JP5262599B2 - スピーカ装置 - Google Patents

Description

本発明は、スピーカ装置に関する。

従来、スピーカとして平面スピーカや球面スピーカが用いられている。平面スピーカは平面波を出力するため、指向性が強く、また装置を薄く軽量に構成することができるという特性がある。また、平面スピーカは、スピーカからの距離が近くても遠くても音量が変わらず、長く聴いていても聴き疲れしないという特性がある。しかしながら、指向性のあるスピーカ装置を用いる場合は、不特定多数に音が届かないという短所がある。

一方、球面スピーカは球面波を出力するため、無指向性であり、不特定多数に音を届けることができる。しかしながら、球面スピーカは装置を薄く構成できないという特性がある。また、無指向性のスピーカを用いる場合には、誰にでも音が届いてしまい、スピーカから発する音が騒音となってしまう場合がある。

指向性と無指向性の音を両方出すことのできるスピーカ装置も開発されている（非特許文献１参照）。また、特許文献１には、球面スピーカのコーン紙前面に穴があいた音響レンズ装置を設置することで効率よく指向性の拡散を行う技術が提案されている。また、特許文献２には、球面スピーカの前面に絞込み部材を設置することで広指向性を実現する技術が提案されている。また、特許文献３には、吸音性パネルを放射方向と並行に設置することで指向性のある音を出す技術が提案されている。
特開平０８−３３１６８４号公報 特開２００４−１９３７４９号公報 特開平０２−２３９７９７号公報 "http://www.hibino.co.jp/proaudiosales/product/nexo/rs/rs15.html"

上述の非特許文献１に記載されたスピーカ装置のように、指向性の音波と無指向性の音波とを切り換えて出力することができれば便利である。しかしながら、非特許文献１に記載のスピーカ装置は、装置構成が複雑であり、装置が大型になってしまう。
本発明は上述した背景に鑑みてなされたものであり、従来と比較して簡易な構成で、出力する音波の指向性・無指向性を切り換えることのできるスピーカ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、平面波の音波を放出する平面スピーカと、前記平面スピーカの放音面を覆い、スリット幅が可変なスリット構造体と、前記スリット構造体の前記スリット幅を変更するスリット幅制御手段とを具備することを特徴とするスピーカ装置を提供する。

本発明の好ましい態様において、前記スリット構造体は、前記スリット幅を前記平面スピーカから放出される音波の最小波長より大きい幅にするか否かを変更可能であってもよい。

また、本発明の更に好ましい態様において、前記スリット幅制御手段は、利用者によって操作される操作手段から出力される信号に応じて、前記スリット構造体の前記スリット幅を変更してもよい。

また、本発明の別の好ましい態様において、音声信号が入力される入力端子と、前記入力端子に入力された音声信号の周波数を検出する周波数検出手段とを具備し、前記平面スピーカは、前記入力端子に入力される音声信号に応じて音波を放出し、前記スリット幅制御手段は、前記周波数検出手段によって検出された周波数に応じて、前記スリット構造体の前記スリット幅を変更してもよい。

また、本発明の更に好ましい態様において、前記スリット構造体は、前記平面スピーカの放音面を覆う位置で固定された第１のスリット板と、前記平面スピーカの放音面を覆う位置に設けられ、前記平面スピーカの放音方向と直交する方向に移動可能な第２のスリット板とで構成され、前記第２のスリット板が移動することによって前記スリット幅が変更されてもよい。

また、本発明の別の好ましい態様において、音声信号が入力される入力端子と、前記入力端子に入力された音声信号を、その波長が前記スリット構造体のスリット幅の最大値よりも短くなるように変換して前記平面スピーカに供給する音声信号変換手段とを具備し、前記平面スピーカは、前記音声信号変換手段から供給される音声信号に応じて音波を放音してもよい。

本発明によれば、従来と比較して簡易な構成で、出力する音波の指向性・無指向性を切り換えることができる。

＜構成＞
図１は、この発明の一実施形態であるスピーカ装置１００の構成の一例を示す図である。図において、平面スピーカ１は、平面波の音波を出力するスピーカであり、図中の矢印Ａ方向に平面波の音波を出力する。この平面スピーカ１は例えば静電型スピーカである。この静電型スピーカは、間隔を開けて向かい合う２枚の電極と、この２枚の電極の間に挿入された導電性を有するシート状の振動体とから構成されている。振動体に所定のバイアス電圧を印加しておき、電極に印加する電圧を変化させると、振動体に作用する静電力が変化し、これにより振動体が変位する。この印加電圧を入力される音響信号に応じて変化させれば、音響信号の変化に応じて振動体は変位を繰り返し（すなわち振動し）、音響信号に応じた音声がスピーカから発生する。なお、この実施形態では、平面スピーカとして静電型スピーカを用いるが、平面スピーカは静電型スピーカに限らず、例えば、電磁型スピーカなど、他の方式のスピーカであってもよい。

スリット構造体２は、平面スピーカ１の放音面を覆う方向の位置に平面スピーカ１と離間して設けられている。スリット構造体２は、スリット板２ａとスリット板２ｂとで構成されている。スリット板２ａ，２ｂは、幅Ｌ１の隙間（スリット）が等間隔で複数形成されている。スリット板２ｂは、平面スピーカ１の放音面を覆う位置で固定されている。一方、スリット板２ａは、図中の矢印Ｂ方向（平面スピーカ１の放音方向と直交する方向）に移動可能となっている。スリット板２ａが矢印Ｂ方向に移動することにより、スリット構造体２のスリット幅Ｌが可変となっている。具体的には、例えば、スリット板２ａが図中左方向に移動するほど、スリット幅Ｌは小さくなる。一方、スリット板２ａが図中右方向に移動するほど、スリット幅Ｌは大きくなる。このように、スリット構造体２のスリット幅Ｌは、スリット板２ａの位置に応じて、ゼロからＬ１の範囲の間で可変となっている。

スリット板２ａ，２ｂのスリット幅Ｌ１は、平面スピーカ１から放出される音波の最小波長より大きくなるように予め設計されている。そのため、スリット構造体２のスリット幅Ｌは、平面スピーカ１から放出される音波（平面波）の最小波長より大きくすることも可能であり、また、小さくすることも可能である。

以下の説明では、説明の便宜上、平面スピーカ１から放出される音波の最小波長を波長λminとする。なお、人の可聴周波数は約２０Ｈｚから約２００００Ｈｚであるから、可聴音波の波長は約１７ｍから約１．７ｃｍとなる。そのため、波長λminを約１．７ｃｍとして予め設定しておくようにしてもよい。

ここで、スリット構造体２のスリット幅Ｌとスピーカ装置１００から放出される音波との対応関係について、図２及び図３を参照しつつ説明する。図２は、スリット構造体２のスリット幅Ｌが、平面スピーカ１から放出された音波の波長よりも大きい場合の音波を模擬的に示した図である。一方、図３は、スリット構造体２のスリット幅Ｌが、平面スピーカ１から放出された音波の波長よりも短い場合の音波を模擬的に示した図である。

スリット構造体２のスリット幅が平面スピーカ１から放出される音波の波長よりも大きい場合には、スリット構造体２のスリット（隙間）からは、図２に示すように、指向性を有する平面波が放出される。一方、スリット構造体２のスリット幅が平面スピーカ１から放出される音波の波長よりも短い場合には、スリット構造体２のスリット（隙間）からは、図３に示すように、無指向性の球面波が放出される。本実施形態のスピーカ装置１００は、このような、スリット幅よりも短い波長の音波は平面波として放出される一方、スリット幅よりも長い波長の音波は球面波として放出されるという特性を用いて、出力する音波の指向性・無指向性を切り換える制御を行う。

図１の説明に戻る。制御部３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の制御手段であり、スピーカ装置１００の各部を制御する。入力端子４は、音声信号が入力される端子である。入力端子４に入力された音声信号に応じて平面スピーカ１が駆動され、音声信号に応じた音波が平面スピーカ１から放出される。モータ５は、スリット板２ａを図中矢印Ｂ方向に移動させる駆動機構である。モータ５は、スリット板２ａの一端に固定されており、モータ５が駆動されることによってスリット板２ａが図中矢印Ｂ方向に移動するようになっている。モータ５によってスリット板２ａが移動することによって、スリット構造体２のスリット幅がゼロからＬ１の範囲の間で変更される。

スイッチ６は、スリット構造体２のスリット幅Ｌを変更するためのスイッチである。利用者は、このスイッチ６を用いてスリット構造体２のスリット幅Ｌを変更することができる。利用者によってスイッチ６が操作されると、スイッチ６は、操作された内容に応じてスリット板２ａを図中矢印Ｂ方向（図中の左右方向）に移動する信号を出力する。制御部３は、スイッチ６から出力される信号に応じてモータ５を駆動し、スリット構造体２のスリット幅を変更する。

次に、この実施形態の動作について説明する。利用者は、スピーカ装置１００を球面スピーカとして用いることができるとともに、スピーカ装置１００を平面スピーカとして用いることもできる。スピーカ装置１００を球面スピーカとして用いる場合には、利用者は、スイッチ６を用いて、スピーカ装置１００を球面スピーカとして用いるための操作を行う。利用者によってスイッチ６が操作されると、スイッチ６は、操作された内容に応じてスリット板２ａを図中左方向に移動する操作信号を出力する。制御部３は、スイッチ６から出力される信号に応じて、モータ５を駆動してスリット構造体２のスリット幅Ｌを変更する。ここでは、制御部３は、スリット構造体２のスリット幅Ｌが、平面スピーカ１から放出される音波の最小波長λminよりも小さくなるように、スリット幅Ｌを変更する。制御部３は、スリット幅を変更するための駆動信号をモータ５に供給し、モータ５は、制御部３から供給される駆動信号に応じてスリット板２ａを移動し、スリット幅Ｌを波長λminよりも短い幅に変更する。スリット幅Ｌが波長λminよりも短くなることで、平面スピーカ１から放出される平面波は、スリット構造体２を通過することによって球面波となって放出される。

次に、スピーカ装置１００を平面スピーカとして用いる場合の動作について説明する。スピーカ装置１００を平面スピーカとして用いる場合には、利用者は、スイッチ６を用いて、スピーカ装置１００を平面スピーカとして用いるための操作を行う。利用者によってスイッチ６が操作されると、スイッチ６は、操作された内容に応じてスリット板２ａを紙面右方向に移動する操作信号を出力する。制御部３は、スイッチ６から出力される信号に応じて、モータ５を駆動してスリット構造体２のスリット幅Ｌを変更する。ここでは、制御部３は、スリット構造体２のスリット幅Ｌがその最大幅である幅Ｌ１となるように変更する。制御部３は、スリット幅を変更するための駆動信号をモータ５に供給し、モータ５は、制御部３から供給される駆動信号に応じてスリット板２ａを移動し、スリット幅ＬをＬ１に変更する。スリット幅ＬがＬ１となることで、Ｌ１よりも短い波長の音波は平面波となって放出される。

このとき、スリット幅Ｌ１よりも長い波長の音波は球面波となってスピーカ装置１００から放出される。すなわち、波長がＬ１である音波の音高よりも低い音域の音波は球面波となってスピーカ装置１００から放出される。そこで、スピーカ装置１００を平面スピーカとして用いる場合には、波長がＬ１よりも短い音域のみの音声信号をスピーカ装置１００に供給するようにすればよい。

次に、図４及び図５を参照して、スピーカ装置１００の具体的な動作例について説明する。例えば、図４の（ａ）に示すように、スピーカ装置１００をオーディオスピーカとして個人利用する場合は、指向性を有する平面スピーカとして用いる。これにより、騒音を出さずに音楽を聴くことができ、ヘッドホンをつけたときのストレスや違和感がない。一方、例えば、図４の（ｂ）に示すように、ダンスレッスンや車内オーディオなど、大勢で利用する場合には、無指向性の球面スピーカとして用いることによって多人数で音楽を聴くことができる。

また、他の例として、例えば、図５の（ａ），（ｂ）に示すように、スピーカ装置１００を社内放送用スピーカとして用いることもできる。このとき、図５の（ａ）に示すように、或る特定の個人に対して放送する場合には、平面スピーカとして用いることで、その特定の人物のみに放送を聴かせることができ、周囲の人は社内放送で気が散ることがない。一方、スピーカ装置１００を球面スピーカとして用いることで、全社員に対する社内放送をも行うことができる。

このように本実施形態によれば、平面スピーカ１の放音面に幅を可変な隙間（スリット）が形成されたスリット構造体２を設置し、その隙間の幅を調整することで平面波と球面波とを切り換える。このようにすることにより、スピーカ装置１００から出力される音波の指向性・無指向性を切り替えることができる。これにより、本実施形態によれば、１つのスピーカ装置１００を、特定の方向や特定の人物に向けて音を出すことのできる平面スピーカとして用いることができるとともに、不特定多数に音を届けることができる球面スピーカとして用いることもできる。このように、複数の用途に対してひとつのスピーカ装置１００を併用することができる。

また、本実施形態に係るスピーカ装置１００は、平面スピーカ１の放音面にスリット構造体２を設ける構成となっているから、スピーカ装置１００を薄くかつ軽量に構成することができる。
また、本実施形態に係るスピーカ装置１００は、従来のスピーカ装置において球面スピーカに指向性を持たせる処理に比べて切り替えが容易である。

＜変形例＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。以下にその例を示す。なお、以下の各態様を適宜に組み合わせてもよい。
（１）上述の実施形態では、制御部３がスイッチ６から出力される信号に応じてスリット構造体２のスリット幅を変更したが、スリット幅の変更の態様はこれに限らず、例えば、制御部３が、入力端子４に入力される音声信号の周波数を検出し、検出した周波数に応じてスリット幅を変更するようにしてもよい。この場合は、制御部３は、入力端子４に入力された音声信号の周波数を検出し、検出した周波数に応じてスリット板２ａの移動距離を特定する。具体的には、例えば、入力された音声信号の最小波長λminを検出し、検出した最小波長λminよりもスリット幅Ｌが短くなるようにスリット板２ａの移動距離を特定するようにしてもよい。また、例えば、入力された音声信号の最大波長λmaxを検出し、検出した最大波長λmaxよりもスリット幅Ｌが長くなるように移動距離を特定するようにしてもよい。制御部３は、特定した移動距離に応じた駆動信号をモータ５に供給し、モータ５は、供給される駆動信号に応じてスリット板２ａを移動させる。

（２）上述の実施形態では、図１に示すような、複数のスリットが設けられたスリット板２ａ，２ｂを用いる構成としたが、これに限らず、例えば、図６に示すように、ひとつのスリットが設けられたスリット板２ｃ，２ｄによって構成されたスリット構造体２Ａを用いてもよい。要は、平面スピーカの放音面を覆い、スリット幅が可変のスリット構造体を備えるものであればよい。

（３）上述の実施形態では、２枚のスリット板２ａ，２ｂを設け、スリット板２ａを放音方向と垂直な方向に移動させることによってスリット構造体２のスリット幅を変更するようにしたが、スリット構造体２の構成はこれに限らず、スリット幅が可変となる構成であればどのようなものであってもよい。例えば、スリット板２ａの一隅を回転軸にて固定し、スリット板２ａを回転させることでスリット構造体２のスリット幅を変更するようにしてもよい。また、例えば、スリット形状を放射状にして、スリット板２ａを円形にして円の中心を回転中心として回転させることによってスリット幅を変更するようにしてもよい。

（４）上述の実施形態では、スイッチ６から出力される信号に応じて、制御部３が、スリット構造体２のスリット幅Ｌを波長λminより小さい幅と幅Ｌ１とで切り換えるようにしたが、スリット幅をこれ以外の値に設定するようにしてもよい。例えば、利用者がスリット幅Ｌの値を指定するようにしてもよい。具体的には、例えば、利用者がスリット幅Ｌの値（又は周波数値、ピッチ等）を入力するようにし、制御部３が、入力された値に応じてスリット幅を変更するようにすればよい。この場合は、入力された値に対応する音波よりも低域の音波は球面波として放出される一方、入力された値に対応する音波よりも高域の音波は平面波として放出される。この場合、多人数に聴かせたい音声は、所定波長よりも長い波長の音域を用いる一方、ある特定の方向や特定の人物に聴かせたい音声は、所定波長よりも短い波長の音域を用いればよい。この態様によれば、音域を使い分けることによって、スピーカ装置１００を平面スピーカとして用いることができるとともに、スピーカ装置１００を球面スピーカとしても用いることができ、複数の用途でひとつのスピーカ装置１００を併用することができる。

（５）上述の実施形態では、波長がＬ１よりも短い音域のみの音声信号を入力端子４に供給するようにしたが、これに代えて、制御部３が、入力端子４に入力された音声信号を、波長がＬ１よりも短い波長の周波数となるように、変換して出力するようにしてもよい。より具体的には、例えば、制御部３は、入力端子４に入力された音声信号に対してバンドパスフィルタ処理を施して、予め定められた周波数よりも低い周波数の音声信号をカットする処理を行うようにしてもよい。なお、音声信号の変換処理はこれに限らず、例えば、制御部３が、入力端子４に入力された音声信号のピッチ変換を行うことによって周波数を高くするようにしてもよい。要は、制御部３が、入力端子４に入力された音声信号を、その波長がスリット幅Ｌよりも短くなるように変換するようにすればよい。このようにすることにより、スピーカ装置１００からは平面波のみが出力される。

スピーカ装置の構成の一例を示す図である。 スピーカ装置から放出される音波を説明するための図である。 スピーカ装置から放出される音波を説明するための図である。 スピーカ装置の利用態様の一例を示す図である。 スピーカ装置の利用態様の一例を示す図である。 スピーカ装置の構成の一例を示す図である。

符号の説明

１…平面スピーカ、２…スリット構造体、２ａ，２ｂ…スリット板、３…制御部、４…入力端子、５…モータ、６…スイッチ、１００…スピーカ装置。

Claims (6)

1. 平面波の音波を放出する平面スピーカと、
   前記平面スピーカの放音面を覆い、スリット幅が可変なスリット構造体と、
   前記スリット構造体の前記スリット幅を変更するスリット幅制御手段と
   を具備し、
   前記スリット構造体は、前記スリット幅を前記平面スピーカから放出される音波の波長のうちの予め定められた波長より大きい幅にするか否かを変更可能である
   ことを特徴とするスピーカ装置。
2. 平面波の音波を放出する平面スピーカと、
   前記平面スピーカの放音面を覆い、スリット幅が可変なスリット構造体と、
   前記スリット構造体の前記スリット幅を変更するスリット幅制御手段と
   を具備し、
   前記スリット構造体は、前記スリット幅を前記平面スピーカから放出される音波の最小波長より大きい幅にするか否かを変更可能である
   ことを特徴とするスピーカ装置。
3. 前記スリット幅制御手段は、利用者によって操作される操作手段から出力される信号に応じて、前記スリット構造体の前記スリット幅を変更する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のスピーカ装置。
4. 音声信号が入力される入力端子と、
   前記入力端子に入力された音声信号の周波数を検出する周波数検出手段と
   を具備し、
   前記平面スピーカは、前記入力端子に入力される音声信号に応じて音波を放出し、
   前記スリット幅制御手段は、前記周波数検出手段によって検出された周波数に応じて、前記スリット構造体の前記スリット幅を変更する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のスピーカ装置。
5. 平面波の音波を放出する平面スピーカと、
   前記平面スピーカの放音面を覆い、スリット幅が可変なスリット構造体と、
   前記スリット構造体の前記スリット幅を変更するスリット幅制御手段と
   を具備し、
   前記スリット構造体は、前記平面スピーカの放音面を覆う位置で固定された第１のスリット板と、前記平面スピーカの放音面を覆う位置に設けられ、前記平面スピーカの放音方向と直交する方向に移動可能な第２のスリット板とで構成され、前記第２のスリット板が移動することによって前記スリット幅が変更される
   ことを特徴とするスピーカ装置。
6. 平面波の音波を放出する平面スピーカと、
   前記平面スピーカの放音面を覆うスリット構造体と
   を具備し、
   音声信号が入力される入力端子と、
   前記入力端子に入力された音声信号を、その波長が前記スリット構造体のスリット幅の最大値よりも短くなるように変換して前記平面スピーカに供給する音声信号変換手段と
   を具備し、
   前記平面スピーカは、前記音声信号変換手段から供給される音声信号に応じて音波を放音する
   ことを特徴とするスピーカ装置。

Images