JP2008263293A - 放音装置 - Google Patents

Abstract

【課題】室内全体に十分な音量で、均一な音圧を放音することができる放音装置を提供する。
【解決手段】スピーカ５Ｌ、ＲはそれぞれＬ、Ｒチャンネルの音声を放音装置１の正面方向に放音する。スピーカアレイ５０は、スピーカ５Ｌ、Ｒよりも外側（装置正面からの角度が９０度に近くなる方向）に音声ビームを放音する。音声ビームは、フィルタ処理により低音の成分がカットされている。座席Ａ、Ｂ、Ｇ、Ｈにおいては、スピーカ５Ｌ、５Ｒから放音される音声のうち、高音の音声がほとんど届かないが、音声ビームの高音の音声が届く。スピーカ５Ｌ、Ｒから放音される音声のうち、低音の音声は指向性が鈍く、座席Ａ、Ｂ、Ｇ、Ｈにも届く。したがって、室内全体に十分な音量で、均一な音圧を放音することができる。
【選択図】図４

Description

この発明は、特定の方向に強い指向性を有した音声を放音する放音装置に関する。

ラウンジ等では、店内にステレオスピーカを設置し、楽音を流すことが多い。また、スナック店等に設置されるカラオケ装置においても、ステレオスピーカから伴奏音および歌唱音声を拡声することが多い。

しかし、音声は高音であるほど指向性が鋭くなる。したがって、スピーカの正面（放音方向）からずれる方向では高音が聞こえにくく、こもった音声となってしまう。

このため、一般的にはホーン型の高音用スピーカ（ツイータ）を用い、高音の指向性を広げることが多い。また、ツイータを複数設置し、複数方向に向けて高音の音声を放音できるようにしたものも考えられている。複数のツイータを異なる方向に向けて設置することで、比較的広い範囲に高音を放音することができる。

図１（Ａ）は、２つのツイータを備えたスピーカ装置（スピーカＬ、Ｒ）の指向性を示す図である。同図（Ａ）においては高音（例えば数ｋＨｚ）の音声の指向性を示している。スピーカＬ、Ｒは、それぞれ正面から所定角度ずれる方向に高音の音声を放音する。この例では、２つの方向に音声を放音するため、スピーカの正面方向だけに放音するよりも、比較的広い範囲に高音の音声を放音することができる。したがって、装置正面に近い座席Ｃ〜Ｆにおいては高音が効率よく聞こえる。

また、スピーカアレイの各ユニットに供給する音声信号を遅延制御することで、特定の方向に強い指向性を有する音声ビームを出力する放音装置が知られている（例えば特許文献１参照）。図１（Ｂ）は、特許文献１の装置において、音声ビームを複数生成する例について示したものである。同図（Ｂ）に示すように、特許文献１の装置では、音声ビームを出力することで複数の方向に均一な音圧で音声を放音することができる。
特開２００５−１７３１３７号公報

しかし、ツイータを複数備えた場合であっても、必ずしも室内全体に均一な音圧で放音できるとは限らなかった。すなわち、横方向に広い室内にスピーカ装置を設置すると、スピーカ装置の正面からの角度が９０度に近くなるにつれ、高音の音圧が低下する。図１（Ａ）においては、スピーカ正面からのずれ角度が大きい座席Ｂ、座席Ｇにおいては座席Ｃ〜Ｆよりも高音の音声が聞こえにくい。特に、スピーカ装置正面からの角度が９０度に近い座席Ａや座席Ｈについては、高音の音声がほとんど届かない。

一方、同図（Ｂ）に示したように音声ビームを出力するためには多数のスピーカユニットを設置する必要があり、そのためには各スピーカユニットに小口径のものを用いる必要があった。そのため、全体として十分な音量を確保することができず、また、低音は特に聞こえにくくなっていた。

そこで、この発明は、室内全体に十分な音量で、均一な音圧を放音することができる放音装置を提供することを目的とする。

この発明の放音装置は、複数のスピーカユニットを配列してなるスピーカアレイと、少なくとも前記スピーカアレイのスピーカユニットよりも広い周波数帯域を放音することができる広域スピーカユニットと、音声信号の低域成分を低減するフィルタ部と、音声信号を入力し、この音声信号を前記広域スピーカユニット、および前記フィルタ部に出力する入力部と、前記フィルタ部で低域成分を低減した音声信号を前記スピーカアレイの各スピーカユニットに遅延入力して、前記スピーカアレイに特定の方向に指向性を有した音声ビームを出力させる放音処理部と、前記広域スピーカユニットの放音方向から外れる方向に、前記音声ビームが向くように前記放音処理部に設定する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成では、広域スピーカユニット（例えばフルレンジ用スピーカユニット）から音声を放音するとともに、スピーカアレイで音声ビームを出力する。また、スピーカアレイに入力される音声信号は、低域成分が低減される。スピーカアレイの出力する音声ビームは、広域スピーカユニットの放音方向から外れる方向に向けられる。広域スピーカユニットの放音方向から外れるにしたがって、高音の成分が聞こえにくくなるが、高音の成分のみが含まれた音声ビームがその方向に向けられるため、室内全体に十分な音量で、均一な音圧を放音することができる。

また、この発明は、さらに、前記広域スピーカユニットと、前記スピーカアレイと、を別筐体としたことを特徴とする。

この構成では、高域スピーカユニットと、スピーカアレイと、を別筐体としたことにより、既存のステレオスピーカ装置等を広域スピーカユニットとして用いることができる。

また、この発明は、さらに、前記広域スピーカユニットを複数備え、前記入力部は複数チャンネルの音声信号を入力し、それぞれのチャンネルの音声信号を前記複数の広域スピーカユニット、および前記フィルタ部に出力し、前記放音処理部は、前記フィルタ部で低域成分を低減した複数チャンネルの音声信号を所定のミキシング比でミキシングして、１または複数の音声信号を生成してから前記スピーカアレイの各スピーカユニットに遅延入力することを特徴とする。

この構成では、複数チャンネルの音声信号をそれぞれ複数の広域スピーカユニットに入力する。また、複数チャンネルの音声信号をミキシングして音声ビームを出力する。ミキシング比は種々の態様が考えられるが、例えば広域スピーカユニットを２つ設置し、２チャンネルの音声信号をそれぞれ入力する場合、これらの音声信号を１対１にミキシングして、各広域スピーカユニットの放音方向から外れる方向に音声ビームを出力する。チャンネルの数とミキシング比を適宜設定することにより、さらに室内全体に均一な音圧を放音することができる。

また、この発明は、さらに、音声を収音するマイクと、前記マイクの位置を検出するマイク位置検出手段を備え、前記制御手段は、前記マイクが収音した音声信号の周波数特性を検出し、この周波数特性と前記マイクの位置とを対応付け、前記周波数特性のうち高音の成分が低くなるマイクの位置の方向へ音声ビームが向くように前記放音処理部に設定することを特徴とする。

この構成では、マイクを用いて高域の音声が届きにくい領域を判断し、この領域に音声ビームを向けるように設定する。

この発明によれば、広域スピーカユニットの放音方向から外れる方向に高音の成分のみが含まれた音声ビームが向けられるため、室内全体に十分な音量で、均一な音圧を放音することができる。

この実施形態の放音装置は、他の装置から入力された音声をステレオスピーカで放音しながら、同時に高音域のみ、所定の方向に指向性を制御して放音する。この放音装置は、テレビやオーディオ装置に接続することで種々のオーディオソースを放音するスピーカ装置として用いることが可能であり、また、マイクを接続することで、収音した音声を出力する拡声装置やカラオケ装置として用いることも可能である。
以下、図面を参照してこの発明の実施形態である放音装置について説明する。図２は放音装置の構成を示すブロック図である。図３は、放音装置の外観（放音面）を示す図である。この放音装置１は、入力インタフェース（Ｉ／Ｆ）２、アンプ（ＡＭＰ）３Ｌ、アンプ（ＡＭＰ）３Ｒ、スピーカ５Ｌ、スピーカ５Ｒ、スピーカアレイ５０、Ａ／Ｄコンバータ４１、Ａ／Ｄコンバータ４２、フィルタ４５、フィルタ４６、ミキサ６、ビーム制御部７、Ｄ／Ａコンバータ８１〜８８、アンプ（ＡＭＰ）９１〜９８、および制御部１１を備えている。

入力Ｉ／Ｆ２は、他の装置からステレオ音声信号（２チャンネルの音声信号）を入力する。入力Ｉ／Ｆ２は、入力されたステレオ音声信号のうち、Ｌチャンネルの音声信号をＡ／Ｄコンバータ４１およびアンプ３Ｌに出力する。またＲチャンネルの音声信号をＡ／Ｄコンバータ４２およびアンプ３Ｒに出力する。なお、本実施形態ではアナログ音声信号を入力しているが、デジタル音声信号を入力するようにしてもよい。その場合、アンプ３Ｌ、３Ｒの前段にＤ／Ａコンバータを設ければよい。また、入力Ｉ／Ｆ２は、デジタル音声信号を直接フィルタ４５およびフィルタ４６に入力（Ａ／Ｄコンバータ４１およびＡ／Ｄコンバータ４２を介さずに入力）すればよい。

アンプ３Ｌは、Ｌチャンネルの音声信号を増幅し、スピーカ５Ｌに出力する。また、アンプ３Ｒは、Ｒチャンネルの音声信号を増幅し、スピーカ５Ｒに出力する。放音装置の筐体端部に設置されているスピーカ５Ｌ、５Ｒは、低音（例えば２０Ｈｚ程度）から高音（例えば２０ｋＨｚ程度）までの音声を放音する広域（フルレンジ用）スピーカユニットである。これにより、スピーカ５ＬからＬチャンネルの音声が放音され、スピーカ５ＲからＲチャンネルの音声が放音される。

Ａ／Ｄコンバータ４１に入力されたＬチャンネルの音声信号は、デジタル変換され、フィルタ４５に入力される。また、Ａ／Ｄコンバータ４２に入力されたＲチャンネルの音声信号は、デジタル変換されフィルタ４６に入力される。フィルタ４５、およびフィルタ４６は、いわゆるハイパスフィルタであり、音声信号の所定周波数以下の帯域をカットする。これらの音声信号が入力されるスピーカアレイ５０は、小口径のスピーカユニットであるため、ユニット保護のために低域をカットした音声信号を入力する。また、後述するように、スピーカアレイ５０の放音する音声は、スピーカ５Ｌ、５Ｒが放音した音声のうち、高音が届きにくい領域をカバーするためのものであるため、これらの音声の低音成分が干渉しないようにフィルタ４５、４６において予めカットするものである。カットオフ周波数は適宜設定すればよいが、例えば４００Ｈｚ程度とする。

フィルタ４５、４６で低域をカットされたＬチャンネル、Ｒチャンネルの音声信号は、それぞれミキサ６に入力される。ミキサ６は、これらの音声信号をミキシングし、複数（同図においては２つ）の音声信号を生成する。生成される２つの音声信号のミキシング比は制御部１１が設定する。例えばＬチャンネル、Ｒチャンネルの音声信号が１対１の割合でミキシングされるように（それぞれモノラル音声となるように）設定する。生成された２つの音声信号は、ビーム制御部７に出力される。

ビーム制御部７は、入力された２つの音声信号（以下、それぞれビーム１用信号、ビーム２用信号と言う。）をそれぞれ分岐し、遅延処理、ゲインコントロールを行ったのち、Ｄ／Ａコンバータ８１〜８８に出力する。これらの音声信号は、Ｄ／Ａコンバータ８１〜８８でアナログ変換され、アンプ９１〜９８で増幅されたのちスピーカアレイ５０に入力される。

スピーカアレイ５０は、スピーカ５Ｌ、５Ｒに挟まれる位置で、複数の（図３に示す例では８つの）スピーカユニット５１〜５８を直線状に並行に２列で配列してなり、それぞれ入力された音声信号を放音する。なお、スピーカユニットの数、配置の態様はこの例に限るものではない。図３に示した例は、スピーカユニット５１〜５８を直線状に並行に２列で配列し、その外側にスピーカ５Ｌ、５Ｒを配置したものであるが、例えば図５（Ａ）に示すように、スピーカユニット５１〜５８を１列に配列するようにしてもよいし、同図（Ｂ）に示すように、さらに複数のスピーカユニットを配列したスピーカアレイであってもよい。また、同図（Ｃ）に示すように、口径が異なる大きさのスピーカユニットを配列してもよいし、同図（Ｄ）に示すように、配列間隔が異なっていてもよい。

また、スピーカアレイ５０とスピーカ５Ｌ、５Ｒを別筐体としてもよい。図６は、スピーカアレイ５０とスピーカ５Ｌ、５Ｒを別筐体とした場合の放音装置の構成を示すブロック図、および外観図である。なお、同図（Ａ）のブロック図において、図２と共通する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図６（Ｂ）に示すように、放音装置１００のスピーカアレイ５０は、スピーカ５Ｌ、５Ｒと別筐体となる。同図（Ａ）に示す放音装置１００は、図２に示した放音装置１からスピーカ５Ｌ、５Ｒ、アンプ３Ｌ、３Ｒを省いた構成となっている。入力Ｉ／Ｆ２は、入力されたステレオ音声信号をそれぞれＡ／Ｄコンバータ４１、４２に出力する。アンプ３Ｌ、３Ｒは、それぞれステレオ音声信号を入力し、スピーカ５Ｌ、５Ｒに出力する。すなわち、スピーカ５Ｌ、Ｒ、アンプ３Ｌ、３Ｒは、既存のステレオ放音装置となる。このように、既存のステレオ放音装置に放音装置１００を接続する場合であっても本発明の放音装置が完成する。既存のステレオ放音装置を用いることで導入コストを低減することができる。

また、図６（Ｃ）に示すように、スピーカアレイ５０をさらに複数の筐体に分けて設置するようにしてもよい。スピーカアレイを複数の筐体に分けることで、部屋の大きさに合わせてスピーカアレイのスピーカユニット数を容易に変更でき、汎用性が高まる。

ビーム制御部７は、スピーカアレイ５０のスピーカユニット５１〜５８に入力する音声信号に遅延処理、ゲインコントロールを行うことで、所定方向に強い指向性を有する音声ビームを形成することができる。各スピーカユニット５１〜５８に対応する音声信号の遅延量、ゲインは制御部１１により設定される。各スピーカユニット５１〜５８で放音された音声は、位相が共通する領域で強められ、逆に位相が異なる領域では弱められる。したがって、各スピーカユニットに入力する音声信号の遅延量をコントロールすることで特定の方向に音声ビームを向けることができる。

図４において、ビーム制御の一例を示す。同図の例は、高音（例えば数ｋＨｚ）の音声の指向性を示している。スピーカ５Ｌ、５Ｒは、それぞれ放音装置１の正面方向に高音の音声を放音する。したがって、装置正面に近い座席Ｃ〜Ｆにおいては低音から高音まで均一な音圧で放音される。

ここで、ビーム制御部７は、スピーカ５Ｌ、Ｒよりも外側（装置正面からの角度が９０度に近くなる方向）に音声ビームが向けられるように遅延処理を行う。すなわち、ビーム１は、放音装置１に向かって左側の座席Ａ、Ｂに向けられる。また、ビーム２は、放音装置１に向かって右側の座席Ｇ、Ｈに向けられる。

座席Ａ、Ｂにおいては、スピーカ５Ｌから放音される音声のうち、高音の音声が届きにくい領域であるが、ビーム１の音声が届く。一方、スピーカ５Ｌから放音される音声のうち、低音の音声は指向性が鈍く、座席Ａ、Ｂの領域にも届く。ビーム１の音声は、フィルタ４５により低域の成分がカットされているため、スピーカ５Ｌの低域成分と干渉することがない。

また、同様に、座席Ｇ、Ｈにおいては、スピーカ５Ｒから放音される音声のうち、高音の音声が届きにくい領域であるが、ビーム２の音声が届く。一方、スピーカ５Ｒから放音される音声のうち、低音の音声は指向性が鈍く、座席Ｇ、Ｈの領域にも届く。ビーム１の音声は、フィルタ４６により低域の成分がカットされているため、スピーカ５Ｒの低域成分と干渉することがない。

ビーム１およびビーム２の音声は、低域がカットされ、かつ小口径の複数のスピーカユニットによりビーム化された音声であるから、高音のみ含まれている。この高音のみ含まれたビーム１およびビーム２の音声が、スピーカ５Ｌ、５Ｒの放音した音声のうち高音が届きにくい領域をカバーするため、座席Ａ〜Ｈの全てにおいて、十分な音量で、均一な音圧を確保することができる。

なお、上記例においては、ミキサ６において、ビーム１用信号、ビーム２用信号を、それぞれＬチャンネル、Ｒチャンネルの音声信号が１対１で含まれるように設定しているが、これに限るものではない。

座席Ｃ、Ｄにおいては、スピーカ５Ｌの音声が効率よく届くため、主にＬチャンネルの音声がよく聞こえる。座席Ａ、Ｂにおいては、スピーカ５Ｌの音声のうち低域の音声が効率よく届くため、主にＬチャンネルの低域成分がよく聞こえる。そこで、ミキサ６においてビーム１にＬチャンネルの音声信号が多く含まれるようにミキシング比を設定すると、座席Ａ、Ｂにおいて全帯域でＬチャンネルの音声がよく聞こえるようになる。同様に、ミキサ６においてビーム２にＲチャンネルの音声信号が多く含まれるようにミキシング比を設定すると、座席Ｇ、Ｈにおいて全帯域でＲチャンネルの音声がよく聞こえるようになる。

一方、ビーム１用信号およびビーム２用信号のミキシング比を、それぞれＬチャンネル、Ｒチャンネルの音声信号が１対１になるように設定すると、座席Ａ、ＢにおいてはＲチャンネルの高域成分のみ、比較的大きい音量で聞こえることになる。また、座席Ｇ、ＨにおいてはＬチャンネルの高域成分のみ、比較的大きい音量で聞こえることになる。この場合、スピーカ５Ｌ、Ｒの音声信号について、それぞれＬチャンネル、Ｒチャンネルの音声信号が１対１で含まれるようにミキシングしてから（すなわちモノラル音声として）放音されるように設定すれば、全座席においてモノラル音声が均一に聞こえるようになる。

いずれにせよ、ミキサ６のミキシング比やスピーカ５Ｌ、Ｒに出力する音声信号のミキシング比は、使用条件に応じて適宜設定すればよい。この場合、制御部１１の内蔵メモリ（図示せず）に複数のプリセットを用意しておき、ユーザがいずれかを指定することでミキシング比を設定するようにしてもよい。また、ビームの向きも複数のプリセットから指定できるようにしてもよい。

なお、放音装置１の設置時に、マイクを用いてミキシング比や音声ビームの向きを自動設定できるようにしてもよい。すなわち、図２において、マイクで収音した音声信号を制御部１１に入力し、制御部１１は、マイク位置を検出してそのとき収音された音声信号の周波数特性を分析する。

マイク位置の検出はどのような手法を用いてもよいが、例えば以下のようにして検出する。図７は、マイク位置測定を示す概念図である。制御部１１は、ビーム制御部７を介してスピーカアレイ５０における一方の最端のスピーカユニット５１と、他方の最端のスピーカユニット５８に対して、同じ検査用音声信号（例えばホワイトノイズ）を順に入力する。制御部１１は、マイク１０１から検査用音声信号を収音した場合に、この収音タイミングを検知する。

制御部１１は、スピーカユニット５１が測定用音声を出力したタイミングから上記収音タイミングまでの時間ｔ１を計時する。また、スピーカユニット５８が測定用音声を出力したタイミングから収音タイミングまでの時間ｔ２を計時する。制御部１１は、この時間ｔ１及び時間ｔ２を用いてマイク位置を算出する。すなわち、制御部１１は、時間ｔ１、ｔ２と音速の関係から、スピーカユニット５１とマイク１０１の距離、およびスピーカユニット５８とマイク１０１の距離を測定することができ、スピーカユニット５１とスピーカユニット５８間の距離情報を有していれば、三角測量によりマイク１０１の位置を測定することができる。マイク１０１の位置は、図７に示すように、放音装置１の（上面から見た）中心位置からの距離ｒ、および中心位置から正面方向（スピーカ放音面、すなわちアレイ長軸方向に直交する方向）の軸（これを角度０ｄｅｇとする）とのずれ角φで表される。

ここで、制御部１１は、マイク１０１から入力された上記測定用音声をフーリエ変換して周波数特性を算出する。この周波数特性とマイク位置とを対応づけて内蔵メモリに記憶しておく。ここで、放音装置１のユーザがマイク１０１を部屋内で移動させることにより、部屋内のそれぞれの位置の周波数特性を求めることができる。制御部１１は、内蔵メモリに記憶した周波数特性とマイク位置とから、高音の音声が届きにくい領域を判断し、最も高音の音声が届きにくい領域に音声ビームを向けるようにビーム制御部７に設定する。
これにより、室内全体において正確に均一な音圧を放音することができる。

なお、図４では、音声ビームの数を２つとする例を示したが、ビームの数は１つであってもよいし、さらに複数の音声ビームを形成するようにしてもよい。また、入力される音声信号のソースはステレオに限るものではない。モノラルの音声信号であってもよいし、さらに複数チャンネルの音声信号を入力してもよい。入力チャンネルの数だけフルレンジ用スピーカユニットを備えていればよい。

従来の放音装置の高音指向性を示す図である。 放音装置の構成を示すブロック図である。 放音装置の外観を示す図である。 ビーム制御の一例を示す図である。 スピーカユニットの数、配置の他の例を示す図である。 スピーカアレイ５０とスピーカ５Ｌ、５Ｒを別筐体とした場合の放音装置の構成を示すブロック図、および外観図である。 マイク位置測定を示す概念図である。

符号の説明

１−放音装置
２−入力Ｉ／Ｆ
３Ｌ、３Ｒ−アンプ
４１、４２−Ａ／Ｄコンバータ
５Ｌ、５Ｒ−スピーカ
５０−スピーカアレイ
６−ミキサ
７−ビーム制御部
８１〜８８−Ｄ／Ａコンバータ
９１〜９８−アンプ
１１−制御部

Claims (4)

1. 複数のスピーカユニットを配列してなるスピーカアレイと、
   少なくとも前記スピーカアレイのスピーカユニットよりも広い周波数帯域を放音することができる広域スピーカユニットと、
   音声信号の低域成分を低減するフィルタ部と、
   音声信号を入力し、この音声信号を前記広域スピーカユニット、および前記フィルタ部に出力する入力部と、
   前記フィルタ部で低域成分を低減した音声信号を前記スピーカアレイの各スピーカユニットに遅延入力して、前記スピーカアレイに特定の方向に指向性を有した音声ビームを出力させる放音処理部と、
   前記広域スピーカユニットの放音方向から外れる方向に、前記音声ビームが向くように前記放音処理部に設定する制御手段と、
   を備えた放音装置。
2. 前記広域スピーカユニットと、前記スピーカアレイと、を別筐体とした請求項１に記載の放音装置。
3. 前記広域スピーカユニットを複数備え、
   前記入力部は複数チャンネルの音声信号を入力し、それぞれのチャンネルの音声信号を前記複数の広域スピーカユニット、および前記フィルタ部に出力し、
   前記放音処理部は、前記フィルタ部で低域成分を低減した複数チャンネルの音声信号を所定のミキシング比でミキシングして、１または複数の音声信号を生成してから前記スピーカアレイの各スピーカユニットに遅延入力する請求項１、または請求項２に記載の放音装置。
4. 音声を収音するマイクと、
   前記マイクの位置を検出するマイク位置検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記マイクが収音した音声信号の周波数特性を検出し、この周波数特性と前記マイクの位置とを対応付け、前記周波数特性のうち高音の成分が低くなるマイクの位置の方向へ音声ビームが向くように前記放音処理部に設定する請求項１、請求項２、または請求項３に記載の放音装置。

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