JP2007158784A - 三次元音響再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】音響効果に優れ臨場感を損なわず、かつ大面積振動により大音響の再生も効果的に行うことができる、ハニカムタイプの平面スピーカを用いた三次元音響再生装置を提供する。
【解決手段】マルチチャンネル音声信号を、音像定位処理を行って２チャンネル音声信号へ変換する変換処理装置と、変換処理装置により得られた音声信号により音声を発する、ハニカム構造の振動板を有する２台のスピーカと、を有する三次元音響再生装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、マルチチャンネル音声信号を２チャンネル音声信号へ変換して三次元音響を再現する際に、臨場感を損なわず、かつ、大音響も効果的に再現することができる三次元音響再生装置に関する。

従来、三次元の音響空間を実現するのには、多数台のスピーカを所定の位置に配置し、個々のスピーカからそれぞれ独自に音声を発生させるマルチチャンネル音響による音響再生装置を用いて三次元音響を再現していた。例えば、図８に示すような５．１チャンネルの音響再生装置においては、各スピーカの位置に対応したマイクで集音、記録した音響記録を、それぞれ忠実に対応するスピーカ、ＦＬ（左前スピーカ）、Ｃ（中央スピーカ）、ＦＲ（右前スピーカ）、ＳＷ（副低音スピーカ）、ＳＬ（左側面／後方スピーカ）、ＳＲ（右側面／後方スピーカ）を用いて再現するものであり、聴取者の周囲を取り囲むようにスピーカが配置され、例えば、音源４１を移動させながら効果的に音響効果を生じるようにすることができ、臨場感に溢れ、大音響で迫力のある音声を楽しむことができる。

ところが、この場合には、多くのスピーカを設置しなければならないし、それらのスピーカは聴取者の周囲に配置するため、そのためのスペースも確保しなければならず、個人で音響再生するには不具合が出る場合が多かった。

そこで、最近では、マルチチャンネル音源のサラウンド効果を保持するようにして、２チャンネルの音源へと変換する音響変換処理により、前面２台のスピーカのみを用いても聴取者の周囲に音源があるように感じさせることができる技術（例えば、特許文献１〜２参照）や、さらに音声が移動するような三次元音響効果を得られる技術が開発されている（例えば、特許文献３参照）。
特開平９−２５２４９９号公報 特開平１１−１１３０９８号公報 特開２００４−５６１６８号公報

現在、音楽等の音声を“三次元サラウンドソリューション”と称して、臨場感あふれる音響を生み出す高度音響システムの開発が進んでおり、この試みは、上記のように、主に、２台のスピーカシステムとマルチチャンネル音源から２チャンネル音源への音響変換処理により実現されている。

しかしながら、２台のスピーカを用いた場合には、音源発生のスポットが小さく、臨場感が不足してしまう。また、大音響を再現する場合には、変換処理システムの効果が不十分であった。

本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、スピーカとして、音響効果に優れ臨場感を損なわず、かつ大面積振動により大音響の再生も効果的に行うことができる、スピーカを用いた三次元音響再生装置を提供することを目的とする。

本発明の三次元音響再生装置は、ハニカム構造の振動板で構成されるスピーカを有することを特徴とするものであり、より具体的には、マルチチャンネル音声信号を、音像定位処理を行って２チャンネル音声信号へ変換する変換処理装置と、変換処理装置により得られた音声信号により音声を発する、ハニカム構造の振動板を有する複数台のスピーカと、を有することを特徴とするものである。

本発明の三次元音響再生装置によれば、マルチチャンネル音声信号を２チャンネル音声信号に変換して三次元音響を再生することができ、省スペース化を図ることができるものである。さらに、本発明の三次元音響再生装置は、臨場感を損なわずに、かつ、大面積振動により、大音響も効果的に再現することができ、優れた音響効果を発することができる。

以下、本発明の三次元音響再生装置を図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の三次元音響再生装置の斜視図であり、図２は、図１の三次元音響再生装置の正面カバーを外し、内部構成を示した正面図である。なお、図２においてスピーカは一部切り欠いた図とし、内部のハニカム構造が見えるようにした。

図１及び図２に示したように、本発明の三次元音響再生装置１は、マルチチャンネル音声信号を、音像定位処理を行って２チャンネル音声信号へ変換する変換処理手段２と、この変換処理手段２により得られた音声信号により音声を発する、ハニカム構造の振動板を有するスピーカ３を２台設けて構成されており、この変換処理手段２とスピーカ３とは、一つの平面パネルに一体化されて設けられている。

本発明に用いる変換処理手段２は、マルチチャンネル音声信号を、音像定位処理を行って２チャンネル音声信号へ変換する機能を有するものであれば何ら限定されず、公知の前面２台のスピーカでマルチチャンネル音源を再生する変換処理を行うものを用いることができる。例えば、本発明の変換処理手段２においては、マルチチャンネル音源の各スピーカに対応する音響記録の必要な音声信号に対して、音像定位処理を行い、処理された音声信号を２チャンネルの音声信号となるように混成処理し、これを音声信号としてスピーカ３へ伝える。

また、この音像定位処理の際に、その音像が移動するように聴取することができる移動情報を加え、同様に混成処理して２チャンネルの音声信号を得ることができ、さらに、これに三次元モード情報、聴取環境情報、入力音源情報等の制御情報を加え、スピーカ外音場拡大処理を施せば、音源の三次元化、すなわち、全周並びに上下からの効果的な仮想音響の発生を実現することができる。

本発明に用いるスピーカ３は、ハニカム構造の振動板４と、この振動板４を振動させる励振器５と、からなるものであり、この励振器５には、変換処理手段２から送られてくる音声信号を増幅して励振器５に伝える増幅器（アンプ）６が接続されている。

本発明のスピーカ３は、ハニカム構造を有する振動板４を用いることで、単に圧電スピーカを用いた場合と比べて音質を向上させることができると共に、出力も向上させることができ、一般的なコーン型のスピーカに比べて軽量化できると共に、スピーカ部分の厚さも薄くすることができる。さらに、本発明のスピーカ３のハニカム構造の振動板４は、三次元音響の再生を行う場合には、安定した音声の出力が可能であるため、音声変換処理装置からの処理後の音声信号を大音響であっても効果的に再生することができる。そのため、これまでの再生装置と比べ臨場感溢れた再生が可能となる。

このスピーカ３の断面図を図３に示したが、ハニカム構造を有する振動板４は、例えば、２枚の板状支持体７によってハニカム構造８を挟持することにより構成されるものである。また、励振器５は、通常、振動板４の裏面（聴取者の反対側）に設けられる。このようなスピーカ３では、励振器５を振動させることにより、これに接続されたハニカム構造を有する振動板４を振動させ、音声を発生させることができる。

なお、図３は、スピーカ３の主要な構成のみを示したものであり、スピーカ３としての機能を害しない範囲において、この他に装飾のための被覆、励振器５の保護のための被覆等を適宜設けることができる。

ハニカム構造を有する振動板４を構成するハニカム構造８は、空洞が形成されたハニカム構造を有するものであれば特にその空洞の断面形状等は限定されるものではなく、例えば図２の切欠部に示すような六角形状のもの、その他、三角形状、正方形状、長方形状、菱形状、波形状等のものが挙げられ、特に制限されるものではない。この中でも、六角形状のハニカムが好ましく、その六角形状は面積が１ｃｍ^２以下となるような緻密構造であることが好ましい。

また、振動板４を構成する板状支持体７、ハニカム構造８の材料は、スピーカとしたときに有効に音声を発生させることができるものであれば特に限定されるものではなく、例えば紙、プラスチック、繊維等の基材に熱硬化性樹脂を含浸、硬化させたものを用いることができる。このように、基材に熱硬化性樹脂を含浸、硬化させて得られた振動板は軽量であると共に、強度にも優れるため、特に軽量化や高強度化が求められる場合に好適に用いられる。

基材に含浸させる熱硬化性樹脂としては必ずしも限定されるものではないが、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、メチロール基を有する熱硬化性樹脂等が好ましいものとして挙げられる。また、より一層強度を上げるために、これらエポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、メチロール基を有する熱硬化性樹脂等の熱硬化性樹脂に充填材を配合することもできる。ここで用いられる充填材としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ナイロン繊維、炭化ケイ素繊維等の繊維状充填材やマイカ、タルク等の粉末状無機充填材が挙げられる。

振動板４の特に好ましい構成としては、板状支持体７としてガラス繊維をエポキシ樹脂で固めた複合材を用い、ハニカム構造８としてアラミド繊維基材にフェノール樹脂を含浸させたものを用いたサンドイッチパネルが挙げられる。

励振器５はスピーカ用振動板４を有効に振動させて音声を発生させることができるものであれば特に限定されるものではなく、圧電振動子等も用いることができる。これらは設置する際に許容される厚さ、必要とされる出力等に応じて適宜選択して用いることが好ましい。

励振器５を設ける位置は、例えば図２，３に示すように、スピーカ用振動板４の中央付近に１個配置してもよいし、図示しないが、例えばスピーカ用振動板の上下方向の中央付近で左右に間を開けて２個並べたり、左右方向の中央付近で上下に間を開けて２個並べたりして配置してもよく、また４隅に１個ずつ配置するようにしてもよく、その設置場所、個数は必ずしも限定されるものではなく、その発揮する音響効果を有効にする位置であれば適宜選択して設置することができる。

この２台のスピーカ３は、平面パネルに一体化して設けることが好ましく、このとき、変換処理手段２及び増幅器６も一緒に平面パネルに内包するようにすることがさらに好ましい。また、ここでは平面パネルを例に説明したが、一つのパネルに設けるのであれば、曲面パネルにしてもよく、その場合、再生する音声が聴取者に対して三次元音響効果を十分に発揮できるようにしなければならない。これは、平面弧状であるパネルの弧の長さや曲面パネルと聴取者との距離等によって適宜決定すればよい。

なお、以上の説明では、平面パネルに２台のスピーカを一体化した例で説明したが、スピーカをそれぞれ別々に独立して設けて、これまでよく使用されているように前面に配置するような構成としても良い。

次に、本発明に用いる変換処理手段２におけるマルチチャンネル音声信号を、音像定位処理を行って２チャンネル音声信号へ変換する処理について、さらに具体的に説明する。

本発明の変換処理手段２においては、マルチチャンネル音声信号の各スピーカに対応する音響記録に対して、まず、各スピーカに対応する音声信号の必要な音声信号について音像定位処理を行い、この音像定位処理された音声信号を含むマルチチャンネル音声信号を、２チャンネルの音声信号となるように混成する。これは、例えば、特開平１１−１１３０９８号公報に記載されたような公知の２チャンネルエンコード処理が挙げられ、以下、より具体的な処理について説明するが、これに限定されるものではない。

図４は本発明の実施の形態に係るマルチチャンネル音声信号の２チャンネルエンコード処理手段の構成を例示した図である。

このエンコード処理手段１０は、図８に示す聴取者とスピーカの配置位置に対応して聴取者の周辺に音場を作る５つのスピーカ、つまり前方の２つのスピーカ（ＦＬ，ＦＲ）、センタースピーカ（Ｃ），後方の２つのスピーカ（ＳＲ，ＳＬ）に対応するマルチチャンネル音声信号につき音像定位処理を行い、聴取者に対し左右対称な２チャンネルＬ_０，Ｒ_０の前方音のみにまとめてエンコード処理して音声プログラムを作成するものである。

このエンコード処理手段１０は、マルチチャンネル信号のうち左右一対の後方チャンネルＳＲ，ＳＬの音声信号に対し、各チャンネル毎に頭部伝達関数に基づいた後述するフィルタ係数Ｐ，Ｎが設定されたコンボルバを実現し聴取者に対し左右対称な後方位置にそれぞれ音像定位させるべくフィルタ処理する音像定位フィルタ１１を備えていて、トランスオーラル技術によるバーチャル処理を行うようになっている。

すなわち、音像定位フィルタ１１としては、図５に示すようなシャフラフィルタを用いる。図５において、１１ａ_１は左右一対のリアサラウンド信号の和信号を得る第１の加算器、１１ａ_２は左右一対のリアサラウンド信号の差信号を得る第２の加算器、１１ａ_３は後述するフィルタ係数Ｐが設定されて第１の加算器１１ａ_１の出力を処理する第１のフィルタ、１１ａ_４は後述するフィルタ係数Ｎが設定されて第２の加算器１１ａ_２の出力を処理する第２のフィルタ、１１ａ_５は第１と第２のフィルタで処理された信号の和信号を得る第３の加算器、１１ａ_６は第１と第２のフィルタで処理された信号の差信号を得る第４の加算器であり、第３と第４の加算器の出力をフィルタ処理された左右一対のリアサラウンド信号として出力する。なお、１１ａ_７と１１ａ_８は計数乗算器を示し、通常、係数Ｋ１，Ｋ２は１に設定される。

ここで、前記フィルタ係数Ｐ，Ｎは、
Ｐ＝（Ｆ＋Ｋ）／（Ｓ＋Ａ）
Ｎ＝（Ｆ−Ｋ）／（Ｓ−Ａ）
で与えられ、Ｓは一対のスピーカＦＬ３ＤＨ（左前ハニカムスピーカ），ＦＲ３ＤＨ（右前ハニカムスピーカ）から聴取者の同じ側の耳までの伝達関数、Ａは一対のスピーカＦＬ３ＤＨ，ＦＲ３ＤＨから聴取者の反対側の耳までの伝達関数、Ｆは音像を定位させたい位置から聴取者の同じ側の耳までの伝達関数、Ｋは音像を定位させたい位置から聴取者の反対側の耳までの伝達関数をそれぞれ示している。

図４に戻って、音像定位フィルタ１１に入力される後方のリアサラウンド信号ＳＲ，ＳＬは、前方音との分離をよくするために、遅延回路１２Ｒ，１２Ｌを介して前方音に対し数十ｍｓｅｃ遅延した信号が入力されるようになされ、また、音像定位フィルタ１１による音像定位処理では、低音成分が増強されるので、ヘッドマージンの飽和を防ぐために、音像定位フィルタ１１から出力される音像定位処理された信号は、それぞれコンプレッサ１３Ｒ，１３Ｌによってコンプレッサ処理される。

一方、前方の２チャンネルＬ，Ｒの音声信号は何ら処理を加えずにそのまま生かされ、センターチャンネルＣの音声信号は減衰器１４により−３ｄＢ減衰されて左右に振り分けられフィルタ回路１５Ｒ，１５Ｌにより定位処理された後、加算器１６Ｌ，１６Ｒにより前方の２チャンネルＬ，Ｒの音声信号に加算される。さらに、前記加算器１６Ｌ，１６Ｒから出力されるセンターチャンネルＣの音声信号が加わった前方の２チャンネルＬ，Ｒの音声信号は、加算器１７Ｌ，１７Ｒにより、前記コンプレッサ１３Ｌ，１３Ｒを介してトランスオーラル技術によるバーチャル音像処理がなされた後方の２チャンネルＳＬ，ＳＲと加算され、２チャンネルＬ_０，Ｒ_０の音声信号を得る。

さらに、図４に示すエンコード処理手段１０には、エンコード処理された２チャンネルＬ_０，Ｒ_０の音声信号をモニタするモニタ手段（例えば２チャンネルのスピーカ）と、そのモニタ結果に応じて前記音像定位フィルタ１１に定位を自然にする調整出力を与える操作部を備えていてもよく、このとき、制作者は、２チャンネルにまとめた信号をスピーカでモニターしながら、操作部により、例えば、図５に示すシャフラフィルタの係数乗算器１１ａ_７，１１ａ_８の係数Ｋ１，Ｋ２を各チャンネル毎に調整する調整出力を与えることにより左右の音量バランスを調整できるようになる。また、操作部は、遅延回路１２Ｒ，１２Ｌの遅延量や、コンプレッサ１３Ｒ，１３Ｌへの利得調整量を各チャンネル毎に調整することができるようにすることができるが、バーチャル音像処理の後のコンプレッサ１３Ｒ，１３Ｌでの利得変動は、音像がくずれるのを防ぐために両チャンネルとも連動するようにしている。

このようにして、５チャンネルの音声信号をトランスオーラル技術を用いてバーチャル化する音像定位のエンコード処理を行い聴取者に対し左右対称な２チャンネルＬ_０，Ｒ_０の前方音のみにまとめて音声プログラムを作成することができる。

次いで、この混成処理された三次元モード情報、聴取環境情報、入力音源情報を、さらに、スピーカ外音場拡大処理により、音源の三次元化、すなわち、全周並びに上下からの仮想音響の発生を実現する。

その結果、図６に示したように、２台のスピーカＦＬ３ＤＨ（左前ハニカムスピーカ）と、ＦＲ３ＤＨ（右前ハニカムスピーカ）とを用いて、聴取者に、例えば、図６に示すような、音源２１のスムーズな移動を認識させることができる。これは、従来の５．１チャンネルの音響システムにおける音源移動と比べても遜色ない。

（第２の実施形態）
また、図７に示したように、本発明の三次元音響再生装置１は、平面画像表示装置１２と一体化して、三次元音響再生装置１１とすることもできる。ここで用いる平面画像表示装置１２としては、薄型の平面画像表示装置、例えば、液晶表示装置、ＳＥＤ（多電子銃型平面表示装置）、プラズマ応用の平面表示装置、薄型プリジェクション型表示装置、有機ＥＬ表示装置等が挙げられる。

また、図示していないが、本発明の三次元音響再生装置１の前面にスクリーンを貼り付け、これに画像を投影することで、画像表示を行うことができるようにした三次元音響再生装置とすることもできる。

このように音響再生と画像表示とを、一体化した一つのパネルで行うことができるようにした場合、三次元音響再生装置１と同一の効果を得られるのは当然であるが、画像表示に加え、音響の再生を画像表示装置と別に設ける必要がなく、しかも平面パネル又は曲面パネルのような薄型の装置であるため、設置スペースに煩わされることなく使用が可能である。

以上のように、本発明に係る三次元音響再生装置によれば、２台の限られた平面スピーカを用いて、無限大空間からの前方、上下左右、後方からの音響を、臨場感溢れる再生音響で楽しむことができる。また、限られた小さな空間に居る聴取者に低容積の平面スピーカから、豊かな空間を擬似体験させることができ、本発明は産業上有用なものである。

本発明の三次元音響再生装置の斜視図である。 図１の三次元音響再生装置の内部構成を示した正面図である。 ハニカム構造を有するスピーカの断面図である。 本発明の実施の形態にかかるマルチチャンネル音声信号を２チャンネル音声信号へ変換するエンコード処理手段の構成図である。 図４の音像定位フィルタとして用いるシャフラフィルタを示す構成図である。 本発明の三次元音響再生装置の音響効果概念図である。 本発明の画像表示装置を備えた三次元音響再生装置の斜視図である。 従来の三次元音響再生装置の音響効果概念図である。

符号の説明

１…三次元音響再生装置、２…変換処理手段、３…スピーカ、４…振動板、５…励振器、６…増幅器、７…板状支持体、８…ハニカム構造部、１０…エンコード処理手段、１１…音像定位フィルタ、１２Ｒ，１２Ｌ…遅延回路、１３Ｒ，１３Ｌ…コンプレッサ、１４…減衰器、１５Ｒ，１５Ｌ…フィルタ、１６Ｒ，１６Ｌ，１７Ｒ，１７Ｌ…加算器、２１，４１…音源、３１…三次元音響再生装置、３２…平面画像表示装置

Claims (4)

1. ハニカム構造の振動板で構成されるスピーカを有することを特徴とする三次元音響再生装置。
2. マルチチャンネル音声信号を、音像定位処理を行って２チャンネル音声信号へ変換する変換処理手段と、
   前記変換処理手段により得られた音声信号により音声を発する、ハニカム構造の振動板を有する複数台のスピーカと、
   を有することを特徴とする三次元音響再生装置。
3. 前記変換処理手段及び前記スピーカが、一枚の平面パネル又は曲面パネルに内包されていることを特徴とする請求項２記載の三次元音響再生装置。
4. 前記平面パネル又は曲面パネルが、画像表示装置と一体化していることを特徴とする請求項３記載の三次元音響再生装置。

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