JP2675388B2 - 指向性を有するスピーカ装置 - Google Patents
指向性を有するスピーカ装置Info
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- JP2675388B2 JP2675388B2 JP6171589A JP6171589A JP2675388B2 JP 2675388 B2 JP2675388 B2 JP 2675388B2 JP 6171589 A JP6171589 A JP 6171589A JP 6171589 A JP6171589 A JP 6171589A JP 2675388 B2 JP2675388 B2 JP 2675388B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数のスピーカを適当な距離を置いて配設
することによりその音波の干渉によって特定の方向に強
い音圧が得られるようにした指向特性を有するスピーカ
装置の改良に関するものである。
することによりその音波の干渉によって特定の方向に強
い音圧が得られるようにした指向特性を有するスピーカ
装置の改良に関するものである。
従来のこの種の指向性を有するスピーカ装置として
は、多数のスピーカを一定の距離ｄだけ離れて一列に述
べた第５図のトーンゾイレ方式が知られている。
は、多数のスピーカを一定の距離ｄだけ離れて一列に述
べた第５図のトーンゾイレ方式が知られている。
トーンゾイレ方式の指向特性を検討すると、まず、第
３図のように２つのスピーカからの音圧は中心軸P0から
90度方向のP90ではｄ＝λ/2（λ＝波長）なる周波数f0
では位相差が180度生じるため打消し合い、音圧はゼロ
となる。そして、中心軸P0では強め合うため音圧レベル
のピークを生じ中心軸P0と90度方向のP90の中間の角度
におけるＰθでは、P0からP90に至るに従い弱くなり、
ｄ＝λ/2では第４図に示す指向性パターンが得られる。
しかし、ｄ＝λなる周波数においては、P90では強め合
うため、第４図点線のような指向性パターンとなる。
３図のように２つのスピーカからの音圧は中心軸P0から
90度方向のP90ではｄ＝λ/2（λ＝波長）なる周波数f0
では位相差が180度生じるため打消し合い、音圧はゼロ
となる。そして、中心軸P0では強め合うため音圧レベル
のピークを生じ中心軸P0と90度方向のP90の中間の角度
におけるＰθでは、P0からP90に至るに従い弱くなり、
ｄ＝λ/2では第４図に示す指向性パターンが得られる。
しかし、ｄ＝λなる周波数においては、P90では強め合
うため、第４図点線のような指向性パターンとなる。
この指向特性を多数のスピーカで合成すると、第５図
のトーンゾイレ方式のスピーカ装置では、中音域では第
６図の実線Ａで示す指向性パターン、低音域では点線Ｂ
で示す指向性パターンとなる。
のトーンゾイレ方式のスピーカ装置では、中音域では第
６図の実線Ａで示す指向性パターン、低音域では点線Ｂ
で示す指向性パターンとなる。
このように、トーンゾイレ方式のスピーカ装置では、
中音域、低音域で指向性パターンが異なり、充分な指向
特性が得られなかった。
中音域、低音域で指向性パターンが異なり、充分な指向
特性が得られなかった。
また、各スピーカSPの間隔がｄ＝λ/2となることが必
要であり、装置全体が大型化してしまう欠点がある。
要であり、装置全体が大型化してしまう欠点がある。
更に、この方式では、指向性の度合い（強さ）を容易
に強めたり弱めたり出来ない。このため、聴取者がまわ
りの音環境や再生音の内容等に応じて指向性によって生
じる聴取範囲を拡げたり縮小したりすることが難しいと
いう欠点がある。例えば、反射し易い壁が部屋の側面に
ある環境で再生音を聴く場合、当該者が側面にいかなる
ように指向性を高めスピーカ前方の狭い聴取範囲に設定
する必要がある。他方、当該反射壁が聴取者の後方にあ
る環境では当該壁の反射量を低減させるため逆に指向性
を弱める必要がある。このように音環境が変化した場合
にも即応出来るように、偏向板の操作のごとく指向性の
度合い（強さ）を可変に出来るスピーカが望まれてい
る。
に強めたり弱めたり出来ない。このため、聴取者がまわ
りの音環境や再生音の内容等に応じて指向性によって生
じる聴取範囲を拡げたり縮小したりすることが難しいと
いう欠点がある。例えば、反射し易い壁が部屋の側面に
ある環境で再生音を聴く場合、当該者が側面にいかなる
ように指向性を高めスピーカ前方の狭い聴取範囲に設定
する必要がある。他方、当該反射壁が聴取者の後方にあ
る環境では当該壁の反射量を低減させるため逆に指向性
を弱める必要がある。このように音環境が変化した場合
にも即応出来るように、偏向板の操作のごとく指向性の
度合い（強さ）を可変に出来るスピーカが望まれてい
る。
従来の再生方式として、この他に指向性の強い超音波
を利用したパラメトリックスピーカが実用化されている
が、超音波の発生装置（変調装置）が必要なこと、大き
な音圧レベルを得ることが困難なこと、低音域の再生が
原理的に困難なこと等の問題があり、広く普及するには
至っていない。
を利用したパラメトリックスピーカが実用化されている
が、超音波の発生装置（変調装置）が必要なこと、大き
な音圧レベルを得ることが困難なこと、低音域の再生が
原理的に困難なこと等の問題があり、広く普及するには
至っていない。
本発明は、従来の複数のスピーカによる指向性を有す
るスピーカ装置の欠点を除去し、中心軸方向に強い指向
性を得ると共に、小型化が可能で、又偏向板の操作のご
とく指向性の度合い（強さ）を可変に実現出来るスピー
カ装置を提供することを目的とする。
るスピーカ装置の欠点を除去し、中心軸方向に強い指向
性を得ると共に、小型化が可能で、又偏向板の操作のご
とく指向性の度合い（強さ）を可変に実現出来るスピー
カ装置を提供することを目的とする。
本発明は、従来のトーンゾレイ方式に比して、再生周
波数帯域を２分割し低減側を２本のスピーカで高域側を
１本のスピーカ即ち合計３本のスピーカでより強い指向
性を実現出来ることも最も主要な特徴とする。これによ
りスピーカの小型化が容易に実現出来るばかりでなく、
該高域用スピーカを１本にすることによって該高域用ス
ピーカを中心点にして、更に低域側への拡大や指向性の
度合い（強さ）を可変にする構成が容易に実現出来る技
術であることが従来の技術と異なる。
波数帯域を２分割し低減側を２本のスピーカで高域側を
１本のスピーカ即ち合計３本のスピーカでより強い指向
性を実現出来ることも最も主要な特徴とする。これによ
りスピーカの小型化が容易に実現出来るばかりでなく、
該高域用スピーカを１本にすることによって該高域用ス
ピーカを中心点にして、更に低域側への拡大や指向性の
度合い（強さ）を可変にする構成が容易に実現出来る技
術であることが従来の技術と異なる。
次に本発明の第１の実施を第１図，第２図に基づいて
説明する。Le,Lrはその音圧がfCにおいて6dB減衰し、2f
Cにおいて18dB減衰するようなローパスフィルターを通
して信号が入力される左右に配設された２本一組のスピ
ーカで、その間隔はfCにおける波長λＣに相当する距離
ｄで配設されている。
説明する。Le,Lrはその音圧がfCにおいて6dB減衰し、2f
Cにおいて18dB減衰するようなローパスフィルターを通
して信号が入力される左右に配設された２本一組のスピ
ーカで、その間隔はfCにおける波長λＣに相当する距離
ｄで配設されている。
またＨは、音圧がfCにおいて6dB減衰し、fC/2におい
て18dB減衰するようなハイパスフィルターを通して信号
が入力される。
て18dB減衰するようなハイパスフィルターを通して信号
が入力される。
更に入力信号レベルはLe,Lrに対しＨのそれは２倍と
なるように調節されている。またそれぞれのスピーカは
同じ出力音圧レベルを有するとともに、高域側スピーカ
の90゜方向における指向性関数Ｄが周波数2fCでＤ＝0.2
5となるように口径を選択すればf1（＝fC/2）およびfC
ではそれぞＤ〜0.95、Ｄ〜0.75となる。
なるように調節されている。またそれぞれのスピーカは
同じ出力音圧レベルを有するとともに、高域側スピーカ
の90゜方向における指向性関数Ｄが周波数2fCでＤ＝0.2
5となるように口径を選択すればf1（＝fC/2）およびfC
ではそれぞＤ〜0.95、Ｄ〜0.75となる。
このように配設したスピーカの正面軸上の点P0に対
し、90度方向で十分に離れた距離ｒの点P90における合
成音圧Ptは、次式で表わされる。
し、90度方向で十分に離れた距離ｒの点P90における合
成音圧Ptは、次式で表わされる。
ただし U;音源スピーカの体積速度 k;波数（＝ω/c＝２πf/c） c;音速 G1;低域側フィルターのゲイン α；低域側フィルターの位相 G2;高域側フィルターのゲイン β；高域側フィルターの位相 従って、周波数f1＝fC/2においてはG1〜１、α〜０、
G2〜−18dB（≒0.125）であるから ここでｄ＝λＣ＝π/k、Ｄ＝0.95選んでいるから、co
s（kd/2）＝０ 従って 次に周波数f2＝2fCにおいては G1〜0.125、α〜π、β〜０ ここでcos（kd/2）〜１、Ｄ〜0.25であるから 次にf1とf2の中間の周波数であるfCにおいては、G1＝
0.5、α＝−π/2、G1＝0.5、β＝π/2であり、高域側の
フィルターの極性を逆に接続するものとすれば、β＝−
π/2とすることができる。従って ここでｄ＝λＣ、Ｄ＝0.75、cos（kd/2）＝cos（π）
＝−１であるから 更に中心軸上P0における音圧Pt0は となるから、軸上音圧に対する90゜方向の音圧の絶対値
の比は、f1,f2,fCにおいてそれぞれ となり、軸上音圧Pt0に対して24dB以上減衰することに
なる。
G2〜−18dB（≒0.125）であるから ここでｄ＝λＣ＝π/k、Ｄ＝0.95選んでいるから、co
s（kd/2）＝０ 従って 次に周波数f2＝2fCにおいては G1〜0.125、α〜π、β〜０ ここでcos（kd/2）〜１、Ｄ〜0.25であるから 次にf1とf2の中間の周波数であるfCにおいては、G1＝
0.5、α＝−π/2、G1＝0.5、β＝π/2であり、高域側の
フィルターの極性を逆に接続するものとすれば、β＝−
π/2とすることができる。従って ここでｄ＝λＣ、Ｄ＝0.75、cos（kd/2）＝cos（π）
＝−１であるから 更に中心軸上P0における音圧Pt0は となるから、軸上音圧に対する90゜方向の音圧の絶対値
の比は、f1,f2,fCにおいてそれぞれ となり、軸上音圧Pt0に対して24dB以上減衰することに
なる。
また０゜〜90゜の間の角度においては、それぞれのス
ピーカからの音圧の距離差による位相差が各帯域におい
てπ/2以内となり打消しの効果が少なくなるもののピー
クを生じることはない。
ピーカからの音圧の距離差による位相差が各帯域におい
てπ/2以内となり打消しの効果が少なくなるもののピー
クを生じることはない。
従って第２図に示すように、スムースに音圧が減衰す
る理想的な狭指向特性が得られる。
る理想的な狭指向特性が得られる。
前記は、本発明の基本的な構成で３本のスピーカを１
セットとしてf1〜f2の２オクターブの帯域について、狭
指向性を得ることができるが、更に２本のスピーカを、
前記の関係を保って即ち、ｄ′＝λＣ′、λＣ′＝４λ
Ｃなる間隔で配設し、ローパスフィルターを通して信号
を入力するとともに前記３本のスピーカによるスピーカ
システムにはハイパスフィルターを通して信号を入力す
ることにより、容易に指向性を有する周波数帯域を低域
側へ２オクターブ拡大することができる。この場合の動
作は、前記３本のスピーカによるスピーカシステム全体
が中央に配置した１本の高帯域側スピーカとして動作す
ることになる。このブロック図を第７図に示す。
セットとしてf1〜f2の２オクターブの帯域について、狭
指向性を得ることができるが、更に２本のスピーカを、
前記の関係を保って即ち、ｄ′＝λＣ′、λＣ′＝４λ
Ｃなる間隔で配設し、ローパスフィルターを通して信号
を入力するとともに前記３本のスピーカによるスピーカ
システムにはハイパスフィルターを通して信号を入力す
ることにより、容易に指向性を有する周波数帯域を低域
側へ２オクターブ拡大することができる。この場合の動
作は、前記３本のスピーカによるスピーカシステム全体
が中央に配置した１本の高帯域側スピーカとして動作す
ることになる。このブロック図を第７図に示す。
なお、本説明はコーン形スピーカを念頭に置いて説明
したが、ホーン形スピーカであっても良い。その場合、
駆動部は低域側、高域側それぞれ１本とし、低域側につ
いてはホーン部を分割し、開口部を２箇所設けることに
より、前記３本のスピーカと等価な動作とすることが可
能である。この構造の実施例を第８図に示す。
したが、ホーン形スピーカであっても良い。その場合、
駆動部は低域側、高域側それぞれ１本とし、低域側につ
いてはホーン部を分割し、開口部を２箇所設けることに
より、前記３本のスピーカと等価な動作とすることが可
能である。この構造の実施例を第８図に示す。
なお、中央に配置する高域側スピーカの指向性に関し
ては下記のピストン円板の指向性関数の理論式より前記
の関係を得る口径の選択は困難ではないことが分る。
ては下記のピストン円板の指向性関数の理論式より前記
の関係を得る口径の選択は困難ではないことが分る。
ただし、 J1;一次のベッセル関数 a;スピーカの等価半径 θ；基準軸となす角（＝90゜） また、低域側スピーカの間隔ｄは必ずしも正確にλＣ
と等しい必要はなく、スピーカ自身の指向特性やキャビ
ネットあるいはバッフルの形状等による回折効果も影響
するため、λＣよりやや小さいか、やや大きい方がより
優れた狭指向性を示す場合もある。しかし、実験により
±50％を超えると悪化することが判明している。
と等しい必要はなく、スピーカ自身の指向特性やキャビ
ネットあるいはバッフルの形状等による回折効果も影響
するため、λＣよりやや小さいか、やや大きい方がより
優れた狭指向性を示す場合もある。しかし、実験により
±50％を超えると悪化することが判明している。
第９図（ａ）は、偏向板の操作のごとく指向性の度合
い（強さ）を可変に出来るスピーカを構成した実施例で
ある。高域用スピーカ９を支える固定台10を中心軸を回
転軸にして、同心円状に低減用スピーカ７、８を支える
回転台11を図中の矢印方向に動かすことによってスピー
カ周辺の指向性の度合い（強さ）を変える。
い（強さ）を可変に出来るスピーカを構成した実施例で
ある。高域用スピーカ９を支える固定台10を中心軸を回
転軸にして、同心円状に低減用スピーカ７、８を支える
回転台11を図中の矢印方向に動かすことによってスピー
カ周辺の指向性の度合い（強さ）を変える。
第９図（ｂ）は、回転角度を示す例である。回転角度
０゜において、聴取者の位置が水平方向に移動した場合
（即ち聴取平面上において）、強い指向性が保持される
が、垂直方向に移動した場合（即ち垂直面上におい
て）、指向性がほとんど無く無指向性である。回転角度
45゜においては水平方向即ち聴取平面上の指向性は弱ま
り、垂直方向のそれは強まる。回転角度90゜において
は、回転角度０゜の指向状態とは逆になり、聴取平面上
の指向性は無指向性に、垂直面上の指向性は強い指向性
が生じる。
０゜において、聴取者の位置が水平方向に移動した場合
（即ち聴取平面上において）、強い指向性が保持される
が、垂直方向に移動した場合（即ち垂直面上におい
て）、指向性がほとんど無く無指向性である。回転角度
45゜においては水平方向即ち聴取平面上の指向性は弱ま
り、垂直方向のそれは強まる。回転角度90゜において
は、回転角度０゜の指向状態とは逆になり、聴取平面上
の指向性は無指向性に、垂直面上の指向性は強い指向性
が生じる。
第10図は、高域用スピーカ９の中心軸を回転軸にして
指示台12で構成した実施例である。
指示台12で構成した実施例である。
第11図は円盤状の台にスピーカを配設した実施例で、
スピーカ面の方向を３次元空間的に動作させることが可
能な構成例である。
スピーカ面の方向を３次元空間的に動作させることが可
能な構成例である。
〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明は低域用スピーカ２本と
高域用スピーカ１本を基本構成にするため、２オクター
ブの帯域において指向性が強い狭指向性が得られ、その
軸状から遠ざかるにつれて指向性パターンにおけるサイ
ドロープを持たないスムースな減衰特性とすることが出
来る利点がある。
高域用スピーカ１本を基本構成にするため、２オクター
ブの帯域において指向性が強い狭指向性が得られ、その
軸状から遠ざかるにつれて指向性パターンにおけるサイ
ドロープを持たないスムースな減衰特性とすることが出
来る利点がある。
又、従来のドーンゾイレ方式に比して小型化すること
が出来るとともに、２本一組のスピーカを増設する毎に
２オクターブづつ狭指向性の帯域を低域側ヘ拡大出来る
利点がある。
が出来るとともに、２本一組のスピーカを増設する毎に
２オクターブづつ狭指向性の帯域を低域側ヘ拡大出来る
利点がある。
更に、高域用スピーカの中心軸を回転軸にすることに
よって聴取平面上において、偏向板の操作のごとく指向
性の度合い（強さ）を可変に出来る利点がある。
よって聴取平面上において、偏向板の操作のごとく指向
性の度合い（強さ）を可変に出来る利点がある。
第１図は本発明の第１の実施例の説明図、第２図はその
指向性パターンによる指向性の表示図、第３図は２本の
スピーカの音圧説明図、第４図はその指向性パターンに
よる指向特性の表示図、第５図は従来のトーンゾイレ方
式の原理図、第６図はその指向性パターンによる指向特
性の表示図、第７図から第11図は本発明の他の実施例の
説明図である。 １……ローパスフィルター、 ２……ハイパスフィルター、 ３……ローパスフィルター、 ４……ハイパスフィルター、 ５……中域用スピーカ、 ６……中域用スピーカ、 ７……低域用スピーカ、 ８……低域用スピーカ、 ９……高域用スピーカ、 10……固定台、11……回転台、12……支持台
指向性パターンによる指向性の表示図、第３図は２本の
スピーカの音圧説明図、第４図はその指向性パターンに
よる指向特性の表示図、第５図は従来のトーンゾイレ方
式の原理図、第６図はその指向性パターンによる指向特
性の表示図、第７図から第11図は本発明の他の実施例の
説明図である。 １……ローパスフィルター、 ２……ハイパスフィルター、 ３……ローパスフィルター、 ４……ハイパスフィルター、 ５……中域用スピーカ、 ６……中域用スピーカ、 ７……低域用スピーカ、 ８……低域用スピーカ、 ９……高域用スピーカ、 10……固定台、11……回転台、12……支持台
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森川 秀昭 埼玉県所沢市花園４丁目2610 パイオニ ア株式会社所沢工場内 (72)発明者 鳫 也寸雄 埼玉県所沢市花園４丁目2610 パイオニ ア株式会社所沢工場内 (56)参考文献 特開 平２−239795（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−23089（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】再生周波数帯域を２分割し、低域側を２本
のスピーカで、高域側を１本のスピーカで再生するよう
にしたスピーカであって、その配置において低域側２本
のスピーカの間隔をｄとしたとき、分割周波数fCにおけ
る波長λＣとの関係において 0.5λＣ＜ｄ＜1.5λＣとし かつ、高域側スピーカを低域側スピーカの中央に配置し
たことを特徴とする指向性を有するスピーカ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6171589A JP2675388B2 (ja) | 1989-03-14 | 1989-03-14 | 指向性を有するスピーカ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6171589A JP2675388B2 (ja) | 1989-03-14 | 1989-03-14 | 指向性を有するスピーカ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02241195A JPH02241195A (ja) | 1990-09-25 |
| JP2675388B2 true JP2675388B2 (ja) | 1997-11-12 |
Family
ID=13179202
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6171589A Expired - Fee Related JP2675388B2 (ja) | 1989-03-14 | 1989-03-14 | 指向性を有するスピーカ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2675388B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8116483B2 (en) | 2006-03-28 | 2012-02-14 | Pioneer Corporation | Speaker device with the phase changing device for varying the phase of the audio signal |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4214834B2 (ja) * | 2003-05-09 | 2009-01-28 | ヤマハ株式会社 | アレースピーカーシステム |
| JP3876850B2 (ja) | 2003-06-02 | 2007-02-07 | ヤマハ株式会社 | アレースピーカーシステム |
-
1989
- 1989-03-14 JP JP6171589A patent/JP2675388B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8116483B2 (en) | 2006-03-28 | 2012-02-14 | Pioneer Corporation | Speaker device with the phase changing device for varying the phase of the audio signal |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02241195A (ja) | 1990-09-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |