WO2003013189A1 - Acoustic reproduction apparatus - Google Patents

Description

技術分野

本発明は、 例えば、 車室内において、 良好な音質で、 音響を再生する とともに、 良好に騒音を低減させる消音装置として使用される音響再生 明

装置に関する。

田 背景技術

従来、 たとえば、 図 1 2に示すような、 車載用音響再生装置が知られ ている。

図 1 2において、 音楽信号などを供給する信号源 1 0 1、 第 1の電力 増幅器 1 0 3、 第 2の電力増幅器 1 0 4は、 それぞれ信号源 1 0 1に接 続されている。 第 1の電力増幅器 1 0 3の出力には、 車両 1 0 7の左ド ァに取付けられたスピー力 5が接続されている。 第 2の電力増幅器 1 0 4の出力には車両 1 0 7の右ドアに取付けられたスピーカ 1 0 6が接続 されている。 こう して、 ユーザーは、 車室内で音楽などの再生が楽しめ る。

しかしながら、 従来のこのような構成では、 音響空間が狭く、 かつ受 聴者が 2つの対向したスピー力 1 0 5 , 1 0 6 の中心位置からずれた場 所にいる。 このことから、 受聴者の耳に到達する音の音圧、 位相特性は 周波数が高くなるにつれて大きく変動する。

図 1 3、 図 1 4は、 実際の車室内における、 ダミーヘッ ドによる測定 のデータである。 図 1 3 と図 1 4は、 それぞれ、 左右の耳にはいる音の位相差と音圧差 を表す。

この車両の例では、 2 5 0 H z付近で受聴者の左右の耳に入る音は、 図 1 3に示すように逆相になっている。

このような現象が発生する理由は、 下記のとおりである。

2 5 0 H zの信号の波長は、 1 . 3 6 mである。 これは、 車室内の左 ドアから右ドアまでの距離とほぼ同じである。 更に受聴者は、 2つのス ピー力 1 0 5 , 1 0 6の中心から外れた位置に座っている。 こう して、 受聴者の位置と 2つのスピー力 1 0 5， 1 0 6それぞれとの距離の差に よって、 左右のスピーカから、 位相が略 1 8 0度異なった音が、 受聴者 に伝わる。 こう して、 前述のような現象が発生する。

従って、 音質の観点からすると、 音の逆相感が強く検知される。 すな わち、 受聰者の位置で、 受聴者の左右の耳に入る音の位相が逆転してい ることに関係して、 図 1 4に示すように、 相対的に左右の耳に入る音圧 レベルも大きく変動する。 こうして、 受聰者の位置において、 左右の耳 に入る音のバランスが悪くなる。

また、 上記と同様な装置で消音システムが構成された場合、 受聴者の 位置で、 騷音を打ち消すための騒音と逆位相の音が作り出される。 この とき、 上述のように受聴者の左右の耳に、 互いに逆位相の音が到達する と、 消音性能は得られない。

以上のように、 従来の装置では、 左右のスピーカの間の距離や受聴者 の位置により、 不自然な再生音が得られることもあり うる。 発明の開示

本発明は、 良好な音質の音響再生装置を提供することを目的とする。 少なく とも 2つの電力増幅器は、 信号源の出力信号を増幅する。 少なく とも 2つのスピーカは、 2つの電力増幅器の出力電力によって音を再生 する。 n次の位相シフタは、 2つの電力増幅器の少なく とも一つに、 結 合されて、 信号源の出力信号の位相を変化させる。

こ う して、 本発明の音響再生装置は、 左右のスピーカから発生する音波 の位相を制御し、 良好な音響を再生する。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明の音響再生装置の実施の形態 1を説明するためのシス テム図である。

図 2は、 実施の形態 1の位相シフタを説明するための回路図である。 図 3は、 実施の形態 1の位相シフタの特性を説明する。

図 4は、 実施の形態 1のシステムの位相特性を説明する。

図 5は、 実施の形態 1のシステムの音圧特性を説明する。

図 6は、 本発明の音響再生装置の実施の形態 2を説明するためのシス テム図である。

図 7 A、 Bは、 実施の形態 2の位相シフタを説明するための回路図で ある。

図 8は、 実施の形態 2の位相シフタの位相特性を説明する。

図 9は、 実施の形態 2の位相シフタの相対位相差を説明するための特 性図である。

図 1 0は、 本発明の音響再生装置の実施の形態 3を説明するためのシ ステム図である。

図 1 1は、 本発明の音響再生装置の実施の形態 4を説明するためのシ ステム図である。 図 1 2は、 従来の音響再生装置を説明するための 図である。 図 1 3は、 従来のシステムの位相特性を説明する,

図 1 4は、 従来のシステムの音圧特性を説明する < 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の実施の形態について、 図 1から図 1 1を用いて説明す る。

(実施の形態 1 )

図 1は本発明の音響再生装置の実施の形態 1を説明するためのシステ ム図である。

図 2は本実施の形態の位相シフタを示す回路図である。

図 3は本実施の形態の位相シフタの周波数対ゲイン、 位相特性を示す 特性図である。

図 1において、 音楽信号などを供給する信号源 1は、 n次の位相シフ タ 2を通して、 第 1の電力増幅器 3に結合している。 また、 信号源 1は、 第 2の電力増幅器 4に結合されている。 車両 7のドアに装着されたスピ 一力 5は、 第 1の電力増幅器 3に駆動される。 車両 7のドアに装着され たもう一つのスピー力 6は第 2の電力増幅器 4によって駆動される。

すなわち、 ここでは、 信号源 1 と 2チャンネルの電力増幅器と、 スピ 一力 5， 6が音響再生システムを形成する。

ここで、 n次の位相シフタは、 たとえば、 略 1 8 0度の位相遅延回路 を n個組み合わせて構成される。 ここで nは 整数である。 したがって、 . 1次の位相シフタは、 たとえば、 周波数の増加とともに、 ゲイン一定で、 信号の位相を略 1 8 0度遅れさせる遅延回路で構成される。 本実施の形態で使用される位相シフタ 2は、 4次の位相シフタである。 すなわち、 4 x略 1 8 0度の遅延回路である。 これは、 図 2の回路図に 示すように、 コンデンサ 8， 1 1 , 1 4， 1 7、 抵抗 9 , 1 0 , 1 2， 1 3 , 1 5 , 1 6 , 1 8， 1 9及び 2つの演算増幅器 2 0 , 2 1力 ら構 成されている。 この位相シフタ 2の周波数対ゲイン、 位相特性において は、 図 3に示すようにゲイン一定で、 周波数の増加とともに位相が遅れ る。

ここで、 図 2の位相シフタは、 2次の位相シフタが 2個、 直列に結合 されている。 ここで、 一つの 2次の位相シフタを通過する信号について の周波数に対して、 ゲインは一定で、 位相は 3 6 0度変化する。 ここで は、 周波数に対する位相変化のカーブが連続となるように、 2つの 2次 の位相シフタの周波数範囲が選択されている。

従来のシステムでは、 図 1 4に示したように、 受聴点で、 受聴者の左 右の耳に到達する音の位相が、 2 6 0 H z付近で反転している。 このシ ステムに、 先に述べた 4次の位相シフタ 2が第 1の電力増幅器 3の前段 に設けられる。 このことにより、 図 4及び図 5に示すように、 4 0 0 H z付近までの位相変化幅が ± 9 0 ° 以内に、 改善される。 また、 ここで、 授聴者の左右から到来する音の音圧差も ± 1 0 d B以内に改善される。

以上の例では、 4次の位相シフタが用いられる。 4次の位相シフタに 限らず、 n次の位相シフタが用いられても良い。 n次の位相シフタにお いても、 受聴者の左右の耳に到達する音が、 互いに逆相となる周波数付 近で、 片方の音の位相がさらに略 1 8 0度シフ トするように、 その特性 力 S、 設定される。 このとき、 上述したことと同様に、 左右から受聴者の 左右の耳に到達する音の位相差、 音圧差が、 改善され得る。

なお、 一般に車室の幅に応じて、 受聴者の左右の耳に到達する音の位 相が逆相になる周波数は変化する。 したがって、 車室の幅に応じて、 位 相シフタの周波数帯域が調整されてもよい。

このような構成により、 車室内で、 逆相の音や左右からの到来する音 の音圧差の影響の少ない、 良好な音質の音が再生される。

(実施の形態 2 )

図 6は本発明の音響再生装置の実施の形態 2を説明するためのシステ ム図である。

図 7は、 本実施の形態の位相シフタを示す回路図である。 図 6及ぴ図 7において、 図 1及ぴ図 2と同一構成部分については同一符号を付して 詳細な説明を省略し、 異なる部分のみについて記述する。

図 8は、 図 7の 2つの位相シフタの位相特性を示す特性図である。 図 9は、 図 8に示す位相シフタを構成した場合の 2つの位相シフタ出 力の相対位相を示す特性図である。

図 6に示すように、 第 1の電力増幅器 3の前段に n次の位相シフタ 2 力 第 2の電力増幅器 4の前段に n次の位相シフタ 2 2が設けられてい る。 この回路構成は図 7 A， Bに示す 2次の位相シフタの基本構成を数 段カスケードに接続することにより構成される。 図 8の特性曲線 A， B に示すように、 この 2つの位相シフタ 2 , 2 2は、 それぞれ、 異なる位 相回転中心周波数を有する。

こうする事により、 図 9に示すように、 2つのチャンネルから出る音 の相対位相差が、 周波数のある部分で、 1 8 0度をなるようにできる。 すなわち、 2つのチャンネルから出る音は、 その周波数の部分で、 互い に逆相になる。

このような構成とすることで、 2つのチャンネルから出る音が、 互い に逆相となる周波数の部分が、 2 5 0 H _Z付近に設定され得る。 一方、 図 1 3に示す従来システムの位相特性において、 逆位相になる周波数部 分は、 2 5 0 H z付近である。

したがって、従来、左右のスピーカから放射される音波の相対位相が、 互いに逆位相になる周波数部分で、 相対位相が、 さらに逆位相とさる。 その結果、 位相補正が実現できる。

このような構成により本発明の実施の形態 1 と同様、 極めて良好な音 質が得られる。 (実施の形態 3 )

図 1 0は本発明の音響再生装置の実施の形態 3を説明するためのシス テム図である。 図 1 と同一構成部分については同一番号を付して詳細な 説明を省略し、 異なる部分のみについて記述する。

この音響再生装置において、 マイクロフォン 2 4は騒音を検出する。 フィルタ 2 3は、 そのマイクロフォン 2 4の出力信号の位相を、 騒音源 と逆位相にして出力するように調整されている。 そのフィルタ 2 3の出 力信号は、 2チャンネルに分配される。

2つの電力増幅器 3， 4は、 その分配された 2チャンネルの信号を増 幅する。 スピーカ 5， 6は、 その電力増幅器 3， 4の出力電力によって、 騒音を減少させる消音波を発生する。

ここで、 スピーカ 5， 6は、 車両 7の左右のドアに取付けられている。 このように、 この音響再生装置は、 消音機能を備える。

ここで、 第 1の電力増幅器 3の前段に、 n次の位相シフタ 2が設けら れる。

本実施の形態の音響再生装置は、 受聴者の左右の耳に位相差の少ない 消音波を到達させ、 優れた消音効果を示す。 これは、 実施の形態 1の音 響再生装置が、 受聴者の左右の耳に位相差の少ない音を伝達するのと同 様の動作原理による。

さらに、 この消音機能を備える音響再生装置は、 実施の形態 1で説明 した音響再生装置と、 図 1 0に示すように組みあわせて使用されてもよ い。 この場合、 受聴者の左右の耳に位相差の少ない音を伝達しつつ、 雑 音を消音する音響再生装置が提供される。

(実施の形態 4 )

図 1 1は本発明の音響再生装置の実施の形態 4を説明するためのシス テム図である。

図 1 0と同一構成部分については同一番号を付して詳細な説明を省略 し、 異なる部分のみについて記述する。

第 1の電力増幅器 3の前段に n次の位相シフタ 2、 第 2の電力増幅器 4の前段に n次の位相シフタ 2 2が設けられている。 ここで、 位相シフ タ 2および 2 2の位相回転中心周波数は、 異なった周波数に設定されて いる。

このような構成とすることで、 本実施の形態の音響再生装置は、 位相 差の少ない消音波が到達することにより、 優れた消音効果が得られる。 これは、 実施の形態 2の音響再生装置が、 受聴者の左右の耳に位相差 の少ない音を伝達するのと同様の動作原理による。

さらに、 この消音機能を備える音響再生装置は、 実施の形態 2で説明 した音響再生装置と、 図 1 1に示すように組みあわせて使用されてもよ い。 この場合、 受聴者の左右の耳に位相差の少ない音を伝達しつつ、 雑 音を消音する音響再生装置が提供される。 産業上の利用可能性

以上のように本発明においては、 少なく とも 2チャンネルの電力増幅 器が。 音楽などを供給する信号源の出力電圧を増幅する。 少なく とも 2 つの 2つのスピーカは、 その 2チャンネルの電力増幅器の出力電力によ つて音を再生する。 ここで、 2チャンネルの電力増幅器の、 少なく とも 一方のチャンネルに n次の位相シフタが結合されている。 このことによ り、 車室内で、 逆相の音や左右からの到来する音の音圧差の影響の少な い、 極めて良好な音響再生装置が得られる。

また、 同様の動作原理により、 本発明は、 車室内において、 良好に動 作する優れた消音性能を有する音響再生装置を提供する。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 信号源の出力信号を増幅する少なく とも 2つの電力増幅器と、 前記少なく とも 2つの電力増幅器の出力信号によって、 音を再 生する少なく とも 2つのスピー力と、

前記少なく とも 2つの電力増幅器の少なく とも一つに結合され、 前記信号源の出力信号の位相を変化させる n次の位相シフタ （ここで、 nは整数）

とを含む

音響再生装置。

2 . 前記すくなく とも 2つの電力増幅器のぞれぞれに、 位相回転中 心周波数の異なる、 前記信号源の出力信号の位相を変化させる n次の位 相シフタ （ここで、 nは整数） が結合された

請求項 1記載の音響再生装置。

3 . 前記 n次の位相シフタは、 4次の位相シフタである

請求項 1に記載の音響再生装置。

4 . 前記 n次の位相シフタは、 4次の位相シフタである

請求項 2に記載の音響再生装置。

5 . 前記信号源は、 騷音を検出するマイクロフォンと、

前記マイク口フォンの出力信号が入力され、 前記騒音と逆相の 信号を出力するフィルタとを含み、 前記少なく とも 2つのスピーカは、 前記フィルタの出力信号に 応じて、 前記騒音を減少させる消音波を発生する

請求項 1記載の音響再生装置。

6 . さらに、

騒音を検出するマイクロフォンと、

前記マイク口フォンの出力信号が入力され、 前記騒音とと逆相 の信号を出力するフィルタと、

を含み、

前記フィルタの出力信号が、 少なく とも 2チャンネルに 分配され、 前記少なく とも 2つの電力増幅器に入力され、 前記少なく と も 2つのスピーカは、 前記信号源より供給される音と、 前記前記騒音を 減少させる消音波とを発生する

請求項 1記載の音響再生装置。

7 . 前記 2つの電力増幅器のぞれぞれに、 位相回転中心周波数の異な る、 前記信号源の出力信号の位相を変化させる n次の位相シフタ （ここ で、 nは整数） が結合される

請求項 5記載の音響再生装置。

8 . 前記 2つの電力増幅器のぞれぞれに、 位相回転中心周波数の異な る、 前記信号源の出力信号の位相を変化させる n次の位相シフタが結合 される

請求項 6記載の音響再生装置。

9 . 前記 n次の位相シフタは、 4次の位相シフタである 請求項 7または 8に記載の音響再生装置。