JP4392513B2 - 室内のスピーカシステムを制御する方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、室内におけるスピーカシステムを制御する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スピーカの実際の性能は、実際の聴取室の音響効果と、この室内における実際のスピーカの位置とに大いに依存することが知られている。特に、スピーカの性能は、それが部屋の境界の近くにある場合に極めて顕著に変化する。これは、放射器としてのスピーカに部屋の負荷が掛かることによって、即ち、放射抵抗が変化することによって生じる。聴取者が位置を変えることによって、知覚されるスピーカの性能が変化し、これは特に、早期反射及び定在波に起因している。しかしながら、室内における境界効果のいくつかは、特に低音周波数範囲では普遍的であり、従って、この範囲の知覚は聴取者の位置によって影響を受けることになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
スピーカの設計者は、スピーカの音質を最適化する際に、知覚される音が多数の異なる状況、即ち、異なる部屋の音響効果、スピーカの位置及び聴取位置の下で満足の行くように妥協しなければならない。例えこのような妥協をしても、設計者は、顧客が常に意図した品質を体験することになると保証することはできない。従って、聴取者は、実際の聴取室の音響特性と、スピーカ及び聴取者の双方に対して選択した位置とに依存するスピーカの性能を体験することになる。販売店において極めて良い音がする高価なスピーカが、異なった環境及び／又は異なった位置に置かれた場合に、悪いか、又は少なくとも失望したものになることがある。
【０００４】
このような問題を補償するために、低音部の応答性をスピーカの特定の配置に適合するべく変更できるように、スピーカにおけるクロスオーバフィルタユニットにスイッチを備えつけることが知られている。しかしながら、これでも拙劣な妥協策であると考えざるをえず、たとえそうであっても、正確な調整は、部屋の特性を測定することに依存する。いくつかの自動的なシステムは、スピーカの入力端から、好ましい聴取位置又は多数の代表的な位置に設置した全方向性のマイクロホンまでの伝達関数を測定することに基づくものである。この場合、得られる伝達関数が目標関数に近似し、例えば、その伝達関数が興味ある周波数範囲内において平坦になるようにする等化フィルタが挿入される。このようなシステムの主たる問題は、そのシステムが音源並びに聴取者の位置の変化に敏感なことにある。スピーカ又は聴取者の位置が、前記等化フィルタのパラメータの算出後に変化すると、激しいカラーレーションや、プレ-エコー等の影響が生じたりする。このようなシステムの他の問題は、適切な目標関数の選択にあり、最適な平坦な関数を見つけることはできない。
【０００５】
本発明は、関連する音響現象はいずれも線形であると見なされるから、上述したような処置により実際に補償されるものは、部屋の定在波／固有周波数、早期反射、残響のようないくつかの現象と、境界効果による角張った低減角度空間とを重ね合わせたものである、という認識に基づくものであり、このことからして、既知の処置は１つの聴取位置に対して機能するに過ぎないと見なされる。
【０００６】
本発明の目的は、室内のスピーカの性能を、それがスピーカの配置に無関係となるように制御する方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、室内のスピーカシステムを制御する方法であって、
（ａ） 第１の音響環境内において、前記スピーカシステムにおけるダイヤフラムの第１の加速度又は速度と、前記ダイヤフラムの前方で、近傍の第１の音圧とを求めるステップと；
（ｂ） 前記第１の音圧に基づいて、前記第１の音響環境における第１の音場から生じて前記ダイヤフラムに作用する第１の関連する力を求めるステップと；
（ｃ） 前記第１の加速度又は速度と、前記第１の関連する力とに基づいて、前記第１の音響環境における、前記ダイヤフラムが得た第１の放射インピーダンスの第１の音響放射抵抗か、前記ダイヤフラムから放射された第１の音響パワーか、前記ダイヤフラム付近における第１の音響インピーダンスの第１の実数部のいずれかを求めるステップと；
（ｄ） 第２の音響環境において、前記スピーカシステムにおける前記ダイヤフラムの第２の加速度又は速度と、前記ダイヤフラムの前方で、近傍の第２の音圧とを求めるステップと；
（e） 前記第２の音圧に基づいて、前記第２の音響環境における第２の音場から生じて前記ダイヤフラムに作用する第２の関連する力を求めるステップと；
（ｆ） 前記第２の加速度又は速度と、前記第２の関連する力とに基づいて、前記第２の音響環境における、前記ダイヤフラムが得た第２の放射インピーダンスの第２の音響放射抵抗か、前記ダイヤフラムから放射された第２の音響パワーか、前記ダイヤフラム付近における第２の音響インピーダンスの第２の実数部のいずれかを求めるステップと；
（ｇ） 前記第１及び第２の音響環境における前記第１と第２の音響放射抵抗の比か、前記第１及び第２の音響環境における前記第１と第２の音響パワーの比か、前記第１及び第２の音響環境における前記ダイヤフラムの近傍における前記第１及び第２の音響インピーダンスの前記第１と第２の実数部の比のいずれかを求めるステップと；
（ｈ） 前記ダイヤフラムのドライバへの信号経路に可制御補償フィルタを挿入するステップと；
（ｉ） 前記比を用いて、前記第２の音響環境における前記スピーカシステムの性能が実質上前記第１の音響環境における前記スピーカシステムの性能に一致するように、前記可制御補償フィルタの周波数応答を調整するステップと；
を含む、室内のスピーカシステム制御方法である。
【０００８】
本発明は、特に低音域におけるスピーカの音の鳴り方と、周波数の関数としてのスピーカの放射抵抗（放射インピーダンスの実数部）との間に強い結びつきがあるという認識に基づいて成したものである。本発明をスピーカに対して実践することにより、スピーカ設計者が意図した品質を顧客が常に体験できる確度をかなり高められることが判明した。これは、スピーカを実際の位置に置いた場合の、放射パワー出力、放射抵抗又は任意の同様な物理的なパラメータ、例えばダイヤフラム付近の音響インピーダンスの実数部を測定し、これを基準測定値と比較することによって達成される。原理上は、マルチ‐ドライバスピーカの各ドライバに対してこのような測定を行うが、１つ又は数個のドライバを代表として選択することができる。ある特定ドライバ又は一組のドライバに対しての測定時においては、他のドライバを短絡するか、信号を遮断することができる。
【０００９】
スピーカを基準の位置／部屋と同一でない場所に置いた場合には、低音性能が変化する。しかしながら、本発明による方法によれば、スピーカの音響環境におけるこの変化の大部分を検出し、それ相応に補償することができる。本発明の原理に従って動作する装置をスイッチオン又はスイッチオフすることにより、実際の位置及び部屋が基準状態のものとどの程度異なっているかに応じて、スピーカの低音部の性能を劇的に変化させることができる。スピーカを部屋の壁から離して動作させるように設計した場合に、このようなスピーカを聴取室の隅に近付けて置いた場合には、低音部の性能が、ブーミーで着色されたものになり、音圧レベルも上昇する。このような状況において、本発明の原理による装置は、知覚される音質が基準の位置における音質とほぼ同じになるように音質を補正する。この状況における本装置の効果は、聴取者によってまったく驚くべきこととして評された。この場合、低音部の性能は、通常の隅部位置における特性である騒音によって悩まされることがなく、低音部の性能が“厚みなく”感じることなしに、非常に均一で無色なものになる。隅部位置において、このことは低音部の性能の劇的な改善として認識される。
【００１０】
前記可制御補償フィルタのパラメータを調整する際の音響環境での測定は、所定条件のいくつかが満足される場合、例えば、本装置のパワーアップ時にユーザが測定を開始することができる。この測定サイクルは、例えば、ある特定のコンパクトディスクから得られる専用の測定信号を使用して行うことができる。
【００１１】
本発明の他の好適例では、スピーカに測定手段を常に備えつけ、使用中の状況に対応する複素伝達関数を本装置の動作中絶えず測定する。基準値と使用上の測定値との比を用いて補償フィルタのパラメータを規定する。このことは、どのような新たな聴取室の環境においても、例えば、前記複素伝達関数を測定する場合に、演奏される音楽を刺激（stimuli）として使用することにより、スピーカを自動的かつ絶えずその新たな環境に適合させることができることを意味する。この場合に、使用状況における伝達関数は絶えず測定され、例えば、信号経路におけるディジタル信号プロセッサは、基準の場所／部屋における音に極めて近く、スピーカの設計中に恐らく肯定的に判断された、スピーカからの音を提供するフィルタのパラメータを算出し、フィルタリング処理を実行する。
【００１２】
本発明のさらに他の好適例では、聴取室を、例えば３０ｃｍ×３０ｃｍのゾーンに分割し、その各々がそれに割り当てられた補償フィルタの伝達関数を有するように、特定ゾーンにおける情報が、スピーカに至る電気信号経路における補償フィルタに供給されるようにする。このようにすることにより、測定を行うことなく、スピーカの多数の典型的な配置に適合させることができ、本発明による改善の度合いを高めることができる。
【００１３】
より簡単な配置は、室内のスピーカの種々な代表的な配置を図式的に示すことにより、ユーザにスイッチを作動させることを指示することによって得られる。実際には、この機能を備えたスピーカは、基準の環境にて用いたスピーカと同じ形式のものである。
【００１４】
本発明はさらに、スピーカシステムを制御する装置であって：
（ａ）電子/数値信号により制御可能な可制御補償フィルタと；
（ｂ）第１の環境及び第２の環境における前記スピーカシステムのダイヤフラムの加速度又は速度を測定する手段と；
（ｃ）前記第１及び第２の環境内における前記ダイヤフラムの前方で、近傍における音圧を測定する手段と；
（ｄ）前記第１及び第２の環境における、前記ダイヤフラムの前記測定した加速度又は速度と、前記測定した音圧とに基づいて放射インピーダンスの第１及び第２の音響放射抵抗を求める手段と；
（ｅ）前記第１及び第２の音響放射抵抗を格納する手段と；
（ｆ）前記第１の音響放射抵抗と第２の音響放射抵抗との比を求める手段と；
（ｇ）前記比を前記電子/数値信号として前記可制御補償フィルタに供給する手段と；
を具え、前記可制御補償フィルタの周波数応答を前記比によって決定する、スピーカシステム制御装置である。前記比は基本的に、補償フィルタの振幅応答を規定し、フィルタの様々な実装によって、例えば最小位相をこの比から得ることができる。しかしながら、フィルタの実装前に、例えば、平滑化、畳み込み、周波数制限、補正制限、対数、指数関数、乗算、加算等、及びこれらの組み合わせのような様々な演算処理を行ってから、前記比を変更することもできる。例えば、補償フィルタの振幅応答を前記比の平方根として規定することは、合理的な選択に思われる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
一例として、図１は、室内のスピーカに関係する信号経路及び伝達関数部を示す。信号源からの電気信号は増幅器Ａに供給され、この増幅器ＡはＢで示すスピーカを駆動し、このスピーカは、スピーカ駆動ユニットの電気的及び機械的な部品と、キャビネットエンクロージャの音響作用部とを具えている。スピーカからの出力は、ダイヤフラムの加速度から伝達関数Ｃによってダイヤフラム前方の音圧に変換され、この音圧は、音場から生じてダイヤフラムに作用する力を得る方法の一例として、マイクロホンＤによって測定することができる。加速度計Ｅは、例えば、ダイヤフラムの加速度を直接測定することができる。点１においては信号源の信号が供給され、点２においてはスピーカドライバへの電気入力信号が得られ、点３はスピーカのダイヤフラムの加速度に関連し、点４においては、ダイヤフラム前方のある所定の固定箇所における音圧が得られる。この音圧はマイクロホンＤによって変換された後、その音圧を表す電気信号として点５に得られ、同様に、ダイヤフラムの加速度を表す電気信号が点６に得られる。
【００１５】
図２は、本発明の一実施例を示し、ここでは、スピーカＢと一緒にマイクロホンＤ及び（ダイヤフラムに直接取り付けられる）加速度計Ｅの多数の可能な配置のうちの１つを示してある。
【００１６】
図３は、スピーカの性能を聴取室の音響特性に適合させるために、信号経路に切り替えるフィルタＦのパラメータを計算する際に、スピーカの放射抵抗や、放射音響パワーや、音響インピーダンス等の測定値をどのように使用するかを示している。この場合の信号処理は当業者が入手し得る任意の手段によって行うことができ、これにて得られる結果は、スピーカが聴取室を励振させて、知覚される音が設計段階中に決定した品質に良好に近似するようにするための、増幅器への信号の線形前置補償となる。測定を連続して行う利点は、本システムが、室内の音の分布を妨げる、例えば、聴取者の流入や、家具又はスピーカそのものの配置変更に対して、自動的に補償することにある。このような妨害は、知覚される音が本質的に変化しないように補償される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 室内に配置されたスピーカに関係する電気的、機械的及び音響的信号の経路を示す線図である。
【図２】 ドライバ及び測定変換器を有するスピーカを示す線図である。
【図３】 本発明の１実施例による、補償フィルタを信号回路中に挿入する方法を図式的に示す線図である。
【符号の説明】
Ａ 増幅器
Ｂ スピーカ
Ｃ 伝達関数
Ｄ マイクロホン
Ｅ 加速度計

Claims (5)

1. 室内のスピーカシステムを制御する方法であって、
   （ａ） 第１の音響環境内において、前記スピーカシステムにおけるダイヤフラムの第１の加速度又は速度と、前記ダイヤフラムの前方で、近傍の第１の音圧とを求めるステップと；
   （ｂ） 前記第１の音圧に基づいて、前記第１の音響環境における第１の音場から生じて前記ダイヤフラムに作用する第１の関連する力を求めるステップと；
   （ｃ） 前記第１の加速度又は速度と、前記第１の関連する力とに基づいて、前記第１の音響環境における、前記ダイヤフラムが得た第１の放射インピーダンスの第１の音響放射抵抗か、前記ダイヤフラムから放射された第１の音響パワーか、前記ダイヤフラム付近における第１の音響インピーダンスの第１の実数部のいずれかを求めるステップと；
   （ｄ） 第２の音響環境において、前記スピーカシステムにおける前記ダイヤフラムの第２の加速度又は速度と、前記ダイヤフラムの前方で、近傍の第２の音圧とを求めるステップと；
   （ｅ） 前記第２の音圧に基づいて、前記第２の音響環境における第２の音場から生じて前記ダイヤフラムに作用する第２の関連する力を求めるステップと；
   （ｆ） 前記第２の加速度又は速度と、前記第２の関連する力とに基づいて、前記第２の音響環境における、前記ダイヤフラムが得た第２の放射インピーダンスの第２の音響放射抵抗か、前記ダイヤフラムから放射された第２の音響パワーか、前記ダイヤフラム付近における第２の音響インピーダンスの第２の実数部のいずれかを求めるステップと；
   （ｇ） 前記第１及び第２の音響環境における前記第１と第２の音響放射抵抗の比か、前記第１及び第２の音響環境における前記第１と第２の音響パワーの比か、前記第１及び第２の音響環境における前記ダイヤフラムの近傍における前記第１及び第２の音響インピーダンスの前記第１と第２の実数部の比のいずれかを求めるステップと；
   （ｈ） 前記ダイヤフラムのドライバへの信号経路に可制御補償フィルタを挿入するステップと；
   （ｉ） 前記比を用いて、前記第２の音響環境における前記スピーカシステムの性能が実質上前記第１の音響環境における前記スピーカシステムの性能に一致するように、前記可制御補償フィルタの周波数応答を調整するステップと；
   を含む、室内のスピーカシステム制御方法。
2. 前記第１及び第２の音響環境を部屋とし、その１つを、前記スピーカシステムを使用する実際の聴取室とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記方法がさらに；
   （ｊ） 前記第２の音響環境を多数のゾーンに細分するステップと；
   （ｋ） 前記各ゾーンにスピーカシステムを位置付けて、前記各ゾーンに対して前記（ｄ），（ｅ），（ｆ）及び（ｇ）のステップを実施し、且つ前記各ゾーンに対する前記比を格納するステップと；
   （ｌ） 前記スピーカシステムを前記多数のゾーンのうちで音再生用の所望なゾーン内に配置するステップと；
   （ｍ） 前記所望ゾーンに対応する格納済みの前記比を選択し、この比を用いて前記可制御補償フィルタのパラメータを調整するステップと；
   を含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. スピーカシステムを制御する装置であって：
   （ａ）電子/数値信号により制御可能な可制御補償フィルタと；
   （ｂ）第１の環境及び第２の環境における前記スピーカシステムのダイヤフラムの加速度又は速度を測定する手段と；
   （ｃ）前記第１及び第２の環境内における前記ダイヤフラムの前方で、近傍における音圧を測定する手段と；
   （ｄ）前記第１及び第２の環境における、前記ダイヤフラムの前記測定した加速度又は速度と、前記測定した音圧とに基づいて放射インピーダンスの第１及び第２の音響放射抵抗を求める手段と；
   （ｅ）前記第１及び第２の音響放射抵抗を格納する手段と；
   （ｆ）前記第１の音響放射抵抗と第２の音響放射抵抗との比を求める手段と；
   （ｇ）前記比を前記電子/数値信号として前記可制御補償フィルタに供給する手段と；
   を具え、前記可制御補償フィルタの周波数応答を前記比によって決定する、スピーカシステム制御装置。
5. 前記スピーカシステムが多数のドライバ及びこれらのドライバに対応するダイヤフラムを具え、前記各ドライバに対する個々の比を決定する、請求項４に記載の装置。

Images