JP2014175980A - 音響再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 左右スピーカーが近接して配置される小型の筐体を備える場合であっても、ステレオ音場の広がり感を得ることができる音響再生装置を提供する。
【解決手段】 音響再生装置は、左および右および中央のスピーカーと、左信号および右信号の所定の帯域分割周波数以上をそれぞれ通過させてそれぞれ左スピーカーおよび右スピーカーに出力する高域通過フィルタ部と、左信号および右信号を加算した和信号の所定の帯域分割周波数以下を通過させて出力する低域通過フィルタ部と、高域通過フィルタ部を通過した左信号および右信号を加算して和信号を出力する第１加算部と、第１加算部の出力を遅延させて出力する遅延部と、遅延部の出力信号を位相反転して出力する位相反転部と、低域通過フィルタ部の出力信号と位相反転部との出力信号を加算して中央スピーカーに出力する第２加算部と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ステレオ音声信号を再生する音響再生装置であって、左右スピーカーが近接して配置される小型の筐体を備える場合であっても、ステレオ音場の広がり感を得ることができる音響再生装置に関する。

ステレオ音声信号を再生する音響再生装置では、左音声信号を再生する左スピーカーおよび右音声信号を再生する右スピーカーに、左音声信号および右音声信号の低音域成分のみを再生する１つの低音再生スピーカーを加えた「３Ｄ方式」を採用するものがある。左スピーカーおよび右スピーカーを高音域成分のみを再生するのに適するように小型化でき、音響再生装置全体の大きさを抑制して小型化できる利点がある。一方で、低音域を再生するのに適した比較的大きな振動板面積を有する１つの低音再生スピーカーを用いるので、低音域の再生能力を高めることができる。その結果、左スピーカーおよび右スピーカーと１つの低音再生スピーカーとが分離せずに一つの筐体に収まっている音響再生装置が存在する。

この様な音響再生装置では、左スピーカーおよび右スピーカーが十分な離間距離を保つことができずに近接して配置されるので、これを使用するリスナーにとっては、ステレオ音場の広がり感が乏しくなりやすいという課題がある。この様な音響再生装置におけるステレオ音場の広がり感を補う方法として、例えば、逆相成分を加算するもの、あるいは、仮想音像定位技術を用いるもの、等の他に、可聴音域の音波を再生するスピーカーを用いて方向による音響放射特性の変化（以下、「指向性」という）を制御して、ステレオ音場の広がり感を得ようとするものがある。

指向性制御を用いる音響再生装置では、無指向性の２個のスピーカーを逆相で接続して双指向性にする場合、または、３個以上のスピーカーアレイにより単一指向性や指向性のビームをある方向に与える等の方法が提案されている。例えば、２個のスピーカーを用いるだけで、明確な単一指向放射特性を得ることができる指向性制御装置およびこれを用いる遊技機がある（特許文献１）。従来の指向性制御の方法では、スピーカーの構造や信号処理によって基本的には時間的な遅延を各スピーカーに与えて、音波の空間的な位相干渉を利用することで所望の指向性を実現している。

一方、可聴音域の音波を再生する２個１組のスピーカーを駆動して単一指向特性を得て、音像がスピーカーの実際の配置位置よりも遠方に感じられるスピーカー装置の配置方法、およびそのスピーカー装置を用いた音響再生装置がある（特許文献２）。通常のステレオ再生装置において、モノラル音声を再生する場合、一つのスピーカーで再生すれば、知覚される音像は、そのスピーカーの設置位置となる。一方、リスナーから等距離にある二つのスピーカーに等分してステレオ音声を再生すれば、つまり、モノラル音声を左チャンネルと右チャンネルとに与えて再生すれば、その両チャンネルのスピーカーの中央にファントム音像としてそのモノラル音声が定位して知覚される。しかし、特許文献２の場合には、上記のようなモノラル音声を左右チャンネルで再生すれば、スピーカーの実際の配置位置よりも遠方にファントム音像が定位する。

しかしながら、特許文献１および２の従来技術では、標準的な左右２チャンネルのステレオ信号を再生する場合に、合計４本のスピーカーおよび４チャンネル分のアンプを要することになり、通常の場合に比較して合計２本のスピーカーおよび２チャンネル分のアンプがコスト増加要因になるという問題がある。また、特許文献２の従来技術を合計２本のスピーカーおよび２チャンネル分のアンプでステレオ信号を再生する場合に適用することも想定できるが、左右チャンネルに共通なモノラル成分については、単にクシ状フィルタを通過させただけの効果になり、音声情報が信号レベル段階で失われるという問題がある。また、特許文献１および２の従来技術では、逆位相で駆動される２個のスピーカーの離間距離に起因してキャンセルされる音響信号の低周波領域のレベルを相対的に増大させる補償手段を設けるのが好ましいが、２つのスピーカーの離間距離が短くなれば短くなるほど補償手段による低い周波数帯域のブースト量が増大してしまうことになり、実現が難しくなるという問題がある。

特許第４８５７５０３号公報 （第１図〜第７図） 特許第４８２６９９３号公報 （第１図〜第１２図）

本発明は、上記の従来技術が有する問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ステレオ音声信号を再生する音響再生装置であって、左右スピーカーが近接して配置される小型の筐体を備える場合であっても、ステレオ音場の広がり感を得ることができる音響再生装置を提供することにある。

本発明の音響再生装置は、左スピーカーと、右スピーカーと、左スピーカーおよび右スピーカーの中間位置に配置される中央スピーカーと、左信号および右信号の所定の帯域分割周波数以上をそれぞれ通過させてそれぞれ左スピーカーおよび右スピーカーに出力する高域通過フィルタ部と、左信号および右信号を加算した和信号の所定の帯域分割周波数以下を通過させて出力する低域通過フィルタ部と、高域通過フィルタ部を通過した左信号および右信号を加算して和信号を出力する第１加算部と、第１加算部の出力を遅延させて出力する遅延部と、遅延部の出力信号を位相反転して出力する位相反転部と、低域通過フィルタ部の出力信号と位相反転部との出力信号を加算して中央スピーカーに出力する第２加算部と、を備える。

好ましくは、本発明の音響再生装置は、遅延部が、入力される和信号を左スピーカーならびに右スピーカーと中央スピーカーとの離間距離に応じた時間だけ遅延させて出力する。

好ましくは、本発明の音響再生装置は、高域通過フィルタ部および低域通過フィルタ部の帯域分割周波数が、左スピーカーまたは右スピーカーと中央スピーカーとを結ぶ直線と直交する方向において、左スピーカーまたは右スピーカーから放射される音波の音圧レベルが中央スピーカーから放射される音波によって離間距離に起因してキャンセルされて音圧レベルが相対的に−６ｄＢ以下に低下する周波領域を規定する周波数以上の範囲から選択される。

好ましくは、本発明の音響再生装置は、高域通過フィルタ部および低域通過フィルタ部の帯域分割周波数が、離間距離の１６倍の長さをその波長とする音波の周波数以上の範囲から選択される。

また、好ましくは、本発明の音響再生装置は、位相反転部が、第２加算部へ出力する和信号のゲインまたは周波数特性を制御する出力制御部をさらに含み、出力制御部が、左信号および右信号の差の絶対値を演算し、差の絶対値が小さい場合に位相反転部の出力信号の絶対値を小さくし、差の絶対値が大きい場合に位相反転部の出力信号の絶対値を大きくするように制御する。

また、好ましくは、本発明の音響再生装置は、位相反転部が、左スピーカーならびに右スピーカーと中央スピーカーとの応答特性に基づいて入力される和信号を補正して出力する補正フィルタ部をさらに含む。

以下、本発明の作用について説明する。

本発明の音響再生装置は、左スピーカーと、右スピーカーと、左スピーカーおよび右スピーカーの中間位置に配置される中央スピーカーと、を備える。音響再生装置は、左信号および右信号の所定の帯域分割周波数以上をそれぞれ通過させてそれぞれ左スピーカーおよび右スピーカーに出力する高域通過フィルタ部と、左信号および右信号を加算した和信号の所定の帯域分割周波数以下を通過させて出力する低域通過フィルタ部と、を備える。さらに、本発明の音響再生装置は、高域通過フィルタ部を通過した左信号および右信号を加算して和信号を出力する第１加算部と、第１加算部の出力を遅延させて出力する遅延部と、遅延部の出力信号を位相反転して出力する位相反転部と、低域通過フィルタ部の出力信号と位相反転部との出力信号を加算して中央スピーカーに出力する第２加算部と、を備える。

したがって、左信号および右信号の所定の帯域分割周波数以上の高音域成分は、高域通過フィルタ部を経てそれぞれ左スピーカーおよび右スピーカーから再生される。一方で、左信号および右信号の所定の帯域分割周波数以下の低音域成分は、低域通過フィルタ部を経て中央スピーカーから再生される。その結果、低音域の再生能力を高めつつ、小型のステレオ信号を再生する音響再生装置を実現できる。さらに、本発明の音響再生装置では、高域通過フィルタ部を通過した左信号および右信号を加算して和信号を生成し、遅延部と位相反転部とを経て遅延および位相反転させて、低音域成分の和信号に加算する。好ましくは、遅延部での遅延時間は、左スピーカーならびに右スピーカーと中央スピーカーとの離間距離に応じた時間に設定される。つまり、本発明の音響再生装置では、高域通過フィルタ部を通過する所定の帯域分割周波数以上の高音域成分に関しては、左スピーカーへ左信号を出力し、右スピーカーへ右信号を出力するとともに、左信号および右信号を加算した和信号を、左スピーカーならびに右スピーカーと中央スピーカーとの離間距離に応じた時間だけ遅延させ、逆位相の関係にして中央スピーカーへ出力する。

その結果、左信号の所定の帯域分割周波数以上の高音域成分に関しては、左スピーカーと中央スピーカーとによって中央スピーカー側をゼロ点方向とし、左スピーカー側をビーム方向とする単一指向性の音響放射特性が実現される。同様に、右信号の所定の帯域分割周波数以上の高音域成分に関しては、右スピーカーと中央スピーカーとによって中央スピーカー側をゼロ点方向とし、右スピーカー側をビーム方向とする単一指向性の音響放射特性が実現される。したがって、リスナーは、左信号に関して左スピーカーの実際の位置よりも左側に音像定位を得ることができ、右信号に関して右スピーカーの実際の位置よりも右側に音像定位を得ることができ、結果的に近接配置される左スピーカーおよび右スピーカーの実際の寸法幅よりも広くなるような、ステレオ音場の広がり感を得ることができる。

また、本発明の場合には、左信号および右信号の所定の帯域分割周波数以下の低音域成分は、低域通過フィルタ部により分離されているので、逆位相で駆動される２個のスピーカーの離間距離に起因してキャンセルされる音響信号の低周波領域のレベルを相対的に増大させる補償手段でのブースト量を低く抑制できるという利点がある。高域通過フィルタ部および低域通過フィルタ部の帯域分割周波数が、左スピーカーまたは右スピーカーと中央スピーカーとを結ぶ直線と直交する方向において、左スピーカーまたは右スピーカーから放射される音波の音圧レベルが中央スピーカーから放射される音波によって離間距離に起因してキャンセルされて音圧レベルが相対的に−６ｄＢ以下に低下する周波領域を規定する周波数以上の範囲から選択されるようにすれば、音響再生装置は、低周波領域のレベルを相対的に増大させる補償手段でのブースト量を＋６ｄＢ程度に抑えることができるという利点がある。また、高域通過フィルタ部および低域通過フィルタ部の帯域分割周波数が、離間距離の１６倍の長さをその波長とする音波の周波数以上の範囲から選択されるようにすれば、帯域分割周波数以下では補償のためのブースト量を低く抑えることができる。標準的な左右２チャンネルのステレオ信号を再生する場合に、従来のような合計３本のスピーカーおよび３チャンネル分のアンプを要するだけになり、特許文献１または２の従来技術に比較して、コスト増加を抑えて十分な低音域再生能力を有し、さらにステレオ音場の広がり感を得るという効果を得ることができる。

特に好ましくは、本発明の音響再生装置は、位相反転部が、第２加算部へ出力する和信号のゲインまたは周波数特性を制御する出力制御部をさらに含む。この出力制御部は、左信号および右信号の差の絶対値を演算し、差の絶対値が小さい場合に位相反転部の出力信号の絶対値を小さくし、差の絶対値が大きい場合に位相反転部の出力信号の絶対値を大きくするように制御する。つまり、位相反転部の出力制御部は、左信号および右信号がほぼ同一レベルで差信号の絶対値が小さいモノラル成分が多い場合には、位相反転部からの出力信号を小さくしてステレオ音場の広がり効果を生じさせないようにする。反対に、位相反転部の出力制御部は、左信号および右信号が著しく異なり差信号の絶対値が大きい場合には、位相反転部からの出力信号を大きくしてステレオ音場の広がり効果が発揮されるようにする。その結果、入力されるステレオ信号に応じて、適切なステレオ音場の広がり感が得られるという利点がある。

また、位相反転部は、左スピーカーならびに右スピーカーと中央スピーカーとの応答特性に基づいて入力される和信号を補正して出力する補正フィルタ部をさらに含むようにしてもよい。左スピーカー（または右スピーカー）と中央スピーカーとによって中央スピーカー側をゼロ点方向とし、左スピーカー側（または右スピーカー側）をビーム方向とする単一指向性の音響放射特性を実現しようとする場合に、左スピーカーならびに右スピーカーと中央スピーカーとで異なる型のスピーカーを用いて同一の音声信号に対する電気音響的な応答特性の相違がある場合にも、適切な単一指向特性を得ることができる。

本発明の音響再生装置は、ステレオ音声信号を再生する音響再生装置であって、左右スピーカーが近接して配置される小型の筐体を備える場合であっても、ステレオ音場の広がり感を得ることができる。

本発明の好ましい実施形態による音響再生装置１について説明する図である。（実施例１） 本発明の好ましい実施形態による音響再生装置１により再生される単一指向性の放射特性および再生音場を概念的に説明する図である。（実施例１） 本発明の好ましい実施形態による音響再生装置１における高域通過フィルタ部および低域通過フィルタ部の帯域分割周波数を説明するグラフである。（実施例１） 比較例の音響再生装置のスピーカー部３０により再生される全指向性の放射特性および再生音場を概念的に説明する図である。（比較例１）

以下、本発明の好ましい実施形態による音響再生装置およびこれを含む立体映像再生装置について説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。

図１および図２は、本発明の好ましい実施形態による音響再生装置１について説明する図である。具体的には、図１は、音響再生装置１の構成を示すブロック図である。また、図２は、音響再生装置１により再生される単一指向性の放射特性および再生音場を概念的に説明する図である。また、図３は、音響再生装置１における高域通過フィルタ部および低域通過フィルタ部の帯域分割周波数を説明するグラフである。なお、説明に不要な一部の構造や、内部構造等は、図示ならびに説明を省略している。

音響再生装置１は、再生回路部２と、スピーカーシステム３と、から構成される。音響再生装置１は、図２に示すように、リスナー４に対してスピーカーシステム３の左スピーカーおよび右スピーカーが配置されている実際の幅寸法よりもステレオ音場の広がり感が得られる音響再生装置である。再生回路部２は、ステレオ信号（左信号Ｌおよび右信号Ｒ）を入力して信号処理するＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）５と、ＤＳＰ５の３チャンネル分の出力を受けてアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器６、および、これらのアナログ信号をそれぞれ増幅してスピーカーシステム３へ出力するアンプ回路７と、を少なくとも含む。再生回路部２は、左信号Ｌおよび右信号Ｒを入力する入力端子ＬｉｎおよびＲｉｎと、３つのアンプ回路７の出力を出力する出力端子Ｌｏｕｔ、ＲｏｕｔおよびＳＷｏｕｔと、を有する。

スピーカーシステム３は、樹脂等で形成されるキャビネットの前面側にスピーカー取付面を形成し、このスピーカー取付面に取り付けられる左スピーカーＬｓｐ、右スピーカーＲｓｐ、および、中央スピーカーＳＷｓｐを備える。本実施例の左スピーカーＬｓｐおよび右スピーカーＲｓｐは、丸型の外形寸法のコーン振動板を有する口径８ｃｍの動電型スピーカーであり、また、中央スピーカーＳＷｓｐは、丸型の外形寸法のコーン振動板を有する口径１２ｃｍの動電型スピーカーである。左スピーカーＬｓｐ、右スピーカーＲｓｐ、および、中央スピーカーＳＷｓｐは、それぞれのコーン振動板が同じ方向に揃うようにスピーカー取付面に取り付けられている。中央スピーカーＳＷｓｐは、左スピーカーＬｓｐおよび右スピーカーＲｓｐよりも面積が大きくて振動系重量が重く、再生周波数帯域を規定する最低共振周波数ｆ０が相対的に低いので、左スピーカーＬｓｐおよび右スピーカーＲｓｐよりも低音域での音声再生能力に優れる。一方、左スピーカーＬｓｐおよび右スピーカーＲｓｐは、振動系重量が軽いので、中央スピーカーＳＷｓｐよりも高音域での音声再生能力に優れる。

３つのスピーカーは、少なくとも音声信号がほぼ同位相で放射されるように、磁気回路およびボイスコイルへ信号供給する端子の正負を揃えておくのが好ましく、ほぼ同じ音響放射特性を有するものであってもよい。なお、キャビネットは、それぞれのスピーカーの最低共振周波数付近および以下の低音域の増大を図るために、その内部に音響容量を規定する空間を有する。キャビネットの内部は、それぞれのスピーカー毎に内部が区切られて、コーン振動板の背面側に放射される音波が相互に干渉しないようにするのが好ましい。キャビネットは、密閉型、バスレフ形、ケルトン型、等の諸方式のキャビネットを採用することができる。なお、スピーカーシステム３のキャビネットは、露出するそれぞれのスピーカーを保護するように、（図示しない）前面グリル、パンチングネット、等を設けても良い。

図示するように、左スピーカーＬｓｐおよび右スピーカーＲｓｐは、リスナー４に向かって左右対称に配置される。また、中央スピーカーＳＷｓｐは、スピーカー取付面上の左スピーカーＬｓｐおよび右スピーカーＲｓｐのちょうど中間位置に配置されている。本実施例の場合には、３つのスピーカーは、一直線上に配置されており、それぞれのスピーカー間の離隔距離ｄは、約１１ｃｍである。スピーカー間の離隔距離ｄは、それぞれの振動板の中央位置の間の距離により算定できる。３つのスピーカーから見ると、二等辺三角形の等しい長さの二辺により構成される頂点を通過する垂直二等分線を延長する方向にリスナー４が位置する関係になる。なお、本実施例の場合には、３つのスピーカーは、一直線上に配置されているが、中央スピーカーＳＷｓｐは、左スピーカーＬｓｐおよび右スピーカーＲｓｐから等しい離間距離ｄにある直線上に位置していれば、多少前後上下の方向にオフセットしてもよい。

再生回路部２のＤＳＰ５は、デジタル信号である左信号Ｌおよび右信号Ｒを信号処理して出力する。ＤＳＰ５は、左信号Ｌおよび右信号Ｒの所定の帯域分割周波数以上をそれぞれ通過させる高域通過フィルタ８と、左信号Ｌおよび右信号Ｒを加算した和信号（Ｌ＋Ｒ）を出力する加算器１０と、加算器１０から出力される和信号（Ｌ＋Ｒ）の所定の帯域分割周波数以下を通過させて和信号（Ｌ＋Ｒ）_Ｌを出力する低域通過フィルタ９と、を含む。なお、本実施例の場合には、帯域分割周波数は、左スピーカーＬｓｐおよび右スピーカーＲｓｐと、中央スピーカーＳＷｓｐとの音声再生能力と、上記の離間距離ｄ（＝１１ｃｍ）とを考慮して、２００Ｈｚに設定されている。

ＤＳＰ５において、２つの高域通過フィルタ８の出力は、それぞれ分岐されてそれらの一方は、Ｄ／Ａ変換器６およびアンプ回路７を経て、それぞれ左スピーカーＬｓｐおよび右スピーカーＲｓｐに出力される（Ｌｏｕｔ、Ｒｏｕｔ）。また、２つの高域通過フィルタ８の分岐された他方の出力は、ともに加算器１１に入力されて、加算器１１は帯域分割周波数以上の周波数成分を含む和信号（Ｌ＋Ｒ）_Ｈを出力する。また、ＤＳＰ５は、加算器１１から出力される和信号（Ｌ＋Ｒ）_Ｈを遅延させて出力する遅延器１２と、遅延された和信号（Ｌ＋Ｒ）_Ｈを逆位相に位相反転して出力する位相反転器１３と、低域通過フィルタ９の出力信号と位相反転部１３との出力信号を加算する加算器１４と、を少なくとも含む。加算器１４の出力は、Ｄ／Ａ変換器６およびアンプ回路７を経て、中央スピーカーＳＷｓｐに出力される（ＳＷｏｕｔ）。

また、ＤＳＰ５において、位相反転器１３には、加算器１４に出力する遅延されて逆相にされた和信号（Ｌ＋Ｒ）_Ｈのゲインまたは周波数特性を制御する（図示しない）出力制御回路が含まれている。位相反転器１３の出力制御回路には、左信号Ｌと右信号Ｒとの相関を演算する相関演算回路１６が接続している。相関演算回路１６には、左信号Ｌと右信号Ｒとの差信号（Ｌ−Ｒ）を出力する減算器１５が接続する。相関演算回路１６は、差信号（Ｌ−Ｒ）の絶対値を演算し、差信号（Ｌ−Ｒ）の絶対値が小さい場合に位相反転器１３の出力信号の絶対値を小さくし、差信号（Ｌ−Ｒ）の絶対値が大きい場合に位相反転器１３の出力信号の絶対値を大きくするように制御する。また、位相反転器１３には、左スピーカーＬｓｐならびに右スピーカーＲｓｐと中央スピーカーＳＷｓｐとの応答特性に基づいて入力される和信号（Ｌ＋Ｒ）_Ｈを補正して出力する（図示しない）補正フィルタ回路が含まれていてもよい。

遅延器１２は、和信号（Ｌ＋Ｒ）_Ｈを左スピーカーＬｓｐならびに右スピーカーＲｓｐと中央スピーカーＳＷｓｐとの離間距離ｄに応じた時間だけ遅延させて出力する。つまり、音速ｃを約３４３ｍ／ｓｅｃとすると、本実施例の遅延器１２は約０．３２ｍｓｅｃ（≒ｄ／ｃ）の遅延を和信号（Ｌ＋Ｒ）_Ｈに対して与える。位相反転器１３は、遅延器１２からの出力される和信号（Ｌ＋Ｒ）_Ｈを位相反転して加算器１４に出力し、加算器１４は、低域通過フィルタ９から出力される和信号（Ｌ＋Ｒ）_Ｌと加算して、ＤＳＰ５からの出力信号としてＤ／Ａ変換器６に出力する。なお、低域通過フィルタ９は、和信号（Ｌ＋Ｒ）_Ｌの出力の出力レベルを調整するレベル調整回路をさらに含むように、−１．０〜１．０の範囲内の数値を乗算する乗算器を含んでいてもよい。

３つのＤ／Ａ変換器６は、それぞれアンプ回路７に接続し、それぞれのアンプ回路７は、電力増幅した信号を出力端子Ｌｏｕｔ、ＲｏｕｔおよびＳＷｏｕｔに出力する。３系統のＤ／Ａ変換器６およびアンプ回路７は、ほぼ同一の出力特性を有しているのが好ましいが、ＳＷｏｕｔに接続するＤ／Ａ変換器６およびアンプ回路７は、相対的に大きな出力を得る回路構成になっていてもよい。このように再生回路部２は、出力端子Ｌｏｕｔへ帯域分割周波数以上の成分を主に含む左信号Ｌ_Ｈを出力し、出力端子Ｒｏｕｔへ帯域分割周波数以上の成分を主に含む右信号Ｒ_Ｈを出力するとともに、左信号Ｌおよび右信号Ｒのうち帯域分割周波数以下の成分を主に含む和信号（Ｌ＋Ｒ）_Ｌと、スピーカーシステム３における離間距離ｄに応じた時間だけ遅延させられて逆位相の関係にされた帯域分割周波数以上の成分を主に含む和信号（Ｌ＋Ｒ）_Ｈとを、出力端子ＳＷｏｕｔへ出力する。

再生回路部２の出力端子Ｌｏｕｔは、スピーカーシステム３の左スピーカーＬｓｐに接続する。再生回路部２の出力端子Ｒｏｕｔは、スピーカーシステム３の右スピーカーＲｓｐに接続する。再生回路部２の出力端子ＳＷｏｕｔは、スピーカーシステム３の中央スピーカーＳＷｓｐに接続する。

ステレオ音声信号の帯域分割周波数以下の成分に関しては、比較的大きな振動板面積を有して低音域の再生能力が相対的に優れる中央スピーカーＳＷｓｐから再生される。したがって、左スピーカーＬｓｐおよび右スピーカーＲｓｐと中央スピーカーＳＷｓｐとを一体のスピーカーシステム３として構成しても、音響再生装置１の全体の大きさを抑制して小型化できる。

一方で、ステレオ音声信号の帯域分割周波数以上の成分に関しては、左スピーカーＬｓｐからは左信号Ｌが音波として音響放射され、右スピーカーＲｓｐからは右信号Ｒが音波として音響放射され、中央スピーカーＳＷｓｐからは、遅延されて逆位相にされた和信号（Ｌ＋Ｒ）が音波として音響放射される。

したがって、図２の概念図に示すように、帯域分割周波数以上の左信号Ｌに関しては、左スピーカーＬｓｐと中央スピーカーＳＷｓｐとによって中央スピーカーＳＷｓｐ側をゼロ点方向とし、左スピーカーＬｓｐ側をビーム方向とする単一指向性の音響放射特性が実現される。左信号Ｌによる放射音波と、遅延されて逆位相にされた和信号（Ｌ＋Ｒ）のなかのＬ信号成分による放射音波と、が干渉して、左スピーカーＬｓｐと中央スピーカーＳＷｓｐにより定まる一方向に単一指向性のゼロ点を作るからである。同様に右信号Ｒに関しては、右スピーカーＲｓｐと中央スピーカーＳＷｓｐとによって中央スピーカーＳＷｓｐ側をゼロ点方向とし、右スピーカーＲｓｐ側をビーム方向とする単一指向性の音響放射特性が実現される。その結果、左スピーカーＬｓｐまたは右スピーカーＲｓｐと中央スピーカーＳＷｓとを結ぶ直線と直交する方向に位置するリスナー４は、左信号Ｌに関して左スピーカーの実際の位置よりも左側に音像定位を得ることができ、右信号Ｒに関して右スピーカーの実際の位置よりも右側に音像定位を得ることができる。

また、音声再生装置１では、高域通過フィルタ８および低域通過フィルタ９を上記のような構成でＤＳＰ５内に設けているので、中央スピーカーＳＷｓｐ側をゼロ点方向とする単一指向性の音響放射特性を実現するのは、ステレオ音声信号の帯域分割周波数（本実施例では２００Ｈｚ）以上の帯域に限定されている。したがって、逆位相で駆動される２個のスピーカーの離間距離ｄ（本実施例では１１ｃｍ）に起因してキャンセルされる音響信号の低周波領域のレベルを相対的に増大させるブースト量を低く抑制できるという利点がある。

図３は、音響再生装置１における高域通過フィルタ８および低域通過フィルタ９の帯域分割周波数を説明するグラフである。横軸が音声信号の周波数であり、縦軸が左スピーカーＬｓｐまたは右スピーカーＲｓｐと中央スピーカーＳＷｓｐとを結ぶ直線と直交する方向における相対的な音圧レベルである。図３の実線は、説明のために高域通過フィルタ８および低域通過フィルタ９を設けずに、さらに逆位相でキャンセルされる低周波領域のレベルを補償しないで、左スピーカーＬｓｐまたは右スピーカーＲｓｐと中央スピーカーＳＷｓｐとによって単一指向特性を実現している場合であり、本実施例での帯域分割周波数に等しい２００Ｈｚを相対的な音圧レベルの０ｄＢにして記載している。また、図３の点線Ｇは、比較のために左スピーカーＬｓｐまたは右スピーカーＲｓｐのみで再生する場合であり、無指向性に近い放射特性で全周波数帯域について基本的にフラット特性（＋６ｄＢ）であり、単一指向性は実現されていない場合である。

図３の実線で示すように、２個のスピーカーで単一指向特性を実現すると、約１．６ｋＨｚで最初のピーク（約＋１２ｄＢ）が生じて、約３．２ｋＨｚで最初のディップが生じて、それ以上の周波数ではピーク・ディップを繰り返すクシ状フィルタを通過したかのような音圧レベル特性になる。また、２個のスピーカーで単一指向特性を実現すると、約４００Ｈｚ以下では周波数が低くなればなるほど相対的に音圧レベルが低下し、単一のスピーカーのみで再生する場合に比べてレベルが低下する。これは、逆位相で駆動される２個のスピーカーの離間距離に起因して相互にキャンセルされて、波長の長い低い周波数ほどキャンセルされるレベルが大きくなるからである。例えば、図３で示す実施例の場合には、周波数２００Ｈｚにおいて約６ｄＢの低域ブーストを導入しないと単一のスピーカーのみで再生する場合よりも単一指向特性を実現した方が、再生レベルが低下することになる。同様に、例えば、周波数１００Ｈｚにおいては約１２ｄＢ以上の低域ブーストを導入しないといけなくなるので、低い周波数帯域のブースト量が増大してしまうのは、実現が難しくなる。

本実施例の音声再生装置１では、高域通過フィルタ８および低域通過フィルタ９の帯域分割周波数を、図３において周波数範囲ｆｃで図示する２００Ｈｚ以上３ｋＨｚ未満の範囲から、２００Ｈｚに設定している。つまり、高域通過フィルタ８および低域通過フィルタ９の帯域分割周波数は、左スピーカーＬｓｐまたは右スピーカーＲｓｐと中央スピーカーＳＷｓｐとを結ぶ直線と直交する方向において、左スピーカーＬｓｐまたは右スピーカーＲｓｐから放射される音波の音圧レベルが中央スピーカーＳＷｓｐから放射される音波によって離間距離ｄに起因してキャンセルされて音圧レベルが相対的に−６ｄＢ以下に低下する周波領域を規定する周波数以上の範囲から選択されるようにしている。したがって、低周波領域のレベルを相対的に増大させるブースト量を、実現が容易な＋６ｄＢ程度に抑えることができる。図３において周波数範囲ｆｃで図示する２００Ｈｚ以上の周波数の音波は、離間距離ｄ（＝０．１１ｍ）の１６倍の長さをその波長とする音波の周波数以上の範囲に相当する。この様に、高域通過フィルタ８および低域通過フィルタ９の帯域分割周波数は、それぞれのスピーカーの音声再生能力を考慮するとともに、左スピーカーＬｓｐまたは右スピーカーＲｓｐと中央スピーカーＳＷｓｐとの離間距離ｄに基づいて定めるのが好ましい。

本実施例の音響再生装置１は、左信号Ｌと右信号Ｒが略同振幅同位相の関係にあるモノラル音声を再生する場合にも、左スピーカーＬｓｐならびに右スピーカーＲｓｐの実際の配置位置のほぼ中央にファントム音像を定位させることができる。楽曲等または放送等の通常のステレオ音声信号では、左信号Ｌと右信号Ｒとには、共通なモノラル成分Ｍが含まれている比率が高い。本実施例の音響再生装置１は、左信号Ｌと右信号Ｒとの相関を演算する相関演算回路１６を備え、位相反転器１３の出力制御回路は、共通なモノラル成分Ｍが多く含まれていて、差信号（Ｌ−Ｒ）の絶対値が小さい場合には、位相反転器１３の出力信号の絶対値を小さくする。また、共通なモノラル成分Ｍが少なくて、差信号（Ｌ−Ｒ）の絶対値が大きい場合には、位相反転器１３の出力制御回路は、位相反転器１３の出力信号の絶対値を大きくするように制御する。

したがって、本実施例の音響再生装置１では、左信号Ｌと右信号Ｒとが相関の低いほぼ独立しているような音声信号である場合には、中央に定位するモノラル成分Ｍに比較して、近接配置される左スピーカーＬｓｐおよび右スピーカーＲｓｐの実際の寸法幅よりも広くなるような、ステレオ音場の広がり感を得ることができる。相関演算回路１６での左信号Ｌと右信号Ｒとの相関の演算方法は、差信号（Ｌ−Ｒ）の絶対値を用いるものであればよく、例えば、差信号（Ｌ−Ｒ）の絶対値を対数に変換した数値を用いて位相反転器１３の出力信号の絶対値を制御するものであればよい。もちろん、位相反転器１３の出力制御回路は、差信号（Ｌ−Ｒ）の絶対値に関わらずに一定の値（例えば、ゲイン＝１）を乗算してほぼスルー出力させるように制御するものであってもよい。

また、再生回路部２のＤＳＰ５では、位相反転器１３が、左スピーカーＬｓｐおよび右スピーカーＲｓｐと中央スピーカーＳＷｓｐとの応答特性に基づいて入力される和信号（Ｌ＋Ｒ）_Ｈを補正して出力する（図示しない）補正フィルタをさらに含むようにしてもよい。位相反転器１３の補正フィルタは、中央スピーカーＳＷｓｐの伝達特性を分母として、左スピーカーＬｓｐまたは右スピーカーＲｓｐの伝達特性を分子として演算される伝達関数を実現することで得られる。本実施例のスピーカーシステム３のように、左スピーカーＬｓｐならびに右スピーカーＲｓｐと中央スピーカーＳＷｓｐとで異なる型のスピーカーを用いて、同一の音声信号に対する電気音響的な応答特性の相違がある場合にも、両行に音響的なキャンセルが実現されるので、適切な単一指向特性を得ることができる。位相反転器１３の補正フィルタは、ＦＩＲ（有限インパルスレスポンス）フィルタで実現するのが最も好ましいが、ＩＩＲ（無限インパルスレスポンス）フィルタで実現してもよく、また、ゲインを制御する乗算器および遅延を制御する遅延器を組み合わせることで、所望の伝達関数に近似するようにしてもよい。また、位相反転器１３の補正フィルタは、図３の実線で示すような約３．２ｋＨｚ以上のピーク・ディップを抑制するように、所定の周波数以上を除去する低域通過フィルタを設けるようにしてもよい。

本実施例の音響再生装置１は、標準的な左右２チャンネルのステレオ信号を再生する場合に、合計３本のスピーカーおよび３チャンネル分のアンプを要するだけになり、特許文献１または２のような従来技術に比較して、コスト増加を抑えてステレオ音場が左右に広がるという効果を得ることができる。また、音響再生装置１では、左信号Ｌおよび右信号Ｒのうち帯域分割周波数以上の高音域成分（Ｌ_Ｈ、Ｒ_Ｈ）は、左スピーカーＬｓｐおよび右スピーカーＲｓｐによりそれぞれ再生される。再生回路部２のＤＳＰ５においては、左信号Ｌ_Ｈから和信号（Ｌ＋Ｒ）を遅延させて除算する、または、右信号Ｒ_Ｈから和信号（Ｌ＋Ｒ）を遅延させて除算する、等の信号処理を行なわないので、共通なモノラル成分Ｍがクシ状フィルタを通過したかのように失われるような問題が、発生しない。
（比較例１）

なお、図４は、比較例の音響再生装置のスピーカーシステム３０により再生される全指向性の放射特性および再生音場を概念的に説明する図である。比較例の音響再生装置のスピーカーシステム３０は、標準的な左右２チャンネルのステレオ信号を再生する場合に、左スピーカーＬｓｐならびに右スピーカーＲｓｐのみを用いて再生する場合の例である。図４の概念図に示すように、通常の音声再生装置において音声を再生する場合、一つのスピーカーで再生すれば全方向に音波は放射されるので、知覚される音像は、そのスピーカーシステム３０の設置位置となる。左信号Ｌと右信号Ｒと共通なモノラル成分Ｍについても、同様である。

なお、音響再生装置１の再生回路部２は、マルチチャンネル音声に対応したＤＳＰおよびマルチチャンネルアンプ回路を内蔵するＡＶレシーバー等により構成し得る。もちろん、音響再生装置１は、図１に図示するように、再生回路部２とスピーカーシステム３とをそれぞれ別に構成してもよく、また、再生回路部２とスピーカーシステム３とを一体に構成してもよい。また、スピーカーシステム３は、キャビネットの前面側にスピーカー取付面を形成しているが、左スピーカーＬｓｐ、右スピーカーＲｓｐ、および、中央スピーカーＳＷｓｐは異なる取付面に取り付けられていても良く、左スピーカーＬｓｐおよび右スピーカーＲｓｐの中間位置に中央スピーカーＳＷｓｐが、離隔距離ｄだけ離れて配置されているのであれば、そのキャビネットの形態を問わない。

本発明の音響再生装置は、単独でステレオ音声信号を再生するステレオ装置、あるいは、マルチチャンネルサラウンド音声再生装置のみならず、ディスプレイ等の映像・音響機器に内蔵するスピーカー、または、音声を再生するスピーカーを内蔵するキャビネットを有するゲーム機、スロットマシン等の遊戯機にも適用が可能である。

１ 音響再生装置
２ 再生回路部
３、３０ スピーカーシステム
４ リスナー
５ ＤＳＰ
６ Ｄ／Ａ変換器
７ アンプ回路
８ 高域通過フィルタ
９ 低域通過フィルタ
１０ 加算器
１１ 加算器
１２ 遅延器
１３ 位相反転器
１４ 加算器
１５ 減算器
１６ 相関演算回路
Ｌｓｐ 左スピーカー
Ｒｓｐ 右スピーカー
ＳＷｓｐ 中央スピーカー

Claims (6)

1. 左スピーカーと、右スピーカーと、該左スピーカーおよび該右スピーカーの中間位置に配置される中央スピーカーと、
   左信号および右信号の所定の帯域分割周波数以上をそれぞれ通過させてそれぞれ該左スピーカーおよび該右スピーカーに出力する高域通過フィルタ部と、該左信号および該右信号を加算した和信号の該所定の帯域分割周波数以下を通過させて出力する低域通過フィルタ部と、
   該高域通過フィルタ部を通過した該左信号および該右信号を加算して和信号を出力する第１加算部と、該第１加算部の出力を遅延させて出力する遅延部と、該遅延部の出力信号を位相反転して出力する位相反転部と、該低域通過フィルタ部の出力信号と該位相反転部との出力信号を加算して該中央スピーカーに出力する第２加算部と、
   を備える、音響再生装置。
2. 前記遅延部が、入力される前記和信号を前記左スピーカーならびに前記右スピーカーと前記中央スピーカーとの離間距離に応じた時間だけ遅延させて出力する、
   請求項１に記載の音響再生装置。
3. 前記高域通過フィルタ部および前記低域通過フィルタ部の前記帯域分割周波数が、前記左スピーカーまたは前記右スピーカーと前記中央スピーカーとを結ぶ直線と直交する方向において、該左スピーカーまたは該右スピーカーから放射される音波の音圧レベルが該中央スピーカーから放射される音波によって前記離間距離に起因してキャンセルされて音圧レベルが相対的に−６ｄＢ以下に低下する周波領域を規定する周波数以上の範囲から選択される、
   請求項２に記載の音響再生装置。
4. 前記高域通過フィルタ部および前記低域通過フィルタ部の前記帯域分割周波数が、前記離間距離の１６倍の長さをその波長とする音波の周波数以上の範囲から選択される、
   請求項２に記載の音響再生装置。
5. 前記位相反転部が、前記第２加算部へ出力する前記和信号のゲインまたは周波数特性を制御する出力制御部をさらに含み、
   該出力制御部が、前記左信号および前記右信号の差の絶対値を演算し、前記差の絶対値が小さい場合に該位相反転部の出力信号の絶対値を小さくし、前記差の絶対値が大きい場合に該位相反転部の出力信号の絶対値を大きくするように制御する、
   請求項１から４のいずれかに記載の音響再生装置。
6. 前記位相反転部が、前記左スピーカーならびに前記右スピーカーと前記中央スピーカーとの応答特性に基づいて入力される前記和信号を補正して出力する補正フィルタ部をさらに含む、
   請求項１から５のいずれかに記載の音響再生装置。