JP5266877B2 - スピーカ駆動方法およびスピーカシステム - Google Patents

Description

この発明は、磁歪アクチュエータや圧電アクチュエータなどのアクチュエータによって音響振動板に振動を加えて音響を再生するスピーカシステム、および、このスピーカシステムのアクチュエータを音声信号によって駆動する方法に関する。

スピーカシステムとして、磁歪アクチュエータや圧電アクチュエータなどのアクチュエータによって音響振動板に振動を加えて音響を再生するものが考えられている。

具体的に、特許文献１（特開２００７−１６６０２７号公報）および特許文献２（特開２００７−２２８５５７号公報）では、図２７に示すようなスピーカシステムが提案されている。

このスピーカシステムでは、アクリルなどからなる円筒状の音響振動板１０を円板状のベース筐体２０上に鉛直に支持し、ベース筐体２０の等角間隔の４箇所の位置に磁歪アクチュエータ３０を配置する。

それぞれの磁歪アクチュエータ３０の駆動ロッド３５を音響振動板１０の下端面１２に当接させ、音声信号によって磁歪アクチュエータ３０を駆動して、音響振動板１０の下端面１２に、これに垂直な板面方向の振動を加える。

下端面１２は縦波で励起されるが、振動弾性波が音響振動板１０の板面方向に伝播することによって縦波と横波が混在した波となって、音響振動板１０の板面に垂直な方向に音波が放射され、音響振動板１０の高さ方向の全体に渡って均一な音像が形成される。

さらに、図２７では省略したが、特許文献１，２には、ベース筐体２０の中央の開口部に通常のスピーカユニットを取り付けることが示されている。

この場合、音響振動板１０および磁歪アクチュエータ３０は、可聴周波数帯域の中高域を受け持つツィータとして機能させ、通常のスピーカユニットを、可聴周波数帯域の低域側を受け持つウーファとして機能させる。

特許文献１，２の図７には、このスピーカシステムの駆動系として、図２８に示すような駆動系が示されている。図２８で、アクチュエータ１，２，３，４は、図２７に示した４個の磁歪アクチュエータである。

図２８の駆動系では、ステレオ音声信号を構成する左音声信号Ｌと右音声信号Ｒとが、加算回路１２１で合成される。

合成後の音声信号Ａｈｌは、ハイパスフィルタ１２２およびローパスフィルタ１２５に供給されて、ハイパスフィルタ１２２からは、中高域成分の音声信号Ａｈが得られ、ローパスフィルタ１２５からは、低域成分の音声信号Ａｌが得られる。

ハイパスフィルタ１２２からの中高域成分の音声信号Ａｈは、イコライザ１２３で周波数特性が補正され、さらにアンプ１２４−１，１２４−２，１２４−３，１２４−４で増幅されて、アクチュエータ１，２，３，４に供給される。

ローパスフィルタ１２５からの低域成分の音声信号Ａｌは、イコライザ１２６で周波数特性が補正された後、遅延回路１２７で数ミリ秒遅延され、さらにアンプ１２８で増幅されて、上記のスピーカユニット５０に供給される。

さらに、特許文献１，２の図１６には、上記のスピーカシステムの駆動系として、図２９に示すような駆動系が示されている。図２９で、アクチュエータ１，２，３，４は、図２７に示した４個の磁歪アクチュエータである。

加算回路１２１で左音声信号Ｌと右音声信号Ｒとが合成され、ハイパスフィルタ１２２から中高域成分の音声信号Ａｈが得られ、ローパスフィルタ１２５から低域成分の音声信号Ａｌが得られることは、図２８の駆動系と同じである。

図２９の駆動系では、ハイパスフィルタ１２２からの中高域成分の音声信号Ａｈは、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などの信号処理部１２９−１，１２９−２，１２９−３，１２９−４でレベルや遅延時間などが調整される。

調整後の音声信号は、アンプ１２４−１，１２４−２，１２４−３，１２４−４で増幅されて、アクチュエータ１，２，３，４に供給される。

ローパスフィルタ１２５からの低域成分の音声信号Ａｌは、ＤＳＰなどの信号処理部１３０で図２８のイコライザ１２６および遅延回路１２７に相当する処理が実行され、さらにアンプ１２８で増幅されて、上記のスピーカユニット５０に供給される。

さらに、特許文献２の図１７には、上記のスピーカシステムの駆動系として、図３０に示すような駆動系が示されている。図３０で、アクチュエータ１，２，３，４は、図２７に示した４個の磁歪アクチュエータである。

図３０の駆動系では、左音声信号Ｌおよび右音声信号Ｒは、アクチュエータのチャンネルごとに、アッテネータ２１０で減衰され、信号処理部２１１でレベルや遅延時間などが調整される。信号処理部２１１では、さらに調整後の左音声信号と右音声信号とが混合される。

混合後の音声信号は、アクチュエータのチャンネルごとに、ハイパスフィルタ２１２に供給されて、ハイパスフィルタ２１２から、アクチュエータのチャンネルごとに、混合後の音声信号の中高域成分が得られる。その中高域成分の音声信号は、それぞれアンプ２０２で増幅されて、アクチュエータ１，２，３，４に供給される。

一方、左音声信号Ｌおよび右音声信号Ｒは、スピーカユニット５０用に、アッテネータ２２０で減衰され、信号処理部２２１でレベルや遅延時間などが調整される。信号処理部２２１では、さらに調整後の左音声信号と右音声信号とが混合される。

混合後の音声信号は、ローパスフィルタ２２２に供給されて、ローパスフィルタ２２２から、混合後の音声信号の低域成分が得られる。その低域成分の音声信号は、アンプ２０３で増幅されて、スピーカユニット５０に供給される。

なお、磁歪アクチュエータは、外部磁界を与えると形状が変化する磁歪素子を用いたアクチュエータである。最近は、磁歪素子として、形状変化量が従来の１０００倍近い超磁歪素子が現れている。

しかも、磁歪素子は、形状が変化する際の発生応力が大きいため、小型の磁歪アクチュエータでも、音響振動板を比較的大音量で鳴らすことができるとともに、鉄板などの硬い音響振動板でさえも鳴らすことができる。

さらに、磁歪アクチュエータは応答速度にも優れ、磁歪素子単体の応答速度はナノ秒オーダーである。

ただし、音響振動板を駆動するアクチュエータとしては、磁歪アクチュエータに限らず、圧電アクチュエータなどを用いることもできる。

なお、下記の非特許文献１には、２つの音声信号（音響信号）の間の相関係数のことが記載されている。また、この非特許文献１には、入力音声信号をそのまま左音声信号とし、同じ入力音声信号をシュレーダー回路に供給して得られた信号を右音声信号とする擬似ステレオ方式が示されている。

上に挙げた先行技術文献は、以下の通りである。
特開２００７−１６６０２７号公報 特開２００７−２２８５５７号公報 ＮＨＫ技研月報、昭和６０年１２月、１８〜２３頁「ステレオ再生における音像の広がり感と距離感の制御法」

しかし、上記のように複数のアクチュエータによって音響振動板に振動を加えて音響を再生する場合に、上記のように各アクチュエータを同一の音声信号によって駆動すると、音像の拡がりが小さくなる。

具体的に、図２７の例のスピーカシステムを図２８、図２９または図３０に示した方法で駆動すると、図３１（Ａ）（Ｂ）に示すように、音像Ａｉは、音響振動板１０の中心軸に直交する面内では、音響振動板１０の内側中心部に形成され、拡がり感のないものとなる。図３１（Ａ）中の信号（Ｌ＋Ｒ）ｈは、上述した左音声信号Ｌと右音声信号Ｒとの合成信号の中高域成分である。

そこで、この発明は、音像を音響振動板の周辺部や外側に拡げることができるようにしたものである。

この発明のスピーカ駆動方法は、複数のアクチュエータによって音響振動板に振動を加えて音響を再生するスピーカシステムの制御部が上記複数のアクチュエータを駆動する方法として、音声信号を移相、遅延または演算して、互いの間の相関係数が１より小さくなるように無相関化された第１および第２の音声信号を生成し、第１の音声信号によって第１のアクチュエータを駆動し、第２の音声信号によって第２のアクチュエータを駆動し、第１および第２の音声信号によって第１および第２のアクチュエータを駆動する駆動モードと、互いの間の相関係数が第１の音声信号と第２の音声信号との間の相関係数より大きい第３および第４の音声信号によって第１および第２のアクチュエータを駆動する駆動モードとを切り替えるものである。

上記のスピーカ駆動方法では、第１および第２の音声信号が、互いの間の相関係数が１より小さい、互いの相関性が低い信号、または互いに無相関の信号とされるので、第１および第２の音声信号による音像が、音響振動板の周辺部や外側に拡がって形成されるようになる。

以上のように、この発明によれば、音像を音響振動板の周辺部や外側に拡げることができる。

［１．スピーカシステムの一例：図１〜図４］
スピーカシステムの一例として、複数のアクチュエータによって円筒状の音響振動板の端面に、端面に垂直な板面方向の振動を加える場合を示す。

（１−１．システム全体の構成：図１〜図３）
図１、図２および図３に、この例のスピーカシステムを示す。図１は、スピーカシステムを上方から見た図、図２は、ベース筐体につき、図１のラインＡ−Ａの部分を断面にした側面図、図３は、図１のラインＢ−Ｂの部分の断面図である。

音響振動板１０は、例えば、アクリルなどによって、両端を開口とした円筒状に形成し、厚みを２ｍｍ、直径を１０ｃｍ、長さ（高さ）を１００ｃｍとする。

ベース筐体２０は、例えば、アルミニウムなどによって、音響振動板１０の外径より大きい外径の、ある高さ（厚み）を有する円板状に形成する。

音響振動板１０は、一端側の端面を上端面１１とし、他端側の端面を下端面１２として、その軸方向を鉛直方向とし、その中心軸をベース筐体２０の中心軸に合わせるように、ベース筐体２０の上面２１に取り付ける。

具体的に、ベース筐体２０の上面２１の等角間隔の４箇所の位置において、それぞれ、Ｌ字アングル４１の一端を、ベース筐体２０との間にシリコンゴムからなるダンピング材４２を介在させて、ネジ４３によってベース筐体２０に取り付ける。

さらに、音響振動板１０の内側および外側に、それぞれシリコンゴムからなるダンピング材４４および４５を介在させて、Ｌ字アングル４１の他端を、ネジ４６およびナット４７によって音響振動板１０の下端部に取り付ける。

このようにダンピング材４４，４５および４２を介して音響振動板１０をベース筐体２０に取り付けることによって、音響振動板１０の振動がベース筐体２０に伝播してベース筐体２０側に音像が定位することを防止することができる。

さらに、ベース筐体２０には、Ｌ字アングル４１の取り付け位置の間の、等角間隔の４箇所の位置に、それぞれ上面２１から下面２２までに渡って上下方向に貫通した穴である収納部２３を形成する。

このベース筐体２０の、それぞれの収納部２３内に、それぞれ磁歪アクチュエータ３０を、それぞれの駆動ロッド３５を上に向けて下側から挿入する。

さらに、それぞれの収納部２３内の磁歪アクチュエータ３０の下側に、それぞれコイルスプリング（コイルバネ）２４およびネジ２５を挿入する。ネジ２５は、駆動ロッド３５の先端が音響振動板１０の下端面１２に当接し、かつコイルスプリング２４が所定量圧縮される位置まで、収納部２３内に挿入する。

ベース筐体２０の下面２２には、等角間隔の３箇所の位置に、脚部２７を形成する。必要に応じて、音響振動板１０の下端面１２とベース筐体２０の上面２１との間には、磁歪アクチュエータ３０の駆動ロッド３５の位置を除く位置に、シリコンゴムなどからなるダンピング材２８を介在させる。これによって、音響振動板１０とベース筐体２０との間の密閉度を高めることができる。

以上の構成で、音声信号によって磁歪アクチュエータ３０を駆動すると、その音声信号に応じて、磁歪アクチュエータ３０の後述の磁歪素子が、その軸方向に伸縮し、駆動ロッド３５が同じ方向に変位して、音響振動板１０の下端面１２に縦波の振動が加えられる。

この縦波は、音響振動板１０の板面に沿って上端面１１まで伝播するが、その伝播の過程で縦波と横波が混在した波となって、音響振動板１０の板面に垂直な方向に音波が放射される。

さらに、この例では、図１および図３に示すように、ベース筐体２０の中央部を開口部２９として、この開口部２９にスピーカユニット５０を、例えば、スピーカ前面側を下方に向け、スピーカ背面側を上方に向けて取り付ける。スピーカユニット５０に対しては、音響振動板１０がキャビネットとして機能する。

この場合、例えば、音響振動板１０および磁歪アクチュエータ３０を、可聴周波数帯域の中高域を受け持つツィータとして機能させ、スピーカユニット５０を、可聴周波数帯域の低域側を受け持つウーファとして機能させる。

（１−２．磁歪アクチュエータの例：図４）
図４に、磁歪アクチュエータ３０の一例を示す。この例は、磁歪素子に予荷重が加えられる場合である。

アクチュエータ本体としては、棒状の磁歪素子３１の周囲にソレノイドコイル３２が配置され、ソレノイドコイル３２の周囲にマグネット３３およびヨーク３４が配置される。さらに、磁歪素子３１の一端に駆動ロッド３５が連結され、磁歪素子３１の他端に固定盤３６が取り付けられる。

このアクチュエータ本体が、駆動ロッド３５の先端部が外筐ケース３９の外側に突出するように、例えばアルミニウムからなる外筐ケース３９内に装填される。

さらに、駆動ロッド３５にはシリコンゴムなどからなるダンピング材３７が装填されるとともに、固定盤３６の背後にはネジ３８が挿入されて、磁歪素子３１に予荷重が加えられる。

［２．スピーカ駆動方法：図５〜図２２］
（２−１．相関係数ｒ：図５〜図７）
上記の非特許文献１などに示されているように、２つの音声信号の似ている度合いを示す指標の１つとして、相関係数ｒが考えられている。

図５に示すように、相関係数ｒは、＋１から−１までの値をとる。２つの音声信号が全く同一である場合には、相関係数ｒは１（＋１）である。２つの音声信号が独立・無関係である場合には、相関係数ｒは０である。２つの音声信号が互いに逆相である場合には、相関係数ｒは−１である。

図１〜図３に示した例のスピーカシステムに準じて、図６に示すように、２つのアクチュエータ１，２によって、円筒状の音響振動板１０の下端面に、これに垂直な板面方向の振動を加える場合を考える。

アクチュエータ１を駆動する（アクチュエータ１に供給される）音声信号をＡ１、アクチュエータ２を駆動する（アクチュエータ２に供給される）音声信号をＡ２とし、音声信号Ａ１と音声信号Ａ２との間の相関係数をｒ１２とする。

相関係数ｒ１２と音像との関係を考察すると、ｒ１２＝１の場合には、図７（Ａ）に示すように、音像Ａｉは、音響振動板１０の中心軸に直交する面内では、音響振動板１０の内側中心部に形成され、拡がり感のないものとなる。

ｒ１２＝０の場合には、図７（Ｂ）に示すように、音像全体は、音響振動板１０の中心軸に直交する面内では、アクチュエータ１，２の内側の円形の部分Ａｉ１０，Ａｉ２０と、両者の間の部分Ａｉ３０とからなるものとなる。

ｒ１２＝−１の場合には、図７（Ｃ）に示すように、音像全体は、音響振動板１０の中心軸に直交する面内では、アクチュエータ１，２の外側の半環状の音像Ａｉ１，Ａｉ２からなるものとなり、拡がり感のある音像が得られる。

図７（Ａ）のようにｒ１２＝１の場合は、例えば、図３１に示した場合と同様に、ステレオ音声信号の左音声信号と右音声信号との和の信号を、それぞれ音声信号Ａ１，Ａ２とする場合である。

図７（Ｂ）のようにｒ１２＝０の場合は、例えば、音声信号Ａ１をステレオ音声信号中の左音声信号とし、音声信号Ａ２をステレオ音声信号中の右音声信号とする場合である。

図７（Ｃ）のようにｒ１２＝−１の場合は、例えば、ステレオ音声信号の左音声信号と右音声信号との和の信号を音声信号Ａ１とし、この音声信号Ａ１に対して逆相の信号を音声信号Ａ２とする場合である。

そこで、この発明では、互いの間の相関係数が１より小さくなるように無相関化された２つの音声信号によって２つのアクチュエータを駆動する。この場合の無相関化は、音声信号を移相、遅延または演算（合成）することによって行う。

上記のように、左音声信号と右音声信号との和の或る位相の信号を音声信号Ａ１とし、これに対して逆相の信号を音声信号Ａ２とすることは、無相関化の一例である。

（２−２．駆動方法と音像状態：図８および図９）
図８に、図１〜図３に示した例のスピーカシステムを駆動する場合を示す。アクチュエータ１，２，３，４は、図１に示した４個の磁歪アクチュエータである。

アクチュエータ１を駆動する（アクチュエータ１に供給される）音声信号をＡ１、アクチュエータ２を駆動する（アクチュエータ２に供給される）音声信号をＡ２、アクチュエータ３を駆動する（アクチュエータ３に供給される）音声信号をＡ３、アクチュエータ４を駆動する（アクチュエータ４に供給される）音声信号をＡ４とする。

相関係数ｒとしては、
（ａ）ｒ１２：音声信号Ａ１，Ａ２間の相関係数、
（ｂ）ｒ１３：音声信号Ａ１，Ａ３間の相関係数、
（ｃ）ｒ１４：音声信号Ａ１，Ａ４間の相関係数、
（ｄ）ｒ２３：音声信号Ａ２，Ａ３間の相関係数、
（ｅ）ｒ２４：音声信号Ａ２，Ａ４間の相関係数、
（ｆ）ｒ３４：音声信号Ａ３，Ａ４間の相関係数、
の６つが考えられる。

以下の例の駆動方法では、これら６つの相関係数ｒ１２，ｒ１３，ｒ１４，ｒ２３，ｒ２４，ｒ３４が全て、１より十分に小さくなるように、すなわち−１または０に近い値となるように、音声信号を無相関化処理する。

これによって、音声信号Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４による音像は、全体として、図９（Ａ）（Ｂ）に音像Ａｉとして示すように、音響振動板１０の中心軸に直交する面内では、音響振動板１０の外側に環状に形成され、拡がり感のある音像が得られる。

以下に、モノラル再生を行う場合、ステレオ再生を行う場合、およびサラウンド再生を行う場合につき、具体的な駆動方法を示す。

（２−３．モノラル再生を行う場合の駆動方法：図１０）
図１０に、モノラル再生を行う場合の駆動方法の一例を示す。

この例では、もとのモノラル音声信号Ｍｏを、そのままアクチュエータ１に供給するとともに、９０°移相回路７９ａでモノラル音声信号Ｍｏの位相を９０°遅らせて（または進ませて）、モノラル音声信号Ｍ１としてアクチュエータ２に供給する。

さらに、９０°移相回路７９ｂでモノラル音声信号Ｍ１の位相を９０°遅らせて（または進ませて）、モノラル音声信号Ｍ２としてアクチュエータ３に供給し、９０°移相回路７９ｃでモノラル音声信号Ｍ２の位相を９０°遅らせて（または進ませて）、モノラル音声信号Ｍ３としてアクチュエータ４に供給する。

この例では、図８に示した６つの相関係数ｒ１２，ｒ１３，ｒ１４，ｒ２３，ｒ２４，ｒ３４が全て無相関化されて、図９に示したように音響振動板１０の外側に音像が形成され、拡がり感のある音像が得られる。

（２−４．ステレオ再生を行う場合の駆動方法：図１１〜図１６）
＜第１の例：図１１＞
図１１に、ステレオ再生を行う場合の駆動方法の第１の例を示す。この例では、位相を反転することによって無相関化する。

すなわち、もとの左音声信号Ｌｏを、そのまま一方の左音声信号Ｌａとして、アクチュエータ１に供給するとともに、位相反転回路６１で左音声信号Ｌｏの位相を反転させて、他方の左音声信号Ｌｂとして、一方の左音声信号Ｌａに対して位相が反転した信号を得て、アクチュエータ３に供給する。

同様に、もとの右音声信号Ｒｏを、そのまま一方の右音声信号Ｒａとして、アクチュエータ２に供給するとともに、位相反転回路６２で右音声信号Ｒｏの位相を反転させて、他方の右音声信号Ｒｂとして、一方の右音声信号Ｒａに対して位相が反転した信号を得て、アクチュエータ４に供給する。

したがって、この例では、左音声信号Ｌａと左音声信号Ｌｂとの間の相関係数ｒ１３は−１となり、右音声信号Ｒａと右音声信号Ｒｂとの間の相関係数ｒ２４も−１となる。

この例では、音響振動板１０の外側に音像が形成され、拡がり感のある音像が得られる。

さらに、この例では、リスナーは、矢印９ａで示す方向から聴いても、矢印９ｂで示す方向から聴いても、リスナーから見て左側に左音声信号が定位し、リスナーから見て右側に右音声信号が定位するように音楽を聴くことができる。

ただし、リスナーの聴取方向が固定される場合などには、隣接するアクチュエータ１，２に左音声信号Ｌａ，Ｌｂが供給され、隣接するアクチュエータ３，４に右音声信号Ｒａ，Ｒｂが供給されるようにしてもよい。

＜第２の例：図１２＞
図１２に、ステレオ再生を行う場合の駆動方法の第２の例を示す。この例では、位相を９０°ずらすことによって無相関化する。

すなわち、もとの左音声信号Ｌｏを、そのまま一方の左音声信号Ｌａとして、アクチュエータ１に供給するとともに、９０°移相回路６３で左音声信号Ｌｏの位相を９０°ずらして、他方の左音声信号Ｌｃとして、一方の左音声信号Ｌａに対して位相が９０°ずれた信号を得て、アクチュエータ３に供給する。

同様に、もとの右音声信号Ｒｏを、そのまま一方の右音声信号Ｒａとして、アクチュエータ２に供給するとともに、９０°移相回路６４で右音声信号Ｒｏの位相を９０°ずらして、他方の右音声信号Ｒｃとして、一方の右音声信号Ｒａに対して位相が９０°ずれた信号を得て、アクチュエータ４に供給する。

この例でも、左音声信号Ｌｃが左音声信号Ｌａに対して無相関化され、右音声信号Ｒｃが右音声信号Ｒａに対して無相関化されて、音響振動板１０の外側に音像が形成され、拡がり感のある音像が得られる。

さらに、この例でも、リスナーは、矢印９ａで示す方向から聴いても、矢印９ｂで示す方向から聴いても、リスナーから見て左側に左音声信号が定位し、リスナーから見て右側に右音声信号が定位するように音楽を聴くことができる。

ただし、この例でも、隣接するアクチュエータ１，２に左音声信号Ｌａ，Ｌｃが供給され、隣接するアクチュエータ３，４に右音声信号Ｒａ，Ｒｃが供給されるようにしてもよい。

＜第３の例：図１３＞
図１３に、ステレオ再生を行う場合の駆動方法の第３の例を示す。

この例では、もとの左音声信号Ｌｏを、そのまま一方の左音声信号Ｌａとして、アクチュエータ１に供給するとともに、９０°移相回路８９ｃで、もとの右音声信号Ｒｏの位相を９０°遅らせて（または進ませて）、その出力を一方の右音声信号Ｒａとして、アクチュエータ２に供給する。

また、９０°移相回路８９ａで左音声信号Ｌｏの位相を９０°遅らせ（または進ませ）、９０°移相回路８９ｂで９０°移相回路８９ａの出力の位相を９０°遅らせて（または進ませて）、９０°移相回路８９ｂの出力を他方の左音声信号Ｌｇとして、アクチュエータ３に供給する。

また、９０°移相回路８９ｄで右音声信号Ｒａの位相を９０°遅らせ（または進ませ）、９０°移相回路８９ｅで９０°移相回路８９ｄの出力の位相を９０°遅らせて（または進ませて）、９０°移相回路８９ｅの出力を他方の右音声信号Ｒｇとして、アクチュエータ４に供給する。

この例では、矢印９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄのいずれの方向についても、音像の拡がり効果が得られる。

この例でも、隣接するアクチュエータ１，２に左音声信号Ｌａ，Ｌｇが供給され、隣接するアクチュエータ３，４に右音声信号Ｒａ，Ｒｇが供給されるようにしてもよい。

＜第４の例：図１４＞
図１４に、ステレオ再生を行う場合の駆動方法の第４の例を示す。この例では、或る時間遅延させることによって無相関化する。

すなわち、もとの左音声信号Ｌｏを、そのまま一方の左音声信号Ｌａとして、アクチュエータ１に供給するとともに、遅延回路６５で左音声信号Ｌｏを数ミリ秒遅延させて、他方の左音声信号Ｌｄとして、一方の左音声信号Ｌａに対して数ミリ秒遅延した信号を得て、アクチュエータ３に供給する。

同様に、もとの右音声信号Ｒｏを、そのまま一方の右音声信号Ｒａとして、アクチュエータ２に供給するとともに、遅延回路６６で右音声信号Ｒｏを数ミリ秒遅延させて、他方の右音声信号Ｒｄとして、一方の右音声信号Ｒａに対して数ミリ秒遅延した信号を得て、アクチュエータ４に供給する。

この例でも、左音声信号Ｌｄが左音声信号Ｌａに対して無相関化され、右音声信号Ｒｄが右音声信号Ｒａに対して無相関化されて、音響振動板１０の外側に音像が形成され、拡がり感のある音像が得られる。

この例でも、隣接するアクチュエータ１，２に左音声信号Ｌａ，Ｌｄが供給され、隣接するアクチュエータ３，４に右音声信号Ｒａ，Ｒｄが供給されるようにしてもよい。

＜第５の例：図１５＞
図１５に、ステレオ再生を行う場合の駆動方法の第５の例を示す。この例では、互いに相補的な周波数特性の２つの櫛形フィルタによって無相関化する。

すなわち、遅延回路６７で、もとの左音声信号Ｌｏを２〜４ミリ秒程度遅延させる。演算回路６８で、左音声信号Ｌｏに遅延回路６７の出力の左音声信号を加算して、一方の左音声信号Ｌａを得、演算回路６９で、左音声信号Ｌｏから遅延回路６７の出力の左音声信号を減算して、他方の左音声信号Ｌｅを得る。左音声信号Ｌａはアクチュエータ１に供給し、左音声信号Ｌｅはアクチュエータ３に供給する。

同様に、遅延回路７１で、もとの右音声信号Ｒｏを２〜４ミリ秒程度遅延させる。演算回路７２で、右音声信号Ｒｏに遅延回路７１の出力の右音声信号を加算して、一方の右音声信号Ｒａを得、演算回路７３で、右音声信号Ｒｏから遅延回路７１の出力の右音声信号を減算して、他方の右音声信号Ｒｅを得る。右音声信号Ｒａはアクチュエータ２に供給し、右音声信号Ｒｅはアクチュエータ４に供給する。

この例でも、左音声信号Ｌｅが左音声信号Ｌａに対して無相関化され、右音声信号Ｒｅが右音声信号Ｒａに対して無相関化されて、音響振動板１０の外側に音像が形成され、拡がり感のある音像が得られる。

この例でも、隣接するアクチュエータ１，２に左音声信号Ｌａ，Ｌｅが供給され、隣接するアクチュエータ３，４に右音声信号Ｒａ，Ｒｅが供給されるようにしてもよい。

＜第６の例：図１６＞
図１６に、ステレオ再生を行う場合の駆動方法の第６の例を示す。この例では、シュレーダー回路によって無相関化する。

すなわち、もとの左音声信号Ｌｏを、そのまま一方の左音声信号Ｌａとして、アクチュエータ１に供給するとともに、もとの左音声信号Ｌｏから、シュレーダー回路７５によって、他方の左音声信号Ｌｆを得て、アクチュエータ３に供給する。

同様に、もとの右音声信号Ｒｏを、そのまま一方の右音声信号Ｒａとして、アクチュエータ２に供給するとともに、もとの右音声信号Ｒｏから、シュレーダー回路７６によって、他方の右音声信号Ｒｆを得て、アクチュエータ４に供給する。

シュレーダー回路７５および７６では、それぞれ、ＢＰＦ１‥‥ＢＰＦ２Ｎとして示す２Ｎ個のバンドパスフィルタによって、入力音声信号を２Ｎ個の周波数帯域の信号成分に分割する。さらに、一方の１つおきの周波数帯域の信号成分は位相を９０°進ませ、他方の１つおきの周波数帯域の信号成分は位相を９０°遅らせ、各信号成分を加算して出力する。

この例でも、左音声信号Ｌｆが左音声信号Ｌａに対して無相関化され、右音声信号Ｒｆが右音声信号Ｒａに対して無相関化されて、音響振動板１０の外側に音像が形成され、拡がり感のある音像が得られる。

この例でも、隣接するアクチュエータ１，２に左音声信号Ｌａ，Ｌｆが供給され、隣接するアクチュエータ３，４に右音声信号Ｒａ，Ｒｆが供給されるようにしてもよい。

なお、上記の非特許文献１に示された擬似ステレオ方式は、入力音声信号をそのまま左音声信号とし、同じ入力音声信号をシュレーダー回路に供給して得られた信号を右音声信号とするもので、図１６の例のステレオ再生方法とは全く異なる。

（２−５．サラウンド再生を行う場合の駆動方法：図１７および図１８）
図１７に、サラウンド再生を行う場合の駆動方法の一例を示す。

この例では、もとの左音声信号Ｌｏを、そのまま左音声信号Ｌとして、アクチュエータ１に供給するとともに、もとの右音声信号Ｒｏを、そのまま右音声信号Ｒとして、アクチュエータ４に供給する。

同時に、演算回路７７で左音声信号Ｌｏから右音声信号Ｒｏを減算して、左音声信号Ｌ（Ｌｏ）および右音声信号Ｒ（Ｒｏ）のそれぞれに対して無相関化された信号（Ｌｏ−Ｒｏ）を得、この信号（Ｌｏ−Ｒｏ）をサラウンド左音声信号ＳＬとして、アクチュエータ２に供給する。

同様に、演算回路７８で右音声信号Ｒｏから左音声信号Ｌｏを減算して、左音声信号Ｌ（Ｌｏ）および右音声信号Ｒ（Ｒｏ）のそれぞれに対して無相関化された信号（Ｒｏ−Ｌｏ）を得、この信号（Ｒｏ−Ｌｏ）をサラウンド右音声信号ＳＲとして、アクチュエータ３に供給する。

サラウンド右音声信号ＳＲはサラウンド左音声信号ＳＬに対しても、すなわちサラウンド左音声信号ＳＬとサラウンド右音声信号ＳＲとは相互に、無相関となる。

リスナーは、再生される音響を、例えば、矢印９ｃで示す方向から聴く。

この例では、図１８に示すように、フロント音像Ａｆは、音響振動板１０の内側において、アクチュエータ１とアクチュエータ４との間に形成され、リア音像Ａｒは、音響振動板１０の外側において、アクチュエータ２の近傍位置からアクチュエータ３の近傍位置までに渡って形成され、全体として多指向型の音像が得られる。

（２−５．駆動モードの切り替えと無相関化の程度の制御：図１９〜図２２）
上述した駆動方法は、無相関化によるワイドモードで各アクチュエータを駆動する場合であるが、このワイドモードと以上のような特別な無相関化処理を実行しないノーマルモードとが切り替えられるようにスピーカシステムを構成することもできる。

この場合、ユーザの操作によって駆動モードが切り替えられるように構成することもできるが、ユーザの操作によらずに自動的に駆動モードが切り替えられるように構成することもできる。

後者の場合、１つの方法として、再生対象が音楽である場合には、スピーカシステムにおいて、その音楽データを１２音解析などによって解析し、その解析結果に応じて駆動モードを切り替える。

別の方法として、音楽データにメタデータなどの情報が付随し、その情報で当該音楽に適した駆動モードが指示されている場合、スピーカシステムにおいて、その指示に従って駆動モードを切り替える。

また、駆動モードをノーマルモードとワイドモードとの間で二値的に切り替える代わりに、ノーマルモードとワイドモードとの間で段階的または連続的に制御することもできる。

以下に、いくつかの具体例を示す。

＜第１の例：図１９および図２０＞
図１９に、第１の例を示す。

この例は、音楽データの解析結果に応じて駆動モードを切り替える場合であり、かつステレオ再生を行う場合である。

この例では、ＤＶＤプレーヤや音楽再生装置などで得られた音楽データＳａを、音声処理部８１に供給して、左音声信号Ｌｏおよび右音声信号Ｒｏを得る。

その左音声信号Ｌｏおよび右音声信号Ｒｏを、それぞれ無相関化処理部８２で無相関化処理して、左音声信号Ｌｘおよび右音声信号Ｒｘを得る。

この場合の無相関化処理としては、例えば、図１１に示したように位相を反転させる。位相を反転させることによって、左音声信号Ｌｏと左音声信号Ｌｘとの間の相関係数、および右音声信号Ｒｏと右音声信号Ｒｘとの間の相関係数は、それぞれ−１となる。

左音声信号Ｌｏは、アクチュエータ１に供給し、右音声信号Ｒｏは、アクチュエータ２に供給する。また、左音声信号ＬｏおよびＬｘ、および右音声信号ＲｏおよびＲｘを、切り替え回路８４に供給する。

そして、１２音解析部８３で、音楽データＳａの１２音を解析して、音楽データＳａに係る当該音楽のジャンルを判別し、当該音楽に適した駆動モードを決定する。

１２音解析では、Ｃ（ド），Ｃ♯，Ｄ（レ），Ｄ♯，Ｅ（ミ），Ｆ（ファ），Ｆ♯，Ｇ（ソ），Ｇ♯，Ａ（ラ），Ａ♯，Ｂ（シ）の１２音を解析することによって、当該音楽のビートの強さなどを検出することができ、当該音楽のジャンルを判別することができる。

音楽のジャンルと音像の拡がりとの関係では、例えば、クラシックの場合には、音像の拡がりが大きい方が望ましいが、ロックの場合には、むしろ音像の拡がりが小さい方が望ましい。

そのため、１２音解析部８３で当該音楽がロックと判断されたときには、切り替え回路８４からは左音声信号Ｌｏおよび右音声信号Ｒｏが取り出され、１２音解析部８３で当該音楽がクラシックと判断されたときには、切り替え回路８４からは左音声信号Ｌｘおよび右音声信号Ｒｘが取り出される。

切り替え回路８４から取り出された左音声信号は、アクチュエータ３に供給され、切り替え回路８４から取り出された右音声信号は、アクチュエータ４に供給される。

したがって、当該音楽がロックであるときには、左音声信号Ｌｏがアクチュエータ１，３に供給され、右音声信号Ｒｏがアクチュエータ２，４に供給されて、図２０（Ａ）にノーマルモードとして示すように、音響振動板１０の内側中心部に音像Ａｉが形成される。

当該音楽がクラシックであるときには、左音声信号Ｌｏがアクチュエータ１に、左音声信号Ｌｘがアクチュエータ３に、右音声信号Ｒｏがアクチュエータ２に、右音声信号Ｒｘがアクチュエータ４に、それぞれ供給されて、図２０（Ｂ）にワイドモードとして示すように、音響振動板１０の外側に音像Ａｉが形成される。

当該音楽が他のジャンルであるときにも、そのジャンルに応じてノーマルモードまたはワイドモードとされる。

＜第２の例：図２１＞
図２１に、第２の例を示す。

この例では、図１９の例のように無相関化処理部８２および１２音解析部８３を備える場合に、１２音解析部８３での解析結果に応じて、無相関化処理部８２での無相関化の程度を連続的に変更制御する。

具体的に、例えば、１２音解析部８３では、当該音楽のビートの強さを検出し、無相関化処理部８２は、移相量を０から１８０°までの範囲で連続的に変えられる左音声信号用および右音声信号用の移相回路を有するものとする。

その２つの移相回路の移相量は、当該音楽のビートが強いほど０に近くなり、当該音楽のビートが弱いほど１８０°に近くなるように、連続的に変更制御する。

そして、この例では、左音声信号Ｌｏをアクチュエータ１に供給し、右音声信号Ｒｏをアクチュエータ２に供給し、無相関化処理部８２の出力の左音声信号Ｌｖをアクチュエータ３に供給し、無相関化処理部８２の出力の右音声信号Ｒｖをアクチュエータ４に供給する。

したがって、この例では、上記のノーマルモードとワイドモードとの間で駆動モードが連続的に変えられ、当該音楽のビートが弱いときほど音像が拡がるようになる。

＜第３の例：図２２＞
図２２に、第３の例を示す。

この例は、音楽データに付随するメタデータでの指示に従って駆動モードを切り替える場合であり、かつサラウンド再生を行う場合である。

ただし、この例は、図１７の例とは異なり、４個のアクチュエータ１〜４ではなく、５個のアクチュエータ１〜５によってサラウンド再生を行う場合である。アクチュエータ５は、アクチュエータ１とアクチュエータ４との間の位置において音響振動板１０に当接する磁歪アクチュエータである。

この例では、音楽データＳａを音声処理部８５に供給して、センター音声信号Ｃｏ、左音声信号Ｌｏ、右音声信号Ｒｏ、サラウンド左音声信号ＳＬｏおよびサラウンド右音声信号ＳＲｏを得る。

これらもとの音声信号を無相関化処理部８６に供給して、もとの音声信号に比べて無相関化された、すなわち相互の間の相関係数ｒが、より１より小さくされたセンター音声信号Ｃｘ、左音声信号Ｌｘ、右音声信号Ｒｘ、サラウンド左音声信号ＳＬｘおよびサラウンド右音声信号ＳＲｘを得る。

音声処理部８５からのそれぞれの音声信号Ｃｏ，Ｌｏ，Ｒｏ，ＳＬｏ，ＳＲｏ、および無相関化処理部８６からのそれぞれの音声信号Ｃｘ，Ｌｘ，Ｒｘ，ＳＬｘ，ＳＲｘは、切り替え回路８８に供給する。

そして、メタデータ解析部８７で、音楽データＳａに付随するメタデータＤｍを読み取って、駆動モードを決定し、切り替え回路８８を切り替える。

すなわち、メタデータＤｍでノーマルモードとされているときには、切り替え回路８８を音声処理部８５側に切り替えて、音声信号Ｃｏ，Ｌｏ，Ｒｏ，ＳＬｏ，ＳＲｏをアクチュエータ５，１，４，２，３に、それぞれ供給する。

したがって、このとき、図２０（Ａ）と同様に、音響振動板１０の内側中心部に音像が形成される。

メタデータＤｍでワイドモードとされているときには、切り替え回路８８を無相関化処理部８６側に切り替えて、音声信号Ｃｘ，Ｌｘ，Ｒｘ，ＳＬｘ，ＳＲｘをアクチュエータ５，１，４，２，３に、それぞれ供給する。

したがって、このとき、図２０（Ｂ）と同様に、音響振動板１０の外側に音像が形成される。

［３．スピーカシステムの他の例と駆動方法：図２３〜図２６］
スピーカシステムは、図１〜図３に示した例のほか、例えば、以下のように構成することができる。

（３−１．音響振動板を円筒状とする場合の他の例：図２３）
図１〜図３に示した例は、音響振動板１０の上端側も開口とする場合であるが、図２３に示すように、音響振動板１０の上端側を上面底板部１３として有底のものとしてもよい。

なお、図２３は図３に相当する断面図であるため、図２３には磁歪アクチュエータは表されていない。

（３−２．音響振動板を平板状とする場合の第１の例：図２４および図２５）
図２４に、音響振動板を平板状とする場合の一例を示す。図２４（Ａ）は、スピーカシステムを上方から見た図、図２４（Ｂ）は、ベース筐体につき、図２４（Ａ）のラインＣ−Ｃの部分を断面にした正面図である。

この例では、平板状の音響振動板１００を、円板状のベース筐体２０の上面２１に、図１〜図３に示したＬ字アングル４１などによって取り付ける。

ベース筐体２０には、Ｌ字アングル４１の取り付け位置より中心側の、中心を挟んで対向する２箇所の位置に、それぞれ上面２１から下面２２までに渡って上下方向に貫通した穴である収納部２３を形成する。

図１〜図３に示した例と同様に、このベース筐体２０の、それぞれの収納部２３内に、それぞれ磁歪アクチュエータ３０を、それぞれの駆動ロッド３５を上に向けて下側から挿入する。

さらに、それぞれの収納部２３内の磁歪アクチュエータ３０の下側に、それぞれコイルスプリング（コイルバネ）２４およびネジ２５を挿入する。ネジ２５は、駆動ロッド３５の先端が音響振動板１００の下端面１０５に当接し、かつコイルスプリング２４が所定量圧縮される位置まで、収納部２３内に挿入する。

ベース筐体２０の下面２２には、等角間隔の３箇所の位置に、脚部２７を形成する。

この例でも、音声信号によって磁歪アクチュエータ３０を駆動すると、音響振動板１００の下端面１０５に縦波の振動が加えられ、音響振動板１００の板面に垂直な方向に音波が放射される。

さらに、この例でも、ベース筐体２０の中央部を開口部２９として、この開口部２９にスピーカユニット５０を、例えば、スピーカ前面側を下方に向け、スピーカ背面側を上方に向けて取り付けることができる。

この場合も、例えば、音響振動板１００および磁歪アクチュエータ３０を、可聴周波数帯域の中高域を受け持つツィータとして機能させ、スピーカユニット５０を、可聴周波数帯域の低域側を受け持つウーファとして機能させることができる。

図２５に、この図２４の例のスピーカシステムを駆動する方法の一例を示す。アクチュエータ１，２は、図２４に示した２個の磁歪アクチュエータである。

この例では、演算回路９１で、左音声信号Ｌｏと右音声信号Ｒｏとを加算して、モノラル音声信号Ｍｏを得るとともに、位相反転回路９２で、そのモノラル音声信号Ｍｏの位相を反転させる。

そして、モノラル音声信号Ｍｏを一方のアクチュエータ１に供給し、このモノラル音声信号Ｍｏに対して位相が反転したモノラル音声信号−Ｍｏを他方のアクチュエータ２に供給する。

これによれば、音声信号Ｍｏ，−Ｍｏ間の相関係数ｒは−１であるので、アクチュエータ１，２の外側に拡がる音像が形成される。

（３−３．音響振動板を平板状とする場合の第２の例：図２６）
図２６に、音響振動板を平板状とする場合の他の例を示す。

この例では、平板状の音響振動板１００に、２つの角穴１０１および１０２を形成し、その角穴１０１および１０２に、それぞれ積層圧電アクチュエータ１１１および１１２を、それぞれの変位方向の一端および他端が音響振動板１００の板面内に存在するように装着する。

積層圧電アクチュエータ１１１および１１２は、それぞれ、圧電セラミック基板を積層し、印加電圧に応じて各基板を厚さ方向に変位させるアクチュエータである。

この例では、音声信号によって積層圧電アクチュエータ１１１および１１２を駆動すると、音響振動板１００の角穴１０１および１０２に臨む端面に縦波の振動が加えられ、音響振動板１００の板面に垂直な方向に音波が放射される。

この例でも、例えば、図２５の例と同様に、演算回路９１および位相反転回路９２によって、モノラル音声信号Ｍｏを積層圧電アクチュエータ１１１に供給し、このモノラル音声信号Ｍｏに対して位相が反転したモノラル音声信号−Ｍｏを積層圧電アクチュエータ１１２に供給する。

これによれば、音声信号Ｍｏ，−Ｍｏ間の相関係数ｒは−１であるので、積層圧電アクチュエータ１１１，１１２の外側に拡がる音像が形成される。

この発明のスピーカシステムの一例を上方から見た図である。 図１のスピーカシステムのラインＡ−Ａの部分を断面にした側面図である。 図１のスピーカシステムのラインＢ−Ｂの部分の断面図である。 磁歪アクチュエータの一例を示す図である。 相関係数の説明に供する図である。 アクチュエータが２個の場合を示す図である。 ２つの音声信号の間の相関係数に応じて音像が変化する様子を示す図である。 アクチュエータが４個の場合を示す図である。 この発明の駆動方法による場合の音像状態の一例を示す図である。 モノラル再生を行う場合の駆動方法の一例を示す図である。 ステレオ再生を行う場合の駆動方法の第１の例を示す図である。 ステレオ再生を行う場合の駆動方法の第２の例を示す図である。 ステレオ再生を行う場合の駆動方法の第３の例を示す図である。 ステレオ再生を行う場合の駆動方法の第４の例を示す図である。 ステレオ再生を行う場合の駆動方法の第５の例を示す図である。 ステレオ再生を行う場合の駆動方法の第６の例を示す図である。 サラウンド再生を行う場合の駆動方法の一例を示す図である。 図１７の駆動方法による場合の音像状態を示す図である。 駆動モードを切り替える場合の一例を示す図である。 図１９の駆動方法による場合の音像状態を示す図である。 無相関化の程度を連続的に変更制御する場合の一例を示す図である。 駆動モードを切り替える場合の他の例を示す図である。 この発明のスピーカシステムの他の例を示す図である。 この発明のスピーカシステムの他の例を示す図である。 図２４のスピーカシステムの駆動方法の一例を示す図である。 この発明のスピーカシステムの他の例を示す図である。 特許文献１，２に記載されたスピーカシステムを示す図である。 特許文献１，２に記載されたスピーカ駆動回路を示す図である。 特許文献１，２に記載されたスピーカ駆動回路を示す図である。 特許文献２に記載されたスピーカ駆動回路を示す図である。 特許文献１，２に記載されたスピーカ駆動方法による場合の音像状態を示す図である。

符号の説明

主要部については図中に記述したので、ここでは省略する。

Claims (10)

1. 複数のアクチュエータによって音響振動板に振動を加えて音響を再生するスピーカシステムの制御部が上記複数のアクチュエータを駆動する方法として、
   音声信号を移相、遅延または演算して、互いの間の相関係数が１より小さくなるように無相関化された第１および第２の音声信号を生成し、第１の音声信号によって第１のアクチュエータを駆動し、第２の音声信号によって第２のアクチュエータを駆動し、
   上記第１および第２の音声信号によって上記第１および第２のアクチュエータを駆動する駆動モードと、互いの間の相関係数が上記第１の音声信号と第２の音声信号との間の相関係数より大きい第３および第４の音声信号によって上記第１および第２のアクチュエータを駆動する駆動モードとを切り替える
   スピーカ駆動方法。
2. 請求項１のスピーカ駆動方法において、
   再生対象の音楽の解析結果に応じて、駆動モードを切り替えるスピーカ駆動方法。
3. 請求項１のスピーカ駆動方法において、
   再生対象の音楽に付随する指示に従って、駆動モードを切り替えるスピーカ駆動方法。
4. 請求項１のスピーカ駆動方法において、
   上記第１の音声信号と第２の音声信号との間の相関係数を段階的または連続的に変更制御するスピーカ駆動方法。
5. 音響振動板と、
   音声信号を移相、遅延または演算して、互いの間の相関係数が１より小さくなるように無相関化された第１および第２の音声信号を生成する信号処理手段と、
   それぞれ上記音響振動板に振動を加える第１および第２のアクチュエータと、
   上記第１および第２の音声信号によって上記第１および第２のアクチュエータを駆動する駆動モードと、互いの間の相関係数が上記第１の音声信号と第２の音声信号との間の相関係数より大きい第３および第４の音声信号によって上記第１および第２のアクチュエータを駆動する駆動モードとを切り替えるモード切替手段と
   を備えるスピーカシステム。
6. 請求項５のスピーカシステムにおいて、
   上記音響振動板は円筒状であり、
   上記第１および第２のアクチュエータは、それぞれ上記音響振動板の一端面に上記音響振動板の板面方向の振動を加えるものであるスピーカシステム。
7. 請求項６のスピーカシステムにおいて、
   上記音響振動板の他端側は、底板によって有底とされたスピーカシステム。
8. 請求項５のスピーカシステムにおいて、
   上記音響振動板は平板状であり、
   上記第１および第２のアクチュエータは、それぞれ上記音響振動板の端面に上記音響振動板の板面方向の振動を加えるものであるスピーカシステム。
9. 請求項５のスピーカシステムにおいて、
   上記第１および第２のアクチュエータは、それぞれ磁歪アクチュエータであるスピーカシステム。
10. 請求項５のスピーカシステムにおいて、
    上記第１および第２のアクチュエータは、それぞれ圧電アクチュエータであるスピーカシステム。
    

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