JP2011223312A - スピーカ装置及び音声出力方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、簡易な構成で大型化することなく低音域を更に増大できるようにする。
【解決手段】一端側及び他端側が開放されたパイプ102と、パイプ102と同軸状で当該パイプ102の一端側に配置され、音声信号に基づいて駆動されるスピーカユニット104と、パイプ102と同軸状で当該パイプ102の他端側に取り付けられ、パイプ102の内部を通る音波を受けて振動するエッジ兼振動板102Bとを具え、スピーカユニット104から放射されてパイプ102の内部を通る音波によってパイプ102が励振され共鳴管として機能しながら、パイプ102の内部を通る音波を受けてエッジ兼振動板102Bが振動することによりパッシブラジエターとして機能させる。
【選択図】図15

Description

本発明は、スピーカ装置及び音声出力方法に関し、音声信号に基づいて駆動される発音体からの音波により筒状部材の管壁を励振し、この筒状部材の外面全体から外部へ音波を放射させることにより広がり感のある音像を得るような場合に適用して好適なものである。
従来、磁歪アクチュエータによって音響振動板に振動を加えて音響再生するスピーカシステムが提案されている(例えば特許文献1参照)。
図1に示すように、このスピーカシステム1では、アクリル樹脂等からなる円筒形状の音響振動板10を円板状のベース筐体20上に鉛直に支持し、当該ベース筐体20の等角間隔の4箇所の位置に磁歪アクチュエータ30を配置する。
スピーカシステム1では、それぞれの磁歪アクチュエータ30の駆動ロッド35を音響振動板10の下端面12に当接させ、音声信号によって磁歪アクチュエータ30を駆動し、音響振動板10の下端面12に対して、これに垂直な方向の振動を加える。
このとき音響振動板10の下端面12は縦波で励起されるが、振動弾性波が音響振動板10の面方向(面に平行な方向)へ伝播することによって縦波と横波とが混在した混在波となって、音響振動板10の面方向へ音波が放射され、音響振動板10の高さ方向の全体に渡って均一な音像が形成される。
なお、このスピーカシステム1では省略したが、特許文献1にはベース筐体20の中央の開口部に通常のスピーカユニットが取り付けられることについても示されている。
この場合、音響振動板10が可聴周波数帯域の高域を受け持つツィータとして機能し、通常のスピーカユニットが可聴周波数帯域の低域を受け持つウーファとして機能するようになされている。
一方、球体状の共鳴器に設けられた能動振動板と、当該共鳴器における能動振動板と対向する位置に設けられた受動振動板とを有する音響装置が提案されている(例えば特許文献2参照)。
特開2007-228557公報 特開平1-253396号公報
ところで、特許文献1に記載されたスピーカシステム1においては、通常のスピーカユニットだけが低域を受け持つ構造であり、低音域の出力が十分ではないという問題があった。
また当該スピーカシステム1においては、音響振動板10の上方が開放された構造であるため、高次数の共振を除去するためのフィルタが必要となり、かつ粉塵が侵入してしまうという問題があった。
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、簡易な構成でデザイン性に優れ大型化することなく低音域を更に増大させ得る良好な音響特性のスピーカ装置及び音声出力方法を提案しようとするものである。
かかる課題を解決するため本発明においては、一端側及び他端側が開放された筒状部材と、筒状部材と同軸状で当該筒状部材の一端側に配置され、音声信号に基づいて駆動される発音体と、筒状部材と同軸状で当該筒状部材の他端側に取り付けられ、筒状部材の内部を通る音波を受けて振動する振動板とを具え、発音体から放射されて筒状部材の内部を通る音波によって筒状部材が励振され共鳴管として機能しながら、筒状部材の内部を通る音波を受けて振動板が振動することによりパッシブラジエターとして機能するようにする。
これにより、筒状部材の内部を通る音波によって筒状部材が励振され共鳴管として機能しながら、筒状部材の内部を通る音波を受けて振動板がパッシブラジエターとして機能するので、筒状部材の外観的にも大きな変更がなくデザイン性に優れ、かつ筒状部材のサイズを大型化することなく、従来よりも低域音の出力を増大させることができる。
また本発明においては、一端側及び他端側が開放された筒状部材と同軸状で、当該筒状部材の一端側に配置された発音体から音声信号に基づいて放射される音波を筒状部材の内部で通過させ、筒状部材と同軸状で当該筒状部材の他端側に取り付けられた振動板を、筒状部材の内部で通過させた発音体からの音波によって振動させることにより当該振動板がパッシブラジエターとして機能するようにする。
これにより、筒状部材の内部を通る音波によって筒状部材が励振され共鳴管として機能しながら、筒状部材の内部を通る音波を受けて振動板がパッシブラジエターとして機能するので、筒状部材の外観的にも大きな変更がなくデザイン性に優れ、かつ筒状部材のサイズを大型化することなく、従来よりも低域音の出力を増大させることができる。
本発明によれば、筒状部材の内部を通る音波によって筒状部材が励振され共鳴管として機能しながら、筒状部材の内部を通る音波を受けて振動板がパッシブラジエターとして機能するので、筒状部材の外観的にも大きな変更がなく、かつ筒状部材のサイズを大型化することなく、従来よりも低域音の出力を増大させることができ、かくして簡易な構成でデザイン性に優れ大型化することなく低音域を更に増大させ得る良好な音響特性のスピーカ装置及び音声出力方法を実現することができる。
従来のスピーカシステムの構成を示す略線的斜視図である。 スピーカ装置の全体構成を示す略線的斜視図である。 スピーカ装置の断面構成を示す略線的縦断面図である。 スピーカ装置の上面構成を示す略線的上面図である。 スピーカ装置の下面構成を示す略線的底面図である。 相関係数の説明に供する略線図である。 アクチュエータが2個の場合の相関係数を示す略線図である。 2つの音声信号の間の相関係数に応じて音像が変化する様子を示す略線図である。 アクチュエータが4個の場合の相関係数を示す略線図である。 音像状態の一例を示す略線図である。 モノラル再生を行う場合の駆動方法の一例を示す略線図である。 ステレオ再生を行う場合の駆動方法の一例を示す略線図である。 サラウンド再生を行う場合の駆動方法の一例を示す略線図である。 サラウンド再生を行う場合の音像状態を示す略線図である。 音波放射状態の説明に供する略線図である。 パッシブラジエターの有無に応じた特性を示す略線図である。 光がパイプの内側を伝播してエッジ兼振動板を照射する様子を示す略線的断面図である。 他の実施の形態におけるスピーカ装置の全体構成を示す略線図である。 他の実施の形態におけるスピーカ装置の断面構成を示す略線図である。 他の実施の形態における音波放射状態の説明に供する略線図である。 他の実施の形態におけるパイプの構成を示す略線図である。 他の実施の形態におけるエッジ兼振動板の構成(1)を示す略線図である。 他の実施の形態におけるエッジ兼振動板の構成(2)を示す略線図である。
以下、発明を実施するための形態について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.実施の形態
2.他の実施の形態
<1.実施の形態>
[1−1.スピーカ装置の構造]
図2乃至図5に示すように、スピーカ装置100は、ベース筐体101と、パイプ102と、圧電アクチュエータ103と、発音体としての電動型アクチュエータ(図示せず)を用いたスピーカユニット104とによって構成されている。
ベース筐体101は、例えば合成樹脂がその材料とされ、全体として円板状に形成されているが、その中央部に円柱状に貫通した開口部105が設けられている。またベース筐体101には、その下面外周側に沿って例えば3本の脚部106が等間隔で植立されている。
ベース筐体101は、脚部106を3本構成としたとき、これら3本の脚部106は設置面と必ず接するため、例えば4本の脚部を設ける場合に比べて、安定した設置が可能となる。
更にベース筐体101は、その下面に脚部106が設けられることにより、当該ベース筐体101の下面を設置面から離間させることができ、このベース筐体101の下面側に取り付けられるスピーカユニット104からの音波が外部に放射し得るようになされている。
パイプ102は円筒形状でなる筒型の音響振動板を構成し、例えば透光性または導光性のある透明なアクリル樹脂によって形成されており、当該パイプ102がベース筐体101に固定されている。
すなわち、このパイプ102の下端部が、複数箇所この実施の形態では4箇所、金属製のL字アングル107を用いて、ベース筐体101の上面に固定されている。ここでパイプ102のサイズとしては、例えば長さが1000mm、直径が120mmおよび厚さが3mmとなっている。
なお、パイプ102(図3)は、その上側端面の外枠102Aに対してウレタン素材でなる所定厚さ(約0.3mm)の透明なエッジ兼振動板102Bが例えば透明接着剤により一体に取り付けられており、当該エッジ兼振動板102Bとベース筐体101のスピーカユニット104とが対向する位置に配置されることになる。
これによりパイプ102のエッジ兼振動板102Bは、ベース筐体101のスピーカユニット104に対するパッシブラジエターとして機能するようになされている。
この透明なエッジ兼振動板102Bは、透明なパイプ102の上側端面において、外枠102を介して透明接着剤により取り付けられているため、パイプ102からエッジ兼振動板102Bにかけて透明状態を維持し、スピーカとは思えないような外観を構成し、インテリアとしてのデザイン性を向上し得るようになされている。
因みに、スピーカ装置100は、外枠102についても透明なアクリル樹脂によって構成するようになされており、パイプ102からエッジ兼振動板102Bにかけて完全な透明状態を形成し得るようになされている。
ここで、パッシブラジエターとして機能するエッジ兼振動板102Bは、エッジ部分EGと振動板部分BCとが一体成形された構造を有しているため、従来のようにエッジ部分と振動板部分とを貼り合わせた後に個別にチューニングする必要性がなく、エッジ兼振動板102B全体としてのみチューニングすれば済む。
この場合、L字アングル107の一端および他端には、図示していないが、ネジ止め用の丸孔が形成されている。このL字アングル107は、その一端がビス109を介してベース筐体101の上面にネジ止めされる。
ベース筐体101には、ビス109のネジ部と螺合するネジ溝(図示せず)が形成されている。この場合、L字アングル107の一端とベース筐体101の上面との間には、リング状のゴム材等でなるダンピング材108が介在するようになされている。
また、L字アングル107は、その他端がビス110およびナット111を介してパイプ102の下端部にネジ止めされる。パイプ102の下端部には、ビス110のネジ部を通すための丸穴(図示せず)が形成されている。
このL字アングル107の他端とパイプ102の外面との間、およびナット111とパイプ102の内面との間には、それぞれリング状のゴム材等でなるダンピング材112、113が介在するようになされている。
このようにスピーカ装置100は、ダンピング材108、112、113を介在させることにより、圧電アクチュエータ103による振動(弾性波)がパイプ102およびL字アングル107を通じてベース筐体101に伝播することを阻止し、当該ベース筐体101側への音像定位を防止するようになされている。
また、このスピーカ装置100では、4個の圧電アクチュエータ103がベース筐体101に固定され、パイプ102の下端部側の円形端面に沿って等間隔に配置されている。なお圧電アクチュエータ103は、電圧駆動型であり、その駆動ロッド103Aが変位出力を伝達する伝達部を構成するようになされている。
この場合、ベース筐体101には圧電アクチュエータ103を収納するための収納穴114が形成されており、圧電アクチュエータ103がこの収納穴114に収納されることによりベース筐体101に固定されるようになされている。
因みに、本実施の形態においては、4個の圧電アクチュエータ103を用いるようにしているが、これに限るものではなく、例えば電流駆動型の磁歪アクチュエータや、その他、動電アクチュエータ等を用いることもできる。
この場合スピーカ装置100では、電圧駆動型の圧電アクチュエータ103を用いているため、電流駆動型に比べて消費電流が少なくなり、その結果、発熱量が少なく、かつバッテリの使用時間が増えるという利点を有する。
ここで、収納穴114の底面と圧電アクチュエータ103との間には、ゴム材等でなるダンピング材115が介在するようになされており、これにより、圧電アクチュエータ103による振動がベース筐体101に伝播することを阻止し、当該ベース筐体101側への音像定位を防止するようになされている。
圧電アクチュエータ103がベース筐体101の収納穴114に収納固定された状態では、この圧電アクチュエータ103の駆動ロッド103Aはパイプ102の下端部側の端面に当接した状態となる。
この場合、駆動ロッド103Aの変位方向は、パイプ102の面方向(面に平行な方向)でもある。スピーカ装置100では、圧電アクチュエータ103をこのような配置状態とすることにより、パイプ102の下端部側の端面から、この端面に直交した方向の振動成分をもって当該パイプ102を加振し得るようになされている。
このときパイプ102は、下端部側の端面が縦波によって励起され、振動弾性波が当該パイプ102の面方向(面に平行な方向)に伝播することにより縦波と横波とが混在した混在波となって当該パイプ102の面方向へ放射され、当該パイプ102の高さ方向の全体に渡って均一な音像を形成するようになされている。
かくしてパイプ102は、可聴周波数帯域の高域側を受け持つスピーカを構成し、ツィータとして機能する一方、スピーカユニット104が可聴周波数帯域の低域側を受け持つスピーカを構成しウーハとして機能すると共に、エッジ兼振動板102Bがスピーカユニット104からの低音を受けて増強するパッシブラジエターとして機能するようになされている。
スピーカユニット104は、ベース筐体101の下面側の開口部105に対応した位置に、下方に前方を向けた状態で、例えばビス(図示せず)を用いて取り付けられている。この場合、スピーカユニット104の中心軸の方向は、パイプ102の軸方向と一致するようになされている。
このスピーカユニットの前方から出力される正相の音波は、ベース筐体101の下面側から外部へ放射される。また、このスピーカユニット104の背面から出力される逆相の音波は、開口部105およびパイプ102を通ってエッジ兼振動板102Bへ到達する際、当該パイプ102が共鳴管として機能し、当該パイプ102からも量感のある低域音を出力すると共に、当該エッジ兼振動板102Bがパッシブラジエターとして機能する。
この場合、スピーカ装置100は、パイプ102による共鳴管としての機能と、エッジ兼振動板102Bによるパッシブラジエターとしての機能とを併せ持つことになるので、更に低域音を増強し得るようになされている。
なお、パイプ102の下端部側の端面とベース筐体101との間には、例えばゴム材からなるダンピング材116が配設されている。このダンピング材116は、図4(B)に示すように、全体としてリング状に形成され、圧電アクチュエータ103の駆動ロッド103Aを通すための貫通穴116Aが設けられている。
従ってスピーカ装置100は、このダンピング材116により、圧電アクチュエータ103による振動がパイプ102を通じてベース筐体101へ伝播することを阻止すると共に、ダンピング材116によって密閉度を高めることによりパイプ102が共鳴管として良好に機能し得るようになされている。
かかる構成に加えてスピーカ装置100(図3、図4)では、ベース筐体101の開口部105に取り付けられたスピーカユニット104の背面側において、当該スピーカユニット104の背面側を覆うように配置されたステー131に対して、60度間隔ごとに計6個のLED(Light Emitting Diode)電球132が設置されている。なお、LED電球132ではなく、単にLEDであっても良い。
そしてスピーカ装置100は、スピーカユニット104のドライバー部104Dに対して略円板状でなる拡散板133がLED電球132を覆うように取り付けられている。
これによりスピーカ装置100は、LED電球132からの照射光を拡散板133によって拡散し、拡散光としてパイプ102の内部を通過させた後、エッジ兼振動板102Bを内側から照射するようになされている。
このエッジ兼振動板102Bは、光拡散性を有する振動板すなわち光拡散板でもあり、パイプ102の内部を通過した拡散光を当該エッジ兼振動板102Bにより更に拡散した後、外部へ放射するようになされている。
このときエッジ兼振動板102Bは、パッシブラジエターとして機能するため、スピーカユニット104の低音出力と同調して振動する。その結果、スピーカ装置100は、スピーカユニット104およびエッジ兼振動板102Bの振動による音と、当該エッジ兼振動板102Bの振動と連動して放射される光とが同調した発光状態を形成するようになされている。
ここでパイプ102は、透光性または導光性のあるアクリル樹脂によって形成されている。なおパイプ102は、アクリル樹脂によって形成されているだけでなく、蛍光塗料が含まれていても良い。
この蛍光塗料としては、例えば、BASF社のプラスチック用蛍光塗料LumogenF(登録商標)Dyesを用いることができる。
実際上、パイプ102では、その材料であるアクリル樹脂に、その質量の0.02%程度を含ませることにより、当該パイプ102が全表面で集光し、エッジ(端面)で強い蛍光を発する。
このLumogenF(登録商標)Dyesとしては、Orange240(商品名)、Yellow083(商品名)、Red305(商品名)等が存在する。
例えば、Orange240(商品名)を含ませた場合、パイプ102全体が透明なオレンジ色に見えると共に、その上端面(この場合、外枠102によって隠蔽されている)がオレンジ色に強く光る。
また、パイプ102では、その外側面にキズを付けて文字を描くと、文字部分が強く発光する。この文字部分は、LED電球132を点灯させなくても、外部の蛍光灯や太陽光等によって発光する。
従って、スピーカ装置100では、LED電球132の消灯時でも、パイプ102に対して外部の光が与えられる使用環境下では当該パイプ102に描かれた文字部分をユーザに対して容易に目視確認させ得るようになされている。
このLumogenF(登録商標)Dyesは、耐光性(蛍光残存率)にも優れ、Orange240(商品名)を含ませたパイプ102では、曝露前の蛍光強度を100とすると、一定条件下で2000時間曝露した後の蛍光強度は85である。
[1−2.スピーカ駆動方法]
次に、スピーカ装置100における駆動系について説明する。この場合スピーカ装置100は、4個の圧電アクチュエータ103に対しては互いに相関の無い駆動信号をそれぞれ独立して供給することにより、パイプ102の外側に音像を拡げるようになされているが、その原理について2個のアクチュエータの場合を用いて説明する。
ところで、例えば2つの音声信号の似ている度合いを示す指標の1つとして相関係数rがある。図6に示すように、相関係数rは、+1から−1までの値を取るようになされている。
具体的には、2つの音声信号が全く同一である場合の相関係数rは1(+1)となり、2つの音声信号が独立・無関係である場合の相関係数rは0となり、2つの音声信号が互いに逆相である場合の相関係数rは−1となる。
実際上、図7に示すように、円筒形状のパイプ102の下端面に、これと垂直な面方向の振動を圧電アクチュエータ103により加える場合、左側の圧電アクチュエータ103を駆動する音声信号A1、右側の圧電アクチュエータ103を駆動する音声信号A2、音声信号A1と音声信号A2との相関係数r12とする。
相関係数r12と音像との関係を考慮すると、図8(A)に示すように、相関係数r12=1の場合、音像Aiは、パイプ102の中心軸に直交する面内において、当該パイプ102の内側中心部に形成され、拡がり感のないものとなる。
具体的には、相関係数r12=1のときというのは、例えばステレオ音声信号の左音声信号と右音声信号との和の合成信号を、それぞれ音声信号A1、A2とする場合である。
図8(B)に示すように、相関係数r12=0の場合、音像Aiは、パイプ102の中心軸に直交する面内において、左側の圧電アクチュエータ103および右側の圧電アクチュエータ103の内側の円形音像部分Ai10、Ai20と、両者の間の音像部分Ai30とからなるものとなる。
具体的には、相関係数r12=0のときというのは、例えば音声信号A1をステレオ音声信号の左音声信号とし、音声信号A2をステレオ音声信号の右音声信号とする場合である。
図8(C)に示すように、相関係数r12=−1の場合、音像Aiは、パイプ102の中心軸に直交する面内において、左側および右側の圧電アクチュエータ103における外側の半環状の音像部分Ai1、Ai2からなるものとなり、拡がり感のあるものとなる。
具体的には、相関係数r12=−1のときというのは、例えばステレオ音声信号の左音声信号と右音声信号との和の合成信号を音声信号A1とし、この音声信号A1に対して逆相の信号を音声信号A2とする場合である。
そこで、スピーカ装置100では、互いの相関係数r12が1より小さくなるように無相関化された2つの音声信号A1、A2によって2つの圧電アクチュエータ103を独立して駆動するようになされている。なお、無相関化は、音声信号に対する移相、遅延又は演算(合成)することによって行う。
[1−3.駆動方法と音像状態]
図9に示すように、本実施の形態におけるスピーカ装置100の場合、左側および右側の圧電アクチュエータ103に加えて上側の圧電アクチュエータ103、下側の圧電アクチュエータ103が存在する。
この場合、上側の圧電アクチュエータ103を駆動する音声信号A1、右側の圧電アクチュエータ103を駆動する音声信号A2、下側の圧電アクチュエータ103を駆動する音声信号A3、左側の圧電アクチュエータ103を駆動する音声信号A4とする。
そして、相関係数rとしては、音声信号A1、A2間の相関係数r12、音声信号A1、A3間の相関係数r13、音声信号A1、A4間の相関係数r14、音声信号A2、A3間の相関係数r23、音声信号A2、A4間の相関係数r24、音声信号A3、A4間の相関係数r34の6つが考えられる。
これら6つの相関係数r12、r13、r14、r23、r24、r34が全て、1よりも十分に小さくなるように、すなわち−1または0に近い値となるように、音声信号A1、A2、A3、A4を互いに無相関化処理する。
これにより、スピーカ装置100の音声信号A1、A2、A3およびA4による音像は、全体として、図10(A)、(B)に示すように、音像Aiは、パイプ102の中心軸に直交する面内において、当該パイプ102の外側に環状に形成され、拡がり感が得られるようになされている。
以下に、モノラル再生を行う場合、ステレオ再生を行う場合、およびサラウンド再生を行う場合につき、具体的な駆動方法を示す。
[1−4.モノラル再生を行う場合の駆動方法]
図11に示すように、モノラル再生を行う場合の駆動方法としては、音声信号の位相を移相することによって無相関化する。
具体的に、この駆動方法としては、元のモノラル音声信号Moをそのまま上側の圧電アクチュエータ103へ供給すると共に、90°移相回路51によりモノラル音声信号Moの位相を90°遅らせる(又は進ませる)ことにより、モノラル音声信号M1として右側の圧電アクチュエータ103へ供給する。
さらに、この駆動方法としては、90°移相回路52によりモノラル音声信号M1の位相を90°遅らせる(又は進ませる)ことにより、モノラル音声信号M2として下側の圧電アクチュエータ103へ供給し、90°移相回路53によりモノラル音声信号M2の位相を90°遅らせる(又は進ませる)ことにより、モノラル音声信号M3として左側の圧電アクチュエータ103へ供給する。
この駆動方法では、図9に示したように、6つの相関係数r12、r13、r14、r23、r24、r34が全て無相関化されて、図10に示したように、パイプ102の外側に拡がり感のある音像Aiが形成される。
[1−5.ステレオ再生を行う場合の駆動方法]
例えば図12に示すように、ステレオ再生を行う場合の駆動方法としては、音声信号の位相を反転することによって無相関化する。
具体的に、この駆動方法では、元の左音声信号Loを、そのまま一方の左音声信号Laとして上側の圧電アクチュエータ103へ供給すると共に、位相反転回路61により左音声信号Loの位相を反転させることにより、一方の左音声信号Laに対して位相が反転した他方の左音声信号Lbを得、これを下側の圧電アクチュエータ103へ供給する。
同様に、この駆動方法では、元の右音声信号Roを、そのまま一方の右音声信号Raとして右側の圧電アクチュエータ103へ供給すると共に、位相反転回路62により右音声信号Roの位相を反転させることにより、一方の右音声信号Raに対して位相が反転した他方の右音声信号Rbを得、これを左側の圧電アクチュエータ103へ供給する。
従って、この駆動方法では、左音声信号Laと左音声信号Lbとの間の相関係数r13(図9)は−1となり、右音声信号Raと右音声信号Rbとの間の相関係数r24も−1となり、パイプ102の外側に拡がり感のある音像Aiが形成される。
なお、この駆動方法では、リスナーは、矢印9Aで示す方向から聴いても、矢印9Bで示す方向から聴いても、リスナーから見て左側に左音声信号が定位し、リスナーから見て右側に右音声信号が定位するように音楽を聴取することができる。
但し、リスナーの聴取方向が固定される場合などには、互いに隣接する上側の圧電アクチュエータ103、右側の圧電アクチュエータ103に左音声信号La、Lbが供給され、互いに隣接する下側の圧電アクチュエータ103、左側の圧電アクチュエータ103に右音声信号Ra、Rbが供給されるようにしてもよい。
因みに、ステレオ再生を行う場合の駆動方法としては、上述した以外にも、音声信号の位相を90°ずらすことによって無相関化する例や、音声信号の位相を90°遅らせる(または進ませる)ことによって無相関化する例や、音声信号の所定時間だけ遅延させることによって無相関化する例や、互いに相補的な周波数特性の2つの櫛型フィルタによって無相関化する例や、シュレーダー回路によって無相関化する例等がある。
[1−6.サラウンド再生を行う場合の駆動方法]
例えば図13に示すように、サラウンド再生を行う場合の駆動方法としては、元の左音声信号Loを、そのまま左音声信号Lとして、左側下方の圧電アクチュエータ103へ供給すると共に、元の右音声信号Roを、そのまま右音声信号Rとして、右側下方の圧伝アクチュエータ103へ供給する。
同時に、演算回路77によって左音声信号Loから右音声信号Roを減算して、左音声信号L(Lo)および右音声信号R(Ro)のそれぞれに対して無相関化された信号(Lo−Ro)を得、この信号(Lo−Ro)をサラウンド左音声信号SLとして左側上方の圧電アクチュエータ103へ供給する。
同様に、演算回路78によって右音声信号Roから左音声信号Loを減算して、左音声信号L(Lo)および右音声信号R(Ro)のそれぞれに対して無相関化された信号(Ro−Lo)を得、この信号(Ro−Lo)をサラウンド右音声信号SRとして右側上方の圧電アクチュエータ103へ供給する。
サラウンド右音声信号SRは、サラウンド左音声信号SLに対しても無相関となり、すなわちサラウンド左音声信号SLとサラウンド右音声信号SRとは相互に無相関となる。
実際上、リスナーは再生される音響を例えば矢印9cで示す方向から聴くと、図14に示すように、フロント音像Afは、パイプ102の内側において、左側下方の圧電アクチュエータ103と右側下方の圧電アクチュエータ103との間に形成される。
一方、リア音像Arは、パイプ102の外側において、左側上方の圧電アクチュエータ103の近傍位置から右側上方の圧電アクチュエータ103の近傍位置までに渡って形成され、フロント音像Afおよびリア音像Arによって全体として多指向型となる。
なお、サラウンド再生を行う場合の駆動方法としても、上述した方法に限るものではなく、その他種々の方法によって駆動方法を用いることが可能である。
[1−7.スピーカ装置の動作]
続いて、このスピーカ装置100(図2乃至図5)の動作を説明する。
スピーカ装置100では、ベース筐体101に収納固定された4個の圧電アクチュエータ103が互いに無相関化された4種類の音声信号により駆動され、個々の駆動ロッド103Aがそれぞれの音声信号に応じて変位し、パイプ102の下端部側の端面からこの端面に直交した方向(面方向)の振動成分によりパイプ102を加振する。
このとき、パイプ102の下端部側の端面は縦波で励振され、当該パイプ102を弾性波(振動)が面方向へ伝播していく。そして、この弾性波がパイプ102を伝播する際に縦波、横波、縦波、……、のモード変換を繰り返し、縦波と横波との混在波となり、横波によってパイプ102の面内方向(面に垂直な方向)の振動が励振される。
これによりスピーカ装置100は、パイプ102から音波を放射することになる。すなわちスピーカ装置100は、このパイプ102の外面から高音域の音声出力を得ることができる。
なお、この場合のスピーカ装置100では、パイプ102の下端部側の円形端面に沿って等間隔に配置された4個の圧電アクチュエータ103が互いに無相関化された4つの音声信号により駆動されるため、音像がパイプ102の外側に環状に形成され、ユーザにとっては大きな拡がり感が得られることになる。
またスピーカ装置100では、図15に示すように、ベース筐体101の下面側に取り付けられたスピーカユニット104の前面から音声信号の低域成分によって正相の音波SWFが得られ、その背面からは音声信号の低域成分によって逆相の音波SWBが得られる。
このスピーカユニット104の前面から得られる音波SWFは、ベース筐体101の下面側から外部へ放射される。また、このスピーカユニット104の背面から得られる音波SWBは、開口部105およびパイプ102の内部を通って上側端面に取り付けられたエッジ兼振動板102Bへ向かう。
このときパイプ102は、音波SWBにより励振可能な程度に軽くかつ薄く形成されているので、その内部を通る逆相の音波(空気の粗密)SWBにより当該パイプ102の管壁が励振される。
このような逆相の音波SWBによる励振のため、パイプ102の管壁はその音波SWBに対応して振動し、共鳴管として機能することにより、当該パイプ102の外面全体から外部へスピーカユニット104の駆動に係る音声信号に対応した正相の音波SWSが放射される。このため、ユーザにとってはパイプ102の長手方向の各位置で均一な音圧を感じ、パイプ102全体への拡がり感のある音像を得ることができる。
なお、このときスピーカ装置100は、パイプ102の上方がエッジ兼振動板102Bによって塞がれているため、当該パイプ102が逆相の音波SWBにより振動したときの内側に発生した逆相の音波(図示せず)については、パイプ102の内部に閉じ込められたままとなり外部に放射されずに済む。
これによりスピーカ装置100は、パイプ102の外面全体から外部へ放射される正相の音波SWSに対する逆相の音波による悪影響を予め排除できるので、エッジ兼振動板102Bが取り付けられていない場合よりも良好な音響特性を得ることができる。
そのうえスピーカ装置100は、スピーカユニット104の背面から開口部105およびパイプ102の内部を通って外部へ向かう音波SWBによってパッシブラジエターとしてのエッジ兼振動板102Bが振動され、当該エッジ兼振動板102Bを介して一段と低音域が増大された状態の音波SWBが外部へ放射されることになる。
従ってスピーカ装置100は、パイプ102の外面全体から外部へ放射される音波SWSと、パッシブラジエターとしてのエッジ兼振動板102Bを介して外部へ放射される音波SWBとによって従来よりも一段と増大された低音出力が可能となる。
すなわちスピーカ装置100は、4個の圧電アクチュエータ103からの加振により、当該パイプ102の外面から高音域の音声出力を得、スピーカユニット104からの逆相の音波SWBによりパイプ102の管壁が振動し、共鳴管として機能することにより、当該パイプ102の外面全体から低音域の音声出力を得ると共に、スピーカユニット104からの逆相の音波SWBによりエッジ兼振動板102Bがパッシブラジエターとして機能することにより一段と増大した低音域の音声出力を得ることができる。
[1−8.パッシブラジエターによる特性]
ところで、スピーカ装置100(図2、図3)においてはパイプ102の上側端面にエッジ兼振動板102Bがパッシブラジエターとして取り付けられていることを特徴としており、実際にパッシブラジエターが取り付けられていない場合と、取り付けられている場合とにおける周波数特性の差について検討する。
図16(A)に示すように、スピーカ装置100においては、パイプ102に対してパッシブラジエター(エッジ兼振動板102B)が取り付けられていない場合、音圧特性SLおよびインピーダンス特性ILは図のようになる。
この場合、インピーダンス特性ILにおいてはディップという谷の部分の発生した箇所の周波数f1(約80Hz)がパイプ102全体の共鳴点となる。
このとき、音圧特性SLにおいてはその共鳴点で1次共振が発生し、約240Hz付近の周波数P1、約400Hz付近の周波数P2、約560Hzの周波数P3で3次、5次、7次の高次共振が発生している。
これに対して図16(B)に示すように、スピーカ装置100においては、パイプ102に対してパッシブラジエター(エッジ兼振動板102B)が取り付けられている場合、音圧特性SLおよびインピーダンス特性ILは図のようになる。
この場合、インピーダンス特性ILにおいてはディップの発生した箇所の周波数f1´(約65Hz)がパイプ102およびエッジ兼振動板102全体の共鳴点となり、音圧特性SLにおいてはその共鳴点の周波数帯域を含むエリアARで1次共振が発生する。
すなわち音圧特性SLにおいては、共鳴点が周波数f1(約80Hz)から周波数f1´(約65Hz)へ、その周波数帯域が下がったことにより、これまでよりも更に低音域再生が可能となり、その音圧レベルも増大していることを示している。
また音圧特性SLにおいては、約205Hz付近の周波数P1´、約340Hz付近の周波数P2´、約500Hzの周波数P3´で3次、5次、7次の高次共振が発生しているものの、パッシブラジエターが取り付けられていない場合(図16(A))に比べて、全体的に周波数帯域が下がり、かつピークレベルについても大きく低下している。
このようにスピーカ装置100では、パイプ102に対してパッシブラジエター(エッジ兼振動板102B)が取り付けられたことにより、人間の耳にとって心地良くない奇数次の高次共振を抑制しながら、パッシブラジエターが取り付けられていない場合に比べて、更に低音域の出力を増大させ得るようになされている。
実際上スピーカ装置100では、パイプ102の長さおよび直径(体積)については変更することの無いまま、パイプ102と同じ透明なエッジ兼振動板102Bが取り付けられるだけの簡単な構成により、見た目には特に大きな変化をユーザに感じさせることなく低音域の出力を増大することができる。
特にスピーカ装置100は、共鳴管として機能するパイプ102の長さにより低域再生周波数が決まるが、共鳴管+パッシブラジエターの場合、共鳴管の長さとパッシブラジエターのスチフネス(振動板部分の動き易さ)と、当該パッシブラジエター自体の重さ(この場合のエッジ兼振動板102Bは4.2[g]である)により低域再生周波数が決まる。
すなわちスピーカ装置100では、共鳴管としてのパイプ102の長さが十分ではなくても、パイプ102(この場合1232[g]である)に対して、パッシブラジエター(エッジ兼振動板102B)のスチフネスと質量とを最適化することにより低域再生周波数をコントロールし得るようになされている。
逆にいえば、スピーカ装置100は、共鳴管としてのパイプ102の長さが十分ではなくても更に低音域の再生が可能なので、これまでよりもパイプ102の長さを短くすることができ、一段と小型化を実現し得るようになされている。
[1−9.パッシブラジエターを介した照明効果]
このスピーカ装置100(図3)では、スピーカユニット104の背面側を覆うように配置されたステー131に対して60度間隔ごとに配置された計6個のLED電球132からの照射光を拡散板133によって拡散し、拡散光としてパイプ102の内部を通過させる。
このときスピーカ装置100は、図17に示すように、拡散板133によって拡散された拡散光がパイプ102の内側面で反射した後、エッジ兼振動板102Bに到達し、当該エッジ兼振動板102Bを照射するようになされている。
ここでパイプ102は、上述したように、透光性または導光性のアクリル樹脂によって形成されているため、拡散板133によって拡散された拡散光を当該パイプ102の内側面で反射させた後、効率良くエッジ兼振動板102Bに到達させるようになされている。
またエッジ兼振動板102Bは、光拡散性を有する光拡散板でもあるため、パイプ102の内部を通過した拡散光を当該エッジ兼振動板102Bにより更に拡散した後、外部へ放射する。
このときエッジ兼振動板102Bは、パッシブラジエターとして機能し、スピーカユニット104の低音出力と同調して振動するので、スピーカ装置100としては、スピーカユニット104およびエッジ兼振動板102Bの振動による音と、当該エッジ兼振動板102Bを介して放射される光とが同調した発光状態を形成することができる。
[1−10.動作及び効果]
以上の構成において、スピーカ装置100は、パイプ102の一端側に設けられたスピーカユニット104と対向するように、当該パイプ102の他端側にエッジ兼振動板102Bが設けられたことにより、当該エッジ兼振動板102Bを低音域増強のためのパッシブラジエターとして機能させる。
このときスピーカ装置100では、音声信号を供給するための電気的な接続がスピーカユニット104には必要であるのに対し、そのスピーカユニット104の背面から放射される逆相の音波を受けてエッジ兼振動板102Bが振動する構成であるため、当該エッジ兼振動板102Bに対しては電気的な接続が不要で構成を簡素化することができる。
この場合スピーカ装置100では、エッジ兼振動板102Bがパッシブラジエターとして機能することに加えて、スピーカユニット104の背面からの逆相の音波SEBによりパイプ102の管壁が励振されて振動し、共鳴管として機能することにより、パイプ102及びエッジ兼振動板102Bの組み合わせによる効率の良い低音増強効果を得ることができる。
しかもスピーカ装置100は、パイプ102およびエッジ兼振動板102Bの双方が透明であってユーザの目に映ることがないため、見た目にはパッシブラジエターが設けられていない従来の構造と変化がなく、ユーザに対して特別な違和感を与えずに済み、当初のデザイン性を損なうことがない。
なおスピーカ装置100では、当該パイプ102の上端部にエッジ兼振動板102Bが設けられたことにより、パイプ102の内部空間が上方からは密閉された状態となり、粉塵の混入を未然に防止し、圧電アクチュエータ103および駆動ロッド103Aの動きが粉塵によって妨害されることによる音響的な悪影響を回避することができる。
さらにスピーカ装置100のエッジ兼振動板102Bは、エッジ部分EGと振動板部分BCとが一体成形された構造を有しているため、従来のようにエッジ部分と振動板部分とを貼り合わせた後に個別にチューニングする必要性がなく、エッジ兼振動板102B全体としてのみチューニングすれば済み、製造時の煩雑さを解消することができる。
以上の構成によれば、スピーカ装置100は、パイプ102の一端側に設けられたスピーカユニット104と対向し他端側に設けられたエッジ兼振動板102Bを低音域増強のためのパッシブラジエターとして機能させることにより、その構成を複雑化せず、かつパイプ102を大型化することなく低音域を増大することができる。
<2.他の実施の形態>
なお上述の実施の形態においては、圧電アクチュエータ103の駆動ロッド103Aを介してパイプ102の下端部側の端面から、この端面に直交した方向の振動成分をもって当該パイプ102を加振することにより、パイプ102の外面全体から音声出力するようにした場合について述べた。しかしながら、本発明はこれに限らず、圧電アクチュエータ103を用いることなく、スピーカユニット104の背面側から放射される逆相の音波だけによりパイプ102の管壁を励振するようにしても良い。
具体的には、図2との対応部分に同一符号を付した図18乃至図20に示すように、スピーカ装置200は、ベース筐体101とパイプ222と動電型アクチュエータを用いたスピーカユニット104とだけから構成されており、スピーカ装置100のようなパイプ102を直接的に加振する圧電アクチュエータ103については設けられていない。
パイプ222は、スピーカユニット104からの音波により加振可能な程度に軽くかつ薄く形成されている。例えば、このパイプ222は、材料としてポリカーボネート又はアクリル樹脂が使用され、その厚みが0.5mmとされている。
このパイプ222は、一端側及び他端側が開放された状態となっており、一端側の端部である下端部は上述したベース筐体101の上面に例えば接着剤を用いて固定され、他端側では上述したようなエッジ兼振動板102Bが外枠102Aを介して取り付けられている。
このパイプ222は、共鳴管として機能させるために、その口径がベース筐体101に形成されている開口部105の口径とほぼ同一とされると共に、開口部105と位置合わせされた状態で固定されている。
スピーカユニット104は、ベース筐体101の下面側の開口部105と対応した位置に、下方に前面を向けた状態で、例えばビス(図示せず)を用いて取り付けられている。このスピーカユニット104は、パイプ222と同軸上に配置された状態となっており、音声信号に基づいて駆動される。
このスピーカユニット104の前面から出力される正相の音波SWF(図20)は、ベース筐体101の下面側から外部に放射され、当該スピーカユニット104の背面から出力される逆相の音波SWBは開口部105及びパイプ222の内部を通って当該パイプ222の上端側に設けられたエッジ兼振動板102Bを介して低音域が増大された状態で外部に放射される。
またパイプ222は、その内部を通る逆相の音波SWBにより当該パイプ222の管壁が加振されるため、当該管壁がその音波SWBに対応して振動し、パイプ222の外面全体から外部へスピーカユニット104の駆動に係る音声信号に対応した音波SWSが放射されることになる。このためユーザは、パイプ222の長手方向の各位置で均一な音圧を感じることができ、かくしてパイプ222全体への拡がり感のある音象を得ることができる。
しかも、このときパイプ222は共鳴管として機能することに加えてスピーカユニット104と対向する位置に配置されたエッジ兼振動板102Bがパッシブラジエターとして機能するため、低音域が一段と増大されたものとなる。
また上述の実施の形態においては、パイプ102の上側端面の外枠102Aに対してウレタン素材でなるエッジ兼振動板102Bが取り付けられるようにした場合について述べた。しかしながら、本発明はこれに限らず、外枠102Aに対してウレタン素材のエッジが取り付けられ、当該エッジに対してアクリル樹脂の振動板、カーボン、紙等のその他種々の材料でなる振動板が取り付けられるようにしても良い。
さらに上述の実施の形態においては、ウレタン素材でなる透明なエッジ兼振動板102Bを用いるようにした場合について述べた。しかしながら、本発明はこれに限らず、エステル系素材でなる透明なエッジ兼振動板102を用いるようにしても良く、透明でなくても良い場合にはスチレン系素材でなるエッジ兼振動板102を用いるようにしても良い。
さらに上述の実施の形態においては、円筒形状でなるパイプ102を用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば図21に示すように、スピーカユニット104からの音波SWBが進む方向へ向かって次第に口径が大きくなるような形状のパイプ232を用いるようにしても良い。
この場合、パイプ232はパイプ102が用いられた場合と同様の効果を奏することが出来る。その他、スピーカユニット104からの音波SWBが進む方向へ向かって次第に口径が大きくされているため、電気的なインダクタンス成分が増し、周波数特性の平坦化と共鳴のダンピング効果を得ることができる。さらに音波SWBが放射される出口が広くなっていることから、音像の拡がり感を増大させることができるという効果を得ることもできる。
さらに上述の実施の形態においては、外枠102Aを介してエッジ兼振動板102Bが取り付けられるようにした場合について述べた。しかしながら、本発明はこれに限らず、図22に示すように、外枠102Aを用いることなく、パイプ102の上端部に直接エッジ兼振動板252Bを接着し、当該エッジ兼振動板252B及びパイプ102の端部を覆うように外枠252Aを取り付けるようにしても良い。
この場合、パイプ102の外径と、エッジ兼振動板252Bの外径とが一致し、当該パイプ102の内径の全てに対してエッジ兼振動板252Bが存在することになるので、スピーカユニット104の背面から出力される直接的な音波SWBによりエッジ兼振動板252Bの全面がパッシブラジエターとして理想的に動作する。
そのうえ、この場合は、パイプ102の圧電アクチュエータ103による振動が加振点から上部端面まで伝わるが、その上部端面における反射波がエッジ兼振動板252Bのエッジ部分EGによって抑制され、反射波による定在波の発生を防止することができる。
さらに上述の実施の形態においては、外枠102Aを介してエッジ兼振動板102Bが取り付けられるようにした場合について述べた。しかしながら、本発明はこれに限らず、図23に示すように、エッジ兼振動板102Bの代わりに外枠102Aを介して一般的なスピーカユニットのようなコーン紙220及びキャップ221が取り付けられるようにしても良い。
さらに上述の実施の形態においては、筒状部材としてのパイプ102、発音体としてのスピーカユニット104、振動板としてのエッジ兼振動板102Bによって本発明のスピーカ装置を構成するようにした場合について述べた。しかしながら本発明はこれに限らず、その他種々の構成でなる筒状部材、発音体および振動板によってスピーカ装置を構成するようにしても良い。
本発明のスピーカ装置および音声出力方法は、例えばスピーカ装置単体で用いられる以外にも、テレビ等のオーディオビジュアル機器に組み込まれるスピーカ装置に適用することができる。
100、200……スピーカ装置、101……ベース筐体、102、222、232……パイプ、102B、232B、252B……エッジ兼振動板、103……圧電アクチュエータ、104……スピーカユニット、105……開口部、106……脚部、107……L字アングル、108、112、113,115、116……ダンピング材、131……ステー、132……LED電球、133……拡散板、220……コーン紙、221……キャップ。

Claims (7)

  1. 一端側及び他端側が開放された筒状部材と、
    上記筒状部材と同軸状で当該筒状部材の上記一端側に配置され、音声信号に基づいて駆動される発音体と、
    上記筒状部材と同軸状で当該筒状部材の上記他端側に取り付けられ、上記筒状部材の内部を通る音波を受けて振動する振動板と
    を具え、
    上記発音体から放射されて上記筒状部材の内部を通る音波によって上記筒状部材が励振され共鳴管として機能しながら、上記筒状部材の内部を通る音波を受けて上記振動板が振動することによりパッシブラジエターとして機能する
    スピーカ装置。
  2. 上記スピーカ装置は、
    上記筒状部材の端面に直交する方向の振動成分を加振するアクチュエータと
    を具える請求項1に記載のスピーカ装置。
  3. 上記筒状部材は、上記アクチュエータの加振により当該筒状部材の外面から高音域の音声出力を行い、上記発音体から放射されて上記筒状部材の内部を通る音波による励振により上記筒状部材の外面から低音域の音声出力を行う
    請求項2に記載のスピーカ装置。
  4. 上記筒状部材は、上記他端側に上記振動板が一体成形されている
    請求項1又は3に記載のスピーカ装置。
  5. 上記筒状部材および上記振動板は透明部材で形成されている
    請求項4に記載のスピーカ装置。
  6. 上記スピーカ装置は、
    上記発音体の背面側に設けられた光源と
    を具え、
    上記光源からの光を上記振動板で受けることにより、当該振動板の振動と同調した発光状態を生成する
    請求項3に記載のスピーカ装置。
  7. 一端側及び他端側が開放された筒状部材と同軸状で、当該筒状部材の上記一端側に配置された発音体から音声信号に基づいて放射される音波を上記筒状部材の内部を通過させ、
    上記筒状部材と同軸状で当該筒状部材の上記他端側に取り付けられた振動板を、上記筒状部材の内部を通過させた上記発音体からの音波によって振動させることにより当該振動板がパッシブラジエターとして機能する
    音声出力方法。
JP2010090503A 2010-04-09 2010-04-09 スピーカ装置及び音声出力方法 Pending JP2011223312A (ja)

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