JPH04170299A - 指向性制御スピーカシステム - Google Patents

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 本発明は特定のサービスエリア内でのみ音がきこえる指
向性スピーカに関し、特にサービスエリアの広さを変え
ることのできる指向性制御スピーカに関するものである
。

従来の技術 近年、拡声設備による掻音公害が社会問題となっている
。また、展示会や美術館、ジョールーム等において、多
くのブース毎に異なる説明をしだいと言った要求も極め
て強く彦っている。

従来こうした鋭い指向性を持つ拡声設備には主としてホ
ーンスピーカが用いられてきた。しかしながらホーンス
ピーカではホーンの長さと、開口の大きさによって低域
再生限界周波数が決定され、低い周波数で鋭い指向性を
得るには、長さ、開口共に極めて大きなものが必要とな
シ、屋内特狭い場所では使いにくいと言う問題があった
。まだ、指向性はホーンの形状によって決定されるため
、指向性を容易に変更することはできないと言う問題も
あった。

一方、超音波に対する空気の非線形性を用いて、振幅変
調された超音波から空中で可聴音を再生する、いわゆる
パラメトリックスピーカが、ホーンスピーカに比べて小
形軽量でかつ鋭い指向性を得られることから一部で実用
化されているが、変換効率が低く、特に低周波音の再生
が困難なことや、強力な超音波による人体への影響を防
ぐために超音波カット用フィルターを設けなければなら
ないと言った問題があった。

また第３の方法としてコーン形のスピーカユニットを多
数アレイ状に配置したいわゆるトーンゾイレスビーカが
ある。第６図に従来のトーンゾイレスビーカの構造を示
す。

１３は低音用のスピーカで５本を直線状に配列している
。１４は高音用のスピーカで同じく５本を直線状に配列
しており、それぞれの間隔は低音用が３ｏｃｎｎ、高音
用が２０αである。

５　ヘーン 発明が解決しようとする課題 上記従来のトーンゾイレスピーカでは、指向性を必要に
応じて変化させサービスエリアを広げたり狭くしたりす
ることはできなかった。

まだ通常指向性パターンで示されるのはスピーカの口径
に比べて十分遠距離において測定されたものであるが、
実際の使用条件では、アレイの直径に対して無視できな
い種度の近距離音場で使用されるケースが多く、距離減
衰や周囲からの反射の影響を考慮しなければ音圧分布を
知ることができない。従って、室内等に巨大なホーンス
ピーカを設置したとしても、鋭い指向性が得られるわけ
ではない。しかしながら実際の使用においては近距離音
場で使用するケースが多くまたサービスエリアを容易に
変更できるシステムが必要となる場合が多い。例えば第
７図に示すように天井にスピーカを配置し、展示物の前
に立った人だけがその説明をきくことができるようなシ
ステムを考える。

これを模式的に描くと第８図のようになり、この場合の
最適なスピーカ配置はスピーカの間隔り。

６へ。

天井高Ｈ，サービスエリアＳ、床の反射率Ｒｅ（１次反
射音のみを考慮する場合）等で決定される。従って必要
なスピーカユニットの個数Ｎやその間隔Ｌ（必ずしも等
間隔である必要はない）は、建物やレイアウトによって
異なるものであり、従来のトーンゾイレヌピーカのよう
にキャビネットに複数のユニットを取りつけただけでは
到底対応できるものではない。

また最適な指向性を得るためにはユニットの配置だけで
はなく、各ユニットに入力する信号についても、周波数
特性や位相特性、入力レベルなどを最適化する必要があ
る。従来は入力信号についても固定されたネットワーク
を通すのみであり、容易に変更できるものではなかった
。本発明は上記の課題を解決するもので、指向性を自由
に変化できるスピーカシステムを提供することを目的と
する。

課題を解決するための手段 本発明は上記の目的を達成するだめに、複数のスピーカ
ユニットと、上記スピーカユニットを所７　・＼−ノ 定の位置に設置するための移動固定手段と、各スピーカ
ユニットにそれぞれ所定の信号を入力するための制御部
とから構成される。

作　　　用 本発明は上記の構成により、複数のスピーカユニットは
、移動固定手段によって所定の位置に設置される。各ス
ピーカユニットの位置は、上記した種々の条件をパラメ
ータとして、最適な数と位置とを計算する。また各ユニ
ットに入力すべき信号の位相及びゲインも同時に最適解
を計算し、制御部のパラメータを決定する。

実施例 以下、本発明の一実施例について第１図と共に説明する
。第１図において１はスピーカユニット、２はスピーカ
ユニットを任意の位置に移動するためのレール、３はラ
ンナーである。レールの中には９チヤンネルの信号線が
通っており、各スピーカユニットごとに設けられた制卿
器４で信号処理されアンプ５を通って最適な信号を供給
できるようになっている。例えば最も簡単な例として９
木のスピーカユニットを２０６ｎ間隔で直線状に配列し
た場合の水平距離と音圧レベルの関係を第２図に示す。

アレイの位置は床上３ｍ、受聴位置は床上１．５ｍ、周
波数は１　ｋＨｚである。Ａは９本のスピーカユニット
に全て同じ入力を加えた場合であや、Ｂは１本おきに５
本のスピーカユニットに同様の入力を加えた場合である
。への場合には、ザービスエリアは中心から約１ｍの範
囲となり、鋭い指向性が得られるのに対し、Ｂの場合に
は約４ｍと拡がっており、指向性が制御できることがわ
かる。

制御器は第３図に示すようにソース６の信号をバンドパ
スフィルタ７で帯域分割し、それぞれについて遅延時間
（位相）と信号レベル（ゲイン）とを設定するようにな
っている。また・低音用スピーカと高音用スピーカのク
ロスオーバー周波数も設置条件によって変化させている
。

次に本発明の第２の実施例について第４図と共に説明す
る。第１の実晦例ではスピーカユニットの移動は手で行
々っていた。しかしながら展示場のレイアウト変更が頻
繁に行なわれる多目的展示場や催事場などでは手で行な
うことは極めて非効率的である。またホールの様に天井
が高く、実質上手で行なうことが困難な場合も多い。

本実施例では、スピーカユニットに光学式位置検出セン
サ１０を設は位置コントローラの制御によってレール上
のマーカ１１をカウントすることにより、所定の位置に
スピーカユニットを設置するものである。

なお、スピーカユニットの位置はレールに沿った１次元
の位置だけでなく、３次元に位置決めを行なってよいこ
とは勿論、角度についても行なうことによってより広範
囲の指向性制御が可能となることは言うまでもない。

次に本発明のｆｊ３の実施例について説明する。

上記のように指向性は、スピーカユニットの配置と、各
スピーカユニットへの入力信号の制御によって変化させ
られるものである。しかしながら、これらの各パラメー
タは互いに独立ではなく、全ての帯域について一定の指
向性を実現することは困棒である。また各帯域ごとにつ
いては一最適解が存在したとしても、実際には各帯域ご
とに多くのスピーカユニットを使用することは困難であ
る。

例えば第５図に示すようにスピーカを３ｍ隔てて設置し
た場合、サービスエリア内音圧レベルは暗騒音レベルに
比べて５〜１ｇｄＢ高ければ十分な明瞭度は確保できる
。一方隣接スビーカ間のクロメト−りを防ぐためには、
サービスエリア外の音圧レベルは暗騒音レベルに比べ５
ｄＢ程度以上低いことが要求される。ところがある帯域
については極端にサイドローブが大きくなり許容レベル
を超える場合がある。

本実施例では、そのような帯域については制御器におい
て入力レベルを下げ、サイドローブのレベルが許容値以
下となるようにした。これによ−〕でクロストークは十
分暗騒音以下のレベルに抑えることができた。

なお、スピーカの位置を固定しておき、信号処理のみに
よって指向性の制御を行なう場合には、特に帯域によっ
ては大きなサイドロープが発生す１１　　・　。

る場合があり、このような時にもこの帯域だけ入力レベ
ルを下げておくことによって、全体としてクロストーク
を低く抑えることができる。

本発明のスピーカシステムの第４の実施例について第５
図と共に説明する。第６図はブロックダイアグラムを示
す。これまでの実施例では、スピーカの位置や信号処理
用の最適パラメータは別途計算され、その結果に従って
、スピーカの位置を動かしたり、プログラムを変更した
りしていだが、本実施例では各種の条件に基いた最適化
を計算機１２で行ない、その結果を直接、位置コントロ
ーラや、ゲイン、位相コントローラにフィードバックし
て制御を行なわせるものである。本実施例によれば、計
算機や音響についての専門的な知識なしに、条件を設定
するだけで希望する指向性を得ることができる。

なお、条件が予めいくつかのパターンに限定される場合
には、それらの解をメモリに貯えておき、計算すること
なく最適な指向性を実現できるので、完全自動化が可能
となる。

発明の効果 本発明は上記のように、複数のスピーカユニットとこれ
らを所定の位置に設置するための移動手段と、上記スピ
ーカユニットに最適な信号を入力するための制御部とを
設けることにより、以下の効果を有する。

（１）　　指向性を容易に変えることができる。特に近
距離での受聴においてサービスエリアを限定できるので
、展示場等で多くのブースごとに別々の説明を行ないた
いと言った用途に最適である。

（２）必要なサービスエリア内にのみ音を出せるため、
全体の暗Ｓ音レベルを低下させることができる。

（３）　　スピーカユニットの位置を位置検出センサと
位置コントローラによって行なうことにより、自動化が
図れる。また位相やゲインも計算機で最適化を行なった
結果を直接位相、ゲインコントローラにフィードバック
することにより、自動化、が図れる。

１３　ｌ＼−７ （４）　　各帯域ごとに最適化を行なった結果、サイド
ローブが許容値を越える帯域については制御器でその帯
域の入力レベルを下げることにより、クロストークを抑
えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による指向性制御スピー
カシステムの描うミ、第２図は指向性制御を行なった場
合の中心からの距離と音圧レベルの関係を示す図、第３
図は制御器の構成を示すブロック図、第４図はスピーカ
の位置をセンサーによって検出する方法を示す図、第５
図は指向性制御に要求される条件を示す図、第６図は第
４の実施例のブロック図、第７図は従来のトーンゾイレ
スピーカの外観図、第８図は指向性制御スピーカの使用
例を示す図、第９図は指向性制御の各ノくラメータを示
す図である。 １・・・・・・スピーカ、２・・・・・・レール、３・
・・・・・ランナー、４・・・・・・制御器、５・・・
・・・アンプ、６・・・・・・ソース、７・・・・・・
帯域分割フィルタ、８・・・・・・位相制御器、９・・
・・・・ゲイン制御器、１ｏ・・・・・・位置検出セン
サ、１１・・・・・・マーカ、１２・・・−・・計算機
、１３・・・・・・低音用スピーカ、１４・・・・・高
音用スピーカ。 代理人の氏名　弁理士　小鍜治　　明　ほか２名憾

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のスピーカユニットと、それぞれのスピーカ
   ユニットに所定の信号を入力するための制御部からなり
   、制御部はソースからの入力を帯域に分割するための複
   数の帯域分割フィルタと、それぞれの帯域分割フィルタ
   に対応して設けられたゲインと位相の設定部とからなる
   ことを特徴とする指向性制御スピーカシステム。
2. （２）複数のスピーカユニットが移動自在であり、かつ
   所定の位置に固定するための移動固定機構を備えている
   ことを特徴とする請求項（１）記載の指向性制御スピー
   カシステム。
3. （３）移動固定機構がレールとレール上を移動自在なラ
   ンナーと、ランナーに取りつけられたスピーカユニット
   と所定の位置にランナーを固定するための固定具からな
   ることを特徴とする請求項（１）または請求項（２）記
   載の指向性制御スピーカシステム。
4. （４）スピーカユニットまたはランナーに取りつけられ
   た位置検出センサと、位置検出センサの出力と予め記憶
   された位置との比較手段と両者が一致した時にスピーカ
   ユニットの移動を停止する手段を備えた位置コントロー
   ラを有することを特徴とする請求項（１）及至（３）記
   載の指向性制御スピーカシステム。
5. （５）所定のスピーカユニットの配置において、特定の
   帯域に対し、所期の指向性が実現できない場合、上記特
   定の帯域に対し、サービスエリア外のレベルが許容レベ
   ルを超えないようにゲインを低下させたことを特徴とす
   る請求項（１）及至（４）記載の指向性制御スピーカシ
   ステム。
6. （６）所定の条件に従ってスピーカユニットの個数及び
   位置と、各スピーカユニットに加える信号の位相とゲイ
   ンとの最適値を計算する手段を有し、計算結果にもとづ
   いてスピーカユニットの位置を移動させる手段と、同じ
   く計算結果にもとづいて各スピーカユニットに所定の位
   相とゲインを有する信号を加えるための手段との少なく
   とも１つを有する請求項（１）及至（５）記載の指向性
   制御スピーカシステム。