JP2012019347A - スピーカ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、簡易な構成のスピーカ装置により振動板形状にだけ依存せずに所望の音像定位、広がり感が得られるようにする。
【解決手段】物理的異方性を有する材料でなる所定形状の音響振動板201と、物理的異方性に合わせた方向を考慮して振動成分を加振するため音響振動板201に取り付けられたアクチュエータ208とを設けることにより、物理的異方性に合わせた方向へ振動成分を加振することができるので、物理的等方性を有する材料でなる音響振動板を用いた場合に比べて、当該音響振動板201から放射される音波面形状及び音圧レベルの周波数特性を変化させ、所望の音像定位、広がり感を得ることができる。
【選択図】図12

Description

本発明は、スピーカ装置に関し、所望の音像定位及び広がり感を得ることが可能なスピーカ装置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り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パイプ2を円板状のベース筐体3上に鉛直に支持し、当該ベース筐体3における等角間隔の4箇所の位置にアクチュエータ4を配置する。
スピーカシステム1では、それぞれのアクチュエータ4の駆動ロッド4Aをパイプ2の下端面に当接させ、音声信号によってアクチュエータ4を駆動し、パイプ2の下端面に対して、これに垂直な方向の振動を加える。
このときパイプ2の下端面は縦波で励起されるが、弾性波(振動)がパイプ2の面方向(面に平行な方向)へ伝搬することによって縦波と横波とが混在した混在波となり、弾性波の伸縮方向の歪みと当該伸縮方向に直交する歪みとの関係を表すパイプ2のポアソン比の相互作用が得られる。その結果、パイプ2の全面に渡り均一な大きさで面内方向(面に垂直な方向)の振動が励振されて音波が放射され、パイプ2の高さ方向の全体に渡って均一な広がり感のある音像が形成される。
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3の中央の開口部5に通常のスピーカユニット6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、パイプ2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6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。
特開2007-166027公報
ところで、上述した特許文献1に記載のスピーカシステム1においては、物理的定数がいかなる方向にも等しい物理的等方性を有する材料でなる音響振動板のパイプ2が用いられているため、当該パイプ2の面方向へ伝搬する弾性波の伝搬速度及び伝搬減衰は如何なる方向についても同じであった。
ここで、音響振動板であるパイプ2から放射される音波の波面形状は当該パイプ2の振動板形状に依存しており、任意の音波面を形成する場合には予めパイプ2の振動板形状を考慮して設計しなければならないという制約があった。
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、振動板形状にだけ依存せずに所望の音像定位及び広がり感が得られる簡易な構成のスピーカ装置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、物理的異方性を有する材料でなる所定形状の音響振動板と、物理的異方性に合わせた方向を考慮して振動成分を加振するため音響振動板に取り付けられた加振手段とを設けることにより、物理的異方性に合わせた方向へ振動成分を加振することができるので、物理的等方性を有する材料でなる音響振動板を用いた場合に比べて、当該音響振動板から放射される音波面形状及び音圧レベルの周波数特性を変化させることができる。
本発明によれば、物理的異方性に合わせた方向へ振動成分を加振することができるので、物理的等方性を有する材料でなる音響振動板を用いた場合に比べて、当該音響振動板から放射される音波面形状及び音圧レベルの周波数特性を変化させることができ、かくして振動板形状にのみ依存しない所望の音像定位及び広がり感を得ることが可能なスピーカ装置を実現することができる。
従来のスピーカ装置の全体構成を示す略線的斜視図である。 物理的異方性を有する音響振動板が用いられたスピーカ装置の構成(1)を示す略線図である。 物理的異方性を有する音響振動板が用いられたスピーカ装置の構成(2)を示す略線図である。 物理的異方性を有する音響振動板が用いられたスピーカ装置の構成(3)を示す略線図である。 物理的異方性を持たせる手法(1)の説明に供する略線図である。 物理的異方性を持たせる手法(2)の説明に供する略線図である。 木材に対する駆動方向と周波数特性を示す略線図である。 第1の実施の形態におけるスピーカ装置の外観構成を示す略線的斜視図である。 第1の実施の形態におけるスピーカ装置の上面及び側面構成を示す略線図である。 第1の実施の形態におけるスピーカ装置の下面構成を示す略線的斜視図である。 第1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的断面図である。 第1の実施の形態における柾目方向とアクチュエータの加振方向を示す略線図である。 アクリルを音響振動板として用いたときの音圧レベルの周波数特性を示す略線図である。 木材を音響振動板として用いたときの音圧レベルの周波数特性を示す略線図である。 第1の実施の形態におけるスピーカ装置の駆動系の構成を示す略線的ブロック図である。 第2の実施の形態におけるスピーカ装置の外観構成を示す略線的斜視図である。 第2の実施の形態におけるスピーカ装置の上面及び側面構成を示す略線図である。 第2の実施の形態におけるスピーカ装置の下面構成を示す略線的斜視図である。 第2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的断面図である。 第2の実施の形態における柾目方向とアクチュエータの加振方向を示す略線図である。 他の実施の形態におけるアクチュエータの取付状態(1)を示す略線的断面図である。 他の実施の形態におけるアクチュエータの取付状態(2)を示す略線的断面図である。 他の実施の形態におけるアクチュエータの取付状態(3)を示す略線的断面図である。 他の実施の形態におけるアクチュエータの取付状態(4)を示す略線的断面図である。
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.原理
2.第1の実施の形態
3.第2の実施の形態
4.他の実施の形態
<1.原理>
本発明においては、材料として敢えて物理的異方性を有する音響振動板を用いる原理について説明する。
例えば、図2に示すように、スピーカ装置100は、ベース筐体101と、物理的異方性を有する板状の音響振動板102と、当該音響振動板102を加振するアクチュエータ103とによって構成されている。
このスピーカ装置100では、アクチュエータ103がベース筐体101の収納穴114に対して収納固定されており、当該アクチュエータ103の駆動ロッド103Aが物理的異方性を有する音響振動板102の下端部側の端面に当接された状態となる。
因みに、アクチュエータ103においては、駆動ロッド103Aが無くても良く、当該アクチュエータ103から直接的に物理的異方性を有する音響振動板102を加振するようにしても良い。
このときアクチュエータ103の駆動ロッド103Aの変位方向は、この端面に直交する方向、すなわち物理的異方性を有する音響振動板102のY軸方向となる。
スピーカ装置100においては、このような配置状態とすることにより、物理的異方性を有する音響振動板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アクチュエータ103により加振し、この振動成分方向へ伝搬する弾性波を励振することができる。
ここで、物理的異方性を有する音響振動板102におけるY軸方向の物理的材料定数、例えば弾性率あるいは弾性波の伝搬損失は、物理的異方性を有する音響振動板102におけるX軸方向とは異なっている。
従ってスピーカ装置100では、このような物理的異方性を有する音響振動板102を用いることにより、当該音響振動板102ならではの音像定位や広がり感を得ることが出来るようになされている。
なお、図2は、物理的異方性を有する音響振動板102のY軸方向へ弾性波が伝搬する場合についての説明図であり、これに対して当該音響振動板102(図2)のX軸方向及びY軸方向が反時計回りへ僅かに回転したような状態の物理的異方性を有する音響振動板を用いたスピーカ装置について次に説明する。
図2との対応部分に同一符号を付した図3に示すように、スピーカ装置110は、ベース筐体101と、物理的異方性を有する板状の音響振動板112と、当該音響振動板112を加振するアクチュエータ103とによって構成されている。
このスピーカ装置110では、アクチュエータ103がベース筐体101の収納穴114に対して収納固定されており、当該アクチュエータ103の駆動ロッド103Aが物理的異方性を有する音響振動板112の下端部側の端面に当接された状態となる。
このときアクチュエータ103の駆動ロッド103Aの変位方向は、この端面に直交する方向、すなわち物理的異方性を有する音響振動板102のY軸方向とX軸方向とのほぼ中間方向となる。
スピーカ装置110においては、このような配置状態とすることにより、物理的異方性を有する音響振動板112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アクチュエータ103により加振し、この振動成分方向へ伝搬する弾性波を励振することができる。
この場合、スピーカ装置110(図3)における音響振動板112においては、スピーカ装置100(図2)における音響振動板102と比べて物理的異方性が異なっているため、スピーカ装置100の音響振動板102と比べて、当該音響振動板112の面方向へ伝搬する弾性波の伝搬速度及び伝搬損失が変化している。
従ってスピーカ装置110では、このような物理的異方性を有する音響振動板112を用いることにより、当該音響振動板112ならではの音像定位や広がり感を得ることが出来るようになされている。
さらに図3との対応部分に同一符号を付した図4に示すように、スピーカ装置120は、ベース筐体101と、物理的異方性を有する板状の音響振動板122と、当該音響振動板122を加振するアクチュエータ103とによって構成されている。
このスピーカ装置120では、アクチュエータ103がベース筐体101の収納穴114に対して収納固定されており、当該アクチュエータ103の駆動ロッド103Aが物理的異方性を有する音響振動板122の下端部側の端面に当接された状態となる。
このときアクチュエータ103の駆動ロッド103Aの変位方向は、この端面に直交する方向、すなわち物理的異方性を有する音響振動板122のX軸方向となり、スピーカ装置100の音響振動板102と比べて90度回転された状態である。
スピーカ装置120においては、このような配置状態とすることにより、物理的異方性を有する音響振動板122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アクチュエータ103により加振し、この振動成分方向へ伝搬する弾性波を励振することができる。
この場合も、スピーカ装置120(図4)における音響振動板122においては、スピーカ装置100(図2)における音響振動板102と比べて物理的異方性が90度異なっているため、スピーカ装置100の音響振動板102と比べて、当該音響振動板122の面方向へ伝搬する弾性波の伝搬速度及び伝搬損失が変化している。
従ってスピーカ装置120では、このような物理的異方性を有する音響振動板122を用いることにより、当該音響振動板122ならでは音像定位や広がり感を得ることが出来るようになされている。
ところで、物理的異方性を有する音響振動板102、112、122におけるX軸方向の弾性率Ex、Y軸方向の弾性率Ey、X軸方向の伝搬損失係数Lx、Y軸方向の伝搬損失係数Ly、音響振動板102の体積密度ρとすると、X軸方向へ伝搬する弾性波(縦波の場合)の伝搬速度Vx=(Ex/ρ)1/2、Y軸方向へ伝搬する弾性波(縦波の場合)の伝搬速度Vy=(Ey/ρ)1/2と表すことができる。
音響振動板102と音響振動板122とでは、物理的異方性が90度異なっているため、音響振動板102における伝搬速度Vyと、音響振動板122における伝搬速度Vxとでは伝搬速度が大きく変化することになる。
なお、音響振動板112(図3)については、音響振動板102(図2)のY軸方向と、音響振動板122(図4)のX軸方向に相当するのは、Y軸方向及びX軸方向の中間方向となり、その伝搬速度は伝搬速度Vyと伝搬速度Vxとの中間値となる。
このように弾性波の伝搬損失は伝搬方向に依存するので、当該伝搬方向により弾性波の伝搬損失が変化することは明らかである。
このスピーカ装置100、110及び120は、物理的異方性を有する音響振動板102、112及び122の面方向へ弾性波が伝搬すると共に、音響振動板102、112及び122のポアソン比を介して音響振動板102、112及び122の面内方向(面に直交する方向)の固有振動モードを励振させながら音波を大気中に放射する。
従ってスピーカ装置100、110及び120では、物理的異方性を有する音響振動板102、112及び122に応じて弾性波の伝搬速度または伝搬損失が変化すると、大気中に放射される音波面が変化することになる。
すなわちスピーカ装置100、110及び120では、それぞれ異なる物理的異方性を備えた音響振動板102、112及び122を用いることにより、音響振動板102、112及び122の振動板形状としては板状で同一であるにも拘わらず、音響振動板102、112及び122からそれぞれ異なる音波面形状の音波を放射させ得るようになされている。
ところで振動板材料に物理的異方性を持たせるため、図5に示すように、音響振動板材料MT1をシート状に作成する際、X軸方向及びY軸方向に異なる力を加える方法がある。
また図6に示すように、物理的異方性の異なる2種類の音響振動板材料MT2A、MT2Bを交互に積層する方法がある。この場合、積層の仕方はこれに限られるものではなく、音響振動板材料MT2Aを3枚積層し、その上またはその下に音響振動板材料MT2Bを2枚積層するようにしても良いし、同一の音響振動板材料MT2A又はMT2Bを5枚積層するようにしても良い。
さらに、木材の年輪の目方向を考慮して振動板を作成する方法も考えられるが、これら以外でも物理的な異方性が発現できれば、その他種々の方法を用いることができる。
図7(A)及び(B)に示すように、音響振動板として木材を用い、アクチュエータ208により面方向へ伝搬する弾性波の伝搬方向を、柾目と直交する方向(図7(A))及び柾目方向(図7(B))とした場合、音響振動板に対する弾性波の伝搬方向により音圧レベルの周波数特性が異なることが確認できる。
この場合、柾目と直交する方向(図7(A))の方が弾性波の伝搬速度が遅く、伝搬損失が大きいのに対し、柾目方向(図7(B))の方が弾性波の伝搬速度が速く、伝搬損失が小さい。尚、この伝搬速度というのは、音響振動板の材料の体積密度と伝搬方向の硬さ(ヤング率)で決定される。
また伝搬損失については、柾目と直交する方向(図7(A))の場合、木目の境界の前後で材質(音響インピーダンス)が異なるため弾性波が反射してしまい、損失が大きくなり伝搬率も低下してしまう。これに対して柾目方向(図7(B))の場合、音響振動板に対して弾性波が概ね同じ速度で伝搬していくことになる。
すなわち同じ音響振動板であっても、柾目方向に沿ってアクチュエータ208による振動成分の伝搬方向を揃える場合と、柾目と直交する方向に沿ってアクチュエータ208による振動成分の伝搬方向を揃える場合とでは、伝搬速度、伝搬損失が変化し、音圧レベルの周波数特性も異なる結果が得られることが分かる。
これが、最初から物理的異方性を有する木材を用いて形成した音響振動板102、112或は122を用いる原理である。
なお、この場合、板状の音響振動板102、112及び122を一例として説明したが、音響振動板102、112及び122の形状としては筒状、球状その他種々の形状であっても構わない。
またスピーカ装置100、110及び120においては、音響振動板102、112及び122の下端部側の端面にアクチュエータ103を当接するように設置した。しかしながら、これに限るものではなく、音響振動板102、112及び122に貫通孔を設け、その部分の断面にアクチュエータ103を当接するように設置しても良い。また、音響振動板102、112及び122に溝を設け、その溝の断面を加振するようにアクチュエータ103を配置するように設置しても良い。
<2.第1の実施の形態>
次に、上述した原理を用いた第1の実施の形態におけるスピーカ装置200について具体的に説明する。
[2−1.スピーカ装置の外観構成]
図8に示すように、スピーカ装置200は、全体的に円錐台形状でなり内部空間が形成された音響振動板201を有し、その音響振動板201の中央に対して上方から下方へ向かって貫通穴202が形成されている。
このスピーカ装置200においては、音響振動板201が木材でなり、その木目の柾目方向が図中、略垂直方向となるように形成されている。
このスピーカ装置200の音響振動板201は、1本の木材から削り出すことにより製造されたものであるが、複数個のブロック材がその木目の揃えられた状態で張り合わせられ、そこから削り出すことにより製造することも可能である。
また図9(A)及び(B)に示すように、スピーカ装置200は、貫通穴202と同軸上に所定径でなるパイプ状の脚部203が設けられており、当該脚部203と円錐台形状の音響振動板201とが一体形成された構造を有している。
この脚部203は、音響振動板201の下端面から約23mmだけ下方に突出しており、例えば床に設置されたとき、音響振動板201の下端面が床の設置面に接触することがないようになされている。なお、スピーカ装置200は、床の設置面から音響振動板201の上面まで約170mmの高さを有している。
更に図10に示すように、スピーカ装置200は音響振動板201の下方端部が樹脂等でなるドーナッツ状のプレート201Aによって塞がれた構造を有し、当該プレート201Aから突出した脚部203を中心として、その周囲に120度間隔の円環状に配置された中低域音用のスピーカユニット204が合計3個取り付けられている。
このときスピーカ装置200は、上述したように、脚部203を介して床に設置されたとき、音響振動板201の下端面が床の設置面に接触することがないため、3個のスピーカユニット204から放射される音波が床の設置面によって遮られることがなく、外部へ中低域音として出力し得るようになされている。
加えてスピーカ装置200は、音響振動板201における下方端部に取り付けられたプレート201Aの外周側に対して、30度間隔の円環状に配置されたLED素子207が合計12個取り付けられている。
このときもスピーカ装置200は、上述したように、脚部203を介して床に設置されたとき、音響振動板201の下端面が床の設置面に接触することがないため、12個のLED素子207からの照射光が床の設置面によって遮られることがなく、設置面を照射すると共に、設置面周辺の外部エリアについても照射し得るようになされている。
[2−2.スピーカ装置の断面構成]
図11に示すように、スピーカ装置200は、円錐台形状でなる音響振動板201の内部空間に設けられたスピーカユニット204がプレート201Aの裏面側に対して取り付けられ、当該スピーカユニット204の振動板部分がプレート201Aの表面側から露出するようになされている。
この場合、スピーカ装置200は音響振動板201の下方端部がプレート201Aによって塞がれているため、当該プレート201Aに取り付けられたスピーカユニット204に対して音響振動板201及びプレート201Aがエンクロージャーとして機能するようになされている。
なおスピーカ装置200は、音響振動板201の脚部203と一体化された測壁に対して所定径のダクト209が貫通穴202と繋がる状態で、かつ互いに対向するように合計2箇所設けられており、これにより当該ダクト209及び貫通穴202がバスレフポートを形成するようになされている。なお、音響振動板201に十分な容積が設けられている場合、必ずしもダクト209を設ける必要は無く、密閉型構造としても良い。
またスピーカ装置200は、音響振動板201の内部に隠蔽された状態であって、当該音響振動板201の外周側の側壁下方に対して当該側壁を矢印H方向へ加振するためのアクチュエータ208が90度間隔の円環状に合計4個取り付けられている。
この場合、アクチュエータ208による変位方向は、音響振動板201の下方から上方へ向かう方向(面方向)でもあり、当該音響振動板201を4個のアクチュエータ208によって加振し得るようになされている。
ここでアクチュエータ208としては、例えば圧電アクチュエータ、磁歪アクチュエータ、動電型アクチュエータが用いられる。
このときスピーカ装置200は、音響振動板201の外周側の側壁下方側が縦波によって励起され、振動弾性波が当該音響振動板201の下方から上方へ向かう方向(柾目方向)へ伝搬することにより、縦波と横波とが混在した混在波となって当該音響振動板201へ放射され、当該音響振動板201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。
かくしてスピーカ装置200では、音響振動板201が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204が可聴周波数帯域の中低域側を受け持つスピーカを構成しウーファとして機能するようになされている。
ところでスピーカ装置200では、図12に示すように、音響振動板201の柾目方向に対して加振方向を合わせるように4個のアクチュエータ208が90度間隔の円環状に取り付けられている。
ここで4個のアクチュエータ208は、それぞれ独立した4種類の音声信号により駆動され、音響振動板201の外周側の側壁に対して矢印H方向の振動成分により当該音響振動板201を加振するが、この際4種類の音声信号に応じたそれぞれの振動成分は柾目方向に沿って効率良く伝搬し、柾目と直交する方向には伝搬し難くなる。
すなわちスピーカ装置200は、音響振動板201の柾目方向に対して加振方向を合わせるように4個のアクチュエータ208が取り付けられたことにより、当該4個のアクチュエータ208によるそれぞれの振動成分が混合することを回避し、クロストークを大幅に低減し得るようになされている。
因みに、スピーカ装置200(図11)は、外部から4種類の音声信号を入力し、4個のアクチュエータ208及び3個のスピーカユニット204へ供給するためのコード210が接続されており、例えば脚部203を介して壁等に取り付けられた状態で用いられることも想定している。
なおスピーカ装置200では、図示しないが音響振動板201の内部に電源バッテリおよびアンプが収納され、当該スピーカ装置200をアクティブスピーカとして機能させるようになされている。但し、必ずしも電源バッテリやアンプ等が収納されていなければならない訳ではなく、電源バッテリやアンプ等の内蔵されていないパッシブスピーカとしてのみ機能するようにしても良い。
[2−3.材料の相違による音圧レベルの周波数特性]
次に、例えば等方性を有するアクリル等の樹脂が材料として用いられたパイプ状の音響振動板を加振したときの音圧レベルの周波数特性と、物理的異方性を有する木材が材料として用いられたパイプ状の音響振動板状を加振したときの音圧レベルの周波数特性とについて、材料による物理的異方性の違いがどのように影響するかを検証する。
因みに、ここでは円錐台形状の音響振動板ではなく、パイプ状の音響振動板を用いて実証した実験結果を介して具体的に説明する。
図13(A)及び(B)には、スピーカ装置340において、アクリル等の樹脂が材料として用いられたパイプ状の音響振動板341における正面側及び背面側の2点に対し、その下端部端面から垂直方向へ向かって2個のアクチュエータ342及び343により加振した場合の音圧レベルを示す。
一方、図14(A)及び(B)には、スピーカ装置350において、木材が材料として用いられたパイプ状の音響振動板351における正面側及び背面側の2点に対し、その下端部端面から垂直方向へ向かって2個のアクチュエータ352及び353により加振した場合の音圧レベルを示す。
両者を見比べると、木材が材料として用いられた音響振動板351を有するスピーカ装置350(図14)の方が、アクリル等の樹脂が材料として用いられた音響振動板341を有するスピーカ装置340(図13)よりも、正面側のピークディップ(実線)が小さいことが分かる。
また、木材が用いられた音響振動板351を有するスピーカ装置350(図14)の方が、アクリル等の樹脂が用いられた音響振動板341を有するスピーカ装置340(図13)よりも、正目側から背面側への振動成分の周り込みが小さい(正面側と背面側との音圧レベルの差が大きいほど、振動成分の周り込みが小さいと考えられる)ことが分かる。これは、音響振動板351における木目の柾目により、周方向への振動伝搬減衰が大きくなるためである。
この結果からも分かるように、等方性を有するアクリル等の樹脂が用いられた音響振動板341(図13)よりも、柾目のような物理的異方性を有する木材が用いられた音響振動板351(図14)を用いた方が、柾目により周方向への振動伝搬減衰が大きくなり、正目側から背面側への振動成分の周り込みが小さくなるため、クロストークを大幅に低減できることが理解できる。
[2−4.スピーカ装置の駆動系の構成]
次に、スピーカ装置200の駆動系について説明する。図15に示すようにスピーカ装置200においては、大きく分けてDSPブロック301と、アンプブロック302、303とによって構成されている。
このDSPブロック301は、アクチュエータ208(208A〜208D)側の信号補正及び音場制御部301Aと、スピーカユニット204(204A〜204C)側の信号補正及び音場制御部301Bとを有している。
アクチュエータ208側の信号補正及び音場制御部301Aは、4個のアクチュエータ208(208A〜208D)にそれぞれ対応して、4個の信号処理部311(311A〜311D)及び4個のハイパスフィルタ312(312A〜312D)を具えている。
さらに信号補正及び音場制御部301Aは、4個の信号処理部311(311A〜311D)にそれぞれステレオ音声信号を構成する左音声信号ALおよび右音声信号ARを減衰して入力するための8個のアッテネータ(310A1、310A2、310B1、310B2、……、310D1、310D2)を具えている。
個々の信号処理部311(311A〜311D)は、それぞれ入力される左音声信号ALおよび右音声信号ARの信号レベル、遅延時間、周波数特性等の調整、さらにはそれらの左音声信号ALおよび右音声信号ARに対する混合処理(音場制御処理)を行うと共に、アクチュエータ208(208A〜208D)の出力特性に関する信号補正処理を行う。
個々のハイパスフィルタ312(312A〜312D)は、それぞれ、信号処理部311(311A〜311D)から供給された音声信号の高域成分を抽出し、これをアンプブロック302の各アンプ302A〜302Dへ送出する。
この場合、4個のアクチュエータ208(208A〜208D)には、DSPブロック301の信号補正及び音場制御部301Aによりそれぞれ独立して音場制御処理および信号補正処理を施した結果得られる音声信号の高域成分がアンプブロック302により増幅された後に供給される。
このようにスピーカ装置200は、4個のアクチュエータ208(208A〜208D)が音場制御処理のそれぞれ施された高域成分によって駆動されることにより、高域の音声出力による音の広がり感を高めることができる。
一方、スピーカユニット204側の信号補正及び音場制御部301Bは、スピーカユニット204A〜204Cに対応して、信号処理部321A〜321C及びローパスフィルタ322A〜322Cを具えている。
さらに信号補正及び音場制御部301Bは、信号処理部321A〜321Cに対してステレオ音声信号を構成する左音声信号ALおよび右音声信号ARをそれぞれ減衰して入力するためのアッテネータ320A1、A2、320B1、B2及び320C1、C2を具えている。
信号処理部321A〜321Cは、左音声信号ALおよび右音声信号ARの信号レベル、遅延時間、周波数特性等の調整、さらにはそれらの左音声信号ALおよび右音声信号ARに対する混合処理(音場制御処理)を行うと共に、共鳴管特性に関する信号補正処理を行う。ローパスフィルタ322A〜322Cは、信号処理部321A〜321Cから供給された音声信号の低域成分を抽出し、これをアンプ303A〜303Cへ送出する。
この場合、スピーカユニット204A〜204Cには、DSPブロック301の信号補正及び音場制御部301Bの音場制御処理及び信号補正処理を施すことにより得られた音声信号の低域成分がアンプ303A〜303Cにより増幅された後に供給される。
このようにスピーカ装置200は、スピーカユニット204A〜204Cが音場制御処理の施された低域成分によって駆動されることにより、低域の音声出力による音の広がり感を高めることができる。
なお、信号補正及び音場制御部301Aの信号処理部311(311A〜311D)とハイパスフィルタ312(312A〜312D)との順番は逆でもよく、同様に、信号補正及び音場制御部301Bの信号処理部321(321A〜321C)とローパスフィルタ322(322A〜322C)との順番も逆でもよい。
[2−5.スピーカ装置の動作]
続いて、このスピーカ装置200(図8乃至図12)の動作を説明する。
スピーカ装置200では、音響振動板201の内部に設けられた4個のアクチュエータ208(208A〜208D)が左音声信号ALおよび右音声信号ARにより駆動され、音響振動板201の下方から上方へ向かって、矢印H方向の振動成分(図11)により当該音響振動板201を加振する。
このとき、音響振動板201は縦波で励振され、当該音響振動板201を弾性波(振動)が下方から上方へ向かう方向(面方向)へ伝搬していく。そして、この弾性波が音響振動板201を伝搬する際に縦波、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、横波によって音響振動板201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200は、音響振動板201の表面から音波を放射することになる。すなわちスピーカ装置200は、この音響振動板201の外面から高音域の音声出力を得ることができる。
またスピーカ装置200は、脚部203によって音響振振動板201の下端面が床の設置面に接触することがないため、プレート201Aに取り付けられた3個のスピーカユニット204から中低域の音声出力を得ることができると共に、ダクト209及び貫通穴202がバスレフポートを形成するため、低音域を増大させることができる。
[2−6.スピーカ装置における照明効果]
このスピーカ装置200(図12)では、プレート201Aに取り付けられた合計12個のLED素子207からの照射光によって音響振動板201の下方を照射することにより、当該音響振動板201の周囲に光を漏れさせて明るくする照明効果を得ることができる。
これによりスピーカ装置200は、外見がスピーカであるようには見えない構成であるため、音声出力手段でありながらも、部屋のベッドサイドのランプ或は部屋の間接照明のようなインテリア的な照明手段として用いることもできる。
[2−7.動作及び効果]
以上の構成において、スピーカ装置200は、円錐台形状でなる音響振動板201の異方性を利用し、木目が垂直になるように形成された音響振動板201の柾目方向に対して加振方向を合わせるように4個のアクチュエータ208が取り付けられるようにした。
これによりスピーカ装置200は、音響振動板201から放射される音波面形状や音圧レベルの周波数特性を変化させるパラメータとして、音響振動板201の形状だけでなく、当該音響振動板201の異方性による音波の伝搬方向を追加することができ、音像定位や広がり感のコントロール領域を広げることができる。
またスピーカ装置200は、それぞれ独立した4種類の音声信号により4個のアクチュエータ208を駆動し、音響振動板201の外周側の側壁に対して矢印H方向の振動成分により当該音響振動板201を加振するようにした。
これによりスピーカ装置200は、4種類の音声信号に応じたそれぞれの振動成分が音響振動板201の柾目方向に沿って効率良く伝搬し、当該音響振動板201の高さ方向の全体に渡って均一な音像を形成することができる。
さらにスピーカ装置200は、音響振動板201の柾目方向に対して加振方向を合わせるように4個のアクチュエータ208が取り付けられたことにより、当該4個のアクチュエータ208によるそれぞれの振動成分については柾目と直交する方向への伝搬損失が大きく、当該振動成分が混合することを回避することができ、かくしてクロストークを未然に防止して良好な音響特性を得ることができる。
なおスピーカ装置200は、プレート201Aに取り付けられた合計12個のLED素子207からの照射光により、当該音響振動板201の周囲についても光を漏れさせて明るくすることができる。
これによりスピーカ装置200は、上述したようなクロストークを防止した良好な音響特性を得ることが可能な音声出力手段として機能させると共に、インテリア的な照明手段としても機能させることができる。
以上の構成によれば、スピーカ装置200は、木目が垂直となるように形成された円錐台形状でなる音響振動板201の異方性を利用し、音響振動板201の柾目方向に対して加振方向を合わせるように4個のアクチュエータ208が取り付けられたことにより、当該4個のアクチュエータ208によるそれぞれの振動成分が混合することによるクロストークを未然に防止して良好な音響特性を得ることができる。
<3.第2の実施の形態>
次に、図16及び図17に示すように、上述した原理を用いた第2の実施の形態におけるスピーカ装置400について具体的に説明する。
ここで第1の実施の形態におけるスピーカ装置200との大きな違いは、主に、音響振動板401の柾目方向が垂直方向ではなく周方向になっている点と、アクチュエータ(後述する)の取付位置が異なっている点である。
[3−1.スピーカ装置の外観構成]
図16に示すように、スピーカ装置400は、全体的に円錐台形状でなり内部空間が形成された音響振動板401を有し、その音響振動板401の中央に対して上方から下方へ向かって貫通穴402が形成されている。
このスピーカ装置400においても、音響振動板401が木材でなるが、その木目の柾目方向が図中、周方向となるように形成されている。
このスピーカ装置400の音響振動板401は、1本の木材から削り出すことにより製造されたものであるが、複数個のブロック材がその木目の揃えられた状態で張り合わせられ、そこから削り出すことにより製造することも可能である。
また図17(A)及び(B)に示すように、スピーカ装置400は、貫通穴402と同軸上に所定径でなるパイプ状の脚部403が設けられており、当該脚部403と円錐台形状の音響振動板401とが一体形成された構造を有している。
この脚部403は、音響振動板401の下端面から約23mmだけ下方に突出しており、例えば床に設置されたとき、音響振動板401の下端面が床の設置面に接触することがないようになされている。なお、スピーカ装置400は、床の設置面から音響振動板401の上面まで約170mmの高さを有している。
なお、スピーカ装置400についても、スピーカ装置200(図10)と同様、図10との対応部分に同一符号を付した図18に示すように、音響振動板401の下方端部が樹脂等でなるドーナッツ状のプレート201Aによって塞がれた結果、内部空間を有するようになされている。
そしてスピーカ装置400は、プレート201Aから突出した脚部403を中心として、その周囲に120度間隔の円環状に配置された中低域音用のスピーカユニット204が合計3個取り付けられている。
加えてスピーカ装置400は、音響振動板401における下方端部に取り付けられたプレート201Aの外周側に対して、30度間隔の円環状に配置されたLED素子207が合計12個取り付けられている。
[3−2.スピーカ装置の断面構成]
図11との対応部分に同一符号を付した図19に示すように、スピーカ装置400は、円錐台形状でなる音響振動板401の内部空間に設けられたスピーカユニット204がプレート201Aの裏面側に対して取り付けられ、当該スピーカユニット204の振動板部分がプレート201Aの表面側から露出するようになされている。
この場合、スピーカ装置400は音響振動板401の下方端部がプレート201Aによって塞がれているため、当該プレート201Aに取り付けられたスピーカユニット204に対して音響振動板201及びプレート201Aがエンクロージャーとして機能するようになされている。
なおスピーカ装置400は、音響振動板401の脚部403と一体化された測壁に対して所定径のダクト409が貫通穴402と繋がる状態で、かつ互いに対向するように合計2箇所設けられており、これにより当該ダクト409及び貫通穴402がバスレフポートを形成するようになされている。
またスピーカ装置400は、音響振動板401の内部に隠蔽された状態であって、当該音響振動板401の外周側の側壁に対する周方向の4段の高さ位置に対して当該側壁を周方向へ加振するためのアクチュエータ208が合計4個取り付けられている。
ここでアクチュエータ208としては、例えば圧電アクチュエータ、磁歪アクチュエータ、動電型アクチュエータが用いられる。
このときスピーカ装置400は、音響振動板401の外側の側壁における4段の高さ位置に対応する周方向部分が縦波によってそれぞれ励起され、振動弾性波が当該音響振動板401の周方向(柾目方向)へ伝搬することにより、縦波と横波とが混在した混在波となって当該音響振動板401へ放射され、当該音響振動板401の4段の高さ位置に対応する周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。
かくしてスピーカ装置400では、音響振動板401が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204が可聴周波数帯域の中低域側を受け持つスピーカを構成しウーファとして機能するようになされている。
ところでスピーカ装置400では、図20に示すように、音響振動板401の柾目方向に対して加振方向を合わせるように4個のアクチュエータ208が側壁における周方向の4段の高さ位置に対して取り付けられている。
ここで4段の高さ位置に対してそれぞれ取り付けられた4個のアクチュエータ208は、それぞれ独立した4種類の音声信号により駆動され、音響振動板401の外側の側壁に対して周方向の振動成分により当該音響振動板401を加振するが、この際4種類の音声信号に応じたそれぞれの振動成分は柾目方向に沿って効率良く伝搬し、柾目と直交する方向には伝搬し難くなっている。
すなわちスピーカ装置400は、音響振動板401の柾目方向に対して加振方向を合わせるように4個のアクチュエータ208が取り付けられたことにより、当該4個のアクチュエータ208によるそれぞれの振動成分が混合することを回避し、クロストークを大幅に低減し得るようになされている。
因みに、スピーカ装置400(図19)は、外部から4種類の音声信号を入力し、4個のアクチュエータ208及び3個のスピーカユニット204へ供給するためのコード210が接続されており、例えば脚部403を介して部屋の壁等に取り付けられた状態で用いられることも想定している。
なおスピーカ装置400では、図示しないが音響振動板401の内部に電源バッテリおよびアンプが収納され、当該スピーカ装置400をアクティブスピーカとして機能させるようになされている。但し、必ずしも電源バッテリやアンプ等が収納されていなければならない訳ではなく、電源バッテリやアンプ等の内蔵されていないパッシブスピーカとしてのみ機能するようにしても良い。
なお、このスピーカ装置400においても、[2−3.材料の相違による音圧レベルの周波数特性]において説明したように、木材が材料として用いられた音響振動板401を有する方が、アクリル等の樹脂が材料として用いられた音響振動板を有するよりも、柾目により周方向への振動伝搬減衰が大きくなる。
従ってスピーカ装置400では、周方向と柾目方向とが一致した音響振動板401を用いているので、当該音響振動板401において垂直方向への振動成分の周り込みが小さくなり、クロストークを大幅に低減することができる。
また、スピーカ装置400においても駆動系の構成についてはスピーカ装置200と基本的に同じであるため、便宜上ここでは説明を省略する。
[3−3.スピーカ装置の動作]
続いて、このスピーカ装置400(図16乃至図20)の動作を説明する。
スピーカ装置400では、音響振動板401の内部に設けられた4個のアクチュエータ208(208A〜208D)が左音声信号ALおよび右音声信号ARにより駆動され、音響振動板401の周方向へ向かう振動成分により当該音響振動板401を加振する。
このとき、音響振動板401は縦波で励振され、当該音響振動板401を弾性波(振動)が周方向へ伝搬していく。そして、この弾性波が音響振動板401を伝搬する際に縦波、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、横波によって音響振動板401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400は、音響振動板401の表面から音波を放射することになる。すなわちスピーカ装置400は、この音響振動板401の外面から高音域の音声出力を得ることができる。
またスピーカ装置400は、脚部403によって音響振振動板401の下端面が床の設置面に接触することがないため、プレート201Aに取り付けられた3個のスピーカユニット204から中低域の音声出力を得ることができると共に、ダクト209及び貫通穴402がバスレフポートを形成するため、低音域を増大させることができる。
[3−4.スピーカ装置における照明効果]
このスピーカ装置400(図18)では、プレート201Aに取り付けられた合計12個のLED素子207からの照射光によって音響振動板401の下方を照射することにより、当該音響振動板401の周囲に光を漏れさせて明るくする照明効果を得ることができる。
これによりスピーカ装置400は、外見がスピーカであるようには見えない構成であるため、音声出力手段でありながらも、部屋のベッドサイドのランプ或は部屋の間接照明のようなインテリア的な照明手段として用いることもできる。
[3−5.動作及び効果]
以上の構成において、スピーカ装置400は、円錐台形状でなる音響振動板401の異方性を利用し、木目が水平になるように形成された音響振動板401の柾目方向に対して加振方向を合わせるように4個のアクチュエータ208が取り付けられるようにした。
これによりスピーカ装置400は、音響振動板401から放射される音波面形状や音圧レベルの周波数特性を変化させるパラメータとして、音響振動板401の形状だけでなく、当該音響振動板401の異方性による音波の伝搬方向を追加することができ、音像定位や広がり感のコントロール領域を広げることができる。
またスピーカ装置400は、それぞれ独立した4種類の音声信号により4個のアクチュエータ208を駆動し、音響振動板401の外周側の側壁に対して周方向(柾目方向)の振動成分により当該音響振動板401を加振するようにした。
これによりスピーカ装置400は、4種類の音声信号に応じたそれぞれの振動成分が音響振動板401の柾目方向に沿って効率良く伝搬し、当該音響振動板401の周方向の全体に渡って均一な音像を形成することができる。
さらにスピーカ装置400は、音響振動板401の柾目方向に対して加振方向を合わせるように4個のアクチュエータ208が取り付けられたことにより、当該4個のアクチュエータ208によるそれぞれの振動成分については柾目と直交する方向への伝搬損失が大きく、当該振動成分が混合することを回避することができ、かくしてクロストークを未然に防止して良好な音響特性を得ることができる。
なおスピーカ装置400は、プレート401Aに取り付けられた合計12個のLED素子207からの照射光により、当該音響振動板201の周囲についても光を漏れさせて明るくすることができる。
これによりスピーカ装置400は、上述したようなクロストークを防止した良好な音響特性を得ることが可能な音声出力手段として機能させると共に、インテリア的な照明手段としても機能させることができる。
以上の構成によれば、スピーカ装置400は、木目が水平となるように形成された円錐台形状でなる音響振動板401の異方性を利用し、音響振動板401の柾目方向に対して加振方向を合わせるように4個のアクチュエータ208が取り付けられたことにより、当該4個のアクチュエータ208によるそれぞれの振動成分が混合することによるクロストークを未然に防止して良好な音響特性を得ることができる。
<4.他の実施の形態>
なお上述した第1の実施の形態においては、音響振動板201の内部であって、当該音響振動板201の外周側の側壁下方に対して当該側壁を矢印H方向へ加振するためのアクチュエータ208が90度間隔の円環状に合計4個取り付けられて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、図21に示すように、音響振動板201の内部であって、当該音響振動板201の側壁の天井部に対して当該側壁を矢印J方向へ加振するためのアクチュエータ208が90度間隔の円環状に例えば3個、6個、8個等その他種々の個数だけ取り付けられるようにしても良い。
また図22に示すように、音響振動板201の外部であって、当該音響振動板201の外周側の側壁下方に対して当該側壁を矢印H方向へ加振するためのアクチュエータ208が90度間隔の円環状に例えば3個、6個、8個等その他種々の個数だけ取り付けられるようにしても良い。
さらに図23に示すように、音響振動板201の外部であって、当該音響振動板201の貫通穴202を形成している側壁に対して当該側壁を矢印K方向へ加振するためのアクチュエータ208が90度間隔の円環状に例えば3個、6個、8個等その他種々の個数だけ取り付けられるようにしても良い。
また上述した第2の実施の形態においては、音響振動板401の内部であって、当該音響振動板401の外周側の側壁に対する4段の高さ位置に対して当該側壁を周方向へ加振するためのアクチュエータ208が合計4個取り付けられて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、図24に示すように、音響振動板401の外部であって、当該音響振動板401の外面側の側壁に対する4段の高さ位置に対して当該側壁を周方向へ加振するためのアクチュエータ208が合計4個取り付けられるようにしても良い。
さらに上述した第1及び第2の実施の形態においては、木材を材料とした音響振動板201、401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、木材の柾目方向や板目方向等の所定方向に対する物理的異方性を持たせることができる材料であれば、樹脂、カーボン、その他種々の材料でなる音響振動板201、401を用いるようにしても良い。
さらに上述した第1及び第2の実施の形態においては、円錐台形状でなる音響振動板201、401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、パイプ形状、板状等、物理的異方性のある材料であれば、その他種々の形状でなる音響振動板を用いるようにしても良い。
さらに上述した第1及び第2の実施の形態においては、柾目方向が垂直方向又は周方向に揃えられた状態の音響振動板201、401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、複数個のブロック材がその木目の揃えられていない状態で張り合わせられ、そこから削り出すことにより、柾目方向や板目方向等の種々の木目が混在した状態の音響振動板を用いるようにしても良い。
さらに上述した第1及び第2の実施の形態においては、ダクト209及び409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、貫通穴202、402をバスレフポートとして機能させる必要性に乏しければ、ダクト209及び409を構成しなくても良い。
さらに上述した第1及び第2の実施の形態においては、音響振動板としての音響振動板201、401、加振手段としてのアクチュエータ208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、その他種々の構成及び形状でなる音響振動板および加振手段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は、例えば主がインテリアとして使用される照明器具であって、音声出力手段が組み込まれた照明装置にも適用することができる。
1、100、110、120、200、340、350、400……スピーカ装置、2……パイプ、3、101……ベース筐体、4、103、208、342、343、352、353……アクチュエータ、5……開口部、6、204……スピーカユニット、102、112、122、201、341、351、401……音響振動板、114……収納穴、202、402……貫通穴、203、403……脚部、207……LED素子、209、409……ダクト、301……DSPブロック、302、303……アンプブロック、310、320……アッテネータ、311、321……信号処理部、312、322……ローパスフィルタ。

Claims (6)

  1. 物理的異方性を有する材料でなる所定形状の音響振動板と、
    上記物理的異方性に合わせた方向を考慮して振動成分を加振するため上記音響振動板に取り付けられた加振手段と
    を具えるスピーカ装置。
  2. 上記音響振動板は、上記材料として木材が用いられ、
    上記加振手段は、上記物理的異方性に合わせた方向として、上記木材の柾目方向に沿って取り付けられる
    請求項1に記載のスピーカ装置。
  3. 上記音響振動板は、円錐台形状でなり、
    上記加振手段は、上記円錐台形状でなる上記音響振動板の側壁に隠蔽された状態で取り付けられる
    請求項2に記載のスピーカ装置。
  4. 上記音響振動板は、上記円錐台形状の底面に設けられたプレートに対してスピーカユニットの振動板が露出するように取り付けられる一方、当該スピーカユニットの本体部が上記音響振動板と上記プレートとによって形成された内部空間に収納される
    請求項3に記載のスピーカ装置。
  5. 上記音響振動板は、上記円錐台形状の中央に貫通穴が形成され、上記音響振動板の上記側壁に設けられた上記内部空間に対するダクトを介して上記貫通穴がバスレフポートとして機能する
    請求項4に記載のスピーカ装置。
  6. 上記音響振動板は、上記プレートに対して発光素子が露出した状態で取り付けられている
    請求項4に記載のスピーカ装置。
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