JP4052313B2 - 音声入出力装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のスピーカを面状に配してなるスピーカアレイに関し、特に、各スピーカから出力される音の遅延および信号レベルを調整する技術に関する。

複数のスピーカを面状に配してなるスピーカアレイを、コンサートホールや映画館、各種のイベント会場等の音響空間に設置し、臨場感のある音響を再現させることが広く行われている。このようなスピーカアレイを利用して臨場感のある音響を再現するには、そのスピーカアレイが配置される音響空間の音響特性や、各スピーカが備える振動板の振動特性など各スピーカの出力特性に応じて各スピーカから出力される音の信号レベルや遅延を調整する必要がある。しかしながら、例えば数百など多大な数のスピーカでスピーカアレイが構成されている場合には、各スピーカについてその出力特性を把握することや、その出力特性に応じた調整を行うことには、多大な労力が必要になってしまう。

これに対して、単一のスピーカについては、その出力特性を正確に把握しその出力特性に応じて各種調整を行うことを容易にする技術が種々提案されており、その一例としては、特許文献１に開示された技術が挙げられる。特許文献１には、スピーカの近傍にマイクロホンを配置し、そのスピーカから所定の音声を出力させるとともに、その音声をマイクロホンに受音させ、そのマイクロホンから出力される電気信号（すなわち、上記スピーカから出力された音声に対応する電気信号）を解析することによって、上記スピーカの出力特性を把握する技術が開示されている。
特開平０６−２３３３９３号公報

上述したように単一のスピーカについては、特許文献１に開示された技術を用いることによって、その出力特性を把握することや、その出力特性に応じて各種調整を行うことが容易になる。しかしながら、複数のスピーカを含んでいるスピーカアレイについて特許文献１に開示された技術をそのまま適用することはできない。何故ならば、スピーカアレイでは複数のスピーカが近接して配置されているため、各スピーカから出力される音声を個別に受音させることは不可能だからである。また、特許文献１に開示された技術では、スピーカから放音された音声をそのスピーカの近傍に配置されたマイクロホンによって受音しているのであるから、マイクロホンにより集音される音声には、そのスピーカが置かれている音響空間の音響特性が必ずしも反映している訳ではない。つまり、特許文献１に開示された技術を用いたとしても、上記音響特性を加味した調整を行うことはできないといった問題点もある。

本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、面状に配置された複数のスピーカを有するスピーカアレイについて、各スピーカから出力される音声の遅延や信号レベルを各スピーカの出力特性に応じて調整することを容易にするとともに、そのスピーカアレイが置かれる音響空間の音響特性を加味した調整を行うことを可能にする技術を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、振動板を備え、音像を定位させる位置に置かれている外部音源から放音された音による前記振動板の振動を第１の電気信号に変換して出力するマイクロホン機能および第２の電気信号に応じて前記振動板を振動させて該第２の電気信号に応じた音を出力するスピーカ機能を併有する単位デバイスを複数配置してなる音声入出力デバイスアレイと、前記各単位デバイスから出力される第１の電気信号を解析し、該第１の電気信号の遅延および信号レベルを前記単位デバイス毎に特定する特定手段と、前記特定手段が特定した遅延および信号レベルを、当該遅延および信号レベルが特定された前記第１の電気信号の出力元である前記単位デバイス毎に設定し、入力された電気信号の遅延および信号レベルを前記各単位デバイスに設定された遅延および信号レベルに応じて前記単位デバイス毎に調整して前記第２の電気信号として前記各単位デバイスへ出力する信号処理手段とを具備することを特徴とする音声入出力装置を提供する。

別の好ましい態様においては、記憶手段と、前記特定手段により前記単位デバイス毎に特定された遅延または信号レベルを表すパラメータをその単位デバイス毎に前記記憶手段へ書き込む書き込み手段と、を備え、前記信号処理手段は、外部から入力される電気信号の遅延および信号レベルを、前記単位デバイス毎に前記記憶手段に記憶されているパラメータに応じて調整し前記各単位デバイスへ出力することを特徴としている。このような態様においては、上記特定手段によって特定された遅延および信号レベルを表すパラメータが上記単位デバイス毎に上記記憶手段へ書き込まれる一方、上記各単位デバイスへ供給される電気信号の遅延および信号レベルがその単位デバイスに対応付けて記憶手段に記憶されているパラメータにしたがって調整される。
また、別の好ましい態様においては、前記単位デバイスから出力される電気信号を増幅して前記特定手段へ入力するとともに、前記信号処理手段から出力される電気信号を増幅して前記単位デバイスへ入力するアンプが前記単位デバイス毎に設けられていることを特徴としている。

本発明によれば、面状に配置された複数のスピーカを有するスピーカアレイについて、各スピーカから出力される音声の遅延や信号レベルを各スピーカの出力特性に応じて調整することが容易になるとともに、そのスピーカアレイが置かれる音響空間の音響特性を加味した調整を行うことが可能になる、といった効果を奏する。

以下、本発明を実施する際の最良の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１実施形態に係る音声入出力装置１０の構成例を表すブロック図である。この音声入出力装置１０は、例えば、コンサートホールなどの音響空間に置かれるスピーカアレイとして機能する音声入出力デバイスアレイ１１０を含んでおり、この音声入出力デバイスアレイ１１０は、例えば、図２に示すように、ｍ×ｎ個の単位デバイスＤＵ（ｉ、ｊ）（ｉ＝１〜ｍ，ｊ＝１〜ｎ）を面状に並べて構成されている。なお、以下では、これら複数の単位デバイスＤＵ（ｉ，ｊ）の各々を区別する必要がない場合には、「単位デバイスＤＵ」と表記する。この単位デバイスＤＵは、詳細な図示は省略したが、振動板を備えており、入力された電気信号に応じてその振動板を振動させ、その電気信号に対応する音声を出力するスピーカ機能と、外部音源から放音された音声に応じて上記振動板が振動した場合に、その振動を電気信号に変換して出力するマイクロホン機能とを併有している。また、本実施形態では、ｍ×ｎ個の単位デバイスＤＵがマトリクス状に配置されて矩形状のスピーカ面を形成している場合について説明するが、例えば円筒の周面状のスピーカ面を形成するように各単位デバイスＤＵが配置されている場合など、その配置は図２に示す配置に限定されるものではないことは言うまでもない。また、本実施形態では、音声入出力デバイスアレイ１１０がコンサートホールなどに置かれるスピーカアレイである場合について説明するが、一般家屋のリビングなどに置かれホームシアターシステムを形成するスピーカアレイであっても良いことは勿論である。

図１においては詳細な図示は省略したが、音声入出力装置１０では、単位ユニットＤＵの各々に一対一に対応するように、第１スイッチ１２０、第２スイッチ１３０、アンプ１４０およびＡＤ変換器１５０が設けられている。また、図１に示すように、この音声入出力装置１０は、音声入出力デバイスアレイ１１０、第１スイッチ１２０、第２スイッチ１３０、アンプ１４０およびＡＤ変換器１５０の他に、記憶部１６０、制御部１７０および信号処理部１８０を有している。

第１スイッチ１２０と第２スイッチ１３０とは、単位デバイスＤＵをスピーカとして機能させる場合（すなわち、上記スピーカ機能を有効化させる場合）と、マイクロホンとして機能させる場合（すなわち、上記マイクロホン機能を有効化させる場合）とで、上記各構成要素の接続を切替えるためのものである。具体的には、単位デバイスＤＵのスピーカ機能を有効化させる場合には、図１の破線で示すように接続を切替え、逆に、その単位デバイスＤＵのマイクロホン機能を有効化させる場合には、図１の実線で示すように接続を切替える。なお、図１では詳細な図示は省略したが、ｍ×ｎ個の第１スイッチ１２０および第２スイッチ１３０は、上記ｍ×ｎ個の単位デバイスＤＵについて、一括してマイクロホン機能とスピーカ機能との何れか一方を有効化させるようにできるように、上記接続切り替えを連動させて行うことができるように構成されている。また、以下では、各単位デバイスＤＵのスピーカ機能を有効化させる場合の動作モードを「音声出力モード」と称し、マイクロホン機能を有効化させる場合の動作モードを「特性特定モード」と称する。

アンプ１４０は、動作モードが音声出力モードに設定されている場合には、第２スイッチ１３０を介して信号処理部１８０から引渡された電気信号を増幅し、第１スイッチ１２０を介して対応する単位デバイスＤＵへ引渡す一方、動作モードが特性特定モードに設定されている場合には、第１スイッチ１２０および第２スイッチ１３０を介して対応する単位デバイスＤＵから引渡された電気信号を増幅し、対応するＡＤ変換器１５０へ引渡すものである。なお、本実施形態では、信号処理部１８０から各単位デバイスＤＵへ引渡される電気信号と各単位デバイスＤＵからＡＤ変換器１５０へ引渡される電気信号とを、アンプ１４０により増幅する場合について説明したが、各電気信号が十分な信号強度を有している場合には、このような増幅が必ずしも必須ではないことは言うまでもない。

ＡＤ変換器１５０は、アンプ１４０から引渡された電気信号にアナログデジタル変換を施し、その変換結果に対応するデジタルデータを制御部１７０へ引渡すものである。記憶部１６０は、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）やハードディスクなどで構成されている。この記憶部１６０は、本音声入出力装置１０によって所定の音像を所定の位置に定位させる際に、各単位デバイスＤＵへ供給するべき電気信号の遅延および信号レベルを表すパラメータを単位デバイスＤＵ毎に格納しておくためのものである。

制御部１７０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、図示せぬＲＯＭ（Read Only Memory）などに書き込まれているソフトウェアにしたがって本発明に係る音声入出力装置１０に特有な機能を実現するためのものである。

より詳細に説明すると、制御部１７０は、動作モードが特性特定モードに設定されている場合には、ＡＤ変換器１５０から引渡されたデジタルデータを解析して、そのデジタルデータに対応する電気信号の遅延および信号レベルを特定するとともに、その特定結果を表すパラメータ（すなわち、上記遅延や信号レベルを表すパラメータ）をその電気信号の出力元である単位デバイスＤＵ毎に、記憶部１６０へ書き込む処理を行う。つまり、制御部１７０は、特性特定モードで作動している場合には、各単位デバイスＤＵへ供給する電気信号の遅延や信号レベルを特定する特定手段として機能する。逆に、動作モードが音声出力モードに設定されている場合には、制御部１７０は、単位デバイスＤＵ毎に記憶部１６０に書き込まれているパラメータを読み出し、そのパラメータを信号処理部１８０へ設定するパラメータ設定処理を行う。

図１の信号処理部１８０は、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）であり、外部から入力されるオーディオ信号（すなわち、上記音響空間内に音声入出力装置１０により再現させる音響を表す電気信号）に各単位デバイスＤＵ毎に固有な信号処理（すなわち、上記各パラメータに応じた遅延や信号レベルの調整）を施して各単位デバイスＤＵに対応するアンプ１４０へ出力するものである。

（Ｂ：動作）
次いで、本実施形態に係る音声入出力装置１０が行う動作のうち、その特徴を顕著に示す動作について図面を参照しつつ説明する。
（Ｂ−１：特性特定モードの動作例）
まず、動作モードが特性特定モードに設定されている場合に、音声入出力装置１０が行う動作について説明する。なお、以下に説明する動作例では、所定の音響空間内において音声入出力装置１０により音像が定位される位置に音源が置かれ、所定の音声（例えば、ピンクノイズやホワイトノイズなど）が出力されるものとする。具体的には、図３に示すような音響空間３００において、音声入出力デバイスアレイ１１０のスピーカ面から距離Ｌだけ離れた位置に音源３１０が置かれ、この音源３１０から所定の音声が出力されるものとする。

図４は、動作モードが特性特定モードに設定されている場合に、音声入出力装置１０が行う動作の流れを示すフローチャートである。図４に示すように、音源３１０から出力された音声を受音した各単位デバイスＤＵは、その音声に対応する電気信号を出力する（ステップＳＡ１）。このようにして各単位デバイスＤＵから出力された電気信号は、アンプ１４０によって増幅された後、さらに、ＡＤ変換器１５０によってデジタルデータに変換され、そのデジタルデータが制御部１７０へ入力される（ステップＳＡ２）。

制御部１７０は、上記各デジタルデータを解析し、そのデジタルデータに対応する電気信号の遅延および信号レベルを特定する（ステップＳＡ３）。そして、制御部１７０は、ステップＳＡ３にて特定した遅延および信号レベルを表すパラメータを各単位デバイスＤＵ毎に記憶部１６０へ書き込み（ステップＳＡ４）、特性特定モードにおける動作を完了する。

ここで注目すべき点は、各単位デバイスＤＵ毎に記憶部１６０へ書き込まれるパラメータは、その単位デバイスＤＵの振動板が、音源３１０から出力され音響空間３００を伝播してきた音声に応じて振動した際にその単位デバイスＤＵから出力された電気信号の遅延および信号レベルを表しているとともに、その音源３１０は、音声入出力装置１０によって音像を定位させる位置に置かれている点である。つまり、音声入出力装置１０を音声出力モードで作動させ、上記音源３１０の位置に音像を定位させる場合には、各単位デバイスＤＵへ供給する電気信号の遅延および信号レベルを上記パラメータに応じて調整するようにすれば良い。そして、各単位デバイスＤＵが受音する音声は、音源３１０から放音され音響空間３００を伝播してきた音声（すなわち、音響空間３００の音響特性を反映した音声）であるから、上記のようにして特定されるパラメータに音響空間３００の音響特性が加味されていることは言うまでもない。
このように本実施形態に係る音声入出力装置１０によれば、ある音響空間内において所望の音像を所望の位置に定位させる際に、各単位デバイスＤＵについて設定するべきパラメータを容易に特定し記憶させることが可能になるといった効果を奏する。

（Ｂ−２：音声出力モードの動作例）
次いで、動作モードが音声出力モードに設定されている場合に、音声入出力装置１０が行う動作について説明する。なお、以下に説明する動作例では、図３に示す音響空間３００において、上記音源３１０が置かれていた位置に音像を定位させるためのパラメータ（すなわち、上記特性特定モードの動作にて特定されたパラメータ）が各単位デバイス毎に記憶部１６０に記憶されているものとする。

図５は、動作モードが音声出力モードに設定されている場合に、音声入出力装置１０が行う動作の流れを示すフローチャートである。図５に示すように、制御部１７０は、まず、各単位デバイスＤＵ毎に記憶部１６０に記憶されているパラメータをその記憶部１６０から読出し、信号処理部１８０へ設定する（ステップＳＢ１）。このようにしてパラメータの設定が為されると、信号処理部１８０は、入力されたオーディオ信号に各パラメータに応じた信号処理を施して出力する（ステップＳＢ２）。信号処理部１８０から出力された電気信号は、各アンプ１４０によって増幅された後に各単位デバイスＤＵへ入力され、その電気信号に応じた音声が各単位デバイスＤＵから出力される（ステップＳＢ３）。その結果、図３に示す音響空間３００において、音声入出力デバイスアレイ１１０から距離Ｌだけ離れた所定の位置に音像が定位されることになる。

以上に説明したように、本実施形態に係る音声入出力装置１０によれば、各単位デバイスＤＵから出力される音声の遅延および信号レベルを各単位デバイスの出力特性に応じて調整することが容易になるとともに、その音声入出力装置１０が置かれる音響空間の音響特性を加味して上記調整を行うことが可能になる、といった効果を奏する。

（Ｃ：変形）
以上、本発明の１実施形態について説明したが、上記実施形態に以下のような変形を加えても良いことは勿論である。
（１）上述した実施形態では、音声入出力デバイスアレイ１１０のスピーカ面から距離Ｌだけ離れた位置に音像を定位させる場合に、各単位デバイスについて設定するべきパラメータを特定する場合について説明した。しかしながら、例えば、音響空間３００内の複数の位置について上記パラメータの特定を行い、各単位デバイスＤＵの各々について、上記パラメータを各位置毎に記憶部１６０へ格納しておくとしても勿論良い。このようにすると、オーディオ信号とともに、音像を定位させるべき位置を表すデータ（以下、位置データ）とを音声入出力装置１０へ入力し、制御部１７０に、その位置データに対応するパラメータを記憶部１６０から読み出させて信号処理部１８０へ設定させるようにすることによって、音響空間３００内を移動する音像を再現することが容易になるといった効果を奏する。

（２）上述した実施形態では、各単位デバイスＤＵ毎に制御部１７０により特定されたパラメータを記憶部１６０へ書き込む場合について説明したが、例えば、ＬＡＮ（Local Area Network）などの通信網経由でこれらパラメータを所定の宛先（例えば、音響技術者が音響効果の制御を行うために利用するコンピュータ装置）へ送信するとしても勿論良い。

（３）上述した実施形態では、音響空間内の所望の位置に音像を定位させる場合のパラメータを特定し記憶するとともに、各単位デバイスへ供給する電気信号の遅延および信号レベルをそのパラメータにしたがって調整する場合について説明した。しかしながら、上記音響空間内の特定の受音点でのみ、上記音像を知覚できるようにするために、各単位デバイスＤＵから出力される音声で音響ビームが形成されるように、各単位デバイスへ供給する電気信号の遅延および信号レベルを調整するようにしても勿論良い。具体的には、上記音像を定位させるための調整に加えて、上記音響ビームが形成されるようにするための調整を信号処理部１８０にて行った後に、各単位デバイスＤＵへ電気信号を供給するようにしても勿論良い。

（４）上述した実施形態では、音声入出力装置１０の各構成要素であるハードウェアモジュールを図４や図５に示すフローチャートにしたがって連携作動させることによって、本発明に係る音声入出力装置に特有な機能を実現させる場合について説明した。しかしながら、上記各構成要素をソフトウェアモジュールで実現するようにしても良いことは勿論である。

本発明に係る音声入出力装置１０の構成を表すブロック図である。 同音声入出力デバイスアレイ１１０と単位デバイスＤＵとの関係を示す図である。 同音声入出力装置１０の使用例を説明するための図である。 同音声入出力装置１０が特性特定モードにて行う動作の流れを示すフローチャートである。 同音声入出力装置１０が音声出力モードにて行う動作の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１０…音声入出力装置、１１０…音声入出力デバイスアレイ、ＤＵ…単位デバイス、１２０…第１スイッチ、１３０…第２スイッチ、１４０…アンプ、１５０…ＡＤ変換器、１６０…記憶部、１７０…制御部、１８０…信号処理部。

Claims (3)

1. 振動板を備え、音像を定位させる位置に置かれている外部音源から放音された音による前記振動板の振動を第１の電気信号に変換して出力するマイクロホン機能および第２の電気信号に応じて前記振動板を振動させて該第２の電気信号に応じた音を出力するスピーカ機能を併有する単位デバイスを複数配置してなる音声入出力デバイスアレイと、
   前記各単位デバイスから出力される第１の電気信号を解析し、該第１の電気信号の遅延および信号レベルを前記単位デバイス毎に特定する特定手段と、
   前記特定手段が特定した遅延および信号レベルを、当該遅延および信号レベルが特定された前記第１の電気信号の出力元である前記単位デバイス毎に設定し、入力された電気信号の遅延および信号レベルを前記各単位デバイスに設定された遅延および信号レベルに応じて前記単位デバイス毎に調整して前記第２の電気信号として前記各単位デバイスへ出力する信号処理手段と
   を具備することを特徴とする音声入出力装置。
2. 記憶手段と、
   前記特定手段により前記単位デバイス毎に特定された遅延または信号レベルを表すパラメータをその単位デバイス毎に前記記憶手段へ書き込む書き込み手段と、
   を備え、
   前記信号処理手段は、
   外部から入力される電気信号の遅延および信号レベルを、前記単位デバイス毎に前記記憶手段に記憶されているパラメータに応じて調整し前記各単位デバイスへ出力する
   ことを特徴とする請求項１に記載の音声入出力装置。
3. 前記単位デバイスから出力される電気信号を増幅して前記特定手段へ入力するとともに、前記信号処理手段から出力される電気信号を増幅して前記単位デバイスへ入力するアンプが前記単位デバイス毎に設けられている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の音声入出力装置。

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