JP2018077275A

JP2018077275A - 音響装置

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Publication number: JP2018077275A
Application number: JP2016217154A
Authority: JP
Inventors: 晋吾江國; Shingo EKUNI
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2016-11-07
Filing date: 2016-11-07
Publication date: 2018-05-17
Anticipated expiration: 2036-11-07
Also published as: US20190251949A1; CN109906481A; WO2018084028A1; CN109906481B; JP6610506B2; US10755693B2

Abstract

【課題】コストおよびセッティングの手間をかけなくても、実際よりも大きな空間で音が出ているような感じを出すことができる音響装置を提供すること。【解決手段】マイクロフォン２によって収音された音は電気信号に変換され、信号処理部５において反射音成分が抽出される。抽出された反射音成分はアンプ６によって増幅され、その増幅された反射音成分が各音響構造体９の裏側の板面に取付けられた各トランスデューサを振動させ、各音響構造体９の表側の板面９ｂおよび裏側の板面など、あらゆる面から残響音として放音される。これにより、奏者１５は空間が自然と広くなったと感じることができる。【選択図】図１

Description

この発明は、音源から発生する音信号などに所定の信号処理を施すことにより、音の響きを変える効果を出す音響装置に関する。

従来、この種の音響装置として、複数のマイクロフォンと、各マイクロフォンで収音した音を順次切替えて出力するＥＭＲ(Electronic Microphone Rotator)と、ＥＭＲから出力される収音信号に反射音を付加するＦＩＲ(Finite Impulse Response)フィルタと、イコライザと、アンプと、複数のスピーカとを部屋に備えたものが知られている。ＦＩＲフィルタ、イコライザおよびアンプは、各スピーカ毎に設けられている。ＦＩＲフィルタにて反射音が付加された信号は、イコライザおよびアンプを介してスピーカから出力され、これを各マイクロフォンで再び収音し、上記動作を繰り返す。これにより、残響時間の延長と、初期反射音のレベル増強とを行い、実際よりも大きな空間で音が出ているような感じを出す。

特開２００８―２６８２５１号公報（第２，３段落、図６）。

しかし、上述した従来のものは、複数のマイクロフォンおよび複数のスピーカを配置する必要がある他、各スピーカ毎にＦＩＲフィルタ、イコライザおよびアンプを設ける必要があるため、非常にコストがかかるという問題がある。
さらに、スピーカの放射特性を計算して各スピーカを配置する必要があるため、装置全体のセッティングに専門知識を必要とし、手間がかかるという問題もある。

そこで、この発明は、上記の諸問題を解決するために提案されたものであって、コストおよびセッティングの手間をかけなくても、実際よりも大きな空間で音が出ているような感じを出すことができる音響装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、この出願に係る発明の音響装置は、音源から発生する音信号または振動信号、あるいはその両方を取得する信号取得部と、信号取得部が取得した信号に対して所定の信号処理を施す信号処理部と、信号処理部が所定の信号処理を施した信号に応じた振動を発生する振動発生部と、少なくとも１つの空洞を内部に有し、振動部が発生した振動が何れかの板面に伝達される板状部材と、を備えることを第１の特徴とする。
音信号とは、楽器、スピーカおよび人などが放音した音を表す信号、日常や自然界で発生する音を表す信号の他、電子楽器が出力端子から出力する楽音信号、オーディオ装置、携帯音楽プレーヤなどの楽音再生装置が出力端子から出力する楽音信号を含む意味である。また、振動信号とは、弦楽器の弦の振動やドラムの振動など、楽器の振動を表す信号を意味する。信号取得部とは、音信号を収音するマイクロフォン、振動信号を検出する圧電素子などのピックアップ、上記出力端子、さらには、マイクロフォンやピックアップが出力する信号を受け取るメス側ジャック（コネクタ）などを意味する。

つまり、板状部材の何れかの板面に振動部の振動を伝達することにより板状部材が振動し、その信号に応じた音が板状部材のあらゆる面から放音されるため、スピーカなどによる点に近い構造から放音される音と比較して、放音方向を特定し難い。
したがって、板状部材が放音する音を聴く者は、自身が存在する空間が自然と広くなったと感じることができる。

また、この出願に係る発明の音響装置は、振動発生部は板状部材の何れかの板面のうち、板状部材の振動モードの振動の節に対応する位置に振動を伝達することを第２の特徴とする。

つまり、板状部材が放音する音の周波数特性の凹凸を小さくすることができるため、自然な残響効果を出すことができる。

また、この出願に係る発明の音響装置は、振動発生部は板状部材の何れかの板面のうち、板状部材の振動モードの振動の腹に対応する位置に振動を伝達することを第３の特徴とする。

つまり、振動発生部の何れかの板面に対する振動の伝達効率を高めることができるため、板状部材が放音する音の音量を大きくすることができる。

また、この出願に係る発明の音響装置は、板状部材はその内部に空洞を複数有することを第４の特徴とする。

つまり、板状部材が放音する音の周波数特性の凹凸をより一層小さくすることができるため、より一層自然な残響効果を出すことができる。

また、この出願に係る発明の音響装置は、所定の信号処理は、取得した信号から反射音成分の少なくとも一部を抽出する処理であることを第５の特徴とする。

つまり、板状部材が反射音成分に応じた音を放音して残響効果を出すため、その音を聴く者は、自身が存在する空間が自然と広くなったと感じることができる。

この出願に係る発明の音響装置を実施すれば、信号取得部、信号処理部、板状部材および振動発生部をそれぞれ１つずつ配置するだけで、実際よりも大きな空間で音が出ているような感じを出すことができるため、同様の効果を得るために複数のスピーカなどを使用した場合と比較してコストがかからない。
しかも、スピーカの放射特性を計算する必要もないため、専門知識が不要でセッティングの手間がかからない。
つまり、この出願に係る発明の音響装置を実施すれば、コストおよびセッティングの手間をかけなくても、実際よりも大きな空間で音が出ているような感じを出すことができる音響装置を提供することができる。

この発明の実施形態に係る音響装置の構成を示す説明図である。図１に示す音響装置に備えられた音響構造体を表側から見た斜視図である。図２に示す音響構造体を裏側から見た斜視図である。図１に示す音響構造体の内部構造を示す平面図である。図４のＡ−Ａ矢視断面図である。図１に示す音響構造体に取付けられたトランスデューサの構造を模式的に示す説明図である。図１に示す音響装置の主な電気的構成をブロックで示す説明図である。

［音響装置１の構成］
この発明の実施形態に係る音響装置１の構成について、それを示す図１に基づいて説明する。

図１に示すように、音響装置１は、音源から発生する音（音信号）を電気信号に変換する（取得する）マイクロフォン２と、マイクロフォン２により変換された電気信号から反射音成分の少なくとも一部を抽出する信号処理部５と、信号処理部５が抽出した反射音成分を増幅するアンプ６と、それぞれが少なくとも１つの空洞を内部に有する２枚の音響構造体９，９と、各音響構造体９に取付けられた計２個のトランスデューサ（図３において符号１０で示す）とを備える。マイクロフォン２は、マイクスタンド３に取付けられており、マイクロフォン２は、マイクケーブル４によって信号処理部５と電気的に接続されている。信号処理部５は、接続コード８によってアンプ６と電気的に接続されており、アンプ６は、出力ケーブル７，７によって各トランスデューサ（１０）と電気的に接続されている。

［音響構造体９の構造］
ここで、音響構造体９の構造について図２ないし図５に基づいて説明する。
図２は、図１に示す音響装置１に備えられた音響構造体９を表側から見た斜視図であり、図３は、図２に示す音響構造体９を裏側から見た斜視図である。図４は、図１に示す音響構造体９の内部構造を示す平面図であり、図５は、図４のＡ−Ａ矢視断面図である。

図２および図３に示すように、音響構造体９は、縦長の平板状に形成された音響構造体本体９ａと、音響構造体本体９ａの下端の両端を支持する１組のスタンド９ｄ，９ｄとを備える。音響構造体本体９ａの表裏面、両側面および上下面は、木製の板材によって構成されており、図２に示すように、表側の板面９ｂには、縦長で長さの異なる複数のスリットから成るスリット群９ｃが複数群形成されている。図３に示すように、音響構造体本体９ａの裏側の板面９ｅにおける対角線の中央には、トランスデューサ１０が取付けられている。
図４に示すように、音響構造体本体９ａの内部には、１０本の中空部材９ｆ１〜９ｆ１０が設けられている。各中空部材９ｆ１〜９ｆ１０は、それぞれ中空で縦長の直方体形状に形成されており、隣接する中空部材の長手側面同士が密着固定されている。各中空部材９ｆ１〜９ｆ１０の表面には、１個または２個の開口部９ｇが形成されている。例えば、図５に示すように、中空部材９ｆ１の表面の上端近傍および下端近傍には、開口部９ｇがそれぞれ形成されている。各開口部９ｇの開口面は、塵の浸入を防止するためのネット（図示省略）によってそれぞれ覆われている。また、各スリット群９ｃの下面に各開口部９ｇが配置されている。

音響構造体９は、モード振動を発生する構造であり、音響構造体９の高さの２倍が１波長に相当し、スタンド９ｄ，９ｄが、振動を逃がす振動アースの役割をしている。音響構造体９には、モード振動が発生したときに、振幅が最大となる部分、いわゆる振動の腹と呼ばれる部分と、振幅が最小となる部分、いわゆる振動の節と呼ばれる部分とが現れる。これらの振動の腹および節は、音響構造体本体９ａを構成する各中空部材９ｆ１〜９ｆ１０の長さ、数、形状、材質、さらには、開口部９ｇの形状、位置および数などによって変化する。
この実施形態では、音響構造体本体９ａは、内部に１０個の中空部材、つまり、複数の空洞を有するため、空洞が１つの場合と比較して、音響構造体９が放音する残響音の周波数特性の凹凸を少なくすることができる。さらに、音響構造体本体９ａの裏側の板面９ｅにおける対角線の中央は、振動の腹に相当し、その位置にトランスデューサ１０が取付けられている。このため、トランスデューサ１０の振動を振動の腹に対応する部位へ伝達するため、トランスデューサ１０の音響構造体９に対する振動の伝達効率を高めることができるので、音響構造体９が放音する残響音の音量を大きくすることができる。
つまり、音響構造体９は、空洞が１つの場合と比較して、放音する残響音の周波数特性の凹凸を少なくすることができ、かつ、トランスデューサ１０の振動を節に対応する部位へ伝達する場合と比較して放音する残響音の音量を大きくすることができる。

この実施形態では、音響構造体本体９ａは、高さ１２０ｃｍ、幅６０ｃｍ、厚さ２８ｍｍの縦長の長方形に形成されているが、用途に応じて所望の大きさに形成することができる。また、音響構造体本体９ａは、木質繊維を原料とする成型板、いわゆるＭＤＦ（medium density fiberboard）により中空の平板状に形成されており、その内部に各中空部材９ｆ１〜９ｆ１０が収容されている。各中空部材９ｆ１〜９ｆ１０は、それぞれアクリル樹脂などの剛性率が比較的高い材料により形成されている。これにより、音響構造体９は、トランスデューサ１０から伝達される振動に対する応答性が良くなるため、放音する残響音の高域の伸びが良くなり、空間の自然な広がりを演出することができる。

［トランスデューサ１０の構造］
ここで、トランスデューサ１０の構造について図６に基づいて説明する。
図６は、図１に示す音響構造体９に取付けられたトランスデューサの構造を模式的に示す説明図である。

トランスデューサ１０は、音響構造体９の裏側の板面９ｅに取付けられたハウジング１１と、このハウジング１１の内部に設けられた永久磁石１２と、この永久磁石１２によって包囲された筒状のボイスコイル１３と、このボイスコイル１３の前端に取付けられた可動部材１４とを備える。ボイスコイル１３は、図１に示す出力ケーブル（７）によってアンプ（６）と電気的に接続されている。そして、アンプ（６）により増幅された反射音成分がボイスコイル１３に入力されると、ボイスコイル１３が前後に振動し、ボイスコイル１３の前端に取付けられた可動部材１４が音響構造体９の裏側の板面９ｅを振動させ、音響構造体９の表側の板面９ｂの全面および裏側の板面９ｅの全面など、あらゆる面から反射音成分に応じた音が放音される。

［音響装置１の動作］
次に、音響装置１の動作について図１および図７に基づいて説明する。
図７は、図１に示す音響装置の主な電気的構成をブロックで示す説明図である。

図１に示すように、この実施形態では、奏者１５がフルート１６を演奏する場合を例に挙げて説明する。奏者１５の前方にマイクロフォン２が配置されており、マイクロフォン２の後方に音響構造体９，９が並列に配置されている。各音響構造体９の表側の板面９ｂは、奏者１５の方を向いている。奏者１５がフルート１６を演奏すると、そのフルート１６（音源）から出た音（音信号）は、マイクロフォン２によって収音（取得）される。マイクロフォン２によって収音される音には、フルート１６から直接マイクロフォン２に届く直接音と、奏者１５が存在している部屋の壁などで反射した反射音とが含まれる。マイクロフォン２は、収音した音を電気信号に変換し、その変換した電気信号を信号処理部５へ出力する。信号処理部５は、入力された電気信号を解析し、反射音成分（ウエット）を抽出する。

また、信号処理部５は、抽出する反射音成分（ウエット）および直接音成分（ドライ）の割合を調節可能に構成されており、その割合を調節するための調節機能を備える。たとえば、その調節機能を用いることにより、反射音成分のみを抽出することもできる。また、信号処理部５は、抽出した反射音成分（ウエット）が作り出す残響音の残響時間を調節可能に構成されており、その残響時間を調節するための調節機能を備える。各調節機能を用いることにより、残響音の効果の大小および残響時間の長短を調節することができ、奏者１５や聴衆の好みに合わせることができる。
また、マイクロフォン２を音響構造体９の上端に取付けた場合など、マイクロフォン２の設置位置によっては、ハウリングが発生するおそれがあるが、そのような場合は、反射音成分（ウエット）の割合を多くし、直接音成分（ドライ）を少なくすることによりハウリングを回避することができる。

そして、信号処理部５は、抽出した反射音成分（ウエット）をアンプ６へ出力し、アンプ６は、入力した反射音成分（ウエット）を増幅して各トランスデューサ１０へ出力する。続いて、各トランスデューサ１０は、入力した反射音成分（ウエット）に応じた振動を発生し、その振動を各音響構造体９の裏側の板面９ｅ（図６）にそれぞれ伝達する。そして、各音響構造体９は、トランスデューサ１０から伝達される振動によって振動し、反射音成分（ウエット）に応じた音を表側の板面９ｂ（図１）の全面および裏の板面９ｅの全面など、あらゆる面からそれぞれ放音する。つまり、各音響構造体９は、自然な残響音を放音する。
これにより、奏者１５は、自身が演奏したフルート１６から出た音を直接聴くと同時に、各音響構造体９から放音された残響音を聴くことになり、自身が存在している部屋よりも広い空間の中で演奏しているように感じる。例えば、奏者１５は、四畳半から六畳程度の小さな部屋で演奏しても、コンサートホールで演奏しているような心地よさで演奏することができる。

［第１実施形態の効果］
（１）上述した第１実施形態の音響装置１を実施すれば、音響構造体９が反射音成分に応じた音を表側の板面９ｂの全面および裏側の板面９ｅの全面など、あらゆる面から放音して残響効果を出すため、スピーカなどの点に近い構造から放音するものと比較して、放音方向を特定し難い。
したがって、音響構造体９が放音する音を聴く者は、自身が存在する空間が自然と広くなったと感じることができる。

（２）また、トランスデューサ１０は、音響構造体９の裏側の板面９ｅのうち、音響構造体９の振動モードの振動の腹に対応する位置に振動を伝達するように取付けられており、かつ、音響構造体９を構成する音響構造体本体９ａは、その内部に複数の中空部材９ｆ１〜９ｆ１０を有する。
したがって、トランスデューサ１０の音響構造体９に対する振動の伝達効率を高めることができるため、音響構造体９が放音する音の音量を大きくすることができ、かつ、音響構造体９の内部に空洞を１つのみ有する場合と比較して音響構造体９が放音する音の周波数特性の凹凸を小さくすることができる。

（３）上述したように、音響装置１を実施すれば、マイクロフォン２、信号処理部５およびアンプ６をそれぞれ１つずつ配置し、音響構造体９およびトランスデューサ１０をそれぞれ２つずつ配置するだけで、実際よりも大きな空間で音が出ているような感じを出すことができるため、コストがかからない。
しかも、従来のようにスピーカの放射特性を計算する必要もないため、専門知識が不要でセッティングの手間がかからない。
つまり、上述した実施形態の音響装置１を実施すれば、コストおよびセッティングの手間をかけなくても、実際よりも大きな空間で音が出ているような感じを出すことができる音響装置を提供することができる。

〈他の実施形態〉
（１）トランスデューサ１０を音響構造体９の裏側の板面９ｅのうち、音響構造体９の振動モードの振動の節に対応する位置に振動を伝達するように取付けることもできる。この構成を実施すれば、音響構造体９が放音する音の周波数特性の凹凸をより一層小さくすることができる。
（２）学校の吹奏楽部が練習を行う教室に音響装置１を配置すれば、大きなホールで演奏しているような感覚で練習を行うことができる。
つまり、コンクールの前に、コンクールで使う大きなホールで演奏しているような雰囲気の中で練習を重ねることができるため、コンクールの本番において残響音の違和感を感じるなどの悪影響が出ないようにすることができる。
（３）音響装置１を会議室に配置すれば、発言者が発する声が全員に届くようにすることができる。

（４）音響構造体９の表側の板面９ｂに映像を投影し、その板面９ｂから残響音を放音するように構成することもできる。この構成を実施すれば、広い空間で映像を見ながら音を聴いている雰囲気を出すことができる。例えば、プロジェクションマッピングを実施する際に映像を音響構造体９の表側の板面９ｂに投影することができる。
（５）音響構造体９は、ＭＤＦなどの木材に代えて合成樹脂または金属により形成することもできる。また、音響構造体９は、天井や壁などに吊り下げて使用することもできる。さらに、音響構造体９は、１枚のみの使用でも良いし、３枚以上使用しても良い。さらに、音響構造体９を複数枚使用する場合は、所望の配置形態にすることができる。
（６）音響構造体本体９の内部構造に応じて、裏側の板面９ｅにトランスデューサ１０を複数取付けることもできる。
（７）前述した実施形態では、楽器から発生した音（音信号）を音源としたが、エレキギターやアコースティックギターなどの弦楽器の弦の振動、ドラムから発生する振動などを表す振動信号を音源とし、その振動信号を圧電素子などのピックアップにより取得し、その取得した振動信号を信号処理部５へ出力し、信号処理部５がイコライザやコンプレッサなどのあらゆるエフェクタとしての処理を行うこともできる。イコライザとは、ある特定の周波数成分のみを増幅したり低減させたりするエフェクタであり、コンプレッサとは、信号の振幅を圧縮するエフェクタである。また、エフェクトの割合を調節する機能を信号処理部５に設けることもできる。
また、音源が発生する音信号は、電子楽器が出力端子から出力する楽音信号、オーディオ装置、携帯音楽プレーヤなどの楽音再生装置が出力端子から出力する楽音信号でも良い。
さらに、音源が発生する音信号は、日常生活や自然界において発生する音を表す音信号でも良い。
（８）さらに、音信号および振動信号の両方を音源とすることもできる。例えば、楽器を演奏しながら歌う場合に、奏者の声を表す音信号をマイクロフォンにより取得するとともに、楽器から発生した振動を表す振動信号をピックアップにより取得し、それら取得した音信号および振動信号を信号処理部５へ出力し、信号処理部５が、あらゆるエフェクタとしての処理を行うように構成することもできる。
（９）信号処理部５をマイクロフォン２またはアンプ６に設けることもできる。また、アンプ６を一方のトランスデューサ１０に設けることもできる。さらに、マイクロフォン２を音響構造体９に設け、トランスデューサ１０に信号処理部５およびアンプ６を設けることにより、音響装置１を１つにまとめることもできる。

［特許請求の範囲との対応関係］
マイクロフォン２が請求項１に記載の信号取得部に、信号処理部５が信号処理部にそれぞれ対応する。また、音響構造体９が請求項１に記載の板状部材に対応し、トランスデューサ１０が振動発生部に対応する。また、中空部材９ｆ１〜９ｆ１０の各内部空間が請求項１または請求項４に記載の空洞に対応する。

１音響装置
２マイクロフォン
５信号処理部
６アンプ
９音響構造体
９ａ音響構造体本体
９ｂ表側の板面
９ｃスリット群
９ｅ裏側の板面
９ｆ１〜９ｆ１０中空部材
９ｇ開口部
１０トランスデューサ
１１ハウジング
１２永久磁石
１３ボイスコイル
１４可動部材

Claims

音源から発生する音信号または振動信号、あるいはその両方を取得する信号取得部と、
前記信号取得部が取得した信号に対して所定の信号処理を施す信号処理部と、
前記信号処理部が前記所定の信号処理を施した信号に応じた振動を発生する振動発生部と、
少なくとも１つの空洞を内部に有し、前記振動部が発生した振動が何れかの板面に伝達される板状部材と、
を備えることを特徴とする音響装置。
前記振動発生部は、前記板状部材の前記何れかの板面のうち、前記板状部材の振動モードの振動の節に対応する位置に振動を伝達することを特徴とする請求項１に記載の音響装置。
前記振動発生部は、前記板状部材の前記何れかの板面のうち、前記板状部材の振動モードの振動の腹に対応する位置に振動を伝達することを特徴とする請求項１に記載の音響装置。
前記板状部材は、その内部に前記空洞を複数有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の音響装置。
前記所定の信号処理は、前記取得した信号から反射音成分の少なくとも一部を抽出する処理であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の音響装置。