JP6287203B2 - スピーカ装置 - Google Patents

Description

本発明は、仮想音源を知覚させる音を出力して、オーディオ信号を仮想的に定位させるスピーカ装置に関する。

従来、オーディオ信号が仮想的に定位する仮想音源を知覚させる音と、指向性を有する音とを出力して、オーディオ信号を定位させるスピーカ装置が知られている。

例えば、特許文献１に示すアレイスピーカ装置は、オーディオ信号をそれぞれ遅延させて複数のスピーカユニットに分配することにより、指向性を有するサウンドビーム（音声ビーム）を複数出力している。聴者は、音声ビームを聴くと、音声ビームの焦点に音源が存在すると知覚する。音声ビームが例えば壁に反射して聴者に届くと、聴者は、壁の方向に音源が存在すると知覚する。これにより、オーディオ信号は、壁の方向に定位する。

また、特許文献１に示すアレイスピーカ装置は、音声ビームが聴者に到達できないチャンネルについて仮想音源を知覚させる音を出力するために、オーディオ信号の周波数特性を変化させている。より具体的には、特許文献１に示すアレイスピーカ装置は、聴者の頭部形状に対応する頭部伝達関数をオーディオ信号に畳み込んで周波数特性を変化させている。聴者は、周波数特性が変化した音（仮想音源を知覚させる音）を聴くことにより、仮想音源を知覚する。これにより、オーディオ信号は、仮想的に定位する。

特開２００８−２２７８０３

特許文献１に示すアレイスピーカ装置は、音声ビームが到達できないチャンネルに限り、オーディオ信号を仮想的に定位させて、音声ビームと仮想音源を知覚させる音とを排他的に出力しているが、定位感を向上させるために、音声ビームと仮想音源を知覚させる音とを両方同時に出力することが考えられる。

また、従来、コンテンツの音に音場効果を付与することが提案されている。音場効果とは、コンサートホール等の音響空間で発生する初期反射音及び後部残響音を模擬した音をコンテンツの音に重畳することで、部屋に居ながらにして実際のコンサートホール等の別の空間に居るような臨場感を聴者に体感させるものである。

ここで、初期反射音とは、音源から出力された音のうち、コンサートホールの室内の壁等に数回反射してから聴者に届く音であり、音源から聴者に直接届く直接音よりも遅れて聴者に届くものである。初期反射音は、後部残響音に比べて反射回数が少ないため、反射パターンが到来方向毎に異なる。従って、初期反射音は、周波数特性が到来方向毎に異なる。

後部残響音とは、初期反射音よりも多くの回数でコンサートホールの室内の壁等に反射して聴者に届く音であり、初期反射音よりも遅れて聴者に届くものである。後部残響音は、初期反射音に比べて反射回数が多いため、反射パターンが到来方向によらず概ね一様である。従って、後部残響音は、到来方向によらず周波数成分が略同じである。以下、実際の初期反射音を模擬した音を単に初期反射音と称し、かつ実際の後部残響音を模擬した音を単に後部残響音と称す。

しかし、指向性を有する音と仮想音源を知覚させる音との両方を同じチャンネルで出力するスピーカ装置において、初期反射音及び後部残響音を指向性のある音及び仮想音源を知覚させる音に重畳すると次の問題が生じる。

仮想音源を知覚させる音は、到来方向毎に周波数特性が異なる初期反射音が重畳されると、仮想音源生成のために付加する頭部伝達関数の周波数特性が変化してしまうため、定位が不明確になる。また、指向性を有する音声ビームは、到来方向によらず略同じ周波数成分を有する後部残響音が重畳されると、各チャンネルのオーディオ信号が類似する傾向になるため、音像が結合してしまい、定位が不明確になる。

そこで、本発明は、仮想音源を知覚させる音を出力し、かつ音場効果を付与する場合でも定位感を損なうことがないスピーカ装置を提供することを目的とする。

本発明のスピーカ装置は、オーディオ信号が入力される入力部と、入力されたオーディオ信号に基づいて放音する第１放音部と、入力されたオーディオ信号に基づいて放音する第２放音部と、前記入力部に入力されたオーディオ信号に頭部伝達関数に基づくフィルタ処理を行って前記第１放音部に入力する定位付加部と、入力されたオーディオ信号に初期反射音の特性を付加する初期反射音付加部と、入力されたオーディオ信号に後部残響音の特性を付加する後部残響音付加部と、を備える。

そして、前記初期反射音付加部は、前記第２放音部に入力されるオーディオ信号に前記初期反射音の特性を付加し、前記後部残響音付加部は、前記第１放音部に入力されるオーディオ信号に前記後部残響音の特性を付加する。

後部残響音付加部は、仮想音源を知覚させる音に初期反射音の特性を付加せず、第２放音部から出力される音のみに初期反射音の特性を付加する。従って、スピーカ装置は、到来方向毎に周波数特性が異なる初期反射音の特性の付加によって仮想音源を知覚させる音の周波数特性が変化することを防ぐ。これにより、仮想音源を知覚させる音は、頭部伝達関数の周波数特性が維持される。

このように、本発明のスピーカ装置は、初期反射音及び後部残響音による音場効果を付与する場合でも、仮想音源を知覚させる音による定位感を損なうことがない。

また、スピーカ装置は、前記初期反射音付加部の初期反射音と、前記後部残響音付加部の後部残響音とのレベル比率を調整するレベル調整部、を備えてもよい。

これにより、初期反射音のレベルと後部残響音のレベルとを聴者の所望の比率にすることができる。

また、前記オーディオ信号は、マルチチャンネルサラウンドサウンドのオーディオ信号であってもよい。

これにより、スピーカ装置は、聴者を取り巻くようにオーディオ信号を仮想的に定位させつつ、音場効果を付与することができる。

また、前記第１放音部は、指向性を有する音を出力してもよい。例えば、スピーカ装置は、指向性を有する音として音声ビームを以下の構成で出力してもよい。前記第１放音部は、前記定位付加部のオーディオ信号が入力されるステレオスピーカからなり、前記第２放音部は、スピーカアレイと、前記入力部に入力されたオーディオ信号をそれぞれ遅延して前記スピーカアレイに分配する指向性制御部と、からなる態様であっても構わない。

この態様では、指向性を有する音として、以下のように音声ビームを出力する。複数のスピーカユニットからなるスピーカアレイは、指向性制御部により遅延されて分配されたオーディオ信号に基づいて放音する。指向性制御部は、複数のスピーカユニットから出力される音の位相が所定位置でそろうように、オーディオ信号を遅延制御する。その結果、複数のスピーカユニットからそれぞれ出力された音は、所定位置で強め合い、指向性を有する音声ビームとなる。

定位付加部は、指向性を有する音によって聴者が音源を知覚した位置又はその近くの位置に、仮想音源を定位させるようにフィルタ処理を行う。その結果、スピーカ装置は、指向性を有する音だけを用いた場合又は仮想音源だけを用いた場合に比べて、定位感を向上させる。

後部残響音付加部は、指向性を有する音に後部残響音の特性を付加せず、第１放音部から放音される仮想音源を知覚させる音のみに後部残響音の特性を付加する。従って、スピーカ装置は、指向性を有する音に後部残響音の特性を付加しないため、残響の中心部に引っ張られることにより指向性を有する音の定位が不明確になることを防ぐ。

本発明によれば、スピーカ装置は、音場効果を付与する場合であっても、仮想音源を知覚させる音に到来方向毎に周波数特性が異なる初期反射音の特性を付加しないため、頭部伝達関数の周波数特性が維持されて、定位感を損なうことがない。

本実施形態に係るアレイスピーカ装置２を備えたＡＶシステム１を説明するための図である。 本実施形態に係るアレイスピーカ装置２及びサブウーファ３のブロック図の一部である。 初期反射音処理部２２及び後部残響音処理部４４のブロック図である。 コンサートホールで実測されたインパルス応答の例を示す模式図である。 定位付加部４２及び補正部５１のブロック図である。 アレイスピーカ装置２が出力する音を説明するための図である。 本実施形態に係るアレイスピーカ装置２の変形例に係るスピーカセット２Ａを説明するための図である。 スピーカセット２Ａ及びサブウーファ３のブロック図の一部である。

本実施形態に係るアレイスピーカ装置２について、図１乃至図６を用いて説明する。図１は、アレイスピーカ装置２を備えたＡＶシステム１を説明するための図である。図２は、アレイスピーカ装置２及びサブウーファ３のブロック図の一部である。図３（Ａ）は、初期反射音処理部２２のブロック図であり、図３（Ｂ）は、後部残響音処理部４４のブロック図である。図４は、コンサートホールで実測されたインパルス応答の例を示す模式図である。図５（Ａ）は、定位付加部４２のブロック図であり、図５（Ｂ）は、補正部５１のブロック図である。図６は、アレイスピーカ装置２が出力する音を説明するための図である。

ＡＶシステム１は、アレイスピーカ装置２、サブウーファ３、及びテレビ４を備える。アレイスピーカ装置２は、サブウーファ３及びテレビ４に接続される。アレイスピーカ装置２は、テレビ４で再生される映像に応じたオーディオ信号や不図示のコンテンツプレーヤからコンテンツのオーディオ信号が入力される。アレイスピーカ装置２は、入力されたコンテンツのオーディオ信号に基づいて指向性を有する音声ビーム及び仮想音源を知覚させる音を出力し、さらにコンテンツの音に音場効果を付与するものである。

まず、音声ビームと初期反射音の出力とについて説明する。アレイスピーカ装置２は、図１に示すように、例えば、直方体形状の筐体を備える。アレイスピーカ装置２の筐体は、聴者に対向する面に、例えば１６個のスピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐと、ウーファ３３Ｌ，３３Ｒ（本発明の第１放音部に相当する。）とを備える。ただし、スピーカユニットは、１６個に限らず、例えば８個等であってもよい。

スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐは、それぞれ一列に配置されている。スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐは、聴者からアレイスピーカ装置２を視て左側から順に配置されている。ウーファ３３Ｌは、スピーカユニット２１Ａからさらに左側に配置されている。ウーファ３３Ｒは、スピーカユニット２１Ｐのさらに右側に配置されている。

アレイスピーカ装置２は、図２に示すように、デコーダ１０、及び指向性制御部２０を備える。なお、スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐと指向性制御部２０との組は、本発明の第２放音部に相当する。

デコーダ１０は、ＤＩＲ（；Ｄｉｇｉｔａｌ ａｕｄｉｏ Ｉ／Ｆ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）１１、ＡＤＣ（；Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１２、及びＨＤＭＩ（登録商標；Ｈｉｇｈ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）レシーバ１３に接続されている。

ＤＩＲ１１は、光ケーブル又は同軸ケーブルで送信されたデジタルオーディオ信号が入力される。ＡＤＣ１２は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。ＨＤＭＩレシーバ１３は、ＨＤＭＩ規格に適合したＨＤＭＩ信号が入力される。

デコーダ１０は、ＡＡＣ（登録商標）、Ｄｏｌｂｙ Ｄｉｇｉｔａｌ（登録商標）、ＤＴＳ（登録商標）、ＭＰＥＧ−１／２、ＭＰＥＧ−２マルチチャンネル、又はＭＰ３等多様なデータフォーマットをサポートしている。デコーダ１０は、ＤＩＲ１１及びＡＤＣ１２から出力されたデジタルオーディオ信号を、マルチチャンネルオーディオ信号（ＦＬチャンネル、ＦＲチャンネル、Ｃチャンネル、ＳＬチャンネル、及びＳＲチャンネルのデジタルオーディオ信号。以下、単にオーディオ信号と称す場合は、デジタルオーディオ信号を示すものとする。）に変換して出力する。デコーダ１０は、ＨＤＭＩレシーバ１３が出力したＨＤＭＩ信号（ＨＤＭＩ規格に適合する信号。）からオーディオデータを抽出して、オーディオ信号に復号して出力する。ただし、デコーダ１０は、５チャンネルのオーディオ信号に限らず、７チャンネルのオーディオ信号等、様々なチャンネル数のオーディオ信号に変換することもできる。

アレイスピーカ装置２は、デコーダ１０から出力されたオーディオ信号の帯域を分割して、高域（例えば２００Ｈｚ以上）をスピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐに出力し、低域（例えば２００Ｈｚ未満）をウーファ３３Ｌ，３３Ｒ及びサブウーファユニット７２に出力するために、ＨＰＦ１４（１４ＦＬ，１４ＦＲ，１４Ｃ，１４ＳＲ，１４ＳＬ）とＬＰＦ１５（１５ＦＬ，１５ＦＲ，１５Ｃ，１５ＳＲ，１５ＳＬ）とを備える。ＨＰＦ１４及びＬＰＦ１５のカットオフ周波数は、スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐの再生周波数の下限（２００Ｈｚ）に合うように、それぞれ設定されている。

デコーダ１０から出力された各チャンネルのオーディオ信号は、それぞれＨＰＦ１４及びＬＰＦ１５に入力される。ＨＰＦ１４は、入力されたオーディオ信号の高域成分（２００Ｈｚ以上）を抽出して出力する。ＬＰＦ１５は、入力されたオーディオ信号の低域成分（２００Ｈｚ未満）を抽出して出力する。

アレイスピーカ装置２は、図２に示すように、コンテンツの音に初期反射音の音場効果を付与するために、初期反射音処理部２２を備える。ＨＰＦ１４から出力された各オーディオ信号は、初期反射音処理部２２に入力される。初期反射音処理部２２は、入力された各オーディオ信号に初期反射音のオーディオ信号を重畳してレベル調整部１８（１８ＦＬ，１８ＦＲ，１８Ｃ，１８ＳＲ，１８ＳＬ）に出力する。

より具体的には、初期反射音処理部２２は、図３（Ａ）に示すように、ゲイン調整部２２１と、初期反射音生成部２２２と、合成部２２３とを備える。初期反射音処理部２２に入力された各オーディオ信号は、ゲイン調整部２２１と、合成部２２３とに入力される。ゲイン調整部２２１は、初期反射音と後部残響音とのレベル比率を調整するために、入力された各オーディオ信号のレベルと、ゲイン調整部４４１（図３（Ｂ）を参照。）に入力された各オーディオ信号のレベルとのレベル比率を調整して、レベル調整後の各オーディオ信号を初期反射音生成部２２２に出力する。

初期反射音生成部２２２は、入力された各オーディオ信号に基づいて初期反射音のオーディオ信号を生成する。初期反射音のオーディオ信号は、実際の初期反射音の到来方向と、当該初期反射音の遅延時間と、を反映するように生成される。

図４に示すように、実際の初期反射音は、直接音の発生（図４の模式図において時刻０の点）から所定時間（例えば３００ｍｓｅｃ以内）経過するまで発生する。実際の初期反射音は、後部残響音に比べて、反射回数が少ないため、反射パターンが到来方向毎に異なる。従って、実際の初期反射音は、周波数特性が到来方向毎に異なる。

このような初期反射音のオーディオ信号は、例えばＦＩＲフィルタによって生成され、入力されたオーディオ信号に所定の係数を畳み込むことにより生成される。当該所定の係数は、例えば図４に示す実際の初期反射音のインパルス応答のサンプリングデータに基づいて設定される。そして、初期反射音生成部２２２が生成する初期反射音のオーディオ信号は、実際の初期反射音の到来方向に応じて、各チャンネルのオーディオ信号に振り分けられて出力される。また、初期反射音は、直接音（ＨＰＦ１４から合成部２２３に直接入力されるオーディオ信号に対応する。）から所定の時間（例えば３００ｍｓｅｃ以内）経過するまで離散的に発生するように生成される。

初期反射音生成部２２２から出力された各オーディオ信号は、合成部２２３に入力される。合成部２２３は、チャンネル毎に、ＨＰＦ１４から入力されたオーディオ信号と、初期反射音生成部２２２から入力されたオーディオ信号とを合成したオーディオ信号をレベル調整部１８に出力する。これにより、直接音（ＨＰＦ１４から合成部２２３に直接入力されるオーディオ信号に対応する。）には、初期反射音が重畳される。換言すれば、直接音には、初期反射音の特性が付加される。この初期反射音は、直接音と共に音声ビームとなって出力される。

レベル調整部１８は、チャンネル毎に音声ビームのレベルを調整するために備えられる。レベル調整部１８は、各オーディオ信号のレベルを調整して出力する。

指向性制御部２０は、レベル調整部１８から出力された各オーディオ信号が入力される。指向性制御部２０は、入力された各チャンネルのオーディオ信号をスピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐの数だけ分配し、それぞれ所定の遅延時間で遅延させる。遅延された各チャンネルのオーディオ信号は、不図示のＤＡＣ（；Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）でアナログオーディオ信号に変換された後、スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐに入力される。スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐは、入力された各チャンネルのオーディオ信号に基づいて放音する。

スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐのうち隣り合うスピーカユニットに入力されるオーディオ信号に与えられる遅延量の差が一定となるように指向性制御部２０が遅延制御すると、スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐから出力された各音は、それぞれ当該遅延量の差に応じた方向で位相を強めあう。その結果、音声ビームは、スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐから所定方向に進む平行波として形成される。

指向性制御部２０は、スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐから出力される各音の位相が所定位置でそろうような遅延制御も可能である。この場合、スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐから出力された各音は、当該所定位置を焦点とする音声ビームとなる。

なお、アレイスピーカ装置２は、指向性制御部２０の前段又は後段に、チャンネル毎にイコライザを備え、各オーディオ信号の周波数特性を調整してもよい。

ＬＰＦ１５から出力されたオーディオ信号は、ウーファ３３Ｌ又は３３Ｒ及びサブウーファユニット７２に入力される。

アレイスピーカ装置２は、音声ビームの帯域以外のオーディオ信号（２００Ｈｚ未満）を、さらにウーファ３３Ｌ，３３Ｒ用の帯域（例えば１００Ｈｚ以上）とサブウーファユニット７２用の帯域（例えば１００Ｈｚ未満）とに分割するために、ＨＰＦ３０（３０ＬＬ，３０Ｒ）とＬＰＦ３１（３１Ｌ，３１Ｒ）とを備える。ＨＰＦ３０及びＬＰＦ３１のカットオフ周波数は、サブウーファユニット７２の再生周波数の上限（１００Ｈｚ）に合うように、それぞれ設定される。

ＬＰＦ１５（１５ＦＬ，１５Ｃ，１５ＳＬ）から出力されたオーディオ信号（２００Ｈｚ未満）は、加算部１６によって加算される。加算部１６によって加算されたオーディオ信号は、ＨＰＦ３０Ｌ及びＬＰＦ３１Ｌに入力される。ＨＰＦ３０Ｌは、入力されたオーディオ信号の高域成分（１００Ｈｚ以上）を抽出して出力する。ＬＰＦ３１Ｌは、入力されたオーディオ信号の低域成分（１００Ｈｚ未満）を抽出して出力する。ＨＰＦ３０Ｌから出力されたオーディオ信号は、レベル調整部３４Ｌ、加算部３２Ｌ及び不図示のＤＡＣを介してウーファ３３Ｌに入力される。ＬＰＦ３１Ｌから出力されたオーディオ信号は、レベル調整部７０Ｆ、加算部７１及び不図示のＤＡＣを介してサブウーファ３のサブウーファユニット７２に入力される。レベル調整部３４Ｌ及びレベル調整部７０Ｆは、音声ビームと、ウーファ３３Ｌから出力される音と、サブウーファユニット７２から出力される音とのレベル比を調整するために、入力されたオーディオ信号のレベルを調整して出力する。

ＬＰＦ１５（１５ＦＲ，１５Ｃ，１５ＳＲ）から出力されたオーディオ信号は、加算部１７によって加算される。加算部１７によって加算されたオーディオ信号は、ＨＰＦ３０Ｒ及びＬＰＦ３１Ｒに入力される。ＨＰＦ３０Ｒは、入力されたオーディオ信号の高域成分（１００Ｈｚ以上）を抽出して出力する。ＬＰＦ３１Ｒは、入力されたオーディオ信号の低域成分（１００Ｈｚ未満）を抽出して出力する。ＨＰＦ３０Ｒから出力されたオーディオ信号は、レベル調整部３４Ｒ、加算部３２Ｒ、及び不図示のＤＡＣを介してウーファ３３Ｒに入力される。ＬＰＦ３１Ｒから出力されたオーディオ信号は、レベル調整部７０Ｇ、加算部７１及び不図示のＤＡＣを介してサブウーファユニット７２に入力される。レベル調整部３４Ｒ及びレベル調整部７０Ｇは、音声ビームと、ウーファ３３Ｒから出力される音と、サブウーファユニット７２から出力される音とのレベル比を調整するために、入力されたオーディオ信号のレベルを調整して出力する。

以上のように、アレイスピーカ装置２は、スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐから初期反射音が重畳された音声ビームをチャンネル毎に出力しつつ、音声ビームの帯域以外の音（２００Ｈｚ未満）をウーファ３３Ｌ，３３Ｒ及びサブウーファユニット７２から出力する。

なお、ＨＰＦ４０ＦＬ、ＨＰＦ４０ＦＲ、ＨＰＦ４０Ｃ、ＨＰＦ４０ＳＬ、およびＨＰＦ４０ＳＲのカットオフ周波数は、ＨＰＦ１４ＦＬ、ＨＰＦ１４ＦＲ、ＨＰＦ１４Ｃ、ＨＰＦ１４ＳＬ、およびＨＰＦ１４ＳＲのカットオフ周波数と同一にしてもよい。また、残響音処理部４４の前段においては、ＨＰＦ４０ＦＬ、ＨＰＦ４０ＦＲ、ＨＰＦ４０Ｃ、ＨＰＦ４０ＳＬ、およびＨＰＦ４０ＳＲのみ備える態様として、低域をサブウーファ３に出力させないようにしてもよい。

次に、仮想音源の定位と後部残響音の出力とについて説明する。アレイスピーカ装置２は、図２に示すように、後部残響音処理部４４、定位付加部４２、クロストークキャンセル処理部５０、及び遅延処理部６０Ｌ，６０Ｒを備える。

アレイスピーカ装置２は、デコーダ１０から出力されたオーディオ信号の帯域を分割して、高域（例えば１００Ｈｚ以上）をウーファ３３Ｌ，３３Ｒに出力し、低域（例えば１００Ｈｚ未満）をサブウーファユニット７２に出力するために、ＨＰＦ４０（４０ＦＬ，４０ＦＲ，４０Ｃ，４０ＳＲ，４０ＳＬ）とＬＰＦ４１（４１ＦＬ，４１ＦＲ，４１Ｃ，４１ＳＲ，４１ＳＬ）とを備える。ＨＰＦ４０及びＬＰＦ４１のカットオフ周波数は、サブウーファユニット７２の再生周波数の上限（１００Ｈｚ）に合うように、それぞれ設定されている。

デコーダ１０から出力された各チャンネルのオーディオ信号は、それぞれＨＰＦ４０及びＬＰＦ４１に入力される。ＨＰＦ４０は、入力されたオーディオ信号の高域成分（１００Ｈｚ以上）を抽出して出力する。ＬＰＦ４１は、入力されたオーディオ信号の低域成分（１００Ｈｚ未満）を抽出して出力する。

アレイスピーカ装置２は、ウーファ３３Ｌ，３３Ｒから出力される音とサブウーファユニット７２から出力される音とのレベル比を調整するために、レベル調整部７０Ａ〜７０Ｅを備える。

ＬＰＦ４１から出力された各オーディオ信号は、レベル調整部７０Ａ〜７０Ｅによってレベルが調整される。レベル調整部７０Ａ〜７０Ｅによってレベルが調整された各オーディオ信号は、それぞれ加算部７１で加算される。加算部７１で加算されたオーディオ信号は、不図示のＤＡＣを介してサブウーファユニット７２に入力される。

ＨＰＦ４０から出力された各オーディオ信号は、後部残響音処理部４４に入力される。後部残響音処理部４４は、入力された各オーディオ信号に後部残響音のオーディオ信号を重畳してレベル調整部４３（４３ＦＬ，４３ＦＲ，４３Ｃ，４３ＳＲ，４３ＳＬ）に出力する。

より具体的には、後部残響音処理部４４は、図３（Ｂ）に示すように、ゲイン調整部４４１と、後部残響音生成部４４２と、合成部４４３とを備える。後部残響音処理部４４に入力された各オーディオ信号は、ゲイン調整部４４１と、合成部４４３とに入力される。ゲイン調整部４４１は、初期反射音と後部残響音とのレベル比率を調整するために、入力された各オーディオ信号のレベルと、初期反射音処理部２２のゲイン調整部２２１に入力された各オーディオ信号のレベルとのレベル比率を調整して、レベル調整後の各オーディオ信号を後部残響音生成部４４２に出力する。

後部残響音生成部４４２は、入力された各オーディオ信号に基づいて後部残響音のオーディオ信号を生成する。

図４に示すように、実際の後部残響音は、初期反射音の後に所定時間（例えば２秒間）発生する。実際の後部残響音は、初期反射音に比べて反射回数が多いため、反射パターンが到来方向によらず概ね一様である。従って、後部残響音は、到来方向によらず周波数成分が略同じである。

後部残響音生成部４４２は、このような後部残響音を生成するために、例えば、コムフィルタ及びオールパスフィルタの巡回フィルタ（ＩＩＲフィルタ）を多段に組み合わせた構成をチャンネル毎に備える。各フィルタの係数は、実際の後部残響音の特性（直接音からの遅延時間、後部残響音の長さ及び後部残響音の長さに対する減衰量）となるように、設定される。例えば、後部残響音は、初期反射音生成部２２２で生成される初期反射音の発生時間（直接音発生から３００ｍｓｅｃ）経過後に発生するように生成される。これにより、後部残響音生成部４４２は、例えば、直接音発生から３００ｍｓｅｃ経過後、かつ２，０００ｍｓｅｃ経過するまで後部残響音のオーディオ信号をチャンネル毎に生成して合成部４４３に出力する。なお、後部残響音生成部４４２はＩＩＲフィルタにて実現する例を示したが、ＦＩＲフィルタを用いても実現可能である。

後部残響音生成部４４２から出力された各オーディオ信号は、合成部４４３に入力される。合成部４４３は、図２及び図３（Ｂ）に示すように、ＨＰＦ４０から入力された各オーディオ信号に、後部残響音生成部４４２から入力された各オーディオ信号を合成し、合成された各オーディオ信号をレベル調整部４３に出力する。これにより、直接音（ＨＰＦ４０から合成部４４３に直接入力されるオーディオ信号に対応する。）には、後部残響音が重畳される。換言すれば、直接音には、後部残響音の特性が付加される。この後部残響音は、仮想音源を知覚させる音と共に、ウーファ３３Ｌ，３３Ｒから出力される。

レベル調整部４３は、チャンネル毎に仮想音源を知覚させる音のレベルを調整するために、入力された各オーディオ信号のレベルを調整して定位付加部４２に出力する。

定位付加部４２は、入力された各オーディオ信号を仮想の音源位置に定位させる処理を行う。オーディオ信号を仮想の音源位置に定位させるためには、所定位置と聴者の耳との間の伝達関数を示す頭部伝達関数（以下、ＨＲＴＦと称す。）を用いる。

ＨＲＴＦは、ある位置に設置した仮想スピーカからそれぞれ左右の耳に至る音の大きさ、到達時間、及び周波数特性等を表現したインパルス応答である。オーディオ信号にＨＲＴＦを付与してウーファ３３Ｌ（又はウーファ３３Ｒ）から放音することにより、聴者は、仮想スピーカから放音されたように知覚する。

定位付加部４２は、図５（Ａ）に示すように、チャンネル毎にＨＲＴＦのインパルス応答を畳み込むためのフィルタ４２１Ｌ〜４２５Ｌ及びフィルタ４２１Ｒ〜４２５Ｒを備える。

ＦＬチャンネルのオーディオ信号（ＨＰＦ４０ＦＬから出力されたオーディオ信号）は、フィルタ４２１Ｌと、４２１Ｒとに入力される。フィルタ４２１Ｌは、ＦＬチャンネルのオーディオ信号に、聴者の左前方の仮想音源ＶＳＦＬ（図６を参照。）の位置から左耳に至る経路のＨＲＴＦを付与する。フィルタ４２１Ｒは、ＦＬチャンネルのオーディオ信号に、仮想音源ＶＳＦＬの位置から右耳に至る経路のＨＲＴＦを付与する。

フィルタ４２２Ｌは、聴者の右前方の仮想音源ＶＳＦＲの位置から聴者の左耳に至る経路のＨＲＴＦをＦＲチャンネルのオーディオ信号に付与する。フィルタ４２２Ｒは、仮想音源ＶＳＦＲの位置から右耳に至る経路のＨＲＴＦをＦＲチャンネルのオーディオ信号に付与する。

フィルタ４２３Ｌ〜４２５Ｌは、Ｃ，ＳＬ，ＳＲチャンネルに応じた仮想音源ＶＳＣ，ＶＳＳＬ，ＶＳＳＲの位置から聴者の左耳に至る経路のＨＲＴＦをＣ，ＳＬ，ＳＲチャンネルのオーディオ信号に付与する。フィルタ４２３Ｒ〜４２５Ｒは、Ｃ，ＳＬ，ＳＲチャンネルに応じた仮想音源ＶＳＣ，ＶＳＳＬ，ＶＳＳＲの位置から聴者の右耳に至る経路のＨＲＴＦをＣ，ＳＬ，ＳＲチャンネルのオーディオ信号に付与する。

そして、加算部４２６Ｌは、フィルタ４２１Ｌ〜４２５Ｌを出力したオーディオ信号を合成して、オーディオ信号ＶＬとしてクロストークキャンセル処理部５０に出力する。加算部４２６Ｒは、フィルタ４２１Ｒ〜４２５Ｒを出力したオーディオ信号を合成して、オーディオ信号ＶＲとしてクロストークキャンセル処理部５０に出力する。

クロストークキャンセル処理部５０は、ウーファ３３Ｌから放音され右耳に至るクロストークを打消し、かつウーファ３３Ｌから放音され左耳に至る直接音をフラットに聞こえるように、ウーファ３３Ｌ及びウーファ３３Ｒに入力される各オーディオ信号の周波数特性を変更する。同様に、クロストークキャンセル処理部５０は、ウーファ３３Ｒから放音され左耳に至るクロストークを打消し、かつウーファ３３Ｒから放音され右耳に至る直接音をフラットに聞こえるように、ウーファ３３Ｌ及びウーファ３３Ｒに入力される各オーディオ信号の周波数特性を変更する。

より具体的には、クロストークキャンセル処理部５０は、補正部５１及び合成部５２Ｌ，５２Ｒを用いて処理を行う。

補正部５１は、図５（Ｂ）に示すように、ダイレクト補正部５１１Ｌ，５１１Ｒ及びクロス補正部５１２Ｌ，５１２Ｒを備えている。オーディオ信号ＶＬは、ダイレクト補正部５１１Ｌ及びクロス補正部５１２Ｌに入力される。オーディオ信号ＶＲは、ダイレクト補正部５１１Ｒ及びクロス補正部５１２Ｒに入力される。

ダイレクト補正部５１１Ｌは、ウーファ３３Ｌから放音される音が左耳付近で放音されたように聴者に知覚させる処理を行う。ダイレクト補正部５１１Ｌは、ウーファ３３Ｌから出力された音が左耳の位置でフラットに聞こえるようなフィルタ係数が設定されている。ダイレクト補正部５１１Ｌは、入力されたオーディオ信号ＶＬを補正して、オーディオ信号ＶＬＤを出力する。

クロス補正部５１２Ｒは、合成部５２Ｌとの組で、ウーファ３３Ｒから左耳に回り込む音の逆相の音をウーファ３３Ｌから出力して左耳の位置で音圧を打ち消すことにより、ウーファ３３Ｒの音が左耳に聞こえるのを抑制する。また、クロス補正部５１２Ｒは、ウーファ３３Ｌから放音される音が左耳付近で放音されたように聴者に知覚させる処理を行う。クロス補正部５１２Ｒは、ウーファ３３Ｒから出力された音が左耳の位置で聞こえなくなるようなフィルタ係数が設定されている。クロス補正部５１２Ｒは、入力されたオーディオ信号ＶＲを補正して、オーディオ信号ＶＲＣを出力する。

合成部５２Ｌは、オーディオ信号ＶＲＣを逆相にして、オーディオ信号ＶＬＤに合成する。

ダイレクト補正部５１１Ｒは、ウーファ３３Ｒから放音される音が右耳付近で放音されたように聴者に知覚させる処理を行う。ダイレクト補正部５１１Ｒは、ウーファ３３Ｒから出力された音が右耳の位置でフラットに聞こえるようなフィルタ係数が設定されている。ダイレクト補正部５１１Ｒは、入力されたオーディオ信号ＶＲを補正して、オーディオ信号ＶＲＤを出力する。

クロス補正部５１２Ｌは、合成部５２Ｒとの組で、ウーファ３３Ｌから右耳に回り込む音の逆相の音をウーファ３３Ｒから出力して右耳の位置で音圧を打ち消すことにより、ウーファ３３Ｌの音が右耳に聞こえるのを抑制する。また、クロス補正部５１２Ｌは、ウーファ３３Ｒから放音される音が右耳付近で放音されたように聴者に知覚させる処理を行う。クロス補正部５１２Ｌは、ウーファ３３Ｌから出力された音が右耳の位置で聞こえなくなるようなフィルタ係数が設定されている。クロス補正部５１２Ｌは、入力されたオーディオ信号ＶＬを補正して、オーディオ信号ＶＬＣを出力する。

合成部５２Ｒは、オーディオ信号ＶＬＣを逆相にして、オーディオ信号ＶＲＤに合成する。

合成部５２Ｌから出力されたオーディオ信号は、遅延処理部６０Ｌに入力される。オーディオ信号は、遅延処理部６０Ｌによって所定時間遅延されてレベル調整部６１Ｌに入力される。合成部５２Ｒから出力されたオーディオ信号は、遅延処理部６０Ｒに入力される。遅延処理部６０Ｒは、遅延処理部６０Ｌと同じ遅延時間でオーディオ信号を遅延させる。

遅延処理部６０Ｌ，６０Ｒによる遅延時間は、音声ビーム及び仮想音源を知覚させる音が同一タイミングで出力されないように設定される。これにより、音声ビームの形成は、仮想音源を知覚される音に阻害されにくくなる。なお、アレイスピーカ装置２は、指向性制御部２０の後段にチャンネル毎に遅延処理部を備え、音声ビームを遅延させることにより、音声ビームが仮想音源を知覚させる音を阻害しないようにする態様であっても構わない。

レベル調整部６１Ｌ，６１Ｒは、全チャンネルの仮想音源を知覚させる音のレベルをまとめて調整するために備えられる。レベル調整部６１Ｌ，６１Ｒは、遅延処理部６０Ｌ，６０Ｒで遅延された各オーディオ信号のレベルを調整する。レベル調整部６１Ｌ，６１Ｒによってレベルが調整された各オーディオ信号は、加算部３２Ｌ，３２Ｒを介して、ウーファ３３Ｌ，３３Ｒに入力される。

加算部３２Ｌ，３２Ｒにはスピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐで出力される音声ビームの帯域外（２００Ｈｚ未満）のオーディオ信号が入力されるため、音声ビームの帯域外の音と、仮想音源を定位させる音とは、ウーファ３３Ｌ，３３Ｒで出力される。

以上のように、アレイスピーカ装置２は、後部残響音のオーディオ信号を重畳した各チャンネルのオーディオ信号を仮想の音源位置に定位させる。

次に、アレイスピーカ装置２が生成する音場について図６を用いて説明する。図６において、白抜き矢印は、アレイスピーカ装置２から出力される音声ビームの経路を示し、複数の円弧は、アレイスピーカ装置２から出力される仮想音源を知覚する音を示す。また、図６において、星印は、音声ビームが生成する音源の位置及び仮想音源の位置を示す。

アレイスピーカ装置２は、図６に示すように、入力されたオーディオ信号のチャンネル数に従って、音声ビームを５本出力する。Ｃチャンネルのオーディオ信号は、例えば、焦点位置がアレイスピーカ装置２の後方に設定されるようにディレイ制御される。すると、聴者は、Ｃチャンネルのオーディオ信号の音源ＳＣが聴者の前方にあると知覚する。

ＦＬ，ＦＲチャンネルのオーディオ信号は、例えば、音声ビームが聴者の左前方の壁及び聴者の右前方の壁で焦点を結ぶようにそれぞれディレイ制御される。ＦＬ，ＦＲチャンネルのオーディオ信号に基づく各音声ビームは、部屋Ｒの壁で一度反射して聴者の位置に到達する。すると、聴者は、ＦＬ，ＦＲチャンネルのオーディオ信号の音源ＳＦＬ，ＳＦＲが聴者の左前方の壁及び右前方の壁にあると知覚する。

ＳＬ，ＳＲチャンネルのオーディオ信号は、例えば、音声ビームが聴者の左横の壁及び右横の壁に向かうようにそれぞれディレイ制御される。ＳＬ，ＳＲチャンネルのオーディオ信号に基づく各音声ビームは、部屋Ｒの壁に反射して聴者の左後方の壁及び聴者の右後方の壁に到達する。各音声ビームは、聴者の左後方の壁及び聴者の右後方の壁で再度反射して、それぞれ聴者の位置に到達する。すると、聴者は、ＳＬ，ＳＲチャンネルのオーディオ信号の音源ＶＳＳＬ，ＶＳＳＲが聴者の左後方の壁及び聴者の右後方の壁にあると知覚する。

定位付加部４２のフィルタ４２１Ｌ〜４２５Ｌ及びフィルタ４２１Ｒ〜４２５Ｒは、仮想スピーカの位置がそれぞれ音源ＳＦＬ，ＳＦＲ，ＳＣ，ＳＳＬ，ＳＳＲの位置と略同じ位置になるように、それぞれ設定されている。すると、聴者は、図６に示すように、仮想音源ＶＳＣ，ＶＳＦＬ，ＶＳＦＲ，ＶＳＳＬ，ＶＳＳＲを音源ＳＦＬ，ＳＦＲ，ＳＣ，ＳＳＬ，ＳＳＲの位置と略同じ位置に知覚する。

これにより、アレイスピーカ装置２は、音声ビームだけを用いた場合又は仮想音源だけを用いた場合に比べて、定位感を向上させる。

ここで、アレイスピーカ装置２は、図６に示すように、各音声ビームに初期反射音を重畳する。仮想音源を知覚させる音は、到来方向毎に周波数特性が異なる初期反射音が重畳されないため、頭部伝達関数の周波数特性が維持される。また、仮想音源を知覚させる音は、両耳間における周波数特性の差、音の到達時間差、及び音量差によって定位感を与えるものであるため、各チャンネルに周波数特性が均一な後部残響音が重畳されても、頭部伝達関数の周波数特性が影響されず、定位感に変化がない。

また、アレイスピーカ装置２は、各音声ビームに後部残響音を重畳せず、仮想音源を知覚させる音に後部残響音を重畳する。従って、アレイスピーカ装置２は、到来方向によらず略同じ周波数成分を有する後部残響音を各音声ビームに重畳しないため、各音声ビームのオーディオ信号が類似して各音像が結合してしまうことがない。これにより、アレイスピーカ装置２は、各音声ビームの定位感が不明確になることを防ぐ。また、音声ビームは、到来方向からの音圧によって定位を知覚させるものであるため、到来方向毎に周波数特性が異なる初期反射音が重畳されて周波数特性が変化しても定位感に変化がない。

以上のように、アレイスピーカ装置２は、各音声ビーム及び仮想音源を知覚させる音の定位付与の効果を損なうことなく、初期反射音及び後部残響音により音場効果をコンテンツの音に付与することができる。

また、アレイスピーカ装置２は、ゲイン調整部２２１及びゲイン調整部４４１との組を備えることにより、初期反射音と後部残響音とのレベル比率を聴者の所望の比率に変更することができる。

また、アレイスピーカ装置２は、マルチチャンネルサラウンドサウンドのオーディオ信号について、音声ビームと仮想音源を知覚させる音とを出力し、かつ音場効果を与える。よって、アレイスピーカ装置２は、聴者を取り巻くように定位感を与えつつ、音場効果をコンテンツの音に付与することができる。

なお、上述の例では、後部残響音生成部４４２が生成した後部残響音は、仮想音源を知覚させる音に重畳された後、ウーファ３３Ｌ，３３Ｒから出力されているが、仮想音源を知覚させる音に重畳されなくてもよい。例えば、後部残響音生成部４４２が生成した後部残響音のオーディオ信号は、定位付加部４２を介さず、レベル調整部３４Ｌ，３４Ｒを介してウーファ３３Ｌ，３３Ｒに入力されてもよい。

次に、アレイスピーカ装置２の変形例に係るスピーカセット２Ａについて図を用いて説明する。図７は、スピーカセット２Ａを説明するための図である。図８は、スピーカセット２Ａ及びサブウーファ３のブロック図の一部である。ただし、図７において矢印は、自動車の室内９００における指向性を有する音の経路を示す。

スピーカセット２Ａは、指向性スピーカユニット２１（２１Ｑ，２１Ｒ，２１Ｓ，２１Ｔ，２１Ｕ）で指向性を有する音を出力する点において、アレイスピーカ装置２と相違する。アレイスピーカ装置２と重複する構成の説明は省略する。

各指向性スピーカユニット２１は、チャンネルに応じて配置される。すなわち、Ｃチャンネルに対応する指向性スピーカユニット２１Ｓは、聴者の前方に配置される。ＦＬチャンネルに対応する指向性スピーカユニット２１Ｑは、聴者の前方かつ左方に配置される。ＦＲチャンネルに対応する指向性スピーカユニット２１Ｒは、聴者の前方かつ右方に配置される。ＳＬチャンネルに対応する指向性スピーカユニット２１Ｔは、聴者の後方かつ左方に配置される。ＳＲチャンネルに対応する指向性スピーカユニット２１Ｕは、聴者の後方かつ右方に配置される。

レベル調整部１８から出力された各オーディオ信号は、図８に示すように、遅延処理部２３（２３ＦＬ，２３ＦＲ，２３Ｃ，２３ＳＲ，２３ＳＬ）に入力される。遅延処理部２３は、聴者付近で指向性を有する音の位相が揃うように、各指向性スピーカユニット２１から聴者までの経路長に応じた遅延処理を行う。

遅延処理部２３から出力された各オーディオ信号は、各指向性スピーカユニット２１に入力される。スピーカセット２Ａは、このような構成であっても、各チャンネルに対応する指向性を有する音に初期反射音を重畳して聴者に届けることができる。

なお、この変形例においては、遅延処理部６０及び遅延処理部２３の遅延時間は、指向性を有する音及び仮想音源を知覚させる音が同一タイミングで出力されないように、それぞれ設定される。

１…ＡＶシステム
２，２Ａ…アレイスピーカ装置
３…サブウーファ
４…テレビ
１０…デコーダ
１１…ＤＩＲ
１２…ＡＤＣ
１３…ＨＤＭＩレシーバ
１４ＦＬ，ＦＲ，Ｃ，ＳＲ，ＳＬ…ＨＰＦ
１５ＦＬ，ＦＲ，Ｃ，ＳＲ，ＳＬ…ＬＰＦ
１６，１７…加算部
１８…レベル調整部
２０…指向性制御部
２１Ａ〜２１Ｐ…スピーカユニット
２１Ｑ，２１Ｒ，２１Ｓ，２１Ｕ，２１Ｔ…指向性スピーカユニット
２２…初期反射音処理部
２２１…ゲイン調整部
２２２…初期反射音生成部
２２３…合成部
３０Ｌ，３０Ｒ…ＨＰＦ
３１Ｌ，３１Ｒ…ＬＰＦ
３２Ｌ，３２Ｒ…加算部
３３Ｌ，３３Ｒ…ウーファ
４０ＦＬ，ＦＲ，Ｃ，ＳＲ，ＳＬ…ＨＰＦ
４１ＦＬ，ＦＲ，Ｃ，ＳＲ，ＳＬ…ＬＰＦ
４２…定位付加部
４３…レベル調整部
４４…後部残響音処理部
４４１…ゲイン調整部
４４２…後部残響音生成部
４４３…合成部
５０…クロストークキャンセル処理部
５１…補正部
５２Ｌ，５２Ｒ…合成部
６０Ｌ，６０Ｒ…遅延処理部
６１Ｌ，６１Ｒ…レベル調整部
７０Ａ〜７０Ｅ、７０Ｆ，７０Ｇ…レベル調整部
７１…加算部
７２…サブウーファユニット

Claims (5)

1. オーディオ信号が入力される入力部と、
   入力されたオーディオ信号に基づいて放音する第１放音部と、
   入力されたオーディオ信号に基づいて放音する第２放音部と、
   前記入力部に入力されたオーディオ信号に頭部伝達関数に基づくフィルタ処理を行って前記第１放音部に入力する定位付加部と、
   入力されたオーディオ信号に初期反射音の特性を付加する初期反射音付加部と、
   入力されたオーディオ信号に後部残響音の特性を付加する後部残響音付加部と、
   を備え、
   前記初期反射音付加部は、前記第２放音部に入力されるオーディオ信号に前記初期反射音の特性を付加し、
   前記後部残響音付加部は、前記第１放音部に入力されるオーディオ信号に前記後部残響音の特性を付加する、
   スピーカ装置。
2. 前記初期反射音付加部の初期反射音と、前記後部残響音付加部の後部残響音とのレベル比率を調整するレベル調整部、を備える、
   請求項１に記載のスピーカ装置。
3. 前記オーディオ信号は、マルチチャンネルサラウンドサウンドのオーディオ信号である、
   請求項１又は２に記載のスピーカ装置。
4. 前記第１放音部は、指向性を有する音を出力する、
   請求項１乃至３のいずれかに記載のスピーカ装置。
5. 前記第１放音部は、
   前記定位付加部のオーディオ信号が入力されるステレオスピーカからなり、
   前記第２放音部は、
   スピーカアレイと、
   前記入力部に入力されたオーディオ信号をそれぞれ遅延して前記スピーカアレイに分配する指向性制御部と、からなる、
   請求項４に記載のスピーカ装置。

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