JP2007158958A - 音声入出力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のスピーカユニットを用いることなく、また、スピーカユニットから放音された音声が周囲に漏れることなく、フリーハンドで相手と会話することができる音声入出力装置を提供する。
【解決手段】音声入出力装置１０１は、コンデンサスピーカ１０２の放音面１０２Ａの曲率を変更する可動機構１０９Ａ〜１０９Ｄを備え、話者Ｗの位置を推定して、コンデンサスピーカ１０２から放音する音声が話者Ｗの位置で焦点を結ぶように、コンデンサスピーカ１０２の放音面１０２Ａの向き、及び放音面１０２Ａの曲率を変更する。コンデンサスピーカ１０２を凹曲面状に設定した場合には、音を１点（焦点）に集中させることができるので、狭い範囲にだけ音が届き、焦点よりも後方では音が拡散・減衰するので、音漏れが生じることなく、フリーハンドで会話できる。
【選択図】図１２

Description

この発明は、電話などのコミュニケーション機器に接続して、フリーハンドで会話ができる音声入出力装置に関する。

スピーカとマイクとが一体化されたヘッドセットを電話などのコミュニケーション機器に接続して、このヘッドセットを装着することで、ユーザは受話器を持つことなく相手と会話することができる（特許文献１参照。）。

また、ハンズフリー装置を電話などのコミュニケーション機器に接続して、このハンズフリー装置を用いることで、ユーザは装置を装着することなく相手と会話することができる（特許文献２参照。）。

さらに、従来、複数のマイクロホンで聴取者の位置を計測して、複数のスピーカアレイにより構成された２つのチャンネルのスピーカの指向性を調整する指向性制御可能スピーカシステムに関する発明が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
特開２００５−１６７３６０公報 特開２００２−１１８８７８公報 特開２００５−１９２２１２公報

しかし、特許文献１に記載のヘッドセットはある程度重量があり、また、耳あて部を常に耳に当てて使用するため、ユーザはヘッドセットを装着すると重量感や圧迫感を感じるため、長時間使用することができないという問題があった。

また、特許文献２に記載のハンズフリー装置は、１つの無指向性のマイクロホンと、１つの無指向性のスピーカを通常使用する。そのため、話者以外から発せられた音声（雑音）も収音してしまうため、収音した音声の品質が低く、通話相手はこちらの音声を聞き取りにくいという問題があった。

さらに、特許文献３に記載の指向性制御可能スピーカシステムは、複数のスピーカから成るスピーカアレイによって指向性を制御するので、各スピーカについてゲインや音声の出力タイミングを調整する必要がある。そのため、電話用の音声入出力装置として用いるには、装置の規模がかなり大きくなるので、取り扱いにくいという問題があった。また、スピーカアレイは、指向性を制御するためには、多くのスピーカユニットが必要であり、またスピーカユニット毎にゲインや音声の出力タイミング調整用回路も必要なため、構成が複雑となりコストもかかるという問題があった。

そこで、この発明は、複数のスピーカユニットを用いることなくシンプルな構成で、また、スピーカユニットから放音された音声が周囲に漏れることなく、フリーハンドで相手と会話することができる音声入出力装置を提供することを目的とする。

この発明は、上記の課題を解決するための手段として、以下の構成を備えている。

（１）凸曲面状、凹曲面状または平面状の放音面を有し、入力された音声信号に応じた音声を放音する平板型スピーカユニットと、
それぞれ異なる位置に設置された複数のマイクロホンと、
前記平板型スピーカユニットの放音面の向きを変更する向き変更手段と、
前記複数のマイクロホンの各々で収音した音声に基づいて音源の位置を推定し、前記平板型スピーカユニットの放音面の向きを音源の方向に変更させるよう前記向き変更手段を制御する音源位置推定手段と、
を備えたことを特徴とする。

この構成においては、音声入出力装置は、複数のマイクロホンで音源から発せられた音声を収音して、収音した音声に基づいて音源の位置を推定し、その音源の方向に平板型スピーカユニットの放音面が向くように、平板型スピーカユニットの向きを変更させる。また、平板型スピーカユニットの放音面は凸曲面状、凹曲面状または平面状であり、平板型スピーカユニットが凸曲面状の場合には、音声を拡散させて広い範囲に音を伝搬させることができ、複数の人に音声を聞かせることができる。また、平板型スピーカユニットが凹曲面状の場合には、音声を焦点に集中させることができ、狭い範囲にだけ音声が届き、焦点よりも後方では音声が拡散・減衰するので、周囲への音漏れを生じにくくすることができる。また、平板型スピーカユニットが平面状の場合には、直進性が強く減衰の少ない遠方まで音声が届く音場を生成できる。したがって、平板型スピーカユニットの放音面を平面状にする場合には焦点位置を設定することなく、また、平板型スピーカユニットの放音面を凹曲面状にする場合には、平板型スピーカユニットから放音する音声の焦点位置を、話者の位置に予め設定しておくことで、音源である話者が声を発すると、話者の方向を自動的に推定して、平板型スピーカユニットの放音面を話者の方向に変更するので、周囲に音漏れが発生することなく、スピーカユニットから話者に対して音声を放音でき、話者は音声入出力装置を用いてフリーハンドで相手と会話できる。また、平板型スピーカユニットの放音面を凸曲面状にする場合には、音源である話者が声を発すると、話者の方向を自動的に推定して、平板型スピーカユニットの放音面を話者の方向に変更するので、話者のその周囲に居る複数の人に対して、スピーカユニットから音声を放音でき、複数の話者が音声入出力装置を用いてフリーハンドで相手と会話できる。さらに、フリーハンドで使用できる音声入出力装置を、複数のスピーカユニットを用いることなく、シンプルな構成にすることができる。

（２）可撓性を有するパネル状の放音面を有し、入力された音声信号に応じた音声を放音する平板型スピーカユニットと、
前記平板型スピーカユニットの放音面の曲率を変更する曲率変更手段と、
それぞれ異なる位置に設置された複数のマイクロホンと、
前記スピーカ装置の放音面の向きを変更する向き変更手段と、
前記複数のマイクロホンの各々で収音した音声から音源の位置を推定し、前記平板型スピーカユニットの放音面の向きを音源の方向に変更するとともに、平板型スピーカユニットの曲率を変更して、前記推定した音源の位置を平板型スピーカユニットから放音する音声の焦点位置に設定するよう前記向き変更手段を制御する音源位置推定手段と、
を備えたことを特徴とする。

この構成においては、音声入出力装置は、複数のマイクロホンで音声を収音して、収音した音声に基づいて音源の位置を推定し、その音源の位置で焦点を結ぶように平板型スピーカユニットの放音面の向き及び曲率を変更する。したがって、音声入出力装置は、話者の方向を自動的に検出して、平板型スピーカユニットの向きや曲率を変更するので、話者は機器を装着することなくフリーハンドで、スピーカから周囲への音漏れを発生することなく、相手と会話できる。また、コンデンサスピーカの曲率を変更して、焦点位置を変えるので、複数のスピーカユニットを用いることなく、構成をシンプルにすることができる。

（３）前記平板型スピーカユニットの放音面における曲率の設定を受け付ける操作手段を備え、
前記音源位置推定手段は、前記操作手段で受け付けた設定に応じて、前記変形機構を制御して前記平板型スピーカユニットの曲率を変更させることを特徴とする。

この構成においては、操作手段により平板型スピーカユニットの形状を、凹曲面状、平面状、または凸曲面状のいずれかに設定すると、制御手段が変形機構を制御して、平板型スピーカユニットを設定された形状に変形させる。したがって、スピーカ装置の使用状況や周囲の状況に応じて、音声を放音する範囲を切り替えることができる。

（４）前記平板型スピーカユニットは、可撓性を有する電極及び振動板を備えた平板状のコンデンサスピーカであることを特徴とする。

この構成においては、スピーカユニットは、ダイナミックスピーカのようにボイスコイルを備えた構造とは異なり、可撓性を有する電極及び振動板を対向させた構成である平板状のコンデンサスピーカなので、設定された形状に応じてスピーカユニットを自在に変形させることが可能となる。

この発明によれば、音声入出力装置は、複数のマイクロホンで音源から発せられた音声を収音して、音源の位置を推定し、その音源の方向に平板型スピーカユニットの放音面が向くように、平板型スピーカユニットの向きを変更する。また、平板型スピーカユニットの放音面は凸曲面状、凹曲面状または平面状であり、平平板型スピーカユニットが凸曲面状の場合には、音声を拡散させて、広い範囲に音を伝搬させることができ、複数の人に音声を聞かせることができる。また、平板型スピーカユニットが平面状の場合には、直進性が強く減衰の少ない遠方まで音声が届く音場を生成できる。また、平板型スピーカユニットが凹曲面状の場合には、音を１点（焦点）に集中させることができるので、狭い範囲にだけ音が届き、焦点よりも後方では音が拡散し、音圧も減衰するので、音の漏れを生じにくくすることができる。したがって、音源である話者が声を発すると、話者の方向を自動的に推定して、平板型スピーカユニットの放音面の向きを話者の方向に変えるので、周囲に音声の漏れが発生することなく、スピーカユニットから話者に対して音声を放音できる。

また、音声入出力装置は、平板型スピーカユニットの放音面の曲率を変更することができるので、スピーカから放音する音声の焦点位置を変更して、音源の位置を焦点にすることができる。さらに、音声入出力装置は、操作手段からの入力に応じて、平板型スピーカユニットの放音面を凸曲面状に変形させることができるので、音声を周囲に拡散させて、相手が話す内容を同時に複数の人に聞かせることができる。

また、本発明の音声入出力装置によれば、１つのスピーカユニットを用いて音声を放音する範囲を制御できるので、音声入出力装置の構成が複雑とならずコストを抑制することができ、また位相のずれが生じにくく、放音方向の正確な制御が可能となる。

［第１実施形態］
まず、音声入出力装置の全体構成について説明する。図１は、音声入出力装置の概略構成を示す斜視図である。

図１に示すように、音声入出力装置１は、平板型スピーカユニットであるコンデンサスピーカ２、支柱３、回転台４、回転機構５、５本の固定アーム６Ａ・６Ｂ・６Ｃ・６Ｄ・６Ｅ、及び８個のマイクロホン７Ａ・７Ｂ・７Ｃ・７Ｄ・７Ｅ・７Ｆ・７Ｇ・７Ｈを備えている。

コンデンサスピーカ２は、外部から入力された音声信号に応じた音声を放音する。また、コンデンサスピーカ２は、平板状の矩形で、その放音面の形状が凹曲面状または平面状に形成されている。なお、コンデンサスピーカ２の詳細の構造については後述する。

支柱３は、コンデンサスピーカ２の放音面２Ａが、回転台４に対してほぼ垂直となるように支持する。支柱３の壁面３Ａには、その各端部に固定アーム６Ａ〜６Ｄが固定されている。また、支柱３は、その中央部に固定アーム６Ｅが固定されている。さらに、支柱３の上面３Ｂには、マイクロホン７Ａ〜７ＨがＴ字型に配置されている。

回転台４は、コンデンサスピーカ２が接続された支柱３を直立させる。

回転機構５は、内蔵された回転台モータ５Ａと歯車５Ｂ（共に不図示）により支柱３の軸３Ｅ（不図示）を回転させて、コンデンサスピーカ２の放音面２Ａの向きを変更する。

固定アーム６Ａ〜６Ｅは、コンデンサスピーカ２を支柱３の壁面３Ａに固定するためのものであり、その一端がコンデンサスピーカ２の中央部または各端部に固定され、その他端が支柱３の壁面３Ａの中央部または各端部に固定されている。

マイクロホン７Ａ〜７Ｈは、支柱３の上面のそれぞれ異なる位置に取り付けられており、周囲の音声を収音する無指向性のマイクロホンである。マイクロホン７Ａ〜７Ｈは、前記のように、支柱３の上面３ＢにＴ字型に配置されている。

次に、音声入出力装置のシステム構成について説明する。図２は、音声入出力装置のブロック図である。音声入出力装置１は、コンデンサスピーカ２、マイクロホン７Ａ〜７Ｈ、演算ユニット４１、回転台モータ５Ａ、出力端子４８、及び入力端子４９を備えている。また、演算ユニット４１は、Ａ／Ｄ変換回路４２、加算器４３、音源位置推定回路４４、モータ制御回路４５、入力音声強調回路４６、及び回り込み音推定回路４７から成る。

マイクロホン７Ａ〜７Ｈは、話者（音源）Ｗや周囲の音声を収音して、アナログ音声信号を演算ユニット４１のＡ／Ｄ変換回路４２に出力する。

Ａ／Ｄ変換回路４２は、マイクロホン７Ａ〜７Ｈから送られてきたアナログ音声信号をディジタル音声信号に変換する。そして、Ａ／Ｄ変換回路４２は、各マイクロホン７Ａ〜７Ｈで収音された音声信号を、加算器４３に出力する。

加算器４３は、マイクロホン７Ａ〜７Ｈで収音した音声信号の位相を合わせて加算する。また、加算器４３は、位相を合わせて加算した信号から、回り込み音推定回路４７から出力された音声信号を減算する。そして、加算器４３は、この音声信号を入力音声強調回路４６へ出力する。

音源位置推定回路４４は、マイクロホン７Ａ〜７Ｈから出力された音声信号に基づいて音源の位置を推定する。そして、音源位置推定回路４４は、音源位置情報をモータ制御回路４５及び入力音声強調回路４６へ出力する。

モータ制御回路４５は、音源位置推定回路４４から送られてきた音源位置情報に基づいて、回転台モータ５Ａを回転させる信号を出力して、コンデンサスピーカ２の放音面２Ａの向きを音源の方向に変更する。

回転台モータ５Ａは、モータ制御回路４５から送られてきた信号に応じて支柱３を回転させて、コンデンサスピーカ２の放音面２Ａの向きを変更する。

入力音声強調回路４６は、音源位置推定回路４４から送られてきた信号に基づいて、加算器４３から出力された音声信号のうち話者（音源）Ｗの音声のみを抽出して、出力端子４８へ出力する。

回り込み音推定回路４７は、入力端子４９を介して入力された音声信号に基づいて、コンデンサスピーカ２から放音されてマイクロホン７Ａ〜７Ｈに回り込む音声の信号量を推定して、推定した音声信号を加算器４３に出力する。

出力端子４８及び入力端子４９は、音声信号を入出力する端子であり、例えば、コミュニケーション機器である電話機などの音声入出力端子と接続する。

コンデンサスピーカ２は、入力端子４９から入力された音声信号を音声に変換して放音する。なお、コンデンサスピーカ２は、後述する増幅器２１及びバイアス電源２２を含む構成である。

音声入出力装置１は、上記のような構成により、複数のマイクロホン７Ａ〜７Ｈにより話者（音源）Ｗの位置を推定し、回転機構５により支柱３を回転させて、コンデンサスピーカ２の放音面２Ａの向きを話者Ｗの方向に変更する。

次に、コンデンサスピーカ２の詳細な構成について説明する。図３は、コンデンサスピーカの概略構成図である。コンデンサスピーカ２は、図３（Ａ）に示すように、メッシュ加工された平板状で矩形の固定電極（正極、負極）１２，１３の間に、絶縁体１５，１６を介して、通気性のない導電性薄膜からなる平板状の可動振動板１４を、固定電極１２，１３に対向して配置したものである。

コンデンサスピーカ２の固定電極１２，１３は、可撓性を有する素材、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）から成る。また、コンデンサスピーカ２の厚みは、例えば５ミリ程度である。コンデンサスピーカ２は、通常は平面状であるが、外力が加えられると、凹曲面状または凸曲面状に変形可能である。また、固定電極１２，１３と可動振動板１４との間は、後述するように固定アーム６Ａ〜６Ｅによりコンデンサスピーカ２を変形させた場合でも、可動振動板１４が問題なく振動するように間隔が設定されている。

図３（Ｂ）に示すように、コンデンサスピーカ２をスピーカとして動作させるために、コンデンサスピーカ２に増幅器（パワーアンプ）２１、及びバイアス電源２２を接続する。すなわち、入力端子２０から入力されたオーディオ信号は、電圧増幅器２１Ｐで増幅されて、この信号に応じた電圧がコンデンサスピーカ２の前面側の固定電極１３に印加されるとともに、反転電圧増幅器２１Ｎで位相の正負を反転して増幅されて、この信号に応じた電圧がコンデンサスピーカ２の後面側の固定電極１２に印加される。可動振動板１４は、バイアス電源２２からバイアス電圧が印加されており、固定電極１２，１３間の電位差に応じて発生した吸引力・反発力によって振動して、音声波となる空気振動を発生する。

図４は、音声入出力装置の上面図及びコンデンサスピーカの放音面２Ａを凹曲面状及び平面状に設定した場合の放音領域を示す図である。

図４（Ａ）に示すように、各固定アーム６Ａ〜６Ｅの長さを調整して、コンデンサスピーカ２を凹曲面状（円筒状）に設定すると、コンデンサスピーカ２から放音した音波は、円筒の中心である１本の線上（焦点と称する。）に集中する。そのため、図４（Ｂ）に示すように、コンデンサスピーカ２の焦点付近が、最も音圧の高い領域となる。また、各固定アーム６Ａ〜６Ｅの長さを調整して、コンデンサスピーカ２を球面状に設定すると、コンデンサスピーカ２から放音した音声は、１点（焦点）に集中する。したがって、狭い範囲にだけ音声が伝搬して、その後方や遠方では、音声が拡散するために減衰して、音声の漏れが生じにくい音場を形成することができる。

また、図４（Ｃ）に示すように、各固定アーム６Ａ〜６Ｅの長さを調整して、コンデンサスピーカ２を平面状に設定すると、図４（Ｄ）に示すように、コンデンサスピーカ２から放音した音波は、直進性が強くなる。したがって、減衰が少なく遠方まで音が伝搬する音場を形成することができる。

さらに、図４（Ｅ）に示すように、各固定アーム６Ａ〜６Ｅの長さを調整して、コンデンサスピーカ２を凸曲面状に設定すると、図４（Ｆ）に示すように、コンデンサスピーカ２から放音した音波は拡散する。したがって、広い範囲に音を伝搬させることができ、複数の人に音声を聞かせることができる。

次に、複数のマイクロホンによる音源推定動作について説明する。図５は、マイクロホンの配置と収音領域を示す図である。本発明の音声入出力装置１は、前記のように、複数のマイクロホンにより音声を収音して、各マイクロホンで収音した音声を用いて音源の位置を特定し、回転機構５によりコンデンサスピーカ２の放音面２Ａの向きを変更する。また、収音した音声から話者（音源）Ｗの音声のみを抽出する。

音声入出力装置１は、音源位置推定回路４４により以下の手順で音源位置推定を行う。

１．まず、マイクロホンで収音した入力音声と、非目的音の混合信号を分離し、得られる信号をｙ（ｔ）とする。音源分離方法としては、複数のマイクロホンを用いた場合には、独立成分分析によるブラインド音源分離などの手法が適用可能である。

２．図５に示すように、音源探索空間５１内の複数の地点を収音焦点として用意し、それぞれの収音焦点ｐ_ｎ の音を

（Ｌ_knはマイクロホンｋから収音焦点ｐ_ｎ までの距離、Ｖは音速）
のように同位相化、同レベル化し、加算して得られる信号をｙ_ｎ（ｔ）とする。

３．そして、ｙ（ｔ）とｙ_ｎ（ｔ）の相関

を計算して、相関値が一番高くなる収音焦点ｐ_ｎ を音源位置（話者Ｗの位置）と推定し、モータ制御回路に音源位置情報を送信して、回転機構５のモータを駆動してコンデンサスピーカ２の放音面２Ａの向きを、話者Ｗの位置の方向に合わせる。

また、入力音声強調回路４６は、上記の音源分離方法によって得られた分離信号ｙ（ｔ）を出力する。

以上の手順により、音声入出力装置１は、話者Ｗの音声のみを収音して、話者Ｗの方向に音声を放音することができる。

次に、音声入出力装置が音源の位置を推定してコンデンサスピーカの向きを変更する動作について、フローチャートに基づいて説明する。図６は、音声入出力装置の動作を説明するためのフローチャートである。

音声入出力装置１は、マイクロホン７Ａ〜７Ｈで周囲の音声を収音している。演算ユニット４１は、話者Ｗの音声を検出すると（ｓ１）、音源位置推定回路４４で話者Ｗの位置を推定する（ｓ２）。そして、現在のコンデンサスピーカ２の放音面２Ａの向きが、話者Ｗの方向であるか否かを確認する（ｓ３）。音源位置推定回路４４は、現在のコンデンサスピーカ２の放音面２Ａの向きが、話者Ｗの方向である場合には、音源位置情報をモータ制御回路４５へ出力せずに、ステップｓ１の処理を行う。一方、音源位置推定回路４４は、現在のコンデンサスピーカ２の放音面２Ａの向きが、話者Ｗの方向と異なる場合には、音源位置情報をモータ制御回路４５へ出力する。そして、モータ制御回路４５は、この音源位置情報に基づいて回転台モータ５Ａを所定量回転させて、コンデンサスピーカ２の放音面２Ａの向きを話者Ｗの方向に変更する（ｓ４）。

このように、コンデンサスピーカ２の放音面２Ａの向きを変更して、音声信号を入力端子４９から入力することで、音声入出力装置１のコンデンサスピーカ２から話者Ｗの方向に音声を放音させることができる。

以上のように、本発明の音声入出力装置によれば、複数のスピーカユニットを用いることなく、またコストアップすることなく、簡単な構成で、音声の収音、拡散、など音声の放音方向を制御することができる。

音声入出力装置１は、前記のようにコンデンサスピーカ２から放音する音声を１点に集中するように設定することも、音声に直進性を持たせるように設定することもできるので、その用途に応じて、コンデンサスピーカ２の放音面２Ａの曲率を予め設定すると良い。例えば、２つの机の境界に音声入出力装置１を置いて、２人で共用する場合には、机の境界から２人のユーザの着席位置までの距離はほぼ同じなので、コンデンサスピーカ２の放音面２Ａを凹曲面状にするとともに、この距離を焦点距離に設定すると良い。また、音声入出力装置１を複数のユーザで使用する場合に、各ユーザまでの距離がそれぞれ異なる場合には、コンデンサスピーカ２の放音面２Ａを平面状にすると良い。これにより、各ユーザが音声入出力装置１を使用する場合には、コンデンサスピーカ２から放音される音声は聞き取りやすくなり、また周囲に音漏れが発生しないようにすることができる。

なお、以上の説明では、音声入出力装置１の平板型スピーカユニットとして、コンデンサスピーカ２を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、振動板の形状を平面状、または凹曲面状に設定できる平板型スピーカユニットであれば、例えばパネル型のダイナミックスピーカであっても良い。

［第２実施形態］
次に、本発明の音声入出力装置の第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る音声入出力装置は、コンデンサスピーカの放音面の曲率を変更する可動機構を備え、話者（音源）の位置を推定して、コンデンサスピーカから放音する音声が話者の位置で焦点を結ぶように、コンデンサスピーカの放音面の向き、及び焦点の位置を変更する構成である。以下、詳細について説明する。

まず、音声入出力装置の全体構成について説明する。図７は、音声入出力装置の概略構成を示す斜視図である。ここで、図１に基づいて説明した第１実施形態に係る音声入出力装置１と同様の構成には、同じ符号を付している。

図７に示すように、音声入出力装置１０１は、平板型スピーカユニットであるコンデンサスピーカ１０２、支柱１０３、回転台４、回転機構５、固定アーム６Ｅ、マイクロホン７Ａ〜７Ｈ、可動アーム１０８Ａ・１０８Ｂ・１０８Ｃ・１０８Ｄ、及び可動機構１０９Ａ・１０９Ｂ・１０９Ｃ・１０９Ｄを備えている。

コンデンサスピーカ１０２は、外部から入力された音声信号に応じた音声を放音する。また、コンデンサスピーカ１０２は、平板状の矩形で可撓性を有しており、可動アーム１０８Ａ〜１０８Ｄ及び可動機構１０９Ａ〜１０９Ｄによりその形状を変更可能であり、音声の放音範囲を制御することが可能である。なお、コンデンサスピーカ１０２の詳細の構成は、図３に基づいて説明したコンデンサスピーカ２と同様である。

支柱１０３は、コンデンサスピーカ１０２の放音面１０２Ａが回転台４に対してほぼ垂直となるように支持する。支柱１０３には、その各端部に可動アーム１０８Ａ〜１０８Ｄを貫通させる孔１０３Ｃ・１０３Ｄ・１０３Ｅ・１０３Ｆが形成されている。また、支柱１０３は、その中央部に固定アーム６Ｅが取り付けられている。さらに、支柱１０３は、コンデンサスピーカ１０２の放音面１０２Ａを凸曲面状や凹曲面状に変形させた際に、コンデンサスピーカ１０２と接触しない形状に形成されている（図７には支柱１０３の壁面１０３Ａを凸曲面状に形成した例を示している。）。

回転台４は、コンデンサスピーカ１０２が接続された支柱１０３を直立させる。

回転機構５は、図７（Ｂ）に示すように内蔵された回転台モータ５Ａと歯車５Ｂにより支柱１０３の軸１０３Ｇを回転させて、コンデンサスピーカ１０２の放音面１０２Ａの回転台４に対する向きを変更する。

固定アーム６Ｅは、コンデンサスピーカ１０２を支柱１０３に固定するためのものであり、その一端がコンデンサスピーカ１０２の中央部に固定され、その他端が支柱１０３の中央部に固定されている。

マイクロホン７Ａ〜７Ｈは、支柱１０３の上面１０３Ｂのそれぞれ異なる位置に取り付けられており、周囲の音声を収音する無指向性のマイクロホンである。

可動アーム１０８Ａ〜１０８Ｄは、コンデンサスピーカ１０２の曲率を変更して、その形状を変えるためのものであり、その一端がコンデンサスピーカ１０２の各端部に固定され、その他端が支柱１０３の孔１０３Ｃ〜１０３Ｆのいずれかを貫通して、支柱１０３の壁面１０３Ａの裏面１０３ＢＢ側に延出している。

可動機構１０９Ａ〜１０９Ｄは、コンデンサスピーカ１０２の各端部に取り付けられている可動アーム１０８Ａ〜１０８Ｄが支柱１０３の各孔１０３Ｃ〜１０３Ｆから延出する長さを変更することで、コンデンサスピーカ１０２の端部と支柱１０３との距離を変更して、コンデンサスピーカ１０２を平面状、凹曲面状、または凸曲面状のいずれかに変形させる。

次に、音声入出力装置のシステム構成について説明する。図８は、音声入出力装置のブロック図である。なお、図２に基づいて説明した第１実施形態の音声入出力装置１と同様の構成には同符号を付して、その詳細な説明を省略する。

音声入出力装置１０１は、コンデンサスピーカ１０２、マイクロホン７Ａ〜７Ｈ、演算ユニット４１、回転台モータ５Ａ、及びステッピングモータ１３３Ａ・１３３Ｂ・１３３Ｃ・１３３Ｄ、操作部１６１、記憶部１６２、出力端子４８、及び入力端子４９を備えている。また、演算ユニット４１は、Ａ／Ｄ変換回路４２、加算器４３、音源位置推定回路４４、モータ制御回路１４５、入力音声強調回路４６、及び回り込み音推定回路４７から成る。

マイクロホン７Ａ〜７Ｈ、モータ制御回路１４５を除く演算ユニット４１の各部、及び回転台モータ５Ａは、音声入出力装置１と同様の構成であり、同様の動作を行う。

モータ制御回路１４５は、音源位置推定回路４４から送られてきた音源位置情報に基づいて、回転台モータ５Ａを回転させる信号及びステッピングモータ１３３Ａ〜１３３Ｄを回転させる信号を出力して、コンデンサスピーカ１０２の放音面１０２Ａの向き、及びコンデンサスピーカ１０２から放音した音声の焦点位置を音源の位置に変更する。

ステッピングモータ１３３Ａ〜１３３Ｄは、モータ制御回路１４５から出力された信号に応じて回転し、支柱１０３の壁面１０３Ａの裏面１０３ＢＢからの可動アームの１０８Ａ〜１０８Ｄの延出長を変更する。

操作部１６１は、ユーザがコンデンサスピーカ１０２の形状を設定するためのものである。操作部１６１には、コンデンサスピーカ１０２の形状を設定する形状設定ボタン、焦点位置までの距離や拡散角度を入力するためのテンキーなどが設けられている。ユーザは、操作部１６１から、コンデンサスピーカ１０２の形状（平面状、凸曲面状、凹曲面状）の選択、凸曲面状を選択した場合には、音声を放音する範囲（放音角度）、及び凹曲面状を選択した場合には、音声を収音させる焦点の位置（音声入出力装置からの焦点距離）を設定できる。

記憶部１６２は、操作部１６１から入力される焦点距離や放音角度に応じた各可動アーム１０８Ａ〜１０８Ｄの延出長や、前回設定された延出長のデータ等を記憶している。

コンデンサスピーカ１０２は、入力端子４９から入力された音声信号を音声に変換して放音する。なお、コンデンサスピーカ１０２は、前記の増幅器２１及びバイアス電源２２を含む構成である。

音声入出力装置１０１は、上記のような構成により、複数のマイクロホン７Ａ〜７Ｈにより話者（音源）Ｗの位置を推定し、回転機構５により支柱３を回転させて、コンデンサスピーカ１０２の放音面２Ａの向きを話者Ｗの方向に変更するとともに、コンデンサスピーカ１０２から放音した音声の焦点位置を話者Ｗの位置に変更する。

また、話者Ｗは、音声入出力装置１０１の操作部１６１を操作して、コンデンサスピーカ１０２の形状（平面状、凸曲面状、凹曲面状）を選択すると、モータ制御回路１４５は、操作部１６１で行われた操作に応じて、記憶部１６２からステッピングモータ１３３Ａ〜１３３Ｄの制御情報を読み出す。そして、モータ制御回路１４５は、ステッピングモータ１３３Ａ〜１３３Ｄを駆動して、コンデンサスピーカ１０２を設定された形状に変形する。また、話者Ｗは、音声入出力装置１０１の操作部１６１を操作して、コンデンサスピーカ１０２から音声を放音する範囲（放音角度）、または音声を収音させる焦点の位置（音声入出力装置からの焦点距離）を設定すると、モータ制御回路１４５は同様に、設定された放音角度または音声入出力装置１０１からの焦点距離となるように、コンデンサスピーカ１０２の曲率を設定する。

次に、コンデンサスピーカ１０２の形状を変形させる構成について、詳細を説明する。図９は、コンデンサスピーカの形状を変形させる構成を説明するための図であり、図９（Ａ）は、コンデンサスピーカを変形させる構成の一例を示す上面透視図である。図９（Ｂ）は、可動機構１０９Ａの具体的な構成図である。図９（Ｃ）は、コンデンサスピーカを変形させる図９（Ａ）とは異なる構成の一例を示す上面透視図である。

図９（Ａ）に示すように、可動アーム１０８Ａ〜１０８Ｄは、それぞれ所定の曲率で湾曲しており、一端から他端まで全体にネジ溝１０８ＡＭ〜１０８ＤＭが設けられている。また、図９（Ｂ）に示すように、支柱１０３のコンデンサスピーカ１０２に対向する壁面１０３Ａの裏面１０３ＢＢには、可動機構１０９Ａ〜１０９Ｄが設けられている。ここで、可動機構１０９Ａ〜１０９Ｄは、それぞれ同様の構成であるため、図９（Ｂ）に示した可動機構１０９Ａを例に挙げてその構成を説明する。

可動機構１０９Ａは、歯車１３１Ａ、歯車１３２Ａ、及びステッピングモータ１３３Ａを含む構成である。歯車１３１Ａは、可動アーム１０８Ａの支柱１０３からの延出長を調整するためのものであり、中央に孔１３１Ａ１が形成され、その壁面には可動アーム１０８Ａのネジ溝１０８ＡＭと螺接させるネジ溝１３１ＡＭが形成されている。孔１３１Ａ１には、可動アーム１０８Ａが挿入（貫通）されており、歯車１３１Ａが回転することで、可動アーム１０８Ａの延出長が変更される。なお、歯車１３１Ａは、支柱１０３の裏面１０３ＢＢに回転自在に取り付けられている。歯車１３２Ａは、歯車１３１Ａを回転させるためのものであり、中央にステッピングモータ１３３Ａの軸が接続されている。ステッピングモータ１３３Ａは、歯車１３１Ａを回転させるためのものであり、歯車１３２Ａを介して動力を歯車１３１Ａに伝達して、可動アーム１０８Ａの支柱１０３からの延出長を変更する。

コンデンサスピーカ１０２の形状を変形させるために、図９（Ｃ）に示すように構成することも可能である。すなわち、まっすぐな形状の可動アーム１０８Ａ〜１０８Ｄを使用し、各可動アーム１０８Ａ〜１０８Ｄの一端にボールジョイントまたはユニバーサルジョイント１０８ＡＪ〜１０８ＤＪを設ける。そして、これらのジョイントを矩形のコンデンサスピーカ１０２の各端部に接続する。また、可動アーム１０８Ａ〜１０８Ｄは、図９（Ａ）と同様に、一端から他端まで全体にネジ溝１０８ＡＭ〜１０８ＤＭを設けておき、他端を支柱１０３の各孔１０３Ｃ〜１０３Ｆ及び歯車１３１Ａ〜１３１Ｄに貫通させておく。そして、可動機構１０９Ａ〜１０９Ｄを動作させることで、各可動アーム１０８Ａ〜１０８Ｄの他端が支柱１０３から延出する長さを調整する。

図１０は、音声入出力装置の上面図及びコンデンサスピーカの放音面を凹面状・平面状・及び凸曲面状にした場合の放音領域を示す図である。

音声入出力装置１０１では、図１０（Ａ）に示すように、各可動アーム１０８Ａ〜１０８Ｄを支柱１０３の裏面から延出させる長さを調整することで、コンデンサスピーカ１０２の形状を凹曲面状（円筒状）にすることで、図１０（Ｂ）に示すように、コンデンサスピーカ１０２から放音させる音波は、１本の線上に集中させることができる。したがって、狭い範囲にだけ音が伝搬して、その後方や遠方には、音が拡散するために減衰して、音の漏れが生じにくい音場を形成することができる。

また、音声入出力装置１０１では、コンデンサスピーカ１０２の凹曲面の曲率を変えることで、音声を放音する範囲（領域）を変えるとともに、コンデンサスピーカ１０２から放音する音声の伝搬距離を変えることができる。

例えば、凹曲面の曲率を小さくした場合には、遠方まで音声を伝搬させることができる。一方、凹曲面の曲率を大きくした場合には、スピーカの近傍にのみ音声を伝搬させることができる。

さらに、音声入出力装置１０１は、コンデンサスピーカ１０２の放音面１０２Ａから一定距離以上離れた位置に音源がある場合には、図１０（Ｃ）に示すように、コンデンサスピーカ１０２の放音面１０２Ａを平面状に設定する。この場合には、図１０（Ｄ）に示すように、コンデンサスピーカ１０２から放音させる音波は、直進性が強くなるので、減衰が少なく遠方まで音が伝搬する音場を生成できる。

このように、音声入出力装置１０１では、後述するように複数のマイクロホンにより音源の位置を推定し、コンデンサスピーカ１０２から放音した音声が音源の位置で焦点を結ぶように、コンデンサスピーカ１０２の曲率を変更する。

また、音声入出力装置１０１は、操作部１６１を操作して設定を切り替えることで、コンデンサスピーカ１０２を凹曲面状、平面状、または凸曲面状にすることができる。例えば、図１０（Ｅ）に示すように、可動アーム１０８Ａ〜１０８Ｄの支柱１０３からの延出長を調整することで、コンデンサスピーカ１０２の形状を凹曲面状や平面状だけでなく、凸曲面状に変形させることができる。この場合には、図１０（Ｆ）に示すように、コンデンサスピーカ１０２から放音させる音波は、拡散させることができるので、広い範囲に音を伝搬させることができ、複数の人に音声を聞かせることができる。

また、音声入出力装置１０１は、操作部１６１の操作により、コンデンサスピーカ１０２の凹曲面状に変形させた場合に、コンデンサスピーカ１０２から放音させる音声の焦点位置や、コンデンサスピーカ２を凸曲面状に変形させた場合に、コンデンサスピーカ１０２から音声を放音する角度（範囲）を、操作部１６１の操作により設定することができる。

次に、音声入出力装置１０１の音源推定動作は、図５に基づいて説明した通りであり、音源位置推定回路４４は、話者Ｗの位置を推定すると、モータ制御回路１４５に音源位置情報を送信して、回転機構５の回転台モータ５Ａ、可動機構１０９Ａ〜１０９Ｄのステッピングモータ１３３Ａ〜１３３Ｄを駆動してコンデンサスピーカ１０２から放音する音声の焦点をｐ_ｎ に合わせる。

次に、音声入出力装置が音源の位置を推定してコンデンサスピーカの向きを変更する動作について、フローチャートに基づいて説明する。図１１は、音声入出力装置の動作を説明するためのフローチャートである。図１２は、音声入出力装置の動作を示す図である。

音声入出力装置１は、マイクロホン７Ａ〜７Ｈで周囲の音声を収音している。演算ユニット４１は、話者Ｗの音声を検出すると（ｓ１１）、音源位置推定回路４４で話者Ｗの位置を推定する（ｓ１２）。そして、現在のコンデンサスピーカ２の放音面２Ａの焦点位置が、話者Ｗの推定位置であるか否かを確認する（ｓ１３）。音源位置推定回路４４は、現在のコンデンサスピーカ２の放音面２Ａの焦点位置が、話者Ｗの推定位置である場合には、音源位置情報をモータ制御回路１４５へ出力せずに、ステップｓ１１の処理を行う。一方、音源位置推定回路４４は、図1２（Ａ）に示すように、現在のコンデンサスピーカ２の放音面２Ａの焦点位置が、話者Ｗの推定位置と異なる場合には、音源位置情報をモータ制御回路１４５へ出力する。そして、モータ制御回路１４５は、この音源位置情報に基づいて回転台モータ５Ａ及びステッピングモータ１３３Ａ〜１３３Ｄを所定量回転させて、図1２（Ｂ）に示すように、コンデンサスピーカ１０２の放音面１０２Ａの向きを話者Ｗの方向に変更するとともに、コンデンサスピーカ１０２から放音する音声の焦点位置を話者Ｗの位置に変更する（ｓ１４）。

このように、コンデンサスピーカ１０２の放音面１０２Ａから放音する音声の焦点位置を変更して、音声信号を入力端子４９から入力することで、音声入出力装置１０１のコンデンサスピーカ１０２から話者Ｗの推定位置で焦点を結ぶ音声を放音させることができる。

以上のように、本発明の音声入出力装置によれば、複数のスピーカユニットを用いることなく、またコストアップすることなく、簡単な構成で、音声の収音、拡散、など音声の放音方向を制御することができる。

なお、以上の説明では、音声入出力装置１０１の平板型スピーカユニットとして、コンデンサスピーカ１０２を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、振動板が可撓性を有しており、また振動板の曲率を変更して、形状を凸曲面状、平面状、及び凹曲面状にできるスピーカであれば、例えばパネル型のダイナミックスピーカであっても良い。

音声入出力装置の概略構成を示す斜視図である。 音声入出力装置のブロック図である。 コンデンサスピーカの概略構成図である。 音声入出力装置の上面図及びコンデンサスピーカの放音面２Ａを凹曲面状及び平面状に設定した場合の放音領域を示す図である。 マイクロホンの配置と収音領域を示す図である。 音声入出力装置の動作を説明するためのフローチャートである。 音声入出力装置の概略構成を示す斜視図である。 音声入出力装置のブロック図である。 コンデンサスピーカの形状を変形させる構成を説明するための図である。 音声入出力装置の上面図及びコンデンサスピーカの放音面を凹面状・平面状・及び凸曲面状にした場合の放音領域を示す図である。 音声入出力装置の動作を説明するためのフローチャートである。 音声入出力装置の動作を示す図である。

符号の説明

１，１０１−音声入出力装置 ２，１０２−コンデンサスピーカ ３，１０３−支柱 ４−回転台 ５−回転機構 ６Ａ〜６Ｅ−固定アーム ７Ａ〜７Ｈ−マイクロホン ８Ａ〜８Ｄ，１０９Ａ〜１０９Ｄ−可動機構 ４１−演算ユニット ４２−Ａ／Ｄ変換回路 ４３−加算器 ４４−音源位置推定回路 ４５−モータ制御回路 ４６−入力音声強調回路 ４７−回り込み音推定回路 ４８−出力端子 ４９−入力端子 １３３Ａ−ステッピングモータ １４５−モータ制御回路 １６１−操作部 １６２−記憶部

Claims (4)

1. 凸曲面状、凹曲面状または平面状の放音面を有し、入力された音声信号に応じた音声を放音する平板型スピーカユニットと、
   それぞれ異なる位置に設置された複数のマイクロホンと、
   前記平板型スピーカユニットの放音面の向きを変更する向き変更手段と、
   前記複数のマイクロホンの各々で収音した音声に基づいて音源の位置を推定し、前記平板型スピーカユニットの放音面の向きを音源の方向に変更させるよう前記向き変更手段を制御する音源位置推定手段と、
   を備えた音声入出力装置。
2. 可撓性を有するパネル状の放音面を有し、入力された音声信号に応じた音声を放音する平板型スピーカユニットと、
   前記平板型スピーカユニットの放音面の曲率を変更する曲率変更手段と、
   それぞれ異なる位置に設置された複数のマイクロホンと、
   前記スピーカ装置の放音面の向きを変更する向き変更手段と、
   前記複数のマイクロホンの各々で収音した音声から音源の位置を推定し、前記平板型スピーカユニットの放音面の向きを音源の方向に変更するとともに、平板型スピーカユニットの曲率を変更して、前記推定した音源の位置を平板型スピーカユニットから放音する音声の焦点位置に設定するよう前記向き変更手段を制御する音源位置推定手段と、
   を備えた音声入出力装置。
3. 前記平板型スピーカユニットの放音面における曲率の設定を受け付ける操作手段を備え、
   前記音源位置推定手段は、前記操作手段で受け付けた設定に応じて、前記変形機構を制御して前記平板型スピーカユニットの曲率を変更させる請求項１または２に記載の音声入出力装置。
4. 前記平板型スピーカユニットは、可撓性を有する電極及び振動板を備えた平板状のコンデンサスピーカであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の音声入出力装置。

Images