JPH09247784A

JPH09247784A - スピーカ装置

Info

Publication number: JPH09247784A
Application number: JP8456196A
Authority: JP
Inventors: Kohei Asada; 宏平浅田; Toru Sasaki; 徹佐々木; Akiyoshi Kimura; 彰良木村; Takeshi Hara; 毅原; Takayuki Mizuuchi; 崇行水内; Kaoru Gyotoku; 薫行徳; Ikue Akiba; 育江秋葉
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-03-13
Filing date: 1996-03-13
Publication date: 1997-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】所望の指向性の実現が容易なスピーカ装置を
提供する。【解決手段】１対のスピーカユニット１３，２３を、
エンクロージャ３０の内部に形成した独立な空間に、そ
れぞれの背面が対向するように配設し、各スピーカユニ
ットには、所定の伝達関数Ｈｆ( ｊω) ，Ｈｂ( ｊω)
のフィルタ１１，２１を通じて、共通の信号源から信号
を供給する。フィルタの伝達関数は、所望の指向性に応
じて、電気的に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、指向性が可変の
スピーカ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、１つのエンクロージャで、指向性
を持つスピーカ装置が存在する。この種のスピーカ装置
では、基本的に、エンクロージャの背面を開放して、ポ
ート（導路）などの音響回路を形成し、かつ、適量の吸
音材を詰めるなどして、所要の抵抗分とイナータンス分
とを調整することにより、所望の指向性を実現してい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のよう
な、抵抗分とイナータンス分との調整には、複雑な音響
設計によって、ポートなどの寸法や吸音材の量を設定す
ると共に、実験を繰り返して、最適値を決定することが
必要であり、設計工数が大きくなるという問題があっ
た。

【０００４】また、比較的長いポート（導路）などの音
響回路により、エンクロージャが大型になると共に、内
部の機械的構造が複雑になって、製造原価が高くなると
いう問題もあった。

【０００５】さらに、エンクロージャの機械的構成に制
約されて、指向性の改変が殆どできないため、汎用性に
欠けるという問題もあった。

【０００６】かかる点に鑑み、この発明の目的は、電気
的処理によって、指向特性を容易に変化させることがで
きる、スピーカ装置を提供するところにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、この発明によるスピーカ装置は、エンクロージャの
内部に仕切られた複数の空間が形成され、前記複数の空
間のそれぞれに、スピーカユニットがそれぞれ配設さ
れ、前記スピーカユニットのそれぞれに共通の音声信号
が供給されると共に、前記スピーカユニットの少なくと
も１つには、前記音声信号が所定特性のフィルタを介し
て供給されるものである。

【０００８】上記の構成のこの発明によれば、前記フィ
ルタの特性を調整することにより、所望の指向特性のス
ピーカ装置を容易に実現することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図６を参照しなが
ら、この発明によるスピーカ装置の実施の形態について
説明する。

【００１０】［第１の実施の形態］この発明の第１の実
施の形態の全体の構成を図１に示し、その要部の構成を
図２および図３に示す。

【００１１】図１において、入力端子Ｔinからの音声信
号が、１対の可変特性のフィルタ１１，２１に共通に供
給され、一方のフィルタ１１の出力が、増幅回路１２を
通じて、スピーカユニット１３に供給されると共に、他
方のフィルタ２１の出力が、増幅回路２２を通じて、ス
ピーカユニット２３に供給される。

【００１２】図２に示すように、この実施の形態では、
１対のスピーカユニット１３，２３が、それぞれの背面
が対向するように、かつ、整列して、エンクロージャ３
０の対向する側面３１，３２に取り付けられると共に、
エンクロージャ３０の中央部に隔壁３３が配設されて、
エンクロージャ３０の内部には、音響的に独立の空間３
４，３５が形成される。これにより、両スピーカユニッ
ト１３，２３は、互いに放射インピーダンスが干渉し合
わず、音響的に、それぞれ独立している。

【００１３】図１の実施の形態の可変特性のフィルタ１
１，２１は、例えば、図３に示すような、デジタル構成
とされる。

【００１４】即ち、図３において、デジタルフィルタ１
００の入力端子１０１からのアナログ音声信号が、Ａ−
Ｄ変換器１０２により、デジタル音声信号に変換され
て、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）１０３に供
給される。このＤＳＰ１０３は、例えばＲＯＭからなる
パラメータ生成回路１０４から供給される所定のパラメ
ータに応じて、Ａ−Ｄ変換器１０２からのデジタル音声
信号をフィルタリング処理し、後述のような、所要のフ
ィルタ特性を付与する。ＤＳＰ１０３の出力は、Ｄ−Ａ
変換器１０５によりアナログ音声信号に戻されて、出力
端子１０６に導出される。

【００１５】次に、図４〜図６をも参照しながら、この
発明の第１の実施の形態の動作原理について説明する。

【００１６】図４において、エンクロージャ３０の中心
を原点とし、スピーカユニット１３，２３の中心軸をＸ
軸とする座標軸を設定する。この実施の形態では、Ｘ軸
の正側にあるスピーカユニット１３を前側とすると共
に、Ｘ軸の負側にあるスピーカユニット２３を後側とす
る。また、座標軸の原点とスピーカユニット１３，２３
の基準面との距離は、それぞれＬであるとする。

【００１７】簡単のために、両スピーカユニット１３，
２３を無指向性の点音源と見なし、各スピーカユニット
１３，２３から球面波が放射されるものとすると、任意
の観測点Ｑ(x,y) の音圧Ｐ( ｊω) は、各スピーカユニ
ット１３，２３からの球面波の音圧の和として求めるこ
とができる。

【００１８】図１のフィルタ１１，２１の特性をそれぞ
れＨｆ( ｊω) ，Ｈｂ( ｊω) とすると共に、増幅回路
１２，２２の利得をそれぞれＧｆ，Ｇｂとするとき、任
意の観測点Ｑ(x,y) の音圧Ｐ( ｊω) は、次の数１のよ
うに表される。

【００１９】

【数１】ここに、ｃは音速である。

【００２０】また、Ｄｆ，Ｄｂは、図４にも示すよう
に、任意の観測点Ｑ(x,y) と、各スピーカユニット１
３，２３との距離であって、次の数２のように表され
る。

【００２１】

【数２】従って、この実施の形態では、Ｘ軸上にあって原点に関
して対称な、前方および後方の観測点Ｑｆ，Ｑｂの音圧
Ｐｆ( ｊω) ，Ｐｂ( ｊω) は、次の数３のように表さ
れる。

【００２２】

【数３】いま、この実施の形態において、正面では周波数特性が
平坦で、背面には音が出ない、理想的な単一指向性を実
現することを考える。この条件では、前方および後方の
観測点Ｑｆ，Ｑｂの音圧が、それぞれ、Ｐｆ( ｊω) ＝１（３ｃ）Ｐｂ( ｊω) ＝０（３ｄ）のように表される。

【００２３】簡単のために、図１の増幅回路１２，２２
の利得をそれぞれ規準化して、Ｇｆ＝Ｇｂ＝１とする。また、原点と各観測点Ｑｆ，Ｑｂとの距離を、
例えば、ａ＝１とすると共に、原点と各スピーカユニット１３，２３の
基準面との距離を、例えば、Ｌ＝０．０５とする。これにより、前出数３に示すような、前方およ
び後方の観測点Ｑｆ，Ｑｂの音圧Ｐｆ( ｊω) ，Ｐｂ(
ｊω) は、次の数４のようになる。

【００２４】

【数４】この数４のフィルタ特性（伝達関数）Ｈｆ( ｊω) ，Ｈ
ｂ( ｊω) の係数を次の数５のように書き換える。

【００２５】

【数５】この書き換えと、前述の所望指向性の条件式（３ｃ），
（３ｄ）とにより、前出数４は、１＝Ｄ２・Ｈｆ＋Ｄ１・Ｈｂ（４ｃ）０＝Ｄ１・Ｈｆ＋Ｄ２・Ｈｂ（４ｄ）のように簡単化される。

【００２６】従って、所望のフィルタの伝達関数Ｈｆ(
ｊω) ，Ｈｂ( ｊω) は、この両式を解くことによって
得られて、次の数６のように表される。なお、Ｈｆ( ｊ
ω) ，Ｈｂ( ｊω) は、それぞれの１行目を比較して容
易に理解できるように、互いに逆位相となる。

【００２７】

【数６】この実施の形態のフィルタ１１，２１は、例えば、前出
図３に示すように、デジタル構成とされて、ＲＯＭ１０
４には、上述のような数６の計算ルーチンの演算結果
が、フィルタの特性のパラメータとして格納される。

【００２８】そして、ＲＯＭ１０４から読み出された所
定のパラメータがＤＳＰ１０３に供給されて、例えば、
１００Ｈｚ，２００Ｈｚの周波数においては、図５Ａ，
Ｂに示すような単一指向性が得られると共に、５００Ｈ
ｚ，１ｋＨｚの周波数においても、図６Ａ，Ｂに示すよ
うな単一指向性が得られて、低域から中高域までの各周
波数において、単一指向性を実現することができる。

【００２９】この単一指向性は、前述の式（３ｃ），
（３ｄ）のような、所望指向性の条件を適宜に設定する
ことにより、例えば、広・狭に切り換えることもでき
る。

【００３０】また、図５，６に示すような指向性とは異
なる、例えば、Ｙ軸方向の「８」字状指向性を実現した
い場合は、この「８」字状指向性に対応する、Ｘ，Ｙ軸
上の４つの観測点の音圧の条件式に基づき、上述と同様
にして、所望のフィルタ特性Ｈｆ( ｊω) ，Ｈｂ( ｊ
ω) を求め、その演算結果を、パラメータとしてＲＯＭ
に格納しておくと、ＲＯＭから所定のパラメータを読み
出して、ＤＳＰに供給することにより、所望の「８」字
状指向性を実現することができる。

【００３１】その他の指向性についても、同様の処理に
よって対応することができて、この実施の形態では、所
定のパラメータを選択することにより、フィルタの周波
数特性を切り換えることができて、所望の指向性を容易
に実現することができる。

【００３２】［第２の実施の形態］次に、図６〜図１０
を参照しながら、この発明の第２の実施の形態について
説明する。

【００３３】前述の第１の実施の形態では、フィルタ１
１，２１をデジタル構成としたが、例えば、図７に示す
ような、公知のパラメトリック・イコライザ形式の、ア
ナログフィルタ２００として構成することもできる。

【００３４】このフィルタ２００は、並列接続された複
数の演算増幅回路２０１ａ，２０１ｂ〜２０１ｎの負帰
還ループ内に、中心周波数とＱとが可変の帯域フィルタ
２０２ａ，２０２ｂ〜２０２ｎをそれぞれ組み込むこと
により実現される。

【００３５】各帯域フィルタ２０２ａ，２０２ｂ〜２０
２ｎは、例えば、図８に示すように構成され、連動可変
抵抗器Ｒ３，Ｒ４により、抵抗値に反比例して、中心周
波数が変化すると共に、可変抵抗器Ｒ２により、抵抗値
に比例して、Ｑが変化する。なお、端子ＴｏＢには帯域
フィルタ出力が現れ、端子ＴｏＬには低域フィルタ出力
が現れる。

【００３６】ちなみに、帯域フィルタの中心周波数ωと
Ｑとは、 ω＝１／Ｃ１・Ｃ２・Ｒ３・Ｒ４Ｑ＝１／２ａ＝｛（Ｒ１‖Ｒ２）＋Ｒ１｝／（Ｒ１‖Ｒ
２）但し、Ｃ１＝Ｃ２およびＲ３＝Ｒ４のように表される。なお、（Ｒ１‖Ｒ２）は、並列抵抗
を示す。

【００３７】そして、任意の中心周波数の近傍におけ
る、パラメトリック・イコライザの特性は、図７の各負
帰還ループ内の可変抵抗器により、例えば、図９に示す
ように、利得が増幅から減衰まで、位相が進みから遅れ
まで、それぞれ比較的大幅に制御される。

【００３８】上述のようなパラメトリック・イコライザ
２００を用いて、フィルタ１３，２３がアナログ構成と
されるとき、前出数６の一方のフィルタ特性Ｈｆ( ｊ
ω) は、例えば、図１０に示すように、低域フィルタお
よび複数の帯域フィルタを組み合わせたような特性とな
る。また、他方のフィルタ特性Ｈｂ( ｊω) も同様の特
性となる。

【００３９】［第３の実施の形態］次に、図１１〜図１
４を参照しながら、この発明の第３の実施の形態につい
て説明する。

【００４０】この発明の第３の実施の形態の構成を図１
１に示す。この図１１において、前出図１に対応する部
分には同一の符号を付ける。

【００４１】図１１において、入力端子Ｔinからの音声
信号が、１対の低域フィルタ１１Ｌ，２１Ｌに共通に供
給され、一方の低域フィルタ１１Ｌの出力が、増幅回路
１２を通じて、スピーカユニット１３に供給されると共
に、他方の低域フィルタ２１Ｌの出力が、増幅回路２２
を通じて、スピーカユニット２３に供給される。

【００４２】この第３の実施の形態では、１対のスピー
カユニット１３，２３が、１対のエンクロージャ３０
Ｆ，３０Ｂにそれぞれ取り付けられると共に、両エンク
ロージャ３０Ｆ，３０Ｂは、それぞれの背面が対向する
ように、かつ、整列して、配設されて、両スピーカユニ
ット１３，２３は、互いに放射インピーダンスが干渉し
合わず、音響的に、それぞれ独立している。

【００４３】前述の実施の形態では、フィルタ１３，２
３が、例えば、パラメトリック・イコライザ形式のアナ
ログ構成とされるとき、前出図１０に示すように、低域
フィルタと複数の帯域フィルタとを組み合わせたような
特性を得たが、第３の実施の形態では、１次の低域フィ
ルタ１１Ｌ，２１Ｌを用いて近似することにより、前出
数６の伝達関数Ｈｆ( ｊω) ，Ｈｂ( ｊω) は、Ｈfa( ｊω) ＝＋5.2 ／〔１＋ｅｘｐ｛0.00279 ｊω｝〕（７ｆ）Ｈba( ｊω) ＝−4.8 ／〔１＋ｅｘｐ｛0.00309 ｊω｝〕（７ｂ）のようになる。

【００４４】一方の低域フィルタ１１Ｌの伝達関数Ｈfa
（ｊω）の利得特性は、図１２に示すようになり、他方
の低域フィルタ１１Ｂの伝達関数Ｈba（ｊω）も同様の
利得特性となる。

【００４５】なお、この第３の実施の形態では、低域フ
ィルタの位相は、位相進みのないものを近似の対象とし
ているので、位相特性の図示は省略する。また、上述の
アナログ低域フィルタとして、ＣＲフィルタを用いても
よい。

【００４６】この第３の実施の形態では、上述の近似に
よって、一般には、単一指向性の実現が困難な低周波数
帯域の、例えば、１００Ｈｚ，２００Ｈｚの周波数にお
いて、図１３Ａ，Ｂに示すように、単一指向性を実現す
ることができる。

【００４７】また、上述の近似が当てはまらない中域
の、例えば、５００Ｈｚ，１ｋＨｚの周波数において
は、図１４Ａ，Ｂに示すように、双指向性となる。な
お、波長の関係で、高域では、干渉によりサイドローブ
が発生して、複雑な指向性となる。

【００４８】一方、中・高域では、スピーカユニット自
体に指向性を付与することができるので、このような中
・高域用のスピーカユニットと、この実施の形態のよう
に、低域で単一指向性を付与されたスピーカ装置とを組
み合わせることにより、低域から高域までの広い周波数
帯域にわたって、指向性を持ったスピーカシステムを実
現することができる。

【００４９】なお、中・高域においては、スピーカユニ
ットの大きさや、スピーカユニット間の距離などを考慮
して、この発明を適用することができる。

【００５０】［第４の実施の形態］上述の各実施の形態
では、それぞれフィルタおよび増幅回路を通じて、１対
のスピーカユニットに信号を供給するようにしたが、図
１５に示すように、１台の増幅回路１２を一方のスピー
カユニット１３に直接に接続すると共に、他方のスピー
カユニット２３と増幅回路１２との間に、フィルタ２１
ｃを介挿することもできる。

【００５１】また、図１６に示すように、１対のスピー
カユニット１３，２３をそれぞれ増幅回路１２，２２に
より駆動すると共に、増幅回路の一方、例えば、増幅回
路２２の前段にのみ、フィルタ２１ｓを介挿するように
してもよい。

【００５２】このいずれの場合も、フィルタの特性を調
整することにより、前述の各実施の形態と同様の、所望
の指向性を容易に実現することができる。

【００５３】上述の各実施の形態では、入力信号がビッ
トストリーム形式のデジタル信号である場合、この信号
を復号するための低域フィルタとして、スピーカシステ
ムに指向性を持たせるための、上述のようなフィルタを
共用することもできる。

【００５４】更に、図１などの実施の形態では、共通の
エンクロージャを、隔壁により、互いに独立の１対の空
間に区分したが、隔壁として、吸音材や適宜の穴を開け
た板を用いることにより、１対のスピーカを適当な音響
インピーダンスで結合して、フィルタの負担を軽減する
こともできる。

【００５５】また、背面のスピーカユニットからの低音
の回り込みを遮るように、エンクロージャの形状を工夫
することによっても、フィルタの負担を軽減することが
できる。

【００５６】そして、上述の各実施の形態では、いずれ
も、１対のスピーカユニットを用いたが、３つ以上のス
ピーカユニットを用い、各ユニットには、それぞれ適宜
のフィルタを通じて信号を供給することにより、更に強
い、もしくは、複雑な指向性を得ることもできる。

【００５７】あるいは、音声信号帯域を複数に分割し、
各分割帯域ごとに、フィルタと複数のスピーカユニット
とを設けて、いわゆる、マルチチャンネルドライブ形式
で、この発明を適用し、空間的に合成することにより、
広い周波数帯域にわたって、指向性の制御が可能なスピ
ーカシステムを実現することもできる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、フィルタの伝達特性を電気的に制御して、所望の各
種指向性を容易に実現することができる。また、小型化
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるスピーカ装置の実施の形態の全
体の構成を示すブロック図である。

【図２】この発明の実施の形態の要部の構成を示す斜視
図である。

【図３】この発明の実施の形態の他の要部の構成を示す
ブロック図である。

【図４】この発明の動作を説明するための平面図であ
る。

【図５】図１の実施の形態の指向特性を示す平面図であ
る。

【図６】図１の実施の形態の指向特性を示す平面図であ
る。

【図７】この発明の他の実施の形態の要部の構成を示す
結線図である。

【図８】図７の実施の形態の要部の構成を示す結線図で
ある。

【図９】この発明の動作を説明するための周波数特性を
示す図である。

【図１０】図７の実施の形態の要部の周波数特性を示す
図である。

【図１１】この発明の他の実施の形態の構成を示すブロ
ック図である。

【図１２】図１１の実施の形態の要部の周波数特性を示
す図である。

【図１３】図１１の実施の形態の指向特性を示す平面図
である。

【図１４】図１１の実施の形態の指向特性を示す平面図
である。

【図１５】この発明の他の実施の形態の構成を示すブロ
ック図である。

【図１６】この発明の他の実施の形態の構成を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１１，１１Ｌ…フィルタ、１３…スピーカユニット、２
１，２１Ｌ，２１ｃ，２１ｓ…フィルタ、２３…スピー
カユニット、３０，３０Ｂ，３０Ｆ…エンクロージャ、
３３…隔壁、１００…デジタルフィルタ、１０３…デジ
タルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、１０４…パラメー
タ生成回路（ＲＯＭ）、２００…アナログフィルタ（パ
ラメトリック・イコライザ）、２０２…帯域フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者原毅東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者水内崇行東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者行徳薫東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者秋葉育江東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンクロージャの内部に仕切られた複数の
空間が形成され、前記複数の空間のそれぞれに、スピーカユニットがそれ
ぞれ配設され、前記スピーカユニットのそれぞれに共通の音声信号が供
給されると共に、前記スピーカユニットの少なくとも１つには、前記音声
信号が所定特性のフィルタを介して供給されるスピーカ
装置。
【請求項２】上記フィルタの特性が電気的に制御可能で
ある請求項１に記載のスピーカ装置。
【請求項３】上記複数の空間に上記それぞれのスピーカ
ユニットが背面を対向させるように配設される請求項１
に記載のスピーカ装置。