(57)【要約】【課題】  スピーカを備え付けた空間内をマイクが移動する環境下においてもハウリングの発生を確実に防止できる仕組みを提供すること。【解決手段】  マイクロホン２０に発信機１０を固着し、その発信機１０の発信した電波信号の各受信機３０への到達時間差を基に、スピーカアレイ６０を備え付けた空間内におけるマイクロホン２０の位置を検出する。マイクロホン２０の位置が検出されると、そのマイクロホン２０への帰還量を抑えるべく、スピーカアレイ６０から出力する音響ビームの指向性を制御する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある空間内の任意の位置で音を集音する集音手段と、
前記集音手段が集音した音を前記空間内に向けて放音する放音手段と、
前記空間内における前記集音手段の位置を検出する検出手段と、
前記放音手段から放音される音の前記集音手段への帰還量を所定値以下に抑えるべく、前記放音手段の指向性を制御する指向性制御手段と
を備えた拡声システム。
【請求項２】
請求項１に記載の拡声システムにおいて、
前記空間を分割して得た各領域と、それら各領域に前記集音手段が位置した場合における指向性の制御手順を示す指向性制御情報とを各々対応付けて記憶した記憶手段を更に備え、
前記指向性制御手段は、
前記検出手段が検出した位置を内包する領域と対応付けて前記記憶手段に記憶された指向性制御情報を読み出し、読み出した指向性制御情報が示す制御手順に従って前記放音手段の指向性を制御する
拡声システム。
【請求項３】
請求項２に記載の拡声システムにおいて、
前記放音手段は、
複数のスピーカユニットを配したスピーカアレイであり、
前記記憶手段に記憶された指向性制御情報の各々は、
前記スピーカアレイの各スピーカユニットに夫々供給されるオーディオ信号に対して個別に施すべき信号処理の内容を示す情報である
拡声システム。
【請求項４】
請求項１に記載の拡声システムにおいて、
前記放音手段は、
複数のホーンスピーカを略放射状に配したマルチセルラホーンスピーカであり、
前記指向性制御手段は、
前記放音される音の前記集音手段への帰還量を所定値以下に抑えるべく、前記複数のホーンスピーカの各々から放音する音のレベルを制御する
拡声システム。
【請求項５】
請求項１に記載の拡声システムにおいて、
前記放音手段は、
スピーカと、
当該スピーカを任意の方角へ回動自在に支持するスピーカ支持具と
を有し、
前記指向性制御手段は、
前記放音される音の前記集音手段への帰還量を所定値以下に抑えるべく、前記スピーカ支持具を介した前記スピーカの回動を制御する
拡声システム。
【請求項６】
請求項１に記載の拡声システムにおいて、
複数の前記集音手段と、
当該複数の集音手段の各々を示す識別子と、それら各集音手段の設置位置を示す設置位置情報とを対応付けて記憶した記憶手段と、
前記複数の集音手段の何れかを選択する選択手段と
を備え、
前記放音手段は、
前記選択手段によって選択された集音手段が集音した音を放音し、
前記検出手段は、
前記選択手段によって選択された集音手段の識別子と対応付けて前記記憶手段に記憶された設置位置情報を読み出し、読み出した設置位置情報が示す設置位置を前記空間内における前記集音手段の位置として特定する
拡声システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡声システムに係り、特に、ハウリングの発生を抑える拡声システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
音声を集音するマイクと集音された音声を放音するスピーカとが同じ空間内に存在する場合、両者の位置や向きの関係の如何によってはハウリングが発生することがある。ハウリングとは、スピーカからマイクへ帰還する音声のレベルが所定値を超えたときに不快な騒音となる現象である。
従来より、このハウリングの発生を防ぐための種々の試みがなされている。例えば、話し手と聞き手の位置が分かれている空間であれば、聞き手側に向けてスピーカを固定し、マイクを持つ話し手が演壇などに止まって話すようにすることでハウリングの発生を防止できる。
【０００３】
また、会議室などのように話し手と聞き手の位置が分かれていない空間であれば、複数のマイク及びスピーカを離散的に配置し、話し手のマイクの近くにあるスピーカのゲインを下げるなどといったスイッチング操作を行うことでハウリングの発生を防止できる。
更に、スピーカの配置やスイッチングなどといった人為的な予防策のみならず、マイクやスピーカのハードウェア自体にハウリングを防ぐ特殊な仕組みを組み込むといったことも行われている（特許文献１乃至３参照）。
【特許文献１】特開平０３−２３７８９９号公報
【特許文献２】特開平０８−０８４３９４号公報
【特許文献３】特開２０００−３１６１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した類のハウリング防止策は、マイクとスピーカの位置関係が固定的なものであることを前提としたものであり、マイクを携帯する話し手が空間内を移動する環境下における導入には不向きであった。
本発明は、このような背景の下に案出されたものであり、スピーカを備え付けた空間内をマイクが移動する環境下においてもハウリングの発生を確実に防止できる仕組み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】
本発明の好適な態様である拡声システムは、ある空間内の任意の位置で音を集音する集音手段と、前記集音手段が集音した音を前記空間内に向けて放音する放音手段と、前記空間内における前記集音手段の位置を検出する検出手段と、前記放音手段から放音される音の前記集音手段への帰還量を所定値以下に抑えるべく、前記放音手段の指向性を制御する指向性制御手段とを備える。
【０００６】
このシステムにおいて、前記空間を分割して得た各領域と、それら各領域に前記集音手段が位置した場合における指向性の制御手順を示す指向性制御情報とを各々対応付けて記憶した記憶手段を更に備え、前記指向性制御手段は、前記検出手段が検出した位置を内包する領域と対応付けて前記記憶手段に記憶された指向性制御情報を読み出し、読み出した指向性制御情報が示す制御手順に従って前記放音手段の指向性を制御するようにしてもよい。
【０００７】
また、前記放音手段は、複数のスピーカユニットを列状に配したスピーカアレイであり、前記記憶手段に記憶された指向性制御情報の各々は、前記スピーカアレイの各スピーカユニットに夫々供給されるオーディオ信号に対して個別に施すべき信号処理の内容を示す情報であってもよい。
【０００８】
また、前記放音手段は、複数のホーンスピーカを略放射状に配したマルチセルラホーンスピーカであり、前記指向性制御手段は、前記放音される音の前記集音手段への帰還量を所定値以下に抑えるべく、前記複数のホーンスピーカの各々から放音する音のレベルを制御するようにしてもよい。
【０００９】
前記放音手段は、スピーカと、当該スピーカを任意の方角へ回動自在に支持するスピーカ支持具とを有し、前記指向性制御手段は、前記放音される音の前記集音手段への帰還量を所定値以下に抑えるべく、前記スピーカ支持具を介した前記スピーカの回動を制御するようにしてもよい。
【００１０】
また、複数の前記集音手段と、当該複数の集音手段の各々を示す識別子と、それら各集音手段の設置位置を示す設置位置情報とを対応付けて記憶した記憶手段と、前記複数の集音手段の何れかを選択する選択手段とを備え、前記放音手段は、前記選択手段によって選択された集音手段が集音した音を放音し、前記検出手段は、前記選択手段によって選択された集音手段の識別子と対応付けて前記記憶手段に記憶された設置位置情報を読み出し、読み出した設置位置情報が示す設置位置を前記空間内における前記集音手段の位置として特定するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、スピーカを備え付けた空間内をマイクが移動する場合でもハウリングの発生を確実に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（発明の実施の形態）
本実施形態は以下に示す２つの特徴を有する。１つ目の特徴は、会議室や多目的ホールなどの閉空間内を移動する話し手の音声をマイクロホンを用いて集音し、集音した音声をその空間内に備え付けたスピーカアレイから拡声するようにした点である。２つ目の特徴は、空間内におけるマイクロホンの位置に応じてスピーカアレイの指向性を機動的に制御することで、ハウリングの発生を抑えるようにした点である。
なお、以降の説明では、スピーカアレイから拡声される指向性の鋭突な音声を「音響ビーム」と呼ぶ。
【００１３】
図１は、本実施形態にかかる拡声システムの概略構成を示すブロック図である。図に示すように、このシステムは、発信機１０、マイクロホン２０、受信機３０ａ乃至ｄ、マイク位置検出装置４０、マイク用ヘッドアンプ５０、スピーカアレイ６０ａ乃至ｄ、スピーカ指向性コントローラ７０、及びスピーカ用パワーアンプ８０ａ乃至ｄから構成される。
【００１４】
発信機１０は、マイクロホン２０に固着され、タイムスタンプを付した電波信号を所定の時間間隔で発信する。受信機３０ａ乃至ｄは、空間内に所定の距離をおいて備え付けられ、各々が発信機１０から受信した電波信号をマイク位置検出装置４０へ夫々供給する。マイク位置検出装置４０は、同じタイムスタンプが付された電波信号の各受信機３０ａ乃至ｄへの到達時間差を基に空間内におけるマイクロホン２０の位置を検出し、検出した位置を示す座標情報をスピーカ指向性コントローラ７０へ供給する。
【００１５】
マイク用ヘッドアンプ５０は、ケーブルを介してマイクロホン２０及びスピーカ指向性コントローラ７０と接続されており、マイクロホン２０から入力されてくるオーディオ信号をスピーカ指向性コントローラ７０へ供給する。
スピーカアレイ６０ａ乃至ｄの各々は４つのスピーカユニット６１乃至６４を夫々列状に配してなり、各スピーカアレイ６０ａ乃至ｄのスピーカユニット６１乃至６４にはスピーカ指向性コントローラ７０による信号処理を経たオーディオ信号がスピーカ用パワーアンプ８０ａ乃至ｄを介して夫々供給される。そして、各スピーカユニット６１乃至６４は、供給されたオーディオ信号を基に生成した音声を音響ビームとして出力する。
【００１６】
図２は、スピーカ指向性コントローラ７０のハードウェア構成を示すブロック図である。図に示すように、このコントローラ７０は、信号分離分岐部７１、信号処理部７２ａ乃至ｄ、制御部７３、及び制御情報記憶テーブル７４を有している。信号処理部７２ａ乃至ｄの各々は、スピーカアレイ６０ａ乃至ｄと夫々対応しており、遅延器７５と増幅器７６とを連結させた４つの信号処理系を夫々内蔵する。そして、信号処理部７２ａ乃至ｄの各々に内蔵された各信号処理系は、スピーカアレイ６０ａ乃至ｄのスピーカユニット６１乃至６４へ夫々供給するオーディオ信号の信号処理を司る。
マイク用ヘッドアンプ５０から供給されたオーディオ信号は信号分離分岐部７１にて波形を同じくする複数のオーディオ信号に分離され、信号処理部７２ａ乃至ｄの各信号処理系に夫々供給される。各信号処理系は、制御部７３による制御の下、自身に供給されたオーディオ信号に個別の信号処理を施してからスピーカアレイ６０ａ乃至ｄの各スピーカユニット６１乃至６４へ夫々供給する。オーディオ信号に対して各信号処理系の遅延器７５が与える遅延量や増幅器７６が与える増幅量を好適に制御することにより、スピーカアレイ６０ａ乃至ｄから任意の指向性を持つ音響ビームを出力することができる。
【００１７】
図２において、制御情報記憶テーブル７４は、空間を縦方向及び横方向に４等分して得た１６の領域と各々対応する複数のセルの集合体である。このテーブルの各セルには指向性制御情報が夫々記憶される。指向性制御情報は、信号処理部７２ａ乃至ｄの各信号処理系に実行させる信号処理の内容を決定付けるパラメータの纏まりであり、各領域にマイクロホン２０を位置させた場合におけるスピーカアレイ６０からの音声の帰還量をシミュレートした結果を基に取得される。
制御部７３は、マイク位置検出装置４０から供給される座標情報を基にマイクロホン２０の位置を特定し、その位置を含む領域と対応するセルに指向性制御情報として記憶されている各パラメータを信号処理部７２ａ乃至ｄの各信号処理系に夫々設定する。
【００１８】
ここで、制御情報記憶テーブル７４の各セルに指向性制御情報として夫々記憶させるパラメータの取得手順について、図３を参照して詳述する。図３は、空間の一例を示す俯瞰視図である。図に示す空間は、４つの側壁９１乃至９４によって外部と区画され、各々が制御情報記憶テーブル７４のセルと対応する１６の領域に分割され得る。更に、この空間の４隅には４つのスピーカアレイ６０ａ乃至ｄが略中央に向けて夫々固定されることになっている。
【００１９】
この図において、左下のスピーカアレイ６０ａから出力する音響ビームの指向性を制御するパラメータの取得手順に着目する。上述したように、各スピーカアレイ６０ａ乃至ｄは略中央に向けて夫々固定されているので、仮にスピーカ指向性コントローラ７０による信号処理を経ないオーディオ信号がマイク用ヘッドアンプ５０からスピーカアレイ６０ａのスピーカユニット６１ａ乃至６４ａへ供給されたとすれば、スピーカユニット６０ａから出力される音響ビームの行路は線Ｎと一致することになり、その行路上の位置Ｐにあるマイクロホン２０へ帰還されるゲインが増大してハウリングが発生してしまう。
一方で、例えば、音響ビームの行路が図の線Ａと一致するものであるならば、側壁９２に到達する直接波及びその側壁９２を経由して側壁９１へ到達する一次反射波の何れの行路も位置Ｐを含む領域Ｘを通過し得ず、ハウリングの発生を確実に抑えることができるはずである。
【００２０】
本実施形態においては、このように、直接波と一次反射波のいずれもがマイクロホン２０の位置Ｐを含む領域Ｘを通過し得ないような理想的な音響ビームの行路をまず決定した後、そのような音響ビームを実現する各信号処理系毎のパラメータを個別に取得する。例えば、音響ビームの行路を図の線Ａと一致させるためには、スピーカアレイ６０ａの右端に配置されたスピーカユニット６１ａへ供給するオーディオ信号の遅延量を最も大きくし、その左側のスピーカユニット６１ｂ乃至６１ｄへ夫々供給するオーディオ信号の遅延量を段階的に小さくしていけばよい。
【００２１】
他のスピーカアレイ６０ｂ乃至ｄの各信号処理系に設定するパラメータについても同様に、理想的な音響ビームの行路をまず決定し、それらの行路を実現する各信号処理系毎のパラメータを順次取得していく。但し、各スピーカアレイ６０ａ乃至ｄから出力する音響ビームの行路は、空間内の音圧レベルを略均一化し得るようなバランスを考慮しつつ決定されていくことが望ましい。
図４に、かかる要請を満たす望ましい行路の決定例を示す。この図において、スピーカアレイ６０ａの音響ビームＡは、直接波として側壁９２に到達した後に一次反射波として側壁９１に到達するような行路となっている。また、スピーカアレイ６０ｂの音響ビームＢは、直接波として側壁９１に到達した後に一次反射波として側壁９４に到達するような行路となっており、スピーカアレイ６０ｃの音響ビームＣ及びスピーカアレイ６０ｄの音響ビームＤは、直接波として側壁９３に到達した後に一次反射波として側壁９１に到達する行路となっている。図に示す各音響ビームの行路を参照すると、マイクロホン２０の位置Ｐを含む領域Ｘを除いたすべての領域を何れかの音響ビームの直接波或いは一次反射波の少なくとも一方が通過するよう調整されていることが分かる。このような行路間の調整を図ることにより、位置Ｐを含む領域Ｘでのハウリングの発生を確実に抑えつつも、その他の領域の音圧レベルを略均一化することが可能となる。
４つのスピーカアレイ６０ａ乃至ｄと対応するパラメータを取得し終えると、それらのパラメータを取り纏めた指向性制御情報を領域Ｘと対応するセルに記憶する。領域Ｘを移動させつつ同様の作業を繰返すことで、制御情報記憶テーブル７４のセルに記憶されるべき全ての指向性制御情報を取得できる。
【００２２】
以上説明した本実施形態によると、スピーカアレイ６０とマイクロホン２０とを備え付けた空間内におけるマイクロホン２０の位置を検出し、音響ビームがマイクロホン２０の位置を回避するように各スピーカアレイ６０の指向性を制御する。これにより、マイクロホン２０を携帯する話し手が空間内の如何なる位置に移動したとしても、ハウリングの発生を確実に抑制することができる。
【００２３】
（他の実施形態）
本実施形態は、種々の変形実施が可能である。
上記実施形態では、マイクロホン２０に固着された発信機１０から電波信号を発信し、その電波信号を各受信機３０が受信した時間差を基にマイクロホン２０の位置を検出していたが、発信機１０と受信機３０との間で超音波や赤外線を遣り取りさせることによってマイクロホン２０の位置を特定してもよい。
また、空間内に複数のマイクロホン２０を設置し、スイッチングによって選択したマイクロホン２０の音声をスピーカアレイ６０から空間内に放音させるようにしてもよい。この変形例にかかる拡声システムにおいては、空間の各領域内に夫々固定された複数のマイクロホン２０と、それらのうち１つのマイクロホン２０のオーディオ信号のみをマイク用ヘッドアンプ５０へ供給させる手段であるスイッチャとを備える。更に、システム内のメモリには、各マイクロホン２０を示す識別子とそれらの設置位置を示す設置位置情報とを対応付けたテーブルを記憶する。そして、スイッチャによってあるマイクロホン２０が選択されると、そのマイクロホン２０の識別子と対応付けてメモリに記憶された設置位置情報が示す設置位置を特定し、その設置位置を回避する音響ビームが放音されるようにスピーカアレイ６０の指向性を制御する。
【００２４】
上記実施形態におけるスピーカアレイ６０は、４つのスピーカユニット６１乃至６４を列状に配したものであったが、これらを面状に配してもよい。また、１つのスピーカアレイを構成するスピーカユニットの数は４つである必要はなく、複数であればいくつでもよい。
上記実施形態では、スピーカアレイ６０を空間の４隅に固定していたが、空間内におけるスピーカアレイ６０の配置を異なるものとしてももちろんよい。例えば、部屋の天井に複数のスピーカアレイ６０を離散的に埋め込み、検出されたマイクロホン２０の位置に応じてそれら各スピーカアレイ６０の指向性を個別に制御するようにしてもよい。
【００２５】
上記実施形態においては、空間内における放音手段としてスピーカアレイ６０を採用し、スピーカアレイ６０の各スピーカユニット６１に供給するオーディオ信号に対して遅延や増幅などの信号処理を施すことによってその指向性を制御していた。これに対し、他の手法を用いて放音手段の指向性を制御してもよい。例えば、検出したマイクロホン２０の位置から最も遠い放音手段から放音する音声のゲインを上げる一方で、最も近い放音手段から放音する音声のゲインを下げるようにしてもよい。
また、スピーカアレイ６０をマルチセルラホーンスピーカで置き換えてもよい。マルチセルラホーンは、同種のホーンスピーカをその開口面が球面の一部を形成するように略放射状に配してなる。この変形例においては、マイクロホン２０の位置が検出されると、マイクロホン２０への帰還量を所定値以下に抑えるべく、その位置を含む領域へサービスするホーンスピーカのゲインだけを引き下げるなどといった制御を行う。
更に、放音手段であるスピーカを、その向きを任意の方角へ回動自在に支持するスピーカ支持具を介して空間内の所定位置に設置し、スピーカ支持具を介したスピーカの回動をマイクロホン２０の検出位置に応じて制御するようにしてもよい。
【００２６】
マイクロホン２０が比較的強い指向性を有する場合は、各種センサを用いてマイクロホン２０の向きをも検出し、検出した向きに応じて放音手段から出力する音声のゲインを調整してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】拡声システムの概略構成図である。
【図２】スピーカ指向性コントローラのハードウェア構成図である。
【図３】音響ビームの行路を示す図である。
【図４】音響ビームの行路を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
２０…マイクロホン、３０…受信機、４０…マイク位置検出装置、５０…マイク用ヘッドアンプ、６０…スピーカアレイ、６１…スピーカユニット、７０…スピーカ指向性コントローラ、７１…信号分離分岐部、７２…信号処理部、７３…制御部、７４…制御情報記憶テーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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