JPWO2005015946A1 - 映像受像機用スピーカシステム及びスピーカ設置方法 - Google Patents
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Abstract
十分広い受聴点で均一性の高い音響特性を確保した上で、映像受像機の筐体横幅を小さくすることができる映像受像機用スピーカシステムおよびそのスピーカ設置方法が提供される。この映像受像機用スピーカシステムおよびそのスピーカ設置方法は映像受像機の画面の左右に中高音を再生する第１のスピーカと、画面の下部に中低音を再生する第２のスピーカを備え、映像受信機から第１の距離だけ離れ、かつ画面の左右中央正面軸から第２の距離以内に受聴点を設定した場合に、第１のスピーカから受聴点までの距離をＲ１、第２のスピーカのから受聴点までの距離をＲ２、クロスオーバー周波数をｆとするとき、Ｒ１とＲ２とｆが所定の関係式を満たすようにスピーカシステムが設定される。
Description
本発明は、映像受像機に用いられるスピーカシステムおよびそのスピーカ設置方法に関する。
従来の映像受像機用スピーカシステムは、映像受像機の画面の側面に中高音以上を再生するスピーカと前記受像機の画面の下部に中低音を再生するスピーカを備えているものがある。このような従来の映像受像機用スピーカシステムは、例えば、特開２０００−３５４２８５号公報（第１〜５頁、図１）に開示されている。
図４は、従来の映像受像機用スピーカシステムを示す。図４の映像受像機用スピーカシステムは、映像受像機の画面１０１の側面に中高音以上を再生するスピーカ１０２と、画面１０１の下部に中低音を再生するスピーカ１０３と、デバイディングネットワーク１０４をそれぞれ備えている。この構成において、中高音用のスピーカ１０２と中低音用スピーカ１０３の音量差を左右中央正面軸上の受聴点で均一な音響特性に近づけるように調整される。
そして、左右中央正面軸より離れた受聴点においても均一な音響特性を保障するために、中高音用のスピーカと低音用スピーカのカットオフ周波数をできるだけ低くするか、中高音用のスピーカと中低音用のスピーカの位置をできるだけ近づけた位置に配置することが一般に行われている。
図４は、従来の映像受像機用スピーカシステムを示す。図４の映像受像機用スピーカシステムは、映像受像機の画面１０１の側面に中高音以上を再生するスピーカ１０２と、画面１０１の下部に中低音を再生するスピーカ１０３と、デバイディングネットワーク１０４をそれぞれ備えている。この構成において、中高音用のスピーカ１０２と中低音用スピーカ１０３の音量差を左右中央正面軸上の受聴点で均一な音響特性に近づけるように調整される。
そして、左右中央正面軸より離れた受聴点においても均一な音響特性を保障するために、中高音用のスピーカと低音用スピーカのカットオフ周波数をできるだけ低くするか、中高音用のスピーカと中低音用のスピーカの位置をできるだけ近づけた位置に配置することが一般に行われている。
映像受像機用スピーカシステムは
映像受像機の画面の左右の領域で画面の上下方向に概中央に音像を形成する中高音を再生する第１のスピーカと、
画面の下部に中低音を再生する第２のスピーカと
を備え、
画面の前方向に第１の距離だけ離れ、かつ画面の左右中央正面軸より第２の距離以内に受聴点を設定した場合に、第１のスピーカの音源位置から受聴点までの距離Ｒ１と、第２のスピーカの音源位置から受聴点までの距離Ｒ２と、デバイディングネットワークにより周波数を振り分けられた第１のスピーカと第２のスピーカのクロスオーバー周波数ｆは、
｜ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）×ｅｘｐ（ｊ×Ｄ×π／４）＋（−１）Ｄ＋１×ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）×ｅｘｐ（−ｊ×Ｄ×π／４）｜≧１／√２、
ｋ＝２π×ｆ／ｃ、
ｅｘｐ＝指数関数、
ｊ＝複素数の単位、
ｃ＝音速、
π＝円周率、
Ｄ＝デバイディングネットワークの次数（０または正の整数）
なる関係式を満たす。
映像受像機用スピーカシステムのスピーカ設置方法は
映像受像機の画面の左右の領域で画面の上下方向に概中央に音像を形成する中高音を再生する第１のスピーカと、
画面の下部に中低音を再生する第２のスピーカと
を備える映像受像機用スピーカシステムで、
画面の前方向に第１の距離だけ離れ、かつ画面の左右中央正面軸より第２の距離以内に受聴点を設定した場合に、第１のスピーカの音源位置から受聴点までの距離Ｒ１と、第２のスピーカの音源位置から受聴点までの距離Ｒ２と、デバイディングネットワークにより周波数を振り分けられた第１のスピーカと第２のスピーカのクロスオーバー周波数ｆは、
｜ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）×ｅｘｐ（ｊ×Ｄ×π／４）＋（−１）Ｄ＋１×ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）×ｅｘｐ（−ｊ×Ｄ×π／４）｜≧１／√２、
ｋ＝２π×ｆ／ｃ、
ｅｘｐ＝指数関数、
ｊ＝複素数の単位、
ｃ＝音速、
π＝円周率、
Ｄ＝デバイディングネットワークの次数（０または正の整数）
なる関係式を満たす場所に第１のスピーカと第２のスピーカを設置する。
映像受像機の画面の左右の領域で画面の上下方向に概中央に音像を形成する中高音を再生する第１のスピーカと、
画面の下部に中低音を再生する第２のスピーカと
を備え、
画面の前方向に第１の距離だけ離れ、かつ画面の左右中央正面軸より第２の距離以内に受聴点を設定した場合に、第１のスピーカの音源位置から受聴点までの距離Ｒ１と、第２のスピーカの音源位置から受聴点までの距離Ｒ２と、デバイディングネットワークにより周波数を振り分けられた第１のスピーカと第２のスピーカのクロスオーバー周波数ｆは、
｜ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）×ｅｘｐ（ｊ×Ｄ×π／４）＋（−１）Ｄ＋１×ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）×ｅｘｐ（−ｊ×Ｄ×π／４）｜≧１／√２、
ｋ＝２π×ｆ／ｃ、
ｅｘｐ＝指数関数、
ｊ＝複素数の単位、
ｃ＝音速、
π＝円周率、
Ｄ＝デバイディングネットワークの次数（０または正の整数）
なる関係式を満たす。
映像受像機用スピーカシステムのスピーカ設置方法は
映像受像機の画面の左右の領域で画面の上下方向に概中央に音像を形成する中高音を再生する第１のスピーカと、
画面の下部に中低音を再生する第２のスピーカと
を備える映像受像機用スピーカシステムで、
画面の前方向に第１の距離だけ離れ、かつ画面の左右中央正面軸より第２の距離以内に受聴点を設定した場合に、第１のスピーカの音源位置から受聴点までの距離Ｒ１と、第２のスピーカの音源位置から受聴点までの距離Ｒ２と、デバイディングネットワークにより周波数を振り分けられた第１のスピーカと第２のスピーカのクロスオーバー周波数ｆは、
｜ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）×ｅｘｐ（ｊ×Ｄ×π／４）＋（−１）Ｄ＋１×ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）×ｅｘｐ（−ｊ×Ｄ×π／４）｜≧１／√２、
ｋ＝２π×ｆ／ｃ、
ｅｘｐ＝指数関数、
ｊ＝複素数の単位、
ｃ＝音速、
π＝円周率、
Ｄ＝デバイディングネットワークの次数（０または正の整数）
なる関係式を満たす場所に第１のスピーカと第２のスピーカを設置する。
図１は本発明の一実施形態におけるスピーカシステムの構成図である。
図２は図１において、画面の大きさとして３７インチを想定した視聴エリアの音圧分布図である。
図３は図１において、画面の大きさとして５０インチを想定した視聴エリアの音圧分布図である。
図４は従来のスピーカシステムの構成図である。
図２は図１において、画面の大きさとして３７インチを想定した視聴エリアの音圧分布図である。
図３は図１において、画面の大きさとして５０インチを想定した視聴エリアの音圧分布図である。
図４は従来のスピーカシステムの構成図である。
しかしながら、前記従来の構成では、左右中央正面軸上の受聴点においては均一な音響特性にするが、デバイディングネットワークの周波数を高くしすぎるとその音響特性を提供できるサービスエリアがどの範囲までカバーできるのか明確ではない。従って、その都度そのシステムを実際に作成し聴感で確認し決めてゆくしか方法がない。
そこで実際には、システムを作成する前にあらかじめサービスエリアを広く取る配慮をおこなうため、上述のように、中高音用のスピーカと低音用スピーカのカットオフ周波数を指向性を持たない２００Ｈｚ以下の周波数にする方法や、中高音用のスピーカと中低音用のスピーカの位置をできるだけ近づけた位置に配置させる方法が採られる。しかし、カットオフ周波数を低く設定すると映像受像機の両側面にある中高音用のスピーカとしては大きなものが必要となる。また、映像受像機の両側面にある中高音用のスピーカのほうに低音用のスピーカを接近させると両スピーカの設置箇所として大きなスペースが必要となる。
人間の聴覚特性上感度の高い中高音用のスピーカの位置の近くに音像が形成されるので、音像を画面の中央付近に形成するためには中高音用のスピーカは画面上下方向中央に設置するのが望ましい。しかし、上記の構成では中高音用のスピーカの設置に大きなスペースが必要となる。そのため、映像受像機の筐体横幅を小さくすることが非常に困難となっている。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、定められた視聴エリアにおける最適なスピーカの配置と、デバイディングネットワークの周波数の関係を求め、中高音用のスピーカと中低音用のスピーカの位置、カットオフ周波数をこの関係式を満たす関係にすることで、各要素を容易に決定できるようにすることを目的としている。また、カットオフ周波数を従来考えられない高い値に設定した場合であっても、この関係式により、均一性の高い音響特性を十分広い受聴点で確保できるような各要素の決定が可能となる。また、中高音用のスピーカと中低音用のスピーカの位置を従来考えられない程度に離したとしても、均一性の高い音響特性を十分広い受聴点で確保できるような各要素の決定が可能となる。
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における映像受像機用スピーカシステムの構成を示す図である。図１において、映像受像機の画面１の左右の領域で画面１の上下方向に概略中央の位置に中高音用スピーカ２と、画面１の下部に中低音用スピーカ３が設置されている。このように構成することで、音像を画面中央付近に形成しながら、大きさの小さい中高音用スピーカだけが画面１の左右に設置されるため、映像受像機の筐体横幅を小さくすることができる。
デバイディングネットワーク４は中高音用スピーカ２から発生されるオーディオの周波数領域と中低音用スピーカ３から発生されるオーディオの周波数領域を振り分けるもので、通常はハイパスフィルタとローパスフィルタからなっている。おのおののフィルターのカットオフ特性がクロスする周波数はクロスオーバー周波数と呼ばれる。クロスオーバー周波数は使用するスピーカの特性に応じて調整しておく。ここで中高音用スピーカ２をより小さくしようとすると、このクロスオーバー周波数をより高く設定する必要がある。一般にクロスオーバー周波数を２００Ｈｚ以上に設定しえるスピーカであれば十分に小さいものが使用でき、スペース的にメリットが大きい。
次に、映像受信機より画面の前方向（図１においてはＺ軸方向）に、画面１から第１の距離だけ離れた位置に受聴点Ｍを設定する。現在、映像の高精細度化、高画質化、かつ画面が１６：９のアスペクト比のワイド化が進んでいる。したがって、視聴者が、映像の高精細度化や高画質化や画面のワイド化を伴った映像に近づいて迫力のある映像を楽しむことを想定したスピーカシステムに設定すべきである。このような背景から、第１の距離としては例えば画面１の上下寸法の３倍の距離であり、この距離だけ離れた位置に受聴点Ｍが設定される。次に画面１の左右中央正面軸（図１ではＺ軸）より第２の距離だけ離れた位置に受聴点Ｎが設定される。第２の距離としては例えば１ｍに設定される。この距離は視聴者が複数人いる場合や、映像を視聴しながらの視聴者の移動を想定したものである。
なおこの第２の距離の距離は一般の大型テレビジョン受像機を想定したものであるので、映像受信機の種類によって想定する距離を設定すればよい。また、第２の距離の距離は、映像品質や音声品質や受像機の形態などによって上述と異なった値にすることも可能である。
さらに本発明のスピーカシステムにおいて、中低音用スピーカ３の設置される左右の位置（図１においてはＸ軸方向の位置）は次のように決定される。
まず中高音用スピーカ２と受聴点Ｎとの距離をＲ１とする。同様に中低音用スピーカ３と受聴点Ｎとの距離をＲ２とする。上記で説明したクロスオーバー周波数をｆ、デバイディングネットワークの次数をＤとしたとき、
｜ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）×ｅｘｐ（ｊ×Ｄ×π／４）
＋（−１）Ｄ＋１×ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）×ｅｘｐ（−ｊ×Ｄ×π
／４）｜≧１／√２ （式１）
ｋ＝２π×ｆ／ｃ （式２）
なる関係式を満たすように、スピーカシステムが設計され、各スピーカが設置される。例えば、画面１の大きさが決まればほぼ一義的に決定されるＲ１と、使用するスピーカの特性でほぼ最適な値が決まるｆを用いて、Ｒ２の値が決定される。なお（式１）は不等式となのでＲ２は一定の範囲を持った数値として表される。
次に機構上の構成の制限で画面１の下部の領域で中低音用スピーカが設置できる部位が決定される。例えばブラウン管を用いたテレビジョン受像機であれば、重量物であるブラウン管を支える支柱が設けられている部位には設置できない。あるいはリモコン受光部や操作ボタン等が配置されている部位にも設置はできない。そして設置できる部位が定まれば、その部位でかつ上記Ｒ２を満たす位置に中低音用スピーカ３が設置される。
以上のように構成されたスピーカシステムにおいて、その動作を以下に説明する。
まず、中高音用スピーカ２と中低音用スピーカ３の可聴周波数における音量差が受聴点Ｍで均一な音響特性となるように調整される。これによって受聴点Ｍにおける音響特性の均一性は確保される。
しかし、調整の基準となった受聴点以外においては音響特性の均一性は崩れていく。この原因は同一の周波数の音が異なる音源から発生する場合、おのおのの音源から受聴点までの距離が変化すると、距離の違いが音波の位相の違いとなり位相差による減衰が生じるためである。十分に低い周波数や十分に高い周波数であれば、デバイディングネットワーク４によってどちらか一方のスピーカからしか音は発せられないので、このような問題は生じない。しかし、上記のクロスオーバー周波数の近傍では双方のスピーカとも音が発せられるので問題が顕著である。
この問題を解決するためには、クロスオーバー周波数における減衰を視聴者が受聴すると想定される範囲において、２つのスピーカの中央軸上で距離に依存せず０ｄＢとした時、−３ｄＢ以内に収めることができればよい。−３ｄＢの減衰は、本来の音のエネルギーの半分に減衰することである。一般に、人の聴覚では、本来の音のエネルギーの半分よりも低下すると違和感を感知するとされている。このような観点から、現実の使用において−３ｄＢ程度の減衰であれば音響特性の均一性が確保できたと判断できる。
ここで、（式１）の導出背景と意味を以下に簡単に示す。
（式１）のｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）のｋ×Ｒ１は、（式２）の関係を考慮すると、中高音用スピーカ２から受聴点Ｎの距離を音波の位相で表した値に相当する。従って、式（１）のｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）は中高音用スピーカ２から発せられる周波数ｆの音が受聴点Ｎ達するまでに生じる位相遅れである。
ところで、オーディオ信号の出力回路と中高音用スピーカ２との間にデバイディングネットワーク４が挿入されており、デバイディングネットワーク４を介して中高音用スピーカ２にオーディオ信号が供給される。
デバイディングネットワーク４は、中高音用スピーカ２に供給するオーディオ信号と中低音用スピーカ３に供給するオーディオ信号とを周波数軸上で分離する働きをする。一般的に、デバイディングネットワーク４を介することで、Ｄ次の高域通過フィルターとＤ次の低域通過フィルターとが形成される。中高音用スピーカ２の系はＤ次の高域通過フィルターを構成し、中低音用スピーカ３の系はＤ次の低域通過フィルターを構成する。「Ｄ」は０または正の整数である。通常、中高音用スピーカ２や中低音用スピーカ３は純抵抗と考えられ、オーディオ信号の出力回路の出力インピーダンスは小さな値の純抵抗と考えられる。デバイディングネットワーク４には、中高音用スピーカ２用の回路と中低音用スピーカ３用の回路が存在する。「Ｄ」が１の場合は、中高音用スピーカ２用の回路は中高音用スピーカ２に対して直列に挿入されたコンデンサで構成され、中低音用スピーカ３用の回路は中低音用スピーカ３に対して直列に挿入されたインダクターで構成される。即ち、中高音用スピーカ２の系はカットオフ周波数付近では１次進み回路と等価であり、中低音用スピーカ３用の系はカットオフ周波数付近では１次遅れ回路と等価である。一般に、中高音用スピーカ２側のカットオフ周波数と中低音用スピーカ３用側のカットオフ周波数は同一に設定される。このカットオフ周波数がクロスオーバー周波数ｆに相当する。
ところで、オーディオ信号の出力回路と中高音用スピーカ２との間にデバイディングネットワーク４が介在するので、中高音用スピーカ２から発せられる音はクロスオーバー周波数ｆで１次の進み位相になる。即ち、π／４だけ位相が進む。（式１）のｅｘｐ（ｊ×π／４）は、この位相進みを表している。
結局、中高音用スピーカ２から発せられた音が受聴点Ｎに届いた時の位相ずれは、ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）とｅｘｐ（ｊ×π／４）との積である。即ち、これは（式１）中のｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）×ｅｘｐ（ｊ×π／４）に相当する。
一方、（式１）のｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）のｋ×Ｒ２は、（式２）の関係を考慮すると、中低音用スピーカ３から受聴点Ｎの距離を音波の位相で表した値に相当する。従って、式（１）のｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）は中低音用スピーカ３から発せられる周波数ｆの音が受聴点Ｎ達するまでに生じる位相遅れである。
オーディオ信号の出力回路と中低音用スピーカ３との間にデバイディングネットワーク４が介在する。次数「Ｄ」が１である場合を想定すると、中低音用スピーカ３から発せられる音はクロスオーバー周波数ｆで１次の遅れ位相になる。即ち、π／４だけ位相が遅れる。（式１）のｅｘｐ（−ｊ×π／４）は、この位相遅れを表している。
結局、中低音用スピーカ３から発せられた音が受聴点Ｎに届いた時の位相ずれは、ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）とｅｘｐ（−ｊ×π／４）との積である。即ち、これは（式１）中のｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）×ｅｘｐ（−ｊ×π／４）に相当する。
ところで、中高音用スピーカ２から発せられた音が受聴点Ｎに届いた音と、中低音用スピーカ３から発せられた音が受聴点Ｎに届いた音との合成が受聴点Ｎでの音である。即ち、受聴点Ｎに届いた音の合成は、（式３）で表される。
ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）×ｅｘｐ（ｊ×π／４）＋ｅｘｐ（−ｊ
×ｋ×Ｒ２）×ｅｘｐ（−ｊ×π／４） （式３）
受聴点Ｎに届いた音の振幅は（式３）の絶対値に相当するので、受聴点Ｎに届いた音の振幅は、（式４）で表される。
｜ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）×ｅｘｐ（ｊ×π／４）−ｅｘｐ（−
ｊ×ｋ×Ｒ２）×ｅｘｐ（−ｊ×π／４）｜ （式４）
（式４）は、次数である「Ｄ」の値が１の場合を想定した式である。本発明での次数「Ｄ」は１に限定されるものではない。次数を０または正の整数として変数「Ｄ」を使用すると、オーディオ信号の出力回路と中高音用スピーカ２との間に次数「Ｄ」のデバイディングネットワーク４が介在するので、中高音用スピーカ２から発せられる音はクロスオーバー周波数ｆでＤ次の進み位相になる。即ち、Ｄ×π／４だけ位相が進む。オーディオ信号の出力回路と中低音用スピーカ３との間に次数「Ｄ」のデバイディングネットワーク４が介在するので、中低音用スピーカ３から発せられる音はクロスオーバー周波数ｆでＤ次の遅れ位相になる。即ち、Ｄ×π／４だけ位相が遅れる。従って、次数が「Ｄ」の場合は（式４）は（式５）となる。尚、偶数時はｅｘｐ（ｊ×π／４）、ｅｘｐ（−ｊ×π／４）の位相がそれぞれ反転するので、偶数時を考慮して（式４）が成り立つ。
｜ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）×ｅｘｐ（ｊ×Ｄ×π／４）＋ｅｘｐ
（−ｊ×ｋ×Ｒ２）×ｅｘｐ（−ｊ×Ｄ×π／４）｜ （式５）
（式５）は（式１）の左辺であり、（式１）の右辺は−３ｄＢを分数形式で表現したものである。
上記のようにスピーカシステムは（式１）を満たすことより、−３ｄＢ以内の音響特性の均一性は確保される。
そして、受聴点Ｍと受聴点Ｎの間では当然音響特性の均一性が確保できる。画面１に対して受聴点Ｍより遠ざかる位置に対しては、２つの音源からの距離の差が減少するので、音響特性の均一性は確保される。よって本発明の構成によって、映像受像機の画面サイズに応じた均一性の高い音響特性を再現すべき必要な視聴エリアを実現できる。
次に図２は（式１）をもとに構成した３７インチの１６対９のディスプレイにおける音圧分布をコンピュータによってシミュレーションしたものである。この寸法はブラウン管を用いたディスプレイで最大級のものを想定している。画面が大きくなるほど音源の位置は離れ音響特性の均一性の確保は困難になっていく。
このシミュレーションにおいて、まずクロスオーバー周波数ｆを５００Ｈｚに設定した。この周波数は小さいスピーカを使用する点ではさらに有利であるが、音響特性の均一性確保のためには不利となる値である。
さらに図１の関係と同様に、映像受像機の画面１の中央に原点をとる。そして、Ｘ軸方向に０．４５５メートル、Ｙ軸方向に０メートルのところに中高音用スピーカ２が配置されている。また、（式１）を満たすＲ２の位置に相当するＸ軸方向０．２２メートル、Ｙ軸方向に−０．３メートルのところに中低音用スピーカ３が配置するように設定されている。
以上の条件でシミュレーションした結果が図２において複数本の線で示されている。グラフの横軸５１は画面１の中央に設定した原点からのＸ軸方向の距離、縦軸５２は画面から前方向に離れていく距離を示している。この平面全体は、図１における視聴エリア５を上方から眺めたものに相当する。また各斜めの線は、設定した周波数における映像受像機の画面１中央正面軸上から１ｄＢずつ減衰しているポイントのラインを示している。特に３ｄＢの減衰を示す線は実線５３、５４で表され、その他は破線で表されている。
このグラフより外側に行くほど音圧が均一に減衰していくことがわかる。これによると、映像受像機の画面高さは０．４６メートルであることから、受聴点Ｍは１．３８メートルの位置となり、そこからＸ軸方向に１メートルの位置がほぼ√２分の１の音圧（−３ｄＢ）のラインであることを示している。また、３ｄＢ以内の減衰の領域が十分に確保できていることが分かる。
同様に図３は、５０インチの１６対９のディスプレイにおける視聴エリア５における音圧分布をコンピュータによってシミュレーションしたものである。この寸法はＰＤＰを用いたディスプレイを想定しおり、図２に示す場合より画面が大きくなり、さらに音響特性の均一性の確保は困難となる。
このときは映像受像機の画面１の中央よりＸ軸方向０．６１５メートル、Ｙ軸方向に０メートルのところに中高音用スピーカ２が配置されている。（式１）を満たすＲ２に相当する位置として、映像受像機の画面１の中央よりＸ軸方向０．２５メートル、Ｙ軸方向に−０．３８５メートルのところに中低音用スピーカ３が配置されている。なおクロスオーバー周波数ｆは図２と同様に５００Ｈｚである。
図３の条件でも、図２と同様に外側に行くほど音圧が均一に減衰している。各斜めの線は、設定した周波数における映像受像機の画面１中央正面軸上から１ｄＢずつ減衰しているポイントのラインを示している。特に３ｄＢの減衰を示す線は実線５７、５８で表され、その他は破線で表されている。映像受像機の画面高さは０．６２２メートルであることから、受聴点Ｍは縦軸５６方向に１．８６６メートルとなり、そこからＸ軸（横軸５５）方向に１メートルの位置がほぼ√２分の１の音圧（−３ｄＢ）のラインであることを示している。また図２と同様に、３ｄＢ以内の減衰の領域が十分に確保できていることが分かる。
以上に述べたように、小さい寸法の中高音スピーカのみを映像受像機の画面の左右の領域で画面の上下方向に概中央に配置することで、音像を画面中央付近に形成しながら映像受像機の筐体横幅を可能な限り小さくすることができる。以上のシミュレーション結果から分かるとおり、（式１）を満足する関係でｆとＲ１とＲ２とＤとを設定することで、映像受像機の画面サイズに応じた均一性の高い音響特性を再現すべき必要な視聴エリアを実現できる。
なお、本実施の形態においては、ｆとＲ１から上記関係式を満たすＲ２を設定する場合を述べた。これに限らず、上記関係式を満たすものであればＲ１とＲ２をあらかじめ設定しておき、係る位置関係で均一性の高い音響特性を再現すべき視聴エリアを実現するクロスオーバー周波数ｆを上記関係式から求め、デバイディングネットワークの設定を行ってもよい。
また、以上の説明では、中高音用スピーカ２が単独のスピーカで構成される場合を示したが、２以上の複数のスピーカを映像受像機の画面の左右の領域に配置し、その総合した音像が当該画面の上下方向に概中央に位置するようにしてもよい。この場合は、中高音を再生する第１のスピーカは２以上の複数のスピーカによって構成されるものと定義する。
また、図２及び図３に示す本発明の一例は、図１においてＸ軸方向に正の位置にある中高音用スピーカと中低音用スピーカについて述べているが、当然、スピーカシステムがステレオ配置されている場合は、左右両方のスピーカシステムに本発明のスピーカシステムが適用できる。
以上の説明から明らかな通り、本発明の映像受像機用スピーカシステム及びスピーカ設置方法は、映像受像機の画面サイズに応じた均一性の高い音響特性を再現すべき必要な視聴エリアを実現しながら、映像受像機の筐体横幅を小さくすることができる。
また、視聴エリアをスピーカの位置とデバイディングネットワークの周波数の関係からあらかじめ計算しておくことができるため、映像受像機の画面サイズに応じた必要最低限の視聴エリアを実現しながら、映像受像機の筐体横幅を可能な限り小さくすることもできる。
なお、本実施の形態では、クロスオーバー周波数を５００Ｈｚとして説明したが、クロスオーバー周波数を４００Ｈｚや６００Ｈｚ等にしてもほぼ同等の結果が得られる。２００Ｈｚ以上を再生可能なスピーカでは横幅が最低４０ｍｍ以上必要になる。しかし、４００Ｈｚ以上のみを再生可能なスピーカであれば、横幅を最低２０ｍｍ以下に抑えることができる。従って、クロスオーバー周波数を４００Ｈｚ以上且つ６００Ｈｚ以下とすることで、中高音スピーカを小さくでき、十分広い受聴点で均一性の高い音響特性を確保でき、且つ映像受像機の筐体横幅を小さくすることができる。これにより、デザイン上の自由度を高めることができる。
そこで実際には、システムを作成する前にあらかじめサービスエリアを広く取る配慮をおこなうため、上述のように、中高音用のスピーカと低音用スピーカのカットオフ周波数を指向性を持たない２００Ｈｚ以下の周波数にする方法や、中高音用のスピーカと中低音用のスピーカの位置をできるだけ近づけた位置に配置させる方法が採られる。しかし、カットオフ周波数を低く設定すると映像受像機の両側面にある中高音用のスピーカとしては大きなものが必要となる。また、映像受像機の両側面にある中高音用のスピーカのほうに低音用のスピーカを接近させると両スピーカの設置箇所として大きなスペースが必要となる。
人間の聴覚特性上感度の高い中高音用のスピーカの位置の近くに音像が形成されるので、音像を画面の中央付近に形成するためには中高音用のスピーカは画面上下方向中央に設置するのが望ましい。しかし、上記の構成では中高音用のスピーカの設置に大きなスペースが必要となる。そのため、映像受像機の筐体横幅を小さくすることが非常に困難となっている。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、定められた視聴エリアにおける最適なスピーカの配置と、デバイディングネットワークの周波数の関係を求め、中高音用のスピーカと中低音用のスピーカの位置、カットオフ周波数をこの関係式を満たす関係にすることで、各要素を容易に決定できるようにすることを目的としている。また、カットオフ周波数を従来考えられない高い値に設定した場合であっても、この関係式により、均一性の高い音響特性を十分広い受聴点で確保できるような各要素の決定が可能となる。また、中高音用のスピーカと中低音用のスピーカの位置を従来考えられない程度に離したとしても、均一性の高い音響特性を十分広い受聴点で確保できるような各要素の決定が可能となる。
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における映像受像機用スピーカシステムの構成を示す図である。図１において、映像受像機の画面１の左右の領域で画面１の上下方向に概略中央の位置に中高音用スピーカ２と、画面１の下部に中低音用スピーカ３が設置されている。このように構成することで、音像を画面中央付近に形成しながら、大きさの小さい中高音用スピーカだけが画面１の左右に設置されるため、映像受像機の筐体横幅を小さくすることができる。
デバイディングネットワーク４は中高音用スピーカ２から発生されるオーディオの周波数領域と中低音用スピーカ３から発生されるオーディオの周波数領域を振り分けるもので、通常はハイパスフィルタとローパスフィルタからなっている。おのおののフィルターのカットオフ特性がクロスする周波数はクロスオーバー周波数と呼ばれる。クロスオーバー周波数は使用するスピーカの特性に応じて調整しておく。ここで中高音用スピーカ２をより小さくしようとすると、このクロスオーバー周波数をより高く設定する必要がある。一般にクロスオーバー周波数を２００Ｈｚ以上に設定しえるスピーカであれば十分に小さいものが使用でき、スペース的にメリットが大きい。
次に、映像受信機より画面の前方向（図１においてはＺ軸方向）に、画面１から第１の距離だけ離れた位置に受聴点Ｍを設定する。現在、映像の高精細度化、高画質化、かつ画面が１６：９のアスペクト比のワイド化が進んでいる。したがって、視聴者が、映像の高精細度化や高画質化や画面のワイド化を伴った映像に近づいて迫力のある映像を楽しむことを想定したスピーカシステムに設定すべきである。このような背景から、第１の距離としては例えば画面１の上下寸法の３倍の距離であり、この距離だけ離れた位置に受聴点Ｍが設定される。次に画面１の左右中央正面軸（図１ではＺ軸）より第２の距離だけ離れた位置に受聴点Ｎが設定される。第２の距離としては例えば１ｍに設定される。この距離は視聴者が複数人いる場合や、映像を視聴しながらの視聴者の移動を想定したものである。
なおこの第２の距離の距離は一般の大型テレビジョン受像機を想定したものであるので、映像受信機の種類によって想定する距離を設定すればよい。また、第２の距離の距離は、映像品質や音声品質や受像機の形態などによって上述と異なった値にすることも可能である。
さらに本発明のスピーカシステムにおいて、中低音用スピーカ３の設置される左右の位置（図１においてはＸ軸方向の位置）は次のように決定される。
まず中高音用スピーカ２と受聴点Ｎとの距離をＲ１とする。同様に中低音用スピーカ３と受聴点Ｎとの距離をＲ２とする。上記で説明したクロスオーバー周波数をｆ、デバイディングネットワークの次数をＤとしたとき、
｜ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）×ｅｘｐ（ｊ×Ｄ×π／４）
＋（−１）Ｄ＋１×ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）×ｅｘｐ（−ｊ×Ｄ×π
／４）｜≧１／√２ （式１）
ｋ＝２π×ｆ／ｃ （式２）
なる関係式を満たすように、スピーカシステムが設計され、各スピーカが設置される。例えば、画面１の大きさが決まればほぼ一義的に決定されるＲ１と、使用するスピーカの特性でほぼ最適な値が決まるｆを用いて、Ｒ２の値が決定される。なお（式１）は不等式となのでＲ２は一定の範囲を持った数値として表される。
次に機構上の構成の制限で画面１の下部の領域で中低音用スピーカが設置できる部位が決定される。例えばブラウン管を用いたテレビジョン受像機であれば、重量物であるブラウン管を支える支柱が設けられている部位には設置できない。あるいはリモコン受光部や操作ボタン等が配置されている部位にも設置はできない。そして設置できる部位が定まれば、その部位でかつ上記Ｒ２を満たす位置に中低音用スピーカ３が設置される。
以上のように構成されたスピーカシステムにおいて、その動作を以下に説明する。
まず、中高音用スピーカ２と中低音用スピーカ３の可聴周波数における音量差が受聴点Ｍで均一な音響特性となるように調整される。これによって受聴点Ｍにおける音響特性の均一性は確保される。
しかし、調整の基準となった受聴点以外においては音響特性の均一性は崩れていく。この原因は同一の周波数の音が異なる音源から発生する場合、おのおのの音源から受聴点までの距離が変化すると、距離の違いが音波の位相の違いとなり位相差による減衰が生じるためである。十分に低い周波数や十分に高い周波数であれば、デバイディングネットワーク４によってどちらか一方のスピーカからしか音は発せられないので、このような問題は生じない。しかし、上記のクロスオーバー周波数の近傍では双方のスピーカとも音が発せられるので問題が顕著である。
この問題を解決するためには、クロスオーバー周波数における減衰を視聴者が受聴すると想定される範囲において、２つのスピーカの中央軸上で距離に依存せず０ｄＢとした時、−３ｄＢ以内に収めることができればよい。−３ｄＢの減衰は、本来の音のエネルギーの半分に減衰することである。一般に、人の聴覚では、本来の音のエネルギーの半分よりも低下すると違和感を感知するとされている。このような観点から、現実の使用において−３ｄＢ程度の減衰であれば音響特性の均一性が確保できたと判断できる。
ここで、（式１）の導出背景と意味を以下に簡単に示す。
（式１）のｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）のｋ×Ｒ１は、（式２）の関係を考慮すると、中高音用スピーカ２から受聴点Ｎの距離を音波の位相で表した値に相当する。従って、式（１）のｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）は中高音用スピーカ２から発せられる周波数ｆの音が受聴点Ｎ達するまでに生じる位相遅れである。
ところで、オーディオ信号の出力回路と中高音用スピーカ２との間にデバイディングネットワーク４が挿入されており、デバイディングネットワーク４を介して中高音用スピーカ２にオーディオ信号が供給される。
デバイディングネットワーク４は、中高音用スピーカ２に供給するオーディオ信号と中低音用スピーカ３に供給するオーディオ信号とを周波数軸上で分離する働きをする。一般的に、デバイディングネットワーク４を介することで、Ｄ次の高域通過フィルターとＤ次の低域通過フィルターとが形成される。中高音用スピーカ２の系はＤ次の高域通過フィルターを構成し、中低音用スピーカ３の系はＤ次の低域通過フィルターを構成する。「Ｄ」は０または正の整数である。通常、中高音用スピーカ２や中低音用スピーカ３は純抵抗と考えられ、オーディオ信号の出力回路の出力インピーダンスは小さな値の純抵抗と考えられる。デバイディングネットワーク４には、中高音用スピーカ２用の回路と中低音用スピーカ３用の回路が存在する。「Ｄ」が１の場合は、中高音用スピーカ２用の回路は中高音用スピーカ２に対して直列に挿入されたコンデンサで構成され、中低音用スピーカ３用の回路は中低音用スピーカ３に対して直列に挿入されたインダクターで構成される。即ち、中高音用スピーカ２の系はカットオフ周波数付近では１次進み回路と等価であり、中低音用スピーカ３用の系はカットオフ周波数付近では１次遅れ回路と等価である。一般に、中高音用スピーカ２側のカットオフ周波数と中低音用スピーカ３用側のカットオフ周波数は同一に設定される。このカットオフ周波数がクロスオーバー周波数ｆに相当する。
ところで、オーディオ信号の出力回路と中高音用スピーカ２との間にデバイディングネットワーク４が介在するので、中高音用スピーカ２から発せられる音はクロスオーバー周波数ｆで１次の進み位相になる。即ち、π／４だけ位相が進む。（式１）のｅｘｐ（ｊ×π／４）は、この位相進みを表している。
結局、中高音用スピーカ２から発せられた音が受聴点Ｎに届いた時の位相ずれは、ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）とｅｘｐ（ｊ×π／４）との積である。即ち、これは（式１）中のｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）×ｅｘｐ（ｊ×π／４）に相当する。
一方、（式１）のｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）のｋ×Ｒ２は、（式２）の関係を考慮すると、中低音用スピーカ３から受聴点Ｎの距離を音波の位相で表した値に相当する。従って、式（１）のｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）は中低音用スピーカ３から発せられる周波数ｆの音が受聴点Ｎ達するまでに生じる位相遅れである。
オーディオ信号の出力回路と中低音用スピーカ３との間にデバイディングネットワーク４が介在する。次数「Ｄ」が１である場合を想定すると、中低音用スピーカ３から発せられる音はクロスオーバー周波数ｆで１次の遅れ位相になる。即ち、π／４だけ位相が遅れる。（式１）のｅｘｐ（−ｊ×π／４）は、この位相遅れを表している。
結局、中低音用スピーカ３から発せられた音が受聴点Ｎに届いた時の位相ずれは、ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）とｅｘｐ（−ｊ×π／４）との積である。即ち、これは（式１）中のｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）×ｅｘｐ（−ｊ×π／４）に相当する。
ところで、中高音用スピーカ２から発せられた音が受聴点Ｎに届いた音と、中低音用スピーカ３から発せられた音が受聴点Ｎに届いた音との合成が受聴点Ｎでの音である。即ち、受聴点Ｎに届いた音の合成は、（式３）で表される。
ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）×ｅｘｐ（ｊ×π／４）＋ｅｘｐ（−ｊ
×ｋ×Ｒ２）×ｅｘｐ（−ｊ×π／４） （式３）
受聴点Ｎに届いた音の振幅は（式３）の絶対値に相当するので、受聴点Ｎに届いた音の振幅は、（式４）で表される。
｜ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）×ｅｘｐ（ｊ×π／４）−ｅｘｐ（−
ｊ×ｋ×Ｒ２）×ｅｘｐ（−ｊ×π／４）｜ （式４）
（式４）は、次数である「Ｄ」の値が１の場合を想定した式である。本発明での次数「Ｄ」は１に限定されるものではない。次数を０または正の整数として変数「Ｄ」を使用すると、オーディオ信号の出力回路と中高音用スピーカ２との間に次数「Ｄ」のデバイディングネットワーク４が介在するので、中高音用スピーカ２から発せられる音はクロスオーバー周波数ｆでＤ次の進み位相になる。即ち、Ｄ×π／４だけ位相が進む。オーディオ信号の出力回路と中低音用スピーカ３との間に次数「Ｄ」のデバイディングネットワーク４が介在するので、中低音用スピーカ３から発せられる音はクロスオーバー周波数ｆでＤ次の遅れ位相になる。即ち、Ｄ×π／４だけ位相が遅れる。従って、次数が「Ｄ」の場合は（式４）は（式５）となる。尚、偶数時はｅｘｐ（ｊ×π／４）、ｅｘｐ（−ｊ×π／４）の位相がそれぞれ反転するので、偶数時を考慮して（式４）が成り立つ。
｜ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）×ｅｘｐ（ｊ×Ｄ×π／４）＋ｅｘｐ
（−ｊ×ｋ×Ｒ２）×ｅｘｐ（−ｊ×Ｄ×π／４）｜ （式５）
（式５）は（式１）の左辺であり、（式１）の右辺は−３ｄＢを分数形式で表現したものである。
上記のようにスピーカシステムは（式１）を満たすことより、−３ｄＢ以内の音響特性の均一性は確保される。
そして、受聴点Ｍと受聴点Ｎの間では当然音響特性の均一性が確保できる。画面１に対して受聴点Ｍより遠ざかる位置に対しては、２つの音源からの距離の差が減少するので、音響特性の均一性は確保される。よって本発明の構成によって、映像受像機の画面サイズに応じた均一性の高い音響特性を再現すべき必要な視聴エリアを実現できる。
次に図２は（式１）をもとに構成した３７インチの１６対９のディスプレイにおける音圧分布をコンピュータによってシミュレーションしたものである。この寸法はブラウン管を用いたディスプレイで最大級のものを想定している。画面が大きくなるほど音源の位置は離れ音響特性の均一性の確保は困難になっていく。
このシミュレーションにおいて、まずクロスオーバー周波数ｆを５００Ｈｚに設定した。この周波数は小さいスピーカを使用する点ではさらに有利であるが、音響特性の均一性確保のためには不利となる値である。
さらに図１の関係と同様に、映像受像機の画面１の中央に原点をとる。そして、Ｘ軸方向に０．４５５メートル、Ｙ軸方向に０メートルのところに中高音用スピーカ２が配置されている。また、（式１）を満たすＲ２の位置に相当するＸ軸方向０．２２メートル、Ｙ軸方向に−０．３メートルのところに中低音用スピーカ３が配置するように設定されている。
以上の条件でシミュレーションした結果が図２において複数本の線で示されている。グラフの横軸５１は画面１の中央に設定した原点からのＸ軸方向の距離、縦軸５２は画面から前方向に離れていく距離を示している。この平面全体は、図１における視聴エリア５を上方から眺めたものに相当する。また各斜めの線は、設定した周波数における映像受像機の画面１中央正面軸上から１ｄＢずつ減衰しているポイントのラインを示している。特に３ｄＢの減衰を示す線は実線５３、５４で表され、その他は破線で表されている。
このグラフより外側に行くほど音圧が均一に減衰していくことがわかる。これによると、映像受像機の画面高さは０．４６メートルであることから、受聴点Ｍは１．３８メートルの位置となり、そこからＸ軸方向に１メートルの位置がほぼ√２分の１の音圧（−３ｄＢ）のラインであることを示している。また、３ｄＢ以内の減衰の領域が十分に確保できていることが分かる。
同様に図３は、５０インチの１６対９のディスプレイにおける視聴エリア５における音圧分布をコンピュータによってシミュレーションしたものである。この寸法はＰＤＰを用いたディスプレイを想定しおり、図２に示す場合より画面が大きくなり、さらに音響特性の均一性の確保は困難となる。
このときは映像受像機の画面１の中央よりＸ軸方向０．６１５メートル、Ｙ軸方向に０メートルのところに中高音用スピーカ２が配置されている。（式１）を満たすＲ２に相当する位置として、映像受像機の画面１の中央よりＸ軸方向０．２５メートル、Ｙ軸方向に−０．３８５メートルのところに中低音用スピーカ３が配置されている。なおクロスオーバー周波数ｆは図２と同様に５００Ｈｚである。
図３の条件でも、図２と同様に外側に行くほど音圧が均一に減衰している。各斜めの線は、設定した周波数における映像受像機の画面１中央正面軸上から１ｄＢずつ減衰しているポイントのラインを示している。特に３ｄＢの減衰を示す線は実線５７、５８で表され、その他は破線で表されている。映像受像機の画面高さは０．６２２メートルであることから、受聴点Ｍは縦軸５６方向に１．８６６メートルとなり、そこからＸ軸（横軸５５）方向に１メートルの位置がほぼ√２分の１の音圧（−３ｄＢ）のラインであることを示している。また図２と同様に、３ｄＢ以内の減衰の領域が十分に確保できていることが分かる。
以上に述べたように、小さい寸法の中高音スピーカのみを映像受像機の画面の左右の領域で画面の上下方向に概中央に配置することで、音像を画面中央付近に形成しながら映像受像機の筐体横幅を可能な限り小さくすることができる。以上のシミュレーション結果から分かるとおり、（式１）を満足する関係でｆとＲ１とＲ２とＤとを設定することで、映像受像機の画面サイズに応じた均一性の高い音響特性を再現すべき必要な視聴エリアを実現できる。
なお、本実施の形態においては、ｆとＲ１から上記関係式を満たすＲ２を設定する場合を述べた。これに限らず、上記関係式を満たすものであればＲ１とＲ２をあらかじめ設定しておき、係る位置関係で均一性の高い音響特性を再現すべき視聴エリアを実現するクロスオーバー周波数ｆを上記関係式から求め、デバイディングネットワークの設定を行ってもよい。
また、以上の説明では、中高音用スピーカ２が単独のスピーカで構成される場合を示したが、２以上の複数のスピーカを映像受像機の画面の左右の領域に配置し、その総合した音像が当該画面の上下方向に概中央に位置するようにしてもよい。この場合は、中高音を再生する第１のスピーカは２以上の複数のスピーカによって構成されるものと定義する。
また、図２及び図３に示す本発明の一例は、図１においてＸ軸方向に正の位置にある中高音用スピーカと中低音用スピーカについて述べているが、当然、スピーカシステムがステレオ配置されている場合は、左右両方のスピーカシステムに本発明のスピーカシステムが適用できる。
以上の説明から明らかな通り、本発明の映像受像機用スピーカシステム及びスピーカ設置方法は、映像受像機の画面サイズに応じた均一性の高い音響特性を再現すべき必要な視聴エリアを実現しながら、映像受像機の筐体横幅を小さくすることができる。
また、視聴エリアをスピーカの位置とデバイディングネットワークの周波数の関係からあらかじめ計算しておくことができるため、映像受像機の画面サイズに応じた必要最低限の視聴エリアを実現しながら、映像受像機の筐体横幅を可能な限り小さくすることもできる。
なお、本実施の形態では、クロスオーバー周波数を５００Ｈｚとして説明したが、クロスオーバー周波数を４００Ｈｚや６００Ｈｚ等にしてもほぼ同等の結果が得られる。２００Ｈｚ以上を再生可能なスピーカでは横幅が最低４０ｍｍ以上必要になる。しかし、４００Ｈｚ以上のみを再生可能なスピーカであれば、横幅を最低２０ｍｍ以下に抑えることができる。従って、クロスオーバー周波数を４００Ｈｚ以上且つ６００Ｈｚ以下とすることで、中高音スピーカを小さくでき、十分広い受聴点で均一性の高い音響特性を確保でき、且つ映像受像機の筐体横幅を小さくすることができる。これにより、デザイン上の自由度を高めることができる。
本発明による映像受像機用スピーカシステム及びスピーカ設置方法は、映像受像機の画面サイズに応じた均一性の高い音響特性を再現すべき必要な視聴エリアを実現しながら、映像受像機の筐体横幅を小さくすることができる。本発明による映像受像機用スピーカシステムは、ブラウン管やＰＤＰを用いたディスプレイは勿論のこと、スクリーンに投射する投射型ディスプレイや有機ＥＬ、液晶などのモニター用スピーカシステムとしても有用である。また、店頭用ディスプレイのモニター用スピーカシステムとしての用途にも応用できる。
図面の参照符号の一覧表
１ 映像受像機の画面
２ 中高音用スピーカ
３ 中低音用スピーカ
４ デバイディングネットワーク
５ 視聴エリア
図面の参照符号の一覧表
１ 映像受像機の画面
２ 中高音用スピーカ
３ 中低音用スピーカ
４ デバイディングネットワーク
５ 視聴エリア
本発明は、映像受像機に用いられるスピーカシステムおよびそのスピーカ設置方法に関する。
従来の映像受像機用スピーカシステムは、映像受像機の画面の側面に中高音以上を再生するスピーカと前記受像機の画面の下部に中低音を再生するスピーカを備えているものがある。このような従来の映像受像機用スピーカシステムは、例えば、特開２０００−３５４２８５号公報（第１〜５頁、図１）に開示されている。
図４は、従来の映像受像機用スピーカシステムを示す。図４の映像受像機用スピーカシステムは、映像受像機の画面１０１の側面に中高音以上を再生するスピーカ１０２と、画面１０１の下部に中低音を再生するスピーカ１０３と、デバイディングネットワーク１０４をそれぞれ備えている。この構成において、中高音用のスピーカ１０２と中低音用スピーカ１０３の音量差を左右中央正面軸上の受聴点で均一な音響特性に近づけるように調整される。
そして、左右中央正面軸より離れた受聴点においても均一な音響特性を保障するために、中高音用のスピーカと低音用スピーカのカットオフ周波数をできるだけ低くするか、中高音用のスピーカと中低音用のスピーカの位置をできるだけ近づけた位置に配置することが一般に行われている。
映像受像機用スピーカシステムは
映像受像機の画面の左右の領域で画面の上下方向に概中央に音像を形成する中高音を再生する第１のスピーカと、
画面の下部に中低音を再生する第２のスピーカと
を備え、
画面の前方向に第１の距離だけ離れ、かつ画面の左右中央正面軸より第２の距離以内に受聴点を設定した場合に、第１のスピーカの音源位置から受聴点までの距離Ｒ１と、第２のスピーカの音源位置から受聴点までの距離Ｒ２と、デバイディングネットワークにより周波数を振り分けられた第１のスピーカと第２のスピーカのクロスオーバー周波数ｆは、
｜ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）×ｅｘｐ（ｊ×Ｄ×π／４）
＋（−１）D+1×ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）×ｅｘｐ（−ｊ×Ｄ×π／４）｜≧１／√２、
ｋ＝２π×ｆ／ｃ、
ｅｘｐ＝指数関数、
ｊ＝複素数の単位、
ｃ＝音速、
π＝円周率、
Ｄ＝デバイディングネットワークの次数（０または正の整数）
なる関係式を満たす。
映像受像機の画面の左右の領域で画面の上下方向に概中央に音像を形成する中高音を再生する第１のスピーカと、
画面の下部に中低音を再生する第２のスピーカと
を備え、
画面の前方向に第１の距離だけ離れ、かつ画面の左右中央正面軸より第２の距離以内に受聴点を設定した場合に、第１のスピーカの音源位置から受聴点までの距離Ｒ１と、第２のスピーカの音源位置から受聴点までの距離Ｒ２と、デバイディングネットワークにより周波数を振り分けられた第１のスピーカと第２のスピーカのクロスオーバー周波数ｆは、
｜ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）×ｅｘｐ（ｊ×Ｄ×π／４）
＋（−１）D+1×ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）×ｅｘｐ（−ｊ×Ｄ×π／４）｜≧１／√２、
ｋ＝２π×ｆ／ｃ、
ｅｘｐ＝指数関数、
ｊ＝複素数の単位、
ｃ＝音速、
π＝円周率、
Ｄ＝デバイディングネットワークの次数（０または正の整数）
なる関係式を満たす。
映像受像機用スピーカシステムのスピーカ設置方法は
映像受像機の画面の左右の領域で画面の上下方向に概中央に音像を形成する中高音を再生する第１のスピーカと、
画面の下部に中低音を再生する第２のスピーカと
を備える映像受像機用スピーカシステムで、
画面の前方向に第１の距離だけ離れ、かつ画面の左右中央正面軸より第２の距離以内に受聴点を設定した場合に、第１のスピーカの音源位置から受聴点までの距離Ｒ１と、第２のスピーカの音源位置から受聴点までの距離Ｒ２と、デバイディングネットワークにより周波数を振り分けられた第１のスピーカと第２のスピーカのクロスオーバー周波数ｆは、
｜ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）×ｅｘｐ（ｊ×Ｄ×π／４）
＋（−１）D+1×ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）×ｅｘｐ（−ｊ×Ｄ×π／４）｜≧１／√２、
ｋ＝２π×ｆ／ｃ、
ｅｘｐ＝指数関数、
ｊ＝複素数の単位、
ｃ＝音速、
π＝円周率、
Ｄ＝デバイディングネットワークの次数（０または正の整数）
なる関係式を満たす場所に第１のスピーカと第２のスピーカを設置する。
映像受像機の画面の左右の領域で画面の上下方向に概中央に音像を形成する中高音を再生する第１のスピーカと、
画面の下部に中低音を再生する第２のスピーカと
を備える映像受像機用スピーカシステムで、
画面の前方向に第１の距離だけ離れ、かつ画面の左右中央正面軸より第２の距離以内に受聴点を設定した場合に、第１のスピーカの音源位置から受聴点までの距離Ｒ１と、第２のスピーカの音源位置から受聴点までの距離Ｒ２と、デバイディングネットワークにより周波数を振り分けられた第１のスピーカと第２のスピーカのクロスオーバー周波数ｆは、
｜ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）×ｅｘｐ（ｊ×Ｄ×π／４）
＋（−１）D+1×ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）×ｅｘｐ（−ｊ×Ｄ×π／４）｜≧１／√２、
ｋ＝２π×ｆ／ｃ、
ｅｘｐ＝指数関数、
ｊ＝複素数の単位、
ｃ＝音速、
π＝円周率、
Ｄ＝デバイディングネットワークの次数（０または正の整数）
なる関係式を満たす場所に第１のスピーカと第２のスピーカを設置する。
本発明による映像受像機用スピーカシステム及びスピーカ設置方法は、映像受像機の画面サイズに応じた均一性の高い音響特性を再現すべき必要な視聴エリアを実現しながら、映像受像機の筐体横幅を小さくすることができる。本発明による映像受像機用スピーカシステムは、ブラウン管やＰＤＰを用いたディスプレイは勿論のこと、スクリーンに投射する投射型ディスプレイや有機ＥＬ、液晶などのモニター用スピーカシステムとしても有用である。また、店頭用ディスプレイのモニター用スピーカシステムとしての用途にも応用できる。
しかしながら、前記従来の構成では、左右中央正面軸上の受聴点においては均一な音響特性にするが、デバイディングネットワークの周波数を高くしすぎるとその音響特性を提供できるサービスエリアがどの範囲までカバーできるのか明確ではない。従って、その都度そのシステムを実際に作成し聴感で確認し決めてゆくしか方法がない。
そこで実際には、システムを作成する前にあらかじめサービスエリアを広く取る配慮をおこなうため、上述のように、中高音用のスピーカと低音用スピーカのカットオフ周波数を指向性を持たない２００Ｈｚ以下の周波数にする方法や、中高音用のスピーカと中低音用のスピーカの位置をできるだけ近づけた位置に配置させる方法が採られる。しかし、カットオフ周波数を低く設定すると映像受像機の両側面にある中高音用のスピーカとしては大きなものが必要となる。また、映像受像機の両側面にある中高音用のスピーカのほうに低音用のスピーカを接近させると両スピーカの設置箇所として大きなスペースが必要となる。
人間の聴覚特性上感度の高い中高音用のスピーカの位置の近くに音像が形成されるので、音像を画面の中央付近に形成するためには中高音用のスピーカは画面上下方向中央に設置するのが望ましい。しかし、上記の構成では中高音用のスピーカの設置に大きなスペースが必要となる。そのため、映像受像機の筐体横幅を小さくすることが非常に困難となっている。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、定められた視聴エリアにおける最適なスピーカの配置と、デバイディングネットワークの周波数の関係を求め、中高音用のスピーカと中低音用のスピーカの位置、カットオフ周波数をこの関係式を満たす関係にすることで、各要素を容易に決定できるようにすることを目的としている。また、カットオフ周波数を従来考えられない高い値に設定した場合であっても、この関係式により、均一性の高い音響特性を十分広い受聴点で確保できるような各要素の決定が可能となる。また、中高音用のスピーカと中低音用のスピーカの位置を従来考えられない程度に離したとしても、均一性の高い音響特性を十分広い受聴点で確保できるような各要素の決定が可能となる。
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における映像受像機用スピーカシステムの構成を示す図である。図１において、映像受像機の画面１の左右の領域で画面１の上下方向に概略中央の位置に中高音用スピーカ２と、画面１の下部に中低音用スピーカ３が設置されている。このように構成することで、音像を画面中央付近に形成しながら、大きさの小さい中高音用スピーカだけが画面１の左右に設置されるため、映像受像機の筐体横幅を小さくすることができる。
図１は、本発明の実施の形態１における映像受像機用スピーカシステムの構成を示す図である。図１において、映像受像機の画面１の左右の領域で画面１の上下方向に概略中央の位置に中高音用スピーカ２と、画面１の下部に中低音用スピーカ３が設置されている。このように構成することで、音像を画面中央付近に形成しながら、大きさの小さい中高音用スピーカだけが画面１の左右に設置されるため、映像受像機の筐体横幅を小さくすることができる。
デバイディングネットワーク４は中高音用スピーカ２から発生されるオーディオの周波数領域と中低音用スピーカ３から発生されるオーディオの周波数領域を振り分けるもので、通常はハイパスフィルタとローパスフィルタからなっている。おのおののフィルターのカットオフ特性がクロスする周波数はクロスオーバー周波数と呼ばれる。クロスオーバー周波数は使用するスピーカの特性に応じて調整しておく。ここで中高音用スピーカ２をより小さくしようとすると、このクロスオーバー周波数をより高く設定する必要がある。一般にクロスオーバー周波数を２００Ｈｚ以上に設定しえるスピーカであれば十分に小さいものが使用でき、スペース的にメリットが大きい。
次に、映像受信機より画面の前方向（図１においてはＺ軸方向）に、画面１から第１の距離だけ離れた位置に受聴点Ｍを設定する。現在、映像の高精細度化、高画質化、かつ画面が１６：９のアスペクト比のワイド化が進んでいる。したがって、視聴者が、映像の高精細度化や高画質化や画面のワイド化を伴った映像に近づいて迫力のある映像を楽しむことを想定したスピーカシステムに設定すべきである。このような背景から、第１の距離としては例えば画面１の上下寸法の３倍の距離であり、この距離だけ離れた位置に受聴点Ｍが設定される。次に画面１の左右中央正面軸（図１ではＺ軸）より第２の距離だけ離れた位置に受聴点Ｎが設定される。第２の距離としては例えば１ｍに設定される。この距離は視聴者が複数人いる場合や、映像を視聴しながらの視聴者の移動を想定したものである。
なおこの第２の距離の距離は一般の大型テレビジョン受像機を想定したものであるので、映像受信機の種類によって想定する距離を設定すればよい。また、第２の距離の距離は、映像品質や音声品質や受像機の形態などによって上述と異なった値にすることも可能である。
さらに本発明のスピーカシステムにおいて、中低音用スピーカ３の設置される左右の位置（図１においてはＸ軸方向の位置）は次のように決定される。
まず中高音用スピーカ２と受聴点Ｎとの距離をＲ１とする。同様に中低音用スピーカ３と受聴点Ｎとの距離をＲ２とする。上記で説明したクロスオーバー周波数をｆ、デバイディングネットワークの次数をＤとしたとき、
｜ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）×ｅｘｐ（ｊ×Ｄ×π／４）
＋（−１）D+1×ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）×ｅｘｐ（−ｊ×Ｄ×π／４）｜≧１／√２ （式１）
ｋ＝２π×ｆ／ｃ （式２）
なる関係式を満たすように、スピーカシステムが設計され、各スピーカが設置される。例えば、画面１の大きさが決まればほぼ一義的に決定されるＲ１と、使用するスピーカの特性でほぼ最適な値が決まるｆを用いて、Ｒ２の値が決定される。なお（式１）は不等式となのでＲ２は一定の範囲を持った数値として表される。
｜ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）×ｅｘｐ（ｊ×Ｄ×π／４）
＋（−１）D+1×ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）×ｅｘｐ（−ｊ×Ｄ×π／４）｜≧１／√２ （式１）
ｋ＝２π×ｆ／ｃ （式２）
なる関係式を満たすように、スピーカシステムが設計され、各スピーカが設置される。例えば、画面１の大きさが決まればほぼ一義的に決定されるＲ１と、使用するスピーカの特性でほぼ最適な値が決まるｆを用いて、Ｒ２の値が決定される。なお（式１）は不等式となのでＲ２は一定の範囲を持った数値として表される。
次に機構上の構成の制限で画面１の下部の領域で中低音用スピーカが設置できる部位が決定される。例えばブラウン管を用いたテレビジョン受像機であれば、重量物であるブラウン管を支える支柱が設けられている部位には設置できない。あるいはリモコン受光部や操作ボタン等が配置されている部位にも設置はできない。そして設置できる部位が定まれば、その部位でかつ上記Ｒ２を満たす位置に中低音用スピーカ３が設置される。
以上のように構成されたスピーカシステムにおいて、その動作を以下に説明する。
まず、中高音用スピーカ２と中低音用スピーカ３の可聴周波数における音量差が受聴点Ｍで均一な音響特性となるように調整される。これによって受聴点Ｍにおける音響特性の均一性は確保される。
しかし、調整の基準となった受聴点以外においては音響特性の均一性は崩れていく。この原因は同一の周波数の音が異なる音源から発生する場合、おのおのの音源から受聴点までの距離が変化すると、距離の違いが音波の位相の違いとなり位相差による減衰が生じるためである。十分に低い周波数や十分に高い周波数であれば、デバイディングネットワーク４によってどちらか一方のスピーカからしか音は発せられないので、このような問題は生じない。しかし、上記のクロスオーバー周波数の近傍では双方のスピーカとも音が発せられるので問題が顕著である。
この問題を解決するためには、クロスオーバー周波数における減衰を視聴者が受聴すると想定される範囲において、２つのスピーカの中央軸上で距離に依存せず０ｄＢとした時、−３ｄＢ以内に収めることができればよい。−３ｄＢの減衰は、本来の音のエネルギーの半分に減衰することである。一般に、人の聴覚では、本来の音のエネルギーの半分よりも低下すると違和感を感知するとされている。このような観点から、現実の使用において−３ｄＢ程度の減衰であれば音響特性の均一性が確保できたと判断できる。
ここで、（式１）の導出背景と意味を以下に簡単に示す。
（式１）のｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）のｋ×Ｒ１は、（式２）の関係を考慮すると、中高音用スピーカ２から受聴点Ｎの距離を音波の位相で表した値に相当する。従って、式（１）のｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）は中高音用スピーカ２から発せられる周波数ｆの音が受聴点Ｎ達するまでに生じる位相遅れである。
ところで、オーディオ信号の出力回路と中高音用スピーカ２との間にデバイディングネットワーク４が挿入されており、デバイディングネットワーク４を介して中高音用スピーカ２にオーディオ信号が供給される。
デバイディングネットワーク４は、中高音用スピーカ２に供給するオーディオ信号と中低音用スピーカ３に供給するオーディオ信号とを周波数軸上で分離する働きをする。一般的に、デバイディングネットワーク４を介することで、Ｄ次の高域通過フィルターとＤ次の低域通過フィルターとが形成される。中高音用スピーカ２の系はＤ次の高域通過フィルターを構成し、中低音用スピーカ３の系はＤ次の低域通過フィルターを構成する。「Ｄ」は０または正の整数である。通常、中高音用スピーカ２や中低音用スピーカ３は純抵抗と考えられ、オーディオ信号の出力回路の出力インピーダンスは小さな値の純抵抗と考えられる。デバイディングネットワーク４には、中高音用スピーカ２用の回路と中低音用スピーカ３用の回路が存在する。「Ｄ」が１の場合は、中高音用スピーカ２用の回路は中高音用スピーカ２に対して直列に挿入されたコンデンサで構成され、中低音用スピーカ３用の回路は中低音用スピーカ３に対して直列に挿入されたインダクターで構成される。即ち、中高音用スピーカ２の系はカットオフ周波数付近では１次進み回路と等価であり、中低音用スピーカ３用の系はカットオフ周波数付近では１次遅れ回路と等価である。一般に、中高音用スピーカ２側のカットオフ周波数と中低音用スピーカ３用側のカットオフ周波数は同一に設定される。このカットオフ周波数がクロスオーバー周波数ｆに相当する。
ところで、オーディオ信号の出力回路と中高音用スピーカ２との間にデバイディングネットワーク４が介在するので、中高音用スピーカ２から発せられる音はクロスオーバー周波数ｆで１次の進み位相になる。即ち、π／４だけ位相が進む。（式１）のｅｘｐ（ｊ×π／４）は、この位相進みを表している。
結局、中高音用スピーカ２から発せられた音が受聴点Ｎに届いた時の位相ずれは、ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）とｅｘｐ（ｊ×π／４）との積である。即ち、これは（式１）中のｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）×ｅｘｐ（ｊ×π／４）に相当する。
一方、（式１）のｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）のｋ×Ｒ２は、（式２）の関係を考慮すると、中低音用スピーカ３から受聴点Ｎの距離を音波の位相で表した値に相当する。従って、式（１）のｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）は中低音用スピーカ３から発せられる周波数ｆの音が受聴点Ｎ達するまでに生じる位相遅れである。
オーディオ信号の出力回路と中低音用スピーカ３との間にデバイディングネットワーク４が介在する。次数「Ｄ」が１である場合を想定すると、中低音用スピーカ３から発せられる音はクロスオーバー周波数ｆで１次の遅れ位相になる。即ち、π／４だけ位相が遅れる。（式１）のｅｘｐ（−ｊ×π／４）は、この位相遅れを表している。
結局、中低音用スピーカ３から発せられた音が受聴点Ｎに届いた時の位相ずれは、ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）とｅｘｐ（−ｊ×π／４）との積である。即ち、これは（式１）中のｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）×ｅｘｐ（−ｊ×π／４）に相当する。
ところで、中高音用スピーカ２から発せられた音が受聴点Ｎに届いた音と、中低音用スピーカ３から発せられた音が受聴点Ｎに届いた音との合成が受聴点Ｎでの音である。即ち、受聴点Ｎに届いた音の合成は、（式３）で表される。
ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）×ｅｘｐ（ｊ×π／４）＋ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）×ｅｘｐ（−ｊ×π／４） （式３）
受聴点Ｎに届いた音の振幅は（式３）の絶対値に相当するので、受聴点Ｎに届いた音の振幅は、（式４）で表される。
受聴点Ｎに届いた音の振幅は（式３）の絶対値に相当するので、受聴点Ｎに届いた音の振幅は、（式４）で表される。
｜ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）×ｅｘｐ（ｊ×π／４）−ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）×ｅｘｐ（−ｊ×π／４）｜ （式４）
（式４）は、次数である「Ｄ」の値が１の場合を想定した式である。本発明での次数「Ｄ」は１に限定されるものではない。次数を０または正の整数として変数「Ｄ」を使用すると、オーディオ信号の出力回路と中高音用スピーカ２との間に次数「Ｄ」のデバイディングネットワーク４が介在するので、中高音用スピーカ２から発せられる音はクロスオーバー周波数ｆでＤ次の進み位相になる。即ち、Ｄ×π／４だけ位相が進む。オーディオ信号の出力回路と中低音用スピーカ３との間に次数「Ｄ」のデバイディングネットワーク４が介在するので、中低音用スピーカ３から発せられる音はクロスオーバー周波数ｆでＤ次の遅れ位相になる。即ち、Ｄ×π／４だけ位相が遅れる。従って、次数が「Ｄ」の場合は（式４）は（式５）となる。尚、偶数時はｅｘｐ（ｊ×π／４）、ｅｘｐ（−ｊ×π／４）の位相がそれぞれ反転するので、偶数時を考慮して（式４）が成り立つ。
（式４）は、次数である「Ｄ」の値が１の場合を想定した式である。本発明での次数「Ｄ」は１に限定されるものではない。次数を０または正の整数として変数「Ｄ」を使用すると、オーディオ信号の出力回路と中高音用スピーカ２との間に次数「Ｄ」のデバイディングネットワーク４が介在するので、中高音用スピーカ２から発せられる音はクロスオーバー周波数ｆでＤ次の進み位相になる。即ち、Ｄ×π／４だけ位相が進む。オーディオ信号の出力回路と中低音用スピーカ３との間に次数「Ｄ」のデバイディングネットワーク４が介在するので、中低音用スピーカ３から発せられる音はクロスオーバー周波数ｆでＤ次の遅れ位相になる。即ち、Ｄ×π／４だけ位相が遅れる。従って、次数が「Ｄ」の場合は（式４）は（式５）となる。尚、偶数時はｅｘｐ（ｊ×π／４）、ｅｘｐ（−ｊ×π／４）の位相がそれぞれ反転するので、偶数時を考慮して（式４）が成り立つ。
｜ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）×ｅｘｐ（ｊ×Ｄ×π／４）＋ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）×ｅｘｐ（−ｊ×Ｄ×π／４）｜ （式５）
（式５）は（式１）の左辺であり、（式１）の右辺は−３ｄＢを分数形式で表現したものである。
（式５）は（式１）の左辺であり、（式１）の右辺は−３ｄＢを分数形式で表現したものである。
上記のようにスピーカシステムは（式１）を満たすことより、−３ｄＢ以内の音響特性の均一性は確保される。
そして、受聴点Ｍと受聴点Ｎの間では当然音響特性の均一性が確保できる。画面１に対して受聴点Ｍより遠ざかる位置に対しては、２つの音源からの距離の差が減少するので、音響特性の均一性は確保される。よって本発明の構成によって、映像受像機の画面サイズに応じた均一性の高い音響特性を再現すべき必要な視聴エリアを実現できる。
次に図２は（式１）をもとに構成した３７インチの１６対９のディスプレイにおける音圧分布をコンピュータによってシミュレーションしたものである。この寸法はブラウン管を用いたディスプレイで最大級のものを想定している。画面が大きくなるほど音源の位置は離れ音響特性の均一性の確保は困難になっていく。
このシミュレーションにおいて、まずクロスオーバー周波数ｆを５００Ｈｚに設定した。この周波数は小さいスピーカを使用する点ではさらに有利であるが、音響特性の均一性確保のためには不利となる値である。
さらに図１の関係と同様に、映像受像機の画面１の中央に原点をとる。そして、Ｘ軸方向に０．４５５メートル、Ｙ軸方向に０メートルのところに中高音用スピーカ２が配置されている。また、（式１）を満たすＲ２の位置に相当するＸ軸方向０．２２メートル、Ｙ軸方向に−０．３メートルのところに中低音用スピーカ３が配置するように設定されている。
以上の条件でシミュレーションした結果が図２において複数本の線で示されている。グラフの横軸５１は画面１の中央に設定した原点からのＸ軸方向の距離、縦軸５２は画面から前方向に離れていく距離を示している。この平面全体は、図１における視聴エリア５を上方から眺めたものに相当する。また各斜めの線は、設定した周波数における映像受像機の画面１中央正面軸上から１ｄＢずつ減衰しているポイントのラインを示している。特に３ｄＢの減衰を示す線は実線５３、５４で表され、その他は破線で表されている。
このグラフより外側に行くほど音圧が均一に減衰していくことがわかる。これによると、映像受像機の画面高さは０．４６メートルであることから、受聴点Ｍは１．３８メートルの位置となり、そこからＸ軸方向に１メートルの位置がほぼ√２分の１の音圧（−３ｄＢ）のラインであることを示している。また、３ｄＢ以内の減衰の領域が十分に確保できていることが分かる。
同様に図３は、５０インチの１６対９のディスプレイにおける視聴エリア５における音圧分布をコンピュータによってシミュレーションしたものである。この寸法はＰＤＰを用いたディスプレイを想定しおり、図２に示す場合より画面が大きくなり、さらに音響特性の均一性の確保は困難となる。
このときは映像受像機の画面１の中央よりＸ軸方向０．６１５メートル、Ｙ軸方向に０メートルのところに中高音用スピーカ２が配置されている。（式１）を満たすＲ２に相当する位置として、映像受像機の画面１の中央よりＸ軸方向０．２５メートル、Ｙ軸方向に−０．３８５メートルのところに中低音用スピーカ３が配置されている。なおクロスオーバー周波数ｆは図２と同様に５００Ｈｚである。
図３の条件でも、図２と同様に外側に行くほど音圧が均一に減衰している。各斜めの線は、設定した周波数における映像受像機の画面１中央正面軸上から１ｄＢずつ減衰しているポイントのラインを示している。特に３ｄＢの減衰を示す線は実線５７、５８で表され、その他は破線で表されている。映像受像機の画面高さは０．６２２メートルであることから、受聴点Ｍは縦軸５６方向に１．８６６メートルとなり、そこからＸ軸（横軸５５）方向に１メートルの位置がほぼ√２分の１の音圧（−３ｄＢ）のラインであることを示している。また図２と同様に、３ｄＢ以内の減衰の領域が十分に確保できていることが分かる。
以上に述べたように、小さい寸法の中高音スピーカのみを映像受像機の画面の左右の領域で画面の上下方向に概中央に配置することで、音像を画面中央付近に形成しながら映像受像機の筐体横幅を可能な限り小さくすることができる。以上のシミュレーション結果から分かるとおり、（式１）を満足する関係でｆとＲ１とＲ２とＤとを設定することで、映像受像機の画面サイズに応じた均一性の高い音響特性を再現すべき必要な視聴エリアを実現できる。
なお、本実施の形態においては、ｆとＲ１から上記関係式を満たすＲ２を設定する場合を述べた。これに限らず、上記関係式を満たすものであればＲ１とＲ２をあらかじめ設定しておき、係る位置関係で均一性の高い音響特性を再現すべき視聴エリアを実現するクロスオーバー周波数ｆを上記関係式から求め、デバイディングネットワークの設定を行ってもよい。
また、以上の説明では、中高音用スピーカ２が単独のスピーカで構成される場合を示したが、２以上の複数のスピーカを映像受像機の画面の左右の領域に配置し、その総合した音像が当該画面の上下方向に概中央に位置するようにしてもよい。この場合は、中高音を再生する第１のスピーカは２以上の複数のスピーカによって構成されるものと定義する。
また、図２及び図３に示す本発明の一例は、図１においてＸ軸方向に正の位置にある中高音用スピーカと中低音用スピーカについて述べているが、当然、スピーカシステムがステレオ配置されている場合は、左右両方のスピーカシステムに本発明のスピーカシステムが適用できる。
以上の説明から明らかな通り、本発明の映像受像機用スピーカシステム及びスピーカ設置方法は、映像受像機の画面サイズに応じた均一性の高い音響特性を再現すべき必要な視聴エリアを実現しながら、映像受像機の筐体横幅を小さくすることができる。
また、視聴エリアをスピーカの位置とデバイディングネットワークの周波数の関係からあらかじめ計算しておくことができるため、映像受像機の画面サイズに応じた必要最低限の視聴エリアを実現しながら、映像受像機の筐体横幅を可能な限り小さくすることもできる。
なお、本実施の形態では、クロスオーバー周波数を５００Ｈｚとして説明したが、クロスオーバー周波数を４００Ｈｚや６００Ｈｚ等にしてもほぼ同等の結果が得られる。２００Ｈｚ以上を再生可能なスピーカでは横幅が最低４０ｍｍ以上必要になる。しかし、４００Ｈｚ以上のみを再生可能なスピーカであれば、横幅を最低２０ｍｍ以下に抑えることができる。従って、クロスオーバー周波数を４００Ｈｚ以上且つ６００Ｈｚ以下とすることで、中高音スピーカを小さくでき、十分広い受聴点で均一性の高い音響特性を確保でき、且つ映像受像機の筐体横幅を小さくすることができる。これにより、デザイン上の自由度を高めることができる。
本発明による映像受像機用スピーカシステム及びスピーカ設置方法は、映像受像機の画面サイズに応じた均一性の高い音響特性を再現すべき必要な視聴エリアを実現しながら、映像受像機の筐体横幅を小さくすることができる。本発明による映像受像機用スピーカシステムは、ブラウン管やＰＤＰを用いたディスプレイは勿論のこと、スクリーンに投射する投射型ディスプレイや有機ＥＬ、液晶などのモニター用スピーカシステムとしても有用である。また、店頭用ディスプレイのモニター用スピーカシステムとしての用途にも応用できる。
１ 映像受像機の画面
２ 中高音用スピーカ
３ 中低音用スピーカ
４ デバイディングネットワーク
５ 視聴エリア
２ 中高音用スピーカ
３ 中低音用スピーカ
４ デバイディングネットワーク
５ 視聴エリア
Claims (8)
- 映像受像機の画面の左右の領域で前記画面の上下方向に概中央に音像を形成する中高音を再生する第１のスピーカと、
前記画面の下部に中低音を再生する第２のスピーカと
を備え、
前記画面の前方向に第１の距離だけ離れ、かつ前記画面の左右中央正面軸より第２の距離以内に受聴点を設定した場合に、前記第１のスピーカの音源位置から前記受聴点までの距離Ｒ１と、前記第２のスピーカの音源位置から前記受聴点までの距離Ｒ２と、デバイディングネットワークにより周波数を振り分けられた前記第１のスピーカと前記第２のスピーカのクロスオーバー周波数ｆは、
｜ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）×ｅｘｐ（ｊ×Ｄ×π／４）＋（−１）Ｄ＋１×ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）×ｅｘｐ（−ｊ×Ｄ×π／４）｜≧１／√２、
ｋ＝２π×ｆ／ｃ、
ｅｘｐ＝指数関数、
ｊ＝複素数の単位、
ｃ＝音速、
π＝円周率、
Ｄ＝デバイディングネットワークの次数（０または正の整数）
なる関係式を満たす映像受像機用スピーカシステム。 - 前記第２の距離は１ｍであり、前記クロスオーバー周波数ｆは２００Ｈｚ以上であって、前記第２のスピーカは前記関係式を満たす場所に位置する請求項１に記載の映像受像機用スピーカシステム。
- 前記第１の距離は前記画面の上下寸法の３倍である請求項１に記載の映像受像機用スピーカシステム。
- 前記クロスオーバー周波数ｆは４００Ｈｚ以上で且つ６００Ｈｚ以下である請求項１に記載の映像受像機用スピーカシステム。
- 映像受像機の画面の左右の領域で前記画面の上下方向に概中央に音像を形成する中高音を再生する第１のスピーカと、
前記画面の下部に中低音を再生する第２のスピーカと
を備える映像受像機用スピーカシステムで、
前記画面の前方向に第１の距離だけ離れ、かつ前記画面の左右中央正面軸より第２の距離以内に受聴点を設定した場合に、前記第１のスピーカの音源位置から前記受聴点までの距離Ｒ１と、前記第２のスピーカの音源位置から前記受聴点までの距離Ｒ２と、デバイディングネットワークにより周波数を振り分けられた前記第１のスピーカと前記第２のスピーカのクロスオーバー周波数ｆは、
｜ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ１）×ｅｘｐ（ｊ×Ｄ×π／４）＋（−１）Ｄ＋１×ｅｘｐ（−ｊ×ｋ×Ｒ２）×ｅｘｐ（−ｊ×Ｄ×π／４）｜≧１／√２、
ｋ＝２π×ｆ／ｃ、
ｅｘｐ＝指数関数、
ｊ＝複素数の単位、
ｃ＝音速、
π＝円周率、
Ｄ＝デバイディングネットワークの次数（０または正の整数）
なる関係式を満たす場所に前記第１のスピーカと前記第２のスピーカを設置する映像受像機用スピーカシステムのスピーカ設置方法。 - 前記第２の距離は１ｍであり、前記クロスオーバー周波数ｆは２００Ｈｚ以上である請求項５に記載の映像受像機用スピーカシステムのスピーカ設置方法。
- 前記第１の距離は前記画面の上下寸法の３倍である請求項５に記載の映像受像機用スピーカシステムのスピーカ設置方法。
- 前記クロスオーバー周波数ｆは４００Ｈｚ以上で且つ６００Ｈｚ以下である請求項５に記載の映像受像機用スピーカシステムのスピーカ設置方法。
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