JP2008011342A

JP2008011342A - 音響特性測定装置および音響装置

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Publication number: JP2008011342A
Application number: JP2006181432A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Eto; 雅弘江藤
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2008-01-17

Abstract

【課題】受聴者自身の身体の影響を考慮し、音場空間内の音響特性の測定精度を向上する。
【解決手段】測定用信号生成部１５で生成した測定用信号をマルチチャンネルスピーカ１の各スピーカから放射し、所定の受聴位置に配置された受聴者Ａの左右の外耳にそれぞれ装着されたマイクロホン２Ａ，２Ｂにより測定用信号を収音する。信号処理部５は、マイクロホン２Ａ，２Ｂで生成された収音信号に基づいて、マルチチャンネルスピーカ１が配置された音場空間の音響特性を測定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、音場空間における音響特性を測定する音響特性測定装置および音場補正を行う音響装置に関する。

従来、スピーカを用いたオーディオ再生装置、特にマルチチャンネルスピーカを配したシステムにおいて、最適なリスニング環境の創生を目的とした技術が各種提案されている。

例えば、特許文献１に開示された技術では、受聴位置に音場測定用マイクロホンを設置し、各スピーカと受聴位置間における周波数特性、再生レベル、タイムアライメント、スピーカの大きさ（スピーカのクロスオーバー周波数）などの音響特性を抽出するために、目的とする音響特性に対応したテスト信号をスピーカで再生し、スピーカで再生したテスト信号をマイクロホンで収音する。そして、マイクロホンで収音したテスト信号を、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）を用いて解析して、各種の音響特性を得る。ここで、使用する音場測定用マイクロホンは１つであり、受聴位置に三脚などに固定して設置している。

また、特許文献２には、ヘッドセットを受聴者に装着し、このヘッドセットを用いて、複数点において音場空間の音響特性を測定した後、音場空間の平均的な音響特性を算出する技術が開示されている。
特開２００２−３５４５９９号公報特開２００３−３２４７８８号公報

しかし、特許文献１に開示された技術では、ただ１つのマイクロホンを使用するので、音場空間の１点のみを制御することになり、音場空間に特異的なピーク、ディップ等が存在する場合に、音響特性の測定結果にこれらの影響が現れることがある。また、音響特性は音場空間内に受聴者自身が存在することにより影響を受けることがあるが、特許文献１に開示された技術では、この受聴者自身の影響を考慮していないため、実際に受聴者が視聴を行う際の音響特性を正確に測定することが難しかった。

また、特許文献２に開示された技術では、各スピーカ間の距離、レベルが平均化されてしまい、測定結果が厳密性に欠ける可能性がある。

さらに、特許文献１，２に開示された技術では、音場空間の音響特性を測定するに際して、目的とする音響特性ごとに、各々に適したテスト信号を順次再生するので、すべての音響特性を測定するのに長時間を要していた。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、受聴者自身の身体の影響を考慮し、音場空間内の音響特性の測定精度を向上することができる音響特性測定装置およびこの音響特性測定装置の測定結果を用いて最適な音場補正を行う音響装置を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、すべての音響特性を測定するために要する時間を短縮することである。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、サブウーハチャンネルを含む複数のチャンネルのスピーカを有するスピーカ群に対して、音響特性の測定を行う音響特性測定装置において、音声を収音する収音手段と、前記スピーカ群に含まれる各スピーカから受聴位置における受聴者の両耳の位置へのインパルス応答を測定するための測定用信号を生成して前記各スピーカに供給する測定用信号生成手段と、前記各スピーカから放射された前記測定用信号に対応する音声が、受聴位置での前記受聴者の両耳にそれぞれ装着された状態の前記収音手段で収音されて生成された収音信号に基づいて、前記各スピーカから前記受聴者の両耳の位置へのインパルス応答を算出することにより、前記各スピーカについて、前記受聴者の両耳に対応する２つの頭部伝達関数を算出する頭部伝達関数算出手段と、前記各スピーカについて、前記頭部伝達関数算出手段で算出した前記２つの頭部伝達関数に対して重み付けを行って一意的な周波数特性を算出し、この周波数特性を１／３オクターブバンド解析して１／３オクターブバンド特性を算出し、この１／３オクターブバンド特性に基づいて当該スピーカの平均パワースペクトルを算出するとともに、前記頭部伝達関数における所定の低域周波数に対して周波数対パワースペクトルより最小自乗曲線を算出し、前記最小自乗曲線においてパワースペクトルが前記平均パワースペクトルに対して所定のパワー以下となる周波数を当該スピーカのクロスオーバー周波数として算出するクロスオーバー周波数算出手段と、前記各スピーカについて、前記頭部伝達関数算出手段で算出した、当該スピーカに対応する前記２つの頭部伝達関数の積分値を算出し、算出した積分値に基づいて、当該スピーカの結線の正負が正しく接続されているかどうかを判定する位相判定手段と、前記各スピーカについて、当該スピーカに対応する前記２つの頭部伝達関数それぞれについて、当該頭部伝達関数のピーク値に基づいて所定の閾値を定め、さらに、当該頭部伝達関数において前記閾値を超える値をとる時間の中からサンプル時点を定め、このサンプル時点における時間遅延量から、予め測定された本装置内の応答時間遅延量を差し引き、この結果算出された時間遅延量に基づいて、当該スピーカから前記受聴者の各耳の位置までの距離を算出する距離算出手段と、この距離算出手段で算出した前記各スピーカから前記受聴者の各耳の位置までの距離に基づいて、前記受聴者に対する前記各スピーカの設置位置を算出する位置算出手段と、前記各スピーカについて、前記クロスオーバー周波数算出手段で算出した前記１／３オクターブバンド特性および前記平均パワースペクトルに基づいて、当該スピーカから放射される音声の周波数特性を補正するための周波数補正係数を算出する周波数補正係数算出手段と、前記各スピーカについて、前記クロスオーバー周波数算出手段で算出した前記１／３オクターブバンド特性に対して、前記周波数補正係数算出手段で算出した前記周波数補正係数により定まる周波数補正特性を重畳し、さらに１／３オクターブバンド解析を行うことにより補正後の平均パワースペクトルを算出し、算出した前記各スピーカについての前記補正後の平均パワースペクトルに基づいて、各スピーカ間の出力レベル差を算出するスピーカ間レベル差算出手段とを備えることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の音響特性測定装置を備えた音響装置であり、入力されたオーディオ信号を処理し前記スピーカ群に出力する音響装置であって、前記音響特性測定装置の前記周波数補正係数算出手段で算出した、前記各スピーカに対応した前記周波数補正係数により定まる周波数補正特性を用いて、外部から入力されたオーディオ信号に対して周波数補正処理を施す周波数補正手段と、前記サブウーハチャンネル以外のチャンネルについて、前記オーディオ信号のうち、前記音響特性測定装置の前記クロスオーバー周波数算出手段で算出した当該チャンネルのスピーカの前記クロスオーバー周波数より低い周波数帯域の信号を、前記サブウーハチャンネルのスピーカから放射されるように振り分ける低音管理手段と、前記音響特性測定装置の前記距離算出手段で算出した前記各スピーカから前記受聴者の各耳の位置までの距離に基づいて、前記各スピーカから放射された音声が前記受聴者に対して同時に到達するように前記オーディオ信号に遅延処理を施す距離補正手段と、前記音響特性測定装置の前記スピーカ間レベル差算出手段で算出したスピーカ間の出力レベル差に基づいて、前記各スピーカの出力レベルが等しくなるように前記オーディオ信号に対してゲイン調整を行うレベル補正手段と、前記音響特性測定装置の前記位相判定手段の判定結果に基づいて、前記各スピーカについて、当該スピーカの結線の正負が逆に接続されていると判定されている場合は、当該スピーカに供給される前記オーディオ信号の位相を反転させる位相補正手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、音場空間内の所定の受聴位置に配置された受聴者の両耳にそれぞれ装着された収音手段を用いて音響特性の測定を行うので、受聴者自身の身体の影響を考慮した音響特性を測定することができ、測定精度を向上することができる。また、この測定結果を用いることで、最適な音場補正を行うことができる。

また、各スピーカから受聴者の両耳の位置への頭部伝達関数を算出し、算出した頭部伝達関数に基づいて音響特性を算出するので、すべての音響特性を測定するために要する時間を短縮することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係る音響装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように本実施の形態に係る音響装置は、音場空間内に配置されたマルチチャンネルスピーカ１と、マルチチャンネルスピーカ１が配置された音場空間内の所定の受聴位置に配置された受聴者Ａの左右の外耳にそれぞれ装着され、音場空間内の音声を収音するインナーイヤホン型のマイクロホン２Ａ，２Ｂと、マイクロホン２Ａ，２Ｂの出力信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）３と、ＡＤＣ３または外部の音源１１からの信号のいずれかを出力するスイッチ４と、マイクロホン２Ａ，２Ｂの出力信号に基づいて、マルチチャンネルスピーカ１が配置された音場空間の音響特性を検出し、また、検出された音響特性に基づいて、音源１１からのオーディオ信号に対して音場最適化処理を行う信号処理部５と、信号処理部５の出力信号をアナログ信号に変換するデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）６と、ＤＡＣ６からの信号を増幅してマルチチャンネルスピーカ１に供給する増幅部７と、信号処理部５で算出した音響特性を表示する表示デバイス８と、表示デバイス８を制御する表示デバイス制御部９と、装置に設けられた各部を制御する制御部１０とを備える。表示デバイス８は、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）からなる。

マルチチャンネルスピーカ１は、フロントＬチャンネルのＬスピーカ１０１と、フロントＲチャンネルのＲスピーカ１０２と、フロントＣチャンネルのＣスピーカ１０３と、サラウンドＬチャンネルのＳＬスピーカ１０４と、サラウンドＲチャンネルのＳＲスピーカ１０５と、サラウンドバックＬチャンネルのＳＢＬスピーカ１０６と、サラウンドバックＲチャンネルのＳＢＲスピーカ１０７と、サブウーハチャンネル（ＬＦＥチャンネル）のサブウーハ（ＳＷ）１０８とを備える。

信号処理部５は、スイッチ４を介して入力された信号をデコードするデコーダ部１２と、デコーダ部１２から入力される信号の出力先の切替を行うスイッチ１３と、スイッチ１３を介して入力されるマイクロホン２Ａ，２Ｂの出力信号に基づいて、マルチチャンネルスピーカ１が配置された音場空間の音響特性を検出する音響特性検出部１４と、音響特性検出部１４で検出した音響特性を用いて、スイッチ１３を介して音源１１から入力されるオーディオ信号に対して音場最適化処理を行う音場最適化部１９と、ＤＡＣ６へ出力する信号の供給元の切替を行うスイッチ２０とを備える。信号処理部５は、ＤＳＰ等により構成され、信号処理部５の処理は、制御部１０の制御に応じて実行される。

音響特性検出部１４は、インパルス応答を測定するために用いるタイムストレッチドパルス（ＴＳＰ：Time Stretched Pulse）やＭ系列ノイズ等の測定用信号を生成する測定用信号生成部１５と、マイクロホン２Ａ，２Ｂの出力信号に基づいて、マイクロホン２Ａ，２Ｂのマイクレベル、音場空間の暗騒音レベルを算出する環境測定部１６と、マイクロホン２Ａ，２Ｂの出力信号に基づいて、各スピーカから受聴者Ａの両耳の位置へのインパルス応答を算出することにより、各スピーカについて、受聴者Ａの両耳に対応する２つの頭部伝達関数（ＨＲＴＦ：Head Related Transfer Function）を算出するＨＲＴＦ算出部１７と、ＨＲＴＦ算出部１７で算出した各スピーカについての頭部伝達関数を用いて、音場空間の音響特性を算出する音場解析部１８とを備える。

図２は図１に示す音響装置の信号処理部５に含まれる音場解析部１８の構成を示すブロック図である。図２に示すように音場解析部１８は、各スピーカについて、頭部伝達関数算出のための測定用信号放射時におけるマイクロホン２Ａ，２Ｂのマイクレベルおよび頭部伝達関数に基づいて、スピーカの接続の有無を算出するスピーカ接続判定部２１と、各スピーカについて、そのスピーカの低域を再生する能力を示すクロスオーバー周波数を頭部伝達関数に基づいて算出するクロスオーバー周波数算出部２２と、各スピーカについて、頭部伝達関数に基づいて、そのスピーカの結線の正負が正しく接続されているかどうかを判定するスピーカ位相判定部２３と、各スピーカと受聴者Ａとの距離を頭部伝達関数に基づいて算出するスピーカ距離算出部２４と、スピーカ距離算出部２４で算出した受聴者Ａとスピーカとの距離に基づいて、各スピーカの設置位置を受聴者Ａに対する角度として算出するスピーカ位置算出部２５と、各スピーカについて、そのスピーカから放射される音声の周波数特性を補正するための周波数補正係数を、頭部伝達関数に基づいて算出する周波数補正係数算出部２６と、頭部伝達関数に基づいて、各スピーカ間の出力レベルの差を算出するスピーカ間レベル差算出部２７と、各スピーカについての頭部伝達関数に基づいて、音場空間の残響特性を算出する残響特性算出部２８と、各スピーカについての頭部伝達関数に基づいて、音場空間における音声明瞭度を算出する音声明瞭度算出部２９とを備える。

図３は図１に示す音響装置の信号処理部５に含まれる音場最適化部１９の構成を示すブロック図である。図３に示すように音場最適化部１９は、周波数補正係数算出部２６で算出した、各スピーカに対応する周波数補正係数を用いて、音源１１からスイッチ１３を介して供給されるオーディオ信号に周波数補正処理を施す周波数補正部３０と、サブウーハチャンネル以外のチャンネルについて、周波数補正部３０から出力されたオーディオ信号のうち、クロスオーバー周波数算出部２２で算出したそのチャンネルのクロスオーバー周波数より低い周波数帯域の信号を、サブウーハチャンネルに振り分ける低音管理部３１と、スピーカ距離算出部２４で算出された各スピーカと受聴者Ａとの間の距離に基づいて、各スピーカから放射された音声が受聴者Ａに対して同時に到達するように、低音管理部３１から出力されたオーディオ信号に遅延処理を施す距離補正部３２と、スピーカ間レベル差算出部２７で算出されたスピーカ間の出力レベル差に基づいて、各スピーカの出力レベルが等しくなるように、距離補正部３２から出力されたオーディオ信号に対してゲイン調整を行うレベル補正部３３と、スピーカ位相判定部２３の判定結果に基づいて、各スピーカついて、そのスピーカの結線の正負が逆に接続されていると判定されている場合は、そのスピーカに供給されるオーディオ信号の位相を反転させる位相補正部３４とを備える。

周波数補正部３０は、各スピーカに対応したパラメトリックイコライザ（ＰＥＱ）３０１〜３０８を備える。ＰＥＱ３０１〜３０８には、周波数補正係数算出部２６で算出された各スピーカについての周波数補正係数により定まる周波数補正特性が設定される。

低音管理部３１は、サブウーハ１０８以外の各スピーカに対応したハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３１Ａ_１〜３１Ａ_７、増幅器３１Ｂ_１〜３１Ｂ_７，３１Ｃ_１〜３１Ｃ_７、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３１Ｄ_１〜３１Ｄ_７、増幅器３１Ｅ_１〜３１Ｅ_７を備える。また、低音管理部３１は、アッテネータ３１１，３１２、ＬＰＦ３１３、加算器３１４を備える。

ＨＰＦ３１Ａ_１〜３１Ａ_７およびＬＰＦ３１Ｄ_１〜３１Ｄ_７には、対応するスピーカのクロスオーバー周波数が設定され、ＨＰＦ３１Ａ_１〜３１Ａ_７は設定されたクロスオーバー周波数以上の周波数を通過帯域とし、ＬＰＦ３１Ｄ_１〜３１Ｄ_７は設定されたクロスオーバー周波数以下の周波数を通過帯域とする。

低音管理部３１は、制御部１０の制御により、サブウーハチャンネル以外の各チャンネルについて、そのチャンネルのスピーカのクロスオーバー周波数が所定の閾値未満の場合は、入力されたオーディオ信号を増幅器３１Ｃ_１〜３１Ｃ_７で増幅して距離補正部３２に出力する。そのチャンネルのスピーカのクロスオーバー周波数が所定の閾値以上の場合は、入力されたオーディオ信号をＨＰＦ３１Ａ_１〜３１Ａ_７およびＬＰＦ３１Ｄ_１〜３１Ｄ_７に供給し、ＨＰＦ３１Ａ_１〜３１Ａ_７を通過した信号を増幅器３１Ｂ_１〜３１Ｂ_７で増幅して距離補正部３２に出力し、ＬＰＦ３１Ｄ_１〜３１Ｄ_７を通過した信号を増幅器３１Ｅ_１〜３１Ｅ_７で増幅してアッテネータ３１１に供給する。

アッテネータ３１１は、増幅器３１Ｅ_１〜３１Ｅ_７から入力される信号をそれぞれ減衰して加算器３１４に出力する。アッテネータ３１１は、サブウーハチャンネルのＰＥＱ３０８から出力されたオーディオ信号を減衰してＬＰＦ３１３に供給する。ＬＰＦ３１３にはサブウーハ１０８のクロスオーバー周波数が設定されており、サブウーハ１０８のクロスオーバー周波数以下の周波数を通過帯域とする。加算器３１４は、ＬＰＦ３１３を通過した信号に、アッテネータ３１１からの出力信号を加算して、距離補正部３２に出力する。

距離補正部３２は、各スピーカに対応した遅延回路３２１〜３２８を備える。遅延回路３２１〜３２８には、スピーカ距離算出部２４で算出された各スピーカと受聴者Ａとの間の距離に基づいて、各スピーカから放射された音声が受聴者Ａに対して同時に到達するようにするための遅延時間が設定される。

レベル補正部３３は、各スピーカに対応したゲイン補正回路３３１〜３３８を備える。ゲイン補正回路３３１〜３３８には、スピーカ間レベル差算出部２７で算出されたスピーカ間の出力レベル差に基づいて、各スピーカの出力レベルを等しくするためのゲイン補正量が設定される。

位相補正部３４は、各スピーカに対応した位相反転回路３４１〜３４８を備える。位相反転回路３４１〜３４８は、対応するスピーカの結線の正負が逆に接続されていると判定されている場合、制御部１０の制御により、そのスピーカに供給されるオーディオ信号の位相を反転させる。

次に、本実施の形態に係る音響装置において音場空間の音響特性を測定する手順を説明する。図４は図１に示す音響装置において音響特性を測定する手順を示すフローチャートである。この音響特性を測定する動作は、図示しないリモコン等で音響特性測定の実行指示が入力されると実行される。

まず、ステップＳ１０では、測定用信号生成部１５は、ＴＳＰやＭ系列ノイズ等の測定用信号を生成する。生成された測定用信号はスイッチ２０を介してＤＡＣ６に供給され、ＤＡＣ６でアナログ信号に変換された後、増幅部７で増幅されて、マルチチャンネルスピーカ１の各スピーカに供給される。そして、測定用信号は各スピーカから音声として放射される。

受聴者Ａの左右の外耳にそれぞれ装着されたマイクロホン２Ａ，２Ｂは、各スピーカから放射された測定用信号に対応する音声を収音し、電気信号に変換して収音信号を出力する。マイクロホン２Ａ，２Ｂから出力された収音信号は、ＡＤＣ３でデジタル信号に変換された後、スイッチ４を介してデコーダ部１２に入力され、ここでデコード処理され、スイッチ１３を介して音響特性検出部１４に入力される。

次に、ステップＳ２０において、音響特性検出部１４の環境測定部１６は、収音信号に基づいて、マイクロホン２Ａ，２Ｂのマイクレベル、音場空間の暗騒音レベルを算出する。算出されたマイクレベル、暗騒音レベルに基づいて、マルチチャンネルスピーカ１は、制御部１０の制御により、各スピーカの再生レベルを調整する。また、暗騒音レベルが所定のレベルより高い場合は、音響特性の測定に適していない環境であるとして、制御部１０の制御により、音響特性の測定を中止する。

次に、ステップＳ３０において、制御部１０の制御により、あらためて測定用信号が各スピーカから放射され、放射された測定用信号がマイクロホン２Ａ，２Ｂで収音されて生成された収音信号が、ＡＤＣ３でデジタル信号に変換され、デコーダ部１２でデコードされた後、音響特性検出部１４に入力される。そして、音響特性検出部１４のＨＲＴＦ算出部１７は、マイクロホン２Ａ，２Ｂで生成された収音信号に基づいて、各スピーカから受聴者Ａの両耳の位置へのインパルス応答を算出することにより、各スピーカについて、受聴者Ａの両耳に対応する２つの頭部伝達関数を得て、これを保持する。また、ＨＲＴＦ算出部１７は、マイクロホン２Ａ，２Ｂで生成された収音信号に基づいて、マイクロホン２Ａ，２Ｂのマイクレベルを算出する。

次に、ステップＳ４０において、音場解析部１８のスピーカ接続判定部２１は、各スピーカについて、ＨＲＴＦ算出部１７で算出された２つの頭部伝達関数に対して、周波数軸上で重み付けを行って一意的な周波数特性を算出し、この周波数特性を１／３オクターブバンド解析して、１／３オクターブバンド特性を算出する。そして、スピーカ接続判定部２１は、この１／３オクターブバンド特性と、ステップＳ３０においてＨＲＴＦ算出部１７で算出されたマイクロホン２Ａ，２Ｂのマイクレベルに基づいて、各スピーカの接続の有無を判定する。

次に、ステップＳ５０において、音場解析部１８のクロスオーバー周波数算出部２２は、ＨＲＴＦ算出部１７で算出した頭部伝達関数に基づいて、各スピーカのクロスオーバー周波数を算出する。

クロスオーバー周波数算出部２２におけるクロスオーバー周波数を算出する方法について説明する。図５はクロスオーバー周波数の算出例を示す図である。まず、ステップＳ４０と同様に、１つのスピーカに対して算出された２つの頭部伝達関数に対して、周波数軸上で重み付けを行い、一意的な周波数特性（ＨＲＴＦ特性）を算出する。そして、算出した周波数特性（ＨＲＴＦ特性）を１／３オクターブバンド解析して、１／３オクターブバンド特性を算出する。そして、この１／３オクターブバンド特性に基づいて、対象のスピーカの平均パワースペクトルを求める。

また、算出した周波数特性（ＨＲＴＦ特性）から、さらに低域周波数（２０〜最大４００Ｈｚ）に対して、周波数対パワースペクトルより最小自乗曲線を算出し、算出した最小自乗曲線におけるパワースペクトルが、先に算出した平均パワースペクトルに対して、所定の閾値以下となる周波数を、対象のスピーカのクロスオーバー周波数として算出する。

なお、ここで算出した平均パワースペクトルが、ステップＳ２０において環境測定部１６で測定された暗騒音レベルに対して、ある閾値より低い場合については、対象とするスピーカは接続されていないものと判断する。ステップＳ４０でのスピーカ接続判定に、ここでの判断を加えることで、スピーカ接続の有無をより確実に判定することができる。

次に、ステップＳ６０において、音場解析部１８のスピーカ位相判定部２３は、ＨＲＴＦ算出部１７で算出した頭部伝達関数に基づいて、各スピーカの結線の正負が正しく接続されているかどうかを判定する。

スピーカ位相判定部２３において位相判定を行う方法について説明する。まず、算出した２つの頭部伝達関数の時系列データの積分値を算出し、算出した積分値が所定の閾値以上であれば同位相とし、所定の閾値未満であれば逆位相とする。ここで、同位相とはスピーカ結線の正負が正しく接続されていることであり、逆位相とは、スピーカ結線の正負が逆に接続されていることである。図６に頭部伝達関数の時系列データの一例を示す。

さらに、逆位相と判断された場合は、頭部伝達関数の時系列データにおける正方向のピーク値点（時間的到達時間Ｔ_ｍａｘ）および負方向におけるピーク値点（時間的到達時間Ｔ_ｍｉｎ）において、ピーク値の大きさ、ピーク位置の時間的到達時間より再判定を行う。負方向のピーク値が大きく、かつＴ_ｍａｘ＞Ｔ_ｍｉｎの場合に、逆位相と判定し、それ以外は同位相と判定する。

次に、ステップＳ７０において、音場解析部１８のスピーカ距離算出部２４は、ＨＲＴＦ算出部１７で算出した頭部伝達関数に基づいて、各スピーカから受聴者Ａまでの距離を算出する。

スピーカ距離算出部２４において各スピーカから受聴者Ａまでの距離を算出する方法について説明する。１つのスピーカに対して算出された２つのＨＲＴＦのそれぞれについて、そのピーク値から閾値を定め、その閾値を超えるサンプル時点を求める。ここで定める閾値は、例えばピーク値の８０％の値とする。

そして、この２つのサンプル時点における時間遅延量から、予め測定された装置内の応答時間遅延量を差し引き、この結果算出された時間遅延量に基づいて、対応するスピーカから受聴者Ａの左右の各耳の位置までの距離を算出する。また、ここで算出したスピーカから受聴者Ａの左耳までの距離と右耳までの距離とを平均して、その結果をスピーカと受聴者Ａとの距離とする。ここで、サンプル時点における時間遅延量は、測定用信号が信号処理部５から出力されてから、対応する音声がマイクロホン２Ａ，２Ｂで収音され、収音信号がＡＤＣ３、スイッチ４を介して信号処理部５に入力されるまでの時間である。

また、装置内の応答時間遅延量は、装置内部で閉ループバックを形成し、インパルス応答を測定することで算出する。図７は応答時間遅延を算出するための装置内の閉ループバックを示す図である。装置内の応答時間遅延量は、測定用信号が信号処理部５から出力されてから、ＤＡＣ６、増幅部７、応答時間遅延量測定経路４１、ＡＤＣ３、スイッチ４を介して信号処理部５に入力されるまでの時間である。この装置内の応答時間遅延量は、予め測定され、信号処理部５内の図示しないメモリに記憶されているものとする。

次に、ステップＳ８０において、音場解析部１８のスピーカ位置算出部２５は、スピーカ距離算出部２４で算出した各スピーカから受聴者Ａの各耳の位置までの距離に基づいて、受聴者Ａに対する各スピーカの設置位置（受聴者Ａに対する各スピーカの設置角度）を算出する。

図８はスピーカ位置を算出する方法を説明するための図である。図８に示すように、受聴者Ａの頭部を中心とした２次元平面を想定し、ステップＳ７０においてスピーカ距離算出部２４で算出した左右の耳までの距離をそれぞれｄ_１，ｄ_２とする。

このとき、受聴者Ａの頭部半径ａとすると、それぞれ（ｘ，ｙ）＝（−ａ，０），（ａ，０）を中心とする半径ｄ_１，ｄ_２の円５１，５２が交差する交点５３，５４がスピーカ設置位置となり、２つの候補が定まる。マルチチャンネルスピーカシステムの場合、Ｌスピーカ１０１、Ｒスピーカ１０２、Ｃスピーカ１０３に対しては受聴者Ａに対して前方向の交点を解として選択し、ＳＬスピーカ１０４、ＳＲスピーカ１０５、ＳＢＬスピーカ１０６、ＳＢＲスピーカ１０７に対しては後ろ方向の交点を解とする。なお、ここでは、受聴者Ａの各耳と各スピーカとは同一平面上にあることを前提とする。

次に、ステップＳ９０において、音場解析部１８の周波数補正係数算出部２６は、各スピーカについて、クロスオーバー周波数算出部２２で算出した１／３オクターブバンド特性および平均パワースペクトルに基づいて、スピーカから放射される音声の周波数特性を補正するための周波数補正係数を算出する。

図９は周波数補正係数の算出例を示す図である。図９に示す１／３オクターブバンド特性におけるピーク、ディップが発生している周波数を特異点として抽出する。図９に示す例では、Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ点が特異点となる。そして、周波数特性の補正に用いるＰＥＱの中心周波数、レベル、Ｑ値を周波数補正係数として算出する。ＰＥＱの中心周波数は、各特異点の周波数とする。さらに、図９に示すように、各特異点における平均パワースペクトルとのレベル差をＰＥＱのレベルとし、また、各特異点に対して補正を必要とする周波数の幅をＱ値とする。そして、このように算出した中心周波数、レベル、Ｑ値より、ＰＥＱの周波数補正特性を算出する。なお、対象とするＰＥＱのバンド数は任意とし、特異点のレベル差の大きいものから順に選択を行う。

次に、ステップＳ１００において、音場解析部１８のスピーカ間レベル差算出部２７は、各スピーカについて、クロスオーバー周波数算出部２２で算出した１／３オクターブバンド特性に対して、周波数補正係数算出部２６で算出した周波数補正係数により定まるＰＥＱの周波数補正特性を重畳し、さらに１／３オクターブバンド解析を行うことにより補正後の平均パワースペクトルを算出する。そして、算出した各スピーカについての補正後の平均パワースペクトルに基づいて、各スピーカ間の出力レベル差を算出する。

次に、ステップＳ１１０において、音場解析部１８の残響特性算出部２８は、ＨＲＴＦ算出部１７ですべてのスピーカに対して算出した左右２つの頭部伝達関数から残響特性を算出し、各スピーカの残響特性に対して重み付けを行い音場空間の全体の残響特性を算出する。また、音場解析部１８の音声明瞭度算出部２９は、ＨＲＴＦ算出部１７ですべてのスピーカに対して算出した左右２つの頭部伝達関数から音声明瞭度を算出し、各スピーカの音声明瞭度に対して重み付けを行い音場空間の全体の音声明瞭度を算出する。残響特性、音声明瞭度は周知の方法により算出することができるので詳細は省略する。

上述のステップＳ５０〜Ｓ１１０で算出された音響特性は、音場最適化部１９に出力されるとともに、表示デバイス制御部９に出力される。そして、表示デバイス制御部９は、制御部１０の制御により、音響特性を表示デバイス８に表示させる。

表示デバイス８の表示画面の一例を図１０、図１１に示す。図１０に示した例は、ＰＥＱの周波数補正特性を簡易的に表示するものである。図示しないリモコン等でユーザにより表示チャンネルが選択されると、制御部１０の制御により、選択されたチャンネルがスピーカチャンネル情報表示部６１に表示され、ＰＥＱ設定表示部６２には選択されたチャンネルに対応するＰＥＱの周波数補正特性が表示される。

ＰＥＱ設定表示部６２はレベル表示部６２１〜６２９を有する。レベル表示部６２１〜６２９は９つに分けられた周波数帯域に対応し、各周波数帯域に属するＰＥＱの中心周波数におけるＰＥＱのレベルが、レベル表示部６２１〜６２９に表示されるようになっている。

サブウーハチャンネル（ＬＦＥチャンネル）が表示チャンネルとして選択された場合は、図１１に示すように、サブウーハ１０８のクロスオーバー周波数を簡易的に表示する。図１１（ａ）〜（ｆ）に示す例は、８０〜１００Ｈｚを６段階に分けてクロスオーバー周波数を表示するもので、レベル表示部６２１〜６２９の表示によって、クロスオーバー周波数の範囲を示すようになっている。

また、表示デバイス８として高精度表示デバイス（ＰＣ等）を用いた場合の表示画面の一例を図１２に示す。図１２に示す表示画面において、各スピーカの配置がスピーカレイアウト表示欄７１に表示され、音場解析部１８で算出された各音響特性がセッティングパラメータ表示欄７２に表示される。

スピーカレイアウト表示欄７１には、スピーカ距離算出部２４で算出された各スピーカと受聴者Ａとの距離、スピーカ位置算出部２５で算出された受聴者Ａに対する各スピーカの位置（角度）に基づいて、各スピーカの配置が表示される。

セッティングパラメータ表示欄７２には、各チャンネルについて、スピーカの大きさ（サイズ）、クロスオーバー周波数、受聴者Ａとの距離、受聴者Ａに対する角度、スピーカ間の出力レベル差、位相を表示が表示される。ここで、スピーカの大きさは、クロスオーバー周波数が所定の閾値未満の場合は「ＬＡＲＧＥ」、所定の閾値以上の場合は「ＳＭＡＬＬ」と表示される。また、位相は、スピーカ位相判定部２３において同位相と判定されたスピーカについては「ＩＮ」、逆位相と判定されたスピーカについては「ＯＵＴ」と表示される。

また、表示デバイス８として高精度表示デバイスを用いた場合の表示画面の他の一例を図１３に示す。図１３に示す表示画面において、左側上段には表示選択されたチャンネルの頭部伝達関数、左側下段にはＰＥＱの周波数補正特性が表示される。また右側には、ＰＥＱの各周波数帯域における中心周波数（Ｆ_０）、レベル、Ｑ値が表示される。

次に、音場最適化部１９における音場最適化処理について説明する。音場最適化部１９の処理は、制御部１０の制御に応じて実行される。

音場解析部１８における音響特性の算出が終了すると、制御部１０の制御により、周波数補正部３０のＰＥＱ３０１〜３０８には、周波数補正係数算出部２６で算出された各スピーカについての周波数補正係数により定まる周波数補正特性が設定され、距離補正部３２の遅延回路３２１〜３２８には、スピーカ距離算出部２４で算出された各スピーカと受聴者Ａとの間の距離に基づいて、各スピーカから放射された音声が受聴者Ａに対して同時に到達するようにするような遅延時間が設定される。

また、制御部１０の制御により、レベル補正部３３のゲイン補正回路３３１〜３３８には、スピーカ間レベル差算出部２７で算出されたスピーカ間の出力レベル差に基づいて、各スピーカの出力レベルを等しくするためのゲイン補正量が設定され、ＨＰＦ３１Ａ_１〜３１Ａ_７、ＬＰＦ３１Ｄ_１〜３１Ｄ_７、ＬＰＦ３１３には、対応するスピーカのクロスオーバー周波数が設定される。

そして、図示しないリモコン等で音響再生の実行指示が入力されると、制御部１０の制御により、スイッチ４、スイッチ１３が切替えられ、音源１１から出力されたオーディオ信号がスイッチ４を介してデコーダ部１２に入力され、ここでデコードされた後、スイッチ１３を介して音場最適化部１９の周波数補正部３０に入力される。

そして、オーディオ信号が入力されると、周波数補正部３０は、ＰＥＱ３０１〜３０８により、チャンネルごとにオーディオ信号に周波数補正処理を施し、周波数補正後のオーディオ信号を低音管理部３１に出力する。

低音管理部３１は、制御部１０の制御により、サブウーハチャンネル以外の各チャンネルについて、そのチャンネルのスピーカのクロスオーバー周波数が所定の閾値未満の場合は、入力されたオーディオ信号を増幅器３１Ｃ_１〜３１Ｃ_７で増幅して距離補正部３２に出力する。そのチャンネルのスピーカのクロスオーバー周波数が所定の閾値以上の場合は、低音管理部３１は、制御部１０の制御により、入力されたオーディオ信号をＨＰＦ３１Ａ_１〜３１Ａ_７およびＬＰＦ３１Ｄ_１〜３１Ｄ_７に供給し、ＨＰＦ３１Ａ_１〜３１Ａ_７を通過した信号を増幅器３１Ｂ_１〜３１Ｂ_７で増幅して距離補正部３２に出力し、ＬＰＦ３１Ｄ_１〜３１Ｄ_７を通過した信号を増幅器３１Ｅ_１〜３１Ｅ_７で増幅してアッテネータ３１１に供給する。

そして、アッテネータ３１１は、増幅器３１Ｅ_１〜３１Ｅ_７から入力される信号をそれぞれ減衰して加算器３１４に出力する。アッテネータ３１１は、サブウーハチャンネルのＰＥＱ３０８から出力されたオーディオ信号を減衰してＬＰＦ３１３に供給する。その後、加算器３１４は、ＬＰＦ３１３を通過した信号に、アッテネータ３１１からの出力信号を加算して、生成された信号を距離補正部３２に出力する。

低音管理部３１から出力されたオーディオ信号が入力されると、距離補正部３２は、遅延回路３２１〜３２８に設定された遅延時間により、チャンネルごとにオーディオ信号に遅延処理を施し、遅延処理後のオーディオ信号をレベル補正部３３に出力する。次いで、レベル補正部３３は、遅延処理後のオーディオ信号が入力されると、ゲイン補正回路３３１〜３３８に設定されたゲイン補正量により、チャンネルごとにゲイン調整を行い、ゲイン調整後のオーディオ信号を位相補正部３４に出力する。

そして、位相補正部３４は、制御部１０の制御により、スピーカ位相判定部２３の判定結果に基づいて、各スピーカついて、そのスピーカの結線の正負が逆に接続されている場合は、位相反転回路３４１〜３４８により、そのスピーカに供給されるオーディオ信号の位相を反転させて出力する。結線の正負が正しく接続されている場合は、そのチャンネルのオーディオ信号は位相補正部３４をスルーする。

位相補正部３４から出力されたオーディオ信号は、スイッチ２０を介してＤＡＣ６に出力され、ここでアナログ信号に変換され、増幅部７で増幅された後、マルチチャンネルスピーカ１に供給され、各スピーカから音声として放射される。

このように本実施の形態によれば、音場空間内の所定の受聴位置に配置された受聴者Ａの両耳にそれぞれ装着されたマイクロホン２Ａ，２Ｂを用いて測定用信号を収音し、マイクロホン２Ａ，２Ｂで生成される収音信号に基づいてクロスオーバー周波数等の音響特性を算出するので、受聴者自身の身体の影響を考慮した音響特性を測定することができ、測定精度を向上することができる。また、このようにして測定した音響特性を用いることで、最適な音場補正を行うことができる。

また、各スピーカから受聴者Ａの両耳の位置への頭部伝達関数を算出し、算出した頭部伝達関数に基づいて音響特性を算出するので、目的とする音響特性ごとに適した測定用信号を再生する必要がなく、すべての音響特性を測定するために要する時間を短縮することができる。

本発明の実施の形態に係る音響装置の構成を示すブロック図である。図１に示す音響装置の音場解析部の構成を示すブロック図である。図１に示す音響装置の音場最適化部の構成を示すブロック図である。図１に示す音響装置において音響特性を測定する手順を示すフローチャートである。クロスオーバー周波数の算出例を示す図である。頭部伝達関数の時系列データの一例を示す図である。応答時間遅延を算出するための装置内の閉ループバックを示す図である。スピーカ位置を算出する方法を説明するための図である。周波数補正係数の算出例を示す図である。ＰＥＱの周波数補正特性を簡易的に表示する表示画面の一例を示す図である。サブウーハのクロスオーバー周波数を簡易的に表示する表示画面の一例を示す図である。表示デバイスとして高精度表示デバイスを用いた場合の表示画面の一例を示す図である。表示デバイスとして高精度表示デバイスを用いた場合の表示画面の他の例を示す図である。

符号の説明

１マルチチャンネルスピーカ
２Ａ，２Ｂマイクロホン
３アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）
４，１３，２０スイッチ
５信号処理部
６デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）
７増幅部
８表示デバイス
９表示デバイス制御部
１０制御部
１１音源
１２デコーダ部
１４音響特性検出部
１５測定用信号生成部
１６環境測定部
１７ＨＲＴＦ算出部
１８音場解析部
１９音場最適化部
２１スピーカ接続判定部
２２クロスオーバー周波数算出部
２３スピーカ位相判定部
２４スピーカ距離算出部
２５スピーカ位置算出部
２６周波数補正係数算出部
２７スピーカ間レベル差算出部
２８残響特性算出部
２９音声明瞭度算出部
３０周波数補正部
３１低音管理部
３１Ａ_１〜３１Ａ_７ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）
３１Ｂ_１〜３１Ｂ_７，３１Ｃ_１〜３１Ｃ_７，３１Ｅ_１〜３１Ｅ_７増幅器
３１Ｄ_１〜３１Ｄ_７，３１３ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
３２距離補正部
３３レベル補正部
３４位相補正部
１０１Ｌスピーカ
１０２Ｒスピーカ
１０３Ｃスピーカ
１０４ＳＬスピーカ
１０５ＳＲスピーカ
１０６ＳＢＬスピーカ
１０７ＳＢＲスピーカ
１０８サブウーハ（ＳＷ）
３０１〜３０８ＰＥＱ
３１１，３１２アッテネータ
３１４加算器
３２１〜３２８遅延回路
３３１〜３３８ゲイン補正回路
３４１〜３４８位相反転回路

Claims

サブウーハチャンネルを含む複数のチャンネルのスピーカを有するスピーカ群に対して、音響特性の測定を行う音響特性測定装置において、
音声を収音する収音手段と、
前記スピーカ群に含まれる各スピーカから受聴位置における受聴者の両耳の位置へのインパルス応答を測定するための測定用信号を生成して前記各スピーカに供給する測定用信号生成手段と、
前記各スピーカから放射された前記測定用信号に対応する音声が、受聴位置での前記受聴者の両耳にそれぞれ装着された状態の前記収音手段で収音されて生成された収音信号に基づいて、前記各スピーカから前記受聴者の両耳の位置へのインパルス応答を算出することにより、前記各スピーカについて、前記受聴者の両耳に対応する２つの頭部伝達関数を算出する頭部伝達関数算出手段と、
前記各スピーカについて、前記頭部伝達関数算出手段で算出した前記２つの頭部伝達関数に対して重み付けを行って一意的な周波数特性を算出し、この周波数特性を１／３オクターブバンド解析して１／３オクターブバンド特性を算出し、この１／３オクターブバンド特性に基づいて当該スピーカの平均パワースペクトルを算出するとともに、前記頭部伝達関数における所定の低域周波数に対して周波数対パワースペクトルより最小自乗曲線を算出し、前記最小自乗曲線においてパワースペクトルが前記平均パワースペクトルに対して所定のパワー以下となる周波数を当該スピーカのクロスオーバー周波数として算出するクロスオーバー周波数算出手段と、
前記各スピーカについて、前記頭部伝達関数算出手段で算出した、当該スピーカに対応する前記２つの頭部伝達関数の積分値を算出し、算出した積分値に基づいて、当該スピーカの結線の正負が正しく接続されているかどうかを判定する位相判定手段と、
前記各スピーカについて、当該スピーカに対応する前記２つの頭部伝達関数それぞれについて、当該頭部伝達関数のピーク値に基づいて所定の閾値を定め、さらに、当該頭部伝達関数において前記閾値を超える値をとる時間の中からサンプル時点を定め、このサンプル時点における時間遅延量から、予め測定された本装置内の応答時間遅延量を差し引き、この結果算出された時間遅延量に基づいて、当該スピーカから前記受聴者の各耳の位置までの距離を算出する距離算出手段と、
この距離算出手段で算出した前記各スピーカから前記受聴者の各耳の位置までの距離に基づいて、前記受聴者に対する前記各スピーカの設置位置を算出する位置算出手段と、
前記各スピーカについて、前記クロスオーバー周波数算出手段で算出した前記１／３オクターブバンド特性および前記平均パワースペクトルに基づいて、当該スピーカから放射される音声の周波数特性を補正するための周波数補正係数を算出する周波数補正係数算出手段と、
前記各スピーカについて、前記クロスオーバー周波数算出手段で算出した前記１／３オクターブバンド特性に対して、前記周波数補正係数算出手段で算出した前記周波数補正係数により定まる周波数補正特性を重畳し、さらに１／３オクターブバンド解析を行うことにより補正後の平均パワースペクトルを算出し、算出した前記各スピーカについての前記補正後の平均パワースペクトルに基づいて、各スピーカ間の出力レベル差を算出するスピーカ間レベル差算出手段と
を備えることを特徴とする音響特性測定装置。
請求項１記載の音響特性測定装置を備えた音響装置であり、入力されたオーディオ信号を処理し前記スピーカ群に出力する音響装置であって、
前記音響特性測定装置の前記周波数補正係数算出手段で算出した、前記各スピーカに対応した前記周波数補正係数により定まる周波数補正特性を用いて、外部から入力されたオーディオ信号に対して周波数補正処理を施す周波数補正手段と、
前記サブウーハチャンネル以外のチャンネルについて、前記オーディオ信号のうち、前記音響特性測定装置の前記クロスオーバー周波数算出手段で算出した当該チャンネルのスピーカの前記クロスオーバー周波数より低い周波数帯域の信号を、前記サブウーハチャンネルのスピーカから放射されるように振り分ける低音管理手段と、
前記音響特性測定装置の前記距離算出手段で算出した前記各スピーカから前記受聴者の各耳の位置までの距離に基づいて、前記各スピーカから放射された音声が前記受聴者に対して同時に到達するように前記オーディオ信号に遅延処理を施す距離補正手段と、
前記音響特性測定装置の前記スピーカ間レベル差算出手段で算出したスピーカ間の出力レベル差に基づいて、前記各スピーカの出力レベルが等しくなるように前記オーディオ信号に対してゲイン調整を行うレベル補正手段と、
前記音響特性測定装置の前記位相判定手段の判定結果に基づいて、前記各スピーカについて、当該スピーカの結線の正負が逆に接続されていると判定されている場合は、当該スピーカに供給される前記オーディオ信号の位相を反転させる位相補正手段と
を備えることを特徴とする音響装置。