JPH0865787A - アクティブ狭指向性スピーカシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 正相スピーカ１と逆相スピーカ２から放射さ
れた音波が、遮音壁３の先端Ｅ近傍で互いに逆相関係で
干渉し双方の音波の波動エネルギーを効率良く消耗させ
得る関係となるようにすることによって、特に、遮音壁
３で影となる背後への遮音性の高いアクティブ狭指向性
スピーカシステムを得ることを目的とする。 【構成】 正相スピーカ１と、逆相スピーカ２と、遮音
壁３とから成り、前記正相スピーカ１および前記逆相ス
ピーカ２より放射され前記遮音壁３の先端Ｅを回折して
該遮音壁３によって影となる背後に伝搬される双方の音
波の回折波面が互に逆相関係で重なる位置に前記正相ス
ピーカ１、前記逆相スピーカ２、および前記遮音壁３を
設置したことを特徴とするアクティブ狭指向性スピーカ
システム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スピーカ音の拡散を防
止する遮音壁を用いて成るアクティブ狭指向性スピーカ
システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】拡声機による案内放送の音声や、展示会
場などの展示説明用に用いられる視聴覚機器の音声は、
これらの情報を必要とする特定の範囲内にいる人にとっ
ては必要な音であっても、情報を必要としない周囲の人
にとっては不要な騒音となって不快感を与える場合があ
る。

【０００３】また、音声会議や拡声電話機に拡声用スピ
ーカを用いる場合には、特定の範囲内にいる当事者に対
しては、スピーカ音が十分な明瞭度のある音声として聴
取され、特定の範囲外の非当事者に対しては、スピーカ
音が不用意に受聴されて、会話の内容が漏洩してしまう
ことのないようにしたい。

【０００４】会議室や講演会場、あるいはスタジオ等の
スピーカとマイクロホンが同一音場内にある拡声装置
や、受信用スピーカと送話用マイクロホンとの位置の近
い音声会議やテレビ会議等の通信システム、あるいは拡
声電話機などに用いられる拡声装置では、音響帰還ルー
プ利得が１を越えることによってハウリングの発生する
恐れがあるため、十分な拡声出力が得られない場合があ
る。

【０００５】前述のような諸問題に対して、従来より、
音の拡散を制限するためには、指向性スピーカとしてホ
ーンスピーカや平面型スピーカなどが用いられ、また、
ハウリングを防止するためには、指向性のマイクロホン
やイコライザーなどを利用するなどして対策が施されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ホーンスピーカや平面型スピーカによって、低い周波数
帯域まで鋭い指向特性を得るということは難しく、ま
た、上述の指向性マイクロホンやイコライザーを用いた
場合であっても、拡声目的を損なわずに、ハウリングを
発生させる恐れのない十分な大きさの出力を得るという
ことになると、制約が大きく、簡単にはいかない。

【０００７】本発明が解決しようとする課題は、上述の
問題点に鑑み、特に、遮音壁で影となる背後への遮音性
の高い指向特性を有するスピーカシステムを提供するも
のである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、正相スピーカ
１と、逆相スピーカ２と、遮音壁３とから成り、前記正
相スピーカ１および前記逆相スピーカ２より放射され前
記遮音壁３の先端Ｅを回折して該遮音壁３によって影と
なる背後に伝搬される双方の音波の回折波面が互に逆相
関係で重なる位置に前記正相スピーカ１、前記逆相スピ
ーカ２、および前記遮音壁３を設置したものである。

【０００９】それぞれ２組の前記正相スピーカ１、前記
逆相スピーカ２、および前記遮音壁３をそれぞれ対応す
る各部が対称となる位置に配置された第１および第２ア
クティブ狭指向性スピーカシステム１５、１６を１対と
して並べたものである。

【００１０】また、遅相回路１７又は進相回路１８を信
号ラインに挿入することによって、前記正相スピーカ１
および前記逆相スピーカ２から放射される双方の音波の
前記遮音壁３の先端Ｅに於ける位相回転誤差を補正する
と良い。

【００１１】

【作用】正相スピーカ１の音波の発生源から放射された
音波が、微小な時間の経過後に遮音壁３の先端Ｅに到達
し、新たな波源となって遮音壁３で影となる背後へ伝搬
される回折波面と、逆相スピーカ２の音波の発生源から
放射された音波が、微小な時間の経過後に遮音壁３の先
端Ｅに到達し、新たな波源となって遮音壁３で影となる
背後へ伝搬される回折波面とが、互に逆相関係で重なり
合う位置関係となるように、正相スピーカ１、逆相スピ
ーカ２、および遮音壁３が設定されているから、正相ス
ピーカ１から放射された音波と逆相スピーカ２から放射
された音波とが、互いに逆相関係で干渉し合う位置での
双方の音波の波動エネルギーを効率良く消耗させること
ができる。従って、特に、遮音壁３で影となる背後へは
正相スピーカ１より出力された音波がほとんど伝搬され
ない、優れた狭指向性を有するスピーカシステムが得ら
れる。

【００１２】それぞれ２組の正相スピーカ１、逆相スピ
ーカ２、および遮音壁３をそれぞれ対応する各部が対称
となる位置に配置された第１および第２アクティブ狭指
向性スピーカシステム１５、１６を１対として並べたと
き、第１および第２アクティブ狭指向性スピーカシステ
ム１５、１６のそれぞれの遮音壁３を図３のように外側
にして並べると、外側に位置する左右側面へは正相スピ
ーカ１の音波がほとんど伝搬されず、正面中央へは鋭い
指向特性（図７Ｂ）を有するアクティブ狭指向性スピー
カシステムが得られる。逆に、第１および第２アクティ
ブ狭指向性スピーカシステム１５、１６のそれぞれの遮
音壁３を図４のように内側とし、かつ第１および第２ア
クティブ狭指向性スピーカシステム１５、１６の中心軸
を内側に傾斜させて並べると、第１および第２アクティ
ブ狭指向性スピーカシステム１５、１６のそれぞれの遮
音壁３によって挟まれた中央部へは正相スピーカ１の音
波がほとんど伝搬されない、変則的な特性を有するアク
ティブ狭指向性スピーカシステムが得られる。

【００１３】正相スピーカ１、および、逆相スピーカ２
から放射される音波の発生源から遮音壁３の先端Ｅに至
る音波伝搬距離に差があると、位相特性の周波数に対す
る傾斜があるため、周波数が高くなるに従って位相回転
による位相誤差が大きく出ることになり、干渉による波
動エネルギーの低減効率も低下する。そこで、交流信号
の周波数が増大するに従って入力波形に対する出力波形
の位相遅れが増大する波形の出力の得られる遅相回路１
７や、交流信号の周波数が増大するに従って入力波形に
対する出力波形の位相進みが増大する波形の出力の得ら
れる進相回路１８を、正相スピーカ１、又は、逆相スピ
ーカ２の信号ラインに適宜に挿入し、音波伝搬距離の違
いから生ずる位相誤差が少なくなるように補正すること
によって、干渉による波動エネルギーの低減効率を改善
することができる。

【００１４】

【実施例】

実施例１ 本発明によるアクティブ狭指向性スピーカシステムの実
施例１を、図１によって説明する。図１は、本発明によ
る実施例１のアクティブ狭指向性スピーカシステムの動
作を示すブロック図である。図１において、１は正相ス
ピーカ、２は逆相スピーカ、３は遮音壁であり、４は音
声信号の入力端子、５はバンドパスフィルタ、６，７は
位相調整器、８，９はレベル調整器、１０は位相反転
器、１１，１２は電力増幅器、上記５〜１０の点線で囲
まれた部分１３は、信号処理器であり、Ｅは遮音壁３の
先端を示す。

【００１５】正相スピーカ１および逆相スピーカ２は、
周波数特性、周波数に対する位相回転の傾斜などの諸特
性がほぼ等しい同種のスピーカであり、正相スピーカ１
に接して逆相スピーカ２が正相スビーカ１と同一方向に
向けて設置され、更に、逆相スピーカ２に接して遮音壁
３が設置されている。なお、逆相スピーカ２の音波の発
生源より放射された音波が遮音壁３の先端Ｅに達する距
離と、正相スピーカ１の音波の発生源より放射された音
波が、遮音壁３の先端Ｅに達する距離とが等しくなるよ
うにしてある。

【００１６】音声入力端子４はバンドパスフィルタ５に
接続され、バンドパスフィルタ５の出力は、位相調整器
６、レベル調整器８を介して電力増幅器１１に接続され
ると共に、位相調整器７、レベル調整器９、位相反転器
１０を介して電力増幅器１２に接続されている。電力増
幅器１１の出力は正相スピーカ１に、電力増幅器１２の
出力は逆相スピーカ２にそれぞれ接続されている。以上
のように構成された本実施例１のアクティブ狭指向性ス
ピーカシステムにおいて，以下その動作を説明する。

【００１７】入力端子４より入力された音声信号は、バ
ンドパスフィルタ５を通過することによってある帯域の
周波数成分のみの信号成分となり、位相調整器６で位相
調整され、レベル調整器８でレベル調整され、電力増幅
器１１で増幅されて、正相スピーカ１によって空中に音
波となって放射されるが、正相スピーカ１によって放射
された音波は、正面前方へ球面波として伝搬される。正
相スピーカ１によって放射され遮音壁３の先端Ｅ近傍に
向けて伝搬された音波は、遮音壁３の先端Ｅで素元波と
なり、新たな波源となって遮音壁３によって影となる背
後へ回折波として伝搬される。

【００１８】一方、バンドパスフィルタ５を通過した信
号は、位相調整器７にも入力され、位相調整器７で位相
調整され、レベル調整器９でレベル調整され、位相反転
器１０で位相が１８０°回転された後、電力増幅器１２
で増幅され、逆相スピーカ２によって空中に音波を放射
されるが、逆相スピーカ２によって放射された音波は、
正面前方へ球面波として伝搬される。逆相スピーカ２に
よって放射され遮音壁３の先端Ｅ近傍に伝搬された音波
は、遮音壁３の先端Ｅで素元波となり、正相スピーカ１
の回折波として伝搬された音波と位相が１８０°回転さ
れた逆相の新たな音波となって遮音壁３によって影とな
る背後へ回折波として伝搬される。

【００１９】ここで、ある瞬間に入力端子４へ入力され
た音声信号は、正相スピーカ１と逆相スピーカ２とから
同時に音波となって空中に放射され、微小な時間の経過
後に、遮音壁３の先端Ｅでそれぞれ素元波となり、新た
な波元となって回折波として遮音壁３で影となる背後へ
伝搬されるが、このとき、正相スピーカ１による回折波
と逆相スピーカ２による回折波が互いに逆相関係で相互
干渉し、双方の波動エネルギーが効率良く消耗されるよ
うに位相調整器６、７、およびレベル調整器８、９が調
整されているため、双方の音波は遮音壁３の先端Ｅ近傍
で、瞬時に波動エネルギーが失われ、遮音壁３で影とな
る背後へは入力端子４へ入力された音声信号による音波
はほとんど伝搬されない。

【００２０】図２は、複数個の正相スピーカ１が同一方
向に向けて設置されているものであり、図１によるアク
ティブ狭指向性スピーカシステムと同様の動作をする。
複数個の正相スピーカ１は、周波数特性、周波数に対す
る位相回転の傾斜などの諸特性がほぼ等しい同種のスピ
ーカであり、複数個の正相スピーカ１の音波の発生源か
ら放射された音波の遮音壁３の先端Ｅに達する距離が、
それぞれ等しくなるような位置関係に設置されている。

【００２１】実施例２ 図３、および図４によって実施例２を説明する。図３、
および図４は、本発明による実施例２のアクティブ狭指
向性スピーカシステムの動作を示すブロック図である。
図３、および図４において図１と共通の部分は同一符号
を付してある。１４はエンクロージャー、１５，１６
は、第１、および第２のアクティブ狭指向性スピーカシ
ステムである。

【００２２】エンクロージャー１４の一方の壁面を遮音
壁３とし、それぞれ２組の複数個の正相スピーカ１、逆
相スピーカ２、および遮音壁３のそれぞれ対応する各部
の位置が対称となるようにエンクロージャー１４に収納
された第１および第２アクティブ狭指向性スピーカシス
テム１５、１６とを組合わせて１組のアクティブ狭指向
性スピーカシステムとしたものであり、図３は、第１お
よび第２アクティブ狭指向性スピーカシステム１５、１
６のそれぞれの遮音壁３を外側にして並べ、１対とした
ものである。このように設定すると、外側に位置する左
右側面へは複数個の正相スピーカ１の音波はほとんど伝
搬されず、正面中央に鋭い指向特性を有するアクティブ
狭指向性スピーカシステムが得られる。

【００２３】図４は、第１および第２アクティブ狭指向
性スピーカシステム１５、１６のそれぞれの遮音壁３を
外側にし、かつ第１および第２アクティブ狭指向性スピ
ーカシステム１５、１６の中心軸を内側に傾斜させて並
べ、１対としたものである。第１および第２アクティブ
狭指向性スピーカシステム１５、１６のそれぞれの遮音
壁３によって挟まれた中央部へは、複数個の正相スピー
カ１の音波はほとんど伝搬されない特性を有するアクテ
ィブ狭指向性スピーカシステムが得られる。

【００２４】図７Ａは、第１アクティブ狭指向性スピー
カシステム１５単体の指向特性の１例を示す図であり、
図７Ｂは、第１および第２アクティブ狭指向性スピーカ
システム１５、１６のそれぞれの遮音壁３を内側にして
並べ、１対としたアクティブ狭指向性スピーカシステム
図３の指向特性の１例を示す図である。

【００２５】実施例３ 図５、および図６によって実施例３を説明する。図５、
および図６は、本発明による実施例３のアクティブ狭指
向性スピーカシステムの動作を示すブロック図である。
図５、および図６において図１と共通の部分は同一符号
を付してある。１７は遅相回路、１８は進相回路であ
る。

【００２６】正相スピーカ１および逆相スピーカ２は、
周波数特性、周波数に対する位相回転の傾斜などの諸特
性がほぼ等しい同種のスピーカであり、正相スピーカ１
に接して逆相スピーカ２が正相スピーカ１と同一方向に
向けて設置され、更に、逆相スピーカ２に接して遮音壁
３が設置されている。

【００２７】図５において、音声入力端子４は信号処理
器１３に入力され、信号処理器１３の出力は電力増幅器
１１に接続されると共に、遅相回路１７を介して電力増
幅器１２に接続されている。電力増幅器１１の出力は正
相スピーカ１に、電力増幅器１２の出力は逆相スピーカ
２にそれぞれ接続されている。以上のように構成された
本実施例３のアクティブ狭指向性スピーカシステムにお
いて，以下その動作を説明する。

【００２８】入力端子４より入力された音声信号は、信
号処理器１３によって位相調整、およびレベル調整さ
れ、電力増幅器１１で増幅され、正相スピーカ１によっ
て空中に音波となって放射され、正面前方へ向けて球面
波として伝搬される。遮音壁３近傍へ伝搬された音波
は、遮音壁３の先端Ｅで素元波となり、新たな波源とな
って遮音壁３で影となる背後へ回折波として伝搬され
る。

【００２９】一方、信号処理器１３を通過した信号は遅
相回路１７にも入力され、位相が１８０°回転された
後、遅相回路１７によって、交流信号の周波数が増大す
るに従って入力波形に対する出力波形の位相遅れが増大
する波形の出力とされ、電力増幅器１２で増幅されて、
逆相スピーカ２によって、空中に音波が放射され、正面
前方へ向けて球面波として伝搬される。逆相スピーカ２
によって放射され遮音壁３の先端Ｅ近傍に伝搬された音
波は、遮音壁３の先端Ｅで素元波となり、正相スピーカ
１の回折波として伝搬された音波と位相が１８０°回転
された逆相の新たな音波となって遮音壁３によって影と
なる背後へ回折波として伝搬される。

【００３０】正相スピーカ１より放射され、微小な時間
ｔ_１経過後に、遮音壁３の先端Ｅ近傍に達した音波は、
経過した微小な時間ｔ_１分の周波数に対応した位相の回
転された波形の音波となっている。逆相スピーカ２より
放射され、微小な時間ｔ_２経過後に、遮音壁３の先端Ｅ
近傍に達した音波は、正相スピーカ１により放射された
音波と同様に位相回転されるが、ｔ_２＜ｔ_１のため、正
相スピーカ１から放射された音波の方が、周波数に対応
した回転角が大きくなることになるので、遅相回路１７
により、電気的に逆相スピーカ２により放射される音波
の回転角を周波数に対応して遅らせておくことによっ
て、音波の伝搬距離の違いから生ずる正相スピーカ１に
より放射された音波と逆相スピーカ２より放射された音
波の位相回転による誤差を補正している。

【００３１】ある瞬間に入力端子４へ入力された音声信
号は、空中に音波となって放射されるが、遮音壁３の先
端Ｅ近傍に伝搬してきた正相スピーカ１の正相の音波
と、逆相スピーカ２の逆相の音波とは、遮音壁３の近傍
で瞬時に干渉し合うため、双方の音波の波動エネルギー
が効率良く消耗される。

【００３２】図６は、図５によるアクティブ狭指向性ス
ピーカシステムにおける信号処理器１３および電力増幅
器１２間に挿入されている遅相回路１７を取り除き、代
わりに、信号処理器１３および電力増幅器１１間に、交
流信号の周波数が増大するに従って入力波形に対する出
力波形の位相進みが増大する波形の出力の得られる進相
回路１８を挿入したものであって、進相回路１８によ
り、電気的に正相スピーカ１により放射される音波の回
転角を周波数に対応して進ませておくことによって、音
波の伝搬距離の違いから生ずる正相スピーカ１により放
射された音波と逆相スピーカ２より放射された音波の位
相回転による誤差を補正しているものであって、動作は
図５のアクティブ狭指向性スピーカシステムと同様であ
る。

【００３３】

【発明の効果】本発明は、遮音壁３の先端Ｅ近傍におい
て、互いに逆相関係にある音波を干渉させることによっ
て、遮音壁３によって影となる背後へ回り込む回折波の
発生に必要な双方の音波の波動エネルギーを効率良く消
耗させ、回折波の発生、および伝搬を阻止するものであ
る。

【００３４】従って、本発明のアクティブ狭指向性スピ
ーカシステムによれば、特に、遮音壁３によって影とな
る背後へのスピーカ音の遮音性の優れたアクティブ狭指
向性スピーカシステムを得ることができるため、拡声用
スピーカシステム、通信機器用スピーカシステムはもと
より、ハウリング防止用スピーカシステムなどとしても
広く利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の動作を示すブロック図であ
る。

【図２】実施例１の他の動作を示すブロック図である。

【図３】実施例２の動作を示すブロック図である。

【図４】実施例２の他の動作を示すブロック図である。

【図５】実施例３の動作を示すブロック図である。

【図６】実施例３の他の動作を示すブロック図である。

【図７】（Ａ）音圧の１例を極座標で表した図である。 （Ｂ）音圧の他の１例を極座標で表した図である。

【符号の説明】

１ 正相スピーカ ２ 逆相スピーカ ３ 遮音壁 ４ 入力端子 ５ バンドパスフィルタ ６，７ 位相調整器 ８，９ レベル調整器 １０ 位相反転器 １１，１２ 電力増幅器 １３ 信号処理器 １４ エンクロージャー １５，１６ 第１、および第２のアクティブ狭指向性ス
ピーカシステム １７ 遅相回路 １８ 進相回路 Ｅ 遮音壁の先端

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正相スピーカ（１）と、逆相スピーカ
   （２）と、遮音壁（３）とから成り、前記正相スピーカ
   （１）および前記逆相スピーカ（２）より放射され前記
   遮音壁（３）の先端（Ｅ）を回折して該遮音壁（３）に
   よって影となる背後に伝搬される双方の音波の回折波面
   が互に逆相関係で重なる位置に前記正相スピーカ
   （１）、前記逆相スピーカ（２）、および前記遮音壁
   （３）を設置したことを特徴とするアクティブ狭指向性
   スピーカシステム。
2. 【請求項２】 それぞれ２組の前記正相スピーカ
   （１）、前記逆相スピーカ（２）、および前記遮音壁
   （３）をそれぞれ対応する各部が対称となる位置に配置
   した第１および第２アクティブ狭指向性スピーカシステ
   ム（１５）、（１６）を１対として並べたことを特徴と
   する請求項１記載のアクティブ狭指向性スピーカシステ
   ム。
3. 【請求項３】 遅相回路（１７）又は進相回路（１８）
   を信号ラインに挿入することによって、前記正相スピー
   カ（１）および前記逆相スピーカ（２）から放射される
   双方の音波の前記遮音壁（３）の先端（Ｅ）に於ける位
   相回転誤差を補正することを特徴とする請求項１、およ
   び２記載のアクティブ狭指向性スピーカシステム。