JP2003264895A - スピーカー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】同じ空間にいる２人の聴取者が別々の音源の音
を聴き取れるようにすることができるスピーカー装置に
おいて、装置を小型化し、他の音源からの音に対する抑
圧比を大きくし、広い領域で抑圧効果を得ること。 【解決手段】２つの音源からの信号をディジタルフィル
ター、遅延器等を用い、低音用スピーカー6aと高音用ス
ピーカー7aから出力した音波を打ち消す音波を、低音用
スピーカー6bと高音用スピーカー7bから出力することに
よって、低音用スピーカー6bと高音用スピーカー7bの前
方の領域で、低音用スピーカー6aと高音用スピーカー7a
からクロストーク音を打ち消して低音用スピーカー6bと
高音用スピーカー7bからの音波のみを聴き取れるように
するスピーカー装置において、低音用スピーカー6a，6b
と、高音用スピーカー7a，7bのそれぞれの設置間隔を、
制御される音波の周波数領域の１波長以下、８分の１波
長以上の間隔（40cm，5cm ）に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、同じ空間にいる
２人（あるいは２つのグループ）の聴取者が別々の音源
の音を同時に聴き取れるようにするのに用いて好適なス
ピーカー装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、同一空間の異なる領域で、異なる
音を同時に聴き取れるようにするための装置には、例え
ば、スピーカーから放射される音の指向性を２以上の所
望の方向に制御するようにしたものがあった。特開平６
−２０５４９６号公報「スピーカ装置」に記載されてい
る装置では、複数のスピーカーを直線状に配置したアレ
イスピーカーを用い、各スピーカーに供給する信号を個
別にディジタル信号処理することで所望の指向性を実現
しようとしていた。この公報に記載されている装置で
は、各スピーカーに供給される複数の信号に対して、各
スピーカーにそれぞれ接続されているディジタルフィル
ターによって、遅延時間等を異ならせる信号処理が行わ
れ、これによって放音される音の指向性が制御されるよ
うになっていた。

【０００３】また、構造的に任意の方向へスピーカーの
指向性を持たせるための技術の一例が、特開平５−３４
４５７９号公報「スピーカシステムおよびそのスピーカ
システムを用いたテレビジョン受像機」に記載されてい
る。この公報に記載されているスピーカー装置では、２
つのホーンスピーカーを用い、スピーカ振動板から放射
される音波を導く音響管の形状と、音響管に組み合わせ
て用いられる仕切板および吸音材の配置を指向方向に適
正化すること、任意の方向の指向性を得ようとしてい
た。

【０００４】また、特開平５−３３３８７８号公報「ク
ロストーク音制御装置」には、上記と異なり、近接した
２つのスピーカーから異なる音を放射する際に、ディジ
タル信号処理による打消し音を合成することで、クロス
トーク音を低減し、同一空間の異なる領域で複数の音か
ら所望の音だけを聞けるようにする技術が記載されてい
る。この公報に記載されている装置では、電車、航空機
等の椅子に内蔵されたスピーカーから座っている人まで
の伝達関数の変化が椅子の背もたれの角度に応じること
に着目し、その角度を検出することによって、従来一般
的にディジタル信号処理で打消し音の合成を行う装置に
おいて誤差検出用に使用されてきたマイクロフォンを省
略可能としていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のスピーカー装置においては、例えば、複数のスピー
カーからなるアレイスピーカーにディジタル信号処理を
施したものでは、複数のスピーカーやディジタルフィル
ターを用いているので、装置が大規模になるという問題
があった。一方、ホーンスピーカーに音響仕切り板を組
み合わせたものでは、目的とする効果、すなわち、ある
領域における他の領域に向けに放射された音の抑圧比
が、小さいという問題があった。

【０００６】一方、特開平５−３３３８７８号公報に記
載されているような、椅子内蔵型のスピーカーと、椅子
の背もたれ角度を検出するセンサーとを用いて、ディジ
タル信号処理によって打ち消し音を合成するものでは、
打ち消す領域（体積）が狭いという問題があった。ま
た、信号処理を行うために、椅子の背もたれの角度を検
出するための角度センサーが必要であった。

【０００７】本発明は、このような背景の下になされた
もので、上述した問題を解決し、同じ空間にいる２人
（あるいは２つのグループ）の聴取者が別々の音源の音
を聴き取れるようにすることができるスピーカー装置を
提供することを目的とする。本発明の目的は、特に、装
置を小型化し、目的でない音源の音や、聞かせたくない
音源の音に対する抑圧比を大きくし、そして広い領域で
効果を得ることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、第１のスピーカーと、第２
のスピーカーと、前記第２のスピーカーから放射される
音波を、音波同士の干渉によって打ち消す音波を前記第
１のスピーカーから放射させる制御手段とを備えたスピ
ーカー装置であって、前記第１及び第２のスピーカー
が、制御される音波の周波数領域の１波長以下、８分の
１波長以上の間隔に配置されていることを特徴としてい
る。また、請求項２記載の発明は、さらに、第３のスピ
ーカーと第４のスピーカーとを備え、前記制御手段が、
さらに、前記第４のスピーカーから放射される音波を、
音波同士の干渉によって打ち消す音波を前記第３のスピ
ーカーから放射させ、その際、前記制御手段によって、
前記第１及び第２のスピーカーを用いて制御される音波
の周波数領域と、前記第３及び第４のスピーカーを用い
て制御される音波の周波数領域とが互いに異なり、前記
第１及び第２のスピーカーの配置間隔と、前記第３及び
第４のスピーカーの配置間隔とが、それぞれ制御される
音波の周波数領域の１波長以下、８分の１波長以上の間
隔となるように、互いに異なっていることを特徴として
いる。

【０００９】上記構成によれば、例えば低域用の第１お
よび第２のスピーカー、加えて、例えば高域用の第３お
よび第４のスピーカーからなる２ウェイステレオスピー
カーを用いた場合でも、他方のスピーカーから出た音を
音波の干渉を用いて相互に打ち消すことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の一実施形態について説明する。図１は本発明によるス
ピーカー装置の一実施形態の構成を示すブロック図であ
る。図１に示すスピーカー装置１００は、２つの音源１
ａ，１ｂを備え、各音源１ａ，１ｂから出力された信号
を内部の各ブロックで信号処理した後、低音用スピーカ
ー６ａ，６ｂと高音用音スピーカー７ａ，７ｂとから音
波として放射するように構成されている。

【００１１】音源１ａから出力された信号は、遅延器２
ａとディジタルフィルター３ｂへ入力され、音源１ｂか
ら出力された信号は、遅延器２ｂとディジタルフィルタ
ー３ａへ入力される。音源１ａから遅延器２ａへ入力さ
れた信号は、ディジタルフィルター３ａにおける信号処
理時間とほぼ等しい時間だけ遅延された後、加算器４ａ
へ入力され、そこでディジタルフィルター３ａから出力
された信号に加算される。同様に、音源１ｂから遅延器
２ｂへ入力された信号は、ディジタルフィルター３ｂに
おける信号処理時間とほぼ等しい時間だけ遅延された
後、加算器４ｂへ入力され、そこでディジタルフィルタ
ー３ｂから出力された信号に加算される。

【００１２】加算器４ａ，４ｂの出力信号は、それぞれ
増幅器５ａ，５ｂで増幅される。そして、増幅器５ａか
ら出力された信号は、クロスオーバーネットワーク８ａ
において周波数に応じて分配されて、低音用スピーカー
６ａと高音用スピーカー７ａへ入力され、音波として空
間に放射される。また増幅器５ｂから出力された信号
は、クロスオーバーネットワーク８ｂにおいて周波数に
応じて分配されて、低音用スピーカー６ｂと高音用スピ
ーカー７ｂへ入力され、音波として上記と同じ空間に放
射される。

【００１３】以上の構成において、空間で聴取される音
について低音用スピーカー６ａと高音用スピーカー７ａ
の前方の空間領域ａを例に説明する。領域ａで聴取され
る音は各スピーカー６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂから放射さ
れる音を線形重ね合わせしたものである。領域ａの一点
にマイクを置いたときのマイク出力電圧をＡ（ω）、音
源１ａの出力電圧をＸ（ω）、音源１ｂの出力電圧をＹ
（ω）とすると（ωは（角）周波数）、領域ａに置いた
マイク出力電圧Ａは、

【００１４】 Ａ＝（α Ｘ＋β Ｙ）＋（γ Ｘ＋δＹ）

【００１５】とあらわされる。ここで、αは音源１ａ→
遅延器２ａ→加算器４ａ→増幅器５ａ→クロスオーバー
ネットワーク８ａ→低音用スピーカー６ａと高音用スピ
ーカー７ａ、及び空間を経路とする伝達関数である。β
は音源１ｂ→ディジタルフィルター３ａ→加算器４ａ→
増幅器５ａ→クロスオーバーネットワーク８ａ→低音用
スピーカー６ａと高音用スピーカー７ａ、及び空間を経
路とする伝達関数である。γは音源１ａ→ディジタルフ
ィルター３ｂ→加算器４ｂ→増幅器５ｂ→クロスオーバ
ーネットワーク８ｂ→低音用スピーカー６ｂと高音用ス
ピーカー７ｂ、及び空間を経路とする伝達関数である。
δは音源１ｂ→遅延器２ｂ→加算器４ｂ→増幅器５ｂ→
クロスオーバーネットワーク８ｂ→低音用スピーカー６
ｂと高音用スピーカー７ｂ、及び空間を経路とする伝達
関数である。

【００１６】すなわち、括弧でくくった右辺第１項はス
ピーカー６ａ、７ａから放射されて領域ａで聴取される
音を、括弧でくくった右辺第２項はスピーカー６ｂ，７
ｂから放射されて領域ａで聴取される音を示している。
ディジタルフィルター３ａを調整してβを変化させβ＝
−δを成立させると上式はＡ＝αＸ＋γＸ＝（α＋γ）
Ｘとなり、Ｙを含む項が消去される。この意味は、領域
ａでは音源１ａ由来の音のみが聴取され、音源１ｂ由来
の音（クロストーク；領域ｂにおいては音源１ａ由来の
音）は聞こえないことをしめす。同様の操作をディジタ
ルフィルター３ｂに対しても行うことにより、領域ｂで
は音源１ａ由来の音は聞こえない。

【００１７】上記のような伝達関数を得るため、ディジ
タルフィルター３ａ，３ｂの係数は、例えば、スピーカ
ー装置１００を実際に使用する空間あるいは使用される
ものに類似する空間を用いた実験あるいはシミュレーシ
ョン結果に基づいて、あらかじめ調整される。ディジタ
ルフィルター３ａ，３ｂに設定する各係数は、スピーカ
ー装置１００内のメモリー等に格納しておく。ディジタ
ルフィルター３ａ，３ｂは、周知のＦＩＲ（有限インパ
ルス応答）フィルターやＩＩＲ（無限インパルス応答）
フィルターなどによって構成することができる。

【００１８】このような構成でディジタルフィルターに
よってβ＝−δの成立が保証させられるのは領域ａ内の
ただ１点であり、その１点においてクロストークはゼロ
となる。そして、その周囲にそれに準ずるクロストーク
の少ない空間が生じる。一般に拡散音場でスピーカー同
士が十分に離れて設置されている場合クロストークが−
１０ｄＢ以下となるような空間は制御帯城の音波の波長
の十分の一程度といわれている（A.David and S.J.Elli
ot 1993 applied acoustics 41,63-79.Numerical studi
es of actively generated quiete zones）。

【００１９】また、逆に音源同士を制御周波数の音波の
波長の１／８以下に近づけた場合は、クロストークが−
１０ｄＢ以下となる空間は２つのスピーカー両方の前方
に広がってしまい、２チャンネル構成の場合はクロスト
ーク低減の領域が重なり合ってしまう。図２は、２つの
スピーカーの間隔をｄ1〜ｄ3と変化させ、音の波長をλ
としたときにクロストークが−１０ｄＢ以下となる領域
がどのように変化するのかを示す模式図である。図２
（Ａ）は、２つのスピーカー６０ａ，６０ｂの間隔ｄ1
を放射する音波の中心波長λより大きくした場合に、ス
ピーカー６０ｂからのクロストークが、スピーカー６０
ａから音波の強度（例えばマイクロフォンの出力電圧）
に対して−１０ｄＢ以下の大きさとなる領域７０ａ−１
と、スピーカー６０ａからのクロストークが、スピーカ
ー６０ｂから音波に対して−１０ｄＢ以下の大きさとな
る領域７０ｂ−１とを示している。図２（Ｂ）は、スピ
ーカー６０ａ，６０ｂの間隔ｄ2 を波長λ以下、８分の
１λ以上とした場合にスピーカー６０ｂからのクロスト
ークが−１０ｄＢ以下の大きさとなる領域７０ａ−２
と、スピーカー６０ａからのクロストークが−１０ｄＢ
以下の大きさとなる領域７０ｂ−２とを示している。そ
して、図２（Ｃ）は、スピーカー６０ａ，６０ｂの間隔
ｄ3 を８分の１λ未満とした場合にスピーカー６０ｂか
らのクロストークが−１０ｄＢ以下の大きさとなる領域
７０ａ−３と、スピーカー６０ａからのクロストークが
−１０ｄＢ以下の大きさとなる領域７０ｂ−３とを示し
ている。

【００２０】本発明のスピーカー装置では、上記の点に
着目し、２つのスピーカーの間隔を１波長以下１／８波
長以上に設置することで独立した大きな体積のクロスト
ーク低減領域を生成するようにしている。また、図１に
ブロック構成を示したスピーカー装置のように、各１組
の低音用スピーカーと高音用スピーカーとを用いる構成
では、波長の異なる低音用スピーカーと高音用スピーカ
ーをどちらも上記条件を満たすように間隔を異ならせて
配置することで広い周波数城でも良好なクロストーク低
減特性を得ることができるようにしている。

【００２１】図３は、図１に示したスピーカー装置１０
０の外観の一例を示す図である。図３に示すスピーカー
装置１００では、各スピーカー６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂ
を、同一のスピーカーボックスの前面に直線状に配置す
るとともに、外側に配置される低音用スピーカー６ａ，
６ｂの中心間の間隔を４０ｃｍ、内側に配置される高音
用スピーカー７ａ，７ｂの中心間の間隔を５ｃｍとして
いる。このように各スピーカーを配置すると、内側の高
音用スピーカー７ａ，７ｂの２つは８５０〜６８００Ｈ
ｚの帯域で良好な指向性となり、外側の低音用スピーカ
ー６ａ，６ｂの２つは１０６〜８５０Ｈｚの帯域で良好
な指向性となる。したがって、この場合、１１０〜６８
００Ｈｚの広帯域で所望のエリアでのクロストーク低減
が得られる。

【００２２】以上のように、本実施形態では、ディジタ
ルフィルターを用いたスピーカー装置によってクロスト
ークを低減する場合に、各領域に対応するスピーカーを
低音用と高音用の各２つのスピーカで構成するととも
に、低音用と高音用とで設置間隔を、それぞれ制御しよ
うとする音波の周波数領域の１波長以下１／８波長以上
としたので、アレイスピーカーを用いて指向性を制御す
るような場合と比べ、装置を小型化することができる。
また、制御しようとする周波数領域を複数に分割し、各
周波数領域毎に専用のスピーカーを設けることで、広い
周波数領域で良好なクロストーク抑圧比を得ることが可
能となった。例えば、図３に示すような４つのスピーカ
ーを配置したスピーカー装置では、０．５ｍ〜１ｍ四方
の広いエリアでクロストークの抑圧比が１５ｄＢ以上と
れることを確認した。

【００２３】本発明のスピーカー装置では、スピーカー
の配置間隔を上記の条件にすることで、実用に十分なク
ロストークの抑圧比を得ることができるので、基本的に
はマイクロフォン等のセンサーを組み合わせて、ディジ
タルフィルタの係数をフィードバック制御する等の構成
を使用する必要がない。したがって、構成を簡易にする
ことができる。

【００２４】なお、上述した実施形態では、マイクロフ
ォン等のセンサーを使用せずにあらかじめディジタルフ
ィルターの係数を用意しておくことでクロストークを低
減させることとしたが、マイクロフォン等を用いるとと
もに、ディジタルフィルターを周知の適応形フィルター
等によって構成することも可能である。また、スピーカ
ーの構成は、図１および図３に示したように低音用と高
音用に各１組のスピーカーを設けるものに限らず、図１
のクロスオーバーネットワーク８ａ，８ｂの構成を変更
することにより、１組のみのスピーカーとしたり、３組
以上のスピーカーを用いることも可能である。

【００２５】なお、本発明のスピーカー装置の用途とし
ては、例えば、テレビの音声多重放送の受信機のスピー
カーとして用いることで、テレビの音声多重放送の主・
副チャンネルを２人（あるいは２グループ）同時に別々
の音声で楽しめるようにすることが可能である。また、
他の用途例としては、駅構内などで２つのエリアに異な
った放送をするＰＡ装置用のスピーカー装置として用い
ることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、第２のスピーカーから放射される音波を、音波同士
の干渉によって打ち消す音波を第１のスピーカーから放
射させる制御手段を備えたスピーカー装置において、第
１及び第２のスピーカーが、制御される音波の周波数領
域の１波長以下、８分の１波長以上の間隔に配置される
ようにしたので、従来に比べ、同じ空間にいる２人（あ
るいは２つのグループ）の聴取者が別々の音源の音を聴
き取れるようにすることができるスピーカー装置におい
て、装置の小型化、他の音源の音に対する抑圧比の向
上、そして広い領域での効果獲得を可能とすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明によるスピーカー装置の一実施形態
を示すブロック図である。

【図２】 スピーカー間隔をｄ1（図２（Ａ））、ｄ2
（図２（Ｂ））、ｄ3（図２（Ｃ））として、音の波長
をλとしたときクロストークが−１０ｄＢとなる領域を
ハッチングで示した模式図である。

【図３】 図１に示すスピーカー装置において各スピー
カーを１つのスピーカーボックスに２ウェイ配置した場
合の外観図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ…音源、２ａ，２ｂ…遅延器、３ａ，３ｂ…
ディジタルフィルター、４ａ，４ｂ…加算器、５ａ，５
ｂ…増幅器、６ａ，６ｂ…低音用スピーカー、７ａ，７
ｂ…高音用スピーカー、８ａ，８ｂ…クロスオーバネッ
トワーク。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のスピーカーと、 第２のスピーカーと、 前記第２のスピーカーから放射される音波を、音波同士
   の干渉によって打ち消す音波を前記第１のスピーカーか
   ら放射させる制御手段とを備えたスピーカー装置であっ
   て、 前記第１及び第２のスピーカーが、制御される音波の周
   波数領域の１波長以下、８分の１波長以上の間隔に配置
   されていることを特徴とするスピーカー装置
2. 【請求項２】 さらに、第３のスピーカーと第４のスピ
   ーカーとを備え、 前記制御手段が、さらに、前記第４のスピーカーから放
   射される音波を、音波同士の干渉によって打ち消す音波
   を前記第３のスピーカーから放射させ、その際、前記制
   御手段によって、前記第１及び第２のスピーカーを用い
   て制御される音波の周波数領域と、前記第３及び第４の
   スピーカーを用いて制御される音波の周波数領域とが互
   いに異なり、 前記第１及び第２のスピーカーの配置間隔と、前記第３
   及び第４のスピーカーの配置間隔とが、それぞれ制御さ
   れる音波の周波数領域の１波長以下、８分の１波長以上
   の間隔となるように、互いに異なっていることを特徴と
   する請求項１記載のスピーカー装置。