JP2008060939A - 音響装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置周囲に存在する会議参加者、特にスピーカ正面方向以外に存在する会議参加者であっても会話内容を明瞭に聴きとることができる音響装置を提供する。
【解決手段】外部から入力された音声信号を、そのまま後段（スピーカ）に入力するとともに、位相シフト回路２２１、および信号反転回路２２２Ａに入力する。位相シフト回路２２１の出力信号を後段に入力するとともに、信号反転回路２２２Ｂに入力する。信号反転回路２２２Ａ、および信号反転回路２２２Ｂの出力信号を後段に入力する。位相シフト回路２２１は、ＦＩＲフィルタ等で構成され、全周波数帯域で位相シフト演算をし、音声信号の位相を９０度ずらす。信号反転回路２２２Ａ、および信号反転回路２２２Ｂは、入力された信号を反転する（すなわち位相を１８０度ずらす）。スピーカを円盤状の筐体の側面に、９０度ずつずらして配置する。
【選択図】図５

Description

この発明は、音声会議に用いられる音響装置に関し、特に、複数のスピーカを備えた音響装置に関する。

遠隔地において音声会議（通信会議）を行うために、スピーカとマイクとを一体に備えた音声会議装置が普及している。音声会議装置は、マイクで収音した音声を接続先に送信し、接続先から受信した音声をスピーカから放音する。複数人同士で会議を行う場合、この様な音声会議装置は会議参加者の中心（会議机の中心等）に設置されることが多い。したがって、この様な音声会議装置は小型化されることが望まれ、例えば特許文献１に示すようにスピーカ用のボックスを省略して小型化した音声会議装置が提案されている。

また、音声会議装置は、同一空間内にスピーカとマイクを備えた構成のため、接続先から受信した音声をスピーカから放音すると、この音声がマイクに収音され、接続先に送信されてしまい、エコー等の雑音が発生する。そこで、特許文献２に示すように、エコーキャンセラ機能を備えた音声会議装置において、筒状の弾性体の先端にマイクを収容し、スピーカとマイクの音響結合を抑えた音声会議装置が提案されている。
特開平８−２０４８０３号公報 特開平８−２９８６９６号公報

しかし、特許文献１、２に記載の装置は、スピーカが筐体上方向を向き、装置周囲に存在する会議参加者の方向に向いていないため、発話内容を明瞭に聴きとることができなかった。すなわち、低周波数帯域の音声ほど直進性が低く回り込みやすい性質を有するのに対し、高周波数帯域の音声ほど直進性が高く、回り込み難い性質を有するため、スピーカ正面方向以外の領域では、周波数帯域ごとの音量差が大きく、会話内容が聴きとり難いという問題が有った。

この発明は、装置周囲に存在する会議参加者、特にスピーカ正面方向以外に存在する会議参加者であっても会話内容を明瞭に聴きとることができる音響装置を提供することを目的とする。

この発明の音響装置は、１つの軸を中心とする円周上に配列され、前記軸に直交する平面に投影した投影図において前記円周の放線方向に向けて設置された複数のスピーカと、放音すべき音声信号を前記複数のスピーカに供給する音声信号処理部と、を備えた音響装置であって、前記音声信号処理部は、各スピーカに供給する音声信号の位相を、各スピーカの設置位置の前記円周上における角度に応じて回転させた後、それぞれのスピーカに供給することを特徴とする。

この構成では、複数のスピーカがある軸を中心とする円周上にそれぞれ設置されている。各スピーカは、この軸に直交する平面に投影した投影図において円周の法線方向（例えば筐体が円盤状である場合、筐体側面から見て斜め下向き）に向けて設置されている。これらのスピーカに供給される音声信号は、各スピーカの設置位置（円周上における角度）に応じて回転される。これにより、例えば各スピーカ間の位置では、両サイドのスピーカから到来する音声の位相がずれているため、低域だけ強められることがなく、周波数帯域ごとの音量変化が小さいため、明瞭にききとることができる。

この発明は、さらに、前記軸を中心とし、前記円周よりも径の小さい第２の円周上に配列され、前記軸に直交する平面に投影した投影図において前記第２の円周の中心方向に向けて設置された複数のマイクをさらに備えたことを特徴とする。

この構成では、複数のマイクとスピーカが同一軸を中心とする円周上にそれぞれ設置されている。マイクは、スピーカの指向性と相反する方向に、スピーカよりも内側に設置される。したがって、スピーカからマイクに回り込む音声を抑えることができる。

この発明は、さらに、前記複数のスピーカは、前記円周上でそれぞれ９０度ずつの中心角で４つ設けられており、前記音声信号処理部は、各スピーカに供給する音声信号の位相をそれぞれ９０度ずつ回転させることを特徴とする。

この構成では、各スピーカは、中心角が９０度ずつずれて配置されている。また、各スピーカに供給する音声信号の位相は９０度ずつずれている。これにより、各スピーカ正面では、両サイドのスピーカから到来する音声が打ち消しあい、正面のスピーカから到来する音声だけを明瞭に聴くことができる。

この発明によれば、各スピーカ間の位置では、両サイドのスピーカから到来する音声の位相がずれているため、低域だけ強められることがなく、周波数帯域ごとの音量変化が小さいため、会話内容を明瞭に聴きとることができる。

図面を参照して、本発明の実施形態に係る音声会議システムについて説明する。図１は、この実施形態に係る音声会議装置の外観図であり、同図（Ａ）は平面図、同図（Ｂ）は側面図である。同図において、音声会議装置１を上面から見た中心位置を回転中心として、マイク１０Ａ、スピーカＳＰ１の方向を０°とし、反時計回りに増加する角度をθとする。図２は、同音声会議装置の構成を示すブロック図である。

音声会議装置１は、円盤状の筐体１１を備えている。筐体１１は、上面から見た形状が直径３０ｃｍほどの円形である。筐体１１の上面、および下面の面積は、垂直方向の途中部分の面積よりも狭くなっている。筐体１１は、側面側から見た形状が、高さ方向の所定位置から上面に向けて狭くなるとともに、下面に向けて狭くなっている。すなわち、筐体１１は、所定位置から上部側、および下部側にそれぞれ傾斜面を有する形状である。筐体１１の上面には、凹部１２が形成されており、この凹部１２は、上面側から見た面積が、筐体１１上面の面積よりも狭くなっている。また、凹部１２は、マイクを埋め込むことができる深さを有する。凹部１２の中心位置は、上面の中心位置と一致する。

１６個のマイク１０Ａ〜１０Ｐは、凹部１２の側面（筐体１１の上面側内部）に設置されている。各マイク１０Ａ〜１０Ｐは、上面から見て、筐体１１の中心位置を回転中心として等角度ピッチ（この場合は約２２．５°間隔）で配置されている。この際、マイク１０Ａがθ＝０°方向となり、順にθが２２．５°ずつ増加する方向に沿って各マイク１０Ａ〜１０Ｐが配置される。例えば、マイク１０Ｅはθ＝９０°方向に配置され、マイク１０Ｉはθ＝１８０°方向に配置され、マイク１０Ｍは、θ＝２７０°方向に配置される。また、各マイク１０Ａ〜１０Ｐは、単一指向性を有し、それぞれが上面から見て中心方向に強い指向性を有する。例えば、マイク１０Ａはθ＝１８０°方向に指向性を有し、マイク１０Ｅはθ＝２７０°方向に指向性を有し、マイク１０Ｉはθ＝０（３６０）°方向に指向性を有し、マイク１０Ｍはθ＝９０°方向に指向性を有する。なお、マイクの個数はこれに限らず、仕様に応じて適宜設定すればよい。

４個のスピーカＳＰ１〜ＳＰ４は、筐体１１の下部側の傾斜面に設置されている。各スピーカＳＰ１〜ＳＰ４は、上面から見て、筐体１１の中心位置を回転中心として等角度ピッチ（この場合は約９０°間隔）で配置されている。スピーカＳＰ１は、マイク１０Ａと同じθ＝０°方向に配置され、スピーカＳＰ２は、マイク１０Ｅと同じθ＝９０°方向に配置され、スピーカＳＰ３は、マイク１０Ｉと同じθ＝１８０°方向に配置され、スピーカＳＰ４は、マイク１０Ｍと同じθ＝２７０°方向に配置される。これらの配置により、スピーカＳＰ１はθ＝０°方向に音声を放音し、スピーカＳＰ２はθ＝９０°方向に音声を放音し、スピーカＳＰ３はθ＝１８０°方向に音声を放音し、スピーカＳＰ４はθ＝２７０°方向に音声を放音する。

音声会議装置１は、隣接するスピーカとマイク（例えばスピーカＳＰ１とマイク１０Ａ）の放音方向、収音方向は、相反する方向となり、また、放音、および収音方向が同一方向であるスピーカとマイク（例えばスピーカＳＰ１とマイク１０Ｉ）は、互いに最も遠い位置に配置されるため、スピーカからマイクに回り込む音声は極めて小さくなる。

操作部１３は、筐体１１の上部側の傾斜面に設置されており、図示しない各種の操作ボタン、および液晶表示パネルを備えている。
入出力インタフェース１４は、筐体１１の下部側の傾斜面で、スピーカＳＰ１〜ＳＰ４が設置されていない位置に設置されており、図示しないネットワーク接続端子、ディジタルオーディオ端子、アナログオーディオ端子等を備えている。この入出力インタフェース１４にネットワークケーブル等を接続することで、音声会議装置１を他の装置に接続することができる。

図２において、音声会議装置１は、マイク１０Ａ〜１０Ｐ、スピーカＳＰ１〜ＳＰ４、操作部１３、入出力インタフェース１４、制御部２０、エコーキャンセラ２１、スピーカ信号処理回路２２、４個のＤ／Ａコンバータ２３、４個の放音ＡＭＰ（アンプ）２４、収音ＡＭＰ（アンプ）２５Ａ〜２５Ｐ、Ａ／Ｄコンバータ２６Ａ〜２６Ｐ、およびマイク信号処理回路２７を備えている。

制御部２０は、音声会議装置１の設定、収音、放音等の全般制御を行うとともに、操作部１３により入力された操作指示内容に基づく制御を音声会議装置１の各部に与える。

マイク１０Ａ〜１０Ｐは、会議者の発声音等の外部からの音声を収音する。収音ＡＭＰ（アンプ）２５Ａ〜２５Ｐは、マイク１０Ａ〜１０Ｐが収音した音声をそれぞれ増幅しＡ／Ｄコンバータ２６Ａ〜２６Ｐに出力する。Ａ／Ｄコンバータ２６Ａ〜２６Ｐは、収音ＡＭＰ２５Ａ〜２５Ｐで増幅された音声信号をそれぞれアナログ−ディジタル変換してマイク信号処理回路２７に出力する。

マイク信号処理回路２７は、Ａ／Ｄコンバータ２６Ａ〜２６Ｐから出力される音声信号のうち、最も音圧レベルの高い信号を選択して出力する。図３にマイク信号処理回路２７の詳細なブロック図を示す。マイク信号処理回路２７は、加算器２７１Ａ〜２７１Ｐ、セレクト／ミキシング回路２７２、および最大信号検出回路２７３を備えている。加算器２７１Ａ〜２７１Ｐには、Ａ／Ｄコンバータ２６Ａ〜２６Ｐからそれぞれ音声信号Ａ〜音声信号Ｐが入力される。また、加算器２７１Ａ〜２７１Ｐにはそれぞれに入力される信号の隣接する信号（各加算器に対応するマイクと隣接するマイクが出力した信号）が分岐入力される。例えば、加算器２７１Ａには、音声信号Ａと音声信号Ｂが入力され、加算器２７１Ｂには、音声信号Ｂと音声信号Ｃが入力される。加算器２７１Ａ〜２７１Ｐは、それぞれ入力された音声信号を加算して出力する。隣接するマイクの収音した信号を加算することにより、マイクの正面方向の信号が強められ、それ以外の方向の信号が弱められるので、マイクの指向性が向上する。

加算された各音声信号は、最大信号検出回路２７３において、その音圧レベルが比較される。最大信号検出回路２７３は、それぞれの音声信号の音圧レベルを比較し、その結果最も音圧レベルが高い音声信号を選択してセレクト／ミキシング回路２７２に設定する。セレクト／ミキシング回路２７２は、設定された音声信号のみを選択してエコーキャンセラ２１に出力する。また、最大信号検出回路２７３は、最も音圧レベルが高い音声信号から順に複数の音声信号を選択してセレクト／ミキシング回路２７２に設定するようにしてもよい。その場合、セレクト／ミキシング回路２７２は、設定された複数の音声信号をミキシングしてエコーキャンセラ２１に出力する。

最も音圧レベルが高い信号、または最も音圧レベルが高い信号から順に複数の信号をミキシングした信号を出力し、他のレベルの低い信号が出力されることがないため、さらにＳ／Ｎ比が向上する。なお、上記構成では、隣接するマイクの収音した信号を加算して出力したが、各マイクの収音した信号をそれぞれ単独で出力するようにしてもよいし、隣接する２以上の信号を加算して出力するようにしてもよい。

マイク信号処理回路２７の出力信号は、エコーキャンセラ２１に入力される。エコーキャンセラ２１の出力信号は、入出力インタフェース１４を介して他の装置に送信される。また、入出力インタフェース１４は、他の装置から受信した音声情報（または音声信号）をエコーキャンセラ２１に出力する。エコーキャンセラ２１は、スピーカＳＰ１〜ＳＰ４からマイク１０Ａ〜１０Ｐに至る回り込み成分を推定し、この推定した回り込み成分をマイク信号処理回路２７の出力信号から差し引くものである。

図４にエコーキャンセラ２１の詳細なブロック図を示す。エコーキャンセラ２１は、適応フィルタ２１１と、加算器２１２と、を備えている。適応フィルタ２１１は、ＦＩＲフィルタ等のデジタルフィルタを含んでいる。適応フィルタ２１１は、音響伝達系（スピーカからマイクに至る音響伝搬経路）の伝達関数を推定し、推定した伝達関数を模擬するようにＦＩＲフィルタのフィルタ係数を算出する。適応フィルタ２１１は、この推定したフィルタ係数でスピーカからマイクへ至る回り込み成分の模擬信号を生成する。この模擬信号を加算器２１２においてマイク信号処理回路２７の出力信号から差し引く。したがって、加算器２１２の出力信号は、マイクの収音した信号から回り込み成分を除去した信号となる。

伝達関数の推定及びフィルタ係数の算出は、加算器２１２から出力された信号である残差信号を参照信号として用いてスピーカへの供給信号に基づいて、適応アルゴリズムを用いて行われる。適応アルゴリズムは、残差信号ができるだけ小さくなるようにフィルタ係数を算出するアルゴリズムである。

これにより、適応フィルタ２１１において音響伝達系の回り込み信号を模擬した信号が生成され、加算器２１２において収音信号から模擬信号を差し引くことで、回り込み信号のみを効率的に減衰させることができる。これにより、エコーキャンセラ２１は、回り込み信号により発生するエコーを防止することができる。また、この音声会議装置を、マイク１０Ａ〜１０Ｐで収音した音声を入出力インタフェース１４を経てスピーカＳＰ１〜ＳＰ４から放音する拡声器として用いた場合、エコーキャンセラ２１は回り込み信号のループ現象により発生するハウリングを防止することもできる。

エコーキャンセラ２１の出力信号（他の装置から受信した音声信号）は、スピーカ信号処理回路２２に出力される。スピーカ信号処理回路２２は、エコーキャンセラ２１から入力された音声信号を４系統に分岐出力する。図５にスピーカ信号処理回路２２の詳細なブロック図を示す。スピーカ信号処理回路２２は、位相シフト回路２２１、および２つの信号反転回路２２２Ａ、２２２Ｂ、を備えている。

エコーキャンセラ２１から入力された音声信号は、そのままＤ／Ａコンバータ２３に入力されるとともに、位相シフト回路２２１、および信号反転回路２２２Ａに入力される。位相シフト回路２２１の出力信号は、Ｄ／Ａコンバータ２３に入力されるとともに、信号反転回路２２２Ｂに入力される。信号反転回路２２２Ａ、および信号反転回路２２２Ｂの出力信号は、Ｄ／Ａコンバータ２３に入力される。

位相シフト回路２２１は、ＦＩＲフィルタ等で構成され、全周波数帯域（広周波数帯域、例えば数十Ｈｚ〜数ｋＨｚ）で位相シフト演算をし、音声信号の位相を９０度ずらす。信号反転回路２２２Ａ、および信号反転回路２２２Ｂは、入力された信号を反転する（すなわち位相を１８０度ずらす）。

位相シフト回路２２１で位相を９０度ずらした音声信号は、Ｄ／Ａコンバータ２３に入力される。また、信号反転回路２２２Ａ、および信号反転回路２２２Ｂで位相を１８０度ずらした音声信号は、それぞれ別のＤ／Ａコンバータ２３に入力される。これにより、４つのＤ／Ａコンバータ２３には、それぞれ位相が９０度ずれた音声信号が入力される。すなわち、エコーキャンセラ２１からそのまま入力された音声信号を位相０度とすると、他の音声信号は、それぞれ位相９０度、１８０度、および２７０度の音声信号となる。Ｄ／Ａコンバータ２３にそれぞれ入力された位相が異なる音声信号は、アナログ音声信号に変換され、複数の放音ＡＭＰ２４で増幅され、スピーカＳＰ１〜ＳＰ４で放音される。

図６は、スピーカＳＰ１〜ＳＰ４で音声が放音された場合の例を示す図である。同図（Ａ）において、領域１００Ａは、スピーカＳＰ１とスピーカＳＰ２の間、θ＝４５°の領域を示し、領域１００Ｂは、スピーカＳＰ２とスピーカＳＰ３の間、θ＝１３５°の領域を示し、領域１００Ｃは、スピーカＳＰ３とスピーカＳＰ４の間、θ＝２２５°の領域を示し、領域１００Ｄは、スピーカＳＰ４とスピーカＳＰ１の間、θ＝３１５°の領域を示す。また、同図（Ｂ）において、領域１００Ｅは、上面から見た筐体１１の中心位置の真上（マイク１０Ａ〜１０Ｐ）の位置の領域を示す。

スピーカＳＰ１には、上記位相０度の音声信号が入力され、スピーカＳＰ２には、位相９０度の音声信号が入力され、スピーカＳＰ３には、位相１８０度の音声信号が入力され、スピーカＳＰ４には、位相２７０度の音声信号が入力される。

領域１００Ａでは、スピーカＳＰ１から放音される音声と、スピーカＳＰ２から放音される音声が到来する。スピーカＳＰ１から放音される音声と、スピーカＳＰ２から放音される音声は、スピーカ放音地点で位相が９０度ずれているため、領域１００Ａの位置では低域のみ強められることがなく、明瞭に聴きとることができる。同様に、領域１００Ｂにおいても、スピーカＳＰ２から放音される音声と、スピーカＳＰ３から放音される音声は、スピーカ放音地点で位相が９０度ずれているため、低域のみ強められることがなく、明瞭に聴きとることができる。同様に、領域１００Ｃにおいても、スピーカＳＰ３から放音される音声と、スピーカＳＰ４から放音される音声は、スピーカ放音地点で位相が９０度ずれているため、低域のみ強められることがなく、明瞭に聴きとることができ、領域１００Ｄにおいても、スピーカＳＰ４から放音される音声と、スピーカＳＰ１から放音される音声は、スピーカ放音地点で位相が９０度ずれているため、低域のみ強められることがなく、明瞭に聴きとることができる。

領域１００Ｅでは、スピーカＳＰ１から放音される音声、スピーカＳＰ２から放音される音声、スピーカＳＰ３から放音される音声、およびスピーカＳＰ４から放音される音声が到来する。各スピーカから放音される音声は、スピーカ放音地点で位相が９０度ずつずれているため、強められることがない。また、スピーカＳＰ１から放音される音声、およびスピーカＳＰ３から放音される音声は、それぞれ位相が１８０度ずれているため、相互に打ち消しあい、音量が低下する。同様にスピーカＳＰ２から放音される音声、およびスピーカＳＰ４から放音される音声は、それぞれ位相が１８０度ずれているため、相互に打ち消しあい、音量が低下する。

本実施形態の音声会議装置１は、上述したように、構造的にスピーカからマイクに回り込む音声は極めて小さくなるが、各スピーカから放音される音声の位相が９０度ずつずれているため、さらにＳ／Ｎ比が向上する。

また、各スピーカ正面（例えばスピーカＳＰ１の正面）では、両サイドから到来する音声（例えばスピーカＳＰ２とスピーカＳＰ４）が打ち消しあい、正面から到来する音声だけを明瞭に聴くことができる。

さらに、各スピーカ間の位置（例えばスピーカＳＰ１とスピーカＳＰ２の間）では、両スピーカから到来する音声の位相が９０度ずれているため、低域だけ強められることがなく、周波数帯域ごとの音量変化が小さいため、明瞭にききとることができる。

音声会議装置の外観を示す図である。 音声会議装置の構成を示すブロック図である。 マイク信号処理回路２７の詳細な構成を示すブロック図である。 エコーキャンセラの詳細な構成を示すブロック図である。 スピーカ信号処理回路２２の詳細な構成を示すブロック図である。 スピーカＳＰ１〜ＳＰ４で音声が放音された場合の例を示す図である。

符号の説明

１０Ａ〜１０Ｐ−マイク
１１−筐体
ＳＰ１〜ＳＰ４−スピーカ

Claims (3)

1. １つの軸を中心とする円周上に配列され、前記軸に直交する平面に投影した投影図において前記円周の放線方向に向けて設置された複数のスピーカと、
   放音すべき音声信号を前記複数のスピーカに供給する音声信号処理部と、
   を備えた音響装置であって、
   前記音声信号処理部は、各スピーカに供給する音声信号の位相を、各スピーカの設置位置の前記円周上における角度に応じて回転させた後、それぞれのスピーカに供給する音響装置。
2. 前記軸を中心とし、前記円周よりも径の小さい第２の円周上に配列され、前記軸に直交する平面に投影した投影図において前記第２の円周の中心方向に向けて設置された複数のマイクをさらに備えた請求項１に記載の音響装置。
3. 前記複数のスピーカは、前記円周上でそれぞれ９０度ずつの中心角で４つ設けられており、
   前記音声信号処理部は、各スピーカに供給する音声信号の位相をそれぞれ９０度ずつ回転させる請求項１、または請求項２に記載の音響装置。

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