JP5621188B2 - スピーカアレイ装置、データ構造、及び光ディスク - Google Patents

Description

本発明は、音声ビームを移動させて音源の移動を表現するスピーカアレイ装置、このスピーカアレイ装置に読み込ませるデータ構造、及びこのデータ構造が記録された光ディスクに関する。

従来、聴取者の聴取位置や設置環境に応じて適正に音声ビームが放音されるように、その設定を容易かつ短時間で行うことができるスピーカアレイ装置が提案させている。
特開２００６−１３７１１号公報

従来のスピーカアレイ装置では、音声ビームの設定を完了して、サラウンド音声を含むコンテンツを再生すると、飛行機や車などの物体が移動する音などを体験できる。

しかし、従来のスピーカアレイ装置は、固定式のサラウンドシステムをシミュレートしたものである。つまり、従来のスピーカアレイ装置で再生される音声は、放音方向や焦点位置が固定された音声ビームによるものであり、物体の移動時の音などはファントムによるものである。そのため、仮想スピーカ間において音の移動は表現できるが、仮想スピーカよりも外側において音の移動は表現できなかった。また、前記のように、物体の移動時の音などはファントムにより表現するので、聴取環境や聴取者によっては、途中で一瞬音が途切れたり、非連続的な音の変化に聞こえてしまったりする場合があった。

そこで、本発明は、物体の移動などを自由に表現でき、また、聴取環境や聴取者によらず、音の変化を確実に感じさせることができるスピーカアレイ装置、このスピーカアレイ装置に読み込ませるデータ構造、及びこのデータ構造が記録された光ディスクを提供することを目的とする。

この発明は、上記の課題を解決するための手段として、以下の構成を備えている。

スピーカアレイ装置は、複数のスピーカユニットが配列されたスピーカアレイと、前記複数のスピーカユニットに音声信号を供給し、前記複数のスピーカユニットの放音タイミングを制御して、前記スピーカアレイから音声ビームを放音させる信号処理手段を備えている。また、前記音声ビームを移動制御するビーム制御情報に基づいて前記信号処理手段を制御して、前記音声ビームの焦点を移動させるビーム制御手段と、聴取位置の情報が入力される聴取位置情報入力手段と、を備える。前記ビーム制御情報は、前記音声ビームと前記聴取位置との距離に応じた前記音声ビームの音量の制御情報を含み、前記ビーム制御手段は、前記音声ビームと前記聴取位置情報入力手段に入力された聴取位置との距離を求め、求めた距離で前記音量の制御情報を参照して読み出した音量の情報に基づいて前記音声ビームの音量を変化させる。

この構成においては、スピーカアレイ装置は、スピーカの配置を気にせずに自由に音声ビームを移動させることが可能であり、物体の移動などを自由に表現できる。例えば、映像コンテンツにおける移動物の音声をビーム化して、この音声ビームを移動させながら放音することで、移動物（音源）が実際に移動している聴感を聴取者に与えることができる。また、スピーカアレイ装置は、聴取位置との距離に応じて音声ビームの状態を変化させる。例えば、音声ビームの音量・音声ビームのビーム幅・音声ビームの本数などを聴取位置との距離に応じて変化させる。このように、聴取位置との距離に応じて音声ビームの状態を変化させることで、聴取者に対して音の移動を明確に感じさせることができる。

前記ビーム制御情報が入力される入力手段を備え、
前記ビーム制御手段は、前記入力手段から入力されたビーム制御情報に基づいて前記信号処理手段を制御することを特徴とする。

この構成においては、音声ビームを移動させたり状態を変化させたりするための情報を作成して入力手段から入力することで、例えばコンテンツに含まれる特定のチャンネルの音声信号をビーム化して所望の位置に移動させることができる。

前記信号処理手段は、前記ビーム制御情報及び前記音声信号を含むコンテンツのデータが前記入力手段から入力されると、前記コンテンツのデータから前記ビーム制御情報を抽出して前記ビーム制御手段に出力する。

この構成においては、ビーム制御情報及び音声信号が一つのコンテンツとしてセットで入力されるので、音声信号とビーム制御情報との対応関係を明確にすることができ、音声ビームの制御を容易に行うことができる。

この構成においては、スピーカアレイ装置は、音声ビームを移動させるとともに、音声ビームの音量を変化させる。例えば、聴取位置との距離が近いほど音量を小さくすることで、音声ビームの存在や移動状態を聴取者に明確に感じさせることができる。

前記ビーム制御情報は、前記音声ビームと聴取位置との距離に応じた音声ビームの焦点距離の制御情報を含み、前記ビーム制御手段は、前記求めた距離で前記焦点距離の制御情報を参照して読み出した焦点距離の情報に基づいて前記音声ビームの焦点距離を変化させる。

この構成においては、スピーカアレイ装置は、音声ビームを移動させるときに、音声ビームの焦点距離を変化させる。これにより、音声ビームの移動に応じて、音声ビームの幅が変化するので、聴取位置に聞こえる音声ビームの音量を変化させることができ、音声ビームの存在や移動状態を聴取者に明確に感じさせることができる。

前記ビーム制御情報は、前記音声ビームと聴取位置との距離に応じた音声ビームの本数の制御情報を含み、前記ビーム制御手段は、前記求めた距離で前記本数の制御情報を参照して読み出した本数の情報に基づいて前記音声ビームの本数を変化させる。

この構成においては、スピーカアレイ装置は、音声ビームの本数を聴取位置との距離に応じて変化させる。例えば、聴取位置との距離が一定距離以上の位置では音声ビームを２本に設定し、聴取位置との距離が一定距離未満の位置では音声ビームを１本に設定する。音声ビームの本数の増減により、聴取位置に聞こえる音声ビームの音量が変化するので、音声ビームが移動していることを聴取者に明確に感じさせることができる。

前記ビーム制御手段は、前記入力手段から複数の音声信号及びビーム制御情報が入力された場合、前記ビーム制御情報に基づいて複数の音声ビームの焦点を同時に移動させることを特徴とする。

この構成においては、スピーカアレイ装置は、複数の音声ビームを同時に移動させるので、複数の物体の移動を音声により表現できる。これにより、その場所にいるようなリアルな聴感を聴取者に感じさせることができる。

データ構造は、スピーカアレイ装置の前記信号処理手段に供給される音声信号と、前記ビーム制御手段に音声ビームの焦点位置及び状態を設定させるビーム制御情報と、を含むことを特徴とする。

この構成においては、スピーカアレイ装置は、上記のような構造のデータを読み込むことで、音声ビームを移動させるとともに、聴取位置との距離に応じて前記音声ビームの状態を変化させることができる。

光ディスクは、上述のデータ構造が記録されたことを特徴とする。

この構成においては、光ディスクには、スピーカアレイ装置の信号処理手段に供給される音声信号と、ビーム制御手段に音声ビームの焦点位置及び状態を設定させるためのビーム制御情報と、を含むデータ構造が記録されている。したがって、この光ディスクを再生装置で再生して、読み出したデータをスピーカアレイ装置に出力することで、スピーカアレイ装置に音声ビームを移動させることができる。

本発明のスピーカアレイ装置は、物体の移動などを表現する音声を音声ビームとして放音し、その音声ビームの焦点位置や放音方向を変化させる。また、音声ビームを移動させながら、音声ビームの音量・音声ビームのビーム幅・音声ビームの本数など、音声ビームの状態を聴取位置との距離に応じて変化させる。そのため、音の移動が明確になり、音源が移動しているように聴取者に確実に感じさせることができる。

図１は、本発明の実施形態に係るスピーカアレイ装置の概略構成を示すブロック図である。

また、以下の説明では、スピーカアレイ装置は、５ｃｈサラウンドシステムとして、５ｃｈの音声ビームを放音させることができる。５ｃｈサラウンドシステムにおいて、フロントの左チャンネルをＬ（Left）ｃｈ、フロントの右チャンネルをＲ（Right）ｃｈ、センタ（中央）チャンネルをＣ（Center）ｃｈ、リアの左チャンネルをＳＬ（Surround Left）ｃｈ、及びリアの右チャンネルをＳＲ（Surround Right）ｃｈと称する。

スピーカアレイ装置１は、信号入力部５１、音声処理部５５と遅延処理部５７からなる音声信号処理部５３、Ｄ／Ａコンバータ６１−１〜６１−Ｎ、パワーアンプ６３−１〜６３−Ｎ、スピーカユニット６６−１〜６６−Ｎから成るスピーカアレイ６５、赤外線受信部６７、リモートコントローラ（以下、リモコンと称する。）６８、操作部６９、記憶部７１、及び制御部７５を備えている。

信号入力部５１は、スピーカアレイ装置１の外部に接続された音声信号出力機器２から供給（出力）された音声信号を入力するインタフェースである。入力された信号は音声処理部５５へ出力される。なお、音声信号出力機器２としては、ＣＤプレーヤ・ＤＶＤプレーヤ・ブルーレイ（登録商標）ディスクプレーヤといった光ディスク再生装置やテレビモニタ（テレビ受像機）などの音声信号を出力する機器が好適である。また、光ディスク再生装置が再生する光ディスク（ＣＤ・ＤＶＤ・ＢＤ）には、音声信号と、この音声信号から生成する音声ビームを移動制御するビーム制御情報と、を含むコンテンツが記録されているものとする。そして、光ディスク再生装置は、音声信号とビーム制御情報と、を含むコンテンツのデータを出力するものとする。また、テレビ受像機は、音声信号とビーム制御情報を含むコンテンツのデータを出力するものとする。

音声処理部５５は、信号入力部５１から入力された音声信号をデコードしたり、聴取者Ｕが選択した音響効果を付加したりして遅延処理部５７に出力する。

遅延処理部５７は、制御部７５から指示があった場合、音声処理部５５から送られてきた音声信号に対して、その指示された時間分、音声信号を出力するタイミングを遅延させたり音声信号のゲインを設定したりして、各スピーカユニット６６−１〜６６−Ｎに音声信号を分配する。これにより、スピーカアレイ６５から音声ビームを放音させる。また、遅延処理部５７は、制御部７５から遅延の指示が無い場合には遅延処理を行わずにそのまま音声信号を各スピーカユニット６６−１〜６６−Ｎに分配する。

スピーカアレイ６５から出力された複数の音声ビームが聴取者Ｕの聴取位置Ｌに到達するまでの経路長は、チャンネル毎に異なる。例えば、Ｃｃｈは、聴取位置Ｌに直接到達するので経路長は短い。一方、リアチャンネル（ＳＬｃｈ、ＳＲｃｈ）は、部屋の壁に２回反射してから聴取位置Ｌに到達するので、経路長は長くなる。そこで、遅延処理部５７では、チャンネル毎に遅延時間を設定して、スピーカアレイ６５から出力する複数の音声ビームが同時に聴取位置Ｌへ到達するように出力タイミングを調整している。また、遅延処理部５７は、スピーカアレイ６５から複数の音声ビームが出力されるように、チャンネル毎・スピーカユニット毎に音声の放音タイミングを調整して出力する。

Ｄ／Ａコンバータ６１−１〜６１−Ｎは、遅延処理部５７が出力したデジタル音声信号をアナログ音声信号に変換して出力する。

パワーアンプ６３−１〜６３−Ｎは、Ｄ／Ａコンバータ６１−１〜６１−Ｎが出力したアナログ音声信号を増幅して出力する。

スピーカアレイ６５は、スピーカユニット６６−１〜６６−Ｎを１つのパネルに、マトリックス状・ライン状・ハニカム状など所定の配列で配置されたものである。スピーカユニット６６−１〜６６−Ｎは、パワーアンプ６３−１〜６３−Ｎが増幅した音声信号を音声に変換して放音する。なお、スピーカユニット６６−１〜６６−Ｎの総称やスピーカユニット単体の呼称をスピーカユニット６６と称する。

赤外線受信部６７は、ユーザの操作に応じてリモコン６８から出力された赤外線信号を受信し、その赤外線信号を電気信号に変換して制御部７５に出力する。

リモコン６８は、ユーザがスピーカアレイ装置１に対して所望の設定操作を行うための入力装置である。リモコン６８は、ユーザからのスピーカアレイ装置１に対する設定操作等を受け付けて、その操作に応じた赤外線信号を赤外線受信部６７へ出力する。また、リモコン６８は、聴取者Ｕの聴取位置Ｌを算出するために、不図示のマイクを備えており、スピーカアレイ装置１は周知の三角測量法等により聴取位置を算出する。

操作部６９は、ユーザからのスピーカアレイ装置１に対する設定操作等を受け付けて、その操作に応じた信号を制御部７５に出力する。

記憶部７１は、スピーカユニットの設定パターン等を記憶している。制御部７５はリモコン６８や操作部６９で受け付けた操作に応じたデータを読み出す。また、記憶部７１は、音声の遅延時間情報や、制御部７５から出力された聴取位置情報等を記憶する。

制御部（ビーム制御手段）７５は、スピーカアレイ装置１の各部を制御したり演算を行ったりする。また、制御部７５は、聴取位置Ｌの算出処理が設定された場合には、聴取位置Ｌを算出して、その位置情報を記憶部７１に記憶させる。また、制御部７５は、操作部６９の操作により聴取位置Ｌの位置情報が入力された場合には、その位置情報を記憶部７１に記憶させる。

聴取位置の算出処理を行う場合には、聴取者Ｕは、聴取位置Ｌにおいてリモコン６８を保持する。そして、リモコン６８を操作して聴取位置の算出処理を設定する。スピーカアレイ装置１は、この処理が設定されると、スピーカアレイ６５の２つの異なるスピーカユニット６６から所定の間隔でテスト音を放音する。リモコン６８は不図示のマイクでテスト音を収音し、信号をスピーカアレイ装置１に出力する。制御部７５は、２つのテスト音を放音してから収音するまでの時間に基づいて、周知の三角測量法を用いて聴取位置を算出する。

図２は、スピーカアレイにおけるスピーカユニットの配置を示す図と、スピーカアレイによる音声ビームの放音原理を説明するための図である。図２（Ａ）はマトリックス状にスピーカを配置した一例、図２（Ｂ）はハニカム状にスピーカユニットを４列配置した一例、図２（Ｃ）はハニカム状にスピーカユニットを３列配置した一例、図２（Ｄ）はスピーカアレイによる音声ビームの放音原理を説明するための図である。

スピーカアレイ６５は、図２に示すように、１つのパネルにおいて複数の小型スピーカユニット６６をマトリックス状・ハニカム状・ライン状といった所定の配列で配置された構成である。

このようなスピーカアレイ６５において、図２（Ｄ）に示すように、各スピーカユニットに同じ音声信号を入力し、各スピーカユニットＳＰａ〜ＳＰｅが放音した音声が空間上に設定した焦点Ｆに到達する時刻が一致するように、各スピーカユニットの音声の放音タイミングを調整する。これにより、各スピーカユニットＳＰａ〜ＳＰｅを、あたかもスピーカユニットＳＰａ’・ＳＰｂ’・ＳＰｃ’・ＳＰｄ’・ＳＰｅを、焦点Ｆを中心とする円周上に所定の間隔で配置して、同時に同じ音声信号を放音したかのように、重ね合わせの原理によってその焦点方向に強い指向性を有する音声ビームを放音することができる。

次に、音声ビームの特性について説明する。図３は、スピーカアレイから放音する音声ビームの特性を説明するための図である。図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、聴取者Ｕの方向に音声ビームＢを放音するように設定した場合、焦点Ｓの位置が聴取者Ｕに近い方が、聴取者Ｕには音声が大きく聞こえる。これは、音声ビームＢは、焦点Ｓから離れるほど拡散して音量が小さくなるからである。そのため、図３（Ｃ）に示すように、聴取者Ｕの耳の付近が焦点Ｓとなるように音声ビームＢをスピーカアレイ６５から放音させると、聴取者Ｕには最も音量が大きく聞こえる。

また、図３（Ｄ）に示すように、聴取者Ｕと異なる方向に音声ビームＢを放音するように設定した場合、音声ビームＢは聴取者Ｕの耳の付近は通過しない。しかし、音声ビームＢからは音漏れが発生するため、聴取者Ｕには音量の小さな音が聞こえ、音声ビームＢが聴取者Ｕに近いほど、音声の音量が大きく聞こえる。なお、この場合、聴取者Ｕには、音声ビームＢの軌道から聴取者Ｕに最も近い位置付近から漏れ出した音が聞こえる。また、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に基づいて説明したように、焦点Ｓが聴取者Ｕから離れるほど音声ビームＢは拡散して、聴取者Ｕには小さな音量に聞こえる。同様に、聴取者Ｕと異なる方向に音声ビームＢを放音する場合でも、焦点Ｓが聴取者Ｕから離れるほど、聴取者Ｕには漏れ音が小さく聞こえる。また、焦点Ｓが聴取者Ｕに近づくほど、聴取者Ｕには漏れ音が大きく聞こえる。

次に、本発明のスピーカアレイ装置の特徴を説明する。図４は、音声ビームの移動の様子を説明するための図である。

図４（Ａ）は、音声ビームを一定速度で移動させた場合の概念図、図４（Ｂ）は、音声ビームの移動速度を変化させながら移動させた場合の概念図、図４（Ｃ）は、音声ビームと聴取位置との距離に応じて音声ビームの音量を変化させた場合の概念図、図４（Ｄ）は、聴取位置との距離に応じて音声ビームの焦点距離を変化させた場合の概念図である。

本発明のスピーカアレイ装置は、焦点位置の制御情報に基づいて、図４に示すように音声ビームの焦点を移動させながら音声ビームを放音（出射）させることができる。すなわち、聴取位置とは異なる方向にも音声ビームを放音させることができる。

音声信号出力機器２は、前記のように、音声信号と、この音声信号をビーム化した際に制御するためのビーム制御情報と、を含むコンテンツのデータを出力する。スピーカアレイ装置１は、音声信号出力機器２が出力したコンテンツのデータが信号入力部５１に入力されると、音声信号処理部５３の音声処理部５５は、コンテンツのデータからビーム制御情報を分離・抽出して制御部７５に出力する。制御部７５は、このビーム制御情報に基づいて、各スピーカユニット６６から音声信号を出力するタイミング（遅延量）を計算する。そして、制御部７５は、計算で求めた各スピーカユニット６６の遅延量を遅延処理部５７に出力する。遅延処理部５７は、制御部７５が出力した遅延量に基づいて各スピーカユニット６６から出力する音声信号を遅延させて、スピーカアレイ６５から音声ビームを放音（出射）させる。スピーカアレイ装置１では、この処理を連続的に行うことで、音声ビームを移動させることができる。

スピーカアレイ装置１の制御部７５は、音声信号の制御情報（ビーム制御情報）を随時読み出して音声ビームの焦点位置を計算する。そのため、スピーカアレイ装置１は、制御情報における焦点位置の単位時間毎の変化量が一定の場合には、図４（Ａ）に示すように一定速度で音声ビームの焦点を移動させる。また、スピーカアレイ装置１は、制御情報における焦点位置の単位時間毎の変化量が変化する場合には、図４（Ｂ）に示すように速度を変化させて音声ビームの焦点を移動させる。図４（Ａ），（Ｂ）に示したように焦点位置を移動させた場合、聴取者には、最初は聴取位置から音声ビームの焦点が離れているので、漏れ音が聞こえる。このときには、聴取者には漏れ音は小さな音量で聞こえる。そして、音声ビームの焦点が聴取位置に近づくにつれて、聴取者に聞こえる音の音量は徐々に大きくなる。また、音声ビームが聴取位置の近くを通過するときには、音声ビームの拡散音が聞こえるので、聴取者には音声ビームの音量が最も大きく聞こえる。一方、音声ビームの焦点が聴取位置から離れるにつれて、聴取者に聞こえる漏れ音の音量は徐々に小さくなる。このように、音声ビームの焦点位置が移動するので、聴取者には、音源が実際に移動しているのと同様に聞こえるように感じさせることができる。

また、制御情報に１／ｆ揺らぎを加えるようにすることで、違和感の無い自然な移動を演出できる。

次に、スピーカアレイ装置１は、複数の音声ビームを同時に移動させることができる。例えば、信号入力部５１から２つのビーム制御情報と２つの音声信号を含むコンテンツのデータが入力された場合には、制御部７５は、音声信号処理部５３から出力されたそれぞれの制御情報（焦点位置情報）に基づいて、音声信号が音声ビームとしてスピーカアレイ６５から放音されるように各スピーカユニット６６の遅延量を計算する。そして、制御部７５は、各スピーカユニット６６の遅延量を遅延処理部５７に出力して、スピーカアレイ６５から２つの音声ビームを放音（出射）させる。

なお、スピーカアレイ装置１では、３つ以上の音声ビームを同時に移動させることも当然可能である。また、このとき、各音声ビームのソースは、同じにしても、それぞれ異なるようにしても良い。

次に、スピーカアレイ装置１では、音声ビームを移動させるとともに、その音量を変化させることができる。これは、音の移動を明確にするためである。

例えば、図４（Ｃ）に示すように、音声ビームの音量と、音声ビームの焦点から聴取位置までの距離と、を反比例するように設定すると良い。この場合には、スピーカアレイ装置１に予め聴取位置の情報を記憶させておき、音声信号と焦点位置情報が入力されると、聴取位置情報と焦点位置情報とに基づいて音声ビームの音量を設定するように構成すると良い。聴取位置から離れた位置において音声ビームの音量をある程度上げておき、聴取位置に音声ビームの焦点が近づくにつれて音量を下げることで、音の移動を最初から明確にすることができる。

また、音声ビームの音量を制御する方法としては、聴取位置に対する音声ビームの角度を求めて、この角度の絶対値が小さくなるほど音量を下げるように制御しても良い。

なお、図４（Ｃ）では、音量の大きさを音声ビームの線の太さで表しており、太線を音量大、細線を音量小としている。

上記の場合には、音声信号出力機器２が出力するコンテンツのデータには、音声信号と、ビーム制御情報として、音声ビームの移動制御情報及び聴取位置との距離に応じた音量の制御情報を含むように構成すると良い。スピーカアレイ装置１の制御部７５は、記憶部７１から読み出した聴取位置情報と、上記のビーム制御情報と、に基づいて、図４（Ｃ）に示したように、聴取位置との距離に応じて音声ビームの音量が変化するように、音声信号処理部５３を制御する。

次に、スピーカアレイ装置１では、音声ビームを移動させるとともに、その音声ビームの焦点のスポット径（幅）、または焦点の聴取位置との距離を変化させることができる。

図４（Ｄ）は、聴取位置との距離に応じて音声ビームのスポット径を変化させた場合の概念図である。図４（Ｄ）には、容易に理解できるように、本来ならスピーカアレイ６５の放音面と平行に音声ビームの焦点を移動させる場合を示している。

図に示す点線矢印の方向に音源が移動していると聴取者に感じさせたい場合、聴取位置から音声ビームまでの距離と音声ビームの焦点距離が反比例するようにすると良い。ここで、音声ビームの焦点距離は、音声ビームの焦点から聴取位置までの距離のことである。例えば、音声ビームが聴取位置に近づくにつれて、焦点距離を大きくなるので、聴取位置に最も近い位置での音声ビームのスポット径は大きくなる。このとき、スポット径が大きくなるほど、聴取位置からの焦点距離は遠くなる。このようにすることで、スポット径が大きくなるほど音が拡散するので、聴取者には音量が小さく聞こえるようになる。したがって、音声ビームが聴取者から離れるほど焦点距離は小さくなり、音声ビームの焦点のスポット径が小さくなるので、聴取位置ではその音が十分聞こえる。また、音声ビームが聴取者に近づくほど焦点距離は大きくなるが、聴取者には、その音がよく聞こえるので、音の存在（移動）を明確にすることができる。

また、上記の制御とは逆に、聴取位置からの距離と音声ビームの焦点のスポット径が比例するようにしても良い。すなわち、音声ビームが聴取位置に近づくにつれて、焦点距離を小さくして焦点のスポット径を小さくするように制御することも可能である。この場合には、聴取位置から音声ビームが離れるほど、その音が小さくなり、また、聴取位置に音声ビームが近づくほど、その音が大きくなる。そのため、聴取者に、その音源が突然現れた（突然音が聞こえた）という聴感を与えることができ、恐怖映画の演出などに有効である。

また、１／ｆ揺らぎを加えながら音声ビームの焦点距離を変化させることで、違和感の無い自然な移動を演出できる。

上記の場合には、音声信号出力機器２が出力するコンテンツのデータには、音声信号と、ビーム制御情報として、音声ビームの移動制御情報及び聴取位置に対する焦点距離の制御情報を含むように構成すると良い。スピーカアレイ装置１の制御部７５は、記憶部７１から読み出した聴取位置情報と、上記のビーム制御情報と、に基づいて、図４（Ｄ）に示したように、聴取位置との距離に応じて音声ビームの焦点距離（焦点のスポット径）が変化するように、音声信号処理部５３を制御する。

また、聴取位置における音声ビームの幅（スポットの幅）を変化させることができる。図５は、聴取位置における音声ビームの幅の変化の様子を示す図である。図５には、一例として（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）→（Ｄ）の順に、音声ビームの焦点がスピーカアレイ装置１から聴取者の方向に徐々に移動する様子を示している。音声ビームの焦点を上記のように移動させると、聴取者の聴取位置では、音声ビームの焦点との距離に比例して音声ビームの幅を変化させることができる。そのため、聴取位置から音声ビームの焦点が離れるほど、聴取位置での音声ビームの幅が広くなり、聴取者に聞こえる音が小さくなる。また、聴取位置に音声ビームが近づくほど、聴取位置での音声ビームの幅が狭くなり、聴取者に聞こえる音が大きくなる。したがって、このように音声ビームの焦点位置が移動させることで、聴取者に、音源が実際に移動しているのと同様に聞こえるように感じさせることができる。

なお、図５には、音声ビームの焦点が聴取者から一定距離離れたところまで移動している状態（図５（Ｄ））までを示したが、引き続き、聴取位置における音声ビームの幅が徐々に広がるように制御すれば良い。すなわち、音声ビームの焦点は無限遠まで移動し、さらに音声が拡散していくように、音声ビームを制御すればよい。

次に、スピーカアレイ装置１では、音声ビームを移動させるとともに、その音声ビームの本数（数量）を変化させることができる。

図６は、音声ビームの移動と音声ビームの本数の関係を示す図である。同図では、境界線を１点鎖線で表している。図６（Ａ）に示すように、音声ビームが聴取位置からある距離よりも離れた場合には、音声ビーム数を２本とする。また、音声ビームが聴取位置からある距離よりも近くなった場合には、図６（Ｂ）に示すように、音声ビーム数を１本にする。この場合には、音声ビームが聴取者からある程度離れていても、音声ビームが２本なので音量が大きくなり、その音が聞こえる。また、音声ビームが近づくと、音声ビームは１本になるが、やはりその音は聞こえるので、その音の存在（移動）を明確にすることができる。

また、上記の制御とは逆に、音声ビームが聴取位置からある距離よりも離れた場合には、音声ビーム数を１本とし、音声ビームが聴取位置からある距離よりも近くなった場合には、音声ビーム数を２本にすると良い。この場合には、聴取位置から音声ビームが離れるほど、その音が小さくなり、また、聴取位置に音声ビームが近づくほど、その音が大きくなる。そのため、聴取者に、その音源が突然現れた（突然音が聞こえた）という聴感を与えることができる。

なお、音声ビームを複数にする場合、各音声ビームの焦点は所定の間隔にして設けるのが良い。また、境界線はその環境に応じて設定すると良い。

上記の場合には、音声信号出力機器２が出力するコンテンツのデータには、音声信号と、ビーム制御情報として、音声ビームの移動制御情報及び聴取位置との距離に応じた音声ビームの本数の制御情報を含むように構成すると良い。スピーカアレイ装置１の制御部７５は、記憶部７１から読み出した聴取位置情報と、上記のビーム制御情報と、に基づいて、図６に示したように、聴取位置との距離に応じて音声ビームの本数が変化するように、音声信号処理部５３を制御する。

なお、ビーム制御情報は、上記のものに限るものではなく、例えば、音声ビームの移動制御情報に加えて聴取位置との距離に応じた音量の制御情報と、聴取位置に対する焦点距離の制御情報と、を含むように構成しても良い。この場合には、音声ビームを移動させる際に、音声ビームと聴取位置との距離に応じて、音声ビームの音量と焦点距離が変化させることができる。

このように、音声ビームの状態を変化させる制御情報として、複数の制御情報をビーム制御情報が含むように構成しても良い。

次に、スピーカアレイ装置１を実際のサラウンドシステムとして使用する場合の構成について説明する。

図７は、本発明のスピーカアレイ装置を用いたサラウンドシステムの概略の配置図である。本発明のスピーカアレイ装置をサラウンドシステムに用いる場合には、複数の形態が考えられる。

例えば、図７（Ａ）に示すように、従来の５ｃｈサラウンドシステムにスピーカアレイ装置１を追加するように構成することが可能である。この場合には、５ｃｈサラウンドシステムには、スピーカアレイ装置１を追加する前と同様に、５チャンネルのサラウンドサウンドを再生させる。一方、スピーカアレイ装置１には、物体の移動時の音声を再生する装置として使用する。これにより、聴取者は、モニタに映像コンテンツを表示させた場合などに、従来と同様にサラウンドサウンドを楽しむことができる。さらに、映像コンテンツにおいて顕著に移動する物体の移動音を、ファントムではなく音声ビームの焦点の移動により、実際に音源が移動しているような聴感を楽しむことができる。

また、図７（Ｂ）に示すように、従来の５ｃｈサラウンドシステムのセンタスピーカとしてスピーカアレイ装置１を追加するように構成することが可能である。この場合には、スピーカアレイ装置１に、５ｃｈサラウンドシステムのセンタスピーカとして音声を放音させるととともに、物体の移動時の音声を音声ビームの焦点の移動により表現させる。これにより、聴取者は、図７（Ａ）の構成と同様に、映像コンテンツやサラウンドサウンドを楽しむことができる。また、サラウンドシステムのスピーカ数を１つではあるが削減できる。

また、図７（Ｃ）に示すように、スピーカアレイ装置１を、特許文献に示したような従来のスピーカアレイ装置として使用するとともに、物体の移動時の音声を再生する装置として使用する。これにより、複数の音声ビームを部屋の壁に反射させることで、従来のスピーカアレイ装置のように、仮想スピーカによるサラウンドシステムを構築できる。また、映像コンテンツにおいて顕著に移動する物体の移動音などを、ファントムではなく音声ビームの焦点の移動により、実際に音源が移動しているような聴感を楽しむことができる。さらに、スピーカの設置数を抑制できる。

次に、以上のように構成したサラウンドシステムにおいて、音声ビームを移動させるためには、映像コンテンツのデータを以下のように構成する必要がある。すなわち、サラウンドサウンド（例えば５．１チャンネル）用の音声信号と映像信号の他に、移動させる音声ビーム用の音声信号と、その音声信号の焦点位置（焦点座標）の情報と、を含む音声フォーマット（データ構造）となるように構成する必要がある。このようなデータ構造にすると、スピーカアレイ装置は、このデータ構造のデータを読み込むことで、音声ビームを移動するように制御できる。

また、サラウンドシステムにおいて映像コンテンツを再生する場合、現状では、ＤＶＤやＢＬＵ―ＲＡＹ ＤＩＳＣ（登録商標）などの光ディスクに記録されたものを、光ディスク再生装置で再生するのが一般的である。そのため、光ディスクに、上記のデータ構造の映像コンテンツが記録された光ディスクを光ディスク再生装置で再生すると、各信号がＡＶアンプから５ｃｈの各スピーカやスピーカアレイ装置１やモニタに出力されるように構成すると良い。例えば、光ディスクから読み出された、移動させる音声ビーム用の音声信号と制御情報（焦点位置情報）はスピーカアレイ装置１に出力されるように構成する。また、サラウンドサウンド（例えば５．１チャンネル）用の音声信号はＡＶアンプを介して５ｃｈの各スピーカに出力されるように構成する。また、映像信号は、モニタに出力されるように構成する。これにより、サラウンドシステムでは、図７（Ａ）に基づいて説明したように音声を放音させることができる。

なお、上記の説明では、映像コンテンツにおける移動物の音声信号とそのビーム制御情報とをセットにして入力する場合について説明したが、これに限らず他の形態も可能である。例えば、スピーカアレイ装置１において、映像コンテンツの映像データと音声データを解析して、顕著に移動する物体（移動物）の音声信号を抽出するとともに、映像における移動物の動きに基づいて、音声ビームの焦点位置情報を作成するように構成する。そして、スピーカアレイ装置１において、移動物の音声を音声ビームとして移動させるように制御すると良い。一例としては、映像コンテンツにおいて、センタチャンネルの音声は人の台詞が入ったチャンネルとして用いられるので、センタチャンネルの音声信号と、映像に含まれる人物を解析し、人の移動を音声ビームで表現するように構成する良い。

また、操作部６９やリモコン６８を操作して、ビーム制御情報を入力するようにしても良い。さらに、ネットワークなどを介して取得したビーム制御情報をスピーカアレイ装置１に入力して、特定のチャンネルの音声信号を音声ビームとして移動させたり状態を変化させたりするように構成しても良い。

本発明の実施形態に係るスピーカアレイ装置の概略構成を示すブロック図である。 スピーカアレイにおけるスピーカユニットの配置を示す図と、スピーカアレイによる音声ビームの放音原理を説明するための図である。 スピーカアレイから放音する音声ビームの特性を説明するための図である。 音声ビームの移動の様子を説明するための図である。 聴取位置における音声ビームの幅の変化の様子を示す図である。 音声ビームの移動と音声ビームの本数の関係を示す図である。 本発明のスピーカアレイ装置を用いたサラウンドシステムの概略の配置図である。

符号の説明

１…スピーカアレイ装置 ２…音声信号出力機器 ５１…信号入力部 ５３…音声信号処理部 ５５…音声処理部 ５７…遅延処理部 ６１…Ｄ／Ａコンバータ ６３…パワーアンプ ６５…スピーカアレイ ６６…スピーカユニット ６７…赤外線受信部 ６８…リモコン ６９…操作部 ７１…記憶部 ７５…制御部

Claims (8)

1. 複数のスピーカユニットが配列されたスピーカアレイと、
   前記複数のスピーカユニットに音声信号を供給し、前記複数のスピーカユニットの放音タイミングを制御して、前記スピーカアレイから音声ビームを放音させる信号処理手段と、
   前記音声ビームを移動制御するビーム制御情報に基づいて前記信号処理手段を制御して、前記音声ビームの焦点を移動させるビーム制御手段と、
   聴取位置の情報が入力される聴取位置情報入力手段と、
   を備えたスピーカアレイ装置であって、
   前記ビーム制御情報は、前記音声ビームと前記聴取位置との距離に応じた前記音声ビームの音量の制御情報を含み、
   前記ビーム制御手段は、前記音声ビームと前記聴取位置情報入力手段に入力された聴取位置との距離を求め、求めた距離で前記音量の制御情報を参照して読み出した音量の情報に基づいて前記音声ビームの音量を変化させる
   スピーカアレイ装置。
2. 前記ビーム制御情報は、前記音声ビームと聴取位置との距離に応じた音声ビームの焦点距離の制御情報を含み、
   前記ビーム制御手段は、前記求めた距離で前記焦点距離の制御情報を参照して読み出した焦点距離の情報に基づいて前記音声ビームの焦点距離を変化させる
   請求項１に記載のスピーカアレイ装置。
3. 前記ビーム制御情報は、前記音声ビームと聴取位置との距離に応じた音声ビームの本数の制御情報を含み、
   前記ビーム制御手段は、前記求めた距離で前記本数の制御情報を参照して読み出した本数の情報に基づいて前記音声ビームの本数を変化させる
   請求項１または２に記載のスピーカアレイ装置。
4. 前記ビーム制御情報が入力される入力手段を備え、
   前記ビーム制御手段は、前記入力手段から入力されたビーム制御情報に基づいて前記信号処理手段を制御する請求項１乃至３のいずれかに記載のスピーカアレイ装置。
5. 前記信号処理手段は、前記ビーム制御情報及び前記音声信号を含むコンテンツのデータが前記入力手段から入力されると、前記コンテンツのデータから前記ビーム制御情報を抽出して前記ビーム制御手段に出力する請求項４に記載のスピーカアレイ装置。
6. 前記ビーム制御手段は、前記入力手段から複数の音声信号及びビーム制御情報が入力された場合、前記ビーム制御情報に基づいて複数の音声ビームの焦点を同時に移動させる請求項１乃至５のいずれかに記載のスピーカアレイ装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載のスピーカアレイ装置の前記信号処理手段に供給される音声信号と、前記ビーム制御手段に前記信号処理手段を制御させて、前記音声ビームの焦点を移動させるビーム制御情報と、前記音声ビームと聴取位置との距離に応じて前記音声ビームの音量を変化させる前記音声ビームの音量の制御情報と、を含むデータ構造。
8. 請求項７に記載のデータ構造が記録された光ディスク。

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