JP4760249B2 - スピーカアレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、所望の位置にて他の位置より音圧レベルが高くなるように複数のスピーカのそれぞれから出力される音を制御することができるスピーカアレイ装置に関する。

従来から、複数のスピーカを備え、聴取者の近傍にて他の位置より高い音圧レベルが得られるように、この複数のスピーカのそれぞれから出力される音を制御するスピーカアレイ装置が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
特開平９−２３３５９１号公報

この従来の装置によれば、各スピーカから出力された音は、音圧レベルが高められた位置（実際にはスピーカが存在しない位置）から出力された音として、聴取者により聴取される。即ち、聴取者は、音圧レベルが高められた位置に仮想的な音源（スピーカ等の音発生源）が存在するように感じることができる。

しかしながら、上記従来のスピーカアレイ装置は、複数のスピーカから出力される音を聴取させたい対象と、前記複数のスピーカと、の相対的な位置関係が変化することを考慮する必要がある。

本発明によるスピーカアレイ装置は、スピーカを複数備え、目標位置における音圧レベルが他の位置における音圧レベルより高くなるように前記複数のスピーカのそれぞれの位置と同目標位置とに基づいて同複数のスピーカのそれぞれから出力される音を制御する。

更に、このスピーカアレイ装置は、前記複数のスピーカから出力される音を聴取させたい対象と、前記複数のスピーカと、の相対的な位置関係を検出する位置検出手段と、
前記検出された位置関係に基づいて前記目標位置を自動的に変更する目標位置決定手段と、
を備える。

これによれば、複数のスピーカから出力される音を聴取させたい対象（例えば、聴取者）と、複数のスピーカと、の相対的な位置関係が変化する場合であっても、この相対的な位置関係の変化を考慮に入れてスピーカアレイ装置が音圧レベルを相対的に高くする目標位置が自動的に変更される。この結果、上記聴取させたい対象の位置にて常に音圧レベルを高くすることができる。

この場合、前記スピーカアレイ装置は、前記複数のスピーカから出力された音が同複数のスピーカから前記聴取させたい対象まで伝播するために要する時間だけ先の時点における前記位置関係を前記検出された位置関係に基づいて推定する将来位置推定手段を備え、
前記目標位置決定手段は、前記推定された先の時点における位置関係に基づいて前記目標位置を補正することが好適である。

これによれば、複数のスピーカから出力された音が同複数のスピーカから上記聴取させたい対象まで伝播する間に同聴取させたい対象と、同複数のスピーカと、の相対的な位置関係が変化する場合であっても、この相対的な位置関係の変化を考慮に入れて目標位置が補正される。この結果、上記聴取させたい対象の位置にて音圧レベルを確実に高くすることができる。

この場合、前記スピーカアレイ装置は、前記聴取させたい対象と、前記複数のスピーカと、の相対的な速度を前記検出された位置関係に基づいて推定する速度推定手段と、
前記聴取させたい対象が前記複数のスピーカに対して相対移動することにより生じるドップラー効果に基づく音のピッチ（音の高さ）の変化を補償するように同複数のスピーカのそれぞれから出力される音のピッチを前記推定された相対的な速度に基づいて補正するピッチ補正手段と、
を備えることが好適である。

これによれば、上記聴取させたい対象が複数のスピーカに対して相対移動する場合であっても、同聴取させたい対象と、同複数のスピーカと、の相対的な速度が推定され、同推定された相対的な速度に基づいてドップラー効果による音のピッチの変化を予め補償した音が同複数のスピーカから出力される。これにより、ドップラー効果による音のピッチの変化が生じないかのような音を同聴取させたい対象に聴取させることができる。

また、本明細書に開示されたマイクロホンアレイ装置は、外部からの音を入力し入力された音を音信号として出力するマイクロホンを複数備え、前記複数のマイクロホンに入力される音を伝播する物質である音伝播物質が静止しているとの仮定の下で、前記複数のマイクロホンのそれぞれの位置と目標位置とに基づいて同目標位置にて発せられた音を示す音信号のレベルが他の位置にて発せられた音を示す音信号のレベルより高くなるように前記複数のマイクロホンから出力された複数の音信号を合成した合成音信号を生成する。

更に、このマイクロホンアレイ装置は、前記複数のマイクロホンのそれぞれの位置と、前記目標位置と、の間に存在する前記音伝播物質が移動する速さ及び向きを検出する音伝播物質移動速度検出手段と、
実際に音信号のレベルを高めたい音が発せられた位置と、前記検出された前記音伝播物質が移動する速さ及び向きと、に基づいて前記目標位置を決定する目標位置決定手段と、
を備える。

これによれば、複数のマイクロホンに入力される音を伝播する物質である音伝播物質が静止しているとの仮定の下で、複数のマイクロホンにより出力された複数の音信号を目標位置にて発せられた音を示す音信号のレベルが他の位置にて発せられた音を示す音信号のレベルより高くなるように合成した合成音信号が生成される。このとき、複数のマイクロホンのそれぞれの位置と、目標位置と、の間に存在する音を伝播する物質である音伝播物質が移動する速さ及び向きが検出され、検出された音伝播物質が移動する速さ及び向きと、実際に音信号のレベルを高めたい音が発せられた位置と、に基づいて目標位置が決定される。

これにより、音伝播物質が移動する場合であっても、この音伝播物質の移動を考慮に入れて目標位置が決定されるので、目標位置にて発せられた音を示す音信号のレベルが他の位置にて発せられた音を示す音信号のレベルより高くなるように生成された合成音信号が表す音は実際に音信号のレベルを高めたい位置にて発せられた音を示す音信号のレベルが高められた音となる。この結果、例えば、屋外における録音時に風が強く吹いていたとしても、実際に聴取したい位置にて発せられた音を録音することができる。

（第１実施形態）
以下、本発明によるスピーカアレイ装置及びマイクロホンアレイ装置の各実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係るスピーカアレイ装置をオートバイＭＣに適用したシステムの概略構成を示している。このシステムは、オートバイＭＣに乗車した運転者ＤＶに対して適切な位置にて音圧レベルを高くしながら音を同運転者ＤＶに聴取させるシステムである。

このシステムは、オートバイＭＣに搭載されたスピーカアレイ装置１０、音伝播物質移動速度検出手段としての空気移動速度センサ２１及び気温センサ２２を備える。

スピーカアレイ装置１０は、図２に示したように、筐体１０ａと、筐体１０ａの一つの面に整列された１５個のスピーカ１１ａ〜１１ｏと、を備えている。スピーカアレイ装置１０は、スピーカ１１ａ〜１１ｏを備える面（以下、「スピーカ配置面」と称呼する。）１０ｂが運転者ＤＶの頭部に向けられるように、オートバイＭＣのハンドル部に配設・固定されている。スピーカ配置面１０ｂは短辺及び長辺から構成される略長方形状を有している。スピーカ配置面１０ｂの短辺及び長辺は、スピーカアレイ装置１０がハンドル部に固定された状態において、オートバイＭＣの前後方向を通る面及び左右方向を通る面とそれぞれ平行となっている。

スピーカ１１ａ〜１１ｏは、スピーカ配置面１０ｂの短辺方向に３個並べられた１組の列をスピーカ配置面１０ｂの長辺方向に５列有する格子状にスピーカ配置面１０ｂに配列されている。スピーカ１１ａ〜１１ｏは、互いに同一のスピーカである。スピーカ１１ａ〜１１ｏのそれぞれは、それぞれの軸線がスピーカ配置面１０ｂの法線と一致するように配置されている。スピーカ１１ａ〜１１ｏのそれぞれは、音信号が入力されると、入力された音信号が表す音を出力するようになっている。

更に、スピーカアレイ装置１０は、図３に示したように、音発生装置１２、目標位置決定手段としての目標位置決定装置１３及び音信号処理装置１４を備えている。

音発生装置１２は、図示しない音楽再生装置、無線通信装置、携帯電話及びナビゲーションシステム等からなっていて、聴取者の右側から聞かせるための音を表す右スピーカ用音信号ＳＲ及び聴取者の左側から聞かせるための音を表す左スピーカ用音信号ＳＬを出力するようになっている。

目標位置決定装置１３は、後述する目標位置決定プログラムを実行することにより、空気移動速度センサ２１及び気温センサ２２による出力値に基づいて目標位置としての右スピーカ目標位置Ｒｔ及び左スピーカ目標位置Ｌｔを決定するようになっている。

音信号処理装置１４は、右スピーカ目標位置Ｒｔと、各スピーカ１１ａ〜１１ｏの位置と、に基づいて、空気がスピーカ１１ａ〜１１ｏに対して静止しているとの仮定の下でスピーカ１１ａ〜１１ｏのそれぞれに対する右スピーカ用遅延時間を決定するようになっている。更に、音信号処理装置１４は、左スピーカ目標位置Ｌｔと、各スピーカ１１ａ〜１１ｏの位置と、に基づいて、上記仮定の下でスピーカ１１ａ〜１１ｏのそれぞれに対する左スピーカ用遅延時間を決定するようになっている。

音信号処理装置１４は、スピーカ１１ａ〜１１ｏのそれぞれに対して決定された右スピーカ用遅延時間に基づいて右スピーカ用音信号ＳＲを遅延処理するとともに、スピーカ１１ａ〜１１ｏのそれぞれに対して決定された左スピーカ用遅延時間に基づいて左スピーカ用音信号ＳＬを遅延処理するようになっている。更に、音信号処理装置１４は、遅延処理された右スピーカ用音信号及び遅延処理された左スピーカ用音信号を対応するスピーカ毎に合成し、合成された音信号をスピーカ１１ａ〜１１ｏのそれぞれに対して出力するようになっている。

空気移動速度センサ２１は、図１に示したように、オートバイＭＣの前部のヘッドライトカバー部に配設されている。空気移動速度センサ２１は、スピーカアレイ装置１０に接続されている。空気移動速度センサ２１は、空気が移動する速さ及び向き（空気移動速度）を検出するようになっている。

ここで、空気移動速度は、図２に示したように、Ｘ軸がスピーカ配置面１０ｂの長辺方向に沿った軸であり、Ｙ軸がスピーカ配置面１０ｂの短辺方向に沿った軸であり、Ｚ軸がスピーカ配置面１０ｂの法線方向に沿った軸であり及び原点がスピーカ配置面１０ｂ内の中心（長辺方向の両端部からの中間の位置であって短辺方向の両端部からの中間の位置）である座標系であって、Ｘ軸の正方向（Ｘ軸方向の正の向き）をオートバイＭＣの前進方向に対して右向きとした座標系において定義されているものとする。以下、本実施形態における位置及び速度は、空気移動速度と同様に、この座標系において定義されているものとする。

空気移動速度センサ２１は、検出された空気移動速度に基づいて空気移動速度のＸ軸方向成分Ｖｗｘ、Ｙ軸方向成分Ｖｗｙ及びＺ軸方向成分Ｖｗｚを出力するようになっている。なお、Ｖｗｘが正の場合、空気がＸ軸の正方向に移動していることを意味する。Ｖｗｙ及びＶｗｚについても同様である。

空気移動速度センサ２１は、例えば、３軸方向の流速を測定する流速センサである（例えば、特開平１０−１６０６１９を参照。）。また、空気移動速度センサ２１は、１軸方向の流速を測定するカルマン渦流量計を３個備え、それぞれをＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の流速を計測するように配置したものであってもよい。

気温センサ２２は、オートバイＭＣの前部のヘッドライトカバー部に配設されている。気温センサ２２は、スピーカアレイ装置１０に接続されている。気温センサ２２は、大気の温度（気温）を検出し、検出された気温を出力するようになっている。

次に、上記のように構成されたスピーカアレイ装置１０の作動原理について、オートバイＭＣが静止しており、且つ、風（自然風）が吹いていない場合から説明する。この場合、音を伝播する物質である空気は、スピーカ１１ａ〜１１ｏに対して静止している。

従って、スピーカアレイ装置１０は、図４に示したように、運転者ＤＶの頭部の右側前方に位置するように予め定められた右スピーカ所望位置Ｒ０及び運転者ＤＶの頭部の左側前方に位置するように予め定められた左スピーカ所望位置Ｌ０を目標位置として採用し、同目標位置にて音圧レベルが高くなるように各スピーカ１１ａ〜１１ｏに対する遅延時間を決定する。

スピーカアレイ装置１０は、各スピーカ１１ａ〜１１ｏに対して決定された遅延時間だけ出力されるタイミングを遅延させながら同スピーカ１１ａ〜１１ｏのそれぞれから音を出力させる。これにより、右スピーカ所望位置Ｒ０及び左スピーカ所望位置Ｌ０にて音圧レベルが高くなる。

次に、オートバイＭＣが走行している場合又は風が吹いている場合について説明する。この場合、音を伝播する物質である空気はスピーカ１１ａ〜１１ｏに対して移動している。音は空気が圧力及び密度等の変化を伝播することにより伝播される。この空気の圧力及び密度等の空間的な分布は、空気の移動とともに移動する。従って、空気がスピーカ１１ａ〜１１ｏに対して静止している場合と同様にスピーカアレイ装置１０が右スピーカ所望位置Ｒ０及び左スピーカ所望位置Ｌ０を目標位置として採用すると、右スピーカ所望位置Ｒ０及び左スピーカ所望位置Ｌ０と異なる位置にて実際に音圧レベルが高くなる。

この音圧レベルが高くなる位置が空気の移動によって移動する向き及び距離はそれぞれ、空気が移動する向き及び空気が移動する速さとスピーカ１１ａ〜１１ｏから出力された音が同スピーカ１１ａ〜１１ｏから同音圧レベルが高くなる位置まで伝播するために要する時間（音伝播時間）Ｔとの積により表される距離である。

例えば、図５に示したように、空気が速さＶｗｘにてＸ軸の正方向にのみ移動している場合、音圧レベルが高くなる位置Ｐｈは目標位置ＰｔからＸ軸の正方向に距離Ｖｗｘ・Ｔだけ移動した位置となる。従って、目標位置をＶｗｘ・ＴだけＸ軸の負方向に移動させた位置Ｐｔ’とすれば、結果的に位置Ｐｔにて音圧レベルを高くすることができる。

そこで、スピーカアレイ装置１０は、このような考えに基づき、右スピーカ所望位置Ｒ０及び左スピーカ所望位置Ｌ０からそれぞれ上記距離Ｖｗｘ・ＴだけＸ軸方向の負の向きに移動させた位置を目標位置として採用する。これにより、空気がスピーカ１１ａ〜１１ｏに対して移動している場合であっても、音圧レベルが高くなる位置は右スピーカ所望位置Ｒ０及び左スピーカ所望位置Ｌ０となる。

更に、空気移動速度がＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の３成分（Ｖｗｘ、Ｖｗｙ及びＶｗｚ）を有する場合についても、スピーカアレイ装置１０は、上記例と同様に目標位置を決定する。即ち、スピーカアレイ装置１０は、右スピーカ所望位置Ｒ０及び左スピーカ所望位置Ｌ０のそれぞれを、音圧レベルが高くなる位置が空気の移動によって移動する各軸方向における移動距離（Ｖｗｘ・Ｔ、Ｖｗｙ・Ｔ及びＶｗｚ・Ｔ）だけ各軸方向において空気の移動方向と逆向きに移動させた位置を目標位置として採用する。以上が、スピーカアレイ装置１０の作動原理である。

以下、スピーカアレイ装置１０の実際の作動について、オートバイＭＣを運転中の運転者ＤＶが音楽を聴取したいと希望する場合を例として説明する。この場合、運転者ＤＶはスピーカアレイ装置１０の音発生装置１２を操作して、所望の楽曲を再生させる。音発生装置１２によりこの楽曲の再生が開始すると、スピーカアレイ装置１０の目標位置決定装置１３は、図６にフローチャートにより示した目標位置決定プログラムを実行する。

より具体的に述べると、目標位置決定装置１３は、ステップ６００から処理を開始してステップ６１０に進み、空気移動速度センサ２１により出力された空気移動速度のＸ軸方向成分Ｖｗｘ、Ｙ軸方向成分Ｖｗｙ及びＺ軸方向成分Ｖｗｚを読み込む。

そして、目標位置決定装置１３は、ステップ６２０に進み気温センサ２２により出力された気温Ｔａｔｍを読み込む。

次いで、目標位置決定装置１３は、ステップ６３０に進み上記ステップ６２０にて読み込まれた気温Ｔａｔｍと、同ステップ６３０内に示した式（Ｖｓ＝（κ・Ｒ・Ｔａｔｍ）^１／２）と、に基づいて音速Ｖｓを算出する。ここで、κは空気の比熱比であり及びＲは空気の気体定数である。

次に、目標位置決定装置１３は、ステップ６４０に進み右スピーカ距離ＤＲを上記ステップ６３０にて算出された音速Ｖｓにより除することにより右スピーカ音伝播時間ＴＲを算出する。ここで、右スピーカ距離ＤＲは原点（スピーカアレイ装置１０のスピーカ配置面１０ｂ内の中心）と、予め定められた右スピーカ所望位置Ｒ０（Ｘ軸方向成分Ｒ０ｘ、Ｙ軸方向成分Ｒ０ｙ及びＺ軸方向成分Ｒ０ｚ）と、の間の距離である（図４を参照。）。即ち、右スピーカ音伝播時間ＴＲは、各スピーカ１１ａ〜１１ｏの位置を代表する位置としての原点から出力された音が同原点から右スピーカ所望位置Ｒ０まで伝播するために要する時間を表している。

更に、目標位置決定装置１３は、同ステップ６４０にて左スピーカ距離ＤＬを上記ステップ６３０にて算出された音速Ｖｓにより除することにより左スピーカ音伝播時間ＴＬを算出する。ここで、左スピーカ距離ＤＬは原点と、予め定められた左スピーカ所望位置Ｌ０（Ｘ軸方向成分Ｌ０ｘ、Ｙ軸方向成分Ｌ０ｙ及びＺ軸方向成分Ｌ０ｚ）と、の間の距離である（図４を参照。）。即ち、左スピーカ音伝播時間ＴＬは、各スピーカ１１ａ〜１１ｏの位置を代表する位置としての原点から出力された音が同原点から左スピーカ所望位置Ｌ０まで伝播するために要する時間を表している。

そして、目標位置決定装置１３は、ステップ６５０に進み上記ステップ６１０にて読み込まれた空気移動速度（Ｖｗｘ、Ｖｗｙ及びＶｗｚ）と、右スピーカ所望位置（Ｒ０ｘ、Ｒ０ｙ及びＲ０ｚ）と、上記ステップ６４０にて算出された右スピーカ音伝播時間ＴＲと、同ステップ６５０内に示した下記（１）〜（３）式と、に基づいて右スピーカ目標位置（Ｒｔｘ、Ｒｔｙ及びＲｔｚ）を決定する。
Ｒｔｘ＝Ｒ０ｘ−ＴＲ・Ｖｗｘ …（１）
Ｒｔｙ＝Ｒ０ｙ−ＴＲ・Ｖｗｙ …（２）
Ｒｔｚ＝Ｒ０ｚ−ＴＲ・Ｖｗｚ …（３）

このように、右スピーカ所望位置の各成分から空気移動速度の対応する成分と右スピーカ音伝播時間とを乗じた値をそれぞれ減じた値を右スピーカ目標位置の対応する成分とすることにより、空気がスピーカ１１ａ〜１１ｏに対して移動することによる同スピーカ１１ａ〜１１ｏから出力された音により音圧レベルが高くなる位置の変化が予め補償される。

更に、目標位置決定装置１３は、同ステップ６５０にて右スピーカ目標位置と同様に、下記（４）〜（６）式を用いて左スピーカ目標位置（Ｌｔｘ、Ｌｔｙ及びＬｔｚ）を決定する。
Ｌｔｘ＝Ｌ０ｘ−ＴＬ・Ｖｗｘ …（４）
Ｌｔｙ＝Ｌ０ｙ−ＴＬ・Ｖｗｙ …（５）
Ｌｔｚ＝Ｌ０ｚ−ＴＬ・Ｖｗｚ …（６）

そして、目標位置決定装置１３は、ステップ６９９に進み本ルーチンを一旦終了する。

次いで、音信号処理装置１４は、目標位置決定装置１３により決定された右スピーカ目標位置（Ｒｔｘ、Ｒｔｙ及びＲｔｚ）と、スピーカ１１ａ〜１１ｏのそれぞれの位置と、に基づいてスピーカ１１ａ〜１１ｏのそれぞれに対する右スピーカ用遅延時間を決定する。更に、音信号処理装置１４は、目標位置決定装置１３により決定された左スピーカ目標位置（Ｌｔｘ、Ｌｔｙ及びＬｔｚ）と、スピーカ１１ａ〜１１ｏのそれぞれの位置と、に基づいてスピーカ１１ａ〜１１ｏのそれぞれに対する左スピーカ用遅延時間を決定する。

次いで、音信号処理装置１４は、音発生装置１２から入力された右スピーカ用音信号ＳＲをスピーカ１１ａ〜１１ｏのそれぞれに対して決定された右スピーカ用遅延時間に基づいて遅延処理するとともに、同音発生装置１２から入力された左スピーカ用音信号ＳＬをスピーカ１１ａ〜１１ｏのそれぞれに対して決定された左スピーカ用遅延時間に基づいて遅延処理する。更に、音信号処理装置１４は、遅延処理された右スピーカ用音信号及び遅延処理された左スピーカ用音信号を対応するスピーカ毎に合成し、合成された音信号をスピーカ１１ａ〜１１ｏのそれぞれに対して出力する。

これにより、各スピーカ１１ａ〜１１ｏから互いに異なる時間遅れを伴って、音発生装置１２により再生された音が出力される。その結果、右スピーカ用音信号ＳＲに基づいて各スピーカ１１ａ〜１１ｏから出力された音の音圧レベルが右スピーカ所望位置Ｒ０にて高くなるとともに、左スピーカ用音信号ＳＬに基づいて各スピーカ１１ａ〜１１ｏから出力された音の音圧レベルが左スピーカ所望位置Ｌ０にて高くなる。

このように、音を伝播する空気の移動による音圧レベルが高くなる位置の変化が予め補償されるので、右スピーカ目標位置Ｒｔ及び左スピーカ目標位置Ｌｔにおける音圧レベルを他の位置における音圧レベルより高くするようにスピーカ１１ａ〜１１ｏから出力された音により、実際に音圧レベルを高めたい右スピーカ所望位置Ｒ０及び左スピーカ所望位置Ｌ０にて音圧レベルを高くすることができる。

以上説明したように、本発明によるスピーカアレイ装置１０に係る第１実施形態は、複数のスピーカ１１ａ〜１１ｏから出力される音を伝播する物質（空気）が同複数のスピーカ１１ａ〜１１ｏに対して静止しているとの仮定の下で、目標位置（右スピーカ目標位置Ｒｔ及び左スピーカ目標位置Ｌｔ）にて音圧レベルが高くなるように複数のスピーカ１１ａ〜１１ｏから音を出力する。このとき、上記第１実施形態は、複数のスピーカ１１ａ〜１１ｏのそれぞれの位置と、目標位置と、の間に存在する空気が移動する速さ及び向き（空気移動速度）を検出し、検出された空気移動速度と、実際に音圧レベルを高めたい位置（右スピーカ所望位置Ｒ０及び左スピーカ所望位置Ｌ０）と、に基づいて目標位置を決定する。

これにより、空気が移動する場合であっても、この空気の移動を考慮に入れて目標位置が決定されるので、目標位置における音圧レベルを他の位置における音圧レベルより高くするようにスピーカ１１ａ〜１１ｏから音が出力されると、実際に音圧レベルを高めたい位置にて音圧レベルが高くなる。

この結果、オートバイＭＣに乗車した運転者ＤＶが走行中にスピーカアレイ装置１０から出力される音を聴く場合、風又はオートバイＭＣの走行に伴って運転者ＤＶ及びスピーカ１１ａ〜１１ｏに対して空気が移動しても、運転者ＤＶに対して適切な位置（右スピーカ所望位置Ｒ０及び左スピーカ所望位置Ｌ０）にて音圧レベルを高くすることができる。

なお、上記第１実施形態は、空気移動速度センサ２１により空気移動速度を検出し、検出された空気移動速度に基づいてＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のすべての方向について音圧レベルが高くなる位置の変化を補償するように構成されていたが、１つ又は２つの方向のみについて音圧レベルが高くなる位置の変化を補償するように構成されていてもよい。この場合、上記第１実施形態は、オートバイＭＣの走行時により大きな速度を生じる方向（例えば、オートバイＭＣの前後方向等）において音圧レベルが高くなる位置の変化を補償するように構成されることが好適である。

また、上記第１実施形態は、空気移動速度が所定値より小さい場合、音圧レベルが高くなる位置の変化を補償しないように構成されていてもよい。

（第２実施形態）
次に、本発明による第２実施形態に係るスピーカアレイ装置について説明する。図７は、第２実施形態に係るスピーカアレイ装置を交通情報伝達装置ＫＤに適用したシステムの概略構成を示している。このシステムは、道路の路肩にて道路に沿うように配置された交通情報伝達装置ＫＤから交通情報等の音声を出力し、道路を走行するオートバイを運転する運転者等に対して適切な位置にて音圧レベルを高くしながら同音声を同運転者等に聴取させるシステムである。

このシステムは、スピーカアレイ装置３０、位置検出手段としての聴取対象位置センサ４１及び気温センサ４２を備える。

スピーカアレイ装置３０は、筐体３０ａと、筐体３０ａの一つの面に整列された１５個のスピーカ３１ａ〜３１ｏと、を備えている。スピーカアレイ装置３０は、スピーカ３１ａ〜３１ｏを備える面（以下、「スピーカ配置面」と称呼する。）３０ｂが道路の中央部に向けられるように、交通情報伝達装置ＫＤに配設・固定されている。スピーカ配置面３０ｂは短辺及び長辺から構成される略長方形状を有している。スピーカ配置面３０ｂの長辺は、スピーカアレイ装置３０が交通情報伝達装置ＫＤに固定された状態において、鉛直面と直交している。

スピーカ３１ａ〜３１ｏは、上記第１実施形態のスピーカ１１ａ〜１１ｏと同じスピーカであって、上記第１実施形態のスピーカ配置面１０ｂに対するスピーカ１１ａ〜１１ｏと同じ関係をもって、スピーカ配置面３０ｂに配置されている。

更に、スピーカアレイ装置３０は、図８に示したように、音発生装置３２と、目標位置決定手段、将来位置推定手段及び速度推定手段としての目標位置決定装置３３と、音信号処理装置３４と、を備えている。

音発生装置３２は、図示しない音声再生装置からなっていて、交通情報等を表す音声を表す音信号を出力するようになっている。

目標位置決定装置３３は、上記第１実施形態における目標位置決定プログラムとは異なる後述する目標位置決定プログラムを実行することにより、聴取対象位置センサ４１及び気温センサ４２による出力値に基づいて目標位置Ｐｔを決定するようになっている。

音信号処理装置３４は、上記第１実施形態における音信号処理装置１４と同様に、目標位置Ｐｔと、各スピーカ３１ａ〜３１ｏの位置と、に基づいて、空気がスピーカ３１ａ〜３１ｏに対して静止しているとの仮定の下でスピーカ３１ａ〜３１ｏのそれぞれに対する遅延時間を決定するようになっている。音信号処理装置３４は、スピーカ３１ａ〜３１ｏのそれぞれに対して決定された遅延時間に基づいて音信号を遅延処理し、遅延処理された音信号をスピーカ３１ａ〜３１ｏのそれぞれに対して出力するようになっている。

聴取対象位置センサ４１は、スピーカアレイ装置３０の側面に配設されている。聴取対象位置センサ４１は、スピーカアレイ装置３０に接続されている。聴取対象位置センサ４１は、例えば、画像認識技術を用いて構成されていて、所定の距離Ｒ以内の道路上の位置においてオートバイ又は自動車を運転する運転者（聴取対象）を検知するようになっている。聴取対象位置センサ４１は、聴取対象を検知すると、スピーカ３１ａ〜３１ｏと同聴取対象との相対的な位置関係としての同聴取対象の位置（聴取対象位置）を検出するようになっている。

ここで、聴取対象位置は、上記第１実施形態のスピーカ配置面１０ｂに対する座標系と同じ関係をもってスピーカ配置面３０ｂに対して定められた座標系において定義されているものとする（図７を参照。）。但し、Ｙ軸の正方向（Ｙ軸方向の正の向き）は鉛直上向きである。以下、本実施形態における位置及び速度は、聴取対象位置と同様に、この座標系において定義されているものとする。

聴取対象位置センサ４１は、検出された聴取対象位置に基づいて聴取対象位置のＸ軸方向成分Ｐｘ、Ｙ軸方向成分Ｐｙ及びＺ軸方向成分Ｐｚを出力するようになっている。

気温センサ４２は、スピーカアレイ装置３０の側面に配設されている。気温センサ４２は、スピーカアレイ装置３０に接続されている。気温センサ４２は、大気の温度（気温）を検出し、検出された気温を出力するようになっている。

次に、上記のように構成されたスピーカアレイ装置３０の作動原理について、交通情報伝達装置ＫＤが備える聴取対象位置センサ４１からの距離が上記所定の距離Ｒより小さい位置にてオートバイが静止している場合から説明する。

この場合、スピーカアレイ装置３０は、聴取対象としてオートバイの運転者ＤＶを検知し、同聴取対象の位置を聴取対象位置として検出する。スピーカアレイ装置３０は、検出された聴取対象位置を目標位置Ｐｔとして採用し、同目標位置Ｐｔにて音圧レベルが高くなるように各スピーカ３１ａ〜３１ｏに対する遅延時間を決定する。

スピーカアレイ装置３０は、各スピーカ３１ａ〜３１ｏに対して決定された遅延時間だけ出力されるタイミングを遅延させながら同スピーカ３１ａ〜３１ｏのそれぞれから音を出力させる。これにより、聴取対象位置にて音圧レベルが高くなる。

次に、聴取対象位置センサ４１からの距離が上記所定の距離Ｒより小さい位置にてオートバイが走行している場合について説明する。この場合、オートバイが静止している場合と同様にスピーカアレイ装置３０が検出された聴取対象位置を目標位置Ｐｔとして採用すると、スピーカ３１ａ〜３１ｏから出力された音がスピーカ３１ａ〜３１ｏから聴取対象位置まで伝播する間に聴取対象が移動（聴取対象位置が変化）するので、実際に聴取対象位置にて音圧レベルを高くすることができない。

例えば、図９に示したように、オートバイが速さＶｘにてＸ軸の正方向にのみ移動している場合、スピーカ３１ａ〜３１ｏから出力された音がスピーカ３１ａ〜３１ｏから聴取対象位置まで伝播するために要する時間Ｔの間にオートバイ（聴取対象）はＸ軸の正方向に距離Ｖｘ・Ｔだけ移動する。

そこで、スピーカアレイ装置３０は、検出された聴取対象位置から上記距離Ｖｘ・ＴだけＸ軸の正方向に移動させた位置Ｐｔ’を目標位置として採用する。これにより、聴取対象がスピーカ３１ａ〜３１ｏに対して移動している場合であっても、音圧レベルが高くなる位置は聴取対象位置となる。

更に、聴取対象が移動する速度がＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の３成分（Ｖｘ、Ｖｙ及びＶｚ）を有する場合についても、スピーカアレイ装置３０は、上記例と同様に目標位置を決定する。即ち、スピーカアレイ装置３０は、聴取対象位置を、音が伝播する間に聴取対象が移動する各軸方向における移動距離（Ｖｘ・Ｔ、Ｖｙ・Ｔ及びＶｚ・Ｔ）だけ各軸方向において聴取対象の移動方向に移動させた位置を目標位置として採用する。以上が、スピーカアレイ装置３０の作動原理である。

以下、スピーカアレイ装置３０の実際の作動について、同スピーカアレイ装置３０を備える交通情報伝達装置ＫＤが配置された道路を走行するオートバイが同交通情報伝達装置ＫＤに近づいていく場合から説明する。

この場合、オートバイの運転者ＤＶと、交通情報伝達装置ＫＤが備える聴取対象位置センサ４１と、の間の距離が上記所定の距離Ｒより小さくなると、聴取対象位置センサ４１は聴取対象としてオートバイの運転者ＤＶを検知する。これにより、スピーカアレイ装置３０の音発生装置３２は、交通情報等を表す音声を表す音信号を出力する。更に、スピーカアレイ装置３０の目標位置決定装置３３は、図１０にフローチャートにより示した目標位置決定プログラムを実行する。なお、目標位置決定装置３３は、聴取対象位置センサ４１により聴取対象が検知されている間、同目標位置決定プログラムを所定の微小な時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。

より具体的に述べると、目標位置決定装置３３は、ステップ１０００から処理を開始してステップ１０１０に進み、聴取対象位置センサ４１により出力された聴取対象位置のＸ軸方向成分Ｐｘ、Ｙ軸方向成分Ｐｙ及びＺ軸方向成分Ｐｚを読み込む。

そして、目標位置決定装置３３は、ステップ１０２０に進み気温センサ４２により出力された気温Ｔａｔｍを読み込む。

次いで、目標位置決定装置３３は、ステップ１０３０に進み上記ステップ１０２０にて読み込まれた気温Ｔａｔｍと、同ステップ１０３０内に示した式と、に基づいて音速Ｖｓを算出する。ここで、κは空気の比熱比であり及びＲは空気の気体定数である。

その後、目標位置決定装置３３は、ステップ１０４０に進んで、今回の本ルーチンの実行時における上記ステップ１０１０にて読み込まれた聴取対象位置（Ｐｘ、Ｐｙ及びＰｚ）の各成分から、前回の本ルーチン実行時における同ステップ１０１０にて読み込まれた聴取対象位置（Ｐｘ、Ｐｙ及びＰｚ）の対応する成分を減じた値を、上記所定の微小な時間により除することによりオートバイの運転者ＤＶと、複数のスピーカ３１ａ〜３１ｏと、の相対的な速度としての聴取対象の速度（聴取対象速度）のＸ軸方向成分Ｖｘ、Ｙ軸方向成分Ｖｙ及びＺ軸方向成分Ｖｚを推定する。

次に、目標位置決定装置３３は、ステップ１０５０に進み聴取対象距離Ｄを上記ステップ１０３０にて算出された音速Ｖｓにより除することにより音伝播時間Ｔを算出する。ここで、聴取対象距離Ｄは原点（スピーカアレイ装置３０のスピーカ配置面３０ｂ内の中心）と、上記ステップ１０１０にて読み込まれた聴取対象位置（Ｐｘ、Ｐｙ及びＰｚ）と、の間の距離である。即ち、音伝播時間Ｔは、各スピーカ３１ａ〜３１ｏの位置を代表する位置としての原点から出力された音が同原点から聴取対象位置まで伝播するために要する時間を表している。

そして、目標位置決定装置３３は、ステップ１０６０に進み上記ステップ１０１０にて読み込まれた聴取対象位置（Ｐｘ、Ｐｙ及びＰｚ）と、上記ステップ１０４０にて推定された聴取対象速度（Ｖｘ、Ｖｙ及びＶｚ）と、上記ステップ１０５０にて算出された音伝播時間Ｔと、同ステップ１０６０内に示した下記（７）〜（９）式と、に基づいて目標位置Ｐｔ（Ｘ軸方向成分Ｐｔｘ、Ｙ軸方向成分Ｐｔｙ及びＺ軸方向成分Ｐｔｚ）を決定する。
Ｐｔｘ＝Ｐｘ＋Ｔ・Ｖｘ …（７）
Ｐｔｙ＝Ｐｙ＋Ｔ・Ｖｙ …（８）
Ｐｔｚ＝Ｐｚ＋Ｔ・Ｖｚ …（９）

このように、聴取対象位置の各成分に聴取対象速度の対応する成分と音伝播時間とを乗じた値をそれぞれ加えた値を目標位置の対応する成分とすることにより、スピーカ３１ａ〜３１ｏから出力された音が同スピーカ３１ａ〜３１ｏから聴取対象まで伝播する間における聴取対象のスピーカ３１ａ〜３１ｏに対する移動が予め補償される。
そして、目標位置決定装置３３は、ステップ１０９９に進み本ルーチンを一旦終了する。

次いで、音信号処理装置３４は、目標位置決定装置３３により決定された目標位置（Ｐｔｘ、Ｐｔｙ及びＰｔｚ）と、スピーカ３１ａ〜３１ｏのそれぞれの位置と、に基づいてスピーカ３１ａ〜３１ｏのそれぞれに対する遅延時間を決定する。次いで、音信号処理装置３４は、音発生装置３２から入力された音信号をスピーカ３１ａ〜３１ｏのそれぞれに対して決定された遅延時間に基づいて遅延処理し、遅延処理された音信号をスピーカ３１ａ〜３１ｏのそれぞれに対して出力する。これにより、各スピーカ３１ａ〜３１ｏから互いに異なる時間遅れを伴って、音発生装置３２により再生された音声が出力される。

このように、聴取対象としてのオートバイの運転者ＤＶの位置の変化が予め補償されるので、目標位置Ｐｔにおける音圧レベルを他の位置における音圧レベルより高くするようにスピーカから出力された音により、実際に音圧レベルを高めたいオートバイの運転者ＤＶの位置にて音圧レベルを高めることができる。

その後、オートバイが走行を続けることにより、オートバイの運転者ＤＶと、交通情報伝達装置ＫＤが備える聴取対象位置センサ４１と、の間の距離が所定の距離Ｒ以上になると、聴取対象位置センサ４１は聴取対象としてオートバイの運転者ＤＶを検知しなくなる。これにより、スピーカアレイ装置３０の音発生装置３２は、音信号の出力を一旦終了する。更に、スピーカアレイ装置３０の目標位置決定装置３３は、上記目標位置決定プログラムの実行を一旦終了する。

以上説明したように、本発明によるスピーカアレイ装置３０に係る第２実施形態は、複数のスピーカ３１ａ〜３１ｏから出力される音を聴取させたい対象（オートバイの運転者ＤＶ）と、複数のスピーカ３１ａ〜３１ｏと、の相対的な位置関係としての聴取対象位置を聴取対象位置センサ４１により検出し、同検出された聴取対象位置に基づいて目標位置Ｐｔを自動的に変更する。これにより、上記聴取させたい対象と、複数のスピーカ３１ａ〜３１ｏと、の相対的な位置関係が変化する場合であっても、上記聴取させたい対象の位置にて常に音圧レベルを高くすることができる。

更に、上記第２実施形態は、複数のスピーカ３１ａ〜３１ｏから出力された音が同複数のスピーカ３１ａ〜３１ｏから上記聴取させたい対象まで伝播するために要する時間だけ先の時点における同聴取させたい対象と、複数のスピーカ３１ａ〜３１ｏと、の相対的な位置関係を推定し、この推定された先の時点における位置関係に基づいて目標位置Ｐｔを補正する。これにより、複数のスピーカ３１ａ〜３１ｏから出力された音が同複数のスピーカ３１ａ〜３１ｏから上記聴取させたい対象まで伝播する間に同聴取させたい対象と、複数のスピーカ３１ａ〜３１ｏと、の相対的な位置関係が変化する場合であっても、上記聴取させたい対象の位置にて音圧レベルを確実に高くすることができる。

なお、上記第２実施形態は、スピーカアレイ装置３０が道路に対して移動しないように構成されていが、スピーカアレイ装置３０を自動車に搭載させることによりスピーカアレイ装置３０が道路に対して移動するように構成されていてもよい。

更に、上記第２実施形態は、聴取対象位置センサ４１により検出された聴取対象位置に基づいて聴取対象の速度を推定するように構成されていたが、聴取対象の速度を検出する手段を備えていてもよい。

また、上記第２実施形態の目標位置決定装置３３は、聴取対象の速度が所定値より小さい場合、目標位置Ｐｔとして、聴取対象位置センサ４１により検出された聴取対象位置を採用するように構成されていてもよい。

加えて、上記第２実施形態は、上記第１実施形態が備える空気移動速度センサ２１を備え、上記第１実施形態と同様に空気の移動を考慮に入れて目標位置を決定するように構成されていてもよい。

（第２実施形態の変形例）
次に、本発明による第２実施形態の変形例に係るスピーカアレイ装置について説明する。このスピーカアレイ装置は、ドップラー効果による音のピッチの変化を予め補償する（打ち消す）ように複数のスピーカ３１ａ〜３１ｏから出力される音のピッチを補正する点のみにおいて上記第２実施形態に係るスピーカアレイ装置３０と相違している。以下、かかる相違点を中心として説明する。

図１１に示したように、スピーカアレイ装置３０Ａは、上記第２実施形態に係るスピーカアレイ装置３０が備える各装置に加えてピッチ補正手段としてのピッチ補正装置３５を備える。

ピッチ補正装置３５は、目標位置決定装置３３により実行される図１０のルーチンの上記ステップ１０１０にて同目標位置決定装置３３により読み込まれた聴取対象位置（Ｐｘ、Ｐｙ及びＰｚ）と、同目標位置決定装置３３により上記ステップ１０４０にて推定された聴取対象速度（Ｖｘ、Ｖｙ及びＶｚ）と、に基づいて、上記座標系の原点と聴取対象位置とを通る方向における聴取対象速度の成分であって同原点から同聴取対象位置へ向かう向きを正の値とする同成分Ｖａを算出するようになっている。

更に、ピッチ補正装置３５は、算出された聴取対象速度の成分Ｖａと、目標位置決定装置３３により上記ステップ１０３０にて算出された音速Ｖｓと、後述するようにドップラー効果を表す式に基づいて導出された下記（１０）式と、に基づいて周波数を変換することにより、音発生装置３２から入力された音信号を補正するようになっている。下記（１０）式において、ｆ０は変換前の周波数であり、ｆは変換後の周波数であり、Ｖｓは音速であり、及び、Ｖａは上記聴取対象速度の成分である。
ｆ＝ｆ０・Ｖｓ／（Ｖｓ−Ｖａ） …（１０）

加えて、ピッチ補正装置３５は、補正された音信号を音信号処理装置３４に出力するようになっている。

ここで、上記（１０）式の導出について説明する。ドップラー効果は、周知の下記（１１）式により表される。下記（１１）式において、ｆ１は音源にて発せられた音の周波数（音源周波数）であり、ｆ２は聴取対象（聴取者）が聴取する音の周波数（聴取周波数）であり、Ｖｓは音速であり、Ｖ１は音源が聴取対象に近づく向き（音源が聴取対象に向かう向き）に移動する速度（音源速度）であり、及び、Ｖ２は聴取対象が音源から遠ざかる向き（聴取対象が音源に向かう向きと逆向き）に移動する速度（聴取対象速度）である。
ｆ２＝ｆ１・（Ｖｓ−Ｖ２）／（Ｖｓ−Ｖ１） …（１１）

いま、音源が移動しない場合を考えると、上記（１１）式は、下記（１２）式により表される。更に、下記（１２）式に、聴取周波数ｆ２として聴取対象に聴取させたい周波数ｆ０を代入するとともに、音源周波数ｆ１としてスピーカにより出力させたい音の周波数（出力周波数）ｆを代入し、下記（１２）式を出力周波数ｆについて整理すると、上記（１０)式が導出される。ここで、Ｖ２とＶａとが等しいことが考慮されている。
ｆ２＝ｆ１・（Ｖｓ−Ｖ２）／Ｖｓ …（１２）

次に、上記のように構成されたスピーカアレイ装置３０Ａの作動について説明する。スピーカアレイ装置３０Ａの音信号処理装置３４は、上述したように、ピッチ補正装置３５により出力された音信号をスピーカ３１ａ〜３１ｏのそれぞれに対して決定された遅延時間に基づいて遅延処理し、遅延処理された音信号をスピーカ３１ａ〜３１ｏのそれぞれに対して出力する。これにより、各スピーカ３１ａ〜３１ｏから互いに異なる時間遅れを伴って、ピッチ補正装置３５により補正された音が出力される。出力された音は、聴取対象が複数のスピーカ３１ａ〜３１ｏに対して移動している場合、同聴取対象によって、ドップラー効果により音のピッチが変化した音として聴取される。

例えば、図１２に示したように、オートバイが一定の速さＶｘにてＸ軸の正方向にのみ移動している場合を想定する。このとき、スピーカ３１ａ〜３１ｏが周波数ｆの音を発しているものとする。この場合、オートバイの運転者（聴取対象）ＤＶにより聴取される実際の音の周波数（聴取周波数）は、聴取対象位置（オートバイの運転者ＤＶの位置）のＸ軸方向成分に対して、図１３に示したように変化する。なお、図１３において、図１２の符号ａ、ｂ及びｃにて示されたそれぞれの位置のＸ軸方向成分は、Ｌａ、Ｌｂ及びＬｃと表記されている。

先ず、オートバイの運転者ＤＶが図１２の符号ａで示した位置に位置している場合、オートバイの運転者ＤＶにより聴取される実際の音の周波数（聴取周波数）は、ドップラー効果によって、複数のスピーカ３１ａ〜３１ｏにより発せられた音の周波数（音源周波数）ｆより高い周波数ｆａとなる。

次に、オートバイの運転者ＤＶが図１２の符号ｂで示した位置（複数のスピーカ３１ａ〜３１ｏの正面、即ち、上記座標系のＹ−Ｚ平面上）に位置している場合、オートバイの運転者ＤＶと複数のスピーカ３１ａ〜３１ｏとを通る方向におけるオートバイの速度の成分が略０となるので、聴取周波数は音源周波数ｆに一致する。

次いで、オートバイの運転者ＤＶが図１２の符号ｃで示した位置に位置している場合、聴取周波数は、ドップラー効果によって音源周波数ｆより低い周波数ｆｃとなる。

更に、オートバイと複数のスピーカ３１ａ〜３１ｏとが十分に離れている領域においては、オートバイの運転者ＤＶと複数のスピーカ３１ａ〜３１ｏとを通る方向におけるオートバイの速度の成分がオートバイの速度に略一致して略一定となるので、聴取周波数は聴取対象位置にかかわらず略一定となる（図１３の符号Ａ及び符号Ｂにより示した領域）。

ところで、複数のスピーカ３１ａ〜３１ｏから出力された音は、上述したように、ドップラー効果による音のピッチの変化を予め補償する（打ち消す）ように導出された上記（１０）式に基づいてピッチ補正装置３５により補正されている。従って、オートバイの運転者ＤＶにより聴取される音は、音発生装置３２により出力された音信号が表す音となる。

このように、スピーカアレイ装置３０Ａは、音発生装置３２により出力された音信号をピッチ補正装置３５により補正することによって、ドップラー効果による音のピッチの変化を予め補償した音を出力することにより、ドップラー効果による音のピッチの変化が生じないかのような音をオートバイの運転者ＤＶに聴取させることができる。

なお、上記変形例におけるピッチ補正装置３５は、複数のスピーカ３１ａ〜３１ｏに対して１つの聴取対象速度の成分Ｖａを算出し、同成分Ｖａのみに基づいて音のピッチを補正した音信号を出力するように構成されていたが、各スピーカ３１ａ〜３１ｏの位置を考慮に入れて各スピーカ３１ａ〜３１ｏに対する聴取対象速度の成分を算出し、算出された各聴取対象速度の成分に基づいて補正した音信号を出力するように構成されていてもよい。

（第３実施形態）
次に、本発明による第３実施形態に係るマイクロホンアレイ装置について説明する。図１４は、第３実施形態に係るマイクロホンアレイ装置の概略構成を示している。このマイクロホンアレイ装置５０は、屋外において同マイクロホンアレイ装置５０から離れた所定の位置（音発生位置）にて発せられた音（例えば、歌唱又は会話している人の音声や鳥の鳴き声等）を録音する装置である。

マイクロホンアレイ装置５０は、筐体５０ａと、筐体５０ａの一つの面に整列された１５個のマイクロホン５１ａ〜５１ｏと、音伝播物質移動速度検出手段としての空気移動速度センサ６１と、気温センサ６２と、を備えている。

マイクロホンアレイ装置５０がマイクロホン５１ａ〜５１ｏを備える面（以下、「マイクロホン配置面」と称呼する。）５０ｂは、短辺及び長辺から構成される略長方形状を有している。

マイクロホン５１ａ〜５１ｏは、上記第１実施形態のスピーカ配置面１０ｂに対するスピーカ１１ａ〜１１ｏと同じ関係をもって、マイクロホン配置面５０ｂに配置されている。マイクロホン５１ａ〜５１ｏは、互いに同一のマイクロホンである。マイクロホン５１ａ〜５１ｏのそれぞれは、音が入力されると、入力された音を表す音信号を出力するようになっている。

更に、マイクロホンアレイ装置５０は、図１５に示したように、目標位置決定手段としての目標位置決定装置５２、音信号処理装置５３及び録音装置５４を備えている。

目標位置決定装置５２は、上述した目標位置決定プログラムと異なる後述する目標位置決定プログラムを実行することにより、空気移動速度センサ６１及び気温センサ６２による出力値に基づいて目標位置Ｐｔを決定するようになっている。

音信号処理装置５３は、目標位置Ｐｔと、各マイクロホン５１ａ〜５１ｏのそれぞれの位置と、に基づいて、空気がマイクロホン５１ａ〜５１ｏに対して静止しているとの仮定の下でマイクロホン５１ａ〜５１ｏのそれぞれに対する遅延時間を決定するようになっている。音信号処理装置５３は、マイクロホン５１ａ〜５１ｏのそれぞれに対して決定された遅延時間に基づいてマイクロホン５１ａ〜５１ｏのそれぞれにより出力された音信号を遅延処理し、遅延処理された音信号を合成して出力するようになっている。

録音装置５４は、図示しない記憶媒体を含んでいて、入力された音信号を同記憶媒体に記憶させるようになっている。

空気移動速度センサ６１は、上記第１実施形態における空気移動速度センサ２１と同一のセンサであって、図１４に示したように、マイクロホンアレイ装置５０の側面に配設されている。空気移動速度センサ６１は、マイクロホンアレイ装置５０に接続されている。空気移動速度センサ６１は、空気が移動する速さ及び向き（空気移動速度）を検出するようになっている。

ここで、空気移動速度は、上記第１実施形態のスピーカ配置面１０ｂに対する座標系と同じ関係をもってマイクロホン配置面５０ｂに対して定められた座標系において定義されているものとする。但し、Ｙ軸の正方向（Ｙ軸方向の正の向き）は鉛直上向きである。以下、本実施形態における位置及び速度は、空気移動速度と同様に、この座標系において定義されているものとする。

空気移動速度センサ６１は、検出された空気移動速度に基づいて空気移動速度のＸ軸方向成分Ｖｗｘ、Ｙ軸方向成分Ｖｗｙ及びＺ軸方向成分Ｖｗｚを出力するようになっている。

気温センサ６２は、マイクロホンアレイ装置５０の側面に配設されている。気温センサ６２は、マイクロホンアレイ装置５０に接続されている。気温センサ６２は、大気の温度（気温）を検出し、検出された気温を出力するようになっている。

次に、上記のように構成されたマイクロホンアレイ装置５０の作動原理について、風が吹いていない場合から説明する。この場合、音を伝播する物質である空気は、マイクロホン５１ａ〜５１ｏに対して静止している。

従って、マイクロホンアレイ装置５０は、音発生位置の近傍に位置するように予め定められたマイクロホン所望位置Ｐ０を目標位置Ｐｔとして採用し、目標位置Ｐｔにて発せられた音を示す音信号のレベルが他の位置にて発せられた音を示す音信号のレベルより高められるように（目標位置Ｐｔにて発せられた音の音圧レベルが他の位置にて発せられた音の音圧レベルより高められて検知されるように）マイクロホン５１ａ〜５１ｏのそれぞれに対する遅延時間を決定する。

マイクロホンアレイ装置５０は、各マイクロホン５１ａ〜５１ｏに対して決定された遅延時間だけタイミングを遅延させながら同マイクロホン５１ａ〜５１ｏのそれぞれにより出力された音信号を合成する。これにより、マイクロホン所望位置Ｐ０にて発せられた音を示す音信号のレベルが他の位置にて発せられた音を示す音信号のレベルより高められる。

次に、風が吹いている場合について説明する。この場合、音を伝播する物質である空気はマイクロホン５１ａ〜５１ｏに対して移動している。ところで、前述したように、音を伝播する空気が移動している場合、音の伝播状態を表す空気の圧力及び密度等の空間的な分布は空気の移動とともに移動する。従って、空気がマイクロホン５１ａ〜５１ｏに対して静止している場合と同様にマイクロホンアレイ装置５０がマイクロホン所望位置Ｐ０を目標位置Ｐｔとして採用すると、マイクロホン所望位置Ｐ０と異なる位置にて発せられた音を示す音信号のレベルが高められてしまう。

この音信号のレベルが高められる音が発せられた位置が空気の移動によって移動する向き及び距離はそれぞれ、空気が移動する向きと逆向き及び空気が移動する速さとマイクロホン所望位置Ｐ０にて発せられた音が同マイクロホン所望位置Ｐ０からマイクロホン５１ａ〜５１ｏまで伝播するために要する時間（音伝播時間）Ｔとの積により表される距離である。

例えば、図１６に示したように、空気が速さＶｗｘにてＸ軸の正方向にのみ移動している場合、音信号のレベルが高められる音が発せられた位置（音圧レベルが高められて検知される位置）Ｐｈは目標位置ＰｔからＸ軸の負方向に距離Ｖｗｘ・Ｔだけ移動した位置となる。従って、目標位置をＶｗｘ・ＴだけＸ軸の正方向に移動させた位置Ｐｔ’とすれば、結果的に位置Ｐｔにて発せられた音を示す音信号のレベルが高められた合成音信号を生成することができる。

そこで、マイクロホンアレイ装置５０は、このような考えに基づき、マイクロホン所望位置Ｐ０から上記距離Ｖｗｘ・ＴだけＸ軸の正方向に移動させた位置を目標位置Ｐｔとして採用する。これにより、空気がマイクロホン５１ａ〜５１ｏに対して移動している場合であっても、生成された合成音信号が表す音はマイクロホン所望位置Ｐ０にて発せられた音を示す音信号のレベルが高められた音となる。

更に、空気移動速度がＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の３成分（Ｖｗｘ、Ｖｗｙ及びＶｗｚ）を有する場合についても、マイクロホンアレイ装置５０は、上記例と同様に目標位置を決定する。即ち、マイクロホンアレイ装置５０は、マイクロホン所望位置Ｐ０を、音信号のレベルが高められる音が発せられる位置が空気の移動によって移動する各軸方向における移動距離（Ｖｗｘ・Ｔ、Ｖｗｙ・Ｔ及びＶｗｚ・Ｔ）だけ各軸方向において空気の移動方向と同じ向きに移動させた位置を目標位置Ｐｔとして採用する。以上が、マイクロホンアレイ装置５０の作動原理である。

以下、マイクロホンアレイ装置５０の実際の作動について、屋外にて歌唱している人（歌唱者）の音声を録音する場合を例として説明する。この場合、使用者がマイクロホンアレイ装置５０を操作して録音を開始すると、マイクロホンアレイ装置５０の目標位置決定装置５２は、図１７にフローチャートにより示した目標位置決定プログラムを実行する。

より具体的に述べると、目標位置決定装置５２は、ステップ１７００から処理を開始してステップ１７１０に進み、空気移動速度センサ６１により出力された空気移動速度のＸ軸方向成分Ｖｗｘ、Ｙ軸方向成分Ｖｗｙ及びＺ軸方向成分Ｖｗｚを読み込む。

そして、目標位置決定装置５２は、ステップ１７２０に進み気温センサ６２により出力された気温Ｔａｔｍを読み込む。

次いで、目標位置決定装置５２は、ステップ１７３０に進み上記ステップ１７２０にて読み込まれた気温Ｔａｔｍと、同ステップ１７３０内に示した式と、に基づいて音速Ｖｓを算出する。ここで、κは空気の比熱比であり及びＲは空気の気体定数である。

次に、目標位置決定装置５２は、ステップ１７４０に進みマイクロホン距離Ｄを上記ステップ１７３０にて算出された音速Ｖｓにより除することにより音伝播時間Ｔを算出する。ここで、マイクロホン距離Ｄは予め定められたマイクロホン所望位置Ｐ０（Ｘ軸方向成分Ｐ０ｘ、Ｙ軸方向成分Ｐ０ｙ及びＺ軸方向成分Ｐ０ｚ）と、原点（マイクロホンアレイ装置５０のマイクロホン配置面５０ｂ内の中心）と、の間の距離である。即ち、音伝播時間Ｔは、マイクロホン所望位置Ｐ０にて発せられた音が同マイクロホン所望位置Ｐ０から各マイクロホン５１ａ〜５１ｏの位置を代表する位置としての原点まで伝播するために要する時間を表している。

そして、目標位置決定装置５２は、ステップ１７５０に進み上記ステップ１７１０にて読み込まれた空気移動速度（Ｖｗｘ、Ｖｗｙ及びＶｗｚ）と、マイクロホン所望位置（Ｐ０ｘ、Ｐ０ｙ及びＰ０ｚ）と、上記ステップ１７４０にて算出された音伝播時間Ｔと、同ステップ１７５０内に示した下記（１３）〜（１５）式と、に基づいて目標位置（Ｐｔｘ、Ｐｔｙ及びＰｔｚ）を決定する。
Ｐｔｘ＝Ｐ０ｘ＋Ｔ・Ｖｗｘ …（１３）
Ｐｔｙ＝Ｐ０ｙ＋Ｔ・Ｖｗｙ …（１４）
Ｐｔｚ＝Ｐ０ｚ＋Ｔ・Ｖｗｚ …（１５）

このように、マイクロホン所望位置の各成分に空気移動速度の対応する成分と音伝播時間とを乗じた値をそれぞれ加えた値を目標位置の対応する成分とすることにより、空気がマイクロホン５１ａ〜５１ｏに対して移動することによる音信号のレベルが高くなる位置の変化が補償される。
そして、目標位置決定装置５２は、ステップ１７９９に進み本ルーチンを一旦終了する。

次いで、音信号処理装置５３は、目標位置決定装置５２により決定された目標位置（Ｐｔｘ、Ｐｔｙ及びＰｔｚ）と、マイクロホン５１ａ〜５１ｏのそれぞれの位置と、に基づいてマイクロホン５１ａ〜５１ｏのそれぞれに対する遅延時間を決定する。

次いで、音信号処理装置５３は、マイクロホン５１ａ〜５１ｏのそれぞれに対して決定された遅延時間に基づいてマイクロホン５１ａ〜５１ｏのそれぞれにより出力された音信号を遅延処理し、遅延処理された音信号を合成して出力する。

このように、音を伝播する空気の移動による音信号のレベルが高くなる位置の変化が補償されるので、目標位置Ｐｔにて発せられた音を示す音信号のレベルが他の位置にて発せられた音を示す音信号のレベルより高くなるようにマイクロホン５１ａ〜５１ｏのそれぞれにより出力された音信号を合成することにより、実際に音信号のレベルを高めたいマイクロホン所望位置Ｐ０にて発せられた音を示す音信号のレベルが高められた合成音信号を生成することができる。

次に、録音装置５４は、音信号処理装置５３により出力される合成音信号を記憶媒体に記憶させる。
このようにして、マイクロホンアレイ装置５０により、風が強く吹いている場合であっても、屋外にて歌唱している人の音声を示す音信号のレベルが他の位置にて発せられた音を示す音信号のレベルより高められた音が録音される。

以上説明したように、本発明によるマイクロホンアレイ装置５０に係る第３実施形態は、複数のマイクロホン５１ａ〜５１ｏに入力される音を伝播する物質（空気）が静止しているとの仮定の下で、目標位置Ｐｔにて発せられた音を示す音信号のレベルが他の位置にて発せられた音を示す音信号のレベルより高くなるように各マイクロホン５１ａ〜５１ｏにより出力された複数の音信号を合成した合成音信号を生成する。このとき、上記第３実施形態は、複数のマイクロホン５１ａ〜５１ｏのそれぞれの位置と、目標位置Ｐｔと、の間に存在する空気が移動する速さ及び向き（空気移動速度Ｖｗ）を検出し、検出された空気移動速度Ｖｗと、実際に音信号のレベルを高めたい（音圧レベルを高めて検知したい）マイクロホン所望位置Ｐ０と、に基づいて目標位置Ｐｔを決定する。

これにより、空気が移動する場合であっても、この空気の移動を考慮に入れて目標位置Ｐｔが決定されるので、目標位置Ｐｔにて発せられた音を示す音信号のレベルが他の位置にて発せられた音を示す音信号のレベルより高くなるように生成された合成音信号が表す音は実際に音信号のレベルを高めたいマイクロホン所望位置Ｐ０にて発せられた音を示す音信号のレベルが高められた音となる。この結果、屋外における録音時に風が強く吹いていたとしても、実際に聴取したい位置にて発せられた音を録音することができる。

なお、上記第３実施形態は、空気移動速度が所定値より小さい場合、生成される合成音信号における音信号のレベルが高められる位置の変化を補償しないように構成されていてもよい。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、音速は、大気の圧力及び密度により算出されてもよい。

本発明の第１実施形態に係るスピーカアレイ装置をオートバイに適用したシステムの概略構成図である。 図１に示したスピーカアレイ装置を正面視において拡大した図である。 図１に示したスピーカアレイ装置の機能ブロック図である。 運転者の頭部の位置と、スピーカアレイ装置の位置と、実際に音圧レベルを高めたい所望位置と、の関係を概念的に示した説明図である。 目標位置と実際に音圧レベルが高くなる位置との関係を概念的に示した説明図である。 図３に示した目標位置決定装置が実行する目標位置を決定するためのルーチンを表すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係るスピーカアレイ装置を交通情報伝達装置に適用したシステムの概略構成図である。 図７に示したスピーカアレイ装置の機能ブロック図である。 移動する聴取対象と目標位置との関係を概念的に示した説明図である。 図８に示した目標位置決定装置が実行する目標位置を決定するためのルーチンを表すフローチャートである。 本発明の第２実施形態の変形例に係るスピーカアレイ装置の機能ブロック図である。 移動する聴取対象と複数のスピーカとの関係を概念的に示した説明図である。 ドップラー効果による聴取周波数の変化を説明するための説明図である。 本発明の第３実施形態に係るマイクロホンアレイ装置の概略構成図である。 図１４に示したマイクロホンアレイ装置の機能ブロック図である。 目標位置と実際に音信号のレベルが高められる位置との関係を概念的に示した説明図である。 図１５に示した目標位置決定装置が実行する目標位置を決定するためのルーチンを表すフローチャートである。

符号の説明

１０…スピーカアレイ装置、１０ａ…筐体、１０ｂ…スピーカ配置面、１１ａ〜１１ｏ…スピーカ、１２…音発生装置、１３…目標位置決定装置、１４…音信号処理装置、２１…空気移動速度センサ、２２…気温センサ、ＭＣ…オートバイ、ＤＶ…運転者、３０，３０Ａ…スピーカアレイ装置、３０ａ…筐体、３０ｂ…スピーカ配置面、３１ａ〜３１ｏ…スピーカ、３２…音発生装置、３３…目標位置決定装置、３４…音信号処理装置、３５…ピッチ補正装置、４１…聴取対象位置センサ、４２…気温センサ、ＫＤ…交通情報伝達装置、５０…マイクロホンアレイ装置、５０ａ…筐体、５０ｂ…マイクロホン配置面、５１ａ〜５１ｏ…マイクロホン、５２…目標位置決定装置、５３…音信号処理装置、５４…録音装置、６１…空気移動速度センサ、６２…気温センサ。

Claims (3)

1. スピーカを複数備え、目標位置における音圧レベルが他の位置における音圧レベルより高くなるように前記複数のスピーカのそれぞれの位置と同目標位置とに基づいて同複数のスピーカのそれぞれから出力される音を制御するスピーカアレイ装置であって、
   前記複数のスピーカから出力される音を聴取させたい対象と、前記複数のスピーカと、の相対的な位置関係を検出する位置検出手段と、
   前記検出された位置関係に基づいて前記目標位置を自動的に変更する目標位置決定手段と、
   を備えるスピーカアレイ装置において、
   前記複数のスピーカから出力された音が同複数のスピーカから前記聴取させたい対象まで伝播するために要する時間だけ先の時点における前記位置関係を前記検出された位置関係に基づいて推定する将来位置推定手段を備え、
   前記目標位置決定手段は、前記推定された先の時点における位置関係に基づいて前記目標位置を補正するスピーカアレイ装置。
2. 請求項１に記載のスピーカアレイ装置であって、
   前記聴取させたい対象と、前記複数のスピーカと、の相対的な速度を前記検出された位置関係に基づいて推定する速度推定手段と、
   前記聴取させたい対象が前記複数のスピーカに対して相対移動することにより生じるドップラー効果に基づく音のピッチの変化を補償するように同複数のスピーカのそれぞれから出力される音のピッチを前記推定された相対的な速度に基づいて補正するピッチ補正手段と、
   を備えるスピーカアレイ装置。
3. スピーカを複数備え、目標位置における音圧レベルが他の位置における音圧レベルより高くなるように前記複数のスピーカのそれぞれの位置と同目標位置とに基づいて同複数のスピーカのそれぞれから出力される音を制御するスピーカアレイ装置であって、
   前記複数のスピーカから出力される音を聴取させたい対象と、前記複数のスピーカと、の相対的な位置関係を検出する位置検出手段と、
   前記検出された位置関係に基づいて前記目標位置を自動的に変更する目標位置決定手段と、
   を備えるスピーカアレイ装置において、
   前記聴取させたい対象と、前記複数のスピーカと、の相対的な速度を前記検出された位置関係に基づいて推定する速度推定手段と、
   前記聴取させたい対象が前記複数のスピーカに対して相対移動することにより生じるドップラー効果に基づく音のピッチの変化を補償するように同複数のスピーカのそれぞれから出力される音のピッチを前記推定された相対的な速度に基づいて補正するピッチ補正手段と、
   を備えるスピーカアレイ装置。

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