(57)【要約】    【課題】      より臨場感のある音場を自動的に形成することができる音響システム、音声信号処理装置およびスピーカを提供すること。    【解決手段】  音声信号処理装置１００においては、パルス信号をスピーカ２００に対して送信しこのパルス信号に対する応答パルス信号を受信するまでの応答時間を検出部１０５にて検出し、この応答時間に基づいて送受信部１０２とスピーカ２００との離間距離を算出部１０７にて算出する。音場演算処理部１０９は、算出されたスピーカ２００の位置情報に基づき、スピーカ２００に対して音声信号を供給する。  【選択図】      図２
2006054515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス信号を生成する信号生成手段と、前記パルス信号を送信信号として無線送信し、前記送信信号に対する応答パルス信号を受信する送受信手段と、前記送信信号を送信し前記応答パルス信号を受信するまでの応答時間を検出する検出手段と、前記応答時間に基づいて、前記送受信手段とスピーカとの離間距離を算出する算出手段と、を有するスピーカ位置測定装置と、
前記送信信号を受信する受信手段と、前記応答パルス信号を無線送信する応答信号送信手段と、を有するスピーカと、
前記スピーカ位置測定装置により得られたスピーカ位置情報に基づき、スピーカに音声信号を供給する音声信号供給装置と
を具備することを特徴とする音響システム。
【請求項２】
前記送受信手段は、互いに既知の間隔をおいて配設された第１及び第２の送受信手段を備え、
前記算出手段は、前記第１及び第２の送受信手段における前記応答時間に基づいて、スピーカの二次元的位置を算出することを特徴とする請求項１記載の音響システム。
【請求項３】
前記スピーカは、
前記送信信号の受信と前記応答パルス信号の送信との返信間隔を所定時間に調整する手段を具備し、
前記算出手段は、前記応答時間および前記返信間隔に基づいて、前記離間距離を算出することを特徴とする請求項１に記載の音響システム。
【請求項４】
前記スピーカが複数設けられ、
各スピーカは、パルス信号を無線送信する送信手段と、
前記パルス信号を送信し応答パルス信号を受信するまでの応答時間を検出する検出手段と、
前記応答時間を前記スピーカ位置測定装置に通知する通知手段と、
を具備することを特徴とする請求項１記載の音響システム。
【請求項５】
前記応答信号送信手段は、前記応答パルス信号として、前記スピーカ位置測定装置からの前記送信信号とはパターンの異なるパルス信号を無線送信することを特徴とする請求項１に記載の音響システム。
【請求項６】
前記応答信号送信手段は、前記応答パルスとして、前記スピーカ位置測定装置からの前記送信信号とはパターンが異なりかつ各スピーカに独自のパルス信号を無線送信することを特徴とする請求項１に記載の音響システム。
【請求項７】
前記音声信号供給装置を遠隔制御する遠隔制御部と、前記送信信号を受信する受信手段と、前記応答パルス信号を無線送信する応答信号を送信手段と、を有する遠隔制御装置を、さらに具備し、
前記算出手段は、前記第１及び第２の送受信手段における前記応答時間に基づいて、スピーカの二次元的位置に加えて、前記遠隔制御装置の二次元的位置を算出する
ことを特徴とする請求項２に記載の音響システム。
【請求項８】
前記スピーカ位置測定装置は、前記音声信号供給装置に搭載され、
前記送受信手段のうちの送信手段は、前記音声信号および前記パルス信号を送信するのに共有化されていることを特徴とする請求項１記載の音響システム。
【請求項９】
前記信号生成手段は、前記パルス信号として、数ナノ秒の時間幅の短パルス信号を生成することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の音響システム。
【請求項１０】
前記信号生成手段は、前記短パルス信号を、少なくとも数十ナノ秒以上の間隔を空けて生成することを特徴とする請求項９に記載の音響システム。
【請求項１１】
スピーカに供給する音声信号を形成する音声信号処理装置であって、
パルス信号を生成する信号生成手段と、前記パルス信号を送信信号として無線送信し、前記送信信号に対する応答パルス信号を受信する送受信手段と、前記送信信号を送信し前記応答パルス信号を受信するまでの応答時間を検出する検出手段と、前記応答時間に基づいて、前記送受信手段とスピーカとの離間距離を算出する算出手段と、を有するスピーカ位置測定部と、
前記スピーカ位置測定部により得られたスピーカ位置情報に基づき、スピーカに音声信号を供給する音声信号供給部と
を具備することを特徴とする音声信号処理装置。
【請求項１２】
前記送受信手段は、互いに既知の間隔をおいて配設された第１及び第２の送受信手段を備え、
前記算出手段は、前記第１及び第２の送受信手段における前記応答時間に基づいて、スピーカの二次元的位置を算出することを特徴とする請求項１１記載の音声信号処理装置。
【請求項１３】
前記送受信手段のうちの送信手段は、前記音声信号および前記パルス信号を送信するのに共有化されていることを特徴とする請求項１１記載の音声信号処理装置。
【請求項１４】
既知のパルス信号を受信する受信手段と、
前記パルス信号を受信してから一定の時間をおいて応答パルス信号を無線送信する応答信号送信手段と
を具備することを特徴とするスピーカ。
【請求項１５】
前記応答信号送信手段は、前記応答パルスとして、前記既知の受信パルスとはパターンが異なるパルス信号を無線送信する請求項１４に記載のスピーカ。
【請求項１６】
前記既知のパルス信号を他のスピーカに無線送信する送信手段と、
前記既知のパルス信号を前記他のスピーカに送信し前記応答パルス信号を受信するまでの応答時間を検出する検出手段と、
前記応答時間を通知する通知手段と、
を具備することを特徴とする請求項１４に記載のスピーカ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響システム、音声信号処理装置およびスピーカに関し、特にスピーカと、これに音声信号を供給する音声信号処理装置と、これらから構成される音響システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複数のスピーカを聴取者の周りに配置して臨場感のある音場を提供するオーディオシステムや、映像装置と組み合わせてあたかも劇場にいるようなサラウンド効果を提供するホームシアターシステムが普及している。このような音響システムでは、ステレオ効果を実現するために聴取者の前方左右に配置した２つのスピーカに加えて、正面や後方左右や背面に複数のスピーカを設け、さらに低音再生専用のスピーカも備えることで臨場感のある音響効果を得ようとしている。
【０００３】
複数のスピーカより出力される多チャンネルの音声信号は、一般にオーディオアンプと呼ばれる音声信号処理装置においてデコーディングされてディジタル信号演算処理によって適切な音響効果となるように加工され、適切な音量でスピーカから出力されるように増幅される。このような複数のスピーカを用いた音響システムでは、聴取者の位置と各スピーカの配置が音場形成にとって重要となるが、設置する部屋の広さなどにより、聴取者とスピーカの配置は多様となる。よって、従来の音響システムでは、聴取者たる利用者が音声を聞きながら各チャネルの音声信号の音量や左右のバランスや遅延量などを調整して自分に最適な音場を形成しているが、この調整は一般の利用者にとっては難しく、かつ煩雑であった。
【０００４】
このような問題に対して、聴取者の位置を音響システムが検出して、音場を自動調整する方法およびシステムが提案されている（特許文献１参照）。図１０に示すように、特許文献１に示される従来の音響システム１０において、１８は聴取者が保持する遠隔制御装置、１２は低音を出力するサブウーファ、１３、１５および１７は聴取者の周りに配置されたスピーカ、１１は再生信号の増幅を行う基本装置、１４および１６は基本装置１１とスピーカ１５および１７の間に設けた送信器受信器制御装置（ＴＲＣＵ）であり、各スピーカに近接して配置される。
【０００５】
この音響システム１０においては、基本装置１１が、再生する音声信号をスピーカが出力するレベルにまで増幅するオーディオアンプとして動作し、聴取者の周りに配置された複数のスピーカと接続される点は従来の一般のホームシアターシステムと同じである。この音響システム１０は、基本装置１１とスピーカ１５および１７の間にＴＲＣＵ１４および１６を設けて、聴取者が無線周波数信号を送受信できる遠隔制御装置１８によって、全てのＴＲＣＵに自分の物理的位置を示すとともに、各スピーカの音量を個々に制御する点に特徴を有する。
【０００６】
遠隔制御装置１８とＴＲＣＵ１４および１６の間でやり取りされるスピーカ識別情報などの制御情報は、約９００ＭＨｚの無線周波数信号の周波数偏移変調によって送受信され、無線周波数信号の累積伝搬時間によって遠隔制御装置と各スピーカとの間の離間距離が計算される。
【０００７】
ＴＲＣＵ１４および１６の内部には、抵抗器で構成された可変減衰器が備えられており、遠隔制御装置と各ＴＲＣＵとの間で繰り返し送受信される無線周波数信号の累積伝搬時間を比較することにより各スピーカまでの距離の違いを把握し、この距離情報に基づいて可変減衰器の減衰量を変化させることによって、各スピーカが適切な音量バランスとなるように調整される。
【０００８】
このように、音響システム１０においては、サラウンド効果を得ようとする音響再生装置が、遠隔制御装置と各スピーカとの間の離間距離を無線周波数信号を用いて把握し、スピーカの音量やバランスを調整することにより、臨場感のある音場を再現しようとしている。
【特許文献１】特許第３３９６８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の音響システムにおいては、遠隔制御装置を基準位置として、この基準位置と各スピーカとの間の離間距離を測定しているが、基準位置から各スピーカまでの距離を測定するために約９００ＭＨｚの無線周波数信号を利用しおり、３０センチメートルから数メートル程度の距離の違いを把握するために無線周波数信号を複数繰り返して送受信しなければならないので、各スピーカまでの距離を測定する処理が煩雑で時間が掛かる上に、精度良く測定ができない。そのため、測定した距離情報に基づいて、スピーカの音量やバランスを調整しても臨場感のある音場が形成されるとは言い難い。
【００１０】
さらに、従来の音響システムにおいては、臨場感あふれる音場形成に重要なスピーカ間の位置関係について配慮がなされていない。
【００１１】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、より臨場感のある音場を自動的に形成することができる音響システム、音声信号処理装置およびスピーカ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】
【００１２】
本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、音響システムにおいて、パルス信号を生成する信号生成手段と、前記パルス信号を送信信号として無線送信し、前記送信信号に対する応答パルス信号を受信する送受信手段と、前記送信信号を送信し前記応答パルス信号を受信するまでの応答時間を検出する検出手段と、前記応答時間に基づいて、前記送受信手段とスピーカとの離間距離を算出する算出手段と、を有するスピーカ位置測定装置と、前記送信信号を受信する受信手段と、前記応答パルス信号を無線送信する応答信号送信手段と、を有するスピーカと、前記スピーカ位置測定装置により得られたスピーカ位置情報に基づき、スピーカに音声信号を供給する音声信号供給装置とを具備したことである。
【００１３】
本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、音声信号処理装置において、スピーカに供給する音声信号を形成し、パルス信号を生成する信号生成手段と、前記パルス信号を送信信号として無線送信し、前記送信信号に対する応答パルス信号を受信する送受信手段と、前記送信信号を送信し前記応答パルス信号を受信するまでの応答時間を検出する検出手段と、前記応答時間に基づいて、前記送受信手段とスピーカとの離間距離を算出する算出手段と、を有するスピーカ位置測定部と、前記スピーカ位置測定部により得られたスピーカ位置情報に基づき、スピーカに音声信号を供給する音声信号供給部とを具備したことである。
【００１４】
本発明の実施の形態に係る第３の特徴は、スピーカにおいて、既知のパルス信号を受信する受信手段と、前記パルス信号を受信してから一定の時間をおいて応答パルス信号を無線送信する応答信号送信手段とを具備したことである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、スピーカの位置を精度良く測定しこの位置情報に基づいて音場を形成することにより、臨場感あふれる音場を自動的に形成することができる音響システム、音声信号処理装置およびスピーカを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】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態において、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は重複するので省略する。
【００１７】
（実施の形態１）
まず、本実施の形態に係る音響システムの構成について、図１を参照して説明する。
【００１８】
図１に示すように、音響システム２０は、音声信号処理装置１００と、スピーカ２００−１〜４と、遠隔制御装置３００とを備える。
【００１９】
音声信号処理装置１００は、ＤＶＤやディジタル衛星放送等によって提供される多チャンネルの音声信号をデコーディングし、聴取者にとって適切な音響効果となるように複数のスピーカ２００から出力させる音声信号に変換処理する機能を有している。
【００２０】
聴取者にとって適切な音響効果とは、例えば高音強調といったように聴取者の好みに合わせた周波数特性に変化させることや、臨場感のある音場を形成することが挙げられる。特に、臨場感のある音場を形成するためには、聴取者の周りに配置した複数のスピーカ２００からの音の到来方向、デコーディングした音声の配分、バランスなどが強く影響し、各スピーカ２００の正確な位置情報が重要となる。
【００２１】
そこで、音響システム２０においては、各スピーカ２００の位置情報を自動的に精度良く測定するためにパルス信号を用いた無線通信を利用する。なお、このパルス信号を用いた通信には、例えば、ウルトラワイドバンド（ＵＷＢ）方式もしくは超広帯域無線通信方式を利用することができる。
【００２２】
音声信号処理装置１００は、パルス信号をスピーカ２００および遠隔制御装置３００に対して各々送信する。スピーカ２００および遠隔制御装置３００は、音声信号処理装置１００からのパルス信号に応答して、応答パルス信号を送信する。音声信号処理装置１００は、応答パルス信号を受信し、パルス信号を送信してから応答パルス信号を受信するまでの応答時間を計測（検出）する。そして、音声信号処理装置１００は、計測した応答時間に基づいて、自装置と応答パルス信号を送信したスピーカ２００および遠隔制御装置３００の各々との離間距離を算出する。なお、この離間距離の測定方法については、後述する。
【００２３】
音声信号処理装置１００は、図２に示すように、パルス信号を生成するパルス信号生成部１０１と、パルス信号を送信信号として無線送信しその送信信号に対する応答パルス信号を受信する送受信部１０２と、送信信号を送信し応答パルス信号を受信するまでの応答時間を検出する検出手段と応答時間に基づいて送受信部１０２とスピーカ２００との離間距離を算出する算出手段としての位置検出処理部１０３と、スピーカ２００の位置情報に基づきスピーカ２００に音声信号を供給する音場演算処理部１０９とを備える。この位置検出処理部１０３は、検出部１０５と、算出部１０７とを有している。
【００２４】
パルス信号生成部１０１は、短い時間幅のパルス信号（短パルス信号）を生成し、送受信部１０２に送出する。
【００２５】
送受信部１０２は、パルス信号生成部１０１から出力されたパルス信号を、離間距離算出の対象となるスピーカ２００又は遠隔制御装置３００に送信し、そのパルス信号に対する応答パルス信号をスピーカ２００又は遠隔制御装置３００から受信する。また、送受信部１０２は、パルス信号を送信したパルス信号送信タイミング情報およびそのパルス信号に対する応答パルス信号を受信した応答パルス信号タイミング情報を位置検出処理部１０３に送出する。
【００２６】
位置検出処理部１０３において、検出部１０５は、パルス信号送信タイミング情報および応答パルス信号タイミング情報から、パルス信号の送信から応答パルス信号の受信までの応答時間を検出（計測）する。そして、算出部１０７は、検出部１０５にて検出された応答時間に基づいて、音声信号処理装置１００と応答パルス信号を送信してきたスピーカ２００又は遠隔制御装置３００との離間距離を算出する。なお、位置検出処理部１０３がパルス信号生成部１０１からパルス信号を受け取り、このパルス信号を送受信部１０２を介してスピーカ２００などに送信し、応答パルス信号を送受信部１０２を介して受け取る構成とし、位置検出処理部１０３がパルス信号を送受信部１０２に送出したタイミングと送受信部１０２から応答パルス信号を受け取ったタイミングとから応答時間を計測してもよい。なお、この離間距離の算出は、音響システム２０を構成するすべてのスピーカ２００および遠隔制御装置３００について行われる。
【００２７】
音場演算処理部１０９は、算出部１０７にて算出された音声信号処理装置１００とスピーカ２００および遠隔制御装置３００の各々との離間距離を基にして、ディジタル信号演算処理を用いて各スピーカ２００から出力する音声の音量バランスや配分、遅延、周波数特性（スペクトラム）などを調整する。具体的には、音場演算処理部１０９は、算出部１０７にて算出された音声信号処理装置１００とスピーカ２００および遠隔制御装置３００の各々との離間距離を基にして、各スピーカ２００における音量バランスや配分、遅延、周波数特性（スペクトラム）などの各種情報を求める。そして、音場演算処理部１０９は、求めた各種情報をスピーカ２００にて再生される音声信号に付加した信号を生成し、送受信部１０２を介してスピーカ２００に送信する。
【００２８】
なお、ここでは送受信部１０２のうちの送信手段が音声信号およびパルス信号を送信するのに共用されているものとして説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、音声信号の送信手段とパルス信号の送信手段とを個別に用意してもよい。また、音声信号の伝送にパルスの位置や極性を変化させるパルス変調を用いることにより、位置検出用と音声伝送用に送受信部１０２を共用することができる。
【００２９】
図３に示すように、スピーカ２００は、送信信号を受信する受信手段および応答パルス信号を無線送信する応答信号送信手段としての送受信部２０１と、送信信号の受信と応答パルス信号の送信との返信間隔を所定時間に調整する手段としての返信間隔調整部２０２と、音声再生部２０３とを備える。
【００３０】
送受信部２０１は、音声信号処理装置１００からのパルス信号を受信すると、返信間隔調整部２０２にそのパルス信号を出力し、一定時間後に返信間隔調整部２０２から出力される応答パルス信号を音声信号処理装置１００に対して送信する。また、送受信部２０１は、音声信号処理装置１００から送信される信号（音声信号および各スピーカ２００における音量バランスや配分、遅延、周波数特性（スペクトラム）などの各種情報を含む）を音声再生部２０３に送出する。
【００３１】
返信間隔調整部２０２は、送受信部２０１がパルス信号を受信し、応答パルス信号を送信するまでの返信間隔が所定時間になるように調整を行う。この返信間隔調整部２０２には、例えば、レクテナのような回路を用いることができ、信号を瞬時に反射させる構成をとるものであれば利用できる。
【００３２】
音声再生部２０３は、送受信部２０１から送出された音声信号を各スピーカ２００における音量バランスや配分、遅延、周波数特性（スペクトラム）などの各種情報に基づいて再生する。
【００３３】
図４に示すように、遠隔制御装置３００は、音声信号処理装置１００を遠隔制御する制御指示部３０１と、送信信号を受信する受信手段および応答パルス信号を無線送信する送信手段としての送受信部３０２と、返信間隔調整部３０３とを備える。
【００３４】
制御指示部３０１は、ユーザの指示により、音声信号処理装置１００を制御するための制御信号を音声信号装置１００に送受信部３０２を介して送信する。例えば、スピーカ２００および遠隔制御装置３００の物理的位置の測定を開始する制御信号が音声信号処理装置１００に送信されることにより、音声信号処理装置１００においては、物理的位置の測定処理が開始され、パルス信号生成部１０１の生成する短い時間幅のパルス信号が送受信部１０２を介して送信される。
【００３５】
送受信部３０２は、音声信号処理装置１００から送信されたパルス信号を受信すると、返信間隔調整部３０３にそのパルス信号を出力し、一定時間後に返信間隔調整部３０３から出力される応答パルス信号を音声信号処理装置１００に対して送信する。
【００３６】
返信間隔調整部３０３は、送受信部３０２がパルス信号を受信し、応答パルス信号を送信するまでの返信間隔が所定時間になるように調整を行う。
【００３７】
次いで、音声信号処理装置１００と、スピーカ２００又は遠隔制御装置３００との離間距離の測定方法について図５を参照して説明する。
【００３８】
先ず音声信号処理装置１００の送受信部１０２から数ナノ秒程度の短い時間幅のパルス信号Ｓ１がスピーカ２００に送信される。
【００３９】
次にパルス信号Ｓ１が時間ｔ１を経てスピーカ２００の送受信部２０１にて受信され、既知の返信処理時間ｔ２（返信間隔）を経て返信パルス信号Ｓ２が音声信号処理装置１００に返信される。
【００４０】
次に送受信部１０２において返信パルス信号が受信され、パルス信号Ｓ１の送信から応答パルス信号Ｓ２の受信までにかかった時間ｔ３（応答時間）を位置検出処理部１０３が計測する。
【００４１】
位置検出処理部１０３は、応答時間ｔ３、時間ｔ１および返信間隔ｔ２に基づいて、数式１を用いて離間距離ｄを算出する。
【数１】
2006054515.tif 000003
【００４２】
ここで、パラメータｃは、電磁波の位相速度であり、秒速約３０万キロメートルという値である。数式１に示すように、位置検出処理部１０３がスピーカ２００又は遠隔制御装置３００における返信間隔ｔ２を予め把握しておき、短パルス信号の送信から受信までにかかる応答時間を測定すれば、スピーカ２００又は遠隔制御装置３００までの離間距離ｄが算出できる。
【００４３】
例えば、応答時間ｔ３が１６ナノ秒、返信間隔ｔ２を１０ナノ秒とすれば、スピーカ２００又は遠隔制御装置３００までの離間距離ｄは、およそ９０センチメートルとなる。一般の家庭などを想定した場合、音声信号処理装置１００からスピーカ２００又は遠隔制御装置３００までの離間距離は数十センチメートルから数メートル程度であり、パルス伝送における片道の空間伝搬時間ｔ１は数ナノ秒から数十ナノ秒となる。
【００４４】
よって、送信信号と受信信号のタイミング差である応答時間ｔ３を精度良く測定するには、返信間隔ｔ２を短くするとともに、数ナノ秒程度の時間幅の短パルス信号を用いることが望ましい。
【００４５】
また、短パルス信号は単発とする（送信する周期が無限大）、もしくは周期が数十ナノ秒以上の信号として、時間ｔ３の間に複数のパルスが送受信されないようにすることにより、誤り無くタイミング差を検出し易くなる。また、既知パターンの複数の短パルス信号を送信し、受信信号との相関演算によってタイミング差を検出する方法も有効である。
【００４６】
また、音響システム２０には、複数のスピーカ２００と遠隔制御装置３００とが通常存在するので、上述の離間距離の測定の手順に先立って、どのスピーカ２００又は遠隔制御装置３００との離間距離を測定するかを特定する必要がある。そのために、最初に各スピーカ２００および遠隔制御装置３００に固有の識別情報を付しておく必要がある。
【００４７】
そして、音声信号処理装置１００から測定対象とするスピーカ２００又は遠隔制御装置３００の識別情報を各スピーカ２００および遠隔制御装置３００に向けてブロードキャストする。各スピーカ２００および遠隔制御装置３００は、識別情報を受け取って、自身の識別情報と一致する場合には、自身が測定対象であると判断し、受信したパルス信号に対する応答パルス信号を返信するように設定される。一方、受信した識別情報が自身のものでない場合には、受信パルス信号を返信しないように設定がなされる。以上の手順によって、測定対象とするスピーカ２００又は遠隔制御装置３００のみから応答パルス信号が返信され、そのスピーカ２００又は遠隔制御装置３００との離間距離を測定することができる。
【００４８】
このように、本実施の形態の音響システム２０において、音声信号処理装置１００においては、パルス信号をスピーカ２００に対して送信しこのパルス信号に対する応答パルス信号を受信するまでの応答時間を検出し、この応答時間に基づいて送受信部１０２とスピーカ２００との離間距離を算出する。
【００４９】
従って、離間距離の算出に使用する応答時間の検出のために、パルス信号を送受信することとしたので、無線周波数の信号を複数回遣り取りして漸くある程度の精度で離間距離を算出していた従来に比べて、短時間でしかも正確かつ容易に離間距離を算出することができ、精度良くスピーカ２００の位置を把握することができる。
【００５０】
さらに、音声信号処理装置１００は、得られたスピーカ２００の位置情報に基づき、スピーカ２００に音声信号を供給するので、臨場感あふれる音場を形成することができる。
【００５１】
さらに、音声信号処理装置１００においては、音声信号の送信部とパルス信号の送信部とを共用しているので、音声信号処理装置１００の小型化を図ることができる。また、音声信号処理装置１００の音場演算処理部１０９においてパルス信号を基に音声信号が生成されている場合には、この音声信号の生成に使用するパルス信号発生部を離間距離測定用のパルス信号発生部１０１と共用することができ、音声信号処理装置１００の構成を簡略化することができる。
【００５２】
また、本実施の形態の音響システム２０において、スピーカ２００においては、パルス信号を受信してから応答パルス信号を送信するまでの返信間隔を応答時間に対して十分短く、かつ一定の時間に調整する。
【００５３】
従って、返信間隔を一定時間とすることにより、音声信号処理装置１００から送信されたパルス信号がスピーカ２００に到達するのに掛かる片道の時間を簡単に求めることができるので、離間距離を容易に算出することができる。さらに、返信間隔を応答時間および片道の時間に比べて十分短くすることにより、返信間隔の誤差に起因する離間距離の誤差を抑えることができるので、離間距離を精度良く算出することができる。
【００５４】
さらに、パルス信号および応答パルス信号に数ナノ秒程度の時間幅の短パルス信号を用いることにより、パルス信号および応答パルス信号の送信タイミングおよび受信タイミングを正確に捉えることができるので、離間距離を精度良く算出することができる。
【００５５】
（実施の形態２）
実施の形態２の音響システム２０Ａは、実施の形態１に係る音響システムと同様の全体構成を有する。ただし、音響システム２０Ａにおける音声信号処理装置１００が、送受信部１０２Ａおよび送受信部１０２Ｂという複数の送受信部を備えている。
【００５６】
実施の形態２に係るこの音響システム２０Ａの特徴は、音声信号処理装置１００が備える複数の送受信部を用いて、スピーカ２００および遠隔制御装置３００の二次元的位置を正確に測定することにある。
【００５７】
図６（ａ）に示すように、音声信号処理装置１００は、送受信部１０２Ａおよび送受信部１０２Ｂを備えており、互いに既知の間隔ｄ１だけ離れて配設されている。
【００５８】
そして、位置測定の対象とするスピーカ２００までの離間距離を実施の形態１にて説明した短パルス信号による手法を用いて、送受信部１０２Ａおよび送受信部１０２Ｂについて各々測定し、離間距離ｄ２および離間距離ｄ３を得る。
【００５９】
送受信部１０２Ａと送受信部１０２Ｂとの位置は既知であるため、測定によって得られた離間距離より、スピーカ２００の座標位置が特定できる。例えば、音声信号処理装置１００の中心位置を原点とし、送受信部１０２Ａおよび送受信部１０２Ｂの位置がＸ軸上で原点に対称に配置される図６（ｂ）に示した座標系を仮定すると、距離ｄ１、ｄ２およびｄ３よりスピーカ２００の座標ｘは、数式２を用いて算出される。
【数２】
2006054515.tif 000004
【００６０】
また、スピーカ２００の座標ｙは、数式２から算出した座標ｘにより、数式３を用いて算出される。
【数３】
2006054515.tif 000005
【００６１】
図６（ｂ）において、スピーカ２００の座標ｙは正の値とし、座標ｘは、ｄ３がｄ２よりも大きい場合には正、小さい場合には負の値となる。このような簡単な計算によって、短パルス信号によって測定した離間距離から、スピーカ２００の二次元的位置を特定することができる。以上のような方法を用いて、すべてのスピーカ２００について二次元的位置情報を求めることにより、スピーカ２００間の位置関係を把握することができる。
【００６２】
なお、ここでは２つの送受信部１０２Ａおよび送受信部１０２Ｂが音声信号処理装置１００に内蔵されている例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、送受信部１０２Ａおよび送受信部１０２Ｂは、音声信号処理装置１００から座標が既知の２点にあればよく、音声信号処理装置１００と独立した装置としてもよい。
【００６３】
このようにして、音声信号処理装置１００およびスピーカ２００の二次元的位置が測定されるが、聴取者の近傍に臨場感あふれる音場を形成するためには、聴取者の二次元的位置も把握する必要がある。聴取者は遠隔制御装置３００を所持している、又は傍らに置いていると想定されるので、遠隔制御装置３００の位置を測定することにより、聴取者の二次元的位置を特定することができる。なお、遠隔制御装置３００の二次元的位置についても、上述のスピーカ２００の位置測定方法と同様にして測定することができる。
【００６４】
以上のようにして求められるスピーカ２００および遠隔制御装置３００（聴取者）の二次元的位置情報に基づいて、音場演算処理部１０９は、ディジタル信号演算処理を用いて各スピーカ２００から出力する音声の音量バランスや配分、遅延、周波数特性（スペクトラム）などを調整する。すなわち、聴取者がいると想定される遠隔制御装置３００の位置に最も臨場感のある音場を形成しうるように、各スピーカ２００における音量バランスや配分、遅延、周波数特性（スペクトラム）などの各種情報を求める。そして、音場演算処理部１０９は、求めた各種情報をスピーカ２００にて再生される音声信号に付加した信号を生成し、送受信部１０２を介してスピーカ２００に送信する。
【００６５】
なお、音声信号を受信したスピーカ２００は、音声再生部２０３にて音声が出力できるレベルにまで信号を増幅して出力するが、これに必要な電源はスピーカ２００に近い壁に設置されたＡＣコンセントやスピーカ２００に内蔵した蓄電池といった源から別途供給される。
【００６６】
このように、実施の形態２の音響システム２０Ａにおいて、音声信号処理装置１００においては、互いに既知の間隔をおいて配設された送受信部１０２Ａおよび送受信部１０２Ｂを備え、この送受信部１０２Ａおよび送受信部１０２Ｂの各々におけるパルス信号をスピーカ２００に送信し応答パルス信号を受信するまでの応答時間に基づいて、スピーカ２００の二次元的位置を算出する。詳細には、送受信部１０２Ａにおける応答時間から送受信部１０２Ａとスピーカ２００との第１離間距離を算出し、送受信部１０２Ｂにおける応答時間から送受信部１０２Ｂとスピーカ２００との第２離間距離を算出し、送受信部１０２Ａおよび送受信部１０２Ｂの既知の間隔、第１離間距離および第２離間距離に基づいて、送受信部１０２Ａ、送受信部１０２Ｂおよびスピーカ２００の二次元的位置関係を算出する。そして、音声信号処理装置１００は、スピーカ２００の各々について得られる二次元的位置情報に基づき、各々のスピーカ２００に対して音声信号を供給する。
【００６７】
従って、離間距離の算出に使用する応答時間の検出のために、パルス信号を送受信することとしたので、無線周波数の信号を複数回遣り取りして漸くある程度の精度で離間距離を算出していた従来に比べて、短時間でしかも正確かつ容易に離間距離を算出することができる。さらに、複数の送受信部を備え、その各々とスピーカ２００との正確な離間距離を求めることができるので、スピーカ２００の二次元的位置を精度良く算出することができる。さらに、音声信号処理装置１００は、スピーカ２００の各々について得られる二次元的位置情報に基づき、各々のスピーカ２００に対して音声信号を供給するので、臨場感あふれる音場を形成することができる。
【００６８】
さらに、聴取者が所持している、又は傍らに置いていると想定される遠隔制御装置３００についても、スピーカ２００と同様にして、二次元的位置を精度良く算出することにより、複数のスピーカ２００および聴取者の二次元的位置関係を求めることができるので、聴取者の近傍に臨場感あふれる音場を形成することができる。
【００６９】
（実施の形態３）
図７に示す実施の形態３の音響システム２０Ｂは、実施の形態１および実施の形態２に係る音響システムと同様の全体構成を有する。ただし、実施の形態３に係るこの音響システム２０Ｂの特徴は、スピーカ２００および遠隔制御装置３００が、応答パルス信号として、音声信号処理装置１００から送信されるパルス信号とはパターンの異なるパルス信号を返信し、音声新語処理装置１００が壁などの反射物から反射してくる反射パルス信号と応答パルス信号とを精度良く区別することにある。
【００７０】
本実施の形態では、パルス信号を反射する物体や壁などの反射物４００が存在する。この場合、音声信号処理装置１００は、スピーカ２００又は遠隔制御装置３００から返信される応答パルス信号のみならず、自装置の送信したパルス信号が反射物４００によって反射されて戻ってくる反射パルス信号を受信することとなり、正確な離間距離測定ができなくなる可能性がある。本実施の形態では、この対策として、測定対象のスピーカ２００又は遠隔制御装置３００が、応答パルス信号を返信する際に自装置の識別情報を基にパルス信号のパターンを変えて返信を行う。
【００７１】
ここで、スピーカ２００および遠隔制御装置３００は、各々を識別できるように例えば、４ビットの識別情報が付加されている。
【００７２】
図７においては、「１００１」という識別情報がスピーカ２００に付加されている。音声信号処理装置１００により送信された単発の短パルス信号Ｓ１は、スピーカ２００の送受信部２０１にて受信される。送受信部２０１は、識別情報のビット値によってパルスの極性を反転させて、識別情報のビット値に対応したパルス列を生成し、応答パルス信号Ｓ３として返信する。
【００７３】
また、音声信号処理装置１００により送信された単発の短パルス信号Ｓ１は、反射物４００により反射パルス信号ＲＳ１として反射される。
【００７４】
音声信号処理装置１００の送受信部１０２においては、応答パルス信号Ｓ３および反射パルス信号ＲＳ１が受信されるが、応答パルス信号Ｓ３は、反射パルス信号ＲＳ１と区別することができるように、パルス信号Ｓ１とパターンの異なるパルス信号とされている。具体的には、音声信号処理装置１００より送信された単発の短パルス信号Ｓ１は、反射物４００によっても反射されて単発の反射パルス信号ＲＳ１として、送受信部１０２の受信信号に混入するが、例えば、応答パルス信号をパルス列とすることにより、単発パルス信号である反射パルス信号ＲＳ１が混入しても、応答パルス信号の部分を判別することができる。
【００７５】
また、通常の場合、音声信号処理装置１００とスピーカ２００又は遠隔制御装置３００とは、お互いが見通せる位置に配置され、反射物４００として考えられる壁などは音声信号処理装置１００から見てスピーカ２００や遠隔制御装置３００より遠い位置にあることが想定される。そのため、妨害となる反射パルス信号は、所望の応答パルス信号よりも後に受信される傾向にあることから、所望の応答パルス信号の検出は容易である。
【００７６】
さらに、スピーカ２００又は遠隔制御装置３００により返信される応答パルス信号が、反射物４００に反射して音声信号処理装置１００に到達することも考えられるが、音声信号処理装置１００に反射して到来する応答パルス信号は、直接到来する応答パルス信号よりも時間的に遅れて受信されることから、音声信号処理装置１００では時間的に最も早く検出される応答パルス信号を位置測定のために参照すればよい。
【００７７】
また、音声信号処理装置１００において、位置測定の対象とするスピーカ２００の識別情報を予め分かっている場合には、送受信部１０２が受信した信号と対象スピーカ２００の識別情報に対応するパルス列との相関演算などを行うことにより、応答パルス信号の受信タイミングを容易に検出することができるので、位置測定の対象とした装置との間のパルス伝送に要した時間ｔ３を容易に検出することができる。一方、音声信号処理装置１００において位置測定の対象とするスピーカ２００の識別情報を予め分かっていない場合には、音声信号処理装置１００が音響システム２０Ｂの配下にあるスピーカ２００および遠隔制御装置３００に対応する応答パルス信号のパターンを記憶しておき、信号送受信部１０２が受信した信号と記憶しているすべての応答パルス信号のパターンとの相関をとることにより、どの装置から送信された応答パルス信号であるかを判別することができ、かつ、位置測定の対象とした装置との間のパルス伝送に要した時間ｔ３を容易に検出することができる。
【００７８】
このように本実施の形態の音響システム２０Ｂにおいて、音声信号処理装置１００においては、パルス信号をスピーカ２００に対して送信しこのパルス信号に対する応答パルス信号を受信するまでの応答時間を検出し、この応答時間に基づいて送受信部１０２とスピーカ２００との離間距離を算出する。スピーカ２００においては、音声信号処理装置１００からのパルス信号とはパターンの異なるパルス信号を応答パルス信号として送信する。
【００７９】
従って、音声信号処理装置１００から送信されるパルス信号が反射物により反射されて音声信号処理装置１００にて受信される反射パルス信号のパターンに対しても応答パルス信号のパターンが異なるので、反射パルス信号と応答パルス信号とを容易にかつ精度良く区別することができる。その結果、応答時間を正確に検出することができるので、スピーカ２００の位置情報を精度良く把握することができる。
【００８０】
さらに、パルス信号と応答パルス信号とのパターンを変えるとともに、応答パルス信号のパターンに関しその応答パルス信号の送信元であるスピーカ２００の各々に独自（固有）のパターンを割り当てることにより、音声信号処理装置１００において、反射パルス信号と応答パルス信号とを容易にかつ精度良く区別でき、かつ、応答パルス信号のパターンを参照することによりどのスピーカ２００から送信された応答パルス信号であるのか容易に判断することができる。
【００８１】
（実施の形態４）
図８に示す実施の形態４の音響システム２０Ｃは、実施の形態１乃至実施の形態３に係る音響システムと同様の全体構成を有する。ただし、図９に示すように、音響システム２０Ｃにおけるスピーカ２００Ｃが、パルス信号生成部２１１と、検出部２１２と、算出部２１３とをさらに備えている。
【００８２】
図９に示すように、パルス信号生成部２１１は、音声信号処理装置１００からの制御信号に基づいて、パルス信号を生成し送受信部２０１に送出する。
【００８３】
送受信部２０１は、パルス信号生成部２１１からのパルス信号を測定距離の対象である装置に対して送信し、その装置からの応答パルス信号を受信する。
【００８４】
検出部２１２は、パルス信号を送信し応答パルス信号までの応答時間を検出し、送受信部２０１を介して音声信号処理装置１００に通知する。
【００８５】
図８に示すように、無線伝送を妨げる遮蔽物４０１が存在している。音声信号処理装置１００は、予め全てのスピーカ２００Ｃの数や各々の識別番号を把握しておき、各々のスピーカ２００Ｃに対して直接無線通信を試みて、通信できたスピーカ２００Ｃについては送受信部１０２からパルス信号を送信し応答パルス信号を受信するまでの応答時間から直接的に位置の測定を行う。通信できないスピーカ２００Ｃについては、通信可能なスピーカ２００Ｃを介して位置の測定を試みる。
【００８６】
詳細には、まず、音声信号処理装置１００が全てのスピーカ２００Ｃとの無線通信を試みて位置の測定処理を実行する。しかしながら、音声信号処理装置１００より送信したパルス信号は、遮蔽物４０１によってスピーカ２００Ｃ−３に到達することができず、音声信号処理装置１００は、スピーカ２００Ｃ−３の位置を直接的に測定することができない。一方、通信が可能であったスピーカ２００Ｃ−１およびスピーカ２００Ｃ−２の位置は、実施の形態１乃至実施の形態３で示した方法によって測定することができる。
【００８７】
そこで、次に音声信号処理装置１００が、スピーカ２００Ｃ−１に対してスピーカ２００Ｃ−３との間で短パルス信号および応答パルス信号の送受信を行うように制御する。
【００８８】
そして、スピーカ２００Ｃ−１は、スピーカ２００Ｃ−３にパルス信号を送信し応答パルス信号を受信するまでの応答時間を計測し、この応答時間を音声信号処理装置１００に通知する。同様にして、スピーカ２００Ｃ−２も、スピーカ２００Ｃ−３との間の応答時間を計測して音声信号処理装置１００に通知する。
【００８９】
音声信号処理装置１００では、通知された応答時間に基づいて、スピーカ２００Ｃ−１とスピーカ２００Ｃ−３との離間距離ｄ４およびスピーカ２００Ｃ−２とスピーカ２００Ｃ−３との離間距離ｄ５を算出する。
【００９０】
音声信号処理装置１００は、スピーカ２００Ｃ−１およびスピーカ２００Ｃ−２の位置座標は把握できており、離間距離ｄ４および離間距離ｄ５を算出できたので、スピーカ２００Ｃ−１およびスピーカ２００Ｃ−２の離間距離、離間距離ｄ４および離間距離ｄ５に基づいて、スピーカ２００−３Ｃの位置座標を測定することができる。
【００９１】
なお、本実施の形態の音響システム２０Ｃにおいては、音声信号処理装置１００が直接的に通信できないスピーカ２００Ｃの位置測定のために、直接的に通信可能なスピーカ２００Ｃが応答時間を計測して、その応答時間に基づいて音声信号処理装置１００が離間距離を算出するものとして説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、スピーカ２００Ｃの備える算出部２１３が応答時間に基づいて離間距離を算出して、算出した離間距離を音声信号処理装置１００に通知するようにしてもよい。
【００９２】
なお、音声信号処理装置１００が遠隔制御装置３００と直接的に通信を行えない場合には、上述のスピーカ２００Ｃ−３の位置を測定したのと同様の方法により、遠隔制御装置３００の位置を測定することができる。
【００９３】
また、遠隔制御装置３００にもスピーカ２００Ｃと同様に、パルス信号生成部と、検出部と、算出部とを配設することにより、音声信号処理装置１００は、遠隔制御装置３００に対して、上述のスピーカ２００Ｃ−１およびスピーカ２００Ｃ−２に対したように応答時間又は離間距離を通知するように制御することができる。
【００９４】
このように、本実施の形態の音響システム２０Ｃにおいて、スピーカ２００Ｃにおいては、パルス信号を他のスピーカ２００Ｃに対して送信しこのパルス信号に対する応答パルス信号を受信するまでの応答時間を検出する。そして、音声信号処理装置１００においては、スピーカ２００Ｃにおいて検出した応答時間に基づいて、スピーカ２００Ｃと他のスピーカ２００Ｃとの間の離間距離を得る。
【００９５】
従って、例えば、音声信号処理装置１００が直接的にパルス信号の通信をすることができず直接的には位置情報を求めることができないスピーカ２００Ｃが存在する場合であっても、音声信号処理装置１００が直接的に通信することができる他のスピーカ２００Ｃとの間の離間距離を求めることにより、音声信号処理装置１００との間で直接的な通信ができないスピーカ２００Ｃの位置情報を求めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明の音響システム、音声信号処理装置およびスピーカは、より臨場感のある音場を自動的に形成することができるという効果を有し、シアターシステム、オーディオシステム、マルチメディア機能を有するパーソナルコンピュータシステム、およびコンサートホールなどに構築される音響システム、これらを構成する音声信号処理装置、およびスピーカなどとして利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る音響システムの全体構成図
【図２】図１の音声信号処理装置の構成を示すブロック図
【図３】図１のスピーカの構成を示すブロック図
【図４】図１の遠隔制御装置の構成を示すブロック図
【図５】離間距離の測定方法の説明に供する図
【図６】（ａ）実施の形態２に係る音響システムの一部構成を示す図（ｂ）二次元的位置情報の測定方法の説明に供する図
【図７】実施の形態３に係る音響システムの一部構成およびその動作の説明に供する図
【図８】実施の形態４に係る音響システムの一部構成およびその動作の説明に供する図
【図９】図８のスピーカの構成を示すブロック図
【図１０】従来の音響システムの全体構成図
【符号の説明】
【００９８】
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ  音響システム
１００  音声信号処理装置
１０１、２１１  パルス信号生成部
１０２、１０２Ａ、１０２Ｂ、２０１、３０２  送受信部
１０３  位置検出処理部
１０５、２１２  検出部
１０７、２１３  算出部
１０９  音場演算処理部
２００、２００Ｃ  スピーカ
２０２、３０３  返信間隔調整部
２０３  音声再生部
３００  遠隔制御装置
３０１  制御指示部
【図１】
2006054515.tif 000006
【図２】
2006054515.tif 000007
【図３】
2006054515.tif 000008
【図４】
2006054515.tif 000009
【図５】
2006054515.tif 000010
【図６】
2006054515.tif 000011
【図７】
2006054515.tif 000012
【図８】
2006054515.tif 000013
【図９】
2006054515.tif 000014
【図１０】
2006054515.tif 000015