JP2619869B2 - ステレオ電気音響交換 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） この発明は一般に電気音響変換に、更に詳しくは、ス
テレオシステムにおける左右の直接放射式スピーカを使
用して複雑な電子装置を用いることなく変換構造物自体
により室内の広範囲の聴取位置にわたつて良好なステレ
オ音像（image）を与えるようにするための新規な装置
及び技術に関係している。

（背景技術） 通常の直接放射式スピーカは一般に平たんな周波数応
答及び前方向性を達成するように設計されている。各ス
ピーカは本質的にはモノラルであり、一対のこのような
モノラルスピーカが一般にステレオ対を形成している。
これらの通常のモノラルスピーカは一般に５〜12フイー
ト離して配置されている。その結果として生じるステレ
オ音像、すなわち音源の見掛け上の水平位置が再現され
ることは、両スピーカからの聴取者の距離が等しい狭い
聴取の領域においてのみ成立する。二つのスピーカの中
間点にあるこの狭い領域の外側においては、先行性と強
度差のために近い方のスピーカに定位が行われ、遠い方
のスピーカからの情報がそれに対応して失われるので、
これが実質上聴取不能になる。

米国特許第4503553号に記載されたこの問題を克服す
る一つの方策は、聴取領域の各点において各スピーカか
ら受けたエネルギーを平衡させて聴取者が室内のあらゆ
る聴取点において適正なステレオ音像を知覚するように
努める複雑な電気変換器回路網の設計を必要とする。こ
の方策は設計し且つ製作するのが困難であり且つ高くつ
く装置を生じることになる。

従つて、製作するのが比較的容易であり且つ安価であ
る構造により広範囲の聴取位置にわたつて良好なステレ
オ音像を与える直接放射式ステレオスピーカシステムを
提供することがこの発明の重要な目的である。

この発明によれば、第１及び第２のスピーカシステム
は、それぞれのものの放射極パターンを他方のものに向
かう方向に傾けて広範囲の聴取領域に対してこの一対の
ものからの良好なステレオ音像を生成するための手段を
備えている。

（実施例） この発明のその他の数多くの特徴，目的及び利点は添
付の図面に関連して次の説明を読めば明らかになるであ
ろう。

心理音響学的実験により決定されていることである
が、ステレオ対における各スピーカは広い聴取領域にわ
たつて最初の到達過度現象の整合したイメージを達成す
るためにその相方の方へ傾けられた放射極パターンを持
つべきであり、一般的には前後軸から40゜〜50゜の軸外
れ最大点における音圧レベルは前後軸上のものよりも５
〜10dB高くあるべきである。この差は近い方のスピーカ
における最初の到達過度音の先行効果のために強度差に
対して期待された差よりも大きい。実際の音楽は過度音
と準定常音の組合せであり且つステレオ録音は広範囲に
可変な量のチヤネル分離を有しているので、経験的聴取
試験により発見されたことであるが、３〜6dBの差はス
テレオ録音時に捕えられたオリジナル・プログラム素材
におけるものに対応する音源の知覚された分布を十分に
模擬する。そのようなステレオシステムにおける左右の
スピーカはそれゆえ対称的な鏡像式の交差した放射パタ
ーンを持つべきである。

これらの結果はこの発明における種種の技法によつて
達成される。プログラム素材の低周波数成分（一般に20
Hz〜200Hz）は定位のためには重要ではなく、従つてこ
の発明によつては処理されない。プログラム素材の中間
周波数成分（一般に200Hz〜1.5Hz）は、二つの低周波変
換器（ウーフア）の軸が同じ水平面内にあり且つこれら
の軸により形成される角度の二等分線がスピーカの前後
軸からほぼ40゜〜50゜である当該二つの低周波変換器
（ウーフア）を用いることにより、又はウーフアをバフ
ルに中心外れに配置してバフルの大きい方の広がりを持
つた側の方へより大きい音響放射を生じさせるようにす
ることにより、あるいはウーフアを所望の方向に単に角
度を持たせることにより、斜めにされる。プログラム素
材の高周波数成分（一般に0.5kHz〜20kHz）は、ウーフ
アに対して高周波数変換器（ツイータ）を適当な位置及
び位相関係にし、２ツイータ方式においては相互に適当
な位置及び位相関係にし、且つツイータを所望の軸に沿
つて単にねらいを定めて最高音部のトレブル周波数を制
御するようにすることによつて導かれる。左右のスピー
カは、通常帯域周波数に無関係に平衡したパワー応答を
維持しながら所望の鏡像式の交差した放射パターンを達
成するために鏡像のように設計されている。

これらの原理の幾つかの実施例においては、開放背面
式ダイポールツイータが図２の下に示されるように使用
されてツイータ軸に垂直に所望の零（null）を生じてい
る。他の実施例においては二つのツイータが位相外れに
接続されていて、互いに中間トレブル周波数を前後軸か
ら離れるように導いている。ウーフア／ツイータ配列体
はほぼ同じ水平面内において、（１）低い方のトレブル
周波数のビームを経験的に導き且つ（２）分散パターン
における垂直面変動を最小化するように配列されてお
り、この最小化によつて、（立つている又は座つてい
る）聴取者の位置に無関係に整合した当初到達周波数応
答が生じる。

この発明は聴取者が非常に広い聴取領域にわたつてス
テレオ対の両スピーカを聞くことを可能にする。心理音
響的実験により、定位を決定する時間及び強度関係がス
テレオスピーカについて決定された。この発明はこれら
の関係を比較的低費用で有効に実現するものである。

今度は図面、特にその第１図について述べると、この
発明によるステレオスピーカシステムの斜視図が示され
ている。左のスピーカ11及び右のスピーカ12は聴取室の
壁13に沿つて聴取室中心線14のそれぞれ左及び右の方に
配置されている。左右のスピーカシステム11及び12はそ
れぞれ左のウーフア15L及び右のウーフア15Rを備えてい
る。ウーフア15L及び15Rの垂直直径面に沿つてそれぞれ
取り付けられた垂直ツイータ支持部材16L及び16Rは、中
心線14の方へ向かつて互いに向き合う方向にそれぞれ配
位された左右のスイータ17L及び17Rを支持している。ツ
イータ18L及び18Rはそれぞれ中心線14から離れる方へ向
かつて配位されている。一般的には、近接したウーファ
の軸に対する各ツイータの軸の角度はスピーカシステム
の前後軸からほぼ40゜〜50゜の軸に沿つている放射最大
部を与えるようにほほ40゜〜50゜である。

第２図に言及すると、それぞれ左右のスピーカ21及び
22を備えたこの発明の別の実施例が示されている。左の
スピーカ21は左側パネル23Lに近接したウーフア22Lを備
えている。同様に右スピーカ22は右側パネル23Rに近接
したウーフア22Rを備えている。左のスピーカ21は、ウ
ーフア22Lの左半部を覆うように配置され且つその軸が
スピーカ21と22との間の中心線と交わるような角度にさ
れたツイータ24Lを備えている。右のスピーカ22は、ウ
ーフア22Rの右半部を覆い且つその軸がスピーカ21と22
との間の中心線と交わつている右のツイータ24Rを備え
ている。それゆえ、ツイータ24L、24Rは共に室中心線の
方へ、典型的には約40゜〜50゜の角度で、向かつてい
る。左のスピーカ21にはこれの右側26Lに近接した穴25L
がある。右のスピーカ22には左側26Rに近接した穴25Rが
ある。このように、スピーカ21及び22は互いの鏡像にな
つている。

第３図に言及すると、左のスピーカ31及び右のスピー
カ32からなるこの発明の別の実施例の斜視図が示されて
いる。左のスピーカ31には空間的に直角に配置された一
対のウーフア32L及び33Lがあつて、左のウーフア32Lは
前方に面し且つ左のウーフア33Lは右の方に面してい
る。同様に右のスピーカ32には二つのウーフア32R及び3
3Rがあつて、ウーフア32Rは前方に面し且つウーフア33R
は左の方に面している。

左のスピーカ31にはウーフア32Lの前方に一対の角度
を持つて配置されたツイータ34L及び35Lがある。同様に
右のスピーカ32にはウーフア32Rの前方に一対のツイー
タ34R及び35Rがある。ウーファ32L及び33Lはウーフア32
R及び33Rと同様に同相に駆動される。ツイータ34L及び3
5Lはツイータ34R及び35Rと同様に逆位相に駆動される。

第４図に言及すると、左のスピーカ41及び右のスピー
カ42からなつていて、各スピーカにはそれぞれ単一のウ
ーフア43L及び43Rとツイータ44L及び44Rとがあつて、こ
れらがすべてそれぞれのスピーカの前後軸から約40゜〜
50゜の角度に配置されている、この発明の別の実施例が
示されている。ツイータは、比較的広い周波数帯域幅に
わたつて一層指向性を有するので、周波数に整合したロ
ーブ特性を達成するためにウーフアよりも幾分小さい角
度に配置されている。ツイータは又キヤビネツトの中央
面からわずかに外れていて、そうでない場合にキヤビネ
ツトの境界線に対するツイータの対照的配置によつて引
き起こされる周波数応答収差を防止している。この発明
のすべての実施例においては、以下で論述されるスペク
トル成分の空間分布に従つてツイータへの分割（クロス
オーバ）領域より実質上上のスペクトル成分及びウーフ
アへの分割領域より実質上下のスペクトル成分を持つた
エネルギーを適当なクロスオーバ回路網が供給する。分
割領域におけるそれらのスペクトル成分、すなわちウー
フア及びツイータが同程度のエネルギーを放射している
それらの周波数に対しては、所望の交差放射パターンに
沿つてそれらのスペクトル成分を導くクロスオーバ素子
が選ばれる。

この発明は次の幾つかの技法の組合せにより所望の放
射パターンを達成する。

1.波長が変換器の直径と同程度であるか又はこれより小
さい周波数に対しては、変換器はその中心軸に沿つて最
大の音響エネルギーを発生する。それゆえ、変換器を水
平面におけるそれの軸が所望の方向を向くような角度に
配置することによつて所望の放射パターンが達成され
る。この角度配置は高いツイータ周波数（5kHz以上）に
対してもウーフア（200Hzないし1.5kHz）においても以
下で説明されるように使用される。このパターンは又、
第３図に示されたように同相に配線された相互に近接し
た二つの同一の変換器を配置することによつて達成する
こともできる。これら二つの組合せは同じ位置における
単一の、より大きい変換器に類似した方向性放射パター
ンを持つことになり、その最大音響エネルギーは二つの
変換器の対称軸に沿つて放射され、例えば二つの同一の
変換器が隣接したバフル上で互いに90゜に配置されたと
すれば、最大音響エネルギーは第３図に示されたように
各バフルに対して45゜を形成する軸に沿つて放射される
ことになろう。

2.波長が変換器バフルの寸法と同程度であるか又はこれ
より小さい周波数に対しては、変換器をこれのバフルの
一つの面に配置すればその反対の面の方へより大きい音
響エネルギーが導かれる。

3.2又は３ウエイシステムの分割（クロスオーバ）領域
における周波数に対しては、音響放射は変換器の軸を含
む平面内において複雑な、ローブのあるパターンを持
つ。通常のスピーカにおけるように、２ウエイシステム
のウーフア及びツイータが垂直面内に配置された場合に
は、このローブのあるパターンは望ましくなく、（立つ
ているか又は座つている）聴取者の垂直位置に依存して
スペクトル変化が生じる。同じ水平面内にウーフア及び
ツイータの両方を配置するとその水平面内において類似
のローブ特性を生成することができる。波長距離よりも
大きいウーフア及びツイータの間隔は多重ローブを生成
し、又は接近した間隔は単一ローブのパターンを生成す
る。後者はこの発明において利用される。水平面内にお
けるウーフア及びツイータの適当な配置により、クロス
オーバ素子の適当な選択により、且つ適当なツイータ位
相により、所望の放射パターンが達成される。第１図に
示されたようなウーフア／二重ツイータ・オンアクシス
システムでは、ビームローブはウーフアと同相であるツ
イータの方へ向かい且つ位相外れのツイータから離れる
ように延びる。

4.波長が２ツイータシステムにおけるツイータ間隔と同
程度であるトレブル周波数（すなわち、ツイータによつ
て発生される周波数）に対しては、放射パターンはツイ
ータを互いに位相外れに配線することによつて制御する
ことができる。接近して配置されたツイータに関して
は、これは「８字形」の放射パターンを発生する。この
発明においては、この「８字形」ローブの一つが所望の
軸に沿つて導かれる。

第５図に言及びすると、前述の原理が特定の構造物で
実現される様子を理解するのに役立つ、可聴周波数スペ
クトルの図式表示の下に種種のウーフア及びツイータ構
造物の図式表示を施したものが示されている。市販で入
手可能なBOSE4.2、6.2、8.2及び10.2ステレオスピーカ
システムにより種種の組合せのウーフア及びツイータ構
造物が実現されており、これらの構造部はこれが放射す
る図示のような特定の周波数範囲に応答する丸で包囲さ
れた文字Ａ〜Ｊと関係している。これらの丸囲み文字は
それぞれ、実質上上部の周波数目盛における対応する文
字のある領域によつて指示された周波数範囲にわたり関
連の矢印によつて指示された方向に沿つてローブを与え
るための構造物の図式表示と関連している。この情報は
表にして次のように記述することができる。

特に第５図について述べると、各図式表示は左のスピ
ーカシステムの駆動器のものである。対応する右のスピ
ーカシステムの駆動器は第５図の図式表示の鏡像になる
であろう。第３図に示された直角配置の二つのウーフ
ア、又は第４図の単一の角度配置のウーフアは、約200H
zから約1000Hzまでの周波数範囲にわたつて内方へ傾斜
した所望のローブを与える。なお、この周波数範囲がほ
ぼ特許請求の範囲に記載される第１の所定周波数範囲に
対応する。非対称に配置された、第１図及び第２図に示
されたような単一のウーフアは、約600Hzないし1000Hz
の周波数範囲にわたつて内方に向いたローブを与える。
逆相に駆動された二つの角度配置のツイータは、これら
が面している、外側のツイータと逆相のウーフアと共働
して、第１図及び第３図に示された実施例のように、約
1000Hzから3000Hzまでの周波数範囲にわたつて内方へ向
いたローブを与える。なお、この周波数範囲がほぼ特許
請求の範囲に記載される第２の所定周波数範囲に対応す
る。第２図及び第４図の内方へ向いた非対称配置のツイ
ータはこれのウーフアと共働して、約1000から約3000Hz
までの周波数範囲にわたつて内方へ向いたローブを与え
る。第１図及び第３図に示された逆相に駆動された一対
の角度配置のツイータは共働して、約3000Hzから約7000
Hzまでの周波数範囲にわたつて内方へ向いたローブを与
える。なお、この周波数範囲がほぼ特許請求の範囲に記
載される第３の所定周波数範囲に対応する。第２図及び
第４図に示された単一の内方へ向いたツイータは約3000
Hzから約7000Hzまでの周波数範囲にわたつて内方へ向い
たローブを与える。最後に、第２図及び第４図の単一の
ツイータ並びに第１図及び第３図のシステムの内側のツ
イータは7000Hzを越えた周波数範囲において所望の内方
へ向いたローブを与える。なお、この周波数範囲がほぼ
特許請求の範囲に記載される第４の所定周波数範囲に対
応する。

第６図について述べると、第１図に示されたように一
対のツイータと単一のウーフアを備えたこの発明による
特定のシステムの概略的回路図が示されている。信号入
力端子51は、大電流の存在する場合には開路して保護の
ためにシステムと直列に電流依存性可変抵抗52を配置す
る平常時閉路形熱遮断器53により分路された電流依存性
抵抗52を通してウーフア15の＋端子に接続されている。
ウーフア15の正端子はコンデンサ54、電流依存性抵抗55
及び抵抗56を通して内側ツイータ17の正端子に結合され
ている。内側ツイータ17は図示のように逆相で外側ツイ
ータ18と直列に接続されている。コンデンサ57は外側ツ
イータ18を分路して、内側ツイータ17が7000Hzを越えた
周波数範囲での放射を与えることを可能にしている。抵
抗56並びにツイータ17及び18の直列組合せは中Ｑインダ
クタ58によつて分路されている。この回路構成は第2,3
及び４図のシステムに対しても同様である。

比較的複雑でなく製作が比較的容易且つ安価である装
置により直接放射式スピーカで広い聴取領域にわたつて
改善された空間知覚を与えるための新規な装置及び技術
を説明してきた。当業者がこの発明の概念から外れるこ
となくここに説明された特定の実施例についての多くの
使用例、変更例及び展開例を今や作り得ることは明白で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に従つてそれぞれが一つのウーフア及
び二つのツイータを備えた一対のスピーカシステムの斜
視図である。 第２図はこの発明に従つてそれぞれが一つのウーフア及
び開放背面形ツイータを備えた一対のスピーカの斜視図
である。 第３図はこの発明に従つてそれぞれが一対のウーフア及
び一対のツイータを備えた一対のスピーカの斜視図であ
る。 第４図はこの発明に従つてそれぞれが一つのウーフア及
びツイータを備えた一対のスピーカの斜視図である。 第５図は可聴周波数スペクトルの図式表示の下に種種の
ウーフア及びツイータ構造物の図式表示を施したもので
ある。 第６図は第１図のスピーカシステムの概略的回路図であ
る。 これらの図面において、 11,12は左右のスピーカ、15L,15Rは左右のウーフア、16
L,16Rは垂直ツイータ支持部材、17L,17Rは左右のツイー
タ、21,22は左右のスピーカ、22L,22Rはウーフア、24L,
24Rは左右のツイータ、31,32は左右のスピーカ、32L,33
Lは一対のウーフア、32R,33Rは一対のウーフア、34L,35
Lは一対のツイータ、34R,35Rは一対のツイータ、41,442
は左右のスピーカ、43L,43Rはウーフア、44L,44Rはツイ
ータを示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−73624（ＪＰ，Ａ) 実開 昭50−110646（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭60−31157（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】変換構造体自体と受動クロスオーバ回路網
   手段とを備え室内の広範囲の聴取位置にわたって良好な
   ステレオ音像を提供する複雑な電子機器を免れたステレ
   オスピーカシステムにおいて、 左右の直接放射式スピーカシステムであって、それぞれ
   のキャビネットに設けられた各々の直接放射式スピーカ
   システムは対称の通常垂直の軸を有し、各直接放射式ス
   ピーカシステムはバス及び低い方のトレブル周波数範囲
   のスペクトル成分を有する音響エネルギーを放射するた
   めの左右のウーファ手段と、前記バス周波数範囲より上
   のスペクトル成分を有する音響エネルギーを放射する左
   右のツイータ手段とをそれぞれ有する、左右の直接放射
   式スピーカシステムと、 交差した方向に沿い他方のウーファ手段の方へ向いた成
   分を有する低い方のトレブル周波数を含む第１の所定周
   波数範囲内で最大の放射を与えるように前記ウーファ手
   段のそれぞれを取り付ける手段と、 前記第１の所定周波数範囲とは異なるが他方のツイータ
   手段の方へ向いた成分を有する前記低い方のトレブル周
   波数を含む第２の所定周波数範囲内で前記交差した方向
   に沿って最大の放射を与えるように前記ツイータ手段の
   それぞれをこれの軸が関連のウーファ手段と共働する角
   度に向けられた状態で取り付ける手段と、 前記左右のウーファ手段にそれぞれ隣接して前記左右の
   ツイータ手段を取り付ける手段と、 前記左のウーファ手段を前記左のツイータ手段と且つ前
   記右のウーファ手段を前記右のツイータ手段とそれぞれ
   相互結合するための左右の受動クロスオーバ回路網手段
   とを備え、 前記ツイータ手段の各々は角度を付けられた２つのスピ
   ーカ駆動器を備え、 前記クロスオーバ回路網手段の各々が、 前記交差した方向に沿い前記ウーファ手段及び前記ツイ
   ータ手段の他方へ向かう方向に傾けられた前記低い方の
   トレブル周波数における最大の放射を確立するために関
   連のツイータ手段の前記２つのスピーカ駆動器の一方を
   関連のウーファ手段に対して同相に駆動し且つ前記関連
   のツイータ手段の前記２つのスピーカ駆動器の他方を前
   記関連のウーファ手段に対して逆相に駆動する手段を含
   む ステレオスピーカシステム。
2. 【請求項２】前記第１の所定周波数範囲がほぼ250Hzと
   ほぼ1000Hzとの間にあり、且つ前記第２の所定周波数範
   囲がほぼ1000Hzとほぼ3000Hzとの間にある特許請求の範
   囲第１項記載のステレオスピーカシステム。
3. 【請求項３】前記ウーファ手段のそれぞれが、垂直軸の
   周りに空間的に直角に配置された第１及び第２の同相駆
   動式スピーカ駆動器を備える特許請求の範囲第１項記載
   のステレオスピーカシステム。
4. 【請求項４】前記ウーファ手段のそれぞれが、全面バフ
   ルの縁部に非対称に取り付けられたスピーカ駆動器を備
   える特許請求の範囲第１項記載のステレオスピーカシス
   テム。
5. 【請求項５】前記ウーファ手段のそれそれが、他方のウ
   ーファ手段の方へ角度を付けられたバフルに取り付けら
   れたスピーカ駆動器を備える特許請求の範囲第１項記載
   のステレオスピーカシステム。
6. 【請求項６】前記ツイータ手段と前記ウーファ手段とが
   前記キャビネットの対称の垂直軸の周りに非対称に配設
   されている特許請求の範囲第１項記載のステレオスピー
   カシステム。