WO2022180687A1 - 音響システム - Google Patents

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勝宏 福井
和則 小林
記良 鎌土
遼太郎 佐藤
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日本電信電話株式会社
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    • H04R2499/00—Aspects covered by H04R or H04S not otherwise provided for in their subgroups
    • H04R2499/10—General applications
    • H04R2499/13—Acoustic transducers and sound field adaptation in vehicles

Definitions

  • the present invention relates to sound reproduction technology that can be used in audio systems installed in seats of aircraft, automobiles, and the like.
  • Non-Patent Document 1 users used earphones and headphones to watch movies and listen to music on airplanes (see Non-Patent Document 1). This is because the use of a speaker causes the reproduced sound to reach the surroundings of the user, causing annoyance to other users.
  • wearing earphones and headphones is a hassle for users.
  • some users do not like wearing them because their hairstyles are messed up.
  • Some users do not like the pressure on the ears caused by wearing them.
  • wearing earphones or headphones for a long time may cause the user to feel tired.
  • an object of the present invention is to provide an acoustic system for users who use seats in airplanes, automobiles, etc., which reproduces sounds inaudible to surrounding users without using earphones or headphones.
  • One aspect of the present invention includes a speaker unit that emits sound based on an acoustic signal from a predetermined sound source (hereinafter referred to as a positive speaker unit) and a speaker unit that emits sound based on an acoustic signal having an opposite phase to the acoustic signal. (hereinafter referred to as a negative speaker unit), wherein the speaker unit pair is located in the forefront when viewed from the front direction of the speaker unit pair.
  • the surfaces of the positive speaker unit and the negative speaker unit of the speaker unit pair form one plane perpendicular to the ground plane of the speaker unit pair, and the positive speaker unit pair is viewed from the front direction of the speaker unit pair.
  • the negative speaker unit are arranged so as to be parallel to the direction perpendicular to the ground plane of the speaker unit pair, and the speaker unit pair emits from the positive speaker unit in the rear direction. It is configured such that the sound emitted from the negative speaker unit in the rearward direction is directed toward the frontal direction.
  • One aspect of the present invention includes a speaker unit that emits sound based on an acoustic signal from a predetermined sound source (hereinafter referred to as a positive speaker unit) and a speaker unit that emits sound based on an acoustic signal having an opposite phase to the acoustic signal. (hereinafter referred to as a negative speaker unit), wherein the speaker unit pair is located in the forefront when viewed from the front direction of the speaker unit pair.
  • the surfaces of the positive speaker unit and the negative speaker unit of the speaker unit pair form one plane perpendicular to the ground plane of the speaker unit pair, and the positive speaker unit pair is viewed from the front direction of the speaker unit pair.
  • the negative speaker unit are arranged so as to be parallel to the horizontal direction with respect to the ground plane of the speaker unit pair, and the speaker unit pair emits from the positive speaker unit in the rear direction. It is configured such that the sound emitted from the negative speaker unit in the rearward direction is directed toward the frontal direction.
  • One aspect of the present invention includes a speaker unit that emits sound based on an acoustic signal from a predetermined sound source (hereinafter referred to as a positive speaker unit) and a speaker unit that emits sound based on an acoustic signal having an opposite phase to the acoustic signal. (hereinafter referred to as a negative speaker unit), wherein the speaker unit pair is located in the forefront when viewed from the front direction of the speaker unit pair.
  • the surfaces of the positive speaker unit and the negative speaker unit of the speaker unit pair form a plane forming a predetermined angle ⁇ (where 0 ⁇ /2) with the ground plane of the speaker unit pair,
  • ⁇ (where 0 ⁇ /2)
  • the arrangement of the positive speaker unit and the negative speaker unit of the speaker unit pair when viewed from the front direction is parallel to the horizontal direction with respect to the ground surface of the speaker unit pair, and the speaker unit pair is , the sound emitted from the positive speaker unit in the rearward direction and the sound emitted from the negative speaker unit in the rearward direction come around in the frontal direction.
  • One aspect of the present invention includes a speaker unit that emits sound based on an acoustic signal from a predetermined sound source (hereinafter referred to as a positive speaker unit) and a speaker unit that emits sound based on an acoustic signal having an opposite phase to the acoustic signal. (hereinafter referred to as a negative speaker unit), wherein the speaker unit pair is located in the forefront when viewed from the front direction of the speaker unit pair.
  • the surface of the positive speaker unit of the pair of speaker units and the surface of the negative speaker unit of the pair of speaker units located in the forefront when viewed from the front direction of the pair of speaker units are each at a predetermined angle with the ground surface of the pair of speaker units.
  • the speaker unit pair is configured to be parallel to one plane forming ⁇ (where 0 ⁇ /2), and the speaker unit pair emits sound in the rearward direction from the positive speaker unit, It is configured such that the sound emitted from the negative speaker unit in the rearward direction comes around in the frontal direction.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining directivity of sound emitted from a speaker
  • FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining directivity of sound emitted from a speaker unit
  • FIG. 4 is a diagram for explaining sounds emitted from a pair of speaker units
  • FIG. 4 is a diagram for explaining directivity of sound emitted from a pair of speaker units; It is a figure which shows the state of experiment (positional relationship of a speaker and a microphone). It is a figure which shows the state of experiment (positional relationship of a speaker unit and a microphone).
  • FIG. 4 is a diagram showing an experiment (positional relationship between speaker unit pairs and microphones); It is a figure which shows the mode of experiment (another measurement position).
  • FIG. 1 shows an example of a sound system installed in an aircraft seat;
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of an audio system 100;
  • FIG. FIG. 2 is a diagram showing an example of a configuration of a speaker unit pair;
  • FIG. FIG. 2 is a diagram showing an example of a configuration of a speaker unit pair;
  • FIG. FIG. 2 is a diagram showing an example of a configuration of a speaker unit pair;
  • FIG. FIG. 2 is a diagram showing an example of a configuration of a speaker unit pair;
  • FIG. FIG. 2 is a diagram showing an example of a configuration of a speaker unit pair;
  • FIG. FIG. 2 is a diagram showing an example of a configuration of a speaker unit pair;
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a configuration of a speaker unit pair;
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of an audio system 100;
  • FIG. FIG. 2 is a diagram showing an example of a configuration of
  • a speaker usually consists of a speaker unit and a speaker box.
  • a speaker unit is a component that includes a diaphragm that converts an acoustic signal, which is an electrical signal, into air vibrations (that is, generates sound waves).
  • the speaker box is a component that accommodates the speaker unit.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the directivity of sound emitted from a speaker. As shown in FIG. 1, positive sound waves will be radiated from the speaker in all directions, while negative sound waves will not leave the speaker box. As a result, the sound emitted from the speaker can be heard over a wide range.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the directivity of sound emitted from a speaker unit.
  • the directivity of sound emitted from a speaker unit which is a bare speaker
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the directivity of sound emitted from a speaker unit.
  • the sound emitted from the speaker unit has bidirectional characteristics.
  • the present invention utilizes this bidirectionality.
  • two speaker units are arranged to form a speaker unit pair.
  • the diaphragms of the two speaker units vibrate and emit sounds based on these two acoustic signals.
  • sounds in all directions are eliminated except for the vicinity of the pair of speaker units. That is, the sound is muted only at positions sufficiently distant from the speaker unit pair, and the sound is not muted near the speaker unit pair.
  • the reason why the sound is not canceled in the vicinity of the speaker unit pair is that the phases of the sound wave radiated from the front of the speaker unit and the sound wave coming around from the back of the speaker unit do not match in the vicinity of the speaker unit pair.
  • 9, 10, 11, and 12 are diagrams showing experimental results, showing the relationship between frequency and attenuation under conditions 1, 2, 3, and 4, respectively.
  • Each figure shows four curves, one curve pointed by an arrow is the sound picked up by a microphone located 5 cm or 2 cm from the front, and the other three curves are the front, The sound was picked up by a microphone located 100 cm from the back and sides.
  • the curve at the position of 5 cm or 2 cm from the front is located near the speaker or the like, so the gain is very large. Therefore, in order to make it easier to see, the curve at the position 5 cm from the front is plotted at -25 dB from the three curves at the position 100 cm.
  • the acoustic system includes a speaker system for emitting an acoustic signal as sound (hereinafter, this sound is referred to as sound based on the acoustic signal).
  • the speaker system is a device that converts an acoustic signal, which is an analog signal, into sound.
  • the object to be reproduced is, for example, data recorded on a CD, DVD, or record, data received via the Internet, or a signal received by radio broadcasting or television broadcasting. data or signals from which
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of an acoustic system installed in an aircraft seat.
  • the sound system in FIG. 13 is installed on a seat so as to sandwich the head of a seated user, and two pairs of speaker units are arranged near the left and right ears.
  • Such a sound system can be installed in vehicles other than aircraft such as automobiles and trains, in reclining chairs, etc., and can also be installed in a wearable form such as being carried on the shoulder.
  • a driver unit pair in which two driver units are arranged, may be installed in each of the left and right units of the headphone or earphone, which corresponds to the speaker unit pair.
  • Headphones are generally divided into two types: open type and closed type. Applying the above technology to the open type, which is particularly concerned about sound leakage, reduces sound leakage. There is expected.
  • FIG. 14 is a block diagram showing the configuration of the audio system 100.
  • the acoustic system 100 includes a playback device 110 and a speaker system 120.
  • the speaker system 120 is a speaker system.
  • the playback device 110 includes N (where N is an integer equal to or greater than 1) playback units 112 (that is, the first playback unit 112, . . . , the Nth playback unit 112).
  • the speaker system 120 also includes N speaker unit pairs 122 (that is, the first speaker unit pair 122, . . . , the Nth speaker unit pair 122).
  • Speaker unit pair 122 includes two speaker units (ie, positive speaker unit 1221 and negative speaker unit 1221).
  • the negative speaker unit 1221 receives an acoustic signal that is opposite in phase to the acoustic signal that is input to the positive speaker unit 1221 .
  • the speaker system 120 is installed near the head of the user who uses the seat.
  • the nth user direction is the front direction of the positive speaker unit 1221 and the negative speaker unit 1221 of the nth speaker unit pair 122 .
  • the direction opposite to the n-th user direction is the back direction of the positive speaker unit 1221 and the negative speaker unit 1221 of the n-th speaker unit pair 122 .
  • the sound can be heard only near the seat where the speaker system 120 is installed, as described in ⁇ Technical Background>.
  • the sound emitted from the negative speaker unit 1221 of the n-th speaker unit pair 122 toward the n-th user and the sound emitted from the negative speaker unit 1221 of the n-th speaker unit pair 122 in the direction opposite to the n-th user direction The generated sounds are in opposite phase relation to each other.
  • a positive speaker unit and a negative speaker unit included in one speaker unit pair are basically in a very close positional relationship. Also, the same speaker unit is used for the positive speaker unit and the negative speaker unit so that the acoustic characteristics are the same. Instead of using the same speaker unit, it is also possible to input an acoustic signal that has undergone signal processing so that the acoustic characteristics of the positive speaker unit and the negative speaker unit are the same.
  • the speaker unit pair emits sound from the positive speaker unit in the direction opposite to the user direction (that is, the back direction), and emits sound from the negative speaker unit in the direction opposite to the user direction. It is assumed that the sound emitted in the direction of the back (that is, in the direction of the back) is configured to come around in the direction of the user (that is, in the direction of the front).
  • FIG. 15 is a diagram showing an example of the configuration of a speaker unit pair in which a positive speaker unit and a negative speaker unit are arranged vertically.
  • the speaker unit pair is such that the surfaces of the positive speaker unit and the negative speaker unit of the speaker unit pair located in the forefront when viewed from the front direction of the speaker unit pair are perpendicular to the ground surface of the speaker unit pair. It is configured so that the alignment of the positive speaker unit and the negative speaker unit of the speaker unit pair seen from the front direction of the speaker unit pair is parallel to the direction perpendicular to the ground plane of the speaker unit pair. be done.
  • the surfaces of the positive speaker unit and the negative speaker unit of the speaker unit pair positioned foremost when viewed from the front direction of the speaker unit pair are, in the example of FIG. Of the cone-shaped diaphragms that make up the unit, this is the surface where the frontmost portion (that is, the bottom surfaces of the two cones) come into contact when viewed from the front.
  • the positive speaker unit and the negative speaker unit are usually arranged in a very close positional relationship such as next to each other.
  • FIG. 16 is a diagram showing an example of the configuration of a speaker unit pair in which a positive speaker unit and a negative speaker unit are arranged side by side.
  • the speaker unit pair is such that the surfaces of the positive speaker unit and the negative speaker unit of the speaker unit pair located in the forefront when viewed from the front direction of the speaker unit pair are perpendicular to the ground surface of the speaker unit pair. It is configured so that the arrangement of the positive speaker unit and the negative speaker unit of the speaker unit pair viewed from the front direction of the speaker unit pair is parallel to the horizontal direction with respect to the ground surface of the speaker unit pair. be done.
  • the positive speaker unit and the negative speaker unit are usually arranged in a very close positional relationship such as next to each other.
  • Fig. 17 is a diagram showing an example of the configuration of a speaker unit pair in which a positive speaker unit and a negative speaker unit are arranged side by side with a slant. More specifically, in the speaker unit pair, the surface of the positive speaker unit and the negative speaker unit of the speaker unit pair positioned foremost when viewed from the front direction of the speaker unit pair forms a predetermined angle ⁇ with the ground surface of the speaker unit pair. (However, 0 ⁇ /2), and the alignment of the positive speaker unit and the negative speaker unit of the speaker unit pair seen from the front direction of the speaker unit pair is relative to the ground plane of the speaker unit pair. It is configured so as to be parallel to the horizontal direction. As can be seen from FIG. 17, the positive speaker unit and the negative speaker unit are usually arranged in a very close positional relationship such as next to each other.
  • FIGS. 18A, 18B, and 18C are diagrams showing an example of a configuration of a pair of speaker units in which a positive speaker unit and a negative speaker unit are obliquely arranged and arranged in a line in front and back.
  • 18A is a front view of the positive speaker unit and the negative speaker unit
  • FIG. 18B is a back view of the positive speaker unit and the negative speaker unit
  • FIG. 18C is the positive speaker unit. and a negative speaker unit viewed from the side.
  • the speaker unit pair has a positive speaker unit surface of the speaker unit pair positioned foremost when viewed from the front of the speaker unit pair, and a speaker unit pair positioned foremost when viewed from the front of the speaker unit pair.
  • the surfaces of the negative speaker units are parallel to one plane forming a predetermined angle ⁇ (where 0 ⁇ /2) with the ground plane of the pair of speaker units.
  • the face of the positive speaker unit (negative speaker unit) of the speaker unit pair positioned foremost when viewed from the front of the speaker unit pair means the positive speaker unit (negative speaker unit) in the example of FIG. 18A. unit), the surface that is in contact with the frontmost portion (that is, the bottom surface of one cone) when viewed from the front.
  • the positive speaker unit and the negative speaker unit are usually placed in a very close positional relationship, such as next to each other. Also, as can be seen from FIG.
  • the area to be audible is shifted from the desired area due to the oblique arrangement. Deviations can occur.
  • directivity control of the acoustic signal should be performed so that the position where the user's ears are located is included in the audible region. Any method can be used for directivity control, for example, filtering using an FIR (Finite Impulse Response) filter. At this time, the FIR filter should be designed based on the speaker unit close to the audible range.
  • FIR Finite Impulse Response

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Abstract

イヤホンやヘッドホンを用いることなく周囲のユーザに聴きとれない音を再生する、航空機や自動車などの座席を利用するユーザのための音響システムを提供する。所定の音源の音響信号に基づく音を放音する正のスピーカユニットと音響信号と逆位相の音響信号に基づく音を放音する負のスピーカユニットとを含むスピーカユニットペアを少なくとも１つ含むスピーカシステムを含む音響システムであって、スピーカユニットペアは、正面方向から見て最前に位置する正のスピーカユニットと負のスピーカユニットの面が接地面に対して垂直な１つの平面となり、正面方向から見た正のスピーカユニットと負のスピーカユニットの並びが接地面に対して垂直な方向と平行になるように、構成され、正のスピーカユニットと負のスピーカユニットから背面方向に放音される音が正面方向に回り込んでくるように構成される。

Description

音響システム
　本発明は、航空機や自動車などの座席に設置されるオーディオシステムで利用することができる、音の再生技術に関する。
　従来、ユーザは、航空機内で映画や音楽を視聴するために、イヤホンやヘッドホンを利用していた（非特許文献１参照）。これは、スピーカを用いると、ユーザの周辺にまで再生音が届き、他のユーザの迷惑になるためである。
機内エンターテインメント／JALファーストクラス, ［online］，［令和３年２月１日検索］，インターネット <URL: https://www.jal.co.jp/jp/ja/inter/service/first/entertainment/index.html>
　しかし、イヤホンやヘッドホンの装着は、ユーザにとってわずらわしさがある。また、髪型が乱れることなどを理由に、装着を好まないユーザもいる。装着による耳への圧迫を嫌うユーザもいる。さらには、イヤホンやヘッドホンの長時間の装着は、ユーザに聴き疲れを感じさせることもある。
　イヤホンやヘッドホンの装着を不要とするため、波面合成技術を用いて仮想の音場を合成することも考えられるが、この場合、大規模なスピーカアレイを準備する必要があり、現実的ではない。
　そこで本発明では、イヤホンやヘッドホンを用いることなく周囲のユーザに聴きとれない音を再生する、航空機や自動車などの座席を利用するユーザのための音響システムを提供することを目的とする。
　本発明の一態様は、所定の音源の音響信号に基づく音を放音するスピーカユニット（以下、正のスピーカユニットという）と前記音響信号と逆位相の音響信号に基づく音を放音するスピーカユニット（以下、負のスピーカユニットという）とを含むスピーカユニットペアを少なくとも１つ含むスピーカシステムを含む音響システムであって、前記スピーカユニットペアは、前記スピーカユニットペアの正面方向から見て最前に位置する前記スピーカユニットペアの正のスピーカユニットと負のスピーカユニットの面が前記スピーカユニットペアの接地面に対して垂直な１つの平面となり、前記スピーカユニットペアの正面方向から見た前記スピーカユニットペアの正のスピーカユニットと負のスピーカユニットの並びが前記スピーカユニットペアの接地面に対して垂直な方向と平行になるように、構成され、前記スピーカユニットペアは、前記正のスピーカユニットから背面方向に放音される音、前記負のスピーカユニットから背面方向に放音される音が正面方向に回り込んでくるように構成される。
　本発明の一態様は、所定の音源の音響信号に基づく音を放音するスピーカユニット（以下、正のスピーカユニットという）と前記音響信号と逆位相の音響信号に基づく音を放音するスピーカユニット（以下、負のスピーカユニットという）とを含むスピーカユニットペアを少なくとも１つ含むスピーカシステムを含む音響システムであって、前記スピーカユニットペアは、前記スピーカユニットペアの正面方向から見て最前に位置する前記スピーカユニットペアの正のスピーカユニットと負のスピーカユニットの面が前記スピーカユニットペアの接地面に対して垂直な１つの平面となり、前記スピーカユニットペアの正面方向から見た前記スピーカユニットペアの正のスピーカユニットと負のスピーカユニットの並びが前記スピーカユニットペアの接地面に対して水平な方向と平行になるように、構成され、前記スピーカユニットペアは、前記正のスピーカユニットから背面方向に放音される音、前記負のスピーカユニットから背面方向に放音される音が正面方向に回り込んでくるように構成される。
　本発明の一態様は、所定の音源の音響信号に基づく音を放音するスピーカユニット（以下、正のスピーカユニットという）と前記音響信号と逆位相の音響信号に基づく音を放音するスピーカユニット（以下、負のスピーカユニットという）とを含むスピーカユニットペアを少なくとも１つ含むスピーカシステムを含む音響システムであって、前記スピーカユニットペアは、前記スピーカユニットペアの正面方向から見て最前に位置する前記スピーカユニットペアの正のスピーカユニットと負のスピーカユニットの面が前記スピーカユニットペアの接地面と所定の角度θ（ただし、0<θ<π/2）をなす平面となり、前記スピーカユニットペアの正面方向から見た前記スピーカユニットペアの正のスピーカユニットと負のスピーカユニットの並びが前記スピーカユニットペアの接地面に対して水平な方向と平行になるように、構成され、前記スピーカユニットペアは、前記正のスピーカユニットから背面方向に放音される音、前記負のスピーカユニットから背面方向に放音される音が正面方向に回り込んでくるように構成される。
　本発明の一態様は、所定の音源の音響信号に基づく音を放音するスピーカユニット（以下、正のスピーカユニットという）と前記音響信号と逆位相の音響信号に基づく音を放音するスピーカユニット（以下、負のスピーカユニットという）とを含むスピーカユニットペアを少なくとも１つ含むスピーカシステムを含む音響システムであって、前記スピーカユニットペアは、前記スピーカユニットペアの正面方向から見て最前に位置する前記スピーカユニットペアの正のスピーカユニットの面、前記スピーカユニットペアの正面方向から見て最前に位置する前記スピーカユニットペアの負のスピーカユニットの面がそれぞれ前記スピーカユニットペアの接地面と所定の角度θ（ただし、0<θ<π/2）をなす１つの平面に対して平行となるように構成され、前記スピーカユニットペアは、前記正のスピーカユニットから背面方向に放音される音、前記負のスピーカユニットから背面方向に放音される音が正面方向に回り込んでくるように構成される。
　本発明によれば、ごく限られた狭い範囲でのみ聴きとることができる音を再生することが可能となる。
スピーカから放音される音の指向性を説明するための図である。 スピーカユニットから放音される音の指向性を説明するための図である。 スピーカユニットペアから放音される音を説明するための図である。 スピーカユニットペアから放音される音の指向性を説明するための図である。 実験の様子（スピーカとマイクの位置関係）を示す図である。 実験の様子（スピーカユニットとマイクの位置関係）を示す図である。 実験の様子（スピーカユニットペアとマイクの位置関係）を示す図である。 実験の様子（その他の測定位置）を示す図である。 実験結果（条件１）を示す図である。 実験結果（条件２）を示す図である。 実験結果（条件３）を示す図である。 実験結果（条件４）を示す図である。 航空機の座席に設置された音響システムの一例を示す図である。 音響システム１００の構成の一例を示すブロック図である。 スピーカユニットペアの構成の一例を示す図である。 スピーカユニットペアの構成の一例を示す図である。 スピーカユニットペアの構成の一例を示す図である。 スピーカユニットペアの構成の一例を示す図である。 スピーカユニットペアの構成の一例を示す図である。 スピーカユニットペアの構成の一例を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。
＜技術的背景＞
　まず、スピーカから放音される音の指向性について説明する。次に、本願発明のスピーカユニットペアから放音される音の指向性について説明する。最後に、本願発明のスピーカユニットペアの効果を確認する実験の結果について説明する。
《１：スピーカから放音される音の指向性》
　通常、スピーカは、スピーカユニットとスピーカボックスで構成される。スピーカユニットとは、電気信号である音響信号を空気の振動に変換する（つまり、音波を生成する）振動板を含む構成部である。また、スピーカボックスとは、スピーカユニットを収納する構成部である。
　音響信号がスピーカに入力されると、スピーカユニットの振動板が振動し、振動板が振動する両方向に音波が放射される。ここで、スピーカボックスの外側（つまり、スピーカユニットの正面方向）に放射される音波を正の音波、スピーカボックスの内側（つまり、スピーカユニットの背面方向）に放射される音波を負の音波という。負の音波は、正の音波の位相と逆の位相の音波である。図１は、スピーカから放音される音の指向性を説明するための図である。図１に示すように、正の音波はスピーカから全方位に放射されることになる一方、負の音波はスピーカボックスの外に出ることはない。その結果、スピーカから放音される音は広い範囲で聴こえることになる。
《２：スピーカユニットペアから放音される音の指向性》
　ここでは、まず、裸のスピーカであるスピーカユニットから放音される音の指向性について説明する。図２は、スピーカユニットから放音される音の指向性を説明するための図である。スピーカユニットのみの場合、スピーカの場合と異なり、スピーカボックスの中に隠れているスピーカユニットの背面から負の音波が放射される。そのため、図２に示すように、スピーカユニットから放音される音は、双指向性という特性を有する。
　本願発明では、この双指向性を利用する。以下、具体的に説明する。まず、図３にあるように、スピーカユニットを２つ並べ、スピーカユニットペアを作る。このスピーカユニットペアに正負が逆の関係にある音響信号をそれぞれ入力すると、２つのスピーカユニットの振動板がそれぞれ振動し、これら２つの音響信号に基づく音を放音する。すると、図４に示すように、スピーカユニットペアの近傍を除き、全方位の音が消去される。つまり、音が消去されるのは、スピーカユニットペアから十分に離れた位置のみであり、スピーカユニットペアの近傍では音は消去されない。スピーカユニットペアの近傍で音が消去されないのは、スピーカユニットペアの近傍ではスピーカユニットの正面から放射される音波と背面から回り込んでくる音波の位相がそろわないためである。
　つまり、スピーカユニットペアを構成する一つのスピーカユニットに所定の音響信号を、もう一つのスピーカユニットに当該所定の音響信号と逆位相の音響信号を入力すると、スピーカユニットペアの近傍でのみ音が聴こえるという性質を利用すると、スピーカユニットペアの近傍にいるユーザにのみ音が聴こえ、それ以外のユーザには音が聴こえないという状況を作り出すことが可能となる。
《３：実験結果》
　ここでは、スピーカ、スピーカユニット、スピーカユニットペアの周波数特性を測定する実験の結果について説明する。実験では、スピーカ、スピーカユニット、スピーカユニットペアとして、直径が4.5cmの振動板を有するスピーカ（図５参照）、当該スピーカからスピーカボックスを外しスピーカユニットのみとしたもの（図６参照）、当該スピーカユニットを２つ並べたもの（図７参照）を用いた。また、スピーカ、スピーカユニット、スピーカユニットペアの近傍の周波数特性を測定するために、以下の４つの条件でマイクを設置した。
（条件１）スピーカの正面から5cmの位置
（条件２）スピーカユニットの正面から5cmの位置
（条件３）スピーカユニットの正面から2cmの位置
（条件４）スピーカユニットペアの正面から2cmの位置
　また、いずれの条件についても、比較のために、スピーカ、スピーカユニット、スピーカユニットペアの正面、背面、側面からそれぞれ100cmの位置にもマイクを設置した（図８参照）。
　以下、実験結果について説明する。図９、図１０、図１１、図１２は、実験結果を示す図であり、それぞれ条件１、条件２、条件３、条件４での周波数と減衰の関係を示す図である。いずれの図も４つの曲線が示されており、そのうち、矢印で指した１つの曲線が正面から5cmまたは2cmの位置にあるマイクで収音したものであり、それ以外の３つの曲線が正面、背面、側面から100cmの位置にあるマイクで収音したものとなっている。なお、正面から5cmまたは2cmの位置の曲線は、スピーカ等の近傍に位置するため、ゲインが非常に大きいものとなる。そこで、見やすくするため、正面から5cmの位置の曲線については、100cmの位置の３つの曲線より-25dBしてプロットしている。同様に、正面から2cmの位置の曲線については、-32dBしてプロットしている。図９と図１０を比べてみると、スピーカを用いた場合、４つの曲線の間でほとんど差がない一方、スピーカユニットを用いた場合、正面から5cmの位置の曲線とそれ以外の３つの曲線の間では差があることがわかる。この差は低域であるほど著しい。また、図１１と図１２を比べてみると、スピーカユニットペアの方が、スピーカユニットより、正面から2cmの位置の曲線とそれ以外の３つの曲線の間での差が大きいこともわかる。
　以上、実験により、本願発明のスピーカユニットペアから放音される音はスピーカユニットペアの近傍でのみ聴こえることが確認された。
＜第１実施形態＞
　再生対象物に基づいて得られる音響信号を再生するシステムを音響システムという。音響システムは、音響信号を音（以下、この音のことを音響信号に基づく音という）として放音するためにスピーカシステムを含む。ここで、スピーカシステムは、アナログ信号である音響信号を音に変換する装置である。また、再生対象物とは、例えば、ＣＤ、ＤＶＤ、レコードに記録されたデータや、インターネットにより受信されたデータや、ラジオ放送、テレビ放送により受信された信号のように、所定の処理により音響信号を得ることができるデータや信号のことである。
　ここでは、スピーカシステムの近傍にいるユーザにのみ再生対象物から得られる音響信号に基づく音が聴きとれるように再生する音響システムについて説明する。つまり、音響システムの再生音は、スピーカシステムの近傍にいるユーザ以外のユーザには聴きとれない。このような音響システムを、例えば、航空機の座席を利用するユーザのための音響システムとして利用すると、当該座席を利用するユーザのみ再生音を聴きとることができるシステムを提供することができる。図１３は、航空機の座席に設置された音響システムの一例を示す図である。図１３の音響システムは、着席したユーザの頭部を挟むように座席に設置されており、２つのスピーカユニットペアが左右の耳の近傍にくるように配置されている。なお、このような音響システムは、自動車、電車などの航空機の以外の乗り物や、リクライニングチェアなどにも設置することができるし、肩に乗せるなどウェアラブルな形態でも設置することができる。また、ヘッドホンやイヤホンの左右の各ユニットに、上記スピーカユニットペアに相当する、ドライバユニットを２つ並べたドライバユニットペアを設置することとしてもよい。ヘッドホンは、一般に開放型（オープンエア型）と密閉型（クローズド型）の２つに大別されるが、特に音漏れの心配がある開放型について上記技術を適用すると、音漏れが低減することが期待される。
　以下、図１４を参照して音響システム１００を説明する。図１４は、音響システム１００の構成を示すブロック図である。図１４に示すように音響システム１００は、再生装置１１０と、スピーカシステム１２０を含む。再生装置１１０は、N個（ただし、Nは1以上の整数）の再生部１１２（つまり、第1再生部１１２、…、第N再生部１１２）を含む。また、スピーカシステム１２０は、N個のスピーカユニットペア１２２（つまり、第1スピーカユニットペア１２２、…、第Nスピーカユニットペア１２２）を含む。スピーカユニットペア１２２は、２つのスピーカユニット（つまり、正のスピーカユニット１２２１、負のスピーカユニット１２２１）を含む。負のスピーカユニット１２２１には、正のスピーカユニット１２２１に入力される音響信号と逆位相の音響信号が入力される。スピーカシステム１２０は、座席を利用するユーザの頭部に近い箇所に設置される。
　なお、第nスピーカユニットペア１２２がユーザと対向する方向を第nユーザ方向(n=1, …, N)とし、第nスピーカユニットペア１２２(n=1, …, N)の正のスピーカユニット１２２１と負のスピーカユニット１２２１は、当該正のスピーカユニット１２２１から第nユーザ方向と逆方向に放音される音と当該負のスピーカユニット１２２１から第nユーザ方向と逆方向に放音される音が回り込みにより第nユーザ方向に伝わるように配置されるようにする。ここで、第nユーザ方向とは、第nスピーカユニットペア１２２の正のスピーカユニット１２２１、負のスピーカユニット１２２１の正面方向のことである。また、第nユーザ方向と逆方向とは、第nスピーカユニットペア１２２の正のスピーカユニット１２２１、負のスピーカユニット１２２１の背面方向のことである。
　また、第nスピーカユニットペア１２２(n=1, …, N)の正のスピーカユニット１２２１と負のスピーカユニット１２２１は、当該正のスピーカユニット１２２１から放音される音と当該負のスピーカユニット１２２１から放音される音が他の座席を利用するユーザには聴きとれないように互いに消去される位置関係で配置されるようにする。
　以下、図１４に従い音響システム１００の動作について説明する。
　再生装置１１０は、再生対象物に基づいて得られる音響信号である第1音響信号、第3音響信号、…、第2N-1音響信号を入力とし、第1音響信号、第2音響信号、…、第2N音響信号を出力する。より具体的には、第n再生部１１２(n=1, …, N)は、第2n-1音響信号を入力とし、第2n-1音響信号から第2n-1音響信号と逆位相の音響信号である第2n音響信号を生成し、第2n-1音響信号と第2n音響信号を出力する。第2n-1音響信号、第2n音響信号は、それぞれ第nスピーカユニットペア１２２の正のスピーカユニット１２２１、負のスピーカユニット１２２１に入力される。
　スピーカシステム１２０は、再生装置１１０が出力した第1音響信号、第2音響信号、…、第2N音響信号を入力とし、第1音響信号に基づく音、第2音響信号に基づく音、…、第2N音響信号に基づく音を放音する。より具体的には、第nスピーカユニットペア１２２(n=1, …, N)は、第2n-1音響信号と第2n音響信号を入力とし、第2n-1音響信号に基づく音を正のスピーカユニット１２２１から放音し、第2n音響信号に基づく音を負のスピーカユニット１２２１から放音する。第2n-1音響信号と第2n音響信号は、互いに逆位相の関係にあるため、＜技術的背景＞で説明したように、スピーカシステム１２０が設置された座席の近傍でのみ音が聴こえる。例えば、N=2の場合において、第1音響信号、第3音響信号をそれぞれある音源の右チャネルの音響信号、左チャネルの音響信号とすると、スピーカシステム１２０が設置された座席の近傍でのみステレオの音が聴くことができる。
　なお、第nスピーカユニットペア１２２の正のスピーカユニット１２２１から第nユーザ方向に放音された音と第nスピーカユニットペア１２２の正のスピーカユニット１２２１から第nユーザ方向と逆方向に放音された音は、互いに逆位相の関係となる。同様に、第nスピーカユニットペア１２２の負のスピーカユニット１２２１から第nユーザ方向に放音された音と第nスピーカユニットペア１２２の負のスピーカユニット１２２１から第nユーザ方向と逆方向に放音された音は、互いに逆位相の関係となる。
　本発明の実施形態によれば、スピーカシステムの近傍というごく限られた狭い範囲でのみ聴きとることができる音を再生することが可能となる。
（スピーカユニットペアの構成例）
　１つのスピーカユニットペアに含まれる正のスピーカユニットと負のスピーカユニットは、基本的には非常に近い位置関係にある。また、正のスピーカユニットと負のスピーカユニットには、音響特性が同じになるよう、同一のスピーカユニットを用いる。なお、同一のスピーカユニットを用いる代わりに、正のスピーカユニットと負のスピーカユニットの音響特性が同じになるように、信号処理をした音響信号を入力するようにしてもよい。
　ここでは、正のスピーカユニットと負のスピーカユニットの位置関係の観点から、スピーカユニットペアの構成例について説明する。
　なお、以下説明するいずれの構成例においても、スピーカユニットペアは、正のスピーカユニットからユーザ方向と逆方向（つまり、背面方向）に放音される音、負のスピーカユニットからユーザ方向と逆方向（つまり、背面方向）に放音される音がユーザ方向（つまり、正面方向）に回り込んでくるように構成されるものとする。
　構成例１：　図１５は、正のスピーカユニットと負のスピーカユニットが縦に並ぶように配置されたスピーカユニットペアの構成の一例を示す図である。より詳しく言えば、スピーカユニットペアは、スピーカユニットペアの正面方向から見て最前に位置するスピーカユニットペアの正のスピーカユニットと負のスピーカユニットの面がスピーカユニットペアの接地面に対して垂直な１つの平面となり、スピーカユニットペアの正面方向から見たスピーカユニットペアの正のスピーカユニットと負のスピーカユニットの並びがスピーカユニットペアの接地面に対して垂直な方向と平行になるように、構成される。ここで、スピーカユニットペアの正面方向から見て最前に位置するスピーカユニットペアの正のスピーカユニットと負のスピーカユニットの面とは、図１５の例でいえば、正のスピーカユニットと負のスピーカユニットを構成するコーン型の振動板のうち、正面から見て最も手前にある部分（つまり、２つのコーンの底面）が接する面のことである。図１５を見るとわかるように、正のスピーカユニットと負のスピーカユニットは、通常、隣り合うような、非常に近い位置関係に配置される。
　構成例２：　図１６は、正のスピーカユニットと負のスピーカユニットが横に並ぶように配置されたスピーカユニットペアの構成の一例を示す図である。より詳しく言えば、スピーカユニットペアは、スピーカユニットペアの正面方向から見て最前に位置するスピーカユニットペアの正のスピーカユニットと負のスピーカユニットの面がスピーカユニットペアの接地面に対して垂直な１つの平面となり、スピーカユニットペアの正面方向から見たスピーカユニットペアの正のスピーカユニットと負のスピーカユニットの並びがスピーカユニットペアの接地面に対して水平な方向と平行になるように、構成される。図１６を見るとわかるように、正のスピーカユニットと負のスピーカユニットは、通常、隣り合うような、非常に近い位置関係に配置される。
　構成例３：　図１７は、正のスピーカユニットと負のスピーカユニットが斜めに傾き、横に並ぶように配置されたスピーカユニットペアの構成の一例を示す図である。より詳しく言えば、スピーカユニットペアは、スピーカユニットペアの正面方向から見て最前に位置するスピーカユニットペアの正のスピーカユニットと負のスピーカユニットの面がスピーカユニットペアの接地面と所定の角度θ（ただし、0<θ<π/2）をなす平面となり、スピーカユニットペアの正面方向から見たスピーカユニットペアの正のスピーカユニットと負のスピーカユニットの並びがスピーカユニットペアの接地面に対して水平な方向と平行になるように、構成される。図１７を見るとわかるように、正のスピーカユニットと負のスピーカユニットは、通常、隣り合うような、非常に近い位置関係に配置される。
　構成例４：　図１８Ａ、図１８Ｂ、図１８Ｃは、正のスピーカユニットと負のスピーカユニットが斜めに傾き、前後一列に並ぶように配置されたスピーカユニットペアの構成の一例を示す図である。図１８Ａは、正のスピーカユニットと負のスピーカユニットを正面方向から見た図、図１８Ｂは、正のスピーカユニットと負のスピーカユニットを背面方向から見た図、図１８Ｃは、正のスピーカユニットと負のスピーカユニットを側面方向から見た図である。より詳しく言えば、スピーカユニットペアは、スピーカユニットペアの正面方向から見て最前に位置するスピーカユニットペアの正のスピーカユニットの面、スピーカユニットペアの正面方向から見て最前に位置するスピーカユニットペアの負のスピーカユニットの面がそれぞれスピーカユニットペアの接地面と所定の角度θ（ただし、0<θ<π/2）をなす１つの平面に対して平行となるように構成される。ここで、スピーカユニットペアの正面から見て最前に位置するスピーカユニットペアの正のスピーカユニット（負のスピーカユニット）の面とは、図１８Ａの例でいえば、正のスピーカユニット（負のスピーカユニット）を構成するコーン型の振動板のうち、正面から見て最も手前にある部分（つまり、１つのコーンの底面）が接する面のことである。図１８Ａ、図１８Ｂ、図１８Ｃを見るとわかるように、正のスピーカユニットと負のスピーカユニットは、通常、隣り合うような、非常に近い位置関係に配置される。また、図１８Ｃを見るとわかるように、正のスピーカユニットと負のスピーカユニットを真上から見ると、正のスピーカユニットと負のスピーカユニットは互いに重なり合うように見える。図１８Ｃで示す程度に正のスピーカユニットと負のスピーカユニットの位置関係が非常に近いものである場合、スピーカユニットが占める体積を低減することができるため、音響システムを小型化することが可能となる。
　構成例３や構成例４のように、正のスピーカユニットと負のスピーカユニットが斜めに傾く形で配置される場合、斜めに傾く形で配置したことにより可聴とすべき領域が所望の領域からずれてしまうことが起こりうる。このような場合には、ユーザの耳がくる位置が可聴とすべき領域に含まれるように、音響信号の指向性制御を行うとよい。指向性制御には、任意の手法を用いることができ、例えばFIR(Finite Impulse Response)フィルタを用いたフィルタリングとすることができる。このとき、FIRフィルタは、可聴とすべき領域に近いスピーカユニットを基準として設計するとよい。
＜補記＞
　上述の本発明の実施形態の記載は、例証と記載の目的で提示されたものである。網羅的であるという意思はなく、開示された厳密な形式に発明を限定する意思もない。変形やバリエーションは上述の教示から可能である。実施形態は、本発明の原理の最も良い例証を提供するために、そして、この分野の当業者が、熟考された実際の使用に適するように本発明を色々な実施形態で、また、色々な変形を付加して利用できるようにするために、選ばれて表現されたものである。すべてのそのような変形やバリエーションは、公正に合法的に公平に与えられる幅にしたがって解釈された添付の請求項によって定められた本発明のスコープ内である。

Claims (5)

  1. 　所定の音源の音響信号に基づく音を放音するスピーカユニット（以下、正のスピーカユニットという）と前記音響信号と逆位相の音響信号に基づく音を放音するスピーカユニット（以下、負のスピーカユニットという）とを含むスピーカユニットペアを少なくとも１つ含むスピーカシステム
    　を含む音響システムであって、
    　前記スピーカユニットペアは、前記スピーカユニットペアの正面方向から見て最前に位置する前記スピーカユニットペアの正のスピーカユニットと負のスピーカユニットの面が前記スピーカユニットペアの接地面に対して垂直な１つの平面となり、前記スピーカユニットペアの正面方向から見た前記スピーカユニットペアの正のスピーカユニットと負のスピーカユニットの並びが前記スピーカユニットペアの接地面に対して垂直な方向と平行になるように、構成され、
    　前記スピーカユニットペアは、前記正のスピーカユニットから背面方向に放音される音、前記負のスピーカユニットから背面方向に放音される音が正面方向に回り込んでくるように構成される
    　音響システム。
  2. 　所定の音源の音響信号に基づく音を放音するスピーカユニット（以下、正のスピーカユニットという）と前記音響信号と逆位相の音響信号に基づく音を放音するスピーカユニット（以下、負のスピーカユニットという）とを含むスピーカユニットペアを少なくとも１つ含むスピーカシステム
    　を含む音響システムであって、
    　前記スピーカユニットペアは、前記スピーカユニットペアの正面方向から見て最前に位置する前記スピーカユニットペアの正のスピーカユニットと負のスピーカユニットの面が前記スピーカユニットペアの接地面に対して垂直な１つの平面となり、前記スピーカユニットペアの正面方向から見た前記スピーカユニットペアの正のスピーカユニットと負のスピーカユニットの並びが前記スピーカユニットペアの接地面に対して水平な方向と平行になるように、構成され、
    　前記スピーカユニットペアは、前記正のスピーカユニットから背面方向に放音される音、前記負のスピーカユニットから背面方向に放音される音が正面方向に回り込んでくるように構成される
    　音響システム。
  3. 　所定の音源の音響信号に基づく音を放音するスピーカユニット（以下、正のスピーカユニットという）と前記音響信号と逆位相の音響信号に基づく音を放音するスピーカユニット（以下、負のスピーカユニットという）とを含むスピーカユニットペアを少なくとも１つ含むスピーカシステム
    　を含む音響システムであって、
    　前記スピーカユニットペアは、前記スピーカユニットペアの正面方向から見て最前に位置する前記スピーカユニットペアの正のスピーカユニットと負のスピーカユニットの面が前記スピーカユニットペアの接地面と所定の角度θ（ただし、0<θ<π/2）をなす平面となり、前記スピーカユニットペアの正面方向から見た前記スピーカユニットペアの正のスピーカユニットと負のスピーカユニットの並びが前記スピーカユニットペアの接地面に対して水平な方向と平行になるように、構成され、
    　前記スピーカユニットペアは、前記正のスピーカユニットから背面方向に放音される音、前記負のスピーカユニットから背面方向に放音される音が正面方向に回り込んでくるように構成される
    　音響システム。
  4. 　所定の音源の音響信号に基づく音を放音するスピーカユニット（以下、正のスピーカユニットという）と前記音響信号と逆位相の音響信号に基づく音を放音するスピーカユニット（以下、負のスピーカユニットという）とを含むスピーカユニットペアを少なくとも１つ含むスピーカシステム
    　を含む音響システムであって、
    　前記スピーカユニットペアは、前記スピーカユニットペアの正面方向から見て最前に位置する前記スピーカユニットペアの正のスピーカユニットの面、前記スピーカユニットペアの正面方向から見て最前に位置する前記スピーカユニットペアの負のスピーカユニットの面がそれぞれ前記スピーカユニットペアの接地面と所定の角度θ（ただし、0<θ<π/2）をなす１つの平面に対して平行となるように構成され、
    　前記スピーカユニットペアは、前記正のスピーカユニットから背面方向に放音される音、前記負のスピーカユニットから背面方向に放音される音が正面方向に回り込んでくるように構成される
    　音響システム。
  5. 　請求項４に記載の音響システムであって、
    　前記スピーカユニットペアの正のスピーカユニットと負のスピーカユニットを真上から見ると、前記スピーカユニットペアの正のスピーカユニットと負のスピーカユニットは互いに重なり合うように見える位置関係にある
    　ことを特徴とする音響システム。
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