(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音場再生空間内に少なくとも上下方向の指向性パターンの主軸と３．５ｋＨｚにおける上下方向の指向性パターンの最初の下側のディップとを有する複数のスピーカーシステムを備える音場再生装置であって、
前記最初の下側のディップは、１つのスピーカーシステムから放射される音波の位相干渉に起因する、主軸に対して音場再生空間下側となる最初の音波減衰であり、
前記複数のスピーカーシステムの各々は、音場再生の聴取位置における所定の高さより高い位置に配置されるとともに、前記複数のスピーカーシステムの配置の重心位置を通る或る鉛直面に対して２つに区分して配置され、
前記複数のスピーカーシステムの各々は、前記所定の高さでの水平面と該スピーカーシステムの指向性パターンの主軸との交点と、前記所定の高さでの水平面と該スピーカーシステムの最初の下側のディップとの交点とが、それぞれ前記鉛直面に対して反対の音場再生空間に位置するように構成したことを特徴とする音場再生装置。
【請求項２】
請求項１記載の音場再生装置において、前記複数のスピーカーシステムの各々は、同相で駆動する２個のスピーカーユニットを上下方向に並べたものからなり、前記複数のスピーカーシステムの各々を下方に傾けるように構成したことを特徴とする音場再生装置。
【請求項３】
請求項１記載の音場再生装置において、前記複数のスピーカーシステムの各々は、相互に位相差を有する信号で駆動する２個のスピーカーユニットを上下方向に並べたものからなり、前記複数のスピーカーシステムの各々の指向性パターンの主軸の方向を下方に傾けるように位相差を設定するように構成したことを特徴とする音場再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は音場再生装置に係り、特に、音場再生におけるスピーカーの配置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、リスニングルームにおいてコンサートホール等の音場を再生・創造する方法は大別して以下の２通りの方法、すなわち、
１．再生する空間内の１点で、再生すべき目標となる原音場の反射音を方向別に再生する
２．広い聴取範囲での良好な音場の再生を行う
の各方法がある。
【０００３】
まず、上記１．の方法は、主に建築音響関係のシミュレーションシステムで用いられているもので、模擬しようとする部屋の音源から受音点までの反射音構造をあらかじめ求めておき、音場再生空間の周囲に設置した１０個程度のスピーカーから反射音の時系列を響きのない音源信号に畳み込んで再生する方法をとるものである。
【０００４】
次に、上記２．の方法としては、さらにスピーカーウォールによる方法、キルヒホッフの方程式に基づく方法などがあげられる。
これらのうち、スピーカーウォールによる方法は、壁面状に設置した数百個の小型スピーカーを使ってホールの響きの成分を再生するものである。ここでは、響きの成分もマイクロホンで録るのでなく、ホールでの測定をもとに計算機を使って人工的に作り出す。このようにして、壁一面のスピーカーから純粋に響きの成分のみを再生すると、１．の方法におけるほどに反射音の方向別の特性を完全に再現することはできないが、再生空間内の音圧分布を平坦にすることができ、たとえスピーカーの近くにいても、スピーカーの存在が意識されず、快適に音を楽しむことができる（例えば、Ono et al.“ A Method of Reproducing Concert Hall Sounds by “Loudspeaker Walls"”,Journal of the Audio Engineering Society ,vol.46 No.11 pp.988-995 1998 Nov.参照) 。
【０００５】
一方、上記２．の方法の一つであるキルヒホッフの方程式に基づく方法は、波動方程式に基づくヘルムホルツ−キルヒホッフの方程式によって、原音場内のある閉空間の境界面上の音圧と粒子速度を音場再生空間内の同じ形の閉空間内の境界面上で全く同じに再現することにより、ある聴取範囲内の音場を原音場と全く同じに再現しようとするものである（例えば、伊勢「キルヒホッフ−ヘルムホルツ積分方程式と逆システム理論に基づく音場制御の原理」、日本音響学会誌５３巻９号、pp.706-713、 1997 参照)。
【０００６】
なお、映画等で用いられているサラウンドシステムは、チャンネル数が少ないため、上記の音場再生システムと直接比較することはできないが、聴取範囲を広くとる方法として、側壁の上部にのみスピーカーを設置する方法である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の音場再生方法のうち、上記１．の１点再生の方法では、聴取者が少しでもその点から外れると、ある特定のスピーカーの影響が大きくなり、音の響きのバランスが崩れてしまうという欠点がある。また、方向別の反射音を収音するためには、きわめて狭角度の指向性マイクロホンが必要であるという実現上の問題もある。
【０００８】
また、上記２．の再生方法のうち、スピーカーウォールによるものは、スピーカーの使用数が大変多くなり、現実的なシステムとはいえない。また、キルヒホッフの方程式に基づく方法は、数式上は理想的な方法であるが、未だシステムとして実現していない。また、実現のためには無数の音源を必要とするため、スピーカーウォールによるものと同様、現実的なシステムとはいえない。
【０００９】
本発明の目的は、上述したように音の響きのバランスが崩れてしまうなどの欠点がなく、現実的な構成で、広い聴取範囲を実現することのできる音場再生装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明音場再生装置は、音場再生空間内に少なくとも上下方向の指向性パターンの主軸と３．５ｋＨｚにおける上下方向の指向性パターンの最初の下側のディップとを有する複数のスピーカーシステムを備える音場再生装置であって、前記最初の下側のディップは、１つのスピーカーシステムから放射される音波の位相干渉に起因する、主軸に対して音場再生空間下側となる最初の音波減衰であり、前記複数のスピーカーシステムの各々は、音場再生の聴取位置における所定の高さより高い位置に配置されるとともに、前記複数のスピーカーシステムの配置の重心位置を通る或る鉛直面に対して２つに区分して配置され、前記複数のスピーカーシステムの各々は、前記所定の高さでの水平面と該スピーカーシステムの指向性パターンの主軸との交点と、前記所定の高さでの水平面と該スピーカーシステムの最初の下側のディップとの交点とが、それぞれ前記鉛直面に対して反対の音場再生空間に位置するように構成したことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明音場再生装置において、前記複数のスピーカーシステムの各々は、同相で駆動する２個のスピーカーユニットを上下方向に並べたものからなり、前記複数のスピーカーシステムの各々を下方に傾けるように構成したことを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明音場再生装置において、前記複数のスピーカーシステムの各々は、相互に位相差を有する信号で駆動する２個のスピーカーユニットを上下方向に並べたものからなり、前記複数のスピーカーシステムの各々の指向性パターンの主軸の方向を下方に傾けるように位相差を設定するように構成したことを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照し、発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明音場再生装置の第１の実施形態を示している。
図１において、Ｌは、本発明によりコンサートホールなどの音場が再生・創造されるリスニングルーム（音場再生空間）であり、遠近法を用いて示している。このリスニングルームＬには、聴取者の正面方向前方に直接音再生用のスピーカーシステムＦＬ，ＦＲ（それぞれ、左右音再生用）が、またその側壁の聴取者の耳の高さより高い位置に、かつ下方に傾けて音場再生用のスピーカーシステムＭ１，Ｍ２，・・・ ，Ｍ８がそれぞれ左右対称に配置されている。
ここに、音場再生用のスピーカーシステムＭ１，Ｍ２，・・・ ，Ｍ８は、ともに同相で駆動する２個のスピーカーユニットを上下方向に並べたものである（図１参照）。
【００１５】
また、上記各スピーカーシステムＦＬ，ＦＲおよびＭ１，Ｍ２，・・・ ，Ｍ８にそれぞれ駆動信号を供給するための装置として、響きのない音源Ｓ、音源Ｓに対して直接音の定位の制御と響きの付加を行う畳み込み装置ＣＬ，ＣＲ、および音源Ｓに対して響きの付加を行う畳み込み装置Ｃ１，Ｃ２，・・・ ，Ｃ８がある。
【００１６】
図２は、図１に示す音場再生空間において、同空間の奥行方向（聴取者の正面方向）の左右に配置された２個の音場再生用のスピーカーシステムＭ１とＭ５を結ぶ直線を含んで床面に対して鉛直な面におけるスピーカーシステムＭ１の上下方向の指向性パターンの主軸、および同スピーカーシステムの３．５ｋＨｚにおける上下方向の指向性パターンの最初の下側のディップをそれぞれ矢印ＥおよびＤにて示したものである。
なお、図２において、Ｒで示す水平線は聴取者の耳の高さを示し、同時にその高さで水平方向に伸びる水平面を示している。
また、床面に対して鉛直に伸びる破線Ｎは、スピーカーシステムＭ１とＭ５の設置位置の対称面を示している。
【００１７】
動作につき説明する。
上記構成において、音源Ｓはまず、畳み込み装置ＣＬ，ＣＲに送られ、直接音の定位の制御と響きの付加が行われた後、それぞれ直接音再生用スピーカーシステムＦＬ、ＦＲに送られる。
また、音源Ｓは畳み込み装置Ｃ１，Ｃ２，・・・ ，Ｃ８にも送られる。これら畳み込み装置Ｃ１，Ｃ２，・・・ ，Ｃ８では、再現すべき音場のインパルス応答を畳み込んだ信号が形成され、それぞれ音場再生用のスピーカーシステムＭ１，Ｍ２，・・・ ，Ｍ８に送られる。
【００１８】
音場再生用のスピーカーシステムＭ１，Ｍ２，・・・ ，Ｍ８は、同相で駆動する２個のスピーカーユニットを上下方向に並べたものを聴取者の耳の高さより高い位置に配置したものであるため、各スピーカーシステムの近傍では２個のスピーカーユニットからの距離差がつくため位相干渉により音圧上昇が小さく、各スピーカーシステム近傍でそのスピーカーシステムからの音圧上昇による音のバランスの劣化を防ぐことができるが、逆に、２個のスピーカーユニットからの位相干渉による音質劣化が問題となる。
【００１９】
この音質劣化を防ぐための音場再生用のスピーカーシステムＭ１，Ｍ２，・・・ ，Ｍ８の設置の方法を図２により説明する。なお、図２は、スピーカーシステムＭ１とＭ５について示しているが、他のスピーカーシステムＭ２とＭ６、Ｍ３とＭ７、およびＭ４とＭ８についても同様である。
図２において、上下方向の指向性パターンの主軸Ｅ上では、２個のスピーカーユニットからの音波が同相で合成されるため、全ての周波数帯域において周波数特性が平坦になるのに対し、２個のスピーカーユニットにより作られる３．５ｋＨｚにおける上下方向の指向性パターンの最初の下側のディップＤ上では、位相干渉により、３．５ｋＨｚ付近の周波数帯が大きく減衰する。この３．５ｋＨｚ付近は人間の聴覚の最も敏感な周波数帯域であるため、主軸Ｅ上とディップＤ上とでは、音質に大きな差が生じる。聴取者の耳の高さに限定すると、これら主軸ＥおよびディップＤが水平面Ｒと交わるそれぞれの交点ＡとＢとでは、音質に大きな差異を生じることになる。
【００２０】
一方、このような音場再生装置のスピーカー配置では、各聴取位置での音質は一般に近接したスピーカーの影響を強く受ける。従って、図２に示す場合では、左半分は主としてスピーカーシステムＭ１の音質の影響を、右半分は主としてスピーカーシステムＭ５の音質の影響を強く受けることになる。これにより、もし、左半分の領域に交点ＡとＢが共存すると、左半分の領域で音質が聴取位置により大きく変化する。このような状況を避けるために、本発明では、交点Ｂを右半分の領域に位置させる。
【００２１】
また、３．５ｋＨｚにおける上下方向の指向性パターンの最初の下側のディップＤよりも下側の領域では、様々な周波数の音波が干渉し合うため音響放射効率が低くなり、良い再生音を得ることは期待できない。このような領域を極力減らすために、本発明では交点Ａを左半分の領域に位置させる。
以上のように、本発明では、交点Ｂを複数の音場再生用スピーカーシステムの設置位置の対称面の右半分の領域に、また交点Ａを対称面の左半分の領域に位置させるものとする。
【００２２】
本発明では、以上のようなスピーカーシステムの設置を、例えば、スピーカーシステムＭ２とＭ６、Ｍ３とＭ７、およびＭ４とＭ８など他のスピーカーシステムについて同様に行う。すなわち聴取者の耳の高さでの水平面とスピーカーシステムの指向性パターンの主軸との交点が複数のスピーカーシステムの設置位置の対称面に対してそのスピーカーシステムの反対側に位置（上記では、右半分の領域と表現した）し、かつ上記平面とスピーカーシステムの３．５ｋＨｚにおける指向性パターンの最初の下側のディップとの交点が上記対称面に対してそのスピーカーシステムと同じ側に位置（上記では、左半分の領域と表現した）するように構成するものとする。
【００２３】
ここで、２個のスピーカーユニットを上下方向に並べたスピーカーシステムが上下方向の指向性パターンを生じることを、図３を用いて説明する。
図３においては、２個のスピーカーユニットＵ１，Ｕ２相互間の間隔をＧ，また上記指向性パターンの主軸および３．５ｋＨｚにおける指向性パターンの最初の下側のディップを、図２と同様、それぞれＥおよびＤで示している。
同相で駆動される２個のスピーカーユニットＵ１とＵ２から放射される音波は、２個のスピーカーユニットから等距離にある方向（すなわち、主軸Ｅ上）では、２個のスピーカーユニットから放射される音波が同相で加算されるされるため、入力信号がそのまま音圧として得られる。一方、等距離にない方向では２個のスピーカーユニットからの音波に位相差がついて加算されるため、２個のスピーカーユニットからの音波の到達距離差Ｈ（図３参照）が波長の（１＋２ｎ）／２倍（ｎは整数）となる周波数では音波が打ち消される。従って、周波数ｆの音波の指向性パターンの最初の下側のディップＤは距離差Ｈ＝（１／２）×（Ｖ／ｆ）のときに生じ、これよりＤの方向はｓｉｎ-1（Ｈ／Ｇ）として求めることができる。ここで、Ｖは音速である。
【００２４】
以上説明したように、聴取者の耳の高さでの水平面における交点ＢおよびＡが上述の位置関係を満足するように音場再生用のスピーカーシステムＭ１，Ｍ２，・・・ ，Ｍ８を設置することにより、２個のスピーカーユニットを上下方向に並べたものからの位相干渉による音質劣化を小さくすることができる。また、このスピーカーシステムを聴取者の耳の高さでの水平面より高い位置に設置する際に、その水平面からスピーカーシステムまでの高さをリスニングルームＬの左右幅に比較して十分小さくすれば、スピーカーシステムの傾き角を９０°よりも十分に小さくでき、各スピーカーシステム近傍で２個のスピーカーユニットからの距離差も保てるため、各スピーカーシステム近傍でそのスピーカーシステムからの音圧上昇による音のバランスの劣化を防ぐ効果も同時に得られる。
【００２５】
次に、本発明音場再生装置の第２の実施形態について説明する。
上述した第１の実施形態では２個のスピーカーユニットを上下方向に並べたものをリスニングルーム内に聴取者の正面方向に対して左右対称に配置したのに対し、本実施形態は、左右対称に配置しないでも音場再生装置を実現し得るものである。なお、この場合においても、上下方向に並べた２個のスピーカーユニットは同相駆動するものとし、各スピーカーシステムは下向きに傾けて設置してある。
【００２６】
本実施形態では、スピーカーシステムをリスニングルーム内に左右対称に配置していない場合、スピーカーシステムの設置位置の作る対称面を設定することができない。このため、装置全体の中心面として、聴取者の正面方向と平行でかつ各スピーカーシステムの設置位置の重心位置を通る鉛直面を設定するものとする。
【００２７】
図４は、本実施形態（第２の実施形態）を平面図にて示している。なお、図４においても、図１におけるのと同一部分には同一の符号を付して示している。
図４において、Ｌはリスニングルーム、ＦＬ、ＦＲは直接音再生用のスピーカーシステム、Ｍ１，Ｍ２，・・・ ，Ｍ８は音場再生用のスピーカーシステム、ＷはこれらスピーカーシステムＭ１，Ｍ２，・・・ ，Ｍ８の重心位置、Ｙは聴取者の正面方向、およびＸは次に説明する方法により求められる装置全体の中心面としての鉛直面である。
【００２８】
本実施形態においては、まず、音場再生用のスピーカーシステムＭ１，Ｍ２，・・・ ，Ｍ８の重心位置Ｗを求める。次に、この重心位置を通り、聴取者の正面方向Ｙに平行な鉛直面をＸとする。以上のようにして装置全体の中心面としての鉛直面Ｘを求める。このようにしてＸを求めることにより、リスニングルーム内の音場再生用のスピーカーシステムの配置が対称でない場合でも、鉛直面Ｘをほぼ左右中心の位置に決めることができる。
【００２９】
本実施形態の全体の構成としては、このようにして決定した鉛直面Ｘを用いることにより、第１の実施形態における対称面（左右対称面）Ｎを、本実施形態における装置全体の中心面としての鉛直面Ｘに置き替えたうえで、第１の実施形態の構成をとればよい。
【００３０】
次に、本発明音場再生装置の第３の実施形態について説明する。
上述した第１の実施形態では、上下方向に並べた２個のスピーカーユニットを同相で駆動し、かつ、スピーカーシステムを傾けることにより指向性の制御を行ったのに対し、本実施形態では、スピーカーシステムを傾けずにスピーカーシステムを構成する２個のスピーカーユニットに相互に位相差を有する信号を供給して駆動することで、第１の実施形態において同相駆動のスピーカーユニットを上下方向に並べたスピーカーシステムを下方に傾けたのと等価な作用を行わせるものである。
【００３１】
２個のスピーカーユニットから放射される音波に関してみれば、本実施形態（第３の実施形態）は第１の実施形態とほぼ同じになる。
【００３２】
同様に、上述した本発明の音場再生装置の第２の実施形態（図４参照）においても、スピーカーシステムを傾けずにスピーカーシステムを構成する２個のスピーカーユニットに相互に位相差を有する信号（第２の実施形態では同相の信号）で駆動してもよい。
この場合にも、２個のスピーカーユニットから放射される音波に関してみれば、第２の実施形態におけるのとほぼ同じになる。
【００３３】
なお、上記おいて、音場再生用のスピーカーシステムＭ１，Ｍ２，・・・ の数は、音場再生装置の規模によって増減させることが可能であり、上述のＭ８まで（８個）に限るものではない。また、直接音再生用のスピーカーシステムの数も音場再生装置の規模により増減させることが可能であることは言うまでもない。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、現実的な構成で広い聴取範囲を実現する音場再生装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明音場再生装置の第１の実施形態を示している。
【図２】  ２個のスピーカーユニットを上下方向に並べたものからの指向性パターンの主軸、３．５ｋＨｚにおける指向性パターンの最初の下側のディップ、およびそれらと聴取者の耳の高さでの水平面との交点を示している。
【図３】  ２個のスピーカーユニットを上下方向に並べたスピーカーシステムが指向性パターンを生じることの説明に使用する図である。
【図４】  本発明音場再生装置の第２の実施形態を平面図にて示している。
【符号の説明】
Ｌ  リスニングルーム（音場再生空間）
ＦＬ，ＦＲ  直接音再生用のスピーカーシステム
Ｍ１，Ｍ２，・・・ ，Ｍ８  音場再生用のスピーカーシステム
Ｓ  音源
ＣＬ，ＣＲ  直接音再生用の畳み込み装置
Ｃ１，Ｃ２，・・・ ，Ｃ８  音場再生用の畳み込み装置
Ｅ  音場再生用のスピーカーシステムの上下方向の指向性パターンの主軸
Ｄ  音場再生用のスピーカーシステムの３．５ｋＨｚにおける上下方向の指向性パターンの最初の下側のディップ
Ｒ  聴取者の耳の高さを示す水平面
Ｎ  スピーカーシステムＭ１とＭ５の設置位置の対称面
Ｂ  主軸Ｅと水平面Ｒとの交点
Ａ  ３．５ｋＨｚにおける上下方向の指向性パターンの最初の下側のデイップＤと水平面Ｒとの交点
Ｕ１，Ｕ２  スピーカーユニット
Ｇ  スピーカーユニットＵ１，Ｕ２間の間隔
Ｈ  スピーカーユニットＵ１，Ｕ２からの音波の到達距離差
Ｗ  音場再生用のスピーカーシステムの重心位置
Ｙ  聴取者の正面方向
Ｘ  重心位置Ｗを通り聴取者の向きＹに平行な鉛直面
【図１】
0004040791.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004040791.tif 000004
【図４】
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