JP6183914B2 - スピーカー装置 - Google Patents

Description

本発明は、低周波数帯域、高周波数帯域に帯域分割されたマルチウェイスピーカー装置に関するものである。

スピーカー装置のスピーカーユニット構成は、幅広い再生帯域を1つのフルレンジスピーカーユニットでカバーするワンウエイ構成と、各周波数帯域をそれぞれ異なるスピーカーユニットで再生するマルチウエイ構成に大別される。

前述したマルチウエイ構成のスピーカー装置におけるスピーカー性能の評価は、一般的に、スピーカー装置の正面１ｍでの音圧周波数特性の平坦性で決まる。

また、低周波数帯域を再生するスピーカーの振動板面積は高周波数帯域用スピーカーに比べて大きくなる。
これは、高周波数帯域において、スピーカーから放射される音波の指向性が鋭く、遠方まで効率よく音波を伝達することができるのに対し、低周波数帯域において音波が無指向性に近い放射特性を持っていることで高周波数帯域に比べて伝達効率が相対的に低いことが原因の一つである。

楽器など再生対象となる多くの音源の指向性が実際には周波数帯域によって大きく変わらない放射特性で広がることを考えると、スピーカーによる再生においても全周波数帯域にわたって指向性が均一であることが望ましい。

しかしながら、一般的なスピーカー装置では前記理由により、全周波数帯域にわたる均一な指向性を実現できていない。

このような問題点に対処すべく、たとえば、特許文献1では、低周波数帯域用スピーカーＡ、高周波数帯域用スピーカーＢを３２面体の各面上に均等に配置することにより、周波数ごとの指向性の違いをなくすことを試みている。

特開平９-７００９２

しかし、特許文献１の方法では、高周波数帯域用スピーカーＢ同士の間隔が大きいため、受聴位置と各高周波数帯域用スピーカーＢとの距離に大きな差が生じ、特性に乱れが生じるという問題がある。

具体的には、前記受聴位置と各高周波数帯域用スピーカーとの距離が、再生周波数の整数倍に合致した場合には音圧を強め合い、また、再生周波数の波長整数倍に半波長を加えた距離に合致した場合には音圧を弱め合い大きなディップを生じる。

さらに、この問題をデジタルフィルタでの位相補正、振幅補正により解決するとしているが、その分、スピーカーの個数に比例して多数のDSP（Digital・Signal・Processor）処理回路、アンプなどの周辺機器が必要となり、複雑なシステムとなってしまう。

また、各高周波数帯域用スピーカー同士の間隔が大きいため、受聴位置と各高周波数帯域用スピーカーとの距離の差は、聴取位置により大きく変化する。

これは、たとえDSPによりある特定方向の周波数特性を整えることができたとしても、他の受聴位置と各高周波数帯域用スピーカーとの距離の差によって、異なる方向の受聴位置における特性に乱れが生じ、広い聴取エリアで周波数特性を整えることはできない。

前記従来技術の問題点に鑑み、本発明は、全帯域にわたって均一な放射特性を持たせることで、原音に近い放射特性で音楽再生が可能な、シンプルな構成のスピーカー装置を提供することを目的としている。

前述した目的を達成するために、本発明のスピーカー装置は、高周波数帯域用スピーカーを備えたスピーカー装置であって、前記高周波数帯域用スピーカーが３個以上用いられ、隣接する３個の高周波数帯域用スピーカーの中心を結んで得られる３角形が、その少なくとも２辺が等しい二等辺三角形となるように前記高周波数帯域用スピーカーが配置されている構成とした。

このような構成とすることにより、各高周波数帯域用スピーカーの配置密度が適切なものとなり、広い指向特性を持つこととなり全帯域で均一な指向特性を得ることができる。さらに周波数特性についても特性の乱れが少なく且つ試聴位置の違いによる周波数特性の変化も少なくできる。
これによって、周波数毎の指向性の変化と音圧周波数特性の乱れを改善して伝達することができる。

複数の高周波数帯起用スピーカーユニット毎に異なる信号を入れて、特性の乱れを補正する必要がないため、シンプルな機器構成とすることができる。

ここで、前記各高周波数帯域用スピーカーは直列並列接続、もしくは直列接続、もしくは並列接続として、各高周波数帯域用スピーカーユニットへの入力は同一信号とする。

また、前記隣接する３個の高周波数帯域用スピーカーの中心を結んで得られる二等辺三角形は、正三角形を含むものである。

前記隣接する３個の高周波数帯域用スピーカーの中心を結んで得られる二等辺三角形が、その長辺と短辺の比が１．５以下であることが好ましく、また、前記二等辺三角形の短辺の長さは、前記高周波数帯域用スピーカーの有効直径の２倍よりも短いことが好ましい。

このような構成とすることにより、前記各高周波数帯域用スピーカーの設置密度を、前述した効果が得られる最適な値とすることができる。

前記複数の高周波数帯域用スピーカーを、球体状の高周波用スピーカーボックス、もしくは、複数の平面体を連結して形成された多面体状の高周波用スピーカーボックスに組み込むことにより、複数の高周波帯域用スピーカー間の距離を効果的に接近させて、その設置密度を高めることができる。

そして、前記スピーカー装置は、前述した高周波帯域用スピーカーが組み込まれた高周波用スピーカーボックスと、前記高周波帯域用スピーカーによって再生される高周波帯以外の低周波帯を再生する低周波数帯域用スピーカーが組み込まれた低周波用スピーカーボックスとを備える。

本発明のスピーカー装置によれば、少なくとも３個の高周波数帯域用スピーカーを効果的に配置して、周波数毎の指向性の変化と音圧周波数特性の乱れを改善して伝達することができる。

本発明の第１の実施形態を示す外観斜視図である。 本発明の第１の実施形態を示すもので、高周波数帯域用スピーカーを４個用いた際の概略構成を示すブロック図である。 図２に示すスピーカー装置の電気的接続形態を示す回路図である。 本発明の第１の実施形態を示すもので、４個の高周波数帯域用スピーカーの配置例を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態を示すもので、４個の高周波数帯域用スピーカーの他の配置例を示す概略図である。 本発明の第１の実施形態の周波数特性を説明するための概略図で、（ａ）は、従来のスピーカー装置における周波数特性であり、（ｂ）は、本発明の第１実施形態における周波数特性である。 本発明の第２の実施形態を示す外観斜視図である。 本発明の第３の実施形態を示す外観斜視図である。 従来のスピーカー装置を示す概略図である。

以下、本発明の第１の実施形態について図１ないし図６を参照して説明する。
これらの図において符号１は、本実施形態に係わるスピーカー装置を示し、４個の高周波帯域用スピーカー２を用いたものである。

本実施形態においては、前記４個の高周波帯域用スピーカー２が、球体状の高周波用スピーカーボックス３に組み込まれている。この高周波用スピーカーボックス３は、四角錐台形状を有し、低周波帯域用スピーカー４が組み込まれた低周波用スピーカーボックス５の上部に連結部材６を介して一体に連設されている。

これらの高周波用スピーカーボックス３と低周波用スピーカーボックス５は独立させた構成とすることも可能である。

そして、前記スピーカー装置１は、図２に示すように、ＣＤプレーヤー等の音声信号生成手段７から送出される音声信号を、スピーカーアンプ等の信号増幅手段８において増幅した後に、アナログネットワーク等の帯域分割手段９によって高音域と低音域に分割して、前記高周波帯域用スピーカー２および前記低周波帯域用スピーカー４へ出力し、これらの高周波帯域用スピーカー２および低周波帯域用スピーカー４から外部へ向けて出力するようになっている。

前記帯域分割手段９は、図３に示すように、ハイパスフィルター１０とローパスフィルター１１によって構成されている。

前記ハイパスフィルター１０には、前述したように４個の高周波帯域用スピーカー２が接続されるが、本実施形態においては、これらの高周波帯域用スピーカー２は、２個一組として、各組毎に高周波帯域用スピーカー２を並列接続し、かつ、これらを直列接続した構成としている。

また、本実施形態においては、前記低周波帯域用スピーカー４を１個用いており、前記ローパスフィルター１１へ接続されている。

さらに、前記４個の高周波帯域用スピーカー２は、隣接する３個の高周波帯域用スピーカー２の中心を結んで得られる３角形が、少なくともその２辺が等しい二等辺三角形となるように配置されている。
この二等辺三角形には、正三角形も含まれる。

前記隣接する３個の高周波数帯域用スピーカー２の中心を結んで得られる二等辺三角形が、その長辺と短辺の比が１．５以下であることが好ましく、また、前記隣接する３個の高周波数帯域用スピーカー２の中心を結んで得られる二等辺三角形の短辺の長さが、前記高周波数帯域用スピーカー２の有効直径の２倍よりも短いことが好ましい、

このような諸条件の元に基づいた、前記４個の高周波帯域用スピーカー２の配置関係を図４および図５に示す。
図４が最大の配置面積となる配置関係を示し、図５が最小の配置面積となる配置関係を示す。

そして、図５に示す配置関係で前記高周波帯域用スピーカー２を配置したスピーカー装置１について、高周波帯域と低周波帯域における指向特性を測定した結果を図６に示す。

図６（ａ）が従来のスピーカー装置の周波数特性であり、図６（ｂ）が本実施形態に係わるスピーカー装置１の周波数特性であり、それぞれ、実線がスピーカーの正面からの周波数特性であり、点線がスピーカーの斜め方向からの周波数特性である。

この結果から明らかなように、本実施形態のスピーカー装置１によれば、前記高周波帯域用スピーカー２の周波数特性は、複数の高周波帯域用スピーカー２間の試聴位置からの距離差が小さいため、距離差の違いによる周波数特性の乱れは波長の短い超高音域にのみに限定される。また、スピーカーに対して正面方向からの周波数特性と、斜め方向からの周波数特性の差も小さくすることができる。

一方で、従来方式の高周波帯域用スピーカーの周波数特性は、複数の高周波帯域用スピーカー間の試聴位置からの距離差が大きいため、距離差の違いによる周波数特性の乱れは波長の長い周波数を含む広い高音域に影響を及ぼす。またスピーカーに対して正面方向からの周波数特性と、斜め方向からの周波数特性の差も大きい。これは正面方向からと斜め方向からとで試聴位置からの各高周波スピーカーまでの距離差が変化するためである。このため、例えＤＳＰ等を用いて正面方向の周波数特性を整い得たとしても、同時に斜め方向からの周波数特性の乱れを整えることは不可能である。

指向特性は、低周波数帯域では、再生周波数での波長が振動板径に対して長いため、高周波数帯域と比較して広い指向特性を持つ。
これに対し、高周波数帯域では、スピーカーユニットを球面上に密に配置したことにより、通常のスピーカーユニットに比べて広い指向特性を持つこととなり全帯域で均一な指向特性を得ることができる。

複数のスピーカー２を球面上に最も高密度に配置するのはスピーカー２間の距離をも最も縮めた正三角形を形成することである。従って各辺の長さを均等にした正三角形を組み合わせた配列が最も望ましい。
しかしながら、平面の場合はすべての複数三角形を正三角形で形成することが可能だが、球面の場合には全てを正三角形で構成することは物理的に不可能な場合が存在する。

そこで、正三角形に準ずる形が二等辺三角形である。この場合も距離差の極少化を図るには最大角度を直角より小さくすることが望ましい。このため、長辺／短辺≦１．５が望ましい。

またスピーカーの距離差を小さくし、距離差による周波数特性の乱れを少なくするには、振動板の有効直径より隣り合わせの振動板の端から端までの距離が振動板の有効直径よりも小さくなるようにする必要がある。この条件から短辺≦２Ｄの条件が生れる。

通常、高周波数帯域用スピーカーの有効直径は２０ｍｍ〜３５ｍｍの範囲であり、この口径を使用する場合においては、上記条件をみたすと周波数特性の乱れを可聴高域限界周波数の２０KHz付近または２０KHz以上にまで引き上げることが可能となる。

したがって、前記各高周波帯域用スピーカー２から放射される音波の干渉を最小限にとどめることが可能となり、音圧周波数特性の乱れが生じにくい構造を実現することができる。

これにより、通常のスピーカーを駆動する、プレーヤー、スピーカーアンプ、アナログネットワーク、との組み合わせによるシンプルな機器構成により、高音質な音響を提供可能とするスピーカー装置１を実現することができる。

なお、前記実施形態において示した各構成部材の諸形状や寸法等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。

たとえば、前記高周波帯域用スピーカー２の配置形態は、図４に示す最大配置面積と図５に示す最小配置面積との範囲内で任意に設定することができる。

また、前記高周波帯域用スピーカー２は前記実施形態に示した４個に限らず、図７に示す第２の実施形態のように３個であってもよく、図８に示す第３の実施形態のように１０個であってもよい。また以上の条件を満たせば他の個数や配置条件でも効果を得ることができる。

１ スピーカー装置
２ 高周波帯域用スピーカー
３ 高周波用スピーカーボックス
４ 低周波帯域用スピーカー
５ 低周波用スピーカーボックス
６ 連結部材
７ 音声信号生成手段
８ 信号増幅手段
９ 帯域分割手段
１０ ハイパスフィルター
１１ ローパスフィルター

Claims (4)

1. 高周波数帯域用スピーカーと、この高周波数帯域用スピーカーが設けられるスピーカーボックスと、を備えたスピーカー装置であって、
   前記高周波数帯域用スピーカーが３個以上用いられ、隣接する３個の高周波数帯域用スピーカーの中心を結んで得られる３角形が、その少なくとも２辺が等しい二等辺三角形となるように前記高周波数帯域用スピーカーが配置されており、
   前記隣接する３個の高周波数帯域用スピーカーの中心を結んで得られる二等辺三角形の長辺と短辺の比が１．５以下であり、
   前記隣接する３個の高周波数帯域用スピーカーの中心を結んで得られる二等辺三角形の短辺の長さが、前記高周波数帯域用スピーカーの有効直径の２倍よりも短く設定されており、
   前記複数の高周波数帯域用スピーカーは、前記スピーカーボックスの一方向側に配置されており、
   前記複数の高周波数帯域用スピーカーは、球体状の高周波用スピーカーボックスに組み込まれていることを特徴とするスピーカー装置。
2. 前記複数の高周波数帯域用スピーカーは、前記高周波用スピーカーボックスの球面上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のスピーカー装置。
3. 前記隣接する３個の高周波数帯域用スピーカーの中心を結んで得られる二等辺三角形が、正三角形を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスピーカー装置。
4. 前記高周波帯域用スピーカーによって再生される高周波帯域以外の低周波帯域を再生する低周波数帯域用スピーカーが組み込まれた低周波用スピーカーボックスをさらに備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載のスピーカー装置。