JP2007028563A

JP2007028563A - 無指向性スピーカシステム

Info

Publication number: JP2007028563A
Application number: JP2005234979A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Matsutomo; 仁志松友
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-07-16
Filing date: 2005-07-16
Publication date: 2007-02-01

Abstract

【課題】ステレオ再生において、より自然な再生音と音場感を得るため、空間音源に近い発音構造を持つスピーカシステムを提供する。
【解決手段】複数のスピーカユニット１の音源部分を垂直軸２が貫くように、かつスピーカユニット１の音軸方向が垂直軸２を中心として放射状になるようにスピーカユニット１を配置する。このとき複数のスピーカユニット１は、スピーカユニット１同士が重ならないようにするために垂直軸２の軸上を上下にずらして配置する。これにより垂直軸２が仮想音源となり、容積を持つキャビネットが音源の中心部分に存在しないという構造的特徴を持つシステムが実現できる。その結果、見かけ上音源部分に体積を持たない疑似空間音源が形成される。このとき、スピーカユニット１の音軸方向を垂直軸２に対して９０度に設置した場合は水平方向に対して広い指向性を持つシステムが実現できる。
【選択図】図１

Description

この発明は、自然なステレオ再生音が得られるようなスピーカユニットの配列と構造を持った無指向性スピーカシステムに関するものである。

技術背景

ステレオ再生において、より自然な再生音を得るためのスピーカシステムとしては、広い指向性と再生周波数特性をもち、音源は体積のない点音源（空間音源）とするのが理想とされている。
これに近づけるために、従来から多角柱や多面体、球体に複数のスピーカユニットを取り付けた無指向性スピーカシステムや、スピーカユニットの前面に音を拡散させるためのディフェーザを付けた無指向性スピーカシステム、ホーンの形状を工夫することによって音を拡散させる無指向性スピーカシステムなどがあった。

これらには、次のような欠点があった。
（イ）ひとつの多角柱や多面体、球体に複数のスピーカユニットを取り付けるため、キャビネットは一定以上の大きさが必要となり、音源が大きくなることによって音像の輪郭がぼやけるといった不都合が起きていた。
（ロ）これを解決するためにキャビネットを小さくしようとすれば、キャビネットの内容積が減り低音域の再生が難しくなるため、キャビネットの小型化と低音域の再生能力の両立がむずかしかった。
（ハ）ディフェーザを付けた無指向性スピーカシステムでは、音は一度ディフェーザで反射したものとなるため、反射時に音波が干渉して劣化したり、使用するディフェーザの反射特性によっては音が変わってしまうという不都合が起きていた。
（ニ）ホーンを利用するタイプのシステムでは、ホーン開口部を水平方向に３６０度配置するタイプが一般的だが、ホーンの特性上、ホーン部分を小さくしようとすると，再生可能な周波数帯域が高音部に偏ってしまうため、中低域まで良好に再生しようとするとホーンが大型になり、構造上音源の小型化が難しかった。
（ホ）また、（イ）（ロ）（ハ）（ニ）のいずれの方法でも、音源の中心部分にはキャビネットやディフェーザ、ホーンといった、容積や体積を伴った構造物が存在し、再生時にはそれら構造物から音が発生しているように聴こえるため、空間が音を出しているような空間音源の再現がむずかしかった。
本発明はこれらの欠点を除くためになされたものである。

（イ）複数のスピーカユニット（１）を用い、その音源部分を垂直軸（２）が貫くように、また垂直軸（２）を中心とする円弧上に均等に等角度で配置することによって、この垂直軸（２）自体が見かけ上体積を持たない仮想の音源を形成するような構造にする。これにより音源の無体積化が図れ、空間音源に近い発音構造が得られる。
（ロ）各スピーカユニット（１）の背部には、その背面から発生する音波を整流し音波の乱れや減衰を最小限におさえる働きと、背面から発生する音波が他のスピーカユニットに干渉するのを軽減する働きを持つ第一キャビネット（４）を設ける。
（ハ）第一キャビネット（４）の後には、低音域の再生に必要な容積を提供し広い再生音域の確保を図るための第二キャビネット（５）を設ける。

見かけ上の音源の体積がなくなる事によって、空間自体が鳴っているような自然な音の響きを得る事ができる。
また、複数のスピーカユニット（１）を使用する事によって広い指向性を確保できるため、ステレオ再生に必要な音場感が向上する。
さらに、スピーカユニット（１）の音源位置は全て垂直軸（２）上に配置されており、水平方向に関しては音源の大きさがスピーカユニット（１）の幅を超える事はない。この事により、音像定位にすぐれた再生音が得られる。これは人の耳が垂直方向より水平方向の音源の分散に敏感な性質を持ち、音源の幅が小さいほど明確な音像定位が得られるためである。
この事は、スピーカユニット（１）の音軸が水平になるように設置した場合でも、スピーカユニット（１）の音軸に仰角あるいは俯角を持たせて設置した場合でも同じである。
第一キャビネット（４）は、その形状と構造から、スピーカユニット（１）の背面から発生した音波を整流し減衰なく第二キャビネット（５）まで導く働きと、複数のスピーカユニット（１）の背面から発生した音波同士が直接干渉するのを軽減する働きがあり、その結果、濁りの少ない背面音波が得られる。
これにより、バスレフ方式やドロンコーン方式、バックローディング方式など背面音波も再生音の質に影響を与えやすいタイプのキャビネット形式を使用する場合、総合的な音質の向上が望める。
また、スピーカユニット（１）の前面から発生した音波に対しては、第一キャビネット（４）のスピーカユニット（１）を取り付ける部分の断面積を最小にする事や、回折促進用リング（９）を設置するなどの工夫により、音波の回折効果を妨げず、より良好な指向性を得ることができる。
さらに、内容積やキャビネット形式が自由に設定できる第二キャビネット（５）に接続されているため、実用上必要な低音域の再生能力も確保しやすい。
この結果、音像定位が明確で再生音域が広く、自然な音場感を持つ再生音を得る事ができる。

（イ）複数のスピーカユニット（１）を垂直軸（２）を中心とした円弧上に均等に等角度（例えばスピーカユニット（１）の数が３台なら１２０度、４台なら９０度の角度）で放射状に配置する。（図７）（図１０）
なお、スピーカシステムの用途により、システムの指向性を調節したい場合は、スピーカユニット（１）の配置角度を不均衡なものに設定してもよい。
（ロ）このとき各スピーカユニット（１）の音源位置を垂直軸（２）が縦に貫くように配置する。なお、スピーカユニット（１）の音源位置とは、ダイナミック型スピーカであればコーン紙あるいはボイスコイル部分、その他の駆動方式の場合は、音波が発生する部分において最も駆動箇所に近い部分を目安とし、最終的にはヒアリングにて調整するのが望ましい。（図７）（図１０）
（ハ）なお、複数のスピーカユニット（１）を（イ）（ロ）のように同一平面上に配置しようとするとスピーカユニット（１）同士が重なってしまうため、これを避けるために各スピーカユニット（１）は垂直方向にずらして（通常は等間隔にずらして）配置する。（図５）（図６）（図８）（図９）
（ニ）また、スピーカユニット（１）の配置は、その音軸方向が垂直軸（２）に対して９０度になる（つまり水平になる）ように行うのが基本であるが、上下方向にも広い指向性を持たせたい場合などには（イ）（ロ）（ハ）の条件を満たしていれば、スピーカユニット（１）の音軸方向に仰角あるいは俯角を持たせてもよい。
（ホ）配置したスピーカユニット（１）は全て同一種類、同一仕様のものを使用し、同位相、同音圧で同じ動作をさせる。
（ヘ）ただし（図３）のようにマルチウェイ方式で行う場合は、中高音用スピーカユニット（１１）同士は同位相、同音圧で同じ動作をさせるが、低音用スピーカユニット（１２）は実際に試聴してみて位相、音圧を調整するのが望ましい。
（ト）各スピーカユニット（１）の背面には第一キャビネット（４）を備える。
第一キャビネット（４）は、円筒もしくは円錐形を基本とし、特にスピーカユニット（１）を取り付ける部分においては、その断面積が設定可能な最小になるようにする事により、音波の回折効果を促し、より広い指向性を得る事ができる。
このとき、断面が半円形などの回折促進用リング（９）をスピーカユニット（１）の振動板の周りに設置し、第一キャビネット（４）と滑らかにつなぐ様にするなどの工夫をすると、前面音波の回折効果をさらにスムースにすることができる。（図１１）
（チ）第一キャビネット（４）の内部は、その形状が円筒管であれば緩やかなテーパーが付くようにし、第一キャビネット（４）が特定の周波数で共振を起こさないようにするとともに、徐々にその断面積を大きくする事によって音波の減衰を防ぐようにする。
このとき、背面音波の整流効果を高めるために、砲弾型などの整流体（３）をスピーカユニット（１）のマグネットの背面に直接設置する、あるいは第一キャビネット（４）内に支持体（８）によって支持するかたちで設置してもよい。（図１１）
（リ）また、第一キャビネット（４）に、テーパーを持たない直管部分（１３）が必要な場合には、この部分で不要な共振が発生するのを防ぐために、砲弾型などの整流体（３）をスピーカユニット（１）のマグネットの背面に直接設置する、あるいは第一キャビネット（４）内に支持体（８）によって支持するかたちで設置すると効果がある。（図１１）
（ヌ）第一キャビネット（４）全体の形状は、各スピーカユニット（１）の前面から発生する音波の進行をなるべく妨げないような取り回しを考え、必要であれば途中で折り曲げたり、カーブを描くような形状とする。（図１）（図２）（図３）（図４）
（ル）第一キャビネット（４）の後端には、第二キャビネット（５）が接続される。第二キャビネット（５）は、低音域の再生能力を確保するための容積を提供し、密閉型、バスレフ型、ドロンコーン型、バックローディングホーン型など、従来のキャビネット形式を利用することができる。（図１）（図２）（図３）（図４）

（図１）はスピーカユニット（１）を３台使用し、第二キャビネット（５）にはバスレフ方式を利用する実施例である。
バスレフダクト（７）の開口部は、その中心部を垂直軸（２）が貫くような配置にする事により、音源の拡散を防ぎ、音像定位が向上する効果が期待できる。

（図２）はスピーカユニット（１）を３台使用し、第二キャビネット（５）にはドロンコーン方式を利用する実施例である。
ドロンコーンユニット（１０）は、その中心部を垂直軸（２）が貫くような配置にする事により、音源の拡散を防ぎ、音像定位が向上する効果が期待できる。

（図３）は本スピーカシステムをマルチウェイ方式で構成する場合の一例で、中高音用スピーカユニット（１１）を３台と、低音用スピーカユニット（１２）を１台使用した２ウェイの実施例である。
（図３）では、第二キャビネット（５）を２層に分け、上部を中高音用スピーカユニット（１１）の背圧調整のために利用し、下部を低音用スピーカユニット（１２）の密閉型キャビネットとして利用しているが、使用するユニットの特性にあわせてこれらのキャビネット形式や容積比を変えたり、場合によっては中高音用スピーカユニット（１１）の第一キャビネット（４）と第二キャビネット（５）を完全に分離し、それぞれ独立させて使用するほうが良い場合もある。
また、低音用スピーカユニット（１２）は、その中心部を垂直軸（２）が貫くような配置にする事により、音源の拡散を防ぎ、音像定位が向上する効果が期待できる。

（図４）はスピーカユニット（１）を４台使用し、第二キャビネット（５）にはバスレフ方式を利用する実施例である。
このほか、（０００８）（０００９）のように、キャビネット形式ではドロンコーン型や密閉型方式などの他、バックローディングホーン方式を利用したり、スピーカユニット部分ではマルチウェイ型などのバリエーションも可能である。
バスレフダクト（７）の開口部は、その中心部を垂直軸（２）が貫くような配置にする事により、音源の拡散を防ぎ、音像定位が向上する効果が期待できる。

スピーカユニット（１）を３台使用し、第二キャビネット（５）にはバスレフ方式を利用する場合の斜視図である。なお表現の簡略化のため板厚の表現は省略してある。スピーカユニット（１）を３台使用し、第二キャビネット（５）にはドロンコーン方式を利用する場合の斜視図である。なお表現の簡略化のため板厚の表現は省略してある。スピーカユニットの構成をマルチウェイ（この場合は２ウェイ）方式を利用し、第二キャビネット（５）には密閉型方式を利用する場合の斜視図である。なお表現の簡略化のため板厚の表現は省略してある。スピーカユニット（１）を４台使用し、キャビネット（５）にはバスレフ方式を利用する場合の斜視図である。なお表現の簡略化のため板厚の表現は省略してある。スピーカユニット（１）を３台使用する場合の、各ユニットの配置を表す正面図である。スピーカユニット（１）を３台使用する場合の、各ユニットの配置を表す側面図である。スピーカユニット（１）を３台使用する場合の、各ユニットの配置を表す上面図である。スピーカユニット（１）を４台使用する場合の、各ユニットの配置を表す正面図である。スピーカユニット（１）を４台使用する場合の、各ユニットの配置を表す側面図である。スピーカユニット（１）を４台使用する場合の、各ユニットの配置を表す上面図である。スピーカユニット（１）を第一キャビネット（４）に取り付ける部分の断面図である。

符号の説明

１スピーカユニット
２垂直軸
３整流体
４第一キャビネット
５第二キャビネット
６脚
７バスレフダクト
８支持体
９回折促進用リング
１０ドロンコーンユニット
１１中高音用スピーカユニット
１２低音用スピーカユニット
１３直管部分

Claims

複数のスピーカユニット（１）を用い、それらスピーカユニット（１）の音源位置を垂直軸（２）が貫くような状態で縦方向にそれらスピーカユニット（１）を配置し、さらに各スピーカユニット（１）の音軸方向が垂直軸（２）を中心として水平方向に放射状になるように調整された構造を持つスピーカシステム。
２ウェイ以上のマルチウェイスピーカシステムを１セットとしたものを、スピーカユニット（１）のかわりに使用した請求項１のスピーカシステム。
スピーカユニット（１）の音軸が垂直軸（２）に対して９０度以外の仰角あるいは俯角を持つように配置された請求項１あるいは請求項２のスピーカシステム。
２ウェイ以上のマルチウェイスピーカシステムにおいて、中高音部を受け持つスピーカユニットのみを請求項１あるいは請求項３の構成とし、低音部を受け持つスピーカユニットについては別キャビネットを用いて構成されたスピーカシステム。