JP2006067301A

JP2006067301A - アレイスピーカ装置

Info

Publication number: JP2006067301A
Application number: JP2004248310A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Tanaka; 一伯田中
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2024-08-27
Also published as: JP4124182B2; WO2006022379A1

Abstract

【課題】コストを低減し、指向性制御の高域周波数限界と低域周波数限界を独立に設定する。
【解決手段】音声信号の再生周波数帯域を複数に分割して、分割した各帯域に応じた高音用スピーカユニット２と低音用スピーカユニット３をそれぞれ対応する帯域毎に直線状に配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のスピーカユニットから音声信号を空間上の所望の位置に向けて指向性を制御して出力するアレイスピーカ装置に関するものである。

従来より、複数のスピーカユニットをマトリクス状に配置したアレイスピーカ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図４は、従来のアレイスピーカ装置のバッフル板の平面図である。図４において、１０１はアレイスピーカ装置の前面のバッフル板、１０２はバッフル板１０１に取り付けられたスピーカユニット、Ｌはアレイ長、Ｐはアレイピッチである。アレイスピーカ装置の特徴は、所望の焦点方向に指向性を有するビーム状の音声信号を出力できる点である。

なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
特開平５−４１８９７号公報

しかしながら、従来のアレイスピーカ装置では、装置全体の再生周波数を広帯域化するために、個々のスピーカユニットの再生周波数帯域を広くする必要があり、スピーカユニットのコストが高くなって、その結果スピーカ装置が高価になるという問題点があった。
また、アレイスピーカ装置において指向性制御の低域周波数限界を低くするためには、アレイ長を大きくする必要があり、スピーカユニットの数量が多くなって、コストが高くなる。そこで、スピーカユニットの数量を減らすために個々のスピーカユニットの口径を大きくすると、アレイピッチが大きくなり、指向性制御の高域周波数限界が低くなってしまい、スピーカユニット自体の高域再生周波数限界も低くなるという問題点があった。

一方、アレイスピーカ装置において指向性制御の高域周波数限界を高くするためには、アレイピッチを小さくする必要があり、個々のスピーカユニットの口径を小さくしなければならない。しかし、スピーカユニットの口径を小さくすると、スピーカユニット自体の低域再生周波数限界が高くなってしまい、また必要なアレイ長を確保するためにスピーカユニットの数量が多くなって、コストが高くなるという問題点があった。
以上のように、従来のアレイスピーカ装置では、コストが高くなるという問題点があり、さらに指向性制御の周波数限界を低域化するための条件と高域化するための条件が両立しないという問題点があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、コストを低減することができ、かつ指向性制御の高域周波数限界と低域周波数限界を独立に設定することができるアレイスピーカ装置を提供することを目的とする。

本発明は、複数のスピーカユニットから音声信号を空間上の所望の位置に向けて指向性を制御して出力するアレイスピーカ装置において、音声信号の再生周波数帯域を複数に分割して、分割した各帯域に応じた複数種類のスピーカユニットをそれぞれ対応する帯域毎に直線状に配置するようにしたものである。
また、本発明のアレイスピーカ装置は、入力音声信号を複数の周波数帯域に分割する分割手段と、前記分割された周波数帯域の音声信号が対応するスピーカユニットから空間上の所望の位置に到達するように、前記複数種類のスピーカユニットを独立に駆動する指向性制御手段とを有するものである。

本発明によれば、音声信号の再生周波数帯域を複数に分割して、分割した各帯域に応じた複数種類のスピーカユニットを用いることにより、個々のスピーカユニットの受け持つ再生周波数帯域を従来よりも狭くできるので、スピーカユニットのコストを低減することができる。また、高音を受け持つスピーカユニットの口径を小さくすることができるので、高音用スピーカアレイのアレイピッチを小さくすることができ、アレイスピーカ装置の指向性制御の高域周波数限界を高くすることができる。また、高音用スピーカユニット自体の高域再生周波数限界も高くすることができる。一方、低音を受け持つスピーカユニットの口径を大きくすることができるので、アレイスピーカ装置の指向性制御の低域周波数限界を低くするために必要なアレイ長を従来よりも少ないスピーカ数量で実現することができる。また、低音用スピーカユニット自体の低域再生周波数限界も低くすることができる。その結果、本発明によれば、指向性制御の高域周波数限界と低域周波数限界を独立に設定することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態となるアレイスピーカ装置のバッフル板の平面図である。図１において、１はバッフル板、２は入力音声信号のクロスオーバー周波数以上の高域成分を再生する高音用スピーカユニット、３は入力音声信号のクロスオーバー周波数以下の低域成分を再生する低音用スピーカユニット、ＨＬは複数の高音用スピーカユニット２からなる高音用スピーカアレイのアレイ長、ＬＬは複数の低音用スピーカユニット３からなる低音用スピーカアレイのアレイ長、ＨＰは高音用スピーカアレイのアレイピッチ、ＬＰは低音用スピーカアレイのアレイピッチである。

本実施の形態は、アレイスピーカ装置の再生周波数帯域を複数に分割して、分割した各帯域に応じた複数種類のスピーカユニットをそれぞれ対応する帯域毎に直線状に配置したものである。図１の例では、再生周波数帯域を２つに分割して、高音用スピーカユニット２と低音用スピーカユニット３をそれぞれ直線状に配置している。高音用スピーカユニット２と低音用スピーカユニット３は、それぞれの口径に応じたピッチＨＰ，ＬＰで配置される。

高音用スピーカユニット２が受け持つ指向性制御の低域周波数限界はクロスオーバー周波数迄でよいので、高音用スピーカユニット２の口径は従来のスピーカユニット１０２よりも小さくなる。高音用スピーカアレイのアレイ長ＨＬは、クロスオーバー周波数迄の指向性制御を行うのに十分な長さに設定すればよい。また、低音用スピーカユニット３が受け持つ指向性制御の高域周波数限界はクロスオーバー周波数迄でよいので、低音用スピーカユニット３の口径は従来のスピーカユニット１０２よりも大きくなる。低音用スピーカアレイのアレイ長ＬＬは、アレイスピーカ装置のの指向性制御の低域周波数限界設計値に合わせた長さに設定すればよい。

図２は、図１のアレイスピーカ装置の回路構成を示すブロック図である。アレイスピーカ装置は、高音用スピーカユニット２（２−１〜２−ｎ）と、低音用スピーカユニット３（３−１〜３−ｍ）と、Ａ／Ｄコンバータ４と、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）５と、Ｄ／Ａコンバータ６（６−１〜６−ｎ），７（７−１〜７−ｍ）と、アンプ８（８−１〜８−ｎ），９（９−１〜９−ｍ）とを有する。ＤＳＰ５は、フィルタ５１，５２と、遅延部５３，５４と、制御部５５とを有する。フィルタ５１，５２は分割手段を構成し、遅延部５３，５４と制御部５５とは指向性制御手段を構成している。

まず、Ａ／Ｄコンバータ４は、入力音声信号をディジタル信号に変換してＤＳＰ５に出力する。入力音声信号がディジタル信号の場合には、Ａ／Ｄコンバータ４を介さずにＤＳＰ５に直接入力してよいことは言うまでもない。
次に、ＤＳＰ５のフィルタ５１は、入力音声信号の高域成分を抽出し、フィルタ５２は、低域成分を抽出する。

フィルタ５１を通過した入力音声信号の高域成分は、遅延部５３に入力され、遅延部５３によりそれぞれ遅延時間が付加されたｎ個（高音用スピーカユニット２の個数）の高域成分となる。このとき、高音用スピーカユニット２−ｉ（ｉ＝１，２，・・・・ｎ）に供給される高域成分に対して遅延部５３が付加する遅延時間は、スピーカユニット２−ｉから放射される音声が空間上の所定の焦点に向かうように調整される。遅延部５３の遅延時間は、焦点の位置と各スピーカユニット２−１〜２−ｎの位置とに基づいて制御部５５によりスピーカユニット毎に計算され、遅延部５３に設定される。

ここで、遅延時間の調整について図３を用いて説明する。焦点Ｆからの距離がＤである円弧をＺとし、焦点Ｆと各スピーカユニット２−１〜２−ｎとを結ぶ直線を延長して、これら延長した直線が円弧Ｚと交わる交点上に図３の破線で示すような仮想のスピーカユニット１０−１〜１０−ｎを配置することを考える。これら仮想のスピーカユニット１０−１〜１０−ｎから放射される音声は焦点Ｆに同時に到達する。実際のスピーカユニット２−ｉ（ｉ＝１，２，・・・・ｎ）から放射する音声を焦点Ｆに同時に到達させるためには、スピーカユニット２−ｉとこれに対応する仮想のスピーカユニット１０−ｉとの間の距離に応じた遅延（時間差）をスピーカ２−ｉから出力する音声に付加すればよい。これにより、焦点Ｆに向かって音響ビームを放出するような指向性を持った音圧分布を得ることができる。

次に、フィルタ５２を通過した入力音声信号の低域成分は、遅延部５４に入力され、遅延部５４によりそれぞれ遅延時間が付加されたｍ個（低音用スピーカユニット３の個数）の低域成分となる。このとき、低音用スピーカユニット３−ｊ（ｊ＝１，２，・・・・ｍ）に供給される低域成分に対して遅延部５４が付加する遅延時間は、スピーカユニット３−ｊから放射される音声が空間上の所定の焦点に向かうように調整される。遅延部５４の遅延時間は、高域成分の場合と同様に、焦点の位置と各スピーカユニット３−１〜３−ｍの位置とに基づいて制御部５５によりスピーカユニット毎に設定される。

遅延部５３により遅延時間が付加されたｎ個の高域成分は、Ｄ／Ａコンバータ６−１〜６−ｎによってアナログ信号に変換され、一方、遅延部５４により遅延時間が付加されたｍ個の低域成分は、Ｄ／Ａコンバータ７−１〜７−ｍによってアナログ信号に変換される。そして、アンプ８−１〜８−ｎは、Ｄ／Ａコンバータ６−１〜６−ｎの出力信号を増幅して高音用スピーカユニット２−１〜２−ｎを駆動し、アンプ９−１〜９−ｎは、Ｄ／Ａコンバータ７−１〜７−ｍの出力信号を増幅して低音用スピーカユニット３−１〜３−ｍを駆動する。以上により音声信号の高域成分と低域成分をそれぞれ所定の焦点に向けて出力することができる。

本実施の形態では、高音用スピーカユニット２と低音用スピーカユニット３をそれぞれ直線状に配置することで、複数のスピーカユニットをマトリクス状に配置する従来のアレイスピーカ装置に比べてスピーカユニットの数量を低減でき、コストを削減することができる。本実施の形態は、水平方向（図１の左右方向）の指向性を重要視したものである。このため、高音用スピーカユニット２と低音用スピーカユニット３をそれぞれ水平方向に直線状に配置している。

また、本実施の形態では、アレイスピーカ装置の再生周波数帯域を分割して、分割した周波数帯域に応じたスピーカユニット２，３を用いることにより以下のような効果を奏する。すなわち、高音用スピーカユニット２が受け持つ指向性制御の低域周波数限界はクロスオーバー周波数迄でよいので、スピーカユニット自体の低域再生周波数限界は、全帯域を受け持つ従来のスピーカユニットに比べて高くてよく、高音用スピーカユニット２の口径を小さくすることができる。その結果、高音用スピーカアレイのアレイピッチＨＰを小さくすることができるので、アレイスピーカ装置の指向性制御の高域周波数限界を高くすることができる。また、前述のとおり高音用スピーカユニット２が受け持つ指向性制御の低域周波数限界はクロスオーバー周波数迄でよいので、高音用スピーカアレイのアレイ長ＨＬを短くすることができ、その結果高音用スピーカユニット２の数量を少なくできる。

また、低音用スピーカユニット３が受け持つ指向性制御の高域周波数限界はクロスオーバー周波数迄でよいので、低音用スピーカアレイのアレイピッチＬＰは従来のアレイピッチＰよりも大きくてよく、低音用スピーカユニット３の口径を大きくすることができる。その結果、アレイスピーカ装置の指向性制御の低域周波数限界を低くするために必要なアレイ長ＬＬを従来よりも少ないスピーカ数量で実現することができる。また、低音用スピーカユニット３の口径を大きくすることができるので、スピーカユニット自体の低域再生周波数限界も低くすることができる。

なお、図１に示したＤＳＰ５の構成は内部の処理を模式的に表したもので、図１の構成に限定するものではない。また、ＤＳＰ５の内部で必要に応じて音声信号に対する音場処理を行うようにしてもよい。
また、本実施の形態では、アレイスピーカ装置を２ウェイ化する例を示したが、これに限るものではなく、例えば再生周波数帯域を３つに分割して、高音用スピーカユニットと中音用スピーカユニットと低音用スピーカユニットとをそれぞれ直線状に配置し、アレイスピーカ装置を３ウェイ化してもよいことは言うまでもない。
また、本実施の形態では、帯域毎のスピーカユニットを１例ずつ配置しているが、帯域毎のスピーカユニットをそれぞれ複数列配置してもよいことは言うまでもない。

本発明は、アレイスピーカ装置に適用することができる。

本発明の実施の形態となるアレイスピーカ装置のバッフル板の平面図である。本発明の実施の形態のアレイスピーカ装置の回路構成を示すブロック図である。アレイスピーカ装置の指向性制御の原理を説明するための図である。従来のアレイスピーカ装置のバッフル板の平面図である。

符号の説明

１…バッフル板、２…高音用スピーカユニット、３…低音用スピーカユニット、４…Ａ／Ｄコンバータ、５…デジタルシグナルプロセッサ、６、７…Ｄ／Ａコンバータ、８、９…アンプ、５１、５２…フィルタ、５３、５４…遅延部、５５…制御部、ＨＬ…高音用スピーカアレイのアレイ長、ＬＬ…低音用スピーカアレイのアレイ長、ＨＰ…高音用スピーカアレイのアレイピッチ、ＬＰ…低音用スピーカアレイのアレイピッチ。

Claims

複数のスピーカユニットから音声信号を空間上の所望の位置に向けて指向性を制御して出力するアレイスピーカ装置において、
音声信号の再生周波数帯域を複数に分割して、分割した各帯域に応じた複数種類のスピーカユニットをそれぞれ対応する帯域毎に直線状に配置することを特徴とするアレイスピーカ装置。
請求項１記載のアレイスピーカ装置において、
入力音声信号を複数の周波数帯域に分割する分割手段と、
前記分割された周波数帯域の音声信号が対応するスピーカユニットから空間上の所望の位置に到達するように、前記複数種類のスピーカユニットを独立に駆動する指向性制御手段とを有することを特徴とするアレイスピーカ装置。