(57)【要約】【課題】音場測定用の複数マイクロフォン間の特性差を補正する。【解決手段】音場補正ユニット３における音場補正／測定機能部３１は、元の音声信号の特性を補正する処理を行う音場補正処理ブロック３２と、より現実的な音場を生成するために元の音声信号に対して与えるパラメータ等の解析に必要な音声特性情報を測定する測定処理ブロック３３とを備え、測定処理ブロック３３は、更に測定部３３１ａ、３３１ｂと、測定音処理部３３２ａ、３３２ｂと、マイク特性補正部３３３とを備え、測定音処理部３３２は、測定音信号を生成する。マイク特性補正部３３３は、マイクロフォン６ａ、６ｂにおける集音特性を補正し、この補正値を加味してそのリスニング環境において最も良好な音場を生成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスピーカを備えるオーディオセットにおけるこれらスピーカから出力される音声信号によって再生環境内に生成される音場を測定する音場測定装置において、
上記再生環境内の任意の位置に設置され上記複数のスピーカから出力される音声信号を集音する第１のマイクロフォンと、
上記第１のマイクロフォン近傍に設置され上記複数のスピーカから出力される音声信号を集音する第２のマイクロフォンと、
上記第１のマイクロフォンにおける音声信号の集音特性及び上記第２のマイクロフォンにおける音声信号の集音特性を測定する測定部と、
上記測定された集音特性を解析する特性解析部と、
上記第１のマイクロフォン及び上記第２のマイクロフォンで集音された音声信号に対して上記特性解析部で解析された解析値を基に上記第１のマイクロフォンと上記第２のマイクロフォンの集音特性差を減じる補正を行うための補正値を生成する補正値生成部と
を備えることを特徴とする音場測定装置。
【請求項２】
上記特性解析部は、上記第１のマイクロフォンと上記複数のスピーカのうち測定対象であるスピーカとの距離及び上記第２のマイクロフォンと該測定対象であるスピーカとの距離を解析し、双方の距離が略等距離であるとき、上記第１のマイクロフォン及び上記第２のマイクロフォンで集音された音声信号に対して上記第１のマイクロフォンと上記第２のマイクロフォンの集音特性差を減じる補正を行うことを特徴とする請求項１記載の音場測定装置。
【請求項３】
上記第１のマイクロフォンと上記第２のマイクロフォンは、上記再生環境内における設置位置による特性差が現れない程度の間隔をもって互いに固定されていることを特徴とする請求項２記載の音場測定装置。
【請求項４】
上記集音特性は、上記第１のマイクロフォン又は上記第２のマイクロフォンにおける集音感度の特性であることを特徴とする請求項１記載の音場測定装置。
【請求項５】
上記集音特性は、上記第１のマイクロフォン又は上記第２のマイクロフォンにおいて集音された音声信号の周波数振幅特性であることを特徴とする請求項１記載の音場測定装置。
【請求項６】
上記集音特性は、上記第１のマイクロフォン又は上記第２のマイクロフォンにおけるインパルス応答により算出されることを特徴とする請求項１記載の音場測定装置。
【請求項７】
複数のスピーカを備えるオーディオセットにおけるこれらスピーカから出力される音声信号によって再生環境内に生成される音場を測定する音場測定方法において、
上記再生環境内の任意の位置に設置された第１のマイクロフォンによって上記複数のうち所定のスピーカから出力される音声信号を集音する第１の集音工程と、
上記第１のマイクロフォン近傍に設置された第２のマイクロフォンによって上記所定のスピーカから出力される音声信号を集音する第２の集音工程と、
上記第１の集音工程で取得した音声信号の集音特性及び上記第２の集音工程で取得した音声信号の集音特性を測定する測定工程と、
上記測定された集音特性を解析する特性解析工程と、
上記第１の集音工程及び上記第２の集音工程で集音された音声信号に対して上記特性解析工程で解析された解析値を基に上記第１のマイクロフォンと上記第２のマイクロフォンの集音特性差を減じる補正を行うための補正値を生成する補正値生成工程とを有し、
上記特性解析工程では、上記第１のマイクロフォンと上記複数のスピーカのうち測定対象であるスピーカとの距離及び上記第２のマイクロフォンと該測定対象であるスピーカとの距離を解析し双方の距離が略等距離であるとき、上記第１のマイクロフォン及び上記第２のマイクロフォンで集音された音声信号に対して上記第１のマイクロフォンと上記第２のマイクロフォンの集音特性差を減じる補正を行うことを特徴とする音場測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、スピーカから出力される音声信号によって実空間に所定の音場を生成する又はこれを補正することができる音場測定装置及び音場測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビデオデータ、音楽データ等の再生装置において臨場感や音質は、ユーザにとって善し悪しが比較的判断しやすい。例えば、ユーザがオーケストラ曲を聴くとき、仮想音場のなかで個々の楽器の位置が鮮明に感じられ、本物のオーケストラが眼前で演奏しているかのようなイメージが想起される音場が生成できることが好ましい。
【０００３】
例えば、再生音場の音像が虚音像として最適な場所に定位するようにＬ信号とＲ信号からなる２チャンネルステレオ信号の各信号チャンネルのバランスを調整し２つのスピーカから出力する２チャンネルステレオ方式、左右の２チャンネルスピーカの中央にセンタースピーカを加えた３チャンネルステレオ方式、そして更に背面スピーカを加えた５．１チャンネルステレオ方式等が存在する。
【０００４】
例えば、５．１チャンネルステレオ方式のようなマルチチャンネルのオーディオシステムでは、各スピーカから出力される音声信号は、現実的な音場を再現できるように各スピーカから出力される音声信号のパラメータが決定されているが、例えば、聴取者が聴取する位置での再生音声のバランスや音質は、リスニングルームの構造、スピーカに対する聴取者の位置等をはじめとする、いわゆるリスニング環境に応じて変化するため、聴取者が実際に感じる音場（音響）が録音時に構成された理想的な再生音場と異なることがあるという問題点があった。
【０００５】
この問題は、例えば、小部屋、自動車内のような小空間で顕著になる。自動車の室内では、聴取者の位置は、座席位置にほぼ限定されるため、スピーカと聴取位置の距離の偏りが大きくなる。そのため、スピーカから出力された音声信号の到達時間の時間差が生じて音場のバランスが大きく乱れる。特に、自動車の室内は、ほぼ密閉された状態にあるために反射音等が複雑に合成されて聴取者に到達し、聴取位置における再生音場を乱す要因にもなる。更に、小部屋や車内は、スピーカの取付位置も制限されるため、スピーカからの出力音が聴取者の耳に直接到達するようなスピーカ配置が実現できないときには、スピーカ配置による音質の変化も再現音場の劣化に大きく影響する。
【０００６】
そのため、聴取者がオーディオシステムを使用するリスニング環境に応じて可能な限り本来の音場に近い再生音場がつくりだされるように出力音声信号に対して適切な音響補正を行うことが知られている。先ず、リスニング環境における音響特性を測定し、測定結果に基づいてオーディオセットの音声出力系に対して音響補正を施す信号処理のパラメータを設定する。そして、ここで設定されたパラメータにしたがって信号処理された音声信号をスピーカから出力することによって、リスニング環境に適合して補正された良好な音場が再現されるわけである。この音響補正としては、例えば、各スピーカから出力すべき音声信号が聴取者の聴取位置（耳の位置）で遅延時間差ゼロになるように出力音声の周波数を補正すればよい。
【０００７】
音響特性の測定と、この測定結果に基づいた音響補正の一例としては、特許文献１にも開示されているような、音響補正装置を用いた次の手法が知られている。
【０００８】
先ず、オーディオセットを使用する空間、つまりリスニング空間において聴取者の耳の位置（リスニングポジション）に測定用マイクロフォンを配置する。そして、音響補正装置によってスピーカから測定音を出力し、この測定音をマイクロフォンで集音し、集音された音声信号の特性から各スピーカと聴取位置（マイクロフォンの設置位置、すなわち集音位置）との間の距離情報を算出する。距離情報に基づいて、各スピーカから聴取位置までの空間における音声の到達時間が得られるので、音響補正装置は、各スピーカの到達時間の情報を利用して各スピーカから放出された音声が聴取位置に到達するタイミングが一致するように、各スピーカに対応するチャンネルの音声信号の遅延時間を設定することができる。この補正は、一般にタイムアライメントともいわれる。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２６１９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した音場測定を行う際、１つのマイクロフォンであれば、リスニング環境における再生音声信号の周波数の局所的な状態や、周波数の特性変化に対して特異的な補正を行うためのパラメータを選択することができるが、複数のマイクロフォンを用いて同等の測定を行って、算出値を平均化等すれば、より柔軟な対応ができることは自明である。
【００１１】
例えば、上述した音響補正装置では、音場を測定するために複数のマイクロフォンを用いているが、ここでマイクロフォンの特性差が重要な問題となる。マイクロフォンの特性差が大きい場合、不適切な補正用パラメータが算出されるおそれがある。音場再生に対して最適な補正を与えるための補正用パラメータを測定するという目的上、各マイクロフォンの特性差が可能な限り小さい方がよい。しかし、個体差が小さいマイクロフォンを選択してオーディオセットに組み込んだり、測定用マイクロフォンの個々の品質差が小さくなるように製造したりすることは製造コスト増につながった。
【００１２】
そこで、本発明は、上述した従来の実情に鑑みて提案されたものであり、音場測定用の複数のマイクロフォン間の特性差を補正することができる音場測定装置及び音場測定方法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】
【００１３】
上述した目的を達成するために、本発明に係る音場測定装置は、複数のスピーカを備えるオーディオセットにおけるこれらスピーカから出力される音声信号によって再生環境内に生成される音場を測定する音場測定装置において、再生環境内の任意の位置に設置され複数のスピーカから出力される音声信号を集音する第１のマイクロフォンと、第１のマイクロフォン近傍に設置され上記複数のスピーカから出力される音声信号を集音する第２のマイクロフォンと、第１のマイクロフォンにおける音声信号の集音特性及び第２のマイクロフォンにおける音声信号の集音特性を測定する測定部と、測定された集音特性を解析する特性解析部と、第１のマイクロフォン及び第２のマイクロフォンで集音された音声信号に対して特性解析部で解析された解析値を基に第１のマイクロフォンと第２のマイクロフォンの集音特性差を減じる補正を行うための補正値を生成する補正値生成部とを備え、第１のマイクロフォンと第２のマイクロフォンで集音された後の音声信号の特性差を補正することにより、再生環境に再現される音場をより正確に測定する。
【００１４】
第１のマイクロフォンと第２のマイクロフォンの集音特性を補正する際には、複数のスピーカのうち１スピーカを基準とすればよい。第１のマイクロフォンと第２のマイクロフォンは、基準となるスピーカから略等距離に設置されることが好ましいため、特性解析部において、第１のマイクロフォンと複数のスピーカのうち測定対象であるスピーカとの距離及び第２のマイクロフォンと該測定対象であるスピーカとの距離を解析し、双方の距離が略等距離であるとき、第１のマイクロフォン及び第２のマイクロフォンで集音された音声信号に対して第１のマイクロフォンと第２のマイクロフォンの集音特性差を減じる補正を行う。
【００１５】
集音特性としては、第１のマイクロフォン又は第２のマイクロフォンにおける集音感度、集音された音声信号の周波数振幅特性があげられる。また、この集音特性は、インパルス応答により算出される。
【００１６】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係る音場測定方法は、複数のスピーカを備えるオーディオセットにおけるこれらスピーカから出力される音声信号によって再生環境内に生成される音場を測定する音場測定方法において、再生環境内の任意の位置に設置された第１のマイクロフォンによって複数のうち所定のスピーカから出力される音声信号を集音する第１の集音工程と、第１のマイクロフォン近傍に設置された第２のマイクロフォンによって所定のスピーカから出力される音声信号を集音する第２の集音工程と、第１の集音工程で取得した音声信号の集音特性及び第２の集音工程で取得した音声信号の集音特性を測定する測定工程と、測定された集音特性を解析する特性解析工程と、第１の集音工程及び第２の集音工程で集音された音声信号に対して特性解析工程で解析された解析値を基に第１のマイクロフォンと第２のマイクロフォンの集音特性差を減じる補正を行うための補正値を生成する補正値生成工程とを有し、特性解析工程では、第１のマイクロフォンと複数のスピーカのうち測定対象であるスピーカとの距離及び第２のマイクロフォンと該測定対象であるスピーカとの距離が解析され双方の距離が略等距離であるとき、第１のマイクロフォン及び第２のマイクロフォンで集音された音声信号に対して第１のマイクロフォンと第２のマイクロフォンの集音特性差を減じる補正を行う。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、音場を測定するために再生環境内に設置される複数のマイクロフォン間の特性差を自動的に補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の具体例として示す音場測定装置について図面を用いて詳細に説明する。具体例として示す音場測定装置１は、複数のスピーカを備え各スピーカから出力される音声信号により録音時の音場をより現実的に再現することができる、いわゆるマルチチャンネル方式に対応したオーディオセットに搭載され、より現実的な音場を生成するために元の音声信号に対して与えるパラメータ等の解析に必要な音声特性情報を測定するための測定用の集音手段としてのマイクロフォンの集音特性を補正可能にしたものである。
【００１９】
図１は、本発明に係る音場測定装置を適用したオーディオセット全体の構成例を示している。図１に示すオーディオセット１は、記録媒体（以下、メディアという。）から記録された音楽コンテンツのデータを読み出すメディア再生部２と、再生された元のマルチチャンネルオーディオ信号の特性を変更する音場補正機能及びマイクロフォンの集音特性を補正する機能を有する音場補正ユニット３と、補正されたマルチチャンネルオーディオ信号のそれぞれを増幅するパワーアンプ部４と、各種スピーカ５１〜５ｎとを備え、更に各スピーカから出力された音声信号でつくられる音場を測定する２つのマイクロフォン６ａ、６ｂを備えることを特徴とする。また、オーディオセット１は、メモリ部８を備え、音場補正ユニット３において音場を補正する処理、及びスピーカからの出力信号を測定しマイクロフォンの集音特性を補正する処理を実行するプログラム、またその処理に必要な情報が格納されている。メモリ部８としては、例えば、フラッシュメモリ等をはじめとした不揮発性かつ書換可能なメモリ素子が適用できる。上述した各部は、制御部７により統括制御されている。
【００２０】
メディア再生部２は、メディアに記録された音声コンテンツのデータを読み出す。メディア再生部２で再生可能なメディアの種別、記録フォーマット等については特に限定されないが、一例としてＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）をあげることができる。
【００２１】
現状の一般的なＤＶＤフォーマットには、ＤＶＤ規格に準拠したＤＶＤ  Ａｕｄｉｏ、ＡＣ３（Audio Code Number 3）等の方式があるが、本具体例では、オーディオデータは、ＡＣ３方式にしたがって圧縮符号化されている。したがって、メディア再生部２は、圧縮符号化されたオーディオデータをデコード処理するデコーダも含まれる。
【００２２】
なお、メディア再生部２は、ＤＶＤとオーディオＣＤの両者が再生可能な、いわゆるコンボドライブであってもよい。また、オーディオ信号の入力先は、メディア再生部２で再生可能なメディアのみならず、テレビジョン放送等を受信復調してビデオ信号及びオー ディオ信号を出力するテレビジョンチューナであってもよい。また、有線ＬＡＮ及び無線ＬＡＮ、ネットワーク、またこのようなネットワークが互いに接続されてなる、いわゆるインターネット等の大規模ネットワークであってもよい。更には、ハードディスク等の大容量記録媒体であってもよい。更に、メディア再生部２は、上述したメディア再生のための構成、テレビジョンチューナ、ネットワーク接続のための構成、ＨＤＤ等を併せもっていてもよい。
【００２３】
メディア再生部２がマルチオーディオチャンネルに対応する場合、このメディア再生部２によって読み出されたオーディオ信号は、オーディオチャンネル毎に対応した複数系統の信号ラインで出力される。本具体例では、オーディオセット１は、５．１チャンネルサラウンド方式に対応しており、メディア再生部２は、最大で、センターチャンネル（Ｃ）、フロント左チャンネル（ＦＬ）、フロント右チャンネル（ＦＲ）、左サラウンドチャンネル（ＢＬ）、右サラウンドチャンネル（ＢＲ）及びサブウーファチャンネルに対応する６系統のオーディオ信号を出力する。メディア再生部２で再生されたオーディオ信号は、音場補正ユニット３の測定機能部と音場補正機能部とで音響特性が補正された信号としてパワーアンプ部４に対して入力される。音場補正ユニット３の詳細については後述する。
【００２４】
パワーアンプ部４は、入力されたオーディオ信号を増幅してスピーカを駆動するためのドライブ信号を出力する。ここではパワーアンプ部４は、オーディオセット１が対応するチャンネル構成に応じた数の回路系を備え、オーディオ信号を各回路によってチャンネル毎に増幅し、例えば、上述したようなリスニング環境においてしかるべき位置に配置されたセンターチャンネル（Ｃ）、フロント左チャンネル（ＦＬ）、フロント右チャンネル（ＦＲ）、左サラウンドチャンネル（ＢＬ）、右サラウンドチャンネル（ＢＲ）、サブウーファチャンネルに対応するスピーカにドライブ信号を出力する。このマルチチャンネル構成によって、オーディオセット１は、音楽コンテンツが録音されたときのレコーディング環境を現在のリスニング環境に再現することができる。
【００２５】
スピーカ５は、チャンネル数に対応した数だけ備えることができ、本具体例では５．１チャンネルサラウンド方式であるので、チャンネル毎に合計６つのスピーカが接続される。また、７．１チャンネルサラウンド方式に対応していれば、各チャンネルに対応する８つのスピーカが接続可能である。オーディオセット１におけるスピーカ及びマイクロフォンの配置について図２を用いて説明する。図２は、５．１チャンネルサラウンド方式に対応したオーディオセットにおける典型的なスピーカ配置を示している。
【００２６】
図２に示すスピーカ５１はセンターチャンネル（Ｃ）、スピーカ５２はフロント左チャンネル（ＦＬ）、スピーカ５３はフロント右チャンネル（ＦＲ）、スピーカ５４は左サラウンドチャンネル（ＢＬ）、スピーカ５５は右サラウンドチャンネル（ＢＲ）に、それぞれ対応している。また、オーディオセット１は、図２に示さないサブウーファチャンネル用のスピーカを備えており、メディア再生部２は、これら６チャンネルに対応する６系統のオーディオ信号を出力する。
【００２７】
図２のように配置されたスピーカから出力された音声信号により、スピーカに囲まれる領域に音場が生成される。このオーディオセット１を使用するリスニング環境としては、例えば、自動車内、小室内等があげられる。
【００２８】
マイクロフォン６ａ、６ｂは、リスニング環境に生成される音場を測定する際、所定の測定音を集音する手段であって、マイクロフォン６ａとマイクロフォン６ｂは、複数のスピーカの１スピーカを基準としたとき、基準としたスピーカから略等距離に設置されることが好ましい。本具体例では、マイクロフォン６ａとマイクロフォン６ｂは、リスニング環境内で両者の設置位置による特性差が現れない程度の間隔をあけて互いに固定されている。マイクロフォン６ａ、６ｂで集音された音声信号は、音場補正ユニット３に入力される。
【００２９】
制御部７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータを備え、図１に示すオーディオセット１を構成する各部、或いは各種機能部位に対する制御並びに各種処理を実行している。また、制御部７は、ユーザからの操作選択を受け付けるためのユーザインターフェイス部９が接続されていてもよい。
【００３０】
続いて、図３を用いて音場補正ユニット３の内部構成について詳細に説明する。
【００３１】
音場補正ユニット３は、音場を補正する機能とスピーカの出力音声を測定する機能とを備えた音場補正／測定機能部３１を備えている。音場補正／測定機能部３１は、元の音声信号の特性を補正する処理を行う音場補正処理ブロック３２と、より現実的な音場を生成するために元の音声信号に対して与えるパラメータ等の解析に必要な音声特性情報を測定する測定処理ブロック３３とを備えている。
【００３２】
また、音場補正／測定機能部３１は、マイクロフォン６ａから入力された音声信号を増幅するマイクロフォンアンプ３４ａと、マイクロフォン６ｂから入力された音声信号を増幅するマイクロフォンアンプ３４ｂとを備え、マイクロフォンアンプ３４ａ、３４ｂで増幅された測定信号は、測定処理ブロック３３に送られて測定処理が行われる。
【００３３】
音場補正処理ブロック３２は、測定結果に基づいて音場補正のための処理を行い所定のパラメータ値を変更する。スイッチ３５は、測定モードと音場補正モードとを切り換えるために設けられている。このスイッチ３５は、端子Ｔｍ１に対して端子Ｔｍ２又はＴｍ３が択一的に接続されるようにして切り換えが行われる。切り換えは、制御部７によって制御されている。
【００３４】
測定処理ブロック３３は、更に測定部３３１ａ、３３１ｂと、測定音処理部３３２ａ、３３２ｂと、マイク特性補正部３３３とを備えている。測定音処理部３３２は、測定用の音声信号を生成し出力する。以下では、測定用の音声信号を測定音信号という。測定音信号は、オーディオセット１の制御部７を構成するＣＰＵ（Central Processing Unit）、または図示しないＤＳＰ（Digital Signal Processor）等で作成された特殊な信号音である。そのため、マイクロフォン６ａ、６ｂで同時に集音された測定音信号の作成時の信号特性に対する集音後の特性差がＤＳＰ又はＣＰＵで解析できる。なお、図３では、図示の便宜上、測定音処理部３３２からの信号出力ラインを１本として示しているが、現実にはチャンネル数に対応する数の測定音の信号出力ラインがある。
【００３５】
測定処理ブロック３３における測定音処理部３３２から出力された測定音信号は、スイッチ３５（Ｔｍ２→Ｔｍ１）を経由してパワーアンプ部４に入力され、ここで増幅されてスピーカ５１〜５６から出力される。測定音処理部３３２が同時に複数のチャンネルに対して測定音（音素）の音声信号を出力しているときには、パワーアンプ部４は、これらのチャンネル毎に対する個々の測定音信号の各々を増幅し、対応するチャンネルのスピーカから出力させる。
【００３６】
スピーカから発声された所定の測定音信号は、マイクロフォン６ａ、６ｂで集音されてマイクロフォンアンプ３４ａ、３４ｂに入力される。マイクロフォン６ａ、６ｂは、そのリスニング環境において最も良好な補正音場を得たいとするリスニングポジション（補正位置）で集音できるように設置する。例えば、図２に示したように、リスニング環境の略中央に設置してもよいし、オーディオセット１が車載機器の場合には、ユーザが運転席で聴取しているときに最適な音場が得られるように運転席に着座したユーザの耳の位置にマイクロフォン６ａ、６ｂを設置してもよい。
【００３７】
測定音を含む周囲の環境音は、マイクロフォン６ａ、６ｂによって集音されてマイクロフォンアンプ３４ａ、３４ｂで増幅され、測定処理ブロック３３の測定部３３１ａ、３３１ｂに入力される。測定部３３１ａ、３３１ｂは、入力された音声信号をＡ／Ｄ変換し、得られた信号についてインパルス応答、ＦＦＴによる周波数解析処理等の各種信号処理を行う。これらの処理結果として、各チャンネルのスピーカからマイクロフォン６ａ、６ｂの設置位置までの距離等の情報のほか、音場生成に必要となる項目についての測定結果が得られる。また、マイク特性補正部３３３は、測定部３３１ａ、３３１ｂで測定された測定結果からマイクロフォン６ａとマイクロフォン６ｂの集音特性差を補正する。
【００３８】
集音特性差を補正するには、測定対象となるスピーカから等距離にあるマイクロフォン６ａ、６ｂで同時に集音した音声信号が必要である。そのため、制御部７は、測定部３３１ａ、３３１ｂで測定された各マイクロフォンと対象スピーカとの距離が誤差範囲か否かを判別して、必要に応じて、略等距離になるように移動するメッセージをユーザに通知する。また、後段で説明するが、マイクロフォン６ａ、６ｂで構成されるマイクセットの支軸が回動可能に構成されている場合には、略等距離になるように微小回転駆動する処理を実行する。
【００３９】
ここで、測定処理ブロック３３による測定処理の具体例として、オーディオセット１が配置された各スピーカと聴取位置、すなわちマイクロフォン６ａ、６ｂとの距離を測定するための構成並びに動作について説明する。
【００４０】
オーディオセット１においてリスニング環境に配置されたスピーカと聴取位置との距離は、オーディオチャンネルに対応するスピーカ毎の聴取位置までの到達時間に基づく情報で表すことができる。つまり、スピーカから聴取位置までの距離情報は、距離差によって生じる時間差に換算することができ、この遅延時間情報を音場補正処理ブロック３２のディレイ処理部３２１における係数として使用することができる。スピーカから聴取位置までの距離差によって生じる到達時間差をスピーカからの発生時に与える時間遅延量で補正することをタイムアライメントということがある。
【００４１】
リスニング環境における聴取点でより臨場感のある音場を生成するには、その点におけるタイムアラインメントを調整する必要があるが、音場を評価するために必要な情報を測定するために使用するマイクロフォンに特性差があっては厳密な測定ができない。オーディオセット１は、この集音特性差を補償することができる。
【００４２】
各スピーカから聴取位置までの距離の測定方法としては、次のような方法があげられる。先ず、オーディオセット１に設けられた複数のスピーカのうち１スピーカ毎、順番に測定していく。スピーカ５１から測定音信号が出力される。測定音信号としては、所定の周波数帯域特性を有するＴＳＰ（Time Stretched Pulse）信号を用いることができる。ＴＳＰ信号は、測定音処理部３３２で生成されて、聴取位置（すなわち補正位置）に対応して設置されたマイクロフォン６ａ、６ｂで集音される。マイクロフォンアンプ３４ａ、３４ｂを介して測定部３３１に入力される。測定部３３１ａ、３３１ｂは、入力された音声信号の波形から所定のサンプル数単位で抽出したサンプリングデータを得る。このサンプリングデータをＴＳＰ信号によって周波数軸上で除算したものが、いわゆるインパルス応答である。測定部３３１ａ、３３１ｂは、このインパルス応答に基づいて、所定の信号処理又は測定のための演算処理等を実行することにより、スピーカから聴取位置までの距離情報を得ることができる。
【００４３】
マイク特性補正部３３３は、マイクロフォン６ａから入力した音声信号で求まるインパルス応答から得られる特性情報とマイクロフォン６ｂから入力した音声信号で求まるインパルス応答から得られる特性情報とを比較してマイクロフォン毎の集音特性差を補償する処理を行う。
【００４４】
以降、マイク特性補正部３３３は、マイクロフォン６ａ、６ｂにおいて測定された応答信号に対して所定の集音特性差補正を行うとともにインパルス応答を用いた音響距離測定を行う。以上の処理を終えると、最終的にオーディオセット１の複数のオーディオチャンネルを構成する各スピーカに対して、スピーカとマイクロフォン６ａ、６ｂとの間のより厳密な距離情報が得られることになる。
【００４５】
以下、インパルス応答を用いた音場生成について説明する。図４は、測定処理ブロック３３の測定部３３１において、測定音処理部３３２で生成された測定音信号のインパルス応答を入力してスピーカとマイクロフォン（聴取位置）との距離を測定するための処理構成を機能ブロックとして示している。図４に示す構成による処理の流れについて、図５〜図８を参照して説明する。
【００４６】
図５（ａ）には、サンプリング波形データであるインパルス応答の原波形が示されている。図５（ａ）の横軸はサンプル数を示し、縦軸は振幅レベルを示す。また、インパルス応答原波形の周波数特性が図７に示されている。図５（ａ）に示されるインパルス応答の原波形は、４０９６サンプルによるサンプリング処理を行って得られた。サンプル数４０９６は、２の１２乗で表されるもので、例えばＦＦＴ（Fast Fourier Transform）等による周波数解析処理に好適なサンプル数が２のべき乗であることを踏まえて設定されたものである。また、サンプリング周波数ｆｓ＝４８ｋＨｚとする。
【００４７】
また、インパルス応答のサンプリングタイミングとして、サンプル開始時点、即ち、サンプルポイント０となるタイミングは、測定音処理部３３２から測定音信号を出力開始させた時点と一致させている。すなわち、マイクロフォン６ａ、６ｂで集音されるインパルス応答、或いは集音される全ての音声信号のサンプリングタイミングは、スピーカからの音声出力を開始したとされる時点と一致させている。なお、インパルス応答の測定に使用する測定音信号をインパルス信号という場合がある。
【００４８】
図５（ａ）に示されるインパルス応答原波形の立ち上がり位置をサンプルポイント方向（横軸方向）に拡大した波形を図５（ｂ）に示す。図５（ａ）、（ｂ）に示されるインパルス応答の原波形のサンプルデータは、図４に示す自乗処理部２０１に対して入力されるとともに、分岐して周波数解析／フィルタ特性決定部２０２に対しても入力される。
【００４９】
自乗処理部２０１は、インパルス応答の振幅値について自乗処理を行う。これにより、本来、正／負の両極の振幅値を有するインパルス応答の波形データは、図６（ａ）に示すように自乗され、負極の振幅値が反転して折り返され正極の振幅値になる。これにより、この後の処理では負極の振幅値も正極の振幅値と同極性の振幅として扱えるようになり、後述するインパルス応答振幅値の計測を行う際に正極レベルを対象とする測定のみを実行すればよくなる。図６（ａ）に示すインパルス応答原波形の立ち上がり位置をサンプルポイント方向（横軸方向）に拡大した波形を図６（ｂ）に示す。
【００５０】
このサンプルデータは、可変ローパスフィルタ２０３に送られる。可変ローパスフィルタ２０３は、自乗処理部２０１の出力である自乗系列によるインパルス応答のサンプルデータを受け取る。可変ローパスフィルタ２０３は、自乗処理されたインパルス応答のサンプルデータ（自乗波形）についてノイズとして扱うべき高域成分を除去して、測定対象に好適な包絡波形（エンベロープ）を得るために設けられる。但し、フィルタ特性によってはインパルス応答の立ち上がりも含めて包絡波形全体が平滑になり過ぎることがある。そのため、ここに設けるフィルタは、インパルス応答の周波数特性に適応的に変更可能な可変ローパスフィルタとする。
【００５１】
周波数解析／フィルタ特性決定部２０２は、入力されたインパルス応答の原波形のサンプリングデータを、例えばＦＦＴにより周波数解析する。そして、周波数解析により得られた周波数特性（周波数応答）に基づいて、中域周波数帯域と高域周波数帯域との振幅値のバランスを判定し、判定結果に応じて可変ローパスフィルタ２０３のフィルタ特性を適宜最適値に決定している。
【００５２】
可変ローパスフィルタ２０３を通過した信号波形を図８に示す。図８に示されたエンベロープのサンプルデータは、遅延サンプル数判定部２０４と閾値設定処理部２０５のそれぞれに入力される。閾値設定処理部２０５は、図８に示されるローパスフィルタ処理波形のサンプルデータから、ピークレベルＰｋを求め、このピークレベルＰｋに対する所定比率によって求まる振幅のレベル値を閾値ｔｈとして設定する。閾値設定処理部２０５は、設定した閾値ｔｈを遅延サンプル数判定部２０４に通知する。
【００５３】
遅延サンプル数判定部２０４は、図８に示したローパスフィルタで処理された信号波形のサンプルデータの振幅値と通知された閾値ｔｈとを比較して、サンプルポイント０を起点として最初にローパスフィルタ処理波形が閾値ｔｈ以上となったサンプルポイントを検出する。図８には、この検出されたサンプルポイントが遅延サンプルポイントＰＤとして示されている。遅延サンプルポイントＰＤは、スピーカからのインパルス信号の音声出力開始時点に対応するサンプルポイント０を起点として、インパルス応答が立ち上がったとされる時点までの時間的遅延をサンプル数で表すものである。周波数解析／フィルタ特性決定部２０２の制御によって適切なフィルタ特性が設定された可変ローパスフィルタ２０３によって、誤差を生じることなく、高精度で遅延サンプルポイントＰＤが検出される。
【００５４】
上述のようにサンプル数判定部２０４により判定された遅延サンプルポイントＰＤの情報は、空間遅延サンプル数算出部２０６に通知される。遅延サンプルポイントＰＤは、スピーカからのインパルス信号の音声出力開始時点を起点として、このインパルス信号の音声をマイクロフォンにより集音して得られたインパルス応答が立ち上がったとされる時点までの時間的遅延をサンプル数により表現しているである。つまり、スピーカ−マイクロフォン間距離を時間的に表したものと捉えることができる。
【００５５】
しかしながら、現実にはスピーカからインパルス信号を出力させるための信号出力系と、マイクロフォンでスピーカから出力された音声を集音してインパルス応答原波形のサンプルデータを得るためのサンプリングを行うまでの信号入力系とでは、フィルタ遅延、Ａ／Ｄ若しくはＤ／Ａ変換処理等に起因する処理遅延等といった、いわゆるシステム遅延が存在する。そして、サンプル数判定部２０４により判定された遅延サンプルポイントＰＤは、システム遅延等を要因とする誤差を含んでいる。そのため、空間遅延サンプル数算出部２０６は、遅延サンプルポイントＰＤからシステム遅延等を要因とする誤差を減算することでスピーカ−マイクロフォン（聴取位置）間距離に対応する真の遅延サンプル数（以下、空間遅延サンプル数という。）を得ている。空間遅延サンプル数算出部２０６で得られた空間遅延サンプル数の情報は、距離算出部２０７に通知される。
【００５６】
距離算出部２０７は、通知された空間遅延サンプル数を時間換算する。そして、この時間換算した空間遅延サンプル数の情報と音速を示す値等を利用し、所定の演算式を用いてスピーカ−マイクロフォン間距離を算出する。算出されたスピーカ−マイクロフォン間距離の情報は、測定対象であるスピーカと、このスピーカで出力されるチャンネルのオーディオチャンネルとの対応付けが行われたうえで制御部７に設けられた不揮発メモリ等に保持される。
【００５７】
制御部７は、各オーディオチャンネルのスピーカ−マイクロフォン間距離の差に基づいて、この距離差に応じた各オーディオチャンネルのスピーカから聴取位置までの空間的な音声到達時間差を判定する。そして、この判定結果に基づき、オーディオチャンネルに対応する各スピーカから聴取位置に到達する音声の時間差が解消されるように、ディレイ処理部３２１において、各オーディオチャンネルに所定の遅延定数を設定する制御を行っている。ディレイ処理部３２１は、制御部７によって設定された各オーディオ信号に対する遅延処理を実行する。その結果、しかるべき聴取位置においてスピーカと聴取位置の距離の差に起因する音声の到達時間のばらつきがキャンセルされた音場が生成される。すなわち、聴取位置においてタイムアライメントが適正に補正された音場が生成される。
【００５８】
以上説明した音場生成処理において、マイクロフォン６ａ、６ｂの集音特性差を補償する具体的な手法について説明する。
【００５９】
本具体例のリスニング環境は、自動車内或いは小室内であって、マイクロフォン６ａと６ｂとがスピーカからそれほど離れていない位置に設置される場合であるため、スピーカとマイクロフォンの位置関係に対して、例えば、壁による定在波や反射等といったリスニング環境内の状態による集音特性差は微小であると仮定できる。そして更にマイクロフォン６ａとマイクロフォン６ｂは、リスニング環境内で設置位置による特性差が現れない程度の間隔をもって互いに固定されている。
【００６０】
本具体例では、図５〜図７を用いて説明したマイクロフォンの設置位置におけるインパルス応答、周波数振幅応答、タイムアラインメント等は、マイクロフォン６ａ、６ｂに対応して２通り算出される。
【００６１】
本具体例のオーディオセット１は、５．１チャンネルサラウンド方式に対応しており、センタースピーカを有するため、音場測定モードでは、ユーザは、マイクロフォン６ａとマイクロフォン６ｂとが接続されてなるマイクシステムをセンタースピーカに向けて、図２に示すような配置で設置すればよい。補正の対象とすべきユーザの好適な視聴位置は、スピーカで囲まれる領域の略中央になる。オーディオセット１ではセンタースピーカは、領域の略中央すなわちユーザの好適な視聴位置に対して略正面に配置されるため、図２に示すようにマイクセットを配置したときセンタースピーカと両マイクデバイスとの距離は、およそ等距離となる。
【００６２】
このマイクロフォン配置でマイクロフォン６ａ、６ｂに対するスピーカ５１（ここではセンタースピーカである。）のインパルス応答が測定され、更にインパルス応答波形にＦＦＴ等の周波数振幅解析を行って周波数振幅応答が算出されるとき、マイク特性補正部３３３によって、マイクロフォン６ａとマイクロフォン６ｂとの集音特性差が補償される。
【００６３】
オーディオセット１は、上述した図５〜図８を用いて説明したように、測定音信号としてＴＳＰ信号を用いて、スピーカとマイクロフォンとの間におけるインパルス応答を算出する。この信号の立ち上がりに基づいてスピーカと各マイクロフォンとの間の距離を算出する。インパルス応答の最大波高値からインパルス応答の立ち上がり閾値を決定する。
【００６４】
図９（ａ）は、マイクロフォン６ａで集音された測定音信号のインパルス応答を示しており、図９（ｂ）は、マイクロフォン６ｂで集音された測定音信号のインパルス応答を示す。
【００６５】
マイク特性補正部３３３は、インパルス応答原波形から立ち上がり時間を判定し、２つのマイクデバイスで測定した立ち上がり時間が同一か或いは予め決めた所定の許容時間以内かを判別する。同一か許容時間以内の場合、スピーカとマイクロフォン６ａとの間の距離とスピーカとマイクロフォン６ｂとの距離が略等距離であると決定することができる。マイクロフォン６ａとマイクロフォン６ｂとがセンタースピーカに対して等距離になければ、マイクロフォン６ａ、６ｂをセンタースピーカに対して等距離に設置する旨をユーザに提示してもよい。
【００６６】
マイクロフォン６ａとマイクロフォン６ｂとがスピーカ５１から等距離にあるとなった場合、マイクロフォン６ａで集音されたインパルス応答の周波数振幅応答と、マイクロフォン６ｂで集音されたインパルス応答の周波数振幅応答に対して、特定帯域を窓としてこの窓内におけるゲインの平均値を計算する。
【００６７】
図１０（ａ）は、マイクロフォン６ａで集音された測定音信号のインパルス応答原波形の周波数振幅応答を示し、図１０（ｂ）は、マイクロフォン６ｂで集音された測定音信号のインパルス応答原波形の周波数振幅応答を示す。
【００６８】
例えば、周波数振幅応答のサンプリング幅がｆ０、ｆ１、・・・、ｆ（ｎ−１）に対して、それぞれのサンプル点における周波数振幅レベルがＡ０、Ａ１、・・・、Ａ（ｎ−１）がＦＦＴによって算出されているとする。このとき、図１０に示すように、観測窓を周波数帯域ｆａ〜ｆｂとする（但し、ｆ０≦ｆａ、ｆｂ≦ｆ（ｎ−１）である。)。このとき、ゲインのｄＢ平均値は、以下の式（１）で求められる。
【００６９】
【数１】
2006319786.tif 000003
【００７０】
ここで式（１）は、ゲイン平均計算の１手法であるが、計算方法は式（１）に限定されない。なお、ここでのゲイン平均を算出する対象となる特定帯域は、使用するマイクロフォン６ａ、６ｂで集音される音声信号周波数のばらつきが比較的小さくなることが知られている数百〜数キロＨｚの周波数帯域とすることが好ましい。
【００７１】
例えば、図９に示すように、マイクロフォン６ａ、マイクロフォン６ｂのインパルス応答の立ち上がり時間が一定範囲内で十分同一であるとみなせるが、マイクロフォン６ｂの方がインパルス応答波形のゲインが低くマイクロフォン６ａよりも感度が低いときには、各マイクロフォン６ａ、６ｂで入力した音声信号に対して周波数帯域ｆａ〜ｆｂにおけるマイクロフォン毎の平均ゲイン値を求める。そして、以降のオーディオチャンネルを構成する各スピーカに対するタイムアラインメントの補正処理では、求めた平均ゲイン値を基準にして、ゲイン平均値が低いマイクロフォンのレベルをゲイン平均値が高いマイクロフォンのレベルに合わせるようなレベル補正を行うことでマイクロフォン間の集音特性差を補償する。
【００７２】
また、マイクロフォン６ａ、６ｂの特性差の補正は、上述したゲイン差（感度差）以外を補正してもよい。例えば、マイクロフォン６ａとマイクロフォン６ｂの周波数振幅特性（ｄＢ値）の特性差をゲインが低い方のマイクロフォンに加算することで周波数振幅特性を補正してもよい。もちろんゲインが高い方のマイクロフォンから特性差に相当するゲインを減算してもよい。この場合、マイク特性補正部３３３は、両マイクロフォンとスピーカとの距離が同じと判定できた後、インパルス応答から算出される周波数振幅応答の特性差を比較し、図１１（ｂ）点線で示される元の波形に対して、図１１（ａ）に示すマイクロフォン６ａにおける集音特性波形に近づけるように、マイクロフォン６ａとマイクロフォン６ｂの周波数振幅特性（ｄＢ値）の特性差をゲインが低い方のマイクロフォンに加算する。或いは、ゲインが高い方のマイクロフォンから特性差に相当するゲインを減算する。この補正は、忠実に再生可能な周波数帯域、いわゆる“ｆ特”の補正等の演算で有利になる。
【００７３】
また、マイク特性補正部３３３がインパルス応答原波形から立ち上がり時間を判定するとき、マイクロフォン６ａとマイクロフォン６ｂから等距離にあるスピーカが見つけられない場合の対策として、リスニング環境内で両者の設置位置による特性差が現れない程度の間隔をあけて互いに固定されたマイクロフォン６ａとマイクロフォン６ｂとをスピーカに対して回転自在な機構とすることがあげられる。
【００７４】
図１２は、リスニング環境に各チャンネルが大まかな位置で配置されたスピーカ６１〜６５と、任意の位置に配置されたマイクロフォン６ａとマイクロフォン６ｂとが互いに固定されて回動自在に構成されたマイクセット６０との位置関係を示している。この場合、制御部７がインパルス応答原波形の立ち上がり時間判定の結果に応じてマイクセット６０を回動させるための信号を送る。
【００７５】
はじめにマイクセット６０のスピーカ６３に対する角度が状態Ｓｔ１になっていたとする。このとき、マイク特性補正部３３３は、スピーカ６３から発声された測定音信号がマイクロフォン６ａ及びマイクロフォン６ｂで集音されたときのインパルス応答原波形から立ち上がり時間を判定する。この判定結果を受けて制御部７は、マイクロフォン６ａとマイクロフォン６ｂから等距離にあるスピーカが見つけられないときに、マイクセット６０に対して何れかの方向に微小角回動させる信号を送り、状態Ｓｔ２に遷移させる。これを繰り返してマイクロフォン６ａとマイクロフォン６ｂとがともに等距離にあるスピーカを探索する。
【００７６】
このような機構にした場合、マイクシステム自体の回動角度を変えてスピーカに対するマイクロフォン６ａ、６ｂの向きを互いに等距離になる最適位置に調整した後、集音特性と音場測定を実行することができるため、各マイクロフォンとスピーカとの距離が正確に一致した条件の下で測定された結果に基づいて音声信号を生成することができる。また、このようにして生成された音声信号が各スピーカから発声されることでつくられる音場は、しかるべき聴取位置における臨場感が増し、現実性が向上する。
【００７７】
以上説明したように、オーディオセット１は、マイク特性補正部３３３において、測定部３２１ａ、３２１ｂで測定された個々のマイクロフォンに対するインパルス応答を比較し両マイクロフォンにおける集音特性差を補正することができるため、マイクロフォン６ａ、６ｂで集音された音声信号から解析されたパラメータに基づいて各チャンネルのオーディオ信号に対して最適な信号処理を施すとき、より厳密な補正を行うことが可能になる。このようにして補正された音声信号によってリスニング環境につくられる音場は、聴取者にとって、しかるべき聴取位置において臨場感が増し、現実性が向上する。
【００７８】
音場測定装置１が適用されるオーディオセットは、オーディオ再生だけではなくビデオ再生も可能なＡＶ（Audio video）システムであってもよい。この場合、オーディオセットは、映像データを表示する表示手段として液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）等、また映像コンテンツのデータを再生可能な構成を備えるものとする。再生環境としては、自動車車内、自動車以外の室内、またこれ以外のオーディオリスニング環境であっても適用できる。
【００７９】
更にまた、上述した説明では、補正情報がスピーカから聴取位置までの伝搬遅延時間であるとして、また音場補正がタイムアライメント（信号遅延時間調整）の調整である例について説明したが、本発明に基づいた対象補正位置に対する音場補正としては、タイムアライメント以外に、例えば図２のイコライザ部３２２におけるイコライジング補正、また、ゲイン調整部３２３における音量補正等であってもよい。また、これら複数の補正要素を組み合わせて使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明に係る音場測定装置を適用したオーディオセットを説明する構成図である。
【図２】上記オーディオセットにおけるスピーカ及びマイクロフォンの配置を説明する概略図である。
【図３】上記オーディオセットにおける音場補正／測定機能部を説明する構成図である。
【図４】上記音場補正／測定機能部の測定処理ブロックにおいて測定音信号のインパルス応答を入力してスピーカとマイクロフォン（聴取位置）との距離を測定するための処理を説明する機能ブロック図である。
【図５】（ａ）は、インパルス応答の原波形を示す波形図であり、（ｂ）は（ａ）に示されたインパルス応答原波形の立ち上がり位置を横軸方向に拡大して示す波形図である。
【図６】（ａ）は、正／負の両極の振幅値を有するインパルス応答の波形データを自乗した波形図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すインパルス応答原波形の立ち上がり位置を横軸方向に拡大して示す波形図である。
【図７】インパルス応答原波形の周波数特性を示す周波数特性図である。
【図８】上記音場補正／測定機能部の測定処理ブロックにおいて可変ローパスフィルタを通過した信号波形を示す波形図である。
【図９】（ａ）は、上記オーディオセットの一方のマイクロフォンで集音された測定音信号のインパルス応答を示す波形図であり、（ｂ）は、上記オーディオセットの他方のマイクロフォンで集音された測定音信号のインパルス応答を示す波形図である。
【図１０】（ａ）は、上記オーディオセットの一方のマイクロフォンで集音された測定音信号のインパルス応答の周波数振幅応答を示す波形図であり、（ｂ）は、上記オーディオセットの他方のマイクロフォンで集音された測定音信号のインパルス応答の周波数振幅応答を示す波形図である。
【図１１】（ａ）は、上記オーディオセットの一方のマイクロフォンで集音された測定音信号のインパルス応答の周波数振幅応答を示す波形図であり、（ｂ）は、上記オーディオセットの他方のマイクロフォンで集音された測定音信号のインパルス応答の周波数振幅応答に特性差を加算した波形を示す波形図である。
【図１２】リスニング環境に配置されたスピーカとマイクセットとの位置関係を説明する概略図である。
【符号の説明】
【００８１】
１    オーディオセット、  ２    メディア再生部、  ３    音場補正ユニット、  ４    パワーアンプ部、  ５    スピーカ、  ６ａ，６ｂ    マイクロフォン、  ７    制御部、  ８    メモリ部、  ９    ユーザインターフェイス部、  ３１    音場補正／測定機能部、  ３２    音場補正処理ブロック、  ３３    測定処理ブロック、  ３４ａ，３４ｂ    マイクロフォンアンプ、  ３５    スイッチ、  ３３１ａ，３３１ｂ    測定部、  ３３２    測定音処理部、  ３３３    マイク特性補正部、  ３２１    ディレイ処理部、  ３２２    イコライザ部、  ３２３    ゲイン調整部
【図１】
2006319786.tif 000004
【図２】
2006319786.tif 000005
【図３】
2006319786.tif 000006
【図４】
2006319786.tif 000007
【図５】
2006319786.tif 000008
【図６】
2006319786.tif 000009
【図７】
2006319786.tif 000010
【図８】
2006319786.tif 000011
【図９】
2006319786.tif 000012
【図１０】
2006319786.tif 000013
【図１１】
2006319786.tif 000014
【図１２】
2006319786.tif 000015