JP4878989B2

JP4878989B2 - スピーカシステム

Info

Publication number: JP4878989B2
Application number: JP2006308086A
Authority: JP
Inventors: 聖一手束; 努吉岡
Original assignee: Toa Corp
Current assignee: Toa Corp
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2006-11-14
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2026-11-14
Also published as: EP2096880B1; JP2008124903A; EP2096880A1; US20100027827A1; CN101536539A; WO2008059802A1; KR101067386B1; KR20090094219A; CN101536539B; EP2096880A4; US8189823B2; CA2667861A1

Description

本発明は、スピーカシステムに関し、特に、ウーファーとツィーターの全体とが略同軸関係となるように配置されたスピーカシステムに関する。

スピーカは、その音質を上げるために、低音領域ではウーファーから音波を放出させ、高音領域はツィーターから音波を放出させる２ウェイ方式を採用する場合が多い。一般的な２ウェイ方式のスピーカシステムは、ツィーターとウーファーとが縦方向あるいは横方向に並べられているため、コーンが１つであるシングルコーンスピーカに比べ、正面側（バッフル板）の面積を広く確保する必要があった。

これに対して、ツィーターとウーファーとを前後に配置したスピーカシステムが提案されている。これらの多くは、ツィーターとウーファーとが同軸上で配置されており、「コアキシャルスピーカ」と呼ばれている（例えば、特許文献１参照）。一般的なコアキシャルスピーカは、ツィーターがウーファーよりも小さく、ツィーターがウーファーの前方あるいはウーファーのコーンの内側に配置されている。そのため、正面側の面積を小さくすることができ、スピーカシステム全体として小型化を図ることができる。
特開２００４−１６５９１７号公報

図８は、一般的なコアキシャルスピーカ２１の縦断面であって、模式的に表わしたものである。図８に示すように、一般的なコアキシャルスピーカ２１は、ツィーター２３がウーファー２２の底部分よりも前方に配置されており、また、ツィーター２３の開口面積はウーファー２２の開口面積に比べて非常に小さくなっている。図８（ａ）は、ツィーター２３からの音波の広がりを示した図であって、図８（ｂ）は、ウーファー２２からの音波の広がりを示した図である。

ここで、２ウェイ方式のスピーカシステムは、低音領域ではウーファーから音波が放出され、高音領域はツィーターから音波が放出されることは上述したとおりであるが、ウーファーとツィーターのいずれからも音波が放出される周波数領域も存在する。つまり、クロスオーバー周波数及びその近傍の周波数を含む周波数領域である。図８（ｃ）は、このクロスオーバー周波数において、ウーファー２２からの音波とツィーター２３からの音波を重ねた図である。この図では、正面位置において両音波の位相が重なった状態を表わしている。図８（ｃ）に示すように、ウーファー２２とツィーター２３とでは、コーンの開口部の大きさが異なる等の理由から、音波が広がる円弧の中心位置が異なっている。これにより、ウーファー２２の音波とツィーター２３の音波とは、コアキシャルスピーカ２１の正面で重なるものの、正面以外では両音波の位相がずれている。そのため、正面以外の方向において、両音波が半波長ずれて互いに干渉して打ち消し合うような方向も生じる。よって、かかる周波数におけるポーラパターンは、滑らかでなくなってしまう。

また、図８（ｄ）は、ウーファー２２の指向角の範囲（一定の音圧レベルの音が聞こえる範囲）と、ツィーター２３の指向角の範囲とを重ねた図である。図８（ｄ）に示すように、ツィーター２３の指向角は、一般的にウーファー２２の指向角よりも大きいため、方向によって音圧周波数特性が極端に変ってしまう。一方、使用条件によっては、縦方向や横方向といった一方向にのみに安定した音波を放射できれば十分である場合もある。

そこで本発明は、ウーファーとツィーターの全体とが略同軸関係となるように配置されたスピーカシステムであって、少なくとも一の方向で、ウーファーから放射される音波とツィーターから放射される音波とが干渉しにくく、かつ、音圧周波数特性が安定しやすいスピーカシステムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明にかかるスピーカシステムは、ウーファーと、３以上のツィーターと、を備え、該ツィーターは、該ウーファーの前方において、該ウーファーの音響放射方向を凸とする円弧状に配置されている（請求項１）。

かかる構成によれば、ツィーターが列状に配置されるため、ラインアレイ効果により３以上のツィーター全体が１つの音源として機能し、開口部の大きな１つのスピーカと見なすことができ、また、ツィーターから円弧状に広がる音波の中心位置が、ウーファーから円弧状に広がる音波の中心位置に近づけることができる。さらに、ラインアレイ効果によって、指向角は小さくなるが、円弧状に配置しているため、ツィーター全体としての指向角が、ウーファーの指向角に近づけることができる。ここで、ラインアレイ効果とは、複数のスピーカが線状に配置されると、その複数のスピーカからの音源が単一音源となるとともに、線音源となって音波が線状に伝わる特性をいい、かかる効果を用いれば、点音源であって音が球面状に広がる単一のスピーカに比べエネルギーの減衰が少なく、効率良く音を放出することができる。

また、上記スピーカシステムにおいて、該３以上のツィーターのうち両端側に配置されたツィーターの軸を含む平面において、該３以上のツィーター全体でのクロスオーバー周波数における指向角は、該ウーファーのクロスオーバー周波数における指向角に略等しくなるようにしてもよい（請求項２）。かかる構成によれば、クロスオーバー周波数において、ツィーター全体での指向角とウーファーの指向角とが略等しくなるため、ウーファーからツィーターへの出力の移行時に指向角が大きく変化することがない。よって、クロスオーバー周波数付近であっても、音圧周波数特性が安定しやすくなる。

また、上記スピーカシステムにおいて、該３以上のツィーター全体でのクロスオーバー周波数における指向角は、該ウーファーのクロスオーバー周波数における指向角の９０％〜１１０％としてもよい（請求項３）。かかる範囲であれば、クロスオーバー周波数における上記効果を十分に発揮することができる。

また、上記スピーカシステムにおいて、該ツィーターは、その配置位置が外側となるに従って、その軸も外側に傾斜するようにしてもよい（請求項４）。かかる構成によれば、ツィーターが音波の広がりと同じように、外側に位置するに従ってツィーターの軸が扇状に傾斜するため、ツィーターは、よりウーファーの音波の広がりに近い状態で音波を放射することができる。

また、上記スピーカシステムにおいて、該３以上のツィーターのうち両端側に配置されたツィーターの軸がなす角は、該ウーファーのクロスオーバー周波数における指向角の７０％〜９０％としてもよい（請求項５）。３以上のツィーターのうち両端側に配置されたツィーターの軸がなす角を単にウーファーのクロスオーバー周波数における指向角に合わせたとしても、クロスオーバー周波数においてウーファーとツィーターの両方の指向角は一致しない。一方、上記構成によれば、３以上のツィーター全体でのクロスオーバー周波数における指向角を、ウーファーのクロスオーバー周波数における指向角に略等しくなるようにすることができる。

また、上記スピーカシステムにおいて、該ウーファーの周縁付近のうち対向する二の位置の間を掛け渡されたツィーターフレームをさらに備え、該ツィーターフレームには該３以上のツィーターが取り付けられており、該ツィーターフレームはフレア状の側壁を有することで定指向性ホーンの役割を果たすようにしてもよい（請求項６）。かかる構成によれば、ツィーターが並ぶ方向と直交する方向についても、定指向性ホーンの効果により指向角を調整することができる。

また、上記スピーカシステムにおいて、該３以上のツィーターの背後部分を覆う背後カバーをさらに備え、該背後カバーの形状は、該ツィーターに取り付けられた状態において、該ウーファー側を鋭角とする山型であるようにしてもよい（請求項７）。かかる構成によれば、ウーファーから放射される音波が、ツィーターの背後部分で反射するのを抑えることができる。

また、上記スピーカシステムにおいて、該ウーファーが取り付けられるエンクロージャをさらに備え、該エンクロージャは後方に傾斜面を有しており、該傾斜面を底面にして該エンクロージャが水平面上に設置されると、該ウーファーの軸が斜め上方に向うとともに、該３以上のツィーターが横方向に並ぶようにしてもよい（請求項８）。かかる構成によれば、例えば床に置いた状態で横方向の音波の放出が狭い範囲で十分である場合には、この範囲においてエネルギーが減衰しにくい音波を効率よく放出することができる。

本願発明によれば、３以上のツィーターのうち両端側に配置されたツィーターの軸を含む平面において、ツィーターから円弧状に広がる音波の中心位置をウーファーから円弧状に広がる音波の中心位置に近づけることができる。また、ツィーター全体としての指向角をウーファーの指向角に近づけることができる。よって、本発明によれば、ウーファーとツィーターの全体とが略同軸関係となるように配置されたスピーカシステムであって、少なくとも一の方向で、ウーファーから放射される音波とツィーターから放射される音波とが干渉しにくく、かつ、音圧周波数特性が安定しやすいスピーカシステムを提供することができる。

本願発明にかかるスピーカシステム１を実施するための最良の形態について、図１〜７を参照しつつ以下に説明する。

図１は、本実施形態にかかるスピーカシステム１の斜視図である。図１に示すように、スピーカシステム１は、ウーファー２と、ツィーター３と、エンクロージャ４と、ツィーターフレーム５と、背後カバー６と、を備えている。なお、本実施形態では、２ウェイ方式を採用している。

ウーファー２は、コーン型のスピーカであって、低音域における音波を放射する役割を有している。図１に示すように、ウーファー２は、エンクロージャ４の正面（バッフル板）中央に取り付けられている。本実施形態では、ウーファー２の直径は、およそ３０ｃｍである。図２は、本実施形態にかかるウーファー２の指向角と周波数との関係を示したグラフである。図中、横軸は周波数であって、縦軸は指向角である。図２に示すように、ウーファー２の周波数が２５０Ｈｚ付近から指向角が徐々に小さくなっている。このように、ウーファー２の指向角は、周波数が高くなるに従って、小さくなる傾向がある。

ツィーター３は、コーン型のスピーカであって、高音域における音波を放射する役割を有している。図１に示すように、本実施形態にかかるスピーカシステム１は、６つのツィーター３を備えており、これらのツィーター３は全てツィーターフレーム５に取り付けられている。本実施形態では、各ツィーター３の直径はおよそ３.５ｃｍである。また、６つのツィーター３は、ウーファー２の前方において列状、かつ、円弧状に配置されている。６つのツィーター３を列状にすることで、ラインアレイ効果により、各ツィーター３がそれぞれ球状に音波が広がるのではなく、６つのツィーター３全体として線状に音波が伝達される。これにより、音源が放射される部分が大きい１つの音源と見なすことができ、また、ツィーター３全体から円弧状に広がる音波の中心位置を後方に移動させることができる。つまり、ツィーター３全体から円弧状に広がる音波の中心位置と、ウーファー２から円弧状に広がる音波の中心位置とを近づけることができる。これにより、例えばスピーカシステム１の正面において、ウーファー２から放射される音波の位相と、ツィーター３から放射される音波の位相とを合わせれば、両端側に配置されたツィーター３の軸を含む平面内では、ツィーター３からの音波とウーファー２からの音波とを正面方向だけでなく、正面以外の方向でも干渉しにくくすることができる。さらに、ツィーター３を配置した円弧の曲率半径を変化させることで、ツィーター３全体での指向角を調整することができる。これにより、ツィーター３全体での指向角をウーファー２の指向角に一致させれば、音圧周波数特性が安定しやすくなる。なお、６つのツィーター３は、その配置位置が外側となるに従って、ツィーター３の軸も外側に傾斜している。なお、本実施形態では、６つのツィーター３のうち両端側に配置されたツィーター３の軸がなす角は、４０°としている。

図３は、本実施形態にかかるツィーター３の指向角と周波数との関係を示したグラフである。図中、横軸は周波数であって、縦軸は指向角である。また、指向角の値は、両端側に配置されたツィーター３の軸を含む平面におけるものである。図３に示すように、ツィーター３もウーファー２と同様に周波数が高くなるに従って、指向角が小さくなる傾向がみられる。

図４は、ツィーター３及びウーファー２の周波数と音圧レベルとの関係を示したグラフである。図中、横軸は周波数であって、縦軸は音圧レベルである。また、実線がウーファー２を表わし、破線がツィーター３を表わしている。図４に示すように、周波数が３ｋＨｚ付近でウーファー２の曲線とツィーター３の曲線とが交わっている。すなわち、３ｋＨｚ付近がクロスオーバー周波数となる。なお、オーディオ等からの音声信号は、ディバイディングネットワークを介してウーファーとツィーターに送られる。そして、クロスオーバー周波数は、このディバイディングネットワークで設定される。

ここで、再度、図２及び３を参照すると、周波数が３ｋＨｚ付近において、ウーファー２の指向角及びツィーター３の指向角がいずれも約５０°となっている。このように、本実施形態では、６つのツィーター３全体での指向角をウーファー２の指向角に略等しくなるように、各ツィーター３の軸の傾斜角を設定している。このように設定することで、ウーファー２からの音波放射が主であった周波数領域から、ツイーター３からの音波放射が主である周波数領域へと移り変わるとき、あるいは、これとは逆のとき、指向角が急激に変化することがない。そのため、このようなクロスオーバー周波数付近であっても、音圧周波数特性が安定しやすくなる。

なお、６つのツィーター３全体での指向角は、クロスオーバー周波数におけるウーファー２の指向角に必ずしも一致しなくてもよい。つまり、６つのツィーター３全体での指向角は、クロスオーバー周波数におけるウーファー２の指向角の９０％〜１１０％の範囲であれば、上記の効果を十分に発揮することができる。このような指向角の設定は、両端側に配置されたツィーター３の軸がなす角を、ウーファー２のクロスオーバー周波数における指向角の７０％〜９０％とすることで実現できる。なお、本実施形態では、両端側に配置されたツィーター３の軸がなす角を、ウーファー２のクロスオーバー周波数における指向角５０°の８０％である４０°とすることで上記設定を実現している。

エンクロージャ４は、主にウーファー２やツィーター３が取り付けられたツィーターフレーム５を固定する役割を有している。図５は、エンクロージャ４を示した図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は右側面図である。図５に示すように、エンクロージャ４は後方に傾斜面９を有している。この傾斜面９を底面にしてエンクロージャ４が水平面上に設置されると、ウーファー２の軸が斜め上方に向うとともに、６つのツィーター３が横方向に並ぶ。エンクロージャ４はこのような形状を有しているため、傾斜面９を底面にして水平面上に設置されると、横方向の範囲は制限されるがこの範囲に置いて安定した音波を放射することができる。例えば、図６のように、ＭＣ（司会者）用のフロントモニターとして使用する場合等には、効率よく音波を放出することができる。つまり、ＭＣは前後に動くことが多く、左右に動くことが少ないため、左右の指向角を小さくしても問題なく、逆にこの範囲で減衰しにくい音波が放出されるため、大変効率がよい。

ツィーターフレーム５は、ツィーター３を固定する役割を有する。図１に示すように、ツィーターフレーム５は、ウーファー２の周縁付近のエンクロージャ４と結合している。また、その結合個所は、ウーファー２の上下位置である。つまり、ツィーターフレーム５は、ウーファー２の周縁付近の対向する二の位置の間で掛け渡されている。

ツィーターフレーム５は、ベース部７と、側壁８とから主に構成されている。ベース部７には、ツィーター３が取り付けられている。ベース部７の幅は全体としてツィーター３の開口部の直径とほぼ同じ大きさとなっているが、エンクロージャ４との接続する両端部分では、強度を上げるため、幅が大きくなっている。また、ベース部７は、円弧状になっており、この円弧の中心位置は、ウーファー２から円弧状に広がるの音波の中心位置におよそ等しくなっている。また、ツィーター３の軸は、ベース部７に対して直角に交わっている。かかる構成により、ツィーター３は、ウーファー２からの音波の広がりに沿った状態で、音波を放射することができる。

側壁８は、ベース部７の側端部分に沿って延びており、外方に広がるフレア形状となっている。これにより、ツィーターフレーム５は定指向性ホーンの役割を果たすことができる。よって、ツィーター３が並ぶ方向のみならず、これに直交する方向の指向性も制御でき、効率よく音波を放射させることができる。なお、ベース部７と側壁８との厚さはほぼ等しく、その厚さは、およそ７ｍｍである。

背後カバー６は、ツィーター３の背後部分を覆う部材である。また、背面カバー６は、ツィーター３を挟むようにしてツィーターフレーム５にねじ止めされている。図７は、背後カバー６が取り付けられた状態におけるツィーター３の横断面図である。図７に示すように、背後カバー６の形状は、ウーファー２側を鋭角とする山型となっている。このように、ツィーター３の背後を山型の背後カバー６で覆うことで、ウーファー２からの音波がツィーター３の背後で反射しにくくすることができる。よって、ウーファー２からの直接放射される音波と反射による音波との干渉を抑えることができる。

以上が、本実施形態にかかるスピーカシステム１の構成である。なお、一般的な２ウェイ方式のスピーカシステム（ウーファーとツィーターが同軸上にないもの）では、近接位置の聴者に対して放音する場合には、聴者にツィーターやウーファーの音源位置が異なることが認識されてしまうことが多く、音として不自然さが残ってしまうことになる。これに対し、同軸方式を用いた２ウェイ方式や３ウェイ方式のスピーカシステムでは、近接位置の聴者に対して放音した場合でも、上記のような不自然さは発生しない。さらに、本発明のようにウーファーと３以上のツィーター全体とが同軸関係になるように配置された２ウェイ方式のスピーカシステムでは、近接位置の聴者への放音にも不自然さは発生しないという利点を有するのみならず、指向性を制御することで特定の聴者のみに放音することができる。そのため、本発明によれば、図６のような用途に特に適したスピーカシステムを実現することができる。

本発明によれば、ウーファーとツィーターの全体とが略同軸関係となるように配置されたスピーカシステムであって、少なくとも一の方向で、ウーファーから放射される音波とツィーターから放射される音波とが干渉しにくく、かつ、音圧周波数特性が安定しやすいスピーカシステムを提供することができる。よって、スピーカシステムの技術分野において、特にウーファーとツィーターの全体とが略同軸関係となるように配置されたスピーカシステムの技術分野において有益である。

本発明にかかるスピーカシステムの斜視図である。図１のウーファーの指向角と周波数との関係を示したグラフである。図１のツィーターの指向角と周波数との関係を示したグラフである。図１のウーファー及びツィーターの周波数と音圧レベルとの関係を示したグラフである。図１のエンクロージャを示した図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は右側面図である。本発明にかかるスピーカシステムの使用例を示した図である。図１の背後カバーが取り付けられた状態におけるツィーターの横断面図である。ウーファーとツィーターとが同軸関係となるように配置された従来のスピーカシステムの概略断面図である。

符号の説明

１スピーカシステム
２ウーファー
３ツィーター
４エンクロージャ
５ツィーターフレーム
６背後カバー
７ベース部
８側壁
９傾斜面

Claims

ウーファーと、３以上のツィーターと、を備え、
該ツィーターは、該ウーファーの中心軸の前方を含む領域において、該ウーファーの音響放射方向を凸とする円弧状に等間隔で近接して配置されており、
該ツィーターは、その配置位置が外側となるに従って、その軸も外側に傾斜する、
スピーカシステム。
該３以上のツィーターのうち両端側に配置されたツィーターの軸を含む平面において、該３以上のツィーター全体でのクロスオーバー周波数における指向角は、該ウーファーのクロスオーバー周波数における指向角に略等しい、請求項１記載のスピーカシステム。
該３以上のツィーター全体でのクロスオーバー周波数における指向角は、該ウーファーのクロスオーバー周波数における指向角の９０％〜１１０％である、請求項２記載のスピーカシステム。
該３以上のツィーターのうち両端側に配置されたツィーターの軸がなす角は、該ウーファーのクロスオーバー周波数における指向角の７０％〜９０％である、請求項１記載のスピーカシステム。
該ウーファーの周縁付近のうち対向する二の位置の間を掛け渡されたツィーターフレームをさらに備え、
該ツィーターフレームには該３以上のツィーターが取り付けられており、
該ツィーターフレームは外側に広がる側壁を有することで定指向性ホーンの役割を果たす、
請求項１乃至４のうちいずれか一の項に記載のスピーカシステム。
該３以上のツィーターの背後部分を覆う背後カバーをさらに備え、
該背後カバーの形状は、該ツィーターに取り付けられた状態において、該ウーファー側が鋭角である、
請求項１乃至５のうちいずれか一の項に記載のスピーカシステム。
該ウーファーが取り付けられるエンクロージャをさらに備え、
該エンクロージャは後方に傾斜面を有しており、
該傾斜面を底面にして該エンクロージャが水平面上に設置されると、該ウーファーの軸が斜め上方に向うとともに、該３以上のツィーターが横方向に並ぶ、
請求項１乃至６のうちいずれか一の項に記載のスピーカシステム。