(57)【要約】【課題】スピーカアレイにより音場を形成する場合に、適切な音像定位の得られる範囲を拡大する。【解決手段】スピーカアレイ１０を構成する複数のスピーカＳＰ０〜ＳＰｎと、オーディオ信号がそれぞれ供給される複数のデジタルフィルタとを設ける。デジタルフィルタの各出力を、スピーカＳＰ０〜ＳＰｎのそれぞれに供給して閉空間内に音場を形成する。デジタルフィルタにそれぞれ所定の遅延時間を設定することにより、スピーカアレイ１０から出力された音を、閉空間の壁面で反射させてから音場内のリスナの位置に焦点を合わせてサービスエリアを形成する。【選択図】        図１
2004172786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ信号をそれぞれ所定の時間だけ遅延させ、
この遅延させられたオーディオ信号を、スピーカアレイを構成する複数のスピーカのそれぞれに供給し、
上記スピーカアレイから出力された音を、空間内の壁面で反射させてからこの反射音の伝搬経路上に分布する直線状のサービスエリアの中央位置に焦点を合わせる
ようにしたオーディオ信号の再生方法。
【請求項２】
請求項１に記載のオーディオ信号の再生方法において、
上記スピーカアレイから出力された音を、上記空間内の壁面で反射させてから上記空間内の複数の位置にそれぞれ焦点を合わせる
ようにしたオーディオ信号の再生方法。
【請求項３】
スピーカアレイを構成する複数のスピーカと、
オーディオ信号を、それぞれ所定の時間だけ遅延させる複数のデジタルフィルタと
を有し、
上記複数のデジタルフィルタの各出力を、上記複数のスピーカのそれぞれに供給し、
上記スピーカアレイから出力された音を、空間内の壁面で反射させてからこの反射音の伝搬経路上に分布する直線状のサービスエリアの中央位置に焦点を合わせる
ようにしたオーディオ信号の再生装置。
【請求項４】
請求項３に記載のオーディオ信号の再生装置において、
上記スピーカアレイから出力された音を、上記空間内の壁面で反射させてから上記空間内の複数の位置にそれぞれ焦点を合わせる
ようにしたオーディオ信号の再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ホームシアターなどに適用して好適なオーディオ信号の再生方法および再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホームシアターやＡＶシステムなどに適用して好適なスピーカシステムとして、スピーカアレイがある（例えば、特許文献１参照）。図６は、そのスピーカアレイ１０の一例を示すもので、このスピーカアレイ１０は、多数のスピーカ（スピーカユニット）ＳＰ０〜ＳＰｎが配列されて構成される。この場合、一例として、ｎ＝２５５、スピーカの口径は数ｃｍであり、したがって、実際には、スピーカＳＰ０〜ＳＰｎは平面上に２次元状に配列されることになるが、以下の説明においては、簡単のため、スピーカＳＰ０〜ＳＰｎは水平方向に一列に配列されているものとする。
【０００３】
そして、オーディオ信号が、ソースＳＣから遅延回路ＤＬ０〜ＤＬｎに供給されて所定の時間τ０〜τｎだけ遅延され、その遅延されたオーディオ信号がパワーアンプＰＡ０〜ＰＡｎを通じてスピーカＳＰ０〜ＳＰｎにそれぞれ供給される。なお、遅延回路ＤＬ０〜ＤＬｎの遅延時間τ０〜τｎについては、後述する。
【０００４】
すると、どの場所においても、スピーカＳＰ０〜ＳＰｎから出力される音波が合成され、その合成結果の音圧が得られることになる。そこで、図６に示すように、スピーカＳＰ０〜ＳＰｎにより形成される音場において、任意の場所Ｐｔｇの音圧を周囲よりも高くするには、
Ｌ０〜Ｌｎ：各スピーカＳＰ０〜ＳＰｎから場所Ｐｔｇまでの距離
ｓ      ：音速
とすると、遅延回路ＤＬ０〜ＤＬｎの遅延時間τ０〜τｎを、
τ０＝（Ｌｎ−Ｌ０）／ｓ
τ１＝（Ｌｎ−Ｌ１）／ｓ
τ２＝（Ｌｎ−Ｌ２）／ｓ
・・・・
τｎ＝（Ｌｎ−Ｌｎ）／ｓ＝０
に設定すればよい。
【０００５】
そのように設定すると、ソースＳＣから出力されるオーディオ信号がスピーカＳＰ０〜ＳＰｎにより音波に変換されて出力されるとき、それらの音波は上式で示される時間τ０〜τｎだけ遅れて出力されることになる。したがって、それらの音波が場所Ｐｔｇに到達するとき、すべて同時に到達することになり、場所Ｐｔｇの音圧は周囲よりも大きくなる。
【０００６】
つまり、スピーカアレイ１０は音圧に指向性を持つことになり、並行光が凸レンズにより焦点を結ぶように、スピーカＳＰ０〜ＳＰｎから出力された音波が場所Ｐｔｇに収斂する。このため、以下、場所Ｐｔｇを「焦点」と呼ぶものとする。
【０００７】
そして、ホームシアターなどにおいて、上述のようなスピーカアレイ１０を使用して音場を形成する場合、例えば図７に示すような配置ないし状態とされる。すなわち、図７において、符号ＲＭは、再生音場となる部屋（閉空間）を示し、この図においては、水平方向における断面が長方形とされ、その短辺側の一方の壁面ＷＬＦに、スピーカアレイ１０が配置されている。また、図７の場合、部屋ＲＭには、９人のリスナ（あるいは座席）ＨＭ１〜ＨＭ９がスピーカアレイ１０を向いて３行３列に着席している。
【０００８】
そこで、図８に示すように、左側の壁面ＷＬＬを中心にして部屋ＲＭの虚像ＲＭ’を考える。この虚像ＲＭ’は、図６の閉空間と等価と考えることができるので、スピーカアレイ１０の中心と、中央のリスナＨＭ５の虚像ＨＭ５’とを結ぶ直線が壁面ＷＬＬと交差する点に、左チャンネルのオーディオ信号についての焦点Ｐｔｇを設定する。すると、図７に示すように、その焦点Ｐｔｇに、左チャンネルの仮想音像が形成される。
【０００９】
同様に、右チャンネルのオーディオ信号について、その焦点Ｐｔｇを右側の壁面ＷＬＲに設定することにより、その焦点Ｐｔｇに右チャンネルの仮想音像が形成される。以上が、スピーカアレイ１０を使用して音場を形成する場合の基本である。
【００１０】
【特許文献１】
特開平９−２３３５９１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のように壁面ＷＬＬ（およびＷＬＲ）に、焦点Ｐｔｇを設定すると、以下に述べる理由により、リスナＨＭ１〜ＨＭ９のそれぞれに対する音像定位の効果が小さくなってしまう。
【００１２】
すなわち、今、モデルを簡単にするため、
・部屋ＲＭの中では、距離による音波の減衰は小さい。
・リスナなどによる音の吸収や減衰は小さい。
・あるリスナの後ろのリスナでも、回折により音を聞くことができる。
とする。
【００１３】
また、図８に示すように、スピーカアレイ１０の中心と、中央のリスナＨＭ５の虚像ＨＭ５’とを結ぶ直線が壁面ＷＬＬと交差する点に、左チャンネルの焦点Ｐｔｇが設定されているとする。
【００１４】
すると、図９にも示すように、壁面ＷＬＬにもっとも近いリスナＨＭ１は、矢印Ｂ１により示すように、焦点Ｐｔｇの方向に音像を強く知覚する。そして、リスナＨＭ５、ＨＭ９も矢印Ｂ５、Ｂ９により示すように、焦点Ｐｔｇの方向に音像を知覚する。しかし、このとき、リスナＨＭ５、ＨＭ９は、焦点Ｐｔｇから離れているので、リスナＨＭ５、ＨＭ９の位置での音圧は分散し、リスナＨＭ１の位置よりも小さくなる。したがって、それだけ音像の知覚あるいは定位が弱くなる。
【００１５】
このことは、以下のようにも考えることができる。すなわち、図１０に示すように、スピーカアレイ１０が場所Ｐｔｇに焦点を結ぶように音を放射した場合、スピーカＳＰ０〜ＳＰｎから出力される音は干渉し、焦点Ｐｔｇで強めあう。そして、焦点Ｐｔｇを中心とした同心円の一部を構成する円弧Ｃ１、Ｃ５、Ｃ９を考えた場合、焦点Ｐｔｇから離れるほど、干渉による強めあいが小さくなるので、音圧は分散し、小さくなる。
【００１６】
したがって、リスナが円弧Ｃ１、Ｃ５、Ｃ９の線上に位置する場合、音の定位は、矢印Ｂ０で示すように、スピーカアレイ１０の中心方向に知覚するが、その定位についての知覚は、焦点Ｐｔｇから離れるほど、すなわち、円弧Ｃ１、Ｃ５、Ｃ９の順にあいまいになってしまう。したがって、図７〜図９において、音像の定位位置は、リスナＨＭ１にとってはきちんとしているが、リスナＨＭ５にとってはやや曖昧になり、リスナＨＭ９にとってはかなり曖昧になってしまう。
【００１７】
この発明は、以上のような問題点を解決しようとするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この発明においては、例えば、
オーディオ信号をそれぞれ所定の時間だけ遅延させ、
この遅延させられたオーディオ信号を、スピーカアレイを構成する複数のスピーカのそれぞれに供給し、
上記スピーカアレイから出力された音を、空間内の壁面で反射させてからこの反射音の伝搬経路上に分布する直線状のサービスエリアの中央位置に焦点を合わせる
ようにしたオーディオ信号の再生方法
とするものである。
したがって、サービスエリアの中央にいるリスナの位置に音の焦点が形成されるとともに、そのサービスエリア内の他のリスナに対しても改善された音像の知覚や定位が提供される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
▲１▼  焦点Ｐｔｇの設定
この発明においては、例えば図１に示すように、焦点Ｐｔｇを設定する。すなわち、図１の場合、部屋ＲＭ、スピーカアレイ１０およびリスナＨＭ１〜ＨＭ９は、図７のそれと同様であり、すなわち、部屋ＲＭは長方形であって、その短辺側の一方の壁面ＷＬＦに、スピーカアレイ１０が配置されている。また、部屋ＲＭには、９人のリスナＨＭ１〜ＨＭ９がスピーカアレイ１０を向いて３行３列に着席している。
【００２０】
そして、壁面ＷＬＬを中心にして部屋ＲＭの虚像ＲＭ’を考え、中央のリスナＨＭ５の虚像ＨＭ５’の位置に、スピーカアレイ１０の焦点Ｐｔｇ’を設定する。すると、図１にも示すように、実際の焦点Ｐｔｇは、中央のリスナＨＭ５に位置することになる。
【００２１】
この場合、図２に矢印Ｄ１、Ｄ５、Ｄ９により示すように、リスナＨＭ１、ＨＭ５、ＨＭ９は同じ方向に音像を知覚する。そして、このとき、リスナＨＭ５の位置に焦点Ｐｔｇが結ばれるので、リスナＨＭ５は強く音像を知覚する。また、リスナＨＭ１は、リスナＨＭ５よりも音波の上流にいるが、焦点Ｐｔｇから離れているのでやや低下した音圧レベルで音像を知覚する。さらに、リスナＨＭ９も、リスナＨＭ５よりも焦点Ｐｔｇから離れているので、リスナＨＭ５よりやや弱く音像を知覚する。
【００２２】
しかし、リスナＨＭ１、ＨＭ９から焦点Ｐｔｇまでの距離は、図９におけるリスナＨＭ１、ＨＭ９から焦点Ｐｔｇまでの距離よりも短くすることができるので、リスナＨＭ１、ＨＭ９の位置における音圧の低下は、図９の場合よりも少なく、したがって、図９の場合よりもはっきりした音像の定位となる。
【００２３】
つまり、リスナＨＭ５を中央とし、リスナＨＭ１、ＨＭ９を含むほぼ直線状ないし帯状のエリアでは、音圧が高くなり、リスナＨＭ１、ＨＭ５、ＨＭ９にとって音像の定位が改善されることになる。したがって、このリスナＨＭ１、ＨＭ９を含むほぼ直線状ないし帯状のエリアは、適正受聴エリアであり、サービスエリアである。
【００２４】
▲２▼  実施例
▲２▼−１  第１の実施例
図３はこの発明による再生装置の一例を示し、図３においては、２チャンネルステレオの場合を示す。すなわち、ソースＳＣから左チャンネルのデジタルオーディオ信号が取り出され、このオーディオ信号がＦＩＲデジタルフィルタＤＦ０Ｌ〜ＤＦｎＬに供給され、そのフィルタ出力が加算回路ＡＤ０〜ＡＤｎに供給される。また、ソースＳＣから右チャンネルのデジタルオーディオ信号が取り出され、このオーディオ信号がＦＩＲデジタルフィルタＤＦ０Ｒ〜ＤＦｎＲに供給され、そのフィルタ出力が加算回路ＡＤ０〜ＡＤｎに供給される。そして、加算回路ＡＤ０〜ＡＤｎの出力がパワーアンプＰＡ０〜ＰＡｎを通じてスピーカＳＰ０〜ＳＰｎに供給される。
【００２５】
この場合、デジタルフィルタＤＦ０Ｌ〜ＤＦｎＬは、上述の遅延回路ＤＬ０〜ＤＬｎを構成するものであり、スピーカアレイ１０から出力される左チャンネルの音が、左側の壁面で反射してからリスナＨＭ５の位置に焦点Ｐｔｇを結ぶように、それらのフィルタ係数ＣＦ０Ｌ〜ＣＦｎＬが設定される。同様に、デジタルフィルタＤＦ０Ｒ〜ＤＦｎＲは、スピーカアレイ１０から出力される右チャンネルの音が、右側の壁面で反射してからリスナＨＭ５の位置に焦点Ｐｔｇを結ぶように、それらのフィルタ係数ＣＦ０Ｒ〜ＣＦｎＲが設定される。
【００２６】
また、パワーアンプＰＡ０〜ＰＡｎにおいて、これに供給されたデジタルオーディオ信号は、Ｄ／Ａ変換されてからパワー増幅され、あるいはＤ級増幅され、その増幅出力がスピーカＳＰ０〜ＳＰｎに供給される。
【００２７】
このような構成によれば、スピーカアレイ１０から出力された左チャンネルの音は、左側の壁面で反射してリスナＨＭ５の位置に焦点Ｐｔｇを結ぶとともに、スピーカアレイ１０から出力された右チャンネルの音は、右側の壁面で反射してリスナＨＭ５の位置に焦点を結ぶので、ステレオの音場が得られる。
【００２８】
▲２▼−２  第２の実施例
図４は、スピーカＳＰ０〜ＳＰｎにより、ビーム状の４本の指向特性が形成されるとともに、それぞれの焦点位置Ｐｔｇ１、Ｐｔｇ２、Ｐｔｇ３、Ｐｔｇ４が、リスナＨＭ２、ＨＭ５、ＨＭ８およびその後方の位置に設定された場合である。したがって、それぞれの音響ビームの経路上あるいはその付近に位置するリスナは、焦点位置のリスナのみならず、音波の到来方向に強い定位感を知覚する。つまり、この場合には、強い定位感を与えるサービスエリアを拡大することができる。
【００２９】
なお、４本の音響ビームの壁面ＷＬＬにおける反射点は少しずつずれているので、部屋ＲＭにいるリスナＨＭ１〜ＨＭ９の全員が、まったく同じ位置に音像を知覚することはできないが、左側の壁面ＷＬＬの前方に音像を知覚するということには変わりなく、リスナＨＭ１〜ＨＭ９のそれぞれが非常に強い音像定位感を得ることができる。
【００３０】
▲２▼−３  第３の実施例
図５は、ホームシアターなどにおいて、スピーカアレイ１０が天井に設置されている場合である。すなわち、部屋ＲＭの前方の壁面に、スクリーンＳＮが設置され、天井には、スピーカアレイ１０が、その主たる指向軸方向が前後方向となるように設置される。なお、視聴者（リスナ）ＨＭ２、ＨＭ５、ＨＭ８は、前方のスクリーンＳＮに向いて前後にほぼ一列に並んでいるものとする。
【００３１】
そして、スピーカアレイ１０のスピーカＳＰ０〜ＳＰｎにより、ビーム状の２本の指向特性が形成され、そのうちの１本の音響ビームが、実線により示すように、前方の壁面（あるいはスクリーンＳＮ）で反射して視聴者ＨＭ２、ＨＭ５、ＨＭ８のうち中央に位置する視聴者ＨＭ５の位置に焦点を結び、残る１本の音響ビームが、破線により示すように、後方の壁面で反射して中央の視聴者ＨＭ５の位置に焦点を結ぶようにされる。したがって、この場合も各聴取者は、ほぼ同じ前方あるいは後方の位置に音像を知覚することができる。
【００３２】
▲３▼  その他
上述において、リスナが焦点Ｐｔｇの数および位置を指定することにより、焦点Ｐｔｇの位置やサービスエリアの大きさを変更できるようにしてもよい。また、赤外線や超音波などを使用したセンサあるいはＣＣＤ撮像素子などにより、リスナの人数や位置を検出し、その検出結果にしたがって焦点の数および位置を自動的に設定することもできる。
【００３３】
さらに、焦点の数および位置を制御することにより、必要とするサービスエリアの相手にのみ音を提供することもできる。また、サービスエリアごとに異なるソースを供給してサービスエリアごとに内容の異なる音を聞かせることもでき、そのようにすれば、同じ部屋の中でサービスエリアごとに異なる音楽を聞いたり、異なる言語でテレビ番組や映画などを鑑賞したりすることができる。
【００３４】
また、上述においては、遅延を付加する要素としてインパルスを基本としているが、これは説明を容易にするためであり、この基本部分を特定の周波数応答を持つ複数のサンプルのタップとすることもできる。例えば、ローパスフィルタやハイパスフィルタなどの機能を組み込んでもよい。
【００３５】
さらに、上述においては、デジタルオーディオ信号に対する遅延をデジタルフィルタの係数で表現したが、遅延部とデジタルフィルタ部とに分けてシステムを構成する場合も、同様とすることができる。また、フィルタ係数ＣＦ０〜ＣＦｎの組み合わせを１組あるいは複数組用意しておき、これを対象とする焦点Ｐｔｇに設定することができる。さらに、スピーカアレイの用途が固定されていて一般的な反射位置や聴取位置などが想定できる場合には、フィルタ係数はあらかじめ想定される焦点Ｐｔｇに対応する固定的なフィルタ係数ＣＦ０〜ＣＦｎとすることもできる。
【００３６】
また、上述においては、フィルタ係数ＣＦ０〜ＣＦｎを決定するとき、空気による減衰の影響を考えていないが、途中空気減衰や、反射物による位相変化などのパラメータを盛り込んで、シミュレーション計算することもできる。さらに、何らかの測定手段により、それぞれのパラメータを測定して、より適切なフィルタ係数ＣＦ０〜ＣＦｎを決定し、より正確なシミュレーションを行うこともできる。また、上述においては、スピーカアレイ１０は、スピーカＳＰ０〜ＳＰｎが水平直線上に配列されている場合であるが、平面上に配列されていてもよく、あるいは奥行きを持って配列されていてもよく、さらに、必ずしも整然と配列されている必要もない。
【００３７】
さらに、例えば図３の例においては、左および右チャンネルの音がリスナＨＭ５の位置で焦点Ｐｔｇを結ぶように、フィルタ係数ＣＦ０Ｌ〜ＣＦｎＬおよびＣＦ０Ｒ〜ＣＦｎＲを設定して必要な遅延時間を設定すればよいが、デジタルフィルタＤＦ０Ｌ〜ＤＦｎＬおよびＤＦ０Ｒ〜ＤＦｎＲの振幅特性や周波数応答を制御してスピーカＳＰ０〜ＳＰｎの周波数特性や指向性の相対的なばらつきを補正することもできる。
【００３８】
また、例えば図４の場合に、スピーカＳＰ０〜ＳＰｎを複数組、例えば４組に分割し、各組がそれぞれの位置に焦点Ｐｔｇ１、Ｐｔｇ２、Ｐｔｇ３、Ｐｔｇ４を結ぶようにすることもできる。
【００３９】
〔この明細書で使用している略語の一覧〕
ＡＶ  ：Ａｕｄｉｏ  ａｎｄ  Ｖｉｓｕａｌ
ＣＣＤ：Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ
Ｄ／Ａ：Ｄｉｇｉｔａｌ  ｔｏ  Ａｎａｌｏｇ
ＦＩＲ：Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ
【００４０】
【発明の効果】
この発明によれば、スピーカアレイから放射された音は、壁面で反射してから直線状ないし帯状のエリアの中央の位置に焦点を結ぶので、音像定位を強く知覚できる範囲、すなわち、サービスエリアを拡大することができる。また、音場内の複数の位置にそれぞれ焦点を結ぶように各スピーカに与える信号の遅延時間を調整することにより、音像定位を強く知覚できる範囲をより広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を説明するための平面図である。
【図２】この発明を説明するための平面図である。
【図３】この発明の一形態を示す系統図である。
【図４】この発明を説明するための平面図である。
【図５】この発明を説明するための断面図である。
【図６】この発明を説明するための系統図である。
【図７】この発明を説明するための平面図である。
【図８】この発明を説明するための平面図である。
【図９】この発明を説明するための平面図である。
【図１０】この発明を説明するための平面図である。
【符号の説明】
１０…スピーカアレイ、ＤＦ０〜ＤＦｎ…ＦＩＲデジタルフィルタ、ＨＭ０〜ＨＭ９…リスナ、ＰＡ０〜ＰＡｎ…パワーアンプ、Ｐｔｇ…焦点、ＲＭ…部屋（閉空間）、ＳＣ…ソース、ＳＰ０〜ＳＰｎ…スピーカ（スピーカユニット）、ＷＬＦ、ＷＬＬ、ＷＬＲ…壁面
【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】
2004172786.tif 000009
【図８】
2004172786.tif 000010
【図９】
2004172786.tif 000011
【図１０】
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