JP4189918B2 - 車載用立体音場再生・消音装置 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
この発明は車室内の受聴者の頭部に近い位置にスピーカを配置し、受聴者の外耳近傍の音場を制御することによって、受聴者に臨場感豊かな立体音場を知覚させることができるとともに、受聴者毎に消音を行うことができる車載用立体音場再生・消音装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来は図１に示すように、車室内に配置されたスピーカＳにより音を発生させていたため、車室内は単一音場であった。このため、運転者が音楽再生を行っている場合、同乗者はその音楽を聴きたくなくても聞くことになる。また、車室内で静かに過ごしたいと思っても、これを実現できないのが現状であった。
この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、
ａ．各受聴者毎に希望する立体音場を外耳近傍に精度良く選択再現することができる
ｂ．各受聴者毎に外耳近傍を消音することができる
という車載用立体音場再生・消音装置を提供することを目的とする。
【発明の開示】
【０００３】
この発明に係る車載用立体音場再生装置は、受聴者が着座する座席毎に該受聴者の左右外耳を含む３つの制御点を結ぶ３角形の領域に、前記左右外耳近傍で各々の立体音場再生空間を形成するように配置した３つのスピーカと、音源からの出力信号を立体音場信号に変換して、前記のスピーカのそれぞれに供給する立体信号処理手段とを備え、前記スピーカは座席毎に受聴者の左外耳及び右外耳近傍の上下位置にそれぞれ配置したものである。
このことにより、座席毎に受聴者の左右の外耳を含む領域に臨場感豊かな立体音場を再生することができる。
【０００４】
この発明に係る車載用立体音場再生装置は、受聴者が着座することによって閉じる着座スイッチ、および受聴者が音源選択のために閉じる操作スイッチの両者の閉じによって、音源からの出力信号を立体信号処理手段に供給するように構成したものである。
このことにより、座席毎に音源を再生することができる。
【０００５】
この発明に係る車載用立体音場再生装置は、立体信号処理手段の入力側に、複数の異なる音源から希望の音源を選択する音源選択手段を備えたものである。
このことにより、受聴者は座席毎に希望する音源を選択して再生することができる。
【０００６】
この発明に係る車載用立体音場再生装置のスピーカは、ヘッドレストに設けたものである。
このことにより、受聴者の外耳とスピーカの位置を近づけることができ、理想的な立体音場を実現できる。
【０００７】
この発明に係る車載用立体音場再生装置のスピーカは、着座した受聴者の頭部を取り囲むように天井面に該受聴者の左右外耳に対応して設けたものである。
このことにより、受聴者の外耳とスピーカの位置を近づけることができ、理想的な立体音場を実現できるとともに、スピーカの配置に自由度が得られる。
【０００８】
この発明に係る車載用立体音場消音装置は、受聴者が着座する座席毎に該受聴者の左右外耳を含む３つの制御点を結ぶ３角形の領域内の上下位置にそれぞれ配置され、前記左右外耳近傍で各々の立体音場再生空間を形成するように配置した３つのスピーカと、音源からの出力信号を立体音場信号に変換して、前記のスピーカのそれぞれに供給する立体信号処理手段と、前記立体音場再生空間の音量を検出する音量検出手段と、この音量検出手段からの検出音量に基づいて車両ノイズを打ち消す消音信号を前記立体信号処理手段に供給する逆位相信号発生手段とを備えたものである。
このことにより、座席毎に他に影響を与えることなく消音することができる。
【０００９】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図２は立体音場再生・消音装置におけるスピーカの配置構成を示す概略図であり、受聴者１の両耳２Ｌ，２Ｒの近傍に３つずつスピーカ３Ｌ１，３Ｌ２，３Ｌ３、３Ｒ１，３Ｒ２，３Ｒ３を配置し、外耳付近の音場Ｏを制御する。
図３は上記各スピーカ３Ｌ１，３Ｌ２，３Ｌ３、３Ｒ１，３Ｒ２，３Ｒ３に再生信号を供給する再生回路を示すもので、１６は各種の音源、１５は音源１６の出力を切り換える音源選択手段、１７は立体信号処理手段、１８は６つのスピーカに再生信号を出力する６ｃｈ（チャネル）増幅器である。
【００１０】
音源１６は２ｃｈのＣＤ、５．１ｃｈのＤＶＤ、ＡＭ，ＦＭ音源、ゲーム用の立体効果のある音源、カーナビゲーションの音声案内等の音源である。
立体信号処理手段１７は図示しないディジタル入力部、アナログ入力部，Ａ／Ｄ変換部、ディジタル信号処理部、Ｄ／Ａ変換部等から成り、音源選択手段１５からの出力信号を立体音場信号に変換するための信号処理を行うものである。
図示例は左右外耳に３つずつスピーカ３Ｌ１，３Ｌ２，３Ｌ３、３Ｒ１，３Ｒ２，３Ｒ３を配置した場合を示したが、このような配置が望ましい理由について説明する。この場合、制御点（目的とする音波の状態を再現する空間の点）は外耳付近の３点である。
【００１１】
第一の理由
制御点に原音場と同じ音圧を作り出すことが可能である。これを実現するためにはスピーカ３Ｌ１，３Ｌ２，３Ｌ３、３Ｒ１，３Ｒ２，３Ｒ３から制御点までの伝達関数（時間成分で表現したインパルス応答）が必要である。
この伝達関数は時間長が短いほど、信号処理を行うハードウエアの規模が少なくてすむため、時間長をできる限り短くできるようなスピーカの配置を選択すべきである。一般的な部屋や車室内ではスピーカと制御点の距離を短くすればするほど、伝達関数の時間長が短くなるといえる。
この理由はスピーカと制御点が離れれば離れるほど、スピーカから直接制御点に到来する直接音に比べて、部屋や車室内のあらゆる方向からの制御点に到達する反射音の割合が増えるからである。逆にスピーカと制御点の距離が近い場合、スピーカから制御点に直接届く直接音の比率が室内の反射音に比ベて大きくなる。伝達関数の振幅はほとんどが直接音で占められることになり、反射音の振幅成分は直接音に比べて極めて小さい。したがって、伝達関数の時間長は直接音の収束する時間と見なすことができる。
【００１２】
第二の理由
左右に配置されたスピーカの間に受聴者の頭部が入りこむため、スピーカを外耳の傍に近づけることができ、両耳間のクロストークの割合を減らすことができる。つまり、右スピーカを右耳に近づければ近づけるほど、右スピーカから直接右耳に入る音と反対側の左耳にもれる音との比率が大きくなり、結果としてクロストークが減少する。
この左右のクロストーク分が少なければ、外耳近傍の音場Ｏを制御する際に左右の音場の信号処理をそれぞれ独立に行うことが可能になる。この最大の利点は演算規模が１／２にまで軽減されることである。この立体音場再生装置で行われる信号処理はスピーカの数と制御点の数の積に比例する。
いま、スピーカの数が左右にＮずつ、制御点も左右にＮずつある場合を考える。クロストーク分が少なく左右の信号処理が独立に行える場合、演算量は片耳あたりＮ×Ｎ、左右で２×（Ｎ×Ｎ）である。一方クロストーク分が大きい場合は左右をまとめて処理する必要があるため、２Ｎ×２Ｎ、すなわち４×（Ｎ×Ｎ）となる。クロストークが無い場合は演算量が１／２になる。
【００１３】
また、この発明の車載用立体音場再生装置は、左右のスピーカは３つである必要はない。スピーカの数に対応して制御点が増えるため、理論的にはスピーカの数が多いほど正確に原音場を模擬することができる。しかし、信号処理量はスピーカの個数の二乗に比例するため、一般的なオーディオ装置のチャンネル数や演算処理能力を考えるとあまり個数の多いものは実用的ではない。
一方で模擬の精度といった観点から考察すると、左右一つずつ配置する方法は従来のヘッドホン方式と何らの差異がなくなるため、少なくとも片耳あたり２つからということになる。しかし、片耳２つ用いる手法では２つ制御点を結んだ線上でしか、音場の再現が行えないため、精度としては不充分である。
次に３つ用いた場合は、３つの制御点を結ぶ３角形の領域内で音場の再現が行える。この場合、制御点で音圧が再現されることにより領域内での音波の進行方向まで再現することが可能である。立体（３次元）音場を知覚するためには音波の進行方向が再現されることがきわめて重要である。このような音波の伝播方向まで考えると、精度の良い音場再現が得られ、かつ実用上大規模にならないというスピーカの個数は左右３つ合計６つということになる。
【００１４】
図４は上記の原理に基づくこの発明の車載用立体音場再生装置を車室内の各座席のヘッドレスト２０に配設した概要図であり、図４において、１１は座席１２の下に配設した着座スイッチ、１３は座席毎に設けられ、受聴者自身がＯＮ／ＯＦＦ操作する操作スイッチ、１４は着座スイッチ１１と操作スイッチ１３の論理積を得るＡＮＤ回路、１５はＡＭ放送、ＦＭ放送、ＣＤ，ＭＤ，ＤＶＤ等の音源１６を選択する音源選択手段、１７は音源１６に応じた信号処理がなされ、スピーカの本数分のアナログ信号（図４では６チャンネルの例）を出力する立体信号処理手段、１８は立体信号処理手段１７の出力を増幅する６ｃｈ増幅器である。
【００１５】
図５は背もたれ１９の上面に配置させたヘッドレスト２０にスピーカ３Ｌ１，３Ｌ２，３Ｌ３、３Ｒ１，３Ｒ２，３Ｒ３を配置した側面図、図６はその正面図である。図５、図６において、音源１６より出力した信号は、音源選択手段１５によって選択され、立体信号処理手段１７によって音源１６に応じた立体信号に信号処理がなされ、スピーカの本数分のアナログ信号を出力する（図４では６チャンネルの例）。
立体信号処理手段１７より出力された信号は、６ｃｈ増幅器１８によって聴取に必要なレベルまで増幅され、ヘッドレスト２０に組み込まれた６つのスピーカ３Ｌ１，３Ｌ２，３Ｌ３、３Ｒ１，３Ｒ２，３Ｒ３のそれぞれに入力される。スピーカ３Ｌ１，３Ｌ２，３Ｌ３、３Ｒ１，３Ｒ２，３Ｒ３は受聴者１の頭部を挟んでそれぞれ左右に分けて配置され、スピーカ３Ｌ１，３Ｌ２，３Ｌ３は受聴者１の左耳付近の音場を、スピーカ３Ｒ１，３Ｒ２，３Ｒ３は右耳付近の音場を作り出す。
【００１６】
次に動作について説明する。
受聴者１が座席に着座すると、着座スイッチ１１がＯＮし、この状態で受聴者１が音源選択のために操作スイッチ１３をＯＮすると、ＡＮＤ回路１４は論理積が成立して音源選択手段１５を起動させる。そして、音源選択手段１５で選択された音源１６は、立体信号処理手段１７でスピーカの本数分のアナログ信号に変換され、その大きさが６ｃｈ増幅器１８で調節された後、それぞれのスピーカに供給される。この結果、各スピーカから発せられた音によって、受聴者１の外耳近傍には立体音場の再生空間２１が形成される。
この立体音場の再生空間２１は図７に示すように、各座席に着座した受聴者１の頭部の回りにのみ形成されるので、他の座席の受聴者１の立体音場再生装置に対しては影響しない。従って、各座席に着座した各受聴者はそれぞれＡＭ放送、ＦＭ放送、ＣＤ再生音、ＤＶＤ再生音等の希望する再生音を他の再生音に影響されること無く受聴することができる。
【００１７】
以上のように、実施の形態１によれば、座席毎に受聴者の希望する音源を選択し、臨場感豊かな立体音場を再生することができる。また、立体音場再生空間２１を形成するスピーカ３Ｌ１，３Ｌ２，３Ｌ３、３Ｒ１，３Ｒ２，３Ｒ３をヘッドレスト２０に設けたことにより、受聴者１の外耳とスピーカ３Ｌ１，３Ｌ２，３Ｌ３、３Ｒ１，３Ｒ２，３Ｒ３の位置を近づけることができ、理想的な立体音場を実現できる。
【００１８】
実施の形態２．
実施の形態１では、ヘッドレスト２０にスピーカ３Ｌ１，３Ｌ２，３Ｌ３、３Ｒ１，３Ｒ２，３Ｒ３を取り付けたものであるが、実施の形態２では車の天井面２２に受聴者１の頭部を取り囲むようにしてスピーカ３Ｌ１，３Ｌ２，３Ｌ３、３Ｒ１，３Ｒ２，３Ｒ３を配置したもので、図８は平面図、図９はその正面図である。
以上のように、この実施の形態２によれば、車の天井面２２に受聴者１の頭部を取り囲むようにしてスピーカ３Ｌ１，３Ｌ２，３Ｌ３、３Ｒ１，３Ｒ２，３Ｒ３を配置したので、スピーカと受聴者の頭部の距離が近く、またヘッドレスト２０に比べてスピーカを設置する位置に自由度が得られる。
【００１９】
実施の形態３．
実施の形態２では車の天井面１１にスピーカ３Ｌ１，３Ｌ２，３Ｌ３、３Ｒ１，３Ｒ２，３Ｒ３を配置したが、左右のスピーカ３Ｌ１，３Ｌ２，３Ｌ３、３Ｒ１，３Ｒ２，３Ｒ３のクロストークレベルが高くなるおそれがある。これを解消するために、実施の形態３では、図１０の斜視図に示すように、受聴者１の頭部を挟むように、左右に配置されたスピーカ３Ｌ１，３Ｌ２，３Ｌ３、３Ｒ１，３Ｒ２，３Ｒ３の間に仕切り板３０を設けた構成である。
以上のように、実施の形態３によれば、仕切り板３０により左右のスピーカ間におけるクロストークの低減を実現することが可能である。
【００２０】
実施の形態４．
図１１はこの発明の車載用立体音場消音装置の構成を示すブロック図であり、２６は受聴者１の左右の外耳を含む領域の音量を検出するように設けたマイクロホン等の音量検出部、２７はスイッチ、２８は逆位相信号発生部（ＡＮＣ：アクティブ・ノイズ・キャンセラ）であり、他の構成は前記図４に示す第１の実施の形態１と同様であるから、同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００２１】
次に動作について説明する。
車室内で静かに過ごしたい受聴者１は、スイッチ２７を閉じると、音量検出部２６で検出した頭部近傍の立体音場再生空間２１（図７参照）の音量に基づく検出信号が逆位相信号発生部２８に入力され、逆位相信号に変換されて出力される。この逆位相信号は立体信号処理手段１７において、音量検出部２６で検出された車両ノイズ（ロードノイズ、エンジン音等）を打ち消し、受聴者付近の車両ノイズ音圧をゼロまたはきわめて小さくする。その結果、他の受聴者１に悪影響を与えることなく、全ての座席において選択的に消音動作を行うことができる。
【００２２】
以上のように、実施の形態４によれば、座席毎に受聴者の希望により他の座席に悪影響を与えることなく消音することができる。
【００２３】
以上のように、この発明に係る車載用立体音場再生・消音装置は、座席毎に臨場感豊かな立体音場を再生するとともに、座席毎に他に影響を与えることなく消音するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】 従来の音場再生装置を搭載した車の概要図である。
【図２】 立体音場を再生するスピーカの配置状態を示す概要図である。
【図３】 音源からの出力信号を立体音場信号としてスピーカに再生信号を供給する再生回路のブロック図である。
【図４】 受聴者が着座すべき座席毎に該受聴者の左右の外耳を含む領域に立体音場再生空間を形成するスピーカをヘッドレストに取り付けた状態を示すブロック図である。
【図５】 そのヘッドレスト部分の拡大図である。
【図６】 その正面図である。
【図７】 座席毎に形成された立体音場再生空間を示す平面図である。
【図８】 受聴者が着座すべき座席毎に該受聴者の左右の外耳を含む領域に立体音場再生空間を形成するスピーカを、受聴者の頭部を取り囲むように天井に該受聴者の左右外耳に対応して設けた状態を示す平面図である。
【図９】 その正面図である。
【図１０】 左右のスピーカの間に仕切り板を配置した斜視図である。
【図１１】 この発明の立体音場消音装置の構成を示すブロック図である。

Claims (5)

1. 受聴者が着座する座席毎に該受聴者の左右外耳を含む３つの制御点を結ぶ３角形の領域に、前記左右外耳近傍で各々の立体音場再生空間を形成するように配置した３つのスピーカと、音源からの出力信号を立体音場信号に変換して、前記のスピーカのそれぞれに供給する立体信号処理手段とを備え、前記スピーカは座席毎に受聴者の左外耳及び右外耳近傍の上下位置にそれぞれ配置したことを特徴とする立体音場再生装置。
2. 受聴者が着座することによって閉じる着座スイッチ、および受聴者が音源選択のために閉じる操作スイッチの両者の閉じによって、音源からの出力信号を立体信号処理手段に供給するように構成したことを特徴とする請求項１記載の立体音場再生装置。
3. 立体信号処理手段の入力側に、複数の異なる音源から希望の音源を選択する音源選択手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の立体音場再生装置。
4. スピーカはヘッドレストに設けたことを特徴とする請求項１記載の立体音場再生装置。
5. 受聴者が着座する座席毎に該受聴者の左右外耳を含む３つの制御点を結ぶ３角形の領域内の上下位置にそれぞれ配置され、前記左右外耳近傍で各々の立体音場再生空間を形成するように配置した３つのスピーカと、音源からの出力信号を立体音場信号に変換して、前記のスピーカのそれぞれに供給する立体信号処理手段と、前記立体音場再生空間の音量を検出する音量検出手段と、この音量検出手段からの検出音量に基づいて車両ノイズを打ち消す消音信号を前記立体信号処理手段に供給する逆位相信号発生手段とを備えた立体音場消音装置。

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