(57)【要約】【課題】音像定位の方向を移動音源の方向に合わせて変化させることのできる話者移動に追従して音像定位する分散拡声方法及び分散拡声システムを得る。【解決手段】受音面Ｐｈ上方の所定位置に音源Ｏの音の拡声に使う実質上同一音響特性の複数のスピーカＳｊを下向きに分散配置し、各スピーカＳｊの垂直下方の受音面Ｐｈ上の部位をそれぞれ受音点Ｐｉとし、各スピーカＳｊを分散配置した音場内にて移動する音源Ｏの位置を検出し、各スピーカＳｊのうち検出した音源Ｏの位置に最も近いスピーカを主スピーカＳｏとして選び且つ残余のスピーカを主スピーカＳｏからの距離の昇順に順位付けされた周辺スピーカＳｇｘとし、主スピーカＳｏから音源Ｏの音の拡声音を時間遅延なしの時刻零に所要入力パワーで発音し、周辺スピーカＳｇｘの各々について順位の昇順に時間遅延させて所要入力パワーで発音する。【選択図】　　　　図１
2004032463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受音面Ｐｈ上方の所定位置に音源Ｏの音の拡声に使う実質上同一音響特性の複数のスピーカＳｊ（１≦ｊ≦ｎ）を隣接スピーカのカバーエリアを一部重畳させて下向きに分散配置し、前記各スピーカＳｊの垂直下方の前記受音面Ｐｈ上の部位をそれぞれ受音点Ｐｉ（１≦ｉ≦ｎ）とし、前記各スピーカＳｊの分散配置された音場内にて移動する音源Ｏの位置を検出し、前記各スピーカＳｊのうち前記検出した音源Ｏの位置に最も近いスピーカを主スピーカＳｏとして選び且つ残余のスピーカを前記主スピーカＳｏからの距離の昇順に順位付けされた周辺スピーカＳｇｘ（ｘ＝１、２、．．．．．．、（ｎ−１））とし、前記主スピーカＳｏから前記音源Ｏの音の拡声音を時間遅延なしの時刻零に所要入力パワーで発音し、前記周辺スピーカＳｇｘの各々について前記順位の昇順に時間遅延させて所要入力パワーで発音することにより、前記各受音点Ｐｉにおける音像の定位方向を前記音源Ｏヘ向かう方向としてなる話者移動に追従して音像定位する分散拡声方法。
【請求項２】
請求項１記載の話者移動に追従して音像定位する分散拡声方法において、
前記周辺スピーカＳｇｘの各々について前記順位の昇順に、当該周辺スピーカＳｇｘ下方の受音点Ｐｇｘで当該周辺スピーカＳｇｘからの拡声音到達時刻Ｔｘｘが前記主スピーカＳｏからの拡声音到達時刻Ｔｏｘに対し先行音効果を与える遅延時間Δｔｘだけ遅れる（Ｔｘｘ＝Ｔｏｘ＋Δｔｘ）如き当該周辺スピーカＳｇｘの発音時刻を算出し、当該受音点Ｐｇｘに当該周辺スピーカＳｇｘからの拡声音到達時刻Ｔｘｘより先行して到達する下位順位の周辺スピーカＳｇｋ（ｋ＝１、２、．．．．．．、（ｘ−１））及び主スピーカＳｏからの拡声音のそれぞれの到達音圧レベルの総和を各スピーカＳｇｋ及びＳｏから当該受音点Ｐｇｘまでの距離と各スピーカＳｇｋ及びＳｏの入力パワー及び音響特性との関数として求め、且つ当該受音点Ｐｇｘにおける当該周辺スピーカＳｇｘからの拡声音到達音圧レベルＬｘｘを前記求めた総和に対し先行音効果を与える音圧レベル差ΔＬｘだけ高くなる如きものとして定め、定めた到達音圧レベルＬｘｘに対応する当該周辺スピーカＳｇｘの入力パワーを算出し、前記周辺スピーカＳｇｘの各々から前記音源Ｏの音の拡声音を前記算出した発音時刻に前記算出した入力パワーで発音してなる話者移動に追従して音像定位する分散拡声方法。
【請求項３】
受音面Ｐｈ上方の所定位置に隣接スピーカのカバーエリアを一部重畳させて下向きに分散配置した実質上同一音響特性の拡声用スピーカＳｊ（１≦ｊ≦ｎ）、前記各スピーカＳｊを分散配置した音場内にて移動する音源Ｏの位置を検出して検出信号を送出するマイクロホン位置検出装置、音源Ｏからの音響信号を前記各スピーカＳｊへ伝送する信号伝送装置、前記信号伝送装置と前記各スピーカＳｊとの間に設けられ且つ指示入力に応じて前記スピーカＳｊ毎に前記音響信号の発音時刻と入力パワーとを調整して前記各スピーカＳｊへ出力する信号調整装置、前記マイクロホン位置検出装置からの検出信号を受けて前記各スピーカＳｊのうち音源Ｏに最も近いスピーカを主スピーカＳｏとして選択するスピーカ選択手段、前記主スピーカＳｏ以外のスピーカＳｊを周辺スピーカＳｇｘ（ｘ＝１、２、．．．．．．、（ｎ−１））として前記主スピーカＳｏからの距離の昇順に順位付けするスピーカ順位付け手段、前記主スピーカＳｏの発音時刻及び入力パワーを指示する主スピーカ音指示手段、前記周辺スピーカＳｇｘの発音時刻及び入力パワーを指示する周辺スピーカ音指示手段を備え、前記主スピーカ音指示手段及び周辺スピーカ音指示手段による発音時刻及び入力パワーの指示を前記信号調整装置へ入力することにより前記各受音点Ｐｉにおける音像の定位方向を前記音源Ｏヘ向かう方向としてなる話者移動に追従して音像定位する分散拡声システム。
【請求項４】
請求項３記載の話者移動に追従して音像定位する分散拡声システムにおいて、
前記周辺スピーカ音指示手段が、前記各スピーカＳｊの垂直下方の前記受音面Ｐｈ上に受音点Ｐｉ（１≦ｉ≦ｎ）を定め、前記周辺スピーカＳｇｘの各々について前記順位の昇順に、当該周辺スピーカＳｇｘ下方の受音点Ｐｇｘで当該周辺スピーカＳｇｘからの拡声音到達時刻Ｔｘｘが前記主スピーカＳｏからの拡声音到達時刻Ｔｏｘに対し先行音効果を与える遅延時間Δｔｘだけ遅れる（Ｔｘｘ＝Ｔｏｘ＋Δｔｘ）如き当該周辺スピーカＳｇｘの発音時刻を算出し、当該受音点Ｐｇｘに当該周辺スピーカＳｇｘからの拡声音到達時刻Ｔｘｘより先行して到達する下位順位の周辺スピーカＳｇｋ（ｋ＝１、２、．．．．．．、（ｘ−１））及び主スピーカＳｏからの拡声音のそれぞれの到達音圧レベルの総和を各スピーカＳｇｋ及びＳｏから当該受音点Ｐｇｘまでの距離と各スピーカＳｇｋ及びＳｏの入力パワー及び音響特性との関数として求め、且つ当該受音点Ｐｇｘにおける当該周辺スピーカＳｇｘからの拡声音到達音圧レベルＬｘｘを前記求めた総和に対し先行音効果を与える音圧レベル差ΔＬｘだけ高くなる如きものとして定め、定めた到達音圧レベルＬｘｘに対応する当該周辺スピーカＳｇｘの入力パワーを算出し、前記算出した発音時刻及び入力パワーを指示する話者移動に追従して音像定位する分散拡声システム。
【請求項５】
請求項３又は４記載の話者移動に追従して音像定位する分散拡声システムにおいて、
前記マイクロホン位置検出装置が、マイクロホンに設けられタグ識別番号を送出する赤外線発信タグ、前記各スピーカＳｊに設けられるとともにリーダ識別番号を有し前記各スピーカＳｊのカバーエリアに進入した前記赤外線発信タグからの前記タグ識別番号を読み取り前記タグ識別番号及び前記リーダ識別番号を送出するタグ読み取り装置、前記音場内にて移動する前記マイクロホンの任意の位置を前記タグ識別番号及び前記リーダ識別番号に基づき検出する音源位置同定手段からなる話者移動に追従して音像定位する分散拡声システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、話者移動に追従して音像定位する分散拡声方法及び分散拡声システムに関し、特に、講演、式典、会議など集会に利用される空間において、音声や演奏を拡声する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
話者の声が話者（音源）の方向から聞こえること（音像定位）は、臨場感を増し、聞き手の集中力を持続する効果がある。従来の拡声方式としては、例えば、集中拡声方式、分散配置拡声方式がある。図１５（ａ）は従来の拡声方式の一例である集中拡声方式を示し、同図（ｂ）は他の例である分散配置拡声方式を示す。集中拡声方式では、話者または演奏者など音源Ｏの近傍にマイクロホンを設置し、発声などにより生じる音圧変化をマイクアンプおよびパワーアンプなどにより増幅し、単数または複数のスピーカＳで拡声することにより音源Ｏからの音を聴者２へ伝達する。スピーカＳは通常、舞台の両側に配置される。また分散配置拡声方式では、天井等に一定間隔で配置された複数のスピーカＳ０〜Ｓ４から音源Ｏの音を同時に拡声する。
【０００３】
図１６（ａ）及び（ｂ）は、集中拡声方式及び分散拡声方式における、各スピーカからの拡声音が受音点に到達する時刻（以下、拡声音到達時刻という。）と受音点に到達した拡声音の音圧レベル（以下、拡声音到達音圧レベルという。）との関係の一例を示す。
【０００４】
しかし、従来の集中拡声方式及び分散配置拡声方式には、以下のような問題点がある。
（１）見る方向と聞こえる方向とが違う。
スピーカが舞台両側にある集中拡声方式では、視野の中央にくる話者Ｏに対し、座席位置が舞台中央の対称軸より右側のときは右側のスピーカから話者Ｏの音声が聞こえ、対称軸より左側のときは左側のスピーカから話者Ｏの声が聞こえる状態となる。また分散配置拡声方式では、舞台上の話者Ｏの音声が頭上の天井スピーカから聞こえる状態となる。何れの方式も、聴者２にとっては話者Ｏの認知方向が視覚と聴覚で異なるという問題がある。
【０００５】
（２）音がボケて聞こえる。
分散配置拡声方式では、図１６（ｂ）に示すように複数のスピーカＳ０〜Ｓ４から受音点に到達する音に方向および時間のズレが生じており、各スピーカＳ０〜Ｓ４からの音波の干渉により受音点において周波数特性に多くの山谷が生じる。その結果、受音点において音源の音がボケて不明瞭になる。
【０００６】
（３）音の大きさが不自然となる。
集中拡散方式では、スピーカＳを舞台中央付近に置くことで、視覚と聴覚の方向の不一致の解消が可能となる。しかし、舞台に近い場所と遠い場所とでは音の強さが大きく異なり、近くはうるさく、遠くでは聞こえないという問題が生じる。一方、分散スピーカをすべて同じ音量で拡声すると均一な音場がえられるものの、話者の見え方と音の大きさが不自然であると聴者に感じさせる問題がある。話者から離れた位置でも接近した位置と変わらない音量で聞こえると、日常の経験すなわち話者から離れると声は小さくなるという経験と著しく異なるため、音を不自然に感じてしまう。この不自然さは、話者から話しかけられている感じ（対話性）を損ない、話に集中できない、言いたいことが伝わらないなどの結果を生むとされている。
【０００７】
上述した問題点を解決する拡声方法として、図１５（ｃ）に示すように、音源Ｏの近傍に主音源スピーカ（メインスピーカ）Ｓ０を配置し、音源から離れた場所の天井に分散スピーカＳ１〜Ｓ３を配置する半分散拡声方式がある。この方式では、分散スピーカに近い受音点でも話者方向から音がくるような感じ（話者方向と一致する方向の音像定位）を得るため、メインスピーカの発音時刻に対し分散スピーカの発音時刻を遅らせるように制御している。半分散拡声方式による各スピーカＳ０〜Ｓ３からの拡声音の受音点における到達時刻と到達音圧レベルとの関係の一例を図１６（ｃ）に示す。
【０００８】
音像定位の方向は先行音効果と呼ばれるヒトの聴覚知覚に基づく。先行音効果とは、例えば図７に示すように、受音点においてスピーカＡの方向からの音（先行音）を聞くと、別の方向のスピーカＢから一定範囲の時間遅れと一定範囲の音圧レベル差を伴って到達する別の音（補強音）をスピーカＡの方向（先行音の方向）に定位してしまう音響心理効果である。図８は、受音点において先行音効果が得られる先行音と補強音との間の到達時刻差（遅延時間、Ｔｂ−Ｔａ＝補強音の受音点到達時刻−先行音の受音点到達時刻）と到達音圧レベル差（Ｌｂ−Ｌａ＝補強音の受音点到達音圧レベル−先行音の受音点到達音圧レベル）との関係を示す。図中の斜線で示す範囲が先行音効果の得られる範囲、すなわち音像定位領域である。なお先行音効果はハース効果又は第一波面の法則と呼ばれることがある。
【０００９】
半分散拡声方式では、図１６（ｃ）に示すように、メインスピーカＳ０からの音を受音点の聴者２に最初に到達するように制御する。また分散スピーカＳ１〜Ｓ３からの補強音（以下、後続音ということがある。）は、受音点の聴者２にメインスピーカＳ０からの先行音より１０ｍｓ程度の時間遅れと図８に示す一定範囲の音圧レベル差を伴って到達するように制御する。このように各スピーカＳ０、Ｓ１〜Ｓ３からの拡声音の到達時刻と到達音圧レベルを制御することにより、受音点においてメインスピーカ方向の音像を定位することが可能となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半分散拡声方式では、音源の位置の変化に対応できない問題点がある。音像定位を得るためには、聴者から見た話者（音源）の方向と先行音スピーカの方向とのずれが一定の許容範囲内にある必要がある。図４を参照するに、話者（音源）と聴者（受音点）とがＸＹ平面（水平面）上のＹ軸上に原点を挟んで反対側（正側と負側）にあり、先行音スピーカがＸＺ平面上にあると仮定した場合、聴者から見て話者方向（Ｙ軸方向）に対しＸ軸方向に±１０度、Ｚ軸（垂直）方向に±４５度の範囲（同図の斜線で示す範囲）が先行音スピーカの配置許容範囲とされる。半分散拡声方式で話者の位置が変化する場合、例えば話者が広い会場を移動する場合或いは舞台位置が変化する場合には、話者の位置に合わせてメインスピーカＳ０を図４の配置許容範囲内に移動せねばならないが、現実にはメインスピーカＳ０の移動は困難である。また、客席の不特定な位置に質問者等が現れた場合にも、その質問者に音像を定位させることも不可能である。このため、大きな講演会場等において質問者の位置が分からない等の問題が発生している。音源位置の移動や質問者の不特定な位置での出現に応じて音像定位の方向を追従させることのできる拡声方法の開発が望まれている。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、音像定位の方向を移動する音源の方向に合わせて変化させることのできる話者移動に追従して音像定位する分散拡声方法及び分散拡声システムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
図１の実施例を参照するに、本発明に係る話者移動に追従して音像定位する分散拡声方法は、受音面Ｐｈ上方の所定位置に音源Ｏの音の拡声に使う実質上同一音響特性の複数のスピーカＳｊ（１≦ｊ≦ｎ）を隣接スピーカのカバーエリアを一部重畳させて下向きに分散配置し、前記各スピーカＳｊの垂直下方の前記受音面Ｐｈ上の部位をそれぞれ受音点Ｐｉ（１≦ｉ≦ｎ）とし、前記各スピーカＳｊの分散配置された音場内にて移動する音源Ｏの位置を検出し、前記各スピーカＳｊのうち前記検出した音源Ｏの位置に最も近いスピーカを主スピーカＳｏとして選び且つ残余のスピーカを前記主スピーカＳｏからの距離の昇順に順位付けされた周辺スピーカＳｇｘ（ｘ＝１、２、．．．．．．、（ｎ−１））とし、前記主スピーカＳｏから前記音源Ｏの音の拡声音を時間遅延なしの時刻零に所要入力パワーで発音し、前記周辺スピーカＳｇｘの各々について前記順位の昇順に時間遅延させて所要入力パワーで発音することにより、前記各受音点Ｐｉにおける音像の定位方向を前記音源Ｏヘ向かう方向としてなるものである。
【００１２】
また、図１の実施例を参照するに、本発明に係る話者移動に追従して音像定位する分散拡声システムは、受音面Ｐｈ上方の所定位置に隣接スピーカのカバーエリアを一部重畳させて下向きに分散配置した実質上同一音響特性の拡声用スピーカＳｊ（１≦ｊ≦ｎ）、前記各スピーカＳｊを分散配置した音場内にて移動する音源Ｏの位置を検出して検出信号を送出するマイクロホン位置検出装置、音源Ｏからの音響信号を前記各スピーカＳｊへ伝送する信号伝送装置、前記信号伝送装置と前記各スピーカＳｊとの間に設けられ且つ指示入力に応じて前記スピーカＳｊ毎に前記音響信号の発音時刻と入力パワーとを調整して前記各スピーカＳｊへ出力する信号調整装置、前記マイクロホン位置検出装置からの検出信号を受けて前記各スピーカＳｊのうち音源Ｏに最も近いスピーカを主スピーカＳｏとして選択するスピーカ選択手段、前記主スピーカＳｏ以外のスピーカＳｊを周辺スピーカＳｇｘ（ｘ＝１、２、．．．．．．、（ｎ−１））として前記主スピーカＳｏからの距離の昇順に順位付けするスピーカ順位付け手段、前記主スピーカＳｏの発音時刻及び入力パワーを指示する主スピーカ音指示手段、前記周辺スピーカＳｇｘの発音時刻及び入力パワーを指示する周辺スピーカ音指示手段を備え、前記主スピーカ音指示手段及び周辺スピーカ音指示手段による発音時刻及び入力パワーの指示を前記信号調整装置へ入力することにより前記各受音点Ｐｉにおける音像の定位方向を前記音源Ｏヘ向かう方向としてなるものである。
【００１３】
好ましくは、請求項３又は４記載の話者移動に追従して音像定位する分散拡声システムにおいて、前記マイクロホン位置検出装置が、マイクロホンに設けられタグ識別番号を送出する赤外線発信タグ、前記各スピーカＳｊに設けられるとともにリーダ識別番号を有し前記各スピーカＳｊのカバーエリアに進入した前記赤外線発信タグからの前記タグ識別番号を読み取り前記タグ識別番号及び前記リーダ識別番号を送出するタグ読み取り装置、前記音場内にて移動する前記マイクロホンの任意の位置を前記タグ識別番号及び前記リーダ識別番号に基づき検出する音源位置同定手段からなるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１には受音面Ｐｈの上方に２５個のスピーカＳｊ（１≦ｊ≦２５）を下向きに分散配置した実施の形態を示す。受音面Ｐｈは、例えば床面６上の聴者２の耳の高さ位置ｈに想定した仮想面である。同図は床面６と平行な水平受音面Ｐｈを示すが、本発明が対象とする受音面Ｐｈは水平面に限定されない。スピーカＳｊは、受音面Ｐｈから一定高さの上方に、相互の間隔が一定となるように下向きに配置することが後述する信号調整の制御の観点からは望ましい。
【００１５】
ただし、本発明のスピーカＳｊの分散配置は、必ずしも一定の高さ及び間隔での分散配置に限定されない。例えば、天井に段差がある場合は受音面Ｐｈから各スピーカＳｊまでの高さが一定ではなくなるが、各スピーカＳｊの入力パワーを前記高さの相違に応じて変化させることにより受音面Ｐｈ上における拡声音の音圧の相違を補償することができる。また後述するように隣接するスピーカＳｊのカバーエリアの重畳が例えば２０％程度以上得られるのであれば、各スピーカＳｊの間隔も一定である必要はない。
【００１６】
各スピーカＳｊは、後述のインテリジェントパワーアンプＩＰＡを介してコンピュータ３０に接続されている。このコンピュータ３０には、マイクロホン位置検出装置３７が接続される。マイクロホン位置検出装置３７は、マイクロホン３に設けられる位置信号送出手段である赤外線発信タグ１０１と、各スピーカＳｊに設けられる位置信号読み取り手段であるタグ読み取り装置１０３と、例えばコンピュータ３０に格納したプログラムである音源位置同定手段１１０とからなる。
【００１７】
赤外線発信タグ１０１は、電池等の電源、発信回路、メモリを有し、割り当てられた固有のタグ識別番号を送出する。タグ読み取り装置１０３は、赤外線発信タグ１０１から発信されるタグ識別番号の信号を受信強度の検出値と共に受信可能としている。したがって、例えば隣接する二つのスピーカＳｊ、Ｓｊのカバーエリア重畳領域にマイクロホン３が進入した場合であっても、その受信信号強度から、どちらのスピーカＳｊ、Ｓｊに近いかが検出できるようになっている。
【００１８】
また、それぞれのタグ読み取り装置１０３は、固有のリーダ識別番号を有している。タグ読み取り装置１０３は、スピーカＳｊのカバーエリアに進入した赤外線発信タグ１０１からのタグ識別番号を読み取り、このタグ識別番号と、自身に割り当てたリーダ識別番号とをコンピュータ３０へ送出する。
【００１９】
それぞれのスピーカＳｊは、インテリジェントパワーアンプＩＰＡを備えている。インテリジェントパワーアンプＩＰＡは、ＣＰＵ、メモリ、ＲＳ４８５等の通信手段を有し、外部からの指示信号を受けてメモリの呼び出し、パラメータの設定、ボリューム調整等を実行する機能を有している。図２に示すように、タグ読み取り装置１０３は、インターフェース１０５を介して信号線１０９に接続され、インターフェース１１１を介してコンピュータ３０に接続されている。また、インテリジェントパワーアンプＩＰＡもインターフェース１０７を介して信号線１０９に接続され、インターフェース１１１を介してコンピュータ３０に接続されている。
【００２０】
コンピュータ３０に格納された音源位置同定手段１１０は、タグ読み取り装置１０３が読み取った赤外線発信タグ１０１からのタグ識別番号及びタグ読み取り装置１０３のリーダ識別番号とに基づき、マイクロホン３がいずれのスピーカＳｊのカバーエリアに存在しているかを検出できるようになっている。図１に示すように、マイクロホン３が位置Ｍ１のときには、スピーカＳ１のカバーエリアにマイクロホン３が位置することを音源位置同定手段１１０が検出し、マイクロホン３が位置Ｍ２のときには、スピーカＳ３のカバーエリアにマイクロホン３が位置することを音源位置同定手段１１０が検出する。コンピュータ３０は、この音源位置同定手段１１０の結果により、各スピーカＳｊのインテリジェントパワーアンプＩＰＡに対して各パラメータの設定信号を送出するようになっている。
【００２１】
図１では実質的に同一音響特性を有する複数のスピーカＳｊを用い、受音面Ｐｈにおいて隣接するスピーカのカバーエリアの一部分、例えば２０％程度が重畳する高さＨに配置している。半分散拡声方式のように分散スピーカと異なるメインスピーカを用いるのではなく、例えば音圧周波数特性や指向係数等の音響特性が実質的に同一のスピーカＳｊを用いることにより、各スピーカＳｊからの音色を揃え、受音面Ｐｈ上において音色の違いによる先行音効果の阻害を避けることができる。また、例えば１ｋＨｚを中心とする１オクターブバンド、好ましくは５００Ｈｚ〜２ｋＨｚのバンドのカバーエリアを一部分重畳させることにより、受音面Ｐｈ上にそのバンドの音の到達しない領域が発生するのを避け、受音面Ｐｈ上のあらゆる位置で先行音効果を得ることを可能とする。
【００２２】
一般的に、スピーカＳｊの特性Ａ０（ｆ）は、周波数ｆ（Ｈｚ）における１（ｗａｔｔ）信号入力時のスピーカ正面軸（水平指向方向０°、垂直指向方向０°）上の１ｍの点における自乗音圧Ｐ２（単位はＰａ（パスカル）の自乗、即ちＰａ２）として定義される。また音圧レベルＬは、下記（１）式で示すように、２０μＰａの音圧Ｐ０（Ｐａ）を基準とする自乗音圧Ｐ２として定義される。以下の説明において、２０μＰａの音圧Ｐ０を基準とする自乗音圧Ｐ２（Ｐ２／Ｐ０２）を自乗音圧Ｉと表す。
【００２３】
スピーカの音圧周波数特性は、１（ｗａｔｔ）信号入力時のスピーカ正面軸１ｍの点での音圧レベルＬの周波数特性として定義される。また、水平指向方向φ、垂直指向方向θにおける音圧をＡ（ｆ、θ、φ）と表し、Ａ０（ｆ）をＡ（ｆ、０、０）と表せば、指向係数Ｄ（ｆ、θ、φ）は下記（２）式のように定義される。スピーカに対し水平指向方向φ、垂直指向方向θの方向に距離Ｒ（ｍ）だけ離れた受音点に到達する拡声音の自乗音圧Ｉ及び音圧レベルＬは、下記（３）式及び（４）式に示すように、スピーカＳから受音点までの距離Ｒ（ｍ）と、スピーカの指向係数Ｄ（ｆ、θ、φ）と、スピーカの音圧周波数特性Ａ（ｆ）と、入力パワーＷ（ｗａｔｔ）との関数として表される。
【００２４】
【数１】
2004032463.tif 000003
【００２５】
図１では、音圧周波数特性、指向係数等の音響特性が同一のスピーカＳｊのみを使用している。図３（ｂ）のグラフは、正面軸に対し音圧レベルＬが−６ｄＢ減衰する開き角度（指向角）の指向周波数特性を示す。例えば図３（ｂ）の指向周波数特性のスピーカを本発明の分散配置スピーカＳｊとして選択した場合、１ｋＨｚの指向角が８５〜９０度程度であるから、その指向角とカバーエリアの重畳率とを考慮して各スピーカＳｊの受音面Ｐｈからの配置高さを設計することができる。図１のスピーカ配置は、図３に示す指向周波数特性のスピーカを分散配置した場合の一例である。
【００２６】
ただし、本発明で用いるスピーカＳｊは必ずしも同一種類のものに限定されない。例えば１ｋＨｚを中心とする１オクターブバンド、好ましくは５００Ｈｚ〜２ｋＨｚのバンドの音質の違いが少なく、実質的に同一音響特性であるときは、種類の異なるスピーカを用いることができる。
【００２７】
分散配置スピーカＳｊの相互間隔は、受音点に対する音源Ｏ方向の２つのスピーカＳｊの伝送特性が類似するように定める。後述するように本発明では、音源Ｏに最も近いスピーカＳｊを先行音スピーカとし、音源Ｏから受音点（聴者２）へ向かう方向の周辺のスピーカＳｊを後続音スピーカとして音像を定位する。配置高さとの関係を考慮しつつ分散配置スピーカＳｊの間隔を適当に設計することにより、受音面Ｐｈ上の任意の受音点において、音源方向の先行音スピーカと後続音スピーカの両耳に対する伝送特性の差を音像定位が可能な許容範囲内とすることができる。
【００２８】
さらに、上述したスピーカＳｊの配置において、受音点から見た音源Ｏの方向と先行音スピーカの方向とのずれを図４に示す許容範囲内に収める。例えば図１では、スピーカＳ５の下方の聴者２から見て、話者Ｏが他の何れのスピーカＳｊの下方にいる場合でも、話者Ｏの方向に対し話者上方のスピーカＳｊが図４の許容範囲内に配置されているので、話者上方のスピーカを先行音スピーカとして音像定位を得ることができる。すなわち本発明では、複数のスピーカＳｊを上記カバーエリアの重畳を得る高さと、類似の伝送特性を得る相互間隔と、先行音スピーカの配置許容範囲とを満たす所定位置に分散配置する。
【００２９】
分散配置した各スピーカＳｊには、信号伝送装置１０により音源Ｏからの音響信号が入力される。図１の信号伝送装置１０は、マイクロホン３とミキサー１１と信号伝送路とを有する。マイクロホン３は音場内の話者や演奏者その他の音源Ｏの近傍に配置して直接音を収音する。収音した直接音は、マイクアンプ（図示せず）で増幅したのち、ミキサー１１により音場全体の音量コントロールが施され、後述の信号調整装置２０へ送られる。ミキサー１１でのマイク音量コントロールは、音源Ｏの音量を考慮して、オペレータが手動でコントロールできる。ただし、本発明の適用範囲は音場内の音源Ｏの音の拡声に限定されず、例えば予め録音した音源から拡声により音像を定位させる場合等にも適用できる。
【００３０】
本発明では、信号伝送装置１０と各スピーカＳｊとの間に、各スピーカＳｊの音響遅延と音圧レベルを調整する信号調整装置（イフェクタ）２０を挿入する。信号調整装置２０の一例は、図１３に示すように、コンピュータ３０（図１４参照）からの指示信号の入力に応じて、スピーカＳｊ毎に音響信号の発音時刻と入力パワーとを調整する音響遅延回路２１及び音圧レベル制御回路（音量制御回路）２２を有するものである。各信号調整装置２０はコンピュータ３０に接続され、コンピュータ３０より各信号調整装置２０の音響遅延と入力パワーの調整とが一括して制御される。
【００３１】
図５は、音場内の音源Ｏの音の拡声により音像定位を得る場合におけるコンピュータ３０による信号調整装置２０の制御の流れ図の一例を示す。以下、図５の流れ図を参照して本発明の拡声方法を説明する。先ずステップ６０１において音場内の音源Ｏの位置を検出する。図１では、マイクロホン位置検出装置３７の検出信号に基づき音源Ｏの位置を検出している。
【００３２】
すなわち、マイクロホン３に付設した赤外線発信タグ１０１からはタグ識別番号が送出される。このタグ識別番号は、マイクロホン３が位置しているカバーエリアのタグ読み取り装置１０３によって検出される。タグ読み取り装置１０３は、このタグ識別番号と、自身に割り当てたリーダ識別番号とをコンピュータ３０へ送出する。コンピュータ３０は、音源位置同定手段１１０によってこれらの識別番号からマイクロホン３の位置を検出する。つまり、マイクロホン３の位置は、マイクロホン位置検出装置３７によって自動検出される。
【００３３】
次にステップ６０２において、スピーカ選択手段３１により音源Ｏに最も近いスピーカＳ１を主スピーカＳｏとして選択する。スピーカ選択手段３１の一例は、音源Ｏと各スピーカＳｊとの間の距離を計算して距離最小のスピーカＳ１を選択するコンピュータ内蔵のプログラムである。
【００３４】
ステップ６０３では、例えばコンピュータ３０内蔵のプログラムであるスピーカ順位付け手段３２により、主スピーカＳｏ以外の分散配置スピーカＳｊを主スピーカＳｏからの距離の昇順に順位付けする。本明細書において、順位付けされたスピーカＳｊを周辺スピーカＳｇｘ（ｘ＝１、２、．．．．．．、（ｎ−１））という。例えば図１では、分散配置のスピーカＳ２を音源Ｏに一番近い周辺スピーカＳｇ１とし、スピーカＳ３を４番目に近い周辺スピーカＳｇ４とし、スピーカＳ４を８番目に近い周辺スピーカＳｇ８とし、スピーカＳ５を１５番目に近い周辺スピーカＳｇ１５として順位付けしている。
【００３５】
ステップ６０１〜６０３に示すように、本発明では主スピーカＳｏの位置を固定せず、音源Ｏに最も近い分散スピーカを主スピーカＳｏとし、主スピーカＳｏからの距離に応じて周辺スピーカＳｇｘを順位付けするので、音源Ｏが移動した場合でも移動に応じて主スピーカＳｏの位置及び周辺スピーカＳｇｘの順位を変化させ、受音面Ｐｈ上における音像定位を変化させる。すなわち、移動する音源Ｏに追従して音像定位することができる。
【００３６】
ステップ６０４において、例えばコンピュータ３０内蔵のプログラムである主スピーカ音指示手段３３により、主スピーカＳｏの発音時刻Ｔｏ及び入力パワーＷｏを指示する。例えば主スピーカＳｏで信号伝送装置１０からの音響信号を時間遅延なく発音し、その発音時刻Ｔｏを時刻零（ｍｓ）とおく。ただし主スピーカＳｏの発音時刻Ｔｏに時間遅延を設けても、本発明の音像定位を得ることが可能である。また主スピーカＳｏの入力パワーＷｏは、マイクロホン３における主スピーカＳｏからの拡声音到達音圧レベルが、話者Ｏから肉声の到達音音圧レベル（１ｍ離れた地点の音圧レベル）に比べてハウリング防止に要するレベル、例えば２ｄＢだけ低いレベルとなるように決定する。ただし、ハウリングの発生がない場合は主スピーカＳｏの入力パワーＷｏを所要レベルとすることができる。主スピーカＳｏの入力パワーＷｏの決定に際し、マイクロホン３に対応するミキサー１１のボリュームを適宜調整でき、その際のアンプ１２の減衰器（ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）の減衰量（以下、アッテネータ位置ということがある。）を０（ｄＢ）とおくことができる。
【００３７】
ステップ６０５以降の周辺スピーカ音指示手段３４による各周辺スピーカＳｇｘの発音時刻及び入力パワーの決定方法については、説明簡単化のため、話者Ｏと聴者２との間に５つのスピーカＳ１〜Ｓ５を配置した図６を参照して説明する。図６は、話者Ｏに最も近いスピーカＳ１を主スピーカＳｏとし、スピーカＳ２〜Ｓ５を周辺スピーカＳｇ１〜Ｓｇ４として順位付けし、周辺スピーカＳｇ４の下方に聴者２がいる場合である。ステップ６０５では、先ず各スピーカＳ１〜Ｓ５の垂直下方の受音面Ｐｈ上に受音点Ｐ１〜Ｐ５を定める。図６において、受音点Ｐ１は主スピーカＳｏの垂直下方の受音点Ｐｏ、受音点Ｐ２〜Ｐ５は周辺スピーカＳｇｘ（Ｓｇ１〜Ｓｇ４）の垂直下方の受音点Ｐｇｘ（Ｐｇ１〜Ｐｇ４）である。
【００３８】
主スピーカＳｏからの拡声音が周辺スピーカＳｇｘ下方の受音点Ｐｇｘに到達するに要する時間は、主スピーカＳｏと受音点Ｐｇｘとの間の距離をＲｏｘとすれば、下記（１０）式として算出できる。（１０）式において符号Ｃは音速（ｍ／ｓ）を表す。通常は音速Ｃとして常温・常湿（２３℃、相対湿度６０％）の音速を用いる。また、受音点Ｐｇｘに到達した主スピーカＳｏからの拡声音の音圧レベルＬｏｘは、式（４）を参照して下記（１１）式として表すことができる。（１１）式において、Ｗｏは主スピーカＳｏの入力パワー、Ｄｏは主スピーカＳｏの指向係数を示す。
【００３９】
また、周辺スピーカＳｇｘからその下方の受音点Ｐｇｘへの拡声音の到達に要する時間及び到達音圧レベルＬｘｘも、周辺スピーカＳｇｘと受音点Ｐｇｘとの間の距離をＲｘｘとすれば、主スピーカＳｏの場合と同様にして（１２）式、（１３）式として表わすことができる。（１３）式において、Ｗｘは周辺スピーカＳｇｘの入力パワー、Ｄｘは周辺スピーカＳｇｘの指向係数を示す。なお図示例では、主スピーカＳｏと周辺スピーカＳｇｘとは同一の音響特性であるから、（１１）式と（１３）式のＡ（ｆ）は同じである。
【００４０】
各受音点Ｐｇｘには、主スピーカ及び複数の周辺スピーカからの拡声音が到達し得る。複数の同一特性Ａ（ｆ）のスピーカＳｊ（ｊ＝１、２、３、．．．．．．）からの拡声音が到達する受音点Ｐｇｘでの合成音圧レベル（以下、聴取音圧レベルという。）は、各スピーカＳｊからの到達音圧の自乗音圧Ｉの総和に基づき、下記（１４）式で表すことができる。
【００４１】
【数２】
2004032463.tif 000004
【００４２】
ステップ６０５〜６１２では、各周辺スピーカＳｇｘの順位の昇順に従い、各周辺スピーカＳｇｘの発音時刻及び入力パワーを決定する。先ず図６の周辺スピーカＳｇ１について、ステップ６０５で主スピーカＳｏから周辺スピーカＳｇ１の下方の受音点Ｐｇ１までの距離Ｒｏ１と、周辺スピーカＳｇ１から受音点Ｐｇ１までの距離Ｒ１１を算出する。周辺スピーカＳｇ１の場合は、下位順位の周辺スピーカＳｇｘ、すなわち周辺スピーカＳｇ１よりも更に主スピーカＳｏに近い周辺スピーカＳｇｘは存在しない。ステップ６０６では、主スピーカＳｏから受音点Ｐｇ１までの距離Ｒｏ１の（１０）式ヘの代入結果と主スピーカＳｏの発音時刻Ｔｏ＝０（ｍｓ）とから、受音点Ｐｇ１における主スピーカＳｏからの拡声音到達時刻Ｔｏ１を算出する。また、主スピーカＳｏから受音点Ｐｇ１までの距離Ｒｏ１と主スピーカＳｏの入力パワーＷｏ及び指向係数Ｄｏとの（１１）式ヘの代入結果から、受音点Ｐｇ１における主スピーカＳｏからの拡声音到達音圧レベルＬｏ１を算出する。ただし主スピーカＳｏの音圧周波数特性Ａ（ｆ）は所定とする。
【００４３】
ステップ６０７では、主スピーカＳｏからの拡声音到達時刻Ｔｏ１に対し先行音効果を与える遅延時間Δｔ１を求める。この遅延時間Δｔ１は、主スピーカＳｏに最も近い距離の周辺スピーカＳｇ１で最短遅延時間Δｔｍｉｎ、例えば３ｍｓとし、主スピーカＳｏから最も遠い距離の周辺スピーカＳｇ４で最長遅延時間Δｔｍａｘ、例えば１０ｍｓとし、他の周辺スピーカＳｇ２、Ｓｇ３では主スピーカＳｏから当該周辺スピーカＳｇ２、Ｓｇ３下方の受音点Ｐｇ２、Ｐｇ３までの距離Ｒｏ２、Ｒｏ３に比例配分した時間として定めることができる。
【００４４】
ただし遅延時間Δｔ１の決定方法は前記距離に応じた比例配分による方法に限定されない。例えば、主スピーカＳｏから周辺スピーカＳｇ２、Ｓｇ３下方の受音点Ｐｇ２、Ｐｇ３までの距離Ｒｏ２、Ｒｏ３の対数（ｌｏｇＲｏｘ）に比例した最短遅延時間と最長遅延時間との間の時間として定めることができる。下記表１は、この関係から定めた各周辺スピーカＳｇ１〜Ｓｇ４の遅延時間Δｔｘを示す。ただし表１では、最短遅延時間Δｔｍｉｎである周辺スピーカＳｇ１の遅延時間Δｔ１を６ｍｓとし、最長遅延時間Δｔｍａｘである周辺スピーカＳｇ４の遅延時間Δｔ４を３０ｍｓとしている。
【００４５】
求めた遅延時間Δｔ１と主スピーカＳｏからの拡声音到達時刻Ｔｏ１との和として、ステップ６０７において、周辺スピーカＳｇ１からの拡声音が受音点Ｐｇ１に到達すべき到達時刻Ｔ１１（＝Ｔｏ１＋Δｔ１）を算出する。拡声音の到達すべき時刻Ｔ１１が分かれば、周辺スピーカＳｇ１から受音点Ｐｇ１までの距離Ｒ１１を（１２）式へ代入することにより、ステップ６０８において拡声音到達時刻Ｔ１１に対応する周辺スピーカＳｇ１の発音時刻を決定することができる。
【００４６】
【表１】
2004032463.tif 000005
【００４７】
ステップ６０９において、受音点Ｐｇ１に周辺スピーカＳｇ１からの拡声音到達時刻Ｔ１１より先行して到達する下位順位の周辺スピーカＳｇｋ及び主スピーカＳｏからの拡声音到達音圧レベルの総和を求める。この場合は、受音点Ｐｇ１において周辺スピーカＳｇ１からの拡声音到達時刻より先行して到達する拡声音は主スピーカＳｏからの拡声音のみであるから、主スピーカＳｏからの拡声音の到達音圧レベルＬｏ１を先行する拡声音の到達音圧レベルの総和とし、ステップ６１０において主スピーカＳｏからの拡声音到達音圧レベルＬｏ１に対し先行音効果を与える音圧レベル差ΔＬ１を算出する。この音圧レベル差ΔＬ１は、例えば図８に示すように、先行音効果を与えるに必要な先行音から後続音までの遅延時間Δｔと先行音・後続音間の音圧レベル差ΔＬとの関係式（ΔＬ＝ｆ（Δｔ））を予め実験等により定め、周辺スピーカＳｇ１の発音時刻の算出に要する遅延時間Δｔ１を図８の関係式へ代入（ΔＬ１＝ｆ（Δｔ１））することにより定めることができる。
【００４８】
求めた音圧レベル差ΔＬ１と主スピーカＳｏからの拡声音到達音圧レベルＬｏ１（＝１０ｌｏｇＩｏ１）とから、ステップ６１２において周辺スピーカＳｇ１からの拡声音が受音点Ｐｇ１において示すべき音圧レベルＬ１１（＝１０ｌｏｇＩｏ１＋ΔＬ１）を算出し、算出した到達音圧レベルＬ１１と周辺スピーカＳｇ１から受音点Ｐｇ１までの距離Ｒ１１とを（１３）式へ代入することにより、ステップ６１２において周辺スピーカＳｇ１の入力パワーＷ１を決定する。
【００４９】
例えば図８では、周辺スピーカＳｇ１の到達時間の遅延時間Δｔ１を６ｍｓとした場合、周辺スピーカＳｇ１からの到達音圧レベルと主スピーカＳｏからの到達音圧レベルとの差が６ｄＢ以内であれば音像定位が得られることを示す。主スピーカＳｏの受音点Ｐｇ１における到達音圧レベルＬｏ１は、（１１）式に示すように、距離減衰などにより下がっている。主スピーカＳｏの受音点Ｐｇ１における到達音圧レベルＬｏ１を基準とし、受音点Ｐｇ１において周辺スピーカＳｇ１からの音圧レベルが（Ｌｏ１＋６）（ｄＢ）となるように周辺スピーカＳｇ１の相対入力レベルをアンプ１２のアッテネータ位置により決めた結果が表１に示す−３（ｄＢ）である。このように、周辺スピーカＳｇｘの入力パワーがステップ６１１で算出した値となるように、アンプ１２のアッテネータ位置を調整し又は補正することができる。
【００５０】
ステップ６１２で周辺スピーカＳｇ１の発音時刻と入力パワーとを決定したのち、ステップ６１３ヘ進み、全ての周辺スピーカについて発音時刻と入力パワーの算出が終了したか否かを判断する。この場合は周辺スピーカＳｇ２〜Ｓｇ４の処理が残っているのでステップ６０５へ戻り、ステップ６０５〜６１２を繰り返すことにより、周辺スピーカＳｇ２について発音時刻及び入力パワーを決定する。周辺スピーカＳｇ２の場合は下位順位の周辺スピーカＳｇ１が存在するので、ステップ６０５において主スピーカＳｏから受音点Ｐｇ２までの距離Ｒｏ２、周辺スピーカＳｇ２から受音点Ｐｇ２までの距離Ｒ２２の算出に加えて、下位順位の周辺スピーカＳｇ１から受音点Ｐｇ２までの距離Ｒ１２を算出する。またステップ６０６において、下位順位の周辺スピーカＳｇ１からの拡声音が受音点Ｐｇ２に到達する時刻、及び拡声音到達音圧レベルＬ１２を（１２）式及び（１３）式に基づき算出する。
【００５１】
ステップ６０７において主スピーカＳｏからの拡声音到達時刻Ｔｏ２に対し先行音効果を与える遅延時間Δｔ２を求めるが、この算出方法は周辺スピーカＳｇ１について上述した方法と同様である。この遅延時間Δｔ２と主スピーカＳｏからの拡声音到達時刻Ｔｏ２との和から、受音点Ｐｇ２において周辺スピーカＳｇ２からの拡声音が到達すべき時刻Ｔ２２（＝Ｔｏ２＋Δｔ２）を求める。拡声音の到達すべき時刻Ｔ２２が分かれば、周辺スピーカＳｇ２から受音点Ｐｇ２までの距離Ｒ２２を（１２）式へ代入することにより、ステップ６０８において周辺スピーカＳｇ２の発音時刻を決定できる。
【００５２】
ステップ６０９では、受音点Ｐｇ２において周辺スピーカＳｇ２からの拡声音到達時刻Ｔ２２と周辺スピーカＳｇ１からの拡声音到達時刻Ｔ１２とを比較し、周辺スピーカＳｇ１からの拡声音到達時刻Ｔ１２が先行する場合は、受音点Ｐｇ２における周辺スピーカＳｇ１からの到達拡声音の自乗音圧Ｉ１２と主スピーカＳｏからの到達拡声音の自乗音圧Ｉｏ２との和（Ｉ１２＋Ｉｏ２）を求め、その自乗音圧の和（Ｉ１２＋Ｉｏ２）を（１４）式へ代入することにより、周辺スピーカＳｇ１からの拡声音到達音圧レベルＬ１２と主スピーカＳｏからの拡声音到達音圧レベルＬｏｘとの総和（＝１０ｌｏｇ（Ｉ１２＋Ｉｏ２））を算出する。
【００５３】
本発明者は、各受音点Ｐｇｘにおいて下位順位の周辺スピーカＳｇｋ（ｋ＝１、２、．．．．．．、（ｘ−１））からの拡声音が周辺スピーカＳｇｘからの拡声音に対し先行して到達している場合は、主スピーカＳｏからの拡声音到達音圧レベルＬｏｘのみではなく、下位順位の周辺スピーカＳｇｋからの拡声音到音圧レベルＬｋｘ（＝１０ｌｏｇΣＩｋｘ）と主スピーカＳｏからの拡声音到達音圧レベルＬｏｘ（＝１０ｌｏｇＩｏｘ）との総和（＝１０ｌｏｇ（ΣＩｋｘ＋Ｉｏｘ））に対して先行音効果を与えるように当該受音点Ｐｇｘの上方の周辺スピーカＳｇｘからの拡声音到達音圧レベルＬｘｘを定めることにより、広い受音面Ｐｈにおいて、その上のあらゆる受音点で確実に先行音効果が得られることを見出した。本発明はかかる知見に基づくものである。
【００５４】
ステップ６１０では、例えば図８の関係式へ周辺スピーカＳｇ２の発音時刻の遅延時間Δｔ２を代入（ΔＬ２＝ｆ（Δｔ２））することにより音圧レベル差ΔＬ２を求める。求めたレベル差ΔＬ２を前記総和（＝１０ｌｏｇ（Ｉ１２＋Ｉｏ２））ヘ加えることにより、周辺スピーカＳｇ２からの到達音が受音点Ｐｇ２で示すべき音圧レベルＬ２２（＝１０ｌｏｇ（Ｉ１２＋Ｉｏ２）＋ΔＬ２）を求める。到達音圧レベルが求まれば、ステップ６１２において、上述した周辺スピーカＳｇ１の場合と同様に（１３）式への代入により周辺スピーカＳｇ２の入力パワーＷ２を決定できる。
【００５５】
ステップ６１２で周辺スピーカＳｇ２の発音時刻と入力パワーとを決定したのち、ステップ６１３から反復してステップ６０５へ戻り、周辺スピーカＳｇ３、Ｓｇ４についてステップ６０５〜６１２を繰り返す。図５のステップ６０５〜６１２を全ての周辺スピーカＳｇｘについて順位の昇順に繰り返すことにより、全ての周辺スピーカＳｇｘの発音時刻及び入力パワーが決定できる。コンピュータ３０により決定した各周辺スピーカＳｇｘの発音時刻及び入力パワーの指示信号を信号調整装置２０ヘ入力することにより、信号伝送装置１０からの音響信号の発音時刻と入力パワーとをスピーカＳｊ毎に調整し、調整後の音響信号をパワーアンプ１２経由で各スピーカＳｊへ入力する（図１参照）。
【００５６】
図９は、上述したように決定した各スピーカＳｏ、Ｓｇ１〜Ｓｇ４からの拡声音が受音点Ｓｇ４につくる音圧を示す。すなわち、この場合は話者Ｏからの肉声が最先の先行音として到達し、話者Ｏに最も近い主スピーカＳｏからの拡声音が続き、次に周辺スピーカＳｇ１、Ｓｇ２、Ｓｇ３の拡声音が順に到達する。最後に周辺スピーカＳｇ４からの拡声音が到達する。肉声と各スピーカからの拡声音との関係、スピーカからの拡声音の相互関係は先行音効果が働く条件を満たしているため、受音点Ｓｇ４の聴者２の音場知覚にとっては、合成された音圧の主観レベルが図１０の実線のようになると考えられる。すなわち図１０の実線は、複数の分散配置のスピーカからの拡声音が一つの音として聴者２に知覚されることを示す。
【００５７】
本発明は、実質的に同一の音響特性のスピーカを用いるのでスピーカの音色の違いはなく、またスピーカ間隔の適当な設定により聴者の両耳に対する伝送特性の差を許容範囲に収め、しかも各周辺スピーカの発音時刻と入力パワーを主スピーカからの拡声音が先行音となるように制御するので、受音面上のあらゆる位置で音源Ｏヘ向かう方向に音像が定位できる。また音源の位置の移動に応じて主スピーカの選択と周辺スピーカの順位付けを行なうことができるので、移動する音源に音像を定位させることができる。また不特定な位置に表れる質問者等に音像を定位させることも可能である。
【００５８】
こうして本発明の目的である「音像定位の方向を移動する音源の方向に合わせて変化させ得る話者移動に追従して音像定位する分散拡声方法及び分散拡声システム」の提供を達成できる。
【００５９】
好ましくは、各受音点Ｐｉの聴取音圧レベルを所定目標音圧レベルＬｈｃに抑制することにより、聴者２が受音面Ｐｈの如何なる受音点Ｐｉにいても、所定目標音圧レベルで聴取できるようにする。この場合は図５のステップ６１１で、例えば受音点Ｐｇ４における聴取音圧レベルを、受音点Ｐｇ４における周辺スピーカＳｇ４からの拡声音到達音圧レベルＬ４４（＝１０ｌｏｇＩ４４）と、先行して到達する下位順位の周辺スピーカＳｇｋ（ｋ＝１、２、３）及び主スピーカＳｏからの拡声音到達音圧レベルの総和（＝１０ｌｏｇ（ΣＩｋ４＋Ｉｏ４））との総計（＝１０ｌｏｇΣ（Ｉ４４＋ΣＩｋ４＋Ｉｏ４））として求める。求めた聴取音圧レベルが目標音圧レベルＬｈｃを超えるときは、周辺スピーカＰｇ４の到着音音圧レベルＬ４４を先行音効果が得られる範囲内において総計（＝１０ｌｏｇΣ（Ｉ４４＋Ｉｋ４＋Ｉｏ４））が目標音圧レベルＬｈｃと一致するまで抑制する。
【００６０】
更に好ましくは、目標音圧レベルＬｈｃを図１１の実線に示すように定め、各スピーカＳｊのつくる受音面Ｐｈ上の合成音場の音圧レベルが、音源Ｏから離れるに従って減衰するように制御する。この減衰制御は、音源Ｏから離れると音が小さくなるという日常の経験と合致した音場の形成を可能とし、聴者にとって音場が自然な感じで知覚されるように作用する。このため、講演会などであれば聴者は話者から話しかけられているという感じをもちながら聴くことができ、話者は聴衆の反応をよく感じ取りながら話題を展開する等の心理的なフィードバックが可能となリ、参加者にとって互いの意思の疎通が図れるという効果が期待できる。
【００６１】
図１１に示す目標音圧レベルＬｈｃは、音源Ｏからの距離Ｒｈに応じてレベルが低下するが、距離Ｒｈに対する低下の傾きが自由音場における音の減衰の傾きよりも小さいものである。この目標音圧レベルＬｈｃによれば、聴者に自然な知覚を与えつつ、十分大きな音圧で拡声することができる。図中の４０ｄＢ以下の黒く塗りつぶした部分は、音が小さすぎて聴者の聞き取りに支障が生じる範囲を示す。自由音場では、話者がやや大きい声で発声した場合でも１００ｍ程度離れた聴者には聞き取り難い場合があるが、図１１の目標音圧レベルＬｈｃを用いた拡声方法によれば、聴者に自然な音場感覚を与えつつ、１００ｍ離れた地点でも十分な音圧で話者の発声を聞くことができる。
【００６２】
本発明者は、図１１に示すように目標音圧レベルＬｈｃとして、主スピーカＳｏ下方の受音点Ｐｏにおける主スピーカＳｏからの拡声音到達音圧レベルＬｏｏを最大レベルとし、主スピーカＳｏからの距離Ｒｈの対数（ｌｏｇＲｈ）に比例してレベルが低減するような傾斜型目標音圧レベルＬｈｃ＝Ｌｏｏ−３．０×ｌｏｇＲｈを用いることにより、聴者が音と距離との不自然なずれを感じることなく、話者から離れた位置でも話者が近くにいるかのように明瞭でスッキリした自然な音を聞くことができる音場が形成できることを実験的に確認した。ただし、傾斜型目標音圧レベルＬｈｃの減衰の比例定数は図示例に限定されない。
【００６３】
【実施例】
図１２は信号調整装置２０とアンプ２４を一体にした複合アンプ２０ｂを用いた本発明の実施例を示し、図１３は同実施例で使用する複合アンプ２０ｂのブロック図を示す。図示例では、複合アンプ２０ｂの相互間はタンデム接続されており、１本のデジタル音響信号ライン２７と制御信号ライン２８とにより複合アンプ２０ｂの各々へ音響信号と制御信号とを供給している。複合アンプ２０ｂは２つの音響遅延部２１Ｌ、２１Ｒと２つの音量制御部２２Ｌ、２２Ｒを有し、２チャンネルのデジタル音響信号を同時に処理することができる。
【００６４】
コンピュータ３０（図１４参照）により算出された主スピーカＳｏ及び各周辺スピーカＳｇｘの発音時刻（遅延時間）と入力パワー（音量）は、インターフェース１４及び制御ライン２８経由で複合アンプ２０ｂのＣＰＵ２５へ送られる。ＣＰＵ２５は音響遅延部２１Ｌ、２１Ｒ、音量制御部２２Ｌ、２２Ｒとに接続され、パターンメモリ２６に記憶された処理パターンに従って２チャンネルのデジタル音響信号の発音時刻及び入力パワーを調整する。調整後のデジタル音響信号は、ミキサ２３でミキシングされ、アンプ２４、出力ライン２９経由でスピーカへ送られる。同図の複合アンプ２０ｂを用いれば、２つの音源の音を同時に処理することができ、受音面Ｐｈ上の２箇所の音源に向けた音像を同時に定位させることが可能となる。
【００６５】
図１４は、複合アンプ２０ｂを用いた本発明の更に他の実施例を示す。床面から３．５ｍの高さに５ｍ×３．５ｍの間隔で格子状に１４台のスピーカＳｊを分散配置し、各スピーカＳｊにそれぞれ複合アンプ２０を取り付けた。同図に示すように、スピーカＳ１の下方の第１音源とスピーカＳ４の下方の第２音源の音をそれぞれマイクロホン３及び４で収音し、ミキサー１１経由でインターフェース１４へ入力した。他方、コンピュータ３０では２つの音源への音像定位に必要な制御信号を図６の流れ図に従ってそれぞれ算出し、インターフェース１４へ入力した。ミキサ１１からのデジタル音響信号とコンピュータ３０からの制御信号とをインタフェース１４経由で各スピーカＳｊの複合アンプ２０へ伝送した。各複合アンプ２０は図１４に示すようにタンデム状に接続した。複合アンプ２０ｂにおいて右チャンネルヘ送られたマイクロホン３からのデジタル音響信号と、左チャンネルへ送られたマイクロホン４からのデジタル音響信号とを同時に処理し、ミキサー２３及びメインアンプ２４経由で各スピーカＳｊへ出力した。
【００６６】
図１４の実施例で用いた制御信号の一例を表２に示す。本発明者は、表２の制御信号により、受音面Ｐｈ上で第１音源へ向かう音像と第２音源ヘ向かう音像とを同時に定位できることを確認した。図１４及び表２の実施例から分かるように、例えば舞台上の講演者と会場内の質間者などのように音場内に２つの音源Ｏが存在する場合でも、本発明の拡声方法によれば、講演者を第一音源として音像定位し且つ同時に質間者を第二音源として音像定位を行うことが可能である。この同時に２つの音像定位を行なうことにより、講演者と質問者がお互いの声をよく聞くことができるので話しやすい、さらには会場内のどこにいても両者のやりとりが自然な感じで聞こえる、という音場を創り出すことができる。
【００６７】
【表２】
2004032463.tif 000006
【００６８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る話者移動に追従して音像定位する分散拡声方法及び分散拡声システムによれば、受音面上方に実質上同一音響特性の複数のスピーカＳｊをカバーエリアを一部重畳させて下向きに分散配置し、各スピーカＳｊの分散配置された音場内にて移動する音源Ｏの位置を検出し、各スピーカＳｊのうち検出した音源Ｏの位置に最も近いスピーカを主スピーカＳｏとし且つ残余のスピーカを主スピーカＳｏからの距離の昇順に順位付けされた周辺スピーカＳｇｘとし、主スピーカからの拡声音が先行音効果を与えるように各周辺スピーカの発音時刻と入力レベルを制御し、受音面上の音像の定位方向を音源Ｏヘ向かう方向とするので、音源の位置の変化に対応することができる。すなわち、音源が移動する場合であっても主スピーカを選択し直すことにより、移動に応じた音源へ向かう方向に音像を定位することができる。したがって、話者の位置が変化する場合、例えば話者が広い会場を移動する場合或いは舞台位置が変化する場合においても、話者の位置に合わせて主スピーカＳｏを実質的に配置許容範囲内に移動させたのと同等の状態が得られることになる。これにより、音源位置の移動や質問者の不特定な位置での出現に応じて音像定位の方向を追従させることができ、大きな講演会場等において、移動する話者の位置や質問者の位置が分からない等の問題を解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態の説明図である。
【図２】インテリジェントパワーアンプとタグ読み取り装置との接続例の説明図である。
【図３】スピーカの音響特性の一例の説明図である。
【図４】先行音効果を得るための先行音スピーカの配置許容範囲の説明図である。
【図５】各スピーカの発音時刻と入力パワーの算出方法の流れ図の一例である。
【図６】本発明の音像定位の原理を示す説明図である。
【図７】先行音効果の説明図である。
【図８】先行音効果が得られる先行音と補強音との関係の説明図である。
【図９】図６の受音点における各スピーカからの到達音の説明図である。
【図１０】図６の受音点における音強度の説明図である。
【図１１】受音点の目標音圧レベルの説明図である。
【図１２】２チャンネル複合アンプを用いた本発明の実施例の説明図である。
【図１３】２チャンネル複合アンプの説明図である。
【図１４】本発明の他の実施例の説明図である。
【図１５】従来の集中拡声方式、分散拡声方式、及び半分散拡声方式の説明図である。
【図１６】従来の集中拡声方式、分散拡声方式、及び半分散拡声方式における受音点での到達音声レベルの説明図である。
【符号の説明】
３…マイクロホン、１０…信号伝送装置、２０…信号調整装置、３１…スピーカ選択手段、３２…スピーカ順位付け手段、３３…主スピーカ音指示手段、３４…周辺スピーカ音指示手段、３７…マイクロホン位置検出装置、１０１…赤外線発信タグ、１０３…タグ読み取り装置、１１０…音源位置同定手段、Ｏ…音源、Ｐｈ…受音面、Ｐｉ…受音点、Ｓｊ…スピーカ、Ｓｏ…主スピーカ、Ｓｇｘ…周辺スピーカ、Ｐｇｘ…下方の受音点
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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