JP2003087888A - 指向性制御装置および遊戯装置 - Google Patents
指向性制御装置および遊戯装置Info
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Abstract
指向放射特性を得ることができる指向性制御装置、およ
びその指向性制御装置を用いた遊戯装置を提供する。 【解決手段】 近接配置された2個のスピーカを駆動し
て単一指向放射特性を得るための指向性制御装置であっ
て、入力信号を2個のスピーカの離間距離に応じた時間
だけ遅延させて出力する遅延回路22Rあるいは22L
を備え、2個のスピーカのうちの一方に音源からの音響
信号を供給し、他方に音響信号を遅延回路22R,22
Lにより遅延させかつ定数積算回路24Re,24Rf
あるいは24Le,24Lfにより位相反転させた信号
を供給する。
Description
を制御するための指向性制御装置、およびそれを用いた
遊戯装置に関する。
化(以下「指向性」という)を制御する方法として、従
来より、無指向性の2個のスピーカを逆相で接続して双
指向性としたり、3個以上のスピーカアレイにより単一
指向性や指向性のビームをある方向に与えるなどの方法
が提案されている(たとえば特開昭57−068991
号公報、特開平05−014992号公報、特開平11
−285093号公報、特開平09−098495号公
報参照)。
号処理によって基本的には時間的な遅延を各スピーカ毎
に与えて、音波の空間的な位相干渉を利用することで所
望の指向性を実現している。特に単一指向性を実現した
場合には、音量が高いレベルで再生される方向と低いレ
ベルで再生される方向とが生じるため、これを利用した
音響再生システムが提案されている。
いはビデオゲーム機などのような遊戯装置に用いられる
スピーカ装置においても、3個以上のスピーカを用いて
その指向性を変えようとする試みがなされている(たと
えば特開平08−024404号公報参照)。この提案
では、これらのスピーカをモノラル駆動とステレオ駆動
とに切り換えることにより、放射音の拡散性を切り換え
ている。
法では、低い周波数から高い周波数まで単一指向性また
は狭い指向特性を実現するために、3個以上のスピーカ
を組み合わせたスピーカアレイを用いているので、シス
テムの規模が大きくなり、製作コストが高価になるとと
もに小型化の阻害要因となっていた。さらには、上記従
来の遊戯装置に用いられるスピーカ装置の場合、ステレ
オ再生では従来の通常のステレオ音源の場合と同様の効
果しか得られず、また、3個以上のスピーカをモノラル
駆動するだけでは強い指向性を生じさせることはできな
い。
されたものであって、2個のスピーカを用いるだけで、
明確な単一指向放射特性を得ることができる指向性制御
装置、およびその指向性制御装置を用いた遊戯装置を提
供することを、その課題としている。
は、次の技術的手段を講じている。
れた2個のスピーカを駆動して単一指向放射特性を得る
ための指向性制御装置であって、入力信号を2個のスピ
ーカの離間距離に応じた時間だけ遅延させて出力する遅
延手段と、音源からの音響信号と遅延手段により遅延さ
れた音響信号とが互いに逆位相で2個のスピーカから音
響放射されるようにする位相反転手段とを設けたことを
特徴とする、指向性制御装置が提供される。
は、入力信号として音源からの音響信号が入力され、位
相反転手段は、遅延手段の出力信号を位相反転させる。
段には、入力信号として音源からの音響信号が入力さ
れ、位相反転手段は、音源からの音響信号を位相反転さ
せる。
転手段は、音源からの音響信号を位相反転させて遅延手
段に入力信号として供給する。
転手段は、2個のスピーカが互いに同一極性であり、そ
のうちの一方のスピーカの入力信号線を逆極性で接続す
ることにより実現されている。
転手段は、2個のスピーカが互いに逆極性であり、それ
ぞれの入力信号線を順極性で接続することにより実現さ
れている。
スピーカのうちの一方に供給する信号と他方に供給する
信号とを互いに切り替える切替手段を有する。
号の周波数帯域を制限するフィルタ手段を有する。
号の低周波領域のレベルを相対的に増大させる補償手段
を有する。
制御装置と、指向性制御装置に音響信号を供給する音源
手段と、指向性制御装置からの信号に基づいて駆動され
る2個1組のスピーカとを備えたことを特徴とする、遊
戯装置が提供される。
させるための制御手段と、制御手段により制御されて、
遊戯状態に応じて指向性制御装置による単一指向放射特
性の方向を可変させる方向可変手段とを有する。
組のスピーカは、遊戯者に対向する操作表示面に沿って
水平方向に所定間隔をあけて配置されている。
組のスピーカは、遊戯者に対向する操作表示面に沿って
鉛直方向に所定間隔をあけて配置されている。
組のスピーカは、遊戯者に対向する操作表示面と直交す
る面に沿って水平方向に所定間隔をあけて配置されてい
る。
組のスピーカは、遊戯者に対向する操作表示面と直交す
る面に沿って鉛直方向に所定間隔をあけて配置されてい
る。
組のスピーカは、複数組設けられており、各組毎に相互
に異なるチャンネルの音響信号を再生する。
カの離間距離に応じた時間だけ遅延させて出力する遅延
手段と、音源からの音響信号と遅延手段により遅延され
た音響信号とが互いに逆位相で2個のスピーカから音響
放射されるように処理する位相反転手段とを設けたの
で、2個のスピーカを用いるだけで、明確な単一指向放
射特性を得ることができる。
図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明
らかとなろう。
態を、図面を参照して具体的に説明する。
性制御装置を備えた遊戯装置の要部の回路ブロック図で
ある。この遊戯装置は、CPU1、ROM2、RAM
3、インターフェイス回路4、音源IC5、DSP6、
DAコンバータ7Ra,7Rb,7La,7Lb、増幅
器8Ra,8Rb,8La,8Lb、スピーカ9Ra,
9Rb,9La,9Lb、および加算回路10R,10
Lを備えている。CPU1、ROM2、RAM3、およ
びインターフェイス回路4は、相互にバス接続されてい
る。
制御装置の仮想的な回路図である。この指向性制御装置
は、フィルタ回路21R,21L、遅延回路22R,2
2L、加算回路23Ra,23Rb,23La,23L
b、および定数積算回路24Ra,24Rb,24R
c,24Rd,24Re,24Rf,24La,24L
b,24Lc,24Ld,24Le,24Lfを備えて
いる。
は、音源IC5、DSP6、および増幅器8Ra,8R
b,8La,8Lbを含む遊戯装置の全体を制御する。
すなわち、図示していないが、遊戯装置には操作部や表
示部や各種のセンサなどが設けられており、CPU1
は、操作部やセンサなどからの信号に応じて、表示部な
どを制御する。
1を動作させるためのプログラムや固定のデータなどを
格納している。
PU1にワークエリアを提供し、各種のデータを記憶す
る。
源IC5やDSP6などとの間の通信を制御する。
テレオおよびモノラルの音響ソースを多数記憶してお
り、CPU1により制御されて音響データを出力する。
PU1により制御されて、音源IC2からの音響データ
に指向性制御処理を施す。
7Lbは、DSP6からの音響データをアナログの音響
信号に変換する。
は、CPU1により制御されて、DAコンバータ7R
a,7Rb,7La,7Lbからの音響信号を増幅す
る。
は、増幅器8Ra,8Rb,8La,8Lbからの音響
信号を音響に変換する。スピーカ9Ra,9Rbは、互
いに近接配置されており、右チャンネル再生用である。
スピーカ9La,9Lbは、互いに近接配置されてお
り、左チャンネル再生用である。これらスピーカ9R
a,9Rb,9La,9Lbは、音響的な特性が相互に
ほぼ同一であり、極性も相互に同一である。
らの音響データをDSP6に供給する。すなわち、音源
IC5は、2個のステレオ用の出力端子と1個のモノラ
ル用の出力端子とを備えている。そして、ステレオの場
合、音源IC5の右チャンネル用出力端子から出力され
た音響データは加算回路10Rを介してDSP6の右チ
ャンネル用入力端子に入力され、音源IC5の左チャン
ネル用出力端子から出力された音響データは加算回路1
0Lを介してDSP6の左チャンネル用入力端子に入力
される。モノラルの場合、音源IC5のモノラル用出力
端子から出力された音響データは、加算回路10Rを介
してDSP6の右チャンネル用入力端子に入力されると
ともに、加算回路10Lを介してDSP6の左チャンネ
ル用入力端子に入力される。
回路24Ra,24Laからの信号の低域成分のゲイン
補償および制限を行う。すなわち、スピーカ9Ra,9
Rbが互いに近接配置され、またスピーカ9La,9L
bが互いに近接配置されているので、低い周波数の音響
がキャンセルされて減少してしまうことを防ぐために、
低域のゲインを相対的に増大させるとともに、所定周波
数以下の低域成分をカットする。
21R,21Lからの信号を遅延させる。遅延回路22
R,22Lによる遅延時間は、スピーカ9Ra,9Rb
の離間距離、およびスピーカ9La,9Lbの離間距離
における音波の伝搬時間にほぼ等しい。
23Lbは、定数積算回路24Rb,24Rc,24R
d,24Re,24Rf,24Lb,24Lc,24L
d,24Le,24Lfからの信号をDAコンバータ7
Ra,7Rb,7La,7Lbに供給する。
c,24Rd,24Re,24Rf,24La,24L
b,24Lc,24Ld,24Le,24Lfは、入力
信号に所定の定数を乗算する。これらの定数は、CPU
1により設定され、変更可能である。そして、これらの
定数を0あるいは1に選択的に変更することにより、入
力された信号の供給先を選択的に切り替えることができ
る。また、そのときの定数の変更を、短時間で0から1
あるいは1から0へ滑らかに行うことにより、ノイズな
どの無い切り替え動作が可能である。
戯装置Aの正面は、プレイヤに対向する操作表示面を構
成しており、その正面の上端部には、右端側にスピーカ
9Ra,9Rbが左右方向に所定間隔をあけて近接配置
されており、左端側にスピーカ9La,9Lbが左右方
向に所定間隔をあけて近接配置されている。
ヤによる遊戯の進行に伴って、CPU1が音源IC5を
制御し、遊戯の局面に応じた音響データを音源IC5か
ら出力させる。この音響データは、加算回路10R,1
0Lを介してDSP6に入力され、指向性制御が施され
る。
24Rc,24Rd,24Re,24Rf,24La,
24Lb,24Lc,24Ld,24Le,24Lfの
係数がk0=1、kL=1、kR=1に設定されている
とすると、DSP6の右チャンネル用入力端に入力され
た音響データは、定数積算回路24Raによって定数k
0=1を乗算され、フィルタ回路21Rによって低域成
分を相対的に強調されるとともに帯域制限される。フィ
ルタ回路21Rの出力は、定数積算回路24Rcによっ
て定数kR=1を乗算されて加算回路23Raに供給さ
れるとともに、遅延回路22Rによって遅延され、定数
積算回路24Rfによって定数−kR=−1を乗算され
て加算回路23Rbに供給される。一方、DSP6の左
チャンネル用入力端に入力された音響データは、定数積
算回路24Laによって定数k0=1を乗算され、フィ
ルタ回路21Lによって低域成分を相対的に強調される
とともに帯域制限される。フィルタ回路21Lの出力
は、定数積算回路24Lcによって定数kL=1を乗算
されて加算回路23Laに供給されるとともに、遅延回
路22Lによって遅延され、定数積算回路24Lfによ
って定数−kL=−1を乗算されて加算回路23Lbに
供給される。定数積算回路24Rb,24Rd,24R
e,24Lb,24Ld,24Leの係数は全て0にな
るので、それらからの出力は無い。
出力は、加算回路23Ra,23Laの出力と比較し
て、遅延かつ位相反転が施されたものとなる。
23Lbの出力は、DAコンバータ7Ra,7Rb,7
La,7Lbによってアナログの音響信号に変換され、
増幅器8Ra,8Rb,8La,8Lbによって増幅さ
れて、スピーカ9Ra,9Rb,9La,9Lbから音
響として出力される。
放射特性の説明図である。図5は、上記遊戯装置Aにお
けるゲイン−周波数特性の説明図である。図4の場合、
スピーカ9Ra,9Rbの離間距離はXm、音響信号は
500Hzの単一周波数である。図5の場合、角度0
[rad]方向および角度π[rad]方向の特性であ
る。もちろん、スピーカ9La,9Lbについても同様
の特性である。
Xに制限されるが、このような単一指向放射特性とする
ことにより、角度0[rad]方向と角度π[rad]
方向とで、明らかな音量レベル差を得ることができる。
高い周波数においては音波を単一のビームとすることが
できなくなるが、角度π[rad]方向ではスピーカ9
Raの出力とスピーカ9Rbの出力とが絶えず打ち消す
方向であるため、音量レベルを小さく保つことができ
る。なお、図5のように角度0[rad]方向の特性に
ディップが生じているのは、2個のスピーカ9Ra,9
Rbの離間距離Xに起因して生じる打ち消しであるが、
1000Hz程度以下の周波数では単一指向性のビーム
が保たれる。この離間距離Xが小さいほどディップが生
じる周波数は高い周波数にシフトするため、2個のスピ
ーカ9Ra,9Rbの離間距離Xは小さくすることが望
ましい。ただし、離間距離Xが小さいほど低い周波数で
のキャンセル量も大きくなり、必要とする補償レベルも
大きくなる。また現実的にスピーカ9Ra,9Rbの振
動板口径の大きさがあるため、近づけるにも限界があ
る。現実的には5cm〜20cm程度の離間距離が望ま
しい。
4Ra,24Rb,24Rc,24Rd,24Re,2
4Rf,24La,24Lb,24Lc,24Ld,2
4Le,24Lfの係数がk0=1,kL=0、kR=
0に切り替えられたとすると、フィルタ回路21Rの出
力は、定数積算回路24Rdによって定数1−kR=1
を乗算されて加算回路23Rbに供給されるとともに、
遅延回路22Rによって遅延され、定数積算回路24R
eによって定数kR−1=−1を乗算されて加算回路2
3Raに供給される。また、フィルタ回路21Lの出力
は、定数積算回路24Ldによって定数1−kL=1を
乗算されて加算回路23Lbに供給されるとともに、遅
延回路22Lによって遅延され、定数積算回路24Le
によって定数kL−1=−1を乗算されて加算回路23
Laに供給される。定数積算回路24Rb,24Rc,
24Rf,24Lb,24Lc,24Lfの係数は全て
0になるので、それらからの出力は無い。したがって、
スピーカ9Ra,9Rbならびにスピーカ9La,9L
bによる単一指向放射特性のビームの向きが逆方向にな
る。
Ra,24Rb,24Rc,24Rd,24Re,24
Rf,24La,24Lb,24Lc,24Ld,24
Le,24Lfの係数がk0=0に切り替えられたとす
ると、スピーカ9Rb,9Lbには入力信号が入力され
ず、単一指向放射特性が得られない。この場合、定数積
算回路24Rb,24Lbにより入力信号が−k0+1
=1倍されて加算回路23Ra,23Laに供給される
ので、スピーカ9Ra,9Laにより通常のステレオ再
生が可能となる。
図である。このように、多数の遊戯装置Aを並設し、各
遊戯装置Aのスピーカ9Ra,9Rbおよびスピーカ9
La,9Lbをそれぞれプレイヤに対向する正面上端部
に水平方向に近接配置して、CPU1により定数積算回
路24Ra,24Rb,24Rc,24Rd,24R
e,24Rf,24La,24Lb,24Lc,24L
d,24Le,24Lfの係数を制御することにより、
実線aのようにプレイヤの位置に対して反対の方向に単
一指向放射特性を持たせたり、実線bのようにプレイヤ
の位置の方向に単一指向放射特性を持たせたり、あるい
は図示していないが、単一指向放射特性を持たせないよ
うに制御することにより、プレイヤ本人および隣接プレ
イヤそれぞれに音量を制御した状態で遊戯の際の遊戯状
態に応じた再生音を提示できる。
して互いに異なった音量レベルで遊戯の際の再生音を再
生できる。たとえば、プレイヤ本人には大きな音量レベ
ルであるが周囲に対しては静かな音量レベルで、あるい
は逆に、プレイヤ本人には小さな音量レベルであるが周
囲に対しては大きな音量レベルでというように、プレイ
ヤ本人とその周囲とで互いに異なった音量レベルで再生
音をアピールできる。したがって、遊戯の状態に応じた
最も適切な音響効果を得ることができる。
Ra,9Rbあるいはスピーカ9La,9Lbの離間距
離Xに応じた時間だけ遅延させて出力する遅延回路22
R,22Lを備え、2個のスピーカ9Ra,9Rbある
いはスピーカ9La,9Lbのうちの一方に音源からの
音響信号を供給し、他方に音響信号を遅延回路22R,
22Lにより遅延させかつ位相反転させた信号を供給す
るので、2個のスピーカ9Ra,9Rbあるいはスピー
カ9La,9Lbを用いるだけで、明確な単一指向放射
特性を得ることができる。したがって、1つのチャンネ
ルについて3個以上のスピーカを用いた従来の指向性制
御装置と比較しても、広い周波数にわたって明らかな音
量レベル差を実現できる。
て、低域成分を相対的に強調し、かつ所定周波数よりも
低い周波数成分をカットしたので、2個のスピーカ9R
a,9Rbあるいはスピーカ9La,9Lbが互いに近
接していることに起因する、低い周波数の再生信号がキ
ャンセルされてしまうという現象を良好に防止でき、し
たがって音声帯域でバランスのとれた音声を再生するこ
とができる。
て、単一指向放射特性の方向を可変させたり、単一指向
放射特性を消滅させたりできるので、様々な音響効果を
演出できる。
Aの正面に、2個のスピーカ9Ra,9Rbおよびスピ
ーカ9La,9Lbを互いに水平方向に離間させて配置
したが、図7に示すように、遊戯装置Aの正面に、2個
のスピーカ9Ra,9Rbおよびスピーカ9La,9L
bを互いに鉛直方向に離間させて配置してもよい。この
ようにすれば、2個のスピーカ9Ra,9Rbおよびス
ピーカ9La,9Lbよりも低い位置に座ったプレイヤ
と、後ろで歩行する他者とに互いに異なった音量レベル
で再生音を提示できる。
ーカ9Ra,9Rbを配置し、他方の側面にスピーカ9
La,9Lbを配置してもよい。この場合、2個のスピ
ーカ9Ra,9Rbおよびスピーカ9La,9Lbの離
間方向は、水平方向であってもよいし、鉛直方向であっ
てもよい。また、2個のスピーカ9Ra,9Rbおよび
スピーカ9La,9Lbの離間方向を、斜めにしてもよ
いし、あるいは互いに背向させてもよい。
22R,22Lにより信号を遅延させ、その後に定数積
算回路24Rc,24Rd,24Re,24Rf,24
Lc,24Ld,24Le,24Lfにより遅延されて
いない信号と遅延された信号とが互いに逆位相になるよ
うにしたが、信号を位相反転させた後に、その信号を遅
延させるように構成してもよいし、位相反転させた信号
をスピーカ9Ra,9Rbのうちの一方およびスピーカ
9La,9Lbのうちの一方に供給し、他方のスピーカ
に遅延させた信号を供給するように構成してもよい。
22R,22Lにより遅延させた信号を定数積算回路2
4Rf,24Lfあるいは定数積算回路24Re,24
Leにより位相反転させたが、スピーカ9Raあるいは
スピーカ9Rb、および9Laあるいはスピーカ9Lb
の入力信号線を逆極性で接続することにより、信号を位
相反転させたのと同様の効果を得るように構成してもよ
い。また、スピーカ9Raとスピーカ9Rb、ならびに
スピーカ9Laとスピーカ9Lbとが、互いに音響的な
特性が同一でかつ逆極性であるように構成し、それぞれ
のスピーカ9Ra,9Rb,9La,9Lbの入力信号
線を順極性で接続してもよい。
御装置をDSP6により実現したが、指向性制御装置は
ディスクリート部品からなる電子回路により実現しても
よい。
再生が可能なように構成したが、もちろんモノラル再生
専用に構成してもよい。
指向性制御装置を遊戯装置Aに採用したが、本発明の指
向性制御装置は、通常のステレオ再生装置や車載用音響
装置など、音響を出力するあらゆる装置に採用可能であ
る。
備えた遊戯装置の要部の回路ブロック図である。
的な回路図である。
ある。
である。
ある。
24Rf,24La,24Lb,24Lc,24Ld,
24Le,24Lf 定数積算回路 A 遊戯装置
Claims (16)
- 【請求項1】 近接配置された2個のスピーカを駆動し
て単一指向放射特性を得るための指向性制御装置であっ
て、 入力信号を前記2個のスピーカの離間距離に応じた時間
だけ遅延させて出力する遅延手段と、 音源からの音響信号と前記遅延手段により遅延された前
記音響信号とが互いに逆位相で前記2個のスピーカから
音響放射されるようにする位相反転手段とを設けたこと
を特徴とする、指向性制御装置。 - 【請求項2】 前記遅延手段には、入力信号として前記
音源からの音響信号が入力され、 前記位相反転手段は、前記遅延手段の出力信号を位相反
転させる、請求項1に記載の指向性制御装置。 - 【請求項3】 前記遅延手段には、入力信号として前記
音源からの音響信号が入力され、 前記位相反転手段は、前記音源からの音響信号を位相反
転させる、請求項1に記載の指向性制御装置。 - 【請求項4】 前記位相反転手段は、前記音源からの音
響信号を位相反転させて前記遅延手段に入力信号として
供給する、請求項1に記載の指向性制御装置。 - 【請求項5】 前記位相反転手段は、前記2個のスピー
カが互いに同一極性であり、そのうちの一方のスピーカ
の入力信号線を逆極性で接続することにより実現されて
いる、請求項1に記載の指向性制御装置。 - 【請求項6】 前記位相反転手段は、前記2個のスピー
カが互いに逆極性であり、それぞれの入力信号線を順極
性で接続することにより実現されている、請求項1に記
載の指向性制御装置。 - 【請求項7】 前記2個のスピーカのうちの一方に供給
する信号と他方に供給する信号とを互いに切り替える切
替手段を有する、請求項1ないし6のいずれかに記載の
指向性制御装置。 - 【請求項8】 前記音響信号の周波数帯域を制限するフ
ィルタ手段を有する、請求項1ないし7のいずれかに記
載の指向性制御装置。 - 【請求項9】 前記音響信号の低周波領域のレベルを相
対的に増大させる補償手段を有する、請求項1ないし8
のいずれかに記載の指向性制御装置。 - 【請求項10】 請求項1ないし9のいずれかに記載の
指向性制御装置と、 前記指向性制御装置に音響信号を供給する音源手段と、 前記指向性制御装置からの信号に基づいて駆動される2
個1組のスピーカとを備えたことを特徴とする、遊戯装
置。 - 【請求項11】 遊戯を進行させるための制御手段と、 前記制御手段により制御されて、遊戯状態に応じて前記
指向性制御装置による単一指向放射特性の方向を可変さ
せる方向可変手段とを有する、請求項10に記載の遊戯
装置。 - 【請求項12】 前記2個1組のスピーカは、遊戯者に
対向する操作表示面に沿って水平方向に所定間隔をあけ
て配置されている、請求項10または11に記載の遊戯
装置。 - 【請求項13】 前記2個1組のスピーカは、遊戯者に
対向する操作表示面に沿って鉛直方向に所定間隔をあけ
て配置されている、請求項10または11に記載の遊戯
装置。 - 【請求項14】 前記2個1組のスピーカは、遊戯者に
対向する操作表示面と直交する面に沿って水平方向に所
定間隔をあけて配置されている、請求項10または11
に記載の遊戯装置。 - 【請求項15】 前記2個1組のスピーカは、遊戯者に
対向する操作表示面と直交する面に沿って鉛直方向に所
定間隔をあけて配置されている、請求項10または11
に記載の遊戯装置。 - 【請求項16】 前記2個1組のスピーカは、複数組設
けられており、各組毎に相互に異なるチャンネルの音響
信号を再生する、請求項10ないし15のいずれかに記
載の遊戯装置。
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---|---|---|---|
JP2001270083A JP4857503B2 (ja) | 2001-09-06 | 2001-09-06 | 指向性制御装置および遊戯装置 |
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