JP2007124129A - 音響再生装置および音響再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のスピーカの指向性を制御して、１または複数の感度の低い領域を形成する。
【解決手段】例えば、聴取者７はスピーカユニット３ｅを使用して音声信号Ｂを聞くとする。また、スピーカユニット３ｂの前方に居る聴取者５およびスピーカユニット３ｇの前方に居る聴取者７は、音声信号Ｂを聞かないとする。信号処理部２２は、聴取者５および７に対する各スピーカユニットの指向性を重ね合せると０となるように、スピーカユニット３ｂ、３ｅ、３ｇに対するそれぞれの重み付け係数を算出する。音声信号Ｂに重み付け係数が乗じられた音声信号が各スピーカユニットに供給されて再生されることで、聴取者５および７の周囲に音声信号Ｂが聞こえない領域を形成できる。
【選択図】図３

Description

この発明は、複数のスピーカの指向性を制御して、１又は複数の感度の低い領域を形成するようにした音響再生装置および音響再生方法に関する。

従来から、スピーカの指向性を制御する種々の提案がなされている。例えば、下記特許文献１には、スピーカの振動板あるいは振動膜の一方を吸音材で覆い、音圧と周波数特性上の山、谷の発生を抑えることで単一の指向性を得ることができるようにしたスピーカシステムが記載されている。

特開昭６３−５４８９８号公報

また、下記特許文献２には、所定の伝達関数のフィルタによって処理された音声信号を、ひとつのエンクロージャの内部にそれぞれの背面が対向するように配設された一対のスピーカに供給し、伝達関数を電気的に制御することで所望の指向性を得ることができるようにした音響再生装置が記載されている。

特開平９−２４７７８４号公報

ところで、ある音声を特定の人若しくは特定のグループの人だけに聞かせて、周囲にいる人にはその音声を聞こえないようにすることが望まれる場合がある。例えば、テーブル上に複数のスピーカユニットが設けられた音響再生装置が置かれたときに、ある人は特定のスピーカユニットを使用して音楽を聴き、ある人は他のスピーカユニットを使用してテレビジョン番組の音声を聴き、またある人に対してはそれらの音声が聞こえないようにする場合である。音声を聞く人がヘッドフォンを使用すれば周囲の人に対する音漏れを防ぐことができるが、ヘッドフォンの装着は煩わしいという問題点がある。

上述した特許文献１および２には、所望の指向性を実現することは記載されているが、再生される音声が聞こえない領域を形成することについては記載されていない。

したがって、この発明の目的は、複数のスピーカユニットのそれぞれの指向性を制御して、例えば他のスピーカユニットから再生される音が聞こえない領域などの感度の低い領域を形成することができる音響再生装置および音響再生方法を提供することである。

上述した課題を解決するために、この発明は、放射面が外側に向かって配設される複数のスピーカユニットと、
複数のスピーカユニットの指向性を制御して、１又は複数の感度の低い領域を形成する指向性制御手段と
を備える音響再生装置である。

また、この発明は、放射面が外側に向かって配設される複数のスピーカユニットを備え、
複数のスピーカユニットの指向性を重ね合わせると０となるように、複数のスピーカユニットのそれぞれに対する重み付け係数を算出し、
重み付け係数を乗じた音声信号が複数のスピーカユニットのそれぞれに対して供給されて再生されることで、１又は複数の感度の低い領域が形成される音響再生装置である。

この発明は、複数のスピーカユニットを使用して音声信号を再生する音響再生方法であって、
複数のスピーカユニットの指向性を重ね合わせると０となるように複数のスピーカユニットの指向性を制御して、１又は複数の感度の低い領域を形成する音響再生方法である。

この発明によれば、音響再生装置が備える複数のスピーカユニットに対して異なる方向にいる聴取者に、他の聴取者が聞いている音声が漏れることを防ぐことができる。従って、特定の聴取者に対してのみ音声を提供し、周囲の他の人にはその音声が聞こえないようにすることができる。

以下、図面を参照しながらこの発明の一実施の形態について説明する。図１は、この発明の一実施の形態における音声の再生環境の概要を示す。この発明の一実施の形態における音響再生装置１は、円筒状のエンクロージャ２の周面に配置された複数のバフル板のそれぞれに、参照符号３ａ〜３ｈに示すスピーカユニットの放射方向が外側に向かって配設された構成とされる。

音響再生装置１の周囲の聴取者は、スピーカユニット３ａ〜３ｈから再生される所望の音声を自身の前方に位置するスピーカユニットを使用して聞く。例えば、図１に示すように、聴取者５はスピーカユニット３ｂを使用し、聴取者６はスピーカユニット３ｇを使用し、聴取者７はスピーカユニット３ｅを使用して、それぞれ所望の音声を聞く。

音響再生装置１の周囲の聴取者の位置は、例えば音響再生装置１に備えられるカメラ装置４によって判別される。カメラ装置４は３６０度方向に撮像可能とされており、撮像によって得られる画像データを解析することで音響再生装置１の周囲に居る聴取者の位置を判別する。聴取者の位置は、例えばスピーカユニット３ａの放射方向を０度と定義して、聴取者５の位置を３１５度、聴取者６の位置を９０度、聴取者７の位置を１８０度と規定される。また、聴取者の位置を判別するだけでなく、聴取者が居る位置から使用されるスピーカユニットも判別できるようにしても良い。また、それぞれのスピーカユニットから聴取者までの距離も測定できるようにしても良い。

聴取者の位置や、聴取者までの距離を判別する手段は、カメラ装置４以外の他の手段を使用しても良い。例えば、それぞれのスピーカユニットの放射方向に対して超音波を送出し、その超音波に対する反射波を検出することで聴取者の位置や距離を判別することができる。また、聴取者が遠隔操作器を使用して赤外線を送出したり、音響再生装置１に備えられるボタンを押すことで自身の位置を音響再生装置１に対して知らせるようにしても良い。さらには各スピーカユニットをマイクロフォンとして使用して、聴取者が発した音の音波がマイクロフォンに到達するまでの時間差を検出することで、聴取者の位置や距離を判別するようにしても良い。

音響再生装置１の内部には、後述する音声信号に対して信号処理を行う信号処理手段が備えられ、信号処理が施された音声信号がスピーカユニット３ａ〜３ｈから再生される。信号処理手段が音響再生装置１の外部に設けられ、スピーカユニット３ａ〜３ｈと有線もしくは無線によって接続されて、音声信号のやり取りを行うようにしても良い。

図２は、複数のスピーカユニットから再生される音声信号のレベル、位相を変化させて１又は複数の感度の低い領域を形成する方法を概念的に示したものである。図２では説明を分かり易くするために、図１の音響再生装置１のスピーカユニット３ａ、３ｄおよび３ｆに相当する部分を示している。

例えば、それぞれのスピーカユニットに同一の音声信号（以下、音声信号Ａと称する）を供給し、且つ音声信号Ａの入力レベルをスピーカユニット３ａ、３ｆ、３ｄの順に大きいレベルになるように適切に設定し、さらにスピーカ３ａおよびスピーカ３ｆから再生される音声信号Ａとスピーカ３ｄから再生される音声信号Ａとの位相を逆相にする。

すると、例えばスピーカユニット３ａの指向性のパターンは２点鎖線１１に示すようになり、スピーカユニット３ｆの指向性のパターンは１点鎖線１２に示すようになり、スピーカユニット３ｄの指向性のパターンは実線１３に示すようになる。これらの指向性のパターンを合成したものパターンが破線１４によって示される。

それぞれの音声信号のレベル差が異なり、また再生される音声信号が逆相であることから音声信号同士が打ち消されて、スピーカユニット３ｄの周囲の領域は破線１４によって囲まれる領域の外となり、スピーカユニット３ｄの前方に位置する聴取者に対しては再生される音声信号Ａを聞こえないようにすることができる。このように、音声信号のレベルと位相を調節することで感度の低い領域を形成することができ、再生される音声信号を聞きたくない聴取者に対しては、その音声信号のレベルが極めて抑制されたものとすることができる。

上述したように、音声信号のレベルと位相を調節することで、複数のスピーカユニットを使用して音声信号を聴取するときに、感度が低い領域を形成することができる。さらに、この発明では、各スピーカユニットのそれぞれの指向性を制御することによっても、１又は複数の感度の低い領域を形成することもできる。

より詳細に説明する。図３は、この発明の一実施の形態における音響再生装置１の構成を示す。音響再生装置１は、信号選択部２１、指向性制御手段の一例である信号処理部２２、カメラ装置４を含む構成とされる。また、上述したように音響再生装置１は、スピーカユニット３ａ〜３ｈを備え、それぞれのスピーカユニットに供給される音声信号をディジタル音声信号からアナログ音声信号へと変換するＤ／Ａ(Digital to Analog)変換部２４ａ〜２４ｈと、アナログ信号へと変換された音声信号を増幅するアンプ（ＡＭＰ）２５ａ〜２５ｈとを備える。

信号選択部２１には、ソースとして種々の音声信号が入力される。例えば、テレビジョン放送の音声、ラジオ放送の音声、リムーバブルメディアやＨＤＤ（Hard Disk Drive）に蓄積されている音楽などの音声信号である。また、音響再生装置１にネットワークインタフェースを設けて、インターネットなどのネットワークを介して音声信号をダウンロードできるようにして、ダウンロードした音声信号が信号選択部２１に供給されるようにしても良い。

信号選択部２１は、供給される複数の音声信号の中から、所定の音声信号を選択する処理を行う。例えば、音響再生装置１の周囲に居る聴取者は、リモートコントロール装置等の遠隔操作器を使用して所望の音声信号を選択するための赤外線遠隔操作信号を音響再生装置１に対して送信する。遠隔操作信号は、音響再生装置１の図示しない受光部によって受信されて、選択信号発生部２３に供給される。選択信号発生部２３は、遠隔操作信号に対応する選択信号を発生し、選択信号が選択信号発生部２３から信号選択部２１に対して供給される。信号選択部２１では、供給された選択信号に基づいて所定の音声信号を選択する処理がなされる。音響再生装置１の周囲には、複数の聴取者が居ることもあるので、信号選択部２１には各聴取者毎の複数の選択信号が供給され、複数の音声信号が選択されることもある。信号選択部２１において選択された音声信号は、信号処理部２２に供給される。

また、信号処理部２２に対しては、カメラ装置４の撮像および解析処理によって得られた視聴者の位置情報が供給される。ここでは図１を用いて説明したように、聴取者５〜７の位置情報がカメラ装置４から信号処理部２２に供給される。

例えば、聴取者６によって音声信号Ｂが選択され、音声信号Ｂが信号処理部２２に供給されたとする。また、聴取者５および聴取者７は音声信号Ｂを選択しなかったとする。この音声信号Ｂがアナログ信号へ変換され、増幅された後に聴取者６の前方のスピーカユニット３ｇからそのまま再生されると、周囲の聴取者５および聴取者７に対して音漏れを生じてしまう。特に、音声信号Ｂが低域の周波数成分を多く含む場合は、その波長が長いことにより指向性が広くなるため、周囲の聴取者に対する音漏れによる影響が大きくなるおそれがある。

従って、信号処理部２２においては、聴取者６には音声信号Ｂが聞こえるようにし、聴取者５および聴取者７の周囲に感度の低い領域を形成して、聴取者５および聴取者７に対して音声信号Ｂが聞こえないようにするための処理がなされる。なお、この信号処理部２２において実行される処理の詳細は後述する。

信号処理部２２において後述する信号処理が施された音声信号Ｂは、アナログ信号に変換されて増幅された後に所定のスピーカユニットに対して供給される。例えば、カメラ装置４から供給される聴取者の位置情報から使用されているスピーカユニットが判別されて、そのスピーカユニットに信号処理が施された音声信号Ｂが供給される。この一実施の形態では、聴取者５はスピーカユニット３ｂを使用するので、信号処理が施された音声信号ＢはＤ／Ａ変換部２４ｂに供給されてアナログ信号に変換され、増幅器２５ｂにおいて増幅処理がされてスピーカユニット３ｂに対して供給され、再生される。同様に、聴取者６はスピーカユニット３ｇを使用するので、信号処理が施された音声信号ＢはＤ／Ａ変換部２４ｇに供給されてアナログ信号に変換され、増幅器２５ｇにおいて増幅処理がされてスピーカユニット３ｇに対して供給され、再生される。さらに、聴取者７はスピーカユニット３ｅを使用するので、信号処理が施された音声信号ＢはＤ／Ａ変換部２４ｅに供給されてアナログ信号に変換され、増幅器２５ｅにおいて増幅処理がされてスピーカユニット３ｅに対して供給され、再生される。

次に、この発明の一実施の形態における信号処理部２２において実行される処理の一例を説明する。上述したように、ここでは信号処理部２２において実行される処理を、聴取者６に対して音声信号Ｂが聞こえるようにし、聴取者５および聴取者７の周囲に感度の低い領域を形成して、聴取者５および聴取者７に対しては音声信号Ｂが聞こえないようにする処理として説明する。なお、説明を簡単にするために、音響再生装置１に配設される各スピーカユニットを無指向性の点音源と見なし、音響再生装置１の大きさ（径の長さ）は、各スピーカユニットから聴取者までの距離に対して無視できるほど小さいものであるとする。

使用されるスピーカユニット３ｂ、３ｅ、３ｇに供給される音声信号に対する重み付けをそれぞれα、β、γとすると、例えば、聴取者５に対する音声信号レベルは、下記の式（１）によって示される。
α・Ｄ_3b-5＋β・Ｄ_3e-5＋γ・Ｄ_3g-5＝０ ・・（１）

式（１）において、Ｄは指向性を表しており、例えばＤ_3b-5はスピーカユニット３ｂから聴取者５が居る方向への指向性（ゲイン）を意味し、測定値として実際の数値で与えられるものである（後述する式（２）および式（３）においても同様）。また、聴取者５の周囲に感度の低い領域を形成するために、指向性を重ね合わせた結果である式（１）の右辺を０とする。

また、聴取者６に対する音声信号レベルは、下記の式（２）に示すようになる。
α・Ｄ_3b-6＋β・Ｄ_3e-6＋γ・Ｄ_3g-6＝０ ・・（２）

聴取者５と同様に、聴取者６の周囲に感度の低い領域を形成するために、指向性を重ね合わせた結果である式（２）の右辺を０とする。

聴取者７に対する音声信号レベルは、下記の式（３）に示されるようになる。
α・Ｄ_3b-7＋β・Ｄ_3e-7＋γ・Ｄ_3g-7＝ａ ・・（３）

聴取者７に対しては、音声信号Ｂが聞こえるようにするため、式（３）の右辺は音声信号Ｂのゲインを示すａとなる。

指向性Ｄおよびゲインａは実際には数値として与えられることから、上述した式（１）〜式（３）を解くことで、α、β、γの値が求まる。そして、音声信号Ｂに対してαを掛け合わせて得られる信号をスピーカユニット３ｂに供給し、音声信号Ｂに対してβを掛け合わせて得られる信号をスピーカユニット３ｅに供給し、音声信号Ｂに対してγを掛け合わせて得られる信号をスピーカユニット３ｇに供給し、それぞれのスピーカユニットから再生する。

このように、音声信号Ｂにα、β、γが掛け合わされた音声信号がそれぞれのスピーカユニット３ｂ、３ｅ、３ｇから再生されることで、聴取者５および聴取者６の周囲に感度の低い領域を形成し、聴取者５および聴取者６に対しては音声信号Ｂが聞こえない若しくは極めて小さくしか聞こえないようにすることができる。また、聴取者７に対してはゲインａを伴う音声信号Ｂが再生されるので、聴取者７は音声信号Ｂを聞くことができる。

なお、上述した式（１）〜（３）における指向性Ｄは周波数に応じて値が変化するものであるから、各周波数毎に式（１）〜（３）を解くことが好ましい。しかしながら、指向性のパターンが近似的に等しいと見なせる周波数については、簡略的に同じものとして計算しても良い。

以上、この発明の一実施の形態について具体的に説明したが、この発明は、上述した一実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述した一実施の形態においては音響再生装置は円筒状の形状として説明したが、例えば四角形や五角形などの多角形の形状とし、それぞれの側面にスピーカユニットが配設される構成としても良い。

また、この発明における音響再生装置を構成する各手段を、専用のハードウェア回路によって構成できるし、方法若しくはプログラムされたコンピュータによって実現することもできる。また、処理内容を記述したプログラムは、磁気記録装置、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ等のコンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録しておくことができる。

この発明の一実施の形態における音響再生環境の概要を示す略線図である。 指向性のパターンを重ね合せることで感度の低い領域を形成することを説明するための略線図である。 この発明の一実施の形態における音響再生装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 音響再生装置
４ カメラ装置
３ａ〜３ｈ スピーカユニット
５〜７ 聴取者
２１ 信号選択部
２２ 信号処理部

Claims (6)

1. 放射面が外側に向かって配設される複数のスピーカユニットと、
   上記複数のスピーカユニットの指向性を制御して、１又は複数の感度の低い領域を形成する指向性制御手段と
   を備える音響再生装置。
2. 上記指向性制御手段は、上記複数のスピーカユニットの指向性を重ね合わせると０となるように上記複数のスピーカユニットの指向性を制御して、上記１又は複数の感度の低い領域を形成する請求項１に記載の音響再生装置。
3. 上記指向性制御手段は、上記複数のスピーカユニットの指向性を重ね合わせると０となるように、上記複数のスピーカユニットのそれぞれに対する重み付け係数を算出し、
   上記重み付け係数を乗じた音声信号が上記複数のスピーカユニットのそれぞれに対して供給されて再生される請求項１に記載の音響再生装置。
4. さらに、聴取者の位置を判別する判別手段を備え、
   上記指向性制御手段は、上記判別手段から供給される聴取者の位置の情報に応じて、上記複数のスピーカユニットの指向性を制御する請求項１に記載の音響再生装置。
5. 放射面が外側に向かって配設される複数のスピーカユニットを備え、
   上記複数のスピーカユニットの指向性を重ね合わせると０となるように、上記複数のスピーカユニットのそれぞれに対する重み付け係数を算出し、
   上記重み付け係数を乗じた音声信号が上記複数のスピーカユニットのそれぞれに対して供給されて再生されることで、１又は複数の感度の低い領域が形成される音響再生装置。
6. 複数のスピーカユニットを使用して音声信号を再生する音響再生方法であって、
   複数のスピーカユニットの指向性を重ね合わせると０となるように上記複数のスピーカユニットの指向性を制御して、１又は複数の感度の低い領域を形成する音響再生方法。

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