WO2004100603A1

WO2004100603A1 - アレースピーカーシステム

Info

Publication number: WO2004100603A1
Application number: PCT/JP2004/006423
Authority: WO
Inventors: Akira Usui; Masao Noro
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2004-05-06
Publication date: 2004-11-18
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Abstract

アレースピーカーシステムは複数のスピーカーユニットにより構成され、夫々について重み付け手段が設けられ、ベッセル関数に基づく重み係数による重み付けが付与される。重み係数が負の値をとるスピーカーユニットについては、高周波数領域での位相が180度回転するオールパスフィルター経由で入力信号が供給される。これにより、低周波数領域の信号について逆相の信号が出力され、以って、音声放射特性の低下を防止するとともに、高周波数領域の信号についての音声放射特性のビーム化や櫛状(COMB)化を防止することができる。

Description

明細書アレースピーカーシステム技術分野

この発明は、複数のスピーカーュニットを 1次元又は 2次元のアレー状に配置して構成したアレースピーカーシステム（array speaker system) に関する。背景技術

従来より、複数のスピーカーを規則正しく並べて音声を再生出力するアレースピーカーシステムが知られている。このアレースピーカーシステムでは、 .複数個のスピーカーを使用する弊害として、例えば、再生される音声周波数が高くなるにつれてその音声の放射特性に所謂ビーム化や櫛状化（即ち、櫛歯状に音声が拡散する状態）が現れ、それが周波数によって変動し、音声の放射中心以外では高音が聴取困難となったり、或いは、聴取場所により周波数特性が激しく変動するというような現象が発生する。

図 1 3 A乃至図 1 3 Eは、 1 5個のスピーカーユニットを 2. 5 c m間隔で直線状に縦に並べ、各スピーカーュニットから同位相で音声を放射したときの放射特性に対するシミュレーション結果を示すものである。即ち，図 1 3A乃至図 1 3 Eは夫々 50 OH z、 1000Hz、 5000Hz、 10 kHz、及び 15 kH zの音声周波数を所定のスピーカー設置場所から発生した際の、所定の水平断面及び垂直断面における音声放射特性、並びに、当該スピーカーシステムの前面から距離 2mの投影面における音声放射特性（即ち、音圧分布）を示している。ここで、黒い部分に比べて白い部分程音圧が高いことを示している。

上記の図面に示すように、数 kHz以上の音声周波数において、音声放射特性のビーム化や櫛状（COMB) 化が顕著に発生している。

このような現象を回避する手法として、規則正しく並べたスピーカ一列に第 1種ベッセル関数（Bessel function) に基づく係数列で重み付けを行うことにより、音声放射特性を球面状にするベッセルアレーという手法が知られている。例えば、特公平 1一 25480号は簡略化されたベッセルアレーを開示している。

図 14は、ベッセルアレーを適用したアレースピーカーシステムの要部を示す回路図である。図 14に示したアレースピーカーシステムは、 1 5個のスピ一力一ユニットを有しており、符合 1 1— 1〜1 1一 1 5は所定の間隔 d (例えば、 d = 2. 5 cm) をもって直線状に配列された 15個のスピーカーユエットを示し、符合 12—：！〜 12— 1 5は夫々対応するスピーカーュニット 1 1一 1〜 1 1一 1 5に供給される'信号に対して重み係数 C 1〜C 1 5を付加する重み付け手段を示す。重み付け手段 12_1〜12— 15と夫々対応するスピーカーュニット 1 1一 1〜1 1ー15との間には通常パワーアンプが挿入されているが、本明細書においてそれらの図示を省略している。また、重み付け手段 12_ 1〜1 2— 1 5として、重み係数に対応するゲインを有する増幅器等を用いることができる。

ここで、重み係数 C 1〜C 1 5は、次式で定義される第 1種ベッセル関数により導き出される。

" 2J !Γ(" + +1)

この例のように 1 5個のスピーカーユニットを使用する場合、上記の式による J— ₇ (X) 〜J ₇ (x) の値が使用される。ここで、 x = 6. 0とした場合、 15個のスピーカーュニットに対する重み係数 C 1〜C 1 5は以下のように算出される。

C 1 = J _₇ (6) =—0. 1 296

C2 = J_₆ (6) = 0. 2458

C 3 = J— ₅ (6) =- 0. 3621

C4 = J_₄ (6) = 0. 3576

C 5 = J (6) =-0. 1 148 C 6 = J _₂ (6) =ー 0. 2429

C 7 = J__x (6) = 0. 2767

C8 = J。（6) = 0. 1 506

C 9 = J ! (6) =—0. 2767

C 10 = J a (6) =- 0. 2429

C 1 1 = J 3 (6) = 0. 1 148

C 1 2 = J ₄ (6) = 0. 3576

C 13 = J 5 (6) = 0. 3621

C 14 = J ₆ (6) = 0. 2458 .

C 1 5 = J ₇ (6) = 0. 1 296

図 15 A乃至図 1 5Eは、スピーカーュニット 1 1ー1〜1 1—15を第 1 種ベッセル関数に基づく重み係数 C 1〜C 15を付加して駆動したときの音声放射特性のシミュレーション結果を示しており、夫々、 500Hz、 1000 Hz、 5000Hz、 1 0 kHz，及び 15 k H zの音声周波数を所定のスピ一力設置場所で発生した際の所定の水平断面及び垂直断面における音声放射特性、並びに、当該スピーカーシステムの前面から距離 2mの投影面における音声放射特性を示している。

前記の図 1 3 A乃至図 1 3 Eと比較すると、図 1 5 A乃至図 1 5 Eに示すよ ' うに、ベッセルァレーでは音声放射特性のビーム化や櫛状化は見うけられず、前記のような球面状の音声放射特性が実現される。このように、各スピーカーュ-ットをベッセル関数に基づく重み係数で重み付けして駆動することは、音声放射特性のビーム化及び櫛状化を防止する上で有効な手段である。

し力し、ベッセル関数に基づく重み係数列 C 1一 C 15には負の値をとるものも含まれているため、低周波数領域における音声放射特性が悪化し、このため、低音再生が困難となってしまう。このような現象は、複数のスピーカーュニットが共通エンクロージャー或いはバスレフ形の共通ェンクロージャ一に取りつけられたアレースピーカーシステムにおいては特に悪い結果をもたらす。上記の事情を鑑み、本発明では、低周波数領域から高周波数領域の広範囲において音声放射特性のビーム化や櫛状化を防止しつつ、効率良く音声放射を行うことができるアレースピーカーシステムを提供することを目的とする。発明の開示

この発明のアレースピーカーシステムは、複数のスピーカーュニットを配列して構成されており、低周波数領域の信号に対しては全スピーカーュニットを同相で駆動し、高周波数領域の信号に対しては各スピーカーュニットをべッセル関数に基づく重み係数による重み付けを付与して駆動するようにしている。或いは、低周波数領域の信号に対しては全スピーカーュニットを同相かつ同等のゲインで駆動してもよい。

また、高周波数領域'において位相が 1 8 0 ° 回転するよう設定されたオールパスフィルターを配置し、ベッセル関数に基づく重み係数が負の値をとるスピ一力一ュニットについてはオールパスフィルターを経由した信号に対して重み係数の絶対値による重み付けを付与して駆動し、一方、ベッセル関数に基づく重み係数が負の値をとらないスピーカーュニットについては、オールパスフィルターを経由することなくその重み係数による重み付けを付与して駆動する。更に、この発明によるアレースピーカーシステムにおいて、高周波数領域において位相が 1 8 0 ° 回転するよう設定されたオールパスフィルターと、べッセル関数に基づく重み係数が負の値をとるスピーカーュニットに対して夫々接続され、オールパスフィルター経由の信号を入力して、その高周波数領域の信号成分に対して重み係数の絶対値に相当するゲイン特性を付与する手段と、ベッセル関数に基づく重み係数が負の値をとらないスピーカーュニットに対して夫々接続され、高周波数領域の信号成分に対して重み係数に対応するゲイン特性を付与する手段とを設けている。

上記のオールパスフィルタ一は、複数のスピーカーュニットの配列幅に相当する波長に対応する周波数の近傍において、その位相回転量が 9 0 ° になるよう設定してもよい。

更に、この発明のアレースピーカーシステムにおいて、入力信号を低周波数領域の信号成分と高周波数領域の信号成分とに分割するフィルター手段と、各スピーカーュニットに接続され、高周波数領域の信号成分に対してベッセル関数に基づく重み係数による重み付けを付与する重み付け手段と、各スピーカーュニットに接続され、低周波数領域の信号成分と対応する重み付け手段によりベッセル関数に基づく重み係数による重み付けが付与された高周波数領域の信号成分とを加算し、その加算結果を各スピーカーュニットに出力する加算手段とを設けている。

尚、この発明によるアレースピーカーシステムにおいて、複数のスピーカーュニットは例えば共通のエンクロージャー又はバスレフ形の共通ェンクロージヤーに取り付けられている。図面の簡単な説明

図 1は、この発明の第 1実施例によるアレースピーカーシステムの要部を示す回路図である。

図 2 Aは、図 1に示すオールパスフィルターの構成例を示す。

図 2 Bは、オールパスフィルターの位相特性を示す。

図 3 A は、第 1実施例によるアレースピーカシステムにおいて 5 0 0 Hz の音声周波数を発生した場合の音声放射特性を示す。

図 3 B は、第 1実施例によるアレースピーカシステムにおいて 1 0 0 0 Hz の音声周波数を発生した場合の音声放射特性を示す。

図 3 C は、第 1実施例によるアレースピーカシステムにおいて 5 0 0 0 Hz の音声周波数を発生した場合の音声放射特性を示す。

図 3 Dは、第 1実施例によるアレースピーカシステムにおいて 1 0 kHzの音声周波数を発生した場合の音声放射特性を示す。

図 3 Eは、第 1実施例によるアレースピーカシステムにおいて 1 5 kHzの音声周波数を発生した場合の音声放射特性を示す。

図 4 Aは、 I I Rディジタル ·オールパスフィルターの構成例を示す。

図 4 Bは、 I I Rディジタル ·オールパスフィルターの位相特性を示す。図 5は、この発明の第 2実施例によるアレースピーカーシステムの要部を示す回路図である。

図 6 Aは、所定のスピーカーュニットに接続されるアンプの構成例を示す。図 6 Bは、所定のスピーカーュニットに接続されるシェルビングタイプのハィパスフィルターの構成例を示す。

図 6 Cは、所定のスピーカーュニットに接続されるシェルビングタイプのハィカットフィルターの構成例を示す。

図 7は、図 6 A乃至図 6 Cに示すように構成された回路のゲイン特性を示す。図 8 Aは、この発明の第 3実施例に係るアレースピーカーシステムにおいて各スピーカーユエットに接続されるブイルターの回路構成例を示す。

図 8 Bは、図 8 Aに示すフィルターのゲイン特性を示す。

図 8 Cは、図 8 Aに示すフィルターの位相特性を示す。

図 9 Aは、上記フィルターの他の回路構成例を示す。

図 9 Bは、図 9 Aに示すフィルターのゲイン特性を示す。

図 9 Cは、図 9 Aに示すフィルターの位相特性を示す。

図 1 0は、この発明の第 3実施例に係るアレースピーカーシステムの要部を示す回路図である。

図 1 1 Aは、各スピーカーュニットのゲインを「1」に設定し、 9 0 0 Hz の音声周波数を発生した場合の音声放射特性を示す。

図 1 1 Bは、各スピーカーュュットのゲインを「1」に設定し、 1 0 0 0 Hz の音声周波数を発生した場合の音声放射特性を示す。

図 1 1 Cは、各スピーカーュ-ットのゲインを「1」に設定し、 1 2 0 0 Hz の音声周波数を発生した場合の音声放射特性を示す。

図 1 1 Dは、各スピーカーュニットのゲインを「1」に設定し、 1 5 0 0 kHz の音声周波数を発生した場合の音声放射特性を示す。

図 1 2は、この発明の第 4実施例に係るアレースピーカーシステムの要部を示す回路図である。

図 1 3 A は、従来のアレースピーカシステムにおいて 5 0 0 Hz の音声周波数を発生した場合の音声放射特性を示す。

図 1 3 B は、従来のアレースピーカシステムにおいて 1 0 0 0 Hzの音声周波数を発生した場合の音声放射特性を示す。

図 1 3 C は、従来のアレースピーカシステムにおいて 5 0 0 0 Hzの音声周波数を発生した場合の音声放射特性を示す。

図 1 3 Dは、従来のアレースピーカシステムにおいて 1 0 kHzの音声周波数を発生した場合の音声放射特性を示す。

図 1 3 Eは、従来のアレースピーカシステムにおいて 1 5 kHzの音声周波数を発生した場合の音声放射特性を示す。

図 1 4は、ベッセルアレーが適用されたアレースピーカーシステムの要部を示す回路図である。

図 1 5 Aは、ベッセルアレーが適用されたアレースピーカシステムにおいて 5 0 0 Hzの音声周波数を発生した場合の音声放射特性を示す。

図 1 5 Bは、ベッセルアレーが適用されたアレースピーカシステムにおいて 1 0 0 0 Hzの音声周波数を発生した場合の音声放射特性を示す。

図 1 5 Cは、ベッセルアレーが適用されたアレースピーカシステムにおいて 5 0 0 0 Hzの音声周波数を発生した場合の音声放射特性を示す。

図 1 5 Dは、ベッセルアレーが適用されたアレースピーカシステムにおいて 1 0 kHzの音声周波数を発生した場合の音声放射特性を示す。

図 1 5 Eは、ベッセルアレーが適用されたアレースピーカシステムにおいて 1 5 kHzの音声周波数を発生した場合の音声放射特性を示す。発明を実施するための最良の形態

この発明の好適な実施例について添付図面を参照して詳細に説明する。先ず、この発明のアレースピーカーシステムの基本的な原理について説明する。

前記図 1 3 A乃至図 1 3 Eに示した音声放射特性に示すように、アレースピ一カーシステムを構成する全スピー力一ユニットから同位相で所定音声周波数の音声を放射した際、ベッセル関数に基づく重み係数による重み付けを付与しなくても、低周波数領域（即ち，図 1 3 A及び図 1 3 Bに示す 1 k Hz以下の場合）では、音声放射特性のビーム化や櫛状化は見うけられない。そこで、この発明においては、音声放射特性のビーム化や櫛状化が問題とならない低周波数領域では、各スピーカーュニットを正相で駆動することにより音声放射特性低下を防止し、音声放射特性のビーム化や櫛状化は発生する高周波数領域については、ベッセル関数に基づく重み係数による重み付けを付与して各スピーカーユニットを駆動する。これにより、低周波数領域から高周波数領域に至るまでの広範囲の周波数領域において音声放射特性のビーム化や櫛状化を防止しつつ、効率良く音声放射を行うことができる。

以下、低周波数領域ではスピーカーユニットを正相で駆動し、高周波数領域においてはベッセル関数に基づく重み係数を付与してスピーカーュニットを駆動するようにしたこの発明に係るアレースピーカーシステムの実施例について説明する。

図 1は、この発明に係るアレースピーカーシステムの第 1実施例の要部を示す回路図である。本実施例では、従来例と同様に 1 5個のスピーカーユニットによりアレースピーカーシステムを構成し、また、ベッセル関数に基づく重み係数を前述の C 1〜C 1 5と同様に設定している。しかし、この発明は上記の構成に限定されるものではなく、複数個（例えば、 5個以上）のスピーカーュニットを有するアレースピーカーシステムについても同様に適用することができ、また、重み係数についても前記の C 1〜C 1 5以外の他の値をとるようにしてもよレ、。

また、本実施例では、各スピーカーユニットを低周波数領域では正相で駆動し。高周波数領域ではベッセル関数に基づく重み係数により重み付けを付与して駆動している。このため、本実施例では、高周波数領域になると位相が 1 8 0 ° 変化するオールパスフィルターを用いている。

図 1において、符合 1ー 1〜1ー 1 5は所定間隔 d (例えば、 d = 2 . 5 c m) をもって配列された 1 5個のスピーカーユニットを示し、符合 2— :！〜 2 g

一 15は夫々対応するスピーカーュニット 1一 1〜1一 15に供給される信号に対して第 1種ベッセル関数に基づく重み係数による重み付けを付与する重み付け手段を示している。これらは、図 14に示す符合 1 1一 1〜1 1一 15及び符合 12— 1〜12— 15に相当している。但し、図 14と異なり、図 1では重み付け手段 2— 1〜2_ 15に付与される重み係数は絶対値で記述されている。即ち、図 14に示すアレースピーカーシステムでは、重み係数 C l， C 3, C 5, C 6、 C 9及び C 10については負の値が設定されていたが、図 1 に示すアレースピーカーシステムでは、重み付け手段 2— 1、 2— 3、 2— 5、 2— 6、 2— 9及び 2— 10については、夫々所定の絶対値による重み係数 C

1一、 C 3 '、 C 5 '、 C6 '、 C 9 '及ぴ C 10 'が付与されている。

符合 3は、その振幅特性が全周波数領域に亙り平坦であり、その位相特性が低周波数領域では位相回転 0° となり、高周波数領域では 180° 変化して逆相となるように設定されたオールパスフィルターを示す。

図 2 Aはオールパスフィルターの一構成例を示し、図 2 Bはその位相特性を示す。図 2 Bに示すように、オールパスフィルター 3は、低周波数領域では位相回転量が 0° であり、周波数が高くなるにつれて位相回転量が徐々に増大し、約 700 H zで位相回転量が 90° となり、また、 1 0 kHz以上の高周波数領域では位相回転量が 1 80° となるような位相特性を有している。

図 1において、信号入力端子に与えられる入力信号は、前記ベッセル関数に基づく重み係数が正の値をとる重み付け手段 2— 2、 2— 4、 2— 7、 2— 8、

2— 1 1、 2— 12、 2— 1 3、 2— 14及び 2— 1 5に対しては直接入力され、一方、他の重み付け手段 2— 1、 2— 3、 2— 5、 2— 6、 2— 9及び 2 一 10に対してはオールパスフィルター 3を経由して入力信号が供給される。このようにして供給される入力信号は、重み付け手段 2—：!〜 2— 15において個別の重み係数による重み付けが付与されてスピーカーュ-ット 1— 1〜1 一 15に出力される。

即ち、ベッセル関数に基づく重み係数が正の値をとるスピーカーュニット 1 —2、 1—4、 1— 7、 1— 8、及び 1—1 1〜：！一 1 5に対しては夫々の重み付け手段において対応する重み係数が付与された信号が供給される。また、ベッセル関数に基づく重み係数が負の値をとるスピーカーュニット 1一 1、 1 一 3、 1— 5、 1— 6、 1一 9及び 1一 10において、オールパスフィルター 3による位相回転量が 90° を超えない低周波数領域の信号に対してはべッセル関数に基づく重み係数が正の値をとるスピーカーュニットに付与される重み付けと同相（即ち、同極性）の重み付けが付与される。一方、オールパスフィルター 3による位相回転量が 90° を超える高周波数領域においては、べッセル関数に基づく重み係数が正の値をとるスピーカーュニットに付与される重み付けと逆相（即ち、逆極性）の重み付けが付与される。

つまり、高周波数領域においては、ベッセル関数に基づく重み係数が負の値をとるスピーカーュ-ットに対して負の重み係数が付与されることとなり、これにより、ベッセル関数に基づく重み係数が有効に作用することとなる。一方、低周波数領域においては、その対応するスピーカーュニットに対して同相の信号が供給されることとなり、従って、低音が十分な振幅で再生されることとなる。

図 3A乃至図 3Eは、本実施例における音声放射特性のシミュレーション結果を示しており、夫々、 500Hz、 1000Hz、 5000Hz、 10 kH z, 及び 15 kHzの音声周波数を所定のスピーカ設置場所で発生した際の所定の水平断面及ぴ垂直断面における音声放射特性、並びに、当該スピーカーシステムの前面から距離 2mの投影面における音声放射特性を示している。

前記の図 13A乃至図 13 Eに示した音声放射特性と比較すると、図 3A乃至図 3 Eに示すように、本実施例では音声放射特性のビーム化や櫛状化を十分に防止することができる。

尚、オールパスフィルター 3を図 2 Aに示すようなアナログフィルターで構成する必要は無く、その前後に AZDコンパータ及び DZAコンバータを有するデジタルフィルターで構成するようにしてもよい。

例えば、図 2 Aに示したアナログ ·オールパスフィルター 3の伝達関数を l + CRS

とした場合、これを 2

( Ζ—

T*

1 + ¹ とする双 1次変換により ζ領域へ変換すると、

(T-2CR) + (T + 2CR)Z-¹

{T + 2CR) + (T -2CR)Z~

となる。ここで、 C=0. 047 μ F, R=4. 7 k Ω, サンプリング周波数 f s =48 kH zとすると、

—— 420 * 10—¹ + (460 * 10— ¹ )Z^_1

460*10— 420*10— Z—¹

となる。

このデジタルフィルタ一は、図 4 Aに示す I I R (Infinite Impulse Response) フィルタ一により構成することができ、これは、図 4 Bに示す位相特性を有している。

上述したように、ベッセル関数に基づく重み係数は各スピーカーュエツトで異なっており、例えば、図 14に示す重み係数 C 1~C 15の場合、絶対値が最大である C 3=— 0. 3621に比べて絶対値が最小である C 5 =— 0. 1 148では約 3. 15倍ゲインァが異なっている。このため、ベッセル関数に基づく重み係数による重み付けが必要無い低周波数領域の音声変換効率も低下することとなる。

このような不具合を解消すべく構成されたこの発明の第 2実施例について図 5、図 6 A乃至図 6 C, 及ぴ図 7を参照して説明する。

第 2実施例では、重み付け手段として、低周波数領域においては同じゲインを有し、高周波数領域についてはベッセル関数に基づく重み係数に対応したゲインを有するようなフィルターを用いる。即ち、基準となるスピーカーュニットを定め、その基準スピーカーュニットについては平坦なゲイン特性を付与する。また、他のスピーカーユニットについては、低周波数領域でのゲインは基準スピーカーュニットと同等のゲインとし、高周波数領域では基準スピーカーュニットの重み係数と各スピーカーュニットの重み係数との比に対応するようなゲイン特性を有するフィルターを重み付け手段として使用する。尚、前記の第 1実施例と同様に、ベッセル関数に基づく重み係数が負の値をとるスピー力一ュ-ットについては、オールパスフィルター 3の出力が直接供給される。図 5において、符合 1一 1〜 1一 1 5はスピーカーユニットを示し、符合 3 はオールパスフィルターを示し、符合 4 _：!〜 4一 1 5はスピーカーュニット 1 - 1 - 1 - 1 5に対して所定の重み付けを付与する回路を示す。この第 2実施例では、スピーカーユニット 1一 1 (重み係数〇 1 , = 0 . 1 2 9 6 ) を基準スピーカーユニットとしている。尚，重み係数 C 1 5 = C 1 ,であるため、スピーカーュニット 1一 1 5も基準スピーカーュニットに相当する。従って、これらの基準スピーカーュニット 1— 1及ぴ 1— 1 5には平坦な周波数特性を有するアンプ 4 _ 1及び 4— 1 5が夫々接続される。

また、スピーカーュ-ット 1— 2〜1ー4、 1一 6〜： 1— 1 0、及び 1一 1 2〜1 _ 1 4に付与される重み係数の絶対値は前記の基準スピーカーュエツトに付与される重み係数の絶対値 0 . 1 2 9 6よりも大きいので、それらには所謂シェルビングタイプ (shelving type) ハイノスフイノレター 4一 2〜 4一 4、 4— 6〜4ー 1 0、及び 4一 1 2〜4— 1 4が接続される。このハイパスブイルターは、低周波数領域では平坦なゲイン特性を有し、高周波数領域では基準重み係数 C I ( C 1 5 ) と該当するスピーカーユニットに付与される重み係数との比に対応して上昇するゲイン特性を有している。

他のスピーカーュ-ット 1一 5及び 1一 1 1に付与される重み係数の絶対値はいずれも 0 . 1 1 4 8であり、基準重み係数 0 . 1 2 9 6よりも小さいため、それらには低周波数領域では平坦なゲイン特性を有し、高周波数領域では該当する重み係数と基準重み係数 C 1との比に対応して減少するゲイン特性を有するシェルビングタイプのハイカットフィルタ一が接続される。図 6 Aは、前記アンプ 4一 1及ぴ 4— 15の構成例を示す。また、図 6 Bは、前記ハイパスフィルター 4一 2〜4— 4、 4— 6〜4一 10、及ぴ 4—12〜 4—14の構成例を示す。更に、図 6Cは、前記ハイカットフィルター 4一 5 及ぴ 4 -11の構成例を示す。

図 6 A乃至図 6 Cに示す各回路において、直流ゲイン（即ち、低周波数領域におけるゲイン）は抵抗 R2と R1の比（R2ZR1) により決定されており、また、符合 4 _ 1〜4一 15に示す各回路において、抵抗 R 1及ぴ R 2には夫々同じ値が用いられる。従って、各スピーカーユニット 1一 1〜1一 15に供給される信号の低周波数領域でのゲインは同一となる。具体的には、 R 1-33 k Ω , R 2 = 4 7 k Qに設定されており、従って、直流ゲインは 201og(47/33)=3.07 dBとなる。

図 6 B及び図 6 Cに示すハイパスフィルター及びハイカツトフィルターの夫々において、高周波数領域でのゲインは該当する重み係数の絶対値と基準重み係数（ 0. 1296) との比に対応すべく、抵抗 R 3とコンデンサ Cの値が夫々選択される。

例えば、ハイパスフィルター 4一 2については、重み係数 C 2 = 0. 245 8であるため、その高周波数領域におけるゲインが基準スピーカーュニット 1 一 1に接続されるアンプ 4— 1のゲインに対して 201og(0.2458/0.1296)=5.56 dBだけ高い値となるよう、即ち、 3.07+5.56=8.63 dBとなるように回路定数が設定される（即ち、 R3 = 36 kQ、 C= 3300 p F)₀ ハイパスフィルター 4 ― 3 については、高周波数領域におけるゲインが 201og(0.3621/0.1296)+3.07=12.0 dBとなるように回路定娄女が設定される（即ち、 R 3 = 18 k Ω, C= 5600 p F)₀ 同様に、ハイパスフィルター 4— 4については、ゲインが 201og(0.3576/0.1296)+3.07=11.9 dBとなり、これはハイパスフィルター 4一 3のゲインと略等しいため、同等の回路定数が設定される（R 3 = 18 k Ω, C= 5600 p F)。同様の計算により、ハイパスフィルター 4 一 6では R3 = 36 kQ、 C=3300 p F、ハイパスフィルター 4— 7では R 3 = 30 k Ω_Ν C=3900 p F、ハイパスフイノレター 4— 8では R 3 = 2 _L4

20 k Ω, C=1000 p F ハイパスフイノレター 4一 9では R 3 = 30 k Ω、 C=3900 p F、ハイパスフィルター 4一 10では R3 = 36 kQ、 C= 3 300 pF、ハイパスフィルター 4一 12では R 3 = 18 k Ω、 C= 5600 p F、ハイパスフィルター 4— 13では R 3 = 18 k Ω、 C= 5600 ρ F ハイパスフィルター 4— 14では R 3 = 36 k Ω, C=3300 p Fとなる。更に、ハイカットフィルター 4一 5及ぴ 4—11については、重み係数の絶対値が共に 0. 1148であり、高周波数領域でのゲインが基準スピーカーュニット 1 ― 1 に接続されたアンプ 4 一 1 のゲインに対して 201og(0.1148/10.1296)=—1.05dBの差を有する値、即ち、 3. 07-1. 05 =2. 02 d Bとなるように図 6 Cに示す回路定数が設定される（即ち、 R3 = 360 k Ω, C = 470 p F)₀

図 7は、上記のように設定された符合 4—：!〜 4一 15に示す回路のゲイン特性を示している。図 7に示すように、各回路における低周波数領域でのゲインは同一かつ平坦であり、高周波数領域におけるゲインは該当する重み係数に対応して変化している。

上記のように、第 2実施例では、音声放射特性のビーム化や櫛状化が問題とならない低周波数領域においては、各スピーカーュニットに対して同相かつ同等のゲインが付与された信号が供給され、周波数が高くなるにつれてベッセル関数に基づく重み付けが付与された信号が供給される。従って、本実施例では、低音における音声放射効率の低下を完全に防止することができるとともに、音声放射特性のビーム化や櫛状化を防止することができる。

尚、上記の実施例においては、スピーカーュ-ット 1— 1を基準スピーカーユニットとして選択したが、この発明を上記実施例に限定する必要はなく、任意のスピーカーュニットを基準スピーカーュニットとして選択することができる。また、前記のハイパスフィルターやハイカットフィルターをアナログフィルタではなく、デジタルフィルターで構成することもできる。

図 5、図 6 A乃至図 6 C、及び図 7に示した第 2実施例と同様に、低周波数領域でのゲインを同等とし、また、高周波数領域においてはベッセル関数に基づく重み係数による重み付けを付与するように構成されたこの発明の第 3実施例について図 8 A乃至図 8 C、図 9 A乃至図 9 C, 及び図 10を参照して説明する。

第 3実施例は、図 2に示す前記オールパスフィルター 3においてォペアンプの出力端子と反転入力端子との間に接続されている帰還抵抗を他の抵抗と異なる値に設定することにより、ゲインに所望の周波数特性を付与するようにしている。即ち、ベッセル関数に基づく重み係数が負の値をとるフィルターを重み付け回路としてスピーカーュニットに接続することにより、ベッセル関数に基づく重み係数が負の値をとるスピーカーュュットに対して共通に設けられた前記オールパスフィルター 3を省略するようにしている。

図 8 Aは、上記のフィルターの回路構成例を示す。

前述の重み係数 C 1〜C 1 5において、その絶対値が最大（即ち、 0. 36 21) となる重み係数 C 3及び C 1 3を基準として選択し、これを「1」に正規化する。例えば、 C 5=_0. 1 148は、その絶対値が ¾1ノ 3. 1 5 (= 0. 1 148/0. 3621) と表されるので、該当するスピーカーユニット 1—5に対して供給される信号に付与されるゲインは他のスピーカーュニット 1—3のゲインに対して 201og(l/3.15)=— 9.97 dBの差を有するように調整 έ れる。

図 8 Αに示したフィルターの伝達関数は、

1-CR2S

1 + CRIS

となり、ここで回路定数を C=0. 1 F、 R 1 =4. 7 k R2= 1. 5 に設定すると、図 8 Bに示すゲイン特性、及び図 8 Cに示す位相特性を具現化することができる。即ち、直流ゲインが 0 dBであり、高周波数領域において一 9.97dBとなるようなゲイン特性と、低周波数領域での位相回転が 0° であり、高周波数領域において 180° 位相回転するような位相特性を提示することができる。

尚、その他のスピーカーュニットに接続されたフィルターの重み係数についても上記と同様に夫々のゲイン特性に対応して所定の回路定数を決定することができる。

また、正の値をとる重み係数が付与されるスピーカーュニットについては、その重み係数と前記の基準重み係数との比に応じたゲイン特性を有するフィルターを用いればよく、このフィルタ一は例えば図 9 Aに示す回路により実現することができる。

例えば、重み係数 C 1 1 = 0. 1 148に対応するフィルターの場合、図 9 Aの左側のフィルター回路部分の伝達関数は、

H(S). 一^{1 2}

_Rl*(l + CR3S)

l + (CR2 + CR3)S となり、ここで、回路定数を R l=4. 7 k Ω_Ν R 2 = 4. 7 k Ω, R3 = 2. 7 k Ω, C=0. l ^uFに設定すると、図 9 Bに示すゲイン特性及び図 9 Cに示す位相特性を具現化することができる。即ち、直流ゲインが 0 dBであり、周波数が高くなるにつれて一 9. 97 dBとなるようなゲイン特性を実現することができる。また、図 9Cに示す位相特性では、位相は最大で約 30° 回転するが、このような位相回転は位相特性全体としては問題ない。

尚、その他のスピーカーュニットに接続された正の値をとる重み係数に対応するフィルターについても同様に回路定数を決定することができる。

図 10は、図 8 Aに示したフィルターを図 9 Aに示したフィルターを用いて構成したこの発明の第 3実施例に係るアレースピーカーシステムの構成を示す回路図である。第 3実施例では、ベッセル関数に基づく重み係数のうち最もその絶対値が大きい重み係数 C 3と C 13を基準重み係数として選択し、重み係数のが負の値をとるスピーカーュニット 1— 3については図 2 A及び図 2 Bに示すように高周波数領域での位相が反転するオールパスフィルター 5— 3を接続し、一方、重み係数が正の値をとるスピーカーュニット 1—13についてはゲインが 1であるアンプ 5— 13を接続する（或いは、アンプ 5— 13を除外してもよレ、。；)。その他のスピーカーュニットのうち、重み係数が負の値をとるスピーカーュニット 1— 1、 1— 5， 1— 6， 1— 9、及ぴ 1— 10については、基準重み係数の絶対値（即ち、 0. 3621) と該当するスピーカーユニットに対して付与される重み係数の絶対値との比に対応したゲインを高周波数領域において有する図 8 Aに示したフィルターを接続する。

また、重み係数が正の値をとるスピーカーュニヅト 1一 2, 1-4, 1-7, 1 -8, 1- 1 1, 1一 12， 1一 14、及ぴ 1— 1 5については、基準重み係数の絶対値と該当するスピーカーユニットに対して付与される重み係数との比に対応したゲインを高周波数領域において有する図 9 Aに示すフィルターを接続する。

このように、第 3実施例において、音声放射特性のビーム化や櫛状化が問題とならない低周波数領域においては、各スピーカーュニットに対して同相かつ同等のゲインが付与され、高周波数領域においてはベッセル関数に基づく重み付けによる重み係数が付与される。従って、低音の音声放射効率の低下を完全に防止することができ、また、音声放射特性のビーム化や櫛状化を防止することができる。更に、スピーカーユニットに共通に設けられたオールパスフィルターを省略することができる。

尚、上記の実施例ではアナログフィルターを用いるものとして説明したが、これを図 4Aに示すような SZ変換（例えば、双 1次変換）されたディジタルフィルターを用いて実現することもできる。また、基準スピーカーユニットについても任意に選択することができる。

次に、前記オールパスフィルターや図 8 Aに示したフィルターにおける位相回転の中心周波数（即ち、位相回転量が 90° となる周波数）について説明する。

例えば，前述したシミュレーションでは、 15個のスピーカーユニットが間隔 d (=2. 5 cm) で配列されており、このスピーカーユニット列の幅は 3 5 cm (=2. 5 c mX 14) となる。音速を 340 mZsec としてシミュレーシヨンすると、このスピーカーュニット列の幅 35 cmを 1波長とする周波数は、 3 4 0 0 0ノ 3 5 = 9 7 1 H zとなる。

図 1 1 A乃至図 1 I Dは、 1 5個のスピーカーュ -ットに対する重み付けを全て「1」として算出したシミュレーション結果を示している。ここで、図 1 6 A, 図 1 6 B , 図 1 6 C，及ぴ図 1 6 Dは夫々 9 0 O H z、 1 0 0 0 H z、 1 2 0 0 H z , 及び 1 5 0 0 H zの音声周波数に対する音声放射特性を示している。

図 1 6 A乃至図 1 6 Dから、略スピーカーユニット列の幅の波長を有する周波数（1 0 0 O H z程度）以上において音声のビーム化が顕著に表れることが解る。そこで、前記オールパスフィルター或いは図 8 Aに示すフィルターの位相回転の中心周波数（即ち、位相力 S 9 0 ° 回転する周波数）をスピーカーュ- ット列の幅の波長に対応させると、その中心周波数以上においてベッセル関数に基づく重み係数による重み付けが効果を表し始め、これにより、音声放射特性の改善等の結果を生じせしめることを期待できる。

上記のように、オールパスフィルターの位相回転の中心周波数（位相回転量 9 0 ° に相当）をアレースピーカーシステムのスピーカーユニット列の幅の波長に相当する周波数付近に設定するのが好適である。

上記の実施例では、アナログ又はディジタルによるオールパスフィルター（又は図 8 Aに示すフィルター）を用いて構成したが、この発明は他の手法によつても実現することができる。

図 1 2は、この発明の第 4実施例に係るアレースピーカーシステムの回路構成の要部を示しており、前記のオールパスフィルターを用いることなく構成している。

即ち、符合 1一 1〜1一 1 5は前述と同様のスピーカーユニットを示し、符号 6は入力信号から低周波数領域の信号成分をろ波する口一パスフィルターを示し、符合 7は入力信号から高周波数領域の信号成分をろ波するハイパスフィルターを示し、符合 8—：！〜 8—1 5は該当するスピーカーュニット 1— 1〜 1—1 5の夫々対応して設けられ、ハイパスフィルター 7から供給される高周波数領域の信号成分に対してベッセル関数に基づく重み係数 C 1〜C 1 5による重み付けを付与する重み付け手段を示し、符合 9一：！〜 9— 1 5は各スピーカーュ-ット 1一 1〜： 1— 1 5に夫々対応して設けられ、ローパスフィルター 6から供給される低周波数領域の信号成分（これらには、夫々ゲイン「1」が付与される。）と重み付け手段 8— 1〜8 _ 1 5によりベッセル関数に基づく重み係数による重み付けが付与された高周波数領域の信号成分とを加算して、その加算結果を夫々のスピーカーュニット 1一 1〜1一 1 5に供給する加算器を示す。ここで、例えば、同じカットオフ周波数がローパスフィルター 6及ぴハィパスフィルター 7に設定されており、これにより、入力信号を低周波数領域の信号成分と高周波数領域の信号成分とに分割している。尚、ローパスフィルター 6とハイパスフィルター 7は、アナログフィルター又はディジタルフィルターのいずれで構成してもよい。

上記の第 4実施例では、スピーカーュニット列の幅の波長に相当する周波数を用いて入力信号を低周波数領域の信号成分と高周波数領域の信号成分とに分割し、低周波数領域の信号成分に関しては対応するスピーカーュュットの全てについてゲイン「1」で重み付けし、高周波数領域の信号成分に関してはべッセル関数に基づく重み係数による重み付けを行い、それらの信号成分を加算して出力している。これにより、前述のオールパスフィルターを用いて構成した各実施例と同様に、低周波数領域では十分なゲインを確保するとともに、高周波数領域における音声放射特性のビーム化や櫛状化を防止することができる。尚、これまで述べてきた各実施例ではアレースピーカーシステムを 1 5個のスピーカーュ-ットを用いて構成したが、この発明は、 5個以上のスピーカーユニットを有するアレースピーカーシステムに対して有効に機能するものである。また、ベッセル関数に基づく重み係数についても前述した値に限定される必要はない。

以上説明してきたように、この発明のアレースピーカーシステムによれば、低周波数領域では各スピーカーュニットを正相で駆動しているため、ベッセル関数に基づく重み係数が負の値をとることにより発生する逆相成分により音声放射特性の低下を防止することができるとともに、高周波数領域では各スピーカーュ-ットをべッセル関数に基づく重み係数による重み付けをして駆動しているため、音声のビーム化や櫛状化を防止することができる。従って、低周波数領域から髙周波数領域に至るまでの広範囲の周波数領域において、音声放射特性のビーム化や櫛状化を防止しつつ、音場が球面状となるような効率の良い音声放射を実現することができる。

尚、この発明は各実施例に限定されるものではなく、発明の範囲内において適宜設計変更を行うことができるものである。

Claims

請求の範囲

1 . 複数のスピーカーュニットを配列して構成したアレースピーカーシステムであって、

低周波数領域の信号に対しては全てのスピーカーュニットを同相で駆動し、高周波数領域の信号に対しては各スピーカーュニットをベッセル関数に基づく重み係数による重み付けを付与して駆動するようにしたァレースピーカーシステム。

2 . 複数のスピーカーュ-ットを配列して構成したアレースピーカーシステムであって、

低周波数領域の信号に対しては全てのスピーカーュニットを同相かつ同等のゲインで駆動し、

高周波数領域の信号に対しては各スピーカーュニットをベッセル関数に基づく重み係数による重み付けを付^して駆動するようにしたアレースピーカーシステム。

3 . 複数のスピーカーュニットを配列して構成したアレースピーカーシステムであって、

高周波数領域において位相が 1 8 0度回転するように設定されたオールパスフィルターを具備し、

ベッセル関数に基づく重み係数が負の値をとるスピーカーュニットに対しては前記オールパスフィルターを経由した信号に当該重み係数の絶対値による重み付けを付与して駆動し、

ベッセル関数に基づく重み係数が負の値をとらないスピーカーュニットに対しては当該重み係数による重み付けを付与して駆動するようにしたァレースピ一力—ンステム。

4 . 複数のスピーカーュ-ットを配列して構成したアレースピーカーシステムであって、

高周波数領域において位相が 1 8 0度回転するように設定されたオールパスフイノレターと、

ベッセル関数に基づく重み係数が負の値をとるスピーカーュニットに対応して設けられ、前記オールパスフィルターを経由した信号を入力してその高周波数領域の信号成分に対して当該重み係数の絶対値に相当するゲイン特性を付与する手段と、

ベッセル関数に基づく重み係数が負の値をとらないスピーカーュニットに対応して設けられ、高周波数領域の信号に対して当該重み係数に対応するゲイン特性を付与する手段とを具備するアレースピーカーシステム。

5 . 前記オールパスフィルタ一は、前記複数のスピーカーユニットの配列の幅に相当する波長に対応する周波数の近傍において、その位相回転量が 9 0度となるよう設定されている請求項 3記載のアレースピーカーシステム。

6 . 前記オールパスフィルタ一は、前記複数のスピーカーユニットの配列の幅に相当する波長に対応する周波数の近傍において、その位相回転量が 9 0度となるよう設定されている請求項 4記載のアレースピーカーシステム。

7 . 複数のスピーカーュ-ットを配列して構成したアレースピーカーシステムであって、

入力信号を低周波数領域の信号成分と高周波数領域の信号成分とに分割するフィルター手段と、

前記各スピーカーュニットに対応して設けられ、前記フィルター手段により分割された高周波数領域の信号成分に対してベッセル関数に基づく重み係数による重み付けを付与する重み付け手段と、

前記各スピーカーュニットに対応して設けられ、前記フィルター手段により分割された低周波数領域の信号成分と、夫々対応する前記重み付け手段によりベッセル関数に基づく重み係数による重み付けを付与された前記高周波数領域の信号成分とを加算して、その加算結果を夫々対応するスピーカーュニットに出力する加算手段とを具備するァレースピーカーシステム。

8 . 前記複数のスピーカーュニットを共通エンクロージャーに取り付けている請求項 1乃至請求項 7記載のいずれかに記載のァレースピーカーシステム。

9 . 前記複数のスピーカーュニットをパスレフ形の共通エンクロージャーに取り付けている請求項 1乃至請求項 7のいずれかに記載のァレースピーカーシステム。

1 0 . 複数のスピーカーュ-ットを配列して構成したアレースピーカーシステムの駆動方法であって、

低周波数領域の信号に対しては全てのスピーカーュニットを同相で駆動し、高周波数領域の信号に対しては各スピーカーュニットをベッセル関数に基づく重み係数による重み付けを付与して駆動するようにしたァレースピーカーシステムの駆動方法。

1 1 . 複数のスピーカーユニットを配列して構成したアレースピーカーシステムの駆動方法であって、

高周波数領域の信号に対しては各スピーカーュニットをベッセル関数に基づく重み係数による重み付けを付与して駆動するようにしたアレースピーカーシステムの駆動方法。

1 2 . 複数のスピーカーュ-ットを配列して構成したアレースピーカーシステムの駆動方法であって、

ベッセル関数に基づく重み係数が負の値をとらないスピーカーュニットに対しては当該重み係数による重み付けを付与して駆動するようにしたァレースピ一力一システムの駆動方法。

1 3 . 複数のスピーカーュニットを配列して構成したアレースピーカーシステムの駆動方法であって、

髙周波数領域において位相が 1 8 0度回転するように設定されたオールパスフィルターを具備し、

ベッセル闋数に基づく重み係数が負の値をとるスピーカーュニットについて、前記オールパスフィルターを経由した信号を入力してその高周波数領域の信号成分に対して当該重み係数の絶対値に相当するゲイン特性を付与し、

ベッセル関数に基づく重み係数が負の値をとらないスピーカーュニットについて、高周波数領域の信号に対して当該重み係数に対応するゲイン特性を付与するようにしたァレースピーカーシステムの駆動方法。

1 4 . 前記オールパスフィルタ一は、前記複数のスピーカーユニットの配列の幅に相当する波長に対応する周波数の近傍において、その位相回転量が 9 0度となるよう設定されている請求項 1 3記載のアレースピーカーシステムの駆動方法。

1 5 . 前記オールパスフィルタ一は、前記複数のスピーカーユニットの配列の幅に相当する波長に対応する周波数の近傍において、その位相回転量が 9 0度となるよう設定されている請求項 1 3記載のアレースピーカーシステムの駆動方法。

1 6 . 複数のスピーカーュニットを配列して構成したアレースピーカーシステムの駆動方法であって、

入力信号を低周波数領域の信号成分と高周波数領域の信号成分とに分割し、前記各スピーカーュニットについて、分割された高周波数領域の信号成分に対してべッセル関数に基づく重み係数による重み付けを付与し、

前記各スピーカーュニットについて、分割された低周波数領域の信号成分と、ベッセル関数に基づく重み係数による重み付けを付与された前記高周波数領域の信号成分とを加算して、その加算結果を夫々対応するスピーカーュ-ットに出力するようにしたァレースピーカーシステムの駆動方法。