(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
指向性スピーカと反射方向制御部とから成る音響再生装置であって、
反射方向制御部は、
上記指向性スピーカが放射する音響信号の方向を変化させる反射板と、
音響再生装置を中心としたあらゆる方向に音波を放射し、その方向からの反射音を測定して反射強度を求める反射音強度測定手段と、
上記反射強度を求めた方向に存在する物体までの距離を測定する測距手段と、
上記反射強度と上記物体までの距離とを入力として反射強度の大きさに応じた順番に上記方向を整列する統合手段と、
統合手段が整列した最上位の方向に上記音響信号を向けるように上記反射板の反射面の方向を制御する反射方向制御手段と、
を具備する音響再生装置。
【請求項２】
指向性スピーカを備える音響再生装置であって、
音響再生装置を中心としたあらゆる方向に音波を放射し、その方向からの反射音を測定して反射強度を求める反射音強度測定手段と、
上記反射強度を求めた方向に存在する物体までの距離を測定する測距手段と、
上記反射強度と上記物体までの距離とを入力として反射強度の大きさに応じた順番に上記方向を整列する統合手段と、
統合手段が整列した最上位の方向に上記指向性スピーカの指向方向を向ける指向性制御手段と、
を具備する音響再生装置。
【請求項３】
指向性スピーカを備える音響再生装置を中心としたあらゆる方向に音波を放射し、その方向からの反射音を測定して反射強度を求める反射強度測定ステップと、
上記反射強度を求めた方向に存在する物体までの距離を測定する測距ステップと、
上記反射強度と上記物体までの距離とを入力として反射強度の大きさに応じた順番に上記方向を整列する統合ステップと、
上記統合ステップが整列した最上位の方向に上記指向性スピーカの指向方向を向ける音響出力ステップと、
を含む音響再生方法。
【請求項４】
請求項３に記載した音響再生方法を、コンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ある部屋で音を再生する際に、特定の方向だけに受聴領域を限定した音響再生装置、或いは効率良く部屋全体に音を行き渡らせる音響再生装置とすることが出来る音響再生装置とその方法と、プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特定の方向だけに受聴領域を限定した音響再生装置、或いは効率良く部屋全体に音を行き渡らせる音響再生装置を作るのに、部屋の残響特性を測定する必要があった。非特許文献１に、部屋の残響時間の測定方法が述べられている。その方法は、マイクロホンを部屋中に分散配置して音圧を測定することで、スピーカ音の放射方向に依存した残響特性を得るものである。この部屋の残響特性から、どの方向に音を放射すると最も吸音させることが出来るか、若しくは最も拡散させることが出来るかを知ることができる。部屋の残響特性を知ることで、特定の方向だけに受聴領域を限定した音響再生装置或いは、効率良く部屋全体に音を行き渡らせる音響再生装置を作ることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】ハインリッヒ・クットルフ著、藤原恭司、日高孝之  訳、「室内音響学  建築の響きとその理論」、市ヶ谷出版社、pp.230-272,Aug.2003.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
部屋全体の残響時間を測定するには手間がかかる。また、その部屋に対応させた音響再生装置となるため装置の汎用性が低くなる課題があった。
【０００５】
この発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、部屋の残響特性を測定する必要が無く、特定の方向だけに受聴領域を限定した音響再生装置、或いは効率良く部屋全体に音響信号を行き渡らせる音響再生装置と、することが出来る汎用性の高い音響再生装置とその方法とプログラム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】
【０００６】
この発明の音響再生装置は、指向性スピーカと反射方向制御部とから成る。反射方向制御部は、反射板と、反射音強度測定手段と、測距手段と、統合手段と、反射方向制御手段とを具備する。反射板は、指向性スピーカが放射する音響信号の方向を変化させる。反射音強度測定手段は、音響再生装置を中心としたあらゆる方向に音波を放射し、その方向からの反射音を測定して反射強度を求める。測距手段は、反射強度を求めた方向に存在する物体までの距離を測定する。統合手段は、反射強度と物体までの距離とを入力として反射強度の大きさに応じた順番にその方向を整列する。反射方向制御手段は、統合手段が整列した最上位の方向に指向性スピーカからの音響信号を向けるように反射板の反射面の方向を制御する。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の音響再生装置は、部屋の吸音特性を測定し、例えば、音を吸音する方向に指向性スピーカが放射する音響信号を向けるので、効率良く受聴領域を限定した音響再生装置を提供することが出来る。また、音を反射する方向に音響信号を向ければ、少ない出力で部屋全体に音響信号を行き渡らせることができる。このように部屋の音響特性に合わせて所望の音響再生装置を提供することが出来る。
【０００８】
この発明の音響再生装置は、反射強度と物体までの距離とから指向性スピーカからの音を向ける方向を決めるので、受聴領域を適切に設定することが出来る。受聴領域を適切に設定とは、例えば、反射強度が低くても単に空間が広がっている領域に音響信号を向けることが無いことを意味する。比較的広い部屋にこの発明の音響再生装置を設置して受聴領域を限定する場合を想定する。この時、この発明の音響再生装置は、周囲にある物体までの距離も測定するので、反射強度が低くても物体が何も無い方向に音響信号を向けて受聴領域を拡大させてしまうことが無い。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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】反射方向制御部２０の動作フローを示す図。
【図３】反射音強度測定手段２４と測距手段２５の動作を説明するための図。
【図４】相対方向探索機能を備えた音響再生装置１００′の機能構成例を示す図。
【図５】指向性スピーカ１１と指向性制御用受音手段１２の例を示す図であり、（ａ）はワンポイントステレオマイクロホン１２０を用いた例、（ｂ）はマイクロホン１２１を４個用いた例を示す図である。
【図６】反射板２１の形状を変化させるための機能構成例を示す図。
【図７】反射板２１の形状を変化させた例を示す図であり、（ａ）は凸面形状とした例、（ｂ）は凹面形状とした例を示す図である。
【図８】相対方向探索過程の動作フローを示す図。
【図９】この発明の音響再生装置２００の機能構成例を示す図。
【図１０】音響再生装置２００の動作フローを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。複数の図面中同一のものには同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。
【実施例１】
【００１１】
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、指向性スピーカ１１と、反射方向制御部２０とから成る。指向性スピーカ１１は、ホーンスピーカ、パラメトリックスピーカ、ディジタルフィルタ型スピーカアレー等の、放射する音響信号の指向性を可変することが可能な公知のスピーカである。
【００１２】
反射方向制御部２０は、反射板２１と、反射音強度測定手段２４と、測距手段２５と、統合手段２３と、反射方向制御手段２２と、を具備する。反射板２１を除く各手段は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ等で構成されるコンピュータに所定のプログラムが読み込まれて、ＣＰＵがそのプログラムを実行することで実現されるものである。
【００１３】
反射板２１は、指向性スピーカ１１が放射する音響信号の方向を変化させる。図１に示す例では、指向性スピーカ１１から指向特性の付加された音響信号が鉛直下方向に放射され、反射板２１によってその音響信号の指向方向が９０°変化させられている。
【００１４】
図２に音響再生装置１００の動作フローを示す。反射音強度測定手段２４は、音響再生装置１００を中心としたあらゆる方向に音波を放射し、その方向からの反射音を測定して反射強度を求める（ステップＳ２４）。放射する音波は、可聴音でも超音波でも良い。
【００１５】
測距手段２５は、反射音強度測定手段２４が音波を放射した方向に存在する物体までの距離を測定する（ステップＳ２５）。統合手段２３は、反射音強度測定手段２４が測定した反射強度と、測距手段２５が測定した物体までの距離とを入力として反射強度の大きさに応じた順番に方向を整列する（ステップＳ２３）。
【００１６】
例えば、物体までの距離が１m以内で反射強度が１０dB減衰する方向は、反射強度が小さい方に順位付けされる。また、物体までの距離が例えば１０m以上と遠くて反射強度が１０dB減衰する方向は、前者よりも反射強度が大きい方に順位付けされる。このように反射強度と物体までの距離とを用いて各方向の反射強度の順位付けが行われる。なお、物体までの距離が近くて反射強度が大きい方向は、反射強度の大きい方に順位付けされる。
【００１７】
反射方向制御手段２２は、統合手段２３が整列した最上位の方向に指向性スピーカ１１からの音響信号を向けるように反射板２１の角度と方向を制御する（ステップＳ２２）。この反射方向制御ステップは、所望の方向に音響信号を向ける意味で音響出力ステップと称しても良い。
【００１８】
例えば、統合手段２３が反射強度の大きい順に方向を整列した場合は、その最上位の方向に音響信号を向けることで比較的少ない音量でも効率良く部屋全体に音を行き渡らせることが出来る。また、反射強度の小さい順に方向を整列した場合は、その最上位の方向には音を良く吸収する物体が存在するので、その方向に音響信号を向けると、その物体と音響再生装置１００との間に受聴領域を限定することが出来る。
【００１９】
このように、この発明の音響再生装置１００によれば、部屋の残響特性を測定しなくても部屋の音響特性に合わせた所望の音響再生装置を提供することが出来る。
【００２０】
ここで、反射音強度測定手段２４と測距手段２５について更に詳しく説明する。反射音強度測定手段２４は、あらゆる方向に音波を放射すると説明したが、先ず音響再生装置１００を中心とした水平方向に音波を放射する例で、反射強度と物体までの距離の具体的な求め方を説明する。
【００２１】
図３に、反射音強度測定手段２４と測距手段２５の具体例を示す。反射音強度測定手段２４は、音響再生装置１００を中心とした所定の半径の円周上の所定の角度毎に音波を放射し、その方向からの反射音を測定する複数の反射音センサ２４ａ〜２４ｘを備える。図３に示す例では、２４個の反射音センサ２４ａ〜２４ｘが所定の円周上に約中心角１０°おきに設けられる。煩雑になるので全ての反射音センサの参照符号を表記していない。反射音センサ２４ａ〜２４ｘのそれぞれは、例えば、指向性スピーカと指向性マイクロホンとの組で構成される。指向性マイクロホンは、その指向方向からの音を受音した受音信号を反射音強度測定手段２４に伝達する。反射音強度測定手段２４は、指向性スピーカに与えた出力信号と、指向性マイクロホンで受音した受音信号とからその方向の反射強度を求める。
【００２２】
測距手段２５は、反射音センサ２４ａ〜２４ｘと対になるように測距センサ２５ａ〜２５ｘを備える。測距センサは、例えば三角測量の原理を応用した光学式センサであり、反射物までの距離を測定することが出来る。測距センサには、例えば、シャープ製測距センサGP2D12等が利用可能である。測距センサ２５ａ〜２５ｘは、各方向にある物体までの距離に比例する光電流を検出して測距手段２５に伝達する。測距手段２５は、その光電流から物体までの距離を測定する。
【００２３】
以上述べたように反射音センサと測距センサを用いることで、反射強度と物体までの距離とを測定することが出来る。上記した反射音センサと測距センサを、測定したい方向の数だけ用意することで、あらゆる方向の反射強度と距離を測定することが可能である。
【００２４】
なお、測距手段２５として各方向のそれぞれに測距センサを設ける例で説明したが、測距センサには1個のセンサで全周３６０°を光学スキャンして周囲の物体との距離を測定するタイプもある。例えば、浜松ホトニクス製C9159等がある。このようなタイプの距離センサを用いて測距手段２５を構成しても良い。
【００２５】
なお、反射方向制御手段２２は、外部から入力される方向情報に基づいて反射板２１の角度と方向を制御するようにしても良い（図１に破線で示す方向情報を参照）。つまり、吸音物体の位置が既知である場合、その方向に音響信号を反射するようにすればステップＳ２４，Ｓ２５，Ｓ２３（図２参照）は不要である。
【００２６】
また、図１の例では、反射方向制御部２０が指向性スピーカ１１の鉛直方向下の既知の位置である場合で説明したが、その位置関係は未知であっても良い。お互いの位置が未知の場合、指向性スピーカ１１と反射方向制御部２０に、お互いの位置を探索する相対方向探索機能を持たせる。
【００２７】
〔相対方向探索機能〕
図４に、相対方向探索機能を持つ音響再生装置１００′の機能構成例を示す。音響再生装置１００′は、指向性スピーカ１１の側に指向性制御用受音手段１２と放音指向性制御手段１３とを備える点で音響再生装置１００と異なる。また、反射方向制御部２０′が、反射方向制御用受音手段２６と相対方向探索機能を含む反射方向制御手段４０とを備える点で音響再生装置１００と異なる。
【００２８】
指向性制御用受音手段１２は、指向性スピーカ１１の前方の固定された位置に配置され、指向性スピーカ１１から放射する音響信号と反射方向制御部２０′で反射した反射音の放射受音信号を受音する。放音指向性制御手段１３は、放射受音信号が最大になるように、指向性スピーカ１１の指向性を制御する。
【００２９】
反射方向制御部２０′の反射方向制御用受音手段２６は、反射板２１の前方に配置され、指向性スピーカ１１の音響信号と反射板２１で反射した反射音の反射受音信号を受音する。反射方向制御手段４０は、反射受音信号が最大になるように、反射板２１の反射面の形状と方向を制御する。
【００３０】
以上のように放音指向性制御手段１３と反射方向制御手段４０とが動作することで、指向性スピーカ１１の側と、反射方向制御部２０′の側で、お互いの位置関係を把握することが出来る。従って音響再生装置１００′は、指向性スピーカ１１と反射方向制御部２０′とが、少々乱暴に配置されても音響再生装置として機能することが出来る。
【００３１】
図５に、指向性スピーカ１１と指向性制御用受音手段１２のより具体的な構成例を示して更に詳しく説明する。図５（ａ）は、指向性制御用受音手段１２にワンポイントステレオマイクロホン１２０を用いた例を示す。図５（ｂ）は、４本のマイクロホン１２１ａ〜１２１ｄを用いた例を示す。何れの図も指向性スピーカ１１の正面から見た図であり、指向性スピーカ１１を複数のスピーカ１１a〜１１qで構成されるディジタルフィルタ型スピーカアレーとした例で示す。
【００３２】
ディジタルフィルタ型スピーカアレーは、各スピーカ１１a〜１１qに入力する信号の遅延量と振幅量を制御することで放射音の指向性を可変するものであり公知の技術である。
【００３３】
図５（ａ）は、指向性スピーカ１１を構成する１６個のスピーカ１１a〜１１qの前方の略中央に、ワンポイントステレオマイクロホン１２０が配置される。指向性スピーカ１１からの放射音の指向方向が変化しても、ワンポイントステレオマイクロホン１２０の位置は固定され、放射音の指向方向の変化と、反射板２１からの反射音とを受音する。
【００３４】
図５（ｂ）は、指向性スピーカ１１を構成する１６個のスピーカ１１a〜１１qの中心点の前方を直交する２つの軸上に、その中央から等間隔を空けた位置に２個ずつのマイクロホン１２１ｂ，１２１ｄと、マイクロホン１２１ａ，１２１ｃとが配置される。指向性スピーカ１１からの放射音の指向方向が変化しても、４個のマイクロホン１２１ａ〜１２１ｄの位置は固定され、放射音の指向方向の変化と、反射板２１からの反射音とを受音する。
【００３５】
マイクロホンの位置は、上記した例に限定されない。マイクロホンが２個以上で、指向性スピーカ１１の前方の固定された位置に配置されれば、放射音の指向性の変化を検出することができ、放射音と反射板２１で反射された反射音からなる放射受音信号を受音することができる。
【００３６】
放射受音信号は放音指向性制御手段１３に入力され、放音指向性制御手段１３は放射受音信号が最大になるように指向性スピーカ１１の指向方向を制御する。放音指向性制御手段１３は、例えばディジタルフィルタ型スピーカアレーで構成される指向性スピーカ１１の指向方向を、各スピーカに入力する信号の遅延量と振幅量を可変して制御する。放音指向性制御手段１３は、公知の技術で容易に実現できる。
【００３７】
〔反射板〕
ここで、反射板２１の形状を制御する方法について説明する。図６に反射方向制御手段４０に含まれる形状制御手段６０の機能構成例を示す。形状制御手段６０は反射板２１の形状を制御する。反射板２１の方向を制御する部分については一般的な方法で実現可能であるので図６では省略し、反射板２１の形状を制御する構成のみを示している。なお、図６は反射板２１を側面方向から見た図である。
【００３８】
形状制御手段６０は、反射板固定枠６４ａ，６４ｂと、湾曲駆動モータ６５と、湾曲軸６６と、湾曲方向初期化モータ６７と、初期化軸６８と、を備える。反射板２１の鉛直方向の上下２端が、反射板固定枠６４ａと６４ｂとで保持される。その一方の反射板固定枠６４ａは湾曲軸６６を介して湾曲駆動モータ６５に連結されている。湾曲駆動モータ６５が回転することで反射板固定枠６４ａの鉛直方向の位置が上下する。
【００３９】
反射板２１は、例えば、変形が可能な薄い金属板若しくは下敷きのようなプラスチック材料で出来ており、反射板固定枠６４ａの位置が下がることで変形が可能である。その反射板２１の略中央の一面に初期化軸６８が接続され、その初期化軸６８は湾曲方向初期化モータ６７で前後に移動可能にされている。
【００４０】
図７に、反射板２１を凸面（図７（ａ））、凹面（図７（ｂ））に変形させた場合を示す。反射板２１の形状を凸面にする場合、湾曲方向初期化モータ６７は、湾曲駆動モータ６５が回転を開始するのと同時若しくはその前に初期化軸６８を前方に駆動する。その後は、初期化軸６８には駆動力を与えず自由な状態にする。このような状態の切り換えは、湾曲方法初期化モータ６７を例えばリニアモータで構成することで容易に実現できる。
そして、反射板固定枠６４ａの位置が下がることで、反射板２１を凸面に変形することができる。
【００４１】
反射板２１の形状を凹面にする場合、湾曲方向初期化モータ６７は、湾曲駆動モータ６５が回転を開始するのと同時若しくはその前に初期化軸６８を後方に駆動する。その後は、初期化軸６８には駆動力を与えず自由な状態にする。その状態で、反射板固定枠６４ａの位置が下がると反射板２１は凹面に変形する。
【００４２】
以上述べたように、反射板２１の形状は、平面から凸面、平面から凹面に自由に変形することが可能である。この反射板２１の形状変化を利用することで、相対方向探索を効率良く行うことが可能になる。
【００４３】
図８に、自動的に放射音と反射音とを相対させる相対方向探索動作の動作フローを示す。指向性スピーカ１１と反射方向制御部２０′の、お互いの位置が未知の場合、反射板２１で反射する反射音は拡散していた方が、相対方向を見つけ易い。よって、相対方向を探索する初期の段階では、反射板２１の形状を凸面形状にして置くと都合が良い（ステップＳ６０）。そして、反射板２１の方向は固定として放射受音信号が最大になる方向に指向性スピーカ１１の指向方向を決定する（ステップＳ１３）。その後、段階的に反射板２１の形状を平面に変化させる（ステップＳ６１）。
【００４４】
反射板２１の形状を一段階可変した後に、反射板２１の形状は固定のままその方向を変えて反射受音信号が最大になるよう反射板２１の方向を制御する（ステップＳ４０）。このステップＳ１３とステップＳ６１とステップＳ４０の動作を、反射受音信号が最大になるまで繰り返すことで放射音と反射音とを相対させることができる（ステップＳ４１のYes）。このように反射板２１の形状を可変することで、相対方向探索を効率良く行うことができる。なお、より正確に反射方向制御部２０′の位置を把握したい場合は、反射板２１を凹面形状にしても良い。この、放音指向性制御手段１３と反射方向制御手段４０における相対方向探索動作の連携は、放音指向性制御手段１３と反射方向制御手段４０とを信号線（図４の１３と４０を結ぶ破線）で結び、お互いの動作状況を相手側に通信することで容易に実現することができる。その有線接続による通信は、赤外線通信や近距離無線通信に代えても良い。
【００４５】
なお、指向性スピーカ１１と反射方向制御部２０の位置関係が既知の場合には相対方向探索動作を省略可能であり、反射板２１は形状を制御できるものに限られない。
【００４６】
以上述べた相対方向探索機能によって、指向性スピーカ１１と反射方向制御部２０の位置関係が明らかになった後に反射方向制御手段４０は、図２で説明した反射方向制御過程の処理を行う。その結果、音響再生装置１００′は、指向性スピーカ１１と反射方向制御部２０′の位置が未知の場合でも音響再生装置として機能することが出来る。
【実施例２】
【００４７】
図９にこの発明の音響再生装置２００の機能構成例を示す。その動作フローを図１０に示す。音響再生装置２００は、指向性スピーカ９１と、指向性制御手段９０と、統合手段２３と、反射音強度測定手段２４と、測距手段２５と、を具備する。
【００４８】
音響再生装置２００は、指向性スピーカ９１と、指向性制御手段９０とを備える点が音響再生装置１００と異なり、統合手段２３で整列した方向に指向性スピーカ９１から音響信号を直接放射するようにしたものである。つまり、指向性制御手段９０が、統合手段２３が整列した最上位の方向に、指向性スピーカ９１の指向方向を直接向ける点（ステップＳ９０）が異なる。
【００４９】
指向性制御手段３０は、統合手段２３整列した方向に音響信号が放射されるように、指向性スピーカ９１を例えばディジタルフィルタ型スピーカアレーで構成した場合、ディジタルフィルタ型スピーカアレーを構成する複数のスピーカに入力する信号の遅延量と振幅量を制御する。その結果、音響再生装置２００は、反射強度の小さい方向若しくは大きい方向に直接音響信号を放射する。
【００５０】
なお、上記装置における処理手段をコンピュータによって実現する場合、各装置が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。そして、このプログラムをコンピュータで実行することにより、各装置における処理手段がコンピュータ上で実現される。
【００５１】
この処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等どのようなものでもよい。具体的には、例えば、磁気記録装置として、ハードディスク装置、フレキシブルディスク、磁気テープ等を、光ディスクとして、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ（Recordable）/ＲＷ（ReWritable）等を、光磁気記録媒体として、ＭＯ（Magneto Optical disc）等を、半導体メモリとしてＥＥＰ−ＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable-Read Only Memory）等を用いることができる。
【００５２】
また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したＤＶＤ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記録装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。
【００５３】
また、各手段は、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより構成することにしてもよいし、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェア的に実現することとしてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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