JP2009200575A - Speaker array system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のスピーカユニットからなるスピーカアレイに関する。 The present invention relates to a speaker array including a plurality of speaker units.
この種のスピーカアレイシステムの一例としては、遅延アレイ方式のものが挙げられる(例えば、特許文献1)。遅延アレイ方式のスピーカアレイシステムでは、スピーカアレイを形成する複数のスピーカユニットの各々に与えるオーディオ信号の遅延時間差を適宜調整することで、スピーカアレイから出力される音波の指向性制御が実現される。ここで、スピーカアレイから出力される音波の指向性制御とは、各スピーカユニットから出力される音波の合成波面の進行方向やその合成波面の広がり具合の制御のことである。特許文献1に開示された技術では、以下のようにして、上記指向性制御が実現される。まず、水平方向の制御のための第1の遅延処理を入力オーディオ信号INに施し、スピーカユニット列SP(i、1)(i=1〜m)、SP(i、2)(i=1〜m)、…SP(i,n)(i=1〜m)の各々に対応付けられたn個の第1遅延オーディオ信号を生成する。次に、垂直方向の制御のための第2の遅延処理をn個の第1遅延オーディオ信号の各々に施し、これにより得られるn×m個の第2遅延オーディオ信号をスピーカユニットSP(i,j)(i=1〜m,j=1〜n)に供給する。 An example of this type of speaker array system is a delay array type (for example, Patent Document 1). In the delay array type speaker array system, directivity control of sound waves output from the speaker array is realized by appropriately adjusting the delay time difference of audio signals applied to each of a plurality of speaker units forming the speaker array. Here, the directivity control of the sound wave output from the speaker array is control of the traveling direction of the combined wavefront of the sound wave output from each speaker unit and the spread of the combined wavefront. In the technique disclosed in Patent Document 1, the directivity control is realized as follows. First, a first delay process for horizontal control is performed on the input audio signal IN, and speaker unit rows SP (i, 1) (i = 1 to m), SP (i, 2) (i = 1 to 1). m),... SP (i, n) (n = 1 to m) are generated, and n first delayed audio signals are generated. Next, a second delay process for vertical control is performed on each of the n first delayed audio signals, and the n × m second delayed audio signals obtained thereby are used as speaker units SP (i, j) (i = 1 to m, j = 1 to n).
合成波面の進行方向を指定する手法の一例としては、垂直方向および水平方向のステアリング角度により指定する態様が挙げられる。すなわち、スピーカアレイのアレイ面の法線方向をz軸、鉛直方向(垂直方向)をy軸、z軸およびy軸の両者に直交する方向(すなわち、水平方向)をx軸とした場合に、合成波面の進行方向をz軸からx軸へ向う回転方向の角度(水平方向のステアリング角度)とz軸からy軸へ向う回転方向の角度(垂直方向のステアリング角度)で表す態様である。この態様によれば、合成波面の進行方向を「水平方向については左へα度ステアリングさせ、垂直方向については下へβ度ステアリングさせた方向」と表すことができ、直感的に判り易いといった特徴がある。 As an example of a method for designating the traveling direction of the composite wavefront, there is a mode of designating by the steering angle in the vertical direction and the horizontal direction. That is, when the normal direction of the array surface of the speaker array is the z axis, the vertical direction (vertical direction) is the y axis, and the direction orthogonal to both the z axis and the y axis (that is, the horizontal direction) is the x axis, This is a mode in which the traveling direction of the composite wavefront is represented by an angle in the rotational direction (horizontal steering angle) from the z-axis to the x-axis and an angle in the rotational direction (vertical steering angle) from the z-axis to the y-axis. According to this aspect, the traveling direction of the combined wavefront can be expressed as “a direction in which the horizontal direction is steered to the left by α degrees and the vertical direction is steered by a β degrees in the vertical direction”. There is.
例えば、図8(A)に示すように4つのスピーカユニットSP(i,j)(i=1〜2、j=1〜2)を水平方向および垂直方向に2行2列に配列してなるスピーカアレイについて、図8(B)に示すように、水平方向のステアリング角度αと垂直方向のステアリング角度βが指定された場合、これら2つのステアリング角度で表される進行方向へ進む合成波面を形成するには、各スピーカユニットSP(i,j)に与えるオーディオ信号の遅延時間差が以下のようになるよう制御すれば良い。 For example, as shown in FIG. 8A, four speaker units SP (i, j) (i = 1 to 2, j = 1 to 2) are arranged in 2 rows and 2 columns in the horizontal direction and the vertical direction. As for the speaker array, as shown in FIG. 8B, when a horizontal steering angle α and a vertical steering angle β are designated, a composite wavefront that advances in the traveling direction represented by these two steering angles is formed. For this purpose, the delay time difference of the audio signal given to each speaker unit SP (i, j) may be controlled as follows.
水平方向で互いに隣り合うスピーカユニット(例えば、スピーカユニットSP(1,1)とスピーカユニットSP(1,2))については、各々から出力される音波の経路差に応じた遅延時間差を有するオーディオ信号を与えるようにすれば良い。例えば、スピーカユニットSP(1,1)に与えるオーディオ信号を基準にすると、スピーカユニットSP(1,2)に与えるオーディオ信号には、図8(B)に示すように、スピーカユニットSP(1,1)との経路差(Dxsinα)に応じた遅延を付与すれば良い。また、垂直方向で互いに隣り合うスピーカユニット(例えば、スピーカユニットSP(1,1)とスピーカユニットSP(2,1))についても同様に、スピーカユニットSP(2,1)に与えるオーディオ信号には、スピーカユニットSP(1,1)との経路差(Dysinβ)に応じた遅延を付与すれば良い。そして、スピーカユニットSP(2,2)に関しては、スピーカユニットSP(1,2)との経路差がDysinβであり、スピーカユニットSP(1,2)とスピーカユニットSP(1,1)の経路差はDxsinαであるから、これら経路差の和(Dxsinα+Dysinβ)に応じた遅延を付与したオーディオ信号を与えれば良い。
しかし、合成波面の進行方向を水平方向および垂直方向のステアリング角度で指定し、図8(B)に示すように遅延を付与して指向性制御を行う態様では、ステアリング角度が大きくなるにつれて、合成波面の実際の進行方向とユーザの意図した進行方向とにずれが生じる場合がある。例えば、図8(A)に示すスピーカアレイにおいて、Dx=Dy=Dであり、α=β=45°である場合には、スピーカユニットSP(2,2)についての遅延がスピーカユニットSP(1,2)やスピーカユニットSP(2,1)についての遅延に比較して大きくなりすぎ(図8(C)参照)、このことが上記進行方向のずれを引き起こすのである。
本発明は上記の問題点に鑑みて為されたものであり、ステアリング角度により指定された進行方向と実際の進行方向とのずれが小さい合成波面を簡素な構成のスピーカアレイで形成することを可能にする技術を提供することを目的とする。
However, in the aspect in which the direction of travel of the combined wavefront is specified by the steering angle in the horizontal direction and the vertical direction and the directivity control is performed with a delay as shown in FIG. There may be a deviation between the actual traveling direction of the wavefront and the traveling direction intended by the user. For example, in the speaker array shown in FIG. 8A, when D x = D y = D and α = β = 45 °, the delay for the speaker unit SP (2, 2) is the speaker unit SP. (1, 2) and the delay with respect to the speaker unit SP (2, 1) become too large (see FIG. 8C), and this causes a shift in the traveling direction.
The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is possible to form a composite wavefront with a small configuration between a traveling direction designated by a steering angle and an actual traveling direction with a simple configuration of a speaker array. The purpose is to provide technology.
上記課題を解決するために、本発明は、複数のスピーカユニットからなるスピーカアレイと、入力オーディオ信号を遅延させることにより、前記複数のスピーカユニットに各々与える複数の遅延オーディオ信号を生成する遅延手段と、前記スピーカアレイのアレイ面と直交する第1の軸と、前記第1の軸と直交するとともに互いに直交する第2および第3の軸を想定し、前記複数のスピーカユニットの各々から放射すべき音波の合成波面の進行方向の前記第1の軸から前記第2の軸へ向う回転方向のステアリング角度と前記第1の軸から前記第3の軸へ向う回転方向の第2のステアリング角度とを指定する指定手段と、前記複数のスピーカユニットから任意に選択される2個のスピーカユニットに与えられる2個の遅延オーディオ信号が、前記複数のスピーカユニットの各々から放射すべき音波の合成波面の進行方向のベクトルと当該2個のスピーカユニット間の変位ベクトルとの内積に相当する遅延時間差を持つように制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記進行方向のベクトルの前記第1、第2および第3の軸方向の各成分を前記第1および第2のステアリング角度から求め、これら各成分と前記変位ベクトルの前記第1、第2および第3の軸方向の成分の各々とから前記内積を算出することを特徴とするスピーカアレイシステム、を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention provides a speaker array including a plurality of speaker units, and delay means for generating a plurality of delayed audio signals to be provided to the plurality of speaker units by delaying an input audio signal, respectively. Assuming a first axis orthogonal to the array surface of the speaker array, and second and third axes orthogonal to the first axis and orthogonal to each other, each of the plurality of speaker units should radiate A steering angle in the rotational direction from the first axis to the second axis in the traveling direction of the combined wavefront of the sound wave, and a second steering angle in the rotational direction from the first axis to the third axis. The designation means for designating and two delayed audio signals given to two speaker units arbitrarily selected from the plurality of speaker units Control means for controlling to have a delay time difference corresponding to the inner product of the vector of the traveling direction of the combined wavefront of the sound wave to be emitted from each of the plurality of speaker units and the displacement vector between the two speaker units; The control means obtains the first, second, and third axial components of the traveling direction vector from the first and second steering angles, and determines the components and the displacement vectors. A speaker array system is provided, wherein the inner product is calculated from each of the first, second, and third axial components.
本発明に係るスピーカアレイシステムでは、ユーザにより指定された第1および第2のステアリング角度から上記合成波面の進行方向のベクトルの第1、第2および第3の軸方向の成分を求める処理が実行され、任意の2個のスピーカユニットの各々に与える遅延オーディオ信号が、上記進行方向のベクトルの両スピーカユニット間の変位ベクトルとの内積に相当する遅延時間差を持つように各遅延オーディオ信号の遅延量を制御する処理が実行される。 In the loudspeaker array system according to the present invention, processing for obtaining first, second and third axial components of the vector of the traveling direction of the composite wavefront from the first and second steering angles specified by the user is executed. The delay amount of each delayed audio signal is such that the delayed audio signal applied to each of any two speaker units has a delay time difference corresponding to the inner product of the vector in the traveling direction and the displacement vector between both speaker units. The process which controls is performed.
より好ましい態様においては、前記スピーカアレイシステムの指定手段は、前記第1および第2のステアリング角度に加えて、前記合成波面の広がり角を指定させ、前記制御手段は、前記内積に相当する遅延時間差に加えて前記広がり角に応じた遅延時間差を持つように、前記各遅延オーディオ信号の遅延量を制御することを特徴とする。このような態様によれば、ユーザにより指定された進行方向からのずれが少なく、かつ、ユーザにより指定された広がり角で広がりつつ伝播する合成波面をスピーカアレイに出力させることが可能になる。 In a more preferred aspect, the designating means of the speaker array system designates a spread angle of the composite wavefront in addition to the first and second steering angles, and the control means is a delay time difference corresponding to the inner product. In addition, the delay amount of each delayed audio signal is controlled so as to have a delay time difference corresponding to the spread angle. According to such an aspect, it is possible to cause the speaker array to output a combined wavefront that propagates while spreading with a spread angle specified by the user with little deviation from the traveling direction specified by the user.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
(A:構成)
図1は、本発明の一実施形態であるスピーカアレイシステム200の構成例を示す図である。このスピーカアレイシステム200は、所謂遅延アレイ方式のスピーカアレイシステムである。図1に示すように、スピーカアレイシステム200は、スピーカアレイ210、遅延手段220、増幅手段230、ユーザインタフェイス(以下、「UI」)提供手段240および制御手段250を有している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(A: Configuration)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a speaker array system 200 according to an embodiment of the present invention. The speaker array system 200 is a so-called delay array type speaker array system. As shown in FIG. 1, the speaker array system 200 includes a
スピーカアレイ210は、スピーカユニット211−i(i=1〜N:Nは2以上の自然数)の各々のスピーカ軸が互いに平行になるように(すなわち、平面状のバッフル面を形成するように)並べて構成されている。これらスピーカユニット211−iから出力される音波の同時刻における波面の包絡面により一定の進行方向へ伝播する合成波面が形成されるのである。スピーカユニット211−iとしては、例えばコーン型スピーカなどの広い指向性を有するスピーカを用いれば良い。スピーカアレイ210の構成態様としては、同一の音響特性を有するスピーカユニットのみで構成する態様や、音響特性の異なる(例えば、出力音域が異なる)複数種のスピーカユニットを組み合わせて構成する態様が考えられる。同一の音響特性を有するスピーカユニットのみで構成する態様であれば、図2(A)に示すように、各スピーカユニットをマトリクス状に配列してスピーカアレイ210を構成すれば良い。一方、音響特性の異なる複数種のスピーカユニットを組み合わせて構成する態様であれば、図2(B)に示すように、高音域をサポートする小型のスピーカユニットをマトリクス状に配列した周囲に低音域をサポートする大型のスピーカユニットを配列してスピーカアレイ210を構成すれば良い。
In the
遅延手段220は、例えばDSP(Digital Signal Processor)である。遅延手段220は、音源100から与えられる入力オーディオ信号IN01に遅延処理を施して遅延オーディオ信号X01−i(i=1〜N)を生成する。ここで、音源100から与えられる入力オーディオ信号IN01がアナログ信号である場合には、A/D変換器によってデジタル信号に変換して遅延手段220に与えれば良い。本実施形態では、上記遅延処理として所謂1タップディレイ処理が実行される。この1タップディレイ処理は、複数のシフトレジスタを用いて実施される態様であっても良く、また、RAM(Random Access Memory)を用いて実施される態様であっても良い。例えば、RAMを用いた態様であれば、入力オーディオ信号IN01を上記RAMへ書き込み、その書き込みを行った時から、スピーカユニット211−i(i=1〜N)の各々に対応する遅延に応じた時間が経過した時にRAMから入力オーディオ信号IN01を読み出し、遅延オーディオ信号X01−iとして増幅手段230に与える処理を遅延手段220に実行させるようにすれば良い。このように本実施形態では、遅延オーディオ信号X01−iの各々を1タップディレイ処理により生成するため、FIR(Finite Impulse
Response)型の処理で上記遅延オーディオ信号を生成する場合に比較して小規模なDSPで遅延手段220を構成することができる。
The delay means 220 is, for example, a DSP (Digital Signal Processor). The delay means 220 performs a delay process on the input audio signal IN01 given from the
The delay means 220 can be configured with a small-scale DSP as compared with the case where the delayed audio signal is generated by the Response type processing.
増幅手段230は、図1に示すように、スピーカユニット211−i(i=1〜N)の各々に対応する乗算器231−i(i=1〜N)を含んでいる。乗算器231−iには、遅延オーディオ信号X01−iが遅延手段220から与えられる。乗算器231−i(i=1〜N)の各々は、遅延手段220から与えられた遅延オーディオ信号X01−iに所定の係数(制御手段250から与えられる係数)を乗算して出力することにより、その遅延オーディオ信号X01−iの信号レベルをスピーカ駆動に適したレベルまで増幅する。増幅手段230から出力される遅延オーディオ信号X01−iの各々は、D/A変換器(図1では図示略)によってアナログオーディオ信号に変換され、対応するスピーカユニット211−iに与えられる。 As shown in FIG. 1, the amplifying unit 230 includes multipliers 231-i (i = 1 to N) corresponding to the respective speaker units 211-i (i = 1 to N). The delayed audio signal X01-i is given from the delay means 220 to the multiplier 231-i. Each of the multipliers 231-i (i = 1 to N) multiplies the delayed audio signal X 01-i given from the delay means 220 by a predetermined coefficient (coefficient given from the control means 250) and outputs the result. The signal level of the delayed audio signal X01-i is amplified to a level suitable for speaker driving. Each of the delayed audio signals X01-i output from the amplifying means 230 is converted into an analog audio signal by a D / A converter (not shown in FIG. 1), and is provided to the corresponding speaker unit 211-i.
UI提供手段240は、ユーザに所望の指向性(すなわち、合成波面の進行方向や波面の広がり具合)を指定させ、その指定内容を表す指定内容データAI01を制御手段250に与える。ユーザに所望の指向性を指定させる態様としては種々のものが考えられる。例えば、所定の座標系(スピーカアレイ210の中心を座標原点とし、スピーカアレイ210のアレイ面の法線方向をz軸、垂直方向をy軸、水平方向をx軸とした座標系)を想定し、音響サービスの提供対象である領域(以下、ターゲットエリア)の中心点の座標で合成波面の進行方向を指定させ、そのターゲットエリアの形状や大きさで波面の広がり具合を指定させる態様が考えられる。この態様でユーザに指向性を指定させるUI提供手段240としては、スピーカアレイ210とターゲットエリアの位置関係およびターゲットエリアの形状をマウスなどのポインティングデバイスの操作により描画させるGUI(Graphical User Interface)が考えられる。また、ユーザに所望の指向性を指定させる別の態様としては、水平方向および垂直方向のステアリング角度で合成波面の進行方向を指定させ、水平方向および垂直方向の広がり角で合成波面の広がり具合を指定させる態様が考えられる。この態様により所望の指向性をユーザに指定させるUI提供手段240としては、上記2種類のステアリング角度と上記2種類の広がり角の各々を表す数値をキー入力させるキーボードが考えられる。
The
制御手段250は、指定内容データAI01の表す指向性を実現するために各遅延オーディオ信号X01−iに付与する遅延をその指定内容データAI01に基づいて算出し遅延手段220に与える処理を実行する。制御手段250は、図1に示すように、CPU(Central Processing Unit)251と、例えばFlashROMなどの不揮発性メモリ252と、RAMなどの揮発性メモリ253とを含んでいる。不揮発性メモリ252には、本実施形態に係るスピーカアレイシステム200に特徴的な指向性制御処理をCPU251に実行させる制御プログラム252aとアレイ情報252bとが予め格納されている。ここで、アレイ情報252bとは、スピーカアレイ210を構成するスピーカユニット211−i(i=1〜N)の各々のスピーカアレイ210における配置位置を示す情報(例えば、スピーカアレイ210のスピーカ面の中心を原点とし、アレイ面の法線方向をz軸、垂直方向をy軸、水平方向をx軸とする座標空間における各スピーカユニット211−iの座標位置を示す情報)である。一方、揮発性メモリ253は、制御プログラム252aを実行する際のワークエリアとしてCPU251によって利用される。制御プログラム252aにしたがってCPU251が実行する指向性制御処理は、図3に示すように、遅延演算用データ算出処理SA01および遅延設定処理SA02の2つの処理に大別される。
以下、これら2つの処理について詳細に説明する。
The
Hereinafter, these two processes will be described in detail.
(B:指向性制御処理)
遅延演算用データ算出処理SA01は、UI提供手段240から与えられる指定内容データAI01から遅延演算用データを算出する処理である。ここで、遅延演算用データとは、スピーカアレイ210に含まれる任意の2つのスピーカユニット211−iに与える各遅延オーディオ信号X01−iの遅延時間差を演算するためデータである。本実施形態では、遅延演算用データとして、合成波面の進行方向の単位ベクトルである進行方向ベクトルvpと、水平方向および垂直方向の広がり角BWhおよびBWvを表すデータが算出される。ここで、進行方向ベクトルvpを算出する理由は以下の通りである。
(B: Directivity control processing)
The delay calculation data calculation process SA01 is a process of calculating the delay calculation data from the designated content data AI01 given from the
例えば、図4に示すように、xz平面上にてx軸上に位置するスピーカユニットSP0およびスピーカユニットSP1の各々から出力される音波により、ある進行方向に伝播する合成波面を形成する場合を想定する。この場合、合成波面の進行方向を示す単位ベクトルをvp(すなわち、vpのノルムは1)、スピーカユニットSP0から見たスピーカユニットSP1の配置位置を示すベクトル(以下、変位ベクトル)をveとすると、図4に示すように、スピーカユニットSP1から出力される音波とスピーカユニットSP0から出力される音波の経路差dは以下の数1で表され、以下の数2に示すように、ベクトルvpとベクトルveの内積(スカラー積)に等しくなる。
上記のように経路差dが進行方向ベクトルvpとスピーカユニット間の変位ベクトルveの内積で表されることは3次元空間においても同様である。例えば、進行方向ベクトルvpと変位ベクトルveが以下の数3で表される場合、その変位ベクトルveにより互いの位置関係が表される2つのスピーカユニットに与えるべき各遅延オーディオ信号の遅延時間差は、以下の数4に応じたものになる。
本実施形態の場合、スピーカアレイ210を構成するN個のスピーカユニット211−iのうちの任意の2つについての変位ベクトルveはアレイ情報252bを参照して求めることができる。したがって、進行方向ベクトルvpが求まれば、その進行方向ベクトルvpの表す方向へ進む合成波面を形成させる際に、N個のスピーカユニット211−iのうちの任意の2つに与えるべき遅延オーディオ信号X01−iの遅延時間差を上記数4にしたがって算出することができる。これが進行方向ベクトルvpを算出する理由である。以下、進行方向ベクトルvpと広がり角BWhおよびBWvの算出手法について説明する。
In this embodiment, the displacement vector v e for any two of the N speaker units 211-i constituting the
(B−1:進行方向ベクトルの算出方法)
まず、進行方向ベクトルvpの算出方法について説明する。
前述したように、合成波面の進行方向をユーザに指定させる態様としては、ターゲットエリアの中心点の座標で指定させる態様と、水平方向および垂直方向のステアリング角度で指定させる態様とがある。ターゲットエリアの中心点の座標で合成波面の進行方向を指定させる態様であれば、例えば、その中心点の座標が(X,Y,Z)であるならば、進行方向ベクトルvpは以下の数5の演算により算出することができる。
First, a method for calculating the traveling direction vector v p will be described.
As described above, there are a mode in which the user designates the traveling direction of the composite wavefront by a mode in which the user designates by the coordinates of the center point of the target area and a mode in which the design is designated by the steering angle in the horizontal direction and the vertical direction. For example, if the traveling direction of the composite wavefront is designated by the coordinates of the center point of the target area, for example, if the coordinates of the center point are (X, Y, Z), the traveling direction vector v p is the following number: It can be calculated by the operation of 5.
一方、水平方向および垂直方向のステアリング角度で合成波面の進行方向を指定させる態様の場合、例えば、水平方向のステアリング角度としてγhが指定され、垂直方向のステアリング角度としてγvが指定された場合は、まず、以下の数6にしたがって算出される2種類の角度φhおよびφvを求め、これらφhおよびφvを用いて以下の数7に示すように進行方向ベクトルvpを求めれば良い。
合成波面の進行方向を指定させる態様としては、上記2つの態様が考えられるが、これら何れの態様であっても実際の合成波面の進行方向は一致していなければならない。そこで、ターゲットエリアの中心座標で合成波面の進行方向が指定され、数3に示す進行方向ベクトルvpが得られる場合に、水平方向および垂直方向のステアリング角度を指定する態様で同一の結果が得られるようにするには、これらステアリング角度としてどのような値を指定すれば良いのかについて考察する。水平方向および垂直方向のステアリング角度を各々φh、φvとすると、水平方向および垂直方向の経路差は各々Dxsinφh、Dysinφvとなる(前掲図8(B)にてα=φh、β=φvとすれば良い)。これらの和が数4で求まる経路差dと一致するように(すなわち、数8を満たすように)φh、φvを定めれば良い。ただし、数8においてDx=Dh、Dy=Dv。
上述の数8が常に成り立つためには、x=sinφh、y=sinφvでなければならない。ここで、進行方向ベクトルvpは単位ベクトル(すなわち、x2+y2+z2=1)であるから、進行方向ベクトルvpは前掲数7を満たすものでなければならない。 In order for the above equation 8 to always hold, x = sin φ h and y = sin φ v must be satisfied. Here, since the advancing direction vector v p is a unit vector (that is, x 2 + y 2 + z 2 = 1), the advancing direction vector v p must satisfy Equation 7 above.
一方、進行方向ベクトルvpが数3で表される場合、従来は、図5に示すように、進行方向ベクトルvpをxz平面に射影して得られる射影ベクトルvxzとz軸の為す角度γhが水平方向のステアリング角度として用いられ、進行方向ベクトルvpをyz平面に射影して得られる射影ベクトルvyzとz軸の為す角度γvが垂直方向のステアリング角度として用いられていた。図5を参照すれば明らかなように、進行方向ベクトルvpのx、y、z成分と上記2種類の角度γhおよびγvとの間には、以下の数9に示す関係がある。
前述したように、数3に示す進行方向ベクトルvpは、φhおよびφvを用いて数7のように表せるのであるから、γhおよびγvは、φhおよびφvを用いて、以下の数10のように表すことができる。
数6を参照すれば明らかように、γh≠φhであり、γv≠φvである。従来の遅延アレイ方式のスピーカアレイシステムでは、数3のように成分表現される進行方向ベクトルvpをxz平面に射影して得られる射影ベクトルとz軸の為す角度γhを水平方向のステアリング角度と同一視し、同進行方向ベクトルvpをyz平面に射影して得られる射影ベクトルとz軸の為す角度γvを垂直方向のステアリング角度と同一視して遅延演算が行われていた。数6において、γhおよびγvが共に充分に小さい場合には、tanγh≒sinγh、tanγv≒sinγvと近似することができ、また、tan2γhおよびtan2γvは、1に比較して充分に小さく無視することができる。このような近似を行えば、確かに数6はφh≒γh、φv≒γvを意味する。しかし、γhまたはγvの少なくとも一方が上記近似を行えない程度に大きく、上記近似が妥当ではない場合には、φh≠γh、φv≠γvとなる。これが従来の遅延式スピーカアレイにてステアリング角度が大きくなるにつれて、水平方向および垂直方向のステアリング角度で指定された進行方向と実際の合成波面の進行方向とのずれが大きくなる原因である。本実施形態では、ユーザにより指定された水平方向のステアリング角度γhおよび垂直方向のステアリング角度γvから数6および数7にしたがって進行方向ベクトルvpを求め、この進行方向ベクトルvpと変位ベクトルveとの内積に応じた遅延時間差を各遅延オーディオ信号X01−iに与えるようにしたため、水平方向および垂直方向のステアリング角度で指定された進行方向と実際の合成波面の進行方向とが大きくずれることはない。 As is apparent from Equation 6, γ h ≠ φ h and γ v ≠ φ v . In the conventional delay array type loudspeaker array system, the projection vector obtained by projecting the traveling direction vector v p expressed as a component as shown in Equation 3 onto the xz plane and the angle γ h formed by the z axis are set as the horizontal steering angle. And the projection vector obtained by projecting the same traveling direction vector v p onto the yz plane and the angle γ v formed by the z axis are regarded as the same as the steering angle in the vertical direction, and the delay calculation is performed. In 6, when gamma h and gamma v is in both sufficiently small, tan h ≒ sin [gamma] h, can be approximated with tanγv ≒ sinγ v, also, tan 2 gamma h and tan 2 gamma v is 1 In comparison, it is sufficiently small and can be ignored. If such approximation is performed, Equation 6 certainly means φ h ≈γ h and φ v ≈γ v . However, if at least one of γ h or γ v is so large that the above approximation cannot be performed and the above approximation is not valid, φ h ≠ γ h and φ v ≠ γ v . This is the reason why the deviation between the traveling direction specified by the steering angle in the horizontal direction and the vertical direction and the traveling direction of the actual composite wavefront increases as the steering angle increases in the conventional delay type speaker array. In the present embodiment, a traveling direction vector v p is obtained from the horizontal steering angle γ h and the vertical steering angle γ v specified by the user according to Equations 6 and 7, and the traveling direction vector v p and the displacement vector are obtained. v since the delay time difference according to the inner product of the e and to give to each delayed audio signals X01-i, largely deviated and the traveling direction of the actual combined wavefront traveling direction specified by the steering angle in the horizontal direction and the vertical direction There is nothing.
(B−2:広がり角の算出方法)
次いで、水平方向の広がり角BWhおよび垂直方向の広がり角BWvの算出方法について説明する。水平方向の広がり角BWhおよび垂直方向の広がり角BWvの算出方法についても、ユーザによる指向性の指定態様に応じて種々の方法が考えられる。例えば、ターゲットエリアの位置、形状および大きさでGUIを介して指向性を指定させる態様の場合には、図6(A)に示すように、スピーカアレイ210のアレイ面の投影像(以下、カバーエリア)をそのターゲットエリアを被覆するように拡大または縮小して設定し、図6(B)や図6(C)に示すように、スピーカアレイ210からカバーエリアを見た水平方向および垂直方向の開き角を幾何学的に求め、これら開き角を水平方向の広がり度BWhおよび垂直方向の広がり角BWvとすれば良い。一方、水平方向の広がり角BWhおよび垂直方向の広がり角BWvをキー入力などにより数値で直接指定する態様の場合には、特段の演算を行わず、指定内容データAI01の表す水平方向の広がり角BWhおよび垂直方向の広がり角BWvをそのまま用いるようにすれば良い。
(B-2: Spreading angle calculation method)
Next, a method for calculating the horizontal spread angle BW h and the vertical spread angle BW v will be described. Various methods for calculating the horizontal spread angle BW h and the vertical spread angle BW v can be considered according to the directivity designation mode by the user. For example, in the case of a mode in which directivity is designated via the GUI according to the position, shape, and size of the target area, as shown in FIG. 6A, a projected image of the speaker array 210 (hereinafter referred to as a cover). Area) is enlarged or reduced so as to cover the target area, and as shown in FIGS. 6B and 6C, the horizontal and vertical directions when the cover area is viewed from the
(B―3:遅延設定処理)
遅延設定処理SA02は、スピーカアレイ210に含まれる任意の2つのスピーカユニットに与える遅延オーディオ信号の遅延時間差を進行方向ベクトルvp、広がり角BWhおよびBWvから算出し、各遅延オーディオ信号X01−iの遅延量D01−iを遅延手段220に与える処理である。この遅延設定処理SA02では、スピーカアレイ210に含まれるN個のスピーカユニット211−iのうちから、遅延量演算の基準となるスピーカユニットを1つ選択し、他のN−1個のスピーカユニットの各々についての遅延量D01−iを以下のように算出する。すなわち、この遅延設定処理SA02では、遅延量演算の対象となる各スピーカユニットについて上記基準となるスピーカユニットから見た変位ベクトルveをアレイ情報252bを参照して求め、その変位ベクトルveと進行方向ベクトルvpとの内積を求めることによって、その進行方向へ伝播する合成波面を形成するための遅延量が算出され、このようにして算出される遅延量に広がり角BWhおよびBWvに応じた遅延量を加算して各スピーカユニット211−iに対応する遅延量D01−iが算出される。なお、水平方向および垂直方向の広がり角に応じた遅延量算出の具体的な手法としては従来の遅延アレイ方式スピーカアレイシステムにおける手法を用いれば良い。また、広がり角BWによる遅延の与え方は、図7(A)に示す態様であっても良く、また、図7(B)に示す態様であっても良い。
(B-3: Delay setting process)
The delay setting process SA02 calculates a delay time difference between delayed audio signals to be given to any two speaker units included in the
以上説明したように、本実施形態に係るスピーカアレイ1によれば、水平方向および垂直方向のステアリング角度で進行方向が指定された場合であっても、その進行方向と実際の進行方向とのずれが小さい合成波面を各スピーカユニット211−iから出力される音波によって形成することが可能になる。また、本実施形態に係るスピーカアレイシステム1の遅延手段220で実行される遅延処理は1タップディレイ処理であるため、遅延手段220を小規模なDSPで構成することが可能であり、スピーカシステム1の構成が簡素になるといった特徴もある。
As described above, according to the speaker array 1 according to the present embodiment, even when the traveling direction is specified by the steering angle in the horizontal direction and the vertical direction, the deviation between the traveling direction and the actual traveling direction is not possible. Can be formed by the sound wave output from each speaker unit 211-i. Further, since the delay process executed by the
(C:変形)
以上、本発明の一実施形態について説明したが、かかる実施形態に以下に述べる変形を加えても勿論良い。
(1)上述した実施形態では、複数のスピーカユニットを平面状のバッフル面を形成するように配列して構成した2次元スピーカアレイに本発明を適用したが、複数のスピーカユニットを曲面状のバッフル面を形成するように配列して構成したスピーカアレイに本発明を適用しても勿論良い。
(C: deformation)
Although one embodiment of the present invention has been described above, the following modifications may be added to the embodiment.
(1) In the above-described embodiment, the present invention is applied to a two-dimensional speaker array configured by arranging a plurality of speaker units so as to form a planar baffle surface. However, the plurality of speaker units are curved baffles. Of course, the present invention may be applied to a loudspeaker array configured to form a surface.
(2)上述した実施形態では、各スピーカユニット211−iから出力される音波の合成波面の進行方向の制御に加えて、その合成波面広がり具合の制御を行ったが、進行方向の制御のみを行っても勿論良い。進行方向の制御のみ行う態様にあっては、UI提供手段240を介して入力される指定内容データAI01から進行方向ベクトルvpを求め、任意の2つのスピーカユニット211−iについての変位ベクトルveをアレイ情報252bから求めて、その進行方向ベクトルvpと変位ベクトルveの内積を数1(或いは数3および数4)にしたがって演算することで、それら2つのスピーカユニット211−iに与える遅延オーディオ信号X01−i間の遅延時間差を算出すれば良い。
(2) In the above-described embodiment, in addition to the control of the traveling direction of the composite wavefront of the sound wave output from each speaker unit 211-i, the control of the combined wavefront spread is performed, but only the control of the traveling direction is performed. Of course you can go. In the mode in which only the control of the traveling direction is performed, the traveling direction vector v p is obtained from the specified content data AI01 input via the
(3)上述した実施形態では、本発明に係るスピーカアレイシステムに特徴的な指向性制御処理を制御手段250のCPU251に実行させる制御プログラム252aが同制御手段250の不揮発性メモリ252に予め格納されていた。しかし、この制御プログラム252aを、例えばCD−ROM(Compact Disk-Read Only Memory)などのコンピュータ装置読み取り可能な記録媒体に書き込んで配布しても良く、また、インターネットなどの電気通信回線経由のダウンロードにより配布しても良い。このようにして配布される制御プログラム252aを一般的なコンピュータ装置に記憶させ、そのコンピュータ装置を制御手段250として機能させることができる。
(3) In the above-described embodiment, the
100…音源、200…スピーカアレイシステム、210…スピーカアレイ、211−i(i=1〜N)…スピーカユニット、220…遅延手段、230…増幅手段、231−i(i=1〜N)…乗算器、240…UI提供手段、250…制御手段、251…CPU、252…不揮発性メモリ、252a…制御プログラム、252b…アレイ情報、253…揮発性メモリ。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
入力オーディオ信号を遅延させることにより、前記複数のスピーカユニットに各々与える複数の遅延オーディオ信号を生成する遅延手段と、
前記スピーカアレイのアレイ面と直交する第1の軸と、前記第1の軸と直交するとともに互いに直交する第2および第3の軸を想定し、前記複数のスピーカユニットの各々から放射すべき音波の合成波面の進行方向の前記第1の軸から前記第2の軸へ向う回転方向のステアリング角度と前記第1の軸から前記第3の軸へ向う回転方向の第2のステアリング角度とを指定する指定手段と、
前記複数のスピーカユニットから任意に選択される2個のスピーカユニットに与えられる2個の遅延オーディオ信号が、前記複数のスピーカユニットの各々から放射すべき音波の合成波面の進行方向のベクトルと当該2個のスピーカユニット間の変位ベクトルとの内積に相当する遅延時間差を持つように制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記進行方向のベクトルの前記第1、第2および第3の軸方向の各成分を前記第1および第2のステアリング角度から求め、これら各成分と前記変位ベクトルの前記第1、第2および第3の軸方向の成分の各々とから前記内積を算出する
ことを特徴とするスピーカアレイシステム。 A speaker array comprising a plurality of speaker units;
Delay means for delaying an input audio signal to generate a plurality of delayed audio signals to be given to each of the plurality of speaker units;
Assuming a first axis orthogonal to the array surface of the speaker array and second and third axes orthogonal to the first axis and orthogonal to each other, sound waves to be emitted from each of the plurality of speaker units Designating a steering angle in the rotational direction from the first axis to the second axis in the traveling direction of the combined wavefront and a second steering angle in the rotational direction from the first axis to the third axis A designation means to
Two delayed audio signals given to two speaker units arbitrarily selected from the plurality of speaker units are a vector of the traveling direction of a composite wavefront of a sound wave to be radiated from each of the plurality of speaker units. Control means for controlling to have a delay time difference corresponding to the inner product of the displacement vector between the speaker units;
With
The control means obtains the first, second, and third axial components of the traveling direction vector from the first and second steering angles, and the first and second displacement vectors. The inner product is calculated from each of the second and third axial components. A speaker array system, wherein:
前記制御手段は、前記内積に相当する遅延時間差に加えて前記広がり角に応じた遅延時間差を持つように、前記各遅延オーディオ信号の遅延量を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載のスピーカアレイシステム。
The designation means designates a spread angle of the combined wavefront in addition to the first and second steering angles;
2. The control unit according to claim 1, wherein the control unit controls a delay amount of each delayed audio signal so as to have a delay time difference corresponding to the spread angle in addition to a delay time difference corresponding to the inner product. Speaker array system.
Priority Applications (1)
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2008
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