JPH09233591A

JPH09233591A - スピーカ装置

Info

Publication number: JPH09233591A
Application number: JP8060192A
Authority: JP
Inventors: Toru Sasaki; 徹佐々木; Akiyoshi Kimura; 彰良木村; Takeshi Hara; 毅原; Takayuki Mizuuchi; 崇行水内; Kaoru Gyotoku; 薫行徳; Ikue Akiba; 育江秋葉; Kohei Asada; 宏平浅田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-02-22
Filing date: 1996-02-22
Publication date: 1997-09-05
Anticipated expiration: 2016-02-22
Also published as: JP3826423B2

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
をリスナの前方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】複数のスピーカユニットＳＰ1〜ＳＰ8を
直線状に配置してスピーカアレイＳＡを構成する。スピ
ーカユニットＳＰ1〜ＳＰ8のそれぞれに、レベル、位相
あるいは遅延時間を補正したオーディオ信号を供給す
る。スピーカユニットＳＰ1〜ＳＰ8を部屋の天井ないし
天井付近に設置する。

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】ステレオ再生を目的とするオーディオ装
置のスピーカは、通常、リスナの左右前方に適切な間隔
をおいて配置される。また、ＡＶ装置におけるスピーカ
も同様に配置されるが、ＡＶ装置においては、さらに、
ディスプレイのスクリーン（画面）の妨げとならないよ
うに配置される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、オーディオ
装置あるいはＡＶ装置などで使用するスピーカは、なか
ば常識的に床に置くことが前提とされている。このた
め、上記のようにスピーカを配置する場合、比較的広い
面積を必要としてしまう。特に、ＡＶ装置のディスプレ
イが投射型プロジェクタの場合には、スピーカはスクリ
ーンの外側に配置されるので、さらに広い面積が必要に
なってしまう。

【０００４】この結果、スピーカに対し、必然的に小型
化あるいは細長い形状化へとニーズが向いてきている。
また、ディスプレイ装置が大画面化しつつ薄型化してい
るので、この点からもスピーカの占有面積がより小さい
ことが望まれている。

【０００５】そこで、天井吊り下げタイプの投射型プロ
ジェクタがまったく床面の占有面積を必要としていない
ように、スピーカ装置も天井吊り下げタイプとすれば、
床面を占有しなくてすむ。

【０００６】しかし、スピーカを天井付近に設置する
と、音像が頭の上に定位してしまい、不自然である。特
に、ΑＶ装置では画面と音像とが、まったく異なる方向
となり、きわめて不自然である。

【０００７】この発明は、このような問題点を解決しよ
うとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明においては、複
数のスピーカユニットを直線状に配置してスピーカアレ
イを構成し、上記複数のスピーカユニットのそれぞれ
に、レベル、位相あるいは遅延時間を補正したオーディ
オ信号を供給するとともに、上記複数のスピーカユニッ
トを部屋の天井ないし天井付近に設置するようにしたス
ピーカ装置とするものである。

【０００９】この結果、スピーカ装置からの音波は、壁
面などで反射してリスナに到達し、音像がリスナの例え
ば前方に定位する。

【００１０】

【発明の実施の形態】今、図１１に示すように、２つの
スピーカユニットＳＰ1、ＳＰ2を配置する。すなわち、
スピーカユニットＳＰ1、ＳＰ2の正面軸（中心軸）Ｙ
1、Ｙ2が紙面内において並行となるように、かつ、スピ
ーカユニットＳＰ1、ＳＰ2のコーン（振動板）が正面軸
Ｙ1、Ｙ2の方向において等しい位置となるように、配置
する。また、このとき、ａ：正面軸Ｙ1、Ｙ2の間隔 θ：紙面内において、正面軸Ｙ1、Ｙ2から反時計方向へ
の角度（放射角）とする。

【００１１】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。

【００１２】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、正面軸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。

【００１３】この結果、受音点（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。

【００１４】図１２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／ＣＣ＝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。

【００１５】そして、この図１２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。

【００１６】しかし、同じ条件で、ｆ＝5000Hzとする
と、図１３に示すような指向性となる。そして、この図
１３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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】この発明は、このような点に着目してスピ
ーカ装置を構成するものである。

【００２２】図１は、この発明の一形態を示し、符号Ｓ
Ａはスピーカアレイである。このスピーカアレイＳＡ
は、図１の場合、８個のスピーカユニットＳＰ1〜ＳＰ8
から構成され、これらスピーカユニットＳＰ1〜ＳＰ8
は、それらの正面軸（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ＳＰ1〜ＳＰ8のコーン（振動板）が正面軸
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。

【００２３】そして、オーディオ信号が、入力端子Ｔin
から遅延回路ＤＬ1〜ＤＬ8およびレベル制御回路Ｗ1〜
Ｗ8を通じてスピーカユニットＳＰ1〜ＳＰ8に供給され
る。この場合、遅延回路ＤＬ1〜ＤＬ8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、レベル制御回路Ｗ1〜Ｗ8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。

【００２４】そして、図１のスピーカアレイＳＡにおい
ては、図示はしないが、遅延回路ＤＬ1〜ＤＬ8およびレ
ベル制御回路Ｗ1〜Ｗ8は、その特性を外部からの制御信
号により電気的に制御できるようにされている。なお、
遅延回路ＤＬ1〜ＤＬ8およびレベル制御回路Ｗ1〜Ｗ8
は、ＤＳＰにより構成することができ、このとき、端子
Ｔin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ＳＰ1〜ＳＰ8に供給することができる。

【００２５】そして、図２は、図１のスピーカ装置とリ
スナとの位置関係を略線的に示す縦方向の断面図であ
る。すなわち、リスナＬは、壁面ＫＢに向かって着席し
ているとともに、その天井ＴＪには、図１のスピーカア
レイＳＡが設けられている。なお、この場合、スピーカ
ユニットＳＰ1〜ＳＰ8の配列方向（図における右方向）
が、壁面ＫＢの方向とされる。

【００２６】また、壁面ＫＢは、投射型プロジェクタの
スクリーンとすることもでき、あるいは壁面ＫＢの前面
にスクリーンを設置することもできる。さらに、通常
は、上記したスピーカアレイＳＡおよび図１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。

【００２７】このような構成において、レベル制御回路
Ｗ1〜Ｗ8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ＤＬ1〜ＤＬ8による遅延時問を設定する
と、ａ＝10ｃｍ、ｆ＝1000Hzの場合、図３に示すような
指向性を得ることができる。

【００２８】したがって、図２において、スピーカアレ
イＳＡから音波が出力されると、これは、約30°（＝90
°−θ）の俯角で、リスナＬの前方の壁面ＫＢの方向に
放射され、その壁面ＫＢで反射してからリスナＬに到達
する。そして、このとき、スピーカアレイＳＡからリス
ナＬに直接音も届くが、図３に示すように、その音量は
小さく、壁面ＫＢで反射した主ビームの音波のほうが、
はるかに優勢なので、リスナＬには直接音は聴こえな
い。

【００２９】ちなみに、通常の視聴環境においては、上
記の反射音と直接音との行路差は数ｍ以内であるから、
その時問差は15ｍ秒以内であると考えられる。そして、
Ｈaasらの研究によれぼ、反射音が直接音よりおよそ20d
B以上のレベルであれば、直接音は聴こえない。

【００３０】したがって、リスナＬにとって、端子Ｔin
のオーディオ信号による音像は、リスナＬの前方に定位
しているように感じる。

【００３１】こうして、上述のスピーカ装置によれば、
スピーカ装置は天井ＴＪないし天井付近に設けることが
できるので、その設置に床面の占有面積をまったく必要
としない。しかも、スピーカ装置が天井ＴＪないし天井
付近にあっても、音像はリスナＬの前方に定位し、自然
である。特に、ΑＶ装置では画面と音像とが、同じ方向
となり、きわめて自然である。

【００３２】また、遅延回路ＤＬ1〜ＤＬ8およびレベル
制御回路Ｗ1〜Ｗ8の特性を変更することにより、指向性
を変更できるので、音像を例えば前方下方から前方上方
へと変化させることもでき、これによりΑＶ装置やＴＶ
ゲームなどでの特殊音響効果を出すこともできる。

【００３３】ところで、上述の目的にかなう指向性を得
るためには、いくつかの注意が必要である。すなわち、
スピーカアレイの基本的なパラメータであるスピーカユ
ニットの数と、その間隔ａについてである。

【００３４】デジタルフィルタにおける単位遅延素子の
遅延量が、正常に処理できる上限周波数を決定するよう
に、スピーカアレイにおけるスピーカユニットの間隔ａ
は、１つの主ビームを適切に制御できる上限周波数をほ
ぼ決定する。定性的には、音波の半波長がスピーカユニ
ットの間隔ａより長い周波数では、主ビームを１つにす
ることはできるが、それより高い周波数では、主ビーム
に匹敵する大きさの副ビームが発生する。

【００３５】一例として、図１のスピーカアレイＳＡに
おいて、ｆ＝3000Hzの場合の指向性を図４に示す。上記
のように、スピーカアレイ（線形アレイスピーカ）にお
いては、音波の干渉により指向性を生じ、主ビームの方
向では、各スピーカユニットから放射された音波の位相
がそろうように遅延回路ＤＬ1〜ＤＬ8の遅延時間Ｄ1〜
Ｄ8を調整する。

【００３６】このように、信号の周波数が高くなると、
主ビーム以外の方向でも、音波の位相がそろう方向を生
じるようになる。すなわち、直接音のレベルが無視でき
なくなってしまう。

【００３７】このことに対する対策は、大別して２つあ
る。その第１の方法は、オーディオ信号を帯域分割し、
高域用にはスピーカユニットの間隔ａの狭いスピーカア
レイを用意する方法である。

【００３８】すなわち、例えば、８個のスピーカユニッ
トＳＰ1〜ＳＰ8について、ａ＝10ｃｍとしたスピーカア
レイにおける指向周波数特性は、図５に示すようになる
が、ａ＝４ｃｍとすると、図６に示すようになり、指向
性の周波数特性が変化している。さらに、図７は、ａ＝
４ｃｍでｆ＝3000Hzの場合の指向性であり、図４の指向
性と比べると、指向性が改善されている。さらに、図８
は、ａ＝４ｃｍでｆ＝5000Hzの場合の指向性である。

【００３９】このように、スピーカユニットの間隔ａを
変更することにより、指向性を変更することができ、必
要な指向性を得ることができる。

【００４０】さらに、直接音のレベルが無視できるよう
にする第２の方法は、スピーカユニットそのものの指向
性を利用する方法である。すなわち、通常のスピーカユ
ニットは円形をしているとともに、特に高域では指向性
を示す。したがって、例えば図９に示すように、スピー
カユニットＳＰ1〜ＳＰ8の正面を、スピーカアレイＳＡ
の主ビームの方向あるいは反射させる壁面ＫＢの方向に
向けることで、リスナＬの方向への直接音を、かなり小
さくすることができる。

【００４１】さらに、第１の方法にせよ、第２の方法に
せよ、リスナＬへの直接音のレベルを、壁面ＫＢからの
反射音のレベルよりも、十分に小さくすることが要点で
あるが、主ビームは光線とは異なり、多少、ビームの方
向を変化させても、その音量はほとんど変化しないの
で、主ビームの方向の制御よりも、リスナＬへの直接音
が低レベルになるように指向性を制御することもでき
る。

【００４２】また、スピーカアレイＳＡの全長が、音波
の波長と同程度あるいはそれ以下の周波数、つまり、低
い周波数では、十分鋭い指向性は実現できない。例え
ば、ａ＝10ｃｍ、ｆ＝300Hzの場合、その指向性は、図
１０に示すようになる。これは、各スピーカユニットＳ
Ｐ1〜ＳＰ8から放射された音波が十分に干渉できないた
めである。

【００４３】このような周波数帯域でも、この発明の効
果を維持する方法として、主ビームの方向を斜め下方よ
りむしろ水平に近く設定することが考えられるが、いわ
ゆる双指向性あるいは正負二重音源（ダブレット音源）
とし、スピーカアレイＳＡの鉛直方向（リスナＬの方
向）に、大きな指向性のヌルを形成すればよい。また、
一般に、150Hz程度以下の低音については、方向を検知
できないと言われているので、このような点を考慮する
と、より効果的である。

【００４４】さらに、スピーカユニットを、縦横に広が
りのある面状あるいはマトリックス状に配列したスピー
カアレイとすることもでき、そのようにすれば、リスナ
Ｌから見て、左右方向への広がりを制御することもでき
る。例えば、左右の定位感をよりシャープにしたり、中
央からずれたリスニング位置でも、適切な定位感を得る
ようにすることもできる。すなわち、スピーカ装置を物
理的に動かさなくても、指向性を制御することができ
る。

【００４５】また、平面状、例えば格子状配列のスピー
カアレイでは、リスナの前方に主ビームを設定するだけ
でなく、左右や前後に切り換えたり、移動させたりする
こともできる。つまり、プロジェクタを使用しているよ
うな場合、通常は前面のスクリーンに音像を定位させ、
場面に応じて側面のスクリーンに音像を移動させるとい
うような音響効果も可能となる。さらに、マルチスクリ
ーンを駆使した映像にも、画面ごとに音像定位を変える
ことができる。

【００４６】そして、以上のような音像の定位位置の変
更は、基本的には、各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変化さ
せることにより実現しているので、その制御は容易であ
り、この制御をリスナＬが自分で再生音を聴きながら、
リモコン（遠隔操作）により行うこともできる。

【００４７】あるいはあらかじめ用意された複数の制御
値群（プリセットデータ）から最適なものを選ぶように
したり、この制御をプログラムあるいはシステムコント
ロールから行うようにすれば、画像に合わせて定位感を
変えることもできる。そして、これはＡＶ装置やゲーム
機などで有効である。

【００４８】

【発明の効果】この発明によれば、通常の使用において
床などに置くスピーカ装置を天井ないし天井付近に設置
できるので、居住空間や展示空間などをより広く使うこ
とができる。しかも、リスナの前方にスピーカがなくて
も、前方に音像を定位させることができるので、自然な
音場とすることができる。

【００４９】また、音像を前方以外の位置にも定位させ
ることができ、表現力がきわめて増大する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一形態を示す図である。

【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】この発明を説明するための特性図である。

【図８】この発明を説明するための特性図である。

【図９】この発明の他の形態の一部を示す図である。

【図１０】この発明を説明するための特性図である。

【図１１】この発明を説明するための図である。

【図１２】この発明を説明するための特性図である。

【図１３】この発明を説明するための特性図である。

【符号の説明】

ＤＬ1〜ＤＬ8＝遅延回路、ＫＢ＝壁面、Ｌ＝リスナ、Ｓ
Ａ＝スピーカアレイ、ＳＰ1〜ＳＰ8＝スピーカユニッ
ト、Ｔin＝入力端子、ＴＪ＝天井、Ｗ1〜Ｗ8＝レベル制
御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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)発明者行徳薫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

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のスピーカユニットを直線状に配置し
てスピーカアレイを構成し、上記複数のスピーカユニットのそれぞれに、レベル、位
相あるいは遅延時間を補正したオーディオ信号を供給す
るとともに、上記複数のスピーカユニットを部屋の天井ないし天井付
近に設置するようにしたスピーカ装置。
【請求項２】請求項１に記載のスピーカ装置において、上記スピーカアレイの主ビームの方向を、リスナの前方
の壁面に向けるようにしたスピーカ装置。
【請求項３】請求項１に記載のスピーカ装置において、上記スピーカアレイの指向性のヌル方向を、リスナの方
向に向けるようにしたスピーカ装置。
【請求項４】複数のスピーカユニットを平面状に配置
し、これら複数のスピーカユニットのそれぞれに、レベル、
位相あるいは遅延時間を補正したオーディオ信号を供給
するとともに、上記複数のスピーカユニットを部屋の天井ないし天井付
近に設置するようにしたスピーカ装置。
【請求項５】請求項４に記載のスピーカ装置において、上記スピーカアレイの主ビームの方向を、リスナの前方
の壁面に向けるようにしたスピーカ装置。
【請求項６】請求項４に記載のスピーカ装置において、上記スピーカアレイの指向性のヌル方向を、リスナの方
向に向けるようにしたスピーカ装置。
【請求項７】請求項１〜６に記載のスピーカ装置におい
て、上記複数のスピーカユニットのそれぞれに供給されるオ
ーディオ信号のレベル、位相あるいは遅延時間を、ユー
ザが遠隔操作により変更できるようにしたスピーカ装
置。
【請求項８】請求項１〜６に記載のスピーカ装置におい
て、上記複数のスピーカユニットのそれぞれに供給されるオ
ーディオ信号のレベル、位相あるいは遅延時間を、制御
信号により変更できるようにしたスピーカ装置。