JP4517365B2 - 位相反転型スピーカキャビネット及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気信号を音響エネルギーに変換するスピーカシステムに係わり、特にスピーカユニットの背面から放射される音波の位相を反転させ、スピーカユニットの前面から放射される音波と位相を合わせて低音を増強する構成の位相反転型スピーカキャビネットに関する。

スピーカシステムは、ユニットとキャビネット（エンクロージャ）とにより構成されるが、これを構成するスピーカユニットは再生帯域によってフルレンジ、トゥイータ、ミッドレンジ、ウーファに分けられる。一方、スピーカユニットを取り付けるキャビネットとしては、その形態などによって密閉型や位相反転型（バスレフ型）といったものが知られる。

位相反転型は、主としてユニット取付面（バッフル板）の一部に開口部（ポート）を設け、その開口部に音道を形成するパイプ状のダクトを接続するか、あるいはユニット取付面にダクトを一体に成型し、そのダクトを通じてユニットの背面から放射された音波の位相を反転させてキャビネットの前方に導き、これをユニットの前面から放射される音波と合成することにより低音域の能率を上げるようにしたものであり、密閉型に比べると低周波帯域の音圧レベルを上げられるという利点がある。

しかし、ダクトの共振周波数以下では、ユニットとダクトから放射される音の位相が逆になり、低音再生能力が失われる。このため、ダクトの共振周波数はユニットの共振周波数より稍低い周波数となるよう設計される。

キャビネットの内容積が大きく、ダクトが長いほど共振周波数は低くなるので、低音再生能力を上げるためには、長めのダクトを設けるためにキャビネットにそれ相応の奥行きが必要となるが、ブックシェルフと呼ばれる小型のキャビネットでは長いダクトの設置が困難となる。

ここに、従来では限られた容積のキャビネット内に設計上必要とされる長さのダクトを収めるべく、金型を用いて所定形状の屈曲ダクトを成型することも行われているが、屈曲したダクトを成型することは容易でなく、しかもその度に専用の金型を製作することにはコスト高を招く。

そこで、一か所以上の屈曲部を備えながら所定形状に容易に成型することのできるダクトとして、硬質エチレンプロピレンゴムチューブからなるダクトが提案されている（例えば、特許文献１）。

特許第２７６７９０５号公報

然しながら、特許文献１によれば、硬質エチレン・プロピレンンゴムをノズルから押し出してチューブ体とし、このチューブ体をクランク形の治具に挿入して加硫した後、治具を引き抜いてクランク状に形成されたダクトを得るようにしているので、係るダクトの成型も決して容易であるとは言えない。

特に、屈曲部が一つのＬ形であれば治具の引き抜きも容易であるが、その屈曲部が二か所以上存在するものでは、硬質エチレン・プロピレンンゴムの加硫後に治具を引き抜くことは甚だ困難である。

本発明は以上のような事情に鑑みて成されたものであり、その目的は位相反転型のスピーカキャビネットにして、設計上必要とされる長さを持ちながらキャビネット内に配置することのできるダクトを容易に得られるようにすることにある。

本発明は上記目的を達成するため、スピーカユニットが取り付けられるキャビネット本体に、その内外を連通するダクトを設けた位相反転型スピーカキャビネットにおいて、前記ダクトは、パイプジョイントを介して連結された２つのストレートパイプを有し、前記２つのストレートパイプは、前記パイプジョイントを介して直交連結または斜交連結されていることを特徴とする。

又、本発明は、スピーカユニットが取り付けられるキャビネット本体の開口部に前記キャビネット本体の内外を連通するダクトを取り付けて位相反転型スピーカキャビネットを製造する方法において、
長さが異なる複数のパイプと、前記パイプが接続可能とされた２つの接続口をそれぞれ有する箱状であって前記２つの接続口の相対位置及び容積が異なる複数のパイプジョイントと、により構成されるパーツ群を予め用意するパーツ群準備工程と、
前記スピーカユニットの共振周波数と前記キャビネット本体の内容積に基づいて前記ダクトの容積及び長さを設定するダクト仕様設定工程と、
前記パーツ群から、前記ダクト仕様設定工程により設定された前記ダクトの容積及び長さに適応する前記パイプ及び前記パイプジョイントを選出し、選出した前記パイプ及び前記パイプジョイントを組み合わせて前記ダクトを形成すると共にその一端を前記開口部に接続するダクト接続工程と、を有することを特徴とする。

本発明に係わる位相反転型スピーカキャビネットによれば、ダクトが少なくとも２つのパイプと該パイプ同士を連結するパイプジョイントとにより構成されることから、キャビネット本体の形態などに応じてその都度ダクト成型用の金型を製作せずに、パイプの組み合わせによって設計上必要とされる長さのダクトを容易に形成することができ、しかもキャビネット本体の内部形状などに応じてパイプ同士を屈曲状態に連結して、キャビネット本体内に配置可能な所定形状のダクトを容易に組上げることができる。

特に、パイプの組み合わせを変更するだけで、聴感上最適な低音が得られるようなチューニングを適宜行うことができる。

又、パイプジョイントがパイプの開口断面よりも内部空洞部分が大きな断面積を有するジョイントであることにより、そのパイプジョイントが中高域の音圧を低減させる音響フィルタとして機能するため、中高域の音漏れを防止して低音域を聴感上クリアにすることができる。

特に、係るパイプジョイント内に吸音材が収容されることから、中高音の音漏れとダクト出口部分における風切り音の防止効果を一層向上させることができる。

以下、図面に基づいて本発明を詳しく説明する。図１は、本発明に係る位相反転型スピーカキャビネットを用いたスピーカシステムの構成例を示す。図１において、１は係る位相反転型スピーカキャビネットで、このキャビネット１はキャビネット本体２とその内部に配置されるダクト３とにより構成される。

本例において、キャビネット本体２は、木板などから成る前面部２１（バッフル板）、背面部２２、左右一対の側面部２３、上面部２４、及び底面部２５を結合して構成される矩形状のもので、その前面部２１には開口部２６（ポート）が形成される。

そして、キャビネット本体２の前面部２１には、２つのスピーカユニット４，５が取り付けられて２ウェイ構造のスピーカシステムを構成している。

尚、一方のスピーカユニット４はトゥイータ、他方のスピーカユニット５はウーファとされるが、これにミッドレンジを加えて３〜５ウェイのスピーカシステムとしたり、あるいはスピーカユニットをフルレンジの単一構造としたりしてもよい。勿論、２ウェイ構造であっても、２つのウーファと１つのトゥイータで構成する場合もある。

又、キャビネット本体２は矩形状であることに限らず、合成樹脂などから凹状に成型される２つの成型体を結合して、全体が丸みを帯びた楕円形などの断面を有する構造物とすることもできる。

一方、ダクト３は、キャビネット本体２の内外を音響的に連通するもので、その一端はキャビネット本体２の開口部２６に接続され、他端はキャビネット本体２の内部にて開口される。

特に、係るダクト３は、軸心が直線の形態とされる複数のストレートのパイプ３１と、それらパイプ３１を連結、連通するパイプジョイント３２とで構成される。

尚、図１には、開口面積（口径）が同じ２つのストレートのパイプ３１をパイプジョイント３２で直角に連結した例を示しているが、これを図２〜図５のような接続形態としてもよい。

図２は開口面積が異なる２つのストレートのパイプ３１をパイプジョイント３２で直角に連結した構成、図３は開口面積が異なる２つのストレートのパイプ３１をパイプジョイント３２で直列に連結した構成、図４は２つのストレートのパイプ３１をパイプジョイント３２で非直角状態（鈍角状態）に斜交連結した構成、図５は３つのストレートのパイプ３１を２つのパイプジョイント３２でそれぞれ鈍角状に斜交連結した構成である。

ここで、それらパイプ３１は紙や合成樹脂から成る横断面円形の丸パイプとされるが、これを横断面楕円形の楕円パイプ、又は横断面正方形あるいは長方形の角パイプとしてもよい。

一方、パイプジョイント３２は、パイプ３１の開口面積よりも内部空洞部分が大きな断面積を有する箱型で、これには図１のように２つのストレートパイプ３１の各一端を接続するための接続口３２Ａ，３２Ｂが形成される。

尚、図ではパイプ３１とパイプジョイントの接続口３２Ａ，３２Ｂが差込式の接続形態とされるが、これをフランジ式の接続形態、あるいはネジ式の接続形態とするなどしてもよい。加えて、パイプの開口面積よりも内部空洞部分が大きな断面積を有するパイプジョイントとは、これに接続する２つのパイプ３１，３１の開口面積（口径）が相違する場合、開口面積（任意の横断面における開口面積）が大きい方よりも内部空洞部分が大きな断面積を有していることを意味する。但し、パイプジョイントは箱型であることに限らず、これを中空の球体などとしてもよい。

又、図１から明らかなように、係るパイプジョイントの内部にはグラスウールなどから成る吸音材３３が収容される。

このようなパイプジョイント３２によれば、ストレートのパイプ３１を所定の角度で連結することができるほか、これがパイプ３１より膨らんだ所定容積の空洞部を形成することにより、その内部で中高域の音を拡散させて風切り音ならびに中高音の音漏れを防止することができ、しかも吸音材３３の働きによって中高音の音漏れ防止効果がより一層向上する。

つまり、ダクト３から放射される音には、本来的に中高音域の周波数成分や高調波の歪が含まれ、それらが低域音の濁り（ノイズ）の原因となっているが、吸音材３３を収容したパイプジョイント３２をもつダクト３によれば、上記のようなノイズを音響フィルタ効果（ローパスフィルタ）でカットし、聴感上クリアな低域音を得ることができる。

尚、図示例において、吸音材３３はパイプジョイント３２の内壁に固着される構成とされるが、これをパイプジョイント３２内に充填するようにしてもよい。

そして、以上のようなダクト３は、低音用のスピーカユニット５の共振周波数やキャビネット本体２の内容積などに基づいてパイプジョイント３２を含む全体の長さなどが決められ、これによりスピーカユニット５からキャビネット本体２内に放射された音波の位相を反転させてキャビネット本体２の前方に導き、これをスピーカユニット５の前面から放射される音波と合成することにより低音域の能率を上げることができる。

因に、ダクト３の長さＬは、Ｌ＝（２５６００Ｓ／（ｆ^２×Ｖ）；Ｓはダクトの開口面積、ｆはダクトの共振周波数、Ｖはキャビネット本体の容積）で求められる。

ここで、本発明に係る位相反転型スピーカキャビネットは、開口面積（口径）及び長さが異なる複数のパイプ３１（ストレートのパイプほか、屈曲したパイプを含む）と、２つの接続口３２Ａ，３２Ｂの相対位置と開口面積および空洞部分の容積が異なる複数の箱型パイプジョイント３２とにより構成されるパーツ群を予め用意し、そのパーツ群からスピーカユニット５の共振周波数とキャビネット本体２の内容積に基づいて定まるダクト３の容積と長さに適応する所定のパイプ３１及びパイプジョイント３２を選出し、それらをダクト３として組み合わると共に、その一端をキャビネット本体２の開口部２６に接続することにより容易に構成することができる。

２つのパイプ３１（ストレートパイプ）をパイプジョイント３２で直角に連結してダクト３とし、その一端をキャビネット本体２の開口部２６に接続して図１に示すような位相反転型スピーカキャビネット１を製作した。ここに、キャビネット本体１の容積は２９５ｃｍ^３、２つのストレートパイプ３１は開口面積が同一（２３ｃｍ^２）の丸パイプで、一方（開口部２６側）の長さが１ｃｍ、他方が９ｃｍ、パイプジョイント３２は内部空洞部分の断面積（任意の横断面積）が１１ｃｍ^２、容積３７ｃｍ^３の箱型で、その内部には吸音材３３としてグラスウールを充填した。

そして、これにスピーカユニット４，５を取り付け、ダクト３の出口におけるノイズレベルを測定した。その結果を図６に示す。

一方、比較例として、上記ダクトを従来ダクト（直角に一体成型されたもの）に付け替えた場合の結果を図７に示す。

図６および図７から明らかなように、本発明に係る位相反転型スピーカキャビネットのダクトでは、従来ダクトに比べて中高音域の帯域（本実験において約５００Ｈｚ）でノイズレベルが大幅に低減することが判る。

以上、本発明について説明したが、ダクト３はキャビネット本体２の内部に配置することに限らず、これをキャビネット本体２の外部に設けるようにしてもよい。

又、実施例では、パイプがストレートのものについて説明したが、これに限らず曲率を有するパイプであってもよい。但し、ストレートパイプが、生産性が高く安価となるので最も好ましい。

本発明に係る位相反転型スピーカキャビネットの内部構造を示す説明図 本発明の変更例を示す説明図 本発明の変更例を示す説明図 本発明の変更例を示す説明図 本発明の変更例を示す説明図 本発明に係るダクトによるノイズスペクトルを示すグラフ 従来ダクトによるノイズスペクトルを示すグラフ

符号の説明

１ 位相反転型スピーカキャビネット
２ キャビネット本体
２６ 開口部（ポート）
３ ダクト
３１ パイプ
３２ パイプジョイント
３２Ａ，３２Ｂ パイプの接続口
３３ 吸音材

Claims (2)

1. スピーカユニットが取り付けられるキャビネット本体に、その内外を連通するダクトを設けた位相反転型スピーカキャビネットにおいて、
   前記ダクトは、パイプジョイントを介して連結された２つのストレートパイプを有し、
   前記２つのストレートパイプは、前記パイプジョイントを介して直交連結または斜交連結されていることを特徴とする位相反転型スピーカキャビネット。
2. スピーカユニットが取り付けられるキャビネット本体の開口部に前記キャビネット本体の内外を連通するダクトを取り付けて位相反転型スピーカキャビネットを製造する方法において、
   長さが異なる複数のパイプと、前記パイプが接続可能とされた２つの接続口をそれぞれ有する箱状であって前記２つの接続口の相対位置及び容積が異なる複数のパイプジョイントと、により構成されるパーツ群を予め用意するパーツ群準備工程と、
   前記スピーカユニットの共振周波数と前記キャビネット本体の内容積に基づいて前記ダクトの容積及び長さを設定するダクト仕様設定工程と、
   前記パーツ群から、前記ダクト仕様設定工程により設定された前記ダクトの容積及び長さに適応する前記パイプ及び前記パイプジョイントを選出し、選出した前記パイプ及び前記パイプジョイントを組み合わせて前記ダクトを形成すると共にその一端を前記開口部に接続するダクト接続工程と、を有することを特徴とする位相反転型スピーカキャビネットの製造方法。

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