JP2007274510A

JP2007274510A - スピーカー装置

Info

Publication number: JP2007274510A
Application number: JP2006099449A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Sakai; 新一酒井; Hideo Suzuki; 英男鈴木
Original assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Engineering Co Ltd
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2007-10-18

Abstract

【課題】緻密な信号処理を実施する信号処理回路を搭載することなく、精度の高い狭指向性を実現することができるスピーカー装置を得ることを目的とする。
【解決手段】スピーカー５（１）〜５（ｎ）を同一直線上に間隔ｄで配置して、スピーカー５（１）〜５（ｎ）の音放射方向を揃えるとともに、遅延器３（１）〜３（ｎ−１）がスピーカー５（１）〜５（ｎ）に供給される音源信号に遅延を与えて、スピーカー５（１）〜５（ｎ）から放射される音の波面を揃える。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数のスピーカーをアレイ化して、狭指向性の音場を形成するスピーカー装置に関するものである。

市場には、通常のスピーカーユニットを使用して、狭い指向性（以下、「狭指向性」と称する）を実現する方式が幾つか存在する。狭指向性を実現する方式を大別すると、パッシブ方式とアクティブ方式が存在する。
パッシブ方式は、従来のスピーカーを１個又は複数個使用し、スピーカーの周辺形状や、スピーカーの空間配列（幾何学的配列）を工夫して、狭指向性を実現する方式である。
一方、アクティブ方式は、従来のスピーカーを複数個配列（アレイ化）し、信号処理回路が各スピーカーの駆動信号のレベルや位相を制御して、狭ビームの形成や音放射方向の変更を行う方式である。
パッシブ方式は、比較的安価に構成することができるのに対して、アクティブ方式は、緻密な信号処理を実施することにより、音放射方向や指向性の幅を精度よく変えられる反面、設計や製造コストが上昇して、製品価格が高価なものになる傾向がある。

アクティブ方式のスピーカー装置として、例えば、以下の特許文献１に開示されているものがある。
以下の特許文献１に開示されているスピーカー装置では、複数のスピーカーＬ１〜Ｌ５，Ｒ１〜Ｒ５を一列に配置し、増幅用パワーアンプＡＭＰ１〜ＡＭＰ５が、ベッド３の中央部のスピーカーＬ１，Ｒ１の入力信号１ａの電圧を最大として、中央部から右方向及び左方向のスピーカーＲ２〜Ｒ５及びＬ２〜Ｌ５になるほど、入力信号１ｂ〜１ｅの電圧を小さくするようにしている。

特開平５−２１９５８６号公報（段落番号［０００７］から［００１９］、図１）

従来のスピーカー装置は以上のように構成されているので、アクティブ方式を採用すれば、音放射方向や指向性の幅などを精度よく変えることができる。しかし、音放射方向や指向性の幅などを制御するには、緻密な信号処理を実施する信号処理回路や多数のアンプを搭載する必要がある。そのため、設計や製造コストが上昇して、製品価格が高価になるという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、緻密な信号処理を実施する信号処理回路を搭載することなく、精度の高い狭指向性を実現することができるスピーカー装置を得ることを目的とする。

この発明に係るスピーカー装置は、複数のスピーカーを同一直線上に略等間隔に配置して、複数のスピーカーの音放射方向を揃えるとともに、遅延手段が複数のスピーカーに供給される音源信号に遅延を与えて複数のスピーカーから放射される音の波面を揃えるようにしたものである。

この発明によれば、複数のスピーカーを同一直線上に略等間隔に配置して、複数のスピーカーの音放射方向を揃えるとともに、遅延手段が複数のスピーカーに供給される音源信号に遅延を与えて複数のスピーカーから放射される音の波面を揃えるように構成したので、緻密な信号処理を実施する信号処理回路を搭載することなく、精度の高い狭指向性を実現することができる効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるスピーカー装置を示す構成図であり、図において、音源１は音声や音楽などの音源信号を発信する。
入力端子２は音源から発信された音源信号を入力する。なお、入力端子２は信号入力手段を構成している。
遅延器３（１）〜３（ｎ−１）は入力端子２から入力された音源信号に遅延を与えて、スピーカー５（１）〜５（ｎ）から放射される音の波面を揃える。なお、遅延器３（１）〜３（ｎ−１）は遅延手段を構成している。
図１の例では、遅延器３（１）は音源信号を時間τだけ遅延し、遅延器３（ｎ−２）は音源信号を時間（ｎ−２）τだけ遅延し、遅延器３（ｎ−１）は音源信号を時間（ｎ−１）τだけ遅延するようにしている。

増幅器４（１）〜４（ｎ）は入力端子２から入力された音源信号又は遅延器３（１）〜３（ｎ−１）により遅延が与えられた音源信号を増幅する。なお、増幅器４（１）〜４（ｎ）は信号増幅手段を構成している。
スピーカー５（１）〜５（ｎ）は同一直線上に略等間隔に配置され、かつ、音放射方向が同一方向に揃えられており、増幅器４（１）〜４（ｎ）により増幅された音源信号にしたがって音を放射する。

次に動作について説明する。
スピーカー５（１）〜５（ｎ）は、図１に示すように、同一直線上にｄの間隔で並べられている。
また、スピーカー５（１）〜５（ｎ）の音放射方向が同一方向に揃えられており、図１の例では、右方向を向いている。この場合、スピーカー５（ｎ）が最前部のスピーカーになり、スピーカー５（１）が最後部のスピーカーになる。

スピーカー５（１）〜５（ｎ）は、増幅器４（１）〜４（ｎ）により増幅された音源信号にしたがって音を放射するが、例えば、スピーカー５（１）から放射された音が、１つ前段のスピーカー（２）に到達するまでに要する時間τは、τ＝ｄ／ｃである。ただし、ｃは音速である。
そのため、スピーカー５（１）に供給される音源信号より、スピーカー５（２）に供給される音源信号を時間τだけ遅らせば、スピーカー５（１）から放射される音の波面と、スピーカー５（２）から放射される音の波面を揃えることができるので、スピーカー５（２）に供給する音源信号に時間τだけ遅延を与える遅延器３（１）を増幅器４（２）の前段に配置している。

この実施の形態１では、スピーカー５（１）〜５（ｎ−１）から放射される音が同時に最前部のスピーカー５（ｎ）に到達し、スピーカー５（１）〜５（ｎ−１）から放射される音が最前部のスピーカー５（ｎ）に到達したとき、最前部のスピーカー５（ｎ）から音が放射されるようにして、スピーカー５（１）〜５（ｎ）から放射される音の波面を揃えるため、相互に遅延時間が異なる遅延器３（１）〜３（ｎ−１）を増幅器４（２）〜４（ｎ）の前段に配置している。
なお、或るスピーカーから放射された音が最前部のスピーカー（ｎ）に到達までに要する時間は、時間τの整数倍の時間になる。

ここで、図２はこの発明の実施の形態１によるスピーカー装置の指向特性を示す指向性ポーラーパターン図である。
図２では、１個のスピーカーが正負ダブレット点音源と仮定し、点音源の式を使用して十分遠方の指向性ポーラーパターンを合成計算している。
空間内の或る点Ｐでの音圧ｐは、下記の式（１）〜（３）の通りである。
ｐ＝Σｐ_i （１）
ｐ_i＝（ｊωρ／４πｒ_i）Ｑ_iｅ^a （２）
ａ＝ｊ（ωｔ−ｋｒ_i−φ_i）（３）
ｐ：空間内点Ｐでの音圧
ｐ_i：ダブレット音源ｉによる点Ｐでの音圧
ｊ：虚数単位
ρ：空気の密度
ω：角周波数＝２πｆ（ｆ：周波数）
ｔ：時間
ｋ：波長定数＝ω／ｃ（ｃ：音速）
Ｑ_i：ダブレット音源ｉの強さ(体積速度)
ｒ_i：ダブレット音源ｉからの距離
φ_i：ダブレット音源ｉの位相＝ｋｄ（ｎ−ｉ）［τ＝ｄ／ｃ］

図２において、紙面上方が音放射方向（０度）であり、中心から外周に向かう半径方向のスケールは音圧ｄＢ値である。
図２（Ａ）は周波数１ｋＨｚ、（Ｂ）は２ｋＨｚ、（Ｃ）は３ｋＨｚのときのパターンであり、それぞれのメインローブ（０度）の半減全角は約６０度、約４０度、約３０度になっている。
また、それぞれのサイドローブは、０度に対して１０ｄＢ以下になっており、９０度に向かってレベルが低下している。
さらに、９０度以上の後方もほぼ２０ｄＢ以下になっている。
以上から、この実施の形態１のスピーカー装置は、メインローブの音圧レベルが大きい状態の狭指向性が実現されている。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、スピーカー５（１）〜５（ｎ）を同一直線上に間隔ｄで配置して、スピーカー５（１）〜５（ｎ）の音放射方向を揃えるとともに、遅延器３（１）〜３（ｎ−１）がスピーカー５（１）〜５（ｎ）に供給される音源信号に遅延を与えて、スピーカー５（１）〜５（ｎ）から放射される音の波面を揃えるように構成したので、緻密な信号処理を実施する信号処理回路を搭載することなく、精度の高い狭指向性を実現することができる効果を奏する。

なお、スピーカー装置を構成する際には、小口径のコーン型スピーカーを用いるのが一般的であるが、再生帯域や指向性の要求に依存して、スピーカーの口径、間隔、個数を決めることができる。
例えば、使用するスピーカーが全面駆動型のスピーカーであれば、個々の本体厚さが薄いので構成し易くなり、静電型などでもよい。
使用するスピーカーの口径が大きければ、低域まで使用帯域が広がるが、高域の指向性が劣化する。また、間隔や個数は指向特性の決定要因となる。

この実施の形態１のスピーカー装置では、表裏の放射を使うダイポールを想定しているが、表の音だけを使うモノポール型でもよい。また、ダイポールとモノポールの組み合わせでもよい。例えば、交互にダイポールとモノポールのスピーカーで構成してもよい。
また、この実施の形態１のスピーカー装置では、スピーカー５（１）〜５（ｎ）を等間隔に配置して、隣り合うスピーカーの遅延を一定にしているが、これに限定されるものではなく、指向角やサイドローブを自由に制御するために、スピーカー個々に遅延量を変化させたり、スピーカー間隔を変えたりしてもよい。
なお、入力端子２以降の駆動回路として、音質を調整するトーンコントロールや、帯域制限するローパスフィルタ、ハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタを付加して、所望の音響特性を実現するようにしてもよい。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、相互に遅延時間が異なる遅延器３（１）〜３（ｎ−１）を並列に接続するものについて示したが、図３に示すように、入力端子２に対して、同一の遅延時間τを与える遅延器３（１）〜３（ｎ−１）を直列に接続するようにしてもよい。
この場合も、上記実施の形態１と同様の効果を奏することができる。また、遅延器３（１）〜３（ｎ−１）の遅延時間τが同じになるため、遅延器の設計の容易化を図ることができる効果も奏する。

なお、図１及び図３では図示していないが、遅延器３（１）〜３（ｎ−１）及び増幅器４（１）〜４（ｎ）を一つの筐体にまとめて１ユニットにし、そこからスピーカー５（１）〜５（ｎ）に配線するようにしてもよい。
また、個々のスピーカーに増幅器や遅延器を近接させて設置するようにしてもよい。

この発明の実施の形態１によるスピーカー装置を示す構成図である。この発明の実施の形態１によるスピーカー装置の指向特性を示す指向性ポーラーパターン図である。この発明の実施の形態２によるスピーカー装置を示す構成図である。

符号の説明

１音源、２入力端子（信号入力手段）、３（１）〜３（ｎ−１）遅延器（遅延手段）、４（１）〜４（ｎ）増幅器（信号増幅手段）、５（１）〜５（ｎ）スピーカー。

Claims

音源から発信された音源信号を入力する信号入力手段と、上記信号入力手段により入力された音源信号を増幅する信号増幅手段と、上記信号増幅手段により増幅された音源信号にしたがって音を放射する複数のスピーカーとを備えたスピーカー装置において、上記複数のスピーカーを同一直線上に略等間隔に配置して、上記複数のスピーカーの音放射方向を揃えるとともに、上記複数のスピーカーに供給される音源信号に遅延を与えて上記複数のスピーカーから放射される音の波面を揃える遅延手段を設けたことを特徴とするスピーカー装置。
遅延手段は、最前部のスピーカーの後方に設置されている全てのスピーカーから放射される音が最前部のスピーカーに到達するタイミングと、最前部のスピーカーから放射される音のタイミングとが一致するように、音源信号に遅延を与えることを特徴とする請求項１記載のスピーカー装置。