JP2006238155A - アレースピーカ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 RL、FL、C、FR、RRの各チャンネルの信号は、HPFとLPFによりそれぞれ高域の信号と低域の信号に分割する。RL、FL及びCチャンネルの低域の信号は重畳されて左側のウーハ21−1から出力され、RR、FR及びCチャンネルの低域の信号は重畳されて右側のウーハ21−2から出力される。各チャンネルの高域の信号は、それぞれの指向性制御部17−1〜17−5で所定の指向性が付与されてアレースピーカの各スピーカユニット20−1〜20−nから出力され、壁面の反射による仮想音源を生成する。フロントチャンネル(FL、FR)のクロスオーバー周波数f1よりもリアチャンネル(RL、RR)のクロスオーバー周波数f2を高くして、リアチャンネルを細くビーム化することにより、高品質のサラウンド音場を生成する。
【選択図】 図1
Description
そして、上記遅延処理をマルチチャンネルの各チャンネルそれぞれに施し、スピーカユニットへの出力前に全チャンネルを加算することでスピーカユニットや空間がほぼ線形系であることから、出力されたマルチチャンネルの信号は各チャンネルそれぞれ異なる指向性を持つサウンドビームとなる。
これにより、特定方向の指向性を強調することで難聴者のみに大音量を提供したり(特許文献1)、2つの異なるコンテンツの音声にそれぞれ異なる指向性を与えて2人が同時に異なるコンテンツを視聴したり(特許文献2)、サラウンドを含むマルチチャンネルを一部壁に反射させて仮想音源を生成することによりサラウンド音場を生成すること(特許文献3)が可能である。
この図において、31はリスニングルーム、32はテレビなどの映像装置、33はアレースピーカ、34は聴取者(リスナー)、35はリスナーの左側の壁面、36はリスナーの右側の壁面、37はリスナーの後方の壁面である。ここで、5チャンネル再生を行なうものとして説明すると、センター(C)チャンネルの信号については、アレースピーカ33から前方に音響信号を発生し、フロントレフト(FL)チャンネルの信号については、リスナーの左側の壁35に当てるようにビームを制御して仮想FLチャンネル音源38を生成し、フロントライト(FR)チャンネルの信号については、右側の壁36に当てるようにビームを制御して仮想FRチャンネル音源39を生成する。また、リアレフト(RL)チャンネルの信号については、左側の壁35から後方の壁37に当てるようにビームを制御して仮想RLチャンネル音源40を生成し、リアライト(RR)チャンネルの信号については、右側の壁36から後方の壁37に当てるようにビームを制御して仮想RRチャンネル音源41を生成する。
このように、FL(フロントレフト)、FR(フロントライト)、RL(リアレフト)、RR(リアライト)の各チャンネルの信号に強指向性を与えてビーム化し、これを壁に反射させて壁方向に音源を知覚させることで、前方に設置した1つのアレースピーカのみで仮想音源によるサラウンド音場を生成することができる。
この図に示すように、センター(C)、フロントレフト(FL)、フロントライト(FR)、リアレフト(RL)及びリアライト(RR)の各チャンネルの信号は、それぞれに対応して設けられた帯域分割フィルタに入力される。各帯域分割フィルタは、ハイパスフィルタ(HPF)とローパスフィルタ(LPF)の組により構成されており、各チャンネルの信号は、HPF51−1〜51−5を通過する帯域分割周波数(クロスオーバー周波数)よりも高い周波数の信号(高域成分)とLPF52−1〜52−5を通過するクロスオーバー周波数よりも低い周波数の信号(低域成分)に分割される。
LPF52−1〜52−5を通過した各チャンネルの信号の低域成分は、加算器53で重畳された後、ゲイン制御部54−6、周波数特性補正部55−6及び遅延回路56−6からなる信号調整部(ADJ部)に入力され、レベルと周波数特性を補正され、所定の時間遅延を施される。
各加算器58−1〜58−nから出力される信号は、各スピーカユニット33−1〜33−n対応に設けられたパワーアンプ59−1〜59−nで増幅され、対応するスピーカユニット33−1〜33−nから出力される。
このように、クロスオーバー周波数よりも低い周波数の信号は、全チャンネルについてビーム化されずに出力され、クロスオーバー周波数よりも高い周波数の信号は、前記図3に示したようにビーム化されて出力される。
図5はアレースピーカの指向性形状の一例を示す図である。この図に示すように、周波数が高くなるほど、主ローブの幅が狭くなる。すなわち、低域では指向性が弱くなるという特性がある。
すなわち、フロントチャンネル(FL,FR)では壁に定位する周波数帯域が、リアチャンネル(RL,RR)ではアレースピーカから直接聞こえてしまうという問題がある。なぜなら、前述した図3のように、リアチャンネルはフロントチャンネルよりビーム経路が長くなるため、主ローブにあたるビームは距離で減衰(2倍ごとに6dB)してしまい、また、指向性の弱い低周波数帯域では主ローブのはずれにあたる正面方向からの音響エネルギーに仮想音源からの音が負けてしまう。さらに、距離が遠いと時間遅れも生じ、ハース効果的にも不利である。
また、図3のように、リアチャンネルのビームはフロントチャンネルのビームよりも正面方向との角度が小さく、主ローブとリスナーの角度差が小さい。言い換えれば、ビームが近くを通るため、かぶりを受けやすい。
この結果、リアチャンネルの後方定位が難しいという問題がある。
さらに問題となるのは、リアチャンネルのタイムアラインメントである。リアチャンネルはビーム経路の距離が長い分、ビーム化されずに前方から出力される低域成分とタイミングが合うよう、ビームは早めに出力しなければならない。ところが、ビームのうちの低い周波数成分が前述の理由から前方から聞こえてしまうと、周波数帯域によりばらばらのタイミングで聞こえてしまうこととなる。
また、前記帯域分割周波数よりも低い周波数帯域の信号は、前記アレースピーカとは別に設けられた低域再生用スピーカから出力されるようになされているものである。
また、低周波数帯域の信号は低域再生用スピーカから出力する2ウエイ方式を採用したときには、低域再生能力が向上し、広い帯域でバランスの良い音楽再生ができる。
本発明のアレースピーカ装置は、周波数帯域を少なくとも2分割した2ウエイ方式とし、高域を複数(n個)のスピーカユニット20−1〜20−nからなるアレースピーカ20を用いてビーム化して出力し、低域はビーム化せずに低域再生用スピーカ(ウーハ)21−1,21−2から出力している。
図2は、本発明のアレースピーカ装置の一実施の形態におけるスピーカの外観を示す図である。
この図に示すように、スピーカの筐体22の中央部には、n個のスピーカユニットを有するアレースピーカ20が配置されており、その向かって左側にウーハ21−1が、右側にウーハ21−2が設けられている。
このように2ウエイ化することにより、広い帯域でバランスの良い音楽再生が期待できる。
ここで、本発明においては、前記帯域分割フィルタを少なくとも2種類のクロスオーバー周波数を有するものとしている。
すなわち、フロントチャンネル(FL,FR)は、壁側にしっかりとした定位を作ることが求められる、そこで、なるべく広い帯域をビーム化するために、必然的にフロントチャンネル(FL,FR)用のHPF11−2、LPF12−2、HPF11−4及びLPF12−4のクロスオーバー周波数f1は低めの周波数とする。例えば、アレー全幅を1mとすれば、それと同等な波長である300Hzくらいまでは指向性を持たせることが可能であり、このあたりがクロスオーバー周波数f1の目安となる。
また、リアチャンネル(RL,RR)は、フロントチャンネルよりも細いビームとして指向性の強い状態でリスナーの横を通過させなければならないので、アレー全幅と比べて十分短い波長のみをビーム化するのが良い。そこで、リアチャンネル(RL,RR)用のHPF11−1、LPF12−1、HPF11−5及びLPF12−5のクロスオーバー周波数f2はフロントチャンネルのクロスオーバー周波数f1よりも高く設定する(f2>f1)。
さらに、センターチャンネル(C)用のHPF11−3とLPF12−3のクロスオーバー周波数f0は、フロントチャンネル(FL,FR)との音質バランスからフロントチャンネル(FL,FR)と同程度のクロスオーバー周波数(f0=f1)とすればよい。あるいは、アレーのスピーカユニットとウーハの再生特性を目安にして決めても良い。
同様に、前記LPF12−5を通過したRRチャンネルの信号の低域成分(周波数f2よりも低い周波数の信号)、前記LPF12−4を通過したFRチャンネルの信号の低域成分(周波数f1よりも低い周波数の信号)、及び、前記LPFを通過したCチャンネルの信号の低域成分(周波数f0よりも低い周波数の信号)は、前述と同様に所定の重みをもって加算器13−2で加算される。そして、加算器13−2から出力されたRRチャンネルとFRチャンネルとCチャンネルの低域成分の信号は、前述と同様に、ゲイン制御部14−7、周波数特性補正部15−7及び遅延回路16−7でそれぞれ所定の処理を施された後、パワーアンプ19−7で増幅されて右側のウーハ21−2から出力される。
このように、左側のチャンネル(RL,FL)とセンターチャンネルの信号の(1:1:αの)低域成分は左側のウーハ21−1から出力され、右側のチャンネル(RRとFR)とセンターチャンネルの信号の(1:1:αの)低域成分は右側のウーハ21−2から出力される。なお、前記ゲイン制御部14−6,14−7、前記周波数特性補正部15−6,15−7及び前記遅延回路16−6,16−7における処理の内容については後述する。
すなわち、前記HPF11−1を通過したRLチャンネルの信号の高域成分(周波数f2より高い周波数の信号)は、ゲイン制御部14−1で所定のゲインに設定され、周波数特性補正部15−1でビーム経路の特性に対応した周波数特性の補正が施され、遅延回路16−1でビーム経路による伝搬遅延時間の差を補償するための時間遅延が施され、指向性制御部17−1に入力される。指向性制御部17−1には、前記アレースピーカ20を構成するn個のスピーカユニットそれぞれに対応して、遅延回路とレベル制御回路が設けられている。そして、各遅延回路で、このRLチャンネルの高域の信号が前記図3に示した経路でリスナーに到達するようにそれぞれのスピーカユニット20−1〜20−nから出力する信号に対する遅延量が設定され、また、各レベル制御回路で、アレースピーカ20から出力される信号のサイドローブを少なくするためのウインドウ係数が乗算されて、各スピーカユニット対応の出力信号が出力される。これにより、RLチャンネルの高域の信号が、図3に示す左側の壁35と後方の壁37で反射され仮想音源40が生成される。
同様に、前記HPF11−2を通過したFLチャンネルの信号の高域成分(周波数f1よりも高い周波数の信号)は、ゲイン制御部14−2、周波数特性補正部15−2及び遅延回路16−2を介して、FLチャンネルの信号用の指向性制御部17−2に入力される。そして、このFLチャンネルの高域の信号が、左側の壁35で反射して仮想音源38を生成するビームを形成するように、各スピーカユニット20−1〜20−nに出力する信号が生成される。
さらに、前記HPF11−5を通過したRRチャンネルの信号の高域成分(周波数f2より高い周波数の信号)は、ゲイン制御部14−5、周波数特性補正部15−5及び遅延回路16−5を介して、RRチャンネルの信号用の指向性制御部17−5に入力され、このRRチャンネルの高域の信号が右側の壁36と後方の壁37で反射して仮想音源41を生成するビームを形成するように各スピーカユニット20−1〜20−nに出力する信号が生成される。
なお、前記HPF11−3を通過したCチャンネルの信号の高域成分(周波数f0より高い周波数の信号)は、ゲイン制御部14−3、周波数特性補正部15−3及び遅延回路16−3を介して、Cチャンネルの信号用の指向性制御部17−3に入力され、前方への指向性を有する信号が出力されるように各スピーカユニット20−1〜20−nに出力する信号が生成される。
前記加算器18−1〜18−n以降の系が空間も含めてほぼ線形系であるため、あたかもアレースピーカがチャンネル(ビーム)数分あるかのように、それぞれのチャンネルは独立した指向性を有するものとなり、前記図3に示したように仮想音源が生成され、マルチチャンネル再生が行われる。
前記ゲイン制御部14−1〜14−7では、それぞれのチャンネルのビームがリスナーに到達するまでの距離減衰を補償するように、各チャンネルのビーム経路距離に応じたゲインが設定される。すなわち、リアチャンネル(RL,RR)は、アレースピーカ20からリスナーまでの距離が長く距離減衰が大きくなるので、これを補償するために、ゲイン制御部14−1と14−5はゲイン(音量)を大きく設定する。そして、FLチャンネルとFRチャンネルのゲイン制御部14−2と14−4はゲインを中程度の大きさに設定し、Cチャンネルについてはゲインを「×1」とする。また、低域信号用のゲイン制御部14−6及び14−7は、アレースピーカ20とウーハ21の効率や数の違いも含めて補償するようにゲインを設定する。
前記周波数特性補正部15−1〜15−7では、各ビームの通る経路の特性(壁反射特性など)の違いを補償するための周波数特性の補正を行う。例えば、周波数特性補正部15−1、15−2、15−4及び15−5では、壁反射特性の補償を行うように周波数特性を制御する。
前記遅延回路16−1〜16−7では、各ビームの経路長の違いによる到達時間の相違を補正する。すなわち、リスナーまでの経路が最も長いリアチャンネル(RL,RR)の遅延回路16−1及び16−5には遅延時間を設定せず(遅延時間=0)、フロントチャンネル(FL,FR)の遅延回路16−2及び16−4にはリアチャンネルとの経路距離の差に対応する第1の遅延時間d1を設定し、センターチャンネル(C)と低域信号用の遅延回路16−3、16−6及び16−7には、リアチャンネルとの経路距離の差に対応する第2の遅延時間d2(d2>d1)を設定する。これにより、リスナーに全信号を同時に到達させることができる。
また、上記においては、2ウエイ方式を採用する場合について説明したが、これに限られることはない。前記図4のように2ウエイ方式を採用しない場合や、3ウエイ方式の場合などにも適用することができる。
さらに、上記においては5チャンネルの場合を例にとって説明したが、7.1チャンネルなど他のマルチチャンネル方式の場合にも同様に適用することができる。
Claims (2)
- 複数の異なる指向性を持つサウンドビームを生成するアレースピーカを用い、壁反射を利用してフロントチャンネルとリアチャンネルのあるサラウンド音場を生成するアレースピーカ装置であって、
各チャンネルの信号を帯域分割周波数よりも高い周波数帯域の信号と低い周波数帯域の信号に帯域分割する手段と、
前記帯域分割周波数よりも高い周波数帯域の信号をサウンドビーム化して出力する手段と、
前記帯域分割周波数よりも低い周波数帯域の信号をサウンドビーム化せずに出力する手段とを有し、
前記リアチャンネルの信号に対する前記帯域分割周波数が、前記フロントチャンネルの信号に対する前記帯域分割周波数よりも、高い周波数に設定されていることを特徴とするアレースピーカ装置。 - 前記帯域分割周波数よりも低い周波数帯域の信号は、前記アレースピーカとは別に設けられた低域再生用スピーカから出力されることを特徴とする請求項1記載のアレースピーカ装置。
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