JP2737931B2

JP2737931B2 - 電子楽器

Info

Publication number: JP2737931B2
Application number: JP63151291A
Authority: JP
Inventors: 立簡小池
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1988-06-21
Filing date: 1988-06-21
Publication date: 1998-04-08
Anticipated expiration: 2013-04-08
Also published as: JPH01319792A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］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、鍵盤の低音
側および高音側の操作に対応して音像が左右に移動する
リアルな演奏音を得るようにし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88鍵式ピアノの最低音
（A₀）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70
Hz程度以上のサウンドシステムを用いると「ポン、ポ
ン」という軽い音になってしまうというように音質上
は、大きな差異がある。

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、ほ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０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（f₀,Q₀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
波の音まで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。同図に示
すように、この電子楽器は２組のサウンドシステムを有
し、9aおよび9bはそれぞれ各サウンドシステムにおける
バスレフポート（共鳴ポート）である。

［発明が解決しようとする課題］この発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑
み、前記第14図に示すような２組のサウンドシステムを
備えた電子楽器において、キャビネットを大型化するこ
となくより低い周波数の楽音を発生できるようにすると
ともに、さらに変化に富んだサウンドを提供することに
ある。

［課題を解決するための手段］この目的を達成するため本発明では、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２組のサウ
ンドシステムと、前記鍵盤と前記音源と前記サウンドシ
ステムを配設するための本体部とを備え、各サウンドシ
ステムはヘルムホルツ共鳴器を構成するキャビネット
と、音響を直接に放射するための直接放射部と前記ヘル
ムホルツ共鳴器を駆動するための共鳴器駆動部とを含ん
で構成される振動体を有し前記キャビネットの外壁に配
設される振動器とを有してなる電子楽器において、一方
のサウンドシステムのキャビネットは前記本体部上に、
前記鍵盤に向かって右方に配置され、他方のサウンドシ
ステムのキャビネットは前記本体部上に、前記鍵盤に向
かって左方に配置されるとともに、前記左方に配置され
るキャビネットは前記右方に配置されるキャビネットよ
りも内部の容量を大きく設定したことにより前記左方に
配置されるキャビネットの共鳴器から発生される最低共
鳴周波数を前記右方に配置されるキャビネットの共鳴器
から発生される最低共鳴周波数よりも低くしたことを特
徴とする。

［作用］これによれば、左方のキャビネットは右方のｍのより
も容量が大きいため、最低再生周波数がより低音側にあ
り、左方から低音が比較的良く発せられ、右方から高温
が比較的良く発せられる。したがって例えば、キャビネ
ット全体としての容量を増加させずに、左右のキャビネ
ットの仕切を右方へ移動させるだけで、最低再生周波数
がより低音側へ移動される。

また、鍵盤の鍵は左方のものほどより低音を発し、右
方のものほど高温を発するように配列されている。そし
て、左方から低音が比較的良く発せられ、右方から高温
が比較的良く発せられるため、鍵盤の低音側および高温
側の操作に対応して音像が左右に移動する立体的な演奏
音が得られる。

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、密閉形スピーカイステムの
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。

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価的に負性インピーダンス成分（−
Z_O）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
出して入力側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価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
分なレベルの重低温（共鳴音）を発生することができ
る。

すなわち、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。

しかしながら、より低音まで再生するため、ヘルムホ
ルツ共鳴器の共鳴周波数を低く、Ｑ値を高く設定する
と、再生周波数特性にうねりを生じる。このうねりは入
力信号電圧を増減、特に音圧の低い部分をブーストする
ことにより補正することができる。ところが、電子楽器
のサウンドシステムは、鍵を押下し続ける場合も考慮す
ると連続定格で考慮する必要があり、通常のオーディオ
アンプのように瞬間または間欠定格で考慮する場合の数
倍の容量を必要とする。したがって、これを前記うねり
の補正（ブースト）のためにさらに大容量のものとする
のは困難である。

一方、数十Hz以下の低周波域では、波長が数ｍ以上と
なるため音像はあまり明瞭ではなく、音源の位置はあま
り問題とならない。

そこで、２組のスピーカシステムを用い、各システム
のヘルムホルツ共鳴器の共鳴周波数を相互に異ならせて
いる。

このようにすると、２組のスピーカシステムから放射
される音響を合成した音圧特性は、２つのヘルムホルツ
共鳴器が相補いあってうねりが減少する。

これにより、駆動手段によるブースト量が減少し、駆
動手段の最大出力の減少を図ることができる。

以上の態様によれば、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
大きくすることなく再生低域特性を向上させることが可
能となる。

また、２組のスピーカシステムを用いて低周波領域を
帯域分担させているため、各スピーカシステムをより高
効率に作動させることができ、駆動手段の容量を減少さ
せ、あるいは増加を抑えることができる。

［効果］この発明によれば、簡単な構成でキャビネットを大型
化することなくより低い周波数の楽音を発生することが
できるようになるとともに、操作鍵盤位置に対応して音
像が左右に移動するリアルな演奏音を得ることができ
る。

［実施例］以下、図面を用いてこの発明の実施例を説明する。

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2,30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に設定してある。

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、この棚板１の上に鍵盤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の下側には棚板１と
の間に空洞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が設けられてあり、さらに中
間板10および仕切板11a〜11dによって内部を区切ってあ
る。開口ポート部9a,9bおよびこれに連絡する仕切板11a
〜11d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
けられて上部を塞がれたとき、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,6
b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5a,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、左チャンネ
ル用スピーカシステム用の空洞容積が約5.5、右チャ
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
とに設定してある。このようなヘルムホルツ共鳴器の共
鳴周波数f_OPは、音速をｃ、共鳴ポートの断面積をＳ、
共鳴ポートの長さをｌ、空洞の体積をＶとすると、 f_OP＝ｃ（S/lV）^1/2/2π ……（１）として求められる。

箱体７の底板８には、フェルト12a,12bが貼付けされ
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
響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、例えば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、前記フエ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〜13f
を取り付けて補強してある。

第１〜３図を参照して、この電子楽器は、正面パネル
14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
掛け渡されている。

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構
成は、第１〜４図に示した。

第５図のスピーカシステム40は、キャビネット（箱
体）７の前面に穴を開けて振動板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17を有する共鳴
ポート18を設けて、この共鳴ポート18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、閉じられた空洞であるキ
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f_OPは前記（１）式により、 f_OP＝ｃ（S/lV）^1/2/2π 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R_S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R_Sによってこのスピーカユニット４に流れる電流I_L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Z_Oは、 R_O＝R_S（１−Ａβ） ……（２）として求められる。この式からＡβ＞１とすればR_O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_Oは振動系の等
価抵抗、S_Oは振動系の等価スチフネス、m_Oは振動系の等
価質量を示している。また、直列共振回路Z₂は共鳴ポー
トと空洞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、r_Cは空
洞の等価抵抗、S_Cは空洞の等価スチフネス、r_Pは共鳴ポ
ートの等価抵抗、m_Pは共鳴ポートの等価質量を示してい
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、l_Vをボイスコイルの導体の全長
とするとＡ＝Bl_Vとなる。さらに、図中のZ_V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R_V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
ピーダンスは等価的に低減（理想的には無効化）されて
いる。したがって、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）は音響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ｂで示すように、
共鳴放射部（共鳴ポート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_OP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（但し、f_OC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値の適性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、さらに入
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Z_V−Z_O＝０、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、共鳴ポート18および空洞の等価抵抗
r_C,r_P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Z₁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Z₁は、Ｑ値が０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f_O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）Z₁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
ョナルインピーダンスによるポート共鳴系（直列共振回
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、駆動信号入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E_O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
カデッドの状態）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f_O相当値近傍の出力音圧周波数特性
は、6dB/octとなる。これに対し、通常の電圧駆動状態
の特性は、12dB/oct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E_O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（S_Cに反
比例する）および共鳴ポート18の形状、寸法（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_OP,Q_OP）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_C＋r_P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、駆動信号入力に応じて変位
し、外力、特にキャビネット７の等価スチフネスS_C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）f_OP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Z₁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
ト共鳴系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、ポート共鳴系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Z₁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（S_Cが
大きくなる）と、ポートを長くしたり、細くしてポート
共鳴系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Z₁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、これらをマッチングさ
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_OP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12dB/oct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、入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（6dB/oct）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
入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の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、Z_V−Z_O＝０の場合についての
み説明したが、この実施例では−Z_O＜０であればZ_V−Z_O
＞０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_V−Z_O
の値に応じて上記Z_V−Z_O＝０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、例えばポート共鳴系の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−Z_O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８
Ω、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_Oを−７Ω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Z_L、破線ｂはスピーカ
ユニット４の等価インダクタンスA²/S_O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_O/A²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A²/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m_P/A
²によるインピーダンス、一点鎖線ｆはユニット共振系Z
₁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
ｂ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ｈ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ｈと破線ｉとを合成したもので、スピーカシステ
タ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、Ｖ＝Z_Le/（Z_L＋−Z_O） ……（３）で求めたものである。したがって、−Z_O,Z_Lをそれぞれ
純抵抗−R_O（＝−７Ω）,R_Lとすると、電圧Ｖは、R_L＝
８ΩでＶ＝8V、R_L＝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の入力電圧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50Hz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ｋ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チャンネルの音響装置
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ポートからの50Hz
にピークを有する音圧特性が継ぎ足された形になり、一
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50Hz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、一様再生周
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50Hz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
んど生じない。

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、音源において、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52の基本構成を示す。

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Z_Lに与える。そして、この負荷Z_Lに流
れる電流I_Lを検出し、伝達利得βの帰還回路54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_Oは、 Z_O＝Z_S（１−Ａβ） ……（４）として求められる。この（４）式からＡβ＞１とすれば
Z_Oは開放安定形の負性インピーダンスとなる。ここで、
Z_S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Z_S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I_LをインピーダンスZ_S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
R_S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L_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C_Sであれば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Z_Sとし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、さらに帰還回路54に微分器を用
い、インピーダンスZ_SとしてのキャパシタンスC_S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R_S,L_S,C_S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Z_Oは、 Z_O＝R_S（１−R_b/R_a）＝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、Q_OCやQ_OP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_OCおよびf_OP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3D
（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
ンド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Z_V−Z_O＝０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:鍵盤、 4a,4b:スピーカユニット、 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

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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２組のサウンドシステムと、前記鍵盤
と前記音源と前記サウンドシステムを配設するための本
体部とを備え、各サウンドシステムはヘルムホルツ共鳴
器を構成するキャビネットと、音響を直接に放射するた
めの直接放射部と前記ヘルムホルツ共鳴器を駆動するた
めの共鳴器駆動部とを含んで構成される振動体を有し前
記キャビネットの外壁に配設される振動器とを有してな
る電子楽器において、一方のサウンドシステムのキャビネットは前記本体部上
に、前記鍵盤に向かって右方に配置され、他方のサウン
ドシステムのキャビネットは前記本体部上に、前記鍵盤
に向かって左方に配置されるとともに、前記左方に配置
されるキャビネットは前記右方に配置されるキャビネッ
トよりも内部の容量を大きく設定したことにより前記左
方に配置されるキャビネットの共鳴器から発生される最
低共鳴周波数を前記右方に配置されるキャビネットの共
鳴器から発生される最低共鳴周波数よりも低くしたこと
を特徴とする電子楽器。
【請求項２】前記２組のサウンドシステムの各々は、前記音源からの楽音信号に応じて前記振動器を駆動する
際、前記振動器に固有の内部インピーダンスを等価的に
低減あるいは無効化するように当該振動器を駆動する振
動器駆動手段を有し、前記キャビネットの共鳴器からの共鳴による音響と前記
振動器から直接に放射される音響との合成再生特性に対
する前記共鳴器の共振系の特性および前記振動器の振動
系の特性の相互依存条件を少なくしあるいはなくしたサ
ウンドシステムであって、前記振動器駆動手段は、前記振動器の駆動電流に対応す
る電圧信号を当該振動器駆動手段の入力側に正帰還する
ことによって、当該振動器駆動手段の出力インピーダン
ス中に等価的に負性インピーダンス成分を発生するよう
に構成され、前記共鳴器の共振周波数を、前記振動器駆動手段が当該
振動器駆動手段の出力インピーダンス中に等価的に零以
上の抵抗成分を発生して前記振動器を駆動した場合に当
該共鳴器の低音共鳴放射能力が確保される最低周波数よ
りも、低く設定し、前記振動器駆動手段の発生する負性インピーダンス成分
の大きさを、前記振動器の共振系のＱ値が当該振動器と
前記共鳴器との合成再生特性が一様な低域再生特性とな
るときのＱ値よりも小さくなるように、前記振動器に固
有の内部インピーダンスの大きさを超えない範囲で当該
内部インピーダンスを等価的に低減あるいは無効化する
値に設定したことを特徴とする請求項１に記載の電子楽器。