JP4701614B2 - アレイスピーカ用のキャビネット及びアレイスピーカシステム - Google Patents

Description

本発明は、小型スピーカを複数備えたアレイスピーカ用のキャビネット及びアレイスピーカシステムに関する。

近年、プラズマテレビや液晶テレビに代表される薄型テレビが市場で人気を博している。これに伴い、オーディオ分野においても薄型テレビにあわせた薄型スピーカシステムの要求が高まっている。
かかる薄型スピーカシステムを実現するためには、サイズの小さなスピーカユニットを複数利用せざるを得ないが、小型のスピーカユニットを採用した場合には最低共振周波数ｆ０が高くなり、中低音域のパワーが不足してしまう。また、薄型スピーカシステムを実現するためには、スピーカを小型化するほか、各スピーカユニットを収容するキャビネットを薄型化しなければならないが、キャビネットを薄型化すると、ユニット背後の奥行きが不足するとともに、該キャビネット全内容量も小さくなり、上記と同じく中低音域のパワーが不足してしまう。

このような背景に鑑み、例えばスピーカのエッジのストローク（図１０参照）を大きくすることによってスピーカの容積をかせぎ、小型でありながら中低音域のパワーの増大を図った特殊なスピーカユニットを採用する方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
また、この他にも、図１０に示す口径Ｃを大きくしたスピーカを別にパネル等に取り付けるといった方法や、サブウーファーなど低音をカバーするスピーカを別に設けるといった方法が提案されている。

［online］［平成１５年１１月１８日検索］インターネット＜URL:http://www.pioneer.co.jp/crdl/rd/7-2.html#5＞

しかしながら、非特許文献１に記載された方法では、上記の如く特殊なスピーカユニットを採用しなければならず、高コスト化を招くといった問題が生ずる。また、上記他の方法では、小型スピーカとは異なる別のスピーカ（サブウーファー等）を用意しなければならず、高コスト化を招くとともに、スピーカシステムが大型化・複雑化してしまうといった問題が生ずる。

本発明は、上述した問題を鑑みてなされたものであり、簡易な構成でありながら、小型スピーカを複数備えたアレイスピーカの所定領域のパワーを改善することができるアレイスピーカ用のキャビネット及びアレイスピーカシステムを提供することを目的とする。

上述した問題を解決するため、本発明に係るアレイスピーカ用のキャビネットは、複数のスピーカユニットによって構成されたスピーカアレイが取り付けられる略直方体のキャビネットであって、長手方向の該キャビネットの面に沿って設けられた前記各スピーカユニットを取り付けるための複数の取付部と、前記長手方向に沿った該キャビネットの両側の端部に設けられた開口部と、該キャビネットの内側において、前記スピーカユニットの間の位置に内部空間を仕切る仕切板とが設けられ、前記仕切板は、前記開口部と前記仕切板とで形成される共鳴管の基本共振周波数が、音圧レベルを強調すべき所定の共振周波数となる前記スピーカユニット間の位置に設けられていることを特徴とする。

かかる構成によれば、キャビネットの短手方向の面に設けられた開口部とキャビネットの内側に設けられた仕切板によって片開管の共鳴管が形成される。共鳴管は、その長さに応じた波長の周波数で共鳴するため（図３及び下記式（１）参照）、この共鳴管の長さを目的とする周波数帯（例えば中低音域の周波数帯）にあわせて調節することで、目的とする周波数帯域のパワーを改善することができる。

ここで、ラインアレイスピーカ用のキャビネットを複数備え、前記各キャビネットは、前記取付部が全て同一方向に向くように積み重ねられ、前記各キャビネットには、前記キャビネット毎に前記開口部からの距離がそれぞれ異なる前記仕切板が設けられているマトリクスアレイスピーカ用のキャビネットを構成しても良い。

以上説明したように、本発明によれば、簡易な構成でありながら、小型スピーカを複数備えたアレイスピーカの所定領域のパワーを改善することができる。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。
Ａ．第１実施形態
図１は、第１実施形態に係るアレイスピーカシステム１００の構成を示す図である。アレイスピーカシステム１００は、ラインアレイスピーカ装置２００とオーディオ再生装置３００とを備えている。

＜ラインアレイスピーカ装置２００＞
ラインアレイスピーカ装置２００は、キャビネット２１０と、該キャビネット２１０に直線状に取り付けられた複数のスピーカユニット２２０−ｋ（１≦ｋ≦１４）によって構成されている。なお、スピーカユニット２２０−ｋの数は１４個に限定する趣旨ではなく、ラインアレイスピーカ装置２００の設計等に応じて適宜設定・変更可能である。
スピーカユニット２２０−ｋは、既存の小型スピーカユニットによって構成されている。一般には、コーン型のスピーカユニットが用いられることが多いが、該コーン型のスピーカユニットに限定する趣旨ではなく、様々のスピーカユニットを採用することができる。ただし、形式や性能が異なるスピーカユニットを使用した場合には、後述するビームの指向制御性が悪化する（コントロールできない）ことが懸念されるため、使用するスピーカユニット２００−ｋの形式や性能については統一するのが望ましい。

一方、キャビネット２１０は、略直方体の筺体であり、図１に示すように長手方向の面（以下、長面）には、スピーカユニット２２０−ｋと同数の取付部２１１−ｋが直線状に略一定間隔をおいて設けられている。各スピーカユニット２２０−ｋは、これら各取付部２１１−ｋを介してキャビネット２１０に取り付けられ、これによりラインアレイスピーカ（ライン状に配列されたスピーカ群）が形成される。
また、キャビネット２１０の各端部（図１では短手方向の各面）には、それぞれキャビネット２１０の内部の空気を開放する開口部２１２Ｌ１、２１２Ｒ１が設けられ、キャビネット２１０の内側には、内部空間を仕切る仕切板２１３が設けられている。なお、開口部２１２Ｌ１、２１２Ｒ１については、キャビネット２１０の各端部に設けられていれば良く、例えば図２のＡに示すようにスピーカユニット２２０−ｋが設置されている面（設置面）と同じ面の端部、あるいは図２のＢに示すように該設置面とは異なる面の端部等に設けても良い。また、開口部２１２Ｌ１、２１２Ｒ１の形状についても、図１に示す円状に限定する趣旨ではなく、図２に示す長方形状など、様々な形状を採用することができる。
かかる構成を有するキャビネット２１０は、片端が仕切板２１３によって密封され、他端が各開口部２１２Ｌ１、２１２Ｒ１によって開放された片開管の共鳴管として作用する。周知の通り、共鳴管は、その長さに応じた波長の周波数で共鳴する。この共鳴管による共鳴現象を積極的に利用し、共鳴管の長さを目的とする周波数帯（本実施形態では中低音域の周波数帯）にあわせて調節することで、目的とする周波数帯域のパワーを改善するのが本実施形態である。以下、共鳴現象を利用して中低音域のパワーを改善する方法について詳述する。

図３は、共鳴管（片開管の場合）の共鳴現象を説明するための図である。この共鳴管の共振周波数は共鳴管長（以下、単に管長）に依存し、具体的には下記式（１）に管長Ｌ等を代入することによって求められる。
ｆｎ＝（２ｎ＋１）＊ｃ／４Ｌ （ｎ＝0,1,2,・・・） ・・・（１）
ｆｎ；共振周波数（Ｈｚ）
ｃ ；音速（ｍ／ｓ）
Ｌ ；共鳴管長（ｍ）

この式（１）に管長Ｌ（ｍ）を代入すると共に、ｎ＝0,1,2,・・・といった値を代入することで、基本共振、３倍共振、５倍共振・・・といった共振が得られる。ただし、本実施形態では、上記式（１）にｎ＝０を代入したときの基本共振（図３に示す破線参照）を主に利用することで中低音域の音圧レベルの増強を図る。具体的には、このキャビネット２１０に取り付けられるスピーカユニット２２０−ｋの最低共振周波数ｆ０が１２０（Ｈｚ）程度であれば、この最低共振周波数ｆ０よりも低い中低音域の音圧レベルを増強するべく、基本共振周波数を８０（Ｈｚ）程度に設定し、このときの管長Ｌを求める。このようにして求めた管長Ｌと、図１に示すキャビネット２１０における開口部２１２から仕切板２１３までの距離Ｗ１（若しくはＷ２）が一致するように、仕切板２１３の位置を決定する。例えば、音速ｃ＝３４４（ｍ／ｓ）の条件のもとで基本共振周波数を８０（Ｈｚ）に設定する場合、上記式（１）より管長Ｌは約１．１（ｍ）となるため、この場合には、上記開口部２１２から約１．１（ｍ）離れた位置に仕切板２１３を設ける。

このように、基本共振周波数にあわせて仕切板２１３を設ける位置を適宜変えることで、最低共振周波数よりも低い中低音域の音圧レベルを増強することが可能となる。ここで、本実施形態においては、１枚の仕切板２１３により、開口部２１２Ｌ１によって開放された共鳴管と、開口部２１２Ｒ１によって開放された共鳴管とが形成される。これにより、１枚の仕切板２１３により共鳴管が１つ形成される場合と比較して、広い周波数範囲で音圧レベルを増強することが可能となる。これら各共鳴管の管長（すなわち、開口部２１２Ｌ１から仕切板２１３までの距離Ｗ１及び開口部２１２Ｒ１から仕切板までの距離Ｗ２）については、パワーの増強を目的とする周波数に応じて適宜設定すれば良い。なお、基本共振以外の高次の共振については元々発生しにくく、その上、吸音材やスピーカ位置が定在波の節上にくることでその影響はより小さくなる。

＜オーディオ再生装置３００＞
図４は、オーディオ再生装置（オーディオ信号供給装置）３００の構成を示す図である。
デコーダ３１０は、オーディオソースをデコードし、デコード後のデジタルオーディオ信号を共振制御部３１１に供給する。
共振制御部３１１は、キャビネット２１０による共振のＯＮ／ＯＦＦを制御する手段であり、ハイパスフィルタ３１１ａと選択部３１１ｂとを備えている。
ハイパスフィルタ（制御手段）３１１ａは、共振に寄与する低域側の周波数成分を取り除く手段であり、そのカットオフ周波数は取り除くべき周波数成分に応じて設定されている。
選択部３１１ｂは、図示せぬ操作部（入力手段）等から与えられる共振のＯＮ／ＯＦＦ指示に従って、フィルタ手段３２０に供給する信号の切り換え操作を行う。具体的には、操作部等から共振をＯＮとする指示が与えられると、選択部３１１ｂはデコーダ３１０から供給されるデジタルオーディオ信号をそのままフィルタ手段３２０に供給する一方、共振をＯＦＦとする指示が与えられると、選択部３１１ｂはハイパスフィルタ３１１ａによって共振に寄与する周波数成分が取り除かれたデジタル信号をフィルタ手段３２０に供給する。
以上説明した共振制御部３１１を設けることで、ユーザはキャビネット２１０による共振のＯＮ／ＯＦＦを任意に切り換えることができ、この結果、常時低音がブーストされるために夜間使用できないといった問題を未然に抑制することが可能となる。

フィルタ手段３２０は、デコーダ３１０から供給されるデジタルオーディオ信号を高周波領域の信号と低周波領域の信号とに分割する手段であり、例えば等しいカットオフ周波数が設定されたハイパスフィルタＨＰＦとローパスフィルタＬＰＦとによって構成されている。ここで、各フィルタＨＰＦ、ＬＰＦは、後述するビームコントロールの対象となる周波数とそうでない周波数とに分けるために利用され、ハイパスフィルタＨＰＦを通過した高周波領域の信号はビームコントロール手段３３０に供給される一方、ローパスフィルタＬＰＦを通過した低周波領域の信号は重み付け手段３６０に供給される。

ビームコントロール手段（供給制御手段）３３０は、ハイパスフィルタＨＰＦを通過した高周波領域の信号について、各スピーカユニット２２０−ｋから出力されるビームの角度等を制御（すなわち、ビームコントロール）する手段である。具体的には、ビームコントロール手段３３０は、上記高周波領域の信号について、設定された位置で各スピーカユニット２２０−ｋから出力される音の位相が一致するように遅延処理等を施し、重み付け手段３６０に供給する。このように、本実施形態では、ハイパスフィルタＨＰＦを通過する高周波領域の信号についてのみビームコントロールを行い、ローパスフィルタＬＰＦを通過する低周波領域の信号についてはビームコントロールを行わない。その理由は遅延処理を行わないことで中低音域の音圧及び音質を確保し、またそれにより共振を起こしやすくするためである。具体的には、ローパスフィルタＬＰＦを通過した低周波領域の信号については、ビーム形成処理を施すことなく、同相で重み付け手段３６０に供給する。ただし、この時、高周波領域の信号との遅延のずれを解消するため、ローパスフィルタＬＰＦの後段に遅延処理部３５０を設け、これにより全スピーカユニット２２０−ｋに固定遅延（一定量の遅延）をかけるようにする。

重み付け手段３６０は、供給されるデジタルオーディオ信号に重み（ゲイン）を付加する手段であり、スピーカユニット２２０−ｋの２倍の数の乗算器３６１−ｋ’によって構成されている。これら各乗算器３６１−ｋ’には、ゲイン制御装置（図示略）から上記デジタルオーディオ信号に乗算すべき係数（妥当な窓関数係数やベッセルアレイ係数等）が与えられる。これら各係数は、所望する指向特性等に応じて適宜設定・変更される。重み付け手段３６０は、供給されるデジタルオーディオ信号に窓関数係数やベッセルアレイ係数等に基づく重みを付加し、加算手段３４０に供給する。

加算手段（供給制御手段）３４０は、スピーカユニット２２０−ｋと同数の加算器３４１−ｋによって構成されている。各加算手段３４１−ｋには、それぞれ所定の重みが付加されたビームコントロールされている高周波領域の信号とビームコントロールされていない低周波領域の信号とが供給される。各加算器３４１−ｋは、供給される各信号をそれぞれ加算し、対応する各スピーカユニット２２０−ｋに出力する。各スピーカユニット２２０−ｋは、与えられる信号に基づき音を発生させるが、各スピーカユニット２２０−ｋが取り付けられているキャビネット２１０は、上記の如く共鳴管構造を有している。このキャビネット２１０の共鳴現象により、目的とする中低音域の音圧レベルを増強することが可能となる。

Ｂ．第２実施形態
図５は、第２実施形態に係るマトリクスアレイスピーカ装置２００’の構成を示す図である。マトリクスアレイスピーカ装置２００’は、基本的には図１に示すラインアレイスピーカ装置２００を縦方向に複数積み重ねたものである。積み重ねられた各キャビネット２１０の取付部２１１−ｋは、全て同一方向に向くように配置されている。
一方、各キャビネット２１０に設けられた仕切板２１３の位置は、各層毎にそれぞれ異なっている。このように、各層毎に仕切板２１３の位置を変え、管長が異なる共鳴管を多数形成することで、より広い周波数範囲で音圧レベルを増強することができる。図６は、管長が異なる共鳴管のレスポンスイメージをあらわす図であり、最も長い管長Ｌ１を有する共鳴管のレスポンスをＣ１、次に長い管長Ｌ２（＜Ｌ１）を有する共鳴管のレスポンスをＣ２、・・・ｋ番目に長い管長Ｌｋを有する共鳴管のレスポンスをＣｋであらわしている。

図６及び上記式（１）から明らかなように、共鳴管の管長Ｌが長ければ基本共振周波数は低くなり、共鳴管の管長Ｌが短ければ基本共振周波数は高くなる。この特性を利用し、例えば図５に示す第１層のキャビネット２１０の開口部２１２Ｌ１と仕切板２１３とによって形成される共鳴管（第１層の左側の共鳴管）の長さを「Ｌ１」に設定し、第２層のキャビネット２１０の開口部２１２Ｒ２と仕切板２１３によって形成される共鳴管（第２層の右側の共鳴管）の長さを「Ｌ２」に設定し、第３層のキャビネット２１０の開口部２１２Ｌ３と仕切板２１３とによって形成される共鳴管（第３層の左側の共鳴管）の長さを「Ｌ３」に設定し、・・・第６層のキャビネット２１０の開口部２１２Ｒ６と仕切板２１３とによって形成される共鳴管（第６層の右側の共鳴管）の長さを「Ｌｋ」に設定する。このように、左側に形成される共鳴管と右側に形成される共鳴管との管長のバランスが全体としてほぼ均等になるように仕切板２１３を設けることで、広い周波数範囲で音圧レベルを増強することができるとともに、不自然な定位感を与えてしまうといった問題（例えば、管長の長い共鳴管を左側に偏って形成したために不自然な定位感を与えてしまう等）を未然に防止することができる。

Ｃ．その他
上述した第１実施形態では、キャビネット２１０の１つの長面に複数の取付部２１１−ｋを設けた場合について説明したが、例えば図７に示すように複数の面に複数の取付部２１１−ｋ’（１≦ｋ’≦ｎ）を設け、各取付部２１１にスピーカユニット２２０−ｋ’を取り付けても良い。かかる構成よれば、スピーカユニットの数が増えることでパワーが上がり、より共振が起こりやすくなる。また、開口部２１２については、左右いずれか一方の端部にのみ設けても良い。ここで、いずれか一方の端部にのみ開口部を設けた場合には、仕切板２１３を設けずに、１つのキャビネット２１０で１本の共鳴管が形成されるようにしても良い。また、仕切板２１３については、目的とする周波数範囲に応じてキャビネット２１０の内側に複数枚設けても良い（図８参照）。

また、上述した第２実施形態では、第１実施形態に係るラインアレイスピーカ装置２００を単に縦に積み上げて構成したマトリクスアレイスピーカ装置２００’を例示したが、例えば図９に示すようにキャビネット２１０の長手方向の上下面の任意箇所に孔２３０を設け、音響迷路を形成するようにしても良い。かかる構成によれば、共鳴管長を長く設定することができ、より低い周波領域の音のパワーを増強することができる。なお、マトリクスアレイスピーカ装置２００を構成するキャビネット２１０の数やキャビネット２１０に取り付けるスピーカユニット２２０−ｋの数については、スピーカシステムの設計等に応じて適宜変更可能である。

第１実施形態に係るアレイスピーカシステムの構成を示す図である。 同実施形態に係るキャビネット端部の構成を示す図である。 同実施形態に係る共鳴管の共鳴現象を説明するための図である。 同実施形態に係るオーディオ再生装置の構成を示す図である。 第２実施形態に係るマトリクスアレイスピーカ装置の構成を示す図である。 同実施形態に係る管長がそれぞれ異なる共鳴管のレスポンスイメージをあらわす図である。 その他のラインアレイスピーカ装置の構成を示す図である。 その他のラインアレイスピーカ装置の構成を示す図である。 その他のマトリクスアレイスピーカ装置の構成を示す図である。 従来のスピーカの構成を示す図である。

符号の説明

１００・・・アレイスピーカシステム、２００・・・ラインアレイスピーカ装置、２００’・・・マトリクスアレイスピーカ装置、２１０・・・キャビネット、２１１・・・取付部、２１２・・・開口部、２１３・・・仕切板、２２０・・・スピーカユニット、３００、３００’・・・オーディオ再生装置、３１０・・・デコーダ、３２０・・・フィルタ手段、ＬＰＦ・・・ローパスフィルタ、ＨＰＦ・・・ハイパスフィルタ、３３０・・・ビームコントロール手段、３４０・・・加算手段、３５０・・・遅延処理部。

Claims (5)

1. 複数のスピーカユニットによって構成されたスピーカアレイが取り付けられる略直方体のキャビネットであって、
   長手方向の該キャビネットの面に沿って設けられた前記各スピーカユニットを取り付けるための複数の取付部と、
   前記長手方向に沿った該キャビネットの両側の端部に設けられた開口部と、
   該キャビネットの内側において、前記スピーカユニットの間の位置に内部空間を仕切る仕切板とが設けられ、
   前記仕切板は、前記開口部と前記仕切板とで形成される共鳴管の基本共振周波数が、音圧レベルを強調すべき所定の共振周波数となる前記スピーカユニット間の位置に設けられていることを特徴とするアレイスピーカ用のキャビネット。
2. 複数のスピーカユニットによって構成されたスピーカアレイが取り付けられる略直方体状のキャビネットであって、
   長手方向の該キャビネットの面に沿って設けられた前記各スピーカユニットを取り付けるための複数の取付部と、
   前記長手方向に沿った該キャビネットの両側の端部に設けられた開口部と、
   該キャビネットの内側において、前記スピーカユニットの間の位置に内部空間を仕切る仕切板とが設けられ、
   前記各取付部は、複数存在する前記長手方向の面のうちのある１つの面に、一定の間隔をおいて設けられており、
   前記仕切板は、前記開口部と前記仕切板とで形成される共鳴管の基本共振周波数が、音圧レベルを強調すべき所定の共振周波数となる前記スピーカユニット間の位置に設けられていることを特徴とするラインアレイスピーカ用のキャビネット。
3. 請求項２に記載のラインアレイスピーカ用のキャビネットを複数備え、
   前記各キャビネットは、前記取付部が全て同一方向に向くように積み重ねられ、
   前記各キャビネットには、前記開口部からの距離がキャビネット毎にそれぞれ異なる前記仕切板が設けられていることを特徴とするマトリクスアレイスピーカ用のキャビネット。
4. 請求項１〜３のいずれか１の請求項に記載のキャビネットと、
   前記キャビネットに取り付けられたスピーカアレイと、
   入力されるオーディオ信号を前記スピーカアレイを構成する各スピーカユニットに供給するオーディオ信号供給装置とを備え、
   前記オーディオ信号供給装置は、
   入力される前記オーディオ信号を高周波領域の信号と低周波領域の信号とに分割するフィルタ手段と、
   前記高周波領域の信号については、設定された位置で各スピーカユニットから出力される音の位相が一致するように遅延処理を施して各スピーカユニットに供給する一方、前記低周波領域の信号については、遅延処理を施さずに若しくは全て同一の遅延処理を施して各スピーカユニットに供給する供給制御手段と
   を具備することを特徴とするアレイスピーカシステム。
5. 請求項１〜３のいずれか１の請求項に記載のキャビネットと、
   前記キャビネットに取り付けられたスピーカアレイと、
   入力されるオーディオ信号を前記スピーカアレイを構成する各スピーカユニットに供給するオーディオ信号供給装置とを備え、
   前記オーディオ信号供給装置は、
   前記キャビネットによる共振のＯＮ／ＯＦＦ指示を入力する入力手段と、
   前記共振をＯＦＦとすべき指示が与えられた場合、入力されるオーディオ信号から前記キャビネットの共振に寄与する周波数領域の信号成分を取り除いた後、前記各スピーカユニットに供給する一方、共振をＯＮとすべき指示が与えられた場合には、入力されるオーディオ信号から前記周波数領域の信号成分を取り除くことなくそのまま前記各スピーカユニットに供給する制御手段と
   を具備することを特徴とするアレイスピーカシステム。

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