JP2008227803A - アレイスピーカ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設置場所の自由度が高いサラウンド用のアレイスピーカ装置を提供する。
【解決手段】アレイスピーカ装置１は、音声信号をサウンドビームとして出力したり、頭部伝達関数に基づいて音源を仮想的に定位させたりすることができる。また、アレイスピーカ装置１は、あるチャンネルの音声信号をサウンドビームとして出力し、別のチャンネルの音声を仮想的に定位させることができる。また、アレイスピーカ装置１は、ユーザの聴取位置から、頭部伝達関数に基づいて定位を付与した音声を放音させるスピーカユニットに対する水平角が一定になるように、ユーザの聴取位置からアレイスピーカ装置１までの距離に応じて、頭部伝達関数に基づいて定位を付与した音声を放音させるスピーカユニットを変更させる。
【選択図】図７

Description

本発明は、設置場所の自由度が高いサラウンド用のアレイスピーカ装置に関する。

近時、単一筐体でありながらサラウンド音場を生成できるアレイスピーカ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載のアレイスピーカ装置は、視聴者前方に置いたスピーカのみで横や前後の音場の広がりを表現できるシステムなので、フロントサラウンドシステムとも呼ばれ、上記のように単一筐体なので、複数のスピーカの設置や配線が不要であり、容易に設置できる。

図１は、アレイスピーカの原理及びアレイスピーカ装置が生成するサラウンド音場を示す図である。特許文献１に記載のアレイスピーカ装置は、遅延アレイの原理に基づいて動作する。図１（Ａ）に示すように、線状や面状に配した複数のスピーカユニットＳＰａ〜ＳＰｅに、スピーカユニットＳＰａ’〜ＳＰｅ’から同時に音声を放音したように、同じ音響信号を少しずつ異なる遅延時間を与えて入力することで、音声が空間上のある一点Ｆを焦点として同時に到達し、また、焦点周辺の音響エネルギーが同相加算により強められて、焦点方向への強い指向性を有するサウンドビームを作り出すことができる。この技術を遅延アレイと称する。アレイスピーカ装置では、アレイスピーカを構成するスピーカユニットや各スピーカユニットから音声を放音する空間が略線形系なので、各スピーカユニットに対して、マルチチャンネルのサウンドビームを生成するための音声信号を重畳して出力することが可能である。アレイスピーカ装置１は、図１（Ｂ）に示すように、複数の（マルチチャンネルの）サウンドビームを同時に出力し、壁に反射させて仮想音源を生成することで、モニタ３に表示させた動画に応じたサラウンド音場を聴取者Ｈの周囲に生成する。
特開２００６−２３８１５５号公報

アレイスピーカでサラウンド音場を生成、またはスピーカと異なる方向に定位（仮想音源）生成を行うには２つの条件が必須である。

１）サラウンド音場や仮想音源をスピーカと異なる方向に生成するには、サウンドビームを反射させ仮想音源を定位させる壁の存在が必須である。

２）壁側に仮想音源定位を実現するには、壁反射して視聴者に到達するサウンドビームが、スピーカから直接到達してしまう音より十分強くなくてはならない（先行音効果の逆転。）。また、音は距離の長さの比に応じて減衰するため、サウンドビーム経路と直接音経路の比が大きく違ってしまうと仮想音源定位が得られない。そのため、サウンドビーム経路と直接音経路の比をある範囲に設定する必要がある。さらに、近距離音場では、スピーカユニット間干渉が明確に現れてしまい、周波数特性のばらつきが知覚できてしまう。そのため、聴取位置をスピーカユニットからある程度離す必要がある。このように、スピーカと視聴者との間をある程度の距離に保つことが必須である。

しかし、視聴者の部屋は必ずしも理想的ではなく、視聴階と左／右壁との距離が大きく異なっていたり、部屋の隅にスピーカを斜め置きしたりするなど、アレイスピーカによるサラウンド生成に不利な位置に設置されることがある。このような位置に設置されると、特にフロントＬ／Ｒチャンネルに関して、壁反射を使うと、反射が不十分であったり左右アンバランスであったりして聴感が悪くなる。また、直接音を使うと単一筐体のため十分な分離感が得られないという問題点があった。

そこで、本発明は、設置場所の自由度が高いサラウンド用のアレイスピーカ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）１つの筐体に複数のスピーカユニットが配列されたアレイスピーカと、
左右フロントチャンネルの音声信号に対して、聴取者の聴感上、左右前方の予め設定した位置に定位を感じる音声の特性を頭部伝達関数に基づいて付加する定位処理を行って、左右音声信号を出力する音源定位付加手段と、
前記音源定位付加手段が出力した左右音声信号を、それぞれ前記アレイスピーカの１つまたは複数のスピーカユニットに対して分配し、各スピーカユニットが音声信号を出力するタイミングを制御して、前記アレイスピーカから放音された左音声信号に、前記アレイスピーカよりも後方の２つの仮想点音源の一方から出力された音声と同様の音波面を形成させ、前記アレイスピーカから放音された右音声信号に、前記アレイスピーカよりも後方の２つの仮想点音源の他方から出力された音声と同様の音波面を形成させる放音方向制御手段と、
を備えたことを特徴とする。

アレイスピーカからの距離が近かったり、壁の反射条件が悪かったりする環境で、アレイスピーカから出力され壁反射して聴取位置に向かうサウンドビームを聴取すると、音場感（広がり感）を得られないことがある。この構成においては、アレイスピーカ装置は、頭部伝達関数に基づいて予め設定した位置に定位を感じる特性を付加した左右音声信号を、アレイスピーカよりも後方に設定された仮想点音源から出力された音声と同様の音波面を形成するように出力させる。したがって、聴取者に対して、アレイスピーカよりも後方の２つの理想点音源から出力される頭部伝達関数に基づく左右音声の定位生成と同様の音場感（広がり感）を与えることができる。

なお、２チャンネルや３チャンネルの音声信号の場合には、左フロントチャンネルは左チャンネル（Ｌｃｈ）のことであり、右フロントチャンネルは右チャンネル（Ｒｃｈ）のことである。

（２）前記音源定位付加手段は、前記アレイスピーカよりも後方に設定された２つの仮想点音源の一方から放音させる左音声信号が、前記聴取者の左耳のみに聞こえ、前記２つの仮想点音源の他方から放音させる右音声信号が、前記聴取者の右耳のみに聞こえるように、反対側の耳に聞こえる音声信号を打ち消す音声信号を生成して出力するクロストーク補正手段を備えたことを特徴とする。

この構成においては、アレイスピーカ装置は、左右前方の予め設定した位置における定位感を付加した左右音声信号に対して、クロストークキャンセルを行う。これにより、左右フロントチャンネルの音声の定位感を向上させることができる。

（３）前記アレイスピーカから聴取位置までの距離を算出する算出手段を備え、
前記放音方向制御手段は、前記聴取位置から前記２つの仮想点音源に対する水平角が、それぞれ略一定になるように、前記アレイスピーカから聴取位置までの距離に応じて、前記２つの仮想点音源の位置を変更することを特徴とする。

従来の頭部伝達関数に基づく定位生成を行うシステムでは、別体の２つのスピーカ及び聴取者の位置関係が任意の値になるように配置されるため、頭部伝達関数の設計条件と大きく異なってしまい、理想的な定位が認識されないことが多い。この構成においては、アレイスピーカ装置は、２つの仮想点音源に対する聴取者からの水平角を、それぞれ略一定にするために、アレイスピーカから聴取位置までの距離を算出し、この距離に応じて２つの仮想点音源の位置を変更する。したがって、重要な設計条件である水平角が保持され、聴取者に理想的な定位による音場感を与えることができる。

（４）前記放音方向制御手段は、中央チャンネルの音声信号を、前記アレイスピーカの複数のスピーカユニットに対して分配し、各スピーカユニットが音声信号を出力するタイミングを制御して、前記アレイスピーカから放音された音声が、前記アレイスピーカよりも後方に設定された仮想点音源から出力された音声と同様の音波面を形成させることを特徴とする。

この構成においては、アレイスピーカ装置は、中央（センタ）チャンネルの音声信号に、アレイスピーカよりも後方に設定された仮想点音源から放音されたように音波面を形成して放音させる。したがって、中央チャンネルの音声信号に距離感を与えることができ、聴取者に奥行き感を感じさせることができる。

（５）前記音源定位付加手段は、左右リアチャンネルの音声信号に対して、聴取者の聴感上、左右後方の予め設定された位置に定位を感じる音声の特性を頭部伝達関数に基づいて付加する定位処理を行って、左右音声信号を出力することを特徴とする。

この構成においては、アレイスピーカ装置は、頭部伝達関数に基づいて左右リアチャンネルの定位を生成する。したがって、サウンドビームを反射させる壁が無い場合でも、サラウンド感を聴取者に感じさせることができる。

（６）左リアチャンネル及び右リアチャンネルの音声信号を前記アレイスピーカの全部または一部のスピーカユニットに分配し、これらのスピーカユニットから出力する音声信号の出力タイミングを制御して、前記アレイスピーカから音声ビームを出力させるビーム制御手段を備えたことを特徴とする。

この構成においては、アレイスピーカ装置は、左リアチャンネル及び右リアチャンネルの音声ビームを出力する。したがって、アレイスピーカ装置を部屋のコーナに設置した場合のように、左右フロントチャンネルの音声信号は音声ビーム化しても聴取位置に反射させるのが困難で、左右リアチャンネルの音声信号は音声ビーム化すると聴取位置に反射させることが容易な場合に、聴取者にサラウンド感を感じさせることができる。

（７）１つの筐体に複数のスピーカユニットが配列されたアレイスピーカと、
左右リアチャンネルの音声信号に対して、聴取者の聴感上、左右後方の予め設定された位置に定位を感じる音声の特性を頭部伝達関数に基づいて付加する定位処理を行って、左右音声信号を出力する音源定位付加手段と、
前記音源定位付加手段が出力した左右音声信号を、それぞれ前記アレイスピーカの１つまたは複数のスピーカユニットに対して分配し、各スピーカユニットが音声信号を出力するタイミングを制御して、前記アレイスピーカから放音された左音声信号に、前記アレイスピーカよりも後方の２つの仮想点音源の一方から出力された音声と同様の音波面を形成させ、前記アレイスピーカから放音された右音声信号に、前記アレイスピーカよりも後方の２つの仮想点音源の他方から出力された音声と同様の音波面を形成させ、
中央チャンネルの音声信号を、前記アレイスピーカの複数のスピーカユニットに対して分配し、各スピーカユニットが音声信号を出力するタイミングを制御して、前記アレイスピーカから放音された音声に、前記アレイスピーカよりも後方に設定された仮想点音源から出力された音声と同様の音波面を形成させる放音方向制御手段と、
左フロントチャンネル及び右フロントチャンネルの音声信号を前記アレイスピーカの全部または一部のスピーカユニットに分配し、これらのスピーカユニットから出力する音声信号の出力タイミングを制御して、前記アレイスピーカから音声ビームを出力させるビーム制御手段と、
を備えたことを特徴とする。

この構成においては、アレイスピーカ装置は、左右フロントチャンネルの音声信号を音声ビーム化して出力し、左右リアチャンネルの音声信号には定位を付与して仮想点音源から出力し、中央チャンネルの音声信号を仮想点音源から出力する。これにより、アレイスピーカ装置を聴取位置の後ろ側の壁が無い部屋に設置する場合等であっても、聴取者にサラウンド感を与えることができる。

（８）１つの筐体に複数のスピーカユニットが配列されたアレイスピーカと、
マルチチャンネルサラウンド音声信号の放音方式を設定する制御手段と、
前記制御手段の設定に応じた少なくともいずれか１つ以上のチャンネルの音声信号に対して、聴取者の聴感上、そのチャンネルを定位させたい位置に定位を感じる音声の特性を頭部伝達関数に基づいて付加する定位処理を行って、そのチャンネルの音声信号を出力する音源定位付加手段と、
前記音源定位付加手段が出力した、中央チャンネル以外のチャンネルの音声信号を、前記アレイスピーカの１つまたは複数のスピーカユニットに対して分配し、各スピーカユニットが音声信号を出力するタイミングを制御して、前記アレイスピーカから放音された音声に、前記アレイスピーカよりも後方に設定された２つの仮想点音源から出力された音声と同様の音波面を形成させ、
中央チャンネルの音声信号を、前記アレイスピーカの複数のスピーカユニットに対して分配し、各スピーカユニットが音声信号を出力するタイミングを制御して、前記アレイスピーカから放音された音声に、前記アレイスピーカよりも後方に設定された仮想点音源から聴取位置に向かって出力された音声と同様の音波面を形成させる放音方向制御手段と、
前記中央チャンネルを除く前記定位処理を行っていないチャンネルの音声信号を前記アレイスピーカの全部または一部のスピーカユニットに分配し、これらのスピーカユニットから出力する音声信号の出力タイミングを制御して、前記アレイスピーカから音声ビームを出力させるビーム制御手段と、
を備えたことを特徴とする。

この構成においては、アレイスピーカ装置は、中央チャンネルの音声信号を点音源から放音したように出力し、任意のチャンネルに頭部伝達関数に基づく定位を付与し、残りのチャンネルをサウンドビーム化して出力する。したがって、壁反射の有無にかかわらず聴取者にサラウンド感を感じさせることができる。

本発明のアレイスピーカ装置は、頭部伝達関数に基づいて予め設定した位置に定位を感じる特性を付加した左右音声信号を、アレイスピーカよりも後方に設定された仮想点音源から出力された音声と同様の音波面を形成するように出力させる。したがって、聴取者に対して、アレイスピーカよりも後方の２つの理想点音源から出力される頭部伝達関数に基づく左右音声の定位生成と同様の音場感（広がり感）を与えることができる。

図２は、本発明の実施形態に係るアレイスピーカ装置の概略構成を示すブロック図である。以下の説明では、アレイスピーカ装置の一例として、５．１ｃｈサラウンドシステムについて説明する。また、以下の説明では、５．１ｃｈサラウンドシステムにおいて、フロントの左チャンネルをＬ（Left）ｃｈ、フロントの右チャンネルをＲ（Right）ｃｈ、センタ（中央）チャンネルをＣ（Center）ｃｈ、リアの左チャンネルをＳＬ（Surround Left）ｃｈ、リアの右チャンネルをＳＲ（Surround Right）ｃｈ、サブウーハをＬＦＥ（Low Frequency Effects）ｃｈと称する。なお、５．１ｃｈサラウンドシステムにおいて、ＬＦＥｃｈの音声信号は指向性がほとんど無く、アレイスピーカ装置から直接ユーザに対して出力するので、以下の説明ではＬＦＥｃｈの音声信号の処理については説明を省略する。

まず、アレイスピーカ装置１の概略動作を説明する。アレイスピーカ装置１は、ユーザの設定に応じて、音声信号をサウンドビームとして出力したり、頭部伝達関数に基づいて音源を仮想的に定位させたりすることができる。また、アレイスピーカ装置１は、あるチャンネルの音声信号をサウンドビームとして出力し、別のチャンネルの音声を仮想的に定位させることができる。これにより、部屋の形状や設置場所にかかわらず、マルチチャンネルのサラウンドサウンドを提供できる。

続いて、アレイスピーカ装置１の具体的な構成について説明する。図２に示すように、アレイスピーカ装置１は、入力端子１１、デコーダ１３、頭部伝達関数処理部（以下、ＨＲＴＦと称する。）１５Ａ〜１５Ｄ、方向制御部（図２にはＤｉｒＣと表記。）１７Ａ〜１７Ｅ、加算器１９−１〜１９−Ｎ、Ｄ／Ａコンバータ２１−１〜２１−Ｎ、パワーアンプ２３−１〜２３−Ｎ、アレイスピーカ２５を構成するスピーカユニット２５−１〜２５−Ｎ、操作部２７、表示部２９、記憶部３１、受信部３３、及び制御部３５を備えている。

入力端子１１は、不図示の外部オーディオ機器と接続され、外部オーディオ機器が出力した（デジタル）オーディオ信号が入力される。

デコーダ１３は、入力端子１１から入力された（デジタル）オーディオ信号をデコードして、ＳＬｃｈのオーディオ信号をＨＲＴＦ１５Ａに、Ｌｃｈのオーディオ信号をＨＲＴＦ１５Ｂに、Ｒｃｈのオーディオ信号をＨＲＴＦ１５Ｃに、ＳＲｃｈのオーディオ信号をＨＲＴＦ１５Ｄに、及びＣｃｈのオーディオ信号を方向制御部１７Ｅに、それぞれ出力する。

ＨＲＴＦ１５Ａ〜１５Ｄは、制御部３５の設定に従い、１つ以上のチャンネルのオーディオ信号に対して適した方向（例えば、ＩＴＵ−Ｒ ＢＳ．７７５−１準拠）に定位を感じる聴感特性を、頭部伝達関数に基づいて付加する。

方向制御部１７Ａ〜１７Ｅは、制御部３５の設定に従い、各チャンネルのオーディオ信号を必要量遅延させた信号を生成し、スピーカユニット２５−１〜２５−Ｎの１つまた複数に分配する。方向制御部１７Ａ〜１７Ｅにより付加される遅延により、各チャンネルの信号のサウンドビーム化や、アレイスピーカ２５よりも後方の仮想点音源からの音波面の形成が可能である。

加算器１９−１〜１９−Ｎは、それぞれ方向制御部１７Ａ〜１７Ｅから出力されたオーディオ信号を加算して出力する。

Ｄ／Ａコンバータ２１−１〜２１−Ｎは、加算器１９−１〜１９−Ｎが出力したデジタルオーディオ信号をアナログオーディオ信号に変換して出力する。

パワーアンプ２３−１〜２３−Ｎは、Ｄ／Ａコンバータ２１−１〜２１−Ｎが出力したアナログオーディオ信号を増幅して出力する。

スピーカユニット２５−１〜２５−Ｎは、パワーアンプ２３−１〜２３−Ｎが増幅したオーディオ信号を音声に変換して放音する。

操作部２７は、アレイスピーカ装置１に対するスピーカの設定操作等を受け付けて、その操作に応じた信号を制御部３５に出力する。

表示部２９は、制御部３５から出力された制御信号に基づいてユーザに伝達する情報を表示する。

記憶部３１は、スピーカの設定パターン等を記憶しており、操作部２７で受け付けた操作に応じて、制御部３５からデータが読み出される。

受信部３３は、リモコン装置５から出力した信号を受信する。

制御部３５は、アレイスピーカ装置１の各部を制御する。

アレイスピーカ装置１は、上記の構成により、各々のチャンネルの音声信号を、頭部伝達関数に基づいて仮想的に定位させることも、サウンドビームを生成して壁に反射させて音像を定位させることもできる。

図３は、ＨＲＴＦの構成の一例を示すブロック図である。ＨＲＴＦ１５Ａ〜１５Ｄはそれぞれ、スイッチ４１Ａ〜４１Ｄ、定位付加部４３Ａ〜４３Ｄ、加算器４５Ａ〜４５Ｄ、クロストーク補正部４７Ａ〜４７Ｄ、及び加算器４９Ａ〜４９Ｄを備えている。

ＨＲＴＦ１５Ａにおいて、スイッチ４１Ａは、ＳＬｃｈのオーディオ信号のバイパス用スイッチであり、制御部３５からの制御信号により切り替えられる。すなわち、スイッチ４１Ａが端子Ｖ側に切り替えられると、ＳＬｃｈのオーディオ信号は定位付加部４３Ａに送られ、頭部伝達関数に基づいて仮想定位が付与される。一方、スイッチ４１Ａが端子Ｂ側に切り替えられると、ＳＬｃｈのオーディオ信号はＨＲＴＦ１５Ａをスルーして、方向制御部１７Ａに送られる。

定位付加部４３Ａは、ＦＩＲフィルタ４３ＡＬ及びＦＩＲフィルタ４３ＡＲを備えている。ＦＩＲフィルタ４３ＡＬには、聴取者左後方に定位する音像から聴取者の左耳までの伝達関数に基づいたフィルタ係数が設定され、ＦＩＲフィルタ４３ＡＲには、前記音像から聴取者の右耳までの伝達関数に基づいたフィルタ係数が設定される。聴取者の左耳にＦＩＲフィルタ４３ＡＬの出力を、右耳にＦＩＲフィルタ４３ＡＲの出力を提示することで、ＳＬｃｈのオーディオ信号に仮想定位を付加することができる。

加算器４５Ａは、ＦＩＲフィルタ４３ＡＬが出力したオーディオ信号と、定位付加部４３ＤのＦＩＲフィルタ４３ＤＬが出力したオーディオ信号と、を加算する。

クロストーク補正部４７Ａには、ＨＲＴＦ１５Ａ出力の出力位置から聴取者の右耳までの頭部伝達関数の逆関数に対応するフィルタ係数が設定される。クロストーク補正部４７Ａにより生成された信号をＨＲＴＦ１５Ｄから右耳に提示する信号に重畳することで、左耳のみに提示したいＨＲＴＦ１５Ａからの出力の、右耳へのクロストークをキャンセルする。

加算器４９Ａは、加算器４５Ａが出力する音声信号と、ＨＲＴＦ１５Ｄのクロストーク補正部４７Ｄが出力する音声信号と、を加算して放音制御部１７Ａに出力する。この操作により、ＨＲＴＦ１５Ｄからの出力の聴取者左耳へのクロストークをキャンセルする。

ＨＲＴＦ１５Ｄは、上記ＨＲＴＦ１５Ａと一対となって動作し、ＳＬ及びＳＲ両チャンネルの、聴取者の右耳に提示する信号をＨＲＴＦ１５Ａが、左耳に停止する信号をＨＲＴＦ１５Ｄが、それぞれ生成する。

ＨＲＴＦ１５Ｂ及びＨＲＴＦ１５Ｃは、Ｌｃｈ及びＲｃｈのオーディオ信号に対して、上記のＨＲＴＦ１５Ａ及びＨＲＴＦ１５ＤがＳＬｃｈ及びＳＲｃｈのオーディオ信号に対して行うのと同様の処理を行う。

ここで、図３には、ＨＲＴＦ１５Ａ〜１５Ｄの一例として、周波数特性付加処理と、両耳感位相差・音圧差付加処理と、クロストークキャンセル処理と、を行って、特定の方向に定位を感じる聴感特性を付加する構成を示している。本発明は、これに限るものではなく、ＨＲＴＦ１５Ａ〜１５Ｄが特定の方向に定位を感じる聴感特性を付加する構成としては、周波数特性付加処理のみを行う構成でも、周波数特性付加処理と両耳感位相差・音圧差付加処理を行う構成であっても良い。

［視聴距離変動への対応］
図４は、視聴距離の変動への対応を説明するための図である。アレイスピーカ装置１は、方向制御部１７Ａ〜１７Ｅにより、仮想音源を定位させる際に、音声を放音させるスピーカユニットから聴取位置までを結ぶ直線と、アレイスピーカ装置１の中央から聴取位置までを結ぶ直線と、が成す角（以下、水平角と称する。）θが一定値となるように、聴取位置に応じて音声を放音させるスピーカユニットの位置を変更すればよい。

例えば、図４に示すように、アレイスピーカ装置１と聴取位置との間が距離Ｌ１の場合には、アレイスピーカ装置１の中央よりのスピーカユニット群ＳＰａ１とスピーカユニット群ＳＰａ２から、仮想音源を定位させる音声を放音する。このとき、聴取者Ｈの聴取位置に対するスピーカユニット群ＳＰａ１とスピーカユニット群ＳＰａ２の水平角はそれぞれθである。

また、アレイスピーカ装置１と聴取位置との間が距離Ｌ２の場合には、アレイスピーカ装置１の外よりのスピーカユニット群ＳＰｂ１とスピーカユニット群ＳＰｂ２から、仮想音源を定位させる音声を放音する。このときも、聴取者Ｈの聴取位置に対するスピーカユニット群ＳＰｂ１とスピーカユニット群ＳＰｂ２の水平角はそれぞれθである。

なお、図４には、スピーカユニット群ＳＰａ１等を７つのスピーカユニットから成るものとしているが、これに限るものではなく、さらに複数のスピーカユニットから成るものとしても、さらに少数のスピーカユニットから成るものとしても、１つのスピーカユニットから成るものとしても良い。

従来の頭部伝達関数に基づく定位生成を行うシステムでは、別体の２つのスピーカ及び聴取位置の位置関係が任意になるように配置されるため、頭部伝達関数の設計条件と大きく異なってしまい、理想的な定位が認識されないことが多かった。これに対して、アレイスピーカ装置１では、２つの音源の水平角を常に一定にすることができるので、聴取者に理想的な定位による音場感を与えることができる。

ここで、アレイスピーカ装置１と聴取位置との距離の測定方法の一例としては、リモコン装置５にマイクロフォンを内蔵し、アレイスピーカ装置１からテスト音声を放音させ、到達時間を測定すればよい。

［Ｌｃｈ，Ｒｃｈを点音源・仮想音源化］
次に、アレイスピーカ装置１では、各スピーカユニットが音声を放音するタイミングを制御して、アレイスピーカ２５から放音された音声が、アレイスピーカ２５の放音面よりも後方に設定された仮想点音源から出力された音声と同様の音波面を形成させることができる。

図５は、点音源の生成方法を説明するための概念図、及び２つの点音源から放音した音声によりＬｃｈ及びＲｃｈの仮想音源を生成した状態を示す図である。

図５（Ａ）において、点音源Ｆから放音される音声信号は、空間に球面状の波面として伝わってゆく。直線状または平面状に並んだアレイスピーカ２５のスピーカユニットＳＰａ〜ＳＰｅに各々適切な遅延を与え、点音源Ｆから音声を出力した場合に、音声がスピーカユニットＳＰａ〜ＳＰｅの各々の位置に到達する時刻に、各々から音声を出力するように制御することで、点音源Ｆから放音するのと同様の波面を形成されることができる。アレイスピーカ装置１では、制御部３５の制御により、方向制御部１７Ａ〜１７Ｅが適切な遅延付加を行う。

このように、アレイスピーカ装置１の後ろ側に仮想点音源を定位させることで、聴取位置が近い場合でも聴取者に音源との距離感を与えることができる。また、遅延の付加により仮想点音源の位置を任意に設計できるので、頭部伝達関数を付与した音源を放音するのに最適な音源位置を選択することができる。また、図４に示した、聴取位置の変動に応じた音源位置の変更も可能である。

アレイスピーカ装置１では、ＨＲＴＦ１５Ａ〜１５Ｄで定位を付与した信号を、上記仮想点音源から出力する。図５（Ｂ）において、ＨＲＴＦ１５Ｂの出力を方向制御部１７Ｂにより仮想点音源Ｆ１から放音し、ＨＲＴＦ１５Ｃの出力を方向制御部１７Ｃにより仮想点音源Ｆ２から放音する。これにより、Ｌｃｈ及びＲｃｈの音声を、聴取者Ｈの左右前方Ｌ、Ｒに仮想定位させる。

なお、アレイスピーカ装置１では、図４に示すように、音声信号に対して頭部伝達関数に基づいて定位を付与した音声は、上記仮想点音源波面の生成を行わず、アレイスピーカ２５のスピーカユニットのいずれか１つまたは複数個から同時に放音することも可能である。

［Ｃｃｈを点音源化］
次に、アレイスピーカ装置１では、センタ（中央）チャンネルの音声についても、ＬｃｈやＲｃｈの音声と同様に、アレイスピーカ２５の放音面よりも後方に設定した点音源から放音した音声の音波面を合成して放音させることができる。

図６は、２つの点音源から生成したＬｃｈ及びＲｃｈの仮想音源と、点音源から放音したＣｃｈの状態を示す図である。図６においては、Ｌｃｈ、Ｒｃｈ音声を、頭部伝達関数に基づき定位を付与して、仮想点音源Ｆ１，Ｆ２から放音し、Ｃｃｈ音声を仮想点音源Ｆ３から放音する。Ｌｃｈ、Ｒｃｈ音声は、聴取者Ｈの左右前方Ｌ、Ｒに仮想定位し音場の広がり感を与え、Ｃｃｈ音声は自然な奥行きを持って中央に定位するため、聴取者に良好な音場を提供できる。

［Ｌｃｈ，Ｒｃｈ，ＳＬｃｈ，ＳＲｃｈを仮想音源化、Ｃｃｈを点音源化］
図７は、アレイスピーカ装置の複数の音声放音方式を示す図である。アレイスピーカ装置１では、図７（Ａ）に示すように、マルチチャンネルサラウンドサウンドのうち、Ｃｃｈを除く全てのチャンネル（つまり、Ｌｃｈ，Ｒｃｈ，ＳＬｃｈ，ＳＲｃｈ）の音声について、それぞれ頭部伝達関数に基づいて仮想的に定位を付与して点音源から放音したように音波面を合成させ、Ｃｃｈのみ点音源から放音したように音波面を合成させることができる。

聴取者Ｈにより操作部２７が操作されてこのモードが選択されると、制御部３５は、ＨＲＴＦ１５Ａ〜１５Ｄに対して制御信号を出力して、スイッチ４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄを端子Ｖ側に切り替えさせる。また、制御部３５は、方向制御部１７Ａ〜１７Ｅに対して制御信号を出力する。この制御信号に基づいて、方向制御部１７Ａ，１７Ｂは、アレイスピーカ装置１の左後方の点音源Ｆ１から音声が出力した音波面を合成するように制御する。方向制御部１７Ｃ，１７Ｄは、アレイスピーカ装置１の右後方の点音源Ｆ２から音声が出力した音波面を合成するように制御する。方向制御部１７Ｅは、アレイスピーカ装置１の中央後方の点音源Ｆ３から音声が出力した音波面を合成するように制御する。

このモードは、アレイスピーカ装置１を壁の無い場所に設置する場合に有効である。

［ＳＬｃｈ，ＳＲｃｈをサウンドビーム化、Ｌｃｈ，Ｒｃｈを仮想音源化］
次に、アレイスピーカ装置１では、図７（Ｂ）に示すように、Ｌｃｈ及びＲｃｈに対して仮想定位を付与して、点音源から放音したように音波面を合成し、また、ＳＬｃｈ及びＳＲｃｈについては、サウンドビームを生成して壁に反射させることができる。

聴取者Ｈにより操作部２７が操作されてこのモードが選択されると、制御部３５は、ＨＲＴＦ１５Ａ〜１５Ｄに対して制御信号を出力して、スイッチ４１Ａ，４１Ｄを端子Ｂ側に切り替えさせ、スイッチ４１Ｂ，４１Ｃを端子Ｖ側に切り替えさせる。また、制御部３５は、方向制御部１７Ａ〜１７Ｅに対して制御信号を出力する。この制御信号に基づいて、方向制御部１７Ａ、１７Ｄは、それぞれ聴取者Ｈの左方向、右方向にサウンドビームを出力するように制御する。方向制御部１７Ｂ、１７Ｃは、それぞれアレイスピーカ装置１の左後方、右後方の点音源（不図示）から音声が出力した音波面を合成するように制御する。方向制御部１７Ｅは、アレイスピーカ装置１の中央後方の点音源（不図示）から音声が出力した音波面を合成するように制御する。

このモードは、アレイスピーカ装置１を部屋のコーナに設置する場合に有効である。

［Ｌｃｈ，Ｒｃｈをサウンドビーム化、ＳＬｃｈ，ＳＲｃｈを仮想音源化］
図８は、アレイスピーカ装置の複数の音声放音方式を示す図である。アレイスピーカ装置１では、図８（Ａ）に示すように、ＳＬｃｈ及びＳＲｃｈに対して仮想定位を付与して、点音源から放音したように音波面を合成し、また、Ｌｃｈ及びＲｃｈについては、サウンドビームを生成して壁に反射させることができる。

聴取者Ｈにより操作部２７が操作されてこのモードが選択されると、制御部３５は、ＨＲＴＦ１５Ａ〜１５Ｄに対して制御信号を出力して、スイッチ４１Ａ，４１Ｄを端子Ｖ側に切り替えさせ、スイッチ４１Ｂ，４１Ｃを端子Ｂ側に切り替えさせる。また、制御部３５は、方向制御部１７Ａ〜１７Ｅに対して制御信号を出力する。この制御信号に基づいて、方向制御部１７Ａ、１７Ｄは、それぞれアレイスピーカ装置１の左後方、右後方の点音源から音声が出力した音波面を合成するように制御する。方向制御部１７Ｂ、１７Ｃは、それぞれ聴取者Ｈの左方向、右方向にサウンドビームを出力するように制御する。方向制御部１７Ｅは、アレイスピーカ装置１の中央後方の点音源から音声が出力した音波面を合成するように制御する。

このモードは、アレイスピーカ装置１を、聴取位置の後ろ側に壁が無かったり、リア用のサウンドビーム経路が確保できなかったりする場合に有効である。

［その他のサウンドビームと仮想音源の任意の組み合わせ］
図８（Ｂ）は、聴取者の右側の壁が無い場合に有効な設定方法である。アレイスピーカ装置１は、Ｒｃｈ及びＳＲｃｈに対して仮想定位を付加して、点音源から放音したように音波面を合成し、Ｌｃｈ及びＳＬｃｈについてはサウンドビームを生成して壁に反射させている。

図８（Ｃ）は、１面の壁だけが利用できる場合に有効な設定方法である。アレイスピーカ装置１は、Ｌｃｈ、ＳＬｃｈ及びＳＲｃｈに対して仮想定位を付加して、点音源から放音したように音波面を合成し、Ｒｃｈについてはサウンドビームを生成して壁に反射させている。

以上のように、本発明のアレイスピーカ装置では、各々のチャンネルの音声信号に対して、頭部伝達関数に基づいて仮想定位を付加して、点音源から放音したように音波面を合成して仮想音源化したり、サウンドビーム化したりすることができる。したがって、アレイスピーカ装置１の設置環境にかかわらず、聴取者にサラウンドサウンドを提供できる。

アレイスピーカの原理及びアレイスピーカ装置が生成するサラウンド音場を示す図である。 本発明の実施形態に係るアレイスピーカ装置の概略構成を示すブロック図である。 ＨＲＴＦの構成の一例を示すブロック図である。 視聴距離の変動への対応を説明するための図である。 点音源の生成方法を説明するための概念図、及び２つの点音源から放音した音声によりＬｃｈ及びＲｃｈの仮想音源を生成した状態を示す図である。 ２つの点音源から生成したＬｃｈ及びＲｃｈの仮想音源と、点音源から放音したＣｃｈの状態を示す図である。 アレイスピーカ装置の複数の音声放音方式を示す図である。 アレイスピーカ装置の複数の音声放音方式を示す図である。

符号の説明

１…アレイスピーカ装置 ３…モニタ ５…リモコン装置
１１…入力端子 １３…デコーダ １５Ａ〜１５Ｄ…ＨＲＴＦ
１７Ａ〜１７Ｅ…方向制御部 １９…加算器 ２１…Ｄ／Ａコンバータ
２３…パワーアンプ ２５…アレイスピーカ ２７…操作部
２９…表示部 ３１…記憶部 ３３…受信部 ３５…制御部

Claims (8)

1. １つの筐体に複数のスピーカユニットが配列されたアレイスピーカと、
   左右フロントチャンネルの音声信号に対して、聴取者の聴感上、左右前方の予め設定した位置に定位を感じる音声の特性を頭部伝達関数に基づいて付加する定位処理を行って、左右音声信号を出力する音源定位付加手段と、
   前記音源定位付加手段が出力した左右音声信号を、それぞれ前記アレイスピーカの１つまたは複数のスピーカユニットに対して分配し、各スピーカユニットが音声信号を出力するタイミングを制御して、前記アレイスピーカから放音された左音声信号に、前記アレイスピーカよりも後方の２つの仮想点音源の一方から出力された音声と同様の音波面を形成させ、前記アレイスピーカから放音された右音声信号に、前記アレイスピーカよりも後方の２つの仮想点音源の他方から出力された音声と同様の音波面を形成させる放音方向制御手段と、
   を備えたことを特徴とするアレイスピーカ装置。
2. 前記音源定位付加手段は、前記アレイスピーカよりも後方に設定された２つの仮想点音源の一方から放音させる左音声信号が、前記聴取者の左耳のみに聞こえ、前記２つの仮想点音源の他方から放音させる右音声信号が、前記聴取者の右耳のみに聞こえるように、反対側の耳に聞こえる音声信号を打ち消す音声信号を生成して出力するクロストーク補正手段を備えた請求項１に記載のアレイスピーカ装置。
3. 前記アレイスピーカから聴取位置までの距離を算出する算出手段を備え、
   前記放音方向制御手段は、前記聴取位置から前記２つの仮想点音源に対する水平角が、それぞれ略一定になるように、前記アレイスピーカから聴取位置までの距離に応じて、前記２つの仮想点音源の位置を変更する請求項１または２に記載のアレイスピーカ装置。
4. 前記放音方向制御手段は、中央チャンネルの音声信号を、前記アレイスピーカの複数のスピーカユニットに対して分配し、各スピーカユニットが音声信号を出力するタイミングを制御して、前記アレイスピーカから放音された音声に、前記アレイスピーカよりも後方に設定された仮想点音源から出力された音声と同様の音波面を形成させる請求項１乃至３のいずれかに記載のアレイスピーカ装置。
5. 前記音源定位付加手段は、左右リアチャンネルの音声信号に対して、聴取者の聴感上、左右後方の予め設定された位置に定位を感じる音声の特性を頭部伝達関数に基づいて付加する定位処理を行って、左右音声信号を出力する請求項１乃至４のいずれかに記載のアレイスピーカ装置。
6. 左リアチャンネル及び右リアチャンネルの音声信号を前記アレイスピーカの全部または一部のスピーカユニットに分配し、これらのスピーカユニットから出力する音声信号の出力タイミングを制御して、前記アレイスピーカから音声ビームを出力させるビーム制御手段を備えた請求項１乃至４のいずれかに記載のアレイスピーカ装置。
7. １つの筐体に複数のスピーカユニットが配列されたアレイスピーカと、
   左右リアチャンネルの音声信号に対して、聴取者の聴感上、左右後方の予め設定された位置に定位を感じる音声の特性を頭部伝達関数に基づいて付加する定位処理を行って、左右音声信号を出力する音源定位付加手段と、
   前記音源定位付加手段が出力した左右音声信号を、それぞれ前記アレイスピーカの１つまたは複数のスピーカユニットに対して分配し、各スピーカユニットが音声信号を出力するタイミングを制御して、前記アレイスピーカから放音された左音声信号に、前記アレイスピーカよりも後方の２つの仮想点音源の一方から出力された音声と同様の音波面を形成させ、前記アレイスピーカから放音された右音声信号に、前記アレイスピーカよりも後方の２つの仮想点音源の他方から出力された音声と同様の音波面を形成させ、
   中央チャンネルの音声信号を、前記アレイスピーカの複数のスピーカユニットに対して分配し、各スピーカユニットが音声信号を出力するタイミングを制御して、前記アレイスピーカから放音された音声に、前記アレイスピーカよりも後方に設定された仮想点音源から出力された音声と同様の音波面を形成させる放音方向制御手段と、
   左フロントチャンネル及び右フロントチャンネルの音声信号を前記アレイスピーカの全部または一部のスピーカユニットに分配し、これらのスピーカユニットから出力する音声信号の出力タイミングを制御して、前記アレイスピーカから音声ビームを出力させるビーム制御手段と、
   を備えたことを特徴とするアレイスピーカ装置。
8. １つの筐体に複数のスピーカユニットが配列されたアレイスピーカと、
   マルチチャンネルサラウンド音声信号の放音方式を設定する制御手段と、
   前記制御手段の設定に応じた少なくともいずれか１つ以上のチャンネルの音声信号に対して、聴取者の聴感上、そのチャンネルを定位させたい位置に定位を感じる音声の特性を頭部伝達関数に基づいて付加する定位処理を行って、そのチャンネルの音声信号を出力する音源定位付加手段と、
   前記音源定位付加手段が出力した、中央チャンネル以外のチャンネルの音声信号を、前記アレイスピーカの１つまたは複数のスピーカユニットに対して分配し、各スピーカユニットが音声信号を出力するタイミングを制御して、前記アレイスピーカから放音された音声に、前記アレイスピーカよりも後方に設定された２つの仮想点音源から出力された音声と同様の音波面を形成させ、
   中央チャンネルの音声信号を、前記アレイスピーカの複数のスピーカユニットに対して分配し、各スピーカユニットが音声信号を出力するタイミングを制御して、前記アレイスピーカから放音された音声に、前記アレイスピーカよりも後方に設定された仮想点音源から聴取位置に向かって出力された音声と同様の音波面を形成させる放音方向制御手段と、
   前記中央チャンネルを除く前記定位処理を行っていないチャンネルの音声信号を前記アレイスピーカの全部または一部のスピーカユニットに分配し、これらのスピーカユニットから出力する音声信号の出力タイミングを制御して、前記アレイスピーカから音声ビームを出力させるビーム制御手段と、
   を備えたことを特徴とするアレイスピーカ装置。

Images