JP4847786B2

JP4847786B2 - スピーカーシステム

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Publication number: JP4847786B2
Application number: JP2006130871A
Authority: JP
Inventors: 厚山田
Original assignee: 厚山田
Priority date: 2005-05-09
Filing date: 2006-05-09
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2026-05-09
Also published as: JP2006345498A

Description

本発明は、音響伝送路を用いたスピーカーシステムに関し、特に、質量要素と弾性要素とを交互かつ周期的に配列して再生帯域を低域側に拡大した音響伝送路を用いたスピーカーシステムに関する。

従来、再生帯域を低域側に拡大する手法としては、共鳴管を用いた共鳴管方式、ドロンコーンやポート管を用いたヘルムホルツ共振を利用した方式、および両方式を組み合わせたものが知られている。

共鳴管方式のスピーカーシステムは、いわゆる気柱共鳴の原理に基づいている。気柱共鳴の原理によれば、ドライバユニットから共鳴管内に放射された音波が定在波となる共振周波数において、共鳴による音圧増強効果を得ることができる。

たとえば、特許文献１には、キャビネットの一方向の長さを延長して閉止共鳴管とすることにより、延長方向に沿い発生する定在波の周波数において低音増強効果を得る例が、開示されている。

しかしながら、共鳴管方式のスピーカーシステムは、基本共振周波数の高調波に相当する複数の周波数において共振可能なので、たとえば基本共振周波数において低音が増強されるのと同時に、中低音から中音域において聴感上の不快感の原因となる音圧増強が生じてしまうという問題がある。

さらに、低音再生を目的とした共鳴管方式のスピーカーシステムにおいては、共鳴管の全長は長いものとなる。極力短い共鳴管を用いて所望の低周波数に共振させるためには、たとえば、共鳴管の全長を共振周波数における音波の１／４波長に相当する長さに設定する。空気中の音速をｃ、共振周波数をｆとすると、１／４波長相当の共鳴管の全長Ｙは、以下の式で与えられる。

共鳴管の音響的全長を確保しつつ全体寸法が大型化することを回避するために、共鳴管を折り畳んだスピーカーシステムの例が特許文献２に開示されている。類似の先行技術は、特許文献３にも開示されている。しかしながらこれらの先行技術においてはキャビネット構造が複雑化するばかりでなく、屈曲部において音路に内外周差が生ずるので共鳴管の音響的全長が不定となり、共鳴性が低下することが不可避となっている。

特に、１／２波長相当の気柱共鳴を利用する場合には、気柱共鳴管の全長は前記数式（１）で与えられる長さの２倍の長さを要し、たとえば周波数６０Ｈｚの音波に共振する１／２波長相当の気柱共鳴管の全長は２．８ｍにも達するので、折り畳んだ場合であっても共鳴管の全長がキャビネットの全体寸法をコンパクトにする上での大きな障害となる。したがって、一般的な家庭用の小型スピーカーシステムにおいて、１００Ｈｚ以下の低音増強の目的で１／２波長相当の気柱共鳴管を用いることは、事実上不可能となっていた。

一方、ヘルムホルツ共振を利用した手法としては、ポート管を用いるバスレフ方式（位相反転方式）、および一般にドロンコーンと呼ばれる振動板を用いるドロンコーン方式が知られている。

バスレフ方式のスピーカーシステムにおいては、ポート管内の空気を質量要素としキャビネット内の空気を弾性要素とするヘルムホルツ共振が存在する。バスレフ方式のスピーカーシステムにおいては、ヘルムホルツ共振周波数を低く設定することにより、周波数の低い音響信号を増強することが可能となっている。

ドロンコーン方式のスピーカーシステムは、バスレフ方式におけるポート管を振動板形状の質量要素（一般にドロンコーンと称される）に置換したものである。ドロンコーンを質量要素としキャビネット内の空気を弾性要素とする共振が存在することは、上述のバスレフ方式スピーカーシステムの場合と全く同様である。

特許文献４には、バスレフ方式およびドロンコーン方式のキャビネットを２個連結した二重バスレフ方式が開示されている。特許文献４に記述されているように、二重バスレフ方式は、ヘルムホルツ共振を二重に作用させてより強い低音増強効果を狙う方式である。

また、バスレフ方式やドロンコーン方式における共振要素をさらに多重化することにより、３個以上の異なる共振周波数の合成的効果としてスピーカーシステムの再生帯域を拡大する手段は、バンドパス方式として知られており、たとえば特許文献５に開示されている。多重化したキャビネットの個々の区画にポート管、もしくはドロンコーンが配設され、かつ個々の区画が異なる共振周波数を持つように設定されている。類似の先行技術は、特許文献６および７にも開示されている。共振要素を多重化した上述のスピーカーシステムにおいては、異なる周波数の共振を組み合わせることによって、平坦な周波数特性を持つバンドパス型音響フィルタが構成される。すなわち、異なる周波数の共振ピークが相殺することによって、単一の共振ピークの場合に比べて通過帯域内における周波数特性を平坦化し、見掛け上の再生帯域の拡大が図られている。

以上のようなヘルムホルツ共振を利用したスピーカーシステムにおいては、ヘルムホルツ共振周波数を低く設定することにより低音増強が可能となっている。ところが、キャビネットを小型化しようとすると、キャビネット内の空気弾性が増加して、ヘルムホルツ共振周波数は高くなってしまい、低音増強は困難となる。

このようなヘルムホルツ共振を利用したスピーカーシステムにおける問題を解決するために、ヘルムホルツ共振を利用したスピーカーシステムに共鳴管を付加することにより、補助的に低音増強を行った例が上記の特許文献４の図１５に開示されている。また、上記の特許文献１の図１には、ヘルムホルツ共振と共鳴管動作を複合化した例が開示されている。しかしながら、このようヘルムホルツ共振を利用したスピーカーシステムに共鳴管を付加した場合においても、共鳴管の全長は、前記数式（１）にしたがって増大するので、低音において十分な増強効果を得るためにはキャビネットの全体寸法が結果的に大型化することに変わりがなかった。
特開平５−２８４５８６号公報米国特許第５，３７３，５６４号明細書特開平７−１３１８７９号公報特開平７−２０３５７６号公報特開平５−１４９８８号公報特表２００３−５２３６７３号公報特開平５−１９９５８１号公報

本発明は、以上のような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、音響的全長が短縮された音響伝送路を提供することであり、さらに、この音響伝送路を用いることによって、全体寸法をコンパクトに保ちながら、かつ再生帯域を低域側に拡大することが可能なスピーカーシステムを提供することである。

上記した課題を解決し、目的を達成するための本発明は、以下の構成を備える。

（１）本発明のスピーカーシステムは、内径よりも大きな軸線方向の長さを有するとともに少なくとも一端が開口している管体部、および前記管体部の内部で当該管体部の軸線方向に質量要素と弾性要素とが交互に配列された音響振動部と、を有し、前記質量要素と前記弾性要素との配列の周期性により、前記管体部の内部で前記音響振動部を伝搬する音響振動の伝搬速度が、２０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下の周波数範囲において大気中の音速の１／３以下となる音響伝送路と、前記音響伝送路に音響的に結合される電気音響交換器と、を有することを特徴とする。
（２）上記（１）のスピーカーシステムにおいて、前記電気音響交換器は、前記管体部の内部を前記管体部の軸線方向に分断しないように前記音響伝送路に音響的に結合されることが望ましい。
（３）上記（２）のスピーカーシステムにおいて、前記電気音響交換器は、前記質量要素と前記弾性要素との配列を分断しないように前記質量要素と前記弾性要素との配列の途中で前記音響伝送路に音響的に結合されていることが望ましい。
（４）上記（３）のスピーカーシステムにおいて、前記管体部は、両端が開口しているものであり、前記管体部の両端に前記質量要素が配置されていることが望ましい。
（５）上記（４）のスピーカーシステムにおいて、前記管体部内には、当該管体部の軸線方向の長さを実質的に１／２波長とする前記音響振動の定在波が成立することが望ましい。
（６）上記（４）のスピーカーシステムにおいて、前記弾性要素は、前記管体部内部に設けられた気室であり、区画された３個以上の気室が直列して配列されていることが望ましい。
（７）上記（６）のスピーカーシステムにおいて、奇数個の前記気室が直列して配列されており、前記奇数個の気室のうち中央部に配列された気室に前記電気音響交換器が結合されていることが望ましい。

本発明のスピーカーシステムによれば、前記質量要素と前記弾性要素との配列の周期性により、前記管体部の内部で前記音響振動部を伝搬する音響振動の伝搬速度が、２０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下の周波数範囲において大気中の音速の１／３以下となるので、従来のスピーカーシステムに比べて全体寸法をコンパクトに保ちながら、再生帯域を低域側に拡大することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の音響伝送路の断面図である。本実施形態の音響伝送路１０は、管体部１と、音響振動部とを有する。

音響振動部は、管体部１の内部で振動可能に設けられた振動板３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ（以下、総称して「振動板３」と称する場合がある）と、管体部１内部において互いに区画された空気室４ａ、４ｂ、４ｃ（以下、総称して「空気室４」と称する場合がある）とを備える。ここで、振動板３は、質量要素として機能し、空気室４内の空気が弾性要素として機能する。これら振動板３および空気室４は、管体部１の軸線方向に沿って交互にかつ周期的に配列される。したがって、管体部１の軸線方向に沿って質量要素と弾性要素とが交互にかつ周期的に配列されてなる音響振動部３、４が構成されている。

この音響振動部は、大気中を伝搬する通常の音波とは異なる所定の音響振動の波動（以下、「素子振動」と称する）を伝搬するように構成されている。また、音響振動部は、伝搬する音響振動、すなわち素子振動の伝搬速度を、２０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下の周波数範囲において大気中の音速の１／３以下にするものである。なお、音響振動部の詳細については、後述する。

以上のように、本実施形態の音響伝送路１０は、大別して、管体部１、振動板３、および空気室４などの要素を有する。以下、それぞれの要素について説明する。

管体部１は、たとえば、円筒管である。管体部１は、内径よりも大きな軸線方向の長さ（以下、全長と称する）を有するように構成されている。

本実施形態の管体部１は、両端が開口しており、言い換えれば、両端が開放端９となっている。具体的には、管体部１の両端には、開口を有する端部壁５ａ、５ｂが設けられている。また、管体部１の内面には、隔壁６ａ、６ｂが設けられている。本実施形態では、管体部１の全長が３Ｌであり、隔壁６ａ、６ｂは、それぞれ管体部１の端部から距離Ｌ、２Ｌの位置に等間隔で配置されている。

なお、管体部１は、音響伝送路１０の組立を容易にする見地から、軸線に沿って複数分割されたモジュールを組み合わせて管形状をなしていてもよく、軸線に垂直に沿って分割されたモジュールを組み合わせて管形状をなしていてもよいことはもちろんである。

次に、振動板３について説明する。振動板３は、管体部１の各端部壁５ａ、５ｂや各隔壁６ａ、６ｂにエッジ部材７を介して配設されている。したがって、本実施形態では、管体部１の両端が開放端９となっているので、管体部１の両端に質量要素である振動板３ａ、３ｄが配置されることとなる。なお、振動板３を支持するエッジ部材７は、振動板３を振動可能に支持するものであり、ゴム、発泡ウレタン樹脂等の可撓性材料により構成されていて容易に変形可能である。この結果、各振動板３は、エッジ部材７の変形の範囲内で管体部１の軸線方向に振動することができる。各振動板３が管体部の軸線方向に振幅する配置となっているので、素子振動は、平面波として管体部１内を伝搬する。例えば少なくとも一つの振動板が、管体部１の軸線方向に対して傾斜して取り付けられている場合には、単純平面波以外の伝搬モードにエネルギーが分配されるため、管体部１の全長方向の往復波による共鳴は弱まることとなる。

振動板３の材質としては、たとえば一般的なドライバユニット（電気音響交換器）の振動板と同様に、金属薄板、樹脂繊維織物、高密度紙等の高剛性かつ軽量の素材を用いることができる。各振動板３の形状は、強度確保のためには円錐、半球等の非平面的形状でもよいが、その振動板の振幅により発生する単純平面波以外の伝搬モードにエネルギーが分配されるため、管体部１の全長方向の往復波による共鳴は弱まることとなる。なお、振動板３が円錐形状などの前後方向に長さを持つ形状には、通常のスピーカーユニットと同様に、振動板３の前端付近をエッジ部材７により支持する一方、振動板３の後端付近にもダンパーなどの弾性的支持手段を付加することにより、振動軸のぶれ、回転などの不要な運動を抑止することが望ましい。

また、各振動板３の有効振動面積が管体部１の内部の断面積に比べて極端に小さいと、各振動板３の振動により発生する波動が球面波に近くなるので、各振動板３の有効振動面積は、好ましくは、管体部１の内部の断面積の２５％以上であり、さらに好ましくは、管体部１の内部の断面積の５０％以上である。一方、後述するように、音響振動部の音響振動の伝搬速度を大気中の音速に比べて低下させる効果を高める見地からは、各振動板３の有効振動面積が管体部１の内部の断面積の７５％以下であることが望ましい。

なお、複数の質量要素、すなわち振動板３の質量は、すべて同じでもよいが、振動板３間の質量比、すなわち振動板３のうち最小の質量に対する最大の質量の比率が、１〜３の範囲内で変化させることもできる。たとえば、少なくとも一つの質量要素が他の質量要素に比べて軽くなるように構成することができる。たとえば、振動板３および空気室４が有限個であることに伴う影響を補正するために、管体部１の一端または両端に配置されている質量要素である振動板３ａ，３ｄが、管体部１の内側に配置された質量要素である振動板３ｂ，３ｃの質量の０．５〜１倍の質量を有するように構成することもできる。

次に、空気室４について説明する。空気室４は、管体部１の内部の空気室であり、本実施形態では、管体部１の内部空間が隔壁６ａ、６ｂによって３個の空気室４ａ、４ｂ，４ｃに区画されている。したがって、各空気室４ａ、４ｂ、４ｃは、管体部１の軸線に沿って直列に配列されている。各空気室４の両側には、上述のように各振動板３が配置されている。この結果、質量要素である振動板３と弾性要素である空気を含む空気室４とが交互にかつ周期的に配列された本実施形態の音響伝送路が構成される。

以上のように構成される本実施形態の音響伝送路の作用効果について説明する。

図２の上部に示される模式図は、本実施形態の音響伝送路に対応する最も単純な力学的モデルを示すものであり、図２の下部は、この力学的モデルを伝搬する波動である素子振動の様子を示すものである。具体的には、本実施形態の音響伝送路における振動板３が質点に対応し、空気室４内の空気がバネに対応する。

本実施形態の音響伝送路１は、以下に述べる原理に基づいて、前記質量要素と前記弾性要素との配列の周期性により、伝搬速度が低減された波動を伝搬させるものである。

図２に示されるように、本実施形態の音響伝送路に対応する単純化された力学的モデルは、質量ｍの質点を質量要素としバネ定数Ｓのバネを弾性要素とする振動素子が、一定の周期Ｌで配列された直列振動素子系である。第ｎ番目の質点の平衡位置からの変位量をｕ_ｎとすると、運動方程式は、

と書くことができる。前記数式（２）は、

なる進行波型の解を持つ。ここで、ｋは波数、ｘは質点とバネの配列方向に沿う位置座標、ωは角振動数を表している。

前記数式（３）で代表されるところの図２のモデルを伝搬する波動、すなわち、素子振動が、通常のキャビネット内の空気中を伝搬する通常の音波とは全く異なる挙動を示すことは、以下の数式、

と前記数式（３）を前記数式（２）に代入して得られる分散関係、

を通じて理解される。

前記数式（６）においてωは、波数ｋに対して単調に増加し、

で最大値をとる。前記数式（７）は、各振動素子の単体としての基本共振周波数に対応していて、これよりも高い周波数の素子振動は伝搬することができない。このことは、図２の音響伝送路において長さＬの各振動素子（質点と、その両側Ｌ／２の領域内のバネで構成される）が最小の振動単位であるために、隣り合う振動素子が逆方向に運動する波長２Ｌ（波数π／Ｌ）の素子振動が最短波長（すなわち最大波数）の伝搬モードであり、これよりも短い波長の素子振動が伝搬できないことに対応している。図２下部に示したグラフは、波数がπ／Ｌ、π／２Ｌ、π／３Ｌおよびπ／４Ｌである各素子振動の変位を，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄおよび１Ｅの各質点との位置対応においてプロットしたものであり、このグラフからも、素子振動の波長が２Ｌよりも短い値を取りえないことが理解できる。

また、空気中の音速がほぼ一定であるのに対し、素子振動の位相速度Ｖｐは、

のように、質量ｍとバネ定数Ｓの値に依存して変化する。その結果、質量ｍとバネ定数Ｓの値を適切に設定することにより、位相速度Ｖｐを、たとえば大気中の音速よりも低く設定することも可能となっている。

さらに、前記数式（８）は、位相速度Ｖｐが周波数に依存して変動することを表しており、位相速度Ｖｐの最大値が、

であることを示している。

以上のような本実施形態の音響伝送路に対応する力学的モデルによれば、２Ｌ（隣接する質点間の距離の２倍）よりも短い波長の波動が実質的に伝搬しないという点、位相速度Ｖｐが質量ｍとバネ定数Ｓの値に依存して変化するという点、および位相速度Ｖｐが周波数依存性を持っているという点において、大気中を伝搬する通常の音波とは全く異なる挙動を示す素子振動を伝搬させるものといえる。

上記の力学的モデルを踏まえて、本実施形態の音響伝送路１０の作用効果について説明する。

図１に示される音響伝送路１０において、各振動板３は、管体部１の軸線方向に振幅することができる質量要素であり、図２における質点に対応する。また、各振動板３によって分割されて形成された各空気室４の内部の空気は弾性要素であり、図２におけるバネに対応している。

たとえば、最も外側の振動板３ａまたは３ｄが外来音波により励振されると、振動板３ａまたは３ｄの振動は、上述した素子振動として管体部１内を伝搬することとなる。このとき、管体部１の両側の開放端９を腹とする波長の素子振動は管体部１内において定在波となり、等しい周波数の外来音波と共鳴する。すなわち、振動板３ａまたは３ｄは気柱共鳴管における開口に相当し、図１の実施形態の音響伝送路１０は、両端開放の共鳴管として構成される。

図１に示されるように、本実施形態の音響伝送路１０の管体部１は、管体部１の全長を管体部１の内径（直径）に比べて十分大きく設定している。したがって、管体部１内における素子振動の伝搬モードは、管体部１の全長方向に伝搬する平面波が支配的となる。管体部１内で素子振動が平面波的であることは、他の伝搬モードにエネルギーを散逸させることなく、強い共鳴を得るためには重要である。たとえば、本実施形態と異なり、管体部１の全長が管体部１の内径に比べて小さく設定されると、管体部１内を径方向に伝搬する円筒波モードにエネルギーが分配されるため、管体部１の全長方向の往復波による共鳴は弱まることとなる。

また、本実施形態では、図１に示されるとおり、各振動板３が管体部１の軸線に垂直であり、各振動板３が管体部１の軸線方向に振幅する配置となっているので、素子振動は、平面波として管体部１内を伝搬する。たとえば、本実施形態と異なり、少なくとも一つの振動板が、管体部１の軸線に対して傾斜して取り付けられている場合には、単純平面波以外の伝搬モードにエネルギーが分配されるため、管体部１の全長方向の往復波による共鳴は弱まることとなる。

また、本実施形態の振動板３の形状を平板状に形成する場合には、素子振動が振動板形状によって波面の平面性を乱されることなく平面波として管体部１内を伝搬することができる。この点、少なくとも一つの振動板３が、円錐、半球等の非平面的形状であると、その振動板３の振幅により発生する単純平面波以外の伝搬モードにエネルギーが分配されるため、管体部１の全長方向の往復波による共鳴は弱まることとなる。

また、各振動板３の有効振動面積が管体部１の断面積に比べて極端に小さいと、各振動板の振幅により発生する波動が球面波に近くなるので、管体部１内で素子振動が平面波的であるためには、各振動板の有効振動面積は管体部１の内部の断面積の２５％以上であることが望ましく、より有利には５０％以上であることが望ましい。

図１に示される本実施形態の音響伝送路は、図２の単純化されたモデルにおける質点ｍを振動板３の質量ｍ_０で置換し、バネＳを空気室４内の空気の弾性Ｓ_１で置換したものとなっているが、さらに寄生的要素としてエッジ部材７のバネ定数Ｓ_０と、空気室４内の空気の質量ｍ_１を考慮すると、本実施形態の音響伝送路の分散関係は、

となり、また位相速度Ｖｐは、

となる。ここで、Ａ：管体部１の内部の断面積 κ：空気の体積弾性率 ρ：空気の密度である。

たとえば管体部１が内径０．１２ｍの円筒管であり、その内部に典型的な公称口径０．０８ｍ（有効直径０．０６４ｍ）のドライバユニットの振動系よりなるドロンコーンを振動板として０．１５ｍの間隔で配置した場合、各パラメータ値は以下のように設定することができる。

Ａ：０．０１１３ｍ^２Ｌ：０．１５ｍｍ_０：２ｇＳ_０：７９０Ｎ／ｍ κ：１４１７００Ｎ／ｍ^２ ρ：１．２９ｋｇ／ｍ^３
また、振動板３の有効振動面積をａとすると、振動板３に作用する空気室４の弾性は、（ａ／Ａ）^２に比例して低下する。即ち、振動板３の有効振動面積ａを管体部１の内部の断面積Ａよりも小さく設定することは、振動板３に作用する空気室４の弾性を実質的に低下させ、管体部１内を伝搬する素子振動の伝搬速度を低下させる効果を持つ。したがって、たとえば、質量要素である振動板３の有効振動面積ａが、管体部１の内部の断面積Ａの７５％以下となるようにすることによって、管体部１内を伝搬する素子振動の伝搬速度を低下させる効果を十分に発揮することができる。

ここで、典型的な口径０．０８ｍのドライバユニットの有効振動面積が０．００３２ｍ^２であり、したがって管体部１の内断面積Ａの２８．４％を占めることを考慮して前記数式（１０）および（１１）に補正を加えると、伝搬可能な最短波長２Ｌ（波数π／Ｌ）における素子振動の周波数は２４１Ｈｚと算出され、位相速度Ｖｐは、７２．３ｍ／ｓと算出される。同様に、波長６Ｌ（波数π／３Ｌ）における素子振動の周波数は１２０Ｈｚとなり、位相速度Ｖｐは、１０８．４ｍ／ｓと大気中の音速に対して約１／３の低速になるものと算出される。このように、本発明による音響伝送路では、容易に大気中の音速の１／３以下の低い伝搬速度を得ることができる。

なお、前記数式（１０）および（１１）は無限に続く単純化された音響振動素子列のモデルを前提として近似的予測を行うものであり、有限個の音響振動素子により実際に音響伝送路を構成する場合には、前記数式（１０）および（１１）またはそれに基づく算出結果に適宜補正を施すことが必要である。

たとえば、図１におけて、伝送路の中間に位置する振動板３ｂ，３ｃには、振動板を挟み両側に弾性要素である空気室が存在するのに対し、伝送路の開放端、すなわち開口を有する端部壁５ａ，５ｂに位置する振動板３ａ，３ｄについては片側の空気室が不在なので、バネ定数がほぼ半減していることになる。したがって、開放端に位置する振動素子においては、素子振動の周波数が前記数式（６）および（７）と比べて最小の場合で約２^−１／２に低下する。その結果、たとえば伝送路の中間に位置する他の振動素子においては伝搬可能な前記数式（７）の周波数の素子振動が、共振周波数が低下している開放端９に位置する振動素子においては伝搬条件を満足しない、すなわち、波長が２Ｌよりも短くなるという不整合が生じてしまう。

このような不整合を軽減するためには、開放端９に位置する振動板３ａ、３ｄの質量を減少させてバネ定数の低下を相殺すればよい。すなわち、開放端９に位置する振動板３ａ、３ｄの質量を減少させて伝送路の中間に位置する振動板３ｂ、３ｃの質量の１倍から１／２倍の範囲内に適宜設定することによって、端部を含み伝送路に属する全ての振動素子が実質的に同一の周波数に同調するように調整することができる。

以上のように、本実施形態の音響伝送路によれば、以下のような効果を奏する。

質量要素である振動板３と弾性要素である空気室４とが交互に配列されることによって音響振動部が構成され、質量要素と弾性要素との配列の周期性により、音響振動部を伝搬する素子振動の伝播速度（位相速度Ｖｐ）を数式（８）にしたがって、大気中の音速よりも低く設定することが容易となる。特に、数式（８）にしたがって容易に大気中の音速の１／３以下の低い伝搬速度を得ることができる。このため、物理的な全長が短い管体部であっても、長い全長の管体部と同等の低音増強効果を得られる。

さらに、管体部１の内部空間が管体部１の軸線方向に沿って配置された振動板３ｂ、３ｃにより分割されていることにより、２Ｌよりも短い波長の素子振動が実質的に伝搬しないので、不要な中高周波の音響振動を抑制して低周波の音響振動のみを選択的に伝送することができる。

管体部１０が、内径よりも大きな軸線方向の長さを有するので、管体部１の軸線方向に伝搬する平面波を円筒波に比べて優勢な状態にすることができる。したがって、円筒波などの他の伝搬モードにエネルギーを散逸させることを防止できる。

質量要素である各振動板３が管体部１の軸線方向に振動する配置とすることによって、素子振動を平面波として管体部１内を伝搬させることができ、管体部１の軸線方向の往復波による共鳴が弱まることを防止することができる。

なお、質量要素である各振動板３を平板状に形成する場合には、素子振動が振動板形状によって波面の平面性を乱されることなく平面波として管体部１内を伝搬するので、振動板３の振幅により発生する単純平面波以外の伝搬モードにエネルギーが分配されることを防止し、管体部１の全長方向の往復波による共鳴が弱まることを防止することができる。

質量要素である各振動板３の有効振動面積が、管体部１の内部の断面積の２５％以上、好ましくは、５０％以上とすることによって、各振動板３の振動により発生する波動が球面波に近くなることを防止することができる。

質量要素である各振動板３の有効振動面積が、管体部１の内部の断面積の７５％以下とすることによって、管体部１内を伝搬する素子振動の伝搬速度を低下させる効果が高まる。

管体部１の開放端に配置された質量要素である振動板３ａ，３ｄが、管体部１の内側に配置された質量要素である振動板３ｂ、３ｃの０．５〜１倍の質量を有するように構成する場合には、振動板３および空気室４が有限個であることに伴う影響を補正して、端部を含み伝送路に属する全ての振動素子である振動板３および空気室４内の空気が実質的に同一の周波数に同調するように調整することができる。
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態の音響伝送路の断面図である。なお、本実施形態の音響伝送路では、管体部の一端が閉止端壁面によって閉じられている点、管体部の軸線方向の長さ（全長）が２Ｌである点、振動板の数が２個である点、空気室の数が２個である点を除いて、図１に示された第１の実施形態の音響伝送路の構成と同様である。したがって、同様の構成については、同じ符号を用いることとし、繰り返しの説明を省略する。

本実施形態の管体部１は、一端が閉鎖しており、言い換えれば、一端が閉止端８となっている。具体的には、管体部１の一端には、閉止端壁が設けられている。一方、管体部１の他端は、開口しており、言い換えれば開放端となっている。

振動板３ａは、管体部１の他端、すなわち管体部１の開放端に設けられている。本実施形態では、管体部１の全長が２Ｌであり、管体部１の開放端から距離Ｌの位置に振動板３ｂが設けられている。なお、振動板３ａおよび振動板３ｂは、第１の実施形態と同様に端部壁５および隔壁などにエッジ部材７を介して配設することができる。この結果、振動板３ａおよび振動板３ｂは、それぞれ管体部１の軸線方向に振動することができる。

なお、音響振動部を伝搬する音響振動が平面波として管体部１内を伝搬するためには、閉止端壁の内側面は平面であり、および各振動板３ａ，３ｂの形状は、平板状であることが望ましい。また、同様の見地から、閉止端壁の内側面および各振動板３ａ，３ｂは、管体部１の軸線方向に対して直交するように構成されていることが望ましい。この点は、第１実施形態の場合と同様である。

次に、空気室４ａ、４ｂについて説明する。本実施形態では、管体部１の内部空間が振動板３ｂによって２個の空気室４ａ、４ｂに区画されている。したがって、各空気室４ａ、４ｂは、管体部１の軸線に沿って直列に配列されている。空気室４ａにおいては、両側に各振動板３ａ，３ｂが配置されている。一方、空気室４ｂにおいては、空気室４ａ側の一側には振動板３ｂが配置されており、他側には、閉止端壁が配置されている。

本実施形態の音響伝送路は、上述した図２に示される力学的モデルにおいて、隣接する質点１Ａ，１Ｂの位置に各振動板３ａ，３ｂを配置し、１Ｃの位置に閉止端壁を配置した場合に相当する。図２のグラフによれば１Ａから１Ｃまでの距離は波数π／２Ｌの素子振動の１／２波長に相当する。そして、この波数π／２Ｌの素子振動が開放端の位置１Ａで節となり、かつ閉止端壁の位置１Ｃにおいても節となることで、本実施形態の音響伝送路は、波数π／２Ｌの素子振動に共振することができる。

一方、図２のグラフに示されているように波数π／Ｌの素子振動は、振動板３ａ，３ｂの配列間隔Ｌの中間点（すなわちＬ／２の位置）でのみ節となることができる。したがって、閉止端８が振動板の配列周期に合致する１Ｃの位置に配置されている本実施形態の音響伝送路においては、波数π／Ｌの素子振動は、定在波となることができない。

一般に、音響伝送路の一端が開放端であり他端が閉止端である場合には、音響伝送路の全長がＬの整数倍に設定されていると、波数π／Ｌ（波長２Ｌ）の素子振動は定在波となることができない。この点は、音響伝送路の両端が開放端である第１の実施形態の場合とは異なる。

本実施形態においても、第１の実施形態の場合と同様の効果が得られる。

以上のように、第１および第２の実施形態の音響伝送路の重要な特徴の一つは、音響伝送路を音響共鳴管の形態に構成することによって、特定の波長の素子振動に対して選択的に応答することが可能となっていることである。

ここで、前記数式（７）で与えられる角振動数よりも高い角振動数の素子振動が伝搬することができず、所定の周波数よりも高い周波数の素子振動が原理的に存在しないことを特徴とする本発明による音響伝送路は、たとえば、スピーカーシステムの低音増強用共鳴管のように、高い周波数の音波には応答せず、低い周波数の音波に対してのみ共鳴的に応答することが望ましい用途に好適である。更に、本発明による音響伝送路を用いれば、大気中の音速よりも低い伝搬速度に基づき、全長が短縮された小型の共鳴管方式スピーカーを構成することが可能となる。以下では、本発明の実施形態としてスピーカーシステムについて説明する。
（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態のスピーカーシステムの断面図である。本実施形態のスピーカーシステムは、図１に示される第１の実施形態と同様の音響伝送路にドライバユニットを音響的に結合した構成を有している。ここで、音響伝送路自体の基本構成は、ドライバユニットを音響的に結合するための通孔が管体部の側壁に設けられていることを除いて、図１の音響伝送路と同様である。したがって、以下の説明では、同様の構成については、同じ符号を用いることとし、繰り返しの説明を省略する。

図４に示されるとおり、本実施形態のスピーカーシステム３０は、管体部１の内部を管体部の軸線方向に分断しないように音響伝送路１０に音響的に結合されるドライバユニット２０を有している。特に、ドライバユニット２０は、質量要素である振動板３と弾性要素である空気室４との配列を分断しないように質量要素と弾性要素との配列の途中で音響伝送路１０に音響的に結合されている。

音響伝送路１０の管体部１の側壁には、ドライバユニット２０を音響伝送路に音響的に結合するための通孔１１が設けられている。本実施形態では、奇数の空気室、具体的には３個の空気室４ａ、４ｂ、４ｃが直列して配列されており、通孔１１は、これら奇数個の空気室４ａ、４ｂ、４ｃのうち中央部に配列された空気室４ｂと外界とを連通するように配置されている。特に、通孔１１は、管体部１の軸線方向に沿った中央部に配置されることが望ましい。なお、後述するように、管体部１の軸線方向に沿った中央部は、管体部１内の定在波の速度振幅の節位置に対応し、管体部１の端部は定在波の速度振幅の腹位置に対応する。

また、音響伝送路１０において、各振動板３の可動範囲は、定在波の速度振幅の腹として余裕を持って振幅可能となるために、±１．０ｍｍ以上であることが望ましい。ただし、定在波の速度振幅の腹位置とならない内側の振動板３ｂ、３ｃには、振動板３ａと３ｄとの比較において小さな可動範囲を設定しても良い。また、各振動板３を支持するエッジ部材７や他の弾性的支持手段（不図示）と振動板３のバネ定数をＶａｓ（等価容量）に換算した場合に、隣接する空気室４の１個の容積に比べて大きいことが望ましい。すなわち、弾性要素としては小型化された空気室４の比較的高い弾性を支配的なものとし、エッジ部材７などの機密封止手段によって共振周波数が上昇する効果を小さく抑えるためである。また、共鳴管方式のスピーカーシステム３０としての適正な動作のためには、振動板３および気密封止手段よりなる振動系のＱｍｓ（機械的Ｑ値）が３．０以上であることが望ましい。

このような音響伝送路１０に音響的に結合されるドライバユニット２０は、振動面を有しており、入力電気信号を対応する音響出力信号に変換する電気音響交換器である。すなわち、ドライバユニット２０は、スピーカーのドライバとして機能する。ドライバユニット２０には、ドライバユニット２０を駆動する駆動アンプ（不図示）の出力インピーダンスが電気的に接続されている。具体的には、駆動アンプの出力インピーダンスがドライバコイル両端に接続されることとなる。なお、ドライバユニット２０のＱｔｓ（トータルのＱ値）は、０．５以下であることが望ましい。

本実施形態では、ドライバユニット２０は、図４に示されるとおり、その背面が通孔１１に面するように管体部１の側壁に配設されている。上述したとおり、通孔１１は、中央に配置された空気室４ｂと外界とを連通するように配置されているので、通孔１１に面するドライバユニット２０は、奇数個の空気室４ａ、４ｂ、４ｃのうち中央部に配置された空気室４ｂに結合されることとなる。また、通孔１１が、管体部１の軸線方向に沿った中央部に配置されることによって、ドライバユニット２０を、管体部１内の定在波の節位置に結合することができる。

なお、本実施形態では、ドライバユニット２０を管体部１の側壁の外側に配置するために、たとえば、管体部１に支持部が設けられている。支持部は、ドライバユニット２０を管体部１の側壁の外側に固定しつつ、ドライバユニット２０の裏面側を覆うように空間を外界と区画することによって、ドライバ容器１２を形成する。

また、本実施形態のスピーカーシステムは、図５に示すように管体部１の内部に吸音材１４を有するように構成することができる。吸音材１４は、たとえば天然繊維、化学繊維、ガラス繊維などの繊維集合体であり、円筒状に形成された網体の内部に保持されつつ図示されない支持手段により管体部の中心軸（以下、「管軸」と称する）付近に配設されている。

以上のように構成される本実施形態のスピーカーシステム３０の作用効果について説明する。

まず、駆動アンプより入力電気信号が入力すると、ドライバユニット２０が駆動されて音響出力信号、すなわち音波が放射される。ドライバユニット２０の背面より放射された音波は、通孔１１を経て音響伝送路１０に導かれ、上述した素子振動として共振することにより増強される。

図６は、図４に示される本実施形態における管体部１内の定在波の圧力振幅を模式的に示した図である。圧力振幅は、図６に実線で示されているように、中央の空気室４ｂの中央付近で腹となり、管体部１の両端において節となって定在波を形成している。ここで、この定在波の速度振幅は、図６に点線で示されているように、中央の空気室４ｂの中央付近で節となり、管体部１の両端において腹となっている。したがって、本実施形態における素子振動は、図２に示されるｋ＝π／３Ｌの素子振動に対応しており、これはまた、両端開口の気柱が全長を１／２波長とする音波に共鳴している状態と等価である。なお、図４の実施形態では、図２に示されるｋ＝π／Ｌの素子振動に対応する定在波も成立可能であり、これは、両端開口の気柱が全長を３／２波長とする音波に共鳴している状態と等価である。

しかしながら、一般の気柱共鳴管では更に５／２波長、７／２波長などの高調波における共鳴が存在し、このことが聴覚上の不快感の原因となっているのに対し、本発明による音響伝送路においては、前記数式（７）に対応するｋ＝π／Ｌの素子振動よりも高い周波数においては定在波が成立しない。したがって、図４に示される本実施形態のスピーカーシステム３０は、気柱共鳴管における３／２波長相当の共鳴よりも高次の耳障りな共鳴を発生しないという利点を有している。

なお、本実施形態による共鳴管方式のスピーカーシステム３０においては、ｋ＝π／Ｌの素子振動よりも高い周波数の音波は、素子振動による伝搬モードが存在しないので、各空気室４と各振動板３を減衰しつつ透過する通常の速度の音波となっている。したがって、ドライバユニット２０の背面より放射された中高音に対する管の音響的全長は、管の機械的全長寸法に一致している。したがって、本実施形態による共鳴管方式のスピーカーシステム３０においては、ドライバユニット２０の背面より放射された中高音は、極めて短い音響経路を経て外部に放出されるので、従来の共鳴管方式のスピーカーシステムにおけるような長い管内で壁面反射を繰り返すことによるいわゆる「こもり音」を生ずることがなく、快い間接音として認識される。

また、本実施形態のスピーカーシステム３０においては、図５に示されるように、吸音材１４が管軸付近に配置することによっても、中高音の放射が軽減されている。ドライバユニット２０の背面から放射される中高音は、管体部１の端部から放射されると快い間接音として認識され有益である一方、管体部１の側壁内面での反射により管体部１の直径方向に沿う定在波を形成すると耳障りな音として認識され有害である。この点、本実施形態のスピーカーシステム３０においては、管体部１の直径方向に沿う定在波の腹が位置する軸位置に吸音材１４を集中的に配置することにより直径方向に沿う定在波を形成する有害な中高音を効率的に吸音しつつ、管体部１の側壁付近には、大きな断面開口を確保することにより有益な中高音の軸方向に沿う伝達に対しては透過性を確保することができる。

ところで、図４に示される本実施形態のスピーカーシステムでは、管体部１の内部空間を管体部１の軸線方向に分断しないようにドライバユニット２０が音響伝送路１０に音響的に結合されている。この点について、本実施形態のスピーカーシステムを図７に示される第１比較例のスピーカーシステムと比較しつつ、説明する。

図７に示される第１比較例のスピーカーシステムも、図１に示される音響伝送路１０にドライバユニット２０´を音響的に結合したものであるが、本実施形態のスピーカーシステムと異なり、ドライバユニット２０´によって、音響伝送路１０の内部が管体部１の軸線方向に分断されている。

具体的には、図７に示される第１比較例のスピーカーシステムは、図１の音響伝送路において振動板３ｂをドライバユニット２０´で置換したものとなっている。この第１比較例のスピーカーシステムの問題点は、ドライバユニット２０´の振動板（以下、「ドライバユニット振動板」と称する）の前後に、振幅または位相が不連続な音響振動が放射されることである。

一般に、ドライバユニット２０´から放射される音響振動の圧力は、ドライバユニット振動板の前面と裏面とでは逆相となる。すなわち、一方が正圧のときに他方は負圧となる。このため、ドライバユニット２０´から放射される音響振動の管体部１内における圧力分布は、図７に実線で示されているようにドライバユニット振動板の前後で極性が逆転した反対称な分布となる。また、その速度分布は、図７に点線で示されているようにドライバユニット振動板の前後で滑らかに接続しない対称な分布となる。これに対し、管体部１の両端で反射されて管体部１内に存在する反射波は、図６に示されている場合と同様に管体部１の全長にわたり連続かつ滑らかな分布となる。したがって、第１比較例のスピーカーシステムでは、ドライバユニット２０´からの放射波と管体部１内の反射波とは相互に強め合う位相関係を取ることができない。すなわち、図７に示されるような伝送路の途中にドライバユニット２０´が配置されている第１比較例のスピーカーシステムでは、本実施形態のスピーカーシステムと異なり、図６に示されているような管全長を共振対象とする定在波は、成立することが出来ない。

なお、図７に示される第１比較例と同様のドライバユニットの配置は、上述した特許文献５、６、および７に開示されているバンドパス方式のスピーカーシステムに共通の配置となっている。したがって、特許文献５、６および７に開示されているバンドパス方式のスピーカーシステムも、ドライバユニット２０´前後の各音響質量が独立にヘルムホルツ共振を形成するのみであり、図６に示されるような管体部１の全長を共振対象とする定在波が成立できないという点において、図４に示される本実施形態のスピーカーシステムとは別異の技術である。

また、図４に示される本実施形態のスピーカーシステムでは、ドライバユニットが管体部１の側壁の外側に配置されている。この点について、本実施形態のスピーカーシステム３０を図８に示される第２比較例のスピーカーシステムと比較しつつ、説明する。

図８に示される第２比較例のスピーカーシステムも、図１に示される音響伝送路１０にドライバユニット２０´を音響的に結合したものであるが、本実施形態のスピーカーシステムと異なり、ドライバユニットが管体部１の側壁の外側に配置されていない。

具体的には、第２比較例のスピーカーシステムでは、管体部１の両端が開口しており、管体部１の一端にドライバユニット２０´が設けられており、管体部１の他端には、質量要素として振動板３ｄが設けられている。

言い換えれば、図８に示される第２比較例のスピーカーシステムは、図１の音響伝送路において振動板３ａをドライバユニット２０´で置換したものとなっている。この第２比較例のスピーカーシステムは、ドライバユニット２０´を音響伝送路端に配置しているので、ドライバユニット２０´によって管体部１の内部が分断されておらず、管体部全長を共振対象とする定在波が成立できないという上記第１比較例の問題を回避することができる。しかしながら図８の形態は、本実施形態と比べて、ドライバユニットの特性に依存して管体部１の終端条件が変化してしまうという別の問題を有している。

たとえば、図８には、図６に示される本実施形態と同様の、中央の空気室４ｂ内で腹となり管体部１の両端において節となる定在波の圧力振幅が示されている。このとき、定在波の速度振幅は、本実施形態の場合と同様に、中央の空気室４ｂで節となり、管体部１の両端において腹となるので、管体部１の端部に配置されたドライバユニット２０´振動板は速度振幅の腹として大きく振幅しなければならない。

ところがドライバユニット２０´には、電気的には、ドライバユニット２０´を駆動するアンプの出力インピーダンスが接続されているので、駆動アンプの出力インピーダンスが低い場合にはドライバユニット２０´のボイスコイル両端が等価的に短絡されて強い電磁制動が働き、ドライバユニット２０´の振動板は自由に振動することができない。すなわち、駆動アンプの出力インピーダンスが低い場合には、管体部１の端部に配置されたドライバユニット２０´が速度振幅の腹となることができず、したがって、図６に示される本実施形態の場合のような管体部１の全長を半波長とする定在波は、成立することができない。このとき、管体部の端に配置されたドライバユニット２０´が速度振幅の節となることは可能なので、片端閉止の気柱共鳴管と同様に、管全長を１／４波長とする定在波は、成立することができる。

逆に、駆動アンプの出力インピーダンスが高い場合には、ドライバユニット２０´のボイスコイル両端が等価的に開放されていて電磁制動は働かず、ドライバユニット２０´の振動板は自由に振動することができる。すなわち、駆動アンプの出力インピーダンスが高い場合には、管体部１の端に配置されたドライバユニット２０´が速度振幅の腹となることができる。したがって、図６に示される本実施形態の場合のような管体部１の全長を半波長とする定在波が、成立可能となる。また、駆動アンプの出力インピーダンスが中間的な場合には、ドライバユニット２０´は速度振幅の腹にも節にもなることができず、明瞭な共振点は不在となる。このように、図８の形態のスピーカーシステムは、組み合わせる駆動アンプの種類によって動作および音質が大きく変化する。

したがって、図８に示された第２比較例のスピーカーシステムの場合は、管体部全長を共振対象とする定在波が成立できないという問題は解決できるものの、組み合わせる駆動アンプの種類が制限される。したがって、図４に示される本実施形態のスピーカーシステムの方が、ドライバユニット２０の特性が管の終端条件を左右しないという作用効果を有し、組み合わせる駆動アンプの種類によらず音響製品としての品質を維持保証することが可能である点で、より好ましい。

また、図４に示される本実施形態のスピーカーシステム３０では、ドライバユニット２０が、音響伝送路１０内の一振動板を兼ねていない。この点について本実施形態のスピーカーシステム３０を図７に示される第１比較例および図８に示される第２比較例のスピーカーシステムと比較しつつ、説明する。

第１比較例および第２比較例のように、ドライバユニット２０´が、音響伝送路１０内の一振動板を兼ねている場合、音響伝送路を低音に対して共振させるためには、ドライバユニット２０´の振動板質量を大きく設定する必要があり、したがってドライバユニットの高音側の応答特性が劣化しやすい。これに対して、本実施形態では、ドライバユニット２０が、音響伝送路１０内の一振動板を兼ねていないので、ドライバユニット２０の高音側の応答特性は劣化しない。

たとえば、図１に示す音響伝送路１０において、管体部１が内径０．１０ｍの円筒管であり、その内部に有効直径０．０６４ｍの振動板を０．１０ｍの間隔で配置し、且つ、各パラメータ値を以下のように設定する。Ａ：０．００７８５ｍ^２Ｌ：０．１０ｍＳ_０：７９０Ｎ／ｍ κ：１４１７００Ｎ／ｍ^２ ρ：１．２９ｋｇ／ｍ^３。なお、ここでは、上記（１０）式および（１１）式とは異なる補正算出値を使用している。

このとき、管全長の０．３０ｍを実質的に１／２波長とする波長６Ｌ（波数π／３Ｌ）の素子振動の共振周波数を、たとえば８０Ｈｚとするためには振動板の質量ｍ_０として５ｇが要求され、６０Ｈｚとするためには振動板の質量ｍ_０として１０ｇが要求される。これは、１０ｋＨｚ以上の高い周波数にも応答可能な典型的な公称口径０．０８ｍ（有効直径０．０６４ｍ）のドライバユニットの振動板の質量ｍ_０が２ｇ程度であるのに比べて極めて大きな質量であり、このような大きな質量の振動板が１０ｋＨｚ以上の高い周波数に良好に応答することは、極めて困難である。

したがって、本実施形態のスピーカーシステムにおいて、ドライバユニット２０が音響伝送路１０の振動板３を兼ねておらず、音響伝送路１０の設計とは独立にドライバユニット２０の振動系質量を設定可能なことは、広い周波数帯域にわたりドライバユニットの良好な応答特性を確保するために、極めて有利である。

以上のように、本実施形態のスピーカーシステム３０では、上述のように質量ｍ_０が比較的大きな質量の振動板３が複数同時に振動することがあるので、その反作用も大きなものである可能性がある。振動板３の運動の反作用により、管体部１自体が振動板３と反対方向に振動すると、音響放射に寄与しない運動にエネルギーが消費されることになるので、音響的な放射効率が低下する。

この点、図４に示される本実施形態のスピーカーシステム３０では、ドライバユニット２０が、奇数個の空気室４ａ、４ｂ、４ｃのうち中央部に配置された空気室４ｂに結合されることにより、音響的な放射効率の低下を防止している。

すなわち、奇数個の空気室のうち中央部に配置された空気室４ｂにドライバユニット２０を結合することによって、図４に示されるようにドライバユニット２０を中心として音響伝送路１０が左右対称に構成される。図６に示される管体部１の全長を１／２波長の整数倍とする素子振動の共鳴を利用すれば、左右対称位置にある振動板３ａ，３ｃの対が常に相互に反対方向に運動するので、管体部１自体に反作用が誘起されることがなく、音響的な放射効率の低下を防ぐことができる。

なお、本実施形態と異なり、奇数個の空気室のうち中央部に配置された空気室４ｂにドライバユニット２０が結合しない場合であっても、管体部１の質量を大きなものとすることにより、管体部１が振動板３の運動に応答しないようにすることができる。しかしながら、軽量なスピーカーシステムを構成する観点からは、本実施形態のスピーカーシステム３０のように、中央部に配置された空気室４ｂにドライバユニット２０を結合する構成を採用することが望ましい。

また、図４に示される本実施形態のスピーカーシステム３０では、３個以上の空気室４ａ〜４ｃが直列して配列されている。したがって、速度振幅の節を含む空気室４ｂが他の空気室４ａ、４ｂと分離されているので、隔壁６ａ，６ｂおよび振動板３ｂ，３ｃからなる分離壁を越えて節位置が不明瞭となることがない。また、ドライバユニット２０の背面放射波は振動板３ｂおよび３ｃによって波面が平面的に整えられるので、定在波の平面性は良好に維持される。したがって、図４に示される本実施形態のスピーカーシステム３０は、ドライバユニット２０の背面放射波による伝送路の共鳴性の低下が少ないという点において、より有利な形態である。

また、図４に示されるとおり、ドライバユニット２０を速度振幅の節位置に結合することによって、小振幅で歪みの小さい状態でドライバユニット２０を用いつつ、速度振幅の腹である管端から強い音響放射を得る共鳴増幅効果を得ることができる。

なお、上述のように本実施形態に用いられる音響伝送路１０では、容易に大気中の音速の１／３以下の低い伝搬速度を得ることができるので、共振周波数が１００Ｈｚ以下であり、管全長が０．５ｍ以下である１／２波長共鳴管を容易に構成可能である。たとえば、本実施形態においては、わずか０．３ｍの全長で共振周波数が６０Ｈｚまたは８０Ｈｚの１／２波長共鳴管を構成することができる。周波数６０Ｈｚの音波に共振する１／２波長相当の気柱共鳴管の全長は２．８ｍであるので、本実施形態のスピーカーシステム３０の全長は通常の気柱共鳴管を用いたスピーカーシステムに比べて大幅に短縮されている。

ここで、本実施形態のスピーカーシステム３０の作用効果を確認するために行った実施例を示す。管体部１は、内径０．０９ｍの円筒管であり、空気室４ａ、４ｂ、４ｃの長さは全て０．１１ｍとした。各振動板の有効直径は０．０６４ｍとした。管体部１の端部に配置された振動板３ａと３ｄの質量は１６ｇとし、管体部１の内部に配置された振動板３ｂと３ｃの質量は２０ｇとした。エッジ部材７のバネ定数は、全ての振動板３ａ、３ｂ、３ｃに対して共通にＳ０＝７９０Ｎ／ｍとした。このバネ定数をＶａｓ（等価容量）に換算すると約１．９リットルであり、隣接する空気室４の容積が約０．７リットルであるのに比べて大きくなっている。したがって、弾性要素としては小型化された空気室４の比較的高い弾性が支配的であり、この結果、エッジ部材７などによる共振周波数が上昇する効果は、小さく抑えられている。

本実施例においては、全ての振動板３ａ、３ｂ、３ｃの可動範囲を±２．５ｍｍとし、有効直径が０．０６４ｍの振動板としては大きな値を確保した。このことは、端部に配置された振動板３ａと３ｄが、定在波の腹として余裕を持って振幅可能となるといった効果を持つ。なお、内側の振動板３ｂ、３ｃには、振動板３ａと３ｄとの比較において小さな可動範囲を設定しても良い。

振動板３およびエッジ部材７よりなる振動系のＱｍｓは、５．２とした。Ｑｍｓが小さすぎると、管内における素子振動の伝送ロスが増大し共鳴性が低下する。共鳴管方式のスピーカーシステムとしての適正な動作のためには、Ｑｍｓが３．０以上であることが望ましい。なお、共鳴性を積極的に利用しない後述のトランスミッションライン方式のスピーカーシステムを構成するにあたっては、この限りでない。

ドライバユニット２０には、有効直径が０．０６４ｍで、ｆｓ＝１１０Ｈｚ、Ｑｔｓ＝０．３３のものを用いた。本実施例のように空気室４の容積が１リットル以下と小さい場合には、Ｑｔｓの小さなドライバユニット２０を選択することが重要である。望ましくはＱｔｓが０．５以下のドライバユニットを用いることによって、ドライバユニット２０の振動系と背後の空気室４により形成される共振点の近辺の周波数において、共振の鋭度を抑え平坦な周波数応答特性を得ることができる。また、Ｑｔｓの小さなドライバユニット２０は、上記共振点よりも低い周波数領域まで応答性を維持するので、上記共振点よりも低い周波数に設定された音響伝送路１０の共振と比較的強い結合を形成可能であるという利点を有している。

無限系を仮定した前記数式（１０）および（１１）に、各振動板３の有効振動面積が管内断面積の５１％であることを考慮して補正を加えると、伝搬可能な最短波長２Ｌ（波数π／Ｌ）における素子振動の周波数は１２０Ｈｚと算出され、位相速度Ｖｐは、２６ｍ／ｓと空気中の音速の約８％まで減速されるものと算出される。同様に、波長６Ｌ（波数π／３Ｌ）においては、素子振動の周波数が６０Ｈｚ、位相速度Ｖｐが４０ｍ／ｓと算出される。これに対し、有限個の質量要素からなる実際の系においては、インピーダンス測定から１０７Ｈｚと４６Ｈｚにおいて共振が観測された。また同時に１２０Ｈｚにおいて***振が観測された。

本実施例においては、わずか０．３３ｍの全長で周波数４６Ｈｚにおける１／２波長相当の音響伝送路を構成することが可能となっている。周波数４６Ｈｚの音波に共振する１／２波長相当の気柱共鳴管の全長は約３．６ｍであるので、大幅な短縮が可能となっている。また、通常の気柱共鳴管が基本共振周波数とその高調波に相当する複数の周波数において共振するのに対し、本実施例においては、１０７Ｈｚの高調波共振のみが存在することも特徴となっている。

（第４の実施形態）
図９は、本発明の第４の実施形態のスピーカーシステムの断面図である。本実施形態は、振動板３が中高音をより効果的に透過させる形態となっている点を除いて図４に示される第３の実施形態のスピーカーシステムの構造と同様である。したがって、第３の実施形態のスピーカーシステムと同様の構成については、同じ符号を用いることとし、繰り返しの説明を省略する。

本実施形態の振動板３ａは、振動膜１５と、振動膜１５の周縁部を補強する環状の補強枠１６とを有する。振動膜１５は、薄く形成された紙の薄膜であり、環状の補強枠１６により周縁部、すなわち外周を補強される。また、補強枠１６は、気密封止手段であるエッジ部材７により管体部１の内面に弾性的に支持されている。なお、振動膜１５は、紙の膜以外でも、布、樹脂、金属箔、もしくはそれらの複合体を少なくとも部分的に薄く形成したものであってもよい。補強枠１６には、アルミニウムなどの軽金属、あるいは繊維強化樹脂などの高強度樹脂素材を用いることができる。補強枠１６は、その内部に格子状あるいは放射状の補強桟（不図示）が付加されていてもよい。また、補強枠１６の後方端に、板バネ状の弾性支持手段を追加して径方向の運動を拘束しつつ軸方向の運動を弾性的に支持してもよい。なお、以上のように振動板３ａについて説明したが、他の振動板３ｂ、３ｃ、３ｄも、同様の構成を有する。

以上のように構成されるスピーカーシステム３０は、第３の実施形態のスピーカーシステムと同様の作用効果に加えて、以下のような作用効果を奏する。

音響伝送路１０の動作に必要な質量を補強枠１６に集中しているとともに、補強枠１６により振動膜１５の外周が補強されるので、大振幅動作に必要な強度を保持しつつ振動膜１０の厚さを薄く設定することが可能となっている。このため、小振幅の中高音は小質量の振動膜１５の変形振動（湾曲変形、分割振動）により効率的に伝達され、大振幅の低音は補強枠１６を含む質点要素全体である振動板の往復運動により伝達することができる。

（第５の実施形態）
本実施形態のスピーカーシステムは、図４に示される第３実施形態のスピーカーシステムにおいて、空気室の長さを与える振動板の間隔および振動板の質量などを含むパラメータを変更したものである。上記の第３実施形態のスピーカーシステムにおいて、強い共振と***振により、周波数特性に大きなピークとディップが発生する場合がある。そこで、本実施形態では、強すぎる共振、***振を弱める目的で、パラメータを変更している。なお、本実施形態のスピーカーシステムの基本構成自体は、図４に示される第３実施形態のスピーカーシステムと同様である。したがって、第３実施形態のスピーカーシステムと同様の構成については、同じ符号を用いることとし、繰り返しの説明を省略する。

本実施形態のスピーカーシステムでは、直列に並んだ空気室４ａ、４ｂ、４ｃのうち、中央部に配置された空気室４ｂの長さを、端部に配置された空気室４ａ、４ｃの長さに比べて長くしている。ここで、再生帯域を低域方向に拡大するとともに、強い共振と***振を弱めてピークとディップを抑圧するためには、管体部１の軸線に沿った中央、すなわち空気室４ｂを基準として対称位置にある空気室４ａと空気室４ｃの長さを等しくし、空気室長の変化を左右対称とすることが望ましい。言い換えれば、管体部１の中央に配列された空気室４ｂを基準として対称位置にある空気室４ａと空気室４ｃの容量を等しくしつつ、管体部１の端部側に配置されるにしたがって空気室の容積が小さくなるように気室の容量を対称的に変化させることとなる。

ただし、この場合も、図２に示される模式図で示したような素子振動の伝搬モードを維持する見地からは、たとえば、任意の空気室の長さ（隣接する振動板間の間隔）における長さ比が、１．５を超えないことが望ましい。

また、複数の質量要素である振動板３のうち少なくとも１つの質量要素３ｃを他の振動板３ａ、３ｃ、３ｄに比べて軽くしている。また、本実施形態では、ドライバユニット２０を中心として対称位置にある振動板同士の質量を異ならしめている。具体的には、対称位置にある振動板３ａと３ｄとで質量を異ならしめており、対象位置になる振動板３ｂと３ｃとで質量を異ならしめている。特に、本実施形態では、周波数特性を平坦化しつつ、管体部１の全長を共振対象とする定在波の強度をある程度保つために全振動板３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの平均質量よりも小さい質量を有する振動板３ａ、３ｃと、全振動板３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの平均質量よりも大きい質量を有する振動板３ｂ、３ｄとが交互に配列されている。ただし、この場合も、図２に示される模式図で示したような素子振動の伝搬、すなわち共鳴性を維持する見地からは、素子振動ドライバユニット２０を除く任意の質量要素である振動板３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ間の質量比が、３を超えないことが望ましく、より有利には、２を超えないことが望ましい。

なお、このように音響伝送路１０内のパラメータであるＳ／ｍ（Ｓはバネ定数、ｍは質量）や隣接する質点間の距離Ｌが不均一な場合にも、上記した数式（８）において、各Ｓ／ｍの平均値、および各Ｌの平均値を用いることによって、誤差はあるものの実用上調整可能な範囲内で本発明のスピーカーシステムを設計することができる。

また、寄生要素などを考慮した数式（１１）を用いる場合も、平方根の中身とＬをそれぞれの平均値で置き換えることによって、実用上調整可能な範囲内で本発明のスピーカーシステムを設計することができる。

以上のように構成される本実施形態のスピーカーシステムによれば、物理的な全長が短い管体部１であっても、長い全長の管体部と同等の低音増強効果を維持しつつ、強い共振と***振を弱めることによって顕著なピークとディップが抑圧することができ、周波数特性上の平坦性を向上することができる。

ここで、本実施形態のスピーカーシステム３０の作用効果を確認するために行った実施例を示す。管体部１の全長は、上記第３実施形態における実施例の場合と同じに保持したまま空気室４ａ、４ｃの長さを０．１ｍに短縮し、空気室４ｂの長さは０．１３ｍに延長した。このように空気室４の長さを変化させて個々の空気室４における波数π／Ｌ相当の共振点をずらすことにより、管体部１全体としての波数π／Ｌ相当の共振を弱めることができる。管体部１の全長を１／２波長とする波数π／３Ｌ相当の定在波は、短い距離スケールでの変化には鈍感であり、更に本実施例では空気室長の変化を左右対称としているので、波数π／３Ｌ相当の定在波への影響は小さいものとなっている。管体部１の全長を維持しつ空気室４ｂの長さが延長されていることにより、本実施例ではドライバユニットと空気室４ｂにより形成される共振点が、若干低周波数側に移動している。このことは、ドライバユニットの再生帯域よりも低い周波数域に存在する管共振とドライバユニットとの結合を強め、再生帯域を低周波数側に拡大する方向に作用する。

また本実施例では、振動板３ａと３ｂの質量は、第３実施形態における実施例の場合と同様に１６ｇ、２０ｇにそれぞれ維持しつつ、振動板３ｃの質量を１０ｇ、振動板３ｄの質量を２０ｇに、それぞれ変更した。この結果、振動板３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの質量は、それぞれ１６ｇ、２０ｇ、１０ｇ、２０ｇとなり、全振動板の平均質量１６．５ｇより小さい質量を有する振動板と平均質量１６．５ｇより大きい質量を有する振動板とが交互に並ぶことになる。この結果、振動板３ａおよび３ｃを含む振動要素の共振周波数が高周波側にシフトするので、実施例１で観測された***振と相殺し、***振点近傍における周波数特性のディップを軽減することができる。また、系全体の質量分布の非対称性が増し、波数π／３L相当の定在波による周波数特性のピークが軽減されるので、前記ディップの軽減と合わせ全体として周波数特性が平坦化される。軽質量の振動板３ａおよび３ｃと重質量の振動板３ｂおよび３ｄが交互に配列されていることは、管体部１の全長を共振対象とする定在波が極端に抑圧されることを防止するので、低周波数側の再生帯域が縮小することなく周波数特性が平坦化される。これに対し、管体部１の一方側（たとえば、空気室４ａ側）に軽質量の振動板を集中させ、管体部１の他方側（たとえば、空気室４ｃ側）に重質量の振動板を集中させると、質量の偏在により実質的に管体部１が２分され管体部１の全長を共振対象とする定在波の強度が著しく弱まるので、低周波数側の再生帯域は縮小する。

なお、振動板３及びエッジ部材７よりなる振動系のＱｍｓは、３．７とした。

以上のパラメータ変更を行うことにより本実施例では、再生帯域が低域方向に拡大されるとともに、ピークとディップが抑圧され、周波数特性上の平坦性が向上した。

以上のように第５の実施形態では、パラメータを変更することによって共振を抑制する場合を説明したが、他の形態によっても、音質調整の目的で共振を抑制することが可能である。以下の第６および第７の実施形態は、音質調整の目的で共振を抑制する他の例を示す。

（第６の実施形態）
図１０は、本発明の第６の実施形態のスピーカーシステムの断面図である。本実施形態のスピーカーシステムは、管体部１の管軸がその途中でずらして構成されている。換言すれば、管体部１は、軸心が互いにずれた複数の部分を有する。図１０では、空気室４ａをなす管体部１の部分と空気室４ｃをなす管体部１の部分とで管軸がずれている。このような管軸のずれにしたがって、振動板３ａ、３ｂからなる振動板の第１群と、振動板３ｃ、３ｄからなる振動板の第２群とは互いに径方向（振動方向に沿って垂直方向）の偏差を有する。

第５の実施形態で説明したようなパラメータ変更の代わりに、あるいはパラメータ変更とともに、管体部１の管軸をずらすことによっても、音質調整の目的で共振を抑制することができる。

（第７の実施形態）
図１１は、本発明の第７の実施形態のスピーカーシステムの断面図である。本実施形態のスピーカーシステムは、管体部１の管軸がその途中で屈曲して構成されている。すなわち、管体部１が少なくとも一箇所で屈曲している。図１１では、空気室４ａをなす管体部１の部分と空気室４ｃをなす管体部１の部分との間で管軸が屈曲している。このような管軸の屈曲にしたがって、振動板３ａ、３ｂからなる振動板の第１群と、振動板３ｃ、３ｄからなる振動板の第２群とは互いに平行とならず、所定の角度を有する。

第５の実施形態で説明したようにパラメータ変更の代わりに、あるいはパラメータ変更とともに、管体部１の管軸を屈曲させることによっても、音質調整の目的で共振を抑制することができる。

（第８の実施形態）
上記の第１〜第７の実施形態では、質量要素として振動板を用いる場合を説明した。スピーカーシステムの小型化の見地、および放射効率の低下および不要雑音の発生を防止する見地からはからは、質量要素として振動板を用いることが望ましいが、本実施形態のように、質量要素として、空気室間を連通するポート管を用いることもできる。

図１２は、本発明の第８の実施形態のスピーカーシステムの断面図である。

本実施形態のスピーカーシステムは、隣接する空気室間を区画する質量要素として振動板を用いる代わりにポート管を用いた点を除いて、図４に示される第３の実施形態のスピーカーシステムの場合と同様である。したがって、第３の実施形態のスピーカーシステムと同様の構成については、同じ符号を用いることとし、繰り返しの説明を省略する。

本実施形態のスピーカーシステム３０も、音響伝送路１０とドライバユニット２０とを含む。図１２に示されるとおり、本実施形態のスピーカーシステム３０の音響伝送路１０では、隣接する空気室４ａと空気室４ｂとの間を区画する質量要素として振動板３ｂの代わりに、ポート管１３ａが用いられており、隣接する空気室４ｂと空気室４ｃとの間を区画する質量要素として振動板３ｃの代わりに、ポート管１３ｂが用いられている。一方、管体部１の両端には、質量要素として、第３の実施形態の場合と同様に、振動板３ａ，３ｂが設けられている。

管体部１の内面には、隔壁６ａ，６ｂが設けられている。隔壁６ａ，６ｂによって、管体部１の内部空間が空気室４ａ、４ｂ、４ｃに区画されている。隔壁６ａ、６ｂは、空気室４ａ、４ｂ、４ｃを区画するとともに、それぞれポート管１３ａ，１３ｂを支持する。ポート管１３ａは、隣接する空気室４ａ，４ｂ間を連通し、ポート管１３ｂは、隣接する空気室４ｂ，４ｃ間を連通する。

振動板３ａ、３ｂが質量要素として機能するのみならず、ポート管１３ａ，１３ｂ内の空気も、質量要素として機能する。管体部１の内部で管体部の軸線方向に沿って、振動板３ａ、空気室４ａ、ポート管１３ａ、空気室４ｂ、ポート管１３ｂ、空気室４ｂ、および振動板３ｂの並び順で配置されていることから、本実施形態の音響伝送路１０も、管体部１の軸線方向に沿って質量要素と弾性要素とが交互にかつ周期的に配列されている。ポート管１３ａ，１３ｂの軸線は、管体部１の軸線と平行している。換言すれば、質量要素であるポート管１３ａ，１３ｂ内の空気は、管体部１の軸船に沿って振動する。

以上のように構成される音響伝送路１０に対して、ドライバユニット２０が音響的に結合される。ドライバユニット２０は、第３の実施形態の場合と同様に、音響伝送路１０の内部を管体部１の軸線方向に分断しないように音響伝送路１０に音響的に結合されている。具体的には、管体部１の側壁には、奇数個の空気室４ａ、４ｂ、４ｃのうち中央部に配列された空気室４ｂと外界とを連通するように通孔１１が配置されており、管体部１の側壁の外側には、通孔１１の位置に合わせて、ドライバユニット２０が配置される。なお、第３の実施形態の場合と同様に、通孔１１は、管体部１の軸線方向に沿った中央部に配置されることにより、ドライバユニット２０を、管体部１内の定在波の節位置に結合することが望ましい。

以上のように構成されるスピーカーシステム３０は、第３実施形態のスピーカーシステムと略同様の作用効果を有する。

なお、本実施形態のスピーカーシステム３０は、質量要素としてポート管１３ａ、１３ｂを用いているが、ポート管１３ａ、１３ｂは振動板に比べて大きな体積を占有するため、スピーカーシステム３０の小型化の見地からは、第３実施形態のスピーカーシステムの方が有利といえる。また、質量要素の共振周波数を維持しつつポート管１３ａ、１３ｂの体積を小さくするためにポート管１３ａ、１３ｂの直径を小さく設定すると、音響的な放射効率が低下するとともに、ポート管１３ａ、１３ｂを通過する空気流により発生する風切り音が顕著となる場合がある。またポート管１３ａ、１３ｂは、特に聴覚上不快な中高音域において独立の気柱共鳴管として共振する。これらの点においても振動板に比べて不利である。放射効率の低下と不要雑音の発生は、ポート管が管体部１の端部に露出して配置された場合に特に大きな聴感上の問題となる。したがって、ポート管１３ａ、１３ｂを用いる場合であっても、本実施形態のように、管体部１の端部に配置される質量要素は振動板３ａ、３ｂであることが望ましい。

以上のように、スピーカーシステムの小型化の見地、および放射効率の低下および不要雑音の発生を防止する見地からは、質量要素として振動板を用いることが望ましいが、使用条件などによっては、本実施形態のように、構造が簡単なポート管１３ａ、１３ｂを質量要素として採用することによっても、大気中の音速の１／３以下の低い伝搬速度を得ることができ、共振周波数が１００Ｈｚ以下であり、管全長が０．５ｍ以下である１／２波長共鳴管を容易に構成可能であるので、本実施形態のスピーカーシステムの全長は通常の気柱共鳴管を用いたスピーカーシステムに比べて大幅に短縮される。

（第９の実施形態）
上記の第１〜第８の実施形態では、複数の空気室が直列して配列されている場合を説明した。確かに、質量要素として機能する振動板一つ当たりに質量が集中する点を防止する見地などからは、複数の空気室が直列して配列されることが望ましいが、本実施形態のように、空気室が一つの場合にも、管体部の全長を１／２波長とする素子振動の共鳴を利用したスピーカーシステムを構成することができる。

図１３は、本発明の第９の実施形態のスピーカーシステムの断面図である。本実施形態のスピーカーシステムでは、第３の実施形態のスピーカーシステムにおける４個の振動板のうち、中央部に位置する２個の振動板を除去して、振動板の数を２個に減らしたものに対応する。したがって、管体部１の内部空間の全体が一つの空気室となっている。これらの点を除いて、本実施形態のスピーカーシステムは、図４に示される第３の実施形態のスピーカーシステムの場合と同様である。したがって、第３の実施形態のスピーカーシステムと同様の構成については、同じ符号を用いることとし、繰り返しの説明を省略する。

本実施形態のスピーカーシステム３０は、音響伝送路１０とドライバユニット２０とを含む。図１３に示されるとおり、本実施形態の音響伝送路１０も、第３の実施形態の場合と同様に、両端が開放端となっている管体部１を有する。

管体部１の両端には、質量要素として、それぞれ振動板３ａ、３ｂを有している。また、管体部１の内部空間は、これら振動板３ａ、３ｂによって外界から区画されて、１つの空気室４を形成している。振動板３ａ、３ｂは、それぞれ質量要素として機能し、空気室４は、弾性要素として機能するので、本実施形態の音響振動部１０も、管体部１の内部で管体部１の軸線方向に沿って質量要素と弾性要素とが交互にかつ周期的に配列されているといえる。

管体部１の側壁の中央部には、音響伝送路１０にドライバユニット２０を音響的に結合するための通孔１１が設けられている。ドライバユニット２０は、その背面が通孔１１に面するように管体部１の側壁の外側に配置されており、通孔１１を介して空気室４の中央部で音響伝送路１０に音響的に結合されている。

ここで、通孔１１の直径は、管体部１の全長の１／３以下であることが望ましい。特に、本実施形態のように、定在波の速度振幅の節となる管体部１の中央部と、定在波の速度振幅の腹となる管体部１の端部とが振動板などにより分離されていない構造では、ドライバユニット２０の背面放射と定在波との重畳により、定在波の節位置が不明瞭となり、同時に定在波の平面性が低下する。したがって、通孔１１の直径を管体部１の全長の１／３以下とすることによって、定在波の節位置を明瞭にするとともに、定在波の平面性を向上することが望ましい。なお、第３の実施形態の場合と同様に、通孔１１は、管体部１の軸線方向に沿った中央部に配置されることにより、ドライバユニット２０を、管体部１内の定在波の節位置に結合することが望ましい。

また、図１３に示されるとおり、ドライバユニット２０の設置位置であり、かつ速度振幅の節位置でもある管体部１の軸線方向に沿った中央部近傍に、第３の実施形態の場合の吸音材１４と同様の材質からなる吸音材が集中的に配置されている。吸音材１４は、たとえば天然繊維、化学繊維、ガラス繊維などの繊維集合体であり、円筒状に形成された網体の内部に保持されつつ図示されない支持手段により管軸付近に配設されている。

また、通孔１１の直径が管体部１の全長の１／３以下とすることによって、定在波の節位置を明瞭にするとともに、定在波の平面性を向上できる。

さらに、節位置の近傍に集中的に配置された吸音材１４は、節位置近傍において速度振幅の小さい低音の音波に対しては実質的に吸音効果を持たない一方、ドライバユニット２０の背面から放射された中高音の音波は効率的に吸音する。図１３においては、この選択的吸音効果によって低音における伝送路の共鳴を阻害することなく、ドライバユニット２０の背面から中高音の放射を軽減することができる。

上述したように、ドライバユニット２０の背面から放射される中高音は、管体部１の端部から放射されると快い間接音として認識され有益である一方、管体部１の管壁での反射により管体部１の直径方向に沿う定在波を形成すると耳障りな音として認識され有害である。この点、本実施形態のスピーカーシステムにおいても、管体部１の直径方向に沿う定在波の腹が位置する軸位置に吸音材１４を集中的に配置することにより直径方向に沿う定在波を形成する有害な中高音を効率的に吸音しつつ、管体部１の側壁付近には、大きな断面開口を確保することにより有益な中高音の軸方向に沿う伝達に対しては透過性を確保することができる。

なお、本実施形態のスピーカーシステム３０は、速度振幅の節を含む空気室が他の空気室と分離されていないが、このような本実施形態のスピーカーシステム３０よりも、速度振幅の節を含む空気室が他の空気室と分離されている第３実施形態のスピーカーシステムの方が、ドライバユニット２０の背面放射波による伝送路の共鳴性の低下が少ない点においては有利である。すなわち、第３実施形態のスピーカーシステムのように速度振幅の節を含む空気室が他の空気室と分離されている場合には、節位置が不明瞭となることがない。また、ドライバユニット２０の背面放射波の波面が、管体部１の内部の振動板によって平面的に整えられるので、定在波の平面性が良好に維持される。

さらに、単一の空気室４よりなる本実施形態においては、定在波の腹に対応する領域と節に対応する領域が同一の空気室内に近接して併存するので、腹に対応する領域と節に対応する領域とが分離して明確な振幅差を保つことが困難であり、したがって共鳴の強度も比較的弱いものとなる。これに対し、第３実施形態のスピーカーシステムのように速度振幅の節を含む空気室が他の空気室と分離されている場合には、腹と節の振幅差が確保され、強い共鳴が成立可能であるという点において、より有利である。

なお、管体部１の全長を１／２波長とする素子振動の共鳴は、振動板の個数を２個に低減した本実施形態のスピーカーシステム３０においても利用することができる。たとえば、図１３において、管体部１が内径０．１０ｍの円筒管であり、その内部に有効直径０．０６４ｍの振動板を０．１０ｍの間隔で配置し、且つ、各パラメータ値を以下のように設定する。Ａ：０．００７８５ｍ^２Ｌ：０．３０ｍＳ_０：７９０Ｎ／ｍ κ：１４１７００Ｎ／ｍ^２ ρ：１．２９ｋｇ／ｍ^３。なお、ここでは、上記（１０）式および（１１）式とは異なる補正算出値を使用しており、Ｌは、振動板間の距離、すなわち管体部１の全長である。

このとき、管全長の０．３０ｍを１／２波長とする波長２Ｌ（波数π／３Ｌ）の素子振動の共振周波数を、たとえば８０Ｈｚとするためには振動板の質量ｍ_０として１０ｇが要求され、６０Ｈｚとするためには振動板の質量ｍ_０として１８ｇが要求される。

一方、同じ０．３０ｍの管体部１の全長に４個の振動板を配し波長６Ｌ（波数π／３Ｌ）の素子振動を用いた第３の実施形態のスピーカーシステムの場合であれば、第１の実施形態で説明したように、共振周波数を８０Ｈｚとするためには振動板の質量ｍ_０として５ｇが要求され、６０Ｈｚとするためには振動板の質量ｍ_０として１０ｇが要求される。なお、Ｌは、振動板間の距離、すなわち、管体部１の全長の１／３である。

この結果を比較すると、本実施形態のスピーカーシステムによっても、共振周波数が１００Ｈｚ以下であり、管体部１の全長が０．５ｍ以下である１／２波長共鳴管を容易に構成可能であるので、本実施形態のスピーカーシステムの全長は通常の気柱共鳴管を用いたスピーカーシステムに比べて大幅に短縮することができるものの、振動板３の数を減らすことにより個々の振動板３に大きな質量が集中してしまうことが解る。このように振動板３の質量が過大であると過渡応答特性が低下する。特に、加速度が最大となる管体部１の端部に設けられた振動板３ａ、３ｂに質量が集中する図１３の形態は、第３の実施形態の場合と比べて不利である。また、振動板３の質量が過大であると、エッジ部材７やダンパー等の振動支持系の寿命が低下する。

したがって、過渡応答特性の低下や振動支持系の寿命の劣化の観点からは、第３実施形態のスピーカーシステムの方が本実施形態のスピーカーシステムよりも望ましいことは明らかではあるが、過渡応答特性や製品に要求される耐久性などの条件によっては、本実施形態のように、質量要素および空気室の数を減らした構造を採用することもできる場合もある。

（第１０の実施形態）
図１４は、本発明の第１０の実施形態のスピーカーシステムの断面図である。上記の第３〜第９の実施形態のスピーカーシステムでは、ドライバユニットが管体部の側壁の外側に配置されており、通孔を介して、直接的にドライバユニットと音響伝送路１０とが音響的に結合している場合を説明した。

これに対し、本実施形態のスピーカーシステムは、ドライバユニットと管体部の内部とを連結するポート管を有し、ドライバユニットと音響伝送路との音響的な結合方法が異なる。この点を除いて、本実施形態のスピーカーシステムは、図４に示された第３実施形態のスピーカーシステムと同様の構成を有する。したがって、第３実施形態のスピーカーシステムと同様の構成については、同じ符号を用いることとし、繰り返しの説明を省略する。

図１４に示されるとおり、本実施形態のスピーカーシステム３０では、ドライバユニット２０が、ポート管１８を介して音響伝送路１０に音響的に結合している。具体的には、ポート管１８は、ドライバユニット２０と管体部１の内部とを結合する結合管として機能する。ポート管１８は、湾曲自在な可撓性素材で形成されていてもよい。

図１４に示される例では、ドライバユニット２０の背面側を覆うようにドライバ容器１２が設けられており、ドライバ容器１２は、音響伝送路１０とは独立したキャビネットとなっている。ポート管１８の一端は、ドライバ容器１２内に通じている。ポート管１８の他端は、直列して配列されている３個の空気室４ａ，４ｂ，４ｃのうち、中央部に位置する空気室４ｂ内に通じている。この結果、本実施形態スピーカーシステム３０においても、ドライバユニット２０は、定在波の速度振幅の節が位置する空気室４ｂに結合されている。

以上のように構成される本実施形態のスピーカーシステム３０は、第３の実施形態のスピーカーシステムと同様の作用効果を有するのみならず、以下のような作用効果を有する。ポート管１８は、所定の周波数でヘルムホルツ共振し、この周波数において増強された音響信号を音響電伝送路１０に注入する。本実施形態のスピーカーシステム３０では、ドライバユニット２０を管体部１とは独立して配置することができるので、ドライバユニット２０が、管体部１の形状および寸法に制約されることがない。したがって、比較的大容量のドライバ容器１２を用いることができ、比較的高いＱｔｓのドライバユニットを選択可能であるという利点を備えている。

ここで、本実施形態のスピーカーシステム３０の作用効果を確認するために行った実施例を示す。

第３の実施形態における上記実施例と同様の構成の伝送路に、内径２ｃｍ、全長７０ｃｍの湾曲自在なポート管１８を介して、内容積４．０リットルのドライバ容器１２を結合した。ポート管１８は、４６Ｈｚにおいてヘルムホルツ共振し、この周波数において増強された音響信号を伝送路に注入する。本実施例は、管状態１の形状、サイズに制約されることなく大容量のドライバ容器１２を用いることが可能であり、従って比較的高いＱｔｓのドライバユニットを選択可能である。本実施例では、有効直径が０．０６４ｍで、ｆｓ＝１００Ｈｚ、Ｑｔｓ＝０．６のドライバユニットを用いながら、ドライバユニット２０とドライバ容器１２による共振点近傍での周波数特性のピークは抑圧されている。

（第１１の実施形態）
図１５は、第１１の実施形態のスピーカーシステムの断面図である。上記の第３の実施形態のスピーカーシステムでは、奇数個の空気室が直列に配置されている場合を説明した。

これに対し、本実施形態のスピーカーシステムは、偶数個の空気室が直列に配置されており、偶数個の空気室のうち中央部に配列された２個の空気室の少なくともどちらか一方にドライバユニットが音響的に結合されている。この点を除いて、本実施形態のスピーカーシステムは、図４に示される第３実施形態のスピーカーシステムと同様の構成を有する。したがって、第３実施形態のスピーカーシステムと同様の構成については、同じ符号を用いることとし、繰り返しの説明を省略する。

図１５に示されるとおり、本実施形態のスピーカーシステム３０では、偶数個の空気室、具体的には、４個の空気室４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが直列して配列されている。通孔１１は、これら複数個の空気室４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのうち中央部に配列された２個の空気室４ｂ、４ｃの少なくともどちらか一方（図１５では、空気室４ｂ）に設けられている。したがって、複数個の空気室４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄのうち中央部に配列された２個の空気室４ｂ、４ｃにドライバユニット２０が音響的に結合されている。言い換えれば、質量要素である複数の振動板３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅのうち中央に配置されている振動板３ｃに隣接する空気室４ｂ、４ｃの少なくともどちらか一方にドライバユニット２０が音響的に結合されているともいえる。

以上のように構成される本実施形態のスピーカーシステム３０は、第３の実施形態のスピーカーシステムと略同様の作用効果を有する。

なお、上述した第３の実施形態において説明したように、ドライバユニット２０を速度振幅の節位置に結合することによって、小振幅で歪みの小さい状態でドライバユニット２０を用いつつ、速度振幅の腹である管端から強い音響放射を得る共鳴増幅効果を得ることができる。ここで、本実施形態のように偶数個の空気室４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに分割された管体部１において、管全長を１／２波長とする素子振動の共鳴を利用する場合には、定在波の速度振幅の節位置は、中央の振動板３ｃに対応しており、空気室４内には対応していない。しかしながら、本実施形態のスピーカーシステム３０のように、その振動板３ｃに隣接する空気室３ｂにドライバユニット２０を結合することによって、第３の実施形態のスピーカーシステムの場合に準ずる共鳴増幅効果を得ることができる。

（第１２の実施形態）
図１６は、本発明の第１２の実施形態のスピーカーシステムの断面図である。上記の第３〜第１１の実施形態のスピーカーシステムでは、管体部の両端が開口している場合を説明した。

これに対し、本実施形態のスピーカーシステムは、管体部の一端が閉止端壁面によって閉じられている。そして、ドライバユニット２０は、中央の空気室に音響的に結合されているのではなく、閉止端壁面に隣接する空気室に音響的に結合されている。これらの点を除いて、本実施形態のスピーカーシステムは、図４に示される第３実施形態のスピーカーシステムと同様の構成を有する。したがって、第３実施形態のスピーカーシステムと同様の構成については、同じ符号を用いることとし、繰り返しの説明を省略する。

図１６に示されるとおり、本実施形態のスピーカーシステム３０では、管体部１は、その一端が閉鎖している。言い換えれば、一端が閉止端となっている。したがって、管体部１の一端には、閉止端壁８が設けられている。一方、管体部１の他端は、開口しており、言い換えれば開放端となっている。この管体部１の他端には、振動板３ａが配置されている。

なお、音響振動部を伝搬する音響振動が平面波として管体部１内を伝搬するためには、閉止端壁８の内側面は平面であることが望ましい。また、同様の見地から、閉止端壁８の内側面は、管体部１の軸線方向に対して直交するように構成されていることが望ましい。

管体部１の内部空間は、振動板３ｂ、３ｃによって、３個の空気室４ａ、４ｂ、４ｃに区画されている。したがって、３個の空気室４は、管体部１の軸線に沿って直列に配置されている。これら３個の空気室４のうち、端部に配置された空気室４ｃにおいては、一側には振動板３ｃが配置されており、他側には、閉止端壁８が配置されている。

音響伝送路１０の管体部１の側壁には、ドライバユニット２０が音響伝送路に音響的に結合するための通孔１１が設けられている。通孔１１は、閉止端壁８に隣接する空気室４ｃと外界とを連通するように配置されている。したがってドライバユニット２０は、閉止端壁８に隣接する空気室Ｃに結合されることとなる。

以上のように構成される本実施形態のスピーカーシステム３０は、以下のような作用効果を有する。

本実施形態のスピーカーシステム３０における音響伝送路１０は、上述した図２に示される力学モデルにおいて、隣接する質点１Ａ，１Ｂ，１Ｃの位置に各振動板３ａ，３ｂ，３ｃを配置し、１Ｄの位置に閉止端壁８を配置した場合に相当する。図２のグラフによれば１Ａから１Ｃまでの距離は波数がπ／２Ｌのときに管全長を３／４波長とする定在波が成立可能である。また、図２のグラフには図示されていないが、波数がπ／６Ｌのときに管全体を１／４波長とする定在波が成立可能である。

本実施形態における音響伝送路１０においても、容易に大気中の音速の１／３以下の低い伝搬速度を得ることができるので、共振周波数が１００Ｈｚ以下であり、管状体１の全長が０．２５ｍｍ以下である１／４波長共鳴管を容易に構成可能である。

ここで、本実施形態のスピーカーシステム３０の作用効果を確認するために行った実施例を示す。管体部１は、内径０．０９ｍの円筒管であり、空気室４ａ、４ｂ、４ｃの長さＬは、全て０．１１ｍとした。各振動板３ａ、３ｂ、３ｃの有効直径は、０．０６４ｍとした。端部に配置された振動板３ａの質量は１６ｇとし、管体部１の内部に配置された振動板３ｂ、３ｃの質量は、２０ｇとした。エッジ部材７のバネ定数は、全ての振動板３ａ、３ｂ、３ｃに対してＳｏ＝７９０Ｎ／ｍとした。このバネ定数をＶａｓ（等価容量）に換算すると約１．９リットルであり、隣接する空気室４ａ、４ｂ、４ｃの容量が約０．７リットルであるのに比べて大きくなっている。したがって、弾性要素としては小型化された空気室４の比較的高い弾性が支配的であり、これに加わるエッジ部材７による共振周波数上昇の効果は、比較的小さいものとなっている。

本実施例においては、全ての振動板３ａ、３ｂ、３ｃの可動範囲を±２．５ｍｍとし、有効直径が０．０６４ｍの振動板３ａ、３ｂ、３ｃとしては、大きな値を確保した。このことは、端部に配置された振動板３ａが、定在波の腹として余裕を持って振幅可能となるといった効果を持つ。なお、内側の振動板３ｂ、３ｃには、振動板３ａとの比較において小さな可動範囲を設定してもよい。

振動板３ａ、３ｂ、３ｃおよびエッジ部材７よりなる振動系のＱｍｓは、５．２とした。ドライバユニット２０には、有効直径が０．０６４ｍで、ｆｓ＝１１０Ｈｚ、Ｑｔｓ＝０．３３のものを用いた。

無限系を仮定した前記数式（１０）および（１１）に、各振動板３ａ、３ｂ、３ｃの有効振動面積が管内断面積の５１％であることを考慮して補正を加えると、波長４Ｌ（波数π／２Ｌ）において素子振動の周波数が８５Ｈｚ、位相速度Ｖｐが３７ｍ／ｓと算出される。また波長１２Ｌ（波数π／６Ｌ）においては、素子振動の周波数が３１Ｈｚ、位相速度Ｖｐが４１ｍ／ｓと算出される。これに対し、有限個の質量要素からなる実際の系においては、インピーダンス測定から６５Ｈｚと２４Ｈｚにおいて共振が観測された。

本実施例においては、わずか０．３３ｍの全長で周波数２４Ｈｚにおける１／４波長相当の音響伝送路を構成することが可能となっている。周波数２４Ｈｚの音波に共振する１／４波長相当の気柱共鳴管の全長は約３．５ｍであるので、大幅な短縮が可能となっている。また、通常の気柱共鳴管が基本共振周波数とその高調波に相当する複数の周波数において共振するのに対し、本実施例においては、６５Ｈｚの高調波共振のみが存在することも特徴となっている。なお、２４Ｈｚにおいてはドライバユニット２０が実質的に音響出力を持たないので、６５Ｈｚにおいてのみ共鳴増幅による音圧上昇を得ることができた。

（第１３の実施形態）
第１３の実施形態は、図１６に示される第１２の実施形態のスピーカーシステムの構成において、管内の伝送ロスを積極的に増大させて背面放射を吸収除去することによって、いわゆるトランスミッションライン方式のスピーカーシステムを構成したものである。伝送ロスを積極的に増大させるために、振動板３ａ、３ｂ、３ｃおよびエッジ部材７よりなる振動系のＱｍｓを低下させる点を除いて、図１６に示される第１２の実施形態のスピーカーシステムの場合と同様である。したがって、同様の構成については、同じ符号を用いることとし、繰り返しの説明を省略する。

本実施形態のスピーカーシステムでは、振動板３ａ、３ｂ、３ｃおよびエッジ部材７よりなる振動系のＱｍｓを低下させるために、シリコーンゴム等の制振材（不図示）が振動板３ａ、３ｂ、３ｃおよびエッジ部材よりなる振動系の表面に塗布されている。

本実施形態のようなトランスミッションライン方式の目的は音質調整であり、共鳴による低音増強よりも制動による低音の抑制を得ることを主眼としている。通常のトランスミッションライン方式においては、共鳴管方式の構成を基本としつつ、管内に吸音材を充填することにより管内の伝送ロスを増大させるため、比較的長い全長の管体部を必要とする。

これに対し、本実施形態の共鳴管方式のスピーカーシステムを基本とすれば、管体部１の全長を大幅に短縮できるのみならず、振動板およびエッジより成る振動系のＱｍｓを低下させることによって管内の伝送ロスを容易に増大させることができる。

（第１４の実施形態）
図１７は、本発明の第１４の実施形態のスピーカーシステムの断面図である。本実施形態のスピーカーシステムは、伝送路の一端をドライバユニット２０とし、他端を閉止端とした閉止共鳴管の例である。すなわち、本実施形態のスピーカーシステムは、管体部１の一端にドライバユニット２０が配置されており、管体部１の他端に閉止端壁面が設けられている。

本実施形態のスピーカーシステム３０における音響伝送路１０は、上述した図２に示される力学モデルにおいて、隣接する質点１Ａの位置にドライバユニット２０を配置し、１Ｂおよび１Ｃの位置に各振動板３ｂ，３ｃを配置し、１Ｄの位置に閉止端壁８を配置した場合に相当する。図２のグラフによれば１Ａから１Ｃまでの距離は波数がπ／２Ｌのときに管全長を３／４波長とする定在波が成立可能である。また、図２のグラフには図示されていないが、波数がπ／６Ｌのときに管全体を実質的に１／４波長とする定在波が成立可能である。

ここで、本実施形態のスピーカーシステム３０の作用効果を確認するために行った実施例を示す。管体部１は、内径０．０９ｍの円筒管であり、空気室４ａ、４ｂ、４ｃの長さＬは全て０．１１ｍとした。各振動板の有効直径は０．０６４ｍとした。管体部１の端部に配置されたドライバユニット２０の振動板３ａの質量は８ｇとし、管体部１の内部に配置された振動板３ｂと３ｃの質量は、１０ｇとした。エッジ部材７のバネ定数は、全ての振動板３ａ、３ｂ、３ｃに対して共通にＳ０＝７９０Ｎ／ｍとした。ここで、本実施例においては、全ての振動板３ａ、３ｂ、３ｃの可動範囲を±５．０ｍｍとし、有効直径が０．０６４ｍの振動板としては大きな値を確保した。このことは、端部に配置された振動板３ａが、定在波の腹として余裕を持って振幅可能となる効果を持つ。尚、内側の振動板３ｂ、３ｃには、振動板３ａとの比較において小さな可動範囲を設定しても良い。

振動板３ａ、３ｂ、３ｃ及びエッジ部材７よりなる振動系のＱｍｓは、５．２とした。ドライバユニット２０には、ｆｓ＝５０Ｈｚ、Ｑｔｓ＝０．２８のものを用いた。

無限系を仮定した前記数式（１０）および（１１）に、各振動板３ａ、３ｂ、３ｃの有効振動面積が管内断面積の５１％であることを考慮して補正を加えると、波長４Ｌ（波数π／２Ｌ）において素子振動の周波数が１１９Ｈｚ、位相速度Ｖｐが５２ｍ／ｓと算出される。また波長１２Ｌ（波数π／６Ｌ）においては、素子振動の周波数が４３Ｈｚ、位相速度Ｖｐが５７ｍ／ｓと算出される。これに対し、有限個の質量要素からなる実際の系においては、インピーダンス測定から９０Ｈｚと３３Ｈｚにおいて共振が観測された。また、６４Ｈｚにおいて強い***振が観測された。

本実施例においては、わずか０．３３ｍの全長で周波数３３Ｈｚにおける１／４波長相当の音響伝送路を構成することが可能となっている。周波数３３Ｈｚの音波に共振する１／４波長相当の気柱共鳴管の全長は約２．５ｍであるので、大幅な短縮が可能となっている。また、通常の気柱共鳴管が基本共振周波数とその高調波に相当する複数の周波数において共振するのに対し、本実施例においては、９０Ｈｚの高調波共振のみが存在することも特徴となっている。

以上の第１〜第１４の実施形態では、一つの音響伝送路および一つのドライバユニットが設けられている場合を説明したが、本発明の音響伝送路およびスピーカーシステムは、複数の音響伝送路および複数のドライバユニットを有していてもよい。以下の第１５〜第１７の実施形態では、複数の音響伝送路を有する場合について説明する。

（第１５の実施形態）
図１８は、本発明の第１５の実施形態のスピーカーシステムの断面図である。本実施形態は、第第３の実施形態のスピーカーシステムにおいて、第１のドライバユニット２０の前面に第２のドライバ容器１２ｂを介在して第２のドライバユニット２０ｂを付加したものである。ここで本実施形態のスピーカーシステム自体は、第２のドライバ容器１２ｂを介在して第２のドライバユニット２０ｂが付加されている点を除いて、第３の実施形態のスピーカーシステムと同様である。したがって、以下の説明では、同様の構成については、同じ符号を用いることとし、繰り返しの説明を省略する。

第２のドライバ容器１２ｂは、第１のドライバユニット２０の前面側に形成される。第２ドライバ容器１２ｂの基端側（音響伝送路１０に近い側）には、第１のドライバユニット２０が設けられ、第２ドライバ容器１２ｂの先端側には第２のドライバユニット２０ｂが設けられている。

図１８に示される場合では、第２のドライバ容器１２ｂをなす壁部は、第１のドライバユニット２０の設置位置、すなわち、管体部１の軸線方向に沿った中央部から、管体部１の端部に配置されている振動板３ａの近傍まで屈曲しつつ伸延している。したがって、図１８に示される例では、第２のドライバユニット２０ｂは、音響伝送路１０の一端部にある振動板３ａに近接して配置されることとなる。なお、第２のドライバユニット２０ｂは、振動板３ａに近接して配置される場合に限られず、振動板３ｄに近接して配置されてもよく、あるいは振動板３ａ、３ｄの双方から再生音波の波長に比べて十分に小さい距離内に配置されていてもよい。また、このように配置される第２のドライバユニット２０ｂは、第１のドライバユニット２０と同相の電気信号で駆動される。

本実施形態のスピーカーシステム３０によれば、第２のドライバユニット２０ｂによって第２のドライバ容器１２ｂ内に発生する背圧が、同相で振幅する第１のドライバユニット２０の運動により除去される。このとき、第２のドライバユニット２０ｂの背圧は、第２のドライバ容器１２ｂ内の空気の運動を介して第１のドライバユニット２０に伝達され、第１のドライバユニット２０の背圧に転嫁される。第１のドライバユニット２０の背圧は、通孔１１を経て音響伝送路１０に伝達された後、管体部１の端部に設けられた振動板３ａおよび３ｄより外部に放出される。

したがって、本実施形態のスピーカーシステム３０では、第２のドライバユニット２０ｂの背後に無限大容積のキャビネットが接続されている場合に等価なので、口径および振動系質量が小さな第２のドライバユニット２０ｂを用いても、効率的な低音再生が可能となるという効果を奏する。

また、本実施形態のスピーカーシステム３０では、音響伝送路１０の少なくとも一部を移相器として利用している。すなわち、第２のドライバユニット２０ｂの背圧を除去する結果として生じる第１のドライバユニット２０の背圧は、大気中の音速に比べて遅い伝播速度を有する音響伝送路１０内を伝播する過程でその位相に遅れが生じる。したがって、管体部１の端部に設けられた振動板３ａおよび３ｄより外部に放出される音波と、第２のドライバユニット２０ｂの前面から放出される音波とが互いに強め合う位相関係に設定することが可能である。

たとえば、第２のドライバユニット２０ｂにおいて前面放射音波に対して１８０度位相の異なる背面放射音波が、音響伝送路１０内で９０度の位相遅れを生じた後、管体部１の端部に設けられた振動板３ａおよび３ｄより外部に放出されると、第２のドライバユニット２０ｂの前面から放出される音波とは、合計２７０度の位相差を持つことになる。したがって、第２のドライバユニット２０ｂと端部の振動板３ａ（あるいは３ｄ）のいずれか一方が単独で音波を放射する場合に比べて音圧増強することができる。

たとえば、周波数４６Ｈｚにおける１／２波長相当の全長を持つ音響伝送路１０を構成した場合、図１８に示される例では、第２のドライバユニット２０ｂから振動板３ａにいたる経路の音響的長さが周波数４６Ｈｚにおける１／４波長に相当するので、９０度の移相器として作用し、上述の音圧増強効果を得ることができる。また、移相量が６０度以上となる各周波数においても音圧増強効果を得ることができる。

以上のように、本実施形態のスピーカーシステムについて説明したが、種々の変形が可能であり、第１のドライバユニット２０の前面に第２のドライバ容器１２ｂを介在して第２のドライバユニット２０ｂを付加するものである限り、種々のスピーカーシステムを構成することができる。

（第１６の実施形態）
図１９は、第１６の実施形態のスピーカーシステムの断面図である。本実施形態のスピーカーシステムは、第３の実施形態のスピーカーシステムにおいて、第１の音響伝送路１０に加えて第２の音響伝送路１０ｂを追加したものである。具体的には、第１の音響伝送路１０の管体部１の側壁、および第２の音響伝送路１０ｂの管体部１ｂの側壁には、それぞれ開口１９、１９ｂが設けられており、各開口には、質量要素として振動板３Ｊおよび振動板３Ｋがそれぞれ設けられている。そして、振動板３Ｊおよび振動板３Ｋが設けられている各開口が、それぞれ連結管１ｃによって連通している。以上の点を除いて、第１３の実施形態のスピーカーシステム３０の各構成は、第３の実施形態のスピーカーシステム３０や第１の実施形態の音響伝送路１と同様である。したがって、以下の説明では、同様の構成については、同じ符号を用いることとし、繰り返しの説明を省略する。

図１９に示されるように、本実施形態のスピーカーシステム３０は、第１の音響伝送部１０と第２の音響伝送部１０ｂとを含む。第１の音響伝送路１０は、振動板３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを有し、振動板３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄによって区画される３個の空気室４ａ、４ｂ、４ｃを有する。これら空気室４ａ、４ｂ、４ｃのうち中央部に配置された空気室４ｂには、通孔１１が設けられて、ドライバユニット２０は、その背面が通孔１１に面するように管体部１の側壁の外側に配置されている。

また、管体部１の側壁において、この通孔１１、すなわちドライバユニット２０と対向する位置に上記の開口１９が設けられており、この開口１９には振動板３ｊが設けられている。すなわち、中央部に配置された空気室４ｂの開口１９に振動板３ｊが設けられる。

一方、第２の音響伝送部１０ｂの管体部１ｂは、振動板３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈを有し、振動板３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈによって区画される３個の空気室４ｅ、４ｆ、４ｇを有する。これら空気室４ｅ、４ｆ、４ｇのうち中央部に配置された空気室４ｆには、第１の音響伝送部１０の開口１９と対向する位置に、開口１９ｂが設けられており、この開口１９ｂには振動板３ｋが設けられている。すなわち、中央部に配置された空気室４ｆの開口１９ｂに振動板３ｋが設けられる。

管体部１と管体部１ｂとの間には、開口１９および開口１９ｂを連通するように連通管１ｃが設けられている。連通管１ｃと振動板３ｊ、３ｋによって区画された空間は、新たな空気室４ｊをなしており、振動板３Ｊと３Ｋを含む第３の音響伝送路をなしている。したがって、第１の音響伝送路１０と第２の音響伝送路１０ｂとは第３の音響伝送路を介して結合されることとなる。ここで、振動板３ｊ、３ｋは、管体部１内の振動板３ｂ、３ｃと同等の面積および質量を具備しており、空気室４ｊも、第１の音響伝送路１０の空気室４と同等の断面積および空気室長を具備している。すなわち、本実施形態のスピーカーシステム３０は、音響伝送路として、第１、第２、第３の音響伝送路を含み、第１および第２の音響伝送路１０、１０ｂの各管体部１、１ｂが、第３の音響伝送路の管体部１ｃを介して連結されるものといえる。

本実施形態では、第１の音響伝送路１０と第２の音響伝送路１０ｂとは、ともに同一の共鳴周波数、たとえば、４６Ｈｚの１／２波長共鳴管として構成されている。

第３の音響伝送路、すなわちドライバユニット２０の背面から振動板３ｊを経て振動板３ｋに至る経路は、共鳴周波数、たとえば４６Ｈｚにおいて９０度の移相器として作用する。

ドライバユニット２０において前面放射音波に対して１８０度位相の異なる背面放射音波が第３の音響伝送路内で９０度の位相遅れを生じ、更に第２の音響伝送路内で９０度の位相遅れを生じた後に、第２の音響伝送路における管体部１ｂの端部に設けられた振動板３ｅ，３ｈより外部に放出される。したがって、ドライバユニット５の全面から放出される音波と、振動板３ｅ，３ｈより外部に放出される音波とは、合計３６０度の位相差となり、すなわち同相であるので、強い音圧増強効果を得ることができる。

このように、本実施形態のスピーカーシステムでは、第１〜第３の音響伝送路が設けられており、これら複数の音響伝送路のうちの一つの音響伝送路である第２の音響伝送路の端部の振動板３ｅ、３Ｈから放射される音波と、ドライバユニット２０の前面から放射される音波とが同相になるように第１〜第３の音響伝送路が相互に結合されているといえる。

なお、本実施形態では、共振効率を最大化し、かつ音響的反作用を最小化する目的から、直線状の音響伝送路１０、１０ｂを採用しているが、共振効率を低下させることが許容される場合には、より小型化する目的で音響伝送路１０、１０ｂを少なくとも一部において屈曲させてもよい。たとえば、第１の音響伝送路１０を中央の空気室４ｂにおいて９０〜１２０度屈曲させ、かつ第２の音響伝送路を中央の空気室４ｆにおいて９０〜１２０度屈曲させることにより、設置面積を低減することが可能である。

（第１７の実施形態）
図２０は、第１７の実施形態のスピーカーシステムの断面図である。本実施形態のスピーカーシステムは、第３の実施形態のスピーカーシステムにおいて、第１のドライバユニット２０と同一の空気室４ｂに結合された第２のドライバユニット２０ｂと、第２のドライバユニット２０ｂの背面に結合された第２の音響伝送路とが付加されたものである。以上の点を除いて、第１３の実施形態のスピーカーシステム３０の各構成は、第３の実施形態のスピーカーシステム３０や第１の実施形態の音響伝送路１と同様である。したがって、以下の説明では、同様の構成については、同じ符号を用いることとし、繰り返しの説明を省略する。

図２０に示されるように、本実施形態のスピーカーシステム３０は、第１の音響伝送部１０と第２の音響伝送部１０ｂとを含む。第１の音響伝送路１０は、振動板３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを有し、振動板３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄによって区画される３個の空気室４ａ、４ｂ、４ｃを有する。これら空気室４ａ、４ｂ、４ｃのうち中央部に配置された空気室４ｂには、通孔１１が設けられて、第１ドライバユニット２０は、その背面が通孔１１に面するように管体部１の側壁の外側に配置されている。第２の音響伝送路１０ｂも、第１の音響伝送路１０と同様に、振動板３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈを有し、振動板３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈによって区画される３個の空気室４ｅ、４ｆ、４ｇを有する。これら空気室４ｅ、４ｆ、４ｇのうち中央部に配置された空気室４ｆには、通孔１１が設けられて、第２ドライバユニット２０ｂは、その背面が通孔１１ｂに面するように管体部１ｂの側壁の外側に配置されている。

また、第１ドライバユニット２０と同一の空気室４ｂは、第２ドライバユニット２０ｂ用の通孔１８が設けられている。たとえば、管体部１の側壁において、第１ドライバユニット２０用の通孔１１と対向する位置に、第２ドライバユニット２０ｂ用の通孔１８を設けることができる。そして、第２ドライバユニット２０ｂの前面が、空気室４ｂに設けられた新たな通孔１８に面するように配置されることによって、第２ドライバユニット２０ｂが、第１の音響伝送路１０とも音響的に結合している。すなわち、本実施形態のスピーカーシステム３０は、前記音響伝送路として第１および第２音響伝送路１０、１０ｂを含むとともに、前記電気音響変換器として第１および第２ドライバユニット２０、２０ｂを含み、前記第１ドライバユニット２０が結合されている前記第１音響伝送路１０の管体部１と、前記第２音響伝送路１０ｂの管体部１ｂとが、前記第２ドライバユニット２０ｂを介して連結されているものといえる。

なお、第２ドライバユニット２０ｂの前面には、第２のドライバ容器１２ｂが形成されており、この第２のドライバ容器１２ｂをなす壁面は、第２ドライバユニット２０ｂを取り囲みつつ、第１および第２の音響伝送部１０、１０ｂの各管体部１、１ｂ間を連結している。

ここで、第１の音響伝送部１０と第２の音響伝送部１０ｂは、異なる共鳴周波数となるように設定されている。また、第１ドライバユニット２０と第２ドライバユニット２０ｂとは逆相の電気信号で駆動される。

本実施形態のスピーカーシステム３０によれば、互いに異なる共鳴周波数を持つように設定された複数の音響伝送路である第１の音響伝送路１０と第２の音響伝送路１０ｂとを有することにより、単一の音響伝送路に比べて広い周波数範囲で共鳴による音圧増強効果を得ることができる。

（第１８の実施形態）
図２１は、第１８の実施形態のスピーカーシステムの断面図である。本実施形態は、第３の実施形態のスピーカーシステムに第２の音響伝送路を追加したもう一つの例である。本実施形態では、振動板３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄを含む第１の音響伝送路１０と、振動板３ｅ、３ｆ、３ｇおよび３ｈを含む第２の音響伝送路１０ｂは、空気室４ｂを共有して交叉しており、共通のドライバユニット２０により駆動される。

第１の音響伝送路１０の３個の空気室４ａ、４ｂ、４ｃのうち中央部に配置された空気室４ｂには、通孔１１が設けられて、ドライバユニット２０は、その背面が通孔１１に面するように管体部１の側壁の外側に配置されている。また、空気室４ｂには、その管体部１の側壁において、互いに対向する一対の開口１９、１９ｂが設けられている。そして、開口１９には振動板３ｆが設けられており、開口１９ｂには振動板３ｇが設けられている。

振動板３ｆに隣接して新たな空気室４ｅが設けられ、この空気室４ｅを外界から区画するように管体部１ｂが、第１の音響伝送路１０の管体部側壁から延びている。管体部１ｂの先端側には、振動板３ｆと対向するように振動板３ｅが設けられている。同様に、振動板３ｆに隣接して新たな空気室４ｇが設けられ、この空気室４ｇを外界から区画するように管体部１ｃが、第１の音響伝送路１０の管体部側壁から延びている。管体部１ｃの先端側には、振動板３ｇと対向するように振動板３ｈが設けられている。

このような構成によれば、質量要素としての振動板３ｅ、３ｆ、３ｇおよび３ｈと、これら振動板３ｅ、３ｆ、３ｇおよび３ｈによって区画された空気室４ｅ、４ｂ、４ｇは、第２の音響伝送路１０ｂをなす。この第２の音響伝送路１０ｂは、３個の空気室４ｅ、４ｂ、４ｇのうち中央に配置された空気室４ｂを第１の音響伝送路１０と共有することとなり、この共有する空気室４ｂにドライバユニット２０が結合されることとなる。

すなわち、本実施形態のスピーカーシステムは、前記音響伝送路として第１および第２の音響伝送路を含み、前記第１および第２の音響伝送路の各管体部は、互いに一つの気室を共有して交叉するように配置されており、前記電気音響交換器は、前記第１および第２の音響伝送路の各管体部によって共有される気室に結合されていることを特徴とする
ここで、第１の音響伝送路１０と第２の音響伝送路１０ｂとは異なる共鳴周波数となるように設定されている。すなわち、本実施形態のスピーカーシステム３０は、互いに異なる共鳴周波数を持つように設定された第１の音響伝送路１０と第２の音響伝送路１０ｂが、互いに一つの空気室４ｂを共有して交叉するように配置されており、ドライバユニットは、第１の音響伝送路１０と第２の音響伝送路１０ｂによって共有される一つの気室４ｂに結合されている。

以上のように構成される本実施形態のスピーカーシステム３０によれば、第１の音響伝送路１０と第２の音響伝送路が異なる周波数で共鳴することにより、単一の音響伝送路に比べて広い周波数範囲で共鳴による音圧増強効果を得ることができる。

（第１９の実施形態）
本実施の形態は、図１に示すように音響伝送路１０の組立キット用の管体モジュールに関する。管体モジュールは、管状部品と、管体部品の内部で管体部品の軸方向に振動可能に設けられた少なくとも一枚の振動板３ａと、前記管体部品の一端および他端に設けられた第１および第２のジョイント部と、を有する。ここで、第１ジョイントはオス型ジョイントであり、第２ジョイントは、前記雄型ジョイントと対をなすメス型ジョイントである。

たとえば、少なくとも一枚ずつ振動板３が設けられた複数の管体モジュールを用意し、複数の管体モジュールの第１および第２のジョイント部を着脱可能に連結することによって、前記振動板３と当該振動板３によって区画された気室４ａ、４ｂ、４ｃとが交互に配列された音響振動部１０が構成される。この場合も、第１実施形態で述べたように、前記振動板３と前記気室４ａ、４ｂ、４ｃとの配列の周期性により、前記音響振動部１０を伝搬する音響振動の伝搬速度が２０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下の周波数範囲において大気中の音速の１／３以下となる。ユーザは、連結させる管体モジュールの数を変更することによって、好みの音質を楽しむことができる。

以上のように本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はこれらの場合に限られず、種々の変形、省略、追加が可能である。

本発明の第１の実施形態の音響伝送路の断面図である。図１の音響伝送路に対応する力学モデルと、この力学モデルを伝搬する素子振動の様子を示す図である。本発明の第２の実施形態の音響伝送路の断面図である。本発明の第３の実施形態のスピーカーシステムの断面図である。図４のスピーカーシステムに吸音材を設けた例を示す断面図である。図４のスピーカーシステムにおける管体部内の定在波の圧力振幅を模式的に示した図である。第１比較例のスピーカーシステムの断面図である。第２比較例のスピーカーシステムの断面図である。本発明の第４の実施形態のスピーカーシステムの断面図である。本発明の第６の実施形態のスピーカーシステムの断面図。本発明の第７の実施形態のスピーカーシステムの断面図である。本発明の第８の実施形態のスピーカーシステムの断面図である。本発明の第９の実施形態のスピーカーシステムの断面図である。本発明の第１０の実施形態のスピーカーシステムの断面図である。本発明の第１１の実施形態のスピーカーシステムの断面図である。本発明の本発明の第１２の実施形態のスピーカーシステムの断面図である。本発明の第１４の実施形態のスピーカーシステムの断面図である。本発明の第１５の実施形態のスピーカーシステムの断面図である。本発明の第１６の実施形態のスピーカーシステムの断面図である。本発明の第１７の実施形態のスピーカーシステムの断面図である。本発明の第１８の実施形態のスピーカーシステムの断面図である。

符号の説明

１管体部、
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ振動板、
４ａ、４ｂ、４ｃ空気室、
５ａ、５ｂ端部壁、
６ａ、６ｂ隔壁、
７エッジ部材、
８閉止端壁、
９開放端、
１０音響伝送路、
１１通孔、
１２ドライバ容器、
１３ａ、１３ｂポート管
１４吸音材、
１５振動膜
１６補強枠
１８ポート管、
１９、１９ｂ開口、
２０ドライバユニット、
３０スピーカーシステム。

Claims

内径よりも大きな軸線方向の長さを有するとともに少なくとも一端が開口している管体部、および前記管体部の内部で当該管体部の軸線方向に質量要素と弾性要素とが交互に配列された音響振動部を有し、前記質量要素と前記弾性要素との配列の周期性により、前記管体部の内部で前記音響振動部を伝搬する音響振動の伝搬速度が、２０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下の周波数範囲において大気中の音速の１／３以下となる音響伝送路と、
前記音響伝送路に音響的に結合される電気音響交換器と、を有することを特徴とするスピーカーシステム。
前記電気音響交換器は、前記管体部の内部を前記管体部の軸線方向に分断しないように前記音響伝送路に音響的に結合されることを特徴とする請求項１に記載のスピーカーシステム。
前記電気音響交換器は、前記質量要素と前記弾性要素との配列を分断しないように前記質量要素と前記弾性要素との配列の途中で前記音響伝送路に音響的に結合されていることを特徴とする請求項２に記載のスピーカーシステム。
前記管体部は、両端が開口しているものであり、
前記管体部の両端に前記質量要素が配置されていることを特徴とする請求項３に記載のスピーカーシステム。
前記管体部内には、当該管体部の軸線方向の長さを実質的に１／２波長とする前記音響振動の定在波が成立することを特徴とする請求項４に記載のスピーカーシステム。
前記弾性要素は、前記管体部内部に設けられた気室であり、
区画された３個以上の気室が直列して配列されていることを特徴とする請求項４に記載にスピーカーシステム。
奇数個の前記気室が直列して配列されており、
前記奇数個の気室のうち中央部に配列された気室に前記電気音響交換器が結合されていることを特徴とする請求項６に記載のスピーカーシステム。