JPH11234784A

JPH11234784A - 超指向性スピーカ

Info

Publication number: JPH11234784A
Application number: JP10028099A
Authority: JP
Inventors: Satoru Ibaraki; 悟茨木; Masayuki Misaki; 正之三崎; Akira Tagami; 亮田上
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-02-10
Filing date: 1998-02-10
Publication date: 1999-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】１つのスピーカユニットを用いて一方向にの
み音波を放射する超指向性スピーカを実現すること。【解決手段】複数の音孔１１ａ〜１１ｊを音響管１０
の全長に渡って設け、音響抵抗材料１２で音孔を覆う。
このような音響管１０をスピーカユニット１３に取り付
ける。こうすれば各音孔を通して音響管１０の軸方向に
出力される音波は同相となり、この方向の音圧は高くな
る。一方、各音孔を通して音響管１０の軸と直角方向に
出力される音波は、各音孔毎に伝搬距離が異なるので位
相が揃わず、この方向の音圧は低くなる。こうして音響
管１０の軸方向に鋭い指向性が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、病院や役所などの
窓口のように、特定の方向に向けて音声案内を行うため
に使用する超指向性スピーカに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】病院や役所において、窓口から待合所に
音声放送で呼び出しが行われている。このとき、通常の
スピーカを用いたのでは、複数の窓口からの呼び出し音
声が入り交じり、待合中の人にとっては目的の音声がた
いへん聞こえ難くなる。そこで、このような目的のため
に特定方向だけに音を放射する超指向性スピーカが開発
され、上記の場所で利用されている。

【０００３】以下図面を参照しながら、上述した従来の
超指向性スピーカの一例について説明する。図１１は従
来の超指向性スピーカの構造を示すものである。本図に
おいて、複数のスピーカユニット６１ａ〜６１ｇは横一
列に配列される。これらのスピーカユニットは電気的に
並列接続され、入力端子６２に音声信号が入力される構
成となっている。

【０００４】このように構成された従来の超指向性スピ
ーカの動作について説明する。まず、入力端子６２に入
力された音声信号は、スピーカユニット６１ａ〜６１ｇ
に導かれ、各スピーカから音波として外部に放射され
る。今、図１２に示すように、スピーカユニットの配列
軸と垂直な方向に位置する点Ａへ伝播する音波を考え
る。各スピーカユニット６１ａ〜６１ｇから点Ａまでの
距離は、点Ａがある程度スピーカから離れていれば、ほ
ぼ等しいと見なせる。従って、点Ａではスピーカユニッ
ト６１ａ〜６１ｇから到達した音波は全て同位相とな
り、互いに音波が強め合う。このため超指向性スピーカ
の中心軸上に対しては、大きな音量で拡声される。

【０００５】次に、スピーカユニットの配列軸の延長線
上に位置する点Ｂへ伝播する音波を考える。この場合、
各スピーカユニット６１ａ〜６１ｇから点Ｂまでの距離
は、スピーカユニット毎に異なったものになる。従って
点Ｂでは、スピーカユニット６１ａ〜６１ｇから到達し
た音波の位相も揃わず、互いに打ち消し合う。このため
超指向性スピーカの配列軸上では、極めて小さな音量で
しか拡声されない。

【０００６】図１３はこの超指向性スピーカの指向特性
を示すポーラパターンである。図１３（ａ）はスピーカ
ユニットの配列軸を含む平面での音の指向性を示し、
（ｂ）は配列軸と垂直な平面での音の指向性を示す。図
１３（ａ）に示すように、スピーカユニットの配列軸を
線分とするとき、この線分の垂直２等分線からずれるに
従い、音圧感度が急激に低下していくことが判る。従来
は、このような放射特性を有する超指向性スピーカを、
窓口の上に横に寝かせて設置することにより、隣り合う
窓口の待合い場所への音の放射を抑圧していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成では、図１３（ｂ）に示すように、垂直面内
で無指向性となるため、床や天井への放射が大きくな
る。このため床や天井からの反射によって指向性が劣化
するという問題点を有していた。また、図１３（ａ）の
指向性に示すように、スピーカユニットの背面方向にも
音波が放射される。このため、背面が壁面であるような
場所でしか使用できないという問題点を有していた、ま
た、超指向性スピーカとして多くスピーカユニットを使
用するため、コストが高くなるという問題点を有してい
た。

【０００８】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであって、１台のスピーカユニットを用
いて一方向にのみ強く音波を放射し、しかも安価に構成
できる超指向性スピーカを実現することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願の請求項１記載の発明は、側面に音響抵抗材料
で覆った複数の開孔部を管の全長に渡って設けることに
より、各開孔部から漏洩音を放射する音響管と、前記音
響管の他端に設けられ、前記音響管内部に音を放射する
スピーカユニットと、を具備することを特徴とするもの
である。

【００１０】本願の請求項２記載の発明は、音響抵抗材
料で覆った複数の開孔部を管の全長に渡って設けること
により、各開孔部から漏洩音を放射する音響管と、前記
音響管の一端に設けられ、前記音響管内部に音を放射す
るスピーカユニットと、前記音響管の他端に設けられ、
内部に吸音材が詰められた吸音管と、を具備することを
特徴とするものである。

【００１１】本願の請求項３記載の発明は、請求項２の
超指向性スピーカにおいて、前記吸音管は、管の奥に行
くに従い前記吸音材の吸音率を高くしたことを特徴とす
るものである。

【００１２】本願の請求項４記載の発明は、請求項１〜
３のいずれか１項の超指向性スピーカにおいて、前記音
響管は、前記スピーカユニットから遠ざかるに従い、前
記開孔部の音響抵抗値を小さくしたことを特徴とするも
のである。

【００１３】本願の請求項５記載の発明は、請求項１〜
４のいずれか１項の超指向性スピーカにおいて、前記音
響管の中に、音響管の断面積を狭めるためのインピーダ
ンス調整棒を挿入したことを特徴とするものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）本発明の実施の
形態１における超指向性スピーカについて、図面を参照
しながら説明する。図１は本実施例における超指向性ス
ピーカの構造を示す断面図である。この超指向性スピー
カは、音響管１０、音響抵抗材料１２、１つのスピーカ
ユニット１３により構成される。音響管１０は、スピー
カユニット１３の中心軸方向に沿って空洞が形成された
もので、複数の音孔（開孔部）１１ａ〜１１ｊが等間隔
で形成される。音響抵抗材料１２は複数の音孔すべてを
覆うように音響管１０に貼り付けられる。そしてスピー
カユニット１３はキャビネット内に収納され、音響管１
０の中心軸とスピーカの中心軸と一致するよう音響管１
０の一端に取り付けられる。

【００１５】以上のように構成された超指向性スピーカ
の動作を図２を用いて説明する。まず、図２の音響管１
０の延長線上に位置する点Ａに到達する音波を考える。
スピーカユニット１３から音響管１０の内部に放射され
た音は、音響管内部を伝播し、音響管１０に設けた複数
の音孔１１ａ〜１１ｊから音響抵抗材料１２を通って外
部に放出される。

【００１６】今、スピーカユニット１３から音孔１１ａ
〜１１ｊを通ってＡ方向のある一点までの音波の伝播距
離を考える。音響管１０の延長線であるＡ方向の場合、
どの音孔を通過した音波もすべて同じ伝播距離となるこ
とが容易にわかる。従って、各音孔からＡ方向の一点に
到達する音波の位相はすべて等しくなり、互いに強め合
うよう作用する。このため、大きな音が得られる。

【００１７】次に、図２の音響管１０と垂直な方向に位
置するＢ方向の一点に到達する音波を考える。このスピ
ーカユニット１３から音孔１１ａ〜１１ｊを通ってＢ方
向の一点までの音波の伝播距離を考えと、音孔がスピー
カユニット１３に近づくほど伝播距離が短くなり、スピ
ーカユニット１３から遠ざかるほど伝播距離が長くなる
ことが判る。従って、Ｂ方向の一点に到達する音波の位
相は互いに異なったものとなり、互いに打ち消し合う結
果、極めて小さい音量となる。

【００１８】図３は図１の構造を有する超指向性スピー
カの指向特性をポーラパターンで示したものである。こ
の超指向性スピーカはＡ方向にのみ音波を放射する特性
を持つことがわかる。

【００１９】本実施の形態によれば、音響抵抗材料１２
で覆った複数の音孔１１ａ〜１１ｊを、管の全長にわた
って設けた漏洩のある音響管１０と、音響管１０の一端
に設けられ、音響管１０内部に音を放射するスピーカユ
ニット１３とを設けることにより、簡単な構造で一方向
だけに音波を放射する超指向性スピーカが実現できる。

【００２０】（実施の形態２）次に本発明の実施の形態
２における超指向性スピーカについて、図面を参照しな
がら説明する。図４は本実施例における超指向性スピー
カの構造を示す断面図である。この超指向性スピーカ
は、音響管２０、音響抵抗材料２２、スピーカユニット
２３、吸音管２４により構成される。音響管２０には複
数の音孔２１ａ〜２１ｊが等間隔で形成される。音響抵
抗材料２２は複数の音孔すべてを覆うように音響管２０
に貼り付けられる。そしてキャビネットに固定されたス
ピーカユニット２３は、音響管２０の中心軸とスピーカ
の中心軸と一致するよう音響管２０の一端に取り付けら
れる。また音響管２０の他端には、吸音材２５が充填さ
れた吸音管２４が取り付けられる。

【００２１】このように構成された超指向性スピーカの
動作を説明する。この超指向性スピーカは、吸音管２４
が付加された以外は図１に示すものと同じである。図５
（ａ）に、実施の形態１の超指向性スピーカにおける音
響管１０内部の音波の伝播状態を示す。図１に示す構成
の超指向性スピーカでは、スピーカユニット１３から放
射された音波は、音響管１０内部を伝播しながら音孔１
１ａ〜１１ｊから外部に漏洩していき、先端にいくほど
音圧は低下する。弱まりながらも先端に到達した音波
は、先端閉止の音響管１０では先端で反射され、音波が
逆方向に伝播する。この反射波の影響により、図３のポ
ーラパターンで判るように、１８０度方向に音波が放射
される。

【００２２】図５（ｂ）に、実施の形態２の超指向性ス
ピーカにおける音響管２０内部の音波の伝播状態を示
す。この図から判るように、音響管２０の先端に到達し
た音波は、吸音管２４の内部に設けた吸音材２５で吸収
され、先端からの反射が無くなる。図６に本実施の形態
の超指向性スピーカのポーラパターンを示す。この図か
ら判るように、１８０度特性が大きく改善され、１８０
度方向の不要輻射が完全に抑圧される。

【００２３】以上のように本実施の形態によれば、音響
抵抗材料２２で覆った音孔２１ａ〜２１ｊを音響管２０
の全長に渡って設け、音響管２０内部に音を放射するス
ピーカユニット２３を音響管２０の一端に設け、内部に
吸音材２５を詰めた吸音管２４を音響管２０の一方の端
に設けることにより、さらに指向性に優れた超指向性ス
ピーカが実現できる。

【００２４】（実施の形態３）次に本発明の実施の形態
３における超指向性スピーカについて、図面を参照しな
がら説明する。図７は本実施例における超指向性スピー
カの構造を示す断面図である。この超指向性スピーカ
は、音響管３０、音響抵抗材料３２、キャビネットに固
定されたスピーカユニット３３、吸音管３４により構成
される。音響管３０には複数の音孔３１ａ〜３１ｊが等
間隔で形成される。音響抵抗材料３２は複数の音孔すべ
てを覆うように音響管３０に貼り付けられる。そしてス
ピーカユニット３３は音響管３０の中心軸とスピーカの
中心軸と一致するよう音響管３０の一端に取り付けられ
る。また音響管３０の他端には吸音材３５が充填された
吸音管３４が取り付けられる。

【００２５】吸音材３５は吸音管３４の奥に行くほど密
度を高めた吸音材であり、その他の構成は実施の形態２
のものと同様である。図４に示すものでは、吸音材２５
として均質なものを使用していた。吸音材として吸音率
の高いものを使用すると、音響管２０から吸音材２５に
音波が入射するとき、急激にインピーダンスが変化する
ことから、吸音材表面で反射を生じてしまう。そこで吸
音率の低い吸音材でゆっくりと長い距離をかけて吸音す
る必要がある。しかしながら、吸音管２４をあまり長く
できない場合には、十分な吸音を期待できない。そこで
図７に示すように、吸音材３５の素材を最初は粗にし、
奥に行くほど密にする。こうすると、音波が吸音管３４
の中を奥に進むに従い、徐々に吸音率が高くなり、イン
ピーダンスも除々に変化する。このため音波が徐々に吸
収され、反射成分が完全に除去される。

【００２６】以上のように本実施の形態によれば、吸音
管３４に詰める吸音材３５を奥に行くに従って吸音率を
高くすることにより、さらに指向性に優れた超指向性ス
ピーカが実現できる。また、短い吸音管を用いても十分
な吸音が可能となり、小型で指向性に優れた超指向性ス
ピーカが実現できる。

【００２７】（実施の形態４）次に本発明の実施の形態
４における超指向性スピーカについて、図面を参照しな
がら説明する。図８は本実施例における超指向性スピー
カの構造を示す断面図である。この超指向性スピーカ
は、音響管４０、音響抵抗材料４２、キャビネットに固
定されたスピーカユニット４３、吸音管４４により構成
される。音響管４０には複数の音孔４１ａ〜４１ｊが等
間隔で形成されるが、その開口面積はスピーカユニット
４３から吸音管４４にかけて徐々に大きくしている。音
響抵抗材料４２は複数の音孔すべてを覆うように音響管
４０に貼り付けられる。そしてスピーカユニット４３は
音響管４０の中心軸とスピーカの中心軸と一致するよう
音響管４０の一端に取り付けられる。また音響管４０の
他端には、吸音材４５が充填された吸音管４４が取り付
けられる。吸音材４５は吸音管４４の奥に行くほど密度
を高めた吸音材であり、実施の形態３のものと同様であ
る。

【００２８】以上のように構成された超指向性スピーカ
の動作を説明する。先の図５（ｂ）で説明したと同様
に、図８のスピーカユニット４３から出た音波は、音響
管４０内部を伝播しながら音孔４１ａ〜４１ｊから次々
と外部に放射される。しかし、スピーカユニット４３か
ら遠ざかるに従って徐々に音圧が低下する。従って、音
孔４１ａ〜４１ｊの大きさを等し、即ち音響抵抗を等し
くしたのでは、音響管４０の先端部の音孔からの音波の
放射が弱くなり、音響管全体を有効に利用できない。

【００２９】そこで、本実施の形態では、図８に示すよ
うに音響管４０の先端に近づくほど音孔４１ａ〜４１ｊ
の直径を大きくして、音孔の音響抵抗を下げるようにし
ている。同じ音響抵抗材料４２で覆われていても、音孔
の面積が２倍になれば、音響抵抗は１／２になる。この
ような工夫により、音響管の先端からも十分に音波を放
射させることができ、音響管の全長を有効に利用するこ
とができる。図９に本実施の形態の超指向性スピーカの
指向特性を示す。

【００３０】以上のように本実施の形態によれば、音孔
４１ａ〜４１ｊの直径を、スピーカユニット４３側では
小さく、吸音管４４に近づくほど大きくすることによ
り、さらに指向性に優れた超指向性スピーカが実現でき
る。このため小型で指向性に優れた超指向性スピーカが
実現できる。

【００３１】（実施の形態５）次に本発明の実施の形態
５における超指向性スピーカについて、図面を参照しな
がら説明する。図１０は本実施例における超指向性スピ
ーカの構造を示す断面図である。この超指向性スピーカ
は、製造時の指向性の調整を容易にし、常に最良の指向
性を持つように提供されるものである。この超指向性ス
ピーカは、音響管５０、音響抵抗材料５２、キャビネッ
トに固定されたスピーカユニット５３、吸音管５４、イ
ンピーダンス調整棒５６により構成される。

【００３２】音響管５０には複数の音孔５１ａ〜５１ｊ
が等間隔で形成されるが、音孔５１ａ〜５１ｊの開口面
積はスピーカユニット５３から吸音管５４にかけて徐々
に大きくしている。音響抵抗材料５２は複数の音孔すべ
てを覆うように音響管５０に貼り付けられる。そしてス
ピーカユニット５３は音響管５０の中心軸とスピーカの
中心軸と一致するよう音響管５０の一端に取り付けられ
る。また音響管５０の他端には吸音材５５が充填された
吸音管５４が取り付けられる。吸音材５５は吸音管５４
の奥に行くほど密度を高めた吸音材であり、実施の形態
３のものと同様である。

【００３３】インピーダンス調整棒５６は音響管５０の
中心軸に沿って挿入された棒であり、音響管５０の有効
断面積を調整することにより、音響抵抗を制御するもの
である。

【００３４】以上のように構成された超指向性スピーカ
の動作を説明する。漏洩のある音響管を用いた超指向性
スピーカの製造時の課題は、音孔の音響抵抗の正確な制
御にある。音響抵抗の制御は超指向性スピーカとして最
も重要な要素であるが、実際には音響抵抗の正確な制御
は実質的に不可能である。何故なら、音響抵抗材料５２
として用いられている不織布などの材料は、衣服などの
一般用途向けとして製造されたものである。このため、
音響抵抗値の管理などは行われてはおらず、その値は大
きくばらついている。

【００３５】図１０に示す構造のものでは、インピーダ
ンス調整棒５６を用いて音響管５０毎に異なる音響抵抗
材料５２のばらつきを補償している。この例では、まず
インピーダンス調整棒５６を挿入しない状態での最適音
響抵抗値より、高めの音響抵抗値を持つ音響抵抗材料５
２を選択する。次に、音響抵抗のずれを補償するに適当
な太さのインピーダンス調整棒５６を音響管５０内に挿
入し、音響抵抗を等価的に最適値にまで変化させる。

【００３６】このスピーカの指向性は、音響管５０のイ
ンピーダンスと音孔５１ａ〜５１ｊのインピーダンスの
比で決定される。音響管５０のインピーダンスは音響管
５０の断面積に反比例する。音孔５１ａ〜５１ｊのイン
ピーダンスは音響抵抗材料５２の音響抵抗値に比例す
る。従って、インピーダンス調整棒５６を挿入して音響
管５０の断面積を減少させることと、音響抵抗材料５２
の抵抗値を下げることとは等価である。スピーカの製造
時に、音響抵抗材料５２の抵抗値を正確に管理すること
は極めて困難であるが、インピーダンス調整棒５６で音
響管５０の断面積を変化させるのは極めて容易である。

【００３７】以上のように本実施の形態によれば、音響
管５０の内部にインピーダンス調整棒５６を挿入するこ
とにより、指向性に優れた超指向性スピーカを安定して
安価に製造することが可能となる。

【００３８】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、音響抵抗
材料で覆った音孔を管の全長にわたって設けた音響管の
一端に、音響管内部に音を放射するスピーカユニットを
設けることにより、一方向だけに音波を放射する超指向
性スピーカが実現できる。またスピーカユニットの数を
１つにでき、高出力を要求されない場合、低価格の超指
向性スピーカが実現できる。

【００３９】請求項２記載の発明によれば、音響管の他
端に吸音材を詰めた吸音管を設けることにより、音響管
内部を伝播する音波の音響管先端からの反射が防止でき
る。このため、更に指向性に優れた超指向性スピーカが
実現できる。

【００４０】請求項３記載の発明によれば、吸音管に詰
める吸音材の吸音率を奥に行くに従い高めることによ
り、吸音管の吸音効率を高めることができる。このため
請求項１記載の発明に加えて、短い吸音管を用いても指
向性に優れた超指向性スピーカが実現できる。

【００４１】請求項４記載の発明によれば、音響管の先
端にいくほど音孔の音響抵抗を下げることにより、音響
管の全長を音波放射に有効に利用できる。このため請求
項１記載の発明に加えて、指向性に優れた超指向性スピ
ーカが実現できる。

【００４２】請求項５記載の発明によれば、音響管にイ
ンピーダンス調整棒を挿入して音響管の断面積を変化さ
せることにより、音響抵抗材料の音響抵抗率のばらつき
を補正することができる。このため請求項１記載の発明
に加えて、安価で特性バラツキの少ない超指向性スピー
カが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における超指向性スピー
カの断面図である。

【図２】実施の形態１の超指向性スピーカにおいて、音
波の伝播状態を示す説明図である。

【図３】実施の形態１の超指向性スピーカにおける指向
特性図である。

【図４】本発明の実施の形態２における超指向性スピー
カの断面図である。

【図５】実施の形態１及び２の超指向性スピーカにおい
て、音響管内部の音波の伝播状態を示す説明図である。

【図６】実施の形態２の超指向性スピーカにおける指向
特性図である。

【図７】本発明の実施の形態３における超指向性スピー
カの断面図である。

【図８】本発明の実施の形態４における超指向性スピー
カの断面図である。

【図９】実施の形態４の超指向性スピーカにおける指向
特性図である。

【図１０】本発明の実施の形態５における超指向性スピ
ーカの断面図である。

【図１１】従来例の超指向性スピーカの構成図である。

【図１２】従来例の超指向性スピーカにおいて、音波の
伝播状態を示す説明図である。

【図１３】従来例の超指向性スピーカにおける指向特性
図である。

【符号の説明】

１０，２０，３０，４０，５０音響管１１ａ〜１１ｊ，２１ａ〜２１ｊ，３１ａ〜３１ｊ，４
１ａ〜４１ｊ，５１ａ〜５１ｊ音孔１２，２２，３２，４２，５２音響抵抗材料１３，２３，３３，４３，５３スピーカユニット２４，３４，４４，５４吸音管２５，３５，４５，５５吸音材５６インピーダンス調整棒

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】側面に音響抵抗材料で覆った複数の開孔
部を管の全長に渡って設けることにより、各開孔部から
漏洩音を放射する音響管と、前記音響管の他端に設けられ、前記音響管内部に音を放
射するスピーカユニットと、を具備することを特徴とす
る超指向性スピーカ。
【請求項２】音響抵抗材料で覆った複数の開孔部を管
の全長に渡って設けることにより、各開孔部から漏洩音
を放射する音響管と、前記音響管の一端に設けられ、前記音響管内部に音を放
射するスピーカユニットと、前記音響管の他端に設けられ、内部に吸音材が詰められ
た吸音管と、を具備することを特徴とする超指向性スピ
ーカ。
【請求項３】前記吸音管は、管の奥に行くに従い前記吸音材の吸音率を高くしたこと
を特徴とする請求項２記載の超指向性スピーカ。
【請求項４】前記音響管は、前記スピーカユニットから遠ざかるに従い、前記開孔部
の音響抵抗値を小さくしたことを特徴とする請求項１〜
３のいずれか１項記載の超指向性スピーカ。
【請求項５】前記音響管の中に、音響管の断面積を狭
めるためのインピーダンス調整棒を挿入したことを特徴
とする請求項１〜４のいずれか１項記載の超指向性スピ
ーカ。