JPH09233588A - スピーカ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設置のための床面積を必要としないで、音像
を自由な位置に定位させることのできるスピーカ装置を
提供する。 【解決手段】 指向性を有する１つまたは複数のスピー
カユニット１を、天井ＴＪないし天井付近に設置する。
スピーカユニット１によって得られる指向性の主軸をリ
スナLSNRの周囲の壁面ＫＢの方向に向けた状態で、スピ
ーカユニット１の回転制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、主として一般家
庭において、オーディオ装置やＡＶ装置などの一部とし
て使用されるスピーカ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステレオ再生を行う場合、スピーカはリ
スナの左前方および右前方に設置するので、音像の定位
範囲は、一般に、両スピーカの間における前方に限られ
てしまう。このため、リスナの前方だけではなく、側方
や後方などの広い範囲にわたって音像の定位を得る場合
には、さらにリスナの側方や後方などにも幾つかのスピ
ーカを設置する必要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、スピーカを設
置する場合、実際には、設置環境による制約を受け、目
的とする定位が得るための位置に、スピーカを設置でき
ないことがある。しかも、スピーカの設置位置によって
は音像の定位が変わってしまうので、できるだけスピー
カの設置に制約の少ないスピーカ装置が望まれている。

【０００４】この発明は、このような要求を満たすこと
のできるスピーカ装置を提供しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明においては、指
向性を有する１つまたは複数のスピーカユニットを、天
井ないし天井付近に設置し、上記スピーカユニットによ
って得られる指向性の主軸をリスナの周囲の壁面の方向
に向けた状態で、上記スピーカユニットの回転制御を行
うようにしたスピーカ装置とするものである。

【０００６】この結果、スピーカユニットからの音波は
壁面で反射してリスナに到達し、目的とする音像の定位
が実現される。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１において、符号１は指向性を
有するスピーカユニットを示し、このスピーカユニット
１は回転駆動手段３を通じて天井ＴＪに設けられるとと
もに、入力端子２を通じてオーディオ信号が供給され
る。

【０００８】この場合、スピーカユニット１は、その指
向性の主軸（正面軸）の方向が水平となるように、ある
いは水平面に対して所定の俯角を有するように、回転駆
動手段３に設けられる。また、その駆動手段３は、例え
ばモータおよび歯車などから構成され、スピーカユニッ
ト１を垂直軸を中心に回転させるものである。したがっ
て、スピーカユニット１の指向性の主軸の方向は、水平
面内で、あるいは所定の俯角をもった状態で、垂直軸を
中心にして回転的に変化できることになる。

【０００９】そして、スピーカユニット１の指向性の主
軸の方向（角度）を指示する方向信号Ｓ4が、端子４を
通じて制御回路５に供給されるとともに、その出力信号
が駆動手段３に供給され、スピーカユニット１の指向性
の主軸の方向は、方向信号Ｓ4の示す方向に制御され
る。なお、このような制御回路５は、方向信号Ｓ4と、
スピーカユニット１の回転角の検出信号とから、スピー
カユニット１の回転角をサーボ制御するサーボ回路によ
り構成することができる。

【００１０】また、通常は、上記した装置が２組設けら
れ、ステレオの左チャンネルおよび右チャンネルに使用
される。

【００１１】このような構成によれば、スピーカユニッ
ト１からの音波は、壁面ＫＢで反射してリスナLSNRに到
達する。したがって、方向信号Ｓ4によりスピーカユニ
ット１の指向性の主軸の方向を変更すると、これによ
り、スピーカユニット１から出力された音波の壁面ＫＢ
における反射位置（水平方向における位置）が変化する
ので、音像の定位する位置を変更することができる。

【００１２】図２は、上述のスピーカ装置をリスニング
ルームに設置した場合の一例を示すもので、図２Ａは、
そのリスニングルームの右側面方向から見た縦断面図、
図２Ｂは天井方向から見た横断面図である。ただし、こ
の図２においては、簡単のため、リスニングルームが円
筒状の場合であり、その天井ＴＪの中央にスピーカユニ
ット１が設けられ、その真下にリスナLSNRが位置する場
合である。

【００１３】すると、スピーカユニット１からの音波
は、俯角φ、水平方向の角度θ（リスナLSNRの正面をθ
＝０とし、反時計方向を正方向とする）で、スピーカユ
ニット１から出力され、壁面ＫＢに対し入射角φ、出射
角φで反射し、リスナLSNR（観測点）には、仰角φで、
水平方向の角度θで到達する。

【００１４】そして、このとき、水平方向の定位は、壁
面ＫＢにおける音波の反射点で決まるが、図２の場合に
は、スピーカユニット１からの音波の放射方向（角度
θ）と等しくなるので、定位させたい方向（角度θ）ま
でスピーカユニット１の主軸を回転させればよい。

【００１５】なお、角度φは、スピーカユニット１の位
置と、リスナLSNRの位置とで決まり、 ｄ：リスナLSNRから壁面ＫＢまでの水平距離 ｈ：リスナLSNRからスピーカユニット１までの垂直距離 とすれば、 ｄ＝ｈ／（２tanφ） となる。

【００１６】上述においては、指向性を有するスピーカ
ユニット１を回転駆動手段３を通じて天井ＴＪに取り付
け、機械的にスピーカユニット１の方向を制御した場合
であるが、その制御を電子的に行うこともできる。

【００１７】すなわち、今、図３に示すように、２つの
スピーカユニットＳＰ1、ＳＰ2を、その主軸Ｙ1、Ｙ2が
紙面内において並行となるように、配置する。また、こ
のとき、スピーカユニットＳＰ1、ＳＰ2のコーン（振動
板）が主軸Ｙ1、Ｙ2の方向において等しい位置となるよ
うに、配置する。さらに、このとき、 ａ：主軸Ｙ1、Ｙ2の間隔 θ：紙面内において、主軸Ｙ1、Ｙ2から反時計方向への
角度（放射角） とする。

【００１８】そして、オーディオ信号として例えば正弦
波信号を、入力端子Ｔinから遅延回路ＤＬ1、ＤＬ2を通
じてスピーカユニットＳＰ1、ＳＰ2に供給するととも
に、このとき、遅延回路ＤＬ1、ＤＬ2において、信号に
対して時間Ｄ1、Ｄ2（Ｄ2≧Ｄ1）の遅延を行うようにす
る。

【００１９】すると、スピーカユニットＳＰ1から出力
される音波と、スピーカユニットＳＰ2から出力される
音波とが干渉する。また、このとき、スピーカユニット
ＳＰ1からの音波と、スピーカユニットＳＰ2からの音波
との間には、遅延回路ＤＬ1、ＤＬ2により時間差（Ｄ2
−Ｄ1）を生じている。さらに、主軸Ｙ1、Ｙ2に対し
て、θ≠０の軸Ｙ11、Ｙ12（破線図示）の軸上において
は、両音波には行路差がある。

【００２０】この結果、観測点（リスニング位置）によ
って両音波の干渉時の位相関係が異なることになり、例
えば、ある受音点においては、両音波が同相で加算され
てスピーカユニットＳＰ1、ＳＰ2が１つの場合の２倍の
音量となり、ある受音点においては、両音波が逆相とな
って相殺され、音量が０となる。つまり、スピーカユニ
ットＳＰ1、ＳＰ2の総合の音量特性は指向性を持つこと
になる。

【００２１】図４は、その音量特性の指向性の一例を示
すもので、この例においては、 入力信号：周波数ｆが1000Hzの正弦波信号 Ｄ2−Ｄ1＝ａ／Ｃ Ｃ＝340ｍ/秒（＝音速） ａ＝10ｃｍ の場合である。また、最大音量を０dBに規格化してい
る。

【００２２】そして、この図４によれば、ｆ＝1000Hzの
場合、θ≧30°の範囲では、音量はほぼ最大となり、θ
＝−45°の位置では、音量はほとんど０である。

【００２３】しかし、同じ条件で、ｆ＝5000Hzとする
と、図５に示すような指向性となる。そして、この図５
によれば、θ≧45°の部分が主ビームであるが、０≦θ
≦45°の範囲に、主ビームと同程度の大きさの副ビーム
（グレーティングビーム）を生じている。これは、この
副ビームにおいては、両音波の位相差が、波長の整数倍
となり、同相で加算されるからである。

【００２４】そして、他の副ビームについても同様であ
り、受音点が間隔ａに比べて十分に離れているとすれ
ば、一般に、 ａ／Ｃ・（１−cosθ）＝１／ｆ・ｎ ・・・ (1) ｎ＝０、１、２、…（ｎ＝０は主ビームのとき） を満足するとき、スピーカユニットＳＰ1、ＳＰ2からの
音波の位相がそろって主ビームと同じ大きさの副ビーム
を生じる。

【００２５】逆に、ｆ＝1000Hzのとき、(1)式を満足す
るのは、ｎ＝０だけであり、したがって、主ビーム以外
に、同じ大きさの副ビームは生じることはない。

【００２６】さらに、ｎ＝１のとき、(1)式を満足する
周波数ｆ、すなわち、副ビームを生じる周波数ｆは、
(1)式から ｆ＝Ｃ／（ａ（１−cosθ）） となる。上記の数値例では、ｆ≒1700Hzとなるが、これ
はスピーカユニットＳＰ1、ＳＰ2の間隔ａが音波の半波
長に等しいときの周波数である。

【００２７】以上のように、並べて配置したスピーカユ
ニットＳＰ1、ＳＰ2にオーディオ信号を供給するととも
に、そのオーディオ信号に時間差を与えると、総合の音
量特性に指向性を与えることができる。また、そのとき
の主ビームの方向あるいはヌル方向は、そのオーディオ
信号の時間差によって変更することができる。

【００２８】図７に示すスピーカ装置においては、図３
〜図５により説明したような方法で指向性の主軸の方向
を変更するようにした場合である。

【００２９】すなわち、図７において、符号１０はスピ
ーカアレイを示し、このスピーカアレイ１０は、図７の
場合、８個のスピーカユニット１１〜１８から構成さ
れ、これらスピーカユニット１１〜１８は、それらの主
軸（中心軸）Ｙが紙面内において並行となるように、配
列されている。また、このとき、スピーカユニット１１
〜１８のコーン（振動板）が主軸Ｙの方向において等し
い位置となるように、間隔ａをもって等間隔に、直線状
に配列されている。

【００３０】そして、オーディオ信号が、入力端子２か
ら可変遅延回路２１〜２８および可変レベル制御回路３
１〜３８を通じてスピーカユニット１１〜１８に供給さ
れる。この場合、可変遅延回路２１〜２８は、入力され
たオーディオ信号の遅延ないし位相のシフト（移相）を
行うものであり、可変レベル制御回路３１〜３８は、入
力されたオーディオ信号のレベルを減衰ないし増幅する
ものである。

【００３１】さらに、端子４からの方向信号Ｓ4が制御
回路５に供給されて所定の制御信号とされ、この制御信
号が回路２１〜２８、３１〜３８にそれらの制御信号と
して供給される。なお、回路２１〜２８、３１〜３８
は、ＤＳＰにより構成することができ、このとき、端子
２からのオーディオ信号をＡ／Ｄ変換してからＤＳＰに
供給し、ＤＳＰからの信号をＤ／Ａ変換してからスピー
カユニット１１〜１８に供給することができる。

【００３２】そして、このスピーカ装置は、主軸Ｙがリ
スナLSNRの正面方向となるように、かつ、所定の俯角φ
をもって、天井ＴＪに設置される。なお、通常は、上記
したスピーカアレイ１０および図７の信号ラインが２組
設けられ、ステレオの左チャンネルおよび右チャンネル
に使用される。

【００３３】このような構成において、レベル制御回路
３１〜３８における重みとして、例えぼ０次の第１種ベ
ッセル関数を適用し、主ビームがθ＝60゜の方向を向く
ように遅延回路２１〜２８による遅延時問を設定する
と、ａ＝10ｃｍ、ｆ＝1000Hzの場合、図６に示すような
指向性を得ることができる。

【００３４】したがって、このスピーカ装置において
も、方向信号Ｓ4によりスピーカアレイ１０の指向性の
主軸の方向（角度θ）を変更することができ、これによ
り、スピーカアレイ１０から出力された音波の壁面ＫＢ
における反射位置が変化するので、音像の定位する位置
を変更することができる。

【００３５】しかも、この図７のスピーカ装置の場合に
は、音像の定位する位置をすべて電子的に制御できるの
で、音像の定位する位置を瞬時に変更することができ、
例えばＡＶ装置のスピーカ装置として使用した場合、そ
の画面の内容に対応して音像の位置を制御することがで
きる。

【００３６】ところで、例えば、リスニングルームが図
２に示すような円筒状ではない場合や、リスニング位置
がスピーカ装置の真下ではない場合には、スピーカ装置
の指向性の主軸の方向と、リスニング位置における音波
の到来方向とが異なってしまう。

【００３７】そこで、図８に示す例においては、スピー
カ装置を使用する前に、角度θを学習させ、音像の定位
位置が適切な位置となるようにした場合である。

【００３８】すなわち、制御回路５およびスピーカユニ
ット１が、例えば図１により説明した場合のように構成
される。また、任意のリスニング位置に複数のマイクロ
フォン６１〜６Ｎが、その指向性の主軸が水平面内とな
るように、かつ、互いに並行となるように、配置され
る。そして、これらマイクロフォン６１〜６Ｎの出力信
号が、検出回路７に供給され、マイクロフォン６１〜６
Ｎの出力信号を解析することにより、マイクロフォン位
置（リスニング位置）における音波の到来角度θが検出
される。

【００３９】つまり、 ｍ：マイクロフォン６１〜６Ｎの配列ピッチ τ：隣り合うマイクロフォン間の遅延時間 とすれば、 θ＝arccos（τＣ／ｍ） となり、これにより到来角度θが算出される。

【００４０】そして、この角度θの検出信号Ｓ7が、記
憶回路８に供給される。この記憶回路８は、学習時、ス
ピーカユニット１の指向性の主軸の方向（放射角度θ）
と、検出回路７の検出した到来角度θとの対応関係を記
憶し、学習後は、その逆変換を行うものである。

【００４１】そして、学習時には、まず、スイッチ９が
図の状態に接続され、端子４からの方向信号Ｓ4がスイ
ッチ９を通じて制御回路５に供給される。したがって、
スピーカユニット１の指向性の主軸の方向は、信号Ｓ4
に対応して変化することになる。

【００４２】そして、このとき、音波の到来方向θの検
出信号Ｓ7と、このときの方向信号Ｓ4とが記憶回路８に
供給され、信号Ｓ4と信号Ｓ7との対応関係が記憶され、
そのテーブルが作成されていく。すなわち、信号Ｓ4の
示す方向（放射角度）と、信号Ｓ7の示す角度θとの対
応テーブルが作成される。こうして、音波の到来方向θ
の必要な角範囲について対応テーブルが作成されたら、
これで学習は終了である。

【００４３】そして、学習後は、スイッチ９が図とは逆
の状態に接続される。そして、方向信号Ｓ4が供給され
ると、この方向信号Ｓ4により、記憶回路８に作成され
ている対応テーブルが逆引きされる。すなわち、今の場
合、信号Ｓ4は、リスナLSNRが音像を定位させたい方向
の角度θを示しているので、これが、記憶回路８のテー
ブルを逆引きすることにより、対応する方向信号Ｓ4に
変換される。つまり、目的とする音波の到来方向θを与
える方向信号Ｓ4の値に変換される。

【００４４】そして、この信号Ｓ4がスイッチ９を通じ
て制御回路５に供給され、スピーカユニット１の指向性
の主軸の方向は、信号Ｓ4の示す方向とされる。したが
って、このとき、スピーカユニット１０から壁面ＫＢを
反射して到達する音波は、リスナLSNRの希望する方向か
らのものとなる。

【００４５】こうして、図８のスピーカ装置によれば、
リスニングルームが図２に示すような円筒状ではない場
合でも、あるいはリスニング位置がスピーカ装置の真下
ではない場合でも、リスナLSNRの希望する音像の定位を
得ることができる。

【００４６】図９に示すスピーカ装置においては、いわ
ゆるガンマイクのような超指向性のマイクロフォン６が
リスニング位置に設けられるとともに、その主軸の方向
が、駆動手段６０によりスピーカユニット１を仰ぐ状態
で、水平面内において変更できるように保持されてい
る。また、マイクロフォン６の出力信号は記憶回路８に
供給される。

【００４７】そして、学習時には、まず、スイッチ９が
図の状態に接続され、端子４からの方向信号Ｓ4がスイ
ッチ９を通じて制御回路５に供給され、スピーカユニッ
ト１の指向性の主軸の方向は、信号Ｓ4に対応した方向
とされる。また、このとき、マイクロフォン６０の指向
性の主軸の方向（角度）が駆動手段６０により変更さ
れ、出力信号の最大となる方向が検出されるとともに、
その角度と、このときの方向信号Ｓ4とが記憶回路８に
供給され、図８の場合と同様のテーブルが作成されてい
く。

【００４８】そして、学習後は、スイッチ９が図とは逆
の状態に接続される。そして、方向信号Ｓ4が供給され
ると、この方向信号Ｓ4により、記憶回路８に作成され
ている対応テーブルが逆引きされ、目的とする音波の到
来方向θを与える方向信号Ｓ4の値に変換される。

【００４９】そして、この信号Ｓ4がスイッチ９を通じ
て制御回路５に供給され、スピーカユニット１の指向性
の主軸の方向は、信号Ｓ4の示す方向とされる。したが
って、このとき、スピーカユニット１０から壁面ＫＢを
反射して到達する音波は、リスナLSNRの希望する方向か
らのものとなる。

【００５０】こうして、図９のスピーカ装置によれば、
リスニングルームが図２に示すような円筒状ではない場
合でも、あるいはリスニング位置がスピーカ装置の真下
ではない場合でも、リスナLSNRの希望する音像の定位を
得ることができる。

【００５１】なお、図８あるいは図９のスピーカ装置に
おいて、スピーカユニット１の代わりに、スピーカアレ
イ１０とすることもできる。また、例えば図７のスピー
カアレイ１０を、図１のスピーカユニット１の代わりに
設け、スピーカアレイ１０の指向性の主軸を電子的、か
つ、機械的に変更することもできる。

【００５２】

【発明の効果】この発明によれば、壁面や床に比べて制
約の少ない天井にスピーカを取り付け、スピーカからの
音波を壁面に反射させてからリスナに到達するようにし
ているとともに、そのスピーカの指向性の方向を変更す
るようにしているので、音像を目的とする位置に定位さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一形態を示す縦断面図である。

【図２】この発明の一形態の使用状態を示す図である。

【図３】この発明を説明するための特性図である。

【図４】この発明を説明するための特性図である。

【図５】この発明を説明するための特性図である。

【図６】この発明を説明するための特性図である。

【図７】この発明の他の形態の一部を示す図である。

【図８】この発明の他の形態を示す図である。

【図９】この発明の他の形態を示す図である。

【符号の説明】

１＝スピーカユニット、２＝入力端子、３＝回転駆動手
段、４＝入力端子、５＝制御回路、６＝超指向性マイク
ロフォン、７＝検出回路、８＝記憶回路、９＝スイッ
チ、１０＝スピーカアレイ、１１〜１８＝スピーカユニ
ット、２１〜２８＝遅延回路、３１〜３８＝レベル制御
回路、６０＝駆動手段、ＫＢ＝壁面、LSNR＝リスナ、Ｓ
4＝方向信号、Ｓ7＝検出信号、ＴＪ＝天井

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 毅 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 水内 崇行 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 秋葉 育江 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 浅田 宏平 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】指向性を有する１つまたは複数のスピーカ
   ユニットを、天井ないし天井付近に設置し、 上記スピーカユニットによって得られる指向性の主軸を
   リスナの周囲の壁面の方向に向けた状態で、上記スピー
   カユニットの回転制御を行うようにしたスピーカ装置。
2. 【請求項２】複数のスピーカユニットから構成されるス
   ピーカアレイを、天井ないし天井付近に設置し、 上記スピーカユニットに供給されるオーディオ信号のレ
   ベル、位相あるいは遅延時間を制御し、 上記スピーカアレイの指向性の主軸をリスナの周囲の壁
   面の方向に回転させるようにしたスピーカ装置。
3. 【請求項３】請求項１あるいは２に記載のスピーカ装置
   において、 複合型で複数のスピーカユニットによるスピーカアレイ
   を天井ないし天井付近に設置し、 上記スピーカユニットに供給されるオーディオ信号のレ
   ベル、位相あるいは遅延時間を制御するとともに、 上記スピーカユニット自体も回転制御させて上記スピー
   カアレイの指向性の主軸をリスナの周囲の壁面の方向に
   回転させるようにしたスピーカ装置。