(57)【要約】【課題】スピーカアレイを駆動する信号増幅装置において、入力信号の音量が小さい場合には、再生音場の暗騒音の影響で主に低域がマスキングされる。【解決手段】アレイ状に配置された複数のスピーカに入力信号を出力する信号増幅装置であって、入力信号を等しく２つに分配して出力する分配部と、暗騒音によってマスキングされる周波数帯域である補償周波数帯域および前記補償周波数帯域に属する信号を増幅する際に用いる補償音圧レベルを決定する補償周波数帯域決定部と、前記分配部が出力する一方の入力信号のうち前記補償周波数帯域に属する信号に対して、前記補償音圧レベルに基づいて、ゲイン増幅を行う信号増幅部と、を備え、前記分配部は前記複数のスピーカのうち一部のスピーカに対して入力信号を出力し、前記信号増幅部は、残りのスピーカに対して増幅後の入力信号を出力する信号増幅装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイ状に配置された複数のスピーカに入力信号を出力する信号増幅装置であって、
入力信号を等しく２つに分配して出力する分配部と、
暗騒音によってマスキングされる周波数帯域である補償周波数帯域および前記補償周波数帯域に属する信号を増幅する際に用いる補償音圧レベルを決定する補償周波数帯域決定部と、
前記分配部が出力する一方の入力信号のうち前記補償周波数帯域に属する信号に対して、前記補償音圧レベルに基づいて、ゲイン増幅を行う信号増幅部と、を備え、
前記分配部は前記複数のスピーカのうち一部のスピーカに対して入力信号を出力し、前記信号増幅部は、残りのスピーカに対して増幅後の入力信号を出力する信号増幅装置。
【請求項２】
前記補償周波数帯域決定部は、前記複数のスピーカのうち一部のスピーカから再生される周波数帯域が、前記入力信号の音量が小さくなるにつれて高域側に広くなっていくように再生信号を生成する請求項１に記載の信号増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のスピーカが並んだスピーカアレイを駆動する信号増幅装置を用いた音響信号処理技術に関し、特に暗騒音によってマスキングされる低域の周波数帯域を補償することによって広帯域再生を実現する機能を有する信号増幅装置、及び音響信号処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スピーカアレイは、複数個のスピーカユニットを一直線に近接配置し、線音源として動作させるシステムである。このシステムには、次のような特徴が挙げられる。通常のスピーカは特有の放射特性を持つものの、水平方向にも垂直方向にも音が広がる点音源に近い特性であるのに対し、スピーカアレイは、一直線に並んだ複数のスピーカにより線音源として動作させることができる。この特徴に加え、音響理論に従った位相干渉を利用することで、スピーカアレイの前方により強く信号を放射する事ができ、その結果、残響の多い空間でも音の明瞭性を向上させることが可能となる。更に、通常のスピーカ（点音源）と比較してスピーカアレイ（線音源）は距離による音の減衰が少なく、スピーカアレイ前方の距離が近い場所と遠い場所との音量差を低減できる。また、音の距離減衰が少ないため、スピーカアレイを構成する各スピーカへの入力信号の音響エネルギーは小さくて済み、結果として増幅器の出力を低減できる。
【０００３】
このような特徴を活かし、従来技術におけるスピーカアレイでは、小さい音量で再生する場合には、一部の増幅器の出力をオフにして入力信号を再生するスピーカ数を減らすことで、各スピーカから出力されるそれぞれの信号の位相干渉が原因となる、主に高域における音圧減衰を少なくしていた。その結果、増幅器の増幅率を小さくして全てのスピーカを用いて出力する場合よりも、主に高域の音圧減衰が小さくなり、広い周波数帯域の音を出力することが可能である（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−６７０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、小さい音量で再生する場合には、高域の音声信号に関しては再生する帯域を補償しているが、音量が小さいため、暗騒音の影響により特に低域がマスキングされてしまい、結果として低域の音が聞こえにくくなってしまう。そのような課題に対しては対策がなされていないため、広帯域再生が十分に実現できていないという課題がある。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、スピーカアレイを駆動する信号増幅装置において小さい音量で再生する場合に暗騒音レベルに応じて入力信号の低域を補償し、広帯域再生を実現する信号増幅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】
【０００７】
上記従来の課題を解決するため、本発明の一形態である信号増幅装置は、アレイ状に配置された複数のスピーカから再生信号を出力する信号増幅装置であって、入力信号を等しく２つの信号に分配する分配部と、前記分配部により分配された一方の入力信号が暗騒音レベルを下回る場合に補償する周波数帯域、及び補償音圧レベルを決定する補償周波数帯域決定部と、前記補償周波数帯域決定部において決定された周波数帯域に対して、補償音圧レベルだけゲイン増幅を行う信号増幅部を備え、前記信号増幅部で増幅された信号と前記分配部で分配されたもう一方の入力信号とを合わせてスピーカアレイから再生する事によって、前記複数のスピーカのうち、一部のスピーカから再生されるある特定の周波数帯域では暗騒音レベルよりも大きな音圧レベルで再生されるためにマスキングが生じなくなり、その結果、広帯域再生が可能となる。
【０００８】
また、本願の請求項２記載の発明は、請求項１記載の信号増幅装置における前記補償周波数帯域決定部において、前記複数のスピーカのうち一部のスピーカから再生される周波数帯域が前記入力信号の音量が小さくなるにつれて高域側に広くなっていくように再生信号を生成することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、信号増幅装置は、小さい音量で再生した場合に暗騒音によりマスキングされる低域の周波数だけを補償することによって、マスキングを回避し、再生音場における広帯域再生を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本実施の形態の信号増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本実施の形態の信号増幅装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、周波数領域における一般的な暗騒音レベルを示す図である。
【図４】図４は、本実施の形態の周波数領域における入力信号と暗騒音レベルがクロスする場合の一例を示す図である。
【図５】図５は、本実施の形態の入力信号におけるある特定の帯域の音圧レベルを増幅する様子を示す図である。
【図６】図６は、本実施の形態の周波数領域における入力信号と暗騒音レベルがクロスしない場合の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（実施の形態）
以下、図面を参照しながら、本実施の形態について説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態における信号増幅装置の構成を示すブロック図である。
【００１３】
本実施の形態の信号増幅装置は、分配部１、補償周波数帯域決定部２、信号増幅部３を備える。また、信号増幅装置は、外部または内部におけるスピーカアレイ４と接続される。
【００１４】
信号増幅装置において、分配部１で等しく分配された２つの入力信号のうち、入力信号処理部１００で処理された信号を（ｍ＋ｎ）個のスピーカ４のうち、ｍ個のスピーカで再生し、もう一方の信号をｎ個のスピーカで再生することにより、暗騒音レベルに応じて入力信号の低域を補償することができ、広帯域再生が可能となる。
【００１５】
分配部１は、外部から入力される音声信号を取得する。分配部１は、例えばDVDに記録されている音声信号を取得する。また、分配部１は、ネットワーク経由で音声信号を取得する。つまり、分配部１は、音声信号を取得する機能を有していればよく、その取得経路についてはどのようなものでも構わない。
【００１６】
さらに分配部１は、取得した音声信号を分配する。そして、分配部１は、音声信号を分配して得られる２つの信号を補償周波数帯域決定分２およびスピーカアレイ４に出力する。
【００１７】
補償周波数帯域決定分２は、音声信号と暗騒音がクロスする補償周波数帯域を決定する。具体的な動作については後述する。
【００１８】
信号増幅部３は、補償周波数帯域決定分２で決定された補償周波数帯域の音声信号に対してゲインを乗算し出力する。そして、スピーカアレイ４は、接続されるスピーカのうち一部のスピーカにゲインを乗算して得られる音声信号を出力する。
【００１９】
スピーカアレイ４は、分配部１または信号増幅部３から出力される音声信号を再生する。なお、スピーカアレイ４はSP1からSPm+mまで備える。受聴者は任意で低域を再生するスピーカをm個選ぶことができる。また、すべての周波数帯域に渡って音声信号を再生するスピーカ数は(n+m)個となる。
【００２０】
以上のように構成された信号増幅装置について、以下詳細に説明する。
【００２１】
図２は分配部１で分配された入力信号が、入力信号処理部１００で処理される際の動作の一例を示すフローチャートである。分配部１は、入力信号を等しく２つの信号に分配する（Ｓ１１）。次に、補償周波数帯域決定部２は、入力信号をＦＦＴにより周波数領域のデータに変換し、入力信号と暗騒音レベルがクロスする周波数を決定する（Ｓ１２）。ここで、暗騒音レベルは、周波数領域において一般的には例えば図３のように低域ほどレベルが高く、高域ほどレベルが小さい。ある信号の音圧レベルが暗騒音レベルよりも小さい場合、つまり、図３において入力信号の周波数振幅応答のある帯域が網掛け部分に差し掛かった場合は、暗騒音により入力信号がマスキングされてしまうため、結果としてその帯域の音は聞こえなくなってしまう。ここで、マイクで測定した暗騒音レベルと入力信号の音圧レベルでは基準が異なりそのままでは比較ができないため、暗騒音レベルを音圧レベルのスケールに合わせて変換した値を以下使用するものとする。なお、本実施の形態においては図３で示されるような一般的な暗騒音レベルを用いて以下説明するが、予め想定される様々な空間の暗騒音レベルをテーブル化して保持しておき、ユーザが任意に用いる暗騒音レベルを選択してもよいし、本発明におけるスピーカアレイを駆動する信号増幅装置を設置する空間の暗騒音レベルを、マイクを用いた音場測定によりリアルタイムに計測して用いてもよい。
【００２２】
図４は暗騒音レベルと入力信号がクロスする様子を示す図である。図において、Ｘｔｈ［Ｈｚ］は補償周波数帯域に対して任意に設定された下限周波数であり、その周波数における暗騒音レベルはＹｔｈ［ｄＢ］である。なお、Ｘｔｈ［Ｈｚ］は、例えば人間の最低可聴周波数の２０［Ｈｚ］としてもよい。クロスする周波数は入力信号と暗騒音レベルの交点からＸ［Ｈｚ］（Ｘ＞Ｘｔｈ）となり、低域を補償する対象となる補償周波数帯域は下限周波数とクロスする周波数から（Ｘｔｈ〜Ｘ）［Ｈｚ］と決定される。また、下限周波数Ｘｔｈ［Ｈｚ］における入力信号の音圧レベルをＹ（Ｙｔｈ＞Ｙ）とすると、入力信号の補償周波数帯域におけるマスキングを避けるために必要な補償音圧レベルは（Ｙｔｈ−Ｙ）［ｄＢ］となる。つまり、補償周波数帯域に対して補償音圧レベル（Ｙｔｈ−Y）[ｄＢ]だけ音圧レベルを増加させればマスキングは発生しない。
【００２３】
次に、信号増幅部３は入力信号において、前記決定した補償周波数帯域（Ｘｔｈ〜Ｘ）［Ｈｚ］の音圧レベルを補償音圧レベル（Ｙｔｈ−Ｙ）［ｄＢ］だけ増幅し、ＩＦＦＴした後にｍ個のスピーカへ出力する（Ｓ１３）。増幅するための手段は、一例としてイコライザのように特定の周波数帯域のレベルを増幅する手段が考えられる。
【００２４】
以上のように、分配部１で等しく２つに分配された入力信号のうち、入力信号処理部１００によりある特定の帯域を増幅された信号を、スピーカアレイを構成する（ｍ＋ｎ）個のスピーカ４のうち、ｍ個のスピーカから再生し、また、もう一方の信号を残りのｎ個のスピーカから再生する事により、従来であれば暗騒音レベルよりも入力信号の音圧レベルが小さいために、マスキングによって聞こえなかった信号が聞こえるようになり、結果として広帯域再生が可能となる。
【００２５】
なお、補償周波数帯域決定部２において図６に示すように入力信号が暗騒音レベルよりも全帯域において大きい場合、すなわち入力信号の周波数応答と暗騒音レベルがクロスしない場合は、マスキングが発生しないため、信号増幅部３で信号を増幅する必要はなく、入力信号をそのままスピーカへ出力する。つまり分配部１で等しく２つに分配されたそれぞれの信号は何も処理をされないまま（ｍ＋ｎ）個のスピーカに出力されることになる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、音声信号が再生可能で２本以上の複数のスピーカを駆動する装置を備えた機器に適用でき、特にスピーカアレイ機器に適用できる。
【符号の説明】
【００２７】
１  分配部
２  補償周波数帯域決定部
３  信号増幅部
４  スピーカアレイ
【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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