JP2019087839A

JP2019087839A - オーディオシステムおよびその補正方法

Info

Publication number: JP2019087839A
Application number: JP2017213692A
Authority: JP
Inventors: 克幸小野; Katsuyuki Ono; 加藤　武徳; Takenori Kato; 武徳加藤
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2017-11-06
Filing date: 2017-11-06
Publication date: 2019-06-06

Abstract

【課題】ハイレゾ対応システムにおける音場補正技術を提供する。【解決手段】オーディオシステム１００は、ハイレゾ対応のスピーカ１０２、ハイレゾ対応のマイク１０４を備える。オーディオ再生回路２１０は、スピーカ１０２を駆動する。補正回路２３０は、可聴帯域より高い周波数の校正信号をオーディオ再生回路２１０に供給し、マイク１０４で集音したオーディオ信号にもとづいて、オーディオ再生回路２１０を調節する。【選択図】図１

Description

本発明は、オーディオシステムに関する。

オーディオシステムにおいて、理想的なリスニング環境を構築することは非常に難しい。これは、（i）スピーカのレイアウトや視聴位置の制約、（ii）空間の非対称性、（iii）不均一な反射特性などに起因する。たとえば２チャンネルのオーディオシステムにおいて明瞭なステレオイメージを構築するためには、視聴位置をＬチャンネルとＲチャンネルのスピーカと等距離に配置する必要があるが、現実的にはそのようなレイアウトが取りにくい場合も多く、左右の非対称性は、音像を乱す原因となる。

またシステムが設置される空間（リスニングルーム）も環境に大きく影響を与える。すなわちユーザ（視聴者）は、スピーカからの直接音に加えて、壁、天井、床で反射された反射音を聞くことになる。ところが、完全に左右対称な部屋にシステムを設置することは難しい。部屋の非対称性は、ＬチャンネルとＲチャンネルの反射音がユーザの耳に到達する遅延時間に差を生じさせる。あるいは、ＬチャンネルとＲチャンネルの反射音の音量に差を生じさせる。

理想的な音場を形成するために、音場補正が行われる。音場補正は、視聴位置にマイクを配置し、複数のスピーカから順に校正用の信号を出力し、マイクで集音する。そして集音したオーディオ信号を解析することにより、スピーカごとに、遅延時間や、周波数特性が調節される。

特開２００６−３１９７８６号公報

近年、従来よりも高音質な再生が可能なハイレゾオーディオシステムが普及し始めている。しかしながらこうしたハイレゾに対応したオーディオシステムにおいても、音場補正は、可聴信号を利用した従来の方式が流用されており、ハイレゾシステムならではの音場補正は存在しない。

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、ハイレゾ対応システムにおける音場補正技術の提供にある。

本明細書の一実施の形態には、オーディオシステムが開示される。オーディオシステムは、ハイレゾ対応のスピーカと、ハイレゾ対応のマイクと、スピーカを駆動するオーディオ再生回路と、可聴帯域より高い周波数の校正信号をオーディオ再生回路に供給し、マイクで集音したオーディオ信号にもとづいて、オーディオ再生回路を調節する補正回路と、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

さらに、この項目（課題を解決するための手段）の記載は、本発明の欠くべからざるすべての特徴を説明するものではなく、したがって、記載されるこれらの特徴のサブコンビネーションも、本発明たり得る。

本発明によれば、ハイレゾの特性を生かした音場補正技術を提供できる。

第１の実施の形態に係るオーディオシステムのブロック図である。オーディオシステムの利用周波数を説明する図である。図１のオーディオシステムによる音場補正の一形態を説明する図である。オーディオシステムにおける音場補正の一例を示すタイムチャートである。オーディオシステムにおける音場補正の別の一例を示すタイムチャートである。第２の実施の形態に係るオーディオシステムのブロック図である。図６のオーディオシステムによる音場補正の一形態を説明する図である。

（実施の形態の概要）
本発明の一実施の形態は、オーディオシステムに関する。オーディオシステムは、ハイレゾ対応のスピーカと、ハイレゾ対応のマイクと、スピーカを駆動するオーディオ再生回路と、可聴帯域より高い周波数の校正信号をオーディオ再生回路に供給し、マイクで集音したオーディオ信号にもとづいて、オーディオ再生回路を調節する補正回路と、を備える。

従来の音場補正技術では、可聴帯域の校正信号がスピーカから大音量で出力されるため、耳障りであり、大音量がゆえに、音場補正を利用可能な時間帯が制約されるケースがあった。これに対して、可聴帯域より高い周波数を校正信号として利用することにより、ユーザに知覚させずに音場補正が可能となり、時間帯の制約の問題も解消できる。

また、可聴帯域より高い周波数は、非常に強い指向性を有するため、スピーカからマイクに至る伝搬経路を制限できるため、可聴域の校正信号を用いた場合に比べて高精度な補正が可能となる。

マイクは、補正回路と同じ筐体に内蔵されてもよい。従来の音場補正技術では、視聴位置にマイクを設置するのが一般的であった。これに対して、マイクを補正回路と同じ筐体に内蔵することで、マイクの設置の煩わしさから解放される。

マイクは、ユーザの視聴位置に設けられてもよい。

補正回路は、オーディオ再生回路が非ハイレゾ音源を再生中に校正信号を生成してもよい。これにより、オーディオ再生中に、補正を完了することができる。

補正回路は、オーディオ再生回路が再生するトラックとトラックの合間に、校正信号を生成してもよい。これによりオーディオ再生中に補正を完了することができる。

（実施の形態）
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさず、あるいは機能を阻害しない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさず、あるいは機能を阻害しない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係るオーディオシステム１００のブロック図である。オーディオシステム１００は、２チャンネルであり、Ｌチャンネル、Ｒチャンネルのスピーカ１０２Ｌ，１０２Ｒと、マイク１０４と、オーディオ再生回路２１０と、補正回路２３０と、を備える。

スピーカ１０２Ｌ，１０２Ｒは、ハイレゾ対応であり、可聴帯域（２０ｋＨｚ）より高い周波数（たとえば４８ｋＨｚあるいは９６ｋＨｚまで）を再生可能となっている。

マイク１０４もまたハイレゾ対応であり、可聴帯域より高い周波数のオーディオ信号を集音可能である。本実施の形態では、マイク１０４は、視聴位置に設置される。

オーディオ再生回路２１０は、入力信号Ｓ_ＩＮに応じてスピーカ１０２Ｌ，１０２Ｒを駆動する。オーディオ再生回路２１０の構成は特に限定されず、また入力信号Ｓ_ＩＮはアナログであるとデジタルであるとを問わない。たとえばオーディオ再生回路２１０は、ＷＡＶ（RIFF waveform Audio Format）、ＦＬＡＣ（Free Lossless Audio Codec）、ＭＰ３（MPEG-1 Audio Layer-3）をはじめとする圧縮音源のデコーダ、オーディオ用のＤＳＰ（Digital Signal Processor）、Ｄ／Ａコンバータ、Ｌチャンネル、Ｒチャンネルのパワーアンプやプリアンプ、などを含む。

補正回路２３０は、オーディオ再生回路２１０と同じ筐体（オーディオコンポともいう）２００に内蔵される。補正回路２３０は、オーディオ再生回路２１０およびマイク１０４と接続されている。補正回路２３０は、可聴帯域より高い周波数の校正信号をオーディオ再生回路２１０に入力する。そしてそのときにマイク１０４で集音したオーディオ信号にもとづいて、オーディオ再生回路２１０を調節する。補正回路２３０はＤＳＰ（Digital Signal Processor）で構成される。

以上がオーディオシステム１００の構成である。続いてその動作を説明する。

図２は、オーディオシステム１００の利用周波数を説明する図である。Ｂ１は、非ハイレゾシステムで使用される可聴帯域を示し、典型的には２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚである。従来のシステムでは、音場補正に使用される周波数Ｂ３は、可聴帯域に含まれていた。

Ｂ２は、ハイレゾ対応のシステムで使用される周波数帯域を示し、周波数の上限は、９６ｋＨｚ、１９２ｋＨｚあるいは４８ｋＨｚまで伸びている。Ｂ４は、本実施の形態において音場補正に使用される周波数を示し、２０ｋＨｚより高い周波数が用いられる。

図３は、図１のオーディオシステム１００による音場補正の一形態を説明する図である。スピーカ１０２からマイク１０４への音波の伝搬経路は無数に存在するが、ここでは代表的な２つのみを示している。実線３００Ｌ，３００Ｒは、スピーカ１０２Ｌ，１０２Ｒから直接マイクに届く直接音の経路を示す。破線３０２Ｌ，３０２Ｒは、スピーカ１０２Ｌ，１０２Ｒから部屋の左右の壁３０４Ｌ，３０４Ｒを反射してマイク１０４に届く間接音の経路を示す。校正信号は、典型的には左右のスピーカから時分割で出力される。

スピーカ１０２Ｌからバースト波形あるいはインパルス波形の校正信号を出力すると、経路３００Ｌを経由した信号と、経路３０２Ｌを経由した信号では、伝搬距離（伝搬時間）が異なり、マイク１０４への到達時間が異なる。したがって直接音と反射音を区別することは可能である。

経路３００Ｌの伝搬遅延と、経路３００Ｒの伝搬遅延の差分から、ユーザの視聴位置が、スピーカ１０２Ｌ，１０２Ｒのセンターからどの程度、オフセットしているかを計算することができる。補正回路２３０は、このオフセット量にもとづいて、左右のオーディオ信号の遅延量を調節し、あるいは左右の音量を調節してもよい。具体的な補正のアルゴリズムは公知技術を用いればよい。

また経路３０２Ｌの伝搬遅延と、経路３０２Ｒの伝搬遅延から、部屋３１０の情報を得ることができる。図３の例では、経路３０２Ｌの伝搬遅延は、スピーカ１０２Ｌと壁３０４Ｌの間の距離、および／または、壁３０４Ｌとマイク１０４の位置の間の距離の情報を含む。またこの経路３０２Ｌを伝搬した信号の周波数情報は、壁３０４Ｌの反射特性の情報を含む。

同様に経路３０２Ｒの伝搬遅延は、スピーカ１０２Ｒと壁３０４Ｒの間の距離、および／または、壁３０４Ｒとマイク１０４の位置の間の距離の情報を含む。またこの経路３０２Ｒを伝搬した信号の周波数情報は、壁３０４Ｒの反射特性の情報を含む。

補正回路２３０は、経路３０２Ｌ，３０４Ｒに関して得られた伝搬遅延や周波数特性を利用して、左右のオーディオ信号の遅延量や音量、周波数特性を調節することができる。

以上がオーディオシステム１００の動作である。
従来の音場補正技術では、可聴帯域の校正信号がスピーカから大音量で出力されるため、耳障りであり、大音量がゆえに、音場補正を利用可能な時間帯が制約されるケースがあった。これに対して、可聴帯域より高い周波数を校正信号として利用することにより、ユーザに知覚させずに音場補正が可能となる。また、夜間であっても補正可能であり、時間帯の制約の問題も解消できる。

可聴帯域を用いる従来の音場補正では、校正信号は、指向性が弱い低周波成分を含む。この低周波成分は、スピーカからあらゆる方向に放射される。たとえば、低周波成分は、スピーカの背面方向にも放射され、スピーカの後ろの壁面３０６で反射してマイク１０４に到達しうる。つまり、可聴帯域を用いた音場補正では、マイク１０４で集音した校正信号は、多くの伝搬経路を経由した信号を含むこととなるが、各信号がいずれの経路を伝搬したかを区別することは難しい。

これに対して可聴帯域より高い周波数は、非常に強い指向性を有するため、スピーカ１０２からマイク１０４に至る伝搬経路が限定される。これにより可聴域の校正信号を用いた場合に比べて高精度な補正が可能となる。

続いて音場補正を行うタイミングを説明する。図４は、オーディオシステム１００における音場補正の一例を示すタイムチャートである。

オーディオシステム１００によって非ハイレゾ音源を再生する場合、校正信号と音源に由来するオーディオ信号とが同時に再生されても、フィルタを用いて校正信号のみを抽出できる。そこで、オーディオ再生回路２１０が非ハイレゾ音源を再生する場合には、その間に補正回路２３０は校正信号を生成し、オーディオ再生回路２１０は、非ハイレゾ音源のオーディオ信号と校正信号を重畳して、スピーカから再生する。

これによりユーザに通常の音楽を聴かせながら、音場補正を意識させずに音場補正に必要なデータを取得することができる。

図５は、オーディオシステム１００における音場補正の別の一例を示すタイムチャートである。

オーディオシステム１００によってハイレゾ音源を再生する場合、校正信号と音源に由来するオーディオ信号とが同時に再生されると、それらを区別できなくなる。そこでオーディオ再生回路２１０がハイレゾ音源を再生する場合には、トラックＴＲＫとトラックＴＲＫの合間に、校正信号を生成してもよい。なお、非ハイレゾ音源を再生する際にも、図５の補正を行うことが可能である。

（第２の実施の形態）
図６は、第２の実施の形態に係るオーディオシステム１００Ａのブロック図である。この実施の形態では、マイク１０４がオーディオコンポ２００に内蔵される。その他は第１の実施の形態と同様である。

図７は、図６のオーディオシステム１００Ａによる音場補正の一形態を説明する図である。実線３０８Ｌ，３０８Ｒは、スピーカ１０２Ｌ，１０２Ｒから部屋の左右の壁３０４Ｌ，３０４Ｒを反射してマイク１０４に届く間接音の経路を示す。校正信号は、典型的には左右のスピーカから時分割で出力される。

図７の例では、経路３０８Ｌの伝搬遅延は、スピーカ１０２Ｌと壁３０８Ｌの間の距離、および／または、壁３０４Ｌとマイク１０４の位置の間の距離の情報を含む。またこの経路３０８Ｌを伝搬した信号の周波数情報は、壁３０４Ｌの反射特性の情報を含む。Ｒチャンネル側も同様である。したがって、遅延量の差に応じて、左右のオーディオ信号の遅延量や音量、周波数特性を最適化することができる。

マイク１０４から等距離にスピーカ１０２Ｌと１０２Ｒを配置することはそれほど困難を伴わない場合もある。この場合、スピーカ１０２Ｌとマイク１０４の距離をｄ、伝搬経路３０８Ｌの遅延から計算される伝搬距離をＬとするとき、スピーカ１０２Ｌと壁３０４Ｌの距離は、（Ｌ−２ｄ）／２で計算することができる。右チャンネルも同様である。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

実施の形態では、可聴帯域より高い周波数の校正信号を単独で用いた音場補正を説明したが、従来の可聴域の信号を用いる音場補正と組み合わせてもよい。

実施の形態では、ＬＲ２チャンネルのオーディオシステムを説明したがチャンネル数は限定されず、２．１チャンネル、３．１チャンネル、５．１チャンネル、７．１チャンネルなどさまざまな環境に本発明は適用できる。

実施の形態では、スピーカ１０２Ｌ、１０２Ｒがオーディオコンポ２００と別体であったが、スピーカ１０２Ｌ，１０２Ｒをオーディオコンポ２００に組み込んでもよい。またオーディオシステム１００は、テレビやＰＣ（Personal Computer）などの電子機器に組み込むことができる。

実施の形態では、部屋で使用するオーディオシステムを説明したが、同じ技術を車載用のオーディオシステムに採用することができる。

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

１００オーディオシステム
１０２スピーカ
１０４マイク
２００オーディオコンポ
２１０オーディオ再生回路
２３０補正回路

Claims

オーディオシステムであって、
ハイレゾ対応のスピーカと、
ハイレゾ対応のマイクと、
前記スピーカを駆動するオーディオ再生回路と、
可聴帯域より高い周波数の校正信号を前記オーディオ再生回路に供給し、前記マイクで集音したオーディオ信号にもとづいて、前記オーディオ再生回路を調節する補正回路と、
を備えることを特徴とするオーディオシステム。
前記マイクは、前記補正回路と同じ筐体に内蔵されることを特徴とする請求項１に記載のオーディオシステム。
前記マイクは、ユーザの視聴位置に設けられることを特徴とする請求項１に記載のオーディオシステム。
前記補正回路は、前記オーディオ再生回路が非ハイレゾ音源を再生中に前記校正信号を生成することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のオーディオシステム。
前記補正回路は、前記オーディオ再生回路によるトラックとトラックの合間に、前記校正信号を生成することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のオーディオシステム。
オーディオシステムの補正方法であって、
前記オーディオシステムにハイレゾ対応のスピーカを設けるステップと、
前記オーディオシステムにハイレゾ対応のマイクを設けるステップと、
可聴帯域より高い周波数の校正信号を前記スピーカから再生するステップと、
前記マイクで集音したオーディオ信号にもとづいて、前記オーディオシステムを補正するステップと、
を備えることを特徴とする補正方法。