JP2610991B2 - Directivity control type speaker system - Google Patents

Directivity control type speaker system

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JP2610991B2 JP1061601A JP6160189A JP2610991B2 JP 2610991 B2 JP2610991 B2 JP 2610991B2 JP 1061601 A JP1061601 A JP 1061601A JP 6160189 A JP6160189 A JP 6160189A JP 2610991 B2 JP2610991 B2 JP 2610991B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、複数のスピーカを配置したスピーカシス
テムに関し、特にその指向性パターンが制御される指向
性制御型スピーカシステムに関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a speaker system in which a plurality of speakers are arranged, and more particularly, to a directivity control type speaker system in which a directivity pattern is controlled.

(従来の技術) 直線状に配置されたスピーカシステムにおいては、そ
の指向性パターンは全再生帯域に渡って、単一のスピー
カユニットよりも鋭くなることが一般に知られている。
中高域では指向性パターンが鋭くなりすぎるので、これ
をブロードにしたいとの要求が生ずる。一方、低域にお
いては、指向性パターンは単一のスピーカユニットに比
べてある程度鋭くなるものの、中高域にくらべると非常
にブロードであるため、これをさらに鋭くしたいとの要
求が生ずる。
(Prior Art) In a speaker system arranged in a straight line, it is generally known that the directivity pattern becomes sharper than a single speaker unit over the entire reproduction band.
Since the directivity pattern becomes too sharp in the middle and high ranges, there is a demand for broadening the pattern. On the other hand, in the low frequency range, the directivity pattern is somewhat sharper than that of a single speaker unit, but is much broader than the middle and high frequency ranges.

そして、この指向性パターンを制御する従来のスピー
カシステムとしては、特開昭63−9300号公報に記載され
ているようなものが知られていた。第5図は、この従来
型の指向性制御型スピーカシステムの概念を示すブロッ
ク図である。このスピーカシステムは、複数のスピーカ
ユニット41、42a〜4na、42b〜4nbが直線状に配置され、
スピーカユニット41、42a〜4na、42b〜4nbの前段に遅延
手段21〜2nを設けている。各々のスピーカユニット42a
〜4na、42b〜4nbには、中央のスピーカユニット41から
の距離に比例した時間だけ遅延した音声信号が供給され
る。これにより、遅延手段21〜2nを用いないスピーカシ
ステムとは異なる指向性パターンを得るというものであ
る。
As a conventional loudspeaker system for controlling the directivity pattern, there has been known a loudspeaker system as described in JP-A-63-9300. FIG. 5 is a block diagram showing the concept of this conventional directivity control type speaker system. In this speaker system, a plurality of speaker units 41, 42a to 4na, 42b to 4nb are linearly arranged,
Delay units 21 to 2n are provided in front of the speaker units 41, 42a to 4na and 42b to 4nb. Each speaker unit 42a
4na and 42b to 4nb are supplied with audio signals delayed by a time proportional to the distance from the center speaker unit 41. As a result, a directivity pattern different from that of the speaker system that does not use the delay units 21 to 2n is obtained.

(発明が解決しようとする課題) ところが、前述のスピーカシステムでは、ある遅延時
間を与えることにより低域の指向性パターンを鋭くする
ことができ、また、別の遅延時間を与えることにより中
高域の指向性パターンをブロードにすることはできる
が、低域の指向性パターンを鋭くし、かつ、中高域の指
向性を鋭くするような遅延時間を設定することはできな
い。即ち、遅延時間を与えるだけでは、低域から中高域
まで一様に指向性パターンを鋭くするか、または、一様
に指向性パターンをブロードにすることしかできない。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in the above-described speaker system, it is possible to sharpen the directivity pattern of a low frequency band by giving a certain delay time, and to provide a middle and high frequency band by giving another delay time. Although the directivity pattern can be broadened, it is not possible to set a delay time that sharpens the directivity pattern in the low frequency range and sharpens the directivity in the middle and high frequency ranges. That is, only by giving the delay time, it is only possible to sharpen the directivity pattern uniformly from low to middle and high frequencies or to broaden the directivity pattern uniformly.

また、前述のスピーカシステムにおいては、指向性パ
ターンをただ鋭くするか、または、ブロードにすること
しかできず、それ以外の指向性パターンの要求には応え
ることができない。
Further, in the above-described speaker system, the directivity pattern can only be sharpened or broadened, but cannot meet the demand for other directivity patterns.

このように、従来の指向性制御型のスピーカシステム
は、指向性パターンの任意性に欠けるという問題があ
る。
As described above, the conventional directivity control type speaker system has a problem that the directivity pattern lacks arbitrariness.

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、低域から中高域
まで周波数毎に指向性を制御でき、しかも、その指向性
パターンにある程度の任意性をもたせることができるよ
うな指向性制御型スピーカシステムを提供することにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a directivity control type speaker capable of controlling directivity for each frequency from a low band to a mid-high band, and having a certain degree of arbitrariness in its directivity pattern. It is to provide a system.

(課題を解決するための手段) 上記目的を解決するために、本発明の指向性制御型ス
ピーカシステムは、複数のスピーカユニットと、1の信
号源から分岐した音声信号を入力する複数の有限インパ
ルス応答フィルタ(以下、FIRフィルタと略す。)とを
備え、前記FIRフィルタ各々の出力信号が前記複数のス
ピーカユニットのうち1以上のスピーカユニットに入力
されるように、前記FIRフィルタと前記スピーカユニッ
トとが接続され、前記複数のスピーカユニット全体の指
向性パターンが所望の指向性パターンに近づくように非
線形最適化手法を用いて求めたフィルタ特性が、前記FI
Rフィルタのフィルタ特性として設定されている。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the above-mentioned object, a directivity control type speaker system according to the present invention includes a plurality of speaker units and a plurality of finite impulse for inputting an audio signal branched from one signal source. A response filter (hereinafter abbreviated as an FIR filter), wherein the FIR filter and the speaker unit are connected so that an output signal of each of the FIR filters is input to one or more speaker units of the plurality of speaker units. Are connected, and the filter characteristic obtained by using the nonlinear optimization method so that the directivity pattern of the plurality of speaker units as a whole approaches a desired directivity pattern is the FI characteristic.
This is set as the filter characteristic of the R filter.

ここで、前記複数のスピーカユニットを直線状、平面
状または立体状に配置させることができるし、また、前
記複数のスピーカユニットを左右対称に配置して対称の
位置に配置された2のスピーカユニットを共通のFIRフ
ィルタに接続させることもできる。
Here, the plurality of speaker units can be arranged in a straight line, a plane, or a three-dimensional shape, and the plurality of speaker units are arranged symmetrically and arranged at symmetric positions. Can be connected to a common FIR filter.

さらに、前記所望の指向性パターンを、前記スピーカ
ユニットの再生帯域全域に渡り一定とすることもでき
る。
Further, the desired directivity pattern may be constant over the entire reproduction band of the speaker unit.

(作用) このように構成されており、FIRフィルタのフィルタ
特性は非線形最適化手法により設計される。FIRフィル
タには周波数毎に任意の特性を容易に設定できるので、
周波数毎に所望の指向性パターンに近い指向性パターン
を生ずるようなフィルタ特性の設計がなされる。
(Operation) The filter characteristic of the FIR filter configured as described above is designed by a nonlinear optimization method. Since arbitrary characteristics can be easily set for each frequency in the FIR filter,
A filter characteristic is designed so as to generate a directivity pattern close to a desired directivity pattern for each frequency.

そして、そのようなフィルタ特性がFIRフィルタに設
定され、このFIRフィルタによりフィルタリングされた
音声信号がスピーカユニットに供給され、スピーカユニ
ットから音波として放射される。複数のスピーカユニッ
トから出力された音波は互いに干渉し、その結果として
周波数毎に所望の指向性パターンに近い指向性パターン
を生ずる。
Then, such filter characteristics are set in the FIR filter, and the audio signal filtered by the FIR filter is supplied to the speaker unit, and emitted from the speaker unit as a sound wave. Sound waves output from the plurality of speaker units interfere with each other, and as a result, a directivity pattern close to a desired directivity pattern is generated for each frequency.

(実施例) 以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら説明す
る。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は、本発明の一実施例を示すスピーカ・システ
ムのブロック図である。第1図において、14は信号源、
16は入力端子、70〜74はFIRフィルタ、80〜84は増幅
器、である。90、91a〜94a、91b〜94bはスピーカユニッ
トである。100、101a〜109a、101b〜109bはマイクロホ
ンであり、スピーカシステム全体や個々のスピーカユニ
ット90、91a〜94a、91b〜94bの特性等を測定するために
設けられたものである。すべてのマイクロホン100、101
a〜109a、101b〜109bは、中央のスピーカユニット90か
ら6m離れて設置されており、正面軸方向に対して−90°
の方向から90°の方向まで10°間隔で設置されている。
信号源14から生じた音声信号は入力端子16を介して5つ
に分岐し、それぞれFIRフィルタ70〜74に入力される。F
IRフィルタ70〜74の出力信号は増幅器80〜84に入力され
る。そして、増幅器80の出力信号はスピーカユニット90
に供給される。増幅器81の出力信号はスピーカユニット
91aと91bに供給され、同様に増幅器82〜84の出力信号は
スピーカユニット92a〜94aと92b〜94bに供給される。各
スピーカユニット90、91a〜94a、91b〜94bは、すべて口
径95mmの円形振動板を備えており、111mm間隔で直線状
に配置されている。
FIG. 1 is a block diagram of a speaker system showing one embodiment of the present invention. In FIG. 1, 14 is a signal source,
16 is an input terminal, 70 to 74 are FIR filters, and 80 to 84 are amplifiers. 90, 91a to 94a and 91b to 94b are speaker units. Reference numerals 100, 101a to 109a, and 101b to 109b denote microphones, which are provided to measure the characteristics of the entire speaker system and the individual speaker units 90, 91a to 94a, and 91b to 94b. All microphones 100, 101
a to 109a, 101b to 109b are installed at a distance of 6 m from the central speaker unit 90, and are -90 ° with respect to the front axial direction.
It is installed at intervals of 10 ° from the direction of 90 ° to 90 °.
The audio signal generated from the signal source 14 branches into five via an input terminal 16 and is input to FIR filters 70 to 74, respectively. F
Output signals of the IR filters 70 to 74 are input to amplifiers 80 to 84. The output signal of the amplifier 80 is
Supplied to Output signal of amplifier 81 is speaker unit
The signals output from the amplifiers 82 to 84 are supplied to speaker units 92a to 94a and 92b to 94b. Each of the speaker units 90, 91a to 94a, 91b to 94b includes a circular diaphragm having a diameter of 95 mm, and is linearly arranged at intervals of 111 mm.

信号源14から生じ入力端子16を介して分岐した音声信
号は、FIRフィルタ70〜74でフィルタリングを施され、
増幅器80〜84で増幅された後に各スピーカユニット90、
91a〜94a、91b〜94bに供給され、スピーカユニット90、
91a〜94a、91b〜94bから音波として放射される。各スピ
ーカユニット90、91a〜94a、91b〜94bから放射された音
波は互いに干渉するため、単一のスピーカユニットのみ
が駆動されるときとは異なる指向性パターンを生ずる。
それぞれの周波数において音波がどのように干渉するか
は、スピーカユニット90、91a〜94a、91b〜94bの配置状
態、スピーカユニット90、91a〜94a、91b〜94b間で生ず
るスピーカユニット90、91a〜94a、91b〜94b入力信号の
位相、スピーカユニット90、91a〜94a、91b〜94b入力信
号の振幅、によって定まる。このうちのスピーカユニッ
ト90、91a〜94a、91b〜94b入力信号の位相と振幅は、FI
Rフィルタ70〜74によって周波数毎に自由に設定するこ
とができる。
The audio signal generated from the signal source 14 and branched via the input terminal 16 is filtered by FIR filters 70 to 74,
After being amplified by the amplifiers 80 to 84, each speaker unit 90,
Supplied to 91a-94a, 91b-94b, the speaker unit 90,
It is emitted as sound waves from 91a to 94a and 91b to 94b. The sound waves emitted from each of the speaker units 90, 91a-94a, 91b-94b interfere with each other, resulting in a different directivity pattern than when only a single speaker unit is driven.
How the sound waves interfere at each frequency depends on the arrangement state of the speaker units 90, 91a to 94a, 91b to 94b, and the speaker units 90, 91a to 94a generated between the speaker units 90, 91a to 94a, 91b to 94b. , 91b-94b, and the amplitude of the speaker units 90, 91a-94a, 91b-94b. The phase and amplitude of the input signals of the speaker units 90, 91a to 94a and 91b to 94b are FI
It can be set freely for each frequency by the R filters 70-74.

スピーカユニット90、91a〜94a、91b〜94bの配置が固
定されているとすれば、FIRフィルタ70〜74の特性をど
のように設定するかによって、このスピーカシステム全
体の指向性パターンが定まる。
Assuming that the arrangement of the speaker units 90, 91a to 94a and 91b to 94b is fixed, the directivity pattern of the entire speaker system is determined by how to set the characteristics of the FIR filters 70 to 74.

いま、この第1図のように接続されたスピーカシステ
ムに対して実現させたいと思う所望の指向性パターンが
あるなら、このスピーカシステムの指向性パターンをこ
の所望の指向性パターンに最も近づけるような、FIRフ
ィルタ70〜74のフィルタ特性があるはずである。このよ
うなフィルタ特性を最適フィルタ特性と呼ぶこととす
る。そして、このような最適フィルタ特性は非線形最適
化手法により求めることができる。非線形最適化手法は
周知の計算方法ではあるが、以下、非線形最適化手法を
用いた計算手順の概略を、本実施例に沿って説明する。
Now, if there is a desired directivity pattern to be realized for the speaker system connected as shown in FIG. 1, the directivity pattern of the speaker system should be closest to the desired directivity pattern. , FIR filters 70-74. Such a filter characteristic is called an optimum filter characteristic. Then, such optimum filter characteristics can be obtained by a non-linear optimization method. Although the non-linear optimization method is a well-known calculation method, an outline of a calculation procedure using the non-linear optimization method will be described below with reference to this embodiment.

ここでは、スピーカシステムを所望の指向性パターン
とすることが、非線形最適化手法の計算における目標と
なる。そして、第2図のような目標値Tdを定める。目標
値Tdは、所望の指向性パターンを、10°間隔毎に数値で
表したものである。例えば、30°方向ではTd=0.400で
あり、40°方向ではTd=0.200である。両者の比は2/1で
あり、これをデシベル単位で表現すると6dBの差という
ことになる。ここで、dは第1図で示すように、10°毎
の方向を表す添字である。目標値Tdは、周波数fについ
ては一定とした。Wdは非線形最適化手法の評価関数にお
ける重み付けのための重みであり、ここでは第2図のよ
うな適当な値を使うことができる。この重みWdも、周波
数fについては一定とした。
Here, a desired directivity pattern for the speaker system is a target in the calculation of the nonlinear optimization method. Then, a target value Td as shown in FIG. 2 is determined. The target value Td is a numerical value representing a desired directivity pattern at intervals of 10 °. For example, Td = 0.400 in the 30 ° direction, and Td = 0.200 in the 40 ° direction. The ratio between the two is 2/1, which is a 6 dB difference when expressed in decibels. Here, as shown in FIG. 1, d is a suffix representing a direction at every 10 °. The target value Td is constant for the frequency f. Wd is a weight for weighting in the evaluation function of the nonlinear optimization method, and an appropriate value as shown in FIG. 2 can be used here. This weight Wd is also constant for the frequency f.

スピーカシステムの指向性パターンの目標値Tdへの近
似度は次の(1)式で表すことができるが、このE
(f)が非線形最適化手法における評価関数となる。
The degree of approximation of the directivity pattern of the speaker system to the target value Td can be expressed by the following equation (1).
(F) is the evaluation function in the nonlinear optimization method.

ここで、fは周波数を表す。また、Yd(f)はdの方
向におけるスピーカシステムの出力特性、即ち、FIRフ
ィルタ70〜74に共通の入力端子16からdの方向の観測
点、すなわちマイクロホン100、101a〜109a、101b〜109
bの設置点までの伝達関数である。そして、このYd
(f)は次の(2)式で表すことができる。
Here, f represents a frequency. Yd (f) is the output characteristic of the speaker system in the direction of d, that is, the observation point in the direction of d from the input terminal 16 common to the FIR filters 70 to 74, that is, the microphones 100, 101a to 109a, and 101b to 109.
This is the transfer function up to the installation point of b. And this Yd
(F) can be expressed by the following equation (2).

ここで、Fn(f)は、n番目のFIRフィルタ7nの伝達
関数である。よって、このFn(f)と、FIRフィルタの
振幅特性Rn(f)、位相特性θn(f)との関係は、次
の(3)式、(4)式の通りである。
Here, Fn (f) is a transfer function of the n-th FIR filter 7n. Therefore, the relationship between Fn (f) and the amplitude characteristic Rn (f) and the phase characteristic θn (f) of the FIR filter is as shown in the following equations (3) and (4).

Re[Fn(f)]=Rn(f)・cos(θn(f)) (3) Im[Fn(f)]=Rn(f)・sin(θn(f)) (4) ここで、Re[Fn(f)]はFn(f)の実部を、Im[Fn
(f)]はFn(f)の虚部を意味する。
Re [Fn (f)] = Rn (f) · cos (θn (f)) (3) Im [Fn (f)] = Rn (f) · sin (θn (f)) (4) where Re [Fn (f)] represents the real part of Fn (f) as Im [Fn
(F)] means the imaginary part of Fn (f).

また、(2)式におけるSnd(f)は、n番目のFIRフ
ィルタ7nに接続されたスピーカユニットのみを駆動させ
た場合の、n番目のFIRフィルタ7nの出力端子からd方
向の観測点までの電圧関数である。Snd(f)は、測定
により、または、計算により求めることができる。ここ
では、第1図のような構成の実験装置を使い、Snd
(f)を測定により求めた。
Further, Snd (f) in the equation (2) is the distance from the output terminal of the nth FIR filter 7n to the observation point in the d direction when only the speaker unit connected to the nth FIR filter 7n is driven. It is a voltage function. Snd (f) can be obtained by measurement or by calculation. In this example, an experimental apparatus having the configuration shown in FIG.
(F) was determined by measurement.

非線形最適化手法を用いるためには、変数ベクトルを
定義する必要があるが、ここでは、FIRフィルタ70〜74
のフィルタ特性を要素とする変数ベクトルを構成する必
要がある。そこで、次の(5)式のような変数ベクトル
v0を考えることができる。
In order to use the nonlinear optimization method, it is necessary to define a variable vector, but here, the FIR filters 70 to 74
It is necessary to construct a variable vector having the filter characteristics as elements. Therefore, a variable vector as shown in the following equation (5)
v0 can be considered.

v0=(R0(f)R1(f)・・・R4(f)θ0(f)θ1
(f)・・・θ4(f) (5) しかし、この変数ベクトルv0によって、非線形最適化
のアルゴリズムを駆動させると、Rn(f)の絶対値が非
常に大きな値で収束する可能性があり、よって、Rn
(f)には上限値を定めておく必要がある。このように
フィルタ特性のうちの振幅特性Rn(f)に上限値を設け
る必要があるのは次の理由による。すなわち、FIRフィ
ルタのフィルタ特性を設計する際には、電気部品として
のFIRフィルタ素子からくる振幅の制限を満たさねばな
らないからである。なお、振幅特性に上限値を設けてフ
ィルタ特性を設計をすることは当業者に自明の事項であ
る。
v0 = (R0 (f) R1 (f) ... R4 (f) θ0 (f) θ1
(F)... Θ4 (f) (5) However, when the nonlinear optimization algorithm is driven by this variable vector v0, the absolute value of Rn (f) may converge at a very large value. , So Rn
In (f), it is necessary to set an upper limit value. The reason why it is necessary to set an upper limit for the amplitude characteristic Rn (f) of the filter characteristics is as follows. That is, when designing the filter characteristics of the FIR filter, the limitation on the amplitude coming from the FIR filter element as an electric component must be satisfied. It is obvious to those skilled in the art to design a filter characteristic by setting an upper limit value for the amplitude characteristic.

そこで、振幅特性Rn(f)に上限値Rmax(f)を与え
るために、これも非線形最適化手法の計算手順としては
周知の事項であるが、次の(6)式のような変換を施
す。
Therefore, in order to give an upper limit value Rmax (f) to the amplitude characteristic Rn (f), this is also a well-known calculation procedure of the non-linear optimization method. .

Rn(f)=Rmax(f)・sin(φn(F)) (6) そして、変数ベクトルとして、次の(7)式のような
変数ベクトルv1を考えることができる。
Rn (f) = Rmax (f) · sin (φn (F)) (6) As a variable vector, a variable vector v1 represented by the following equation (7) can be considered.

v1=(φ0(f)φ1(f)・・・φ4(f)θ0
(f)θ1(f)・・・θ4(f)) (7) これであれば、φn(f)の絶対値がいかに大きな値
に収束しても、(6)式によって振幅特性Rn(f)に変
換すれば、振幅特性Rn(f)はRmax(f)を超えない。
v1 = (φ0 (f) φ1 (f) ... φ4 (f) θ0
(F) θ1 (f)... Θ4 (f)) (7) In this case, no matter how much the absolute value of φn (f) converges to a large value, the amplitude characteristic Rn (f) is obtained by the equation (6). ), The amplitude characteristic Rn (f) does not exceed Rmax (f).

以上の(1)式〜(4)式、(6)式、(7)式によ
って、変数ベクトルv1と評価関数E(f)を関係付ける
ことができるので、非線形最適化のアルゴリズムを駆動
させることができる。
Since the variable vector v1 and the evaluation function E (f) can be related by the above equations (1) to (4), (6) and (7), the algorithm for nonlinear optimization is driven. Can be.

ここでは、非線形最適化のアルゴリズムの一つとして
周知のアルゴリズムである、Davidon−Fletcher−Powel
l法によって計算した。非線形最適化の計算において
は、20Hzから2500Hzまで約20Hz間隔で、その周波数毎に
最適フィルタ特性を求めた。
Here, Davidon-Fletcher-Powel, a well-known algorithm as one of the nonlinear optimization algorithms, is used.
Calculated by l-method. In the calculation of the nonlinear optimization, the optimum filter characteristics were obtained for each frequency at intervals of about 20 Hz from 20 Hz to 2500 Hz.

このようにして求めた最適フィルタ特性を第3図に示
す。第3図において(R0)〜(R4)は、それぞれFIRフ
ィルタ70〜74に設定すべき最適フィルタ特性の振幅特性
である。また、(θ0)〜(θ4)は、それぞれFIRフ
ィルタ70〜74に設定すべき最適フィルタ特性の位相特性
である。第3図(R0)において、点線で示されているの
は、計算のために適当に定めた、(6)式のRmax(f)
である。第3図(R1)〜(R4)には示していないが、計
算においてはすべてのフィルタの振幅特性に第3図(A
0)と同じRmax(f)を設定した。第3図に示すように
最適フィルタ特性は従来技術で用いていた遅延手段の特
性とは全く異なり、振幅特性、位相特性ともに非常に複
雑である。
FIG. 3 shows the optimum filter characteristics obtained in this manner. In FIG. 3, (R0) to (R4) are amplitude characteristics of optimal filter characteristics to be set in the FIR filters 70 to 74, respectively. (Θ0) to (θ4) are the phase characteristics of the optimum filter characteristics to be set in the FIR filters 70 to 74, respectively. In FIG. 3 (R0), what is indicated by a dotted line is Rmax (f) of the equation (6) appropriately determined for calculation.
It is. Although not shown in FIGS. 3 (R1) to (R4), the amplitude characteristics of all the filters are calculated in FIG.
The same Rmax (f) as in (0) was set. As shown in FIG. 3, the optimum filter characteristic is completely different from the characteristic of the delay means used in the prior art, and both the amplitude characteristic and the phase characteristic are very complicated.

第3図で示した最適フィルタ特性を実験装置のFIRフィ
ルタ70〜74に設定し、指向性パターンを測定した結果を
第4図に示す。第4図において(f1)〜(f6)は、それ
ぞれ80Hz、125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、1600Hzの周
波数における指向性パターンの測定結果を示している。
実線で示した指向性パターンが、実験装置から得た測定
値である。参考のために第2図で示した目標値Tdを×印
でプロットしてある。第4図では、正面軸方向に対し
て、0°〜90°の範囲の指向性パターンのみを示してい
るが、第1図のスピーカシステムの対称性から、0°〜
−90°の範囲においては第4図とほぼ対称な指向性パタ
ーンが得られるはずである。
FIG. 4 shows the results obtained by setting the optimum filter characteristics shown in FIG. 3 to the FIR filters 70 to 74 of the experimental apparatus and measuring the directivity pattern. In FIG. 4, (f1) to (f6) show the measurement results of the directivity patterns at frequencies of 80 Hz, 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, and 1600 Hz, respectively.
The directivity pattern shown by the solid line is a measured value obtained from the experimental apparatus. For reference, the target value Td shown in FIG. 2 is plotted with a cross. FIG. 4 shows only the directivity pattern in the range of 0 ° to 90 ° with respect to the front axial direction. However, from the symmetry of the speaker system of FIG.
In the range of -90 °, a directivity pattern almost symmetrical to FIG. 4 should be obtained.

第4図からわかるように、測定値は目標値Tdに対して
良く近似している。このことは、目標値Tdの設定いかん
で、種々の指向性パターンから得られるということを示
唆している。また、実験結果は低域から中高域まで(80
Hz〜1600Hz)、ほぼ一様な指向性パターンを示してい
る。
As can be seen from FIG. 4, the measured value closely approximates the target value Td. This suggests that it can be obtained from various directivity patterns depending on the setting of the target value Td. The experimental results ranged from low to mid-high frequencies (80
Hz to 1600 Hz), indicating a substantially uniform directivity pattern.

さらに、従来から特に困難であるとされてきた、低域
において指向性パターンを鋭くすることができた。第4
図(f2)における点線は、125Hzの周波数における、こ
の実験装置のFIRフィルタ70〜74をバイパスさせたとき
のスピーカシステムの指向性パターンである。この点線
で示される指向性パターンでは、正面軸方向(d=0の
方向)と正面軸90°をなす方向(d=9の方向)とは、
2〜3dBしかレベル差がない。これに対して、最適フィ
ルタ特性を設定したFIRフィルタ70〜74を用いることに
より、26dBのレベル差を生ぜしめることができた。一
方、従来技術を示した文献、特開昭63−9300号公報の第
2図(B)には、具体的な周波数は明記されていないが
低域において遅延手段の有無によって指向性パターンが
どのように変化するかが示されている。遅延手段がなく
ても指向性パターンは正面軸方向と90°方向とで、すで
に8dBものレベル差を生じているが、遅延手段を設けて
も16dBのレベル差しか生じていない。この従来技術との
比較においても、低域での指向性パターンを鋭くするた
めに本発明が有効であることがわかる。
Further, the directivity pattern can be sharpened in a low frequency range, which has been considered particularly difficult. 4th
The dotted line in the figure (f2) is the directivity pattern of the speaker system at a frequency of 125 Hz when the FIR filters 70 to 74 of this experimental device are bypassed. In the directivity pattern indicated by the dotted line, the direction forming the front axis (direction of d = 0) and the direction forming the front axis 90 ° (direction of d = 9) are as follows.
There is only a level difference of 2-3dB. On the other hand, by using the FIR filters 70 to 74 with the optimum filter characteristics set, a level difference of 26 dB could be generated. On the other hand, FIG. 2 (B) of the document showing the prior art, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-9300, does not specify the specific frequency, but the directivity pattern depends on the presence or absence of the delay means in the low frequency range. Is shown. Even without the delay means, the directivity pattern had a level difference of as much as 8 dB between the front axis direction and the 90 ° direction, but even with the delay means, only a 16 dB level difference was generated. Also in comparison with this conventional technique, it can be seen that the present invention is effective for sharpening the directivity pattern in the low frequency range.

なお、本実施例では、スピーカシステムが対称に構成
されているが、必ずしもこのように対称な構成とする必
要はない。
In the present embodiment, the loudspeaker system is configured symmetrically, but it is not always necessary to have such a symmetrical configuration.

また、本実施例はスピーカユニット90、91a〜94a、91
b〜94bを直線状に配置したものであったが、これを平面
状、立体状に配置しても、所望の指向性パターンに最も
近い指向性パターンを得るようなフィルタ特性を求める
ために、非線形最適化手法が有効であることは自明であ
る。
Further, in the present embodiment, the speaker units 90, 91a to 94a, 91
Although b to 94b were arranged linearly, even if they were arranged in a plane and three-dimensionally, in order to obtain a filter characteristic to obtain a directivity pattern closest to a desired directivity pattern, It is obvious that the nonlinear optimization method is effective.

さらに、本実施例は低域から中高域まで一定の目標値
Tdによって最適フィルタ特性を求めたが、周波数毎に異
なる目標値Tdを設けてもよい。
Furthermore, this embodiment has a constant target
Although the optimum filter characteristic is obtained by Td, a different target value Td may be provided for each frequency.

(発明の効果) 上記の通り、この発明によれば、非線形最適化手法に
より最適フィルタ特性を求め、この最適フィルタ特性を
設定したFIRフィルタでスピーカユニットを駆動するこ
とによって、低域から中高域まで周波数毎に指向性を制
御でき、しかも、その指向性パターンにある程度の任意
性をもたせることができる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, an optimum filter characteristic is obtained by a non-linear optimization method, and a speaker unit is driven by an FIR filter in which the optimum filter characteristic is set, so that the low- to mid-high range is obtained. The directivity can be controlled for each frequency, and the directivity pattern can have some degree of arbitrariness.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はこの発明の一実施例を示すブロック図である。
第2図は非線形最適化手法による計算のための目標値等
を示した図である。第3図は最適フィルタ特性を示す特
性図である。第4図は指向性パターンを示す特性図であ
る。第5図は従来技術を示すブロック図である。 14……信号源、16……入力端子、70〜74……FIRフィル
タ、80〜84……増幅器、90、91a〜94a、91b〜94b……ス
ピーカユニット、100、101a〜109a、101b〜109b……マ
イクロホン。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing target values and the like for calculation by the nonlinear optimization method. FIG. 3 is a characteristic diagram showing optimum filter characteristics. FIG. 4 is a characteristic diagram showing a directivity pattern. FIG. 5 is a block diagram showing the prior art. 14 signal source, 16 input terminal, 70-74 FIR filter, 80-84 amplifier, 90, 91a-94a, 91b-94b speaker unit, 100, 101a-109a, 101b-109b …… a microphone.

フロントページの続き 審査官 高橋 泰史 (56)参考文献 特開 昭63−9300(JP,A) 特開 昭63−234699(JP,A)Continuation of the front page Examiner Yasushi Takahashi (56) References JP-A-63-9300 (JP, A) JP-A-63-234699 (JP, A)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】複数のスピーカユニットと、1の信号源か
ら分岐した音声信号を入力する複数の有限インパルス応
答フィルタとを備え、 前記有限インパルス応答フィルタ各々の出力信号が前記
複数のスピーカユニットのうちの1以上のスピーカユニ
ットに入力されるように、前記有限インパルス応答フィ
ルタと前記スピーカユニットとが接続され、 前記複数のスピーカユニット全体の指向性パターンが所
望の指向性パターンに近づくように非線形最適化手法を
用いて求めたフィルタ特性が、前記有限インパルス応答
フィルタのフィルタ特性として設定された指向性制御型
スピーカシステム。
1. A loudspeaker unit comprising: a plurality of speaker units; and a plurality of finite impulse response filters for inputting audio signals branched from one signal source, wherein an output signal of each of the finite impulse response filters is one of the plurality of speaker units. The finite impulse response filter and the speaker unit are connected so as to be input to one or more speaker units, and nonlinear optimization is performed so that the directivity pattern of the plurality of speaker units as a whole approaches a desired directivity pattern. A directional control type loudspeaker system, wherein a filter characteristic obtained by using a technique is set as a filter characteristic of the finite impulse response filter.
【請求項2】請求項1記載の指向性制御型スピーカシス
テムにおいて、前記複数のスピーカユニットが直線状に
配置されている指向性制御型スピーカシステム。
2. The directivity control type speaker system according to claim 1, wherein said plurality of speaker units are linearly arranged.
【請求項3】請求項1記載の指向性制御型スピーカシス
テムにおいて、前記複数のスピーカユニットが平面状ま
たは立体状に配置されている指向性制御型スピーカシス
テム。
3. The directivity control type speaker system according to claim 1, wherein said plurality of speaker units are arranged in a plane or a three-dimensional shape.
【請求項4】請求項1または2記載の指向性制御型スピ
ーカシステムにおいて、前記複数のスピーカユニットが
左右対称に配置され、対称の位置に配置された2のスピ
ーカユニットは共通の有限インパルス応答フィルタに接
続されている指向性制御型スピーカシステム。
4. The directivity control type loudspeaker system according to claim 1, wherein said plurality of loudspeaker units are symmetrically arranged, and said two loudspeaker units arranged at symmetric positions are a common finite impulse response filter. Directivity control type speaker system connected to.
【請求項5】請求項1乃至4記載の指向性制御型スピー
カシステムにおいて、前記所望の指向性パターンが、前
記スピーカユニットの再生帯域全域に渡り一定である指
向性制御型スピーカシステム。
5. A directivity control type speaker system according to claim 1, wherein said desired directivity pattern is constant over the entire reproduction band of said speaker unit.
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