(57)【要約】【課題】部屋の上方部にスピーカを取り付けることなく高さ方向の定位感、臨場感を作り出すサラウンドシステムを提供する。【解決手段】フロントスピーカ１Ｌ、１Ｒ、１Ｃと、サラウンドスピーカ１ＬＳ、１ＲＳと受聴者の任意の場所に設置された方向調整可能な平面スピーカ１ＬＨＦ、１ＲＨＦとを備え、天井を含む壁の反射を利用して受聴者１Ｈの上方から音が到来するよう方向調整された前記平面スピーカで上方スピーカ用オーディオ信号を出力することにより、高さ方向の定位感、臨場感を作り出す。【選択図】図１
2010258653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センタースピーカ、フロントスピーカ、サラウンドスピーカを有するサラウンドシステムであって、
天井方向に向かって出力する平面スピーカと、
天井からの反射信号を集音するとともに、その集音した反射信号の３次元情報を測定するマイクと、
前記マイクにより測定された、前記平面スピーカから出力された信号の天井による反射により得られた反射信号の３次元情報から前記平面スピーカの出力方向を制御する平面スピーカ制御部とを備えることを特徴とするサラウンドシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のスピーカを用いて臨場感のある音場を作り出すサラウンドシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ)の広まりにより、受聴者の前方に加え後方に配置されるスピーカから音を出力することで高臨場感のサウンドを提供するサラウンドシステムの需要が高まっている。
【０００３】
DVDでは、受聴者の左前方、右前方、中央前方に配置されたフロントレフト、フロントライト、フロントセンタースピーカ用のオーディオ信号と、受聴者の左後方、右後方に配置されたサラウンドレフト、サラウンドライトスピーカ用のオーディオ信号、低音のみを出力するサブウーファー用のオーディオ信号の計６チャンネル（サブウーファーが低音のみの出力であるため一般的に５．１チャンネルと呼ばれている）を有するコンテンツが一般的である。なお、サブウーファーについては本発明の効果上特に影響がないため、以後本文および図中での記載は省略する。
【０００４】
また、最近普及し始めているＢＤ（Blu-ray Disc）ではDVDよりも使用可能なチャンネル数が増加している。BDでは前記５．１チャンネルの構成以外にも、さらに臨場感を高めるための様々なスピーカ配置に対応するチャンネルが用意されており、最大７．１チャンネルの構成を有する。様々なスピーカ配置として受聴者の上方に配置されたスピーカ用のチャンネルがあり、本チャンネルを有することで高さ方向の臨場感を作り出すことが可能となる。したがって、高さ方向の臨場感を必要とするコンテンツにおいては、今後上方スピーカ用のチャンネル信号が組み込まれて発売される可能性がある。
【０００５】
図７はスピーカ配置の一例を示す構成図である。受聴者１Ｈを中心とした内側の同心円５０１に隣接しているスピーカ１Ｌ、１Ｒ、１Ｃ、１ＬＳ、１ＲＳは前記５．１チャンネル構成における５チャンネル分に対応しており、スピーカ１Ｌ、１Ｒ、１Ｃはフロントスピーカ、スピーカ１ＬＳ、１ＲＳがサラウンドスピーカであり、受聴者１Ｈの耳元と同等の高さに配置されること想定している。また、外側の同心円５０２に隣接しているスピーカが受聴者１Ｈの上方に配置されることを想定されたもので、スピーカ５ＬＨ、５ＲＨはそれぞれ受聴者１Ｈの上方左前方スピーカ、上方右前方スピーカである。図７における上方左前方スピーカ５ＬＨ、上方右前方スピーカ５ＲＨのような、受聴者の上方に設置されることを想定したスピーカ配置がBDでは複数用意されている。
【０００６】
上方スピーカを設置した従来の取り組みとして、特許文献１は天井に設置させた回転制御が可能なスピーカからの出力を、壁面での反射を経て受聴者に届けることでスピーカの定位方向を任意に変更できる技術を開示している。
【０００７】
また、従来のサラウンドシステムの取り組みとして、特許文献２は、フロントチャネル用オーディオ信号をフロントスピーカより再生し、サラウンドチャネル用オーディオ信号をフロントスピーカと同列をなす平面スピーカにより再生し、壁による反射を経て受聴者の後方からサラウンドチャネル用オーディオ信号を到来させる技術を開示している。
【０００８】
図８は特許文献２に記載された従来のサラウンドシステムの構成図を示すものである。図８において、受聴者の前方に配置されたスピーカ１Ｌ、１Ｒ、１Ｃはコーン型のスピーカで、フロントチャンネル用のオーディオ信号を出力するフロントスピーカである。また、図８において６ＬＳＦはフロントスピーカ１Ｌの左隣に、６ＲＳＦはフロントスピーカ１Ｒの右隣に配置された平面スピーカであり、それぞれサラウンドレフト、サラウンドライトチャンネル用のオーディオ信号を出力する。平面スピーカ６ＬＳＦ、６ＲＳＦは支持部に回転軸を有しており、振動面の方位角を調整可能である。平面スピーカ６ＬＳＦ（６ＲＳＦ）の振動面の方位角を調整することで、出力される音は左（右）壁面、後方壁面で反射された後に左（右）後方から受聴者１Ｈに到来する。前記動作によって、受聴者１Ｈの後方にサラウンドチャンネル用スピーカを配置しなくとも臨場感のあるサラウンドシステムを構築できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−２３３５８８号公報
【特許文献２】特開２００６−２１１２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、一般の家庭で特許文献１のように天井などの上方壁面にスピーカを設置する場合、スピーカの設置自体が困難であり、またスピーカとオーディオ信号出力機器間の信号線の引き回しも複雑になる。また、特許文献２の従来構成では壁の反射によって作り出される受聴者への音の到来方向が後方のみに限定されており、高さ方向の定位感、臨場感を提供することできない。
【００１１】
本発明は、前記２つの課題を解決するもので、部屋の上方部にスピーカを取り付けることなく高さ方向の定位感、臨場感を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のサラウンドシステムは、センタースピーカ、フロントスピーカ、サラウンドスピーカを有するサラウンドシステムであって、天井方向に向かって出力する平面スピーカと、天井からの反射信号を集音するとともに、その集音した反射信号の３次元情報を測定するマイクと、前記マイクにより測定された、前記平面スピーカから出力された信号の天井による反射により得られた反射信号の３次元情報から前記平面スピーカの出力方向を制御する平面スピーカ制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のサラウンドシステムによれば、上方チャンネル用オーディオ信号を含むコンテンツ再生時に、平面スピーカから上方チャンネル用オーディオ信号を出力することで、天井を含む壁での反射後に受聴者上方から音を到来させることができ、部屋の上方部にスピーカを取り付けることなく高さ方向の定位感、臨場感を提供することを可能とする。また、事前測定した平面スピーカの方向情報を用いて音の伝搬経路を変化させることで、受聴者への音の到来方向を様々な上方スピーカ配置に対応させることが可能であり、たくさんスピーカを使用しなくとも再生コンテンツにあった定位感、臨場感を提供することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１におけるサラウンドシステムの構成を示す斜視図
【図２】本発明の実施の形態１における平面スピーカの構成を示す斜視図
【図３】本発明の実施の形態１におけるスピーカ方向の測定処理を示す構成図
【図４】本発明の実施の形態１におけるオーディオ信号の再生処理を示す構成図
【図５】本発明の実施の形態１における平面スピーカの方向測定の構成を示す後方断面図
【図６】本発明の実施の形態１における平面スピーカの方向測定の構成を示す上方図
【図７】スピーカ配置の一例を示す構成図
【図８】従来のサラウンドシステムの構成図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
(実施の形態１)
図１は本発明の実施の形態１におけるサラウンドシステムのスピーカ構成を示す斜視図である。図１において、スピーカ１Ｌ、１Ｒ、１Ｃ、１ＬＳ、１ＲＳは通常のサラウンドシステムでよく用いられるコーン型スピーカである。スピーカ１Ｌ、１Ｒ、１Ｃはそれぞれフロントチャンネル用オーディオ信号を受聴者の前方から出力するフロントスピーカである。スピーカ１ＬＳ、１ＲＳはサラウンドチャンネル用オーディオ信号を受聴者の側方および後方から出力するサラウンドスピーカである。本発明の実施の形態１においては、前記５個のスピーカが基本構成の５チャンネル分に対応するスピーカ構成となっている。
【００１７】
また、図１において、サラウンドスピーカ１ＬＳ、１ＲＳの上面に置かれた２つのスピーカ１ＬＨＦ、１ＲＨＦは平面スピーカである。一般的に、平面スピーカから出力された音は振動面の垂直方向のみに進むため、指向性が高く、距離減衰が少ないという特徴を有する。本発明では前記特徴を利用し、平面スピーカ１ＬＨＦ、１ＲＨＦを天井方向に向けて音を出力し、天井で反射させた音を受聴者に到来させることで上方からの音の定位感を作り出している。また、図１における平面スピーカ１ＬＨＦ、１ＲＨＦは上方左、上方右から受聴者へ音が到来するように構成されているが、平面スピーカに組み込んでいる回転軸によって出力方向を調整し、平面スピーカから受聴者への伝搬経路を変えることで、異なる上方スピーカ配置への対応が可能となる。さらに、平面スピーカ１ＬＨＦ、１ＲＨＦは振動板の向きを自動調整できるため、設置位置は図１に示されるサラウンドスピーカ１ＬＳ、１ＲＳの上面に限らず、受聴者の意図する様々な場所に設置することが可能である。
【００１８】
図２は、本発明の実施の形態１で使用している平面スピーカの構成図を示すものである（ａ：側面斜視図、ｂ：前面斜視図）。図２において、実際に音を出力する振動板を持つ平面スピーカ本体２０１は底面で仰角方向の回転軸２０２を挟んで支持棒２０３と連結されている。さらに、支持棒２０３は支持台２０４の中央部分に設置された方位角方向の回転軸２０５と連結されている。前記２つの回転軸２０２、２０５はそれぞれステッピングモータなどを用いて回転角を調整できる構成となっている。前記２つの回転角を制御して平面スピーカからの音の出力方向を調整することで、平面スピーカ自体の配置を変えることなく壁の反射を介して受聴者の上方から平面スピーカの音の出力を到来させることができる。
【００１９】
図３及び図４は、それぞれ本発明の実施の形態１で使用するオーディオ信号処理部で行われるスピーカ方向の測定処理、オーディオ信号の再生処理を示す。
【００２０】
図３のスピーカ方向の測定処理においては、図２で示される平面スピーカ本体２０１の仰角、方位角調整用の２つの回転軸２０２、２０４をスピーカ方向制御部３０４で調整し、可動範囲内（本発明においては振動板が真正面を向いている場合の仰角α、方位角θを０°としたとき、回転角の上限は仰角αが上方に９０°、方位角θが左右に±９０°を想定している）で平面スピーカ１ＬＨＦ（１ＲＨＦ）の向きを変化させる。この変化に合わせて、テスト信号生成部３０５で生成したテスト信号をＤ／Ａコンバータ３０２でのアナログ変換、アンプ３０１での増幅を経て平面スピーカ１ＬＨＦ（１ＲＨＦ）から出力する。そして、受聴位置に設置した３次元マイクロホン３Ｍで平面スピーカ１ＬＨＦ（１ＲＨＦ）から出力されたテスト信号を集音し、アンプ３０８での増幅後、Ａ／Ｄコンバータ３０７でのディジタル変換を経て、マイク入力信号処理部３０６に取り込み、テスト信号の到来方向を算出する。
【００２１】
図５及び図６は、それぞれ上方左前方スピーカ４ＬＨ、上方右前方スピーカ４ＲＨに対応する平面スピーカ１ＬＨＦ（１ＲＨＦ）の向きを測定する際の構成に関する後方断面図、上方図を示している。図５及び図６において、上方左前方スピーカ４ＬＨ（上方右前方スピーカ４ＲＨ）の受聴位置（３次元マイクロホン３Ｍの設置位置）に対する方向情報を事前にメモリ部３０３に記憶しておき、さらに当該方向情報を基準とした場合の平面スピーカ１ＬＨＦ（１ＲＨＦ）出力の到来方向の許容範囲４０１も事前に決めておく。測定時には、前記マイク入力信号処理部３０６で算出した、平面スピーカ１ＬＨＦ（１ＲＨＦ）から出力されたテスト信号の到来方向が許容範囲４０１に収まっていた場合、測定したテスト信号の信号レベルを記憶する。そして、到来方向の許容範囲４０１の中で信号レベルが最大となる平面スピーカ１ＬＨＦ（１ＲＨＦ）の向き、つまり平面スピーカの回転角情報θ、αを上方左前方スピーカ４ＬＨ（上方右前方スピーカ４ＲＨ）に適合する回転角情報としてメモリ部３０３に記憶させる。また、同様の処理を規定の上方スピーカ配置に対して行い、適合時の平面スピーカの回転角情報θ、αを、メモリ部３０３に記憶させる。
【００２２】
さらに、平面スピーカから壁の反射を経て受聴者に到来した音は、フロントスピーカ１Ｌ、１Ｒ、１Ｃ、サラウンドスピーカ１ＬＳ、１ＲＳから壁の反射なく直接受聴者に届く音に比べて、壁の反射によって減衰や周波数特性の変化が発生し、また伝搬経路が長いため伝搬遅延も発生する。そこで、伝搬経路の違いによる各スピーカ間での減衰量、遅延量の差を抑えるために、規定の各上方スピーカ配置に対応する平面スピーカ１ＬＨＦ、１ＲＨＦの方向ごとに、伝搬経路における周波数特性、遅延量を３次元マイクロホン３Ｍの測定結果からマイク入力信号処理部３０６で算出し、それぞれの補正パラメータを算出してメモリ部３０３に記憶させる。なお、周波数特性の補正用パラメータについては、補正後の周波数振幅特性がフラットとなり、スピーカ特性および伝搬経路の特性を取り除けるような周波数特性を持つ。また、遅延量の補正パラメータについては、各スピーカの中で最も遅延が大きいスピーカの出力タイミングを基準とし、他のスピーカの出力が基準の出力タイミングと一致するような遅延量を持つ。この際、平面スピーカ１ＬＨＦ、１ＲＨＦだけでなくフロント、サラウンドスピーカについても周波数特性および遅延量を補正することが各スピーカから出力される音の伝搬経路による影響を取り除くために好ましい。
【００２３】
図４のオーディオ信号の再生処理においては、符号化圧縮された信号であるオーディオストリーム３１２が外部のＢＤプレーヤや内臓のＢＤドライブから入力されてオーディオデコーダ３１１に送られ、音声信号とチャンネル情報などのステータス情報に分けられる。本発明ではオーディオデコーダ３１１で生成されたチャンネル情報を確認し、図５及び図６に示されるような上方のスピーカ配置のチャンネル情報が含まれていた場合に、前記スピーカ方向の測定処理で事前に求めた平面スピーカ１ＬＨＦ、１ＲＨＦの回転角情報θ、αをメモリ部３０３からスピーカ方向制御部３０４へ読み出し、チャンネル情報に含まれる上方のスピーカ配置から受聴者に音を到来させるべく平面スピーカ１ＬＨＦ、１ＲＨＦを制御する。
【００２４】
また、オーディオデコーダ３１１で生成された音声信号は、メモリ部３０３から事前測定の補正パラメータが読み出された周波数特性制御部３１０で周波数振幅特性が補正される。さらに、音声信号は同じくメモリ部３０３から事前測定の補正パラメータが読み出された遅延量制御部３０９にて遅延量の補正が行われ、Ｄ／Ａコンバータ３０２にてアナログ信号に変換後、アンプ３０１で増幅され、スピーカ１Ｌ、１Ｒ、１Ｃ、１ＬＳ、１ＲＳおよび平面スピーカ１ＬＨＦ、１ＲＨＦから出力されて受聴者１Ｈに到来する。一例として、オーディオストリーム３１２に図５及び図６における上方スピーカ配置４ＬＨ、４ＲＨのチャンネル情報が含まれていることをオーディオデコーダ３１１で確認した場合、スピーカ方向制御部３０４では上方スピーカ配置４ＬＨ、４ＲＨに対応する回転角情報θ、αを読み出し、平面スピーカ１ＬＨＦ、１ＲＨＦの向きを制御する。さらに、周波数特性制御部３１０および遅延量制御部３０９においても上方スピーカ配置４ＬＨ、４ＲＨに対応した事前測定の補正パラメータをメモリ部３０３から読み出し、音声信号を補正後Ｄ／Ａコンバータ３０２、アンプ３０１を経由して各スピーカから出力する。異なる上方スピーカ配置についても同様に回転角情報θ、αならびに各補正パラメータをメモリ部３０３から読み出して平面スピーカ１ＬＨＦ、１ＲＨＦの向きの制御ならびに音声信号の補正を行うことで対応が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明にかかるサラウンドシステムは、部屋の上方にスピーカを設置することなく高さ方向の臨場感を作り出すことが可能となるため、特にＢＤコンテンツ再生に対応したホームシアターシステム等に有用である。
【符号の説明】
【００２６】
１Ｌ、１Ｒ、１Ｃ    フロントスピーカ
１ＬＳ、１ＲＳ    サラウンドスピーカ
１ＬＨＦ、１ＲＨＦ    平面スピーカ
１Ｈ    受聴者
２０１    平面スピーカ本体
２０２、２０４    回転軸
２０３    支持棒
２０５    支持台
３Ｍ    ３次元マイクロホン
３０１、３０８    アンプ
３０２    Ｄ／Ａコンバータ
３０３    メモリ部
３０４    スピーカ方向制御部
３０５    テスト信号生成部
３０６    マイク入力信号処理部
３０７    Ａ／Ｄコンバータ
３０９    遅延制御部
３１０    周波数特性制御部
３１１    オーディオデコーダ
３１２    オーディオストリーム
４０１    到来方向許容範囲
４ＬＨ、５ＬＨ    上方左前方スピーカ
４ＲＨ、５ＬＨ    上方右前方スピーカ
５０１、５０２    同心円
６ＬＳＦ、６ＲＳＦ    平面スピーカ
【図１】
2010258653.tif 000003
【図２】
2010258653.tif 000004
【図３】
2010258653.tif 000005
【図４】
2010258653.tif 000006
【図５】
2010258653.tif 000007
【図６】
2010258653.tif 000008
【図７】
2010258653.tif 000009
【図８】
2010258653.tif 000010