指向性音

指向性サウンドとは、さまざまなデバイスを使用して、従来のほとんどの（小型の）スピーカーよりも広がりの少ない音場を作り出すという概念を指します。これを実現するにはいくつかの手法があり、それぞれに利点と欠点があります。最終的に、指向性サウンド デバイスの選択は、デバイスが配置される環境と再生されるコンテンツに大きく依存します。これらの要素を念頭に置くと、指向性サウンド テクノロジーの評価を通じて最良の結果が得られます。

緊急時にピンクノイズを放出して避難者を出口に誘導するシステムは、「指向性音響」システムとも呼ばれます。

すべての波動発生源において、その指向性は最大でも、発生源の大きさとそれが発生している波長との比較に相当します。音波の波長と比較して音源が大きいほど、指向性ビームはより強くなります^{[要出典] 。特定の変換方法は、結果として得られる音場の指向性には影響しません。解析は、}ホイヘンス・フレネルの原理に従って、音源の開口関数のみに依存します。

超音波デバイスは、可聴音を高周波超音波に変調することで、高い指向性を実現します。高周波音波は波長が短いため、急速に拡散しません。このため、これらのデバイスの指向性は、どのスピーカー システムでも物理的に可能な範囲をはるかに超えています。ただし、低周波の再生能力には限界があると報告されています。詳細については、 超音波からの音を参照してください。

大型スピーカーはサイズが大きいため当然指向性が高くなりますが、従来の小型スピーカーのアレイをすべて同位相で一緒に駆動することで同等の指向性を持つ音源を作成できます。音響的には大型スピーカーに相当しますが、これにより波長に比べて音源サイズが大きくなり、結果として得られる音場は単一の小型スピーカーに比べて狭くなります。大型スピーカーアレイは、通常は近隣地域に伝わる騒音を軽減するために何百ものアリーナサウンドシステムで使用されているほか、ある程度の指向性が役立つ他の用途、たとえば大型スピーカー寸法を許容できる博物館や同様の展示用途でも限定的に使用されています。

従来のスピーカーアレイは、どのような形状やサイズでも製造できますが、物理的な寸法（波長に対して）を小さくすると、その寸法での指向性が本質的に犠牲になります。スピーカーアレイが大きいほど指向性が高くなり、スピーカーアレイのサイズが小さいほど指向性が低くなります。これは基本的な物理学であり、フェーズドアレイやその他の信号処理方法を使用しても回避できません。これは、あらゆる波源の指向性パターンがソース関数のフーリエ変換であるためです。 ^[1] ただし、フェーズドアレイ設計は、ビームステアリングやサイドローブの軽減に役立つ場合がありますが、これらの妥協を行うと必然的に指向性が低下します。

音響的には、スピーカー アレイは、何十年も前から提供されているサウンド ドームと基本的に同じです。ドームの開口部のサイズは、同じ直径の大型スピーカー (または、同等の、同じ直径の大型スピーカー アレイ) の音響特性を模倣しています。ただし、ドームは、同等のスピーカー アレイよりもはるかに軽量 (メーカーの Web サイトによると、15 ポンド対 37 ポンド) で、はるかに安価です。

静電型スピーカーなどの他の種類の大型スピーカー パネルは、上記と同じ理由から、小型スピーカーよりも指向性が強い傾向があります。これらのスピーカー パネルは、ほとんどの一般的なスピーカーよりも物理的に大きい傾向があるため、指向性がやや強くなります。同様に、従来の小型スピーカーと同じサイズの静電型スピーカーは、指向性がありません。

^{さまざまな音源のサイズと形状に対する指向性は[2]}に示されています。 指向性は音源のサイズと形状のみの関数であり、使用されるトランスデューサーの特定のタイプには依存しないことが示されています。

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