JPH0479500A - スピーカシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、オーディオ装置のサラウンドスピーカ等に用
いられるスピーカシステムに係り、特に狭指向性のスピ
ーカシステムに関する。

〔従来の技術〕

一般的に、リスニングルーム等の音場空間で、あたかも
大ホール、小ホール等の音響特性に似せた音場感を作り
出す方式として、サラウンド方式が知られている。サラ
ウンド方式では、リスナの前面に配置されるフロントス
ピーカ（左右一対）に加え、反射音を放射するエフェク
トスピーカ（サブスピーカ）が用いられる。

サラウンド方式において、スピーカから音か出ていると
いう、スピーカの存在感はむしろマイナスの効果を生む
ので、できるだけ音源位置、すなわちスピーカの位置が
リスナーに感じられないような工夫が必要である。その
ための手法として、リスニングルーム内におけるリスナ
ーの周囲の壁面に音を反射させてスピーカの存在感を薄
くする方法がある。このような反射音を積極的に放射す
るのに用いられるのがエフェクトスピーカである。

放射音の反射は、１ケ所の壁だけでなく、リスナを囲む
全壁面で反射させる方が効果的である。さらに、反射壁
とエフェクトスピーカとの相対距離が長いほど反射音が
リスナーに到達するまでの時間が長くなり、したがって
エフェクトスピーカが遠くに存在するように感じられる
点で一層効果的である。一方、サラウンドシステムの装
置構成を簡素化するためにはエフェクトスピーカの数が
少ない方が好ましい。

第１１図〜第１７図に、１本のスピーカシステムで構成
した従来のエフェクトスピーカシステムの例を示す。第
１１図の平面図に示すように、音響空間１００内におけ
るリスナー１１２の前方にフロントスピーカ１０１．１
０２が配置され、かつ、リスナー１１２の後方上部にエ
フェクトスピーカ１０３が配置されている。エフェクト
スピーカ１０３の音波放射方向はリスナー１１２の後方
および左右であり、放射された音波は音響空間１００の
内壁面に反射してリスナー１１２の耳に達することにな
る。このように、反射音を用いることで、図示するよう
に、あたかも音響空間１００の外部に虚音源スピーカ１
０４．１０５．１０６が存在するような効果を作り出す
ことができる。第１２図は第１１図の立面図である。

第１２図かられかるように、エフェクトスピーカ１０３
は音響空間１００の天井に懸吊されており、後方から出
た反射音は図示する経路にてリスナー１１２に到達する
。

第１３図に、従来のエフェクトスピーカー０３の例を示
す。このエフェクトスピーカー０３はエンクロージャ１
０７のバッフル面に、外側に低音用スピーカユニット１
０８．１０９を、内側に高音用スピーカユニット１１０
．１１１をそれぞれインライン配置したものである。低
音用スピーカユニット１０８と高音用スピーカユニット
１１０、および低音用スピーカユニット１０９と高音用
スピーカユニット１１１のそれぞれは、第１４図に示す
ように適当な分割周波数（クロスオーバ周波数）ｆ　で
受持ち再生帯域が割当てられている。

低音用スピーカユニット１０８と高音用スピーカユニッ
ト１０９の配置間隔（中心同士）ＤはＤ−λ。　　　　
　　　　　　　　　　　・・・（１）で与えられる。こ
こに、λ　は分割周波数ｆ　のＣ 波長であり、 λ　−１／Ｃ・・・（２） Ｃ：音速 で与えられる。一方、高音用スピーカシステム１１０と
高音用スピーカシステム１１１の配置間隔ｄは ｄ−（Ｄ／４）±５０％　　　　　　・・・（３）で与
えられる。

以上のエフェクトスピーカー０３によれば、第１３図に
示すθ方向（水平方向）に狭い指向性がもたされる。但
し、このθ方向に直交する方向、すなわち垂直方向は、
各低音用スピーカシステム１０８〜高音用スピーカシス
テム１１０がもつユニット自体の指向性で決定されるの
で、特に、無指向性でもなければ狭指向性でもない。こ
のようにθ方向に狭指向性をもたされたエフェクトスピ
ーカー０３の指向特性を第１５図に示す。この第１５図
かられかるように、θ−０’　　（軸上音圧レベル）は
フラットな特性を示し、θ＝６０゜θ−９０°になるに
従って音圧レベルが低下する。

第１６図はシミュレーションによるスピーカシステムの
構成、第１７図はそのシミュレーション結果である指向
特性を示す。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来のエフェクトスピーカ１０３が有する問題点は
、第１にサラウンド効果を有効に発揮させるために必要
な指向性が充分でない点、第２にスピーカシステムとし
ての外形が大きい点である。

すなわち、上記の第１点について、エフェクトスピーカ
システムとして本来あるべき基本性能は、水平方向３６
０°に無指向性であり、かっ、垂直方向（鉛直方向）に
狭指向性であることが望ましい。この条件にてスピーカ
の存在感の希薄化および反射波の有効な放射を満たして
サラウンド感を向上しつる。しかし、上記した従来のエ
フェクトスピーカ１０３では、水平方向に狭指向性で垂
直方向は通常のスピーカと同等であり、上記基本性能に
対して充分てはない。

第２点は、一般家庭を想定した場合の天井の高さとの関
係および通常要求される小型化との関係から生じる問題
である。一般に、天井高さは２．３〜２．５ｍ程度であ
り、第１２図に示すように、エフェクトスピーカシステ
ムを天井から吊り下げる配置の場合、エフェクトスピー
カシステムは極力小さい方が望ましい。しかし、良好な
サラウンド感を得るためには、低音域まで周波数特性を
伸ばし、かっ狭指向性とする必要がある。低音域まで狭
指向性を得るためには、前記（１）、（２）式に示され
るように、分割周波数ｆ　を下げることか必要となる。

分割周波数ｆ　を下げるに とは、低音用スピーカー０８と低音用スピーカ１０９の
配置間隔りを広くとることを意味し、したがって必然的
にエンクロージャ１の外形寸法が大きくなることになる
。

本発明の目的は、実用上充分な指向性を確保し、小形化
か可能なスピーカシステムを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、請求項１に記載の第１の発
明は、所定の分割周波数でそれぞれ再生周波数帯域が割
当てられた一組の低音用スピーカユニットおよび高音用
スピーカユニットを支持体に取付け、前記支持体の前記
各スピーカユニットの配列方向における高音用スピーカ
ユニット側位置に前記各スピーカユニットの音響放射方
向前方に延在する反射板を設けたものである。

請求項５に記載の第２の発明は所定の分割周波数でそれ
ぞれ再生周波数帯域が割当てられた一組の低音用スピー
カユニットおよび高音用スピーカユニットを有し、前記
低音用スピーカユニットの音響放射方向前方位置に当該
低音用スピーカユニットの振動板に対面し、かつ当該低
音用スピーカユニットの振動板との間に前記分割周波数
の波長の約１／２の長さの間隔を置いて反射板を配置し
、この反射板と前記低音用スピーカユニットとの間に前
記低音用スピーカユニットと同一の向きで前記高音用ス
ピーカユニットを配置したものである。

〔作用１ 請求項１に記載の第１の発明によれば、低音用スピーカ
ユニットおよび高音用スピーカユニットの配列方向にお
ける高音用スピーカユニット側位置に低音用スピーカユ
ニットおよび高音用スピーカユニットの音響放射方向前
方に反射板を延在させたことにより、鏡像原理によって
反射板を境に低音用スピーカユニットおよび高音用スピ
ーカユニットの対象位置に虚音源が存在するのと等価に
作用し、狭指向性をもったスピーカシステムを提供しう
る。

請求項５に記載の第２の発明によれば、低音用スピーカ
ユニットおよび高音用スピーカユニットの音響放射方向
前方に低音用スピーカユニットの振動板に対面して反射
板を配置したことにより水平方向３６０°の無指向性で
、垂直方向に狭指向性のスピーカシステムを提供しつる
。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１実施例 第１図〜第７図に請求項↑記載の発明に係る実施例（以
下、第１実施例とする）を示す。

第１図において、適当な容積を有するエンクロージャ１
のバッフル面には低音用スピーカユニット２および高音
用スピーカユニット３がその中心軸が同一線に位置する
ようインライン配置されている。エンクロージャ１にお
ける低音用スピーカユニット２および高音用スピーカユ
ニット３の配列方向の高音用スピーカユニット３側端部
には、低音用スピーカユニット２、高音用スピーカユニ
ット３の音響放射方向前方に延在する反射板６が突設さ
れている。低音用スピーカユニット２はその中心軸が反
射板６との間でＤ／２の距離を保ち、かつ、高音用スピ
ーカユニット３はその中心軸が反射板６との間でｄ／２
の距離を保つようそれぞれ配置されている。反射板６は
、通常、方形とするが、円板等を用いることもできる。

但し、反射板６の一辺の長さしは分割周波数ｆ　の波長
λ。

の２倍径度以上あれば、第１３図に示すエフェクトスピ
ーカー０３と同程度の特性を得ることが実験的に確認さ
れている（第２図〜第５図参照）。

この反射板６の長さＬは、反射板６として円板を用いた
場合、その直径が上記した２λ　の長さとなる。

このように、第１３図に示すエフェクトスピーカ１０３
のスピーカ配置の対称性に着目し、その中心線位置に反
射板６を設けたことにより、必要な狭指向性をエフェク
トスピーカー０３に対して１／２の大きさ、かつ、１／
２のスピーカユニットの数で実現することができる。つ
まり、反射板６の存在により、この反射板６を中心とし
て低音用スピーカユニット２、高音用スピーカユニット
３の対称位置に、鏡像原理により仮想低音用スピーカユ
ニット４および仮想高音用スピーカユニット５が存在す
るのと等価な作用を行わしめることが可能となる。

第２図は、反射板６を４００ｍｍＸ６００＋ｎｍの犬き
さの方形板とした場合のスピーカシステムの斜視図を示
し、第３図はその場合のシミュレーション結果の周波数
特性を示す。第３図かられかるように、反射板６の延在
方向を軸上０°とした場合からθ（水平）方向の角度を
順次変化させて観測した場合、高音域での音圧レベルの
低下がみられる。このことは、θ方向に狭指向性もつこ
とを意味する。

第４図は反射板６を１０００＋ｎｍＸ１０００ｍｍの大
きさの方形板とした場合のスピーカシステムの斜視図を
示し、第５図はその場合のシミュレーション結果の周波
数特性を示す。第５図かられかるように、反射板６の面
積を増加したことで指向性の変化帯域が低音域に移行す
る。同様にして反射板６の延在方向を軸上０°とした場
合に、θ方向の角度を順次変化させて観測した場合、中
音域から高音域での音圧レベルの低下が顕著である。す
なわち、反射板６の面積の増大によって指向性が影響す
る帯域が低音側に移り、かつ、θ方向に狭指向性をもつ
ことを意味する。

以上のスピーカシステムをテレビジョン装置のスピーカ
システムとして用いた場合の例を第６図（正面図）、第
７図（側面断面図）に示す。第６図に示すように、スピ
ーカシステム８はその反射板６を表側にした状態、つま
り、低音用スピーカユニット２、高音用スピーカユニッ
ト３が反射板６の背部に位置するように取付けられてい
る。スピーカシステム８は、より詳しくは第７図に示す
ように、前方に回動を伴なって引出し可能に取付けられ
ている。キャビネット１１は、テレビジョン装置７の置
台も兼ねており、その前後方向中間部には当該キャビネ
ット１１内を前後に仕切る形でホーン状のバッフル板が
設けられている。このバッフル板にはその後方側の空間
をパックキャビティとする超低音用スピーカユニット１
０が取付けられている。さらに、バッフル板で仕切られ
たキャビネット１１の前方側の空間内に本実施例に係る
スピーカシステムが回動可能に取付けられている。

スピーカシステムは、第７図に示すように、反射板６を
最も前面側に位置させ、その背面側にエンクロージャ１
を設け、低音用スピーカユニット２、高音用スピーカユ
ニット３の配列方向がキャビネット１１の前後方向に沿
うように取付けられている。低音用スピーカユニット２
、高音用スピーカユニット３の上面（音波の放射方向）
にはフィルタ１２が取付けられている。フィルタ１２は
低音用スピーカユニット２、高音用スピーカユニット３
の指向性を当該低音用スピーカユニット２、高音用スピ
ーカユニット３の配列方向に沿う方向においてさらに狭
指向性とするための補助部材であり、テレビジョン装置
７の画面に向かって左右の方向の指向性には影響しない
。

以上の構成において、スピーカシステムの不使用時には
、第７図に破線で示すように、スピーカシステムはキャ
ビネット１１内に収納される。使用に際しては実線で示
すように、前方に引出すことにより所定回動位置にてロ
ックされ、そのとき音響放射方向がテレビジョン装置７
の前面に配置されたガラス板９に向かう方向にセットさ
れる。

この状態で低音用スピーカユニット２、高音用スピーカ
ユニット３を駆動すると、再生音はガラス板９で反射さ
れ、聴視者に到達する。このような使い方においても、
鏡像原理により反射板６の対称位置に虚音源が存在し、
狭指向性を得ることができる。

以上の説明では、反射板６を単体で設けることとしたが
、第４図、第５図からもわかるように、指向性・および
指向性に影響する周波数帯域は反射板６の一辺の長さ（
または面積）に依存するのて、板ではな（音響空間の内
壁を利用することも可能である。

第２実施例 第８図〜第１０図に、請求項５記載の発明に係る実施例
（以下、第２実施例）を示す。この実施例の特徴は、上
記第１実施例において反射板６が低音用スピーカユニッ
ト２、高音用スピーカユニット３の側方において音響放
射方向に延在されているのに対し、反射板１９を低音用
スピーカユニット１３の音響放射方向に垂直な方向、す
なわち振動板に対面する方向に配置した点にある。

まず、サラウンド用スピーカシステムの基本性能として
は、水平方向３６０°に無指向性で垂直方向に狭指向性
であることが望ましい（第１１図、第１２図参照）。そ
のためには、第８図に示すように、低音用スピーカユニ
ット１３、高音用スピーカユニット１４、低音用スピー
カユニット１５、高音用スピーカユニット１６を中心軸
ｘ−ｘ’上に垂直に重ね、それぞれを中心面（水平面）
Ａに対して対称に配置する。しかしながら、サラウンド
エフエツト用スピーカシステムを天井から吊下げて設置
する場合、スピーカシステムの高さが問題となる。そこ
で、第８図に示すスピーカユニットの配置の対称性およ
び鏡像原理を活用することによりスピーカシステムを１
／２の高さ、かつ１／２のユニット数とすることができ
る。そのような点を考慮した実施例を第９図に示す。

第９図に示すように、垂直面１８には低音用スピーカユ
ニット１３が取付けられており、低音用スピーカユニッ
ト１３の背部は低音用キャビティ２０により必要な容積
を確保して覆われている。

低音用スピーカユニット１３の音響放射方向前方（図面
上は上方）にＤ／２の間隔を置いて低音用スピーカユニ
ット１３の振動板に対面する位置（垂直面１８に平行）
に反射板１９が配置されている。Ｄは前記（１）式に示
す大きさである。反射板１９と低音用スピーカユニット
１３との間には高音用キャビティ２１により背部が覆わ
れた高音用スピーカユニット１４が中心軸Ｘ−Ｘ′に沿
って同軸で取付けられている。高音用スピーカユニット
１４は支柱２２により垂直面１８上に支持されている。

高音用キャビティ２１は低音用スピーカユニット１３か
ら放射される音波の音響抵抗を考慮して外面形状を図示
するように略球形ないしは曲面とするのが好ましい。支
柱２２は同上の音響抵抗を考慮して障害物とならないよ
う適当な本数とするのが好ましい。高音用スピーカユニ
ット１４の音響放射面と反射板１９との間隔はｄ／２で
あり、ｄは前記（３）式に示す大きさである。さらに、
垂直面１８と反射板１９との間には、リング状を有する
複数枚のフィルタ２３が互に間隔を置いて配置されてい
る。フィルタ２３は例えば、グラスウー゛ルフエルト等
の吸音性の高い材質を使用し、垂直方向（Ｘ　−Ｘ’力
方向の音響抵抗を増加させ、当該垂直方向で高音域の指
向性をさらに狭めるためのものである。

以上の構成により、第９図に示すスピーカシステムは水
平面３６０°に無指向性で垂直方向に狭指向の特性をも
っことができる。このことに加えて、第８図に示すよう
な対称性反射板１９の介在および鏡像原理により、２組
一対の低音用スピーカユニット１３、高音用スピーカユ
ニット１４と低音用スピーカユニット１５、高音用スピ
ーカユニット１６の一方を省略することができ、外形寸
法（特に高さ）を１／２とし、ユニット数を１／２とす
ることができる。但し、このようにいずれか一方の組を
省略するためには、反射板１９が完全反射面であること
が好ましく、そのためには、反射板１９の一辺の長さ（
または直径）が分割周波数ｆ　の波長の倍（２λ　）に
相当する程Ｃ 度であれば実用上問題のないことが確認されており、さ
らに進んで音響空間１００の天井面を利用することが可
能である。なお、実験によれば、狭指向性を示す面（垂
直面、第８図参照）での最大音圧レベルの軸は、反射板
１９に平行ではなく、やや低音用スピーカユニット１３
側（下側）に傾いた方向であった。この傾き角は、反射
板１９の大きさに関係し、大きいほど浅い角（すなわち
、反射板１９に平行に近く）なる。実用的な反射板の大
きさである一辺５０ｃｍ〜１００ｃｍ程度の場合、伏角
で１５°〜３０°程度であることが確認されている。

このように、本実施例によれば、水平方向３６０°の無
指向性で垂直方向狭指向性のサラウンドスピーカシステ
ムを１／２の大きさ、１／２のユニット数で実現するこ
とができる。

第１０図に上記第２実施例のスピーカシステムの使用例
を示す。すなわち、リスニングルームの天井面２４に反
射板１９を沿わせ、かつ、音波の放射面に側壁面が面す
るように固定する。このように配置することで、鏡像原
理により天井面の上方に虚音源スピーカユニット１３Ａ
が存在し、かつ、水平方向に虚音源スピーカユニット２
６が存在するのと等価な状態となり、良好な狭指向性と
ともに良好な反射音を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上の通り、請求項１記載の発明によれば、垂直方向に
狭指向性をもち、サラウンドスピーカシステムに適した
スピーカシステムを小形化することができる。

また、請求項５記載の発明によれば、水平方向３６０°
に無指向性で垂直方向に狭指向性の特性をもち、サラウ
ンドスピーカシステムに適したスピーカシステムを小形
化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す断面図、第２図は第
１実施例のスピーカシステムの一例を示す斜視図、 第３図は第２図のスピーカシステムの周波数特性を示す
特性図、 第４図は第１実施例のスピーカシステムの他の例を示す
斜視図、 第５図は第４図のスピーカシステムの周波数特性を示す
特性図、 第６図は本発明のテレビジョン装置への応用例を示す正
面図、 第７図は第６図の側面断面図、 第８図は本発明の第２実施例のスピーカシステムの原理
構成を示す斜視図、 第９図は第２実施例を示す縦断面図、 第１０図は第２実施例の作用説明図、 第１１図は一般的なサラウンドスピーカシステムの配置
例を示す平面図、 第１２図は第１１図の立面図、 第１３図は従来のサラウンドスピーカシステムの例を示
す構成図、 第１４図は第１３図のスピーカシステムの周波数分割特
性図、 第１５図は第１３図のスピーカシステムの指向性を示す
特性図、 第１６図は従来のサラウンドスピーカシステムの例を示
す斜視図、 第１７図は第１６図のスピーカシステムの指向性を示す
特性図である。 １８・・・垂直面 １９・・・反射板 ２０・・・低音用キャビティ ２１・・・高音用キャビティ ２２・・・支柱 ２３・・・フィルタ ２４・・・天井面 ２５・・・側壁面 ２６・・・虚音源スピーカ １００・・・音響空間 １０１・・・フロントスピーカ １０２・・・スロントスピー力 １０３・・・エフェクトスピーカ １０４・・・虚音源スピーカ １０５・・・虚音源スピーカ １０６・・・虚音源スピーカ １０７・・・エンクロージャ １０８・・・低音用スピーカユニット １０９・・・低音用スピーカユニット １１０・・・高音用スピーカユニット １・・・エンクロージャ ２・・・低音用スピーカユニット ３・・・高音用スピーカユニット ４・・・仮想低音用スピーカユニット ５・・・仮想高音用スピーカユニット ６・・・反射板 ６Ａ・・・反射板 ６Ｂ・・・反射板 ７・・・テレビジョン装置 ８・・・スピーカシステム ９・・・ガラス板 １０・・・超低音用スピーカユニット １１・・・キャビネット １２・・・フィルタ １３・・・低音用スピーカユニット １４Ａ・・・虚音源スピーカユニット １４・・・高音用スピーカユニット １５・・・低音用スピーカユニット １６・・・高音用スピーカユニット １７・・・水平面 １１１・・・高音用スピーカユニット １１２・・・リスナー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．所定の分割周波数でそれぞれ再生周波数帯域が割当
   てられた一組の低音用スピーカユニットおよび高音用ス
   ピーカユニットを支持体に取付け、前記支持体の前記各
   スピーカユニットの配列方向における高音用スピーカユ
   ニット側位置に前記各スピーカユニットの音響放射方向
   前方に延在する反射板を設けたことを特徴とするスピー
   カシステム。 ２．請求項１記載のスピーカシステムにおいて、前記反
   射板は、前記支持体における前記低音用スピーカユニッ
   トの中心から前記分割周波数の波長の約１／２の長さ位
   置に設けたことを特徴とするスピーカシステム。 ３．請求項１または２記載のスピーカシステムにおいて
   、前記反射板は、一辺の長さまたは直径が前記分割周波
   数の２倍以上の長さを有することを特徴とするスピーカ
   システム。４．請求項１、２または３記載のスピーカシ
   ステムにおいて、前記支持体は、前記低音用スピーカユ
   ニットの背部空間を覆うエンクロージャであることを特
   徴とするスピーカシステム。 ５．所定の分割周波数でそれぞれ再生周波数帯域が割当
   てられた一組の低音用スピーカユニットおよび高音用ス
   ピーカユニットを有し、前記低音用スピーカユニットの
   音響放射方向前方位置に当該低音用スピーカユニットの
   振動板に対面し、かつ当該低音用スピーカユニットの振
   動板との間に前記分割周波数の波長の約１／２の長さの
   間隔を置いて反射板を配置し、この反射板と前記低音用
   スピーカユニットとの間に前記低音用スピーカユニット
   と同一の向きで前記高音用スピーカユニットを配置した
   ことを特徴とするスピーカシステム。 ６．請求項５記載のスピーカシステムにおいて、前記低
   音用スピーカユニットおよび高音用スピーカユニットの
   それぞれは互に独立したバックキャビティを有するエン
   クロージャに取付けられていることを特徴とするスピー
   カシステム。 ７．請求項６記載のスピーカシステムにおいて、前記高
   音用スピーカユニットのエンクロージャは外表面が球面
   状に形成されていることを特徴とするスピーカシステム
   。 ８．請求項５、６または７記載のスピーカシステムにお
   いて、前記低音用スピーカユニットの支持体と反射板と
   の間の空間には高域周波数の音波を減衰させる高域音響
   フィルタが介在されていることを特徴とするスピーカシ
   ステム。