JPS597277B2 - 拡声装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、互に異った周波数範囲で作動するように構成
された２個以上の拡声器ならびにそれぞれの周波数範囲
だけの信号を各拡声器に与えるように拡声装置への入力
信号を分割するクロスオーバ回路綱を含む多重駆動型の
拡声装置に関する。

通常、拡声器には２種類ある。

その１つは低周波駆動装置、つまり低音拡声器であり、
他は高周波駆動装置、つまり高音拡声器である。

これらの拡声器は、たとえば、４００から１０００Ｈｚ
の間にある境界（クロスオーバ）周波数の上下でそれぞ
れ動作するようになっている。

低音拡声器を低周波のみで作動させることによって、高
周波での振動が低音拡声器の低周波振動膜に重畳せず、
したがって、変調歪が防げるか、あるいは、少くとも打
消される。

周知のように通常のクロスオーバ回路綱を使用した場合
、境界周波数域での拡声装置の正確な動作を得るにはい
くつかの問題がある。

これからの問題について、添付の図面第１ないし５図を
参照して以下に略述する。

第１図には、低音拡声器２、高音拡声器４、およびクロ
スオーバー回路綱６が図示されている。

たとえば、境界周波数が５００Ｈｚであるとすると、２
つの駆動装置２および４はそれぞれこの周波数の上下で
動作するようになっている。

理想的な装置においては、回路綱６は、複合入力信号の
全低域周波数を低音拡声器２のみに与え、さらに高音周
波数の全てを高音拡声器４にのみに与えるように入力信
号を５００Ｈｚで鋭《分離する。

しかし、実際上、これは不可能である。

通常の回路綱６は境界周波数に隣接した周波数に関する
限り、２個の駆動装置２、および４、に与えられる低及
び高周波信号間にある程度の重複があるように構成され
ている。

第２図にその典型例が示されており、同図において、曲
線ａは、信号周波数の関数として抵音拡声器に与えられ
る信号の振巾を示し、一方、曲線ｂは高音拡声器４に対
する対応曲線を示す。

境界周波数はｆ。で示され、さらに、境界周波数域はＸ
で示され兄。

境界周波数Ｘ内において、複合入力信号の各種周波数が
駆動装置２および４の両者に与えられる。

容易に理解されることであるが、周波数域Ｘの上下の音
声信号の強度に対応した強度の合成信号を得るために、
回路綱６は、周波数域Ｘ内で２つの駆動装置からの組合
せられた信号の強度が曲線ａおよびｂの水平部分の強度
レベルｉにでぎるだけ近づくようにされねばならない。

周知のように回路綱６は１次および２次あるいはさらに
高次のフィルタをそなえている。

フィルタが高次になれば、境界周波数域Ｘの曲線部の傾
斜が太き《なり、従って、この周波域Ｘの巾が減少する
。

この周波数域Ｘの内部および外部の信号強度の輪理的な
不変性を問題とするかぎりにおいて、１次のフィルタの
使用が最適である。

だが、この周波域Ｘ内の曲線ａおよびｂの対応する傾斜
が小さいため、両駆動装置がそれぞれの相平方作動領域
内で境界周波数からかなり離れた点でも良好に動作する
ように構することが必要である。

実際上、かかる広範囲の周波数範囲に適用しつる高品質
の拡声器の設計は非常に困難である。

第２図の曲線ａおよびｂは、２次のフィルタのものであ
る。

説明の都合上、１次フィルタの回路綱に関連した２つの
対応する曲線ａ′およびｂ′を点線で示す。

尚、両駆動装置の作動可能域であるクロスオーバー周波
数範囲マはここで極端に拡大して図示している。

１次のクロスオーバー回路綱のいわゆる伝達関数、すな
わち、信号周波数の関数としての一定入力電圧に対する
出力電圧は、高音２πｆｏＫ−置換でぎる。

このことから、和信号は払両駆動装置からの信号の振巾
は、１次フィルタ回路綱の場合、周波数域Ｘ１の内側と
外側とでその値は変らない。

だが、上述のように、拡声装置に使用される拡声器の実
効周波数範囲を減少させるために、高次フィルタ回路綱
を使用することが望ましい。

次に、一般に使用されている２次フィルタあるいはクロ
スオーバ回路綱（バタワース・フィルタ）について考え
る。

２次フィルタ回路綱を使用する場合、境界周波数域Ｘ内
の曲線ａおよびｂはオクターブあたり１ ２ｄＢの傾斜
に近く、一方、１次フィルタ回路綱の場合は、オクター
ブあたり僅かに６ｄＢである。

この２次回路綱の伝達関数は低音拡声器につの合成振巾
は、境界周波数ｆ。

付近において、非は、境界周波数域Ｘ外の２つの駆動装
置の伝達関数のレベルｉに非常に近接した伝達関数を与
える。

それ故、ほぼ一定振巾の再生音声信号を提供するために
は一般に差信号を用いること、すなわち２つの駆動装置
を逆位相関係に作動せしめることが望ましい。

だが、音声を高品質に再生するためには、信号の振巾す
なわち強度を考慮するだけでは不充分である。

入力信号と比較した出力信号の波形の歪も重要であり、
これも考慮されねばならない。

それぞれの周波数の、各駆動装置によって再生される個
々の信号歪は、一般に低く保たれるので、境界周波数域
の歪は、駆動装置が異るということと、クロスオーバ回
路綱の動作により多く基因する。

勿論、両駆動装置を同相に接続して両方の信号の和信号
として合成音声信号を発生せしめるか、逆相に接続して
差信号を用いるかによっても大ぎな差違が生じる。

周知の如《、波形歪を表示する簡便な手段は、矩形波の
入力信号を装置に与えその出力信号波形を測定すること
である。

矩形波信号は実際には広範囲の多数の周波数成分からな
っており、これら周波数のあるものは境界周波数域内に
含まれる。

この出力信号が両駆動装置の和信号として得られた場合
が、第４図に示され、差信号として得られた場合は第５
図に示されている。

これら両信号ともに２次のクロスオーバ回路綱に対する
ものであり、入力矩形信号は、点線で示されている。

両者ともに矩形波の歪が見られるが、致命的な歪は差信
号（第５図）に見られる。

理由は、その尖鋭なピークが音声信号に「硬さ」を与え
るからである。

一力、第３図を参照して説明した振巾現象は、２つの拡
声器の和および差作動の倒れを用いるかの選択を行う場
合重要なものである。

実際上はその比較的に顕著な波形歪にかかわらず差信号
が多《使用される。

さてクロスオーバ回路綱を次の如く構成することによっ
て拡声装置の動作を改善することが既に提案されている
。

すなわち一方もしくは両方の駆動装置の伝達関数ｖｏ／
ｖｉｎを変えてその合成が通常の ″１ ／／となるようにすることである。

この結果、クロスオーバ周波数域での振巾が周波数によ
って変化しないことになる．だがこのような特殊の回路
綱は非常に高価であり、相当のパワー損をもたらす。

さらに、これらは、一力もしくは両方の駆動装置を非常
に広い実効周波数領域で作動させねばならないという欠
点がある。

３個あるｂはそれ以上の駆動装置を備えた公知の装置あ
るいはユニットには、関連した駆動装置の各対毎にクロ
スオーバ回路綱を設けたものであるが、その場合はこれ
らの対の各々の２個の駆動装置間のクロスオーバに対し
上述のような問題が生じる。

本発明の目的は、簡単で効率的に改良されたクロスオー
バ機能が得られる拡声装置あるいはユニットを提供する
ことである。

本発明は、一方あるいは両方の駆動装置の伝達関数を修
正する代りに、境界周波数領域で動作するように設計さ
れた補助駆動装置を追加しその伝達関数を、３個の１駆
動装置の合成あるしは組合せられた総合伝達関数が一定
であるような伝達関数とすることによって、電気音響的
に補償を行うと云う技術思想に基づいている。

従って本発明によれば、下記する型の拡声装置が提供さ
れる。

この装置には、上述の２個の駆動装置に加えて、少くと
も１個の補助補正駆動装置が備えられる。

この補助補正駆動装置は境界周波数域で作動するように
なっており、２つの主駆動装置の対応特性と組合せられ
たとき、境界周波数の内と外でほぼ一定の拡声装置の総
合伝達関数となるというような周波数対振巾特性を持っ
た音響信号を再生するように動作可能である。

それ故、本発明は、基本的には、２個の通常の拡声装置
と、それぞれの拡声器に対する伝達関数ＧＬおよびＧＨ
を定める２次あるいは高次の通常のクロスオーバ回路綱
と、さらにＧＬ＋ＧＨ十ＧＡ＝Ｋ（Ｋは定数）で与えら
れる伝達関数ＧＡを持つ補助拡声器を含む拡声装置を提
供する。

前述のように、ＧＬおよびＧＨは通常下記の式で表わさ
れる。

で表わされる伝達関数を与えるように構成したフィルタ
を介して補助駆動装置を駆動できる。

このように、総合伝達関数は非常に良好であり、第３図
の差信号によって説明された機能以上に良好である。

当業の技術者にとって、補助拡声器の伝達関数ではない
。

それ故、フィルタの設計についてはここではこれ以上に
言及しなし。

補助駆動装置の伝の曲線Ｃで示された振巾対周波数曲線
による傾斜は、境界周波数の両側で、オクターブあたり
６ｄＢ′である。

だが補助拡声装置の必要な動作周波数範囲は、非常に広
いものではない。

したがって、この目的で拡声装置を設計することは容易
である。

第７図には各拡声装置の矩形波信号、さらに伝達された
音声信号の波形が図示されている。

この矩形波信号は３つの拡声装置から信号をベクトル加
算することによってほぼ正確に再生でぎる。

通常の場合上は反対に、２つの通常の拡声装置は互に同
相で働くように接続される。

すなわち、第３図の下半部に図示した和信号を発生する
ように接続されるわけである。

第３図の点線で示される曲線Ｃは第６図の曲線Ｃに対応
するもので、和信号曲線と相補的となっていて和信号曲
線に曲線Ｃを加えると直線ｄで示されるような平坦な特
性となる。

本発明の範囲内で、通常のあるいは主駆動装置が反対位
相で接続され、補助駆動装置によって、差信号を補償す
ることは、論理的に可能である。

だが実際上はこれは、互いに異った伝達関数を持つ２つ
の補助駆動装置を使用する必要がある。

一般に、本発明による音響補償は、全高次クロスオーバ
回路綱との関連で使用可能である。

ｎ次回路綱においては、低音拡声器については、？はａ
＋ａ１ ｓ＋ａ２ ｓ２−１−＋ａｎ ｓ ｎ、２
であり、信号の振巾が周波数と独立するためには、伝達
関数 によって定められる音声信号をさらに加える。

こをそれぞれ有するｎ−１の補助拡声装置によって形成
できる。

一例として、第８図には三次クロスれ有する２つの補助
拡声器を使用しｒ場合を図示する。

これらの関数を表わす曲線ｅおよびｆは境界周波数の両
面で異った傾斜となる。

一方、補助拡声装置の伝達関数曲線が境界周波数の一側
だけでなく両側で傾斜するということは、本発明の特徴
である。

本発明のユニットにおいては、３つの主拡声器、すなわ
ち、低音拡声器、高音拡声器、および中間周波数帯用の
駆動装置が備えられており、中間駆動装置および高音拡
声器との間のクロスオーバ回路綱が１次の低音拡声器と
中間周波数帯間の境界域での音響補償を行うために、使
用される。

補助駆動装置の伝達関数ＧＡについての上述の計算を行
うために、高音拡声器用の低域フィルタおよび高音拡声
器用の高城フィルタは同次のものである。

なぜなら、そうでないとするならば、ＧＬおよび（，Ｈ
の２式の分母Ｎは同じでないからである。

しかしながら、本発明の原理に従って、音響補償を行う
ことは可能である。

結果は完全でないけれども、音響補償を行わないものと
比較して、大巾な改善となる。

ここで述べた音響補償については良好な結果を得るため
には、拡声器が良質でなげればならないことは言うまで
もなく、さらに、聴き手に音声の位相歪を与えないため
に、互に妥当な距離に隣接配置しなげればならない。

一・般に本発明は、再生信号の偏移を相殺するように制
御された電気音響装置によって２つの拡声器間のクロス
オーバ領域の音声信号の不規則性を少《ともある程度補
償する。

この種の補償は、この補償が望まれるなら、入力信号の
電気的補償と関連して使用するのはもちろんである。

さらに、重要な特徴は補助駆動装置の伝達関数曲線の形
状をどうするかにあって、そのような形状をどのように
して得るかにあるのではない。

この後者の問題については、ニューヨークのＤ−ｖａｎ
Ｎｏｓｆｒａｎｄ ｃｏｍｐａｎｙ 出版のｒＤｙ
ｎａｍｉｃａｌ ＡｎａｌｏｇｉｅｓＪ、Ｈａｒｒｙ
．Ｆ．Ｏｌｓｏｎ著、第８ ０ −８ ２頁に記載され
テイるように、補助駆動装置の前述の如き伝達関数を与
える音響フィルタを設計することは可能である。

また、必要な補償関数は電気および音響フィルタ′装置
の組合せによって得られる。

低音拡声器２、高音拡散器４、および補助駆動装置８の
フィルタの原理的な構成は第９図に示される。

これらのフイノレタにおいて、自己インダクタンスおよ
び容量素子は同様の素子を用いることができる。

第１０図は、本発明による拡声器装置の実際のフィルタ
構成の例示的な図である。

第８の犬さの追加的総合伝達関数を与えるように構成さ
れているが、適切に構成されたフィルタを用いることに
よってこの総合伝達関数を単一の補助駆動装置によって
与えることが可能である。

前述のように、フイルダ制御補償を使用することは、一
般に不利である。

なぜなら、その場合駆動装置、特に主駆動装置、は広い
周波数帯域で動作させなげればならないからである。

本発明による補助駆動装置は可成り制限された周波数範
囲で働くので３次あるいは高次のクロスオーバ回路綱が
使用されている場合にも、実際の動作周波数範囲はなお
充分に狭くすることかでぎるので電気的に補償されたフ
ィルタを用いることによって少くとも１つの補償駆動装
置の数を減らすことが可能である。

以上クロスオーバ回路綱とフィルタの基本的な型を考察
した。

しかしながら、周知のようにさらに高次な回路綱、たと
えば、いわゆる、「ピーク力ットオフ・フィルタ」の使
用される場合もあるが、かかる場合においても主音声信
号の入力信号に対する変移を計算し、それによって補助
駆動装置に適したフィルタを設計することは可成り面倒
であるが可能である。

本発明の技術思想は、そのような場合を含めて種々の場
合に有効に適用されて拡声装置の主駆動装置の最適特性
よりの偏移の補償を行うことができる。

さらに境界周波数に対応した共振空洞を拡声装置に組入
れることによって、境界周波数に隣接した音声周波数の
音響増巾を行うことかでぎる。

たとえば、境界周波数の半波長の長さを持つ管を、補助
駆動装置の後に近接して配置してもよい。

こうすることによって、定常波が発生し、駆動装置膜の
後部側と協働して、境界周波数範囲の少なくとも中間で
の伝送音声の増巾が行える。

これによって、追加伝達関数が導入され、音声信号の所
望の補償を行うための電気装置を単純化あるいは省略す
ることができるだけでな《、低効能の補助駆動装置の使
用が可能となる。

第１０図に図示される装置においては各４オームの駆動
装置が用いられている。

クロスオーバー周波数は２０００Ｈｚであり各要素は次
の通りである。

Ｒ１−８オーム Ｒ２−１５０オーム Ｒ３＝８．２オーム Ｒ， ＝Ｒ５＝１オーム Ｒ６＝ｌＯオーム Ｌ１＝２．６ｍＨ Ｌ２−＝ １． ８ ｍ Ｈ Ｌ３＝０．２ ６ｍＨ 自＝２５μＦ Ｃ２−０３−８μＦ

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図までは従来の拡声装置に関するもので
あり、第１図は多重（２ウエー）駆動型の拡声装置の概
略図、第２図は２次フィルタを使用したクロスオーバ回
路をへて高音拡声器および低音拡声器に与えられる信号
の周波数対振幅の関係を示すグラフ、第３図は２次フィ
ルタを介した音声和信号および差信号についての周波数
対振幅の関係を示すグラフ、第４図および第５図はそれ
ぞれ上記和信号および差信号の歪の状態を示すグラフで
ある。 第６図から第１０図までは本発明による拡声装置に関す
るものであり、第６図は高音拡声器、低音拡声器および
補助拡声器のそれぞれの伝達関数を示すグラフ、第７図
は拡声装置に矩形波を入力したときの歪の状態を示す波
形図、第８図は２個の補助拡声器を用いた場合の各拡声
器の伝達関数を示すグラフ、第９図は各拡声器に用いる
フィルタ回路の基本構成を示す図面、第１０図は拡声装
置の一実施例における回路構成を示す図面である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ クロスオーバ回路装置を介して共通の入力信号端に
   接続されている第１および第２の主駆動装置を備え、前
   記クロスオーバ回路は所定の境界周波数より低い周波数
   の信号成分を前記第１の主駆動装置に、また高い周波数
   の信号成分を前記第２の主駆動装置に通過せしめ、一方
   前記境界周波数領域の信号成分は両方の主駆動装置に通
   過せしめるがその振幅は前記第１の主駆動装置に対して
   は周波数が高《なるにつれて減少し、前記第２の主駆動
   装置に対しては周波数が高くなるにつれて増加するよう
   に構成された拡一装置において、前記２つの駆動装置に
   加えて、少くとも１つの補助補償駆動装置を設げ、該補
   償駆動装置は前記境界周波数領域において作動しかつ前
   記２つの主駆動装置の周波数一振幅特性と組合されて前
   記境界周波数領域の内側と外側で実質的に一定の総合伝
   達関数を前記拡声装置に与えるような周波数一振幅特性
   をもって音声信号を再生するように、前記補償駆動装置
   の伝達関数が実質的に下記式但し、 ａｏ，ａ１、・
   ・・・・・ａ は常数、ｎ ｎはクロスオーバ回路の次数、 ｆは周波数、ｆｏは境界周波数、 で与えられるようにしたことを特徴とする前記拡声装置
   。