JP3951764B2

JP3951764B2 - 音響発生装置

Info

Publication number: JP3951764B2
Application number: JP2002075972A
Authority: JP
Inventors: 淳二柴田; 隆志冨士田
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2002-03-19
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2022-03-19
Also published as: JP2003274479A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンサート等に用いて好適な音響発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スピーカシステムは、ユーザの目的に合致したものが種々開発されている。例えば、指向性スピーカシステム、無指向性スピーカシステム、低音の発生に重点が置かれたものなどが存在する。ここで、指向性スピーカとは特定の方向には遠距離まで出力レベルが落ちずに音が伝達するものである。また、無指向性スピーカはスピーカの周辺であればどこで聴いても同様の音で聴けるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ここで管弦楽（オーケストラ）の音を聴くときは、弦楽器は無指向性で表現すべきであり、管楽器は指向性を持たせるべきである。生演奏でも、弦楽器は広がり感のある音で、管楽器は朝顔軸の方向に指向性を持っている。このような臨場感をスピーカシステムで実現することは、指向性と無指向性との相反する性質を融合させる必要があり困難が多かった。
例えば、無指向性のスピーカシステムと指向性のスピーカシステムとをステージの近傍に置くことを検討する。この場合においては、互いに他のスピーカによって死角が発生すると共に、低音が響きすぎたりする問題点があった。そこで、これらの問題点を低減し、無指向性の音と指向性を有する音とをバランスよく発生させることができる音響発生装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明にあっては、下記構成を具備することを特徴とする。なお、括弧内は例示である。
請求項１記載の音響発生装置にあっては、多面体から成り、少なくともその三面にスピーカ（ウーファスピーカ、スコーカスピーカ、ツィータスピーカ）を配した音響発生装置において、該多面体の少なくとも一面にスピーカを配して成る指向性を有する第１のスピーカシステム（指向性スピーカシステム）と、前記一面とは異なる少なくとも二面にスピーカを配して成る無指向性を有するとともに、その再生音域が前記第１のスピーカシステムの再生音域のうち低音域部分を除外した再生音域である第２のスピーカシステム（無指向性スピーカシステム）とを具備することを特徴とする。
さらに、請求項２記載の構成にあっては、請求項１記載の音響発生装置において、前記第１のスピーカシステムのスピーカ取付面に対して、前記第２のスピーカシステムのスピーカ取付面が傾斜して連接されていることを特徴とする。
さらに、請求項３記載の構成にあっては、請求項１または２記載の音響発生装置において、前記第１のスピーカシステムは突出部を有し、前記第２のスピーカシステムは該突出部を覆うように設けられていることを特徴とする。
さらに、請求項４記載の構成にあっては、請求項１または２記載の音響発生装置において、前記第１のスピーカシステムに属する少なくとも一のスピーカと、前記第２のスピーカシステムに属する少なくとも一のスピーカとは、方位角方向に３０度ないし１２０度の範囲で偏向するように取り付けられていることを特徴とする。
さらに、請求項５記載の構成にあっては、請求項１または２記載の音響発生装置において、前記第１のスピーカシステムにおけるスピーカの数よりも前記第２のスピーカシステムにおけるスピーカの数を多くしたことを特徴とする。
さらに、請求項６記載の構成にあっては、請求項１ないし５の何れかに記載の音響発生装置において、前記第１および第２のスピーカシステムは、少なくともスコーカスピーカを含んであり、前記第２のスピーカシステムにおけるスコーカの再生帯域の低域限界を第１のスピーカシステムのスコーカよりも低く設定したことを特徴とする。
なお、請求項５記載の音響発生装置にあっては、第１のスピーカシステムにウーハスピーカを含めるとよい。
【０００５】
【発明の実施の形態】
１. 実施形態の構成
本発明の一実施形態である音響発生装置を図１を参照して説明する。
本発明の一実施形態である音響発生装置は指向性を有するスピーカシステム、無指向性のスピーカシステムおよび後述する周波数フィルタから構成される。
図において、１００は指向性を有する指向性スピーカシステムであり、２００は無指向性スピーカシステムであり、無指向性スピーカシステム２００は指向性スピーカシステム１００の上部に設けられている。なお、スピーカ取付面の全面にサランネット２５０がかぶせられている。
【０００６】
ここで、指向性スピーカシステム１００は、八角柱状体に形成されており、四方の広い側面と、それらの間の狭い側面とを有している。また、無指向性スピーカシステム２００は、底面が指向性スピーカシステム１００の上面と同一形状の八角形状であり、側面形状が台形である多角錘台状に形成されている。さらに、指向性スピーカシステム１００は、複数の垂直面を有し、その一面にツィータスピーカ１０１、スコーカスピーカ１０２、ウーファスピーカ１０３が取り付けられる。
【０００７】
１０１、２０１はツィータスピーカであり、高音域の音を発生する。１０２、２０２はスコーカスピーカであり、中音域の音を発生する。１０３はウーファスピーカであり、低音域の音を発生する。これらのスピーカには、コーン型、ホーン型、ドーム型等のバリエーションがあり、何れを適用してもよい。また、一般に口径は大きなものが多く、口径が大きいほど再生可能な周波数は低くなり、スピーカの性能を生かすためには大形の筐体（エンクロージャ）が必要になる。１０４はバスレフ穴であり、ウーファスピーカ１０３の背面から出た音の位相を反転して前面に出す機能を有する。それ故、背面からの空気振動を遮断し、バスレフ穴のみから放出するため、指向性スピーカシステム１００の筐体（エンクロージャ）は強固・堅牢に構成される。
【０００８】
無指向性スピーカシステム２００において、スピーカ取付面は９面存在する。指向性スピーカシステム１００のスピーカ取付面に連接する取付面２１０にスコーカスピーカ２０２、ツィータスピーカ２０１の二つのスピーカが取り付けられている。指向性スピーカシステム１００の他の広い側面に連接する取付面２１１、２１２、２１３には、スコーカスピーカ２０２、ツィータスピーカ２０１が各二個、面の周囲方向に沿って交互に取り付けられている。
【０００９】
それ故、無指向性スピーカシステム２００における取付面９面のうち、取付面２１０に取り付けられているスピーカの数よりも、他のスピーカ取付面２１１，２１２、２１３に取り付けられているスピーカの数がより多い。なお、指向性スピーカシステム１００の狭い側の面１１４、１１５、…に連接する取付面２１４、２１５、２１６、２１７に取り付けられているスピーカは、スコーカスピーカ２０２またはツィータスピーカ２０１のいずれか一方のスピーカである。さらに、無指向性スピーカシステム２００の上部の取付面２１８においては、スコーカスピーカ２０２およびツィータスピーカ２０１が一つずつ、取付面２１８の後部に取り付けられている。
【００１０】
また、指向性スピーカシステム１００のスピーカ取付面１１０と、無指向性のスピーカ取付面の狭い側面２１４、２１５、２１６、２１７とは方位角方向に４５度あるいは１３５度の角度差で偏向するように構成されている。
【００１１】
図２は指向性スピーカシステム１００の筐体の外観図である。図に示されるように指向性スピーカシステム１００の上面の中心部に、略直方体形状の突出部１００ａを有している。指向性スピーカシステム１００の上面板の中心部に正方形状の貫通孔１００ｈが設けられ、その貫通孔１００ｈの各辺から上方向に突出する長方形状の側板１００ｓおよびそれら４枚の側板の上面を覆う上板１００ｕにより、その突出部１００ａは構成されている。これにより、指向性スピーカシステム１００内部の容積が突出部１００ａの容積だけ大きくなる。
【００１２】
ところで、上記突出部の周りにおいて、無指向性スピーカシステム２００が該突出部を覆うように設けられ、その無指向性スピーカシステム２００内の各スピーカはこれらの背面を該突出部に対向させるように設けられる。また、１００ｂはイコライザシステムおよびパワーアンプ等を収納するスペースであり、上下、左右の断面形状がコ字状とした凹部で形成され、アンプ等を後面壁１００ｒの外側に配設することで壁を厚くしたことと等価になり後面からの音波放射を防止する役割を果たすと共に、音響発生のための全システムを音響発生装置の筐体内に収納でき、使用時の利便性を図ることが出来る。
【００１３】
図９に示されるように、無指向性スピーカシステム２００におけるスピーカ取付面において、その台形上の側面に上下方向に多段階に渡ってスピーカが取付られており、高い位置にあるスピーカの方が低い位置にあるスピーカよりも高い仰角を有している。ここで、仰角とはスピーカの中心線が水平面となす角をいう。なお、図において、θはツィータスピーカ２０１の傾斜を表し、βはツィータスピーカ２０１とスピーカ取付面との角度、αはスコーカスピーカ２０２とスピーカ取付面との角度を表す。
【００１４】
２．周波数フィルタの構成
本発明実施形態の音響発生装置は、内蔵している周波数フィルタによって入力信号が帯域分割され、分割された各信号がパワーアンプを介して各スピーカに分配される。その周波数フィルタの接続方法を図３を参照して説明する。図において、３００は周波数フィルタであり、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３０１，３０２、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３０５およびバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３０３，３０４から構成される。
さらに、周波数フィルタ３００の特性図を図４に示す。図においてＬ４１はローパスフィルタ３０５の特性であり、Ｌ４２はバンドパスフィルタ３０４の特性であり、Ｌ４３はハイパスフィルタ３０１の特性である。また、Ｌ４４はバンドパスフィルタ３０３の特性であり、Ｌ４５はハイパスフィルタ３０２の特性である。４０１から４０５はパワーアンプであり、各周波数帯域において独立して増幅する構成にしている。
【００１５】
指向性スピーカシステム１００に取り付けられているツィータスピーカ１０１は、パワーアンプ４０５を介してハイパスフィルタ３０１に接続されている。そのハイパスフィルタ３０１のカットオフ周波数は４ｋＨｚに設計されているところ、測定値も４ｋＨｚであり、ピーク値は−１７ｄＢである（Ｌ４３）。スコーカスピーカ１０２は、パワーアンプ４０４を介してバンドパスフィルタ３０４に接続されている。そのバンドパスフィルタ３０４は、カットオフ周波数５６０Ｈｚのハイパスフィルタとカットオフ周波数３．６ｋＨｚのローパスフィルタとから構成されているところ、測定値も５６０Ｈｚおよび３．６ｋＨｚであり、そのピーク値は−９ｄＢである（Ｌ４２）。ウーファスピーカ１０３は、パワーアンプ４０３を介してローパスフィルタ３０５に接続されている。そのローパスフィルタ３０５のカットオフ周波数は４５０Ｈｚに設計されているところ、測定値も４５０Ｈｚであり、そのピーク値は０ｄＢである（Ｌ４１）。
【００１６】
また、無指向性スピーカシステム２００に取り付けられているツィータスピーカ２０１は、パワーアンプ４０２を介してハイパスフィルタ３０２に接続されている。そのハイパスフィルタ３０２のカットオフ周波数は３．６ｋＨｚに設計されているところ、測定値も３．６ｋＨｚであり、そのピーク値は−１３ｄＢである（Ｌ４５）。スコーカスピーカ２０２は、パワーアンプ４０１を介してバンドパスフィルタ３０３に接続されている。そのバンドパスフィルタ３０３はカットオフ周波数は２５０Ｈｚのハイパスフィルタと、カットオフ周波数は３．６ｋＨｚのローパスフィルタとから構成されているところ、測定値も２５０Ｈｚおよび３．６ｋＨｚであり、そのピーク値は−１３ｄＢである（Ｌ４４）。
【００１７】
バンドパスフィルタ３０３を構成するハイパスフィルタのカットオフ周波数２５０Ｈｚは、バンドパスフィルタ３０４を構成するハイパスフィルタのカットオフ周波数５６０Ｈｚよりも低い周波数にされている。それゆえ、無指向性スピーカシステム２００に取り付けられているスコーカスピーカ２０２は、指向性スピーカシステム１００に取り付けられているスコーカスピーカ１０２よりも低い周波数まで再生領域が確保される。
【００１８】
３．実施形態の動作
信号が周波数フィルタ３００に入力され、それぞれのスピーカに適合した周波数成分の信号が分配される。
【００１９】
また、無指向性スピーカシステム２００に取り付けられているスピーカに使用されるフィルタ特性はＬ４４およびＬ４５であり、バンドパスフィルタ３０３高域成分の補償がハイパスフィルタ３０２を用いて行われることが解る。
【００２０】
指向性スピーカシステム１００は、スピーカが取付面の前面方向に放音される。周波数フィルタ３００によって、低音域の音がウーファスピーカ１０３によって、中音域の音がスコーカスピーカ１０２によって、高音域の音がツィータスピーカによって各々放音される。
【００２１】
一方、無指向性スピーカシステム２００は多角錐台状に形成され、各々の面にスピーカが取り付けられているので任意の方向に音が放音される。ここで、高い位置にあるスピーカの方が低い位置にあるスピーカよりも高い仰角を有しているので、無指向性スピーカシステム２００は多角錐状体に形成されていながら、半球面状にスピーカが取り付けられているのと近似した効果を有する。
【００２２】
３．音響発生装置の特性
本実施形態の音響発生装置の特性を従来の音響発生装置と比較しつつ説明する。ここで、従来の音響発生装置とは、略直方体状のスピーカシステムであり、前面のみにウーハスピーカ、スコーカスピーカ、ツィータスピーカが各一つ取り付けられ、さらにバスレフ穴が設けられている指向性スピーカシステムをいう。また、外形寸法は本実施形態の音響発生装置と略同一である。
【００２３】
図５は従来の音響発生装置の特性、図６は本発明実施形態の音響発生装置の特性、図７は本実施形態の音響発生装置に用いられている指向性スピーカシステム１００のみを起動させたときの特性、図８は本発明実施形態の音響発生装置に用いられている無指向性スピーカシステム２００のみを起動させたときの特性が示されている。また、これらの図は音響発生装置から１ｍ離れた位置での無響室における音圧レベルの周波数特性を示している。
【００２４】
これらの図においてＬ５１、Ｌ６１、Ｌ７１、Ｌ８１はスピーカ前面での特性、Ｌ５２、Ｌ６２、Ｌ７２、Ｌ８２はスピーカ前面から方位角方向に４５度傾斜した位置での特性、Ｌ５３、Ｌ６３、Ｌ７３、Ｌ８３はスピーカ前面から方位角方向に９０度傾斜した位置での特性、Ｌ５４、Ｌ６４、Ｌ７４、Ｌ８４はスピーカ前面から方位角方向に１３５度傾斜した位置での特性、Ｌ５５、Ｌ６５、Ｌ７５、Ｌ８５はスピーカ後面での特性を示す。なお、Ｌ５６、Ｌ６６、Ｌ７６、Ｌ８６は、スピーカ前面での特性を平均化したものであり、Ｌ５７、Ｌ６７、Ｌ７７、Ｌ８７は、スピーカ後面での特性を平均化したものである。
【００２５】
また、縦軸は音圧レベル（ＳＰＬ：ＳＯＵＮＤＰＲＥＳＳＵＲＥＬＥＶＥＬ）を表し、デシベル表示である。横軸は周波数［Ｈｚ］を表し対数表示である。ここで、ある音の音圧の実効値をｐ［Ｐａ］、基準となる音圧の実効値をｐ₀［Ｐａ］としたとき、音圧レベルＬ［ｄＢ］は、
Ｌ＝２０ｌｏｇ₁₀ｐ／ｐ₀
で与えられる。基準音圧ｐ₀は、空気中の音の場合２０［μＰａ］であり、ほぼ正常の聴覚を有する人間の１［ｋＨｚ］の正弦波に対する最小可聴値である。なお、ｐ＝ｐ₀のとき、０［ｄＢ］となる。
【００２６】
従来の音響発生装置の特性（図５）を参照すると、高音域で特性の大きなバラツキ（細かいギザギザ）が見られる。これは、スピーカの位相干渉によるものであり、音響発生装置から１ｍ離れた位置で測定したため現われるものである。本実施形態の実際の試聴距離は１０ｍから２０ｍ程度を想定している。この程度の距離では位相干渉の影響は十分に小さいため、実用上は差し支えない。スピーカ前面での値を平均化した特性Ｌ５６とスピーカ後面での値を平均化した特性Ｌ５７とを比較すると、高音域になるほど音圧レベルの差が大きくなることが解る。一方、低音域においては、スピーカ前面とスピーカ後面とで音圧レベルの差がほとんど生じていないことも解る。
【００２７】
次に、本実施形態の音響発生装置に用いられている指向性スピーカシステム１００のみを起動させたときの特性（図７）を参照し、スピーカ前面での特性Ｌ７６とスピーカ後面での特性Ｌ７７とを比較すると、高音域になるほど音圧レベルの差が大きくなることが解る。一方、低音域においては、スピーカ前面とスピーカ後面とで音圧レベルの差が生じておらず実質的に指向性を有していない。
【００２８】
次に、本実施形態の音響発生装置に用いられている無指向性スピーカシステム２００のみの特性（図８）を参照すると、低音域での音が発生していないものの、中高音域ではスピーカ前面とスピーカ後面とでは、ほとんど同特性となっていることが解る。
【００２９】
次に、本実施形態の音響発生装置の特性（図６）を参照すると、スピーカ前面での特性Ｌ６６とスピーカ後面での特性Ｌ６７との差が、従来装置の特性Ｌ５６とＬ５７との差に比べて、レベル差においてかなり小さくなっており、本発明の方が指向性が広がっていることが解る。これは中音域および高音域においては無指向性のスピーカシステムが実質的に機能し、低音域においては指向性スピーカシステム１００であっても実質的に指向性を有しておらず、無指向性部の低域が指向性部によって補償されているからである。
【００３０】
４．変形例
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように種々の変形が可能であり、全て本発明の範疇に含まれる。
（１）上記実施形態は、指向性スピーカシステム１００を八角柱状体に形成したが、直方体状その他の多角柱状体状に形成してもよい。また、無指向性スピーカシステム２００を八角錐台状に形成したが、三角錐台状、四角錐台状、六角錘台状その他の多角錐台状または多角柱状あるいは多角錐体状に形成してもよい。
【００３１】
（２）本実施形態は指向性スピーカシステム１００のスピーカ取付面と、無指向性のスピーカ取付面の狭い側面とは方位角方向に４５度あるいは１３５度の角度で偏向するように構成したが、指向性スピーカシステム１００に属する少なくとも一のスピーカと、無指向性スピーカシステム２００に属する少なくとも一のスピーカとは、方位角方向に３０度ないし１２０度の範囲（１２０度は、無指向性スピーカシステム２００を正三角錐台状、正三角柱状に形成した場合）で偏向するように取り付けてもよい。
（３）上記実施形態においては、スピーカシステムとして３ウェイスピーカシステムおよび２ウェイスピーカシステムを用いて構成したが、本発明によるスピーカシステムはこれに限定されるものではなく、異なる周波数帯域を有する複数のスピーカを組み合わせたスピーカシステム（例えば、４ウェイスピーカシステム等）であればいずれでも構成可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、指向性を有する第一のスピーカシステムと、無指向性を有する第二のスピーカシステムとを具備することにより、指向性を有する第一のスピーカシステムの特徴を有しながら、全体として無指向性のスピーカシステムが実現する。
また、請求項２に係る発明においては、第一のスピーカシステムの容積が突出部の容積だけ大きくなるので、ウーファスピーカの性能をより発揮することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である音響発生装置の外観図である。
【図２】本発明の一実施形態である音響発生装置にかかる指向性を有するスピーカシステムの筐体の外観図である。
【図３】周波数フィルタの接続図である。
【図４】周波数フィルタの特性を示す図である。
【図５】従来の音響発生装置の周波数特性を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態である音響発生装置の周波数特性を示す図である。
【図７】指向性を有するスピーカシステムの周波数特性を示す図である。
【図８】無指向性のスピーカシステムの周波数特性を示す図である。
【図９】無指向性スピーカシステムにおけるスピーカ取付方法を示す図である。
【符号の説明】
１００…指向性を有するスピーカシステム（第１のスピーカシステム）、２００…無指向性のスピーカシステム（第２のスピーカシステム）、１０１，２０１…ツィータスピーカ（ＴＷＥＥＴＥＲ）、１０２，２０２…スコーカスピーカ（ＳＱＵＡＷＫＥＲ）、１０３…ウーファスピーカ（ＷＯＯＦＥＲ）、１０４…バスレフ穴、２５０…サランネット、３００…周波数フィルタ、３０１，３０２…ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）、３０３，３０４…バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、３０５…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、４０１，４０２，４０３，４０４，４０５…パワーアンプ

Claims

多面体から成り、少なくともその三面にスピーカを配した音響発生装置において、
該多面体の少なくとも一面にスピーカを配して成る指向性を有する第１のスピーカシステムと、
前記一面とは異なる少なくとも二面にスピーカを配して成る無指向性を有するとともに、その再生音域が前記第１のスピーカシステムの再生音域のうち低音域部分を除外した再生音域である第２のスピーカシステムと
を具備することを特徴とする音響発生装置。
前記第１のスピーカシステムのスピーカ取付面に対して、前記第２のスピーカシステムのスピーカ取付面が傾斜して連接されていることを特徴とする請求項１記載の音響発生装置。
前記第１のスピーカシステムは突出部を有し、前記第２のスピーカシステムは該突出部を覆うように設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の音響発生装置。
前記第１のスピーカシステムに属する少なくとも一のスピーカと、前記第２のスピーカシステムに属する少なくとも一のスピーカとは、方位角方向に３０度ないし１２０度の範囲で偏向するように取り付けられていることを特徴とする請求項１または２記載の音響発生装置。
前記第１のスピーカシステムにおけるスピーカの数よりも前記第２のスピーカシステムにおけるスピーカの数を多くしたことを特徴とする請求項１または２記載の音響発生装置。
前記第１および第２のスピーカシステムは、少なくともスコーカスピーカを含んであり、前記第２のスピーカシステムにおけるスコーカの再生帯域の低域限界を第１のスピーカシステムのスコーカよりも低く設定したことを特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載の音響発生装置。