JP2015126527A - Loudspeaker device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、音源を定位させる音を出力するスピーカ装置に関する。 The present invention relates to a speaker device that outputs sound for localizing a sound source.
従来、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ことで指向性を有する音声ビームを出力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)。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known an array speaker device that outputs a sound beam having directivity by delaying an audio signal and distributing it to a plurality of speaker units (see Patent Document 1).
特許文献1のアレイスピーカ装置は、各チャンネルの音声ビームを壁に反射させて聴者の周囲から到達させることで、壁面等に実音源を定位させるものである。
The array speaker device disclosed in
また、特許文献1のアレイスピーカ装置は、部屋の形状等によって音声ビームを到達させることができないチャンネルについて、頭部伝達関数に基づくフィルタ処理を行うことにより、仮想音源を定位させる処理を行っている。
Further, the array speaker device of
仮想音源は、音声ビーム等の実音源に比べると距離感が得られない。また、仮想音源による定位では、聴取位置が規定の位置からずれると定位感が弱くなるため、定位感の得られる領域が狭い。また、頭部伝達関数は、モデルとなる頭部の形状に基づいて設定されているため、定位感に個人差がある。また、頭部伝達関数に基づくフィルタ処理は、元のオーディオ信号の特性を変化させるため、音質の変化がある。 A virtual sound source cannot provide a sense of distance compared to a real sound source such as an audio beam. Further, in the localization using the virtual sound source, if the listening position deviates from the specified position, the localization feeling becomes weak, so that the region where the localization feeling can be obtained is narrow. Further, since the head-related transfer function is set based on the shape of the model head, there is an individual difference in the sense of localization. Further, the filtering process based on the head-related transfer function changes the quality of the original audio signal, so that there is a change in sound quality.
そこで、本発明は、実音源および仮想音源による定位を用いて、音質の変化を抑えながら音源を明瞭に定位させることができるスピーカ装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a speaker device that can clearly localize a sound source while suppressing a change in sound quality by using localization based on a real sound source and a virtual sound source.
本発明のスピーカ装置は、入力されたオーディオ信号に基づく音を出力する第1放音部と、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う定位付加部と、前記定位付加部でフィルタ処理されたオーディオ信号に基づく音を出力する第2放音部と、前記定位付加部に入力されるオーディオ信号の周波数帯域を制限する帯域処理部と、を備えたことを特徴とする。 The speaker device of the present invention includes a first sound emitting unit that outputs a sound based on an input audio signal, a localization adding unit that performs a filtering process on the input audio signal based on a head-related transfer function, and the localization adding unit. And a second sound emitting unit that outputs a sound based on the audio signal filtered in step B, and a band processing unit that limits a frequency band of the audio signal input to the localization adding unit.
このように、本発明のスピーカ装置は、音声ビームやサラウンドスピーカ等の実音源による定位感を仮想音源によって補う態様とする。これにより、音声ビーム等の実音源だけで定位させる場合、または仮想音源だけで定位させる場合に比べて、定位感を向上させることができる。そして、本発明のスピーカ装置は、頭部伝達関数によるフィルタ処理が行われる帯域が制限されている。頭部伝達関数に基づくフィルタ処理は、元のオーディオ信号の特性を変化させるため、音質の変化がある。したがって、全帯域で頭部伝達関数によるフィルタ処理を行うと、音質の変化が目立つことになる。しかし、本発明のアレイスピーカ装置は、頭部伝達関数によるフィルタ処理を行う帯域を制限しているため、音質の変化を抑えることができる。特に、頭部伝達関数のうち定位感に寄与する周波数帯域は、主に数kHz程度であり、数百Hz未満の信号が入力されていない場合でも、定位感はほぼ変わらない。したがって、頭部伝達関数によるフィルタ処理を行う帯域を制限することで、音質の変化を抑えながらも実音源による定位感を補うことができ、音源を明瞭に定位させることができる。 As described above, the speaker device according to the present invention has a mode in which a virtual sound source compensates the localization feeling due to a real sound source such as an audio beam or a surround speaker. Thereby, a feeling of localization can be improved as compared with a case where localization is performed using only a real sound source such as an audio beam or a case where localization is performed using only a virtual sound source. In the speaker device of the present invention, the band in which the filtering process using the head-related transfer function is performed is limited. Since the filtering process based on the head-related transfer function changes the characteristics of the original audio signal, there is a change in sound quality. Therefore, if the filtering process using the head-related transfer function is performed in the entire band, the change in sound quality becomes conspicuous. However, since the array speaker device of the present invention limits the band for performing the filter processing by the head-related transfer function, it is possible to suppress the change in sound quality. In particular, the frequency band that contributes to a sense of localization in the head-related transfer function is mainly about several kHz, and even when a signal of less than several hundred Hz is not input, the sense of localization does not change substantially. Therefore, by limiting the band for performing the filter processing by the head-related transfer function, it is possible to supplement the sense of localization by the real sound source while suppressing the change in sound quality, and to clearly localize the sound source.
また、本発明のスピーカ装置は、サブウーファをさらに備え、前記帯域処理部は、オーディオ信号を通過させる帯域の下限周波数が、前記サブウーファの上限周波数よりも高い態様とすることも可能である。サブウーファの上限周波数は、数十Hz〜200Hz程度の非常に低い周波数である。本発明のスピーカ装置は、最低でもサブウーファの上限周波数帯域(数十Hz〜200Hz程度)より高い帯域で頭部伝達関数によるフィルタ処理を行うことで、サブウーファの出力する音とフィルタ処理後の音との帯域が重複することがない。したがって、サブウーファの出力する音とフィルタ処理後の音とが干渉することを防止し、音質の変化を抑えることができる。 The speaker device of the present invention may further include a subwoofer, and the band processing unit may be configured such that a lower limit frequency of a band through which an audio signal passes is higher than an upper limit frequency of the subwoofer. The upper limit frequency of the subwoofer is a very low frequency of about several tens Hz to 200 Hz. The speaker device of the present invention performs the filtering process using the head-related transfer function in a band higher than the upper limit frequency band (about several tens of Hz to 200 Hz) of the subwoofer, so that the sound output from the subwoofer and the sound after filtering There is no overlap in bandwidth. Therefore, it is possible to prevent the sound output from the subwoofer and the filtered sound from interfering with each other, and to suppress a change in sound quality.
なお、前記第2放音部は、前記第1放音部の下限周波数よりも低い下限周波数を有するスピーカユニットからなり、該ウーファに、前記第1放音部の下限周波数よりも低いオーディオ信号が入力される態様としてもよい。すなわち、頭部伝達関数によるフィルタ処理後のオーディオ信号が入力されるスピーカユニットをウーファとして用いることで、第1放音部が出力できない低域を補強する。 The second sound emitting unit includes a speaker unit having a lower limit frequency lower than the lower limit frequency of the first sound emitting unit, and an audio signal lower than the lower limit frequency of the first sound emitting unit is provided to the woofer. It is good also as an aspect inputted. That is, the low frequency range in which the first sound emitting unit cannot be output is reinforced by using a speaker unit to which an audio signal after filtering by the head-related transfer function is input as a woofer.
また、スピーカ装置は、オーディオ信号を入力する入力部を備え、前記入力部に入力されたオーディオ信号の周波数帯域を分割し、高域側のオーディオ信号を当該第1放音部に入力し、低域側のオーディオ信号を前記第2放音部に入力する帯域分割部を備えた態様としてもよい。すなわち、指向性を有する音を出力するために不要な低周波数帯域(数百Hz未満)のオーディオ信号を第1放音部に入力しないようにしつつ、当該低周波数帯域のオーディオ信号を第2放音部側に入力する。これにより、低域側の音を補強しつつ、音源を明瞭に定位させることができる。 The speaker device includes an input unit for inputting an audio signal, divides a frequency band of the audio signal input to the input unit, inputs an audio signal on a high frequency side to the first sound emitting unit, It is good also as an aspect provided with the zone | band division | segmentation part which inputs the audio | voice signal by the side into the said 2nd sound emission part. In other words, an audio signal in a low frequency band (less than several hundred Hz) that is not necessary for outputting a sound having directivity is not input to the first sound emission unit, and the audio signal in the low frequency band is output in the second emission. Input to the sound side. As a result, the sound source can be clearly localized while reinforcing the low-frequency sound.
なお、帯域処理部は、オーディオ信号を通過させる帯域の下限周波数が、帯域分割部が分割する周波数と同一または近接していることが好ましい。 In the band processing unit, the lower limit frequency of the band through which the audio signal passes is preferably the same as or close to the frequency divided by the band dividing unit.
これにより、フィルタ処理後のオーディオ信号の周波数帯域と、元のオーディオ信号のうち分割された低周波数帯域と、は重複することがなくなる。したがって、フィルタ処理後のオーディオ信号の周波数帯域と、元のオーディオ信号のうち分割された低周波数帯域と、が互いに干渉することがなく、音質の変化を抑えることができる。 As a result, the frequency band of the audio signal after the filtering process does not overlap with the divided low frequency band of the original audio signal. Therefore, the frequency band of the filtered audio signal and the divided low frequency band of the original audio signal do not interfere with each other, and a change in sound quality can be suppressed.
なお、第1放音部は、例えば聴取位置の周囲に設置されるサラウンドスピーカにより実現することも可能であるし、複数のスピーカが配列されてなるスピーカアレイを用いて、入力されたオーディオ信号を遅延して複数のスピーカに分配することにより、音声ビームを出力させることにより実現することも可能である。 Note that the first sound emitting unit can be realized by, for example, a surround speaker installed around the listening position, and an input audio signal can be obtained using a speaker array in which a plurality of speakers are arranged. It can also be realized by outputting a sound beam by delaying and distributing to a plurality of speakers.
本発明のスピーカ装置は、実音源による定位および仮想音源による定位を用いて、音質の変化を抑えながら音源を明瞭に定位させることができる。 The speaker device of the present invention can clearly localize a sound source while suppressing a change in sound quality by using localization by a real sound source and localization by a virtual sound source.
図1は、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の概略図である。AVシステム1は、アレイスピーカ装置2、およびテレビ4を備えている。アレイスピーカ装置2は、テレビ4に接続される。アレイスピーカ装置2には、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。
FIG. 1 is a schematic diagram of an
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、テレビ4の近傍(テレビ4の表示画面の下部)に設置される。アレイスピーカ装置2は、前面(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、ウーファ33L、およびウーファ33Rを備えている。
As shown in FIG. 1, the
スピーカユニット21A〜21Pは、聴者から見て横方向に沿って一列に配置されている。スピーカユニット21Aは、聴者から見て最も左側に配置され、スピーカユニット21Pは、聴者から見て最も右側に配置されている。ウーファ33Lは、スピーカユニット21Aの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。
The
この例では、スピーカユニット21A〜21Pからなるスピーカアレイが本発明の第1放音部に相当し、ウーファ33Lおよびウーファ33Rが本発明の第2放音部に相当する。
In this example, the speaker array including the
なお、スピーカユニットの数は、16個に限らず、例えば8個等であってもよい。また、配置態様も横方向に沿って1列に配置する例に限らず、例えば横方向に沿って3列に配置する等であってもよい。 Note that the number of speaker units is not limited to 16, and may be, for example, 8 or the like. Also, the arrangement is not limited to the example in which the arrangement is arranged in one row along the horizontal direction, and for example, the arrangement may be arranged in three rows along the horizontal direction.
図2は、アレイスピーカ装置2の構成を示すブロック図である。アレイスピーカ装置2は、入力部11、デコーダ10、帯域分割部14、帯域処理部45、ビーム化処理部20、加算処理部32、およびバーチャル処理部40を備えている。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the
入力部11は、HDMIレシーバ111、DIR112、およびA/D変換部113を備えている。HDMIレシーバ111は、HDMI規格に適合したHDMI信号を入力し、デコーダ10に出力する。DIR112は、デジタルオーディオ信号(SPDIF)を入力し、デコーダ10に出力する。A/D変換部113は、アナログオーディオ信号を入力し、デジタルオーディオ信号に変換してデコーダ10に出力する。
The
デコーダ10は、DSPからなり、入力された信号をデコードする。デコーダ10は、例えば、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等の各種フォーマットの信号を入力し、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、および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。図2に示す太い実線は、マルチチャンネルオーディオ信号を示すものである。なお、デコーダ10は、例えばステレオチャンネルのオーディオ信号をマルチチャンネルオーディオ信号に拡張する機能も有する。
The
デコーダ10から出力されたマルチチャンネルオーディオ信号は、帯域分割部14および帯域処理部45に入力される。帯域分割部14は、デコーダ10から出力されたマルチチャンネルオーディオ信号の周波数帯域を分割し、高域側をビーム化処理部20に出力し、低域側を加算処理部32に出力する。帯域処理部45は、デコーダ10から出力されたマルチチャンネルオーディオ信号の所定帯域を制限してバーチャル処理部40に出力する。
The multichannel audio signal output from the
図3は、帯域分割部14、帯域処理部45、および加算処理部32の構成を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram illustrating configurations of the
帯域分割部14は、FLチャンネル、FRチャンネル、Cチャンネル、SLチャンネル、およびSRチャンネルのデジタルオーディオ信号をそれぞれ入力するHPF14FL、HPF14FR、HPF14C、HPF14SL、およびHPF14SRを備えている。また、帯域分割部14は、FLチャンネル、FRチャンネル、Cチャンネル、SLチャンネル、およびSRチャンネルのデジタルオーディオ信号をそれぞれ入力するLPF15FL、LPF15FR、LPF15C、LPF15SL、およびLPF15SRを備えている。
The
HPF14FL、HPF14FR、HPF14C、HPF14SL、およびHPF14SRは、それぞれ入力された各チャンネルのオーディオ信号の高域を抽出して出力する。HPF14FL、HPF14FR、HPF14C、HPF14SL、およびHPF14SR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(例えば400Hz)に合うように設定されている。HPF14FL、HPF14FR、HPF14C、HPF14SL、およびHPF14SRの出力信号は、ビーム化処理部20に出力される。
The HPF 14FL, HPF 14FR, HPF 14C, HPF 14SL, and HPF 14SR extract and output the high frequencies of the input audio signals of the respective channels. The cut-off frequency of HPF14FL, HPF14FR, HPF14C, HPF14SL, and HPF14SR is set to match the lower limit (for example, 400 Hz) of the reproduction frequency of the
LPF15FL、LPF15FR、LPF15C、LPF15SL、およびLPF15SRは、それぞれ入力された各チャンネルのオーディオ信号の低域(例えば400Hz未満)を抽出して出力する。LPF15FL、LPF15FR、LPF15C、LPF15SL、およびLPF15SRのカットオフ周波数は、上記HPF14FL、HPF14FR、HPF14C、HPF14SL、およびHPF14SRのカットオフ周波数に対応している(例えば400Hzである)。 The LPF 15FL, LPF 15FR, LPF 15C, LPF 15SL, and LPF 15SR extract and output the low frequency (for example, less than 400 Hz) of the input audio signal of each channel. The cut-off frequencies of the LPF 15FL, LPF 15FR, LPF 15C, LPF 15SL, and LPF 15SR correspond to the cut-off frequencies of the HPF 14FL, HPF 14FR, HPF 14C, HPF 14SL, and HPF 14SR (for example, 400 Hz).
LPF15FL、LPF15C、およびLPF15SLの出力信号は、加算処理部32における加算部16Lで加算され、Lチャンネルオーディオ信号となる。Lチャンネルオーディオ信号は、ゲイン調整部31Lでゲイン調整された後、加算部32Lを経てウーファ33Lに入力される。
The output signals of the LPF 15FL, LPF 15C, and LPF 15SL are added by the adding
LPF15FR、LPF15C、およびLPF15SRの出力信号は、加算処理部32における加算部16Rで加算され、Rチャンネルオーディオ信号となる。Rチャンネルオーディオ信号は、ゲイン調整部31Rでゲイン調整された後、加算部32Rを経てウーファ33Rに入力される。
The output signals of the LPF 15FR, LPF 15C, and LPF 15SR are added by the
一方、帯域処理部45は、FLチャンネル、FRチャンネル、Cチャンネル、SLチャンネル、およびSRチャンネルのデジタルオーディオ信号をそれぞれ入力するHPF40FL、HPF40FR、HPF40C、HPF40SL、およびHPF40SRを備えている。
On the other hand, the
HPF40FL、HPF40FR、HPF40C、HPF40SL、およびHPF40SRは、それぞれ入力された各チャンネルのオーディオ信号の高域を抽出して出力する。HPF40FL、HPF40FR、HPF40C、HPF40SL、およびHPF40SRのカットオフ周波数は、例えばビーム化処理部20に入力される各オーディオ信号と同じ周波数(400Hz)に設定される。
The HPF 40FL, HPF 40FR,
次に、ビーム化処理部20について説明する。図4は、ビーム化処理部20の構成を示すブロック図である。ビーム化処理部20は、FLチャンネル、FRチャンネル、Cチャンネル、SLチャンネル、およびSRチャンネルのデジタルオーディオ信号をそれぞれ入力するゲイン調整部18FL、ゲイン調整部18FR、ゲイン調整部18C、ゲイン調整部18SL、およびゲイン調整部18SRを備えている。
Next, the
ゲイン調整部18FL、ゲイン調整部18FR、ゲイン調整部18C、ゲイン調整部18SL、およびゲイン調整部18SRは、各チャンネルのオーディオ信号のゲインを調整する。ゲイン調整された各チャンネルのオーディオ信号は、それぞれ指向性制御部91FL、指向性制御部91FR、指向性制御部91C、指向性制御部91SL、および指向性制御部91SRに入力される。指向性制御部91FL、指向性制御部91FR、指向性制御部91C、指向性制御部91SL、および指向性制御部91SRは、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に分配する。分配されたスピーカユニット21A〜21Pに対するオーディオ信号は、合成部92で合成されてスピーカユニット21A〜21Pに供給される。このとき、指向性制御部91FL、指向性制御部91FR、指向性制御部91C、指向性制御部91SL、および指向性制御部91SRは、各スピーカユニットに供給するオーディオ信号の遅延量を調整する。
The gain adjusting unit 18FL, the gain adjusting unit 18FR, the
スピーカユニット21A〜21Pから出力される音は、位相が揃う箇所において互いに強められ、指向性を有した音声ビームとして出力される。例えば、全スピーカから同じタイミングで音が出力されると、アレイスピーカ装置2の前方に指向性を有する音声ビームが出力される。指向性制御部91FL、指向性制御部91FR、指向性制御部91C、指向性制御部91SL、および指向性制御部91SRは、各オーディオ信号に付与する遅延量を変更することで、音声ビームの出力方向を変更することができる。
The sounds output from the
また、指向性制御部91FL、指向性制御部91FR、指向性制御部91C、指向性制御部91SL、および指向性制御部91SR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に遅延量を付与し、当該所定位置で焦点を結ぶ音声ビームを形成することもできる。
In addition, the directivity control unit 91FL, the directivity control unit 91FR, the
音声ビームは、アレイスピーカ装置2から直接、または室内の壁等に反射して聴取位置に到達させることができる。例えば、図5に示すように、Cチャンネルオーディオ信号の音声ビームは、正面方向に出力させて、Cチャンネルの音声ビームが聴取位置の正面から到達させることができる。また、FLチャンネルオーディオ信号およびFRチャンネルオーディオ信号の音声ビームは、アレイスピーカ装置2の左右方向に出力させ、聴取位置の左右に存在する壁に反射させて、それぞれ聴取位置の左方向および右方向から到達させることができる。また、SLチャンネルオーディオ信号およびSRチャンネルオーディオ信号の音声ビームを左右方向に出力させ、聴取位置の左右に存在する壁および後方に存在する壁に2回反射させて、それぞれ聴取位置の左後方方向および右後方方向から到達させることができる。
The sound beam can reach the listening position directly from the
次に、バーチャル処理部40について説明する。図6は、バーチャル処理部40の構成を示すブロック図である。バーチャル処理部40は、定位付加部42、補正部51、加算部52L、加算部52R、遅延処理部60L、および遅延処理部60Rを備えている。
Next, the
定位付加部42は、入力されたFLチャンネル、FRチャンネル、Cチャンネル、SLチャンネル、およびSRチャンネルのオーディオ信号を所定の位置に仮想音源として定位させる処理を行う。仮想音源として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。
The
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、および周波数特性等を表現したインパルス応答である。定位付加部42は、入力された各チャンネルのオーディオ信号にHRTFを付与して、ウーファ33Lまたはウーファ33Rから放音させることにより、聴者に仮想音源を定位させることができる。
The HRTF is an impulse response that expresses the volume, arrival time, frequency characteristics, and the like of the sound from the virtual speaker installed at a certain position to the left and right ears. The
図7(A)は、定位付加部42の構成を示すブロック図である。定位付加部42は、各チャンネルのオーディオ信号にHRTFのインパルス応答を畳み込むためのFLフィルタ421L、FRフィルタ422L、Cフィルタ423L、SLフィルタ424L、およびSRフィルタ425Lと、FLフィルタ421R、FRフィルタ422R、Cフィルタ423R、SLフィルタ424R、およびSRフィルタ425Rと、を備えている。
FIG. 7A is a block diagram illustrating a configuration of the
例えば、FLチャンネルのオーディオ信号は、FLフィルタ421LおよびFLフィルタ421Rに入力される。FL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5を参照。)の位置から左耳に至る経路のHRTFを付与する。FL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。同様にして、各チャンネルについて、聴者の周囲の仮想音源の位置から各耳に至るHRTFが付与される。
For example, an audio signal of the FL channel is input to the
加算部426Lは、FLフィルタ421L、FRフィルタ422L、Cフィルタ423L、SLフィルタ424L、およびSRフィルタ425LでそれぞれHRTFが付与されたオーディオ信号を合成して、オーディオ信号VLとして補正部51に出力する。加算部426Rは、FLフィルタ421R、FRフィルタ422R、Cフィルタ423R、SLフィルタ424R、およびSRフィルタ425RでそれぞれHRTFが付与されたオーディオ信号を合成して、オーディオ信号VRとして補正部51に出力する。
The
補正部51は、クロストークキャンセル処理を行う。図7(B)は、補正部51の構成を示すブロック図である。補正部51は、ダイレクト補正部511L、ダイレクト補正部511R、クロス補正部512L、およびクロス補正部512Rを備えている。
The
オーディオ信号VLは、ダイレクト補正部511Lおよびクロス補正部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およびクロス補正部512Rに入力される。
The audio signal VL is input to the
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から出力された音の周波数特性が左耳の位置でフラットにな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を当該フィルタで処理して、オーディオ信号VLDを出力する。ダイレクト補正部511Rは、ウーファ33Rから出力された音の周波数特性が右耳の位置でフラットにな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VLを当該フィルタで処理して、オーディオ信号VRDを出力する。
The
クロス補正部512Lは、ウーファ33Lから右耳に回り込む音の周波数特性を付与するためのフィルタ係数が設定されている。このウーファ33Lから右耳に回り込む音(VLC)を合成部52Rで逆相にしてウーファ33Rから放音させることにより、ウーファ33Lの音が右耳に聞こえるのを抑制する。これにより、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。
The
クロス補正部512Rは、ウーファ33Rから左耳に回り込む音の周波数特性を付与するためのフィルタ係数が設定されている。このウーファ33Rから左耳に回り込む音(VRC)を合成部52Lで逆相にしてウーファ33Lから放音させることにより、ウーファ33Rの音が左耳に聞こえるのを抑制する。これにより、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。
The
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。遅延処理部60Lによって所定時間遅延されたオーディオ信号は、加算処理部32に入力される。また、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によって所定時間遅延されたオーディオ信号は、加算処理部32に入力される。
The audio signal output from the
遅延処理部60Lおよび遅延処理部60Rによる遅延時間は、例えば、ビーム化処理部20の指向性制御部で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。これにより、仮想音源を知覚させる音が、音声ビームの形成を阻害することがない。なお、ビーム化処理部20の後段に遅延処理部を設け、音声ビーム側に遅延を加えて、音声ビームが仮想音像を定位させる音を阻害しないようにする態様であってもよい。
The delay time by the
遅延処理部60Lから出力されたオーディオ信号は、加算処理部32のゲイン調整部61Lでゲイン調整される。ゲイン調整部61Lでゲイン調整されたオーディオ信号は、加算部32Lにおいて、ゲイン調整部31Lから出力されたオーディオ信号(原信号のLチャンネルの低域成分)と加算される。ゲイン調整部32Lおよびゲイン調整部61Lにより、原信号の低域成分とバーチャル処理部40の出力信号の加算比率が変更される。
The gain of the audio signal output from the
同様に、遅延処理部60Rから出力されたオーディオ信号は、加算処理部32のゲイン調整部61Rでゲイン調整される。ゲイン調整部61Rでゲイン調整されたオーディオ信号は、加算部32Rにおいて、ゲイン調整部31Rから出力されたオーディオ信号(原信号のRチャンネルの低域成分)と加算される。ゲイン調整部32Rおよびゲイン調整部61Rにより、原信号とバーチャル処理部40の出力信号の加算比率が変更される。
Similarly, the gain of the audio signal output from the
なお、アレイスピーカ装置2は、上述したビーム化処理部20におけるゲイン調整部18FL、ゲイン調整部18FR、ゲイン調整部18C、ゲイン調整部18SL、およびゲイン調整部18SRのゲインを調整することで、バーチャル処理部40の出力信号と、原信号の低域成分と、音声ビームと、のレベル比率を調整することができる。
The
次に、アレイスピーカ装置2が生成する音場について図5を用いて説明する。図5において、実線矢印は、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5において、白い星印は、音声ビームが生成する実音源の位置を示し、黒い星印は、仮想音源の位置を示す。
Next, the sound field generated by the
図5の例では、アレイスピーカ装置2は、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、アレイスピーカ装置2の後方の位置に焦点を結ぶ音声ビームが設定される。これにより、聴者は、音源SCが聴者の前方にあると知覚する。
In the example of FIG. 5, the
同様に、FLチャンネルのオーディオ信号は、部屋Rの左前方の壁の位置に焦点を結ぶ音声ビームが設定され、聴者は、音源SFLが聴者の左前方の壁にあると知覚する。FRチャンネルのオーディオ信号は、部屋Rの右前方の壁の位置に焦点を結ぶ音声ビームが設定され、聴者は、音源SFRが聴者の右前方の壁にあると知覚する。SLチャンネルのオーディオ信号は、部屋Rの左後方の壁の位置に焦点を結ぶ音声ビームが設定され、聴者は、音源SSLが聴者の左後方の壁にあると知覚する。SRチャンネルのオーディオ信号は、部屋Rの右後方の壁の位置に焦点を結ぶ音声ビームが設定され、聴者は、音源SSRが聴者の左後方の壁にあると知覚する。 Similarly, in the audio signal of the FL channel, an audio beam focused on the position of the left front wall of the room R is set, and the listener perceives that the sound source SFL is on the left front wall of the listener. The audio signal of the FR channel is set with a sound beam that focuses on the position of the right front wall of the room R, and the listener perceives that the sound source SFR is on the right front wall of the listener. The audio signal of the SL channel is set with an audio beam focused on the position of the left rear wall of the room R, and the listener perceives that the sound source SSL is on the left rear wall of the listener. The audio signal of the SR channel is set with a sound beam that focuses on the position of the right rear wall of the room R, and the listener perceives that the sound source SSR is on the left rear wall of the listener.
さらに、定位付加部42は、上記音源SFL,SFR,SC,SSL,およびSSRの位置と略同じ位置に仮想音源の位置を設定する。したがって、聴者は、図5に示すように、仮想音源VSC,VSFL,VSFR,VSSL,およびVSSRを音源SFL,SFR,SC,SSL,およびSSRの位置と略同じ位置に知覚する。なお、仮想音源の位置は、音声ビームの焦点と同じ位置に設定する必要はなく予め定めた方向としてもよい。例えば、仮想音源VSFLは左30度、仮想音源VSFRは右30度、仮想音源VSSLは左120度、仮想音源VSSRは右120度等に設定する。
Further, the
これにより、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補うことができ、音声ビームだけを用いた場合また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。特に、SLチャンネルおよびSRチャンネルの音源SSLおよび音源SSRは、音声ビームが壁に2度反射することにより生成されるため、フロント側のチャンネルに比べて明瞭な定位感が得られない場合がある。しかし、アレイスピーカ装置2は、ウーファ33Lおよびウーファ33Rにより聴者の耳に直接届く音で生成される仮想音源VSSLおよび仮想音源VSSRで定位感を補うことができ、SLチャンネルおよびSRチャンネルの定位感を損なうことがない。
Thereby, the
そして、本実施形態のアレイスピーカ装置2は、帯域処理部45により、頭部伝達関数によるフィルタ処理が行われる帯域が制限される。図8(A)は、スピーカユニット21A〜21Pに入力されるオーディオ信号の帯域を示した概念図である。図8(B)は、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の帯域を示した概念図である。
In the
図8(A)に示すように、スピーカユニット21A〜21Pには、周波数F1(例えば400Hz)以上の帯域のオーディオ信号が入力される。当該周波数F1は、帯域分割部14により、スピーカユニット21A〜21Pの下限周波数に合わせて設定されている。 また、図8(B)に示すように、ウーファ33Lおよびウーファ33Rには、帯域分割部14により周波数F1(例えば400Hz)未満の帯域のオーディオ信号が入力される。
As shown in FIG. 8A, audio signals in a band of frequency F1 (for example, 400 Hz) or higher are input to the
低域は指向性が低く、音声ビーム等の指向性を有する音が聴者に到達する帯域は、主に数百Hz以上の中高域となる。したがって、スピーカユニット21A〜21Pに中高域のオーディオ信号を入力し、ウーファ33Lおよびウーファ33Rに低域のオーディオ信号を入力することで、音声ビームによって実音源を定位させながら、低域の音を補強することができる。
The low band has low directivity, and the band in which sound having directivity such as an audio beam reaches the listener is mainly a middle and high band of several hundred Hz or more. Therefore, mid-high range audio signals are input to the
そして、ウーファ33Lおよびウーファ33Rには、バーチャル処理部40において頭部伝達関数によるフィルタ処理が行われたオーディオ信号も入力される。当該オーディオ信号は、帯域処理部45が周波数F1(例えば400Hz)以上の帯域だけ通過させるため、スピーカユニット21A〜21Pに入力されるオーディオ信号と同じ帯域となっている。
The
頭部伝達関数に基づくフィルタ処理は、元のオーディオ信号の周波数特性を変化させるため、音質の変化がある。したがって、全帯域で頭部伝達関数によるフィルタ処理を行うと、音質の変化が目立つことになる。しかし、アレイスピーカ装置2は、帯域処理部45が周波数F1(例えば400Hz)以上の帯域だけ通過させ、頭部伝達関数によるフィルタ処理を行う帯域を制限しているため、音質の変化を最低限に抑えることができる。そして、頭部伝達関数のうち定位感に寄与する周波数帯域は、主に数kHz程度であり、数百Hz未満の信号が入力されていない場合でも、定位感は損なわれない。
Since the filter processing based on the head-related transfer function changes the frequency characteristic of the original audio signal, there is a change in sound quality. Therefore, if the filtering process using the head-related transfer function is performed in the entire band, the change in sound quality becomes conspicuous. However, in the
したがって、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る定位感で補うことができ、音質の変化を抑えながら音源を明瞭に定位させることができる。また、頭部伝達関数によるフィルタ処理後のオーディオ信号の周波数帯域(図8(B)の仮想音源)と、元のオーディオ信号のうち分割された低周波数帯域(図8(B)の原信号)と、が重複することがないため、これら仮想音源と原信号の低域成分と、が互いに干渉することがない。
Therefore, the
なお、帯域分割部14は、スピーカユニット21A〜21Pの下限周波数(例えば400Hz)に合わせて周波数F1を設定しているが、必ずしも当該下限周波数に合わせる必要はない。例えば、当該下限周波数よりも高い周波数で分割するようにしてもよい。
The
また、帯域処理部45は、オーディオ信号を通過させる帯域の下限周波数を、帯域分割部14が分割する周波数F1と同一に設定しているが、必ずしも同一(または近接する)周波数に設定する必要はない。例えば、図8(C)に示すように、周波数F1(例えば400Hz)よりも高い周波数F2(例えば1kHz)としてもよい。
Further, the
次に、図9は、変形例1に係るアレイスピーカ装置2Aを備えたAVシステム1Aの概略図である。図1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。AVシステム1Aは、図1のアレイスピーカ装置2に変えてアレイスピーカ装置2Aを備えている。アレイスピーカ装置2Aは、アレイスピーカ装置2に対して、外観上、ウーファ34Lおよびウーファ34Rをさらに備えている点で異なる。
Next, FIG. 9 is a schematic diagram of an AV system 1A including the
図10は、アレイスピーカ装置2Aの構成を示すブロック図である。アレイスピーカ装置2Aは、アレイスピーカ装置2に対して、加算処理部32が設けられていない点で異なる。
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of the
バーチャル処理部40の出力するオーディオ信号は、ウーファ33Lおよびウーファ33Rに入力される。帯域分割部14の出力するオーディオ信号は、ウーファ34Lおよびウーファ34Rに入力される。
The audio signal output from the
このように、頭部伝達関数によるフィルタ処理後のオーディオ信号の周波数帯域(図8(B)の仮想音源)と、元のオーディオ信号のうち分割された低周波数帯域(図8(B)の原信号)と、をそれぞれ別のスピーカユニットに入力してもよい。 In this way, the frequency band of the audio signal after filtering by the head-related transfer function (virtual sound source in FIG. 8B) and the divided low frequency band of the original audio signal (original in FIG. 8B). Signal) may be input to different speaker units.
次に、図11は、変形例2に係るアレイスピーカ装置2Bの構成を示すブロック図である。図2に示した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2Bは、アレイスピーカ装置2の帯域処理部45および加算処理部32に変えて、帯域処理部45Bおよび加算処理部32Bを備え、当該帯域処理部45Bが加算処理部32Bにオーディオ信号を出力する。
Next, FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of an
図12は、帯域処理部45Bおよび加算処理部32Bの構成を示すブロック図である。図3に示した帯域処理部45および加算処理部32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。
FIG. 12 is a block diagram showing configurations of the
帯域処理部45Bは、FLチャンネル、FRチャンネル、Cチャンネル、SLチャンネル、およびSRチャンネルのデジタルオーディオ信号をそれぞれ入力するLPF41FL、LPF41FR、LPF41C、LPF41SL、およびLPF41SRを備えている。
The
LPF41FL、LPF41FR、LPF41C、LPF41SL、およびLPF41SRは、それぞれ入力された各チャンネルのオーディオ信号の低域を抽出して出力する。LPF41FL、LPF41FR、LPF41C、LPF41SL、およびLPF41SRのカットオフ周波数は、HPF40FL、HPF40FR、HPF40C、HPF40SL、およびHPF40SRのカットオフ周波数(例えば400Hz)にそれぞれ対応している。 The LPF 41FL, LPF 41FR, LPF 41C, LPF 41SL, and LPF 41SR extract and output the low frequencies of the input audio signals of the respective channels. The cut-off frequencies of LPF41FL, LPF41FR, LPF41C, LPF41SL, and LPF41SR correspond to the cut-off frequencies (for example, 400 Hz) of HPF40FL, HPF40FR, HPF40C, HPF40SL, and HPF40SR, respectively.
LPF41FL、LPF41C、およびLPF41SLの出力信号は、加算処理部32Bの加算部17Lでバーチャル処理部40の出力信号(遅延処理部60Lの出力信号)と加算される。加算部17Lで加算されたオーディオ信号は、ゲイン調整部61Lでゲイン調整された後に加算部32Lに入力される。
The output signals of the LPF 41FL, LPF 41C, and LPF 41SL are added to the output signal of the virtual processing unit 40 (the output signal of the
LPF41FR、LPF41C、およびLPF41SRの出力信号は、加算処理部32Bの加算部17Rでバーチャル処理部40の出力信号(遅延処理部60Rの出力信号)と加算される。加算部17Rで加算されたオーディオ信号は、ゲイン調整部61Rでゲイン調整された後に加算部32Rに入力される。
The output signals of the LPF 41FR, LPF 41C, and LPF 41SR are added to the output signal of the virtual processing unit 40 (the output signal of the
次に、図13は、変形例3に係るアレイスピーカ装置2Cを示す図である。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、説明は省略する。
Next, FIG. 13 is a diagram showing an
アレイスピーカ装置2Cは、サブウーファ3をさらに備えている。サブウーファ3には、帯域分割部140Cから低域(例えば100Hz未満)のオーディオ信号が入力される。図14は、帯域分割部140Cの構成を示すブロック図である。帯域分割部14と共通する構成については同一の符号を付し、説明は省略する。
The
帯域分割部140Cは、加算部160、加算部170、HPF150L、HPF152R、LPF151L、LPF153R、および加算部700を備えている。
The
加算部160は、LPF15FL、LPF15C、およびLPF15SLの出力信号を加算する。加算部170は、LPF15FR、LPF15C、およびLPF15SRの出力信号を加算する。加算部160の出力信号は、HPF150LおよびLPF151Lに入力される。加算部170の出力信号は、HPF152RおよびLPF153Rに入力される。
HPF150Lは、入力されたオーディオ信号の高域を抽出して出力する。LPF151Lは、入力されたオーディオ信号の低域を抽出して出力する。HPF150LおよびLPF151Lのカットオフ周波数は、ウーファ33Lとサブウーファ3とのクロスオーバ周波数(例えば100Hz)に対応する。なお、当該クロスオーバ周波数は、聴者により変更できるようにしてもよい。
The
同様に、HPF152Rは、入力されたオーディオ信号の高域を抽出して出力する。LPF153Rは、入力されたオーディオ信号の低域を抽出して出力する。HP152RおよびLPF153Rのカットオフ周波数は、ウーファ33Rとサブウーファ3とのクロスオーバ周波数(例えば100Hz)に対応する。なお、当該クロスオーバ周波数も、聴者により変更できるようにしてもよい。
Similarly, the
図15(A)は、スピーカユニット21A〜21Pに入力されるオーディオ信号の帯域を示した概念図であり、図15(B)は、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の帯域を示した概念図である。図15(C)は、サブウーファ3に入力されるオーディオ信号の帯域を示した概念図である。
FIG. 15A is a conceptual diagram showing the band of the audio signal input to the
アレイスピーカ装置2Cでは、図15(C)に示すように、サブウーファ3に、周波数F3(例えば100Hz)未満の帯域のオーディオ信号が入力される。また、図15(B)に示すように、ウーファ33Lおよびウーファ33Rに、帯域分割部140Cにより周波数F3(例えば100Hz)以上、周波数F1(例えば400Hz)未満の帯域のオーディオ信号が入力される。
In the
このように、アレイスピーカ装置2Cは、サブウーファ3をさらに備え、ウーファ33Lおよびウーファ33Rが出力可能な周波数よりもさらに低域側の音を補強する態様である。この場合においても、帯域処理部45は、バーチャル処理部40に通過させる帯域の下限周波数(図15の例では周波数F1=400Hz)をサブウーファの上限周波数(図15の例ではF3=100Hz)よりも高くしているため、サブウーファの出力する音とフィルタ処理後の音との帯域が重複することがない。したがって、サブウーファ3の出力する音と仮想音源の音とが互いに干渉することがない。
As described above, the
なお、図示は省略するが、サブウーファ3を備えた態様においても、図11および図12に示したように帯域処理部45Bで低域のオーディオ信号を抽出してバーチャル処理部40の後段で加算するようにしてもよい。
Although not shown, even in the aspect including the
次に、図16(A)は、変形例4に係るアレイスピーカ装置2Dを示す図である。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、説明は省略する。
Next, FIG. 16A is a diagram showing an
アレイスピーカ装置2Dは、ウーファ33Lおよびウーファ33Rから出力する音をそれぞれスピーカユニット21Aおよ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。
The
アレイスピーカ装置2Dは、仮想音源を知覚させる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およびスピーカユニット21Pから出力する。
The
スピーカユニット21Aおよびスピーカユニット21Pは、アレイスピーカにおける最も端部に配置されたスピーカユニットであり、聴者から見てそれぞれ最も左側および右側に配置されている。したがって、スピーカユニット21Aおよびスピーカユニット21Pは、それぞれLチャンネルおよびRチャンネルの音を出力する場合に好適であり、仮想音源を知覚させる音を出力するスピーカユニットとして好適である。
The speaker unit 21 </ b> A and the speaker unit 21 </ b> P are the speaker units arranged at the extreme ends of the array speaker, and are arranged on the left and right sides as viewed from the listener. Therefore, the
アレイスピーカ装置2Dにおいても、バーチャル処理部40において頭部伝達関数によるフィルタ処理が行われるオーディオ信号の帯域が制限されているため、音声ビームによる定位感を仮想音源による定位感で補うことができ、音質の変化を抑えながら音源を明瞭に定位させることができる。
Also in the
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、ウーファ33Lおよびウーファ33Rを全て備える必要はない。例えば、図16(B)に示すスピーカセット2Eのように、各スピーカユニットを個別の筐体に設けて、各筐体を並べて配置する態様であってもよい。
Further, the
また、実音源は、音声ビームを用いて定位させる例に限るものではない。例えば、図17に示すように、聴取位置の周囲に設置されるサラウンドスピーカ(スピーカユニット21FL、スピーカユニット21FR、スピーカユニット21C、スピーカユニット21SL、およびスピーカユニット21SR)により実現することも可能である。
Further, the actual sound source is not limited to the example of localization using a sound beam. For example, as shown in FIG. 17, it can be realized by surround speakers (speaker unit 21FL, speaker unit 21FR,
1…AVシステム
2…アレイスピーカ装置
4…テレビ
10…デコーダ
11…入力部
14…帯域分割部
20…ビーム化処理部
スピーカユニット21A〜21P…スピーカユニット
32…加算処理部
33L,33R…ウーファ
40…バーチャル処理部
42…定位付加部
45…帯域処理部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
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う定位付加部と、
前記定位付加部でフィルタ処理されたオーディオ信号に基づく音を出力する第2放音部と、
前記定位付加部に入力されるオーディオ信号の周波数帯域を制限する帯域処理部と、
を備えたスピーカ装置。 A first sound emitting unit for outputting a sound based on the input audio signal;
A localization adding unit that performs filtering on the input audio signal based on the head-related transfer function;
A second sound emitting unit for outputting a sound based on the audio signal filtered by the localization adding unit;
A band processing unit for limiting a frequency band of an audio signal input to the localization adding unit;
A speaker device comprising:
サブウーファをさらに備え、
前記帯域処理部は、オーディオ信号を通過させる帯域の下限周波数が、前記サブウーファの上限周波数よりも高いことを特徴とするスピーカ装置。 The speaker device according to claim 1,
Further equipped with a subwoofer,
The speaker device according to claim 1, wherein the band processing unit has a lower limit frequency of a band through which an audio signal passes, which is higher than an upper limit frequency of the subwoofer.
該第2放音部には、前記第1放音部の下限周波数よりも低いオーディオ信号が入力される請求項1または請求項2に記載のスピーカ装置。 The second sound emitting unit includes a speaker unit having a lower limit frequency lower than the lower limit frequency of the first sound emitting unit,
The speaker device according to claim 1 or 2, wherein an audio signal lower than a lower limit frequency of the first sound emitting unit is input to the second sound emitting unit.
前記入力部に入力されたオーディオ信号の周波数帯域を分割し、高域側のオーディオ信号を当該第1放音部に入力し、低域側のオーディオ信号を前記第2放音部に入力する帯域分割部と、を備えた請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のスピーカ装置。 An input section for inputting an audio signal;
The frequency band of the audio signal input to the input unit is divided, the high frequency audio signal is input to the first sound emitting unit, and the low frequency audio signal is input to the second sound emitting unit. The speaker device according to claim 1, further comprising a dividing unit.
入力されたオーディオ信号を遅延して前記複数のスピーカに分配することにより、前記第1放音部に音声ビームを出力させる指向性制御部を備えた請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のスピーカ装置。 The first sound emitting unit is a speaker array in which a plurality of speakers are arranged,
6. The directivity control unit according to claim 1, further comprising: a directivity control unit that outputs an audio beam to the first sound emitting unit by delaying an input audio signal and distributing the audio signal to the plurality of speakers. Speaker device.
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