JP4269987B2

JP4269987B2 - 音響再生システム及び音響再生装置

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Publication number: JP4269987B2
Application number: JP2004081030A
Authority: JP
Inventors: 宏平浅田; 徹徳板橋; 吾朗白石
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2024-03-19
Also published as: JP2005269402A

Description

本発明は、スピーカアレイを用いた音響再生システム及び音響再生装置に関するものである。

近年、例えば５．１チャンネルサラウンドシステムなど、複数のスピーカを用いたマルチチャンネルサラウンドシステムが広く普及している。しかし、このようなサラウンドシステムは、複数のスピーカを設置しなければならないため、例えば居住空間が狭くなってしまう問題があった。

このような問題に対して、複数のスピーカを直線状又は平面状に配置したスピーカアレイを用いることにより、マルチチャンネル再生を行う方法がある。このスピーカアレイは、複数のスピーカから、レベル、位相、遅延時間等の信号処理された音波を出力することにより、音波に指向性を持たせ、視聴者に音像の定位感を与えるものである。

そして、特許文献１には、このようなスピーカアレイを部屋の天井ないし天井付近に設置し、部屋の壁面等による音の反射を利用して音場を再生する技術が開示されている。

特開平９−２３３５９１号公報

しかし、上記特許文献１記載の技術では、スピーカアレイを部屋の天井に設置させるための工事が必要となってしまうばかりではなく、天井の設置場所によっては、受聴者にスピーカアレイから意図しない漏れ音が聞こえる場合があり、マルチチャンネルとしての定位感や音質を損ねる虞があった。

本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであり、定位感を損ねることなく、マルチチャンネル再生を行う音響再生システム及び音響再生装置を提供することを目的とする。

そこで、上述した目的を達成するために、本発明に係る音響再生システムは、音波に指向性を与えるスピーカアレイと、上記スピーカアレイから出力された音波のうち広い指向性を持つ中低音域の音波を音波同士の干渉により打ち消す中低音域打消し用スピーカとを有する音響再生装置と、上記スピーカアレイから出力された直接音を反射するとともに映像を表示する表示画面と、上記表示画面で反射された間接音を反射する少なくとも１以上の反射面とを備え、上記音響再生装置は、上記中低音域打消し用スピーカの開口部が上記スピーカアレイの開口部の向きと反対に設置され、上記表示画面及び上記反射面で反射された間接音によって上記中低音域打消し用スピーカの開口部側の空間に音場を再生する。

また、本発明に係る音響再生装置は、音波に指向性を与えるスピーカアレイと、上記スピーカアレイから出力された音波のうち広い指向性を持つ中低音域の音波を音波同士の干渉により打ち消す中低音域打消し用スピーカとを備え、上記中低音域打消し用スピーカの開口部が上記スピーカアレイの開口部の向きと反対に設置され、上記スピーカアレイから出力された直接音が映像を表示する表示画面で反射され、上記表示画面で反射された間接音が少なくとも１以上の反射面で反射され、上記表示画面及び上記反射面で反射された間接音によって上記中低音域打消し用スピーカの開口部側の空間に音場を再生する。

スピーカアレイの開口部の向きとは反対の方向に音場空間を再現するため、スピーカアレイからの直接音による漏れを防ぐことができ、分離能の優れたマルチチャンネル再生が可能となる。

以下、本発明の具体的な実施の形態として、スピーカアレイを用いて音場空間を再現する音響再生システムについて説明する。本発明の具体例として示す音響再生システムは、スピーカアレイの開口部を受聴者とは反対側に向け、壁や天井等の反射を利用することにより受聴者位置に音場を再生するものである。なお、本実施の形態においては、ディスプレイ装置のＡＶ（Audio Visual）システムに備えられる音響再生システムを例に挙げて説明するが、特にディスプレイ装置はなくても音響再生システムを構築することが可能である。

図１は、本実施の形態の音響再生システムにおける音響再生装置の配置例を示す図である。本実施の形態の音響再生システムは、壁、天井、床等の反射面を有する空間１１と、空間１１の壁、天井、床等を反射面とし、視聴者１３周辺の空間に反射音により音場を再現するように配置されたスピーカアレイ装置１２と、音を反射する映像面を有するディスプレイ装置１４とを有している。

スピーカアレイ装置１２は、複数のスピーカユニットから構成されるスピーカアレイを備え、各スピーカユニットの開口部がディスプレイ装置１４の方向を向くように設置される。そして、スピーカアレイ装置１２は、スピーカアレイの指向性を制御し、各スピーカユニットの開口部が向けられた方向とは反対側の視聴者１３周辺に音場を再生する。したがって、視聴者１３周辺の空間には、各スピーカユニットの開口部から発せられた定位感を損ねる直接音が到達することはほとんどない。

このような構成によれば、視聴者１３周辺の空間には、直接音がディスプレイ装置１４の画面に反射した間接音と、ディスプレイ装置１４の画面に反射し、空間１１の壁、天井、床等に反射した間接音とが到達し、これらの間接音を音源とするマルチチャンネルサラウンドシステムが実現される。なお、ディスプレイ装置１４の画面や空間１１の壁、天井、床等は、適当な反射率を有する材料から形成されている。

次に、本実施の形態におけるスピーカアレイ装置１２について説明する。

図２は、本実施の形態におけるスピーカアレイ装置１２の全体構成を示す図である。スピーカアレイ装置１２は、複数のスピーカユニットから構成されるスピーカアレイ２１と、スピーカユニットの開口部の向きとは反対方向に開口部を向けるようにして設けられた中低音域打消用スピーカ２２と、低音域の音を出力する低音域再生用スピーカ２３とを備えている。

ここで、スピーカアレイ２１について、図３を参照し説明する。スピーカアレイ２１を構成するスピーカユニット３１_１〜３１_ｎは、スピーカユニット３１_１〜３１_ｎの正面軸（中心軸）Ｙ_１〜Ｙ_ｎが平行となるように、かつ、スピーカユニット３１_１〜３１_ｎのコーン（振動板）が正面軸Ｙ_１〜Ｙ_ｎの方向において等しい位置となるように配置される。

そして、オーディオ信号として例えば正弦波信号を、ソース３４から遅延回路３３_１〜３３_ｎ及び増幅回路３２_１〜３２_ｎを介してスピーカユニット３１_１〜３１_ｎに供給する。

例えば、図中の音圧増強点Ｐを設定し、各スピーカユニット３１_１〜３１_ｎから音圧増強点Ｐまでの距離をＬ１〜Ｌｎ、音速をｓとすると、遅延回路３３_１〜３３_ｎの遅延時間τ１〜τｎは、次式で表される。

τ１＝（Ｌｎ−Ｌ１）／ｓ
τ２＝（Ｌｎ−Ｌ２）／ｓ
・・・・
τｎ＝（Ｌｎ−Ｌｎ）／ｓ
したがって、ソース３４から出力されるオーディオ信号がスピーカユニット３１_１〜３１_ｎにより音波に変換されて出力されるとき、それらの音波は上式で示される時間τ１〜τｎだけ遅れて出力されることになる。つまり、それらの音波が音圧増強点Ｐに到達するとき、すべて同時に到達することになり、音圧増強点Ｐの音圧は周囲よりも大きくなる。

また、スピーカユニット３１_１〜３１_ｎから出力される進行波（音波）の位相波面が同じになるように、遅延回路３３_１〜３３_ｎの遅延時間τ１〜τｎを設定することにより、音波に指向性を与えるとともに、その指向方向を音圧増強点Ｐの方向とすることもできる。なお、遅延回路３３_１〜３３_ｎ及び増幅回路３２_１〜３２_ｎは、その指向性を外部からの制御信号により制御される。

図２に戻って、中低音域打消用スピーカ２２は、その開口部をスピーカアレイ２１の開口部の向きとは反対方向に向けて設けられている。このような構成により、スピーカアレイ２１の開口部がディスプレイ装置１４側、中低音域打消用スピーカ２２の開口部が視聴者１３側を向くようにスピーカアレイ装置１２を配置することができる。

スピーカアレイ２１の各スピーカユニットは、筐体内に埋められているため、スピーカアレイ２１の開口部からの音が視聴者１３に到達することはほとんどないが、背面に回りこむ回折による漏れ音がある場合は、音像の定位感を損ねてしまう。

また、スピーカアレイ２１から出力される音波に十分鋭い指向性を与えるためには、スピーカアレイ２１の全長を出力する音波の波長の数倍にしなければならない。例えば、１ｋＨｚの周波数の音波における１波長は３４ｃｍであるから、これ以下の周波数で十分な指向性を得ようとすると、１ｍ〜数ｍの長さが必要となってしまう。このため、スピーカアレイ２１を実用的な寸法内に収めると、鋭い指向性を与えることができない中低音域の音波が生じてしまい、視聴者１３に意図しない漏れ音が聞こえてしまう。

このようなことにより、中低音域打消用スピーカ２２は、視聴者が感じる音像の定位感を損ねる漏れ音とは逆相の音波を視聴者１３方向に出力して漏れ音を打ち消し、視聴者１３周辺の音像の定位感を保つことができる。

低音域再生用スピーカ２３は、低音域の音波を出力するものであるが、一般に、人間は１５０Ｈｚ程度以下の音波の方向を検知することができないため、指向性を与えなくてもよい。なお、中低音域打消用スピーカ２２と低音域再生用スピーカ２３とを、同一のスピーカを用いて構成してもよい。

図４は、本実施の形態におけるスピーカアレイ装置１２のブロック図である。ソース４０から取り出されたディジタルオーディオ信号は、スピーカアレイ用信号処理部４１、低音域再生用信号処理部４４及び中低音域打消し用信号処理部４７に供給される。

スピーカアレイ用信号処理部４１は、例えばハイパスフィルタを用いることにより、ソース４０から供給されたディジタルオーディオ信号から低音域をカットし、指向性を付与する中高音域の信号に対して遅延や位相のシフト（移相）を行う。そして、スピーカアレイ用増幅部４２は、Ｄ／Ａ変換部（図示せず）で変換されたオーディオ信号のレベルを減衰ないし増幅し、スピーカアレイ４３を構成するスピーカユニットに供給する。

また、一般に、人間が方向を検知することができない１５０Ｈｚ程度以下の音域の信号は、低音域再生用信号処理部４４にて、ディジタルオーディオ信号から取り出される。そして、取り出された低音域の信号は、Ｄ／Ａ変換部（図示せず）でＤ／Ａ変換され、低音域再生用増幅部４５を介して低音域再生用スピーカ４６に供給される。

また、中低音域打消し用信号処理部４７は、ソース４０から取り出されたディジタルオーディオ信号の信号処理として、例えば、幾つかの漏れ予測フィルタをデータベース（図示せず）に記憶しておき、漏れ音の変化を見越したフィードフォワード制御を行う。また、漏れ予測フィルタを視聴者が任意に選択してもよい。例えば、部屋の中などの閉じられた空間でスピーカアレイ装置１２を使用する場合、スピーカアレイ装置１２と視聴者１３の位置関係は限られるため、視聴者１３はその位置関係に基づいて漏れ予測フィルタの係数を選択する。信号処理された信号は、Ｄ／Ａ変換され、中低音域打消し用増幅部４８を介して逆相用のスピーカである中低音域打消し用スピーカ４９に供給される。

このように、本実施の形態におけるスピーカアレイ装置１２は、視聴者１３の位置をある程度想定しているため、予測されたフィルタなどを用いて信号処理をすることが可能となる。

次に、空間１１の壁面等の反射を利用した指向性について説明する。図５は、スピーカアレイ装置１２から視聴者１３への音の反射経路の例を示す図である。反射経路５１は、ディスプレイ装置１４の画面、壁面１１ａ及び壁面１１ｂを反射する３回反射であり、音像を視聴者１３の右後方に定位させる。また、反射経路５２は、ディスプレイ装置１４の画面及び壁面１１ａを反射する２回反射であり、音像を視聴者１３の右前方に定位させる。また、反射経路５３は、ディスプレイ装置１４の画面を反射する１回反射であり、音像を視聴者１３の前方に定位させる。また、図６に示す反射経路６１のように、ディスプレイ装置１４の画面、壁面１１ａ、天井面１１ｃ及び壁面１１ｂの４面を反射させ、音像を定位させてもよい。このような複数の反射経路により、視聴者１３は、複数の音像の定位感を得ることができ、分離能の高いマルチチャンネル再生を楽しむことができる。

また、上述の反射経路は、その反射回数に基づいて部屋全体の虚像を考えると、開放空間と等価と考えることができる。例えば、図６に示す視聴者１３の後方からの音像の反射経路６１を考えると、図７に示すように、開放空間における視聴者１３の虚像の位置１３ａを音圧増強点とみなすことができる。図７（ａ）は、視聴者１３を横から見た虚像の開放空間を示す図であり、図７（ｂ）は、視聴者１３を上から見た虚像の開放空間を示す図である。今、虚像の視聴者１３ａにスピーカアレイ２１の焦点あるいは指向方向を設定すると、図７（ａ）より天井面の通過は、１回であり、図７（ｂ）より側面の通過は、３回である。すなわち、実際の視聴者１３には、天井面１回及び側面３回の計４回の反射により音圧を与えることができる。

このように、本実施の形態におけるスピーカアレイ装置１２によれば、部屋全体の虚像を考え、スピーカアレイ２１の指向性を制御することにより、従来のようにスピーカを視聴者１３の後方や側方に複数配置しなくても、マルチチャンネルサラウンド再生が可能となる。

なお、本実施の形態では、ディスプレイ装置１４の画面にスピーカアレイ２１の開口部を向けることとしたが、視聴者１３背後の壁面１１ｂにスピーカアレイ２１の開口部を向けても同様である。

また、ディスプレイ装置１４の画面の性質により、音の反射が十分でない場合、図８に示すようにガラス等の透明かつ音を反射する反射板８１を、ディスプレイ装置１４の画面の前に設置してもよい。

上記実施の形態では、ＰＤ（Plasma Display）やＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの自発光型のディスプレイ装置１４を用いたＡＶシステムをして説明したが、投射型プロジェクタ装置を用いたＡＶシステムにも本発明を適用させることができる。

図９に示すスピーカアレイ装置９１は、プロジェクタ機能を内蔵しているものである。このスピーカアレイ装置９１を用いた音響再生システムは、図１に示す音響再生システムの配置と同様である。スピーカアレイ装置９１は、投射穴９２から投射型プロジェクタ装置のスクリーン画面に映像を投射するとともに、スピーカアレイ９３からスクリーン画面に指向性を有する直接音を出力する。なお、スピーカアレイ装置９１を視聴者の後方に設置して映像を投射する場合は、スクリーン画面とは反対側の壁面にスピーカアレイの開口部を向け、壁面に反射された間接音により視聴者付近に音場を再生する。

また、図１０に示すようにＣＤ（Compact Disc）などのプレイヤー機能を備えていてもよい。このスピーカアレイ装置１０１は、スピーカアレイ１０２の開口部が受聴者の方向とは反対方向に向くように置かれる。したがって、スピーカアレイ１０２の開口部の反対側に操作パネルや液晶パネル部などを設けるようにしてもよい。

なお、上記実施の形態では、閉じられた空間内での壁面による音の反射を利用したが、これに限定されるものではなく、開空間において、例えば反射板を用いて所望の空間にマルチチャンネル再生を行うようにしてもよい。

本実施の形態の音響再生システムにおける音響再生装置の配置例を示す図である。本実施の形態におけるスピーカアレイ装置の全体図である。スピーカアレイの一部分を示す図である。本実施の形態におけるスピーカアレイ装置のブロック図である。スピーカアレイ装置から視聴者への音の反射経路の例を示す図である。スピーカアレイ装置から視聴者への音の反射経路を説明する図である。スピーカアレイ装置から視聴者への音の反射経路の例を示す図である。他の実施の形態の音響再生システムにおける音響再生装置の配置例を示す図である。他の実施の形態におけるスピーカアレイ装置の全体図である。他の実施の形態におけるスピーカアレイ装置の全体図である。

符号の説明

１１空間、１２スピーカアレイ装置、１３視聴者、１４ディスプレイ装置、２１スピーカアレイ、２２中低音域打消用スピーカ、２３低音域再生用スピーカ、３１_１〜３１_ｎスピーカユニット、３２_１〜３２_ｎ増幅回路、３３_１〜３３_ｎ遅延回路、３４ソース、４０ソース、４１スピーカアレイ用信号処理部、４２スピーカアレイ用増幅部、４３スピーカアレイ、４４低音域再生用信号処理部、４５低音域再生用増幅部、４６低音域再生用スピーカ、４７中低音域打消し用信号処理部、４８中低音域打消し用増幅部、４９中低音域打消し用スピーカ、８１反射板

Claims

音波に指向性を与えるスピーカアレイと、上記スピーカアレイから出力された音波のうち広い指向性を持つ中低音域の音波を音波同士の干渉により打ち消す中低音域打消し用スピーカとを有する音響再生装置と、
上記スピーカアレイから出力された直接音を反射するとともに映像を表示する表示画面と、
上記表示画面で反射された間接音を反射する少なくとも１以上の反射面とを備え、
上記音響再生装置は、上記中低音域打消し用スピーカの開口部が上記スピーカアレイの開口部の向きと反対に設置され、上記表示画面及び上記反射面で反射された間接音によって上記中低音域打消し用スピーカの開口部側の空間に音場を再生する音響再生システム。
上記中低音域打消し用スピーカは、上記中低音域を打ち消す音波とともに低音域の音波を出力する請求項１記載の音響再生装置。
音波に指向性を与えるスピーカアレイと、
上記スピーカアレイから出力された音波のうち広い指向性を持つ中低音域の音波を音波同士の干渉により打ち消す中低音域打消し用スピーカとを備え、
上記中低音域打消し用スピーカの開口部が上記スピーカアレイの開口部の向きと反対に設置され、
上記スピーカアレイから出力された直接音が映像を表示する表示画面で反射され、上記表示画面で反射された間接音が少なくとも１以上の反射面で反射され、上記表示画面及び上記反射面で反射された間接音によって上記中低音域打消し用スピーカの開口部側の空間に音場を再生する音響再生装置。
上記中低音域打消し用スピーカは、上記中低音域を打ち消す音波とともに低音域の音波を出力する請求項３記載の音響再生装置。