JPH07203581A - 指向性スピーカシステム - Google Patents
指向性スピーカシステムInfo
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- JPH07203581A JPH07203581A JP34987293A JP34987293A JPH07203581A JP H07203581 A JPH07203581 A JP H07203581A JP 34987293 A JP34987293 A JP 34987293A JP 34987293 A JP34987293 A JP 34987293A JP H07203581 A JPH07203581 A JP H07203581A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 小型でかつ低音から鋭い指向性を得られる指
向性スピーカシステムを実現すること。 【構成】 信号源１６の音響信号の内、高域成分は元来
指向性が鋭いので、入力レベル制御器２３を通して高音
用のスピーカユニット１３ａ〜１３ｌに入力する。指向
性の少ない低域成分については、Ａ／Ｄ変換器１８を介
してＦＩＲフィルタ１９に入力する。低音用の左右のス
ピーカユニット１４ａ，１４ｄの入力はＦＩＲフィルタ
１９ｂから与え、中央のスピーカユニット１４ｂ，１４
ｃの入力はＦＩＲフィルタ１９ａから与える。各ＦＩＲ
フィルタルタ１９では、振幅と位相の周波数特性を制御
し、スピーカユニット１４の指向性がCOS3θとなるよう
に音響信号を変換する。こうするとＦＩＲフィルタ、Ａ
／Ｄ変換器、及びＤ／Ａ変換器を少なくして、指向性の
優れたアレイスピーカが得られる。
向性スピーカシステムを実現すること。 【構成】 信号源１６の音響信号の内、高域成分は元来
指向性が鋭いので、入力レベル制御器２３を通して高音
用のスピーカユニット１３ａ〜１３ｌに入力する。指向
性の少ない低域成分については、Ａ／Ｄ変換器１８を介
してＦＩＲフィルタ１９に入力する。低音用の左右のス
ピーカユニット１４ａ，１４ｄの入力はＦＩＲフィルタ
１９ｂから与え、中央のスピーカユニット１４ｂ，１４
ｃの入力はＦＩＲフィルタ１９ａから与える。各ＦＩＲ
フィルタルタ１９では、振幅と位相の周波数特性を制御
し、スピーカユニット１４の指向性がCOS3θとなるよう
に音響信号を変換する。こうするとＦＩＲフィルタ、Ａ
／Ｄ変換器、及びＤ／Ａ変換器を少なくして、指向性の
優れたアレイスピーカが得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特定の範囲の人々にだ
け音が聞こえるようにした狭指向性スピーカシステムに
関し、特に小型で、かつ低い周波数において鋭い指向性
を実現できる指向性スピーカシステムに関するものであ
る。
け音が聞こえるようにした狭指向性スピーカシステムに
関し、特に小型で、かつ低い周波数において鋭い指向性
を実現できる指向性スピーカシステムに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】美術館や博物館、ショールーム等におい
て、個々の展示物ごとに別々のスピーカを設置し、夫々
のスピーカで展示物の説明をしたいという要求は従来か
ら極めて大きい。このように音を特定の範囲にだけ伝達
するスピーカシステムとしては、以下に示すような方法
がある。 (1) ホーンスピーカを用いる方法。 (2) 放物面や回転楕円面からなる反射板の焦点に、スピ
ーカユニットを設ける方法。 (3) パラメトリックスピーカを用いる方法。 (4) トーンゾイレスピーカのように、複数のスピーカユ
ニットを直線状に配置したアレイスピーカを用いる方
法。
て、個々の展示物ごとに別々のスピーカを設置し、夫々
のスピーカで展示物の説明をしたいという要求は従来か
ら極めて大きい。このように音を特定の範囲にだけ伝達
するスピーカシステムとしては、以下に示すような方法
がある。 (1) ホーンスピーカを用いる方法。 (2) 放物面や回転楕円面からなる反射板の焦点に、スピ
ーカユニットを設ける方法。 (3) パラメトリックスピーカを用いる方法。 (4) トーンゾイレスピーカのように、複数のスピーカユ
ニットを直線状に配置したアレイスピーカを用いる方
法。
【０００３】上記のうちホーンスピーカや反射板を用い
る方法は、ホーンや反射板の幾何学的形状によって指向
性を実現するものである。従って低い周波数で鋭い指向
性を得るためには、口径や奥行きの大きなものが必要と
なる。又、パラメトリックスピーカを用いる方法は、超
音波に対する空気の非線形性を利用し、音声信号で変調
された超音波から空気中で元の音声信号を復調する方式
である。この方法は他の方法に比べて小形で鋭い指向性
を得ることができるが、変換効率が低いことや強力な超
音波を使用するため受聴者の保護等の課題が残されてい
る。
る方法は、ホーンや反射板の幾何学的形状によって指向
性を実現するものである。従って低い周波数で鋭い指向
性を得るためには、口径や奥行きの大きなものが必要と
なる。又、パラメトリックスピーカを用いる方法は、超
音波に対する空気の非線形性を利用し、音声信号で変調
された超音波から空気中で元の音声信号を復調する方式
である。この方法は他の方法に比べて小形で鋭い指向性
を得ることができるが、変換効率が低いことや強力な超
音波を使用するため受聴者の保護等の課題が残されてい
る。
【０００４】一方、アレイスピーカを用いる方式は、各
スピーカユニットから放射された音の合成によって指向
性を得ようとするものであり、ホーン型や反射型に比べ
て薄型化できるという利点がある。以下、アレイ方式を
用いた従来の指向性スピーカについて図面を参照しつつ
説明する。
スピーカユニットから放射された音の合成によって指向
性を得ようとするものであり、ホーン型や反射型に比べ
て薄型化できるという利点がある。以下、アレイ方式を
用いた従来の指向性スピーカについて図面を参照しつつ
説明する。
【０００５】図３は、複数のスピーカユニットを直線状
に並べたトーンゾイレと呼ばれるアレイスピーカシステ
ムの構成を示す説明図である。このアレイスピーカシス
テムは密閉箱１に多数のスピーカユニット２を取付けた
もので、ここでは例えば口径10cmのスピーカユニット２
を間隔11cmで直線上に８個配置している。実際の使用条
件を考慮し、アレイスピーカが高さ３ｍの天井面３に取
付られており、その下に受聴者Ｐが立ち止まるか又は通
過するものとする。
に並べたトーンゾイレと呼ばれるアレイスピーカシステ
ムの構成を示す説明図である。このアレイスピーカシス
テムは密閉箱１に多数のスピーカユニット２を取付けた
もので、ここでは例えば口径10cmのスピーカユニット２
を間隔11cmで直線上に８個配置している。実際の使用条
件を考慮し、アレイスピーカが高さ３ｍの天井面３に取
付られており、その下に受聴者Ｐが立ち止まるか又は通
過するものとする。
【０００６】一般に指向性スピーカを壁面に取付ける
と、音が受聴者や対向する壁面で反射して、他のスピー
カのサービスエリアと干渉することがある。このためア
レイスピーカは天井面３に取り付ける方が望ましい。こ
のときの指向性として、受聴者Ｐの耳の高さにおける水
平面（ｘ−ｙ平面）での音圧分布を考える。
と、音が受聴者や対向する壁面で反射して、他のスピー
カのサービスエリアと干渉することがある。このためア
レイスピーカは天井面３に取り付ける方が望ましい。こ
のときの指向性として、受聴者Ｐの耳の高さにおける水
平面（ｘ−ｙ平面）での音圧分布を考える。
【０００７】これらのスピーカユニット２に同相同レベ
ルの信号を入力した場合のｙ軸方向の指向特性の計算結
果を図４に示す。一点鎖線で示すように500Hz 以上の高
い周波数では鋭い指向性を示すが、破線の250HZ 及び実
線の125HZ のカーブに示すように、低域になるほど指向
性が広がってしまうことが分かる。このようにアナログ
方式のアレイスピーカシステムでは、低域の指向性はア
レイの長さで決ってしまう。このため小型で低い周波数
から鋭い指向性が得られるものができないという欠点が
あった。
ルの信号を入力した場合のｙ軸方向の指向特性の計算結
果を図４に示す。一点鎖線で示すように500Hz 以上の高
い周波数では鋭い指向性を示すが、破線の250HZ 及び実
線の125HZ のカーブに示すように、低域になるほど指向
性が広がってしまうことが分かる。このようにアナログ
方式のアレイスピーカシステムでは、低域の指向性はア
レイの長さで決ってしまう。このため小型で低い周波数
から鋭い指向性が得られるものができないという欠点が
あった。
【０００８】一方、デジタル信号処理技術の進歩によっ
て、各スピーカユニットに入力される信号のレベルと位
相とを周波数ごとに制御して、鋭い指向性を得ようとす
る方式が提案されている（例えば特願平1ー61601 号の指
向性制御型スピーカアレイシステム参照）。この方式は
図５に示すように多数のスピーカユニット４を直線上に
配列し、スピーカアレイ５を構成する。更にスピーカア
レイ５の中心から対称な位置にあるスピーカユニット４
を複数の組に分割する。そして各組ごとに有限応答長デ
ジタルフィルタ（ＦＩＲフィルタ）８を用い、所望の指
向性が得られるようにＦＩＲフィルタ８の周波数特性を
決定する。
て、各スピーカユニットに入力される信号のレベルと位
相とを周波数ごとに制御して、鋭い指向性を得ようとす
る方式が提案されている（例えば特願平1ー61601 号の指
向性制御型スピーカアレイシステム参照）。この方式は
図５に示すように多数のスピーカユニット４を直線上に
配列し、スピーカアレイ５を構成する。更にスピーカア
レイ５の中心から対称な位置にあるスピーカユニット４
を複数の組に分割する。そして各組ごとに有限応答長デ
ジタルフィルタ（ＦＩＲフィルタ）８を用い、所望の指
向性が得られるようにＦＩＲフィルタ８の周波数特性を
決定する。
【０００９】次に音の信号源６の出力をＡ／Ｄ変換器７
でデジタル変換し、その出力を各ＦＩＲフィルタ８に与
える。夫々のＦＩＲフィルタ８で周波数特性が変換され
たデジタル音声信号は、Ｄ／Ａ変換器９に入力されてア
ナログ音声信号に変換される。これらの出力は各アンプ
１０で電力増幅され、受聴者の位置を中心に左右に配置
した各組みのスピーカユニット４に入力される。こうす
ると広い帯域にわたって一定の指向性が得られ、低域の
指向性を鋭くする小型の指向性制御型スピーカアレイシ
ステムが実現できる。
でデジタル変換し、その出力を各ＦＩＲフィルタ８に与
える。夫々のＦＩＲフィルタ８で周波数特性が変換され
たデジタル音声信号は、Ｄ／Ａ変換器９に入力されてア
ナログ音声信号に変換される。これらの出力は各アンプ
１０で電力増幅され、受聴者の位置を中心に左右に配置
した各組みのスピーカユニット４に入力される。こうす
ると広い帯域にわたって一定の指向性が得られ、低域の
指向性を鋭くする小型の指向性制御型スピーカアレイシ
ステムが実現できる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら図５のよ
うなスピーカアレイシステムでは、ＦＩＲフィルタ８の
様な多数のデジタルフィルタや、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ
変換器を必要とする。このためアレイスピーカシステム
の回路部が複雑かつ高価なものになると共に、帯域が狭
くなったり効率が著しく低下したりするという問題があ
った。
うなスピーカアレイシステムでは、ＦＩＲフィルタ８の
様な多数のデジタルフィルタや、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ
変換器を必要とする。このためアレイスピーカシステム
の回路部が複雑かつ高価なものになると共に、帯域が狭
くなったり効率が著しく低下したりするという問題があ
った。
【００１１】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたものであって、小型でかつ低い周波数において
も鋭い指向性が得られ、しかも低価格で構成できる指向
性スピーカシステムを実現することを目的とする。
なされたものであって、小型でかつ低い周波数において
も鋭い指向性が得られ、しかも低価格で構成できる指向
性スピーカシステムを実現することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本願の請求項１の発明
は、複数個のスピーカユニットが配列されたアレイスピ
ーカの指向性を制御する指向性スピーカシステムであっ
て、アレイスピーカのうち、入力音響信号の高域成分を
再生する複数の高音用スピーカユニットと、アレイスピ
ーカのうち、入力音響信号の低域成分を再生し、アレイ
スピーカの中央部に配置される第１群の低音用スピーカ
ユニットと、アレイスピーカのうち、入力音響信号の低
域成分を再生し、アレイスピーカの両端部に配置される
第２群の低音用スピーカユニットと、信号源から音響信
号が入力され、第１群の低音用スピーカユニットに与え
る音響信号の振幅及び位相の周波数特性を夫々Ｇ１
（ｆ）、Φ１（ｆ）に変換する第１群のＦＩＲフィルタ
と、信号源から音響信号が入力され、第２群の低音用ス
ピーカユニットに与える音響信号の振幅及び位相の周波
数特性を夫々Ｇ２（ｆ）、Φ２（ｆ）に変換する第２群
のＦＩＲフィルタと、信号源の音響信号の高域成分を濾
波するハイパスフィルタと、ハイパスフィルタの出力を
高音用スピーカユニットの配置順に応じて出力レベルを
制御する入力レベル制御器と、を具備することを特徴と
するものである。
は、複数個のスピーカユニットが配列されたアレイスピ
ーカの指向性を制御する指向性スピーカシステムであっ
て、アレイスピーカのうち、入力音響信号の高域成分を
再生する複数の高音用スピーカユニットと、アレイスピ
ーカのうち、入力音響信号の低域成分を再生し、アレイ
スピーカの中央部に配置される第１群の低音用スピーカ
ユニットと、アレイスピーカのうち、入力音響信号の低
域成分を再生し、アレイスピーカの両端部に配置される
第２群の低音用スピーカユニットと、信号源から音響信
号が入力され、第１群の低音用スピーカユニットに与え
る音響信号の振幅及び位相の周波数特性を夫々Ｇ１
（ｆ）、Φ１（ｆ）に変換する第１群のＦＩＲフィルタ
と、信号源から音響信号が入力され、第２群の低音用ス
ピーカユニットに与える音響信号の振幅及び位相の周波
数特性を夫々Ｇ２（ｆ）、Φ２（ｆ）に変換する第２群
のＦＩＲフィルタと、信号源の音響信号の高域成分を濾
波するハイパスフィルタと、ハイパスフィルタの出力を
高音用スピーカユニットの配置順に応じて出力レベルを
制御する入力レベル制御器と、を具備することを特徴と
するものである。
【００１３】本願の請求項２の発明は、複数個のスピー
カユニットが配列されたアレイスピーカの指向性を制御
する指向性スピーカシステムであって、アレイスピーカ
のうち、入力音響信号の高域成分を再生する複数の高音
用スピーカユニットと、アレイスピーカのうち、入力音
響信号の低域成分を再生し、アレイスピーカの中央部に
配置される第１群の低音用スピーカユニットと、アレイ
スピーカのうち、入力音響信号の低域成分を再生し、ア
レイスピーカの外側に配置される第２〜ｎ（ｎは整数）
群の低音用スピーカユニットと、信号源から音響信号が
入力され、第１群の低音用スピーカユニットに与える音
響信号の振幅及び位相の周波数特性を夫々Ｇ１（ｆ）、
Φ１（ｆ）に変換する第１群のＦＩＲフィルタと、信号
源から音響信号が入力され、第２〜ｎ群の低音用スピー
カユニットに与える音響信号の振幅及び位相の周波数特
性を夫々Ｇ２（ｆ）〜Ｇｎ（ｆ）、Φ２（ｆ）〜Φｎ
（ｆ）に変換する第２〜ｎ群のＦＩＲフィルタと、信号
源の音響信号の高域成分を濾波するハイパスフィルタ
と、ハイパスフィルタの出力を高音用スピーカユニット
の配置順に応じて出力レベルを制御する入力レベル制御
器と、を具備することを特徴とするものである。
カユニットが配列されたアレイスピーカの指向性を制御
する指向性スピーカシステムであって、アレイスピーカ
のうち、入力音響信号の高域成分を再生する複数の高音
用スピーカユニットと、アレイスピーカのうち、入力音
響信号の低域成分を再生し、アレイスピーカの中央部に
配置される第１群の低音用スピーカユニットと、アレイ
スピーカのうち、入力音響信号の低域成分を再生し、ア
レイスピーカの外側に配置される第２〜ｎ（ｎは整数）
群の低音用スピーカユニットと、信号源から音響信号が
入力され、第１群の低音用スピーカユニットに与える音
響信号の振幅及び位相の周波数特性を夫々Ｇ１（ｆ）、
Φ１（ｆ）に変換する第１群のＦＩＲフィルタと、信号
源から音響信号が入力され、第２〜ｎ群の低音用スピー
カユニットに与える音響信号の振幅及び位相の周波数特
性を夫々Ｇ２（ｆ）〜Ｇｎ（ｆ）、Φ２（ｆ）〜Φｎ
（ｆ）に変換する第２〜ｎ群のＦＩＲフィルタと、信号
源の音響信号の高域成分を濾波するハイパスフィルタ
と、ハイパスフィルタの出力を高音用スピーカユニット
の配置順に応じて出力レベルを制御する入力レベル制御
器と、を具備することを特徴とするものである。
【００１４】
【作用】このような特徴を有する本願の発明によれば、
複数のスピーカユニットが近接して配置されたアレイス
ピーカに対して、アナログの音響信号を入力して鋭い指
向性を得ることが困難な低い周波数に対しては、低域の
音響信号をＦＩＲフィルタに通し、低音用スピーカユニ
ットの設置位置に対応して振幅と位相の周波数特性を設
定しておく。特にアレイスピーカの中央に位置する低音
用スピーカユニットに対し、アレイスピーカの左右に位
置する低音用スピーカユニットに入力する音響信号の位
相を逆位相にして振幅を小さくすると、アレイスピーカ
の指向性が強くなる。一方、短いアレイ長で鋭い指向性
を得ることができる高い周波数についてはアナログ方式
を用いレベルだけを制御し、高音用スピーカユニットに
信号を与える。
複数のスピーカユニットが近接して配置されたアレイス
ピーカに対して、アナログの音響信号を入力して鋭い指
向性を得ることが困難な低い周波数に対しては、低域の
音響信号をＦＩＲフィルタに通し、低音用スピーカユニ
ットの設置位置に対応して振幅と位相の周波数特性を設
定しておく。特にアレイスピーカの中央に位置する低音
用スピーカユニットに対し、アレイスピーカの左右に位
置する低音用スピーカユニットに入力する音響信号の位
相を逆位相にして振幅を小さくすると、アレイスピーカ
の指向性が強くなる。一方、短いアレイ長で鋭い指向性
を得ることができる高い周波数についてはアナログ方式
を用いレベルだけを制御し、高音用スピーカユニットに
信号を与える。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の１実施例における指向性スピ
ーカシステムについて、図１を参照しつつ説明する。本
図においてアレイスピーカ１１には、密閉箱１２に高音
用のスピーカユニット１３ａ〜１３ｌと、低音用のスピ
ーカユニット１４ａ〜１４ｄとが取付けられている。ス
ピーカユニット１３は例えば口径が５ｃｍ、間隔６ｃｍ
で、計１２個が直線上に配置されている。スピーカユニ
ット１４は例えば口径が１０ｃｍ、間隔２５ｃｍで、計
４個がスピーカユニット１３と並列に配置されている。
ーカシステムについて、図１を参照しつつ説明する。本
図においてアレイスピーカ１１には、密閉箱１２に高音
用のスピーカユニット１３ａ〜１３ｌと、低音用のスピ
ーカユニット１４ａ〜１４ｄとが取付けられている。ス
ピーカユニット１３は例えば口径が５ｃｍ、間隔６ｃｍ
で、計１２個が直線上に配置されている。スピーカユニ
ット１４は例えば口径が１０ｃｍ、間隔２５ｃｍで、計
４個がスピーカユニット１３と並列に配置されている。
【００１６】ここでアイレスピーカ１１の中心線をｘと
し、左側をＬとし、右側をＲとすると、高音用のスピー
カユニットではＬ側からｘ軸に向かってスピーカユニッ
ト１３ａ〜１３ｆが配置され、ｘ軸からＲ側に向かって
スピーカユニット１３ｇ〜１３ｌが配置されているとす
る。同様に低音用のスピーカユニットではＬ側からｘ軸
に向かってスピーカユニット１４ａ，１４ｂが配置さ
れ、ｘ軸からＲ側に向かってスピーカユニット１４ｃ〜
１４ｄが配置されているとする。
し、左側をＬとし、右側をＲとすると、高音用のスピー
カユニットではＬ側からｘ軸に向かってスピーカユニッ
ト１３ａ〜１３ｆが配置され、ｘ軸からＲ側に向かって
スピーカユニット１３ｇ〜１３ｌが配置されているとす
る。同様に低音用のスピーカユニットではＬ側からｘ軸
に向かってスピーカユニット１４ａ，１４ｂが配置さ
れ、ｘ軸からＲ側に向かってスピーカユニット１４ｃ〜
１４ｄが配置されているとする。
【００１７】次にアレイスピーカ１１に接続される指向
性制御回路部１５の構成について説明する。図１の信号
源１６は受聴者に提供すべき音響信号のソースであり、
その出力はハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１７とＡ／Ｄ変
換器（Ａ／Ｄ）１８に与えられる。ＨＰＦ１７はスピー
カユニット１３に与える高音の音響信号を通過させるフ
ィルタであり、その遮断周波数は例えば800HZ 程度に設
定される。Ａ／Ｄ変換器１８はアナログの音響信号をデ
ジタル変換する回路で、そのサンプリング周波数は低音
の音響信号のみを通過させるよう設定されている。Ａ／
Ｄ変換器１８の出力はＦＩＲフィルタ１９ａ，１９ｂに
与えられる。
性制御回路部１５の構成について説明する。図１の信号
源１６は受聴者に提供すべき音響信号のソースであり、
その出力はハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１７とＡ／Ｄ変
換器（Ａ／Ｄ）１８に与えられる。ＨＰＦ１７はスピー
カユニット１３に与える高音の音響信号を通過させるフ
ィルタであり、その遮断周波数は例えば800HZ 程度に設
定される。Ａ／Ｄ変換器１８はアナログの音響信号をデ
ジタル変換する回路で、そのサンプリング周波数は低音
の音響信号のみを通過させるよう設定されている。Ａ／
Ｄ変換器１８の出力はＦＩＲフィルタ１９ａ，１９ｂに
与えられる。
【００１８】ＦＩＲフィルタ１９は所望の振幅及び位相
の周波数特性を持つデジタルフィルタであり、そのタッ
プ係数は非線形最適化手法を用いて求められる。一般的
にはアレイスピーカの中心部に近接して設置された第１
群の低音用スピーカユニットに与える音響信号の振幅及
び位相の周波数特性を、夫々Ｇ１（ｆ）、Φ１（ｆ）と
し、この特性をＦＩＲフィルタ１９ａに持たせる。又中
心点の左右に配置された第２群の低音用スピーカユニッ
トに与える音響信号の振幅及び位相の周波数特性を、夫
々Ｇ２（ｆ）、Φ２（ｆ）とし、この特性をＦＩＲフィ
ルタ１９ｂに持たせる。そして振幅及び位相の周波数特
性Ｇ１（ｆ）、Φ１（ｆ）及びＧ２（ｆ）、Φ２（ｆ）
を、第１群及び第２群の低音用スピーカユニットから放
射される音圧がアレイスピーカの中央から左右に行くに
従って減衰するよう設定する。
の周波数特性を持つデジタルフィルタであり、そのタッ
プ係数は非線形最適化手法を用いて求められる。一般的
にはアレイスピーカの中心部に近接して設置された第１
群の低音用スピーカユニットに与える音響信号の振幅及
び位相の周波数特性を、夫々Ｇ１（ｆ）、Φ１（ｆ）と
し、この特性をＦＩＲフィルタ１９ａに持たせる。又中
心点の左右に配置された第２群の低音用スピーカユニッ
トに与える音響信号の振幅及び位相の周波数特性を、夫
々Ｇ２（ｆ）、Φ２（ｆ）とし、この特性をＦＩＲフィ
ルタ１９ｂに持たせる。そして振幅及び位相の周波数特
性Ｇ１（ｆ）、Φ１（ｆ）及びＧ２（ｆ）、Φ２（ｆ）
を、第１群及び第２群の低音用スピーカユニットから放
射される音圧がアレイスピーカの中央から左右に行くに
従って減衰するよう設定する。
【００１９】ここでは信号処理対象となる周波数は、低
音用のスピーカユニット１４の駆動周波数範囲とする。
ＦＩＲフィルタ１９ａの出力はＤ／Ａ変換器２０ａに与
えられ、ＦＩＲフィルタ１９ｂの出力はＤ／Ａ変換器２
０ｂに与えられる。Ｄ／Ａ変換器２０ａ，２０ｂは入力
デジタル信号をアナログ変換する回路であり、各出力は
アンプ２１ａ，２１ｂに与えられる。アンプ２１ａは音
響信号を電力増幅し、その出力をアレイスピーカ１１に
おける中央のスピーカユニット１４ｂ，１４ｃ（第１群
の低音用スピーカユニット）に出力する回路である。同
様にアンプ２１ｂは音響信号を電力増幅し、その出力を
両端のスピーカユニット１４ａ，１４ｄ（第２群の低音
用スピーカユニット）に出力する回路である。
音用のスピーカユニット１４の駆動周波数範囲とする。
ＦＩＲフィルタ１９ａの出力はＤ／Ａ変換器２０ａに与
えられ、ＦＩＲフィルタ１９ｂの出力はＤ／Ａ変換器２
０ｂに与えられる。Ｄ／Ａ変換器２０ａ，２０ｂは入力
デジタル信号をアナログ変換する回路であり、各出力は
アンプ２１ａ，２１ｂに与えられる。アンプ２１ａは音
響信号を電力増幅し、その出力をアレイスピーカ１１に
おける中央のスピーカユニット１４ｂ，１４ｃ（第１群
の低音用スピーカユニット）に出力する回路である。同
様にアンプ２１ｂは音響信号を電力増幅し、その出力を
両端のスピーカユニット１４ａ，１４ｄ（第２群の低音
用スピーカユニット）に出力する回路である。
【００２０】一方、ＨＰＦ１７の出力はアンプ２２に与
えられる。アンプ２２は高域の音響信号を電力増幅する
回路であり、その出力は入力レベル制御器２３に与えら
れる。入力レベル制御器２３は例えば６組の減衰器２３
ａ〜２３ｆにより構成される。減衰器２３ａはスピーカ
ユニット１３ａ，１３ｌに、減衰器２３ｂはスピーカユ
ニット１３ｂ，１３ｋに、減衰器２３ｃはスピーカユニ
ット１３ｃ，１３ｊに夫々接続される。同様にして減衰
器２３ｄはスピーカユニット１３ｄ，１３ｉに、減衰器
２３ｅはスピーカユニット１３ｅ，１３ｈに、減衰器２
３ｆはスピーカユニット１３ｆ，１３ｇに夫々接続され
る。
えられる。アンプ２２は高域の音響信号を電力増幅する
回路であり、その出力は入力レベル制御器２３に与えら
れる。入力レベル制御器２３は例えば６組の減衰器２３
ａ〜２３ｆにより構成される。減衰器２３ａはスピーカ
ユニット１３ａ，１３ｌに、減衰器２３ｂはスピーカユ
ニット１３ｂ，１３ｋに、減衰器２３ｃはスピーカユニ
ット１３ｃ，１３ｊに夫々接続される。同様にして減衰
器２３ｄはスピーカユニット１３ｄ，１３ｉに、減衰器
２３ｅはスピーカユニット１３ｅ，１３ｈに、減衰器２
３ｆはスピーカユニット１３ｆ，１３ｇに夫々接続され
る。
【００２１】各減衰器において減衰がない場合の出力レ
ベルを１とすると、減衰器２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２
３ｄ，２３ｅ，２３ｆの出力レベルは、夫々例えば0.4
2, 0.45, 0.64, 0.80, 0.93, 1.00とする。即ち中央部
が最大で、中央から離れるにつれて大きく減衰させるも
のとする。
ベルを１とすると、減衰器２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２
３ｄ，２３ｅ，２３ｆの出力レベルは、夫々例えば0.4
2, 0.45, 0.64, 0.80, 0.93, 1.00とする。即ち中央部
が最大で、中央から離れるにつれて大きく減衰させるも
のとする。
【００２２】このように構成された指向性スピーカシス
テムの動作について説明する。信号源１６から出力され
た音響信号はＨＰＦ１７とＡ／Ｄ変換器１８に入力され
る。ＨＰＦ１７で濾波された高域の音響信号はアンプ２
２で電力増幅され、入力レベル制御器２３に入力され
る。ここでは各減衰器２３ａ〜２３ｆの出力レベルが、
中央から対称な位置にある６組のスピーカユニット１３
毎に、中央から外側に向かって入力レベルを小さくなる
よう制御される。高音の音響信号は元来指向性が高い
が、こうするとサイドローブが抑圧されて中央から離れ
るにつれて滑らかな減衰が得られる。
テムの動作について説明する。信号源１６から出力され
た音響信号はＨＰＦ１７とＡ／Ｄ変換器１８に入力され
る。ＨＰＦ１７で濾波された高域の音響信号はアンプ２
２で電力増幅され、入力レベル制御器２３に入力され
る。ここでは各減衰器２３ａ〜２３ｆの出力レベルが、
中央から対称な位置にある６組のスピーカユニット１３
毎に、中央から外側に向かって入力レベルを小さくなる
よう制御される。高音の音響信号は元来指向性が高い
が、こうするとサイドローブが抑圧されて中央から離れ
るにつれて滑らかな減衰が得られる。
【００２３】一方、音響信号はＡ／Ｄ変換器１８でＡ／
Ｄ変換され，ＦＩＲフィルタ１９ａ，１９ｂに入力され
る。低音用のスピーカユニット１４の中央部からの放射
角をθとすると、ＦＩＲフィルタ１９は250HZ 〜800HZ
において、受聴者への入力音圧がθの増加に連れてCOS3
θのカーブで減衰するよう、各タップ係数が設定され
る。即ちＦＩＲフィルタ１９ａ，１９ｂにおいて、スピ
ーカユニット１４の再生帯域周波数の中で、特に低い周
波数の部分では逆位相で音響信号が出力され、高い周波
数の部分では同相で出力される。例えば250HZ でのＦＩ
Ｒ１９ａの出力レベルを1.0 とすると、ＦＩＲ１９ｂの
出力レベルは−0.6 となる。又、800HZ ではＦＩＲ１９
ａの出力レベルが1.0 であるのに対し、ＦＩＲ１９ｂの
出力レベルは0.7 とする。
Ｄ変換され，ＦＩＲフィルタ１９ａ，１９ｂに入力され
る。低音用のスピーカユニット１４の中央部からの放射
角をθとすると、ＦＩＲフィルタ１９は250HZ 〜800HZ
において、受聴者への入力音圧がθの増加に連れてCOS3
θのカーブで減衰するよう、各タップ係数が設定され
る。即ちＦＩＲフィルタ１９ａ，１９ｂにおいて、スピ
ーカユニット１４の再生帯域周波数の中で、特に低い周
波数の部分では逆位相で音響信号が出力され、高い周波
数の部分では同相で出力される。例えば250HZ でのＦＩ
Ｒ１９ａの出力レベルを1.0 とすると、ＦＩＲ１９ｂの
出力レベルは−0.6 となる。又、800HZ ではＦＩＲ１９
ａの出力レベルが1.0 であるのに対し、ＦＩＲ１９ｂの
出力レベルは0.7 とする。
【００２４】このように振幅及び位相の制御された信号
はＤ／Ａ変換器２０ａ，２０ｂでアナログの音響信号に
変換され、アンプ２１ａ，２１ｂに入力される。ＦＩＲ
１９で逆相の音響信号が生成されると音の変換効率が低
下するので、アンプ２１で入力レベルを持ち上げるよう
電力増幅する。電力増幅された低域の音響信号はスピー
カユニット１４で音響変換され、受聴者の耳に入射され
る。
はＤ／Ａ変換器２０ａ，２０ｂでアナログの音響信号に
変換され、アンプ２１ａ，２１ｂに入力される。ＦＩＲ
１９で逆相の音響信号が生成されると音の変換効率が低
下するので、アンプ２１で入力レベルを持ち上げるよう
電力増幅する。電力増幅された低域の音響信号はスピー
カユニット１４で音響変換され、受聴者の耳に入射され
る。
【００２５】図２はこうして得られた音響の各周波数に
おける音圧レベルの特性を示すグラフである。アレイス
ピーカ１１の直下の受聴者の耳に入射する音圧を０ｄＢ
とするとき、アレイスピーカ１１の中心部から６０°に
おける音圧周波数特性を各条件別で示した。破線で示す
曲線ＡはＦＩＲフィルタを用いなかった場合で、200HZ
〜500HZ の範囲でアレイスピーカ１１の中心線からずれ
たときの音圧レベルは低下しにくい。これに対し、実線
で示す曲線ＢはＦＩＲフィルタ１９を用いた場合で、20
0HZ 〜800HZ の範囲でアレイスピーカ１１の中心線から
ずれたときの音圧レベルは低下し、周辺部への音の放散
が減少していることが分かる。又、一点鎖線で示す曲線
Ｃは高音用のスピーカユニット１３に対してもＦＩＲフ
ィルタを用いた場合で、200HZ 〜800HZ の範囲では本実
施例と同様の減衰率を示している。
おける音圧レベルの特性を示すグラフである。アレイス
ピーカ１１の直下の受聴者の耳に入射する音圧を０ｄＢ
とするとき、アレイスピーカ１１の中心部から６０°に
おける音圧周波数特性を各条件別で示した。破線で示す
曲線ＡはＦＩＲフィルタを用いなかった場合で、200HZ
〜500HZ の範囲でアレイスピーカ１１の中心線からずれ
たときの音圧レベルは低下しにくい。これに対し、実線
で示す曲線ＢはＦＩＲフィルタ１９を用いた場合で、20
0HZ 〜800HZ の範囲でアレイスピーカ１１の中心線から
ずれたときの音圧レベルは低下し、周辺部への音の放散
が減少していることが分かる。又、一点鎖線で示す曲線
Ｃは高音用のスピーカユニット１３に対してもＦＩＲフ
ィルタを用いた場合で、200HZ 〜800HZ の範囲では本実
施例と同様の減衰率を示している。
【００２６】従来のようにＦＩＲフィルタを用いない場
合には、低音になるほど指向性が広がってしまうが、曲
線Ｃで示すように全帯域にＦＩＲフィルタを用いた場合
には低音から高音まで広い周波数帯域にわたってほぼ一
定の指向性が得られている。しかしこれを実現するに
は、より多くのＦＩＲフィルタ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ
変換器を必要とし、またサンプリング周波数も高くする
必要があるため、指向性制御回路部が高価になる。一
方、低域にだけＦＩＲフィルタを用いれば少ないチャン
ネル数で低域の指向性を大きく改善できる。
合には、低音になるほど指向性が広がってしまうが、曲
線Ｃで示すように全帯域にＦＩＲフィルタを用いた場合
には低音から高音まで広い周波数帯域にわたってほぼ一
定の指向性が得られている。しかしこれを実現するに
は、より多くのＦＩＲフィルタ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ
変換器を必要とし、またサンプリング周波数も高くする
必要があるため、指向性制御回路部が高価になる。一
方、低域にだけＦＩＲフィルタを用いれば少ないチャン
ネル数で低域の指向性を大きく改善できる。
【００２７】尚、本実施例では低音用スピーカユニット
１４として、中央に２つ、左右に２つ設け、ＦＩＲフィ
ルタ１９を２チャンネル分設置したが、所望の指向性を
得るには低音用スピーカユニット又はＦＩＲフィルタの
数を増設することがある。即ち前述した第１群の低音用
スピーカユニットユニットに加え、第２〜ｎ（ｎは整
数）群の低音用スピーカユニットを受聴者の左右の外側
に配置し、第２〜ｎ群のＦＩＲフィルタの振幅及び位相
の周波数特性を夫々Ｇ２（ｆ）〜Ｇｎ（ｆ）、Φ２
（ｆ）〜Φｎ（ｆ）とする。このとき各ＦＩＲフィルタ
の周波数特性Ｇ１（ｆ）〜Ｇｎ（ｆ）、Φ１（ｆ）〜Φ
ｎ（ｆ）を、第１群〜第ｎ群の低音用スピーカユニット
から放射される音圧がアレイスピーカの中央部から左右
に行くに従って減衰するよう設定するものとする。
１４として、中央に２つ、左右に２つ設け、ＦＩＲフィ
ルタ１９を２チャンネル分設置したが、所望の指向性を
得るには低音用スピーカユニット又はＦＩＲフィルタの
数を増設することがある。即ち前述した第１群の低音用
スピーカユニットユニットに加え、第２〜ｎ（ｎは整
数）群の低音用スピーカユニットを受聴者の左右の外側
に配置し、第２〜ｎ群のＦＩＲフィルタの振幅及び位相
の周波数特性を夫々Ｇ２（ｆ）〜Ｇｎ（ｆ）、Φ２
（ｆ）〜Φｎ（ｆ）とする。このとき各ＦＩＲフィルタ
の周波数特性Ｇ１（ｆ）〜Ｇｎ（ｆ）、Φ１（ｆ）〜Φ
ｎ（ｆ）を、第１群〜第ｎ群の低音用スピーカユニット
から放射される音圧がアレイスピーカの中央部から左右
に行くに従って減衰するよう設定するものとする。
【００２８】尚、本実施例では指向性がCOS3θで表され
るような狭指向性を実現する場合について説明したが、
本発明は特に狭指向性に限定されるものではなく、所望
の指向性が得られるように入力レベル制御器やＦＩＲフ
ィルタ群の特性を決定すればよいものである。
るような狭指向性を実現する場合について説明したが、
本発明は特に狭指向性に限定されるものではなく、所望
の指向性が得られるように入力レベル制御器やＦＩＲフ
ィルタ群の特性を決定すればよいものである。
【００２９】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、低音用と
高音用に独立したスピーカユニットを用い、低音用スピ
ーカユニットに入力する音響信号をＦＩＲフィルタに通
すことにより、少ないチャンネル数で低域の指向性を大
きく改善できる。又指向性制御回路部の価格も低くて済
むと言う利点がある。更に、従来と同じ低域の指向性を
得るアレイスピーカと比較して、小型化したスピーカシ
ステムが実現できる。
高音用に独立したスピーカユニットを用い、低音用スピ
ーカユニットに入力する音響信号をＦＩＲフィルタに通
すことにより、少ないチャンネル数で低域の指向性を大
きく改善できる。又指向性制御回路部の価格も低くて済
むと言う利点がある。更に、従来と同じ低域の指向性を
得るアレイスピーカと比較して、小型化したスピーカシ
ステムが実現できる。
【図１】本発明の１実施例における指向性スピーカシス
テムの構成を示す説明図である。
テムの構成を示す説明図である。
【図２】本実施例及び従来の指向性スピーカシステムに
おける音の指向性を示す特性図である。
おける音の指向性を示す特性図である。
【図３】従来のアナログ方式を用いたアレイスピーカシ
ステムの構成図である。
ステムの構成図である。
【図４】従来のアナログ方式を用いたアレイスピーカシ
ステムにおける音の指向性を示す特性図である。
ステムにおける音の指向性を示す特性図である。
【図５】ＦＩＲフィルタを用いた従来の指向性制御型ス
ピーカアレイシステムの構成図である。
ピーカアレイシステムの構成図である。
１１ アレイスピーカ １２ 密閉箱 １３，１４ スピーカユニット １５ 指向性制御回路部 １６ 信号源 １７ ハイパスフィルタ １８ Ａ／Ｄ変換器 １９ａ，１９ｂ ＦＩＲフィルタ ２０ａ，２０ｂ Ｄ／Ａ変換器 ２１ａ，２１ｂ，２２ アンプ ２３ 入力レベル制御器 ２３ａ〜２３ｆ 減衰器
Claims (2)
- 【請求項１】 複数個のスピーカユニットが配列された
アレイスピーカの指向性を制御する指向性スピーカシス
テムにおいて、 前記アレイスピーカのうち、入力音響信号の高域成分を
再生する複数の高音用スピーカユニットと、 前記アレイスピーカのうち、入力音響信号の低域成分を
再生し、前記アレイスピーカの中央部に配置される第１
群の低音用スピーカユニットと、 前記アレイスピーカのうち、入力音響信号の低域成分を
再生し、前記アレイスピーカの両端部に配置される第２
群の低音用スピーカユニットと、 信号源から音響信号が入力され、前記第１群の低音用ス
ピーカユニットに与える音響信号の振幅及び位相の周波
数特性を夫々Ｇ１（ｆ）、Φ１（ｆ）に変換する第１群
のＦＩＲフィルタと、 信号源から音響信号が入力され、前記第２群の低音用ス
ピーカユニットに与える音響信号の振幅及び位相の周波
数特性を夫々Ｇ２（ｆ）、Φ２（ｆ）に変換する第２群
のＦＩＲフィルタと、 信号源の音響信号の高域成分を濾波するハイパスフィル
タと、 前記ハイパスフィルタの出力を前記高音用スピーカユニ
ットの配置順に応じて出力レベルを制御する入力レベル
制御器と、を具備することを特徴とする指向性スピーカ
システム。 - 【請求項２】 複数個のスピーカユニットが配列された
アレイスピーカの指向性を制御する指向性スピーカシス
テムにおいて、 前記アレイスピーカのうち、入力音響信号の高域成分を
再生する複数の高音用スピーカユニットと、 前記アレイスピーカのうち、入力音響信号の低域成分を
再生し、前記アレイスピーカの中央部に配置される第１
群の低音用スピーカユニットと、 前記アレイスピーカのうち、入力音響信号の低域成分を
再生し、前記アレイスピーカの外側に配置される第２〜
ｎ（ｎは整数）群の低音用スピーカユニットと、 信号源から音響信号が入力され、前記第１群の低音用ス
ピーカユニットに与える音響信号の振幅及び位相の周波
数特性を夫々Ｇ１（ｆ）、Φ１（ｆ）に変換する第１群
のＦＩＲフィルタと、 信号源から音響信号が入力され、前記第２〜ｎ群の低音
用スピーカユニットに与える音響信号の振幅及び位相の
周波数特性を夫々Ｇ２（ｆ）〜Ｇｎ（ｆ）、Φ２（ｆ）
〜Φｎ（ｆ）に変換する第２〜ｎ群のＦＩＲフィルタ
と、 信号源の音響信号の高域成分を濾波するハイパスフィル
タと、 前記ハイパスフィルタの出力を前記高音用スピーカユニ
ットの配置順に応じて出力レベルを制御する入力レベル
制御器と、を具備することを特徴とする指向性スピーカ
システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34987293A JPH07203581A (ja) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | 指向性スピーカシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34987293A JPH07203581A (ja) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | 指向性スピーカシステム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07203581A true JPH07203581A (ja) | 1995-08-04 |
Family
ID=18406689
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34987293A Pending JPH07203581A (ja) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | 指向性スピーカシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07203581A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003510924A (ja) * | 1999-09-29 | 2003-03-18 | １．．．リミテッド | 音響指向方法および装置 |
| WO2004068897A1 (ja) * | 2003-01-30 | 2004-08-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | スピーカシステム |
| WO2006022379A1 (ja) * | 2004-08-27 | 2006-03-02 | Yamaha Corporation | アレイスピーカ装置 |
| JP2006518956A (ja) * | 2003-02-24 | 2006-08-17 | １．．．リミテッド | サウンドビームスピーカーシステム |
| JP2006319390A (ja) * | 2005-05-10 | 2006-11-24 | Yamaha Corp | アレイスピーカ装置 |
| US7215788B2 (en) | 1995-03-31 | 2007-05-08 | 1 . . . Limited | Digital loudspeaker |
| JP2007158636A (ja) * | 2005-12-02 | 2007-06-21 | Harman Internatl Industries Inc | ラウドスピーカのアレイシステム |
| JP2008104229A (ja) * | 2004-02-02 | 2008-05-01 | Harman Internatl Industries Inc | ラウドスピーカ列システム |
| US7656276B2 (en) | 2003-12-24 | 2010-02-02 | Pioneer Corporation | Notification control device, its system, its method, its program, recording medium storing the program, and travel support device |
| JP2011188445A (ja) * | 2010-03-11 | 2011-09-22 | Mitsubishi Electric Information Systems Corp | 音出力装置 |
| WO2012005122A1 (ja) * | 2010-07-07 | 2012-01-12 | シャープ株式会社 | 音響システム |
| JP2013538509A (ja) * | 2010-08-12 | 2013-10-10 | ボーズ・コーポレーション | 能動的および受動的な指向性音響放射 |
| JP2016136656A (ja) * | 2015-01-23 | 2016-07-28 | 学校法人成蹊学園 | 局所音場を生成するスピーカーシステムおよび方法 |
| CN108449689A (zh) * | 2018-05-09 | 2018-08-24 | 广州市迪霸电子音响有限公司 | 一种实现超高音的音箱 |
-
1993
- 1993-12-29 JP JP34987293A patent/JPH07203581A/ja active Pending
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7215788B2 (en) | 1995-03-31 | 2007-05-08 | 1 . . . Limited | Digital loudspeaker |
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| JP4625756B2 (ja) * | 2005-12-02 | 2011-02-02 | ハーマン インターナショナル インダストリーズ インコーポレイテッド | ラウドスピーカのアレイシステム |
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| WO2012005122A1 (ja) * | 2010-07-07 | 2012-01-12 | シャープ株式会社 | 音響システム |
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| CN108449689A (zh) * | 2018-05-09 | 2018-08-24 | 广州市迪霸电子音响有限公司 | 一种实现超高音的音箱 |
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