JP2007006073A - スピーカ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 特定の聴取者の周囲への音漏れを少なくして、特定の聴取者を対象として音声を放音することができるスピーカ装置を提供する。
【解決手段】 ライン状に配列されたスピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８を備えたスピーカアレイ２０であって、このスピーカユニット列の放音側を部屋の天井に向けて設置されるものと、この天井で反射したスピーカユニット列からの音声ビームが部屋内Ｒの複数乃至は単数の特定の聴取者に向かうように、この音声ビームの焦点を合わせる指向性制御部２４と、を備えたことを特徴とするスピーカ装置１である。
【選択図】 図３

Description

この発明は、複数配列されたスピーカユニットを備えたスピーカアレイを用いたスピーカ装置であって、特に特定の聴取者を対象にした音声を放音するものに関する。

従来より、遠隔地に居る相手方と電話会議等を通じて会議を行うための音声会議装置（スピーカ装置）は広く知られている。このような音声会議装置はスピーカ及びマイクロフォン（以下、「マイク」と記載する）を備えている。そして、この音声会議装置は、マイクで集音した会議出席者の話声を相手方の音声会議装置に対して送信する機能と、相手方の音声会議装置から受信した相手方の話声をスピーカから放音する機能を並列に備えている（例えば特許文献１を参照）。これによって、遠隔地に居る相手方との間で通話を行い、会議出席者は遠隔地に居る相手方との間で音声会議を行うことができる。
特開平５−１５８４９２号公報

従来の音声会議装置では、無指向性の（指向範囲の広い）スピーカを用いて水平方向に話声を放音する。このため、音声が水平に伝播するため到達範囲が広く、特定の聴取者のみを対象にして音声を放音することが困難であった。すなわち、特定の聴取者に向けて音声を放音しても、特定の聴取者を越えて周囲に音漏れが生じてしまう。このため、例えばオフィス等で音声会議装置を用いる場合に、特定の聴取者である会議出席者の他の職員にも話声が聞こえてしまい、他の職員の仕事の妨げとなる。

そこで、本発明は、上記課題を解決するために、特定の聴取者の周囲への音漏れを少なくして、特定の聴取者を対象として音声を放音することができるスピーカ装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明では以下の手段を採用している。

（１）本発明は、複数配列されたスピーカユニットを備えたスピーカアレイであって、このスピーカユニット列の放音側を部屋の天井に向けて設置されるものと、この天井で反射した前記スピーカユニット列からの音声ビームが前記部屋内の複数乃至は単数の特定の聴取者に向かうように、この音声ビームの焦点を合わせる指向性制御部と、を備えたことを特徴とするスピーカ装置である。

上記構成によれば、複数配列されたスピーカユニットを備えたスピーカアレイは、スピーカユニット列の放音側が部屋の天井に向くように設置される。これによって、スピーカユニット列からは、音声ビームが天井に向けて出力される。そして、天井で反射した音声ビームが下方向に向かって伝播する。ここで、指向性制御部によって、この天井で反射したスピーカユニット列からの音声ビームが部屋内の複数乃至は単数の特定の聴取者に向かうように、この音声ビームの焦点合わせが行われる。これによって、特定の聴取者が居る位置とその近傍のみをカバーするような指向性（指向方向及び指向範囲）で音声ビームを出力することが可能となる。更に、特定の聴取者に対して音声ビームを上から下へ伝播させることが可能となる。なお、スピーカユニットの配列は、ライン状、円状、マトリクス状及びハニカム状等の形態がある。

（２）本発明は、上述したスピーカ装置において、遠隔地にある相手方の音声会議装置との間で音声会議のための話声音声信号を送受信する機能を備えた音声会議装置であって、前記スピーカアレイは、相手方の音声会議装置から受信した話声音声信号の音声ビームを出力する、ことを特徴とする。ここで、スピーカ装置が音声会議専用の会議室等ではなく通常のオフィスルームに設置されると、この部屋内には会議出席者の他の職員も居る。本発明の構成では、話声の音声ビームを会議出席者のみを対象として出力することが可能となる。また、会議出席者の周囲に対する音漏れを少なくすることが可能となる。これによって、オフィスルーム内の他の職員の仕事を話声によって妨げることなく、音声会議を行うことが可能となる。

本発明によれば、音声ビームは特定の聴取者が居る位置とその近傍のみをカバーするような指向方向及び指向範囲で出力することができる。更に、特定の聴取者に対して音声ビームが上から下へ伝播するため、水平方向等に音声が伝播する構成に比較して周囲に対する音漏れを少なくすることができる。これによって、特定の聴取者の周囲への音漏れが少なくして、特定の聴取者を対象として音声を放音することができる。

図１〜図６を参照して本発明の実施形態である音声会議装置について詳細に説明する。図１は、音声会議装置１の外観を示す斜視図である。音声会議装置１は、長尺の略直方体状である装置本体２と、この装置本体２に接続線３ａを介して接続されたマイク３から成る。装置本体２の上面には、上方に放音側が向くようにスピーカアレイ２０が配設されている。このスピーカアレイ２０は、長尺方向に亘ってライン状に上向きに配列された８個のスピーカユニットＳＰ（ＳＰ１〜ＳＰ８）から成る。このスピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８に同タイミングで音声信号を入力すると、スピーカアレイ２０から音声ビームが真上に指向するように出力される。そして、スピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８への音声信号の入力タイミングを制御することで、出力される音声ビームのビーム幅及び指向性を装置本体２の長尺方向（図中のＸ−−Ｘ方向）で制御することが可能となる（詳しくは後述する）。

図２は、図１で示す音声会議装置１の設置方法を説明するための図である。部屋Ｒは、音声会議専用の会議室等ではなく通常のオフィスルームである。部屋Ｒでは、会議机を挟んで向かい合うように２人の会議出席者ｈ１，ｈ２（特定の聴取者）が着席している。そして、会議机の上には、会議出席者ｈ１，ｈ２の向かい合う方向にＸ−−Ｘ方向（図１参照）がくるように音声会議装置１が配置されている。これによって、スピーカアレイ２０からは音声ビームが部屋Ｒの天井方向に向かって出力され、天井で反射して下方に向かう。

ここで、上述したように、音声ビームの指向方向及びビーム幅はＸ−−Ｘ方向で制御することが可能である。本実施形態では、スピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８への音声信号の入力タイミングを制御することで、音声会議装置１は、天井で反射した音声ビームを会議出席者ｈ１，ｈ２に向かわせるように指向性を制御する。また、同様にして、天井で反射した音声ビームのビーム幅を会議出席者ｈ１，ｈ２をカバーできるだけの狭い寸法に制御する。すなわち、ここでは会議机とこの会議机周辺の会議出席者ｈ１，ｈ２をカバーできるだけの領域に音声ビームの指向方向が設定される。これとともに音声ビームはこの領域をカバーできるビーム幅に設定される。

図３は、図１で示す音声会議装置１の構成を概略的に示すブロック図である。音声会議装置１は、相手方の音声会議装置１（以下、自機と区別して「音声会議装置１´」とする）と話声音声信号を送受信する機能を備える。これによって、音声会議装置１は、自機のユーザである会議出席者ｈ１，ｈ２と音声会議装置１´のユーザである相手方との間で音声会議を行わせる。

装置本体２には、スピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８の他に、入出力インタフェース２１、エコーキャンセラ２２、Ｄ／Ａ（digital/analog）コンバータ２３、遅延部２４及びアンプ２５及びコントロール部２６を備える。

入出力インタフェース２１は、接続端子２７に接続された通信ケーブル（図略）等を介して、この通信ケーブルに接続された音声会議装置１´との間でデジタル音声信号の送受信を行う。エコーキャンセラ２２は、音声会議装置１´から入出力インタフェース２１を介して受信した話声音声信号（受信音声信号）が入力される。エコーキャンセラ２２は、この入力信号を用いて、スピーカアレイ２０から出力されてマイク３に帰還されるエコー成分を擬似した擬似信号を生成する。そして、エコーキャンセラ２２は、マイク３から入力した音声信号（後述）から擬似信号を除去することでエコー成分を除去する。

遅延部２４は、スピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８の個数分だけ（８個）設けられている。以下、それぞれの遅延部２４を区別する場合には、スピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８のうち対応するものと同様の数字を添え字として付す。例えば、スピーカユニットＳＰ１に対応する遅延部２４は、遅延部２４−１と記載する。遅延部２４−１〜２４−８には、それぞれＤ／Ａコンバータ２３から受信音声信号が入力される。

遅延部２４−１〜２４−８は、それぞれエコーキャンセラ２２から受信音声信号を入力する。遅延部２４−１〜２４−８には、それぞれ遅延時間Ｄ１〜Ｄ８が設定されている。遅延部２４−１〜２４−８は、本願発明の指向性制御部に対応し、入力した受信音声信号を遅延時間Ｄ１〜Ｄ８だけ遅延させて対応するアンプ２５に入力することで、音声ビームの焦点合わせを行う。すなわち、入力した受信音声信号に付与する遅延時間Ｄ１〜Ｄ８の値によって、遅延部２４−１〜２４−８は音声ビームのＸ−−Ｘ方向（図１参照）での指向性すなわち指向方向及び指向範囲（指向地点でのビーム幅）を制御する。

この指向方向及び指向地点でのビーム幅が制御される原理を説明する。各スピーカユニットからは放射状（円形）に伝播するように音声が出力される。この各音声は同時に出力されると、互いに平行に向かって伝播する成分のみが位相が一致して強め合う。そして、この他の方向に伝播する成分は隣接するスピーカユニットＳＰからの音声同士で干渉し合って打ち消される。これによって、スピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８からの合成音声は音声ビームとなる。

この音声ビームは真上に指向するとともに、指向地点でのビーム幅がスピーカユニットＳＰ１−スピーカユニットＳＰ８間の距離と略同幅になる。これに対して、各スピーカユニットＳＰからの音声が指向地点ｐに同時にかつ所定のビーム幅で到達するようにこの遅延時間Ｄ１〜Ｄ８を設定することで、指向地点ｐに指向方向を制御するとともに、ビーム幅を所定のビーム幅に制御することができる。

ここで、図４及び図５を用いて、本実施形態での音声ビームのビーム幅及び指向方向を説明する。図４は、図１で示した部屋Ｒにおける音声ビームの伝播を示す図である。図５は図４で示す音声ビームの伝播を部屋Ｒの上方から見た図である。図４及び図５に示すように、本実施形態では、天井で反射した音声ビームが会議机とこの会議机周辺の会議出席者ｈ１，ｈ２を含めた領域に向かうように指向方向が制御される。また、指向地点（ここでは装置本体２の上面のラインＬ）に到達する音声ビームの幅寸法が、会議出席者ｈ１，ｈ２をカバーする幅寸法ｘになるように制御される。すなわち、点Ｐから音声ビームが広がりをもって出力され、この音声ビームが天井で反射されてラインＬに幅寸法ｘで到達するとする。ここではこの音声ビームと同じ音声ビームを出力するように指向性及びビーム幅が制御されるため、遅延時間Ｄ１〜Ｄ８は実線矢印で示すような値に設定される。

図３に戻って、Ｄ／Ａコンバータ２３は、遅延部２４の個数だけ設けられている。これらのＤ／Ａコンバータ２３（２３−１〜２３−８）は、それぞれ対応する遅延部２４から遅延時間の付与された受信音声信号を入力する。Ｄ／Ａコンバータ２３−１〜２３−８は入力したデジタルの受信音声信号をアナログに変換して対応するアンプ２５に入力する。

アンプ２５は、入力した音声信号の信号レベルを増幅する。アンプ２５は、スピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８に対応する個数だけ設けられている。以下、それぞれのアンプ２５を区別する場合には、スピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８のうち対応するものと同様の数字を添え字として付す。

アンプ２５−１〜アンプ２５−８は、遅延部２４−１〜２４−８からＤ／Ａコンバータ２３（２３−１〜２３−８）を介して受信音声信号を入力する。アンプ２５−１〜アンプ２５−８は、入力した受信音声信号の信号レベルを増幅して対応するスピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８に入力する。これによって、スピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８から受信音声信号の音声が放音され、音声会議装置１´からの相手方の話声が放音される。

コントロール部２６は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ等の記憶部、操作部等のユーザインタフェース等を備える。メモリで記憶するプログラムを実行することで、コントロール部２６は例えば音声会議装置１´との間の通話等、装置本体２の各部の動作を制御する。コントロール部２６は、遅延時間Ｄ１〜Ｄ８を算出して遅延部２４−１〜２４−８に設定する。

この遅延時間Ｄ１〜Ｄ８は例えば以下のように算出される。指向地点での音声ビームの幅寸法ｘ及び指向地点から天井までの高さがユーザから操作部を用いて入力される。この高さと幅寸法ｘとを用いて、コントロール部２６は遅延時間Ｄ１〜Ｄ８を求める。なお、コントロール部２６が、指向地点を装置本体２の上面のラインとして、この装置本体２の上面から天井までの高さを測定する機能を備えてもよい。例えば、コントロール部２６は測定用の音声をスピーカユニットＳＰのうちいずれか１（例えばスピーカユニットＳＰ８）から出力させる。コントロール部２６はこの出力した音声がマイク３に入力されるまでの時間を測定し、この時間に音速を乗じることで、装置本体２の上面から天井までの高さを測定する。

また、会議机の幅寸法（図４の左右方向の寸法）の入力をユーザから受け付けて、コントロール部２６がこの会議机の寸法から幅寸法ｘのおおよその値を算出する構成であってもよい。通常、会議出席者は会議机の周辺に着席するものであるため、この構成によっても、測定精度よく幅寸法ｘを算出することができる。

また、装置本体２は、上記構成に加えて、マイクアンプ２８及びＡ／Ｄコンバータ２９を備える。マイクアンプ２８は、接続端子３０に接続されたマイク３からの話声音声信号（送信音声信号）を入力する。マイクアンプ２８は、入力した送信音声信号を増幅してＡ／Ｄコンバータ２９に入力する。Ａ／Ｄコンバータ２９は入力したアナログの送信音声信号をデジタルに変換してエコーキャンセラ２２に入力する。このエコーキャンセラ２２では、上述したように入力した送信音声信号から擬似信号を除くことで、エコー成分を除去する。そして、エコーキャンセラ２２―入出力インタフェース２１―通信ケーブル（図略）を介して、送信音声信号は音声会議装置１´に送信される。

上述したように、本実施形態では、スピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８の放音側が上方に位置するようにスピーカアレイ２０が配設されている。これによって、スピーカアレイ２０から天井に向かって出力され、天井で反射された音声ビームが下方に向かう。また、この下方に向かう音声ビームが会議出席者ｈ１，ｈ２をカバーするビーム幅でかつ会議机及び会議出席者ｈ１，ｈ２の領域に指向するように、遅延時間Ｄ１〜Ｄ８が設定されている。これによって、図５で示すように、音声ビームは会議机とこの会議机周辺（会議出席者ｈ１，ｈ２が居る辺りの領域）のみに伝播する。このため、会議出席者ｈ１，ｈ２のみを対象として話声を出力することができる。

また、会議出席者ｈ１，ｈ２に水平方向の音声ビームが出力されると、この音声ビームの出力方向に居る人に対する音漏れが生じやすい。本実施形態では、会議出席者ｈ１，ｈ２に対して上方から下方に向かうように音声ビームが出力される。このため、会議出席者ｈ１，ｈ２の周囲に対するこのような音漏れを効果的に防止することができる。

本実施形態は、以下の変形例を採用することができる。

（１）本実施形態では、会議机及び会議机の周辺（会議出席者ｈ１，ｈ２の居る位置）の領域をカバーする幅寸法で、かつこの領域に指向するように音声ビームを出力する。これに対して、図６で示すように、会議に出席するのが１名だけの場合（例えば会議出席者ｈ１だけの場合）には、この会議出席者ｈ１だけをカバーするだけの狭いビーム幅でかつ会議出席者ｈ１のみに指向するように音声ビームを出力してもよい。この構成では、遅延部２４−１〜２４−８に設定する遅延時間Ｄ１〜Ｄ８は、図６の矢印で示す値となる。

（２）なお、図６で示すような会議出席者個人のみをカバーするような狭いビーム幅を持つ複数の音声ビームを、複数の会議出席者に対して出力してもよい。この場合には、スピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８を複数のグループに分けて、それぞれのグループから別の場所に指向する複数音声ビームを出力してもよい。また、各音声ビームに対して全てのスピーカユニットＳＰ１〜ＳＰ８を共用してもよい。

（３）なお、本実施形態では、スピーカユニットＳＰの個数は８個であるが、この個数に限定されず、音声ビームの指向性及びビーム幅を制御できるだけの個数が少なくとも配設されていればよい。

（４）また、本実施形態では、スピーカユニットＳＰをライン状に配列したスピーカアレイ２０を用いている。このため、配列方向と交差する方向（図１及び図５のＹ−−Ｙ方向）の指向方向や幅寸法を制御することができない。本発明はこのスピーカアレイ２０の構成に限定されない。

例えば、図７（ａ）で示すようなマトリクス状に配列されたスピーカユニットＳＰを備えたスピーカアレイ２０Ａを用いて、Ｙ−−Ｙ方向の指向方向や幅寸法を制御する構成としてもよい。また、図７（ｂ）で示すようなハニカム状に配列されたスピーカユニットＳＰを備えたスピーカアレイ２０Ｂを用いて同様に構成してもよい。更に、図８で示すような円状に配列されたスピーカユニットＳＰを備えたスピーカアレイ２０Ｃを用いて同様に構成してもよい。

この場合にはＹ−−Ｙ方向に配列されたスピーカユニットＳＰへの出力タイミングを調整することで、この方向でも指向方向やビーム幅を調整することができる。例えば、図９（ａ）（ｂ）は、それぞれ図８で示すスピーカアレイ２０Ｃから出力された音声ビームの指向範囲の一例を示す図である。この図で示すように、スピーカアレイ２０Ｃからの音声ビームはＹ−−Ｙ方向でも指向性を制御することができる。これによって、音声ビームの指向方向やビーム幅の制御をより細やかに行うことができる。

また、スピーカアレイ２０Ｃでは円状にスピーカユニットＳＰが配列されているため、音声ビームをいずれの場所に指向させても同じビーム形状とすることができる。このため、会議出席者の座る場所の違いに影響されず、安定した音声を提供することができる。

（４）本実施形態では、本発明のスピーカ装置を音声会議装置に適用した場合について説明したが、これに限定されない。本発明は、特定の聴取者に対して音声を出力するための装置に適用すればよく、例えば特定の聴取者に対して音楽や歌唱音声等を出力するオーディオ装置やＡＶ(Audio-Video)機器等に適用してもよい。

音声会議装置の装置本体の外観を示す斜視図である。 図１で示す音声会議装置の設置方法を説明するための図である。 図１で示す音声会議装置の構成を概略的に示すブロック図である 図１で示した部屋Ｒにおける音声ビームの伝播を示す図である。 図４で示す音声ビームの伝播を部屋Ｒの上方から見た図である 変形例での音声ビームの指向方向及び指向地点でのビーム幅を説明するための図である。 （ａ）は変形例にかかるスピーカアレイ２０Ａを示す平面図であり、（ｂ）は変形例にかかるスピーカアレイ２０Ｂを示す平面図である。 変形例にかかるスピーカアレイ２０Ｃを示す平面図である。 図８で示すスピーカアレイ２０Ｃから出力された音声ビームの指向範囲の一例を示す図である。

符号の説明

１−音声会議装置（スピーカ装置） ２０，２０Ａ，２０Ｂ−スピーカアレイ ２４（２４−１〜２４−８）−遅延部（指向性制御部） ｈ１，ｈ２−会議出席者 Ｒ−部屋

Claims (2)

1. 複数配列されたスピーカユニットを備えたスピーカアレイであって、このスピーカユニット列の放音側を部屋の天井に向けて設置されるものと、
   この天井で反射した前記スピーカユニット列からの音声ビームが前記部屋内の複数乃至は単数の特定の聴取者に向かうように、この音声ビームの焦点を合わせる指向性制御部と、
   を備えたことを特徴とするスピーカ装置。
2. 遠隔地にある相手方音声会議装置との間で音声会議のための話声音声信号を送受信する機能を備えた音声会議装置であって、前記スピーカアレイは、相手方の音声会議装置から受信した話声音声信号の音声ビームを出力する、ことを特徴とする請求項１に記載のスピーカ装置。

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