CN101218847B - 阵列扬声器系统以及阵列传声器系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种阵列扬声器系统及阵列传声器系统。在本发明中，连结多个扬声器装置(1A～D)。各扬声器装置可以检测连结位置。将音频信号输入至任意一个主扬声器装置。使主扬声器装置与连结的其他扬声器装置(1)同步，并将音频信号供给至其他扬声器装置(1)。此外，控制各扬声器装置(1)的扬声器单元(11)的延迟量。相对于单个扬声器，该阵列扬声器系统表观上的宽度成为2倍，扬声器单元的间隔成为1/3。由此，扩大了可以进行指向控制的频带。另外，本发明中，在上下左右连结多个传声器装置(201A～201D)。各传声器装置可以检测连结位置。从各传声器装置向主传声器装置输出音频数据。主传声器装置与连结的其他传声器装置(201)同步，将连结的阵列传声器系统整体作为阵列传声器，控制各传声器装置(201)的传声器单元(211)的延迟量。相对于单个传声器装置，该阵列传声器系统表观上的宽度成为2倍，传声器单元的间隔成为1/3倍。由此，扩大了可以进行指向控制的频带。

Description

阵列扬声器系统以及阵列传声器系统

技术领域

本发明涉及一种可以进行指向控制的阵列扬声器系统，特别涉及一种扩大了可以进行指向控制的频带的阵列扬声器系统。此外，本发明还涉及一种可以进行指向控制的阵列传声器系统，特别涉及一种扩大了可以进行指向控制的频带的阵列传声器系统。

本申请基于2005年7月14日向日本特许厅提出的特愿2005-205923号、以及2005年7月19日向日本特许厅提出的特愿2005-208321号要求优先权，在此引用其内容。

背景技术

近年来，在家庭中就能享受电影院的临场感的家庭影院正在普及。家庭影院中，通常以5.1声道环绕为代表，为了环绕听取者而设置多个扬声器装置。但是，这种通过多个扬声器装置实现的环绕系统，存在各扬声器装置配线复杂，而且需要用于设置多个扬声器装置的空间的问题。

因此，提出如下音频再生装置，其使用以直线状排列多个扬声器单元而构成的扬声器阵列，利用扬声器阵列的声束和由房间壁面造成的反射，而在听取者周围形成假想声源(例如，参照特开2005-64746号公报)。

图7中表示特开2005-64746号公报中记载的音频再生装置的线阵列扬声器的构造。该线阵列扬声器，是在细长框体内在直线上排列多个扬声器单元21(21-1～21-n)而构成的。各扬声器单元21以间隔d等距离配置，扬声器阵列的宽度为L。

如果向多个扬声器单元21输入相同相位的音频信号，则从所有扬声器单元21输出的声音的合成波面，成为平行地仅向前方传播的声束。向前方以外的方向传播的声音成分，由于从各扬声器单元21输出的成分的合成(通过互相干涉)而抵消，只有向前方的成分通过合成而被加强作为声束保留。另外，如果使从扬声器单元21输出的声音从一端向另一端依次延迟，则合成波面与该延迟时间对应而倾斜，可以使声束朝向倾斜方向。

这样，通过控制向多个扬声器单元输入的音频信号的延迟量，从而可以使声束朝向目标方向(控制指向特性)。

在如图7所示的线阵列扬声器中，如果增大扬声器阵列的宽度L(增加扬声器单元的数量)，则可以使指向特性变灵敏，使声束集中在目标方向。另外，如果增大扬声器阵列的宽度L，则可以在更低频带侧进行指向控制。

声束的声束宽度由以下的算式1决定(其中，v表示声速、f表示频率)

θ＝sin^-1(v/fdn)  …算式1

为了增大扬声器阵列的宽度L，只要增加扬声器单元数或者在以相同数量进行使用时增大扬声器单元的间隔d即可。但是，如果增大扬声器单元的间隔d，则由于空间折返现象，产生在作为目标的方向以外还生成其他声束的问题，使高频带的指向控制变得困难。为了不产生其他声束，必须设定d使其满足以下算式2的条件。

d＜v/2f  …算式2

例如，在使扬声器单元的间隔d＝4.5cm、扬声器阵列宽度L＝67.5cm的情况下，可以进行指向控制的频带的低频侧，根据算式1约为500Hz，高频侧根据算式2约为4kHz。从而，可以进行指向控制的频带为约500Hz～约4kHz程度，可以实现电话声音程度的频带再生，但无法实现家庭影院所要求的频带再生(例如约250Hz～12kHz)。为了实现上述要求，必须增加扬声器单元的数量，但如果增加扬声器单元的数量，则存在导致成本增高的问题。

这样，提高可以进行指向控制的频率和抑制成本具有折衷选择关系。

因而，需要一种能够与所需的频带对应，任意地设计可以进行指向控制的频带的阵列扬声器系统。

在通信会议等中，要求由传声器准确地接收讲话者的声音。因此，使用指向性传声器，高效地接收讲话者方向的声音。

另外，提出了如下接收装置，其使用由多个传声器单元组成的(线)阵列传声器，针对各个传声器单元的输出设定延迟时间，而控制指向性(例如，参照特开平5-91588号公报)。

在图1 4中示出线阵列传声器的构造。该线阵列传声器，是在细长框体内在直线上排列多个传声器单元221(211-1～211-n)而构成的。各传声器单元221以间隔d₂等距离配置，阵列传声器的宽度为L₂。

如果从多个传声器单元221的前方垂直地到达的平面声波(同相位的声波)，由各个传声器单元221接收，并将各传声器单元221输出的音频信号合成，则因为是同相位所以相互加强。另一方面，从前方以外(例如线阵列传声器的横向)到达的声波，由于从各传声器单元221输出的音频信号的相位不同，因此通过合成而抵消。从而，阵列传声器的灵敏度缩小为束状，仅在前方形成主灵敏度(主声束)。

在这里，如果使从各传声器单元221输出的音频信号从一端向另一端依次延迟，则使成为最大强度的接收方向与该延迟时间对应而倾斜，可以使主声束朝向倾斜方向。

这样，通过控制从多个传声器单元输出的音频信号的延迟量，可以从目标方向进行声音的接收(控制指向特性)。

如图14所示的线阵列传声器中，如果增大阵列传声器的宽度L₂(增加传声器单元的数量)，则可以使指向特性变灵敏，使主声束集中在目标方向。并且，如果增大阵列传声器的宽度L₂，则可以在更低频带侧进行指向控制。

主声束的声束宽度由以下算式3决定(其中，v表示声速、f表示频率)。

θ＝sin^-1(v/fd₂n)  …算式3

为了增大传声器阵列的宽度L，只要增加传声器单元数或者在以相同数量进行使用时增大传声器单元的间隔d₂即可。但是，如果增大传声器单元的间隔d₂，则由于空间折返现象，产生在目标方向以外还生成其他主声束的问题，因此使高频带的指向控制变得困难。为了不产生其他主声束，必须设定d₂使其满足以下算式4的条件。

d₂＜v/2f  …算式4

例如，在使传声器单元的间隔d₂＝4.5cm、传声器阵列的宽度L₂＝67.5cm的情况下，可以进行指向控制的频带的低频侧，根据算式3，在使声束宽度为从峰值下降3dB的范围时，使θ为±30°的值约为500Hz，高频侧根据算式4约为4kHz。由此，可以进行指向控制的频带为约500～约4kHz程度，可以实现电话声音程度的频带接收，但是不能实现音乐录制用途所要求的频带接收(例如约250Hz～12kHz)。为了实现上述要求，必须增加传声器单元的数量，但存在如果增加传声器单元的数量，则导致成本增高的问题。

这样，提高可以进行指向控制的频率和抑制成本具有折衷选择关系。

由此，需要一种能够与所需的频带对应，任意地设计可以进行指向控制的频带的阵列传声器系统。

发明内容

本发明的阵列扬声器系统，其特征在于，通过将由多个扬声器单元在直线上排列而成的线阵列单元，在与上述直线正交的方向即上下方向、或上述直线的方向即左右方向上连结多个而形成。

根据该技术方案，沿上下或左右连结线阵列单元。例如，如果沿左右排列2个扬声器阵列，则使扬声器阵列的表观上的宽度L变为2倍，使可以进行指向控制的下限频率扩展为2倍。

本发明的特征还在于，沿上下方向配置的多个线阵列单元，沿左右方向逐个偏移“各扬声器单元的间隔/排列层数”而进行连结。

根据该技术方案，在沿上下方向重叠设置n层线阵列单元的情况下，偏移扬声器单元间隔的1/n而重叠设置。如果偏移扬声器单元间隔的1/n而重叠设置，则使扬声器的表观上的间隔d变为1/n倍，使可以进行指向控制的上限频率变为n倍。

本发明的特征还在于，沿左右方向连结多个线阵列单元，在该左右方向的配置中央部上，在上下连结其他线阵列单元。

根据该技术方案，沿左右并列地连结线阵列单元，并在其中央部重叠设置其他线阵列单元。由于如果增大扬声器阵列的宽度，则低频侧的可以进行指向控制的频带扩宽，而扬声器单元的间隔不对其产生影响，因此不必在线阵列单元左右端侧的上下连结其他线阵列单元。

本发明的线阵列单元，其特征在于，具有多个扬声器单元，它们在直线上排列；输入单元，其输入音频信号；信号处理单元，其将上述音频信号分别延迟规定时间而向各扬声器单元供给，控制线阵列单元的指向性；连结检测单元，其检测连结方式和在其中的位置；以及控制单元，其与上述连结检测单元检测出的连结方式和连结位置对应，而设定上述信号处理单元的延迟量。

根据该技术方案，检测连结方式和在其中的位置，并对应于该位置而设定各扬声器单元的延迟量。由此，可以作为阵列扬声器系统整体而控制指向特性。可以由各控制单元独立地设定延迟量，也可以由连结的线阵列单元中任意一个的控制单元设定阵列扬声器系统整体的延迟量。

根据该技术方案，由于连结多个线阵列单元，可以改变表观上的扬声器阵列宽度以及扬声器单元间隔，因此可以与所需的频带对应，任意地设计可以进行指向控制的频带。

本发明的阵列传声器系统，其特征在于，通过将由多个传声器单元在直线上排列而成的线阵列单元，在与上述直线正交的方向即上下方向、或上述直线的方向即左右方向上连结多个而形成。

根据该技术方案，沿上下或左右连结线阵列单元。例如，如果沿左右排列2个阵列传声器，则使阵列传声器的表观上的宽度L变为2倍，使可以进行指向控制的下限频率扩展为2倍。

本发明的特征还在于，沿上下方向配置的多个线阵列单元，沿左右方向逐个偏移“各传声器单元的间隔/排列层数”而进行连结。

根据该技术方案，在沿上下方向重叠设置n层线阵列单元的情况下，偏移传声器单元间隔的1/n而重叠设置。如果偏移传声器单元间隔的1/n而重叠设置，则使传声器的表观上的间隔d₂变为1/n倍，使可以进行指向控制的上限频率变为n倍。

本发明的特征还在于，沿左右方向连结多个线阵列单元，在该左右方向的配置中央部上，在上下连结其他线阵列单元。

根据该技术方案，沿左右并列地连结线阵列单元，并在其中央部重叠设置其他线阵列单元。由于如果增大阵列传声器的宽度，则低频侧的可以进行指向控制的频带扩宽，而传声器单元的间隔不对其产生影响，因此不必在线阵列单元左右端侧的上下连结线阵列单元。

本发明的线阵列单元，其特征在于，具有多个传声器单元，其在直线上排列；信号处理单元，其将各传声器单元输出的音频信号分别延迟规定时间，控制线阵列单元的指向性；输出单元，其向外部输出音频信号；连结检测单元，其检测连结方式和在其中的位置；以及控制单元，其与上述连结检测单元检测出的连结方式和连结位置对应，而设定上述信号处理单元的延迟量。

根据该技术方案，检测连结方式和在其中的位置，并对应于该位置而设定各传声器单元的延迟量。由此，可以作为阵列传声器系统整体而控制指向特性。可以由各控制单元独立地设定延迟量，也可以由连结的线阵列单元中任意一个的控制单元设定阵列传声器系统整体的延迟量。

根据该技术方案，由于连结多个线阵列单元，可以改变表观上的阵列传声器宽度以及传声器单元间隔，因此可以与所需的频带对应，任意地设计可以进行指向控制的频带。

附图说明

图1是表示阵列扬声器系统的结构的概略图。

图2是对扬声器装置的重叠设置进行说明的图。

图3A是用于说明扬声器阵列原理的图，表示将同相位的音频信号同时输入至传声器单元的情况。

图3B是用于说明扬声器阵列原理的图，表示倾斜地形成声束的情况。

图4A是表示声束控制角度的例子的图。

图4B是表示声束控制角度的例子的图，表示在图4A的条件中使扬声器单元的数量为4倍的情况。

图4C是表示声束控制角度的例子的图，表示使图4A的条件中频率为1/4的情况。

图4D是表示声束控制角度的例子的图，表示使图4A的条件中频率为8倍的情况。

图5是表示扬声器装置结构的框图。

图6是表示连结端子的概略图。

图7是表示现有线阵列扬声器单元的框图。

图8是表示阵列传声器系统的结构的概略图。

图9是对传声器装置的重叠设置进行说明的图。

图10A是对阵列传声器的原理进行说明的图，表示声波以同相位从前方到达全体传声器单元的情况。

图10B是对阵列传声器的原理进行说明的图，表示使主声束倾斜的情况。

图11A是表示声束控制角度的例子的图，表示角度与增益G的关系。

图11B是表示声束控制角度的例子的图，表示使图11A的条件中传声器单元的数量为4倍的情况。

图11C是表示声束控制角度的例子的图，表示使图11A的条件中频率为1/4的情况。

图11D是表示声束控制角度的例子的图，表示使图11A的条件中频率为8倍的情况。

图12是表示传声器装置的结构的框图。

图13是表示连结端子的概略图。

图14是表示现有线阵列传声器单元的框图。

具体实施方式

图1是表示本发明的实施方式涉及的阵列扬声器系统的结构的概略图。如该图所示，该阵列扬声器系统具有多个扬声器装置1A～D。

沿左右方向并排连结扬声器装置1A和扬声器装置1B。扬声器装置1C连结在扬声器装置1A和扬声器装置1B的上方，扬声器装置1D连结在扬声器装置1A和扬声器装置1B的下方。

各扬声器装置1分别由8个扬声器单元11-1～11-8相隔间隔d以直线状等间隔地配置而构成，相当于本发明的线阵列单元。扬声器单元，通常使用圆锥(cone)型扬声器单元，也可以使用喇叭(horn)型扬声器单元等其他形式。从一侧端部的扬声器单元11-1至另一侧端部的扬声器单元11-8的距离为L。该距离L为扬声器装置1的宽度L。在这里，本实施方式的阵列扬声器系统，由于沿左右方向并排连结扬声器装置1A和扬声器装置1B，因此该阵列扬声器系统表观上的宽度为2L。此外，在本例中，表示了配置有8个扬声器单元的扬声器装置，但可以配置更多的扬声器单元，也可以配置更少。

另外，扬声器装置1C相对于扬声器装置1A及扬声器装置1B，使扬声器的水平方向位置向右偏移d/3而连接在中央上方。扬声器装置1D相对于扬声器装置1A及扬声器装置1B，使扬声器的水平方向位置向左偏移d/3而连接在中央下方。

图2是对扬声器装置的重叠设置进行说明的图。如该图所示，扬声器装置1C向右方偏移距离d/3而重叠设置在扬声器装置1A及扬声器装置1B的上方。同样地，扬声器装置1D向左方偏移距离d/3而重叠设置在扬声器装置1A(及扬声器装置1B)的下方。因此，对于这样重叠设置的部位，阵列扬声器系统表观上的扬声器单元间隔成为距离d/3。

图3A及图3B是用于说明扬声器阵列的原理的图。在这里，对扬声器阵列的原理进行说明。

图3A表示将同相位的音频信号同时输入至全体扬声器单元11的情况。如果将同相位的音频信号同时输入至全体扬声器单元11，则从单个扬声器单元11输出的声音以放射状(圆形)传播，然而从所有的扬声器单元11输出的声音的合成波面如该图所示，缩小为束状仅向前方传播。向其他方向传播的成分，由于从各扬声器单元11输出的声音成分的合成(通过互相干涉)而抵消，只有向前方的成分由于合成而加强作为声束保留。

图3B表示倾斜地形成声束的情况。在该图中，从正面向右方倾斜角度θ而形成声束。这种情况下，首先从与声束的方向相反一侧的端部(左侧)的扬声器单元11输出声音。然后，每经过时间τ依次从右侧相邻的传声器单元11输出声音。该延迟时间由与各扬声器单元11连接的指向性控制部(后述)进行控制。这样，通过使从排成一列的扬声器单元11输出的声音从一端向另一端依次延迟，从而可以使合成波面如图所示与该延迟时间对应而倾斜，使声束朝向倾斜方向。

对于该倾斜角度θ，如果使声速为v，则成为θ＝sin^-1(vτ/d)的关系。因此，通过控制τ可以控制声束的角度θ。

图4A～图4D是表示声束控制角度的例子的图。

在图4A中作为一个示例，针对扬声器单元数n＝16、扬声器单元的间隔d＝4.5cm、扬声器阵列的宽度L＝67.5cm的情况，示出角度θ与增益G的关系。图4A所示的曲线的横轴表示θ，纵轴表示扬声器阵列的增益(设为G)。

在图4A中，以θ＝0作为目标声束方向，增益G在θ＝0为最大。随着远离θ＝0，各扬声器单元输出的声音干涉而使增益G降低，在θ＝±θ1时为零。从目标声束方向θ＝0分别至两侧增益G为零的θ1之间的宽度是声束宽度。该增益G为零的θ1、即声束的宽度，如果使频率为f，则根据上述算式1，由θ1＝sin^-1(v/fdn)决定。

图4A中示出频率f＝1kHz的示例。在这里，本实施方式中由于各扬声器单元以间隔d等距离配置，因此扬声器阵列的宽度L由L＝d(n-1)表示，声束宽度θ1根据算式1，由扬声器单元的间隔d、扬声器阵列的宽度L、及频率f决定。

图4B是表示在图4A的条件中，使扬声器单元数n成为4倍、即n＝64的情况下的角度θ和增益G的关系的图。在图4B表示的曲线中同样地，横轴表示θ、纵轴表示增益。图4B中声束宽度，比图4A所示的声束宽度小，在目标方向具有灵敏的指向特性。此外，根据sinθ1＝v/fdn的关系，使频率f变为4倍或者扬声器单元的宽度d变为4倍也能够得到图4B所示的声束宽度。

图4C是表示在图4A的条件中，使频率f成为1/4、即f＝250Hz的情况下，角度θ和增益G的关系的图。图4C所示的曲线中同样地，横轴表示θ、纵轴表示增益。在图4C中，不存在增益G为零的θ1。

图4D是表示在图4A的条件中，使频率f成为8倍、即f＝8kHz的情况下，角度θ和增益G的关系的图。图4D所示的曲线中同样地，横轴表示θ，纵轴表示增益。在图4D中，θ＝0以外的方向也产生声束。这就是所谓的空间折返现象，在满足d≥v/2f的频率时发生图4D所示的现象。

这样，扬声器阵列的声束宽度具有频率依赖性，如上述例子所示，在扬声器单元数n＝16、扬声器单元的间隔d＝4.5cm、扬声器阵列宽度L＝67.5cm的情况下，可以进行指向控制的频带为约500Hz～约4kHz程度。在比该频带更低的频率时如图4C所示不具有指向特性，在更高的频率时如图4D所示，在目标方向以外也会产生声束。

如上所述，由于增益G为零的θ1可以由sinθ1＝v/fdn表不，因此，频率f、扬声器单元的间隔d、扬声器单元数n对θ1产生的影响是等价的。即，通过使扬声器单元的间隔d变小，并进一步通过增加扬声器单元的数量n而使扬声器阵列的宽度L变大，由此能够扩大可以进行指向控制的频带宽度。

在这里，由于在本实施方式的阵列扬声器系统中，沿左右方向并排连结扬声器装置1A和扬声器装置1B，因此使该阵列扬声器系统表观上的扬声器单元数n变为2倍，即，扬声器阵列的宽度L变为2倍，从而使可以进行指向控制的频带在低频侧扩展为2倍。另外，由于在上下方向上沿左右方向逐个偏移d/3而重叠设置扬声器装置1C和扬声器装置1D，因此该阵列扬声器系统表观上的扬声器单元的间隔变为d/3，从而使可以进行指向控制的频带在高频侧扩展为3倍。

因此，本发明的阵列扬声器系统，通过预先设计扬声器单元数量少、并抑制成本的单个扬声器装置，与需要的频带对应，如上述示例那样连结多个扬声器装置，从而能够容易地扩大可以进行指向控制的频带。

下面，对本实施方式的阵列扬声器系统的各扬声器装置的结构进行详细说明。

图5是表示各扬声器装置的结构的框图。如该图所示，该扬声器装置1具有n个扬声器单元11-1～11-n、指向性控制部12、控制部13、时钟切换部14、连结检测部15、以及变换部16。

n个扬声器单元11-1～11-n与指向性控制部12连接，指向性控制部12与控制部13、时钟切换部14、变换部16连接。此外，连结检测部15与控制部13连接。

指向性控制部12、控制部13、以及时钟切换部14，分别与其他扬声器装置1的指向性控制部12、控制部13、以及时钟切换部14连接。指向性控制部12、控制部13、以及时钟切换部14，可以共用单一的连接线(连接端子)而与其他扬声器装置1连接，也可以分别利用专用的连接线(连接端子)进行连接。

指向性控制部12将输入的音频数据分别以规定的延迟量供给至扬声器单元11-1～11-n，控制扬声器阵列的指向性。各延迟量由控制部13设定。扬声器单元11-1～11-n，分别对输入的音频数据进行D/A变换而进行播放。

控制部13对时钟切换部14和指向性控制部12进行控制，还向所连接的其他扬声器装置1的控制部13发送控制命令，对其他控制部13进行控制。

时钟切换部14与扬声器装置内置的晶体振荡器(未图示)连接，向指向性控制部12供给基准时钟。指向性控制部12基于该基准时钟进行动作。此外，在时钟切换部14与其他扬声器装置1的时钟切换部14连接的情况下，向其他扬声器装置1的时钟切换部14发送基准时钟。此外，在从其他扬声器装置1接收基准时钟的情况下，向指向性控制部12选择性地供给接收到的基准时钟、或内置晶体振荡器的基准时钟的任意一个。

变换部16具有如下功能：A/D变换功能，其用于对从音频设备输入的模拟音频信号进行数字变换；频率变换功能，其用于在输入有数字音频数据的情况下，将该音频数据的采样频率(例如44.1kHz)变换为该扬声器装置1的基准频率(例如48kHz)。将变换后的音频数据供给至指向性控制部12。

指向性控制部12基于控制部13的指示，将从变换部16输入的音频数据分别以规定的延迟量供给至扬声器单元11-1～11-n。

图6表示由设置在扬声器装置1周围的多个连结端子15-s构成的连结检测部15。该连结检测部15检测各扬声器装置1的连接状态，向控制部13传送所对应的扬声器装置1连接在阵列扬声器系统内的哪个位置。在各扬声器装置1上，在侧面右侧、侧面左侧、上表面右侧、上表面中央右侧、上表面中央左侧、上表面左侧、下表面右侧、下表面中央右侧、下表面中央左侧、以及下表面左侧分别设置连结端子15-s。根据哪个连结端子15-s与其他扬声器装置1的连结端子15-s连接，可以检测连接位置。

例如在该图中，扬声器装置1A中，侧面右侧的端子、上表面右侧的端子、上表面中央右侧的端子、下表面右侧的端子、以及下表面中央右侧的端子被连接，如果是这种连接配置，则连结检测部15判断为该扬声器装置1位于阵列扬声器系统内的中段左侧。由此，可以检测阵列扬声器系统内的连结位置。

此外，这些连结端子15-s设置在如上述使扬声器单元11在上下方向上逐个偏移d/3而进行连结的位置上。此外，通过上述连结端子15-s，使上述指向性控制部12、控制部13、以及时钟切换部14与其他指向性控制部12、控制部13、以及时钟切换部14连接。

此外，连结位置的检测方法不限于本例。例如也可以由使用者手动指定扬声器装置1的位置。

下面，对该阵列扬声器系统的指向性控制进行详细说明。如果使用者将音频设备与任意一个扬声器装置1连接，并输入音频信号，则该扬声器装置1成为阵列扬声器系统的主扬声器装置。该主扬声器装置控制所连结的其他扬声器装置1。此外，可以将从音频设备输入音频信号的扬声器装置1作为主扬声器装置，也可以将其他扬声器装置1作为主扬声器装置。可以自动选择从音频设备直接输入音频信号的扬声器装置作为主扬声器装置，也可以由使用者手动选择。

成为主扬声器装置的扬声器装置1的控制部13，将时钟切换部14设定为从内置晶体振荡器读取基准时钟。主扬声器装置的指向性控制部12，基于从该内置晶体振荡器供给的基准时钟而动作。此外，控制部13指示时钟切换部14，使其向其他扬声器装置1发送基准时钟。其他扬声器装置1的指向性控制部12，基于该主扬声器装置发送的基准时钟进行动作。

另外，由主扬声器装置，将从变换部16输入至指向性控制部12的数字音频数据，向其他的扬声器装置1发送。指向性控制部12也从上述时钟切换部14读取基准时钟而进行动作，并向其他的扬声器装置1供给数字音频数据。由此，向全体扬声器装置1供给同步的数字音频数据。此外，也可以使音频信号直接从音频设备分别输入至全体扬声器装置1，然后由各指向性控制部12获取音频数据的同步。

主扬声器装置的控制部13对指向性控制部12设定向各扬声器单元11供给的音频数据的延迟量。此外，指示所连结的全部扬声器装置1的控制部13，对相应的扬声器装置1的指向性控制部12设定向各扬声器单元11供给的音频数据的延迟量。由此，主扬声器装置将全体扬声器单元作为1个扬声器阵列而控制其指向性。

即，图1中，向从扬声器装置1A的扬声器单元11-1至扬声器装置1B的扬声器单元11-8，依次以规定的延迟量供给音频数据。此时，将扬声器装置1C以及扬声器装置1D视作与扬声器装置1A以及扬声器装置1B存在于同一直线上，而设定各自的延迟量。由此，可以控制阵列扬声器系统整体的指向特性。

此外，上述例中，说明了由主扬声器装置设定连结的全体扬声器装置的延迟量，但是也可以由各扬声器装置独立地设定延迟量。该情况下，在各扬声器装置间发送接收对声束方向进行规定的信息，以由阵列扬声器系统整体形成声束。

如上所述，本实施方式的阵列扬声器系统中，连结多个扬声器装置1A～D，使全体扬声器装置同步，并检测其连结位置。由于使该阵列扬声器系统表观上的宽度成为2倍，扬声器单元的间隔成为1/3倍，因此相对于单个扬声器装置1，其扬声器单元的可以进行指向控制的频带在低频侧扩展为2倍、高频侧扩展为3倍。

此外，在本实施方式中，对沿左右方向连结2个、沿上下方向连结3层而形成的阵列扬声器系统进行了说明，但本发明不限于该构成例。可以沿上下方向连结4层，也可以连结2层。只要与上下重叠设置的层数对应，偏移扬声器单元的宽度而进行重叠设置即可。由于与需要进行指向控制的频带对应，而改变连结的扬声器单元的数量，因此是可以抑制成本的扬声器阵列，同时能够容易地扩大可以进行指向控制的频带。

图8表示本发明的实施方式涉及的阵列传声器系统的结构的概略图。如该图所示，该阵列传声器系统具有多个传声器装置201A～D。

沿左右方向并排连结传声器装置201A和传声器装置201B。传声器装置201C连结在传声器装置201A和传声器装置201B的上方，传声器装置201D连结在传声器装置201A和传声器装置201B的下方。

各传声器装置201，分别由8个传声器单元211-1～211-8相隔间隔d₂以直线状等间隔地配置而构成，相当于本发明的线阵列单元。传声器单元通常使用动圈式传声器单元，也可以使用电容式传声器等其他的形式。从一侧端部的传声器单元211-1至另一侧端部的传声器单元211-8的距离为L₂。该距离L₂为传声器装置201的宽度L₂。在这里，本实施方式的阵列传声器系统，由于沿左右方向并排连结传声器装置201A和传声器装置201B，因此该阵列传声器系统表观上的宽度成为2L₂。

此外，本例中，表示了配置有8个传声器单元的传声器装置，但可以配置更多的传声器单元，也可以配置更少。

另外，传声器装置201C相对于传声器装置201A及传声器装置201B，使传声器的水平方向位置向右偏移d₂/3而连结在中央上方。传声器装置201D相对于传声器装置201A及传声器装置201B，使传声器的水平方向位置向左偏移d₂/3而连接在中央下方。

图9是对传声器装置的重叠设置进行说明的图。如该图所示，传声器装置201C向右方偏移距离d₂/3而重叠设置在传声器装置201A(及传声器装置201B)的上方。同样地，传声器装置201D向左方偏移距离d₂/3而重叠设置在传声器装置201A(及传声器装置201B)的下方。因此，对于该重叠设置的部位，阵列传声器系统表观上的传声器单元间隔成为距离d₂/3。

图10A及图10B是用于说明阵列传声器的原理的图。在这里，对阵列传声器的原理进行说明。

图10A表示声波从前方以同相位到达全体传声器单元211的情况。如果声波以同相位到达全体传声器单元211，则从各个传声器单元211输出的音频信号，通过合成而加强。另一方面，如果声波从其他方向到达，则从各传声器单元211输出的音频信号由于相位各不相同，因此通过合成而减弱。因而，阵列传声器的灵敏度缩小为束状，仅在前方形成主灵敏度(主声束)。

图10B是表示使主声束倾斜的情况。在图10B中，从正面向右方倾斜角度θ而形成主声束。这种情况下，由于声波首先从主声束方向的端部(右端)到达，声波最后到达与主声束方向相反的端部(左端)，因此从左侧的传声器单元211开始每经过时间τ依次从右侧相邻的传声器单元211输出音频信号。该延迟时间由与各传声器单元211连接的指向性控制部(后述)控制。

这样，通过使从排列成一列的传声器单元211输出的音频信号从一端向另一端依次延迟，由此使主声束如图所示对应于该延迟时间而倾斜。

对于该倾斜角度θ，如果使声速为v，则成为sinθ＝vτ/d₂的关系。因此，通过控制τ可以控制主声束的角度θ。

图11A～图11D表示主声束控制角度的示例的图。

在图11A中作为一个示例，针对传声器单元数n＝16、传声器单元的间隔d₂＝4.5cm、阵列传声器的宽度L₂＝67.5cm的情况，示出角度θ与增益G的关系。

在图11A中，以θ＝0作为目标主声束方向，增益G在θ＝0为最大。随着远离θ＝0，从各传声器单元输出的音频信号抵消而使增益G降低，在θ＝±θ2时为零。从目标主声束方向θ＝0分别至增益G为零的θ2之间的宽度是声束宽度。该增益G为零的θ2、即主声束的宽度，如果使频率为f，则根据上述算式3，由θ2＝sin^-1(v/fd₂n)决定。

图11A中示出频率f＝1kHz的示例。在这里，本实施方式中由于各传声器单元以间隔d₂等距离配置，因此阵列传声器的宽度L₂由L₂＝d₂(n-1)表示，声束宽度θ2根据算式3，通过传声器单元的间隔d₂、阵列传声器的宽度L₂、及频率f表示。。

图11B是表示在图11A的条件中，使传声器单元数n成为4倍、即n＝64的情况下的角度θ和增益G的关系的图。在图11B表示的曲线中同样地，横轴表示θ、纵轴表示增益。图11B中声束宽度，比图11A所示的声束宽度小，在目标方向具有灵敏的指向特性。此外，根据sinθ2＝v/fd₂n的关系，使频率f变为4倍或者传声器单元的宽度d₂变为4倍也能够得到图11B所示的声束宽度。

图11C是表示在图11A的条件中，使频率f成为1/4、即f＝250Hz的情况下，角度θ和增益G的关系的图。图11C所示的曲线中同样地，横轴表示θ、纵轴表示增益。在图11C中，不存在增益G为零的θ2。

图11D是表示在图11A的条件中，使频率f成为8倍、即f＝8kHz的情况下，角度θ和增益G的关系的图。图11D所示的曲线中同样地，横轴表示θ，纵轴表示增益。在图11D中，θ＝0以外的方向也产生主声束。这就是所谓的空间折返现象，在满足d₂≥v/2f的频率时发生图11D所示的现象。

这样，阵列传声器的主声束宽度具有频率依赖性，如上述例子所示，在传声器单元数n＝16、传声器单元的间隔d₂＝4.5cm、阵列传声器的宽度L₂＝67.5cm的情况下，可以进行指向控制的频带为约500Hz～约4kHz程度。在比该频带更低的频率时如图11C所示不具有指向特性，在更高的频率时如图11D所示，在目标方向以外也会产生主声束。

如上所述，由于增益G为零的θ2可以由sinθ2＝v/fd₂n表示，因此，频率f、传声器单元的间隔d₂、传声器单元数n对θ2产生的影响是等价的。即，通过使传声器单元的间隔d₂变小，并进一步通过增加传声器单元的数量n而使阵列传声器的宽度L₂变大，由此能够扩大可以进行指向控制的频带宽度。

在这里，由于在本实施方式的阵列传声器系统中，沿左右方向并排连结传声器装置201A和传声器装置201B，因此使该阵列传声器系统表观上的传声器单元数n变为2倍，即，阵列传声器的宽度L₂变为2倍，从而使可以进行指向控制的频带在低频侧扩展为2倍。另外，由于在上下方向上沿左右方向逐个偏移d₂/3而重叠设置传声器装置201C和传声器装置201D，因此该阵列传声器系统表观上的传声器单元的间隔变为d₂/3，从而使可以进行指向控制的频带在高频侧扩展为3倍。

因此，本发明的阵列传声器系统，通过预先设计传声器单元数量少、并抑制成本的单个传声器装置，与需要的频带对应，如上述示例那样连结多个传声器装置，从而能够容易地扩大可以进行指向控制的频带。

下面，对本实施方式的阵列传声器系统的各传声器装置的结构进行详细说明。

图12是表示各传声器装置的结构的框图。如该图所示，该传声器装置201具有n个传声器单元211-1～211-n、指向性控制部212、控制部213、时钟切换部214、连结检测部215、以及变换部216。

n个传声器单元211-1～211-n与指向性控制部212连接，分别将接收到的音频信号进行A/D变换并向指向性控制部212供给，指向性控制部212与控制部213、时钟切换部214、变换部216连接。此外，连结检测部215与控制部213连接。

指向性控制部212、控制部213、以及时钟切换部214，分别与其他传声器装置201的指向性控制部212、控制部213、以及时钟切换部214连接。指向性控制部212、控制部213、以及时钟切换部214，可以共用单一的连接线(连接端子)与其他传声器装置201连接，也可以分别利用专用的连接线(连接端子)进行连接。

指向性控制部212将从传声器单元211-1～211-n输出的音频信号分别以规定的延迟量输出，控制阵列传声器的指向性。各延迟量由控制部213设定。将指向性控制部212的输出信号，作为音频数据(音频信号)以规定的延迟量向变换部216以及其他传声器装置输出。

控制部213对时钟切换部214和指向性控制部212进行控制，还向所连接的其他传声器装置201的控制部213发送控制命令，对其他控制部213进行控制。

时钟切换部214与传声器装置内置的晶体振荡器(未图示)连接，向指向性控制部212供给基准时钟。指向性控制部212基于该基准时钟进行动作。此外，在时钟切换部214与其他传声器装置201的时钟切换部214连接的情况下，向其他传声器装置201的时钟切换部214发送基准时钟。此外，在从其他传声器装置201接收基准时钟的情况下，向指向性控制部212选择性地供给接收到的基准时钟、或内置晶体振荡器的基准时钟的任意一个。

变换部216具有D/A变换功能，其用于将从指向性控制部212输入的音频数据变换为模拟信号。将变换后的模拟音频信号向音频设备(录音装置)等外部输出。此外，变换部216还具有频率变换功能，其用于从该传声器装置201的基准采样频率(例如48kHz)变换为CD等的采样频率(例如44.1kHz)，由此也可以向音频设备等作为数字音频信号输出。

图13表示由设置在传声器装置201周围的多个连结端子215-s构成的连结检测部215。该连结检测部215检测各传声器装置201的连接状态，向控制部213传送其所对应的传声器装置201连接在阵列传声器系统内的哪个位置。在各传声器装置201上，在侧面右侧、侧面左侧、上表面右侧、上表面中央右侧、上表面中央左侧、上表面左侧、下表面右侧、下表面中央右侧、下表面中央左侧、以及下表面左侧分别设置连结端子215-s。根据哪个连结端子215-s与其他传声器装置201的连结端子215-s连接，可以检测连接位置。

例如在图13中，传声器装置201A中，侧面右侧的端子、上表面右侧的端子、上表面中央右侧的端子、下表面右侧的端子、以及下表面中央右侧的端子被连接，如果是这种连接配置，则连结检测部215判断为该传声器装置201位于阵列传声器系统内的中段左侧。由此，可以检测阵列传声器系统内的连结位置。

此外，这些连结端子215-s设置在如上述使传声器单元211在上下方向上逐个偏移d₂/3而进行连结的位置上。此外，通过上述连结端子215-s，使上述指向性控制部212、控制部213、以及时钟切换部214与其他指向性控制部212、控制部213、以及时钟切换部214连接。

此外，连结位置的检测方法不限于本例。例如也可以由使用者手动指定传声器装置201的位置。

下面，对该阵列传声器系统的指向性控制进行详细说明。如果使用者将音频设备与任意一个传声器装置201连接，则该传声器装置201成为阵列传声器系统的主传声器装置。该主传声器装置控制所连结的其他传声器装置201。此外，可以将与音频设备直接连接的传声器装置201作为主传声器装置，也可以将其他传声器装置201作为主传声器装置。可以自动选择与音频设备直接连接的传声器装置作为主传声器装置，也可以由使用者手动选择。

成为主传声器装置的传声器装置201的控制部213，将时钟切换部214设定为从内置晶体振荡器读取基准时钟。主传声器装置的指向性控制部212，基于从该内置晶体振荡器供给的基准时钟而动作。此外，控制部213指示时钟切换部214，使其向其他传声器装置201发送基准时钟。其他传声器装置201的指向性控制部212，基于该主传声器装置发送的基准时钟进行动作。

此外，由其他传声器装置，将从各传声器单元211输出至指向性控制部212的音频数据，输入至主传声器装置的指向性控制器212。其他传声器装置的指向性控制部212，读取从主传声器装置发送来的基准时钟而动作，并向主传声器装置供给音频数据。由此，从全体传声器装置201向主传声器装置供给同步的音频数据。将输入至主传声器装置201的指向性控制部212的音频数据，向直接连接的音频设备输出。

此外，也可以使音频设备与全体传声器装置201分别连接，从各传声器装置201向音频设备输出音频数据。

主传声器装置的控制部213对指向性控制部212设定各传声器单元211输出的音频数据的延迟量。此外，指示所连结的全部传声器装置201的控制部213，对相应的传声器装置201的指向性控制部212设定各传声器单元211输出的音频数据的延迟量。由此，主传声器装置将全体传声器单元作为1个阵列传声器而控制其指向性。即，图8中，从传声器装置201A的传声器单元211-1至传声器装置201B的传声器单元211-8，依次以规定的延迟量输出音频数据。

此时，将传声器装置201C以及传声器装置201D视作与传声器装置201A以及传声器装置201B存在于同一直线上，而设定各自的延迟量。由此，可以控制阵列传声器系统整体的指向特性。

此外，上述例中，说明了由主传声器装置设定连结的全体传声器装置的延迟量，但是也可以由各传声器装置独立地设定延迟量。该情况下，在各传声器装置间发送接收对声束方向进行规定的信息，以由阵列传声器系统整体形成主声束。

如上所述，本实施方式的阵列传声器系统中，连结多个传声器装置201A～D，使全体传声器装置同步，并检测其连结位置。由于使该阵列传声器系统表观上的宽度成为2倍，传声器单元的间隔成为1/3倍，因此相对于单个传声器装置201，其传声器单元的可以进行指向控制的频带在低频侧扩展为2倍、高频侧扩展为3倍。

此外，在本实施方式中，对沿左右方向连结2个、沿上下方向连结3层而形成的阵列传声器系统进行了说明，但本发明不限于该构成例。可以沿上下方向连结4层，也可以连结2层。只要与上下重叠设置的层数对应，偏移传声器单元的宽度而进行重叠设置即可。由于与需要进行指向控制的频带对应，而改变连结的传声器单元的数量，因此是可以抑制成本的阵列传声器，同时能够容易地扩大可以进行指向控制的频带。

工业实用性

本发明适用于需要在放映电影所需要的音频系统等的频带进行指向控制的用途，以及需要在接收讲话者声音的接收装置等的频带进行指向控制的用途。

Claims (6)

1.一种阵列扬声器系统，其特征在于，

通过将由多个扬声器单元在直线上排列而形成线阵列单元，通过在与上述直线正交的方向即上下方向、或上述直线的方向即左右方向上连结多个上述线阵列单元而形成上述阵列扬声器系统，

沿上下方向连结的多个线阵列单元，沿左右方向逐个偏移“各扬声器单元的间隔/排列层数”而进行连结，

上述线阵列单元具有：

多个扬声器单元，它们在直线上排列；

输入单元，其输入音频信号；

信号处理单元，其将上述音频信号分别延迟规定时间而向各扬声器单元供给，控制线阵列单元的指向性；

连结检测单元，其检测连结方式和在其中的位置；以及

控制单元，其与上述连结检测单元检测出的连结方式和连结位置对应，而设定上述信号处理单元的延迟量。

2.根据权利要求1所述的阵列扬声器系统，其特征在于，

沿左右方向连结多个线阵列单元，在该左右方向的配置中央部上，在上下连结其他线阵列单元。

3.一种线阵列单元，其是在权利要求1或2所述的阵列扬声器系统中使用的线阵列单元。

4.一种阵列传声器系统，其特征在于，

通过将由多个传声器单元在直线上排列而形成线阵列单元，通过在与上述直线正交的方向即上下方向、或上述直线的方向即左右方向上连结多个上述线阵列单元而形成上述阵列传声器系统，

沿上下方向连结的多个线阵列单元，沿左右方向逐个偏移“各传声器单元的间隔/排列层数”而进行连结，

上述线阵列单元具有：

多个传声器单元，其在直线上排列；

信号处理单元，其将各传声器单元输出的音频信号分别延迟规定时间，控制线阵列单元的指向性；

输出单元，其向外部输出音频信号；

连结检测单元，其检测连结方式和在其中的位置；以及

控制单元，其与上述连结检测单元检测出的连结方式和连结位置对应，而设定上述信号处理单元的延迟量。

5.根据权利要求4所述的阵列传声器系统，其特征在于，

沿左右方向连结多个线阵列单元，在该左右方向的配置中央部上，在上下连结其他线阵列单元。

6.一种线阵列单元，其是在权利要求4或5所述的阵列传声器系统中使用的线阵列单元。

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