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【発明の名称】 スピーカシステム
【発明者】 【氏名】林 豊史

【氏名】増田 克彦
【要約】 【課題】可動部を有することなく、小型で、音の指向性を制御できるスピーカシステムを提供すること。

【構成】スピーカ３が駆動する際に、熱源５が発熱すると、外壁２の中心軸付近と熱源５付近との間に、温度勾配が発生する。スピーカ３から発せられた音波は、外壁２が覆っている半球状の空間を伝播するが、その音波のうち、中心軸付近を通過する音波６ａは、周囲の温度分布に偏りがないために、直進する。一方、外壁２の内壁面近傍を通過する音波６ｂは、周囲の温度分布に偏りがあるために、低い温度が分布している中心軸方向へ屈折する。その結果、音の指向性が高くなった状態で、外壁２の開口部から外部へ放音される。また、発熱量を増減させることにより、音波６ｂの屈折量が増減させることができるため、音の指向性を制御することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピーカと、
開口部を有し、前記スピーカから放音された音を誘導して前記開口部から放出する音波誘導路と、
前記音波誘導路内に設けられ、前記音波誘導路内の空間に温度勾配を形成する熱源と
を具備したことを特徴とするスピーカシステム。
【請求項２】
前記音波誘導路内または前記開口部近傍に位置し、前記スピーカからの音を通過させる構造体であって、熱伝導率の異なる領域を有す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】
前記熱源は、複数であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスピーカシステム。
【請求項４】
前記スピーカは、音響レンズを具備することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のスピーカシステム。
【請求項５】
前記音響レンズは、異なる熱伝導率の領域を有することを特徴とする請求項４に記載のスピーカシステム。
【請求項６】
前記熱源のうち少なくとも１つは、ペルチェ素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のスピーカシステム。
【請求項７】
前記音波誘導路は、異なる熱伝導率の領域を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のスピーカシステム。
【請求項８】
前記熱源のうち少なくとも１つは、発光機能を有することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のスピーカシステム。
【請求項９】
前記音波誘導路は、光源を具備することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のスピーカシステム。
【請求項１０】
前記音波誘導路には、前記開口部とは別の部位に孔部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のスピーカシステム。
【請求項１１】
前記熱源の発熱量を制御するシステムを具備することを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか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、スピーカの指向性を制御するための構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
指向性を高めることのできるスピーカシステム、いわゆる狭指向性を有するスピーカシステムとして、例えば、スピーカアレイがある。スピーカアレイは、個々のスピーカで振幅、位相を制御することにより、指向性を高くしている。スピーカアレイを用いる方法は、複数のスピーカを用いるため大型化する傾向にあるが、例えば特許文献１のように、スピーカ前方にフードを取り付け、フードの音反射内壁の焦点にスピーカを配置することにより、小型でも指向性を高めることができる。さらに、レバーによりスピーカの位置を変化させ、焦点位置からずらし、音を意図的に広げるように変化させることで、音の指向性の制御をすることができる技術も開示している。
【特許文献１】特開２００６−１０１４６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１によれば、音の指向性の制御は、スピーカの位置を物理的に移動させることにより行われているが、指向性の制御を多く行うと可動部を酷使することになり、劣化することがある。その場合、元の焦点位置に戻せなくなるなど、制御性が悪化することになる。
【０００４】
本発明は、上述の事情を鑑みてなされたものであり、小型で、可動部を持たずに指向性を制御することができるスピーカシステム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】
【０００５】
上述の課題を解決するため、本発明は、スピーカと、開口部を有し前記スピーカから放音された音を誘導して前記開口部から放出する音波誘導路と、前記音波誘導路内に設けられ、前記音波誘導路内の空間に温度勾配を形成する熱源とを具備したことを特徴とするスピーカシステムを提供する。
【０００６】
別の好ましい態様において、前記音波誘導路内または前記開口部近傍に位置し、前記スピーカからの音を通過させる構造体であって、熱伝導率の異なる領域を有することを特徴とするスピーカシステムを提供する。
【０００７】
別の好ましい態様において、前記熱源は、複数であってもよい。また、前記熱源のうち少なくとも１つは、発光機能を有していてもよいし、ペルチェ素子であってもよい。
【０００８】
別の好ましい態様において、前記スピーカは音響レンズを具備し、前記音響レンズは異なる熱伝導率の領域を有していてもよい。
【０００９】
別の好ましい態様において、前記音波誘導路は、異なる熱伝導率の領域を有する材料で形成されていてもよい。
【００１０】
別の好ましい態様において、前記音波誘導路は、光源を具備していてもよい。
【００１１】
別の好ましい態様において、前記音波誘導路には、前記開口部とは別の部位に孔部を有していてもよい。
【００１２】
別の好ましい態様において、前記熱源の発熱量を制御するシステムを具備していてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、音波誘導路内に発生する温度勾配により周囲に広がろうとする音波を屈折させることにより、音の指向性を制御することができる。また、音の指向性の制御は、熱源の制御により行うため、可動部が無く安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について説明する。
【００１５】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態であるスピーカシステム１の外観を示す斜視図である。スピーカシステム１は、下側が開口している中空の半球で、下端開口面と平行な平面で上部が切り取られている形状の外壁２と、スピーカ３を有する。
【００１６】
図２は、スピーカシステム１の断面図であり、外壁２の底面の中心を通り底面に垂直な面で切った断面である。図示のように、外壁２は球体の側面となる側壁２ｂと上部の天板２ａとを有している。天板２ａにはスピーカ取り付け孔が開いていて、スピーカ３が振動紙（コーン紙など）を下に向けて取り付けられている。
【００１７】
外壁２が覆っている半球状の空間（音波誘導路）であって、外壁２の下端開口部付近には、外壁２の開口部の円周方向に沿って、同心円状に円環形状の熱源５が取り付けられている。熱源５は側壁２ｂから支持体４によって支持されている。
【００１８】
図３は、上記構成において、熱源５が発熱している状態においてスピーカ３が駆動された場合の音波の出力方向を示す図である。熱源５が発熱すると、熱源５の付近の温度が上昇し、外壁２の開口部の中心から垂直に伸びる線（以下、中心軸という）付近と熱源５付近との間に、温度勾配が発生する。スピーカ３から発せられた音波は、外壁２が覆っている半球状の空間を伝播するが、その音波のうち、中心軸付近を通過する波面は、周囲の温度分布に偏りがないために、直進する。一方、中心軸から離れた熱源５付近を通過する波面は、中心軸付近を通過する波面よりも早く進む。このように、外壁２が覆っている半球状の空間に生じた温度分布の偏りにより、音波は温度が低い中心軸方向へ屈折する。その結果、熱源５を発熱させない状態よりも、音波は中心軸方向に集まって進行することになり、音の指向性が高くなった状態で、外壁２の開口部から外部へ放音される。すなわち、図３に示すように、中心軸付近を通過する音波６ａはほぼ直進し、外壁２の内壁面近傍を通過する音波６ｂは中心方向に屈折する。
【００１９】
ここで、発熱量を増減すると、温度勾配が変化するから、外壁２の内壁面近傍を通過する音波６ｂの屈折量が増減し、音の広がり方が変わる。そのため、熱源５の発熱量を制御することで、音の指向性を制御することができる。
【００２０】
本実施形態において、上述したような温度勾配による音響レンズ効果について具体例として説明する。スピーカ３を点音源とみなし、当該スピーカ３から発せられた音波が球面波ではなく平面波として下方に放射されれば、所望の音響レンズ効果が得られたことになる。「平面波として下方に放出」は表現を変えると下方から放出される音波の波面が同一平面となっているということである。
【００２１】
このように下方に放出される音波の波面が同一平面となる条件を図３を用いて説明する。外壁２下方で波面が同一平面状にあるためには、スピーカ３から放射されて中心軸付近を通過する音波６ａと、外壁２の内壁面近傍を通過する音波６ｂとが同時に到着する必要がある。つまり経路の長い音波６ｂが音波６ａよりも音速が速ければよい。これを温度勾配により達成するための条件は、以下のように計算できる。理科年表によると空気音速度の温度係数は０．６ｍ／ｓｅｃ．／℃であるから、音波６ａの経路と音波６ｂの経路の温度差をｔとすると、上記の同時に到達するという条件は、音波６ａの経路長をｈ、音波６ｂの経路長をｌとすると、到達時間同士の等式でｈ／ｃ＝ｌ／（ｃ＋０．６ｔ）となる。音波６ｂの経路をほぼ直線と近似するとｌ２＝（ｈ２＋ｄ２）、中心軸付近の音速ｃ＝３４０ｍ／ｓｅｃ、ペンダント照明の標準的寸法としてｈ=０．４ｍ、ｄ＝０．１５ｍとすると、０．４／３４０＝０．４２７／（３４０＋０．６ｔ）であるから、ｔ＝３８．５℃となる。この程度の温度差を作ることにより、望ましい音響レンズ効果を得ることができる。
【００２２】
＜第２実施形態＞
図４は、本発明の第２実施形態であるスピーカシステムの断面図である。第２実施形態は、第１実施形態の構造に対し、開口部を覆うカバー７（構造体）が追加されたものである。
【００２３】
図５は、カバー７の外観を示す斜視図であり、図示のように、カバー７の周縁部は、側壁２ｂの下端周縁部と結合されている。カバー７は、円形状のカバー中央部７ａとその周
囲を同心円状に囲うカバー外周部７ｂを有する。また、カバー外周部７ｂは、カバー中央部７ａより熱伝導率が高い部材で形成されている。また、カバー中央部７ａおよびカバー外周部７ｂの双方には、上下に貫通する多数の孔が設けられており、これらの孔を介してスピーカ３から放音される音が外部へ伝播するようになっている。
【００２４】
図６は、上記構成において、熱源５が発熱している状態でスピーカ３が駆動された場合の音波の出力方向を示す図である。熱源５が発熱すると、熱源５の付近の温度が上昇し、外壁２の中心軸付近と熱源５付近との間に、温度勾配が発生する。また、カバー外周部７ｂの熱伝導性が高いため、熱源５の熱が効率的に伝わり、第１実施形態に比べ、温度が上昇する領域が広がる。一方、カバー中心部７ａはカバー外周部７ｂよりも熱伝導性が低いため、中心軸付近には熱源５の熱が伝わりにくい。そのため、カバー中心部７ａとカバー外周部７ｂの境界付近では、温度勾配が大きい状態になる。スピーカ３から発せられた音波は、外壁２が覆っている半球状の空間を伝播するが、その音波のうち、中心軸付近を通過する波面は、周囲の温度分布に偏りがないために、直進する。一方、中心軸から離れた熱源５付近およびカバー外周部７ｂ付近を通過する波面は、中心軸付近を通過する波面よりも早く進む。このように、外壁２が覆っている半球状の空間内に生じた温度分布の偏りにより、音波は温度が低い中心軸方向へ屈折する。その結果、熱源５を発熱させない状態よりも、音波は中心軸方向に集まって進行することになり、音の指向性が高くなった状態で、カバー７の下面から外部へ放音される。すなわち、図６に示すように、中心軸付近を通過する音波６ｃはほぼ直進し、外壁２の内壁面近傍およびカバー外周部７ｂ付近を通過する音波６ｄは中心方向に屈折する。
【００２５】
ここで、発熱量を増減すると、温度勾配が変化するから、外壁２の内壁面近傍およびカバー外周部７ｂ付近を通過する音波６ｄの屈折量が増減し、音の広がり方が変わる。そのため、熱源５の発熱量を制御することで、音の指向性を制御することができる。
【００２６】
＜第３実施形態＞
図７は、本発明の第３実施形態であるスピーカシステムの断面を示す断面図である。第３実施形態は、第１実施形態の構造に対し、円柱形状の下部構造体８（構造体）が追加されたものである。
【００２７】
図８は、下部構造体８の外観を示す斜視図であり、図示のように、下部構造体８の上端周縁部は、側壁２ｂの下端周縁部と結合されている。下部構造体８は、内部構造体８ａ、外部構造体８ｂ、ペルチェ素子８ｃ、外枠８ｄを有する。内部構造体８ａは円柱形状であり、内部構造体８ａの円柱側面を覆うように、ペルチェ素子８ｃが形成されている。また、その側面外周を覆うように、外部構造体８ｂが形成されている。さらに、外枠８ｄによって、その側面外周が覆われている。内部構造体８ａおよび外部構造体８ｂは、上下が貫通しているハニカム構造であり、ハニカム構造内部を介して、スピーカ３から放音される音が外部へ伝播するようになっている。
【００２８】
図９は、上記構成において、熱源５が発熱し、さらにペルチェ素子８ｃが駆動している状態においてスピーカ３が駆動された場合の音波の出力方向を示す図である。ここで、ペルチェ素子８ｃは、内部構造体８ａに面する内面側から吸熱し、外部構造体８ｂに面する外面側へ発熱するように駆動させる。内部構造体８ａは、ペルチェ素子により冷却され、外部構造体８ｂは、熱源５とペルチェ素子８ｃにより加熱される。そのため、熱源５付近および外部構造体８ｂ付近と内部構造体８ａ付近との間で、温度勾配が発生する。また、ペルチェ素子８ｃ付近では、温度勾配が大きい状態になる。スピーカ３から発せられた音波は、外壁２が覆っている半球状の空間を伝播するが、その音波のうち、内部構造体８ａ付近を通過する波面は、周囲の温度分布に偏りがないために、直進する。一方、熱源５付近および外部構造体８ｂ付近を通過する波面は、内部構造体８ａ付近を通過する波面より
も早く進む。このように、外壁２が覆っている半球状の空間に生じた温度分布の偏りにより、音波は温度が低い中心軸方向へ屈折する。その結果、熱源５を発熱させず、またペルチェ素子８ｃを駆動させない状態よりも、音波は中心軸方向に集まって進行することになり、音の指向性が高くなった状態で、下部構造体８の下端から外部へ放音される。すなわち、図６に示すように、内部構造体８ａ付近を通過する音波６ｅはほぼ直進し、外壁２の内壁面近傍および外部構体造８ｂ付近を通過する音波６ｆは中心方向に屈折する。
【００２９】
ここで、発熱量を増減すると、温度勾配が変化するから、外壁２の内壁面近傍および外部構造体８ｂ付近を通過する音波６ｆの屈折量が増減し、音の広がり方が変わる。そのため、熱源５の発熱量や、ペルチェ素子８ｃの冷却量、発熱量を制御することで、音の指向性を制御することができる。
【００３０】
＜変形例１＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、例えば、上述した実施形態を以下のように変形して本発明を実施してもよい。
【００３１】
第１実施形態においては、側壁２ａは全体が同一の材料で形成されているが、図１０に示す変形例では、側壁２ａを上部側壁２ｃと下部側壁２ｄとし、下部側壁２ｄは上部側壁２ｃより熱伝導率の高い材料で形成されている。このように構成すると、下部側壁２ｄに熱源５の発熱が効率的に伝わるため、温度が高い領域が広がる。そのため、外壁２の内壁面近傍を通過する音波６ｂの屈折量を大きくすることができ、音の指向性を制御できる範囲を大きくすることができる。
【００３２】
＜変形例２＞
第２実施形態においては、カバー７は均一の厚さで形成されているが、図１１に示すように、外周に向かうほど厚くなるようにして、カバー外周部７ｃを形成してもよい。これにより、外周に向かうほど熱伝導率を大きくして、熱伝導率の大きさに傾斜を持たせることができる。また、カバー７の形状や素材の密度、あるいは孔の大きさなどを変えることによって、熱伝導率の大きさに傾斜を持たせてもよい。
【００３３】
このように、開口部を覆うカバー７自体に熱伝導率の大きさに所定の傾斜を持たせると、カバー７付近の温度勾配はカバー７の温度勾配にほぼ等しくなるから、外壁２が覆っている半球状の空間全体の温度勾配も安定化させることができる。この結果、音の指向性を高精度に設計することができる。なお、カバー７は、多数の孔が設けられた構造であるが、これをハニカム構造やパイプ形状が集合した構造としてもよい。
【００３４】
＜変形例３＞
第３実施形態においては、内部構造体８ａ及び外部構造体８ｂは、ハニカム構造であるが、パイプ形状が集合した構造としてもよい。また、変形例２と同様に、内部構造体８ａ、外部構造体８ｂの厚さを変えたり、孔の大きさ、形状、密度などを変化させたりして、熱伝導率の大きさに傾斜を持たせてもよい。その結果、上記と同様に、外壁２が覆っている半球状の空間の温度勾配を安定化させることができるため、音の指向性を高精度に設計することができる。
【００３５】
＜変形例４＞
第１実施形態において、図２に破線で示すように、音響レンズ９を設置して、スピーカ３から発せられる音の指向性を高めておいてもよい。さらに、図１２に示すように、音響レンズ９は、音響レンズ中央部９ａと音響レンズ周辺部９ｂを有し、音響レンズ周辺部９ｂの熱伝導率を音響レンズ中央部９ａよりも高くしてもよい。
これにより、音響レンズ９が周囲の熱を受け、音響レンズ周辺部９ｂが効率的に加熱さ
れ、その周囲の温度が高くなることで、音響レンズの効果を大きくすることができる。その結果、音の指向性を制御できる範囲を大きくすることができる。
【００３６】
＜変形例５＞
第１実施形態において、図１３に示すように、支持体４および熱源５を複数用いてもよい。これにより、温度の高い領域を広げることができるため、外壁２の内壁面近傍を通過する音波６ｂの屈折量を大きくすることができ、音の指向性を制御できる範囲を大きくすることができる。
【００３７】
＜変形例６＞
第１実施形態において、熱源５を冷却源に置き換えてもよい。このようにすれば、外壁２の内壁面近傍を通過する音波６ｂが屈折する方向を外側へ広げることができる。すなわち、指向性を鋭くする作用に代えて、拡散性を高める作用に変更することができる。そして、ペルチェ素子のように熱源と冷却源との切り替えができるものを使用すれば、音響出力特性として、鋭い指向性から広範な拡散性まで幅広く制御することができる。
【００３８】
＜変形例７＞
第１実施形態において、図１３に示すように、外壁２が覆っている半球状の空間の内部に光源１０を設置したり、熱源５に発光機能を持たせたりすることで、照明器具としても使用することができる。
【００３９】
＜変形例８＞
外壁２が覆っている半球状の空間は、内部の温度差ために空気の対流が生じるが、熱源５の温度や空間の大きさ、あるいは周囲の気温などによっては、温度が不安定になることも考えられる。このような場合には、例えば、図１４に示すように、外壁２に通気孔１１を開けて、内外を通気してもよい。これにより、温度分布を安定化させて、音の指向性のゆらぎを防止することができる。また、通気効率を上げるために、通気孔１１付近に通気ファン１２をつけてもよい。
【００４０】
＜変形例９＞
第１実施形態において、熱源５の発熱量を変化させるために、図１５に示すように、熱源５を制御するシステムを用いてもよい。このシステムは、熱源制御部１３および熱源制御部１３をコントロールするコントローラ１４を具備する。これにより、コントローラ１４に設けられたボリューム等を操作することで、音の指向性の制御を簡単に行うことができる。また、ペルチェ素子を用いる場合は、コントローラ１４に発熱、冷却の切り替えも行わせれば、音を焦点させたり拡散させたり、任意の制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスピーカシステムの斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るスピーカシステムの断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るスピーカシステムの内部での音波の様子の概念図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るスピーカシステムの断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るスピーカシステムのカバーの斜視図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るスピーカシステムの内部での音波の様子の概念図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るスピーカシステムの断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係るスピーカシステムの下部構造の斜視図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係るスピーカシステムの内部での音波の様子の概念図である。
【図１０】本発明の変形例１に係るスピーカシステムの断面図である。
【図１１】本発明の変形例２に係るスピーカシステムの断面図である。
【図１２】本発明の変形例４に係るスピーカシステムに用いる音響レンズの斜視図である。
【図１３】本発明の変形例５および変形例７に係るスピーカシステムの断面図である。
【図１４】本発明の変形例８に係るスピーカシステムの断面図である。
【図１５】本発明の変形例９に係る熱源を制御する制御部の接続概念図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…スピーカシステム、２…外壁、２ａ…天板、２ｂ…側壁、２ｃ…上部側壁、２ｄ…下部側壁、３…スピーカ、４…支持体、５…熱源、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆ…音波、７…カバー、７ａ…カバー中央部、７ｂ，７ｃ…カバー外周部、８…下部構造体、８ａ…内部構造体、８ｂ…外部構造体、８ｃ…ペルチェ素子、８ｄ…外枠、９…音響レンズ、９ａ…音響レンズ中央部、９ｂ…音響レンズ周辺部、１０…光源、１１…通気孔、１２…通気ファン、１３…熱源制御部、１４…コントローラ
【出願人】 【識別番号】０００００４０７５
【氏名又は名称】ヤマハ株式会社
【出願日】 平成１９年７月２日（２００７．７．２）
【代理人】 【識別番号】１０００９８０８４
【弁理士】
【氏名又は名称】川▲崎▼ 研二
【公開番号】 特開２００８−３５５０７（Ｐ２００８−３５５０７Ａ）
【公開日】 平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【出願番号】 特願２００７−１７４１０１（Ｐ２００７−１７４１０１）