JPH0659119B2 - 劇場用スピーカ及びスクリーン装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、概して音響効果及び音声再生に関する。本発
明は、特に映画劇場において遭遇するスピーカ及び音響
に相関する問題の解決を志向する。映画の音質はこの十
年間大幅に向上したが、映画再生音上で残されている弱
点は劇場用スピーカシステム及び音響環境である。

現在先端技術を取り入れたスピーカシステムを装備して
いる劇場は殆ど無く、大半の劇場が1940年代に初めて設
計されたコンポーネントによるシステムを用いている。
概して、この様なシステムは高低両周波数範囲でホーン
放射体を採用し、極低周波用の第２ウーハで低バスレス
ポンスの不足を補強したと思われる。バスを伴え演奏種
目では高音声レベルにおいて可聴歪みが生じるのが普通
である。この様なシステムの中音域の分散は、バルコニ
付きの劇場に適している（すなわち、最良の中音域分散
は垂直方向である）。多重素子高周波ホーンは、或る範
囲の出力角及び周波数に亘って振幅が比較的一定な出力
を発生させることを意図したが、最近の設計より遥かに
劣る。当該クロスオーバ設計及び分散特性では『らくだ
の背』形の出力レスポンスに帰着する。これはこの様な
システムを用いる劇場で1/3オクターブのピンクノイズ
測定を行うことにより明らかである。同問題の検討及び
改良提案がマーク・エンゲブレットソン及びジョン・ア
ーグルによる映画音声再生システム・技術向上及びシス
テム設計上の考察』、SMPTEジャーナル、1982年11月、
ページ1046−1057でなされている。

エンゲブレットソン及びアーグルは、スピーカ設計に多
くの現水準技術による組合わせスピーカ構成部品を用い
ることを提案している。同設計にはウーハとして反射バ
フルボックス内に設ける直接放射体を用いること及びト
ウイータのように広い分散を有する、いわゆる『定指向
性』ホーンを用いること等がある。その様な組合わせは
通常用いられるシステムに対して有用な改良を提供する
が、低周波及び高周波レスポンスの平坦さ若しくは音の
定位及びステレオイメージの面で最適とは言えない。

本発明の教示によれば、他の現用スピーカシステムに対
してより平坦なレスポンス、より一様な聴取範囲、聴覚
上より低い歪み及びより良い音の定位並びにステレオイ
メージを有する映画劇場用スピーカ及びスクリーン装置
が提供される。

本発明は、低周波又はウーハスピーカ素子として、反射
バッフルボックス内に設ける直接放射コーンダイアフラ
ム（振動板）ドライバ（駆動体）を用いる。この様なス
ピーカは、２πステラジアン放射角環境内へ放射するた
めに設計され、また、その様な環境を擬（シミュレーシ
ョン）するために、ウーハを音響境界壁と一体化させか
つステージ床が２π環境シミュレーションを実質的に妨
げないように床より十分上方に配置することを認識され
たい。

トウイータとしては低歪圧縮ドライバを有する定聴取範
囲のホーントウイータを用いる。ウーハ及びトウイータ
の分散が第１近似で整合するクロスオーバ周波数を有す
る、急傾斜のクロスオーバ回路網が用いれる。

低周波及び高周波スピーカ素子は、映画スクリーンの後
ろに極接近させて音響境界壁と一体的に配置される。ス
クリーンが高周波音声エネルギに対してますます反射
し、高周波音がスクリーンと壁との間に捕捉され、その
結果音の定位及びステレオイメージの劣化と共に高周波
レスポンス並びに高域端部の音調バランスが乱される問
題を解決するために、壁からの高周波音声エネルギの二
次放射を実質的に除去するように吸音材を壁に設置す
る。

第１図は、映画劇場内の意図する環境、すなわち、聴衆
に関して映画スクリーンの背後にある本発明のスピーカ
装置を示す。聴衆（図示せず）は第１図を見る者の透視
観を持つ。スクリーン２は、（スピーカを見せるために
切り取られている）ステージ４の上方でプロセニアムア
ーチ（幕前方の舞台枠）の下方に配置される。第１図の
例では、５個のスピーカ装置から成り、ステージの十分
上方でスクリーンの後ろにほぼ一列に隔置された５組の
スピーカ素子8a-8eを含む。本発明のスピーカ及びスク
リーン装置は、１組以上のスピーカ素子から構成でき
る。多重チャンネル映画フィルムを上演する場合、大抵
の映画劇場において左、中央及び右チャンネルに再生音
を供給するためには３組のスピーカ素子で十分であろ
う。非常に大きなホールでは、各チャンネルに対して２
組のスピーカ素子を要するかもしれない。

スピーカ装置をスクリーンの後ろに配置して音声事象の
定位が視覚事象と一致するようにすることが望ましい
が、聴衆により聴取される音声はスクリーンの存在によ
り著しい影響を受ける。これはスクリーンによる音の減
衰のみならず、スピーカ装置及びその周囲に向けられた
スクリーンからの逆反射による悪影響の結果である。標
準的なスクリーンは約7-8%の開口部分を有するにすぎな
い。スクリーンは概して厚さ約10乃至15ミル（0.0254m
m）のポリ塩化ビニル製の押出し成形品又は塑造品であ
る。音を透過させるために面積比７−８％に達する多数
の小孔を有する。これらの小孔の大きさ、間隔及び上記
面積比により周波数が増加すると共に反射性が増加す
る。スクリーンは低周波音声（約500Hz以下）に対して
はほぼ透過性があるが、音声が高周波領域に上昇するに
つれてますます反射性となる。約5kHzを越えると音声の
約７％のみがスクリーンを透過し、残りは反射する。反
射した高周波エネルギはスクリーンの裏面で二次反射さ
れる。スピーカ後方の局部的環境は、ある場合には大き
な空間領域であり又他の場合には密接した壁である。ス
ピーカの後方にカーテンがある劇場もある。この様な環
境においては高周波櫛状フィルタ効果、高周波レスポン
ス及び音調バランスの変化、音の定位の欠如及びステレ
オイメージの混乱が起こり得る。

本発明のスピーカ及びスクリーン装置の別な要素は、ス
ピーカ素子8a-8eと一体化された音響境界面、すなわ
ち、剛体から成る音響境界壁10である。以下に述べるよ
うに周波数に依存する吸音材12が壁の少なくとも一部に
設けられる。音響境界壁10は概してスクリーン２と平行
に隔置されて少なくとも部分的にスクリーンと相似の輪
郭形状を有する。第１図のように湾曲したスクリーン２
の場合には壁がスクリーンの曲率に従うのが望ましい。

各組のスピーカ素子は低周波及び高周波スピーカ素子を
含む。低周波、すなわち、ウーハ素子は少なくとも１つ
及び好ましくは２つの位相反転キャビネット内に設ける
直接放射コーンダイアフラムスピーカ変換器を含む。以
下にさらに述べるように、２つの直接放射器を用いる場
合には、クロスオーバ周波数において高周波スピーカの
分散に対する低周波スピーカの分散のより良い整合が得
られる。変換器の場合には互いに隣接して垂直に配置す
るのが望ましく、最高の水平方向分散を提供するために
ボックスの長辺が垂直になるようにする。バルコニ付の
細長いホールに対してはボックスの側面を下にして配置
しても良い。高周波、すなわち、トウイータ素子は少な
くとも１つの適切なドライバ付ホーンを含み、低周波素
子の上方に隣接して配置するのが望ましい。

バス用ボックスは反射（位相反転）ボックスが望まし
い。直接放射体及び反射ボックスを用いる低周波スピー
カの研究に関してはかなり多数の文献があり、特に、反
射ボックス方式に類似した電気回路を初めて開発しかつ
広めた一人である、シエール及びシエールの成果を完成
させたスモールの著作がある。例えば、以下の記事を参
照されたい。『反射ボックス内のスピーカ、その１』A.
N.Thiele著、ジャーナル オブ オーディオ エンジニ
アリング ソサイテイ、第19巻５号、1971年５月、第38
2−392頁、『反射ボックス内のスピーカ、その２』A.N.
Thiele著、ジャーナル オブ オーディオ エンジニア
リング ソサイテイ、第19巻６号、1971年６月、第471
−483頁、『反射ボックス スピーカシステム、その
１、小信号分析』Richard H.Small著、ジャーナル オ
ブ オーディオ エンジニアリング ソサイテイ、第21
巻５号、1973年６月、第363−372頁、『反射ボックス
スピーカシステム、その２、大信号分析』Richard H.Sm
all著、ジャーナル オブ オーディオ エンジニアリ
ング ソサイテイ、第21巻６号、1973年7/8月、第439−
444頁、『反射ボックス スピーカシステム、その３、
合成』Richard H.Small著、ジャーナル オブ オーデ
ィオ エンジニアリング ソサイテイ、第21巻７号、19
73年９月、第549−554頁、『反射ボックス スピーカシ
ステム、その４、付録』Richard H.Small著、ジャーナ
ル オブ オーディオ エンジニアリング ソサイテ
イ、第21巻８号、1973年１０月、第635−639頁。

スモールの研究では、直接放射体反射ボックススピーカ
は、２πステラジアン放射角環境（真の半空間）中へ放
射すると仮定した。実際の環境においてその様な条件を
適切に擬するには、スピーカの前面を、音響境界壁10の
ような、音響境界と同高に配置し、これと交差するあら
ゆる境界（ステージ床４のような）を適切に遠ざけるよ
うにすることである。例えば、『スピーカ出力に対する
室境界の影響』Roy F.アリソン著、ジャーナル オブ
オーディオ エンジニアリング ソサイテイ、第22巻５
号、1974年６月、第314−320頁参照。

アリソンは、壁の前にあるスピーカが壁の後ろに像を生
じる場合に起こる鏡像スピーカ効果につき、壁が中音域
の落込み等各種の可聴異常の原因になることを論じてい
る。実際にはスピーカの前面と隣接する同高な壁を用い
ることにより、実際とスモール理論とはより緊密に合致
するのみならず、中低音の不規則性が避けられると共に
総体的バスレスポンスが聴覚上平坦になり、従って、ウ
ーハドライバ及びボックスの性能が最適化される。スピ
ーカ素子をスクリーンの垂直長さのほぼ中間に設置する
ことにより、低周波素子からステージ床までの距離を最
大にする（２π音響境界シミュレーションを最適化する
ために）と同時に、聴取者に対して音の定位が高く感じ
られないようにする。

低周波音声再生の見地からは望ましいが、音響境界壁10
はスクリーンによる反射高周波音声の問題を悪化させ
る。すなわち、高周波エネルギを捕捉することにより櫛
状フィルタ効果及び遅延反射を起こし、ステレオイメー
ジを壊すと共に周波数レスポンス及び高域端の音調バラ
ンスを乱しがちになる。これらの問題は、音源をできる
だけスクリーン及び聴衆に近づけるためにスクリーンと
壁との距離が小さいことが望ましいので（数フィート程
度）特に深刻である。従って、壁及びスクリーンによっ
て作られる高周波音響境界は高いＱ値を有し、高周波に
おいて音響的に「ホット」である。

この問題を解決するために本発明は、少なくとも高周波
スピーカ素子付近において音響境界壁10に吸音材12を設
けている。この吸音材12は周波数依存性を有し、低周波
音声エネルギはほぼ透過させるが高周波音声はほぼ吸収
するようなものが望ましい。この吸音材の音響特性は、
スクリーンの反射特性に対して相補的で、周波数と共に
反射率が増大するにつれて吸収率が増大するのが理想的
である。適当な材料としては、くさび形音響発泡製品及
び断熱材として用いられる種類の鉱質綿又はクラスファ
イバ断熱材等がある。くさび形音響発泡材料の一種がソ
ネックスの商標で市販されている。特に音響遮断用の鉱
質綿型遮音材がU.S.Gypsumから「Thermafiber Sound At
tenuation Blanket」の商標で販売されている。吸収度
合は使用する材料の厚さと関連する。音響境界壁に対し
て吸収材を固定させるためには任意の適切な手段が用い
られる。

第２図は、一組のスピーカ素子の一部を切取った透視図
を示す。低周波、すなわち、ウーハ部分は、２つの円形
反射口20、22を有する反射ボックス18内に設ける２つの
直接放射コーンダイアフラムスピーカ14、16が望まし
い。高周波素子、すなわち、トウイータ素子は、ホーン
24及び整合圧縮ドライバ（図示せず）が望ましい。吸収
材12としてくさび形音響発泡吸収材料を示す。図面にお
いて同材料は、壁に固定され、延在するトウイータホー
ンから少し隔たった上下及び壁10の全長に沿って延在す
る。材料が必要とされる領域は、高周波素子の分散、ス
クリーンに対する角度及びスクリーンとの距離を考慮し
て幾何学的に決めることができる。

スピーカ素子を特に選択することは、本発明にとって重
要ではないが、歪みの少ない、有効な、平坦な特性レス
ポンスを有する素子構成部品が入手できれば本装置の総
体的聴覚上の成果を向上させることができる。例えば、
James B.Lansing社から入手できる適切な低周波変換
器、すなわち、JBL 2225H/L型は、低周波歪みを低減さ
せる対称磁界を発生させるために各種の手段を用い、効
果的でかつ作動範囲に亘り程よく平坦である。同社から
は、適切な反射ボックス、すなわち、JBL 4508型が入手
可能で、これは中低音ホーン設計に比べて、より平坦な
周波数レスポンス及び収差のより少ない極性レスポンス
（less aberrant polar response）を与える。また、同
社からは、適切な高周波ホーン及びドライバ、すなわ
ち、JBL 2360ホーン及び2441ドライバも入手できる。同
ホーンは、相当な空間的角度に亘り良好な分散を与える
定指向性型である。本発明の実用的実施態様では90x40
角度のホーンが選ばれたが、このパラメータは聴衆が可
能な限り最大割合の直接音を聴取するように、特定の劇
場に対して選択すべきである。聴衆はすべてホーンの-6
dB到達角度以内に入るべきであり、逆に長い遅延反射を
起こす面に対しては、実用上可能な限り僅かの直接音声
を送るべきである。圧縮ドライバは、初期のホーンドラ
イバ設計に対するレーザビーム試験から得られた構造的
改良を組入れた近代的設計のものである。スピーカ構成
部品の同一組合わせがMarkエンゲブレットソン及びJohn
アーグルによる『映画音声再生システム：技術進歩及び
システム設計上の考察』、SMPTEジャーナル、1982年11
月、頁1046−1057に提案されている。

図においてはウーハ及びトウイータは、音響境界壁と関
連する構造部材により一体化されて支持されているが、
原則的に必要なのは反射ボックス18の前壁面が音響境界
壁10と同高であるか又は隣接することのみである。しか
し、構造上の観点からトウイータも同様に音響境界壁10
と関連する構造部材により一体化されて支持されのが望
ましい。ホーンの回転にある程度の自由度を与えかつ装
置の深さを最小にするために、ホーンの前縁が反射ボッ
クスの前面より少し前に（６インチ、15.2cm程度）出る
ように設置する。音響境界壁は剛性を有するるものと
し、例えば、厚い合板（3/4乃至１インチ、1.9乃至2.5c
m）又は、より安価には、数層の石膏ボード（1/2乃至5/
8インチ、1.8乃至1.6cm）によりいずれも木枠上に構成
することができる。装置背後の任意の開空間における反
響に起因する、境界壁自体からのあらゆる透過音声を最
小にするために、鉱質綿又はグラスファイバ型の遮音材
26を境界壁の裏面に用いるのが望ましい。反射ボックス
18は、境界壁支持枠と一体化された支持棚28上に設置す
る。境界壁の構造及びスピーカ素子の支持体の詳細は、
構造が十分な剛性を有し、スピーカ素子を十分に支持す
る限り決定的なものではない。

第１図及び第２図に示した音響境界壁10、スピーカ素子
及び吸音材の相対的な位置関係の詳細については第３図
及び第４図に例示する通りである。

若し必要なら、装置に非常に低い低周波レスポンスを与
えるために第２ウーハを追加してもよい。必要なら同様
に、劇場の側部及び後部の周辺に環境スピーカを付加的
に用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、映画劇場に配置した本発明のスピーカ及びス
クリーン装置の立面図である。 第２図は、第１図のスピーカ及びスクリーン装置の詳細
を示すために一部を切り取った透視図である。 第３図は、第１図及び第２図のスピーカ素子を示す断面
図である。 第４図は、第１図及び第２図の吸音材及び音響境界壁を
示す断面図である。 ２……スクリーン 10……音響境界壁 8a-8e……スピーカ素子 12……吸音材 18……位相反転キャビネット 14，16……コーンスピーカ 24……ホーン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】劇場用スピーカ及びスクリーン装置であっ
   て、 低周波音声エネルギに対して実質的に透過性を有し、か
   つ音声エネルギ周波数が高周波領域内で高くなるにつれ
   て次第に反射性を増すスクリーンと、 該スクリーンに対して事実上平行に隔離されると共に少
   なくとも部分的に該スクリーンと相似の輪郭形状を有す
   る音響境界面であって、低周波及び高周波音声エネルギ
   を反射する音響特性を有する音響境界面と、 該スクリーンに向けて音声エネルギを放射する、少なく
   とも低周波及び高周波用スピーカ素子を含む、該音響境
   界面に隣接したスピーカ装置にして、該低周波スピーカ
   素子のスクリーンに相対する前面が該音響境界面の前面
   とほぼ同一平面上にあるスピーカ装置と、 少なくとも該高周波スピーカ素子の近辺において該高周
   波素子の分散、スクリーンに対する角度及びスクリーン
   との距離を考慮して幾何学的に決めることを要する領域
   に亘って、該音響境界面に隣接する吸音材であって、高
   周波音声エネルギが実質的に吸収されるように周波数と
   共にスクリーンの反射性が増加するにつれて吸収性が増
   加する、事実上該スクリーンの高周波反射特性と相補的
   な周波数依存音響特性を有することにより、該スクリー
   ンから反射される高周波音声エネルギの再放射が低減さ
   れるような吸音材 とを含むスピーカ及びスクリーン装置。
2. 【請求項２】該低周波スピーカ素子により発生される低
   周波音声に対しては該吸音材が実質的に透過性を有する
   ことにより、該面と該低周波スピーカ素子の該スクリー
   ンに相対する部分との間の等高関係が音響的に変わらな
   い、特許請求の範囲第１項に記載のスピーカ及びスクリ
   ーン装置。