(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作成したデータあるいは測定したデータを基に、各ユニットで構成される２ウェイスピーカの指向特性、または２つあるいは多数のスピーカでクラスターを組んだ時に生じるスピーカ間位相差によるクラスターとしての指向特性を、ある点を中心とした球上の多数点において時系列上で各スピーカからの音圧応答を算出し、その情報を基に高速フーリエ変換を行い、そのパワースペクトルから各帯域毎の平均音圧レベルを算出することで、位相干渉を考慮した指向特性を予測する３次元スピーカ指向特性予測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホール等の音場の設計を行う際に利用するコンピュータシミュレーションシステムの音源となる３次元スピーカ指向特性予測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コンピュータシミュレーションを用いた電気音響システムを考慮する音場設計が盛んに行われている。スピーカの３次元指向特性データを用いることで、スピーカのカバーエリアの検討を行うことによるスピーカ配置の検討、音圧分布、明瞭度等な様々な音場の特性を予測することが可能となっており、この技術が主流になっている。
【０００３】
従来、スピーカの３次元指向特性データは、予測を行うことで詳細なデータを得ている。その測定手法の一例を以下に示す。測定するスピーカを図３に示すようにＸ軸方向をスピーカの軸方向と仮定し、回転テーブルの上に固定する。回転テーブルは、Ｘ−Ｙ平面上を回転するもので、回転速度を単位時間に任意の角度（０．４秒で１．８度）になるようにコンピュータ制御を行う。このシステムを用い、まず図３のβ＝０度におけるα方向０〜１８０度まで１０１方向のデータ（Ｚ軸回転）を、回転テーブルから６ｍ離れた地点にマイクロホンを固定して順次コンピュータ上に取得する。次にＸ軸回転を行い、β＝５度に合わせて同様にデータの取得を行う。この作業をβ＝３５５度まで繰り返すことで、スピーカの全方向の指向特性データの測定を行うことができる。
【０００４】
一方、２ウェイスピーカ等に対しては、システムとして測定したデータを基に音場シミュレーション用のデータを使用し、音場の予測を行っていた。また、スピーカがクラスターとして組んである場合は、受音点ポイントにおいて単なるエネルギ合成で音場シミュレーションを行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
音響設計を行う際、スピーカの指向特性は、音場を左右する重要な要素であり、従来では、測定を行う以外に他の方法で入手する手段がなかった。すなわち、３次元指向特性データが存在しないスピーカによってホールの音響設計を行う際には、上記に示した方法で測定を行ってから音場予測を行うことが通常であった。この方法は、精度の高い３次元指向特性データが必要である場合は、最もよい方法であると考えられるが、測定困難な大型のスピーカの場合、スピーカデータを測定するのに多大な時間がかかる。また、使用するスピーカを入手すること自体が、困難なときがあるなど様々な問題点が存在する。
【０００６】
一方、例えばウーハとホーンからなる２ウェイシステムにおいて、各ユニットに対し入力する電力が異なる場合、２ウェイシステムとしての指向特性は異なるのが通常である。またクラスターを組んで使用する場合、スピーカ間あるいはアライメントタイムなどの影響で位相干渉などが起こり、単体で測定したスピーカのデータとは異なったデータとなり、精度の高い音場予測が困難であった。
【０００７】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、データの存在しないスピーカに対して、位相干渉を考慮した精度の高い指向特性の予測を行うことのできる３次元スピーカ指特性予測方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、作成したデータあるいは測定したデータを基に、各ユニットで構成される２ウェイスピーカの指向特性、または２つあるいは多数のスピーカでクラスターを組んだ時に生じるスピーカ間位相差によるクラスターとしての指向特性を、ある点を中心とした球上の多数点において時系列上で各スピーカからの音圧応答を算出し、その情報を基に高速フーリエ変換を行い、そのパワースペクトルから各帯域毎の平均音圧レベルを算出することで、位相干渉を考慮した指向特性を予測するようにしたものである。
【００１０】
これにより、カタログベースのスピーカ等データから様々なスピーカの３次元指向特性を得ることができ、測定データがない場合においても、音場のシミュレーションが行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、作成したデータあるいは測定したデータを基に、各ユニットで構成される２ウェイスピーカの指向特性、または２つあるいは多数のスピーカでクラスターを組んだ時に生じるスピーカ間位相差によるクラスターとしての指向特性を、ある点を中心とした球上の多数点において時系列上で各スピーカからの音圧応答を算出し、その情報を基に高速フーリエ変換を行い、そのパワースペクトルから各帯域毎の平均音圧レベルを算出することで、位相干渉を考慮した指向特性を予測する３次元スピーカ指向特性予測方法であり、予測したデータや測定して得られたデータを基に、クラスターあるいは２ウェイスピーカなど複数のユニットで構成された位相干渉を伴うスピーカに関して、高速フーリエ変換演算を用いることで、位相干渉を考慮した３次元指向特性データを構築できるという作用を有する。
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における３次元指向特性データを作成するまでのフロー図を示している。なお、図３に示すβ＝０、９０、１８０、２７０におけるα＝０〜１８０までのデータが、測定データとしてあるいはカタログデータとして存在するものと仮定する。図１において、まずステップ１で水平・垂直方向の指向特性データを読み込む。次にステップ２で可聴範囲における１／３ｏｃｔ．毎の指向特性データを算出するため帯域ループを回す。そこでステップ３で、データが存在するか否かの確認を行い、もしデータが存在しない場合は、ステップ４でダミーデータを作成し（１０ｄＢ無指向性データ）、次の帯域へループを回す。データが存在する場合は、ステップ５へ進み、図３のα＝５〜１７５度まで（５度おき）のループを行う。そこで各αに対し、ステップ６で図３のβ＝０、９０、１８０、２７０度の音圧レベルデータからスプライン補間を用いることで、β＝５度おきのデータを作成する。具体的には、水平（β＝０度、１８０度）と垂直（β＝９０度、２７０度）の計４点の音圧データを用い、βを５度おきに変化させた時（β＝０〜９０度の時は１８０分割で計１９点）の音圧レベルを（数１）の閉じた曲線を前提にしたスプライン補間を用いて、分割したデータの数だけデータを作成する。
【００１４】
【数１】
0003681511.tif 000002
【００１５】
以上の操作をα＝１７５まで行い、各帯域におけるスピーカ単体ユニット＋スピーカボックスにおける３次元指向特性データの作成を行うことが可能となる（ステップ７）。
【００１６】
（実施の形態２）
図２は本発明の第２の実施の形態における位相干渉を考慮した２ウェイスピーカ等の複数のユニットからなるスピーカあるいはクラスターとしての３次元指向特性を作成するためのフロー図である。
【００１７】
実施の形態１により予測したデータ、あるいは過去に測定したデータ等を使用し、図２のフロー図より様々なスピーカの組み合わせによるクラスターとしての指向特性を予測することが可能となる。まず、ステップ１１でクラスターの中心点を原点とするクラスター座標系における各スピーカの正確な位置座標をインプットする。次にステップ１２で正確な振り角をインプットし、ステップ１３で入力ワッテージ比率（どれか一つのスピーカは１Ｗとする）をインプットする。各パラメータを設定後、ステップ１４において、クラスターの中心点からｒｍ（何ｍでもよい）離れた点（クラスターの中心点と測定した点とが同様な位置関係にある球面上の点）において、球面状に受音点を設定する。その受音点１点毎に位相干渉を考慮した音圧レベルを算出してゆく。算出手法は、ステップ１５で、各スピーカから受音点に到達した際の音圧レベルと到達時間を算出し、音圧時系列応答を作成する。そこで作成したデータをもとに、ステップ１６で高速フーリエ変換（ＦＦＴ）演算を行い、ステップ１７でパワースペクトルを算出する。このパワースペクトルから、ステップ１８で各帯域における帯域フィルターをかけ、ステップ１９でそのデータから音圧レベルの平均値を算出する。この作業を、球面上のすべての点で行い、最後にステップ２０で１ｍ１Ｗ換算を行い、指向特性のデータの作成を終了する（ステップ２１）。
【００１８】
このように、本実施の形態２によれば、水平・垂直方向の指向特性データから様々なパターンにおける３次元スピーカ指向特性を予測作成することが可能となる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は、上記実施の形態から明らかなように、作成したデータあるいは測定したデータを基に、各ユニットで構成される２ウェイスピーカの指向特性、または２つあるいは多数のスピーカでクラスターを組んだ時に生じるスピーカ間位相差によるクラスターとしての指向特性を、ある点を中心とした球上の多数点において時系列上で各スピーカからの音圧応答を算出し、その情報を基に高速フーリエ変換を行い、そのパワースペクトルから各帯域毎の平均音圧レベルを算出することで、位相干渉を考慮した指向特性を予測するようにしたので、測定データがない場合においても、精度の高い音場シミュレーションが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】１ユニットにおる３次元指向特性と作成するためのフロー図
【図２】２ウェイ、クラスターとしての３次元指向特性と作成するためのフロー図
【図３】スピーカ３次元指向特性測定方法の模式図
【符号の説明】
α  水平方向回転（Ｚ軸回転）
β  垂直不幸回転（Ｘ軸回転）
【図１】
0003681511.tif 000003
【図２】
0003681511.tif 000004
【図３】
0003681511.tif 000005