JP3914882B2 - スピーカシステム、スピーカユニットの駆動方法、および表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スピーカシステムおよびスピーカシステムを備える表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
テレビやＰＣ用の液晶ディスプレイでは、映像の質の向上に注力されているが、音の質に関しては、コスト低減という観点から、あまり重視されない傾向がある。テレビなどでは、高音質のスピーカシステムを搭載している旨をうたっているケースもあるが、一般には、搭載可能なスペースが限られていることから、どうしても、音質には限界がある。省スペースという観点で、例えば、一平面でステレオ音響を実現する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
一方、現在、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等が一般に普及し、高品質の映像とともに５．１チャンネルや７．１チャンネルの信号を用いたサラウンド効果と呼ばれる音響効果が提供されている。５．１チャンネルによる音響効果を得るためには、一般には、センターチャンネル用に１台、前方の左右のチャンネル用に２台、後方左右のチャンネル用に２台、低音域専用に１台の計６台のスピーカシステムが必要となる。
【０００４】
【特許文献１】
特表２００２−５２８０１８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この音響効果を実現するためには、上述の６台のスピーカユニットを、視聴者を取り囲むように配置する必要がある。そのためには、それなりのスペースと、装置が必要となり、設置空間を充分に確保できないユーザもでてくる。また、６台のスピーカシステムの配線も煩雑になり、この点で敬遠するユーザがでてくる。また、上記特許文献１で提案されている技術では、省スペースでステレオ効果を実現しているが、音の広がり、つまりサラウンド効果の実現という観点では、改善の余地が残る。また、２台のスピーカユニットでサラウンド効果を実現する技術がドルビー（登録商標）などで提案されているが、専用のＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の回路が必要となり、コストが上昇し、設置可能となる表示装置が限定されてしまう。
【０００６】
一方、テレビやパーソナルコンピュータに用いられる液晶ディスプレイを利用する際に、上述のような５．１チャンネルによるサラウンドシステムを導入するまではないが、それなりの音響効果を体験したいという要望も依然として存在する。また、供給サイドとしては、専用のＤＳＰ回路などを用いず、コスト上昇を抑えつつ、効果的な音響効果を実現し、製品の差別化を行いたいという希望が存在する。
【０００７】
本発明は、このような状況に鑑みなされたものであって、その目的は、音響効果を効果的に実現する技術を提供することにある。また、別の目的は、コストを抑えつつ効果的な音響効果を実現することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のある態様は、スピーカシステムに関する。このスピーカシステムは、右側音声を出力する複数のスピーカユニットを並列に接続した第１のスピーカユニット群と、左側音声を出力する複数のスピーカユニットを並列に接続した第２のスピーカユニット群と、をキャビネット内の左右に備えるスピーカシステムであって、第１および第２のスピーカユニット群それぞれにおいて、相対的に内側に配置されるスピーカユニットから相対的に外側に配置されるスピーカユニットへ向かう方向において音声信号の位相を遅延させる遅延回路を設けた。このスピーカシステムは、単一キャビネットに配置されてもよい。また、第１および第２のスピーカユニット群それぞれにおいて、各スピーカユニットは略一列に配置されてもよい。
【０００９】
例えば、水平方向略一列にスピーカユニットが配置された場合、外側に配置されるスピーカユニットになるに従って、入力される音声信号の位相を遅延させると、サラウンド感が向上する。また、内側に配置されるスピーカユニットになるに従って、入力される音声信号の位相を遅延させると、内側のスピーカユニットになるに従って、奥に位置するような奥行き感が実現できる。
【００１０】
本発明の別の態様もスピーカシステムに関する。このスピーカシステムは、キャビネット内にて並列に接続された第１〜第Ｎ（Ｎは２以上の自然数）のスピーカユニットと、第２〜第Ｎのスピーカユニットに入力される少なくともいずれかの音声信号の位相を遅らせる遅延回路と、を有する。また、遅延回路は、第Ｍ（Ｍは自然数かつ２≦Ｍ≦Ｎ）のスピーカユニットに入力される音声信号の位相をＰＭとした場合、Ｐ１≦ＰＭ≦ＰＮかつＰ１＜ＰＮを満たすように音声信号の位相を遅延させてもよい。また、連続する複数のスピーカユニットの位相が同一となってもよい。
【００１１】
例えば、音声信号を伝達するラインを各スピーカユニットに向けて分岐した後に、各スピーカユニットの直前に遅延回路を設ける構成であれば、各スピーカユニットに入力する音声信号の位相を独立に設定できる。また、徐々に各スピーカユニットにラインが分岐していく構成において、分岐するノード間に遅延回路を設けた場合、遅延回路における音声信号の遅延が加算されることになる。従って、あるノード間で遅延回路を設けない場合、それらノードに接続されるスピーカユニットには、同位相の音声信号が入力される。
【００１２】
また、スピーカユニットの中で、相対的に内側に配置されるスピーカユニットより相対的に外側に配置されるスピーカユニットへ向かう方向において、所定音域が強調された音波を出力するようにスピーカユニットに入力される音声信号に作用する回路を有してもよい。また、音声信号に作用する回路は、高音域が強調された音波を出力するように音声信号の周波数帯域を制限する周波数フィルタを含んでもよい。
【００１３】
例えば、複数のスピーカが全て同じ特性を有する場合、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタおよびハイパスフィルタなどの周波数フィルタを用いて、各スピーカユニットに入力される音声信号の周波数帯域を調整すればよい。また、特性の異なるスピーカユニットを用いる場合は、その特性に応じて、周波数フィルタの使用の有無を決定すればよい。一般に、これによって、高音域の音声が内側に配置されるスピーカユニットより外側のスピーカユニットのほうが強調されればよく、これによって、ステレオ効果が向上する。
【００１４】
また、スピーカユニットの側方に配置され、前記複数のスピーカユニットのうち、最端に位置するスピーカユニットから出力される音波を反射および拡散する反射装置を更に有してもよい。この反射装置を利用することで、音の広がりを向上させることができる。また、上述のスピーカシステムを、表示装置に搭載してもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本実施の形態では、テレビやモニターなどに設けられる比較的小型のスピーカシステムで、サラウンド効果を実現する。その際、一般に用いられるＤＳＰ等の回路を利用せずに、スピーカシステムのみでサラウンド効果を実現する。そのため、左右チャンネルそれぞれ、複数のスピーカユニットを同一キャビネットに概ね水平一列に配置するとともに、並列に接続する。各スピーカユニットに入力された音声信号が、外側のスピーカユニットほど、位相が遅延するようにスピーカシステムを構成する。また、外側のスピーカユニットほど、出力される音声の高音域が強調されるようにスピーカシステムを構成する。このような構成にすることで、スピーカシステムからは、内側から外側に向かって音波が出力されるように聞こえる。また、サラウンド効果を一層向上させるために、スピーカシステムの両サイドに、音を反射および拡散させる機能を有する音声反射装置を配置する。
【００１６】
図１は、本実施の形態に係るスピーカシステム２０および表示部１２を備える液晶モニター１０の構成を示している。本図では、スピーカシステム２０は、表示部１２の下部に設けられているが、上部に設けられてもよい。スピーカシステム２０は、左側チャンネル用の音声信号を入力し音波を出力する左側スピーカユニット群２２として、内側から順に、左第１スピーカユニットＳＰＬ１、左第２スピーカユニットＳＰＬ２、および左第３スピーカユニットＳＰＬ３、同様に、右側チャンネル用の音声信号を入力し音波を出力する右側スピーカユニット群２４として、内側から順に、右第１スピーカユニットＳＰＲ１、右第２スピーカユニットＳＰＲ２、および右第３スピーカユニットＳＰＲ３を備える。
【００１７】
図２は、スピーカシステム２０の構成図を示している。左側スピーカユニット群２２に左側チャンネルの音声信号を入力する左側チャンネルラインＬＣＳは、左第１ノードＮＬ１で左第１スピーカユニットＳＰＬ１に延びる左第１ラインＬＬ１と、左第２ノードＮＬ２に延びる左分岐ラインＬＬＡに分岐する。左分岐ラインＬＬＡは、左第２ノードＮＬ２で、左第２スピーカユニットＳＰＬ２に延びる左第２ラインＬＬ２と、左第３スピーカユニットＳＰＬ３に延びる左第３ラインＬＬ３に分岐する。
【００１８】
左第２ラインＬＬ２は、その途上に、左第１ハイパスフィルタＨＰＬ１を備える。左分岐ラインＬＬＡは、その途上に、音声信号の位相を遅延する左第１フェーズシフタＰＳＬ１を備える。左第３ラインＬＬ３は、その途上に、左第２ノードＮＬ２側から順に、音声信号の位相を遅延する左第２フェーズシフタＰＳＬ２と左第２ハイパスフィルタＨＰＬ２を備える。従って、スピーカユニットに入力される音声信号の位相は、音声信号の入力先が左第２スピーカユニットＳＰＬ２、左第３スピーカユニットＳＰＬ３となるに従って遅延が大きくなる。
【００１９】
右側スピーカユニット群２４は、左側スピーカユニット群２２とは左右対称とした構成である。右側スピーカユニット群２４に右側チャンネルの音声信号を入力する右側チャンネルラインＲＣＳは、右第１ノードＮＲ１で右第１スピーカユニットＳＰＲ１に延びる右第１ラインＲＬ１と、右第２ノードＮＲ２に延びる右分岐ラインＲＬＡに分岐する。右分岐ラインＲＬＡは、右第２ノードＮＲ２で、右第２スピーカユニットＳＰＲ２に延びる右第２ラインＲＬ２と、右第３スピーカユニットＳＰＲ３に延びる右第３ラインＲＬ３に分岐する。
【００２０】
右第２ラインＲＬ２は、その途上に、右第１ハイパスフィルタＨＰＲ１を備える。右分岐ラインＲＬＡは、その途上に、音声信号の位相を遅延する右第１フェーズシフタＰＳＲ１を備える。右第３ラインＲＬ３は、その途上に、右第２ノードＮＲ２側から順に、音声信号の位相を遅延する右第２フェーズシフタＰＳＲ２と右第２ハイパスフィルタＨＰＲ２を備える。
【００２１】
なお、スピーカユニットの配置間隔は、等間隔もしくは、外に行くに従って、短くなるように配置するのが望ましい。また、スピーカユニット間の距離は、遅延時間と再生帯域により決定される。例えば、音速が３４０ｍ／ｓｅｃとすると、３４ｍｓの遅延が発生し、音源から１０ｍ離れたことになる。また、遅延時間が５０ｍｓを超えると、ユーザは２つの音として認識し、音が重なって聞こえる、いわゆるダブリングと呼ばれる現象が生じたり、音が滲んで聞こえたりという現象が生じる。そこで、各フェーズシフタで発生する遅延時間の合計は、５〜２０ｍｓ程度に設定することが望ましい。また、例えば、各フェーズシフタが抵抗からなるディレイラインで構成されている場合、その抵抗を可変抵抗とすることで、ユーザによる微調整が可能となる。また、各スピーカユニットの出力を調整可能とするボリュームが設けられてもよい。
【００２２】
図３は、左第１ハイパスフィルタＨＰＬ１、および左第２ハイパスフィルタＨＰＬ２の特性を示している。左第１ハイパスフィルタＨＰＬ１は、第１カットオフ周波数ｆｃ１を有し、音声信号の低周波領域をカットし、左第２ハイパスフィルタＨＰＬ２は、第２カットオフ周波数ｆｃ２を有し、左第１ハイパスフィルタＨＰＬ１よりも広い範囲に亘って音声信号の低周波領域をカットする。従って、スピーカシステム２０において、外側のスピーカユニットほど高音域が強調された音を出力することになる。なお、周波数フィルタの特性として、外側のスピーカユニットほど高音が強調される構成となればよく、例えば、左第１ハイパスフィルタＨＰＬ１は、低周波領域をカットするだけでなく高周波領域も一部カットするバンドパスフィルタであってもよい。
【００２３】
以上の構成によるスピーカシステム２０の動作を、図２に基づいて左側スピーカユニット群２２における信号の流れに着目して説明する。左側チャンネルラインＬＣＳに入力された音声信号は、左第１ノードＮＬ１で、左第１ラインＬＬ１と左分岐ラインＬＬＡの２方向に分岐する。左第１ラインＬＬ１に入力された信号は、全帯域幅の周波数を有する音声信号が左第１スピーカユニットＳＰＬ１に入力され、入力された音声信号および左第１スピーカユニットＳＰＬ１の出力特性に応じた音波が出力される。
【００２４】
一方、左分岐ラインＬＬＡに入力された信号は、その経路途上の左第１フェーズシフタＰＳＬ１で、位相が遅延され、更に左第２ノードＮＬ２で左第２ラインＬＬ２と左第３ラインＬＬ３の２方向に分岐する。左第２ラインＬＬ２に分岐した音声信号は、その経路途上の左第１ハイパスフィルタＨＰＬ１で、左第１ハイパスフィルタＨＰＬ１の特性に応じて低周波領域がカットされ左第２スピーカユニットＳＰＬ２に入力され、入力された音声信号および左第２スピーカユニットＳＰＬ２の特性に応じた音波が出力される。左第３ラインＬＬ３に分岐した音声信号は、その経路途上の左第２フェーズシフタＰＳＬ２で、更に位相が遅延され、つづいて、左第２ハイパスフィルタＨＰＬ２で、ＨＰＬ２の特性に応じて、低周波領域をカットされ左第３スピーカユニットＳＰＬ３に入力され、入力された音声信号および左第３スピーカユニットＳＰＬ３の特性に応じた音波が出力される。
【００２５】
従って、左第１スピーカユニットＳＰＬ１、左第２スピーカユニットＳＰＬ２、左第３スピーカユニットＳＰＬ３に供給される音声信号の位相は、左第２スピーカユニットＳＰＬ２、左第３スピーカユニットＳＰＬ３と順に遅延が大きくなり、ユーザにとっては、あたかも、内側の左第１スピーカユニットＳＰＬ１から外側の左第３スピーカユニットＳＰＬ３に向かって順に音声信号が伝達され、音波が出力されるように聞こえる。
【００２６】
なお、理論上、内側のスピーカユニットほど、音声信号の位相を進行させることもできるが、その場合、スピーカシステム２０はアクティブスピーカシステムとして構成される必要があるとともに、ＤＳＰ等の回路が必要となり、構成が複雑になってしまう。そこで、上述のように、フェーズシフタで、音声信号の位相を遅延させる場合、フェーズシフタを抵抗で構成するディレイラインとすることができ、シンプルな構造で、サラウンド感を提供することができる。更に、外側のスピーカユニットほど、高音域が強調された音波を出力するようにすることで、一層サラウンド感を向上させることができる。つまり、時間軸上で、周波数と位相を変化させた音が、あたかも、内側から外側のスピーカユニットに流れるがごとく伝搬し、端に向かい高音域が強調するように表現することができる。これによって、従来は、モニターなどに備えられているスピーカシステムでは困難であった自然な音の広がりを実現できる。
【００２７】
なお、スピーカシステム２０には、様々な構成が考えられる。図２に示したスピーカシステム２０の構成の変形例を、図４〜図７に挙げる。なお、ここでは、図２と比較して特徴的な点を主に説明する。また、上述したように、左側スピーカユニット群２２および右側スピーカユニット群２４は、左右対称な構成であるので、左側スピーカユニット群２２に着目して説明する。
【００２８】
図４は、図２に示した左第１ラインＬＬ１の経路上に、高周波領域をカットする左第１ローパスフィルタＬＰＬ１を設けた回路である。この構成のスピーカシステム２０では、内側に配置される左第１スピーカユニットＳＰＬ１からは、低音域が強調された音波が出力される。このため、ステレオ効果が向上し、音場が豊かに表現される。また、左第１ローパスフィルタＬＰＬ１を設けることで、左第１スピーカユニットＳＰＬ１から出力される音波の位相が、外側の左第２スピーカユニットＳＰＬ２および左第３スピーカユニットＳＰＬ３から出力される音波の位相に対して反転した状態となる。これによって、左側スピーカユニット群２２から出力される音波と右側スピーカユニット群２４から出力される音波の干渉を防ぐことができ、その結果、音場の定位を鮮明にすることができる。
【００２９】
図５は、スピーカシステム２０に対する音声信号の入力点を真ん中の左第２ノードＮＬ２とした回路である。内側の左第１スピーカユニットＳＰＬ１には、左第１ローパスフィルタＬＰＬ１によって高周波領域がカットされた音声信号が入力され、左第２スピーカユニットＳＰＬ２には、全ての帯域幅の周波数を有する音声信号が入力される。また、左第３スピーカユニットＳＰＬ３には、左第２フェーズシフタＰＳＬ２で音声信号の位相が遅延されるとともに、左第２ハイパスフィルタＨＰＬ２において低周波領域がカットされた音声信号が入力される。
【００３０】
図６は、図４に示したスピーカシステム２０と比較して、音声信号の入力点を内側の左第１ノードＮＬ１から外側の左第３ノードＮＬ３へ変更した回路である。この構成では、入力された音声信号は、外側から内側のスピーカユニットに向かうほど音声信号の位相の遅延が大きくなる。従って、この構成によると、ユーザは、内側のスピーカユニットほど奥にあるように聞こえる。つまり、左第１スピーカユニットＳＰＬ１が一番奥にあるように聞こえる。音声信号が、５．１チャンネルや、７．１チャンネルの信号をダウンミックスした信号である場合、このように外側のスピーカユニットから音声信号を供給し、内側のスピーカユニットに行くに従って音声信号の位相が遅延する構成とすると、音の広がりを大きくする効果が向上することがある。
【００３１】
図６に示したスピーカシステム２０と、図４に示したスピーカシステム２０の構成は、音声信号の入力点が異なるのみである。そこで、例えば、入力点を選択できるスイッチを設けて、外側のスピーカユニットに入力される音声信号の位相を遅延させるか、内側のスピーカユニットに入力される音声信号の位相を遅延させるかの選択を、ユーザから受ける構成とすれば、ユーザは視聴するコンテンツに応じて、より効果のあるスピーカシステム２０を選択できる。
【００３２】
図７は、図２で示したスピーカシステム２０を、左第１フェーズシフタＰＳＬ１を左第２ラインＬＬ２の途上に移したものである。この構成のスピーカシステム２０では、外側に配置される左第３スピーカユニットＳＰＬ３に入力される音声信号の位相が、左第２スピーカユニットＳＰＬ２に入力される音声信号の位相より遅延するようにするために、左第１フェーズシフタＰＳＬ１と左第２フェーズシフタＰＳＬ２を適切に設定する必要がある。例えば、左第１フェーズシフタＰＳＬ１と左第２フェーズシフタＰＳＬ２が、抵抗から構成されるディレイラインであれば、左第１フェーズシフタＰＳＬ１の抵抗より左第２フェーズシフタＰＳＬ２の抵抗が大きくなるようにすればよい。
【００３３】
図８〜１０に、主に、スピーカユニットのレイアウトに着目したスピーカシステム２０の変形例を挙げる。図８は、図２に示したスピーカシステム２０に対して、後方に音波を出力する背面スピーカＳＰＢが新たに設けられた構成である。背面スピーカＳＰＢからは、左第１スピーカユニットＳＰＬ１および右第１スピーカユニットＳＰＲ１に入力される信号をミックスし、更に、出力される音波は、左第１スピーカユニットＳＰＬ１および右第１スピーカユニットＳＰＲ１から出力される音波と、位相が反転するように構成する。このように、スピーカシステム２０の背面から音声を出力することで、前方のスピーカユニットから出力された音波の後方への回り込みを抑制でき、その結果、サラウンド効果の向上が図れる。
【００３４】
また、図９は、図８において、背面スピーカＳＰＢが設けられた位置に、背面ポートＰＴを設けた構成である。この構成でも、図８で示した構成と同様に、背面ポートＰＴから、左第１スピーカユニットＳＰＬ１および右第１スピーカユニットＳＰＲ１から、位相が反転した音波が出力されることになるので、図９で示した構成のスピーカシステム２０と同様の効果が得られる。
【００３５】
図１０は、図８に示したスピーカシステム２０において、左第２スピーカユニットＳＰＬ２、左第３スピーカユニットＳＰＬ３を左外向きに配置し、右第２スピーカユニットＳＰＲ２、右第３スピーカユニットＳＰＲ３を右外向きに配置した構成を示している。この構成は、個々のスピーカユニットの指向特性の干渉を考慮したものであり、特に、スピーカユニットを近接配置しなければならないときに効果的である。
【００３６】
つづいて、音声信号の位相の遅延および周波数領域の確認のために行ったシミュレーション結果を示す。図１１は、図４に示した左側スピーカユニット群２２の回路構成を、等価回路７０に置き換え、更に音声信号に対応する信号を生成する信号出力装置７２を設けたシミュレーション回路８０を示す。このシミュレーション回路８０をもとに、一部構成要素の設定値を変更して第１シミュレーションＩ〜第５シミュレーションＶの５種のシミュレーションを行った。
【００３７】
等価回路７０において、プラス側の接続端子である第１端子Ｔ１から延びるラインは第１ノードＮ１で、第１抵抗Ｒ１および第２ノードＮ２の２方向に分岐する。第１抵抗Ｒ１と第１ノードＮ１の間には、コイルＬ１が直列に接続される。第１ノードＮ１と第２ノードＮ２の間には第１ディレイラインＤＬ１が直列に設けられる。また、第２ノードＮ２に延びるラインは、第２ノードＮ２で第２抵抗Ｒ２および第３抵抗Ｒ３の方向に分岐する。第２ノードＮ２と第２抵抗Ｒ２の間には、第２保持容量Ｃ２が直列に設けられ、第２ノードＮ２と第３抵抗Ｒ３の間には、第２ディレイラインＤＬ２と第３保持容量Ｃ３がこの順で直列に設けられる。なお、信号出力装置７２は、シグナルジェネレータとオペアンプから構成される一般な信号出力機能を有する装置であり、ここでは説明を省略する。
【００３８】
第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２および第３抵抗Ｒ３のプラス側の信号入力点である第１信号入力端子ＮＳ１、第２信号入力端子ＮＳ２および第３信号入力端子ＮＳ３において、それぞれ第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２および第３抵抗Ｒ３に入力される音声信号のゲインおよび位相を、接地電位に接続される第２端子Ｔ２を基準に計測した。
【００３９】
本図の等価回路７０と図４の右側スピーカユニット群２２の構成要素の対応関係は以下の通りである。つまり、第１抵抗Ｒ１が左第１スピーカユニットＳＰＬ１に、第２抵抗Ｒ２が左第２スピーカユニットＳＰＬ２に、第３抵抗Ｒ３が左第３スピーカユニットＳＰＬ３に対応する。また、第１ディレイラインＤＬ１が左第１フェーズシフタＰＳＬ１に、第２ディレイラインＤＬ２が左第２フェーズシフタＰＳＬ２に対応する。また、コイルＬ１が左第１ローパスフィルタＬＰＬ１に、第２保持容量Ｃ２が左第１ハイパスフィルタＨＰＬ１に、第３保持容量Ｃ３が左第２ハイパスフィルタＨＰＬ２に対応する。
【００４０】
図１９に、上述の等価回路８０をもとに行った５種類のシミュレーションにおける各構成要素の設定値を示す。検証結果の理解を容易にするために、第１シミュレーションＩ〜第３シミュレーションIIIでは、第３保持容量Ｃ３の値のみを可変として、その他の構成要素の値は固定とした。第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３は０．００８Ω、第１ディレイラインＤＬ１は、０．１Ω、第２ディレイラインＤＬ２は、０．４Ω、コイルＬ１は、４００μＨ、第２保持容量Ｃ２は３０μＦと、それぞれ固定値としている。第３保持容量Ｃ３は、第１シミュレーションＩでは１μＦ、第２シミュレーションIIでは２．２μＦ、第３シミュレーションIIIでは３．３μＦと徐々に大きくしている。また、第４シミュレーションIVおよび第５シミュレーションＶでは、第３シミュレーションIIIから、第２ディレイラインＤＬ２をそれぞれ０．４Ωから０．６Ωおよび０．８Ωへ変更している。
【００４１】
図１２は、第１シミュレーションIの結果を、ゲインＧ（ｄｂ）および位相Ｐ（°）に関して、周波数ｆ（Ｈｚ）の関係で示している。Ｇ１〜Ｇ３は、それぞれ、第１信号入力端子ＮＳ１、第２信号入力端子ＮＳ２、および第３信号入力端子ＮＳ３における音声信号のゲインを示している。つまり、図４に示した左第１ローパスフィルタＬＰＬ１、左第１ハイパスフィルタＨＰＬ１および左第２ハイパスフィルタＨＰＬ２の特性を示している。図１２の結果によると、ゲインＧ１は、周波数ｆが大きくなるに従って、小さくなっている。また、ゲインＧ２は、低周波領域がカットされており、ゲインＧ３はゲインＧ２より広い範囲で低周波領域がカットされている。
【００４２】
また、Ｐ１〜Ｐ３は、第１信号入力端子ＮＳ１、第２信号入力端子ＮＳ２、および第３信号入力端子ＮＳ３における音声信号の位相を示している。位相Ｐ１は、位相Ｐ２およびＰ３に対して１８０度ずれている、つまり反転している。また、位相Ｐ３は、高周波領域で、位相Ｐ２より遅延している。
【００４３】
図１３は、位相Ｐ３に着目したグラフで、第１シミュレーションＩ〜第３シミュレーションIIIにおいて、第３保持容量Ｃ３を変化させた場合の第３抵抗Ｒ３に入力される信号の位相Ｐ３の変化を示している。第１シミュレーションＩ〜第３シミュレーションIIIで得られた位相Ｐ３をそれぞれ、Ｐ３１、Ｐ３２、Ｐ３３として示している。また、理解の容易のために、位相Ｐ２も示している。第３保持容量Ｃ３を大きくするに従って、位相Ｐ３は位相Ｐ２に対して遅延が大きくなっている。
【００４４】
図１４は、位相Ｐに着目したグラフで、第３シミュレーションIII〜第５シミュレーションＶにおいて、第２ディレイラインＤＬ２を変化させた結果を示している。第３シミュレーションIII〜第５シミュレーションＶで得られた位相Ｐ３を、それぞれＰ３３、P３４、Ｐ３５として示している。第２ディレイラインＤＬ２を大きくすると、位相Ｐ３は位相Ｐ２に対して遅延が大きくなることが確認できる。
【００４５】
なお、上記のシミュレーションは、音声信号の位相の遅延や周波数領域の確認が容易となるように、各構成要素の値を設定したものであり、実際のスピーカシステム２０に適用する場合は、スピーカシステム２０の大きさや、設置スペース、スピーカユニットの大きさ、配置間隔などを考慮して設定することが求められる。
【００４６】
つづいて、上述したスピーカシステム２０のサラウンド効果を更に向上させる手法に関して説明する。図１５および１６に示すように、スピーカシステム２０から出力される音波のサラウンド効果を向上させ、音場を安定させる効果を引き出す左音響増幅装置４０および右音響増幅装置４２を、それぞれ液晶モニター１０の両サイドに配置する。図１５は、液晶モニター１０、左音響増幅装置４０および右音響増幅装置４２を壁面に設置した状態を表している。図１６は、スタンドを使って液晶モニター１０を床面に設置するとともに、左音響増幅装置４０および右音響増幅装置４２も同様に床面に配置した状態を示している。
【００４７】
図１７（ａ）〜図１７（ｃ）に、左音響増幅装置４０および右音響増幅装置４２のバリエーションを３例示す。ここでは、左音響増幅装置４０および右音響増幅装置４２の構造を、前面図および上面図にて示している。また、左右対称の構造でない図１７（ｂ）および図１７（ｃ）は、左側に配置される左音響増幅装置４０を示し、右音響増幅装置４２は、左音響増幅装置４０と左右対称の構造となる。
【００４８】
図１７（ａ）の左音響増幅装置４０は、同一形状である３本の半円柱の反射拡散ユニット４８が台４５に配置されている。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の変形例で、異なる大きさの半円柱である反射拡散ユニット４８を右側から小さい順に台４５に配置されている。図１７（ｃ）は、図１６に示した左音響増幅装置４０の構造を示している。同一形状の３本の円柱の反射拡散ユニット４８が台４５上に斜め一列に立てられている。なお、反射拡散ユニット４８の形状として、円柱、半円柱、半円球、三角柱、三角錐など様々な形状が考えられる。
【００４９】
図１８は、左音響増幅装置４０および右音響増幅装置４２の効果を説明する図である。なお、左音響増幅装置４０および右音響増幅装置４２の機能は同一なので、ここでは、左側スピーカユニット群２２、特に左第３スピーカユニットＳＰＬ３と左音響増幅装置４０の関係を示す。左音響増幅装置４０および右音響増幅装置４２を液晶モニター１０の両サイドに配置することで、スピーカシステム２０から出力された音波のうち、特に高音域の音波を一次反射し拡散させる。その結果ステレオ効果をより強調でき、より鮮明な音場を実現できる。また、スイートスポットを拡大する効果が得られる。
【００５０】
図２０および図２１は、それぞれ図４および図７に示したスピーカシステム２０における左側スピーカユニット群２２および右側スピーカユニット群２４に含まれる、スピーカユニット数をｎに拡張し一般化した構成を示す。つまり、左側スピーカユニット群２２は、スピーカユニットが左第１スピーカユニットＳＰＬ１〜左第ｎスピーカユニットＳＰＬｎのｎ個に、ハイパスフィルタが左第１ハイパスフィルタＨＰＬ１〜左第ｎ−１ハイパスフィルタＨＰＬｎ−１のｎ−１個に、遅延回路が左第１フェーズシフタＰＳＬ１〜左第ｎ−１フェーズシフタｎ−１のｎ−１個を備える。また、右側スピーカユニット群２４は、スピーカユニットが右第１スピーカユニットＳＰＲ１〜右第ｎスピーカユニットＳＰＲｎのｎ個に、ハイパスフィルタが右第１ハイパスフィルタＨＰＲ１〜右第ｎ−１ハイパスフィルタＨＰＲｎ−１のｎ−１個に、遅延回路が右第１フェーズシフタＰＳＲ１〜右第ｎ−１フェーズシフタｎ−１のｎ−１個を備える。
【００５１】
以上、本発明をいくつかの実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、音響効果を効果的に実現することができる。また、別の観点では、コストを抑えつつ効果的な音響効果を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態に係るスピーカシステムおよび表示部を備える液晶モニターの構成図である。
【図２】 実施の形態に係るスピーカシステムの構成図である。
【図３】 左第１ハイパスフィルタ、および左第２ハイパスフィルタの特性を示す図である。
【図４】 実施の形態に係るスピーカシステムの変形例であって、左第１ローパスフィルタおよび右第１ローパスフィルタを備えるスピーカシステムの構成図である。
【図５】 実施の形態に係るスピーカシステムの変形例であって、音声信号の入力点を左第２ノードおよび右第２ノードとしたスピーカシステムの構成図である。
【図６】 実施の形態に係るスピーカシステムの変形例であって、音声信号の入力点を左第３ノードおよび右第３ノードとしたスピーカシステムの構成図である。
【図７】 実施の形態に係るスピーカシステムの変形例であって、フェーズシフタをスピーカユニットの直前に配置したスピーカシステムの構成図である。
【図８】 後方に音波を出力する背面スピーカを設けたスピーカシステムに関して、スピーカユニットのレイアウトに着目した構成図である。
【図９】 後方に音波を出力する背面ポートを設けたスピーカシステムに関して、スピーカユニットのレイアウトに着目した構成図である。
【図１０】 スピーカユニットの向きを一部外向きに変更したスピーカシステムに関して、スピーカユニットのレイアウトに着目した構成図である。
【図１１】 左側スピーカユニット群の回路構成を、等価回路に置き換えたシミュレーション回路を示す図である。
【図１２】 第１シミュレーションIの結果を、ゲインＧ（ｄｂ）および位相Ｐ（°）に関して、周波数ｆ（Ｈｚ）の関係で示す図である。
【図１３】 第１シミュレーションＩ〜第３シミュレーションIIIに関して、位相Ｐ３に着目したグラフを示す図である。
【図１４】 第３シミュレーションIII〜第５シミュレーションＶに関して、位相Ｐ３に着目したグラフを示す図である。
【図１５】 左音響増幅装置および右音響増幅装置を、それぞれ液晶モニターの両サイドに配置した状態を示す図である。
【図１６】 左音響増幅装置および右音響増幅装置を、それぞれ液晶モニターの両サイドに配置した状態を示す図である。
【図１７】 左音響増幅装置および右音響増幅装置に関して、３種類の構造を示す図である。
【図１８】 左音響増幅装置および右音響増幅装置の効果を説明する図である。
【図１９】 シミュレーションを実施する際に等価回路に設定された値を示す図である。
【図２０】 実施の形態に係るスピーカシステムの構成を一般化した図である。
【図２１】 実施の形態に係るスピーカシステムの構成を一般化した図である。
【符号の説明】
１０ 液晶モニター、 ２０ スピーカシステム、 ２２ 左側スピーカユニット群、 ２４ 右側スピーカユニット群、 ４０ 左音響増幅装置、 ４２ 右音響増幅装置、 ７０ 等価回路、 Ｃ２ 第２保持容量、 Ｃ３ 第３保持容量、 ＤＬ１ 第１ディレイライン、 ＤＬ２ 第２ディレイライン、 ＨＰＬ１ 左第１ハイパスフィルタ、 ＨＰＬ２ 左第２ハイパスフィルタ、 ＨＰＲ１ 右第１ハイパスフィルタ、 ＨＰＲ２ 右第２ハイパスフィルタ、 Ｌ１コイル、 ＬＰＬ１ 左第１ローパスフィルタ、 ＬＰＲ１ ローパスフィルタ、 ＰＳＬ１ 左第１フェーズシフタ、 ＰＳＬ２ 左第２フェーズシフタ、ＰＳＲ１ 右第１フェーズシフタ、 ＰＳＲ２ 右第２フェーズシフタ、 Ｒ１ 第１抵抗、 Ｒ２ 第２抵抗、 Ｒ３ 第３抵抗、 ＳＰＬ１ 左第１スピーカユニット、 ＳＰＬ２ 左第２スピーカユニット、 ＳＰＬ３ 左第３スピーカユニット、 ＳＰＲ１ 右第１スピーカユニット、 ＳＰＲ２ 右第２スピーカユニット、 ＳＰＲ３ 右第３スピーカユニット。
【発明の属する技術分野】
この発明は、スピーカシステムおよびスピーカシステムを備える表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
テレビやＰＣ用の液晶ディスプレイでは、映像の質の向上に注力されているが、音の質に関しては、コスト低減という観点から、あまり重視されない傾向がある。テレビなどでは、高音質のスピーカシステムを搭載している旨をうたっているケースもあるが、一般には、搭載可能なスペースが限られていることから、どうしても、音質には限界がある。省スペースという観点で、例えば、一平面でステレオ音響を実現する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
一方、現在、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等が一般に普及し、高品質の映像とともに５．１チャンネルや７．１チャンネルの信号を用いたサラウンド効果と呼ばれる音響効果が提供されている。５．１チャンネルによる音響効果を得るためには、一般には、センターチャンネル用に１台、前方の左右のチャンネル用に２台、後方左右のチャンネル用に２台、低音域専用に１台の計６台のスピーカシステムが必要となる。
【０００４】
【特許文献１】
特表２００２−５２８０１８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この音響効果を実現するためには、上述の６台のスピーカユニットを、視聴者を取り囲むように配置する必要がある。そのためには、それなりのスペースと、装置が必要となり、設置空間を充分に確保できないユーザもでてくる。また、６台のスピーカシステムの配線も煩雑になり、この点で敬遠するユーザがでてくる。また、上記特許文献１で提案されている技術では、省スペースでステレオ効果を実現しているが、音の広がり、つまりサラウンド効果の実現という観点では、改善の余地が残る。また、２台のスピーカユニットでサラウンド効果を実現する技術がドルビー（登録商標）などで提案されているが、専用のＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の回路が必要となり、コストが上昇し、設置可能となる表示装置が限定されてしまう。
【０００６】
一方、テレビやパーソナルコンピュータに用いられる液晶ディスプレイを利用する際に、上述のような５．１チャンネルによるサラウンドシステムを導入するまではないが、それなりの音響効果を体験したいという要望も依然として存在する。また、供給サイドとしては、専用のＤＳＰ回路などを用いず、コスト上昇を抑えつつ、効果的な音響効果を実現し、製品の差別化を行いたいという希望が存在する。
【０００７】
本発明は、このような状況に鑑みなされたものであって、その目的は、音響効果を効果的に実現する技術を提供することにある。また、別の目的は、コストを抑えつつ効果的な音響効果を実現することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のある態様は、スピーカシステムに関する。このスピーカシステムは、右側音声を出力する複数のスピーカユニットを並列に接続した第１のスピーカユニット群と、左側音声を出力する複数のスピーカユニットを並列に接続した第２のスピーカユニット群と、をキャビネット内の左右に備えるスピーカシステムであって、第１および第２のスピーカユニット群それぞれにおいて、相対的に内側に配置されるスピーカユニットから相対的に外側に配置されるスピーカユニットへ向かう方向において音声信号の位相を遅延させる遅延回路を設けた。このスピーカシステムは、単一キャビネットに配置されてもよい。また、第１および第２のスピーカユニット群それぞれにおいて、各スピーカユニットは略一列に配置されてもよい。
【０００９】
例えば、水平方向略一列にスピーカユニットが配置された場合、外側に配置されるスピーカユニットになるに従って、入力される音声信号の位相を遅延させると、サラウンド感が向上する。また、内側に配置されるスピーカユニットになるに従って、入力される音声信号の位相を遅延させると、内側のスピーカユニットになるに従って、奥に位置するような奥行き感が実現できる。
【００１０】
本発明の別の態様もスピーカシステムに関する。このスピーカシステムは、キャビネット内にて並列に接続された第１〜第Ｎ（Ｎは２以上の自然数）のスピーカユニットと、第２〜第Ｎのスピーカユニットに入力される少なくともいずれかの音声信号の位相を遅らせる遅延回路と、を有する。また、遅延回路は、第Ｍ（Ｍは自然数かつ２≦Ｍ≦Ｎ）のスピーカユニットに入力される音声信号の位相をＰＭとした場合、Ｐ１≦ＰＭ≦ＰＮかつＰ１＜ＰＮを満たすように音声信号の位相を遅延させてもよい。また、連続する複数のスピーカユニットの位相が同一となってもよい。
【００１１】
例えば、音声信号を伝達するラインを各スピーカユニットに向けて分岐した後に、各スピーカユニットの直前に遅延回路を設ける構成であれば、各スピーカユニットに入力する音声信号の位相を独立に設定できる。また、徐々に各スピーカユニットにラインが分岐していく構成において、分岐するノード間に遅延回路を設けた場合、遅延回路における音声信号の遅延が加算されることになる。従って、あるノード間で遅延回路を設けない場合、それらノードに接続されるスピーカユニットには、同位相の音声信号が入力される。
【００１２】
また、スピーカユニットの中で、相対的に内側に配置されるスピーカユニットより相対的に外側に配置されるスピーカユニットへ向かう方向において、所定音域が強調された音波を出力するようにスピーカユニットに入力される音声信号に作用する回路を有してもよい。また、音声信号に作用する回路は、高音域が強調された音波を出力するように音声信号の周波数帯域を制限する周波数フィルタを含んでもよい。
【００１３】
例えば、複数のスピーカが全て同じ特性を有する場合、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタおよびハイパスフィルタなどの周波数フィルタを用いて、各スピーカユニットに入力される音声信号の周波数帯域を調整すればよい。また、特性の異なるスピーカユニットを用いる場合は、その特性に応じて、周波数フィルタの使用の有無を決定すればよい。一般に、これによって、高音域の音声が内側に配置されるスピーカユニットより外側のスピーカユニットのほうが強調されればよく、これによって、ステレオ効果が向上する。
【００１４】
また、スピーカユニットの側方に配置され、前記複数のスピーカユニットのうち、最端に位置するスピーカユニットから出力される音波を反射および拡散する反射装置を更に有してもよい。この反射装置を利用することで、音の広がりを向上させることができる。また、上述のスピーカシステムを、表示装置に搭載してもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本実施の形態では、テレビやモニターなどに設けられる比較的小型のスピーカシステムで、サラウンド効果を実現する。その際、一般に用いられるＤＳＰ等の回路を利用せずに、スピーカシステムのみでサラウンド効果を実現する。そのため、左右チャンネルそれぞれ、複数のスピーカユニットを同一キャビネットに概ね水平一列に配置するとともに、並列に接続する。各スピーカユニットに入力された音声信号が、外側のスピーカユニットほど、位相が遅延するようにスピーカシステムを構成する。また、外側のスピーカユニットほど、出力される音声の高音域が強調されるようにスピーカシステムを構成する。このような構成にすることで、スピーカシステムからは、内側から外側に向かって音波が出力されるように聞こえる。また、サラウンド効果を一層向上させるために、スピーカシステムの両サイドに、音を反射および拡散させる機能を有する音声反射装置を配置する。
【００１６】
図１は、本実施の形態に係るスピーカシステム２０および表示部１２を備える液晶モニター１０の構成を示している。本図では、スピーカシステム２０は、表示部１２の下部に設けられているが、上部に設けられてもよい。スピーカシステム２０は、左側チャンネル用の音声信号を入力し音波を出力する左側スピーカユニット群２２として、内側から順に、左第１スピーカユニットＳＰＬ１、左第２スピーカユニットＳＰＬ２、および左第３スピーカユニットＳＰＬ３、同様に、右側チャンネル用の音声信号を入力し音波を出力する右側スピーカユニット群２４として、内側から順に、右第１スピーカユニットＳＰＲ１、右第２スピーカユニットＳＰＲ２、および右第３スピーカユニットＳＰＲ３を備える。
【００１７】
図２は、スピーカシステム２０の構成図を示している。左側スピーカユニット群２２に左側チャンネルの音声信号を入力する左側チャンネルラインＬＣＳは、左第１ノードＮＬ１で左第１スピーカユニットＳＰＬ１に延びる左第１ラインＬＬ１と、左第２ノードＮＬ２に延びる左分岐ラインＬＬＡに分岐する。左分岐ラインＬＬＡは、左第２ノードＮＬ２で、左第２スピーカユニットＳＰＬ２に延びる左第２ラインＬＬ２と、左第３スピーカユニットＳＰＬ３に延びる左第３ラインＬＬ３に分岐する。
【００１８】
左第２ラインＬＬ２は、その途上に、左第１ハイパスフィルタＨＰＬ１を備える。左分岐ラインＬＬＡは、その途上に、音声信号の位相を遅延する左第１フェーズシフタＰＳＬ１を備える。左第３ラインＬＬ３は、その途上に、左第２ノードＮＬ２側から順に、音声信号の位相を遅延する左第２フェーズシフタＰＳＬ２と左第２ハイパスフィルタＨＰＬ２を備える。従って、スピーカユニットに入力される音声信号の位相は、音声信号の入力先が左第２スピーカユニットＳＰＬ２、左第３スピーカユニットＳＰＬ３となるに従って遅延が大きくなる。
【００１９】
右側スピーカユニット群２４は、左側スピーカユニット群２２とは左右対称とした構成である。右側スピーカユニット群２４に右側チャンネルの音声信号を入力する右側チャンネルラインＲＣＳは、右第１ノードＮＲ１で右第１スピーカユニットＳＰＲ１に延びる右第１ラインＲＬ１と、右第２ノードＮＲ２に延びる右分岐ラインＲＬＡに分岐する。右分岐ラインＲＬＡは、右第２ノードＮＲ２で、右第２スピーカユニットＳＰＲ２に延びる右第２ラインＲＬ２と、右第３スピーカユニットＳＰＲ３に延びる右第３ラインＲＬ３に分岐する。
【００２０】
右第２ラインＲＬ２は、その途上に、右第１ハイパスフィルタＨＰＲ１を備える。右分岐ラインＲＬＡは、その途上に、音声信号の位相を遅延する右第１フェーズシフタＰＳＲ１を備える。右第３ラインＲＬ３は、その途上に、右第２ノードＮＲ２側から順に、音声信号の位相を遅延する右第２フェーズシフタＰＳＲ２と右第２ハイパスフィルタＨＰＲ２を備える。
【００２１】
なお、スピーカユニットの配置間隔は、等間隔もしくは、外に行くに従って、短くなるように配置するのが望ましい。また、スピーカユニット間の距離は、遅延時間と再生帯域により決定される。例えば、音速が３４０ｍ／ｓｅｃとすると、３４ｍｓの遅延が発生し、音源から１０ｍ離れたことになる。また、遅延時間が５０ｍｓを超えると、ユーザは２つの音として認識し、音が重なって聞こえる、いわゆるダブリングと呼ばれる現象が生じたり、音が滲んで聞こえたりという現象が生じる。そこで、各フェーズシフタで発生する遅延時間の合計は、５〜２０ｍｓ程度に設定することが望ましい。また、例えば、各フェーズシフタが抵抗からなるディレイラインで構成されている場合、その抵抗を可変抵抗とすることで、ユーザによる微調整が可能となる。また、各スピーカユニットの出力を調整可能とするボリュームが設けられてもよい。
【００２２】
図３は、左第１ハイパスフィルタＨＰＬ１、および左第２ハイパスフィルタＨＰＬ２の特性を示している。左第１ハイパスフィルタＨＰＬ１は、第１カットオフ周波数ｆｃ１を有し、音声信号の低周波領域をカットし、左第２ハイパスフィルタＨＰＬ２は、第２カットオフ周波数ｆｃ２を有し、左第１ハイパスフィルタＨＰＬ１よりも広い範囲に亘って音声信号の低周波領域をカットする。従って、スピーカシステム２０において、外側のスピーカユニットほど高音域が強調された音を出力することになる。なお、周波数フィルタの特性として、外側のスピーカユニットほど高音が強調される構成となればよく、例えば、左第１ハイパスフィルタＨＰＬ１は、低周波領域をカットするだけでなく高周波領域も一部カットするバンドパスフィルタであってもよい。
【００２３】
以上の構成によるスピーカシステム２０の動作を、図２に基づいて左側スピーカユニット群２２における信号の流れに着目して説明する。左側チャンネルラインＬＣＳに入力された音声信号は、左第１ノードＮＬ１で、左第１ラインＬＬ１と左分岐ラインＬＬＡの２方向に分岐する。左第１ラインＬＬ１に入力された信号は、全帯域幅の周波数を有する音声信号が左第１スピーカユニットＳＰＬ１に入力され、入力された音声信号および左第１スピーカユニットＳＰＬ１の出力特性に応じた音波が出力される。
【００２４】
一方、左分岐ラインＬＬＡに入力された信号は、その経路途上の左第１フェーズシフタＰＳＬ１で、位相が遅延され、更に左第２ノードＮＬ２で左第２ラインＬＬ２と左第３ラインＬＬ３の２方向に分岐する。左第２ラインＬＬ２に分岐した音声信号は、その経路途上の左第１ハイパスフィルタＨＰＬ１で、左第１ハイパスフィルタＨＰＬ１の特性に応じて低周波領域がカットされ左第２スピーカユニットＳＰＬ２に入力され、入力された音声信号および左第２スピーカユニットＳＰＬ２の特性に応じた音波が出力される。左第３ラインＬＬ３に分岐した音声信号は、その経路途上の左第２フェーズシフタＰＳＬ２で、更に位相が遅延され、つづいて、左第２ハイパスフィルタＨＰＬ２で、ＨＰＬ２の特性に応じて、低周波領域をカットされ左第３スピーカユニットＳＰＬ３に入力され、入力された音声信号および左第３スピーカユニットＳＰＬ３の特性に応じた音波が出力される。
【００２５】
従って、左第１スピーカユニットＳＰＬ１、左第２スピーカユニットＳＰＬ２、左第３スピーカユニットＳＰＬ３に供給される音声信号の位相は、左第２スピーカユニットＳＰＬ２、左第３スピーカユニットＳＰＬ３と順に遅延が大きくなり、ユーザにとっては、あたかも、内側の左第１スピーカユニットＳＰＬ１から外側の左第３スピーカユニットＳＰＬ３に向かって順に音声信号が伝達され、音波が出力されるように聞こえる。
【００２６】
なお、理論上、内側のスピーカユニットほど、音声信号の位相を進行させることもできるが、その場合、スピーカシステム２０はアクティブスピーカシステムとして構成される必要があるとともに、ＤＳＰ等の回路が必要となり、構成が複雑になってしまう。そこで、上述のように、フェーズシフタで、音声信号の位相を遅延させる場合、フェーズシフタを抵抗で構成するディレイラインとすることができ、シンプルな構造で、サラウンド感を提供することができる。更に、外側のスピーカユニットほど、高音域が強調された音波を出力するようにすることで、一層サラウンド感を向上させることができる。つまり、時間軸上で、周波数と位相を変化させた音が、あたかも、内側から外側のスピーカユニットに流れるがごとく伝搬し、端に向かい高音域が強調するように表現することができる。これによって、従来は、モニターなどに備えられているスピーカシステムでは困難であった自然な音の広がりを実現できる。
【００２７】
なお、スピーカシステム２０には、様々な構成が考えられる。図２に示したスピーカシステム２０の構成の変形例を、図４〜図７に挙げる。なお、ここでは、図２と比較して特徴的な点を主に説明する。また、上述したように、左側スピーカユニット群２２および右側スピーカユニット群２４は、左右対称な構成であるので、左側スピーカユニット群２２に着目して説明する。
【００２８】
図４は、図２に示した左第１ラインＬＬ１の経路上に、高周波領域をカットする左第１ローパスフィルタＬＰＬ１を設けた回路である。この構成のスピーカシステム２０では、内側に配置される左第１スピーカユニットＳＰＬ１からは、低音域が強調された音波が出力される。このため、ステレオ効果が向上し、音場が豊かに表現される。また、左第１ローパスフィルタＬＰＬ１を設けることで、左第１スピーカユニットＳＰＬ１から出力される音波の位相が、外側の左第２スピーカユニットＳＰＬ２および左第３スピーカユニットＳＰＬ３から出力される音波の位相に対して反転した状態となる。これによって、左側スピーカユニット群２２から出力される音波と右側スピーカユニット群２４から出力される音波の干渉を防ぐことができ、その結果、音場の定位を鮮明にすることができる。
【００２９】
図５は、スピーカシステム２０に対する音声信号の入力点を真ん中の左第２ノードＮＬ２とした回路である。内側の左第１スピーカユニットＳＰＬ１には、左第１ローパスフィルタＬＰＬ１によって高周波領域がカットされた音声信号が入力され、左第２スピーカユニットＳＰＬ２には、全ての帯域幅の周波数を有する音声信号が入力される。また、左第３スピーカユニットＳＰＬ３には、左第２フェーズシフタＰＳＬ２で音声信号の位相が遅延されるとともに、左第２ハイパスフィルタＨＰＬ２において低周波領域がカットされた音声信号が入力される。
【００３０】
図６は、図４に示したスピーカシステム２０と比較して、音声信号の入力点を内側の左第１ノードＮＬ１から外側の左第３ノードＮＬ３へ変更した回路である。この構成では、入力された音声信号は、外側から内側のスピーカユニットに向かうほど音声信号の位相の遅延が大きくなる。従って、この構成によると、ユーザは、内側のスピーカユニットほど奥にあるように聞こえる。つまり、左第１スピーカユニットＳＰＬ１が一番奥にあるように聞こえる。音声信号が、５．１チャンネルや、７．１チャンネルの信号をダウンミックスした信号である場合、このように外側のスピーカユニットから音声信号を供給し、内側のスピーカユニットに行くに従って音声信号の位相が遅延する構成とすると、音の広がりを大きくする効果が向上することがある。
【００３１】
図６に示したスピーカシステム２０と、図４に示したスピーカシステム２０の構成は、音声信号の入力点が異なるのみである。そこで、例えば、入力点を選択できるスイッチを設けて、外側のスピーカユニットに入力される音声信号の位相を遅延させるか、内側のスピーカユニットに入力される音声信号の位相を遅延させるかの選択を、ユーザから受ける構成とすれば、ユーザは視聴するコンテンツに応じて、より効果のあるスピーカシステム２０を選択できる。
【００３２】
図７は、図２で示したスピーカシステム２０を、左第１フェーズシフタＰＳＬ１を左第２ラインＬＬ２の途上に移したものである。この構成のスピーカシステム２０では、外側に配置される左第３スピーカユニットＳＰＬ３に入力される音声信号の位相が、左第２スピーカユニットＳＰＬ２に入力される音声信号の位相より遅延するようにするために、左第１フェーズシフタＰＳＬ１と左第２フェーズシフタＰＳＬ２を適切に設定する必要がある。例えば、左第１フェーズシフタＰＳＬ１と左第２フェーズシフタＰＳＬ２が、抵抗から構成されるディレイラインであれば、左第１フェーズシフタＰＳＬ１の抵抗より左第２フェーズシフタＰＳＬ２の抵抗が大きくなるようにすればよい。
【００３３】
図８〜１０に、主に、スピーカユニットのレイアウトに着目したスピーカシステム２０の変形例を挙げる。図８は、図２に示したスピーカシステム２０に対して、後方に音波を出力する背面スピーカＳＰＢが新たに設けられた構成である。背面スピーカＳＰＢからは、左第１スピーカユニットＳＰＬ１および右第１スピーカユニットＳＰＲ１に入力される信号をミックスし、更に、出力される音波は、左第１スピーカユニットＳＰＬ１および右第１スピーカユニットＳＰＲ１から出力される音波と、位相が反転するように構成する。このように、スピーカシステム２０の背面から音声を出力することで、前方のスピーカユニットから出力された音波の後方への回り込みを抑制でき、その結果、サラウンド効果の向上が図れる。
【００３４】
また、図９は、図８において、背面スピーカＳＰＢが設けられた位置に、背面ポートＰＴを設けた構成である。この構成でも、図８で示した構成と同様に、背面ポートＰＴから、左第１スピーカユニットＳＰＬ１および右第１スピーカユニットＳＰＲ１から、位相が反転した音波が出力されることになるので、図９で示した構成のスピーカシステム２０と同様の効果が得られる。
【００３５】
図１０は、図８に示したスピーカシステム２０において、左第２スピーカユニットＳＰＬ２、左第３スピーカユニットＳＰＬ３を左外向きに配置し、右第２スピーカユニットＳＰＲ２、右第３スピーカユニットＳＰＲ３を右外向きに配置した構成を示している。この構成は、個々のスピーカユニットの指向特性の干渉を考慮したものであり、特に、スピーカユニットを近接配置しなければならないときに効果的である。
【００３６】
つづいて、音声信号の位相の遅延および周波数領域の確認のために行ったシミュレーション結果を示す。図１１は、図４に示した左側スピーカユニット群２２の回路構成を、等価回路７０に置き換え、更に音声信号に対応する信号を生成する信号出力装置７２を設けたシミュレーション回路８０を示す。このシミュレーション回路８０をもとに、一部構成要素の設定値を変更して第１シミュレーションＩ〜第５シミュレーションＶの５種のシミュレーションを行った。
【００３７】
等価回路７０において、プラス側の接続端子である第１端子Ｔ１から延びるラインは第１ノードＮ１で、第１抵抗Ｒ１および第２ノードＮ２の２方向に分岐する。第１抵抗Ｒ１と第１ノードＮ１の間には、コイルＬ１が直列に接続される。第１ノードＮ１と第２ノードＮ２の間には第１ディレイラインＤＬ１が直列に設けられる。また、第２ノードＮ２に延びるラインは、第２ノードＮ２で第２抵抗Ｒ２および第３抵抗Ｒ３の方向に分岐する。第２ノードＮ２と第２抵抗Ｒ２の間には、第２保持容量Ｃ２が直列に設けられ、第２ノードＮ２と第３抵抗Ｒ３の間には、第２ディレイラインＤＬ２と第３保持容量Ｃ３がこの順で直列に設けられる。なお、信号出力装置７２は、シグナルジェネレータとオペアンプから構成される一般な信号出力機能を有する装置であり、ここでは説明を省略する。
【００３８】
第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２および第３抵抗Ｒ３のプラス側の信号入力点である第１信号入力端子ＮＳ１、第２信号入力端子ＮＳ２および第３信号入力端子ＮＳ３において、それぞれ第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２および第３抵抗Ｒ３に入力される音声信号のゲインおよび位相を、接地電位に接続される第２端子Ｔ２を基準に計測した。
【００３９】
本図の等価回路７０と図４の右側スピーカユニット群２２の構成要素の対応関係は以下の通りである。つまり、第１抵抗Ｒ１が左第１スピーカユニットＳＰＬ１に、第２抵抗Ｒ２が左第２スピーカユニットＳＰＬ２に、第３抵抗Ｒ３が左第３スピーカユニットＳＰＬ３に対応する。また、第１ディレイラインＤＬ１が左第１フェーズシフタＰＳＬ１に、第２ディレイラインＤＬ２が左第２フェーズシフタＰＳＬ２に対応する。また、コイルＬ１が左第１ローパスフィルタＬＰＬ１に、第２保持容量Ｃ２が左第１ハイパスフィルタＨＰＬ１に、第３保持容量Ｃ３が左第２ハイパスフィルタＨＰＬ２に対応する。
【００４０】
図１９に、上述の等価回路８０をもとに行った５種類のシミュレーションにおける各構成要素の設定値を示す。検証結果の理解を容易にするために、第１シミュレーションＩ〜第３シミュレーションIIIでは、第３保持容量Ｃ３の値のみを可変として、その他の構成要素の値は固定とした。第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３は０．００８Ω、第１ディレイラインＤＬ１は、０．１Ω、第２ディレイラインＤＬ２は、０．４Ω、コイルＬ１は、４００μＨ、第２保持容量Ｃ２は３０μＦと、それぞれ固定値としている。第３保持容量Ｃ３は、第１シミュレーションＩでは１μＦ、第２シミュレーションIIでは２．２μＦ、第３シミュレーションIIIでは３．３μＦと徐々に大きくしている。また、第４シミュレーションIVおよび第５シミュレーションＶでは、第３シミュレーションIIIから、第２ディレイラインＤＬ２をそれぞれ０．４Ωから０．６Ωおよび０．８Ωへ変更している。
【００４１】
図１２は、第１シミュレーションIの結果を、ゲインＧ（ｄｂ）および位相Ｐ（°）に関して、周波数ｆ（Ｈｚ）の関係で示している。Ｇ１〜Ｇ３は、それぞれ、第１信号入力端子ＮＳ１、第２信号入力端子ＮＳ２、および第３信号入力端子ＮＳ３における音声信号のゲインを示している。つまり、図４に示した左第１ローパスフィルタＬＰＬ１、左第１ハイパスフィルタＨＰＬ１および左第２ハイパスフィルタＨＰＬ２の特性を示している。図１２の結果によると、ゲインＧ１は、周波数ｆが大きくなるに従って、小さくなっている。また、ゲインＧ２は、低周波領域がカットされており、ゲインＧ３はゲインＧ２より広い範囲で低周波領域がカットされている。
【００４２】
また、Ｐ１〜Ｐ３は、第１信号入力端子ＮＳ１、第２信号入力端子ＮＳ２、および第３信号入力端子ＮＳ３における音声信号の位相を示している。位相Ｐ１は、位相Ｐ２およびＰ３に対して１８０度ずれている、つまり反転している。また、位相Ｐ３は、高周波領域で、位相Ｐ２より遅延している。
【００４３】
図１３は、位相Ｐ３に着目したグラフで、第１シミュレーションＩ〜第３シミュレーションIIIにおいて、第３保持容量Ｃ３を変化させた場合の第３抵抗Ｒ３に入力される信号の位相Ｐ３の変化を示している。第１シミュレーションＩ〜第３シミュレーションIIIで得られた位相Ｐ３をそれぞれ、Ｐ３１、Ｐ３２、Ｐ３３として示している。また、理解の容易のために、位相Ｐ２も示している。第３保持容量Ｃ３を大きくするに従って、位相Ｐ３は位相Ｐ２に対して遅延が大きくなっている。
【００４４】
図１４は、位相Ｐに着目したグラフで、第３シミュレーションIII〜第５シミュレーションＶにおいて、第２ディレイラインＤＬ２を変化させた結果を示している。第３シミュレーションIII〜第５シミュレーションＶで得られた位相Ｐ３を、それぞれＰ３３、P３４、Ｐ３５として示している。第２ディレイラインＤＬ２を大きくすると、位相Ｐ３は位相Ｐ２に対して遅延が大きくなることが確認できる。
【００４５】
なお、上記のシミュレーションは、音声信号の位相の遅延や周波数領域の確認が容易となるように、各構成要素の値を設定したものであり、実際のスピーカシステム２０に適用する場合は、スピーカシステム２０の大きさや、設置スペース、スピーカユニットの大きさ、配置間隔などを考慮して設定することが求められる。
【００４６】
つづいて、上述したスピーカシステム２０のサラウンド効果を更に向上させる手法に関して説明する。図１５および１６に示すように、スピーカシステム２０から出力される音波のサラウンド効果を向上させ、音場を安定させる効果を引き出す左音響増幅装置４０および右音響増幅装置４２を、それぞれ液晶モニター１０の両サイドに配置する。図１５は、液晶モニター１０、左音響増幅装置４０および右音響増幅装置４２を壁面に設置した状態を表している。図１６は、スタンドを使って液晶モニター１０を床面に設置するとともに、左音響増幅装置４０および右音響増幅装置４２も同様に床面に配置した状態を示している。
【００４７】
図１７（ａ）〜図１７（ｃ）に、左音響増幅装置４０および右音響増幅装置４２のバリエーションを３例示す。ここでは、左音響増幅装置４０および右音響増幅装置４２の構造を、前面図および上面図にて示している。また、左右対称の構造でない図１７（ｂ）および図１７（ｃ）は、左側に配置される左音響増幅装置４０を示し、右音響増幅装置４２は、左音響増幅装置４０と左右対称の構造となる。
【００４８】
図１７（ａ）の左音響増幅装置４０は、同一形状である３本の半円柱の反射拡散ユニット４８が台４５に配置されている。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）の変形例で、異なる大きさの半円柱である反射拡散ユニット４８を右側から小さい順に台４５に配置されている。図１７（ｃ）は、図１６に示した左音響増幅装置４０の構造を示している。同一形状の３本の円柱の反射拡散ユニット４８が台４５上に斜め一列に立てられている。なお、反射拡散ユニット４８の形状として、円柱、半円柱、半円球、三角柱、三角錐など様々な形状が考えられる。
【００４９】
図１８は、左音響増幅装置４０および右音響増幅装置４２の効果を説明する図である。なお、左音響増幅装置４０および右音響増幅装置４２の機能は同一なので、ここでは、左側スピーカユニット群２２、特に左第３スピーカユニットＳＰＬ３と左音響増幅装置４０の関係を示す。左音響増幅装置４０および右音響増幅装置４２を液晶モニター１０の両サイドに配置することで、スピーカシステム２０から出力された音波のうち、特に高音域の音波を一次反射し拡散させる。その結果ステレオ効果をより強調でき、より鮮明な音場を実現できる。また、スイートスポットを拡大する効果が得られる。
【００５０】
図２０および図２１は、それぞれ図４および図７に示したスピーカシステム２０における左側スピーカユニット群２２および右側スピーカユニット群２４に含まれる、スピーカユニット数をｎに拡張し一般化した構成を示す。つまり、左側スピーカユニット群２２は、スピーカユニットが左第１スピーカユニットＳＰＬ１〜左第ｎスピーカユニットＳＰＬｎのｎ個に、ハイパスフィルタが左第１ハイパスフィルタＨＰＬ１〜左第ｎ−１ハイパスフィルタＨＰＬｎ−１のｎ−１個に、遅延回路が左第１フェーズシフタＰＳＬ１〜左第ｎ−１フェーズシフタｎ−１のｎ−１個を備える。また、右側スピーカユニット群２４は、スピーカユニットが右第１スピーカユニットＳＰＲ１〜右第ｎスピーカユニットＳＰＲｎのｎ個に、ハイパスフィルタが右第１ハイパスフィルタＨＰＲ１〜右第ｎ−１ハイパスフィルタＨＰＲｎ−１のｎ−１個に、遅延回路が右第１フェーズシフタＰＳＲ１〜右第ｎ−１フェーズシフタｎ−１のｎ−１個を備える。
【００５１】
以上、本発明をいくつかの実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、音響効果を効果的に実現することができる。また、別の観点では、コストを抑えつつ効果的な音響効果を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態に係るスピーカシステムおよび表示部を備える液晶モニターの構成図である。
【図２】 実施の形態に係るスピーカシステムの構成図である。
【図３】 左第１ハイパスフィルタ、および左第２ハイパスフィルタの特性を示す図である。
【図４】 実施の形態に係るスピーカシステムの変形例であって、左第１ローパスフィルタおよび右第１ローパスフィルタを備えるスピーカシステムの構成図である。
【図５】 実施の形態に係るスピーカシステムの変形例であって、音声信号の入力点を左第２ノードおよび右第２ノードとしたスピーカシステムの構成図である。
【図６】 実施の形態に係るスピーカシステムの変形例であって、音声信号の入力点を左第３ノードおよび右第３ノードとしたスピーカシステムの構成図である。
【図７】 実施の形態に係るスピーカシステムの変形例であって、フェーズシフタをスピーカユニットの直前に配置したスピーカシステムの構成図である。
【図８】 後方に音波を出力する背面スピーカを設けたスピーカシステムに関して、スピーカユニットのレイアウトに着目した構成図である。
【図９】 後方に音波を出力する背面ポートを設けたスピーカシステムに関して、スピーカユニットのレイアウトに着目した構成図である。
【図１０】 スピーカユニットの向きを一部外向きに変更したスピーカシステムに関して、スピーカユニットのレイアウトに着目した構成図である。
【図１１】 左側スピーカユニット群の回路構成を、等価回路に置き換えたシミュレーション回路を示す図である。
【図１２】 第１シミュレーションIの結果を、ゲインＧ（ｄｂ）および位相Ｐ（°）に関して、周波数ｆ（Ｈｚ）の関係で示す図である。
【図１３】 第１シミュレーションＩ〜第３シミュレーションIIIに関して、位相Ｐ３に着目したグラフを示す図である。
【図１４】 第３シミュレーションIII〜第５シミュレーションＶに関して、位相Ｐ３に着目したグラフを示す図である。
【図１５】 左音響増幅装置および右音響増幅装置を、それぞれ液晶モニターの両サイドに配置した状態を示す図である。
【図１６】 左音響増幅装置および右音響増幅装置を、それぞれ液晶モニターの両サイドに配置した状態を示す図である。
【図１７】 左音響増幅装置および右音響増幅装置に関して、３種類の構造を示す図である。
【図１８】 左音響増幅装置および右音響増幅装置の効果を説明する図である。
【図１９】 シミュレーションを実施する際に等価回路に設定された値を示す図である。
【図２０】 実施の形態に係るスピーカシステムの構成を一般化した図である。
【図２１】 実施の形態に係るスピーカシステムの構成を一般化した図である。
【符号の説明】
１０ 液晶モニター、 ２０ スピーカシステム、 ２２ 左側スピーカユニット群、 ２４ 右側スピーカユニット群、 ４０ 左音響増幅装置、 ４２ 右音響増幅装置、 ７０ 等価回路、 Ｃ２ 第２保持容量、 Ｃ３ 第３保持容量、 ＤＬ１ 第１ディレイライン、 ＤＬ２ 第２ディレイライン、 ＨＰＬ１ 左第１ハイパスフィルタ、 ＨＰＬ２ 左第２ハイパスフィルタ、 ＨＰＲ１ 右第１ハイパスフィルタ、 ＨＰＲ２ 右第２ハイパスフィルタ、 Ｌ１コイル、 ＬＰＬ１ 左第１ローパスフィルタ、 ＬＰＲ１ ローパスフィルタ、 ＰＳＬ１ 左第１フェーズシフタ、 ＰＳＬ２ 左第２フェーズシフタ、ＰＳＲ１ 右第１フェーズシフタ、 ＰＳＲ２ 右第２フェーズシフタ、 Ｒ１ 第１抵抗、 Ｒ２ 第２抵抗、 Ｒ３ 第３抵抗、 ＳＰＬ１ 左第１スピーカユニット、 ＳＰＬ２ 左第２スピーカユニット、 ＳＰＬ３ 左第３スピーカユニット、 ＳＰＲ１ 右第１スピーカユニット、 ＳＰＲ２ 右第２スピーカユニット、 ＳＰＲ３ 右第３スピーカユニット。
Claims (6)
- 右側音声を出力する複数のスピーカユニットを並列に接続した第１のスピーカユニット群と、左側音声を出力する複数のスピーカユニットを並列に接続した第２のスピーカユニット群と、をキャビネット内の左右に備えるスピーカシステムであって、
前記第１および第２のスピーカユニット群それぞれにおいて、相対的に内側に配置されるスピーカユニットから相対的に外側に配置されるスピーカユニットへ向かう方向において音声信号の位相を遅延させる遅延回路と、
前記第１および第２のスピーカユニット群それぞれにおいて、相対的に内側に配置されるスピーカユニットから相対的に外側に配置されるスピーカユニットへ向かう方向において高音域が強調された音波を出力するように、前記第１および第２のスピーカユニット群それぞれに入力される音声信号に作用する回路と
を設けたことを特徴とするスピーカシステム。 - 前記第１および第２のスピーカユニット群それぞれにおいて、相対的に内側に配置されるスピーカユニットより相対的に外側に配置されるスピーカユニットが外向きに配置され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。
- 前記音声信号に作用する回路は、高音域が強調された音波を出力するように前記音声信号の周波数帯域を制限する周波数フィルタを含むことを特徴とする請求項１または２に記載のスピーカシステム。
- 前記スピーカユニットの側方に配置され、前記スピーカユニットのうち、外側に配置されたスピーカユニットから出力される音波を反射および拡散させる反射装置を更に有すことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のスピーカシステム。
- 請求項１から４のいずれかに記載のスピーカシステムを備えることを特徴とする表示装置。
- 右側音声を出力する複数のスピーカユニットからなる右側ブロックと、左側音声を出力する複数のスピーカユニットからなる左側ブロックとを駆動する際、右側および左側それぞれのブロックにおいて、中央寄りに配置されるスピーカユニットよりも外側に配置されるスピーカユニットから、遅延した音声出力がなされるよう音声信号に遅延処理を施すとともに、中央寄りに配置されるスピーカユニットよりも外側に配置されるスピーカユニットから、高音域が強調された音波を出力するよう音声信号に強調処理を施すことを特徴とするスピーカユニットの駆動方法。
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