(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスピーカユニットを有し、当該各スピーカユニットの配列位置が予め固定されて構成されているアレイスピーカと、
音響信号を取得する取得手段を有するとともに、前記各スピーカユニットを駆動させ、前記アレイスピーカによって当該取得された音響信号を音場空間に拡声させる音響再生装置と、
を備え、
前記音響再生装置が、
所定数の前記スピーカユニットによって構成されるスピーカユニット群と同数に前記取得された音響信号をユニット信号として分割する分割手段と、
予め設定された残響特性と前記アレイスピーカにおける各スピーカユニットの配列位置とに基づいて前記分割されたユニット信号に対してそれぞれ信号処理を行い、前記分割されたユニット信号に対して残響成分を生成して付加する信号処理手段と、
前記信号処理された前記ユニット信号を該当する各スピーカユニットに出力し、前記アレイスピーカを駆動する駆動手段と、
を有し、
前記信号処理手段が、前記残響成分を生成する際に、前記アレイスピーカから出力される際の指向性が制御される当該残響成分を生成するために、前記分割された各ユニット信号に対してそれぞれ信号処理を行うことを特徴とする音響再生システム。
【請求項２】
請求項１に記載の音響再生システムにおいて、
前記信号処理手段が、
前記残響成分を生成する際に、前記アレイスピーカから出力される際の指向性が制御される当該残響成分を生成するために、前記分割された各ユニット信号毎に当該残響成分の遅延量を制御することによって信号処理を行うことを特徴とする音響再生システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の音響再生システムにおいて、
前記信号処理手段が、前記残響成分を生成する際に、前記予め設定された残響特性および前記アレイスピーカの各スピーカユニットの位置とともに、当該各スピーカユニットの特性に基づいて前記アレイスピーカから出力される際の指向性が制御される当該残響成分を生成するために、前記分割された各ユニット信号に対してそれぞれ信号処理を行うことを特徴とする音響再生システム。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項に記載の音響再生システムにおいて、
前記アレイスピーカが、同一の特性を有するスピーカユニットによって構成されていることを特徴とする音響再生システム。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか一項に記載の音響再生システムにおいて、
前記信号処理手段が、前記複数の残響成分を生成する際に、当該各残響成分毎に前記アレイスピーカから出力される際の指向性を制御するために、前記分割された各ユニット信号に対してそれぞれ信号処理を行うことを特徴とする音響再生システム。
【請求項６】
請求項１乃至５何れか一項に記載の音響再生システムにおいて、
前記信号処理手段が、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタによって構成されているとともに、当該ＦＩＲフィルタのフィルタ係数に基づいて各ユニット信号に対して信号処理を行うことを特徴とする音響再生システム。
【請求項７】
請求項１乃至６何れか一項に記載の音響再生システムにおいて、
前記スピーカユニット群が一のスピーカユニットによって構成されている場合に、
前記分割手段が、前記スピーカユニット数と同数に分割することを特徴とする音響再生システム。
【請求項８】
複数のスピーカユニットを有し、当該各スピーカユニットの配列位置が予め固定されて構成されているアレイスピーカによって音響信号を拡声させる音響再生装置であって、
前記音響信号を取得する取得手段と、
所定数のスピーカユニットによって構成されるスピーカユニット群と同数に前記取得された音響信号をユニット信号として分割する分割手段と、
予め設定された残響特性と前記アレイスピーカにおける各スピーカユニットの配列位置とに基づいて前記分割されたユニット信号に対してそれぞれ信号処理を行い、前記分割されたユニット信号に対して残響成分を生成して付加する信号処理手段と、
前記信号処理された前記ユニット信号を該当する各スピーカユニットに出力し、前記アレイスピーカを駆動する駆動手段と、
を備え、
前記信号処理手段が、前記残響成分を生成する際に、前記アレイスピーカから出力される際の指向性が制御される当該残響成分を生成するために、前記分割された各ユニット信号に対してそれぞれ信号処理を行うことを特徴とする音響再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレイスピーカを用いて臨場感を向上させた音響再生装置および音響再生システムの技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
近年、センタースピーカ、左右のフロントスピーカまたは左右のリアスピーカなどの複数のスピーカにそれぞれ再生音の役割を持たせ、各スピーカ毎に残響音の付加、周波数特性の変更を行うことにより、音声または音楽などの音を拡声するサラウンドシステムが実用に供されている。【０００３】
このようなサラウンドシステムの代表的なものに、聴取者の前方にセンタースピーカおよびその左右に配置されるフロントスピーカと、当該聴取者の左右のリアまたは側方に配置されるサラウンドスピーカと、１２０Ｈｚ以下の低域だけを専用に拡声するサブウーファーと、から構成されるドルビー（登録商標）デジタル方式の５．１ｃｈ（チャンネル）サラウンド方式が知られている。【０００４】
一方、最近では、性能を含め、特性が同一な複数のスピーカユニットから構成されるアレイスピーカを有し、各スピーカユニット毎に駆動制御することにより、当該アレイスピーカから拡声される拡声音の指向性を制御する再生システムが知られている。【０００５】
この再生システムは、複数のスピーカユニットから構成されるアレイスピーカと、一の信号源から分岐した音声信号を入力する複数の有限インパルス応答型フィルタ、すなわち、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタを有し、アレイスピーカを駆動する音響再生装置と、を備え、アレイスピーカの拡声音における指向性が所望の指向性を有するように、非線形最適化手法を用いて各ＦＩＲフィルタのフィルタ特性を設定するようになっている。この構成により、この再生システムは、低域から中高域まで周波数毎に指向性を制御できるようになっている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特許２６１０９９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の５．１ｃｈサラウンド方式を採用するサラウンドシステムであっては、聴取者の周囲に複数のスピーカを実際に配置させる必要がある。そのため、各スピーカの配置などが煩雑になるとともに、配線や障害物などの設置環境によって各スピーカが的確に定められた位置に配置にできない場合には、的確に臨場感を得ることができない。【０００７】
また、従来のアレイスピーカを駆動する再生システムであっては、直接音のみ指向性を制御するようになっているので、すなわち、臨場感の基になる残響成分の生成およびその拡声を行っておらず、さらに、その残響成分の指向性を設定していないので、高い臨場感を得ることができない。【０００８】
本発明は、上記の各問題点に鑑みて為されたもので、その課題の一例としては、アレイスピーカを用いて残響成分を制御することにより、複数のスピーカを配置することなく、高い臨場感を得ることができる音響再生システムまたは音響再生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数のスピーカユニットを有し、当該各スピーカユニットの配列位置が予め固定されて構成されているアレイスピーカと、前記音響信号を取得する取得手段を有するとともに、前記各スピーカユニットを駆動させ、前記アレイスピーカによって当該取得された音響信号を前記音場空間に拡声させる音響再生装置と、を備え、前記音響再生装置が、所定数のスピーカユニットによって構成されるスピーカユニット群と同数に前記取得された音響信号をユニット信号として分割する分割手段と、予め設定された残響特性と前記アレイスピーカにおける各スピーカユニットの配列位置とに基づいて前記分割されたユニット信号に対してそれぞれ信号処理を行い、前記分割されたユニット信号に対して残響成分を生成して付加する信号処理手段と、前記信号処理された前記ユニット信号を該当する各スピーカユニットに出力し、前記アレイスピーカを駆動する駆動手段と、を有し、前記信号処理手段が、前記残響成分を生成する際に、前記アレイスピーカから出力される際の指向性が制御される当該残響成分を生成するために、前記分割された各ユニット信号に対してそれぞれ信号処理を行う構成を有している。【００１０】
また、請求項８に記載の発明は、複数のスピーカユニットを有し、当該各スピーカユニットの配列位置が予め固定されて構成されているアレイスピーカによって音響信号を拡声させる音響再生装置であって、前記音響信号を取得する取得手段と、所定数のスピーカユニットによって構成されるスピーカユニット群と同数に前記取得された音響信号をユニット信号として分割する分割手段と、予め設定された残響特性と前記アレイスピーカにおける各スピーカユニットの配列位置とに基づいて前記分割されたユニット信号に対してそれぞれ信号処理を行い、前記分割されたユニット信号に対して残響成分を生成して付加する信号処理手段と、前記信号処理された前記ユニット信号を該当する各スピーカユニットに出力し、前記アレイスピーカを駆動する駆動手段と、を備え、前記信号処理手段が、前記残響成分を生成する際に、前記アレイスピーカから出力される際の指向性が制御される当該残響成分を生成するために、前記分割された各ユニット信号に対してそれぞれ信号処理を行う構成を有している。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本願に係る実施形態の第１実施形態におけるサラウンドシステム１００の構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態のリスニングルーム１０にてオーディオ信号を拡声するアレイスピーカの一例である。
【図３】第１実施形態における信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図４】第１実施形態における空間特性解析部の構成を示すブロック図である。
【図５】指向性を設定する際の各スピーカユニットにて拡声される音波と遅延量の関係を示す図（Ｉ）である。
【図６】指向性を設定する際の各スピーカユニットにて拡声される音波と遅延量の関係を示す図（II）である。
【図７】第１実施形態の信号処理制御部において算出されるフィルタ係数について説明するための図である。
【図８】第１実施形態においてフィルタ係数を算出する際に用いられる目標残響特性の一例である。
【図９】第１実施形態におけるフィルタ処理部の構成を示すブロック図である。
【図１０】第１実施形態のフィルタ処理部における各フィルタの構造を示すブロック図である。
【図１１】第１実施形態の信号処理制御部におけるフィルタ係数を算出する際のその他の例を説明するための図である。
【図１２】第２実施形態におけるフィルタ処理部の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００１２】
１００  …  サラウンドシステム１００
１２０  …信号処理装置
１３０  …  スピーカシステム
１２７  …空間解析部
１２７Ｃ  …  残響特性解析部
１２８  …  操作部
１２９  …  システム制御部
１３０  …マイクロホン
２００  …  信号処理部
２５０、３５０  …  フィルタ処理部
２５１  …  分割部
２５２  …  加算部
２６０  …  信号処理制御部
３５１  …  残響成分生成部
３５２  …  指向性制御部
ＳＰＵ  …  スピーカユニット
Ｆ  …  フィルタ
Ｄ  …  ディレイ
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本願に好適な実施の形態について、図面に基づいて説明する。【００１４】
なお、以下に説明する実施形態は、５．１ｃｈのサラウンドシステム（以下、単に、サラウンドシステムという。）に対して本願の音響再生装置または音響再生システムを適用した場合の実施形態である。【００１５】
〔第１実施形態〕
始めに、図１〜図１１を用いて本願に係るサラウンドシステムにおける第１実施形態について説明する。【００１６】
まず、図１および図２を用いて本実施形態におけるサラウンドシステムの構成について説明する。なお、図１は、本実施形態のサラウンドシステムの構成を示すブロック図であり、図２は、本実施形態のリスニングルームにてオーディオ信号を拡声するアレイスピーカの一例である。【００１７】
本実施形態のサラウンドシステム１００は、図１に示すように、リスニングルーム１０、すなわち、聴取者に対して再生される音を提供する音場空間に設置されるようになっており、音源の再生または取得を行うとともに、当該再生された音または取得された音に対して所定の信号処理を行うようになっている。そして、このサラウンドシステム１００は、５．１ｃｈの各チャンネル毎に信号処理を行うとともに、性能も含め同一の特性を有する複数のスピーカユニットＳＰＵから構成されるアレイスピーカシステム２０を駆動することによって、聴取者に対して臨場感（サラウンド感）のある音場空間を提供するようになっている。【００１８】
このサラウンドシステム１００は、記録メディアなどの音源を再生することにより、または、テレビジョン信号などの外部から音源を取得することにより、５．１ｃｈサラウンドにおける各スピーカに対応するチャンネル（チャネルとも言う。）成分を有し、一定の形式からなるビットストリームデータを出力する音源出力装置１１０と、当該音源出力装置１１０から出力されたビットストリームを各チャンネル毎のオーディオ信号にデコードし、所定の信号処理を行うとともに、リスニングルーム１０の残響特性その他の空間特性を解析する信号処理装置１２０と、同一の特性を有する複数のスピーカユニットＳＰＵを備えるアレイスピーカシステム２０と、リスニングルーム１０の空間特性を解析する際に用いられるマイクロホン１３０と、から構成される。【００１９】
なお、チャンネルとは、フロントスピーカ、サラウンドスピーカ、センタースピーカおよびサブウーハなど５．１ｃｈサラウンドにおけるスピーカシステムを拡声する際の各スピーカにオーディオ信号を伝送するための信号伝送路をいい、各チャンネルは、他のチャンネルと基本的には異なる成分を有するオーディオ信号を伝送するようになっている。【００２０】
また、例えば、本実施形態の信号処理装置１２０は、本発明の音響再生装置を構成し、アレイスピーカシステム２０は、本発明のアレイスピーカを構成する。【００２１】
音源出力装置１１０は、例えば、ＣＤ（Compact disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などのメディア再生装置またはデジタルテレビジョン放送を受信する受信装置から構成される。この音源出力装置１１０は、ＣＤなどの音源を再生することにより、または、放送された音源を取得し、５．１ｃｈに対応する各チャンネル成分を有するビットストリームデータを信号処理装置１２０に出力するようになっている。【００２２】
信号処理装置１２０には、音源出力装置１１０から出力された各チャンネル成分を有するビットストリームデータが入力されるようになっており、この信号処理装置１２０は、入力されたビットストリームデータを各チャンネル毎のオーディオ信号にデコードするようになっている。【００２３】
また、この信号処理装置１２０は、
（１）デコードされた各チャンネル毎のオーディオ信号またはテスト信号に対して周波数特性の調整、
（２）デコードされた各チャンネル毎のオーディオ信号またはテスト信号における信号レベルおよび遅延量の調整、
（３）アレイスピーカシステム２０からオーディオ信号またはテスト信号を拡声する際にリスニングルーム１０の空間特性、特に後述する残響特性に基づいて残響成分を生成する際に用いられ、当該アレイスピーカシステム２０を構成する各スピーカユニットＳＰＵ毎の後述するフィルタ処理するための係数（以下、フィルタ係数という。）の算出、
（４）アレイスピーカシステム２０を構成する各スピーカユニット数に、周波数特性および信号レベルの調整が為されたオーディオ信号またはテスト信号を分割し、当該分割された各オーディオ信号（以下、ユニット信号という。）毎に、算出されたフィルタ係数に基づいて残響成分の生成を行う信号処理の実行、
（５）リスニングルーム１０の聴取位置における周波数特性、残響特性などの空間特性の解析、
を行うようになっており、当該信号処理された各ユニット信号をアナログ信号に変換して音量レベルを調整するようになっている。そして、この信号処理装置１２０は、音量レベルが調整された各ユニット信号をアレイスピーカシステム２０の各スピーカユニットＳＰＵに出力するようになっている。【００２４】
なお、この信号処理措置１２０は、周波数特性および信号レベルの調整が為されたオーディオ信号またはテスト信号を分割する際に、同成分を有する信号に分割するようになっている。また、本実施形態における信号処理装置１２０の構成およびその動作の詳細については、後述する。【００２５】
マイクロホン１３０は、信号処理装置１２０と接続され、聴取者が聴取する位置である聴取位置に配置されるようになっており、後述するリスニングルーム１０の空間特性を解析する際に用いるようになっている。特に、本実施形態のマイクロホン１３０は、アレイスピーカシステム２０から出力されたテスト信号に基づく拡声音を集音するようになっており、当該集音された拡声音を電気信号に変換して集音信号（拡声音信号ともいう。）として信号処理装置１２０に出力するようになっている。【００２６】
アレイスピーカシステム２０は、性能も含め、同一の特性を有する複数のスピーカユニットＳＰＵから構成され、各スピーカユニットＳＰＵ毎に信号処理装置１２０によって駆動されるようになっている。また、このアレイスピーカシステム２０は、リスニングルーム１０内において、聴取者の正面の所定の位置に配置されるようになっており、当該聴取者に向かって入力されたオーディオ信号を拡声するようになっている。【００２７】
具体的には、このアレイスピーカシステム２０は、オーディオ信号またはテスト信号が拡声される際の拡声音の周波数特性、当該拡声音の方向特性を示す指向特性、周波数毎における拡声音に対して拡声する際の再現性の特性を示す過渡特性、拡声音における各周波数の位相各の特性を示す位相特性、および、拡声される拡声音のエネルギーと各スピーカユニットＳＰＵに加えられる信号の比を示す能率など性能も含めて同一の特性を有し、かつ、同一形状を有する複数のスピーカユニットＳＰＵから構成されるようになっている。また、このアレイスピーカシステム２０は、各スピーカユニットＳＰＵが縦方向および横方向に一定の間隔により配列されているとともに、後述するように、各スピーカユニットＳＰＵ毎に、信号処理装置１２０の該当する電力増幅器１２３に接続され、かつ、当該各スピーカユニットＳＰＵ毎に他のスピーカユニットＳＰＵと独立して駆動されるようになっている。【００２８】
例えば、アレイスピーカシステム２０は、図２に示すように、２．５ｃｍの口径を有するスピーカユニットＳＰＵが縦方向および横方向に一定の間隔により配列されており、２５４個のスピーカユニットＳＰＵから構成されており、各スピーカユニットＳＰＵ毎に信号処理装置１２０の各電力増幅器１２３から出力されたユニット信号が入力されるようになっている。【００２９】
次に、本実施形態の信号処理装置１２０の構成およびその動作について説明する。【００３０】
本実施形態の信号処理装置１２０は、図１に示すように、各チャンネル成分を有する所定の形式のビットストリームデータが入力され、各チャンネル毎のオーディオ信号にデコードする際に用いる信号形式のオーディオデータに変換する入力処理部１２１と、変換されたオーディオデータを各チャンネル毎のオーディオ信号にデコードするとともに、各チャンネル毎に信号処理を行う信号処理部２００と、各チャンネルのオーディオ信号に対してデジタル／アナログ（以下、Ｄ／Ａという。）変換を行うＤ／Ａ変換器１２２と、各チャンネル毎に各チャンネルの信号の信号レベルを増幅する電力増幅器１２３と、を有している。【００３１】
また、この信号処理装置１２０は、リスニングルーム１０の空間特性を解析する際に用いるテスト信号を発生させるテスト信号発生部１２４と、マイクロホン１３０によって集音された信号を予め設定された信号レベルまで増幅するマイク増幅器１２５と、増幅された集音信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログ／デジタル（以下、Ａ／Ｄという。）変換を行うＡ／Ｄ変換器１２６と、デジタル信号に変換された集音信号に基づいてリスニングルーム１０の空間特性を解析する空間特性解析部１２７と、各部を操作するための操作部１２８と、操作部１２８の操作に基づいて各部を制御するシステム制御部１２９と、を有している。【００３２】
なお、例えば、本実施形態の入力処理部１２１は、本発明の取得手段を構成し、信号処理部２００は、本発明の分割手段、および、信号処理手段を構成する。また、例えば、本実施形態の電力増幅器１２３は、本発明の駆動手段を構成する。【００３３】
入力処理部１２１には、各チャンネル成分を有する所定の形式のビットストリームデータが入力されるようになっており、この入力処理部１２１は、入力されたビットストリームデータを所定形式のオーディオデータに変換し、当該変換されたオーディオデータを信号処理部２００に出力するようになっている。【００３４】
信号処理部２００には、入力処理部１２１から出力されたオーディオデータおよびテスト信号発生部１２４において発生されたテスト信号が入力されるようになっており、この信号処理部２００は、入力されたオーディオデータを各チャンネル毎のオーディオ信号にデコードするようになっている。【００３５】
また、この信号処理部２００は、デコードされたオーディオ信号または入力されたテスト信号に対して各チャンネル毎に所定の信号処理を行うとともに、各チャンネル毎に信号処理された各オーディオ信号に基づいて複数のユニット信号を生成し、当該生成された各ユニット信号をそれぞれ各Ｄ／Ａ変換器１２２に出力するようになっている。特に、この信号処理部２００は、周波数特性の調整、信号レベルの調整および遅延時間の制御の他に、後述する残響成分のアレイスピーカシステム２０から出力される拡声音の指向性を制御するために、オーディオ信号またはテスト信号をスピーカユニット数と同数に、ユニット信号として分割し、当該分割された各ユニット信号に対して後述するフィルタ処理を行い、フィルタ処理された各ユニット信号を該当する各各Ｄ／Ａ変換器１２２に出力するようになっている。【００３６】
なお、この信号処理部２００は、リスニングルーム１０の空間特性を解析することによって算出された残響特性に基づいて、入力された信号に対して残響成分を生成し、当該生成された残響成分における各ユニット信号に対して所定のフィルタ処理を行うことによって、アレイスピーカシステム２０からオーディオ信号またはテスト信号を拡声させる際に、当該残響成分の指向性を制御するようになっている。また、本実施形態における信号処理部２００の構成およびその動作の詳細については、後述する。【００３７】
各Ｄ／Ａ変換器１２２には、信号処理が行われた各ユニット信号がそれぞれ入力されるようになっており、この各Ｄ／Ａ変換器１２２は、入力されたデジタル信号である各ユニット信号をそれぞれアナログ信号に変換して各電力増幅器１２３にそれぞれ出力するようになっている。【００３８】
各電力増幅器１２３は、各スピーカユニットＳＰＵ毎に設けられ、該当する各スピーカユニットＳＰＵに一対一にて接続されるようになっている。この各電力増幅器１２３には、信号処理された該当する各ユニット信号が入力されるようになっており、この電力増幅器１２３は、システムシステム制御部１２９の制御の下、操作部１２８よって指定された音量の指示に基づいて全体的に各ユニット信号に対して再生レベルを増幅し、増幅されたユニット信号を各スピーカユニットＳＰＵに出力するようになっている。【００３９】
テスト信号発生部１２４は、リスニングルーム１０の周波数特性、再生レベルのレベル調整、遅延時間の解析および残響特性などの空間特性を解析する際に用いるテスト信号を発生させ、当該発生させたテスト信号を信号処理部２００に出力するようになっている。具体的には、テスト信号発生部１２４は、システム制御部１２９の下、例えば、ホワイトノイズ、ピンクノイズまたは一定の周波数範囲において周波数をスイープさせるスイープ信号などテスト信号を発生させ、当該発生させたテスト信号を信号処理部２００に出力するようになっている。【００４０】
なお、本実施形態のテスト信号発生部１２４は、システム制御部１２９の下、信号処理部２００および空間特性解析部１２７と連動してテスト信号を発生するようになっている。【００４１】
マイク増幅器１２５には、マイクロホン１３０から出力された集音信号が入力されるようになっており、このマイク増幅器１２５は、入力された集音信号を予め設定された信号レベルまで増幅し、当該増幅された集音信号をＡ／Ｄ変換器１２６に出力するようになっている。【００４２】
Ａ／Ｄ変換器１２６には、マイク増幅器１２５から出力された集音信号が入力されるようになっており、このＡ／Ｄ変換器１２６は、入力された集音信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、当該デジタル信号に変換された集音信号を空間特性解析部１２７に出力するようになっている。【００４３】
空間特性解析部１２７には、デジタル信号に変換された集音信号が入力されるようになっており、この空間特性解析部１２７は、入力された集音信号に基づいて、各チャンネル毎に出力された拡声音の周波数特性の解析、その再生レベルの解析、その遅延時間の解析および、その残響特性の解析を行うようになっている。また、この空間特性解析部１２７は、信号処理部２００において各信号処理を行う際に必要となる係数を決定するため所定のパラメータを、各解析結果に基づいて算出し、当該算出された各パラメータのデータを信号処理部２００に出力するようになっている。特に、本実施形態の空間特性解析部１２７は、スピーカシステム１３０から出力されたテスト信号に基づく集音信号に基づいて各解析を行い、各パラメータを算出するようになっている。【００４４】
操作部１２８は、各種確認ボタン、選択ボタン及び数字キー等の多数のキーを含むリモートコントロール装置または各種キーボタンにより構成されており、リスニングルーム１０の空間特性を解析する際の指示を入力するために用いられるようになっている。【００４５】
特に、本実施形態では、操作部１２８は、後述するように、リスニングルーム１０において任意の音場空間の残響特性に基づく拡声音の指向性の制御（以下、単に、拡声音の指向性制御という。）を行う際に用いられるようになっている。例えば、操作部１２８は、後述するように、聴取位置の座標、各残響成分における焦点角度、基準距離、各残響成分の伝搬距離、および、アレイスピーカシステム２０における各スピーカユニットＳＰＵの座標を設定するために用いられるようになっている。【００４６】
なお、システム制御部１２９は、この設定された各値を算出する際に直接取得し、または、一時的に内部に格納し、後述するように、フィルタ係数を算出する際に取得するようになっている。また、各スピーカユニットＳＰＵの座標は、操作部１２８によって設定せず、予めシステム制御部１２９の内部に格納されていてもよい。 【００４７】
システム制御部１２９は、アレイスピーカシステム２０よりオーディオ信号を拡声してオーディオ信号の拡声を行うための全般的な機能を総括的に制御するようになっている。特に、このシステム制御部１２９は、後述するように、信号処理部２００に指向性を制御するための各スピーカユニットＳＰＵ毎のフィルタ係数の算出処理（以下、フィルタ係数算出処理という。）およびその設定処理を実行させるようになっている。【００４８】
次に、図３を用いて本実施形態の信号処理部２００の構成およびその動作について説明する。なお、図３は、本実施形態における信号処理部２００の構成を示すブロック図である。【００４９】
信号処理部２００は、上述のように、デコードされたオーディオ信号または入力されたテスト信号をスピーカユニット数と同数に、ユニット信号として分割し、当該分割された各ユニット信号に対して後述するフィルタ処理を行い、フィルタ処理された各ユニット信号を該当する各各Ｄ／Ａ変換器１２２に出力するようになっている。【００５０】
具体的には、この信号処理部２００は、入力されたオーディオデータに基づいて各チャンネル毎のオーディオ信号にデコードするデコーダ２１０と、データから出力された各チャンネルのオーディオ信号と入力されたテスト信号を切り換える入力切換部２２０と、各チャンネル毎のオーディオ信号またはテスト信号の周波数特性を調整する周波数特性調整回路２３０と、他のチャンネルとのチャンネル間における信号レベルを調整するとともに、各チャンネル毎に入力された信号を遅延させる信号レベル／遅延調整部２４０と、各チャンネル毎のオーディオ信号またはテスト信号をスピーカユニット数と同数に分割し、当該分割された各ユニット信号に対してフィルタ処理を行うフィルタ処理部２５０と、システム制御部１２９の制御の下、信号処理部２００内の各部を制御するとともに、フィルタ処理部２５０の各フィルタのフィルタ係数を算出し、その設定を行う信号処理制御部２６０と、を有している。【００５１】
なお、この信号処理部２００は、各チャンネル毎に、周波数特性調整回路２３０、信号レベル／遅延２４０を有しており、信号処理制御部２６０と各部は、バスＢにより接続されている。【００５２】
デコーダ２１０には、入力されたオーディオデータ、例えば、ビットクロック信号、ＬＲクロック信号および圧縮音声データが入力されるようになっており、このデコーダ２１０は、入力されたオーディオデータを、各チャンネル毎のオーディオ信号にデコードし、各チャンネル毎に入力切換部２２０に出力するようになっている。【００５３】
入力切換部２２０には、各チャンネル毎にデコードされたオーディオ信号およびテスト信号発生部１２４から出力されたテスト信号が入力されるようになっており、この入力切換部２２０は、信号処理制御部２６０の制御の下、デコーダ２１０から出力されたオーディオ信号とテスト信号発生部１２４にて発生されたテスト信号の入力を切り換えて各周波数特性調整回路２３０に出力するようになっている。また、入力切換部２２０は、テスト信号を出力する際に、各チャンネルに当該テスト信号を出力するようになっている。【００５４】
各周波数特性調整回路２３０には、信号処理制御部２６０の制御の下、各周波数帯域毎に、信号成分の利得（ゲイン）を調整するための周波数調整係数が設定されるようになっている。また、この各周波数特性調整回路２３０には、入力された各チャンネル毎のオーディオ信号またはテスト信号が入力されるようになっており、設定された各周波数係数に基づいて入力された信号に対して周波数特性の調整を行い、各信号レベル／遅延調整部２４０に出力するようになっている。 【００５５】
各信号レベル／遅延調整部２４０には、信号処理制御部２６０の制御の下、各チャンネル毎に、チャンネル間における減衰率を調整するための係数（以下、減衰係数という。）と、各チャンネルに該当するオーディオ信号またはテスト信号における遅延量（遅延時間）を調整するための係数（以下、遅延制御係数という。）と、が設定されるようになっている。また、この各信号レベル／遅延調整部２４０には、各周波数帯域毎に周波数特性が調整されたオーディオ信号またはテスト信号が入力されるようになっており、この各信号レベル／遅延調整部２４０は、設定された減衰係数および遅延制御係数に基づいて、入力された信号に対してチャンネル間における減衰率および遅延量を調整し、当該減衰率および遅延量が調整されたオーディオ信号またはテスト信号を各残響制御回路２５０に出力するようになっている。【００５６】
フィルタ処理部２５０には、各チャンネル毎のオーディオ信号またはテスト信号が入力されるようになっており、このフィルタ処理部２５０は、入力されたオーディオ信号またはテスト信号をユニット信号としてスピーカユニット数と同数に分割し、当該分割された各ユニット信号に対してフィルタ処理を行うようになっている。そして、このフィルタ処理部２５０は、各ユニット信号をそれぞれ各スピーカユニットＳＰＵ毎に加算し、加算されたユニット信号を該当する各Ｄ／Ａ変換器１２２に出力するようになっている。【００５７】
特に、このフィルタ処理部２５０は、信号処理制御部２６０によって算出された各チャンネル毎に、かつ、ユニット信号毎に算出されたフィルタ係数に基づいて各ユニット信号に対してフィルタ処理を行うようになっている。【００５８】
なお、本実施形態では、フィルタ処理部２５０は、各スピーカユニットＳＰＵ毎に拡声すべき信号に対してフィルタ係数に基づいて所定の処理を施すことによって、後述するように、入力された信号に対して残響成分を付加するとともに、付加された残響成分に対して拡声する際の指向性を制御するようになっている。また、本実施形態におけるフィルタ処理部２５０の構成およびその動作の詳細は、後述する。また、例えば、本実施形態のフィルタ処理部２５０は、本発明の分割手段および信号処理手段を構成する。【００５９】
信号処理制御部２６０は、システム制御部１２９の指示の下、各周波数特性調整回路２３０、および、各信号レベル／遅延調整部２４０の各係数の決定およびその設定を行うようになっている。特に、この信号処理制御部２６０は、空間特性解析部１２７によって解析された各パラメータのデータに基づいて、周波数調整係数、減衰係数、および、遅延制御係数を決定し、当該決定された各係数を、それぞれ、各周波数特性調整回路２３０、および、各信号レベル／遅延調整部２４０に設定するようになっている。【００６０】
一方、この信号処理制御部２６０は、予め設定された値または予め内部に保持している値と、空間特性解析部１２７において算出されたフィルタ係数を決定する際に用いられるパラメータ（以下、残響パラメータという。）のデータを取得し、当該残響パラメータに基づいて、フィルタ処理部２５０において、各ユニット信号毎にフィルタ処理を行う際の当該フィルタ係数を算出するようになっており、算出された各フィルタ係数をフィルタ処理部２５０に設定するようになっている。【００６１】
具体的には、本実施形態の信号処理制御部２６０は、空間特性解析部１２７において算出された残響パラメータに基づいて、フィルタ処理部２５０において、入力された信号に対して残響成分を付加させる係数を算出するとともに、当該算出された係数に対して所定の処理を施し、入力された信号に対して付加された残響成分をアレイスピーカシステム２０から拡声させた場合の当該残響成分の拡声音の指向性を制御するためのフィルタ係数を算出するようになっている。 【００６２】
なお、本実施形態における信号処理制御部２６０において算出されるフィルタ係数の詳細については後述する。【００６３】
次に、図４を用いて本実施形態における空間特性解析部１２７の構成およびその動作について説明する。なお、図４は、本実施形態における空間特性解析部１２７の構成を示すブロック図である。【００６４】
空間特性解析部１２７には、テスト信号に基づき拡声された拡声音を集音することによって生成された集音信号が入力されるようになっており、この空間特性解析部１２７は、上述のように、入力された集音信号に基づいて、各チャンネル毎に出力された拡声音の周波数特性の解析、その音圧レベルの解析、遅延時間解析、および、その残響成分の解析を行い、各解析結果に基づいてシステム制御部１２９を介して信号処理部２００に各データを出力するようになっている。【００６５】
この空間特性解析部１２７は、リスニングルーム１０の周波数特性を解析する周波数特性解析部１２７Ａと、当該リスニングルーム１０における各スピーカから拡声された音圧レベルおよび遅延時間を解析する音圧レベル／遅延時間解析部１２７Ｂと、残響制御係数設定処理が実行される際に、当該リスニングルーム１０の残響特性を解析し、残響パラメータを算出する残響特性解析部１２７Ｃと、から構成される。【００６６】
周波数特性解析部１２７Ａは、入力されたテスト信号における集音信号に基づいて、当該リスニングルーム１０のマイクロホン１３０の設置位置（聴取位置）における周波数特性を解析するようになっており、システム制御部１２９を介して、解析結果を所定のパラメータのデータとして信号処理制御部２６０に出力するようになっている。また、音圧レベル／遅延時間解析部１２７Ｂは、入力されたテスト信号における集音信号に基づいて、当該リスニングルーム１０のマイクロホン１３０の設置位置における各スピーカから拡声された音圧レベルおよび遅延時間を解析するようになっており、システム制御部１２９を介して、解析結果を所定のパラメータのデータとして信号処理制御部２６０に出力するようになっている。【００６７】
残響特性解析部１２７Ｃは、フィルタ係数算出処理が実行される際に、入力されたテスト信号における集音信号に基づいて、リスニングルーム１０における残響特性を解析するようになっており、解析結果に基づいて、信号処理制御部２６０によって決定されるフィルタ係数を決定する際に用いられる残響パラメータを決定し、当該決定された残響パラメータをデータとして信号処理制御部２６０に出力するようになっている。【００６８】
具体的には、残響特性解析部１２７Ｃは、入力されたテスト信号における集音信号に基づいて、各周波数帯域毎に、任意のスピーカから聴取位置において最初に到達した拡声音（直接音）を基準としてその振幅レベルの減衰比とその際の時間を示す残響時間を算出するようになっている。そして、この残響特性解析部１２７Ｃは、入力された集音信号に基づいて所定の残響時間、例えば、任意のスピーカから聴取位置において最初に到達した拡声音（直接音）から８０ｍｓｅｃまでのリスニングルーム１０の壁面にて反射されることによって聴取位置に到達する各拡声音の指向性を解析するようになっている。【００６９】
なお、一般的に、残響時間とは、初期の音圧レベル、すなわち、直接音の音圧レベルから当該音圧レベルが６０ｄＢ減衰するまでの時間を示すので、本実施形態の残響特性解析部１２７Ｃは、直接音の音圧レベルから−６０ｄＢ減衰するまでの時間を残響時間として算出するようになっている。【００７０】
また、残響特性解析部１２７Ｃは、集音信号に基づいて算出された残響時間と予め内部に格納されている目標となる残響時間（以下、ターゲット残響時間という。）を比較し、当該比較した結果、残響制御回路２５０にて残響時間を生成する際に用いる残響時間を決定するようになっている。そして、この残響特性解析部１２７Ｃは、決定された残響時間に基づいて、残響パラメータを算出するようになっている。【００７１】
なお、残響特性解析部１２７Ｃは、当該算出された残響パラメータを信号処理制御部２６０に出力する際に、解析された各拡声音の指向性を示すデータも当該残響パラメータとともに信号処理制御部２６０に出力するようになっている。【００７２】
次に、図５〜図８を用いて本実施形態の信号処理制御部２６０において算出されるフィルタ係数について説明する。なお、図５および図６は、指向性を設定する際の各スピーカユニットＳＰＵにて拡声される音波と遅延量の関係を示す図であり、図７は、本実施形態の信号処理制御部２６０において算出されるフィルタ係数について説明するための図である。また、図８は、本実施形態においてフィルタ係数を算出する際に用いられる目標残響特性の一例である。【００７３】
本実施形態の信号処理制御部２６０は、空間特性解析部１２７おいてリスニングルーム１０を解析することによって算出された残響パラメータに基づいて、入力された信号に対して残響成分を付加させるための係数を算出するとともに、当該係数を算出する際に、各チャンネル毎にスピーカユニット数に分割された各ユニット信号に対してそれぞれフィルタ処理を行うための各係数（以下、フィルタ係数という。）を算出するようになっている。すなわち、信号処理制御部２６０は、フィルタ処理部２５０において、入力された信号に対して残響成分を付加させるとともに、当該残響成分のアレイスピーカシステム２０からの拡声音の指向性を制御するためのフィルタ係数を算出するようになっている。【００７４】
通常、アレイスピーカシステム２０を拡声させる際に、入力されたオーディオ信号またはテスト信号などの入力された信号が分割された信号である各ユニット信号に対して、所定の規則性を持たせるように各ユニット信号を当該各ユニット信号毎に独立に遅延させて拡声させると、当該遅延に基づいて各ユニット信号が拡声された音波に位相差が生じる。したがって、この位相差を有する各音波を拡声音として一体的に聴取位置にて聴取すると、聴取位置で聴取する聴取者は、指向性を有する拡声音として聴取することができるようになっている。【００７５】
具体的には、アレイスピーカシステム２０を構成する各スピーカユニットＳＰＵは、上下左右対象に、かつ、規則的に配設されているので、当該各スピーカユニットＳＰＵと他のスピーカユニットＳＰＵとの距離が予め特定することができるとともに、当該距離に基づいて指向性を持たせる方向を中心に拡声すべき各ユニット信号を遅延させれば、当該拡声音を聴取位置にて聴取する際の指向性を制御することができるようになっている。【００７６】
例えば、図５に示すように、アレイスピーカシステム２０において、各スピーカユニットＳＰＵを左右ｎ個ずつ均等に配設させ、当該アレイスピーカシステム２０の正面中央からの方向に指向性を持たせる場合を想定する。この場合に、各スピーカユニットＳＰＵから拡声されるユニット信号に、各スピーカユニットＳＰＵ間の距離Ｓ１、Ｓ２またはＳ３を基準とする遅延を左右対象に生じさせ、各スピーカユニットＳＰＵから各ユニット信号を拡声させると、当該各ユニット信号が拡声されることによって発生した各音波ｗには、スピーカユニットＳＰＵの配設面Ｐから所定の角度θを有する指向特性面Ｑを基準とした位相差が生じる。このため、当該遅延された各音波ｗを聴取位置にて聴取すると、拡声音は、アレイスピーカシステム２０の正面中央からの方向特性、すなわち、指向性を有することとなる。言い換えれば、図６に示すように、拡声音に対して焦点Ｐの方向に指向性を持たせるためには、各スピーカユニットＳＰＵからの各拡声音が焦点Ｐに向けて同時に到達するよう遅延時間を設定すれば、当該拡声音の指向性を制御することができるようになっている。【００７７】
一方、このアレイスピーカシステム２０において、残響成分の指向性を制御する場合には、当該残響成分の指向性を設定するため、各ユニット信号毎に、拡声すべき残響成分の遅延を生じさせる必要がある。【００７８】
例えば、図７および図８に示すように、直接成分がユーザに対して反射することなく聴取位置に向けて拡声される場合であって、当該直接成分に対して短い残響時間にて付加される複数の残響成分が独立して構成されている場合に、図８に示す第１残響成分、第２残響成分、第３残響成分などの当該各残響成分について、特定の指向性を設定すると、聴取位置における各残響成分の伝搬経路長が異なることなる。【００７９】
すなわち、図７に示すように、直接成分および各残響成分のアレイスピーカシステム２０から聴取位置までの伝搬距離が異なることになる。したがって、上述のように、各残響成分に対して独立的に指向性を制御するためには、指向性を制御するための遅延量（以下、指向性制御用遅延量という。）の他に、この伝搬経路長に基づいて各ユニット信号における各残響成分について遅延量（以下、距離補正用遅延量という。）にて各ユニット信号を補正する必要がある。【００８０】
そこで、本実施形態の信号処理制御部２６０は、入力された残響パラメータ、各残響音の設定すべき指向性、および、各残響音の伝搬路長に基づいて、直接成分を維持しつつ、アレイスピーカシステム２０によって拡声音を拡声させる際に残響成分を拡声するためのユニット信号を、フィルタ処理部２５０にて生成させるための各フィルタ係数を算出するようになっている。【００８１】
なお、図８に示す残響特性は、リスニングルーム１０において目標となる目標残響特性であり、フィルタ係数を算出するために用いるサンプル数と、取得された各残響成分の振幅レベルの比との関係を示す残響特性である。また、このサンプル数は、フィルタ係数を算出する際の当該フィルタ係数を算出するための処理間隔を示し、１サンプル＝１／Ｆｓとして取り扱うようになっている。さらに、図８に示す縦軸の振幅レベルの比は直接成分を「１」とした場合の正規化された各残響成分の振幅レベルの比を示す。【００８２】
また、上述の説明について、直接成分とは、音響再生装置１２０において拡声する各チャンネル毎のテスト信号およびオーディオ信号そのものの成分、すなわち、音源出力装置１１０から取得されたオーディオ信号またはテスト信号発生部１２４にて発生させたテスト信号そのものを示す成分をいう。そして、残響成分とは、信号処理部２００において直接成分が加工されることによって当該直接成分に付加される成分をいい、当該残響成分がアレイスピーカシステム２０より拡声された際に、聴感上、残響として認識することができる成分をいう。一方、直接音とは、アレイスピーカシステム２０から聴取者に対して直接聴取することができる拡声音をいい、反射音とは、アレイスピーカシステム２０から拡声された際に、リスニングルーム１０において反射されることによって聴取位置に到達する拡声をいう。したがって、本実施形態では、後述するように、残響成分であっても指向性を制御する結果、直接音として拡声されることもあり、直接成分であっても、残響成分の指向性制御の結果、反射音として拡声させる場合もある。【００８３】
このように、本実施形態では、信号処理制御部２６０は、各ユニット信号が信号処理されて拡声される場合に、直接成分に残響成分を付加する際に必要となる遅延量とともに、指向性を制御する遅延量および各残響成分の伝搬路長に基づいて、直接成分を維持しつつ、拡声すべき各ユニット信号を第１残響成分、第２残響成分などの複数の残響成分を生成し、当該各残響成分が特定の指向性を有するように加工するための各フィルタ係数を算出するようになっている。【００８４】
具体的には、信号処理制御部２６０は、空間特性解析部１２７によって算出されたリスニングルーム１０の残響特性から算出された残響パラメータと当該残響特性における各成分の指向性を示すデータに基づいて、各チャンネル毎の各スピーカユニットＳＰＵにて拡声される各ユニット信号毎に、すなわち、後述するフィルタ処理部２５０における各フィルタ毎に、チャンネル毎の各フィルタ係数を算出し、当該算出された各フィルタ係数を各チャンネル毎に各フィルタに設定するようになっている。以下、信号処理制御部２６０における各フィルタ係数の算出処理について説明する。【００８５】
なお、以下のフィルタ係数の算出処理の説明において、各スピーカユニットＳＰＵにて拡声されるユニット信号を用いて当該フィルタ係数の説明を行う。【００８６】
〔フィルタ係数の算出処理〕
（１）まず、この信号処理制御部２６０は、空間特性解析部１２７から出力された残響パラメータに基づいて、指向性が特定されておらず、各残響成分を各ユニット信号に付加させるための係数（以下、残響付加係数という。）を算出するようになっている。【００８７】
例えば、この信号処理制御部２６０は、図８に示す第１残響成分、第２残響成分などの各残響成分を、直接成分、すなわち、信号処理部２００に入力されたオーディオ信号またはテスト信号に付加させるための残響付加係数を算出するようになっている。【００８８】
なお、各ユニット信号毎の各遅延量を有する各残響成分における各残響付加係数は、後述する各フィルタにおいて設定されるフィルタ係数を示し、当該各フィルタは、当該各ユニット信号毎の各残響付加係数に基づいて入力されたユニット信号を畳み込み、各ユニット信号における残響成分を当該各ユニット信号に付加させるようになっている。
（２）次いで、この信号処理制御部２６０は、上述の図７に示すように、アレイスピーカシステム２０が配置されている中心を基準にリスニングルーム１０における聴取位置の座標（以下、聴取座標という。）、各残響成分におけるアレイスピーカシステム２０を基準とした焦点の角度を示す焦点角度、および、当該焦点までの距離（以下、焦点距離という。）を操作部１２８によって予め設定された値を取得、または、予め当該信号処理制御部２６０内部に格納されている値を読み出すことによって取得するようになっている。【００８９】
なお、例えば、本実施形態では、聴取座標は、図７に示すように、アレイスピーカシステム２０の中心に聴取位置方向をＸ軸、および、当該アレイスピーカシステム２０に向かって左から右の方向をＹ軸として示される。また、焦点とは、残響成分が到達する点、すなわち、上述の図６において、各スピーカユニットＳＰＵから同一の残響成分が拡声された場合に、同時に到達する点をいい、当該焦点は、原則、聴取位置と異なるとともに、各残響成分毎に設定されるようになっている。
（３）次いで、この信号処理制御部２６０は、取得された焦点角度および焦点距離に基づいて各残響成分の焦点座標を算出するとともに、アレイスピーカシステム２０におけるスピーカユニットＳＰＵのユニット数と縦横の当該スピーカユニットＳＰＵの配列間隔に基づいて、各焦点とアレイスピーカシステム２０の中心の各距離を算出するとともに、各スピーカユニットと各焦点との各距離（以下、ユニット−焦点間距離という。）を算出するようになっている。【００９０】
例えば、信号処理制御部２６０は、ｍ個のスピーカユニットＳＰＵにてｎ個の残響成分を制御する場合に、（式１）に基づいて焦点座標（ＸＦＰ、ＹＦＰ）を算出するようになっており、（式２）に基づいて各ユニット−焦点間距離（ｒＦＰ）を算出するようになっている。【００９１】
【数１】
0004177413.tif 000002
【数２】
0004177413.tif 000003
【００９２】
（４）次いで、この信号処理部２００は、各ユニット−焦点間距離に基づいて、各スピーカユニットＳＰＵに入力されるユニット信号における各残響成分の指向性制御用遅延量を指向制御用移動サンプル数として算出するようになっている。【００９３】
例えば、本実施形態の信号処理部２００は、具体的には、各ユニット−焦点間距離に基づいて、（式３）も用いて各ユニット信号毎に、かつ、各残響成分毎に、指向性制御用遅延量ｄｔ（ｍ，ｎ）を算出し、（式４）に基づいて当該算出された各指向性制御用遅延量を指向性制御用サンプル数ｄｓ（ｍ，ｎ）に換算するようになっている。ただし、ｒｍａｘは、各焦点毎の焦点距離（ｒＦＰ（ｍ，ｎ））の最大値を示し、ｃは、音速（ｍ／ｓｅｃ）を示す。また、ｒｏｕｎｄは、算出された値を所定の桁数で丸め、概数を算出する演算子を示し、Ｆｓは各残響成分を解析する際のサンプリング周波数を示す。【００９４】
【数３】
0004177413.tif 000004
【数４】
0004177413.tif 000005
【００９５】
（５）次いで、この信号処理制御部２６０は、焦点角度に基づいて各残響成分におけるアレイスピーカシステム２０の中心から聴取位置までの伝搬路長（以下、伝搬距離という。）を算出するとともに、当該算出された伝搬距離に基づいて、各残響成分における所望の到達順に聴取位置に到達させるための当該伝搬距離に基づく到達時間の遅延量を示す距離補正用遅延量を算出し、当該算出された各距離補正用遅延量を距離補正用移動サンプル数として算出するようになっている。【００９６】
例えば、この信号処理制御部２６０は、上述のように取得された伝搬距離および音速に基づいて各残響成分毎の距離補正用遅延量を算出し、当該算出された距離補正用遅延量を距離補正用移動サンプル数に換算するようになっている。具体的には、この信号処理制御部２６０は、（式５）に基づいて距離補正用遅延量ｄＬｔ（ｎ）を算出し、（式６）に基づいて当該算出された距離補正用遅延量ｄＬｔ（ｎ）を距離補正用サンプル数に換算するようになっている。ただし、Ｌ（ｎ）は各残響成分における伝搬距離を示し、直接成分における距離補正用遅延量をｄＬｔ（０）とする。【００９７】
【数５】
0004177413.tif 000006
【数６】
0004177413.tif 000007
【００９８】
（６）次いで、この信号処理制御部２６０は、各残響成分毎に、かつ、各ユニット信号毎に算出された指向性制御用移動サンプル数と、各残響成分毎に算出された各距離補正量移動サンプル数に基づいて総移動サンプル数を算出し、当該算出された各総移動サンプル数に基づいて、最終的に各ユニット信号における係数（以下、残響制御係数という。）を決定するようになっている。【００９９】
具体的には、指向性制御用移動サンプル数は、各残響成分に対する遅延量を示すが、距離補正用移動サンプル数は、直接成分を基準とすると、各残響成分の本来の拡声タイミングより先行させる必要がある。したがって、この信号処理制御部２６０は、（式１）に示すように、各ユニット毎に、かつ、各残響成分毎に、指向性制御用移動サンプル数から距離補正量移動サンプル数を減算するようになっている。【０１００】
【数７】
0004177413.tif 000008
【０１０１】
なお、最終的に各係数を決定し、総移動サンプル数に基づいて各残響成分を移動させる際に、直接成分の係数、すなわち、当該直接成分の係数よりも時間的に前に移動された場合には、時間的な最先となる残響成分係数をサンプル番号「１」とし、当該残響成分係数に基づいて、直接成分係数も含めてサンプル番号を後に移動させるようになっている。さらに、最終的に各フィルタ係数を決定する際に、各残響成分係数の最大値で正規化して調整して決定するようになっている。【０１０２】
このように、本実施形態の信号処理制御部２６０は、最終的に決定された各ユニット信号毎の各遅延量（本実施形態におけるサンプル数）を有する各残響成分における残響成分係数および直接成分係数をフィルタ係数として、フィルタ処理部２５０における各フィルタに設定するようになっている。ただし、上述のフィルタ係数の算出処理は、平面的（２次元）に拡声される残響係数について算出しているが、立体的（３次元）に生成される残響係数であっても当該フィルタ係数を算出することができるようになっている。【０１０３】
次に、図９および図１０を用いて本実施形態におけるフィルタ処理部２５０の構成およびその動作について説明する。なお、図９は、本実施形態における信号処理部２００のフィルタ処理部２５０の構成を示すブロック図であり、図１０は、当該フィルタ処理部２５０における各フィルタの構造を示すブロック図である。【０１０４】
フィルタ処理部２５０は、上述のように、入力された各チャンネル毎のオーディオ信号またはテスト信号の分割、当該分割された各ユニット信号に対してのフィルタ処理、および、フィルタ処理された各ユニット信号の加算を行うようになっており、加算されたユニット信号を該当する各Ｄ／Ａ変換器１２２に出力するようになっている。【０１０５】
具体的には、このフィルタ処理部２５０は、各チャンネル毎に、当該各チャンネル毎に入力されたオーディオ信号をスピーカユニットＳＰＵと同数にユニット信号として分割する分割部２５１と、分割された各ユニット信号毎に設定されたフィルタ係数に基づいてフィルタ処理を行う複数のフィルタＦと、を備えるとともに、フィルタ処理された各ユニット信号をアレイスピーカシステム２０の各スピーカユニットＳＰＵ毎に加算する複数の加算部２５２を備えている。【０１０６】
なお、図９に示すように、各チャンネル毎の分割部２５１は、それぞれ、第１分割部２５１−１乃至第６分割部２５１−６の各名称を付し、各スピーカユニットＳＰＵ毎の加算部２５２は、第１加算部２５２−１乃至第Ｎ加算部２５２−ｎの各名称を付する。【０１０７】
第１分割部などの各分割部２５１には、各チャンネル毎のオーディオ信号またはテスト信号が入力されるようになっており、この各分割部２５１は、入力された各チャンネル毎のオーディオ信号またはテスト信号を各スピーカユニットＳＰＵ毎にユニット信号として分割し、分割された各ユニット信号を各ユニット信号毎に設けられたフィルタＦに出力されるようになっている。【０１０８】
各フィルタＦには、上述のように、各信号処理制御部２６０によって決定されたフィルタ係数が設定されるようになっており、この各フィルタＦは、設定された各フィルタ係数に基づいて、入力された各ユニット信号、すなわち、直接成分の調整を行いつつ、当該直接成分に対して残響成分の生成および当該生成された残響成分がアレイスピーカシステム２０によって拡声される際の指向性を制御するためのフィルタ処理を、それぞれ、実行するようになっている。【０１０９】
例えば、本実施形態では、各フィルタＦは、図９に示すように、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタＦによって構成されるようになっており、設定された各フィルタ
係数に基づいて入力されたユニット信号を畳み込み、当該畳み込まれたユニット信号をＤ／Ａ変換器１２２および電力増幅器１２３を介して各スピーカユニットＳＰＵに出力するようになっている。【０１１０】
具体的には、各フィルタＦは、ユニット信号を２つの同一の成分（以下、単に信号成分という。）に分配する分配器２５３と、一の信号成分に基づいて残響成分を生成するための複数の遅延回路２５４および乗算器２５５と、直接成分の信号、すなわち、入力されたユニット信号に対して順次生成された残響成分を加算する複数の加算器２５６と、を有している。【０１１１】
なお、この各フィルタＦは、アレイスピーカシステム２０から拡声すべき残響成分の数の各遅延回路２５４および各乗算器２５５を有しており、各遅延回路２５４にて遅延された信号成分を加算する数の加算器２５６を有している。【０１１２】
各遅延回路２５４には、信号処理制御部２６０にて算出された各フィルタ係数の遅延量が設定されており、この各遅延回路２５４は、設定された各フィルタ係数の遅延量に基づいて入力された位置の信号成分に対して遅延処理を行うとともに、遅延された信号成分を乗算器２５５および他の遅延回路２５４に分割して出力するようになっている。【０１１３】
各乗算器２５５は、該当する遅延回路２５４において設定された各フィルタ係数の振幅値が設定されるようになっており、設定された各残響成分の振幅値に基づいて該当する遅延回路２５４、すなわち、当該乗算器２５５の前段に配設された遅延回路２５４から出力された信号成分が入力されるようになっている。そして、この各乗算器２５５は、入力された信号成分に対して設定された振幅値を乗算して該当する加算器２５６、すなわち、当該乗算器２５５の後段に配設された加算器２５６に出力するようになっている。 【０１１４】
一方、第１加算部などの各加算部２５２には、各チャンネル毎に一のフィルタ処理されたユニット信号が入力されるようになっており、この各加算部２５２は、入力された各ユニット信号を全て加算し、当該加算されたユニット信号を各Ｄ／Ａ変換器１２２に出力するようになっている。【０１１５】
なお、本実施形態では、フィルタＦにおいて、各ユニット信号は、生成された各遅延成分が加算されるようになっており、各加算部２５２では、各ユニット信号は、各スピーカユニットＳＰＵ毎に加算されるようになっているが、全体としてＤ／Ａ変換器に出力される際には、正規化されて、すなわち、各ユニット信号を構成する成分が「１」を越えないようにフィルタその他の各部において調整されるようになっている。【０１１６】
以上、本実施形態によれば、本実施形態のサラウンドシステム１００は、複数のスピーカユニットＳＰＵを有し、当該各スピーカユニットＳＰＵの配列位置が予め固定されて構成されているアレイスピーカシステム２０と、オーディオ信号またはテスト信号を取得する入力処理部１２１を有するとともに、各スピーカユニットＳＰＵを駆動させ、アレイスピーカシステム２０によって当該取得されたオーディオ信号またはテスト信号を前記リスニングルーム１０に拡声させる信号処理装置１２０と、を備え、信号処理装置１２０が、取得されたオーディオ信号またはテスト信号を複数のユニット信号として分割するとともに、予め設定された残響特性とアレイスピーカシステム２０における各スピーカユニットＳＰＵの配列位置とに基づいて分割されたユニット信号に対してそれぞれ信号処理を行い、分割されたユニット信号に対して残響成分を生成して付加するフィルタ処理部２５０と、信号処理された前記ユニット信号を該当する各スピーカユニットＳＰＵに出力し、アレイスピーカシステム２０を駆動する電力増幅器１２３と、を有し、フィルタ処理部２５０が、残響成分を生成する際に、アレイスピーカシステム２０から出力される際の指向性が制御される当該残響成分を生成するために、分割された各ユニット信号に対してそれぞれ信号処理を行う構成を有している。【０１１７】
この構成により、本実施形態のサラウンドシステム１００は、取得されたオーディオ信号またはテスト信号を複数のユニット信号として分割するとともに、分割されたユニット信号に対して残響成分を生成する際に、アレイスピーカシステム２０から出力される際の指向性が制御される当該残響成分を生成するために、分割された各ユニット信号に対してそれぞれ信号処理を行う。【０１１８】
したがって、アレイスピーカシステム２０においてオーディオ信号またはテスト信号が拡声させる場合に、生成される残響成分の指向性を制御させることができるので、直接成分、すなわち、入力されたオーディオ信号またはテスト信号とともに、指向性が特定された複数の残響成分が拡声させることができる。【０１１９】
この結果、聴取位置に対して残響成分の到来方向にスピーカを設置しなくても、仮想的なスピーカとして当該到来方向から残響成分を拡声させることができるとともに、スピーカの設置またはその設定を行う必要がないので、ユーザの煩雑な作業を行うことなく、かつ、高い臨場感を得ることができる。【０１２０】
また、本実施形態のサラウンドシステム１００は、フィルタ処理部２５０が、残響成分を生成する際に、アレイスピーカシステム２０から出力される際の指向性が制御される当該残響成分を生成するために、分割された各ユニット信号毎に当該残響成分の遅延量を制御することによって信号処理を行う構成を有している。【０１２１】
この構成により、本実施形態のサラウンドシステム１００は、残響成分を生成する際に、アレイスピーカシステム２０から出力される際の指向性が制御される当該残響成分を生成するために、分割された各ユニット信号毎に当該残響成分の遅延量を制御することができるので、上述と同様に、聴取位置に対して残響成分の到来方向にスピーカを設置しなくても、仮想的なスピーカとして当該到来方向から残響成分を拡声させることができるとともに、スピーカの設置またはその設定を行う必要がないので、ユーザの煩雑な作業を行うことなく、かつ、高い臨場感を得ることができる。【０１２２】
また、本実施形態のサラウンドシステム１００は、フィルタ処理部２５０が、予め設定された残響特性およびアレイスピーカシステム２０の各スピーカユニットＳＰＵの位置とともに、当該各スピーカユニットＳＰＵの特性に基づいて残響成分を生成する際に、アレイスピーカシステム２０から出力される際の指向性が制御される当該残響成分を生成するために、分割された各ユニット信号に対してそれぞれ信号処理を行う構成を有している。【０１２３】
この構成により、本実施形態のサラウンドシステム１００は、前記残響成分を生成する際に、予め設定された残響特性およびアレイスピーカシステム２０の各スピーカユニットＳＰＵの位置とともに、当該各スピーカユニットＳＰＵの特性に基づいてアレイスピーカシステム２０から出力される際の指向性が制御される当該残響成分を生成するために、分割された各ユニット信号に対してそれぞれ信号処理を行う。【０１２４】
したがって、当該各スピーカユニットＳＰＵの特性に基づいてアレイスピーカシステム２０から出力される際の指向性が制御される当該残響成分を生成することができるので、上述と同様に、聴取位置に対して残響成分の到来方向にスピーカを設置しなくても、仮想的なスピーカとして当該到来方向から残響成分を拡声させることができるとともに、スピーカの設置またはその設定を行う必要がないので、ユーザの煩雑な作業を行うことなく、かつ、高い臨場感を得ることができる。【０１２５】
また、本実施形態のサラウンドシステム１００は、アレイスピーカシステム２０が、同一の特性を有するスピーカユニットＳＰＵによって構成され、フィルタ処理部２５０が、複数の残響成分を生成する際に、当該各残響成分毎に前記アレイスピーカシステム２０から出力される際の指向性を制御するために、分割された各ユニット信号に対してそれぞれ信号処理を行う構成され、または、フィルタ処理部２５０が、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタによって構成されているとともに、当該ＦＩＲフィルタのフィルタ係数に基づいて各ユニット信号に対して信号処理を行う構成を有している。【０１２６】
この構成により、本実施形態のサラウンドシステム１００は、上述と同様に、聴取位置に対して残響成分の到来方向にスピーカを設置しなくても、仮想的なスピーカとして当該到来方向から残響成分を拡声させることができるとともに、スピーカの設置またはその設定を行う必要がないので、ユーザの煩雑な作業を行うことなく、かつ、高い臨場感を得ることができる。【０１２７】
なお、本実施形態では、信号処理制御部２６０は、各残響成分の焦点角度とその距離を示す基準距離に基づいて各残響成分における焦点座標を算出するようになっているが、勿論、直接的に当該焦点座標の入力およびその設定を行うようにしてもよい。【０１２８】
また、本実施形態では、信号処理制御部２６０は、各残響成分の焦点位置に基づいて各ユニット信号に各残響成分の指向性制御用遅延量を算出するようになっているが、指向性を設定する方向の音波の波面の傾きに基づいて当該各ユニット信号に各残響成分の指向性制御用遅延量を算出してもよい。【０１２９】
例えば、この場合には、信号処理制御部２６０は、図１１に示すように、リスニングルーム１０内に拡声される各残響成分の方向を示す音波の波面Ｒの角度を取得し、当該波面の角度と各スピーカユニットＳＰＵ間の距離（以下、ユニット間距離という）ｄとに基づいて波面と各スピーカユニットＳＰＵの距離（以下、波面距離という。）ｘを算出し、当該算出された各波面距離ｘに基づいて各ユニット信号における各残響成分の指向性制御用遅延量を算出するようにしてもよい。【０１３０】
また、本実施形態では、全ての残響成分におけるフィルタ係数を算出し、当該各残響成分を独立的に制御するようになっているが、例えば、２次反射程度の初期の残響成分以降に発生する残響成分については、一律にその指向性を制御するようにしてもよい。【０１３１】
例えば、
（１）焦点をアレイスピーカシステム２０の後方に設定することにより当該後期の残響成分における指向性を拡散させる
（２）指向性を特定する方向を聴取位置方向に設定せず、かつ、当該後期の残響成分における低次の残響成分については聴取位置に到達しない角度に焦点角度を設定する
ことによって、後期の残響成分の指向性を制御する。【０１３２】
この場合に、上述のように、各残響成分を独立的に制御する場合に比べて、簡易的に後期の残響成分の指向性を制御することができるので、信号処理制御部２６０における各フィルタ係数を算出する処理の負担を軽減することができる。【０１３３】
また、本実施形態では、５．１ｃｈのサラウンドシステム１００を用いて残響時間の設定処理について説明しているが、勿論、７．１ｃｈのサラウンドシステム、ＡＶアンプなどのステレオ用音響再生装置などの他の音響再生装置についても適用することができる。【０１３４】
また、本実施形態では、信号処理装置１２０において、音源出力装置１１０において出力されたデジタル信号に基づいて残響成分の付加その他の信号処理を行うようになっているが、勿論、当該信号処理装置１２０において、音源出力装置１１０から出力されたアナログ信号またはその他の外部から入力されたアナログ信号に基づいて信号処理を行うようにしてもよい。【０１３５】
また、本実施形態では、アレイスピーカシステム１３０は、同一の特性を有し、所定の間隔に配列された複数のスピーカユニットＳＰＵによって構成されているが、異なる特性を有し、所定の間隔に配列されているスピーカユニットＳＰＵによって構成されていてもよい。【０１３６】
この場合には、信号処理制御部２６０は、残響制御係数を算出する際に、所定の間隔のみに基づいて、または、当該所定の間隔および各スピーカユニットＳＰＵの特性に基づいて残響制御係数を算出するようになる。【０１３７】
また、本実施形態では、フィルタ処理部２５０は、オーディオ信号をスピーカユニットＳＰＵと同数にユニット信号として分割し、かつ、各ユニット信号毎にフィルタ処理を行うようになっているが、所定数のスピーカユニットＳＰＵ毎に一のスピーカユニット群を構成し、オーディオ信号をスピーカユニット群と同数にユニット信号として分割するとともに当該各ユニット信号毎にフィルタ処理を行うようにしてもよい。【０１３８】
この場合には、アレイスピーカシステム１３０には、各スピーカユニット群毎に各ユニット信号が入力されるので、当該アレイスピーカシステム１３０は、直接成分を含めて指向性が制御された残響成分を拡声するようになる。【０１３９】
〔第２実施形態〕
次に、図１２を用いて、本願に係るサラウンドシステムにおける第２実施形態について説明する。【０１４０】
なお、本実施形態では、第１実施形態において、各ユニット信号毎にフィルタ係数に基づいて、指向性を制御するように残響成分を生成する点に代えて、残響成分を生成後に各ユニット信号に対して遅延制御を行うことによって残響成分の指向性を制御する点に特徴があり、その他の構成は、第１実施形態と同様の構成を有しているため、その他の部材には、同一番号を付し、その説明を省略する。【０１４１】
まず、図１２を用いて本実施形態のフィルタ処理部について説明する。なお、図１２は、本実施形態におけるフィルタ処理部の構成を示すブロック図である。【０１４２】
本実施形態の各フィルタ処理部３５０は、第１実施形態と同様に、各チャンネル毎に設けられており、図１２に示すように、信号処理制御部２６０によって算出された係数（以下、残響制御係数という。）に基づいて各チャンネル毎に入力されたオーディオ信号またはテスト信号に基づいて直接成分を維持しつつ、残響成分を生成する残響成分生成部３５１と、生成された直接成分および各残響成分をスピーカユニットＳＰＵと同数にユニット信号として分割する分割部２５１と、分割された各ユニット信号毎に予め設定された遅延制御を行うための遅延制御係数に基づいて遅延処理を行う複数のディレイＤと、を備えるとともに、遅延処理された各ユニット信号をアレイスピーカシステム２０の各スピーカユニットＳＰＵ毎に加算する複数の加算部２５２を備えている。【０１４３】
なお、図１２には、残響成分生成部３５１において、Ｍ−１個の残響成分を生成する場合のフィルタ処理部３５０のブロック図であり、この残響成分生成部３５１は、直接成分を含むとＭ個の成分に対して遅延処理を行うことにより直接成分および残響成分の指向性制御を行うことができるようになっている。また、図１２に示すように、第１実施形態と同様に、各チャンネル毎の分割部２５１は、それぞれ、第１分割部２５１−１乃至第Ｍ分割部２５１−Ｍの各名称を付し、各スピーカユニットＳＰＵ毎の加算部２５２は、第１加算部２５２−１乃至第Ｎ加算部２５２−Ｎの各名称を付する。【０１４４】
残響成分生成部３５１には、チャンネル毎のオーディ信号またはテスト信号が入力されるようになっており、この残響成分生成部３５１は、信号処理制御部２６０によって残響パラメータに基づいて算出された残響制御係数に基づいて、直接成分、すなわち、入力された信号を維持しつつ、複数の残響成分を生成し、直接成分および複数の残響成分を、それぞれ、各分割部２５１に出力するようになっている。【０１４５】
第１分割部２５１−１などの各分割部２５１には、各チャンネル毎の各直接成分または残響成分が入力されるようになっており、この各分割部２５１は、入力された各チャンネル毎の直接成分または残響成分を各スピーカユニットＳＰＵ毎にユニット信号として分割し、分割された各ユニット信号を各ユニット信号毎に設けられたディレイＤに出力されるようになっている。【０１４６】
各ディレイＤには、信号処理制御部２６０によって予め決定された遅延制御係数が設定されるようになっており、この各ディレイＤは、設定された各遅延制御係数に基づいて、各直接成分または残響成分がアレイスピーカシステム２０から拡声された場合に、所定の指向性が制御されるように、入力された直接成分または残響成分に対して所定の遅延量を付加し、当該付加された直接成分または残響成分を該当する各加算部２５２に出力するようになっている。【０１４７】
なお、本実施形態では、信号処理制御部２６０は、残響特性解析部１２７Ｃによって算出された残響パラメータに基づいて、残響成分生成部３５１において残響成分を生成するための係数を算出して当該残響成分生成部３５１に設定するようになっている。また、信号処理制御部２６０は、残響特性解析部１２７Ｃによって算出された各残響成分の指向性データに基づいて、直接成分および残響成分生成部において生成された各残響成分における各成分の各ユニット信号に対する遅延量を設定するための遅延制御係数を算出して各ディレイＤに設定するようになっている。【０１４８】
以上、本実施形態によれば、本実施形態のサラウンドシステム１００は、第１実施形態と同様に、複数のスピーカユニットＳＰＵを有し、当該各スピーカユニットＳＰＵの配列位置が予め固定されて構成されているアレイスピーカシステム２０と、オーディオ信号またはテスト信号を取得する入力処理部１２１を有するとともに、各スピーカユニットＳＰＵを駆動させ、アレイスピーカシステム２０によって当該取得されたオーディオ信号またはテスト信号を前記リスニングルーム１０に拡声させる信号処理装置１２０と、を備え、信号処理装置１２０が、取得されたオーディオ信号またはテスト信号を複数のユニット信号として分割するとともに、予め設定された残響特性とアレイスピーカシステム２０における各スピーカユニットＳＰＵの配列位置とに基づいて分割されたユニット信号に対してそれぞれ信号処理を行い、分割されたユニット信号に対して残響成分を生成して付加するフィルタ処理部３５０と、信号処理された前記ユニット信号を該当する各スピーカユニットＳＰＵに出力し、前記アレイスピーカシステム２０を駆動する電力増幅器１２３と、を有し、フィルタ処理部３５０が、残響成分を生成する際に、アレイスピーカシステム２０から出力される際の指向性が制御される当該残響成分を生成するために、分割された各ユニット信号に対してそれぞれ信号処理を行う構成を有している。【０１４９】
なお、本実施形態では、５．１ｃｈのサラウンドシステム１００を用いて残響時間の設定処理について説明しているが、勿論、７．１ｃｈのサラウンドシステム、ＡＶアンプなどのステレオ用音響再生装置などの他の音響再生装置についても適用することができる。【０１５０】
また、本実施形態では、信号処理装置１２０において、音源出力装置１１０において出力されたデジタル信号に基づいて残響成分の付加その他の信号処理を行うようになっているが、勿論、当該信号処理装置１２０において、音源出力装置１１０から出力されたアナログ信号またはその他の外部から入力されたアナログ信号に基づいて信号処理を行うようにしてもよい。
【図１】
0004177413.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】
0004177413.tif 000016
【図９】
0004177413.tif 000017
【図１０】
0004177413.tif 000018
【図１１】
0004177413.tif 000019
【図１２】
0004177413.tif 000020