JP2006157130A - 正１２面体拡声装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被聴者の可聴音減衰特性を考慮した、音圧が可聴帯域の全周波数領域に渡って得られる補償機能を備えた、正１２面体拡声装置７を提供する。
【解決手段】 正１２面体本体８の各面に同一周波数特性を有するスピーカ９が配置されると共に、該正１２面体本体８の周囲の任意の位置における音圧を、可聴帯域の全周波数領域で、可聴音減衰特性に対して平坦化する補償手段としての統合補償回路１０が設けられ、該統合補償回路１０は、低周波数になるほどバイアスを増加させる可聴帯域の低周波数領域補償部Ａとしての低域の順バイアス負荷回路１と、ディップ５を形成させる可聴帯域の中間周波数領域補償部Ｂとしての低域の順バイアス負荷回路１及び中間域のディップ５作成回路２と、ピーク６を形成させる可聴帯域の高周波数領域補償部Ｃとしての中高域のピーク６作成回路３及びスピーカ９の高域共振点除去回路４とを有することを特徴とする正１２面体拡声装置７。
【選択図】 図１

Description

本発明は、可聴帯域の全周波数領域に渡って被聴者にとっての音圧を平坦化するための各補償部を有する、正１２面体拡声装置に関するものである。

従来から、この種の正多面体形状や球面形状の形態をした拡声装置で、特許文献に記載のあるものとしては次の（１）の１件を挙げる。
（１）特許文献１

これは、多面体又は球体の拡声装置本体の周面部に配設された複数のスピーカに可聴帯域の全周波数領域に渡って同一の位相遅延補正フィルタを掛けて、前記拡声装置本体の周囲の各位置において、音圧を平坦化しようと試みたものである。
特開平１０−３４１４９３号公報

しかしながら、可聴音減衰特性を考慮していないために、被聴者にとって音圧が可聴帯域の全周波数領域に渡って補償されないと言う欠点があった。つまり、可聴帯域の低周波数領域においては、音が聞こえなかったり、可聴帯域の中間周波数領域では、篭った音として聞こえるような短所があった。

そこで、本発明は、被聴者の可聴音減衰特性を考慮した、音圧が可聴帯域の全周波数領域に渡って得られる補償機能を備えた正１２面体拡声装置を提供することを課題としている。

係る課題を達成するために、本発明は提案されたものであり、請求項１に記載の発明は、正１２面体本体の各面に同一周波数特性を有するスピーカが配置されると共に、該正１２面体本体の周囲の任意の位置における音圧を、可聴帯域の全周波数領域で、可聴音減衰特性に対して平坦化する補償手段が設けられ、該補償手段は、低周波数になるほどバイアスを増加させる可聴帯域の低周波数領域補償部と、ディップを形成させる可聴帯域の中間周波数領域補償部と、ピークを形成させる可聴帯域の高周波数領域補償部とを有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加えて、前記低周波数領域補償部によって印加するバイアスを可聴音減衰分の２倍以上とすることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加えて、前記各補償部は、可聴帯域の全周波数領域において、被聴者に固有な可聴音減衰特性の可聴音減衰分に適ったバイアスを被聴者自ら印加して微調整可能としたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の構成に加えて、前記補償手段が、前記正１２面体本体の各平面に配したスピーカを並列に接続したことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか１項に記載の構成に加えて、前記正１２面体拡声装置本体内部に背圧を有する気体を介して対向するスピーカが、該スピーカの発する音波の位相を制御することにより、ユニモルフ振動子として作動することを特徴とする。

上記、請求項１に記載の発明によれば、正１２面体本体の各面に同一周波数特性を有するスピーカが配置されると共に、該正１２面体本体の周囲の任意の位置における音圧を、可聴帯域の全周波数領域で、可聴音減衰特性に対して平坦化する補償手段が設けられ、該補償手段は、低周波数になるほどバイアスを増加させる可聴帯域の低周波数領域補償部と、ディップを形成させる可聴帯域の中間周波数領域補償部と、ピークを形成させる可聴帯域の高周波数領域補償部とを有することを特徴とするので、被聴者にとっては、可聴帯域の低周波数領域においては、音が聞こえなかったり、可聴帯域の中間周波数領域では、篭った音として聞こえたり、また、可聴帯域の高周波数領域においては、高調波成分が耳障りであったりするような諸々の短所を克服することができ、奥行きのある自然な臨場感を持った音響環境を体験できる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の効果に加えて、前記低周波数領域補償部によって印加するバイアスを可聴音減衰分の２倍以上とすることを特徴とするので、可聴帯域の低周波数領域では、音波の振幅に比例するバイアスを２倍以上とすることで、即ち、音波の伝播エネルギーが４倍以上になり、標準周波数特性の低周波数領域での減衰を、背面対向スピーカの発する音波のエネルギー分まで相殺でき、確実に音消えを防止できる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の効果に加えて、前記各補償部は、可聴帯域の全周波数領域において、被聴者に固有な可聴音減衰特性の可聴音減衰分に適ったバイアスを被聴者自ら印加して微調整可能としたことを特徴とするので、被聴者に固有の可聴音減衰特性に合った調整をすれば、その被聴者に固有な聴き取り易さを得られる。これは、聴き取りにくい周波数帯の音声や聴き取り易い周波数帯の音声が、被聴者によっては微妙に変わってくるからである。従って、このような聴き取りにくい周波数帯の音声を大きくするために、バイアスを大きめにかけて、可聴音減衰分を補ったり、聴き取り易い周波数帯の音声は小さくしても良いように、バイアスはそれ程かけずに、体感可聴音を周波数平坦化する。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の何れか１項に記載の効果に加えて、前記補償手段が、前記正１２面体本体の各平面に配したスピーカを並列に接続したことを特徴とするので、これら並列接続した１２個のスピーカ間に電圧偏位を生じさせることが無く、少なくとも隣接したスピーカに伝達する音声信号間に位相差が生じることが無く、点音源に近づけることができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４の何れか１項に記載の効果に加えて、前記正１２面体拡声装置本体内部に背圧を有する気体を介して対向するスピーカが、該スピーカの発する音波の位相を制御することにより、ユニモルフ振動子として作動することを特徴とするので、背圧がスピーカの振動を減衰させる方向に作用する、ダンパー機能を発揮するのではなく、逆に、バネの如く振動を増強させる方向に作用する、共振機能を発揮するため、音声エネルギーの減衰を抑えることができ、可聴帯域の中間周波数領域で生じ易い篭った音声にはなりにくい。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
〔発明の実施の形態１〕

図１乃至図７には、本発明の実施の形態１を示す。

先ず、本発明の実施の形態１に係る正１２面体本体８の各平面に同一周波数特性を有するスピーカ９を配置した正１２面体拡声装置７についての構成から説明する。

図６に示すように、本発明たる正対する平面が必ず有る正１２面体の各平面にこれらのスピーカ９を配置した正１２面体本体８は、その外接球の直径が約２８ｃｍで、各表面にスピーカ９が載置されている。この正１２面体本体８の内部空間に充満した気体を介して、正対する平面が必ず有る正１２面体本体８の各平面にこれらのスピーカ９を配置した。これは、前記正１２面体本体８の内部に背圧を有する気体を介して対向するスピーカ９が、該スピーカ９の発する音波の位相を制御することにより、ユニモルフ振動子として作動することのできる必要条件である。この条件故、背圧がスピーカ９の振動を減衰させる方向に作用する、ダンパー機能を発揮するのではなく、逆に、バネの如く振動を増強させる方向に作用する、共振機能を発揮するため、音声エネルギーの減衰を抑えることができ、可聴帯域の中間周波数領域で生じ易い篭った音声にはなりにくい。

図５に示すように、通常、３人の被聴者の可聴音域における、正１２面体拡声装置７の発する音波の減衰率に強弱があるのは、正１２面体本体８各平面上に載置された各スピーカ９の発する音波の位相が揃っているので、隣接するスピーカ９及び正１２面体本体８内部の空気を介して対向するスピーカ９の発する、位相差のある音波の干渉により、位相歪が相殺されたり、増幅されたりするからである。しかし、対向するスピーカ９がユニモルフ振動子として作動すると、正１２面体本体８内部の空気たる背圧がダンパーとしてではなく、バネとして作用するので、正１２面体拡声装置７の発する音波の減衰率は緩和される。

また、上記スピーカ９は、図７に示すように接続されている。前記正１２面体本体８の各平面上に載置された、それぞれの１２個のスピーカ９は全て並列に接続されている。このように並列接続することで、個々のスピーカ９毎に電圧偏位を生じさせないようにできる。

そして、それらスピーカ９には、正１２面体本体８の周囲の任意の位置における音圧を、可聴帯域の全周波数領域で、可聴音減衰特性に対して平坦化する「補償手段」としての統合補償回路１０が接続されている。

この統合補償回路１０は、図１に示すように、低周波数になるほどバイアスを増加させる可聴帯域の低周波数領域補償部Ａと、ディップ５を形成させる可聴帯域の中間周波数領域補償部Ｂと、ピーク６を形成させる可聴帯域の高周波数領域補償部Ｃとを有している。

通常、人の耳は、聞こえる音声の周波数帯域によって、聞き取り易い帯域や、逆に聞き取りにくい帯域が、その特性として存在する。図５に示すように、３人の被聴者の特性が、どの位聞き取りにくいかをそれぞれ示したもので、可聴音減衰特性と言う。可聴帯域の全周波数領域に渡って一様にフィルタを掛けるなど、この音圧の減衰を防ぐ工夫は従来からあったが、ここでは、イコライザーに内蔵された、周波数帯域毎に一般的な可聴音減衰特性を相殺して平坦化するようなバイアスを印加する統合補償回路１０を使って、音圧減衰を防ぐ工夫を試みた。

この統合補償回路１０は、上記のように低周波数領域補償部Ａ、中間周波数領域補償部Ｂ、高周波数領域補償部Ｃを有し、これら各部Ａ、Ｂ、Ｃは、この実施の形態では、図２に示すように、低域の順バイアス負荷回路１、中間域のディップ５作成回路２、中高域のピーク６作成回路３、スピーカ９の高域共振点除去回路４により構成されている。図３には、これらの各回路部１、２、３、４が機能して印加したバイアスの周波数応答の波形が測定されている。

図３に示すように、各機能回路部１、２、３、４の周波数応答の模式波形は、低周波数帯域では、最も低い周波数帯域を除いて、右肩下がり、中間周波数帯域では、高周波数になるに従って右肩が下がり、そして上がり、高周波数帯域では、高周波数になるに従って右肩が上がり、そして下がる。

図４に示すように、各機能回路部別の音圧を表わす周波数応答の模式波形の合成波は、図３の各波形を合成した形になり、低周波数帯域で略直線部０を、中間周波数帯域でディップ（極小値）５を、中高周波数帯域でピーク（極大値）６を有する横Ｓ字曲線になる。尚、低周波数帯域のうちで最も低い周波数領域におけるバイアスの印加を抑制したのは、被聴者に別段の影響を及ぼさない範囲で、スピーカ９に余計な負荷をかけなくすることで、スピーカ９を保護するためである。

そして、これら周波数帯域毎に印加するバイアスの周波数応答の波形は異なり、図５に示した可聴音減衰特性を補償して平坦化する、イコライザーに内蔵された統合補償回路１０の機能としては、図１に示すように、周波数帯域毎に各周波数領域補償部Ａ、Ｂ、Ｃが司っている。イコライザー内の統合補償回路１０を構成する低域の順バイアス負荷回路１、中間域のディップ５作成回路２、中高域のピーク６作成回路３、スピーカ９の高域共振点除去回路４により補償された音声信号は図７に示された配線により各スピーカ９に伝達される。

更に、音圧を可聴音減衰特性に対して平坦化する補償機能について、詳細に説明する。

図１乃至図３に示すように、被聴者の可聴音減衰特性に対して音圧を平坦化する所定のバイアスを印加するイコライザーの統合補償回路１０と、その機能別区分がカバーする周波数帯域は、必ずしも１対１には対応していない。

図１に示すように、可聴音域を低周波数帯域、中間周波数帯域、高周波数帯域の３周波数帯域に分類し、それぞれ、バイアスの印加の仕方を変えた統合補償回路１０が司るバイアス波形を模式的に描写し、ブロック化した。

低周波数帯域では、各スピーカ９の発する音波の位相差が波長に対して相対的に小さくなるため、又は殆ど無いために、干渉現象によって低周波数になるほど音波の減衰率が大きくなる。そこで、低周波数領域補償部Ａでは、その音波の減衰率以上にバイアスを印加することによって、被聴者の可聴音減衰特性に対して音圧を平坦化する。但し、非可聴音である最低周波数帯域では、スピーカ９の保護の目的で、印加するバイアスを抑制してある。

中間周波数帯域では、正１２面体本体８内の空気圧、すなわち各スピーカ９の背圧が影響し易く、音波の減衰率がピーク（極大値）を有する。つまり、背圧によって、スピーカ９からは篭った音しか発せられなくなる。そこで、中間周波数領域補償部Ｂでは、ディップ５状（下に凸）の逆バイアスを印加し、スピーカ９の発する音声エネルギーを増大させ、背圧の影響を低減し、被聴者の可聴音減衰特性に対して音圧を平坦化し、篭りのない音声として聞こえさす。

高周波数帯域では、共振周波数の整数倍の周波数を持つ高調波成分の影響で高周波数になる程、音波の減衰率が低下する。只、中高周波数帯域では被聴者の聴感覚が最も鋭敏に働くため、減衰率のディップ（極小値）が見られる。そこで、高周波数領域補償部Ｃでは、ピーク６状（上に凸）の順バイアスを印加し、共振点を除去し、被聴者の可聴音減衰特性に対して音圧を平坦化する。

図２に示すように、イコライザーの統合補償回路１０とその補償機能別区分を表わす。

低周波数領域補償部Ａとしての低域の順バイアス負荷回路１にて、特にアンプを使って低周波数帯域でのバイアス印加の増大を図る。

低域の順バイアス負荷回路１によって印加するバイアスを可聴音減衰分の２倍以上とすることを特徴とするので、可聴帯域の低周波数領域では、音波の振幅に比例するバイアスを２倍以上とすることで、即ち、音波の伝播エネルギーが４倍以上になり、標準周波数特性の低周波数領域での減衰を、背面対向スピーカ９の発する音波のエネルギー分まで相殺でき、確実に音消えを防止できる。尚、可聴帯域の低周波数領域のうちで最も低い周波数領域におけるバイアスの印加を抑制したのは、被聴者に別段の影響を及ぼさない範囲で、スピーカ９に余計な負荷をかけないことで、スピーカ９を保護するためである。

中間周波数領域補償部Ｂとしての低域の順バイアス負荷回路１及び中間域のディップ５作成回路２にて、中間周波数帯域のディップ５状（下に凸）逆バイアス形成を図る。

高周波数領域補償部Ｃとしての中高域のピーク６作成回路３及びスピーカ９の高域共振点除去回路４にて、中高周波数帯域でのピーク６状（上に凸）順バイアス形成を図る。

以上、本発明に係る実施の形態１における正１２面体拡声装置７について説明してきた。

しかし、表１に示すように、このイコライザーの統合補償回路１０に使用した受動素子の仕様（スペック）は通常のもので賄えるが、音圧補償機能を固定したものとする必要はなく、適宜調整することも可能である。

すなわち、イコライザーの統合補償回路１０に使用した、これらの受動素子の仕様（スペック）を表１に示した通りとして音圧補償機能を固定したものとする必要はなく、前記各補償部たる低域の順バイアス負荷回路１、中間域のディップ作成回路２、中高域の補償回路３、及びスピーカ９の高域共振点除去回路４は、可聴帯域の全周波数領域において、被聴者に固有な可聴音減衰特性の可聴音減衰分に適ったバイアスを被聴者自ら印加して微調整可能としても良く、被聴者に固有の可聴音減衰特性に合った調整をすれば、その被聴者に固有な聴き取り易さを得られる。これは、図５に示すように、聴き取りにくい周波数帯の音声や聴き取り易い周波数帯の音声が、被聴者によっては微妙に変わってくるからである。

従って、このような聴き取りにくい周波数帯の音声を大きくするために、バイアスを大きめにかけて、可聴音減衰分を補ったり、聴き取り易い周波数帯の音声は小さくしても良いように、バイアスはそれ程かけずに、体感可聴音を周波数平坦化する。

このようにして、図８に示すように、音圧は、補償前の波形１２より補償後の波形１３の方が平坦化する。

なお、電気信号はディジタル信号処理をしてアンプに出力するが、増幅信号をいつまでも還流待機させぬようインダクターを挟み、位相差を制限することもできる。

ここで、図示しないユニモルフ振動子について説明する。圧電セラミックに金属板を貼り合わせたユニモルフ構造にした振動子で、この振動子に信号電圧を印加すると振動子が屈曲振動を起こし、この機械的共振周波数と、入力される周波数とを合致させたときに最も効率的に音波を空中に放射する。

本発明は以上の通りであるから、被聴者にとって、音圧の平坦性に優れ、音場環境の忠実な再現性にも優れているので、広周波数帯域の無指向性スピーカを略実現でき、ハイファイスピーカ、公共放送用拡声器、ホール等の音響特性測定用の点音源にも適用できるほか、立体感の有る発音体の再現用スピーカにも応用できる。

本発明の実施の形態に係る正１２面体拡声装置７におけるイコライザーの統合補償回路１０を構成する各機能回路１、２、３、４の各補償機能と周波数帯域Ａ、Ｂ、Ｃ別処理ブロック図である。 同実施の形態に係るイコライザーの統合補償回路１０を構成する各機能回路１、２、３、４の配線回路図である。 同実施の形態に係るイコライザーの統合補償回路１０を構成する各機能回路１、２、３、４が司る補償機能の周波数応答を示す模式図である。 同実施の形態に係る図３に示した模式図の合成波形たる周波数応答を示す図である。 同実施の形態に係る被聴者３人の可聴音減衰特性を示す図である。 同実施の形態に係る正１２面体本体８の斜視図である。 同実施の形態に係る各スピーカ９間とイコライザーの統合補償回路１０との接続配線図である。 同実施の形態に係る補償前後の音圧を比較した図である。

符号の説明

０ 標準周波数応答特性の略直線部
１ 低域の順バイアス負荷回路
２ 中間域のディップ５作成回路
３ 中高域のピーク６作成回路
４ スピーカ９の高域共振点除去回路
５ 標準周波数応答特性のディップ
６ 標準周波数応答特性のピーク
７ 正１２面体拡声装置
８ 正１２面体本体
９ スピーカ
１０ 統合補償回路（１＋２＋３＋４）
１１ 増幅器（アンプ）
１２ 補償前の音圧
１３ 補償後の音圧
Ａ 低周波数領域補償部
Ｂ 中間周波数領域補償部
Ｃ 高周波数領域補償部

Claims (5)

1. 正１２面体本体の各面に同一周波数特性を有するスピーカが配置されると共に、該正１２面体本体の周囲の任意の位置における音圧を、可聴帯域の全周波数領域で、可聴音減衰特性に対して平坦化する補償手段が設けられ、該補償手段は、低周波数になるほどバイアスを増加させる可聴帯域の低周波数領域補償部と、ディップを形成させる可聴帯域の中間周波数領域補償部と、ピークを形成させる可聴帯域の高周波数領域補償部とを有することを特徴とする正１２面体拡声装置。
2. 前記低周波数領域補償部によって印加するバイアスを可聴音減衰分の２倍以上とすることを特徴とする請求項１に記載の正１２面体拡声装置。
3. 前記各補償部は、可聴帯域の全周波数領域において、被聴者に固有な可聴音減衰特性の可聴音減衰分に適ったバイアスを被聴者自ら印加して微調整可能としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の正１２面体拡声装置。
4. 前記補償手段が、前記正１２面体本体の各平面に配したスピーカを並列に接続したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の正１２面体拡声装置。
5. 前記正１２面体拡声装置本体内部に背圧を有する気体を介して対向するスピーカが、該スピーカの発する音波の位相を制御することにより、ユニモルフ振動子として作動することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の正１２面体拡声装置。

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