(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスピーカユニットを有するスピーカアレイを備え、
少なくとも一部の前記スピーカユニットが空間的に不均一に配置されており、
空間的に不均一に配置された前記スピーカユニットは、前記スピーカユニットを規則的に配置した場合の位置に対し、任意の乱数に基づく補正値を加えることにより空間的に不均一に配置されている、ことを特徴とする音響信号再生装置。
【請求項２】
前記スピーカユニットの全てが、空間的に不均一に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の音響信号再生装置。
【請求項３】
前記スピーカユニットを規則的に配置した場合とは、前記スピーカユニットを等間隔に配置した場合である、請求項１又は２に記載の音響信号再生装置。
【請求項４】
複数の前記スピーカユニットは、直線形状、円弧状、平面的形状、又は、窓枠形状に配置される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の音響信号再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、音響信号再生装置に関し、特に、複数のスピーカユニットを有するスピーカアレイを備える音響信号再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数のスピーカユニットを用いて原音場の物理特性を再現し、所望の音像定位を与える技術として、波面合成法（ＷＦＳ:Wave Field Synthesis）の理論に基づいたスピーカアレイが利用されている（例えば、非特許文献１参照）。ＷＦＳの理論に基づいたスピーカアレイとしては、主として等間隔で直線状にスピーカユニットを配置したものが用いられている。この場合、十分な音像定位を与えられるのは、直線スピーカアレイと聴取点とがなす平面上の音像についてだけである。また、スピーカユニット間で生じる干渉により、再現された音場の周波数特性が劣化することも知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】A. J. Berkhout, D de Vries, and P. Pogal, Journal of Acoustical Society of America, 93 (1993), p.2764.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図５は、スピーカアレイにおける音波の経路の一例を示す図である。本来、ＷＦＳの理論が適用されるのは、スピーカユニットが平面上にごく密に存在し、また、仮想音源とスピーカアレイとの距離が音波の波長よりも十分に大きく、再現すべき音像の波面が平面波とみなせる場合である。しかし実際の設計においてスピーカユニットはある程度の間隔をもってスピーカアレイを構成することとなり、また、音像定位を明瞭にするためには、仮想音像をスピーカアレイに近づけることが有効である。この場合、再現すべき音像の波面は球面波となり、仮想音源から各スピーカユニットを介して聴取位置に至る各経路の音波の干渉が発生する。図６は、入力音響信号及びスピーカアレイから出力される音の周波数特性の一例を示す図である。図６（ａ）に示す入力音響信号に対してスピーカアレイの各経路の音波の干渉が発生すると、図６（ｂ）に示す周波数特性のように高周波数帯域においてディップが生じ、本来の音像が与えるべき周波数特性が損なわれる可能性がある。
【０００５】
図７、８により、スピーカアレイにより周波数特性にディップが生じる原因を詳述する。図７は、スピーカアレイにおける２つのスピーカユニットに関する音波の経路差の一例を示す図である。例えば、仮想音源から聴取位置に対して、スピーカアレイの２つのスピーカユニットＳ１、Ｓ２を経由する音の経路長をそれぞれＬ１、Ｌ２とする。ここで、Ｌ１とＬ２との経路差をΔＬは、式（１）により表される。
【０００６】
【数１】
0005997503.tif 000002
【０００７】
ここで、経路差ΔＬがある周波数の半波長および半波長の奇数倍となる場合、当該周波数の音波は聴取位置において逆位相となり打ち消しあうことになる。そのため、空気中の音速をｃとすると、経路差ΔＬにより打ち消しあう周波数ｆｎ（ｎは０以上の整数）は、式（２）により表すことができる。
【０００８】
【数２】
0005997503.tif 000003
【０００９】
図８は、経路差により生じる周波数特性のディップの一例を示す図である。図示の通り、式（２）に示す周波数においてディップが生じることになる。ここで、スピーカアレイは、多数のスピーカユニットを含むため、スピーカユニットの組み合わせごとに経路差が生じ、上述のディップも多く生じるため、信号処理による補正には複雑さを伴う。特に、従来のように、スピーカユニットを等間隔に配置したスピーカアレイでは、各スピーカユニット間の経路差に規則性が生じ易く、相互干渉により個々のディップが強め合うことによって周波数特性が悪くなり、音質劣化を招くという課題があった。
【００１０】
したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、複数のスピーカユニットを含むスピーカアレイにおいて、相互干渉による周波数特性の劣化を低減可能な音響再生装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した諸課題を解決すべく、本発明に係る音響信号再生装置は、複数のスピーカユニットを有するスピーカアレイを備え、少なくとも一部の前記スピーカユニットが空間的に不均一に配置されており、空間的に不均一に配置された前記スピーカユニットは、前記スピーカユニットを規則的に配置した場合の位置に対し、任意の乱数に基づく補正値を加えることにより空間的に不均一に配置されている、ことを特徴とする。
【００１２】
また、前記スピーカユニットの全てが、空間的に不均一に配置されている、ことが望ましい。
【００１３】
また、前記スピーカユニットを規則的に配置した場合とは、前記スピーカユニットを等間隔に配置した場合である、ことが望ましい。
【００１４】
また、複数の前記スピーカユニットは、直線形状、円弧状、平面的形状、又は、窓枠形状に配置される、ことが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る音響再生装置によれば、複数のスピーカユニットを含むスピーカアレイにおいて、相互干渉による周波数特性の劣化を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る音響信号再生装置の機能ブロックを示す図である。
【図２】スピーカアレイにおけるスピーカユニットの配置の一例を示す図である。
【図３】スピーカユニット配置に関する補正値の一例を示す図である。
【図４】スピーカユニット配置による周波数特性の変化の一例を示す図である。
【図５】スピーカアレイにおける音波の経路の一例を示す図である。
【図６】入力音響信号とスピーカアレイ出力の周波数特性の一例を示す図である。
【図７】スピーカアレイにおける音波の経路差の一例を示す図である。
【図８】周波数特性のディップの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る音響信号再生装置１の機能ブロックを示す図である。音響信号再生装置１は、デコーダ１０と、増幅器２０と、スピーカアレイ３０と、を備える。
【００１９】
デコーダ１０は、入力された音響信号をデコードし、デコードした音響信号を駆動信号として増幅器２０に出力する。ここで、音響信号は、ホームシアターやデジタル放送で用いられる５．１チャネル音響や、スーパーハイビジョン音響である２２．２チャネル音響など、種々のマルチ音響方式の音響信号を用いることができる。
【００２０】
増幅器２０は、デコーダ１０からの駆動信号を増幅し、スピーカアレイ３０の各スピーカユニットに出力する。
【００２１】
スピーカアレイ３０は複数のスピーカユニットを有するものであり、各スピーカユニットにより、増幅器２０より入力される駆動信号をそれぞれ音に変換して放射する。スピーカアレイ３０は直線形状に限られず、円弧状、複数段のアレイを並べた平面的な形状、液晶ディスプレイなどの表示部の外周に沿った窓枠形状としたりするなど、任意の形状とすることが可能である。
【００２２】
スピーカアレイ３０のスピーカユニットは空間的に不均一に配置されている。ここで、空間的に不均一に配置されているとは、従来の等間隔に配置されたスピーカユニットと比較して、スピーカユニットが不規則に配置されていることを意味する。また、空間的に不均一に配置とは、直線状に配置されたスピーカユニット間の間隔を不均一にすることに限られず、平面的に縦方向及び横方向の配置を不均一にしたり、さらに奥行き方向の配置を不均一にしたりするなど、スピーカユニットの３次元各方向の配置を不均一とする構成を含むものである。またスピーカユニットごとに異なる方向へずらすことも可能である。スピーカユニットを空間的に不均一に配置することにより、各スピーカユニットを経由する音の経路差に規則性が生じにくくなり、所定の周波数特性のディップが強めあうことによる音の再生品質の劣化を防止することができる。
【００２３】
スピーカアレイ３０のスピーカユニットのうち、少なくとも一部のスピーカユニットを不均一に配置したり、全てのスピーカユニットを不均一に配置したりすることができる。例えば、少なくとも一部のスピーカユニットを不均一に配置することにより、規則的に配置されたスピーカユニットにより音像定位の安定性を確保するとともに、不均一に配置されたスピーカユニットにより所定の周波数特性のディップが強めあうことを防ぐことができる。また、全てのスピーカユニットを不均一に配置することにより、周波数特性のディップが分散するため、特に高周波数領域における周波数特性を改善することが可能となる。
【００２４】
各スピーカユニットは、任意の乱数に基づいて空間的に不均一に配置することができる。このように乱数に基づくランダムな配置を用いることにより、複雑な計算をすることなく、各スピーカユニットを不均一に配置することが可能となる。また、各スピーカユニットの空間的に不均一な配置は、スピーカユニットを等間隔に配置した場合の位置に対し、任意の乱数に基づく補正値を加えることにより実現することが可能である。これにより、各スピーカユニットの配置を分散させながら、各スピーカユニットを経由する経路の経路長も分散させることができるため、音像定位の安定性を確保するとともに、所定の周波数特性のディップが強めあうことを防ぐことができる。
【００２５】
図２は、スピーカアレイ３０におけるスピーカユニットの配置の一例を示す図である。本実施形態におけるスピーカアレイ３０は、４１個のスピーカユニットを有しており、各スピーカユニット間の間隔が不均一となるように配置されている。
【００２６】
ここで、スピーカアレイ３０は、等間隔で配置された各スピーカユニットの位置に対し、任意の乱数に基づく補正値を加えることにより不均一な配置としたものである。例えば、４１個のスピーカユニットを２ｍの範囲に等間隔に均一配置する場合、各スピーカユニットは０．０５ｍ間隔に配置される。図３は、スピーカユニット配置に関する補正値の一例を示す図である。図３に示すように、各スピーカユニットに対して−０．０２５ｍから０．０２５ｍの範囲に分布するランダムな補正値を加えて横方向にずらすことにより、等間隔に配置されたスピーカアレイをランダムな不均一配置のスピーカアレイ３０とすることができる。
【００２７】
図４は、スピーカユニット配置による周波数特性の変化の一例を示す図である。図４（ａ）は、等間隔に配置されたスピーカアレイにより再生された音の周波数特性であり、図４（ｂ）は、本実施形態に係る不均一配置のスピーカアレイ３０により再生された音の周波数特性である。図４（ａ）及び図４（ｂ）を比較すると、本実施形態に係る不均一配置のスピーカアレイ３０によって、特に高周波数帯域において深いディップが少なくなり、周波数特性が改善されていることがわかる。
【００２８】
このように、本実施形態によれば、音響信号再生装置１は、複数のスピーカユニットを有するスピーカアレイ３０を備え、少なくとも一部のスピーカユニットが空間的に不均一に配置されている。これにより、規則的に配置されたスピーカユニットにより音像定位の安定性を確保するとともに、不均一に配置されたスピーカユニットにより所定の周波数特性のディップが強めあうことを防ぐことができる。本実施形態に係る音響信号再生装置１により、音像の定位を保ちつつスピーカアレイ３０で再現される音像の周波数特性を改善することができ、より高品質な音場再生が可能となる。また、本実施形態に係る音響信号再生装置１はスーパーハイビジョン用の２２．２チャネル音響信号を窓枠型スピーカアレイで再現する場合にも適用可能であり、家庭環境における三次元音響の再生を容易とすることができる。
【００２９】
また、スピーカユニットの全てが、空間的に不均一に配置されてもよい。これにより、周波数特性のディップが分散することにより、特に高周波数領域における周波数特性を改善することが可能となる。
【００３０】
また、空間的に不均一に配置されたスピーカユニットは、任意の乱数に基づいて空間的に不均一に配置されてもよい。これにより、不均一配置のために各経路差を把握した上での厳密な計算処理は不要であり、より負荷の少ない計算により各スピーカの配置を決定することができる。
【００３１】
また、空間的に不均一に配置されたスピーカユニットは、スピーカユニットを等間隔に配置した場合の位置に対し、任意の乱数に基づく補正値を加えることにより空間的に不均一に配置されてもよい。これにより、各スピーカユニットの配置を分散させながら、各スピーカユニットを経由する経路の経路長も分散させることができるため、音像定位の安定性を確保するとともに、所定の周波数特性のディップが強めあうことを防ぐことができる。
【００３２】
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各機能部などに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の機能部やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【００３３】
例えば、上記実施形態では、０．０５ｍのスピーカユニット間隔に対し、−０．０２５ｍから０．０２５ｍの範囲で補正値の設定を行ったが、例えばスピーカユニット自体の大きさ（例えば直径）を考慮して、−０．０２０ｍから０．０２０ｍの範囲などを補正値の乱数の範囲として設定することができる。なお、上記実施形態におけるスピーカユニットの数（４１個）や、設置用の幅（２ｍ）はあくまで一例であり、当該数値に限定されないことは言うまでもない。
【００３４】
また、本実施例では、等間隔配置から一様分布乱数を用いてスピーカユニットの配置を調整する場合について示したが、正規分布など他の統計量に従う乱数を用いることも当然可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係る音響再生装置によれば、複数のスピーカユニットを含むスピーカアレイにおいて、相互干渉による周波数特性の劣化を低減することができるという有用性がある。
【符号の説明】
【００３６】
１  音響信号再生装置
１０  デコーダ
２０  増幅器
３０  スピーカアレイ
【図１】
0005997503.tif 000004
【図２】
0005997503.tif 000005
【図３】
0005997503.tif 000006
【図４】
0005997503.tif 000007
【図５】
0005997503.tif 000008
【図６】
0005997503.tif 000009
【図７】
0005997503.tif 000010
【図８】
0005997503.tif 000011