JP2010187276A - スピーカシステムおよびテレビ - Google Patents

Abstract

【課題】平面的に広がるスピーカとそれを収容するエンクロージャを備えたスピーカシステムにおいて、音響特性を向上させる。
【解決手段】スピーカシステムは、平面的に広がるスピーカ１と、スピーカ１を内蔵するエンクロージャ２とを備えている。エンクロージャ２は、スピーカ１の前方を覆う前面板と、前面板に平行でスピーカ１の後方を覆う背面板２１と、前面板と背面板２１の各周囲を互いにを接続し、少なくとも一つの開口部２３が形成された側面板２２とを有する。
開口部２３は、複数の筒状体２４によって、少なくとも２列に配置された複数の小開口に仕切られている。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に薄型テレビなどに好適なスピーカシステムおよび、スピーカを備えたテレビに関する。

薄型テレビを対象にスピーカのエンクロージャに開口部を設け、開口部まで音を伝える空間形状を工夫したものが知られている（たとえば特許文献１および特許文献２参照）。これらはエンクロージャの一部をダクト構造にして、ヘルムホルツ共鳴により低音再生性能を向上させるものである。しかし、これらの技術は中音域向けに音響パワーを増加させるためのものではない。

特開２００８−１３１５４１号公報 特開２００６−２３７８９９号公報 特許第３８４２５７８号公報

スピーカユニット単体の音響特性は、その正面と背面の放射音が互いに逆位相であるために、波長の長い低音域は干渉しやすく、その結果、放射効率が著しく低下してしまうことが知られている。そこで、スピーカユニットは一般的にその背面にエンクロージャを設けることで背面放射音を抑制し、低音再生性能を維持する構造になっている。

エンクロージャ容積が充分大きければ、低音域が再生するために必要な体積速度が移動しやすくなり再生できるが、エンクロージャが小さすぎると、閉じ込められた空気がばねの働きをしてスピーカ振動の動きを妨げようとする。そのために、背面放射音の遮断はできても、正面からの低音放射性能は低下してしまう。

したがって、テレビ筐体に内蔵されるスピーカも、本来はエンクロージャを設置させたいが、筐体薄型化を最優先するために、低音再生に十分な容積のあるエンクロージャは搭載できずに、スピーカユニット単体で内蔵されているのが現状である。

その分、スピーカユニット背後にあるテレビ筐体パネル自体がエンクロージャ代わりになればよいが、パネルには廃熱開口部が設けられていることから、エンクロージャ代わりにはならない。したがって、本来、スピーカユニット単体では低音再生する能力があるにもかかわらず、結果的に低音が再生できない構造になってしまっている。

また、テレビが薄型化すると、壁に近接配置する傾向が強まる。このとき、パネル背面にある廃熱用開口部から放射された音は壁で反射し、波長の短い中高音域は壁反射音と干渉、周波数特性が劣化する傾向をもたらす。したがって、背面パネルに設けられた開口部は廃熱には適しているが、音響再生の観点からは必ずしも効果的とはいえない。

本発明は上記課題を解決するものであって、平面的に広がるスピーカとそれを収容するエンクロージャを備えたスピーカシステムにおいて、音響特性を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るスピーカシステムは、平面的に広がるスピーカと、前記スピーカを内蔵するエンクロージャとを備えたスピーカシステムにおいて、前記エンクロージャは、前記スピーカの前方を覆う前面板と、前記前面板に平行で前記スピーカの後方を覆う背面板と、前記前面板と背面板の各周囲を互いに接続し、少なくとも一つの開口部が形成された側面板と、前記開口部を少なくとも２列に配置された複数の小開口に仕切り、軸が互いに平行で互いに隣接する、複数の筒状体と、を有すること、を特徴とする。

また、本発明に係るテレビは、平面的に広がるスピーカと、前記スピーカを内蔵するエンクロージャとを備えたテレビにおいて、前記エンクロージャは、前記スピーカの前方を覆い、その少なくとも一部が表示パネルを構成する前面板と、前記前面板に平行で前記スピーカの後方を覆う背面板と、前記前面板と背面板の各周囲を互いに接続し、少なくとも一つの開口部が形成された側面板と、前記開口部を少なくとも２列に配置された複数の小開口に仕切り、軸が互いに平行で互いに隣接する、複数の筒状体と、を有すること、を特徴とする。

本発明によれば、平面的に広がるスピーカとそれを収容するエンクロージャを備えたスピーカシステムにおいて、音響特性を向上させることができる。

本発明に係るスピーカシステムの第１の実施形態の背面図である。 図１のスピーカシステムの側断面図である。 図１のスピーカシステムにおける一つの開口部の図２のIII方向矢視拡大平面図である。 本発明に係るスピーカシステムの第１の実施形態の一変形例における一つの開口部の図３に相当する方向の拡大平面図である。 従来のコンデンサ型スピーカを壁面から離して設置した場合の周波数特性およびインパルス応答を測定した結果を示す図である。 従来のコンデンサ型スピーカを壁面に近づけて設置した場合の周波数特性およびインパルス応答を測定した結果を示す図である。 エンクロージャの各小開口が円形の場合に、横一列に７個並べた場合と均等配置した場合の音響パワー増加量を比較して示すグラフであって、１つの開口部直径ｄ＝０．０５ｍの場合を示す。 図７と同様の音響パワー増加量を比較して示すグラフであって、１つの開口部直径ｄ＝０．０１ｍの場合を示す。 ヘルムホルツ共鳴のモデルを説明する概略図。 本発明に係るスピーカシステムの第２の実施形態の背面図である。 図１０のスピーカシステムの正面図である。 図１０のスピーカシステムの部分切欠き側面図である。 本発明に係るスピーカシステムの第３の実施形態の側断面図である。

薄型エンクロージャを備えたスピーカシステムにおいて、優れた音響特性を実現するためには、スピーカユニット単体での低音再生性能を向上させることが先決である。この対策としては、スピーカ振動速度にスピーカ放射面積を乗じた体積速度を大きくする必要がある。一般的にＡＶ機器に搭載されているコーン型ダイナミックスピーカは放射面積が小さい分、振動速度を大きくしならなければならない。しかし、円形面である振動板の中心部を円形のボイスコイルでピストン運動させ、その振動を大きな振動板に伝えて空気を振動させることで音を放射させる仕組みであるために、ストローク限界があり、許容範囲を超えた振動はひずみが生じ、低音を再生できないばかりか中高音域劣化の原因にもなってしまう。

そこで、薄型軽量の音響用振動素子を平面状に並べることで、大きな放射面積が実現する平面型スピーカを用いることを考える。大面積の振動板は最小限の振幅動作で十分な音圧が得られ、従来のコーン型スピーカに比べて、最大音圧レベルが同じ場合、小振幅、低歪みが実現する。たとえば、直径１５２ｃｍのウーファーに相当する大面積振動板の採用により、最大音圧レベル１２４ｄＢ時の振幅はわずか１．２７ｍｍ（５０Ｈｚ）というものも知られている。したがって、スピーカ振動振幅を許容できる分、その体積速度も大きくでき、スピーカユニットの単体性能は向上する。しかも、コーン型ダイナミックスピーカよりもボイスコイルを持たない分だけ、スピーカユニット自体も薄型化になり、結果的にエンクロージャも小さくさせることも可能となる。

ただし、前述のように、エンクロージャは空気バネの働きをしてスピーカ振動の動きを妨げようとすることから、むやみに小さくさせることはできない。

そこで、廃熱用開口部を利用して、空気の動きを緩和させて低音再生能力を維持することを考える。ここで、注意すべきは開口部形状をむやみに長細くすると、放射分布も中高音域で劣化してしまう。さらに放射音響パワーも劣化することである。

そこで、開口部を一まとめにすることで、中高音域の放射音響パワーを増加させることが可能となる。結果として、複数の開口部を一箇所にまとめることにより、低音域についても、この開口部をヘルムホルツ共鳴用のノズル（あるいはバスレフ型スピーカのポート部）にも見立てることができ、スピーカユニット単体が持つ低音域の限界以上の増音も期待できる。

以下に、図面を参照して本発明に係るスピーカシステムの具体的実施形態について説明する。

［第１の実施形態］
図１ないし図９を参照しながら第１の実施形態について説明する。

図１は本発明に係るスピーカシステムの第１の実施形態の背面図、図２は図１のスピーカシステムの側断面図、図３は図１のスピーカシステムにおける一つの開口部の図２のIII方向矢視拡大平面図である。

長方形の平面型スピーカ１がエンクロージャ２内に収容されている。エンクロージャ２は、スピーカ１の前面に平行にその前面を覆う長方形の前面板２０と、前面板２０に平行にスピーカ１の背面を覆う長方形の背面板２１と、前面板２０と背面板２１の各４辺同士を接続する４個の側面板２２とを備えている。前面板２０は背面板２１よりも大きく、各側面板２２は前面板２０および背面板２１に対して傾斜している。

各側面板２２には開口部２３が形成されている。開口部２３は、エンクロージャ２内で発生する熱を放出するための廃熱口の役割と、音響特性向上の役割とを兼ねるものである。各開口部２３は７個の円筒形筒状体２４によって仕切られている。各開口部２３に配置された各筒状体２４は同一断面形状であって、いずれも前面板２０の広がる面に平行で、スピーカ１から離れる方向に互いに平行な軸を持ち、一つの中央の筒状体２４を他の６個の筒状体２４が密着して囲んでいる。各筒状体２４の長さは、直径ｄの０．９倍以上であることが好ましい。

エンクロージャ２内には、スピーカ１に電力を供給する機構などの電気部品（図示せず）も収容されている。

上記第１の実施形態では、各筒状体２４が円筒形であるとしたが、変形例として、各筒状体２４の断面形状を図４に示すように正六角形としてもよい。なお、図４に示すような開口部２３を製造するに当たっては、必ずしも個別に製造された複数の筒状体２４を結合させたものでなくてもよい。たとえば、図４に示すような複数の筒状体２４が組み合わされた形状のものを初めから一体成型してもよい。

この第１の実施形態では、スピーカユニット単体での低音再生性能を向上させることを第一の目標とする。そこで、スピーカ振動速度にスピーカ放射面積を乗じた体積速度を大きくすることを考える。ここで、一般的にＡＶ機器やテレビなどに搭載されているコーン型ダイナミックスピーカは放射面積が小さい分、振動速度を大きくする必要があるが、ストローク限界があり、許容範囲を超えた振動では、ひずみが生じ、低音再生できないばかりか中高音域劣化の原因にもなる。

そこで、薄型軽量の音響用振動素子を平面状に並べることで、大きな放射面積が実現する平面型スピーカを用いて、エンクロージャ容積に納まるくらいの放射面積を確保して内蔵する。ボイスコイルがない分、スピーカ自体も薄型化になり、これに伴い、エンクロージャ自体も薄型化できる。ただし、前述のように空気バネの働きをしてスピーカ振動の動きを妨げないように、廃熱用開口部を利用して、空気の動きを緩和させて低音再生能力を維持することを考える。これにより、低音は再生可能となる。

なお、低音にとっては波長の長さから複数の開口部は面積の等しい１つの開口部と見なすことができ、複数個にした効果はない。また、低音の場合は壁反射の影響も受けにくい。よって、低音域に限っては開口部の配置、形状では特徴を出すことはできないが、中高音域対策向けには開口部形状・配置、エンクロージャ矩形形状が重要な役目を果たす。

そこで、続いて中音域から見た効果的な開口部について詳細に述べる。

中音域は波長が短く、放射面積も大きい分、開口部が大きいほど、開口部までの伝播経路差も異なり、開口部面上では振幅、位相のばらつきも大きくなる。また、開口部近くに壁がある場合は、壁反射音とも干渉しやすく、その結果、周波数特性も劣化しやすくなる。

図５および図６は、従来のコンデンサ型スピーカを壁に近接させた場合に、正面側のエンクロージャ４１から約１０ｃｍの位置で計測した実測例を示す。この場合は、スピーカ４０を収容する厚さ２ｍｍの鋼板で作成したエンクロージャ４１の背面に開口４２が形成されている。

図５はこのスピーカシステムを壁から十分に離した場合を示し、図５（ａ）はその概略断面を示す。図６は図５の場合と同じスピーカシステムを用い、そのスピーカシステムの背面を壁面４３に近づけた場合を示し、図６（ａ）はその概略断面を示す。壁面４３の材質はコンクリートである。図６の場合のスピーカ４０背面と壁面４３との距離Ｌは１０ｃｍである。図５および図６において、（ｂ）は周波数特性を示し、（ｃ）はインパルス応答結果を示す。図５および図６を比較すると、スピーカシステムの背面を壁面に近づけると、壁の反射で反射音が重畳し、周波数では中音域が劣化しているのがわかる。

したがって、一般的な直方体に近いエンクロージャの背面に開口部を設けると、壁反射の影響を受けやすくなる。そこで、背面に開口部を設けずに、エンクロージャの上下に開口部を設けることが考えられる。しかしその場合は、エンクロージャの薄型化のために開口部が細長くなり、より開口部放射分布のばらつきが大きくなる。

特許文献３に記載されているように、この細長い開口部に、その長さ方向を区切るように仕切りを付けた場合、各仕切り内部で位相をそろえることができる。しかし、その場合は、音響パワーが仕切られた放射音同士の距離によって相違し、仮に、同位相放射している場合は、互いの距離が異なるために、十分なパワーアップを望めない。

そこで、この発明の実施形態では、図３または図４に示すように、同じ面積の開口部でも、複数に仕切られた小開口の配置を工夫することで、音響パワー向上をさせることができる。

以下に、この実施形態で音響パワーを向上できる理由について以下に説明する。

図３および図４に示した仕切られた１つずつの開口部（小開口）放射音が点音源で近似できる条件は、特許文献３に記載されているとおり、開口部内を平面波伝播すること、つまり、開口部断面の位相が同位相でモードが立たないことである。

そのためには、仕切り部の長さは直径ｄ（ｍ）の０．９倍以上である。

ここで、音速をｃ（ｍ／ｓ）とし、周波数をｆ（Ｈｚ）とする。

直方体筒の場合は、長辺をｄ（ｍ）とすると、 ｆ＜ｃ／（２ｄ） が条件となる。

円形（概ね六角形）筒では、直径ｄ（ｍ）とすると、 ｆ＜１．２ｃ／（２ｄ） が条件となる。

ここで、波数をｋ（１／ｍ）とすると、 ｋ＝２πｆ／ｃ （πは円周率）であるから、波数×直径で表すと、以下がそれぞれの条件となる。

直方体筒の場合、 ｋｄ＜π ・・・（１）
円形（概ね六角形）筒の場合、 ｋｄ＜１．２π ・・・（２）
すなわち、この条件下で開口部から放射される音源は点音源と見なされ、振幅ｑｉ（体積速度）、位相θｉで表されるＮ個の点音源が存在するときの音の規模を表す全音響放射パワーＷは式（３）で表される。

ただし、ω＝２πｆは角周波数、ｄｉｊはｉ番目からｊ番目の開口部までの距離、ρは空気の密度（ｋｇ／ｍ^３）を表す。隣同士の開口部に限らず、Ｎ×Ｎ個、すべての開口部同士からなる相互放射パワー分が寄与することがわかる。

図３および図４の場合で考えると、Ｎ＝７となり、式（４）で表される。

ここで、開口部１個だけの場合を基準に、全体の放射パワーの増加分を式（５）に示す。

ここで、各小開口内の位相は、スピーカ放射面からほぼ等距離にあるために同位相と見なすことができる。すると、複数の各小開口が直線的に一列に配置された場合は式（６）となる。

・・・（６）
また、図３および図４のように均等配置の場合は式（７）となる。

距離ｄがゼロに近いときは、ｓｉｎｃ関数は１に近づき、ほぼ両者は同じ値になる。しかし、式（１）または式（２）の点音源実現の条件下では、式（６）よりも式（７）の方が大きくなることから、本実施形態の配置方法の方がより中高音域で増音が期待できる。

図７および図８には、単純比較のために、各小開口が円形の場合に、横一列に７個並べた場合と、本実施形態のように均等配置した場合の両者比較結果を示す。

各小開口の直径ｄ＝０．０５ｍの場合は、図７のように、４０８０Ｈｚまでが各小開口断面方向でモードが立たずに放射音は点音源近似できる範囲であり、この範囲内では、確かに図３または図４に示す均等配置（集中配置）にした方が１０００Ｈｚ以上の中高音域で音響パワーが約４ｄＢ近く増加していることがわかる。

また、各小開口の直径ｄ＝０．０１ｍの場合は、図８のように、２０４００Ｈｚ、つまり音の可聴範囲では、同様に中高音域で音響パワーが約４ｄＢ近く増加していることがわかる。

特に、均等配置の場合は、低音域では、概ね直径３ｄの開口部を持ったダクトをつけた筐体と見なすこともできることから、図９に示すように、容積Ｖに長さＬ、断面積Ｓのダクトをつけた形状のとき、式（８）の共鳴周波数での増音も期待できる。ΔＬは開口端補正として面積Ｓに応じて変化させる係数となる。

［第２の実施形態］
図１０ないし図１２を参照して、本発明に係るスピーカシステムの第２の実施形態について説明する。図１０は本発明に係るスピーカシステムの第２の実施形態の背面図、図１１は図１０のスピーカシステムの正面図、図１２は図１０のスピーカシステムの部分切欠き側面図である。第１の実施形態と同一または類似の部分には共通の符号を付して重複説明は省略する。

この実施形態では、互いに同一形状の長方形の平面型スピーカ１が２個、左右対称に並んで配置され、これらがエンクロージャ２内に収容されている。エンクロージャ２の前面板２０の中央部には長方形の前面開口部３０が形成され、前面開口部３０に長方形の液晶パネル１２がはめ込まれている。すなわちこのスピーカシステムは、スピーカ内蔵の薄型テレビを構成している。

前面板２０と背面板２１の各４辺同士を接続する４個の側面板２２は、下辺側面板２２ａ、上辺側面板２２ｂおよび、二つの横側面板２２ｃから構成されている。下辺側面板２２ａの下部にテレビ台１３が取り付けられ、スピーカ１およびエンクロージャ２がテレビ台１３に支持されている。上辺側面板２２ｂの左右両端部近くおよび各横側面板２２ｃの下部に開口部２３が形成されている。各開口部２３は、第１の実施形態と同様に複数の円筒形筒状体２４によって仕切られている。

エンクロージャ２内には、スピーカ１に電力を供給する機構や、液晶パネル１２に映像を表示するための種々の電気部品（図示せず）も収容されている。

エンクロージャ２の下方近くにテレビ台１３（およびその下方の図示しない台）が水平に広がっていることを考慮すると、開口部２３は下辺側面板２２ａにない方が、下面からの音の反射を避けられるので好ましい。

ステレオ音響特性を考慮すると、スピーカ１および開口部２３は左右対称に配置されるのが好ましい。

この実施形態によれば、薄型テレビの廃熱・換気のための通風口を利用して、優れた音響特性を実現できる。

［第３の実施形態］
図１３を参照して、本発明に係るスピーカシステムの第３の実施形態について説明する。図１３は本発明に係るスピーカシステムの第３の実施形態の側断面図である。この実施形態は第１の実施形態の変形であって、前面板２０は背面板２１よりも小さく、各側面板２２は前面板２０および背面板２１に対して第１の実施形態とは逆向きに傾斜している。この実施形態では、各開口部２３がスピーカシステムの前面側から見える位置にあり、開口部２３から出た音が前面側に伝わりやすい。

［他の実施形態］
上記実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。

たとえば、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。たとえば、図４に示す正六角形状の筒状体を第２および第３の実施形態の各開口部２３に用いてもよい。また、第３の実施形態のように前面板２０が背面板２１よりも小さいという特徴を第２の実施形態の薄型テレビに取り入れてもよい。

また、開口部２３から埃がエンクロージャ２内に進入するのを抑制するために開口部２３にメッシュなどを配置してもよい。

また、上記実施形態では開口部２３に複数個配置される筒状体２４の軸が前面板２０に平行であるとしたが、必ずしも前面板２０に平行でなくても、たとえば、側面板２２に垂直でもよい。

さらに、前面板２０が背面板２１と同じ大きさで、側面板２２が前面板２０および背面板２１に垂直であってもよい。

１ ： スピーカ
２ ： エンクロージャ
１２ ： 液晶パネル
１３ ： テレビ台
２０ ： 前面板
２１ ： 背面板
２２ ： 側面板
２２ａ ： 下辺側面板
２２ｂ ： 上辺側面板
２２ｃ ： 横側面板
２３ ： 開口部
２４ ： 筒状体
３０ ： 前面開口部

Claims (10)

1. 平面的に広がるスピーカと、前記スピーカを内蔵するエンクロージャとを備えたスピーカシステムにおいて、
   前記エンクロージャは、
   前記スピーカの前方を覆う前面板と、
   前記前面板に平行で前記スピーカの後方を覆う背面板と、
   前記前面板と背面板の各周囲を互いに接続し、少なくとも一つの開口部が形成された側面板と、
   前記開口部を少なくとも２列に配置された複数の小開口に仕切り、軸が互いに平行で互いに隣接する、複数の筒状体と、
   を有すること、を特徴とするスピーカシステム。
2. 前記複数の筒状体は互いに同じ大きさの開口を有する円筒形状であって、千鳥格子状に互いに密着して接合されていること、を特徴とする請求項１に記載のスピーカシステム。
3. 前記複数の筒状体は互いに同じ大きさの開口を有する正六角形筒状であって、互いに密着して接合されていること、を特徴とする請求項１に記載のスピーカシステム。
4. 前記複数の筒状体は、中央の１個の筒状体と、この中央の筒状体を囲む６個の筒状体とからなること、を特徴とする請求項２または請求項３に記載のスピーカシステム。
5. 前記筒状体の軸は前記前面板および背面板に平行であること、を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のスピーカシステム。
6. 前記前面板は前記背面板よりも大きく、前記側面板は前記前面板および背面板に対して傾斜して配置されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のスピーカシステム。
7. 前記前面板は前記背面板よりも小さく、前記側面板は前記前面板および背面板に対して傾斜して配置されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のスピーカシステム。
8. 前記前面板の少なくとも一部が表示パネルであること、を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のスピーカシステム。
9. 前記側面板は、前記前面板および背面板の上辺同士を接続する上辺側面板と、前記前面板および背面板の下辺同士を接続する下辺側面板と、前記前面板および背面板の右辺同士または左辺同士を接続する二つの横側面板と、を有し、
   前記上辺側面板と前記横側面板のそれぞれに前記開口部が形成されていること、を特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載のスピーカシステム。
10. 平面的に広がるスピーカと、前記スピーカを内蔵するエンクロージャとを備えたテレビにおいて、
    前記エンクロージャは、
    前記スピーカの前方を覆い、その少なくとも一部が表示パネルを構成する前面板と、
    前記前面板に平行で前記スピーカの後方を覆う背面板と、
    前記前面板と背面板の各周囲を互いに接続し、少なくとも一つの開口部が形成された側面板と、
    前記開口部を少なくとも２列に配置された複数の小開口に仕切り、軸が互いに平行で互いに隣接する、複数の筒状体と、
    を有すること、を特徴とするテレビ。

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