WO2006132136A1 - オーディオ装置及び音声ビーム制御方法 - Google Patents

オーディオ装置及び音声ビーム制御方法 Download PDF

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Susumu Takumai
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Yamaha Corporation
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    • H04R5/00—Stereophonic arrangements
    • H04R5/02—Spatial or constructional arrangements of loudspeakers

Definitions

  • the present invention relates to an audio apparatus using a speaker array, and more particularly to an audio beam control method for generating an audio beam having a predetermined directivity according to an audio signal and controlling the directivity of the audio beam. .
  • Non-Patent Document 1 In order to solve the above problem, a local speaker installed in the vicinity of a specific viewer An amplifier has been put into practical use (see Non-Patent Document 1).
  • Non-patent document 1 “Mimimoto-kun, kind to the ears”, online search by Internet: UR L: http: //home.sOO. Itoscom. Net / large / CS-30P /
  • Non-Patent Document 1 is also configured with an amplifier speaker (or earphone) force placed in the vicinity of a specific viewer, and it is necessary to connect the device to a television receiver with a cable. is there. For this reason, cables and amplifier speakers are in the way and installation is troublesome.
  • An object of the present invention is to provide a viewer in the vicinity of an audio / video device that does not have a separate speaker in the vicinity of a specific viewer, a viewer in a remote location, and a viewer with weak hearing. Is to provide an audio apparatus capable of listening to the same audio content with the same volume and sound quality, and an audio beam control method thereof.
  • a speaker array in which a plurality of speaker units are arranged, a volume control unit that controls the volume of an input audio signal, and an audio signal are supplied to a speaker unit of the speaker array.
  • the main processing unit that outputs at least one sound beam radiated in a predetermined direction from the speaker array, and the high frequency range component included in the sound signal are emitted with directivity characteristics that are distributed over a wide range.
  • An audio device includes a high-frequency range control unit that is controlled so as to be sounded and is supplied to the speaker array, and a control unit that controls the output level of the high-frequency range control unit according to the volume of the audio signal and z or the radiation direction of the audio beam It is to have.
  • the second aspect of the present invention corresponds to a speaker array in which a plurality of speaker units are arranged, a volume control unit that controls the volume of an input audio signal, and a plurality of speaker units corresponding to the audio signal.
  • the audio device includes an audio signal processing unit that performs individual processing and outputs at least one audio beam from the speaker array.
  • the audio signal processing unit performs delay processing on the audio signal, thereby assigning the audio beam.
  • a window function is applied to the audio signal so that the focal position is reached at a fixed timing and the volume gradually decreases from the center to the both ends of the speaker array, and the amount of window function applied is controlled according to the volume. To do.
  • a third aspect of the present invention is a beam control method applied to an audio device including a speaker array in which a plurality of speaker units are arranged. Controls the timing at which each speaker unit of the speaker array is supplied, so that at least one sound beam radiated in a predetermined direction is output from the speaker array, and a wide range of high-frequency components included in the sound signal are output. It is to be supplied to the speaker array at a level according to the volume and Z or the direction of the sound beam so that the sound is emitted with the directivity characteristic distributed in the.
  • a fourth aspect of the present invention provides a beam control method applied to an audio apparatus including a speaker array in which a plurality of speaker units are arranged, and controls a sound volume of an input audio signal to Are subjected to individual processing corresponding to each of the plurality of speaker units to output at least one sound beam from the speaker array, and by delaying the sound signal, the sound beam is brought to the focal position at a predetermined timing.
  • the window function is applied to the audio signal so that the volume is gradually reduced from the center to both ends of the speaker array, and the application amount of the window function is controlled according to the volume.
  • the setting when an audio device user listens to audio content alone, the setting can be made to reduce leaked sound. Also, when multiple people watch the same audio content, the power of the specific person S speaker array device power is also in a distant position, or the specific person is an elderly person whose hearing has declined It is possible to transmit a sound to a specific person at a high sound volume (or high sound pressure), while transmitting sound to other persons at a normal volume and sound quality.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a method of forming an audio beam using a speaker array device.
  • FIG. 2 shows the driving of the speaker array device based on the audio signal subjected only to timing control.
  • (B) shows the characteristics of the sound beam formed based on the sound signal with volume adjustment by the window function, and (C) shows the high-frequency beam characteristics. .
  • (A) is a front view showing an overview of a system in which an audio device and a television receiver are combined
  • (B) is a block diagram showing the configuration of the system.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an internal configuration of the audio device.
  • ⁇ 5 (A) shows beam control when an omnidirectional sound beam is output using a speaker array device, and (B) shows only the high-frequency component of the speaker array device without beam control. Indicates output.
  • the speaker array device force is also a graph showing the relationship between the beam angle of the emitted sound beam and the added high-frequency component.
  • FIG. 7 shows an example of the application amount of the window function according to the sound volume and beam angle in the sound signal beamization processing, and (B) shows the application amount of the window function, sound volume and beam angle. It is a graph which shows the relationship.
  • the audio device may be configured to be connected to an audio / video device such as a television receiver, or may be used alone.
  • the audio device includes a speaker array device.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a method of forming an audio beam using a speaker array device.
  • the speaker array device has a plurality of speaker units arranged in a horizontal direction. For example, assume a speaker array device with 40 small speakers arranged in 3 rows (searchable via the Internet: URL: http: ZZwww.yamaha. Co.jp/news/2004/0411160 1. htmD o Are supplied with the same audio signal, but their timing and volume can be controlled independently for each speaker unit, as shown in Fig. 1. Therefore, the sound wave propagating in the F direction (focus direction or main beam direction) forms a sound beam having a high sound pressure by matching the phase of the sound emitted from the speaker unit. The sound beam with high sound pressure in this way reduces attenuation due to distance.
  • the formed sound beam can transmit a clear sound having a high sound pressure in the main beam direction, and the sound pressure is suppressed in the off-beam direction and only a small leaked sound is transmitted. It becomes.
  • an audio signal can be output with a wide range of directivity characteristics (or omnidirectionality). it can.
  • Figs. 2 (A) to (C) show the characteristics of various sound beams formed using a speaker array device. (Beam characteristics or sound pressure distribution). Since the speaker array device has a finite length, side lobes are generated in the formed sound beam. When audio signals of the same volume with timing control are supplied to a plurality of speaker units constituting the speaker array device
  • FIG. 2 (B) a window in which the volume of the audio signal supplied to the plurality of speaker units included in the speaker array device is reduced by directing both ends of the central portion of the speaker array device
  • a high-level main beam is formed at the front center of the speaker array device, and the side lobe level is suppressed to a small level.
  • low-level leaked sound propagates in the off-beam direction.
  • FIGS. 2 (A) and 2 (B) show the beam characteristics of the sound beam corresponding to the sound signal in the middle range.
  • Figure 2 (C) shows the beam characteristics of the sound beam corresponding to the sound signal in the high frequency range, and the beam characteristics were controlled using the window function shown in Figure 2 (B). The higher the frequency, the sharper the beam characteristics of the audio signal, and the lower the level of leaked audio.
  • the sound component particularly the sound component in the high sound range, is attenuated in the off-beam direction.
  • the audio apparatus uses the beam characteristics of the speaker array apparatus described above, and the user can freely set and cancel the beam control mode with the remote controller, and the focal position of the audio beam (in the main beam direction and distance). Defined). Also, the audio device performs the following two types of off-beam volume control based on the volume set in the beam control mode, assuming the user's usage mode.
  • the volume is controlled to be larger than a predetermined medium volume in the beam control mode.
  • a predetermined medium volume in the beam control mode For example, several people use audio devices to listen to audio content, but certain people have the power to be in a kitchen or other places where the audio devices are separated, or elderly people whose hearing has declined.
  • the sound beam toward a specific person It is estimated that the other person is in the off-beam direction.
  • the following processing is performed assuming that an audio beam is set only in the direction of a single listener so as not to bother other people in the vicinity at midnight.
  • the audio signal reaches the listener while maintaining the clarity even at a low volume. Also, since the audio signal is of a low volume, the leaked sound due to side lobes and reflections will not be unpleasant and will not cause inconvenience to others around you.
  • FIG. 3 (A) is a front view schematically showing an overview of a system in which an audio device and an audio / video device are combined.
  • the audio device including the speaker array device 2
  • the 42-inch television receiver including the display 3.
  • FIG. 3B is a block diagram illustrating a configuration of a system in which an audio apparatus and a television receiver are combined.
  • the television tuner 11 outputs a video signal and an audio signal.
  • the video signal is supplied to the video signal processing unit 13, and the color signal, the luminance signal, the synchronization signal, and the like are separated and supplied to the display 3.
  • Display 3 displays video based on the input signal. Display an image.
  • the audio signal is supplied to the audio signal processing unit 12 in the audio apparatus 1.
  • the audio signal processing unit 12 performs volume control of the audio signal and also performs delay control and volume control for the speech force units that constitute the speaker array 2.
  • the control unit 10 has jurisdiction over delay control and volume control in the audio signal processing unit 12 described above.
  • the audio device 1 is provided with an infrared remote controller 4, and when the user operates the infrared remote controller 4, the beam control mode is turned on and off, the focal position (defined by the main beam direction and distance). Instructs the control unit 10 for setting and volume.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an internal configuration of the audio signal processing unit 12.
  • the audio signal processing unit 12 can be composed of an analog signal processing circuit and a processor for processing digital signals.
  • the audio signal processing unit 12 is configured using a processor that processes a digital signal.
  • the volume of the input audio signal is adjusted by the main volume 21. Thereafter, the audio signal is branched into a main processing unit and a sub processing unit (that is, a high sound range control unit).
  • the main processing unit performs predetermined processing on the audio signal, and has a beam processing unit 22.
  • the beamization processing unit 22 generates a sound beam based on the sound signal, or the timing and volume of the sound signal supplied to each speaker unit so that the sound is output omnidirectionally.
  • the beam processing unit 22 includes a delay processing unit and a gain controller that individually correspond to the speaker units.
  • an audio signal whose timing and volume are controlled passes through an adder 23 and a power amplifier 24 provided for each speaker unit. And supplied to each speaker unit of the speaker array apparatus 2.
  • the high sound region control unit is for adding a high sound region component to the off-beam direction, and includes a high-pass filter 25, a sound volume control unit 26, and a beam processing unit 27.
  • the high-pass filter 25 is an active filter capable of changing the Qf actor indicating the cutoff frequency and the steepness of the cutoff by the control unit 10, and is set according to the beam angle and volume.
  • the volume control unit 26 controls the volume of the high-frequency audio signal extracted by the no-pass filter 25.
  • the beam processing unit 27 has the same configuration as the beam processing unit 22 of the main processing unit, and delay control is performed for each loudspeaker unit with respect to the high-frequency component whose volume is controlled by the volume control unit 26.
  • the adder 23 adds the output signal of the main processing unit and the output signal of the high frequency range control unit for each speaker unit.
  • the high-frequency range control unit is controlled by the control unit 10 to function when the main volume 21 is set to a medium volume or higher.
  • the high sound range control unit outputs the high sound range component in the off-beam direction with a directional characteristic or a non-directional characteristic distributed over a wide range.
  • the beam forming processing unit 27 is set so as to realize the beam distribution shown in FIGS. 5 (A) and 5 (B).
  • FIG. 5A shows a system in which a focal point is set behind the speaker array device 2 and the timing of each speaker unit is controlled so that sound is diffused from the focal point.
  • the delay time given to the speaker units located at both ends of the speaker array device 2 is the maximum, while the delay time given to the speaker units located at the center of the speaker array device 2 is substantially zero. Timing control is performed so that
  • FIG. 5 (B) shows a system in which only high-frequency components are output using a part of the speaker unit included in the speaker array device 2 without performing beam control using the speaker array device 2. Yes. In this method, no sound beam is output from the speaker array device 2, and only the high frequency range component of the sound signal is output with the directivity characteristics of a predetermined speaker unit alone.
  • FIG. 6 shows the volume set to the main volume 21 and the beam processing unit 22 of the main processing unit. Will be described with reference to the beam angle (ie, the angle of the sound beam radiating direction diffusing from the front direction of the speaker array device 2), and the additional control of the high frequency range component (ie, the setting control of the volume control unit 26). It is a graph.
  • the volume is higher than the medium volume, it is estimated that a plurality of people listen to the same audio content, and that a specific person among them listens to the sound at a relatively large volume. In this case, it is necessary to set the sound beam for a specific person and let other people hear the leaked sound in the off-beam direction. Therefore, in the off-beam direction, a high-frequency component is added, so that the high-frequency component of the leaked sound is emphasized and a flat characteristic sound is generated.
  • the high frequency range component is significantly attenuated at a location deviating from the main beam direction. Increase the amount.
  • FIGS. 7A and 7B are applied to the beamization processing unit 27 according to the volume set in the main volume 21 and the beam angle set in the beamization processing unit 22 in the main processing unit. It shows how to control the window function application amount.
  • the window function that gradually decreases the sound volume from the central part of the speaker array toward both ends is weighted between the state where the side lobe is minimized and the state where the window function is not multiplied.
  • the window function application amount is increased (see a in Figs. 7A and 7B). Thereby, the surrounding leaking voice can be minimized.
  • the window function application amount is reduced. Decrease the size (see b and c in Fig. 7 (A) and (B)).
  • the volume control by the window function is not performed, and an audio signal having a flat volume characteristic is supplied to all speaker units included in the speaker array apparatus 2 (Fig. 7 (A ), See d in (B)). As a result, the side lobe is increased, and thus the volume of the leaked voice is also increased.
  • the addition control of the high frequency range component and the sidelobe control using the window function are used together, but only one of them may be executed.
  • the added amount of the high frequency range component and the application amount of the window function are automatically set based on the volume setting of the main volume 21! Let's set the additional amount and the application amount of the window function.
  • the cut-off frequency and Qfactor of the high-pass filter 25 may be controlled in accordance with the volume set in the main volume 21 and the beam angle set in the beam processing unit 22 of the main processing unit. .
  • the beam characteristics differ depending on the frequency of the audio signal. Therefore, the audio signal is divided into bands and different window functions are set for each band. Such beam control may be executed. As a result, similar beam characteristics can be realized for all frequency bands.
  • the present invention provides an audio device that performs beam control using an array speaker device, and can be used by being connected to an existing audio-visual device, thereby easily realizing audio content listening control. It can be applied to various audio / video systems.

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Abstract

　複数のスピーカユニットを配列したスピーカアレイ装置を具備するオーディオ装置において、特定者に対してメインビーム方向で音声ビームを放射することにより、一定の音質でオーディオコンテンツを聴取できるようにする。また、他の人はオフビーム位置でオーディオコンテンツを聴取するため、中音域及び低音域については音声ビームのサイドローブによる漏れ音声が伝達されることとなり、適度な音量にて音声を聴取することができる。一方、高音域は鋭くビーム制御されるため、中音量以上の音量については、上記音声ビームに重畳して高音域成分を無指向性で放射する。

Description

明 細 書
オーディオ装置及び音声ビーム制御方法
技術分野
[0001] 本発明は、スピーカアレイを用いたオーディオ装置に係り、特に音声信号に応じて 所定の指向性を有する音声ビームを発生するとともに、当該音声ビームの指向性を 制御する音声ビーム制御方法に関する。
本願は、 2005年 6月 6日の日本国特許出願、特願 2005— 166230号に基づき優 先権を主張し、その内容をここに援用する。
背景技術
[0002] 現在、先進国の都市部に生活する人々は多様なライフスタイルを享受しており、以 つて、多様な時間帯で活動している。また、人口の増加に伴い、特に都市部におい て住宅が密集しており、同居の家族のみならず近隣の住民に対する騒音被害が増 加する傾向がある。例えば、夜間に音声映像機器 (例えば、テレビ受像機)を視聴す る場合に比較的大音量の音声を発生すると、視聴者以外の人々に不快感を与えるよ うな騒音被害が発生する。また、人々のプライバシーの保護という観点からも、騒音 被害を少なくすることが必要となる。
[0003] これまでは、視聴者は音量を小さくして周囲の人々に騒音被害を与えないように配 慮してきたが、単純に音量を小さくすると、音声コンテンツ (或いは、プログラム）を聴 取しにくくなると 、う不都合がある。
[0004] また、視聴者が音声映像機器から離れた場所 (例えば、リビングルームと離間した キッチン等）にいる場合や、聴力の衰えた高齢者が音声映像機器を視聴する場合、 音量を十分上げる必要がある。しかし、音声映像機器の近接位置における視聴者や 健全な聴力を有する視聴者が同時に同じコンテンツ (或いはプログラム）を視聴する 場合、音量を大きくすると不快感を発生するという問題点がある。また、コンテンツ (或 いはプログラム）を視聴する意思のない同居の家族、或いは、近隣の人々にとつて音 量を大きくすることは騒音被害を発生することとなる。
[0005] 上記の問題点を解決するため、特定の視聴者の近辺に設置するローカルスピーカ アンプが実用化されて 、る (非特許文献 1参照)。
非特許文献 1：「耳に優しいみみもとくん α」、インターネットによるオンライン検索: UR L : http : //home. sOO. itoscom. net/large/CS - 30P/
[0006] しかし、非特許文献 1に開示された装置は特定の視聴者に近辺に配置するアンプ スピーカ（又は、イヤホーン)力も構成されており、当該装置をケーブルでテレビ受像 機と接続する必要がある。このため、ケーブルやアンプスピーカが邪魔となり、かつ、 設置が面倒である。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] 本発明の目的は、特定の視聴者の近辺に別途スピーカを設けることなぐ音声映像 機器の近接位置にいる視聴者、そこ力 離れた場所にいる視聴者、及び聴力の衰え た視聴者のいずれもが同様の音量及び音質で同一のオーディオコンテンツを聴取 することができるオーディオ装置及びその音声ビーム制御方法を提供することである
課題を解決するための手段
[0008] 本発明の第 1の態様は、複数のスピーカユニットを配列したスピーカアレイと、入力 された音声信号の音量を制御する音量制御部と、音声信号をスピーカアレイのスピ 一力ユニットに供給するタイミングを制御することにより、所定方向に向けて放射され る少なくとも 1つの音声ビームをスピーカアレイより出力せしめる主処理部と、音声信 号に含まれる高音域成分を広範囲に分布する指向特性で放音されるように制御して スピーカアレイに供給する高音域制御部と、音声信号の音量及び z又は音声ビーム の放射方向に応じて高音域制御部の出力レベルを制御する制御部をオーディオ装 置に具備することである。
[0009] 本発明の第 2の態様は、複数のスピーカユニットを配列したスピーカアレイと、入力 された音声信号の音量を制御する音量制御部と、音声信号に複数のスピーカュニッ トの夫々に対応した個別の処理を施してスピーカアレイより少なくとも 1つの音声ビー ムを出力せしめる音声信号処理部をオーディオ装置に具備することである。音声信 号処理部において、音声信号に対して遅延処理を施すことにより、音声ビームを所 定タイミングで焦点位置に到達せしめるとともに、スピーカアレイの中央部から両端部 に向かって音量を徐々に小さくするような窓関数を音声信号に適用し、当該窓関数 の適用量を音量に応じて制御する。
[0010] 本発明の第 3の態様は、複数のスピーカユニットを配列したスピーカアレイを具備す るオーディオ装置に適用されるビーム制御方法において、入力された音声信号の音 量を制御し、音声信号がスピーカアレイの各スピーカユニットに供給されるタイミング を制御し、以つて、所定方向に向けて放射される少なくとも 1つの音声ビームをスピー 力アレイから出力せしめ、音声信号に含まれる高音域成分を広範囲に分布する指向 特性で放音するように、音量及び Z又は音声ビームの方向に応じたレベルでスピー 力アレイに供給することである。
[0011] 本発明の第 4の態様は、複数のスピーカユニットを配列したスピーカアレイを具備す るオーディオ装置に適用されるビーム制御方法において、入力された音声信号の音 量を制御し、音声信号に複数のスピーカユニットの夫々に対応した個別の処理を施 してスピーカアレイより少なくとも 1つの音声ビームを出力せしめ、音声信号に対して 遅延処理を施すことにより、音声ビームを所定タイミングで焦点位置に到達せしめると ともに、スピーカアレイの中央部から両端部に向力つて音量を徐々に小さくするような 窓関数を音声信号に適用し、当該窓関数の適用量を音量に応じて制御することであ る。
発明の効果
[0012] 本発明によれば、オーディオ装置のユーザが一人でオーディオコンテンツを聴取 する場合、漏れ音声を少なくする設定とすることができる。また、複数の人で同一のォ 一ディォコンテンツを視聴する際、その内の特定者力 Sスピーカアレイ装置力も離れた 位置にいる力、或いは、特定者が聴力の衰えた高齢者である場合、特定者には大音 量 (又は高音圧)で音声を伝達し、一方、他の人には通常の音量及び音質で音声を 伝達することができる。
図面の簡単な説明
[0013] [図 1]スピーカアレイ装置を用いた音声ビームの形成方法を説明する図である。
[図 2] (A)はタイミング制御のみを施した音声信号に基づきスピーカアレイ装置を駆 動して形成した音声ビームの特性を示し、 (B)は窓関数による音量調整を施した音 声信号に基づき形成した音声ビームの特性を示し、 (C)は高音域のビーム特性を示 す。
圆 3] (A)はオーディオ装置とテレビ受像機を組み合わせたシステムの概観を示す正 面図であり、 (B)は当該システムの構成を示すブロック図である。
[図 4]オーディオ装置の内部構成を示すブロック図である。
圆 5] (A)はスピーカアレイ装置を用いて無指向性で音声ビームを出力する場合のビ ーム制御を示し、 (B)はビーム制御を行わずスピーカアレイ装置力 高音域成分の みを出力することを示す。
圆 6]スピーカアレイ装置力も放射される音声ビームのビーム角度と付加される高音 域成分との関係を示すグラフである。
[図 7] (A)は音声信号のビーム化処理において、音量及びビーム角度に応じた窓関 数の適用量の例を示しており、 (B)は窓関数の適用量と音量及びビーム角度との関 係を示すグラフである。
符号の説明
1 オーディオ装置
2 スピーカアレイ装置
3 テレビ受像機 I
4 赤外線リモコン
10 制御部
11 チューナ
12 映像信号処理部
13 音声信号処理部
21 メインボリューム
22 ビーム化処理部
23 加算器
24 パワーアンプ 26 音声制御部
27 ビーム化処理部
発明を実施するための最良の形態
[0015] (音声ビームの説明）
添付図面を参照して本発明の好適な実施例に係るオーディオ装置について説明 する。このオーディオ装置はテレビ受像機等の音声映像機器に接続するよう構成し てもよく、また、オーディオ装置単体で使用されるものであってもよい。
[0016] 本実施例に係るオーディオ装置は、スピーカアレイ装置を具備するものである。図 1 は、スピーカアレイ装置を用いた音声ビームの形成方法を説明する図である。スピー 力アレイ装置は、複数のスピーカユニットを水平方向に配列したものである。例えば、 40個の小型スピーカを 3列配置したスピーカアレイ装置を想定する（インターネットに て検索可能： URL : http : ZZwww. yamaha. co. jp/news/2004/0411160 1. htmD o各スピーカユニットには同じ音声信号が供給されているが、その供給タイ ミング及び音量は各スピーカユニット毎に独立して制御可能となっている。図 1に示 すように、各スピーカユニットの出力タイミング (即ち、遅延時間）を制御する。これによ り F方向（焦点方向、或いは、メインビーム方向）に伝播する音波はスピーカユニット の放射音声の位相が一致して高い音圧を有する音声ビームを形成する。このように 高い音圧を有する音声ビームにより、距離による減衰を少なくしている。
[0017] 一方、メインビーム方向以外の方向（即ち、オフビーム方向）では、スピーカユニット 力 出力される音波の位相がずれるため、互いに打ち消しあって減衰し、音圧が低 下する。
[0018] 即ち、形成された音声ビームはそのメインビーム方向において音圧の高い明瞭な 音声を伝達することができ、そのオフビーム方向では音圧が抑制されて小さな漏れ音 声のみが伝達されることとなる。
[0019] 図 5 (A)に示すように、スピーカアレイ装置の背後に焦点を設定して遅延制御する ことにより、広い範囲の指向特性 (或いは、無指向性)で音声信号を出力することがで きる。
[0020] 図 2 (A)〜（C)は、スピーカアレイ装置を用いて形成した種々の音声ビームの特性 (ビーム特性、或いは、音圧分布)を示す。スピーカアレイ装置は有限長であるため、 形成される音声ビームにはサイドローブが発生する。スピーカアレイ装置を構成する 複数のスピーカユニットにタイミング制御を施した同一音量の音声信号を供給すると
、図 2 (A)に示すように比較的高レベルのサイドローブが発生し、メインビーム方向以 外のオフビーム方向にも比較的大きな音量の漏れ音声が伝播することとなる。
[0021] 図 2 (B)に示すように、スピーカアレイ装置に含まれる複数のスピーカユニットに供 給する音声信号の音量をスピーカアレイ装置の中央部力 両端部に向力つて小さく なるような窓関数を用いて音量調整した場合、スピーカアレイ装置の正面中央部に お!ヽて高レベルのメインビームが形成され、サイドローブのレベルは小さく抑制される 。これにより、オフビーム方向には低レベルの漏れ音声が伝播することとなる。
[0022] 図 2 (A)及び (B)は ヽずれも中音域の音声信号に対応する音声ビームのビーム特 性を示している。図 2 (C)は高音域の音声信号に対応する音声ビームのビーム特性 を示しており、図 2 (B)に示した窓関数でビーム特性制御を行ったものである。音声 信号は、周波数が高くなるほどビーム特性が鋭くなり、漏れ音声のレベルは小さくな る。また、壁面等による反射音も小さくなるため、ビーム制御モードでは、音声信号の 内、特に高音域の音声成分がオフビーム方向で減衰することとなる。
[0023] (本実施例に係るオーディオ装置の説明）
本実施例に係るオーディオ装置は、上記のスピーカアレイ装置によるビーム特性を 利用し、ユーザがリモコンで自由にビーム制御モードの設定及び解除、並びに、音 声ビームの焦点位置 (メインビーム方向及び距離で定義される。）を設定できるように した。また、オーディオ装置は、ビーム制御モードにおいて設定された音量に基づき 、ユーザの利用形態を想定して以下のような 2通りのオフビーム方向の音量制御を行
[0024] (1)第 1の場合
これは、ビーム制御モード時、音量を所定の中音量より大きくなるよう制御する場合 である。例えば、複数の人がオーディオ装置を使用してオーディオコンテンツを聴取 しているが、特定の人がオーディオ装置力 離間したキッチン等の場所にいる力 或 いは、特定の人が聴力の衰えた高齢者であるとき、特定の人に向けて音声ビームを 設定し、かつ、他の人はオフビーム方向にいると推定される。
[0025] ここで、オフビーム方向に 、る他の人に対して、通常の音量による漏れ音声が伝達 するように以下の処理を行う。
(a)音声信号の高音域成分を抽出して、オフビーム方向に無指向性で付加的に出 力する。
(b)各スピーカユニットに適用される窓関数の適用量 (又は、 bandgap)を小さく制 御して、サイドローブを大きくする。これにより、オフビーム方向でオーディオコンテン ッを聴取している聴取者に対して高域の減衰が緩和された音声信号が到達する。
[0026] (2)第 2の場合
これは、ビーム制御モード時、音量を小さく制御する場合である。例えば、深夜等に ぉ 、て周囲の他人に迷惑をかけな 、ように一人の聴取者の方向にのみ音声ビーム が設定されたと推定し、以下の処理を行う。
(a)各スピーカユニットに適用される窓関数の適用量を大きく制御して、サイドロー ブを小さくする。
(b)上記の高音域成分の付加を停止する。
[0027] ビーム制御により、音声信号は小音量であっても明瞭度を保って聴取者まで到達 する。また、音声信号は小音量であるため、サイドローブや反射等による漏れ音声は 不快なものとはならず、周囲の他人に迷惑が力からない。
[0028] 図 3 (A)、（B)を参照して上記のビーム制御を実行するオーディオ装置の構成につ いて説明する。
[0029] 図 3 (A)は、オーディオ装置と音声映像装置とを組み合わせたシステムの概観を概 略的に示す正面図である。このシステムにおいて、オーディオ装置 (スピーカアレイ 装置 2を含む。）は 42インチのテレビ受像機 (ディスプレイ 3を含む。）の下方に接続さ れている。
[0030] 図 3 (B)は、オーディオ装置とテレビ受像機を組み合わせたシステムの構成を示す ブロック図である。ここで、テレビチューナ 11は映像信号及び音声信号を出力する。 映像信号は映像信号処理部 13に供給され、色信号、輝度信号、及び同期信号等が 分離されてディスプレイ 3に供給される。ディスプレイ 3は、その入力信号に基づき映 像を表示する。
[0031] 一方、音声信号はオーディオ装置 1内の音声信号処理部 12に供給される。音声信 号処理部 12は、音声信号の音量制御を行うとともに、スピーカアレイ 2を構成するス ピー力ユニットについて遅延制御及び音量制御を行う。
[0032] 制御部 10は上記の音声信号処理部 12における遅延制御及び音量制御を管轄す るものである。オーディオ装置 1には赤外線リモコン 4が付属しており、ユーザが当該 赤外線リモコン 4を操作することにより、ビーム制御モードのオン Zオフ、焦点位置 (メ インビーム方向及び距離で定義される。）の設定、及び音量の指示を制御部 10に対 して行う。
[0033] 図 4は、音声信号処理部 12の内部構成を示すブロック図である。音声信号処理部 12は、アナログ信号の処理回路やデジタル信号を処理するプロセッサーで構成する ことが可能である。本実施例では、音声信号処理部 12をデジタル信号を処理するプ 口セッサ一を用いて構成して 、る。入力された音声信号はメインボリューム 21により全 体的な音量が調整される。その後、音声信号は主処理部と副処理部 (即ち、高音域 制御部）に分岐する。
[0034] 主処理部は、音声信号に対して所定処理を施すものであり、ビーム化処理部 22を 有している。ビーム化処理部 22は、音声信号に基づきスピーカアレイ装置 2が音声ビ ームを発生するか、或いは、音声を無指向性で出力するよう各スピーカユニットに供 給される音声信号のタイミング及び音量を制御する。このため、ビーム化処理部 22は 、スピーカユニットに夫々個別に対応する遅延処理部及びゲインコントローラを備え ている。ビーム化処理部 22によりスピーカユニットに供給する音声信号の遅延時間を 制御することにより、図 1に示すようにスピーカアレイ 2から焦点位置 Pに向けて音声ビ ームが出力される。スピーカアレイ装置 2の中央部において遅延時間が小さくなるよう に音声信号のタイミング制御を行うと、図 5 (A)に示すようにスピーカアレイ装置 2の 背後に焦点を形成して前方に広がるような音声ビームを形成することができ、以つて 、無指向性の音声を放音することができる。
[0035] 上記のように、各スピーカユニットについて、タイミング及び音量が制御された音声 信号は、各スピーカユニット毎に設けられた加算器 23及びパワーアンプ 24を経由し てスピーカアレイ装置 2の各スピーカユニットに供給される。
[0036] 一方、高音域制御部は、オフビーム方向に対して高音域成分を付加するためのも のであって、ハイパスフィルタ 25、音量制御部 26、及びビーム化処理部 27を有して いる。ハイパスフィルタ 25は、制御部 10によりカットオフ周波数及びカットオフの急峻 度（steepness)を示す Qf actorの変更可能なアクティブフィルタであり、ビーム角度 や音量に応じて設定されるものである。音量制御部 26は、ノ、ィパスフィルタ 25で抽 出された高音域の音声信号の音量を制御する。ビーム化処理部 27は、主処理部の ビーム化処理部 22と同様の構成を有しており、音量制御部 26によって音量が制御さ れた高音域成分に対して各スピーカユニット毎に遅延制御及び (窓関数を実現する ための）音量制御を施し、その出力信号を加算器 23に供給する。加算器 23は、主処 理部の出力信号と高音域制御部の出力信号を各スピーカユニット毎に加算する。 尚、高音域制御部は、メインボリューム 21が中音量以上に設定されたときに機能す るよう制御部 10により制御される。
[0037] 上記のように、高音域制御部は、高音域成分を広い範囲に分布する指向特性或い は無指向性でオフビーム方向に出力する。スピーカアレイ装置 2により広範囲の指向 性或いは無指向性で音声信号を出力する場合、ビーム化処理部 27は図 5 (A)、 (B) に示すビーム分布を実現するように設定される。
[0038] 図 5 (A)は、スピーカアレイ装置 2の背後に焦点を設定して、その焦点から音声が 拡散するよう各スピーカユニットのタイミング制御を行う方式を示して 、る。この方式に おいて、スピーカアレイ装置 2の両端部に位置するスピーカユニットに付与する遅延 時間は最大であり、一方、スピーカアレイ装置 2の中央部に位置するスピーカユニット に付与する遅延時間が略ゼロとなるようタイミング制御を行う。
[0039] 図 5 (B)は、スピーカアレイ装置 2を用いたビーム制御を行わず、当該スピーカァレ ィ装置 2に含まれるスピーカユニットの一部を用いて高音域成分のみを出力する方式 を示している。この方式では、スピーカアレイ装置 2から音声ビームは出力されず、所 定のスピーカユニット単体の指向特性で音声信号の高音域成分のみが出力される。
[0040] (高音域成分の付加及び窓関数制御の説明）
図 6は、メインボリューム 21に設定された音量及び主処理部のビーム化処理部 22 に設定されたビーム角度 (即ち、スピーカアレイ装置 2の正面方向から拡散する音声 ビームの放射方向の角度）に応じた高音域成分の付加制御（即ち、音量制御部 26の 設定制御）を説明するグラフである。
音量が小さ!/、ときには、スピーカアレイ装置 2から放射される音声ビームに対して高 音域成分は付加されない。これは、小音量時には、オーディオ装置 1のユーザが一 人で周囲の他人に迷惑をかけな 、ようにオーディオコンテンツを楽しんで 、ると推定 されるためであり、メインビーム方向以外の方向に音声信号を出力する必要が無いた めである。
[0041] 中音量以上の場合には、複数の人が同一のオーディオコンテンツを聴取しており、 その中の特定の人に対しては比較的大きな音量で音声を聴取させると推定される。 この場合、特定の人に対して音声ビームを設定し、他の人に対してはオフビーム方 向で漏れ音声を聴取させる必要がある。そこで、オフビーム方向については高音域 成分を付加し、以つて、漏れ音声の高音域成分を強調してフラットな特性の音声を発 生する。
[0042] 上記の場合、音量を大きくすると低音域成分が強調される一方、高音域成分は弱 められるため、これを補うため、図 6に示すグラフのように高音域成分の付加量を増加 させる。
[0043] また、ビーム角度を大きくすると、メインビーム方向から外れる場所においては高音 域成分が極めて減衰するため、ビーム角度が大きい場合は、ビーム角度が小さい場 合に比べて、高音域成分の付加量を増加する。
[0044] 図 7 (A)、 (B)は、メインボリューム 21に設定された音量及び主処理部にビーム化 処理部 22に設定されたビーム角度に応じてビーム化処理部 27に適用される窓関数 の適用量の制御方法を示している。即ち、スピーカアレイの中央部から両端に向力つ て音量を徐々に小さくする窓関数を、サイドローブが最小となる状態と窓関数を掛け な 、状態との間で重み付けする。
小音量、かつ、ビーム角度が小さいときには、窓関数の適用量を大きくする（図 7 (A )、（B)の a参照)。これにより、周囲の漏れ音声を極力小さくすることができる。音量を 大きくするに従って、或いは、ビーム角度を大きくするに従って、窓関数の適用量を 小さくしてゆく（図 7 (A)、（B)の b、 c参照)。音量及びビーム角度の両方が大きい場 合には、窓関数による音量制御を行わずスピーカアレイ装置 2に含まれる全スピーカ ユニットに対してフラットな音量特性を有する音声信号を供給する（図 7 (A)、 (B)の d 参照)。これにより、サイドローブが大きくなり、以つて、漏れ音声の音量も大きくなる。
[0045] 本実施例では、高音域成分の付加制御と窓関数を用いたサイドローブ制御を併用 して 、るが、 、ずれか一方のみを実行するようにしてもょ 、。
[0046] 本実施例では、メインボリューム 21の音量設定に基づいて高音域成分の付加量及 び窓関数の適用量を自動設定して!/、るが、オーディオ装置のユーザが高音域成分 の付加量及び窓関数の適用量を設定するようにしてもょ 、。
[0047] また、メインボリューム 21に設定された音量及び主処理部のビーム化処理部 22に 設定されたビーム角度に応じてハイノ スフィルタ 25のカットオフ周波数及び Qfactor を制御するようにしてもよい。
[0048] 図 2 (A)、 (B)、 (C)に示したように、音声信号の周波数によってビーム特性が異な るため、音声信号を帯域分割して各帯域毎に異なる窓関数を設定するようなビーム 制御を実行してもよい。これにより、全周波数帯域について同様のビーム特性を実現 することができる。
産業上の利用可能性
[0049] 本発明は、アレイスピーカ装置を用いてビーム制御を行うオーディオ装置を提供す るものであり、既存の音声映像機器に接続して用いることができ、簡易にオーディオ コンテンツの聴取制御を実現しうるものであり、また、種々の音声映像システムに適用 可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 複数のスピーカユニットを配列したスピーカアレイと、
入力された音声信号の音量を制御する音量制御部と、
前記音声信号を前記スピーカアレイのスピーカユニットに供給するタイミングを制御 することにより、所定方向に向けて放射される少なくとも 1つの音声ビームを前記スピ 一力アレイより出力せしめる主処理部と、
前記音声信号に含まれる高音域成分を広範囲に分布する指向特性で放音される ように制御して前記スピーカアレイに供給する高音域制御部と、
前記音声信号の音量及び Z又は前記音声ビームの放射方向に応じて前記高音域 制御部の出力レベルを制御する制御部とを備えたオーディオ装置。
[2] 複数のスピーカユニットを配列したスピーカアレイと、
入力された音声信号の音量を制御する音量制御部と、
前記音声信号に前記複数のスピーカユニットの夫々に対応した個別の処理を施し て前記スピーカアレイより少なくとも 1つの音声ビームを出力せしめる音声信号処理 部であって、前記音声信号に対して遅延処理を施すことにより、前記音声ビームを所 定タイミングで焦点位置に到達せしめるとともに、前記スピーカアレイの中央部から両 端部に向力つて音量を徐々に小さくするような窓関数を前記音声信号に適用するよう にした音声信号処理部とを備え、
前記音声信号処理部は前記音量に応じて前記窓関数の適用量を制御するように したオーディオ装置。
[3] 複数のスピーカユニットを配列したスピーカアレイを具備するオーディオ装置に適 用されるビーム制御方法であって、
入力された音声信号の音量を制御し、
前記音声信号が前記スピーカアレイの各スピーカユニットに供給されるタイミングを 制御し、以つて、所定方向に向けて放射される少なくとも 1つの音声ビームを前記ス ピー力アレイから出力せしめ、
前記音声信号に含まれる高音域成分を広範囲に分布する指向特性で放音するよう に、前記音量及び Z又は前記音声ビームの方向に応じたレベルで前記スピーカァレ ィに供給するようにしたビーム制御方法。
複数のスピーカユニットを配列したスピーカアレイを具備するオーディオ装置に適 用されるビーム制御方法であって、
入力された音声信号の音量を制御し、
前記音声信号に前記複数のスピーカユニットの夫々に対応した個別の処理を施し て前記スピーカアレイより少なくとも 1つの音声ビームを出力せしめ、
前記音声信号に対して遅延処理を施すことにより、前記音声ビームを所定タイミン グで焦点位置に到達せしめるとともに、前記スピーカアレイの中央部から両端部に向 力つて音量を徐々に小さくするような窓関数を前記音声信号に適用し、
前記音量に応じて前記窓関数の適用量を制御するようにしたビーム制御方法。
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