JP4096957B2 - スピーカアレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の音声ビームを出力してサラウンド音声を再生するスピーカアレイ装置に関し、特に設置場所の自由度が高く、音声の指向性設定を容易に行うことができるスピーカアレイ装置に関するものである。

従来、マトリクス状に配置された複数のスピーカからなるスピーカアレイを用いて複数の音声ビームを形成することにより、音声信号伝搬の指向性を制御する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術を用いることで、従来のサラウンドシステムのように複数のスピーカをユーザ（聴取者）の周囲に設置しなくても良くなり、１枚のパネル状のスピーカアレイから複数の音声ビームを出力させてサラウンド音声を再生することができる。

図１６は、特許文献１に開示されたスピーカアレイ装置を設置したリスニングルームの上面透視図であり、スピーカアレイ装置で５．１チャンネルのサラウンドシステムを実現する例を示している。ここで、以下の説明では、５．１チャンネルサラウンドシステムにおいて、フロントの左チャンネルをＬ（Left）ｃｈ、フロントの右チャンネルをＲ（Right ）ｃｈ、センタチャンネルをＣ（Center）ｃｈ、リアの左チャンネルをＳＬ（Surround Left ）ｃｈ、リアの右チャンネルをＳＲ（Surround Right）ｃｈ、サブウーハをＬＦＥ（Low Frequency Effects ）ｃｈと称する。

図１６に示すスピーカアレイ装置２１３は、バッフル板に所定の配列で配置された複数のスピーカユニットを備えており、各スピーカユニットからサラウンド音声を出力するタイミングをチャンネル毎に調整してビーム状に放射し、音声ビームが空間の任意の点で焦点を結ぶように遅延制御する。そして、各チャンネルの音声を天井や壁に反射させることで、壁方向に音源を作り出し、マルチチャンネルの音場を再生する。

図１６に示すように、リスニングルーム２２０に配置されたスピーカアレイ装置２１３は、センタスピーカ（Ｃ）及び低音補強用のサブウーハ（ＬＦＥ）と同様の音声を直接ユーザＵに対して出力する。また、スピーカアレイ装置２１３は、リスニングルーム２２０の左右の壁２２１，２２２に音声ビームを反射させて、仮想Ｒｃｈスピーカ２１４と仮想Ｌｃｈスピーカ２１５を作り出す。さらに、スピーカアレイ装置２１３は、リスニングルーム２２０の左右の壁２２１，２２２及び後方の壁２２３に音声ビームを反射させて、ユーザＵの後方の左右に仮想ＳＲｃｈスピーカ２１６と仮想ＳＬｃｈスピーカ２１７を作り出す。このように、スピーカアレイによるサラウンドシステムでは、各チャンネルの音声信号を遅延制御してビーム化し、このビーム化した音声を壁に反射させて複数の音源を作ることにより、ユーザＵの周囲に複数のスピーカを設置したかのようなサラウンド感を得ることができる。

特表２００３−５１０９２４号公報

従来、スピーカアレイ装置を設置する際には、ユーザの聴取位置の情報や、設置環境の形状情報としてリスニングルームの幅、奥行き及び高さをスピーカアレイ装置に与えることで、スピーカアレイ装置が各チャンネルの音声の指向性を自動的に計算し、設定するようにしていた。また、スピーカアレイ装置にこのような設定機能が設けられていない場合や、自動計算の前提条件と部屋環境が大きく異なる場合には、専門家が聴取位置においてスピーカアレイ装置の再生音を聞きながら、各チャンネルの音声の指向性を手動で変更しながら調整を行うようにしていた。

しかしながら、スピーカアレイ装置が各チャンネルの音声の指向性をユーザによって入力された部屋の形状やサイズ情報に基づいて自動的に設定する場合、スピーカアレイ装置を設置するリスニングルームの形状及びスピーカアレイ装置の設置場所が制限されるという問題点があった。つまり、スピーカアレイ装置を設置するリスニングルームが図１６に示したような直方体や立方体といった理想的な形状で、かつ計算可能な位置と方向にスピーカアレイ装置を設置しないと、音声ビームの正しい放射角度を求めることができなかった。そのため、特殊な形状のリスニングルームや大型の家具が設置されているリスニングルームでは、スピーカアレイ装置の音声の指向性設定を自動で行うことができず、手動で調整を行わなければならないことがあった。

また、各チャンネルの音声の指向性を手動で設定する場合、音声ビームの調整は、設定者の感覚に依存する部分が多いため、視聴環境に個人差が発生しやすく、また設定操作に知識と慣れが必要である。そのため、音声ビームの調整は、前記のように専門家が実行しており、ユーザ自身が調整を行うことが難しいという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、スピーカアレイ装置の設置場所の自由度が高く、音声の指向性設定をユーザが容易に行うことのできるスピーカアレイ装置を提供することを目的とする。

本発明のスピーカアレイ装置は、マトリクス状又はライン状に配置した複数のスピーカユニットからなるスピーカアレイと、通常の聴取時に、外部から入力されたマルチチャンネルの音声信号の各々に遅延時間を付加して、これらマルチチャンネルの音声信号に応じた音声がそれぞれ別々の指向性で放射されるように前記スピーカアレイを駆動する指向性制御手段と、この指向性制御手段の設定時に、前記スピーカアレイから測定信号に応じた試験音声ビームを放射させると共に、この試験音声ビームの放射角度を漸次変更する音声ビーム掃引手段と、前記スピーカアレイが設置された部屋の聴取位置に設置され、前記試験音声ビームの直接音及び反射音を集音するマイクロフォンと、このマイクロフォンが集音した音声の信号レベルと前記試験音声ビームの放射角度との関係を測定データとして記憶する記憶手段と、ユーザから入力された、前記スピーカアレイの位置を示す設置位置情報を基に前記スピーカアレイの設置状況を判定する判定手段と、前記記憶手段に記憶された測定データの信号ピークとこの信号ピークが得られたときの試験音声ビームの放射角度から、前記マルチチャンネルの音声を出力すべき放射角度をチャンネル毎に求める角度検出手段と、この角度検出手段が求めた放射角度に基づいて、前記マルチチャンネルの音声が前記スピーカアレイから前記聴取位置に到達するまでの経路距離をチャンネル毎に求める経路距離算出手段と、前記角度検出手段が求めた放射角度と前記経路距離算出手段が求めた経路距離とから前記マルチチャンネルの音声の指向性をチャンネル毎に決定して、この指向性に対応する前記遅延時間を前記指向性制御手段にチャンネル毎に設定する設定手段とを有し、前記角度検出手段は、前記スピーカアレイの設置状況に応じて前記放射角度の検出処理を切り替え、前記経路距離算出手段は、前記スピーカアレイの設置状況に応じて前記経路距離の算出処理を切り替え、前記設定手段は、前記スピーカアレイの設置状況に応じて前記指向性の決定処理を切り替えるようにしたものである。

また、本発明のスピーカアレイ装置の１構成例において、前記角度検出手段は、前記スピーカアレイがユーザの聴取位置と対向する壁面に対して平行に配置される壁設置の場合、センターチャンネルの音声が前記聴取位置に直接到達する直接音となるよう放射角度を決定すると共に、他のチャンネルの音声が部屋の壁面で反射して前記聴取位置に到達する反射音となるよう放射角度を決定し、前記経路距離算出手段は、前記スピーカアレイの設置状況が前記壁設置の場合、壁設置に対応した経路距離の算出を行い、前記設定手段は、前記スピーカアレイの設置状況が前記壁設置の場合、センターチャンネルの音声が直接音となるよう指向性を決定すると共に、他のチャンネルの音声が反射音となるよう指向性を決定するようにしたものである。
また、本発明のスピーカアレイ装置の１構成例において、前記角度検出手段は、前記スピーカアレイが壁面と交差するように部屋の隅に配置されるコーナー設置の場合、フロントチャンネル及びセンターチャンネルの音声が前記聴取位置に直接到達する直接音となるよう放射角度を決定すると共に、他のチャンネルの音声が部屋の壁面で反射して前記聴取位置に到達する反射音となるよう放射角度を決定し、前記経路距離算出手段は、前記スピーカアレイの設置状況が前記コーナー設置の場合、コーナー設置に対応した経路距離の算出を行い、前記設定手段は、前記スピーカアレイの設置状況が前記コーナー設置の場合、フロントチャンネル及びセンターチャンネルの音声が直接音となるよう指向性を決定すると共に、他のチャンネルの音声が反射音となるよう指向性を決定するようにしたものである。
また、本発明のスピーカアレイ装置の１構成例は、さらに、前記音声ビーム掃引手段による試験音声ビームの掃引を開始する前に、ユーザに測定開始を通知する通知手段と、この通知から一定時間後に前記音声ビーム掃引手段に試験音声ビームの掃引を開始させる開始手段とを有するものである。

本発明によれば、スピーカアレイ装置を室内に設置する際に、ユーザの聴取位置にマイクロフォンを設置して、スピーカアレイから測定信号に応じた試験音声ビームを放射させると共に、この試験音声ビームの放射角度を漸次変更する掃引を行い、このときにマイクロフォンで音声を集音することで、スピーカアレイから直接マイクロフォンに向けて出力された音声や、部屋の壁からマイクロフォンに向けて反射した音声を、信号レベルのピークとして検出することができる。これにより、各音声をアレイスピーカからどのような放射角度で出力すると、マルチチャンネル音声を最適に再生できるかを短時間で容易に検出することが可能となる。その結果、本発明では、スピーカアレイ装置を設置する部屋の形状や家具の配置などにかかわらず、スピーカアレイ装置の指向性制御手段の設定をユーザでも簡単かつ適切に行うことができる。また、本発明では、スピーカアレイの設置状況に応じて、角度検出手段が放射角度の検出処理を切り替え、経路距離算出手段が経路距離の算出処理を切り替え、設定手段が指向性の決定処理を切り替えるようにしたので、スピーカアレイの様々な設置状況に柔軟に対応することができる。

また、本発明では、音声ビーム掃引手段による試験音声ビームの掃引を開始する前に、ユーザに測定開始を通知する通知手段を設けることにより、ユーザを部屋の外または測定時の試験音声ビームの経路を妨害しない位置に退避させることができ、測定の信頼性を高めることができる。さらに、通知から一定時間後に音声ビーム掃引手段に試験音声ビームの掃引を開始させる開始手段を設けることにより、自動測定を円滑に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係るスピーカアレイ装置の構成を示すブロック図、図２はスピーカアレイのバッフル板上のスピーカユニットの配置例を示す正面図である。
本実施の形態のスピーカアレイ装置１は、マイクロフォン２と、Ａ／Ｄコンバータ３と、レベル測定部４と、ビーム角度検出部５と、制御部６と、測定信号生成部７と、ビーム制御部８と、増幅器９と、スピーカアレイ１０と、操作部１１と、表示部１２とを備えている。レベル測定部４は記憶手段を構成し、ビーム角度検出部５は角度検出手段を構成し、制御部６は判定手段と経路距離算出手段と設定手段と開始手段とを構成し、また制御部６と表示部１２は通知手段を構成し、ビーム制御部８は指向性制御手段を構成し、さらに測定信号生成部７とビーム制御部８は音声ビーム掃引手段を構成している。なお、図１に示すスピーカアレイ装置１のマイクロフォン２を除いた部分を本体１ｈと称する。

マイクロフォン２は、無指向性のマイクロフォンであり、Ａ／Ｄコンバータ３に接続されている。
Ａ／Ｄコンバータ３は、各チャンネルの音声の放射角度と経路距離を求めてビーム制御部８の設定を行う音声ビーム設定モード時に、マイクロフォン２が集音したアナログ音声信号をディジタル音声信号に変換して、レベル測定部４へ出力する。

レベル測定部４は、音声ビーム設定モード時にマイクロフォン２で集音された測定データを記憶する。
ビーム角度検出部５は、音声ビーム設定モード時の集音が終了した後に、レベル測定部４に記憶された測定データを読み出して測定データのピークを検出し、各ピークに基づいてＣｃｈ、Ｌｃｈ、Ｒｃｈ、ＳＬｃｈ、ＳＲｃｈの各チャンネルの音声を出力する放射角度を検出し、この検出結果を制御部６へ通知する。

測定信号生成部７は、音声ビーム設定モード時に、測定信号をビーム制御部８に出力する。
ビーム制御部８は、音声ビーム設定モード時には、測定信号生成部７からの測定信号に応じた試験音声ビームをその放射角度を変更しつつスピーカアレイ１０から出力させ、設定終了後の通常の聴取時には、設定に応じた指向性を各チャンネルの音声に持たせてスピーカアレイ１０から出力させる。

スピーカアレイ１０は、前面のバッフル板１００上に複数のスピーカユニット１０１をマトリクス状またはライン状に配置したものである。図２の例では、スピーカユニット１０１をマトリクス状に配置した例を示している。

ここで、スピーカアレイ装置１による指向性制御の原理を図３を使って説明する。多数のスピーカユニット１０１−１〜１０１−ｎをライン状に配置し、焦点Ｐからの距離がＬである円弧をＺとし、焦点Ｐと各スピーカユニット１０１−１〜１０１−ｎとを結ぶ直線を延長して、これら延長した直線が円弧Ｚと交わる交点上に図３の破線で示すような仮想のスピーカユニット１０２−１〜１０２−ｎを配置することを考える。これら仮想のスピーカユニット１０２−１〜１０２−ｎから焦点Ｐまでの距離は全てＬであるから、各スピーカユニット１０２−１〜１０２−ｎから放射される音声は焦点Ｐに同時に到達する。

実際のスピーカユニット１０１−ｉ（ｉ＝１，２，・・・・ｎ）から放射する音声を焦点Ｐに同時に到達させるためには、スピーカユニット１０１−ｉとこれに対応する仮想のスピーカユニット１０２−ｉとの間の距離に応じた遅延（時間差）をスピーカユニット１０１−ｉから出力する音声に付加すればよい。つまり、焦点Ｐから見ると、円弧Ｚ上に仮想のスピーカユニット１０２−１〜１０２−ｎが配置されているかのように制御される。これにより、焦点Ｐでは、各スピーカユニット１０１−１〜１０１−ｎの出力の位相が揃い音圧の山ができる。その結果、あたかも焦点Ｐに向かって音声ビームを放出するような指向性を持った音圧分布が得られる。また、スピーカをライン状でなく、マトリクス状に配置することで、３次元的な指向性を持った音声ビームを出力できる。

図４は、音声信号に対するビーム制御部８の処理を模式的に表す図である。遅延部８０−Ｌは、入力されたＬｃｈ音声信号に対してそれぞれ遅延時間を付加したスピーカユニット数分（ｎ個）のＬｃｈ音声信号を生成し、遅延部８０−Ｒは、入力されたＲｃｈ音声信号に対してそれぞれ遅延時間を付加したｎ個のＲｃｈ音声信号を生成し、遅延部８０−Ｃは、入力されたＣｃｈ音声信号に対してそれぞれ遅延時間を付加したｎ個のＣｃｈ音声信号を生成し、遅延部８０−ＳＬは、入力されたＳＬｃｈ音声信号に対してそれぞれ遅延時間を付加したｎ個のＳＬｃｈ音声信号を生成し、遅延部８０−ＳＲは、入力されたＳＲｃｈ音声信号に対してそれぞれ遅延時間を付加したｎ個のＳＲｃｈ音声信号を生成する。遅延部８０−Ｌ，８０−Ｒ，８０−Ｃ，８０−ＳＬ，８０−ＳＲが付加する遅延時間は、制御部６によりそれぞれ別々に設定される。

そして、加算器８１−１は、遅延部８０−Ｌ，８０−Ｒ，８０−Ｃ，８０−ＳＬ，８０−ＳＲから出力されたスピーカユニット１０１−１用のＬｃｈ，Ｒｃｈ，Ｃｃｈ，ＳＬｃｈ，ＳＲｃｈの各音声信号を加算して音声信号ＡＯ−１を生成し、加算器８１−２は、スピーカユニット１０１−２用のＬｃｈ，Ｒｃｈ，Ｃｃｈ，ＳＬｃｈ，ＳＲｃｈの各音声信号を加算して音声信号ＡＯ−２を生成し、加算器８１−ｎは、スピーカユニット１０１−ｎ用のＬｃｈ，Ｒｃｈ，Ｃｃｈ，ＳＬｃｈ，ＳＲｃｈの各音声信号を加算して音声信号ＡＯ−ｎを生成する。

なお、音声ビーム設定モード時は、１チャンネルの測定信号のみがビーム制御部８に入力されるので、遅延部８０−Ｌ，８０−Ｒ，８０−Ｃ，８０−ＳＬ，８０−ＳＲのうちいずれか１つに測定信号を入力すればよい。
増幅器９−１〜９−ｎは、それぞれビーム制御部８から出力された音声信号ＡＯ−１〜ＡＯ−ｎを増幅してスピーカユニット１０１−１〜１０１−ｎを駆動する。

操作部１１は、例えばスピーカアレイ装置１の設置時にユーザからの各種の設定入力を受け付け、入力された情報を制御部６へ渡す。
表示部１２は、制御部６から出力された制御信号に基づいてユーザに伝達する内容を表示する。

制御部６は、スピーカアレイ装置全体を制御し、音声ビーム設定モード時には、測定信号生成部７とビーム制御部８に試験音声ビームの掃引を行わせると同時に、このときの測定データをレベル測定部４に記録させ、測定データに基づいてビーム制御部８の設定を行う。

次に、本実施の形態のスピーカアレイ装置１の動作について説明する。図５は、スピーカアレイ装置１の音声ビーム設定モード時の動作を示すフローチャートである。まず、ユーザＵは、スピーカアレイ１０をリスニングルームの所望の位置に設置すると共に、マイクロフォン２を聴取位置に設置する。そして、ユーザＵは、本体１ｈの操作部１１を操作して、リスニングルーム内におけるスピーカアレイ１０の位置を示す設置位置情報を入力し、音声ビーム設定モードを実行させる（図５ステップＳ１）。

ユーザＵは、図６（ａ）のようにスピーカアレイ１０をユーザＵと対向するリスニングルーム２０の壁面２１に対して平行に配置する場合には、設置位置情報を例えば「壁設置」とし、図６（ｂ）のようにスピーカアレイ１０を壁面と交差するようリスニングルーム２０の隅に配置する場合には、設置位置情報を例えば「コーナー設置」とする。この設置位置情報を入力するには、制御部６が例えば図７に示すような選択画面１２０を表示部１２に表示させ、ユーザＵが操作部１１を操作して、「壁設置」又は「コーナー設置」のどちらかを選択すればよい。

制御部６は、設置位置情報が入力され、音声ビーム設定モードの実行が開始されたことを認識すると、例えば図８に示すような退避要請画面１２１を表示部１２に表示させ、ユーザＵにリスニングルーム２０からの退避を促し、そのままの状態で一定時間待機する（ステップＳ２）。なお、ユーザＵにリスニングルーム２０からの退避を促す理由は、リスニングルーム２０内にユーザＵがいると、測定誤差が生じる可能性があるからである。

制御部６は、退避要請画面１２１を表示してから一定時間が経過した後に、スピーカアレイ１０からマイクロフォン２（聴取位置）までのリスナー距離を測定する（ステップＳ３）。リスナー距離を測定するには、制御部６から測定信号生成部７を制御して、リスナー距離測定用のパルス信号を出力させ、このパルス信号に応じた音声をスピーカアレイ１０から出力させる。このとき、ビーム制御部８ではパルス信号に遅延時間を付加する必要はない。スピーカアレイ１０から出力された音声は、マイクロフォン２で集音され、Ａ／Ｄコンバータ３を通じてディジタル信号としてレベル測定部４に記録される。

制御部６は、測定信号生成部７からビーム制御部８へパルス信号が出力されてから、レベル測定部４でパルス信号が得られるまでの経過時間を測定して、この経過時間に基づきリスナー距離を算出する（ステップＳ４）。

次に、制御部６は、試験音声ビームの掃引を行う（ステップＳ５）。図９は、スピーカアレイ装置１を設置したリスニングルーム２０の上面透視図であり、本実施の形態の試験音声ビームの掃引動作を説明するための図である。ここでは、リスニングルーム２０が理想的な形状である直方体である場合について説明する。図９（ａ）に示すようにスピーカアレイ１０を、リスニングルーム２０の前壁２１の中央部における壁際に、スピーカアレイ１０のバッフル板が前壁２１と平行となり、後壁２３と対向するように設置する。また、マイクロフォン２をユーザの聴取位置に設置する。このとき、マイクロフォン２の高さは、ユーザの耳の位置に合わせると良い。

スピーカアレイ装置１の制御部６は、ステップＳ５において測定信号生成部７からビーム制御部８に測定信号を出力させ、この測定信号に応じた試験音声ビームをスピーカアレイ１０から出力させる。このとき、制御部６の指示により、ビーム制御部８は、図９（ａ）に示すようにスピーカアレイ１０のバッフル板と平行な一方の方向（以下、０度方向と称する）からバッフル板と平行な他方の方向（以下、１８０度方向と称する）まで試験音声ビームの放射角度を漸次変更する掃引を行う。なお、スピーカアレイ１０を設置するリスニングルームの形状やスピーカアレイ１０の設置位置によっては、試験音声ビームの放射角度θを０°≦θ≦１８０°以外の値に設定することも可能である。

このように、試験音声ビームの掃引を行うと、スピーカアレイ１０から出力された試験音声ビームの放射角度θに応じて、リスニングルーム２０の左壁２２、後壁２３、右壁２４に試験音声ビームが反射する。このとき、マイクロフォン２で試験音声ビームの直接音や各壁で反射した間接音を集音する。Ａ／Ｄコンバータ３は、マイクロフォン２が集音したアナログ音声信号をディジタル音声信号に変換し、レベル測定部４は、このディジタル音声信号を測定データとして記憶する。

例えば、図９（ｂ）に示すように、放射角度θ＝θ１の場合、試験音声ビーム３４ａは左壁２２及び右壁２４で反射してからマイクロフォン２に到達するので、θ１はＬｃｈの音声ビームを出力する角度としては不適である。また、放射角度θ＝θ２の場合、試験音声ビーム３４ｂは左壁２２で反射してからマイクロフォン２に到達するので、θ２はＬｃｈの音声ビームを出力する角度としては適当な角度である。また、放射角度θ＝θ３の場合、試験音声ビーム３４ｃは左壁２２及び後壁２３で反射してからマイクロフォン２に到達するので、θ３はＳＬｃｈの音声ビームを出力する角度としては適当な角度である。さらに、放射角度θ＝θ４の場合、試験音声ビーム３４ｄは直接マイクロフォン２に到達するので、θ４はＣｃｈの音声ビームを出力する角度としては適当な角度である。このようにして、各チャンネルの音声を出力する最適な放射角度を求めることができる。

なお、試験音声ビームの掃引のときに用いる測定信号は、相関性がなく、かつスピーカアレイ装置１によって指向性の制御が可能な周波数帯域に制限された音声信号であることが好ましい。

試験音声ビームの掃引終了後、制御部６は、ステップＳ１で入力された設置位置情報により、スピーカアレイ１０が壁設置されているか、コーナー設置されているかを判定する（ステップＳ６）。このような判定を行う理由は、後述する音声の放射角度の検出処理や、経路距離の算出処理、および指向性の決定処理において、スピーカアレイ１０の設置状況に応じて処理を分岐させる必要があるからである。

制御部６は、ステップＳ６において壁設置と判定した場合、壁設置用の放射角度検出処理をビーム角度検出部５に実施させる（ステップＳ７）。図１０は、壁設置用の放射角度検出処理を説明するための図であり、図１０（ａ）は試験音声ビームの掃引動作を示す上面透視図、図１０（ｂ）は試験音声ビームの掃引動作によりレベル測定部４に記憶された測定データを示す図である。図１０（ｂ）では、横軸を試験音声ビームの放射角度、縦幅をマイクロフォン２で集音した音声データのゲインとしている。

図１０（ｂ）に示す測定データから複数のピークを容易に検出するために、壁に反射した回数が２回までの音声ビームのみを検出可能なレベルに、閾値Ｔｈが予め設定されている。ステップＳ７において、ビーム角度検出部５は、レベル測定部４の測定データを分析し、閾値Ｔｈ以上で、かつ最もレベルの高いピークＰａ３が得られたときの放射角度θａ３（図１０（ａ）の試験音声ビーム４７の角度）をＣｃｈの音声を出力する放射角度とする。放射角度θａ３をＣｃｈの音声の放射角度とする理由は、Ｃｃｈの音声をユーザの聴取位置に直接放射するからである。なお、ビーム角度検出部５は、レベルが最大であっても、パルス幅が所定値以下のピークについてはノイズと見なして除外する。

続いて、ビーム角度検出部５は、図１０（ｂ）の横軸上でピークＰａ３の両側に存在する、閾値Ｔｈ以上のピークをＰａ３に近い方から順にサラウンドチャンネル、フロントチャンネルというように割り当てて、その放射角度を割り出す。すなわち、ビーム角度検出部５は、ピークＰａ１が得られたときの放射角度θａ１（図１０（ａ）の試験音声ビーム４５の角度）をＬｃｈの音声ビームを出力する放射角度とし、ピークＰａ２が得られたときの放射角度θａ２（試験音声ビーム４６の角度）をＳＬｃｈの音声ビームを出力する放射角度とし、ピークＰａ４が得られたときの放射角度θａ４（試験音声ビーム４８の角度）をＳＲｃｈの音声ビームを出力する放射角度とし、ピークＰａ５が得られたときの放射角度θａ５（試験音声ビーム４９の角度）をＲｃｈの音声ビームを出力する放射角度とする。こうして、各チャンネルの音声を出力する最適な放射角度を求めることができ、ビーム角度検出部５は求めた放射角度を制御部６に通知する。

次に、制御部６は、各チャンネルの音声４５〜４９がスピーカアレイ１０から聴取位置に到達するまでの経路距離を算出する（ステップＳ８）。Ｃｃｈの音声４７の経路距離は、ステップＳ４で求めたリスナー距離である。また、制御部６は、リスニングルーム２０を平面視四角形と仮定し、リスナー距離と、Ｌｃｈの音声ビーム４５の放射角度θａ１と、ユーザによって予め入力されたスピーカアレイ１０の設置位置とから、Ｌｃｈの音声ビーム４５の経路距離を幾何学的に算出する。同様に、制御部６は、ＳＬｃｈ，ＳＲｃｈ，Ｒｃｈの音声ビーム４６，４８，４９の各経路距離を幾何学的に算出する。以上で、壁設置の場合の音声ビームの放射角度の検出と経路距離の算出が終了する。

一方、制御部６は、ステップＳ６においてコーナー設置と判定した場合、コーナー設置用の放射角度検出処理をビーム角度検出部５に実施させる（ステップＳ９）。図１１は、コーナー設置用の放射角度検出処理を説明するための図であり、図１１（ａ）は試験音声ビームの掃引動作を示す上面透視図、図１１（ｂ）は試験音声ビームの掃引動作によりレベル測定部４に記憶された測定データを示す図である。

試験音声ビームの掃引により図１１（ｂ）のような測定データがレベル測定部４に記憶されると、閾値Ｔｈよりもゲインレベルの高いピークＰｂ１〜Ｐｂ５が得られた。この場合、閾値Ｔｈよりもゲインレベルの高いピークが５つであるため、ビーム角度検出部５は、図１１（ｂ）の場合と同様に音声ビームの放射角度を設定してしまう。しかしながら、図１１（ａ）に示すように、ビーム角度検出部５がＬｃｈに割り当てようとする試験音声ビーム５５はリスニングルーム２０の左壁２２と後壁２３に２回反射した音声ビームであり、Ｒｃｈに割り当てようとする試験音声ビーム５９は前壁２１と右壁２４に２回反射した音声ビームであり、フロントチャンネルの音声がサラウンドチャンネルの音声が聞こえるべき方向（聴取位置の斜め後方）から聞こえるため、角度θｂ１，θｂ５はフロントチャンネルの音声ビームを出力する放射角度としては適切ではない。

そこで、本実施の形態のビーム角度検出部５は、コーナー設置の場合、図１１（ｂ）に示すように、センタピークＰｂ３を挟んで対称に２つずつピークＰｂ１，Ｐｂ２，Ｐｂ４，Ｐｂ５を検出しても、センタピークＰｂ３に近い２つのピークＰｂ２，Ｐｂ４をサラウンドチャンネルに割り当て、ピークＰｂ１，ＰＢ５については無視する。

すなわち、ビーム角度検出部５は、レベル測定部４の測定データを分析し、閾値Ｔｈ以上で、かつ最もレベルの高いピークＰｂ３が得られたときの放射角度θｂ３（図１１（ａ）の試験音声ビーム５７の角度）をＬｃｈ，Ｒｃｈ，Ｃｃｈの音声を出力する放射角度とする。また、ビーム角度検出部５は、ピークＰｂ２が得られたときの放射角度θｂ２（試験音声ビーム５６の角度）をＳＬｃｈの音声ビームを出力する放射角度とし、ピークＰｂ４が得られたときの放射角度θｂ４（試験音声ビーム５８の角度）をＳＲｃｈの音声ビームを出力する放射角度とする。ビーム角度検出部５は求めた放射角度を制御部６に通知する。

次に、制御部６は、各チャンネルの音声の経路距離を算出する（ステップＳ１０）。制御部６は、コーナー設置の場合、フロントのＬｃｈ，Ｒｃｈの音声についてはビームを絞らずにＣｃｈと共に直接音とする。したがって、Ｌｃｈ，Ｒｃｈ，Ｃｃｈの音声の経路距離は、ステップＳ４で求めたリスナー距離である。また、制御部６は、リスニングルーム２０を平面視四角形と仮定し、リスナー距離と、ＳＬｃｈの音声ビーム５６の放射角度θｂ２と、ユーザによって予め入力されたスピーカアレイ１０の設置位置とから、ＳＬｃｈの音声ビーム５６の経路距離を幾何学的に算出する。同様に、制御部６は、ＳＲｃｈの音声ビーム５８の経路距離を幾何学的に算出する。以上で、コーナー設置の場合の音声ビームの放射角度の検出と経路距離の算出が終了する。

制御部６は、以上のステップＳ３〜Ｓ１０の処理が終了するまで、例えば図１２に示すような測定中通知画面１２２を表示部１２に表示させる。
ステップＳ８又はＳ１０の処理終了後、制御部６は、例えば図１３に示すような測定終了通知画面１２３を表示部１２に表示させ、測定結果をスピーカアレイ装置１の設定に反映させるかどうかを問い合わせる（ステップＳ１１）。ユーザが測定結果を反映させることを選択した場合、制御部６は、ビーム制御部８の設定を行う（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２において、制御部６は、壁設置の場合、Ｃｃｈの音声の放射角度θａ３の方向に焦点を設定して、この焦点に各スピーカユニット１０１から放射されるＣｃｈの音声が同時に到達するよう遅延部８０−Ｃの遅延時間をスピーカユニット毎に計算して、計算した遅延時間を遅延部８０−Ｃに設定する。これにより、Ｃｃｈの音声を直接音として出力させる。また、制御部６は、リスニングルーム２０の縦横の長さと、スピーカアレイ１０の設置位置と、Ｌｃｈの音声ビームの放射角度θａ１及び経路距離と、リスナー距離とから、Ｌｃｈの音声ビームの焦点の空間座標を計算し、各スピーカユニット１０１から放射されるＬｃｈの音声がこの焦点に同時に到達するように遅延部８０−Ｌの遅延時間をスピーカユニット毎に計算して、計算した遅延時間を遅延部８０−Ｌに設定する。焦点の空間座標は、例えばリスニングルームの縦横の長さ、スピーカアレイの設置位置、音声ビームの放射角度と経路距離、及びリスナー距離と、最適な焦点位置との関係を予め定めた設定規則から求めることができる。また、スピーカユニット毎の遅延時間は、各スピーカユニット１０１−１〜１０１−ｎの空間座標と焦点の空間座標を基に一義的に計算できる。

同様に、制御部６は、Ｒｃｈの音声ビームの放射角度θａ５及び経路距離等から焦点の空間座標を計算し、各スピーカユニット１０１から放射されるＲｃｈの音声がこの焦点に同時に到達するように遅延部８０−Ｒの遅延時間をスピーカユニット毎に計算して、遅延時間を遅延部８０−Ｒに設定する。また、制御部６は、ＳＬｃｈの音声ビームの放射角度θａ２及び経路距離等から焦点の空間座標を計算し、各スピーカユニット１０１から放射されるＳＬｃｈの音声がこの焦点に同時に到達するように遅延部８０−ＳＬの遅延時間をスピーカユニット毎に計算して、遅延時間を遅延部８０−ＳＬに設定する。さらに、制御部６は、ＳＲｃｈの音声ビームの放射角度θａ４及び経路距離等から焦点の空間座標を計算し、各スピーカユニット１０１から放射されるＳＲｃｈの音声がこの焦点に同時に到達するように遅延部８０−ＳＲの遅延時間をスピーカユニット毎に計算して、遅延時間を遅延部８０−ＳＲに設定する。これで、ステップＳ１２の設定が終了する。

以上の設定により、通常の聴取時において、Ｌｃｈ，Ｒｃｈ，Ｃｃｈ，ＳＬｃｈ，ＳＲｃｈの各音声信号がスピーカアレイ装置１に入力されると、図１４に示すように、Ｃｃｈの音声はユーザＵの聴取位置に直接到達し、Ｌｃｈの音声はリスニングルーム２０の左壁２２で反射した後に聴取位置に到達し、Ｒｃｈの音声は右壁２４で反射した後に聴取位置に到達し、ＳＬｃｈの音声は左壁２２で反射し、更に後壁２３で反射した後に聴取位置に到達し、ＳＲｃｈの音声は右壁２４で反射し、更に後壁２３で反射した後に聴取位置に到達する。こうして、ユーザＵは、聴取位置において５．１チャンネルのサラウンド音場を楽しむことができる。

一方、ステップＳ１２において、制御部６は、コーナー設置の場合、Ｃｃｈの音声の放射角度θｂ３の方向に焦点を設定して、この焦点に各スピーカユニット１０１から放射されるＣｃｈの音声が同時に到達するよう遅延部８０−Ｃの遅延時間をスピーカユニット毎に計算して、計算した遅延時間を遅延部８０−Ｃに設定する。同様に、制御部６は、放射角度θｂ３の方向にＬｃｈ，Ｒｃｈの焦点を設定して、計算した遅延時間を遅延部８０−Ｌ，Ｒに設定する。これにより、Ｌｃｈ，Ｒｃｈ，Ｃｃｈの音声を直接音として出力させる。

また、制御部６は、リスニングルーム２０の縦横の長さと、スピーカアレイ１０の設置位置と、ＳＬｃｈの音声ビームの放射角度θｂ２及び経路距離と、リスナー距離とから、ＳＬｃｈの音声ビームの焦点の空間座標を計算し、各スピーカユニット１０１から放射されるＳＬｃｈの音声がこの焦点に同時に到達するように遅延部８０−ＳＬの遅延時間をスピーカユニット毎に計算して、遅延時間を遅延部８０−ＳＬに設定する。同様に、制御部６は、ＳＲｃｈの音声ビームの放射角度θｂ４及び経路距離等から焦点の空間座標を計算し、各スピーカユニット１０１から放射されるＳＲｃｈの音声がこの焦点に同時に到達するように遅延部８０−ＳＲの遅延時間をスピーカユニット毎に計算して、遅延時間を遅延部８０−ＳＲに設定する。これで、ステップＳ１２の設定が終了する。

以上の設定により、通常の聴取時において、Ｌｃｈ，Ｒｃｈ，Ｃｃｈ，ＳＬｃｈ，ＳＲｃｈの各音声信号がスピーカアレイ装置１に入力されると、図１５に示すように、Ｌｃｈ，Ｒｃｈ，Ｃｃｈの音声はユーザＵの聴取位置に直接到達し、ＳＬｃｈの音声はリスニングルーム２０の後壁２３で反射した後に聴取位置に到達し、ＳＲｃｈの音声は右壁２４で反射した後に聴取位置に到達する。こうして、ユーザＵは、聴取位置において５．１チャンネルのサラウンド音場を楽しむことができる。

以上のように、本実施の形態では、従来のスピーカアレイ装置において困難であった指向性の設定を容易かつ素早く行うことができる。また、試験音声ビームを掃引して、その測定結果から各音声の放射角度を決定するようにしたので、スピーカアレイ装置を設置するリスニングルームの形状や家具の配置などにかかわらず、ユーザでも簡単かつ適切に設定を行うことができる。また、本実施の形態では、スピーカアレイの設置状況に応じて、ビーム角度検出部５が放射角度の検出処理を切り替え、制御部６が経路距離の算出処理を切り替え、また制御部６が指向性の決定処理を切り替えるようにしたので、スピーカアレイの様々な設置状況に柔軟に対応することができる。

本発明は、スピーカアレイ装置に適用することができる。

本発明の実施の形態に係るスピーカアレイ装置の構成を示すブロック図である。 図１のスピーカアレイのスピーカユニットの配置例を示す正面図である。 スピーカアレイ装置による指向性制御の原理を説明するための図である。 図１のスピーカアレイ装置におけるビーム制御部の処理を模式的に表す図である。 図１のスピーカアレイ装置の音声ビーム設定モード時の動作を示すフローチャートである。 スピーカアレイを壁設置した場合のリスニングルームの上面透視図及びスピーカアレイをコーナー設置した場合のリスニングルームの上面透視図である。 設置位置情報入力時にスピーカアレイ装置の表示部に表示される選択画面の１例を示す図である。 測定前にスピーカアレイ装置の表示部に表示される退避要請画面の１例を示す図である。 本発明の実施の形態における試験音声ビームの掃引動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態における壁設置用の放射角度検出処理を説明するための図である。 本発明の実施の形態におけるコーナー設置用の放射角度検出処理を説明するための図である。 測定中にスピーカアレイ装置の表示部に表示される測定中通知画面の１例を示す図である。 測定終了時にスピーカアレイ装置の表示部に表示される測定終了通知画面の１例を示す図である。 本発明の実施の形態において壁設置したスピーカアレイにより実現されるサラウンドシステムを示す上面透視図である。 本発明の実施の形態においてコーナー設置したスピーカアレイにより実現されるサラウンドシステムを示す上面透視図である。 スピーカアレイ装置単体でサラウンドシステムを実現する例を示す上面透視図である。

符号の説明

１…スピーカアレイ装置、２…マイクロフォン、３…Ａ／Ｄコンバータ、４…レベル測定部、５…ビーム角度検出部、６…制御部、７…測定信号生成部、８…ビーム制御部、９…増幅器、１０…スピーカアレイ、１１…操作部、１２…表示部。

Claims (4)

1. マトリクス状又はライン状に配置した複数のスピーカユニットからなるスピーカアレイと、
   通常の聴取時に、外部から入力されたマルチチャンネルの音声信号の各々に遅延時間を付加して、これらマルチチャンネルの音声信号に応じた音声がそれぞれ別々の指向性で放射されるように前記スピーカアレイを駆動する指向性制御手段と、
   この指向性制御手段の設定時に、前記スピーカアレイから測定信号に応じた試験音声ビームを放射させると共に、この試験音声ビームの放射角度を漸次変更する音声ビーム掃引手段と、
   前記スピーカアレイが設置された部屋の聴取位置に設置され、前記試験音声ビームの直接音及び反射音を集音するマイクロフォンと、
   このマイクロフォンが集音した音声の信号レベルと前記試験音声ビームの放射角度との関係を測定データとして記憶する記憶手段と、
   ユーザから入力された、前記スピーカアレイの位置を示す設置位置情報を基に前記スピーカアレイの設置状況を判定する判定手段と、
   前記記憶手段に記憶された測定データの信号ピークとこの信号ピークが得られたときの試験音声ビームの放射角度から、前記マルチチャンネルの音声を出力すべき放射角度をチャンネル毎に求める角度検出手段と、
   この角度検出手段が求めた放射角度に基づいて、前記マルチチャンネルの音声が前記スピーカアレイから前記聴取位置に到達するまでの経路距離をチャンネル毎に求める経路距離算出手段と、
   前記角度検出手段が求めた放射角度と前記経路距離算出手段が求めた経路距離とから前記マルチチャンネルの音声の指向性をチャンネル毎に決定して、この指向性に対応する前記遅延時間を前記指向性制御手段にチャンネル毎に設定する設定手段とを有し、
   前記角度検出手段は、前記スピーカアレイの設置状況に応じて前記放射角度の検出処理を切り替え、
   前記経路距離算出手段は、前記スピーカアレイの設置状況に応じて前記経路距離の算出処理を切り替え、
   前記設定手段は、前記スピーカアレイの設置状況に応じて前記指向性の決定処理を切り替えることを特徴とするスピーカアレイ装置。
2. 請求項１記載のスピーカアレイ装置において、
   前記角度検出手段は、前記スピーカアレイがユーザの聴取位置と対向する壁面に対して平行に配置される壁設置の場合、センターチャンネルの音声が前記聴取位置に直接到達する直接音となるよう放射角度を決定すると共に、他のチャンネルの音声が部屋の壁面で反射して前記聴取位置に到達する反射音となるよう放射角度を決定し、
   前記経路距離算出手段は、前記スピーカアレイの設置状況が前記壁設置の場合、壁設置に対応した経路距離の算出を行い、
   前記設定手段は、前記スピーカアレイの設置状況が前記壁設置の場合、センターチャンネルの音声が直接音となるよう指向性を決定すると共に、他のチャンネルの音声が反射音となるよう指向性を決定することを特徴とするスピーカアレイ装置。
3. 請求項１記載のスピーカアレイ装置において、
   前記角度検出手段は、前記スピーカアレイが壁面と交差するように部屋の隅に配置されるコーナー設置の場合、フロントチャンネル及びセンターチャンネルの音声が前記聴取位置に直接到達する直接音となるよう放射角度を決定すると共に、他のチャンネルの音声が部屋の壁面で反射して前記聴取位置に到達する反射音となるよう放射角度を決定し、
   前記経路距離算出手段は、前記スピーカアレイの設置状況が前記コーナー設置の場合、コーナー設置に対応した経路距離の算出を行い、
   前記設定手段は、前記スピーカアレイの設置状況が前記コーナー設置の場合、フロントチャンネル及びセンターチャンネルの音声が直接音となるよう指向性を決定すると共に、他のチャンネルの音声が反射音となるよう指向性を決定することを特徴とするスピーカアレイ装置。
4. 請求項１記載のスピーカアレイ装置において、
   さらに、前記音声ビーム掃引手段による試験音声ビームの掃引を開始する前に、ユーザに測定開始を通知する通知手段と、
   この通知から一定時間後に前記音声ビーム掃引手段に試験音声ビームの掃引を開始させる開始手段とを有することを特徴とするスピーカアレイ装置。
   

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