JP2004320354A - スピーカ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可聴周波数帯域以上の再生音が得られる範囲を拡大すること。
【解決手段】ツィータ５から出力される可聴周波数帯域以上の周波数において、ツィータ５から出力される再生音のノードが発生する角度に応じて設定した取付角度で、スーパーツィータ１２を取り付けるようにしている。これにより、ツィータ５から出力される可聴周波数帯域以上の再生音レベルの低下をスーパーツィータ１２により補うことで、可聴周波数帯域以上の再生周波数の指向性を改善するようにした。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスピーカ装置に関わり、特に、可聴周波数帯域以上の高音域の指向性を改善するのに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
スピーカ装置は、そのスピーカユニットの振動板の大きさや形状などの影響により、再生周波数が高くなるにしたがって指向性が悪化するため、スピーカ装置またはスピーカユニットの指向性が悪化する周波数を境にして、再生周波数帯域を複数に分割し、それぞれの再生音に適したスピーカユニットを使用することで、スピーカ装置全体の再生周波数特性と指向特性との改善を図るようにしている。
【０００３】
このようなスピーカ装置としては、例えば、低音域の再生音を出力する低音域用スピーカユニット（ウーファ）と、中音域の再生音を出力する中音域用スピーカユニット（スコーカ）と、高音域の再生音を出力する高音域用スピーカユニット（ツィータ）を組み合わせるようにする。そしてウーファには低音域信号、スコーカには中音域信号、ツィータには高音域信号をそれぞれクロスさせるように供給するクロスオーバーネットワークを用いるようにしたものが知られている。
【０００４】
また、指向特性を改善するスピーカ装置としては、置き方（縦置き又は横置き）によって発生する水平方向の指向性の悪化を防止するため、複数のツィータを配置したツィータブロックをスピーカキャビネットの前面に、任意の取付角度で取り付けられるようにしたものが提案されている（特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１２６０８８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、スーパーオーディオＣＤ（Ｓｕｐｅｒ Ａｕｄｉｏ Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ：ＳＡＣＤ）をはじめとして、限りなく原音に近い再生音声を得るために、可聴周波数帯域以上の音声データが記録された記録媒体が普及している。このため、 上記したようなスピーカ装置でも、可聴周波数帯域以上（例えば２０ｋＨｚ以上）の高音域を高品位に再生することが求められていた。
【０００７】
しかしながら、スピーカ装置は、再生周波数が高くなるにしたがって指向性が強くなるため、可聴周波数帯域以上の高音域については、適正レベルが得られる領域（サービスエリア）が狭く、聴取者（ユーザ）が適正な聴取位置から僅かに外れるだけで得られなくなるという欠点があった。
【０００８】
また、上記特許文献１に記載されているスピーカ装置は、その置き方により発生する水平方向の指向性の悪化を防止するためのものであり、可聴周波数帯域以上の高音の指向性の悪化を防止することはできないものであった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、第１のスピーカユニットと、第２のスピーカユニットとから成り、所定の再生周波数において、前記第１のスピーカユニットから出力される再生音の音圧レベルにノードが発生する角度に応じて設定した取付角度、または第１のスピーカユニットから出力される再生音の音圧レベルが半値レベルとなる角度に応じて設定した取付角度で、前記第２のスピーカユニットを取り付けるようにした。
【００１０】
本発明によれば、所定の再生周波数において、第１のスピーカユニットから出力される再生音レベルにノードが発生する角度に応じて設定した取付角度、または再生音の音圧レベルが半値レベルとなる角度に応じて設定した取付角度で、第２のスピーカユニットを取り付けるようにしている。これにより、第１のスピーカユニットから出力される所定の再生周波数以上の再生音のレベル低下を、第２のスピーカユニットから出力する再生音のレベルにより補うことで、所定の再生周波数以上の指向特性を改善することが可能になる。
なお、本明細書においては、指向特性において再生音圧レベルが大きく減少する部分をノード領域と称するものとする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態としてのスピーカ装置の外観構成を示した図であり、同図（ａ）には正面図、同図（ｂ）には上面図が示されている。
【００１２】
この図１に示す本実施の形態のスピーカ装置１は、２ｗａｙスピーカブロック２とスーパーツィータブロック１０とから成り、２ｗａｙスピーカブロック２のキャビネット３の前面にはウーファ４とツィータ５が取り付けられている。
ウーファ４は、主に低音域側の再生音を出力する低音用スピーカであり、図示していない信号処理部から入力される低音域の信号に応じた再生音を出力するようにされる。
第１のスピーカユニットであるツィータ５は、主として高音域側の再生音を出力する高音用スピーカであり、信号処理部から入力される高音域の信号に応じた再生音を出力するようにされる。
【００１３】
一方、スーパーツィータブロック１０は、上記した２ｗａｙスピーカブロック２のキャビネット３上に配置されている。
スーパーツィータブロック１０は、略円弧状のキャビネット１１に複数個のスーパーツィータ（第２のスピーカユニット）１２，１２・・が取り付けられている。
スーパーツィータ１２，１２・・は、例えば、上記したツィータ５と同じスピーカユニットにより構成され、信号処理部から入力される超高音域の信号に応じた再生音を出力するようにされる。
【００１４】
なお、ここでいう超高音域は、可聴周波数帯域より高い或る周波数以上の音域を指すものとする。また、可聴周波数帯域は人によって異なるとされるが、本明細書では２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚとする。
【００１５】
ところで、一般的にはスピーカ装置から出力される再生音は、その再生周波数が高くなるにしたがって指向性が強くなる。これは均一な指向性が要求されるスピーカ装置にとっては、再生周波数が高くなるにしたがって指向性が悪化することを意味している。
【００１６】
再生周波数の上昇に伴ってスピーカ装置の指向性が悪化するのは以下のような理由によるものとされる。
図１２は、スピーカ装置における指向特性が悪化する要因の説明図である。
例えば、ユーザが、図１２に示すようなスピーカ振動板６１の正面位置ＴＡにおいて聴取を行ったとする。この場合はスピーカ振動板６１の左右両側から聴取位置ＴＡまでの距離Ａ１，Ａ２が等距離になるため、聴取位置ＴＡにおける音波の位相も同位相となる。したがって、聴取位置ＴＡでは音圧レベルが強め合う関係となり、聴取位置ＴＡにおいてスピーカ振動板６１の振動が再生音として聞こえることになる。
【００１７】
一方、例えば、ユーザがスピーカユニットのスピーカ振動板６１の正面位置から左右方向にずれた位置ＴＢで聴取したとすると、スピーカ振動板６１の左右両側から聴取位置ＴＢまでの距離Ｂ１，Ｂ２は異なる距離になる。そしてこの場合において、聴取位置ＴＢにおける距離Ｂ１，Ｂ２の距離差がちょうど音波の位相が逆転する半波長と同じ距離になると、聴取位置ＴＢではスピーカ振動板６１からの音波がうち消し合う関係となり、スピーカ振動板６１が振動しているにも関わらず、スピーカ振動板６１の再生音が聞こえなくなる、いわゆるノード領域となる。
【００１８】
ここで、例えばスピーカ振動板６１の直径ｒを２５ｍｍ、その振動周波数を１００Ｈｚとすると、スピーカ振動板６１から放射される音波の波長λは３．６ｍになる。従って音波の位相が逆転する半波長λ／２は１．８ｍになる。
このときのスピーカ振動板６１の直径ｒは上記したように２５ｍｍとされることから、スピーカ振動板６１の左右両側から聴取位置ＴＢまでの距離差が半波長λ／２になることがなく、したがって、スピーカユニットから１００Ｈｚの再生音を出力したときはノード領域が発生することなく、スピーカユニットは指向性が広いものとなる。
【００１９】
これに対して、例えばスピーカ振動板６１の直径ｒを同じく２５ｍｍ、その振動周波数を２０ｋＨｚとすると、スピーカ振動板６１から放射される音波の波長λは１８ｍｍとなり、位相が逆転する半波長λ／２は９ｍｍになる。この場合は、スピーカ振動板６１の左右両側から聴取位置ＴＢまでの距離差が半波長λ／２になる位置が存在することになる。したがって、スピーカユニットから２０ｋＨｚの再生音を出力したときはノード領域が発生してスピーカユニットの指向性が狭くなる。つまり、スピーカ装置では再生周波数が高くなるにしたがって指向性が悪化することになる。
【００２０】
ここで、上記した２ｗａｙスピーカブロック単体の指向特性を図３〜図５に示す。
図３は、２ｗａｙスピーカブロックの再生周波数がそれぞれ、１０ｋＨｚ、２０ｋＨｚ、３０ｋＨｚ、４０ｋＨｚ、５０ｋＨｚのときの指向特性を示した図である。
また図４には、再生周波数が２０ｋＨｚのときの指向特性が示され、図５には再生周波数が３０ｋＨｚ、４０ｋＨｚ、５０ｋＨｚのときの指向特性がそれぞれ示されている。
【００２１】
上記したような２ｗａｙスピーカブロック２の再生周波数帯域の上限は７０ｋＨｚとされるが、これら図３〜図５から、その指向特性は再生周波数が高くなるにしたがって指向性が強くなっていることがわかる。
例えば、図４に示すように、２０ｋＨｚの再生周波数では、０°（正面）から左右４５°付近まで無指向となっている。
これに対して、図５に示すように、３０ｋＨｚの再生周波数では３０°付近、４０ｋＨｚの再生周波数では１６°付近、５０ｋＨｚの再生周波数では１０°付近においてノードが発生している。このことから再生周波数が高くなるにしたがって指向特性が強くなっていることがわかる。
【００２２】
この結果、上記したような２ｗａｙスピーカブロック２は、再生周波数が可聴周波数帯域の上限とされる２０ｋＨｚにおいては、良好な指向特性が得られるものの、再生周波数が可聴周波数帯域を越えると指向特性が悪化していることがわかる。
【００２３】
そこで、本実施の形態のスピーカ装置１においては、指向特性が悪化する可聴周波数帯域を越える再生周波数の指向特性を改善して聴取領域（サービスエリア）の拡大を図るために、所定の再生周波数以上の超高音域の再生音を出力するスーパーツィータ１２を設けるようにしている。そして、このようなスーパーツィータ１２の取付角度を、所定の再生周波数において、ツィータ５の口径に応じて発生するノードの角度に応じて設定するようにした。
【００２４】
具体的には、本実施の形態のスピーカ装置１のサービスエリアを６０°とするならば、図２に示すように、スーパーツィータブロック１０に８個のスーパーツィータ１２，１２・・・を設けるようにする。そして、例えば図５に示した２ｗａｙスピーカブロック２の３０ｋＨｚの指向特性に応じて、各スーパーツィータ１２，１２・・・をそれぞれ１５°ずつ傾けると共に、ツィータ５の左右両側に、それぞれ４個ずつスーパーツィータ１２，１２・・を配置するようにしている。
【００２５】
即ち、図２に示すようにツィータ５の両側に、それぞれ７．５°ずつ主軸を傾けるようにしてスーパーツィータ１２ａ，１２ｂを配置する。そして、これらのスーパーツィータ１２ａ、１２ｂの外側に、それぞれ１５°ずつ主軸を傾けたスーパーツィータ１２ｃ，１２ｄを配置し、さらにこれらのスーパーツィータ１２ｅ，１２ｆの外側に、それぞれ１５°ずつ主軸を傾けたスーパーツィータ１２ｇ，１２ｈを配置するようにしている。
【００２６】
そしてこの場合は、これらのスーパーツィータ１２ａ〜１２ｆに対して、例えば２５ｋＨｚ（１８ｄＢ／ｏｃｔ）以上の超高音域成分の信号だけを供給して、スーパーツィータ１２ａ〜１２ｆから２５ｋＨｚ以上の超高音域の再生音だけを出力するようにしている。このようにすれば、スーパーツィータ１２からは取付角度に応じた方向に対して高音域エネルギーを任意に放射すること可能になり、本実施の形態のスピーカ装置１から出力される可聴周波数帯域以上の再生音の指向特性の改善を図ることができるようになる。
【００２７】
なお、この場合のスーパーツィータ１２ａ〜１２ｆは、波面を揃えるために円弧状に配置することが好ましい。
また、ツィータ５の波面とスーパーツィータ１２ａ〜１２ｆの波面とを揃えるように、ツィータ５の位置に合わせてスーパーツィータ１２ａ〜１２ｆを配置することが好ましい。
【００２８】
そして、上記のように構成した本実施の形態のスピーカ装置の指向特性を図６〜図８に示す。
この場合、図６には再生周波数が３０ｋＨｚのときの指向特性が、図７には再生周波数が４０ｋＨｚ、５０ｋＨｚのときの指向特性がそれぞれ示されている。
【００２９】
先ず、図６に示した本実施の形態のスピーカ装置１の３０ｋＨｚの指向特性と、上記図３及び図５に示した２ｗａｙスピーカブロック２単体の３０ｋＨｚの指向特性を比較すると、スピーカ装置１では、２ｗａｙスピーカブロック２単体のときに発生していたノードが無くなり、一様な指向特性になっていることがわかる。
【００３０】
また図７に示したスピーカ装置１の４０ｋＨｚ、５０ｋＨｚの指向特性と、上記図３及び図５に示した２ｗａｙスピーカブロック２単体の４０ｋＨｚ、５０ｋＨｚの指向特性を比較すると、上記３０ｋＨｚと同様に、スピーカ装置１では、２ｗａｙスピーカブロック２単体のときに発生していたようなノードが無くなり、一様な指向特性になっていることがわかる。
【００３１】
従って、このような本実施の形態のスピーカ装置１によれば、可聴周波数帯域以上の周波数帯域において発生する指向性の悪化を改善することができるため、スーパーオーディオＣＤなどのように高い周波数帯域の音声データが記録されている音源の再生に求められるスピーカ装置を実現することができるようになる。
また、通常のＣＤに記録されているデータを再生した場合でも音声品位の向上を図られていることがわかった。
【００３２】
但し、スーパーツィータ１２，１２・・の再生周波数が２５ｋＨｚ以上となるように帯域制限を行わない場合のスピーカ装置１の２０ｋＨｚの指向特性は、図８のように示され、上記図４に示した２ｗａｙスピーカブロック２単体ではほぼ一様であった指向特性が、相互干渉により悪化していることがわかる。
この結果から、本実施の形態のスーパーツィータ１２からは、２ｗａｙスピーカブロック２単体では指向性特性が良いとされる再生周波数、例えば２０ｋＨｚの再生周波数の再生音は出力することなく、指向特性が悪化する周波数以上の超高音域の再生音だけを出力することが好ましい。
【００３３】
図９は、２ｗａｙスピーカブロック２単体の１０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの周波数特性を示した図である。なお、この図９においては、０°方向、３０°方向、６０°方向の周波数特性が示されている。
この図９に示すように、２ｗａｙスピーカブロック２だけでは、高音域において周波数が高くなるにつれて指向性が鋭くなっていることがわかる。
【００３４】
図１０は、スーパーツィータブロック１０単体の１０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの周波数特性を示した図である。なお、この図１０においては、０°方向、３０°方向、６０°方向の周波数特性が示されている。
この図１０に示すスーパーツィータブロック１０の周波数特性と、上記図９に示した２ｗａｙスピーカブロック２の周波数特性を比較すればわかるように、スーパーツィータブロック１０のほうが、高音域の指向性が改善されていることがわかる。
【００３５】
図１１は、本実施の形態のスピーカ装置１の１０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの周波数特性を示した図である。なお、この図１１においても、０°方向、３０°方向、６０°方向の周波数特性が示されている。また、この場合のスーパーツィータ１２のクロス周波数は２５ｋＨｚに設定され、したがってスパーツィータ１２からは２５ｋＨｚ以上の超高音域の再生音だけが出力されることになる。
この図１１に示す本実施の形態のスピーカ装置１の周波数特性と、上記図９、図１１に示した周波数特性を比較すればわかるように、図１１に示す本実施の形態のスピーカ装置１のほうが、さらに高音域の指向性が改善されていることがわかる。
【００３６】
なお、これまで説明した本実施の形態のスピーカ装置１では、水平方向の可聴周波数帯域以上の再生音の指向特性を改善するために、複数のスーパーツィータ１２，１２・・を水平方向に配置する場合を例に挙げて説明したが、例えばスーパーツィータ１２，１２・・の垂直（仰角）方向に配置すれば、垂直方向の可聴周波数帯域以上の再生音の指向特性を改善することができる。
もちろん、例えば複数のスーパーツィータ１２，１２・・を水平及び垂直方向に配置すれば、三次元的に可聴周波数帯域以上の再生音の指向特性を改善することができる。
【００３７】
また、これまで説明した本実施の形態においては、スーパーツィータ１２の取り付け角度は、ツィータ５から３０ｋＨｚの再生音を出力したときにノードが発生する角度に応じて設定するようにしたが、例えばツィータ５から３０ｋＨｚの再生音を出力したときに再生音レベルが、ピーク値レベルの半値レベル（−６ｄｂ）となる角度などに応じて設定するようにしても良い。
【００３８】
また、本実施の形態では、ツィータ５から３０ｋＨｚの再生音を出力したときにノードが発生する角度、また再生音レベルが半値レベルとなる角度などに応じて、スーパーツィータ１２の取り付け角度を設定するようにしているが、これはあくまでも一例であり、スーパーツィータ１２の取り付け角度を設定する際にツィータ５から出力する再生音の再生周波数は、任意に設定可能である。
例えばスーパーツィータ１２から２５ｋＨｚ以上の超高音域の再生音が出力される場合には、その２５ｋＨｚ以上の再生周波数で、ノードが発生する角度、または再生音レベルが半値レベルとなる角度などに応じてスーパーツィータ１２を取付角度を設定することが可能である。
【００３９】
また本実施の形態では、第１のスピーカユニットであるツィータ５が設けられているスピーカブロックを、ウーファ４とツィータ５とからなる２ｗａｙスピーカブロックを例に挙げて説明したが、これはあくまでも一例であり、ツィータ５が設けられるスピーカブロックは、例えばウーファ、スコーカ、ツィータとからなる３ｗａｙスピーカブロックでも良い。また、スピーカブロックをフルレンジタイプのスピーカユニットにより構成することも可能である。その場合はフルレンジユニットが第１のスピーカユニットに相当することになる。
【００４０】
また本実施の形態では、ツィータ５に対して、８個のスーパーツィータ１２，１２・・・を１５°ずつ傾けて配置した場合を例に挙げて説明したが、これはあくまでも一例であり、スーパーツィータ１２の角度は、ツィータ５から出力される再生音レベルが半値レベルとなる角度、または再生音のレベルにノードが発生する角度に応じて任意に設定することが可能である。
さらに、本実施の形態では、ツィータ５に対して、８個のスーパーツィータ１２，１２・・を配置するようにしているが、少なくとも１個のスーパーツィータ１２を配置するだけで本発明としてのスピーカ装置を実現することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のスピーカ装置は、所定の再生周波数において、第１のスピーカユニットから出力される再生音レベルにノードが発生する角度に応じて設定した取付角度、または音圧レベルが半値レベルとなる角度に応じて設定した取付角度で、第２のスピーカユニットを取り付けるようにしている。
これにより、第１のスピーカユニットから出力される所定の再生周波数以上の再生音のレベル低下を、第２のスピーカユニットから出力する再生音のレベルにより補うことで所定の再生周波数以上の指向特性を改善することが可能になる。
よって、第１のスピーカユニットから所定周波数以上の高音が適正に得られる領域を拡大することができ、その結果、聴取者に高品位の再生音を提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態としてのスピーカ装置の外観構成を示した図である。
【図２】本実施の形態のスーパーツィータブロックの構成を示した図である。
【図３】本実施の形態の２ｗａｙスピーカブロックの指向特性を示した図である。
【図４】本実施の形態の２ｗａｙスピーカブロックの指向特性を示した図である。
【図５】本実施の形態の２ｗａｙスピーカブロックの指向特性を示した図である。
【図６】本実施の形態のスピーカ装置の指向特性を示した図である。
【図７】本実施の形態のスピーカ装置の指向特性を示した図である。
【図８】本実施の形態のスピーカ装置の指向特性を示した図である。
【図９】本実施の形態の２ｗａｙスピーカブロックの周波数特性を示した図である。
【図１０】本実施の形態のスーパーツィータブロックの周波数特性を示した図である。
【図１１】本実施の形態のスピーカ装置の周波数特性を示した図である。
【図１２】スピーカにおいて指向性が生じる原因を説明するための図である。
【符号の説明】
１ スピーカ装置、２ ２ｗａｙスピーカブロック、３ キャビネット、４ウーファ、５ ツィータ、１０ スーパーツィータブロック、１１ キャビネット、１２ １２ａ〜１２ｆ スーパーツィータ

Claims (3)

1. 第１のスピーカユニットと、
   第２のスピーカユニットとから成り、
   所定の再生周波数において、前記第１のスピーカユニットから出力される再生音の音圧レベルにノードが発生する角度に応じて設定した取付角度、または前記第１のスピーカユニットから出力される再生音の音圧レベルが半値レベルとなる角度に応じて設定した取付角度で、前記第２のスピーカユニットを取り付けるようにしたことを特徴とするスピーカ装置。
2. 前記第２のスピーカユニットは、複数のスピーカユニットにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載のスピーカ装置。
3. 前記第２のスピーカユニットを構成している複数のスピーカユニットを円弧状に配置したことを特徴とする請求項２に記載のスピーカ装置。

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