JP2010504655A5

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Publication number: JP2010504655A5
Application number: JP2009519037A
Authority: JP
Filing date: 2007-07-09
Publication date: 2010-03-25

Description

ツイーターアレイを有するスピーカ及びスピーカシステム

本発明は、少なくとも２つのスタンドアロンスピーカ装置であって、各々のスピーカ装置は高周波数領域で音声を再生する第１スピーカのアレイと、低周波数領域で音声を再生する第２スピーカとを有する、スピーカ装置に関する。

理想的なスピーカは、歪み又は圧縮のない２０Ｈｚ乃至２０ｋＨｚの範囲内の十分に聴き取れる周波数スペクトルを生成する、かなり小さいパルス化点源のみにより近似されることが可能であることが、当該分野において知られている。単独のフルレンジスピーカは、非線形挙動に関する物理的制約のために、常に、性能に関する妥協を余儀なくされている。このために、２つのスピーカ、即ち、高周波数領域で音声を再生する、通常、ツイーターと称されている第１スピーカ、及び低周波数領域で音声を再生する、通常、ウーハーと称されている第２スピーカの構成が、高品質の音響を再生するように用いられ、各々のスピーカは特定の周波数領域で機能するものである。従来の教示に後続して、そのような構成のスピーカは、理想的なフルレンジの点源に近づくように、互いに近くに位置付けられている。しかしながら、そのようなマルチスピーカ装置は、理想には程遠く、交差周波数の周囲で、音響位相、レベル及び電力が不規則になり、その結果、再生される音声のぼやけ及びカラーレーション（ｃｏｌｏｒｒａｔｉｏｎ）がもたらされる。用語“交差周波数”は、本明細書においては、電気的に及び／又は機械的に及び／又は音響的に低減された第１スピーカの音声レベル並びに電気的に及び／又は機械的に及び／又は音響的に低減された第２スピーカの音声レベルが同じである、周波数であって、第１スピーカ及び第２スピーカの組み合わせの音圧レベルが、前記組み合わせから少なくとも３ｍの距離で実質的にバランスがとれて測定される、周波数である。

電気的フィルタが、スピーカシステムの第１スピーカ又は第２スピーカの方に適切な周波数を方向付け、従って、他の周波数における音声レベルを低減するように、用いられることが可能である。

リスナーに満足できる音声特性を提供するように、従来の２ウェイスピーカシステム、即ち、ツイーター及びウーハーを有するシステムは、リスナーの耳の高さに位置付けられる必要があり、低周波数領域において十分な音声エネルギーを生成する比較的大きなキャビネットの容積を有しなければならない。それらの必要条件は、今日の消費者は、家庭において耳の高さにある大きい音声ボックスを有することをよく思わないために、特に家庭向けアプリケーションの場合には、厳しいデザイン上の課題がもたらされている。

上記の従来の２ウェイスピーカシステムの代替は、所謂、ラインアレイシステムである。そのようなシステムは、直線状に位置付けられた近接して且つ間隔を置いている全指向性放射トランスジューサの縦長の群（ラインアレイ）を有し、そのラインアレイの全てのトランスジューサは、同じ位相で且つ同じ振幅で動作される。それらのトランスジューサ間の音響結合のために、ラインアレイは、鉛直面内に十分な指向性を有することが可能である。しかしながら、ラインアレイの良好な指向性は、既知であるように、そのアレイのトランスジューサ間の空間的エイリアジングが回避される場合にのみ、達成できる。空間的エイリアジングは、ナイキスト周波数ｆ_ｎｙｇ＝ｃ／２Δ以上の周波数について生じ、ここで、ｃは音速であり、Δは波長に関する互いに近接して位置付けられた２つのコヒーレント音声源間の距離である。従って、有効なラインアレイ、即ち、高周波数領域での音声キャンセルをもたらさないアレイは、複数で、かなり小さく、近接して空間を置いているトランスジューサを必要とする。このために、フルレンジのラインアレイシステムは、実現させることが困難であり、それ故、高価である。

米国特許第６，８３４，１１３Ｂ１号明細書においては、長い距離に亘ってその長さの全体に沿った一定の音圧を生成することを意味するスピーカシステムについて開示されている。このシステムは、３つ又はそれ以上の低周波スピーカユニットを有する音響的放射の線源と、その線源と並列に備えられている別個の細長い高周波トランスジューサと、を有する。

米国特許第６，８３４，１１３Ｂ１号明細書

本発明の目的は、序文で述べた種類のスピーカシステムであって、従来の類似するシステムに対して改善された品質の音声を再生することができる、スピーカシステムを提供することである。

この目的は、少なくとも２つのスタンドアロンスピーカ装置を有する本発明に従ったスピーカシステムであって、各々が、システムの使用において考慮される縦長のアレイである、高周波数領域で音声を再生する第１スピーカ（ツイーター）のみのアレイと、低周波数領域で音声を再生する第２スピーカ(ウーハー)と、を備えたフレームを有する、スピーカシステムであり、それらの周波数領域は、交差周波数ｆ_ｃ（７５０Ｈｚ≦ｆ_ｃ≦３０００Ｈｚ）を有し、第１スピーカの各々は第１放射面を有し、各々のアレイにおいて、各々の第１放射面の中央領域は隣接する第１放射面の中央領域からの距離ｄに位置付けられ、ここで、

であり、

は、交差周波数において再生された音声の波長である、スピーカシステムにより達成される。

本発明に従った解決方法は、少なくとも２つのトランスジューサの縦長のアレイ、即ち、交差周波数以上の周波数の音声を発生する第１スピーカと、囲われたトランスジューサ、即ち、交差周波数以下で音声を発生する第２スピーカとを有する２ウェイスピーカに基づくものであり、ここで、交差周波数ｆ_ｃは７５０Ｈｚ乃至３０００Ｈｚの範囲内にある、又はそれらの周波数７５０Ｈｚ又は３０００Ｈｚに実質的に等しい。

そのアレイのトランスジューサは、上記のように

乃至１ｍの範囲内の距離ｄである間隔で互いに隣接して備えられ、

は交差周波数における波長である。実際の多くの場合には、その距離は多くても０．５ｍである。３つ以上のトランスジューサのアレイの場合、一般に、それらのトランスジューサは線状に位置付けられ、等しい間隔を置くことが可能である。３つ又はそれ以上のトランスジューサのアプリケーションにおいては、より良好な電力操作が可能である。

本発明の構成のアレイ、即ち、本発明に従ったシステムにおける第１スピーカのアレイの各々は、上記のように、従来のインラインアレイと異なり、従って、そのようなアレイの、近接して且つ間隔を置いたトランスジューサのような、特性及び特徴を有するものではない。それとは対照的に、本発明に従ったシステムの装置のアレイにおける隣接するトランスジューサの間の距離は、交差周波数の波長より大きい特定の値を有する。何れの高周波数も音声の損失を伴わずに、そのような構成は、拡大された音像を有する音声再生を得ることができることが、実験的に示されている。何れかの破壊的介入の手掛かりが検出されない実験の場合には、その手掛かりは、トランスジューサ間で適用された比較的大きい距離のよると、推測される。装置の前方では、均一な鉛直方向の波動場が、交差周波数の周囲の全周波数領域において決定される。２つのトランスジューサの使用はその波動場を最適化するのに十分であるが、３つ以上のトランスジューサの適用は更なる最適化の可能性を提供することができる。アレイにおける各々の第１スピーカの第１放射表面が、第１放射表面の面内において且つアレイに対する垂直方向において考慮されて、５０ｍｍより小さい寸法Ｄを有する場合、水平方向に均一な波動場が得られる。上記の実験は、３つのアレイ及び４つ以上の第１スピーカを用いて行われているが、それに相当する結果を、２つの第１スピーカのみの類似するアレイを用いて得ることができる。

上記を要約すると、本発明に従ったシステムは、拡大された音像を有する音声を再生することができ、好ましい寸法を有し、そして製造が単純な且つ容易な構成を有するといえる。更に、本発明に従ったシステムは好ましい耐電力能力を有することが理解できる。

それらの理由のために、本発明に従ったスピーカシステムは、音響再生並びにテレビ、ビデオ及びマルチメディアの音声改善についての高忠実装置として適切である。その本発明に従ったスピーカシステムは、マルチウェイスピーカ及びシステムに関連する従来のデザイン及び性能の限界のための解決方法を提供することができる。

本発明に従ったスピーカ装置の好適な実施形態は、パラメータ１０００Ｈｚ≦ｆ_ｃ≦２０００Ｈｚを、特に、１０００Ｈｚ≦ｆ_ｃ≦１５００Ｈｚを有する。

低周波数領域、即ち、第２スピーカの周波数領域は、共振周波数乃至交差周波数の範囲にある。第２スピーカは、２０Ｈｚ乃至１０ｋＨｚ（典型的には、５０Ｈｚ乃至５ｋＨｚ）の範囲内の周波数を有することが可能である。高周波数領域、即ち、第１スピーカの周波数領域は、交差周波数より高い範囲にある。第１スピーカは、５００Ｈｚ乃至１００ｋＨｚ（典型的には、８００Ｈｚ乃至４０ｋＨｚ）の範囲内の周波数を有することが可能である。

本発明に従ったスピーカ装置の実際の実施形態は、第１スピーカの第１放射表面が円形の輪郭及び多くても５０ｍｍの直径を有する特徴を有する。その放射表面は、好適には、ドーム形状のメンブランの一部である。

第１スピーカのアレイの下のレベルに第２スピーカを位置付けることは好ましいことである。スピーカ装置の各々のフレームに低周波数領域において音声を再生する第２スピーカを備えることは更に好ましいことである。

本発明に従ったスピーカシステムの実施形態については、請求項２乃至１０に記載されている。

本発明は、スピーカ筐体に更に関する。この筐体は、原理的に、上の段落で述べているのと同じ認識に基づいていて、特に、互いに対して高精度な最小距離に位置付けられた第１スピーカのみのアレイを適用する問題に基づいている。

本発明に従ったスピーカ筐体は、システムの使用中に考慮される、高周波数領域で音声を再生する第１スピーカの縦長のアレイ及び低周波数領域で音声を再生する少なくとも１つの第２スピーカを収容し、それらの周波数範囲は交差周波数ｆ_ｃ（７５０Ｈｚ≦ｆ_ｃ≦３０００Ｈｚ）を規定し、第１スピーカの各々が第１放射表面を有し、各々のアレイにおいて各々の第１放射表面の中央領域は隣接する第１放射表面の中央領域から距離ｄに位置付けられ、ここで、

であり、

は交差周波数において再生された音声の波長である。

この筐体は、本発明に従ったシステムと同様の結果、好適な効果及び有利点を有する。

本発明に従った複数のスピーカの筐体の好適な実施形態については、請求項１２に記載されている。好適には、１０００Ｈｚ＜Ｆ _ｃ＜２０００Ｈｚである。

実施形態においては、低周波数領域は共振周波数乃至最大交差周波数であり、高低周波数領域は交差周波数以上である。

他の実施形態においては、各々の第１放射表面は円形の輪郭及び最大で５０ｍｍの直径を有する。第１放射表面は、ドーム形状のメンブレンの一部であることが可能である。

他の実施形態においては、第２スピーカは筐体のリア壁に備えられている。

好適な実施形態は、更なる同種の第１スピーカのアレイが筐体内に収容されていることを特徴とする。

本発明はまた、本発明に従ったスピーカシステムにより構成されるスピーカ構成を備えた又は本発明に従ったスピーカ筐体を有する音響並びに／若しくは映像装置に関する。そのスピーカ筐体は、その装置自体の筐体であることが可能であり、又は一種の副筐体であることが可能である。適用される原理の結果として、上記のように、本発明に従った装置の音声品質はハイエンドレベルを有する。その装置は、上記と同じ本発明の有利点を有する。本明細書に照らして、映像装置はモニタであることが可能である。

本発明は、本発明に従ったスピーカシステムで用いるために適切であるスタンドアロンスピーカ装置に更に関する。この装置については、請求項１４に記載され、その装置は、上記と同様の有利点を有する。

独国特許第８３０４８３２号明細書において、テレビ装置におけるスピーカ構成について開示されていることを特記しておく。この既知の装置は、モノ音声再生の場合の２つ以上のスピーカと、ステレオ音声再生の場合の３つ以上のスピーカとを有する。特に、その、既知の装置は、高周波スピーカ及びサブウーハーと称される低周波スピーカを有し、任意に、中周波スピーカを有する。高周波スピーカ及び中周波スピーカ（存在する場合）はテレビ装置の前面壁部分から放射する一方、４０乃至２００又は３００Ｈｚの周波数範囲を有するサブウーハーは、テレビ装置のリア側又はボトム側から放射するように、空気開口を用いる。従って、従来のテレビ装置に適用される従来のスピーカ構成は、本発明に従った装置に適用されるスピーカ構成による音声特徴との何れの類似性も、殆ど有していない。

独国特許第１６８７８８８号明細書において、高周波音声システム及び定収はスピーカ又は放送システムを有するスピーカボックスについて開示されている。高周波音声システムは、フロントサイドばかりでなく後方等の他の方向に、約１０００Ｈｚ又はそれ以上の周波数で音声を放射するようにデザインされ、且つ構成されている。この理由のために、適用される高周波音声システムは、複数の放射表面を有する特定の特徴を有する。この特徴により、特に、その従来のスピーカボックスは、本発明に従ったスピーカ構造とは本質的に異なっている。

更に、独国特許第４４２６９９５Ｃ２号明細書においては、円筒状の放射のための、そして鉛直方向に細長い筐体を有するスピーカ構成について開示されている。この筐体は、５つの低中周波スピーカ及び６つの高周波スピーカを収容し、それらの低中周波スピーカ及び高周波スピーカは鉛直軸に沿って交互に備えられ、それ故、低中周波スピーカは２つの高周波スピーカの間に位置付けられている。スピーカ筐体は、反射のない内部構造及び通風のために用いられるトランスミッションとしてデザインされていて、不活性メンブラン及びフォームラバーがスピーカ筐体の内部に備えられている。そのスピーカ構成を用いるとき、メンブランは、中低周波スピーカが同位相で振動するようにされるように、定在波に対する低音反射原理に従って、同期して振動する。その関連の独国特許第３３２７９９４Ａ１号明細書において、同種のスピーカ構成について開示されている。

請求項に関しては、請求項に記載している特徴の種々の組み合わせが、本発明の範囲内で可能であり、且つその範囲内にあるように意図されていることに留意する必要がある。

本発明の上記の及び他の目的、特徴及び有利点は、添付図に関連付けて以下の詳細説明を読むことにより容易に理解することができる。

本発明に従ったスピーカシステムの実施例の模式図である。本発明に従ったスピーカシステムの他の実施例のツイーターのアレイについてのシミュレーション処理の模式図である。図２に示すアレイに関連する図２の測定処理により実行されるシミュレーション処理に関する極図形である。図３に示す極図形に対応する大きさ−角度−周波数の関係を示す図である。本発明に従った装置の実施形態を示す模式図である。

図１を参照するに、床４ａ及び壁４ｂを有する部屋の中にいる仮想リスナー１００の前方の左側及び右側のそれぞれに位置付けられた２つのスタンドアロンスピーカ装置１Ｌ及び１Ｒの構成が存在している。そのようなスピーカ装置１Ｌ、１Ｒは、ボックス３ａと、例えば、ロッド形状のステム３ｂとを有するフレーム３を有する。ステム３ｂの下端部はボックス３ａに取り付けられている。ボックス３ａは、例えば、床４ａ等の面上に置かれている。この実施例においては、各々のステム３は、高周波数領域で音声を再生する３つのツイーター（第１スピーカ）７を有し、各々のツイーター７は第１放射表面９を有する。この実施例においては、各々のボックス３ａは、低周波数領域で音声を再生するウーハー（第２スピーカ）１１を有し、各々のウーハー１１は第２放射表面１３を有する。ウーハー１１はそれ自体、ウーハーとして知られている。ツイーター７は、例えば、ドーム形状のメンブランを有する、従来入手可能であるツイーターであるが、好適には、制限放射表面９の直径が最大５０ｍｍであるという付加条件を有する。この実施例においては、スピーカ構成の交差周波数ｆ_ｃは１．５ｋＨｚである。ツイーター７の周波数範囲は９００Ｈｚ乃至３０ｋＨｚであり、ウーハー１１の周波数範囲は６０Ｈｚ乃至５ｋＨｚである。各々の装置１Ｌ、１Ｒの複数のツイーター７はツイーター７のアレイ５を有し、それらのアレイ５は、実質的に鉛直方向に方向付けられている。各々のアレイ５は、重要な条件

を満たし、ここで、ｄは、ツイーター７の各々の中央領域９ａと隣接するツイーター７の中央領域９ａとの間の距離であり、

は、交差周波数において再生された音声の波長である。この実施例においては、距離ｄは４００ｍｍである。上記の条件は、各々のアレイ５におけるツイーター７の間隔についてのデザインルールを与えている。

原則的に、同様の参照番号が、図２の実施形態の同様な部品に対応する部品について、図２の実施形態に関連する下の説明において用いられていることに留意されたい。

図２においては、アレイの音声出力を決定するシミュレーション処理が示され、そのアレイは本発明のルールに従ったアレイである。そのアレイは、３４０ｍｍの距離ｄを置いて上下に位置付けられ、必要条件

に適合する３つのツイーター７を有する。図２における参照符号については、ｖは複数のツイーター７を通る鉛直方向の軸であり、ｈは水平方向の対称軸であり、Ｐは軸ｖ及び軸ｈの交点Ｍから２ｍの距離にある仮想マイクの位置であり、そしてａはＰ−Ｍ間の線と水平方向の軸ｈとの間の角度である。更に、そのシミュレーションは、無エコー性条件下で行われ、ツイーター７は、全指向性モノポールであるようにそのシミュレーションにおいて考慮されている。そのシミュレーションの結果については、図３及び４に示されている。

図３は、複数の周波数についての音圧レベル（ｄＢ）を示す極図形である。

図４は、音声の大きさ、即ち、種々の角度（α）における音声信号の周波数（ｆ）の関数としての音圧レベル（ＳＰＬ）を示すグラフである。それらのグラフは、図２のツイーターの構成が、１ｋＨｚの交差周波数以上のエネルギーローブの実質的に均一な広がりをもたらすことを示している。実生活の部屋等で生じるような反響条件下では、前記エネルギーローブは、反響のために、より調和したピクチャを提供することができる。

ここで、図５を参照するに、本発明に従ったスピーカ筐体１０１の実施形態を示している。この実施例においては、スピーカ筐体１０１は、フロント面１０３ａにスクリーン１０４を有するテレビセットのテレビ筐体１０３を有する。この実施例においては、スピーカ筐体１０１は、２つのツイーター１０７を各々有する２つのアレイを有し、それらのツイーター１０７は、テレビ筐体１０３のフロント面内に又はフロント面近傍に位置付けられている放射表面１０９を有し、それ故、それらのツイーター１０７は、フロント面１０３ａから音声を放射することができる。筐体１０１は、１つ又はそれ以上のウーハー１１１を備え、それらのウーハーは、好適には、それらのウーハーが音声をそのリア面又はサイド面から用いている間に放射するように、それらのウーハーの放射表面がテレビジョン筐体１０３のリア面内又はサイド面内に若しくはリア面近傍又はサイド面近傍に位置付けられるように取り付けられている。スピーカ筐体１０１において適用されるアレイ１０５は、次のような更なる必要条件、（１）交差周波数ｆ_ｃは７５０Ｈｚ乃至３０００Ｈｚの範囲内にあり、（２）各々のアレイ１０５のツイーター１０７は、一の中央領域１０９ａから他の中央位置１０９ａまで測定される互いからの鉛直方向の距離ｄに位置付けられ、その距離は、

に適合している。好適には、ツイーター１０７は、最大で５０ｍｍの直径を有するドーム形状のツイーターである。

本発明は、本明細書で開示されている実施形態に限定されるものではないことに留意する必要がある。例えば、サブウーハーが、低音周波数のみを再生するように付加的に適用されることが可能である。そのようなサブウーハーの周波数領域は、そのサブウーハーの共振周波数乃至約２００Ｈｚの範囲であることが可能である。

Claims

スピーカシステムであって：
少なくとも２つのスタンドアロンスピーカ装置であって、各々のスタンドアロンスピーカ装置は、前記スピーカシステムの使用において考慮して、縦長のアレイである、高周波数領域の音声を再生する第１スピーカのみのアレイを有する、スタンドアロンスピーカ装置；及び
低周波数領域で音声を再生する第２スピーカ；
を有するスピーカシステムであり、
前記高周波数領域及び前記低周波数領域は交差周波数ｆ_ｃを有し、ここで、７５０Ｈｚ≦ｆ_ｃ≦３０００Ｈｚであり、前記ｉ１スピーカの各々は第１放射表面を有し、各々のアレイにおいて、各々の第１放射表面の中央領域は、隣接する第１放射表面の中央領域から距離ｄに位置付けられ、ここで、

であり、

は前記交差周波数において再生される音声の周波数である；
スピーカシステム。
請求項１に記載のスピーカシステムであって、各々の前記アレイの前記第１スピーカの数は少なくとも３つである、スピーカシステム。
請求項１又は２に記載のスピーカシステムであって、各々の前記アレイの前記第１放射表面の各々は、前記第１放射表面の面内に且つ関連する前記アレイに対して垂直方向に考慮されて、寸法Ｄを有し、ここで、Ｄ＜５０ｍｍである、スピーカシステム。
請求項１乃至３の何れか一項に記載のスピーカシステムであって、１０００Ｈｚ≦ｆ_ｃ≦２０００Ｈｚである、スピーカシステム。
請求項１乃至４の何れか一項に記載のスピーカシステムであって、前記低周波数領域は共振周波数乃至最大前記交差周波数の範囲内にある、スピーカシステム。
請求項１乃至４の何れか一項に記載のスピーカシステムであって、前記高周波数領域は共振周波数以上の範囲にある、スピーカシステム。
請求項１乃至４の何れか一項に記載のスピーカシステムであって、前記第１放射表面の各々は円形の輪郭を有する、スピーカシステム。
請求項１乃至４の何れか一項に記載のスピーカシステムであって、前記第２スピーカは、前記第１スピーカの前記アレイの下のレベルに位置付けられている、スピーカシステム。
請求項１乃至８の何れか一項に記載のスピーカシステムであって、前記スピーカ装置の各々のフレームは、低周波数領域で音声を再生する第２スピーカを備えている、スピーカシステム。
請求項１乃至４の何れか一項に記載のスピーカシステムであって、前記第１放射表面の各々はドーム形状のメンブレンの一部である、スピーカシステム。
前記スピーカシステムの使用において考慮して、縦長のアレイである、高周波数領域の音声を再生する第１スピーカのみの少なくとも１つのアレイと、低周波数領域で音声を再生する少なくとも１つの第２スピーカと、を収容するスピーカ筐体であって、前記高周波数領域及び前記低周波数領域は交差周波数ｆ_ｃを有し、ここで、７５０Ｈｚ≦ｆ_ｃ≦３０００Ｈｚであり、前記第１スピーカの各々は第１放射表面を有し、各々のアレイにおいて、各々の第１放射表面の中央領域は、隣接する第１放射表面の中央領域から距離ｄに位置付けられ、ここで、

であり、

は前記交差周波数において再生される音声の周波数である；
スピーカ筐体。
請求項１１に記載のスピーカ筐体であって、前記第１放射表面の各々は、前記第１放射表面内に且つ関連する前記アレイに対して垂直方向に考慮されて、寸法Ｄを有し、ここで、Ｄ＜５０ｍｍである、スピーカ筐体。
請求項１乃至１０の何れか一項に記載のスピーカシステムにより構成されるスピーカ構成を有する、又は請求項１１又は１２に記載のスピーカ筐体を有する音響及び／又は映像装置。
請求項１乃至１０の何れか一項に記載のスピーカシステムで用いるために適するスタンドアロンスピーカ装置であって、高周波周波数領域で音声を再生する第１スピーカのみのアレイを有するフレームを有する、スタンドアロンスピーカ装置であり、前記前記第１スピーカの各々は第１放射表面を有し、各々のアレイにおいて、各々の第１放射表面の中央領域は、隣接する第１放射表面の中央領域から距離ｄに位置付けられ、ここで、

であり、

は前記交差周波数において再生される音声の周波数である；
スピーカ筐体。