JP2005303841A - 音響再生装置及び音響再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空間内における視聴者及び装置の位置等の空間情報を取得し、その空間情報に基づいてスピーカアレイから出力される音波を制御する音響再生装置及び音響再生方法を提供する。
【解決手段】映像を投影する投影手段により空間内における視聴者の位置及び装置自身の位置を検出し、検出された空間内における視聴者の位置及び装置自身の位置に基づいてスピーカアレイから出力される音波の指向性を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スピーカアレイを用いた音響再生装置及び音響再生方法に関するものである。

近年、例えば５．１チャンネルサラウンドシステムなど、複数のスピーカを用いたマルチチャンネルサラウンドシステムが広く普及している。しかし、このようなサラウンドシステムは、複数のスピーカを設置しなければならないため、例えば居住空間が狭くなってしまう問題があった。

このような問題に対して、複数のスピーカを直線状又は平面状に配置したスピーカアレイを用いることにより、マルチチャンネル再生を行う方法がある。このスピーカアレイは、複数のスピーカから、レベル、位相、遅延時間等の信号処理された音波を出力することにより、音波に指向性を持たせ、受聴者に音像の定位感を与えるものである。

そして、特許文献１には、このようなスピーカアレイを部屋の天井ないし天井付近に設置し、部屋の壁面等による音の反射を利用して音場を再生する技術が開示されている。

特開平９−２３３５９１号公報

しかし、部屋の壁面等による音の反射を利用して音場を再現するためには、受聴者が反射面までの距離、受聴位置などを考慮してスピーカアレイを設置しなければならず、受聴者には煩わしいものである。

本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであり、空間内における受聴者及び装置の位置等の空間情報を取得し、その空間情報に基づいてスピーカアレイから出力される音波を制御する音響再生装置及び音響再生方法を提供することを目的とする。

そこで、上述した目的を達成するために、本発明は、反射面を有する空間内にて該反射面に反射された音を用いて音場を再生する音響再生装置において、複数のスピーカユニットで構成され、反射面に指向性を持つ音波を出力するスピーカアレイと、映像を投影する投影手段と、投影手段にて映像を投影した際の情報に基づいて空間内における視聴者の位置及び装置自身の位置を検出する検出手段と、検出手段にて検出された視聴者の位置及び装置自身の位置に基づいてスピーカアレイから反射面に出力する音波の指向性を制御する制御手段とを有することを特徴としている。

また、本発明は、反射面を有する空間内にて複数のスピーカユニットで構成されたスピーカアレイから上記反射面に音波を出力し、該反射面に反射された音を用いて音場を再生する音響再生方法において、映像を投影する投影工程と、投影工程にて映像を投影した際の情報に基づいて反射面を有する空間内における視聴者の位置及び装置自身の位置を検出する検出工程と、検出工程にて検出された視聴者の位置及び装置自身の位置に基づいてスピーカアレイから反射面に出力する音波の指向性を制御する制御工程と、制御工程にて指向性が制御された音波を反射面に出力する出力工程とを有することを特徴としている。

本発明によれば、投影手段にて映像を投影した際の情報に基づいて反射面を有する空間内における視聴者の位置及び装置自身の位置を検出し、その位置情報に基づいてスピーカアレイから反射面に出力する音波の指向性を制御するため、視聴者は、視聴者自身がそれらの位置情報を計測し装置に入力する必要がない。

以下、本発明の具体的な実施の形態として、スピーカアレイを用いて音場空間を再現する音響再生システムについて説明する。本発明の具体例として示す音響再生システムは、投射型のプロジェクタから空間情報を取得し、音波の指向性を制御するものである。なお、本実施の形態においては、視聴者が体を横にした場合について説明するが、特にこれに限定されるものではない。

図１は、本実施の形態における音響再生システムを示す図である。図１（ａ）は、視聴者１４の正面から見た図であり、図１（ｂ）は、視聴者１４の横側から見た図である。本実施の形態の音響再生システムは、壁、天井、床等の反射面を有する空間１１と、スピーカアレイ部及びプロジェクタ部を備える音響再生装置１２と、音響再生装置１２に設けられたプロジェクタ部から投影される映像を表示するスクリーン１３とを有している。そして、音響再生装置１２は、スピーカアレイ部から出力された音を反射面で反射させ、視聴者１４周辺の空間に音場を再生する。

音響再生装置１２から出力された音は、例えば図１に示すような反射経路により、視聴者１４に到達する。反射経路１５_１は、音波を視聴者１４の右側にある壁面の反射面１７_１に反射させ、音像を視聴者１４の右方に定位させるようにした経路である。反射経路１５_２は、音波を視聴者１４の左側にある壁面の反射面１７_２を反射させ、音像を視聴者１４の左方に定位させるようにした経路である。反射経路１６_１は、音波を視聴者１４の右側にある壁面の反射面１８_１と天井面の反射面１９_１とに反射させ、音像を視聴者１４の右前方に定位させるようにした経路である。反射経路１６_２は、音波を視聴者１４の左側にある壁面の反射面１８_２と天井面の反射面１９_２とに反射させ、音像を視聴者１４の左前方に定位させるようにした経路である。なお、反射面１７〜１９には、音波の反射率が高い反射板などを設置することが好ましい。

図２は、本実施の形態における音響再生装置１２を示す図である。図２（ａ）に示す音響再生装置１２は、指向性を持つ音波を出力するスピーカアレイ部２１_１、２１_２と、映像を投影するプロジェクタ部２２とが一体となったものである。また、図２（ｂ）に示す音響再生装置１２は、プロジェクタ装置２４を内蔵したものであり、情報伝達用コネクタ２３によって音響再生装置１２とプロジェクタ装置２４が接続され、プロジェクタ装置２４が着脱可能なものである。

なお、図２に示す音響再生装置１２は、装置の側面にスピーカアレイ部２１_１、２１_２を設けているが、これに限定されるものではない。視聴者１４は、音響再生装置１２をスピーカアレイ部２１の開口部からの直接音が聞こえないように配置すればよいため、音響再生装置１２は、視聴者１４との位置関係を想定して様々な構成を採ることができる。例えば、図２に示す音響再生装置１２において、スピーカアレイ部２１の開口部の向きを、プロジェクタ部２２の投影方向と同じになるように構成してもよい。

図３は、スピーカアレイ部２１を示す模式図である。スピーカアレイ部２１を構成するスピーカユニット３１_１〜３１_ｎは、スピーカユニット３１_１〜３１_ｎの正面軸（中心軸）Ｙ_１〜Ｙ_ｎが平行となるように、かつ、スピーカユニット３１_１〜３１_ｎのコーン（振動板）が正面軸Ｙ_１〜Ｙ_ｎの方向において等しい位置となるように配列されている。なお、本実施の形態において、スピーカユニットは平面状に配列されているが、ここでは簡単のため、直線状に配列されているものとする。

ソース３４から供給されたオーディオ信号は、遅延回路３３_１〜３３_ｎ及び増幅回路３２_１〜３２_ｎを介してスピーカユニット３１_１〜３１_ｎに供給される。遅延回路３３_１〜３３_ｎの遅延時間τ１〜τｎは、例えば、図中の音圧増強点Ｐを設定し、各スピーカユニット３１_１〜３１_ｎから音圧増強点Ｐまでの距離をＬ１〜Ｌｎ、音速をｓとすると、次式で表される。

τ１＝（Ｌｎ−Ｌ１）／ｓ
τ２＝（Ｌｎ−Ｌ２）／ｓ
・・・・
τｎ＝（Ｌｎ−Ｌｎ）／ｓ
したがって、ソース３４から出力されるオーディオ信号がスピーカユニット３１_１〜３１_ｎにより音波に変換されて出力されるとき、それらの音波は上式で示される時間τ１〜τｎだけ遅れて出力されることになる。つまり、それらの音波が音圧増強点Ｐに到達するとき、すべて同時に到達することになり、音圧増強点Ｐの音圧は周囲よりも大きくなる。

また、スピーカユニット３１_１〜３１_ｎから出力される進行波（音波）の位相波面が同じになるように、遅延回路３３_１〜３３_ｎの遅延時間τ１〜τｎを設定することにより、音波に指向性を与えるとともに、その指向方向を音圧増強点Ｐの方向とすることもできる。

ここで、反射面を用いた反射音により音圧を与えるためには、反射面を有する空間１１内における視聴者１４の位置及び音響再生装置１２の位置の情報が必要となる。図３には、図示されていないが、視聴者１４の位置に音像を定位させるために、増幅回路３２_１〜３２_ｎ及び遅延回路３３_１〜３３_ｎには、それらの位置情報に基づいた制御信号が供給されている。

本実施の形態では、反射面を有する空間１１内における視聴者１４の位置及び音響再生装置１２の位置をプロジェクタ部２２から取得する。これにより、視聴者１４がそれらの空間情報を入力する手間を省くことができる。

図４は、プロジェクタ部２２を示す模式図である。ここで、ｐはＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）やＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示デバイス４１の幅、ａは投影レンズ４２から表示デバイス４１までの距離、ｆは投影レンズ４２の焦点距離、ｓは投影画面４３の幅、Ａは投影距離である。なお、ここでは簡単のため、プロジェクタ部２２は、ＣＲＴやＬＣＤなどの表示デバイス４１の映像を、投影レンズ４２を使ってスクリーン１３に拡大して表示するものとして説明する。

表示デバイス４１の幅ｐと投影画面４３の幅ｓの比は、三角形の相似関係より次式の関係が成立する。

焦点の調節により、投影レンズ４２の焦点距離ｆ及び投影レンズ４２から表示デバイス４１までの距離ａが求められるため、上記（１）式にその値を代入することにより投影距離Ａを算出することができる。

また、投影される映像サイズ調整により求められた画角θを用いて次式により投影画面４３の幅ｓを算出することができる。

このように、プロジェクタ部２２は、映像を投影することにより、プロジェクタ部２２からスクリーン１３までの距離などの空間情報を検出することができる。

次に、本実施の形態において、プロジェクタ部２２が検出する空間情報について説明する。図５は、鏡像を考えた場合の空間の模式図である。図５（ａ）は、横になっている視聴者１４を横側から見た図であり、図５（ｂ）は、横になっている視聴者１４を頭上側から見た図である。ここで、例えば、部屋の壁、天井等を反射面とした音響再生システムを構築する場合、部屋の鏡像を考えて少なくとも次の３つの距離が必要となる。

Ｌｃ：視聴者１４から天井までの距離
Ｌｗ：視聴者１４から壁までの距離
Ｌａ：視聴者１４からスピーカアレイ部２１までの距離
なお、ここでは簡単のため、距離を測る２点間の視聴者１４における点の位置は、耳位置ではなく、頭位置とする。また、スピーカアレイ部２１における点の位置は、プロジェクタ部２２が設置されている音響再生装置１２の上部とし、視聴者１４における点の位置と同じ高さにあるものとする。また、音響再生装置１２及び視聴者１４は、視聴者１４の左右の壁面と壁面の中間に位置しているものとする。

音響再生装置１２は、プロジェクタ部２２で検出された上記３つの距離を取得し、取得した上記３つの距離に基づいて空間１１における音響再生装置１２の位置と視聴者１４の位置を特定する。

以下、プロジェクタ部２２にて投影される映像のサイズ調整及び焦点の調節により、視聴者１４から天井までの距離Ｌｃ、視聴者１４から壁までの距離Ｌｗ及び視聴者１４からスピーカアレイ部２１までの距離Ｌａを算出する方法について、下記に示す３つの場合を想定して説明する。

１．視聴者１４の頭部がプロジェクタ部２２とほぼ同位置の場合
図６は、視聴者１４の頭部がプロジェクタ部２２とほぼ同位置の場合における空間１１を示す図である。図６（ａ）は、横になっている視聴者１４を横側から見た図であり、図６（ｂ）は、横になっている視聴者１４の頭上側から音響再生装置１２を見た図である。ここで、視聴者１４とプロジェクタ部２２とはほぼ同位置にあるため、視聴者１４からスピーカアレイ部２１までの距離Ｌａを０とする（Ｌａ＝０）。

図６（ａ）に示すようにプロジェクタ部２２と視聴者１４の頭部とがほぼ同位置にある場合、視聴者１４の頭部から天井までの距離Ｌｃは、投影距離Ａと同じ長さとみなされる（Ｌｃ＝Ａ）。ここで、焦点の調節により、投影レンズ４２の焦点距離ｆ及び投影レンズ４２からデバイス画面４１までの距離ａが求められ、上記（１）式にその値を代入することにより投影距離Ａが算出されるため、視聴者１４の頭部から天井までの距離Ｌｃを求めることができる。

また、図６（ｂ）に示すように音響再生装置１２を空間１１の中心付近に設置し、投影される映像の横幅を天井面の大きさにまで広げた場合、画角αにより上記（２）式と同様にして視聴者１４から壁までの距離Ｌｗを求めることができる。

このように、投影される映像のサイズ調整及び焦点の調節により、音響再生装置１２は、視聴者１４の頭部から天井までの距離Ｌｃ、視聴者１４の頭部から壁までの距離Ｌｗ及び視聴者１４の頭部からスピーカアレイ部２１までの距離Ｌａについての空間情報を得ることができる。

２．視聴者１４の頭部がプロジェクタ部２２と離れている場合
視聴者１４の頭部がプロジェクタ部２２と離れている場合における空間情報の算出方法について説明する。図７（ａ）は、横になっている視聴者１４を横側から見た図であり、図７（ｂ）は、横になっている視聴者１４の頭上側から音響再生装置１２を見た図である。なお、ここでは視聴者１４の頭部は投影された映像の中心からの垂線上に位置しているものとする。

まず、焦点の調節により、投影レンズ４２の焦点距離ｆ及び投影レンズ４２からデバイス画面４１までの距離ａが求められるため、上記（１）式にその値を代入することにより投影距離Ａが算出される。また、プロジェクタ部２２の投影レンズ４２の方向調整により投影角βが求められる。これより、視聴者１４の頭部から天井までの距離Ｌｃ及び視聴者１４の頭部からスピーカアレイ部２１までの距離Ｌａは、それぞれ次式により算出される。

また、視聴者１４のと頭部から壁までの距離Ｌｗは、図７（ｂ）に示すように、投影される映像のサイズ調整及び台形補正により、映像の横幅を天井面の大きさにまで広げた場合における画角γを用いて上記（３）式と同様にして算出される。

このように、音響再生装置１２は、投影される映像のサイズ調整及び焦点の調節により視聴者１４の頭部から天井までの距離Ｌｃ、視聴者１４の頭部から壁までの距離Ｌｗ及び視聴者１４の頭部からスピーカアレイ部２１までの距離Ｌａについての空間情報を得ることができる。

３．視聴者１４の頭部が投影される映像の中心からの垂線上に位置していない場合
視聴者１４の頭部が投影される映像の中心からの垂線上に位置していない場合における空間情報の算出方法について説明する。図８（ａ）は、横になっている視聴者１４を横側から見た図であり、図８（ｂ）は、横になっている視聴者１４の頭上側から音響再生装置１２を見た図である。

まず、投影レンズ４２の焦点距離ｆ及び投影レンズ４２からデバイス画面４１までの距離ａが求められるため、上記（１）式にその値を代入することにより投影距離Ａが算出され、プロジェクタ部２２の投影レンズ４２の方向調整により投影角βが求められる。これより、視聴者１４の頭部から天井までの距離Ｌｃは、上記（４）式により算出される。

また、視聴者１４の頭部から壁までの距離Ｌｗは、図８（ｂ）に示すように、投影された映像のサイズ調整及び台形補正により、映像の横幅を天井面の大きさにまで広げた場合における画角γを用いて上記（３）式と同様にして算出される。

また、視聴者１４とスピーカアレイ部２１を結ぶ線と、投影された映像の中心からの垂線との交点からスピーカアレイ部２１までの距離Ｂは、上記（５）式と同様にして算出される。

ここで、音響再生装置１２は、例えば、図９に示すようなユーザ位置調整画面をスクリーン１３に表示する。そして、視聴者１４は、スクリーン１３上の正面に見える位置にカーソルＣを移動する。これにより、音響再生装置１２は、カーソルＣの位置に基づいて視聴者１４の位置を特定する。例えば、投影された映像の中心からカーソルＣまでの距離をＤとすると、Ｌａは次式により算出される。

このように、視聴者１４の頭部が投影される映像の中心からの垂線上に位置していない場合であっても、視聴者１４位置を示すカーソルを用いることにより、音響再生装置１２は、視聴者１４の位置を特定することができる。

なお、上記算出方法では、音響再生装置１２を視聴者１４の左右の壁面間の中央に設置することとしたが、両壁面の中央から離れている場合にも、プロジェクタ部２２の投影レンズ４２の方向調整による投影角により、上記算出方法と同様にして両壁面までの距離を算出することができる。

また、上記算出方法では、空間１１の天井面にスクリーン１３を設けることとして説明したが、図１０に示すように、壁、天井、床等の反射面を有する空間１０１の壁面にスクリーン１０３を設けてもよい。図１０（ａ）は、視聴者１０４を、天井方向から見た図であり、図１０（ｂ）は、横になっている視聴者１０４を横側から見た図である。

以上のように本実施の形態における音響再生装置は、視聴者の位置や装置自身の位置などの空間情報をプロジェクタ部から取得することにより、視聴者が空間内における音響再生装置の位置及び視聴者の位置を入力する手間を省き、視聴者に快適な音場を提供することができる。

本実施の形態における音響再生システムを示す図である。 本実施の形態における音響再生装置を示す図である。 本実施の形態におけるスピーカアレイ部を示す図である。 本実施の形態における鏡像を考えた場合の空間の模式図である。 本実施の形態におけるプロジェクタ部を示す図である。 本実施の形態における空間の模式図である。 本実施の形態における空間の模式図である。 本実施の形態における空間の模式図である。 本実施の形態における視聴者位置調整画面例を示す図である。 他の実施の形態における音響再生システムを示す図である。

符号の説明

１１ 空間、 １２ 音響再生装置、 １３ スクリーン、 １４ 視聴者、 ２１ スピーカアレイ部、 ２２ プロジェクタ部、 ２３ 情報伝達用コネクタ、 ２４ プロジェクタ装置

Claims (4)

1. 反射面を有する空間内にて該反射面に反射された音を用いて音場を再生する音響再生装置において、
   複数のスピーカユニットで構成され、上記反射面に指向性を持つ音波を出力するスピーカアレイと、
   映像を投影する投影手段と、
   上記投影手段にて映像を投影した際の情報に基づいて上記空間内における視聴者の位置及び装置自身の位置を検出する検出手段と、
   上記検出手段にて検出された上記視聴者の位置及び装置自身の位置に基づいて上記スピーカアレイから上記反射面に出力する音波の指向性を制御する制御手段と
   を有することを特徴とする音響再生装置。
2. 上記検出手段は、上記投影手段にて映像が投影された際の投影距離、画角及び投影角に基づいて上記空間内における視聴者の位置及び装置自身の位置を検出することを特徴とする請求項１記載の音響再生装置。
3. 上記検出手段は、上記投影された映像面上に表示され、上記視聴者に操作されるポインタに基づいて上記空間内における視聴者の位置を検出することを特徴とする請求項２記載の音響再生装置。
4. 反射面を有する空間内にて複数のスピーカユニットで構成されたスピーカアレイから上記反射面に音波を出力し、該反射面に反射された音を用いて音場を再生する音響再生方法において、
   映像を投影する投影工程と、
   上記投影工程にて映像を投影した際の情報に基づいて上記空間内における視聴者の位置及び装置自身の位置を検出する検出工程と、
   上記検出工程にて検出された上記視聴者の位置及び装置自身の位置に基づいて上記スピーカアレイから上記反射面に出力する音波の指向性を制御する制御工程と、
   上記制御工程にて指向性が制御された音波を上記反射面に出力する出力工程と
   を有することを特徴とする音響再生方法。
   

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