JP6458340B2 - スピーカ装置 - Google Patents

Description

本発明は、音源を定位させる音を出力するスピーカ装置に関する。

従来、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で指向性を有する音声ビームを出力するアレイスピーカ装置が知られている（特許文献１を参照）。

特許文献１のアレイスピーカ装置は、各チャンネルの音声ビームを壁に反射させて聴者の周囲から到達させることで、壁面等に実音源を定位させるものである。

また、特許文献１のアレイスピーカ装置は、部屋の形状等によって音声ビームを到達させることができないチャンネルについて、頭部伝達関数に基づくフィルタ処理を行うことにより、仮想音源を定位させる処理を行っている。

特開２００８−２２７８０３

仮想音源は、音声ビーム等の実音源に比べると距離感が得られない。また、仮想音源による定位では、聴取位置が規定の位置からずれると定位感が弱くなるため、定位感の得られる領域が狭い。また、頭部伝達関数は、モデルとなる頭部の形状に基づいて設定されているため、定位感に個人差がある。また、頭部伝達関数に基づくフィルタ処理は、元のオーディオ信号の特性を変化させるため、音質の変化がある。

そこで、本発明は、実音源および仮想音源による定位を用いて、音質の変化を抑えながら音源を明瞭に定位させることができる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、入力されたオーディオ信号に基づく音を出力する第１放音部と、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う定位付加部と、前記定位付加部でフィルタ処理されたオーディオ信号に基づく音を出力する第２放音部と、前記定位付加部に入力されるオーディオ信号の周波数帯域を制限する帯域処理部と、を備えたことを特徴とする。

このように、本発明のスピーカ装置は、音声ビームやサラウンドスピーカ等の実音源による定位感を仮想音源によって補う態様とする。これにより、音声ビーム等の実音源だけで定位させる場合、または仮想音源だけで定位させる場合に比べて、定位感を向上させることができる。そして、本発明のスピーカ装置は、頭部伝達関数によるフィルタ処理が行われる帯域が制限されている。頭部伝達関数に基づくフィルタ処理は、元のオーディオ信号の特性を変化させるため、音質の変化がある。したがって、全帯域で頭部伝達関数によるフィルタ処理を行うと、音質の変化が目立つことになる。しかし、本発明のアレイスピーカ装置は、頭部伝達関数によるフィルタ処理を行う帯域を制限しているため、音質の変化を抑えることができる。特に、頭部伝達関数のうち定位感に寄与する周波数帯域は、主に数ｋＨｚ程度であり、数百Ｈｚ未満の信号が入力されていない場合でも、定位感はほぼ変わらない。したがって、頭部伝達関数によるフィルタ処理を行う帯域を制限することで、音質の変化を抑えながらも実音源による定位感を補うことができ、音源を明瞭に定位させることができる。

また、本発明のスピーカ装置は、サブウーファをさらに備え、前記帯域処理部は、オーディオ信号を通過させる帯域の下限周波数が、前記サブウーファの上限周波数よりも高い態様とすることも可能である。サブウーファの上限周波数は、数十Ｈｚ〜２００Ｈｚ程度の非常に低い周波数である。本発明のスピーカ装置は、最低でもサブウーファの上限周波数帯域（数十Ｈｚ〜２００Ｈｚ程度）より高い帯域で頭部伝達関数によるフィルタ処理を行うことで、サブウーファの出力する音とフィルタ処理後の音との帯域が重複することがない。したがって、サブウーファの出力する音とフィルタ処理後の音とが干渉することを防止し、音質の変化を抑えることができる。

なお、前記第２放音部は、前記第１放音部の下限周波数よりも低い下限周波数を有するスピーカユニットからなり、該ウーファに、前記第１放音部の下限周波数よりも低いオーディオ信号が入力される態様としてもよい。すなわち、頭部伝達関数によるフィルタ処理後のオーディオ信号が入力されるスピーカユニットをウーファとして用いることで、第１放音部が出力できない低域を補強する。

また、スピーカ装置は、オーディオ信号を入力する入力部を備え、前記入力部に入力されたオーディオ信号の周波数帯域を分割し、高域側のオーディオ信号を当該第１放音部に入力し、低域側のオーディオ信号を前記第２放音部に入力する帯域分割部を備えた態様としてもよい。すなわち、指向性を有する音を出力するために不要な低周波数帯域（数百Ｈｚ未満）のオーディオ信号を第１放音部に入力しないようにしつつ、当該低周波数帯域のオーディオ信号を第２放音部側に入力する。これにより、低域側の音を補強しつつ、音源を明瞭に定位させることができる。

なお、帯域処理部は、オーディオ信号を通過させる帯域の下限周波数が、帯域分割部が分割する周波数と同一または近接していることが好ましい。

これにより、フィルタ処理後のオーディオ信号の周波数帯域と、元のオーディオ信号のうち分割された低周波数帯域と、は重複することがなくなる。したがって、フィルタ処理後のオーディオ信号の周波数帯域と、元のオーディオ信号のうち分割された低周波数帯域と、が互いに干渉することがなく、音質の変化を抑えることができる。

なお、第１放音部は、例えば聴取位置の周囲に設置されるサラウンドスピーカにより実現することも可能であるし、複数のスピーカが配列されてなるスピーカアレイを用いて、入力されたオーディオ信号を遅延して複数のスピーカに分配することにより、音声ビームを出力させることにより実現することも可能である。

本発明のスピーカ装置は、実音源による定位および仮想音源による定位を用いて、音質の変化を抑えながら音源を明瞭に定位させることができる。

ＡＶシステムの構成を示す概略図である。 アレイスピーカ装置の構成を示すブロック図である。 フィルタ処理部の構成を示すブロック図である。 ビーム化処理部の構成を示すブロック図である。 アレイスピーカ装置２が生成する音場について説明する図である。 バーチャル処理部の構成を示すブロック図である。 定位付加部および補正部の構成を示すブロック図である。 各スピーカユニットに入力されるオーディオ信号の帯域を示した概念図である。 変形例１に係るＡＶシステムの構成を示す概略図である。 変形例１に係るアレイスピーカ装置の構成を示すブロック図である。 変形例２に係るアレイスピーカ装置の構成を示すブロック図である。 変形例２に係る帯域処理部および加算処理部の構成を示すブロック図である。 変形例３に係るアレイスピーカ装置の構成を示すブロック図である。 変形例３に係る帯域分割部の構成を示すブロック図である。 各スピーカユニットに入力されるオーディオ信号の帯域を示した概念図である。 変形例４に係るアレイスピーカ装置を示す概略図である。 サラウンドスピーカで実音源を定位させる例を示す図である。

図１は、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の概略図である。ＡＶシステム１は、アレイスピーカ装置２、およびテレビ４を備えている。アレイスピーカ装置２は、テレビ４に接続される。アレイスピーカ装置２には、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、図１に示すように、例えば、直方体形状の筐体を備え、テレビ４の近傍（テレビ４の表示画面の下部）に設置される。アレイスピーカ装置２は、前面（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、ウーファ３３Ｌ、およびウーファ３３Ｒを備えている。

スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐは、聴者から見て横方向に沿って一列に配置されている。スピーカユニット２１Ａは、聴者から見て最も左側に配置され、スピーカユニット２１Ｐは、聴者から見て最も右側に配置されている。ウーファ３３Ｌは、スピーカユニット２１Ａの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。

この例では、スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐからなるスピーカアレイが本発明の第１放音部に相当し、ウーファ３３Ｌおよびウーファ３３Ｒが本発明の第２放音部に相当する。

なお、スピーカユニットの数は、１６個に限らず、例えば８個等であってもよい。また、配置態様も横方向に沿って１列に配置する例に限らず、例えば横方向に沿って３列に配置する等であってもよい。

図２は、アレイスピーカ装置２の構成を示すブロック図である。アレイスピーカ装置２は、入力部１１、デコーダ１０、帯域分割部１４、帯域処理部４５、ビーム化処理部２０、加算処理部３２、およびバーチャル処理部４０を備えている。

入力部１１は、ＨＤＭＩレシーバ１１１、ＤＩＲ１１２、およびＡ／Ｄ変換部１１３を備えている。ＨＤＭＩレシーバ１１１は、ＨＤＭＩ規格に適合したＨＤＭＩ信号を入力し、デコーダ１０に出力する。ＤＩＲ１１２は、デジタルオーディオ信号（ＳＰＤＩＦ）を入力し、デコーダ１０に出力する。Ａ／Ｄ変換部１１３は、アナログオーディオ信号を入力し、デジタルオーディオ信号に変換してデコーダ１０に出力する。

デコーダ１０は、ＤＳＰからなり、入力された信号をデコードする。デコーダ１０は、例えば、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、ＭＰ３等の各種フォーマットの信号を入力し、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、および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。図２に示す太い実線は、マルチチャンネルオーディオ信号を示すものである。なお、デコーダ１０は、例えばステレオチャンネルのオーディオ信号をマルチチャンネルオーディオ信号に拡張する機能も有する。

デコーダ１０から出力されたマルチチャンネルオーディオ信号は、帯域分割部１４および帯域処理部４５に入力される。帯域分割部１４は、デコーダ１０から出力されたマルチチャンネルオーディオ信号の周波数帯域を分割し、高域側をビーム化処理部２０に出力し、低域側を加算処理部３２に出力する。帯域処理部４５は、デコーダ１０から出力されたマルチチャンネルオーディオ信号の所定帯域を制限してバーチャル処理部４０に出力する。

図３は、帯域分割部１４、帯域処理部４５、および加算処理部３２の構成を示すブロック図である。

帯域分割部１４は、ＦＬチャンネル、ＦＲチャンネル、Ｃチャンネル、ＳＬチャンネル、およびＳＲチャンネルのデジタルオーディオ信号をそれぞれ入力するＨＰＦ１４ＦＬ、ＨＰＦ１４ＦＲ、ＨＰＦ１４Ｃ、ＨＰＦ１４ＳＬ、およびＨＰＦ１４ＳＲを備えている。また、帯域分割部１４は、ＦＬチャンネル、ＦＲチャンネル、Ｃチャンネル、ＳＬチャンネル、およびＳＲチャンネルのデジタルオーディオ信号をそれぞれ入力するＬＰＦ１５ＦＬ、ＬＰＦ１５ＦＲ、ＬＰＦ１５Ｃ、ＬＰＦ１５ＳＬ、およびＬＰＦ１５ＳＲを備えている。

ＨＰＦ１４ＦＬ、ＨＰＦ１４ＦＲ、ＨＰＦ１４Ｃ、ＨＰＦ１４ＳＬ、およびＨＰＦ１４ＳＲは、それぞれ入力された各チャンネルのオーディオ信号の高域を抽出して出力する。ＨＰＦ１４ＦＬ、ＨＰＦ１４ＦＲ、ＨＰＦ１４Ｃ、ＨＰＦ１４ＳＬ、およびＨＰＦ１４ＳＲ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（例えば４００Ｈｚ）に合うように設定されている。ＨＰＦ１４ＦＬ、ＨＰＦ１４ＦＲ、ＨＰＦ１４Ｃ、ＨＰＦ１４ＳＬ、およびＨＰＦ１４ＳＲの出力信号は、ビーム化処理部２０に出力される。

ＬＰＦ１５ＦＬ、ＬＰＦ１５ＦＲ、ＬＰＦ１５Ｃ、ＬＰＦ１５ＳＬ、およびＬＰＦ１５ＳＲは、それぞれ入力された各チャンネルのオーディオ信号の低域（例えば４００Ｈｚ未満）を抽出して出力する。ＬＰＦ１５ＦＬ、ＬＰＦ１５ＦＲ、ＬＰＦ１５Ｃ、ＬＰＦ１５ＳＬ、およびＬＰＦ１５ＳＲのカットオフ周波数は、上記ＨＰＦ１４ＦＬ、ＨＰＦ１４ＦＲ、ＨＰＦ１４Ｃ、ＨＰＦ１４ＳＬ、およびＨＰＦ１４ＳＲのカットオフ周波数に対応している（例えば４００Ｈｚである）。

ＬＰＦ１５ＦＬ、ＬＰＦ１５Ｃ、およびＬＰＦ１５ＳＬの出力信号は、加算処理部３２における加算部１６Ｌで加算され、Ｌチャンネルオーディオ信号となる。Ｌチャンネルオーディオ信号は、ゲイン調整部３１Ｌでゲイン調整された後、加算部３２Ｌを経てウーファ３３Ｌに入力される。

ＬＰＦ１５ＦＲ、ＬＰＦ１５Ｃ、およびＬＰＦ１５ＳＲの出力信号は、加算処理部３２における加算部１６Ｒで加算され、Ｒチャンネルオーディオ信号となる。Ｒチャンネルオーディオ信号は、ゲイン調整部３１Ｒでゲイン調整された後、加算部３２Ｒを経てウーファ３３Ｒに入力される。

一方、帯域処理部４５は、ＦＬチャンネル、ＦＲチャンネル、Ｃチャンネル、ＳＬチャンネル、およびＳＲチャンネルのデジタルオーディオ信号をそれぞれ入力するＨＰＦ４０ＦＬ、ＨＰＦ４０ＦＲ、ＨＰＦ４０Ｃ、ＨＰＦ４０ＳＬ、およびＨＰＦ４０ＳＲを備えている。

ＨＰＦ４０ＦＬ、ＨＰＦ４０ＦＲ、ＨＰＦ４０Ｃ、ＨＰＦ４０ＳＬ、およびＨＰＦ４０ＳＲは、それぞれ入力された各チャンネルのオーディオ信号の高域を抽出して出力する。ＨＰＦ４０ＦＬ、ＨＰＦ４０ＦＲ、ＨＰＦ４０Ｃ、ＨＰＦ４０ＳＬ、およびＨＰＦ４０ＳＲのカットオフ周波数は、例えばビーム化処理部２０に入力される各オーディオ信号と同じ周波数（４００Ｈｚ）に設定される。

次に、ビーム化処理部２０について説明する。図４は、ビーム化処理部２０の構成を示すブロック図である。ビーム化処理部２０は、ＦＬチャンネル、ＦＲチャンネル、Ｃチャンネル、ＳＬチャンネル、およびＳＲチャンネルのデジタルオーディオ信号をそれぞれ入力するゲイン調整部１８ＦＬ、ゲイン調整部１８ＦＲ、ゲイン調整部１８Ｃ、ゲイン調整部１８ＳＬ、およびゲイン調整部１８ＳＲを備えている。

ゲイン調整部１８ＦＬ、ゲイン調整部１８ＦＲ、ゲイン調整部１８Ｃ、ゲイン調整部１８ＳＬ、およびゲイン調整部１８ＳＲは、各チャンネルのオーディオ信号のゲインを調整する。ゲイン調整された各チャンネルのオーディオ信号は、それぞれ指向性制御部９１ＦＬ、指向性制御部９１ＦＲ、指向性制御部９１Ｃ、指向性制御部９１ＳＬ、および指向性制御部９１ＳＲに入力される。指向性制御部９１ＦＬ、指向性制御部９１ＦＲ、指向性制御部９１Ｃ、指向性制御部９１ＳＬ、および指向性制御部９１ＳＲは、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に分配する。分配されたスピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐに対するオーディオ信号は、合成部９２で合成されてスピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐに供給される。このとき、指向性制御部９１ＦＬ、指向性制御部９１ＦＲ、指向性制御部９１Ｃ、指向性制御部９１ＳＬ、および指向性制御部９１ＳＲは、各スピーカユニットに供給するオーディオ信号の遅延量を調整する。

スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐから出力される音は、位相が揃う箇所において互いに強められ、指向性を有した音声ビームとして出力される。例えば、全スピーカから同じタイミングで音が出力されると、アレイスピーカ装置２の前方に指向性を有する音声ビームが出力される。指向性制御部９１ＦＬ、指向性制御部９１ＦＲ、指向性制御部９１Ｃ、指向性制御部９１ＳＬ、および指向性制御部９１ＳＲは、各オーディオ信号に付与する遅延量を変更することで、音声ビームの出力方向を変更することができる。

また、指向性制御部９１ＦＬ、指向性制御部９１ＦＲ、指向性制御部９１Ｃ、指向性制御部９１ＳＬ、および指向性制御部９１ＳＲ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に遅延量を付与し、当該所定位置で焦点を結ぶ音声ビームを形成することもできる。

音声ビームは、アレイスピーカ装置２から直接、または室内の壁等に反射して聴取位置に到達させることができる。例えば、図５に示すように、Ｃチャンネルオーディオ信号の音声ビームは、正面方向に出力させて、Ｃチャンネルの音声ビームが聴取位置の正面から到達させることができる。また、ＦＬチャンネルオーディオ信号およびＦＲチャンネルオーディオ信号の音声ビームは、アレイスピーカ装置２の左右方向に出力させ、聴取位置の左右に存在する壁に反射させて、それぞれ聴取位置の左方向および右方向から到達させることができる。また、ＳＬチャンネルオーディオ信号およびＳＲチャンネルオーディオ信号の音声ビームを左右方向に出力させ、聴取位置の左右に存在する壁および後方に存在する壁に２回反射させて、それぞれ聴取位置の左後方方向および右後方方向から到達させることができる。

次に、バーチャル処理部４０について説明する。図６は、バーチャル処理部４０の構成を示すブロック図である。バーチャル処理部４０は、定位付加部４２、補正部５１、加算部５２Ｌ、加算部５２Ｒ、遅延処理部６０Ｌ、および遅延処理部６０Ｒを備えている。

定位付加部４２は、入力されたＦＬチャンネル、ＦＲチャンネル、Ｃチャンネル、ＳＬチャンネル、およびＳＲチャンネルのオーディオ信号を所定の位置に仮想音源として定位させる処理を行う。仮想音源として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、および周波数特性等を表現したインパルス応答である。定位付加部４２は、入力された各チャンネルのオーディオ信号にＨＲＴＦを付与して、ウーファ３３Ｌまたはウーファ３３Ｒから放音させることにより、聴者に仮想音源を定位させることができる。

図７（Ａ）は、定位付加部４２の構成を示すブロック図である。定位付加部４２は、各チャンネルのオーディオ信号にＨＲＴＦのインパルス応答を畳み込むためのＦＬフィルタ４２１Ｌ、ＦＲフィルタ４２２Ｌ、Ｃフィルタ４２３Ｌ、ＳＬフィルタ４２４Ｌ、およびＳＲフィルタ４２５Ｌと、ＦＬフィルタ４２１Ｒ、ＦＲフィルタ４２２Ｒ、Ｃフィルタ４２３Ｒ、ＳＬフィルタ４２４Ｒ、およびＳＲフィルタ４２５Ｒと、を備えている。

例えば、ＦＬチャンネルのオーディオ信号は、ＦＬフィルタ４２１ＬおよびＦＬフィルタ４２１Ｒに入力される。ＦＬ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５を参照。）の位置から左耳に至る経路のＨＲＴＦを付与する。ＦＬ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。同様にして、各チャンネルについて、聴者の周囲の仮想音源の位置から各耳に至るＨＲＴＦが付与される。

加算部４２６Ｌは、ＦＬフィルタ４２１Ｌ、ＦＲフィルタ４２２Ｌ、Ｃフィルタ４２３Ｌ、ＳＬフィルタ４２４Ｌ、およびＳＲフィルタ４２５ＬでそれぞれＨＲＴＦが付与されたオーディオ信号を合成して、オーディオ信号ＶＬとして補正部５１に出力する。加算部４２６Ｒは、ＦＬフィルタ４２１Ｒ、ＦＲフィルタ４２２Ｒ、Ｃフィルタ４２３Ｒ、ＳＬフィルタ４２４Ｒ、およびＳＲフィルタ４２５ＲでそれぞれＨＲＴＦが付与されたオーディオ信号を合成して、オーディオ信号ＶＲとして補正部５１に出力する。

補正部５１は、クロストークキャンセル処理を行う。図７（Ｂ）は、補正部５１の構成を示すブロック図である。補正部５１は、ダイレクト補正部５１１Ｌ、ダイレクト補正部５１１Ｒ、クロス補正部５１２Ｌ、およびクロス補正部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およびクロス補正部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およびクロス補正部５１２Ｒに入力される。

ダイレクト補正部５１１Ｌは、ウーファ３３Ｌから出力された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から出力された音の周波数特性が左耳の位置でフラットにな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を当該フィルタで処理して、オーディオ信号ＶＬＤを出力する。ダイレクト補正部５１１Ｒは、ウーファ３３Ｒから出力された音の周波数特性が右耳の位置でフラットにな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ＶＬを当該フィルタで処理して、オーディオ信号ＶＲＤを出力する。

クロス補正部５１２Ｌは、ウーファ３３Ｌから右耳に回り込む音の周波数特性を付与するためのフィルタ係数が設定されている。このウーファ３３Ｌから右耳に回り込む音（ＶＬＣ）を合成部５２Ｒで逆相にしてウーファ３３Ｒから放音させることにより、ウーファ３３Ｌの音が右耳に聞こえるのを抑制する。これにより、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。

クロス補正部５１２Ｒは、ウーファ３３Ｒから左耳に回り込む音の周波数特性を付与するためのフィルタ係数が設定されている。このウーファ３３Ｒから左耳に回り込む音（ＶＲＣ）を合成部５２Ｌで逆相にしてウーファ３３Ｌから放音させることにより、ウーファ３３Ｒの音が左耳に聞こえるのを抑制する。これにより、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。

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。遅延処理部６０Ｌによって所定時間遅延されたオーディオ信号は、加算処理部３２に入力される。また、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によって所定時間遅延されたオーディオ信号は、加算処理部３２に入力される。

遅延処理部６０Ｌおよび遅延処理部６０Ｒによる遅延時間は、例えば、ビーム化処理部２０の指向性制御部で与えられる遅延時間のうち、最長の遅延時間よりも長く設定される。これにより、仮想音源を知覚させる音が、音声ビームの形成を阻害することがない。なお、ビーム化処理部２０の後段に遅延処理部を設け、音声ビーム側に遅延を加えて、音声ビームが仮想音像を定位させる音を阻害しないようにする態様であってもよい。

遅延処理部６０Ｌから出力されたオーディオ信号は、加算処理部３２のゲイン調整部６１Ｌでゲイン調整される。ゲイン調整部６１Ｌでゲイン調整されたオーディオ信号は、加算部３２Ｌにおいて、ゲイン調整部３１Ｌから出力されたオーディオ信号（原信号のＬチャンネルの低域成分）と加算される。ゲイン調整部３２Ｌおよびゲイン調整部６１Ｌにより、原信号の低域成分とバーチャル処理部４０の出力信号の加算比率が変更される。

同様に、遅延処理部６０Ｒから出力されたオーディオ信号は、加算処理部３２のゲイン調整部６１Ｒでゲイン調整される。ゲイン調整部６１Ｒでゲイン調整されたオーディオ信号は、加算部３２Ｒにおいて、ゲイン調整部３１Ｒから出力されたオーディオ信号（原信号のＲチャンネルの低域成分）と加算される。ゲイン調整部３２Ｒおよびゲイン調整部６１Ｒにより、原信号とバーチャル処理部４０の出力信号の加算比率が変更される。

なお、アレイスピーカ装置２は、上述したビーム化処理部２０におけるゲイン調整部１８ＦＬ、ゲイン調整部１８ＦＲ、ゲイン調整部１８Ｃ、ゲイン調整部１８ＳＬ、およびゲイン調整部１８ＳＲのゲインを調整することで、バーチャル処理部４０の出力信号と、原信号の低域成分と、音声ビームと、のレベル比率を調整することができる。

次に、アレイスピーカ装置２が生成する音場について図５を用いて説明する。図５において、実線矢印は、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す。図５において、白い星印は、音声ビームが生成する実音源の位置を示し、黒い星印は、仮想音源の位置を示す。

図５の例では、アレイスピーカ装置２は、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、アレイスピーカ装置２の後方の位置に焦点を結ぶ音声ビームが設定される。これにより、聴者は、音源ＳＣが聴者の前方にあると知覚する。

同様に、ＦＬチャンネルのオーディオ信号は、部屋Ｒの左前方の壁の位置に焦点を結ぶ音声ビームが設定され、聴者は、音源ＳＦＬが聴者の左前方の壁にあると知覚する。ＦＲチャンネルのオーディオ信号は、部屋Ｒの右前方の壁の位置に焦点を結ぶ音声ビームが設定され、聴者は、音源ＳＦＲが聴者の右前方の壁にあると知覚する。ＳＬチャンネルのオーディオ信号は、部屋Ｒの左後方の壁の位置に焦点を結ぶ音声ビームが設定され、聴者は、音源ＳＳＬが聴者の左後方の壁にあると知覚する。ＳＲチャンネルのオーディオ信号は、部屋Ｒの右後方の壁の位置に焦点を結ぶ音声ビームが設定され、聴者は、音源ＳＳＲが聴者の左後方の壁にあると知覚する。

さらに、定位付加部４２は、上記音源ＳＦＬ，ＳＦＲ，ＳＣ，ＳＳＬ，およびＳＳＲの位置と略同じ位置に仮想音源の位置を設定する。したがって、聴者は、図５に示すように、仮想音源ＶＳＣ，ＶＳＦＬ，ＶＳＦＲ，ＶＳＳＬ，およびＶＳＳＲを音源ＳＦＬ，ＳＦＲ，ＳＣ，ＳＳＬ，およびＳＳＲの位置と略同じ位置に知覚する。なお、仮想音源の位置は、音声ビームの焦点と同じ位置に設定する必要はなく予め定めた方向としてもよい。例えば、仮想音源ＶＳＦＬは左３０度、仮想音源ＶＳＦＲは右３０度、仮想音源ＶＳＳＬは左１２０度、仮想音源ＶＳＳＲは右１２０度等に設定する。

これにより、アレイスピーカ装置２は、音声ビームによる定位感を仮想音源によって補うことができ、音声ビームだけを用いた場合また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とができる。特に、ＳＬチャンネルおよびＳＲチャンネルの音源ＳＳＬおよび音源ＳＳＲは、音声ビームが壁に２度反射することにより生成されるため、フロント側のチャンネルに比べて明瞭な定位感が得られない場合がある。しかし、アレイスピーカ装置２は、ウーファ３３Ｌおよびウーファ３３Ｒにより聴者の耳に直接届く音で生成される仮想音源ＶＳＳＬおよび仮想音源ＶＳＳＲで定位感を補うことができ、ＳＬチャンネルおよびＳＲチャンネルの定位感を損なうことがない。

そして、本実施形態のアレイスピーカ装置２は、帯域処理部４５により、頭部伝達関数によるフィルタ処理が行われる帯域が制限される。図８（Ａ）は、スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐに入力されるオーディオ信号の帯域を示した概念図である。図８（Ｂ）は、ウーファ３３Ｌおよびウーファ３３Ｒに入力されるオーディオ信号の帯域を示した概念図である。

図８（Ａ）に示すように、スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐには、周波数Ｆ１（例えば４００Ｈｚ）以上の帯域のオーディオ信号が入力される。当該周波数Ｆ１は、帯域分割部１４により、スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐの下限周波数に合わせて設定されている。 また、図８（Ｂ）に示すように、ウーファ３３Ｌおよびウーファ３３Ｒには、帯域分割部１４により周波数Ｆ１（例えば４００Ｈｚ）未満の帯域のオーディオ信号が入力される。

低域は指向性が低く、音声ビーム等の指向性を有する音が聴者に到達する帯域は、主に数百Ｈｚ以上の中高域となる。したがって、スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐに中高域のオーディオ信号を入力し、ウーファ３３Ｌおよびウーファ３３Ｒに低域のオーディオ信号を入力することで、音声ビームによって実音源を定位させながら、低域の音を補強することができる。

そして、ウーファ３３Ｌおよびウーファ３３Ｒには、バーチャル処理部４０において頭部伝達関数によるフィルタ処理が行われたオーディオ信号も入力される。当該オーディオ信号は、帯域処理部４５が周波数Ｆ１（例えば４００Ｈｚ）以上の帯域だけ通過させるため、スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐに入力されるオーディオ信号と同じ帯域となっている。

頭部伝達関数に基づくフィルタ処理は、元のオーディオ信号の周波数特性を変化させるため、音質の変化がある。したがって、全帯域で頭部伝達関数によるフィルタ処理を行うと、音質の変化が目立つことになる。しかし、アレイスピーカ装置２は、帯域処理部４５が周波数Ｆ１（例えば４００Ｈｚ）以上の帯域だけ通過させ、頭部伝達関数によるフィルタ処理を行う帯域を制限しているため、音質の変化を最低限に抑えることができる。そして、頭部伝達関数のうち定位感に寄与する周波数帯域は、主に数ｋＨｚ程度であり、数百Ｈｚ未満の信号が入力されていない場合でも、定位感は損なわれない。

したがって、アレイスピーカ装置２は、音声ビームによる定位感を仮想音源による定位感で補うことができ、音質の変化を抑えながら音源を明瞭に定位させることができる。また、頭部伝達関数によるフィルタ処理後のオーディオ信号の周波数帯域（図８（Ｂ）の仮想音源）と、元のオーディオ信号のうち分割された低周波数帯域（図８（Ｂ）の原信号）と、が重複することがないため、これら仮想音源と原信号の低域成分と、が互いに干渉することがない。

なお、帯域分割部１４は、スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐの下限周波数（例えば４００Ｈｚ）に合わせて周波数Ｆ１を設定しているが、必ずしも当該下限周波数に合わせる必要はない。例えば、当該下限周波数よりも高い周波数で分割するようにしてもよい。

また、帯域処理部４５は、オーディオ信号を通過させる帯域の下限周波数を、帯域分割部１４が分割する周波数Ｆ１と同一に設定しているが、必ずしも同一（または近接する）周波数に設定する必要はない。例えば、図８（Ｃ）に示すように、周波数Ｆ１（例えば４００Ｈｚ）よりも高い周波数Ｆ２（例えば１ｋＨｚ）としてもよい。

次に、図９は、変形例１に係るアレイスピーカ装置２Ａを備えたＡＶシステム１Ａの概略図である。図１と共通する構成については同一の符号を付し、説明を省略する。ＡＶシステム１Ａは、図１のアレイスピーカ装置２に変えてアレイスピーカ装置２Ａを備えている。アレイスピーカ装置２Ａは、アレイスピーカ装置２に対して、外観上、ウーファ３４Ｌおよびウーファ３４Ｒをさらに備えている点で異なる。

図１０は、アレイスピーカ装置２Ａの構成を示すブロック図である。アレイスピーカ装置２Ａは、アレイスピーカ装置２に対して、加算処理部３２が設けられていない点で異なる。

バーチャル処理部４０の出力するオーディオ信号は、ウーファ３３Ｌおよびウーファ３３Ｒに入力される。帯域分割部１４の出力するオーディオ信号は、ウーファ３４Ｌおよびウーファ３４Ｒに入力される。

このように、頭部伝達関数によるフィルタ処理後のオーディオ信号の周波数帯域（図８（Ｂ）の仮想音源）と、元のオーディオ信号のうち分割された低周波数帯域（図８（Ｂ）の原信号）と、をそれぞれ別のスピーカユニットに入力してもよい。

次に、図１１は、変形例２に係るアレイスピーカ装置２Ｂの構成を示すブロック図である。図２に示したアレイスピーカ装置２と共通する構成については同一の符号を付し、説明を省略する。アレイスピーカ装置２Ｂは、アレイスピーカ装置２の帯域処理部４５および加算処理部３２に変えて、帯域処理部４５Ｂおよび加算処理部３２Ｂを備え、当該帯域処理部４５Ｂが加算処理部３２Ｂにオーディオ信号を出力する。

図１２は、帯域処理部４５Ｂおよび加算処理部３２Ｂの構成を示すブロック図である。図３に示した帯域処理部４５および加算処理部３２と共通する構成については同一の符号を付し、説明を省略する。

帯域処理部４５Ｂは、ＦＬチャンネル、ＦＲチャンネル、Ｃチャンネル、ＳＬチャンネル、およびＳＲチャンネルのデジタルオーディオ信号をそれぞれ入力するＬＰＦ４１ＦＬ、ＬＰＦ４１ＦＲ、ＬＰＦ４１Ｃ、ＬＰＦ４１ＳＬ、およびＬＰＦ４１ＳＲを備えている。

ＬＰＦ４１ＦＬ、ＬＰＦ４１ＦＲ、ＬＰＦ４１Ｃ、ＬＰＦ４１ＳＬ、およびＬＰＦ４１ＳＲは、それぞれ入力された各チャンネルのオーディオ信号の低域を抽出して出力する。ＬＰＦ４１ＦＬ、ＬＰＦ４１ＦＲ、ＬＰＦ４１Ｃ、ＬＰＦ４１ＳＬ、およびＬＰＦ４１ＳＲのカットオフ周波数は、ＨＰＦ４０ＦＬ、ＨＰＦ４０ＦＲ、ＨＰＦ４０Ｃ、ＨＰＦ４０ＳＬ、およびＨＰＦ４０ＳＲのカットオフ周波数（例えば４００Ｈｚ）にそれぞれ対応している。

ＬＰＦ４１ＦＬ、ＬＰＦ４１Ｃ、およびＬＰＦ４１ＳＬの出力信号は、加算処理部３２Ｂの加算部１７Ｌでバーチャル処理部４０の出力信号（遅延処理部６０Ｌの出力信号）と加算される。加算部１７Ｌで加算されたオーディオ信号は、ゲイン調整部６１Ｌでゲイン調整された後に加算部３２Ｌに入力される。

ＬＰＦ４１ＦＲ、ＬＰＦ４１Ｃ、およびＬＰＦ４１ＳＲの出力信号は、加算処理部３２Ｂの加算部１７Ｒでバーチャル処理部４０の出力信号（遅延処理部６０Ｒの出力信号）と加算される。加算部１７Ｒで加算されたオーディオ信号は、ゲイン調整部６１Ｒでゲイン調整された後に加算部３２Ｒに入力される。

次に、図１３は、変形例３に係るアレイスピーカ装置２Ｃを示す図である。アレイスピーカ装置２と共通する構成については、同一の符号を付し、説明は省略する。

アレイスピーカ装置２Ｃは、サブウーファ３をさらに備えている。サブウーファ３には、帯域分割部１４０Ｃから低域（例えば１００Ｈｚ未満）のオーディオ信号が入力される。図１４は、帯域分割部１４０Ｃの構成を示すブロック図である。帯域分割部１４と共通する構成については同一の符号を付し、説明は省略する。

帯域分割部１４０Ｃは、加算部１６０、加算部１７０、ＨＰＦ１５０Ｌ、ＨＰＦ１５２Ｒ、ＬＰＦ１５１Ｌ、ＬＰＦ１５３Ｒ、および加算部７００を備えている。

加算部１６０は、ＬＰＦ１５ＦＬ、ＬＰＦ１５Ｃ、およびＬＰＦ１５ＳＬの出力信号を加算する。加算部１７０は、ＬＰＦ１５ＦＲ、ＬＰＦ１５Ｃ、およびＬＰＦ１５ＳＲの出力信号を加算する。加算部１６０の出力信号は、ＨＰＦ１５０ＬおよびＬＰＦ１５１Ｌに入力される。加算部１７０の出力信号は、ＨＰＦ１５２ＲおよびＬＰＦ１５３Ｒに入力される。

ＨＰＦ１５０Ｌは、入力されたオーディオ信号の高域を抽出して出力する。ＬＰＦ１５１Ｌは、入力されたオーディオ信号の低域を抽出して出力する。ＨＰＦ１５０ＬおよびＬＰＦ１５１Ｌのカットオフ周波数は、ウーファ３３Ｌとサブウーファ３とのクロスオーバ周波数（例えば１００Ｈｚ）に対応する。なお、当該クロスオーバ周波数は、聴者により変更できるようにしてもよい。

同様に、ＨＰＦ１５２Ｒは、入力されたオーディオ信号の高域を抽出して出力する。ＬＰＦ１５３Ｒは、入力されたオーディオ信号の低域を抽出して出力する。ＨＰ１５２ＲおよびＬＰＦ１５３Ｒのカットオフ周波数は、ウーファ３３Ｒとサブウーファ３とのクロスオーバ周波数（例えば１００Ｈｚ）に対応する。なお、当該クロスオーバ周波数も、聴者により変更できるようにしてもよい。

図１５（Ａ）は、スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐに入力されるオーディオ信号の帯域を示した概念図であり、図１５（Ｂ）は、ウーファ３３Ｌおよびウーファ３３Ｒに入力されるオーディオ信号の帯域を示した概念図である。図１５（Ｃ）は、サブウーファ３に入力されるオーディオ信号の帯域を示した概念図である。

アレイスピーカ装置２Ｃでは、図１５（Ｃ）に示すように、サブウーファ３に、周波数Ｆ３（例えば１００Ｈｚ）未満の帯域のオーディオ信号が入力される。また、図１５（Ｂ）に示すように、ウーファ３３Ｌおよびウーファ３３Ｒに、帯域分割部１４０Ｃにより周波数Ｆ３（例えば１００Ｈｚ）以上、周波数Ｆ１（例えば４００Ｈｚ）未満の帯域のオーディオ信号が入力される。

このように、アレイスピーカ装置２Ｃは、サブウーファ３をさらに備え、ウーファ３３Ｌおよびウーファ３３Ｒが出力可能な周波数よりもさらに低域側の音を補強する態様である。この場合においても、帯域処理部４５は、バーチャル処理部４０に通過させる帯域の下限周波数（図１５の例では周波数Ｆ１＝４００Ｈｚ）をサブウーファの上限周波数（図１５の例ではＦ３＝１００Ｈｚ）よりも高くしているため、サブウーファの出力する音とフィルタ処理後の音との帯域が重複することがない。したがって、サブウーファ３の出力する音と仮想音源の音とが互いに干渉することがない。

なお、図示は省略するが、サブウーファ３を備えた態様においても、図１１および図１２に示したように帯域処理部４５Ｂで低域のオーディオ信号を抽出してバーチャル処理部４０の後段で加算するようにしてもよい。

次に、図１６（Ａ）は、変形例４に係るアレイスピーカ装置２Ｄを示す図である。アレイスピーカ装置２と共通する構成については、同一の符号を付し、説明は省略する。

アレイスピーカ装置２Ｄは、ウーファ３３Ｌおよびウーファ３３Ｒから出力する音をそれぞれスピーカユニット２１Ａおよびスピーカユニット２１Ｐから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２Ｄは、仮想音源を知覚させる音をスピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐのうち、両端のスピーカユニット２１Ａおよびスピーカユニット２１Ｐから出力する。

スピーカユニット２１Ａおよびスピーカユニット２１Ｐは、アレイスピーカにおける最も端部に配置されたスピーカユニットであり、聴者から見てそれぞれ最も左側および右側に配置されている。したがって、スピーカユニット２１Ａおよびスピーカユニット２１Ｐは、それぞれＬチャンネルおよびＲチャンネルの音を出力する場合に好適であり、仮想音源を知覚させる音を出力するスピーカユニットとして好適である。

アレイスピーカ装置２Ｄにおいても、バーチャル処理部４０において頭部伝達関数によるフィルタ処理が行われるオーディオ信号の帯域が制限されているため、音声ビームによる定位感を仮想音源による定位感で補うことができ、音質の変化を抑えながら音源を明瞭に定位させることができる。

また、アレイスピーカ装置２は、一つの筐体にスピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐ、ウーファ３３Ｌおよびウーファ３３Ｒを全て備える必要はない。例えば、図１６（Ｂ）に示すスピーカセット２Ｅのように、各スピーカユニットを個別の筐体に設けて、各筐体を並べて配置する態様であってもよい。

また、実音源は、音声ビームを用いて定位させる例に限るものではない。例えば、図１７に示すように、聴取位置の周囲に設置されるサラウンドスピーカ（スピーカユニット２１ＦＬ、スピーカユニット２１ＦＲ、スピーカユニット２１Ｃ、スピーカユニット２１ＳＬ、およびスピーカユニット２１ＳＲ）により実現することも可能である。

１…ＡＶシステム
２…アレイスピーカ装置
４…テレビ
１０…デコーダ
１１…入力部
１４…帯域分割部
２０…ビーム化処理部
スピーカユニット２１Ａ〜２１Ｐ…スピーカユニット
３２…加算処理部
３３Ｌ，３３Ｒ…ウーファ
４０…バーチャル処理部
４２…定位付加部
４５…帯域処理部

Claims (7)

1. 入力されたオーディオ信号に基づく音を出力する第１放音部と、
   前記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う定位付加部と、
   前記定位付加部でフィルタ処理されたオーディオ信号に基づく音を出力する第２放音部と、
   前記定位付加部に入力されるオーディオ信号の周波数帯域を所定の周波数以上に制限する帯域処理部と、
   を備え、
   前記定位付加部でフィルタ処理されたオーディオ信号に基づく音は、前記第２放音部のみによって出力されることを特徴とするスピーカ装置。
2. 請求項１に記載のスピーカ装置において、
   サブウーファをさらに備え、
   前記帯域処理部は、オーディオ信号を通過させる帯域の下限周波数が、前記サブウーファの上限周波数よりも高いことを特徴とするスピーカ装置。
3. 前記第２放音部は、前記第１放音部の下限周波数よりも低い下限周波数を有するスピーカユニットからなり、
   該第２放音部には、前記第１放音部の下限周波数よりも低いオーディオ信号が入力される請求項１または請求項２に記載のスピーカ装置。
4. オーディオ信号を入力する入力部と、
   前記入力部に入力されたオーディオ信号の周波数帯域を分割し、高域側のオーディオ信号を当該第１放音部に入力し、低域側のオーディオ信号を前記第２放音部に入力する帯域分割部と、を備えた請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のスピーカ装置。
5. 前記帯域処理部は、オーディオ信号を通過させる帯域の下限周波数が、前記帯域分割部が分割する周波数と同一または近接していることを特徴とする請求項４に記載のスピーカ装置。
6. 前記第１放音部は、複数のスピーカが配列されてなるスピーカアレイであり、
   入力されたオーディオ信号を遅延して前記複数のスピーカに分配することにより、前記第１放音部に音声ビームを出力させる指向性制御部を備えた請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のスピーカ装置。
7. 前記高域側のオーディオ信号は、前記第１放音部のみに入力され、
   前記低域側のオーディオ信号は、前記第１放音部および前記第２放音部の少なくとも一方に入力されることを特徴とする請求項４に記載のスピーカ装置。

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