JP5948568B2 - 音響再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、立体的な音場を形成する音響再生装置に関するものである。

従来、立体的な音場を形成するために、複数のスピーカを聴取者の周りに配置するサラウンドサウンドスピーカシステムが多く提案されており、そのうちの一つに、特許文献１に記載されているものがある。図１０は、従来のサラウンドサウンドスピーカシステムのブロック図であり、図１０には視聴者の位置と向きも併せて示している。尚、図１０では映像と組み合わせたシステムとして示す。

映像を映すテレビ２０１には相互連結モジュール２０３が接続される。これにより、テレビ２０１の音響信号が相互連結モジュール２０３に出力される。相互連結モジュール２０３にはサブウーハバススピーカ２０５、視聴者２１５から見て、前方、左側、右側、及び後方にそれぞれ配置した、前部中央スピーカ２０７、左サテライトスピーカ２０９、右サテライトスピーカ２１１、及び後部環境スピーカ２１３がそれぞれ接続される。従って、これら５つのスピーカに対し、相互連結モジュール２０３は左右の音響信号を出力するだけでなく、その和信号、差信号等色々な信号を生成し出力する機能を有する。

このような構成により音響信号を各スピーカから放射した場合の音圧Ｐを図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示す。ここで、図１１（ａ）は視聴者２１５の位置におけるテレビ２０１や前部中央スピーカ２０７に対して、Ｙ−Ｙで示した前後方向の距離ｄに対する可聴音の音圧Ｐの特性図である。図１１（ｂ）は視聴者２１５の位置における左サテライトスピーカ２０９と右サテライトスピーカ２１１との間隔、即ち、Ｘ−Ｘで示した左右方向の距離ｗに対する音圧Ｐの特性図である。尚、いずれの図も各スピーカが放射する音圧Ｐの最大値が１となるように規格化して示した。

一般に、通常のスピーカはダイナミックスピーカと呼ばれ、鉄等の磁性体からなるヨークの内側に永久磁石を配置し、ヨークの構造によって永久磁石の磁束をボイスコイルの周囲に集めて磁場を形成させる。この時、ボイスコイルに交流電流を流すことで、ヨークによって形成された磁場から垂直方向（ヨークの厚さ方向）にローレンツ力を受けてボイスコイルが振動し、このボイスコイルに接続されたコーンと呼ばれる振動板を介して空気を振動させることで、音を発生させている。

従って、通常のスピーカから発生される音圧はスピーカ近傍が最も大きく、音が空気中を伝播する過程で空気への吸収や拡散によって音圧が減衰するので、スピーカからの距離に応じて音圧は小さくなる。

また、スピーカから音波の進む方向である音軸方向に対する振動板の開口角度は大きいので、通常のスピーカから放射される音波の指向角度は大きいものが多い。

本サラウンドシステムを構成するスピーカは通常のスピーカを用いているので、図１１（ａ）に示すように、前部中央スピーカ２０７の音圧Ｐは、前部中央スピーカ２０７の位置が最大で、そこから距離ｄが大きくなるにつれて小さくなる。また、後部環境スピーカ２１３の音圧Ｐも、後部環境スピーカ２１３の位置が最大で、そこから距離ｄが小さくなるにつれて小さくなる。即ち、前部中央スピーカ２０７の距離ｄに対する音圧特性と、後部環境スピーカ２１３の距離ｄに対する音圧特性とは、視聴者２１５の前後方向に対して逆の特性となる。従って、前部中央スピーカ２０７と後部環境スピーカ２１３によって重ね合わされる音圧Ｐは、図１１（ａ）の太線で示したように、視聴者２１５の位置で最大となる。ここで、前部中央スピーカ２０７と後部環境スピーカ２１３によって重ね合わされることでできる音圧Ｐも最大値を１と規格化して示している。

同様に、図１１（ｂ）に示すように、左サテライトスピーカ２０９の音圧Ｐは、左サテライトスピーカ２０９の位置が最大で、そこからの距離ｗが右方向に向かうにつれて小さくなる。また、右サテライトスピーカ２１１の音圧Ｐは、右サテライトスピーカ２１１の位置が最大で、そこから距離ｗが左方向に向かうにつれて小さくなる。よって、左サテライトスピーカ２０９の音圧Ｐと右サテライトスピーカ２１１の音圧Ｐとは、視聴者２１５の左右方向に対し逆の特性となる。従って、左サテライトスピーカ２０９と右サテライトスピーカ２１１とによって重ね合わされる音圧Ｐは、図１１（ｂ）の太線で示したように、視聴者２１５の位置で最大となる。

図１１（ａ）、及び図１１（ｂ）で示した視聴者２１５に対して前後方向、及び左右方向の距離に対する音圧特性をまとめると、図１２に示すような特性となる。音圧Ｐは前後方向の距離ｄと左右方向の距離ｗにおける視聴者２１５の位置で最大となる。これにより、視聴者２１５は、前後左右からの音をそれぞれ聴くことができるので、視聴者２１５が周囲からの音に囲まれ、立体感を得ることができる。

特開平１１−４５００号公報

上記図１０に示すようなサラウンドサウンドスピーカシステムによると、視聴者２１５は立体感を得ることができるのであるが、視聴者２１５の周囲に多数のスピーカを配置する必要があり、広い場所を占有する上、配線が煩雑化するという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、聴取者の周囲に多数のスピーカを配置しなくても立体感がある音場を形成することが可能な音響再生装置を提供することを目的とする。

本発明の音響再生装置は、相互に独立した音響信号を出力する複数の音源部と、前記音源部と電気的に接続され、前記音響信号が入力されるセレクタと、前記セレクタの出力と電気的に接続されるスピーカと、超指向性スピーカとを備え、前記スピーカは、可聴音の音圧が前記スピーカから離れるにつれて小さくなる特性を持つものであり、前記超指向性スピーカは、可聴音の音圧が、前記超指向性スピーカから所定の距離でピークを有する特性を持ち、かつ超音波を搬送波として用いたものであり、前記スピーカにより形成される可聴音のスピーカ音場と、前記超指向性スピーカにより形成される可聴音の超指向性スピーカ音場とが聴取者の位置で重なるように、前記スピーカと前記超指向性スピーカが配置され、前記セレクタによる、前記複数の音源と、前記スピーカ、及び前記超指向性スピーカとの電気的な接続を、任意に選択できることを特徴とするものである。

本発明の音響再生装置によれば、複数の音源の内容に応じて、セレクタで任意に選択されたそれぞれの音を、聴取者の周囲に通常のスピーカを設置することなく、聴取者に対して一つの方向に配置されたスピーカ、及び超指向性スピーカで再生することで、聴取者の周囲に立体的な音場を形成し、かつスピーカで再生された音に対して、超指向性スピーカで再生された音を、聴取者が独立して明瞭に聴くことができる音響再生装置を実現することができる。

本発明の実施の形態１における音響再生装置のブロック図 本発明の実施の形態１における超指向性スピーカの可聴音の指向特性図 本発明の実施の形態１における通常のスピーカの可聴音の指向特性図 本発明の実施の形態１における音響再生装置の可聴音の音軸方向の距離ｄに対する可聴音の音圧特性図 本発明の実施の形態１における音響再生装置の可聴音の音軸方向に対して垂直方向の距離ｗに対する可聴音の音圧特性図 本発明の実施の形態１における音響再生装置の音軸方向の距離ｄ、及び音軸方向に対して垂直方向の距離ｗに対する可聴音の音圧特性図 本発明の実施の形態２における音響再生装置のブロック図 本発明の実施の形態３における音響再生装置のブロック図 本発明の実施の形態４における音響再生装置のブロック図 本発明の実施の形態５における音響再生装置のブロック図 本発明の実施の形態６における音響再生装置のブロック図 従来のサラウンドサウンドスピーカシステムのブロック図 従来のサラウンドサウンドスピーカシステムの視聴者に対して前後方向の距離ｄに対する音圧特性図 従来のサラウンドサウンドスピーカシステムの視聴者に対して左右方向の距離ｗに対する音圧特性図 従来のサラウンドサウンドスピーカシステムの視聴者に対して前後方向の距離ｄ、及び視聴者に対して左右方向の距離ｗに対する音圧特性図

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における音響再生装置のブロック図である。図２（ａ）、図２（ｂ）は、本発明の実施の形態１における超指向性スピーカ、及び通常のスピーカの可聴音の指向特性を示した図であり、図２（ａ）は超指向性スピーカの指向特性図、図２（ｂ）は通常のスピーカの指向特性図である。図３（ａ）、図３（ｂ）は、本発明の実施の形態１における音響再生装置の可聴音の音圧特性図で、図３（ａ）は音響再生装置から音波の進む音軸方向の距離ｄに対する可聴音の音圧特性図であり、図３（ｂ）は音軸に対して垂直方向の距離ｗに対する可聴音の音圧特性図である。図４は、本発明の実施の形態１における音響再生装置の音軸方向の距離ｄ、及び音軸に対して垂直方向の距離ｗに対する可聴音の音圧特性図である。

図１において、スピーカ１１は通常のスピーカであり、スピーカ１１から音軸方向の距離ｄが大きくなると共に、可聴音の音圧Ｐが小さくなる特性を持つものである。

また、スピーカ１１の近くに超指向性スピーカ１３が並置されている。ここで、超指向性スピーカ１３は可聴音の音圧Ｐが、超指向性スピーカ１３から音軸方向に所定の距離ｄｋでピークを有する特性を持ち、かつ超音波を搬送波として用いるものである。

一般に、音波の振幅を大きくして空気や水等の媒体に放射すると、音波が媒体中を進むにつれて、媒体自体の弾性特性（圧力変化に対する体積変化）が、線形でなく非線形な特性を持ち、その影響で音波の波形が歪み、元の周波数成分以外の周波数成分を音波が持つようになる。

超指向性スピーカ１３はこの特性を利用したものであり、可聴音成分を超音波に重畳して放射すると、空気の弾性特性の非線形性の影響を受けるために、空気中を進むにつれて搬送波である超音波の波形が歪むと共に、周波数の高い超音波成分から減衰するために、超音波に対して低い周波数で、超音波に重畳されている可聴音成分が再生されてくる。

そのため、超指向性スピーカ１３による可聴音の音圧Ｐは、音波が進む音軸方向に対して、超指向性スピーカ１３近傍では非常に小さいが、空気中を進むにつれて大きくなり、超指向性スピーカ１３から所定の距離ｄｋでピークを有するような音軸方向の距離ｄに依存した特性になる。

また音波の指向性について、一般に、音波の周波数が高いほど音軸から拡がることなく伝播するので、放射角は小さくなり指向性は高くなる。そのため、可聴音よりも周波数の高い超音波を搬送波として用いている超指向性スピーカが放射する音波の指向性は高く、空気の非線形特性の影響を受けて超音波の伝播の過程で生成される可聴音の指向性も高くなる。

よって、超指向性スピーカ１３による可聴音の音圧Ｐは、超音波が伝播する音軸に対して垂直な方向についても、音軸近傍の音圧Ｐが大きく音軸から離れると小さくなるような、音軸に対して垂直方向の距離ｗに依存した特性になる。

以下、超音波を搬送波として用いるものを超指向性スピーカ１３と定義し、超音波を搬送波として用いないものをスピーカ１１と定義する。

尚、図１に示す所定の距離ｄｋは、超指向性スピーカ１３が設置された位置から、超指向性スピーカ１３より出力される可聴音の音圧Ｐがピークを有する点、即ち、図１の黒丸印（以下、聴取点２６という）までの距離のことである。距離ｄｋは、超指向性スピーカ１３の機械的な特性や、それに基づく搬送波周波数のような電気的な特性等により決定される。

例えば、搬送周波数が４０ｋＨｚの超指向性スピーカ１３の場合、可聴音の音圧Ｐは、音軸方向では、超指向性スピーカ１３からの所定の距離ｄｋが２ｍ辺りでピークを持つことになる。

また、音軸に対する垂直方向については、図２（ａ）に示すように、音圧Ｐ（図２（ａ）の縦軸）は、超指向性スピーカ１３からの放射角（図２（ａ）の横軸）において、音波を放射する音軸（放射角＝０度）上がピークとなり、音軸からの放射角が３０度の位置では、音圧Ｐは２５ｄＢ以上小さくなる。

これに対し、スピーカ１１における音軸に対する垂直方向の音圧Ｐは、図２（ｂ）に示すように音軸からの放射角が５０度程度まで大きく変化せず、５０度以上で緩やかに低下する特性となる。従って、超指向性スピーカ１３から放射される音は、スピーカ１１に比べて高い指向性を有することがわかる。なお、図２（ａ）、図２（ｂ）では、５００Ｈｚ、１ｋＨｚ、２ｋＨｚの３つの周波数の可聴音に対する指向特性を示している。

スピーカ１１は、増幅回路１７を介して音源１９（テレビチューナ、ＣＤプレーヤ、及びＤＶＤプレーヤ等）と電気的に接続される。また、超指向性スピーカ１３は、駆動回路２１を介して音源１９と電気的に接続される。ここで、増幅回路１７は、例えば、音源１９からの信号の振幅増幅や、波形情報を制御する等の機能を有する。また、駆動回路２１は、例えば、超音波を生成し、その超音波に音源１９からの信号を重畳して、更に、その超音波の振幅の増幅や、波形情報を制御する等の機能を有する。

次に、このような音響再生装置の動作について説明する。 音源１９から出力された信号は増幅回路１７と駆動回路２１にそれぞれ入力される。

増幅回路１７に入力された音源１９からの信号は、スピーカ１１を介して出力される。このスピーカ１１が形成する可聴音のスピーカ音場２３は、図１に示すように、スピーカ１１から広角度に空気中を伝播する。尚、スピーカ１１が形成する可聴音のスピーカ音場２３とは、スピーカ１１から聴取点２６に向かって何の障壁もなく伝播されるスピーカ音場２３のことであると定義する。よって、壁面等による反射音やスピーカ１１の側面や背面から放射される音による影響は考慮しない。

一方、駆動回路２１に入力された音源１９からの信号は、駆動回路２１内で生成した超音波に重畳されて超指向性スピーカ１３を介して出力される。超指向性スピーカ１３が形成する可聴音の超指向性スピーカ音場２５は、搬送波として超音波を用いているため、通常のスピーカ１１から放射される音に比べて高い指向性を有する。従って、超指向性スピーカ１３が形成する可聴音の超指向性スピーカ音場２５は、図１に示すように、超指向性スピーカ１３からほぼ直線状に空気中を伝播する。尚、超指向性スピーカ１３が形成する可聴音の超指向性スピーカ音場２５とは、スピーカ１１の場合と同様に、超指向性スピーカ１３から聴取点２６に向かって何の障壁もなく伝播される超指向性スピーカ音場２５のことであると定義する。

以上のような特性を持つスピーカ音場２３と超指向性スピーカ音場２５が重なるように、スピーカ１１と超指向性スピーカ１３を並置すると、聴取点２６に位置する聴取者には、スピーカ１１から再生される可聴音と、超指向性スピーカ１３から再生される可聴音の両方が重なり合って聴こえることになる。この時のスピーカ１１、及び超指向性スピーカ１３が、それぞれ設置された位置から聴取点２６への方向（音軸方向）の距離ｄと、その距離ｄに対するスピーカ１１と超指向性スピーカ１３とによるそれぞれの可聴音の音圧Ｐとの関係を図３（ａ）に示す。尚、図３（ａ）の横軸（音軸方向の距離ｄ）は、図１におけるＹ−Ｙで示した部分に相当する。また、図３（ａ）、図３（ｂ）の縦軸は、スピーカ１１による可聴音の音圧Ｐの最大音圧と、超指向性スピーカ１３による可聴音の音圧Ｐの最大音圧とを、それぞれ１として規格化した音圧Ｐを示す。

図３（ａ）に示すように、スピーカ１１の可聴音の音圧Ｐは、スピーカ１１が設置された位置で最も大きく、音軸方向の距離ｄが大きくなるにつれて減衰する特性を有する。一方、超指向性スピーカ１３の可聴音の音圧Ｐは、超指向性スピーカ１３が設置された位置では小さいが、音軸方向の距離ｄが大きくなるにつれて大きくなり、所定の距離ｄｋでピーク値を有し、更に、距離ｄが大きくなるにつれて小さくなる特性を有する。ゆえに、スピーカ１１と超指向性スピーカ１３とによる重なり合った可聴音の音圧Ｐ（合成音圧）は図３（ａ）の太線に示す特性となる。ここで、合成音圧Ｐが有効にピークを持つためには、超指向性スピーカ１３による可聴音の音圧Ｐが、スピーカ１１による可聴音の音圧Ｐより大きくなる部分を有する構成とすることが望ましい。

従って、スピーカ１１と超指向性スピーカ１３から放射された可聴音は、それぞれのスピーカが設置された位置から音軸方向の所定の距離ｄｋに聴取者が位置した時に最も大きく聴こえ、聴取者が所定の距離ｄｋから外れると小さくなる。

一方、音軸に対して垂直方向の距離ｗ、即ち、図１のＸ−Ｘで示した部分の可聴音の音圧特性を図３（ｂ）に示す。スピーカ１１の音圧Ｐは、図３（ｂ）に示すように、音軸上が最大となり、音軸に対して垂直方向の距離ｗの絶対値が大きくなるにつれて、なだらかに音圧Ｐが小さくなる。これに対して超指向性スピーカ１３が放射する音は、上記のように高い指向性を有するため、図３（ｂ）に示すように、音軸上が最大の音圧Ｐとなり、音軸に対して垂直方向には、距離ｗの絶対値が大きくなるにつれて急峻に音圧Ｐが小さくなる。ゆえに、スピーカ１１と超指向性スピーカ１３とによる可聴音の音圧Ｐ（合成音圧）は、図３（ｂ）の太線に示す特性となる。

従って、スピーカ１１と超指向性スピーカ１３から放射された可聴音は、それぞれのスピーカが設置された位置から音軸上に聴取者が位置した時に最も大きく聴こえ、聴取者が音軸上から音軸に対して垂直方向に外れるにつれて小さくなる。

これら図３（ａ）、図３（ｂ）の可聴音の音圧特性をまとめると、図４に示すような特性となる。音軸方向、及び音軸に対して垂直方向共に聴取点２６の位置において音圧Ｐが最大となる。よって、聴取点２６にいる聴取者の近傍で可聴音が最大音圧となる。

以上のことから、聴取者の周りに多くのスピーカを配置することなく、聴取者に対して一つの同じ方向に設置されたスピーカ１１と超指向性スピーカ１３のみで、聴取者に音で囲まれていると感じさせる立体的な音場を実現することができる。

更に、本実施の形態１の音響再生装置の構成により実現される音場は、スピーカ音場２３と超指向性スピーカ音場２５とが重なり合うことで形成された音場である。このため、通常のスピーカ１１だけで形成される音場に比べて、スピーカ１１からの音と超指向性スピーカ１３からの音が、互いに干渉しあう割合が少ない。

これは、この音響再生装置により実現される音場が、可聴音成分だけで形成されるスピーカ１１の音場と、超音波を搬送波として可聴音が再生された超指向性スピーカ１３による可聴音の音場とが重なり合う音場であるため、通常のスピーカ同士による音場に比べて、可聴音の干渉し合う割合が少ないことによる。

よって、本実施の形態１の音響再生装置の構成で形成される音場に位置する聴取者は、スピーカ１１からの音に影響されることが少なく、超指向性スピーカ１３の音を明瞭に聴くことができる。

以上のような構成、動作により、聴取者の周囲に多数のスピーカを配置しなくても、スピーカ１１と超指向性スピーカ１３のみで、聴取者が立体感を得られる音響再生装置が実現できる。

尚、本実施の形態１の音響再生装置では、スピーカ１１と超指向性スピーカ１３で同じ音源１９からの信号を再生する構成としているが、これに限られたものではない。

例えば、低音域をスピーカ１１で再生し、中高音域を超指向性スピーカ１３で再生するというように、音源から出力された信号の周波数帯域で再生するスピーカを選択するような回路を設けた構成にする。このようにすると、音源１９に含まれる音響情報のうち低音域が多い背景音に対して、人の音声帯域でもある中高音域の音が聴取者の周りで再生されるので、背景音に対する明瞭度が増すという効果も得ることができる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における音響再生装置のブロック図であり、図５には聴取者の位置と向きも併せて示している。

図５において、図１の音響再生装置と同一構成の部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。即ち、図５に示すように、本実施の形態２における音響再生装置の特徴となる部分は次の通りである。

１）スピーカ１１と、スピーカ１１に並置された超指向性スピーカ１３とから成る複数のスピーカ対（ここでは２組）を、聴取者２７に対する一つの面である前方の面の左側と右側にそれぞれ配置した構成とした。

２）聴取者２７の前方左側に配置したスピーカ１１と超指向性スピーカ１３とから成るスピーカ対には、左音響信号を出力する左音源２９が電気的に接続される。聴取者２７の前方右側に配置したスピーカ１１と超指向性スピーカ１３とから成るスピーカ対には、右音響信号を出力する右音源３１が電気的に接続される。尚、増幅回路１７や駆動回路２１は実施の形態１と同様の構成である。

３）２組のスピーカ対の間にディスプレイ３３を設けた。尚、ディスプレイ３３の表示回路等は図５で省略している。また、２組のスピーカ対、それらに付随する回路（音源や駆動増幅回路等）、及びディスプレイ３３は１つの筐体に内蔵され、全体としてテレビ３５を構成する。従って、実施の形態２の音響再生装置では２組のスピーカ対をテレビ３５に応用した構成となる。

４）図５に示すように、聴取者２７がディスプレイ３３の正面中央に位置した時に、左右の超指向性スピーカ１３から出力される超指向性スピーカ音場２５の可聴音の音圧Ｐのピークが、聴取者２７の左右の耳にそれぞれ位置するようにするために、左右の超指向性スピーカ１３は、それぞれ角度が聴取者２７側に向くようにしてスピーカ１１と並置されている。従って、左右の超指向性スピーカ１３から聴取者２７の耳までの音軸方向の距離ｄが所定の距離ｄｋとなる。

上記以外の構成は実施の形態１と同じである。

このような構成とすることで実施の形態１で説明したように、スピーカ１１と超指向性スピーカ１３とから成るスピーカ対により、聴取者２７は上記音場の立体感を得ることができる上に、左右の音場に対してそれぞれ独立した音場の立体感を得ることができる。このため、通常のスピーカ１１だけで形成される音場に比べて、左右方向の音場が混ざり合わず、明瞭に分離した左右の音として感じることができる。

従って、本実施の形態２のように音響再生装置を構成とすることで、従来のように周囲に多数の通常のスピーカを配置することなく、聴取者２７の前方左右にスピーカ１１と超指向性スピーカ１３とから成るスピーカ対を２組配置するだけで、聴取者２７は更なる音の立体感を得ることができる。

また、このような構成のテレビ３５で、例えば、ディスプレイ３３に表示される立体画像とリンクした音響信号を左音源２９や右音源３１に入力すれば、立体画像に応じて立体感のある音場が形成されるので、聴取者２７が視覚と聴覚の両面で立体感を得ることができるテレビ３５が実現可能となる。

以上のような構成、動作により、スピーカ１１と超指向性スピーカ１３とから成るスピーカ対により形成される左右それぞれの音場が、聴取者２７の左右耳元で得ることができるため、聴取者２７は左右それぞれ独立して立体感のある音を聴くことができる。よって、聴取者２７の周囲に多数の通常スピーカを配置することなく、更なる立体感を得ることができる音響再生装置が実現できる。

尚、本実施の形態２では、２組のスピーカ対を聴取者２７の前方左右に配置する構成としたが、これに限定されるものではなく、例えば、聴取者２７の前方上下（例えばディスプレイ３３の上下）にも配置する構成としてもよい。即ち、聴取者２７の左右耳元で上記音場が形成できるように２組のスピーカ対を配置すればよい。

また、２組のスピーカ対は、テレビ３５に内蔵される構成に限られたものではなく、例えば、テレビ３５と独立してディスプレイ３３の左右に配置した構成や、テレビラック内に配置した構成としてもよい。

また、本実施の形態２では、スピーカ１１と、スピーカ１１に並置された超指向性スピーカ１３とのスピーカ対を、聴取者２７に対する一つの面（前方の面）に２組配置する構成とした。しかしながら、例えばこれらのスピーカ対を音響再生専用に用いる場合は、聴取者に対する一つの面は前方の面に限定されるものではなく、側方の面や後方の面、さらには上方の面（聴取者の真上）のいずれかに配置してもよい。この場合も、これらの面の内、いずれか一つの面にスピーカ対が配置される構成となるので、従来のように多数のスピーカを配置しなくても聴取者は立体感を得ることができる。

（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３における音響再生装置のブロック図であり、図６には聴取者の位置と向きも併せて示している。

図６において、図５の音響再生装置と同一構成の部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。即ち、図６に示すように、本実施の形態３における音響再生装置の特徴となる部分は次の通りである。

１）スピーカ１１と、スピーカ１１に並置された超指向性スピーカ１３とから成る複数のスピーカ対（ここでは３組）を、聴取者２７に対する一つの面（ここでは前方正面）の左右中央にそれぞれ配置した構成とした。

２）聴取者２７の前方中央に配置したスピーカ１１と超指向性スピーカ１３とから成るスピーカ対には、センタ音源３７が電気的に接続される。従って、本実施の形態３の音響再生装置では音源を３種類有する。

３）スピーカ１１と超指向性スピーカ１３とから成る３組のスピーカ対を設置したテレビラック３９を構成した。これは、３組のスピーカ対をテレビ３５に内蔵する構成としてもよいが、薄型テレビ、特に狭額縁の薄型テレビへの適用を考慮して、ここではテレビラック３９とした。

上記以外の構成は実施の形態２と同じである。

このような構成とすることで、聴取者２７に対して、実施の形態２で説明したそれぞれ独立した左右の音場に加えて、センタ音源３７からの音も左右の音場に対して独立した音場を形成することができる。従って、従来のサラウンドサウンドスピーカシステムに比べて、左、右、センタの各スピーカ対からの音が、それぞれ独立して混ざり合うことが少ない、より明瞭な定位感を得ることができる立体的な音場を実現することができる。

尚、記録されている音響信号が３種類未満の音源（例えば左右２種類のステレオ音響信号）から３種類以上の音響信号を作成する擬似的なサラウンド音響信号に対して、作成されたそれぞれの音響信号を、左音源２９、右音源３１、及びセンタ音源３７から入力してもよい。このようにすると、従来のサラウンドサウンドスピーカシステムのように聴取者２７の周りに通常のスピーカを設置することなく、聴取者２７の前方に配置したスピーカ対だけで、立体的な音場を実現することができる。

以上のような構成、動作により、スピーカ１１と超指向性スピーカ１３とから成る左右、センタそれぞれのスピーカ対により、それぞれ独立して混ざり合うことが少ない音場を形成することができるので、聴取者２７はより明瞭な定位感を得ることができる立体的な音を聴くことができる。よって、聴取者２７の周囲に多数のスピーカを配置することなく、定位感と立体感とを得ることができる音響再生装置が実現できる。

尚、本実施の形態３ではスピーカ１１と超指向性スピーカ１３とから成るスピーカ対をテレビラック３９に内蔵した構成について説明したが、これに限定されるものではなく、例えばオーディオのスピーカシステム等としても適用できる。

（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４における音響再生装置のブロック図であり、図７には聴取者の位置と向きも併せて示している。 図７において、図６の音響再生装置と同一構成の部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。即ち、図７に示すように、本実施の形態４における音響再生装置の特徴となる部分は次の通りである。

１）聴取者２７の前方左側のスピーカ対のうち、スピーカ１１には、増幅回路１７を介してフロント左音源４１が、超指向性スピーカ１３には、駆動回路２１を介してリア左音源４３がそれぞれ電気的に接続される。

２）聴取者２７の前方右側のスピーカ対のうち、スピーカ１１には、増幅回路１７を介してフロント右音源４５が、超指向性スピーカ１３には、駆動回路２１を介してリア右音源４７がそれぞれ電気的に接続される。

上記以外の構成は実施の形態３と同様である。

このような構成とした音響再生装置に、５．１チャンネルサラウンド音響信号を入力すると、聴取者２７の前方左側のスピーカ１１と前方右側のスピーカ１１から、それぞれフロント左音源４１、及びフロント右音源４５の音響信号が再生される。また、聴取者２７の前方左側の超指向性スピーカ１３と前方右側の超指向性スピーカ１３からそれぞれリア左音源４３、及びリア右音源４７の音響信号が再生される。また、聴取者２７の前方中央のスピーカ１１と超指向性スピーカ１３とから成るスピーカ対から、センタ音源３７の音響信号が再生される。また、図示していないがサブウーハからは低音域の音響信号が再生される。

聴取者２７の前方の左右に設置した超指向性スピーカ１３で、それぞれリア左音源４３、及びリア右音源４７の音響信号を再生させることで、超指向性スピーカ音場２５が聴取者２７の近傍で可聴音の音圧ピークを持つことに加えて、リア左音源４３、及びリア右音源４７の音響信号の再生音における相互干渉がスピーカ音場２３に比べて非常に少ないので、聴取者２７は明瞭な左右の定位感を得ることができる。更に、聴取者２７の前方中央のスピーカ対の超指向性スピーカ１３から再生されるセンタ音源３７の音響信号は、左右のスピーカ対、及びサブウーハから再生されている音場の中で、独立して混ざり合うことが少なく聴取者２７により明瞭に伝わる。

以上のような構成、動作により、本実施の形態４の音響再生装置では聴取者２７の周囲に通常のスピーカを設置することなく、５．１チャンネルのサラウンドスピーカシステムを構成することができる。更に、従来の通常スピーカだけで構成したサラウンドサウンドスピーカシステムに比べて、左右のリア音響信号再生音の独立感と、センタ音響信号再生音の明瞭度が高いサラウンド音響の再生が可能な音響再生装置を実現することができる。

尚、本実施の形態４では、５．１チャンネルサラウンド音響信号について説明したが、音響再生装置に入力される音響信号が、少なくとも３種類以上記録されているサラウンド音源に対して、サラウンド音源内の音響信号のうち、左チャンネル信号と右チャンネル信号以外の少なくとも１つの音響信号を、聴取者２７に対して左チャンネル信号と右チャンネル信号を再生するスピーカ１１と同じ方向に配置された超指向性スピーカ１３で再生する構成としてもよい。これにより、従来のように聴取者２７に対して左チャンネル信号と右チャンネル信号を再生するスピーカと別の方向にスピーカを配置することなく、立体的な音場を形成することができる。

また、本実施の形態４の音響再生装置における各音源に対するサラウンド音源内の音響信号の割り当ては、図７の構成に限られたものではないが、フロント左チャンネル信号、およびフロント右チャンネル信号以外の音響信号を超指向性スピーカ１３で再生させた方が、聴取者２７の周囲にスピーカを配置することなく、最も好適に立体的な音場を形成できるので、上記構成とするのが望ましい。

また、本実施の形態４は、５．１チャンネルサラウンド音響信号について説明したが、５．１チャンネルサラウンド音響信号に限定されるものではなく、記録されている音響信号が３種類未満の音源に対して、その音源から３種類以上の音響信号を作成した擬似的なサラウンド音源に対して、擬似的なサラウンド音源内の音響信号のうち、左チャンネル信号と右チャンネル信号をスピーカ１１で再生し、それら以外の少なくとも１つの音響信号を、超指向性スピーカ１３で再生する構成としてもよい。これにより、少ない音響信号であっても擬似的に立体感のあるサラウンド音響の再生が、聴取者２７の周囲にスピーカを配置することなく可能な音響再生装置を実現できる。

（実施の形態５）
図８は、本発明の実施の形態５における音響再生装置のブロック図である。なお、図８において、図１の音響再生装置と同一構成の部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

図８において、第１音源部１１１は、例えば、聴取者に伝えたい周囲環境である背景音の音響信号が入力される。同様に、第２音源部１１３は、例えば、聴取者に伝えたい音声情報の音響信号が入力される。従って、複数（ここでは２個）の音源部、即ち、第１音源部１１１と第２音源部１１３から出力される音響信号は、互いに独立したものである。 第１音源部１１１と第２音源部１１３は、それぞれセレクタ１１５に電気的に接続される。従って、第１音源部１１１と第２音源部１１３から出力される背景音の音響信号と音声情報の音響信号は、それぞれセレクタ１１５に入力される。セレクタ１１５は、同時に切り替わる２つの２入力１出力３端子スイッチで構成されている。この３端子スイッチは、リレーやトランジスタ等の外部信号により切り替えられる構成としてもよいし、人力により手動で切り替えられるスイッチ構成としてもよい。なお、前者の場合はリモコン切り替えや音源データ等の指示に基づく自動切り替えが可能となる。

ここで、２つの３端子スイッチの内、一方を第１切替部１１７、他方を第２切替部１１９とそれぞれ呼ぶ。第１切替部１１７の第１音源選択端子１２１、及び第２切替部１１９の第１音源選択端子１２３には、第１音源部１１１が電気的に接続されている。同様に、第１切替部１１７の第２音源選択端子１２５、及び第２切替部１１９の第２音源選択端子１２７には、第２音源部１１３が電気的に接続されている。

セレクタ１１５の出力にはスピーカ１１、及び超指向性スピーカ１３が電気的に接続される。図８では、第１切替部１１７の第１共通端子１３３から、増幅回路１７を介してスピーカ１１が接続されており、第２切替部１１９の第２共通端子１３５から、駆動回路２１を介して超指向性スピーカ１３が接続されている。

ここで、スピーカ１１は、通常のスピーカであり、スピーカから放射される可聴音の音圧がスピーカ近傍で最も大きく、スピーカの位置から離れるに従ってその音圧は小さくなる。

また、超指向性スピーカ１３は、超音波を搬送波として用いているスピーカである。超指向性スピーカから可聴音成分を重畳した超音波を放射すると、空気の弾性特性の非線形性の影響を受けることで、可聴音成分が再生される。そのため、超指向性スピーカによる可聴音の音圧は、超音波が進む音軸方向に対しては、超指向性スピーカ近傍では非常に小さいが、空気中を進むにつれて大きくなり、超指向性スピーカから所定の距離でピークを有するような、超指向性スピーカからの距離に依存した特性になる。また、音軸に対して垂直方向に対しても、搬送波として用いる超音波の指向性の高さによって、超指向性スピーカによる可聴音の音圧は、音軸から離れると小さくなるような、音軸からの距離に依存した特性になる。

尚、スピーカ１１と超指向性スピーカ１３の配置については実施の形態１、及び実施の形態２で述べたものと同じである。

上記の構成とすることで、複数の音源部、即ち、第１音源部１１１と第２音源部１１３が出力する音響信号のうち、スピーカ１１、及び超指向性スピーカ１３に対して、任意の音響信号をセレクタ１１５により選択することができる。

次に、このような音響再生装置の動作について説明する。

上記のような各音響信号をそれぞれの音源に入力した場合、第１音源部１１１からは背景音の音響信号が、第２音源部１１３からは音声情報の音響信号が、それぞれ独立して出力される。

ここで、図８に示すように、背景音はスピーカ１１から、音声情報は超指向性スピーカ１３から、それぞれ出力するために、セレクタ１１５は、第１切替部１１７が第１音源選択端子１２１を、第２切替部１１９が第２音源選択端子１２７を、それぞれ選択する。 この時、超指向性スピーカ１３により形成される可聴音の超指向性スピーカ音場と、スピーカ１１により形成される可聴音のスピーカ音場とが重なり合う位置に聴取者（図示せず）が存在することで、スピーカ１１による背景音の中で、聴取者は、超指向性スピーカ１３による音声情報を明瞭に聴き取ることができる。

これは、可聴音成分だけで形成されるスピーカ１１の音場と、超音波を搬送波として可聴音が再生された超指向性スピーカ１３による可聴音の音場とが重なり合った音場であるため、通常のスピーカ同士による音場に比べて、可聴音の干渉し合う割合が少ないことによる。

また、複数の音源の内容によって、音声情報はスピーカ１１から、背景音は超指向性スピーカ１３から、それぞれ出力する場合には、第１切替部１１７が第２音源選択端子１２５を、第２切替部１１９が第１音源選択端子１２３を、それぞれ選択するようにセレクタ１１５を切り換えればよい。

このようにセレクタ１１５を用いることにより、第１音源部１１１と第２音源部１１３からの音響信号を、スピーカ１１と超指向性スピーカ１３に、互いに独立して選択することができる。これにより、聴取者の周囲に通常のスピーカを設置することなく、それぞれの音が独立した立体的な音場を再生することができ、加えて、複数の音源の内容に応じて音源を選択することが可能な音響再生装置を実現することができる。

（実施の形態６）
図９は、本発明の実施の形態６における音響再生装置のブロック図である。

図９において、図８の音響再生装置と同一構成の部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。即ち、図９に示すように、本実施の形態６における音響再生装置の特徴となる部分は次の通りである。

１）セレクタ１１５の第１切替部１１７と第２切替部１１９を、それぞれ４入力１出力５端子スイッチ構成とした。

２）５端子スイッチの４つの入力は、第１音源選択端子１２１、第１音源選択端子１２３と、第２音源選択端子１２５、第２音源選択端子１２７に加えて、合成音源選択端子１３７、合成音源選択端子１３９と、無選択端子１４１、無選択端子１４３とした。尚、無選択端子１４１、及び無選択端子１４３は、各音源と直接に接続されていない。

３）第１音源部１１１とセレクタ１１５との間に、電気的に接続された合成器１４５を備えた。尚、合成器１４５は、複数の音響信号（本実施の形態６では第１音源部１１１の音響信号と第２音源部１１３の音響信号）を合成して出力する機能を有する。

４）合成器１４５の出力は、合成音源選択端子１３７、及び合成音源選択端子１３９に電気的に接続されている。従って、セレクタ１１５は合成器１４５の出力を含めて、各音源部からの音響信号を選択可能な機能を有する。

尚、第１切替部１１７と第２切替部１１９は、図９に示す４入力端子の同じ位置に同時に切り替わる機能を有する。即ち、例えば、第１切替部１１７が、図９における一番上の端子である合成音源選択端子１３７を選択すれば、第２切替部１１９は、同時に図９の一番上の端子である無接続端子１４３を選択する。

次に、このような音響再生装置の動作について説明する。

まず、セレクタ１１５が、第１音源選択端子１２１と第２音源選択端子１２７を選択している場合、第１音源部１１１の音響信号は、増幅回路１７を介してスピーカ１１から、第２音源部１１３の音響信号は、駆動回路２１を介して超指向性スピーカ１３からそれぞれ出力される。

また、セレクタ１１５が、第１音源選択端子１２３と第２音源選択端子１２５を選択している場合、第１音源部１１１の音響信号は、増幅回路１７を介してスピーカ１１から、第２音源部１１３の音響信号は、駆動回路２１を介して超指向性スピーカ１３からそれぞれ出力される。即ち、実施の形態５と同じ動作となり、スピーカ１１による音場と超指向性スピーカ１３による可聴音の音場が重なる位置にいる聴取者には、実施の形態５と同様の音を聴取することができる。

次に、セレクタ１１５が、合成音源選択端子１３７と無選択端子１４３を選択している場合、第１音源部１１１の音響信号と第２音源部１１３の音響信号が合成器１４５で合成された音響信号は、増幅回路１７を介してスピーカ１１から出力される。この時、駆動回路２１には音響信号が入力されないので動作することなく、超指向性スピーカ１３からは何も出力されない。

即ち、第１音源部１１１の音響信号と第２音源部１１３の音響信号とで合成された音響信号が、通常のスピーカであるスピーカ１１により再生されるので、超指向性スピーカだけで再生した場合に比べて比較的広い範囲で、聴取者はスピーカ１１からの再生音を聴取することができる。

最後に、セレクタ１１５が、無選択端子１４１と合成音源選択端子１３９とを選択している場合、第１音源部１１１の音響信号と第２音源部１１３の音響信号が合成器１４５で合成された音響信号が、駆動回路２１を介して超指向性スピーカ１３から出力される。この時、増幅回路１７には音響信号が入力されないので動作することなく、スピーカ１１からは何も出力されない。

即ち、第１音源部１１１の音響信号と第２音源部１１３の音響信号とで合成された音響信号が、超指向性スピーカ１３により再生されるので、通常のスピーカだけで再生した場合に比べて狭い範囲で、聴取者は超指向性スピーカ１３からの再生音を聴取することができると共に、超指向性スピーカ１３からの音を必要としない、超指向性スピーカ１３による再生可聴音の音場以外にいる人に洩れる音が少なくなる。

加えて、超指向性スピーカ１３による再生可聴音は、通常のスピーカ１１による可聴音に比べて、聴取者の周囲の環境音と混ざり合ったり干渉し合ったりすることが少ないので、通常のスピーカ１１による可聴音よりも明瞭に聴こえるという効果もある。

更に、ヘッドホンを装着する場合に比べ、拘束感や煩雑さが無い状態で聴取者が再生可聴音を聴くことが可能となる。

以上のような構成、動作により、複数の音源の内容に応じて、セレクタ１１５で任意に選択されたそれぞれの音を、聴取者の周囲に通常のスピーカを設置することなく、聴取者に対して一つの方向に配置されたスピーカ１１、及び超指向性スピーカ１３で再生することで、聴取者の周囲に立体的な音場を形成し、かつスピーカ１１で再生された音に対して、超指向性スピーカ１３で再生された音を、聴取者が独立して明瞭に聴くことができる音響再生装置を実現することができる。

尚、実施の形態５、及び実施の形態６で述べた音響再生装置は、実施の形態２で述べたテレビ３５、実施の形態３、及び実施の形態４で述べたテレビラック３９、実施の形態４で述べた５．１チャンネルのサラウンドスピーカシステム、更にオーディオのスピーカシステム等に適用できる。

また、実施の形態５、及び実施の形態６で述べた音響再生装置は、増幅回路１７と駆動回路２１から出力される信号の大小関係を調整できるバランス機能を有する構成としてもよい。これにより、複数の音源の内容に応じた立体感の調整幅を拡大することができ、聴取者にとって最適な立体感を得ることが可能となる。

また、実施の形態１から実施の形態６で述べたスピーカ１１と超指向性スピーカ１３、あるいは両者からなるスピーカ対を車両に組み込んでもよい。この場合、車室内で運転手の周囲に多数の通常のスピーカを配置する従来の構成に比べて、スピーカ数を削減できるので車両の軽量化が可能となる。その上、車室内では運転手等の聴取者２７の位置がほぼ特定されるので、特に超指向性スピーカ１３の向きを一義的に設定しやすいという組み込み調整時の利点もある。

また、通常の放射角が大きいスピーカ１１だけを用いてサラウンドサウンドスピーカシステムを構成した場合、狭い車室内ではそれぞれのスピーカからの音が干渉し合うと共に、車室内側の壁面に反響して十分なサラウンド効果を得ることができないことがある。これに対し、スピーカ１１と超指向性スピーカ１３から成るスピーカ対を用いることで、運転手等の聴取者２７の耳元近傍で音場を形成することができるので、聴取者２７は車室内でより一層のサラウンド効果のある音を聴くことができる。

尚、実施の形態１から実施の形態６では、スピーカ１１と超指向性スピーカ１３とを並置した構成で説明しているが、聴取者２７近傍でスピーカ音場２３と超指向性スピーカ音場２５とが重なり、かつ超指向性スピーカ音場２５の中の音圧Ｐのピークが、聴取者２７近傍に設定できる限りにおいて、例えば、スピーカ１１と超指向性スピーカ１３とを前後等にずらして配置したり、互いに離れた位置に配置したりするようにしてもよい。しかしながら、スピーカ１１と超指向性スピーカ１３とを近接させても、両スピーカからの音が互いに干渉し合うことが通常のスピーカに比べて少ない上、両スピーカを含めたシステム全体を小型化できるという利点を活かすこともできるので、スピーカ１１と超指向性スピーカ１３とは並置する構成が望ましい。

また、実施の形態１から実施の形態６で述べた音響再生装置は、テレビ３５やテレビラック３９、及びオーディオ（車載用含む）用途に限定されるものではなく、例えば、携帯電話、携帯音楽プレーヤ、携帯テレビ、ポータブルＤＶＤプレーヤ、携帯ゲーム機等の携帯機器やパソコン等の音を扱う機器に適用してもよい。

本発明にかかる音響再生装置は、スピーカと超指向性スピーカとにより形成される可聴音の音圧が聴取者の近傍で最大となり、聴取者は立体感のある音を聴くことができるので、特に、少ない数のスピーカで立体的な音場を形成することができる音響再生装置等として有用である。

１１ スピーカ
１３ 超指向性スピーカ
２３ スピーカ音場
２５ 超指向性スピーカ音場
２７ 聴取者
１１１ 第１音源部
１１３ 第２音源部
１１５ セレクタ

Claims (4)

1. 相互に独立した音響信号を出力する複数の音源部と、
   前記音源部と電気的に接続され、前記音響信号が入力されるセレクタと、
   前記セレクタの出力と電気的に接続されるスピーカと、超指向性スピーカとを備え、
   前記スピーカは、可聴音の音圧が前記スピーカから離れるにつれて小さくなる特性を持つものであり、
   前記超指向性スピーカは、可聴音の音圧が、前記超指向性スピーカから所定の距離でピークを有する特性を持ち、かつ超音波を搬送波として用いたものであり、
   前記スピーカにより形成される可聴音のスピーカ音場と、前記超指向性スピーカにより形成される可聴音の超指向性スピーカ音場とが聴取者の位置で重なるように、前記スピーカと前記超指向性スピーカが配置され、
   前記セレクタによる、前記複数の音源と、前記スピーカ、及び前記超指向性スピーカとの電気的な接続を、任意に選択できることを特徴とする音響再生装置。
2. 前記セレクタによる、前記複数の音源と、前記スピーカ、及び前記超指向性スピーカとの電気的な接続を、互いに独立に選択できることを特徴とする請求項１に記載の音響再生装置。
3. 前記セレクタによる、前記複数の音源の少なくとも２つによる合成音源と、前記スピーカ、及び前記超指向性スピーカとの電気的な接続を選択できることを特徴とする請求項１に記載の音響再生装置。
4. 前記セレクタによる、前記複数の音源と、前記スピーカ、及び前記超指向性スピーカとの電気的な接続において、前記スピーカ、または前記超指向性スピーカの少なくとも一方は可聴音が出力されないように選択できることを特徴とする請求項１に記載の音響再生装置。

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