JP2015062269A - スピーカ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、従来の音声ビームだけの方式及び仮想音源だけの方式よりも、聴者に音源を知覚させる効果の高いスピーカ装置を提供することを目的とする。【解決手段】定位付加部は、音声ビームによって聴者が音源を知覚した位置又はその近くの位置に、仮想音源を定位させるようにフィルタ処理を行う。また、本発明のスピーカ装置は、音声ビームを形成する音よりも仮想音源を知覚させる音を遅らせて出力する、又は仮想音源を知覚させる音よりも音声ビームを形成する音を遅らせて出力する。【選択図】図２

Description

本発明は、指向性を有する音声ビームを出力するスピーカ装置に関する。

従来、サラウンド音場を生成するために、オーディオ信号をそれぞれ遅延させて複数のスピーカユニットに分配するアレイスピーカ装置が知られている（特許文献１を参照。）。

遅延されて分配されたオーディオ信号がそれぞれのスピーカユニットから音として出力されると、指向性を有するサウンドビーム（音声ビーム）が形成される。すると、聴者は、音声ビームの焦点に音源が存在すると知覚する。音声ビームが例えば壁に反射して聴者に届くと、聴者は、壁の方向に音源が存在すると知覚する。

また、特許文献１に示すアレイスピーカ装置は、音声ビームのチャンネルと別のチャンネルのオーディオ信号を仮想的に定位させている。仮想的に定位する仮想音源は、聴者の頭部形状に対応する頭部伝達関数をオーディオ信号に畳み込むことにより聴者に知覚される。

特開２００８−２２７８０３

しかし、特許文献１に示す音声ビームは、環境によっては、聴者の所望通りにサラウンド音場を生成できないことがある。例えば、音声ビームは、壁までの距離が遠い環境又は音声ビームを反射させにくい壁からなる環境では、聴者に届きにくくなる。すると、聴者は、音源を知覚しにくくなる。

一方、仮想音源による方式は、音声ビームによる方式に比べて、定位感を十分に与えることができない場合がある。例えば、仮想音源による方式は、聴取位置がずれると、定位感が弱まりやすい。また、仮想音源による方式は、聴者の頭部の形状に基づいているため、定位感に個人差がある。

そこで、本発明は、従来の音声ビームだけの方式及び仮想音源だけの方式よりも、聴者に音源を知覚させる効果の高いスピーカ装置を提供することを目的とする。

本発明のスピーカ装置は、オーディオ信号が入力される入力部と、複数のスピーカと、前記入力部に入力されたオーディオ信号をそれぞれ遅延して前記複数のスピーカに分配する指向性制御部と、前記入力部に入力されたオーディオ信号に頭部伝達関数に基づくフィルタ処理を行って前記複数のスピーカに入力する定位付加部と、を備える。

複数のスピーカは、指向性制御部により遅延されて分配されたオーディオ信号に基づいて放音する。指向性制御部は、複数のスピーカユニットから出力される音の位相が所定位置でそろうように、オーディオ信号を遅延制御する。その結果、複数のスピーカユニットからそれぞれ出力された音は、所定位置で強め合い、指向性を有する音声ビームとなる。聴者は、音声ビームを聞くことにより、音源を知覚する。

定位付加部は、音声ビームによって聴者が音源を知覚した位置又はその近くの位置に、仮想音源を定位させるようにフィルタ処理を行う。その結果、本発明のスピーカ装置は、音声ビームだけを用いた場合又は仮想音源だけを用いた場合に比べて、定位感を向上させることができる。

本発明のスピーカ装置は、音声ビームによる音源の定位感を損なうことなく、仮想音源による定位感を加えることにより、定位感を向上させることができる。

また、本発明のスピーカ装置は、前記定位付加部又は前記指向性制御部の前段又は後段に、前記オーディオ信号を遅延させて出力する遅延処理部、を備えている。

仮想音源を知覚させる音が音声ビームを形成すべき音と同時に出力されてしまうと、音声ビームを形成すべき音は、仮想音源を知覚させる音によって位相がずれてしまう場合がある。すなわち、仮想音源を知覚させる音が音声ビームを形成すべき音と同時に出力されてしまうと、音声ビームの形成は、仮想音源を知覚させる音によって阻害されてしまう場合がある。そこで、本発明のスピーカ装置は、音声ビームを形成する音よりも仮想音源を知覚させる音を遅らせて出力する。その結果、仮想音源を知覚させる音は、音声ビームの形成を阻害しにくくなる。特に、遅延処理部は、前記定位付加部の前段又は後段に設けられ、前記指向性制御部が遅延させる遅延量の最大値よりも大きい遅延量で前記オーディオ信号を遅延させて出力する態様とすることが好ましい。

一方、聴取位置と壁との距離が遠い環境、音響反射率の低い壁素材からなる環境、あるいはスピーカの個数が少ない場合、壁からの音声ビームの反射が弱く、音声ビームによる定位感が弱い場合がある。この場合、音声ビームを形成する音が仮想音源を知覚させる音を阻害する場合もある。この場合、遅延処理部は、指向性制御部の前段又は後段に設けられ、指向性制御部から複数のスピーカに入力されるオーディオ信号が、定位付加部から複数のスピーカに入力されるオーディオ信号よりも遅れるように、オーディオ信号を遅延させて出力する態様とすることが好ましい。これにより、仮想音源を知覚させる音を阻害しないように、音声ビームを形成する音に遅延を与え、仮想音源を知覚させる音よりも遅らせて再生することができる。

また、スピーカ装置は、前記指向性制御部のオーディオ信号と、前記定位付加部のオーディオ信号とのレベル比率を調整するレベル調整部を備えてもよい。

仮想音源は、聴者に直接届く音で知覚されるため、環境に依存しにくい。一方、音声ビームは、壁での反射を利用するため環境に依存するが、仮想音源よりも定位感を与えることができる。この構成では、音声ビームのレベルと仮想音源を知覚させる音のレベルとの比率を調整して環境に依存することなく定位感を与えることができる。例えば、スピーカ装置は、音声ビームが反射しにくい環境に置かれた場合、仮想音源を知覚させる音のレベルを上げるとよい。また、スピーカ装置は、音声ビームが反射しやすい環境に置かれた場合、音声ビームのレベルを上げるとよい。

また、前記オーディオ信号は、マルチチャンネルサラウンドサウンドのオーディオ信号であっても構わない。

音声ビームは、チャンネルによっては壁での反射を利用して音源を聴者に知覚させるが、反射により音像がぼやけることがある。特に、リアチャンネルのオーディオ信号は、音声ビームでは２度の壁反射を利用するため、フロントチャンネルに比べて、定位しにくい。しかし、スピーカ装置は、聴者に直接届く音で仮想音源も知覚させるため、フロントチャンネルと同程度にリアチャンネルの定位感を与えることができる。

また、前記複数のスピーカは、前記指向性制御部のオーディオ信号が入力されるスピーカアレイと、前記定位付加部のオーディオ信号が入力されるステレオスピーカとからなり、前記入力部に入力されたオーディオ信号の帯域を高域と低域とに分割してそれぞれ出力する帯域分割部、を備え、前記指向性制御部は、前記帯域分割部から出力された高域のオーディオ信号が入力され、前記ステレオスピーカは、前記帯域分割部から出力された低域のオーディオ信号が入力される、態様であっても構わない。

この態様では、ステレオスピーカは、仮想音源を知覚させる音の出力と、音声ビームの帯域より低域の音の出力とで、兼用される。換言すれば、音声ビームを形成し難い低域は、ステレオスピーカによって補われる。

本発明によれば、スピーカ装置は、音声ビームと仮想音源との両方で定位感を与えるため、従来の音声ビームだけの方式及び仮想音源だけの方式に比べて、定位感が強くなる。

本実施形態に係るアレイスピーカ装置２を備えたＡＶシステム１を説明するための図である。 本実施形態に係るアレイスピーカ装置２及びサブウーファ３のブロック図の一部である。 定位付加部４２及び補正部５１のブロック図である。 本実施形態に係るアレイスピーカ装置２が出力するサウンドビームの経路及びサウンドビームによる音源の定位位置を示す図である。 本実施形態に係るアレイスピーカ装置２が出力するサウンドビームの経路及びサウンドビームによる音源の定位位置を示す図である。 指向性制御部２０によるオーディオ信号の遅延量の計算を説明するための図である。 本実施形態に係るアレイスピーカ装置２の変形例に係るアレイスピーカ装置２Ａ及びスピーカセット２Ｂを示す図である。 変形例に係るアレイスピーカ装置２Ｃの構成を示すブロック図である。

本実施形態に係るアレイスピーカ装置２について、図１乃至図６を用いて説明する。図１は、アレイスピーカ装置２を備えたＡＶシステム１を説明するための図である。図２は、アレイスピーカ装置２及びサブウーファ３のブロック図の一部である。図３（Ａ）は、定位付加部４２のブロック図であり、図３（Ｂ）は、補正部５１のブロック図である。図４及び図５は、それぞれアレイスピーカ装置２が出力する音声ビームの経路及び音声ビームによる音源の定位位置を示す図である。図６は、指向性制御部２０によるオーディオ信号の遅延量の計算を説明するための図である。

ＡＶシステム１は、アレイスピーカ装置２、サブウーファ３、及びテレビ４を備える。アレイスピーカ装置２は、サブウーファ３及びテレビ４に接続される。アレイスピーカ装置２は、テレビ４で再生される映像に応じたオーディオ信号や不図示のコンテンツプレーヤからのオーディオ信号が入力される。アレイスピーカ装置２は、入力されたオーディオ信号に基づいて音声ビームを出力し、かつ聴者に仮想音源を定位させるものである。

まず、音声ビームの出力について説明する。

アレイスピーカ装置２は、図１に示すように、例えば、直方体形状の筐体を備える。アレイスピーカ装置２の筐体は、聴者に対向する面に、例えば１６個のスピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐと、ウーファ３３Ｌ，３３Ｒとを備える。ただし、スピーカユニットは、１６個に限らず、例えば８個等であってもよい。この例では、スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐ、ウーファ３３Ｌ、およびウーファ３３Ｒが本発明の「複数のスピーカ」に相当する。

スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐは、それぞれ一列に配置されている。スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐは、聴者からアレイスピーカ装置２を視て左側から順に配置されている。ウーファ３３Ｌは、スピーカユニット２１Ａからさらに左側に配置されている。ウーファ３３Ｒは、スピーカユニット２１Ｐのさらに右側に配置されている。

アレイスピーカ装置２は、図２に示すように、デコーダ１０、及び指向性制御部２０を備える。

デコーダ１０は、ＤＩＲ（；Ｄｉｇｉｔａｌ ａｕｄｉｏ Ｉ／Ｆ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）１１、ＡＤＣ（；Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１２、ＨＤＭＩ（登録商標；Ｈｉｇｈ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）レシーバ１３に接続されている。

ＤＩＲ１１は、光ケーブル又は同軸ケーブルで送信されたデジタルオーディオ信号が入力される。ＡＤＣ１２は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。ＨＤＭＩレシーバ１３は、ＨＤＭＩ規格に適合したＨＤＭＩ信号が入力される。

デコーダ１０は、ＡＡＣ（登録商標）、Ｄｏｌｂｙ Ｄｉｇｉｔａｌ（登録商標）、ＤＴＳ（登録商標）、ＭＰＥＧ−１／２、ＭＰＥＧ−２マルチチャンネル、ＭＰ３等多様なデータフォーマットをサポートしている。デコーダ１０は、ＤＩＲ１１及びＡＤＣ１２から出力されたデジタルオーディオ信号を、マルチチャンネルオーディオ信号（ＦＬチャンネル、ＦＲチャンネル、Ｃチャンネル、ＳＬチャンネル、及びＳＲチャンネルのデジタルオーディオ信号。以下、単にオーディオ信号と称す場合は、デジタルオーディオ信号を示すものとする。）に変換して出力する。デコーダ１０は、ＨＤＭＩレシーバ１３が出力したＨＤＭＩ信号（ＨＤＭＩ規格に適合する信号。）からオーディオデータを抽出して、オーディオ信号に復号して出力する。ただし、デコーダ１０は、５チャンネルのオーディオ信号に限らず、７チャンネルのオーディオ信号等、様々なチャンネル数のオーディオ信号に変換することもできる。

アレイスピーカ装置２は、デコーダ１０から出力されたオーディオ信号の帯域を分割して、高域（例えば２００Ｈｚ以上）をスピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐに出力し、低域（例えば２００Ｈｚ未満）をウーファ３３Ｌ，３３Ｒ及びサブウーファユニット７２に出力するために、ＨＰＦ１４（１４ＦＬ，１４ＦＲ，１４Ｃ，１４ＳＲ，１４ＳＬ）とＬＰＦ１５（１５ＦＬ，１５ＦＲ，１５Ｃ，１５ＳＲ，１５ＳＬ）とを備える。ＨＰＦ１４及びＬＰＦ１５のカットオフ周波数は、スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐの再生周波数の下限（２００Ｈｚ）に合うように、それぞれ設定されている。

デコーダ１０から出力された各チャンネルのオーディオ信号は、それぞれＨＰＦ１４及びＬＰＦ１５に入力される。ＨＰＦ１４は、入力されたオーディオ信号の高域成分（２００Ｈｚ以上）を抽出して出力する。ＬＰＦ１５は、入力されたオーディオ信号の低域成分（２００Ｈｚ未満）を抽出して出力する。

ＨＰＦ１４から出力された各オーディオ信号は、レベル調整部１８（１８ＦＬ，１８ＦＲ，１８Ｃ，１８ＳＲ，１８ＳＬ）に入力される。レベル調整部１８は、チャンネル毎に音声ビームのレベルを調整するために備えられる。レベル調整部１８は、各オーディオ信号のレベルを調整して出力する。

指向性制御部２０は、レベル調整部１８から出力された各オーディオ信号が入力される。指向性制御部２０は、入力された各チャンネルのオーディオ信号をスピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐの数だけ分配し、それぞれ所定の遅延時間で遅延させる。遅延された各チャンネルのオーディオ信号は、不図示のＤＡＣ（；Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）でアナログオーディオ信号に変換された後、スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐに入力される。スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐは、入力された各チャンネルのオーディオ信号に基づいて放音する。

スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐのうち隣り合うスピーカユニットに入力されるオーディオ信号に与えられる遅延量の差が一定となるように指向性制御部２０が遅延制御すると、スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐから出力された各音は、それぞれ当該遅延量の差に応じた方向で位相を強めあう。その結果、音声ビームは、スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐから所定方向に進む平行波として形成される。

指向性制御部２０は、スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐから出力される各音の位相が所定位置でそろうような遅延制御も可能である。この場合、スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐから出力された各音は、当該所定位置を焦点とする音声ビームとなる。

なお、アレイスピーカ装置２は、指向性制御部２０の前段又は後段に、チャンネル毎にイコライザを備え、各オーディオ信号の周波数特性を調整してもよい。

ＬＰＦ１５から出力されたオーディオ信号は、ウーファ３３Ｌ又は３３Ｒ及びサブウーファユニット７２に入力される。

アレイスピーカ装置２は、音声ビームの帯域以外のオーディオ信号（２００Ｈｚ未満）を、さらにウーファ３３Ｌ，３３Ｒ用の帯域（例えば１００Ｈｚ以上）とサブウーファユニット７２用の帯域（例えば１００Ｈｚ未満）とに分割するために、ＨＰＦ３０（３０ＬＬ，３０Ｒ）とＬＰＦ３１（３１Ｌ，３１Ｒ）とを備える。ＨＰＦ３０及びＬＰＦ３１のカットオフ周波数は、サブウーファユニット７２の再生周波数の上限（１００Ｈｚ）に合うように、それぞれ設定される。

ＬＰＦ１５（１５ＦＬ，１５Ｃ，１５ＳＬ）から出力されたオーディオ信号（２００Ｈｚ未満）は、加算部１６によって加算される。加算部１６によって加算されたオーディオ信号は、ＨＰＦ３０Ｌ及びＬＰＦ３１Ｌに入力される。ＨＰＦ３０Ｌは、入力されたオーディオ信号の高域成分（１００Ｈｚ以上）を抽出して出力する。ＬＰＦ３１Ｌは、入力されたオーディオ信号の低域成分（１００Ｈｚ未満）を抽出して出力する。ＨＰＦ３０Ｌから出力されたオーディオ信号は、レベル調整部３４Ｌ、加算部３２Ｌ及び不図示のＤＡＣを介してウーファ３３Ｌに入力される。ＬＰＦ３１Ｌから出力されたオーディオ信号は、レベル調整部７０Ｆ、加算部７１及び不図示のＤＡＣを介してサブウーファ３のサブウーファユニット７２に入力される。レベル調整部３４Ｌ及びレベル調整部７０Ｆは、音声ビームと、ウーファ３３Ｌから出力される音と、サブウーファユニット７２から出力される音とのレベル比を調整するために、入力されたオーディオ信号のレベルを調整して出力する。

ＬＰＦ１５（１５ＦＲ，１５Ｃ，１５ＳＲ）から出力されたオーディオ信号は、加算部１７によって加算される。加算部１７によって加算されたオーディオ信号は、ＨＰＦ３０Ｒ及びＬＰＦ３１Ｒに入力される。ＨＰＦ３０Ｒは、入力されたオーディオ信号の高域成分（１００Ｈｚ以上）を抽出して出力する。ＬＰＦ３１Ｒは、入力されたオーディオ信号の低域成分（１００Ｈｚ未満）を抽出して出力する。ＨＰＦ３０Ｒから出力されたオーディオ信号は、レベル調整部３４Ｒ、加算部３２Ｒ、及び不図示のＤＡＣを介してウーファ３３Ｒに入力される。ＬＰＦ３１Ｒから出力されたオーディオ信号は、レベル調整部７０Ｇ、加算部７１及び不図示のＤＡＣを介してサブウーファユニット７２に入力される。レベル調整部３４Ｒ及びレベル調整部７０Ｇは、音声ビームと、ウーファ３３Ｒから出力される音と、サブウーファユニット７２から出力される音とのレベル比を調整するために、入力されたオーディオ信号のレベルを調整して出力する。

以上のように、アレイスピーカ装置２は、スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐからチャンネル毎の音声ビームを出力しつつ、音声ビームの帯域以外の音（２００Ｈｚ未満）をウーファ３３Ｌ，３３Ｒ及びサブウーファユニット７２から出力する。

次に、仮想音源の定位について説明する。

アレイスピーカ装置２は、定位付加部４２、クロストークキャンセル処理部５０、及び遅延処理部６０Ｌ，６０Ｒを備える。

アレイスピーカ装置２は、デコーダ１０から出力されたオーディオ信号の帯域を分割して、高域（例えば１００Ｈｚ以上）をウーファ３３Ｌ，３３Ｒに出力し、低域（例えば１００Ｈｚ未満）をサブウーファユニット７２に出力するために、ＨＰＦ４０（４０ＦＬ，４０ＦＲ，４０Ｃ，４０ＳＲ，４０ＳＬ）とＬＰＦ４１（４１ＦＬ，４１ＦＲ，４１Ｃ，４１ＳＲ，４１ＳＬ）とを備える。ＨＰＦ４０及びＬＰＦ４１のカットオフ周波数は、サブウーファユニット７２の再生周波数の上限（１００Ｈｚ）に合うように、それぞれ設定されている。

デコーダ１０から出力された各チャンネルのオーディオ信号は、それぞれＨＰＦ４０及びＬＰＦ４１に入力される。ＨＰＦ４０は、入力されたオーディオ信号の高域成分（１００Ｈｚ以上）を抽出して出力する。ＬＰＦ４１は、入力されたオーディオ信号の低域成分（１００Ｈｚ未満）を抽出して出力する。

アレイスピーカ装置２は、ウーファ３３Ｌ，３３Ｒから出力される音とサブウーファユニット７２から出力される音とのレベル比を調整するために、レベル調整部７０Ａ〜７０Ｅを備える。

ＬＰＦ４１から出力された各オーディオ信号は、レベル調整部７０Ａ〜７０Ｅによってレベルが調整される。レベル調整部７０Ａ〜７０Ｅによってレベルが調整された各オーディオ信号は、それぞれ加算部７１で加算される。加算部７１で加算されたオーディオ信号は、不図示のＤＡＣを介してサブウーファユニット７２に入力される。

アレイスピーカ装置２は、チャンネル毎に仮想音源を知覚させる音のレベルを調整するために、レベル調整部４３（４３ＦＬ，４３ＦＲ，４３Ｃ，４３ＳＲ，４３ＳＬ）を備える。

ＨＰＦ４０から出力された各オーディオ信号は、レベル調整部４３に入力される。レベル調整部４３は、入力された各オーディオ信号のレベルを調整して出力する。

レベル調整部４３から出力された各オーディオ信号は、定位付加部４２に入力される。定位付加部４２は、入力された各オーディオ信号を仮想の音源位置に定位させる処理を行う。オーディオ信号を仮想の音源位置に定位させるためには、所定位置と聴者の耳との間の伝達関数を示す頭部伝達関数（以下、ＨＲＴＦと称す。）を用いる。

ＨＲＴＦは、ある位置に設置した仮想スピーカからそれぞれ左右の耳に至る音の大きさ、到達時間、及び周波数特性等を表現したインパルス応答である。オーディオ信号にＨＲＴＦを付与してウーファ３３Ｌ（又はウーファ３３Ｒ）から放音することにより、聴者は、仮想スピーカから放音されたように知覚する。

定位付加部４２は、図３（Ａ）に示すように、チャンネル毎にＨＲＴＦのインパルス応答を畳み込むためのフィルタ４２１Ｌ〜４２５Ｌ及びフィルタ４２１Ｒ〜４２５Ｒを備える。

ＦＬチャンネルのオーディオ信号（ＨＰＦ４０ＦＬから出力されたオーディオ信号）は、フィルタ４２１Ｌと、４２１Ｒとに入力される。フィルタ４２１Ｌは、ＦＬチャンネルのオーディオ信号に、聴者の左前方の仮想音源ＶＳＦＬ（図４を参照。）の位置から左耳に至る経路のＨＲＴＦを付与する。フィルタ４２１Ｒは、ＦＬチャンネルのオーディオ信号に、仮想音源ＶＳＦＬの位置から右耳に至る経路のＨＲＴＦを付与する。

フィルタ４２２Ｌは、聴者の右前方の仮想音源ＶＳＦＲの位置から聴者の左耳に至る経路のＨＲＴＦをＦＲチャンネルのオーディオ信号に付与する。フィルタ４２２Ｒは、仮想音源ＶＳＦＲの位置から右耳に至る経路のＨＲＴＦをＦＲチャンネルのオーディオ信号に付与する。

フィルタ４２３Ｌ〜４２５Ｌは、Ｃ，ＳＬ，ＳＲチャンネルに応じた仮想音源ＶＳＣ，ＶＳＳＬ，ＶＳＳＲの位置から聴者の左耳に至る経路のＨＲＴＦをＣ，ＳＬ，ＳＲチャンネルのオーディオ信号に付与する。フィルタ４２３Ｒ〜４２５Ｒは、Ｃ，ＳＬ，ＳＲチャンネルに応じた仮想音源ＶＳＣ，ＶＳＳＬ，ＶＳＳＲの位置から聴者の右耳に至る経路のＨＲＴＦをＣ，ＳＬ，ＳＲチャンネルのオーディオ信号に付与する。

そして、加算部４２６Ｌは、フィルタ４２１Ｌ〜４２５Ｌを出力したオーディオ信号を合成して、オーディオ信号ＶＬとしてクロストークキャンセル処理部５０に出力する。加算部４２６Ｒは、フィルタ４２１Ｒ〜４２５Ｒを出力したオーディオ信号を合成して、オーディオ信号ＶＲとしてクロストークキャンセル処理部５０に出力する。

クロストークキャンセル処理部５０は、ウーファ３３Ｌから放音され、右耳に至るクロストークの逆位相の成分をウーファ３３Ｒから放音して右耳の位置で音圧を打ち消すことにより、ウーファ３３Ｌの音が右耳に聞こえるのを抑制する。逆に、クロストークキャンセル処理部５０は、ウーファ３３Ｒから放音され、左耳に至るクロストークの逆位相の成分をウーファ３３Ｌから放音して左耳の位置で音圧を打ち消すことにより、ウーファ３３Ｒの音が左耳に聞こえるのを抑制する。

より具体的には、クロストークキャンセル処理部５０は、補正部５１及び合成部５２Ｌ，５２Ｒを用いて処理を行う。

補正部５１は、図３（Ｂ）に示すように、ダイレクト補正部５１１Ｌ，５１１Ｒ及びクロス補正部５１２Ｌ，５１２Ｒを備えている。オーディオ信号ＶＬは、ダイレクト補正部５１１Ｌ及びクロス補正部５１２Ｌに入力される。オーディオ信号ＶＲは、ダイレクト補正部５１１Ｒ及びクロス補正部５１２Ｒに入力される。

ダイレクト補正部５１１Ｌは、ウーファ３３Ｌから放音される音が左耳付近で放音されたように聴者に知覚させる処理を行う。ダイレクト補正部５１１Ｌは、ウーファ３３Ｌから出力された音が左耳の位置でフラットに聞こえるようなフィルタ係数が設定されている。ダイレクト補正部５１１Ｌは、入力されたオーディオ信号ＶＬを補正して、オーディオ信号ＶＬＤを出力する。

クロス補正部５１２Ｒは、合成部５２Ｌとの組で、ウーファ３３Ｒから左耳に回り込む音の逆相の音をウーファ３３Ｌから出力して左耳の位置で音圧を打ち消すことにより、ウーファ３３Ｒの音が左耳に聞こえるのを抑制する。また、クロス補正部５１２Ｒは、ウーファ３３Ｌから放音される音が左耳付近で放音されたように聴者に知覚させる処理を行う。クロス補正部５１２Ｒは、ウーファ３３Ｒから出力された音が左耳の位置で聞こえなくなるようなフィルタ係数が設定されている。クロス補正部５１２Ｒは、入力されたオーディオ信号ＶＲを補正して、オーディオ信号ＶＲＣを出力する。

合成部５２Ｌは、オーディオ信号ＶＲＣを逆相にして、オーディオ信号ＶＬＤに合成する。

ダイレクト補正部５１１Ｒは、ウーファ３３Ｒから放音される音が右耳付近で放音されたように聴者に知覚させる処理を行う。ダイレクト補正部５１１Ｒは、ウーファ３３Ｒから出力された音が右耳の位置でフラットに聞こえるようなフィルタ係数が設定されている。ダイレクト補正部５１１Ｒは、入力されたオーディオ信号ＶＲを補正して、オーディオ信号ＶＲＤを出力する。

クロス補正部５１２Ｌは、合成部５２Ｒとの組で、ウーファ３３Ｌから右耳に回り込む音の逆相の音をウーファ３３Ｒから出力して右耳の位置で音圧を打ち消すことにより、ウーファ３３Ｌの音が右耳に聞こえるのを抑制する。また、クロス補正部５１２Ｌは、ウーファ３３Ｒから放音される音が右耳付近で放音されたように聴者に知覚させる処理を行う。クロス補正部５１２Ｌは、ウーファ３３Ｌから出力された音が右耳の位置で聞こえなくなるようなフィルタ係数が設定されている。クロス補正部５１２Ｌは、入力されたオーディオ信号ＶＬを補正して、オーディオ信号ＶＬＣを出力する。

合成部５２Ｒは、オーディオ信号ＶＬＣを逆相にして、オーディオ信号ＶＲＤに合成する。

合成部５２Ｌから出力されたオーディオ信号は、遅延処理部６０Ｌに入力される。オーディオ信号は、遅延処理部６０Ｌによって所定時間遅延されてレベル調整部６１Ｌに入力される。合成部５２Ｒから出力されたオーディオ信号は、遅延処理部６０Ｒに入力される。遅延処理部６０Ｒは、遅延処理部６０Ｌと同じ遅延時間でオーディオ信号を遅延させる。

遅延処理部６０Ｌ，６０Ｒによる遅延時間は、音声ビームを形成するべきオーディオ信号に与えられる遅延時間のうち、最長の遅延時間よりも長く設定される。この遅延時間の詳細は、後述する。

レベル調整部６１Ｌ，６１Ｒは、全チャンネルの仮想音源を知覚させる音のレベルをまとめて調整するために備えられる。レベル調整部６１Ｌ，６１Ｒは、遅延処理部６０Ｌ，６０Ｒで遅延された各オーディオ信号のレベルを調整する。レベル調整部６１Ｌ，６１Ｒによってレベルが調整された各オーディオ信号は、加算部３２Ｌ，３２Ｒを介して、ウーファ３３Ｌ，３３Ｒに入力される。

加算部３２Ｌ，３２Ｒにはスピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐで出力される音声ビームの帯域外（２００Ｈｚ未満）のオーディオ信号が入力されるため、音声ビームの帯域外の音と、仮想音源を定位させる音とは、ウーファ３３Ｌ，３３Ｒで出力される。

以上のように、アレイスピーカ装置２は、各チャンネルのオーディオ信号を仮想の音源位置に定位させる。

次に、アレイスピーカ装置２が生成する音場について図４を用いて説明する。図４において、矢印は、アレイスピーカ装置２から出力される音声ビームの経路を示す。図４において、星印は、音声ビームが生成する音源の位置及び仮想音源の位置を示す。

アレイスピーカ装置２は、図４に示すように、入力されたオーディオ信号のチャンネル数に従って、音声ビームを５本出力する。Ｃチャンネルのオーディオ信号は、例えば、焦点位置が聴者の前方の壁に設定されるようにディレイ制御される。すると、聴者は、Ｃチャンネルのオーディオ信号の音源ＳＣが聴者の前方の壁にあると知覚する。

ＦＬ，ＦＲチャンネルのオーディオ信号は、例えば、音声ビームが聴者の左前方の壁及び聴者の右前方の壁で焦点を結ぶようにそれぞれディレイ制御される。ＦＬ，ＦＲチャンネルのオーディオ信号に基づく各音声ビームは、部屋Ｒの壁で一度反射して聴者の位置に到達する。すると、聴者は、ＦＬ，ＦＲチャンネルのオーディオ信号の音源ＳＦＬ，ＳＦＲが聴者の左前方の壁及び右前方の壁にあると知覚する。

ＳＬ，ＳＲチャンネルのオーディオ信号は、例えば、音声ビームが聴者の左横の壁及び右横の壁に向かうようにそれぞれディレイ制御される。ＳＬ，ＳＲチャンネルのオーディオ信号に基づく各音声ビームは、部屋Ｒの壁に反射して聴者の左後方の壁及び聴者の右後方の壁に到達する。各音声ビームは、聴者の左後方の壁及び聴者の右後方の壁で再度反射して、それぞれ聴者の位置に到達する。すると、聴者は、ＳＬ，ＳＲチャンネルのオーディオ信号の音源ＶＳＳＬ，ＶＳＳＲが聴者の左後方の壁及び聴者の右後方の壁にあると知覚する。

定位付加部４２のフィルタ４２１Ｌ〜４２５Ｌ及びフィルタ４２１Ｒ〜４２５Ｒは、仮想スピーカの位置がそれぞれ音源ＳＦＬ，ＳＦＲ，ＳＣ，ＳＳＬ，ＳＳＲの位置と略同じ位置になるように、それぞれ設定されている。すると、聴者は、図４に示すように、仮想音源ＶＳＣ，ＶＳＦＬ，ＶＳＦＲ，ＶＳＳＬ，ＶＳＳＲを音源ＳＦＬ，ＳＦＲ，ＳＣ，ＳＳＬ，ＳＳＲの位置と略同じ位置に知覚する。

音声ビームは、壁によっては、反射すると拡散してしまうことがある。しかし、アレイスピーカ装置２は、音声ビームによる定位感を、仮想音源によって定位感を補うことができる。したがって、アレイスピーカ装置２は、音声ビームだけを用いた場合又は仮想音源だけを用いた場合に比べて、定位感を向上させることができる。

上述の通り、ＳＬ，ＳＲチャンネルのオーディオ信号の音源ＳＳＬ，ＳＳＲは、各音声ビームが壁に２度反射することにより生成される。したがって、ＳＬ，ＳＲチャンネルの音源は、ＦＬ，Ｃ，ＦＲチャンネルの音源に比べて、知覚されにくい。しかし、アレイスピーカ装置２は、音声ビームによるＳＬ，ＳＲチャンネルの定位感を、聴者の耳に直接届く音で生成される仮想音源ＶＳＳＬ，ＶＳＳＲで補うことができ、ＳＬ，ＳＲチャンネルの定位感を損なうことがない。

また、アレイスピーカ装置２は、図５に示すように、例えば部屋Ｒの壁の吸音性が高く、音声ビームが反射しにくい場合であっても、聴者の耳に直接届く音で仮想音源を知覚させるため、聴者に定位感を与えることができる。

さらに、アレイスピーカ装置２は、音声ビームが反射しやすい環境の場合、レベル調整部６１Ｌ，６１Ｒのゲインを下げて、又は、レベル調整部１８のゲインを上げて、仮想音源を知覚させる音のレベルに比べて音声ビームのレベルを大きくする。一方で、アレイスピーカ装置２は、音声ビームが反射しにくい環境の場合、レベル調整部６１Ｌ，６１Ｒのゲインを上げて、又は、レベル調整部１８のゲインを下げて、仮想音源を知覚させる音のレベルに比べて音声ビームのレベルを小さくする。このように、アレイスピーカ装置２は、環境に応じて、音声ビームのレベルと仮想音源を知覚させる音のレベルとの比率を調整することができる。無論、アレイスピーカ装置２は、音声ビーム又は仮想音源を知覚させる音のどちらか一方のレベルだけを変更するのではなく、音声ビームと、仮想音源を知覚させる音との両方のレベルの変更を同時に行ってもよい。

また、アレイスピーカ装置２は、上述のとおり、チャンネル毎に音声ビームのレベルを調整するレベル調整部１８と、チャンネル毎に仮想音源を知覚させる音のレベルを調整するレベル調整部４３とを備える。アレイスピーカ装置２は、チャンネル毎にレベル調整部１８とレベル調整部４３との組を備えることにより、例えば、ＦＬチャンネルだけ音声ビームのレベルと仮想音源を知覚させる音のレベルとの比率を変更することができる。これにより、アレイスピーカ装置２は、例えば、音声ビームによって音源ＳＦＬを定位させにくい環境であっても仮想音源ＶＳＦＬを知覚させる音を大きくして定位感を与えることができる。

ただし、音声ビームは、仮想音源を知覚させる音によって、形成が阻害されることがある。そこで、遅延処理部６０Ｌ，６０Ｒは、仮想音源を知覚させる音が音声ビームの形成を阻害しないように、仮想音源を知覚させる音を遅延させる。

次に、遅延処理部６０Ｌ，６０Ｒがオーディオ信号を遅延させる時間について図６を用いて説明する。

遅延処理部６０Ｌ，６０Ｒがオーディオ信号を遅延させる時間（以下、時間ＤＴ）は、指向性制御部２０がオーディオ信号を遅延させる時間に基づいて算出される。遅延時間ＤＴの算出は、指向性制御部２０によって行われるが、他の機能部が算出する態様であってもかまわない。

遅延時間ＤＴは、以下のようにして算出される。図６に示す例では、音源ＳＦＲを生成する音声ビームで説明する。

まず、指向性制御部２０は、スピーカユニット２１Ｐから音声ビームの焦点Ｆまでの距離ＤＰを算出する。距離ＤＰは、三角関数によって算出される。すなわち、以下の式によって求められる。

ＤＰ ＝ Ｓｑｒｔ（（ＸＦ−ＸＰ）２＋（ＹＦ−ＹＰ）２＋（ＺＦ−ＺＰ）２）
ただし、Ｓｑｒｔは、平方根をとる関数であり、座標（ＸＦ、ＹＦ、ＺＦ）は、焦点Ｆの位置を示す。座標（ＸＰ、ＹＰ、ＺＰ）は、スピーカユニット２１Ｐの位置を示し、予めアレイスピーカ装置２に設定されている。座標（ＸＦ、ＹＦ、ＺＦ）は、例えばアレイスピーカ装置２に備えられるユーザインターフェースを介して、設定されている。

指向性制御部２０は、距離ＤＰを計算すると、以下の式で参照距離Ｄｒｅｆとの差分距離ＤＤＰを求める。

ＤＤＰ ＝ ＤＰ − Ｄｒｅｆ
ただし、参照距離Ｄｒｅｆは、アレイスピーカ装置２の基準位置Ｓから焦点Ｆまでの距離である。基準位置Ｓの座標は、予めアレイスピーカ装置２に設定されている。

そして、指向性制御部２０は、残りのスピーカユニット２１Ａ〜２１Ｏについても、差分距離ＤＤＡ〜ＤＤＯを算出する。すなわち、指向性制御部２０は、全てのスピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐについて、差分距離ＤＤＡ〜ＤＤＰを算出する。

次に、指向性制御部２０は、差分距離ＤＤＡ〜ＤＤＰから最長の差分距離ＤＤＭＡＸと、最短の差分距離ＤＤＭＩＮとを選択する。差分距離ＤＤＭＡＸと差分距離ＤＤＭＩＮとの距離差ＤＤＤＩＦに対応する遅延時間Ｔは、距離差ＤＤＤＩＦを音速で除算することにより、算出される。

以上のように、音源ＳＦＲを生成する音声ビームについて、遅延時間Ｔは算出される。

ここで、最も出力角度の大きい音声ビームは、全音声ビームの中で最も遅く出力される音から形成される。ただし、音声ビームの出力角度とは、図６に示す例では、Ｘ軸と、基準位置Ｓから焦点Ｆまで結ぶ線とが成す角度θとする。そこで、指向性制御部２０は、最も出力角度が大きい音声ビームを特定し、該音声ビームに対応する遅延時間Ｔ（以下、遅延時間ＴＭＡＸと称す。）を求める。

指向性制御部２０は、遅延時間ＤＴを遅延時間ＴＭＡＸよりも長く設定して遅延処理部６０Ｌ，６０Ｒに与える。これにより、仮想音源を知覚させる音は、各音声ビームを形成する音よりも、遅れて出力される。すなわち、ウーファ３３Ｌ，３３Ｒは、スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐからなるスピーカアレイの一部となって音を出力することがない。その結果、仮想音源を知覚させる音は、音声ビームの形成を阻害しにくくなる。アレイスピーカ装置２は、音声ビームによる音源の定位感を損なうことなく、定位感を向上させることができる。

なお、遅延処理部６０Ｌ，６０Ｒは、定位付加部４２の前段、又は定位付加部４２とクロストークキャンセル処理部５０との間に設けられてもよい。

また、指向性制御部２０は、遅延処理部６０Ｌ，６０Ｒに対して、遅延時間ＤＴを与えるのではなく、遅延させるべきサンプル数を与える態様であっても構わない。この場合、遅延させるべきサンプル数は、遅延時間ＤＴにサンプリング周波数を乗じて算出される。

次に、図７（Ａ）は、本実施形態に係るアレイスピーカ装置２の変形例１に係るアレイスピーカ装置２Ａを示す図である。図７（Ｂ）は、アレイスピーカ装置２の変形例２に係るスピーカセット２Ｂを示す図である。アレイスピーカ装置２と重複する構成の説明は省略する。

アレイスピーカ装置２Ａは、ウーファ３３Ｌ及びウーファ３３Ｒから出力する音をそれぞれスピーカユニット２１Ａ及びスピーカユニット２１Ｐから出力する点において、アレイスピーカ装置２と相違する。

すなわち、アレイスピーカ装置２Ａは、仮想音源を知覚させる音及び音声ビームの帯域外（１００Ｈｚ以上２００Ｈｚ未満）の音をスピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐのうち、両端のスピーカユニット２１Ａ及びスピーカユニット２１Ｐから出力するものである。

スピーカユニット２１Ａ及びスピーカユニット２１Ｐは、スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐのうち最も離れて配置されている。したがって、アレイスピーカ装置２Ａは、仮想音源を知覚させることができる。

また、アレイスピーカ装置２は、一つの筐体にスピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐ及びウーファ３３Ｌ，３３Ｒを備えなくてもよい。

例えば、図７（Ｂ）に示すスピーカセット２Ｂのように、各スピーカユニットが個別の筐体に備えられ、それら筐体が一列状に配置される態様であっても構わない。

いずれにしても、入力された複数チャンネルのオーディオ信号をそれぞれ遅延させて複数のスピーカに分配し、かつ、入力された複数チャンネルのオーディオ信号のいずれかに頭部伝達関数に基づくフィルタ処理を行って複数のスピーカに入力する態様であれば、本発明の技術的範囲に属するものである。

次に、図８は、変形例に係るアレイスピーカ装置２Ｃの構成を示すブロック図である。アレイスピーカ装置２と共通する構成については同一の符号を付し、説明を省略する。

アレイスピーカ装置２Ｃは、遅延処理部６０Ｌ及び遅延処理部６０Ｒに変えて、指向性制御部２０の後段に遅延処理部６２Ａ〜遅延処理部６２Ｐを備えた点でアレイスピーカ装置２と異なる。

遅延処理部６２Ａ〜遅延処理部６２Ｐは、それぞれスピーカユニット２１Ａ〜スピーカユニット２１Ｐに供給するオーディオ信号を遅延させる。すなわち、遅延処理部６２Ａ〜遅延処理部６２Ｐは、指向性制御部２０からスピーカユニット２１Ａ〜スピーカユニット２１Ｐに入力されるオーディオ信号が、定位付加部４２からウーファ３３Ｌおよびウーファ３３Ｒに入力されるオーディオ信号よりも遅れるように、オーディオ信号を遅延させる。

アレイスピーカ装置２では、仮想音源を知覚させる音が音声ビームの形成を阻害しないように、遅延処理部６０Ｌおよび遅延処理部６０Ｒが仮想音源を知覚させる音を遅延させる態様であったが、アレイスピーカ装置２Ｃは、音声ビームを形成する音が仮想音源を知覚させる音を阻害しないように、遅延処理部６２Ａ〜遅延処理部６２Ｐが音声ビームを形成する音を遅延させる態様である。例えば、聴取位置と壁との距離が遠い環境、音響反射率の低い壁素材からなる環境、あるいはスピーカの個数が少ない場合、壁からの音声ビームの反射が弱く、音声ビームによる定位感が弱い場合がある。この場合、音声ビームを形成する音が仮想音源を知覚させる音を阻害する場合もある。したがって、アレイスピーカ装置２Ｃでは、仮想音源を知覚させる音を阻害しないように、音声ビームを形成する音に遅延を与え、仮想音源を知覚させる音よりも遅らせて再生する。

なお、図８の例では、指向性制御部２０の後段に遅延処理部６２Ａ〜遅延処理部６２Ｐを設ける例を示したが、指向性制御部２０の前段に各チャンネルのオーディオ信号を遅延させる遅延処理部を設ける態様としてもよい。

また、遅延処理部６０Ｌおよび遅延処理部６０Ｒと、遅延処理部６２Ａ〜遅延処理部６２Ｐと、を備えたアレイスピーカ装置とする態様も考えられる。この場合、聴取環境に応じて、仮想音源を知覚させる音を遅延させるか、音声ビームを形成する音を遅延させるか、を選択できるようにしてもよい。例えば壁から音声ビームの反射が弱い場合は、音声ビームを形成する音を遅延させ、壁から音声ビームの反射が強い場合は、仮想音源を知覚させる音を遅延させる。

なお、壁面からの反射の強弱は、例えばホワイトノイズ等のテスト音の音声ビームを旋回させ、聴取位置に設置したマイクを用いて測定することができる。テスト音の音声ビームを旋回させると、当該テスト音の音声ビームは、部屋の壁に反射して、所定の角度でマイクに収音される。アレイスピーカ装置は、収音されたテスト音の音声ビームのレベルを検出することで、壁からの音声ビームの反射の強弱を測定することができる。アレイスピーカ装置は、収音された音声ビームのレベルが所定の閾値以上の場合に壁から音声ビームの反射が強いと判断し、仮想音源を知覚させる音を遅延させる。一方、アレイスピーカ装置は、収音された音声ビームのレベルが所定の閾値未満の場合に壁から音声ビームの反射が弱いと判断し、音声ビームを形成する音を遅延させる。

１…ＡＶシステム
２…アレイスピーカ装置
２，２Ａ…スピーカ装置
２Ｂ…スピーカセット
３…サブウーファ
４…テレビ
１０…デコーダ
１１…ＤＩＲ
１２…ＡＤＣ
１３…ＨＤＭＩレシーバ
１４ＦＬ，ＦＲ，Ｃ，ＳＲ，ＳＬ…ＨＰＦ
１５ＦＬ，ＦＲ，Ｃ，ＳＲ，ＳＬ…ＬＰＦ
１６，１７…加算部
１８…レベル調整部
２０…指向性制御部
２１Ａ〜２１Ｐ…スピーカユニット
３０Ｌ，３０Ｒ…ＨＰＦ
３１Ｌ，３１Ｒ…ＬＰＦ
３２Ｌ，３２Ｒ…加算部
３３Ｌ，３３Ｒ…ウーファ
４０ＦＬ，ＦＲ，Ｃ，ＳＲ，ＳＬ…ＨＰＦ
４１ＦＬ，ＦＲ，Ｃ，ＳＲ，ＳＬ…ＬＰＦ
４２…定位付加部
４３…レベル調整部
５０…クロストークキャンセル処理部
５１…補正部
５２Ｌ，５２Ｒ…合成部
６０Ｌ，６０Ｒ…遅延処理部
６１Ｌ，６１Ｒ…レベル調整部
７０Ａ〜７０Ｅ、７０Ｆ，７０Ｇ…レベル調整部
７１…加算部
７２…サブウーファユニット

Claims (6)

1. オーディオ信号が入力される入力部と、
   複数のスピーカと、
   前記入力部に入力されたオーディオ信号をそれぞれ遅延して前記複数のスピーカに分配する指向性制御部と、
   前記入力部に入力されたオーディオ信号に頭部伝達関数に基づくフィルタ処理を行って前記複数のスピーカに入力する定位付加部と、
   を備えたスピーカ装置であって、
   前記定位付加部又は前記指向性制御部の前段又は後段に、前記オーディオ信号を遅延させて出力する遅延処理部、を備えたスピーカ装置。
2. 前記遅延処理部は、前記定位付加部の前段又は後段に設けられ、前記指向性制御部が遅延させる遅延量の最大値よりも大きい遅延量で前記オーディオ信号を遅延させて出力する、
   請求項１に記載のスピーカ装置。
3. 前記遅延処理部は、前記指向性制御部の前段又は後段に設けられ、前記指向性制御部から前記複数のスピーカに入力されるオーディオ信号が、前記定位付加部から前記複数のスピーカに入力されるオーディオ信号よりも遅れるように、前記オーディオ信号を遅延させて出力する、
   請求項１に記載のスピーカ装置。
4. 前記指向性制御部のオーディオ信号と、前記定位付加部のオーディオ信号とのレベル比率を調整するレベル調整部、を備える、
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のスピーカ装置。
5. 前記オーディオ信号は、マルチチャンネルサラウンドサウンドのオーディオ信号である、
   請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のスピーカ装置。
6. 前記複数のスピーカは、前記指向性制御部のオーディオ信号が入力されるスピーカアレイと、前記定位付加部のオーディオ信号が入力されるステレオスピーカとからなり、
   前記入力部に入力されたオーディオ信号の帯域を高域と低域とに分割してそれぞれ出力する帯域分割部、を備え、
   前記指向性制御部は、前記帯域分割部から出力された高域のオーディオ信号が入力され、
   前記ステレオスピーカは、前記帯域分割部から出力された低域のオーディオ信号が入力される、
   請求項５に記載のスピーカ装置。

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