(57)【要約】【課題】音声会議等で用いられる音響再生装置で再生される発話者の違いを、聞き分け易くする。【解決手段】この発明の音響再生装置は、複数のスピーカユニットと、そのスピーカユニットにフィルタ係数を設定する複数のフィルタとで構成される第一スピーカと、第二スピーカとを備える。第一，第二スピーカの音圧の指向特性は、スピーカユニットが配置された方向の一方に音圧の大きな目的方向、その目的方向と異なる方向に音圧の小さな死角方向が形成されたものであり、第一スピーカの死角方向に第二スピーカの目的方向が向けられている。よって、第一スピーカと第二スピーカとに、同時に同じ振幅の再生音信号が入力されても、聴取者は、その音の違いを音圧の差で容易に知ることができる。【選択図】図１
2010171513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスピーカユニットと、前記スピーカユニットにフィルタ係数を設定する複数のフィルタと、から成り、予め定めた方向に目的方向、その目的方向と異なる方向に死角方向が形成された第一スピーカと、
複数のスピーカユニットと、前記スピーカユニットにフィルタ係数を設定する複数のフィルタと、から成り、前記第一スピーカの何れかの死角方向に、目的方向が向けられた第二スピーカと、
を備えた音響再生装置。
【請求項２】
請求項１に記載した音響再生装置において、
前記第一スピーカと第二スピーカとは、前記スピーカユニットが一列に配置され、且つ、前記列同士が並行であることを特徴とする音響再生装置。
【請求項３】
請求項１に記載した音響再生装置において、
前記第一スピーカは、前記スピーカユニットが一列に配置され、
前記第二スピーカは、前記列と直交する方向に一列に配置されていることを特徴とする音響再生装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載した音響再生装置において、
前記フィルタ係数は、
前記複数のスピーカユニットに到達する目的信号ベクトルＵＳと雑音信号ベクトルＵＮとにそれぞれ対応する自己相関行列の和の逆行列（ＲＳ＋ＲＮ）−１と、
前記目的信号ベクトルＵＳにその目的信号ベクトル内の特定の時刻のベクトル成分を乗算して求めた平均値Ｓ＝Ｅ[ＵＳｉ（ｎ）・ＵＳ]と、
を乗算して求めた値ｈ＝（ＲＳ＋ＲＮ）−１Ｓであることを特徴とする音響再生装置。
【請求項５】
請求項４に記載した音響再生装置において、
前記逆行列（ＲＳ＋ＲＮ）−１が、
微小な正数λとｎ（Ｌ＋１）行ｎ（Ｌ＋１）列（ｎはスピーカユニットの数）の単位行列Ｉとの積を更に加えたもの（ＲＳ＋λＩ＋ＲＮ）−１であることを特徴とする音響再生装置。
【請求項６】
請求項４に記載した音響再生装置において、
前記雑音信号ベクトルの自己相関行列ＲＮは、前記複数のスピーカユニットにそれぞれ無相関なノイズを加えた条件の値であることを特徴とする音響再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、異なる地点間を通信で結ぶ音声会議等に用いられる音響再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の音声会議等に用いられる音響再生装置には、例えばステレオ再生が用いられていた。その例は、映像連動形音像定位装置として非特許文献１に示されている。図１１に映像連動形音像定位装置の構成を示してその動作を簡単に説明する。映像連動形音像定位装置は、ディスプレイ１１０と一組のスピーカ１２０Ｌ，１２０Ｒとで構成される。聴取者１３０は、スピーカ１２０Ｌ，１２０Ｒのほぼ中央に位置して、先方の発話者の音声を、スピーカ１２０Ｌと１２０Ｒの音圧の差によって、両スピーカ間に定位させる。ディスプレイ１１０内の左方向に位置する先方の発話者Ａが発言した時は、スピーカ１２０Ｌの音圧が大きく、スピーカ１２０Ｒの音圧が小さく再生される。図では音圧の大きさを、円弧状の波の大きさで表している。この時のスピーカ１２０Ｒの音圧は、小さいので図１１では省略されている。このように左右の音圧差と、ディスプレイ１１０の表示とで、先方の誰が発言しているかを把握できるようにしていた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】北脇信彦編著「音のコミュニケーション工学−マルチメディア時代の音声・音響技術−」（株）コロナ社、1996年8月30日初版、209頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来のステレオ再生の方法では、両チャネルから二人の話者が同時に発話して再生された時に、その二人を区別して聞き分けることが容易ではなかった。つまり、左右のスピーカから同音量で同時に発話が再生されると、左右スピーカの音が重なるので二人の話者を聞き分けるのが困難であった。
この発明はこの点に鑑みてなされたものであり、再生音が同時に再生されても発話者の違いを聞き分け易くした音響再生装置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】
【０００５】
この発明の音響再生装置は、第一スピーカと第二スピーカを備える。第一スピーカは、  複数のスピーカユニットと、そのスピーカユニットにフィルタ係数を設定する複数のフィルタとから成り、予め定めた方向に目的方向、その目的方向と異なる方向に死角方向が形成されたものである。第二スピーカは、複数のスピーカユニットと、そのスピーカユニットにフィルタ係数を設定する複数のフィルタとから成り、第一スピーカの何れかの死角方向に、目的方向が向けられたものである。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、第一スピーカの死角方向の方向に、第二スピーカの目的方向が向けられるので、第１スピーカと第二スピーカとに同時に同じ振幅の再生音信号が入力されても音圧の大小を持って再生される。つまり、第一スピーカからの音は遠方から、第二スピーカからの音は近くから発せられたように聞こえる。よって、聴取者は、発話者の違いを容易に聞き分けることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】この発明の音響再生装置１００の機能構成例を示す図。
【図２】フィルタ係数ｈの求め方の前提条件を示す図。
【図３】第一スピーカ１０の指向特性の具体例を示す図。
【図４】３個のスピーカユニットで構成したスピーカの指向特性の一例を示す図。
【図５】拘束条件に暗騒音を組み入れて計算したフィルタ係数で得られた指向特性の一例を示す図。
【図６】３個のスピーカユニットを用いたスピーカの０°を目的方向、１８０°を死角方向とした指向特性の一例を示す図。
【図７】式（１０）を用いて計算したフィルタ係数により形成された指向特性の一例を示す図。
【図８】変形例２のスピーカの指向特性の一例を示す図。
【図９】スピーカユニットを鉛直方向に配列したスピーカ８０の一例を示す図。
【図１０】スピーカ８０を第一スピーカとしたこの発明の実施例２の機能構成例を示す図。
【図１１】非特許文献１に開示された映像連動形音像定位装置の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１にこの発明の音響再生装置１００の機能構成例を示す。音響再生装置１００は、第一スピーカ１０と、第二スピーカ２０と、を備える。第一スピーカ１０は、スピーカユニット１１とそのスピーカユニット１１に接続されるフィルタ１と、スピーカユニット１２とそのスピーカユニット１２に接続されるフィルタ２と、で構成される。フィルタ１とフィルタ２には、例えば相手側から通信で送られて来るステレオ信号の一方のチャネルの再生音信号Ｌが入力される。フィルタ１と２には、それぞれ異なるフィルタ係数ｈ１とｈ２が設定されている。このフィルタ係数ｈ１とｈ２とにより、第一スピーカ１０の指向特性が設定される。この例では、スピーカユニット１１と１２の配列方向のスピーカユニット１２側に、音圧の小さな死角方向が設定されている。第一スピーカ１０と第二スピーカ２０の指向特性を破線で模式的に示す。
【００１０】
第二スピーカ２０は、第一スピーカ１０と同様にスピーカユニット２１とスピーカユニット２２と、それらに接続されるフィルタ３と４とで構成される。フィルタ３と４には例えばもう一方のチャネルの再生音信号Ｒが入力される。フィルタ３にはフィルタ１と同じフィルタ係数ｈ１が、フィルタ４にはフィルタ２と同じフィルタ係数ｈ２が設定されている。つまり、第一スピーカ１０の死角方向に対してフィルタ係数ｈ１とｈ２とが逆の関係に設定されている。この結果、第二スピーカ２０の音圧の大きな目的方向が、第一スピーカ１０の死角方向に向けられている。  第一スピーカ１０の死角方向と、第二スピーカ２０の目的方向の延長方向の先に、この例では３名の聴取者３３ａと３３ｂと３３ｃが位置している。
【００１１】
このように構成された音響再生装置１００の再生音信号ＬとＲに、同時に同じ振幅の信号が入力された場合、聴取者３３ａ〜３３ｃは、再生音信号Ｌの再生音Ｌを小さく、再生音信号Ｒの再生音Ｒを大きく聞くことになる。つまり、聴取者３３ａ〜３３ｃに死角を向けた第一スピーカからの音は遠方から、目的方向を向けた第二スピーカからの音は近くから発せられたように聞こえる。よって両チャネルに、同時に同じ振幅の信号が入力されても、その音を容易に聞き分けることができる。
【００１２】
また、第一スピーカ１０と第二スピーカ２０とを、聴取者の方向に一列に配置しても良いし、図１に示すようにその列を変えて、それぞれの列を並行に配置しても良い。また、第一スピーカ１０と聴取者３３ａ〜３３ｃとの間隔と、第二スピーカ２０と聴取者３３ａ〜３３ｃとの間隔を同じにして、第一スピーカ１０と第二スピーカ２０を並列に並べても良い。図１では、スピーカユニット１１と１２の列と、スピーカユニット２１と２２の列との間隔ｄは小さいが、この間隔ｄを大きくすることで両チャネルの音の聞き分けを、更に容易にすることが可能である。
【００１３】
また、第一スピーカ１０と第二２スピーカ２０は、会議机のようなテーブル３１の上に配置されるのが一般的である。また、聴取者３３ａ〜３３ｃとテーブル３１を挟んで対向する位置に、相手方の様子を映し出すディスプレイ３０を配置するようにしても良い。
【００１４】
〔スピーカの指向特性の設定方法〕
第一スピーカ１０と第二スピーカ２０の指向特性を設定するフィルタ係数ｈの求め方について説明する。図２にその前提条件の考えを示す。図２は、第一スピーカ１０に白色雑音の平面波が目的方向と死角方向から入力される様子を模式的に示したものである。ここで、スピーカに白色雑音が入力されるとしているのは、音源と受音点を反対にしても同じ結果が得られる相反定理に基づいた考えによる。この相反定理によれば、スピーカに音が入力されると仮定しても、その音を出力する為のフィルタ係数を求めることができる。
【００１５】
第一スピーカ１０を構成するスピーカユニット１１と１２とに、それぞれ平面波の白色雑音が入力されるとして式（１）に示す目的信号ベクトルＵＳと、式（２）に示す雑音信号ベクトルＵＮを設定する。
【００１６】
【数１】
2010171513.tif 000003
ここでＴは転置を、Ｌはサンプリングの個数、ｋはサンプリング時刻を表す。
【００１７】
スピーカユニット１１の目的信号ベクトルＵＳ１（ｋ）〜ＵＳ１（ｋ−Ｌ）と、スピーカユニット１２の目的信号ベクトルＵＳ２（ｋ）〜ＵＳ２（ｋ−Ｌ）とには、白色雑音であることにより、ランダムな値がスピーカユニット１１とスピーカユニット１２との距離分の時間ずれて設定される。例えば、スピーカユニット１１と１２とが、目的方向に沿って８ｃｍの間隔を空けて配置されていて、サンプリング周波数を８ｋＨｚとする。その条件では、ＵＳ２（ｋ）に設定されるベクトルが、音速を３４０ｍ/ｓと仮定するとＵＳ１（ｋ）に対して２５０μｓ遅れて設定される。雑音信号ベクトルも同様の考えで設定される。
【００１８】
目的信号ベクトルと雑音信号ベクトルの自己相関行列ＲＳとＲＮを式（３）、式（４）で計算する。Ｅ[・]は、期待値・時間平均を表す。
【００１９】
【数２】
2010171513.tif 000004
【００２０】
そして、目的信号ベクトルＵＳにその目的信号ベクトル内の特定の時刻のベクトル成分を乗算して求めた式（５）に示す平均値Ｓを求める。スピーカユニット１１に接続されるフィルタ１のフィルタ係数ｈ１と、スピーカユニット１２に接続されるフィルタ２のフィルタ係数ｈ２は、式（６）で計算される。
【００２１】
【数３】
2010171513.tif 000005
【００２２】
このように、フィルタ係数ｈ１とｈ２は、複数のスピーカユニットに到達する目的信号ベクトルＵＳと雑音信号ベクトルＵＮとにそれぞれ対応する自己相関行列の和の逆行列（ＲＳ＋ＲＮ）−１と、目的信号ベクトルＵＳにその目的信号ベクトル内の特定の時刻のベクトル成分とを乗算して求めた平均値Ｓ＝Ｅ[ＵＳｉ（ｎ）・ＵＳ]とを乗算して求めた値である。
【００２３】
以上の計算を計算機で行いフィルタ係数ｈ１とｈ２とを求めた。図３に、そのフィルタ係数ｈ１，ｈ２とで得られた第一スピーカ１０の音圧の指向特性を示す。同心円は音圧を表し、外側から１５、１０、５ｄＢを示す。この例では、目的方向が１８０°方向であり、その音圧が約１０ｄＢである。その反対方向の０°方向が死角方向となり、その音圧は凡そ０ｄＢである。図中に示す●は、スピーカユニットの概略的な位置を表している。指向特性は、周波数が５００Ｈｚのものである。以降に示す指向特性も、全て周波数は５００Ｈｚである。
【００２４】
〔変形例１〕
第一スピーカ１０と第二スピーカ２０とが、それぞれ２個のスピーカユニットで構成され、且つ、それぞれのスピーカユニットが一列に配置される例を示したが、この発明の各スピーカはこの構成に限定されない。スピーカユニットは２個以上の複数でも良いし、各スピーカは直線状に配置されなくても良い。
【００２５】
図４に、３個のスピーカユニットで構成したスピーカの指向特性の一例を示す。この例では、３個のスピーカユニットを一列に並べ、その列方向を０°として目的方向とし、９０°方向を死角方向として計算した。同心円は、振幅の真値を表し、外側から２５、２０、１５、１０、５である。
【００２６】
図４では、目的方向０°と死角方向９０°の拘束条件しか与えていない。その結果、目的方向の拘束条件が１のため、その目的方向の振幅に急峻な谷が現れている。この指向特性を改善する目的で、暗騒音を拘束条件に組み入れる。暗騒音とは、実環境に存在する拡散性の騒音のことである。例えば室内で多重反射した空調音等である。
この暗騒音を組み入れる方法は、各スピーカユニットの雑音ベクトルＵｎを、互いに無相関な雑音ベクトルとして、式（７）、式（８）、式（９）に示すように雑音成分Ｕｎ（ｋ）…Ｕｎ（ｋ−Ｌ）（ｎ＝１，２，３）と、２（Ｌ＋１）個の０成分とを加えたものとする。
【００２７】
【数４】
2010171513.tif 000006
【００２８】
この各スピーカユニットの雑音ベクトルＵｎを、式（２）に示した雑音信号ベクトルＵＮに加算して自己相関行列ＲＮを形成し、フィルタ係数を計算する。つまり、雑音信号ベクトルＵＮの自己相関行列ＲＮを、複数のスピーカユニットにそれぞれ無相関なノイズを加えた条件とする。このようにして求めたフィルタ係数を用いると、図４に示した指向特性は、図５に示すように改善される。図５の同心円は、最大振幅を１として正規化した値を示す。目的方向０°の振幅が０.８、死角方向９０°の振幅が０.１以下である。スピーカユニットを２個以上の複数ｎ個とすると、死角方向をｎ−１個とすることができる。
【００２９】
図５では、死角方向を９０°としたが、スピーカユニットを３個用いても図３と同じような指向特性を形成することも可能である。図６に、０°を目的方向、１８０°を死角方向として、拘束条件に暗騒音を組み入れて計算したフィルタ係数で得られた指向特性を示す。このように一つの死角方向１８０°を持つ特性も形成できる。
【００３０】
なお、暗騒音を拘束条件に組み入れる方法の他に、微小な正数λと、ｎ（Ｌ＋１）行ｎ（Ｌ＋１）列の単位行列Ｉとの積を、式（６）に加えた式（１０）に示す計算方法も考えられる。ここでｎは、スピーカユニットの個数である。
【００３１】
【数５】
2010171513.tif 000007
【００３２】
式（１０）で計算して求めたフィルタ係数によって形成した指向特性を図７に示す。図７に示す指向特性は、図５に示した指向特性に比べて目的方向の指向性が扁平になっている等の若干の違いが見られる。この原因は図７に示す特性が、式（１０）が対角成分だけを加算している簡易な方法であるのに対し、図５に示す特性は式（７）〜式（９）を加算して自己相関行列の平均値を求める計算方法の違いによる。式（７）〜式（９）を加算して計算する方が、対角成分の周辺に微小な成分が存在する。
【００３３】
〔変形例２〕
スピーカユニットの配置は、直線状に限られない。例えば、５個のスピーカユニットをさいの目の五のように配置したスピーカとしても良い。そのスピーカの＋１５°と−１５°（３１５°）を死角方向、０°を目的方向としてフィルタ係数を求めた。図８に、そのフィルタ係数によって形成された指向特性を示す。
±１５°に音圧が小さい死角方向が形成され、０°方向に音圧の大きな目的方向が形成されている。このような指向特性を持つスピーカの目的方向の延長方向に聴取者が位置すると、そのスピーカからの音は、聴取者自身の肩口方向から聞こえる音として認識される。
このような指向特性を持つスピーカを、第一スピーカ１０の代わりに用いて音響再生装置１００を構成しても良い。
【実施例２】
【００３４】
スピーカユニットは鉛直方向に配置しても良い。図９に２個のスピーカユニット８１と８２と、を鉛直方向に配置して構成したスピーカ８０を示す。このようにスピーカユニットを鉛直方向に配置し、スピーカユニット８１に接続されるフィルタ８３と、スピーカユニット８２に接続されるフィルタ８４のそれぞれのフィルタ係数ｈ３，ｈ４を、上記した方法で適切に設定すると、所定の仰角方向に死角を形成することが可能である。スピーカ８０を、例えば会議机上に置いた時に、聴取者９０の耳の方向に当たる仰角方向に死角を形成する指向特性とすると、上記した５個のスピーカユニットを用いた例で説明したと同じように聴取者自身の肩口方向から聞こえる聴感特性が得られる。
【００３５】
このスピーカ８０を、実施例１の第一スピーカ１０の代わりに用いても良い。その音響再生装置２００の構成例を図１０に示す。図１０では、フィルタ等を省略している。このようにスピーカユニットが一列に配置された第二スピーカ２０に対して、第一スピーカを、その列と直交する方向に一列に配置してもこの発明の効果を得ることが可能である。
【００３６】
以上述べたように、予め定めた方向に目的方向、その目的方向と異なる方向に死角方向が形成された第一スピーカと、その第一スピーカの何れかの死角方向に、目的方向が向けられた第二スピーカとを備えたこの発明の音響再生装置によれば、両スピーカに同時に同じ振幅の再生音信号が入力されても、それらの再生音を容易に聞き分けることができる。
【００３７】
なお、スピーカユニットの配置については、直線状や、さいの目の五の例で説明したが、この発明はスピーカユニットの配置に限定されない。例えば、三角形の頂点にスピーカユニットを配置しても良く、スピーカユニットは任意の配置が可能である。要するに、スピーカユニットの配置に対して設定する目的信号ベクトルと雑音信号ベクトルの条件に応じた指向特性の形成が可能である。
【００３８】
また、第一スピーカのスピーカユニットの列と、第二スピーカのスピーカユニットの列とが、並行及び、直交する例を説明したが、この並行や直交は数学における厳密な関係を意味するものではない。図８に示した指向特性の例からも明らかなように、±１５°程度の範囲のバラツキは許容するものである。つまり、図８に示す指向特性を持つスピーカを第一スピーカとした場合、組み合わされる第２スピーカの目的方向は、例えば＋１５°方向あるいは−１５°方向を向いていても良い。第一スピーカと第二スピーカの向きにその程度の方向性の違いが有ったとしてもこの発明の効果を得ることが可能である。
【図１】
2010171513.tif 000008
【図２】
2010171513.tif 000009
【図３】
2010171513.tif 000010
【図４】
2010171513.tif 000011
【図５】
2010171513.tif 000012
【図６】
2010171513.tif 000013
【図７】
2010171513.tif 000014
【図８】
2010171513.tif 000015
【図９】
2010171513.tif 000016
【図１０】
2010171513.tif 000017
【図１１】
2010171513.tif 000018