JP4506765B2 - スピーカアレイ装置および信号処理方法 - Google Patents
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Description
まず、本実施形態に係るスピーカアレイ装置1の構成を説明する。図1は、スピーカアレイ装置1の構成を示すブロック図である。スピーカアレイユニット2は、スピーカユニットA21およびスピーカユニットB22を有する。ここで、スピーカユニットA21、スピーカユニットB22について、図2、図3を用いて説明する。図2は、スピーカユニットA21の構成を示すブロック図であり、図3は、スピーカアレイ装置1のスピーカの配置を示す外観図である。スピーカユニットA21は、図2に示すように、スピーカ211−1、211−2、・・・、211−12、アンプ212−1、212−2、・・・、212−12、指向制御部213−1、213−2、・・・、213−12を有する。そして、スピーカユニットA21は、各スピーカに対して一のアンプが接続され、当該アンプに対して一の指向制御部が接続されることにより、指向制御部、アンプおよびスピーカの組を12組有する。
実施形態においては、スピーカユニットA21およびスピーカユニットB22のそれぞれからの放音により音響ビームを放出するようにしていたが、高周波数帯域については、スピーカユニットA21およびスピーカユニットB22における各スピーカ211−1、211−2、・・・、211−12、221−1、221−2、・・・、221−25からの放音によって、それぞれ別の音響ビームとして放出するようにしてもよい。この場合は、スピーカユニットA21における各指向制御部213−1、213−2、・・・、213−12およびスピーカユニットB22における各指向制御部223−1、223−2、・・・、223−25は、制御部7の制御に基づいて、それぞれ別の音響ビームを放出するように、入力されたオーディオ信号Saおよびオーディオ信号Sbの遅延、振幅の信号処理を行えばよい。このようにしても実施形態と同等な効果を得ることができる。
実施形態における信号分割部5におけるLPF51およびHPF52に設定される遮断周波数は、スピーカユニットB22の各スピーカ221−1、221−2、・・・、221−25における基本共振周波数以上の周波数として設定されることが望ましい。また、スピーカユニットA21から出力される低周波数帯域の音響ビームの指向制御効果を向上させるために、スピーカユニットA21およびスピーカユニットB22における高周波数帯域における音響ビームの指向制御ができる範囲で、できるだけ遮断周波数を低い周波数とすることが望ましい。これらから遮断周波数の上下限を決めておくことによって、指向性制御を効果的に行うことができる。
実施形態におけるスピーカユニットA21の各スピーカ211−1、211−2、・・・、211−12とスピーカユニットB22の各スピーカ221−1、221−2、・・・、221−25との位相特性が同等でない場合には、この位相特性の違いを補正するオールパスフィルタなどの位相補正手段を設けてもよい。この場合には、スピーカユニットA21へのオーディオ信号Saの入力の直後に位相補正手段を設けて、位相特性を補正したオーディオ信号を各指向制御部213−1、213−2、・・・、213−12に出力してもよいし、スピーカユニットB22へのオーディオ信号Sbの入力の直後に位相補正手段を設けて、位相特性を補正したオーディオ信号を各指向制御部223−1、223−2、・・・、223−25に出力してもよい。また、スピーカユニットA21およびスピーカユニットB22に位相補正手段を設けてもよい。なお、位相補正手段は、スピーカの位相特性の違いを補正するものであるから、振幅調整部3から各スピーカ211−1、211−2、・・・、211−12、221−1、221−2、・・・、221−25までの間に設ければ、どの部分に設けてもよい。
実施形態においては、スピーカユニットA21の各スピーカ211−1、211−2、・・・、211−12は、スピーカユニットB22の各スピーカ221−1、221−2、・・・、221−25よりも径の大きいスピーカを用いていたが、必ずしも大きさが異なっていなくてもよい。
実施形態においては、信号分割部5のHPF52は、オーディオ信号SHを振幅調整部3のゲインa’32およびゲインb33にそれぞれ出力していたが、図5に示すように、2つのHPF52−1、52−2を用いてオーディオ信号Sinに対して信号処理を行って、HPF52−1からゲインa’32にオーディオ信号SH−1、HPF52−2からゲインb33にオーディオ信号SH−2を出力するようにしてもよい。ここで、各HPF52−1、52−2から出力されるオーディオ信号SH−1とオーディオ信号SH−2は、位相の周波数依存性が揃っていればよく、振幅の周波数依存性は必ずしも一致している必要は無い。このようにしても、実施形態と同様な効果を得ることができる。
実施形態における振幅調整部3のゲインa31、ゲインa’32およびゲインb33に各々設定される増幅率αa、αa’、αbを以下に説明するようにスピーカアレイユニット2における各スピーカの諸特性から計算して設定してもよい。
スピーカユニットA21が有するスピーカの個数 Na(本実施形態においては12)
スピーカユニットB22が有するスピーカの個数 Nb(本実施形態においては25)
スピーカユニットA21の各スピーカ能率(低周波数帯域) SPLa
スピーカユニットA21の各スピーカ能率(高周波数帯域) SPLa’
スピーカユニットB22の各スピーカ能率(高周波数帯域) SPLb
スピーカユニットA21の各スピーカ音圧(低周波数帯域) Pa=10(SPLa/20)
スピーカユニットA21の各スピーカ音圧(高周波数帯域) Pa’=10(SPLa’/20)
スピーカユニットB22の各スピーカ音圧(高周波数帯域) Pb=10(SPLb/20)
ここで、低周波数帯域と高周波数帯域の音量を揃える場合には、以下の式(1)で表される。
αa×Pa×Na = αa’×Pa’×Na+αb×Pb×Nb (1)
上記式(1)を満たすように増幅率αa、αa’、αbを設定すれば、スピーカアレイユニット2から放出される音の低周波数帯域における音量と高周波数帯域における音量との比がもとのオーディオ信号Sinにおける周波数帯域における音量と高周波数帯域における音量との比と同等にすることができる。また、スピーカユニットA21とスピーカユニットB22から放出される高周波数帯域における音量バランスを決定すれば、αa’とαbの関係も決定することができる。例えば、スピーカユニットA21の各スピーカ211−1、211−2、・・・、211−12の各々から放出される高周波数帯域における音量とスピーカユニットB22の各スピーカ221−1、221−2、・・・、221−25の各々から放出される高周波数帯域における音量を同等とする場合には、αa’×Pa’=αb×Pbの関係とすればよい。
実施形態においては、スピーカユニットA21から放出する音は、遮断周波数によって分割された周波数帯域のオーディオ信号を再度加算することによって、全周波数帯域の音となっていたが、周波数帯域によって分割せずに、位相を変化させるオールパスフィルタを用いてもよい。この場合には、以下に説明するような、スピーカアレイ装置1は、図6に示すような構成とすればよい。
実施形態においては、スピーカユニットA21とスピーカユニットB22の2種類のスピーカユニットを用いていたが、これに加えてスピーカユニットC23を用い、3種類のスピーカユニットを設けてもよい。この場合には、スピーカアレイ装置1は、図9のような構成とすればよい。すなわち、実施形態における振幅調整部3にゲインc34を加えればよい。ここで、ゲインc34は、入力されたオーディオ信号SLに対して、設定された増幅率αcの増幅処理を行い、当該増幅処理を行ったオーディオ信号ScをスピーカユニットC23へ出力する。スピーカユニットC23は、スピーカユニットA21およびスピーカユニットB22と同様な構成(指向制御部、アンプおよびスピーカの組の数は異なってもよい)である。このようにすれば、スピーカユニットA21から全周波数帯域の音が放出され、スピーカユニットB22から高周波数帯域の音が放出され、スピーカユニットC23からは、低周波数帯域の音が放出されることになる。このようにすれば、オーディオ信号Saおよびオーディオ信号Scは、ともにLPF51によって信号処理された信号を用いて生成され、低周波数帯域において同様な位相の回転をしているから、オーディオ信号Saの低周波数帯域における位相とオーディオ信号Scの位相が揃うとともに、オーディオ信号Saおよびオーディオ信号Sbは、ともにHPF52によって信号処理された信号を用いて生成され、高周波数帯域において同様な位相の回転をしているから、オーディオ信号Saの高周波数帯域における位相とオーディオ信号Sbの位相が揃うことになり、さらに低周波数帯域においても幅広い指向制御が可能となる。
実施形態においては、スピーカアレイユニット2は、HPF52によって信号処理されたオーディオ信号SHに基づいた放音と、LPF51によって信号処理されたオーディオ信号SLおよびHPF52によって信号処理されたオーディオ信号SHを加算したオーディオ信号に基づいた放音を行っていたが、LPF51およびHPF52の関係を逆にしてもよい。すなわち、スピーカアレイユニット2は、LPF51によって信号処理されたオーディオ信号SLに基づいた放音と、LPF51によって信号処理されたオーディオ信号SLおよびHPF52によって信号処理されたオーディオ信号SHを加算したオーディオ信号に基づいた放音を行ってもよい。
実施形態においては、入力されたオーディオ信号Sinを信号分割部5において2の周波数帯域に分割したが、これをさらに多くの周波数帯域に分割してもよい。この場合は、スピーカアレイ装置1は、図10のような構成とすればよい。以下、本変形例における構成を説明する。
Claims (6)
- 複数のスピーカを有するスピーカアレイユニットが複数種類設けられ、前記スピーカアレイユニットは種類毎にスピーカの径の大きさが異なるスピーカアレイ装置であって、
入力されるオーディオ信号のうち、予め設定された周波数以上の周波数帯域の分割オーディオ信号を生成する生成手段と、
複数種類の前記スピーカアレイユニットのうち、一部の種類のスピーカアレイユニットにより放音する第1の放音手段であって、前記分割オーディオ信号に係る音を、指向性を有する音として放音する第1の放音手段と、
前記入力されるオーディオ信号に対して、前記分割オーディオ信号の周波数帯域における位相にあわせる信号処理を行う信号処理手段と、
前記一部の種類より径が大きいスピーカを有する前記スピーカアレイユニットにより放音する第2の放音手段であって、前記信号処理手段によって信号処理されたオーディオ信号に係る音を、指向性を有する音として放音する第2の放音手段と
を具備することを特徴とするスピーカアレイ装置。 - 前記生成手段は、前記分割オーディオ信号より低い周波数帯域の第2の分割オーディオ信号をさらに生成し、
前記信号処理手段における信号処理は、前記分割オーディオ信号と前記第2の分割オーディオ信号とを加算する処理である
ことを特徴とする請求項1に記載のスピーカアレイ装置。 - 前記スピーカアレイユニットの種類は3種類以上であって、
前記第1の放音手段および前記第2の放音手段とは異なる種類のスピーカアレイユニットにより放音する第3の放音手段であって、前記第2の分割オーディオ信号を放音する第3の放音手段をさらに具備する
ことを特徴とする請求項2に記載のスピーカアレイ装置。 - 前記生成手段は、前記入力されるオーディオ信号を3以上の周波数帯域のオーディオ信号に分割し、分割した周波数帯域のオーディオ信号のうち、複数の周波数帯域のオーディオ信号を加算して前記分割オーディオ信号を生成し、
前記信号処理手段における信号処理は、前記分割した周波数帯域のオーディオ信号のうち、前記分割オーディオ信号以外の周波数帯域のオーディオ信号および前記分割オーディオ信号の周波数帯域の一部の帯域のオーディオ信号を加算する処理である
ことを特徴とする請求項1に記載のスピーカアレイ装置。 - 前記分割オーディオ信号の振幅を調整する調整手段をさらに具備し、
前記信号処理手段は、前記入力されるオーディオ信号に対して、前記分割オーディオ信号の周波数帯域における位相にあわせるとともに、当該周波数帯域における振幅を調整する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のスピーカアレイ装置。 - 複数のスピーカを有するスピーカアレイユニットが複数種類設けられ、前記スピーカアレイユニットは種類毎にスピーカの径の大きさが異なるスピーカアレイ装置において用いられる信号処理方法であって、
入力されるオーディオ信号のうち、予め設定された周波数以上の周波数帯域の分割オーディオ信号を生成する生成過程と、
複数種類の前記スピーカアレイユニットのうち、一部の種類のスピーカアレイユニットにより放音する第1の放音過程であって、前記分割オーディオ信号に係る音を、指向性を有する音として放音する第1の放音過程と、
前記入力されるオーディオ信号に対して、前記分割オーディオ信号の周波数帯域における位相にあわせる信号処理を行う信号処理過程と、
前記一部の種類より径が大きいスピーカを有する前記スピーカアレイユニットにより放音する第2の放音過程であって、前記信号処理過程において信号処理されたオーディオ信号に係る音を、指向性を有する音として放音する第2の放音過程と
を備えることを特徴とする信号処理方法。
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