WO2005032213A1 - 音響特性補正システム - Google Patents

Abstract

指向性スピーカー装置(アレースピーカー)から放射した音声を壁面又は音響反射板で反射させて仮想スピーカーを作り出す音響サラウンドシステムに適用される音響特性補正システムにおいて、前記壁面又は音響反射板で反射した音声が所望の視聴位置において所望の音響特性を有するように、前記指向性スピーカー装置に入力される音声信号の周波数・ゲイン特性、周波数・位相特性、及びゲインのうち少なくとも1つを補正する。

Description

明細書 音響特性補正システム 技術分野

この発明は、 音響特性補正システムに関し、 特にアレースピーカー （alley speaker) 等の指向性スピーカーより放射した音声 （又は、 音声ビーム （sound beam) ) を所望の部屋の壁面又は音響反射板にて反射させ、 以つて、 仮想音源 (virtual sound source) を作り出す音響サラウンドシステムにおいて、壁面又 は音響反射板にて反射された音声の音響特性を補正する音響特性補正システム に関する。 背景技術

最近、一般の市場において種々のオーディオソースが頒布'提供されており、 例えば、 D V D (Digital Versatile Disk) には 5 . 1チャンネル等によるマル チチャンネル音声信号が記録されている。 このようなオーディオソースを再生 する音声デジタルサラウンドシステムが一般家庭にも普及しつつある。 図 1 1 は、 音声デジタルサラウンドシステムにおけるスピーカ一の配置例を示す平面 図であり、 符号 Zoneは音響サラウンド再生を行うリスニングルームを示し、 符号 Uは視聴位置を示し、 符号 S P— Lはメインレフト信号 Lを再生するスピ 一力一を示し、 符号 S P— Rはメインライト信号 Rを再生するスピーカーを示 し、 符号 S P— Cはセンター信号 Cを再生するスピーカーを示し、 符号 S P— S Lはリアレフト信号 S Lを再生するスピーカーを示し、 符号 S P— S Rはリ ァライト信号 S Rを再生するスピーカーを示し、 符号 S P— S Wはサブウーハ 信号 （低周波信号） L F Eを再生するサブウーハを示し、 符号 MO Nはテレビ ジョン受像機等の映像装置を示す。

図 1 1の音声デジタルサラウンドシステムにより、 リスニングルーム Zone 内に種々の音場を効果的に実現することができる。 しかしながら、 この音声デ ジタルサラウンドシステムでは、 複数のスピーカーをリスニングルーム Zone 内に分散配置しており、 サラウンド再生用のリアスピーカー S P— S L、 S P 一 S Rを視聴位置 Uの後方に配置するために各スピーカー間の配線が長くなる とともに、 リアスピーカー S P— S L、 S P— S Rの配置がリスニングルーム Zoneの形状や家具の配置等により制約を受けるという欠点がある。

このような欠点を緩和する手段として、 各リアスピーカーを指向性の鋭い指 向性スピーカ一により構成し、 この指向性スピーカーを視聴位置の前方に配置 し、 視聰位置の後方には音響反射板を配置するような音響サラゥンドシステム が提案されており、 例えば、 特開平 0 6— 1 7 8 3 7 9号に開示されている。 ここで、 指向性スピーカーから放射されたサラウンドチャンネルの音声を音響 反射板にて反射させ、 以つて、 視聴位置の後方にリアスピーカーを配置したの と同様の効果を奏するようにしている。 図 1 2は、 上記の特許公開公報に開示 された音響サラウンドシステムにおけるスピー力一の配置例を示す平面図であ り、 符号 B— L、 B— Rは音響反射板を示す。

また、 図 1 3に示すように視聰位置の後方の壁面を音響反射板として使用す る方法も考えられる。 例えば、 特開平 0 3— 1 5 9 5 0 0号に開示された立体 音響再生方法では、 了レースピーカーを使用して所定の空間内に仮想音源を作 り出している。 このような技術を使用すれば、 視聰位置の後方に仮想スピー力 一 (virtual speaker) を作り出すことが可能である。

以上のように、 視聴位置の後方に音響反射板を配置したり、 リスニングルー ムの壁面を音響反射板として使用することにより、 視聴位置の後方に仮想スピ 一力一を作り出すことが可能となる。 しかし、 このような方法では、 仮想スピ 一力一の音響特性が壁面又は音響反射板における音響特性の影響を受けるため、 音響特性の良好な仮想スピーカーを実現することが困難である。

この発明は、 上記の問題を解決するためになされたものであり、 指向性スピ 一力一から放射された音声を所定の部屋の壁面又は音響反射板で反射させて仮 想スピーカーを作り出す音響サラウンドシステムにおいて、 当該壁面又は音響 反射板における音響特性を補正し、 以つて、 仮想スピーカーの音響特性を向上 せしめる音響特性補正システムを提供することを目的とする 発明の開示

この発明は、 指向性の鋭い指向性スピーカーから放射した音声を所定の部屋 の壁面又は音響反射板で反射させて仮想スピーカーを作り出す音響サラウンド システムにおいて、 前記壁面又は音響反射板における音響特性を補正する音響 特性補正システムを提供するものであり、 前記壁面又は音響反射板で反射した 音声が所定の視聴位置にて所望の音響特性を有するように前記指向性スピー力 一に供給する音声信号の周波数 ·ゲイン特性、 周波数 ·位相特性、 及びゲイン のうち少なくとも 1つを補正する特性補正手段を具備するものである。 アレー スピーカー alley speaker)ゃノヽフメ トリクスヒ一 一 (parametric speaker) のような強い指向性を実現できる音声放射装置を所定位置に配置し、 その音波 出力 （即ち、 音声） を所定の壁面又は音響反射板へ放射して、 反射させること により、 当該反射位置にあたかもスピーカーが実在しているような音声定位 (sound localization) を実現することが可能である。 ここで、 問題となるのは 壁面又は音響反射板における音響特性であり、 これを補正すればよい。 この発 明は、 壁や反射板を加工 ·修正するのではく、 指向性スピーカーから放射され る音声に対応する音声信号を補正することにより、 視聴位置に到達する音声に 対して理想的な音響特性 （例えば、 フラットな音響特性） を付与するか、 或い は、 視聴者の望む音響特性を付与する。

この発明の音響特性補正システムの構成の一実施例としては、 前記壁面又は 音響反射板で反射した音声の音響特性を測定する測定手段と、 その測定結果に 基づき前記壁面又は音響反射板で反射した音声が視聴位置で所望の音響特性と なるように前記特性補正手段の周波数 ·ゲイン特性、 周波数 ·位相特性、 及び ゲインのうち少なくとも 1つを制御する制御手段を備えるものである。

この発明によれば、 壁面又は音響反射板で反射した音声の音響特性を測定す る測定手段と、 その測定結果に基づき反射した音声が視聴位置で所望の音響特 性を有するように特性捕正手段における周波数 ·ゲイン特性、 周波数 ·位相特 性、及びゲインのうち少なくとも 1つを制御する制御手段を設けることにより、 壁面毎 （又は部屋毎） の音響特性の相違に対応することができる。 また、 壁面 又は音響反射板で反射した音声の音響特性を測定することにより、 所望の音響 特性が得られるかどうか判断することができ、 以つて、 特性補正手段により補 正を行ったとしても、 所望の音響特性が得られない場合には視聴者にその旨を 通知することもできる。 図面の簡単な説明

図 1は、 この発明の第 1実施例に係る音響特性補正システムの主要部の構成 を示すブロック図である。

図 2は、 図 1に示す特性補正装置の内部構成を示すプロック図である。

図 3 Aは、第 1実施例による音響特性補正動作を示す簡易プロック図である。 図 3 Bは、 音声信号 S 0が有するフラットな周波数 ·ゲイン特性を示す。 図 3 Cは、 図 3 Aに示す音声信号 S 0に基づいて生成される音声 S 1の周波 数 ·ゲイン特性を示す。

図 3 Dは、 図 3 Cに示す音声 S 1を反射して生成した音声 S 2の周波数 ·ゲ ィン特性を示す。

図 3 Eは、 音声信号 S 0が有するブラットな周波数 ·ゲイン特性を示す。 図 3 Fは、 音声信号 S 0の音響特性を補正して生成した音声 S 1の周波数 · ゲイン特性を示す。

図 3 Gは、 図 3 Fに示す音声 S 1を反射して生成した音声 S 2の周波数 ·ゲ ィン特性を示す。

図 4は、 この発明の第 2実施例に係る音響特性補正システムに適用される指 向性スピーカー装置の内部構成を示すブロック図であり、 ここでは、 ァレース ピーカ^"を用いている。

図 5は、 ァレースピーカーのにより実現される仮想スピーカーの指向性制御 を説明するための図である。

図 6は、ァレースピーカーにより多数の仮想スピーカーを実現した例を示す。 図 7は、 アレースピーカ一によりメインチャンネルとサラウンドチャンネル の音声信号を同時に出力した例を示す。

図 8は、 この発明の第 3実施例に係る音響特性補正システムの構成を示すブ 口ック図である。

図 9は、 この発明の第 5実施例に係る音響特性捕正システムの構成を示すブ 口ック図である。

図 1 0は、 この発明の第 6実施例に係る音響特性補正システムの構成を示す プロック図である。

図 1 1は、 デジタルサラウンドシステムにおけるスピーカーの配置例を示す 平面図である。

図 1 2は、 リアスピーカーを視聴位置の前方に配置したサラウンドシステム におけるスピーカーの配置例を示す平面図である。

図 1 3は、 視聴位置の後方の壁面を音響反射板として使用するサラウンドシ ステムにおけるスピーカーの配置例を示す平面図である。 発明を実施するための最良の形態

この発明の好適な実施例について添付の図面を参照して具体例とともに詳細 に記述する。

[第 1実施例]

図 1は、 この発明の第 1実施例に係る音響特性補正システムの構成を示すプ ロック図である。 この音響特性捕正システムは音響サラウンドシステムに適用 されるものであるが、 図 1では、 サラウンドチャンネル （即ち、 リアレフト信 号 S L又はリアライト信号 S R) に係る構成のみを示しており、 メインチャン ネル （即ち、 メインレフト信号 L又はメインライト信号 R) に係る構成につい ては図示を省略している。

第 1実施例に係る音響特性補正システムは、 D VD/ C Dプレーヤ AVアン プ （audio-visual amplifier) 等の音響信号発生装置 1と、 リスニングルームの 壁面又は音響反射板 4で反射した音声が視聴位置 Uで所望の音響特性を有する ように前記音響信号発生装置 1から出力された音声信号の周波数 ·ゲイン特性

(又は周波数 ·振幅特性)、 周波数 ·位相特性 （又は群遅延特性）、 及びゲイン のうち少なくとも 1つを補正する特性補正装置 2と、 壁面又は音響反射板 4に 音声を放射する指向性スピーカー装置 3とにより構成される。

音響信号発生装置 1から出力されたサラウンドチャンネルの音声信号 S 0 (即ち、 リアレフト信号 S L又はリアライト信号 S R ) は、 特性補正装置 2に より補正されて音声信号 S 0 'となり、当該音声信号 S 0 'に基づき指向性スピー カー装置 3から放射される音声 S 1が壁面又は音響反射板 4にて反射され、 そ の反射音声 S 2が視聴位置 Uに到達する。 これにより、 壁面又は音響反射板 4 においてあたかもスピーカーが実在しているような音響定位を実現することが できる。 前記特性補正装置 2は、 音声信号 S 0に対して任意の周波数，ゲイン 特性、 又は周波数 ·位相特性、 又は所望のゲインを付与して音声信号 S 0 'を生 成出力する。

図 2は、特性補正装置 2の構成を示すプロック図である。特性捕正装置 2は、 音響信号発生装置から出力される音声信号 S 0をデジタル信号に変換する AZ D変換器 (analog-to-digital converter) 2 1と、 壁面又は音響反射板 4で反射 された音声 S 2の周波数 ·ゲイン特性が視聴位置 Uで所望の音響特性を有する ように A/D変換器 2 1の出力信号を補正する周波数特性補正フィルタ 2 2と、 音声 S 2の周波数 ·位相特性が視聴位置 Uで所望の音響特性を有するように周 波数特性補正フィルタ 2 2の出力信号を補正する位相特性補正フィルタ 2 3と、 音声 S 2が視聴位置 Uで所望のレベルを有するように位相特性補正フィルタ 2 3の出力信号のゲインを調整するゲイン調整回路 2 4と、 当該ゲイン調整回路 2 4の出力信号をアナログ信号に変換する D /A変換器 （digital-to-analog converter) 2 5とにより構成される。

周波数特性補正フイノレタ 2 2、 位相特性補正フィルタ 2 3、 及びゲイン調整 回路 2 4はいずれも特性の変更を簡単に行えるデジタル回路で構成することが 望ましい。 即ち、 周波数特性補正フィルタ 2 2及び位相特性補正フィルタ 2 3 に対してデジタルフィルタを使用すれば、 そのフィルタ係数を自由に変更でき 14443

るため、 あらゆる周波数 ·ゲイン特性や周波数 ·位相特性を実現することがで きる。 また、 ゲイン調整回路 2 4において、 所謂デジタル掛け算器を使用すれ ば、 掛け算係数を変更することによりゲインを自由に調整することができる。 更に、 周波数特性補正フィルタ 2 2、 位相特性補正フィルタ 2 3、 及ぴ減調整 回路 2 4に対して夫々デジタル回路を使用すれば、 外部からの制御も非常に容 易となる。

次に、 壁面又は音響反射板 4における周波数 ·ゲイン特性を補正する動作に ついて図 3 A乃至図 3 Gを参照して説明する。 本実施例は、 実現されるサゥン ドシステムのモデルが複雑になることを防ぐため、 室内空間内の音声の伝達特 性は理想的なものであることを想定している。

最初に、 音響特性補正を行わない場合、 即ち、 特性補正装置 2を除外した構 成における動作について説明する。 音響信号努生装置 1から音声信号 S 0が出 力されると、 指向性スピー力一装置 3は壁面又は音響反射板 4に対して音声 S 1を放射する。 音声信号 S Oが図 3 Bに示すようにブラットな周波数'ゲイン 特性を有し、 かつ、 指向性スピーカー装置 3及び空間の音響伝達特性が理想的 である場合、 図 3 Cに示すように、 音声 S 1もフラットな周波数 ·ゲイン特性 を有し、 前記壁面又は音響反射板 4に放射される。 この音声 S 1には、 壁面又 は音響反射板 4における周波数 *ゲイン特性が反映されるため、 視聰位置ひに 到達する反射音声 S 2は図 3 Dに示すような周波数 ·ゲイン特性を有するよう になる。

次に、 本実施例のように特性補正装置 2を設けた場合の動作について説明す る。 特性補正装置 2は、 音響信号発生装置 1から出力された音声信号 S 0 (図 3 Eに示す周波数 ·ゲイン特性を有する。）に対して壁面又は音響反射板 4にお ける周波数 ·ゲイン特性と逆の特性を付与する。 即ち、 特性補正装置 2におけ る周波数特性補正フィルタ 2 2は、 壁面又は音響反射板 4において減衰する周 波数のゲインを上げる等の補正を行う。

上記の補正により、 指向性スピーカー装置 3から壁面又は音響反射板 4に対 して放射される音声 S 1には、 図 3 Fに示すような周波数'ゲイン特性が付与 される。 この音声 S 1が壁面又は音響反射板 4で反射される際に前記の図 3 D に示すような周波数 ·ゲイン特性が付与されるため、 結局、 図 3 D及ぴ図 3 F に示す周波数 ·ゲイン特性が打ち消し合い、 視聴位置 Uに到達する音声 S 2の 周波数 ·ゲイン特性は図 3 Gに示すようにフラットになる。 このように、 指向 性スピーカー 3から壁面又は音響反射板 4に放射される音声 S 1の音響特性を 予め特性補正装置 2で捕正することにより、 視聴位置 Uにおいて理想的な周波 数 ·ゲイン特性を実現することができる。

以上の説明は、 周波数 ·ゲイン特性の補正に関するものであるが、 周波数' 位相特性の捕正についても同様に実行できる。 即ち、 壁面又は音響反射板 4に おける反射により特定の周波数について位相遅れが発生する場合には、 前記特 性補正装置 2内の位相特性捕正フィルタ 2 3により予め該当する周波数の位相 を進ませておけばよい。

また、 絶対音圧減衰特性の補正については、 壁面又は音響反射板 4で反射し た音声 S 2のレベル （即ち、 音圧） が視聴位置 Uにおいて最適値となるように 特性補正装置 2内のゲイン調整回路 2 4によりゲインを調整しておけばよい。

リスェングルームの壁面において仮想スピーカーを生成する場合の問題点は、 実際のスピーカーでは一定基準に保証される音響特性 （即ち、 周波数 'ゲイン 特性、 周波数 ·位相特性、 及びゲイン） が仮想スピーカーでは一定基準に達し ないことと、 音響特性が壁の材質等により部屋毎に異なることである。 音響反 射板を仮想スピーカーとする場合、 一定基準以上の音響特性を得るためには価 格が高くなつてしまうという可能性がある。

本実施例では、 指向性スピーカー装置 3から放射される音声について、 壁面 又は音響反射板 4において付与される音響特性を補正するような音響特性を予 め音声信号に付与しており、 これにより、 壁面又は音響反射板 4で反射される 音声の音響特性を改善することができ、 以つて、 仮想スピーカーを実用的なも のとすることができる。

特性捕正装置 2は前述のようにデジタルフィルタにより実現できるが、 当該 デジタルフィルタは音響特性捕正のみならず、 例えば、 パラメ トリックィコラ ィザ （parametric equalizer) の機能を同時に実現することができ、 積極的に システムの周波数 ·位相特性を変更することも可能である。 特性補正装置 2に おいて実現される特性に対して室内音場の特性変更を積極的に加味することに より、 ユーザーの嗜好に合つた音場を創り出すことができる。

尚、 本実施例では、 壁面又は音響反射板 4の周波数 ·ゲイン特性、 周波数 · 位相特性、 及ぴ絶対音圧減衰特性を同時に補正しているが、 この発明は本実施 例の構成に限定されるものではなく、 これらの特性のうち少なくとも 1つを補 正するようにしてもよい。 また、 図 2に示す構成では、 特性補正装置 2内に A ZD変換器 2 1を具備しているが、 音響信号発生装置 1の出力がデジタル信号 である場合には、 AZD変換器は不要となる。

[第 2実施例]

次に、 この発明の第 2実施例について説明する。 この第 2実施例は第 1実施 例において示した指向性スピーカー装置 3としてアレースピーカーを用いてい る。

図 4は、 了レースピーカーを用いた指向性スピーカー装置 3の構成例を示す ブロック図である。 即ち、 第 2実施例における指向性スピーカー装置 3は、 前 記特性補正装置 2から出力される音声信号 S 0 'に対して実現したい指向性（音 声の焦点位置） に対応する遅延時間を付加する遅延回路 3 1と、 遅延回路 3 1 の出力信号のゲインを所望のレベルに調整する複数のゲイン調整回路 3 2 ( 3 2— 1〜3 2— n ) と、 ゲイン調整回路 3 2の出力信号を増幅する複数のアン プ 3 3 ( 3 3— l〜3 3 _ n ) と、 アンプ 3 3により駆動される複数のスピー カー 3 4 ( 3 4— l〜3 4— n ) とを具備する。

指向性スピーカー装置 3は、 各スピーカー 3 4から放射される音声が所望の 壁面又は音響反射板 4に向かうように指向性を制御する。 次に、 指向性スピー カー 3における指向性の制御について図 5を参照して説明する。 壁面又は音響 反射板 4の位置 Pからの距離が Dである円弧を Zとし、 位置 Pと指向性スピー カー装置 3に含まれる複数のスピーカー 3 4 ( 3 4— l〜3 4— n ) とを結ぶ 線を延長し、 これら延長した直線が円弧 Zと交わる交点上の破線円で示す位置 に仮想スピーカー 3 5 ( 3 5— l〜3 5— n ) を配置するものとする。 全ての 仮想スピーカー 3 5から位置 Pまでの距離は Dであるため、 各仮想スピーカー 3 5から放射される音声は同時に位置 Pに到達することとなる。

指向性スピーカ 装置 3内の複数のスピーカー 3 4— i ( i = l， 2， ·■·, n ) 力 ら放射される音声を位置 Pにおいて同時に到達させるためには、 各スピ 一力一 3 4— iと対応する仮想スピーカー 3 5— iとの間の距離 L A iに応じ た遅延時間 L A i ZV (Vは音声伝達速度を示す。）を各スピーカー 3 4— iの 入力信号に付与すればよい。このようなァレースピーカーの動作原理に基づき、 指向性スピーカー装置 3内の遅延回路 3 1は、入力される音声信号 S 0 'に対し て各スピーカー 3 4— iに対応する遅延時間 L A i を付加し、 以つて、 n 個の遅延音声信号を生成出力する。

ゲイン調整回路 3 2— iは、 遅延回路 3 1の出力信号のゲインを調整し、 次 のアンプ 3 3— iはゲイン調整回路 3 2— iの出力信号を増幅してスピーカー 3 4— iを駆動する。 このように、 音声信号に付与される遅延時間を各スピー カー 3 4— i毎に調整することにより、 指向性スピーカー装置 3から放射され る音声の指向性を制御し、 以つて、 各スピーカー 3 4— iから放射された音声 信号の位相を空間内の 1点 （即ち、 焦点） において揃えることができる。

上記のように、 アレースピーカーを用いることにより、 空間内の任意の 1点 を焦点とし、 この焦点位置にあたかもスピーカーが実在するような音声定位を 実現できるので、 壁面又は音響反射板 4に仮想スピー力一を配置するだけでな く、 壁面又は音響反射板 4で反射した後の音声により焦点を作り出すことがで き、 以つて、 壁面又は音響反射板 4と視聴位置 Uとの間の空間内の所望の位置 に仮想スピ—カーを配置することもできる。

また、 アレースピーカーに含まれる複数のスピーカ一により、 複数の異なる 指向性を持った音声を同時に出力することも可能である。 この場合、 図 6に示 すように、 多数の仮想スピーカーを実現することができる。 また、 図 7に示す ようにメインチヤンネルの音声信号とサラウンドチヤンネルの音声信号とを同 時に出力することも可能である。 図 6の場合、 スピーカー S P— S L、 S P— S Rが夫々前記の指向性スピーカー装置 3に相当し、各スピーカー S P— S L、 S P— S Rから複数の異なる指向性を有するサラウンドチャンネルの音声が同 時に放射されている。 図 7の場合、 スピーカー S P— S、 3卩ー3が夫々指向 性スピーカー装置 3に相当し、 各スピーカー S P— L、 S P— Rからメインチ ヤンネルの音声信号とサラウンドチャンネルの音声信号とを同時に出力してい る。

尚、 アレースピーカーの遅延回路 3 1をデジタル回路で構成する場合、 前記 特性補正装置 2内の DZA変換器 2 5は不要となる。 .

[第 3実施例]

次に、 この発明の第 3実施例について説明する。 図 8は、 第 3実施例に係る 音響特性捕正システムの構成を示すプロック図であり、 図 1に示す第 1実施例 と同一の部分には同一の符号を付している。 第 3実施例に係る音響特性補正シ ステムは、 音響信号発生装置 1と、 特性補正装置 2と、 指向性スピーカー装置 3と、 視聴位置に配置されたマイクロフォン 5と、 当該マイクロフォン 5によ り集音された音の音響特性を分析する特性分析装置 6と、 当該特性分析装置 6 の分析結果に基づき、 壁面又は音響反射板 4で反射した音声 S 2が視聴位置に おいて所望の音響特性を有するように特性補正装置 2の周波数 ·ゲイン特性、 周波数 ·位相特性、 及びゲインのうちの少なくとも 1つを制御する補正特性制 御装置 7と、 メインチャンネルの音声信号 （メインレフト信号 L又はメインラ イト信号 R) を出力するメインスピーカー装置 8とを具備する。 上記マイクロ フォン 5と特性分析装置 6とは測定手段を構成し、 また、 補正特性制御装置 7 は制御手段を構成している。

音響信号発生装置 1は、 音響特性分析に適したインパルス信号、 特定周波数 毎の帯域ノイズ、 スイープ信号等の測定用音声信号 S 0を発生出力する。 指向 性スピーカー装置 3から放射された音声 S 1は、 壁面又は音響反射板 4により 反射されて、 音声 S 2となり、 視聴位置に配置されたマイクロフォン 5により 集音される。 特性分析装置 6は、 音声 S 2の音響特性を分析して、 システムの 伝達特性、 即ち、 壁面又は音響反射板 4における音響特性を得る。 補正特性制 御装置 7は、 壁面又は音響反射板 4における音響特性を補正するために、 前記 音声信号 S 0に対して付与すべき特性を算出し、 以つて、 特性捕正装置 2を制 御する。

次に、 前記壁面又は音響反射板 4で反射した音声 S 2の周波数 ·ゲイン特性 及び周波数 ·位相特性が測定し、 その測定結果に基づいて特性捕正装置 2にお ける周波数♦ゲイン特性及び周波数 ·位相特性を制御する動作について説明す る。 ここで、 音響信号発生装置 1は、 測定用の音声信号 S 0として任意の周波 数帯域の帯域ノイズを発生出力する。 このとき、 特性補正装置 2はスルー状態 (through state； S 0 = S 0 ') とし、 メインスピーカー装置 8はオフ状態 （即 ち、 無音状態） とする。 音響信号発生装置 1から出力された帯域ノイズは、 音 声 S 1として指向性スピーカー装置 3より壁面又は音響反射板 4へ放射され、 そこで反射されて、 音声 S 2として視聴位置に配置されたマイクロフォン 5に 到達する。

特性分析装置 6は、 マイクロフォン 5により集音した音声 S 2のレベル （音 圧） を測定する。 この測定動作を音響信号発生装置 1から出力される帯域ノィ ズの周波数を変化させながら繰り返して実行する。 これにより、 音声 S 2に関 して周波数 ·ゲイン特性を測定することができる。 特性分析装置 6は、 音声 S 2の周波数 ·ゲイン特性の測定結果を補正特性制御装置 7へ送る。

補正特性制御装置 7は、 特性分析装置 6により測定された音声 S 2の周波 数 ·ゲイン特性に基づき、 この音声 S 2の周波数 ·ゲイン特性が視聴位置にお いて所望の特性となるように特性補正装置 2内の周波数特性補正フィルタ 2 2 のフィルタ特性を計算し、 当該フィルタ特性を実現するフィルタ係数を計算し て周波数特性捕正フィルタ 2 2に設定する。

また、 音響信号発生装置 1が測定用の音声信号 S Oとして、 周波数が連続的 に変化するスイープ信号ゃィンパルス信号を発生出力する場合、 マイクロフォ ン 5によつて集音した音声 S 2を特性分析装置 6でデジタル信号処理すること により、 音声 S 2の周波数 ·ゲイン特性を効率的かつ高精度に測定することが でき、 また、 音声 S 2の周波数 ·位相特性も測定することができる。 捕正特性制御装置 7は、 特性分析装置 6により測定分析された音声 S 2の周 波数 ·位相特性に基づいて動作し、 当該周波数 ·位相特性が視聴位置において 所望の特性となるように特性補正装置 2内の位相特性補正フイルク 2 3のフィ ルタ特性を計算し、 そのブイルタ特性を実現するフィルタ係数を計算して前記 位相特性補正フィルタ 2 3に設定制御する。

次に、 壁面又は音響反射板 4で反射された音声 S 2の絶対音圧減衰特性を測 定し、 その測定結果に基づいて特性補正装置 2のゲインを制御する動作につい て説明する。 音響信号努生装置 1は、 一定レベルの測定用音声信号 S 0を発生 出力する。 このとき、 特性補正装置 2はスルー状態とし、 メインスピーカー装 置 8はオフ状態 （無音状態） とする。 音響信号発生装置 1から出力された測定 用音声信号 S 0に基づき指向性スピーカー装置 3から放射された音声 S 1は、 壁面又は音響反射板 4で反射されて音声 S 2となり、 視聴位置のマイクロフォ ン 5に到達する。 特性分析装置 6は、 マイクロフォン 5が集音した音声 S 2の レベル （音圧） を測定する。

続いて、 指向性スピーカー装置 3をオフ状態 （無音状態） とし、 一定レベル の測定用音声信号 S 0をメインスピーカー装置 8に供給する。 メインスピーカ 一装置 8は、 測定用音声信号 S 0に基づいて音声 S 3を発生出力して、 視聴位 置のマイクロフォン 5へ放射する。 特性分析装置 6は、 マイクロフォン 5によ り集音した音声 S 3のレベル （音圧） を測定する。 補正特性制御装置 7は、 音 声 S 3のレベルを基準として、 前記音声 S 2のレベルが最適値となるような特 性補正装置 2のゲインを計算し、 このゲインを実現するゲイン係数を計算し、 当該ゲイン係数を特性補正装置 2内のゲイン調整回路 2 4に設定する。

特性補正装置 2の設定後は、 音響信号発生装置 1からメインチヤンネルの音 声信号が発生されてメインスピーカー装置 8に供給されるとともに、 サラウン ドチヤンネルの音声信号が発生されて特性補正装置 2に供給される。

リスニングルームの壁面に仮想スピーカ を実現する場合、 音響特性が壁の 材質等により部屋毎に異なる。 本実施例によれば、 壁面又は音響反射板 4の音 響特性を予め測定することにより、 壁毎 （部屋毎） の音響特性の相違に対応す ることができる。

尚、 上記の測定においては、 各スピーカーから直接マイクロフォン 5に届く 音声、 仮想スピーカ一として機能する壁面又は音響反射板 4を介して間接的に マイクロフォン 5に届く音声、 及び他の壁面に反射された後にマイクロフオン 5に届く音声が重畳されてしまうため、 例え高度なデジタル信号処理技術を用 いても必要な音声のみを抽出することは困難である。 このような環境下におい て、 測定を簡単にする一つの方法として、 マイクロフォン 5として指向性マイ クロフオンを使用し、 測定したい音声のみを選択的に集音する方法が考えられ る。

本実施例では、 測定結果に基づいて特性補正装置 2に対して所望の特性を設 定することができるが、 音響信号発生装置 1より出力される測定用音声信号 S 0を特性設定後の特性補正装置 2に供給して音声 S 1を放射し、 これを反射し て得られた音声 S 2について周波数 ·ゲイン特性、 周波数 ·位相特性、 及ぴ絶 対音圧減衰特性を再測定し、 その再測定結果に基づいて特性補正装置 2の特性 を再度設定するようにしてもよい。 これにより、 捕正制度を向上させることが できる。

また、 本実施例では、 メインスピーカー装置 8からマイクロフォン 5に向け て直接放射する音声 S 3を絶対音圧減衰特性の測定時の基準としているが、 指 向性スピーカー装置 3の指向性を変更し、 当該指向性スピーカー装置 3からマ イク口フォン 5に向けて直接放射する音声を基準とするようにしてもよい。 こ のように、 本実施例ではアレースピーカーを使用することにより、 指向性を容 易に変更することが可能となる。

図 6に示すように 1つの指向性スピーカー装置 3 ( S P— S L又は S P— S R) で複数の仮想スピーカーを実現する場合、 仮想スピーカー毎に特性補正装 置 2を設けて音声信号を補正する必要がある。 但し、 同一の壁面上に複数の仮 想スピーカーを配置する場合、 壁面上の一点において前述の測定を行い、 その 測定結果から求めた周波数 ·ゲイン特性、 周波数 ·位相特性、 及びゲインを特 性補正装置 2に設定してもよい。 これにより、 測定調整過程を簡略化すること ができる。

[第 4実施例]

上記の第 3実施例では、壁面又は音響反射板で反射した音声の特性を測定し、 その測定結果に基づいて捕正特性制御装置 7が特性捕正装置 2のための周波 数 ·ゲイン特性、 周波数 ·位相特性、 及びゲインを計算している。 ここで、 特 性捕正装置 2の周波数 ·ゲイン特性、 周波数 ·位相特性、 及ぴゲインの組み合 わせからなる補正パターンを補正特性制御装置 7に予め複数種類設定しておき、 前記測定結果に基づいて捕正特性制御装置 7が適切な補正パターンを選択する ようにしてもよい。 これにより、 補正特性制御装置 7における計算処理を省略 することができる。

また、 視聴位置での視聴結果に基づいて視聴者が特性補正装置 2に対して適 切な補正パターンを選択するようにしてもよい。 この場合には、 実質的に測定 処理を省略することができるため、 前記のマイクロフオン 5や特性分析装置 6 が不要となる。

[第 5実施例]

次に、 この発明の第 5実施例について説明する。 図 9は、 第 5実施例に係る 音響特性補正システムの構成を示すプロック図であり、 図 8に示した第 3実施 例と同一の部分には同一の符号を付している。 前記第 3実施例で説明した測定 を実行することにより、 壁面又は音響反射板 4における音響特性を測定するこ とが可能である。 即ち、 このような測定機能を利用することにより、 例えば、 減衰率が非常に大きい吸音壁の場合や、 周波数，ゲイン特性に比較的大きな山 谷が存在する場合、 壁面や音響反射板 4における音響特性測定結果に基づいて 特性補正装置 2により捕正を施したとしても、 視聴位置において一定の音響特 性を実現できないこともある。 第 5実施例では、 特性補正装置 2での補正効果 が期待できない場合、指向性スピーカー 3の指向性を自動的に変更し、以つて、 音響特性の良好な壁面又は音響反射板 4において仮想スピーカーを配置するこ とを特 ί敷とする。

以下、 本実施例の動作について図 9を参照して説明する。 ここで、 第 5実施 例において、 壁面又は音響反射板 4で反射した音声 S 2について周波数 ·ゲイ ン特性、 周波数 ·位相特性、 及び絶対音圧減衰特性を測定する構成とその動作 は、 前記の第 3実施例と同等である。

図 9において、 補正特性制御装置 7 aは、 第 3実施例で使用した補正特性制 御装置 7の機能に加えて、 指向性スピーカー装置 3の指向性を制御する機能を 具備しており、 前記測定終了後、 所定の指向性制御係数を指向性スピーカー装 置 3内の遅延回路 3 1に送る。 この遅延回路 3 1は、 各スピーカー 3 4に供給 する音声信号に付与する遅延時間を指向性制御係数に応じて変更し、 以つて、 指向性スピーカー装置 3から放射される音声 S 1の焦点位置を変更する。

上記のように、 指向性スピーカー装置 3の指向性を変更しながら、 壁面又は 音響反射板 4で反射された音声 S 2についての測定を繰り返し実行する。 図 9 では、 指向性スピーカー装置 3から指向性を少しずつ変更した 3種類の音声 S 1 - 1 , S 1 - 2 , S 1—3を放射せしめ、 これらを壁面又は音響反射板 4に て反射した 3種類の音声 S 2 - 1 , S 2 - 2 , S 2— 3についてその特性を夫々 測定する。 補正特性制御装置 7 aは、 音声 S 2— 1、 S 2 - 2 , S 2— 3の特 性の測定結果と、その測定時における指向性制御係数とを関連付けて記憶する。 その後、 補正特性制御装置 7 aは、 記憶した音声 S 2の特性の中から最良の 特性を選択し、 それに対応した指向性制御係数、 即ち、 壁面又は音響反射板 4 上の位置 （即ち、 焦点位置） を仮想スピーカーの位置として設定する。

以上のように、 本実施例によれば、 指向性スピーカー装置 3の指向性を自動 的に変更しながら測定を実行することにより、 音響特性の劣化した壁面又は音 響反射板上に仮想スピーカーを配置することを避けることができ、 以つて、 音 響特性が良好な壁面又は音響反射板上に仮想スピーカーを配置することができ る。

尚、 指向性スピーカー装置 3の指向性を変更しながら壁面又は音響反射板 4 で反射した音声 S 2について測定を繰り返し実行した結果、 特性補正装置 2に よる捕正効果が低いと判断される場合、 補正特性制御装置 7 aは通知装置 9を 介して視聴者に対して所望の音響特性を得ることができない旨を通知するよう にしてもよい。 この視聴者への通知方法とレて、 例えば、 所定のランプを点灯 させたり、 ディスプレイの画面上に所望の音響特性が得られないというメッセ ージを表示するようにしてもよい。 このような通知を受けた視聴者は、 別途、 音響特性の良好な音響反射板を用意することにより、 仮想スピーカーの特性を 改善することができる。

尚、 本実施例では、 指向性スピーカー装置 3の指向性を自動的に変更してい るが、 この指向性制御を手動制御とし、 特性補正装置 2の補正効果が低いと判 断される場合、 補正特性制御装置 7 aは通知装置 9を介して視聴者に対して所 望の音響特性が得られない旨を通知するようにしてもよい。 この場合、 視聴者 は指向性スピーカー装置 3の指向性を変更して壁面の他の領域において仮想ス ピーカーを設置したり、 或いは、 視聴者が良好な特性を有する音響反射板を用 意したりする。

[第 δ実施例]

次に、 この発明の第 6実施例について説明する。 図 1 0は、 第 6実施例に係 る音響特性補正システムの構成を示すプロック図であり、 図 8に示す第 3実施 例と同一の部分は同一の符号を付している。 第 6実施例に係る音響特性補正シ ステムは、 音響信号発生装置 1と、 特性補正装置 2と、 指向性スピーカー装置 3と、 マイクロフォン 5と、 特性分析装置 6 bと、 補正特性制御装置 7 bと、 メインスピーカー装置 8と、 メインチャンネルの音声信号を遅延する遅延補正 装置 1 0とを具備する。 ここで、 特性分析装置 6 bは、 メインスピーカー装置 8から放射されて視聴位置に直接届く音声 S 3と、 指向性スピーカー装置 3か ら放射されて壁面又は音響反射板 4で反射して視聴位置に届く音声 S 2との到 達時間差を測定する。 補正特性制御装置 7 bは、 特性分析装置 6 bの分析結果 に基づいて、 音声 S 2と音声 S 3の到達時間が一致するように遅延補正装置 1 ◦の遅延時間を設定する。

メインスピーカー装置 8から視聴位置に直接届く音声と、 指向性スピー力一 装置 3から壁面又は音響反射板 4を経由して視聴位置に届く音声とでは、 伝搬 距離が異なるため、 両者の視聴位置での到達時間が異なることとなる。 本実施 例では、 このようなメインチャンネルの音声信号とサラウンドチャンネルの音 声信号との視聴位置における到達時間の差を補正するために、 メインチャンネ ルの音声信号に付与する遅延時間を制御する。

遅延時間の測定方法として、 壁面又は音響反射板 4で反射した音声 S 2の絶 対遅延時間を測定する方法と、 相対遅延時間を測定する方法とがある。 先ず、 絶対遅延時間を測定する方法について説明する。 音響信号発生装置 1は、 特性 分析装置 6 bから出力されたトリガ信号に応じて測定用音声信号 S 0を発生し て特性捕正装置 2へ供給する。 この測定用音声信号 S 0は特性捕正装置 2を経 由して指向性スピーカー装置 3に供給され、 音声 S 1として壁面又は音響反射 板 4に向けて放射され、 そこで反射された音声 S 2が視聴位置のマイクロフォ ン 5に到達する。 特性分析装置 6 bは、 トリガ信号を発した後、 音声 S 2がマ イク口フォン 5で検出されるまでの到達時間を測定する。

続いて、 音響信号発生装置 1は、 特性分析装置 6 bから出力されるトリガ信 号に応じて測定用音声信号 S 0を遅延補正装置 1 0へ出力する。 このときの遅 延補正装置 1 0の遅延時間は最小値に設定する。 測定用音声信号 S 0は遅延補 正装置 1 0を介してメインスピーカー装置 8に供給され、 音声 S 3がマイクロ フォン 5に向けて放射される。 これにより、 特性分析装置 6 bは、 トリガ信号 を発してから音声 S 3がマイクロフオン 5で検出されるまでの到達時間を測定 する。 次に、 特性分析装置 6 bは、 音声 S 2の到達時間と音声 S 3の到達時間 との差を絶対遅延時間として検出する。 尚、 音響信号発生装置 1から特性補正 装置 2と遅延補正装置 1 0に対して同時にインパルス信号を供給し、 当該イン パルス信号に基づき放射された音声 S 2 , S 3がマイクロフォン 5に到達する 時間差を検出することにより、 絶対遅延時間を測定することも可能である。 次に、 相対遅延時間を測定する方法について説明する。 音響信号発生装置 1 は、 特性分析装置 6 bから出力されるトリガ信号に応じて測定用音声信号 S 0 を発生して特性補正装置 2と遅延補正装置 1 0に対して同時に供給する。 特性 分析装置 6 bは、 マイクロフォン 5で集音した複数の音声の相関を検出して相 対遅延時間を算出する。 このときの測定用音声信号 S Oとして、 インパルス信 号やランダムノイズを用いることができる。

次に、 補正特性制御装置 7 bは、 特性分析装置 6 bで測定された絶対遅延時 間又は相対遅延時間に基づき、 メインスピーカー装置 8から放射される音声の 視聴位置の到達時間と、 指向性スピーカー装置 3から放射されて壁面又は音響 反射板 4で反射された音声の視聴位置の到達時間とがー致するように、 前記遅 延補正装置 1 0の遅延量を設定する。 遅延補正装置 1 0は、 簡易に細かく遅延 時間を調整できるようにデジタルメモリで構成することが好ましい。 遅延補正 装置 1 0の遅延量設定後、 音響信号発生装置 1から遅延補正装置 1 0に対して メインチャンネルの音声信号が供給され、 また、 特性補正装置 2に対してサラ ゥンドチャンネルの音声信号が供給される。

上記のように、 本実施例では、 メインチャンネルの音声信号を遅延捕正装置 1 0にて遅延せしめることにより、 メインスピーカー装置 8から放射されて直 接視聴位置に届く音声の到達時間と、 指向性スピーカー装置 3から放射されて 壁面又は音響反射板 4にて反射された後、 視聴位置に届く音声の到達時間とを 一致させることができる。

メインスピーカー装置 8にァレースピーカーを用いる場合、 このァレースピ 一力一内の遅延回路に遅延補正装置 1 0の機能を兼用させることができる。 尚、 第 1実施例乃至第 6実施例で用いた特性分析装置 6， 6 b及び補正特性 制御装置 7、 7 a、 7 bの少なくとも一部をマイクロコンピュータにより実現 することができる。

上記のように、 この発明は指向性スピーカーから放射した音声を壁面又は音 響反射板で反射させて仮想スピーカーを作り出すサラウンドシステムに適用す ることができる。

尚、 この発明は上記の実施例に限定されるものではなく、 発明の範囲内にお ける種々の変更はこの発明に包含されるものである。

Claims

請求の範囲

1 . 指向性スピーカー装置から放射した音声を壁面又は音響反射板で反射させ て仮想スピーカーを作り出す音響サラウンドシステムに適用され、 前記壁面又 は音響反射板における音響特性を捕正する音響特性補正システムにおいて、 前記壁面又は音響反射板で反射した音声が所望の視聴位置において所望の音 響特性を有するように、 前記指向性スピーカー装置に入力される音声信号の周 波数 ·ゲイン特性、 周波数 ·位相特性、 及びゲインのうち少なくとも 1つを補 正するようにしたことを特徴とする音響特性補正システム。

2 . 指向性スピーカー装置から放射した音声を壁面又は音響反射板で反射させ て仮想スピーカーを作り出す音響サラウンドシステムに適用され、 前記壁面又 は音響反射板における音響特性を補正する音響特性補正システムであって、 前記壁面又は音響反射板で反射した音声の音響特性を測定する測定手段と、 前記測定手段の測定結果に基づき、 前記壁面又は音響反射板で反射した音声 が所望の視聴位置において所望の音響特性を有するように、 前記指向性スピー カー装置に入力される音声信号の周波数 ·ゲイン特性、 周波数 ·位相特性、 及 ぴゲインのうち少なくとも 1つを補正する特性補正手段とを具備することを特 徴とする音響特性捕正システム。

3 . 前記指向性スピーカー装置に入力される音声信号について、 周波数 ·ゲイ ン特性、 周波数 ·位相特性、 及びゲインのうち少なくとも 1つを前記特性補正 手段に設定する制御手段を具備することを特徴とする請求項 2記載の音響特性 捕正システム。

4 . 前記指向性スピーカー装置をァレースピーカーにより構成することを特徴 とする請求項 1又は 2記載の音響特性補正システム。