(57)【要約】【課題】頭部との干渉回避及び周囲への音漏れ抑制を図りしつつ、ユーザには自然な特性で十分な音量の音を届ける。【解決手段】スピーカ装置ＳＰは、その放音方向が下方を向くようにスタンド１０に支持される。下ポール２１に対する上ポール２２の挿入深さを所望にして固定することで、支柱部２０全体の長さが調整可能で、それによってシート３０の上面からのスピーカ装置ＳＰの下面の高さＨを調整できる。スピーカ装置ＳＰは、ユーザの頭部まで少なくとも１５０ｍｍの距離まで近づけることが可能である。各スピーカＳＰのコーン紙１５の直径ｄ１は共通であり、直径ｄ１は２０〜２６０ｍｍの範囲とされ、２６０ｍｍ以下である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ直径が２６０ｍｍ以下のコーン紙を有する左右一対のスピーカと、
前記一対のスピーカの放音方向が下方を向くように前記一対のスピーカを支持する支持手段と、
前記一対のスピーカの高さを調整してユーザの頭部まで少なくとも１５０ｍｍの距離まで近づけることが可能な調整手段と、を有することを特徴とするスピーカシステム。
【請求項２】
前記一対のスピーカのコーン紙の中心間距離は２００〜２６０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載のスピーカシステム。
【請求項３】
前記一対のスピーカのコーン紙のそれぞれの直径は２０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のスピーカシステム。
【請求項４】
前記支持手段を載置するためのシートを有し、
前記調整手段により前記一対のスピーカが最大高さとされた状態を基準として、前記シートにおける、左側の前記スピーカのコーン紙の中心を起点とした放射角度３０°の範囲内の領域と右側の前記スピーカのコーン紙の中心を起点とした放射角度３０°の範囲内の領域とを少なくとも含む領域には、吸音材が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスピーカシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、左右一対のスピーカを有するスピーカシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ステレオのスピーカシステムは、左右のチャンネルの音をそれぞれ放音する一対のスピーカを有する。ヘッドホンやイヤホンとは異なり、設置型のスピーカは床面や壁等に設置され、スピーカの配置は固定的である。そのため、聴取者が自身の向きを変え、顔がスピーカに正対しない姿勢となると、音響が本来のものとは変わり違和感が生じ得る。一方、指向性を有する音波を出力する面状のスピーカを聴取者の上方に配置し、床面方向に放音させることで、邪魔になりにくくした音響システムが開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−８２５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、設置型のステレオスピーカについて、周囲への音漏れをなるべく少なくしつつ自然な特性で十分な音量の音をユーザに届ける構成を考える。まず、スピーカの音の近くで聞くと、遠くで聞くよりもステレオ感が明瞭となる。それだけでなく、放音位置が耳に近いので距離による音圧の減衰が少なく、放音音量を相対的に小さく設定できることから、周囲に大きな音が漏れることなく大きな聴取音量が得られる。ユーザへのスピーカからの距離は短いと有利であるが、スピーカがユーザの身体に干渉しない範囲とする必要がある。
【０００５】
また、左右のスピーカは放音軸の位置が異なるため、ユーザの個人差を考慮して自然な音を届けるために、左右のスピーカの適切な間隔を検討する必要がある。さらに、スピーカの指向性は音域によって異なり、高音域での指向性が高い。そのため、スピーカの諸元に応じて、スピーカのコーン紙の適切な直径（口径）も定める必要がある。さらに、スピーカの放音方向を下方にした場合、通常、床面で音が反射し、反射音が聴取音の品位に影響するため、反射音の拡散の抑制も検討に値する。これらを総合的に考察してスピーカを設計するのが望ましい。
【０００６】
本発明は上記従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、頭部との干渉回避及び周囲への音漏れ抑制を図りしつつ、ユーザには自然な特性で十分な音量の音を届けることができる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】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明の請求項１のスピーカシステムは、それぞれ直径（ｄ１）が２６０ｍｍ以下のコーン紙（１５）を有する左右一対のスピーカ（ＳＰ）と、前記一対のスピーカの放音方向が下方を向くように前記一対のスピーカを支持する支持手段（１０）と、前記一対のスピーカの高さを調整してユーザ（３４）の頭部まで少なくとも１５０ｍｍの距離まで近づけることが可能な調整手段（１８）と、を有することを特徴とする。
【０００８】
なお、上記括弧内の符号は例示である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の請求項１によれば、頭部との干渉回避及び周囲への音漏れ抑制を図りしつつ、ユーザには自然な特性で十分な音量の音を届けることができる。
【００１０】
請求項２によれば、耳間距離の異なる多くのユーザに対し自然な音を届けることができる。請求項３によれば、高い周波数の音の広い放射角度の範囲では減衰効果を期待できる。請求項４によれば、床面からの反射音を効率的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】スピーカシステムの斜視図（図（ａ））、側面図（図（ｂ））である。
【図２】スピーカ装置の模式的な側面図である。
【図３】音源からの距離と音圧減衰比との関係を示す図（図（ａ））、直径が２０、５２、２６０ｍｍの場合における放射角度と音圧減衰率との関係を示す図（図（ｂ）〜（ｄ））である。
【図４】スピーカと放射角度との関係を示す模式的な側面図（図（ａ））、シートの一例を示す平面図（図（ｂ））である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明の一実施の形態に係るスピーカシステムの斜視図、側面図である。このスピーカシステム１００において、スタンド１０にスピーカ装置ＳＰが支持されている。スピーカ装置ＳＰは、その放音方向が下方を向くようにスタンド１０に支持される。床面２３にシート３０が敷かれ、シート３０の上にスタンド１０が載置されている。シート３０もスピーカシステム１００に含めてもよい。
【００１４】
スタンド１０は、平面視で略半円状の脚部１２と、支柱部２０とを有する。脚部１２はシート３０に当接する。支柱部２０は、下ポール２１及び上ポール２２を有し、下ポール２１の下端部が脚部１２に固定されている。上ポール２２の上半部は側面視で略半円状に湾曲しており、上ポール２２の先端部にはスピーカ装置ＳＰが取り付けられている。
【００１５】
スピーカ装置ＳＰは、左右一対の左スピーカＳＰＬ及び右スピーカＳＰＲを有する。スピーカ装置ＳＰは、音楽再生、楽器演奏再生のいずれにも用いることができる。スタンド１０には電源供給部１４が設けられる。電源供給部１４は例えば、脚部１２または下ポール２１に固定される。電源供給部１４は不図示の商用電源に接続される。電源供給部１４は、アンプ機能や信号処理機能を備えるメインユニットを含んでいてもよい。
【００１６】
下ポール２１及び上ポール２２はいずれも全体が管状に形成され、上ポール２２の真直な部分が下ポール２１の内周側を摺動可能に構成される。上ポール２２を貫通させた締結具１８で下ポール２１を押圧することで、下ポール２１に対する上ポール２２の上下方向の位置を固定できる。下ポール２１に対する上ポール２２の挿入深さを所望にして固定することで、支柱部２０全体の長さが調整可能になっている。従って、シート３０の上面からのスピーカ装置ＳＰの下面の高さＨを調整できる。電源供給部１４とスピーカ装置ＳＰとは不図示の配線コードで接続される。
【００１７】
このスピーカシステム１００の使用態様として次のようなものが想定される。例えば、脚部１２の半円形状の内側に椅子を置き、椅子に座って音楽を聴いたり、自身で楽器を演奏して演奏音を聞いたりする。また、椅子を置かずに脚部１２の半円形状の内側に立って音を聞く態様もある。椅子に座る場合と立つ場合とで、上述のように支柱部２０を伸縮させて適宜調整することで、スピーカ装置ＳＰを所望の高さへ調整できる。
【００１８】
次に、スピーカ装置ＳＰにおける左スピーカＳＰＬ、右スピーカＳＰＲの具体的な寸法、及びシート３０の構成について説明する。図２は、スピーカ装置ＳＰの模式的な側面図である。
【００１９】
ユーザ３４はスピーカ装置ＳＰの真下に居ると仮定する。まず、音源位置である左スピーカＳＰＬ、右スピーカＳＰＲの放音位置からユーザ３４の頭部の上端までの距離をＲ３とする。距離Ｒ３は、１５０〜２５０ｍｍの範囲に調節して用いるのが好ましい。この調節は、上述のように支柱部２０全体の長さ調整によって実現できる。ユーザ３４がシート３０に座っている状態と起立している状態のいずれにおいても距離Ｒ３が少なくとも１５０〜２５０ｍｍの範囲となるように、支柱部２０の長さは調整可能となっている。ユーザ３４としては子供から大きな大人まで想定する。ここで、距離Ｒ３の最小値が１５０ｍｍであるのは、ユーザ３４が頭部を動かすことを想定した上で、スピーカ装置ＳＰと頭部との干渉を回避するためである。また、距離Ｒ３の最大値が２５０ｍｍであるのは、音圧減衰比を、音源から１ｍの聴取位置に対して１／４以下にし、周囲への音漏れを少なくしつつユーザ３４には十分な音量の音を届けるためである。
【００２０】
図３（ａ）は、音源からの距離と音圧減衰比との関係を示す図である。横軸に音源からの距離（ｍ）、縦軸に音圧減衰比（ｄＢ）をとっている。仮にスピーカを、無限バッフルを持つ平板と見做すと、放音軸上の遠距離音場における音圧Ｐは下記数式１で表される。また、ユーザの耳の位置（音源からの距離をｒ０とする）での音圧Ｐ０を基準としたときの距離による音圧減衰比Ｐ／Ｐ０は、下記数式２で表される。
［数１］
Ｐ＝ωρＱ／２πｒ
［数２］
Ｐ／Ｐ０＝（ωρＱ／２πｒ）／ωρＱ／２πｒ０＝ｒ０／ｒ
【００２１】
ここで、Ｐは音圧の絶対値、ωは角周波数、ρは空気密度、ｒは振動面（音源位置）からの距離、Ｑは体積速度である。
【００２２】
図３（ａ）の直線Ｌ１は距離ｒ＝１ｍ、直線Ｌ２は距離ｒ＝０．２ｍの場合の音圧減衰比である。数式２からわかるように、聴取位置での音圧減衰比は、音源からの距離に反比例する。従って、音源から遠すぎると音が減衰しすぎ、大きな音量でないとユーザ３４に適切な音量を届けられない。その一方、出力する音量を大きくすると周囲への音漏れが多くなる。そこで、音源から１ｍの距離での音圧減衰比をユーザ３４と比較して１／４にまで小さくすれば、１ｍの範囲まで近づいた他人に聞こえる音はかなり小さくできる。そこで距離Ｒ３の最大値を２５０ｍｍと設定した。
【００２３】
次に、左スピーカＳＰＬのコーン紙１５Ｌの中心位置ＣＬと、右スピーカＳＰＲのコーン紙１５Ｒの中心位置ＣＲとの距離である中心間距離Ｒ２（図２）については、２００〜２６０ｍｍの範囲内とし、好ましくは２００ｍｍとした。なお、中心位置Ｃ（ＣＬ、ＣＲ）は、コーン紙１５（１５Ｌ、１５Ｒ）を放音方向に投影した円形形状の重心位置とする。左右の耳の間隔Ｒ１は、体格や年齢等によって約２００〜２６０ｍｍと個人差がある。そこで、中心間距離Ｒ２を耳の間隔Ｒ１に合わせた。これにより、耳間距離の異なる多くのユーザに対し自然な音を届けることができる。
【００２４】
コーン紙１５Ｌ、１５Ｒの直径ｄ１は共通であり、直径ｄ１は２０〜２６０ｍｍの範囲とされ、好ましくは５２ｍｍである。放音軸上の音圧と任意の方向の音圧との比である指向性関数Ｄは、下記数式３で表される。
［数３］
Ｄ＝任意の方向の音圧／放音軸上の音圧＝２Ｊ１｛（２πａｆｓｉｎθ）／ｃ｝／｛（２πａｆｓｉｎθ）／ｃ｝
【００２５】
ここで、Ｊ１｛｝は第一次ベッセル関数、ａは振動板半径（ｍ）、ｆは周波数 （Ｈｚ）、θは放音軸に対する角度（ｒａｄ）、ｃは音速である。ａの２倍が直径となる。放音軸に対する角度を、コーン紙１５の中心位置Ｃを起点とした放射角度θと呼称する（図４（ａ）参照）。
【００２６】
図３（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、直径ｄ１が２０、５２、２６０ｍｍの場合における放射角度と音圧減衰率との関係を示す図である。各図において、周波数ごとの特性が示されている。まず、周波数に着目すると、直径ｄ１が大きいほど、特に高域での指向性が増し、放音軸からずれた領域での減衰率が大きくなることがわかる。一方、放射角度θに着目すると、概ね、放射角度θが大きい領域での減衰率が大きいことがわかる。放射角度θが３０°を超えると、高域の音は大きく減衰する。なお、放射角度θが大きくなっても減衰率が小さくなる領域があるのは、コーン紙１５には面積があることから、異なる位置から放音された波同士の干渉により音圧が低くなる領域が生じるからである。
【００２７】
直径ｄ１の最小値は２０ｍｍとされる。図３（ｂ）を参照すると、高域の１６０００Ｈｚの音については、放射角度３０°より広い範囲では減衰効果をある程度期待できる。高周波の音ほど反射や回り込みが感覚的に与える影響が大きいので、周囲への音漏れ抑制には高周波の音を減衰させることが重要である。そこで、直径ｄ１が最も小さい構成においても高域の音を効果的に減衰させるため、最小値を２０ｍｍとした。
【００２８】
また、直径ｄ１の最大値は２６０ｍｍとされる。図３（ｄ）を参照すると、ほぼ全域で、放射角度３０°より広い範囲では減衰効果をある程度期待できる。また、高周波の音の減衰のためには直径ｄ１は大きいほどよいが、左右のスピーカ同士の物理干渉を回避する必要がある。上述のように、中心間距離Ｒ２の最大値を２６０ｍｍとしたことから、直径ｄ１が２６０ｍｍを超えると左スピーカＳＰＬと右スピーカＳＰＲとの物理的干渉が生じ、実質的にスピーカ装置ＳＰを製造できない。そこで直径ｄ１は２６０ｍｍ以下とした。これに加えて、スピーカ装置ＳＰは頭上に配置されるので、落下等の安全性を考慮し、重量も抑制するために直径ｄ１の上限を定めた。なお、中心間距離Ｒ２の設定によって、実際にとり得る直径ｄ１には制約があるので、制約の範囲で直径ｄ１を設定することになる。
【００２９】
図４（ａ）は、左スピーカＳＰＬと放射角度θとの関係を示す模式的な側面図である。図４（ｂ）は、シート３０の一例を示す平面図である。図４（ａ）では、左スピーカＳＰＬを例にとるが、右スピーカＳＰＲについても同様に考えることができる。ＸＬは左スピーカＳＰＬの放音軸である。放射角度θは、中心位置Ｃを通る直線と放音軸ＸＬとが床面側で成す角度である。シート３０の上面は吸音材で構成される。吸音材の種類に限定はないが、例えば、毛の長いじゅうたん、合成または天然のムートン等が採用可能である。吸音材は、シート３０の全面に配設してもよいが、図４（ｂ）に示すように、少なくとも領域３２を含む範囲に配設される。このことについて説明する。
【００３０】
放音軸ＸＬは上下方向に平行であるので、床面２３がフローリング等の硬い素材であると、直下に放射された音が床面２３で初期反射し、四方の壁で乱反射して放音軸ＸＬから離れた方向へ音が拡散してしまう。そのような乱反射を極力抑え周囲への音の拡散を防ぐために、初期反射する場所に吸音材を設置するのは極めて有効である。一方、吸音材の配設広さについて、現実的には制約があるので、効率のよい範囲を定めることが求められる。
【００３１】
床面に対する放射範囲が最も広くなる、スピーカ装置ＳＰの下面の高さＨを最大高さ（Ｈｍａｘ）に調節した状態を基準に考える。シート３０上の、左スピーカＳＰＬのコーン紙１５Ｌの中心位置ＣＬを起点とした放射角度θの範囲は、直径ｄ２の円形の範囲３１Ｌとなる（図４（ｂ））。図３（ｂ）〜（ｄ）からわかるように、放射角度３０°の範囲を超えると、音の減衰の程度は大きくなり、例えば、直径ｄ１が５２ｍｍの場合、８０００Ｈｚ以上の高域の音については減衰が十分に大きく、周辺に居る人が聞く音はマイルドとなり騒音感は小さくなっている。そこで、放射角度３０°の範囲での音の反射を抑えるのが効果的である。
【００３２】
同様に、右スピーカＳＰＲのコーン紙１５Ｒの中心位置ＣＲを起点とした放射角度θの範囲は、直径ｄ２の円形の範囲３１Ｒとなる（図４（ｂ））。中心位置ＣＬと中心位置ＣＲとは位置が異なるため、範囲３１Ｌと範囲３１Ｒの位置も異なる。図４（ｂ）に示すように、範囲３１Ｌ及び範囲３１Ｒの双方を含む範囲として領域３２が定まる。シート３０において、最低限、領域３２を含む範囲に吸音材を配設する。これにより、スピーカ装置ＳＰの高さ調整の可能な全範囲において、音があまり減衰しない放射角度３０°内の放射音を吸音材が吸収し、反射を抑えることができる。
【００３３】
本実施の形態によれば、支柱部２０の長さを調整することで、スピーカ装置ＳＰの下面の高さＨを調整し、ユーザの頭部まで少なくとも１５０ｍｍの距離まで近づけることが可能である。これにより、頭部と干渉しない範囲でなるべく近くまでスピーカ装置ＳＰを近づけ、設定音量を小さくできるので、周囲への音漏れを抑制することができる。また、左右のスピーカＳＰの中心間距離Ｒ２を２００〜２６０ｍｍの範囲内としたので、耳間距離の異なる多くのユーザに対し自然な音を届けることができる。そして、コーン紙１５の直径ｄ１を２６０ｍｍ以下としたので、特に高周波の音を減衰させると共に、左右のスピーカ同士の物理干渉を回避することができる。よって、頭部との干渉回避及び周囲への音漏れ抑制を図りしつつ、耳間距離の異なる多くのユーザに対し、自然な特性で十分な音量の音を届けることが可能となる。また、コーン紙１５の直径ｄ１を２０ｍｍ以上としたので、高い周波数の音の広い放射角度の範囲では減衰効果を期待できる。
【００３４】
また、左右のスピーカＳＰの中心位置Ｃを起点とした放射角度３０°の範囲３１Ｌ、３１Ｒの双方を含む領域３２に吸音材を配設したシート３０を設けたので、床面からの反射音を効率的に抑制することができる。
【００３５】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００３６】
１０  スタンド（支持手段）、  １５  コーン紙、  １８  締結具（調整手段）、  ３０  シート、  ３１Ｌ、３１Ｒ  範囲、  ３２  領域、  ｄ１  直径、  ＳＰ  スピーカ装置、  ＣＬ、ＣＲ  中心位置、  Ｒ２  中心間距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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