(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
設置面上に設置されたスピーカを用いる音響再生システムにおいて、
予め設定された受聴点に対する前記スピーカからの直接音と前記設置面からの反射音との伝播経路の差を５．６７センチメートルから１７センチメートルとし、前記直接音と前記反射音との干渉による前記受聴点での音圧の減衰が、前記スピーカから発生された音の周波数成分の中で１ＫＨｚから３ＫＨｚの周波数帯域について発生するように、前記スピーカの前記設置面に対する高さ又は仰角の少なくとも一方を定めたことを特徴とする音響再生システム。
【請求項２】
スピーカーボックスの前端に２つのスピーカを備え、前記前端を設置面から所望の高さに持ち上げるための脚を備えたことを特徴とする請求項１記載の音響再生システム。
【請求項３】
前記前端側に上下スライド自在に設けられた前記脚と、
前記脚を前記スピーカボックスに締め付けることで所望の位置に固定するためのねじと、
を備えたことを特徴とする請求項２記載の音響再生システム。
【請求項４】
設置面上に設置されたスピーカを用いる音響再生方法において、
予め設定された受聴点に対する前記スピーカからの直接音と前記設置面からの反射音との伝播経路の差を５．６７センチメートルから１７センチメートルとし、
前記直接音と前記反射音との干渉による前記受聴点での音圧の減衰が、前記スピーカから発生された音の周波数成分の中で１ＫＨｚから３ＫＨｚの周波数帯域について発生するように、前記スピーカの前記設置面に対する高さ又は仰角の少なくとも一方を定めたことを特徴とする音響再生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体音などの音響を再生する技術の改良に関するもので、特に、机などからの反射音の影響を軽減したものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、映画やテレビ番組の視聴、ビデオゲームや舞台の音響効果などにおいて、効果音など各種の音響を、予め意図した方向から聞こえてくるように再生する技術が知られており、このような技術は、立体音再生、仮想音源再生、仮想再生などと呼ばれている。
【０００３】
ここで一般に、左右の耳に届く音の強さ（音圧と呼ぶ）、周波数成分、音波の位相のずれ、といった特徴は、音源の位置や方向に応じて異なる。これは、音の特徴に影響する要素、具体的には部屋や空間といった伝達系、聴く人の頭部、耳介、肩などでの反射、回折、共振といった影響が、音源の位置や方向に応じて異なるためである。
【０００４】
上記の立体音再生の技術は、この現象を応用したもので、所望の音に、意図する方向から聞こえてくる場合の特徴を人工的に与えて受聴者に聞かせることで、受聴者の脳に、その音があたかもその方向から聞こえてくるように錯覚させるものである。
【０００５】
ここで、特定の方向から聞こえてくるように聞かせる個々の音を「音像」や「仮想音源」と呼び、聞こえてくる特定の方向を音像に与えることを「定位」と呼ぶ。また、このように１つ又は複数の音像を定位させることで受聴者に聞かせる音全体を「立体音」と呼ぶ。また、定位させる方向ごとの音の特徴を決める関数は「頭部伝達関数」と呼ぶ。
【０００６】
上記のような立体音再生の技術の中で、特に先進的なものがステレオダイポール方式である。このステレオダイポール方式は、受聴者の正面に２つのスピーカを互いに近接して配置するもので、音源の種類に合わせたＤＳＰなどのデジタルフィルタにより、３次元空間内の所望の角度と距離に応じた頭部伝達関数を電気的に合成したり、クロストークのキャンセルといった処理を実現することで、空間の任意の位置に仮想音源を配置するものである。
【０００７】
このようなステレオダイポール方式によれば、バイノーラル録音のようなヘッドホンが不要となり、ヘッドホンの不自然な装着感などの問題が解消される。また、互いに離れた位置に左右のスピーカを設置するトランスオーラル方式などと比べて、スピーカの設置スペースがコンパクトで済み、また、聴く人が３Ｄ効果を体感できる範囲も広く、音像の定位も安定する。また、ステレオダイポール方式では、従来のステレオ録音やバイノーラル録音による音源も、リアスピーカなどを使うことなく立体的に再生することができる。
【０００８】
なお、本出願において、部品単体としてのスピーカをスピーカユニットと呼び、スピーカユニットをスピーカボックスなどに組み込んだものをスピーカシステムと呼び、これらと、理論上の音響発生装置をスピーカと総称する。
【０００９】
上記のようなステレオダイポール方式を含む立体音再生の技術では、クロストークのキャンセルが重要な要素となる。ここで、クロストークとは、左右のスピーカからの音が反対側の耳にも届く現象であり、このように反対側の耳に届く余計な成分をクロストーク成分と呼ぶ。また、左右の各スピーカから再生される音響信号について、クロストーク成分を除去する処理をクロストークのキャンセリングやクロストークキャンセルなどと呼ぶ。
【００１０】
また、音響信号にこのようなクロストークキャンセルを施すシステムを逆システムと呼び、逆システムが音響信号に作用する特性を逆システム特性と呼ぶ。このような逆システム特性は、典型的には、ＤＳＰなどによる電子的なフィルタすなわちクロストークキャンセルフィルタなどとして実現される。
【００１１】
ここで、図１６は、入力信号について受聴者の両耳までの伝達特性を示す図であり、この図に基づいて、２つのスピーカＳＬ，ＳＲを利用した一般的な仮想再生処理で使用する逆システム特性について説明する。すなわち、この図に示すようなスピーカと受聴者との関係において、受聴者の正面左方向に設置されたスピーカを左スピーカＳＬ、右側に設置されたスピーカを右スピーカＳＲとする。ここで、スピーカと受聴者の両耳の関係について説明する。すなわち、それぞれのスピーカから出力される音響信号は、スピーカＳＬから左耳と右耳へ、またスピーカＳＲから左耳と右耳へと伝播する。
【００１２】
そして、本来は、右側の音響信号は右耳のみに、左側の音響信号は左耳のみに伝えることが望ましいので、左右それぞれのスピーカＳＬ，ＳＲから反対側の耳に伝達するクロストーク成分を除去する。具体的には、図１６に示すように、左スピーカから右耳へ、右スピーカから左耳へ伝播する音響信号を打ち消すように、入力信号ＩＮＬ（ｚ），ＩＮＲ（ｚ）に対して信号処理を施し、クロストーク成分の除去を行っている。
【００１３】
まず、ここで、図１６のそれぞれの伝達特性の定義を説明する。なお、説明はｚ変換された関数を前提に行う。すなわち、図１６において、右スピーカから右耳へ音が伝播する伝達特性をＣ１、右スピーカから左耳へ音が伝播する伝達特性をＣ２とする。同様に、左スピーカから左耳に音が伝播する伝達特性をＣ１、左スピーカから右耳に音が伝播する伝達特性をＣ２とする。
【００１４】
ここで、それぞれのスピーカから出力される音響信号のうち、左スピーカからの出力をＯＵＴＬ（ｚ）、右スピーカからの出力をＯＵＴＲ（ｚ）としたとき、受聴者の左右の耳に伝達される音響信号ＥＬ（ｚ），ＥＲ（ｚ）との関係は、
【数１】
0004168159.tif 000002
となる。
【００１５】
ここで、入力信号のＩＮＬ（ｚ）とＩＮＲ（ｚ）と、ＥＬ（ｚ）とＥＲ（ｚ）が等しくなるようにするために、それぞれの入力信号に図１６に示すような信号処理Ｈ１，Ｈ２を施してスピーカから出力する。すなわち、
【数２】
Ｈ１（ｚ）＝    １／Ｃ１（ｚ）
Ｈ２（ｚ）＝−｛１／Ｃ２（ｚ）｝
が成り立つようなフィルタ特性を有するフィルタ処理を、左右の入力信号に対してそれぞれ行い出力する。
【００１６】
これにより、
【数３】
ＥＬ（ｚ）＝ＩＮＬ（ｚ）
ＥＲ（ｚ）＝ＩＮＲ（ｚ）
が成り立つような信号処理システムを構築できる。この式の成立は必要条件であり、逆システム特性は非常に重要な要素である。これは、仮想再生技術では、受聴者の両耳に伝えたい信号が正確に伝達されることを条件として仮想音源処理を行うからである。
【００１７】
このように、スピーカによる再生時のクロストーク成分を除去して入力信号を受聴者の両耳に伝達するシステムが逆システムであり、図で用いたＨ１（ｚ）とＨ２（ｚ）のようなフィルタ特性が逆システム特性、またこの特性を用いて図１６に示したような信号処理を行うことがクロストーク成分のキャンセリングである。
【００１８】
上記のような逆システム特性としてのＨ１（ｚ）とＨ２（ｚ）は、再生スピーカから受聴者の両耳に伝播する音響信号の伝達特性を表しているが、従来から、このような伝達特性を同定する１つの手法として、無響室においてスピーカから再生される音響情報を、ダミーヘッドマイクロフォンと呼ばれる、人間の頭部を模擬した特殊なマイクによって測定し、測定結果にもとづいてＨ１（ｚ）とＨ２（ｚ）を同定することが行われている。
【００１９】
また、理論モデルを用いて測定環境をシミュレートし、演算結果にもとづいてＨ１（ｚ）とＨ２（ｚ）を同定することも可能である。いずれも、スピーカとマイクとの間には反射物のない状態で測定もしくはシミュレーションを行っている。
【００２０】
具体例を示すと、図１７に示すように、音が伝播する場合に反射音が発生しないような無響室において、ある一定の高さの場所に設置したスピーカＳと、ダミーヘッドマイクロフォン（ＤＭＨと表す）を利用して測定した伝達特性が従来の測定値として用いられてきた。
【００２１】
ところで、図１８に示すように、スピーカを机Ｄのような卓上においた場合など、スピーカの設置環境によっては、スピーカからの直接音に加えて、卓面などに反射した反射音が受聴者の耳に伝播することが考えられる。つまり、上記のように反射物のない無響室のような環境を前提条件として作った伝達特性を使い、実際には反射物のある環境で仮想再生した場合には、音響信号の伝播に矛盾が生じることになる。
【００２２】
すなわち、図１７で示したような直接音のみの伝達特性に基づいて作成した逆システム特性は、本来は、図１９にすような環境、すなわち反射音がないような状態にスピーカを設置して受聴するべきである。しかしながら、おおよそ再生環境は、図２にすように、反射音が発生するような環境である。したがって、反射のない環境を前提に作成した逆システム特性と、反射が発生する再生環境の逆システム特性とでは、おのずと矛盾が生じることになる。
【００２３】
例として、反射のない状態で測定したインパルス応答と、反射の生じる状態で測定したインパルス応答では、図１４に示すＲＥＦＡＲＥＮＳデータとＬＯＷＰＯＳＩＴＩＯＮデータのように明らかに測定値の特性が違うものになっている。ここで、インパルス応答は、スピーカからのある音圧での出力信号に対して、受聴点で計測される音圧であり、その間の伝達関数が反映される。また、ＲＥＦＡＲＥＮＳデータは、反射の無い状態での受聴点での音圧を示し、周波数に関わらず一定となるもので、図１４で横一直線となっている。
【００２４】
また、ＬＯＷＰＯＳＩＴＩＯＮデータは、スピーカを机上の低い位置（Ｌｏｗ）に直接置いた場合の受聴点での音圧を示す点線で、スピーカからの直接音と机上で反射した反射音とが合成されたものである。このＬＯＷＰＯＳＩＴＩＯＮデータは、低周波数域においては、直接音と反射音との位相のずれが波形に対して小さいため互いに増強し合ってＲＥＦＡＲＥＮＳデータよりも音圧が大きいものとなる。
【００２５】
一方、周波数が高くなると、直接音と反射音との位相のずれに応じて、増強される部分と減衰する部分とが生じる。このような減衰や減衰の発生する周波数帯域はＤＩＰと呼ばれる。
【００２６】
以上のように反射音は、受聴点での音圧に大きな影響を与え、上記のような逆システム特性と実際の再生環境との間で矛盾を発生させる原因となる。そして、逆システム特性は上記のように、仮想再生技術において非常に重要な要素であるが、特に、スピーカを机上に置くような場合、スピーカの指向特性からみて、反射音と直接音の音圧に差がほとんどないため、反射音が立体音再生に大きく影響することになる。
【００２７】
そこで、図１８に示したような反射のある環境下で再生する場合に、反射音を考慮した伝達特性を用いることも考えられる。このために従来では、図１７のような反射のない環境について測定したデータ又はモデルとしてシミュレートした演算結果に代え、図１８のように実際に反射音が発生するような環境について測定したデータ又はモデルとしてシミュレートした演算結果を用いて逆システム特性を導き出すことを行わなければならなかった。
【００２８】
すなわち、この場合は、図１６で示したＣ１（ｚ）やＣ２（ｚ）のほかに、反射面によって反射した後に受聴者の両耳に伝達する特性を逆システム特性における伝達特性に反映させる必要がある。具体的には、右スピーカから反射面によって反射して右耳に伝達する特性、もしくは左スピーカから反射面によって反射して左耳に伝達する特性をＣ３（ｚ）、また右スピーカから反射面によって反射して左耳に伝達する特性、もしくは左スピーカから反射面によって反射して右耳に伝達する特性をＣ４（ｚ）と定義する場合、以下のような関係を定義することができる。
【００２９】
つまり
【数４】
0004168159.tif 000003
Ｈ’１（ｚ）＝    １／｛Ｃ１（ｚ）＋Ｃ３（ｚ）｝
Ｈ’２（ｚ）＝−｛１／｛Ｃ２（ｚ）＋Ｃ４（ｚ）｝｝
とし、
【数５】
ＥＬ’（ｚ）＝ＩＮＬ（ｚ）
ＥＲ’（ｚ）＝ＩＮＲ（ｚ）
が成り立つような伝達特性を導きだすことを行わなければならなかった。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来技術には、実際の再生環境における反射音の影響を受けやすいという問題点があった。すなわち、まず、上記数式４や数式５に示すように伝達特性を導き出す場合、測定時と全く同じような幾何学的な配置条件、すなわち、スピーカと反射面の設置関係、またスピーカと反射点と測定マイクの距離関係を、実際に仮想再生する際に実現することは非常に困難であり、この点で従来技術では反射音の影響を受けやすかった。
【００３１】
また、スピーカを使用した従来の仮想再生技術では、再生時に発生する反射音の影響が大きいにも関わらず、逆システム特性とスピーカシステムの設置条件との関係は考慮されなかったため、仮想再生時の反射音の影響によって仮想音源の定位が明瞭に再現できない場合があった。また、仮想再生のための逆システム特性は、反射を含まない直接音の伝播に対する逆システム特性がもっとも理想的な特性であり、反射音の影響の軽減が潜在的に求められていた。
【００３２】
さらに、従来の卓上用などのスピーカシステムは、スピーカユニットを収めた箱になっており、それ自体は、スピーカユニットの設置面からの高さや水平方向に対する設置角度といった設置条件を自由に変更するための手段を備えていなかった。このため、一度設置後に、設置状態を変更するには、スピーカの下に補助物を挟むなどして方向調整を行う必要があり、煩雑であった。特に、上記のような反射音を考慮して再生環境を調整することも困難であり、この点でも、反射音の影響の軽減が潜在的に期待されていた。
【００３３】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたもので、その目的は、反射音の影響が少ない音響再生システム、スピーカシステム及びスピーカ設置方法を提供することである。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１の発明は、設置面上に設置されたスピーカを用いる音響再生システムにおいて、予め設定された受聴点に対する前記スピーカからの直接音と前記設置面からの反射音との伝播経路の差を５．６７センチメートルから１７センチメートルとし、前記直接音と前記反射音との干渉による前記受聴点での音圧の減衰が、前記スピーカから発生された音の周波数成分の中で１ＫＨｚから３ＫＨｚの周波数帯域について発生するように、前記スピーカの前記設置面に対する高さ又は仰角の少なくとも一方を定めたことを特徴とする。
請求項４の発明は、設置面上に設置されたスピーカを用いる音響再生方法において、予め設定された受聴点に対する前記スピーカからの直接音と前記設置面からの反射音との伝播経路の差を５．６７センチメートルから１７センチメートルとし、前記直接音と前記反射音との干渉による前記受聴点での音圧の減衰が、前記スピーカから発生された音の周波数成分の中で１ＫＨｚから３ＫＨｚの周波数帯域について発生するように、前記スピーカの前記設置面に対する高さ又は仰角の少なくとも一方を定めたことを特徴とする。
以上の態様では、スピーカ設置の際、反射面である設置面に対して高さや迎角をつけることで、まず、指向特性のうえで音圧の低い方向を設置面に向け、仮想再生などにおける反射音の影響を軽減することができる。また、前記の高さや迎角の調整によって直接音と反射音の伝播経路差を制御することで、直接音と反射音との干渉による減衰の発生を、人間の方向感覚のあいまいな周波数帯に合わせ、仮想再生などにおける反射音の影響を軽減することができる。
【００３５】
また、直接音と反射音との伝播経路差を所定の数値内に収めるという単純な基準により、スピーカの実際の設置条件を求める幾何学計算、例えばスピーカと受聴点との水平距離やスピーカの設置高さなどから必要な迎角の範囲を計算したり、逆に、水平距離と迎角から高さの範囲を求めるといった計算を容易に行うことができる。
【００３６】
請求項２の発明は、請求項１記載の発明において、スピーカボックスの前端に２つのスピーカを備え、前記前端を設置面から所望の高さに持ち上げるための脚を備えたことを特徴とする。請求項２の音響再生システムでは、奥行き方向が長尺なスピーカボックスの前端に左右２つスピーカすなわちスピーカユニットを設け、その前端を脚で持ち上げることで、スピーカユニットに所望の高さと迎角とを同時に与えることができる。この音響再生システムは、例えばステレオダイポール方式による立体音再生に特に適しており、脚の形式はスライド式、伸縮式、スタンド式、多段階又は無段階の別など自由に選択することができる。
【００３７】
請求項３の発明は、請求項２記載の発明において、前記前端側に上下スライド自在に設けられた前記脚と、前記脚を前記スピーカボックスに締め付けることで所望の位置に固定するためのねじと、を備えたことを特徴とする。請求項３の発明では、例えばスピーカボックス前端面の左右にスピーカやその保護グリルなどを設け、前端面の中心には上下スライドする脚とねじ穴を設け、ノブ付きのねじをゆるめて脚を上下に調整したり、ねじを締めて脚を固定することができる。このようにすれば、調整が容易で、強度に優れ、破損しにくいシステムを数少ない単純な部品で実現でき、さらに、ねじと脚を外してコンパクトに梱包や収納することも可能となる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（本実施形態と呼ぶ）について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、各図において、それ以前に説明した部材と同様の部材については同じ符号を付し、説明は省略する。
【００３９】
〔１．構成〕
本実施形態は、設置面上に設置されたスピーカを用いる音響再生システムであり、スピーカを設置面上に設置するためのスピーカの設置方法として把握することもできる。そして、本実施形態の特徴は、スピーカからの直接音と設置面からの反射音との干渉による音圧の減衰が、予め想定された受聴点において、前記スピーカから発生された音の周波数成分の中で１ＫＨｚから３ＫＨｚの周波数帯域について発生するように、スピーカが設置面に対して高さ又は迎角の少なくとも一方を与えて設置されることである。
【００４０】
具体的には、直接音の伝播経路と反射音との伝播経路差が５．６７センチメートルから１７センチメートルになるように、前記高さ又は迎角の少なくとも一方を定めればよい。
【００４１】
ここで、図１は、本実施形態の構成の一例を示す概念図であり、机Ｄ上に設置したスピーカＳの音を受聴者Ｌに聞かせる例である。この例では、受聴点ｃへの直接音の伝播経路ａ−（ｅ−）ｃと、反射音の伝播経路ａ−ｆ’−ｃとの差が５．６７センチメートルから１７センチメートルになるように、スピーカＳの高さや迎角を定める。
【００４２】
〔２．作用〕
上記のように構成される本実施形態は、次のように作用する。
〔２−１．スピーカの高さの調整〕
まず、スピーカの設置高さによって、直接音の伝播経路の距離と反射音の伝播経路の距離とを変化させることで、ＤＩＰが発生する周波数領域の位置を調整する例を示す。
【００４３】
例えば、図２は、従来技術と同様に、スピーカＳを机Ｄ上の低い位置に直接置いた状態を示す概念図である。この例では、スピーカから直接伝播する直接音の伝播距離ａ−ｅ−ｃと、反射面によって反射して伝播する反射音の距離ａ−ｆ’−ｃは、ほぼ同等の距離である。これは、反射面に対してスピーカの中心部までの距離が非常に近接しているためである。
【００４４】
一方、図３は、スピーカＳを机Ｄ上から持ち上げた状態を示す概念図である。この例では、スピーカＳから直接伝播する直接音の距離ａ−ｂ−ｃと、反射面によって反射して伝播する反射音の距離ａ−ｆ’−ｃは、明らかに大きな距離の差が生じている。このように、スピーカＳの高さを変えることによって、直接音の伝播経路の距離と、反射音の伝播経路の距離とを制御することが可能になる。
【００４５】
ここで、ある信号に遅延差をあたえた信号を加えた時のＤＩＰ、即ち減衰部の発生について説明する。すなわち、櫛形フィルタなどで知られるように、入力信号に遅延を施しただけの信号をもとの入力信号に付加すると、遅延による波長／２の周波数の正数倍の部分にＤＩＰといわれる減衰部が発生することが一般的に知られている。
【００４６】
そこで、直接音と反射音の伝播経路差をα（単位：メートル）とし、ＤＩＰが現れる場所すなわち周波数帯域を周波数で現すと、
【数６】
ＤＩＰが発生する周波数（Ｈｚ）
＝３４０／（伝播経路差α（ｍ）×２）
となる。
【００４７】
そこで、スピーカの高さを調節することによって、前述の遅延差時間を調整し、結果として櫛形フィルタのように発生する減衰部の周波数を制御することができる。
【００４８】
〔２−２．スピーカの高さと向きの調整〕
次に、スピーカの高さや向きを変えることによって、指向特性に基づいて、直接音の音圧レベルと反射音の音圧レベルの比を制御できることを示し、また、ＤＩＰの減衰量を調整する例をより具体的に示す。
【００４９】
〔２−２−１．音圧の制御〕
例えば、図２で、同図に示したＣｉｒｃｌｅＡが再生スピーカの指向特性を表しているとした場合、スピーカＳから受聴者Ｌの耳に直接届く直接音の音圧と、反射によって生じた反射音が受聴者の耳に届く音圧は、ほぼ同等である。この理由は、音信号の経路として、直接伝播する音の経路としてのａ−ｅ−ｃ、ａ−ｆ’−ｃが双方ともにほぼ同等の距離であり、かつそれぞれの経路がスピーカの指向特性の正面方向ａ−ｂに対してずれている開き角度もそれぞれほぼ同等であるので、受聴者の耳への音圧レベルは、直接音も反射音もほぼ同等であり、結果として反射が大きく影響するからである。この環境で、従来のような反射を含まない伝達関数の逆システム特性を用いた場合には、特性上大きな矛盾が生じることになる。
【００５０】
一方、図３に示したＣｉｒｃｌｅＡが同様に再生スピーカの指向特性を表しているとした場合、スピーカＳから受聴者Ｌの耳に直接届く直接音の音圧と、反射によって生じた反射音が受聴者Ｌの耳に届く音圧は明らかに異なり、直接音の音圧に対して、反射音の音圧のほうがはるかに小さいことがわかる。
【００５１】
この理由を以下に説明する。まず、図４に、スピーカの指向特性の一例を示す。この図において、スピーカＳからａ−ｂだけ離れた距離の音圧に対する指向特性を表したのがＬｅｖｅｌＡである。同様に、ａ−ｃの音圧に対する指向特性をＬｅｖｅｌＢ、ａ−ｄの音圧に対する指向特性をＬｅｖｅｌＣ、ａ−ｅの音圧に対する指向特性をＬｅｖｅｌＤとする。
【００５２】
この場合、正面方向ａ−ｂに対して、開き角度Θ方向の指向特性と音圧の関係をみると、正面方向のポイントｂと同等の音圧を示すポイントは、ｆとなる。そのときのスピーカからの距離は、明らかにａ−ｂのほうがａ−ｆよりも長いことがわかる。これは、スピーカの正面では、正面以外と比べて、より遠くで同じ音圧が得られることを意味する。
【００５３】
また、ポイントｉの音圧と同等のポイントはｅであり、ａ−ｉと同等の距離のポイントｄでの音圧はポイントｉの音圧よりも高いことがわかる。つまり、音圧と距離の関係は、スピーカの正面部が一番強い音圧になり、開き角度が大きくなるほど音圧に対する距離は短くなることがわかる。
【００５４】
そこで、あらためて図２と図３をみた場合、図２ではスピーカの正面方向ａ−ｂに対して、直接音も反射音も開き角度はおおよそ同等で、かつ到達距離もおおよそ同等である。これに対して、図３では、直接音は見開き角度が０に対して、反射音は見開き角度があり、かつスピーカから受聴者の耳までの伝達経路の距離は、ａ−ｂ−ｃに対してａ−ｆ’−ｃのほうが明らかに長いことがわかる。つまり、見開き角度条件としても、スピーカからの距離に起因する音圧レベルを考えても、反射音の音圧は直接音の音圧よりも減少していることになる。
【００５５】
また別の条件として、図５のように、指向特性の正面を水平方向よりも上向きにとってスピーカを配置すると、スピーカと受聴者との距離はあまりかわらないが、指向特性の正面方向ａ−ｂに対する開き角度が違うため、反射音の音圧のほうが減衰することがわかる。
【００５６】
そこで、さらに、図１のように、スピーカの正面を水平より上向きしにし、かつ、スピーカを持ち上げた状態を考える。この状態では、スピーカと受聴者の耳との距離において、直接音と反射音それぞれの伝播距離の間で大きな差が生じ、かつ指向特性における見開き角度にも差が生じるので、反射音を軽減することが可能になる。
【００５７】
以上のように、スピーカを持ち上げたり、角度を変えることによって、直接音と反射音の間の遅延差によるＤＩＰ、つまり信号の減衰周波数を制御するだけでなく、反射音の音圧を軽減することも可能となる。
【００５８】
〔２−２−２．指向特性について〕
なお、ここで説明に用いているスピーカの指向特性について補足説明を行う。まず、スピーカからは、幅広い周波数帯域の音響信号が再生され、一般に、スピーカの指向特性として、低域の音響信号は無指向性に近い状態で、周波数が高くなるにつれてそのスピーカが有する固有の指向特性が表れてくる。
【００５９】
そして、図２などでＣｉｒｃｌｅＡなどで示した指向特性は、概念的な説明として示したものであり、実際の指向特性は必ずしも円形のサークルではなく、具体的にはスピーカの特性や特に周波数によっても異なるものである。例えば、図６は、その一例であり、それぞれの周波数に対する正面方向からの見開き角度別でプロットした結果を指向特性グラフに示したものである。また、図７は、この場合のそれぞれの見開き角度に対する振幅周波数特性を示すグラフである。
【００６０】
まず、図６に示した指向特性のグラフでは、低域の音響信号に対してはすべての見開き角度に対して一定の音圧レベルを示しているが、周波数が高くなるほど、正面および後面に対する指向性が強くなっている。このことで、周波数が高くなるほどスピーカの正面方向に指向性が強くなることがわかり、かつ正面方向に対して見開き角度が開くと音圧レベルの減衰は顕著に表れることがわかる。
【００６１】
つまり、スピーカの正面から直接伝播する音信号と、反射によって伝播する音信号には、周波数が高くなるほど差が大きくなることになり、これまでに概念図として示してきた指向特性による音圧の減衰差はこれによって生じるものである。
【００６２】
また、図７に示した振幅周波数特性のグラフからは、見開き角度が大きくなるにつれて、減衰し始める周波数が低くなっていることがわかる。この事は、直接音と反射音の間に生じる角度の差が大きければ大きいほど、反射音の高周波成分の減衰が発生することを意味し、結果として直接音の高周波への影響を軽減することができる。
【００６３】
なお、図６や図７に示したようなグラフは、公知の手法を用いたシミュレーションによっても容易に得ることができるので、シミュレーション結果によっても、スピーカの高さと方向を調整することによって、反射音による音響信号の影響を押さえることが可能になる。
【００６４】
〔２−２−３．ＤＩＰの周波数〕
以上説明した事実に基づいて、反射によって発生するＤＩＰの周波数領域と減衰量を調整し、反射音の影響を最小限にする具体例を示す。すなわち、仮想音源の定位があいまいになる周波数領域としての１ＫＨｚ〜３ＫＨｚ程度の帯域にＤＩＰが位置するように、スピーカの高さと向きを調整する。このうち、特に高さは直接音と間接音の伝播経路差に比例する遅延時間に影響が大きく、一方、スピーカの向きは、指向特性に基づく音圧の減衰量に影響が大きい。ここでは、これら双方を調整することによって、反射音による影響を軽減するものとする。
【００６５】
ところで、上記の周波数帯域１〜３ＫＨｚは、方向弁別限の点で、方向に関する知覚があいまいであることが一般的に知られている周波数帯である。ここで、方向弁別限とは、音の発信位置を特定する人間の知覚能力を方向ごとに表す一般的な基準であり、具体的には、各方向において、ある基準位置から音源の位置を少しずつ移動させた時、基準位置から音源がずれたことを初めて認識できる位置と基準位置との見開き角度差を数値として現したものである。
【００６６】
この方向弁別限は一般的に、正面付近では小さく、例えば１〜２度といった方向の違いも識別できるのに対して、側方では大きく、例えば５〜１０度くらいずれないと方向の違いが識別できないといった特徴を持つ。
【００６７】
特に、この方向弁別限は、周波数によっても異なり、例えばトーン性の信号に対する場合、おおよそ２ＫＨｚ付近を中心に１ＫＨｚから３ＫＨｚ程度について、人間の知覚判断が非常にあいまいであることが一般的に知られている。そこで、本発明では、このあいまいな部分を利用して、反射音からの影響を少なくしている。
【００６８】
つまり、本実施形態は、スピーカを持ち上げたり、傾けることによって、反射音で生じるＤＩＰの位置、すなわち減衰が発生する周波数で一番低いものを１ＫＨｚから３ＫＨｚ程度の間に合わせ込むことによって、反射音から受ける影響を最小限にするものである。なお、あいまいになるのは１〜３ＫＨｚであるが、具体的には、特に、ＤＩＰを発生させる帯域は、１．５〜２．５ＫＨｚ程度が望ましい。
【００６９】
ここで、図８は、スピーカと受聴者の耳の理想的な位置関係を幾何学的に示すものである。すなわち反射面をｂ−ｅ−ｇとし、スピーカの中心部をａ、受聴者の耳の位置をｃ、反射が発生する反射点をｄ’とそれぞれ定義する。まず、必ず定義されていなければならない距離は、スピーカと受聴者の耳との距離である。これは、ａ−ｃもしくはａ−ｈの距離が定義されていることにあたる。
【００７０】
この場合、ＤＩＰの発生する周波数を得るために必要となる情報は、スピーカから受聴者の耳に直接伝播する直接音の伝播距離と、スピーカから受聴者の耳に反射によって伝播する反射音の伝播距離になる。そこで、それぞれの距離を求める計算の手法を以下に示す。なお、ここで用いる直接音の伝播距離、反射音の伝播距離はいずれも単位はメートルとする。
【００７１】
〔２−２−４．伝播距離の計算〕
ここで、直接音の伝播距離と、反射音の伝播距離は、次のような数値の組合せを与えることで計算することができる。
【００７２】
（１）｜ａ−ｅ｜＝Ｈ、｜ａ−ｈ｜＝Ｄ、∠ａ−ｂ−ｅ＝Θ、
がそれぞれ与えられた場合
この場合、
【数７】
0004168159.tif 000004
また、
【数８】
0004168159.tif 000005
より、
【数９】
反射音の伝播距離
＝｜ａ−ｄ’−ｃ｜
＝｜ｄ−ｄ’−ｃ｜
＝（｜ｄ−ｆ｜＾２＋｜ｃ−ｆ｜＾２）＾（１／２）
＝｛Ｄ＾２＋（ＤｔａｎΘ＋２Ｈ）＾２｝＾（１／２）
として、それぞれの伝播距離を求めることができる。
【００７３】
（２）｜ａ−ｂ｜＝Ｒ、｜ａ−ｈ｜＝Ｄ、∠ａ−ｂ−ｅ＝Θ、
がそれぞれ与えられた場合
この場合、
【数１０】
0004168159.tif 000006
また、
【数１１】
0004168159.tif 000007
より、
【数１２】
0004168159.tif 000008
として、それぞれの伝播距離を求めることができる。
【００７４】
（３）｜ａ−ｂ｜＝Ｒ、｜ａ−ｅ｜＝Ｈ、｜ａ−ｈ｜＝Ｄ、
がそれぞれ与えられた場合
この場合、
【数１３】
∠ａ−ｂ−ｅ＝ａｓｉｎ（Ｈ／Ｒ）＝Θ
として、
【数１４】
直接音の伝播距離＝｜ａ−ｃ｜＝Ｄ／ｃｏｓΘ
【数１５】
反射音の伝播距離
＝｜ａ−ｄ’−ｃ｜
＝｜ｄ−ｄ’−ｃ｜
＝（｜ｄ−ｆ｜＾２＋｜ｃ−ｆ｜＾２）＾（１／２）
＝｛Ｄ＾２＋（ＤｔａｎΘ＋２Ｈ）＾２｝＾（１／２）
として、それぞれの伝播距離を求めることができる。
【００７５】
〔２−２−５．伝播距離に基づくＤＩＰの制御〕
以上のような手法によって得られた直接音の伝播距離と、反射音の伝播距離を用いて、周波数領域で減衰部として現れるＤＩＰの制御を行うことができる。ここで、
【数１６】
基本周波数１Ｈｚ＝基本波長３４０ｍ
を定義し、基本波長と伝播距離の差分とを比較する。ここで、周波数は、波長が１／ｎだけ短くなるとｎ倍になる性格がある。また、反射音によって発生する減衰として現れるＤＩＰ現象は半波長の整数倍の周波数として現れることを考慮して、以下の関係が定義できる。
【００７６】
すなわち、ここで便宜上最初のＤＩＰが現れる周波数をＤＩＰ周波数とすると、
【数１７】
ＤＩＰ周波数Ｆｄｉｐ（単位：Ｈｚ）＝
１７０／（直接音の伝播距離−反射音の伝播距離）
を関係づけることができる。
【００７７】
これは、直接音の伝播距離−反射音の伝播距離すなわち直接音と反射音との伝播経路差が約５．６７センチメートルから１７センチメートルの範囲に収まれば、減衰すなわちＤＩＰは１ＫＨｚから約３ＫＨｚの範囲に収まることを意味する。
【００７８】
すなわち、以上のような
（１）｜ａ−ｅ｜＝Ｈ、｜ａ−ｈ｜＝Ｄ、∠ａ−ｂ−ｅ＝Θ、
（２）｜ａ−ｂ｜＝Ｒ、｜ａ−ｈ｜＝Ｄ、∠ａ−ｂ−ｅ＝Θ、
（３）｜ａ−ｂ｜＝Ｒ、｜ａ−ｅ｜＝Ｈ、｜ａ−ｈ｜＝Ｄ、
がそれぞれ与えられた場合の各演算式と、
（４）反射による影響で発生する減衰現象の制御
とによって、スピーカと受聴者の耳の間の幾何学的な関係を調整し、伝播距離の差を半波長とするＤＩＰ周波数を２ＫＨｚ付近に位置するように制御することによって、反射による影響を軽減させることが可能になる。
【００７９】
〔３．効果〕
以上のように、本実施形態では、スピーカ設置の際、反射面である設置面に対して高さや迎角をつけることで、まず、指向特性のうえで音圧の低い方向を設置面に向け、仮想再生などにおける反射音の影響を軽減することができる。また、前記の高さや迎角の調整によって直接音と反射音の伝播経路差を制御することで、直接音と反射音との干渉による減衰の発生を、人間の方向感覚のあいまいな周波数帯に合わせ、仮想再生などにおける反射音の影響を軽減することができる。
【００８０】
特に、本実施形態では、直接音と反射音との伝播経路差を所定の数値内に収めるという単純な基準により、スピーカの実際の設置条件を求める幾何学計算、例えばスピーカと受聴点との水平距離やスピーカの設置高さなどから必要な迎角の範囲を計算したり、逆に、水平距離と迎角から高さの範囲を求めるといった計算も容易に行うことができる。
【００８１】
【実施例】
次に、本発明のより具体的な実施例を説明する。この実施例は、図９に示すように、高さよりも奥行きが大きい箱型のスピーカボックス１の前端にスピーカユニット２を設けたスピーカシステムＳＳを使用し、前端部を持ち上げた場合に伝達特性に与える効果を測定したものである。このスピーカシステムＳＳは脚を備え、図１０に示すように、前端を設置面から所望の高さに持ち上げて設置できるように構成されている。
【００８２】
〔１．測定の条件及び結果〕
次に、本実施例における具体的な測定条件として、まず、無響室のような反射環境の無い配置の条件１について、各構成要素の寸法を図１１にセンチメートル単位で示す。なお、本実施例では他に、図２のような反射を伴った配置の条件２と、さらに、図１のような反射を伴った条件３になるように、スピーカＳＳの角度を変えてスピーカＳＳから測定マイクＭまでの伝達特性を測定した。
【００８３】
すなわち、条件２として、スピーカをあまり持ち上げない状態での測定寸法図を、センチメートル単位で図１２に示す。この条件２は、図２のように反射面に近い配置の例で、直接音の伝播距離が６４ｃｍ、反射音の伝播距離が５８ｃｍとなっている。従って、伝送距離の差は６ｃｍで、ＤＩＰが発生するであろう周波数は約２８８０Ｈｚである。
【００８４】
また、条件３として、スピーカを持ち上げた状態での測定寸法図をセンチメートル単位で図１３に示す。この条件３は、図１のように反射面から持ち上げた配置の例で、直接音の伝播距離が６８ｃｍ、反射音の伝播距離が５９ｃｍとなっている。従って、伝送距離の差は９ｃｍで、ＤＩＰが発生するであろう周波数は約１８８０Ｈｚである。
【００８５】
〔２．測定結果〕
上記のような各条件２，３で測定して求めた伝達特性において、反射の無い状態（条件１）での伝達特性に対してどれだけの差異が生じているかをお互いの比で表したものが、図１４に示す比較グラフである。このグラフにおいて、０ｄＢで一定の直線は条件１の伝達特性を表すＲＥＦＡＲＥＮＳデータを示す。
【００８６】
また、点線は、スピーカが反射面に近い低い位置（Ｌｏｗ）である条件２の伝達特性を示す。また、実線は、反射面からある程度持ち上げた（Ｍｉｄ）条件３の伝達特性を示す。これら点線のＬｏｗと実線のＭｉｄは、各周波数領域での音圧の比率をＲＥＦＡＲＥＮＳデータに対する比率で表したものである。
【００８７】
すなわち、このグラフでは実線のＭｉｄにおいて、上記のような１ＫＨｚから約３ＫＨｚの範囲内の周波数で明らかにＤＩＰが発生しており、その周波数は約２ＫＨｚである。つまり、本実施例により、スピーカを持ち上げたり角度を調整することによって、反射音による影響を音響的に制御でき、特に、反射音の影響で発生するＤＩＰの周波数上の位置を２ＫＨｚ程度に調整可能であることが確認された。
【００８８】
加えて、本実施例では、指向性に影響のない低域、特に３００Ｈｚ以下の音圧レベルが増大しており、低域の増幅効果が確認された。すなわち、本発明によれば、口径の小さいスピーカを用いた場合に低域を再生しにくい欠点を軽減する利点も得られる。
【００８９】
〔３．スピーカシステムの具体例〕
また、本実施例で示したスピーカシステムは、具体的には、図１５（★スピーカシステムＤｉＭＡＸの斜視図）に示すように、高さよりも奥行きが大きいスピーカボックス１の前端に２つのスピーカユニット２Ｒ，２Ｌ及びその保護グリル２１Ｒ，２１Ｌを備え、前端を設置面から所望の高さに持ち上げるための脚３を備えている。
【００９０】
具体的には、脚３は例えば長孔３１のある長板状で上下スライド自在である。また、保護グリル２１Ｒ，２１Ｌの間には、脚３をスピーカボックス１に締め付けることで所望の位置に固定するためのノブ付きねじ４と、このねじ４をねじ込むための図示しないねじ孔が形成され、ねじ４が前記長孔３１に貫通している。
【００９１】
本実施例のスピーカシステムでは、スピーカボックス１の前端を脚３で持ち上げることで、スピーカユニット２Ｒ，２Ｌに所望の高さと迎角とを同時に与えることができる。このスピーカシステムは、例えばステレオダイポール方式による立体音再生に特に適している。特に、本実施例では、調整が容易で、強度に優れ、破損しにくいスピーカシステムを数少ない単純な部品で実現でき、さらに、ねじ４と脚３を外してコンパクトに梱包や収納することも可能となる。
【００９２】
〔４．他の実施形態〕
なお、本発明は上記各実施形態及び実施例に限定されるものではなく、次に例示するような他の実施形態も包含するものである。例えば、上記実施例では、高さよりも奥行きが大きい箱型のスピーカボックスの前端にスピーカユニットを設けたスピーカシステムを用いたが、これ以外にも、例えばノートパソコンに組み込んで使用するスピーカや、デスクトップパソコン用スピーカ、モニタ組み込み用スピーカなどへの応用が可能である。
【００９３】
また、本発明は、仮想再生用のスピーカだけでなく、通常のステレオ用スピーカなど仮想再生を行わないスピーカに対しても適用することで、反射音による影響を軽減することができる。また、上記実施例では脚の形式としてスライド式を示したが、脚の形式はスライド式には限定されず、伸縮式、スタンド式、多段階又は無段階の別など自由に選択することができる。また、スピーカの高さと迎角は別個独立に調整するように構成することももちろん可能である。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、反射音の影響が少ない音響再生システム、スピーカシステム及びスピーカ設置方法を提供することができるので、例えば、ＤＶＤを用いたホームシアターなどにおいても、明瞭な定位感を持った迫力ある立体音再生が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における一構成例を示す図。
【図２】机上など反射のある状態での音響再生を示す図。
【図３】本発明の実施形態においてスピーカを机上から持ち上げて設置した状態を示す図。
【図４】スピーカの指向特性の一例を示す図。
【図５】本発明の実施形態において、迎角をもってスピーカを設置した状態を示す図。
【図６】周波数ごとの指向特性の一例を示す指向特性グラフ。
【図７】見開き角度に対する振幅周波数特性を示すグラフ。
【図８】本発明の実施形態において、スピーカと受聴者との理想的な位置関係を示す図。
【図９】本発明の実施例におけるスピーカシステムを示す図。
【図１０】本発明の実施例においてスピーカシステムの設置状態を調整する様子を示す概念図。
【図１１】本発明の実施例において、反射の無い状態でスピーカシステムを設置した様子を示す図。
【図１２】本発明の実施例において、卓上の低い位置にスピーカシステムを設置した状態を示す図。
【図１３】本発明の実施例において、スピーカシステムを持ち上げて設置した状態を示す図。
【図１４】本発明の実施例において、条件ごとの伝達特性を示すグラフ。
【図１５】本発明の実施例におけるスピーカシステムの斜視図。
【図１６】逆システム特性に基づくクロストークのキャンセルを示す概念図。
【図１７】反射のない伝達特性の測定環境を示す図。
【図１８】反射のある伝達特性の測定環境を示す図。
【図１９】反射のない再生環境を例示する図。
【符号の説明】
Ｄ…机
Ｓ，ＳＲ，ＳＬ…スピーカ
Ｌ…受聴者
ＳＳ…スピーカシステム
Ｍ…測定マイク
ＤＨＭ…ダミーヘッドマイク
１…スピーカボックス
２…スピーカユニット
３…脚
４…ねじ
【図１】
0004168159.tif 000009
【図２】
0004168159.tif 000010
【図３】
0004168159.tif 000011
【図４】
0004168159.tif 000012
【図５】
0004168159.tif 000013
【図６】
0004168159.tif 000014
【図７】
0004168159.tif 000015
【図８】
0004168159.tif 000016
【図９】
0004168159.tif 000017
【図１０】
0004168159.tif 000018
【図１１】
0004168159.tif 000019
【図１２】
0004168159.tif 000020
【図１３】
0004168159.tif 000021
【図１４】
0004168159.tif 000022
【図１５】
0004168159.tif 000023
【図１６】
0004168159.tif 000024
【図１７】
0004168159.tif 000025
【図１８】
0004168159.tif 000026
【図１９】
0004168159.tif 000027