JP4258472B2

JP4258472B2 - 拡声システム

Info

Publication number: JP4258472B2
Application number: JP2005019214A
Authority: JP
Inventors: 敦子伊藤
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2025-01-27
Also published as: JP2006211177A

Description

本発明は、拡声システムに関し、特に中小会議室などに適用して好適なものである。

話者と聴衆が同じ室内に存在しており、その会場の広さがある程度以上であって肉声だけでは話者の発声内容が十分に聞き取れない場合には、拡声が必要となる。
拡声を行なう場合、明りょうな音を収音するために、通常は、固定のマイクロフォンが設置されており、その位置で話者が音声を発するか、もしくは、話者がマイクロフォンを持ち歩くことが必要であった。そして、質疑応答のとき等、話者が変わる場合にも、質問者が固定マイクロフォンの位置まで移動するか、もしくは、マイクロフォンを移動させる必要があった。
また、再生系では、集中配置又は天井に分散配置されたスピーカが用いられることが多いが、集中配置の場合はスピーカ近傍において、また分散配置の場合では話者近傍において、必要以上に拡声され、同一室内において均一な拡声が行われていなかった。

なお、特許文献１には、固定マイクで収音された音声を天井に分散配置されたスピーカを用いて拡声するシステムにおいて、スピーカの音量をマイクロフォンに近づくにしたがって小さくなるように設定して肉声とスピーカの拡声音との合成音量を平均化するようにした寺院用音響システムが記載されている。
特開平９−６５４７０号公報

上述のように、従来の拡声システムにおいては、話者が固定マイクロフォンの位置まで移動したり、あるいは、マイクロフォンを話者の位置まで移動させたりすることが必要であった。
また、分散配置されたスピーカから出力される拡声音の音量を制御して肉声と拡声音との合成音量を均一化することが提案されているが、音響信号の伝搬遅延時間に対する考慮が払われていなかった。
さらに、ハウリングの危険性があるため、複数系統の拡声は困難であった。
そこで、本発明は、マイクロフォンの位置まで移動したり、あるいは、マイクロフォンを移動させたりする必要がなく、ハンズフリーでかつ高品質の拡声ができる拡声システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の拡声システムは、天井に分散配置された複数のマイクロフォンであって、各マイクロフォンは制限された指向性を有する複数のマイクロフォンと、前記天井に分散配置された複数のスピーカであって、各スピーカは制限された指向性を有する複数のスピーカと、前記複数のマイクロフォンからの入力信号に基づいて入力信号レベルの高いマイクロフォンを音源位置として検出し、該音源位置として検出したマイクロフォンを指定する信号を出力する音源位置検出手段と、前記複数のマイクロフォンからの信号が入力され、前記音源位置検出手段から出力される信号により指定されたマイクロフォンから入力された信号を選択して出力する入力切替手段と、前記入力切替手段から出力される前記音源位置として検出されたマイクロフォンから入力された信号を、該マイクロフォンと各スピーカとの間の距離に応じたゲインと遅延時間をそれぞれ持たせて、前記複数のスピーカに出力するスピーカ出力調整手段とを有する拡声システムであって、前記音源位置検出手段は、入力信号レベルが所定値以上である複数のマイクロフォンを音源位置として同時に検出し、該音源位置として検出した複数のマイクロフォンを指定する信号を出力し、前記入力切替手段は、前記音源位置検出手段から出力される複数のマイクロフォンを指定する信号により指定された複数のマイクロフォンから入力された信号を同時に選択して出力し、前記スピーカ出力調整手段は、前記音源位置として検出された複数のマイクロフォンに対応して複数系統が構成され、前記音源位置として検出された複数のマイクロフォンからそれぞれ入力された信号に対し、それぞれのマイクロフォンと各スピーカとの間の距離に応じたゲインと遅延時間を前記複数系統のそれぞれに持たせて、同時に前記複数のスピーカに出力するものである。

本発明の拡声システムによれば、天井に分散配置されている複数のマイクロフォンにより音源位置（話者の位置）を検出し、該音源位置のマイクロフォンにより収音するようにしているため、話者はマイクロフォンを持ち歩く必要がない。
そして、音源位置に対応するマイクロフォンからの入力信号を天井に分散配置された複数のスピーカからレベル及び遅延時間を制御して拡声しているため、同一室内において均一な拡声が可能となる。
さらに、新たな音源位置が検出されると、マイクロフォンが切り替わり、それに応じて、スピーカから拡声される信号の出力レベルと遅延時間も変更されるので、話者が移動した場合にも均一な拡声が可能である。
さらにまた、マイクロフォンとスピーカの指向性の制限により、同一室内においても同時に複数の系統での拡声が可能である。

図１は、本発明の拡声システムの全体構成を示すブロック図である。この拡声システムは、話者の肉声だけでは全ての聴取者が十分に聞き取ることができない中小型の会議室などに好適である。
この図において、１は本発明の拡声システムが設備される部屋の天井に分散配置された複数（ｍ個）のマイクロフォン、５は同じく天井に分散配置された複数（ｎ個）のスピーカである。ここで、各マイクロフォン１（MIC1〜MICm）はそれぞれの近傍のエリアにおける音のみを収音するように制限された指向性を有しており、天井に分散配置されたｍ個のマイクロフォン１で全室内をカバーするようになされている。同様に、各スピーカ５（SP1〜SPn）もそれぞれの近傍エリアにのみ拡声するように制限された指向性を有するものとされており、天井に分散配置されたｎ個のスピーカ５で全室内をカバーすることができるようになされている。なお、前記複数のマイクロフォン１の配置間隔及び前記複数のスピーカ５の配置間隔は、それぞれの指向性や天井高に応じて決定される。ただし、マイクロフォンとスピーカの間隔はなるべく離れた位置になるように配置することが望ましい。
また、前記複数のスピーカ５には平面スピーカを使用しても良く、また、スピーカをシステム天井の一部として使用しても良い。

２は、前記複数のマイクロフォン１の各マイクロフォン（MIC1〜MICm）からの入力信号のレベルを監視して話者の位置を検知するとともに、入力切替部３及びスピーカ出力調整部４への制御信号を出力する音源位置検出部、３は前記音源位置検出部２からの信号に基づいて話者が位置する場所に対応するマイクロフォンMICiから入力される信号を選択する入力切替部、４は該入力切替部３で選択された信号に対して前記複数のスピーカ５にそれぞれ対応したレベル制御及びディレイ制御を行って前記複数のスピーカ５（SP1〜SPn）に出力するスピーカ出力調整部である。

前記音源位置検出部２は、前記複数のマイクロフォン（MIC1〜MICm）からの入力信号をモニタし、所定レベル以上の入力信号のうち最も入力信号レベルの高いマイクMICiを音源位置（話者の位置）であると判定する。なお、話者が発話を停止し、所定レベル以上の入力信号を有するマイクロフォンがないときには、音源位置がないものと判定する。
また、前記音源位置検出部２は、音源位置であると判定されたマイクMICiからの入力信号を前記複数のスピーカ５（SP1〜SPn）から拡声して出力するときに、室内のどの位置においても聴取位置の高さにおける音圧レベルが均一となるように、前記各スピーカ（SP1〜SPn）から出力する信号に対する出力レベルと遅延時間（ディレイ）を設定するための制御信号を前記スピーカ出力調整部４に出力する。
ここで、前記各スピーカからの出力信号レベルについては、話者からの直接音とそのスピーカからの拡声音の和が室内のどの位置でも一定となるようにスピーカの出力レベルを決定する。すなわち、直接音の距離減衰を補うように、音源位置から遠い位置にあるスピーカの出力レベルを制御するものであり、音源位置（マイクロフォンの位置）と各スピーカとの距離に基づいて演算により各スピーカの出力レベルを求めても良いし、予め各音源位置ごとに各スピーカに対応する出力レベルを記録したテーブルを作成しておき、該テーブルを参照することにより各スピーカから出力する信号の出力レベルを決定するようにしても良い。
また、前記ディレイ量は、音源位置から発せられる直接音が各スピーカ位置に到達するのに要する時間に対応する遅延時間をそれぞれのスピーカから出力される拡声信号に付与するものであり、音源位置（マイクロフォンの位置）と各スピーカとの距離に基づいて算出するようにしてもよいし、予め各音源位置ごとに各スピーカまでの遅延時間を記録したテーブルを作成しておき、該テーブルを参照することによりディレイ量を決定するようにしても良い。

前記入力切替部３は、前記音源位置検出部２からの出力信号（音源位置であると検知されたマイクロフォンを指定する信号）に基づいて、そのマイクロフォンからの入力信号を選択して、スピーカ出力調整部４に出力する。
前記スピーカ出力調整部４は、前記入力切替部３により選択された入力信号に対して、前記音源位置検出部２から供給される制御信号に基づいて、前記複数のスピーカ５に出力する信号の出力レベル及びディレイ量を各スピーカごとに設定する。
ここで、話者が発話を停止したときは、前記音源位置検出部２から音源位置を指定する信号が出力されなくなり、前記入力切替部３は入力信号を前記スピーカ出力調整部４に出力しない。
そして、他の話者が発話を開始したときは、前記音源位置検出部２は、該新しく発話を開始した話者の近傍のマイクロフォンMICjを音源位置であると判定し、該マイクロフォンを識別する信号を前記入力切替部３に出力する。これにより、今度は、マイクロフォンMICjからの入力信号が前記スピーカ出力調整部４に供給され、該マイクロフォンMICjが音源位置であるときの出力レベル及びディレイを施された拡声信号が各スピーカ５から出力されることとなる。

なお、複数の話者が同時に発声しており、音源が複数ある場合には、同時に複数系統の拡声を行うようにすることもできる。以下、２系統の拡声を行う場合について説明する。複数のマイクロフォン（MIC1〜MICm）からの入力信号をモニタし、所定レベル以上の入力信号が２本のマイクMICi、MICjにある場合に、この２本のマイクMICi、MICjに音源が位置すると判定し、MICi、MICjをオンとする（MICi、MICjからの信号を選択する）。また、MICi付近にいた話者が発話を停止し、MICiに所定レベル以上の入力信号がなくなった場合は、その位置の音源がなくなったものと判断し、MICiをオフとする。さらに、音源がなくなったと判断された後に、他のマイクロフォンMICkに所定レベル以上の入力信号があった場合には、そのマイクに音源位置が移動又は新たな音源が発生したと判定し、新たにMICkをオンとする。複数の音源がある場合は、該複数の音源位置に対応するマイクロフォンごとに、上述した１系統の場合と同様に、室内のどの位置においても音圧レベルが均一となるように各スピーカの出力レベルとディレイ量を制御して拡声を行う。この場合には、前記入力切替部３において、複数（例えば、２個）のマイクロフォンからの入力信号を選択し、複数系統の入力信号を処理することのできる前記スピーカ出力調整部４において、それぞれの入力信号に対して、各スピーカに出力する信号のレベルとディレイ量を制御し、両系統の出力信号を加算して各スピーカに出力すればよい。
このように、本発明においては、各マイクロフォン及び各スピーカがともに制限された指向性を有するもの（指向角が狭いもの）とされており、また、選択されたマイクロフォン近傍のスピーカ出力を小さく、該マイクロフォンから遠いスピーカ出力を大きくするようにしているので、ハウリングの危険が少なく、複数のマイクロフォンからの入力を同時に拡声することができる。

図２は、本発明の拡声システムのより具体的な実施の形態の構成を示す図である。なお、この実施の形態は、同時に２系統までの入力信号を処理することができるようになされている。
図２において、前記図１と同一の構成要素には同一の番号を付して説明を省略する。
前述のように天井に分散配置された複数のマイクロフォン１（MIC1〜MICm）で収音された入力信号は、それぞれヘッドアンプ群１１で増幅された後、Ａ／Ｄ変換部１２でデジタルデータに変換される。Ａ／Ｄ変換部１２から出力された各マイクロフォンからの入力信号は、前記音源位置検出部２に入力され、音源位置が検知される。すなわち、所定レベル以上の入力信号のうち、最も入力信号のレベルの高いマイクロフォンの近傍のエリア（そのマイクロフォンにより集音される範囲内）に話者が存在しているものと判断し、そのマイクロフォン（MICi）の位置を音源位置であると判定する。
そして、前記音源位置検出部２は、音源位置であると判定されたマイクロフォンを指定する情報を入力切替部３、後述するスイッチ群１３，１５及び出力レベル／ディレイ設定部１４，１６に出力する。

前記入力切替部３は、＃１及び＃２で示す２系統の出力を有し、前記音源位置検出部２により音源位置であると判定されたマイクロフォンからの入力信号を２つの出力のうちいずれかに選択的に接続する。例えば、最初に検知された音源位置に対して、当該マイクロフォンからの入力信号を第１の出力＃１に接続し、その後、２人目の話者が検知されたときは、そのマイクロフォンからの入力信号を第２の出力＃２に接続する。
１３と１４は、前記入力切替部３の第１の出力＃１を介して供給される入力信号に対して、分散配置された複数のスピーカ５の各スピーカごとにレベルの制御及び遅延時間制御を施して出力するものであり、１３は、該入力信号がどのマイクロフォンからの信号であるかに応じてオン／オフ制御されるスイッチ群、１４は、各マイクロフォンごとに各スピーカに対応するレベル及びディレイの制御を行うスピーカ出力調整部である。
同様に、１５は前記入力切替部３の第２の出力＃２に対応したスイッチ群であり、１６は該スイッチ群１５で選択されたマイクロフォンからの入力信号に対して、各スピーカに対応したレベル制御及びディレイの制御を行うスピーカ出力調整部である。

前記入力切替部３の第１の出力＃１から出力された入力信号（MICiで収音された信号）は、スイッチ群１３を介して出力レベル／ディレイ設定部１４の対応するレベル／ディレイ設定部１４−ｉに供給される。すなわち、前記スイッチ群１３において、前記音源位置検出部２からの音源位置のマイクロフォンを指定する情報に基づいて対応するスイッチ（MICiのスイッチ）がオンとされ、他のマイクロフォンに対応するスイッチはオフ状態のままとされる。これにより、前記入力切替部３の第１の出力＃１を介して入力されるMICiにより収音された信号が前記スイッチ群１３のオン状態とされたスイッチを介して出力レベル／ディレイ設定部１４内の対応するマイクロフォン（MICi）用のレベル／ディレイ設定部１４−ｉに供給される。
出力レベル／ディレイ設定部１４には、図示するように、各マイクロフォン対応にレベル／ディレイ設定部１４−１〜１４−ｍが設けられており、各レベル／ディレイ設定部１４−ｉは、図２の右下に記載されているように、各スピーカ対応に、そのマイクからの伝搬遅延時間に対応する時間遅延を施す遅延処理部２１とそのマイクからの距離減衰を補うことができるように出力レベルを制御するレベル制御部２２が設けられている。これにより、前記スイッチ群１３でオンとされたスイッチに接続されたレベル／ディレイ設定部１４−ｉにそのマイクロフォンMICiからの入力信号が供給され、各スピーカ対応の遅延とレベル制御が施されて出力される。ここで、各遅延処理部２１には、そのマイクロフォンの位置からそのスピーカまでの音声信号の伝搬遅延時間に対応する遅延時間が設定されている。また、各レベル制御部２２には、そのマイクロフォン位置で発声したときに、そのスピーカ位置の聴取者に到達する直接音と該スピーカから放射される拡声音の和がスピーカ位置にかかわらず均一な値となるような、そのスピーカから出力する拡声音のゲインが設定されている。
このように、この実施の形態においては、各マイクロフォンごとに前記複数のスピーカ５の各スピーカにそれぞれ出力する信号のレベル及びディレイ量を予め設定したレベル／ディレイ設定部１４−１〜１４−ｍを設け、前記スイッチ群１３により選択されたマイクロフォンに対応するレベル／ディレイ設定部にそのマイクロフォンからの信号を供給するようにしている。

なお、第２の話者が発話を開始し、前記音源位置検出部２において第２の音源位置が検知されたときは、音源位置検出部２からその音源位置であるマイクロフォン（MICjとする。）を示す情報が前記入力切替部３に供給され、該マイクロフォン（MICj）からの入力信号が前記入力切替部３の第２の出力＃２に接続されるように制御される。
該第２の出力＃２を介して出力される入力信号は、前記第１の系統用のスイッチ群１３と同様に構成された第２の系統用のスイッチ群１５に供給され、当該マイクロフォン（MICj）に対応するスイッチがオンとされて、該MICjからの入力信号が対応するレベル／ディレイ設定部１６−ｊに供給される。これにより、第２の話者によるMICjからの入力信号に対して、前記第１の系統用の出力レベル／ディレイ設定部１４と同様に構成された出力レベル／ディレイ設定部１６において、上述の場合と同様に、各スピーカに対応する遅延処理とレベル制御が行われる。

前記出力レベル／ディレイ設定部１４からのマイクロMICiからの入力信号に各スピーカ対応に出力レベル及びディレイ時間を設定した信号と、前記出力レベル／ディレイ設定部１６からのマイクMICjからの入力信号に各スピーカ対応に出力レベル及びディレイ時間を設定した信号は、ミキサー１７で加算され、Ｄ／Ａ変換器群１８でそれぞれアナログ信号に変換されて、増幅器群１９でそれぞれ電力増幅され、対応する各スピーカ５（SP1〜SPn）から出力される。
これにより、室内のどの位置においても、均一のレベルで話者による発音を聴取することができる。

図３は、前記出力レベル／ディレイ設定部１４により各スピーカ５に対して施される遅延時間とレベル設定量の一例を示す図である。
この図に示した例においては、マイクロフォン３１が音源位置であると判定されたものとしている。このとき、音源位置のマイクロフォン３１の近傍（第１列と第２列）に配置されているスピーカに対しては、レベルが−∞（出力せず）、ディレイが０[ms]とされており、マイクロフォン３１から離れた位置のスピーカに対しては、その距離に比例したディレイ量及び出力レベルとされていることがわかる。
これにより、室内のどの場所においても、均一の音量で聴取することが可能となる。
なお、この図に示した例では、処理量を少なくするために、スピーカが配置されている列ごとにディレイ量及び出力レベルを設定したが、よりきめ細かく各スピーカごとにディレイ量と出力レベルを設定するようにしてもよい。

本発明の拡声システムの概略構成を示すブロック図である。本発明の拡声システムの一実施の形態の構成を示すブロック図である。各スピーカから出力される信号の出力レベル及びディレイ量の一例を示す図である。

符号の説明

１：マイクロフォン群、２：音源位置検出部、３：入力切替部、４：スピーカ出力調整部、５：スピーカ群、１１：ヘッドアンプ、１２：Ａ／Ｄ変換器群、１３，１５：スイッチ群、１４，１６：出力レベル／ディレイ設定部、１７：ミキサー、１８：Ｄ／Ａ変換器群、１９：パワーアンプ群、２１：ディレイ設定部、２２：レベル設定部

Claims

天井に分散配置された複数のマイクロフォンであって、各マイクロフォンは制限された指向性を有する複数のマイクロフォンと、
前記天井に分散配置された複数のスピーカであって、各スピーカは制限された指向性を有する複数のスピーカと、
前記複数のマイクロフォンからの入力信号に基づいて入力信号レベルの高いマイクロフォンを音源位置として検出し、該音源位置として検出したマイクロフォンを指定する信号を出力する音源位置検出手段と、
前記複数のマイクロフォンからの信号が入力され、前記音源位置検出手段から出力される信号により指定されたマイクロフォンから入力された信号を選択して出力する入力切替手段と、
前記入力切替手段から出力される前記音源位置として検出されたマイクロフォンから入力された信号を、該マイクロフォンと各スピーカとの間の距離に応じたゲインと遅延時間をそれぞれ持たせて、前記複数のスピーカに出力するスピーカ出力調整手段と
を有する拡声システムであって、
前記音源位置検出手段は、入力信号レベルが所定値以上である複数のマイクロフォンを音源位置として同時に検出し、該音源位置として検出した複数のマイクロフォンを指定する信号を出力し、
前記入力切替手段は、前記音源位置検出手段から出力される複数のマイクロフォンを指定する信号により指定された複数のマイクロフォンから入力された信号を同時に選択して出力し、
前記スピーカ出力調整手段は、前記音源位置として検出された複数のマイクロフォンに対応して複数系統が構成され、前記音源位置として検出された複数のマイクロフォンからそれぞれ入力された信号に対し、それぞれのマイクロフォンと各スピーカとの間の距離に応じたゲインと遅延時間を前記複数系統のそれぞれに持たせて、同時に前記複数のスピーカに出力することを特徴とする拡声システム。