JP2006217348A

JP2006217348A - スピーカ装置

Info

Publication number: JP2006217348A
Application number: JP2005028994A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Tonegawa; 寛利根川; Hiroshi Sugata; 弘須賀田
Original assignee: Foster Electric Co Ltd
Current assignee: Foster Electric Co Ltd
Priority date: 2005-02-04
Filing date: 2005-02-04
Publication date: 2006-08-17

Abstract

【課題】装置やシステム全体を大規模化あるいは複雑化することなく、十分な狭指向性を得ることが可能なスピーカ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】スピーカユニットと、前記スピーカユニットからの放射音をリング状の開口部より外部に出力させる音導手段と、を有することを特徴とする。ここで、音導手段は外筒部と内筒部とにより構成されており、これら外筒部と内筒部との間のリング状の空間（リング状の開口部）を介してスピーカユニットからの放射音が外部に出力される。
【選択図】図１

Description

本発明はスピーカ装置に関し、特に、狭指向性のスピーカ装置に関する。

特定の用途において、一人または数人程度の限られた範囲で音を聞くように、限定された可聴領域を形成すると共に、その外部領域にはできるだけ音が漏れないように配慮された狭指向性のスピーカ装置が用いられることがある。

このような狭指向性のスピーカ装置としては、既に各種の提案がなされており、
（１）超音波トランスデューサを用い、超音波の指向性を利用して狭指向性を実現し、所望の領域近くで超音波から可聴音に変換（復調）するもの、
（２）バラボラ反射板を用いて、音を平面波として前方へ放射するもの、
（３）トーンゾイレなどのように複数のスピーカユニットを柱状に配置したもの、
（４）上記（３）の改良として、複数のスピーカユニットを十字状に配置したもの、
（５）上記（３）の改良として、複数のスピーカユニットを二次元に配置したもの、あるいは、巨大なピストン振動板を用いたもの、
（６）スピーカユニット前面に指向性制御器を取り付け、その指向性制御器の周囲を通過する音の位相差を利用するもの、
などが存在している。

上記（１）のスピーカ装置に関しては、たとえば、以下の特許文献１に記載されている。また、上記（２）のスピーカ装置に関しては、たとえば、以下の特許文献２に記載されている。そして、上記（４）や（５）のスピーカ装置に関しては、たとえば、以下の特許文献３に記載されている。さらに、上記（６）のスピーカ装置に関しては、たとえば、以下の特許文献４に記載されている。
特開２００２−３５４５７２号公報（第１頁、図１）特開平２−８７７９７号公報（第１頁、図１）特開平５−２６０５８３号公報（第１頁、図１）特開２００３−１５３３６７号公報（第１頁、図１）

以上の一般的なスピーカ装置で狭指向性を実現しようとすると、以下に述べるような問題がそれぞれ発生する。
（１）超音波トランスデューサや変調器、専用のパワーアンプを用意する必要があるため、構成が複雑化し、装置が大きくなる。また、超音波を搬送波として用いるため、可聴音を生成する効率が非常に悪いという問題もある。

（２）反射させる音の周波数に応じたサイズのバラボラ反射板を用いる必要があるため、装置の構成が大規模化する問題を有している。
（３）トーンゾイレなどのように複数のスピーカユニットを一次元状に配置したものでは、一方向に狭指向性とすることは可能であるが、直交する方向には広指向性となるため、狭指向性という使用方法には適していない。

（４）複数のスピーカユニットを十字状に配置したものでは、上記（３）の欠点が解消されて狭指向性を実現することができるものの、十分な指向性を得るためには、上記引用文献３に記載された４個あるいは５個のスピーカユニットでは十分ではなく、トーンゾイレ方式のシステムを十字状に組み合わせたような全体として大規模なスピーカシステムが必要となる。

（５）複数のスピーカユニットを二次元に配置したものでは、上記（３）の欠点が解消されて狭指向性を実現することができるものの、十分な指向性を得るためには、上記引用文献３に記載された４個あるいは５個のスピーカユニットでは十分ではなく、縦方向のトーンゾイレ方式のシステムを横方向に複数個組み合わせたような全体として大規模なスピーカシステム、あるいは、同様に大きな面積を有するピストン振動板が必要となる。

（６）スピーカユニット前面に指向性制御器を取り付け、その指向性制御器の周囲を通過する音の位相差を利用するものでは、十分な位相差を生成できるだけの大きさの指向性制御器を、スピーカユニット前面に設ける必要があるため、スピーカシステムが特に奥行き方向に大型化するという問題を有している。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであって、装置やシステム全体を大規模化あるいは複雑化することなく、十分な狭指向性を得ることが可能なスピーカ装置を提供することを目的とする。

以上の課題を解決する本発明は、以下に記載するようなものである。
（１）第一の発明は、スピーカユニットと、前記スピーカユニットからの放射音をリング状の開口部より外部に出力させる音導手段と、を有することを特徴とするスピーカ装置である。

なお、前記音導手段は外筒部と内筒部とにより構成されており、これら外筒部と内筒部との間のリング状の空間とリング状の開口部とを介してスピーカユニットからの放射音が外部に出力される。

（２）第二の発明は、リング状となるように配置された複数のスピーカユニットを有し、前記複数のスピーカユニットを同位相で駆動する、ことを特徴とするスピーカ装置である。

（１）第一のスピーカ装置の発明では、スピーカユニットからの放射音を、音導手段を介して、リング状の開口部より外部に出力させているため、リング状の開口部における任意の点（点ａ）から放音される音波Ｗａと、該点ａとリング状の開口部の中心点Ｏに対して対称位置となるリング状の開口部における点（点ｂ）から放音される音波Ｗｂとが、スピーカ装置の前方における聴取位置での点（点ｃ）で、両音波Ｗａ・Ｗｂが同位相であれば増強され、両音波Ｗａ・Ｗｂに位相差が生じていれば打ち消されて減衰する干渉作用によって、狭指向性の放射が実現される。

また、以上のような音波の干渉作用による狭指向性を実現するにあたり、位相差が小さくなって干渉作用に寄与する割合が小さいリングの内側部分から音波を放射していないため、位相差を大きく保つことができて干渉作用に大きく寄与でき、より効率的に狭指向性を実現できる。

すなわち、スピーカユニットからの放射音をリング状の開口部から外部に出力することで、装置やシステム全体を大規模化あるいは複雑化することなく、十分な狭指向性を得ることが可能になる。

（２）第二のスピーカ装置の発明では、リング状となるように配置された複数のスピーカユニットが同位相で駆動されているため、リング状の開口部におけるあるスピーカユニット（点ａ）から放音される音波Ｗａと、該点ａとリング状の開口部の中心点Ｏに対して対称位置となるリング状の開口部におけるスピーカユニット（点ｂ）から放音される音波Ｗｂとが、スピーカ装置の前方における聴取位置での点（点ｃ）で、両音波Ｗａ・Ｗｂが同位相であれば増強され、両音波Ｗａ・Ｗｂに位相差が生じていれば打ち消されて減衰する干渉作用によって、狭指向性の放射が実現される。

また、以上のような音波の干渉作用による狭指向性を実現するにあたり、位相差が小さくなって干渉作用に寄与する割合が小さいリングの内側部分にスピーカユニットを設けておらず、リング状の内側部分から音波を放射していないため、位相差を大きく保つことができて干渉作用に大きく寄与でき、より効率的に狭指向性を実現できる。

すなわち、リング状に配置された複数のスピーカユニットから同位相の放射音を外部に出力することで、装置やシステム全体を大規模化あるいは複雑化することなく、十分な狭指向性を得ることが可能になる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態）を詳細に説明する。
〈第一の実施形態〉
この第一の実施形態では、スピーカ装置１００を照明装置と兼用した場合の具体例について説明する。

図１は第一の実施形態のスピーカ装置１００の構成を示す説明図であり、図１（ａ）はスピーカ装置１００の断面構成を示す断面構成図、図１（ｂ）はスピーカ装置１００のリング状の開口部の側から見た正面図である。

この図１において、１１０はスピーカ装置１００のスピーカユニット、１２０はスピーカユニット１１０が取り付けられるフロントバッフル、１３０はスピーカユニット１１０の背面方向からの音が外部に漏れないように囲うためのエンクロージャ部、１４０はリング状の開口部を有する音導手段の外側部分を構成する外筒部、１５０はリング状の開口部を有する音導手段の内側部分を構成する内筒部、１６０は外筒部１４０と内筒部１５０とにより構成される空間である音導手段の出口となるリング状の開口部、１７０は内筒部の内側に設けられた蛍光灯、白熱球、ＬＥＤ、ＥＬなど各種の照明により構成された照明部である。

なお、内筒部１５０はスピーカユニット１１０と対向する位置に蓋部１５１を有しており、スピーカユニット１１０から放射される放射音が外筒部１４０と内筒部１５０との間のリング状の空間を介して外部に出力されるように構成されている。なお、この蓋部１５１は平面状に限られるものではなく、球面、曲面、円錐面など各種の形状とすることが可能である。

なお、図１の外筒部１４０は出口方向に向けて一律の傾きで広がりを有するコニカルホーンに近い形状であるが、広がりを有しない円筒形状（図２（ａ）参照）であってもよいし、また、図２（ｂ）のように、ハイパボリックホーンや、エクスポーネンシャルホーンのような形状としてもよい。

また、この外筒部１４０や内筒部１５０は、スピーカ装置１００を照明装置と兼用した場合には、照明装置の傘（リフレクタ）と兼用することが可能である。さらに、スピーカユニット１１０は、照明装置の傘の頂点付近の空間に収容しているため、照明装置としても違和感のない外観形状を保つことが可能になっている。

以上のような構成のスピーカ装置１００においては、外筒部１４０と内筒部１５０とにより構成されたリング状の空間の音導手段によりスピーカユニット１１０からの放射音が伝達され、これら外筒部１４０と内筒部１５０との間のリング状の開口部１６０から放射音が外部に出力される。

この場合、図３に示すように、リング状の開口部１６０における任意の点（点ａ）から放音される音波Ｗａと、該点ａとリング状の開口部１６０の中心点Ｏに対して対称位置となるリング状の開口部１６０における点（点ｂ）から放音される音波Ｗｂとが、スピーカ装置１００の前方における聴取位置での点（点ｃ）で、両音波Ｗａ・Ｗｂが同位相であれば増強される。一方、スピーカ装置１００の前方における聴取位置での点（点ｃ’）で、両音波Ｗａ・Ｗｂに位相差が生じていれば打ち消されて減衰する干渉作用によって、狭指向性の放射が実現される。なお、この場合、点ａと点ｂとの距離が離れているほど、より鋭い狭指向性が実現される。

また、以上のような音波の干渉作用による狭指向性を実現するにあたり、上述した２点の距離が小さくなることによりＷａとＷｂとの位相差が小さくなって干渉作用に寄与する割合が小さいリングの内側部分から音波を放射していないため、位相差を大きく保つことができて干渉作用に大きく寄与でき、より効率的に狭指向性を実現できる。

すなわち、スピーカユニット１１０からの放射音をリング状の開口部１６０から外部に出力することで、特別な反射板や指向性制御器などを用いる必要がなくなり、スピーカ装置１００やシステム全体を大規模化あるいは複雑化することなく、ボーカル帯域の一部（１ｋＨｚ前後）で十分な狭指向性を得ることが可能になる。

なお、このスピーカ装置１００を天井や壁に埋め込む場合には、フロントバッフル１２０を天井や壁の板材と兼用して、スピーカユニット１１０を直接壁や天井に埋め込むことも可能である。また、スピーカユニット１１０は天井や壁の内側に配置されることとなるため、エンクロージャ部１３０を省略することも可能である。

また、照明ユニット１７０の代わりに、各種の機器を内筒部１５０の内側に収容して、本実施形態のスピーカ装置１００を構成することも可能である。
〈第二の実施形態〉
この第二の実施形態では、スピーカ装置１００を照明装置と兼用した場合の具体例について説明する。

図５は第二の実施形態のスピーカ装置２００の構成を示す説明図であり、図５（ａ）はスピーカ装置２００の放射音出力方向から見た正面図、図５（ｂ）はスピーカ装置２００の構成を示す側面図である。また、図５（ｃ）はスピーカ装置２００の他の構成例を示す側面図である。

この図５において、２１０はスピーカ装置２００においてリング状となるように配置されており同位相で駆動される複数のスピーカユニットであり、ここでは、２１０ａ〜２１０ｘまでの２４個のスピーカユニットが配置された具体例を示している。また、２２０は、上述した複数のスピーカユニットが取り付けられる取り付け部である。

この図５では詳細を示していないが、それぞれのスピーカユニット毎に、あるいは、複数のスピーカユニット全体に、フロントバッフルやエンクロージャ部などが取り付けられているものとする。

また、この図５では示していないが、リング状に配置された複数のスピーカユニットの、リング状の内側部分に、蛍光灯、白熱球、ＬＥＤ、ＥＬなど各種の照明により構成された照明部を設けても良い。

以上のような構成のスピーカ装置２００においては、リング状に配置されて同位相で駆動される複数のスピーカユニット２１０（２１０ａ〜２１０ｘ）からの放射音が、スピーカ装置２００の正面方向（図５（ａ）の紙面垂直方向手前側）に出力される。

この場合、図３に示した場合と同様に、リング状の開口部１６０における任意のスピーカ（例えば、スピーカユニット２１０ｇ、ここを点ａとする）から放音される音波Ｗａと、該点ａとリング状の開口部１６０の中心点Ｏに対して対称位置となるリング状の開口部１６０における点（例えば、スピーカユニット２１０ｓ、ここを点ｂとする）から放音される音波Ｗｂとが、スピーカ装置２００の前方における聴取位置での点（点ｃ）で、両音波Ｗａ・Ｗｂが同位相であれば増強される。一方、スピーカ装置２００の前方における聴取位置での点（点ｃ’）で、両音波Ｗａ・Ｗｂに位相差が生じていれば打ち消されて減衰する干渉作用によって、狭指向性の放射が実現される。なお、この場合、点ａと点ｂとの距離が離れているほど、より鋭い狭指向性が実現される。

すなわち、放射音をリング状に配置された複数のスピーカユニットから外部に出力することで、特別な反射板や指向性制御器などを用いる必要がなくなり、スピーカ装置２００やシステム全体を大規模化あるいは複雑化することなく、ボーカル帯域の一部（１ｋＨｚ前後）で十分な狭指向性を得ることが可能になる。

なお、このスピーカ装置２００を天井や壁に埋め込む場合には、取り付け部２２０、あるいは、フロントバッフルを天井や壁の板材と兼用して、スピーカユニット２１０を直接壁や天井に埋め込むことも可能である。

また、照明部の代わりに、各種の機器を内筒部１５０の内側に収容して、本実施形態のスピーカ装置２００を構成することも可能である。
また、この第二の実施形態では、２４個のスピーカユニット２１０ａ〜２１０ｘが配置された状態を具体例として示したが、これに限定されるものではなく、更に密着させるようにして多数のスピーカユニットを配置することも可能であるし、間隔を開けて少ない個数のスピーカユニットをリング状に配置することも可能である。

また、ここでは、円形のスピーカユニット２１０を用いたが、楕円形や矩形などの各種の形状のスピーカユニットをリング状に配置することも可能であり、その場合にも良好な結果を得ることができる。

また、より小型のスピーカユニットを用いて比較的大口径のリング状に配置する場合には、スピーカユニットを、図６に示すようにして、二重のリング状に配置することも可能である。すなわち、図６に一例を示すように、２４個のスピーカユニット２１０ａ〜２１０ｘが外側のリング状に配置され、２４個のスピーカユニット２１０Ａ〜２１０Ｘが内側のリング状に配置されている。なお、これ以外の状態に、複数環のリング状のスピーカユニットを配置することも可能である。

以上の構成のスピーカ装置１００について、外筒部１４０の直径（外径）φ２８０mm、内筒部１５０の直径（内径）φ２６０mmとして作製し、スピーカ正面方向（中心軸方向）の０°、中心軸から１５°ずれた位置、中心軸から４５°ずれた位置、の３点で周波数特性を計測してみた。

また、比較例＃１として実施形態と同じ直径φ２８０mmの単一ピストン振動板を有する音源、比較例＃２として実施形態と同じ面積となるφ１０４mmの単一ピストン振動板を有する音源についても、同様に、スピーカ正面方向（中心軸方向）の０°、中心軸から１５°ずれた位置、中心軸から４５°ずれた位置、の３点で周波数特性を計測してみた。

なお、０°における検出結果を０ｄＢとして正規化した状態にして、１５°と４５°とで周波数に応じて、実施形態と比較例とでどの程度の減衰が生じるかといった周波数特性としている。

その結果、実施形態の１５°においては、２．９ｋＨｚを超えた付近から−１０ｄＢ程度の減衰を生じており、３．７ｋＨｚ付近で−３０ｄＢ程度の大きな減衰を生じており、ボーカルの周波数帯域で十分な減衰を作り出すことができ、狭指向性を実現できた。さらに、実施形態の４５°においては、１ｋＨｚを超えた付近から−１０ｄＢ程度の減衰を生じており、１．４ｋＨｚ付近で−３０ｄＢ程度の大きな減衰を生じており、ボーカルの周波数帯域で強力な減衰を作り出すことができ、狭指向性を実現できた。

一方、比較例＃１の１５°においては、４ｋＨｚを超えてから−１０ｄＢ程度の減衰を生じており、５．７ｋＨｚ付近で最初の減衰のピークを生じており、ボーカルの周波数帯域では、十分な減衰を生じることができなかった。しかし、比較例＃１の４５°においては、１．５ｋＨｚを超えてから−１０ｄＢ程度の減衰を生じており、２ｋＨｚ付近で最初の減衰のピークを生じており、ボーカルの周波数帯域で十分な減衰を生じることができた。この結果、ある程度の指向性を有する状態を実現することはできた。

また、比較例＃２の１５°においては、１０ｋＨｚを超えてから−１０ｄＢ程度の減衰を生じており、１６ｋＨｚ付近で最初の減衰のピークを生じており、ボーカルの周波数帯域では、全くと言っていいほど減衰を生じることができなかった。また、比較例＃２の４５°においては、４ｋＨｚを超えてから−１０ｄＢ程度の減衰を生じており、５．５ｋＨｚ付近で最初の減衰のピークを生じており、ボーカルの周波数帯域では、全くと言っていいほど減衰を生じることができなかった。すなわち、狭指向性を実現するには全く適していない状態であった。

また、第二の実施形態のスピーカ装置２００について実験をしてみた場合にも、上述した第一の実施形態のスピーカ装置１００の場合と同様に良好な狭指向性を実現することができた。

本発明の第一の実施形態のスピーカ装置の構成を示す構成図である。本発明の第一の実施形態のスピーカ装置の他の構成を示す構成図である。本発明の第一の実施形態のスピーカ装置において狭指向性の実現の様子を示す説明図である。本発明の第一の実施形態のスピーカ装置の狭指向性の特性を比較例と共に比較しつつ測定した特性図である。本発明の第二の実施形態のスピーカ装置の構成を示す構成図である。本発明の第二の実施形態のスピーカ装置の他の構成を示す構成図である。

符号の説明

１００スピーカ装置
１１０スピーカユニット
１２０フロントバッフル
１３０エンクロージャ部
１４０外筒部
１５０内筒部
１６０リング状の開口部
１７０照明ユニット部
２００スピーカ装置
２１０（２１０ａ〜２１０ｘ）スピーカユニット
２２０取り付け部

Claims

スピーカユニットと、
前記スピーカユニットからの放射音をリング状の開口部より外部に出力させる音導手段と、
を有することを特徴とするスピーカ装置。
前記音導手段は、外筒部と内筒部とにより構成されており、これら外筒部と内筒部との間のリング状の空間とリング状の開口部とを介して前記スピーカユニットからの放射音が外部に出力される、
ことを特徴とする請求項１記載のスピーカ装置。
リング状となるように配置された複数のスピーカユニットを有し、
前記複数のスピーカユニットを同位相で駆動する、
ことを特徴とするスピーカ装置。