JP4747664B2 - アレイスピーカ装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のスピーカユニットから音声信号を空間上の所望の位置に向けて指向性を制御して出力するアレイスピーカ装置に関するものである。

従来より、複数のスピーカユニットをマトリクス状に配置したアレイスピーカ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図７は、従来のアレイスピーカ装置のバッフル板の平面図である。図７において、１０１はアレイスピーカ装置の前面のバッフル板、１０２はバッフル板１０１に取り付けられたスピーカユニット、Ｃはアレイ長、Ｐはアレイピッチである。アレイスピーカ装置の特徴は、所望の焦点方向に指向性を有するビーム状の音声信号を出力できる点である。

従来のアレイスピーカ装置では、図８、図９に示すように、音響ビームの指向性強さをバッフル板１０１から焦点Ｆまでの焦点距離Ａにより設定していた。図８は焦点Ｆがスピーカユニット１０２の後方にある場合、図９は焦点Ｆがスピーカユニット１０２の前方にある場合を示している。図８、図９において、Ｂは音響ビームの広がり角度、Ｅは視聴位置Ｕにおける音響ビームの幅である。音響ビームの広がり角度Ｂは、焦点距離Ａとアレイ長Ｃとが決まると自動的に決まる。また、音響ビームの幅Ｅは、焦点距離Ａとアレイ長Ｃとバッフル板１０１から視聴位置Ｕまでの距離Ｄとが決まると自動的に決まる。焦点距離Ａが小さくなれば、音響ビームの広がり角度Ｂ及び幅Ｅは大きくなり、焦点距離Ａが大きくなれば、広がり角度Ｂ及び幅Ｅは小さくなる。

特開平５−４１８９７号公報

ところで、従来のアレイスピーカ装置では、装置全体の再生周波数を広帯域化するために、個々のスピーカユニットの再生周波数帯域を広くする必要があり、スピーカユニットのコストが高くなって、その結果スピーカ装置が高価になるという問題点があった。また、アレイスピーカ装置において指向性制御の低域周波数限界を低くするためには、アレイ長を大きくする必要があり、スピーカユニットの数量が多くなって、コストが高くなる。そこで、スピーカユニットの数量を減らすために個々のスピーカユニットの口径を大きくすると、アレイピッチが大きくなり、指向性制御の高域周波数限界が低くなってしまい、スピーカユニット自体の高域再生周波数限界も低くなるという問題点があった。一方、アレイスピーカ装置において指向性制御の高域周波数限界を高くするためには、アレイピッチを小さくする必要があり、個々のスピーカユニットの口径を小さくしなければならない。しかし、スピーカユニットの口径を小さくすると、スピーカユニット自体の低域再生周波数限界が高くなってしまい、また必要なアレイ長を確保するためにスピーカユニットの数量が多くなって、コストが高くなるという問題点があった。

そこで、以上の問題点を解決するために、図１０に示すように、音声信号の再生周波数帯域を複数に分割して、分割した各帯域に応じた複数種類のスピーカユニットをバッフル板１０１に配置することが考えられる。図１０において、１０４は音声信号のクロスオーバー周波数以上の高域成分を再生する高音用スピーカユニット、１０５は音声信号のクロスオーバー周波数以下の低域成分を再生する低音用スピーカユニット、１０６は複数の高音用スピーカユニット１０４からなる高音用スピーカアレイ、１０７は複数の低音用スピーカユニット１０５からなる低音用スピーカアレイ、Ｃ１は高音用スピーカアレイ１０６のアレイ長、Ｃ２は低音用スピーカアレイ１０７のアレイ長、Ｐ１は高音用スピーカアレイ１０６のアレイピッチ、Ｐ２は低音用スピーカアレイ１０７のアレイピッチである。

図１０に示すアレイスピーカ装置の場合、通常、Ｃ１＜Ｃ２となる。この場合、図１１のように高音用スピーカアレイ１０６と低音用スピーカアレイ１０７で焦点距離Ａを同じにすると、高音ビームの広がり角度Ｂ１と低音ビームの広がり角度Ｂ２が異なり、また視聴位置Ｕにおける高音ビームの幅Ｅ１と低音ビームの幅Ｅ２も異なる。すなわち、Ｂ１＜Ｂ２、Ｅ１＜Ｅ２となる。図１１はマルチウェイ構成の場合を示しているが、帯域毎のスピーカユニットを全て同口径とした場合でも、アレイ長が帯域毎に異なる場合には、音響ビームの広がり角度及び幅が帯域毎に異なる。アレイスピーカ装置で指向性を制御する場合、全周波数帯域でほぼ同様の指向性を持つことが望ましいが、分割した帯域毎にスピーカユニットを配置すると、帯域毎に指向性が異なることになる。

以上のように、図７に示した従来のアレイスピーカ装置では、コストが高くなるという問題点があり、さらに指向性制御の周波数限界を低域化するための条件と高域化するための条件が両立しないという問題点があった。また、この問題点を解決するために、図１０に示したように帯域毎にスピーカユニットを配置すると、帯域毎に指向性が異なるという問題点があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、コストの低減と、指向性制御の高域周波数限界と低域周波数限界の独立した設定と、全周波数帯域で同等の指向性とを実現することができるアレイスピーカ装置を提供することを目的とする。

本発明は、複数のスピーカユニットから構成されるスピーカアレイから音声信号を空間上の焦点に向けて指向性を制御して出力するアレイスピーカ装置において、入力音声信号を複数の周波数帯域に分割する分割手段と、前記分割された帯域に応じた異なるアレイ長を有する複数のスピーカアレイと、外部から設定された音響ビームの広がり角度と各スピーカアレイの既知のアレイ長に基づいて焦点距離を帯域毎に計算する計算手段と、前記分割された帯域の音声信号が対応するスピーカアレイから出力され、前記計算された焦点距離だけ離れた空間上の焦点に到達するように、各スピーカユニットを独立に駆動する指向性制御手段とを有し、各スピーカアレイの音響ビームの広がり角度が同じになるように前記焦点距離を帯域毎に計算して各スピーカアレイの指向性を制御するものである。
また、本発明のアレイスピーカ装置は、入力音声信号を複数の周波数帯域に分割する分割手段と、前記分割された帯域に応じた異なるアレイ長を有する複数のスピーカアレイと、前記複数のスピーカアレイのうちいずれか１つについて外部から設定された焦点距離と各スピーカアレイの既知のアレイ長に基づいて、各スピーカアレイの音響ビームの広がり角度が同じになるように、前記焦点距離が設定されていないスピーカアレイについて焦点距離を帯域毎に計算する計算手段と、前記分割された帯域の音声信号が対応するスピーカアレイから出力され、前記設定又は計算された焦点距離だけ離れた空間上の焦点に到達するように、各スピーカユニットを独立に駆動する指向性制御手段とを有するものである。
また、本発明のアレイスピーカ装置は、入力音声信号を複数の周波数帯域に分割する分割手段と、前記分割された帯域に応じた異なるアレイ長を有する複数のスピーカアレイと、外部から設定された、視聴位置における音響ビームの幅と各スピーカアレイの既知のアレイ長に基づいて焦点距離を帯域毎に計算する計算手段と、前記分割された帯域の音声信号が対応するスピーカアレイから出力され、前記計算された焦点距離だけ離れた空間上の焦点に到達するように、各スピーカユニットを独立に駆動する指向性制御手段とを有するものである。
また、本発明のアレイスピーカ装置の１構成例において、前記指向性制御手段は、前記分割された帯域の音声信号に対してそれぞれ遅延時間を付加した音声信号をこの帯域に対応するスピーカユニットの数だけ生成することを帯域毎に行う遅延部と、前記遅延時間が付加された音声信号をそれぞれ増幅して各スピーカユニットを駆動するアンプと、帯域毎の焦点距離に基づいて前記遅延時間をスピーカユニット毎に設定することを帯域毎に行う制御部とを有するものである。

本発明によれば、音声信号の再生周波数帯域を複数に分割して、分割した帯域に応じた異なるアレイ長を有する複数のスピーカアレイを用いることにより、個々のスピーカユニットの受け持つ再生周波数帯域を従来よりも狭くできるので、スピーカユニットのコストを低減することができる。また、高音を受け持つスピーカユニットの口径を小さくすることができるので、高音用スピーカアレイのアレイピッチを小さくすることができ、アレイスピーカ装置の指向性制御の高域周波数限界を高くすることができる。また、高音用スピーカユニット自体の高域再生周波数限界も高くすることができる。一方、低音を受け持つスピーカユニットの口径を大きくすることができるので、アレイスピーカ装置の指向性制御の低域周波数限界を低くするために必要なアレイ長を従来よりも少ないスピーカ数量で実現することができる。また、低音用スピーカユニット自体の低域再生周波数限界も低くすることができる。その結果、本発明によれば、指向性制御の高域周波数限界と低域周波数限界を独立に設定することができる。また、本発明によれば、外部から設定された音響ビームの広がり角度と各スピーカアレイのアレイ長に基づいて焦点距離を帯域毎に計算することにより、あるいは複数のスピーカアレイのうちいずれか１つについて外部から設定された焦点距離と各スピーカアレイのアレイ長に基づいて、焦点距離が設定されていないスピーカアレイについて焦点距離を帯域毎に計算することにより、あるいは外部から設定された、視聴位置における音響ビームの幅と各スピーカアレイのアレイ長に基づいて焦点距離を帯域毎に計算することにより、全周波数帯域で指向性の強さをほぼ同じにすることができる。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施の形態においても、バッフル板上のスピーカユニットの配置は図１０と同じであるので、図１０の符号を用いて本実施の形態を説明する。本実施の形態は、アレイスピーカ装置の再生周波数帯域を複数に分割して、分割した各帯域に応じた複数種類のスピーカユニットをそれぞれ対応する帯域毎に直線状に配置したものである。図１０の例では、再生周波数帯域を２つに分割して、高音用スピーカユニット１０４と低音用スピーカユニット１０５をそれぞれ直線状に配置している。高音用スピーカユニット１０４と低音用スピーカユニット１０５は、それぞれの口径に応じたピッチＰ１，Ｐ２で配置される。

高音用スピーカユニット１０４が受け持つ指向性制御の低域周波数限界はクロスオーバー周波数迄でよいので、高音用スピーカユニット１０４の口径は図７に示したスピーカユニット１０２よりも小さくなる。高音用スピーカアレイ１０６のアレイ長Ｃ１は、クロスオーバー周波数迄の指向性制御を行うのに十分な長さに設定すればよい。また、低音用スピーカユニット１０５が受け持つ指向性制御の高域周波数限界はクロスオーバー周波数迄でよいので、低音用スピーカユニット１０５の口径はスピーカユニット１０２よりも大きくなる。低音用スピーカアレイ１０７のアレイ長Ｃ２は、アレイスピーカ装置の指向性制御の低域周波数限界設計値に合わせた長さに設定すればよい。

図１は、本実施の形態のアレイスピーカ装置の回路構成を示すブロック図である。アレイスピーカ装置は、高音用スピーカユニット１０４（１０４−１〜１０４−ｎ）と、低音用スピーカユニット１０５（１０５−１〜１０５−ｍ）と、Ａ／Ｄコンバータ１と、デジタルシグナルプロセッサ（以下、ＤＳＰとする）２と、Ｄ／Ａコンバータ３（３−１〜３−ｎ），４（４−１〜４−ｍ）と、アンプ５（５−１〜５−ｎ），６（６−１〜６−ｍ）と、計算部７とを有する。ＤＳＰ２は、フィルタ２１，２２と、遅延部２３，２４と、制御部２５とを有する。フィルタ２１，２２は分割手段を構成し、遅延部２３，２４と制御部２５とＤ／Ａコンバータ３，４とアンプ５、６とは指向性制御手段を構成している。

まず、Ａ／Ｄコンバータ１は、入力音声信号をディジタル信号に変換してＤＳＰ２に出力する。入力音声信号がディジタル信号の場合には、Ａ／Ｄコンバータ１を介さずにＤＳＰ２に直接入力してよいことは言うまでもない。
次に、ＤＳＰ２のフィルタ２１は、入力音声信号の高域成分を抽出し、フィルタ２２は、低域成分を抽出する。

フィルタ２１を通過した入力音声信号の高域成分は、遅延部２３に入力され、遅延部２３によりそれぞれ遅延時間が付加されたｎ個（高音用スピーカユニット１０４の個数）の高域成分となる。このとき、高音用スピーカユニット１０４−ｉ（ｉ＝１，２，・・・・ｎ）に供給される高域成分に対して遅延部２３が付加する遅延時間は、スピーカユニット１０４−ｉから放射される音声が空間上の所定の焦点に向かうように調整される。遅延部２３の遅延時間は、焦点の位置と各スピーカユニット１０４−１〜１０４−ｎの位置とに基づいて制御部２５によりスピーカユニット毎に計算され、遅延部２３に設定される。

ここで、遅延時間の調整について図２を用いて説明する。焦点Ｆからの距離がＬである円弧をＺとし、焦点Ｆと各スピーカユニット１０４−１〜１０４−ｎとを結ぶ直線を延長して、これら延長した直線が円弧Ｚと交わる交点上に図２の破線で示すような仮想のスピーカユニット１０８−１〜１０８−ｎを配置することを考える。これら仮想のスピーカユニット１０８−１〜１０８−ｎから放射される音声は焦点Ｆに同時に到達する。実際のスピーカユニット１０４−ｉ（ｉ＝１，２，・・・・ｎ）から放射する音声を焦点Ｆに同時に到達させるためには、スピーカユニット１０４−ｉとこれに対応する仮想のスピーカユニット１０８−ｉとの間の距離に応じた遅延（時間差）をスピーカ１０４−ｉから出力する音声に付加すればよい。これにより、焦点Ｆに向かって音響ビームを放出するような指向性を持った音圧分布を得ることができる。

次に、フィルタ２２を通過した入力音声信号の低域成分は、遅延部２４に入力され、遅延部２４によりそれぞれ遅延時間が付加されたｍ個（低音用スピーカユニット１０５の個数）の低域成分となる。このとき、低音用スピーカユニット１０５−ｊ（ｊ＝１，２，・・・・ｍ）に供給される低域成分に対して遅延部２４が付加する遅延時間は、スピーカユニット１０５−ｊから放射される音声が空間上の所定の焦点に向かうように調整される。遅延部２４の遅延時間は、高域成分の場合と同様に、焦点の位置と各スピーカユニット１０５−１〜１０５−ｍの位置とに基づいて制御部２５によりスピーカユニット毎に設定される。

遅延部２３により遅延時間が付加されたｎ個の高域成分は、Ｄ／Ａコンバータ３−１〜３−ｎによってアナログ信号に変換され、一方、遅延部２４により遅延時間が付加されたｍ個の低域成分は、Ｄ／Ａコンバータ４−１〜４−ｍによってアナログ信号に変換される。そして、アンプ５−１〜５−ｎは、Ｄ／Ａコンバータ３−１〜３−ｎの出力信号を増幅して高音用スピーカユニット１０４−１〜１０４−ｎを駆動し、アンプ６−１〜６−ｍは、Ｄ／Ａコンバータ４−１〜４−ｍの出力信号を増幅して低音用スピーカユニット１０５−１〜１０５−ｍを駆動する。こうして、音声信号の高域成分と低域成分をそれぞれ所定の焦点に向けて出力することができる。

次に、本実施の形態における音響ビームの指向性強さの設定方法を図３、図４を用いて説明する。図３は焦点がスピーカユニット１０４，１０５の後方にある場合、図４は焦点がスピーカユニット１０４，１０５の前方にある場合を示している。図３、図４において、Ｆ１は高音用スピーカアレイ１０６の焦点、Ｆ２は低音用スピーカアレイ１０７の焦点、Ａ１は高音用スピーカアレイ１０６の焦点距離、Ａ２は低音用スピーカアレイ１０７の焦点距離である。

設計者又はユーザは、図１のスピーカアレイ装置に対して音響ビームの広がり角度Ｂを設定する。計算部７は、設定された広がり角度Ｂと高音用スピーカアレイ１０６のアレイ長Ｃ１から高音用スピーカアレイ１０６の焦点距離Ａ１を計算すると共に、広がり角度Ｂと低音用スピーカアレイ１０７のアレイ長Ｃ２から低音用スピーカアレイ１０７の焦点距離Ａ２を計算する。そして、計算部７は、計算した焦点距離Ａ１，Ａ２をＤＳＰ２の制御部２５に渡す。
前述のとおり、制御部２５は、焦点距離Ａ１と高音用スピーカユニット１０４−１〜１０４−ｎの位置に基づいてスピーカユニット１０４毎に遅延部２３の遅延時間を計算して設定し、また焦点距離Ａ２と低音用スピーカユニット１０５−１〜１０５−ｍの位置に基づいてスピーカユニット１０５毎に遅延部２４の遅延時間を計算して設定する。こうして、音響ビームの指向性強さが設定される。

以上のように、本実施の形態では、高音用スピーカユニット１０４と低音用スピーカユニット１０５をそれぞれ直線状に配置することで、図７に示した従来のアレイスピーカ装置に比べてスピーカユニットの数量を低減でき、コストを削減することができる。本実施の形態は、水平方向（図１０の左右方向）の指向性を重要視したものである。このため、高音用スピーカユニット１０４と低音用スピーカユニット１０５をそれぞれ水平方向に直線状に配置している。

また、本実施の形態では、アレイスピーカ装置の再生周波数帯域を分割して、分割した周波数帯域に応じたスピーカユニット１０４，１０５を用いることにより以下のような効果を奏する。すなわち、高音用スピーカユニット１０４が受け持つ指向性制御の低域周波数限界はクロスオーバー周波数迄でよいので、スピーカユニット自体の低域再生周波数限界は、全帯域を受け持つ従来のスピーカユニットに比べて高くてよく、高音用スピーカユニット１０４の口径を小さくすることができる。その結果、高音用スピーカアレイ１０６のアレイピッチＰ１を小さくすることができるので、アレイスピーカ装置の指向性制御の高域周波数限界を高くすることができる。また、前述のとおり高音用スピーカユニット１０４が受け持つ指向性制御の低域周波数限界はクロスオーバー周波数迄でよいので、高音用スピーカアレイ１０６のアレイ長Ｃ１を短くすることができ、その結果高音用スピーカユニット１０４の数量を少なくできる。

また、低音用スピーカユニット１０５が受け持つ指向性制御の高域周波数限界はクロスオーバー周波数迄でよいので、低音用スピーカアレイ１０７のアレイピッチＰ２は図７に示した従来のアレイピッチＰよりも大きくてよく、低音用スピーカユニット１０５の口径を大きくすることができる。その結果、アレイスピーカ装置の指向性制御の低域周波数限界を低くするために必要なアレイ長Ｃ２を従来よりも少ないスピーカ数量で実現することができる。また、低音用スピーカユニット１０５の口径を大きくすることができるので、スピーカユニット自体の低域再生周波数限界も低くすることができる。

また、本実施の形態では、音響ビームの広がり角度Ｂから高音用スピーカアレイ１０６の焦点距離Ａ１と低音用スピーカアレイ１０７の焦点距離Ａ２を計算して、高音用スピーカアレイ１０６と低音用スピーカアレイ１０７の指向性を独立に制御するようにしたので、高音用スピーカアレイ１０６による音響ビームの広がり角度と低音用スピーカアレイ１０７による音響ビームの広がり角度を同一の値Ｂにすることができ、高音用スピーカアレイ１０６と低音用スピーカアレイ１０７の指向性の強さをほぼ同じにすることができる。

［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、設計者又はユーザにより音響ビームの広がり角度Ｂを直接設定するようにしていたが、設計者又はユーザが高音用スピーカアレイ１０６もしくは低音用スピーカアレイ１０７のうちどちらか一方の焦点距離を代表値として設定するようにしてもよい。本実施の形態においても、アレイスピーカ装置の構成は図１と同様であるので、図１、図３、図４の符号を用いて説明する。

例えば、設計者又はユーザが高音用スピーカアレイ１０６の焦点距離Ａ１を代表値として設定する場合、計算部７は、設定された焦点距離Ａ１と高音用スピーカアレイ１０６のアレイ長Ｃ１と低音用スピーカアレイ１０７のアレイ長Ｃ２から、次式のように低音用スピーカアレイ１０７の焦点距離Ａ２を計算する。
Ａ２＝（Ｃ２／Ｃ１）×Ａ１ ・・・（１）
そして、計算部７は、設定された焦点距離Ａ１と計算した焦点距離Ａ２をＤＳＰ２の制御部２５に渡す。以降の処理は第１の実施の形態と同じである。

以上のように、本実施の形態では、高音用スピーカアレイ１０６もしくは低音用スピーカアレイ１０７のうちどちらか一方の設定された焦点距離と各スピーカアレイの既知のアレイ長に基づいて、各スピーカアレイの音響ビームの広がり角度が同じになるように、焦点距離が設定されていないスピーカアレイについて焦点距離を計算し、高音用スピーカアレイ１０６と低音用スピーカアレイ１０７の指向性を独立に制御するようにしたので、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、本実施の形態では、焦点距離Ａ１から焦点距離Ａ２を計算しているが、焦点距離Ａ２から焦点距離Ａ１を計算してもよいことは言うまでもない

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態では、音響ビームの広がり角度や焦点距離の代わりに、設計者又はユーザが視聴位置における音響ビームの幅を設定する。本実施の形態においても、アレイスピーカ装置の構成は図１と同様であるので、図１の符号を用いて説明する。図５、図６は、本実施の形態における音響ビームの指向性強さを設定する方法を示す図である。図５は焦点がスピーカユニット１０４，１０５の後方にある場合、図６は焦点がスピーカユニット１０４，１０５の前方にある場合を示している。

設計者又はユーザは、視聴位置Ｕにおける音響ビームの幅Ｅとスピーカから視聴位置Ｕまでの距離Ｄとを設定する。図５のように焦点がスピーカユニット１０４，１０５の後方にある場合、計算部７は、設定された幅Ｅ及び距離Ｄと高音用スピーカアレイ１０６のアレイ長Ｃ１から、高音用スピーカアレイ１０６の焦点距離Ａ１を式（２）のように計算する。
Ａ１＝Ｃ１×Ｄ／（Ｅ−Ｃ１） ・・・（２）
また、焦点がスピーカユニット１０４，１０５の後方にある場合、計算部７は、設定された幅Ｅ及び距離Ｄと低音用スピーカアレイ１０７のアレイ長Ｃ２から、低音用スピーカアレイ１０７の焦点距離Ａ２を式（３）のように計算する。
Ａ２＝Ｃ２×Ｄ／（Ｅ−Ｃ２） ・・・（３）

一方、図６のように焦点がスピーカユニット１０４，１０５の前方にある場合、計算部７は、設定された幅Ｅ及び距離Ｄと高音用スピーカアレイ１０６のアレイ長Ｃ１から、高音用スピーカアレイ１０６の焦点距離Ａ１を式（４）のように計算する。
Ａ１＝Ｃ１×Ｄ／（Ｅ＋Ｃ１） ・・・（４）
また、焦点がスピーカユニット１０４，１０５の前方にある場合、計算部７は、設定された幅Ｅ及び距離Ｄと低音用スピーカアレイ１０７のアレイ長Ｃ２から、低音用スピーカアレイ１０７の焦点距離Ａ２を式（５）のように計算する。
Ａ２＝Ｃ２×Ｄ／（Ｅ＋Ｃ２） ・・・（５）
そして、計算部７は、式（２）と式（３）、又は式（４）と式（５）により計算した焦点距離Ａ１，Ａ２をＤＳＰ２の制御部２５に渡す。以降の処理は第１の実施の形態と同じである。

以上のように、本実施の形態では、外部から設定された、視聴位置における音響ビームの幅と各スピーカアレイの既知のアレイ長に基づいて、高音用スピーカアレイ１０６の焦点距離Ａ１と低音用スピーカアレイ１０７の焦点距離Ａ２を計算して、高音用スピーカアレイ１０６と低音用スピーカアレイ１０７の指向性を独立に制御するようにしたので、高音用スピーカアレイ１０６による音響ビームの幅と低音用スピーカアレイ１０７による音響ビームの幅を視聴位置において同一の値Ｅにすることができ、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

［第４の実施の形態］
第２の実施の形態では、代表値として設定された高音用スピーカアレイ１０６の焦点距離Ａ１から式（１）により低音用スピーカアレイ１０７の焦点距離Ａ２を一義的に決定しているが、この決定に幅を持たせるようにしてもよい。すなわち、計算部７は、式（１）により焦点距離Ａ２を計算すると共に、次式により焦点距離Ａ２を計算する。
Ａ２＝Ｄ／［｛（Ｄ／Ａ１）−１｝×（Ｃ１／Ｃ２）＋１］ ・・・（４）
式（４）において、スピーカから視聴位置Ｕまでの距離ＤはＤ≧Ａ１を満たす。そして、計算部７は、式（１）により求めた値と式（４）により求めた値の範囲内で、低音用スピーカアレイ１０７の焦点距離Ａ２を最終的に決定する。

式（４）において、Ｄ＝Ａ１のとき（視聴位置Ｕと焦点Ｆ１とを一致させるとき）はＡ１＝Ａ２となり、図１１で説明している状態になるが、視聴位置Ｕと焦点とが近い場合は、低音用スピーカアレイ１０７の音響ビームが視聴位置Ｕにおいて広がり過ぎるという問題を回避することができる。また、距離Ｄを無限大にすると、式（１）と式（４）は等しくなる。つまり、距離Ｄの値がＡ１から無限大まで変化すると、焦点距離Ａ２の値はＡ１から（Ｃ２／Ｃ１）×Ａ１まで変化することになる。したがって、式（１）により求めた値と式（４）により求めた値の範囲内で、低音用スピーカアレイ１０７の焦点距離Ａ２を決定するようにしてもよい。

なお、図１に示したＤＳＰ２の構成は内部の処理を模式的に表したもので、図１の構成に限定するものではない。また、ＤＳＰ２の内部で必要に応じて音声信号に対する音場処理を行うようにしてもよい。
また、第１〜第４の実施の形態では、アレイスピーカ装置を２ウェイ化する例を示したが、これに限るものではなく、例えば再生周波数帯域を３つに分割して、高音用スピーカユニットと中音用スピーカユニットと低音用スピーカユニットとをそれぞれ直線状に配置し、アレイスピーカ装置を３ウェイ化してもよいことは言うまでもない。
また、第１〜第４の実施の形態では、帯域毎にスピーカユニットの口径を変えているが、全てのスピーカユニットを同一口径としてもよい。また、第１〜第４の実施の形態では、帯域毎のスピーカユニットを１例ずつ配置しているが、帯域毎のスピーカユニットをそれぞれ複数列配置してもよいことは言うまでもない。

本発明は、アレイスピーカ装置に適用することができる。

本発明の第１の実施の形態のアレイスピーカ装置の回路構成を示すブロック図である。 アレイスピーカ装置の指向性制御の原理を説明するための図である。 図１のアレイスピーカ装置において音響ビームの指向性強さを設定する方法を示す図である。 図１のアレイスピーカ装置において音響ビームの指向性強さを設定する方法を示す図である。 本発明の第３の実施の形態における音響ビームの指向性強さを設定する方法を示す図である。 本発明の第３の実施の形態における音響ビームの指向性強さを設定する方法を示す図である。 従来のアレイスピーカ装置のバッフル板の平面図である。 図７のアレイスピーカ装置において音響ビームの指向性強さを設定する方法を示す図である。 図７のアレイスピーカ装置において音響ビームの指向性強さを設定する方法を示す図である。 マルチウェイ構成のアレイスピーカ装置のバッフル板の平面図である。 図１０のアレイスピーカ装置において音響ビームの指向性強さを設定する方法を示す図である。

符号の説明

１…Ａ／Ｄコンバータ、２…デジタルシグナルプロセッサ、３、４…Ｄ／Ａコンバータ、５、６…アンプ、７…計算部、２１、２２…フィルタ、２３、２４…遅延部、２５…制御部、１０４…高音用スピーカユニット、１０５…低音用スピーカユニット、１０６…高音用スピーカアレイ、１０７…低音用スピーカアレイ、Ｃ１…高音用スピーカアレイのアレイ長、Ｃ２…低音用スピーカアレイのアレイ長、Ａ１…高音用スピーカアレイの焦点距離、Ａ２…低音用スピーカアレイの焦点距離、Ｂ…音響ビームの広がり角度、Ｅ…視聴位置における音響ビームの幅。

Claims (4)

1. 複数のスピーカユニットから構成されるスピーカアレイから音声信号を空間上の焦点に向けて指向性を制御して出力するアレイスピーカ装置において、
   入力音声信号を複数の周波数帯域に分割する分割手段と、
   前記分割された帯域に応じた異なるアレイ長を有する複数のスピーカアレイと、
   外部から設定された音響ビームの広がり角度と各スピーカアレイの既知のアレイ長に基づいて焦点距離を帯域毎に計算する計算手段と、
   前記分割された帯域の音声信号が対応するスピーカアレイから出力され、前記計算された焦点距離だけ離れた空間上の焦点に到達するように、各スピーカユニットを独立に駆動する指向性制御手段とを有し、
   各スピーカアレイの音響ビームの広がり角度が同じになるように前記焦点距離を帯域毎に計算して各スピーカアレイの指向性を制御することを特徴とするアレイスピーカ装置。
2. 複数のスピーカユニットから構成されるスピーカアレイから音声信号を空間上の焦点に向けて指向性を制御して出力するアレイスピーカ装置において、
   入力音声信号を複数の周波数帯域に分割する分割手段と、
   前記分割された帯域に応じた異なるアレイ長を有する複数のスピーカアレイと、
   前記複数のスピーカアレイのうちいずれか１つについて外部から設定された焦点距離と各スピーカアレイの既知のアレイ長に基づいて、各スピーカアレイの音響ビームの広がり角度が同じになるように、前記焦点距離が設定されていないスピーカアレイについて焦点距離を帯域毎に計算する計算手段と、
   前記分割された帯域の音声信号が対応するスピーカアレイから出力され、前記設定又は計算された焦点距離だけ離れた空間上の焦点に到達するように、各スピーカユニットを独立に駆動する指向性制御手段とを有することを特徴とするアレイスピーカ装置。
3. 複数のスピーカユニットから構成されるスピーカアレイから音声信号を空間上の焦点に向けて指向性を制御して出力するアレイスピーカ装置において、
   入力音声信号を複数の周波数帯域に分割する分割手段と、
   前記分割された帯域に応じた異なるアレイ長を有する複数のスピーカアレイと、
   外部から設定された、視聴位置における音響ビームの幅と各スピーカアレイの既知のアレイ長に基づいて焦点距離を帯域毎に計算する計算手段と、
   前記分割された帯域の音声信号が対応するスピーカアレイから出力され、前記計算された焦点距離だけ離れた空間上の焦点に到達するように、各スピーカユニットを独立に駆動する指向性制御手段とを有することを特徴とするアレイスピーカ装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアレイスピーカ装置において、
   前記指向性制御手段は、
   前記分割された帯域の音声信号に対してそれぞれ遅延時間を付加した音声信号をこの帯域に対応するスピーカユニットの数だけ生成することを帯域毎に行う遅延部と、
   前記遅延時間が付加された音声信号をそれぞれ増幅して各スピーカユニットを駆動するアンプと、
   帯域毎の焦点距離に基づいて前記遅延時間をスピーカユニット毎に設定することを帯域毎に行う制御部とを有することを特徴とするアレイスピーカ装置。
   

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