JP4240232B2 - テストトーンの判定方法および音場補正装置 - Google Patents

Description

この発明は、テストトーンの判定方法およびこれを用いた音場補正装置に関する。

ＤＶＤやデジタル放送などの普及により、一般の家庭にもホームシアターシステムなどのマルチチャンネルオーディオシステムが普及しつつあるが、これにともないマルチチャンネルオーディオにおける各チャンネルあるいはチャンネル間の設定、例えば音量バランスや周波数特性などの設定をユーザ自身が行う必要が増えている。

しかし、このマルチチャンネルオーディオシステムにおける設定や調整は煩雑であり、特にこの種の知識に乏しいリスナ（ユーザ）にとっては難解なことも多い。そこで、リスナによる設定や調整を簡略化あるいは省略するため、マルチチャンネルオーディオシステムの機器自身、例えばＡＶアンプ自身にオーディオ再生時の補正処理を行わせる方向にある。

この補正処理は「自動音場補正」などと呼ばれているが、これは、再生音場の音響的な状況を自動的に測定して解析し、その解析結果に基づいて音場の補正処理を行うものである。すなわち、一般的には、図４Ａに示すように、
(A) あるチャンネルのスピーカＳＰから所定のテストトーンを出力する。このためのテストトーン信号としては、インパルス信号、ＴＳＰ信号あるいはバースト波信号を使用する。
(B) (A)項のテストトーンをリスナの聴取位置にセットしたマイクロフォンＭ0により収音する。
(C) マイクロフォンＭ0の出力信号の立ち上がり点を解析してスピーカＳＰからマイクロフォンＭ0までの距離を求める。
(D) 他のチャンネルについても、(A)〜(C)項を実行する。
(E) (D)項の結果に基づいて各チャンネルのスピーカから聴取位置（マイクロフォンＭ0）までの遅延が一定になるようにオーディオ信号を処理する。
のようにして補正を行っている。

また、やはり図４Ａに示すように、収音用マイクロフォンとして２つのマイクロフォンＭ1、Ｍ2をリスナの聴取位置にセットし、三角測量の要領でスピーカＳＰからマイクロフォンＭ1、Ｍ2までの距離や角度（方位）を求める方法も考えられている。

なお、先行技術文献として例えば以下のものがある。
特開２０００−２６１９００号公報 特願２００５−１４１６１５号の明細書および図面

ところが、１つのマイクロフォンＭ0によりスピーカＳＰからマイクロフォンＭ0までの距離を測定する場合には、再生音場における周波数特性のばらつき、ピークやディップなどが測定結果に影響を与えることがある。

その点、２つのマイクロフォンＭ1、Ｍ2により距離を測定する場合には、再生音場における周波数特性のばらつき、ピークやディップなどに柔軟に対処することができ、その結果、より適切な音場補正を実現できる。したがって、２つのマイクロフォンＭ1、Ｍ2によりスピーカＳＰとの距離あるいは角度を求め、音場補正をすることが好ましい。

しかしながら、２つのマイクロフォンＭ1、Ｍ2を使用する場合には、図４Ｂのような状況のとき、測定にエラーを生じてしまう。すなわち、図４Ｂにおいて、マイクロフォンＭ1、Ｍ2は、規定の間隔を保持するため、アームなどに固定されているとする。そして、マイクロフォンＭ1、Ｍ2の近傍に反射物があるとともに、スピーカＳＰとマイクロフォンＭ2と結ぶ線上に障害物があるとする。なお、反射物としては家具、壁や天井などが該当し、障害物としてはリスナを含む家族の身体や家具などが該当する。

すると、スピーカＳＰからテストトーンの音波が出力されるとき、音波Ｗ1はマイクロフォンＭ1に直接届き、音波ＷQ1は反射物により反射してマイクロフォンＭ1に届く。また、音波Ｗ2は障害物により回折および減衰してマイクロフォンＭ2に直接的に届き、音波ＷQ2は反射物により反射してマイクロフォンＭ2に届く。つまり、音波Ｗ1、Ｗ2は直接波、音波ＷQ1、ＷQ2は間接波（反射波）であるが、このとき、直接波Ｗ2は減衰により間接波ＷQ2よりもレベルが小さくなっている。また、間接波ＷQ2は直接波Ｗ2よりも遅れている。

したがって、この場合のマイクロフォンＭ1、Ｍ2の出力信号ＳM1、ＳM2は、図５Ａに示すような内容となる。すなわち、図５Ａ（およびＢ、Ｃ）は、スピーカＳＰにテストトーン信号としてインパルスを供給した場合のマイクロフォンＭ1、Ｍ2の出力信号ＳM1、ＳM2のエンベロープ（包絡線）を模式的に示す。

そして、図４Ｂの再生環境であれば、図５Ａに示すように、マイクロフォンＭ1の出力信号ＳM1として、まず、直接波Ｗ1を収音したパルス状の振幅Ｐ1が得られ、続いて間接波ＷQ1を収音したパルス状の振幅Ｑ1が得られる。また、マイクロフォンＭ2からは出力信号ＳM2として、まず、直接波Ｗ2を収音したパルス状の振幅Ｐ2が小さいレベルで得られ、続いて間接波ＷQ2を収音したパルス状の振幅Ｑ2が得られる。

図６は、マイクロフォンＭ1、Ｍ2の出力信号ＳM1、ＳM2を実際に観測したときの波形の主要部分を示す。この場合、横軸は、出力信号ＳM1、ＳM2を周波数48ｋHzでサンプリングしたときのサンプル番号であり、したがって、横軸は時間軸でもある。なお、テストトーンはインパルスであり、横軸はそのインパルスの発生時点を起点（原点）としている。

そして、この図６からも明らかなように、図４Ｂの環境では、出力信号ＳM1は、直接波Ｗ1による大きな振幅Ｐ1と、間接波ＷQ1によるやや小さい振幅Ｑ1とを有する。また、出力信号ＳM2は、減衰した直接波Ｗ2による小さな振幅Ｐ2と、間接波ＷQ2による大きい振幅Ｑ2とを有するが、振幅Ｐ2はノイズに埋もれかかっている。

そして、図５Ａ（および図６）のような状態では、例えばレベルＶTHをスレッショールドレベルとして振幅Ｐ1、Ｐ2の有無を判別すると、振幅Ｐ2に代わって振幅Ｑ2が有効となってしまう。この結果、本来ならば、スピーカＳＰに供給したインパルス、振幅Ｐ1および振幅Ｐ2の各立ち上がり時点からスピーカＳＰとの距離や角度を求めるのであるが、図５Ａの場合には、振幅Ｑ2を振幅Ｐ2と誤判定し、振幅Ｐ2の立ち上がり時点に代わって振幅Ｑ2の立ち上がり時点を使用してスピーカＳＰとの距離や角度を求めてしまい、このとき、距離や角度の算出にエラーを生じてしまう。

仮に、図４Ａのように１つのマイクロフォンＭ0によりスピーカＳＰとの距離を測定する場合であれば、間接波ＷQ1、ＷQ2に対応する間接波の立ち上がり時点から距離を求めてもあまり問題はない。なぜなら、その間接波を収音したマイクロフォンＭ0の位置では、直接波に比べ間接波のエネルギが大きいというのが事実であり、音場補正的には、その反射した経路を含めて考えるという解釈ができるからである。

しかしながら、上記のように２つのマイクロフォンＭ1、Ｍ2、あるいはさらに多くのマイクロフォンを使用して距離を求める場合には、各マイクロフォンの出力信号を独立に解析している限り、上記のように、振幅Ｑ2を振幅Ｐ2と誤判定し、その結果、振幅Ｐ1と振幅Ｑ2とから誤った距離や角度を求めてしまう。

また、図５Ａのような場合以外にも、２つのマイクロフォンＭ1、Ｍ2の出力信号が不整合な場合もある。例えば、一方のマイクロフォンに大きなノイズが突発的に入ったため、そのノイズ信号を直接波による振幅と誤判定することもある。

あるいは、マイクロフォンＭ1、Ｍ2の出力信号を解析して音場補正をするとき、その解析処理の一部を利用して距離や角度を求めると、直接波による振幅の前に、プリエコーを生じることがあり、これを直接波による振幅と誤判定することもある。すなわち、テストトーンとしてＴＳＰを用いた場合には、解析処理の過程で逆ＴＳＰ処理をしてインパルス応答を求めるが、ＴＳＰの長さに対して空間のインパルス応答が十分に収束していないときには、周波数変換（ＦＦＴ／ＩＦＦＴ）の循環畳込み処理により、直接波による振幅の前に、偽の大きな振幅（プリエコー）を生じることがあり、これを直接波による振幅と誤判定することもある。

図５Ｂは、そのような場合の出力信号ＳM1、ＳM2の一例を示し、この図は、ノイズあるいはプリエコーにより、振幅Ｐ2の前に、スレッショールドレベルＶTHを越える振幅Ｒ2を生じた場合である。この場合には、振幅Ｒ2を振幅Ｐ2と誤判定し、その結果、振幅Ｐ1と振幅Ｒ2とから誤った距離や角度を求めてしまう。

さらに、例えば図５Ｃに示すように、直接波Ｗ1、Ｗ2による振幅Ｐ1、Ｐ2を判定した場合、実際にはその判定した振幅Ｐ1、Ｐ2の時間間隔Ｔ12があまりにも離れていることもある。すなわち、
ｄ ：マイクロフォンＭ1、Ｍ2の間隔
Ｔd：間隔ｄを音波が伝わるのに要する時間
つまり、音波から見たマイクロフォンＭ1、Ｍ2の時間的な間隔
とすると、振幅Ｐ1、Ｐ2の時間差Ｔ12は、スピーカＳＰと、マイクロフォンＭ1、Ｍ2とが同一直線上に位置する場合に最大であり、時間Ｔd以上となることはないはずである。しかし、なんらかの理由、例えばシステムのエラーや極端な障害物などにより、Ｔ12＞Ｔdの判定結果になることがある。

以上のように直接波による振幅を誤判定をした場合には、マイクロフォンＭ1、Ｍ2の出力信号を解析したとき、スピーカＳＰと、２つのマイクロフォンＭ1、Ｍ2とを結ぶ三角形を構成不能になり、スピーカＳＰからマイクロフォンＭ1、Ｍ2までの距離や角度を正しく求めることができなくなってしまう。

この発明は、以上のような問題点を解決し、直接波を正しく判定し、誤判定を回避できるようにするものである。

この発明においては、
所定の間隔ｄを有して配置された第１および第２のマイクロフォンによりスピーカから出力されるテストトーンを収音し、
上記第１および第２のマイクロフォンの出力信号に所定値以上の大きな振幅Ｖ1、Ｖ2が得られるまでの時間から、上記スピーカから上記第１および第２のマイクロフォンまでの距離Ｌ1、Ｌ2およびその距離の差Ｌ12を算出し、
この算出した距離差Ｌ12と、上記間隔ｄとの大小関係を判別し、
この判別の結果、上記距離差Ｌ12が上記間隔ｄよりも小さいときは、上記大きな振幅Ｖ1、Ｖ2を上記テストトーンの直接波による振幅と判定し、
上記判別の結果、上記距離差Ｌ12が上記間隔ｄよりも大きいときは、上記大きな振幅Ｖ1、Ｖ2のうち、後に得られた振幅に対して、先に得られた振幅の近辺をスキャンし、
このスキャンの結果、上記先に得られた振幅の近辺に振幅が得られたときには、その得られた振幅と、上記先に得られた振幅とを上記テストトーンの直接波による振幅と判定する
ようにしたテストトーンの判定方法とするものである。

この発明によれば、スピーカとマイクロフォンとの距離や角度を測定するとき、スピーカからの直接波を正しく判定できるので、距離や角度を正しく測定することができ、この結果、音場補正を行うとき、これを適切に行うことができる。

〔１〕 この発明のアウトライン
〔１−１〕 この発明における考え方
ここで、実際のマイクロフォンＭ1、Ｍ2の出力信号について検討すると、
リスニングルームのような聴取環境において、スピーカＳＰから出力される音波がマイクロフォンＭ1、Ｍ2に到達するとき、マイクロフォンＭ1に到達する直接波と、マイクロフォンＭ2に到達する直接波との両方が、障害物によって大きく減衰してしまうことは少ない。すなわち、スピーカＳＰから出力されるテストトーンを２つのマイクロフォンＭ1、Ｍ2により収音した場合、両方のマイクロフォンＭ1、Ｍ2が間接波を誤検出することは少なく、マイクロフォンＭ1、Ｍ2のどちらかは直接波を正しく収音している。
ということができる。

そこで、この発明においては、このような事項に基づいて、次の〔１−２〕のような方法により上述の誤判定を回避し、直接波による振幅を正しく判定するものである。

なお、詳細は後述するが、一例として、
ｄ＝18cm、Ｔd≒0.53ms
である。

〔１−２〕 直接波による振幅の判定方法
〔１−２−１〕 図５Ａの場合
この場合には、振幅Ｐ1は所定のスレッショールドレベルＶTHよりも大きく、かつ、振幅Ｑ2よりも早く得られるので、マイクロフォンＭ1の出力信号ＳM1をスレッショールドレベルＶTHでレベル判別すれば、振幅Ｐ1を見つけることができる。

しかし、直接波Ｗ2による振幅Ｐ2はスレッショールドレベルＶTHよりも小さく、しかも、続いてスレッショールドレベルＶTHよりも大きい振幅Ｑ2が得られるので、単純なレベル判別では、振幅Ｐ2を見つけることはできない。

そこで、この場合には、
(1) マイクロフォンＭ1の出力信号ＳM1のうち、最初にスレッショールドレベルＶTHを越える振幅（今の場合、振幅Ｐ1）を、直接波Ｗ1による振幅Ｖ1と仮判定する。
(2) マイクロフォンＭ2の出力信号ＳM2のうち、最初にスレッショールドレベルＶTHを越える振幅（今の場合、振幅Ｑ2）を、直接波Ｗ2による振幅Ｖ2と仮判定する。
(3) 振幅Ｖ1の時点と、振幅Ｖ2の時点との時間差Ｔ12をチェックする。
(4) すると、今の場合、Ｔ12＞Ｔdであり、スピーカＳＰと、２つのマイクロフォンＭ1、Ｍ2とが３角形を構成できないので、誤判定の要因の存在を認識する。
(5) 振幅Ｖ1の時点と、振幅Ｖ2の時点とを比べる。
(6) すると、今の場合、振幅Ｖ1の時点が振幅Ｖ2の時点よりも早いので、その振幅Ｖ1を直接波Ｗ1による正しい振幅Ｐ1と仮判定を更新する。また、この振幅Ｐ1を、続く処理の基準ないし指標とする。
(7) 振幅Ｐ1の前後の期間±Ｔdについて、マイクロフォンＭ2の出力信号ＳM2のレベルの変化をチェックする。なお、チェック期間±Ｔdは、マイクロフォンＭ1、Ｍ2の間隔ｄから決定することができる。また、レベルの変化をチェックするときのスレッショールドレベルは、最初のスレッショールドレベルＶTHよりも低いレベルＶTLとする。
(8) すると、振幅Ｐ2が見つかるので、この振幅Ｐ2を直接波Ｗ2による振幅と正式に判定する。
(9) (6)項における仮判定「振幅Ｐ1を直接波Ｗ1による振幅」を正式に決定する。
したがって、直接波Ｗ1、Ｗ2による振幅Ｐ1、Ｐ2を正しく判定できたことになる。

〔１−２−２〕 図５Ｂの場合
この場合にも、上記(1)〜(7)項を同様に実行する。すなわち、
(1) マイクロフォンＭ1の出力信号ＳM1のうち、最初にスレッショールドレベルＶTHを越える振幅（今の場合、振幅Ｐ1）を、直接波Ｗ1による振幅Ｖ1と仮判定する。
(2) マイクロフォンＭ2の出力信号ＳM2のうち、最初にスレッショールドレベルＶTHを越える振幅（今の場合、振幅Ｒ2）を、直接波Ｗ2による振幅Ｖ2と仮判定する。
(3) 振幅Ｖ1の時点と、振幅Ｖ2の時点との時間差Ｔ12をチェックする。
(4) すると、今の場合、Ｔ12＞Ｔdであり、スピーカＳＰと、２つのマイクロフォンＭ1、Ｍ2とが３角形を構成できないので、誤判定の要因の存在を認識する。
(5) 振幅Ｖ1の時点と、振幅Ｖ2の時点とを比べる。
(6) すると、今の場合、振幅Ｖ2の時点が振幅Ｖ1の時点よりも早いので、その振幅Ｖ2を直接波Ｗ2による正しい振幅Ｐ2（実は振幅Ｒ2）と仮判定を更新する。
(7) 振幅Ｐ2（＝Ｒ2）の前後の期間±Ｔdについて、マイクロフォンＭ1の出力信号ＳM1のレベルの変化をチェックする。なお、このレベルの変化をチェックするときのスレッショールドレベルは、レベルＶTLとする（ここまでは、図５Ａの場合と同様）。
(8) すると、今の場合、大きなレベル変化は見つからないので、マイクロフォンＭ1の出力信号ＳM1については、(1)項における仮判定「振幅Ｐ1を直接波Ｗ1による振幅」を正式に決定する。
(9) 振幅Ｐ1の前後の期間±Ｔdについて、マイクロフォンＭ2の出力信号のレベルの変化をチェックする。
(10) すると、振幅Ｐ2が見つかるので、この振幅Ｐ2を直接波Ｗ2による振幅と正式に判定する。
したがって、直接波Ｗ1、Ｗ2による振幅Ｐ1、Ｐ2を正しく判定できたことになる。

〔１−２−３〕 図５Ｃの場合
この場合には、
(1) マイクロフォンＭ1の出力信号ＳM1のうち、最初にスレッショールドレベルＶTHを越える振幅（今の場合、振幅Ｐ1）を、直接波Ｗ1による振幅Ｖ1と仮判定する。
(2) マイクロフォンＭ2の出力信号ＳM2のうち、最初にスレッショールドレベルＶTHを越える振幅（今の場合、振幅Ｐ2）を、直接波Ｗ2による振幅Ｖ2と仮判定する。
(3) 振幅Ｖ1の時点と、振幅Ｖ2の時点との時間差Ｔ12をチェックする。
(4) すると、今の場合、Ｔ12＞Ｔdであり、スピーカＳＰと、２つのマイクロフォンＭ1、Ｍ2とが３角形を構成できないので、誤判定の要因の存在を認識する。
(5) 振幅Ｖ1の時点と、振幅Ｖ2の時点とを比べる。
(6) すると、今の場合、振幅Ｖ1の時点が振幅Ｖ2の時点よりも早いので、その振幅Ｖ1を直接波Ｗ1による正しい振幅Ｐ1と仮判定を更新する。
(7) 振幅Ｐ1の前後の期間±Ｔdについて、マイクロフォンＭ2の出力信号ＳM2のレベルの変化をチェックする。ただし、このレベルの変化をチェックするときのスレッショールドレベルは、レベルＶTLとする（ここまでは、図５Ａの場合と同様）。
(8) すると、今の場合、大きなレベル変化は見つからないので、マイクロフォンＭ2の出力信号ＳM2については、(2)項における仮判定「振幅Ｐ2を直接波Ｗ2による振幅」を正式に決定する。
(9) 振幅Ｐ2の前後の期間±Ｔdについて、マイクロフォンＭ1の出力信号のレベルの変化をチェックする（ここまでは、図５Ｂの場合と同様）。また、このとき、スレッショールドレベルは、レベルＶTLに低くする。
(10) すると、今の場合、大きなレベルが存在しないので、システムのエラーや極端な障害物などにより音場補正が不可能とみなせる。そこで、例えば、エラーを表示し、リスナに再生環境の改善を促す。

〔１−２−４〕 補足
実際には、〔１−２−１〕〜〔１−２−３〕を判別する必要があるが、これは後述するフローチャートにより説明する。また、時間と、音波の到達距離とは比例するので、時間に代えて距離とすることもできる。

〔２〕 システムの構成
図１は、この発明を適用した音場補正装置の一例を示し、この例においては、音場補正装置を既存のマルチチャンネルＡＶ再生装置に対してアダプタ形式に構成した場合である。

〔２−１〕 再生装置の例
図１において、対象となるＡＶ再生装置は、ＡＶ信号の信号源１１、ディスプレイ１２、デジタルアンプ１３、スピーカ１４Ｃ〜１４ＲBから構成されている。この場合、信号源１１は、ＤＶＤプレーヤや衛星放送のチューナなどである。そして、この例においては、信号源１１の出力はＤＶＩ形式とされ、ビデオ信号ＤVがデジタル信号の状態で出力されるとともに、７チャンネル分のデジタルオーディオ信号が１つのシリアル信号ＤAにエンコードされた状態で出力される。

また、ディスプレイ１２はその入力がＤＶＩ形式とされ、本来ならば、信号源１１から出力されるデジタルビデオ信号ＤVをそのまま入力できるものである。さらに、デジタルアンプ１３は、この例においては、マルチチャンネルのデコーダを有するとともに、いわゆるＤ級アンプの構成とされている。すなわち、このアンプ１３も、本来ならば信号源１１から出力されるデジタルオーディオ信号ＤAをそのまま入力できるものであり、その信号ＤAを各チャンネルの信号に分離するとともに、その各チャンネルの信号をＤ級パワー増幅して各チャンネルのアナログオーディオ信号を出力するものである。

このアンプ１３から出力されたオーディオ信号が、各チャンネルのスピーカ１４Ｃ〜１４ＲBにそれぞれ供給される。なお、スピーカ１４Ｃ〜１４ＲBは、リスナの中央前方、左前方、右前方、左側方、右側方、左後方および右後方にそれぞれ配置されているものである。

〔２−２〕 音場補正装置
〔２−２−１〕 音場補正装置の構成例
図１において、符号２０が、この発明を適用した音場補正装置を示す。この音場補正装置２０は、信号源１１と、ディスプレイ１２およびアンプ１３との間の信号ラインに接続されるものである。そして、信号源１１から出力されたデジタルビデオ信号ＤVは、遅延回路２１を通じてディスプレイ１２に供給される。遅延回路２１は、デジタルオーディオ信号ＤAが音場補正処理のために遅延するので、その遅延に見合った時間だけデジタルビデオ信号ＤVを遅延させて画像と再生音とを同期させる、いわゆるリップシンクを取るためのものであり、フィールドメモリなどにより構成される。

さらに、音場補正装置２０においては、信号源１１から出力されたデジタルオーディオ信号ＤAが、デコーダ回路２２に供給されて各チャンネルのデジタルオーディオ信号ＤC〜ＤRBに分離され、その分離結果のオーディオ信号のうち、センタチャンネルのオーディオ信号ＤCが、センタチャンネルの補正回路２３Ｃに供給される。この補正回路２３Ｃは、イコライザ回路２３１およびスイッチ回路２３２により構成され、デコーダ回路２２からのオーディオ信号ＤCがイコライザ回路２３１を通じてスイッチ回路２３２に供給される。

この場合、イコライザ回路２３１は、例えばＤＳＰにより構成され、これに供給されたオーディオ信号ＤCの遅延特性、周波数特性、位相特性、レベルなどを制御することにより、信号ＤCに対して音場補正の処理を行うものである。また、スイッチ回路２３２は、通常の視聴時には図の状態に接続され、音場補正のための測定・解析時には図とは逆の状態に接続されるものである。したがって、通常の視聴時には、イコライザ回路２３１からの音場補正されたオーディオ信号ＤCがスイッチ回路２３２から出力される。このオーディオ信号ＤCはエンコーダ回路２４に供給される。

さらに、デコーダ回路２２により分離された残るチャンネルのオーディオ信号ＤL〜ＤRBが、補正回路２３Ｌ〜２３ＲBを通じてエンコーダ回路２４に供給される。このとき、補正回路２３Ｌ〜２３ＲBは、補正回路２３Ｃと同様に構成されているものであり、したがって、通常の視聴時には、音場補正されたオーディオ信号ＤL〜ＤRBが補正回路２３Ｌ〜２３ＲBから出力され、エンコーダ回路２４に供給される。

そして、エンコーダ回路２４において、これに供給された各チャンネルのオーディオ信号ＤC〜ＤRBが１つのシリアル信号ＤSに合成され、この信号ＤSがデジタルアンプ１３に供給される。したがって、通常の視聴時には、信号源１１から出力されたオーディオ信号ＤAが補正回路２３Ｃ〜２３ＲBにより音場補正されてスピーカ１４Ｃ〜１４ＲBに供給されることになる。この結果、スピーカ１４Ｃ〜１４ＲBから出力される音は、そのスピーカを配置した環境に適した状態に音場補正された再生音となる。

さらに、テストトーン信号を形成するテスト信号形成回路３１が設けられる。このテスト信号形成回路３１は、テストトーン信号がデジタルデータの状態で書き込まれたメモリと、その読み出し回路とから構成され、制御回路３５の制御にしたがって、テストトーン信号を形成するものである。この形成されたテストトーン信号は、補正回路２３Ｃ〜２３ＲBのスイッチ回路２３２〜２３２に供給される。なお、テストトーン信号は、上記のようにインパルス、ＴＳＰあるいはバースト波などとすることができる。

また、再生音場の音響的な状況の測定時、上述のようにテストトーンを収音するため、マイクロフォンＭ1、Ｍ2がリスナの位置に設けられる。このマイクロフォンＭ1、Ｍ2は、例えば図２に示すように、所定のアーム４１の両端に支持されるとともに、そのアーム４１の中央がマイクロフォンスタンド４２により支持されているものである。

この場合、マイクロフォンＭ1、Ｍ2は、周波数特性や感度などの特性が揃ったペアマイクロフォンとされ、同一水平面内に位置するようにアーム４１に支持されている。また、マイクロフォンＭ1、Ｍ2はその振動板が水平面内となるように配置される。このように配置すると、水平面内における指向特性が無指向性となり、スピーカの配置方向によらず感度を一定にできる。

そして、マイクロフォンＭ1、Ｍ2の間隔ｄは固定とされるが、この間隔ｄを大きくするとスピーカとの距離を求めるときの精度が向上する。しかし、間隔ｄをあまり大きくすると、マイクロフォンＭ1、Ｍ2の設置や収納に不便になる。そこで、人間の両耳の間隔なども考慮して、この例においては、上記のようにｄ＝18cmとされる。このｄ＝18cmは、上記のようにＴd≒0.53msに対応する。なお、このようなマイクロフォンＭ1、Ｍ2、アーム４１およびマイクロフォンスタンド４２は、ステレオ録音用の機材を流用することができる。

そして、マイクロフォンＭ1、Ｍ2の出力信号ＳM1、ＳM2が、マイクアンプ３２１、３２２を通じてＡ／Ｄコンバータ回路３３１、３３２に供給されてサンプリング周波数が例えば48ｋHzのデジタル信号ＳM1、ＳM2にＡ／Ｄ変換され、この信号ＳM1、ＳM2が解析判定回路３４に供給される。

この解析判定回路３４はメモリ３４１およびＤＳＰ３４２により構成される。そして、メモリ３４１には、テストトーン信号の開始と同時に、出力信号ＳM1、ＳM2が所定の期間、例えば4096サンプル期間にわたって順に蓄積される。また、ＤＳＰ３４２が、メモリ３４１に蓄積された出力信号ＳM1、ＳM2を、〔１−２〕において説明した方法により解析して直接波Ｗ1、Ｗ2による振幅Ｐ1、Ｐ2を判定する。

なお、出力信号ＳM1、ＳM2のサンプリング周波数が48ｋHzであるとすれば、4096サンプル期間は、
4096／48000≒85.3〔ms〕
であり、音波の到達距離は、空気中での音速を340m/sとすると、
340〔m/s〕×85.3〔ms〕≒29〔m〕
となるので、ＡＶ再生を行う一般的な部屋を十分にカバーできる。

そして、解析判定回路３４の解析判定結果が制御回路３５に供給される。この制御回路３５は、マイクロコンピュータにより構成され、テスト信号形成回路３１のテストトーン信号の形成の制御、およびスイッチ回路２３２〜２３２の切り換え制御を行うとともに、解析判定回路３４の解析判定結果にしたがって、補正回路２３Ｃ〜２３ＲBのイコライザ回路２３１〜２３１を設定するものである。

なお、制御回路３５には、ユーザインターフェイスとして、各種の操作スイッチ３６が接続されるとともに、解析判定結果などを表示する表示素子、例えばＬＣＤパネル３７が接続される。

〔２−２−２〕 音場補正装置２０の解析判定時の動作
操作スイッチ３６のうちの設定スイッチを操作すると、制御回路３５により補正回路２３Ｃ〜２３ＲBのスイッチ回路２３２〜２３２が図とは逆の状態に接続される。また、制御回路３５によりテスト信号形成回路３１が制御され、補正回路２３Ｃのスイッチ回路２３２にテストトーン信号が供給される。したがって、スピーカ１４Ｃからテストトーンが出力され、このとき、他のチャンネルのスピーカは無音とされる。

そして、このとき、スピーカ１４Ｃから出力されたテストトーンがマイクロフォンＭ1、Ｍ2により収音される。また、制御回路３５により解析判定回路３４が制御されて解析判定の処理が開始される。したがって、解析判定回路３４において、〔１−２〕において説明した方法により直接波Ｗ1、Ｗ2の振幅Ｐ1、Ｐ2が正しく判定される。

そして、この判定結果からマイクロフォンＭ1、Ｍ2までの距離が算出され、この算出された距離の情報が制御回路３５に供給され、制御回路３５によりその距離や角度の情報にしたがってイコライザ回路２３１の音場補正が設定され、その後、スイッチ回路２３２が図の状態に接続されて信号ＤCのチャンネルについての音場補正を終了する。また、以後、他のチャンネルについても同様に音場補正の設定が実行される。

なお、ここで行われる音場補正は、タイムアライメント（時間遅延補正）と呼ばれ、各スピーカからの音波がマイクロフォン位置で同一のタイミングに到達するように補正する補正処理、各スピーカからの音波の周波数バランスを補正するイコライザ処理、音量バランスを補正する処理などとすることができる。

したがって、通常の視聴時には、信号源１１から出力されたオーディオ信号ＤAが補正回路２３Ｃ〜２３ＲBにより音場補正されてスピーカ１４Ｃ〜１４ＲBに供給されることになるので、スピーカ１４Ｃ〜１４ＲBから出力される音は、そのスピーカを配置した環境に適した状態に音場補正された再生音となる。

〔２−３〕 判定ルーチン
図３において、符号１００は、〔１−２〕により説明した判定方法を実現するルーチンの一例を示す。このルーチン１００は、解析判定回路３４において、ＤＳＰ３４２により各チャンネルごとに実行されるものである。なお、
Ｌ1：スピーカＳＰからマイクロフォンＭ1までの距離
Ｌ2：スピーカＳＰからマイクロフォンＭ2までの距離
とする。

制御回路３５により解析判定処理の開始が指示されると、ＤＳＰ３４２の処理がルーチン１００のステップ１０１からスタートし、次にステップ１０２において、Ａ／Ｄコンバータ回路３３１、３３２の出力信号ＳM1、ＳM2が、例えば4096サンプル期間に渡ってメモリ３４１に順に取り込まれる。

続いて、ステップ１０３において、図５に示すように、メモリ３４１の信号ＳM1、ＳM2のうち、最初にスレッショールドレベルＶTH以上となる振幅Ｖ1、Ｖ2を解析することにより、スピーカＳＰからマイクロフォンＭ1、Ｍ2までの距離Ｌ1、Ｌ2が算出されるとともに、それらの差Ｌ12（＝｜Ｌ1−Ｌ2｜）が算出される。

次に、ステップ１０４において、ステップ１０３により算出された距離差Ｌ12が、正常な大きさに収まっているか否か、すなわち、マイクロフォンＭ1、Ｍ2の間隔ｄよりも小さいか否かが判別される。そして、Ｌ12≦ｄの場合（Ｔ12≦Ｔdの場合）には、Ｖ1＝Ｐ1、Ｖ2＝Ｐ2とみなすことができるので、処理はステップ１０４からステップ１０５に進み、このステップ１０５において、ステップ１０３により算出された距離Ｌ1、Ｌ2が制御回路３５に供給され、その後、ステップ１０６により現在のチャンネルについての処理を終了する。

一方、ステップ１０４において、Ｌ12＞ｄの場合には、処理はステップ１０４からステップ１１１に進み、このステップ１１１において、
ＶF ：振幅Ｖ1、Ｖ2のうち、先に得られた振幅
ＶB ： 〃 後に得られた振幅
ＳMF：出力信号ＳM1、ＳM2のうち、振幅ＶFを含む出力信号
ＳMB： 〃 振幅ＶBを含む出力信号
に設定される。図５Ａの場合には、
ＶF＝Ｖ1＝Ｐ1、ＶB＝Ｖ2＝Ｑ2、ＳMF＝ＳM1、ＳMB＝ＳM2
に設定され、図５Ｂの場合には、
ＶF＝Ｖ2＝Ｒ2、ＶB＝Ｖ1＝Ｐ1、ＳMF＝ＳM2、ＳMB＝ＳM1
に設定される。

続いて、ステップ１１２において、出力信号ＳMBのうち、振幅ＶFの時点±Ｔdの範囲がスキャンされる。このとき、スレッショールドレベルＶTHは低くされる。したがって、図５Ａの場合には、出力信号ＳM2のうち、振幅Ｖ1（＝Ｐ1）の時点±Ｔdの範囲がスキャンされて振幅Ｐ2が検出される。また、図５Ｂの場合には、出力信号ＳM1のうち、振幅Ｖ2（＝Ｒ2）の時点±Ｔdの範囲がスキャンされるが、振幅は何も検出されない。

そして、ステップ１１３において、ステップ１１２のスキャンにより振幅が検出されたか否かが判別され、そのような振幅が検出されたときには、処理はステップ１１３からステップ１１４に進み、検出されないときには、処理はステップ１１３からステップ１２１に進む。図５Ａの場合には、振幅Ｐ2が検出されるので、処理はステップ１１４に進み、図５Ｂの場合には、振幅は何も検出されないので、処理はステップ１２１に進む。

そして、図５Ａの場合には、ステップ１１４において、ステップ１１２のスキャンにより検出された振幅Ｐ2が振幅ＶB（＝Ｐ2）と、ステップ１１１により設定された振幅ＶF（＝Ｐ1）とから距離Ｌ1、Ｌ2が算出される。そして、次にステップ１０５において、ステップ１１４により算出された距離Ｌ1、Ｌ2が制御回路３５に供給され、その後、ステップ１０６により現在のチャンネルについての処理を終了する。

また、図５Ｂの場合には、ステップ１２１において、出力信号ＳMF（＝ＳM2）のうち、振幅ＶB（＝Ｖ1＝Ｐ1）の時点±Ｔdの範囲がスキャンされる。したがって、振幅Ｐ2が検出される。

そして、ステップ１２２において、ステップ１２１のスキャンにより振幅が検出されたか否かが判別され、今の場合、振幅Ｐ2が検出されるので、処理はステップ１２２からステップ１２３に進む。そして、ステップ１２３において、ステップ１２１のスキャンにより検出された振幅Ｐ2と、ステップ１１１により設定された振幅Ｖ1（＝Ｐ1）とから距離Ｌ1、Ｌ2が算出される。そして、次にステップ１０５において、ステップ１２３により算出された距離Ｌ1、Ｌ2が制御回路３５に供給され、ステップ１０６により現在のチャンネルについての処理を終了する。

なお、ステップ１２２において、ステップ１２１のスキャンにより振幅が何も検出されなかったと判別されたときには、処理はステップ１２２からステップ１３１に進み、このステップ１３１によりＬＣＤパネル３７にエラーが表示され、マイクロフォンＭ1、Ｍ2やスピーカＳＰの設置状況などに不具合のあることが通知される。

こうして、ルーチン１００によれば、スピーカＳＰからマイクロフォンＭ1、Ｍ2までの距離Ｌ1、Ｌ2を、直接波Ｗ1、Ｗ2の振幅Ｐ1、Ｐ2により正しく測定することができるとともに、その測定結果が、反射物、障害物あるいはノイズやプリエコーなどの影響をほとんど受けることがない。

〔３〕 まとめ
上述のシステムによれば、スピーカＳＰとマイクロフォンＭ1、Ｍ2との距離Ｌ1、Ｌ2や角度を測定するとき、再生音場に、反射物、障害物があっても、あるいはノイズやプリエコーがあっても直接波Ｗ1、Ｗ2を正しく判定でき、その結果、距離Ｌ1、Ｌ2や角度を正しく測定することができる。したがって、音場補正を行うとき、これを適切に行うことができる。

〔４〕 その他
上述においては、２つのマイクロフォンＭ1、Ｍ2を同一水平面内に配置した場合であるが、第３のマイクロフォンを、マイクロフォンＭ1あるいはＭ2と同一垂直面内に配置して同様に距離を測定することもできる。また、補正回路２３Ｃ〜２３ＲBのイコライザ回路２３１〜２３１のＤＳＰは、１つとすることもできる。

〔略語の一覧〕
Ａ／Ｄ ：Analog to Digital
ＡＶ ：Audio and Visual
ＤＳＰ ：Digital Signal Processor
ＤＶＩ ：Digital Visual Interface
ＦＦＴ ：Fast Fourier Transform
ＩＦＦＴ：Inverse Fast Fourier Transform
ＬＣＤ ：Liquid Crystal Display
ＴＳＰ ：Time Stretched Pulse

この発明の一形態を示す系統図である。 マイクロフォンの設定例を示す斜視図である。 この発明による処理ルーチンの一形態を示すフローチャートである。 この発明を説明するための平面図である。 この発明を説明するための略線的な波形図である。 収音信号の測定例を示す波形図である。

符号の説明

１１…信号源、１２…ディスプレイ、１４Ｃ〜１４ＲB…スピーカ、２０…音場補正装置、２２…デコーダ回路、２３Ｃ〜２３ＲB…補正回路、２４…エンコーダ回路、３１…テスト信号形成回路、３４…解析判定回路、３５…制御回路、３７…表示手段、２３１…イコライザ回路、Ｍ1およびＭ2…マイクロフォン、Ｐ1およびＰ2…直接波による振幅、Ｑ1およびＱ2…間接波による振幅、ＳＰ…スピーカ、Ｗ1およびＷ2…直接波、ＷQ1およびＷQ2…間接波

Claims (8)

1. 所定の間隔ｄを有して配置された第１および第２のマイクロフォンによりスピーカから出力されるテストトーンを収音し、
   上記第１および第２のマイクロフォンの出力信号に所定値以上の大きな振幅Ｖ1、Ｖ2が得られるまでの時間から、上記スピーカから上記第１および第２のマイクロフォンまでの距離Ｌ1、Ｌ2およびその距離の差Ｌ12を算出し、
   この算出した距離差Ｌ12と、上記間隔ｄとの大小関係を判別し、
   この判別の結果、上記距離差Ｌ12が上記間隔ｄよりも小さいときは、上記大きな振幅Ｖ1、Ｖ2を上記テストトーンの直接波による振幅と判定し、
   上記判別の結果、上記距離差Ｌ12が上記間隔ｄよりも大きいときは、上記大きな振幅Ｖ1、Ｖ2のうち、後に得られた振幅に対して、先に得られた振幅の近辺をスキャンし、
   このスキャンの結果、上記先に得られた振幅の近辺に振幅が得られたときには、その得られた振幅と、上記先に得られた振幅とを上記テストトーンの直接波による振幅と判定する
   ようにしたテストトーンの判定方法。
2. 請求項１に記載のテストトーンの判定方法において、
   上記スキャンの結果、上記先に得られた振幅の近辺に振幅が得られないときには、
   上記大きな振幅Ｖ1、Ｖ2のうち、先に得られた振幅に対して、後に得られた振幅の近辺をスキャンし、
   このスキャンの結果、上記後に得られた振幅の近辺に振幅が得られたときには、その得られた振幅と、上記後に得られた振幅とを上記テストトーンの直接波による振幅と判定する
   ようにしたテストトーンの判定方法。
3. 請求項１に記載のテストトーンの判定方法において、
   上記テストトーンとして上記スピーカから出力されるテストトーン信号がインパルス信号、ＴＳＰ信号あるいはバースト波信号である
   ようにしたテストトーンの判定方法。
4. 所定の間隔ｄを有して配置された第１および第２のマイクロフォンによりスピーカから出力されるテストトーンを収音し、
   上記第１および第２のマイクロフォンの出力信号に所定値以上の大きな振幅Ｖ1、Ｖ2が得られるまでの時間およびその時間差Ｔ12を算出し、
   この算出した時間差Ｔ12が、上記間隔ｄに対応する時間よりも小さいかどうかを判別し、
   この判別の結果、上記時間差Ｔ12が上記間隔ｄに対応する時間よりも小さいときは、上記大きな振幅Ｖ1、Ｖ2を上記テストトーンの直接波による振幅と判定し、
   上記判別の結果、上記時間差Ｔ12が上記間隔ｄに対応する時間よりも大きいときは、上記大きな振幅Ｖ1、Ｖ2のうち、後に得られた振幅に対して、先に得られた振幅の近辺をスキャンし、
   このスキャンの結果、上記先に得られた振幅の近辺に振幅が得られたときには、その得られた振幅と、上記先に得られた振幅とを上記テストトーンの直接波による振幅と判定する
   ようにしたテストトーンの判定方法。
5. 請求項４に記載のテストトーンの判定方法において、
   上記スキャンの結果、上記先に得られた振幅の近辺に振幅が得られないときには、
   上記大きな振幅Ｖ1、Ｖ2のうち、先に得られた振幅に対して、後に得られた振幅の近辺をスキャンし、
   このスキャンの結果、上記後に得られた振幅の近辺に振幅が得られたときには、その得られた振幅と、上記後に得られた振幅とを上記テストトーンの直接波による振幅と判定する
   ようにしたテストトーンの判定方法。
6. 請求項４に記載のテストトーンの判定方法において、
   上記テストトーンとして上記スピーカから出力されるテストトーン信号がインパルス信号、ＴＳＰ信号あるいはバースト波信号である
   ようにしたテストトーンの判定方法。
7. 音場特性測定用のテストトーン信号を生成する信号形成回路と、
   入力オーディオ信号および上記信号形成回路からのテストトーン信号のいずれか一方の信号を選択してスピーカに出力する出力回路と、
   上記スピーカから出力されるテストトーンを、所定の間隔ｄを有して配置された第１および第２のマイクロフォンにより収音し、この第１および第２のマイクロフォンの出力信号を解析して上記スピーカから上記第１および第２のマイクロフォンまでの距離を算出する解析判定回路と、
   この解析判定回路により算出された距離に基づいて、上記入力オーディオ信号に少なくとも遅延処理を行う音場補正回路と
   を有し、
   上記解析判定回路における解析が、
   上記第１および第２のマイクロフォンの出力信号に所定値以上の大きな振幅Ｖ1、Ｖ2が得られるまでの時間から、上記スピーカから上記第１および第２のマイクロフォンまでの距離Ｌ1、Ｌ2およびその距離の差Ｌ12を算出し、
   この算出した距離差Ｌ12と、上記間隔ｄとの大小関係を判別し、
   この判別の結果、上記距離差Ｌ12が上記間隔ｄよりも小さいときは、上記大きな振幅Ｖ1、Ｖ2を上記テストトーンの直接波による振幅と判定し、
   上記判別の結果、上記距離差Ｌ12が上記間隔ｄよりも大きいときは、上記大きな振幅Ｖ1、Ｖ2のうち、後に得られた振幅に対して、先に得られた振幅の近辺をスキャンし、
   このスキャンの結果、上記先に得られた振幅の近辺に振幅が得られたときには、その得られた振幅と、上記先に得られた振幅とを上記テスト信号の直接波による振幅と判定する
   処理であるようにした音場補正装置。
8. 音場特性測定用のテストトーン信号を生成する信号形成回路と、
   入力オーディオ信号および上記信号形成回路からのテストトーン信号のいずれか一方の信号を選択してスピーカに出力する出力回路と、
   上記スピーカから出力されるテストトーンを、所定の間隔ｄを有して配置された第１および第２のマイクロフォンにより収音し、この第１および第２のマイクロフォンの出力信号を解析して上記スピーカから上記第１および第２のマイクロフォンまでの時間差を算出する解析判定回路と、
   この解析判定回路により算出された時間差に基づいて、上記入力オーディオ信号に少なくとも遅延処理を行う音場補正回路と
   を有し、
   上記解析判定回路における解析が、
   上記第１および第２のマイクロフォンの出力信号に所定値以上の大きな振幅Ｖ1、Ｖ2が得られるまでの時間およびその時間差Ｔ12を算出し、
   この算出した時間差Ｔ12と、上記間隔ｄに対応する時間との大小関係を判別し、
   この判別の結果、上記時間差Ｔ12が上記間隔ｄに対応する時間よりも小さいときは、上記大きな振幅Ｖ1、Ｖ2を上記テストトーンの直接波による振幅と判定し、
   上記判別の結果、上記時間差Ｔ12が上記間隔ｄに対応する時間よりも大きいときは、上記大きな振幅Ｖ1、Ｖ2のうち、後に得られた振幅に対して、先に得られた振幅の近辺をスキャンし、
   このスキャンの結果、上記先に得られた振幅の近辺に振幅が得られたときには、その得られた振幅と、上記先に得られた振幅とを上記テスト信号の直接波による振幅と判定する
   処理であるようにした音場補正装置。

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