JP4780805B2

JP4780805B2 - スピーカ装置

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Inventors: 孝三橋
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Description

本発明は、例えば音声信号の再生方向に指向性を有する、少なくとも２つのスピーカを備えるスピーカ装置の技術分野に関する。

従来、例えば音声信号の再生方向に指向性を実現しつつ再生するスピーカ装置として、トーンゾイレ方式のスピーカ装置が一般的に知られている。このトーンゾイレ方式のスピーカ装置においては、複数のスピーカ（又はスピーカユニット）が、一定距離だけ離れて、横方向（即ち、水平方向）に一列に並んで配置される。このうち、一定距離だけ離れて配置された２つのスピーカに着目した場合、これら２つのスピーカから再生される音声信号は、一定距離の２倍の長さの波長に対応される周波数においては、横方向に放射される音波は、一定距離に起因して生じる位相差によって音声信号が打ち消される。尚、正面方向では、これら２つのスピーカから再生される音声信号は、合成され、音圧レベルは高くなる。このため、正面方向の音圧レベルと、横方向の音圧レベルとにおいて、音響のレベルに大きな差が生じることが一般的に知られている。また、特許文献１等において、このトーンゾイレ方式のスピーカ装置を発展させた手法について提案されている。

特許２５２８１７８号特許２６７５３８８号特許２８４６３６３号特許３４７３５１７号特許３４２２２８１号特許３４２２２８２号特許３４２２２９６号特許３２０５６２５号特許２５７４４５４号

しかしながら、上述した、従来のトーンゾイレ方式に基づいて、指向性を実現するスピーカ装置においては、２つのスピーカを配置する一定距離によって、再生信号において指向性を実現できる周波数の範囲（周波数帯域）において、低域限界が生じてしまうという技術的な問題点を有している。具体的には、２つのスピーカの間の一定距離の２倍の長さの波長に対応される周波数が低域限界の周波数となってしまう。

本発明は、例えば上述した問題点に鑑みなされたものであり、例えば２つのスピーカから再生される音声信号において、より広い周波数帯域で、指向性を実現することが可能なスピーカ装置を提供することを課題とする。

（スピーカ装置）
以下、本発明のスピーカ装置について説明する。

上記課題を解決するために、本発明のスピーカ装置は、音声信号を再生する第１スピーカと、前記音声信号を再生すると共に、前記第１スピーカと水平方向に所定距離だけ離れて配置される第２スピーカと、を備え、前記第１スピーカ、及び前記第２スピーカのうちの少なくとも一方は、（i）前記音声信号の周波数、及び（ii）前記所定距離に基づいて、前記音声信号の位相を、所定量の位相だけ、変化させる位相変化手段を有する。

本発明のスピーカ装置によれば、音声信号を再生する第２スピーカは、音声信号を再生する第１スピーカと、例えば音波を放射する放射方向を略同じにすると共に、この第１スピーカと水平方向に所定距離だけ離れて配置される。

特に、本発明によれば、第１スピーカ、及び第２スピーカのうちの少なくとも一方に有される、位相変化手段によって、（i）音声信号の周波数、及び（ii）所定距離に基づいて、音声信号の位相を、所定量の位相だけ、変化させる。具体的には、位相変化手段によって、先ず（i）音声信号の周波数に対応される波長、及び（ii）第１スピーカと第２スピーカとの所定距離に基づいて、例えば１８０度（π）から、所定距離に対応される位相を差し引いた、所定量の位相が決定される。次に、位相変化手段は、この決定された所定量の位相の分だけ、例えば第１スピーカ及び第２スピーカのうち少なくとも一方において再生される音声信号の位相を、進める又は遅らせる等して変化させる。

より具体的には、音声信号の周波数に対応される波長が、第１スピーカと第２スピーカとの所定距離と比較して、例えば数倍から数百倍程度、長い場合、例えば第１スピーカ及び第２スピーカのうち少なくとも一方において再生される音声信号の位相を、所定量の位相として、例えば１８０度（π）程度、進める又は遅らせる等して変化させる。従って、第１スピーカから放射される音波（以下、適宜「第１音波」と称す）の位相と、第２スピーカから放射される音波（以下、適宜「第２音波」と称す）の位相とに、例えば１８０度（π）程度の位相差が生じる。

或いは、例えば第１スピーカと第２スピーカとの所定距離が、音声信号の周波数に対応される波長の略４分の１である場合、例えば第１スピーカ及び第２スピーカのうち少なくとも一方において再生される音声信号の位相を、所定量の位相として、例えば９０度（π／２）程度、進める又は遅らせる等して変化させる。従って、第１スピーカから放射される第１音波の位相と、第２スピーカから放射される第２音波の位相とに、例えば１８０度（π）程度の位相差が生じる。

或いは、例えば第１スピーカと第２スピーカとの所定距離が、音声信号の周波数に対応される波長の略２分の１である場合、例えば第１スピーカ及び第２スピーカのうち少なくとも一方において再生される音声信号の位相を、所定量の位相として、例えば０度の程度、進める又は遅らせる、即ち、変化させない。従って、第１スピーカから放射される第１音波の位相と、第２スピーカから放射される第２音波の位相とに、例えば１８０度（π）程度の位相差が生じる。

この結果、例えば、横方向（水平方向）、即ち、右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向において、第１スピーカから放射される第１音波と、第２スピーカから放射される第２音波とは、例えば１８０度（π）程度の位相差に基づいて打ち消し合い、この周波数に対応される音圧レベルは、殆どゼロとさせることが可能である。

他方、正面方向においては、第１音波と、第２音波とが、合成された合成音波の音圧レベルは、音波の干渉の影響が殆ど又は完全にない、通常のレベルに維持される。また、右側方向、及び左側方向のうちいずれか他方の方向においては、第１音波、及び第２音波のうちいずれか一方の音圧レベルは、音波の干渉の影響が殆ど又は完全にない、通常のレベルに維持される。

以上の結果、第１スピーカ及び第２スピーカから放射された音波の音圧レベルは、横方向（水平方向）、即ち、右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向において、相対的に低くさせる。と共に、（i）正面方向と、（ii）右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向と、において、相対的に高くさせる。従って、第１スピーカ及び第２スピーカによって放射される音波に、適切に指向性を保持させることが可能である。

本発明のスピーカ装置の一の態様では、前記位相変化手段は、（i）前記音声信号、及び前記第２音声信号の周波数が、前記所定距離の略２倍の長さの波長に対応される基準周波数に近づくに従って、前記所定量を小さくさせ、（ii）前記音声信号、又は前記第２音声信号の周波数が、前記基準周波数から離れるに従って、前記所定量を大きくさせる。

この態様によれば、第１スピーカによって再生される音声信号の位相と、第２スピーカによって再生される音声信号の位相とに、例えば１８０度（π）程度の位相差を与えるために、位相変化手段における、周波数をパラメータとして決定される位相の変化量を示す位相特性を、周波数と、基準周波数との比較に基づいて、明確且つ適切に定義することが可能である。尚、この基準周波数は、空気中の音速に基づいて、高精度に規定可能である。

本発明のスピーカ装置の他の態様では、前記位相変化手段は、前記音声信号、及び前記第２音声信号の周波数が、前記所定距離の２倍の長さの波長に対応される基準周波数と、略等しい場合、前記所定量を略ゼロにする。

この態様によれば、第１スピーカによって再生される音声信号の位相と、第２スピーカによって再生される音声信号の位相とに、例えば１８０度（π）程度の位相差を与えるために、位相変化手段における位相特性を、基準周波数に基づいて、明確且つ適切に定義することが可能である。

本発明のスピーカ装置の他の態様では、前記位相変化手段は、前記所定距離の２倍の長さの波長に対応される基準周波数を、人の音声に対応される所定の範囲（「200から3k」Hz）に設定する。

この態様によれば、例えば200から3k（Hz）等の、人の音声に対応される所定の範囲において、第１スピーカ及び第２スピーカによって放射された音波の音圧レベルは、横方向、即ち、右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向において、相対的に低くさせ、放射される音波に、適切に指向性を保持させることが可能である。

本発明のスピーカ装置の他の態様では、前記位相変化手段は、前記第１スピーカが放射する第１音波と、前記第２スピーカが放射する第２音波とを合成した合成音波の音圧レベルに基づいて、前記所定量の位相（略９０度）だけ変化させる。

この態様によれば、水平方向に直交する正面方向に放射される合成音波の音圧レベルを、所定量の位相差に基づいて、規定することが可能である。具体的には、例えば、所定量の位相差を、略９０度とした場合の合成音波（音圧レベル：＋３（ｄＢ：デシベル））は、第１音波と第２音波との位相差が略０度の合成音波（音圧レベル：＋６（ｄＢ））における音圧レベルを基準として、３（ｄＢ）程度の、音圧レベルの低下に抑えることが可能である。

本発明のスピーカ装置の他の態様では、前記位相変化手段は、インダクタ（コイル）、又はキャパシタ（コンデンサ）を含むフィルタ回路である。

この態様によれば、フィルタ回路に基づいて、低コストに、小型の位相変化手段を、簡便に実現することが可能である。

本発明のスピーカ装置の他の態様では、前記位相変化手段は、インダクタ（コイル）、又はキャパシタ（コンデンサ）を含む全域通過フィルタ回路である。

この態様によれば、全域通過フィルタ回路に基づいて、低コストに、小型、且つ、信号の損失の少ない位相変化手段を、簡便に実現することが可能である。

本発明のスピーカ装置の他の態様では、前記位相変化手段は、（i）前記音声信号に対して、第１角度（例えば180度）の位相だけ変化させる１次フィルタ回路、及び、（ii）前記第２音声信号に対して、第２角度（例えば360度）の位相だけ変化させる２次フィルタ回路のうち少なくとも一方を含む。

この態様によれば、１次フィルタ回路、及び２次フィルタ回路に基づいて、低コストに、小型の位相変化手段を、簡便に実現することが可能である。尚、１次フィルタ回路において、共振周波数は９０度であり、２次フィルタ回路において、共振周波数は１８０度であるようにしてもよい。

上述した位相変化手段に係る態様では、前記位相変化手段は、（i）前記１次フィルタ回路に加えて、又は、代えて、前記２次フィルタ回路と双対な関係を保持する双対２次フィルタ回路、又は、（ii）前記２次フィルタ回路に加えて、又は、代えて、前記１次フィルタ回路と双対な関係を保持する双対１次フィルタ回路を含むように構成してもよい。

このように構成すれば、双対な関係を保持する、双対２次フィルタ回路、又は、双対１次フィルタ回路に基づいて、低コストに、小型の位相変化手段を、簡便に実現することが可能である。ここに、本発明に係る「双対（dual）な関係」とは、１次フィルタ回路においては、インダクタと、キャパシタとを入れ換えた構成を有する関係を意味すると共に、２次フィルタ回路においては、直列共振回路と並列共振回路を入れ換えた構成を意味する。

本発明のスピーカ装置の他の態様では、前記第１スピーカ、及び前記第２スピーカのうちの少なくとも一方は、一の前記音声信号に対応される一の前記位相変化手段を有し、前記第１スピーカ、及び前記第２スピーカのうちの少なくとも他方は、他の前記音声信号に対応される他の前記位相変化手段を有する。

この態様によれば、一の位相変化手段に基づいて、横方向、即ち、右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向（例えば、第２スピーカの側）において、第１スピーカから放射される第１音波（即ち、一の音声信号に対応される第１音波）と、第２スピーカから放射される第２音波（即ち、一の音声信号に対応される第２音波）とは、例えば１８０度（π）程度の位相差に基づいて打ち消し合い、この周波数に対応される音圧レベルは、殆どゼロとさせることが可能である。他方、正面方向においては、第１音波（即ち、一の音声信号に対応される第１音波）と、第２音波（即ち、一の音声信号に対応される第２音波）とが、合成された合成音波の音圧レベルは、（音声信号の位相差に基づくのみで、）音波の干渉の影響が殆ど又は完全にない、通常のレベルに維持される。また、右側方向、及び左側方向のうちいずれか他方の方向（例えば、第１スピーカの側）においては、第１音波（即ち、一の音声信号に対応される第１音波）の音圧レベルは、音波の干渉の影響が殆ど又は完全にない、通常のレベルに維持される。

この結果、放射された音波（即ち、一の音声信号に対応される第１音波及び第２音波）の音圧レベルは、横方向、即ち、右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向（例えば第２スピーカの側）において、相対的に低くさせる。と共に、（i）正面方向と、（ii）右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向と、において、相対的に高くさせる。従って、第１スピーカ及び第２スピーカから放射される音波（即ち、一の音声信号に対応される第１音波及び第２音波）に、適切に指向性を保持させることが可能である。

概ね同様にして、他の位相変化手段に基づいて、横方向、即ち、右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向（例えば、第１スピーカの側）において、第１スピーカから放射される第１音波（即ち、他の音声信号に対応される第１音波）と、第２スピーカから放射される第２音波（即ち、他の音声信号に対応される第２音波）とは、例えば１８０度（π）程度の位相差に基づいて打ち消し合い、この周波数に対応される音圧レベルは、殆どゼロとさせることが可能である。他方、正面方向においては、第１音波（即ち、他の音声信号に対応される第１音波）と、第２音波（即ち、他の音声信号に対応される第２音波）とが、合成された合成音波の音圧レベルは、（音声信号の位相差に基づくのみで、）音波の干渉の影響が殆ど又は完全にない、通常のレベルに維持される。また、右側方向、及び左側方向のうちいずれか他方の方向（例えば、第２スピーカの側）においては、第２音波（即ち、他の音声信号に対応される第２音波）の音圧レベルは、音波の干渉の影響が殆ど又は完全にない、通常のレベルに維持される。

この結果、放射された音波（即ち、他の音声信号に対応される第１音波及び第２音波）の音圧レベルは、横方向、即ち、右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向（例えば第１スピーカの側）において、相対的に低くさせる。と共に、（i）正面方向と、（ii）右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向と、において、相対的に高くさせる。従って、第１スピーカ及び第２スピーカから放射される音波（即ち、他の音声信号に対応される第１音波及び第２音波）に、適切に指向性を保持させることが可能である。

以上の結果、異なる複数の音声信号を再生する、第１スピーカＳＰ１、及び第２スピーカＳＰ２から放射される、複数の音声信号に対応した音波に、適切な指向性を夫々保持させることが可能である。

本発明のスピーカ装置の他の態様では、前記位相変化手段は、ディジタルフィルタ回路である。

この態様によれば、ディジタルフィルタ回路に基づいて、低コストに、小型の位相変化手段を、簡便に実現することが可能である。

本発明のスピーカ装置の他の態様では、前記第１スピーカ、及び前記第２スピーカは、再生方向を略同じにさせると共に、水平方向に並んで配置され、前記第１スピーカ、及び前記第２スピーカの外側付近において、吸音材を更に備える。

この態様によれば、第１スピーカ、及び前記第２スピーカの外側付近に備えられた、吸音材に基づいて、第１スピーカ及び第２スピーカによって放射された音波の音圧レベルは、横方向、即ち、右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向において、相対的に低くさせ、放射される音波に、適切に指向性を保持させることが可能である。

本発明のスピーカ装置の他の態様では、前記第１スピーカの再生方向と、前記第２スピーカの再生方向とは、略９０度だけ異なる。

この態様によれば、再生方向が、第１スピーカの再生方向と略９０度だけ異なるように配置された、第２スピーカに基づいて、第１スピーカ及び第２スピーカによって放射された音波の音圧レベルは、横方向、即ち、右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向において、相対的に低くさせ、放射される音波に、適切に指向性を保持させることが可能である。

本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施例から明らかにされる。

以上説明したように、本発明のスピーカ装置によれば、第１スピーカ、第２スピーカ、及び位相変化手段を備える。従って、第１スピーカ及び第２スピーカによって放射された音波の音圧レベルは、横方向、即ち、右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向において、相対的に低くさせ、放射される音波に、適切に指向性を保持させることが可能である。

本実施例に係るスピーカ装置の基本構成を図式的に示したブロック図（図１（ａ））、及びスピーカ装置の配置を図式的に示した模式図（図１（ｂ））である。本実施例に係る１次フィルタ回路の構成を図式的に示した回路図（図２（ａ））、及び１次フィルタ回路の位相特性を図式的に示したグラフ（図２（ｂ））である。本実施例に係る２次フィルタ回路の構成を図式的に示した回路図（図３（ａ））、及び２次フィルタ回路の位相特性を図式的に示したグラフ（図３（ｂ））である。本実施例に係る、周波数をパラメータとして決定される位相の変化量を示す位相特性の一具体例を示したグラフである。本実施例に係る位相特性の一具体例を示したグラフ（図５（ａ））、及び、本実施例に係る位相特性において、１８０度だけ位相を変化させる場合の基本原理を図式的に示した模式図（図５（ｂ））である。本実施例に係る位相特性の一具体例を示したグラフ（図６（ａ））、及び、本実施例に係る位相特性において、９０度だけ位相を変化させる場合の基本原理を図式的に示した模式図（図６（ｂ））である。本実施例に係る位相特性の一具体例を示したグラフ（図７（ａ））、及び、本実施例に係る位相特性において、位相を変化させない場合の基本原理を図式的に示した模式図（図７（ｂ））である。本実施例に係る、周波数をパラメータとして決定される位相の変化量を示す位相特性の他の具体例を示したグラフである。本実施例に係る、音声が放射する指向方向の角度と、周波数と、音圧レベルとの関係を示したグラフ（図９（ａ））、及び、本実施例に係る、音圧レベルと、周波数との関係を示したグラフ（図９（ｂ））である。比較例に係る、音声が放射する指向方向の角度と、周波数との関係を示したグラフ（図１０（ａ））、及び、比較例に係る、音圧レベルと、周波数との関係を示したグラフ（図１０（ｂ））である。他の実施例（その１）に係るスピーカ装置の一及び他の基本構成を図式的に示したブロック図（図１１（ａ）及び図１１（ｂ））である。他の実施例（その１）に係るスピーカ装置に備えられたフィルタ回路において、合成された位相特性を図式的に示したグラフである。他の実施例（その１）に係るスピーカ装置の他の基本構成を図式的に示したブロック図である。他の実施例（その２）に係るスピーカ装置の他の基本構成を図式的に示したブロック図である。他の実施例（その３）に係るスピーカ装置の他の基本構成を図式的に示したブロック図である。他の実施例（その４）に係るスピーカ装置の他の基本構成を図式的に示したブロック図である。他の実施例（その４）に係るスピーカ装置の応用例を図式的に示した模式図である。

符号の説明

ＳＰ１第１スピーカ
ＳＰ２第２スピーカ
ＡＰＦ１１次フィルタ回路
ＡＰＦ２２次フィルタ回路

以下、本発明を実施するための最良の形態について実施例毎に順に図面に基づいて説明する。

（１）本実施例に係るスピーカ装置
次に、図１から図３を参照して、本実施例に係るスピーカ装置について詳細に説明する。

（１−１）基本構成
先ず、図１を参照して、本実施例に係るスピーカ装置の基本構成について説明する。ここに、図１は、本実施例に係るスピーカ装置の基本構成を図式的に示したブロック図（図１（ａ））、及びスピーカ装置の配置を図式的に示した模式図（図１（ｂ））である。

図１（ａ）に示されるように、本実施例に係るスピーカ装置ＳＰは、音声信号を再生し、音波を放射する第１スピーカＳＰ１、音声信号を再生し、音波を放射する第２スピーカＳＰ２、第１スピーカＳＰ１に接続された１次フィルタ回路ＡＰＦ１、及び、第２スピーカＳＰ２に接続された２次フィルタ回路ＡＰＦ２を備えて構成されている。尚、第１スピーカＳＰ１、及び、第２スピーカＳＰ２は、アンプ（amplifier）を内部に有していてもよいし、外部に有していてもよい。また、１次フィルタ回路ＡＰＦ１、及び、２次フィルタ回路ＡＰＦ２によって、本発明に係る位相変化手段の一具体例が構成されている。また、図１（ｂ）に示されるように、一つの筐体内に格納された、第１スピーカＳＰ１、及び、第２スピーカＳＰ２は、水平方向に並んで配置されている。第１スピーカＳＰ１と、第２スピーカＳＰ２とは、水平方向に、所定距離「Ｌ」だけ離れている。そして、第１スピーカから放射される音波と、第２スピーカから放射される音波との合成音波の放射方向は、この水平方向と概ね交わる方向である。尚、第１スピーカＳＰ１、及び、第２スピーカＳＰ２は、２つの筐体に夫々格納されていてもよい。

特に、本実施例においては、図１（ａ）に示されるように、第１スピーカＳＰ１及び第２スピーカＳＰ２から、放射された音波の音圧レベルは、横方向（水平方向）、即ち、右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向（例えば、第２スピーカＳＰ２側）において、相対的に低くさせることを目的とする。と共に、（i）正面方向と、（ii）右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向と、において、相対的に高くさせることを目的とする。即ち、放射される音波に、適切に指向性を保持させることを主な目的とする。

（１−２）詳細構成
次に、図２及び図３を参照して、本実施例に係るスピーカ装置の詳細構成について説明する。ここに、図２は、本実施例に係る１次フィルタ回路の構成を図式的に示した回路図（図２（ａ））、及び１次フィルタ回路の位相特性を図式的に示したグラフ（図２（ｂ））である。図３は、本実施例に係る２次フィルタ回路の構成を図式的に示した回路図（図３（ａ））、及び２次フィルタ回路の位相特性を図式的に示したグラフ（図３（ｂ））である。

図２（ａ）に示されるように、１次フィルタ回路ＡＰＦ１は、インダクタ（コイル）、又はキャパシタ（コンデンサ）を含んだ１次の全域通過フィルタであるようにしてもよい。この１次フィルタ回路ＡＰＦ１は、図２（ｂ）に示されるように、振幅特性が一定（例えば「0（dB）」）であり、（i）位相の変化量が、基準となる角周波数「ωn」において「-90（度）」であり、（ii）位相の変化量が、この基準となる角周波数「ωn」を超えると、「-180（度）」となる物理的な特性を有する。この１次フィルタ回路ＡＰＦ１を、例えば第１スピーカＳＰ１に適用する。

他方、図３（ａ）に示されるように、２次フィルタ回路ＡＰＦ２は、インダクタ（コイル）、又はキャパシタ（コンデンサ）を含んだ格子型のアナログ回路である、２次の全域通過フィルタであるようにしてもよい。この２次フィルタ回路ＡＰＦ２は、図３（ｂ）に示されるように、振幅特性が一定（例えば「0（dB）」）であり、（i）位相の変化量が、基準となる角周波数「ωn」において「-180（度）」であり、（ii）位相の変化量が、この基準となるそれを超えると「-360（度）」となる物理的な特性を有する。この２次フィルタ回路ＡＰＦ２を、例えば第２スピーカＳＰ２に適用する。

より詳細には、本実施例に係るスピーカ装置に有される位相特性は、次の４つの各種の条件に基づいて、設計されている。１番目の条件は、横方向（水平方向）、即ち、右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向においてのみ、放射される音波の音圧レベルを低下させることを条件とする。２番目の条件は、横方向における位相差を、「180（度）」（即ち、逆位相）に近づけることを条件とする。３番目の条件は、正面方向の位相差は、殆ど又は完全に生じさせないこと、言い換えると、正面方向の音圧レベルの乱れや損失を所定の許容範囲内（「3（dB）」程度）に収めることを条件とする。４番目の条件は、２番目の条件を満たしつつ、３番目の条件における正面方向の音圧レベルの乱れや損失を最小限にすることを条件とする。尚、本発明に係る位相変化手段を、ディジタルフィルタ回路によって実現することも可能である。この結果、所望となる位相特性を、ディジタルフィルタ回路に基づいて、近似精度が高めつつ、実現することができる。

（２）位相特性について
次に、図４から図７を参照して、本実施例に係る、周波数をパラメータとして決定される位相の変化量を示す位相特性について説明する。ここに、図４は、本実施例に係る、周波数をパラメータとして決定される位相の変化量を示す位相特性の一具体例を示したグラフである。
図５は、本実施例に係る位相特性の一具体例を示したグラフ（図５（ａ））、及び、本実施例に係る位相特性において、１８０度だけ位相を変化させる場合の基本原理を図式的に示した模式図（図５（ｂ））である。図６は、本実施例に係る位相特性の一具体例を示したグラフ（図６（ａ））、及び、本実施例に係る位相特性において、９０度だけ位相を変化させる場合の基本原理を図式的に示した模式図（図６（ｂ））である。図７は、本実施例に係る位相特性の一具体例を示したグラフ（図７（ａ））、及び、本実施例に係る位相特性において、位相を変化させない場合の基本原理を図式的に示した模式図（図７（ｂ））である。

図４に示されるように、本実施例に係る位相特性においては、周波数をパラメータとした位相の変化量を示す非線形曲線は、少なくとも、基準周波数（例えば1.75（kHz））において、位相の変化量が０度の値を取るように、規定される。ここに、本実施例に係る基準周波数とは、空気中の音速に基づいて規定可能であると共に、所定距離の略２倍の長さの波長に対応される周波数を意味する。本実施例に係る位相特性を示す非線形曲線においては、周波数が、基準周波数に近づくに従って、位相の変化量は小さくなり、周波数が、基準周波数から離れるに従って、位相の変化量は大きくなる。尚、図４中の点線は、シミュレーション、実験式、理論式、又は経験式によって、前述した２番目の条件である、横方向における位相差を、「180（度）」（即ち、逆位相）に近づける条件を満たした結果、生じるグラフ（縦軸の範囲：±１８０度）上の変化を示す。

具体的には、図５（ａ）に示されるように、音声信号の周波数が、例えば、約200（Hz）等の周波数（点「Ｐ１」を参照）であり、音声信号の周波数に対応される波長が所定距離と比較して著しく大きい場合、例えば、第１スピーカ及び第２スピーカのうち少なくとも一方において再生される音声信号の位相を、例えば１８０度（π）程度、進める又は遅らせる等して変化させる。

言い換えると、図５（ｂ）に示されるように、例えば音声信号の周波数に対応され、第１スピーカから放射される第１音波の波長（「音１」を参照）、及び、音声信号の周波数に対応され、第２スピーカから放射される第２音波の波長（「音２」を参照）が、第１スピーカＳＰ１と第２スピーカＳＰ２との所定距離「Ｌ」と比較して、例えば数倍から数百倍程度、長い場合、例えば、第１スピーカ及び第２スピーカのうち少なくとも一方において再生される音声信号の位相を、例えば１８０度（π）程度、進める又は遅らせる等して変化させる。従って、横方向（水平方向）、即ち、右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向において、第１スピーカから放射される第１音波の位相と、第２スピーカから放射される第２音波の位相とに、例えば１８０度（π）程度の位相差が生じる。

或いは、図６（ａ）に示されるように、音声信号の周波数が、例えば、約900（Hz）等の周波数（点「Ｐ２」を参照）である場合、例えば、第１スピーカ及び第２スピーカのうち少なくとも一方において再生される音声信号の位相を、例えば９０度（π／２）程度、進める又は遅らせる等して変化させる。

言い換えると、図６（ｂ）に示されるように、第１スピーカＳＰ１と第２スピーカＳＰ２との所定距離「Ｌ」が、音声信号の周波数に対応され、第１スピーカから放射される第１音波の波長（「音１」を参照）、及び、音声信号の周波数に対応され、第２スピーカから放射される第２音波の波長（「音２」を参照）の略４分の１である場合、第１スピーカ及び第２スピーカのうち少なくとも一方において再生される音声信号の位相を、例えば９０度（π／２）程度、進める又は遅らせる等して変化させる。従って、横方向（水平方向）、即ち、右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向において、第１スピーカから放射される第１音波の位相と、第２スピーカから放射される第２音波の位相とに、例えば１８０度（π）程度の位相差が生じる。

或いは、図７（ａ）に示されるように、音声信号の周波数が、例えば、約1750（Hz）等の基準周波数（点「Ｐ３」を参照）である場合、例えば、第１スピーカ及び第２スピーカのうち少なくとも一方において再生される音声信号の位相を、例えば０度の程度、進める又は遅らせる、即ち、変化させない。

言い換えると、図７（ｂ）に示されるように、第１スピーカＳＰ１と第２スピーカＳＰ２との所定距離「Ｌ」が、音声信号の周波数に対応され、第１スピーカから放射される第１音波の波長（「音１」を参照）、及び、音声信号の周波数に対応され、第２スピーカから放射される第２音波の波長（「音２」を参照）の略２分の１である場合、第１スピーカ及び第２スピーカのうち少なくとも一方において再生される音声信号の位相を、例えば０度の程度、進める又は遅らせる、即ち、変化させない。従って、横方向（水平方向）、即ち、右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向において、第１スピーカから放射される第１音波の位相と、第２スピーカから放射される第２音波の位相とに、例えば１８０度（π）程度の位相差が生じる。

他方、正面方向においては、第１音波と、第２音波とが、合成された合成音波の音圧レベルは、（音声信号の位相差に基づくのみで、）音波の干渉の影響が殆ど又は完全にない、通常のレベルに維持される。また、右側方向、及び左側方向のうちいずれか他方の方向においては、第１音波、及び第２音波のうちいずれか一方の音圧レベルは、音波の干渉の影響が殆ど又は完全にない、通常のレベルに維持される。

以上の結果、本実施例に係るスピーカ装置ＳＰによれば、放射された音波の音圧レベルは、横方向（水平方向）、即ち、右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向において、相対的に低くさせる。と共に、（i）正面方向と、（ii）右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向と、において、相対的に高くさせる。従って、第１スピーカ及び第２スピーカから放射される音波に、適切に指向性を保持させることが可能である。

（３）本実施例の作用と効果の検討
次に、図８から図１０を参照して、本実施例に係る、作用と効果とについて検討する。ここに、図８は、本実施例に係る、周波数をパラメータとして決定される位相の変化量を示す位相特性の他の具体例を示したグラフである。図９は、本実施例に係る、音声が放射する指向方向の角度と、周波数と、音圧レベルとの関係を示したグラフ（図９（ａ））、及び、本実施例に係る、音圧レベルと、周波数との関係を示したグラフ（図９（ｂ））である。図１０は、比較例に係る、音声が放射する指向方向の角度と、周波数との関係を示したグラフ（図１０（ａ））、及び、比較例に係る、音圧レベルと、周波数との関係を示したグラフ（図１０（ｂ））である。尚、図９及び図１０において、「+（プラス）」（又は「−（マイナス）」）は、第１スピーカと第２スピーカが配置された水平方向の垂直方向を基準にして、右側及び左側のいずれか一方の方向に基づいて規定される。

図８に示されるように、本実施例に係る位相変化手段における、位相特性を規定する。図８中の点線は、目標となる理論的な位相特性を示す。尚、この目標となる理論的な位相特性は、第１スピーカＳＰ１と第２スピーカＳＰ２とが水平に配置された水平方向から９０度だけ異なる方向、所謂、正面方向の音圧レベルの乱れを３（dB）以内とするように規定されている。他方、図８中の実線は、実際に実現できた位相特性を示す。尚、この実際に実現できた位相特性は、第１スピーカＳＰ１と第２スピーカＳＰ２との所定距離「Ｌ」は、「10（ｃｍ）」とし、本実施例に係る位相変化手段の一具体例である、１次フィルタ回路「ＡＰＦ１」の基準となる角周波数は、280（Hz）であり、本実施例に係る位相変化手段の他の具体例である、２次フィルタ回路「ＡＰＦ２」の基準となる角周波数は、1850（Hz）であるように設計されている。また、第１スピーカＳＰ１及び第２スピーカＳＰ２の口径は、共に「5（cm）」とする。

このように設計された位相特性に基づくと、図９（ａ）に示されるように、周波数が１（kHz）から２（kHz）である第１音声信号は、音声が放射する指向方向の角度が、「-90（度）」から「-60（度）」において、音圧レベルが「-20」から「-18」となり、相対的に音圧レベルを低くさせることが可能である。加えて、図９（ｂ）の実線と点線に示されるように、例えば「+30（度）」から「-30（度）」等の正面方向の音圧レベルと、例えば「-60（度）」から「-90（度）」等の横方向の音圧レベルとを比較すると、音声信号の周波数が、例えば「800（Hz）」から「3（KHz）」等の人の音声に対応される範囲において、横方向の音圧レベルが極端に低くなることを確証することができる。この正面方向の音圧レベルは、第１音声信号と、第２音声信号とが合成されることは言うまでもない。

尚、横方向の音圧レベルは、「5（kHz）」の周波数の付近において、高くなっていることに対しては、後述される吸音材が有効に作用する周波数の帯域に含まれるので、吸音材によって、減衰させることが可能である。

仮に、上述した位相特性を考慮しない比較例においては、図１０（ａ）に示されるように、音圧レベルの相対的な低下は、ごく狭い周波数の帯域での、音声信号に対してしか、実現できず、相対的に広い周波数の帯域での、音声信号に対して、指向性を実現することは困難である。尚、図１０の実線と点線に示されるように、例えば「+30（度）」から「-30（度）」等の正面方向の音圧レベルと、例えば「-60（度）」から「-90（度）」等の横方向の音圧レベルとを比較すると、音声信号の周波数が、例えば「800（Hz）」から「2（KHz）」等の人の音声に対応される範囲において、横方向の音圧レベルが、本実施例に係る図９（ａ）に示された音圧レベルに比べて、高くなってしまうことが分かる。

これに対して、本実施例によれば、上述された位相特性に基づくと、図９（ａ）に示されるように、周波数が１（kHz）から２（kHz）である第１音声信号は、音声が放射する指向方向の角度が、「-90（度）」から「-60（度）」において、音圧レベルが「-20」から「-18」となり、相対的に音圧レベルを低くさせることが可能である。

以上の結果、第１スピーカ及び第２スピーカによって放射された音波の音圧レベルは、横方向、即ち、右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向において、相対的に低くさせ、放射される音波に、適切に指向性を保持させることが可能である。加えて、物理的条件や物理的特性が明確にされて設計された、１次フィルタ回路、及び２次フィルタ回路等のアナログの全域通過フィルタ回路に基づいて、低コストに、小型の位相変化手段を、簡便に実現することが可能である。

（４）他の実施例
次に、図１１から図１７を参照して、他の実施例について説明する。

（４−１）他の実施例（その１）
先ず、図１１から図１３を参照して、他の実施例（その１）について説明する。ここに、図１１は、他の実施例（その１）に係るスピーカ装置の一及び他の基本構成を図式的に示したブロック図（図１１（ａ）及び図１１（ｂ））である。図１２は、他の実施例（その１）に係るスピーカ装置に備えられたフィルタ回路において、合成された位相特性を図式的に示したグラフである。図１３は、他の実施例（その１）に係るスピーカ装置の他の基本構成を図式的に示したブロック図である。

図１１（ａ）に示されるように、上述した位相特性を実現するために、他の実施例に係るスピーカ装置の一の基本構成においては、第１スピーカＳＰ１、第２スピーカＳＰ２、第１スピーカＳＰ１に接続された１次フィルタ回路ＡＰＦ１、及び、第１スピーカＳＰ１に接続された、２次フィルタ回路ＡＰＦ２と双対な関係を保持する双対２次フィルタ回路ＡＰＦ２ａを備えて構成されるようにしてもよい。ここに、本実施例に係る「双対（dual）な関係」とは、具体的には、1次フィルタ回路と双対な間係を有するフィルタ回路とは、インダクタと、キャパシタとを入れ換えた構成を有するフィルタ回路であり、２次フィルタ回路と双対な間係を有するフィルタ回路とは、直列共振回路と並列共振回路とを入れ換えた構成を有するフィルタ回路である。

より詳細には、１次フィルタ回路ＡＰＦ１と、双対２次フィルタ回路ＡＰＦ２ａとを合わせて、第１スピーカＳＰ１に接続した場合、図１２に示されるように、振幅特性が一定（例えば「0（dB）」）であり、（i）位相の変化量が、基準となる角周波数「ωn1」において「-90（度）」であり、（ii）位相の変化量が、この基準となる角周波数「ωn２」を超えると、「180（度）」となる物理的な特性を有するようにしてもよい。

或いは、図１１（ｂ）に示されるように、上述した位相特性を実現するために、他の実施例に係るスピーカ装置の他の基本構成においては、第１スピーカＳＰ１、第２スピーカＳＰ２、第１スピーカＳＰ１に接続された１次フィルタ回路ＡＰＦ１、第２スピーカＳＰ２に接続された２次フィルタ回路ＡＰＦ２、及び、１次フィルタ回路ＡＰＦ１と双対な関係を保持する双対１次フィルタ回路ＡＰＦ１ａを備えて構成してもよい。

更に、或いは、図１３に示されるように、上述した位相特性を実現するために、他の実施例に係るスピーカ装置の他の基本構成においては、第１スピーカＳＰ１、第２スピーカＳＰ２、第１スピーカＳＰ１に接続された１次フィルタ回路ＡＰＦ１、及び、第２スピーカＳＰ２に接続された１次フィルタ回路ＡＰＦ１を備えて構成してもよい。

以上の結果、上述した位相特性を実現するための部品点数を減らすことが可能である。

（４−２）他の実施例（その２）
次に、図１４を参照して、他の実施例（その２）について説明する。ここに、図１４は、他の実施例（その２）に係るスピーカ装置の他の基本構成を図式的に示したブロック図である。

図１４に示されるように、他の実施例に係るスピーカ装置の他の基本構成においては、第１スピーカＳＰ１、第２スピーカＳＰ２、第１スピーカＳＰ１に接続された１次フィルタ回路ＡＰＦ１、第２スピーカＳＰ２に接続された２次フィルタ回路ＡＰＦ２、吸音材１、及び吸音材２を備えて構成されるようにしてもよい。特に、吸音材１、及び吸音材２は、横方向（水平方向）に配置される。

この結果、第１スピーカＳＰ１、及び第２スピーカＳＰ２から放射された音波の音圧レベルは、横方向（水平方向）、即ち、右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向において、相対的に低くさせる。と共に、（i）正面方向と、（ii）右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向と、において、相対的に高くさせる。従って、第１スピーカＳＰ１、及び第２スピーカＳＰ２から放射される音波に、より適切に指向性を保持させることが可能である。

（４−３）他の実施例（その３）
次に、図１５を参照して、他の実施例（その３）について説明する。ここに、図１５は、他の実施例（その３）に係るスピーカ装置の他の基本構成を図式的に示したブロック図である。

図１５に示されるように、他の実施例に係るスピーカ装置の他の基本構成においては、第１スピーカＳＰ１、第２スピーカＳＰ２、第１スピーカＳＰ１に接続された１次フィルタ回路ＡＰＦ１、及び、第２スピーカＳＰ２に接続された２次フィルタ回路ＡＰＦ２を備えて構成されるようにしてもよい。特に、第２スピーカＳＰ２は、当該第２スピーカＳＰ２の再生方向が、第１スピーカＳＰ１の再生方向と例えば９０度に交わるように配置される。尚、音圧レベルのゲインを、更に調整するようにしてもよい。

この結果、第１スピーカＳＰ１及び第２スピーカＳＰ２の異なる再生方向に基づいて、第１スピーカＳＰ１、及び第２スピーカＳＰ２から放射される音波に、より適切に指向性を保持させることが可能である。

（４−４）他の実施例（その４）
次に、図１６及び図１７を参照して、他の実施例（その４）について説明する。ここに、図１６は、他の実施例（その４）に係るスピーカ装置の他の基本構成を図式的に示したブロック図である。図１７は、他の実施例（その４）に係るスピーカ装置の応用例を図式的に示した模式図である。

図１６に示されるように、他の実施例に係るスピーカ装置の他の基本構成においては、音楽を保持する第１音声信号を再生するための第１スピーカＳＰ１、セリフを保持する第２音声信号を再生するための第２スピーカＳＰ２、第１スピーカＳＰ１に接続された１次フィルタ回路ＡＰＦ１、第２スピーカＳＰ２に接続された２次フィルタ回路ＡＰＦ２、第２スピーカＳＰ２に接続された１次フィルタ回路ＡＰＦ１ｘ、第１スピーカＳＰ１に接続された２次フィルタ回路ＡＰＦ２ｘを備えて構成されるようにしてもよい。

従って、例えば、横方向、即ち、右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向（例えば第２スピーカの側）において、第１スピーカから放射される第１音波（即ち、音楽に対応される第１音波）と、第２スピーカから放射される第２音波（即ち、音楽に対応される第２音波）とは、例えば１８０度（π）程度の位相差に基づいて打ち消し合い、この周波数に対応される音圧レベルは、殆どゼロとさせることが可能である。他方、正面方向においては、第１音波（即ち、音楽に対応される第１音波）と、第２音波（即ち、音楽に対応される第２音波）とが、合成された合成音波の音圧レベルは、（音声信号の位相差に基づくのみで、）音波の干渉の影響が殆ど又は完全にない、通常のレベルに維持される。また、右側方向、及び左側方向のうちいずれか他方の方向（例えば第１スピーカの側）においては、第１音波（即ち、音楽に対応される第１音波）の音圧レベルは、音波の干渉の影響が殆ど又は完全にない、通常のレベルに維持される。

この結果、本実施例に係るスピーカ装置ＳＰによれば、放射された音波（即ち、音楽に対応される第１音波及び第２音波）の音圧レベルは、横方向（水平方向）、即ち、右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向（例えば、第２スピーカの側）において、相対的に低くさせる。と共に、（i）正面方向と、（ii）右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向と、において、相対的に高くさせる。従って、第１スピーカ及び第２スピーカから放射される音波（即ち、音楽に対応される第１音波及び第２音波）に、適切に指向性を保持させることが可能である。

概ね同様にして、例えば、横方向、即ち、右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向（例えば、第１スピーカの側）において、第１スピーカから放射される第１音波（即ち、セリフに対応される第１音波）と、第２スピーカから放射される第２音波（即ち、セリフに対応される第２音波）とは、例えば１８０度（π）程度の位相差に基づいて打ち消し合い、この周波数に対応される音圧レベルは、殆どゼロとさせることが可能である。他方、正面方向においては、第１音波（即ち、セリフに対応される第１音波）と、第２音波（即ち、セリフに対応される第２音波）とが、合成された合成音波の音圧レベルは、（音声信号の位相差に基づくのみで、）音波の干渉の影響が殆ど又は完全にない、通常のレベルに維持される。また、右側方向、及び左側方向のうちいずれか他方の方向（例えば、第２スピーカの側）においては、第２音波（即ち、セリフに対応される第２音波）の音圧レベルは、音波の干渉の影響が殆ど又は完全にない、通常のレベルに維持される。

この結果、第１スピーカＳＰ１及び第２スピーカＳＰ２放射された音波（即ち、セリフに対応される第１音波及び第２音波）の音圧レベルは、横方向（水平方向）、即ち、右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向（例えば第１スピーカの側）において、相対的に低くさせる。と共に、（i）正面方向と、（ii）右側方向、及び左側方向のうちいずれか一方の方向と、において、相対的に高くさせる。従って、第１スピーカ及び第２スピーカから放射される音波（即ち、セリフに対応される第１音波及び第２音波）に、適切に指向性を保持させることが可能である。

より具体的には、図１７に示されるように、自動車の乗員の空間において、前側席においては、例えば気象情報等のセリフを保持する音声信号を再生させると共に、後ろ側席においては、例えば映画の音声を保持する音声信号を再生させることも可能である。

上述した実施例では、例えば家庭用、車載用のスピーカ装置について説明したが、本発明は、例えば、例えば業務用のコンサートホールや、店舗等の大きな空間におけるスピーカ装置にも適用可能である。

本発明は、上述した実施例に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うスピーカ装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本発明に係るスピーカ装置は、例えば音声信号の再生方向に指向性を有する、少なくとも２つのスピーカを備えるスピーカ装置に利用可能である。

Claims

音声信号を再生する第１スピーカと、
前記音声信号を再生すると共に、前記第１スピーカと水平方向に所定距離だけ離れて配置される第２スピーカと、
を備え、
前記第１スピーカ、及び前記第２スピーカのうちの少なくとも一方は、（i）前記音声信号の周波数、及び（ii）前記所定距離に基づいて、前記音声信号の位相を、所定量の位相だけ、変化させる位相変化手段を有し、
前記位相変化手段は、（i）前記音声信号の周波数が、前記所定距離の略２倍の長さの波長に対応される基準周波数に近づくに従って、前記所定量を小さくさせ、（ii）前記音声信号の周波数が、前記基準周波数から離れるに従って、前記所定量を大きくさせることを特徴とするスピーカ装置。
前記位相変化手段は、（i）前記音声信号の周波数が、前記所定距離の略２倍の長さの波長に対応される基準周波数に近づくに従って、前記所定量の絶対値を小さくさせ、（ii）前記音声信号の周波数が、前記基準周波数から離れるに従って、前記所定量の絶対値を大きくさせることを特徴とする請求項１に記載のスピーカ装置。
前記位相変化手段は、前記音声信号の周波数が、前記所定距離の２倍の長さの波長に対応される基準周波数と、略等しい場合、前記所定量を略ゼロにすることを特徴とする請求項１又は２に記載のスピーカ装置。
前記位相変化手段は、前記所定距離の２倍の長さの波長に対応される基準周波数を、人の音声に対応される所定の範囲に設定することを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載のスピーカ装置。
前記位相変化手段は、前記第１スピーカが放射する第１音波と、前記第２スピーカが放射する第２音波とを合成した合成音波の音圧レベルに基づいて、前記所定量の位相だけ変化させることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項に記載のスピーカ装置。
前記位相変化手段は、インダクタ、又はキャパシタを含むフィルタ回路であることを特徴とする請求項１から５のうちいずれか一項に記載のスピーカ装置。
前記位相変化手段は、インダクタ、又はキャパシタを含む全域通過フィルタ回路であることを特徴とする請求項１から６のうちいずれか一項に記載のスピーカ装置。
前記位相変化手段は、（i）前記音声信号に対して、第１角度の位相だけ変化させる１次フィルタ回路、及び、（ii）前記第２音声信号に対して、第２角度の位相だけ変化させる２次フィルタ回路のうち少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１から７のうちいずれか一項に記載のスピーカ装置。
前記位相変化手段は、（i）前記１次フィルタ回路に加えて、又は、代えて、前記２次フィルタ回路と双対な関係を保持する双対２次フィルタ回路、又は、（ii）前記２次フィルタ回路に加えて、又は、代えて、前記１次フィルタ回路と双対な関係を保持する双対１次フィルタ回路を含むことを特徴とする請求項８に記載のスピーカ装置。
前記第１スピーカ、及び前記第２スピーカのうちの少なくとも一方は、一の前記音声信号に対応される一の前記位相変化手段を有し、
前記第１スピーカ、及び前記第２スピーカのうちの少なくとも他方は、他の前記音声信号に対応される他の前記位相変化手段を有することを特徴とする請求項１から９のうちいずれか一項に記載のスピーカ装置。
前記位相変化手段は、ディジタルフィルタ回路であることを特徴とする請求項１から１０のうちいずれか一項に記載のスピーカ装置。
前記第１スピーカ、及び前記第２スピーカは、再生方向を略同じにさせると共に、水平方向に並んで配置され、
前記第１スピーカ、及び前記第２スピーカの外側付近において、吸音材を更に備えることを特徴とする請求項１から１１のうちいずれか一項に記載のスピーカ装置。
前記第１スピーカの再生方向と、前記第２スピーカの再生方向とは、略９０度だけ異なることを特徴とする請求項１から１２のうちいずれか一項に記載のスピーカ装置。