JP2005012765A

JP2005012765A - スピーカ装置

Info

Publication number: JP2005012765A
Application number: JP2004112322A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Konagai; 裕介小長井; Akira Usui; 章臼井
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2004-04-06
Publication date: 2005-01-13

Abstract

【課題】スピーカを設置する部屋の形状やユーザの視聴位置によらず最適な音場効果が得られ、部屋の模様替えやリスニングポジションの移動を行っても、音場の設定を容易に行うことができるスピーカ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のスピーカ装置は、指向性を制御して複数のビームを出力可能なアレイスピーカを照明と一体化した構造である。スピーカ装置に設ける照明は、スピーカから再生する音声やモニタに表示する映像に連動して明るさや点灯させる照明の個数を制御できる。また、スピーカ装置は、部屋の天井の中央部に設けられた照明用の電源供給端子にスピーカ装置の電源端子を接続して、天井または天井付近に設置することができる。これにより、部屋にいる人や部屋に置いてある家具に遮られることなく、部屋の四方の任意の方向に仮想スピーカを作り出すことができる。また、照明によって視覚的な効果を得られる。
【選択図】図６

Description

本発明は、サラウンドサウンドを再生する照明一体型のスピーカ装置に関する。

近時、一般家庭においてマルチチャンネルのサラウンドシステムが普及しつつある。ユーザは、映画やコンサートなどのコンテンツを視聴する際にこのサラウンドシステムを使用することで、臨場感にあふれ迫力のあるサラウンドサウンドを家庭の居間などで楽しむことができる。ユーザは、このサラウンドシステムを使用するために、コンテンツの視聴位置の周囲に複数のスピーカを予め設置しておく必要がある。

図９は、サラウンドシステムを設置した部屋の上面透視図である。ここで、以下の説明では、サラウンドシステムとして、５．１チャンネルサラウンドシステムを例に挙げて説明し、この５．１チャンネルサラウンドシステムを構成するスピーカのチャンネル名称を次のように表記する。すなわち、フロント側の右チャンネルをＲｃｈ、フロント側の左チャンネルをＬｃｈ、センタチャンネルをＣｃｈ、リア側の右チャンネル（右サラウンドチャンネル）をＳＲｃｈ、リア側の左チャンネル（左サラウンドチャンネル）をＳＬｃｈ、ウーハチャンネルをＷｃｈと称する。

図９に示す５．１ｃｈサラウンドシステム１０１の場合、ユーザの視聴位置の前方側に設置した映像装置１０２の上部または下部にＣｃｈスピーカ１０３を配置し、映像装置１０２の左右に所定の間隔でＲｃｈスピーカ１０４とＬｃｈスピーカ１０５を配置しなければならない。また、ユーザの後方の左右に所定の間隔でＳＲｃｈスピーカ１０６とＳＬｃｈスピーカ１０７を配置しなければならない。さらに、設置場所は問わないがユーザの近傍に低音補強用のＷｃｈスピーカ１０８を配置する必要がある。このように、ユーザは、５．１ｃｈサラウンドシステム１０１を使用するためには、合計６個のスピーカを、ある程度の間隔を空けてユーザの視聴位置の周囲に設置する必要がある。そのため、ユーザは、合計６個のスピーカのそれぞれに対して、配線したり壁に取り付けたりしなければならず、各スピーカの設置が大変手間であった。

そこで、従来のサラウンドシステムのように複数のスピーカを設置するのではなく、１枚のパネル状のスピーカを設置することでサラウンドサウンドを再生できるスピーカ装置（音を方向づける装置及び方法）が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載のスピーカ装置は、複数のスピーカをアレイ状に並べて、各スピーカへ供給する音声信号を遅延制御することで、指向性の制御を行う方法を利用したものである。図１０は、アレイスピーカによるビーム制御の様子を示した図である。図１０に示すように、アレイスピーカ１３１を構成するスピーカ１３２〜１３８は、所定の間隔で直線状に配置されている。ユーザは、各スピーカ１３２〜１３８から出力する音波の出力タイミングをずらしていくことで、同時に空間上の任意の点(焦点)に向かって音波ビームを放出したような効果が得られる。つまり、図１０に示したスピーカ１３２及び点線で表したスピーカ１４３〜１４８から同時に音波を出力したのと同様の効果が得られる。

特許文献１に記載のスピーカ装置は、１つのパネルに所定の配列で配置された数百個のスピーカユニットを備えており、各スピーカユニットから指向性をコントロールした音声を、サラウンドサウンドのチャンネル毎にビーム状に放射し、ビームが壁面で焦点を結ぶように音声のビーム制御を行う。そして、各チャンネルの音声を天井や壁に反射させることで、壁方向に仮想音源を作り出し、マルチチャンネルの音場を再生する。

図１１は、特許文献１に記載のスピーカ装置を設置した部屋の上面透視図であり、アレイスピーカであるスピーカ装置１１３で仮想５．１ｃｈサラウンドシステムを構成した例を示している。図１１（Ａ）に示すように、部屋の壁１２０の中央部付近であって、ユーザＵの前方に設置されたモニタ１１２の下部に配置したスピーカ装置１１３は、センタスピーカ及び低音補強用のウーハと同様の音声を直接ユーザに対して出力する。また、スピーカ装置１１３は、ユーザＵの左右の壁１２１，１２２にビームを反射させて、仮想Ｒｃｈスピーカ１１４と仮想Ｌｃｈスピーカ１１５を作り出す。さらに、スピーカ装置１１３は、天井１２４、ユーザの左右の壁１２１，１２２及びユーザの後方の壁１２３にビームを反射させて、ユーザＵの後方の左右に仮想ＳＲｃｈスピーカ１１６と仮想ＳＬｃｈスピーカ１１７を作り出す。このように、アレイスピーカによる仮想サラウンドシステムでは、各チャンネルの音声信号を遅延制御して複数の音のビーム（以下、ビームと称する。）を壁に反射させて複数の仮想音源を作ることにより、複数のスピーカをユーザＵの周囲に設けたのと同様の効果を得ることができる。
国際公開０１／２３１０４号パンフレット（第１−６３頁、第１−３２図）。

しかしながら、特許文献１に記載のスピーカ装置は、臨場感のあるサラウンドサウンドを再生するためには、専門家が設定用のマイクロホンやパソコンを使用して、部屋に合わせた最適な音場設定を行わなければならなかった。また、十分な音響効果を得るためには、部屋の形状、システムの設置位置に拘束条件が発生するという問題があった。すなわち、スピーカ装置１１３は、人や家具をよけてビームを出力しなければならず、ビームを出力する方向に制約を受ける。また、スピーカ装置１１３は、ビームを壁に反射させて主要チャンネルである仮想Ｒｃｈ１１４、仮想Ｌｃｈ１１５、仮想サラウンドＲｃｈ１１６、及び仮想サラウンドＬｃｈ１１７を作り出すため、スピーカ装置１１３を設置する部屋の構造やユーザＵの視聴位置が限定されてしまう。さらに、横長の部屋における長手方向の壁の中央部に映像装置１１２及びスピーカ装置１１３を設置した場合や、図１１（Ｂ）に示すように映像装置１１２及びスピーカ装置１１３が部屋の隅にある時には、映像装置１１２上に音像を定位させにくく、空間上に仮想音源を設定しようとしても正しい効果が得らない場合がある。そのため、スピーカ装置の設置場所やユーザの視聴位置が限定されてしまう。

また、音場設定の際に、部屋の隅に配置している家具などがビームを反射させる際に邪魔になるため、家具を移動しなければならないことがあった。さらに、このスピーカ装置は、前記のように壁や天井にビームを反射させて仮想スピーカを作り出しているので、音場の設定後に部屋の模様替えを行うと、専門家による音場設定を再度行わなければならなかった。

また、スピーカ装置１１３は、前記のようにアレイ状に配置された数百個のスピーカユニットを備えているので、装置全体のサイズが大きくなるため、部屋の中に複数の家具が配置されていると、最適な音響効果が得られる位置に、このスピーカ装置１１３を設置できない場合があるという問題があった。

そこで、本発明は上記問題を解決して、スピーカを設置する部屋の形状やユーザの視聴位置によらず最適な音場効果が得られ、部屋の模様替えやリスニングポジションの移動を行っても、音場の設定を容易に行うことができるスピーカ装置を提供することを目的とする。

この発明は、上記の課題を解決するための手段として、以下の構成を備えている。

（１）複数のスピーカユニットを所定の間隔で配置したアレイスピーカと、
このアレイスピーカの周囲または前記各スピーカユニットの間もしくは周囲に一体的に配置した照明と、
天井に設けられた照明用の電源供給端子に接続して、この電源供給端子から前記アレイスピーカ及び前記照明に電力を供給する電源端子と、
装置全体を天井または天井付近に掛止する掛止手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成においては、スピーカ装置は、照明用の電源供給コネクタに接続して天井または天井付近に設置する構成であり、スピーカ装置へ給電するための電気工事をする必要がなく、容易に取り付けることができる。また、照明用の電源供給コネクタは通常、部屋の中央付近に配置されているので、この近傍にスピーカ装置を設置することで、仮想音源を容易に生成できる。さらに、アレイスピーカは指向性を制御可能なスピーカなので、このアレイスピーカを天井付近に設置することにより、部屋の中に居る人や部屋に設置された家具の位置にかかわらず、これらに遮られることなく、任意の方向に音声を出力することができる。

（２）入力音声信号を遅延する遅延手段と、
前記遅延手段から出力された信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段で増幅された信号を再生するスピーカと、から成るスピーカユニットを複数備え、これら複数のスピーカユニットを所定の間隔で配置して聴取者の上方の位置から下方に放音するアレイスピーカと、
前記スピーカユニットの各遅延手段の遅延値を設定する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成においては、制御手段で各スピーカユニットの入力音声信号の出力タイミングを遅らせる値である遅延値を設定できるので、聴取者の上方の位置から下方の任意の方向に音声を放音させるように遅延値を設定することができる。したがって、部屋内の家具の配置による影響を受けることなく、所望の方向に音声を放音させることができる。

（３）前記アレイスピーカから放音される音響ビームの焦点位置を入力する入力手段を備え、
前記制御手段は、前記入力手段によって入力された焦点位置に音響ビームが焦点を結ぶように各々の遅延値を設定することを特徴とする。

この構成においては、スピーカ装置は、スピーカユニットから放音させる音響ビームの焦点位置を制御するための入力手段を備えている。したがって、部屋の任意の方向に仮想スピーカを配置することができる。

（４）前記入力手段は、前記アレイスピーカが設置される部屋の大きさを入力する手段であり、前記制御手段は、前記入力手段からの入力値に応じて前記音響ビームの焦点位置を設定することを特徴とする。

この構成においては、スピーカ装置を設置する際に、部屋の大きさを入力することで、容易にその部屋の大きさに応じた音響ビームの焦点位置を設定できるので、家具の配置などに応じた焦点位置の微調整を行うだけで、複数の仮想スピーカの位置を短時間で設定することができる。

（５）前記アレイスピーカは、さらに、前記各スピーカユニットの間または周囲に一体的に配置した照明を備え、
前記制御手段は、前記スピーカで再生させる音声信号に連動させて前記照明の光を制御することを特徴とする。

この構成においては、スピーカ装置は、各スピーカユニットの間または周囲に一体的に配置した照明を備えているので、このスピーカ装置を天井に取り付けた際に、部屋の中を適切に照明することができる。また、スポットライトのように一定方向に光を照射する光源を複数個使って照明を構成しておき、スピーカの指向制御の設定に同調して、映像装置側を暗くするとともに後方を明るくしたり、音像が主として定位すると思われる方向を明るくしたりするといった制御や、スピーカで再生させる音声信号に連動させて前記照明に光を照射させる制御を行うことで、新たな視覚効果を演出できる。

（６）天井に設けられた照明用の電源供給端子に接続され、この電源供給端子から前記各スピーカユニット及び前記照明に電力を供給する電源端子を備えたことを特徴とする。

この構成においては、スピーカ装置は、照明用の電源供給端子に接続する電源端子を備えているので、スピーカ装置用の電源を新たに設けるために工事を行うことなく、スピーカ装置を簡単に設置することができる。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

（１）スピーカ装置は、照明用の電源供給コネクタに接続して天井または天井付近に設置する構成なので、スピーカ装置へ給電するための電気工事をする必要がなく、容易に取り付けることができる。また、照明用の電源供給コネクタは通常、部屋の中央付近に配置されているので、この近傍にスピーカ装置を設置することで、仮想音源を容易に生成できる。さらに、アレイスピーカは指向性を制御可能なスピーカなので、このアレイスピーカを天井付近に設置することにより、部屋の中に居る人や部屋に設置された家具の位置にかかわらず、これらに遮られることなく、任意の方向に音声を出力することができる。

（２）制御手段で各スピーカユニットの入力音声信号の出力タイミングを遅らせる値である遅延値を設定できるので、聴取者の上方の位置から下方の任意の方向に音声を放音させるように遅延値を設定することができる。これにより、部屋内の家具の配置による影響を受けることなく、所望の方向に音声を放音させることができる。

（３）スピーカ装置は、スピーカユニットから放音させる音響ビームの焦点位置を制御するための入力手段を備えているので、部屋の任意の方向に仮想スピーカを配置することができる。

（４）スピーカ装置を設置する際に、入力手段から部屋の大きさを入力することで、容易にその部屋の大きさに応じた音響ビームの焦点位置を設定できるので、家具の配置などに応じた焦点位置の微調整を行うだけで、複数の仮想スピーカの位置を短時間で設定することができる。

（５）スピーカ装置は、各スピーカユニットの間または周囲に一体的に配置した照明を備えているので、このスピーカ装置を天井に取り付けた際に、部屋の中を適切に照明することができる。また、スポットライトのように一定方向に光を照射する光源を複数個使って照明を構成しておき、スピーカの指向制御の設定に同調して、映像装置側を暗くするとともに後方を明るくしたり、音像が主として定位すると思われる方向を明るくしたりするといった制御や、スピーカで再生させる音声信号に連動させて前記照明に光を照射させる制御を行うことで、新たな視覚効果を演出できる。

まず、本発明の実施形態に係るスピーカ装置の概略を説明する。本発明のスピーカ装置は、指向制御可能なスピーカであるアレイスピーカを照明と一体化した構造である。スピーカ装置は、部屋の天井の中央部に設けられた照明用の電源供給端子にスピーカ装置の電源端子を接続して、天井または天井付近に掛止して設置する。スピーカ装置は、ユーザの設定に応じて複数の音響ビームを出力して、部屋にいる人や部屋に置いてある家具に遮られることなく、部屋の四方の任意の位置に仮想音源（仮想スピーカ）を作り出す。また、スピーカ装置に設ける照明は、スピーカから再生する音声やモニタに表示する映像に連動して明るさや点灯させる照明の個数制御することができ、照明によって視覚的な効果を得られる。

次に、本発明の実施形態に係るスピーカ装置である照明一体型スピーカ１の詳細を説明する。図１は、本発明の実施形態に係るスピーカ装置のブロック図である。図１には、一例として照明一体型スピーカ１で５．１ｃｈサラウンドサウンドを再生する構成を示している。図１に示すように、照明一体型スピーカ１は、ＤＶＤプレーヤなどのようなコンテンツを再生する音響再生装置３にケーブル４を介して接続されている。また、音響再生装置３は、映像装置５に接続されている。照明一体型スピーカ１は、マルチチャンネルデコーダ２１、マルチチャンネル再構成器２２、指向制御型アレイスピーカ２３、照明部２４、記憶部２５、リモコン信号受信部２６、及び制御部（マイコン）２７を備えている。

マルチチャンネルデコーダ２１は、音響再生装置３から出力された音声信号を６ｃｈ
（５．１ｃｈ）分の音声信号（Ｌｃｈ、Ｒｃｈ、ＳＬｃｈ、ＳＲｃｈ、Ｃｃｈ、Ｗｃｈ）に変換する。マルチチャンネル再構成器２２は、マルチチャンネルデコーダ２１から出力された６ｃｈ分の音声信号を再構築して指向制御型アレイスピーカ２３に音声信号を出力する。指向制御型アレイスピーカ２３は、ｍ＋１個のスピーカユニットＳｐ０〜Ｓｐｍから成り、それぞれ同様の構成である。例えば、スピーカユニットＳｐ０は、ｎ＋１個の遅延回路３１−０〜３１−ｎ及び乗算器３２−０〜３２−ｎ、加算器３３、Ｄ／Ａコンバータ及びアンプ３４、及びスピーカ３５を備えている。スピーカユニットＳｐ０では、マルチチャンネル再構成器２２から出力された各チャンネル分の音声信号が各遅延回路３１−０〜３１−ｎを経由後、加算器３３で足し合わされ、Ｄ／Ａコンバータ３４でディジタル信号からアナログ信号に変換されて、スピーカ３５の出力音声となる。

照明部２４は、１つまたは複数の照明ユニットから成り、部屋を照らすための照明器具（蛍光灯や白熱灯など）４１、この照明器具４１を点灯させる点灯回路４２を備えている。また、点灯回路４２は、図外の電源回路に接続されている。なお、この電源回路の電源端子は、照明用の電源供給端子に接続できる形状である。

記憶部２５は、音場の設定値や指向性アレイスピーカ２３の遅延回路３１の遅延値などを記憶する。また、記憶部２５は、指向制御型アレイスピーカ２３や照明部２４を制御する際の設定値などを記憶している。

リモコン信号受信部２６は、リモコン６から送信された信号を受信して、この信号を制御部２７に送る。制御部（マイコン）２７は、照明一体型スピーカ１の各部を制御する。

なお、マルチチャンネルデコーダ２１は、音響再生装置３側に設けた構成であっても良い。

次に、照明一体型スピーカにおけるスピーカの信号処理方式の一例を、図１に基づいて説明する。

（１）音響再生装置３で再生されるコンテンツの映像は、映像装置５により映し出される。

（２）また、音響再生装置３で映像と同時に再生されるコンテンツの音声は、マルチチャンネルデコーダ２１でマルチチャンネル（例えば５．１ｃｈ）に拡張される。

（３）マルチチャンネル音声信号は、ディジタル形式でマルチチャンネルデコーダ２１からマルチチャンネル再構成器２２へ送られる。

（４）マルチチャンネル再構成器２２は、マルチチャンネル音声信号を再構成する。これは、音声信号の帯域（波長）によって制御方法を変えた方が良好な聴感が得られることがあるためであり、帯域分割等を行う。

（５）照明一体型スピーカ１では、図１０に示したような音声の指向制御を行うために、スピーカ毎の遅延値を予め制御部２７で計算して、遅延回路３１にセットしておく。この遅延値は、再構成された各チャンネル毎かつ各スピーカ毎に計算・設定される。

（６）マルチチャンネルの各チャンネルは、遅延回路３１を経由後、加算器３３で足し合わされて各スピーカの出力音声となる。

（７）各スピーカの出力にはウィンドウ係数が掛けられる。これは、サイドローブを抑えて、より自然な指向性を得るため、中央付近の重みを大きくする。

（８）ここまでの処理はディジタルであるため、Ｄ／Ａコンバータ３４によりアナログ信号に変換する。

（９）アレイスピーカを構成する各スピーカ３５から音声が出力される。

（１０）ｎ＋１個のスピーカユニットＳｐ０〜Ｓｐｍの各スピーカ３５から出力された音声は、空間で干渉し合って６チャンネルの音響ビームを形成する。

（１１）各ビームは、部屋の壁などに反射して、ユーザの居る視聴位置に届くので、ユーザは、５．１チャンネルサラウンドサウンドを楽しむことができる。

次に、照明一体型スピーカ１のスピーカ及び照明の構成例を説明する。図２は、照明一体型スピーカの外形例を示した図である。照明一体型スピーカ１は、複数のスピーカと１つまたは複数の照明器具とを所定の間隔で一体的に配置した構成である。なお、図２は、スピーカ及び照明の配置のイメージを示すために、スピーカの個数を数十個としているが、実際にはスピーカの個数はさらに多くなる。

図２（Ａ），（Ｂ）は、アレイスピーカの周囲に照明を設けた構成である。図２（Ａ）に示した照明一体型スピーカ１ａは、複数のスピーカ３５ａが等間隔に配置された矩形のアレイスピーカ２３ａの周囲に、このアレイスピーカ２３を囲むように照明２４ａを配置している。

図２（Ｂ）に示した照明一体型スピーカ１ｂは、複数のスピーカ３５ｂが等間隔に配置された円形のアレイスピーカ２３ｂの周囲に、照明２４ｂを設けた構成である。

図２（Ｃ），（Ｄ），（Ｅ）は、アレイスピーカを構成するスピーカの間に照明を設けた構成である。すなわち、図２（Ｃ）に示した照明一体型スピーカ１ｃは、複数のスピーカ３５ｃが等間隔に配置された矩形のアレイスピーカ２３ｃのほぼ中央部に照明２４ｃを設けた構成である。図２（Ｄ）に示した照明一体型スピーカ１ｄは、スピーカ３５ｄの周囲に円形の照明２４ｄを配置したものを所定の間隔で配置し、また各照明２４ｄの周囲にもスピーカ３５ｄを配置した構成である。図２（Ｅ）に示した照明一体型スピーカ１ｅは、直線状の照明２４ｅを所定の間隔で配置し、各照明２４ｅの周囲にスピーカ３５ｅを所定の間隔で配置した構成のアレイスピーカである。

図２（Ｆ）に示した照明一体型スピーカ１ｆは、は、照明２４ｆの前部に、複数のスピーカ３５ｆが等間隔に配置された半透明のアレイスピーカ２３ｆを配置した構成である。すなわち、矩形のアレイスピーカ２３ｆのフレームや振動板などに半透明の材質を使用して、このアレイスピーカ２３ｆの背面側のほぼ中央部に円形の照明２４ｆを設けた構成である。

図２（Ｇ）に示した照明一体型スピーカ１ｇは、複数のスピーカ３５ｇが等間隔に配置された円形のアレイスピーカ２３ｇの周囲に、所定の間隔で照明２４ｇを複数個設けた構成である。

このように、照明一体型スピーカ１におけるアレイスピーカと照明との配置例は、複数のパターンが考えられ、図示したパターン以外の構成であっても良い。また、アレイスピーカ２３と照明２４とを一体型とせず、照明用電源を分岐させて、照明の直近にスピーカを設置する構成であっても良い（図示せず）。

また、照明一体型スピーカ１の照明を複数の光源を組み合わせて構成して、部屋の音場制御とリンクさせて複数の光源をオンオフの制御を行うことで、視覚的な効果を得ることもできる。

次に、照明一体型スピーカ１の具体的な配置例を示す。図３は、本発明の実施形態に係るスピーカ装置を設置した部屋の側面透視図である。図３に示すように、照明一体型スピーカ１は、部屋の天井１１のほぼ中央に設置する。すなわち、通常、部屋の天井１１の中央部に照明用の電源供給端子２が設けられており、照明一体型スピーカ１の図外の電源端子をこの照明用の電源コネクタ２に接続する。これにより、照明用の電源供給端子２から照明やアレイスピーカを駆動するための駆動回路へ電源を供給することができる。そして、この照明用の電源コネクタ２を覆うようにして照明一体型スピーカ１を天井１１に取り付ける。

ここで、図示していないが、ユーザは照明一体型スピーカ１を天井に取り付けるか、または天井から吊り下げるために設けた金具に照明一体型スピーカ１を掛止すると良い。

照明一体型スピーカ１は、音響再生装置３とケーブル４で接続されており、このケーブル４を介して音響再生装置３からオーディオ信号が送られる。また、音響再生装置３には、映像装置（モニタ）５が接続されている。

なお、照明一体型スピーカ１及び音響再生装置３にオーディオ信号を無線でやりとりする通信装置を設けておくことで、信号用のケーブルの配線が不要になる。また、音響再生装置３の電源供給端子を接続するコンセントと、天井に設けられた照明用の電源供給端子と、が同じＡＣラインに接続された構成の場合、このＡＣラインを介して照明一体型スピーカ１と音響再生装置３との間でやりとりするように構成しても良い。

また、オーディオ信号は、減衰が少なく雑音の影響を受けにくいディジタル信号であることが望ましい。

照明一体型スピーカ１は、リモコン６により制御することができる。図４は、リモコンの概観図である。リモコン６は、表示部５１、電源スイッチ５２、テンキースイッチ５３、カーソルスイッチ５４、制御スイッチ５５、及び信号出力部５６を備えている。リモコン６は、照明一体型スピーカ１の音量の調整、照明の明るさ、照明を点灯する個数などを調整する機能を備えている。リモコン６の制御スイッチ５５とカーソルスイッチ５４とを続けてユーザが操作すると、信号出力部５６は照明の明るさを調整する信号を照明一体型スピーカ１へ出力する。また、リモコン６の制御スイッチ５５とテンキースイッチ５３とを続けてユーザが操作すると、信号出力部５６は照明の点灯個数などを調整する信号を照明一体型スピーカ１へ出力する。

また、リモコン６は、仮想スピーカを作り出す位置を移動させる機能を備えている。リモコン６の制御スイッチ５５とカーソルスイッチ５４を続けてユーザが操作すると、信号出力部５６は仮想スピーカを作り出す位置を移動させる（微調整する）信号を照明一体型スピーカ１へ出力する。さらに、ユーザがテンキースイッチ５３を操作して部屋の広さを入力し、続いて制御スイッチ５５を操作すると、信号出力部５６は各仮想スピーカの位置を一度に設定する信号を照明一体型スピーカ１へ出力する。また、別の制御スイッチ５５及びカーソルスイッチ５４をユーザが操作すると、信号出力部５６は、仮想スピーカから出力される音声をユーザが聞きながら１チャンネルずつ仮想スピーカの位置や焦点位置を移動させるように、音響ビームの焦点位置を制御する信号を照明一体型スピーカ１へ出力する。リモコン６はこのような機能を備えているので、ユーザはリモコン６を操作することで、照明一体型スピーカ１のビームを出力する方向を移動させたり、音声ビームが任意の位置（すなわち、壁面に届く前・壁面上・壁面で反射後）で焦点を結ぶように焦点位置を移動させたりすることができる。これにより、最適なサラウンドサウンドを体感できるように各仮想スピーカの位置を設定することができる。

もちろん、リモコン６は、音響再生装置３や映像装置５の動作を制御する機能も備えており、ユーザは複数のリモコンを操作しなくても、各装置の操作を行うことができる。

図５は、部屋の隅に映像装置５を設けた部屋の上面透視図である。図１１（Ｂ）に基づいて説明したように、映像装置５を部屋の隅に設置した場合、従来のスピーカ装置では、映像装置５に音像を定位させるのは非常に困難であった。しかし、本発明の照明一体型スピーカ１は、図５に示すように、部屋の中央部における天井または天井付近に設置しているので、映像装置５の両脇近傍に仮想Ｌｃｈスピーカや仮想Ｒｃｈスピーカを作り出すことができ、音像を映像上に定位させることができる。また、映像装置５の設置場所や視聴位置を自由に選択することができる。さらに、仮想音源を適切な位置に設けることができる。

このように、ユーザは、照明一体型スピーカ１の電源供給ラインとして、一般家庭に必ず設置してある照明用の電源配線を流用することができるので、電源用の配線工事が不要となり、照明一体型スピーカ１を容易に設置することができる。また、主照明は部屋の中央付近に配置されるため、この位置にスピーカを置くことで、部屋にいる人や部屋に設置された家具に遮られることなく、部屋の四方の任意の位置に仮想スピーカを作り出すことができる。また、部屋の隅などに家具が配置されていたとしても、家具の壁面にビームを反射させて仮想スピーカを作り出すことも可能となる。

次に、部屋の音場設定手順の例を示す。図６は、音場を設定する直方体型の部屋の斜視透視図である。

（１）ユーザ（設定者）は、大まかな基本パラメータを設定する。ここでは、ラフな値を入力するものとする。また、ユーザは、リモコン６を操作して基本パラメータ設定モードを選択して、例えば部屋の大きさ(畳数、平米数、坪数など)を入力すると、基本パラメータが与えられるので、容易に基本パラメータを設定することができる。

図６に示すように、基本パラメータは、部屋の横幅(XO)、部屋の奥行き(YO)、天井の高さ(Z0)、スピーカの中心位置(X1,Y1)、映像装置５の設置場所(X2,Y2,Z2)、基本的なリスニングポジション(X3,Y3,Z3）である。ユーザは、各基本パラメータの値を個別に入力するか、または上記のように基本パラメータ設定モードを選択して所定の操作を行うことで、基本パラメータを設定できる。なお、基準点(0,0,0)は、部屋の床側の四隅であればどこでも良いが、図６では、映像装置５の表示部と向かい合う壁の隅を基準点とした。

（２）照明一体型スピーカ１の制御部２７は、ユーザが設定した部屋の基本パラメータに基づいて、仮想スピーカの設置位置を計算する。図６では、仮想スピーカRch(Xr,Yr,Zr)と仮想スピーカSRch（Xsr,Ysx,Zsr)との位置を例示している。なお、この例では、Yr=YO、Ysr=0となる。映像装置５の向きは、映像装置５の座標とリスニングポジションの座標との位置関係から把握できる。

また、制御部２７は、簡単なアルゴリズムを用いることで計算により、映像装置５周辺の壁に設ける仮想スピーカ（音源）である仮想Ｌｃｈ、仮想Ｒｃｈ、仮想Ｃｃｈの座標と、リスニングポジション後方または側後方に設ける仮想スピーカ（音源）である仮想ＳＬｃｈ及び仮想ＳＲｃｈの座標と、を求めることができる。

（３）ユーザは、音像定位がわかり易いソース（音声コンテンツ）を使用して実際に仮想音源毎に音声を出力させながら、各仮想音源の位置の微調整を行うことができる。例えば、ユーザが、音場設定用のコンテンツが記録されたＤＶＤを音響再生装置３にセットして再生すると、映像装置５に操作方法が表示される。ユーザは、映像装置５に表示された操作方法に従ってリモコン６のカーソルスイッチ５４を操作する。制御部２７は、リモコン６から送信されたパルス信号をリモコン受信部２６で受信する度に、ユーザの操作に応じて仮想音源の座標を移動させる。なお、基本パラメータは、記憶部２５で記憶している。

（４）ユーザは、映像装置５の移動を行う時には、座標(X2,Y2,Z2)の値を変更して上記の（２），（３）で説明した操作を行うと良い。また、ユーザは、リスニングポジションの変更を行う時には、座標(X3,Y3,Z3)の値を変更して、上記の（２），（３）で説明した操作を行うと良い。

なお、この例では、簡単でラフな基本パラメータの設定と、設定者の耳による微調整で音場設定しているが、ユーザの耳の代わりに、マイクロホンを使用して調整を行う方法を用いることも可能である。

次に、仮想音源を作り出すためのビーム制御の計算例を示す。図７は、ビーム制御の計算を説明するためのアレイスピーカの配置図である。なお、説明を簡略化するため、図７に示すようにアレイスピーカは９個のスピーカから成るものとし、中央に配置されたスピーカＳ４の座標を(X1,Y1,Z0)とする。また、各スピーカ間の距離をＤとし、図６に示した仮想Ｒｃｈと仮想ＳＲｃｈとの２つの仮想音源を設定する方法について説明する。なお、以下の説明では計算を容易にするために、１回の壁反射で音声がリスナに到達するものとし、焦点座標＝仮想音源座標としている。

（１）図７に示したアレイスピーカを構成する各スピーカｓ０〜ｓ８の座標は、S0(X1-D,Y1-D,Z0)、S1(X1,Y1-D,Z0)、S2(X1+D,Y1-D,Z0)、S3(X1-D,Y1,Z0)、S4(X1,Y1,Z0)、S5(X1+D,Y1,Z0)、S6(X1-D,Y1+D,Z0)、S7(X1,Y1+D,Z0)、S8(X1+D,Y1+D,Z0)となる。

（２）スピーカS0から仮想スピーカRch(Xr,Yr,Zr)までの距離は、
LrO=SQRT((X1-D-Xr)²+(Y1-D-Yr)²+(Z0-Zr)²)、
スピーカS0から仮想スピーカSRch(Xsr,Ysr,Zsr)までの距離は、
LsrO=SQRT((X1-D-Xsr)²+(Y1-D-Ysr)²+(Z0-Zsr)²)、
また、式の表示を省略するが、同様にして、各スピーカｓ１〜ｓ８と仮想音源との距離は計算できる。

なお、上記の式において、SQRT(x):ｘの平方根とする。

（３）LrO,Lr1,Lr2,…,Lr8のうち最長のものをLrM、LsrO,Lsr1,・・・,Lsr8のうち最長のものをLsrMとする。

（４）各スピーカから出力された音が、図１０に基づいて説明したように、同時に仮想スピーカ点（仮想スピーカの中心）に到達するように遅延制御する。

音速をCとすると、S0から出力するRch信号に与える遅延TrO=(LrM-LrO)/C、
S0から出力するSRch信号に与える遅延TsrO=(LsM-LsrO)/Cとなる。

また、式の表示を省略するが、各スピーカに与える遅延は同様に計算できる。

（５）各仮想スピーカが同時に鳴るように調整するには、アレイスピーカから各仮想スピーカを経由してリスニングポジションまでの距離の差を、遅延により補償すれば良い。

すなわち、Rchのリスナまでの距離
Lr=SQRT((X1-Xr)²+(Y1-Yr)²+(Z0-Zr)²)+SQRT((X3-Xr)²+(Y3-Yr)²+(Z3-Zr)²)と、
SRchのリスナまでの距離
Lsr=SQRT((X1-Xsr)²+(Y1-Ysr)²+(Z0-Zsr)²)
+SQRT((X3-Xsr)²+(Y3-Ysr)²+(Z3-Zsr)²）と、の差を遅延|Lsr-Lr|/Cにより補償する。

例えば、Lsr>Lrの場合、Rch信号を遅らせる。

（６）ディジタルメモリで遅延させる場合、サンプリング周波数をFsとすると、計算した遅延時間にFsを掛けることで、遅延タップ数が求まる。

S0から出力するRch信号に与える遅延タップTAPrO=(TrO+|Lsr-Lr|/C)*Fs、
S0から出力するSRch信号に与える遅延タップTAPsr0=TsrO*Fs、
各スピーカの遅延タップ数は同様に計算できる。

（７）各スピーカに、各(入力)チャンネルをそれぞれ計算したタップ数だけ遅らせて足した結果を出力すれば良い。

入力信号をIr(z),Isr(z)とすると、
S0からの出力信号00(z)=Ir(z)z^(-TAPr0)+Isr(z)z^(-TAPsr0)、各スピーカ出力は同様である。

次に、実際の数値を入力すると、以下のようになる。すなわち、
(X1,X2,Y0)=(2m,3m,2m)、Ｄ=20cm、(Xr,Yr,Zr)=(3,5,1)、
(Xsr,Ysr,Zsr)=(4,0,1.6)、Ｃ=340m/s、(X3,Y3,Z3)=(2.5m,2.5m,1m)、
Fs=200kHzとする。

（１）各スピーカの座標は、S0(1.8m,2.8m,2m)、…、S8(2.2m,3.2m,2m)
（２）Lr0=2.698m、…、Lr4=2.449m、…、Lr8=2.209m
Lsr0=3.583m、…、Lsr4=3.628m、…、Lsr8=3.693m
（３）LrM=Lr0=2.698m、LsrM=Lr6=3.904m
（４）Tr0=0ms、…、Tr4=0.732ms、…、Tr8=1.438ms
Tsr0=0.944ms、…、Tsr4=0.812ms、…、Tsr8=0.621ms
（５）|Lsr-Lr|/C＝5.682ms
（６）TAPr0=1136tap、…、TAPr4=1283tap、…、TAPr8=1424tap
TAPsr0=189tap、…、TAPsr4=164tap、…、TAPsr8=124tap
次に、図８に基づいて音場とリンクした照明の制御例を示す。図８は、照明一体型スピーカから照射したスポット光の例である。図８には、一例として、９個のスポットライトを合わせて照明を構成しており、各スポットライトが照射する床面をI0〜I8の円とした。

まず、リスニングポジションに当たるI4だけを照射することにより、現在の理想的なリスニングポジションを可視的に知らせることができる。なお、図８の例は単純であるが、照明の個数やスポット光の面積を調整することで、さらに精度良く特定領域を知らせることができる。

また、I6,I8の位置を照射する照明を点灯し、I3,I5,I7の位置を照射する照明の照度を落とし、I0,I1,I2,I4の位置を照射する照明を消灯することで、映像装置５の周囲をより暗くすることができ、映像装置５に表示される映像をより鮮明に視認できるように、照明を調整することができる。

また、I1の位置を照射する照明のみを点灯することで、主たる音像の定位位置を照射することになるので、例えば舞台の俳優にスポットライトが当たるような立体的な効果が期待できる。

また、照明一体型スピーカ１のアレイスピーカから出力させる音声の大きさやリズムに応じて所定のパターンで、またはランダムに各スポットライトI0〜I8を明滅させるような制御プログラムを記憶部２５に記憶させておき、リモコン６の操作に応じて制御部２７にこのプログラムを実行させるようにしても良い。このようにすることで、新たな視覚効果を演出できる。

本発明の実施形態に係るスピーカ装置のブロック図である。照明一体型スピーカの外形例を示した図である。本発明の実施形態に係るスピーカ装置を設置した部屋の側面透視図である。リモコンの概観図である。部屋の隅に映像装置５を設けた部屋の上面透視図である。音場を設定する直方体型の部屋の斜視透視図である。ビーム制御の計算を説明するためのアレイスピーカの配置図である。照明一体型スピーカから照射したスポット光の例である。サラウンドシステムを設置した部屋の上面透視図である。アレイスピーカによるビーム制御の様子を示した図である。特許文献１に記載のスピーカ装置を設置した部屋の上面透視図である。

符号の説明

１−照明一体型スピーカ３−音響再生装置
４−ケーブル５−映像装置
６−リモコン２１−マルチチャンネルデコーダ
２２−マルチチャンネル再構成器２３−指向制御型アレイスピーカ
２４−照明部２５−記憶部
２６−リモコン信号受信部２７−制御部

Claims

複数のスピーカユニットを所定の間隔で配置したアレイスピーカと、
このアレイスピーカの周囲または前記各スピーカユニットの間もしくは周囲に一体的に配置した照明と、
天井に設けられた照明用の電源供給端子に接続して、この電源供給端子から前記アレイスピーカ及び前記照明に電力を供給する電源端子と、
装置全体を天井または天井付近に掛止する掛止手段と、を備えたことを特徴とするスピーカ装置。
入力音声信号を遅延する遅延手段と、
前記遅延手段から出力された信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段で増幅された信号を再生するスピーカと、から成るスピーカユニットを複数備え、これら複数のスピーカユニットを所定の間隔で配置して聴取者の上方の位置から下方に放音するアレイスピーカと、
前記スピーカユニットの各遅延手段の遅延値を設定する制御手段と、を備えたことを特徴とするスピーカ装置。
前記アレイスピーカから放音される音響ビームの焦点位置を入力する入力手段を備え、
前記制御手段は、前記入力手段によって入力された焦点位置に音響ビームが焦点を結ぶように各々の遅延値を設定する請求項２に記載のスピーカ装置。
前記入力手段は、前記アレイスピーカが設置される部屋の大きさを入力する手段であり、前記制御手段は、前記入力手段からの入力値に応じて前記音響ビームの焦点位置を設定する請求項３に記載のスピーカ装置。
前記アレイスピーカは、さらに、前記各スピーカユニットの間または周囲に一体的に配置した照明を備え、
前記制御手段は、前記スピーカで再生させる音声信号に連動させて前記照明の光を制御する請求項２乃至４のいずれかに記載のスピーカ装置。
天井に設けられた照明用の電源供給端子に接続され、この電源供給端子から前記各スピーカユニット及び前記照明に電力を供給する電源端子を備えた請求項５に記載のスピーカ装置。