JP4826693B2 - Sound playback device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピーカの指向性を制御するための指向性制御部を備えるスピーカ装置の配置方法、およびスピーカ装置を用いた音響再生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
スピーカの方向による音響放射特性の変化(以下、「指向性」という)を制御する方法として、従来より、無指向性の2個のスピーカを逆相で接続して双指向性としたり、3個以上のスピーカアレイにより単一指向性や指向性のビームをある方向に与える等の方法が提案されている(たとえば特開昭57−068991号公報、特開平05−014992号公報、特開平11−285093号公報、特開平09−098495号公報参照)。
【0003】
これら従来の方法は、スピーカの構造や信号処理によって基本的には時間的な遅延を各スピーカ毎に与えて、音波の空間的な位相干渉を利用することで所望の指向性を実現している。特に単一指向性を実現した場合には、音量が高いレベルで再生される方向(「ビーム方向」という)と低いレベルで再生される方向(「ゼロ点方向」という)とが生じるため、これらを利用した音響再生システムが提案されている。この場合、通常、ビーム方向におけるエリアは、リスナーが位置するエリアとして利用され、ゼロ点方向におけるエリアは、主に音量を下げる目的で利用される。
【0004】
また、ステレオ再生装置において、モノラル音声を再生する場合、一つのスピーカで再生すれば、知覚される音像は、そのスピーカの設置位置となる。また、リスナーから等距離にある二つのスピーカに等分してステレオ音声を再生すれば、その二つのスピーカの中央にファントム音像として知覚されることが知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
そのため、スピーカとリスナーとの位置関係が決まれば、ステレオ再生で得られる、リスナーにおける音像の定位の距離感が自ずと決まってしまう。したがって、リスナーの近くにスピーカを置いた場合等には、スピーカの実際の位置から遠方に音像定位を得ることは困難であった。また、スピーカの実際の位置から遠方に音像定位を得ようとして、間接音や反射音の音響信号に対して遅延処理を加える等の信号処理が行われることもあるが、音像の定位を曖昧にするのみで、遠方に音像定位が感じられる効果は少ない。
【0006】
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、音像がスピーカの配置位置より遠方に感じられるスピーカ装置の配置方法、およびそのスピーカ装置を用いた音響再生装置を提供することを、その課題としている。
【0007】
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
【0008】
本発明の第1の側面によって提供されるスピーカ装置の配置方法は、2個のスピーカを近接配置させたスピーカ取付面を有し、上記2個のスピーカを駆動して単一指向放射特性を得るための指向性制御部から駆動信号が供給されるスピーカ装置の配置方法であって、上記指向性制御部は、入力信号を上記2個のスピーカの離間距離に応じた時間だけ遅延させて出力する遅延手段と、入力信号と上記遅延手段により遅延された入力信号とが互いに逆位相で上記2個のスピーカから各別に音響放射されるようにする位相反転手段とを備え、上記2個のスピーカのうちのいずれか一方のスピーカは、上記指向性制御部によって遅延させられた入力信号を出力するものとされており、上記一方のスピーカが、上記スピーカ取付面における上記2個のスピーカの中心軸の双方と互いに直交する直線上において、他方のスピーカよりリスナー側に位置するように配置することを特徴としている。
【0009】
好ましい実施の形態によれば、上記スピーカ取付面は、水平方向に沿って配置されている。
【0010】
他の好ましい実施の形態によれば、上記スピーカ取付面は、鉛直方向に沿って配置されている。
【0011】
他の好ましい実施の形態によれば、上記スピーカ取付面は、その延長面上にリスナーの頭部が位置するように配置されている。
【0012】
他の好ましい実施の形態によれば、上記2個のスピーカは複数組設けられており、ステレオまたはマルチチャンネルの音響信号を再生する。なお、このマルチチャンネルの音響信号は、サラウンド信号等を含む音響信号である。
【0013】
他の好ましい実施の形態によれば、上記指向性制御部は、リスナーの側方にサラウンド信号を定位させるための仮想定位処理手段と、上記仮想定位処理手段の出力を上記他方のスピーカに供給される信号に加算する加算手段とを備える。
【0014】
本発明の第2の側面によって提供される音響再生装置は、2個1組のスピーカを近接配置させたスピーカ取付面と、入力信号を上記2個1組のスピーカの離間距離に応じた時間だけ遅延させて出力する遅延手段、および上記入力信号と上記遅延手段により遅延された入力信号とが互いに逆位相で上記2個1組のスピーカから各別に音響放射されるようにする位相反転手段を有し、かつ上記2個1組のスピーカを駆動して単一指向放射特性を得るための指向性制御部とを備え、上記2個1組のスピーカのうちのいずれか一方のスピーカは、上記指向性制御部によって遅延させられた入力信号を出力するものとされており、上記一方のスピーカは、上記スピーカ取付面における上記2個のスピーカの中心軸の双方と互いに直交する直線上において、他方のスピーカより、上記スピーカ取付面に直交しかつリスナーに対向する操作表示面側に配置されていることを特徴としている。
【0015】
好ましい実施の形態によれば、上記スピーカ取付面は、水平方向に沿って配置されている。
【0016】
他の好ましい実施の形態によれば、上記スピーカ取付面は、鉛直方向に沿って配置されている。
【0017】
他の好ましい実施の形態によれば、上記スピーカ取付面は、その延長面上にリスナーの頭部が位置するように配置されている。
【0018】
他の好ましい実施の形態によれば、上記2個1組のスピーカは、複数組設けられており、ステレオまたはマルチチャンネルの音響信号を再生する。
【0019】
他の好ましい実施の形態によれば、上記指向性制御部は、リスナーの側方にサラウンド信号を定位させるための仮想定位処理手段と、上記仮想定位処理手段の出力を上記他方のスピーカに供給される信号に加算する加算手段とを備える。
【0020】
他の好ましい実施の形態によれば、上記操作表示面は、遊戯装置においてリスナーとしてのプレイヤがゲームを行うための操作手段を有する。
【0021】
本発明によれば、入力信号を2個のスピーカの離間距離に応じた時間だけ遅延され、その遅延された入力信号を、2個のスピーカのうち、一方のスピーカから出力されるように構成する。そして、その一方のスピーカが他方のスピーカよりリスナー側に位置するように本スピーカ装置を配置しているので、これにより、単一指向放射特性のゼロ点方向がリスナー側に向くことになり、リスナーは、音像が実際のスピーカの配置位置よりも遠方に位置するように感じることができる。
【0022】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
【0024】
図1は、本発明の一実施形態に係るスピーカ装置を有する音響再生装置が適用された遊戯装置の要部の回路ブロック図である。この遊戯装置Aは、CPU1、ROM2、RAM3、インターフェイス回路4、音源IC5、指向性制御部6、増幅器7Ra,7Rb,7La,7Lb、およびスピーカ装置Bを備えている。CPU1、ROM2、RAM3、およびインターフェイス回路4は、相互にバス接続されている。スピーカ装置Bは、スピーカ8Ra,8Rbおよびスピーカ8La,8Lbをそれぞれ備えている。
【0025】
図2は、一部がDSP(digital signal processor)により実現される指向性制御部の回路図である。この指向性制御部6は、遅延回路12R,12L、DAコンバータ13Ra,13Rb,13La,13Lb、フィルタ回路14Ra,14Rb,14La,14Lb、および位相反転回路15R,15Lを備えている。
【0026】
CPU1は、音源IC5、指向性制御部6、および増幅器7Ra,7Rb,7La,7Lbを含む遊戯装置Aの全体を制御する。すなわち、図示していないが、遊戯装置Aには操作部、表示部および各種のセンサ等が設けられており、CPU1は、操作部やセンサ等からの信号に応じて、表示部等を制御する。
【0027】
ROM2は、CPU1を動作させるためのプログラムや固定のデータ等を格納している。
【0028】
RAM3は、CPU1にワークエリアを提供し、各種のデータを記憶する。
【0029】
インターフェイス回路4は、CPU1と音源IC5や指向性制御部6等との間の通信を制御する。
【0030】
音源IC5は、ステレオおよびモノラルの音響ソースを多数記憶しており、CPU1により制御されて音響データを出力する。
【0031】
指向性制御部6は、CPU1により制御されて、音源IC5からの音響データに指向性制御処理を施す。
【0032】
増幅器7Ra,7Rb,7La,7Lbは、CPU1により制御されて、指向性制御部6からの音響信号を増幅する。
【0033】
スピーカ8Ra,8Rb,8La,8Lbは、増幅器7Ra,7Rb,7La,7Lbからの音響信号を音響に変換する。スピーカ8Ra,8Rbは、互いに近接配置されており、右チャンネル再生用とされている。スピーカ8La,8Lbは、互いに近接配置されており、左チャンネル再生用とされている。これらスピーカ8Ra,8Rb,8La,8Lbは、音響的な特性が相互にほぼ同一である。
【0034】
遅延回路12R,12Lは、音源IC5からの信号を遅延させる。遅延回路12R,12Lによる遅延時間は、スピーカ8Ra,8Rbの離間距離、およびスピーカ8La,8Lbの離間距離における音波の伝搬時間にほぼ等しい。なお、本実施形態では、ディジタルによる遅延処理を信号に対して施しているが、帯域制限を施したオールパスフィルタによってアナログによる遅延処理を施してもよい。
【0035】
DAコンバータ13Ra,13Rb,13La,13Lbは、音源IC5および遅延回路12R,12Lからの音響データをアナログの音響信号に変換する。すなわち、DAコンバータ13Ra,13Laは、音源IC5からの音響データをアナログの音響信号に変換し、DAコンバータ13Rb,13Lbは、遅延回路12R,12Lからの音響データをアナログの音響信号に変換する。
【0036】
フィルタ回路14Ra,14Rb,14La,14Lbは、DAコンバータ13Ra,13Rb,13La,13Lbからの出力信号の低域成分のゲイン補償および制限を行う。すなわち、スピーカ8Ra,8Rbが互いに近接配置され、またスピーカ8La,8Lbが互いに近接配置されているので、低い周波数の音響がキャンセルされて減少してしまうことを防ぐために、低域のゲインを相対的に増大させるとともに、所定周波数以下の低域成分をカットする。
【0037】
位相反転回路15R,15Lは、フィルタ回路14Rb,14Lbからの出力信号の位相を反転させる。なお、この位相反転回路15R,15Lに代わり、スピーカRaあるいはスピーカRb、およびスピーカLaあるいはスピーカLbの入力信号線を逆極性で接続することにより、信号を位相反転させたのと同様の効果を得るように構成してもよい。さらには、互いに逆極性のスピーカRaあるいはスピーカRb、および互いに逆極性のスピーカLaあるいはスピーカLbのそれぞれの入力信号線を、順極性で接続してもよい。
【0038】
図3は、遊戯装置Aの外観斜視図である。この遊戯装置Aは、平面視多角形の立体的形状を有しており、遊戯装置Aの正面16は、プレイヤに対向する操作表示面として構成されている。遊戯装置Aの上面17は、スピーカ取付面とされており、このスピーカ取付面17には、平面視で略逆八の字状になるように、スピーカ8Ra,8Rb,8La,8Lbが配されている。具体的には、スピーカ8Ra,8Rbは、遊戯装置Aの上面17の右側縁部に沿って、略奥行き方向に所定間隔をあけて近接配置されている。また、スピーカ8La,8Lbは、遊戯装置Aの上面17の左側縁部に沿って、略奥行き方向に所定間隔をあけて近接配置されている。
【0039】
より詳細には、スピーカ8Ra,8Rbの各中心軸と互いに直交する直線Pr上において、スピーカ8Rbがスピーカ8Raに比べ、操作表示面16側に配置されている。また、スピーカ8La,8Lbの各中心軸と互いに直交する直線Pl上において、スピーカ8Lbがスピーカ8Laに比べ、操作表示面16側に配置されている。また、直線Pr,Plの略交点に遊戯者が位置するように、遊戯装置Aが配置されている。後述するように、スピーカ8Rb,8Lbからは、遅延され位相反転された音響信号が出力される。
【0040】
次に動作を説明する。この遊戯装置Aでは、遊戯装置Aのプレイヤによる遊戯の進行に伴って、CPU1が音源IC5を制御し、遊戯の局面に応じた音響データを音源IC5から出力させる。この音響データは、指向性制御部6に入力され、指向性制御が施される。
【0041】
指向性制御部6の右チャンネル用入力端に入力された音響データは、DAコンバータ13Raに供給されるとともに、遅延回路12Rに供給される。
【0042】
DAコンバータ13Raでは、その入力信号がアナログの音響信号に変換され、フィルタ回路14Raに入力される。フィルタ回路14Raでは、その入力信号の低域成分を相対的に強調されるとともに帯域制限される。フィルタ回路14Raの出力は、増幅器7Raによって増幅され、スピーカ8Raから音響として出力される。
【0043】
一方、遅延回路12Rによって遅延され、DAコンバータ13Rbに供給された信号は、それによってアナログの音響信号に変換され、フィルタ回路14Rbに供給される。フィルタ回路14Rbでは、その入力信号の低域成分を相対的に強調されるとともに帯域制限され、その出力は、位相反転回路15Rに供給される。位相反転回路15Rでは、入力信号の位相が反転され、その後、増幅器7Rbによって増幅され、スピーカ8Rbから音響として出力される。
【0044】
また、指向性制御部6の左チャンネル用入力端に入力された音響データは、DAコンバータ13Laに供給されるとともに、遅延回路12Lに供給される。
【0045】
DAコンバータ13Laでは、その入力信号がアナログの音響信号に変換され、フィルタ回路14Laに入力される。フィルタ回路14Laによって、低域成分が強調されるとともに帯域制限された信号は、増幅器7Laによって増幅され、スピーカ8Laから音響として出力される。
【0046】
一方、遅延回路12Lによって遅延され、DAコンバータ13Lbに供給された信号は、それによってアナログの音響信号に変換され、フィルタ回路14Lbに供給される。入力信号の低域成分が強調され帯域制限されたフィルタ回路14Lbの出力は、位相反転回路15Lに供給される。位相反転回路15Lでは、入力信号の位相が反転され、その後、増幅器7Lbによって増幅され、スピーカ8Lbから音響として出力される。
【0047】
すなわち、音響IC5からの入力信号は、DAコンバータ13Ra,13La、フィルタ回路14Ra,14Laを通過して、スピーカ8Ra,8Laから出力される信号と、DAコンバータ13Rb,13Lb、フィルタ回路14Rb,14Lbを通過するとともに、遅延回路12R,12Lおよび位相反転回路15R,15Lによって遅延かつ位相反転が施され、スピーカ8Rb,8Lbから出力される信号とに分割される。なお、フィルタ回路14Ra,14Rb,14La,14Lbは、遅延回路12R,12Lより前段に設けられていてもよい。
【0048】
図4は、上記遊戯装置Aにおける単一指向放射特性の説明図である。図5は、上記遊戯装置Aにおけるゲイン−周波数特性の説明図である。図4では、スピーカ8Ra,8Rbの離間距離はXm、音響信号は500Hzの単一周波数とされている。図5では、角度0[rad]方向、角度(3/2)π[rad]方向、および角度(1/2)π[rad]方向における特性とされている。もちろん、スピーカ8La,8Lbについても同様の特性である。
【0049】
このスピーカ8Ra,8Rbでは、両者の離間距離Xに制限されるが、角度(1/2)π[rad]方向において、他の角度方向に比べ、明らかな音量レベル差を得ることができるといった、単一指向放射特性を有する。高い周波数においては音波を単一のビームとすることができなくなるが、角度(1/2)π[rad]方向では、スピーカ8Raの出力とスピーカ8Rbの出力とが絶えず打ち消す方向であるため、音量レベルを小さく保つことができる。すなわち、角度(1/2)π[rad]方向が、単一指向放射特性のゼロ点方向であり、角度(3/2)π[rad]方向がビーム方向である。なお、図4に示す指向特性は、平面上における指向特性とされているが、実際には立体的な形状のビームが形成されていると考えられる。
【0050】
なお、図5において、角度0[rad]方向および角度(3/2)π[rad]方向の特性にディップが生じているのは、2個のスピーカ8Ra,8Rbの離間距離Xに起因して生じる打ち消しが作用しているものと推定されるが、1000Hz程度以下の周波数では単一指向性のビームが保たれる。この離間距離Xが小さいほどディップが生じる周波数は高い周波数にシフトするため、2個のスピーカ8Ra,8Rbの離間距離Xは小さくすることが望ましい。ただし、離間距離Xが小さいほど低い周波数でのキャンセル量も大きくなり、必要とする補償レベルも大きくなる。また、実際にはスピーカ8Ra,8Rbの振動板口径の大きさがあるため、近づけるにも限界がある。したがって、現実的には5cm〜20cm程度、好ましくは10cm程度の離間距離が望ましい。
【0051】
図6および図7は、指向性制御による音響効果の説明図である。この遊戯装置Aでは、操作表示面16がプレイヤに対向しており、スピーカ取付面17の延長面上にプレイヤの頭部が位置するように配置されている。すなわち、単一指向放射特性のゼロ点方向にあるスピーカ8Rb,8Lbがスピーカ8Ra,8Laに比べ、プレイヤ側になるように、遊戯装置Aが配置されている。プレイヤと遊戯装置Aとが上記のような位置関係を実現すれば、単一指向放射特性のゼロ点方向がプレイヤ側に向くことになる。すなわち、プレイヤの位置方向では、音響がキャンセルされるために音量が低減するが、プレイヤから遠ざかる方向では、ビーム方向とされるため、プレイヤは、再生されるモノラル音声またはステレオ音声の音像が実際のスピーカの配置位置よりも遠方に位置するように感じられる。また、図6に示すように、ステレオ音声やモノラル音声による音像だけでなく、遊戯装置Aの後方の所定範囲に音声空間を展開させることができる。
【0052】
なお、単一指向放射特性のゼロ点方向は、遅延回路12R,12Lにおける遅延時間、スピーカ8Ra,8Rb,8La,8Lbの配置、およびプレイヤと遊戯装置Aとの距離等によって制御可能である。たとえば、プレイヤと遊戯装置Aとの位置関係において、図8に示すように、プレイヤの頭部よりスピーカ取付面17の高さが下がった位置に遊戯装置Aが設けられたとしても、上記パラメータを適当に設定することにより、適切なゼロ点方向を確保することができる。なお、スピーカ取付面17とプレイヤの頭部とのなす角θは、約0°〜30°が望ましい。
【0053】
図9および図10は、スピーカ8Ra,8Rbの音圧伝達特性を示し、図9は無響室における場合、図10は通常の試聴室における場合であり、スピーカ8Ra,8Rbとプレイヤとは、約1.5mの距離を隔てている。各図中、Dは単一指向放射特性のビーム方向における特性、Eは単一指向放射特性のゼロ点方向における特性、Fは無指向性における特性をそれぞれ示す。ここで、図4に示した単一指向放射特性は、反射等の無い条件で計算によって求められた値であり、すなわち、単一指向放射特性のゼロ点方向では音量が小さくなるが、実際には、スピーカの振動板がある程度の大きさを有すること、および室内では反射があること等から、ビームの形状やゼロ点方向における低減量は、計算値と異なる。
【0054】
単一指向放射特性のゼロ点方向における特性の場合、無響室においては単にレベルの減少となるが、反射がある室内においては間接音、反射音があるために充分な再生レベルが保たれる。一方、図9および図10によれば、ゼロ点方向では、間接音、反射音の占める比率が大きい再生音場となっており、そのために遠方に音像を感じる効果が得られる。つまり、反射音がある音場での遠方正面音源の場合に、両耳間相関が下がることが知られているが、間接音が相対的に大きい音場をつくることにより、遠方に音像を感じる効果を奏しているものと推測できる。このように遠方に音像を感じるといった効果は、無指向性の場合に比較してより顕著である。特に、スピーカをリスナーの近くに置いた場合でも、そのスピーカの存在を感じさせずに、スピーカの後方でステレオ音像や音場空間を展開させることができる。
【0055】
このように、入力信号を2個のスピーカ8Ra,8Rbあるいはスピーカ8La,8Lbの離間距離Xに応じた時間だけ遅延させ、遅延された音響信号が音源からの音響信号と逆位相になるよう処理し、その処理された音響信号を、2個のスピーカ8Ra,8Rbあるいはスピーカ8La,8Lbのうち、一方のスピーカ8Rbあるいは8Lbから出力されるように構成する。そして、その一方のスピーカ8Rbあるいは8Lbが他方のスピーカ8Raあるいは8Laよりリスナー側に位置するように遊戯装置Aを配置するようにしているので、これにより、単一指向放射特性のゼロ点方向がリスナー側に向くことになり、リスナーには、音像が実際のスピーカの配置位置よりも遠方に位置するように感じられる効果が得られる。
【0056】
また、指向性制御部6では、フィルタ回路14Ra,14Rb,14La,14Lbを設けて、低域成分を相対的に強調し、かつ所定周波数よりも低い周波数成分をカットしたので、2個のスピーカ8Ra,8Rbあるいはスピーカ8La,8Lbが互いに近接していることに起因する、低い周波数の再生信号がキャンセルされてしまうという現象を良好に防止でき、したがって音声帯域でバランスのとれた音声を再生することができる。
【0057】
なお、上記実施形態においては、遊戯装置Aの上面(スピーカ取付面)17に、2個のスピーカ8Ra,8Rbおよびスピーカ8La,8Lbを配置したが、図示しないが、遊戯装置Aの操作表示面16に直交する側面(スピーカ取付面17を除く)に、2個のスピーカ8Ra,8Rbおよびスピーカ8La,8Lbを配置してもよい。この場合、スピーカ8Rb,8Lbは、スピーカ8Ra,8Laよりリスナー側に位置するようにそれぞれ配置される。また、遊戯装置Aは、その下面が露出するように持ち上げられて配置され、その下面がスピーカ取付面17とされてもよい。この場合、下面の延長面上に遊戯者の頭部が位置するようにされる。
【0058】
また、上記実施形態においては、2組のスピーカ装置Bが一体となった遊戯装置Aについて説明したが、図11に示すように、2組のスピーカ装置Ar,Alが別体として設けられ、スピーカ装置Ar,Alは他の制御装置(図示せず)により駆動されてもよい。この場合、各スピーカ装置Ar,Alは、単一指向放射特性のゼロ点方向がリスナー側を向くように配置されることにより、各スピーカ装置Ar,Alより遠方に音像が得られる。
【0059】
また、上記実施形態においては、遅延回路12R,12Lにより信号を遅延させ、その後に位相反転回路15R,15Lにより遅延されていたが、信号を位相反転させた後に、その信号を遅延させるように構成してもよい。
【0060】
図12は、他の実施形態に係る指向性制御部の仮想的な回路図である。この実施形態では、主に指向性制御部6′にサラウンド信号を定位させる仮想定位処理回路29が設けられている点において上記した実施形態と異なる。この構成により、たとえばサラウンド用スピーカを別途配置しなくとも、サラウンド効果を奏することができる。
【0061】
具体的には、指向性制御部6′は、定数積算回路21、加算回路22R,22L、遅延回路23R,23L、フィルタ回路24Ra,24Rb,24La,24Lb、加算回路25R,25L、位相反転回路26R,26L、およびDAコンバータ27Ra,27Rb,27La,27Lbを備えている。さらに、この実施形態では、非相関化処理回路28a,28bおよび仮想定位処理回路29を備えている。なお、指向性制御部6′において、DAコンバータ27Ra,27Rb,27La,27Lbを除く回路部分がDSPによって構成されていてもよい。
【0062】
この指向性制御部6′には、5チャンネルのサラウンド信号が入力可能とされている。すなわち、5チャンネルのサラウンド信号は、それぞれ図示しない音源ICから出力され、単一指向性制御のための左右のチャンネル信号R,Lと、サラウンド信号のセンタチャンネル信号Cと、2チャンネルのサラウンド信号SR,SLとである。なお、2チャンネルのサラウンド信号SR,SLは、1チャンネルのモノラル信号が分岐されて2チャンネルのモノラルサラウンド信号とされてもよい。
【0063】
定数積算回路21は、入力信号に所定の定数を乗算する。この定数は、CPU1により設定され、変更可能である。
【0064】
加算回路22R,22Lは、左右のチャンネル信号R,Lと、定数積算回路21によって定数が積算されたセンタチャンネル信号Cとを加算する。
【0065】
加算回路25R,25Lは、フィルタ回路24Ra,24Laの出力信号と、仮想定位処理回路29からのサラウンド信号とを加算する。
【0066】
非相関化処理回路28a,28bは、左右のサラウンド信号SR,SLに対して約150度の位相差を有するように非相関化処理を行い、仮想定位処理回路29に供給する。
【0067】
仮想定位処理回路29は、遊戯者の両耳間のクロストークを打ち消すクロストークキャンセル部と、遊戯者の左右方向に両耳間差を与えるクロスフィールド部(ともに図示せず)とからなり、遊戯者においてスピーカに対して左右90度の方向に音像が定位する仮想定位処理を行う。
【0068】
その他の構成において、上記実施形態と同じ名称を有する各部については、略同様の機能を有する。
【0069】
動作を説明すると、音源ICからの左右のチャンネル信号R,Lは、定数積算回路21によって定数が積算されたセンタチャンネル信号Cと、加算回路25R,25Lにおいて加算される。
【0070】
加算回路22Rの出力信号は、フィルタ回路24Raを介して加算回路25Rに供給される。また、加算回路22Lの出力信号は、フィルタ回路24Laを介して加算回路25Lに供給される。各加算回路25R,25Lでは、仮想定位処理回路29からのサラウンド信号が供給される。
【0071】
すなわち、音源ICからの左右のサラウンド信号SR,SLは、非相関化処理回路28a,28bに供給され、約150度の位相差を有するように非相関化処理が行われた後、仮想定位処理回路29に供給される。仮想定位処理回路29では、遊戯者においてスピーカに対して左右90度の方向に音像が定位する仮想定位処理が行われ、この仮想定位処理回路29の2つの出力が加算回路25R,25Lにそれぞれ供給される。このように、サラウンド信号SR,SLは、遅延および位相反転が行われないチャンネル信号R,Lに対して、適切なレベルで加算される。
【0072】
なお、加算回路25R,25Lにおいて加算するのは、仮想定位処理では、多くの場合に低域周波数において増幅された信号となるために、単一指向性制御の際の低域のゲイン補償と合わせて増幅が過大になりすぎるのを防ぐためである。また、仮想定位処理は、直接音の伝達関数を基礎としているため、単一指向性制御と重畳するのは望ましくなく、その効果の低減を防ぐためである。
【0073】
加算回路25R,25Lにおいて加算された信号は、DAコンバータ27Ra,27Laに供給され、その後、増幅器7Ra,7La(図1参照)によって増幅され、スピーカ8Ra,8Laから音響として出力される。
【0074】
一方、加算回路22R,22Lの出力は、遅延回路23R,23Lにおいて遅延され、フィルター回路24Rb,24Lbを介して位相反転回路26R,26Lに供給される。位相反転回路26R,26Lでは位相が反転され、DAコンバータ27Rb,27Lbに供給され、その後、増幅器7Rb,7Lb(図1参照)によって増幅され、スピーカ8Rb,8Lbから音響として出力される。
【0075】
スピーカ8Ra,8Laから出力された音響により、図13に示すように、遊戯者おいて、遊戯装置Aに対して左右90度方向に音像を定位させることができる。そのため、遊戯者において、たとえば左右のサラウンド用スピーカが存在するかのように感じさせることができる。したがって、この実施形態によれば、通常の左右のスピーカの他に、左右のサラウンド用のスピーカを別途配置する必要がなく、コストの低減化を図ることができる。また、サラウンド信号に対して、非相関化処理を施すことにより、包み込まれるような音場感を得ることができる。
【0076】
もちろん、この発明の範囲は上述した実施の形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態においては、ステレオ再生が可能なように構成したが、もちろんモノラル再生専用に構成してもよい。
【0077】
また、遊戯装置Aの筐体の形状は、上記した実施形態における形状に限るものではない。
【0078】
また、音声再生装置は、上記実施形態における遊戯装置Aに適用されることに限らず、たとえば車載用音響装置やホームシアター装置等、音響を出力するあらゆる装置に採用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る遊戯装置の要部の回路ブロック図である。
【図2】指向性制御部の仮想的な回路図である。
【図3】遊戯装置の外観斜視図である。
【図4】遊戯装置における単一指向放射特性の説明図である。
【図5】遊戯装置におけるゲイン−周波数特性の説明図である。
【図6】指向性制御による音響効果の説明図である。
【図7】指向性制御による音響効果の説明図である。
【図8】指向性制御による音響効果の説明図である。
【図9】遊戯装置におけるゲイン−周波数特性の説明図である。
【図10】遊戯装置におけるゲイン−周波数特性の説明図である。
【図11】変形例に係る指向性制御による音響効果の説明図である。
【図12】他の実施形態に係る指向性制御部の仮想的な回路図である。
【図13】他の実施形態に係る指向性制御による音響効果の説明図である。
【符号の説明】
1 CPU
5 音源IC
6 指向性制御部
8Ra,8Rb,8La,8Lb スピーカ
12R,12L 遅延回路
15R,15L 位相反転回路
16 操作表示面
17 スピーカ取付面
A 遊戯装置
B スピーカ装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a speaker device arrangement method including a directivity control unit for controlling the directivity of a speaker, and a sound reproducing device using the speaker device.
[0002]
[Prior art]
As a method of controlling the change in acoustic radiation characteristics depending on the direction of the speaker (hereinafter referred to as “directivity”), conventionally, two non-directional speakers are connected in opposite phases to achieve bidirectionality, Methods such as applying a unidirectional or directional beam in a certain direction by the above speaker array have been proposed (for example, JP-A-57-068991, JP-A-05-014992 and JP-A-11-11). No. 285093, Japanese Patent Laid-Open No. 09-098495).
[0003]
These conventional methods basically achieve a desired directivity by applying a temporal delay to each speaker and utilizing spatial phase interference of sound waves depending on the speaker structure and signal processing. . In particular, when unidirectionality is realized, a direction in which the volume is reproduced at a high level (referred to as “beam direction”) and a direction in which the sound is reproduced at a low level (referred to as “zero point direction”) are generated. A sound reproduction system using the sound has been proposed. In this case, the area in the beam direction is normally used as an area where the listener is located, and the area in the zero point direction is mainly used for the purpose of lowering the volume.
[0004]
Further, in the case of reproducing monaural sound in a stereo reproduction device, if the reproduction is performed with one speaker, the perceived sound image becomes the installation position of the speaker. In addition, it is known that if stereo sound is reproduced equally between two speakers that are equidistant from a listener, it is perceived as a phantom sound image at the center of the two speakers.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
For this reason, if the positional relationship between the speaker and the listener is determined, the sense of distance of localization of the sound image obtained by stereo reproduction is naturally determined. Therefore, when a speaker is placed near the listener, it is difficult to obtain a sound image localization far from the actual position of the speaker. In addition, in order to obtain sound image localization far from the actual position of the speaker, signal processing such as delay processing may be performed on the acoustic signal of indirect sound or reflected sound, but the sound image localization is ambiguous. Only by doing, there is little effect that the sound image localization is felt in the distance.
[0006]
The present invention has been conceived under such circumstances, and provides an arrangement method of a speaker device in which a sound image can be sensed far from the arrangement position of the speaker, and a sound reproducing device using the speaker device. The challenge is to do.
[0007]
DISCLOSURE OF THE INVENTION
In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical means.
[0008]
The speaker device arranging method provided by the first aspect of the present invention has a speaker mounting surface in which two speakers are arranged close to each other, and drives the two speakers to obtain a unidirectional radiation characteristic. For arranging a speaker device to which a drive signal is supplied from the directivity control unit, wherein the directivity control unit delays an input signal by a time corresponding to the distance between the two speakers and outputs the delayed input signal. A delay means; and a phase inversion means for causing the input signal and the input signal delayed by the delay means to be acoustically radiated from the two speakers in opposite phases, respectively. One of the speakers outputs an input signal delayed by the directivity control unit, and the one speaker is connected to the two speakers on the speaker mounting surface. On a straight line orthogonal to both the central axis of the over mosquitoes, is characterized by arranging so as to be located on the listener side than the other speakers.
[0009]
According to a preferred embodiment, the speaker mounting surface is arranged along the horizontal direction.
[0010]
According to another preferred embodiment, the speaker mounting surface is arranged along the vertical direction.
[0011]
According to another preferred embodiment, the speaker mounting surface is arranged such that the listener's head is located on the extended surface.
[0012]
According to another preferred embodiment, a plurality of sets of the two speakers are provided to reproduce a stereo or multi-channel sound signal. Note that this multi-channel acoustic signal is an acoustic signal including a surround signal and the like.
[0013]
According to another preferred embodiment, the directivity control unit is supplied to the other speaker with virtual localization processing means for localizing a surround signal to the side of the listener and output of the virtual localization processing means. Adding means for adding to the signal.
[0014]
The sound reproducing device provided by the second aspect of the present invention includes a speaker mounting surface in which a set of two speakers are arranged close to each other, and an input signal for a time corresponding to the distance between the set of two speakers. A delay means for outputting after delaying, and a phase inversion means for allowing the input signal and the input signal delayed by the delay means to be acoustically radiated from the pair of speakers separately in opposite phases. And a directivity control unit for driving the two sets of speakers to obtain unidirectional radiation characteristics, and either one of the two sets of speakers has the directivity The one speaker is on a straight line orthogonal to both the central axes of the two speakers on the speaker mounting surface. Than the other speaker is characterized in that it is arranged on the operation display surface side that faces the orthogonal and listeners to the speaker mounting surface.
[0015]
According to a preferred embodiment, the speaker mounting surface is arranged along the horizontal direction.
[0016]
According to another preferred embodiment, the speaker mounting surface is arranged along the vertical direction.
[0017]
According to another preferred embodiment, the speaker mounting surface is arranged such that the listener's head is located on the extended surface.
[0018]
According to another preferred embodiment, a plurality of sets of the two sets of speakers are provided to reproduce a stereo or multi-channel sound signal.
[0019]
According to another preferred embodiment, the directivity control unit is supplied to the other speaker with virtual localization processing means for localizing a surround signal to the side of the listener and output of the virtual localization processing means. Adding means for adding to the signal.
[0020]
According to another preferred embodiment, the operation display surface has operation means for a player as a listener to play a game in the game device.
[0021]
According to the present invention, the input signal is delayed by a time corresponding to the distance between the two speakers, and the delayed input signal is output from one of the two speakers. . Since this speaker device is arranged so that one speaker is positioned closer to the listener side than the other speaker, the zero point direction of the unidirectional radiation characteristic is directed to the listener side. Can feel as if the sound image is located farther than the actual speaker placement position.
[0022]
Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0024]
FIG. 1 is a circuit block diagram of a main part of a game device to which a sound reproducing device having a speaker device according to an embodiment of the present invention is applied. The game device A includes a
[0025]
FIG. 2 is a circuit diagram of a directivity control unit partly realized by a DSP (digital signal processor). The
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
The
[0029]
The
[0030]
The
[0031]
The
[0032]
The amplifiers 7Ra, 7Rb, 7La, and 7Lb are controlled by the
[0033]
The speakers 8Ra, 8Rb, 8La, and 8Lb convert the acoustic signals from the amplifiers 7Ra, 7Rb, 7La, and 7Lb into sound. The speakers 8Ra and 8Rb are arranged close to each other and are used for right channel reproduction. The speakers 8La and 8Lb are arranged close to each other and are for left channel reproduction. These speakers 8Ra, 8Rb, 8La, and 8Lb have substantially the same acoustic characteristics.
[0034]
The
[0035]
The DA converters 13Ra, 13Rb, 13La, and 13Lb convert the acoustic data from the sound source IC5 and the
[0036]
The filter circuits 14Ra, 14Rb, 14La, and 14Lb perform gain compensation and restriction on the low frequency components of the output signals from the DA converters 13Ra, 13Rb, 13La, and 13Lb. That is, since the speakers 8Ra and 8Rb are arranged close to each other and the speakers 8La and 8Lb are arranged close to each other, the low-frequency gain is relatively set to prevent the low-frequency sound from being canceled and reduced. And a low frequency component below a predetermined frequency is cut.
[0037]
The
[0038]
FIG. 3 is an external perspective view of the game apparatus A. The game apparatus A has a three-dimensional shape that is polygonal in plan view, and the
[0039]
More specifically, the speaker 8Rb is disposed closer to the
[0040]
Next, the operation will be described. In the game apparatus A, as the game of the game apparatus A is progressed by the player, the
[0041]
The acoustic data input to the right channel input terminal of the
[0042]
In the DA converter 13Ra, the input signal is converted into an analog acoustic signal and input to the filter circuit 14Ra. In the filter circuit 14Ra, the low frequency component of the input signal is relatively emphasized and the band is limited. The output of the filter circuit 14Ra is amplified by the amplifier 7Ra and output as sound from the speaker 8Ra.
[0043]
On the other hand, the signal delayed by the
[0044]
The acoustic data input to the left channel input terminal of the
[0045]
In the DA converter 13La, the input signal is converted into an analog acoustic signal and input to the filter circuit 14La. The signal whose low-frequency component is emphasized and band-limited by the filter circuit 14La is amplified by the amplifier 7La and output as sound from the speaker 8La.
[0046]
On the other hand, the signal delayed by the
[0047]
That is, the input signal from the
[0048]
FIG. 4 is an explanatory diagram of unidirectional radiation characteristics in the game apparatus A. FIG. 5 is an explanatory diagram of the gain-frequency characteristics in the game apparatus A. In FIG. 4, the distance between the speakers 8Ra and 8Rb is Xm, and the acoustic signal has a single frequency of 500 Hz. In FIG. 5, the characteristics in the angle 0 [rad] direction, the angle (3/2) π [rad] direction, and the angle (1/2) π [rad] direction are shown. Of course, the speakers 8La and 8Lb have similar characteristics.
[0049]
In the speakers 8Ra and 8Rb, the distance X between the speakers 8Ra and 8Rb is limited, but in the angle (1/2) π [rad] direction, a clear volume level difference can be obtained as compared with other angle directions. Has unidirectional radiation characteristics. The sound wave cannot be made into a single beam at a high frequency. However, in the direction of the angle (1/2) π [rad], the output of the speaker 8Ra and the output of the speaker 8Rb constantly cancel each other. The level can be kept small. That is, the angle (1/2) π [rad] direction is the zero point direction of the unidirectional radiation characteristic, and the angle (3/2) π [rad] direction is the beam direction. Although the directivity shown in FIG. 4 is a directivity on a plane, it is considered that a three-dimensional beam is actually formed.
[0050]
In FIG. 5, the dip occurs in the characteristics in the angle 0 [rad] direction and the angle (3/2) π [rad] direction due to the separation distance X between the two speakers 8Ra and 8Rb. Although it is presumed that the cancellation is generated, a unidirectional beam is maintained at a frequency of about 1000 Hz or less. Since the frequency at which dip occurs shifts to a higher frequency as the distance X decreases, it is desirable to decrease the distance X between the two speakers 8Ra and 8Rb. However, the smaller the separation distance X, the larger the amount of cancellation at a lower frequency, and the greater the required compensation level. Moreover, since the diaphragm diameters of the speakers 8Ra and 8Rb are actually large, there is a limit to approaching them. Therefore, a separation distance of about 5 cm to 20 cm, preferably about 10 cm is desirable in practice.
[0051]
FIG. 6 and FIG. 7 are explanatory diagrams of acoustic effects by directivity control. In this game apparatus A, the
[0052]
The zero point direction of the unidirectional radiation characteristic can be controlled by the delay time in the
[0053]
9 and 10 show the sound pressure transmission characteristics of the speakers 8Ra and 8Rb. FIG. 9 shows the case in an anechoic room, FIG. 10 shows the case in a normal listening room, and the speakers 8Ra and 8Rb and the player are about The distance is 1.5m. In each figure, D represents the unidirectional radiation characteristic in the beam direction, E represents the unidirectional radiation characteristic in the zero point direction, and F represents the omnidirectional characteristic. Here, the unidirectional radiation characteristic shown in FIG. 4 is a value obtained by calculation under conditions without reflection or the like, that is, the volume decreases in the zero point direction of the unidirectional radiation characteristic, but actually Since the diaphragm of the speaker has a certain size and there is reflection in the room, the shape of the beam and the amount of reduction in the zero point direction are different from the calculated values.
[0054]
In the case of the unidirectional radiation characteristic in the zero point direction, the level is simply reduced in an anechoic room, but in a room with reflection, a sufficient reproduction level is maintained due to indirect sound and reflected sound. . On the other hand, according to FIG. 9 and FIG. 10, in the zero point direction, the reproduction sound field has a large ratio of indirect sound and reflected sound, so that an effect of feeling a sound image in the distance can be obtained. In other words, it is known that the correlation between both ears is lowered in the case of a distant front sound source in the sound field with reflected sound, but the sound image is felt far away by creating a relatively large indirect sound field. It can be inferred that it is effective. Thus, the effect of feeling a sound image in a distant place is more conspicuous than in the case of omnidirectionality. In particular, even when a speaker is placed near a listener, a stereo sound image and a sound field space can be developed behind the speaker without feeling the presence of the speaker.
[0055]
In this way, the input signal is delayed by a time corresponding to the distance X between the two speakers 8Ra and 8Rb or the speakers 8La and 8Lb, and the delayed acoustic signal is processed to have an opposite phase to the acoustic signal from the sound source. The processed acoustic signal is configured to be output from one speaker 8Rb or 8Lb of the two speakers 8Ra and 8Rb or the speakers 8La and 8Lb. Since the game apparatus A is arranged so that the one speaker 8Rb or 8Lb is located closer to the listener side than the other speaker 8Ra or 8La, the zero point direction of the unidirectional radiation characteristic is thereby adjusted. As a result, the listener feels that the sound image is located farther from the actual speaker placement position.
[0056]
In the
[0057]
In the above embodiment, the two speakers 8Ra and 8Rb and the speakers 8La and 8Lb are arranged on the upper surface (speaker mounting surface) 17 of the game apparatus A, but although not shown, the
[0058]
In the above embodiment, the game apparatus A in which the two sets of speaker apparatuses B are integrated has been described. However, as shown in FIG. 11, the two sets of speaker apparatuses Ar and Al are provided separately, and the speaker The devices Ar and Al may be driven by another control device (not shown). In this case, the speaker devices Ar and Al are arranged so that the zero point direction of the unidirectional radiation characteristic faces the listener side, so that a sound image can be obtained farther than the speaker devices Ar and Al.
[0059]
In the above embodiment, the signals are delayed by the
[0060]
FIG. 12 is a virtual circuit diagram of a directivity control unit according to another embodiment. This embodiment is different from the above-described embodiment in that a virtual
[0061]
Specifically, the
[0062]
A 5-channel surround signal can be input to the directivity control unit 6 '. That is, the 5-channel surround signals are respectively output from a sound source IC (not shown), and the left and right channel signals R and L for unidirectional control, the center signal C of the surround signal, and the 2-channel surround signal SR. , SL. The 2-channel surround signals SR and SL may be made into a 2-channel monaural surround signal by branching a 1-channel monaural signal.
[0063]
The
[0064]
The
[0065]
The
[0066]
The
[0067]
The virtual
[0068]
In other configurations, each component having the same name as the above embodiment has substantially the same function.
[0069]
Explaining the operation, the left and right channel signals R and L from the sound source IC are added in the
[0070]
The output signal of the
[0071]
That is, the left and right surround signals SR and SL from the sound source IC are supplied to the
[0072]
Note that the addition in the
[0073]
The signals added in the
[0074]
On the other hand, the outputs of the
[0075]
With the sound output from the speakers 8Ra and 8La, as shown in FIG. 13, the player can localize the sound image in the 90-degree direction with respect to the game apparatus A. Therefore, the player can feel as if there are left and right surround speakers, for example. Therefore, according to this embodiment, it is not necessary to separately arrange the left and right surround speakers in addition to the normal left and right speakers, and the cost can be reduced. In addition, by performing decorrelation processing on the surround signal, it is possible to obtain a sound field feeling that is wrapped.
[0076]
Of course, the scope of the present invention is not limited to the embodiment described above. For example, in the above-described embodiment, the stereo reproduction is possible, but of course, it may be configured exclusively for monaural reproduction.
[0077]
Further, the shape of the casing of the game apparatus A is not limited to the shape in the above-described embodiment.
[0078]
Further, the sound reproducing device is not limited to being applied to the game device A in the above-described embodiment, and can be employed in any device that outputs sound, such as an in-vehicle acoustic device or a home theater device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit block diagram of a main part of a game device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a virtual circuit diagram of a directivity control unit.
FIG. 3 is an external perspective view of the game device.
FIG. 4 is an explanatory diagram of unidirectional radiation characteristics in the game apparatus.
FIG. 5 is an explanatory diagram of gain-frequency characteristics in the game device.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a sound effect by directivity control.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a sound effect by directivity control.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a sound effect by directivity control.
FIG. 9 is an explanatory diagram of gain-frequency characteristics in the game device.
FIG. 10 is an explanatory diagram of gain-frequency characteristics in the game device.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a sound effect by directivity control according to a modification.
FIG. 12 is a virtual circuit diagram of a directivity control unit according to another embodiment.
FIG. 13 is an explanatory diagram of a sound effect by directivity control according to another embodiment.
[Explanation of symbols]
1 CPU
5 Sound source IC
6 Directivity control unit
8Ra, 8Rb, 8La, 8Lb Speaker
12R, 12L delay circuit
15R, 15L phase inversion circuit
16 Operation display screen
17 Speaker mounting surface
A game equipment
B Speaker device
Claims (7)
入力信号を上記2個1組のスピーカの離間距離に応じた時間だけ遅延させて出力する遅延手段、および上記入力信号と上記遅延手段により遅延された入力信号とが互いに逆位相で上記2個1組のスピーカから各別に音響放射されるようにする位相反転手段を有し、かつ上記2個1組のスピーカを駆動して単一指向放射特性を得るための指向性制御部とを備え、
上記2個1組のスピーカのうちのいずれか一方のスピーカは、上記指向性制御部によって遅延させられた上記入力信号を出力するものとされており、
上記一方のスピーカは、上記スピーカ取付面における上記2個のスピーカの中心軸の双方と互いに直交する直線上において、他方のスピーカより、上記スピーカ取付面に直交しかつリスナーに対向する操作表示面側に配置され、上記リスナー側に上記単一指向放射特性のゼロ点方向が向くようにされていることを特徴とする、音響再生装置。A speaker mounting surface in which two sets of speakers are arranged close to each other;
Delay means for delaying the input signal by a time corresponding to the separation distance between the pair of speakers and outputting the input signal, and the input signal and the input signal delayed by the delay means are in phase opposite to each other. A phase inversion unit that allows acoustic emission from each set of speakers, and a directivity control unit for driving the two sets of speakers to obtain unidirectional radiation characteristics;
One of the two sets of speakers is configured to output the input signal delayed by the directivity control unit,
The one speaker is on the operation display surface side perpendicular to the speaker mounting surface and facing the listener from the other speaker on a straight line orthogonal to both the central axes of the two speakers on the speaker mounting surface. The sound reproducing device is characterized in that the zero point direction of the unidirectional radiation characteristic is directed to the listener side .
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