(57)【要約】【課題】スピーカーは特性が異なり，スピーカー・ユニットに使用されるコーンや磁石が，紙，アルミニウム，フェライト，アルニコ，大きさなど，又スピーカー箱が密閉箱，バスレフ型，後面開放型などによって様々な音色や音質が異なっている。本発明によるスピーカー・システムはこれら異なるスピーカーを複数使用し，同一帯域や重なる帯域において位相を一致した電流駆動するスピーカーシステムである。【解決手段】複数の異なったスピーカーを，位相を一致させる機能を有する電力増幅器をもって駆動するスピーカー・システムである。【選択図】図１
2008182656.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピーカー・システムにおいて
（１）特性又は材質の異なる複数のスピーカーを，周波数帯域が同一領域，又は重なる領域で駆動することを特徴とする。
（２）スピーカーを駆動する電力増幅器にあって，スピーカーユニットと，それに直列につながるインピーダンス素子とで負帰還回路網を構成し，前記スピーカーユニットと前記直列につながるインピーダンス素子はそのインピーダンス値において約，同じ値をもつことを特徴とする。
以上の如く構成されるスピーカー・システム。
【請求項２】
請求項１に記載の前記スピーカー・システムに用いるスピーカー箱において，スピーカーユニットを前面部と後面部に取り付け，その前面部と後面部
2008182656.tif 000015
もしくはバッフル箱を設けることを特徴とするスピーカー・システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明はスピーカー・システムに関するものでスピーカー・システムの性能向上をはかるものである。
【背景技術】
【０００２】従来のスピーカー・システムは，使用するスピーカーユニットやスピーカー箱と，それらを駆動する電力増幅器によって，音色や各種特性が変り，いわゆるジャズ向き，クラシック音楽向きと言われる傾向が生じる。
【特許文献】特開平５−２８２４６５  特願２００４−１７７６１１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】スピーカー・システムとしてのスピーカーユニットの振動板の伝播速度対損失特性の性能向上をはかる。【０００４】スピーカーユニットとそれを駆動する電力増幅器の歪それ自体は技術的に減少させる事が出来るが，空気中に発生した音圧での歪を等価的に減少させる事をはかる。【０００５】いわゆるジャズ音楽向きとかクラシック音楽向きと言われる音色を作り出す。【０００６】複数のスピーカーユニットから発生し，音圧に悪影響を与えている
2008182656.tif 000003
【０００７】低域の周波数帯域を拡げる。【０００８】低域の周波数帯域を拡げようとすると超低域レベルによりボイスコイルが破損したり，引っかかるがこれを防止する。【０００９】スピーカーシステムの周波数対音圧特性をスピーカーユニットの特性を生かして変える。【００１０】スピーカーユニットのもつ周波数対音圧特性の広帯域化をはかり，クロス・オーバーポイントを減らす。【００１１】平面バッフル型や後面開放型スピーカーのバッフル面積を減らす。
【課題を解決するための手段】〔請求項１〕については〔００１２〕から〔００１８〕に示す。
本発明はその問題を解決するために次のような手段を考え出した。図１は本発明によるスピーカー・システムの原理図である。図１に示す様に【００１２】特性，大きさ，材質の異なる複数のスピーカー・ユニットＳＰ１（４），ＳＰ２（５）の駆動の基準となる接続端子ａ点とｂ点において，電流と電圧の位相を入力信号（１０）の位相に合わせる。前記複数のスピーカー・ユニットＳＰ１（４），ＳＰ２（５）の接続端子ａ点，ｂ点の２つを流れる電流の位相を一致させる。【００１３】前記複数のスピーカー・ユニットＳＰ１（４），ＳＰ２（５）を，同一周波数帯域又は周波数帯域の重なる領域で，並列又は直列に接続して駆動する。【００１４】図１に示すように前記スピーカー・ユニットＳＰ１（４），ＳＰ２（５）とそれに直列につながるインピーダンス素子Ｚ１（３），Ｚ２（２）とで電力増幅器（１）における負帰還回路網を構成し，それらのインピーダンス素子Ｚ１（３），Ｚ２（２）の値を前記複数のスピーカーユニットＳＰ１（４），ＳＰ２（５）のもつインピーダンスと約，同じ値とする。これは前記直列につながるインピーダンス素子Ｚ１（３），Ｚ２（２）に流れる電流を正確に検出し，電流駆動するためには欠かせない。【００１５】前記複数のスピーカー・ユニットＳＰ１（４），ＳＰ２（５）としては振動板の大きさが１２ｃｍ，１６ｃｍ，２０ｃｍ直径など，使用する材質として，紙，アルミニウム，ポリプロピレンなど，磁石としてアルニコ，フェライト，インジウムなどを使用し，特性の異なる複数のスピーカー・ユニットとする。【００１６】複数のスピーカー・ユニットの使用するスピーカー箱は密閉型，バスレフ型，平面バフル型や後面開放型，バックロードホーン型などを使用する。【００１７】前記複数のスピーカーユニットＳＰ１（４），ＳＰ２（５）はインピーダンス特性も含めて各々特性が異っているので，前記電力増幅器（１）における負帰還回路網を構成している負帰還抵抗Ｒ３（６），Ｒ４（７），Ｒ５（８），Ｒ６（９）の抵抗値を変えたり，その裸ゲインを変えて，負帰還量を変えそれによって音圧対周波数特性を変える。【００１８】図１に基づいてスピーカー・ユニットＳＰ１（４），ＳＰ２（５）と前記電力増幅器（１）の接続を説明する。スピーカー・ユニットＳＰ１（４）と前記直列につながるインピーダンス素子Ｚ１（３）とをもって前記電力増幅器（１）の負帰還回路網を構成し，前記スピーカー・ユニットＳＰ１（４）の一方を前記電力増幅器（１）の出力側につなぎ，他方を直列につながるインピーダンス素子Ｚ１（３）の一方につなぐ。前記直列につながるインピーダンス素子Ｚ１（３）の他方はアースに落とす。
前記直列につながるインピーダンス素子Ｚ１（３）を前記スピーカー・ユニットＳＰ１（４）のもつインピーダンス値と約，同じ値のインピーダンスをもたせる。
前記スピーカーユニットＳＰ１（４）と前記直列につながるインピーダンス素子Ｚ１（３）の接続点から前記電力増幅器（１）の負帰還入力信号側に接続する。前記スピーカー・ユニットＳＰ１（４）を経路とする負帰還量を６ｄｂから１００％負帰還とする。スピーカー・ユニットＳＰ２（５）についても〔００１８〕で記したのと同様に行なう。【００１９】〔請求項２〕に関するものは〔００２０〕に示す。【００２０】図１４は本発明によるスピーカー箱の斜視図を示す。
スピーカー箱（３４）の前面部にスピーカー・ユニットＳＰ３（２９）とＳＰ４（３０）を取りつけ後面部にスピーカー・ユニットＳＰ３（３１）とＳＰ４（３２）を取りつける。ＳＰ３（２９）と
2008182656.tif 000004
接続する。前記スピーカー箱（３４）の後面部（３３）は，バッフル効果をもたせるため前面バッフル面積より大きい平面板，後面開放型箱や密閉箱を取りつける。これによって前面部に取りつけたＳＰ３（２９），ＳＰ４（３０）と後面部に取りつけたＳＰ３（３１），ＳＰ４（３２）との間の距離ｌがとられバッフル効果を増加させる。これを駆動するのは〔００１８〕で示した電力増幅器（１）である。
【発明の効果】〔請求項１〕に関しては〔００２１〕から〔００２８〕に示す。
本発明の複数のスピーカー駆動によるスピーカーシステムは以下のような効果を有する。【００２１】複数の特性の異なるスピーカーを，位相をそろえて駆動する事によって各々のスピーカーから出た音が空気中で合成され，歪を平準化し歪を減らす。例えば４個の異なったスピーカーを本発明のスピーカー
2008182656.tif 000005
なり半減する。ここでｎは使用するスピーカーの数である。
従来は空気中に音圧として発生した歪を減らすのは難しかった。【００２２】スピーカー・ユニットに使用される振動板は，その材質等によって伝播速度対損失特性に大きく影響を与える。異なる伝播速度対損失特性を有する振動板をもつスピーカー・ユニットを複数個組合わせる事によって，好ましい理想に近い伝播速度対損失特性を有する音圧が，空気中で合成することによって得られる。【００２３】本発明のスピーカーシステムにより，ピアノのようなシャープな打撃音とバイオリンのような弦をこする柔かい音を複数のスピーカー・ユニットの空気中の音圧合成によって，両方の特質を表現する音質が再現出来る。
従来はシャープな音と奥まった柔かい音質を同時に表現する音質を得るのは難かしかった。【００２４】本発明のスピーカーシステムにより，複数の，特性の異なったスピーカー・ユニットの低域共振周波数ｆ０が異なっているため，合成される音圧は低域共振の複数の周波数帯域が重なり合う。それによって低域の周波数帯域を拡げる事が出来る。かつ低域共振周波数帯域はスピーカー・ユニットの音圧の働きの中で最も効率のよい帯域であるので高効率かつ高音質の低域での音質が得られる。
従来はこのような用い方はされないものである。【００２５】本発明のスピーカーシステムにより高域周波数帯域が拡がり，又立上りの速い応答性をもつ音圧が得られる。これにより高域が伸びるのでクロスオーバー点を減らす事が出来，定位や音像の再現に音質上の効果がある。さらにフルレンジスピーカーとして有効である。これはツイター領域まで拡がるので帯域分割が減る。【００２６】本発明のスピーカーシステムにより，駆動する電力増幅器の負帰還量又は裸ゲインを変える事によって音圧レスポンス対周波数特性を変化させる。これにより低域共振周波数帯域での音圧レベルや高域周波数帯域での音圧レスポンスを任意に変え，スピーカー箱の特性とマッチングをはかる事が出来る。【００２７】
2008182656.tif 000006
ないので，従来方式にない過渡的歪のない音質上の効果が得られる。
2008182656.tif 000007
位相特性は合致する。とくにデューティサイクルの異なる不規則信号による位相の乱れは従来方式は問題が生ずるが，本発明のスピーカーシステムにはない。【００２８】共振周波数ｆ０以下の超低域での振動板の動きは，本発明の原理により，前記共振周波数で最大となり超低周波領域では急激に減衰するので振動板の過渡の動きによる破損やボイスコイルが引っかかる事はない。従来は低域の音圧レベルを増加すると超低域の振動板のストローク巾が限界を越える破損を生じた。
〔請求項２〕に関しては〔００２９〕と〔００３０〕に示す。【００２９】前面スピーカーと後面スピーカーとの間の距離ｌをとる事により，相互干渉が減り，平面バッフルや後面開放型のバッフルの放射面積を等価的に増加し，低音域が伸びる。【００３０】前面スピーカーのバッフル面は小さい面積になるので定位がシャープで音像が明確になり，音場感が深まる。又小型でよいのでスペースが大きくとれる。又デザインも自由度が増す。
【発明を実施するための最良の形態】〔請求項１〕について〔００３１〕から〔００４０〕に示す。【００３１】スピーカー・ユニットは振動板の材質が紙，アルミニウム，ベクストロンなど，又大きさも直径が１２ｃｍ，１６ｃｍ，２０ｃｍなど様々な種類があり，更に他に使用する部品の違いも含めて，それら各々のスピーカー・ユニットから発生する音色や音質は異なっている。本発明によるスピーカーシステムは，異なったスピーカー・ユニットを複数使用し，同一周波数帯域又は周波数帯域の重なる領域で，有効に機能するものである。【００３２】図１に示すように前記スピーカーの電力増幅器（１）において複数のスピーカー・ユニットＳＰ１（４），ＳＰ２（５）を負帰還回路網の一部として用い，かつ前記スピーカー・ユニットＳＰ１（４），に直列につながるインピーダンス素子Ｚ１（３），Ｚ２（２）を前記スピーカー・ユニットＳＰ１（４），ＳＰ２（５）の有する抵抗値又はインピーダンス値と約，同じ値にする事によって負帰還信号として最適に位相差と電流レベルを検出する。こうして高精度の負帰還効果をもたせるものである。このように前記スピーカー・ユニットＳＰ１（４），ＳＰ２（５）に生じる位相ずれを効率よく検出し，その位相補正効果により，その電流と電圧の位相関係を駆動位置ａ点，ｂ点（図１）において一定に駆動する事を特徴とする。又前記
2008182656.tif 000008
位相の乱れの悪影響をなくしている。図２に示す様に入力信号と電流と電圧の位相関係において，ｃ点が起点となり位相が一致し，図１に示す前記ａ点，ｂ点は音圧が発生する起点となり，立上りでありここで前記複数のスピーカー・ユニットＳＰ１（４），ＳＰ２（５）から一致した位相関係をもって駆動され，これらの音圧エネルギーが空気中で合成され図２に示すｄ波（１３）のような音圧として単一ユニットと同等の動作をする。
複数のスピーカー・ユニットは垂直方向に並べると位相ずれが少なく使用出来る。位相の乱れが生じると再生音の音像，定位がぼける。【００３３】特性や大きさ，材質の異なる複数のスピーカー・ユニットの位相をそろえて駆動する事によって各スピーカー・ユニットから発生する音圧が空気中で合成され，歪を平準化し，歪を減少する。従来は一担空気中に音圧として発生した歪を減らすのは困難であった。振動板の大きさや材質，フェライト，アルニコ，インジウムなどのマグネットの種類等，特性の異なるスピーカー・ユニットを複数駆動し，空気中で音圧として合成する事により歪を減少させる。したがって前記スピーカー・ユニットをｎ本使用すれば
2008182656.tif 000009
となる。図２は合成されて２倍になったｄ波（１３）と平準化された歪成分を示す。【００３４】異なる伝播速度対損失特性の振動板を有する複数のスピーカー・ユニットを組合せ，前記スピーカーシステムとして使用すると等価的に音圧として空気中で合成され，各々のスピーカー・ユニットのもつ伝播速度対損失特性が合成される。これにより等価的に合成された伝播速度対損失特性をもつ振動板のスピーカー・ユニットの音と見なす事が出来る。これによって理想に近い適切な伝播速度対損失特性を等価的に有するスピーカー・ユニットが得られる。図３は振動板がアルミニウムの場合と紙の場合，又等価的に合成される伝播速度対損失特性の１例を示す。ここで比較すると振動板としてのアルミニウムは伝播速度は速いが損失が少なく，一方紙は伝播速度は遅いが損失は大きく，理想はｆで表わされる直線上に近い。これは前記アルミニウムを振動板材質として用いたスピーカー・ユニットと前記紙を振動板材質として用いたスピーカー・ユニットを複数駆動すると，本発明によるスピーカーシステムによって等価的に合成され，理想の曲線ｆのｃ点に近づく。このように本発明のスピーカーシステムにより，単一のスピーカー・ユニットでは困難な伝播速度対損失特性が得られる。【００３５】本発明のスピーカーシステムにより，好みの音色を創り出すことが出来る。例えばピアノのようなシャープな打撃音とバイオリンのような柔かい弦をこする音色は相反する音色で，同時に単一スピーカーで表現するのは難かしい。本発明によるスピーカーシステムにより，二つの異なる打楽器的表現と弦楽器的表現の音色を〔００３２〕で示した様に，位相を合わせる事により好みの音色を音圧として空気中で合成し創り出す事が出来る。図４は入力信号としてバースト信号を使用した時の波形を示す。図５は立上りが遅い音圧レスポンスで，立下りが速い音圧レスポンス特性をもつスピーカー・ユニットで，図６は立上りが速く立下りが遅い音圧レスポンスをもつスピーカーユニットで，図７はこの２つのスピーカー・ユニットから生ずる音圧が空気中で合成され，立上りと立下りが新しい音圧が合成された事を表わしている。【００３６】低域の周波数帯域を拡げる。本発明による前記スピーカーシステムを用いると，出力音圧レベルはスピーカのもつインピーダンス特性に対応するので，図８に示すように共振周波数ｆ０において最も効率よく音圧レベルを得ることが出来る。従って異なる最低共振周波数ｆ０を有する複数のスピーカーを使用し，複数のｆ０点の音圧レベルを加算し，低域の帯域を拡げる事が出来る。例えば４個の共振周波数の異なるスピーカー・ユニットのそれぞれの共振周波数をｆ０１＜ｆ０２＜ｆ０３＜ｆ０４とすれば，図９の様に音圧レベルが示されそれが空気中で合成され図１０に示す様にｆ０１〜ｆ０４にわたり拡い範囲で音圧レベルの上昇が得られ低周波領域での広帯域化がはかれる。しかも高効率で取り出せる。【００３７】高域の周波数帯域を拡げかつ立上りの速い応答性をもつ音圧が空気中で合成され得られる。スピーカー・ユニットはそのボイスコイルがインダクタンス成分をもっているので周波数が高くなるにつれ，そのインピーダンス値が大きくなり，本発明によるスピーカーシステムで駆動すると，位相が一致しているので音圧レベルが上昇し更に音圧の立上りと立下りが速くなる。従って今までは使用出来なかった帯域まで高域が伸びるので，クロスオーバー点を減らし，それによる悪影響がなくなる。【００３８】本発明のスピーカーシステムにおいて駆動する電力増幅器の利得を変えて周波数対音圧特性を変化させる。前記電力増幅器（１）の裸利得や負帰還量を変えると，負帰還効果として音圧対周波数特性が変化する。この裸利得や負帰還量を任意に変えると，低域や高域周波数領域で音圧レスポンスを設定する事が出来，音色や音質調整に用いる。図１１に示す様に裸利得が小さく，又負帰還量が少ない程，音圧対周波数特性は平坦になり，ｋのようになり，ｈのように負帰還量が多く，裸利得が大きい程音圧レベルは盛り上る。これによって好みの音質を決める。【００３９】本発明の原理により共振周波数ｆ０以下では図１１に示すｆ点の様にスピーカー・ユニットの音圧レベルが急激に小さくなり，ボイスコイルが不必要なストローク動作をしないのでボイスコイルが破損したり，引っかかったりせず，ストロークの小さい動きとなる超低周波領域で安全となる。【００４０】本発明によるスピーカー・システムではスピーカー・ユニットにとって高
2008182656.tif 000010
発生せず位相の乱れも生じないので，音像と定位は安定している。
〔請求項２〕についての最良の形態を〔００４１〕に示す。図１８に基づいて説明する。【００４１】スピーカー箱（２４）の前面部（２７）と後面部（２８）に取付けたそれぞれ
2008182656.tif 000011
カー箱（２４）内の音圧は相殺され，密閉型でも後面開放型を２組使った箱でも音はもれる事はない。前記スピーカー箱（２４）の後面部（２８）にバッフル効果をもたせるため，平面バッフル板，後面開放型箱や密閉箱，バスレフ箱を，取り付ける。図１２に示す様に本発明によるスピーカー・システムはダイポール特性を示す。従来は図１３に示す様なダイポール特性で図１２に示すスピーカー・システムは比較すると前面部（２７）と後面部（２８）の発生音圧との距離ｌだけ相互干渉が減少する。つまり等価的にバッフル面積が増加すると見なせる。これによって後面部（２８）の面積が大きく，バッフル効果が大きく，かつ前面部（２７）のバッフル面積は小さくてすむので定位がはっきりして音像が小さくシャープな再生音が得られる。更に〔００３２〕に示す電力増幅器で駆動することにより機能を発揮し，低域周波数帯域は高音質かつ高能率に駆動するので平面バッフル板や後面開放型でも損失は少なくなる。【００４２】実施例に示すスピーカー・ユニットを駆動する電力増幅器（１）は全て〔００１８〕で示した手段で動作する。又スピーカー・ユニットは単体であっても，同種，異種，複数であってもスピーカー箱の有効性は実施例に示す通りである。
【実施例１】
【００４３】以下図１４に基づいて実施例を説明する。図１４は本発明によるスピーカー箱の斜面図を示す。スピーカー箱（３４）の前面部（３５）に異なったスピーカー・ユニットＳＰ３（２９）とＳＰ４（３０）を取り付け，前記スピーカー箱（３４）の後面部（３３）にＳＰ４（３２）とＳＰ３（３１）を取り付ける。スピーカー・ユニットＳＰ３（３１）とＳＰ３
2008182656.tif 000012
同相で駆動する。スピーカー箱（３４）は密閉箱型，又は後面開放型では２組のスピーカー箱を使う。
前記後面開放型のスピーカー箱（３４）でも箱内の音圧は相殺され，密閉型箱同様に音はもれないし，音圧がかからないので振動板を通過しても音はもれない。後面部（３３）はバッフル効果をもたせるために前記スピーカー箱（３４）のバッフル板面より面積の大きい平面板や後面開放型箱，密閉型箱などにする。これにより前面部スピーカー・ユニットＳＰ３（２９），ＳＰ４（３０）と後面部スピーカー・ユニットＳＰ３（３１）ＳＰ４（３２）との間の距離ｌがとれ，等価的にバッフル面積の増加となる。しかも低域共振周波数位置で最大音圧が効率高く得られるので平坦な音圧対周波数特性が得られる。更にこれによって前記スピーカー箱前面部（３５）からは反射の少ない音圧が得られ，音像が小さく，定位のよい，音場感の優れた再生音が得られる。
前面のスピーカー箱（３５）は小さく出来るのでスペースがとれ有効である。
【実施例２】
【００４４】図１５は本発明によるスピーカー箱の斜視図である。これは〔００４３〕に示した前記スピーカー箱（３４）の前面パネルにこれより大きな面積をもつバッフル板を取り付けたものである。これによってスピーカー箱全体のバッフル面積が大きくなり，スピーカー箱自体を小型に出来る。
【実施例３】
【００４５】図１６は異なったスピーカー・ユニットＳＰ１（４２）とＳＰ２（４３）を密閉箱（４４）に備えたものの斜視図である。本発明による密閉箱（４４）での方式において前記スピーカーユニットＳＰ１（４２）の共振周波数ｆ０１とＳＰ２（４３）のｆ０２の２つの共振周波数による音圧レスポンスの盛り上りにより図１７に示す広帯域特性となる。これにより小型密閉箱や小型バスレフ型箱の低域特性の伸びたものが得られる。
【実施例４】
【００４６】図１８は本発明によるスピーカー箱の平面図を示す。スピーカー箱（５４）
2008182656.tif 000013
し，スピーカー・ユニットＳＰ８（４５）とＳＰ８（４８）は同相で駆動する。スピーカー・ユニット
2008182656.tif 000014
デスプレーのバッフル効果を表わし前面には伝わらず，低音が増加する。
これにより音圧対周波数特性を平坦にする。
【実施例５】
【００４７】図１９は本発明によるスピーカー箱の斜視図を示す。
スピーカー・ユニットＳＰ１２（５１）は後面開放型の動作で，ＳＰ１３（５２）は密閉箱型で共に三角形のバッフル板に取り付ける。スピーカー・ユニットＳＰ１２（５１）とＳＰ１３（５２）からは異なった音圧対周波数特性が得られ，空気中で合成する事によって希望する特性を得る。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】は本発明による動作原理図
【図２】は動作説明図
【図３】は動作説明図
【図４】は動作説明図
【図５】は動作説明図
【図６】は動作説明図
【図７】は動作説明図
【図８】は動作説明図
【図９】は動作説明図
【図１０】は動作説明図
【図１１】は動作説明図
【図１２】は動作説明の平面図
【図１３】は動作説明の平面図
【図１４】は動作説明の斜視図
【図１５】は動作説明の斜視図
【図１６】は動作説明の斜視図
【図１７】は動作説明図
【図１８】は動作説明の斜視図
【図１９】は動作説明の斜視図
【符号の説明】
【００４９】１…電力増幅器    ２，３…直列につながるインピーダンス素子
６，７，８，９…負帰還抵抗
３４…スピーカー箱    ａ点，ｂ点…負帰還端子
４，５，２９，３０…スピーカー・ユニット
【図１】
2008182656.tif 000016
【図２】
2008182656.tif 000017
【図３】
2008182656.tif 000018
【図４】
2008182656.tif 000019
【図５】
2008182656.tif 000020
【図６】
2008182656.tif 000021
【図７】
2008182656.tif 000022
【図８】
2008182656.tif 000023
【図９】
2008182656.tif 000024
【図１０】
2008182656.tif 000025
【図１１】
2008182656.tif 000026
【図１２】
2008182656.tif 000027
【図１３】
2008182656.tif 000028
【図１４】
2008182656.tif 000029
【図１５】
2008182656.tif 000030
【図１６】
2008182656.tif 000031
【図１７】
2008182656.tif 000032
【図１８】
2008182656.tif 000033
【図１９】
2008182656.tif 000034