JP5332243B2 - 放音システム - Google Patents

Description

この発明は、携帯用の放音ユニットからなる放音システムであり、特にユーザの用途、要望に応じて種々の放音態様を実現する放音システムに関する。

従来、複数のスピーカユニットを備えたスピーカアレイにおいて、各スピーカユニットに供給する音声信号に遅延を付加し、所定方向へ指向性（音声ビーム）を形成するものが提案されている（例えば特許文献１を参照）。

しかし、広い周波数帯域で音声ビームを形成するには多数のスピーカユニットが必要であり、装置全体が大型化するという問題があった。そこで、スピーカアレイを複数の音響ユニットに分割し、各音響ユニットを管理装置に接続し、全体として遅延制御を行うことで音声ビームを形成するものが提案されている（例えば特許文献２を参照）。特許文献２の音響システムによれば、スピーカアレイを複数に分割するため、装置全体を小型化することができる。
特開平０６−２０５４９６号公報 特開２００６−２６２４１６号公報

しかし、特許文献２の音響システムでは、利用者の必要とする音質、音量、周波数帯域に応じて容易に音響ユニットの数を増減できるものではなかった。例えば、携帯性を重視する利用者のためには装置全体を小型化する必要があり、音質を重視する利用者のためには多数のユニットを用いる必要がある。また、同じ利用者であっても状況に応じて必要とする音質、音量、周波数帯域が異なる場合もある。しかし、特許文献２の音響システムでは、各音響ユニットを管理装置に接続しなければならず、利便性に劣るものであった。

そこで、この発明は、利用者の必要とする音質、音量、周波数帯域に応じて適切な放音能力を実現する放音システムを提供することを目的とする。

この発明は、１または複数の放音ユニットからなる放音システムであって、放音ユニットは、放音部と、音声信号を入力する入力部と、通信部と、制御部と、を備えている。通信部は、他の放音ユニットとネゴシエーションを行う。制御部は、ネゴシエーションされた放音ユニットの数に応じて、各放音ユニットのチャンネルを設定する。例えば、ネゴシエーションできない（放音システムが１つの放音ユニットからなる）場合、モノラルチャンネルとして設定する。放音システムが２つの放音ユニットからなる場合、いずれかの一方をＲチャンネル、他方をＬチャンネルとしてステレオ再生を行う。同様に、３つの放音ユニットからなる場合、３チャンネル（Ｌ，Ｃ，Ｒチャンネル）の再生を行う。５つの放音ユニットからなる場合、マルチチャンネル再生を行う。このように、ユニットの数に応じて、各ユニットのチャンネルが設定されるため、利用者の必要とする音質、音量、周波数帯域に応じて音声を放音することができ、利便性が高くなる。
なお、通信部は、有線であっても無線であってもよいが、携帯性を考慮して無線であることが好ましい。

また、この発明の放音システムは、放音部が複数のスピーカユニットを配列したスピーカアレイからなり、設定されたチャンネルに応じてスピーカアレイの各スピーカユニットに供給する音声信号の遅延量を制御することが望ましい。

例えばＲチャンネルの放音ユニットは、利用者から向かって右側に設置されることが多いため、利用者へ音声ビームを向けるように、ユニットから見て斜め右方向に音声ビームを向けるようにすればよい。同様に、Ｌチャンネルの放音ユニットは、ユニットから見て斜め左方向に音声ビームを向けるようにすればよい。

また、この発明の放音システムは、放音すべきチャンネル数よりもネゴシエーションされた放音ユニットが多い場合、複数の放音ユニットで同じチャンネルの音声を放音するように各放音ユニットの放音部に音声信号を供給することが望ましい。

例えばステレオ再生を行う場合に放音ユニットが４つある場合、Ｌチャンネルの放音ユニットを２つ、Ｒチャンネルの放音ユニットを２つとする。同じチャンネルのスピーカの数が増えるため、音量を大きくすることができる。また、スピーカアレイを構成する場合、スピーカユニットの数が増えるため、より広い帯域において音声ビームを形成することができる。

また、この発明の放音システムは、前記入力部から入力された音声信号のうち低域用チャンネルの音声信号に応じて放音ユニットの筐体を振動させる振動体を備え、前記制御部は、前記低域用チャンネルの音声信号を、低域用チャンネルに設定した放音ユニットの振動体に供給することが望ましい。

この場合、低域用の音声信号に応じて振動する圧電素子等の振動体を備えているため、サブウーファがなくとも利用者が低域の音声を感じ取ることができる。

また、この発明の放音システムは、利用者の受聴位置を検出する検出手段を備え、検出した受聴位置に基づいて各放音ユニットの担当するチャンネルを設定することが望ましい。例えば、Ｒチャンネルの放音ユニットは、利用者から向かって右側に設置される放音ユニットはＲチャンネル、左側に設置される放音ユニットはＬチャンネルに設定する。

この発明によれば、ユニットの数に応じて、各ユニットのチャンネルが設定されるため、利用者の必要とする音質、音量、周波数帯域に応じて適切な放音能力を実現することができ、利便性が高くなる。

以下、本発明に係る実施形態として、放音システムについて説明する。この放音システムは、携帯用の放音ユニットからなり、システム内の放音ユニットの数によりモノラル再生やステレオ再生を切り替え、種々の放音態様を実現するものである。

図１は、放音システムを構成する各放音ユニットの外観を示す図である。同図（Ａ）は上面図、同図（Ｂ）は斜視図である。図２は、放音ユニットの構成を示すブロック図であり、図３および図４は、放音システムの構成例を示す図である。

図１に示すように、この放音ユニット１は、直方体形状の筐体１０からなり、筐体上面に複数のスピーカユニット１１Ａ〜１１Ｆが配列されている。筐体１０は、長軸方向の長さが１０ｃｍ程度であり、携帯性の高いものである。放音ユニット１は、筐体１０の上面に複数のスピーカユニットを配列することによりスピーカアレイを構成している。なお、筐体の形状は直方体形状に限らず、スピーカユニットの配列個数も同図の例に限るものではない。

筐体１０の側面には、入出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）１２が設けられている。入出力Ｉ／Ｆ１２は、ＵＳＢ端子やオーディオ端子からなり、他の装置と接続されて音声を入出力する。なお、音声の入力は上記端子に限らず、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の無線入力であってもよい。

また、筐体１０の前面には、表示部１３が設けられている。表示部１３は、ＬＣＤやＬＥＤ等からなり、電源のオン・オフ確認や、他の放音ユニットとの接続状態（ネゴシエーション）の確認、自ユニットの放音するチャンネルの確認、等に用いられる。

放音ユニット１は、上記スピーカユニット１１Ａ〜１１Ｆ、入出力Ｉ／Ｆ１２、表示部１３に加え、スピーカ信号処理部１４、Ｄ／Ａコンバータ１５Ａ〜１５Ｆ、アンプ（ＡＭＰ）１６Ａ〜１６Ｆ、通信部１７、操作部１８、制御部１９、および振動モジュール２０を備えている。制御部１９には、入出力Ｉ／Ｆ１２、表示部１３、スピーカ信号処理部１４、通信部１７、操作部１８、および振動モジュール２０が接続されている。

スピーカ信号処理部１４は、入出力Ｉ／Ｆ１２から入力された音声信号を分岐し、遅延処理をした後にＤ／Ａコンバータ１５Ａ〜１５Ｆに出力する。各スピーカユニットに供給する音声信号を遅延することで、所定方向に強い指向性（放音ビーム）を形成することができる。例えば、全てのスピーカユニットに供給する音声信号を同じ遅延量（遅延無し）で供給すればスピーカアレイの前面方向に放音ビームを形成する。また、一方の端部のスピーカユニットから順に他方の端部に供給する音声信号を遅延処理すれば、その方向に放音ビームを向けることができる。このように、スピーカ信号処理部１４は、各スピーカユニットに供給する音声信号の遅延量を制御することにより、種々の方向に放音ビームを形成することができる。放音ビームを形成する方向（各音声信号の遅延量）は、制御部１９により設定される。

スピーカ信号処理部１４から出力された音声信号は、Ｄ／Ａコンバータ１５Ａ〜１５Ｆでアナログ音声信号に変換され、アンプ１６Ａ〜１６Ｆで増幅され、スピーカユニット１１Ａ〜１１Ｆで放音される。

通信部１７は、他の放音ユニットと通信を行う通信モジュールであり、例えばＢｌｕｔｏｏｔｈ（登録商標）やＷｉ−Ｆｉ（登録商標）により他の放音ユニットと通信を行う。通信部１７は、他の放音ユニットとネゴシエーション（ペアリング）を行い、音声情報（音声信号）を送受信する。例えば、図３（Ｂ）に示すように、放音ユニット１Ａと放音ユニット１Ｂでネゴシエーションを行い、接続が確立された場合に、いずれか一方の放音ユニットからＲチャンネル、他方からＬチャンネルの音声が放音されるように音声情報を送受信する。

操作部１８は、利用者が音量の設定やミュートのオン・オフを指定するものである。操作部１８は、利用者の操作に応じた操作信号を制御部１９に出力し、制御部１９が音量設定を行う。

振動モジュール２０は、ピエゾ、モータ等からなる振動体である。振動の制御は制御部１９が行う。振動モジュール２０は、後述の（図４に示す）ように、マルチチャンネル音声の低域専用（サブウーファ用）チャンネルの音声信号に応じて振動し、利用者が低域の音声を体感できるようになっている。

次に、放音システムの構成例について説明する。まず、図３（Ａ）は、１つの放音ユニットにより放音システムが構成される場合の例を示す図である。この場合、放音ユニット１は、モノラル音声を放音する。なお、２チャンネル以上の音声信号が入力された場合、入出力Ｉ／Ｆ１２でモノラルダウンしてスピーカ信号処理部１４へ入力する。同図のように、１つの放音ユニットを用いる場合、利用者は自身の正面に放音ユニットを置く場合が多いため、スピーカ信号処理部１４は、放音ビームを正面方向に向ける、または無指向で放音するように遅延量を設定する。

図３（Ｂ）は、２つの放音ユニット（放音ユニット１Ａおよび放音ユニット１Ｂ）により放音システムが構成される場合の例を示す図である。なお、放音ユニット１Ａおよび放音ユニット１Ｂは、上記放音ユニット１と全く同じ構成、機能を有するものである。

この場合、放音ユニット１ＡがＲチャンネル、放音ユニット１ＢがＬチャンネルの音声を放音し、ステレオ再生を行う。同図の例では、放音ユニット１Ｂに音声信号が入力され（ライン入力）、放音ユニット１Ｂが他のユニットに音声情報を送信する例を示している。。

放音ユニット１Ｂの制御部１９は、入出力Ｉ／Ｆ１２から音声信号が入力された場合、放音ユニット１Ａとネゴシエーションを行い、ネゴシエーションが成立すれば音声信号のＲチャンネルを放音ユニット１Ａに送信する。

図５は、上記動作を具体的に示したフローチャートである。なお、同図の動作は音声信号の入力がトリガとなり、音声信号が入力されたユニットがメインユニットとなっているが、利用者が操作部１８を用いてネゴシエーションの指示をした場合に動作を開始するようにしてもよい。

まず、メインユニット（図３では放音ユニット１Ｂ）の制御部１９は、入出力Ｉ／Ｆ１２から音声信号を入力したことを検出すると（ｓ１１）、通信部１７を介して認証情報を送信し、ネゴシエーションを開始する（ｓ１２）。なお、認証情報とは、放音ユニット同士で定めた独自の規格であってもよいし、汎用の規格に沿ったものであってもよい。

サブユニット（図３では放音ユニット１Ａ）の制御部１９は、通信部１７を介して認証情報を受信すると（ｓ２１）、ユニット情報を返信する（ｓ２２）。ユニット情報には、各ユニットの個別ＩＤ（シリアル番号等）が含まれている。なお、後述するように受聴者の位置を検出することができる場合には、ユニット情報に受聴者との位置関係を示す情報を含めて返信する。

メインユニットの制御部１９は、ユニット情報を受信し（ｓ１３）、ネゴシエーションが成立したか否かを判断する（ｓ１４）。例えば、上記受信したユニット情報が規格に適しているか否かを確認する。ネゴシエーションが成立せず、システム内のユニット数が１つであった場合、入力された音声信号をモノラルダウンしてスピーカ信号処理部１４に入力し、モノラル再生を行う（ｓ１５）。

ネゴシエーションが成立すれば、システム内のユニット数に応じてチャンネル設定を行う（ｓ１６）。例えば、図３（Ｂ）のように、ユニット数が２つであれば、自ユニットをＬチャンネル、他ユニットをＲチャンネルとする。また、図３（Ｃ）に示すように、入力音声信号に含まれるチャンネル数よりもユニット数が多い場合、複数のユニットで１つのチャンネルの音声を放音するように設定する。同図（Ｃ）では、４つの放音ユニットでステレオ再生を行う例を示している。なお、放音ユニット１Ａ〜１Ｄは、上記放音ユニット１と同じ構成、機能を有する。同図（Ｃ）の放音システムでは、放音ユニット１Ａおよび放音ユニット１ＤがＲチャンネルの音声、放音ユニット１Ｂおよび放音ユニット１ＣがＬチャンネルの音声を放音する。この場合、放音ユニット１Ｂの制御部１９は、ｓ１６の処理において、自ユニットおよび放音ユニット１ＣをＬチャンネルとし、放音ユニット１Ａおよび放音ユニット１ＤをＲチャンネルとして設定する。

その後、メインユニットの制御部１９は、通信部１７を介して設定した各チャンネルの音声情報を各放音ユニットに送信し（ｓ１７）、サブユニットの制御部１９は、通信部１７を介して各チャンネルの音声情報を受信する。受信した音声情報は、入出力Ｉ／Ｆ１２に入力され、デジタル音声信号としてスピーカ信号処理部１４に出力される。

なお、３つ以上の放音ユニットがある場合、メインユニットが全てのサブユニットに音声情報を送信するようにしてもよいが、他のサブユニットを経由して音声情報を送信するようにしてもよい。例えば、図３（Ｃ）の場合、放音ユニット１Ｂは、放音ユニット１ＣにＬ，Ｒチャンネルの音声情報を送信し、放音ユニット１Ｃが放音ユニット１Ａおよび放音ユニット１ＤにＲチャンネルの音声情報を送信する。この場合、受信した放音ユニットが自ユニットの放音するチャンネルを判別できるように、音声情報に放音すべきチャンネルを識別する情報を付与すればよい。

なお、図３（Ｂ）の例では音声信号を入力するユニット（放音ユニット１Ｂ）をＬチャンネル、他のユニットをＲチャンネルとしたが、無論逆に音声信号を入力するユニットをＲチャンネル、他のユニットをＬチャンネルとしてもよい。この場合、利用者は表示部１３に表示される各ユニットが放音しているチャンネルを確認し、右側にＲチャンネルの放音ユニット、左側にＬチャンネルの放音ユニットを設置すればよい。

次に、図４は、マルチチャンネルサラウンドを実現する放音システムの構成例を示す図である。同図では、６つの放音ユニット（放音ユニット１Ａ〜放音ユニット１Ｆ）により放音システムが構成される場合の例を示す図である。なお、放音ユニット１Ａ〜放音ユニット１Ｆは、上記放音ユニット１と全く同じ構成、機能を有するものである。

この場合、放音ユニット１ＡがフロントＲ（ＦＲ）チャンネル、放音ユニット１ＢがＦＬチャンネル、放音ユニット１Ｃがセンタ（Ｃ）チャンネル、放音ユニット１ＤがリアＲ（ＲＲ）チャンネル、放音ユニット１ＥがリアＬ（ＲＬ）チャンネルの音声を放音する。また、放音ユニット１Ｆはサブウーファ（ＳＷ）チャンネルの音声信号に基づいて振動する。同図の例では、放音ユニット１Ｂに音声信号が入力され（ライン入力）、放音ユニット１Ｂが他のユニットに音声情報を送信する例を示している。。

放音ユニット１Ｂの制御部１９は、入出力Ｉ／Ｆ１２から音声信号が入力された場合、放音ユニット１Ａ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、および１Ｆとネゴシエーションを行う。ネゴシエーションが成立すれば、図５のｓ１６の処理においてＦＲチャンネルを放音ユニット１Ａに設定し、Ｃチャンネルの音声信号を放音ユニット１Ｃに設定し、ＲＲチャンネルの音声信号を放音ユニット１Ｄに設定し、ＲＬチャンネルの音声信号を放音ユニット１Ｅに設定する。また、ＳＷチャンネルの音声信号を放音ユニット１Ｆに設定する。

放音ユニット１Ｂは、放音ユニット１ＦにＳＷチャンネルの音声情報を送信するとき、チャンネルを識別する情報としてＳＷチャンネルを示す情報を付与して送信する。放音ユニット１Ｆの制御部１９は、通信部１７を介してＳＷチャンネルの音声情報、および付与された情報を受信すると、このＳＷチャンネルの音声に基づいて振動モジュール２０を振動させる。その結果、放音ユニット１Ｆは、ＳＷチャンネルの音声信号に応じて振動し、利用者が低域の音声を体感できるようになる。

なお、各放音ユニットは、放音するチャンネルに応じて放音ビームの方向を設定するようにしてもよい。例えば、放音ユニット１Ａは、利用者から向かって右側に設置されることが多いため、利用者へ音声ビームを向けるように、放音ユニット１Ａから見て斜め右方向に音声ビームを向けるようにすればよい。同様に、放音ユニット１Ｂは、斜め左方向に音声ビームを向けるようにすればよい。また、放音ユニット１Ｃは、正面方向に音声ビームを向けるようにすればよい。

以上のように、本実施形態の放音システムでは、ユニットの個数に応じて放音するチャンネルや音声ビームの方向を切り替えるため、利用者の必要とする音質、音量、周波数帯域に応じて適切な放音能力を実現することができる。例えば、コストを重視し、音質を重視しない利用者は放音ユニットを１つだけ使用すればよく、音質を重視する利用者は多数の放音ユニットを使用してマルチチャンネルサラウンドを楽しむことができる。音量を重視する利用者は、さらに放音ユニットを多数使用し、同じチャンネルの音声を複数ユニットから放音させることもできる。また、複数のユニットを直線上に並べれば、複数ユニットで１つのスピーカアレイを構成することができ、広い周波数帯域で音声ビームを形成することができる。

なお、上記実施形態では、スピーカユニットを配列するスピーカアレイについて説明したが、スピーカユニットをマイク兼用素子として用い、マイクアレイを構成することも可能である。マイクアレイを構成する場合、放音ユニットを図６に示すような構成とすればよい。図６は、スピーカユニットをマイク兼用素子として用いる場合の放音ユニットの構成を示すブロック図である。なお、図２に示した放音ユニットと同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図６に示す放音ユニット２は、図２に示した放音ユニット１の構成に加え、切替部５５Ａ〜５５Ｆ、アンプ５６Ａ〜５６Ｆ、Ａ／Ｄコンバータ５７Ａ〜５７Ｆ、およびマイク信号処理部５８を備えている。

制御部１９は、切替部５５Ａ〜５５Ｆのスピーカ、マイクの切替を指示する。すなわち、切替部５５Ａ〜５５Ｆが、スピーカユニット１１Ａ〜１１Ｆから入力された音声信号を後段のアンプ５６Ａ〜５６Ｆに供給するとマイクとして機能し、アンプ１６Ａ〜１６Ｆから入力された音声信号をスピーカユニット１１Ａ〜１１Ｆに供給するとスピーカとして機能する。

放音ユニットがマイクとして機能する場合、スピーカユニット１１Ａ〜１１Ｆから出力された音声信号は、切替部５５Ａ〜５５Ｆを経てアンプ５６Ａ〜５６Ｆで増幅される。増幅された音声信号は、Ａ／Ｄコンバータ５７Ａ〜５７Ｆでデジタル音声信号に変換され、マイク信号処理部５８に入力される。

マイク信号処理部５８は、Ａ／Ｄコンバータ５７Ａ〜５７Ｆから入力された音声信号について遅延処理を行った後に合成し、収音ビーム信号として入出力Ｉ／Ｆ１２に出力する。各素子で収音された音声信号を遅延してから合成することで、所定方向に強い指向性（収音ビーム）を形成することができる。例えば、全スピーカユニットの音声信号を同じ遅延量（遅延無し）で合成すればマイクアレイの前面方向に収音ビームを形成する。また、一方の端部のスピーカユニットから順に他方の端部で収音された音声信号を遅延処理すれば、その方向に収音ビームを向けることができる。このように、マイク信号処理部５８は、各スピーカユニットで収音された音声信号の遅延量を制御することにより、種々の方向に収音ビームを形成することができる。また、収音ビームは同時に複数の方向に設定することもできる。収音ビームを形成する方向（各音声信号の遅延量）は、制御部１９により設定される。

この場合、放音ユニット２は、利用者の受聴位置を検出することができる。例えば、図４において、放音ユニット１Ｆ（これを放音ユニット２とする。）をマイクアレイとして機能させ、放音ユニット１Ａの一方の端部のスピーカユニットから音声を放音する。放音ユニット１Ｆは放音ユニット１Ａからの音声を収音したとき、通信部１７を介して当該音声を収音した旨を示す情報を送信する。この時間差（放音から収音までの時間差）を測定することで、放音ユニットから受聴者までの距離を測定することができる。その後、放音ユニット１Ａの他方の端部から音声を放音し、同様に距離を測定すると、三角測量により受聴者の位置を特定することができる。

上記のように、受聴者の位置を検出することができれば、各放音ユニットは、受聴者との位置関係に応じて自動的にチャンネルを設定したり、受聴者の方向に放音ビームを自動的に向けることができ、さらに利便性が向上するものである。

放音ユニットの外観を示す図である。 放音ユニットの構成を示すブロック図である。 放音システムの構成例を示す図である。 放音システムの構成例を示す図である。 放音システムの動作を示すフローチャートである。 放音ユニットの他の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１−放音ユニット
１１Ａ〜１１Ｆ−スピーカユニット
１２−入出力Ｉ／Ｆ
１３−表示部

Claims (5)

1. １または複数の放音ユニットからなる放音システムであって、
   前記放音ユニットは、
   音声信号を入力する入力部と、
   音声信号に応じて音声を放音する放音部と、
   他の放音ユニットとネゴシエーションを行い、前記入力部から入力された音声信号を送受信する通信部と、
   前記通信部でネゴシエーションされた放音ユニットの数に応じて、各放音ユニットの担当するチャンネルを設定し、設定したチャンネルに応じて、前記入力部から入力された音声信号の各チャンネルの音声信号をそれぞれの放音ユニットの放音部に供給する制御部と、
   自装置に設定されたチャンネルを表示する表示部と、
   を備えたことを特徴とする放音システム。
   
2. 前記放音部は、複数のスピーカユニットを配列したスピーカアレイからなり、
   前記制御部は、設定されたチャンネルに応じて前記スピーカアレイの各スピーカユニットに供給する音声信号の遅延量を制御する請求項１に記載の放音システム。
3. 前記制御部は、放音すべきチャンネル数よりもネゴシエーションされた放音ユニットが多い場合、複数の放音ユニットで同じチャンネルの音声を放音するように各放音ユニットの放音部に音声信号を供給する請求項１、または請求項２に記載の放音システム。
4. 前記入力部から入力された音声信号のうち低域用チャンネルの音声信号に応じて放音ユニットの筐体を振動させる振動体を備え、
   前記制御部は、前記低域用チャンネルの音声信号を、低域用チャンネルに設定した放音ユニットの振動体に供給する請求項１、請求項２、または請求項３に記載の放音システム。
5. 利用者の受聴位置を検出する検出手段を備え、
   前記制御部は、検出した受聴位置に基づいて各放音ユニットの担当するチャンネルを設定する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の放音システム。

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