(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクを用いて音声信号を入力するための音声信号入力手段と、
カラオケ伴奏用の音響信号を発生する音響信号発生手段と、
互いに近接する少なくとも２個のスピーカユニットを有して構成されたスピーカと、
前記少なくとも２個のスピーカユニットの向きを制御することにより前記スピーカの向きを回転させるスピーカ向き回転手段と、
前記音声信号入力手段によって入力された音声信号と前記音響信号発生手段によって発生された音響信号とに基づいて、前記スピーカから音を発生するためのスピーカ駆動信号を発生するスピーカ駆動信号発生手段と、
前記マイクの位置を検出するマイク位置検出手段と、
前記マイク位置検出手段によって検出されたマイク位置に応じて、前記スピーカ向き回転手段を駆動するスピーカ向き制御手段と
を具備し、
前記マイク位置検出手段は、前記マイクからの無線信号を複数の信号検出部により検出し、前記各信号検出部において検出した無線信号の時間差に基づいて前記マイクの位置を検出し、
前記スピーカ駆動信号発生手段は、前記各スピーカユニットを駆動する各スピーカ駆動信号に対して、該各スピーカユニットの向きの制御方向に応じた遅延処理を行う
ことを特徴とするスピーカ一体形カラオケ装置。
【請求項２】
前記音響信号発生手段によって発生された音響信号に所定の音像定位処理を行い、左右２チャンネルの音像定位音響信号を発生する音像定位処理手段と、
前記音像定位処理手段から出力された各チャンネルの音像定位音響信号に基づく音を前記複数のスピーカユニットから発した場合に各スピーカユニットから発せられた音各々が、クロストークを生じることなく前記マイクを用いて音声信号を入力する歌唱者の左右の耳に到達するように、各音像定位音響信号に演算処理を行うクロストークキャンセル手段と
を具備することを特徴とする請求項１記載のスピーカ一体形カラオケ装置。
【請求項３】
マイクを用いて音声信号を入力するための音声信号入力手段と、
音響信号を発生する音響信号発生手段と、
互いに近接する少なくとも２個のスピーカユニットを有して構成されたスピーカと、
前記少なくとも２個のスピーカユニットの向きを制御することにより前記スピーカの向きを回転させるスピーカ向き回転手段と、
前記音声信号入力手段によって入力された音声信号と前記音響信号発生手段によって発生された音響信号とに基づいて、前記スピーカから音を発生するためのスピーカ駆動信号を発生するスピーカ駆動信号発生手段と、
前記マイクの位置を検出するマイク位置検出手段と、
前記マイク位置検出手段によって検出されたマイク位置に応じて、前記スピーカ向き回転手段を駆動するスピーカ向き制御手段と
を具備し、
前記マイク位置検出手段は、前記マイクからの無線信号を複数の信号検出部により検出し、前記各信号検出部において検出した無線信号の時間差に基づいて前記マイクの位置を検出し、
前記スピーカ駆動信号発生手段は、前記各スピーカユニットを駆動する各スピーカ駆動信号に対して、該各スピーカユニットの向きの制御方向に応じた遅延処理を行う
ことを特徴とするスピーカ一体形装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スピーカを内蔵したスピーカ一体形カラオケ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスピーカ内蔵一体形カラオケ装置（以下、スピーカ一体形カラオケ装置と称する。）には、複数のスピーカを装置に一体形成することで、発生する音に対して立体感のある音響効果を付与しようとするものがあった。図１５は、このような従来のスピーカ一体形カラオケ装置の一例を示す外観図である。この図に示すスピーカ一体形カラオケ装置200には、装置の前面に、各種操作スイッチが配置された操作パネル201、２個の中高音用スピーカ202及び203、並びに低音用スピーカ204が配置されている。中高音用スピーカ202及び203は、それぞれ独立したアンプから出力される右及び左チャンネル用の駆動信号によって駆動され、中高音域帯のステレオ音を発生するように構成されている。
【０００３】
上記のような従来のスピーカ一体形カラオケ装置によれば、複数のスピーカによるステレオ効果によってある程度の立体感を得ることはできる。しかしながら、スピーカ一体形カラオケ装置では、複数のスピーカが装置に内蔵されるため、各スピーカ間の間隔を装置の大きさ以上に大きくすることができない。このため、ステレオによる広がり感の範囲205は狭くなってしまう。すなわち、歌唱者は、広がりのない単純なカラオケ伴奏音で、つまりモノラルとあまり変わりがないようなカラオケ伴奏音を聴いていた。また、歌唱者が、場所を移動した場合には、上記のような装置ではスピーカの位置が固定であるため、その場合には望ましい音響効果は望めなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように従来のスピーカ一体形カラオケ装置では、歌唱者は、広がりのない単純な音を聴いていた。また、一体形故に、十分なステレオ感は特別な工夫なしには無理であった。また、歌唱者が場所を移動した場合においても、スピーカの位置は固定であるため、十分な音響効果は望めなかった。
【０００５】
本発明は、スピーカを内蔵したスピーカ一体形のカラオケ装置において、容易に、歌唱者が従来に比べより広い範囲で立体感を感じる音響効果を得ることができるスピーカ一体形カラオケ装置を提供することを目的とする。また、本発明は、歌唱者が移動した場合にも十分な音響効果を得ることができるスピーカ一体形カラオケ装置を提供することを他の目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１記載の発明は、マイクを用いて音声信号を入力するための音声信号入力手段と、カラオケ伴奏用の音響信号を発生する音響信号発生手段と、互いに近接する少なくとも２個のスピーカユニットを有して構成されたスピーカと、前記少なくとも２個のスピーカユニットの向きを制御することにより前記スピーカの向きを回転させるスピーカ向き回転手段と、前記音声信号入力手段によって入力された音声信号と前記音響信号発生手段によって発生された音響信号とに基づいて、前記スピーカから音を発生するためのスピーカ駆動信号を発生するスピーカ駆動信号発生手段と、前記マイクの位置を検出するマイク位置検出手段と、前記マイク位置検出手段によって検出されたマイク位置に応じて、前記スピーカ向き回転手段を駆動するスピーカ向き制御手段とを具備し、前記マイク位置検出手段は、前記マイクからの無線信号を複数の信号検出部により検出し、前記各信号検出部において検出した無線信号の時間差に基づいて前記マイクの位置を検出し、前記スピーカ駆動信号発生手段は、前記各スピーカユニットを駆動する各スピーカ駆動信号に対して、該各スピーカユニットの向きの制御方向に応じた遅延処理を行うことを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２記載の発明は、前記音響信号発生手段によって発生された音響信号に所定の音像定位処理を行い、左右２チャンネルの音像定位音響信号を発生する音像定位処理手段と、前記音像定位処理手段から出力された各チャンネルの音像定位音響信号に基づく音を前記複数のスピーカユニットから発した場合に各スピーカユニットから発せられた音各々が、クロストークを生じることなく前記マイクを用いて音声信号を入力する歌唱者の左右の耳に到達するように、各音像定位音響信号に演算処理を行うクロストークキャンセル手段とを具備することを特徴としている。また、請求項３記載の発明は、マイクを用いて音声信号を入力するための音声信号入力手段と、音響信号を発生する音響信号発生手段と、互いに近接する少なくとも２個のスピーカユニットを有して構成されたスピーカと、前記少なくとも２個のスピーカユニットの向きを制御することにより前記スピーカの向きを回転させるスピーカ向き回転手段と、前記音声信号入力手段によって入力された音声信号と前記音響信号発生手段によって発生された音響信号とに基づいて、前記スピーカから音を発生するためのスピーカ駆動信号を発生するスピーカ駆動信号発生手段と、前記マイクの位置を検出するマイク位置検出手段と、前記マイク位置検出手段によって検出されたマイク位置に応じて、前記スピーカ向き回転手段を駆動するスピーカ向き制御手段とを具備し、前記マイク位置検出手段は、前記マイクからの無線信号を複数の信号検出部により検出し、前記各信号検出部において検出した無線信号の時間差に基づいて前記マイクの位置を検出し、前記スピーカ駆動信号発生手段は、前記各スピーカユニットを駆動する各スピーカ駆動信号に対して、該各スピーカユニットの向きの制御方向に応じた遅延処理を行うことを特徴としている。
【０００８】
上記の各手段において例えば音像定位処理手段は、音響信号発生手段によって発せられたカラオケ曲などのステレオ信号に対して、所望の定位位置に在ると想定された仮想音源（スピーカ）から歌唱者(聴者)の左右の耳に至る伝達関数(頭部伝達関数：ＨＲＴＦ）を係数として用いたディジタルフィルタを使用して構成することができる。クロストークキャンセル手段は、本装置に実際に内蔵されている少なくとも２個のスピーカユニットから音を発生させた場合に、各スピーカユニットから発生された音の各々が空間クロストークを生じることなく歌唱者の左右の耳に到達するように、音像定位処理手段から出力された左右の耳に対応する２チャンネルの音像定位音響信号に対して演算処理を行うディジタルフィルタによって構成することができる。
【０００９】
上記のような装置において頭部伝達関数を用いた処理を行う場合には、互いに近接する２個のスピーカユニットからなるスピーカを頭部伝達関数の条件に合った歌唱者の頭部に向けて配置したときに最適な音響効果を得ることが可能となる。またスピーカ一体形カラオケ装置では一般に上部に操作盤、下部にスピーカを配置するので、出来るだけ歌唱者の方向に向けるため、スピーカを上方に傾けることが望ましい。それと同時に、歌唱者が場所を変更した場合には、移動位置を検出する手段を用いて歌唱者の移動先にスピーカの向きを向けるように制御することが望ましい。上記スピーカ向き制御手段は、複数の近接スピーカユニットの各放射軸線方向を個々に制御する場合には、例えばカラオケ歌唱用マイクの位置を超音波、赤外線等の無線で検出し、この検出位置、すなわち歌唱者のマイク位置において、各スピーカユニットの両軸線が実質的に交差するよう制御することが望ましい。
【００１０】
上記のような構成によれば、スピーカの向きを制御することにより、仮想音源を用いた場合等における音像定位制御において十分な音響効果を期待でき、より音像をひろげることができる立体音響効果の高いスピーカ一体形カラオケ装置を提供することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明による一体形カラオケ装置の一実施形態の外観を示す図である。図１に示すスピーカ一体形カラオケ装置100は、装置の前面に配置されている操作パネル101、操作パネル101と同じ面でその中心に対して左右対称に互いに近接して配置されている２個の中高音用スピーカ102及び103、操作パネル101と同じ面に向かって表示面を有するディスプレイ113、中高音用スピーカ102及び103と同じ面を向き、かつ中心に対して左右対称に配置されている２個の高周波マイク114及び115を、それぞれ内蔵、あるいは一体形成している上部筐体111を備えるとともに、単一の低音用スピーカ104を内蔵している下部筐体110とを備えている。下部筐体110は固定あるいは半固定にて設置されていて、上部筐体111は、内部に設けられている駆動機構によって下部筐体110に対して矢印120の方向に回転するように取りつけられている。
【００１２】
本実施形態のスピーカ一体形カラオケ装置100では、左右２チャンネルの中高音用スピーカ102、103が近接して上部筐体111に配置されているが、後述する内部回路による信号処理によって中高音用スピーカ102、103から出力された音は、歌唱者が中高音用スピーカ102、103のほぼ正面に位置する場合に、それぞれ右（Ｒ）仮想スピーカの位置116及び左（Ｌ）仮想スピーカの位置117に位置するスピーカから出力されたような音として感じられることになる。したがって、歌唱者の感じる広がり間の範囲は一点鎖線105で示すように実際のスピーカ間隔よりも広い範囲となる。
【００１３】
図２は、図１に示すスピーカ一体形カラオケ装置100の内部の回転機構の基本構成、及び中高音用スピーカ102及び103の取り付け傾斜状態を説明するための図である。図２において、図１と同じ構成には同一の参照符号を付けている。上部筐体111の底面には、回転駆動モータ150によって駆動されるギア151と、複数のベアリング(転がり機構)152,152,…が、図示しない下部筐体110の上外面に設けられている環状の転がり溝に合わせて取り付けられていてる。すなわち、上部筐体111は、下部筐体110に対して同軸に、かつ回転可能に搭載されている。
【００１４】
一方、中高音用スピーカ102及び103の取り付けの傾斜状態は、歌唱者300の頭部に各スピーカの軸線方向が向くように、筐体111の垂直軸に対して傾斜角を持つようになっている。一例を示せば、中高音用スピーカ102及び103の地上高が１ｍ程度になるようにした場合には、傾斜角は約15〜30°程度とすることができる。
【００１５】
次に、図３を参照して図１及び図２に示すスピーカ一体形カラオケ装置100の内部回路に付いて説明する。図３はスピーカ一体形カラオケ装置100の内部回路を示すブロック図であり、図１〜２に示したものと同一の構成には同一の符号をつけている。図３において、選曲、音量、音程等を遠隔操作するためのリモコン310と、歌唱者用マイク320は、下部及び上部筐体110，111とは別体の構成である。本実施形態において、リモコン310と、歌唱者用マイク320には、それぞれ高周波発生器311，321が設けられていて、間欠的に非可聴周波数（いわゆる超音波）の音信号をオンオフして出力するようになっている。リモコン310の高周波発生器311と、歌唱者用マイク320の高周波発生器321は、通常、どちらか一方が選択的に動作するように構成されている。
【００１６】
リモコン310に設けられた各種操作子の操作は、赤外線信号によって操作パネル101の操作子の操作を入力とするパネル制御部161へ入力される。パネル制御部161は、内部にＣＰＵ（中央処理装置）、メモリ等を備え、リモコン310の操作、あるいは操作パネル101上の操作子の直接操作に応じて、エコーリバーブ生成部162、曲発生部163、及びＳＤネットワーク部190を制御する。
【００１７】
エコーリバーブ生成部162は、パネル制御部161から供給される制御信号に従って、マイクアンプ164からの入力信号に反響及び残響効果を付与して出力する。マイクアンプ164には歌唱者用マイク320が接続されていて、マイクアンプ164は歌唱者の発した音声信号を増幅して出力する。エコーリバーブ生成部162から出力された音声信号は、音声ボリウム165を介して、ミキサー166並びにミキサー172及び173へ入力される。音声ボリウム165は、音声信号の音量を調整するためのボリウムであり、リモコン310の操作子の操作や操作パネル101上の操作子の操作に応じてパネル制御部161から供給される図示していない制御信号に従って制御される。
【００１８】
ミキサー166は、音声ボリウム165を介して入力されるエコーリバーブ生成部162の出力信号と、ミキサー170の出力信号とを混合してローパスフィルタ167へ出力する。ローパスフィルタ167は、入力信号のうち数百Hz程度に設定された所定の周波数以下の信号のみを減衰せずに透過して出力し、これがマスターボリウム168を介してパワーアンプ169へ供給される。マスターボリウム168は、低音用スピーカ104の駆動信号を増幅するパワーアンプ169の入力信号と、中高音用スピーカ102及び103の各駆動信号を増幅するステレオパワーアンプ174の２チャンネルの入力信号の３つの信号に対して連動して作動する３個のボリウムから構成されている。したがって、マスターボリウム168を調整することによって、すべてのスピーカから出力される音信号の音量を同じ割合で調整することができる。マスターボリウム168も、音声ボリウム165と同様に、リモコン310の操作子の操作や操作パネル101上の操作子の操作に応じてパネル制御部161から供給される図示していない制御信号に従って制御される。
【００１９】
曲発生部163は、レーザディスクプレーヤ、ビデオＣＤ(コンパクトディスク)プレーヤ、ＤＶＤ(ディジタルビデオディスク)プレーヤ、ハードディスク等の記録媒体に記録されている背景映像、曲信号を再生するための再生装置を１または複数備えるとともに、外部から通信回線を介してＭＩＤＩデータ等の曲に関するデータを取得する手段を必要に応じて備えて構成されている。そして、曲発生部163からは、パネル制御部161から供給される制御信号に従って、リモコン310や操作パネル101の操作に応じて選曲された曲に対応する映像及び２チャンネルステレオの曲信号（音響信号）が出力される。この曲発生部163からの映像出力はディスプレイ113へ供給され、ステレオ曲信号はＳＤネットワーク190と各チャンネルの信号を互いに混合するミキサー170とへ供給される。
【００２０】
ＳＤネットワーク190は、入力された曲信号に対して、所定の音像定位処理を行うとともに、音像定位処理を行った各チャンネルの曲信号に基づく音を中高音用スピーカ102及び103から出力した場合に各スピーカから出力される音の各々が、クロストークを生じることなく歌唱者の左右の耳に到達するための演算処理を行う。特にスピーカ同士の間隔を互いに近接させることにより仮想スピーカ効果の得られるエリアを拡大したことを特徴とするのがＳＤネットワーク190である。ここでＳＤはStereo Dipoleの略語である。以下、図４及び図５を参照してＳＤネットワーク190について詳細について説明する。
【００２１】
図４は実際のスピーカ及び仮想スピーカと聴取位置との関係を示す模式図であり、図５はＳＤネットワーク190内で実行される演算処理を示すブロック図である。なお、図４及び図５において、図１〜図３に示すものと同一の構成に対しては同一の参照符号を用いている。ＳＤネットワーク190では、まず左右２チャンネルの入力信号を所望の仮想スピーカの位置116及び117に定位させるための処理が音像定位ネットワーク191によって行われる。図４に示すように、右仮想スピーカ位置116（Ｒ’）から歌唱者300の右耳γ及び左耳ｌまでの伝達関数をｈR'γ及びｈR'l、左仮想スピーカ位置117（Ｌ’）から歌唱者300の右耳γ及び左耳ｌまでの伝達関数をｈL'γ及びｈL'lとすると、曲発生部163から供給される右入力（Ｒ）及び左入力（Ｌ）には、図５に示すように、それぞれ右及び左仮想スピーカの位置（Ｒ’），（Ｌ’）から両耳までの各伝達関数ｈR'γ，ｈR'l，ｈL'γ，ｈL'lがたたみ込み演算されて、さらに、演算結果として得られた各耳に対応する信号がそれぞれ加算されて、各仮想スピーカの位置で発生した場合に左右の耳に到達すると想定される信号Ｓγ及びＳｌが得られる。各伝達関数ｈR'γ，ｈR'l，ｈL'γ，ｈL'lは仮想スピーカから聴者の頭部までの頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）と呼ばれる。
【００２２】
音像定位ネットワーク191は、図５に示すように、実験あるいは計算により求めた各伝達関数ｈR'γ，ｈR'l，ｈL'γ，ｈL'lによるインパルス応答を係数として設定したＦＩＲ（有限インパルス応答）ディジタルフィルタ191d，191c，191b，191aと、加算器191f及び191eから構成することができる。この場合、右チャンネル入力信号（Ｒ）がディジタルフィルタ191dと191cに入力され、左チャンネル入力信号（Ｌ）がディジタルフィルタ191aと191bに入力され、加算器191eによってディジタルフィルタ191aと191cの出力が加算され、加算器191fによってディジタルフィルタ191dと191bの出力が加算される。そして、各スピーカが仮想位置に存在する場合に聴者の右耳γに到達すべき信号Ｓγが加算器191fから、そして左耳ｌに到達すべき信号Ｓｌが加算器191eから、それぞれ出力される。
【００２３】
歌唱者300は、上記音響信号Ｓγ及びＳｌに対応する音がそれぞれ独立に右耳及び左耳だけで聴こえた場合に仮想スピーカによる音像定位効果を得ることができる。しかしながら、実際には図４に示すように、右中高音用スピーカ102から出力された音は、右耳へ到達すると同時に、左耳へも到達してしまう。同様に、左中高音用スピーカ103から出力された音は、左耳へ到達すると同時に、右耳へも到達してしまう。このように、本来、音像定位効果を得るためには左右の耳のどちらか一方の耳だけで聞こえれなければならない音が、実際には他方の耳でも聞こえてしまうことになる。この現象は一般に空間クロストークと呼ばれる。
【００２４】
そこでＳＤネットワーク190には、音像定位ネットワーク191の後段に、図４で一点鎖線で示す右中高音用スピーカ102から歌唱者300の左耳ｌへ、及び左中高音用スピーカ103から歌唱者300の右耳γへの空間クロストークを除去するためのクロストークキャンセルネットワーク192が設けられている。本実施形態では、クロストークキャンセルネットワーク192は、加算器191fの出力を入力として右中高音用スピーカ102から右耳γ及び左耳ｌへ至る伝達関数の逆フィルタ特性を有するディジタルフィルタ192d及び192cと、加算器191eの出力を入力として左中高音用スピーカ103から左耳ｌ及び右耳γへ至る伝達関数の逆フィルタ特性を有するディジタルフィルタ192a及び192bと、ディジタルフィルタ192dの出力からディジタルフィルタ192bの出力を減算して出力する減算器192fと、ディジタルフィルタ192aの出力からディジタルフィルタ192cの出力を減算して出力する減算器192fとから構成されている。この構成によれば、減算器192fの出力に応じた音信号を右中高音用スピーカ102から出力し、かつ減算器192eの出力に応じた音信号を左中高音用スピーカ103から出力することで、クロストークを除去し、音像定位ネットワーク191による処理で入力信号に音像定位効果を与えた音が、実際のスピーカを用いて聴くことが可能となる。
【００２５】
再び図３を参照して、ＳＤネットワーク190から出力された左右の中高音用スピーカ102及び103に対応する曲信号は、それぞれ、曲ボリウム171、ミキサ172及び173、並びにマスターボリウム168を介して、ステレオパワーアンプ174へと供給される。ここで、曲ボリウム171は、マスターボリウム168と同様に、各チャンネルの音量調整を連動して行う２個のボリウムからなり、ミキサ172及び173は各チャンネルの曲信号に対して共通に音声ボリウム165から出力された音声信号を混合する。
【００２６】
ところで、ＳＤネットワーク190による音響信号に対する音像定位効果の付与は、空間における音響信号の伝達関数を用いた演算処理によって実現されている。したがって、聴者の位置や本装置100の周囲の再生音場の条件によって上記の効果は影響される。特に、クロストークキャンセルの効果は、本実施形態のように２個の近接スピーカを用いる場合、各スピーカの向きの影響が大きく、聴者の位置が各スピーカの音響放射軸線方向に対して左右約１０°程度の範囲内にあるときが十分な効果を得られる範囲であることが確認されている。そこで、本実施形態においては、各スピーカの向きを変更制御するため、回転駆動モータ150とその駆動制御系を設けることで、各スピーカの向きを自動的に変更可能としている。
【００２７】
では、本実施形態の回転駆動モータ150の駆動制御系について説明する。図３において、２チャンネルマイクアンプ175は、２個の高周波マイク114及び115の出力信号を増幅してスピーカ方向検出部176へ出力する。スピーカ方向検出部176は、例えば図６に示すように、２チャンネルマイクアンプ175から入力された各右（Ｒ）及び左（Ｌ）チャンネル収音信号の交流波形を直流のレベル信号に整形して右及び左チャンネル整形信号として出力する整形回路176a及び176bと、各整形信号を入力（ポートP1及びP2から入力）信号して演算処理を行い、右または左のモータ回転方向を指定するＬ，Ｒ方向指定信号（ポートP7から出力）と、モータの起動及び停止を指示するモータ駆動信号を出力（ポートP8から出力）するマイクロコンピュータ176cとから構成されている。スピーカ方向検出部176から出力されたＬ，Ｒ方向指定信号とモータ駆動信号はスピーカ駆動制御部177に供給され、スピーカ駆動制御部177は、これらの信号に基づき、モータ駆動信号がモータの起動を指示している所定のレベルにある時間、Ｌ，Ｒ方向指定信号で指示された方向に上部筐体111が回転するように回転駆動モータ150を駆動制御する(図２参照)。
【００２８】
ここで、マイクロコンピュータ176cの動作を図７及び図８を参照して説明する。図７はマイクロコンピュータ176cによる演算処理の流れを示すフローチャートであり、図８はマイクロコンピュータ176cの入出力信号とそれに関連する複数の信号の時間変化を示すタイミングチャートである。ここで、図３に示す歌唱用マイク320の高周波発生器321から図８に示すような高周波発生信号が発生された場合に、Ｌチャンネルマイク収音信号とＲチャンネルマイク収音信号が時間差Δｔを有して検出されるときを仮定する。なお、図８では、Ｔ１が間欠的に発生される高周波発生信号における繰り返し時間間隔、ｔ１が高周波バースト信号時間間隔を示している。
【００２９】
マイクロコンピュータ176cは、まず時間差Δｔによりスピーカ方向を検出する（図７のステップS100）。ここで時間差Δｔが所定の閾値より小さい場合には（ステップS101の判定結果が小）、モータを回転させないようにするため、モータ駆動信号を出力せずに（ステップS102）、再び検出に戻る（ステップS106）。この例では、時間差Δｔが所定の閾値より大きいと判定されるものとすると（ステップS101の判定結果が大）、次に、左右どちらの信号の到達時間が短かったかが判定される（ステップS103）。図８に示すように、左チャネルの到達時間が短い場合、マイクロコンピュータ176cは、Ｌ，Ｒ方向指定信号のレベルを左方向に対応するレベル（図８では“１”）に設定するとともに、Δｔに比例するΔＴ時間の間、モータ駆動信号を出力するようにポートP8（図６参照）の出力を設定する（ステップS104）。そして、再び検出に戻る（ステップS106）。一方、図８の場合とは逆に、右チャンネルの信号の到達時間の方が短かった場合には、上記と異なり、Ｌ，Ｒ方向指定信号のレベルは右方向に対応するレベル（図８の場合は“０”）に設定され、モータ駆動信号が同様に出力される。
【００３０】
以上のようにして、本実施形態のスピーカ一体形カラオケ装置では、歌唱用マイク320の高周波発生器321から発生された高周波発生信号に応じた左右２チャンネルのＬチャンネルマイク収音信号とＲチャンネルマイク収音信号の時間差Δｔに応じて、Δｔが小さくするような方向及び時間にモータの駆動方向と駆動時間を制御することで、中高音用スピーカ102及び103の正面の向きが歌唱用マイク320の方向すなわち歌唱者の頭部が位置する方向に向くように制御される。２つの高周波マイクから受け取った信号からその時間差に応じて正面であるか、外の方向に向いているかを演算推定する際には、上記のように正面の場合に時間差が零になるように各部を構成すれば、正面に向いていないときには、時間差が零になるまでスピーカの向きを移動、変更することで、常にスピーカの軸線方向を歌唱者の正面に向けることが可能となる。これによれば、歌唱者300が移動したときにも、常に各スピーカの向きが歌唱者300の方向に向くように自動的に制御されるので、ＳＤネットワーク部190によって付与された音響効果を十分に得ることができる。
【００３１】
以上の構成では、制御の開始時に、例えば、まず、歌唱者が、ステージに上がり、歌う位置を決めたら、歌唱者用マイク320の高周波発生器321あるいはリモコン310の高周波発生器311を利用して装置を回転し、スピーカの向きを設定するようにする。歌唱者が歌い始め、位置を移動した際には、歌唱者用マイク320の高周波発生器321により、高周波マイク114,115にむけて発生された高周波信号によりスピーカ方向検出部176において歌唱者の移動が検知される。このとき可聴周波数より高い周波数を位置検出に用いていることで、カラオケ音声による影響また歌唱者への影響を除くことができる。さらに歌唱者が移動して歌唱者の位置が正面からずれた場合には、歌唱者の正面になるようにスピーカの向きが再度調節される。
【００３２】
上記の構成によれば、歌詞等の表示を行うためのディスプレイ113もその向きが各スピーカと同一の向きになるように回転制御される。したがって、歌唱者は移動に影響されずにディスプレイに対する視野角を一定範囲内に保てるので、表示が見やすくなり、特に、液晶ディスプレイ等視野角に制限がある表示装置を用いた場合に有利である。なお、上記の構成において、位置検出用の無線信号を高周波信号から赤外線光等の光信号に変更すること、クロストークをキャンセルするためのシステムとして３個以上のスピーカを用いるシステムを採用すること等の変更は適宜可能である。
【００３３】
次に、本発明の他の実施形態を図９〜図１３を参照して説明する。なお、各図において、図１〜図８を参照して説明した上記実施形態と同一の構成には同一の参照符号をつけその説明を省略する。本実施形態において図１に示す実施形態と異なる点は、図１に示す実施形態では上部筐体111全体を下部筐体110に対して回転させることでスピーカの向きを変更していたのを、左右２チャンネルの中高音スピーカ102a及び103aのみをそれぞれ個々に回転させることに変更している点である。つまり、この実施形態では装置の筐体100aは回転されないようになっている。本実施形態における各スピーカの回転機構は、図１０に示すように、各中高音用スピーカ102a及び103aに対応させてそれぞれ回転駆動モータ401及び402を設ける構成となっている。そして、各スピーカの向きはそれぞれ独立して図の矢印で示す方向に変更可能となっている。なお、本実施形態においては通常、各スピーカの向きを同一方向に変更するので、回転駆動モータの数を１個にして、各スピーカに共通の駆動ステージを設けるようにした構成を採用することも可能である。
【００３４】
本実施形態では、上記のような構成を用いることで、図１に示した実施形態に比べ各スピーカの角度調節機構の規模を大幅に縮小することができる。しかしながら、反対に角度の調節範囲は狭くなる。したがって、本実施形態は、歌唱者300の移動量が比較的小さい範囲でのみ図１の実施形態で得られたような音響効果に対する改善効果を得ることができる。また、本実施形態においては、高周波マイク114及び115が各スピーカと同一方向に回転するものではないため、高周波マイク114及び115からの入力信号に基づいて、左右の各スピーカはその絶対角度（角度の値）を変更する制御が必要となる。つまり各スピーカの制御に当たっては、方向のみでなく、歌唱者の絶対的な位置に関する情報が必要となる。本来は、高周波マイクの個数を少なくとも３個以上設けたり、あるいはカラオケ装置側から検出用の無線信号を発し、その反射信号を測定することで歌唱者の位置を検出する等の手段を設ける必要がある。しかしながら、本実施形態では、歌唱者の移動をすべて左右方向の横ずれのみ（平行移動のみ）であると近似することにより、図１の実施形態と同様の検出手段によって各スピーカの角度の制御を行うことを可能としている。より高度な測定機構を設けることはもちろん可能であるが、本装置がスピーカとディスプレイを一体とするカラオケ装置であることを考慮すると、本実施形態の構成によっても実用上十分な効果が期待できる。
【００３５】
なお、中高音スピーカ102a及び103aは、音響効果の付与に関しては図１に示す中高音スピーカ102及び103と同様の機能を提供する構成である。また、本実施形態においても中高音スピーカ102a及び103aは、装置の設置垂直方向に対して歌唱者300の頭部に対向するように所定の傾斜角を有するように取りつけられている。
【００３６】
図１１は、図９に示す実施形態の内部構成を示すブロック図である。図１１に示す構成において、図９を参照して説明したものの他に図３に示した構成と異なる構成は、スピーカ方向検出部176aとスピーカ制御部177a（スピーカ方向検出部176及びスピーカ制御部177にそれぞれ対応）、及びミキサ172及び173の出力とマスターボリウム168の入力との間に挿入されて追加されている遅延回路403である。本実施形態おいてスピーカ方向検出部176aは、２チャンネルマイクアンプ175から供給される入力信号に基づいて各中高音用スピーカ102a及び103aの回転角度の値を指示する右及び左側スピーカ駆動信号を出力するとともに、遅延回路403に対して、各スピーカの回転によって生じる各スピーカと歌唱者300との間の各距離の差によって生じるスピーカから頭部への伝達時間の差を補正するための遅延時間を指示するための遅延時間指示信号を出力する。スピーカ制御部177aは、スピーカ方向検出部176から供給された右及び左側スピーカ駆動信号に基づいて、各中高音用スピーカ102a及び103aの向きが指示された角度を向くように回転駆動モータ401及び402を駆動するための信号を出力する。また、遅延回路403はスピーカ方向検出部176から供給された遅延時間指示信号に基づいて、ミキサ172あるいはミキサ173から入力された音響信号のいずれか一方に遅延処理を行って出力する。
【００３７】
スピーカ方向検出部176aの処理内容を図１２に示すフローチャートを参照して説明する。スピーカ方向検出部176aにおけるスピーカ方向の検出では、まず、図１、図８等に示したものと同様の入力信号を用いて、各入力信号の時間差Δｔから、歌唱者300の頭部の左右方向の移動距離ΔＴ1（図１３（ｂ）参照）が、各スピーカと歌唱者300の頭部との垂直距離Ｄが一定であるとして予め幾何学的な計算から求めておいた複数の値を含むテーブルを検索することで求められる（ステップS200）。そして、検索の結果得られた移動距離ΔＴ1が所定の閾値より小さい場合には、各スピーカを回転させないようにする右及び左側スピーカ駆動信号を出力して（ステップS202）、検出に戻る（ステップS205）。一方、移動距離ΔＴ1が所定の閾値より大きい場合には、左右の各スピーカ102a及び103aの回転角度を指定する右及び左側スピーカ駆動信号を出力するとともに（ステップS203）、遅延回路403に対して、回転によって歌唱者300の頭部に近くなった方のスピーカに対応する音響信号に対して行なうべき遅延処理の遅延時間を指示した後（ステップS204）、検出に戻る（ステップS205）。
【００３８】
図１３（ａ）は、テーブルを設定する際に用いた初期設定位置における中高音スピーカ102a及び103aと歌唱者300との位置関係を示している。なお、ＳＤネットワーク部190における各値の設定もこの初期設定位置に基づいて行なわれる。ここでは、初期設定位置において、歌唱者300の頭部に対する各中高音用スピーカ102a及び103aの角度θが±５°に、各スピーカの前面と歌唱者300の頭部の中心位置との垂直距離Ｄが１．４ｍに、各スピーカ間の間隔Ｗが０．２５４（ｍ）に、そして各スピーカと歌唱者300の頭部の中心位置との直線距離ｌ1が１．４２１ｍに、それぞれ設定されているものとする。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の初期設定位置から頭部が右方向に距離ΔＴ1だけ横ずれした場合の中高音スピーカ102a及び103aと歌唱者300との位置関係を示している。頭部の位置のΔＴ1の横ずれ（平行移動）によって初期位置における中心線から頭部に対する角度θ”が得られたとすると、角度θ”と、移動距離ΔＴ1及び垂直距離Ｄとの関係は下式のようになる。
【００３９】
【数１】
0003968882.tif 000002
【００４０】
また、各スピーカと歌唱者の頭部との距離の差ｄは、近似的に次式で求めされる。
【００４１】
【数２】
0003968882.tif 000003
【００４２】
このとき、右側スピーカ102aに与えるべき遅延時間Ｄｔは、音速が毎秒３４０ｍ／ｓであるとして次式によって求めることができる。
【００４３】
【数３】
0003968882.tif 000004
【００４４】
ステップS203における右及び左側スピーカ駆動信号に設定される回転角度と、ステップS204で設定される遅延処理の遅延時間は、以上の関係から予め計算によって求めた複数のデータを含むテーブルを検索することで求めることができる。表１は、上記の初期設定値を利用した場合に、移動距離ΔＴ1を−１０ｃｍ〜１０ｃｍ変化させた場合に求められた左右の中高音用スピーカ103a及び102a（Ｌ及びＲ）の回転角度と、遅延時間を設定すべきチャンネル（右（Ｒ）または左（Ｌ））の指定と、遅延時間Ｄｔの値を示している。なお、移動距離ΔＴ1は、図１３（ｂ）で向かって右方向を正（＋）、回転角度はスピーカの正面軸方向に対して時計回りの方向を正（＋）としている。
【００４５】
【表１】
0003968882.tif 000005
【００４６】
この表に定められているように各スピーカの向きの制御と各スピーカからの出力に対する遅延処理を行なうことで、歌唱者の頭部が移動した場合にも、移動がない初期設定位置におけるものと同様のクロストークキャンセルの効果を得ることが可能になる。例えば、 Ｄ＝１．４ｍ、ΔＴ＝０．１ｍの時には、頭部の中心線からの角度θ”＝４．０８５６°≒４．１°となる。したがって、各スピーカの回転角度を、Ｌ、Ｒ共に、同方向に４．１°回転すればよいことになる。また、Ｗ＝０．２４５ｍとして、（２）式より、ｄ＝０．０１７５ｍが求まり、信号の遅延時間Ｄｔは（３）式より、Ｄｔ＝５１．３μｓｅｃとなる。頭部が右側、左側に移動した場合には、それぞれは、左右対称に考えればよい。
【００４７】
なお、各スピーカと歌唱者との間の角度、距離等の初期設定値は、複数個の選択可能なプリセット値としてあらかじめメモリに格納しておき、リモコン300あるいは操作パネル101の操作に応じて選択できるようにしておくことが可能である。また、ＳＤネットワーク部190において用いられる頭部伝達関数も、初期設定値のプリセット値に基づく係数がプリセットされているものとする。なお、本実施形態においては、各演算処理において、簡易的に高周波発生器321の位置と歌唱者300の頭部の中心位置とが同一であるとみなしている。
【００４８】
図９に示した実施形態では、歌唱者の位置の検知において簡易的な近似手法を導入していた。また、各スピーカの移動範囲は、スピーカの軸線方向の向きの角度変化のみであった。しかしながら、この発明を実施するに当たっては、それらの構成上や機能上の簡素化は必ずしも必要ではなく、例えば上記の構成に歌唱者の位置検出における距離の正確な測定手段を追加することや、さらに各スピーカの移動制御において横方向の変化の制御を加える手段を追加すること等の変形を行なうことが可能である。次に、このような変形を行なう場合の制御方法の一例について説明する。
【００４９】
図１４は、歌唱者の頭部位置の移動例を示す模式図である。図１４（ａ）は初期位置に対して頭部と各スピーカとの距離Ｄが大きくなった場合を示している。この場合において、頭部の移動によらずに初期位置における各スピーカとの角度θ（例えば±５°）を保持するには、各スピーカ間の間隔Ｗを初期設定値よりも広げる必要がある。
【００５０】
図１４（ｂ）は、逆に、初期位置に対して頭部と各スピーカとの距離が小さくなった場合を示している。この場合には、頭部の移動によらず初期位置における各スピーカとの角度θ（例えば±５°）を保持するには、各スピーカ間の間隔Ｗは初期設定値のままで、左右のスピーカの軸線の頭部の位置との角度θ’が初期設定の角度θに近づくように、各スピーカをそれぞれ中心方向に角度Φだけ回転してやればよい。
【００５１】
図１４（ｃ）は初期位置に対して頭部と各スピーカとの距離が小さくなるとともに、右方向にΔＴ1だけ頭部が移動した場合を示している。この場合に頭部の移動によらず初期位置における各スピーカとの角度θ（例えば±５°）と同一の角度を得るには、各スピーカ間の間隔Ｗは初期設定値のままで、左右のスピーカ中心点と頭部の位置とのなす角度θ”が初期設定の角度θに近づくように各スピーカの方向をそれぞれ異なった値（ΦＬ及びΦＲ）に回転させるとともに、頭部と各スピーカとの距離の差に応じた遅延時間を頭部に近づく方のスピーカの信号に与えてやればよい。
【００５２】
以上の頭部の移動による、スピーカの回転、信号の遅延時間の設定は、全て幾何学的に算出できるので、代表的な頭部の移動位置に対して、あらかじめ計算した結果を用いたテーブルを用意し、マイクロコンピュータでこれを読み取ってスピーカの回転、スピーカ間隔、遅延時間の設定を行うことで、上記の制御を実現することができる。ただし、図１４（ａ）の条件を満たす制御を行なう場合には、図９に示す構成に加え、各スピーカの幅を変更するための構成の追加が必要である。下式は、ＳＤネットワーク部における各係数のプリセット値を決定したときの初期設定位置が図１３（ａ）に示す頭部と各スピーカの角度θ＝５°、頭部とスピーカとの距離Ｄ＝１．４ｍ、スピーカ間距離Ｗ＝０．２４５ｍであるとした場合に、頭部が左右移動（ΔＴ1）あるいは距離Ｄが変化したときに頭部と各スピーカの角度θが初期設定値（５°）にできるだけ維持される時のみ用いられるべき、左側スピーカの回転角度ΦＬ、右側スピーカの回転角度ΦＲ、スピーカ間距離Ｗ、左または右チャンネル信号の遅延時間Ｄｔの設定値を算出するための演算式である。
【００５３】
【数４】
0003968882.tif 000006
【数５】
0003968882.tif 000007
【００５４】
下表は、これらの式により、上記の初期条件を用いて各値を算出した例である。なお、この例では、一例としてスピーカ間距離Ｗの最大値を35ｃｍに限定している。下表の各欄では、左側スピーカの回転角度ΦＬ（時計回りを正）、右側スピーカの回転角度ΦＲ（時計回りを正）、スピーカ間の距離Ｗ、遅延を与えるチャンネル（左（Ｌ）または右（Ｒ））、及び左または右チャンネル信号の遅延時間Ｄｔを上から順に並べている。
【００５５】
【表２】
0003968882.tif 000008
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、検出したマイクの位置に応じてスピーカの向きが回転制御されるので、例えば、近接した複数のスピーカユニットや頭部伝達関数を用いたクロストークキャンセル等により小形かつ十分な立体音響再生を実現しようとする場合に、歌唱者に対して従来に比べより広い範囲で立体感を感じさせる音響効果を得ることが可能になるとともに、歌唱者が移動した場合にも常に十分な音響効果を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明によるスピーカ一体形カラオケ装置の一実施形態を示す外観図である。
【図２】  図１に示す実施形態の内部機構を説明するための説明図である。
【図３】  図１に示す実施形態の内部構成を示すブロック図である。
【図４】  図３に示すＳＤネットワーク部190の機能詳細を説明するための説明図である。
【図５】  図３に示すＳＤネットワーク部190の内部構成を説明するためのブロック図である。
【図６】  図３に示すスピーカ方向検出部176の内部構成を示すブロック図である。
【図７】  図３に示すスピーカ方向検出部176の動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】  図３に示すスピーカ方向検出部176の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図９】  この発明によるスピーカ一体形カラオケ装置の他の実施形態を示す外観図である。
【図１０】  図９に示す実施形態の内部機構を説明するための説明図である。
【図１１】  図９に示すスピーカ方向検出部176aの内部構成を示すブロック図である。
【図１２】  図１１に示すスピーカ方向検出部176の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１３】  図１１に示すスピーカ方向検出部176aの動作を説明するための模式図である。
【図１４】  この発明によるスピーカ一体形カラオケ装置の変形例を説明するための模式図である。
【図１５】  従来のスピーカ一体形カラオケ装置の一例を示す外観図である。
【符号の説明】
102，102a，103，103a…中高音用スピーカ、114，115…高周波マイク、150…回転駆動モータ、151…ギア、152…ベアリング、164…マイクアンプ、163…曲発生部、174…ステレオパワーアンプ、175…２ch(チャンネル)マイクアンプ、176，176a…スピーカ方向検出部、177，177a…スピーカ駆動制御部、190…ＳＤネットワーク、191：音像定位ネットワーク、192：クロストークキャンセルネットワーク、320…歌唱者用マイク、321…高周波発生器、401，402…回転駆動モータ、403…遅延回路。
【図１】
0003968882.tif 000009
【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】
0003968882.tif 000021
【図１４】
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【図１５】
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