JPWO2013145127A1 - 音声再生装置 - Google Patents

Abstract

音声再生装置は、例えば車室などの音響空間に適用され、車室内の座席などに設定される２つの評価点における再生音のレベルを制御する。具体的には、音声再生装置は、外部より入力された１チャンネルの音声信号の位相を制御して、一対のスピーカに供給する。ここで、位相制御は、２つの評価点における再生音レベルの和が、可聴帯域全体において、一対のスピーカのうちの一方のスピーカのみで音声信号を再生した場合よりも大きくなるように行われる。

Description

本発明は、車室などの音響空間において聴取者が聴く音のレベルを調整する技術に関する。

車室などの音響空間において、再生音の音圧レベルを調整する手法が提案されている。例えば、特許文献１は、イコライザにより再生音のレベルを周波数帯域毎に補正することにより、音響空間や聴取位置に応じた音圧レベルの調整を行う手法を提案している。また、特許文献２は、複数のスピーカを含むスピーカアレイを配置し、各スピーカから出力される音声信号の位相及び音量を制御することにより、特定の場所に高音圧領域を形成する方法を提案している。

特許第４７５７０３４号公報 特開２０１１−１５１５５９号公報

一般的に、車室内において、運転席にいる聴取者（運転者）にとっては、フロントスピーカの音に比べてリアスピーカの音が小さく、聴きづらくなる傾向がある。これは、リアスピーカから出力される音が座席により遮られたり、窓により反射したりすることが原因と考えられる。

運転席においてリアスピーカの再生音を聴きやすくするためには、特許文献１のようにイコライザを利用し、ある帯域の再生音レベルを大きくする方法がある。しかし、この方法ではリアスピーカの音量が大きくなるため、後部座席にいる者にとっては音量が大きすぎてしまうという不具合がある。

一方、特許文献２のようにスピーカアレイを用いて運転席付近の音圧を高くする方法も考えられる。しかし、特許文献２の方法は、複数のスピーカを利用して制御を行うため大規模なシステムを必要とし、車両に適用するには不向きである。

本発明が解決しようとする課題としては、上記のものが例として挙げられる。本発明は、周囲に悪影響を生じることなく、また、大規模なシステムを必要とすることなく、特定の聴取位置における再生音レベルを高くすることが可能な音声再生装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、音声再生装置であって、音響空間内の２つの評価点に対して前後に配置された一対のスピーカと、１チャンネルの音声信号を受け取る入力手段と、前記音声信号の位相を制御し、前記一対のスピーカに供給する位相制御手段と、を備え、前記位相制御手段は、前記２つの評価点における再生音レベルの和が、可聴帯域全体において、前記一対のスピーカのうちの一方のスピーカのみで前記音声信号を再生した場合よりも大きくなるように、前記一対のスピーカに供給する音声信号の位相差を制御することを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、音響空間内の２つの評価点に対して前後に配置された一対のスピーカを備える音声再生装置により実行される音声再生方法であって、１チャンネルの音声信号を受け取る入力工程と、前記音声信号の位相を制御し、前記一対のスピーカに供給する位相制御工程と、を備え、前記位相制御工程は、前記２つの評価点における再生音レベルの和が、可聴帯域全体において、前記一対のスピーカのうちの一方のスピーカのみで前記音声信号を再生した場合よりも大きくなるように、前記一対のスピーカに供給する音声信号の位相差を制御することを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、音響空間内の２つの評価点に対して前後に配置された一対のスピーカを備える音声再生装置により実行される音声再生プログラムであって、１チャンネルの音声信号を受け取る入力手段と、前記音声信号の位相を制御し、前記一対のスピーカに供給する位相制御手段、として前記音声再生装置を機能させ、前記位相制御手段は、前記２つの評価点における再生音レベルの和が、可聴帯域全体において、前記一対のスピーカのうちの一方のスピーカのみで前記音声信号を再生した場合よりも大きくなるように、前記一対のスピーカに供給する音声信号の位相差を制御することを特徴とする。

車室の環境を模式的に示す平面図である。 聴取位置と一対のスピーカの配置例を示す。 ２つのスピーカへの信号に位相差を与える手法を模式的に示す。 本発明に係る音声再生装置の第１実施例の概略構成を示す。 遅延量Ｚの計算方法の例を示す。 第１実施例における特性を示す図である。 本発明に係る音声再生装置の第２実施例の概略構成を示す。 無響室及び車室の位相特性を示す。 ２つのスピーカの再生音が同期する軸と聴取位置との関係を示す。 ２つの正弦波を異なる位相差で合成した合成波の振幅レベルを示す。 ２つの正弦波を異なる位相差で合成した合成波の振幅レベルを示す。 第２実施例における特性を示す図である。 第２実施例における特性を示す他の図である。 第２実施例における特性を示す他の図である。 第２実施例による効果を従来技術と比較して示す図である。

本発明の好適な実施形態では、音声再生装置は、音響空間内の２つの評価点に対して前後に配置された一対のスピーカと、１チャンネルの音声信号を受け取る入力手段と、前記音声信号の位相を制御し、前記一対のスピーカに供給する位相制御手段と、を備え、前記位相制御手段は、前記２つの評価点における再生音レベルの和が、可聴帯域全体において、前記一対のスピーカのうちの一方のスピーカのみで前記音声信号を再生した場合よりも大きくなるように、前記一対のスピーカに供給する音声信号の位相差を制御する。好適な例では、前記一方のスピーカは、前記２つの評価点における再生音のレベル和が小さい方のスピーカである。

上記の音声再生装置は、例えば車室などの音響空間に適用され、車室内の座席などに設定される２つの評価点における再生音のレベルを制御する。具体的には、音声再生装置は、外部より入力された１チャンネルの音声信号の位相を制御して、一対のスピーカに供給する。ここで、位相制御は、２つの評価点における再生音レベルの和が、可聴帯域全体において、一対のスピーカのうちの一方のスピーカのみで音声信号を再生した場合よりも大きくなるように行われる。よって、音響空間内の２つの評価点に相当する場所において、再生音が明確に聴こえるように制御することができる。

上記の音声再生装置の一態様では、前記位相制御手段は、前記一対のスピーカに供給される音声信号に対して、帯域毎に異なる位相差を付与する。これにより、車室のように音響特性が複雑な環境においても、可聴帯域の全体において、評価点における再生音レベルを大きくすることができる。

上記の音声再生装置の他の一態様では、前記位相差は、前記２つの評価点における再生音レベルの和が最大になるときの位相差と±１２０度の範囲内の値である。これにより、一対のスピーカから出力される再生音が打ち消しあい、再生音のレベルが低下することが防止される。

上記の音声再生装置の他の一態様では、前記位相制御手段は、前記一対のスピーカに供給される音声信号に対して、全帯域において固定遅延量の遅延を付与する。この態様では、例えば無響室のように音響特性が単純な音響空間では、単純な位相制御により評価点における再生音レベルを大きくすることができる。

上記の音声再生装置の他の一態様では、前記一対のスピーカのうちの一方のスピーカは、前記２つの評価点を結ぶ線分に対して、前記一対のスピーカのうちの他方のスピーカと反対側に配置されている。これにより、２つのスピーカから出力される再生音を同期させ、効果的にレベルを増大させることが可能となる。

好適な例では、前記２つの評価点は、前記音響空間内の聴取位置に位置する聴取者の２つの耳の位置に相当する。また、他の好適な例では、前記音響空間は車両の車室であり、前記一対のスピーカは車室の右側又は左側に配置されたフロントスピーカ及びリアスピーカであり、前記２つの評価点は前記車室内の前方座席に位置する聴取者の左右の耳の位置に相当する。

本発明の他の好適な実施形態では、音響空間内の２つの評価点に対して前後に配置された一対のスピーカを備える音声再生装置により実行される音声再生方法は、１チャンネルの音声信号を受け取る入力工程と、前記音声信号の位相を制御し、前記一対のスピーカに供給する位相制御工程と、を備え、前記位相制御工程は、前記２つの評価点における再生音レベルの和が、可聴帯域全体において、前記一対のスピーカのうちの一方のスピーカのみで前記音声信号を再生した場合よりも大きくなるように、前記一対のスピーカに供給する音声信号の位相差を制御する。これにより、音響空間内の２つの評価点に相当する場所において、再生音が明確に聴こえるように制御することができる。

本発明の他の好適な実施形態では、音響空間内の２つの評価点に対して前後に配置された一対のスピーカを備える音声再生装置により実行される音声再生プログラムは、１チャンネルの音声信号を受け取る入力手段と、前記音声信号の位相を制御し、前記一対のスピーカに供給する位相制御手段、として前記音声再生装置を機能させ、前記位相制御手段は、前記２つの評価点における再生音レベルの和が、可聴帯域全体において、前記一対のスピーカのうちの一方のスピーカのみで前記音声信号を再生した場合よりも大きくなるように、前記一対のスピーカに供給する音声信号の位相差を制御する。これにより、音響空間内の２つの評価点に相当する場所において、再生音が明確に聴こえるように制御することができる。

[基本原理]
まず、実施例の基本的な原理について説明する。本実施例は、車室などの音響空間内の特定の場所、例えば運転席における音圧レベルを大きくすることを目的とする。そのために、本実施例では車内の特殊な環境を利用する。

図１は、本実施例による車内環境を模式的に示す平面図である。図１において、車内には４つの座席があり、聴取位置に相当する運転席には聴取者Ｌ（運転者）が座っている。ここで、運転席の右側には、フロントスピーカＳＰ１とリアスピーカＳＰ２が設けられている。なお、実際の車両では、車両の左側にも同様にフロントスピーカとリアスピーカが設けられるが、ここではその図示は省略する。図１に示すように、本実施例では、車内の特殊な環境として、運転席を挟むように２つのスピーカＳＰ１、ＳＰ２が前後に配置されていることを利用する。そして、本実施例では、運転席にいる聴取者Ｌが再生音を聴きやすくするために、聴取者Ｌの左右の耳の音圧レベルを同時に制御する。

一般的に、人間が感じる音の大きさは、両耳の音の強さを加算した値をもとに決まる。即ち、人間は両耳でそれぞれ６ｄＢの音圧で音を聴いた場合と、片耳のみで１２ｄＢの音圧で音を聴いた場合とで同じ音の大きさを感じる。これは、下記の文献においても指摘されている。

参考文献：『境久雄、中島剛、「日本音響学会編 聴覚と音響心理」、コロナ社、ｐｐ．１７３〜１７４、「両耳で聴いたときの音の大きさは、両耳に加えられている音の音圧レベルを６ｄＢ大きくして、それを片耳で聴いたときの音の大きさに等しい。」』
よって、本実施例では、聴取者Ｌの左右の耳の位置を評価点とし、その２つの評価点における音圧レベルの和が大きくなるように、スピーカＳＰ１、ＳＰ２に入力される信号を制御する。これにより、聴取者Ｌは再生音を大きいと感じる。

ここで、まず、聴取者Ｌと一対のスピーカＳＰ１、ＳＰ２との位置関係について検討する。図２に示すように、一対のスピーカＳＰ１、ＳＰ２から等距離にある中心線ＣＬ上に聴取者Ｌが位置し、かつ、聴取者Ｌの左右の耳が中心線ＣＬ上にある場合、聴取者ＬはスピーカＳＰ１、ＳＰ２から出力される音を同期して聴くことができる。即ち、聴取者Ｌの左右の耳における音圧レベルの和（以下、「両耳レベル和」とも呼ぶ。）は最大となる。よって、運転席に対してスピーカＳＰ１、ＳＰ２を図２に示すような位置関係で配置することができれば、音声信号を２つのスピーカＳＰ１、ＳＰ２からそのまま出力するだけで、聴取者Ｌの両耳レベル和は最大となる。この場合、スピーカＳＰ１、ＳＰ２に供給される音声信号に対して何らの処理、調整を行う必要もない。

しかしながら、実際の車室では、運転席に対して２つのスピーカＳＰ１、ＳＰ２を図２のような位置関係に配置できるとは限らない。そこで、本実施例では、２つのスピーカＳＰ１、ＳＰ２に供給する音声信号に適当な位相差を与えることにより、運転席における両耳レベル和を最大とする。

図３は、２つのスピーカＳＰ１、ＳＰ２へ供給される音声信号に位相差を与える手法を模式的に示す。図３（Ａ）は、２つのスピーカＳＰ１、ＳＰ２へ音声信号を供給する構成を示している。無響室において、聴取位置にダミーヘッド３を配置し、その右側の前後にフロントスピーカＳＰ１、リアスピーカＳＰ２を配置する。音源２からの音声信号は、そのままリアスピーカＳＰ２に入力されるとともに、遅延器４により全帯域において固定の遅延量「Ｚ」で遅延された後、フロントスピーカＳＰ１に入力される。

図３（Ａ）に示すように、一対のスピーカが縦方向に配置されている場合、スピーカから出力される再生音の音圧分布は干渉により横縞となる。具体的に、図３（Ａ）において、ダミーヘッド３の位置を含む黒色の領域は音圧レベルが大きく、白色の領域は音圧レベルが小さく、音圧分布は横縞を形成している。よって、遅延量Ｚを変化させることにより、両耳のレベルを同期して変化させ、両耳レベル和を制御することができる。

遅延量Ｚを変化させた場合の、ダミーヘッド３近傍の音圧分布の例を図３（Ｂ）に示している。図中に等高線表示された数値は音圧レベル値を示す。図３（Ｂ）の例では、遅延量Ｚ＝２．０[ｍｓ]のときに、ダミーヘッド３の両耳付近の音圧レベルが４．２４７[ｄＢ]で最大となっている。よって、この例では、遅延量Ｚ＝２．０[ｍｓ]が最適となっている。

このように、聴取者の位置に対して前後に一対のスピーカを配置し、それらのスピーカに供給される音声信号に適切な位相差を与えることにより、聴取者の両耳レベル和を大きくすることができる。

[第１実施例]
図４は、音声再生装置の第１実施例の概略構成を示す。第１実施例は、音響空間として無響室を想定する。

図４に示すように、聴取者Ｌの聴取位置に対して、前後に一対のスピーカ、即ち、フロントスピーカＳＰ１とリアスピーカＳＰ２が配置される。なお、この例では、聴取者Ｌからは、リアスピーカＳＰ２よりもフロントスピーカＳＰ１の方が遠い。

音源２から出力される音声信号は、そのままリアスピーカＳＰ２に供給されるとともに、遅延器４により所定の遅延量Ｚで遅延されてフロントスピーカＳＰ１へ供給される。遅延器４は、音源から出力される音声信号の全帯域において固定の遅延量Ｚを与える。

固定の遅延量Ｚの決定方法について説明する。遅延量Ｚは、聴取者Ｌの両耳レベル和が大きくなるように決定される。なお、聴取者Ｌの左右の耳の位置は、２つの評価点に相当する。

遅延量Ｚは、聴取者Ｌの両耳の位置と、前後のスピーカＳＰ１、ＳＰ２との距離に基づいて決定することができる。図５は、この遅延量Ｚの決定方法を説明する図である。いま、左右の耳の中央点、即ち２つの評価点の中央点ＭからフロントスピーカＳＰ１までの距離を「ｄ１」とし、中央点ＭからリアスピーカＳＰ２までの距離を「ｄ２」とすると、遅延量Ｚは以下の式で与えられる。

遅延量Ｚ ＝ （ｄ１−ｄ２）／ｃ [ｍ／ｓ] （１）
なお、「ｃ」は音速（約３４０[ｍ／ｓ]）である。

いま、図４に示す音響空間で、中央点ＭからフロントスピーカＳＰ１までの距離ｄ１＝１．０６ｍ、中心ＭからリアスピーカＳＰ２までの距離ｄ２＝０．８３ｍの場合、遅延量Ｚは、
Ｚ ＝ （１．０６−０．８３）／３４０ ＝ ０．７０[ｍ／ｓ]となる。

その代わりに、遅延量Ｚは、各スピーカＳＰ１、ＳＰ２と聴取者Ｌの両耳（２つの評価点）との伝達関数に基づいて算出することもできる。

図６は、上記の場合の特性を示す。具体的に、図６（Ａ）は両耳レベル和の周波数特性を示す。図６（Ａ）において、グラフ２１は、リアスピーカＳＰ２のみに音声信号を入力した場合の両耳のレベル和を示す。グラフ２２は、２つのスピーカＳＰ１、ＳＰ２に音声信号を入力するが、それらに位相差を与えない（Ｚ＝０．０[ｍｓ]）場合の両耳レベル和を示す。グラフ２３は、２つのスピーカに音声信号を入力し、それらに位相差Ｚ＝０．７[ｍｓ]を与えた場合の両耳レベル和を示す。なお、グラフ２３では、実際にはフロントスピーカＳＰ１へ入力される音声信号に対して、リアスピーカＳＰ２に入力される音声信号を遅延量Ｚだけ遅らせている。

位相差を与えて２つのスピーカに音声信号を入力した場合の両耳レベル和（グラフ２３）は、１００Ｈｚ〜１ｋＨｚの全帯域において、リアスピーカＳＰ２のみに音声信号を入力した場合の両耳のレベル和（グラフ２１）より大きくなっている。また、位相差を与えずに２つのスピーカに音声信号を入力した場合の両耳レベル和（グラフ２２）は、１００〜５００Ｈｚ程度まではリアスピーカＳＰ２のみに音声信号を入力した場合の両耳レベル和（グラフ２１）より大きくなっているが、６００〜８００Ｈｚ付近においては、逆にリアスピーカＳＰ２のみに音声信号を入力した場合の両耳レベル和（グラフ２１）より小さくなっている。これは、位相差を与えずに２つのスピーカに音声信号を入力した場合には、２つのスピーカからの再生音の位相の関係により、両耳レベル和がかえって小さくなってしまう帯域があることを意味している。よって、所望の帯域において両耳のレベル和を大きくするためには、グラフ２３のように、２つのスピーカに適切な位相差で音声信号を入力することが必要となる。

図６（Ｂ）は、２つのスピーカに入力する音声信号に与える位相差及び音声信号の周波数と、両耳レベル和との関係を示す。図６（Ｂ）に示す実線２４は、２つのスピーカに入力する音声信号に位相差（Ｚ＝０．７[ｍｓ]）を与えた場合の両耳レベル和を示しており、両耳レベル和が大きい領域を通過している。破線２５は、２つのスピーカに入力する音声信号に位相差を与えない（Ｚ＝０．０[ｍｓ]）場合の両耳レベル和を示しており、図６（Ａ）のグラフ２２と同様に、１００〜５００Ｈｚ程度までは両耳レベル和が大きい領域を通過しているが、６００〜８００Ｈｚ付近では両耳レベル和が小さい領域を通過している。つまり、図６（Ｂ）も、１００〜１ｋＨｚの全帯域で両耳レベル和を大きくするためには、２つのスピーカＳＰ１、ＳＰ２へ入力される音声信号に適切な位相差を与える必要があることを示している。

図６（Ｃ）は、２０〜１６ｋＨｚ、即ち、いわゆる可聴帯域における両耳レベル和の周波数特性を示す。図６（Ａ）と同様に、グラフ２１は、リアスピーカＳＰ２のみに音声信号を入力した場合の両耳のレベル和を示す。グラフ２３は、２つのスピーカに音声信号を入力し、それらに位相差（Ｚ＝０．７[ｍｓ]）を与えた場合の両耳のレベルを示す。図６（Ｃ）によれば、２つのスピーカに入力される音声信号に適切な位相差を与えることにより、可聴帯域全体において両耳レベル和を大きくすることができることが理解される。

[第２実施例]
次に、第２実施例について説明する。図７は、音声再生装置の第２実施例の概略構成を示す。第２実施例は、音響空間として車室を想定する。図７に示すように、運転席の右側にフロントスピーカＳＰ１とリアスピーカＳＰ２が配置される。音源２からの音声信号は、リアスピーカＳＰ２に供給されるともに、位相補正部６により位相が補正された後、フロントスピーカＳＰ１に供給される。ここで、位相補正部６は、音声信号の帯域ｆ毎に異なる位相差（位相補正値）θ（ｆ）を与える。

具体的に位相差θ（ｆ）は、以下のように設定される。

θ（ｆ） ＝ Ａ＋α （２）
ここで、「Ａ」は、聴取者の両耳レベル和が最大となる位相値であり、２つのスピーカと２つの評価点との間の伝達関数に基づいて算出される。具体的には、２つのスピーカＳＰ１、ＳＰ２と聴取者の両耳（評価点）との位置関係に基づいて、各スピーカと聴取者の両耳との間の伝達関数を求め、その伝達関数に基づいてシミュレーションなどにより、後述する図１２（Ｂ）に示すように、位相及び周波数に対する両耳レベル和の分布を生成する。そして、その分布上で、両耳レベル和が最も高い領域を結んだ線分（図１２（Ｂ）の線分３４）が、帯域毎の位相差θ（ｆ）を示すものとなる。

なお、音響空間として車室を想定した第２実施例において、２つのスピーカへ入力される音声信号に対して帯域毎に異なる位相差θ（ｆ）を与える理由は以下の通りである。図８（Ａ）は無響室における位相特性を示し、図８（Ｂ）はある車室における位相特性を示している。無響室では図８（Ａ）に示すような直線的な位相特性が得られるのに対し、実際の車両の車室では再生音が窓で反射したり、障害物により遮断されたりして、図８（Ｂ）に示すように位相特性が複雑となる。このため、音響空間として無響室を想定した第１実施例のように、全帯域に固定の遅延量Ｚを与えても、両耳レベル和が減少してしまう帯域が出てくる。そこで、第２実施例では、各スピーカと２つの評価点との間の伝達関数に基づいて、両耳レベル和が最大となる位相差を周波数帯域毎に算出し、２つのスピーカへ入力される音声信号に与えることが必要となる。

第２実施例の方法では、２つのスピーカＳＰ１、ＳＰ２から音を再生するが、後部座席にいる者に与える影響は少ない。即ち、後部座席にいる者が再生音をうるさいと感じることはない。これは２つの理由による。第１の理由は、フロントスピーカＳＰ１と後部座席との間にはある程度の距離があり、また後部座席との間に運手席のシートなどの障害物があるため、基本的にフロントスピーカＳＰ１からの再生音が後部座席に届きにくいことが挙げられる。第２の理由は、後部座席が２つのスピーカの外側に位置するため、２つのスピーカからの再生音が同期しにくいからである。これについて図９を参照して説明する。

図９は、２つのスピーカと聴取者Ｌとの位置関係を示す。図９（Ａ）に示すように、２つのスピーカＳＰ１、ＳＰ２から音を再生する場合、２つのスピーカからの再生音が同期する軸は、２つのスピーカの中心線ＣＬとなる。聴取者Ｌが２つのスピーカの内側に位置する場合、聴取者Ｌの両耳がこの中心線ＣＬ上又は中心線ＣＬに近い位置にあるため、両耳に至る再生音が同期し、両耳レベル和が変化しやすくなる。

一方、図９（Ｂ）に示すように、聴取者Ｌが２つのスピーカＳＰ１、ＳＰ２の外側に位置する場合、聴取者Ｌは２つのスピーカからの再生音が同期する中心線ＣＬ上に位置していても、聴取者の両耳を結ぶ方向は中心線ＣＬからずれるため、両耳レベル和は変化しにくい。このため、第２実施例では、フロントスピーカＳＰ１とリアスピーカＳＰ２から音を再生しても、後部座席における音圧が過大となり、後部座席にいる者が再生音をうるさいと感じることはない。

次に、位相差θ（ｆ）の式（２）における「α」について説明する。式（２）において、「α」は、以下の範囲の値である。

−１２０°＜α＜１２０° （３）
これは、評価点において、ＳＰ１及びＳＰ２の振幅が概ね同一で、αがこの範囲内にあれば、運転席における両耳レベル和は、リアスピーカのみから音を再生した場合よりも大きくなるからである。これについて、図１０を参照して説明する。図１０は、２つの正弦波を異なる位相差で合成した合成波の振幅レベルを示す。２つの正弦波を同相（位相差＝０）で合成すると、グラフ４１に示すように、合成波の振幅は元の正弦波の振幅の２倍になる。２つの正弦波を位相差１２０°で合成すると、グラフ４２に示すように、２つの正弦波の振幅と合成波の振幅は等しくなる。一方、２つの正弦波を逆相（位相差１８０°）で合成すると、合成波の振幅はもとの正弦波の振幅よりも小さくなってしまう。

グラフ４０に示すように、位相差が０〜１２０°の場合、２つの正弦波の合成波の振幅は少なくとも元の正弦波の振幅以上となる。一方、位相差が１２０°を超えると、２つの正弦波の合成波の振幅は元の正弦波の振幅よりも小さくなる。

従って、聴取位置における両耳レベル和は、２つのスピーカに供給される信号に与える位相差θ（ｆ）がα＝０（同相）、即ちθ（ｆ）＝Ａのときに最も大きくなるが、αが±１２０°の範囲内であれば、少なくともリアスピーカのみから音を再生した場合よりも両耳レベル和を大きくすることができる。この理由から、αの値は±１２０°の範囲内とされる。

なお、評価点において、ＳＰ１とＳＰ２の振幅が異なる場合でも、どちらか振幅の小さい方のレベルと比較して運転席における両耳レベル和を大きくすることが目的であれば、αの値を±１２０°の範囲内とすることにより、両耳レベル和を確実に大きくすることができる。

この理由を図１１を使って説明する。図１１は、図１０と同じく、２つの正弦波を異なる位相差で合成した合成波の振幅レベルを示す。但し、各正弦波の振幅が同一でない場合である。

実線７１はリアスピーカのみで再生したときのレベルを基準（０ｄＢ）としたとき、リアスピーカがフロントスピーカよりも小さい場合（ここでは、リアスピーカのみでのレベル＝フロントスピーカのみでのレベルの３／２倍としている）の振幅レベルを示す。これを見ると、リアスピーカのみで再生したレベルよりも合成波のレベルが大きくなる範囲は１２０°よりも広くなっていることがわかる。この理由は、リアスピーカがフロントスピーカよりも小さい場合、αが１２０°より大きく、お互いの波が打ち消し合ったとしても、フロントスピーカがリアスピーカより大きいために、合成波の振幅が大きい状態を維持し易くなるからである。

一方、破線７２は、リアスピーカがフロントスピーカよりも大きい場合（ここでは、リアスピーカのみでのレベル＝フロントスピーカのみでのレベルの２／３倍としている）の合成波の振幅レベルを示す。実線７１の場合とは逆で、リアスピーカのみで再生したレベルよりも合成波のレベルが大きくなる範囲は、１２０°よりも狭くなっていることがわかる。

但し、総じて、評価点において、ＳＰ１もしくはＳＰ２のうちどちらかレベルの小さい方のみで再生したときのレベルと比較して運転席における両耳レベル和を大きくすることが目的であれば、図１１の実線７１に示されるようにαの値を±１２０°の範囲内に設定することにより、両耳レベル和を確実に大きくすることができる。

図１２は第２実施例における特性を示す。具体的に、図１２（Ａ）は両耳レベル和の周波数特性を示す。図１２（Ａ）において、グラフ３１は、リアスピーカＳＰ２のみに音声信号を入力した場合の両耳レベル和を示す。グラフ３２は、２つのスピーカＳＰ１、ＳＰ２に音声信号を入力し、それらに固定の位相差（Ｚ＝０．７[ｍｓ]）を与えた場合の両耳レベル和を示す。グラフ３３は、２つのスピーカに音声信号を入力し、それらに上記のように帯域ごとに異なる位相差θ（ｆ）を与えた場合の両耳レベル和を示す。

帯域毎に異なる位相差θ（ｆ）を与えて２つのスピーカに音声信号を入力した場合の両耳レベル和（グラフ３３）は、１００Ｈｚ〜１ｋＨｚの全帯域において、リアスピーカＳＰ２のみに音声信号を入力した場合の両耳レベル和（グラフ３１）より大きくなっている。また、固定の位相差（Ｚ＝０．７[ｍｓ]）を与えて２つのスピーカに音声信号を入力した場合の両耳レベル和（グラフ３２）は、２５０〜１ｋＨｚの範囲ではリアスピーカＳＰ２のみに音声信号を入力した場合の両耳レベル和（グラフ３１）より大きくなっているが、１３０〜２００Ｈｚ付近においては、逆にリアスピーカＳＰ２のみに音声信号を入力した場合の両耳レベル和（グラフ３１）より小さくなっている。これは、車室のような音響空間では、固定の位相差を与えて２つのスピーカに音声信号を入力した場合に両耳レベル和がかえって小さくなってしまう帯域があることを意味している。よって、所望の帯域において両耳レベル和を大きくするためには、グラフ３３のように、２つのスピーカに入力される音声信号に対して、帯域毎に異なる適切な位相差を与えることが必要となる。

図１２（Ｂ）は、２つのスピーカへ入力される音声信号に与える位相差及び音声信号の周波数と、両耳レベル和との関係を示す。図１２（Ｂ）に示す実線３４は、２つのスピーカに入力する音声信号に帯域毎に異なる位相差θ（ｆ）を与えた場合の両耳レベル和を示しており、両耳レベル和が大きい領域を通過している。破線３５は、２つのスピーカに入力する音声信号に固定の位相差（Ｚ＝０．７[ｍｓ]）を与えた場合の両耳のレベル和を示しており、図１２（Ａ）のグラフ３２と同様に、２５０〜１ｋＨｚの範囲では両耳レベル和が大きい領域を通過しているが、１３０〜２００Ｈｚ付近では両耳レベル和が小さい領域を通過している。つまり、図１２（Ｂ）も、１００〜１ｋＨｚの全帯域で両耳のレベル和を大きくするためには、２つのスピーカＳＰ１、ＳＰ２に入力される音声信号に対して、帯域毎に適切な位相差θ（ｆ）を与える必要があることを示している。

図１３も第２実施例における特性を示す。図１３（Ａ）は両耳レベル和の周波数特性を示す。図１３（Ａ）において、グラフ３１とグラフ３３は図１２（Ａ）と同じである。グラフ３６は、２つのスピーカＳＰ１、ＳＰ２に音声信号を入力し、それらに位相差を与えない（Ｚ＝０．０[ｍｓ]）場合の両耳レベル和を示す。

位相差を与えない（Ｚ＝０．０[ｍｓ]）で２つのスピーカに音声信号を入力した場合の両耳レベル和（グラフ３６）は、２００〜１ｋＨｚの範囲ではリアスピーカＳＰ２のみに音声信号を入力した場合の両耳レベル和（グラフ３１）より大きくなっているが、１３０〜１７０Ｈｚ付近においては、逆にリアスピーカＳＰ２のみに音声信号を入力した場合の両耳レベル和（グラフ３１）より小さくなっている。これは、車室のような音響空間では、位相差を与えずに２つのスピーカに音声信号を入力した場合に両耳のレベル和がかえって小さくなってしまう帯域があることを意味している。よって、所望の帯域において両耳のレベル和を大きくするためには、グラフ３３のように、２つのスピーカに入力される音声信号に対して、帯域毎に異なる適切な位相差を与えることが必要となる。

図１３（Ｂ）は、２つのスピーカへ入力される音声信号に与える位相差及び音声信号の周波数と、両耳レベル和との関係を示す。図１２（Ｂ）に示す実線３４は、図１２（Ｂ）と同じである。破線３７は、２つのスピーカに入力する音声信号に位相差を与えない（Ｚ＝０．０[ｍｓ]）場合の両耳のレベル和を示しており、図１３（Ａ）のグラフ３６と同様に、２００〜１ｋＨｚの範囲では両耳レベル和が大きい領域を通過しているが、１３０〜１７０Ｈｚ付近では両耳レベル和が小さい領域を通過している。つまり、図１３（Ｂ）も、１００〜１ｋＨｚの全帯域で両耳レベル和を大きくするためには、２つのスピーカＳＰ１、ＳＰ２に入力される音声信号に対して、帯域毎に適切な位相差θ（ｆ）を与える必要があることを示している。

図１４は、２０〜１６ｋＨｚ、即ち、いわゆる可聴帯域における両耳レベル和の周波数特性を示す。図１２（Ａ）と同様に、グラフ３１は、リアスピーカＳＰ２のみに音声信号を入力した場合の両耳レベル和を示す。グラフ３３は、２つのスピーカに音声信号を入力し、それらに帯域毎に異なる位相差θ（ｆ）を与えた場合の両耳レベル和を示す。図１４によれば、２つのスピーカに入力される音声信号に対して、帯域毎に異なる適切な位相差θ（ｆ）を与えることにより、可聴帯域全体において両耳レベル和を大きくすることができることが理解される。

図１５は、第２実施例を従来技術の方法と比較した場合の効果を説明する図である。ここで、従来技術の方法とは、イコライザにより、ある帯域においてリアスピーカの再生音を大きくして運転席における両耳レベル和を増大させる方法を指す。

図１５の左側の２つのグラフに示すように、従来技術の方法により運転席における両耳レベル和を増加させると、後部座席では運転席に比べてさらに両耳レベル和が大きくなってしまい、後部座席の再生音が大きくなりすぎるという不具合が生じる。これに対し、図１５の右側の２つのグラフに示すように、第２実施例により運転席における両耳レベル和を増加させても、前述のように後部座席では両耳レベル和はあまり変化しないので、後部座席の再生音が大きくなりすぎるという不具合は生じない。このように、第２実施例では、他の座席における再生音レベルに影響を与えることなく、運転席の再生音レベルを増加させることができる。

なお、上記の第２実施例では、車室の右側に設けられたフロントスピーカ及びリアスピーカを用いて、運転席、即ち右側の前方座席における両耳レベル和を大きくするものであるが、同様の手法により、車室の左側に設けられたフロントスピーカ及びリアスピーカを用いて、助手席、即ち左側の前方座席における両耳レベル和を大きくするように構成しても構わない。

本発明は、車両などに搭載される音声再生装置に利用することができる。

２ 音源
３ ダミーヘッド
４ 遅延器
６ 位相調整部
ＳＰ１ フロントスピーカ
ＳＰ２ リアスピーカ
Ｌ 聴取位置

Claims (10)

1. 音響空間内の２つの評価点に対して前後に配置された一対のスピーカと、
   １チャンネルの音声信号を受け取る入力手段と、
   前記音声信号の位相を制御し、前記一対のスピーカに供給する位相制御手段と、を備え、
   前記位相制御手段は、前記２つの評価点における再生音レベルの和が、可聴帯域全体において、前記一対のスピーカのうちの一方のスピーカのみで前記音声信号を再生した場合よりも大きくなるように、前記一対のスピーカに供給する音声信号の位相差を制御することを特徴とする音声再生装置。
2. 前記一方のスピーカは、前記２つの評価点における再生音のレベル和が小さい方のスピーカであることを特徴とする請求項１に記載の音声再生装置。
3. 前記位相制御手段は、前記一対のスピーカに供給される音声信号に対して、帯域毎に異なる位相差を付与することを特徴とする請求項１又は２に記載の音声再生装置。
4. 前記位相差は、前記２つの評価点における再生音レベルの和が最大になるときの位相差と±１２０度の範囲内の値であることを特徴とする請求項３に記載の音声再生装置。
5. 前記位相制御手段は、前記一対のスピーカに供給される音声信号に対して、全帯域において固定遅延量の遅延を付与することを特徴とする請求項１に記載の音声再生装置。
6. 前記一対のスピーカのうちの一方のスピーカは、前記２つの評価点を結ぶ線分に対して、前記一対のスピーカのうちの他方のスピーカと反対側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の音声再生装置。
7. 前記２つの評価点は、前記音響空間内の聴取位置に位置する聴取者の２つの耳の位置に相当することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の音声再生装置。
8. 前記音響空間は車両の車室であり、前記一対のスピーカは車室の右側又は左側に配置されたフロントスピーカ及びリアスピーカであり、前記２つの評価点は前記車室内の前方座席に位置する聴取者の左右の耳の位置に相当することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の音声再生装置。
9. 音響空間内の２つの評価点に対して前後に配置された一対のスピーカを備える音声再生装置により実行される音声再生方法であって、
   １チャンネルの音声信号を受け取る入力工程と、
   前記音声信号の位相を制御し、前記一対のスピーカに供給する位相制御工程と、を備え、
   前記位相制御工程は、前記２つの評価点における再生音レベルの和が、可聴帯域全体において、前記一対のスピーカのうちの一方のスピーカのみで前記音声信号を再生した場合よりも大きくなるように、前記一対のスピーカに供給する音声信号の位相差を制御することを特徴とする音声再生方法。
10. 音響空間内の２つの評価点に対して前後に配置された一対のスピーカを備える音声再生装置により実行される音声再生プログラムであって、
    １チャンネルの音声信号を受け取る入力手段と、
    前記音声信号の位相を制御し、前記一対のスピーカに供給する位相制御手段、として前記音声再生装置を機能させ、
    前記位相制御手段は、前記２つの評価点における再生音レベルの和が、可聴帯域全体において、前記一対のスピーカのうちの一方のスピーカのみで前記音声信号を再生した場合よりも大きくなるように、前記一対のスピーカに供給する音声信号の位相差を制御することを特徴とする音声再生プログラム。

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