JP2018007221A - スピーカーシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 スピーカーが設置されるスペースが狭い環境で使用される小型のスピーカーシステムは、小型であるためキャビネット容積が少なく低域周波数の再生が十分ではなく音質が劣るものが多かった。
【解決手段】 スピーカーシステムを構成するキャビネットの前後にそれぞれスピーカーユニットを配置し、それらを別々の増幅器によって個別に駆動するもので、背面側のスピーカーユニットの駆動用増幅器には高域遮断周波数が可変できるフィルターを挿入するものであって、小型だが力強い低音と広い音場を再現できるスピーカーシステムを提供するものである。
【選択図】図３

Description

発明の詳細な説明

この発明は小型で高音質のスピーカーシステムに関する

ハイレゾ音源など高音質のソースが一般的になりつつあるが、ソースを入手したときに最初に格納するのがパソコンである場合が多い。そしてその音をまず再生するのは、パソコンに内蔵されるスピーカーか、もしくはパソコン用の小型スピーカーシステムである場合が考えられる。しかし、それらのスピーカーから再生される音はハイファイとは言えないものが多く市場に存在しているのが現状である

パソコンなどが置かれるデスクトップに設置して使えるような小型のスピーカーシステムは、限られたスペースに設置するためそのキャビネットの容積が２リットル（以下Ｌ）以下程度のものになってしまうことが多く、そのため低音が不足しスピーカーユニットの口径も小さいことから能率が低く、得られる最大音量も小さいものになってしまう。

そこで、小型スピーカーシステムの低音特性を改善したものがいくつか提案されている。例えば、小型密閉キャビネットに１つのスピーカーユニットを配置し、スピーカーの取り付け面と対向面にそれぞれ１個ずつのパッシブラジエータを配置したものが提案されており、デスクトップ用ではないが平面ディスプレイに内蔵できるよう小型に構成され、内蔵した時にディスプレイの前面から音を放射すると共に背面からもパッシブラジエータを通して低音の一部が放射されるようになっている（特許文献１ 特開２０１０−１１４６１２）。これは一般的なパッシブラジエータ方式の発展形であり、低音域は同じ容積のキャビネットの密閉型のものより小型化が期待できる。

バスレフタイプのキャビネットを使ったものでは、バスレフを２重にかけるようにして、さらに低音共鳴用のキャビティを設けることで低い周波数まで再生できるようにしたものがある（文特許献２ 実用新案登録３１９６８２２号）。この考案のスピーカーは良く考慮されているものであるが、キャビネットの中が複雑で、小型化には限界がある。

また、２つのスピーカーユニットを利用して、キャビネットキャビネットに対向して配置し、一方は外部に直接音を放射させ、もう一方は第２の隣接するキャビネットに音を放射させ、その音をバスレフのダクトで外部に導く方式が提案されている（特許文献３ 特開２００５−１５１２３６）。この方式は小型スピーカーシステムの弱点である低音不足を補うよう考慮されたものであるが、キャビネットの内部に２つのキャビティが必要であり、キャビネットの小型化にはやはり限界がある。

特開２０１０−１１４６１２ 実用新案登録３１９６８２２号 特開２００５−１５１２３６

デスクトップなどのようなスピーカーが置かれるスペースが限られている狭い環境で使用される小型のスピーカーシステムは、小型であるためキャビネット容積が少なく低域周波数の再生が一般的なオーディオ用スピーカーシステムのようには行えず、音質はかなり劣る場合が多かった。
本発明はそのような小型スピーカーシステムにおいても、比較的単純な構造のキャビネットを用いながら低域周波数の再生に優れ、かつ音場再生も豊かにでき、十分な再生音量を得られる高音質なスピーカーシステムを提供するものである。

本発明は以上の課題を解決するために、スピーカーシステムを構成するキャビネットの前後にそれぞれスピーカーユニットを配置し、それらを別々の増幅器によって個別に駆動するもので、背面側のスピーカーユニットの駆動用増幅器には高域遮断周波数が可変できるフィルターを挿入するものであって、キャビネットをバスレフ型に構成する場合はバスレフ共振周波数をスピーカーユニットの最低共振周波数の半分以下に設定し、スピーカーシステムの背面側の空間が十分に取れない場合でも背面側スピーカーユニットの取り付け面を傾斜させた構造とすることで、小型だが力強い低音と広い音場を再現できるスピーカーシステムを提供するものである。

すなわち、本発明は上記の課題を解決するために、次のような構成を採用する。
構成１
１つのキャビネットの前後（放音側とその背面）にそれぞれスピーカーユニットを配置し、それらのスピーカーユニットは独立した２つの増幅器で駆動されるように構成したスピーカーシステム。

構成２
１つのキャビネットの前後にそれぞれスピーカーユニットを配置し、それらのスピーカーユニットは独立した２つの増幅器で駆動されるように構成して、背面側のスピーカーユニットを駆動する増幅器に高域遮断周波数を可変できるフィルターを挿入したスピーカーシステム。

構成３
１つのキャビネットの前後にそれぞれスピーカーユニットを配置し、それらのスピーカーユニットは独立した２つの増幅器で駆動されるように構成したスピーカーシステムで、キャビネットをバスレフタイプにしたときには、キャビネット容積とバスレフポートから決定されるバスレフの共振周波数Ｆ０ｂをキャビネット容積から決定されるスピーカーの最低共振周波数Ｆ０ｃの半分以下にすることで、それらの共振周波数のあいだの低域に向かって減衰する特性カーブを‐６ｄＢ／ｏｃｔ〜‐１２ｄＢ／ｏｃｔ程度にしたスピーカーシステム。

構成４
１つのキャビネットの前後にそれぞれスピーカーユニットを配置し、それらのスピーカーユニットは独立した２つの増幅器で駆動されるように構成したスピーカーシステムで、背面側のスピーカーユニットの取り付け面を前面側のスピーカーユニットの取り付け面に対して並行ではなく角度を持った面として構成されたキャビネットで構成されたスピーカーシステム。

本発明によれば、キャビネットの前後に配置されたスピーカーから放射される音は、波長が前後２つのスピーカーユニットの距離より十分長いような低周波帯域では、リスナーの位置でも位相が概ね合っていることから音圧が合成されて上昇する。それによって小型スピーカーの低音の減衰を補うことができ、スピーカーシステムとして低音域の能率が上がることになるので、スピーカーユニットが一つの場合より、より大きな音圧を得ることができる。

一方波長が２つのスピーカーユニットの距離に近いかそれより短いような中域周波数以上の周波数の音は、実際の部屋では背面側から放射された音は直進性が高いため部屋に拡散し反射音となってリスナーの耳に到達する。リスナー側の前方向に配置したスピーカーから放射された音は、直接リスナーの耳に到達し、その後部屋に拡散して反射音となって再びリスナーの耳に到達する。これらのために、壁に反射したそれらの音は位相が不揃いとなり、その音圧はほとんど上昇せずリスナーには残響音が増えたように感じられる。その結果、このシステムによる再生音は、スピーカーユニットが１個の場合より低音が増強され、また残響音の増加によって再生音場が広がったような再生音が得られる。

さらに、それら２つのスピーカーユニットを個別の増幅器で駆動することによって、２つのスピーカーが同一ではない場合でも音量を調整することで２つのスピーカーユニットからの音圧レベルをほぼ同じレベルに調整することができ、低音の量と残響音をリスナーが聴いている環境に適した状態に調整することができる。また背面側のスピーカーを駆動する増幅器に高域遮断周波数を可変するためのフィルターを挿入し、それをユーザーが調整することで、背面から放射される中域周波数以上の音を低減することで、ユーザーの好みに応じて残響音の増加を抑え、低音だけを増強することができるようになる。

スピーカーシステムをバスレフタイプにして、スピーカーユニットの等価容積の２倍より少ない容積の小型のキャビネットに入れる場合、キャビネット容積とバスレフポートから決定されるバスレフの共振周波数Ｆ０ｂをキャビネット容積から決定されるスピーカーの最低共振周波数Ｆ０ｃの半分以下に設定することで、これらの共振周波数のあいだの帯域で低域周波数に向かう減衰特性を‐６ｄＢ／ｏｃｔ〜‐１２ｄＢ／ｏｃｔ程度に緩やかにすることができるので、前後２つのスピーカーから放射される低周波数帯域の音の合成による低音の増強を効果的に利用できるようになる。

図１は、実施例１に係るスピーカーシステムの構成を示すブロック図 図２は、実施例１による低域周波数特性が増強されるのを示す図 図３は、実施例２に係るスピーカーシステムの構成を示すブロック図 図４は、実施例３に係るスピーカーシステムの構成を示すブロック図 図５は、実施例３による周波数特性が改善されるのを示す図 図６は、実施例３による低域周波数特性が増強されるのを示す図 図７は、実施例４に係るスピーカーシステムの構成を示すブロック図

以下本発明を図の実施例を用いて詳細に説明する。

実施例１は、１つのキャビネット４の前後のバッフル面４ａ、４ｂにそれぞれスピーカーユニット３ａ、３ｂを配置し、それらを個別の増幅器１ａ、１ｂで駆動するもので、音量を任意に調整できる手段、例えば可変抵抗器２ａ、２ｂを介して入力信号は２つの増幅器１ａ、１ｂにそれぞれ入力され、それぞれの増幅器１ａ、１ｂに接続されたスピーカーユニット３ａ、３ｂを駆動するように構成されている。

実施例１において、２つのスピーカーユニット３ａ、３ｂが同じ音量で駆動された場合は、２つのスピーカーユニット３ａ、３ｂの距離と音の波長を比べたとき、２つのスピーカーユニット３ａ、３ｂ間の距離が音の波長の１／４以下となるような、波長の方が十分長い低周波帯域では、音の方向性がなく位相が概ね合うためそれらの音は合成されて、図２の太線で示すように正面にいるリスナーの耳元で最大約６ｄＢほど音圧が上昇することになり、小型スピーカーシステムで一番の問題であった低音不足を補うことができる。

入力信号の周波数が高くなって、２つのスピーカーユニットの距離が入力信号の音の波長の半分あるいはそれ以下となるような中域周波数以上の周波数帯においては、スピーカーの極近傍の試聴位置（例えばスピーカーシステムから２０センチ以下の位置）においては、一部の周波数は位相が合って合成されて音圧があがったり、逆に位相が逆になってキャンセルされて音圧が下がったりする。

しかし実際の部屋では、音の聴取位置はスピーカーから５０ｃｍ以上離れた位置となることが一般的であり、残響のある実際の部屋におけるそのような聴取位置においては、中域周波数以上は前後２つのスピーカーから放射された音の位相は直接音と反射音とが重なり合って複雑に変化して、前述の合成やキャンセルは明確には発生しない。リスナーは前方のスピーカーからの直接音をまず聞くことよって、音の方向性が知覚され、さらに部屋の壁などに反射して複合された音を聞くことになるので、残響成分が増えたように聞こえる。

これらの結果、全体としてはリスナーには低音が増強されて聞こえ、かつ残響音が増えて豊かな響きを感じるようになる。ステレオシステムの左右のそれぞれのスピーカーシステムに同じことを実施すると、立体感を持った奥行きのある音場を感じることができるようになる。
キャビネットの前後に配置する２つのスピーカーユニット３ａ、３ｂが同一のものでない場合、音量調整手段２ａ，２ｂを増幅器の前に配置して音量を任意に調整することができるようにすることで、概ね２つのスピーカーから出る音圧をそろえることができる。そのため、このような場合でも上記とほぼ同じ効果を容易に得ることができる。

実施例２は、図３に示すように、１つのキャビネット４の前後のバッフル面４ａ、４ｂにそれぞれスピーカーユニット３ａ、３ｂを配置し、それらを個別の増幅器１ａ、１ｂで駆動するように構成し、入力信号は２つの増幅器１ａ、１ｂにそれぞれ入力される。背面側のスピーカーユニット３ｂを駆動する増幅器１ｂの前段には、高域遮断周波数が可変できるハイカットフィルター７を備え、音量を任意に調整した後、増幅器１ｂを通してスピーカーユニット３ｂを駆動する。このような構成とすることにより、背面側のスピーカーユニット３ｂから放射される中域以上の周波数を自在に減衰できるようになるため、残響音が増えるのを制限することができ、それによってリスナーの使用環境に応じて、低音の増強効果はそのままで、使用環境にあった適切な残響感を調整することができるようになる。

実施例３は、図４に示すもので、１つのキャビネット８に他の実施例と同様に前後にそれぞれスピーカーユニット３ａ、３ｂを配置し、それらを個別の増幅器１ａ、１ｂで駆動するように構成し、入力信号は２つの増幅器１ａ、１ｂにそれぞれ入力される。このような構成の下で、キャビネット８をより小型にするためには、図４のように通常キャビネット８にバスレフダクト８ａを設けたバスレフ方式が用いられる。キャビネット８の容積は、スピーカーの等価共振先鋭度Ｑ０が０．５前後の場合、スピーカーユニットの等価容積の２倍程度の容積にして、キャビネット容積とバスレフポートから決定されるバスレフの共振周波数Ｆ０ｂをキャビネット容積から決定されるスピーカーの最低共振周波数Ｆ０ｃの０．７倍程度に設定することで、低域平坦特性を効果的に伸ばすことができるようになる。

しかし、このような従来の計算方式によるキャビネット容積の場合、例えば直径１０ｃｍ程度の小型スピーカーを用いた場合には、３〜５Ｌ程度のキャビネット容積が必要になる。しかしながらデスクトップ環境では、３〜５Ｌの容積は無視できないほどの大きさであり、さらにステレオシステムであれば２台のスピーカーシステムの設置が必要で、そのスペースの確保が問題になる場合がある。そのため、一層の小型化と良好な低音特性の両立が求められている。

小型化のためにこの容積を小さくしていくと、スピーカーの最低共振周波数Ｆ０ｃが上昇し、その周波数における共振の鋭さを示すＱ０ｃの値も大きくなる。そのため図５の破線で示すようにＦ０ｃで周波数特性にピークを持つようになり、さらにバスレフ共振周波数Ｆ０ｂ以下の特性は急激に下方周波数に向かって減衰するため、低域周波数の音圧が急激に下がって好ましくない。

そこで、本発明ではキャビネット容積をスピーカーユニットの等価容積の２倍以下の小型のキャビネットに入れる場合は、バスレフの共振周波数Ｆ０ｂをスピーカーの最低共振周波数Ｆ０ｃの半分以下に設定することで、図５の実戦で示すようにＦ０ｃのＱの値を下げてピークを減衰し、これら２つの共振周波数のあいだの周波数特性が低域周波数に向かって‐６ｄＢ／ｏｃｔ〜‐１２ｄＢ／ｏｃｔ程度の緩やかな特性カーブとなるようにすることができる。キャビネットの前後に対向配置したスピーカーから放射された低域周波数の音は上記のように合成されて、図６の太線で示すようにその緩やかな減衰特性カーブを最大＋６ｄＢ程度増強することが可能となり、低音の減衰を補うことができる。一方中高域周波数帯の音は、実際の使用環境では反射成分を増加させるが、音圧の上昇とはならず、結果として低音域の減衰特性が補完されたスピーカーシステムが実現できるようになる。

実施例４は、図７に示すもので、ユーザーの実際の使用環境でスピーカーシステムの背面のペースが十分でない場合を考慮したものであって、そのような場合においても背面側のスピーカーユニット３ｂから放射される音が、例えば壁面に直ぐにあたって反射しないよう図７で示すように背面側のスピーカーユニット３ｂの取り付け面４ｂを前面側のスピーカーユニット３ａの取り付け面とは並行ではなく角度を付けた構成としており、これによって背面側から放射された音がある程度距離を持って壁面に反射するようにしている。またこの実施例においては、背面側のスピーカーユニット３ｂの取り付け面４ａと背面側にある壁面とが並行でないことから、背面側のスピーカーユニット３ｂから放射される音のうち中域周波数以上の音では壁面からの反射が一様ではなくなるため、その位相特性がより複雑になって狭い背面空間の場合でも豊かな響きの残響音が得られるようになる。

以上、本発明のスピーカーシステムをデスクトップ環境で応用する例について説明したが、実施例１〜４で述べたスピーカーシステムを通常のステレオシステムとして設置してもよい。また車載スピーカーシステムとして設置してもよいことはもちろんである。

１ａ，１ｂ 増幅器
２ａ，２ｂ 音量調整手段
３ａ，３ｂ スピーカーユニット
４ 密閉型キャビネット
５ 密閉型キャビネットで低域周波数が合成されていないときの周波数特性例
６ 密閉型キャビネットで低域周波数が合成されたときの周波数特性例
７ 高域遮断周波数可変型フィルター
８ バスレフ型キャビネット
９ キャビネット容積とバスレフポートから決定されるバスレフの共振周波数Ｆ０ｂ
１０ キャビネット容積から決定されるスピーカーの最低共振周波数Ｆ０ｃ
１１ バスレフ型のキャビネット容積を小さくした場合の周波数特性
１２ バスレフ型のキャビネット容積を小さくして、Ｆ０ｂ≦１／２Ｆ０ｃの場合の周波数特性
１３ １２の状態で低域周波数が合成された場合の周波数特性
１４ バスレフ型キャビネットにおけるスピーカーユニットのインピーダンス特性

Claims (4)

1. 一つのスピーカーキャビネットのバッフル板とそのバッフル板と対向する背面に同一スピーカーユニットを配置したスピーカーシステムにおいて、それぞれのスピーカーユニットは個別の独立した増幅器により駆動されるようにしたことを特徴とするスピーカーシステム。
2. 背面側のスピーカーユニットを駆動する増幅器に、高域遮断周波数を可変できるフィルターを挿入したことを特徴とする請求項１のスピーカーシステム。
3. 一つのスピーカーキャビネットのバッフル板とそのバッフル板と対向する背面に同一スピーカーユニットを配置したバスレフ型スピーカーシステムにおいて、それぞれのスピーカーユニットは個別の独立した増幅器により駆動されるスピーカーシステムにおいて、スピーカーユニットの等価容積の２倍以下の容積を持つキャビネットの、ダクトとキャビネットの容積によって定められるバスレフ共振周波数をスピーカーユニットとキャビネットの容積によって定められるスピーカーユニットの共振周波数の半分以下に設定することを特徴とするスピーカーシステム。
4. 背面側のスピーカーユニットを取り付けるバッフルを、前面側のバッフルと並行ではなく傾斜を付けて構成したことを特徴とする請求項１乃至３のスピーカーシステム。

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