JP2007110455A

JP2007110455A - 音響再生システム

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Publication number: JP2007110455A
Application number: JP2005299486A
Authority: JP
Inventors: Yasuhito Tanase; 廉人棚瀬
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2005-10-14
Filing date: 2005-10-14
Publication date: 2007-04-26
Anticipated expiration: 2025-10-14
Also published as: JP4915079B2

Abstract

【課題】音響ビームにより仮想音源を形成し、その際に仮想音源としての効果の発現する範囲を従来よりも広くすることができる音響再生システムを提供する。
【解決手段】音響処理ユニット１００は、オーディオ信号に少なくとも遅延処理を施し、指定された焦点Ｆに直接届く直接音ビームＢＤをスピーカアレイ１から出力させるための複数の遅延オーディオ信号を生成するとともに、壁ＷＬまたはＷＲによる反射を経て同じ焦点Ｆに届く反射音ビームＢＬおよびＢＲをスピーカアレイ１から出力させるための複数の遅延オーディオ信号を生成し、スピーカアレイ１の複数のスピーカＳＰ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）に供給する。
【選択図】図１

Description

この発明は、スピーカアレイを利用した音響再生システムに関する。

スピーカアレイは、複数のスピーカをライン状または行列状に配列してなるものである。このスピーカアレイを構成する各スピーカに共通のオーディオ信号を供給し、その際に各スピーカに供給するオーディオ信号の位相を適切に調整することにより、スピーカアレイの前方の任意の点に焦点を持った音響ビームを出力することができる。このような音響ビームを発生させた場合、その音響ビームの焦点に仮想音源が現れ、聴者はあたかもその仮想音源から音が発しているかのような印象を受ける。そこで、スピーカアレイにより仮想音源を形成して、聴取者に音楽等を提供する音響再生システムが各種提案されている。なお、スピーカアレイにより仮想音源を形成する技術は、例えば非特許文献１や特許文献１に開示されている。
"スピーカアレイを用いた３次元音響再生"、ＮＨＫ放送技術研究所中山靖茂、大久保洋幸、渡辺馨、小宮山摂、ＶＭＡ研究会論文誌第９号１２−１７ページ、２００２年７月１２日発行特開２００５−６４７４６号公報

ところで、スピーカアレイが出力する音響ビームにより仮想音源を形成した場合、仮想音源としての効果が発現する領域は狭く、スピーカアレイの両端から焦点に向けて引いた２直線の延長線により挟まれた範囲内でないと仮想音源の音を聴取することが困難である。このため、従来のスピーカアレイを利用した音響再生システムは、広い範囲の聴取者に音楽を聴かせるような用途には不向きであるという問題があった。

この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、音響ビームにより仮想音源を形成し、その際に仮想音源としての効果の発現する範囲を従来よりも広くすることができる音響再生システムを提供することを目的としている。

この発明は、複数のスピーカをライン状またはマトリックス状に配列してなるスピーカアレイと、オーディオ信号に少なくとも遅延処理を施し、前記スピーカアレイにおける複数のスピーカを駆動する複数の遅延オーディオ信号を生成する手段であり、指定された焦点に直接届く直接音ビームを前記スピーカアレイから出力させるための複数の遅延オーディオ信号を生成する直接音ビーム用信号処理部と、壁による反射を経て同じ焦点に届く反射音ビームを前記スピーカアレイから出力させるための複数の遅延オーディオ信号を生成する反射音ビーム用信号処理部とを含む信号処理手段とを具備することを特徴とする音響再生システムを提供する。
かかる発明によれば、同一オーディオ信号を表わす複数種類の音響ビームが、広い範囲の方角から共通の焦点に到達する。従って、焦点に形成される仮想音源としての効果が発現する領域を広くすることができる。

以下、図面を参照し、この発明の実施の形態を説明する。
＜第１実施形態＞
図１はこの発明の第１実施形態である音響再生システムの全体構成を示す図である。この音響再生システムは、スピーカアレイ１と音響処理ユニット１００とを有している。ここで、スピーカアレイ１は、複数のスピーカＳＰ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）をライン状またはマトリックス状に配列してなる装置であり、部屋の前方の壁ＷＦに固定されている。また、音響処理ユニット１００は、音源（図１では図示略）から得られるオーディオ信号に基づいてスピーカＳＰ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）を駆動し、共通の焦点Ｆを持った３種類の音響ビームをスピーカアレイ１から出力させる。すなわち、スピーカアレイ１から焦点Ｆに直接届く直接音ビームＢＤと、スピーカアレイ１から放射された後、左側の壁ＷＬに反射されて焦点Ｆに届く反射音ビームＢＬと、スピーカアレイ１から放射された後、右側の壁ＷＲに反射されて焦点Ｆに届く反射音ビームＢＲである。本実施形態の特徴は、この音響処理ユニット１００の制御の下で行われる音響ビームの生成の態様にある。

図２は音響処理ユニット１００の構成を示すブロック図である。この音響処理ユニット１００には、音源１０１からデジタル形式のオーディオ信号が入力される。直接音ビーム用信号処理部１１１は、この入力オーディオ信号に基づき、直接音ビームＢＤをスピーカアレイ１から出力させるためのｎ個の遅延オーディオ信号を生成する。また、反射音ビーム用信号処理部１１２および１１３は、反射音ビームＢＬをスピーカアレイ１から出力させるためのｎ個の遅延オーディオ信号および反射音ビームＢＲをスピーカアレイ１から出力させるためのｎ個の遅延オーディオ信号を各々生成する。各信号処理部により生成されるｎ個の遅延オーディオ信号は、ｎ個のスピーカＳＰ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）に各々対応付けられている。加算器１２１−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）は、各信号処理部から得られる遅延オーディオ信号を同一スピーカに対応したもの同士加算して出力する。Ｄ／Ａ変換器１２２−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）は、加算器１２１−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）から出力される遅延オーディ信号をアナログ形式に各々変換し、スピーカＳＰ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）に各々供給する。

音源１０１から入力されるオーディオ信号には３種類の音響ビームの共通の焦点Ｆの位置を示す焦点位置データが多重化されている。距離演算部１３１およびパラメータ演算部１３２は、この焦点位置データに基づいて、直接音ビーム用信号処理部１１１、反射音ビーム用信号処理部１１２および１１３の制御を行う手段を構成している。

図３はこの距離演算部１３１およびパラメータ演算部１３２により行われる処理の内容を示している。まず、距離演算部１３１は、スピーカアレイ１の設置された部屋における壁の配置、壁とスピーカアレイ１との位置関係に関する情報を記憶している。距離演算部１３１は、焦点位置データを受け取ると、スピーカＳＰ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）から各々発する音響ビームＢＤを構成する各音波が焦点Ｆに直接至るまでの距離ＤＤ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）と、スピーカＳＰ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）から各々発する音響ビームＢＬを構成する各音波が壁ＷＬによる反射を経て焦点Ｆに至るまでの距離ＤＬ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）と、スピーカＳＰ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）から各々発する音響ビームＢＲを構成する各音波が壁ＷＲによる反射を経て焦点Ｆに至るまでの距離ＤＲ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）とを各々算出する。

パラメータ演算部１３２は、距離演算部１３１により算出された各距離と、これらの中の最長距離との差分ΔＤＤ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）、ΔＤＬ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）およびΔＤＲ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）を算出する。図１に示す例では、音響ビームＢＬの経路のうちスピーカＳＰ−ｎから左の壁ＷＬによる反射を経て焦点Ｆに至る経路の距離ＤＬ−ｎが最長となる。従って、パラメータ演算部１３２では、距離演算部１３１により算出された各距離とこの最長距離ＤＬ−ｎとの差分が演算される。次にパラメータ演算部１３２は、このようにして得られた距離の差分ΔＤＤ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）、ΔＤＬ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）およびΔＤＲ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）を音速により除算し、遅延オーディオ信号を得るための遅延量ＴＤ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）、ＴＬ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）およびＴＲ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）を算出する。そして、パラメータ演算部１３２は、遅延量ＴＤ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）を直接音ビーム用信号処理部１１１に、遅延量ＴＬ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）およびＴＲ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）を反射音ビーム用信号処理部１１２および１１３に各々設定する。また、パラメータ演算部１３２は、サイドローブの発生を抑圧する窓掛け処理に使用する窓関数値を各信号処理部１１１、１１２および１１３に設定する。

直接音ビーム用信号処理部１１１は、音源１０１からの入力オーディオ信号を各々ＴＤ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）だけ遅延させ、それらに窓関数値を乗じたｎ個の遅延オーディオ信号を生成する。また、反射音ビーム用信号処理部１１２および１１３は、同入力オーディオ信号を各々ＴＬ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）だけ遅延させ、それらに窓関数値を乗じたｎ個の遅延オーディオ信号、および同入力オーディオ信号を各々ＴＲ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）だけ遅延させ、それらに窓関数値を乗じたｎ個の遅延オーディオ信号を各々生成する。これらの各遅延オーディオ信号は、上述した通り、同一スピーカに対応したもの同士加算され、各加算結果は各々対応するスピーカに供給される。

以上の構成によれば、スピーカアレイ１により３種類の音響ビームＢＤ、ＢＬおよびＢＲが出力され、各音響ビームＢＤ、ＢＬおよびＢＲは同位相で共通の焦点Ｆに到達する。このため、焦点Ｆにおいて局所的に音圧が高まり、焦点Ｆに仮想音源が形成される。この場合において、３本の音響ビームＢＤ、ＢＬおよびＢＲを延長した領域が仮想音源の音を聴取可能な領域となる。従って、従来に比べて、より広い範囲に仮想音源の効果を発現させることができる。

＜第２実施形態＞
図４はこの発明の第２実施形態である音響再生システムの全体構成を示す図である。この音響再生システムは、スピーカアレイ１をメインスピーカアレイとし、これに加えて、サブスピーカアレイ２および３を有している。メインスピーカアレイ１は、上記第１実施形態と同様、部屋の前方の壁ＷＦに固定されている。また、サブスピーカアレイ２および３は、メインスピーカアレイ１と同様、ｎ個のスピーカを有しており、各々壁ＷＬおよびＷＲにおいて、メインスピーカアレイ１からの音響ビームが放射されない領域に固定されている。

本実施形態において、メインスピーカアレイ１、サブスピーカアレイ２および３は、各々次の音響ビームを出力する。
ａ．メインスピーカアレイ１
・焦点Ｆに直接届く直接音ビームＢ−１−Ｄ
・壁ＷＬによる反射を経て焦点Ｆに届く反射音ビームＢ−１−Ｌ
・壁ＷＲによる反射を経て焦点Ｆに届く反射音ビームＢ−１−Ｒ
ｂ．サブスピーカアレイ２
・焦点Ｆに直接届く直接音ビームＢ−２−Ｄ
・壁ＷＦによる反射を経て焦点Ｆに届く反射音ビームＢ−２−Ｍ
・壁ＷＲによる反射を経て焦点Ｆに届く反射音ビームＢ−２−Ｒ
ｃ．サブスピーカアレイ３
・焦点Ｆに直接届く直接音ビームＢ−３−Ｄ
・壁ＷＬによる反射を経て焦点Ｆに届く反射音ビームＢ−３−Ｌ
・壁ＷＦによる反射を経て焦点Ｆに届く反射音ビームＢ−３−Ｍ

図５は、以上の音響ビームを出力させるべくスピーカアレイ１〜３の駆動制御を行う音響処理ユニット１５０の構成を示すブロック図である。図示のように、音響処理ユニット１５０は、上記９種類の音響ビームを得るための各ｎ個の遅延オーディオ信号を各々生成する９種類の信号処理部１５１〜１５９を有している。上記第１実施形態と同様、各信号処理部から出力されるｎ個の遅延オーディオ信号はスピーカアレイを構成するｎ個のスピーカに各々対応付けられている。そして、信号処理部１５１〜１５３から出力される各ｎ個の遅延オーディオ信号は、加算器１６１−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）により同一スピーカに対応したものが同期加算され、各加算結果はＤ／Ａ変換器１６４−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）によりアナログ形式に変換され、スピーカアレイ１の各スピーカに供給される。信号処理部１５４〜１５６のグループとサブスピーカアレイ２との間にも同様な役割を果たす加算器１６２−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）およびＤ／Ａ変換器１６５−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）が設けられており、信号処理部１５７〜１５９のグループとサブスピーカアレイ３との間にも同様な役割を果たす加算器１６３−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）およびＤ／Ａ変換器１６６−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）が設けられている。距離演算部１７１およびパラメータ演算部１７２は、上記第１実施形態におけるものと同様、焦点位置データに基づき、９種類の音響ビームが同位相で共通の焦点Ｆに到達するように各信号処理部１５１〜１５９に設定する遅延量および窓関数値の生成を行う。

本実施形態によれば、上記第１実施形態に比べ、より多くの音響ビームがより広い範囲の方角から共通の焦点Ｆに到達する。従って、上記第１実施形態に比べて、より広い範囲に仮想音源の効果を発現させることができる。

＜他の実施形態＞
以上、この発明の第１および第２実施形態について説明したが、この発明にはこれ以外にも他の実施形態が考えられる。例えば次の通りである。
（１）上記第１および第２実施形態では、音源から供給されるオーディオ信号に焦点位置データが多重化されており、この焦点位置データに従って音響ビームの指向性制御を行ったが、ユーザにタッチパネルやマウスなどのポインティングデバイスの操作により焦点位置データを入力させ、この焦点位置データが示す焦点を持った直接音ビームおよび反射音ビームを形成するようにしてもよい。
（２）上記第１および第２実施形態では、常に全ての信号処理部を動作させるようにしたが、ユーザが行う選択操作またはオーディオ信号に多重化された選択情報に従い、複数の信号処理部を選択的に動作させる制御手段を音響処理ユニットに設け、出力可能な複数種類の音響ビームの中から１または複数の音響ビームを選択して出力させるようにしてもよい。この態様は、仮想音源の効果を発現させる領域を自在に切り換えることができるという利点がある。

この発明の第１実施形態である音響再生システムの全体構成を示す図である。同実施形態における音響処理ユニットの構成を示すブロック図である。同実施形態における距離演算部およびパラメータ演算部の処理内容を示すブロック図である。この発明の第２実施形態である音響再生システムの全体構成を示す図である。同実施形態における音響処理ユニットの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１〜３……スピーカアレイ、ＷＦ，ＷＬ，ＷＲ……壁、１１１〜１１３，１５１〜１５９……信号処理部、１３１，１７１……距離演算部、１３２，１７２……パラメータ演算部、ＳＰ−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）……スピーカ、１２１−ｋ（ｋ＝１〜ｎ），１６１−ｋ（ｋ＝１〜ｎ），１６２−ｋ（ｋ＝１〜ｎ），１６３−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）……加算器、１２２−ｋ（ｋ＝１〜ｎ），１６４−ｋ（ｋ＝１〜ｎ），１６５−ｋ（ｋ＝１〜ｎ），１６６−ｋ（ｋ＝１〜ｎ）……Ｄ／Ａ変換器。

Claims

複数のスピーカをライン状またはマトリックス状に配列してなるスピーカアレイと、
オーディオ信号に少なくとも遅延処理を施し、前記スピーカアレイにおける複数のスピーカを駆動する複数の遅延オーディオ信号を生成する手段であり、指定された焦点に直接届く直接音ビームを前記スピーカアレイから出力させるための複数の遅延オーディオ信号を生成する直接音ビーム用信号処理部と、壁による反射を経て同じ焦点に届く反射音ビームを前記スピーカアレイから出力させるための複数の遅延オーディオ信号を生成する反射音ビーム用信号処理部とを含む信号処理手段と
を具備することを特徴とする音響再生システム。
前記スピーカアレイとして、壁に固定されたメインスピーカアレイと、前記壁とは異なる壁において前記メインスピーカアレイからの音響ビームが放射されない領域に固定されたサブスピーカアレイとを有し、
前記信号処理手段は、前記メインスピーカアレイに前記直接音ビームおよび前記反射音ビームを出力させるための直接音ビーム用信号処理部および反射音ビーム用信号処理部と、前記サブスピーカアレイに前記直接音ビームおよび前記反射音ビームを出力させるための直接音ビーム用信号処理部および反射音ビーム用信号処理部を含むことを特徴とする請求項１に記載の音響再生システム。
前記直接音ビーム用信号処理部および前記反射音ビーム用信号処理部を選択的に動作させる制御手段を具備することを特徴とする請求項１または２に記載の音響再生システム。