JP4844306B2 - アレイスピーカ装置 - Google Patents

Description

本発明は、アレイスピーカの音量を制御する技術に関する。

指向性を高めることのできるスピーカシステム、いわゆる狭指向性を有するスピーカシステムとして、例えば、スピーカアレイがある。スピーカアレイは、個々のスピーカから放出される音の振幅、位相などを制御することにより指向性を高くして、ビーム化した音を所望の場所へ放出することができる。音をビーム化することにより、遠く離れた場所に対しても音量の減衰が少ない状態で音を伝えることが可能であることから、大きなホールなどで頻繁に用いられる。一方でアレイスピーカは、音の周波数帯域が狭くなりやすいため、例えば、特許文献１のように、スピーカから出力される音の周波数を広帯域化するために、複数の大きさのスピーカをそれぞれ異なる間隔で配置して、音の周波数によって使い分けるタイプのものもある。
特開２００６−６７３０１号公報

アレイスピーカから大きな音量を出力するためには、スピーカの数量を多くする必要がある。しかし、スピーカの数量を多くすると、各スピーカから放出される音の位相反転の影響が大きくなり、高周波域の音圧が減衰する領域が発生する。これは、例えば、ある受音点においてアレイスピーカ中央部と外縁部のスピーカ位置との行路差に応じて位相が反転してしまい、位相干渉が起こることによる。また、位相が反転する周波数は行路差に依存するため、スピーカの数量が増えてアレイスピーカユニットが大きくなって行路差が大きくなると、反転周波数が低くなり出力できる音の周波数帯域が狭くなってしまう。さらに周波数帯域ごとにスピーカを使い分けるとするなら、その分だけ余計に大型化、複雑化してしまうことになる。

大きな音量を出力できるアレイスピーカは上記の問題を抱えているが、大型のアレイスピーカを使用するときには、いつでも大きな音量を必要としているわけではなく、音量を小さくして使用することもある。その場合は、アンプの増幅率を下げて音量を小さくすることになるが、駆動するスピーカの数は変わらないため、周波数帯域が狭い状態で放音されてしまうことは変わらない。

本発明は、上述の事情を鑑みてなされたものであり、大音量まで出力できるにもかかわらず、音量が小さいときは音の周波数帯域を広くすることができるアレイスピーカ装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明は、複数のスピーカを有するアレイスピーカと、前記アレイスピーカから放出される音の音量レベルを設定する設定手段と、前記設定手段によって設定された音量レベルに基づいて、前記複数のスピーカのうち放音されるスピーカの数を制御する制御手段とを有することを特徴とするアレイスピーカ装置を提供する。

また、別の好ましい態様において、前記複数のスピーカの各々に接続された複数のアンプをさらに有し、前記制御手段は、前記アンプの電源のオン／オフを制御することにより放音されるスピーカの数を制御してもよいし、前記アンプの増幅率を制御することにより放音されるスピーカの数を制御してもよい。

大音量が扱えるアレイスピーカ装置において、小さい音量で音を出力するときには一部のアンプの電源をオフにして放音するスピーカの数を減らすことにより、従来行われていた全てのスピーカを用いてアンプの増幅率を小さくして出力する場合よりも、高周波数の音圧の減衰が少なくなり、広い周波数帯域の音を出力することができる。

以下、本発明の一実施形態について説明する。

＜実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係るアレイスピーカ装置１の構成を示したブロック図である。また、図２は、アレイスピーカ装置１の外観の一例を示す斜視図である。アレイスピーカ装置１に具備されているアレイスピーカ２は、直線状に１１台配置されたスピーカ２−１、２−２、・・・、２−１１を有している。入力された音声信号を増幅して出力するアンプ３−１、３−２、・・・、３−１１は、各々のスピーカごとに設置されており、例えば、スピーカ２−１はアンプ３−１から出力された信号に応じた音を出力する。また、アンプ３−１、３−２、・・・、３−１１の増幅率と電源のオン／オフは制御部６から制御できるようになっている。そして、１１台のアンプ３−１、３−２、・・・、３−１１によって、増幅部３が構成されている。

操作部４は、アレイスピーカ装置１から出力される最大音量（以下、音量レベルという）および音のビームの広がり（以下、指向角という）をボリュームつまみなどで設定し、その設定された値を制御部６に出力する。

記憶部５は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）や不揮発性メモリなどの記憶手段であって、音量レベルと指向角との組み合わせごとに、各スピーカから出力される音の遅延時間を制御するディレイパラメータ、各アンプにおける音の増幅率を制御するゲインパラメータ、各アンプの電源のオンオフを制御するスイッチパラメータを有し、例えば、図３に示すようにテーブルとして記憶している。

制御部６は、操作部４から出力された音量レベルと指向角の設定値に基づいて、記憶部５に記憶されているテーブルを参照して、当該設定値の組み合わせに対応したディレイパラメータ、ゲインパラメータ、スイッチパラメータを取得する。そして、ディレイパラメータを音声信号処理部７へ出力し、ゲインパラメータとスイッチパラメータに応じて、増幅部３のアンプ３−１、３−２、・・・、３−１１に対して個別に増幅率と電源の制御を行う。

音声信号処理部７は、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）などの信号処理回路であって、音声信号入力部８から入力された音声信号に対して、制御部６から出力されたディレイパラメータに応じて、スピーカ２−１、２−２、・・・、２−１１から出力される音の遅延時間を個別に制御するように音声信号の信号処理を行い、スピーカ２−１、２−２、・・・、２−１１に対応するアンプ３−１、３−２、・・・、３−１１にそれぞれ出力する。

次に、アレイスピーカ装置１の動作について、指向角を「２０度」、音量レベルを「２」とする場合を例として説明する。まず、操作部４を操作して、指向角の設定値を「２０」とし、音量レベルを「２」となるように設定する。続いて、制御部６は、操作部４から指向角の設定値「２０」と音量レベルの設定値「２」を取得する。そして、記憶部５に記憶されているテーブルを参照して、当該設定値に対応するディレイパラメータ、ゲインパラメータ、およびスイッチパラメータを取得する（図３の斜線部の領域）。

スイッチパラメータは、中心付近５台のスピーカに対応するアンプ３−４、３−５、３−６、３−７、３−８の電源をオンとし、その他のアンプ３−１、３−２、３−３、３−９、３−１０、３−１１については、電源をオフとするパラメータとして設定されている。ここでは、音量レベルが「２」の場合を例として説明したが、例えば、音量レベルが「５」のときは、全てのアンプの電源がオンになるように設定され、音量レベルが１下がるごとに、両端のスピーカに対応するアンプの電源がオフされていき、音量レベルが「１」のときは、中心付近３台のスピーカに対応するアンプ３−５、３−６、３−７の電源がオンになるようにパラメータが設定されている。

ゲインパラメータとディレイパラメータは、駆動する５台のスピーカを用いて指向角が２０度になるように設定されている。ゲインパラメータは、電源がオンになるアンプ３−４、３−５、３−６、３−７、３−８に対して設定され、サイドローブの影響を減少するために、図４に示すように、駆動している両端のスピーカに対応するアンプの増幅率が少なくなるように設定されている。ここで、図４は、横軸にスピーカの位置を示し、縦軸にはスピーカに対応するアンプの増幅率を示した図である。また、ディレイパラメータは、図５に示すように、焦点から２０度の角度で放音された場合にできる波面を各々のスピーカから出力される音で形成するように、各々のスピーカの音声信号を遅延させるパラメータとして設定されている。

続いて、制御部６は、取得したディレイパラメータを音声信号処理部７に出力する。また、スイッチパラメータに応じて、各々のアンプ３−１、３−２、・・・、３−１１の電源を制御する。この場合は、アンプ３−４、３−５、３−６、３−７、３−８の電源をオンにして、その他のアンプ３−１、３−２、３−３、３−９、３−１０、３−１１の電源をオフとする。そして、ゲインパラメータに応じた増幅率になるように、電源がオンしているアンプを制御する。

続いて、音声信号処理部７は、音声信号入力部８から入力された音声信号に対して、制御部６から出力されたディレイパラメータに基づいて、各々のスピーカに対応した遅延処理を行う。そして、各々のスピーカに対応した遅延処理を行ったそれぞれの音声信号を当該スピーカに接続されているアンプに出力する。そして、アンプ３−４、３−５、３−６、３−７、３−８は、音声信号処理部７から出力された音声信号を制御部６に制御された増幅率に応じて増幅して、各々のアンプに対応するスピーカから音を出力させる。

このようにして、大音量が扱えるアレイスピーカ装置において、小さい音量で音を出力するときには一部のアンプの電源をオフにして、放音するスピーカの数を減らすことにより、従来行われていた全てのスピーカを用いてアンプの増幅率を減らして出力する場合よりも、高周波数の音圧の減衰が少なくなり、広い周波数帯域の音を出力することができ、さらにアンプの消費電力を低減することもできる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は以下のように、さまざまな態様で実施可能である。

＜変形例１＞
実施形態においては、アレイスピーカ２は、直線状に配置されたスピーカを用いていたが、例えば、図６に示すように、スピーカ１２−１、１２−２、・・・１２−４９を平面状に配置したアレイスピーカ１２を具備したアレイスピーカ装置としてもよい。この場合は、図中の破線で囲われたスピーカに対応するアンプの電源をオンにするようにして、音量制御をすればよい。例えば、音量レベル「１」の場合は破線２１、音量レベル「２」の場合は破線２２で囲われたスピーカに対応するアンプの電源をオンにするようにし、音量レベル「３」では全てのアンプの電源をオンにするようにして、音量レベルを３段階に制御することができる。なお、説明の簡略化のために音量レベルを設定できる段階を少なくしたが、使用するスピーカを細かく選別することにより、音量レベルの設定をより詳細に設定できるようにしてもよい。例えば、音量レベル「１」では、９台のスピーカに対応するアンプの電源がオンになるが、９台のうち四隅に位置するスピーカに対応するアンプの電源をオフにして５台のみで駆動するようにして、音量レベルの段階を増やすことができる。

ここで、変形例１のスピーカ数を大きく増やして、平面状に５１２台のスピーカを配置し、指向角を３０度に設定した場合において、１００Ｈｚの音量の−１０ｄＢまで減衰してしまう周波数をシミュレーションした。その結果、全てを駆動した場合３ｋＨｚ、２４０台のスピーカを駆動した場合は５ｋＨｚ、６４台のスピーカを駆動した場合は１０ｋＨｚとなった。従来は、５１２台のスピーカで駆動する場合、音量を小さくしても−１０ｄＢまで減衰してしまう周波数は３ｋＨｚとなっていたが、本発明のように音量を小さくした場合は、６４台のスピーカでの駆動として数を減らすことで、−１０ｄＢまで減衰してしまう周波数は１０ｋＨｚまで広がることになり、広い周波数帯域の音を出力することができる。なお、指向角を大きくするほど、上記の影響が大きくなるため、本発明の効果が大きくなる。

＜変形例２＞
実施形態においては、音量レベルを「２」とした場合、中心付近５台のスピーカに対応するアンプ３−４、３−５、３−６、３−７、３−８の電源をオンにするようにスイッチパラメータを設定して駆動するスピーカを中心付近にまとめていたが、アンプ３−２、３−３、３−４、３−５、３−６の電源をオンにするようにして、駆動するスピーカの数を変えずに位置を変更してもよい。この場合は、ゲインパラメータ、ディレイパラメータについては、駆動されるスピーカの位置に合わせて設定すればよい。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。

＜変形例３＞
実施形態においては、スイッチパラメータにより制御部６がアンプの電源のオンオフ制御を行ったが、これを省略して、ゲインパラメータにより増幅率を制御することで、スピーカの駆動を制限してもよい。例えば、実施形態では、音量レベル「２」の場合は、ゲインパラメータは、電源がオンになるアンプに対して図４に示すような増幅率になるように決められていたが、全てのアンプに対して制御部６が増幅率を制御するようにして、駆動させないスピーカに対しては、当該スピーカに対応するアンプの増幅率が０になるように制御すればよい。このようにすれば、パラメータの種類を減らすことができ、制御部６の処理負担が軽減される。なお、スイッチパラメータを省略する代わりに、ゲインパラメータを省略してもよい。この場合は、アンプの増幅率は全てのアンプで一定になるようにしておけばよい。

＜変形例４＞
実施形態においては、制御部６は、ゲインパラメータに基づいて各アンプの増幅率を制御していたが、制御部６の代わりに音声信号処理部７において、ゲインパラメータに基づいて、入力された音声信号に対して振幅を変化させるように信号処理を行い、音量を制御してもよい。この場合は、各アンプの増幅率は全て同一の値としておけばよい。なお、音声信号処理部７は、ＤＳＰパラメータなどで指向角を制御することができれば、ディレイパラメータの代わりにＤＳＰパラメータなどを用いてもよい。

＜変形例５＞
実施形態においては、記憶部５は、音量レベルと指向角との組み合わせごとに、ディレイパラメータ、ゲインパラメータ、スイッチパラメータを有し、図３に示すようにテーブルとして記憶していたが、操作部４によって設定された音量レベルと指向角に基づいて、これらのパラメータを計算して生成する機能を制御部６に設けてもよい。その場合は、記憶部５に計算を行うプログラムを記憶しておき、そのプログラムに基づいて制御部６が計算を行えばよい。このようにすれば、多様な制御をすることも可能となり、制御の幅を広げることができる。また、プログラムを容易に入れ替えることができるため、使用状況に合わせた計算方法へ容易に変更することができる。

本発明の実施形態に係るアレイスピーカ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るアレイスピーカ装置の外観を示す斜視図である。 記憶部に記憶されるパラメータを保管するテーブルの説明図である。 ゲインパラメータが示すアンプの増幅率の設定値の一例を示す説明図である。 指向角と音の波面についてスピーカとの関係を示す説明図である。 本発明の変形例１に係るアレイスピーカ装置の外観を示す斜視図である。

符号の説明

１…アレイスピーカ装置、２，１２…アレイスピーカ、２−１〜２−１１，１２−１〜１２−４９…スピーカ、３…増幅部、３−１〜３−１１…アンプ、４…操作部、５…記憶部、６…制御部、７…音声信号処理部、８…音声信号入力部

Claims (3)

1. 複数のスピーカを有するアレイスピーカと、
   前記アレイスピーカから放出される音の音量レベルを設定する設定手段と、
   前記設定手段によって設定された音量レベルに基づいて、前記複数のスピーカのうち放音されるスピーカの数を制御する制御手段と
   を有することを特徴とするアレイスピーカ装置。
2. 前記複数のスピーカの各々に接続された複数のアンプをさらに有し、
   前記制御手段は、前記アンプの電源のオン／オフを制御することにより放音されるスピーカの数を制御することを特徴とする請求項１に記載のアレイスピーカ装置。
3. 前記複数のスピーカの各々に接続された複数のアンプをさらに有し、
   前記制御手段は、前記アンプの増幅率を制御することにより放音されるスピーカの数を制御することを特徴とする請求項１に記載のアレイスピーカ装置。

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