JP2004172700A - スピーカシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】平面振動板と平面振動板に結合した複数の電気機械変換器とを備えたスピーカシステムにおいて、平面振動板に生じた振動波が平面振動板の端部で反射して生じる共振現象を起こすことがなく、周波数特性にピークディップが少ないスピーカシステムを提供する。
【解決手段】本発明のスピーカシステムは、スピーカとスピーカに接続するスピーカ用回路を備え、スピーカが、振動板と、振動板に結合した複数の電気機械変換器とを備え、スピーカ用回路が、フィルタ回路を含む信号処理器と、電気機械変換器に接続する複数の増幅器とを備え、スピーカ用回路が、入力信号を一の増幅器を介して印加することにより一の電気機械変換器を駆動し、および、信号処理器のフィルタ回路によってフィルタ処理した入力信号を他の増幅器を介して印加することにより他の電気機械変換器を駆動し、一の電気機械変換器によって振動板に生じた振動波を他の電気機械変換器によって吸収する。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明のスピーカシステムは、スピーカとスピーカに接続するスピーカ用回路を備え、スピーカが、振動板と、振動板に結合した複数の電気機械変換器とを備え、スピーカ用回路が、フィルタ回路を含む信号処理器と、電気機械変換器に接続する複数の増幅器とを備え、スピーカ用回路が、入力信号を一の増幅器を介して印加することにより一の電気機械変換器を駆動し、および、信号処理器のフィルタ回路によってフィルタ処理した入力信号を他の増幅器を介して印加することにより他の電気機械変換器を駆動し、一の電気機械変換器によって振動板に生じた振動波を他の電気機械変換器によって吸収する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音響再生のためのスピーカシステム、例えば、平面振動板に複数の電気機械変換器を結合したスピーカおよびこれを駆動するスピーカ用回路を備えるスピーカシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
平面振動板を備えるスピーカおよびスピーカシステムにおいては、平面振動板の形状ならびに材料特性に起因する振動特性がそのスピーカシステムの特性に大きな影響を及ぼす。共振周波数において顕著にあらわれる振動モードは、周波数特性でピークディップを生じる。これは平面振動板で生ずる曲げの振動波が、平面振動板の端部において反射し、進行波と反射波が重ね合わされ、共振が発生するからである。そのため、平面振動板を備えるスピーカでは、平面振動板の材料特性によりピークディップを持った周波数特性が現れ、固有の音色を持った再生音になる。この点を改善するために、平面振動板を備えるスピーカおよびスピーカシステムでは、平面振動板の形状ならびに材料、駆動部である電気機械変換器の位置などについて、様々な検討がなされている。
【０００３】
そこで、平面振動板を備えるスピーカでは、平面振動板の外周端に減衰係数の大きな材料を備えるエッジを結合し、平面振動板を伝搬してきた振動波を減衰させ、平面振動板の端部での反射を小さくするなどの方法をとっている。また、平面振動板上に制振材を設けて、振動モードを制御するなどして、顕著な共振が発生しないようにしている。
【０００４】
しかし、上記の平面振動板の外周端に減衰係数の大きな材料を備えるエッジを結合する場合には、高域の周波数に比べて低域の周波数で振動減衰が少なく、平面振動板の端部での反射波を充分に小さくすることはできない。これをエッジ形状や材料の最適化を図ることによって改善をするにも、限界がある。また、平面振動板の材料を減衰の大きな材料とした場合には、振動波が減衰してしまう結果、本来に必要な情報量までをも減衰させてしまうことがある。
【０００５】
他には、振動モードの節にボイスコイルならびに磁気回路を備える動電型変換器または圧電素子を備える圧電型変換器等の電気機械変換器を配置する方法などが提案されている。平面型スピーカでは、電気機械変換器を一つ用いる場合が最も多いが、複数の電気機械変換器を同一の平面振動板に生じる振動モードの節に配置する場合もある。複数の電気機械変換器が用いられる場合には、専らそれぞれ同相に駆動されることが多い。
【０００６】
従来には、平面振動板を複数のボイスコイルによって駆動するスピーカにおいて、これらのボイスコイルを振動モードの節に結合し、これらボイスコイルにインダクタンスあるいはキャパシタンスを備える受動素子を接続し、これらボイスコイルに流れる電流の位相と振幅を制御して、音圧周波数特性の平坦化を図っているスピーカがある（特許文献１参照）。長軸と短軸の比が大きい矩形の平面振動板の場合では、矩形の長軸方向に振動モードが発生しやすくなり、その結果、振動モードの節の位置は、矩形振動板の両端に近い位置になり、それぞれ矩形振動板の短辺側に近い位置になる。したがって、２つのボイスコイルは、矩形振動板のほぼ両端に位置している。ここで、一方のボイスコイルには入力信号がそのまま加えられるのに対し、他方のボイスコイルにはコンデンサが並列に接続される。
【０００７】
【特許文献１】
実公昭６２−８６３８号公報 （第１−３頁、第１−７図）
【０００８】
しかし、上記のスピーカにおいては、入力信号がそのまま加えられて平面振動板を振動させている一方のボイスコイルに対し、コンデンサが並列に接続された他方のボイスコイルは、入力信号電流とは位相がずれて減衰された信号電流によって平面振動板を振動させているにすぎない。従って、共振現象の原因である平面振動板の端部での反射波を充分に小さくすることはできず、周波数特性の改善にも限界がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来の技術が有する問題を解決するためになされたものであり、その目的は、平面振動板と平面振動板に結合した複数の電気機械変換器とを備えたスピーカシステムにおいて、平面振動板に生じた振動波が平面振動板の端部で反射して生じる共振現象を起こすことがなく、周波数特性にピークディップが少ないスピーカシステムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１１】
本発明のスピーカシステムは、スピーカとスピーカに接続するスピーカ用回路を備え、スピーカが、振動板と、振動板に結合した複数の電気機械変換器とを備え、スピーカ用回路が、フィルタ回路を含む信号処理器と、電気機械変換器に接続する複数の増幅器とを備え、スピーカ用回路が、入力信号を一の増幅器を介して印加することにより一の電気機械変換器を駆動し、および、信号処理器のフィルタ回路によってフィルタ処理した入力信号を他の増幅器を介して印加することにより他の電気機械変換器を駆動し、一の電気機械変換器によって振動板に生じた振動波を他の電気機械変換器によって吸収する。
【００１２】
好ましい実施形態においては、本発明のスピーカシステムは、スピーカ用回路の信号処理器のフィルタ回路が、振動板における振動波の伝搬速度特性に伴って、低い周波数ほど長い遅延時間をもつフィルタ特性を有する。
【００１３】
さらに好ましい実施形態においては、本発明のスピーカシステムは、他の電気機械変換器が、上記の一の電気機械変換器によって振動板に生じ振動板の端部において反射した反射波を吸収する。
【００１４】
さらに好ましい実施形態においては、本発明のスピーカシステムは、入力信号が複数のチャンネル信号からなり、スピーカ用回路が、一の入力チャンネル信号と、信号処理器によってフィルタ処理した他の入力チャンネル信号とを加算する加算器を備える。
【００１５】
さらに好ましい実施形態においては、本発明のスピーカシステムは、振動板が、平面振動板であり、電気機械変換器が、ボイスコイルおよび磁気回路を含む動電型変換器、あるいは圧電素子を含む圧電型変換器である。
【００１６】
さらに好ましい実施形態においては、本発明のスピーカシステムは、スピーカ用回路の前記信号処理器が、Ａ／Ｄ変換器、デジタルシグナルプロセッサ、Ｄ／Ａ変換器を含む。
【００１７】
さらに好ましい実施形態においては、本発明のスピーカシステムは、スピーカ用回路の信号処理器が、Ａ／Ｄ変換器およびデジタルシグナルプロセッサおよびＤ／Ａ変換器における信号処理にともなって生じる遅延時間を補償するディレイ回路を含む。
【００１８】
以下、本発明の作用について説明する。
【００１９】
本発明のスピーカシステムは、スピーカとスピーカに接続するスピーカ用回路とからなり、スピーカが、振動板と振動板に結合した複数の電気機械変換器とを備え、スピーカ用回路が、フィルタ回路を含む信号処理器と上記の複数の電気機械変換器に接続する複数の増幅器とを備えている。代表的には、本発明のスピーカの振動板は平面振動板であり、本発明のスピーカの電気機械変換器はボイスコイルならびに磁気回路を備える動電型変換器または圧電素子を備える圧電型変換器である。また、本発明のスピーカ用回路の信号処理器は、代表的には、Ａ／Ｄ変換器、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）、Ｄ／Ａ変換器を含む。
【００２０】
本発明のスピーカシステムで音響再生を行う場合には、入力信号はスピーカ用回路の増幅器で増幅され、増幅器の出力は平面振動板に結合された電気機械変換器に接続される。その結果、入力信号が入力された一の電気機械変換器によって平面振動板が振動して接する空気を振動させ、音波を再生する。同時に、本発明のスピーカシステムでは、上記の入力信号によって平面振動板に生じた振動波を他の電気機械変換器によって吸収するように信号処理器によって入力信号をフィルタ処理し、増幅器を介して印可し他の電気機械変換器を駆動する。従って、平面振動板を備えるスピーカに特有の周波数特性におけるピークディップを抑え、周波数特性が改善された良好な音響再生が可能となる。これによって、必要な情報量を低減することなく共振を低減することができる。
【００２１】
さらに、本発明のスピーカシステムでは、スピーカ用回路の信号処理器のフィルタ回路が、平面振動板における振動波の伝搬速度特性に伴って、低い周波数ほど長い遅延時間をもつフィルタ特性を有する。従って、平面振動板に合わせて適切にフィルタ特性を調整することにより、平面振動板に生じる曲げの振動波を他の電気機械変換器によって吸収することができる。特に、他の電気機械変換器によって吸収される振動波が、一の電気機械変換器によって平面振動板に生じ振動板の端部において反射した反射波である場合には、反射波が有効に低減されるので、共振が低減されて周波数特性のピークディップが改善され、良好な音響再生が可能となる。
【００２２】
さらに、本発明のスピーカシステムでは、入力信号がステレオ信号のような複数のチャンネル信号からなる場合には、スピーカ用回路が、一の入力チャンネル信号と、前記信号処理器によってフィルタ処理した他の入力チャンネル信号とを加算する加算器を備える。従って、一の電気機械変換器によって平面振動板に一のチャンネル信号の振動波を生じさせるとともに、他の電気機械変換器によって生じた他のチャンネル信号による振動波を吸収することができる。その結果、単一の平面振動板を備えるスピーカシステムであっても複数のチャンネル信号を音響信号として再生することができ、同時に、平面振動板を備えるスピーカシステムのピークディップをもった周波数特性を改善することができ、良好な音響再生が可能となる。
【００２３】
加えて、本発明のスピーカ用回路の信号処理器は、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）を含み、ＤＳＰにおいてフィルタ回路およびディレイ回路を実現している。従って、Ａ／Ｄ変換器とＤ／Ａ変換器等のハードウェア固有の遅延時間ならびにフィルタ処理の因果性を満足するために必要なフィルタ遅延時間を考慮して、入力信号を適切に遅延して出力することができる。その結果、上記の遅延時間が補償され平面振動板を備えるスピーカシステムの周波数特性を改善できるとともに、フィルタ回路の設計の自由度を増やすことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態によるスピーカシステムについて説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施形態によるスピーカシステムのブロック図である。本発明のスピーカシステムは、スピーカ１と、スピーカ１に接続するスピーカ用回路２から構成される。
【００２６】
図２（ａ）は、スピーカ１の構成を示す断面図であり、図２（ｂ）は、スピーカ１の正面図である。スピーカ１は、平面振動板３と、平面振動板３に結合した２つの電気機械変換器４ａおよび４ｂとを備えている。図２の場合において、電気機械変換器４ａおよび４ｂは、ボイスコイルならびに磁気回路を備える動電型変換器であって、図２（ｂ）に破線で示される位置において、平面振動板３とボイスコイル４１ａおよび４１ｂが結合している。平面振動板３の外周端部はエッジ７によって支持され、エッジ７の外周部はフレーム８に固定されている。また、フレーム８は、２つの電気機械変換器４ａおよび４ｂを固定している。従って、スピーカ１は、電気機械変換器４ａおよび４ｂに駆動信号を入力することによって平面振動板３を振動させ、音響再生を行うことができる。
【００２７】
平面振動板３は、代表的には、紙、アルミハニカム、発泡ポリスチレン、板状に成型された樹脂、熱硬化性樹脂を含浸した不織布または織布等であり、一般的にコーン型振動板に用いられるような密度が小さく、振動波の伝搬速度が速く、内部損失の大きい材料であればよい。また、エッジ７についても、発砲ウレタンやゴム等の弾性を有する材料であればよく、形状も図示したロール形に限られるものではない。スピーカ１は、場合によっては、エッジ７を備えないフリーエッジでもよく、フレーム８に直接に平面振動板３の外周端部が固定されているフィックスエッジでもよい。また、電気機械変換器４ａおよび４ｂは、圧電素子を含む圧電型変換器でもよい。
【００２８】
本発明のスピーカ１の平面振動板３は、代表的には、長軸と短軸の比が大きい矩形であって、２つの電気機械変換器４ａおよび４ｂのボイスコイルは、長軸方向において平面振動板の両端に近い位置に結合される。平面振動板３の長軸と短軸の比は、２：１以上であればよく、形状も矩形に限られず、楕円またはトラック形でもよい。
【００２９】
図１に示す本発明のスピーカシステムは、スピーカ１がスピーカ用回路２に接続される。スピーカ回路２は、信号処理器５と増幅器６ａおよび６ｂとを備えている。スピーカ回路２に入力された入力信号Ｓは分岐され、一方の入力信号Ｓはそのまま増幅器６ａに入力され、他方の入力信号Ｓは信号処理器５によって所定のフィルタ処理が施されて増幅器６ｂに入力される。増幅器６ａおよび６ｂは、入力信号Ｓをそれぞれ増幅してスピーカ１の電気機械変換器４ａおよび４ｂを駆動する。つまり、スピーカ１の平面振動板３は、電気機械変換器４ａにおいては入力信号Ｓによって駆動され、電気機械変換器４ｂにおいては所定のフィルタ処理がなされた入力信号Ｓによって駆動される。
【００３０】
その結果、平面振動板３において生じる振動波に起因するスピーカ１の周波数特性への悪影響を低減することができる。すなわち、このような形状の平面振動板３では、平面振動板３で生じた曲げの振動波が、平面振動板３の長軸方向の端部３１ａ、３１ｂで反射し、進行波と反射波が重ね合わされて共振が起こり長軸方向に振動モードが発生しやすくなるが、本発明においては、電気機械変換器４ａによって平面振動板３に生じた振動波を、フィルタ処理を施した入力信号で駆動される他方の電気機械変換器４ｂによって吸収することができる。
【００３１】
ここで、上記の信号処理器５による所定のフィルタ処理とは、電気機械変換器４ａにおいて入力信号Ｓによって平面振動板３に生じた振動波を、電気機械変換器４ｂによって吸収するように、入力信号Ｓを、平面振動板３における振動波の伝搬速度特性に伴って低い周波数ほど長い遅延時間をもつように信号処理を行うことをいう。上記のフィルタ特性は、平面振動板３の形状および材料特性、ならびに電気機械変換器４ａおよび４ｂの位置関係により定まる遅延時間特性に基づいて決定される。
【００３２】
本発明では、特に、他方の電気機械変換器４ｂによって吸収される振動波が、電気機械変換器４ａによって平面振動板３に生じ平面振動板３の端部３１ｂへ伝搬し反射してきた反射波である場合には、反射波が有効に低減されるので、周波数特性のピークディップが改善され、良好な音響再生が可能となる。
【００３３】
ここで、平面振動板３で生じる振動波を吸収するフィルタ特性を設定する方法について説明する。
【００３４】
平面振動板３の長軸と短軸の長さの比が大きい場合には、平面振動板３は長軸方向に長い梁として近似されるので、振動波の伝搬速度Ｖは、以下の関係式（１）により定まり、振動波の周波数によって変化する性質を持つ。ここで、ω：角周波数、Ｅ：平面振動板のヤング率、ｈ：平面振動板の厚み、ρ：平面振動板の密度である。
Ｖ＝（（ω２ Ｅ ｈ２）／（１２ρ））１／４ ［ｍ／ｓｅｃ］ …… （１）
【００３５】
従って、平面振動板３において距離Ｌ［ｍ］を伝搬速度Ｖの振動波が伝搬するのに要する時間Ｔは、式（２）で定まる。
Ｔ＝Ｌ（（１２ρ）／（ω２ Ｅ ｈ２））１／４ ［ｓｅｃ］ …… （２）
【００３６】
電気機械変換器４ａによって平面振動板３に生じた振動波を電気機械変換器４ｂによって吸収する場合には、振動波が伝搬する距離Ｌは、電気機械変換器４ａと電気機械変換器４ｂとの距離をＬ０とすると、Ｌ＝Ｌ０である。
【００３７】
特に、電気機械変換器４ａにおいて発生した振動波が平面振動板３の端部３１ｂへ伝搬し反射してきた反射波を、電気機械変換器４ｂによって吸収する場合には、振動波が伝搬する距離Ｌは、電気機械変換器４ａと平面振動板３の端部３１ｂとの距離をＬ１、電気機械変換器４ｂと平面振動板３の端部３１ｂとの距離をＬ２とすると、Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２である。
【００３８】
従って、平面振動板３の形状および材料特性、ならびに電気機械変換器４ａおよび４ｂの位置関係により、信号処理器５のフィルタ回路の遅延時間ｔを、上記振動波が伝搬するのに要する時間Ｔとほぼ一致するように設定する。
【００３９】
例えば、平面振動板３が、厚みｈ＝５．０［ｍｍ］の発泡ポリスチレンを材料とする場合において、平面振動板３を伝搬する振動波の伝搬速度の周波数特性は、図３（ａ）のグラフに表される。ここで、振動波の伝搬速度は、低い周波数ほど遅く、高い周波数ほど速くなる。従って、平面振動板３において距離Ｌ＝０．１［ｍ］を振動波が伝搬するのに要する時間Ｔは、図３（ｂ）のグラフに表されるように、低い周波数ほど長くなり、高い周波数ほど短くなる。その結果、電気機械変換器４ａにおいて生じた振動波および平面振動板３の端部３１ｂへ伝搬し反射してきた反射波を、電気機械変換器４ｂにおいて吸収するためには、信号処理器５のフィルタ回路の遅延時間の周波数特性を、図３（ｂ）のグラフに等しくなるように設定すればよい。
【００４０】
なお、最も低い周波数においては、遅延時間が必要以上に長くなりすぎる場合がある。平面振動板３の振動モードのうち、最も低い周波数の基本モードの周波数、あるいは、電気機械変換器４ａおよび４ｂの最低共振周波数よりも低い周波数については、周波数特性のピークディップの改善に寄与しない。従って、上記の低い周波数帯域については、信号処理器５のフィルタ回路は、上記のフィルタ特性を満足しなくてもよい。また、信号処理器５のフィルタ回路にローカットフィルタを設けて、上記の低い周波数帯域以上の音響再生に必要な帯域のみについて、上記のフィルタ特性によるフィルタ処理を実現してもよい。
【００４１】
さらに、電気機械変換器４ａによって平面振動板３に生じた振動波を電気機械変換器４ｂによって吸収するためには、信号処理器５のフィルタ回路において入力信号Ｓを位相反転して出力すればよい。また、振動波が平面振動板３を伝搬するのに伴って減衰する場合には、信号処理器５のフィルタ回路のゲインをその減衰量に等しく減衰させればよい。
【００４２】
また、特に、電気機械変換器４ａにおいて発生した振動波が平面振動板３の端部３１ｂへ伝搬し反射してきた反射波を、電気機械変換器４ｂによって吸収する場合には、平面振動板３の端部の固定方法に起因する端部における反射波の反射率と位相変化によって、信号処理器５のフィルタ回路のゲインと位相変化に反映させればよい。例えば、反射率が０．５の場合には、フィルタ回路のゲインを０．５倍すればよい。反射波の反射率は、平面振動板３とエッジ７の特性機械インピーダンスの比によって定まるので、平面振動板３とエッジ７の形状及び材料特性から求めることができる。
【００４３】
また、スピーカ１が、エッジ７を備えず平面振動板３が直接フレーム８に固定されているようなフィックスエッジである場合には、平面振動板３の端部では、上記のエッジ７を介するフリーエッジの場合とは反射波の位相が逆転する。従って、電気機械変換器４ａによって平面振動板３に生じた振動波を電気機械変換器４ｂによって吸収するためには、フィックスエッジであれば信号処理器５のフィルタ回路において入力信号Ｓを位相反転せずに出力すればよい。
【００４４】
平面振動板３において反射波を生じる端部が複数存在するような場合には、全ての反射波の伝搬距離について、それぞれ複数の遅延処理を設ければよい。もちろん、その中でも影響の大きな反射波についてのみ、遅延処理を設けてもよい。
【００４５】
図４（ａ）は、本発明の実施例のスピーカシステムにおける軸上音圧周波数特性を表すグラフである。ここで、スピーカ回路２の信号処理器５のフィルタ回路は、上記のフィルタ特性を実現し、平面振動板３は、電気機械変換器４ａおよび４ｂにより駆動されている場合である。また、図４（ｂ）は、比較例として、本発明のスピーカシステムにおいて、スピーカ回路２の信号処理器５のフィルタ回路の出力を遮断し、平面振動板３は、電気機械変換器４ａのみにより駆動されている場合である。このように、スピーカ１の軸上音圧周波数特性上で２ｋＨｚ付近に生じるピークを、本発明によるスピーカ回路２によって抑えることができ、良好な音響再生が可能となる。
【００４６】
信号処理器５は、任意の回路を用いることができるが、代表的には、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）およびＡ／Ｄ変換器およびＤ／Ａ変換器を含む。上記の信号処理器５のフィルタ回路は、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）により実現可能である。具体的には、フィルタ回路は、ＦＩＲ型（非巡回型）フィルタおよび／またはＩＩＲ型（巡回型）フィルタでよい。また、信号処理器５のＡ／Ｄ変換器およびＤ／Ａ変換器のサンプリング周波数は、スピーカシステムの再生周波数帯域の２倍以上であればよい。
【００４７】
図５は、本発明の第２の実施形態によるスピーカシステムのブロック図である。スピーカ回路２への入力信号がＳａ、Ｓｂの２チャンネルの信号からなる場合において、本発明のスピーカシステムでは、電気機械変換器４ａによって平面振動板３にＳａチャンネル信号の振動波を生じさせるとともに、電気機械変換器４ｂによって生じたＳｂチャンネル信号による振動波を吸収するように信号処理器５３ｂにおいてＳｂチャンネル信号をフィルタ処理し、増幅器６ａを介して印可し電気機械変換器４ａを駆動する。同様に、電気機械変換器４ｂによって平面振動板３にＳｂチャンネル信号の振動波を生じさせるとともに、これらの信号を電気機械変換器４ａによって生じたＳａチャンネル信号による振動波を吸収するように信号処理器５３ａにおいてＳａチャンネル信号をフィルタ処理し、増幅器６ｂを介して印可し電気機械変換器４ｂを駆動する。
【００４８】
本発明のスピーカシステムでは、上記の信号処理をスピーカ回路２の信号処理器５において実現する。具体的には、信号処理器５は、ＤＳＰ５０（デジタルシグナルプロセッサ）、Ａ／Ｄ変換器５１、Ｄ／Ａ変換器５２ａ、５２ｂを含み、ＤＳＰ５０では、フィルタ回路５３ａ、５３ｂと加算器５５ａ、５５ｂを設けている。加算器５５ａにおいては、Ｓａチャンネル信号とフィルタ回路５３ｂでフィルタ処理したＳｂチャンネル信号を加算し、加算器５５ｂにおいては、Ｓｂチャンネル信号とフィルタ回路５３ａでフィルタ処理したＳａチャンネル信号を加算する。
【００４９】
この結果、本発明のスピーカシステムにおいては、単一の平面振動板３を備えるのみであっても、ステレオ信号のような複数のチャンネル信号を音響信号として再生することができ、同時に、平面振動板３を備えるスピーカシステムのピークディップをもった周波数特性を改善することができ、良好な音響再生が可能となる。
【００５０】
図６は、本発明の第３の実施形態によるスピーカシステムのブロック図である。スピーカ回路２は、信号処理器５と２つの増幅器６ａおよび６ｂとを備え、信号処理器５は、ＤＳＰ５０（デジタルシグナルプロセッサ）、Ａ／Ｄ変換器５１、Ｄ／Ａ変換器５２ａ、５２ｂを含む。スピーカ回路２に入力された入力信号Ｓは、Ａ／Ｄ変換器５１でデジタル信号に変換され、ＤＳＰ５０に入力される。ＤＳＰ５０には、フィルタ回路５３とディレイ回路５４が設けられ、入力信号Ｓが分岐されてそれぞれ入力される。一方の入力信号Ｓはディレイ回路５４で遅延処理が施された後に増幅器６ａに入力され、他方の入力信号Ｓはフィルタ回路５３によって所定のフィルタ処理が施された後に増幅器６ｂに入力される。増幅器６ａおよび６ｂは、入力された入力信号をそれぞれ増幅してスピーカ１の電気機械変換器４ａおよび４ｂを駆動する。つまり、スピーカ１の平面振動板３は、電気機械変換器４ａにおいては入力信号Ｓそのままによって駆動され、電気機械変換器４ｂにおいては所定のフィルタ処理がなされた入力信号Ｓによって駆動される。その結果、電気機械変換器４ａによって平面振動板３に生じた振動波をフィルタ処理を施した入力信号で駆動される他方の電気機械変換器４ｂによって吸収することができる。
【００５１】
上記のディレイ回路５４は、フィルタ回路５３等の信号処理器によって生じる遅延時間を補償する目的で設けられる。すなわち、デジタル信号処理においては、因果性を満足するためにフィルタ係数に所定の遅延時間を設ける場合があるが、本発明のディレイ回路５４を設けることによって、上記の所定の遅延時間を補償することができる。ディレイ回路５４は、上記のようにＤＳＰ５０内に設けてもよいし、ＤＳＰとは別に、遅延した信号を記憶するメモリー回路などにより設けてもよい。
【００５２】
図６に示される実施例においては、Ａ／Ｄ変換器５１とＤ／Ａ変換器５２ａ、５２ｂにおいて生じる遅延時間は共通しているため、この遅延時間はディレイ回路５４で補償する必要はない。しかし、信号処理器２におけるＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等のハードウェア固有の遅延や信号処理に応じて生じる遅延が存在する場合等は、上記のディレイ回路で補償すればよい。つまり、平面振動板３を伝搬する振動波の伝達速度に無関係な信号処理器２における遅延については、ディレイ回路を設けることによって必要に応じて補償することができ、さらに良好にスピーカシステムの周波数特性の改善を図ることができる。
【００５３】
従って、本発明の第３の実施形態によるスピーカシステムにおいても、スピーカ１の軸上音圧周波数特性上に生じるピークを、スピーカ回路２によって抑えることができ、良好な音響再生が可能となる。さらに、ディレイ回路を設けることによって、フィルタ回路５３の設計の自由度を増やすことができる。
【００５４】
本発明のスピーカシステムは、上記実施例に限定されるものではない。平面振動板３の形状は、矩形または楕円またはトラック形であればよく、平面振動板３の長軸と短軸の比が大きいものに限定されるものではない。例えば、平面振動板が図７のように２次元的形状である場合には、入力信号により駆動される一の電気機械変換器４ａに対して、平面振動板に生じた振動波を吸収するように他の複数の電気機械変換器４ｂを平面振動板３に結合してもよい。
【００５５】
また、振動板は、平面振動板に限られるものではなく、例えば、コーン型振動板であっても、単一の振動板に複数の電気機械変換器が結合されたスピーカであればよい。
【００５６】
【発明の効果】
本発明のスピーカシステムは、平面振動板と平面振動板に結合した複数の電気機械変換器とを備えたスピーカシステムにおいて、平面振動板に生じた振動波および振動波が平面振動板の端部で反射して生じる反射波に起因する共振現象を低減することができる。従って、周波数特性にピークディップが少ないスピーカシステムを提供することができる。
【００５７】
さらに、本発明のスピーカシステムは、単一の平面振動板を備えるのみであっても、ステレオ信号のような複数のチャンネル信号を音響信号として再生することができ、同時に、平面振動板を備えるスピーカシステムのピークディップをもった周波数特性を改善することができる。
【００５８】
さらに、本発明のスピーカシステムは、スピーカ回路にディレイ回路を設けることによって、ハードウェア固有の遅延や信号処理に応じて生じる遅延を補償することができ、フィルタ回路の設計の自由度を増やすことができる。その結果、さらに改善されたスピーカシステムが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスピーカシステムの好ましい実施形態について説明する図である。
【図２】本発明のスピーカの好ましい実施形態について説明する図である。
【図３】本発明の平面振動板を伝搬する振動波の伝搬速度の周波数特性、ならびに本発明の信号処理器のフィルタ回路の遅延時間の周波数特性を表すグラフである。
【図４】本発明のスピーカシステムにおける軸上音圧周波数特性を表すグラフである。
【図５】本発明のスピーカシステムの他の好ましい実施形態について説明する図である。
【図６】本発明のスピーカシステムの他の好ましい実施形態について説明する図である。
【図７】本発明のスピーカの他の好ましい実施形態について説明する図である。
【符号の説明】
１ スピーカ
２ スピーカ回路
３ 平面振動板
４ 電気機械変換器
４１ ボイスコイル
５ 信号処理器
５０ ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）
５１ Ａ／Ｄ変換器
５２ Ｄ／Ａ変換器
５３ フィルタ回路
５４ ディレイ回路
５５ 加算器
６ 増幅器
７ エッジ
８ フレーム
【発明の属する技術分野】
本発明は、音響再生のためのスピーカシステム、例えば、平面振動板に複数の電気機械変換器を結合したスピーカおよびこれを駆動するスピーカ用回路を備えるスピーカシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
平面振動板を備えるスピーカおよびスピーカシステムにおいては、平面振動板の形状ならびに材料特性に起因する振動特性がそのスピーカシステムの特性に大きな影響を及ぼす。共振周波数において顕著にあらわれる振動モードは、周波数特性でピークディップを生じる。これは平面振動板で生ずる曲げの振動波が、平面振動板の端部において反射し、進行波と反射波が重ね合わされ、共振が発生するからである。そのため、平面振動板を備えるスピーカでは、平面振動板の材料特性によりピークディップを持った周波数特性が現れ、固有の音色を持った再生音になる。この点を改善するために、平面振動板を備えるスピーカおよびスピーカシステムでは、平面振動板の形状ならびに材料、駆動部である電気機械変換器の位置などについて、様々な検討がなされている。
【０００３】
そこで、平面振動板を備えるスピーカでは、平面振動板の外周端に減衰係数の大きな材料を備えるエッジを結合し、平面振動板を伝搬してきた振動波を減衰させ、平面振動板の端部での反射を小さくするなどの方法をとっている。また、平面振動板上に制振材を設けて、振動モードを制御するなどして、顕著な共振が発生しないようにしている。
【０００４】
しかし、上記の平面振動板の外周端に減衰係数の大きな材料を備えるエッジを結合する場合には、高域の周波数に比べて低域の周波数で振動減衰が少なく、平面振動板の端部での反射波を充分に小さくすることはできない。これをエッジ形状や材料の最適化を図ることによって改善をするにも、限界がある。また、平面振動板の材料を減衰の大きな材料とした場合には、振動波が減衰してしまう結果、本来に必要な情報量までをも減衰させてしまうことがある。
【０００５】
他には、振動モードの節にボイスコイルならびに磁気回路を備える動電型変換器または圧電素子を備える圧電型変換器等の電気機械変換器を配置する方法などが提案されている。平面型スピーカでは、電気機械変換器を一つ用いる場合が最も多いが、複数の電気機械変換器を同一の平面振動板に生じる振動モードの節に配置する場合もある。複数の電気機械変換器が用いられる場合には、専らそれぞれ同相に駆動されることが多い。
【０００６】
従来には、平面振動板を複数のボイスコイルによって駆動するスピーカにおいて、これらのボイスコイルを振動モードの節に結合し、これらボイスコイルにインダクタンスあるいはキャパシタンスを備える受動素子を接続し、これらボイスコイルに流れる電流の位相と振幅を制御して、音圧周波数特性の平坦化を図っているスピーカがある（特許文献１参照）。長軸と短軸の比が大きい矩形の平面振動板の場合では、矩形の長軸方向に振動モードが発生しやすくなり、その結果、振動モードの節の位置は、矩形振動板の両端に近い位置になり、それぞれ矩形振動板の短辺側に近い位置になる。したがって、２つのボイスコイルは、矩形振動板のほぼ両端に位置している。ここで、一方のボイスコイルには入力信号がそのまま加えられるのに対し、他方のボイスコイルにはコンデンサが並列に接続される。
【０００７】
【特許文献１】
実公昭６２−８６３８号公報 （第１−３頁、第１−７図）
【０００８】
しかし、上記のスピーカにおいては、入力信号がそのまま加えられて平面振動板を振動させている一方のボイスコイルに対し、コンデンサが並列に接続された他方のボイスコイルは、入力信号電流とは位相がずれて減衰された信号電流によって平面振動板を振動させているにすぎない。従って、共振現象の原因である平面振動板の端部での反射波を充分に小さくすることはできず、周波数特性の改善にも限界がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来の技術が有する問題を解決するためになされたものであり、その目的は、平面振動板と平面振動板に結合した複数の電気機械変換器とを備えたスピーカシステムにおいて、平面振動板に生じた振動波が平面振動板の端部で反射して生じる共振現象を起こすことがなく、周波数特性にピークディップが少ないスピーカシステムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【００１１】
本発明のスピーカシステムは、スピーカとスピーカに接続するスピーカ用回路を備え、スピーカが、振動板と、振動板に結合した複数の電気機械変換器とを備え、スピーカ用回路が、フィルタ回路を含む信号処理器と、電気機械変換器に接続する複数の増幅器とを備え、スピーカ用回路が、入力信号を一の増幅器を介して印加することにより一の電気機械変換器を駆動し、および、信号処理器のフィルタ回路によってフィルタ処理した入力信号を他の増幅器を介して印加することにより他の電気機械変換器を駆動し、一の電気機械変換器によって振動板に生じた振動波を他の電気機械変換器によって吸収する。
【００１２】
好ましい実施形態においては、本発明のスピーカシステムは、スピーカ用回路の信号処理器のフィルタ回路が、振動板における振動波の伝搬速度特性に伴って、低い周波数ほど長い遅延時間をもつフィルタ特性を有する。
【００１３】
さらに好ましい実施形態においては、本発明のスピーカシステムは、他の電気機械変換器が、上記の一の電気機械変換器によって振動板に生じ振動板の端部において反射した反射波を吸収する。
【００１４】
さらに好ましい実施形態においては、本発明のスピーカシステムは、入力信号が複数のチャンネル信号からなり、スピーカ用回路が、一の入力チャンネル信号と、信号処理器によってフィルタ処理した他の入力チャンネル信号とを加算する加算器を備える。
【００１５】
さらに好ましい実施形態においては、本発明のスピーカシステムは、振動板が、平面振動板であり、電気機械変換器が、ボイスコイルおよび磁気回路を含む動電型変換器、あるいは圧電素子を含む圧電型変換器である。
【００１６】
さらに好ましい実施形態においては、本発明のスピーカシステムは、スピーカ用回路の前記信号処理器が、Ａ／Ｄ変換器、デジタルシグナルプロセッサ、Ｄ／Ａ変換器を含む。
【００１７】
さらに好ましい実施形態においては、本発明のスピーカシステムは、スピーカ用回路の信号処理器が、Ａ／Ｄ変換器およびデジタルシグナルプロセッサおよびＤ／Ａ変換器における信号処理にともなって生じる遅延時間を補償するディレイ回路を含む。
【００１８】
以下、本発明の作用について説明する。
【００１９】
本発明のスピーカシステムは、スピーカとスピーカに接続するスピーカ用回路とからなり、スピーカが、振動板と振動板に結合した複数の電気機械変換器とを備え、スピーカ用回路が、フィルタ回路を含む信号処理器と上記の複数の電気機械変換器に接続する複数の増幅器とを備えている。代表的には、本発明のスピーカの振動板は平面振動板であり、本発明のスピーカの電気機械変換器はボイスコイルならびに磁気回路を備える動電型変換器または圧電素子を備える圧電型変換器である。また、本発明のスピーカ用回路の信号処理器は、代表的には、Ａ／Ｄ変換器、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）、Ｄ／Ａ変換器を含む。
【００２０】
本発明のスピーカシステムで音響再生を行う場合には、入力信号はスピーカ用回路の増幅器で増幅され、増幅器の出力は平面振動板に結合された電気機械変換器に接続される。その結果、入力信号が入力された一の電気機械変換器によって平面振動板が振動して接する空気を振動させ、音波を再生する。同時に、本発明のスピーカシステムでは、上記の入力信号によって平面振動板に生じた振動波を他の電気機械変換器によって吸収するように信号処理器によって入力信号をフィルタ処理し、増幅器を介して印可し他の電気機械変換器を駆動する。従って、平面振動板を備えるスピーカに特有の周波数特性におけるピークディップを抑え、周波数特性が改善された良好な音響再生が可能となる。これによって、必要な情報量を低減することなく共振を低減することができる。
【００２１】
さらに、本発明のスピーカシステムでは、スピーカ用回路の信号処理器のフィルタ回路が、平面振動板における振動波の伝搬速度特性に伴って、低い周波数ほど長い遅延時間をもつフィルタ特性を有する。従って、平面振動板に合わせて適切にフィルタ特性を調整することにより、平面振動板に生じる曲げの振動波を他の電気機械変換器によって吸収することができる。特に、他の電気機械変換器によって吸収される振動波が、一の電気機械変換器によって平面振動板に生じ振動板の端部において反射した反射波である場合には、反射波が有効に低減されるので、共振が低減されて周波数特性のピークディップが改善され、良好な音響再生が可能となる。
【００２２】
さらに、本発明のスピーカシステムでは、入力信号がステレオ信号のような複数のチャンネル信号からなる場合には、スピーカ用回路が、一の入力チャンネル信号と、前記信号処理器によってフィルタ処理した他の入力チャンネル信号とを加算する加算器を備える。従って、一の電気機械変換器によって平面振動板に一のチャンネル信号の振動波を生じさせるとともに、他の電気機械変換器によって生じた他のチャンネル信号による振動波を吸収することができる。その結果、単一の平面振動板を備えるスピーカシステムであっても複数のチャンネル信号を音響信号として再生することができ、同時に、平面振動板を備えるスピーカシステムのピークディップをもった周波数特性を改善することができ、良好な音響再生が可能となる。
【００２３】
加えて、本発明のスピーカ用回路の信号処理器は、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）を含み、ＤＳＰにおいてフィルタ回路およびディレイ回路を実現している。従って、Ａ／Ｄ変換器とＤ／Ａ変換器等のハードウェア固有の遅延時間ならびにフィルタ処理の因果性を満足するために必要なフィルタ遅延時間を考慮して、入力信号を適切に遅延して出力することができる。その結果、上記の遅延時間が補償され平面振動板を備えるスピーカシステムの周波数特性を改善できるとともに、フィルタ回路の設計の自由度を増やすことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態によるスピーカシステムについて説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施形態によるスピーカシステムのブロック図である。本発明のスピーカシステムは、スピーカ１と、スピーカ１に接続するスピーカ用回路２から構成される。
【００２６】
図２（ａ）は、スピーカ１の構成を示す断面図であり、図２（ｂ）は、スピーカ１の正面図である。スピーカ１は、平面振動板３と、平面振動板３に結合した２つの電気機械変換器４ａおよび４ｂとを備えている。図２の場合において、電気機械変換器４ａおよび４ｂは、ボイスコイルならびに磁気回路を備える動電型変換器であって、図２（ｂ）に破線で示される位置において、平面振動板３とボイスコイル４１ａおよび４１ｂが結合している。平面振動板３の外周端部はエッジ７によって支持され、エッジ７の外周部はフレーム８に固定されている。また、フレーム８は、２つの電気機械変換器４ａおよび４ｂを固定している。従って、スピーカ１は、電気機械変換器４ａおよび４ｂに駆動信号を入力することによって平面振動板３を振動させ、音響再生を行うことができる。
【００２７】
平面振動板３は、代表的には、紙、アルミハニカム、発泡ポリスチレン、板状に成型された樹脂、熱硬化性樹脂を含浸した不織布または織布等であり、一般的にコーン型振動板に用いられるような密度が小さく、振動波の伝搬速度が速く、内部損失の大きい材料であればよい。また、エッジ７についても、発砲ウレタンやゴム等の弾性を有する材料であればよく、形状も図示したロール形に限られるものではない。スピーカ１は、場合によっては、エッジ７を備えないフリーエッジでもよく、フレーム８に直接に平面振動板３の外周端部が固定されているフィックスエッジでもよい。また、電気機械変換器４ａおよび４ｂは、圧電素子を含む圧電型変換器でもよい。
【００２８】
本発明のスピーカ１の平面振動板３は、代表的には、長軸と短軸の比が大きい矩形であって、２つの電気機械変換器４ａおよび４ｂのボイスコイルは、長軸方向において平面振動板の両端に近い位置に結合される。平面振動板３の長軸と短軸の比は、２：１以上であればよく、形状も矩形に限られず、楕円またはトラック形でもよい。
【００２９】
図１に示す本発明のスピーカシステムは、スピーカ１がスピーカ用回路２に接続される。スピーカ回路２は、信号処理器５と増幅器６ａおよび６ｂとを備えている。スピーカ回路２に入力された入力信号Ｓは分岐され、一方の入力信号Ｓはそのまま増幅器６ａに入力され、他方の入力信号Ｓは信号処理器５によって所定のフィルタ処理が施されて増幅器６ｂに入力される。増幅器６ａおよび６ｂは、入力信号Ｓをそれぞれ増幅してスピーカ１の電気機械変換器４ａおよび４ｂを駆動する。つまり、スピーカ１の平面振動板３は、電気機械変換器４ａにおいては入力信号Ｓによって駆動され、電気機械変換器４ｂにおいては所定のフィルタ処理がなされた入力信号Ｓによって駆動される。
【００３０】
その結果、平面振動板３において生じる振動波に起因するスピーカ１の周波数特性への悪影響を低減することができる。すなわち、このような形状の平面振動板３では、平面振動板３で生じた曲げの振動波が、平面振動板３の長軸方向の端部３１ａ、３１ｂで反射し、進行波と反射波が重ね合わされて共振が起こり長軸方向に振動モードが発生しやすくなるが、本発明においては、電気機械変換器４ａによって平面振動板３に生じた振動波を、フィルタ処理を施した入力信号で駆動される他方の電気機械変換器４ｂによって吸収することができる。
【００３１】
ここで、上記の信号処理器５による所定のフィルタ処理とは、電気機械変換器４ａにおいて入力信号Ｓによって平面振動板３に生じた振動波を、電気機械変換器４ｂによって吸収するように、入力信号Ｓを、平面振動板３における振動波の伝搬速度特性に伴って低い周波数ほど長い遅延時間をもつように信号処理を行うことをいう。上記のフィルタ特性は、平面振動板３の形状および材料特性、ならびに電気機械変換器４ａおよび４ｂの位置関係により定まる遅延時間特性に基づいて決定される。
【００３２】
本発明では、特に、他方の電気機械変換器４ｂによって吸収される振動波が、電気機械変換器４ａによって平面振動板３に生じ平面振動板３の端部３１ｂへ伝搬し反射してきた反射波である場合には、反射波が有効に低減されるので、周波数特性のピークディップが改善され、良好な音響再生が可能となる。
【００３３】
ここで、平面振動板３で生じる振動波を吸収するフィルタ特性を設定する方法について説明する。
【００３４】
平面振動板３の長軸と短軸の長さの比が大きい場合には、平面振動板３は長軸方向に長い梁として近似されるので、振動波の伝搬速度Ｖは、以下の関係式（１）により定まり、振動波の周波数によって変化する性質を持つ。ここで、ω：角周波数、Ｅ：平面振動板のヤング率、ｈ：平面振動板の厚み、ρ：平面振動板の密度である。
Ｖ＝（（ω２ Ｅ ｈ２）／（１２ρ））１／４ ［ｍ／ｓｅｃ］ …… （１）
【００３５】
従って、平面振動板３において距離Ｌ［ｍ］を伝搬速度Ｖの振動波が伝搬するのに要する時間Ｔは、式（２）で定まる。
Ｔ＝Ｌ（（１２ρ）／（ω２ Ｅ ｈ２））１／４ ［ｓｅｃ］ …… （２）
【００３６】
電気機械変換器４ａによって平面振動板３に生じた振動波を電気機械変換器４ｂによって吸収する場合には、振動波が伝搬する距離Ｌは、電気機械変換器４ａと電気機械変換器４ｂとの距離をＬ０とすると、Ｌ＝Ｌ０である。
【００３７】
特に、電気機械変換器４ａにおいて発生した振動波が平面振動板３の端部３１ｂへ伝搬し反射してきた反射波を、電気機械変換器４ｂによって吸収する場合には、振動波が伝搬する距離Ｌは、電気機械変換器４ａと平面振動板３の端部３１ｂとの距離をＬ１、電気機械変換器４ｂと平面振動板３の端部３１ｂとの距離をＬ２とすると、Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２である。
【００３８】
従って、平面振動板３の形状および材料特性、ならびに電気機械変換器４ａおよび４ｂの位置関係により、信号処理器５のフィルタ回路の遅延時間ｔを、上記振動波が伝搬するのに要する時間Ｔとほぼ一致するように設定する。
【００３９】
例えば、平面振動板３が、厚みｈ＝５．０［ｍｍ］の発泡ポリスチレンを材料とする場合において、平面振動板３を伝搬する振動波の伝搬速度の周波数特性は、図３（ａ）のグラフに表される。ここで、振動波の伝搬速度は、低い周波数ほど遅く、高い周波数ほど速くなる。従って、平面振動板３において距離Ｌ＝０．１［ｍ］を振動波が伝搬するのに要する時間Ｔは、図３（ｂ）のグラフに表されるように、低い周波数ほど長くなり、高い周波数ほど短くなる。その結果、電気機械変換器４ａにおいて生じた振動波および平面振動板３の端部３１ｂへ伝搬し反射してきた反射波を、電気機械変換器４ｂにおいて吸収するためには、信号処理器５のフィルタ回路の遅延時間の周波数特性を、図３（ｂ）のグラフに等しくなるように設定すればよい。
【００４０】
なお、最も低い周波数においては、遅延時間が必要以上に長くなりすぎる場合がある。平面振動板３の振動モードのうち、最も低い周波数の基本モードの周波数、あるいは、電気機械変換器４ａおよび４ｂの最低共振周波数よりも低い周波数については、周波数特性のピークディップの改善に寄与しない。従って、上記の低い周波数帯域については、信号処理器５のフィルタ回路は、上記のフィルタ特性を満足しなくてもよい。また、信号処理器５のフィルタ回路にローカットフィルタを設けて、上記の低い周波数帯域以上の音響再生に必要な帯域のみについて、上記のフィルタ特性によるフィルタ処理を実現してもよい。
【００４１】
さらに、電気機械変換器４ａによって平面振動板３に生じた振動波を電気機械変換器４ｂによって吸収するためには、信号処理器５のフィルタ回路において入力信号Ｓを位相反転して出力すればよい。また、振動波が平面振動板３を伝搬するのに伴って減衰する場合には、信号処理器５のフィルタ回路のゲインをその減衰量に等しく減衰させればよい。
【００４２】
また、特に、電気機械変換器４ａにおいて発生した振動波が平面振動板３の端部３１ｂへ伝搬し反射してきた反射波を、電気機械変換器４ｂによって吸収する場合には、平面振動板３の端部の固定方法に起因する端部における反射波の反射率と位相変化によって、信号処理器５のフィルタ回路のゲインと位相変化に反映させればよい。例えば、反射率が０．５の場合には、フィルタ回路のゲインを０．５倍すればよい。反射波の反射率は、平面振動板３とエッジ７の特性機械インピーダンスの比によって定まるので、平面振動板３とエッジ７の形状及び材料特性から求めることができる。
【００４３】
また、スピーカ１が、エッジ７を備えず平面振動板３が直接フレーム８に固定されているようなフィックスエッジである場合には、平面振動板３の端部では、上記のエッジ７を介するフリーエッジの場合とは反射波の位相が逆転する。従って、電気機械変換器４ａによって平面振動板３に生じた振動波を電気機械変換器４ｂによって吸収するためには、フィックスエッジであれば信号処理器５のフィルタ回路において入力信号Ｓを位相反転せずに出力すればよい。
【００４４】
平面振動板３において反射波を生じる端部が複数存在するような場合には、全ての反射波の伝搬距離について、それぞれ複数の遅延処理を設ければよい。もちろん、その中でも影響の大きな反射波についてのみ、遅延処理を設けてもよい。
【００４５】
図４（ａ）は、本発明の実施例のスピーカシステムにおける軸上音圧周波数特性を表すグラフである。ここで、スピーカ回路２の信号処理器５のフィルタ回路は、上記のフィルタ特性を実現し、平面振動板３は、電気機械変換器４ａおよび４ｂにより駆動されている場合である。また、図４（ｂ）は、比較例として、本発明のスピーカシステムにおいて、スピーカ回路２の信号処理器５のフィルタ回路の出力を遮断し、平面振動板３は、電気機械変換器４ａのみにより駆動されている場合である。このように、スピーカ１の軸上音圧周波数特性上で２ｋＨｚ付近に生じるピークを、本発明によるスピーカ回路２によって抑えることができ、良好な音響再生が可能となる。
【００４６】
信号処理器５は、任意の回路を用いることができるが、代表的には、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）およびＡ／Ｄ変換器およびＤ／Ａ変換器を含む。上記の信号処理器５のフィルタ回路は、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）により実現可能である。具体的には、フィルタ回路は、ＦＩＲ型（非巡回型）フィルタおよび／またはＩＩＲ型（巡回型）フィルタでよい。また、信号処理器５のＡ／Ｄ変換器およびＤ／Ａ変換器のサンプリング周波数は、スピーカシステムの再生周波数帯域の２倍以上であればよい。
【００４７】
図５は、本発明の第２の実施形態によるスピーカシステムのブロック図である。スピーカ回路２への入力信号がＳａ、Ｓｂの２チャンネルの信号からなる場合において、本発明のスピーカシステムでは、電気機械変換器４ａによって平面振動板３にＳａチャンネル信号の振動波を生じさせるとともに、電気機械変換器４ｂによって生じたＳｂチャンネル信号による振動波を吸収するように信号処理器５３ｂにおいてＳｂチャンネル信号をフィルタ処理し、増幅器６ａを介して印可し電気機械変換器４ａを駆動する。同様に、電気機械変換器４ｂによって平面振動板３にＳｂチャンネル信号の振動波を生じさせるとともに、これらの信号を電気機械変換器４ａによって生じたＳａチャンネル信号による振動波を吸収するように信号処理器５３ａにおいてＳａチャンネル信号をフィルタ処理し、増幅器６ｂを介して印可し電気機械変換器４ｂを駆動する。
【００４８】
本発明のスピーカシステムでは、上記の信号処理をスピーカ回路２の信号処理器５において実現する。具体的には、信号処理器５は、ＤＳＰ５０（デジタルシグナルプロセッサ）、Ａ／Ｄ変換器５１、Ｄ／Ａ変換器５２ａ、５２ｂを含み、ＤＳＰ５０では、フィルタ回路５３ａ、５３ｂと加算器５５ａ、５５ｂを設けている。加算器５５ａにおいては、Ｓａチャンネル信号とフィルタ回路５３ｂでフィルタ処理したＳｂチャンネル信号を加算し、加算器５５ｂにおいては、Ｓｂチャンネル信号とフィルタ回路５３ａでフィルタ処理したＳａチャンネル信号を加算する。
【００４９】
この結果、本発明のスピーカシステムにおいては、単一の平面振動板３を備えるのみであっても、ステレオ信号のような複数のチャンネル信号を音響信号として再生することができ、同時に、平面振動板３を備えるスピーカシステムのピークディップをもった周波数特性を改善することができ、良好な音響再生が可能となる。
【００５０】
図６は、本発明の第３の実施形態によるスピーカシステムのブロック図である。スピーカ回路２は、信号処理器５と２つの増幅器６ａおよび６ｂとを備え、信号処理器５は、ＤＳＰ５０（デジタルシグナルプロセッサ）、Ａ／Ｄ変換器５１、Ｄ／Ａ変換器５２ａ、５２ｂを含む。スピーカ回路２に入力された入力信号Ｓは、Ａ／Ｄ変換器５１でデジタル信号に変換され、ＤＳＰ５０に入力される。ＤＳＰ５０には、フィルタ回路５３とディレイ回路５４が設けられ、入力信号Ｓが分岐されてそれぞれ入力される。一方の入力信号Ｓはディレイ回路５４で遅延処理が施された後に増幅器６ａに入力され、他方の入力信号Ｓはフィルタ回路５３によって所定のフィルタ処理が施された後に増幅器６ｂに入力される。増幅器６ａおよび６ｂは、入力された入力信号をそれぞれ増幅してスピーカ１の電気機械変換器４ａおよび４ｂを駆動する。つまり、スピーカ１の平面振動板３は、電気機械変換器４ａにおいては入力信号Ｓそのままによって駆動され、電気機械変換器４ｂにおいては所定のフィルタ処理がなされた入力信号Ｓによって駆動される。その結果、電気機械変換器４ａによって平面振動板３に生じた振動波をフィルタ処理を施した入力信号で駆動される他方の電気機械変換器４ｂによって吸収することができる。
【００５１】
上記のディレイ回路５４は、フィルタ回路５３等の信号処理器によって生じる遅延時間を補償する目的で設けられる。すなわち、デジタル信号処理においては、因果性を満足するためにフィルタ係数に所定の遅延時間を設ける場合があるが、本発明のディレイ回路５４を設けることによって、上記の所定の遅延時間を補償することができる。ディレイ回路５４は、上記のようにＤＳＰ５０内に設けてもよいし、ＤＳＰとは別に、遅延した信号を記憶するメモリー回路などにより設けてもよい。
【００５２】
図６に示される実施例においては、Ａ／Ｄ変換器５１とＤ／Ａ変換器５２ａ、５２ｂにおいて生じる遅延時間は共通しているため、この遅延時間はディレイ回路５４で補償する必要はない。しかし、信号処理器２におけるＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等のハードウェア固有の遅延や信号処理に応じて生じる遅延が存在する場合等は、上記のディレイ回路で補償すればよい。つまり、平面振動板３を伝搬する振動波の伝達速度に無関係な信号処理器２における遅延については、ディレイ回路を設けることによって必要に応じて補償することができ、さらに良好にスピーカシステムの周波数特性の改善を図ることができる。
【００５３】
従って、本発明の第３の実施形態によるスピーカシステムにおいても、スピーカ１の軸上音圧周波数特性上に生じるピークを、スピーカ回路２によって抑えることができ、良好な音響再生が可能となる。さらに、ディレイ回路を設けることによって、フィルタ回路５３の設計の自由度を増やすことができる。
【００５４】
本発明のスピーカシステムは、上記実施例に限定されるものではない。平面振動板３の形状は、矩形または楕円またはトラック形であればよく、平面振動板３の長軸と短軸の比が大きいものに限定されるものではない。例えば、平面振動板が図７のように２次元的形状である場合には、入力信号により駆動される一の電気機械変換器４ａに対して、平面振動板に生じた振動波を吸収するように他の複数の電気機械変換器４ｂを平面振動板３に結合してもよい。
【００５５】
また、振動板は、平面振動板に限られるものではなく、例えば、コーン型振動板であっても、単一の振動板に複数の電気機械変換器が結合されたスピーカであればよい。
【００５６】
【発明の効果】
本発明のスピーカシステムは、平面振動板と平面振動板に結合した複数の電気機械変換器とを備えたスピーカシステムにおいて、平面振動板に生じた振動波および振動波が平面振動板の端部で反射して生じる反射波に起因する共振現象を低減することができる。従って、周波数特性にピークディップが少ないスピーカシステムを提供することができる。
【００５７】
さらに、本発明のスピーカシステムは、単一の平面振動板を備えるのみであっても、ステレオ信号のような複数のチャンネル信号を音響信号として再生することができ、同時に、平面振動板を備えるスピーカシステムのピークディップをもった周波数特性を改善することができる。
【００５８】
さらに、本発明のスピーカシステムは、スピーカ回路にディレイ回路を設けることによって、ハードウェア固有の遅延や信号処理に応じて生じる遅延を補償することができ、フィルタ回路の設計の自由度を増やすことができる。その結果、さらに改善されたスピーカシステムが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスピーカシステムの好ましい実施形態について説明する図である。
【図２】本発明のスピーカの好ましい実施形態について説明する図である。
【図３】本発明の平面振動板を伝搬する振動波の伝搬速度の周波数特性、ならびに本発明の信号処理器のフィルタ回路の遅延時間の周波数特性を表すグラフである。
【図４】本発明のスピーカシステムにおける軸上音圧周波数特性を表すグラフである。
【図５】本発明のスピーカシステムの他の好ましい実施形態について説明する図である。
【図６】本発明のスピーカシステムの他の好ましい実施形態について説明する図である。
【図７】本発明のスピーカの他の好ましい実施形態について説明する図である。
【符号の説明】
１ スピーカ
２ スピーカ回路
３ 平面振動板
４ 電気機械変換器
４１ ボイスコイル
５ 信号処理器
５０ ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）
５１ Ａ／Ｄ変換器
５２ Ｄ／Ａ変換器
５３ フィルタ回路
５４ ディレイ回路
５５ 加算器
６ 増幅器
７ エッジ
８ フレーム
Claims (7)
- スピーカと該スピーカに接続するスピーカ用回路を備えるスピーカシステムであって、
該スピーカが、振動板と、該振動板に結合した複数の電気機械変換器とを備え、
該スピーカ用回路が、フィルタ回路を含む信号処理器と、該電気機械変換器に接続する複数の増幅器とを備え、
該スピーカ用回路が、入力信号を一の増幅器を介して印加することにより一の電気機械変換器を駆動し、および、該信号処理器のフィルタ回路によってフィルタ処理した該入力信号を他の増幅器を介して印加することにより他の電気機械変換器を駆動し、該一の電気機械変換器によって該振動板に生じた振動波を該他の電気機械変換器によって吸収する
スピーカシステム。 - 前記スピーカ用回路の前記信号処理器のフィルタ回路が、前記振動板における振動波の伝搬速度特性に伴って、低い周波数ほど長い遅延時間をもつフィルタ特性を有する
請求項１に記載のスピーカシステム。 - 前記他の電気機械変換器が、前記一の電気機械変換器によって前記振動板に生じ該振動板の端部において反射した反射波を吸収する、
請求項１および２に記載のスピーカシステム。 - 前記入力信号が複数のチャンネル信号からなり、
前記スピーカ用回路が、一の入力チャンネル信号と、前記信号処理器によってフィルタ処理した他の入力チャンネル信号とを加算する加算器を備える、
請求項１から３に記載のスピーカシステム。 - 前記振動板が、平面振動板であり、
前記電気機械変換器が、ボイスコイルおよび磁気回路を含む動電型変換器、あるいは圧電素子を含む圧電型変換器である、
請求項１から４に記載のスピーカシステム。 - 前記スピーカ用回路の前記信号処理器が、Ａ／Ｄ変換器、デジタルシグナルプロセッサ、Ｄ／Ａ変換器を含む
請求項１から５に記載のスピーカシステム。 - 前記スピーカ用回路の前記信号処理器が、前記Ａ／Ｄ変換器および前記デジタルシグナルプロセッサおよび前記Ｄ／Ａ変換器における信号処理にともなって生じる遅延時間を補償するディレイ回路を含む
請求項１から６に記載のスピーカシステム。
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-
2002
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