JP4897785B2 - 複合スピーカデバイス - Google Patents

Description

本発明は、高い方の周波数範囲において音を再生するための第１のスピーカと、低い方の周波数範囲において音を再生するための第２のスピーカとを有するフレームを備える複合スピーカデバイスに関する。

理想的なスピーカは、歪み又は圧縮を生じることなく、２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの可聴周波数全域にわたってスペクトルを生成する、非常に小さなパルス点音源（pulsating point source）によってのみ近似できることが当該技術分野において既知である。それゆえ、単一のフルレンジスピーカは常に、性能に関して妥協せざるを得ないという困難を抱えている。このことから、高音質の音声を再生するために、それぞれ特定の周波数範囲において良好に機能する２つのスピーカ、すなわち高い方の周波数範囲において音を再生するための第１のスピーカ及び低い方の周波数範囲において音を生成するための第２のスピーカから成る構成が用いられる。現在の教示によれば、理想的な全音域の点音源に近づけるために、そのような構成におけるスピーカは互いに近接して配置される。しかしながら、そのような複合スピーカデバイスは、理想からは程遠く、クロスオーバ周波数の周囲において音響位相、音響レベル及び音響出力が不規則的になり、結果として、再生される音にうなり及び変化が生じるという問題を抱えている。本明細書において、用語「クロスオーバ周波数」は、第１のスピーカの電気的及び／又は機械的及び／又は音響的に減少した音響レベルと、第２のスピーカの電気的及び／又は機械的及び／又は音響的に減少した音響レベルが同じである周波数を意味することに留意されたい。ただし、そのような構成では、第１及び第２のスピーカの組み合わせから少なくとも３メートルの距離において測定されるその組み合わせの音圧レベルが概ね釣り合う。

電気フィルタを用いて、スピーカシステムの第１のスピーカ（ツイータ）又は第２のスピーカ（ウーハ）に対して適切な周波数を送ることができ、それゆえ、他の周波数における音響レベルを低減することができる。

本発明の目的は、複合スピーカデバイスを提供することであり、その複合スピーカデバイスは、既知の同様のデバイスに対して改善された音質の音を再生することができる。

この目的は、本発明による独立型の複合スピーカデバイスによって達成され、独立型の複合スピーカデバイスは、高い方の周波数範囲において音を再生するための第１のスピーカと、低い方の周波数範囲において音を再生するための第２のスピーカとを有するフレームを備え、それらの周波数範囲はクロスオーバ周波数ｆcを有し、第１のスピーカは最大１０００ｍｍ2の第１の放射面を有し、第２のスピーカは第２の放射面を有し、第１の放射面の中央エリア及び第２の放射面の中央エリアは、少なくとも使用中に互いから垂直距離ｄだけ離れて配置され、
７５０Ｈｚ≦ｆc≦３０００Ｈｚであり、
ｄ≧２*λfcであり、ただし、λfcはクロスオーバ周波数において再生される音の波長であり、ｄは最小７５０ｍｍ且つ最大３０００ｍｍである。

本発明によるスピーカデバイスに適用される方策は、新たな設計思想に基づく。この設計思想は、第２のスピーカの音と第１のスピーカの直接音との間に、ほとんど、又は好ましくは全く干渉があってはならないことを暗示する。この関連で、本明細書において用語「直接音」は、音源から直に、それゆえ反射することなく、或る特定の場所に達する音を意味することに留意されたい。（上述したように）第２のスピーカを第１のスピーカから、或る最小距離ｄだけ離して配置することによって、干渉を低減することができる。明確にするために、標準的な使用条件では、第１のスピーカは第２のスピーカの上方に配置されることに留意されたい。床のような仕切りの近くに第２のスピーカを配置することによって、それらの場所において拡散音が生成される可能性があり、その場所では、両方のスピーカの周波数が互いに交錯する。この関連で、本明細書において用語「拡散音」は、音源から或る特定の場所に直に達するのではなく、反射した後に達する音を意味することに留意されたい。

本発明によるスピーカデバイスの音質は、同様の最新のスピーカデバイスに対して明瞭度、明澄度及びホログラフィックイメージングの点から改善される。このため、本発明によるスピーカデバイスは、オーディオ再生のため、並びにＴＶ、ビデオ及びマルチメディアの音を効果的にするための高忠実度デバイスとして適している。それは、マルチウエイスピーカデバイス及びマルチウエイスピーカシステムに関連する現在の設計及び性能の限界に対する解決策を提供する。

本発明によるスピーカデバイスの好ましい一実施の形態は、パラメータ１０００Ｈｚ≦ｆc≦２０００Ｈｚ及びｄ≧３*λfc、特に１０００Ｈｚ≦ｆc≦１５００Ｈｚを有する。

低い方の周波数範囲、すなわち第２のスピーカの周波数範囲は、共振周波数からクロスオーバ周波数までに及ぶ。第２のスピーカは、２０Ｈｚ〜１０ｋＨｚ（典型的には５０Ｈｚ〜５ｋＨｚ）の周波数範囲を有することができる。高い方の周波数範囲、すなわち第１のスピーカの周波数範囲は、クロスオーバ周波数から上に向かって拡大する。第１のスピーカは、５００Ｈｚ〜１００ｋＨｚ（典型的には８００Ｈｚ〜４０ｋＨｚ）の周波数を有することができる。

一対の上記の第２のスピーカが部屋の床の近くに配置され、一対の上記の第１のスピーカが第２のスピーカの上方に、必要な距離ｄだけ離れて配置されるステレオ構成を用いて実験が行われた。予想されていたように、再生されるステレオ音像（音楽）が、床の近くのゾーンに位置する低周波数成分と高いゾーンに位置する高周波数成分とに分離するのではなく、驚くべきことに、再生される音の周波数成分に関係なく、ステレオ音像は、第１のスピーカの直ぐ下（又は近く）の垂直面内に非常に安定して位置することがわかった。さらに、最も驚くべきことは、明澄度、ステージング、均質性及び透明性の点で、再生される音の音質が極めて高いことであり、それゆえ、本当の意味でのホログラフィックステレオイメージングの感覚が得られたことである。実験の具体的なパラメータは、１ｋＨｚのクロスオーバ周波数、第１のスピーカ対と第２のスピーカ対との間の１ｍの垂直距離ｄ、及び、それぞれが３０ｍｍの実効的な直径を有するドーム形の膜を有する複数の第１のスピーカを使用することである。

完全を期すために、ここで、第１のスピーカが現在の原理に従って、すなわち第２のスピーカの近くに取り付けられるが、他のパラメータを変更することなく、且つ同じフィルタ及び同じ構成要素を利用する場合には、その構成の上記のホログラフィック能力が完全に失われることを報告しておく。

上記の第２のスピーカが部屋の床の近くに配置され、上記の第１のスピーカが第２のスピーカの上方に、必要な距離ｄだけ離れて配置されるモノラル構成では、ステレオ音像を除いて、同様の効果が得られた。

本発明によるスピーカデバイスの実用的な一実施の形態は、第１のスピーカの第１の放射面が円形の輪郭を有し、大きくても直径が３５ｍｍであるという特徴を有する。既に上述された理由から、直接放射面は、ドーム形の膜の一部であることが好ましい。

本発明はさらに複合スピーカハウジングに関連する。このハウジングは、原理的には、先行する段落において説明されたものと同じ認識に基づいており、特に、第２のスピーカ（複数可）が、第１のスピーカ（複数可）と全く干渉がないか、又は最小限の干渉しかないような距離で、第１のスピーカ（複数可）に対して配置されなければならないという課題に基づく。

本発明によるスピーカハウジングは、高い方の周波数範囲において音を再生するための第１のスピーカと、低い方の周波数範囲において音を再生するための第２のスピーカとから成るセットを備え、その周波数範囲は、クロスオーバ周波数ｆ_cを定義し、第１のスピーカはハウジングの第１の場所、好ましくは正面に配置され、最大１０００ｍｍ²の第１の放射面を有し、第２のスピーカはハウジングの第１の面ではない第２の面に配置され、第２の放射面を有し、第１の放射面の中央エリア及び第２の放射面の中央エリアは、少なくとも使用中に互いに対して垂直距離ｄだけ離れて配置され、
７５０Ｈｚ≦ｆ_c≦３０００Ｈｚであり、好ましくは１０００Ｈｚ≦ｆ_c≦２０００Ｈｚであり、特に１０００Ｈｚ≦ｆ_c≦１５００Ｈｚであり、１５０ｍｍ≦ｄ≦１０００ｍｍである。

本発明による複合スピーカハウジングの好ましい実施の形態、及びこのハウジングの実施態様のための好ましいパラメータが案出されている。本発明のスピーカハウジングの、特有で具体的な驚くべき特徴は、第１のスピーカ（複数可）が直接音場を与えるために用いられ、第２のスピーカ（複数可）が拡散音場、すなわち反射後に得られる音場を与えるために用いられることである。

本発明は、本発明による複合スピーカハウジングを含む、本発明による独立型の複合スピーカデバイス又は複合スピーカシステムによって形成されるスピーカ構成を配設されるオーディオ装置及び／又はビデオ装置にも関連する。そのスピーカハウジングは、装置そのもののハウジングであってもよく、又は一種のサブハウジングであってもよい。上述したような原理が適用される結果として、本発明による装置の音質は最高級のレベルを有する。本明細書の関連では、ビデオ装置はモニタであってもよい。

さらに、本発明は、オーディオ装置及び／又はビデオ装置に関連する。そのような装置は、上述したものと同じ本発明の利点を有する。

ドイツ実用新案第８３ ０４ ８３２号は、ＴＶ装置におけるスピーカ構成を開示していることに留意されたい。この既知の構成は、モノラルサウンドを再生する場合に２つ以上のスピーカを含み、ステレオサウンドを再生する場合に３つ以上のスピーカを含む。詳細には、その既知の構成は、高周波スピーカ及びサブウーハと呼ばれる低周波スピーカを備え、そして任意選択で中間周波スピーカを備える。高周波スピーカ、そして存在するならば中間周波スピーカは、ＴＶ装置の正面部分から放射し、一方、サブウーハは、４０Ｈｚ〜２００Ｈｚ又は３００Ｈｚの周波数範囲を有し、空気孔を利用して、ＴＶ装置の背面又は底面から放射する。したがって、既知のＴＶ装置において用いられる既知のスピーカ構成は、本発明による装置において用いられるスピーカ構成による音の態様とは、ほとんど似ていない。

さらに、ドイツ国実用新案第１６ ８７ ８８８号は、高周波サウンドシステム及び低周波スピーカ又は広帯域システムを配設されるスピーカボックスを開示していることに留意されたい。高周波サウンドシステムは、正面からだけでなく、後方のような他の方向においても、約１０００Ｈｚ以上の周波数を有する音を放射するように設計及び構成される。このため、用いられる高周波サウンドシステムは、複数の放射面を有するという固有の特徴を有する。特に、この特徴によって、その既知のスピーカボックスは、本発明によるスピーカ構造と本質的に異なる。

特許請求の範囲を参照して、請求項において規定されるような特徴の種々の組み合わせが可能であり、本発明の範囲内にあることが意図されていることに留意されたい。

本発明の上述した目的、特徴及び利点、並びに他の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な例示的な説明を添付の図面と合わせて読むと、容易に明らかになるであろう。

ここで図１を参照すると、本発明の複合スピーカデバイス１の第１の実施形態を見ることができる。デバイス１は、基部３ａ及び支柱、詳細には棒状の支柱３ｂを備えるフレーム３を有する。基部３ａは、床等の面に載置されるように作られている。支柱３ｂの上端部には、高い方の周波数範囲において音を再生するための第１の放射面５ａを有する、以下でツイータとも呼ばれる第１のスピーカ５が配設される。支柱３ｂの下端部は基部３ａに固定される。基部３ａには、低い方の周波数範囲において音を再生するための第２の放射面７ａを有する、以下でウーハとも呼ばれる第２のスピーカ７が配設される。

ツイータ５は、ドーム形の膜を有する従来の市販のツイータであり得るが、その実効放射面の直径が最大３５ｍｍであり、それよりも小さいことが好ましいという付加的な条件を有する。この例では、実効放射面の直径は３０ｍｍである。スピーカ構成のクロスオーバ周波数ｆcは１．５ｋＨｚである。ツイータ５の周波数範囲は９００Ｈｚ〜３０ｋＨｚであり、ウーハ７の周波数範囲は６０Ｈｚ〜５ｋＨｚである。ツイータ５とウーハ７との間に最小限必要とされる距離、すなわちそれぞれツイータ５の中央エリア５ｂからウーハ７の中央エリア７ｂまでの測定される垂直距離ｄは、クロスオーバ周波数において再生される音の波長λfcの少なくとも２倍であり、又は、別の表記では、ｄ≧２*λfcである。この例では、ｄは９００ｍｍである。

一般に知られているように、クロスオーバ周波数における波長λ_fcは、空気中の音速（約３４０ｍ／ｓ）をクロスオーバ周波数ｆ_cで割った商、又は、別の表記では、λ_fc＝〜３４０／ｆ_c（ｍ）によって求めることができる。

本構成では、垂直距離ｄは１．１ｍである。

図１の実施形態における同様の部品に対応する部品に対して、図２〜図５の実施形態に関連する以下の説明では、同じ参照符号が用いられることに留意されたい。

図２に開示される実施形態は、基部３ａ及び支柱３ｂを有し、或る面上に載置するための足９を配設される。基部３ａは、その面と反対側に配置される放射面７ａを有するウーハ７を収容する。支柱３ｂは、スピーカデバイスの正面にいる聴取者に向かって音を放射するための放射面５ａを設けられるツイータ５を支持する。

図３に開示される実施形態は、いくつかのウーハ７を含む基部３ａと、ツイータ５を支持する支柱３ｂとを有する。

図４に開示される実施形態は、長方形の箱形構造によって構成され、且つツイータ５及びウーハ７を収容する支持体、すなわちフレーム３を有する。

図１〜図５に示される実施形態は全て、本発明の音響効果を得るために必要とされるパラメータを有する。より具体的には、ツイータ５はそれぞれ、最大１０００ｍｍ2の第１の放射面５ａを有し、全ての場合において、距離ｄ≧２*λfc及び７５０ｍｍ≦ｄ≦３０００ｍｍ、及び７５０Ｈｚ≦ｆc≦３０００Ｈｚを有する。ステレオサウンドを再生するために、２つで１セットの、そして所望であれば３つ以上で１セットの、そのような複合スピーカデバイスを形成することができる。

第１のスピーカ及び第２のスピーカは、それぞれが２つ以上の適切なスピーカによって構成されるユニットであり得ることに留意されたい。

ここで図６を参照すると、本発明による複合スピーカハウジング１０１の一実施形態を見ることができる。この例では、スピーカ１０１は、その正面１０３ａに画面１０４を有するＴＶセットのテレビハウジング１０３によって構成される。この例では、スピーカハウジング１０１は、２つのツイータ１０５及び２つのウーハ１０７から成るスピーカセットを備える。ツイータ１０５は、テレビハウジング１０３の正面１０３ａに、又はその近くに配置される放射面１０５ａを有し、それにより正面１０３ａから音を放射することができる。それに対して、ウーハ２０７は、その放射面１０７ａがテレビハウジング１０３の背面、又はその近くに配置され、結果として、使用中に、その面から音を放射するように取り付けられる。スピーカハウジング１０１において用いられるようなスピーカセットは、以下の付加的な要件を満たす：（１）ツイータ１０５の放射面１０５ａはそれぞれ最大１０００ｍｍ²の大きさを有する；（２）クロスオーバ周波数ｆ_cは７５０Ｈｚ〜３０００Ｈｚの範囲内にある；（３）一方の側にあるツイータ１０５及び他方の側にあるウーハ１０７は、１５０ｍｍ〜１０００ｍｍの範囲内の垂直距離ｄで配置される。ツイータ１０５はドーム形のツイータであり、１０００Ｈｚ≦ｆ_c≦１５００Ｈｚであることが好ましい。この例では、距離ｄは３５０ｍｍである。

ここで図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、本発明による装置２０１、具体的にはビデオ装置の一実施形態を見ることができる。その装置２０１は、スタンド２０２と、フラット画面テレビセット２０４とを有し、テレビセット２０４はスタンド２０２によって支持され、画面２０４ａを有する。テレビセット２０４は、動かないようにすることができるか、又はスタンド２０２に旋回可能に固定することができる。装置２０１は、２つのツイータ２０５及び２つのウーハ２０７を備えるスピーカ構成を設けられる。ツイータ２０５は、テレビセット２０４のフレーム部２０７ｂ内の高い場所に取り付けられ、ウーハ２０７は、スタンド２０２のフレーム部２０２ａ内の低い場所に取り付けられる。したがって、ウーハ２０７は床面の近くに配置される。ツイータ２０５の放射面２０５ａ及びウーハ２０７の放射面２０７ａはいずれも、装置の正面、すなわちフラット画面２０４ａと概ね一致する面、又はその近くに配置される。本発明によって目的とされる効果を得るために、装置２０１は、（１）ツイータ２０５がそれぞれ、最大１０００ｍｍ2の放射面２０５ａを有する；（２）クロスオーバ周波数ｆcが≧７５０Ｈｚ且つ≦３０００Ｈｚの値を有する；及び（３）ツイータ２０５の中央エリア２０５ｂがウーハ２０７の中央エリア２０７ｂから垂直距離ｄだけ離れて配置されるという特徴をさらに有する。ただし、垂直値ｄは最小２*λfcであり、項λfcはクロスオーバ周波数おいて再生される音の波長であり、７５０ｍｍ≦ｄ≦３０００ｍｍである。

この実施形態では、放射面は４９０ｍｍ²であり、ｆ_cは１７００Ｈｚであり、ｄは１０００ｍｍである。

本発明は、本明細書において開示される実施形態には限定されないことに留意されたい。たとえば、低音周波数だけを再生するために、サブウーハをさらに用いることもできる。そのようなサブウーハの周波数範囲は、サブウーハの共振周波数から約２００Ｈｚまでの範囲であり得る。

本発明による複合スピーカデバイスの一実施形態の概略図である。 本発明による複合スピーカデバイスの一実施形態の概略図である。 本発明による複合スピーカデバイスの一実施形態の概略図である。 本発明による複合スピーカデバイスの一実施形態の概略図である。 本発明による複合スピーカデバイスの一実施形態の概略図である。 ＴＶセットにおいて用いられる、本発明による複合スピーカハウジングの一実施形態の概略図である。 本発明による装置の一実施形態の概略的な正面図である。 図７Ａの実施形態の概略的な側面図である。

Claims (16)

1. 独立型の複合スピーカデバイスであって、高い方の周波数範囲において音を再生するための最大１０００ｍｍ ² の第１の放射面を有する第１のスピーカと、前記第１のスピーカの真下に配置され低い方の周波数範囲において音を再生するための第２の放射面を有する第２のスピーカとを有するフレームを備え、前記第１のスピーカの周波数範囲と前記第２のスピーカの周波数範囲とのクロスオーバ周波数ｆｃは、７５０Ｈｚ≦ｆｃ≦３０００Ｈｚであり、前記第１の放射面の中央エリア及び前記第２の放射面の中央エリアは、互いから垂直距離で距離ｄだけ離れて配置され、ｄ≧２＊λｆｃであり、λｆｃは前記クロスオーバ周波数において前記再生される音の波長であり、ｄは最小７５０ｍｍ且つ最大３０００ｍｍであることを特徴とする独立型の複合スピーカデバイス。
2. １０００Ｈｚ≦ｆｃ≦２０００Ｈｚであり、ｄ≧３＊λｆｃであることを特徴とする請求項１に記載の独立型の複合スピーカデバイス。
3. １０００Ｈｚ≦ｆｃ≦１５００Ｈｚであることを特徴とする請求項２に記載の独立型の複合スピーカデバイス。
4. 前記低い方の周波数範囲は、共振周波数から前記クロスオーバ周波数まで及ぶことを特徴とする請求項１乃至３記載の独立型の複合スピーカデバイス。
5. 前記高い方の周波数範囲は、前記クロスオーバ周波数から拡大することを特徴とする請求項１乃至３記載の独立型の複合スピーカデバイス。
6. 前記第１のスピーカの前記第１の放射面は円形の輪郭を有し、直径は最大３５ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至３記載の独立型の複合スピーカデバイス。
7. 前記第１のスピーカの前記第１の放射面はドーム形の膜の一部であることを特徴とする請求項１乃至３記載の独立型の複合スピーカデバイス。
8. ただ一つの前記第１のスピーカ及びただ一つの前記第２のスピーカを備えることを特徴とする請求項１乃至３記載の独立型の複合スピーカデバイス。
9. 複合スピーカハウジングであって、高い方の周波数範囲において音を再生するための最大１０００ｍｍ ² の第１の放射面を有する第１のスピーカと低い方の周波数範囲において音を再生するための第２の放射面を有する第２のスピーカとからなるセットを備え、前記第１のスピーカは、複合スピーカハウジングの第１の面に配置され、前記第２のスピーカは、前記第１の面の背面となる第２の面に配置され、前記第１のスピーカの周波数範囲と前記第２のスピーカの周波数範囲のクロスオーバ周波数ｆｃは、７５０Ｈｚ≦ｆｃ≦３０００Ｈｚであり、前記第１の放射面の中央エリア及び前記第２の放射面の中央エリアは、互いから垂直距離で距離ｄだけ離れて配置され、ｄは最小１５０ｍｍ且つ最大１０００ｍｍであることを特徴とする複合スピーカハウジング。
10. １０００Ｈｚ≦ｆｃ≦２０００Ｈｚであることを特徴とする請求項９記載の複合スピーカハウジング。
11. １０００Ｈｚ≦ｆｃ≦１５００Ｈｚであることを特徴とする請求項１０記載の複合スピーカハウジング。
12. 前記低い方の周波数範囲は、共振周波数から前記クロスオーバ周波数まで及ぶことを特徴とする請求項９乃至１１記載の複合スピーカハウジング。
13. 前記高い方の周波数範囲は、前記クロスオーバ周波数より拡大することを特徴とする請求項９乃至１１記載の複合スピーカハウジング。
14. 前記第１の放射面は円形の輪郭を有し、直径は最大３５ｍｍであることを特徴とする請求項９乃至１１記載の複合スピーカハウジング。
15. 前記第１のスピーカの前記第１の放射面はドーム形の膜の一部であることを特徴とする請求項９乃至１１記載の複合スピーカハウジング。
16. ただ一つの前記第１のスピーカ及びただ一つの前記第２のスピーカが前記セットを構成することを特徴とする請求項９乃至１１記載の複合スピーカハウジング。

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