JP6297985B2 - 拡声システム - Google Patents

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Description

本発明は、拡声システムに係り、さらに詳しくは、２以上のスピーカーユニットからなるスピーカーセットの指向制御を行う拡声システムの改良に関する。
従来のスピーカー装置には、共通の音響信号によって駆動される複数のスピーカーユニットが同一の筐体に配設され、これらのスピーカーユニットに対応づけて複数の位相調整回路が設けられ、スピーカーユニット間における音響信号の遅延量を調整することにより、スピーカー装置の指向特性を制御することができるものがある（例えば、特許文献１）。
この様なスピーカー装置をコンサートホール、会議室などの音響空間内に設置し、各スピーカーユニットの遅延量を適切に調整すれば、当該音響空間内の特定のエリアが聴取対象エリアとなるように、スピーカー装置の指向特性を制御することができる。しかしながら、スピーカー装置の指向特性が所望の聴取対象エリアと対応するように、各スピーカーユニットの遅延量を指定することは容易ではないという問題があった。
スピーカーユニットの遅延量は、スピーカー装置の向きを含むスピーカー装置と聴取対象エリアとの相対的な位置関係に基づいて決定しなければならない。しかも、聴取対象エリアは、水平面上のエリアであるとは限らず、また、スピーカー装置は、聴取対象エリアと同一の平面上に配置されているとは限らない。このため、スピーカー装置と聴取対象エリアとの相対的な位置関係は、３次元空間における位置関係として特定する必要があり、各スピーカーユニットの遅延量を決定することは容易ではなかった。
特に、スピーカー装置を設置した現場において、各スピーカーユニットの遅延量を決定することは容易ではない。例えば、スピーカー装置から見て、聴取対象エリアがスピーカー装置の正面方向からどれくらいずれているのかを判断することは容易ではない。このため、スピーカー装置の設置前に、スピーカー装置と聴取対象エリアとの相対的な位置関係を想定し、各スピーカーユニットの遅延量を予め決定しておくという方法が考えられる。しかしながら、このような方法を採用した場合、音響空間において実際にスピーカー装置が設置された位置や向きが、予め想定していた位置や向きと異なれば、スピーカー装置の指向特性は、所望の聴取対象エリアと一致しなくなるという問題があった。
特開２０１０−２０６４５１号公報
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、２以上のスピーカーユニットからなるスピーカーセットの指向特性を制御するための制御パラメータを容易に決定することができる拡声システムを提供することを目的とする。
本発明の第一の態様による拡声システムは、２以上のスピーカーユニットからなるスピーカーセットと、上記スピーカーセットの音響空間を撮影するカメラであって、上記スピーカーセットとの相対的な位置関係が予め定められたカメラと、上記カメラにより撮影されたカメラ画像を表示するカメラ画像表示手段と、上記カメラ画像表示手段に表示されている上記カメラ画像の中の１又は２以上の位置を指定するユーザ操作に基づいて、上記カメラ画像上における１又は２以上のターゲット位置を指定するターゲット位置指定手段と、上記ターゲット位置に基づいて、上記スピーカーセットの正面方向に対する１又は２以上の指向制御角を求める指向制御角算出手段と、上記指向制御角に基づいて、上記スピーカーセットの指向制御を行う指向制御手段とを備えて構成される。
この様な構成によれば、スピーカーセットの音響空間を撮影したカメラ画像がカメラ画像表示手段により表示されるので、ユーザは、当該カメラ画像上の任意の位置をターゲット位置として指定することができる。また、ターゲット位置が指定されれば、カメラの画角を示す画角情報を参照することにより、撮影方向に対するずれ角を求めることができる。指向制御角は、ターゲット位置に対応する音響空間内の領域がスピーカーセットの正面方向からどれくらいずれているのかを示すものであり、上記ずれ角とカメラ及びスピーカーセットの相対的な位置関係とから求められる。
この様な指向制御角に基づいてスピーカーセットの指向制御を行うので、ユーザがカメラ画像上で指定したターゲット位置に対応する音響空間内の領域を聴取対象としてスピーカーセットの指向特性を制御することができる。従って、スピーカーセットから見て聴取対象エリアがスピーカーセットの正面方向からどれくらいずれているのかをユーザ自身が判断する必要はなく、カメラ画像上で聴取対象エリアの位置を指定するだけで、スピーカーセットの指向特性を制御するための制御パラメータを決定することができる。
本発明の第二の態様による拡声システムは、２以上のスピーカーユニットからなるスピーカーセットと、上記スピーカーセットの音響空間を撮影するカメラであって、上記スピーカーセットとの相対的な位置関係が予め定められたカメラと、上記カメラにより撮影されたカメラ画像を表示するカメラ画像表示手段と、ユーザ操作に基づいて、上記カメラ画像上における１又は２以上のターゲット位置を指定するターゲット位置指定手段と、上記ターゲット位置に基づいて、上記スピーカーセットの正面方向に対する１又は２以上の指向制御角を求める指向制御角算出手段と、上記指向制御角に基づいて、上記スピーカーセットの指向制御を行う指向制御手段とを備え、上記指向制御角算出手段が、上記ターゲット位置と上記カメラの画角とに基づき、上記カメラの撮影方向に対する上記ターゲット位置のずれ角を算出し、当該ずれ角に基づいて上記指向制御角を算出するように構成される。
本発明の第三の態様による拡声システムは、２以上のスピーカーユニットからなるスピーカーセットと、上記スピーカーセットの音響空間を撮影するカメラであって、上記スピーカーセットとの相対的な位置関係が予め定められたカメラと、上記カメラにより撮影されたカメラ画像を表示するカメラ画像表示手段と、ユーザ操作に基づいて、上記カメラ画像上における１又は２以上のターゲット位置を指定するターゲット位置指定手段と、上記ターゲット位置に基づいて、上記スピーカーセットの正面方向に対する１又は２以上の指向制御角を求める指向制御角算出手段と、上記指向制御角に基づいて、上記スピーカーセットの指向制御を行う指向制御手段とを備え、上記ターゲット位置指定手段が、ユーザが指定した上記カメラ画像上の２以上の位置に基づいて上記カメラ画像上の領域を定め、当該領域内の所定の位置を第１ターゲット位置として特定し、上記指向制御角算出手段が、上記第１ターゲット位置と上記カメラの画角とに基づき、上記カメラの撮影方向に対する上記第１ターゲット位置のずれ角を算出し、当該ずれ角に基づいて上記指向制御角を算出するように構成される。
本発明の第四の態様による拡声システムは、上記構成に加え、上記カメラが、上記スピーカーセットの正面方向と略同一の方向に向けて配置され、上記ターゲット位置指定手段が、上記スピーカーセットの位置に対応づけて予め定めれれた上記カメラ画像上の基準位置から最も遠い上記領域内の位置を上記第１ターゲット位置として特定するように構成される。
本発明の第五の態様による拡声システムは、上記構成に加え、上記スピーカーセットの各スピーカーユニットには共通の音響信号が供給され、上記指向制御手段が、上記指向制御角に基づいて、隣り合うスピーカーユニット間における上記音響信号の遅延量を決定し、各スピーカーユニットについて上記遅延量を一致させるように構成される。この様な構成によれば、カメラ画像上の第１ターゲット位置に対応する音響空間内の領域を聴取対象としてカバーすることができる。
本発明の第六の態様による拡声システムは、２以上のスピーカーユニットからなるスピーカーセットと、上記スピーカーセットの音響空間を撮影するカメラであって、上記スピーカーセットとの相対的な位置関係が予め定められたカメラと、上記カメラにより撮影されたカメラ画像を表示するカメラ画像表示手段と、ユーザ操作に基づいて、上記カメラ画像上における１又は２以上のターゲット位置を指定するターゲット位置指定手段と、上記ターゲット位置に基づいて、上記スピーカーセットの正面方向に対する１又は２以上の指向制御角を求める指向制御角算出手段と、上記指向制御角に基づいて、上記スピーカーセットの指向制御を行う指向制御手段とを備え、上記ターゲット位置指定手段が、ユーザが指定した上記カメラ画像上の２以上の位置に基づいて上記カメラ画像上の領域を定め、上記領域内の所定の位置を第１ターゲット位置として特定するとともに、上記第１ターゲット位置とは異なる上記領域内の所定の位置を第２ターゲット位置として特定し、上記指向制御角算出手段が、上記第１ターゲット位置と上記カメラの画角とに基づき、上記カメラの撮影方向に対する上記第１ターゲット位置の第１ずれ角を算出し、当該第１ずれ角に基づいて第１指向制御角を算出するとともに、上記第２ターゲット位置と上記カメラの画角とに基づき、上記カメラの撮影方向に対する上記第２ターゲット位置の第２ずれ角を算出し、当該第２ずれ角に基づいて第２指向制御角を算出し、上記指向制御手段が、上記第１指向制御角及び上記第２指向制御角に基づいて上記スピーカーセットの指向制御を行うように構成される。
本発明の第七の態様による拡声システムは、上記構成に加え、上記カメラが、上記スピーカーセットの正面方向と略同一の方向に向けて配置され、上記ターゲット位置指定手段が、上記スピーカーセットの位置に対応づけて予め定めれれた上記カメラ画像上の基準位置から最も遠い上記領域内の位置を上記第１ターゲット位置として特定する一方、上記基準位置に最も近い上記領域内の位置を上記第２ターゲット位置として特定するように構成される。
本発明の第八の態様による拡声システムは、上記構成に加え、上記スピーカーセットの各スピーカーユニットには共通の音響信号が供給され、上記指向制御手段が、上記第１指向制御角に基づいて、配列の一端に配置された第１スピーカーユニットと隣り合うスピーカーユニットとの間における上記音響信号の第１遅延量を決定するとともに、上記第２指向制御角に基づいて、上記配列の他端に配置された第２スピーカーユニットと隣り合うスピーカーユニットとの間における上記音響信号の第２遅延量を決定し、上記第１スピーカーユニット及び上記第２スピーカーユニット間のスピーカーユニットについて、上記第１遅延量及び上記第２遅延量に基づく補間演算によって上記音響信号の遅延量を決定するように構成される。この様な構成によれば、第１ターゲット位置に対応する音響空間内の領域と、第２ターゲット位置に対応する音響空間内の領域とを含む領域を聴取対象としてカバーすることができる。また、各スピーカーユニットから放射される音波が領域内に効率的に配分されるので、領域内において十分な音圧を確保することができる。
本発明の第九の態様による拡声システムは、２以上のスピーカーユニットからなるスピーカーセットと、上記スピーカーセットの音響空間を撮影するカメラであって、上記スピーカーセットとの相対的な位置関係が予め定められたカメラと、上記カメラにより撮影されたカメラ画像を表示するカメラ画像表示手段と、ユーザ操作に基づいて、上記カメラ画像上における１又は２以上のターゲット位置を指定するターゲット位置指定手段と、上記ターゲット位置に基づいて、上記スピーカーセットの正面方向に対する１又は２以上の指向制御角を求める指向制御角算出手段と、上記指向制御角に基づいて、上記スピーカーセットの指向制御を行う指向制御手段と、上記音響空間内におけるリスニング面を指定するリスニング面指定手段と、２以上の上記ターゲット位置に基づいて、上記カメラ画像上の領域からなるターゲットエリアを決定するターゲットエリア決定手段と、上記ターゲットエリアに対応する上記リスニング面上の領域をリスニングエリアとして求めるリスニングエリア算出手段とを備え、上記指向制御手段が、上記リスニングエリアに基づいて、上記スピーカーセットの指向制御を行うように構成される。
この様な構成によれば、ユーザは、２以上のターゲット位置を指定することにより、カメラ画像上の任意の領域からなるターゲットエリアを聴取対象とすることができる。また、音響空間内の平面として、リスニング面が予め指定されており、ユーザが、ターゲットエリアを指定すれば、当該リスニング面上におけるターゲットエリアに対応する領域がリスニングエリアとして求められ、当該リスニングエリアに基づいてスピーカーセットの指向制御が行われる。
つまり、ユーザが、ターゲットエリアとして、カメラ画像上で２次元の領域を指定すれば、３次元の音響空間内における領域がリスニングエリアとして指定され、当該リスニングエリアに応じたスピーカーセットの指向制御が行われる。従って、ユーザは、所定の音圧を確保すべき３次元の聴取対象エリアを容易に指定することができ、当該聴取対象エリアに応じて、スピーカーセットの指向制御を行うことができる。また、聴取対象エリアをカメラ画像上において指定することができるため、直感的に行うことができる。
また、音響空間内にスピーカーセットを設置し、拡声システムのカメラにより撮影されたカメラ画像上においてターゲットエリアを指定することにより、音響空間内におけるスピーカーセットの実際の位置及び向きを考慮して、聴取対象エリアを指定することができる。従って、スピーカーセットの指向特性を聴取対象エリアに精度よく一致させることができる。
本発明の第十の態様による拡声システムは、上記構成に加え、上記リスニング面指定手段が、上記カメラを基準として予め定められた基準平面に対し、上記リスニング面を相対的に指定するように構成される。
この様な構成によれば、カメラの位置及び向きによって特定される基準平面に対し、リスニング面が相対的に指定される。例えば、基準平面に対する高さ及び傾きによって、リスニング面を指定することができる。このため、ユーザがリスニング面を容易に指定することができる。また、カメラを基準としてリスニング面を指定することにより、ターゲットエリアからリスニングエリアを求める演算が容易になる。
本発明の第十一の態様による拡声システムは、上記構成に加え、上記スピーカーセットを構成する２以上の上記スピーカーユニットが、筐体のフロントパネル上に２次元配置され、上記指向制御手段が、上記リスニングエリアの少なくとも境界線上において、音圧が略一定になるように、上記スピーカーユニットの位相制御を行うように構成される。この様な構成によれば、リスニングエリア内では、一定レベル以上の音圧が確保され、リスニングエリア外では、一定レベル以下の音圧となるように、スピーカーセットの指向特性を制御することができる。
本発明の第十二の態様による拡声システムは、上記構成に加え、２以上の上記スピーカーユニットが、略同一の方向に向けた状態で筐体のフロントパネルに配設され、上記カメラが、上記スピーカーセットの正面方向と略同一の方向に向けた状態で上記フロントパネル上に配設されているように構成される。この様な構成によれば、スピーカーセットの正面方向が概ねカメラの撮影方向となるので、カメラ画像上のターゲット位置から指向制御角を求める際の構成を簡素化することができる。
本発明の第十三の態様による拡声システムは、上記構成に加え、上記カメラが、上記スピーカーセットの最大放音角よりも画角が狭く、撮影軸を移動させる撮影方向調整機構を有し、上記リスニングエリア算出手段が、上記ターゲットエリアと上記撮影軸の向きとに基づいて、上記リスニングエリアを求めるように構成される。
この様な構成によれば、撮影軸を移動させることにより、スピーカーセットの最大放音角よりも画角の狭いカメラであっても、最大放音角内の任意の領域をカメラ画像として撮影することができる。また、カメラ画像を撮影した際の撮影軸の向きを考慮してリスニングエリアを求めることにより、最大放音角内の任意の領域をリスニングエリアとして適切に指定することができる。
本発明の第十四の態様による拡声システムは、２以上のスピーカーユニットからなるスピーカーセットと、上記スピーカーセットの音響空間を撮影するカメラであって、上記スピーカーセットとの相対的な位置関係が予め定められたカメラと、上記カメラにより撮影されたカメラ画像を表示するカメラ画像表示手段と、ユーザ操作に基づいて、上記カメラ画像上における１又は２以上のターゲット位置を指定するターゲット位置指定手段と、上記ターゲット位置に基づいて、上記スピーカーセットの正面方向に対する１又は２以上の指向制御角を求める指向制御角算出手段と、上記指向制御角に基づいて、上記スピーカーセットの指向制御を行う指向制御手段と、上記ターゲット位置として指定可能な限界エリアを保持する限界エリア記憶手段と、上記ターゲット位置指定手段により指定されたターゲット位置を上記限界エリアと比較するエリア比較手段と、上記エリア比較手段の比較結果に基づいて、ユーザ報知を行うユーザ報知手段とを備えて構成される。
この様な構成によれば、予め定められた限界エリアとターゲット位置を比較してユーザ報知を行うので、限界エリア外の位置がターゲット位置として指定された場合に、限界エリア外であることをユーザに認識させることができる。
本発明による拡声システムでは、ユーザがカメラ画像上の位置をターゲット位置として指定すれば、ターゲット位置に対応する音響空間内の領域がスピーカーセットの正面方向からどれくらいずれているのかを示す指向制御角を求めてスピーカーセットの指向制御が行われる。特に、ユーザが、ターゲットエリアとして、カメラ画像上で２次元の領域を指定すれば、３次元の音響空間内における領域がリスニングエリアとして指定され、当該リスニングエリアに応じたスピーカーセットの指向制御が行われる。このため、２以上のスピーカーユニットからなるスピーカーセットの指向特性を制御するための制御パラメータを容易に決定することができる。
本発明の実施の形態１による拡声システム１の一構成例を示したブロック図である。 図１のスピーカー装置１０の構成例を示した斜視図である。 図１のＰＣ２０のモニター２２上に表示されるカメラ画像３０の一例を示した図である。 図１の指向制御パラメータ生成部２４の構成例を示したブロック図である。 本発明の実施の形態２による拡声システム１において定められたカメラ画像３０上の領域Ｒ０と領域Ｒ０から特定されたターゲット位置３２の一例を示した図である。 図５の拡声システム１におけるスピーカー装置１０の放射パターンと床面Ｆ上の領域Ｒとの関係の一例を模式的に示した説明図である。 図６の放射パターンと領域Ｒとの関係を水平方向から見た様子を示した図である。 本発明の実施の形態３による拡声システム１においてスピーカー装置１０の放射パターンと床面Ｆ上の領域Ｒとの関係の一例を模式的に示した説明図である。 図８の放射パターンと領域Ｒとの関係を水平方向から見た様子を示した図である。 本発明の実施の形態４による拡声システム１の一構成例を示した図であり、筐体１６のフロントパネル１６ａを正面方向から見た様子が示されている。 図１０のスピーカー装置１０の構成例を示した断面図である。 図１０の拡声システム１において定められたカメラ画像３０上のターゲットエリア４の一例を示した図である。 図１０の拡声システム１におけるスピーカー装置１０の設置状態とリスニングエリア５との関係の一例を模式的に示した説明図である。 図１０の拡声システム１におけるスピーカー装置１０の設置状態とリスニングエリア５との関係の他の一例を模式的に示した説明図である。 図１０の拡声システム１における指向制御パラメータ生成部２４の構成例を示したブロック図である。 図１０の拡声システム１における指向制御パラメータの生成時の動作の一例を示した図であり、モニター２２上に表示されるエリア設定画面４０が示されている。 図１０の拡声システム１における指向特性の制御時の動作の一例を示したフローチャートである。 筐体１６のフロントパネル１６ａ上に配設されるカメラ１５の他の構成例を示した斜視図である。
実施の形態１．
＜拡声システム１＞
図１は、本発明の実施の形態１による拡声システム１の一構成例を示したブロック図である。この拡声システム１は、外部機器から入力された音響信号を増幅して２以上のスピーカーユニット２により出力するスピーカー装置１０と、スピーカー装置１０の指向特性を制御するための指向制御パラメータを生成するＰＣ（パーソナルコンピュータ）２０により構成される。
スピーカー装置１０は、音響信号の遅延量を調整することによって音響出力の指向制御が可能なアレイスピーカーであり、２以上のスピーカーユニット２からなるスピーカーセット１１と、増幅器１２、デジタルアナログコンバータ１３、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）１４及びカメラ１５により構成される。
スピーカーセット１１は、各スピーカーユニット２がアレイ状に配置されたアレイユニットである。デジタルアナログコンバータ１３及び増幅器１２は、スピーカーユニット２ごとに設けられている。
音響信号は、オーディオ帯域の周波数成分からなり、例えば、マイクロホンを信号源として生成される。スピーカーユニット２は、音響信号を音波に変換する拡声素子である。例えば、ダイナミック型スピーカーユニットの場合、コーン紙等の振動板と、振動板を振動させるためのボイスコイルにより構成される。
ＤＳＰ１４は、デジタル演算処理により、スピーカーユニット２へ供給される音響信号の遅延量を調整する位相調整手段であり、スピーカーユニット２に対応づけて２以上の位相調整部３が設けられている。ＤＳＰ１４に入力された音響信号は、スピーカーユニット２ごとに分配され、位相調整部３へ供給される。各位相調整部３は、指向制御パラメータに基づいて、音響信号の位相を所定量だけ移相させる移相回路である。また、各位相調整部３は、音響信号の周波数ごとに遅延量を異ならせる。
位相調整部３は、スピーカーユニット２ごとに設けられている。ＤＳＰ１４による遅延量調整後の音響信号は、デジタルアナログコンバータ１３によりアナログ信号に変換され、増幅器１２により増幅されてスピーカーユニット２へ供給される。
カメラ１５は、スピーカーセット１１の音響空間を撮影し、カメラ画像を生成する撮像装置である。このカメラ１５は、スピーカー装置１０が設置される空間を撮影する。カメラ画像は、ＰＣ２０からの撮影指示に基づいて生成される。例えば、一定の画角を有するデジタルカラーカメラがカメラ１５として用いられ、静止画像からなるカラー画像がカメラ画像として生成される。
ＰＣ２０は、カメラ画像取得部２１、モニター２２、操作部２３及び指向制御パラメータ生成部２４を備えた端末装置であり、指向制御パラメータの作成装置として機能する。操作部２３は、ユーザ操作を受け付け、所定の操作信号を生成する入力装置であり、複数の操作キーからなるキーボードと、モニター２２上のポインティングオブジェクトを操作するためのポインティングデバイスからなる。
カメラ画像取得部２１は、操作部２３からの操作信号に基づいて撮影指示を生成し、カメラ１５からカメラ画像を取得する。例えば、撮影指示は、スピーカー装置１０を音響空間内に設置した後のユーザ操作に基づいて、生成される。モニター２２は、カメラ画像取得部２１により取得されたカメラ画像を画面表示する表示装置である。
指向制御パラメータ生成部２４は、ユーザがカメラ画像上の位置をターゲット位置として指定すれば、ターゲット位置に対応する音響空間内の領域を聴取対象とする指向制御パラメータを生成し、ＤＳＰ１４に書き込む。指向制御パラメータは、位相調整部３ごとの遅延量を規定する制御情報であり、ＤＳＰ１４に書き込むことにより、スピーカーセット１１の指向特性が制御される。
＜スピーカー装置１０＞
図２は、図１のスピーカー装置１０の構成例を示した斜視図であり、スピーカー装置１０の一例として、筐体１６のフロントパネル１６ａに８個のスピーカーユニット２が配設されたラインアレイスピーカーが示されている。筐体１６は、上下方向に長い直方体形状からなり、フロントパネル１６ａは、平面形状からなる。
各スピーカーユニット２は、共通の音響信号によって駆動されるスピーカーユニットであり、上下方向の位置を異ならせて配置されている。また、各スピーカーユニット２は、フロントパネル１６ａに垂直な方向をスピーカー装置１０の正面方向とすべく、略同一の方向に向けた状態でフロントパネル１６ａに配設されている。
カメラ１５は、スピーカー装置１０の正面方向、すなわち、フロントパネル１６ａに垂直な方向と略同一の方向に向けた状態でフロントパネル１６ａ上に配設されている。つまり、カメラ１５の撮影方向は、スピーカー装置１０の正面方向と一致している。この例では、フロントパネル１６ａの中央部にカメラ１５が配置されている。
この様なスピーカー装置１０を鉛直方向に立てた状態で音響空間内に設置した場合、各スピーカーユニット２に供給される音響信号に対し、隣り合うスピーカーユニット２間の遅延量を調整することにより、スピーカー装置１０の指向特性を仰俯角方向に関して任意に制御することができる。例えば、仰俯角方向にスピーカー装置１０の放音角を広げたり、或いは、狭めることができる。また、スピーカー装置１０の放音方向を上側に向けたり、或いは、下側に向けることができる。放音角は、スピーカー装置１０から放射される音波の広がりを示す物理量であり、一定の音圧が得られる領域を示す角度からなる。なお、放音角は、指向角と呼ばれることもある。
なお、カメラ１５の向きとスピーカーセット１１の向きとの角度関係を含むスピーカーセット１１との相対的な位置関係が予め定められていれば、カメラ１５は、フロントパネル１６ａ上に配設されていなくても良い。例えば、取付部材を用いることにより、フロントパネル１６ａから離間させてカメラ１５を配置するような構成であっても良い。また、カメラ１５の撮影方向は、スピーカー装置１０の正面方向と一致していなくても良い。
＜カメラ画像３０上のターゲット位置３２＞
図３は、図１のＰＣ２０のモニター２２上に表示されるカメラ画像３０の一例を示した図である。スピーカー装置１０は、コンサートホール、会議室のような屋内空間、又は、野外アリーナのような屋外空間を音響空間として設置される。カメラ１５は、その様な音響空間を撮影し、カメラ画像３０を生成する。
このカメラ画像３０は、水平な天井Ｓ及び床面Ｆと、鉛直な壁面Ｗによって囲まれた空間を撮影した撮影画像である。この例では、撮影軸の位置を中心とする上下方向のガイド線ＶＧと、左右方向のガイド線ＨＧとが破線より表示されている。ガイド線ＶＧは、カメラ１５の垂直画角を示す直線からなり、ガイド線ＨＧは、カメラ１５の水平画角を示す直線からなる。
この様なカメラ画像３０がモニター２２上に表示されるので、ユーザは、カメラ画像３０上の任意の位置をターゲット位置３２として指定することができる。例えば、マウス操作によってマウスカーソル３１をカメラ画像３０上で移動させ、クリック操作によってターゲット位置３２が指定される。また、複数回のクリック操作やドラッグ操作によって、カメラ画像３０上の２次元領域が指示された場合は、当該２次元領域の中心又は重心の位置がターゲット位置３２として指定される。
ターゲット位置３２が指定されれば、カメラ１５の画角を示す画角情報を参照することにより、カメラ１５の撮影方向に対するターゲット位置３２のずれ角δを求めることができる。具体的には、カメラ画像３０上の位置がターゲット位置３２として指定されれば、垂直画角や水平画角を用いて、カメラ画像３０上の位置座標、例えば、ピクセル単位で表された上下方向の位置座標及び左右方向の位置座標が、それぞれ上下方向のずれ角δｘ及び左右方向のずれ角δｙに変換される。
ずれ角δｘ，δｙは、ターゲット位置３２に対応する音響空間内の領域がカメラ１５の撮影方向からどれくらいずれているのかを示す角度からなる。例えば、ずれ角δｘ＝−８°は、ターゲット位置３２に対応する視線方向が撮影方向よりも下側に８°ずれていることを表し、ずれ角δｙ＝１０°は、ターゲット位置３２に対応する視線方向が撮影方向よりも右側に１０°ずれていることを表す。
一方、ターゲット位置３２に対応する音響空間内の領域がスピーカー装置１０の正面方向からどれくらいずれているのかを示す指向制御角θは、上述したずれ角δｘ，δｙと、カメラ１５及びスピーカーセット１１の相対的な位置関係とから求められる。指向制御パラメータは、この様な指向制御角θに応じて定められる。
本実施の形態では、カメラ１５の撮影方向がスピーカー装置１０の正面方向と一致しているので、ずれ角δをそのまま指向制御角θとして用いることができる。例えば、カメラ１５の垂直画角が６０°、水平画角が９０°であり、ターゲット位置３２を示す上下方向のずれ角δｘ及び左右方向のずれ角δｙが（δｘ，δｙ）＝（−８，１０）である場合、仰俯角方向の指向制御角θｘ及び方位角方向の指向制御角θｙは、（θｘ，θｙ）＝（−８，１０）になる。
＜指向制御パラメータ生成部２４＞
図４は、図１の指向制御パラメータ生成部２４の構成例を示したブロック図である。この指向制御パラメータ生成部２４は、ターゲット位置指定部１０１、画角情報記憶部１０２、指向制御角算出部１０３及び指向制御パラメータ決定部１０４により構成される。ターゲット位置指定部１０１は、ユーザ操作に基づいて、カメラ画像３０上におけるターゲット位置３２を指定する。
画角情報記憶部１０２には、カメラ１５の垂直画角及び水平画角といった画角情報が保持される。指向制御角算出部１０３は、ターゲット位置指定部１０１により指定されたターゲット位置３２に基づいて、スピーカー装置１０の正面方向に対する指向制御角θを求める。具体的には、まず、画角情報記憶部１０２の画角情報を参照することにより、カメラ１５の撮影方向に対するずれ角δが求められる。次に、ずれ角δやカメラ１５及びスピーカーセット１１の相対的な位置関係、スピーカー装置１０から放射される音波の放射特性に基づいて、仰俯角方向の指向制御角θが求められる。
指向制御パラメータ決定部１０４は、指向制御角算出部１０３により求められた指向制御角θに基づいて、スピーカー装置１０の指向特性を制御するための指向制御パラメータを決定する。具体的には、指向制御角θから位相調整部３ごとの遅延量を求めて指向制御パラメータが定められる。例えば、隣り合うスピーカーユニット２間における音響信号の遅延量が、全てのスピーカーユニット２について同一の値となるように、指向制御パラメータが定められる。
本実施の形態によれば、カメラ画像３０がモニター２２上に表示されるので、ユーザは、当該カメラ画像３０上の任意の位置をターゲット位置３２として指定することができる。また、ターゲット位置３２が指定されれば、画角情報を参照することにより、撮影方向に対するずれ角δや指向制御角θを求めることができる。
この様な指向制御角θに基づいてスピーカー装置１０の指向制御を行うので、ユーザがカメラ画像３０上で指定したターゲット位置３２に対応する音響空間内の領域を聴取対象としてスピーカー装置１０の指向特性を制御することができる。従って、スピーカー装置１０から見て聴取対象エリアがスピーカー装置１０の正面方向からどれくらいずれているのかをユーザ自身が判断する必要はなく、カメラ画像３０上で聴取対象エリアの位置を指定するだけで、スピーカー装置１０の指向特性を制御するための制御パラメータを決定することができる。
実施の形態２．
実施の形態１では、ユーザが指定したカメラ画像３０上の位置をターゲット位置３２として用いて、スピーカー装置１０の指向特性が制御される場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、ユーザがカメラ画像３０上で指定した２以上の位置からカメラ画像３０上の領域を定め、この領域内の所定の位置をターゲット位置３２として特定する場合について説明する。
＜ターゲット位置３２＞
図５は、本発明の実施の形態２による拡声システム１において定められたカメラ画像３０上の領域Ｒ０と領域Ｒ０から特定されたターゲット位置３２の一例を示した図である。指向制御パラメータ生成部２４のターゲット位置指定部１０１は、ユーザが指定したカメラ画像３０上の２以上の位置に基づいて、カメラ画像３０上の領域Ｒ０を定める。例えば、マウス操作によってマウスカーソル３１をカメラ画像３０上で移動させ、ドラッグ操作によってカメラ画像３０上の異なる２つの位置を指定することにより、矩形形状の領域が領域Ｒ０として定められる。
ターゲット位置指定部１０１は、領域Ｒ０内の所定の位置をターゲット位置３２として特定する。例えば、スピーカー装置１０の位置に対応づけて予め定めれれたカメラ画像上の基準位置Ｐ０から最も遠い領域Ｒ０内の２次元位置がターゲット位置３２として特定される。例えば、基準位置Ｐ０は、カメラ画像３０における下辺の中点であり、ガイド線ＶＧ上の視野限界に相当する。
指向制御角算出部１０３は、ターゲット位置３２とカメラ１５の画角とに基づき、カメラ１５の撮影方向に対するターゲット位置３２のずれ角δｘ，δｙを算出し、当該ずれ角δｘ，δｙに基づいて、指向制御角θを算出する。また、指向制御パラメータ決定部１０４は、その様な指向制御角θに基づいて、隣り合うスピーカーユニット２間における音響信号の遅延量を決定し、各スピーカーユニット２について遅延量を一致させる。
図６は、図５の拡声システム１におけるスピーカー装置１０の放射パターンと床面Ｆ上の領域Ｒとの関係の一例を模式的に示した説明図である。図７は、図６の放射パターンと領域Ｒとの関係を水平方向から見た様子を示した図である。図中のスピーカー装置１０は、図２に示したものであり、長手方向を鉛直方向に一致させた状態で壁面Ｗに取り付けられている。また、図７には、スピーカー装置１０の正面方向ＳＤに平行であり、かつ、スピーカー装置１０を含む鉛直面により音響空間を切断した場合が示されている。
領域Ｒは、カメラ画像３０上の領域Ｒ０に相当する床面Ｆ上の領域である。鉛直方向の指向制御は、隣り合うスピーカーユニット２間で音響信号の遅延量を調整することによって行われる。スピーカー装置１０から放射される音波の放射パターンは、概ね円錐形状となる。このため、領域Ｒを聴取対象エリアとしてカバーする上で最も簡易的な方法は、基準位置Ｐから最も遠い領域Ｒ内の位置３２Ａに相当する領域Ｒ０内の位置をターゲット位置３２として特定して、仰俯角方向の指向制御角θを定めることである。
基準位置Ｐは、カメラ画像３０上の基準位置Ｐ０に相当する床面Ｆ上の位置であり、カメラ１５の視野限界を示すＦＥ（フロントエンド）線上にある。本実施の形態では、基準位置Ｐ０から最も遠い領域Ｒ０内の２次元位置をターゲット位置３２として特定して、仰俯角方向の指向制御角θが定められる。この様に構成することにより、上端のスピーカーユニット２を頂点とする円錐形状の放射パターンとして、位置３２Ａを通る放射パターンを形成することができ、領域Ｒを聴取対象としてカバーすることができる。
本実施の形態によれば、ユーザは、カメラ画像３０上で複数の位置を指定することにより、カメラ画像３０上の領域Ｒ０が定められ、当該領域Ｒ０に対応する音響空間内の領域を聴取対象としてカバーすることができる。特に、基準位置Ｐ０から最も遠い領域Ｒ０内の位置をターゲット位置３２として特定して仰俯角方向の指向制御角θを定めるので、ターゲット位置３２に対応する音響空間内の領域を聴取対象としてカバーすることができる。
実施の形態３．
実施の形態２では、基準位置Ｐ０から最も遠い領域Ｒ０内の位置をターゲット位置３２として特定する場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、基準位置Ｐ０から最も遠い領域Ｒ０内の位置を第１のターゲット位置３２として特定するとともに、基準位置Ｐ０に最も近い領域Ｒ０内の位置を第２のターゲット位置３２として特定する場合について説明する。
図８は、本発明の実施の形態３による拡声システム１においてスピーカー装置１０の放射パターンと床面Ｆ上の領域Ｒとの関係の一例を模式的に示した説明図である。図９は、図８の放射パターンと領域Ｒとの関係を水平方向から見た様子を示した図である。
指向制御パラメータ生成部２４のターゲット位置指定部１０１は、基準位置Ｐ０から最も遠い領域Ｒ０内の２次元位置を第１のターゲット位置３２として特定する一方、基準位置Ｐ０に最も近い領域Ｒ０内の２次元位置を第２のターゲット位置３２として特定する。第１のターゲット位置３２は、領域Ｒ０の左上の頂点の位置であり、第２のターゲット位置３２は、ガイド線ＶＧ上の位置である。
指向制御角算出部１０３は、第１のターゲット位置３２とカメラ１５の画角とに基づき、カメラ１５の撮影方向に対する第１のターゲット位置３２のずれ角δ１を算出し、当該ずれ角δ１に基づいて、指向制御角θ１を算出する。また、指向制御角算出部１０３は、第２のターゲット位置３２とカメラ１５の画角とに基づき、カメラ１５の撮影方向に対する第２のターゲット位置３２のずれ角δ２を算出し、当該ずれ角δ２に基づいて、指向制御角θ２を算出する。
指向制御パラメータ決定部１０４は、指向制御角θ１，θ２に基づいて、隣り合うスピーカーユニット２間における音響信号の遅延量を決定する。具体的には、指向制御角θ１に基づいて、配列の一端に配置された第１スピーカーユニット、すなわち、上端のスピーカーユニット２と隣り合うスピーカーユニット２との間における音響信号の第１遅延量が決定される。また、指向制御角θ２に基づいて、配列の他端に配置された第２スピーカーユニット、すなわち、下端のスピーカーユニット２と隣り合うスピーカーユニット２との間における音響信号の第２遅延量が決定される。また、第１スピーカーユニット及び第２スピーカーユニット間のスピーカーユニット２については、第１遅延量及び第２遅延量に基づく補間演算によって音響信号の遅延量が決定される。
領域Ｒ内の位置３２Ｂは、基準位置Ｐ０に最も近い領域Ｒ０内のターゲット位置３２に相当する。本実施の形態では、指向制御角θ１に応じて、上端のスピーカーユニット２の遅延量が定められるとともに、指向制御角θ２に応じて、下端のスピーカーユニット２の遅延量を定められ、上下端以外のスピーカーユニット２については、第１遅延量及び第２遅延量に基づく補間演算によって遅延量が決定される。この様に構成することにより、上端のスピーカーユニット２を頂点とする円錐形状の放射パターンとして、位置３２Ａを通る放射パターンを形成し、下端のスピーカーユニット２を頂点とする円錐形状の放射パターンとして、位置３２Ｂを通る放射パターンを形成することができる。
具体的には、指向制御角θ１から、上端のスピーカーユニット２と隣り合うスピーカーユニット２との間の遅延量として、ディレイ時間Ｄ１が定められる。また、指向制御角θ２から、下端のスピーカーユニット２と隣り合うスピーカーユニット２との間の遅延量として、ディレイ時間Ｄ２が定められる。他のスピーカーユニット２のディレイ時間は、上下方向の位置に応じた線形補間により定められる。
なお、上端及び下端のスピーカーユニット２以外のスピーカーユニット２について、ディレイ時間を線形補間により定めるのに代えて、所定の曲線、例えば、２次曲線やクロソイド曲線を利用してディレイ時間を定めるような構成であっても良い。また、周波数ごとの振幅や位相を任意に変化させるフィルタ処理によって、各スピーカーユニット２の遅延量調整を行うような構成であっても良い。
本実施の形態によれば、第１のターゲット位置３２に対応する音響空間内の領域と、第２のターゲット位置３２に対応する音響空間内の領域とを含む領域を聴取対象としてカバーすることができる。また、各スピーカーユニット２から放射される音波が領域内に効率的に配分されるので、領域内において十分な音圧を確保することができる。
実施の形態４．
実施の形態１〜３では、スピーカー装置１０がラインアレイスピーカーからなる場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、２以上のスピーカーユニット２が筐体１６のフロントパネル１６ａ上に２次元配置されたスピーカー装置１０に本発明を適用する場合について説明する。
＜スピーカー装置１０＞
図１０は、本発明の実施の形態４による拡声システム１の一構成例を示した図であり、筐体１６のフロントパネル１６ａを正面方向から見た様子が示されている。この図には、７行５列に２次元配置された１６個のスピーカーユニット２と、１個のカメラ１５を備えたスピーカー装置１０が示されている。各スピーカーユニット２は、近接配置されている。スピーカー装置１０の正面方向は、指向特性を制御する際の基準となる方向であり、筐体１６の形状や各スピーカーユニット２の向き、配置態様に応じて予め定められる。
筐体１６は、エンクロージャーと呼ばれる箱体であり、左右方向に比べて、上下方向に長い形状からなる。フロントパネル１６ａは、鉛直に立てた円筒の周面の一部を切り出したような曲面形状からなる。
フロントパネル１６ａには、左右方向に関し、２個又は３個のスピーカーユニット２が配列されている。各スピーカーユニット２は、限られたスペースにできるだけ多くのスピーカーユニット２を配置するために、左右方向に関して傾斜した角度で隣接するように配置されている。カメラ１５は、撮影軸をフロントパネル１６ａの正面方向に向けて、フロントパネル１６ａの中央部に配置されている。
図１１は、図１０のスピーカー装置１０の構成例を示した断面図であり、図中の（ａ）には、Ａ−Ａ切断線により筐体１６を切断した場合の切断面が示され、（ｂ）には、Ｂ−Ｂ切断線により筐体１６を切断した場合の切断面が示されている。各スピーカーユニット２は、開口部の振動板を水平方向に向けて配置されている。
筐体１６のＡ−Ａ切断面には、３個のスピーカーユニット２が配置されている。中央のスピーカーユニット２は、開口部をフロントパネル１６ａの正面方向に向けて配置され、サイド側のスピーカーユニット２は、正面方向に対し、開口部を左右方向の傾斜角φ１だけ傾斜させて配置されている。例えば、傾斜角φ１は、φ１＝３０度からなる。
筐体１６のＢ−Ｂ切断面には、２個のスピーカーユニット２が配置されている。各スピーカーユニット２は、正面方向に対し、開口部を左右方向の傾斜角φ２だけ傾斜させて配置されている。例えば、傾斜角φ２は、φ２＝１５度からなる。
この様なスピーカー装置１０を縦長状態で設置すれば、スピーカーユニット２の上下方向の位置に応じて音響信号の遅延量を異ならせることにより、仰俯角方向の指向特性を制御することができる。例えば、上下方向の放音角を広げたり、狭めたりし、或いは、放音方向を上下方向に制御することができる。
また、スピーカーユニット２の左右方向の位置に応じて音響信号の遅延量を異ならせることにより、方位角方向の指向特性を制御することができる。例えば、左右方向の放音角を広げたり、狭めたりし、或いは、放音方向を左右方向に制御することができる。
図１１に示したスピーカー装置１０では、左右方向に関して、各スピーカーユニット２が開口部を異なる方向に向けて配置されていることから、スピーカーユニット２の左右方向の位置に応じた遅延量調整により、正面方向を中心とする６０度よりも広い放音角で放音させ、或いは、６０度よりも狭い放音角で放音させることができる。
＜ターゲットエリア４＞
図１２は、図１０の拡声システム１において定められたカメラ画像３０上のターゲットエリア４の一例を示した図である。ターゲットエリア４は、カメラ画像３０上の２次元領域からなり、２以上のターゲット位置３２に基づいて決定される。
ユーザは、カメラ画像３０上の任意の領域をターゲットエリア４として指定することができる。例えば、ターゲットエリア４は、カメラ画像３０上における１つの連続領域からなり、任意の形状及びサイズの２次元領域をターゲットエリア４として指定することができる。
具体的には、複数のターゲット位置３２を指示することにより、結合線３３で囲まれた領域、すなわち、三角形や四角形を含む多角形形状の領域がターゲットエリア４として指定される。結合線３３は、２つのターゲット位置３２を連結するガイド用の図形オブジェクトであり、ターゲットエリア４の境界を示す直線からなる。
例えば、３以上のターゲット位置３２を順に指示した場合、指示した順序でターゲット位置３２が結合線３３により連結され、ターゲットエリア４が定められる。この例では、４つのターゲット位置３２を順に指示することにより、床面Ｆ上の矩形領域がターゲットエリア４として指定されている。
＜リスニングエリア５＞
図１３は、図１０の拡声システム１におけるスピーカー装置１０の設置状態とリスニングエリア５との関係の一例を模式的に示した説明図である。このスピーカー装置１０は、鉛直な壁面Ｗと、水平な床面Ｆからなる音響空間内に設置されている。例えば、スピーカー装置１０は、床面Ｆから所定の高さで水平方向に向けて設置される。
スピーカー装置１０の指向制御は、ターゲットエリア４に対応するリスニング面上の領域をリスニングエリア５として求め、このリスニングエリア５内において所定の音圧が確保されるように行われる。リスニング面は、３次元の音響空間内において聴取位置を規定するための聴取対象面である。例えば、聴取者が存在する床面Ｆがリスニング面として指定される。或いは、床面Ｆから一定の高さの平面がリスニング面として指定される。具体的には、聴取者の耳の高さを考慮すれば、床面Ｆから１ｍ程度の高さにある平面がリスニング面として指定される。
リスニングエリア５は、音圧がエリア内で一定レベル以上であり、エリア外で一定レベル以下となる領域である。つまり、リスニングエリア５は、少なくともその境界線上において音圧が略一定になる領域である。
ユーザが、ターゲットエリア４として、カメラ画像３０上で２次元の領域を指定すれば、３次元の音響空間内における領域がリスニングエリア５として指定され、当該リスニングエリア５に応じたスピーカー装置１０の指向制御が行われる。従って、ユーザは、所定の音圧を確保すべき３次元の聴取対象エリアを容易に指定することができる。
ここで、聴取対象エリアは、ユーザが望む所定の音圧を確保すべき音響空間内の領域である。一方、リスニングエリア５は、ターゲットエリア４に相当するリスニング面７上の領域であり、ターゲットエリア４及びリスニング面７によって特定される聴取対象エリアの一つである。
鉛直方向の指向制御は、上下方向の位置が異なるスピーカーユニット２間で音響信号の位相差を調整することにより行われる。つまり、スピーカーユニット２に供給される音響信号の遅延量をスピーカーユニット２の上下方向の位置に応じて異ならせることにより行われる。水平方向の指向制御は、鉛直方向の指向制御と同様に、左右方向の位置が異なるスピーカーユニット２間の位相差を調整することにより行われる。
例えば、リスニングエリア５が長方形形状からなる場合に、リスニングエリア５内で一定の音圧を確保するように指向制御を行えば、スピーカー装置１０から近い領域ほど、左右方向の放音角を広くすることにより、リスニングエリア５全体を均一な音圧でカバーすることができる。具体的には、スピーカー装置１０に近い側の辺を規定する放音角φｎは、遠い側の辺を規定する放音角φｆよりも大きい。この様な鉛直方向及び水平方向の指向制御により、リスニングエリア５の境界線を直線化することができる。
一般に、音波は、空間内を伝播する際に、伝搬距離に応じて減衰する。このため、スピーカー装置１０から遠い領域と近い領域とで一定の音圧を確保するには、遠い領域にはより多くのスピーカーユニット２を割り振る必要がある。本実施の形態による拡声システム１では、リスニングエリア５のスピーカー装置１０から遠い領域ほど、より多くの数のスピーカーユニット２を振り分けることにより、音圧レベルの均一化を達成している。
例えば、鉛直方向の指向制御により、各スピーカーユニット２から出力される音波の合成波は、その波面が、各スピーカーユニット２を含む鉛直面上でクロソイド曲線によって表されるものになる。
＜リスニング面７＞
図１４は、図１０の拡声システム１におけるスピーカー装置１０の設置状態とリスニングエリア５との関係の他の一例を模式的に示した説明図であり、リスニング面７が基準平面６に対し傾斜した状態が示されている。基準平面６は、カメラ１５を基準として予め定められる平面である。例えば、スピーカー装置１０が、カメラ１５を水平方向に向けて鉛直な壁面Ｗに設置されている場合、水平面の一つが基準平面６として定められる。
具体的には、スピーカー装置１０から１ｍ程度低い位置の水平面が基準平面６として定められる。リスニング面７は、この様な基準平面６に対して傾斜している場合がある。例えば、すり鉢状の傾斜面上に客席が階段状に配置された劇場を音響空間とする場合が想定される。
この様な音響空間では、基準平面６に対する傾斜角φ及び高さｈをリスニングパラメータとして指定することにより、リスニング面７が特定され、リスニングエリア５を適切に決定することができる。例えば、高さｈは、リスニング面７の最大傾斜線を含む鉛直面内において、スピーカー装置１０の位置における基準平面６からの高さとして指定することができる。
＜指向制御パラメータ生成部２４＞
図１５は、図１０の拡声システム１における指向制御パラメータ生成部２４の構成例を示したブロック図である。この指向制御パラメータ生成部２４は、図４の指向制御パラメータ生成部２４と比較すれば、ターゲットエリア決定部１０５、リスニング面指定部１０６、リスニングエリア算出部１０７、限界エリア記憶部１０８、エリア比較部１０９及びユーザ報知部１１０を備えている点で異なる。
ターゲットエリア決定部１０５は、ターゲット位置指定部１０１により指定された２以上のターゲット位置３２に基づいて、カメラ画像３０上の領域からなるターゲットエリア４を決定する。具体的には、３以上のターゲット位置３２が指定されれば、これらのターゲット位置３２を連結する結合線３３により囲まれた領域がターゲットエリア４として定められる。
リスニング面指定部１０６は、ユーザ操作に基づいて、音響空間内におけるリスニング面７を指定する。リスニング面７は、カメラ１５を基準として予め定められる基準平面６に対し、相対的に指定される。リスニングエリア算出部１０７は、ターゲットエリア４に対応するリスニング面７上の領域をリスニングエリア５として求める。リスニングエリア５は、カメラ画像３０上の２次元位置をカメラ１５の撮影軸に対する角度に変換し、上下方向及び左右方向の角度情報からリスニング面７上の２次元位置を特定することによって求められる。指向制御パラメータ決定部１０４は、リスニングエリア算出部１０３により求められたリスニングエリア５に基づいて、指向制御パラメータを決定する。
リスニング面指定部１０６は、基準平面６に対する傾斜角φ及び高さｈをリスニングパラメータとして受け付け、これらのリスニングパラメータに基づいて、リスニング面７を指定するための面指定データを生成し、リスニングエリア算出部１０７へ出力する。この面指定データには、基準平面６を特定する情報が含まれる。
指向制御パラメータ決定部１０４は、リスニングエリア５の少なくとも境界線上において、音圧が略一定になるように、指向制御パラメータを定める。すなわち、リスニングエリア５内では、一定レベル以上の音圧で音響信号が到達し、リスニングエリア５外では、音響信号の音圧が一定レベル未満となるように、スピーカーユニットの遅延量を定める。
限界エリア記憶部１０８には、ターゲット位置３２として指定可能な限界エリアが保持される。カメラ１５の画角がスピーカー装置１０の最大放音角に比べて広い場合、カメラ１５の視野内には、スピーカー装置１０の指向制御ではリスニングエリア５に含めることができない領域が存在する。ここでいう最大放音角は、少なくとも左右方向について、指向制御により一定の音圧を確保することが可能な最大領域を示す角度からなる。限界エリアは、この様な領域をカメラ画像３０上で特定するものであり、予め定められる。
エリア比較部１０９は、ターゲット位置指定部１０１により指定されたターゲット位置３２を限界エリアと比較し、その比較結果をユーザ報知部１１０へ出力する。ユーザ報知部１１０は、エリア比較部１０９の比較結果に基づいて、ユーザ報知を行うための報知データを生成し、モニター２２へ出力する。例えば、ユーザ報知部１１０は、限界エリア外の位置がターゲット位置３２として指定されれば、限界エリア外であることを示すメッセージをモニター２２上に表示する。
＜エリア設定画面４０＞
図１６は、図１０の拡声システム１における指向制御パラメータの生成時の動作の一例を示した図であり、モニター２２上に表示されるエリア設定画面４０が示されている。エリア設定画面４０は、ターゲットエリア４やリスニング面７を指定するための操作画面であり、ユーザ操作に基づいて表示される。
このエリア設定画面４０には、ターゲット位置３２の入力欄４１、３Ｄビューの視点選択ボタン４２、３Ｄビュー表示欄４３、スピーカー装置１０の取付位置の入力欄４４、リスニング面７のフロントエンド（ＦＥ）の入力欄４５及びリアエンド（ＲＥ）の入力欄４６が設けられ、入力欄４１の下側には、カメラ画像３０が表示されている。
入力欄４１は、ターゲット位置３２を指定するための操作領域であり、カメラ画像３０上の位置を示す上下方向のずれ角δｘ及び左右方向のずれ角δｙを入力することができる。つまり、ターゲットエリア４を規定するターゲット位置３２は、ずれ角δｘ及びδｙを入力欄４１に入力することによっても指定することができる。また、この例では、４個のターゲット位置３２が指定されているが、５個以上のターゲット位置３２を指定することもできる。
３Ｄビュー表示欄４３には、音響空間内におけるスピーカー装置１０、リスニング面７及びリスニングエリア５の位置関係が立体的に表示される。視点選択ボタン４２は、３Ｄビュー表示欄４３に表示させる音響空間の姿勢を選択するための操作アイコンであり、上、斜め、前又は横方向の視点を選択することができる。この例では、上方向の視点が選択されており、３Ｄビュー表示欄４３には、音響空間内のスピーカー装置１０及びリスニングエリア５を上方向から見た場合が表示されている。
入力欄４４は、スピーカー装置１０の取付位置を指定するための操作領域であり、音響空間内における位置を示すｘ，ｙ及びｚ座標を入力することができる。ここでは、カメラ１５の位置の鉛直線をｙ軸、ｙ軸と基準平面６との交点を原点、カメラ１５の撮影軸と平行な基準平面６内の直線をｚ軸、ｙ軸及びｚ軸と直交する直線をｘ軸としている。すなわち、ｙ座標は、基準平面６からの高さであり、ｚ座標は、撮影軸方向に関するスピーカー装置１０からの水平距離である。
入力欄４５は、リスニング面７のＦＥの位置を指定するための操作領域であり、音響空間内のｘ，ｙ及びｚ座標を入力することができる。入力欄４６は、リスニング面７のＲＥの位置を指定するための操作領域であり、音響空間内のｘ，ｙ及びｚ座標を入力することができる。リスニング面７は、ＦＥの位置とＲＥの位置とをリスニングパラメータとして指定することによっても指定することができる。
この様なエリア設定画面４０において、カメラ画像３０上でターゲットエリア４を指定し、スピーカー装置１０の位置やリスニング面７のＦＥ及びＲＥの位置を指定することにより、リスニングエリア５が求められる。
図１７のステップＳ１０１〜Ｓ１１２は、図１０の拡声システム１における指向特性の制御時の動作の一例を示したフローチャートである。まず、カメラ画像取得部２１は、スピーカー装置１０からカメラ画像３０を取得し、モニター２２上に表示する（ステップＳ１０１，Ｓ１０２）。
次に、指向制御パラメータ生成部２４は、ユーザ操作に基づいてカメラ画像３０上のターゲット位置３２を指定し、複数のターゲット位置３２からターゲットエリア４を決定して限界エリアと比較する（ステップＳ１０３，Ｓ１０４）。このとき、指向制御パラメータ生成部２４は、限界エリア外の位置がターゲット位置３２として指定されていれば、ユーザ報知を行い、この処理を終了する（ステップＳ１０５，Ｓ１１２）。
次に、指向制御パラメータ生成部２４は、ユーザ操作に基づいて、リスニングパラメータを受け付け、リスニング面７を規定する面指定データを生成する（ステップＳ１０６，Ｓ１０７）。指向制御パラメータ生成部２４は、面指定データに基づいて、ターゲットエリア４に対応するリスニング面７上の領域をリスニングエリア５として求める（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０３からステップＳ１０８までの処理手順は、ターゲットエリア４又はリスニングパラメータのいずれかが変更されるごとに繰り返される（ステップＳ１０９）。
次に、指向制御パラメータ生成部２４は、求めたリスニングエリア５に基づいて、スピーカー装置１０の指向特性を規定する指向制御パラメータを決定し、スピーカー装置１０のＤＳＰ１４に書き込んでこの処理を終了する（ステップＳ１１０，Ｓ１１１）。
本実施の形態によれば、ユーザがターゲットエリア４を指定すれば、リスニング面７上におけるターゲットエリア４に対応する領域がリスニングエリア５として求められ、当該リスニングエリア５に基づいてスピーカー装置１０の指向制御が行われる。このため、ユーザは、所定の音圧を確保すべき聴取対象エリアを容易に指定することができ、当該聴取対象エリアに応じて、スピーカー装置１０の指向制御を行うことができる。また、カメラ画像３０上でターゲットエリア４を指定すれば良いので、聴取対象エリアの指定を直感的に行うことができるとともに、聴取対象エリアの変更も容易である。
また、音響空間内にスピーカー装置１０を設置し、カメラ１５により撮影されたカメラ画像３０上においてターゲットエリア４を指定することにより、音響空間内におけるスピーカー装置１０の実際の位置及び向きを考慮して、聴取対象エリアを指定することができる。従って、スピーカー装置１０の指向特性を聴取対象エリアに精度よく一致させることができる。
さらに、予め定められた限界エリアとターゲット位置３２を比較してユーザ報知を行うので、限界エリア外の位置がターゲット位置３２として指定された場合に、限界エリア外であることをユーザに認識させることができる。
なお、実施の形態１〜４では、スピーカー装置１０の最大放音角よりも広い画角を有するカメラ１５を備えたスピーカー装置１０の例について説明したが、本発明はこの様な構成に限定されるものではない。例えば、カメラ１５は、スピーカーセット１１の最大放音角よりも画角が狭く、撮影軸を移動させる撮影方向調整機構を有するような構成であっても良い。
＜ドーム型カメラ＞
図１８は、筐体１６のフロントパネル１６ａ上に配設されるカメラ１５の他の構成例を示した斜視図である。このカメラ１５は、上下方向及び左右方向の最大放音角よりも画角が狭く、上下方向及び左右方向に撮影軸８を移動させることができる撮影方向調整機構を備えたドーム型カメラであり、監視用のモニターカメラ等と同様の構成からなる。
撮影方向調整機構は、撮像部５１をチルト方向５４に回転可能に支持する支持部５２と、支持部５２をパン方向５３に回転させる回転台部５０により構成される。例えば、カメラ１５は、パン方向５３の回転軸が筐体１６のフロントパネル１６ａに垂直となるように筐体１６に取り付けられる。リスニングエリア算出部１０７は、ターゲットエリア４のカメラ画像３０上の位置と、当該カメラ画像３０を撮影した際の撮影軸８の向きとに基づいて、リスニングエリア５を求める。
この様に構成すれば、撮影軸８を移動させることにより、最大放音角よりも画角の狭いカメラ１５であっても、最大放音角内の任意の領域をカメラ画像３０として撮影することができる。また、カメラ画像３０を撮影した際の撮影軸８の向きを考慮してリスニングエリア５を求めることにより、最大放音角内の任意の領域をリスニングエリア５として適切に指定することができる。
また、実施の形態４では、予め指定されたリスニング面７上の領域としてリスニングエリア５が求められる場合の例について説明したが、本発明はこの様な構成に限定されるものではない。例えば、撮影領域を互いに重複させて複数のカメラを設け、カメラ画像上のターゲットエリア４をカメラ間で比較してリスニングポイントまでの距離を判定することにより、リスニングエリア５を求めるような構成であっても良い。
具体的には、撮影領域が互いに重複している第１カメラ及び第２カメラが、カメラ１５としてスピーカー装置１０に設けられる。リスニングエリア算出部１０７は、第１カメラにより撮影された第１カメラ画像上のターゲットエリア４と、第２カメラにより撮影された第２カメラ画像上のターゲットエリア４とを比較し、リスニングポイントまでのリスニング距離Ｄを判定する。
リスニングポイントは、音響空間において聴取位置を規定するための聴取対象ポイントであり、第１カメラ画像上の位置と、第２カメラ画像上の位置とを比較することにより、リスニング距離Ｄが求められる。例えば、第１及び第２カメラの視差を利用した三角測量により、リスニング距離Ｄを求めることができる。この様に構成することにより、リスニング面７を指定しなくても、リスニングエリア５が求められるので、指向制御パラメータの指定をさらに容易化することができる。
また、リスニングエリア５を指定するその他の方法として、リスニングポイントにマイクロホンを設置し、スピーカーセット１１の指向特性を変化させた際のマイクロホンの集音信号を解析して、マイクロホンまでの距離及び角度を特定することが考えられる。具体的には、スピーカーセット１１の放音方向を順に変化させた際の集音信号を解析し、最大音圧が得られた放音方向に基づいて、スピーカー装置１０から見たマイクロホンの角度を判定する。また、音響信号の到達時間からマイクロホンまでの距離を判定する。この様にして得られたマイクロホンの角度及び距離に基づいて、リスニングエリア５が特定される。
また、実施の形態１〜４では、スピーカーセット１１の指向制御が音響信号の遅延量をスピーカーユニット２ごとに調整することによって行われる場合の例について説明したが、本発明はこの様な構成に限定されるものではない。例えば、スピーカー装置１０の上下方向に関する指向制御は、遅延量調整により行い、左右方向に関する指向制御は、音量調整により行うような構成であっても良い。
具体的に説明すれば、指向制御パラメータ決定部１０４は、スピーカーユニット２に供給される音響信号の遅延量をスピーカーユニット２の上下方向の位置に応じて異ならせるとともに、スピーカーユニット２の左右方向の位置に応じて音量を異ならせる。例えば、スピーカー装置１０の正面方向よりも右側に放音方向を向ける場合は、フロントパネル１６ａを正面方向から見て左側のスピーカーユニット２ほど音量を大きくする。
或いは、フロントパネル１６ａを正面方向から見て左側のスピーカーユニット２の音量を中央のスピーカーユニット２と同じレベルとする一方、右側のスピーカーユニット２の音量を無音レベルとする。この様に構成すれば、音響信号の遅延量を調整することにより、スピーカーセット１１の上下方向の指向特性を効果的に制御するとともに、左右方向の指向特性は、スピーカーユニット２の音量を調整することによって簡易的に行うことができる。
また、実施の形態１〜４では、スピーカー装置１０の指向制御をスピーカーユニット２の位相制御によって行う場合の例について説明したが、本発明は、スピーカー装置１０の指向制御をこれに限定するものではない。例えば、スピーカーユニット２の取付角度を調整する角度調整機構を設け、スピーカーユニット２の向きを制御することによって、スピーカー装置１０の指向制御を行うようなものにも本発明は適用することができる。
１ 拡声システム
１０ スピーカー装置
１１ スピーカーセット
１２ 増幅器
１３ デジタルアナログコンバータ
１４ ＤＳＰ
１５ カメラ
１６ 筐体
１６ａ フロントパネル
２０ ＰＣ
２１ カメラ画像取得部
２２ モニター
２３ 操作部
２４ 指向制御パラメータ生成部
３０ カメラ画像
３２ ターゲット位置
４０ エリア設定画面
１０１ ターゲット位置指定部
１０２ 画角情報記憶部
１０３ 指向制御角算出部
１０４ 指向制御パラメータ決定部
１０５ ターゲットエリア決定部
１０６ リスニング面指定部
１０７ リスニングエリア算出部
１０８ 限界エリア記憶部
１０９ エリア比較部
１１０ ユーザ報知部
２ スピーカーユニット
３ 位相調整部
４ ターゲットエリア
５ リスニングエリア
６ 基準平面
７ リスニング面

Claims (13)

  1. ２以上のスピーカーユニットからなるスピーカーセットと、
    上記スピーカーセットの音響空間を撮影するカメラであって、上記スピーカーセットとの相対的な位置関係が予め定められたカメラと、
    上記カメラにより撮影されたカメラ画像を表示するカメラ画像表示手段と、
    ユーザ操作に基づいて、上記カメラ画像上における１又は２以上のターゲット位置を指定するターゲット位置指定手段と、
    上記ターゲット位置に基づいて、上記スピーカーセットの正面方向に対する１又は２以上の指向制御角を求める指向制御角算出手段と、
    上記指向制御角に基づいて、上記スピーカーセットの指向制御を行う指向制御手段とを備え、
    上記指向制御角算出手段は、上記ターゲット位置と上記カメラの画角とに基づき、上記カメラの撮影方向に対する上記ターゲット位置のずれ角を算出し、当該ずれ角に基づいて上記指向制御角を算出することを特徴とする拡声システム。
  2. ２以上のスピーカーユニットからなるスピーカーセットと、
    上記スピーカーセットの音響空間を撮影するカメラであって、上記スピーカーセットとの相対的な位置関係が予め定められたカメラと、
    上記カメラにより撮影されたカメラ画像を表示するカメラ画像表示手段と、
    ユーザ操作に基づいて、上記カメラ画像上における１又は２以上のターゲット位置を指定するターゲット位置指定手段と、
    上記ターゲット位置に基づいて、上記スピーカーセットの正面方向に対する１又は２以上の指向制御角を求める指向制御角算出手段と、
    上記指向制御角に基づいて、上記スピーカーセットの指向制御を行う指向制御手段とを備え、
    上記ターゲット位置指定手段は、ユーザが指定した上記カメラ画像上の２以上の位置に基づいて上記カメラ画像上の領域を定め、当該領域内の所定の位置を第１ターゲット位置として特定し、
    上記指向制御角算出手段は、上記第１ターゲット位置と上記カメラの画角とに基づき、上記カメラの撮影方向に対する上記第１ターゲット位置のずれ角を算出し、当該ずれ角に基づいて上記指向制御角を算出することを特徴とする拡声システム。
  3. 上記カメラは、上記スピーカーセットの正面方向と略同一の方向に向けて配置され、
    上記ターゲット位置指定手段は、上記スピーカーセットの位置に対応づけて予め定められた上記カメラ画像上の基準位置から最も遠い上記領域内の位置を上記第１ターゲット位置として特定することを特徴とする請求項２に記載の拡声システム。
  4. 上記スピーカーセットの各スピーカーユニットには共通の音響信号が供給され、
    上記指向制御手段は、上記指向制御角に基づいて、隣り合うスピーカーユニット間における上記音響信号の遅延量を決定し、各スピーカーユニットについて上記遅延量を一致させることを特徴とする請求項３に記載の拡声システム。
  5. ２以上のスピーカーユニットからなるスピーカーセットと、
    上記スピーカーセットの音響空間を撮影するカメラであって、上記スピーカーセットとの相対的な位置関係が予め定められたカメラと、
    上記カメラにより撮影されたカメラ画像を表示するカメラ画像表示手段と、
    ユーザ操作に基づいて、上記カメラ画像上における１又は２以上のターゲット位置を指定するターゲット位置指定手段と、
    上記ターゲット位置に基づいて、上記スピーカーセットの正面方向に対する１又は２以上の指向制御角を求める指向制御角算出手段と、
    上記指向制御角に基づいて、上記スピーカーセットの指向制御を行う指向制御手段とを備え、
    上記ターゲット位置指定手段は、ユーザが指定した上記カメラ画像上の２以上の位置に基づいて上記カメラ画像上の領域を定め、上記領域内の所定の位置を第１ターゲット位置として特定するとともに、上記第１ターゲット位置とは異なる上記領域内の所定の位置を第２ターゲット位置として特定し、
    上記指向制御角算出手段は、上記第１ターゲット位置と上記カメラの画角とに基づき、上記カメラの撮影方向に対する上記第１ターゲット位置の第１ずれ角を算出し、当該第１ずれ角に基づいて第１指向制御角を算出するとともに、上記第２ターゲット位置と上記カメラの画角とに基づき、上記カメラの撮影方向に対する上記第２ターゲット位置の第２ずれ角を算出し、当該第２ずれ角に基づいて第２指向制御角を算出し、
    上記指向制御手段は、上記第１指向制御角及び上記第２指向制御角に基づいて上記スピーカーセットの指向制御を行うことを特徴とする拡声システム。
  6. 上記カメラは、上記スピーカーセットの正面方向と略同一の方向に向けて配置され、
    上記ターゲット位置指定手段は、上記スピーカーセットの位置に対応づけて予め定められた上記カメラ画像上の基準位置から最も遠い上記領域内の位置を上記第１ターゲット位置として特定する一方、上記基準位置に最も近い上記領域内の位置を上記第２ターゲット位置として特定することを特徴とする請求項５に記載の拡声システム。
  7. 上記スピーカーセットの各スピーカーユニットには共通の音響信号が供給され、
    上記指向制御手段は、上記第１指向制御角に基づいて、配列の一端に配置された第１スピーカーユニットと隣り合うスピーカーユニットとの間における上記音響信号の第１遅延量を決定するとともに、上記第２指向制御角に基づいて、上記配列の他端に配置された第２スピーカーユニットと隣り合うスピーカーユニットとの間における上記音響信号の第２遅延量を決定し、上記第１スピーカーユニット及び上記第２スピーカーユニット間のスピーカーユニットについて、上記第１遅延量及び上記第２遅延量に基づく補間演算によって上記音響信号の遅延量を決定することを特徴とする請求項６に記載の拡声システム。
  8. ２以上のスピーカーユニットからなるスピーカーセットと、
    上記スピーカーセットの音響空間を撮影するカメラであって、上記スピーカーセットとの相対的な位置関係が予め定められたカメラと、
    上記カメラにより撮影されたカメラ画像を表示するカメラ画像表示手段と、
    ユーザ操作に基づいて、上記カメラ画像上における１又は２以上のターゲット位置を指定するターゲット位置指定手段と、
    上記ターゲット位置に基づいて、上記スピーカーセットの正面方向に対する１又は２以上の指向制御角を求める指向制御角算出手段と、
    上記指向制御角に基づいて、上記スピーカーセットの指向制御を行う指向制御手段と、
    上記音響空間内におけるリスニング面を指定するリスニング面指定手段と、
    ２以上の上記ターゲット位置に基づいて、上記カメラ画像上の領域からなるターゲットエリアを決定するターゲットエリア決定手段と、
    上記ターゲットエリアに対応する上記リスニング面上の領域をリスニングエリアとして求めるリスニングエリア算出手段とを備え、
    上記指向制御手段は、上記リスニングエリアに基づいて、上記スピーカーセットの指向制御を行うことを特徴とする拡声システム。
  9. 上記リスニング面指定手段は、上記カメラを基準として予め定められた基準平面に対し、上記リスニング面を相対的に指定することを特徴とする請求項８に記載の拡声システム。
  10. 上記スピーカーセットを構成する２以上の上記スピーカーユニットは、筐体のフロントパネル上に２次元配置され、
    上記指向制御手段は、上記リスニングエリアの少なくとも境界線上において、音圧が略一定になるように、上記スピーカーユニットの位相制御を行うことを特徴とする請求項８又は９に記載の拡声システム。
  11. ２以上の上記スピーカーユニットは、略同一の方向に向けた状態で筐体のフロントパネルに配設され、
    上記カメラは、上記スピーカーセットの正面方向と略同一の方向に向けた状態で上記フロントパネル上に配設されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の拡声システム。
  12. 上記カメラは、上記スピーカーセットの最大放音角よりも画角が狭く、撮影軸を移動させる撮影方向調整機構を有し、
    上記リスニングエリア算出手段は、上記ターゲットエリアと上記撮影軸の向きとに基づいて、上記リスニングエリアを求めることを特徴とする請求項８又は９に記載の拡声システム。
  13. ２以上のスピーカーユニットからなるスピーカーセットと、
    上記スピーカーセットの音響空間を撮影するカメラであって、上記スピーカーセットとの相対的な位置関係が予め定められたカメラと、
    上記カメラにより撮影されたカメラ画像を表示するカメラ画像表示手段と、
    ユーザ操作に基づいて、上記カメラ画像上における１又は２以上のターゲット位置を指定するターゲット位置指定手段と、
    上記ターゲット位置に基づいて、上記スピーカーセットの正面方向に対する１又は２以上の指向制御角を求める指向制御角算出手段と、
    上記指向制御角に基づいて、上記スピーカーセットの指向制御を行う指向制御手段と、
    上記ターゲット位置として指定可能な限界エリアを保持する限界エリア記憶手段と、
    上記ターゲット位置指定手段により指定されたターゲット位置を上記限界エリアと比較するエリア比較手段と、
    上記エリア比較手段の比較結果に基づいて、ユーザ報知を行うユーザ報知手段とを備えたことを特徴とする拡声システム。
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