JP2005191851A - 音声出力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の音声の聴感上のセパレーションを向上させる。
【解決手段】音声出力装置は、音声信号ｃｈ０，ｃｈ１のレベルを測定する測定回路９，１０と、測定回路９，１０で測定されたレベルに基づき、音声信号ｃｈ０，ｃｈ１のレベルが等しくなるように音量調整する音量調整手段（音量調整回路１１，１２およびゲイン制御回路１３）と、音量調整手段から出力された音声信号ｃｈ０，ｃｈ１に応じた音声をそれぞれ異なる指向性で放射するアレースピーカ装置（遅延回路１，３、乗算器２，４、加算器５、アンプ６およびスピーカユニット７）とを有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複数の音声をそれぞれ異なる指向性で同時に放射する音声出力装置に関するものである。

プラズマテレビジョンの低価格化に代表されるように、一般家庭のテレビジョン受像機は大画面化している。プラズマテレビジョン受像機には、大画面、特にワイド画面を使ったテレビジョンの多様性として、画面を２分割して異なる番組（コンテンツ）を同時に見られるようにした機能を持つものが多くある。このとき、映像に関しては、画面上にマルチウィンドウで映し出されたもののうち、見たいものに注視するのは簡単だが、音声を普通に同時出力してしまうと、聞きたいものだけ選別するのはほとんど不可能である。このため、２画面分割機能を持つテレビジョン受像機では、第１のコンテンツの音声をスピーカから出力し、第２のコンテンツの音声をイヤホンから出力するようにしている。しかし、このようなテレビジョン受像機の場合、第２のコンテンツを視聴する視聴者は、常にイヤホンを使用しなければならず、使い勝手が悪いという問題がある。

そこで、複数の音声がそれぞれ異なる指向性を持つように指向性制御して音声を出力する音声出力装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この音声出力装置では、音声の指向性制御にアレースピーカを使うことを提案している。アレースピーカは、指向性の制御性が良く、同時に複数の音声を異なる指向性で出力できるという特長を持っている。最近、ディジタルアンプや小型フルレンジスピーカといったアレースピーカの基盤技術が進歩しており、遅延や信号処理といったディジタル処理回路も安価になっているため、音声の指向性制御にアレースピーカを使うことは有効である。

ここで、指向性制御に有効である、古くから知られている遅延アレー方式のアレースピーカの原理を図１３を使って説明する。多数の小型スピーカ２０１−１〜２０１−ｎを一次元的に配置し、壁面または音響反射板の位置（焦点）Ｐからの距離がＬである円弧をＺとし、焦点Ｐと各スピーカ２０１−１〜２０１−ｎとを結ぶ直線を延長して、これら延長した直線が円弧Ｚと交わる交点上に図１３の破線で示すような仮想のスピーカ２０２−１〜２０２−ｎを配置することを考える。これら仮想のスピーカ２０２−１〜２０２−ｎから焦点Ｐまでの距離は全てＬであるから、各スピーカ２０２−１〜２０２−ｎから放射される音声は焦点Ｐに同時に到達する。

実際のスピーカ２０１−ｉ（ｉ＝１，２，・・・・ｎ）から放射する音声を焦点Ｐに同時に到達させるためには、スピーカ２０１−ｉとこれに対応する仮想のスピーカ２０２−ｉとの間の距離に応じた遅延（時間差）をスピーカ２０１−ｉから出力する音声に付加すればよい。つまり、焦点Ｐから見ると、円弧Ｚ上に仮想のスピーカ２０２−１〜２０２−ｎが配置されているかのように制御される。これにより、焦点Ｐでは、各スピーカ２０１−１〜２０１−ｎの出力の位相が揃い音圧の山ができる。その結果、あたかも焦点Ｐに向かって音波ビームを放出するような指向性分布が得られる。

特開平１１−０２７６０４号公報

以上のように、遅延アレー方式のアレースピーカは、遅延時間の変更のみで音声の指向方向を任意に動かすことが可能であり、同時に複数の音声を異なる指向性で出力できるという特長を持っているが、このようなアレースピーカを用いる特許文献１の音声出力装置の場合、実用上問題となる点がいくつかある。

図１４にシミュレーションによるポーラーパターンの１例を示す。このシミュレーションは、実用的なアレー全幅約１ｍの直線配置アレースピーカにより、正面に焦点を結んだ場合であり、図１４の上方が正面である。図１４のシミュレーションの例によれば、聴感感度の高い２ｋＨｚの音に関して、アレースピーカから２ｍの位置において指向性の中心方向とそれから３０°離れた方向で２０ｄＢの音圧差を実現できることが分かる。この音圧差により、指向性の中心方向にいる視聴者には、コンテンツの音声が適度な音量で聞こえ、他の位置にいる別の視聴者には、同じコンテンツの音声が小さい音量で聞こえる。特許文献１の音声出力装置のように複数の音声を異なる指向性で出力する場合、各視聴者にとっては、自分が聞きたいコンテンツの適度な音量の音声と、それ以外のコンテンツの小音量の音声（妨害音）とが混ざって聞こえることになる。

特許文献１の音声出力装置で重要なことは、聞きたいコンテンツの音声に比べて、それ以外のコンテンツの音声が十分小さい音量になることである。このような音圧差があれば、聴感上の特性であるマスキング効果と音響心理学の特性であるカクテルパーティー効果とが目的の音声の聞き取りを利するように働くため、視聴者は、複数の音声の中から目的のコンテンツの音声を聞き取ることができる。

しかしながら、アレースピーカに入力される複数の音声信号の絶対音量が大きく異なる場合、アレースピーカの指向性制御によって実現した前記音圧差が相殺される可能性がある。目的のコンテンツとそれ以外のコンテンツの音圧差が不十分になると、他のコンテンツの音が気になり、最悪の場合には目的のコンテンツの音声を聞き取ることができなくなる。目的のコンテンツとそれ以外のコンテンツの音圧差が不十分になる理由としては、主に２つの理由が考えられる。

第１の理由は、コンテンツごとに音声の録音レベルが異なることである。コンテンツごとに音声の録音レベルが異なることは当然なので、各コンテンツの音量は、音声出力装置のボリュームにより最適値（聴感上のセパレーションがそれぞれの視聴者位置で最良となる値）に設定される。しかしながら、あるコンテンツの再生中にボリュームを最適値に設定したとしても、他のコンテンツの再生においてはこのボリューム設定が不適切な場合があり、このような不適切なボリューム設定がなされている場合には、目的のコンテンツと別のコンテンツの音圧差が不十分になり、聴感上のセパレーションが悪化する。目的のコンテンツの音声の聞き取りを良好にするためには、コンテンツ毎にボリュームを調整しなければならない。

第２の理由は、コンテンツの音量が随時変化することである。例えば、目的のコンテンツで無音部分が続いているときに、別のコンテンツで大音量の爆発音等が再生されると、この音量変化により、目的のコンテンツと別のコンテンツの音圧が逆転してしまう。

また、聴感上のセパレーションに影響を与える別の問題として、広い音声周波数帯域に対して指向性制御を行うことが難しいという問題がある。遅延アレーを例にとってみると、指向性の主ローブ幅は、信号の波長とアレースピーカの幅との比で決まるため、高音域は強い指向性、低音域は弱い指向性となる。図１４を参照すれば、周波数により指向性が変わってしまうのが分かる。低音域は指向性が弱くなり、セパレーションの確保が困難である。一方、遅延アレーのスピーカユニット間のピッチより短い波長となる高音域では、指向性パターンにグレーティングロブが発生し、それより長い波長でも、指向性パターンにサイドロブが発生するため、これらのグレーティングロブやサイドロブが聴感上のセパレーションを悪化させる可能性があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、複数の音声をそれぞれ異なる指向性で同時に放射するシステムにおいて、各視聴者が各々の視聴したい音声を他の音声から分離して良好に聞き取ることができる音声出力装置、すなわち複数の音声の聴感上のセパレーションを向上させることができる音声出力装置を提供することを目的とする。

本発明の音声出力装置は、入力された複数の音声信号のレベルを測定する測定手段と、この測定手段で測定されたレベルに基づきゲイン調整して、複数の音声信号を等しい大きさで出力する音量調整手段と、この音量調整手段から出力された複数の音声信号に応じた複数の音声をそれぞれ異なる指向性で放射するアレースピーカ装置とを有するものである。
また、本発明の音声出力装置は、入力された複数の音声信号のレベルを測定する測定手段と、この測定手段で測定されたレベルに基づきゲイン調整して、前記複数の音声信号のうち視聴者によって指定された少なくとも２つの音声信号間のレベル差を一定として複数の音声信号を出力する音量調整手段と、この音量調整手段から出力された複数の音声信号に応じた複数の音声をそれぞれ異なる指向性で放射するアレースピーカ装置とを有するものである。

また、本発明の音声出力装置は、入力された複数の音声信号のレベルを測定する測定手段と、この測定手段で測定されたレベルに基づき、前記複数の音声信号のダイナミックレンジを所定値以下に圧縮して、ダイナミックレンジ圧縮後の複数の音声信号を出力する圧縮手段と、この圧縮手段から出力された複数の音声信号に応じた複数の音声をそれぞれ異なる指向性で放射するアレースピーカ装置とを有するものである。
また、本発明の音声出力装置は、入力された複数の音声信号の周波数帯域を制限または強調する周波数制御手段と、この周波数制御手段から出力された複数の音声信号に応じた複数の音声をそれぞれ異なる指向性で放射するアレースピーカ装置とを有するものである。

また、本発明の音声出力装置の１構成例において、前記測定手段は、前記複数の音声信号をそれぞれ複数の周波数帯域に分けてレベルを測定し、前記音量調整手段は、前記測定された各周波数帯域のレベルを予め設定された周波数帯域毎の重みにより重み付けして、重み付けした各周波数帯域のレベルに基づきゲイン調整して、複数の音声信号を等しい大きさで出力するものである。
また、本発明の音声出力装置の１構成例において、前記測定手段は、前記複数の音声信号をそれぞれ複数の周波数帯域に分けてレベルを測定し、前記音量調整手段は、前記測定された各周波数帯域のレベルに基づき、周波数帯域毎に前記複数の音声信号が等しい大きさとなるようにゲイン調整して出力するものである。

本発明によれば、入力された複数の音声信号のレベルを測定する測定手段と、測定手段で測定されたレベルに基づきゲイン調整して、複数の音声信号を等しい大きさで出力する音量調整手段とを設けることにより、音量調整手段からアレースピーカ装置に出力する複数の音声信号のレベルが等しくなるように音量調整するので、コンテンツ毎にボリュームを調整するといった作業が不要となる。また、目的の音声が小音量になったときに別の音声に埋もれてしまい、目的の音声が聞こえなくなるという問題を緩和することができる。したがって、本発明によれば、複数の音声の聴感上のセパレーションを向上させることができるので、視聴者が各々の視聴したい音声を良好に聞き取ることができ、複数の音声をそれぞれ異なる指向性で同時に放射する音声出力装置を実用に供することが可能となる。

また、入力された複数の音声信号のレベルを測定する測定手段と、測定手段で測定されたレベルに基づきゲイン調整して、前記複数の音声信号のうち視聴者によって指定された少なくとも２つの音声信号間のレベル差を一定として複数の音声信号を出力する音量調整手段とを設けることにより、音量調整手段からアレースピーカ装置に出力する複数の音声信号のうち視聴者によって指定された少なくとも２つの音声信号間のレベル差が一定となるように音量調整することで、コンテンツの周波数帯域の違いや、言語の違いによる促音、撥音の比率の違いなど、ボリューム以外の聴感特性上、聴感心理学上の違いが大きいコンテンツ間において主観的・心理的なセパレーションを向上させることができる。

また、入力された複数の音声信号のレベルを測定する測定手段と、測定手段で測定されたレベルに基づき、前記複数の音声信号のダイナミックレンジを所定値以下に圧縮して、ダイナミックレンジ圧縮後の複数の音声信号を出力する圧縮手段とを設けることにより、音量調整手段からアレースピーカ装置に出力する複数の音声信号のダイナミックレンジを所定値以下に圧縮するので、コンテンツ毎のダイナミックレンジを揃えることができる。また、ダイナミックレンジを圧縮することで、目的の音声が小音量であるため他の音声に埋もれたり、目的の音声が大音量であるため他の音声を妨害するといった問題を緩和することができる。したがって、本発明によれば、複数の音声の聴感上のセパレーションを向上させることができる。ダイナミックレンジの圧縮は、カーステレオのように、環境雑音が大きいときに効果的な技術であるので、複数音声が同時出力されるシステムにおいて有用である。

また、入力された複数の音声信号の周波数帯域を制限する周波数制御手段を設けることにより、指向性制御の困難な低音域を除去した上でアレースピーカ装置に複数の音声信号を出力することで、この複数の音声信号に応じてアレースピーカ装置から放射される複数の音声の各々の指向性を強めることができる。指向性パターンのグレーティングロブやサイドロブの発生要因となる高音域を除去した上でアレースピーカ装置に複数の音声信号を出力することで、この複数の音声信号に応じてアレースピーカ装置から放射される複数の音声の各々の指向性パターンにグレーティングロブやサイドロブが発生することを防止できる。あるいは、入力された複数の音声信号の周波数帯域を強調する周波数制御手段を設けることにより、指向性の制御性の良い特定の周波数帯域を低音域や高音域に対して相対的に強調することができるので、複数の音声の聴感上のセパレーションおよび心理的なセパレーションを向上させることができる。

また、複数の音声信号をそれぞれ複数の周波数帯域に分けてレベルを測定し、測定した各周波数帯域のレベルを予め設定された周波数帯域毎の重みにより重み付けして、重み付けした各周波数帯域のレベルに基づき複数の音声信号のゲイン調整を行うことにより、心理的な聴感レベルを合わせることで、セパレーションの向上が期待できる。

また、周波数帯域毎に複数の音声信号が等しい大きさとなるようにゲイン調整することで、複数の音声信号の互いのマスキング効果をより有効に作用させることができ、セパレーションの向上が期待できる。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は第１の実施の形態の原理を説明するための図である。
本実施の形態の音声出力装置は、従来の音声出力装置と同様に、第１の音声Ｓ１と第２の音声Ｓ２とがそれぞれ異なる指向性を持つように指向性制御してアレースピーカ装置ＳＰarray から音声Ｓ１，Ｓ２を放射するが、このとき音声Ｓ１，Ｓ２の基となる第１の音声信号ｃｈ０と第２の音声信号ｃｈ１のレベルが等しくなるように音量調整して、アレースピーカ装置ＳＰarray に音声信号ｃｈ０，ｃｈ１を入力する。

図２は本発明の第１の実施の形態となる音声出力装置の構成を示すブロック図である。図２の音声出力装置は、第１の音声信号ｃｈ０のレベルを測定する測定回路９と、第２の音声信号ｃｈ１のレベルを測定する測定回路１０と、第１の音声信号ｃｈ０のレベルを調整する音量調整回路１１と、第２の音声信号ｃｈ１のレベルを調整する音量調整回路１２と、音量調整回路１１，１２のゲイン係数を設定するゲイン制御回路１３と、音量調整回路１１の出力信号に対して実現したい指向性に対応する遅延時間を付加する遅延回路１と 、遅延回路１の出力にゲイン係数を乗算して所望のレベルに調整する乗算器２（２−１〜２−ｎ）と、音量調整回路１２の出力信号に対して実現したい指向性に対応する遅延時間を付加する遅延回路３と、遅延回路３の出力にゲイン係数を乗算して所望のレベルに調整する乗算器４（４−１〜４−ｎ）と、乗算器２の出力信号と乗算器４の出力信号とを加算する加算器５（５−１〜５−ｎ）と、加算器５の出力信号を増幅するアンプ６（６−１〜６−ｎ）と、アンプ６によって駆動されるスピーカユニット７（７−１〜７−ｎ）と、遅延回路１，３の遅延時間を設定する指向性制御装置８とを有する。

本実施の形態の音声出力装置は、遅延回路１，３と乗算器２，４と加算器５とアンプ６とスピーカユニット７とからなるアレースピーカ装置に、測定回路９，１０と音量調整回路１１，１２とゲイン制御回路１３とを付加したものである。音量調整回路１１，１２とゲイン制御回路１３とは、音量調整手段を構成している。

次に、本実施の形態の音声出力装置の動作について説明する。第１の音声信号ｃｈ０は、測定回路９と音量調整回路１１に入力され、第２の音声信号ｃｈ１は、測定回路１０と音量調整回路１２に入力される。
測定回路９は、第１の音声信号ｃｈ０のレベルを随時測定し、測定回路１０は、第２の音声信号ｃｈ１のレベルを随時測定する。測定回路９，１０は、信号の絶対値を使って、時定数を持ったピークホールドやエンベロープ検出等により、音声信号ｃｈ０，ｃｈ１のレベルを測定する。

ゲイン制御回路１３は、測定回路９で測定された音声信号ｃｈ０のレベルと測定回路１０で測定された音声信号ｃｈ１のレベルとの差に基づき、アレースピーカ装置（遅延回路１，３）に出力する音声信号ｃｈ０とｃｈ１のレベルが等しくなるように音量調整回路１１，１２のゲイン係数を設定する。

ゲイン制御回路１３は、測定回路９で測定された第１の音声信号ｃｈ０のレベルと測定回路１０で測定された第２の音声信号ｃｈ１のレベルとの差に応じたゲイン係数を出力する。音量調整回路１１，１２の入出力特性は、遅延回路１，３に出力する音声信号ｃｈ０とｃｈ１のレベル差を減ずる特性である。ゲイン制御回路１３によって制御される音量調整回路１１，１２の入出力特性を図３に示す。図３において、Ｃ０は音声信号ｃｈ０とｃｈ１のレベル差が零のときの入出力特性、Ｃ１はレベル差が正のときの入出力特性、Ｃ２はレベル差が負のときの入出力特性である。

ゲイン制御回路１３は、第２の音声信号ｃｈ１に対して第１の音声信号ｃｈ０のレベルが大きい場合、音量調整回路１１に設定するゲイン係数を小さくすると共に、音量調整回路１２に設定するゲイン係数を大きくする。音声信号ｃｈ０とｃｈ１のレベルが等しい状態から音声信号ｃｈ０のレベルが大きい状態に変化したとすれば、音声信号ｃｈ０のレベルから音声信号ｃｈ１のレベルを減算したレベル差は正の値に変化するので、音量調整回路１１の入出力特性は図３のＣ０からＣ１の特性に変わり、音声信号ｃｈ１のレベルから音声信号ｃｈ０のレベルを減算したレベル差は負の値に変化するので、音量調整回路１２の特性はＣ０からＣ２の特性に変わる。第２の音声信号ｃｈ１に対して第１の音声信号ｃｈ０のレベルが小さい場合、ゲイン制御回路１３は、音量調整回路１１に設定するゲイン係数を大きくすると共に、音量調整回路１２に設定するゲイン係数を小さくする。

測定回路９，１０に入力される音声信号ｃｈ０とｃｈ１のレベル差が変化すれば、音量調整回路１１，１２に設定されるゲイン係数も変化するが、レベル差の変化に応じてゲイン係数が瞬時に変化すると、聴感上不自然な感じを与える。そこで、ゲイン制御回路１３は、レベル差の変化に対して、ある時定数でゲイン係数が変化するようにしている。

音量調整回路１１は、ゲイン制御回路１３によって設定されたゲイン係数を入力された第１の音声信号ｃｈ０に乗算することにより、第１の音声信号ｃｈ０のレベルを調整して出力する。同様に、音量調整回路１２は、ゲイン制御回路１３によって設定されたゲイン係数を入力された第２の音声信号ｃｈ１に乗算することにより、第２の音声信号ｃｈ１のレベルを調整して出力する。

音量調整回路１１を通過した第１の音声信号ｃｈ０は、遅延回路１に入力され、遅延回路１によりそれぞれ遅延時間が付加されたスピーカユニット数分の第１の音声信号ｃｈ０’となる。スピーカユニット７−ｉ（ｉ＝１，２，・・・・ｎ）に供給される第１の音声信号に対して遅延回路１が付加する遅延時間は、第１の音声信号に応じた第１の音声Ｓ１が任意に設定された焦点に向かうように調整される。すなわち、遅延回路１の遅延時間は、従来のアレースピーカ装置と同様に、焦点の位置と各スピーカユニット７−１〜７−ｎの位置とに基づいて指向性制御装置８によりスピーカユニット毎に計算され、遅延回路１に設定される。遅延回路１により遅延時間が付加された第１の音声信号ｃｈ０’は、乗算器２−１〜２−ｎにより所望のレベルに調整される。第１の音声信号ｃｈ０’の各々には、乗算器２−１〜２−ｎにより所定の窓関数係数を乗算してもよい。

同様に、音量調整回路１２を通過した第２の音声信号ｃｈ１は、遅延回路３によりそれぞれ遅延時間が付加されたスピーカユニット数分の第２の音声信号ｃｈ１’となる。第２の音声信号に対して遅延回路３が付加する遅延時間は、第２の音声信号に応じた第２の音声Ｓ２が第１の音声Ｓ１と異なる焦点に向かうように調整される。遅延回路３により遅延時間が付加された第２の音声信号ｃｈ１’は、乗算器４−１〜４−ｎにより所望のレベルに調整される。

続いて、乗算器２−１〜２−ｎの出力と乗算器４−１〜４−ｎの出力とを加算器５−１〜５−ｎにより加算し、加算器５−１〜５−ｎの出力をアンプ６−１〜６−ｎによって増幅し、スピーカユニット７−１〜７−ｎから音声を放射する。各スピーカユニット７−１〜７−ｎから出力された信号は、空間で干渉しあって、第１の音声Ｓ１のビームと第２の音声Ｓ２のビームとを形成する。図１に示したように、第１の音声Ｓ１は第１の視聴位置Ｕ１に向かい、第２の音声Ｓ２は第２の視聴位置Ｕ２に向かう。

図４に音声出力装置の使用形態の１例を示す。図４の例は、複数のコンテンツ（例えばスポーツ番組とニュース番組）の映像および音声を同時に出力するシステムで使用される音声出力装置を示している。複数のコンテンツの映像はマルチウィンドウで同時に表示される。複数のコンテンツの各音声は、音声出力装置からそれぞれ異なる指向性を持たせて放射される。これにより、例えば部屋の左側にいる視聴者と部屋の右側にいる視聴者とは、それぞれ異なる音声を聴くことができる。

図５に音声出力装置の使用形態の他の例を示す。図５の例は、１つのコンテンツに含まれる１つの映像および２つの音声を同時に出力するシステムで使用される音声出力装置を示している。このようなコンテンツの例としては二カ国語放送があり、音声出力装置は主音声と副音声にそれぞれ異なる指向性を持たせて放射する。これにより、部屋の左側にいる視聴者は例えば主音声を聴くことができ、部屋の右側にいる視聴者は例えば副音声を聴くことができる。

本実施の形態によれば、アレースピーカ装置に出力する音声信号ｃｈ０とｃｈ１のレベルが等しくなるように音量調整回路１１，１２のゲイン係数を設定するので、コンテンツ毎にボリュームを調整するといった作業が不要となる。また、目的のコンテンツの音声が小音量となったときに別のコンテンツの音声に埋もれてしまい、目的の音声が聞こえなくなるという問題を緩和することができる。したがって、本実施の形態では、音声信号ｃｈ０とｃｈ１の聴感上のセパレーションを向上させることができ、視聴者が各々の視聴したい音声を良好に聞き取ることができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図６は本発明の第２の実施の形態となる音声出力装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の音声出力装置は、第１の実施の形態のより具体的な例を示すものである。

本実施の形態の測定回路９は、整流回路１０１とピークホールド回路１０２，１０３とからなる。整流回路１０１は、入力された第１の音声信号ｃｈ０を絶対値に整流する。ピークホールド回路１０２，１０３は、整流回路１０１から入力された値が現在のホールド値以下の場合にはホールド値を維持し、入力値がホールド値を超える場合には入力値を新しいホールド値とするといったように、現在までの入力値のうち最も大きい値を保持して出力するものである。入力値がホールド値以下の状態が続くと、任意の時定数でホールド値は徐々に低下する。ピークホールド回路１０２の時定数は、ピークホールド回路１０３の時定数より短く設定されている。

同様に、測定回路１０は、整流回路１０４とピークホールド回路１０５，１０６とからなる。ピークホールド回路１０５，１０６の時定数は、それぞれピークホールド回路１０２，１０３の時定数と同じでよい。

次に、ゲイン制御回路１３は、減算器１０７，１１０，１１３，１１６とゲインテーブル１０８，１１１，１１４，１１７とローパスフィルタ１０９，１１２，１１５，１１８と加算器１１９，１２０とからなる。

減算器１０７は、ピークホールド回路１０２の出力からピークホールド回路１０５の出力を減算したレベル差を算出し、減算器１１０は、ピークホールド回路１０３の出力からピークホールド回路１０６の出力を減算したレベル差を算出し、減算器１１３は、ピークホールド回路１０５の出力からピークホールド回路１０２の出力を減算したレベル差を算出し、減算器１１６は、ピークホールド回路１０６の出力からピークホールド回路１０３の出力を減算したレベル差を算出する。

ゲインテーブル１０８，１１１，１１４，１１７には、音声信号のレベル差とゲイン係数とが対応付けて予め登録されている。ゲインテーブル１０８，１１１，１１４，１１７は、それぞれ減算器１０７，１１０，１１３，１１６で算出されたレベル差に応じたゲイン係数を読み出して出力する。

ゲインテーブル１０８，１１１から出力されたゲイン係数は、それぞれローパスフィルタ１０９，１１２を通過して加算器１１９により加算され、加算後のゲイン係数が音量調整回路１１に設定される。また、ゲインテーブル１１４，１１７から出力されたゲイン係数は、それぞれローパスフィルタ１１５，１１８を通過して加算器１２０により加算され、加算後のゲイン係数が音量調整回路１２に設定される。

ローパスフィルタ１０９，１１２，１１５，１１８はゲイン係数の変化が任意の時定数で滑らかに行われるようにする。また、ローパスフィルタ１０９の時定数は、ローパスフィルタ１１２の時定数より短く設定されている。ローパスフィルタ１１５の時定数は、ローパスフィルタ１０９の時定数と同じでよく、ローパスフィルタ１１８の時定数は、ローパスフィルタ１１２の時定数と同じでよい。

ゲイン係数が設定された後の音量調整回路１１，１２の動作、および遅延回路１，３と乗算器２，４と加算器５とアンプ６とスピーカユニット７とからなるアレースピーカ装置の動作は、第１の実施の形態と同じである。

本実施の形態では、ピークホールド回路１０２，１０５の時定数はピークホールド回路１０３，１０６の時定数より短く、ローパスフィルタ１０９，１１５の時定数はローパスフィルタ１１２，１１８の時定数より短く設定されており、音量調整回路１１，１２へのゲイン係数に、ピークホールド回路とゲインテーブルとローパスフィルタとを２つずつ設けるようにして、音量調整の時定数を２種類持たせるようにしたので、第１の音声信号ｃｈ０と第２の音声信号ｃｈ１のレベル差の短期的な変化に応じた音量調整と、レベル差の長期的な変化に応じた音量調整とを任意の比率で行うことができる。レベル差の瞬間的な変化に対して追従させるためには時定数が短い方が良いが、ボリュームをランダムに変えているような変化が耳については困るので、本実施の形態の構成により、レベル差の短期的な変化に応じた音量調整とレベル差の長期的な変化に応じた音量調整のバランスを適切に設定できる。

［第３の実施の形態］
第１、第２の実施の形態では、アレースピーカ装置（遅延回路１，３）に出力する第１の音声信号ｃｈ０と第２の音声信号ｃｈ１のレベルが等しくなるように音量調整回路１１，１２のゲイン係数を設定したが、第１の音声信号ｃｈ０と第２の音声信号ｃｈ１のレベル差が一定となるようにゲイン係数を設定してもよい。

図７は本発明の第３の実施の形態となる音声出力装置の構成を示すブロック図であり、図６と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の音声出力装置は、図６のゲイン制御回路１３の代わりにゲイン制御回路１３ａを用いるものである。このゲイン制御回路１３ａは、ゲイン制御回路１３の減算器１０７，１１０，１１３，１１６の出力に、視聴者によって設定された任意のオフセット量を加算する機能を追加したものである。

例えば、第２の音声信号ｃｈ１に対して第１の音声信号ｃｈ０のレベルを一定量だけ大きくしたい場合には、オフセット発生回路１２１により減算器１１３，１１６の出力にオフセット量を加え、減算器１０７，１１０の出力にはオフセット量を加算しない。
これにより、ゲインテーブル１１４，１１７には、オフセット量が加算されたレベル差が入力されるので、ゲインテーブル１１４，１１７が出力するゲイン係数は、第２の実施の形態に比べて小さくなる。したがって、音量調整回路１２に設定されるゲイン係数が小さくなるので、第２の音声信号ｃｈ１のレベルは、オフセット量に対応する分だけ第１の音声信号ｃｈ０より小さくなる。

以上のように、本実施の形態によれば、第１の音声信号ｃｈ０と第２の音声信号ｃｈ１のレベル差を常に一定とすることができる。複数の音声を同時に出力する場合、各音声の音量を一致させるのではなく、ある差分を付けた方が、主観的／心理的なセパレーションが向上することがある。例えば、英語が苦手な人が二ヶ国語の主音声の日本語を聞く場合は、副音声の英語が多少大きく聞こえても妨害となりにくいが、英語を聞こうとしている場合は、小音量の日本語でも邪魔となる。そこで、主音声の日本語の音量を小さくすれば、英語の聞き取りを容易にすることができる。

このように、各音声の音量に差を付けた方が聞き取り易い場合、視聴者は、音声出力装置に対して所望の音量差（オフセット量）を設定する。ゲイン制御回路１３ａは、視聴者から音量が小さくなるように指定された音声に対応するゲインテーブルに対して、このゲインテーブルの入力にオフセット量を加算する。こうして、視聴者は、各音声の音量に所望の差を付けることができる。

なお、第２、第３の実施の形態では、第１の音声信号ｃｈ０と第２の音声信号ｃｈ１のレベル差の短期的変化に対応する時定数と、レベル差の長期的変化に対応する時定数とに基づき音声信号ｃｈ０，ｃｈ１の音量調整を行っているが、時定数を１つにしてもよい。

［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図８は本発明の第４の実施の形態となる音声出力装置の構成を示すブロック図であり、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の音声出力装置は、遅延回路１，３と乗算器２，４と加算器５とアンプ６とスピーカユニット７とからなるアレースピーカ装置に、測定回路９，１０と音量調整回路１１，１２とゲイン制御回路１４，１５とを付加したものである。音量調整回路１１，１２とゲイン制御回路１４，１５とは、圧縮手段を構成している。

測定回路９，１０の動作は第１の実施の形態と同じである。ピークホールド回路１２６，１２８のホールド期間を決定する時定数（リリースタイム）は、後述するゲイン制御回路のローパスフィルタの時定数（アタックタイム）より長く、例えば数ｍｓｅｃ〜数ｓｅｃである。ゲイン制御回路１４は、測定回路９で測定された第１の音声信号ｃｈ０のレベルに基づき、遅延回路１に出力する第１の音声信号ｃｈ０のダイナミックレンジ（最大音と最小音のレベル差）が所定値以下となるように音量調整回路１１のゲイン係数を設定する。同様に、ゲイン制御回路１５は、測定回路１０で測定された第２の音声信号ｃｈ１のレベルに基づき、遅延回路３に出力する第２の音声信号ｃｈ１のダイナミックレンジが前記所定値以下となるように音量調整回路１２のゲイン係数を設定する。

ゲイン制御回路１４，１５は、音声信号のレベルとゲイン係数とが対応付けて登録されたゲインテーブル１２９，１３１を有し、測定回路９，１０で測定されたレベルに応じたゲイン係数を読み出して出力する。このゲインテーブルにより、ゲイン制御回路１４，１５は、あるしきい値以下のレベルでは大きいゲイン係数を設定し、しきい値より大きいレベルでは小さいゲイン係数を設定する、といったように音声信号のダイナミックレンジを減ずるようなゲイン係数の設定を行う。ゲインテーブル１２９，１３１から出力されたゲイン係数は、ローパスフィルタ１３０，１３２を通過して音量調整回路１１，１２に設定される。レベルが増大するのにゲイン係数が追従するローパスフィルタの時定数（アタックタイム）は、例えば数μｓｅｃ〜１ｓｅｃである。

その結果、音量調整回路１１，１２の入出力特性は、音量調整回路１１，１２から遅延回路１，３に出力する音声信号ｃｈ０，ｃｈ１のダイナミックレンジを圧縮する特性となる。ゲイン制御回路１４、１５によって制御される音量調整回路１１，１２の入出力特性を図９に示す。図９において、Ｃ３は音声信号のダイナミックレンジを圧縮しない場合の入出力特性、Ｃ４は本実施の形態のように音声信号のダイナミックレンジを圧縮する場合の入出力特性である。

音声信号ｃｈ０，ｃｈ１のレベルが変化すれば、音量調整回路１１，１２に設定されるゲイン係数も変化するが、レベル変化に応じてゲイン係数が瞬時に変化すると、聴感上不自然な感じを与える。そこで、ゲイン制御回路１４，１５は、レベル変化に対して、ある時定数でゲイン係数が変化するようにしている。

ゲイン係数が設定された後の音量調整回路１１，１２の動作、および遅延回路１，３と乗算器２，４と加算器５とアンプ６とスピーカユニット７とからなるアレースピーカ装置の動作は、第１の実施の形態と同じである。

以上のように、本実施の形態によれば、アレースピーカ装置に出力する音声信号ｃｈ０とｃｈ１のダイナミックレンジが所定値以下となるように音量調整回路１１，１２のゲイン係数を設定するので、コンテンツ毎のダイナミックレンジを揃えることができる。また、目的の音声が小音量となったときに他の音声に埋もれてしまい、目的の音声が聞こえなくなったり、目的の音声が大音量となったときに他の音声の視聴を妨害し、他の音声が聞こえなくなったりするという問題を緩和することができる。したがって、本実施の形態では、音声信号ｃｈ０とｃｈ１の聴感上のセパレーションを向上させることができ、視聴者が各々の視聴したい音声を良好に聞き取ることができる。

［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。図１０は本発明の第５の実施の形態となる音声出力装置の構成を示すブロック図であり、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の音声出力装置は、遅延回路１，３と乗算器２，４と加算器５とアンプ６とスピーカユニット７とからなるアレースピーカ装置の入力に、音声信号の周波数帯域を制限する周波数制御手段となるバンドパスフィルタ１６，１７を設けたものである。

第１の音声信号ｃｈ０は、バンドパスフィルタ１６に入力され、第２の音声信号ｃｈ１は、バンドパスフィルタ１７に入力される。音声信号ｃｈ０，ｃｈ１は、それぞれバンドパスフィルタ１６，１７により帯域制限を受け、例えば数百Ｈｚ以下の低音域成分と数ｋＨｚより高い高音域成分が抑圧される。

バンドパスフィルタ１６を通過した第１の音声信号ｃｈ０は、遅延回路１に入力され、バンドパスフィルタ１７を通過した第２の音声信号ｃｈ１は、遅延回路３に入力される。
遅延回路１，３と乗算器２，４と加算器５とアンプ６とスピーカユニット７とからなるアレースピーカ装置の動作は、第１の実施の形態と同じである。

本実施の形態では、アレースピーカ装置の入力にバンドパスフィルタ１６，１７を設けることにより、指向性制御の困難な数百Ｈｚ以下の低音域成分を抑圧した上でアレースピーカ装置に音声信号ｃｈ０，ｃｈ１を出力するようにしたので、音声信号ｃｈ０，ｃｈ１に応じてアレースピーカ装置から放射される各音声の指向性を強めることができる。また、アレースピーカ装置の入力にバンドパスフィルタ１６，１７を設けることにより、指向性パターンのグレーティングロブやサイドロブの発生要因となる高音域成分を抑圧した上でアレースピーカ装置に音声信号ｃｈ０，ｃｈ１を出力するようにしたので、音声信号ｃｈ０，ｃｈ１に応じてアレースピーカ装置から放射される各音声の指向性パターンにグレーティングロブやサイドロブが発生することを抑圧できる。その結果、アレースピーカ装置から所望の指向性で放射した音声の低音域成分や高音域成分が所望の方向以外の他の方向でも強く聞こえるという問題を緩和することができる。

また、本実施の形態では、指向性の制御性が良くなるためにセパレーションが向上するという物理的な効果の他にも、指向性の制御性の良い数ｋＨｚの周波数帯域はホルマント帯域と一致するので、この帯域が低音域や高音域に対して相対的に強調されることで、人間の言葉の明瞭度が良くなるので、目的のコンテンツの音声に集中し易くなるため、心理学的にセパレーションが向上することが期待できる。

なお、本実施の形態では、バンドパスフィルタを用いているが、バンドパスフィルタの代わりに、指向性の制御性の良い周波数帯域のレベルを強調するイコライザ（強調手段）を用いてもよい。これにより、バンドパスフィルタを用いる場合と同等の効果を得ることができる。

また、バンドパスフィルタやイコライザの特性を音声毎に最適化すれば、さらに良い効果が期待できる。例えば、日本語と欧米語では、母音子音の使い方が大きく異なるため、明瞭度向上に最適な周波数特性補正カーブが若干異なる。そこで、バンドパスフィルタやイコライザの特性を言語毎に最適化することで、各言語の明瞭度を向上させることができる。

［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。図１１は本発明の第６の実施の形態となる音声出力装置の構成を示すブロック図であり、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。バンドパスフィルタ１８−１，１８−２，１９−１，１９−２と測定回路９−１，９−２，１０−１，１０−２とは、測定手段を構成している。

バンドパスフィルタ１８−１は、第１の音声信号ｃｈ０から例えば数ｋＨｚ以上の中高音域を抽出し、バンドパスフィルタ１８−２は、これより低い低音域を抽出する。同様に、バンドパスフィルタ１９−１は、第２の音声信号ｃｈ１から中高音域を抽出し、バンドパスフィルタ１９−２は、低音域を抽出する。
測定回路９−１，９−２は、それぞれ音声信号ｃｈ０の中高音域、低音域のレベルを随時測定し、測定回路１０−１，１０−２は、それぞれ音声信号ｃｈ１の中高音域、低音域のレベルを測定する。

ゲイン制御回路１３ｂは、測定回路９−１，９−２，１０−１，１０−２によって測定された各周波数帯域のレベルを予め設定された周波数帯域毎の重みにより重み付けし、重み付けした各周波数帯域のレベルを音声信号毎に合成して、音声信号ｃｈ０，ｃｈ１のレベルを求める。そして、ゲイン制御回路１３ｂは、このようにして求めた音声信号ｃｈ０のレベルと音声信号ｃｈ１のレベルの差に基づき、遅延回路１，３に出力する音声信号ｃｈ０とｃｈ１のレベルが等しくなるように音量調整回路１１，１２のゲイン係数を設定する。周波数帯域毎の重みは、視聴者の帯域毎の聴感感度の違いに応じて決定されており、例えば聴感感度の高い数ｋＨｚの中音域で大きくなり、低音域で小さくなるように設定されている。

以上のように、本実施の形態では、音声信号ｃｈ０，ｃｈ１をそれぞれ複数の周波数帯域に分けてレベルを測定し、測定した各周波数帯域のレベルを周波数帯域毎の重みにより重み付けして、重み付けした各周波数帯域のレベルに基づき音量調整回路１１，１２のゲイン係数を設定する。前述の周波数帯域毎の重み付けにより、全周波数帯域での平均レベルが大きくなくても、数ｋＨｚの中音域のレベルが高い場合には、ゲイン制御回路１３ｂで求める音声信号のレベルが高くなるため、この音声信号のゲイン係数が小さくなる。

視聴者の心理的な聴感レベルは、周波数帯域によって異なる。本実施の形態では、音声信号ｃｈ０とｃｈ１の絶対的なレベルを合わせるのではなく、心理的な聴感レベルを合わせることで、セパレーションの向上が期待できる。

［第７の実施の形態］
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。図１２は本発明の第７の実施の形態となる音声出力装置の構成を示すブロック図であり、図１１と同一の構成には同一の符号を付してある。音量調整回路１１−１，１１−２，１２−１，１２−２と加算器２０，２１とゲイン制御回路１３ｃとは、音量調整手段を構成している。

本実施の形態のゲイン制御回路１３ｃは、測定回路９−１，９−２，１０−１，１０−２によって測定された音声信号ｃｈ０とｃｈ１の周波数帯域毎のレベル差に基づき、遅延回路１，３に出力する音声信号ｃｈ０とｃｈ１のレベルが等しくなるように音量調整回路１１−１，１１−２，１２−１，１２−２のゲイン係数を周波数帯域毎に設定する。

音量調整回路１１−１，１１−２は、ゲイン制御回路１３ｃによって設定された中高音域用のゲイン係数、低音域用のゲイン係数をバンドパスフィルタ１８−１，１８−２から入力された音声信号ｃｈ０の中高音域、低音域に乗算することにより、音声信号ｃｈ０の中高音域、低音域のレベルを調整して出力する。同様に、音量調整回路１２−１，１２−２は、ゲイン制御回路１３ｃによって設定された中高音域用のゲイン係数、低音域用のゲイン係数をバンドパスフィルタ１９−１，１９−２から入力された音声信号ｃｈ１の中高音域、低音域に乗算することにより、音声信号ｃｈ１の中高音域、低音域のレベルを調整して出力する。

加算器２０は、音量調整回路１１−１と１１−２の出力を加算し、加算器２１は、音量調整回路１２−１と１２−２の出力を加算する。
こうして、本実施の形態では、周波数帯域毎に音声信号ｃｈ０とｃｈ１のレベルが等しくなるようにゲイン係数を調整するので、音声信号ｃｈ０とｃｈ１の互いのマスキング効果をより有効に作用させることができ、セパレーションの向上が期待できる。
なお、第６、第７の実施の形態では、音声信号の周波数帯域を２つに分けているが、３つ以上に分けてもよいことは言うまでもない。

また、第１〜第４および第６、第７の実施の形態では、音量調整回路１１，１２の入力側でレベル測定を行っているが、音量調整回路１１，１２の出力側で音声信号ｃｈ０，ｃｈ１のレベルを測定回路で測定して、この測定結果をゲイン制御回路にフィードバックするようにしてもよい。
また、第１〜第７の実施の形態では、２つの音声信号ｃｈ０，ｃｈ１について処理しているが、３つ以上の音声信号についても同様に処理できることは言うまでもない。

本発明は、複数の音声をそれぞれ異なる指向性で同時に放射するシステムに適用することができる。

本発明の第１の実施の形態の音声出力装置の原理を説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態となる音声出力装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態においてゲイン制御回路によって制御される音量調整回路の入出力特性を示す図である。 音声出力装置の使用形態の１例を示す図である。 音声出力装置の使用形態の他の例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態となる音声出力装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態となる音声出力装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施の形態となる音声出力装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施の形態においてゲイン制御回路によって制御される音量調整回路の入出力特性を示す図である。 本発明の第５の実施の形態となる音声出力装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第６の実施の形態となる音声出力装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第７の実施の形態となる音声出力装置の構成を示すブロック図である。 アレースピーカの原理を説明するための図である。 ポーラーパターンの１例を示す図である。

符号の説明

１、３…遅延回路、２、４…乗算器、５、２０、２１…加算器、６…アンプ、７…スピーカユニット、８…指向性制御装置、９、１０…測定回路、１１、１２…音量調整回路、１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１４、１５…ゲイン制御回路、１６、１７、１８、１９…バンドパスフィルタ、１０１、１０４、１２５、１２７…整流回路、１０２、１０３、１０５、１０６、１２６、１２８…ピークホールド回路、１０７、１１０、１１３、１１６…減算器、１０８、１１１、１１４、１１７、１２９、１３１…ゲインテーブル、１０９、１１２、１１５、１１８、１３０、１３２…ローパスフィルタ、１１９、１２０…加算器、１２１…オフセット発生回路。

Claims (6)

1. 入力された複数の音声信号のレベルを測定する測定手段と、
   この測定手段で測定されたレベルに基づきゲイン調整して、複数の音声信号を等しい大きさで出力する音量調整手段と、
   この音量調整手段から出力された複数の音声信号に応じた複数の音声をそれぞれ異なる指向性で放射するアレースピーカ装置とを有することを特徴とする音声出力装置。
2. 入力された複数の音声信号のレベルを測定する測定手段と、
   この測定手段で測定されたレベルに基づきゲイン調整して、前記複数の音声信号のうち視聴者によって指定された少なくとも２つの音声信号間のレベル差を一定として複数の音声信号を出力する音量調整手段と、
   この音量調整手段から出力された複数の音声信号に応じた複数の音声をそれぞれ異なる指向性で放射するアレースピーカ装置とを有することを特徴とする音声出力装置。
3. 入力された複数の音声信号のレベルを測定する測定手段と、
   この測定手段で測定されたレベルに基づき、前記複数の音声信号のダイナミックレンジを所定値以下に圧縮して、ダイナミックレンジ圧縮後の複数の音声信号を出力する圧縮手段と、
   この圧縮手段から出力された複数の音声信号に応じた複数の音声をそれぞれ異なる指向性で放射するアレースピーカ装置とを有することを特徴とする音声出力装置。
4. 入力された複数の音声信号の周波数帯域を制限または強調する周波数制御手段と、
   この周波数制御手段から出力された複数の音声信号に応じた複数の音声をそれぞれ異なる指向性で放射するアレースピーカ装置とを有することを特徴とする音声出力装置。
5. 請求項１記載の音声出力装置において、
   前記測定手段は、前記複数の音声信号をそれぞれ複数の周波数帯域に分けてレベルを測定し、
   前記音量調整手段は、前記測定された各周波数帯域のレベルを予め設定された周波数帯域毎の重みにより重み付けして、重み付けした各周波数帯域のレベルに基づきゲイン調整して、複数の音声信号を等しい大きさで出力することを特徴とする音声出力装置。
6. 請求項１記載の音声出力装置において、
   前記測定手段は、前記複数の音声信号をそれぞれ複数の周波数帯域に分けてレベルを測定し、
   前記音量調整手段は、前記測定された各周波数帯域のレベルに基づき、周波数帯域毎に前記複数の音声信号が等しい大きさとなるようにゲイン調整して出力することを特徴とする音声出力装置。
   
   
   
   

Images