JP4114584B2

JP4114584B2 - 指向性スピーカ制御システム

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Description

本発明は、例えばアレースピーカ等の指向性スピーカ装置から放射した音声を壁面または反射板で反射させて仮想的なスピーカをつくり出す指向性スピーカ制御システムに関するものである。

最近、オーディオソースには例えばＤＶＤのように５．１チャンネル等のマルチチャンネル音声信号が記録されているものがあり、このようなオーディオソースを再生するデジタルサラウンドシステムが一般家庭でも普及しつつある。図１４はデジタルサラウンドシステムにおけるスピーカ配置の１例を示す平面図であり、Ｚｏｎｅはサラウンド再生を行うリスニングルーム、Ｕは視聴位置、ＳＰ−Ｌ，ＳＰ−Ｒはメイン信号Ｌ（左），Ｒ（右）を再生するメインスピーカ、ＳＰ−Ｃはセンター信号Ｃ（中央）を再生するセンタースピーカ、ＳＰ−ＳＬ，ＳＰ−ＳＲはリア信号ＳＬ（後左），ＳＲ（後右）を再生するリアスピーカ、ＳＰ−ＳＷはサブウーハ信号ＬＦＥ（低周波）を再生するサブウーハ、ＭＯＮはテレビジョン受像機等の映像装置である。

図１４のデジタルサラウンドシステムによれば、効果的な音場をつくることができる。しかしながら、デジタルサラウンドシステムでは、複数のスピーカをリスニングルームＺｏｎｅ内に分散配置するので、サラウンド用のリアスピーカＳＰ−ＳＬ，ＳＰ−ＳＲを視聴位置Ｕの後方に配置するためにスピーカ配線が長くなり、またリアスピーカＳＰ−ＳＬ，ＳＰ−ＳＲの配置がリスニングルームＺｏｎｅの形状や家具などによる制約を受けるという欠点がある。

このような欠点を緩和する手段として、リアスピーカを指向性の鋭い指向性スピーカによって構成して、この指向性スピーカを視聴位置の前方に配置し、視聴位置の後方には音響反射板を配置して、指向性スピーカから放射したサラウンドチャンネルの音声を音響反射板で反射させることにより、視聴位置の後方にリアスピーカを配置したのと同じ効果を得るサラウンドシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。図１５は特許文献１のサラウンドシステムにおけるスピーカ配置を示す平面図であり、Ｂ−Ｌ，Ｂ−Ｒは音響反射板である。

また、図１６に示すように、視聴位置後方の壁面を音響反射板として使用する方法も考えられる。例えば、特許文献２に記載された立体音響再生方法では、アレースピーカを使って空間に仮想音源をつくり出すことを提案しているが、このような技術を使用すれば、視聴位置の後方に仮想スピーカをつくり出すことが可能である。
特開平０６−１７８３７９号公報特開平０３−１５９５００号公報

以上のように、視聴位置の後方に音響反射板を配置したり、リスニングルームの壁面を音響反射板として使用したりすることで視聴位置の後方に仮想スピーカをつくり出すことは可能である。しかしながら、このような方法では、音像の定位が前方の指向性スピーカからの直接音の影響を強く受けるため、視聴位置の後方にリアスピーカを配置したのと同じ音像定位を得ることができないという問題点があった。その理由は、人間の耳は前方からの音を拾いやすい形になっており、加えて指向性スピーカから壁面を経由して視聴者に達するまでの距離よりも壁面を経由しない距離の方が短いので直接音の方が視聴者の耳に先に届き、ハース効果が働くからである。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、指向性スピーカ装置から放射した音声を壁面または反射板で反射させて仮想的なスピーカをつくり出すサラウンドシステムにおいて、指向性スピーカの指向性を補正して良好な音像定位を実現することを目的とする。

本発明は、指向性の鋭い指向性スピーカ装置から放射した音声を壁面または反射板で反射させて仮想的なスピーカをつくり出す指向性スピーカ制御システムにおいて、前記壁面または反射板に第１の音声を放射する第１の指向性スピーカ装置と、前記第１の音声のうち視聴位置に直接放射される音声に対して前記視聴位置で逆位相となる第２の音声を放射する第２の指向性スピーカ装置とを有し、１台のアレースピーカ装置を分割して前記第１の指向性スピーカ装置と前記第２の指向性スピーカ装置とを構成し、前記第２の音声により前記第１の指向性スピーカ装置の指向性を補正するものである。
本発明では、例えばアレースピーカのような強い指向性を実現できる第１の指向性スピーカ装置をある位置に置き、その音声出力をスピーカとは別の位置の壁面や反射板に放射して反射させる。これにより、反射した位置に、あたかもスピーカがあるような定位感を得ることが可能である。ここで、第１の指向性スピーカ装置の音声出力には視聴位置に直接放射される成分があるため、壁面や反射板の側に定位すべき音像が第１の指向性スピーカ装置の側に定位してしまうという現象が起こる。壁面や反射板で反射する音のエネルギーを上げることは難しいので、第１の指向性スピーカ装置から視聴位置に直接放射される音を第２の指向性スピーカ装置から放射する音によって減衰させる。

また、本発明の指向性スピーカ制御システムは、前記壁面または反射板に第１の音声を放射する第１の指向性スピーカ装置と、前記第１の音声のうち視聴位置に直接放射される音声に対して前記視聴位置で逆位相となる第２の音声を放射する第２の指向性スピーカ装置とを有し、前記第２の指向性スピーカ装置は、低周波の音声のみを前記第２の音声として放射する手段を備え、前記第２の音声により前記第１の指向性スピーカ装置の指向性を補正するものである。

本発明によれば、第１の指向性スピーカ装置から放射される第１の音声のうち視聴位置に直接放射される音声を第２の指向性スピーカ装置から放射する第２の音声によって減衰させることができるので、第１の指向性スピーカ装置から視聴者に直接届く音声に対して、壁面または反射板を経由して視聴者に届く音声を相対的に強めることができ、視聴者の後方にスピーカを配置したのと同様の良好な音像定位を得ることができる。また、第１の指向性スピーカ装置と第２の指向性スピーカ装置とによって仮想的なリアスピーカをつくり出す場合、視聴位置の後方にリアスピーカを配置する必要がなくなるので、スピーカ装置への配線を短くすることができる。

また、１台のアレースピーカ装置で第１の指向性スピーカ装置と第２の指向性スピーカ装置とを実現することができ、さらにアレースピーカを用いることで、逆位相を用いた音の打消しを行っても視聴者が不快感を感じることがなくなる。

また、第２の指向性スピーカ装置による減衰制御の対象を低周波の音声のみに限定することにより、第１の指向性スピーカ装置から視聴位置に直接放射される第１の音声を効果的に減衰させることができ、かつ視聴位置において減衰するはずの音声が意図に反して大きくなってしまうといった問題を回避することができる。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態となる指向性スピーカ制御システム（サラウンドシステム）の構成を示すブロック図である。なお、図１では、サラウンドチャンネル（リア信号ＳＬまたはＳＲ）の構成についてのみ記載し、メインチャンネル（メイン信号ＬまたはＲ）の構成については記載を省略している。

本実施の形態の指向性スピーカ制御システムは、リスニングルームの壁面または音響反射板３に第１の音声Ｓ１を放射する第１の指向性スピーカ装置１と、第１の音声Ｓ１のうち視聴位置Ｕに直接放射される音声Ｓ１ａに対して視聴位置Ｕで逆位相となる第２の音声Ｓ２を放射する第２の指向性スピーカ装置２とから構成される。図２は、指向性スピーカ装置１，２の構成を示すブロック図である。

第１の指向性スピーカ装置１は、入力されたサラウンドチャンネルの音声信号（リア信号ＳＬまたはＳＲ）をＴ１だけ遅らせる遅延回路１０４と、遅延回路１０４の出力信号のゲインを所望のレベルに調整するゲイン調整回路１０１と、ゲイン調整回路１０１の出力信号を増幅するアンプ１０２と、アンプ１０２によって駆動されるスピーカ１０３とを有する。

一方、第２の指向性スピーカ装置２は、前記サラウンドチャンネルの音声信号の位相を反転させる反転回路２０１と、指向性スピーカ装置１から視聴位置Ｕへ直接放射される第１の音声Ｓ１ａが指向性スピーカ装置２から放射される第２の音声Ｓ２によって相殺されるように反転回路２０１の出力信号の遅延時間を調整する遅延回路２０２と、第１の音声Ｓ１ａが第２の音声Ｓ２によって相殺されるように遅延回路２０２の出力信号のゲインを調整するゲイン調整回路２０３と、ゲイン調整回路２０３の出力信号を増幅するアンプ２０４と、アンプ２０４によって駆動されるスピーカ２０５とを有する。

次に、本実施の形態の指向性スピーカ制御システムの動作を説明する。指向性スピーカ装置１の遅延回路１０４はサラウンドチャンネルの音声信号をＴ１遅延させ、ゲイン調整回路１０１は遅延回路１０４の出力信号のゲインを調整し、アンプ１０２はゲイン調整回路１０１の出力信号を増幅してスピーカ１０３を駆動する。スピーカ１０３は指向性の鋭いビーム化した音声Ｓ１を放射し、壁面または音響反射板３で反射した音声Ｓｋが視聴位置Ｕに届く。これにより、壁面または音響反射板３は、仮想的なリアスピーカとして働く。ただし、スピーカ１０３の出力は厳密な意味ではビームとならず、主ビームたる音声Ｓ１よりは小さい音圧ながら、Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ１ｃのように主ビームとは異なる方向にも音声を放射する。このうち、視聴者へ直接向かう音声Ｓ１ａを指向性スピーカ装置２から放射する音声によって減衰させる。

指向性スピーカ装置２の反転回路２０１は、指向性スピーカ装置１の音声信号に対して逆位相とするため、前記サラウンドチャンネルの音声信号を反転させて出力する。反転回路２０１の出力信号は、遅延回路２０２およびゲイン調整回路２０３を通過してアンプ２０４によって増幅され、スピーカ２０５から放射される。このとき、遅延回路２０２の遅延時間とゲイン調整回路２０３のゲインとは、指向性スピーカ装置１から視聴位置Ｕへ直接放射される音声Ｓ１ａが指向性スピーカ装置２から視聴位置Ｕへ放射される音声Ｓ２によって相殺されるように予め調整されている。

指向性スピーカ装置１のスピーカ１０３から放射された音声Ｓ１ａは、スピーカ１０３から視聴位置Ｕまでの距離をＬＮＡ、音速をＶとすると、ＬＮＡ／Ｖの時間だけ遅れて視聴位置Ｕに達する。同様に、指向性スピーカ装置２のスピーカ２０５から放射された音声Ｓ２は、スピーカ２０５から視聴位置Ｕまでの距離をＬＮＢとすると、ＬＮＢ／Ｖの時間だけ遅れて視聴位置Ｕに達する。したがって、スピーカ１０３から視聴位置Ｕへの音声Ｓ１ａの到達時間とスピーカ２０５から視聴位置Ｕへの音声Ｓ２の到達時間との時間差は（ＬＮＡ−ＬＮＢ）／Ｖとなるので、指向性スピーカ装置２の内部で位相反転させた音声信号を（ＬＮＡ−ＬＮＢ）／Ｖ＋Ｔ１だけ遅延させると、音声Ｓ１ａとＳ２とが視聴位置Ｕで逆位相となり、音声Ｓ１ａが減衰する。遅延回路２０２の遅延時間は、このように距離ＬＮＡとＬＮＢとの差を補正して、指向性スピーカ装置２から放射する音声が視聴位置Ｕで所望の位相となるように予め調整されている。

ここでは位相のみに着目しているが、指向性スピーカ装置１の指向性と距離ＬＮＡとから音声Ｓ１ａの視聴位置Ｕにおける音圧は計算可能であり、同様に音声Ｓ２の視聴位置Ｕにおける音圧も計算可能なので、この計算結果に基づいてゲイン調整回路２０３のゲインを調整することにより、音声Ｓ１ａの減衰量を制御することができ、音声Ｓ１ａが視聴位置Ｕで所望の音圧となるように制御することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、指向性スピーカ装置１から視聴者への直接音Ｓ１ａを指向性スピーカ装置２から放射する音声Ｓ２によって減衰させることができるので、指向性スピーカ装置１から視聴者に直接届く音声Ｓ１ａに対して、壁面または音響反射板３を経由して視聴者に届く音声Ｓｋを相対的に強めることができ、視聴者の後方にリアスピーカを配置したのと同様の音像定位を得ることができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図３は、本発明の第２の実施の形態となる指向性スピーカ制御システムの構成を示すブロック図である。本実施の形態は、第１の指向性スピーカ装置１１と第２の指向性スピーカ装置１２にアレースピーカを用いたものである。図４は指向性スピーカ装置１１，１２の構成を示すブロック図である。

第１の指向性スピーカ装置１１は、入力されたサラウンドチャンネルの音声信号に対して実現したい指向性（音響ビームの焦点の位置）に対応する遅延時間を付加する遅延回路１１１と、遅延回路１１１の出力信号のゲインを所望のレベルに調整するゲイン調整回路１１２（１１２−１〜１１２−ｎ）と、ゲイン調整回路１１２の出力信号を増幅するアンプ１１３（１１３−１〜１１３−ｎ）と、アンプ１１３によって駆動されるスピーカ１１４（１１４−１〜１１４−ｎ）とを有する。

第２の指向性スピーカ装置１２は、前記サラウンドチャンネルの音声信号の位相を反転させる反転回路２１１と、指向性スピーカ装置１２から放射される第２の音声Ｓ２が視聴位置Ｕに向かうような指向性に対応する遅延時間を付加したり、指向性スピーカ装置１１から視聴位置Ｕへ直接放射される第１の音声Ｓ１ａが第２の音声Ｓ２によって相殺されるように反転回路２１１の出力信号に遅延時間を付加する遅延回路２１２と、第１の音声Ｓ１ａが第２の音声Ｓ２によって相殺されるように遅延回路２１２の出力信号のゲインを調整するゲイン調整回路２１３（２１３−１〜２１３−ｍ）と、ゲイン調整回路２１３の出力信号を増幅するアンプ２１４（２１４−１〜２１４−ｍ）と、アンプ２１４によって駆動されるスピーカ２１５（２１５−１〜２１５−ｍ）とを有する。指向性スピーカ装置１１は、スピーカ１１４を２次元的にｎ（ｎは２以上の整数）個配置し、指向性スピーカ装置１２は、スピーカ２１５を２次元的にｍ（ｍは２以上の整数）個配置したものである。ｎ＝ｍでもよいし、ｎ≠ｍでもよい。

次に、本実施の形態の指向性スピーカ制御システムの動作を説明する。指向性スピーカ装置１１は、各スピーカ１１４から放射する音声が所望の壁面または音響反射板３に向かうように指向性を制御する。ここで、指向性スピーカ装置１１における指向性の制御について図５を参照して説明する。壁面または音響反射板３の位置Ｐからの距離がＤである円弧をＺとし、位置Ｐと指向性スピーカ装置１１の各スピーカ１１４（１１４−１〜１１４−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５の破線で示すような仮想のスピーカ１１５（１１５−１〜１１５−ｎ）を配置することを考える。これら仮想のスピーカ１１５から位置Ｐまでの距離は全てＤであるから、各スピーカ１１５から放射される音声は位置Ｐに同時に到達する。

指向性スピーカ装置１１の各スピーカ１１４−ｉ（ｉ＝１，２，・・・・ｎ）から放射する音声を位置Ｐに同時に到達させるためには、スピーカ１１４−ｉとこれに対応する仮想のスピーカ１１５−ｉとの間の距離ＬＡｉに応じた遅延時間ＬＡｉ／Ｖをスピーカ１１４−ｉから出力される音声に付加すればよい。このようなアレースピーカの動作原理に基づき、指向性スピーカ装置１１の遅延回路１１１は、入力されたサラウンドチャンネルの音声信号に対して各スピーカ１１４−ｉに対応する遅延時間ＬＡｉ／Ｖをそれぞれ付加したｎ個の音声信号を出力する。

ゲイン調整回路１１２は、遅延回路１１１の出力信号のゲインを調整し、アンプ１１３−ｉは、ゲイン調整回路１１２−ｉから出力された音声信号を増幅してスピーカ１１４−ｉを駆動する。
こうして、音声信号に付与する遅延時間をスピーカ１１４毎に調整することにより、指向性スピーカ装置１１から放射する音声の指向性を制御し、各スピーカ１１４から放射した音声信号の位相を空間上の１点（焦点）で揃えることができる。指向性スピーカ装置１１から放射された音声Ｓ１は壁面または音響反射板３で反射し、音声Ｓｋとして視聴位置Ｕに達する。

図６に指向性スピーカ装置１１の指向性の１例を示す。図６はＸＹ平面について単一周波数（ここでは１ｋＨｚ）の音圧レベルの等高線を示しており、Ｘ軸の０ｃｍの位置を中心としてＸ軸方向に沿って複数のスピーカ１１４を配置した場合の音圧レベルを示している。指向性スピーカ装置１１にアレースピーカを用いることで、図６の矢印で示すビーム方向に強い指向性を持たせることができるが、第１の実施の形態で説明したとおり、ビーム方向とは異なる方向にもある程度の音圧レベルが生じているのが分かる。

本実施の形態は、このビーム方向とは異なる方向の音のうち、視聴者へ直接向かう音声Ｓ１ａ（Ｓ１ａ−１〜Ｓ１ａ−ｎ）を指向性スピーカ装置１２から放射する音声Ｓ２（Ｓ２−１〜Ｓ２−ｎ）によって減衰させる。
指向性スピーカ装置１２の反転回路２１１は、第１の実施の形態と同様に、前記サラウンドチャンネルの音声信号の位相を反転させて出力する。

遅延回路２１２の遅延時間は、指向性スピーカ装置１２から放射される音声が視聴位置Ｕに向かい、かつ指向性スピーカ装置１１から視聴位置Ｕへ放射される音声Ｓ１ａが指向性スピーカ装置１２から視聴位置Ｕへ放射される音声Ｓ２によって相殺されるように、予め調整されている。

ここでは、計算の容易な方法として、指向性スピーカ装置１１と１２のスピーカの個数を同数（ｎ＝ｍ）とし、指向性スピーカ装置１１のスピーカ１１４−ｉから視聴位置Ｕへ放射される音声Ｓ１ａ−ｉを指向性スピーカ装置１２のスピーカ２１５−ｉから放射する音声Ｓ２−ｉによって減衰させるものとする。なお、本実施の形態では、厳密には指向性スピーカ装置１２の指向性制御は行わない。

指向性スピーカ装置１１のスピーカ１１４−ｉから視聴位置Ｕまでの距離をＬＮＡｉ、指向性スピーカ装置１２のスピーカ２１５−ｉから視聴位置Ｕまでの距離をＬＮＢｉとすると、距離ＬＮＡとＬＮＢとの差を補正するには、第１の実施の形態と同様に、遅延時間（ＬＮＡｉ−ＬＮＢｉ）／Ｖをスピーカ２１５−ｉから出力される音声に付加すればよい。さらに、スピーカ１１４−ｉから出力される音声には遅延回路１１１により遅延時間ＬＡｉ／Ｖが付加されているので、これに応じて、スピーカ２１５−ｉから出力される音声にも遅延時間ＬＡｉ／Ｖを付加する必要がある。
したがって、指向性スピーカ装置１２の遅延回路２１２は、反転回路２１１の出力信号に対して遅延時間｛（ＬＮＡｉ−ＬＮＢｉ）＋ＬＡｉ｝／Ｖをそれぞれ付加したｍ個の音声信号を出力する。

ゲイン調整回路２１３−ｉのゲインは、スピーカ１１４−ｉから視聴位置Ｕへ放射される音声Ｓ１ａ−ｉがスピーカ２１５−ｉから視聴位置Ｕへ放射される音声Ｓ２−ｉによって相殺されるように予め調整されている。第１の実施の形態で説明したとおり、音声Ｓ１ａ−ｉ，音声Ｓ２−ｉの視聴位置Ｕにおける音圧は計算できるので、この計算結果に基づいてゲイン調整回路２１３−ｉのゲインを調整することができる。
指向性スピーカ装置１２のアンプ２１４−ｉは、ゲイン調整回路２１３−ｉから出力された音声信号を増幅してスピーカ２１５−ｉを駆動する。

以上のようにして、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、一般に逆位相を用いた音の打消しを行うと視聴者に不快感を与えることがあるが、指向性スピーカ装置１１，１２にアレースピーカを用いると、アレースピーカにより多様な位相の音が重畳された状態となるため、逆位相を用いた音の打消しを行っても視聴者が不快感を感じることがないという効果がある。

本実施の形態により、指向性を補正した例を図７、図８に示す。図７、図８はＸＹ平面について単一周波数（ここでは５００Ｈｚ）の音圧レベルの等高線を示しており、ここではＸ軸０ｃｍ、Ｙ軸３００〜４００ｃｍあたりが視聴位置である。図７は指向性スピーカ装置１１の１個のスピーカ１１４で前方にビームを出力した指向性を示しており、図８は指向性スピーカ装置１２の１個のスピーカ２１５でスピーカ１１４の音を減衰させた結果を示している。図８によれば、視聴位置で音圧エネルギーが減少していることが分かる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。第１、第２の実施の形態では１チャンネルあたり２台の指向性スピーカ装置が必要なので、２チャンネルのシステムの場合は合計４台の指向性スピーカ装置が必要となる。本実施の形態は、このような２チャンネルのシステムにおいて指向性スピーカ装置を２台とする実用的な例を示す。図９は、本発明の第３の実施の形態となる指向性スピーカ制御システムの構成を示すブロック図である。本実施の形態の指向性スピーカ制御システムは、指向性スピーカ装置２１と２２とから構成される。図９において、３−Ｌ，３−ＲはそれぞれＬ，Ｒチャンネルの仮想的なリアスピーカとして機能する壁面または音響反射板である。

指向性スピーカ装置２１は、リア信号ＳＬを音声Ｓ１−Ｌとして壁面または音響反射板３−Ｌに放射する第１の指向性スピーカ装置として機能すると共に、指向性スピーカ装置２２から視聴者へ直接届く音声Ｓ１ａ−Ｒを音声Ｓ２−Ｒによって打ち消す第２の指向性スピーカ装置として機能する。一方、指向性スピーカ装置２２は、リア信号ＳＲを音声Ｓ１−Ｒとして壁面または音響反射板３−Ｒに放射する第１の指向性スピーカ装置として機能すると共に、指向性スピーカ装置２１から視聴者へ直接届く音声Ｓ１ａ−Ｌを音声Ｓ２−Ｌによって打ち消す第２の指向性スピーカ装置として機能する。図１０は指向性スピーカ装置２１，２２の構成を示すブロック図である。本実施の形態では、指向性スピーカ装置２１，２２をアレースピーカとしている。

指向性スピーカ装置２１は、入力されたリア信号ＳＬに対して実現したい指向性に対応する遅延時間を付加する遅延回路１２１と、遅延回路１２１の出力信号のゲインを所望のレベルに調整するゲイン調整回路１２２（１２２−１〜１２２−ｎ）と、入力されたリア信号ＳＲの位相を反転させる反転回路１２３と、指向性スピーカ装置２１から放射される第２の音声Ｓ２−Ｒが視聴位置Ｕに向かい、かつ指向性スピーカ装置２２から視聴位置Ｕへ直接放射される第１の音声Ｓ１ａ−Ｒが第２の音声Ｓ２−Ｒによって相殺されるように反転回路１２３の出力信号に遅延時間を付加する遅延回路１２４と、第１の音声Ｓ１ａ−Ｒが第２の音声Ｓ２−Ｒによって相殺されるように遅延回路１２４の出力信号のゲインを調整するゲイン調整回路１２５（１２５−１〜１２５−ｎ）と、ゲイン調整回路１２２と１２５の出力信号を加算する加算器１２６（１２６−１〜１２６−ｎ）と、加算器１２６の出力信号を増幅するアンプ１２７（１２７−１〜１２７−ｎ）と、アンプ１２７によって駆動されるスピーカ１２８（１２８−１〜１２８−ｎ）とを有する。

指向性スピーカ装置２２は、リア信号ＳＲに対して実現したい指向性に対応する遅延時間を付加する遅延回路２２１と、遅延回路２２１の出力信号のゲインを所望のレベルに調整するゲイン調整回路２２２（２２２−１〜２２２−ｎ）と、リア信号ＳＬの位相を反転させる反転回路２２３と、指向性スピーカ装置２２から放射される第２の音声Ｓ２−Ｌが視聴位置Ｕに向かい、かつ指向性スピーカ装置２１から視聴位置Ｕへ直接放射される第１の音声Ｓ１ａ−Ｌが第２の音声Ｓ２−Ｌによって相殺されるように反転回路２２３の出力信号に遅延時間を付加する遅延回路２２４と、第１の音声Ｓ１ａ−Ｌが第２の音声Ｓ２−Ｌによって相殺されるように遅延回路２２４の出力信号のゲインを調整するゲイン調整回路２２５（２２５−１〜２２５−ｎ）と、ゲイン調整回路２２２と２２５の出力信号を加算する加算器２２６（２２６−１〜２２６−ｎ）と、加算器２２６の出力信号を増幅するアンプ２２７（２２７−１〜２２７−ｎ）と、アンプ２２７によって駆動されるスピーカ２２８（２２８−１〜２２８−ｎ）とを有する。

リア信号ＳＬを遅延させてゲイン調整する遅延回路１２１とゲイン調整回路１２２の動作、およびリア信号ＳＲを遅延させてゲイン調整する遅延回路２２１とゲイン調整回路２２２の動作は、第２の実施の形態の遅延回路１１１とゲイン調整回路１１２の動作と同様である。
一方、リア信号ＳＲを位相反転した後に遅延させてゲイン調整する反転回路１２３と遅延回路１２４とゲイン回路１２５の動作、およびリア信号ＳＬを位相反転した後に遅延させてゲイン調整する反転回路２２３と遅延回路２２４とゲイン回路２２５の動作は、第２の実施の形態の反転回路２１１と遅延回路２１２とゲイン調整回路２１３の動作と同様である。

スピーカ１２８−ｉ（ｉ＝１，２，・・・・ｎ）に供給される位相反転したリア信号ＳＲに対して遅延回路１２４が付加する遅延時間は、スピーカ１２８−ｉから放射される音声Ｓ２−Ｒが視聴位置Ｕに向かい、かつ指向性スピーカ装置２２のスピーカ２２８−ｉから視聴位置Ｕへ直接放射される音声Ｓ１ａ−Ｒが音声Ｓ２−Ｒによって相殺されるように、予め調整されている。
同様に、スピーカ２２８−ｉに供給される位相反転したリア信号ＳＬに対して遅延回路２２４が付加する遅延時間は、スピーカ２２８−ｉから放射される音声Ｓ２−Ｌが視聴位置Ｕに向かい、かつ指向性スピーカ装置２１のスピーカ１２８−ｉから視聴位置Ｕへ直接放射される音声Ｓ１ａ−Ｌが音声Ｓ２−Ｌによって相殺されるように、予め調整されている。遅延回路１２４と２２４の遅延時間の調整方法は第２の実施の形態で説明したとおりである。

次に、加算器１２６−ｉは、ゲイン調整回路１２２−ｉから出力されたリア信号ＳＬとこれに対応するゲイン調整回路１２５−ｉから出力された位相反転したリア信号ＳＲとを加算し、同様に、加算器２２６−ｉは、ゲイン調整回路２２２−ｉから出力されたリア信号ＳＲとこれに対応するゲイン調整回路２２５−ｉから出力された位相反転したリア信号ＳＬとを加算する。

アンプ１２７−ｉは、加算器１２６−ｉから出力された音声信号を増幅してスピーカ１２８−ｉを駆動し、アンプ２２７−ｉは、加算器２２６−ｉから出力された音声信号を増幅してスピーカ２２８−ｉを駆動する。
こうして、２チャンネルのシステムにおいても、第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、アレースピーカは２つ以上の異なる音声信号を異なる指向性で同時に出力することができるので、アレースピーカを用いると、２チャンネルのシステムにおいて指向性スピーカ装置の台数を２台にすることができる。

［第４の実施の形態］
第３の実施の形態では、指向性スピーカ装置２１と２２とを独立した２台のスピーカ装置としたが、１台のアレースピーカを分割して指向性スピーカ装置２１と２２とを実現してもよい。１台のアレースピーカを分割して指向性を補正した例を図１１、図１２に示す。図１１、図１２はＸＹ平面について単一周波数（ここでは５００Ｈｚ）の音圧レベルの等高線を示しており、ここではＸ軸０ｃｍ、Ｙ軸３００〜４００ｃｍあたりが視聴位置である。図１１はアレースピーカの一部分で構成した指向性スピーカ装置２１の１個のスピーカ１２８で前方にビームを出力した指向性を示しており、図１２はアレースピーカの残りの部分で構成した指向性スピーカ装置２２の１個のスピーカ２２８でスピーカ１２８の音を減衰させた結果を示している。１台のアレースピーカを分割して使用すると、指向性スピーカ装置２１と２２とを接近させることができるので、Ｘ軸０ｃｍ付近の減衰効果を高めることができる。

［第５の実施の形態］
第１〜第４の実施の形態のように逆位相を用いた音の打消しを行う方式は、例えば主要な音声帯域である１ｋＨｚの波長が３０ｃｍ程度であることからわかるように、制御できる空間領域は非常に狭い。１ＫＨｚでは、位置が１５ｃｍずれただけで、位相が反転してしまい、減衰させるはずの音声を増幅させてしまうといったことが起こる。

しかしながら、元々指向性スピーカは、高周波の音ほど容易に強い指向性を持たせ細いビームとすることができ、低周波の音ほど指向性が広がり易いという特性がある。このため、第１の指向性スピーカ装置から放射される高周波の音響ビームはあまり弱まることなく壁面または音響反射板に達するうえ、直接音として視聴者に届くエネルギーが小さいので、高周波については良好な後方定位が得られる。一方、低周波の音はあまりビーム化せずに広がるため、壁面または音響反射板に届くエネルギーが弱くなり、直接音のエネルギーの方が強くなりがちである。つまり、前方定位となってしまうのは中低域周波数が原因となる可能性が高い。したがって、第２の指向性スピーカ装置による減衰制御の対象を低周波のみに限定するのは効果的である。

図１３は、本発明の第５の実施の形態となる指向性スピーカ制御システムの指向性スピーカ装置の構成を示すブロック図であり、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。図１３は、第１の実施の形態の指向性スピーカ装置２に、例えば数百Ｈｚ以下の低周波の音声信号のみを通すローパスフィルタ２０６を追加したものである。ローパスフィルタ２０６は、位相回転が起こらないように構成する必要があるので、ディジタルのＦＩＲフィルタとする。

こうして、本実施の形態では、第２の指向性スピーカ装置２による減衰制御の対象を低周波の音声のみに限定するようにしたので、第１の指向性スピーカ装置１から視聴位置に直接放射される第１の音声を効果的に減衰させることができ、かつ視聴位置において減衰するはずの音声（主として高周波の音）が意図に反して大きくなってしまうといった問題を回避することができる。

なお、本実施の形態の構成を第２の実施の形態に適用するには、図４の指向性スピーカ装置１２において遅延回路２１２より前の位置（例えば反転回路２１１と遅延回路２１２との間）にローパスフィルタを追加すればよく、また第３の実施の形態および第４の実施の形態に適用するには、図１０の指向性スピーカ装置２１，２２において遅延回路１２４，２２４より前の位置（例えば反転回路１２３，２２３と遅延回路１２４，２２４との間）にローパスフィルタを追加すればよい。

本発明は、指向性スピーカから放射した音声を壁面または反射板で反射させて仮想的なスピーカをつくり出すサラウンドシステムに適用することができる。

本発明の第１の実施の形態となる指向性スピーカ制御システムの構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施の形態における指向性スピーカ装置の構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施の形態となる指向性スピーカ制御システムの構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施の形態における指向性スピーカ装置の構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施の形態における指向性スピーカ装置の指向性制御について説明するための図である。本発明の第２の実施の形態における第１の指向性スピーカ装置の指向性の１例を示す図である。本発明の第２の実施の形態における第１の指向性スピーカ装置の指向性の他の例を示す図である。本発明の第２の実施の形態において第１の指向性スピーカ装置の指向性を補正した結果を示す図である。本発明の第３の実施の形態となる指向性スピーカ制御システムの構成を示すブロック図である。本発明の第３の実施の形態における指向性スピーカ装置の構成を示すブロック図である。本発明の第４の実施の形態における第１の指向性スピーカ装置の指向性の１例を示す図である。本発明の第４の実施の形態において第１の指向性スピーカ装置の指向性を補正した結果を示す図である。本発明の第５の実施の形態となる指向性スピーカ制御システムの指向性スピーカ装置の構成を示すブロック図である。デジタルサラウンドシステムにおけるスピーカ配置の１例を示す平面図である。リアスピーカを視聴位置の前方に配置したサラウンドシステムにおけるスピーカ配置を示す平面図である。視聴位置後方の壁面を音響反射板として使用するサラウンドシステムにおけるスピーカ配置を示す平面図である。

符号の説明

１、２、１１、１２、２１、２２…指向性スピーカ装置、３…壁面または音響反射板、１０１、１１２、１２２、１２５、２０３、２１３…ゲイン調整回路、１０２、１１３、１２７、２０４、２１４、２２７…アンプ、１０３、１１４、１２７、２０５、２１５、２２７…スピーカ、１２３、２０１、２１１、２２３…反転回路、１０４、１１１、１２１、１２４、２０２、２１２、２２１、２２４…遅延回路。

Claims

指向性の鋭い指向性スピーカ装置から放射した音声を壁面または反射板で反射させて仮想的なスピーカをつくり出す指向性スピーカ制御システムにおいて、
前記壁面または反射板に第１の音声を放射する第１の指向性スピーカ装置と、
前記第１の音声のうち視聴位置に直接放射される音声に対して前記視聴位置で逆位相となる第２の音声を放射する第２の指向性スピーカ装置とを有し、
１台のアレースピーカ装置を分割して前記第１の指向性スピーカ装置と前記第２の指向性スピーカ装置とを構成し、
前記第２の音声により前記第１の指向性スピーカ装置の指向性を補正することを特徴とする指向性スピーカ制御システム。
指向性の鋭い指向性スピーカ装置から放射した音声を壁面または反射板で反射させて仮想的なスピーカをつくり出す指向性スピーカ制御システムにおいて、
前記壁面または反射板に第１の音声を放射する第１の指向性スピーカ装置と、
前記第１の音声のうち視聴位置に直接放射される音声に対して前記視聴位置で逆位相となる第２の音声を放射する第２の指向性スピーカ装置とを有し、
前記第２の指向性スピーカ装置は、低周波の音声のみを前記第２の音声として放射する手段を備え、
前記第２の音声により前記第１の指向性スピーカ装置の指向性を補正することを特徴とする指向性スピーカ制御システム。