JP5276350B2

JP5276350B2 - 音響再生装置及び音響再生方法

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Publication number: JP5276350B2
Application number: JP2008103355A
Authority: JP
Inventors: 学岡本; 陽一羽田; 真理子青木
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2008-04-11
Filing date: 2008-04-11
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2028-04-11
Also published as: JP2009253948A

Description

この発明は、例えば電話会議などに利用され、２チャネルの可聴帯域信号を、複数のスピーカで拡声再生する音響再生装置と音響再生方法に関する。

電話会議システムやテレビ会議システムで用いられる２チャネルの可聴帯域信号を複数のスピーカで拡声再生する音響再生装置は、複数のスピーカから出す信号に違いを出すことにより、受聴者が聞き取れる音像の位置を変化させることができる。複数の再生音像を違った位置に定位させることで、それぞれの音源の了解性を上げることが可能となる。

図１に、２チャネルの信号を複数のスピーカで拡声再生させる音響再生装置の最も基本的な構成を示す。２チャネルの信号を再生するスピーカがそれぞれ１つずつ存在する。２チャネルの入力信号に対し、レベル差や時間差をつけることにより、２つのスピーカの間に音像を定位させることが可能である。しかし、受聴者は２つのスピーカから同じ距離に位置することを強いられる。この位置からずれると、全ての音が一方のスピーカの位置に定位し、複数の音を再生した場合、異なる位置から聴こえることによる音源の了解性の向上は見込めないことになる。したがって、複数の音源の明瞭性を保持できる受聴位置はきわめて狭い。

音像を違った位置に定位させて受聴位置を拡大する方法の１つが非特許文献１に開示されている。この技術を、図２を参照して説明する。２チャネルの入力信号Ｃｈ．１とＣｈ．２がそれぞれ入力される左右のスピーカ位置には、それぞれ２個のスピーカＳ_Ｌ１、Ｓ_Ｌ２とＳ_Ｒ１、Ｓ_Ｒ２とが設置されている。それぞれの組の外側に位置するスピーカＳ_Ｌ１とＳ_Ｒ１の指向性は正面方向に、内側に位置するスピーカＳ_Ｌ２とＳ_Ｒ２の指向性は、２組のスピーカの中央前方に位置する受聴者Ｂに向けられている。

左側のスピーカＳ_Ｌ１の正面に位置する受聴者Ａは、スピーカＳ_Ｌ１とスピーカＳ_Ｒ２の音を聞くことになる。受聴者Ａと各スピーカＳ_Ｌ１とＳ_Ｒ２との距離はスピーカＳ_Ｒ２の方が遠いので、スピーカＳ_Ｌ１の入力側に遅延器７０_Ｌが直列に接続され、上記遠い分の距離を音が伝達する時間だけ、入力信号Ｃｈ．２が遅延器７０_Ｌにより遅延される。また受聴者ＡにスピーカＳ_Ｌ１とスピーカＳ_Ｒ２の音が同じ大きさで聞こえるように、受聴者Ａから遠いスピーカＳ_Ｒ２の入力側にはその分の音圧低下を補うための増幅器７２_Ｒが直列に接続される。このようにすることで、左側のスピーカＳ_Ｌ１の正面に位置する受聴者Ａでも良好な音像定位を得ることが可能となる。２組のスピーカの中央に位置する受聴者Ｂは、お互いに遅延されないスピーカＳ_Ｌ２とＳ_Ｒ２の音を同時に聞くので従来通りの定位が得られる。スピーカＳ_Ｒ１の入力側には、遅延器７０_Ｌと対応する遅延器７０_Ｒが直列に接続され、スピーカＳ_Ｌ２の入力側には、増幅器７２_Ｒと対応する増幅器７２_Ｌが直列に接続されている。従って、右側のスピーカＳ_Ｒ１の正面に位置する受聴者Ｃは、スピーカＳ_Ｒ１とスピーカＳ_Ｌ２の音を聞くことになり、受聴者Ａ側と同じ原理で良好な音像定位を得ることができる。このようにスピーカの配列方向に並行する方向で受聴エリアを拡大することができる。

受聴位置を拡大する他の方法が非特許文献２に示されている。この技術を、図３を参照して説明する。この方法は、スピーカＬとスピーカＲの間に音像を定位させるのではなく、入力されるＣｈ．１の音信号をスピーカＲから、Ｃｈ．２の音信号をスピーカＬからそれぞれ再生する。そのために、両チャネルＣｈ．１、Ｃｈ．２に信号が混ざっている場合に、それを取り除くためにクロストークキャンセラ８０を用いる。したがって、この方式では入力されるＣｈ．１とＣｈ．２のそれぞれの音源は、スピーカＬ又はＲのどちらかの位置に固定されて再生される。

これらの従来技術では、スピーカの配列する方向に並行な向きで受聴エリアを拡大することができる。
大賀寿郎、山崎芳男、金田豊著「音響システムとディジタル処理」1995年発行、232〜233頁．大山貴博、穂刈治英、島田正治「複数受聴者対応型拡声通信に用いる音源分離手法の比較」、電子情報通信学会誌（Ａ），Vol.J86-ANo.7,2003．

しかしながら従来の方法では、複数の音源の定位を異なる位置に定位させた場合、受聴者の位置は制限された。特に、２組のスピーカを結ぶ線の延長線に近い位置に受聴者が位置すると、複数の音源を異なった位置に定位させられない。つまり、２組のスピーカを結ぶ線の延長線上の受聴者は、２個の音源からのチャネル信号の音が同一の方向から聞こえる。

この発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、２組のスピーカを結ぶ直線の延長線上の受聴者でも、２個の音源に対する音像を異なった位置に定位させることができる音響再生装置及び音響再生方法を提供することを目的とする。

本発明の音響再生装置は、２つの入力チャネル信号（第１入力チャネル信号、第２入力チャネル信号）を再生する。この音響再生装置は、第１再生ユニットと第２再生ユニットとを備える。

第１再生ユニットは、第１入力チャネル信号を入力信号とし、放音方向が反対となるように配置された２つの第１スピーカと、２つの第１スピーカへの入力信号の位相を互いに逆にする第１位相反転器と、２つの第１スピーカへの入力信号にレベル差を与える第１レベル変換器を有する。第２再生ユニットは、第１再生ユニットとは異なる位置に配置され、第２入力チャネル信号を入力信号とし、放音方向が反対となるように配置された２つの第２スピーカと、２つの第２スピーカへの入力信号の位相を互いに逆にする第２位相反転器と、２つの前記第２スピーカへの入力信号にレベル差を与える第２レベル変換器を有する。

あるいは、第１再生ユニットは、第１入力チャネル信号を入力信号とし、放音方向が反対となるように配置された２つの第１スピーカと、２つの前記第１スピーカへの入力信号の位相を互いに逆にする第１位相反転器を有する。第２再生ユニットは、第１再生ユニットとは異なる位置に配置され、第２入力チャネル信号を入力信号とし、放音方向が反対となるように配置された２つの第２スピーカと、２つの前記第２スピーカへの入力信号の位相を互いに逆にする第２位相反転器を有する。そして、第１再生ユニットの２つのスピーカの中心と第２再生ユニットの２つのスピーカの中心とを結ぶ線と、第１再生ユニットの各スピーカの放音方向と垂直な方向とが、あらかじめ定めた第１角度である。また、第１再生ユニットの２つのスピーカの中心と第２再生ユニットの２つのスピーカの中心とを結ぶ線と、第２再生ユニットの各スピーカの放音方向と垂直な方向とが、あらかじめ定めた第２角度である。

本発明の音響再生装置によれば、２つの再生ユニットの２つのスピーカの中心を結ぶ直線上でも、２個の音像を異なる位置に定位させることができ、かつ受聴領域を広げることができる。したがって、きわめて広い範囲で２つの音を異なる位置に定位し、聞き取りの容易性を上げた再生が可能となる。

まず、出願人が出願済の特許文献（特願２００６−２７６４２４号）に記載した発明について説明する。図４は、この出願に記載した音響再生装置の構成例を示す図である。この音響再生装置は、例えば長円形の会議テーブル１０の上に配置されて使用される。この音響再生装置は、一方の入力チャネル信号Ｃｈ．１を再生する偶数個のスピーカが放音側を外側に向けて配置された一方の再生ユニット２０と、一方の再生ユニットと離されて配置され他方の入力チャネル信号を再生する他方の再生ユニット３０とを備える。２組の再生ユニット２０、３０は同一構成であり、それぞれスピーカ２０ａと２０ｂ、スピーカ３０ａと３０ｂの２個ずつで構成されている。２組の再生ユニット２０、３０のスピーカ２０ａと２０ｂ、３０ａと３０ｂは、それぞれの組の中心を結ぶ直線４０に対して対称に配置され、且つ、再生ユニット２０と３０は直線４０の中点に対して対称の位置にそれぞれ配置されている。

更に２組の再生ユニット２０と３０のどちらか一つの再生ユニットを構成する一部のスピーカに入力される入力チャネル信号の位相を反転する位相反転器５０を備える。この例では、再生ユニット２０を構成するスピーカ２０ａに入力される入力チャネル信号Ｃｈ．１が位相反転器５０で位相反転されている。以降、位相反転された信号が入力されるスピーカを図面中においてハッチングを施して示す。なお、位相反転器５０は会議テーブル１０上に配置する必要はない。このように音響再生装置が机上に配置された会議テーブル１０の周囲の、直線４０の両側に、例えば３人ずつの受聴者Ａ、Ｂ、Ｃと受聴者Ｅ、Ｆ、Ｇが、直線４０の延長方向の両端に１人ずつの受聴者ＤとＨが位置している。

この例において、入力チャネル信号Ｃｈ．１とＣｈ．２に異なる音源の信号を入力した場合、再生ユニット３０のスピーカ３０ａと３０ｂから再生される入力チャネル信号Ｃｈ．２の音は、どの受聴者Ａ〜Ｈからも再生ユニット３０の位置に音像が定位して受聴される。一方の再生ユニット２０から再生される入力チャネル信号Ｃｈ．１の音は、直線４０の両側の位置にある受聴者Ａ，Ｂ，Ｃと受聴者Ｅ，Ｆ，Ｇとからは、再生ユニット２０の位置に音像が定位して受聴される。一方、直線４０の延長線上に位置する受聴者ＤとＨにおいては、入力チャネル信号Ｃｈ．２の音は受聴者Ｄ，Ｈの左右のどちらかの耳の方向に音像が定位して受聴される。

つまり、従来の技術では良好な音像定位を得ることが不可能であった直線４０の延長方向に位置する受聴者ＤとＨに対して、再生ユニット２０から再生される入力チャネル信号Ｃｈ．１の音の音像を受聴者ＤとＨの左右のどちらかの耳の一方向に定位させることができ、再生ユニット３０から再生される入力チャネル信号Ｃｈ．２の音の音像を、再生ユニット３０の位置に定位させることができる。また、両再生ユニット２０と３０を結ぶ直線４０の両側に位置する受聴者からは、従来の音響再生装置と同様に再生ユニット２０と３０の位置は見込み角が広く離れて位置するため、入力チャネル信号Ｃｈ．１の音は再生ユニット２０の位置に、入力チャネル信号Ｃｈ．２の音は再生ユニット３０の位置に、それぞれ音像が定位して聞こえる。この例では、このように音響再生装置を中心とした全周辺に位置する受聴者に対し、２個の音源の音像を異なる位置に定位させることができ、これら両音源からの信号を容易に区別できる。

図５に、実施例１の音響再生装置の構成例を示す。音響再生装置１００も、例えば長円形の会議テーブル１０の上に配置されて使用され、２つの入力チャネル信号（第１入力チャネルＣｈ．１の信号、第２入力チャネルＣｈ．２の信号）を再生する。会議テーブル１０の周りには、受聴者Ａ〜Ｈがいる。本発明の課題は、特に受聴者ＤとＨの位置で、の２つの音源に対する音像を異なった位置に定位させることである。また、受聴者Ｄと受聴者Ｈとは、音響再生装置１００について対称な位置に相当する。したがって、以下の説明では、受聴者Ｄの位置での音像の定位について検討する。

音響再生装置１００は、再生ユニット１２０と再生ユニット１３０とを備える。再生ユニット１２０は、Ｃｈ．１の信号を入力信号とし、放音方向が反対となるように配置された２つのスピーカ２０ａ、２０ｂと、２つのスピーカ２０ａ、２０ｂへの入力信号の位相を互いに逆にする位相反転器１５０と、２つのスピーカ２０ａ、２０ｂへの入力信号にレベル差を与えるレベル変換器１６０を有する。再生ユニット１３０は、再生ユニット１２０とは異なる位置に配置され、Ｃｈ．２の信号を入力信号とし、放音方向が反対となるように配置された２つのスピーカ３０ａ、３０ｂと、２つのスピーカ３０ａ、３０ｂへの入力信号の位相を互いに逆にする位相反転器１７０と、２つのスピーカ３０ａ、３０ｂへの入力信号にレベル差を与えるレベル変換器１８０を有する。そして、レベル変換器１６０は、あらかじめ定めておいたレベル差をスピーカ２０ａ、２０ｂへの入力信号に与える。また、レベル変換器１８０は、あらかじめ定めておいたレベル差をスピーカ３０ａ、３０ｂへの入力信号に付与する。

図６に、スピーカ２０ａ、２０ｂへの入力信号のレベルが同じ場合の再生指向特性を示す。０度と１８０度の方向に再生音圧が極めて小さくなる領域があり、この方向の受聴者の場合、音像はスピーカ２０ａ、２０ｂの方向とは異なる方向にずれやすい。しかし、どこへずれるかは予測困難である。図５のように２つのチャネルの信号の位相を逆にする場合、再生ユニット１２０の２つのスピーカ２０ａ、２０ｂの中心と再生ユニット１３０の２つのスピーカ３０ａ、３０ｂの中心とを結ぶ直線４０（０度と１８０度の方向）上の受聴者は、両方のチャネルともスピーカの位置以外に音像を感じやすい。このとき、２つのチャネルとも同じ方向に定位がずれると、複数の音像が同じ位置に定位してしまい、複数の音像を異なる位置に定位させることができない。

図７に、スピーカ２０ａ、２０ｂへの入力信号にレベル差を与えた場合の再生指向特性を示す。０度と１８０度の方向に音圧が小さい領域ができることはレベルが同じときと変わらないが、レベル差を与えると、９０度方向や２７０度方向の音圧は大きく異なるので、０度や１８０度の位置からの受聴者は、音圧が大きい方に音像を感じやすくなる。

図５の構成の場合、例えば、Ｃｈ．１の信号はスピーカ２０ａへの入力信号のレベルを、スピーカ２０ｂへの入力信号のレベルよりも高くし、Ｃｈ．２の信号はスピーカ３０ｂへの入力信号のレベルを、スピーカ３０ａへの入力信号のレベルよりも高くする。このようにレベル差を設定すれば、再生ユニット１２０の２つのスピーカ２０ａ、２０ｂの中心と再生ユニット１３０の２つのスピーカ３０ａ、３０ｂの中心とを結ぶ直線４０（０度と１８０度の方向）上の受聴者にとっては、音像がずれる方向がチャネルごとに異なる。したがって、２つのチャネルの音を聞き分けることができる。なお、どの程度のレベル差が有効かは、部屋の音の反射状態から適宜設計すればよい。

このように、実施例１の音響再生装置によれば、２つの再生ユニットの２つのスピーカの中心を結ぶ直線上でも、２個の音像を異なる位置に定位させることができ、かつ受聴領域を広げることができる。したがって、きわめて広い範囲で２つの音を異なる位置に定位し、聞き取りの容易性を上げた再生が可能となる。

図８に、実施例２の音響再生装置の構成例を示す。音響再生装置２００は、２つの入力チャネル信号（第１入力チャネル信号、第２入力チャネル信号）を再生する。音響再生装置２００も、例えば長円形の会議テーブル１０の上に配置されて使用され、２つの入力チャネル信号（第１入力チャネルＣｈ．１の信号、第２入力チャネルＣｈ．２の信号）を再生する。音響再生装置２００は、再生ユニット２２０と再生ユニット２３０とを備える。再生ユニット２２０は、Ｃｈ．１の信号を入力信号とし、放音方向が反対となるように配置された２つのスピーカ２２０ａ、２２０ｂと、２つの１スピーカ２２０ａ、２２０ｂへの入力信号の位相を互いに逆にする位相反転器２５０を有する。再生ユニット２３０は、再生ユニット２２０とは異なる位置に配置され、Ｃｈ．２の信号を入力信号とし、放音方向が反対となるように配置された２つのスピーカ２３０ａ、２３０ｂと、２つのスピーカ２３０ａ、２３０ｂへの入力信号の位相を互いに逆にする位相反転器２７０を有する。そして、再生ユニット２２０の２つのスピーカ２２０ａ、２２０ｂの中心と再生ユニット２３０の２つのスピーカ２３０ａ、２３０ｂの中心とを結ぶ直線４０と、再生ユニット２２０の各スピーカ２２０ａ、２２０ｂの放音方向と垂直な方向とが、あらかじめ定めた角度θ_２２０である。また、直線４０と、再生ユニット２３０の各スピーカ２３０ａ、２３０ｂの放音方向と垂直な方向とが、あらかじめ定めた角度θ_２３０である。

図９に、音響再生装置２００のそれぞれの再生ユニット２２０、２３０の指向特性を示す。スピーカの組をそれぞれ、θ_２２０、θ_２３０だけ回転させているため、両方のチャネルの音圧の小さい領域は、０度もしくは１８０度の方向（直線４０の延長線上）からずれている。そして、特に図８、図９のように、直線４０に対して、スピーカの組をそれぞれ逆方向に回転させていれば、音圧が小さくなる方向が異なる方向にずれるため、音像がずれる方向がチャネルごとに異なる。したがって、２つのチャネルの音を聞き分けることができる。また、２つのチャネルの定位をずらして受聴できる範囲を広くできる。

θ_２２０とθ_２３０は、スピーカの組と受聴者の位置関係で異なる。２組のスピーカ同士の距離をＬ_１、受聴者とスピーカ２２０ａ、２２０ｂとの距離をＬ_２とする。この場合、音圧の小さい場所は、受聴者Ｄから（Ｌ_１＋Ｌ_２）ｓｉｎθ_２２０とＬ_２ｓｉｎθ_２３０だけずれる。音圧の小さくなる位置は、受聴者の頭の幅（耳の間隔）以上であることが望ましいため、０．２ｍ〜０．３ｍの範囲が望ましい。再生装置の大きさを考えると、Ｌ_２は０．５ｍ〜３ｍ、Ｌ_１は０．５ｍ〜１ｍが一般的である。したがって、０．５ｍ×ｓｉｎθ_２２０＝０．３ｍとするためにはθ_２２０＝３８度、４ｍ×ｓｉｎθ_２３０＝０．２ｍとするためにはθ_２３０＝３度となる。受聴者がＨの場合には位置関係が逆になるので、θ_２２０もθ_２３０も３度から３８度の間に設定されることが望ましい。つまり、θ_２２０とθ_２３０は、３度から３８度の範囲であり、かつ直線４０に対して互いに逆方向にずれていればよい。

このような構造なので、本発明の音響再生装置によれば、２つの異なる音源の信号を再生するスピーカが受聴者の正面に位置する場合に、音像の位置を正面以外にずらす際の方向の制御、および領域の拡大が容易になり、音響再生装置を取り囲む全ての位置で、２つの音の聞き分けが容易になる。

２チャネルの信号を複数のスピーカで拡声再生させる音響再生装置の最も基本的な構成を示す図。非特許文献１に示された音響再生装置の構成を示す図。非特許文献２に示された音響再生装置の構成を示す図。特願２００６−２７６４２４号に示された音響再生装置の構成を示す図。実施例１の音響再生装置の構成例を示す図。スピーカ２０ａ、２０ｂへの入力信号のレベルが同じ場合の再生指向特性を示す図。スピーカ２０ａ、２０ｂへの入力信号にレベル差を与えた場合の再生指向特性を示す図。実施例２の音響再生装置の構成例を示す図。音響再生装置２００のそれぞれの再生ユニット２２０、２３０の指向特性を示す図。

符号の説明

１００、２００音響再生装置
１２０、１３０、２２０、２３０再生ユニット
１５０、１７０、２５０、２７０位相反転器
１６０、１８０レベル変換器
２０ａ、２０ｂ、３０ａ、３０ｂ、２２０ａ、２２０ｂ、２３０ａ、２３０ｂスピーカ

Claims

第１入力チャネル信号、第２入力チャネル信号の２つを再生する音響再生装置であって、
前記第１入力チャネル信号を入力信号とし、放音方向が反対となるように配置された２つの第１スピーカと、２つの前記第１スピーカへの入力信号の位相を互いに逆にする第１位相反転器を有する第１再生ユニットと、
前記第１再生ユニットとは異なる位置に配置され、前記第２入力チャネル信号を入力信号とし、放音方向が反対となるように配置された２つの第２スピーカと、２つの前記第２スピーカへの入力信号の位相を互いに逆にする第２位相反転器を有する第２再生ユニットと
を備え、
前記第１再生ユニットの２つのスピーカの中心と前記第２再生ユニットの２つのスピーカの中心とを結ぶ線（以下、「中心線」という）と、前記第１再生ユニットの各スピーカの放音方向と垂直な方向とが、あらかじめ定めた第１角度であり、
前記中心線と、前記第２再生ユニットの各スピーカの放音方向と垂直な方向とが、あらかじめ定めた第２角度である
ことを特徴とする音響再生装置。
請求項１記載の音響再生装置であって、
前記第１再生ユニットの各スピーカの放音方向と垂直な方向と、前記第２再生ユニットの各スピーカの放音方向と垂直な方向は、前記中心線に対して、互いに逆方向にずれている
ことを特徴とする音響再生装置。
請求項２記載の音響再生装置であって、
前記第１角度と前記第２角度が、３度から３８度の範囲である
ことを特徴とする音響再生装置。
第１入力チャネル信号、第２入力チャネル信号の２つを再生する音響再生装置を制御する音響再生方法であって、
前記音響再生装置は、
前記第１入力チャネル信号を入力信号とし、放音方向が反対となるように配置された２つの第１スピーカと、２つの前記第１スピーカへの入力信号の位相を互いに逆にする第１位相反転器を有する第１再生ユニットと、
前記第１再生ユニットとは異なる位置に配置され、前記第２入力チャネル信号を入力信号とし、放音方向が反対となるように配置された２つの第２スピーカと、２つの前記第２スピーカへの入力信号の位相を互いに逆にする第２位相反転器を有する第２再生ユニットと
を備え、
前記第１再生ユニットの２つのスピーカの中心と前記第２再生ユニットの２つのスピーカの中心とを結ぶ線（以下、「中心線」という）と、前記第１再生ユニットの各スピーカの放音方向と垂直な方向とを、あらかじめ定めた第１角度に調整し、
前記中心線と、前記第２再生ユニットの各スピーカの放音方向と垂直な方向とを、あらかじめ定めた第２角度に調整する
ことを特徴とする音響再生方法。
請求項４記載の音響再生方法であって、
前記第１再生ユニットの各スピーカの放音方向と垂直な方向と、前記第２再生ユニットの各スピーカの放音方向と垂直な方向は、前記中心線に対して、互いに逆方向にずれている
ことを特徴とする音響再生方法。
請求項５記載の音響再生方法であって、
前記第１角度と前記第２角度は、３度から３８度の範囲である
ことを特徴とする音響再生方法。