JP4805034B2 - スピーカシステム - Google Patents

Description

本発明は、異なる複数の音源信号を再生するスピーカシステムに関する。

従来のスピーカシステムは、例えば図５に示すように、第１の音源５０１と、第２の音源５０２と、適応フィルタ５０３、５０４、５０５及び５０６と、加算器５０７、５０８、５０９及び５１０と、スピーカ５１２、５１３、５１４及び５１５と、マイク５１６及び５１７とで構成されている。図５において、第１の音源５０１のＬｃｈ信号は、加算器５０７を経てスピーカ５１２から、第１の音源５０１のＲｃｈ信号は、加算器５０８を経てスピーカ５１３から車室内に音としてそれぞれ出力される。第２の音源５０２のＬｃｈ信号は、加算器５０９を経てスピーカ５１４から、第２の音源５０２のＲｃｈ信号は加算器５１０を経てスピーカ５１５から車室内に音としてそれぞれ出力される。スピーカ５１２、５１３、５１４及び５１５から出力された音の位相及び振幅は、車室内の伝達関数によってそれぞれ変えられ、位相及び振幅が変化した各音はマイク５１６または５１７に入力される。

加算器５０７のもう一方の入力は、第２の音源５０２のＬｃｈ信号を入力とした適応フィルタ５０３の出力で、加算器５０８のもう一方の入力は、第２の音源５０２のＲｃｈ信号を入力とした適応フィルタ５０４の出力である。加算器５０９のもう一方の入力は、第１の音源５０１のＬｃｈ信号を入力とした適応フィルタ５０５の出力で、加算器５１０のもう一方の入力は第１の音源５０１のＲｃｈ信号を入力とした適応フィルタ５０６の出力である。適応フィルタ５０３及び５０４の係数は、マイク５１６の出力信号に応じて更新される。同様に、適応フィルタ５０５及び５０６の係数は、マイク５１７の出力信号に応じて更新される。

適応フィルタ５０３の係数は、以下のようにして更新される。第２の音源５０２のＬｃｈの信号をＸ、マイク５１６の出力信号をＥ、スピーカ５１２とマイク５１６の間の伝達関数行列をＣ_１１、スピーカ５１４とマイク５１６の間の伝達関数行列をＣ_１２、適応フィルタ５０３の伝達関数行列をＷとすると、出力信号Ｅは、次式（１）で表される。

Ｅ＝Ｃ_１１・Ｗ・Ｘ＋Ｃ_１２・Ｘ … （１）
このマイク５１６の出力信号Ｅが最小になるように、適応フィルタ５０３の係数は更新される。更新式は、よく知られたＦｉｌｔｅｒｅｄ−ｘ ＬＭＳアルゴリズムによると、次式（２）で表される。

Ｗ_ｎ＋１＝Ｗ_ｎ−μ・Ｅ・Ｃ_１１・Ｘ … （２）
ただし、Ｗの添え字ｎは時刻を表し、μは係数更新の大きさを表す収束係数である。適応フィルタ５０４、５０５及び５０６の各係数も同様に更新される。

適応フィルタ５０３及び５０４が収束したときには、スピーカ５１４及び５１５から出力された音（第２の音源５０２の信号に基づくもの）は、マイク５１６の地点で、スピーカ５１２及び５１３から出力された音（適応フィルタ５０３及び５０４の信号に基づくもの）によってそれぞれ打ち消される。同様に、適応フィルタ５０５及び５０６が収束したときには、スピーカ５１２及び５１３から出力された音（第１の音源５０１の信号に基づくもの）は、マイク５１７の地点で、スピーカ５１４及び５１５から出力された音（適応フィルタ５０５及び５０６の信号に基づくもの）によってそれぞれ抑圧される。このように、マイク５１６の地点では第１の音源５０１の信号のみに基づく音が聴者に聞こえるようになり、マイク５１７の地点では第２の音源５０２の信号のみに基づく音が聴者に聞こえるようになる（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−３０８６９８号公報

しかしながら、従来のスピーカシステムにおいては、各マイク５１６及び５１７の近傍以外で、上記の抑圧性能を得ることはできないという課題があった。具体例を挙げると、スピーカ５１２及び５１４は互いに離れた位置に設置されるため、スピーカ５１２からマイク５１６に到達する音の波面と、スピーカ５１４からマイク５１６に到達する音の波面とは互いに平行にならない。よって、マイク５１６から離れた位置になるほど、スピーカ５１２から出力される音に含まれる適応フィルタ５０３の出力が、スピーカ５１４から出力される音（第２の音源）を打ち消す効果は弱まる。

それ故に、本発明は、より広範囲で再生したくない音源信号を抑圧できるスピーカシステムを提供することを目的とする。

本発明のスピーカシステムは、第１の音源信号を出力する第１の音源と、該第１の音源信号とは異なる第２の音源信号を出力する第２の音源と接続されたスピーカシステムであって、スピーカシステムは、第１の音源信号と、第２の音源信号を抑圧する第１の抑圧信号とを加算した第１の加算信号により駆動される第１のスピーカと、第２の音源信号と、第１の音源信号を抑圧する第２の抑圧信号とを加算した第２の加算信号により駆動される第２のスピーカとを備え、第１及び第２のスピーカは、各中心軸が略同一軸線上にあるよう互いに背向して近接する位置に配置される。

本発明によれば、第１のスピーカから出力される第１の抑圧信号が第２のスピーカから出力される第２の音源信号を抑圧するため、第１のスピーカの音響空間に居る聴者には、第１の音源信号に基づく音が聴こえる。同様に、第２のスピーカの音響空間に居る聴者には、第２の音源信号に基づく音が聴こえる。また、第１及び第２のスピーカは、各中心軸が略同一軸線上にあるよう互いに背向して近接する位置に配置されるため、他方のスピーカから出力される音源信号をより広範囲にわたって抑圧することができる。

以下、本発明の実施の形態のスピーカシステムについて、図面を用いて説明する。

本発明の第１の実施の形態のスピーカシステムを図１に示す。

図１において、スピーカシステムは、車両Ｖ内に設置され、第１の音源１０１、第２の音源１０２と接続され、信号処理回路１１１と、第１のスピーカ１１２、第２のスピーカ１１３、第３のスピーカ１１４及び第４のスピーカ１１５とを備える。

第１の音源１０１は、例えば車内空間の前席側である第１の音響空間Ａ１で再生される第１の音を表す第１の音源信号を生成し出力する。第１の音源信号は、具体的には、左チャンネル用の信号（以下、第１の音源信号（Ｌ）という）及び右チャンネル用の信号（以下、第１の音源信号（Ｒ）という）から構成される。第１の音源信号（Ｌ）は、２分岐され、後述する制御フィルタ１０３及び加算器１０７の両方に与えられる。第１の音源信号（Ｒ）は、２分岐され、後述する制御フィルタ１０５及び加算器１０９の両方に与えられる。

第２の音源１０２は、第２の音響空間Ａ２で再生される第２の音を表す第２の音源信号を生成し出力する。第２の音響空間Ａ２は、例えば、車内空間の後席側であって、模式的には、図１に示すように、第１の音響空間Ａ１と隣接する。また、第２の音源信号は、具体的には、左チャンネル用の信号（以下、第２の音源信号（Ｌ）という）及び右チャンネル用の信号（以下、第２の音源信号（Ｒ）という）から構成される。第２の音源信号（Ｌ）は、２分岐され、後述する制御フィルタ１０４及び加算器１０８の両方に与えられる。第２の音源信号（Ｒ）は、２分岐され、後述する制御フィルタ１０６及び加算器１１０の両方に与えられる。

信号処理回路１１１は、制御フィルタ１０３−１０６と、加算器１０７−１１０と、スピーカ１１２−１１５とを備える。

制御フィルタ１０４は、入力された第２の音源信号（Ｌ）から、第２の音源信号（Ｌ）を抑圧する信号（以下、第１の抑圧信号（Ｌ）という）を生成する。制御フィルタ１０６は、入力された第２の音源信号（Ｒ）から、第２の音源信号（Ｒ）を抑圧する信号（以下、第１の抑圧信号（Ｒ）という）を生成する。

制御フィルタ１０３は、入力された第１の音源信号（Ｌ）から、第１の音源信号（Ｌ）を抑圧するための信号（以下、第２の抑圧信号（Ｌ）という）を生成する。制御フィルタ１０５は、入力された第１の音源信号（Ｒ）から、第１の音源信号（Ｒ）を抑圧するための信号（以下、第２の抑圧信号（Ｒ）という）を生成する。

加算器１０７は、第１の音源信号（Ｌ）と、第１の抑圧信号（Ｌ）とを加算して、第１の音源１０１のＬｃｈ側について第１の加算信号（Ｌ）を生成し、スピーカ１１２に出力する。加算器１０９は、第１の音源信号（Ｒ）と、第１の抑圧信号（Ｒ）とを加算して、第１の音源１０１のＲｃｈ側について第１の加算信号（Ｒ）を生成し、スピーカ１１４に出力する。

加算器１０８は、第２の音源信号（Ｌ）と、第２の抑圧信号（Ｌ）とを加算して、第２の音源１０２のＬｃｈ側について第２の加算信号（Ｌ）を生成し、スピーカ１１３に出力する。加算器１１０は、第２の音源信号（Ｒ）と、第２の抑圧信号（Ｒ）とを加算して、第２の音源１０２のＲｃｈ側について第２の加算信号（Ｒ）を生成し、スピーカ１１５に出力する。

スピーカ１１２−１１５は、第１の音響空間Ａ１及び第２の音響空間Ａ２のほぼ境界Ｂ上の位置に配置される。具体的には、スピーカ１１２及び１１３は、境界Ｂの近傍で、それぞれの中心軸が略同一軸線上にあるよう互いに背向して近接する位置に配置される。スピーカ１１４及び１１５は、境界Ｂの近傍で、それぞれの中心軸が略同一軸線上にあるよう互いに背向して近接する位置に配置される。ここで、スピーカ１１２及び１１３の間の距離と、スピーカ１１４及び１１５の間の距離とは、本実施形態の効果を奏するためには、互いに等しく、３０ｃｍ以下であることが好ましい。

また、スピーカ１１２及び１１４は、第１の音響空間Ａ１に音を出力するために、それぞれの中心軸が第１の音響空間Ａ１に向けられ、スピーカ１１３及び１１５は、第２の音響空間Ａ２に音を出力するために、それぞれの中心軸が第２の音響空間Ａ２に向けられていることが好ましい。

上記のように配置されたスピーカ１１２は、入力された第１の加算信号（Ｌ）により駆動され、第１の音源信号（Ｌ）及び第１の抑圧信号（Ｌ）が表す音を、第１の音響空間Ａ１に出力する。スピーカ１１４は、入力された第１の加算信号（Ｒ）により駆動され、第１の音源信号（Ｒ）及び第１の抑圧信号（Ｒ）が表す音を、第１の音響空間Ａ１に出力する。スピーカ１１３は、入力された第２の加算信号（Ｌ）により駆動され、第２の音源信号（Ｌ）及び第２の抑圧信号（Ｌ）が表す音を、第２の音響空間Ａ２に出力する。スピーカ１１５は、入力された第２の加算信号（Ｒ）により駆動され、第２の音源信号（Ｒ）及び第２の抑圧信号（Ｒ）が表す音を、第２の音響空間Ａ２に出力する。

ここで、制御フィルタ１０３−１０６での処理について、これらを代表して制御フィルタ１０４の処理について詳細に説明する。制御フィルタ１０４は、「背景技術」の欄において、従来のスピーカシステムの動作で説明したようなＦｉｌｔｅｒｅｄ−ｘ ＬＭＳアルゴリズムなどを用いて、スピーカ１１３から第１の音響空間Ａ１に向かう音（つまり、第２の音源信号（Ｌ）に基づく音）を抑圧するための第１の抑圧信号（Ｌ）を生成するように決定された係数を、固定の係数として用いるよう設計される。

図２は、制御フィルタ１０４を設計するときの車室内におけるスピーカ１１２及び１１３と、制御点２０４の位置関係を示す模式図である。制御点２０４には、設計のためにマイクが設置されているものとする。

図２において、スピーカ１１２及び制御点２０４間の伝達関数行列はＣ_１１と、スピーカ１１３と制御点２０４との間の伝達関数行列はＣ_１２と示されている。この場合、制御フィルタ１０４の係数ｗ_２は、次式（３）で表される。

ｗ_２＝−Ｃ_１２／Ｃ_１１ … （３）
他のフィルタ１０３、１０５及び１０６の各係数も、上述と同様にして決定される。

このようにして、制御フィルタ１０３−１０６の各係数が設計時に決定されることにより、本実施の形態のスピーカシステムは、係数決定のためのマイクを動作時に必要とせずに、設置される空間の環境に適した制御フィルタを備えることができる。

以上のように設計された制御フィルタ１０４によって生成された第１の抑圧信号に基づいて、スピーカ１１２から音が出力されて、スピーカ１１３から出力される音のうち第２の音源信号（Ｌ）に基づく音を抑圧する。また、スピーカ１１２及び１１３はほぼ同位置に設置されるため、制御点２０４のごく近傍だけでなく、第１の音響空間Ａ１の広い範囲にわたって上記の抑圧効果が得られる。

より具体的に説明すると、第１の音源信号（Ｌ）を再生するスピーカ１１２は、スピーカ１１２の中心軸が第１の音響空間Ａ１の方向を向くように設置されている。第２の音源信号（Ｌ）を再生するスピーカ１１３は、スピーカ１１３の中心軸が第２の音響空間Ａ２の方向を向くように設置されている。また、各スピーカ１１２及び１１３は、第１の音響空間Ａ１と第２の音響空間Ａ２との境界Ｂ上のほぼ同位置に設置されている。

上記のような設置状態で、第２の音源信号（Ｌ）に基づく音は、スピーカ１１３から再生され、伝達関数行列Ｃ_１２により、その振幅及び位相が変えられた後、制御点２０４に到達する。また、スピーカ１１２から再生される第１の抑圧信号（Ｌ）に基づく音については、制御点２０４に到達するまでに伝達関数行列Ｃ_１１により振幅及び位相が変えられる。

スピーカ１１２及び１１３は、図２に示すように、制御点２０４からみて、ほぼ同一方向でほぼ同位置に設置されており、第１の抑圧信号（Ｌ）は、第２の音源信号（Ｌ）を係数ｗ_２の制御フィルタ１０４で処理することにより生成されるため、スピーカ１１３から再生された第２の音源信号（Ｌ）に基づく音の波面と、スピーカ１１２から再生された第１の抑圧信号（Ｌ）の音の波面とは、スピーカ１１３から制御点２０４に至るまでの間、ほぼ平行となり、第２の音源信号（Ｌ）に基づく音は、第１の抑圧信号（Ｌ）に基づく音により抑圧される。そのため、第１の音響空間Ａ１に居る聴者には、第２の音源信号（Ｌ）に基づく音が聴こえなくなる。このように、本実施形態によれば、制御点２０４の近傍だけでなく、第１の音響空間Ａ１の広範囲で第２の音源信号（Ｌ）に基づく音は抑圧される。なお、他のスピーカにおいても、同様の抑圧効果は得られる。

なお、制御フィルタ１０４は、「背景技術」の欄で説明した適応フィルタとしても良い。

また、以上の実施形態では、車内空間は前席側と後席側とに分割されるとして説明したが、これに限らず、車内空間は車両の左側と右側とに分割されても構わない。つまり、第１の音響空間Ａ１及び第２の音響空間Ａ２の境界Ｂは、車両Ｖの縦中心線を含む鉛直面であっても構わない。

次に、本発明の第２の実施の形態のスピーカシステムを図３に示す。

図３において、スピーカシステムは、図１に示すスピーカシステムに加えてスピーカ３０１−３０４を備える点と、制御フィルタ１０３−１０６の係数が異なる点とで相違する。その他について、両スピーカシステムに相違点は無いので、図３において、図１に相当する構成には同一の参照番号を付け、それぞれの説明を省略する。

スピーカ３０１及び３０３は、前述の第１の音響空間Ａ１にそれぞれの中心軸が向くように配置され、該第１の音響空間Ａ１において中心軸がスピーカ１１３及び１１５の中心軸と平行でかつスピーカ１１２及び１１４にそれぞれ対向するように設置される。

スピーカ３０２及び３０４は、前述の第２の音響空間Ａ２にそれぞれの中心軸が向くように配置され、該第２の音響空間Ａ２において中心軸がスピーカ１１２及び１１４と中心軸が平行でかつスピーカ１１３及び１１５にそれぞれ対向するように設置される。

以上のように配置されるスピーカ３０１及び３０３は、第１の音源信号（Ｌ）及び第１の音源信号（Ｒ）を再生し、スピーカ３０２及び３０４は、第２の音源信号（Ｌ）及び第２の音源信号（Ｒ）を再生する。

次に、図４を参照して、制御フィルタ１０３−１０６の処理について、代表的に制御フィルタ１０４の処理を詳細に説明する。図４は、制御フィルタ１０４を設計するときの車室内におけるスピーカ１１２、１１３及び３０２と、制御点４０１の位置関係を示す模式図である。制御点４０１には、設計のためにマイクが設置されているものとする。

図４において、スピーカ１１２と制御点４０１との間の伝達関数行列はＣ_１１とし、スピーカ１１３と制御点４０１との間の伝達関数行列はＣ_１２とし、スピーカ３０２と制御点４０１との間の伝達関数行列はＣ_１３とする。この場合、制御フィルタ１０４の係数ｗ_２は、次式（４）で表される。

ｗ_２＝−（Ｃ_１２＋Ｃ_１３）／Ｃ_１１ … （４）
他のフィルタ１０３、１０５及び１０６の係数も、上述と同様にして決定される。

以上のように設計された制御フィルタ１０４によって生成された第１の抑圧信号（Ｌ）に基づく音は、スピーカ１１２から出力され、スピーカ１１３及び３０２から出力される音のうち第２の音源信号（Ｌ）基づく音を抑圧する。また、スピーカ１１２及び１１３はほぼ同位置にそれぞれ設置されるとともに、スピーカ３０２の中心軸がスピーカ１１２の中心軸と平行かつ対向するので、第２の音源信号（Ｌ）に基づく音の波面と第１の抑圧信号（Ｌ）に基づく音の波面とが平行になって放射されるため、制御点４０１のごく近傍だけでなく、第１の音響空間Ａ１の広い範囲にわたって、上記の抑圧効果は得られる。

より具体的に説明すると、第１の抑圧信号（Ｌ）に基づく音を再生するスピーカ１１２は、スピーカ１１２の中心軸が第１の音響空間Ａ１の方向を向くように設置されている。第２の音源信号（Ｌ）に基づく音を再生するスピーカ１１３及び３０２は、それぞれの中心軸が第２の音響空間Ａ２の方向を向くように設置されている。また、各スピーカ１１２及び１１３は、第１の音響空間Ａ１と第２の音響空間Ａ２の境界Ｂ上のほぼ同位置に背向して設置されている。また、スピーカ３０２は、スピーカ３０２の中心軸がスピーカ１１２の中心軸と平行になるようスピーカ１１３に対向して設置されている。

上記のような設置状態で、第２の音源信号（Ｌ）に基づく音は、スピーカ１１３及び３０２から再生され、伝達関数行列Ｃ_１２及びＣ_１３より、その振幅及び位相がそれぞれ変えられた後、制御点４０１に到達する。また、スピーカ１１２から再生される第１の抑圧信号（Ｌ）に基づく音については、制御点４０１に到達するまでに伝達関数行列Ｃ_１１により振幅及び位相が変えられる。

スピーカ１１２及び１１３は、図４に示すように、ほぼ同位置に背向して設置されており、また、スピーカ３０２は、スピーカ３０２の中心軸がスピーカ１１２の中心軸と平行になり、かつスピーカ１１３に対向して設置される。また、第１の抑圧信号（Ｌ）は、第２の音源信号（Ｌ）を係数ｗ_２の制御フィルタ１０４で処理することにより生成されるため、スピーカ１１３及び３０２からの第２の音源信号（Ｌ）に基づく各音の合成波と、第１の抑圧信号（Ｌ）に基づく音は、第１の音響空間Ａ１においてほぼ平行になって放射され、第２の音源信号（Ｌ）に基づく音は第１の抑圧信号（Ｌ）に基づく音によりほぼ抑圧される。そのため、第１の音響空間Ａ１に居る聴者には、第２の音源信号（Ｌ）に基づく音がほぼ聴こえなくなる。このように、本実施形態によれば、制御フィルタの係数を算出した制御点４０１の近傍だけでなく、第１の音響空間Ａ１の広範囲で第２の音源信号（Ｌ）に基づく音は抑圧される。なお、他のスピーカについても、同様の抑圧効果は得られる。

以上のように、本発明に係るスピーカシステムは、複数の音響空間それぞれの広い範囲で再生したくない音源信号を抑圧できるという効果を有する車載用のスピーカシステム等として有用である。

本発明の第１の実施形態に係るスピーカシステムのブロック図 図１のスピーカシステムにおける制御フィルタ１０４の設計のための模式図 本発明の第２の実施形態におけるスピーカシステムのブロック図 図３のスピーカシステムにおける制御フィルタ１０４の設計のための模式図 従来のスピーカシステムのブロック図

符号の説明

１０１ 第１の音源
１０２ 第２の音源
１０３−１０６ 制御フィルタ
１０７−１１０ 加算器
１１２−１１５、３０１−３０４ スピーカ

Claims (3)

1. 第１の音源信号を出力する第１の音源と、該第１の音源信号とは異なる第２の音源信号を出力する第２の音源と接続されたスピーカシステムであって、
   前記スピーカシステムは、
   前記第１の音源信号と、前記第２の音源信号を抑圧する第１の抑圧信号とを加算した第１の加算信号により駆動される第１のスピーカと、
   前記第２の音源信号と、前記第１の音源信号を抑圧する第２の抑圧信号とを加算した第２の加算信号により駆動される第２のスピーカとを備え、
   前記第１及び第２のスピーカは、各中心軸が略同一軸線上にあるよう互いに背向して近接する位置に配置される、スピーカシステム。
2. 前記スピーカシステムは、
   前記第１の音源から出力された第１の音源信号をフィルタリング処理して、前記第２の抑圧信号を生成する第１のフィルタと、
   前記第２の音源から出力された第２の音源信号をフィルタリング処理して、前記第１の抑圧信号を生成する第２のフィルタと、
   前記第１の音源から出力された第１の音源信号と、前記第２のフィルタから出力された第１の抑圧信号とを加算して、前記第１の加算信号を生成する第１の加算器と、
   前記第２の音源から出力された第２の音源信号と、前記第１のフィルタから出力された第２の抑圧信号とを加算して、前記第２の加算信号を生成する第２の加算器とをさらに備える、請求項１に記載のスピーカシステム。
3. 前記スピーカシステムは、
   中心軸が前記第２のスピーカの中心軸と平行になるよう前記第１のスピーカに対向して配置され、前記第１の音源信号により駆動される第３のスピーカと、
   中心軸が前記第１のスピーカの中心軸と平行になるよう前記第２のスピーカに対向して配置され、前記第２の音源信号により駆動される第４のスピーカとをさらに備え、
   前記第１のフィルタは、前記第１の音源信号をフィルタリング処理して、前記第１のスピーカ及び前記第３のスピーカから出力される音を抑圧するための第２の抑圧信号を生成し、
   前記第２のフィルタは、前記第２の音源信号をフィルタリング処理して、前記第２のスピーカ及び前記第４のスピーカから出力される音を抑圧するための第１の抑圧信号を生成する、請求項２に記載のスピーカシステム。

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