(57)【要約】【課題】  煩雑な操作をユーザに要求することなく、スピーカアレイにおける各チャネルの音響ビームの出力方向を最適化することができるサラウンドシステムを提供する。【解決手段】  パラメータ設定制御部６は、スピーカアレイ１から音響ビームを出力させ、この音響ビームの出力方向を回転させる制御を行う一方、音響ビームの出力方向を回転させたときのマイク７によって検出される音圧の変化に基づいて、スピーカアレイ１における複数チャネルのうち少なくとも一部のチャネルの音響ビームの出力方向を決定し、残りのチャネルの音響ビームの出力方向を、音圧の変化に基づいて決定された他のチャネルの出力方向に基づいて演算する。【選択図】      図１
2006254103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスピーカユニットを線状またはアレイ状に配列してなるスピーカアレイを有し、前記スピーカアレイにより複数チャネルの音響ビームを独立に生成し、直接にまたは壁に反射させて聴取位置に伝達させるサラウンドシステムにおいて、
複数チャネルのオーディオ信号に対応した音響ビームが予め決定された各出力方向に前記スピーカアレイから出力されるように前記複数チャネルのオーディオ信号から前記複数のスピーカユニットを駆動する信号を発生する信号処理手段と、
前記スピーカアレイの前方の聴取位置における音圧を検出する収音手段と、
前記スピーカアレイから音響ビームを出力させ、この音響ビームの出力方向を回転させる制御を行う一方、前記音響ビームの出力方向を回転させたときの前記収音手段によって検出される音圧の変化に基づいて、前記スピーカアレイにおける前記複数チャネルのうち少なくとも一部のチャネルの音響ビームの出力方向を決定し、出力方向を決定することができなかったチャネルがある場合には、そのチャネルの音響ビームの出力方向を、前記音響ビームの出力方向を回転させたときの前記収音手段によって検出される音圧の変化に基づいて決定された他のチャネルの出力方向に基づいて演算する出力方向決定手段と
を具備することを特徴とするサラウンドシステム。
【請求項２】
前記出力方向決定手段は、前記音響ビームの出力方向を回転させたときの前記収音手段によって検出される音圧の変化に基づいて、センタチャネルおよびフロントチャネルの出力方向を決定することができたが、サラウンドチャネルの出力方向を決定することができなかった場合に、センタチャネルの出力方向とフロントチャネルの出力方向とがなす角を二分する方向をサラウンドチャネルの出力方向とすることを特徴とする請求項１に記載のサラウンドシステム。
【請求項３】
前記出力方向決定手段は、前記音響ビームの出力方向を回転させたときの前記収音手段によって検出される音圧の変化に基づいて、センタチャネルおよび左右２チャネルのフロントチャネルの出力方向を決定することができたが、左右２チャネルのサラウンドチャネルの出力方向を決定することができず、かつ、前記センタチャネルの出力方向が前記スピーカアレイの前方方向に対して右側または左側に傾いている場合に、前記左右２チャネルのサラウンドチャネルのうち前記センタチャネルの出力方向が傾いている側のサラウンドチャネルについては、当該サラウンドチャネルと同じ側のフロントチャネルの出力方向とセンタチャネルの出力方向とがなす角を二分する方向を出力方向とし、前記左右２チャネルのサラウンドチャネルのうち前記センタチャネルの出力方向が傾いている側とは反対側のサラウンドチャネルについては、当該サラウンドチャネルと同じ側のフロントチャネルの出力方向と前記スピーカアレイの前方方向とがなす角を二分する方向を出力方向とすることを特徴とする請求項１に記載のサラウンドシステム。
【請求項４】
前記出力方向決定手段は、前記左右２チャネルのサラウンドチャネルのうち前記センタチャネルの出力方向が傾いている側のサラウンドチャネルについては、当該サラウンドチャネルと同じ側のフロントチャネルの出力方向とセンタチャネルの出力方向とがなす角を二分する方向を出力方向とすると、その出力方向とセンタチャネルの出力方向とがなす角度が閾値より小さくなる場合に、そのサラウンドチャネルの出力方向をそれと同じ側のフロントチャネルの出力方向と同一方向にすることを特徴とする請求項３に記載のサラウンドシステム。
【請求項５】
前記出力方向決定手段は、前記音響ビームの出力方向を回転させたときの前記収音手段によって検出される音圧の変化に基づいて、センタチャネルおよび左右２チャネルのフロントチャネルのうち１つのフロントチャネルの出力方向を決定することができたが、他のフロントチャネルおよび左右２チャネルのサラウンドチャネルの出力方向を決定することができなかった場合に、前記左右２チャネルのフロントチャネルのうち出力方向の決定されなかったフロントチャネルについては、前記スピーカアレイの前方方向を向いた対称軸として、出力方向の決定されたフロントチャネルの出力方向と左右対称となる方向を出力方向とし、前記左右２チャネルのサラウンドチャネルの各々については、同じ側のフロントチャネルの出力方向と前記スピーカアレイの前方方向とはなす角を二分する方向を出力方向することを特徴とする請求項１に記載のサラウンドシステム。
【請求項６】
前記出力方向決定手段は、前記音響ビームの出力方向を回転させたときの前記収音手段によって検出される音圧の変化に基づいて、センタチャネルおよび左右２チャネルのフロントチャネルの出力方向を決定することができたが、左右２チャネルのサラウンドチャネルの出力方向を決定することができず、かつ、前記センタチャネルの出力方向が前記スピーカアレイの前方方向を向いている場合に、前記スピーカアレイの前方方向を出力方向とする音響ビームのインパルスを前記スピーカアレイから出力し、前記収音手段により検出される当該音響ビームのインパルスに対する応答と前記左右２チャネルのフロントチャネルの出力方向に基づいて前記スピーカアレイおよび聴取位置を壁により囲む空間のサイズとその空間内における前記聴取位置の相対位置を求め、その結果に基づいて、左右２チャネルのサラウンドチャネルの出力方向を演算することを特徴とする請求項１に記載のサラウンドシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピーカアレイによりリスナを取り囲むような音場を形成するサラウンドシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
サラウンドシステムは、リスナの前方および後方に配置された複数のスピーカから放音することにより臨場感に富んだサウンドをリスナに提供することができる。しかしながら、サラウンドシステムは、リスナの前後にスピーカを配置しなければならないため、狭い部屋には不向きであり、また、オーディオアンプの各チャネルの出力信号をリスナ前方に配置されるスピーカとリスナ後方に配置されるスピーカの両方に供給するための信号線を部屋内に引き回さなければならず、信号線が邪魔になるという問題がある。この問題を解決するための技術として、特許文献１および２は、指向性の鋭いスピーカアレイをリスナ前方に配置し、このスピーカアレイから出力される音響ビームを音響空間の壁により反射させてリスナに到達させ、リアスピーカの代わりに使用する技術を開示している。
【特許文献１】特開平６−２０５４９６号公報
【特許文献２】特開２００４−１７９７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、スピーカアレイは、アレイ状に配列された複数のスピーカユニットに共通のオーディオ信号から得られた遅延オーディオ信号を供給し、各遅延オーディオ信号の位相を調整することにより任意の指向性を持った音響ビームを生成するものである。従来のサラウンドシステムは、リスナの聴覚に頼った手動調整であったため、一般のユーザにとっては各チャネルの音響ビームが正確に聴取位置に伝達されるように音響ビームの出力方向を制御するのが困難であり、特にサラウンドチャネルについては音響ビームを壁に反射させて聴取位置に伝達させるため、そのスピーカアレイからの出力方向を定めるのはさらに困難であるという問題があった。
【０００４】
この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、煩雑な操作をユーザに要求することなく、スピーカアレイにおける各チャネルの音響ビームの出力方向を最適化することができるサラウンドシステ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】
【０００５】
この発明は、複数のスピーカユニットを線状またはアレイ状に配列してなるスピーカアレイを有し、前記スピーカアレイにより複数チャネルの音響ビームを独立に生成し、直接にまたは壁に反射させて聴取位置に伝達させるサラウンドシステムにおいて、複数チャネルのオーディオ信号に対応した音響ビームが予め決定された各出力方向に前記スピーカアレイから出力されるように前記複数チャネルのオーディオ信号から前記複数のスピーカユニットを駆動する信号を発生する信号処理手段と、前記スピーカアレイの前方の聴取位置における音圧を検出する収音手段と、前記スピーカアレイから音響ビームを出力させ、この音響ビームの出力方向を回転させる制御を行う一方、前記音響ビームの出力方向を回転させたときの前記収音手段によって検出される音圧の変化に基づいて、前記スピーカアレイにおける前記複数チャネルのうち少なくとも一部のチャネルの音響ビームの出力方向を決定し、出力方向を決定することができなかったチャネルがある場合には、そのチャネルの音響ビームの出力方向を、前記音響ビームの出力方向を回転させたときの前記収音手段によって検出される音圧の変化に基づいて決定された他のチャネルの出力方向に基づいて演算する出力方向決定手段とを具備することを特徴とするサラウンドシステムを提供する。
かかるサラウンドシステムによれば、音響ビームの出力方向を回転させたときの収音手段によって検出される音圧の変化に基づいて、スピーカアレイにおける少なくとも一部のチャネルの音響ビームの出力方向が決定される。そして、音響ビームの音圧の変化に基づいて出力方向を決定することができなかったチャネルがある場合、そのチャネルの出力方向は、既に決定された他のチャネルの出力方向から演算される。従って、ユーザに煩雑な操作を求めることなく、スピーカアレイにおける各チャネルの音響ビームの出力方向を最適化し、快適なサラウンド再生環境をユーザに提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、この発明の第１実施形態であるサラウンドシステムの構成を示すブロック図である。このサラウンドシステムは、ｎ個（ｎは複数）の無指向性のスピーカユニットを線状またはアレイ状に配列してなるスピーカアレイ１と、スピーカセンタチャネルＣ、フロント左チャネルＦＬ，フロント右チャネルＦＲ、サラウンド左チャネルＳＬおよびサラウンド右チャネルＳＲの各オーディオ信号を処理する５個の信号処理部２−ｋ（ｋ＝１〜５）と、各信号処理部２−ｋ（ｋ＝１〜５）と、加算器群３とを有している。
【０００７】
ここで、信号処理部２−ｋ（ｋ＝１〜５）は、例えばＤＳＰであり、このＤＳＰは信号処理部２−ｋ（ｋ＝１〜５）に対応した処理として、フィルタ処理２１と、タイムアライメント処理２２と、指向性制御処理２３とを実行する。
【０００８】
本実施形態において、あるチャネルに対応した音響ビームは、スピーカアレイ１から出力されて聴取位置に直接到達する。また、別のチャネルに対応した音響ビームは視聴空間を画する壁に１回または複数回反射されて聴取位置に到達する。このように、音響ビームがスピーカアレイ１から出力されてから聴取位置に到達するまでの経路の損失の周波数特性および音響ビームの伝達時間は一般に各チャネル間で異なる。フィルタ処理２１は、当該チャネルの音響ビームの伝達経路の損失を補償するための手段である。また、タイムアライメント処理２２は、音響ビームの伝達時間の各チャネル間の差を補償するための手段である。
【０００９】
指向性制御処理２３では、フィルタ処理２１およびタイムアライメント処理２２を経たオーディオ信号からスピーカアレイ１における複数のスピーカユニットを駆動するための複数の遅延オーディオ信号を生成する。ここで、あるチャネルに対応した信号処理部２−ｋの指向性制御処理２３において、各遅延オーディオ信号と元のオーディオ信号との間の遅延時間は、そのチャネルのために予め決定されたスピーカアレイ１における音響ビームの出力方向に基づいて決定される。なお、この音響ビームの出力方向を決定するための手段については後述する。加算器群３は、信号処理部２−ｋ（ｋ＝１〜５）の各指向性制御部２３から出力される遅延オーディオ信号を同一スピーカユニットに対応したもの同士加算し、各スピーカユニットの駆動信号として出力する装置である。
【００１０】
本実施形態の特徴は、以上説明した装置に加えて、収音手段たるマイク７と、測定用音響ビーム発生制御部４、ビーム方向制御部５およびパラメータ設定制御部６からなる出力方向決定部１０をサラウンドシステムに設けた点にある。
【００１１】
ここで、マイク７は、スピーカアレイ１の配置される視聴空間の視聴位置に配置して用いられる収音手段である。測定用音響ビーム発生制御部４は、パラメータ設定制御部６による制御の下、測定用音響ビ−ムをスピーカアレイ１から出力させるためのオーディ信号を発生する回路である。パラメータ設定制御部６は、この測定用音響ビームの出力を行う場合、信号処理部２−１の入力部に設けられたスイッチＳＷ１をＯＮとし、これにより、測定用音響ビーム発生制御部４から出力されるオーディオ信号を信号処理部２−１に与える。ビーム方向制御部５は、パラメータ設定制御部６からの指令に従い、チャネル毎に予め決められた方向の音響ビームをスピーカアレイ１から出力させる遅延オーディオ信号を生成するための制御を行う装置である。また、ビーム方向制御部５は、音響ビームの出力方向をチャネル毎に決定する処理を行う際に、パラメータ設定制御部６からの指令に従い、スピーカアレイ１における測定用音響ビームの出力方向が一定の角速度で回転するように信号処理部２−１において遅延オーディオ信号を生成する際の遅延時間を制御する機能を有している。
【００１２】
パラメータ設定制御部６は、音響ビームの出力方向の最適化処理の実行を命ずるコマンドが与えられたとき、測定用音響ビームの元となるオーディオ信号を測定用音響ビーム発生制御部４から信号処理部２−１に供給するための制御を行うとともに、一定角速度で回転する音響ビームを発生させる指令をビーム方向制御部５に送る。そして、パラメータ設定制御部６は、その後、スピーカアレイ１から出力される測定用音響ビームの出力方向の回転角度の変化を把握し、その回転角度の変化とマイク７によって検知される視聴位置における音圧の変化との関係に基づいて、５チャネルのオーディオ信号に対応してスピーカアレイ１から出力すべき音響ビームの少なくとも一部のチャネルの出力方向を決定する。また、パラメータ設定制御部６は、これにより出力方向の決定されないチャネルがある場合には、そのチャネルの音響ビームの出力方向を、マイク７によって検出される音圧の変化に基づいて決定されたチャネルの音響ビームの出力方向に基づいて決定する。そして、パラメータ設定制御部６は、チャネル毎に、決定された出力方向の音響ビームがスピーカアレイ１から出力されるよう信号処理部２−ｋ（ｋ＝１〜５）の各指向性制御部２３から出力される複数の遅延オーディオ信号の遅延量の設定を行う。
【００１３】
以下、本実施形態の動作を説明する。本実施形態において、各チャネルのオーディオ信号は、チャネル毎に出力方向決定部１０により予め決定された出力方向に指向性を有する音響ビームとなってスピーカアアレイ１から出力される。ここで、各チャネルの音響ビームの出力方向の決定の態様は、スピーカアレイ１が配置される部屋の形状およびサイズ、その部屋と部屋内におけるスピーカアレイ１の位置と聴取位置との関係により異なったものとなる。以下、図２（ａ）〜（ｄ）および図３（ａ）〜（ｄ）を参照し、各種の例を説明する。
【００１４】
第１の例では、図２（ａ）に示すような環境において、操作部（図示略）の操作により音響ビームの出力方向の最適化処理の実行を命ずるコマンドがサラウンドシステムのパラメータ設定制御部６に与えられ、これにより一定の角速度で回転する測定用音響ビームがスピーカアレイ１から出力される。その間、聴取位置Ｐに置かれたマイク７の出力信号がパラメータ設定制御部６に供給される。この結果、図３（ａ）に示すような音響ビームの回転角度φとマイク７により検出された視聴位置での音圧との関係を示す特性曲線がパラメータ設定制御部６により取得される。この図３（ａ）および後で参照する図３（ｂ）〜（ｄ）において、横軸は水平面内において基準軸と音響ビームの出力方向との間の角度φであり、縦軸はマイク７により検出された音圧である。本実施形態において基準軸は聴取位置から見てスピーカアレイ１の左方向を向いており、同方向の角度φが０°、スピーカアレイ１の前方方向の角度φは９０°、スピーカアレイ１の右方向の角度φは１８０°となっている。
【００１５】
パラメータ設定制御部７は、取得された特性曲線において、閾値を越える音圧のピークを求める。そして、この求めた音圧のピークの大きさと、そのピークが発生する音響ビームの角度φに基づき、センタチャネルＣ、フロント左チャネルＬ、フロント右チャネルＲ、サラウンド左チャネルＳＬおよびサラウンド右チャネルＳＲの少なくとも一部のチャネルの音響ビームの出力方向を決定する。図３（ａ）に示す例では、特性曲線上、閾値を越える音圧のピークが３個あり、それらのうち最も大きなピークが９０°付近の角度φｃにおいて得られている。この角度φｃで出力された音響ビームは、スピーカアレイ１の前方にある聴取位置Ｐに直接到達したと考えられる。そこで、パラメータ設定制御部７は、この角度φｃの方向をセンタチャネルＣの音響ビームの出力方向とする。
【００１６】
特性曲線上、この最大のピークの両側の角度φｌ（φｌ＜φｃ）およびφｒ（φｒ＞φｃ）の出力方向には、それよりもやや音圧の低い２個のピークがある。ここで、角度φｌ（φｒ）におけるピークは、スピーカアレイ１から角度φｌ（φｒ）の方向に出力された音響ビームがスピーカレイ１の左側（右側）の壁に反射されて聴取位置Ｐに到達したときに生じたものであると考えられる。そこで、パラメータ設定制御部７は、角度φｌおよびφｒの各方向をフロントチャネルＬおよびＲの音響ビームの各出力方向とする。
【００１７】
さて、サラウンドチャネルＳＬ（ＳＲ）については、スピーカアレイ１から出力された音響ビームが聴取位置の左側（右側）の壁および後方の壁に反射されて聴取位置Ｐに到達するような経路を辿るように、各チャネルの音響ビームの出力方向を定めるのが理想的である。しかし、そのような出力方向に出力された音響ビームは、２度に亙る反射を経て聴取位置Ｐに到達するため、聴取位置Ｐにおいて検出される音響ビームの音圧は低くなる。従って、ある角度φにおいて、スピーカアレイ１から出力された音響ビームが２度に亙る反射を経て聴取位置Ｐに到達したとしても、特性曲線上、その角度φにおいて音圧のピークは生じ難く、たとえ生じたとしても極めてレベルが低く発見するのが困難である。このため、サラウンドチャネルについては、角度φの変化に対する音圧の変化に基づいて音響ビームの出力方向を決定することができない可能性がある。そのような場合、パラメータ設定制御部６は、次のようにしてサラウンドチャネルの音響ビームの出力方向を決定する。
【００１８】
すなわち、サラウンドチャネルＳＬについては、既に決定されたセンタチャネルＣの出力方向の角度φｃとフロントチャネルＬの出力方向の角度φｌとの平均値である角度φｓｌ＝（φｃ＋φｌ）／２を算出し、この角度φｓｌの方向をサラウンドチャネルＳＬの音響ビームの出力方向とする。この場合、図２（ａ）および図３（ａ）に示すように、サラウンドチャネルＳＬおよびフロントチャネルＬの各出力方向間の角度θ１とサラウンドチャネルＳＬおよびセンタチャネルＣの各出力方向間の角度θ２は等しくなり、サラウンドチャネルＳＬの出力方向はセンタチャネルＣの出力方向とフロントチャネルＬの出力方向とがなす角を二分する方向となる。サラウンドチャネルＳＲについても同様であり、センタチャネルＣの出力方向の角度φｃとフロントチャネルＲの出力方向の角度φｒとの平均値である角度φｓｒ＝（φｃ＋φｒ）／２を算出し、この角度φｓｒの方向をサラウンドチャネルＳＲの音響ビームの出力方向とするのである。
【００１９】
以上のように、この例におけるサラウンドチャネルＳＬおよびＳＲの出力方向は、幾何学的方法により音響ビームの経路を定めることにより得られるものではないが、これらのチャネルの音響ビームの指向性にある程度の広がりを持たせ、多方向に音響ビームを拡散させることにより、適切な音場を得ることができる。
【００２０】
第２の例では、図３（ｂ）に示す特性曲線がパラメータ設定制御部６により取得される。この特性曲線は、第１の例のものと同様、３箇所において閾値を越える音量のピークを生じており、これらのピークが生じている角度φｃ、φｌおよびφｒの各方向がセンタチャネルＣ、フロントチャネルＬおよびＲの音響ビームの出力方向として決定されている。
【００２１】
ところが、第２の例では、角度φｃが９０°を中心とした許容範囲内に収まっていない。このような状況は、図２（ｂ）に例示するように、聴取位置Ｐのある方角がスピーカアレイ１の前方方向から例えば右側に大きく傾いている場合に生じうる。このような場合、第１の例と同じ方法によりサラウンドチャネルＳＬおよびＳＲの両方の出力方向を決定するのは適切でない。何故ならば、例えば図２（ｂ）に示す場合において、第１の例と同じ方法によりサラウンドチャネルＬの音響ビームの出力方向を決定すると、スピーカアレイ１から出力されたサラウンドチャネルＬの音響ビームは聴取位置Ｐの左側の壁には進まず、聴取位置Ｐの後方の壁に到達し、そこで反射される可能性が高い。これではサラウンドチャネルＳＬにより適切な音場効果を得ることは期待できない。
【００２２】
そこで、本実施形態では、第２の例に該当する場合には、次のようにサラウンドチャネルＳＬ、ＳＲの音響ビームの出力方向を決定する。まず、左右２チャネルのサラウンドチャネルのうちセンタチャネルＣの出力方向が傾いている側のサラウンドチャネルについては、当該サラウンドチャネルと同じ側のフロントチャネルの出力方向とセンタチャネルの出力方向とがなす角を二分する方向を出力方向とする。図２（ｂ）および図３（ｂ）に示す例では、センタチャネルＣの出力方向はスピーカアレイ１の前方方向を基準として右側に傾いている。従って、この処理では、サラウンドチャネルＳＲが選択され、このサラウンドチャネルＳＲの出力方向は、サラウンドチャネルＳＲと同じ側のフロントチャルＲの出力方向とセンタチャネルＣの出力方向とがなす角を二分する方向とされる。次に、左右２チャネルのサラウンドチャネルのうちセンタチャネルＣの出力方向が傾いている側と反対側のサラウンドチャネルについては、当該サラウンドチャネルと同じ側のフロントチャネルの出力方向とスピーカアレイ１の前方方向とがなす角を二分する方向を出力方向とする。図２（ｂ）および図３（ｂ）に示す例の場合、この処理では、サラウンドチャネルＳＬが選択され、このサラウンドチャネルＳＬの出力方向は、サラウンドチャネルＳＬと同じ側のフロントチャルＬの出力方向とスピーカアレイ１の前方方向とがなす角を二分する方向とされる。
【００２３】
以上の処理により、左右２チャネルのサラウンドチャネルのうちセンタチャネルＣの出力方向が傾いていない側のサラウンドチャネル（この例の場合、サラウンドチャネルＳＬ）について、そのサラウンドチャネルの音響ビームを斜め後方から聴取位置Ｐに到達させることができる蓋然性を高めることができる。なお、第２の例では、聴取位置Ｐがスピーカアレイ１の前方方向から右側に傾いた方角にある場合を取り上げたが、聴取位置Ｐが聴取位置Ｐがスピーカアレイ１の前方方向から左側に傾いた方角にある場合も、同様の方法によりサラウンドチャネルＳＬ、ＳＲの出力方向を決定することが可能である。
【００２４】
第３の例では、図３（ｃ）に示す特性曲線がパラメータ設定制御部６により取得され、閾値を越える音量のピークが生じている角度φｃ、φｌおよびφｒの各方向がセンタチャネルＣ、フロントチャネルＬおよびＲの音響ビームの出力方向として決定されている。この第３の例でも、角度φｃは９０°を越えており、第２の例と同様、センタチャネルＣの出力方向は右側に大きく傾いているが、この傾きの程度は、第２の例のものよりも大きい。このため、第２の例と同じ方法によりサラウンドチャネルＳＲの出力方向を決定すると、そのサラウンドチャネルＳＲの出力方向とセンタチャネルＣの出力方向とがなす角度θが閾値より小さくなる。このようにサラウンドチャネルＳＲの出力方向がセンタチャネルＣの出力方向と接近し過ぎていると、聴取位置Ｐにおいて両チャネルの音響ビームの干渉が生じ易くなる。
【００２５】
そこで、本実施形態では、第３の例に該当する場合には、次のようにしてサラウンドチャネルＳＬ、ＳＲの出力方向を決定する。すなわち、左右２チャネルのサラウンドチャネルＳＬ、ＳＲのうちセンタチャネルＣの出力方向が傾いている側のサラウンドチャネル（この例ではサラウンドチャネルＳＲ）については、そのサラウンドチャネルの出力方向をそれと同じ側のフロントチャネル（この例ではフロントチャネルＦＲ）の出力方向と同一方向とし、残りのサラウンドチャネルについては上記第２の例と同じ方法により出力方向を決定するのである。このようにすることにより聴取位置Ｐにおけるセンタチャネルとサラウンドチャネルの音響ビームの干渉を緩和することができる。
【００２６】
第４の例では、図３（ｄ）に示す特性曲線がパラメータ設定制御部６により取得される。この特性曲線は、閾値を越える音量のピークを２つしか有していない。この場合、パラメータ設定制御部６は、特性曲線上、大きな音量のピークが生じている９０°付近の角度φｃの方向をセンタチャネルＣの出力方向とするとともに、もう１つの音量のピークが生じている角度φｃより小さな角度φｌの方向をフロントチャネルＬの出力方向とする。このように音量のピークが２つしか得られないと、１つのフロントチャネルの出力方向を決定することができず、上記各例のいずれの方法を用いても全てのサラウンドチャネルの出力方向を決定することができない。このような状況は、図２（ｄ）に示すように、スピーカアレイ１および聴取位置Ｐを囲む空間が正方形または長方形ではなく、スピーカアレイ１の左右いずれかの側に進む音響ビームが１回の反射では視聴位置Ｐに到達し得ないような場合に生じうる。
【００２７】
このような第４の例に該当する場合、本実施形態では、次のように取り扱う。まず、左右２チャネルのフロントチャネルのうち出力方向の決定されなかったフロントチャネル（この例ではフロントチャネルＲ）については、図２（ｄ）に示すように、スピーカアレイ１の前方方向を向いた軸を対称軸として、出力方向の決定されたフロントチャネル（この例ではフロントチャネルＬ）の出力方向と左右対称となる方向を出力方向とする。そして、左右２チャネルのサラウンドチャネルの各々については、図２（ｄ）に示すように、同じ側のフロントチャネルの出力方向とスピーカアレイ１の前方方向とがなす角を二分する方向を出力方向するのである。このようにすることで、各チャネルの音響ビームが聴取位置Ｐに到達する蓋然性をある程度高めることができる。
【００２８】
＜第２実施形態＞
図４〜図６は、この発明の第２実施形態であるサラウンドシステムの動作を示している。本実施形態に係るサラウンドシステムでは、上記第１実施形態と同様、スピーカアレイ１における音響ビームの出力方向を回転させたときの聴取位置Ｐにおける音圧の変化に基づいて複数チャネルのうち少なくとも一部のチャネルの音響ビームの出力方向を決定する。この際に、センタチャネルＣ、フロントチャネルＬおよびＲの出力方向が決定され、かつ、決定されたセンタチャネルＣの出力方向がスピーカアレイ１の前方方向とある程度の精度で一致しているような場合がある。本実施形態に係るサラウンドシステムには、このような特定の状況に該当する場合に、より正確にサラウンドチャネルＳＬ、ＳＲの最適な出力方向を演算する機能を上記第１実施形態におけるパラメータ設定制御部６に追加したものである。
【００２９】
本実施形態において、パラメータ設定制御部６は、上記の特定の状況にあることが判明したとき、ビーム方向制御部５および測定用音響ビーム発生制御部４を制御して、ある時刻ｔ＝０において、スピーカアレイ１からその前方方向（φｃ＝９０°の方向）に音響ビームのインパルスを出力させる。そして、パラメータ設定制御部６は、音響ビームのインパルスを出力後、１度目の閾値を越えるインパルスがマイク７により検出されるまでの経過時間Ｔｕと、インパルスの出力時点から２度目の閾値を越えるインパルスがマイク７により検出されるまでの経過時間Ｔｒとを求める。ここで、時間Ｔｕは、図５に示すように、音響ビームのインパルスがスピーカアレイ１から出力されて聴取位置Ｐに到達するまでの経過時間に相当する。また、時間Ｔｒは、図５に示すように、音響ビームのインパルスがスピーカアレイ１から出力され、その後、聴取位置Ｐの後方の壁に反射されて聴取位置に到達するまでの経過時間に相当する。なお、インパルスの出力タイミング以後、２度目の閾値を越えるインパルスは、聴取位置Ｐの後方にある壁がスピーカアレイ１における複数のスピーカユニットの出力面が共通に属する面（以下、ビーム出力面という）と平行である場合にマイク７により検出される。マイク７によりこの閾値を越える２度目のインパルスが検出されない場合、パラメータ設定制御部６は、聴取位置Ｐの後方の壁がスピーカアレイ１のビーム出力面と、後方の壁とが平行ではないと判断し、上記第１実施形態において述べた方法によりサラウンドチャネルの音響ビームの出力方向を決定する。
【００３０】
上記経過時間ＴｕおよびＴｒが得られた場合、パラメータ設定制御部６は、これらの経過時間と既に決定されている左右２チャネルのフロントチャネルＬ、Ｒの出力方向に基づいて、サラウンドチャネルＳＬ、ＳＲの出力方向を求める。図６（ａ）および（ｂ）は、このサラウンドチャネルＳＬ、ＳＲの出力方向の算出原理を示すものである。この図において、長方形ＡＢＣＤはスピーカアレイ１および聴取位置Ｐが配置される部屋を示しており、長方形の各辺は部屋の壁を示している。スピーカアレイ１は、辺ＤＡに相当する壁（以下、煩雑さを防ぐため、壁ＤＡという表記を用いる。他の壁も同様である。）の近傍の原点Ｏにその中心を位置させ、そのビーム出力面が壁ＢＣと平行になるような向きで配置されている。スピーカアレイ１の前方方向（原点Ｏから見てφ＝９０°の方向）には聴取位置Ｐがある。そして、この例では、上記第１実施形態において説明した処理により、センタチャネルＣ、フロントチャネルＬおよびＲの出力方向の角度φｃ（＝９０°）、φｌおよびφｒが得られている。この場合、パラメータ設定制御部６は、サラウンドチャネルＳＬおよびＳＲの出力方向の角度を次のようにして算出する。
【００３１】
まず、パラメータ設定制御部６は、経過時間Ｔｕと既知の音速Ｖｓとを用いて、次式（１）によりスピーカアレイ１の中心である原点Ｏから聴取位置Ｐまでの距離Ｄｕｓｒを算出する。
Ｄｕｓｒ＝Ｔｕ・Ｖｓ      ……（１）
次にパラメータ設定制御部６は、式（１）により求めた距離Ｄｕｓｒと、経過時間Ｔｒとに基づき、次式（２）により、図６に示す原点Ｏから聴取位置Ｐの後方の壁ＢＣまでの距離Ｄｌｅｎを算出する。
Ｄｌｅｎ＝Ｄｕｓｒ＋（（Ｔｒ・Ｖｓ−Ｄｕ）／２）  ……（２）
次にパラメータ設定制御部６は、距離Ｄｕｓｒと、左右のフロントチャネルの音響ビームの出力方向の角度φｌおよびφｒを用いて、次式（３）、（４）および（５）により、聴取位置Ｐとその左側の壁ＡＢとの距離Ｄｌ、聴取位置Ｐとその右側の壁ＣＤとの距離Ｄｒおよび部屋の横幅Ｄｗを算出する。
Ｄｌ＝Ｄｕｓｒ・ｔａｎ（９０°−φｌ）／２      ……（３）
Ｄｒ＝Ｄｕｓｒ・ｔａｎ（φｒ−９０°）／２      ……（４）
Ｄｗ＝Ｄｌ＋Ｄｒ                                ……（５）
【００３２】
そして、パラメータ設定制御部６は、左右２チャネルのサラウンドチャネルＳＬ、ＳＲの出力方向の角度φｓｌおよびφｓｒを次のようにして求める。まず、サラウンドチャネルＳＬについては、スピーカアレイ１から出力された音響ビームが壁ＡＢおよびＢＣに反射されて聴取位置Ｐに到達するようにしなければならない。そこで、壁ＡＢに沿った直線上において、壁ＡＢにおいて頂点Ｂから頂点Ａ側にＤｕｓｒ／２だけ戻った点Ｑと頂点Ａの反対側にＤｕｓｒ／２だけ進んだ点Ｓを仮想する。そして、サラウンドチャネルＳＬの音響ビームを出力方向を点Ｑのある方向に定める。このようにすると、原点Ｏから出力されたサラウンドチャネルＳＬの音響ビームは、壁ＡＢにおけるＱ点において反射された後、壁ＢＣにおける平行四辺形ＯＱＳＰとの交点Ｕにおいて反射され、聴取位置Ｐに到達する。
【００３３】
原点Ｏから見た点Ｑの角度φｓｌは、次のようにして算出する。
φｓｌ
＝ｔａｎ−１（ＡＱ／Ｄｌ）
＝ｔａｎ−１（（Ｄｌｅｎ−（Ｄｕｓｒ／２））／Ｄｌ）
＝ｔａｎ−１（（２・Ｄｌｅｎ−Ｄｕｓｒ）／（２・Ｄｌ））      ……（６）
【００３４】
サラウンドチャネルＳＲについても、同様な方法により出力方向の角度φｓｒの算出が可能である。この角度φｓｒは、次式により与えられる。
φｓｒ
＝１８０°−ｔａｎ−１（（２・Ｄｌｅｎ−Ｄｕｓｒ）／（２・（Ｄｗ−Ｄｌ）））……（７）
【００３５】
本実施形態におけるパラメータ設定制御部６は、以上のようにして求めた角度φｃ、φｌ、φｒ、φｓｌおよびφｓｒの方向にセンタチャネルＣ、フロントチャネルＬおよびＲ、サラウンドチャネルＳＬおよびＳＲの各音響ビームが出力されるように、信号処理部２−１〜２−５における指向性制御処理２２のためのパラメータ設定を行うのである。
【００３６】
本実施形態によれば、以上のように、音響ビームを理想的な経路を辿って聴取位置Ｐに到達させるためのサラウンドチャネルＳＬおよびＳＲの出力方向が幾何学的手法により正確に演算される。このため、より適切なサラウンド効果が得られる。また、本実施形態では、部屋のサイズを求めるので、その結果を用いて各チャネルの音響ビームの経路長を求めることが可能である。そこで、好ましい態様においてパラメータ設定制御部６は、各チャネルの音響ビームの経路長に基づき、音響ビームが原点Ｏから聴取位置Ｐに至るまでの所要時間のチャネル間の差を補償するためのタイムアライメント量を求め、これを信号処理部２−１〜２−５におけるタイムアライメント処理２２のためのパラメータとして設定する。このようにすることで、タイムアライメント量の設定が自動化され、サラウンドシステムがより使いやすいものになる。
【００３７】
＜他の実施形態＞
以上、この発明の実施形態を説明したが、これら以外にも、本発明には各種の実施形態が考えられる。例えば上記第１実施形態において、第１の例のようにサラウンドチャネルの出力方向を定める角度φｃの範囲をユーザが操作子の操作などにより設定し得るように構成してもよい。同様に上記第２実施形態が実行される角度φｃの範囲を操作部の操作により設定するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明の第１実施形態であるサラウンドシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】同システムにおけるパラメータ設定制御部の処理内容を説明する図である。
【図３】同システムにおけるパラメータ設定制御部の処理内容を説明する図である。
【図４】この発明の第２実施形態であるサラウンドシステムの動作を説明する図である。
【図５】同実施形態において測定されるインパルス応答を示す波形図である。
【図６】同実施形態におけるパラメータ設定制御部の処理内容を説明する図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…スピーカアレイ、２−１〜２−５…信号処理部、４…測定用音響ビーム発生制御部、５…ビーム方向制御部、６…パラメータ測定制御部、７…マイク。
【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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