JP2007053622A - シートスピーカー用音響システム - Google Patents

Abstract

【課題】 聴取者の身長や座高の違いを考慮した上で、聴取者に最適な音響環境を提供することが可能なシートスピーカー用音響システムを提供すること。
【解決手段】 本発明に係るシートスピーカー用音響システム１は、シート４に着座した聴取者Ａの耳位置近傍に対して音響信号を出力するスピーカー５、６がシート４に設置されるシートスピーカー用音響システム１に関するものである。音響システム１は、シート４に着座した聴取者用の頭部伝達関数を聴取者の耳位置の高さに対応付けて複数記録する記録手段１１と、シート４に着座した聴取者Ａの耳位置の高さを求める高さ検出手段８、１１と、聴取者Ａの耳位置に対応する頭部伝達関数を複数の頭部伝達関数より抽出する抽出手段１２と、抽出された頭部伝達関数を音響信号に合成する音響処理手段７とを有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、シートに着座した聴取者の耳位置近傍に対して音響信号を出力するスピーカーが、前記シートに設置されるシートスピーカー用音響システムに関する。

人間は、音を聞いたときに、その音の大きさ，高さ，音色だけでなく、その音が伝わってきた方向、音源の距離等の空間的な情報を得ることによって音像の定位を行っている。しかしながら、ヘッドフォンを用いて音楽を聴く場合には、音が直接両耳に出力されるため、音の共鳴特性が変化してしまい、頭の中心で音が鳴っているように感じる傾向があった。このため、聴取者は出力された音に対して圧迫感や閉塞感を感じてしまうおそれがあり、長時間ヘッドフォンで音を聞いていると疲労感を感じる傾向があった。

このような出力音の圧迫感、閉塞感を回避するために、頭部伝達関数（HRTF:Head-Related Transfer Function）という物理特性を求めることによって、聴取者と音源との相対位置、部屋の側壁等により反射された音波の周波数変化、聴取者の頭部・耳・肩等の回折により生ずる音波の周波数変化、音源から両耳に到達した音響信号の時差や強度差、音源から出力された音が聴取者の耳に伝達される間での音響環境変化等を求め、求められた頭部伝達関数を用いて音の方向感（定位）を高精度に再現する技術が開発されている。

一方で、今日の車両用音響システムでは、シートに着座した聴取者に対して好適な音響空間を提供するために、シートの背もたれ部上部やヘッドレストに対して左右一対にスピーカーを設置し、運転者の耳位置近傍より音を出力することによってロードノイズ等の外音の影響を受けることなく音楽を聴取することが可能な技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−２６２１８４号公報（第２−３頁、第１図）

シートの背もたれ部やヘッドレストにスピーカーが設置された音響システムにおいても、左右のスピーカーが聴取者の耳元近傍に配設されることとなるため、上述したように頭部伝達関数を用いることによって、音の方向感（定位）を図ることが望ましい。

しかしながら、シートに着座した聴取者の身長や座高等の違いにより、スピーカーと聴取者の両耳との位置関係が聴取者毎に変わってしまうため、各聴取者に適した頭部伝達関数を適用することが困難であるという問題があった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、聴取者の身長や座高の違いを考慮した上で、聴取者に最適な音響環境を提供することが可能なシートスピーカー用音響システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るシートスピーカー用音響システムは、シートに着座した聴取者の耳位置近傍に対して音響信号を出力するスピーカーが前記シートに設置されるシートスピーカー用音響システムであって、前記シートに着座した聴取者用の頭部伝達関数を、当該聴取者の耳位置の高さに対応付けて複数記録する記録手段と、前記シートに着座した聴取者の耳位置の高さを求める高さ検出手段と、該高さ検出手段により求められた前記聴取者の耳位置に対応する頭部伝達関数を前記記録手段に記録される複数の頭部伝達関数より抽出する抽出手段と、前記抽出手段により抽出された頭部伝達関数を前記音響信号に合成する音響処理手段と有することを特徴とする。

また、前記高さ検出手段は、前記聴取者の耳位置情報、前記聴取者の身長情報、または前記聴取者の座高情報の少なくとも１つの情報を前記聴取者に入力させるための操作手段と、該操作手段により入力された前記情報に基づいて、当該情報に対応する耳位置の高さを求める位置検出手段とを有するものであってもよい。

さらに、前記高さ検出手段が、前記シートに着座した聴取者を撮像する撮像手段と、該撮像手段により撮像された画像の画像解析を行い前記聴取者の耳位置の高さを求める画像解析手段とを有するものであってもよい。

さらに、前記高さ検出手段が、前記シートに着座した聴取者の耳に対して超音波を出力する超音波出力手段と、前記聴取者により反射された前記超音波の反射波を受信する反射波受信手段と、前記超音波の速度と前記超音波を送信してから前記反射波を受信するまでの時間経過とに基づいて前記聴取者の耳位置の高さを求める位置検出手段とを有するものであってもよい。

また、前記高さ検出手段が、当該シートに着座した聴取者によりシートに加えられた圧力を検出する圧力検出手段と、該圧力検出手段により検出された圧力検出位置に基づいて前記聴取者の頭部位置を判断し、判断された頭部位置に基づき前記聴取者の耳位置の高さを求める位置検出手段とを有するものであってもよい。

なお、前記記録手段と、前記高さ検出手段と、前記抽出手段と、前記音響処理手段とが前記シートに設けられているものであってもよい。

本発明に係るシートスピーカー用音響システムによれば、聴取者の耳位置の高さに対応する頭部伝達関数を音響信号に合成させてスピーカーより出力することによって、シートに着座した聴取者に対して最適な音響環境を提供し、前方定位等を実現させることが可能となる。

さらに、聴取者の耳位置に適した頭部伝達関数を音響信号に合成することによって、耳位置よりも高い位置にスピーカーが位置したり、耳位置よりも低い位置にスピーカーが位置したりする場合であっても、聴取者に対して、スピーカーの出力音が耳位置と同じ高さから水平に聞こえてくるような音響環境を提供することが可能となる。

以下、本発明に係るシートスピーカー用音響システムについて、図面を用いて詳細に説明を行う。

図１、２は、本発明に係る音響システム１を示した概略構成図である。音響システム１は、インストルメントパネル２の中央に設置されるカーオーディオユニット３と、車室内に設置された４つのシート４にそれぞれ設置される第１スピーカー５，第２スピーカー６,ＤＳＰ（音響処理手段）７，シート用メモリ１６等を有するシートユニット部１５とを有している。

カーオーディオユニット３は、ＣＤ（コンパクトディスク）やＭＤ（ミニディスク）等のメディアに記録される音楽情報を音響信号として読み取る情報読取部１０と、複数の頭部伝達関数が記録されているメインメモリ（記録手段）１１と、カーオーディオユニット３における各種制御を行うユニット用ＣＰＵ１２（抽出手段）と、聴取者Ａがカーオーディオユニット３における操作を行うための操作部１３とを有している。

操作部１３は、カーオーディオユニット３の正面に液晶表示部等と一緒に設けられており、情報読取部１０により読み取られたＣＤ・ＭＤの楽曲の選択、再生、停止を行うために使用される。

メインメモリ１１には、シート４に設置される第１スピーカー５及び第２スピーカー６からシート４に着座した聴取者Ａの耳までの距離を考慮して、複数の頭部伝達関数が記録されている。聴取者Ａの耳位置と第１スピーカー５及び第２スピーカー６の設置位置とがほぼ同じ高さである場合には、耳とスピーカー５、６との距離が短くなるが、図３（ａ）（ｂ）に示すように、その耳位置を基準として聴取者Ａの座高が高くなればなるほど、または、聴取者Ａの座高が低くなればなるほど、耳とスピーカー５、６との距離Ｌ１、Ｌ２が長くなる。

さらに、耳とスピーカー５、６との距離が同じであっても、聴取者Ａの座高が低い場合にスピーカー５、６から聴取者Ａの耳に届く音の周波数変化と、聴取者Ａの座高が高い場合にスピーカー５、６から聴取者Ａの耳に届く音の周波数変化とは異なる変化を示すため、それぞれ好適な頭部伝達関数は異なるものとなる。このため、メインメモリ１１に聴取者Ａの座高に対応付けられた複数の頭部伝達関数を記録させることにより、耳位置の高さひいてはスピーカー５、６から耳までの距離に対応する頭部伝達関数が記録されることとなる。

なお、メインメモリ１１に記録される頭部伝達関数は、本発明に係る音響システム１が設置される車室内において、座高が異なる複数のモデル（聴取者またはダミーヘッド）を用いて、実際にモデルの耳に耳穴挿入型の超小型マイクを挿入した状態でインパルス応答の聴取を行うことによって求められている。

ユニット用ＣＰＵ１２は、各シート４のカーオーディオユニット３より受信した座高情報に基づいて対応する頭部伝達関数をメインメモリ１１より読み出し、座高情報を受信したシート４のカーオーディオユニット３に対して頭部伝達関数を出力する。また、ユニット用ＣＰＵ１２は、情報読取部１０を操作部１４の操作に応じて制御する。情報読取部１０によりＣＤ等から読み取られた音響信号（音楽情報）は、シート４に設置されるＤＳＰ７へ出力される。

シートユニット部１５は、上述した第１スピーカー５，第２スピーカー６，ＤＳＰ７，シート用メモリ１６に加えて、シート用ＣＰＵ８（高さ検出手段（位置検出手段））と選択操作部１４（高さ検出手段（操作手段））とを有している。

第１スピーカー５及び第２スピーカー６は、図３（ｃ）に示すように、シート４の背もたれ部１７上部に設置されており、背もたれ部１７の左側（シート４を正面から見た場合には右側）にはＬチャンネル用の音響信号の音を出力する第１スピーカー５が設置され、背もたれ部１７の右側（シート４を正面から見た場合には左側）にはＲチャンネル用の音響信号の音を出力する第２スピーカー６が設置されている。なお、第１スピーカー５及び第２スピーカー６は、ヘッドレスト１８に設置されていてもよい。

選択操作部１４は、シート４の側面等に設けられており、シート４に着座した聴取者Ａが選択操作部１４を介して自分の座高を選択（入力）することによって、座高に適した頭部伝達関数を選択（抽出）することが可能となっている。

次に、聴取者Ａが選択操作部１４を操作することによって、第１スピーカー５及び第２スピーカー６から聴取者に最適な音響出力がなされるまでの手順を、図４に示すフローチャートを用いて説明する。

選択操作部１４の操作により聴取者Ａの座高が選択されると、シート用ＣＰＵ８が選択操作部１４より選択された座高情報を読み取り、カーオーディオユニット３に出力する（ステップＳ．１）。カーオーディオユニット３のユニット用ＣＰＵ１２は、シート用ＣＰＵ８より受信した座高情報に基づいて、メインメモリ１１から受信した座高情報に適した頭部伝達関数を抽出し（ステップＳ．２）、抽出された頭部伝達関数の情報をシート用ＣＰＵ８に対して出力する（ステップＳ．３）。シート用ＣＰＵ８では、ユニット用ＣＰＵ１２より受信した頭部伝達関数を、シート用メモリ１６に記録させる（ステップＳ．４）。

一方、ＤＳＰ７には、情報読取部１０より出力された音響信号が入力される。シート用ＣＰＵ８は、シート用メモリ１６に記録された頭部伝達関数を読み出し、この頭部伝達関数をＤＳＰ７において情報読取部１０より入力された音響信号に適用（合成）させる（ステップＳ．５）。ＤＳＰ７は、シート用ＣＰＵ８に応じて、頭部伝達関数を音響信号に適用（合成）することによって、座高の高さに対応した周波数変化を音響情報に再現させる。

その後、頭部伝達関数が適用された音響信号は、第１スピーカー５及び第２スピーカー６より出力される（ステップＳ．６）。

このようにして、聴取者の座高に対応する頭部伝達関数（好適な頭部伝達関数）を音響信号に適用させてスピーカー５，６より出力することによって、シート４に着座した聴取者Ａに最適な音響環境を聴取者Ａに対して提供し、前方定位等を実現させることが可能となる。さらに、頭部伝達関数を音響信号に適用することによって、耳位置よりも高い位置にスピーカー５、６が位置したり、耳位置よりも低い位置にスピーカー５、６が位置したりする場合であっても、聴取者Ａに対してスピーカー５、６の出力音が耳位置と同じ高さから水平に聞こえてくるような音響環境を提供することができる。

以上、本発明に係るシートスピーカー用音響システム１を、図面を用いて説明したが、本発明に係るシートスピーカー用音響システムは上述した構成に限定されるものではなく、当業者であれば特許請求の範囲に記載された範疇内において各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

上記実施形態では、選択操作部１４を各シート４に設置し、各シート４の選択操作部１４で選択された座高情報をカーオーディオユニット３に送り、ユニット用ＣＰＵ１２がシート用ＣＰＵ８より受信した座高情報に基づいて好適な頭部伝達関数をメインメモリ１１から抽出し、抽出された頭部伝達関数をシート用ＣＰＵ８に対して出力する構成としたが、この構成とは異なる構成により本発明に係る音響システムを構築してもよい。例えば、選択操作部１４をカーオーディオユニット３の操作部１３に一体に設置し、カーオーディオユニット３においてシート４に着座する各聴取者の座高をまとめて設定（選択）することによって、ユニット用ＣＰＵ１２が直接シート用ＣＰＵ８に好適な頭部伝達関数を送信する構成にしてもよい。

さらに、図５に示すように、カーオーディオユニット３に設置されていたメインメモリ１１をシートユニット部１５に設置することにより、シート４の選択操作部１４で選択された座高情報に応じてシート用ＣＰＵ８がメインメモリ１１より好適な頭部伝達関数を選択し、ＤＳＰ７において情報読取部１０より伝達された音響信号に対して頭部伝達関数を適用させる構成としてもよい。このような構成とすることによって、本発明に係るシートスピーカー用音響システム１において不可欠な要素である、メインメモリ１１（記録手段）、シート用ＣＰＵ８（高さ検出手段（位置検出手段）、抽出手段）、選択操作部１４（高さ検出手段（操作手段））、ＤＳＰ７（音響処理手段）が全てシート４に設置されることとなるため、これらの要素を備えたシートを車両に追加または交換することによって、従来から用いられている一般的なカーオーディオシステムに対して本発明に係る音響システムを容易に加えることが可能となる。

さらに、上記実施形態では、聴取者Ａが選択操作部１４を用いて座高を選択する構成としたが、座高でなく自分の身長を選択する構成にしてもよい。座高の高さと身長の高さとは一般的に比例関係にあるため、身長が高い場合には一般的に座高が高く、身長が低い場合には一般的に座高が低くなる傾向がある。そのため、身長の高さより求められる一般的な座高の高さ、ひいては耳位置の高さを予め対応付けて記録しておくことにより、聴取者Ａが身長を選択することによって好適な頭部伝達関数を抽出することが可能となる。特に、一般的な聴取者は自分の身長は把握しているが、自分の座高はあまり明確に把握していない傾向があり、自分の座高を設定することを困難と感じたり煩わしく感じたりする場合がある。このため、聴取者Ａに身長を選択させることによって、聴取者Ａの選択時の迷い・煩わしさを低減させ、選択操作部１４による情報入力負担（情報選択負担）の軽減を図ることが可能となる。

また、上記実施形態では、聴取者Ａが座高等を手動で選択する構成としたが、必ずしも聴取者Ａが座高を手動で選択する必要はなく、例えば、センサー等を用いて自動的に聴取者Ａの座高の高さ、ひいては耳位置の高さを測定する方法を用いてもよい。

例えば、背もたれ部１７及びヘッドレスト１８に加圧センサー（圧力検出手段）を設置し、加圧センサーにより圧力検出がなされた背もたれ部１７及びヘッドレスト１８の高さに基づいて、シート用ＣＰＵ８（位置検出手段）が聴取者Ａの座高または耳位置の高さを求める方法を利用してもよい。なお、この方法を用いる場合には、測定時に聴取者Ａに対して「シートに頭を着けた状態で着座してください。」とアナウンスし、聴取者Ａにシートに対して圧力を積極的に加えさせることによって、精度よく座高・耳位置を検出することができる。

また、超音波出録装置（超音波出力手段、反射波受信手段）等を用いて、聴取者Ａ方向、より好ましくは聴取者の耳に対して超音波を出力しするとともに反射波を受信し、ユニット用ＣＰＵ１１またはシート用ＣＰＵ８（位置検出手段）により、超音波を発射してから反射波が帰ってくるまでの時間、超音波及び反射波の速度、反射波の受信の有無等に基づいて、聴取者Ａの耳位置の高さを求める方法を利用してもよい（特開２００３−１１１２００号公報、第３の実施の形態（第１２頁左欄第３１行目〜）、第４の実施の形態（第１５頁左欄第１３行目〜）参照）。

さらに、ＣＣＤカメラ（撮像手段）で聴取者Ａの頭部を撮影し、撮影された画像をユニット用ＣＰＵ１１またはシート用ＣＰＵ８（位置検出手段）を利用して画像解析することによって、シート４のヘッドレスト１８に対する頭部位置を求め、聴取者Ａの耳位置の高さを求める方法を利用してもよい（特開２００３−１１１２００号公報、第５の実施の形態（第１７頁左欄第１２行目〜）参照）。

また、シート４に予めマーキングを施してシート４に着座した聴取者Ａを撮影し、撮影されたマーキング位置等に基づいて聴取者Ａの輪郭を測定して耳位置の高さを求める方法を利用してもよい（特表２００４−５１５７５６号公報、第５頁第２５行目〜参照）。

さらに、聴取者Ａを別方向からステレオカメラで撮影し、ステレオマッチングすることによって撮影距離に応じて複数の二値画像を抽出し、その二値画像を三次元的に組み合わせることによって聴取者Ａの耳位置の高さを精度よく抽出する方法を利用してもよい（特開２００４−２４６８２７号公報、第５頁参照）。

このように、センサー等を用いて耳位置の高さを求め、求められた耳位置の高さに応じて好適な頭部伝達関数を抽出し、抽出された頭部伝達関数を音響信号に適用することによって最適な音響環境を聴取者Ａに提供することが可能となる。

実施形態に示した音響システムを示した概略構成図である。 実施形態に示した音響システムの概略構成を示したブロック図である。 スピーカーが設置されたシートと、シートに着座した聴取者とを示した図であって、（ａ）は座高の高い聴取者がシートに座った様子を示す側面図であり、（ｂ）は座高の低い聴取者がシートに座った様子を示す側面図であり、（ｃ）は聴取者が着座したシートの様子を示す正面図である。 座高の高さに応じて抽出される頭部伝達関数が音響信号に適用されてスピーカーより出力される処理を示したフローチャートである。 他の実施形態に係る音響システムの概略構成を示したブロック図である。

符号の説明

１ …音響システム
２ …インストルメントパネル
３、３’ …カーオーディオユニット
４ …シート
５ …第１スピーカー
６ …第２スピーカー
７ …ＤＳＰ
８ …シート用ＣＰＵ
１０ …情報読取部
１１ …メインメモリ
１２ …ユニット用ＣＰＵ
１３ …操作部
１４ …選択操作部
１５、１５’ …シートユニット部
１６ …シート用メモリ
１７ …背もたれ部
１８ …ヘッドレスト
Ａ …聴取者

Claims (6)

1. シートに着座した聴取者の耳位置近傍に対して音響信号を出力するスピーカーが前記シートに設置されるシートスピーカー用音響システムであって、
   前記シートに着座した聴取者用の頭部伝達関数を、当該聴取者の耳位置の高さに対応付けて複数記録する記録手段と、
   前記シートに着座した聴取者の耳位置の高さを求める高さ検出手段と、
   該高さ検出手段により求められた前記聴取者の耳位置に対応する頭部伝達関数を前記記録手段に記録される複数の頭部伝達関数より抽出する抽出手段と、
   前記抽出手段により抽出された頭部伝達関数を前記音響信号に合成する音響処理手段と
   を有することを特徴とするシートスピーカー用音響システム。
2. 前記高さ検出手段は、
   前記聴取者の耳位置情報、前記聴取者の身長情報、または前記聴取者の座高情報の少なくとも１つの情報を前記聴取者に入力させるための操作手段と、
   該操作手段により入力された前記情報に基づいて、当該情報に対応する耳位置の高さを求める位置検出手段と
   を有することを特徴とする請求項１に記載のシートスピーカー用音響システム。
3. 前記高さ検出手段は、
   前記シートに着座した聴取者を撮像する撮像手段と、
   該撮像手段により撮像された画像の画像解析を行い前記聴取者の耳位置の高さを求める画像解析手段と
   を有することを特徴とする請求項１に記載のシートスピーカー用音響システム。
4. 前記高さ検出手段は、
   前記シートに着座した聴取者の耳に対して超音波を出力する超音波出力手段と
   前記聴取者により反射された前記超音波の反射波を受信する反射波受信手段と、
   前記超音波の速度と前記超音波を送信してから前記反射波を受信するまでの時間経過とに基づいて前記聴取者の耳位置の高さを求める位置検出手段と
   を有することを特徴とする請求項１に記載のシートスピーカー用音響システム。
5. 前記高さ検出手段は、
   当該シートに着座した聴取者によりシートに加えられた圧力を検出する圧力検出手段と、
   該圧力検出手段により検出された圧力検出位置に基づいて前記聴取者の頭部位置を判断し、判断された頭部位置に基づき前記聴取者の耳位置の高さを求める位置検出手段と
   を有することを特徴とする請求項１に記載のシートスピーカー用音響システム。
6. 前記記録手段と、前記高さ検出手段と、前記抽出手段と、前記音響処理手段とが前記シートに設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のシートスピーカー用音響システム。

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