JPH02239798A

JPH02239798A - 指向性制御型スピーカ・アレイ・システム

Info

Publication number: JPH02239798A
Application number: JP6160189A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Furukawa; 古川　安航; Kazuo Fukuyama; 和男福山; Joji Kuriyama; 栗山　譲二; Takeo Shindo; 進藤　武男
Original assignee: Toa Electric Co Ltd
Current assignee: Toa Corp
Priority date: 1989-03-13
Filing date: 1989-03-13
Publication date: 1990-09-21
Anticipated expiration: 2012-05-14
Also published as: JP2610991B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は複数のスピーカ・ユニットを直線状、平面上
或るいは立体的に配列したスピーカ・アレイ・システム
に関するものであり、その指向性を低音域から高音域ま
で均一に制御することができるようなスピーカ・アレイ
・システムを提供する。

（従来の技術）従来、この種のシステムとして、第４図に示すように、
信号源１０．増幅器１５．それぞれ異なるしゃ断周波数
を持つローバス・フィルタ２１ａ・２ｌｂ・・・２ｎａ
・２ｎｂ，直線状に上下方向交互に配置されたスピーカ
・ユニット３０・３１ａ　・３１ｂ・・・３ｎａ・３１
１ｂから構成されたスビーカ装置が知られていた。

また、他の例として、第５図に示す如く、共通の信号源
１２、各系統毎に遅延器４０・４１・・・４ｎ．増幅器
５０・５１・・・５ｎ，直線状交互配列のスピーカ・ユ
ニット６０・６１ａ　・６ｌｂ・・・５ｎａ・５ｎｂを
それぞれ配置接続したスビーカ装置が知られていた。

（発明が解決しようとする課題）ところが、前者のスビ一カ装置の場合、直線状に配列さ
れたスピーカ・ユニット３０〜３ｎｂの全長を２Ａ，音
波の波艮をλ、ｋをｋ−２π／λとすると、ｋＡ＜１．
５となる周波数帯域では、その指向性は無指向性に近い
ものにしかならない。

例えば、２Ａ−１メートルとした場合，ｋ−３未満とな
り、周波数ｆは約１６０ヘルツとなり、これより低い周
波数帯域では、全てのスピーカ・ユニット３０〜３ｎｂ
を駆動ざせても所望の指向性は得られない。

また、後者のスビーカ装置の場合、特定の周波数帯域の
みに着目して、その指向性が、所望のものに近づくよう
に遅延邑を調整することができるが、広い帯域に渡って
均一な指向性を得ることはできない。即ち、高音域の指
向性と低音域の指向性とは、１系統１つの遅延器４０〜
４ｎを用いて同一の遅延を与えた場合の位相回転量が高
・低音域で大幅に異なるから、高・低両音域にまたがっ
て広帯域の指向性を制御することは、実際上困難である
。

もし、この装置に於いて、低音域で充分な指向性を得る
ためには、スピーカ・アレイの長さを大きくしていくこ
とが必要となり、システムが大型化する。

この様に直線状に配列されたスピーカ・ユニットの指向
特性は、低音域から高音域にかけて極端に違っている。

また、従来法で使われている典型的フィルタには、フィ
ルタ特性に関する制約が多過ぎて、自由なフィルタ特性
を与えられない。その為に、広帯域にわたる帰一な指向
性制御が実現困難であった。

この発明は、前記従来のｒＩ！１題点を解消する為に成
されたものであり、その目的とするところは、有限応答
長デジタル・フィルタ（Ｆｉロ＋ｔ　　１　ｎｐｕｔＲ
ｅｓｏｎｓｅ　　Ｄｉｇｉｔａｌ　　Ｆｉｌｔｅｒ，以
下ＦＩＲフィルタと略称する）を用いるようにすること
によって低音域から高音域まで均一な指向性が容易に得
られる指向性制御型スピーカ・アレイ・システムを提供
することにある。

（ＩＩ題を達成するための手段）前記目的を達成する為のこの発明の要旨は、少なくとも
１台以上を１つの組としてグループ分けざれ直線状に配
置された複数個のスピーカ・ユニット、このグループ数
に対応した同数のＦＩＲフィルタ、及び複数台の増幅器
から構成され、共通の音声信号入力端子から分岐し所定
の前記ＦＩＲフィルタを通った後、前記増幅器によって
増幅された音声信号によってそのＦＩＲフィルタに対応
するグループすべてのスピーカ・ユニットが駆動される
ようにした指向性制御型スピーカ・アレイ・システムに
存する。

また、これに加えて、スピーカ・ユニットを直線状に配
置したスピーカ・アレイの長さを２Ａ，音波の波長をλ
、ｋをｋ−２π／λとするとき、スピーカ・アレイの中
央から片端に向って１個又は、隣接する複数個のスピー
カ・ユニットとその反対方向対称位置にあるスピーカ・
ユニットとが１つの組としてグループ分けされ、０．９
＜ｋＡく１．８となる周波数範囲において中央のスピー
カ・ユニットの出力音圧を両端のスピーカ・ユニットの
どららの出力音圧よりも３デシベル以上小さく制御する
ことを特徴とする指向性制御型スピーカ・アレイ・シス
テムに存する。

さらに、スピーカ・ユニットを直線状に配置したスピー
カ・アレイの長さを２Ａ，音波の波長をλ、ｋをｋ−２
π／λとするとき、スピーカ・アレイの中央から片端に
向かって１個又は隣接する複数個のスピーカ・ユニット
とその反対方向対称位置にあるスピーカユニットとが１
つの組としてグループ分けされ、７＜ｋＡ＜１４となる
周波数範囲において中央のスピーカユニットの出力音圧
が両端のスピーカ・ユニットのどちらの出力音圧よりも
３デシベル以上大きく制御することを特微とする指向性
制御型スピーカ・アレイ・システムに存する。

さらにまた、スピーカ・ユニットの数が奇数のとき、中
央のスピーカ・ユニット１個だけを１つの組とし、さら
にスピーカ・アレイの中央から片端に向かって１個又は
隣接する複数個のスピーカユニットとその反対方向対称
位置にあるスピーカユニットとを１つの組としてグルー
プ分けすることを特徴とする指向性制御型スピーカ・ア
レイ・システムに存する。

（作用）この様に構成されており、ＦＩＲフィルタを使っている
から、広い周波数範囲にわたり振幅・位相特性が任意に
設定される。これにより、広帯域の均一な指向性制御が
実現される。

また、このようにして、高音域にだけでなく、低音域に
対しても、両端のスピーカ・ユニットの出力音圧を中央
のスピーカ・ユニットに比較して３デシベル以上特に大
きくした条件のもとで、比較的鋭い指向性特性が容易に
得られる。

（実施例）次に、この発明の実施例を第１図乃至第３図に基づいて
詳細に説明する。

第１図に示すように、指向性制御型スピーカ・アレイ・
システムは、複数台のＦＩＲフィルタ７０〜７｝、複数
台の増幅器８０〜８ｎ及び複数個のスピーカ・ユニット
９０・９１ａ　・９ｌｂ・・・９ｎａ・９ｍｂ音声信号
源１４により発生された音声信号は複数に分岐されＦＩ
Ｒフィルタ７０〜７ｎに入力される。１台の一ＦＩＲフ
ィルタ７０〜７ｎの出力信号は、１台又は複数台の増幅
器８０〜８ｎに入力される。１台の増幅器８０〜８ｎの
出力信号は、１個又は複数個のスピーカ・ユニット９０
〜９ｎに入力される。スピーカ・ユニット９０〜９ｎは
直線状、平面状又は立体的に配置されている。ＦＩＲフ
ィルタ７０〜７ｎには、増幅器８０〜８ｎとスピーカ・
ユニット９０〜９ｎの特性に合わせて、システムの指向
性を最もよく所望のものに近づけるようなフィルタ特性
を持たせてある。

この場合、広帯域にわたって均一な指向特性を得る為に
は、個々の周波数ポイント毎にフィルタ７０〜７ｎの撮
幅・位相特性を最適化設計する必要がある。

一般に、ＦＩＲフィルタ７０〜７ｎの特徴の１つとして
、広い周波数範囲に渡り自由に娠幅・位相特性を持たせ
ることができるので、前記フィルタ特性を実現するのに
最適であり大変好都合であるといえる。

換言すれば、その様なフィルタ特性は、現在の技術水準
ではＦＩＲフィルタ７０〜７ｎでないと実現困難であり
、この様なフィルタ特性は、例えば、非線形最適化手法
によりコンピュータの計算から求められる。

複数のスピーカ・ユニット９０〜９ｎを直線状、平面状
或るいは立体的に配置したものを、以下スピーカ・アレ
イと呼ぶ。

スピーカ・アレイの中央から片端に向かって、１又は隣
接した複数個のスピーカ・ユニット９０〜９ｎとその対
称の位置にあるスピーカ・ユニツｔ−９０〜９ｎを１つ
の組例えば９１ａと９ｌｂとして組分けをする。スピー
カユニット９０〜９ｎの数が奇数のときは中央のスピー
カ・ユニット９０の１個だけを１つの組としてもよい。

１台のＦＩＲフィノレタ７０〜７ｎは１つの組のスピー
カ・ユニット９０〜９ｎすべてを制御する。

スピーカ・アレイの長さを２Ａ，音波の波長をλ、ｋを
ｋ−２π／λとし、０．９＜ｋ　Ａ＜１．８となる比較
的低音域の周波数範囲で、スピーカ・アレイ正面Ｏ度方
向と９０度の角度を持つ方向の音圧を正面方向の音圧に
比べて１０デシベル以上小さくするには、中央のスピー
カ・ユニット９０の出力を両端のスピーカ・ユニット９
ｎａ・９ｎｂのどちらの出力よりも３デシベル以上小さ
くするという条件を少なくとも満たさねばならない。そ
の条件を考慮して設計されたフィルタ特性によって得ら
れる指向特性の一例を第２図に示す。

第２〜３図に於いて、太い実線はＦＩＲフィルタ７０〜
７ｎをオン状態にした際の指向特性を示し、点線はＦＩ
Ｒフィルタ７０〜７ｎを非動作状Ｉ？ｌ（フィルタ・ス
ルー）での指向特性を示している。

また、７＜ｋＡ＜１４となる比較的高音域の周波数範囲
で、スピーカ・アレイ正面方向から、正面方向と３０度
の角度を持つ方向までのすべての方向の音圧の、正面方
向の音圧に対する低下量を１５デシベル以内にするには
、中央のスピーカ・ユニット９０の出力を両端のスピー
カ・ユニット９ｎａ・９ｎｂのどちらの出力よりも３デ
シベル以上大きくするという条件を少なくとも満たさね
ばならない。その条件を考慮して設計されたフィルタ特
性によって得られる指向特性例を第３図に示す。

なお、この発明は、集音用の指向性を有するマイクロホ
ン・アレイ・システム等にも応用できる。

（発明の効果）上述の通り、この発明によれば、ＦＩＲフィルタを使っ
て、スピーカ・アレイの振幅・位相特性を個々の周波数
ポイント毎に最適化制御するようにしたので、低音域か
ら高音域まで広帯域にわたり均一な指向性を容易に得る
ことができるとともに、特に従来法では困難だった低音
域での指向性を確実に制御することが可能になるという
顕著な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施した指向性制御型スピーカ・ア
レイ・システムの回路ブロック図、第２図乃至第３図は
同じく指向特性図、第４図乃至第５図は従来例のスビー
カ装置の回路ブロック図である。１４・・・信号源、７０〜７ｎ・・・ＦＩＲフィルタ、
８０〜８ｎ・・・増幅器、９０−９１ａ　−９１ｂ　〜
９ｎａ・９ｎｂ・・・スピーカ・ユニット。第１図第２図第３図ｋＡ＝ｙ．２ｋＡ＝Ｑ．Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）少なくとも１台以上を１つの組としてグループ分
けされ直線状に配置された複数個のスピーカ・ユニット
、このグループ数に対応した同数のＦＩＲフィルタ、及
び複数台の増幅器から構成され、共通の音声信号入力端
子から分岐し所定の前記ＦＩＲフィルタを通った後、前
記増幅器によって増幅された音声信号によってそのＦＩ
Ｒフィルタに対応するグループすべてのスピーカ・ユニ
ットが駆動されるようにした指向性制御型スピーカ・ア
レイ・システム。
（２）スピーカ・ユニットを直線状に配置したスピーカ
・アレイの長さを２Ａ、音波の波長をλ、ｋをｋ＝２π
／λとするとき、スピーカ・アレイの中央から片端に向
って１個又は、隣接する複数個のスピーカ・ユニットと
その反対方向対称位置にあるスピーカ・ユニットとが１
つの組としてグループ分けされ、０．９＜ｋＡ＜１．８
となる周波数範囲において中央のスピーカ・ユニットの
出力音圧を両端のスピーカ・ユニットのどちらの出力音
圧よりも３デシベル以上小さく制御することを特徴とす
る請求項（１）記載の指向性制御型スピーカ・アレイ・
システム。
（３）スピーカ・ユニットを直線状に配置したスピーカ
・アレイの長さを２Ａ、音波の波長をλ、ｋをｋ＝２π
／λとするとき、スピーカ・アレイの中央から片端に向
かって１個又は隣接する複数個のスピーカ・ユニットと
その反対方向対称位置にあるスピーカユニットとが１つ
の組としてグループ分けされ、７＜ｋＡ＜１４となる周
波数範囲において中央のスピーカユニットの出力音圧が
両端のスピーカ・ユニットのどちらの出力音圧よりも３
デシベル以上大きく制御することを特徴とする請求項（
１）記載の指向性制御型スピーカ・アレイ・システム。
（４）スピーカ・ユニットの数が奇数のとき、中央のス
ピーカ・ユニット１個だけを１つの組とし、さらにスピ
ーカ・アレイの中央から片端に向かつて１個又は隣接す
る複数個のスピーカユニットとその反対方向対称位置に
あるスピーカユニットを１つの組としてグループ分けす
ることを特徴とする請求項（２）又は請求項（３）記載
の指向性制御型スピーカ・アレイ・システム。