JP2744735B2 - スピーカーシステム - Google Patents

スピーカーシステム

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JP2744735B2
JP2744735B2 JP4152138A JP15213892A JP2744735B2 JP 2744735 B2 JP2744735 B2 JP 2744735B2 JP 4152138 A JP4152138 A JP 4152138A JP 15213892 A JP15213892 A JP 15213892A JP 2744735 B2 JP2744735 B2 JP 2744735B2
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standing wave
resonator
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章治 笠島
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Mitsubishi Electric Corp
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  • Obtaining Desirable Characteristics In Audible-Bandwidth Transducers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、音響ホーン内で発生す
る定在波を防止するためのスピーカーシステムの構造に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】図9は従来のスピーカーシステムの構造
を示す断面図である。図において、1は音を外部に放射
するスピーカーユニット、2は上記スピーカーユニット
1等を収納するキャビネット、3はスピーカーシステム
のバッフル面、4は上記スピーカーユニット1から放射
される音を上記バッフル面3まで導くための音響ホー
ン、5は上記音響ホーン4のノド、6は上記音響ホーン
4の開口部である。
【0003】次に、各部分の構造及び働きについて説明
する。図9のスピーカーシステムでは、音を外部に放射
するスピーカユニット1がキャビネット2内に収納され
ている。上記スピーカーユニット1の前面には音響ホー
ン4が設置され、スピーカーユニット1から放射される
音をバッフル面3まで導いている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の様なスピーカー
システムをTV等の機器に内蔵すると、音響ホーン4の
ホーン長Lhを十分長くとることができない。このた
め、開口部6では急激な音響インピーダンス変化が生じ
る。この結果、上記開口部6まで導かれた音の一部は反
射波となり、上記音響ホーン4内に戻ってくる。
【0005】 一方、音響ホーン4はノド
5から開口部6へ進んだ時の断面積変化が少なく、一種
の閉管とみなすことができる。このため、上記反射波に
より閉管の共振が起こり、定在波が発生する。この結
果、周波数−音圧特性は図4のBのようにピーク・ディ
ップの多いものとなってしまう。尚、上記定在波の共振
周波数fhは、 fh=(2n−1)c/(4Lh) …(1) ここで、fh:定在波の共振周波数[Hz] n :次数(n=1、2、3、…) c :音速[m/s] Lh:音響ホーンのホーン長[m] の式で求めることができる(図2参照)。
【0006】音響ホーン内で発生する定在波を防止する
方法としては、特開昭63−313998号公報のよう
に、音響ホーンを吸音材で構成して定在波を吸収するも
のがある。しかし、この方法では、定在波だけでなく中
高域の音が必要以上に吸音されてしまう等の問題点があ
った。
【0007】本発明は上記の様な問題点を解消するため
になされたもので、音響ホーン内で発生する定在波を防
止できるスピーカーシステムを得ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この第1の発明に係るス
ピーカーシステムは、音響ホーンにはその内側で発生す
る概略定在波の音圧分布の腹となる各々の位置に閉管を
取り付け、この各閉管はそれぞれ上記定在波のn次共振
周波数のうちの1つ1つと等しい共振周波数を有し、且
つ、上記スピーカーユニットの近くに取り付けられた閉
管ほど小さな次数の定在波の共振周波数と等しくなるよ
うに調節したものである。
【0009】この第2の発明に係るスピーカーシステム
は、音響ホーンにはその内側で発生する概略定在波の音
圧分布の腹となる各々の位置にレゾネーターを取り付
け、この各レゾネーターはそれぞれ上記定在波のn次
振周波数のうちの1つ1つと等しい共振周波数を有し、
且つ、上記スピーカーユニットの近くに取り付けられた
レゾネーターほど小さな次数の定在波の共振周波数と等
しくなるように調節したものである。尚、「閉管」と
は、文字どおり、一端の閉じた「管(パイプ)」状の音
響空間の他端が開口しているものを言い、「レゾネー
タ」とは、一端の閉じた任意形状の音響空間の他端が開
口しているものを言う。
【0010】
【作用】本発明におけるスピーカーシステムは、音響ホ
ーン内で発生する定在波の音圧分布が腹となる部分に各
々吸音体(閉管又はレゾネーター)を取り付け、上記音
響ホーン内で発生する定在波を吸収することにより、周
波数−音圧特性のピーク・ディップを低減させる。
【0011】
【実施例】実施例1 図1は本発明の実施例1におけるスピーカーシステムの
構造を示す断面図である。図において、7は第1の閉
管、8は第2の閉管である。その他の部分は従来例と同
様であり、説明を省略する。
【0012】先ず、閉管による吸音について説明する
(図2及び図3参照)。図2は閉管の共振の状態を音圧
分布で表したものである。閉管は一端が閉じ、もう一端
が開いた管で、 fp=(2n−1)c/(4L) …(2) ここで、fp:閉管の共振周波数[Hz] L :閉管の有効長[m] の周波数で共振を起こす。尚、有効長Lは閉管の条件
(=形状、長さ等)によって決まり、例えば、閉管が円
柱形の場合は、 L=Lp+8A/(3π) …(3) ここで、Lp:閉管の長さ[m] A :閉管の半径[m] となる。
【0013】図3は図2の閉管の吸音特性図である。閉
管へ空気が出入りすると、閉管の持つ音響抵抗により音
エネルギーが熱エネルギーに変換され、吸音が起こる。
共振周波数付近の周波数では、閉管への空気の出入りが
盛んに行われる。このため、吸音率は共振周波数でピー
クを有し、1次の共振周波数(式(2)において、n=
1の時)で最大となる。また、閉管内に吸音材を入れる
等して音響抵抗を大きくすると、共振周波数における吸
音率は小さくなるが、吸音される周波数帯域が広くな
る。
【0014】一方、前述したように、音響ホーン4は一
種の閉管とみなすことができ、定在波はこの閉管の共振
により発生している。よって、上記定在波の音圧分布に
は腹となる部分と節となる部分が生じる(図2参照)。
例えば、1次の定在波ではスピーカーユニット1に近い
ノド5の付近に腹が生じ、2次の定在波ではノド5とノ
ド5から2Lh/3離れた位置との間に腹が生じる。こ
の定在波の腹となる位置に波の吸収体を取り付けると定
在波を効率良く吸収できるが、定在波の節となる位置
上記吸収体を取り付けると定在波の吸収効率が悪くな
。また、定在波の周波数は、次数が小さいほど周波数
−音圧特性に対する影響が大きくなる。
【0015】従って、図1のように、音響ホーン4のノ
ド5の部分に第1の閉管7を取り付け、ノド5から2L
h/3離れた位置に第2の閉管8を取り付ける。上記第
1の閉管7の1次の共振周波数(式(2)において、n
=1の時)が定在波の1次の共振周波数(式(1)にお
いて、n=1の時)と等しくなるように閉管7の条件を
調節する。また、上記第2の閉管8の1次の共振周波数
が定在波の2次の共振周波数(式(1)において、n=
2の時)と等しくなるように閉管8の条件を調節する。
以上のようにして上記定在波を有効に吸収し、その結果
周波数−音圧特性は図4のAのようにピーク・ディップ
の少ないものとなる。
【0016】尚、式(1)〜(3)より、閉管の条件を
求めると、 c/(4(Lpa+8Aa/(3π)))=c/(4Lh) ∴ Lpa+8Aa/(3π)=Lh …(4) c/(4(Lpb+8Ab/(3π)))=3c/(4Lh) ∴ 3Lpb+8Ab/π=Lh …(5) ここで、Lpa:第1の閉管の長さ[m] Aa :第1の閉管の半径[m] Lpb:第2の閉管の長さ[m] Ab :第2の閉管の半径[m] となる。
【0017】実施例2 図5は本発明の実施例2によるスピーカーシステムの構
造を示す断面図、図において、9は第1のレゾネータ
ー、10は第2のレゾネーターである。その他の部分は
従来例と同様なので、説明を省略する。
【0018】先ず、レゾネーターによる吸音について説
明する(図6〜図8参照)。図6はレゾネーターの構造
を示す断面図である。図において、11は両端が開いた
管、12は閉じた空間である。レゾネーターは両端が開
いた管11と閉じた空間12で構成される。11の部分
のイナータンスMa及び12の部分の音響容量Caは、 Ma=ρlS/S2=ρl/S …(6) Ca=V/(ρc2) …(7) ここで、Ma:11の部分のイナータンス[kg/
4] S :11の部分の断面積[m2] l :11の部分の長さ[m] Ca:12の部分の音響容量[m2/N] V :12の部分の容積[m3] ρ :レゾネーター内の媒質の密度[kg/m3] の式で求めることができ、レゾネーターの持つ音響抵抗
をRaとすると、図6のレゾネーターの電気的等価回路
(音響系)は図7のようになる。図7より、レゾネータ
ーの合成音響インピーダンスZaは、 Za=Ra+j(ωMa−1/(ωCa)) …(8) ここで、Za:レゾネーターの合成音響インピーダンス
[Ns/m5] Ra:レゾネーターの音響抵抗[Ns/m5] ω :角周波数(=2πf)[rad/s] となり、式(8)において虚数部=0となる時、レゾネ
ーターは共振を起こす。よって、式(6)〜(8)よ
り、共振周波数frを求めると、
【0019】
【数1】
【0020】となる。
【0021】図8は図6のレゾネーターの吸音特性図で
ある。レゾネーターへ空気が出入りすると、レゾネータ
ーの持つ音響抵抗により音エネルギーが熱エネルギーに
変換され、吸音が起こる。共振周波数付近の周波数で
は、レゾネターへの空気の出入りが盛んに行われる。こ
のため、吸音率は共振周波数fr(式(9)参照)で最
大となる。また、レゾネーター内に吸音材を入れる等し
て音響抵抗を大きくすると、共振周波数における吸音率
は小さくなるが、吸音される周波数帯域が広くなる。
【0022】従って、実施例1と同様な理由で図5のよ
うに、音響ホーン4のノド5の部分に第1のレゾネータ
ー9を、ノド5から2Lh/3の部分に第2のレゾネー
ター10を取り付け、上記第1のレゾネーター9の共振
周波数(式(9)参照)が定在波の1次の共振周波数
(式(1)において、n=1の時)と、上記第2のレゾ
ネーター10の共振周波数が定在波の2次の共振周波数
(式(1)において、n=2の時)と等しくなるように
レゾネーターの条件を調節すれば、上記定在波を有効に
吸収することができる。この結果、周波数−音圧特性は
図4のAのようにピーク・ディップの少ないものとな
る。
【0023】実施例3 上記実施例では、吸音体(閉管又はレゾネーター)内に
何も入れていないが、吸音特性を調節するために吸音体
内に吸音材を入れても良い。
【0024】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、吸音体
(閉管又はレゾネーター)を用いて音響ホーン内で発生
する定在波を吸収し、周波数−音圧特性のピーク・デイ
ップを低減するように構成したので、吸音材を用いた場
合のように上記定在波以外の帯域に悪影響を及ぼすこと
がなく、広い周波数範囲で平坦な特性が得られるように
なった。特に、本願発明によれば、「音響ホーンにはそ
の内側で発生する概略定在波の音圧分布の腹となる各々
の位置に閉管(レゾネータ)を取り付け、この各閉管
(レゾネータ)はそれぞれ上記定在波のn次共振周波数
のうちの1つ1つと等しい共振周波数を有する」という
構成を備えるので、n次周波数の低減が可能で、しか
も、吸音効率が良いスピーカシステムが得られる。ま
た、「スピーカーユニットの近くに取り付けられたレゾ
ネーターほど小さな次数の定在波の共振周波数と等しく
なるように調節した」という構成を備えるので、製作が
容易となる。すなわち、この構成とは逆に、スピーカー
ユニットの近くに取り付けられた閉管(レゾネータ)ほ
ど大きな次数の定在波の共振周波数と等しくなるように
調節することも可能であるが、この場合、製作が難しく
なる。これに対して、本願発明のように「スピーカーユ
ニットの近くに取り付けられた閉管(レゾネータ)ほど
小さな次数の定在波の共振周波数と等しくなるように調
節する」という構成によれば、製作が容易になる。従っ
て、本願発明によれば、このように製作が容易な構成に
より、n次周波数の低減が可能で、しかも吸音効率の良
いスピーカシステムを実現できるという効果も得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1によるスピーカーシステムの
構造を示す断面図である。
【図2】閉管の共振の状態を音圧分布で表した図であ
る。
【図3】図2の閉管の吸音特性図である。
【図4】本発明及び従来例のスピーカーシステムの周波
数−音圧特性図である。
【図5】本発明の実施例2によるスピーカーシステムの
構造を示す断面図である。
【図6】レゾネーターの構造を示す断面図である。
【図7】図6のノレゾネーターの電気的等価回路を示す
図である。
【図8】図6のノレゾネーターの吸音特性図である。
【図9】従来のスピーカーシステムの構造を示す断面図
である。
【符号の説明】
1 スピーカーユニット 2 キャビネット 3 バッフル面 4 音響ホーン 5 音響ホーンのノド 6 音響ホーンの開口部 7 第1の閉管 8 第2の閉管 9 第1のレゾネーター 10 第2のレゾネーター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04R 1/28 310 H04R 1/30

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スピーカーユニットの前面に音響ホーン
    を設置したスピーカーシステムにおいて、上記音響ホー
    ンにはその内側で発生する概略定在波の音圧分布の腹と
    なる各々の位置に閉管を取り付け、この各閉管はそれぞ
    上記定在波のn次共振周波数のうちの1つ1つと等し
    い共振周波数を有し、且つ、上記スピーカーユニットの
    近くに取り付けられた閉管ほど小さな次数の定在波の共
    振周波数と等しくなるように調節したことを特徴とする
    スピーカーシステム。
  2. 【請求項2】 スピーカーユニットの前面に音響ホーン
    を設置したスピーカーシステムにおいて、上記音響ホー
    ンにはその内側で発生する概略定在波の音圧分布の腹と
    なる各々の位置にレゾネーターを取り付け、この各レゾ
    ネーターはそれぞれ上記定在波のn次共振周波数のうち
    の1つ1つと等しい共振周波数を有し、且つ、上記スピ
    ーカーユニットの近くに取り付けられたレゾネーターほ
    ど小さな次数の定在波の共振周波数と等しくなるように
    調節したことを特徴とするスピーカーシステム。
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