スピーカ装置
【課題】コストアップを抑えながら、セリフや歌声などの音声に対して中央音像定位が得られる聴取範囲を拡大できるスピーカ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】第１のスピーカユニットと高音を再生する第２のスピーカユニットが水平方向に距離を持つように配置した左右チャンネルのスピーカを、左右対称に配置し、スピーカの正面方向で、第１と第２のスピーカユニットのクロスオーバ周波数付近に音圧周波数特性ディップを形成し、特性補正手段でディップの周波数付近をブーストし、ディップの中心周波数を声の子音の周波数スペクトルの範囲内とした。
【解決手段】第１のスピーカユニットと高音を再生する第２のスピーカユニットが水平方向に距離を持つように配置した左右チャンネルのスピーカを、左右対称に配置し、スピーカの正面方向で、第１と第２のスピーカユニットのクロスオーバ周波数付近に音圧周波数特性ディップを形成し、特性補正手段でディップの周波数付近をブーストし、ディップの中心周波数を声の子音の周波数スペクトルの範囲内とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステレオ音響再生やマルチチャンネル音響再生に用いられるスピーカ装置、特に大画面テレビ等と一緒に用いられるスピーカ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般にステレオ音響再生において良好な音像定位を得るためには、左右のスピーカの前方中心付近で聴く必要がある。つまり片側のスピーカに近寄った位置、つまり左右スピーカの前方中心付近から外れた位置で聴くと、左右のスピーカの中央付近から本来聴こえてくるべき歌声やセリフなどの再生音が聴取位置に近い方のスピーカから聴こえてしまい、聴取位置に近い方のスピーカに音像が片寄ってしまうことが知られている。
【０００３】
またいわゆるホームシアターのマルチチャンネル再生においては、独立したセンタースピーカを設置せずに、左右のフロントスピーカでセンターチャンネル信号を再生する方式がある。つまりセンターチャンネルの信号を左右のフロントスピーカに均等に振り分けてフロントチャンネル信号に重畳する方式である。
【０００４】
この方式によれば独立したセンタースピーカを設置しなくて済むというメリットがある反面、センターチャンネルの音声信号の良好な音像定位が得られる聴取範囲は、上と同様に左右のフロントスピーカの真ん中付近だけに限られる。
【０００５】
特にホームシアターのマルチチャンネル再生の場合には音と映像が一致するように、センターチャンネル音声信号の音像が画面内中央付近に定位することが望まれる。上記のように左右のフロントスピーカでセンターチャンネル信号を再生する場合は、真ん中から外れた位置で視聴をするとセンターチャンネルのセリフなどが、画面中央から極端に外れた位置に音像定位することで違和感が生じるので、自然な映画再生ができない。
【０００６】
以上のように中央音像定位が得られる聴取範囲は真ん中付近だけに限られるので、独立したセンタースピーカを設置しない方式では、一度に複数人数が自然な映画鑑賞をすることができなかった。またステレオ音楽再生においても、一度に複数人数が良好な音像定位で音楽鑑賞をすることができなかった。
【０００７】
中央音像定位が得られる聴取範囲が左右スピーカの真ん中付近だけに限られるという問題点を解決するために、左右の各スピーカに複数のスピーカユニットを取り付けて、一部のスピーカユニットを真ん中方向に傾斜させるという方法が、数多く提案されている。しかしこの方法ではスピーカのキャビネットの一部を傾斜させるために、加工が複雑になり量産性が悪いというデメリットがあった。
【０００８】
そこでスピーカのキャビネットの一部を傾斜させることなく、つまりスピーカユニットを同一平面上に配置しながら上記の問題点を解決できる方法として、例えば特許文献１に記載されているようなスピーカ装置が考えられる。これについて図７〜図１０を参照しながら説明する。
【０００９】
図７は特許文献１に記載された従来のスピーカ装置のスピーカユニット配置図、図８は同フィルタ回路図、図９は同フィルタ回路の周波数特性図、図１０は同スピーカ装置の指向特性図である。図７においてＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３の各スピーカユニットが、互いに間隔ｄ１、ｄ２をもって直線上に不等間隔にｄ１＞ｄ２のように配置されている。
【００１０】
特許文献１によれば、図８において（ａ）は高域減衰フィルタ回路、（ｂ）は高域増強フィルタ回路を示す。抵抗ＲとスピーカＳＰのインピーダンス抵抗ＲＬの比をＫ、抵抗Ｒ’と抵抗ＲＬの比をＫ’とすると、Ｋ＝Ｒ／ＲＬ、Ｋ’＝Ｒ’／ＲＬとなる。また図８（ａ）に示す回路のクロスオーバ周波数をｆ０、図８（ｂ）に示す回路のクロスオーバ周波数をｆ０’とすると、ｆ０＝ＲＬ／２πＬ、ｆ０’＝１／２πＣＲ’となる。
【００１１】
図９において（ａ）に示すように定数Ｋが大きくなるにつれて高周波数になるほど音圧Ｐの減衰が大きくなり、位相差θが大きくなる。また（ｂ）に示すように定数Ｋ’が大きくなるにつれて高周波数になるほど音圧Ｐの増強の度合いが大きくなり、位相差θが大きくなる。
【００１２】
そしてスピーカユニットＳＰ３に高域増強フィルタを接続し、スピーカユニットＳＰ１、ＳＰ２には高域減衰フィルタを接続し、さらに電圧を１／（１＋Ｋ’）に減衰させる。またスピーカユニットＳＰ１に接続するフィルタの定数をＫ１、スピーカＳＰ２に接続するフィルタの定数をＫ２として、Ｋ１＞Ｋ２になるように各フィルタの素子を選定する。
【００１３】
以上の構成によれば各スピーカユニットＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３の周波数に応じた位相差により、図１０に示すように周波数ｆが高くなるにつれてメインローブの中心軸ｒは聴取正面方向を向くので、聴取位置から遠いスピーカの音圧を高め、近いスピーカの音圧を低くするような指向特性を与えることができる。これにより聴取者が良好なステレオ感を得られる範囲を拡げたスピーカ装置を提供できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開昭５５−７４２９２号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】ＮＨＫ技研 Ｒ＆Ｄ Ｎｏ．１２３ ｐ．４８−５５（２０１０年 ９月） 「技研における立体テレビの研究成果」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら特許文献１の従来のスピーカ装置では、少なくとも３個のスピーカユニットＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３が必要であり、スピーカユニットのコストが高くなるという問題があった。またフィルタ回路の抵抗Ｒ、Ｒ’により信号が減衰して高い音圧が得られにくいという問題もあった。さらに抵抗Ｒ、Ｒ’は発熱で危険な高温になるのを防ぐために、非常に大容量の抵抗を用いなければならずフィルタ回路のコストも高くなるという問題もあった。
【００１７】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、コストアップを抑えながら、セリフや歌声などの音声に対して中央音像定位が得られる聴取範囲を拡大できるスピーカ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明のスピーカ装置は、第１のスピーカユニットと高音を再生する第２のスピーカユニットを各々備えた左右チャンネルのスピーカと、前記第１のスピーカユニットと前記第２のスピーカユニットに信号を分配するネットワークと、前記スピーカを駆動するアンプと、前記アンプに接続された特性補正手段とを備え、前記第１のスピーカユニットと前記第２のスピーカユニットは、互いの中心軸が水平方向に距離を持つように左右対称に配置され、前記スピーカの正面方向で、前記第１のスピーカユニットと前記第２のスピーカユニットのクロスオーバ周波数付近に音圧周波数特性ディップを形成するように構成される。前記特性補正手段は、前記ディップの周波数付近をブーストして前記左右チャンネルのスピーカ間の中心軸方向において前記ディップの周波数付近の音圧が減衰しないように構成され、前記ディップの中心周波数を声の子音の周波数スペクトルの範囲内とするようにしたものである。
【００１９】
この構成により、第１のスピーカユニットと第２のスピーカユニットの放射音の位相差および配置位置関係を利用して、声の子音の周波数帯域において、聴取位置から遠い方のスピーカから到達する音圧を、聴取位置から近い方のスピーカから到達する音圧よりも高くすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のスピーカ装置によれば、声の子音の周波数帯域において、聴取位置から遠い方のスピーカから到達する音圧を、聴取位置から近い方のスピーカから到達する音圧よりも高くすることができるので、中央音像定位が得られる聴取範囲拡大の効果が得られる。またスピーカユニットが片チャンネル当たり２個で済むとともに、同一平面上に配置できるので、コストアップを抑えることができる。また標準視聴位置で優れた音質を確保することができる。
【００２１】
またディップの中心周波数を４ｋＨｚ〜１０ｋＨｚとしたことにより、中央音像定位が得られる聴取範囲拡大の高い効果を得ながら、聴取位置による音声の音質変化を小さく抑えることができる。
【００２２】
また第１のスピーカユニットと第２のスピーカユニットの中心軸どうしの水平距離をｄ、ディップの中心周波数をｆｃ、空気音速をＣとした時、ｄ＝（０．５６〜１．６７）Ｃ／ｆｃとしたことにより、テレビを視聴する実用的な視聴範囲において高い中央音像定位の効果が得られる。
【００２３】
また第２のスピーカユニットを圧電型とし、ネットワークを省略したことにより、一層コストアップを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１におけるスピーカ装置の正面図
【図２】本発明の実施の形態１におけるスピーカ装置の作用を示す構成図
【図３】本発明の実施の形態１におけるスピーカ装置の作用を示す説明図
【図４】本発明の実施の形態１におけるスピーカ装置のブロック構成図
【図５】本発明の実施の形態１におけるスピーカ装置のスピーカ単体の周波数特性図
【図６】本発明の実施の形態１におけるスピーカ装置の周波数特性図
【図７】従来のスピーカ装置のスピーカユニット配置図
【図８】従来のスピーカ装置のフィルタ回路図
【図９】従来のスピーカ装置のフィルタ回路の周波数特性図
【図１０】従来のスピーカ装置の指向特性図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明のスピーカ装置の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
まず本発明の実施の形態１におけるスピーカ装置の構成について、図１〜図６を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態１におけるスピーカ装置の正面図、図２は同スピーカ装置の作用を示す構成図、図３は同スピーカ装置の作用を示す説明図、図４は同スピーカ装置のブロック構成図、図５は同スピーカ装置の特性補正手段を適用しないスピーカ単体の周波数特性図、図６は特性補正手段を適用した同スピーカ装置の周波数特性図である。
【００２７】
図１、図２に示すように、スピーカ装置１６０は、左チャンネルのスピーカ１６１、右チャンネルのスピーカ１６２、ジョイント部１６３を備える。左チャンネルのスピーカ１６１の第１のスピーカユニット１１１と高音を再生する第２のスピーカユニット１２１、および右チャンネルのスピーカ１６２の第１のスピーカユニット１１２と高音を再生する第２のスピーカユニット１２２は、互いの中心軸が水平距離ｄをもつように左右対称に配置されている。左右チャンネルのスピーカ１６１、１６２はジョイント部１６３で結合され、一体的にスピーカ装置１６０を形成している。このような形態のスピーカ装置は、通称、サウンドバーと呼ばれている。
【００２８】
図４に示すように、スピーカ装置１６０は、第１のスピーカユニット１１１、１１２、第２のスピーカユニット１２１、１２２に信号を分配するネットワーク１３１、１３２と、スピーカを駆動するアンプ１４１、１４２と、アンプ１４１、１４２に接続された特性補正手段１５１、１５２を備えている。ネットワーク１３１、１３２はスピーカ１６１、１６２の中に、アンプ１４１、１４２と、特性補正手段１５１、１５２はジョイント部１６３に内蔵されている。
【００２９】
図２、図３、図５、図６において、Ｓ１は第１のスピーカユニット１１１の中心軸と第２のスピーカユニット１２１の中心軸との中間点であり、左チャンネルのスピーカ１６１の音響的中心位置である。Ｓ２は第１のスピーカユニット１１２の中心軸と第２のスピーカユニット１２２の中心軸との中間点であり、右チャンネルのスピーカ１６２の音響的中心位置である。
【００３０】
図１に示すように、スピーカ装置１６０は、テレビ１７０とともにラック１８０の上に、かつテレビ１７０のすぐ前に置かれている。実施の形態１においては、テレビ１７０の画面サイズは５０インチであり、画面幅は約１１０ｃｍ、画面高さは約６２ｃｍである。
【００３１】
第１のスピーカユニット１１１、１１２は口径６．５ｃｍのコーン型ウーハである。第２のスピーカユニット１２１、１２２は口径２ｃｍの小型ドーム型ツィータである。互いの中心軸どうしの水平距離ｄは５．２ｃｍである。左右チャンネルのスピーカ１６１、１６２の音響中心位置Ｓ１、Ｓ２間の距離Ｗは９３ｃｍである。左右チャンネルのスピーカ１６１、１６２の横幅は約２０ｃｍ、ジョイント部１６３の横幅は約６５ｃｍ、スピーカ装置１６０の全体の横幅は約１０５ｃｍである。
【００３２】
図１、図２において、聴取点Ｐはスピーカ装置１６０から距離Ｄ＝１．８６ｍ離れており、テレビ１７０の画面高さのちょうど３倍である。つまり、非特許文献１に記載されているように、近年のハイビジョンテレビ画像に対する推奨最小視聴距離に相当する。
【００３３】
ネットワーク１３１、１３２はコンデンサ１個による６ｄＢ／ｏｃｔ型ハイパスフィルタであり、第１のスピーカユニットに対してはフィルタなしのスルー接続である。
【００３４】
図５、図６において、細点線カーブ１は右チャンネルのスピーカ１６２の正面方向つまりＳ２−Ｓの方向における、第１のスピーカユニット１１２の音圧周波数特性である。細点線カーブ２は同方向における、第２のスピーカユニット１２２の音圧周波数特性である。太実線カーブ３は同方向における、第１のスピーカユニット１１２と第２のスピーカユニット１２２の加算された音圧周波数特性である。つまり右チャンネルのスピーカ１６２の正面方向の音圧周波数特性である。細実線カーブ４は、右チャンネルのスピーカ１６２の正面から角度α＝１４°で左側に傾いた方向における、右チャンネルのスピーカ１６２の音圧周波数特性である。これは図２における左右中心聴取点Ｃでの音圧周波数特性に相当する。太点線カーブ５は、右チャンネルのスピーカ１６２の正面から角度α＝２６．６°で左側に傾いた方向における、右チャンネルのスピーカ１６２の音圧周波数特性である。これは図２における左チャンネルのスピーカ１６１の正面の聴取位置Ｐでの音圧周波数特性に相当する。
【００３５】
以上のように構成された本発明の実施の形態１におけるスピーカ装置について、以下、作用、効果について詳細に説明する。図５の細点線カーブ１、２に示すように、第１のスピーカユニット１１２と第２のスピーカユニット１２２のクロスオーバ周波数は約７．５ｋＨｚである。クロスオーバ周波数付近における第１のスピーカユニット１１２と第２のスピーカユニットの位相差は約１８０°となり、両者の音が打ち消しあって太実線カーブ３に示すようにクロスオーバ周波数付近に大きなディップを生じている。
【００３６】
つまり従来のスピーカによれば、例えば第２のスピーカユニット１２２の極性を第１のスピーカユニット１１２と逆相にして、スピーカ正面の音圧周波数特性にディップを生じないように構成していたが、本発明ではあえてディップが生じるように構成している。
【００３７】
聴取点Ｐは左チャンネルのスピーカ１６１の真正面であり、クロスオーバ周波数付近では左チャンネルのスピーカ１６１からの音圧は、上記の音圧周波数特性のディップにより低くなる。一方、右チャンネルのスピーカ１６２から聴取点Ｐに到達する音は、第１のスピーカユニット１１２から到達する音と第２のスピーカユニット１２２から到達する音との重畳になるが、第１のスピーカユニット１１２から聴取点Ｐまでの行路長Ｌ１１２は、第２のスピーカユニット１２２から聴取点Ｐまでの行路長Ｌ１２２よりも長くなる。
【００３８】
実施の形態１においては、行路長Ｌ１１２と行路長Ｌ１２２との行路差は約２．３ｃｍとなり、クロスオーバ周波数７．５ｋＨｚの波長（約４．５ｃｍ）のほぼ半分になる。この行路差により、第１のスピーカユニット１１２から聴取点Ｐに到達する音の位相が約１８０°遅れるので、クロスオーバ周波数付近における第１のスピーカユニット１１２と第２のスピーカユニット１２２の音の位相差は約３６０°つまり完全同位相となり、両者の音圧が最大の足し合いとなって音圧が最も高くなる。従って、聴取点Ｐにおける左右チャンネルの各スピーカ１６１、１６２からの到来音のベクトルＶ１、Ｖ２は、Ｖ２＞Ｖ１となるので、合成ベクトルＶは左右のスピーカの中心方向に是正され、中央音像定位が得られる。
【００３９】
標準視聴位置である左右中心聴取点Ｃにおいては左右チャンネルのスピーカ１６１、１６２からの到来音は同じになるが、図５の細実線カーブ４に示すように、スピーカ単体ではクロスオーバ周波数付近の音圧が少しくぼむ。これは、左右中心聴取点Ｃに到来する音の各スピーカ１６１、１６２からの行路差が聴取点Ｐの場合よりも小さくなるので、両者の音圧の足し合いが最大とはならないからである。
【００４０】
そこで実施の形態１のスピーカ装置では図４に示すように特性補正手段１５１、１５２を用いて、ディップ周波数の７．５ｋＨｚ付近をブーストし、左右チャンネルのスピーカ１６１、１６２の間の中心軸方向においてディップの周波数付近の音圧が減衰しないように構成した。特性補正手段のブースト特性は、中心周波数が７．５ｋＨｚ、Ｑが約２、ゲインが約５ｄＢである。これにより図６の細実線カーブ４に示すように、左右中心聴取点Ｃでの音圧周波数特性ディップを解消できる。つまり標準視聴位置で優れた音質を確保することができる。
【００４１】
また実施の形態１のスピーカ装置は、ディップの周波数を７．５ｋＨｚとしたので、中央音像定位が得られる聴取範囲拡大の高い効果を得ながら、聴取位置による音色の変化を小さく抑えることができる。望ましいディップの周波数は声の周波数スペクトルを考慮して決められた。
【００４２】
音声の周波数スペクトルのホルマント周波数は低い方から、第１ホルマント、第２ホルマント、第３ホルマントと呼ばれている。そして言語の如何に関わらず、かつ男声、女声、子供の声も総合して、第１ホルマント周波数範囲は３００Ｈｚ〜１ｋＨｚ程度、第２ホルマント周波数範囲は８００Ｈｚ〜３ｋＨｚ程度、第３ホルマント周波数範囲は２．５ｋＨｚ〜４ｋＨｚ程度であることが知られている。また子音の周波数範囲は、古くは４ｋＨｚ〜７ｋＨｚ程度と言われていたが、実際には１０ｋＨｚを越える高い周波数成分を含んでいることが知られている。
【００４３】
ホルマント周波数の帯域や特に人間の耳の感度の高い３ｋＨｚ〜４ｋＨｚ付近は音声の音質に影響が大きく、スピーカの音圧周波数特性上にこの周波数帯域に偏差を生じると音声の音質変化が大きい。一方、音像定位感を与える上で非常に高い周波数は効果が小さい。特に高齢者の場合は１０ｋＨｚ付近以上の耳の感度低下が大きいことが知られている。従って、聴取位置によって音圧周波数特性が変化して音声の音質が変化することを抑えながら中央音像定位が得られる聴取範囲拡大の高い効果を得るために、望ましいディップ形成の周波数範囲は４ｋＨｚ〜１０ｋＨｚと考えられる。
【００４４】
さらに実施の形態１のスピーカ装置においては、第１のスピーカユニット１１１、１１２と第２のスピーカユニット１２１、１２２の中心軸どうしの水平距離ｄを５．２ｃｍとしたので、実用的なテレビ視聴範囲において優れた中央音像定位の効果が得られる。これについて図３を参照しながら説明する。
【００４５】
図３において、第１のスピーカユニット１１２から左チャンネルのスピーカ１６１の正面の聴取点Ｐまでの行路長Ｐ１−Ｐと、第２のスピーカユニット１２２から左チャンネルのスピーカ１６１の正面の聴取点Ｐまでの行路長Ｐ２−Ｐとの行路差をΔＬとする。右チャンネルのスピーカ１６２の音響中心Ｓ２から聴取点Ｐまでの角度をαとする。また空気の音速をＣとする。
【００４６】
聴取点Ｐにおいてディップの中心周波数ｆｃ付近で、第１のスピーカユニット１１２と第２のスピーカユニット１２２の音圧が足し合う条件は、０．２５Ｃ／ｆｃ≦ΔＬ≦０．７５Ｃ／ｆｃとなる。Ｃ／ｆｃはディップ周波数ｆｃの１波長である。ΔＬ＝（２／４）Ｃ／ｆｃの時はΔＬがｆｃの波長のちょうど半分となり１８０°の位相遅れを与えるので、もともとディップ周波数ｆｃで１８０°の位相差のあった第１のスピーカユニット１１２と第２のスピーカユニット１２２の音は同位相となり、音圧の足し合いが最大になる。
【００４７】
聴取点Ｐにおいて、第１のスピーカユニット１１２と第２のスピーカユニット１２２の音の位相差が±９０°以内であれば、両者の音圧は足し合う。位相差の絶対値が１８０°±９０°の範囲内では両者の音圧は引き合う。従ってΔＬがｆｃの波長の１／４〜３／４の範囲内であればΔＬによる音の位相遅れは９０°〜２７０°となり、もともとの両スピーカユニット１１２、１２２の１８０°の位相差と重畳されて、聴取点Ｐにおける両スピーカユニット１１２、１２２からの音の位相差は２７０°〜４５０°となる。つまり３６０°の位相回転は音圧の加算上は無視できるので±９０°の位相差と等価となる。
【００４８】
次に図３において、ΔＬ＝Ｗ×ｄ／（（Ｄ２＋Ｗ２）×１／２）となることを以下に説明する。ここで、点Ｓ２と点Ｐ３の線分長をＬ１、点Ｓ２と点Ｐ２との線分長をＬ２、点Ｓ２と点Ｐの線分長をＬ３とする。点Ｓ２は点Ｐ１と点Ｐ２の中点なので、ΔＬ≒２×Ｌ１であり、点Ｐ２、点Ｐ３、点Ｓ２を結ぶ三角形は点Ｐ、点Ｓ１、点Ｓ２を結ぶ三角形と相似形である。従ってＬ１＝Ｗ×（Ｌ２／Ｌ３）となる。Ｌ２＝ｄ／２、Ｌ３＝（Ｄ2＋Ｗ2）1/2であるので、ΔＬ≒２×Ｗ×（ｄ／２）×／｛（Ｄ2＋Ｗ2）1/2｝＝Ｗ×ｄ／｛（Ｄ2＋Ｗ2）1/2｝となる。
【００４９】
ハイビジョンテレビ画面は縦横比が１６：９であり、推奨最小視聴距離は画面高さの３倍なので、推奨最小視聴距離は画面幅の１．８倍程度である。一般的にスピーカ装置の横幅はテレビの外形サイズに合わせて選ばれるので、距離Ｗはテレビ画面の幅よりも通常少し狭くなる。従って推奨最小視聴距離はＷの２倍程度と見なすことができる。
【００５０】
そこで推奨最小視聴距離をＤとして、Ｄ＝２Ｗとみなして、ΔＬ＝Ｗ×ｄ／（（Ｄ２＋Ｗ２）×１／２）に代入すると、ΔＬ＝０．４５ｄとなる。そして０．２５Ｃ／ｆｃ≦ΔＬ≦０．７５Ｃ／ｆｃから、０．２５Ｃ／ｆｃ≦０．４５ｄ≦０．７５Ｃ／ｆｃとなるので、０．５６Ｃ／ｆｃ≦ｄ≦１．６７Ｃ／ｆｃとなる。つまりｄがこの条件を満たすことで、スピーカ装置の通常使用状態かつ推奨最小視聴距離において、聴取点Ｐに到来する第１のスピーカユニット１１２と第２のスピーカユニット１２２の音圧は足し合うことになる。従ってテレビを視聴する実用的な視聴範囲において高い中央音像定位の効果が得られる。
【００５１】
実施の形態１のスピーカ装置においてはｆｃ＝７．５ｋＨｚなので、０．５６×４．５３≦ｄ≦１．６７×４．５３、すなわち２．５ｃｍ≦ｄ≦７．５ｃｍであればよく、ｄ＝５．２ｃｍとしたので、テレビを視聴する実用的な視聴範囲において高い中央音像定位の効果が得られるわけである。
【００５２】
従って以上説明した構成により、声の子音の周波数帯域において、聴取位置から遠い方のスピーカから到達する音圧を、聴取位置から近い方のスピーカから到達する音圧よりも高くすることができるので、中央音像定位が得られる聴取範囲拡大の効果が得られる。またスピーカユニットが片チャンネル当たり２個で済むとともに、同一平面上に配置できるので、コストアップを抑えることができる。また左右中心聴取点Ｃでの音圧周波数特性ディップを解消できるので、標準視聴位置で優れた音質を確保することができる。
【００５３】
またディップの中心周波数を４ｋＨｚ〜１０ｋＨｚとしたことにより、中央音像定位が得られる聴取範囲拡大の高い効果を得ながら、聴取位置による音声の音質変化を小さく抑えることができる。
【００５４】
また第１のスピーカユニットと第２のスピーカユニットの中心軸どうしの水平距離をｄ、ディップの中心周波数をｆｃ、空気音速をＣとした時、０．５６Ｃ／ｆｃ≦ｄ≦１．６７Ｃ／ｆｃとしたことにより、テレビを視聴する実用的な視聴範囲において高い中央音像定位の効果が得られる。
【００５５】
なお実施の形態１のスピーカ装置では、高音を再生する第２のスピーカユニット１２１、１２２を通常の動電型のドーム型ツィータとしたが、これを圧電型スピーカユニットとすれば、ネットワーク１３１、１３２を省略することができる。つまり、入力端子と圧電型スピーカユニットの間にネットワークのコンデンサを接続しなくて済む。この構成によれば、一層コストアップを抑えることができる。
【００５６】
また実施の形態１のスピーカ装置では、第１のスピーカユニット１１１、１１２の内側に第２のスピーカユニット１２１、１２２をそれぞれ配置したが、両スピーカユニットどうしの極性を逆にしたり、ネットワーク１３１、１３２のカットオフ特性を急峻にするなどすれば、第１のスピーカユニット１１１、１１２の外側に第２のスピーカユニット１２１、１２２をそれぞれ配置する構成も可能である。
【００５７】
また実施の形態１のスピーカ装置では、第１のスピーカユニット１１１、１１２をウーハとしたが、フルレンジ型スピーカユニットとすることもできる。また第２のスピーカユニット１２１、１２２をツィータとしたが、フルレンジ型スピーカユニットとすることもできる。
【００５８】
また実施の形態１のスピーカ装置では、第１のスピーカユニット１１１、１１２と、第２のスピーカユニット１２１、１２２を同一高さの一直線上に配置したが、両スピーカユニットの高さが違っていても構わない。例えば、第２のスピーカユニット１２１、１２２の中心軸を、第１のスピーカユニット１１１、１１２の中心軸よりも高くなるように配置してもよい。例えば、左右チャンネルのスピーカ１６１、１６２を縦置きにして、第１のスピーカユニット１１１、１１２の上側に来る第２のスピーカユニットを、内側寄りに配置するなどしてもよい。
【００５９】
また実施の形態１のスピーカ装置では、左右チャンネルのスピーカ１６１、１６２をジョイント部１６３で結合して一体的に構成したが、左右チャンネルのスピーカを独立した単体スピーカとしてもよい。
【００６０】
またその他、本発明は上記説明した例に限定されるものでないことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明のスピーカ装置によれば、コストアップを抑えながら歌声やセリフなど音声に対して中央音像定位が得られる聴取範囲を拡大できるので、一般の２チャンネルステレオ音響再生機器やマルチチャンネル音響再生機器ばかりでなく、テレビ用音響再生機器、車載用音響再生機器、電子機器全般の音響再生用に有用である。以上のように、本発明のスピーカ装置は極めて実用的価値の高いものである。
【符号の説明】
【００６２】
１１１、１１２ 第１のスピーカユニット
１２１、１２２ 第２のスピーカユニット
１３１、１３２ ネットワーク
１４１、１４２ アンプ
１５１、１５２ 特性補正手段
１６０ スピーカ装置
１６１、１６２ スピーカ
１６３ ジョイント部
１７０ テレビ
１８０ ラック
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステレオ音響再生やマルチチャンネル音響再生に用いられるスピーカ装置、特に大画面テレビ等と一緒に用いられるスピーカ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般にステレオ音響再生において良好な音像定位を得るためには、左右のスピーカの前方中心付近で聴く必要がある。つまり片側のスピーカに近寄った位置、つまり左右スピーカの前方中心付近から外れた位置で聴くと、左右のスピーカの中央付近から本来聴こえてくるべき歌声やセリフなどの再生音が聴取位置に近い方のスピーカから聴こえてしまい、聴取位置に近い方のスピーカに音像が片寄ってしまうことが知られている。
【０００３】
またいわゆるホームシアターのマルチチャンネル再生においては、独立したセンタースピーカを設置せずに、左右のフロントスピーカでセンターチャンネル信号を再生する方式がある。つまりセンターチャンネルの信号を左右のフロントスピーカに均等に振り分けてフロントチャンネル信号に重畳する方式である。
【０００４】
この方式によれば独立したセンタースピーカを設置しなくて済むというメリットがある反面、センターチャンネルの音声信号の良好な音像定位が得られる聴取範囲は、上と同様に左右のフロントスピーカの真ん中付近だけに限られる。
【０００５】
特にホームシアターのマルチチャンネル再生の場合には音と映像が一致するように、センターチャンネル音声信号の音像が画面内中央付近に定位することが望まれる。上記のように左右のフロントスピーカでセンターチャンネル信号を再生する場合は、真ん中から外れた位置で視聴をするとセンターチャンネルのセリフなどが、画面中央から極端に外れた位置に音像定位することで違和感が生じるので、自然な映画再生ができない。
【０００６】
以上のように中央音像定位が得られる聴取範囲は真ん中付近だけに限られるので、独立したセンタースピーカを設置しない方式では、一度に複数人数が自然な映画鑑賞をすることができなかった。またステレオ音楽再生においても、一度に複数人数が良好な音像定位で音楽鑑賞をすることができなかった。
【０００７】
中央音像定位が得られる聴取範囲が左右スピーカの真ん中付近だけに限られるという問題点を解決するために、左右の各スピーカに複数のスピーカユニットを取り付けて、一部のスピーカユニットを真ん中方向に傾斜させるという方法が、数多く提案されている。しかしこの方法ではスピーカのキャビネットの一部を傾斜させるために、加工が複雑になり量産性が悪いというデメリットがあった。
【０００８】
そこでスピーカのキャビネットの一部を傾斜させることなく、つまりスピーカユニットを同一平面上に配置しながら上記の問題点を解決できる方法として、例えば特許文献１に記載されているようなスピーカ装置が考えられる。これについて図７〜図１０を参照しながら説明する。
【０００９】
図７は特許文献１に記載された従来のスピーカ装置のスピーカユニット配置図、図８は同フィルタ回路図、図９は同フィルタ回路の周波数特性図、図１０は同スピーカ装置の指向特性図である。図７においてＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３の各スピーカユニットが、互いに間隔ｄ１、ｄ２をもって直線上に不等間隔にｄ１＞ｄ２のように配置されている。
【００１０】
特許文献１によれば、図８において（ａ）は高域減衰フィルタ回路、（ｂ）は高域増強フィルタ回路を示す。抵抗ＲとスピーカＳＰのインピーダンス抵抗ＲＬの比をＫ、抵抗Ｒ’と抵抗ＲＬの比をＫ’とすると、Ｋ＝Ｒ／ＲＬ、Ｋ’＝Ｒ’／ＲＬとなる。また図８（ａ）に示す回路のクロスオーバ周波数をｆ０、図８（ｂ）に示す回路のクロスオーバ周波数をｆ０’とすると、ｆ０＝ＲＬ／２πＬ、ｆ０’＝１／２πＣＲ’となる。
【００１１】
図９において（ａ）に示すように定数Ｋが大きくなるにつれて高周波数になるほど音圧Ｐの減衰が大きくなり、位相差θが大きくなる。また（ｂ）に示すように定数Ｋ’が大きくなるにつれて高周波数になるほど音圧Ｐの増強の度合いが大きくなり、位相差θが大きくなる。
【００１２】
そしてスピーカユニットＳＰ３に高域増強フィルタを接続し、スピーカユニットＳＰ１、ＳＰ２には高域減衰フィルタを接続し、さらに電圧を１／（１＋Ｋ’）に減衰させる。またスピーカユニットＳＰ１に接続するフィルタの定数をＫ１、スピーカＳＰ２に接続するフィルタの定数をＫ２として、Ｋ１＞Ｋ２になるように各フィルタの素子を選定する。
【００１３】
以上の構成によれば各スピーカユニットＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３の周波数に応じた位相差により、図１０に示すように周波数ｆが高くなるにつれてメインローブの中心軸ｒは聴取正面方向を向くので、聴取位置から遠いスピーカの音圧を高め、近いスピーカの音圧を低くするような指向特性を与えることができる。これにより聴取者が良好なステレオ感を得られる範囲を拡げたスピーカ装置を提供できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開昭５５−７４２９２号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】ＮＨＫ技研 Ｒ＆Ｄ Ｎｏ．１２３ ｐ．４８−５５（２０１０年 ９月） 「技研における立体テレビの研究成果」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら特許文献１の従来のスピーカ装置では、少なくとも３個のスピーカユニットＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３が必要であり、スピーカユニットのコストが高くなるという問題があった。またフィルタ回路の抵抗Ｒ、Ｒ’により信号が減衰して高い音圧が得られにくいという問題もあった。さらに抵抗Ｒ、Ｒ’は発熱で危険な高温になるのを防ぐために、非常に大容量の抵抗を用いなければならずフィルタ回路のコストも高くなるという問題もあった。
【００１７】
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、コストアップを抑えながら、セリフや歌声などの音声に対して中央音像定位が得られる聴取範囲を拡大できるスピーカ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明のスピーカ装置は、第１のスピーカユニットと高音を再生する第２のスピーカユニットを各々備えた左右チャンネルのスピーカと、前記第１のスピーカユニットと前記第２のスピーカユニットに信号を分配するネットワークと、前記スピーカを駆動するアンプと、前記アンプに接続された特性補正手段とを備え、前記第１のスピーカユニットと前記第２のスピーカユニットは、互いの中心軸が水平方向に距離を持つように左右対称に配置され、前記スピーカの正面方向で、前記第１のスピーカユニットと前記第２のスピーカユニットのクロスオーバ周波数付近に音圧周波数特性ディップを形成するように構成される。前記特性補正手段は、前記ディップの周波数付近をブーストして前記左右チャンネルのスピーカ間の中心軸方向において前記ディップの周波数付近の音圧が減衰しないように構成され、前記ディップの中心周波数を声の子音の周波数スペクトルの範囲内とするようにしたものである。
【００１９】
この構成により、第１のスピーカユニットと第２のスピーカユニットの放射音の位相差および配置位置関係を利用して、声の子音の周波数帯域において、聴取位置から遠い方のスピーカから到達する音圧を、聴取位置から近い方のスピーカから到達する音圧よりも高くすることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のスピーカ装置によれば、声の子音の周波数帯域において、聴取位置から遠い方のスピーカから到達する音圧を、聴取位置から近い方のスピーカから到達する音圧よりも高くすることができるので、中央音像定位が得られる聴取範囲拡大の効果が得られる。またスピーカユニットが片チャンネル当たり２個で済むとともに、同一平面上に配置できるので、コストアップを抑えることができる。また標準視聴位置で優れた音質を確保することができる。
【００２１】
またディップの中心周波数を４ｋＨｚ〜１０ｋＨｚとしたことにより、中央音像定位が得られる聴取範囲拡大の高い効果を得ながら、聴取位置による音声の音質変化を小さく抑えることができる。
【００２２】
また第１のスピーカユニットと第２のスピーカユニットの中心軸どうしの水平距離をｄ、ディップの中心周波数をｆｃ、空気音速をＣとした時、ｄ＝（０．５６〜１．６７）Ｃ／ｆｃとしたことにより、テレビを視聴する実用的な視聴範囲において高い中央音像定位の効果が得られる。
【００２３】
また第２のスピーカユニットを圧電型とし、ネットワークを省略したことにより、一層コストアップを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１におけるスピーカ装置の正面図
【図２】本発明の実施の形態１におけるスピーカ装置の作用を示す構成図
【図３】本発明の実施の形態１におけるスピーカ装置の作用を示す説明図
【図４】本発明の実施の形態１におけるスピーカ装置のブロック構成図
【図５】本発明の実施の形態１におけるスピーカ装置のスピーカ単体の周波数特性図
【図６】本発明の実施の形態１におけるスピーカ装置の周波数特性図
【図７】従来のスピーカ装置のスピーカユニット配置図
【図８】従来のスピーカ装置のフィルタ回路図
【図９】従来のスピーカ装置のフィルタ回路の周波数特性図
【図１０】従来のスピーカ装置の指向特性図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明のスピーカ装置の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
まず本発明の実施の形態１におけるスピーカ装置の構成について、図１〜図６を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態１におけるスピーカ装置の正面図、図２は同スピーカ装置の作用を示す構成図、図３は同スピーカ装置の作用を示す説明図、図４は同スピーカ装置のブロック構成図、図５は同スピーカ装置の特性補正手段を適用しないスピーカ単体の周波数特性図、図６は特性補正手段を適用した同スピーカ装置の周波数特性図である。
【００２７】
図１、図２に示すように、スピーカ装置１６０は、左チャンネルのスピーカ１６１、右チャンネルのスピーカ１６２、ジョイント部１６３を備える。左チャンネルのスピーカ１６１の第１のスピーカユニット１１１と高音を再生する第２のスピーカユニット１２１、および右チャンネルのスピーカ１６２の第１のスピーカユニット１１２と高音を再生する第２のスピーカユニット１２２は、互いの中心軸が水平距離ｄをもつように左右対称に配置されている。左右チャンネルのスピーカ１６１、１６２はジョイント部１６３で結合され、一体的にスピーカ装置１６０を形成している。このような形態のスピーカ装置は、通称、サウンドバーと呼ばれている。
【００２８】
図４に示すように、スピーカ装置１６０は、第１のスピーカユニット１１１、１１２、第２のスピーカユニット１２１、１２２に信号を分配するネットワーク１３１、１３２と、スピーカを駆動するアンプ１４１、１４２と、アンプ１４１、１４２に接続された特性補正手段１５１、１５２を備えている。ネットワーク１３１、１３２はスピーカ１６１、１６２の中に、アンプ１４１、１４２と、特性補正手段１５１、１５２はジョイント部１６３に内蔵されている。
【００２９】
図２、図３、図５、図６において、Ｓ１は第１のスピーカユニット１１１の中心軸と第２のスピーカユニット１２１の中心軸との中間点であり、左チャンネルのスピーカ１６１の音響的中心位置である。Ｓ２は第１のスピーカユニット１１２の中心軸と第２のスピーカユニット１２２の中心軸との中間点であり、右チャンネルのスピーカ１６２の音響的中心位置である。
【００３０】
図１に示すように、スピーカ装置１６０は、テレビ１７０とともにラック１８０の上に、かつテレビ１７０のすぐ前に置かれている。実施の形態１においては、テレビ１７０の画面サイズは５０インチであり、画面幅は約１１０ｃｍ、画面高さは約６２ｃｍである。
【００３１】
第１のスピーカユニット１１１、１１２は口径６．５ｃｍのコーン型ウーハである。第２のスピーカユニット１２１、１２２は口径２ｃｍの小型ドーム型ツィータである。互いの中心軸どうしの水平距離ｄは５．２ｃｍである。左右チャンネルのスピーカ１６１、１６２の音響中心位置Ｓ１、Ｓ２間の距離Ｗは９３ｃｍである。左右チャンネルのスピーカ１６１、１６２の横幅は約２０ｃｍ、ジョイント部１６３の横幅は約６５ｃｍ、スピーカ装置１６０の全体の横幅は約１０５ｃｍである。
【００３２】
図１、図２において、聴取点Ｐはスピーカ装置１６０から距離Ｄ＝１．８６ｍ離れており、テレビ１７０の画面高さのちょうど３倍である。つまり、非特許文献１に記載されているように、近年のハイビジョンテレビ画像に対する推奨最小視聴距離に相当する。
【００３３】
ネットワーク１３１、１３２はコンデンサ１個による６ｄＢ／ｏｃｔ型ハイパスフィルタであり、第１のスピーカユニットに対してはフィルタなしのスルー接続である。
【００３４】
図５、図６において、細点線カーブ１は右チャンネルのスピーカ１６２の正面方向つまりＳ２−Ｓの方向における、第１のスピーカユニット１１２の音圧周波数特性である。細点線カーブ２は同方向における、第２のスピーカユニット１２２の音圧周波数特性である。太実線カーブ３は同方向における、第１のスピーカユニット１１２と第２のスピーカユニット１２２の加算された音圧周波数特性である。つまり右チャンネルのスピーカ１６２の正面方向の音圧周波数特性である。細実線カーブ４は、右チャンネルのスピーカ１６２の正面から角度α＝１４°で左側に傾いた方向における、右チャンネルのスピーカ１６２の音圧周波数特性である。これは図２における左右中心聴取点Ｃでの音圧周波数特性に相当する。太点線カーブ５は、右チャンネルのスピーカ１６２の正面から角度α＝２６．６°で左側に傾いた方向における、右チャンネルのスピーカ１６２の音圧周波数特性である。これは図２における左チャンネルのスピーカ１６１の正面の聴取位置Ｐでの音圧周波数特性に相当する。
【００３５】
以上のように構成された本発明の実施の形態１におけるスピーカ装置について、以下、作用、効果について詳細に説明する。図５の細点線カーブ１、２に示すように、第１のスピーカユニット１１２と第２のスピーカユニット１２２のクロスオーバ周波数は約７．５ｋＨｚである。クロスオーバ周波数付近における第１のスピーカユニット１１２と第２のスピーカユニットの位相差は約１８０°となり、両者の音が打ち消しあって太実線カーブ３に示すようにクロスオーバ周波数付近に大きなディップを生じている。
【００３６】
つまり従来のスピーカによれば、例えば第２のスピーカユニット１２２の極性を第１のスピーカユニット１１２と逆相にして、スピーカ正面の音圧周波数特性にディップを生じないように構成していたが、本発明ではあえてディップが生じるように構成している。
【００３７】
聴取点Ｐは左チャンネルのスピーカ１６１の真正面であり、クロスオーバ周波数付近では左チャンネルのスピーカ１６１からの音圧は、上記の音圧周波数特性のディップにより低くなる。一方、右チャンネルのスピーカ１６２から聴取点Ｐに到達する音は、第１のスピーカユニット１１２から到達する音と第２のスピーカユニット１２２から到達する音との重畳になるが、第１のスピーカユニット１１２から聴取点Ｐまでの行路長Ｌ１１２は、第２のスピーカユニット１２２から聴取点Ｐまでの行路長Ｌ１２２よりも長くなる。
【００３８】
実施の形態１においては、行路長Ｌ１１２と行路長Ｌ１２２との行路差は約２．３ｃｍとなり、クロスオーバ周波数７．５ｋＨｚの波長（約４．５ｃｍ）のほぼ半分になる。この行路差により、第１のスピーカユニット１１２から聴取点Ｐに到達する音の位相が約１８０°遅れるので、クロスオーバ周波数付近における第１のスピーカユニット１１２と第２のスピーカユニット１２２の音の位相差は約３６０°つまり完全同位相となり、両者の音圧が最大の足し合いとなって音圧が最も高くなる。従って、聴取点Ｐにおける左右チャンネルの各スピーカ１６１、１６２からの到来音のベクトルＶ１、Ｖ２は、Ｖ２＞Ｖ１となるので、合成ベクトルＶは左右のスピーカの中心方向に是正され、中央音像定位が得られる。
【００３９】
標準視聴位置である左右中心聴取点Ｃにおいては左右チャンネルのスピーカ１６１、１６２からの到来音は同じになるが、図５の細実線カーブ４に示すように、スピーカ単体ではクロスオーバ周波数付近の音圧が少しくぼむ。これは、左右中心聴取点Ｃに到来する音の各スピーカ１６１、１６２からの行路差が聴取点Ｐの場合よりも小さくなるので、両者の音圧の足し合いが最大とはならないからである。
【００４０】
そこで実施の形態１のスピーカ装置では図４に示すように特性補正手段１５１、１５２を用いて、ディップ周波数の７．５ｋＨｚ付近をブーストし、左右チャンネルのスピーカ１６１、１６２の間の中心軸方向においてディップの周波数付近の音圧が減衰しないように構成した。特性補正手段のブースト特性は、中心周波数が７．５ｋＨｚ、Ｑが約２、ゲインが約５ｄＢである。これにより図６の細実線カーブ４に示すように、左右中心聴取点Ｃでの音圧周波数特性ディップを解消できる。つまり標準視聴位置で優れた音質を確保することができる。
【００４１】
また実施の形態１のスピーカ装置は、ディップの周波数を７．５ｋＨｚとしたので、中央音像定位が得られる聴取範囲拡大の高い効果を得ながら、聴取位置による音色の変化を小さく抑えることができる。望ましいディップの周波数は声の周波数スペクトルを考慮して決められた。
【００４２】
音声の周波数スペクトルのホルマント周波数は低い方から、第１ホルマント、第２ホルマント、第３ホルマントと呼ばれている。そして言語の如何に関わらず、かつ男声、女声、子供の声も総合して、第１ホルマント周波数範囲は３００Ｈｚ〜１ｋＨｚ程度、第２ホルマント周波数範囲は８００Ｈｚ〜３ｋＨｚ程度、第３ホルマント周波数範囲は２．５ｋＨｚ〜４ｋＨｚ程度であることが知られている。また子音の周波数範囲は、古くは４ｋＨｚ〜７ｋＨｚ程度と言われていたが、実際には１０ｋＨｚを越える高い周波数成分を含んでいることが知られている。
【００４３】
ホルマント周波数の帯域や特に人間の耳の感度の高い３ｋＨｚ〜４ｋＨｚ付近は音声の音質に影響が大きく、スピーカの音圧周波数特性上にこの周波数帯域に偏差を生じると音声の音質変化が大きい。一方、音像定位感を与える上で非常に高い周波数は効果が小さい。特に高齢者の場合は１０ｋＨｚ付近以上の耳の感度低下が大きいことが知られている。従って、聴取位置によって音圧周波数特性が変化して音声の音質が変化することを抑えながら中央音像定位が得られる聴取範囲拡大の高い効果を得るために、望ましいディップ形成の周波数範囲は４ｋＨｚ〜１０ｋＨｚと考えられる。
【００４４】
さらに実施の形態１のスピーカ装置においては、第１のスピーカユニット１１１、１１２と第２のスピーカユニット１２１、１２２の中心軸どうしの水平距離ｄを５．２ｃｍとしたので、実用的なテレビ視聴範囲において優れた中央音像定位の効果が得られる。これについて図３を参照しながら説明する。
【００４５】
図３において、第１のスピーカユニット１１２から左チャンネルのスピーカ１６１の正面の聴取点Ｐまでの行路長Ｐ１−Ｐと、第２のスピーカユニット１２２から左チャンネルのスピーカ１６１の正面の聴取点Ｐまでの行路長Ｐ２−Ｐとの行路差をΔＬとする。右チャンネルのスピーカ１６２の音響中心Ｓ２から聴取点Ｐまでの角度をαとする。また空気の音速をＣとする。
【００４６】
聴取点Ｐにおいてディップの中心周波数ｆｃ付近で、第１のスピーカユニット１１２と第２のスピーカユニット１２２の音圧が足し合う条件は、０．２５Ｃ／ｆｃ≦ΔＬ≦０．７５Ｃ／ｆｃとなる。Ｃ／ｆｃはディップ周波数ｆｃの１波長である。ΔＬ＝（２／４）Ｃ／ｆｃの時はΔＬがｆｃの波長のちょうど半分となり１８０°の位相遅れを与えるので、もともとディップ周波数ｆｃで１８０°の位相差のあった第１のスピーカユニット１１２と第２のスピーカユニット１２２の音は同位相となり、音圧の足し合いが最大になる。
【００４７】
聴取点Ｐにおいて、第１のスピーカユニット１１２と第２のスピーカユニット１２２の音の位相差が±９０°以内であれば、両者の音圧は足し合う。位相差の絶対値が１８０°±９０°の範囲内では両者の音圧は引き合う。従ってΔＬがｆｃの波長の１／４〜３／４の範囲内であればΔＬによる音の位相遅れは９０°〜２７０°となり、もともとの両スピーカユニット１１２、１２２の１８０°の位相差と重畳されて、聴取点Ｐにおける両スピーカユニット１１２、１２２からの音の位相差は２７０°〜４５０°となる。つまり３６０°の位相回転は音圧の加算上は無視できるので±９０°の位相差と等価となる。
【００４８】
次に図３において、ΔＬ＝Ｗ×ｄ／（（Ｄ２＋Ｗ２）×１／２）となることを以下に説明する。ここで、点Ｓ２と点Ｐ３の線分長をＬ１、点Ｓ２と点Ｐ２との線分長をＬ２、点Ｓ２と点Ｐの線分長をＬ３とする。点Ｓ２は点Ｐ１と点Ｐ２の中点なので、ΔＬ≒２×Ｌ１であり、点Ｐ２、点Ｐ３、点Ｓ２を結ぶ三角形は点Ｐ、点Ｓ１、点Ｓ２を結ぶ三角形と相似形である。従ってＬ１＝Ｗ×（Ｌ２／Ｌ３）となる。Ｌ２＝ｄ／２、Ｌ３＝（Ｄ2＋Ｗ2）1/2であるので、ΔＬ≒２×Ｗ×（ｄ／２）×／｛（Ｄ2＋Ｗ2）1/2｝＝Ｗ×ｄ／｛（Ｄ2＋Ｗ2）1/2｝となる。
【００４９】
ハイビジョンテレビ画面は縦横比が１６：９であり、推奨最小視聴距離は画面高さの３倍なので、推奨最小視聴距離は画面幅の１．８倍程度である。一般的にスピーカ装置の横幅はテレビの外形サイズに合わせて選ばれるので、距離Ｗはテレビ画面の幅よりも通常少し狭くなる。従って推奨最小視聴距離はＷの２倍程度と見なすことができる。
【００５０】
そこで推奨最小視聴距離をＤとして、Ｄ＝２Ｗとみなして、ΔＬ＝Ｗ×ｄ／（（Ｄ２＋Ｗ２）×１／２）に代入すると、ΔＬ＝０．４５ｄとなる。そして０．２５Ｃ／ｆｃ≦ΔＬ≦０．７５Ｃ／ｆｃから、０．２５Ｃ／ｆｃ≦０．４５ｄ≦０．７５Ｃ／ｆｃとなるので、０．５６Ｃ／ｆｃ≦ｄ≦１．６７Ｃ／ｆｃとなる。つまりｄがこの条件を満たすことで、スピーカ装置の通常使用状態かつ推奨最小視聴距離において、聴取点Ｐに到来する第１のスピーカユニット１１２と第２のスピーカユニット１２２の音圧は足し合うことになる。従ってテレビを視聴する実用的な視聴範囲において高い中央音像定位の効果が得られる。
【００５１】
実施の形態１のスピーカ装置においてはｆｃ＝７．５ｋＨｚなので、０．５６×４．５３≦ｄ≦１．６７×４．５３、すなわち２．５ｃｍ≦ｄ≦７．５ｃｍであればよく、ｄ＝５．２ｃｍとしたので、テレビを視聴する実用的な視聴範囲において高い中央音像定位の効果が得られるわけである。
【００５２】
従って以上説明した構成により、声の子音の周波数帯域において、聴取位置から遠い方のスピーカから到達する音圧を、聴取位置から近い方のスピーカから到達する音圧よりも高くすることができるので、中央音像定位が得られる聴取範囲拡大の効果が得られる。またスピーカユニットが片チャンネル当たり２個で済むとともに、同一平面上に配置できるので、コストアップを抑えることができる。また左右中心聴取点Ｃでの音圧周波数特性ディップを解消できるので、標準視聴位置で優れた音質を確保することができる。
【００５３】
またディップの中心周波数を４ｋＨｚ〜１０ｋＨｚとしたことにより、中央音像定位が得られる聴取範囲拡大の高い効果を得ながら、聴取位置による音声の音質変化を小さく抑えることができる。
【００５４】
また第１のスピーカユニットと第２のスピーカユニットの中心軸どうしの水平距離をｄ、ディップの中心周波数をｆｃ、空気音速をＣとした時、０．５６Ｃ／ｆｃ≦ｄ≦１．６７Ｃ／ｆｃとしたことにより、テレビを視聴する実用的な視聴範囲において高い中央音像定位の効果が得られる。
【００５５】
なお実施の形態１のスピーカ装置では、高音を再生する第２のスピーカユニット１２１、１２２を通常の動電型のドーム型ツィータとしたが、これを圧電型スピーカユニットとすれば、ネットワーク１３１、１３２を省略することができる。つまり、入力端子と圧電型スピーカユニットの間にネットワークのコンデンサを接続しなくて済む。この構成によれば、一層コストアップを抑えることができる。
【００５６】
また実施の形態１のスピーカ装置では、第１のスピーカユニット１１１、１１２の内側に第２のスピーカユニット１２１、１２２をそれぞれ配置したが、両スピーカユニットどうしの極性を逆にしたり、ネットワーク１３１、１３２のカットオフ特性を急峻にするなどすれば、第１のスピーカユニット１１１、１１２の外側に第２のスピーカユニット１２１、１２２をそれぞれ配置する構成も可能である。
【００５７】
また実施の形態１のスピーカ装置では、第１のスピーカユニット１１１、１１２をウーハとしたが、フルレンジ型スピーカユニットとすることもできる。また第２のスピーカユニット１２１、１２２をツィータとしたが、フルレンジ型スピーカユニットとすることもできる。
【００５８】
また実施の形態１のスピーカ装置では、第１のスピーカユニット１１１、１１２と、第２のスピーカユニット１２１、１２２を同一高さの一直線上に配置したが、両スピーカユニットの高さが違っていても構わない。例えば、第２のスピーカユニット１２１、１２２の中心軸を、第１のスピーカユニット１１１、１１２の中心軸よりも高くなるように配置してもよい。例えば、左右チャンネルのスピーカ１６１、１６２を縦置きにして、第１のスピーカユニット１１１、１１２の上側に来る第２のスピーカユニットを、内側寄りに配置するなどしてもよい。
【００５９】
また実施の形態１のスピーカ装置では、左右チャンネルのスピーカ１６１、１６２をジョイント部１６３で結合して一体的に構成したが、左右チャンネルのスピーカを独立した単体スピーカとしてもよい。
【００６０】
またその他、本発明は上記説明した例に限定されるものでないことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明のスピーカ装置によれば、コストアップを抑えながら歌声やセリフなど音声に対して中央音像定位が得られる聴取範囲を拡大できるので、一般の２チャンネルステレオ音響再生機器やマルチチャンネル音響再生機器ばかりでなく、テレビ用音響再生機器、車載用音響再生機器、電子機器全般の音響再生用に有用である。以上のように、本発明のスピーカ装置は極めて実用的価値の高いものである。
【符号の説明】
【００６２】
１１１、１１２ 第１のスピーカユニット
１２１、１２２ 第２のスピーカユニット
１３１、１３２ ネットワーク
１４１、１４２ アンプ
１５１、１５２ 特性補正手段
１６０ スピーカ装置
１６１、１６２ スピーカ
１６３ ジョイント部
１７０ テレビ
１８０ ラック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のスピーカユニットと高音を再生する第２のスピーカユニットを各々備えた左右チャンネルのスピーカと、
前記第１のスピーカユニットと前記第２のスピーカユニットに信号を分配するネットワークと、
前記スピーカを駆動するアンプと、
前記アンプに接続された特性補正手段とを備え、
前記第１のスピーカユニットと前記第２のスピーカユニットは、互いの中心軸が水平方向に距離を持つように左右対称に配置され、前記スピーカの正面方向で、前記第１のスピーカユニットと前記第２のスピーカユニットのクロスオーバ周波数付近に音圧周波数特性ディップを形成するように構成され、
前記特性補正手段は、前記ディップの周波数付近をブーストして前記左右チャンネルのスピーカ間の中心軸方向において前記ディップの周波数付近の音圧が減衰しないように構成され、前記ディップの中心周波数を声の子音の周波数スペクトルの範囲内としたことを特徴とするスピーカ装置。
【請求項２】
前記ディップの中心周波数を４ｋＨｚ〜１０ｋＨｚとしたことを特徴とする、請求項１に記載のスピーカ装置。
【請求項３】
前記第１のスピーカユニットと前記第２のスピーカユニットの中心軸どうしの水平距離をｄ、前記ディップの中心周波数をｆｃ、空気音速をＣとした時、０．５６Ｃ／ｆｃ≦ｄ≦１．６７Ｃ／ｆｃとしたことを特徴とする、請求項１又は２に記載のスピーカ装置。
【請求項４】
前記第２のスピーカユニットを圧電型とし、前記ネットワークを省略したことを特徴とする、請求項１乃至３に記載のスピーカ装置。
【請求項１】
第１のスピーカユニットと高音を再生する第２のスピーカユニットを各々備えた左右チャンネルのスピーカと、
前記第１のスピーカユニットと前記第２のスピーカユニットに信号を分配するネットワークと、
前記スピーカを駆動するアンプと、
前記アンプに接続された特性補正手段とを備え、
前記第１のスピーカユニットと前記第２のスピーカユニットは、互いの中心軸が水平方向に距離を持つように左右対称に配置され、前記スピーカの正面方向で、前記第１のスピーカユニットと前記第２のスピーカユニットのクロスオーバ周波数付近に音圧周波数特性ディップを形成するように構成され、
前記特性補正手段は、前記ディップの周波数付近をブーストして前記左右チャンネルのスピーカ間の中心軸方向において前記ディップの周波数付近の音圧が減衰しないように構成され、前記ディップの中心周波数を声の子音の周波数スペクトルの範囲内としたことを特徴とするスピーカ装置。
【請求項２】
前記ディップの中心周波数を４ｋＨｚ〜１０ｋＨｚとしたことを特徴とする、請求項１に記載のスピーカ装置。
【請求項３】
前記第１のスピーカユニットと前記第２のスピーカユニットの中心軸どうしの水平距離をｄ、前記ディップの中心周波数をｆｃ、空気音速をＣとした時、０．５６Ｃ／ｆｃ≦ｄ≦１．６７Ｃ／ｆｃとしたことを特徴とする、請求項１又は２に記載のスピーカ装置。
【請求項４】
前記第２のスピーカユニットを圧電型とし、前記ネットワークを省略したことを特徴とする、請求項１乃至３に記載のスピーカ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１９５８００（Ｐ２０１２−１９５８００Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５８８２４（Ｐ２０１１−５８８２４）
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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