ結果を
得るために四重の積分器の使用を必要とする。
本発明は動力増幅器の前に組付けられる費用のかから
ないで使用できる増幅器の使用を通して容易に実行され
ることができる。一方では動力増幅器は積分器部品とし
て本発明の適当した電気回路で設計されることができ
る。信号を微分した一段の積分の等価を形成するために
信号自身から微分値を減算するような積分の電気的等価
を達成する色々な手段は多数のRC回路を使用する個々の
近似技術と同様に使用されることができる。積分の等価
を達成するこの手段及び他の手段は当業界でよく知られ
ており、本発明の方法及び装置を実現するために使用さ
れることができる。
本発明は他の目的及び利点を有しそのうちのいくつか
は図に示された本発明の好ましい実施例についての以下
の説明により明らかにする。しかし図に示した例に対す
る変形は特許請求の範囲に示す本発明の範囲内で採用さ
れることができることは理解される。
本発明を実施する実施例 本発明の方法及び装置は音響スピーカーシステムの共
鳴周波数Fr以下の周波数で音響スピーカーシステムから
の周波数に関して大体均一な音響出力を形成するために
音響スピーカーへの信号を引渡す前にオーデイオ信号を
処理することを含む。第２図は閉じた箱の音響スピーカ
ードライバーの音響出力を示す周波数に対する出力のグ
ラフである。Frは音響スピーカードライバーと箱のパラ
メータの組合せにより定まるシステム共鳴周波数であ
る。Fcは音響スピーカードライバーパラメータだけで定
まる高周波数切断点である。第３図は閉鎖箱音響スピー
カーシステムに使用するためのオーデイオ信号を処理す
るために用いられる本発明の特別の実施例の周波数に対
する音量増加（gain）曲線を示す。周波数減少に対する
出力の増大の割合は１オクターブにつき12dBである。曲
線ＡとＢとＣとの間の差は音量増加差だけである。この
周波数に対する音量増加曲線は３つの図示した曲線を得
るために３つの異なる音量増加レベルでの二重積分増幅
器セツトの特性である。音量増加を調節可能にすること
が、使用者に高周波数領域を再生するために使用される
他の音響スピーカーの音響出力にマツチするために低音
周波数の音響出力をマツチするのに使用することを許容
する。
第４図は本発明の示唆に従つて処理されたオーデイオ
信号によりドライブされるときの閉鎖箱音響スピーカー
システムの音響出力を示す。本発明の方法はオーデイオ
信号周波数に逆比例して一定割合でオーデイオ信号の強
さを変えることを求める。第３図の曲線は割合が１オク
ターブについて12デシベルであるこの種の信号処理を示
す。第３図の曲線を検討することから、Fr以下から少な
くともそして普通は良好にFr以上１オクターブを越える
広い領域の周波数にわたつて割合が一定に保たれている
ことが認められる。二重積分がオーデイオ信号に行なわ
れると、前記割合12dBが得られる。第４図はオーデイオ
信号周波数に逆比例して１オクターブについて12dBの一
定割合でオーデイオ信号の強さを変えるために本発明が
使用されるとき共鳴周波数Frをもつ閉鎖箱音響スピーカ
ーから得られる音響出力を示す。第４図を検討すると音
響スピーカー出力がFr以下で均一であることが認められ
る。Fr以上では本発明ではFrとFcの間で普通はフラツト
な音響スピーカーシステムの音響出力を周波数増大に対
して１オクターブにつき12dBの割合で減少させる。音響
スピーカーの音響出力が周波数の増大に伴ない１オクタ
ーブにつき12dBで普通に減少するFc以上では音響出力の
減少割合は本発明の減少割合１オクターブにつき12dBに
より１オクターブにつき24dBになる。
本発明の方法を実施する積分器を使用すると、積分割
合が周波数に関して均一である事実により周波数に対し
均一かつ線状である非常に望ましい位相特性を作り出
す。更に音響スピーカードライバーの高周波数分離点Fc
に関し、音響スピーカードライバーの普通の位相遅れに
加えられる位相遅れはない。そこで本発明は位相遅れの
増大を生ずることなくFrを高周波数点Fcよりずつと低い
周波数とすることを許容する。
本発明の最も広い利用は閉鎖箱音響スピーカーシステ
ムに関して二重積分により作り出されることのできる１
オクターブにつき12dBの前記割合での使用であり、１オ
クターブにつき18dBの割合が孔あき箱音響スピーカーシ
ステムでの使用に適し、１オクターブにつき24dBの割合
は閉鎖されない音響スピーカーシステムに使用するのに
適していることが期待される。三重積分は18dB割合を形
成するために使用されることができ、四重積分は前記24
dB割合を形成する。
第１図は本発明の閉鎖箱音響スピーカーシステムに使
用するに適した一実施例の略線図である。最も簡単な言
葉で、第１図に示した装置はオーデイオ信号と、閉鎖箱
11に組付けられた音響スピーカー10との間に接続される
２個の積分器35と36を使用する。前記二重積分器回路は
周波数Fr以下にある周波数F1から周波数Frより少なくと
も１オクターブ上にある周波数F2までのオーデイオ信号
に逆比例する周波数に対する振幅応答を有する。二重積
分器は１オクターブにつき12dBの応答傾斜をもつ。動力
増幅器９は第２積分器で得られる出力を音響スピーカー
を満足に作動するに十分に高いレベルに増大するために
第１図に示されている。
前記積分器の内部詳細を見ると、積分器として形成さ
れた複数の作動増幅器であることがみとめられる。第１
積分器35は入力抵抗１を通してオーデイオ信号を受ける
作動増幅器２を使用する。積分キヤパシター３は作動増
幅器２の出力と入力の間に接続され、そして並列に接続
された分路抵抗４を有する。分路抵抗４はF1の休止値
（quiescent value）を設定するために使用される。
同様に積分器36は入力抵抗５を通して積分器35の出力
を受ける作動増幅器６を使用する。積分キヤパシター７
は作動増幅器６の入力と出力の間に接続されそして並列
に接続された分路抵抗８を有する分路抵抗８は又F1の休
止値を設定するために使用される。
第１図に示された付加的回路はゆがみを防止するため
に使用されているリミツター回路である。このリミツタ
ーはゆがみを生ずると知られている振幅を越えるオーデ
イオ信号に応答するその正常値から上へ第３図と第４図
に示すようにF1を変える方法にしたがつて作動する。第
１図に示されるように、回路はそれぞれ積分キヤパシタ
ー３と７を有する一組の２つの積分器35と36からなる。
制御可能な可変抵抗33と34はキヤパシター３と７を横切
つて分路され、そして最後の積分器36の出力により制御
されてF1をその正常値からゆがみを起すと知られる振幅
を越えるオーデイオ信号に応答して上方へ移動するよう
に抵抗を最後の積分器の出力に直接比例して変える。37
はVthによりバイヤスオフされる全波整流器であり、し
たがつてゆがみを起すと知られるレベル以下の小さな信
号はF1を上方に移動する抵抗33と34に変化を生じない。
第１図では可変抵抗は実際には光放出ダイオード31と30
により制御される光導電素子である。全波整流器37は非
反転増幅器として形成される作動増幅器12を使用する。
抵抗13はフイードバツク抵抗14との組合せで増幅器のゲ
インを１＋R14／R13に等しく設定するゲイン設定抵抗で
ある。15はフイードバツク抵抗17と同じ値をもつ入力抵
抗である。16はゲインが負の１に等しい単一ゲイン反転
増幅器として形成される作動増幅器である。。18と19は
カツプリングキパシターである。20と21はそれぞれダイ
オード23と22をバイアスするために使用される抵抗であ
る。Vthはゆがみを生ずると知られるレベル以下の信号
に整流をバイアスオフするようにバイアス抵抗20と21に
使用される閾値電圧である。Vthはリミツターがゆがみ
を防止するために必要とするが不必要にF1を代えない場
所でのみ作動されることを確実にするために違つた使用
に変えられることができる。38は37からの出力を滑らか
にする制御電圧プロセツサーである。制御電圧プロセツ
サー38は動作開始時間を制御するために充電抵抗（char
ging resister）24を使用する。解除時間は放電抵抗25
により制御される。平均キヤパシター（averaging capa
citor）26は制御電圧Vcを貯える。Vcは限定を必要とす
る信号がないときに零である。リミツターを作動する信
号条件によつてVcが正方向に変るとき、F1は適当な量だ
け上昇する。このことは光放出ダイオード31と30に応答
する制御可能な可変抵抗33と34により達成される。39は
前記光放出ダイオードを作動する回路である。27は電流
変換器への電圧を形成するためトランジスター28と抵抗
29と共に形成される作動増幅器である。トランジスター
28のコレクターは直列の光放出ダイオード31と30に接続
される。プラスは光放出ダイオード31と30のための動力
源であり電流リミツト抵抗32を通してダイオードに供給
される。
F2は積分の高周波数限界として認められることができ
る。本発明の実際の使用時のこの限界は常にFrより１オ
クターブ以上であり、普通はずつと大きく、積分回路に
使用される作動増幅器の高周波限界によつてのみ限定さ
れる。
【図面の簡単な説明】
第１図は閉鎖箱スピーカーシステムでの使用のために形
成される本発明の実施例の略線図、第２図は閉鎖箱の音
響スピーカードライバーの音響出力を示すグラフ、第３
図はリミツターを有する二重積分増幅器用の周波数に対
するゲイン曲線を示すグラフ、第４図は本発明がオーデ
イオ信号を処理するために使用されるとき音響スピーカ
ーから得られることができる音響出力を示すグラフであ
る。 ９……作動増幅器、10……音響スピーカー 11……閉鎖箱、35,36……積分器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−10225（ＪＰ，Ａ) 実開 昭53−32724（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】共鳴周波数Frを有する閉鎖箱音響スピーカ
    ーシステムにおける周波数Fr以下での音響スピーカーシ
    ステムからの周波数に関して大体均一な音響出力を形成
    するために閉鎖箱音響スピーカーへ信号を送り出す前に
    オーデイオ信号を処理する方法において、閉鎖箱音響ス
    ピーカーを共鳴周波数fa以下の範囲制限するようオーデ
    イオ信号を二回積分し且つFr以下にある周波数F1から少
    なくとも１オクターブFrより上の周波数F2までのオーデ
    イオ信号周波数に逆比例して一定の割合で前記信号の強
    さを変えることによりオーデイオ信号を処理することを
    特徴とする方法。
  2. 【請求項２】共鳴周波数Frを有する閉鎖箱音響スピーカ
    ーシステムにおける周波数Fr以下で音響スピーカーシス
    テムからの周波数に関して大体均一な音響出力を形成す
    るために音響スピーカーシステムへ送り出す前にオーデ
    イオ信号を処理する装置において、前記オーデイオ信号
    と前記音響スピーカーシステムとの間に直列に接続され
    る２個の積分器を含む回路を有し、該回路がFr以下の周
    波数F1からFrより少なくとも１オクターブ上にある周波
    数F1までのオーデイオ信号周波数に逆比例する周波数に
    対する振幅応答を有することを特徴とする装置。
JP58000555A 1982-01-07 1983-01-07 音響スピ−カ−を共鳴周波数以下で作動する方法及び装置 Expired - Lifetime JP2545344B2 (ja)

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DE (1) DE3375272D1 (ja)
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