JP2019068398A - スピーカシステム、及び、信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】広い周波数帯域の信号に対して指向性の制御が可能なスピーカシステムを提供する。【解決手段】スピーカシステムは、複数の第一スピーカによって構成されるスピーカアレー１０、及び、第一フィルタアレーを備える。スピーカアレー１０から出力される再生音の指向性の複数の第一スピーカ１０ａの並び方向におけるピークは、第一フィルタアレーによって行われる第一フィルタ処理によって壁面側に寄っている。【選択図】図６

Description

本開示は、特定の領域に位置するユーザにのみ再生音を聞こえさせるスポット再生が可能なスピーカシステムに関する。

再生対象の信号を信号処理し、スピーカアレーによって再生することで、特定方向にのみ大きく聞こえる音を出力するスピーカシステムが知られている（例えば、特許文献１、２、非特許文献１参照）。このようなスピーカシステムは、音を必要な人だけに提供することができる。例えば、自動車内の空間において、特定の座席に着座しているユーザにだけ音を提供することができる。住居内においては、特定の場所にのみ、音を提供することができる。あるいは、同一空間内の２箇所に別々の音を提供することができる。

特開２００８−２５２１８９号公報 特開２０１５−２３１０８７号公報

松本康志、西川清 "一定サイドローブ量の指向性アレイスピーカの設計方法" 電子情報通信学会 信学技報 ２００４−７４ ｐ１３〜１８

ところで、上記のようなスピーカシステムにおいては、広い周波数帯域の信号に対して指向性を制御できることが望ましい。

本開示は、広い周波数帯域の信号に対して指向性の制御が可能なスピーカシステム及び信号処理方法を提供する。

本開示のスピーカシステムは、各々に第一フィルタ処理及び増幅処理が行われた第一信号が入力される直線状に配置された複数の第一スピーカによって構成されるスピーカアレーと、前記第一フィルタ処理を行う第一フィルタアレーと、前記増幅処理を行うマルチチャンネルアンプとを備え、前記スピーカアレーは前記複数の第一スピーカの並び方向と交差する壁面を有する再生空間に配置され、前記スピーカアレーから出力される、前記第一信号に対応する再生音の指向性の前記並び方向におけるピークは、前記第一フィルタ処理によって前記壁面側に寄っている。

本開示によれば、広い周波数帯域の信号に対して指向性の制御が可能なスピーカシステム及び信号処理方法が実現される。

図１は、実施の形態１に係るスピーカシステムが配置された自動車の車内を示す上面図である。 図２は、図１の領域ＩＩの拡大図である。 図３は、実施の形態１に係るスピーカシステムが配置された自動車の車内を示す側面図である。 図４は、実施の形態１に係るスピーカアレーがダッシュボードに配置された自動車の車内を示す側面図である。 図５は、実施の形態１に係るスピーカシステムの機能構成を示すブロック図である。 図６は、実施の形態１に係るスピーカアレーから出力される再生音の指向性を示す図である。 図７は、比較例に係るスピーカアレーの指向性を示す図である。 図８は、比較例に係るスピーカアレーの長さＬと有効距離との関係を示す図である。 図９は、実施の形態１に係るスピーカアレーの指向性を説明するための図である。 図１０は、実施の形態２に係るスピーカシステムの機能構成を示すブロック図である。 図１１は、実施の形態２において、スピーカアレーから出力される再生音の指向性を示す図である。 図１２は、実施の形態２の変形例に係るスピーカシステムの機能構成を示すブロック図である。 図１３は、実施の形態３に係るスピーカシステムの機能構成を示すブロック図である。 図１４は、実施の形態３において、スピーカアレーから出力される再生音の指向性を示す図である。 図１５は、実施の形態３に係るスピーカシステムの適用例を示す図である。

本開示の一態様に係るスピーカシステムは、各々に第一フィルタ処理及び増幅処理が行われた第一信号が入力される直線状に配置された複数の第一スピーカによって構成されるスピーカアレーと、前記第一フィルタ処理を行う第一フィルタアレーと、前記増幅処理を行うマルチチャンネルアンプとを備え、前記スピーカアレーは前記複数の第一スピーカの並び方向と交差する壁面を有する再生空間に配置され、前記スピーカアレーから出力される、前記第一信号に対応する再生音の指向性の前記並び方向におけるピークは、前記第一フィルタ処理によって前記壁面側に寄っている。

これにより、スピーカシステムは、指向性の制御が可能な周波数帯域の下限周波数を下げることができる。つまり、比較的広い周波数帯域の信号に対して指向性の制御が可能なスピーカシステムが実現される。

また、例えば、前記ピークは、前記壁面上に位置する。

これにより、スピーカシステムは、指向性の制御が可能な周波数帯域の下限周波数を後述の図７に示される同じ長さのスピーカアレーを有する比較例に係るスピーカシステムの２分の１に下げることができる。つまり、比較的広い周波数帯域の信号に対して指向性の制御が可能なスピーカシステムが実現される。

また、例えば、前記複数の第一スピーカは、間隔Ｄで等間隔に配置され、前記複数の第一スピーカのうち前記壁面側の端に位置する第一スピーカと前記壁面との間隔は、Ｄ／２である。

これにより、第一信号に対応する再生音の指向性のピークを壁面上に位置させることが容易となる。

また、例えば、前記第一信号は、再生対象の信号の低音成分であり、前記スピーカシステムは、さらに、前記再生対象の信号を、前記第一信号、及び、前記再生対象の信号の高音成分である第二信号に分割する周波数フィルタ部と、前記第二信号に第二フィルタ処理を行う第二フィルタアレーと、前記第一フィルタ処理後の前記第一信号である第三信号に、前記第二フィルタ処理後の前記第二信号である第四信号の加算処理を行う加算部とを備え、前記マルチチャンネルアンプは、前記加算処理が行われた前記第三信号に前記増幅処理を行い、前記複数の第一スピーカの少なくとも一部の各々には、前記加算処理及び前記増幅処理が行われた前記第三信号が入力され、前記複数の第一スピーカの少なくとも一部から出力される、前記第二信号に対応する再生音の指向性の前記並び方向におけるピークは、前記第二フィルタ処理によって前記スピーカアレーの中央部に位置する。

これにより、ユーザは、聴感上、再生音が正面から到来しているように感じる。つまり、ユーザが再生音の聞こえ方に違和感を感じてしまうことが抑制される。

また、例えば、前記複数の第一スピーカの一部の各々には、前記加算処理及び前記増幅処理が行われた前記第三信号が入力され、前記複数の第一スピーカの他の一部の各々には、前記加算処理及び前記増幅処理のうち前記増幅処理のみが行われた前記第三信号が入力される。

これにより、スピーカシステムは、複数の第一スピーカの一部から、第一信号に対応する低音、及び、第二信号に対応する高音を出力し、複数の第一スピーカの他の一部から第一信号に対応する低音を出力することができる。

また、例えば、前記複数の第一スピーカの他の一部は、前記スピーカアレーの前記並び方向における両端部に位置する。

これにより、両端部に位置する第一スピーカからは、第一信号に対応する低音のみが出力され、第二信号に対応する高音は出力されない。したがって、スピーカアレーが出力する再生音の高音成分を他のユーザに聞こえにくくすることができる。

また、例えば、前記複数の第一スピーカの各々には、前記加算処理及び前記増幅処理が行われた前記第三信号が入力される。

これにより、スピーカシステムは、複数の第一スピーカのそれぞれから、第一信号に対応する低音、及び、第二信号に対応する高音を出力することができる。

また、例えば、前記スピーカアレーは、さらに、直線状に配置された複数の第二スピーカを含み、前記複数の第二スピーカの各々には、前記マルチチャンネルアンプによって増幅処理が行われた、前記第四信号が入力され、前記複数の第一スピーカの少なくとも一部と、前記複数の第二スピーカとは交互に配置され、前記複数の第一スピーカの少なくとも一部、及び、前記複数の第二スピーカから出力される、前記第二信号に対応する再生音の指向性の前記並び方向におけるピークは、前記第二フィルタ処理によって前記スピーカアレーの中央部に位置する。

これにより、スピーカシステムは、指向性の制御が可能な周波数帯域の上限周波数を上げることができる。つまり、比較的広い周波数帯域の信号に対して指向性の制御が可能なスピーカシステムが実現される。

また、例えば、前記複数の第一スピーカは、間隔Ｄで等間隔に配置され、前記複数の第二スピーカは、前記間隔Ｄで等間隔に配置される。

これにより、第二信号（高音成分）に対してスピーカが間隔Ｄ／２で配置されれば、スピーカシステムは、スピーカが間隔Ｄで配置されているときよりも、指向性の制御が可能な周波数帯域の上限周波数を上げることができる。つまり、比較的広い周波数帯域の信号に対して指向性の制御が可能なスピーカシステムが実現される。

また、例えば、前記スピーカアレーは、自動車の天井部に配置される。

これにより、特定の座席に着座したユーザからスピーカアレーまでの距離が、特定の座席以外の他の座席に着座したユーザからスピーカアレーまでの距離に比べて非常に近くなる。このため、距離減衰によって生じる音圧差を広げることができ、スピーカアレーが出力する再生音を他の座席に着座したユーザに聞こえにくくすることができる。

また、例えば、前記スピーカアレーは、自動車のダッシュボードに配置される。

これにより、スピーカアレーを運転席または助手席に着座したユーザの真正面に配置できるため、当該ユーザは、再生音が正面から聞こえることにより、自然な聴感を得ることができる。

なお、これらの包括的または具体的な態様は、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

例えば、本開示の一態様に係る信号処理方法は、スピーカシステムによって実行される信号処理方法であって、前記スピーカシステムは、各々に第一フィルタ処理及び増幅処理が行われた第一信号が入力される直線状に配置された複数の第一スピーカによって構成されるスピーカアレーと、前記第一フィルタ処理を行う第一フィルタアレーと、前記増幅処理を行うマルチチャンネルアンプとを備え、前記スピーカアレーは前記複数の第一スピーカの並び方向と交差する壁面を有する再生空間に配置され、前記信号処理方法は、前記スピーカアレーから出力される、前記第一信号に対応する再生音の指向性の前記並び方向におけるピークを、前記第一フィルタ処理によって前記壁面側に寄せる。

これにより、信号処理方法は、指向性の制御が可能な周波数帯域の下限周波数を下げることができる。つまり、比較的広い周波数帯域の信号に対して指向性の制御が可能な信号処理方法が実現される。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付し、重複する説明は省略または簡略化される場合がある。

（実施の形態１）
［スピーカシステムの構成］
以下、実施の形態１に係るスピーカシステムについて図面を参照しながら説明する。実施の形態１では、スピーカシステムが自動車の車内に配置される例について説明する。図１は、スピーカシステムが配置された自動車の車内を示す上面図である。図２は、図１の領域ＩＩの拡大図である。図３は、スピーカシステムが配置された自動車の車内を示す側面図である。

図１〜図３に示されるスピーカシステム１００は、指向性を有する再生音を出力することにより、特定の領域に位置するユーザにのみ再生音を聞こえさせるスポット再生に用いられる。実施の形態１では、スピーカシステム１００は、自動車２００の車内に配置され、運転席２３０に着座したユーザにのみ再生音が聞こえるように当該再生音に指向性を与える。スピーカシステム１００は、直線状に配置された複数の第一スピーカ１０ａによって構成されるスピーカアレー１０を備える。複数の第一スピーカ１０ａの数は、特に限定されない。

図２に示されるように、複数の第一スピーカ１０ａは、例えば、間隔Ｄで等間隔に配置される。複数の第一スピーカ１０ａのうち壁面２２０ａ側の端に位置する第一スピーカ１０ａと壁面２２０ａとの間隔は、Ｄ／２である。なお、第一スピーカ１０ａの間隔とは、第一スピーカ１０ａの出音軸（中心軸）間の距離を意味する。第一スピーカ１０ａと壁面２２０ａとの間隔とは、第一スピーカ１０ａの出音軸と壁面２２０ａとの距離を意味する。

スピーカアレー１０は、自動車２００の車内空間に配置される。自動車２００の車内空間は、天井部２１０、及び、窓ガラス等を含む側壁２２０などによって囲まれた閉空間である。側壁２２０は、運転席２３０に着座したユーザと対向する壁面２２０ａを有する。

スピーカアレー１０は、具体的には、自動車２００の車内の天井部２１０に配置される。スピーカアレー１０は、自動車２００の運転席２３０に着座したユーザの前方に、当該ユーザと対向するように配置され、当該ユーザに向けて再生音を出力する。スピーカアレー１０は、当該スピーカアレー１０の長手方向、つまり、複数の第一スピーカ１０ａの並び方向がユーザの左右方向に沿うように配置される。

このように、スピーカアレー１０が天井部２１０に配置されれば、運転席２３０に着座したユーザからスピーカアレー１０までの距離が、助手席または後部座席に着座したユーザからスピーカアレー１０までの距離に比べて非常に近くなる。このため、距離減衰によって生じる音圧差を広げることができ、スピーカアレー１０が出力する再生音を運転席２３０以外の座席に着座したユーザに聞こえにくくすることができる。

なお、図４に示されるように、スピーカアレー１０は、自動車２００のダッシュボード２４０に配置されてもよい。図４は、スピーカアレー１０がダッシュボード２４０に配置された自動車２００の車内を示す側面図である。この場合も、スピーカアレー１０は、自動車２００の運転席２３０に着座したユーザの前方に、当該ユーザと対向するように配置され、当該ユーザに向けて再生音を出力する。スピーカアレー１０は、当該スピーカアレー１０の長手方向がユーザの左右方向に沿うように配置される。

スピーカアレー１０がダッシュボード２４０に配置されれば、スピーカアレー１０を運転席に着座したユーザの真正面に配置できるため、当該ユーザは、再生音が正面から聞こえることにより、自然な聴感を得ることができる。

［スピーカシステムの機能構成］
次に、スピーカシステム１００の機能構成について説明する。図５は、スピーカシステム１００の機能構成を示すブロック図である。

図５に示されるように、スピーカシステム１００は、スピーカアレー１０と、第一フィルタアレー２１と、マルチチャンネルアンプ３０とを備える。

第一フィルタアレー２１は、第一フィルタ処理を行う。第一フィルタアレー２１は、具体的には、複数の第一フィルタ２１ａによって構成される。複数の第一フィルタ２１ａは、複数の第一スピーカ１０ａに１対１で対応する。第一フィルタアレー２１は、例えば、２次元デジタルフィルタであり、複数の第一フィルタ２１ａのそれぞれは、例えば、１次元デジタルフィルタ（デジタル信号処理を行うフィルタ回路）によって実現される。

複数の第一フィルタ２１ａのそれぞれは、再生対象の信号を取得し、取得された再生対象の信号に第一フィルタ処理を行う。実施の形態１では、再生対象の信号は、第一信号の一例である。第一フィルタ処理の具体的な処理内容は、例えば、第一フィルタ２１ａごとに異なる。このような第一フィルタ処理が行われた再生対象の信号に基づいて複数の第一スピーカ１０ａのそれぞれが音を出力することにより、スピーカアレー１０から出力される再生音に図６に示されるような指向性が与えられる。図６は、スピーカアレー１０から出力される再生音の指向性を示す図である。なお、スピーカアレー１０から出力される再生音は、言い換えれば、複数の第一スピーカ１０ａ全体を１つのスピーカとして捉えた場合に、当該スピーカから出力される再生音である。

図６に示されるように、スピーカアレー１０から出力される再生音の指向性は、壁面２２０ａから遠いほど低くなる。再生音の指向性の複数の第一スピーカ１０ａの並び方向におけるピークは、上記第一フィルタ処理によって中央部よりも壁面２２０ａ側に寄っている。指向性の低い部分は、例えば、上記第一フィルタ処理によって複数の第一スピーカ１０ａのそれぞれから出力される音が打ち消されることによって形成されている。このような再生音の指向性によって得られる効果については後述される。

マルチチャンネルアンプ３０は、増幅処理を行う。マルチチャンネルアンプ３０は、具体的には、複数の増幅器３０ａによって構成される。複数の増幅器３０ａは、複数の第一スピーカ１０ａ及び複数の第一フィルタ２１ａのそれぞれに１対１で対応する。複数の増幅器３０ａのそれぞれは、対応する第一フィルタ２１ａの出力信号を増幅して対応する第一スピーカ１０ａに出力する。複数の増幅器３０ａのそれぞれは、例えば、オペアンプなどによって実現される。

このように、複数の第一スピーカ１０ａの各々には、第一フィルタ処理及び増幅処理が行われた再生対象の信号が入力される。スピーカアレー１０は、このような複数の第一スピーカ１０ａが直線状に配置されることによって構成される。スピーカアレー１０からは、再生対象の信号に対応する再生音が出力される。

［スピーカアレーの指向性によって得られる効果］
次に、図６に示されるような、第一フィルタ処理によって実現される指向性（以下、スピーカアレー１０の指向性とも記載する）によって得られる効果について、比較例を参照しながら説明する。図７は、比較例に係るスピーカアレーの指向性を示す図である。

比較例に係るスピーカアレー９０の指向性のピークは、当該スピーカアレー９０を構成する複数のスピーカの並び方向の中央部分に位置する。比較例に係るスピーカアレー９０の指向性は、当該スピーカアレー９０を構成する複数のスピーカの並び方向の端部に近づくほど低くなる。これにより、車室内で、特定の座席（例えば、運転席）に着座したユーザにのみスピーカアレー９０からの音が大きく聞こえるようになる。このような指向性を形成するための具体的手法については、例えば、非特許文献１に開示されている。非特許文献１には、周波数領域で時間周波数別に空間窓を空間領域（または空間周波数領域）で設計し、時間周波数が高くなるほど空間窓の窓幅を狭くする（空間周波数領域では通過域を広くする）という手法が開示されている。

しかしながら、比較例に係るスピーカアレー９０の指向性は、当該スピーカアレー９０が配置される空間において音の反射がないことが前提とされている。比較例に係るスピーカアレー９０が壁面２２０ａを有する空間に配置された場合、壁面２２０ａにおいて生じる反射音で音場が乱され、所望の指向性を得ることができないという課題がある。

また、もう一つの課題として、スピーカアレー９０の長さに制約がある場合、指向性の制御が可能な周波数帯域（以下、制御帯域とも記載される）の下限周波数が制限されるという課題がある。なぜなら、制御帯域の下限周波数は、スピーカアレー９０の長手方向の長さＬに反比例するからである。図８は、スピーカアレー９０の長さＬと有効距離との関係を示す図である。

図８において、有効距離は、当該有効距離が長いほど指向性の制御が容易であることを示すパラメータである。図８に示されるように、同一の周波数であれば、スピーカアレー９０の長さＬが長いほど、指向性の制御が容易であり、制御帯域の下限周波数を下げることができる。車室内の空間などの狭い空間においては、スピーカアレー９０の長さに制約があるため、制御帯域の下限周波数が制限される。

ここで、スピーカアレー１０の指向性を実現するための第一フィルタ処理は、図９に示されるように、壁面２２０ａを対称面とした長さＬの仮想スピーカアレー１０ｖを含めて合計２Ｌの長さのスピーカアレーに、図７のような中央部分（壁面２２０ａ上）にピークが位置する指向性が与えられるように設計されている。図９は、スピーカアレー１０の指向性を説明するための図である。

具体的には、スピーカアレー１０の指向性においては、壁面２２０ａにおける再生音の反射を考慮して、仮想スピーカアレー１０ｖから出力される音をスピーカアレー１０が出力する音の壁面２２０ａにおける反射音によって実現している。スピーカアレー１０の指向性は、図９において実線によって示され、当該指向性の並び方向におけるピークは、第一フィルタ処理によって壁面２２０ａ上に位置している。

これにより、スピーカアレー１０の長さはＬであるが、スピーカアレー１０の制御帯域の下限周波数は、２Ｌの長さのスピーカアレーと同様となる。上述のように、制御帯域の下限周波数は、スピーカアレーの長さに反比例するため、スピーカアレー１０の制御帯域の下限周波数は、比較例に係るスピーカアレー９０の２分の１となる。したがって、スピーカアレー１０は、狭い空間に配置されても比較的広い周波数帯域の音に所望の指向性を与えることができる。

また、スピーカアレー１０の指向性においては、壁面２２０ａにおける再生音の反射が考慮されているため、壁面２２０ａにおける再生音の反射による音場の乱れが発生しにくく、所望の指向性を実現しやすい利点がある。

なお、スピーカシステム１００においては、仮想スピーカアレー１０ｖを含めてスピーカアレー１０の長さよりも長いスピーカアレーを想定した第一フィルタ処理が行われればよい。つまり、仮想スピーカアレー１０ｖの長さは、スピーカアレー１０の長さと同一でなくてもよく、スピーカアレー１０の長さよりも短くてもよい。つまり、スピーカアレー１０の指向性は、当該指向性の並び方向におけるピークが第一フィルタ処理によって壁面２２０ａ側に寄っていればよい。

［変形例］
なお、スピーカアレー１０の長さＬは、例えば、６００ｍｍであるが、スピーカアレー１０が配置される空間の大きさにより、適宜設定されればよい。また、スピーカアレー１０を構成する複数の第一スピーカ１０ａの数（ｃｈ数）、及び、間隔Ｄの広さは、特に限定されない。間隔Ｄを狭くするほど、制御帯域の上限周波数を上げることができる。

また、図１では、運転席２３０にのみスピーカシステム１００が適用されているが、運転席に代えて助手席または後部座席に同様のスピーカシステム１００が適用されてもよい。運転席２３０に加えて、助手席及び後部座席に同様のスピーカシステム１００が適用されてもよい。なお、後部座席にスピーカシステムが適用される場合、スピーカアレー１０は、後部座席の天井部に配置されてもよいし、運転席または助手席の背もたれに配置されてもよい。

（実施の形態２）
人間は、聴感上、指向性が比較的鋭い高音の到来方向を低音の到来方向よりも敏感に感じる。したがって、実施の形態１に係るスピーカシステム１００では、再生音の全周波数帯域において指向性のピークが壁面２２０ａ側に寄っているため、高域の音が壁面２２０ａ側から聞こえてしまう可能性がある。つまり、ユーザが高音の聞こえ方に違和感を感じてしまう可能性がある。

そこで、スピーカシステム１００において、再生音の低音成分には図６のような指向性が与えられ、再生音の高音成分には図７のような指向性が与えられてもよい。図１０は、このような実施の形態２に係るスピーカシステムの機能構成を示すブロック図である。

なお、以下の実施の形態２の説明では、実施の形態１との相違点を中心に説明が行われ、既出事項については適宜説明が省略される。なお、実施の形態２では、第一信号は、再生対象の信号の低音成分であり、第二信号は、再生対象の信号の高音成分であるとして説明が行われる。

図１０に示されるように、実施の形態２に係るスピーカシステム１００ａは、スピーカシステム１００と同様に、スピーカアレー１０と、第一フィルタアレー２１と、マルチチャンネルアンプ３０とを備える。また、スピーカシステム１００ａは、さらに、周波数フィルタ部４０と、加算部５０と、第二フィルタアレー２２とを備える。

周波数フィルタ部４０は、再生対象の信号を、再生対象の信号の低音成分である第一信号、及び、再生対象の信号の高音成分である第二信号に分割する。周波数フィルタ部４０は、具体的には、再生対象の信号から第一信号を抽出し、第一フィルタアレー２１に出力するＬＰＦ４１と、再生対象の信号から第二信号を抽出し、第二フィルタアレー２２に出力するＨＰＦ４２とを有する。

第一フィルタアレー２１を構成する複数の第一フィルタ２１ａのそれぞれは、ＬＰＦ４１から第一信号を取得し、取得された第一信号に第一フィルタ処理を行う。第一フィルタ処理の具体的な処理内容は、例えば、第一フィルタ２１ａごとに異なる。このような第一フィルタ処理が行われた再生対象の信号に基づいて複数の第一スピーカ１０ａのそれぞれが音を出力することにより、スピーカアレー１０から出力される第一信号に対応する再生音（再生音の低音成分）に図１１の（ａ）に示されるような指向性が与えられる。図１１は、実施の形態２において、スピーカアレー１０から出力される再生音の指向性を示す図である。

第二フィルタアレー２２は、第一フィルタ処理と異なる第二フィルタ処理を行う。第二フィルタアレー２２は、具体的には、複数の第二フィルタ２２ａによって構成される。複数の第二フィルタ２２ａは、複数の第一スピーカ１０ａに１対１で対応する。第二フィルタアレー２２は、例えば、２次元デジタルフィルタであり、複数の第二フィルタ２２ａのそれぞれは、例えば、１次元デジタルフィルタ（デジタル信号処理を行うフィルタ回路）によって実現される。

複数の第二フィルタ２２ａのそれぞれは、ＨＰＦ４２から第二信号を取得し、取得された第二信号に第二フィルタ処理を行う。第一フィルタ処理の具体的な処理内容は、例えば、第二フィルタ２２ａごとに異なる。このような第二フィルタ処理が行われた再生対象の信号に基づいて複数の第一スピーカ１０ａのそれぞれが音を出力することにより、スピーカアレー１０から出力される第二信号に対応する再生音に図１１の（ｂ）に示されるような指向性が与えられる。

加算部５０は、第一フィルタ処理後の第一信号である第三信号に、第二フィルタ処理後の第二信号である第四信号の加算処理を行う。加算部５０は、具体的には、複数の加算器５０ａによって構成される加算器アレーである。複数の加算器５０ａは、複数の第一スピーカ１０ａに１対１で対応する。複数の加算器５０ａのそれぞれは、一つの第一フィルタ２１ａから出力される第三信号に、一つの第二フィルタ２２ａから出力される第四信号を加算する。加算器５０ａは、具体的には、デジタル演算回路などによって実現される。

マルチチャンネルアンプ３０は、加算部５０によって加算処理が行われた第三信号に増幅処理を行う。増幅処理後の第三信号は、スピーカアレー１０に入力される。

複数の第一スピーカ１０ａの各々には、加算部５０による加算処理及びマルチチャンネルアンプ３０による増幅処理が行われた第三信号が入力される。つまり、複数の第一スピーカ１０ａは、高音成分の音の出力、及び、低音成分の音の出力に共用される。この結果、上記図１１の（ａ）に示されるように、スピーカアレー１０から出力される第一信号に対応する再生音の指向性の、複数の第一スピーカ１０ａの並び方向におけるピークは、第一フィルタ処理によって壁面２２０ａ側に寄っている。

一方、図１１の（ｂ）に示されるように、スピーカアレー１０から出力される第二信号に対応する再生音（再生音の高音成分）の指向性の、複数の第一スピーカ１０ａの並び方向におけるピークは、第二フィルタ処理によってスピーカアレー１０の中央部に位置する。

このように、スピーカシステム１００ａでは、再生対象の信号が周波数フィルタ部４０（ＬＰＦ４１及びＨＰＦ４２）によって、当該信号の低音成分である第一信号、及び、当該信号の高音成分である第二信号に分割される。実施の形態１で説明したように、第一信号（低音成分）は、制御帯域を広げるためにスピーカアレー長が長い必要がある。そこで、第一信号は、実施の形態１で説明された第一フィルタ処理が行われる。これにより、制御帯域の下限周波数が下げられる。

一方、第二信号（高音成分）は、第一信号と異なり、スピーカアレー長を必要としない。したがって、第二信号には、複数の第一スピーカ１０ａの並び方向における中央部に指向性のピークが位置するように、第一フィルタ処理と異なる第二フィルタ処理が行われる。

上述のように、人間は、聴感上、指向性が比較的鋭い高域の音の到来方向を低域の音の到来方向よりも敏感に感じる。スピーカシステム１００ａでは、高音成分である第二信号に対応する再生音の指向性のピークが中央にあるため、ユーザは、再生音が正面から到来しているように感じる。つまり、ユーザが再生音の聞こえ方に違和感を感じてしまうことが抑制される。また、スピーカシステム１００ａにおいては、低音成分である第一信号については、実施の形態１と同様の処理が行われるため、制御帯域の下限周波数を下げることもできる。

［変形例］
上述のように、第二信号（高音成分）は、スピーカアレー長を必要としないため、スピーカアレー１０のうち、両端部に位置する第一スピーカ１０ａからは、第一信号に対応する低音のみが出力されてもよい。図１２は、実施の形態２の変形例に係るスピーカシステムの機能構成を示すブロック図である。

図１２に示される、実施の形態２の変形例に係るスピーカシステム１００ｂにおいては、複数の第一スピーカ１０ａの一部１１の各々には、加算部５０による加算処理及びマルチチャンネルアンプ３０による増幅処理が行われた第三信号が入力される。つまり、複数の第一スピーカ１０ａの一部１１の各々からは、高音成分の音及び低音成分の音の両方が出力される。複数の第一スピーカ１０ａの一部１１は、複数の第一スピーカ１０ａの並び方向における中央部に位置する。なお、複数の第一スピーカ１０ａの一部１１に含まれる第一スピーカ１０ａの数は特に限定されない。

一方、複数の第一スピーカの他の一部１２の各々には、加算処理及び増幅処理のうち増幅処理のみが行われた第三信号が入力される。つまり、複数の第一スピーカ１０ａの他の一部１２の各々からは、高音成分の音及び低音成分の音のうち低音成分の音のみが出力される。複数の第一スピーカの他の一部１２は、複数の第一スピーカ１０ａの並び方向における両端部に位置する。なお、複数の第一スピーカ１０ａの他の一部１２に含まれる第一スピーカ１０ａの数は特に限定されない。対称性の観点からは、一方の端部に位置する第一スピーカ１０ａの数と、他方の端部に位置する第一スピーカの数とは等しいほうがよい。

このように、スピーカシステム１００ｂでは、両端部に位置する第一スピーカ１０ａからは、第一信号に対応する低音のみが出力され、第二信号に対応する高音は出力されない。これにより、スピーカアレー１０が出力する再生音の高音成分を運転席２３０以外の座席に着座したユーザに聞こえにくくすることができる。

以上説明したスピーカシステム１００ｂのように、スピーカシステム１００ａにおいては、スピーカアレー１０に含まれる複数の第一スピーカ１０ａの少なくとも一部の各々に、加算処理及び増幅処理が行われた第三信号が入力されればよい。これにより、複数の第一スピーカの少なくとも一部から出力される第二信号に対応する再生音の指向性の、複数の第一スピーカ１０ａの並び方向におけるピークは、第二フィルタ処理によってスピーカアレー１０の中央部に位置する。

（実施の形態３）
上述のように、スピーカアレー１０を構成する複数の第一スピーカ１０ａの間隔Ｄを狭くするほど、制御帯域の上限周波数を上げることができる。そこで、スピーカシステム１００ｂが備えるスピーカアレー１０には、第二信号に対応する高音を出力する複数の第二スピーカがさらに含まれてもよい。複数の第一スピーカ１０ａ及び複数の第二スピーカが交互に配置されることで第二信号に対する実質的なスピーカの間隔が狭められてもよい。図１３は、このような実施の形態３に係るスピーカシステムの機能構成を示すブロック図である。

なお、以下の実施の形態３の説明では、実施の形態２の変形例に係るスピーカシステム１００ｂとの相違点を中心に説明が行われ、既出事項については適宜説明が省略される。

図１３に示されるように、実施の形態３に係るスピーカシステム１００ｃが備えるスピーカアレー１０ｃは、スピーカアレー１０と異なり、直線状に配置された複数の第二スピーカ１０ｂを含む。複数の第二スピーカ１０ｂの数は、特に限定されない。

複数の第一スピーカ１０ａの一部と、複数の第二スピーカ１０ｂとは交互に配置される。なお、複数の第一スピーカ１０ａの少なくとも一部と、複数の第二スピーカ１０ｂとが交互に配置されればよく、例えば、複数の第一スピーカ１０ａの全部と、複数の第二スピーカ１０ｂとが交互に配置されてもよい。

スピーカアレー１０ｃには、当該スピーカアレー１０ｃのうち、複数の第一スピーカ１０ａの並び方向における中央部に位置する第一スピーカ群１１ａ、及び、複数の第一スピーカ１０ａの並び方向における両端部に位置する第二スピーカ群１１ｂが含まれる。第一スピーカ群１１ａには、複数の第一スピーカ１０ａ及び複数の第二スピーカ１０ｂが含まれる。第二スピーカ群１１ｂには、複数の第一スピーカ１０ａが含まれる。

第一スピーカ群１１ａに含まれる第一スピーカ１０ａの各々には、加算部５０による加算処理及びマルチチャンネルアンプ３０による増幅処理が行われた第三信号が入力される。つまり、第一スピーカ群１１ａに含まれる第一スピーカ１０ａの各々からは、高音成分の音及び低音成分の音の両方が出力される。

一方、第一スピーカ群１１ａに含まれる第二スピーカ１０ｂの各々には、マルチチャンネルアンプ３０による増幅処理が行われた第四信号が入力される。つまり、第一スピーカ群１１ａに含まれる第二スピーカ１０ｂの各々からは、高音成分の音及び低音成分の音のうち高音成分の音のみが出力される。

そして、第二スピーカ群１１ｂに含まれる第一スピーカ１０ａの各々には、加算部５０による加算処理が行われておらず、かつ、マルチチャンネルアンプ３０による増幅処理が行われた第三信号が入力される。つまり、第一スピーカ群１１ａに含まれる第一スピーカ１０ａの各々からは、高音成分の音及び低音成分の音のうち低音成分の音のみが出力される。

ここで、複数の第二スピーカ１０ｂは、複数の第一スピーカ１０ａと同じく、間隔Ｄで等間隔に配置される。そうすると、第一スピーカ群１１ａに含まれる複数のスピーカ（複数の第一スピーカ１０ａ及び複数の第二スピーカ１０ｂ）は、第二信号（高音成分）に対しては、スピーカが間隔Ｄ／２で配置されていることになる。これにより、制御帯域の上限周波数が上げられる。

図１４の（ｂ）に示されるように、第二スピーカ群１１ｂから出力される第二信号に対応する再生音の指向性の、複数の第一スピーカ１０ａの並び方向におけるピークは、第二フィルタ処理によってスピーカアレー１０ｃの中央部に位置する。図１４は、実施の形態３において、スピーカアレー１０ｃから出力される再生音の指向性を示す図である。

一方、スピーカアレー１０ｃに含まれる複数の第一スピーカ１０ａは、第一信号（低音成分）に対しては、スピーカが間隔Ｄで配置されていることになる。したがって、図１４の（ａ）に示されるように、スピーカアレー１０ｃから出力される第一信号に対応する再生音の指向性の、複数の第一スピーカ１０ａの並び方向におけるピークは、実施の形態１及び２と同様に、第一フィルタ処理によって壁面２２０ａ側に寄っている。

このように、スピーカシステム１００ｃでは、第二信号に対応する高音を出力する第二スピーカ１０ｂが追加されることにより、制御帯域の上限周波数を上げることができる。

（実施の形態４）
実施の形態４では、実施の形態３に係るスピーカシステム１００ｃの適用例について図１５を用いて説明する。図１５は、スピーカシステム１００ｃの適用例を示す図である。

図１５に示されるように、スピーカシステム１００ｃはリビングルーム２５０に設置されている。スピーカシステム１００ｃの右端部はリビングルーム２５０の壁面２６０ａに、左端部は壁面２６０ｂに接するように配置してあり、壁面２６０ａおよび壁面２６０ｂが実施の形態３における窓ガラス等を含む側壁２２０と同様の役割を果たす。動作等については実施の形態３と同様の構成のため、説明を省略する。

実施の形態４では、壁面２７０には、画面２８０が設置または投影されている。画面２８０において、１画面表示時は全スピーカから同じ信号を再生し、２画面表示時には、エリア２９０ａとエリア２９０ｂにそれぞれ違う音を提供することができる。このとき、エリア２９０ａおよび２９０ｂは壁面２６０ａ、２６０ｂに隣接しているため、実施の形態３に記載の内容と同様に、より低周波数域まで制御することが可能となる。

なお、リビングルームの部屋の形状によっては、側壁は片方だけで構成してもよい。その際は、片方のエリアのみ、低音の再生帯域を低周波数まで制御することが可能になる。また、本実施の形態４はリビングルームを例として説明しているが、その他の部屋でもかまわない。また、画面２８０がなくてもかまわない。

（その他の実施の形態）
以上、実施の形態について説明したが、本開示は、このような実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態に係るスピーカシステムは、自動車または住宅内の空間に適用されているが、壁面を有するその他の空間に適用されてもよい。上記実施の形態に係るスピーカシステムは、自動車以外の移動体内の空間に適用されてもよいし、美術館、デパート等の商業施設、展示スペース、または、公共空間のサイネージ等において用いられてもよい。

また、上記実施の形態に係るスピーカシステムの構成は、一例である。スピーカシステムは、例えば、Ｄ／Ａ変換器、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）、アンプ（電力増幅器）、または、Ａ／Ｄ変換器などの構成要素をさらに含んでもよい。また、スピーカシステムにおいて実行される信号処理は、主としてデジタル信号処理であるが、一部がアナログ信号処理であってもよい。

その他、上記実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、及び、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で上記実施の形態で説明された構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。

例えば、本開示は、スピーカシステムによって実行される信号処理方法として実現されてもよい。また、本開示は、スピーカアレーに信号処理済みの信号を出力する信号処理装置（集積回路）として実現されてもよい。

本開示のスピーカシステムは、指向性を有する再生音を出力することにより、特定の領域に位置するユーザにのみ再生音を聞こえさせるスポット再生が可能なスピーカシステムとして有用である。

１０、１０ｃ、９０ スピーカアレー
１０ａ 第一スピーカ
１０ｂ 第二スピーカ
１０ｖ 仮想スピーカアレー
１１ 一部
１１ａ 第一スピーカ群
１１ｂ 第二スピーカ群
１２ 他の一部
２１ 第一フィルタアレー
２１ａ 第一フィルタ
２２ 第二フィルタアレー
２２ａ 第二フィルタ
３０ マルチチャンネルアンプ
３０ａ 増幅器
４０ 周波数フィルタ部
４１ ＬＰＦ
４２ ＨＰＦ
５０ 加算部
５０ａ 加算器
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ スピーカシステム
２００ 自動車
２１０ 天井部
２２０ 側壁
２２０ａ 壁面
２３０ 運転席
２４０ ダッシュボード
２５０ リビングルーム
２６０ａ、２６０ｂ リビングルームの側壁
２７０ リビングルームの壁面
２８０ 画面
２９０ａ、２９０ｂ リビングルーム内の再生エリア

Claims (12)

1. 各々に第一フィルタ処理及び増幅処理が行われた第一信号が入力される直線状に配置された複数の第一スピーカによって構成されるスピーカアレーと、
   前記第一フィルタ処理を行う第一フィルタアレーと、
   前記増幅処理を行うマルチチャンネルアンプとを備え、
   前記スピーカアレーは前記複数の第一スピーカの並び方向と交差する壁面を有する再生空間に配置され、
   前記スピーカアレーから出力される、前記第一信号に対応する再生音の指向性の前記並び方向におけるピークは、前記第一フィルタ処理によって前記壁面側に寄っている
   スピーカシステム。
2. 前記ピークは、前記壁面上に位置する
   請求項１に記載のスピーカシステム。
3. 前記複数の第一スピーカは、間隔Ｄで等間隔に配置され、
   前記複数の第一スピーカのうち前記壁面側の端に位置する第一スピーカと前記壁面との間隔は、Ｄ／２である
   請求項１または２に記載のスピーカシステム。
4. 前記第一信号は、再生対象の信号の低音成分であり、
   前記スピーカシステムは、さらに、
   前記再生対象の信号を、前記第一信号、及び、前記再生対象の信号の高音成分である第二信号に分割する周波数フィルタ部と、
   前記第二信号に第二フィルタ処理を行う第二フィルタアレーと、
   前記第一フィルタ処理後の前記第一信号である第三信号に、前記第二フィルタ処理後の前記第二信号である第四信号の加算処理を行う加算部とを備え、
   前記マルチチャンネルアンプは、前記加算処理が行われた前記第三信号に前記増幅処理を行い、
   前記複数の第一スピーカの少なくとも一部の各々には、前記加算処理及び前記増幅処理が行われた前記第三信号が入力され、
   前記複数の第一スピーカの少なくとも一部から出力される、前記第二信号に対応する再生音の指向性の前記並び方向におけるピークは、前記第二フィルタ処理によって前記スピーカアレーの中央部に位置する
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のスピーカシステム。
5. 前記複数の第一スピーカの一部の各々には、前記加算処理及び前記増幅処理が行われた前記第三信号が入力され、
   前記複数の第一スピーカの他の一部の各々には、前記加算処理及び前記増幅処理のうち前記増幅処理のみが行われた前記第三信号が入力される
   請求項４に記載のスピーカシステム。
6. 前記複数の第一スピーカの他の一部は、前記スピーカアレーの前記並び方向における両端部に位置する
   請求項５に記載のスピーカシステム。
7. 前記複数の第一スピーカの各々には、前記加算処理及び前記増幅処理が行われた前記第三信号が入力される
   請求項４に記載のスピーカシステム。
8. 前記スピーカアレーは、さらに、直線状に配置された複数の第二スピーカを含み、
   前記複数の第二スピーカの各々には、前記マルチチャンネルアンプによって増幅処理が行われた、前記第四信号が入力され、
   前記複数の第一スピーカの少なくとも一部と、前記複数の第二スピーカとは交互に配置され、
   前記複数の第一スピーカの少なくとも一部、及び、前記複数の第二スピーカから出力される、前記第二信号に対応する再生音の指向性の前記並び方向におけるピークは、前記第二フィルタ処理によって前記スピーカアレーの中央部に位置する
   請求項４に記載のスピーカシステム。
9. 前記複数の第一スピーカは、間隔Ｄで等間隔に配置され、
   前記複数の第二スピーカは、前記間隔Ｄで等間隔に配置される
   請求項８に記載のスピーカシステム。
10. 前記スピーカアレーは、自動車の天井部に配置される
    請求項１〜９のいずれか１項に記載のスピーカシステム。
11. 前記スピーカアレーは、自動車のダッシュボードに配置される
    請求項１〜９のいずれか１項に記載のスピーカシステム。
12. スピーカシステムによって実行される信号処理方法であって、
    前記スピーカシステムは、
    各々に第一フィルタ処理及び増幅処理が行われた第一信号が入力される直線状に配置された複数の第一スピーカによって構成されるスピーカアレーと、
    前記第一フィルタ処理を行う第一フィルタアレーと、
    前記増幅処理を行うマルチチャンネルアンプとを備え、
    前記スピーカアレーは前記複数の第一スピーカの並び方向と交差する壁面を有する再生空間に配置され、
    前記信号処理方法は、前記スピーカアレーから出力される、前記第一信号に対応する再生音の指向性の前記並び方向におけるピークを、前記第一フィルタ処理によって前記壁面側に寄せる
    信号処理方法。

Images