JP4168159B2 - Sound reproduction system, speaker system, and speaker installation method - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体音などの音響を再生する技術の改良に関するもので、特に、机などからの反射音の影響を軽減したものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、映画やテレビ番組の視聴、ビデオゲームや舞台の音響効果などにおいて、効果音など各種の音響を、予め意図した方向から聞こえてくるように再生する技術が知られており、このような技術は、立体音再生、仮想音源再生、仮想再生などと呼ばれている。
【０００３】
ここで一般に、左右の耳に届く音の強さ（音圧と呼ぶ）、周波数成分、音波の位相のずれ、といった特徴は、音源の位置や方向に応じて異なる。これは、音の特徴に影響する要素、具体的には部屋や空間といった伝達系、聴く人の頭部、耳介、肩などでの反射、回折、共振といった影響が、音源の位置や方向に応じて異なるためである。
【０００４】
上記の立体音再生の技術は、この現象を応用したもので、所望の音に、意図する方向から聞こえてくる場合の特徴を人工的に与えて受聴者に聞かせることで、受聴者の脳に、その音があたかもその方向から聞こえてくるように錯覚させるものである。
【０００５】
ここで、特定の方向から聞こえてくるように聞かせる個々の音を「音像」や「仮想音源」と呼び、聞こえてくる特定の方向を音像に与えることを「定位」と呼ぶ。また、このように１つ又は複数の音像を定位させることで受聴者に聞かせる音全体を「立体音」と呼ぶ。また、定位させる方向ごとの音の特徴を決める関数は「頭部伝達関数」と呼ぶ。
【０００６】
上記のような立体音再生の技術の中で、特に先進的なものがステレオダイポール方式である。このステレオダイポール方式は、受聴者の正面に２つのスピーカを互いに近接して配置するもので、音源の種類に合わせたＤＳＰなどのデジタルフィルタにより、３次元空間内の所望の角度と距離に応じた頭部伝達関数を電気的に合成したり、クロストークのキャンセルといった処理を実現することで、空間の任意の位置に仮想音源を配置するものである。
【０００７】
このようなステレオダイポール方式によれば、バイノーラル録音のようなヘッドホンが不要となり、ヘッドホンの不自然な装着感などの問題が解消される。また、互いに離れた位置に左右のスピーカを設置するトランスオーラル方式などと比べて、スピーカの設置スペースがコンパクトで済み、また、聴く人が３Ｄ効果を体感できる範囲も広く、音像の定位も安定する。また、ステレオダイポール方式では、従来のステレオ録音やバイノーラル録音による音源も、リアスピーカなどを使うことなく立体的に再生することができる。
【０００８】
なお、本出願において、部品単体としてのスピーカをスピーカユニットと呼び、スピーカユニットをスピーカボックスなどに組み込んだものをスピーカシステムと呼び、これらと、理論上の音響発生装置をスピーカと総称する。
【０００９】
上記のようなステレオダイポール方式を含む立体音再生の技術では、クロストークのキャンセルが重要な要素となる。ここで、クロストークとは、左右のスピーカからの音が反対側の耳にも届く現象であり、このように反対側の耳に届く余計な成分をクロストーク成分と呼ぶ。また、左右の各スピーカから再生される音響信号について、クロストーク成分を除去する処理をクロストークのキャンセリングやクロストークキャンセルなどと呼ぶ。
【００１０】
また、音響信号にこのようなクロストークキャンセルを施すシステムを逆システムと呼び、逆システムが音響信号に作用する特性を逆システム特性と呼ぶ。このような逆システム特性は、典型的には、ＤＳＰなどによる電子的なフィルタすなわちクロストークキャンセルフィルタなどとして実現される。
【００１１】
ここで、図１６は、入力信号について受聴者の両耳までの伝達特性を示す図であり、この図に基づいて、２つのスピーカＳＬ，ＳＲを利用した一般的な仮想再生処理で使用する逆システム特性について説明する。すなわち、この図に示すようなスピーカと受聴者との関係において、受聴者の正面左方向に設置されたスピーカを左スピーカＳＬ、右側に設置されたスピーカを右スピーカＳＲとする。ここで、スピーカと受聴者の両耳の関係について説明する。すなわち、それぞれのスピーカから出力される音響信号は、スピーカＳＬから左耳と右耳へ、またスピーカＳＲから左耳と右耳へと伝播する。
【００１２】
そして、本来は、右側の音響信号は右耳のみに、左側の音響信号は左耳のみに伝えることが望ましいので、左右それぞれのスピーカＳＬ，ＳＲから反対側の耳に伝達するクロストーク成分を除去する。具体的には、図１６に示すように、左スピーカから右耳へ、右スピーカから左耳へ伝播する音響信号を打ち消すように、入力信号ＩＮＬ（ｚ），ＩＮＲ（ｚ）に対して信号処理を施し、クロストーク成分の除去を行っている。
【００１３】
まず、ここで、図１６のそれぞれの伝達特性の定義を説明する。なお、説明はｚ変換された関数を前提に行う。すなわち、図１６において、右スピーカから右耳へ音が伝播する伝達特性をＣ１、右スピーカから左耳へ音が伝播する伝達特性をＣ２とする。同様に、左スピーカから左耳に音が伝播する伝達特性をＣ１、左スピーカから右耳に音が伝播する伝達特性をＣ２とする。
【００１４】
ここで、それぞれのスピーカから出力される音響信号のうち、左スピーカからの出力をＯＵＴＬ（ｚ）、右スピーカからの出力をＯＵＴＲ（ｚ）としたとき、受聴者の左右の耳に伝達される音響信号ＥＬ（ｚ），ＥＲ（ｚ）との関係は、
【数１】

となる。
【００１５】
ここで、入力信号のＩＮＬ（ｚ）とＩＮＲ（ｚ）と、ＥＬ（ｚ）とＥＲ（ｚ）が等しくなるようにするために、それぞれの入力信号に図１６に示すような信号処理Ｈ１，Ｈ２を施してスピーカから出力する。すなわち、
【数２】
Ｈ１（ｚ）＝ １／Ｃ１（ｚ）
Ｈ２（ｚ）＝−｛１／Ｃ２（ｚ）｝
が成り立つようなフィルタ特性を有するフィルタ処理を、左右の入力信号に対してそれぞれ行い出力する。
【００１６】
これにより、
【数３】
ＥＬ（ｚ）＝ＩＮＬ（ｚ）
ＥＲ（ｚ）＝ＩＮＲ（ｚ）
が成り立つような信号処理システムを構築できる。この式の成立は必要条件であり、逆システム特性は非常に重要な要素である。これは、仮想再生技術では、受聴者の両耳に伝えたい信号が正確に伝達されることを条件として仮想音源処理を行うからである。
【００１７】
このように、スピーカによる再生時のクロストーク成分を除去して入力信号を受聴者の両耳に伝達するシステムが逆システムであり、図で用いたＨ１（ｚ）とＨ２（ｚ）のようなフィルタ特性が逆システム特性、またこの特性を用いて図１６に示したような信号処理を行うことがクロストーク成分のキャンセリングである。
【００１８】
上記のような逆システム特性としてのＨ１（ｚ）とＨ２（ｚ）は、再生スピーカから受聴者の両耳に伝播する音響信号の伝達特性を表しているが、従来から、このような伝達特性を同定する１つの手法として、無響室においてスピーカから再生される音響情報を、ダミーヘッドマイクロフォンと呼ばれる、人間の頭部を模擬した特殊なマイクによって測定し、測定結果にもとづいてＨ１（ｚ）とＨ２（ｚ）を同定することが行われている。
【００１９】
また、理論モデルを用いて測定環境をシミュレートし、演算結果にもとづいてＨ１（ｚ）とＨ２（ｚ）を同定することも可能である。いずれも、スピーカとマイクとの間には反射物のない状態で測定もしくはシミュレーションを行っている。
【００２０】
具体例を示すと、図１７に示すように、音が伝播する場合に反射音が発生しないような無響室において、ある一定の高さの場所に設置したスピーカＳと、ダミーヘッドマイクロフォン（ＤＭＨと表す）を利用して測定した伝達特性が従来の測定値として用いられてきた。
【００２１】
ところで、図１８に示すように、スピーカを机Ｄのような卓上においた場合など、スピーカの設置環境によっては、スピーカからの直接音に加えて、卓面などに反射した反射音が受聴者の耳に伝播することが考えられる。つまり、上記のように反射物のない無響室のような環境を前提条件として作った伝達特性を使い、実際には反射物のある環境で仮想再生した場合には、音響信号の伝播に矛盾が生じることになる。
【００２２】
すなわち、図１７で示したような直接音のみの伝達特性に基づいて作成した逆システム特性は、本来は、図１９にすような環境、すなわち反射音がないような状態にスピーカを設置して受聴するべきである。しかしながら、おおよそ再生環境は、図２にすように、反射音が発生するような環境である。したがって、反射のない環境を前提に作成した逆システム特性と、反射が発生する再生環境の逆システム特性とでは、おのずと矛盾が生じることになる。
【００２３】
例として、反射のない状態で測定したインパルス応答と、反射の生じる状態で測定したインパルス応答では、図１４に示すＲＥＦＡＲＥＮＳデータとＬＯＷＰＯＳＩＴＩＯＮデータのように明らかに測定値の特性が違うものになっている。ここで、インパルス応答は、スピーカからのある音圧での出力信号に対して、受聴点で計測される音圧であり、その間の伝達関数が反映される。また、ＲＥＦＡＲＥＮＳデータは、反射の無い状態での受聴点での音圧を示し、周波数に関わらず一定となるもので、図１４で横一直線となっている。
【００２４】
また、ＬＯＷＰＯＳＩＴＩＯＮデータは、スピーカを机上の低い位置（Ｌｏｗ）に直接置いた場合の受聴点での音圧を示す点線で、スピーカからの直接音と机上で反射した反射音とが合成されたものである。このＬＯＷＰＯＳＩＴＩＯＮデータは、低周波数域においては、直接音と反射音との位相のずれが波形に対して小さいため互いに増強し合ってＲＥＦＡＲＥＮＳデータよりも音圧が大きいものとなる。
【００２５】
一方、周波数が高くなると、直接音と反射音との位相のずれに応じて、増強される部分と減衰する部分とが生じる。このような減衰や減衰の発生する周波数帯域はＤＩＰと呼ばれる。
【００２６】
以上のように反射音は、受聴点での音圧に大きな影響を与え、上記のような逆システム特性と実際の再生環境との間で矛盾を発生させる原因となる。そして、逆システム特性は上記のように、仮想再生技術において非常に重要な要素であるが、特に、スピーカを机上に置くような場合、スピーカの指向特性からみて、反射音と直接音の音圧に差がほとんどないため、反射音が立体音再生に大きく影響することになる。
【００２７】
そこで、図１８に示したような反射のある環境下で再生する場合に、反射音を考慮した伝達特性を用いることも考えられる。このために従来では、図１７のような反射のない環境について測定したデータ又はモデルとしてシミュレートした演算結果に代え、図１８のように実際に反射音が発生するような環境について測定したデータ又はモデルとしてシミュレートした演算結果を用いて逆システム特性を導き出すことを行わなければならなかった。
【００２８】
すなわち、この場合は、図１６で示したＣ１（ｚ）やＣ２（ｚ）のほかに、反射面によって反射した後に受聴者の両耳に伝達する特性を逆システム特性における伝達特性に反映させる必要がある。具体的には、右スピーカから反射面によって反射して右耳に伝達する特性、もしくは左スピーカから反射面によって反射して左耳に伝達する特性をＣ３（ｚ）、また右スピーカから反射面によって反射して左耳に伝達する特性、もしくは左スピーカから反射面によって反射して右耳に伝達する特性をＣ４（ｚ）と定義する場合、以下のような関係を定義することができる。
【００２９】
つまり
【数４】

Ｈ’１（ｚ）＝ １／｛Ｃ１（ｚ）＋Ｃ３（ｚ）｝
Ｈ’２（ｚ）＝−｛１／｛Ｃ２（ｚ）＋Ｃ４（ｚ）｝｝
とし、
【数５】
ＥＬ’（ｚ）＝ＩＮＬ（ｚ）
ＥＲ’（ｚ）＝ＩＮＲ（ｚ）
が成り立つような伝達特性を導きだすことを行わなければならなかった。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来技術には、実際の再生環境における反射音の影響を受けやすいという問題点があった。すなわち、まず、上記数式４や数式５に示すように伝達特性を導き出す場合、測定時と全く同じような幾何学的な配置条件、すなわち、スピーカと反射面の設置関係、またスピーカと反射点と測定マイクの距離関係を、実際に仮想再生する際に実現することは非常に困難であり、この点で従来技術では反射音の影響を受けやすかった。
【００３１】
また、スピーカを使用した従来の仮想再生技術では、再生時に発生する反射音の影響が大きいにも関わらず、逆システム特性とスピーカシステムの設置条件との関係は考慮されなかったため、仮想再生時の反射音の影響によって仮想音源の定位が明瞭に再現できない場合があった。また、仮想再生のための逆システム特性は、反射を含まない直接音の伝播に対する逆システム特性がもっとも理想的な特性であり、反射音の影響の軽減が潜在的に求められていた。
【００３２】
さらに、従来の卓上用などのスピーカシステムは、スピーカユニットを収めた箱になっており、それ自体は、スピーカユニットの設置面からの高さや水平方向に対する設置角度といった設置条件を自由に変更するための手段を備えていなかった。このため、一度設置後に、設置状態を変更するには、スピーカの下に補助物を挟むなどして方向調整を行う必要があり、煩雑であった。特に、上記のような反射音を考慮して再生環境を調整することも困難であり、この点でも、反射音の影響の軽減が潜在的に期待されていた。
【００３３】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたもので、その目的は、反射音の影響が少ない音響再生システム、スピーカシステム及びスピーカ設置方法を提供することである。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１の発明は、設置面上に設置されたスピーカを用いる音響再生システムにおいて、予め設定された受聴点に対する前記スピーカからの直接音と前記設置面からの反射音との伝播経路の差を５．６７センチメートルから１７センチメートルとし、前記直接音と前記反射音との干渉による前記受聴点での音圧の減衰が、前記スピーカから発生された音の周波数成分の中で１ＫＨｚから３ＫＨｚの周波数帯域について発生するように、前記スピーカの前記設置面に対する高さ又は仰角の少なくとも一方を定めたことを特徴とする。
請求項４の発明は、設置面上に設置されたスピーカを用いる音響再生方法において、予め設定された受聴点に対する前記スピーカからの直接音と前記設置面からの反射音との伝播経路の差を５．６７センチメートルから１７センチメートルとし、前記直接音と前記反射音との干渉による前記受聴点での音圧の減衰が、前記スピーカから発生された音の周波数成分の中で１ＫＨｚから３ＫＨｚの周波数帯域について発生するように、前記スピーカの前記設置面に対する高さ又は仰角の少なくとも一方を定めたことを特徴とする。
以上の態様では、スピーカ設置の際、反射面である設置面に対して高さや迎角をつけることで、まず、指向特性のうえで音圧の低い方向を設置面に向け、仮想再生などにおける反射音の影響を軽減することができる。また、前記の高さや迎角の調整によって直接音と反射音の伝播経路差を制御することで、直接音と反射音との干渉による減衰の発生を、人間の方向感覚のあいまいな周波数帯に合わせ、仮想再生などにおける反射音の影響を軽減することができる。
【００３５】
また、直接音と反射音との伝播経路差を所定の数値内に収めるという単純な基準により、スピーカの実際の設置条件を求める幾何学計算、例えばスピーカと受聴点との水平距離やスピーカの設置高さなどから必要な迎角の範囲を計算したり、逆に、水平距離と迎角から高さの範囲を求めるといった計算を容易に行うことができる。
【００３６】
請求項２の発明は、請求項１記載の発明において、スピーカボックスの前端に２つのスピーカを備え、前記前端を設置面から所望の高さに持ち上げるための脚を備えたことを特徴とする。請求項２の音響再生システムでは、奥行き方向が長尺なスピーカボックスの前端に左右２つスピーカすなわちスピーカユニットを設け、その前端を脚で持ち上げることで、スピーカユニットに所望の高さと迎角とを同時に与えることができる。この音響再生システムは、例えばステレオダイポール方式による立体音再生に特に適しており、脚の形式はスライド式、伸縮式、スタンド式、多段階又は無段階の別など自由に選択することができる。
【００３７】
請求項３の発明は、請求項２記載の発明において、前記前端側に上下スライド自在に設けられた前記脚と、前記脚を前記スピーカボックスに締め付けることで所望の位置に固定するためのねじと、を備えたことを特徴とする。請求項３の発明では、例えばスピーカボックス前端面の左右にスピーカやその保護グリルなどを設け、前端面の中心には上下スライドする脚とねじ穴を設け、ノブ付きのねじをゆるめて脚を上下に調整したり、ねじを締めて脚を固定することができる。このようにすれば、調整が容易で、強度に優れ、破損しにくいシステムを数少ない単純な部品で実現でき、さらに、ねじと脚を外してコンパクトに梱包や収納することも可能となる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（本実施形態と呼ぶ）について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、各図において、それ以前に説明した部材と同様の部材については同じ符号を付し、説明は省略する。
【００３９】
〔１．構成〕
本実施形態は、設置面上に設置されたスピーカを用いる音響再生システムであり、スピーカを設置面上に設置するためのスピーカの設置方法として把握することもできる。そして、本実施形態の特徴は、スピーカからの直接音と設置面からの反射音との干渉による音圧の減衰が、予め想定された受聴点において、前記スピーカから発生された音の周波数成分の中で１ＫＨｚから３ＫＨｚの周波数帯域について発生するように、スピーカが設置面に対して高さ又は迎角の少なくとも一方を与えて設置されることである。
【００４０】
具体的には、直接音の伝播経路と反射音との伝播経路差が５．６７センチメートルから１７センチメートルになるように、前記高さ又は迎角の少なくとも一方を定めればよい。
【００４１】
ここで、図１は、本実施形態の構成の一例を示す概念図であり、机Ｄ上に設置したスピーカＳの音を受聴者Ｌに聞かせる例である。この例では、受聴点ｃへの直接音の伝播経路ａ−（ｅ−）ｃと、反射音の伝播経路ａ−ｆ’−ｃとの差が５．６７センチメートルから１７センチメートルになるように、スピーカＳの高さや迎角を定める。
【００４２】
〔２．作用〕
上記のように構成される本実施形態は、次のように作用する。
〔２−１．スピーカの高さの調整〕
まず、スピーカの設置高さによって、直接音の伝播経路の距離と反射音の伝播経路の距離とを変化させることで、ＤＩＰが発生する周波数領域の位置を調整する例を示す。
【００４３】
例えば、図２は、従来技術と同様に、スピーカＳを机Ｄ上の低い位置に直接置いた状態を示す概念図である。この例では、スピーカから直接伝播する直接音の伝播距離ａ−ｅ−ｃと、反射面によって反射して伝播する反射音の距離ａ−ｆ’−ｃは、ほぼ同等の距離である。これは、反射面に対してスピーカの中心部までの距離が非常に近接しているためである。
【００４４】
一方、図３は、スピーカＳを机Ｄ上から持ち上げた状態を示す概念図である。この例では、スピーカＳから直接伝播する直接音の距離ａ−ｂ−ｃと、反射面によって反射して伝播する反射音の距離ａ−ｆ’−ｃは、明らかに大きな距離の差が生じている。このように、スピーカＳの高さを変えることによって、直接音の伝播経路の距離と、反射音の伝播経路の距離とを制御することが可能になる。
【００４５】
ここで、ある信号に遅延差をあたえた信号を加えた時のＤＩＰ、即ち減衰部の発生について説明する。すなわち、櫛形フィルタなどで知られるように、入力信号に遅延を施しただけの信号をもとの入力信号に付加すると、遅延による波長／２の周波数の正数倍の部分にＤＩＰといわれる減衰部が発生することが一般的に知られている。
【００４６】
そこで、直接音と反射音の伝播経路差をα（単位：メートル）とし、ＤＩＰが現れる場所すなわち周波数帯域を周波数で現すと、
【数６】
ＤＩＰが発生する周波数（Ｈｚ）
＝３４０／（伝播経路差α（ｍ）×２）
となる。
【００４７】
そこで、スピーカの高さを調節することによって、前述の遅延差時間を調整し、結果として櫛形フィルタのように発生する減衰部の周波数を制御することができる。
【００４８】
〔２−２．スピーカの高さと向きの調整〕
次に、スピーカの高さや向きを変えることによって、指向特性に基づいて、直接音の音圧レベルと反射音の音圧レベルの比を制御できることを示し、また、ＤＩＰの減衰量を調整する例をより具体的に示す。
【００４９】
〔２−２−１．音圧の制御〕
例えば、図２で、同図に示したＣｉｒｃｌｅＡが再生スピーカの指向特性を表しているとした場合、スピーカＳから受聴者Ｌの耳に直接届く直接音の音圧と、反射によって生じた反射音が受聴者の耳に届く音圧は、ほぼ同等である。この理由は、音信号の経路として、直接伝播する音の経路としてのａ−ｅ−ｃ、ａ−ｆ’−ｃが双方ともにほぼ同等の距離であり、かつそれぞれの経路がスピーカの指向特性の正面方向ａ−ｂに対してずれている開き角度もそれぞれほぼ同等であるので、受聴者の耳への音圧レベルは、直接音も反射音もほぼ同等であり、結果として反射が大きく影響するからである。この環境で、従来のような反射を含まない伝達関数の逆システム特性を用いた場合には、特性上大きな矛盾が生じることになる。
【００５０】
一方、図３に示したＣｉｒｃｌｅＡが同様に再生スピーカの指向特性を表しているとした場合、スピーカＳから受聴者Ｌの耳に直接届く直接音の音圧と、反射によって生じた反射音が受聴者Ｌの耳に届く音圧は明らかに異なり、直接音の音圧に対して、反射音の音圧のほうがはるかに小さいことがわかる。
【００５１】
この理由を以下に説明する。まず、図４に、スピーカの指向特性の一例を示す。この図において、スピーカＳからａ−ｂだけ離れた距離の音圧に対する指向特性を表したのがＬｅｖｅｌＡである。同様に、ａ−ｃの音圧に対する指向特性をＬｅｖｅｌＢ、ａ−ｄの音圧に対する指向特性をＬｅｖｅｌＣ、ａ−ｅの音圧に対する指向特性をＬｅｖｅｌＤとする。
【００５２】
この場合、正面方向ａ−ｂに対して、開き角度Θ方向の指向特性と音圧の関係をみると、正面方向のポイントｂと同等の音圧を示すポイントは、ｆとなる。そのときのスピーカからの距離は、明らかにａ−ｂのほうがａ−ｆよりも長いことがわかる。これは、スピーカの正面では、正面以外と比べて、より遠くで同じ音圧が得られることを意味する。
【００５３】
また、ポイントｉの音圧と同等のポイントはｅであり、ａ−ｉと同等の距離のポイントｄでの音圧はポイントｉの音圧よりも高いことがわかる。つまり、音圧と距離の関係は、スピーカの正面部が一番強い音圧になり、開き角度が大きくなるほど音圧に対する距離は短くなることがわかる。
【００５４】
そこで、あらためて図２と図３をみた場合、図２ではスピーカの正面方向ａ−ｂに対して、直接音も反射音も開き角度はおおよそ同等で、かつ到達距離もおおよそ同等である。これに対して、図３では、直接音は見開き角度が０に対して、反射音は見開き角度があり、かつスピーカから受聴者の耳までの伝達経路の距離は、ａ−ｂ−ｃに対してａ−ｆ’−ｃのほうが明らかに長いことがわかる。つまり、見開き角度条件としても、スピーカからの距離に起因する音圧レベルを考えても、反射音の音圧は直接音の音圧よりも減少していることになる。
【００５５】
また別の条件として、図５のように、指向特性の正面を水平方向よりも上向きにとってスピーカを配置すると、スピーカと受聴者との距離はあまりかわらないが、指向特性の正面方向ａ−ｂに対する開き角度が違うため、反射音の音圧のほうが減衰することがわかる。
【００５６】
そこで、さらに、図１のように、スピーカの正面を水平より上向きしにし、かつ、スピーカを持ち上げた状態を考える。この状態では、スピーカと受聴者の耳との距離において、直接音と反射音それぞれの伝播距離の間で大きな差が生じ、かつ指向特性における見開き角度にも差が生じるので、反射音を軽減することが可能になる。
【００５７】
以上のように、スピーカを持ち上げたり、角度を変えることによって、直接音と反射音の間の遅延差によるＤＩＰ、つまり信号の減衰周波数を制御するだけでなく、反射音の音圧を軽減することも可能となる。
【００５８】
〔２−２−２．指向特性について〕
なお、ここで説明に用いているスピーカの指向特性について補足説明を行う。まず、スピーカからは、幅広い周波数帯域の音響信号が再生され、一般に、スピーカの指向特性として、低域の音響信号は無指向性に近い状態で、周波数が高くなるにつれてそのスピーカが有する固有の指向特性が表れてくる。
【００５９】
そして、図２などでＣｉｒｃｌｅＡなどで示した指向特性は、概念的な説明として示したものであり、実際の指向特性は必ずしも円形のサークルではなく、具体的にはスピーカの特性や特に周波数によっても異なるものである。例えば、図６は、その一例であり、それぞれの周波数に対する正面方向からの見開き角度別でプロットした結果を指向特性グラフに示したものである。また、図７は、この場合のそれぞれの見開き角度に対する振幅周波数特性を示すグラフである。
【００６０】
まず、図６に示した指向特性のグラフでは、低域の音響信号に対してはすべての見開き角度に対して一定の音圧レベルを示しているが、周波数が高くなるほど、正面および後面に対する指向性が強くなっている。このことで、周波数が高くなるほどスピーカの正面方向に指向性が強くなることがわかり、かつ正面方向に対して見開き角度が開くと音圧レベルの減衰は顕著に表れることがわかる。
【００６１】
つまり、スピーカの正面から直接伝播する音信号と、反射によって伝播する音信号には、周波数が高くなるほど差が大きくなることになり、これまでに概念図として示してきた指向特性による音圧の減衰差はこれによって生じるものである。
【００６２】
また、図７に示した振幅周波数特性のグラフからは、見開き角度が大きくなるにつれて、減衰し始める周波数が低くなっていることがわかる。この事は、直接音と反射音の間に生じる角度の差が大きければ大きいほど、反射音の高周波成分の減衰が発生することを意味し、結果として直接音の高周波への影響を軽減することができる。
【００６３】
なお、図６や図７に示したようなグラフは、公知の手法を用いたシミュレーションによっても容易に得ることができるので、シミュレーション結果によっても、スピーカの高さと方向を調整することによって、反射音による音響信号の影響を押さえることが可能になる。
【００６４】
〔２−２−３．ＤＩＰの周波数〕
以上説明した事実に基づいて、反射によって発生するＤＩＰの周波数領域と減衰量を調整し、反射音の影響を最小限にする具体例を示す。すなわち、仮想音源の定位があいまいになる周波数領域としての１ＫＨｚ〜３ＫＨｚ程度の帯域にＤＩＰが位置するように、スピーカの高さと向きを調整する。このうち、特に高さは直接音と間接音の伝播経路差に比例する遅延時間に影響が大きく、一方、スピーカの向きは、指向特性に基づく音圧の減衰量に影響が大きい。ここでは、これら双方を調整することによって、反射音による影響を軽減するものとする。
【００６５】
ところで、上記の周波数帯域１〜３ＫＨｚは、方向弁別限の点で、方向に関する知覚があいまいであることが一般的に知られている周波数帯である。ここで、方向弁別限とは、音の発信位置を特定する人間の知覚能力を方向ごとに表す一般的な基準であり、具体的には、各方向において、ある基準位置から音源の位置を少しずつ移動させた時、基準位置から音源がずれたことを初めて認識できる位置と基準位置との見開き角度差を数値として現したものである。
【００６６】
この方向弁別限は一般的に、正面付近では小さく、例えば１〜２度といった方向の違いも識別できるのに対して、側方では大きく、例えば５〜１０度くらいずれないと方向の違いが識別できないといった特徴を持つ。
【００６７】
特に、この方向弁別限は、周波数によっても異なり、例えばトーン性の信号に対する場合、おおよそ２ＫＨｚ付近を中心に１ＫＨｚから３ＫＨｚ程度について、人間の知覚判断が非常にあいまいであることが一般的に知られている。そこで、本発明では、このあいまいな部分を利用して、反射音からの影響を少なくしている。
【００６８】
つまり、本実施形態は、スピーカを持ち上げたり、傾けることによって、反射音で生じるＤＩＰの位置、すなわち減衰が発生する周波数で一番低いものを１ＫＨｚから３ＫＨｚ程度の間に合わせ込むことによって、反射音から受ける影響を最小限にするものである。なお、あいまいになるのは１〜３ＫＨｚであるが、具体的には、特に、ＤＩＰを発生させる帯域は、１．５〜２．５ＫＨｚ程度が望ましい。
【００６９】
ここで、図８は、スピーカと受聴者の耳の理想的な位置関係を幾何学的に示すものである。すなわち反射面をｂ−ｅ−ｇとし、スピーカの中心部をａ、受聴者の耳の位置をｃ、反射が発生する反射点をｄ’とそれぞれ定義する。まず、必ず定義されていなければならない距離は、スピーカと受聴者の耳との距離である。これは、ａ−ｃもしくはａ−ｈの距離が定義されていることにあたる。
【００７０】
この場合、ＤＩＰの発生する周波数を得るために必要となる情報は、スピーカから受聴者の耳に直接伝播する直接音の伝播距離と、スピーカから受聴者の耳に反射によって伝播する反射音の伝播距離になる。そこで、それぞれの距離を求める計算の手法を以下に示す。なお、ここで用いる直接音の伝播距離、反射音の伝播距離はいずれも単位はメートルとする。
【００７１】
〔２−２−４．伝播距離の計算〕
ここで、直接音の伝播距離と、反射音の伝播距離は、次のような数値の組合せを与えることで計算することができる。
【００７２】
（１）｜ａ−ｅ｜＝Ｈ、｜ａ−ｈ｜＝Ｄ、∠ａ−ｂ−ｅ＝Θ、
がそれぞれ与えられた場合
この場合、
【数７】

また、
【数８】

より、
【数９】
反射音の伝播距離
＝｜ａ−ｄ’−ｃ｜
＝｜ｄ−ｄ’−ｃ｜
＝（｜ｄ−ｆ｜＾２＋｜ｃ−ｆ｜＾２）＾（１／２）
＝｛Ｄ＾２＋（ＤｔａｎΘ＋２Ｈ）＾２｝＾（１／２）
として、それぞれの伝播距離を求めることができる。
【００７３】
（２）｜ａ−ｂ｜＝Ｒ、｜ａ−ｈ｜＝Ｄ、∠ａ−ｂ−ｅ＝Θ、
がそれぞれ与えられた場合
この場合、
【数１０】

また、
【数１１】

より、
【数１２】

として、それぞれの伝播距離を求めることができる。
【００７４】
（３）｜ａ−ｂ｜＝Ｒ、｜ａ−ｅ｜＝Ｈ、｜ａ−ｈ｜＝Ｄ、
がそれぞれ与えられた場合
この場合、
【数１３】
∠ａ−ｂ−ｅ＝ａｓｉｎ（Ｈ／Ｒ）＝Θ
として、
【数１４】
直接音の伝播距離＝｜ａ−ｃ｜＝Ｄ／ｃｏｓΘ
【数１５】
反射音の伝播距離
＝｜ａ−ｄ’−ｃ｜
＝｜ｄ−ｄ’−ｃ｜
＝（｜ｄ−ｆ｜＾２＋｜ｃ−ｆ｜＾２）＾（１／２）
＝｛Ｄ＾２＋（ＤｔａｎΘ＋２Ｈ）＾２｝＾（１／２）
として、それぞれの伝播距離を求めることができる。
【００７５】
〔２−２−５．伝播距離に基づくＤＩＰの制御〕
以上のような手法によって得られた直接音の伝播距離と、反射音の伝播距離を用いて、周波数領域で減衰部として現れるＤＩＰの制御を行うことができる。ここで、
【数１６】
基本周波数１Ｈｚ＝基本波長３４０ｍ
を定義し、基本波長と伝播距離の差分とを比較する。ここで、周波数は、波長が１／ｎだけ短くなるとｎ倍になる性格がある。また、反射音によって発生する減衰として現れるＤＩＰ現象は半波長の整数倍の周波数として現れることを考慮して、以下の関係が定義できる。
【００７６】
すなわち、ここで便宜上最初のＤＩＰが現れる周波数をＤＩＰ周波数とすると、
【数１７】
ＤＩＰ周波数Ｆｄｉｐ（単位：Ｈｚ）＝
１７０／（直接音の伝播距離−反射音の伝播距離）
を関係づけることができる。
【００７７】
これは、直接音の伝播距離−反射音の伝播距離すなわち直接音と反射音との伝播経路差が約５．６７センチメートルから１７センチメートルの範囲に収まれば、減衰すなわちＤＩＰは１ＫＨｚから約３ＫＨｚの範囲に収まることを意味する。
【００７８】
すなわち、以上のような
（１）｜ａ−ｅ｜＝Ｈ、｜ａ−ｈ｜＝Ｄ、∠ａ−ｂ−ｅ＝Θ、
（２）｜ａ−ｂ｜＝Ｒ、｜ａ−ｈ｜＝Ｄ、∠ａ−ｂ−ｅ＝Θ、
（３）｜ａ−ｂ｜＝Ｒ、｜ａ−ｅ｜＝Ｈ、｜ａ−ｈ｜＝Ｄ、
がそれぞれ与えられた場合の各演算式と、
（４）反射による影響で発生する減衰現象の制御
とによって、スピーカと受聴者の耳の間の幾何学的な関係を調整し、伝播距離の差を半波長とするＤＩＰ周波数を２ＫＨｚ付近に位置するように制御することによって、反射による影響を軽減させることが可能になる。
【００７９】
〔３．効果〕
以上のように、本実施形態では、スピーカ設置の際、反射面である設置面に対して高さや迎角をつけることで、まず、指向特性のうえで音圧の低い方向を設置面に向け、仮想再生などにおける反射音の影響を軽減することができる。また、前記の高さや迎角の調整によって直接音と反射音の伝播経路差を制御することで、直接音と反射音との干渉による減衰の発生を、人間の方向感覚のあいまいな周波数帯に合わせ、仮想再生などにおける反射音の影響を軽減することができる。
【００８０】
特に、本実施形態では、直接音と反射音との伝播経路差を所定の数値内に収めるという単純な基準により、スピーカの実際の設置条件を求める幾何学計算、例えばスピーカと受聴点との水平距離やスピーカの設置高さなどから必要な迎角の範囲を計算したり、逆に、水平距離と迎角から高さの範囲を求めるといった計算も容易に行うことができる。
【００８１】
【実施例】
次に、本発明のより具体的な実施例を説明する。この実施例は、図９に示すように、高さよりも奥行きが大きい箱型のスピーカボックス１の前端にスピーカユニット２を設けたスピーカシステムＳＳを使用し、前端部を持ち上げた場合に伝達特性に与える効果を測定したものである。このスピーカシステムＳＳは脚を備え、図１０に示すように、前端を設置面から所望の高さに持ち上げて設置できるように構成されている。
【００８２】
〔１．測定の条件及び結果〕
次に、本実施例における具体的な測定条件として、まず、無響室のような反射環境の無い配置の条件１について、各構成要素の寸法を図１１にセンチメートル単位で示す。なお、本実施例では他に、図２のような反射を伴った配置の条件２と、さらに、図１のような反射を伴った条件３になるように、スピーカＳＳの角度を変えてスピーカＳＳから測定マイクＭまでの伝達特性を測定した。
【００８３】
すなわち、条件２として、スピーカをあまり持ち上げない状態での測定寸法図を、センチメートル単位で図１２に示す。この条件２は、図２のように反射面に近い配置の例で、直接音の伝播距離が６４ｃｍ、反射音の伝播距離が５８ｃｍとなっている。従って、伝送距離の差は６ｃｍで、ＤＩＰが発生するであろう周波数は約２８８０Ｈｚである。
【００８４】
また、条件３として、スピーカを持ち上げた状態での測定寸法図をセンチメートル単位で図１３に示す。この条件３は、図１のように反射面から持ち上げた配置の例で、直接音の伝播距離が６８ｃｍ、反射音の伝播距離が５９ｃｍとなっている。従って、伝送距離の差は９ｃｍで、ＤＩＰが発生するであろう周波数は約１８８０Ｈｚである。
【００８５】
〔２．測定結果〕
上記のような各条件２，３で測定して求めた伝達特性において、反射の無い状態（条件１）での伝達特性に対してどれだけの差異が生じているかをお互いの比で表したものが、図１４に示す比較グラフである。このグラフにおいて、０ｄＢで一定の直線は条件１の伝達特性を表すＲＥＦＡＲＥＮＳデータを示す。
【００８６】
また、点線は、スピーカが反射面に近い低い位置（Ｌｏｗ）である条件２の伝達特性を示す。また、実線は、反射面からある程度持ち上げた（Ｍｉｄ）条件３の伝達特性を示す。これら点線のＬｏｗと実線のＭｉｄは、各周波数領域での音圧の比率をＲＥＦＡＲＥＮＳデータに対する比率で表したものである。
【００８７】
すなわち、このグラフでは実線のＭｉｄにおいて、上記のような１ＫＨｚから約３ＫＨｚの範囲内の周波数で明らかにＤＩＰが発生しており、その周波数は約２ＫＨｚである。つまり、本実施例により、スピーカを持ち上げたり角度を調整することによって、反射音による影響を音響的に制御でき、特に、反射音の影響で発生するＤＩＰの周波数上の位置を２ＫＨｚ程度に調整可能であることが確認された。
【００８８】
加えて、本実施例では、指向性に影響のない低域、特に３００Ｈｚ以下の音圧レベルが増大しており、低域の増幅効果が確認された。すなわち、本発明によれば、口径の小さいスピーカを用いた場合に低域を再生しにくい欠点を軽減する利点も得られる。
【００８９】
〔３．スピーカシステムの具体例〕
また、本実施例で示したスピーカシステムは、具体的には、図１５（★スピーカシステムＤｉＭＡＸの斜視図）に示すように、高さよりも奥行きが大きいスピーカボックス１の前端に２つのスピーカユニット２Ｒ，２Ｌ及びその保護グリル２１Ｒ，２１Ｌを備え、前端を設置面から所望の高さに持ち上げるための脚３を備えている。
【００９０】
具体的には、脚３は例えば長孔３１のある長板状で上下スライド自在である。また、保護グリル２１Ｒ，２１Ｌの間には、脚３をスピーカボックス１に締め付けることで所望の位置に固定するためのノブ付きねじ４と、このねじ４をねじ込むための図示しないねじ孔が形成され、ねじ４が前記長孔３１に貫通している。
【００９１】
本実施例のスピーカシステムでは、スピーカボックス１の前端を脚３で持ち上げることで、スピーカユニット２Ｒ，２Ｌに所望の高さと迎角とを同時に与えることができる。このスピーカシステムは、例えばステレオダイポール方式による立体音再生に特に適している。特に、本実施例では、調整が容易で、強度に優れ、破損しにくいスピーカシステムを数少ない単純な部品で実現でき、さらに、ねじ４と脚３を外してコンパクトに梱包や収納することも可能となる。
【００９２】
〔４．他の実施形態〕
なお、本発明は上記各実施形態及び実施例に限定されるものではなく、次に例示するような他の実施形態も包含するものである。例えば、上記実施例では、高さよりも奥行きが大きい箱型のスピーカボックスの前端にスピーカユニットを設けたスピーカシステムを用いたが、これ以外にも、例えばノートパソコンに組み込んで使用するスピーカや、デスクトップパソコン用スピーカ、モニタ組み込み用スピーカなどへの応用が可能である。
【００９３】
また、本発明は、仮想再生用のスピーカだけでなく、通常のステレオ用スピーカなど仮想再生を行わないスピーカに対しても適用することで、反射音による影響を軽減することができる。また、上記実施例では脚の形式としてスライド式を示したが、脚の形式はスライド式には限定されず、伸縮式、スタンド式、多段階又は無段階の別など自由に選択することができる。また、スピーカの高さと迎角は別個独立に調整するように構成することももちろん可能である。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、反射音の影響が少ない音響再生システム、スピーカシステム及びスピーカ設置方法を提供することができるので、例えば、ＤＶＤを用いたホームシアターなどにおいても、明瞭な定位感を持った迫力ある立体音再生が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における一構成例を示す図。
【図２】机上など反射のある状態での音響再生を示す図。
【図３】本発明の実施形態においてスピーカを机上から持ち上げて設置した状態を示す図。
【図４】スピーカの指向特性の一例を示す図。
【図５】本発明の実施形態において、迎角をもってスピーカを設置した状態を示す図。
【図６】周波数ごとの指向特性の一例を示す指向特性グラフ。
【図７】見開き角度に対する振幅周波数特性を示すグラフ。
【図８】本発明の実施形態において、スピーカと受聴者との理想的な位置関係を示す図。
【図９】本発明の実施例におけるスピーカシステムを示す図。
【図１０】本発明の実施例においてスピーカシステムの設置状態を調整する様子を示す概念図。
【図１１】本発明の実施例において、反射の無い状態でスピーカシステムを設置した様子を示す図。
【図１２】本発明の実施例において、卓上の低い位置にスピーカシステムを設置した状態を示す図。
【図１３】本発明の実施例において、スピーカシステムを持ち上げて設置した状態を示す図。
【図１４】本発明の実施例において、条件ごとの伝達特性を示すグラフ。
【図１５】本発明の実施例におけるスピーカシステムの斜視図。
【図１６】逆システム特性に基づくクロストークのキャンセルを示す概念図。
【図１７】反射のない伝達特性の測定環境を示す図。
【図１８】反射のある伝達特性の測定環境を示す図。
【図１９】反射のない再生環境を例示する図。
【符号の説明】
Ｄ…机
Ｓ，ＳＲ，ＳＬ…スピーカ
Ｌ…受聴者
ＳＳ…スピーカシステム
Ｍ…測定マイク
ＤＨＭ…ダミーヘッドマイク
１…スピーカボックス
２…スピーカユニット
３…脚
４…ねじ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in technology for reproducing sound such as a three-dimensional sound, and in particular, reduces the influence of reflected sound from a desk or the like.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a technique for reproducing various sounds such as sound effects in a viewing direction of a movie or a TV program, a video game or a stage sound effect so as to be heard from an intended direction in advance is known. Are called three-dimensional sound reproduction, virtual sound source reproduction, virtual reproduction and the like.
[0003]
Here, in general, characteristics such as the intensity of sound that reaches the left and right ears (referred to as sound pressure), frequency components, and phase shifts of sound waves vary depending on the position and direction of the sound source. This is because elements that affect the characteristics of sound, specifically reflection systems such as rooms and spaces, reflections on the listener's head, auricles, shoulders, etc., diffraction, resonance, etc. are affected by the position and direction of the sound source. This is because it differs depending on the case.
[0004]
The above three-dimensional sound reproduction technology is an application of this phenomenon. By artificially giving the desired sound characteristics when it is heard from the intended direction, the listener's brain can be heard. In addition, the illusion is that the sound is heard from that direction.
[0005]
Here, each sound that is heard so as to be heard from a specific direction is called “sound image” or “virtual sound source”, and giving a specific direction to be heard to the sound image is called “localization”. In addition, the entire sound that is heard by the listener by localizing one or a plurality of sound images in this way is called “stereoscopic sound”. The function that determines the sound characteristics for each direction to be localized is called a “head-related transfer function”.
[0006]
Among the three-dimensional sound reproduction technologies as described above, a particularly advanced one is the stereo dipole method. In this stereo dipole system, two speakers are arranged close to each other in front of the listener. A digital filter such as a DSP according to the type of sound source can be used according to a desired angle and distance in a three-dimensional space. A virtual sound source is arranged at an arbitrary position in the space by electrically synthesizing the head-related transfer function or realizing processing such as cancellation of crosstalk.
[0007]
According to such a stereo dipole system, headphones such as binaural recording are not required, and problems such as an unnatural feeling of wearing headphones are solved. Compared to the trans-oral system in which the left and right speakers are installed at positions apart from each other, the speaker installation space is compact, and the listener can experience the 3D effect and the sound image localization is stable. . In the stereo dipole method, a sound source by conventional stereo recording or binaural recording can be reproduced in three dimensions without using a rear speaker or the like.
[0008]
In the present application, a speaker as a single component is referred to as a speaker unit, a speaker unit incorporated in a speaker box or the like is referred to as a speaker system, and these and a theoretical sound generator are collectively referred to as a speaker.
[0009]
In the three-dimensional sound reproduction technology including the stereo dipole system as described above, cancellation of crosstalk is an important factor. Here, the crosstalk is a phenomenon in which sound from the left and right speakers reaches the opposite ear, and such an extra component that reaches the opposite ear is called a crosstalk component. In addition, processing for removing crosstalk components for acoustic signals reproduced from the left and right speakers is referred to as crosstalk cancellation or crosstalk cancellation.
[0010]
A system that performs such crosstalk cancellation on an acoustic signal is called an inverse system, and a characteristic that the inverse system acts on the acoustic signal is called an inverse system characteristic. Such an inverse system characteristic is typically realized as an electronic filter such as a DSP, that is, a crosstalk cancellation filter.
[0011]
Here, FIG. 16 is a diagram showing transfer characteristics of the input signal to the listener's both ears. Based on this figure, the reverse used in general virtual reproduction processing using two speakers SL and SR is shown. System characteristics will be described. That is, in the relationship between the speaker and the listener as shown in this figure, the speaker installed in the front left direction of the listener is the left speaker SL, and the speaker installed on the right side is the right speaker SR. Here, the relationship between the speaker and the listener's both ears will be described. That is, acoustic signals output from the respective speakers propagate from the speaker SL to the left and right ears, and from the speaker SR to the left and right ears.
[0012]
Originally, it is desirable to transmit the right acoustic signal only to the right ear and the left acoustic signal only to the left ear, so the crosstalk component transmitted from the left and right speakers SL and SR to the opposite ear is removed. To do. Specifically, as shown in FIG. 16, signal processing is performed on the input signals INL (z) and INR (z) so as to cancel the acoustic signal propagating from the left speaker to the right ear and from the right speaker to the left ear. The crosstalk component is removed.
[0013]
First, the definition of each transfer characteristic in FIG. 16 will be described. The description will be made on the assumption that the function is z-transformed. That is, in FIG. 16, the transfer characteristic for sound propagation from the right speaker to the right ear is C1, and the transfer characteristic for sound propagation from the right speaker to the left ear is C2. Similarly, C1 is a transfer characteristic in which sound propagates from the left speaker to the left ear, and C2 is a transfer characteristic in which sound propagates from the left speaker to the right ear.
[0014]
Here, among the acoustic signals output from the respective speakers, when the output from the left speaker is OUTL (z) and the output from the right speaker is OUTR (z), it is transmitted to the left and right ears of the listener. The relationship between the acoustic signals EL (z) and ER (z) is
[Expression 1]

It becomes.
[0015]
Here, in order to make the input signals INL (z) and INR (z) equal to EL (z) and ER (z), signal processing H1, as shown in FIG. H2 is applied and output from the speaker. That is,
[Expression 2]
H1 (z) = 1 / C1 (z)
H2 (z) =-{1 / C2 (z)}
A filter process having a filter characteristic that satisfies is performed on the left and right input signals, respectively, and output.
[0016]
This
[Equation 3]
EL (z) = INL (z)
ER (z) = INR (z)
It is possible to construct a signal processing system that satisfies The establishment of this equation is a necessary condition, and the inverse system characteristic is a very important factor. This is because in the virtual reproduction technique, virtual sound source processing is performed on condition that the signal to be transmitted to both ears of the listener is accurately transmitted.
[0017]
Thus, the system that removes the crosstalk component during reproduction by the speaker and transmits the input signal to both ears of the listener is an inverse system, such as H1 (z) and H2 (z) used in the figure. The filter characteristic is the inverse system characteristic, and signal processing as shown in FIG. 16 using this characteristic is the canceling of the crosstalk component.
[0018]
H1 (z) and H2 (z) as the inverse system characteristics as described above represent transfer characteristics of an acoustic signal propagating from the reproduction speaker to both ears of the listener. As one method for identifying the sound, acoustic information reproduced from a speaker in an anechoic room is measured by a special microphone that simulates a human head called a dummy head microphone, and H1 (z) is based on the measurement result. And H2 (z) are being identified.
[0019]
It is also possible to simulate the measurement environment using a theoretical model and identify H1 (z) and H2 (z) based on the calculation result. In either case, measurement or simulation is performed with no reflector between the speaker and the microphone.
[0020]
Specifically, as shown in FIG. 17, in an anechoic room where no reflected sound is generated when sound propagates, a speaker S installed at a certain height and a dummy head microphone (DMH) The transfer characteristic measured using the above has been used as a conventional measurement value.
[0021]
By the way, as shown in FIG. 18, depending on the installation environment of the speaker, such as when the speaker is placed on a table such as the desk D, in addition to the direct sound from the speaker, the reflected sound reflected on the table or the like It can be transmitted to the ear. In other words, when using the transfer characteristics created on the premise of an environment such as an anechoic room without a reflector as described above, and actually reproducing virtually in an environment with a reflector, there is a contradiction in the propagation of the acoustic signal. Will occur.
[0022]
That is, the inverse system characteristic created based on the direct sound transfer characteristic as shown in FIG. 17 is originally set in the environment as shown in FIG. 19, that is, in a state where there is no reflected sound. You should listen. However, the reproduction environment is an environment where reflected sound is generated as shown in FIG. Therefore, a contradiction naturally arises between the inverse system characteristic created on the assumption that there is no reflection and the inverse system characteristic of the reproduction environment where reflection occurs.
[0023]
As an example, an impulse response measured in a state without reflection and an impulse response measured in a state in which reflection occurs have clearly different measured value characteristics as shown in REFARENS data and LOWPOSTION data shown in FIG. . Here, the impulse response is a sound pressure measured at the listening point with respect to an output signal at a certain sound pressure from the speaker, and a transfer function therebetween is reflected. The REFARENS data indicates the sound pressure at the listening point in the absence of reflection, and is constant regardless of the frequency, and is a horizontal straight line in FIG.
[0024]
The LOWPOSTION data is a dotted line that indicates the sound pressure at the listening point when the speaker is placed directly at a low position (Low) on the desk, and is composed of the direct sound from the speaker and the reflected sound reflected on the desk. It is. In the LOWPOSITION data, since the phase shift between the direct sound and the reflected sound is small with respect to the waveform in the low frequency range, the LOWPOSITION data reinforce each other and have a sound pressure higher than that of the REFARENS data.
[0025]
On the other hand, when the frequency is increased, a portion to be enhanced and a portion to be attenuated are generated according to a phase shift between the direct sound and the reflected sound. The frequency band in which such attenuation and attenuation occur is called DIP.
[0026]
As described above, the reflected sound greatly affects the sound pressure at the listening point, and causes a contradiction between the inverse system characteristic as described above and the actual reproduction environment. As described above, the inverse system characteristic is a very important factor in the virtual reproduction technology. Especially when the speaker is placed on a desk, the sound pressure of the reflected sound and the direct sound is considered from the viewpoint of the directional characteristic of the speaker. Therefore, the reflected sound greatly affects the three-dimensional sound reproduction.
[0027]
Therefore, when reproduction is performed in an environment with reflection as shown in FIG. 18, it is conceivable to use transfer characteristics that take reflected sound into consideration. For this reason, conventionally, instead of data measured for an environment without reflection as shown in FIG. 17 or a calculation result simulated as a model, data measured for an environment where reflected sound is actually generated as shown in FIG. It was necessary to derive the inverse system characteristics using the simulation results simulated as a model.
[0028]
That is, in this case, in addition to C1 (z) and C2 (z) shown in FIG. 16, it is necessary to reflect the characteristic transmitted to the listener's both ears after being reflected by the reflecting surface in the transmission characteristic in the inverse system characteristic. There is. Specifically, the characteristic of reflecting from the right speaker by the reflecting surface and transmitted to the right ear, or the characteristic of reflecting from the left speaker by the reflecting surface and transmitted to the left ear is C3 (z), and from the right speaker to the reflecting surface. When defining the characteristic to be reflected and transmitted to the left ear, or the characteristic to be reflected from the left speaker by the reflecting surface and transmitted to the right ear as C4 (z), the following relationship can be defined.
[0029]
That is
[Expression 4]

H′1 (z) = 1 / {C1 (z) + C3 (z)}
H′2 (z) = − {1 / {C2 (z) + C4 (z)}}
age,
[Equation 5]
EL ′ (z) = INL (z)
ER ′ (z) = INR (z)
It was necessary to derive the transfer characteristics that
[0030]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional technology as described above has a problem that it is easily affected by reflected sound in an actual reproduction environment. That is, first, when the transfer characteristics are derived as shown in the above formulas 4 and 5, the geometrical arrangement conditions exactly the same as those at the time of measurement, that is, the installation relationship between the speaker and the reflection surface, the speaker and the reflection point, It is very difficult to realize the distance relationship between the measurement microphones when actually performing virtual reproduction. In this respect, the conventional technology is easily affected by reflected sound.
[0031]
In addition, in the conventional virtual reproduction technology using a speaker, the relationship between the inverse system characteristics and the installation conditions of the speaker system was not considered in spite of the large influence of reflected sound generated during reproduction. In some cases, the localization of the virtual sound source cannot be clearly reproduced due to the influence of the reflected sound. As the inverse system characteristic for virtual reproduction, the inverse system characteristic with respect to the direct sound propagation that does not include reflection is the most ideal characteristic, and the reduction of the influence of the reflected sound is potentially required.
[0032]
Furthermore, a conventional speaker system for a desktop or the like is a box containing a speaker unit, which itself can freely change the installation conditions such as the height from the installation surface of the speaker unit and the installation angle with respect to the horizontal direction. It did not have the means of. For this reason, in order to change the installation state after installation once, it is necessary to adjust the direction by sandwiching an auxiliary object under the speaker, which is complicated. In particular, it is difficult to adjust the reproduction environment in consideration of the reflected sound as described above, and also in this respect, reduction of the influence of the reflected sound has been expected.
[0033]
The present invention has been proposed to solve the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide an acoustic reproduction system, a speaker system, and a speaker installation method that are less affected by reflected sound. .
[0034]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is an acoustic reproduction system using a speaker installed on an installation surface.The difference in propagation path between the direct sound from the speaker and the reflected sound from the installation surface with respect to a preset listening point is set to 5.67 centimeters to 17 centimeters, and due to interference between the direct sound and the reflected sound. At least one of the height or the elevation angle of the speaker with respect to the installation surface so that the sound pressure at the listening point is attenuated in the frequency band of 1 KHz to 3 KHz in the frequency components of the sound generated from the speaker. ThatFeatures.
  The invention of claim 4In the sound reproduction method using the speaker installed on the installation surface,The difference in propagation path between the direct sound from the speaker and the reflected sound from the installation surface with respect to a preset listening point is set to 5.67 centimeters to 17 centimeters, and due to interference between the direct sound and the reflected sound. At least one of the height or the elevation angle of the speaker with respect to the installation surface so that the sound pressure at the listening point is attenuated in the frequency band of 1 KHz to 3 KHz in the frequency components of the sound generated from the speaker. ThatFeatures.
  In the above aspect,When installing the speaker, by setting the height and angle of attack with respect to the installation surface, which is a reflective surface, the direction of low sound pressure is first directed toward the installation surface in terms of directional characteristics, and the effect of reflected sound in virtual reproduction, etc. Can be reduced. In addition, by controlling the difference between the propagation path of the direct sound and the reflected sound by adjusting the height and angle of attack, the occurrence of attenuation due to the interference between the direct sound and the reflected sound is made into an ambiguous frequency band of human direction sense. In addition, it is possible to reduce the influence of reflected sound in virtual reproduction and the like.
[0035]
  Also, Geometric calculation to determine the actual installation conditions of the speaker based on a simple criterion of keeping the propagation path difference between the direct sound and the reflected sound within a predetermined value, such as the horizontal distance between the speaker and the listening point, and the speaker installation height From this, it is possible to easily calculate the range of the required angle of attack, or conversely, calculate the range of height from the horizontal distance and angle of attack.
[0036]
  ClaimInvention of 2IsIn the invention of claim 1,Two speakers are provided at the front end of the speaker box, and a leg for lifting the front end to a desired height from the installation surface is provided. Claim2ofSound reproductionIn the system, two left and right speakers, that is, speaker units, are provided at the front end of a speaker box having a long depth direction, and a desired height and angle of attack can be simultaneously given to the speaker unit by lifting the front end with a leg. thisSound reproductionThe system is particularly suitable for, for example, stereo sound reproduction by a stereo dipole system, and the leg type can be freely selected from slide type, telescopic type, stand type, multi-stage or stepless.
[0037]
  Claim3The invention of claim2The present invention is characterized in that the leg is provided on the front end side so as to be slidable up and down, and a screw for fastening the leg to the speaker box to fix it in a desired position. Claim3In this invention, for example, a speaker and its protective grill are provided on the left and right of the front end surface of the speaker box, a leg that slides up and down and a screw hole are provided at the center of the front end surface, and a screw with a knob is loosened to adjust the leg up and down. Or you can tighten the screws to fix the legs. In this way, a system that is easy to adjust, excellent in strength, and hard to break can be realized with a few simple parts, and further, it is possible to remove and screw and to pack and store in a compact manner.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment (referred to as this embodiment) of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected about the member similar to the member demonstrated before that, and description is abbreviate | omitted.
[0039]
[1. Constitution〕
  This embodiment is a sound reproduction system using a speaker installed on the installation surface.,It can also be grasped as a speaker installation method for installing the speaker on the installation surface..The feature of this embodiment is that the attenuation of the sound pressure due to the interference between the direct sound from the speaker and the reflected sound from the installation surface is the frequency component of the sound generated from the speaker at the listening point assumed in advance. The speaker is installed with at least one of height or angle of attack with respect to the installation surface so that the frequency band of 1 KHz to 3 KHz is generated..
[0040]
  Specifically, at least one of the height and the angle of attack may be determined so that the difference between the propagation path of the direct sound and the reflected sound is 5.67 centimeters to 17 centimeters..
[0041]
Here, FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of the present embodiment, and is an example in which the listener L hears the sound of the speaker S installed on the desk D. In this example, the difference between the direct sound propagation path a- (e-) c to the listening point c and the reflected sound propagation path af'-c is 5.67 centimeters to 17 centimeters. Next, the height and angle of attack of the speaker S are determined.
[0042]
[2. Action)
The present embodiment configured as described above operates as follows.
[2-1. (Adjusting speaker height)
First, an example of adjusting the position of the frequency region where DIP occurs by changing the distance of the direct sound propagation path and the distance of the reflected sound propagation path according to the installation height of the speaker will be described.
[0043]
For example, FIG. 2 is a conceptual diagram showing a state in which the speaker S is directly placed at a low position on the desk D, as in the prior art. In this example, the propagation distance a-ec of the direct sound that propagates directly from the speaker and the distance a-f'-c of the reflected sound that is reflected and propagated by the reflecting surface are substantially the same distance. This is because the distance to the center of the speaker is very close to the reflecting surface.
[0044]
On the other hand, FIG. 3 is a conceptual diagram showing a state in which the speaker S is lifted from the desk D. In this example, the distance a-b-c of the direct sound that propagates directly from the speaker S and the distance af'-c of the reflected sound that is reflected and propagated by the reflecting surface are clearly different from each other. Yes. Thus, by changing the height of the speaker S, it is possible to control the distance of the direct sound propagation path and the distance of the reflected sound propagation path.
[0045]
Here, the generation of the DIP, that is, the attenuating portion when a signal having a delay difference is added to a certain signal will be described. That is, as known from a comb filter or the like, when a signal obtained by delaying an input signal is added to the original input signal, an attenuator called DIP is added to the positive multiple of the frequency of wavelength / 2 due to the delay. It is generally known that this occurs.
[0046]
Therefore, if the propagation path difference between the direct sound and the reflected sound is α (unit: meter), and the place where the DIP appears, that is, the frequency band is expressed in frequency,
[Formula 6]
Frequency at which DIP occurs (Hz)
= 340 / (propagation path difference α (m) × 2)
It becomes.
[0047]
Therefore, by adjusting the height of the speaker, the above-described delay difference time can be adjusted, and as a result, the frequency of the attenuating portion generated like a comb filter can be controlled.
[0048]
[2-2. (Adjusting speaker height and orientation)
Next, it is shown that the ratio of the sound pressure level of the direct sound and the sound pressure level of the reflected sound can be controlled based on the directivity characteristics by changing the height and direction of the speaker, and the DIP attenuation amount is adjusted. Is shown more specifically.
[0049]
[2-2-1. (Sound pressure control)
For example, in FIG. 2, when Circle A shown in FIG. 2 represents the directivity characteristics of the reproduction speaker, the sound pressure of the direct sound that directly reaches the ear of the listener L from the speaker S and the reflected sound generated by the reflection The sound pressure that reaches the listener's ear is almost the same. The reason for this is that, as sound signal paths, aec and af'-c, which are directly propagating sound paths, are approximately the same distance, and each path has a directivity characteristic of the speaker. Since the opening angles shifted with respect to the front direction a-b are almost the same, the sound pressure level to the listener's ear is almost the same for both the direct sound and the reflected sound, and as a result, the reflection greatly affects. Because. In this environment, when the inverse system characteristic of the transfer function that does not include reflection as in the conventional case is used, a large contradiction occurs in the characteristic.
[0050]
On the other hand, when Circle A shown in FIG. 3 similarly represents the directivity characteristics of the reproduction speaker, the sound pressure of the direct sound that directly reaches the ear of the listener L from the speaker S and the reflected sound generated by the reflection are received. The sound pressure that reaches the ear of the listener L is clearly different, and it can be seen that the sound pressure of the reflected sound is much smaller than the sound pressure of the direct sound.
[0051]
The reason for this will be described below. First, FIG. 4 shows an example of directivity characteristics of a speaker. In this figure, Level A represents the directional characteristic with respect to the sound pressure at a distance a-b away from the speaker S. Similarly, the directional characteristic for the sound pressure of ac is Level B, the directional characteristic for the sound pressure of a-d is Level C, and the directional characteristic for the sound pressure of a-e is Level D.
[0052]
In this case, when the relationship between the directivity in the opening angle Θ direction and the sound pressure with respect to the front direction a-b, the point indicating the sound pressure equivalent to the point b in the front direction is f. It can be seen that the distance from the speaker at that time is clearly longer in ab than in af. This means that the same sound pressure can be obtained farther in the front of the speaker than in the front.
[0053]
It can also be seen that the point equivalent to the sound pressure at point i is e, and the sound pressure at point d at a distance equivalent to ai is higher than the sound pressure at point i. That is, the relationship between the sound pressure and the distance shows that the front portion of the speaker has the strongest sound pressure, and the distance to the sound pressure becomes shorter as the opening angle increases.
[0054]
Therefore, when FIGS. 2 and 3 are viewed again, in FIG. 2, the direct sound and the reflected sound have approximately the same opening angles and the reach distances are approximately the same with respect to the front direction ab of the speaker. On the other hand, in FIG. 3, the direct sound has a spread angle of 0, the reflected sound has a spread angle, and the distance of the transmission path from the speaker to the listener's ear is relative to abc. It can be seen that af′-c is clearly longer. In other words, the sound pressure of the reflected sound is smaller than the sound pressure of the direct sound, even if the spread angle condition and the sound pressure level due to the distance from the speaker are considered.
[0055]
As another condition, as shown in FIG. 5, when the speaker is placed with the front of the directivity facing upward from the horizontal direction, the distance between the speaker and the listener does not change much, but the front of the directivity with respect to the front direction ab. Since the opening angle is different, it can be seen that the sound pressure of the reflected sound is attenuated.
[0056]
Therefore, as shown in FIG. 1, a state where the front of the speaker is directed upward from the horizontal and the speaker is lifted is considered. In this state, in the distance between the speaker and the listener's ear, a large difference occurs between the propagation distances of the direct sound and the reflected sound, and a difference also occurs in the spread angle in the directivity, so that the reflected sound is reduced. It becomes possible.
[0057]
As described above, by lifting the speaker or changing the angle, not only the DIP due to the delay difference between the direct sound and the reflected sound, that is, the signal attenuation frequency, but also the sound pressure of the reflected sound is reduced. Is also possible.
[0058]
[2-2-2. Directional characteristics)
In addition, supplementary explanation is given about the directivity characteristics of the speaker used for explanation here. First, an acoustic signal in a wide frequency band is reproduced from the speaker. Generally, as a directivity characteristic of the speaker, the low-frequency acoustic signal is almost non-directional, and the inherent directivity of the speaker as the frequency increases. Characteristics appear.
[0059]
The directivity indicated by Circle A in FIG. 2 is a conceptual explanation, and the actual directivity is not necessarily a circular circle. Specifically, it depends on the characteristics of the speaker and particularly the frequency. Is different. For example, FIG. 6 is an example of this, and the directivity graph shows the result of plotting by the spread angle from the front direction for each frequency. FIG. 7 is a graph showing amplitude frequency characteristics with respect to each spread angle in this case.
[0060]
First, the directivity graph shown in FIG. 6 shows a constant sound pressure level for all spread angles for low-frequency sound signals, but the higher the frequency, the more directivity the front and rear faces are. Sex is getting stronger. From this, it can be seen that the higher the frequency, the stronger the directivity in the front direction of the speaker, and that the sound pressure level is significantly attenuated when the spread angle is opened with respect to the front direction.
[0061]
In other words, the difference between the sound signal propagating directly from the front of the speaker and the sound signal propagating by reflection increases as the frequency increases, and the sound pressure is attenuated by the directional characteristics shown so far. The difference is due to this.
[0062]
Further, it can be seen from the graph of the amplitude frequency characteristic shown in FIG. 7 that the frequency at which attenuation starts decreases as the spread angle increases. This means that the greater the difference in angle between the direct sound and the reflected sound, the more the high frequency components of the reflected sound will be attenuated, and as a result, the influence of the direct sound on the high frequencies will be reduced. Can do.
[0063]
The graphs as shown in FIG. 6 and FIG. 7 can be easily obtained by simulation using a known method. Therefore, by adjusting the height and direction of the speaker according to the simulation result, the reflected sound can be obtained. It is possible to suppress the influence of the acoustic signal due to.
[0064]
[2-2-3. DIP frequency]
Based on the facts described above, a specific example of adjusting the frequency region and attenuation amount of DIP generated by reflection to minimize the influence of reflected sound will be shown. That is, the height and direction of the speaker are adjusted so that the DIP is located in a band of about 1 KHz to 3 KHz as a frequency region in which the localization of the virtual sound source is ambiguous. Among these, the height has a great influence on the delay time proportional to the difference between the propagation path of the direct sound and the indirect sound, while the direction of the speaker has a great influence on the attenuation of the sound pressure based on the directivity. Here, the influence of the reflected sound is reduced by adjusting both of them.
[0065]
By the way, said frequency band 1-3KHz is a frequency band generally known that the perception regarding a direction is ambiguous in terms of a direction discrimination limit. Here, the direction discrimination limit is a general reference that expresses human perception ability for specifying the sound transmission position for each direction. Specifically, in each direction, the position of the sound source is slightly changed from a certain reference position. This is a numerical expression of the spread angle difference between the reference position and the position where it can be recognized for the first time that the sound source has deviated from the reference position.
[0066]
This direction discrimination limit is generally small in the vicinity of the front, and a difference in direction such as 1 to 2 degrees can be identified. It has the characteristic that it cannot.
[0067]
In particular, this direction discrimination limit varies depending on the frequency. For example, in the case of a tone signal, it is generally known that human perception judgment is very ambiguous about 1 KHz to 3 KHz around 2 KHz. ing. Therefore, in the present invention, this ambiguous part is used to reduce the influence from the reflected sound.
[0068]
That is, in the present embodiment, the position of the DIP generated by the reflected sound by lifting or tilting the speaker, that is, the lowest frequency at which the attenuation occurs is adjusted to about 1 KHz to 3 KHz, thereby reducing the reflected sound. It will minimize the impact. Note that it is 1 to 3 KHz that is ambiguous, but specifically, the band for generating DIP is particularly preferably about 1.5 to 2.5 KHz.
[0069]
Here, FIG. 8 shows geometrically the ideal positional relationship between the speaker and the listener's ear. That is, the reflection surface is defined as be-g, the center of the speaker is defined as a, the position of the listener's ear is defined as c, and the reflection point where reflection occurs is defined as d '. First, the distance that must be defined is the distance between the speaker and the listener's ear. This corresponds to the definition of the distance a-c or a-h.
[0070]
In this case, the information necessary to obtain the frequency at which DIP is generated includes the propagation distance of the direct sound that propagates directly from the speaker to the listener's ear and the propagation of the reflected sound that propagates from the speaker to the listener's ear by reflection. Become a distance. Therefore, a calculation method for obtaining each distance is shown below. The direct sound propagation distance and the reflected sound propagation distance used here are in meters.
[0071]
[2-2-4. (Propagation distance calculation)
Here, the propagation distance of the direct sound and the propagation distance of the reflected sound can be calculated by giving the following combination of numerical values.
[0072]
(1) | a−e | = H, | a−h | = D, ∠a−b−e = Θ,
Each given
in this case,
[Expression 7]

Also,
[Equation 8]

Than,
[Equation 9]
Reflected sound propagation distance
= | A-d'-c |
= | D-d'-c |
= (| D−f | ^ 2 + | c−f | ^ 2) ^ (1/2)
= {D ^ 2 + (DtanΘ + 2H) ^ 2} ^ (1/2)
Each propagation distance can be obtained as
[0073]
(2) | a−b | = R, | a−h | = D, ∠a−b−e = Θ,
Each given
in this case,
[Expression 10]

Also,
[Expression 11]

Than,
[Expression 12]

Each propagation distance can be obtained as
[0074]
(3) | a−b | = R, | a−e | = H, | a−h | = D,
Each given
in this case,
[Formula 13]
∠abé = asin (H / R) = Θ
As
[Expression 14]
Propagation distance of direct sound = | ac− | D / cos Θ
[Expression 15]
Reflected sound propagation distance
= | A-d'-c |
= | D-d'-c |
= (| D−f | ^ 2 + | c−f | ^ 2) ^ (1/2)
= {D ^ 2 + (DtanΘ + 2H) ^ 2} ^ (1/2)
Each propagation distance can be obtained as
[0075]
[2-2-5. Control of DIP based on propagation distance]
Using the propagation distance of the direct sound and the propagation distance of the reflected sound obtained by the method as described above, it is possible to control the DIP that appears as an attenuation unit in the frequency domain. here,
[Expression 16]
Basic frequency 1Hz = Basic wavelength 340m
And the difference between the fundamental wavelength and the propagation distance is compared. Here, the frequency has the property of becoming n times when the wavelength is shortened by 1 / n. Further, the following relationship can be defined in consideration that the DIP phenomenon that appears as attenuation generated by the reflected sound appears as a frequency that is an integral multiple of a half wavelength.
[0076]
That is, if the frequency at which the first DIP appears here is the DIP frequency for convenience,
[Expression 17]
DIP frequency Fdip (unit: Hz) =
170 / (Propagation distance of direct sound-Propagation distance of reflected sound)
Can be related.
[0077]
This is because, if the propagation distance of the direct sound minus the propagation distance of the reflected sound, that is, the propagation path difference between the direct sound and the reflected sound is within the range of about 5.67 centimeters to 17 centimeters, the attenuation or DIP is 1 KHz to about 3 KHz. It means that it falls within the range.
[0078]
That is, the above
(1) | a−e | = H, | a−h | = D, ∠a−b−e = Θ,
(2) | a−b | = R, | a−h | = D, ∠a−b−e = Θ,
(3) | a−b | = R, | a−e | = H, | a−h | = D,
And each arithmetic expression when given
(4) Control of attenuation phenomenon caused by reflection
By adjusting the geometrical relationship between the speaker and the listener's ear and controlling the DIP frequency with the difference in propagation distance to be half wavelength to be located in the vicinity of 2 KHz, the influence of reflection is reduced. It becomes possible to make it.
[0079]
[3. effect〕
As described above, in the present embodiment, when a speaker is installed, first, a direction with a low sound pressure is directed toward the installation surface by setting a height and an angle of attack with respect to the installation surface which is a reflection surface. In addition, it is possible to reduce the influence of reflected sound in virtual reproduction or the like. In addition, by controlling the difference between the propagation path of the direct sound and the reflected sound by adjusting the height and angle of attack, the occurrence of attenuation due to the interference between the direct sound and the reflected sound is made into an ambiguous frequency band of human direction sense. In addition, it is possible to reduce the influence of reflected sound in virtual reproduction and the like.
[0080]
In particular, according to the present embodiment, geometric calculation for obtaining the actual installation condition of the speaker, for example, horizontal alignment between the speaker and the listening point, based on a simple criterion of keeping the propagation path difference between the direct sound and the reflected sound within a predetermined numerical value. Calculations such as calculating the range of the required angle of attack from the distance and the installation height of the speaker, or calculating the range of height from the horizontal distance and the angle of attack can be easily performed.
[0081]
【Example】
Next, more specific examples of the present invention will be described. In this embodiment, as shown in FIG. 9, when a speaker system SS having a speaker unit 2 provided at the front end of a box-type speaker box 1 having a depth larger than the height is used and the front end portion is lifted, transfer characteristics are obtained. It is a measure of the effect it gives. This speaker system SS includes legs and is configured so that the front end can be lifted from the installation surface to a desired height as shown in FIG.
[0082]
[1. (Measurement conditions and results)
Next, as specific measurement conditions in the present embodiment, first, the dimensions of each component are shown in centimeters in FIG. 11 for the condition 1 in which there is no reflective environment such as an anechoic chamber. In addition, in this embodiment, the speaker SS is changed in angle so that the condition 2 with the reflection as shown in FIG. 2 and the condition 3 with the reflection as shown in FIG. The transfer characteristics from SS to measurement microphone M were measured.
[0083]
That is, as a condition 2, a measurement dimension diagram in a state where the speaker is not lifted so much is shown in centimeters in FIG. Condition 2 is an example of an arrangement close to the reflecting surface as shown in FIG. 2, and the direct sound propagation distance is 64 cm and the reflected sound propagation distance is 58 cm. Therefore, the difference in transmission distance is 6 cm, and the frequency at which DIP will occur is about 2880 Hz.
[0084]
Further, as condition 3, a measurement dimension diagram in a state where the speaker is lifted is shown in centimeters in FIG. This condition 3 is an example of an arrangement lifted from the reflecting surface as shown in FIG. 1, and the direct sound propagation distance is 68 cm and the reflected sound propagation distance is 59 cm. Therefore, the transmission distance difference is 9 cm, and the frequency at which DIP will occur is about 1880 Hz.
[0085]
[2. Measurement result〕
In the transmission characteristics obtained by measurement under the conditions 2 and 3 as described above, the difference between the transmission characteristics in the absence of reflection (condition 1) is expressed as a ratio to each other. Is a comparison graph shown in FIG. In this graph, a constant line at 0 dB indicates REFARENS data representing the transfer characteristic of condition 1.
[0086]
The dotted line indicates the transfer characteristic of Condition 2 in which the speaker is at a low position (Low) close to the reflecting surface. Also, the solid line shows the transfer characteristic of Condition 3 (Mid) lifted to some extent from the reflecting surface. These dotted line Low and solid line Mid represent the ratio of the sound pressure in each frequency region as a ratio to the REFARENS data.
[0087]
That is, in this graph, in the solid line Mid, DIP is clearly generated at a frequency within the range of 1 KHz to about 3 KHz as described above, and the frequency is about 2 KHz. That is, according to the present embodiment, the influence of the reflected sound can be controlled acoustically by lifting the speaker or adjusting the angle, and in particular, the position on the frequency of the DIP generated by the influence of the reflected sound can be adjusted to about 2 KHz. It was confirmed that.
[0088]
In addition, in this example, the sound pressure level of low frequency, particularly 300 Hz or less, which does not affect the directivity is increased, and the low frequency amplification effect was confirmed. That is, according to the present invention, there is also an advantage of reducing the drawback that it is difficult to reproduce the low frequency band when a speaker having a small diameter is used.
[0089]
[3. Specific example of speaker system]
In addition, the speaker system shown in the present embodiment specifically has two speaker units 2R at the front end of the speaker box 1 having a depth larger than the height, as shown in FIG. 15 (★ perspective view of the speaker system DiMAX). , 2L and protective grilles 21R, 21L thereof, and a leg 3 for lifting the front end from the installation surface to a desired height.
[0090]
Specifically, the leg 3 is, for example, a long plate with a long hole 31 and is slidable up and down. Further, a screw 4 with a knob for fixing the leg 3 to the speaker box 1 and fixing it at a desired position and a screw hole (not shown) for screwing the screw 4 are formed between the protective grilles 21R and 21L. The screw 4 passes through the long hole 31.
[0091]
In the speaker system of the present embodiment, a desired height and angle of attack can be simultaneously given to the speaker units 2R and 2L by lifting the front end of the speaker box 1 with the legs 3. This speaker system is particularly suitable for three-dimensional sound reproduction by, for example, a stereo dipole method. In particular, in this embodiment, a speaker system that is easy to adjust, excellent in strength, and difficult to break can be realized with a few simple parts, and further, the screws 4 and the legs 3 can be removed and compactly packed and stored. Become.
[0092]
[4. Other embodiments]
In addition, this invention is not limited to said each embodiment and Example, Other embodiments which are illustrated next are included. For example, in the above embodiment, a speaker system in which a speaker unit is provided at the front end of a box-type speaker box having a depth larger than the height is used. Application to personal computer speakers, monitor built-in speakers, and the like is possible.
[0093]
In addition, the present invention can be applied not only to a speaker for virtual reproduction but also to a speaker that does not perform virtual reproduction, such as a normal stereo speaker, thereby reducing the influence of reflected sound. In the above embodiment, the slide type is shown as the leg type. However, the leg type is not limited to the slide type, and can be freely selected from a telescopic type, a stand type, a multi-stage type, and a non-stage type. . Of course, the height and angle of attack of the speaker can be adjusted separately and independently.
[0094]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a sound reproduction system, a speaker system, and a speaker installation method that are less affected by reflected sound. For example, even in a home theater using a DVD, a clear localization is achieved. A powerful three-dimensional sound reproduction with a feeling becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing sound reproduction in a reflective state such as on a desk.
FIG. 3 is a diagram showing a state in which a speaker is lifted from a desk and installed in an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of directivity characteristics of a speaker.
FIG. 5 is a diagram showing a state where a speaker is installed with an angle of attack in the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a directivity characteristic graph showing an example of directivity characteristics for each frequency.
FIG. 7 is a graph showing amplitude frequency characteristics with respect to a spread angle.
FIG. 8 is a diagram showing an ideal positional relationship between a speaker and a listener in the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a speaker system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a conceptual diagram showing how the installation state of a speaker system is adjusted in an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a state in which the speaker system is installed without reflection in the embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a state in which the speaker system is installed at a low position on a table in the embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing a state where the speaker system is lifted and installed in the embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a graph showing transfer characteristics for each condition in an example of the present invention.
FIG. 15 is a perspective view of a speaker system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a conceptual diagram showing crosstalk cancellation based on inverse system characteristics.
FIG. 17 is a diagram showing a measurement environment for transmission characteristics without reflection;
FIG. 18 is a diagram showing an environment for measuring transfer characteristics with reflection.
FIG. 19 is a diagram illustrating a reproduction environment without reflection.
[Explanation of symbols]
D ... desk
S, SR, SL ... Speaker
L ... listener
SS ... Speaker system
M ... Measurement microphone
DHM ... Dummy head microphone
1 ... Speaker box
2 ... Speaker unit
3 ... Leg
4 ... Screw

Claims (4)

設置面上に設置されたスピーカを用いる音響再生システムにおいて、
予め設定された受聴点に対する前記スピーカからの直接音と前記設置面からの反射音との伝播経路の差を５．６７センチメートルから１７センチメートルとし、前記直接音と前記反射音との干渉による前記受聴点での音圧の減衰が、前記スピーカから発生された音の周波数成分の中で１ＫＨｚから３ＫＨｚの周波数帯域について発生するように、前記スピーカの前記設置面に対する高さ又は仰角の少なくとも一方を定めたことを特徴とする音響再生システム。In the sound reproduction system using the speaker installed on the installation surface,
The difference in propagation path between the direct sound from the speaker and the reflected sound from the installation surface with respect to a preset listening point is set to 5.67 centimeters to 17 centimeters, and due to interference between the direct sound and the reflected sound. At least one of the height or the elevation angle of the speaker with respect to the installation surface so that the sound pressure at the listening point is attenuated in the frequency band of 1 KHz to 3 KHz in the frequency components of the sound generated from the speaker. The sound reproduction system characterized by having defined . スピーカーボックスの前端に２つのスピーカを備え、前記前端を設置面から所望の高さに持ち上げるための脚を備えたことを特徴とする請求項１記載の音響再生システム。 The sound reproduction system according to claim 1 , wherein two speakers are provided at a front end of the speaker box, and a leg for lifting the front end to a desired height from an installation surface. 前記前端側に上下スライド自在に設けられた前記脚と、
前記脚を前記スピーカボックスに締め付けることで所望の位置に固定するためのねじと、
を備えたことを特徴とする請求項２記載の音響再生システム。The legs provided to be slidable up and down on the front end side;
A screw for fastening the leg to the speaker box to fix it in a desired position;
The sound reproduction system according to claim 2, further comprising: 設置面上に設置されたスピーカを用いる音響再生方法において、
予め設定された受聴点に対する前記スピーカからの直接音と前記設置面からの反射音との伝播経路の差を５．６７センチメートルから１７センチメートルとし、
前記直接音と前記反射音との干渉による前記受聴点での音圧の減衰が、前記スピーカから発生された音の周波数成分の中で１ＫＨｚから３ＫＨｚの周波数帯域について発生するように、前記スピーカの前記設置面に対する高さ又は仰角の少なくとも一方を定めたことを特徴とする音響再生方法。In the sound reproduction method using the speaker installed on the installation surface,
The difference in propagation path between the direct sound from the speaker and the reflected sound from the installation surface with respect to a preset listening point is 5.67 cm to 17 cm,
The attenuation of the sound pressure at the listening point due to the interference between the direct sound and the reflected sound occurs in the frequency band of 1 KHz to 3 KHz among the frequency components of the sound generated from the speaker. An acoustic reproduction method, wherein at least one of a height and an elevation angle with respect to the installation surface is determined .

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