JP6898538B1 - スピーカーシステム - Google Patents

Abstract

【課題】原音に忠実であって自然な音を総合的に再生する。【解決手段】フルレンジスピーカー１０は、音源から出力される原音信号によって駆動される。振動検出部２０は、フルレンジスピーカー１０の振動系の振動を検出し、その振動に応じた再生信号を出力する。減算器２１は、原音信号と再生信号の差分を示すエラー信号を出力する。エラー信号は、例えば原音信号−再生信号である。ＬＰＦ１１０は、所定の上限周波数より低いエラー信号を通過させる。エラー信号は、増幅器１０２によって増幅され、ウーファー１０１を駆動する。ウーファー１０１は、低音域において、フルレンジスピーカー１０の音圧レベルが不足している場合にはフルレンジスピーカー１０の音と同一の位相の音を出力して音圧レベルを増加させ、フルレンジスピーカー１０の音圧レベルが過大である場合にはフルレンジスピーカー１０の音と逆位相の音を出力して音圧レベルを減少させる。【選択図】図１

Description

本発明は、原音に忠実な音を再生するスピーカーシステムに関する。

フルレンジスピーカーは、低音域から高音域まで１つのスピーカーで音を再生する。
マルチウェイスピーカーは、複数の音域毎に適したスピーカーで音を再生する。例えば、２ウェイスピーカーでは、低音域の再生に適したウーファーと、高音域の再生に適したツイーターとが用いられる。また、３ウェイスピーカーでは、これらに加えて中音域の再生に適したスコーカーが用いられる。更に、超低音域の再生に適したサブウーファー（スーパーウーファーともいう）や超高音域の再生に適したスーパーツイーターが用いられる場合もある。

また、ＭＦＢ（Motional feedback、モーショナルフィードバック）は、スピーカーの振動系の振動を検出し、その振動に応じた信号をスピーカーの駆動回路に帰還させて駆動信号を補正する。これにより、スピーカーから原音に忠実な音響を出力させることができる。なお、スピーカーの振動系は、振動板（例えば、コーン紙）、ボイスコイルボビン、ダンパー、およびセンターキャップ等を含む。
ＭＦＢのためにスピーカーの振動系の振動を検出する振動検出回路として、振動系の振動により圧電素子に生じる電気信号の変化を検出する振動検出回路、振動板から受ける音圧レベルの変化をマイクロホンで検出する振動検出回路、および振動系に取り付けられた光反射部材に対して発光素子から発せられる光を入射させ、反射する光を受光素子で受光することにより振動を検出する振動検出回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、スピーカーのボイスコイルの近傍に、ボイスコイルと並行にＭＦＢ検出コイルが設けられており、このＭＦＢ検出コイルによってスピーカーの振動を検出する振動検出回路が知られている。この振動検出回路が搭載されたＭＦＢスピーカーが販売されている（例えば、非特許文献１参照）。
また、スピーカーのセンターキャップ（金属）と近接する面に、センターキャップと接触しないように金属板が固定されており、センターキャップと金属板の静電容量の変化からスピーカーの振動を検出する（コンデンサーマイクの原理の）振動検出回路が知られている。この振動検出回路が搭載されたＭＦＢスピーカーも販売されている（例えば、非特許文献２参照）。

特開平６−２８４４９２号公報

"ＣＷ２５０Ｄ アクティブ・サブウーハー"、[online]、フォスター電機株式会社ホームページ、[令和３年３月５日検索]、インターネット <URL: https://www.fostex.jp/products/cw250d/> "オルフィアン"、[online]、株式会社匠ホームページ、[令和３年３月５日検索]、インターネット<URL: https://www.cocojc.com/orphean/structure.html#mfb>

フルレンジスピーカーは、低音域と高音域において原音に忠実な音の再生に限界がある。
マルチウェイスピーカーは、各スピーカーのクロスオーバ音域で２つのスピーカーから同一の音が出力される。クロスオーバ音域では、例えばネットワーク回路に含まれるローパスフィルタとハイパスフィルタで各スピーカーの音を減衰させるが、音圧レベルの不自然な変化を生じ易い。これを防ぐために、厳密なフィルタ設計が必要となる。

本発明の目的は、原音に忠実であって自然な音を総合的に再生することができるスピーカーシステムを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明のスピーカーシステムは、
音源から出力される原音信号によって駆動される主スピーカーと、
前記主スピーカーの振動系の振動を検出し、当該振動に応じた再生信号を出力する振動検出部と、
前記原音信号と前記再生信号の差分を示すエラー信号を出力する減算器と、
前記エラー信号に基づいて、前記主スピーカーの音圧レベルが不足している場合には前記主スピーカーの音と同一の位相の音を出力して音圧レベルを増加させ、前記主スピーカーの音圧レベルが過大である場合には前記主スピーカーの音と逆位相の音を出力して音圧レベルを減少させる副スピーカーと、
を備える。

好ましくは、本発明のスピーカーシステムは、
前記副スピーカーが、低音域の音を出力するウーファーを有する。

好ましくは、本発明のスピーカーシステムは、
前記副スピーカーが、前記ウーファーの振動系の振動を検出し、当該振動に応じた振動信号を前記ウーファーの駆動回路に帰還させて前記エラー信号を補正するモーショナルフィードバック回路を有する。

好ましくは、本発明のスピーカーシステムは、
前記副スピーカーが、高音域の音を出力するツイーターを有する。

好ましくは、本発明のスピーカーシステムは、
前記主スピーカーが、フルレンジスピーカーである。

好ましくは、本発明のスピーカーシステムは、
前記主スピーカーが、スコーカーである。

好ましくは、本発明のスピーカーシステムは、
前記副スピーカーが、ウーファーとツイーターを含む２ウェイスピーカーである。

好ましくは、本発明のスピーカーシステムは、
前記主スピーカーが、ウーファーである。

本発明によれば、原音に忠実であって自然な音を総合的に再生することができる。

本発明の第１の実施形態に係るスピーカーシステムの構成の一例を示す図である。 図１のスピーカーシステムにおける周波数と音圧の関係の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るスピーカーシステムの変形例の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るスピーカーシステムの構成の一例を示す図である。 図４のスピーカーシステムにおける周波数と音圧の関係の一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係るスピーカーシステムの構成の一例を示す図である。 図６のスピーカーシステムにおける周波数と音圧の関係の一例を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係るスピーカーシステムの構成の一例を示す図である。 図８のスピーカーシステムにおける周波数と音圧の関係の一例を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係るスピーカーシステムの構成の一例を示す図である。 図１０のスピーカーシステムにおける周波数と音圧の関係の一例を示す図である。 本発明の第６の実施形態に係るスピーカーシステムの構成の一例を示す図である。 図１２のスピーカーシステムにおける周波数と音圧の関係の一例を示す図である。 本発明の第７の実施形態に係るスピーカーシステムの構成の一例を示す図である。 図１４のスピーカーシステムにおける周波数と音圧の関係の一例を示す図である。 本発明の第８の実施形態に係るスピーカーシステムの構成の一例を示す図である。 図１６のスピーカーシステムにおける周波数と音圧の関係の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係るスピーカーシステムについて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態を説明する全図において、共通の構成要素には同一の符号を付し、繰り返しの説明を省略する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るスピーカーシステム１の構成の一例を示す。
スピーカーシステム１は、フルレンジスピーカー１０と、増幅器１１と、振動検出部２０と、減算器２１と、副スピーカー１００と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１０とを有する。
入力端子３０には、音源から出力される原音信号が入力される。原音信号は、増幅器１１によって増幅され、フルレンジスピーカー１０を駆動する。なお、フルレンジスピーカー１０は、本発明の主スピーカーの一例である。
振動検出部２０は、フルレンジスピーカー１０の振動系の振動を検出し、その振動に応じた再生信号を出力する。振動系は、例えば、フルレンジスピーカー１０の振動板（例えば、コーン紙）、ボイスコイルボビン、ダンパー、およびセンターキャップ等を含む。振動検出部２０は、ＭＦＢ（Motional feedback、モーショナルフィードバック）で用いられる振動検出回路と同様の構成である。
減算器２１は、例えば差動増幅回路である。減算器２１の非反転入力端子（＋）には原音信号が入力され、反転入力端子（−）には再生信号が入力される。減算器２１は、原音信号と再生信号の差分を示すエラー信号を出力する。エラー信号は、例えば、次の（１）式として定義される。
エラー信号＝原音信号−再生信号 （１）

ＬＰＦ１１０は、所定の上限周波数より低いエラー信号を通過させる。ＬＰＦ１１０を通過したエラー信号は、副スピーカー１００に入力される。
副スピーカー１００は、ウーファー１０１と、増幅器１０２とを有する。
エラー信号は、増幅器１０２によって増幅され、ウーファー１０１を駆動する。

図２は、スピーカーシステム１における周波数と音圧の関係の一例を示す。図２は、全ての周波数において一定の音圧レベルの原音信号が入力された場合の例である。
ウーファー１０１は、エラー信号に基づいて音を出力し、フルレンジスピーカー１０の音を補正する。
図２の例では、フルレンジスピーカー１０の音圧レベルが、小さいとき、および中程度であるとき、周波数の低い領域と高い領域においてフルレンジスピーカー１０の音圧レベルは不足している。このとき、ウーファー１０１（副スピーカー１００）は、低音域（周波数の低い領域）において、フルレンジスピーカー１０の音と同一の位相の音を出力し、原音信号によって規定される音圧レベルまでスピーカーシステム１全体としての音圧レベルを増加させる。

また、図２の例では、フルレンジスピーカー１０の音圧レベルが大きいとき、低音域ではフルレンジスピーカー１０の音圧レベルが不足している領域Ａとフルレンジスピーカー１０の音圧レベルが過大である領域Ｂとが存在する。ウーファー１０１（副スピーカー１００）は、フルレンジスピーカー１０の音圧レベルが不足している領域Ａではフルレンジスピーカー１０の音と同一の位相の音を出力し、原音信号によって規定される音圧レベルまでスピーカーシステム１全体としての音圧レベルを増加させる。一方、ウーファー１０１（副スピーカー１００）は、フルレンジスピーカー１０の音圧レベルが過大である領域Ｂではフルレンジスピーカー１０の音と逆位相の音を出力し、原音信号によって規定される音圧レベルまでスピーカーシステム１全体としての音圧レベルを減少させる。
このため、スピーカーシステム１は、低音域において原音に忠実な音を再生することができる。

また、従来のマルチウェイスピーカーは、クロスオーバ音域において２つのスピーカーが原音信号に基づいて自律的に音を出力する。このため、従来のマルチウェイスピーカーは、クロスオーバ音域において音圧レベルの不自然な変化を生じる場合がある。
これに対し、本実施形態に係るスピーカーシステム１では、ウーファー１０１（副スピーカー１００）は、エラー信号に基づいて音を再生し、フルレンジスピーカー１０の音を補正する。フルレンジスピーカー１０にはローパスフィルタもハイパスフィルタも不要であって、スピーカーシステム１にはクロスオーバ音域が存在しない。このため、スピーカーシステム１では、音圧レベルの不自然な変化は生じない。
加えて、スピーカーの多くに用いられているコーン紙（紙材）は使用環境等、特に湿度により再生特性が、継時（経年でも）変化する。これにより、スピーカーが出力する音が変化する場合がある。スピーカーシステム１では、ウーファー１０１は、その出力可能な音域においてフルレンジスピーカー１０のコーン紙やダンパーを含む振動系の継時変化（以下、コーン紙の継時変化という）による音の変化を補正する。

また、スピーカーシステム１では、従来のマルチウェイシステムのウーファーに比べて、ＬＰＦ１１０の上限周波数の制限が緩和される。スピーカーシステム１は、従来のような厳密（急峻）なクロスオーバ周波数の設定を一切必要としない。ＬＰＦ１１０は、従来と比べて簡素なローパスフィルタでよい。それどころかＬＰＦ１１０を省略することもできる。

図３は、本発明の第１の実施形態に係るスピーカーシステム１の変形例１Ａの構成を示す。
スピーカーシステム１Ａは、フルレンジスピーカー１０と、増幅器１１と、振動検出部２０と、減算器２１と、副スピーカー１００Ａと、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１０とを有する。
スピーカーシステム１Ａは、副スピーカー１００Ａの構成がスピーカーシステム１の副スピーカー１００と異なる。その他の点では、スピーカーシステム１Ａの構成とスピーカーシステム１の構成は同一である。
副スピーカー１００Ａは、ウーファー１０１と、増幅器１０２と、振動検出回路１０３と、差動増幅器１０４と、差動増幅器１０５とを有する。
振動検出回路１０３と差動増幅器１０４と差動増幅器１０５とは、ＭＦＢ回路を構成する。副スピーカー１００Ａは、ＭＦＢ回路を有する点が副スピーカー１００と異なる。

振動検出回路１０３は、ウーファー１０１の振動系の振動を検出し、その振動に応じた振動信号を出力する。振動系は、例えば、ウーファー１０１の振動板（例えば、コーン紙）、ボイスコイルボビン、ダンパー、およびセンターキャップ等を含む。
差動増幅器１０４は、非反転入力端子（＋）に振動検出回路１０３によって出力される振動信号が入力され、反転入力端子（−）にＬＰＦ１１０を通過したエラー信号が入力される。差動増幅器１０４は、振動信号とエラー信号の差分（振動信号−エラー信号）を出力する。
差動増幅器１０５は、非反転入力端子（＋）にＬＰＦ１１０を通過したエラー信号が入力され、その反転入力端子（−）に差動増幅器１０４の出力が入力される。
差動増幅器１０５の出力は、増幅器１０２によって増幅され、ウーファー１０１を駆動する。

上述した構成により、ＭＦＢ回路は、ウーファー１０１の振動系の振動を検出し、その振動に応じた振動信号をウーファー１０１の駆動回路に帰還させてエラー信号を補正する。従って、ＭＦＢ回路は、ウーファー１０１の振動信号をエラー信号と比較してウーファー１０１の再生音の過不足を補正するので、時間変化（時間軸）に対してウーファー１０１の再生音を補正する。
ＭＦＢ回路を持たないマルチウェイスピーカーでは、ウーファーの振動板は、スコーカーやツイーターの振動板よりも質量が大きいため、同じ大きさの信号で駆動されるとき、スコーカーやツイーターの振動板よりも遅く動き出す。このため、クロスオーバ音域においてスコーカー（またはツイーター）とウーファーから同じ音が出た場合、スコーカー（またはツイーター）から先に音が出て（振動板が早く動き出して）、遅れてウーファーから音が出る（振動板が動き出す）場合がある。この場合、この時間差によって音の濁りが生じやすくなる。ＭＦＢ回路を持たないマルチウェイスピーカーの中には、この対策もあってウーファーをスコーカーやツイーターより手前に突出させるようにスピーカーボックス上でレイアウトされたものがある。このレイアウトはスピーカーボックスの正面で聞く（聴く）場合には有効であるが、正面から左右にずれて聞く場合には効果が落ちる。このため、スピーカーボックスの正面以外で聞く場合には音の濁りが生じる可能性があった。
これに対して、ＭＦＢ回路は、ウーファーの動作遅れを顕著に防ぐ。スピーカーシステム１Ａは、ウーファー１０１にＭＦＢ回路が付加されているため、正面以外で聞く場合でも音の濁りを最小限に抑えることができ、リスニングポジションによらず、響きが改善され、音像定位の向上が見込める。

図４は、本発明の第２の実施形態に係るスピーカーシステム２の構成の一例を示す。
スピーカーシステム２は、フルレンジスピーカー１０と、増幅器１１と、振動検出部２０と、減算器２１と、副スピーカー２００と、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２１０とを有する。
スピーカーシステム２は、副スピーカー２００の構成が第１の実施形態に係るスピーカーシステム１の副スピーカー１００と異なり、ＬＰＦ１１０の代わりにＨＰＦ２１０を有する。その他の点では、スピーカーシステム２の構成とスピーカーシステム１の構成は同一である。
ＨＰＦ２１０は、所定の下限周波数より高いエラー信号を通過させる。ＨＰＦ２１０を通過したエラー信号は、副スピーカー２００に入力される。
副スピーカー２００は、ツイーター２０１と、増幅器２０２とを有する。
エラー信号は、増幅器２０２によって増幅され、ツイーター２０１を駆動する。

図５は、スピーカーシステム２における周波数と音圧の関係の一例を示す。図５は、全ての周波数において一定の音圧レベルの原音信号が入力された場合の例である。
ツイーター２０１は、エラー信号に基づいて音を出力し、フルレンジスピーカー１０の音を補正する。
図５の例では、フルレンジスピーカー１０の音圧レベルが、小さいとき、および中程度であるとき、低音域と高音域（周波数の高い領域）においてフルレンジスピーカー１０の音圧レベルは不足している。このとき、ツイーター２０１（副スピーカー２００）は、高音域において、フルレンジスピーカー１０の音と同一の位相の音を出力し、原音信号によって規定される音圧レベルまでスピーカーシステム１全体としての音圧レベルを増加させる。

また、図５の例では、フルレンジスピーカー１０の音圧レベルが大きいとき、高音域ではフルレンジスピーカー１０の音圧レベルが不足している領域Ｃとフルレンジスピーカー１０の音圧レベルが過大である領域Ｄとが存在する。ツイーター２０１（副スピーカー２００）は、フルレンジスピーカー１０の音圧レベルが不足している領域Ｃではフルレンジスピーカー１０の音と同一の位相の音を出力し、原音信号によって規定される音圧レベルまでスピーカーシステム１全体としての音圧レベルを増加させる。一方、ツイーター２０１（副スピーカー２００）は、フルレンジスピーカー１０の音圧レベルが過大である領域Ｄではフルレンジスピーカー１０の音と逆位相の音を出力し、原音信号によって規定される音圧レベルまでスピーカーシステム１全体としての音圧レベルを減少させる。
このため、スピーカーシステム２は、高音域において原音に忠実な音を再生することができる。

また、本実施形態に係るスピーカーシステム２では、ツイーター２０１（副スピーカー２００）は、エラー信号に基づいて音を再生し、フルレンジスピーカー１０の音を補正する。フルレンジスピーカー１０にはローパスフィルタもハイパスフィルタも不要であって、スピーカーシステム２にはクロスオーバ音域が存在しない。このため、スピーカーシステム２では、音圧レベルの不自然な変化は生じない。
加えて、スピーカーシステム２では、ツイーター２０１は、その出力可能な音域においてフルレンジスピーカー１０のコーン紙の継時変化による音の変化を補正する。

また、スピーカーシステム２では、ツイーター２０１による低音域の音の出力を阻止し、ツイーター２０１の破損を阻止することが肝要である。ただし、スピーカーシステム２では、従来のマルチウェイスピーカーのツイーターに比べて、ＨＰＦ２１０の下限周波数の制限が緩和される。すなわち、図５に示すように、ツイーター２０１が音を出力できる音域の下限周波数は、ツイーター２０１が破壊されるおそれのない周波数に設定することができる。スピーカーシステム２は、従来のような厳密（急峻）なクロスオーバ周波数の設定を一切必要としない。従って、ＨＰＦ２１０は、従来と比べて簡素なハイパスフィルタでもよい。
なお、ツイーター２０１にＭＦＢ回路を付加することもできる。

図６は、本発明の第３の実施形態に係るスピーカーシステム３の構成の一例を示す。
スピーカーシステム３は、振動検出部２０と、減算器２１と、ウーファー４０と、増幅器４１と、副スピーカー２００と、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２１０とを有する。
スピーカーシステム３は、主スピーカーがウーファー４０である点が第２の実施形態に係るスピーカーシステム２と異なる。原音信号は、増幅器４１によって増幅され、ウーファー４０を駆動する。
その他の点では、スピーカーシステム３の構成とスピーカーシステム２の構成は同一である。

図７は、スピーカーシステム３における周波数と音圧の関係の一例を示す。図７は、全ての周波数において一定の音圧レベルの原音信号が入力された場合の例である。
ウーファー４０は、原音信号に基づいて低音域から中音域までの音を出力する。ツイーター２０１（副スピーカー２００）は、エラー信号に基づいて、ウーファー４０が出力できない高音域の音を出力するとともに、ウーファー４０の音を補正する。
このため、スピーカーシステム３は、原音に忠実な音を再生することができる。
なお、図７は標準（中）音圧の例である。図７では音圧大中小の表記は省いているが、スピーカーシステム３は、低音圧と高音圧でもウーファー４０が出力できない高音域の音を出力するとともに、ウーファー４０の音を補正することはもちろんである。

また、従来はウーファーにローパスフィルタが必要であったが、ウーファー４０にはローパスフィルタは不要であって、スピーカーシステム３にはクロスオーバ音域が存在しない。このため、従来の２ウェイスピーカーと異なり、スピーカーシステム３では音圧レベルの不自然な変化は生じない。
加えて、スピーカーシステム３では、ツイーター２０１は、その出力可能な音域においてウーファー４０のコーン紙の継時変化による音の変化を補正する。

また、スピーカーシステム３では、ツイーター２０１による低音域の音の出力を阻止し、ツイーター２０１の破損を阻止することが肝要である。ただし、スピーカーシステム３では、従来の２ウェイスピーカーのツイーターに比べて、ＨＰＦ２１０の下限周波数の制限が緩和される。すなわち、図７に示すように、ツイーター２０１が音を出力できる音域の下限周波数は、ツイーター２０１が破壊されるおそれのない周波数に設定することができる。スピーカーシステム３は、従来のような厳密（急峻）なクロスオーバ周波数の設定は一切必要としない。従って、ＨＰＦ２１０は、従来と比べて簡素なハイパスフィルタでもよい。
また、音色調整のためにＨＰＦ２１０として厳密なハイパスフィルタを用いた場合でも、ウーファー４０のために従来のように低域用の厳密なローパスフィルタを必要としない。それどころか図６に示すようにローパスフィルタを省略することもできる。
なお、ツイーター２０１にＭＦＢ回路を付加することもできる。

図８は、本発明の第４の実施形態に係るスピーカーシステム４の構成の一例を示す。
スピーカーシステム４は、フルレンジスピーカー１０と、増幅器１１と、振動検出部２０と、減算器２１と、副スピーカー３００と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１０と、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２１０とを有する。
スピーカーシステム４は、副スピーカー３００の構成が第１の実施形態の変形例に係るスピーカーシステム１Ａの副スピーカー１００Ａと異なり、ＬＰＦ１１０に加えてＨＰＦ２１０を有する。その他の点では、スピーカーシステム４の構成とスピーカーシステム１Ａの構成は同一である。
副スピーカー３００は、ウーファー１０１に加えて、ツイーター２０１と、増幅器２０２とを有する点が副スピーカー１００Ａと異なる。その他の点では、副スピーカー３００の構成と副スピーカー１００Ａの構成は同一である。

ＬＰＦ１１０は、所定の上限周波数より低いエラー信号を通過させる。ＬＰＦ１１０を通過したエラー信号は、副スピーカー３００に入力される。ＨＰＦ２１０は、所定の下限周波数より高いエラー信号を通過させる。ＨＰＦ２１０を通過したエラー信号は、副スピーカー３００に入力される。
ＬＰＦ１１０を通過したエラー信号は、ＭＦＢ回路によって補正され、増幅器１０２によって増幅されて、ウーファー１０１を駆動する。ＨＰＦ２１０を通過したエラー信号は、増幅器２０２によって増幅され、ツイーター２０１を駆動する。

図９は、スピーカーシステム４における周波数と音圧の関係の一例を示す。図９は、全ての周波数において一定の音圧レベルの原音信号が入力された場合の例である。
フルレンジスピーカー１０は、原音信号に基づいて全ての周波数において音を出力する。副スピーカー３００に含まれるウーファー１０１は、低音域においてエラー信号に基づいて音を出力し、フルレンジスピーカー１０の音を補正する。副スピーカー３００に含まれるツイーター２０１は、高音域においてエラー信号に基づいて音を出力し、フルレンジスピーカー１０の音を補正する。
このため、スピーカーシステム４は、原音に忠実な音を再生することができる。
加えて、スピーカーシステム４では、ウーファー１０１とツイーター２０１は、それぞれ出力可能な音域においてフルレンジスピーカー１０のコーン紙の継時変化による音の変化を補正する。
なお、図９は標準（中）音圧の例である。図９では音圧大中小の表記は省いているが、スピーカーシステム４は、低音圧と高音圧でもフルレンジスピーカー１０の音を低音域と高音域で補正することはもちろんである。

また、スピーカーシステム４では、従来の３ウェイスピーカーのウーファーに比べて、ＬＰＦ１１０の上限周波数の制限が緩和される。すなわち、図９に示すように、ウーファー１０１が音を出力できる音域の上限周波数は、フルレンジスピーカー１０の音圧レベルが原音信号によって規定される音圧レベルとほぼ同一である周波数領域に設定することができる。
同様に、スピーカーシステム４では、従来の３ウェイスピーカーのツイーターに比べて、ＨＰＦ２１０の下限周波数の制限が緩和される。すなわち、図９に示すように、ツイーター２０１が音を出力できる音域の下限周波数は、フルレンジスピーカー１０の音圧レベルが原音信号によって規定される音圧レベルとほぼ同一である周波数領域であって、かつツイーター２０１が破壊されるおそれのない周波数に設定することができる。

また、フルレンジスピーカー１０にはローパスフィルタとハイパスフィルタは不要である。そして、ＬＰＦ１１０の上限周波数とＨＰＦ２１０の下限周波数は、ウーファー１０１とツイーター２０１の両方が同時に音を出力する周波数領域を生じないように設定することができる。ＬＰＦ１１０の上限周波数とＨＰＦ２１０の下限周波数をこのように設定することにより、スピーカーシステム４にはクロスオーバ音域は存在しなくなる。この場合、従来の３ウェイスピーカーと異なり、スピーカーシステム４では音圧レベルの不自然な変化は生じない。
ここで、肝要なことは、ウーファー１０１とツイーター２０１が無理をせずに済み、従来のような厳密（急峻）なクロスオーバ周波数の設定を必要としないことである。従って、ＬＰＦ１１０とＨＰＦ２１０は、それぞれ従来と比べて簡素なフィルタでもよい。にもかかわらず、スピーカーシステム４は音質において従来以上に厳密に動作する。
なお、ウーファー１０１はＭＦＢ回路を付加されていなくてもよいし、ツイーター２０１にＭＦＢ回路を付加することもできる。

図１０は、本発明の第５の実施形態に係るスピーカーシステム５の構成の一例を示す。
スピーカーシステム５は、振動検出部２０と、減算器２１と、スコーカー５０と、増幅器５１と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５２と、副スピーカー３００と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１０と、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２１０とを有する。
スピーカーシステム５は、主スピーカーがスコーカー５０である点が第４の実施形態に係るスピーカーシステム４と異なる。これに伴い、スピーカーシステム５は、増幅器５１とＢＰＦ５２とを有する。その他の点では、スピーカーシステム５の構成とスピーカーシステム４の構成は同一である。
ＢＰＦ５２は、所定の下限周波数より高くて所定の上限周波数より低い中音域の原音信号を通過させる。ＢＰＦ５２を通過した原音信号は、増幅器５１によって増幅されて、スコーカー５０を駆動する。

図１１は、スピーカーシステム５における周波数と音圧の関係の一例を示す。図１１は、全ての周波数において一定の音圧レベルの原音信号が入力された場合の例である。
スコーカー５０は、原音信号に基づいて中音域において音を出力する。副スピーカー３００に含まれるウーファー１０１は、低音域においてエラー信号に基づいてスコーカー５０が出力しない音を出力するとともに、スコーカー５０の音を補正する。副スピーカー３００に含まれるツイーター２０１は、高音域においてエラー信号に基づいてスコーカー５０が出力しない音を出力するとともに、スコーカー５０の音を補正する。
このため、スピーカーシステム５は、原音に忠実な音を再生することができる。
加えて、スピーカーシステム５では、ウーファー１０１とツイーター２０１は、それぞれ出力可能な音域においてスコーカー５０のコーン紙の継時変化による音の変化を補正する。
なお、図１１は標準（中）音圧の例である。図１１では音圧大中小の表記は省いているが、スピーカーシステム５は、低音圧と高音圧でもスコーカー５０の音を低音域と高音域で補正することはもちろんである。

また、スピーカーシステム５では、スピーカーシステム４と同様に、従来の３ウェイスピーカーのウーファーに比べて、ＬＰＦ１１０の上限周波数の制限が緩和される。すなわち、図１１に示すように、ウーファー１０１が音を出力できる音域の上限周波数は、スコーカー５０の音圧レベルが原音信号によって規定される音圧レベルとほぼ同一である周波数領域に設定することができる。
同様に、スピーカーシステム５では、従来の３ウェイスピーカーのツイーターに比べて、ＨＰＦ２１０の下限周波数の制限が緩和される。すなわち、図１１に示すように、ツイーター２０１が音を出力できる音域の下限周波数は、スコーカー５０の音圧レベルが原音信号によって規定される音圧レベルとほぼ同一である周波数領域であって、かつツイーター２０１が破壊されるおそれのない周波数に設定することができる。

ＬＰＦ１１０の上限周波数とＨＰＦ２１０の下限周波数は、ウーファー１０１とツイーター２０１の両方が同時に音を出力する周波数領域が生じないように設定することができる。ＬＰＦ１１０の上限周波数とＨＰＦ２１０の下限周波数をこのように設定することにより、スピーカーシステム５にはクロスオーバ音域は存在しなくなる。この場合、従来の３ウェイスピーカーと異なり、スピーカーシステム５では音圧レベルの不自然な変化は生じない。
ここで、肝要なことは、ウーファー１０１とツイーター２０１が無理をせずに済み、従来のような厳密（急峻）なクロスオーバ周波数の設定を必要としないことである。従って、ＬＰＦ１１０とＨＰＦ２１０は、それぞれ従来と比べて簡素なフィルタでよい。にもかかわらず、スピーカーシステム５は音質において従来以上に厳密に動作する。
なお、ウーファー１０１はＭＦＢ回路を付加されていなくてもよいし、ツイーター２０１にＭＦＢ回路を付加することもできる。

図１２は、本発明の第６の実施形態に係るスピーカーシステム６の構成の一例を示す。
スピーカーシステム６は、フルレンジスピーカー１０と、増幅器１１と、振動検出部２０と、減算器２１と、副スピーカー４００と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１０と、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２１０と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３１０とを有する。
スピーカーシステム６は、副スピーカー４００の構成が第４の実施形態に係るスピーカーシステム４の副スピーカー３００と異なり、ＬＰＦ１１０とＨＰＦ２１０に加えてＢＰＦ３１０を有する。その他の点では、スピーカーシステム６の構成とスピーカーシステム４の構成は同一である。
副スピーカー４００は、ツイーター２０１に振動検出回路２０３と差動増幅器２０４と差動増幅器２０５とで構成されるＭＦＢ回路が付加されている点、およびスコーカー３０１と増幅器３０２とを有し、スコーカー３０１に振動検出回路３０３と差動増幅器３０４と差動増幅器３０５とで構成されるＭＦＢ回路が付加されている点が副スピーカー３００と異なる。その他の点では、副スピーカー４００の構成と副スピーカー３００の構成は同一である。

ＬＰＦ１１０は、所定の上限周波数より低い低音域のエラー信号を通過させる。ＬＰＦ１１０を通過したエラー信号は、副スピーカー４００に入力される。ＢＰＦ３１０は、所定の下限周波数より高くて所定の上限周波数より低い中音域のエラー信号を通過させる。ＢＰＦ３１０を通過したエラー信号は、副スピーカー４００に入力される。ＨＰＦ２１０は、所定の下限周波数より高い高音域のエラー信号を通過させる。ＨＰＦ２１０を通過したエラー信号は、副スピーカー４００に入力される。
ＬＰＦ１１０を通過したエラー信号は、ＭＦＢ回路によって補正され、増幅器１０２によって増幅されて、ウーファー１０１を駆動する。ＢＰＦ３１０を通過したエラー信号は、ＭＦＢ回路によって補正され、増幅器３０２によって増幅されて、スコーカー３０１を駆動する。ＨＰＦ２１０を通過したエラー信号は、ＭＦＢ回路によって補正され、増幅器２０２によって増幅されて、ツイーター２０１を駆動する。

図１３は、スピーカーシステム６における周波数と音圧の関係の一例を示す。図１３は、全ての周波数において一定の音圧レベルの原音信号が入力された場合の例である。
フルレンジスピーカー１０は、原音信号に基づいて全ての周波数において音を出力する。副スピーカー４００に含まれるウーファー１０１は、低音域においてエラー信号に基づいて音を出力し、フルレンジスピーカー１０の音を補正する。副スピーカー４００に含まれるスコーカー３０１は、中音域においてエラー信号に基づいて音を出力し、フルレンジスピーカー１０の音を補正する。副スピーカー４００に含まれるツイーター２０１は、高音域においてエラー信号に基づいて音を出力し、フルレンジスピーカー１０の音を補正する。
このため、スピーカーシステム６は、原音に忠実な音を再生することができる。
加えて、スピーカーシステム６では、ウーファー１０１とスコーカー３０１とツイーター２０１は、それぞれ低音域と中音域と高音域においてフルレンジスピーカー１０のコーン紙の継時変化による音の変化を補正する。
なお、図１３は標準（中）音圧の例である。図１３では音圧大中小の表記は省いているが、スピーカーシステム６は、低音圧と高音圧でもフルレンジスピーカー１０の音を全ての音域（低音域と中音域と高音域）で補正することはもちろんである。

フルレンジスピーカー１０にはローパスフィルタとハイパスフィルタは不要である。ただし、スピーカーシステム６では、ウーファー１０１の音域とスコーカー３０１の音域の境界（ＬＰＦ１１０の上限周波数とＢＰＦ３１０の下限周波数の近傍）においてクロスオーバ音域が生じる。また、スコーカー３０１の音域とツイーター２０１の音域の境界（ＢＰＦ３１０の上限周波数とＨＰＦ２１０の下限周波数の近傍）においてクロスオーバ音域が生じる。
なお、ウーファー１０１はＭＦＢ回路を付加されていなくてもよいし、スコーカー３０１はＭＦＢ回路を付加されていなくてもよいし、ツイーター２０１はＭＦＢ回路を付加されていなくてもよい。

図１４は、本発明の第７の実施形態に係るスピーカーシステム７の構成の一例を示す。
スピーカーシステム７は、振動検出部２０と、減算器２１と、スコーカー５０と、増幅器５１と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５２と、副スピーカー４００と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１０と、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）２１０と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３１０とを有する。
スピーカーシステム７は、主スピーカーがスコーカー５０である点が第６の実施形態に係るスピーカーシステム６と異なる。これに伴い、スピーカーシステム７は、増幅器５１とＢＰＦ５２とを有する。その他の点では、スピーカーシステム７の構成とスピーカーシステム６の構成は同一である。

図１５は、スピーカーシステム７における周波数と音圧の関係の一例を示す。図１５は、全ての周波数において一定の音圧レベルの原音信号が入力された場合の例である。
スコーカー５０は、原音信号に基づいて中音域において音を出力する。副スピーカー４００に含まれるウーファー１０１は、低音域においてエラー信号に基づいてスコーカー５０が出力しない音を出力するとともに、スコーカー５０の音を補正する。副スピーカー４００に含まれるスコーカー３０１は、中音域においてエラー信号に基づいて音を出力し、スコーカー５０の音を補正する。副スピーカー４００に含まれるツイーター２０１は、高音域においてエラー信号に基づいてスコーカー５０が出力しない音を出力するとともに、スコーカー５０の音を補正する。
このため、スピーカーシステム７は、原音に忠実な音を再生することができる。
加えて、スピーカーシステム７では、ウーファー１０１とスコーカー３０１とツイーター２０１は、それぞれ低音域と中音域と高音域においてスコーカー５０のコーン紙の継時変化による音の変化を補正する。
なお、図１５は標準（中）音圧の例である。図１５では音圧大中小の表記は省いているが、スピーカーシステム７は、低音圧と高音圧でもスコーカー５０の音を全ての音域（低音域と中音域と高音域）で補正することはもちろんである。

ただし、スピーカーシステム６と同様に、スピーカーシステム７では、ウーファー１０１の音域とスコーカー３０１の音域の境界（ＬＰＦ１１０の上限周波数とＢＰＦ３１０の下限周波数の近傍）においてクロスオーバ音域が生じる。また、スコーカー３０１の音域とツイーター２０１の音域の境界（ＢＰＦ３１０の上限周波数とＨＰＦ２１０の下限周波数の近傍）においてクロスオーバ音域が生じる。
なお、ウーファー１０１はＭＦＢ回路を付加されていなくてもよいし、スコーカー３０１はＭＦＢ回路を付加されていなくてもよいし、ツイーター２０１はＭＦＢ回路を付加されていなくてもよい。

図１６は、本発明の第８の実施形態に係るスピーカーシステム８の構成の一例を示す。
スピーカーシステム８は、振動検出部２０と、減算器２１と、スコーカー５０と、増幅器５１と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５２と、２ウェイスピーカー５００と、増幅器５１０と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５１１と、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）５１２とを有する。
スピーカーシステム８は、副スピーカーが２ウェイスピーカー５００である点が第５の実施形態に係るスピーカーシステム５と異なる。２ウェイスピーカー５００は、従来の２ウェイスピーカーであって、ウーファー５０１とツイーター５０２とを有する。これに伴い、スピーカーシステム８は、増幅器５１０と、ＬＰＦ５１１と、ＨＰＦ５１２とを有する。その他の点では、スピーカーシステム８の構成とスピーカーシステム５の構成は同一である。
なお、増幅器５１０の代わりに、ＬＰＦ５１１とウーファー５０１との間、およびＨＰＦ５１２とツイーター５０２の間にそれぞれ増幅器が配置された構成とすることもできる。

図１７は、スピーカーシステム８における周波数と音圧の関係の一例を示す。図１７は、全ての周波数において一定の音圧レベルの原音信号が入力された場合の例である。
スコーカー５０は、原音信号に基づいて中音域において音を出力する。２ウェイスピーカー５００に含まれるウーファー５０１は、低音域においてエラー信号に基づいてスコーカー５０が出力しない音を出力するとともに、スコーカー５０の音を補正する。２ウェイスピーカー５００に含まれるツイーター５０２は、高音域においてエラー信号に基づいてスコーカー５０が出力しない音を出力するとともに、スコーカー５０の音を補正する。
このため、スピーカーシステム８は、原音に忠実な音を再生することができる。
加えて、スピーカーシステム８では、ウーファー５０１とツイーター５０２は、それぞれ出力可能な音域においてスコーカー５０のコーン紙の継時変化による音の変化を補正する。
なお、図１７は標準（中）音圧の例である。図１７では音圧大中小の表記は省いているが、スピーカーシステム８は、低音圧と高音圧でもスコーカー５０の音を低音域と高音域で補正することはもちろんである。

また、スピーカーシステム８では、スピーカーシステム５と同様に、従来の３ウェイスピーカーのウーファーに比べて、ＬＰＦ５１１の上限周波数の制限が緩和される。すなわち、図１７に示すように、ウーファー５０１が音を出力できる音域の上限周波数は、スコーカー５０の音圧レベルが原音信号によって規定される音圧レベルとほぼ同一である周波数領域に設定することができる。
同様に、スピーカーシステム８では、従来の３ウェイスピーカーのツイーターに比べて、ＨＰＦ５１２の下限周波数の制限が緩和される。すなわち、図１７に示すように、ツイーター５０２が音を出力できる音域の下限周波数は、スコーカー５０の音圧レベルが原音信号によって規定される音圧レベルとほぼ同一である周波数領域であって、かつツイーター５０２が破壊されるおそれのない周波数に設定することができる。

ＬＰＦ５１１の上限周波数とＨＰＦ５１２の下限周波数は、ウーファー５０１とツイーター５０２の両方が同時に音を出力する周波数領域が生じないように設定することできる。ＬＰＦ５１１の上限周波数とＨＰＦ５１２の下限周波数をこのように設定することにより、スピーカーシステム８にはクロスオーバ音域は存在しなくなる。この場合、従来の３ウェイスピーカーと異なり、スピーカーシステム８では音圧レベルの不自然な変化は生じない。
ここで、肝要なことは、ウーファー５０１とツイーター５０２が無理をせずに済み、従来のような厳密（急峻）なクロスオーバ周波数の設定を必要としないことである。従って、ＬＰＦ５１１とＨＰＦ５１２は、それぞれ従来と比べて簡素なフィルタでよい。にもかかわらず、スピーカーシステム８は、音質において、再生特性の継時（経年）変化も含め、従来以上に厳密に動作する。

なお、本発明における主スピーカーと副スピーカーの構成は上述したものに限らない。
例えば、本発明では、主スピーカーをツイーター、副スピーカーをウーファーとすることもできる。
また、例えば、主スピーカーをウーファー、副スピーカーをサブウーファー（スーパーウーファー）とすることもできる。
更に、例えば、主スピーカーをサブウーファー（スーパーウーファー）、副スピーカーをウーファーとすることもできる。
また、例えば、主スピーカーをツイーター、副スピーカーをスーパーツイーターとすることもできる。
また、テレビ用スピーカー（サウンドバー）のスピーカーボックスのように同等のスピーカーが複数設置されている場合、すなわち同等の主スピーカーが複数ある場合、全ての主スピーカーが振動検出部２０を有していなくてもよく、その中の一部（１つ以上）の主スピーカーが振動検出部２０を有していればよい。

以上説明したように、本発明によれば、原音に忠実であって自然な音を総合的に再生することができる。
また、本発明に係るスピーカーシステムでは、従来必要とされていたエージング（ある程度の音量を必要とする馴らし再生）を省くことも出来る。

以上、本発明の実施形態について説明したが、設計または製造上の都合やその他の要因によって必要となる様々な修正や組み合わせは、請求項に記載されている発明や発明の実施形態に記載されている具体例に対応する発明の範囲に含まれる。

１，２，３，４，５，６，７，８…スピーカーシステム、１０…フルレンジスピーカー、１１…増幅器、２０…振動検出部、２１…減算器、３０…入力端子、４０…ウーファー、４１…増幅器、５０…スコーカー、５１…増幅器、５２…バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、１００、１００Ａ…副スピーカー、１０１…ウーファー、１０２…増幅器、１０３…振動検出回路、１０４…差動増幅器、１０５…差動増幅器、１１０…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、２００…副スピーカー、２０１…ツイーター、２０２…増幅器、２１０…ＨＰＦ、３００…副スピーカー、３０１…スコーカー、３０２…増幅器、３０３…振動検出回路、３０４…差動増幅器、３０５…差動増幅器、３１０…バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、４００…副スピーカー、５００…２ウェイスピーカー、５０１…ウーファー、５０２…ツイーター、５１０…増幅器、５１１…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、５１２…ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）

Claims (8)

1. 音源から出力される原音信号によって駆動される主スピーカーと、
   前記主スピーカーの振動系の振動を検出し、当該振動に応じた再生信号を出力する振動検出部と、
   前記原音信号と前記再生信号の差分を示すエラー信号を出力する減算器と、
   前記エラー信号に基づいて、前記主スピーカーの音圧レベルが不足している場合には前記主スピーカーの音と同一の位相の音を出力して音圧レベルを増加させ、前記主スピーカーの音圧レベルが過大である場合には前記主スピーカーの音と逆位相の音を出力して音圧レベルを減少させる副スピーカーと、
   を備えるスピーカーシステム。
2. 前記副スピーカーが、低音域の音を出力するウーファーを有する請求項１に記載のスピーカーシステム。
3. 前記副スピーカーが、前記ウーファーの振動系の振動を検出し、当該振動に応じた振動信号を前記ウーファーの駆動回路に帰還させて前記エラー信号を補正するモーショナルフィードバック回路を有する請求項２に記載のスピーカーシステム。
4. 前記副スピーカーが、高音域の音を出力するツイーターを有する請求項１ないし３のいずれか１項に記載のスピーカーシステム。
5. 前記主スピーカーが、フルレンジスピーカーである請求項１ないし４のいずれか１項に記載のスピーカーシステム。
6. 前記主スピーカーが、スコーカーである請求項１ないし４のいずれか１項に記載のスピーカーシステム。
7. 前記副スピーカーが、ウーファーとツイーターを含む２ウェイスピーカーである請求項１ないし６のいずれか１項に記載のスピーカーシステム。
8. 前記主スピーカーが、ウーファーである請求項１ないし４のいずれか１項に記載のスピーカーシステム。
   

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