JP3898716B2 - 駆動方式の異なるスピーカーを重ねたスピーカーシステム - Google Patents

Description

スピーカーを複数重ねて設置し、ダブル以上で駆動するスピーカーシステムに関する。

従来のスピーカーシステムにおいて、低域を再生するウーハーなどでは図1で示すダブル駆動型があり、第２のスピーカー１の付いたキャビネット２を仕切板３で仕切り、その仕切板３に第１のスピーカー４を設けている。即ち、二つのスピーカー１とスピーカー４が重ねて設置されている。この場合、前のスピーカー１と後ろのスピーカー４の音響特性は同一でなくても良いが、大きく変わるものではない。このダブル駆動型は、図２の音圧周波数特性に示すごとく低域拡大に効果がある。キャビネット２にスピーカー１だけが付いている場合は、破線５のように低音共振周波数が１００Ｈｚであるが、仕切板３にスピーカー４を追加すると、実線のように低音共振周波数が７０Ｈｚまで下がって低域が拡大している。このダブル駆動型はキャビネットに収めて始めて効果が出るので、キャビネット内の空気を圧縮する駆動力が必要になる。キャビネット内の空気を圧縮できるスピーカーとして、従来はもっぱらマグネットを使用したダイナミック型が使用されている。

また図３に示すスピ−カーシステムは、外見はダブル駆動型に似ているが、前のスピーカー１の替わりに、駆動力をもたないドローンコーン６を使用して位相の反転を行い、やはり低域の拡大を計っているパッシブ型スピーカーシステムである。しかし、この場合のドローンコーン６はバスレフ型のポートの役割をするもので、ポートから発する音波のブレーキやフィルターとして作用する。従って駆動力を持つスピーカーが重なったダブル駆動型とは本質的に異なる。

一方、コンデンサー型や高分子圧電型スピーカーシステムはスピーカーをバッフル板に取り付けて後面開放にするシステムである。コンデンサー型や高分子圧電型スピーカーは、薄くて柔らかいプラスチックフィルムを振動板に用いるので駆動力が弱い。このスピーカーをキャビネットに入れた場合、空気を圧縮する力が十分でないので、低音再生がほとんどできない。その音圧周波数特性を図２の破線７で示す。低音共振周波数が５００Ｈｚまで上昇して、低音がほとんど再生されないのが分かる。そこでコンデンサー型や高分子圧電型スピーカーは放射面積を大きく取り、大き目のバッフル板に付けて低音再生を行っている。一般にコンデンサー型や高分子圧電型スピーカーシステムは薄く平板だが、面積が大きな形状をしているのはそのためである。これらコンデンサー型や高分子圧電型スピーカーを複数重ねても、空気の圧縮力が弱過ぎて低域の拡大にはならない。またコンデンサー型や高分子圧電型スピーカーシステムを壁などに近接して設置すると、後面に放射される逆相の音波が壁で反射する。すると、反射した逆相の音波は前方に放射した正相の音波と重なりキャンセルされてしまい、波長の長い低音が極端に減衰する。従って壁から１m以上離して設置するのが理想である。すると、コンデンサー型や高分子圧電型スピーカーシステムの薄いメリットが生かされない事になる。それでも、コンデンサー型や高分子圧電型スピーカーがオーディオ愛好者に好まれるのはその音質がダイナミック型スピーカーでは得られない特徴があるからにほかならない。この音質に関しては、理論的に解明されている訳ではないが、オーディオ機器にとっては、もっとも重要な要素の一つである。

またダイナミック型フルレンジスピーカーに重ねてリボン型ツィーターを設置するタイプのスピーカーシステムも従来から存在するが、それぞれ別の周波数帯域を再生するスピーカーであって、できるだけ互いのスピーカーに影響を与えないように工夫して設置するのが基本であるから、本発明の技術領域とは明らかに異なる。そして、ここまでスピーカーについて説明してきたが、ヘッドフォンのドライバーも一種のスピーカーであって、区別するものではない。
特願２０００−２１２１７１公報

先ず第１の課題は、コンデンサー型や高分子圧電型スピーカーシステムを壁に近接して設置しても、低音が減衰しないようにする事である。次に第２の課題は、スピーカーをキャビネットに入れて低域を拡大するダイナミック型あるいはセラミック圧電型スピーカーシステムの低音の音質を改質する事である。次に第３の課題は、コンデンサー型スピーカーシステムの低音を高分子圧電型の音質に改質する事である。その逆に高分子圧電型の低音の音質をコンデンサー型の音質に改質する事である。音質の評価には視聴者の好みが左右するので、あえて改善と言わないで改質としている。しかし、オーディオ機器はこの改質を目指してたゆみない発展をしてきたと言っても過言ではない。さらに補足すると、ミッドレンジスコーカーや高音域を受け持つツィーターに適用すると、それぞれの周波数レンジを受け持つスピーカーのその周波数帯での低域を改質するので、ウーハー以外のスピーカーも本発明の範囲に含まれる

本発明は第１の課題を解決するために、図４に示すように、第１のスピーカー８の前に駆動方式の異なる第２のスピーカー９を設置する特徴がある。すなわち、駆動方式の異なるスピーカーと該スピーカーを保持する保持手段を設け、該保持手段に該スピーカーを保持し、保持した複数の該スピーカーの各音波放射面がほぼ平行に重なるように設置する。該保持手段はキャビネット内に設けたバッフル板などを用いる事ができる。また、第２のスピーカーは第１のスピーカーが駆動しなくとも自ら駆動できる駆動手段を有し、同様に、第２のスピーカーが駆動しなくとも第１のスピーカーは自ら駆動できる手段を有している。そして二つのスピーカーが同時に駆動すると、各音波放射面から発する音波が重なって合成して、第１のスピーカーの音質的特長と第２のスピーカーの音質的特長を合わせ持つ事ができる。そして第１のスピーカー８はダイナミック型やセラミック圧電型スピーカーにして、第２のスピーカー９はコンデンサー型や高分子圧電型などの薄い後面開放型スピーカーである事が好ましい。ダイナミック型やセラミック圧電型は駆動力が強く振動板の剛性も強いので、壁に近接したり、キャビネット10に入れても、十分に空気を圧縮する事ができる。すると、ダイナミック型やセラミック圧電型の第１のスピーカー８などが空気室11の空気を吸排気するので、前に設置したコンデンサー型や高分子圧電型の第２のスピーカー９は、壁に近接しても低音を再生する大きな変位が得られる。これまで不可能と考えられていた、コンデンサー型や高分子圧電型スピーカーシステムを壁に近接して設置する事が可能になる特徴がある。また第２のスピーカーであるコンデンサー型や高分子圧電型のスピーカーが駆動する事で、ダイナミック型では得られない繊細な音を再生する。すなわち、第１のスピーカーと第２のスピーカーが同時に駆動すると、ダイナミック型の持つ力強さと、コンデンサー型や高分子圧電型の持つ繊細さを兼ね備えた音質に改質する事ができる。尚本明細書では第１のスピーカーと第２のスピーカーの二つのスピーカーで説明して行くが、さらに多くのスピーカーを同様に重ねて行っても、異なる駆動方式のスピーカーを重ねて構成する本発明の範囲に含まれる。

また本発明は第２の課題を解決するために、図５に示すようにキャビネット12に入った第１のスピーカー13の前に、音圧の小さい第２のスピーカー14を設置する特徴がある。好ましくは、後ろに設置する第１のスピーカー13はダイナミック型やセラミック圧電型スピーカーであり、前に設置する第２のスピーカー14はコンデンサー型や高分子圧電型スピーカーにする。あるいは第１のスピーカーがダイナミック型の場合は第２のスピーカーはセラミック圧電型であっても良い。また第２のスピーカー14の音圧は第１のスピーカー13の音圧より１０ｄＢ以上低い事が好ましい。この場合、音圧は、後ろの第１のスピーカー13が主体であるが、前の第２のスピーカー14が低音の音質を改質する。図３に示すドローンコーン６を使用する方式は、ドローンコーン６は駆動力を持たないので、自らの特有の音質が有るわけではない。ただ後ろのスピーカー４との共振を利用して音圧周波数特性を変化させて、音質を改質する事ができる。それに対して、本発明の第２のスピーカー14は第１のスピーカー13の音圧より10dB以上低いとは言え、駆動力を持つ特徴がある。第２のスピーカー14に駆動力がないと、第２のスピーカー14の持つ音質がほとんど生かされないが、わずかな駆動力を加えると、はっきりと第２のスピーカー14の持つ音質が現れるという新規な発見が本発明のきっかけになっている。

また本発明は、第１のスピーカー13と第２のスピーカー14の間を密閉しないで開放して、第２のスピーカー14の音質をさらに良く引き出す特徴がある。

また本発明は、図６に示すように、第１のスピーカー17と第２のスピーカー18を重ねるが、それぞれ独立して設置する。視聴者が第１のスピーカー17と第２のスピーカー18間の距離などを変化させて、好みの音質が得られる特徴がある。

また本発明は、第１のスピーカーユニット17がスピーカー用途であり、第２のスピーカー18がヘッドフォンのドライバーと兼用である特徴がある。さらに、ドライバーとヘッドバンドが接続部で着脱自在になっていて、ドライバーをヘッドバンドに接続する事で、ヘッドフォンとしても利用できる特徴がある。

本発明は第１のスピーカーの前に駆動方式の異なる第２のスピーカーを設置し、第１のスピーカーと第２のスピーカーの音圧をほぼ同じにする。すると後ろに設置した第１のスピーカーは、前の第２のスピーカー背面の空気を排除し、また供給するので、スピーカーシステムの背面を壁に近接しても低音が減衰しない効果が得られる。特に第１のスピーカーはダイナミック型やセラミック圧電型スピーカーにして、第２のスピーカーはコンデンサー型や高分子圧電型などの後面開放型スピーカーにした場合、次の効果が得られる。すなわち、コンデンサー型や高分子圧電型などの後面開放型スピーカーの低音を減衰させる事なく、壁に密閉あるいは近接して設置できるという大きな効果が得られる。これは、従来不可能と考えられていた事を可能にする極めて大きな効果である。

またキャビネットに入った第１のスピーカーの前に、音圧の小さい第２のスピーカーを設置する本発明は、ほとんどの音圧は第１のスピーカーを使用して発生させるが、足りない音質を第２のスピーカーで得る効果がある。例えば、後ろに設置する第１のスピーカーをダイナミック型スピーカーにして、前に設置する第２のスピーカーを高分子圧電型スピーカーやセラミック圧電型スピーカーにすると、ダイナミック型スピーカーのブーミーで不明瞭な低音の隈取をはっきりさせて、締まった響きの良い低音に改質する効果がある。また第２のスピーカーをコンデンサー型スピーカーにすると、ダイナミック型スピーカーの重い低音を軽やかな低音に改質する効果がある。また第１のスピーカーをコンデンサー型にして、第２のスピーカーを高分子圧電型やセラミック圧電型にすると、やや平面的なコンデンサー型の低音を立体感のある低音に改質する効果がでる。この場合音圧そのものは後ろの第１のスピーカーが主体であるが、第２のスピーカーの音質を加味した低音に改質する。

また第１のスピーカーと第２のスピーカーの間を密閉しないで開放すれば、スピーカーシステムがこもった低音にならないで、抜けの良い音質になる効果がある。

また第１のスピーカーと第２のスピーカーをそれぞれ独立して設置する事で、視聴者が第１のスピーカーと第２のスピーカー間の距離などを変化させて、手軽に好みの音質に調整できる効果が得られる。

また第２のスピーカーをヘッドフォンのドライバーと兼用にする。するとスピーカーシステムを視聴したい時は、ドライバーを第１のスピーカーの前において第１のスピーカーの音質を改質するスピーカーとして利用できる。そして、大きな音で視聴すると周囲に迷惑がかかる深夜などには、左右のドライバーをヘッドバンドに取り付けるだけでヘッドフォンに変身して、周囲を気にする事なく大きな音で視聴する事が可能になる。スピーカーシステムの音質を改質するスピーカーとヘッドフォンのドライバーが兼用できるので、視聴者には大きな経済的メリットになる。

ほぼ同じ周波数帯域を再生する複数の駆動方式の異なるスピーカーと、該スピーカーの一部又は全てを保持する保持手段と、該保持手段に保持される複数の該スピーカーは各音波放射面がほぼ平行に重なるように構成する。また該各スピーカーは各々が他のスピーカーが駆動しなくとも駆動できる駆動手段を有する。

本発明の実施例１を、図４を用いて詳細に説明する。ダイナミック型の第１のスピーカー８を仕切板19に設置し、高分子圧電型の第２のスピーカー９をキャビネット10の前面に付ける。この時仕切板19とキャビネット10の前面がほぼ平行になるようにして、スピーカー８とスピーカー９の振動板が接触しないようにすると共に、該振動板から発せられる二つの音波の波面が平行に重なるようにしている。ここで高分子圧電型スピーカーは特願２０００−２１２１７１公報で公開した図７に示す波状高分子圧電型スピーカー20を使用した。それは、高分子圧電バイモルフフィルムを波状に成型してフレーム21に装着したスピーカーである。次いで、ＣＤプレーヤーやアンプで構成する音楽出力装置22を通してスピーカーシステム23の端子24に音楽信号を入力すると、スピーカー８とスピーカー９には同じ音楽信号が入力する。スピーカー８はダイナミック型なので、アンプの出力をそのまま入力するが、スピーカー９は高分子圧電型なので、トランス25で電圧を昇圧して入力する。こうして入力する音楽信号に対して、スピーカー８はスピーカー９と同程度以上の空気の吸排気量になるようにするのが望ましい。ここでスピーカー８が動作しない場合、スピーカー９は空気室11の空気を吸排気するだけの駆動力がないので、大きな変位が必要な低音を再生できない。しかし、スピーカー８も同時に駆動すると、スピーカー９が空気室11を圧縮する時、スピーカー８が空気室11の空気を吸う。またスピーカー９が空気室11の空気を吸う時、スピーカー８は圧縮する。従って空気室11の空気がスピーカー９の動作を妨げないので、スピーカー９は低音を再生する事ができるようになる。しかし、スピーカー８をスピーカー９と同じ高分子圧電型スピーカーにすると、低音の減衰はほとんど改善されない。以上の結果はスピーカー９をコンデンサー型にした場合も同様である。従って、駆動力の弱いコンデンサー型や高分子圧電型などのスピーカー９の後ろに、駆動力の強いダイナミック型や圧電セラミック型スピーカーを重ねて組み合わせる本発明にする事で、始めて設置場所を選ばないコンデンサー型や高分子圧電型スピーカーシステムが可能になる。

次に図８を用いて実施例２を説明する。ダイナミック型の第１のスピーカー26を後面開放型にしている他は、図４の実施例１と同じである。すなわち、スピーカー26を仕切板27に取り付け、高分子圧電スピーカー28をキャビネット29の前面に付けている。しかしスピーカー26の後ろはキャビネット29で囲まない。すると、キャビネット29の後ろを壁に近づけた時、スピーカー26から放射される逆相の音波が壁で反射して、スピーカー28から前方に放射される音波と重なってキャンセルし、低音が減衰する。従って、余り意味のない形態になってしまうが、次のような形態には有効に作用する。それは、キャビネット29の前方の周囲にイヤーパッド30を被せイヤーパッド30に耳を当てると、スピーカー26から後ろに放射される逆相の音波をイヤーパッド30が遮蔽する。すると耳には逆相の音波にキャンセルされる事なく、スピーカー28から放射する十分な低音が入る。すなわち、実施例２はヘッドフォンに有効に働く。

次に図４を使用して実施例３を説明する。実施例２ではトランス25で音楽信号の電圧を昇圧したが、実施例３ではトランスを通さないで、音楽出力装置22の出力信号をスピーカー９に直接印加する。すると、同じように音楽出力装置22の音楽信号を直接印加したスピーカー８の音圧より１０ｄＢ以上下回る。しかし音楽信号に対する反応は高分子圧電型のスピーカー９の方が速いので、音の立ち上がり時点ではスピーカー９が大きな影響を及ぼしている。従って、音圧レベルでははるかに大きいスピーカー８のブーミーな音質の明瞭度を高め、貴重な音質の改質を行う事ができる。

次に図５を用いて、実施例４を説明する。キャビネット12にウーハー13とスコーカー15とツィーター16を取り付けて３ウエイスピーカーシステムを形成する。さらに、キャビネット12に連なった台座32に高分子圧電スピーカー14を設置する。そしてスピーカー13とスピーカー14の空間は密閉しないで開放にしている。開放する事で、スピーカー13の動きにできるだけ影響を与えないようにする事ができる。またキャビネット12の中にトランス35を設置して、音楽出力装置33からの音楽信号の電圧を１7倍に昇圧して高分子圧電型のスピーカー14に供給している。それでもスピーカー14の音圧はスピーカー13に比べて１０ｄＢ以上低い。従って低音の音圧はほとんどスピーカー13が担っているが、スピーカー13の不明瞭でブーミーな低音を明瞭で響きのある低音へと一変させた。一方、トランス35で昇圧しないで、音楽出力装置33の出力を直接スピーカー14に入力した場合は、スピーカー14の音圧はスピーカー13の音圧より５０ｄＢ以上低いので、ほとんど低音改質の効果が得られなかった。即ち、スピーカー14の音圧はスピーカー13の音圧より１０ｄＢ以上低く、５０ｄＢを下回らないように設計するのが好ましい。もちろんこの場合、スピーカー14をコンデンサー型やセラミック圧電型にしても、同じような音質の改質効果が得られる。

次に図６を用いて実施例５を説明する。スピーカー18は台座36に固定するが、台座36とトランス37はキャビネット38とは分離している。但し、音楽信号は共通の音楽出力装置39から供給する。こうすると、スピーカー17とスピーカー18の間隔を視聴者が自由に変更して設定できるので、好みの音質調整が容易になる効果がある。

次に図９、図10、図11、を用いて実施例６を説明する。図９はドライバー40，41に、図６に示す波状高分子圧電型スピーカー20を用いたヘッドフォン42である。ドライバー40，41は接続部43，44，45，46においてヘッドバンド47で保持された回転ホルダー48，49に接続している。さらに、接続部44の詳細を図10に示す。回転ホルダー49は端50が鉤状になっていて、ドライバーユニット41の側面から出た軸51に引っ掛けている。先端52は切欠53になっていて、先端52がバネの作用をするので、切欠53に軸51を押し付けると、切欠53が開閉して、回転ホルダー49を軸51に嵌めたり外したりする事ができる。そして側板54が、回転ホルダー49の軸51からの横抜けを防ぐ。また接続部43，45，46も接続部44と同様の構造になっている。すると、ドライバーユニット40，41は回転ホルダー48，49から切り離すことができるし、また容易に取り付ける事が可能になる。但し、接続部44が他の構造であっても本発明の趣旨に変わりはない。

図11は回転ホルダー48，49から切り離したドライバー40，41をスピーカーとして利用した様子を示す。ステレオスピーカーシステム55，56のウーハー57，58の前に台座59，60を設置し、台座から伸びるホルダー61，62でドライバー40を挟み、ホルダー63，64でドライバー41を挟んでセットする。ドライバー40，41から出ているヘッドフォンコード65，66はヘッドフォンプラグ67に繋がっている。そして音楽出力装置68には音楽信号の電圧を昇圧するトランス69に接続したヘッドフォンジャック70が付いている。またステレオスピーカーシステム55，56に出力するスピーカー端子71，72を付ける。ステレオスピーカーシステム55，56をスピーカー端子71，72に接続し、ヘッドフォンプラグ67をヘッドフォンジャック70に挿入して同じ音楽信号を入力する。すると、ドライバーユニット40，41にはトランス69で音楽信号の電圧が１７倍ほど昇圧して入力されるが、ステレオスピーカーシステム55，56が再生する音圧より３０ｄＢほど低い。しかし、ドライバーユニット40，41が、ウーハー57，58の低音を明瞭にする十分な改質効果を確認する事ができた。

次に図１２に実施例７を示す。実施例６で説明した図１１におけるダイナミック型のステレオスピーカーシステム55，56を後面開放型のコンデンサースピーカー73，74に替えただけのシステムである。このシステムでは壁に近接すると、低音がキャンセルされて十分な低音再生ができないが、壁から１ｍ程度離せば、コンデンサー型のやや平面的な低音が、波状高分子圧電型のドライバー40，41が有する立体感のある音質に改質された。

これまで不可能と考えられていた、コンデンサー型や高分子圧電型スピーカーシステムを壁に近接して設置できるので、薄型で高音質のスピーカーとして、家庭用や劇場用など幅広く産業上の利用が可能になる。

は従来のダブル駆動型スピーカーシステムの側面図 は従来のスピーカーシステムの音圧周波数特性 は従来のパッシブスピーカーシステムの側面図 は実施例１と実施例３を説明するスピーカーシステムの側面図 は実施例４を説明するスピーカーシステムの側面図 は実施例５を説明するスピーカーシステムの側面図 は波状高分子圧電スピーカーの斜視図 は実施例２を説明するスピーカーシステムの側面図 はヘッドフォンの斜視図 はヘッドフォンの接続部を説明する側面図 は実施例６を説明するスピーカーシステムの正面図 は実施例７を説明するスピーカーシステムの正面図

符号の説明

１は第２のスピーカー
２はキャビネット
３は仕切板
４は第１のスピーカー
６はドローンコーン
９は高分子圧電スピーカー
22は音楽出力装置
25はトランス
20は波状高分子圧電スピーカー
30はイヤーパット
36は台座
40，41はヘッドフォンのドライバー
73，74はコンデンサー型スピーカーシステム

Claims (8)

1. ほぼ同じ周波数帯域を再生する複数の駆動方式の異なるスピーカーと、該スピーカーの一部又は全てを保持する保持手段と、該保持手段に保持される複数の該スピーカーは各音波放射面がほぼ平行に重なるように構成され、該各スピーカーは各々が他のスピーカーが駆動しなくとも駆動できる駆動手段を有するもので構成されるスピーカーシステムにおいて、複数の各該スピーカーが自らの各該駆動手段で駆動されると、各該音波放射面から発する音波が重なって合成され、該スピーカーそれぞれが有するスピーカー独自の音質的な特徴を発揮することができるスピーカーシステム。
2. 該スピーカーの内、少なくとも一つは該駆動方式が高分子圧電型である請求項１のスピーカーシステム。
3. 該スピーカーの内、少なくとも一つは該駆動方式がコンデンサー型である請求項１のスピーカーシステム。
4. 少なくとも二つの該スピーカーの音圧差が10dB以上である請求項1のスピーカーシステム。
5. 少なくとも一つの該スピーカーと他のスピーカーの間の側面は開放して設置する請求項1のスピーカーシステム。
6. 少なくとも一つの該スピーカーは他のスピーカーから分離して設置する請求項５のスピーカーシステム。
7. 少なくとも一つの該スピーカーがヘッドフォンのドライバーと兼用である請求項1のスピーカーシステム。
8. 該ヘッドフォンがヘッドバンドを有し、該ヘッドバンドと該ドライバーは接続部で接続されると共に、該ドライバーは該ヘッドバンドから容易に着脱できる請求項７のスピーカーシステム。

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