JP4096958B2 - Speaker array device - Google Patents
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Description
本発明は、複数の音声ビームを出力してサラウンド音声を再生するスピーカアレイ装置に関し、特に設置場所の自由度が高く、音声の指向性設定を容易に行うことができるスピーカアレイ装置に関するものである。 The present invention relates to a speaker array device that outputs a plurality of sound beams and reproduces surround sound, and more particularly to a speaker array device that has a high degree of freedom in installation location and can easily set sound directivity. .
従来、マトリクス状に配置された複数のスピーカからなるスピーカアレイを用いて複数の音声ビームを形成することにより、音声信号伝搬の指向性を制御する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この技術を用いることで、従来のサラウンドシステムのように複数のスピーカをユーザ(聴取者)の周囲に設置しなくても良くなり、1枚のパネル状のスピーカアレイから複数の音声ビームを出力させてサラウンド音声を再生することができる。 Conventionally, a technique for controlling the directivity of sound signal propagation by forming a plurality of sound beams using a speaker array composed of a plurality of speakers arranged in a matrix (see, for example, Patent Document 1). ). By using this technology, it is not necessary to install a plurality of speakers around the user (listener) as in the conventional surround system, and a plurality of sound beams are output from a single panel speaker array. Surround sound can be played.
図12は、特許文献1に開示されたスピーカアレイ装置を設置したリスニングルームの上面透視図であり、スピーカアレイ装置で5.1チャンネルのサラウンドシステムを実現する例を示している。ここで、以下の説明では、5.1チャンネルサラウンドシステムにおいて、フロントの左チャンネルをL(Left)ch、フロントの右チャンネルをR(Right )ch、センタチャンネルをC(Center)ch、リアの左チャンネルをSL(Surround Left )ch、リアの右チャンネルをSR(Surround Right)ch、サブウーハをLFE(Low Frequency Effects )chと称する。
FIG. 12 is a top perspective view of a listening room in which the speaker array device disclosed in
図12に示すスピーカアレイ装置213は、バッフル板に所定の配列で配置された複数のスピーカユニットを備えており、各スピーカユニットからサラウンド音声を出力するタイミングをチャンネル毎に調整してビーム状に放射し、音声ビームが空間の任意の点で焦点を結ぶように遅延制御する。そして、各チャンネルの音声を天井や壁に反射させることで、壁方向に音源を作り出し、マルチチャンネルの音場を再生する。
The
図12に示すように、リスニングルーム220に配置されたスピーカアレイ装置213は、センタスピーカ(C)及び低音補強用のサブウーハ(LFE)と同様の音声を直接ユーザUに対して出力する。また、スピーカアレイ装置213は、リスニングルーム220の左右の壁221,222に音声ビームを反射させて、仮想Rchスピーカ214と仮想Lchスピーカ215を作り出す。さらに、スピーカアレイ装置213は、リスニングルーム220の左右の壁221,222及び後方の壁223に音声ビームを反射させて、ユーザUの後方の左右に仮想SRchスピーカ216と仮想SLchスピーカ217を作り出す。このように、スピーカアレイによるサラウンドシステムでは、各チャンネルの音声信号を遅延制御してビーム化し、このビーム化した音声を壁に反射させて複数の音源を作ることにより、ユーザUの周囲に複数のスピーカを設置したかのようなサラウンド感を得ることができる。
As shown in FIG. 12, the
従来、スピーカアレイ装置を設置する際には、ユーザの聴取位置の情報や、設置環境の形状情報としてリスニングルームの幅、奥行き及び高さをスピーカアレイ装置に与えることで、スピーカアレイ装置が各チャンネルの音声の指向性を自動的に計算し、設定するようにしていた。また、スピーカアレイ装置にこのような設定機能が設けられていない場合には、専門家が聴取位置においてスピーカアレイ装置の再生音を聞きながら、各チャンネルの音声の指向性を手動で変更しながら調整を行うようにしていた。 Conventionally, when installing a speaker array device, the speaker array device is provided with the width, depth, and height of the listening room as information on the listening position of the user and shape information of the installation environment. The directivity of the voice was automatically calculated and set. If the speaker array device does not have such a setting function, an expert can adjust the sound directivity of each channel while manually listening to the playback sound of the speaker array device at the listening position. Had to do.
しかしながら、スピーカアレイ装置が各チャンネルの音声の指向性をユーザによって入力された部屋の形状やサイズ情報に基づいて自動的に設定する場合、スピーカアレイ装置を設置するリスニングルームの形状及びスピーカアレイ装置の設置場所が制限されるという問題点があった。つまり、スピーカアレイ装置を設置するリスニングルームが図12に示したような直方体や立方体といった理想的な形状で、かつ計算可能な位置と方向にスピーカアレイ装置を設置しないと、音声ビームの正しい放射角度を求めることができなかった。そのため、特殊な形状のリスニングルームや大型の家具が設置されているリスニングルームでは、スピーカアレイ装置の音声の指向性設定を自動で行うことができず、手動で調整を行わなければならないことがあった。 However, when the speaker array device automatically sets the sound directivity of each channel based on the shape and size information of the room input by the user, the shape of the listening room in which the speaker array device is installed and the speaker array device There was a problem that the installation location was limited. In other words, the listening room in which the speaker array device is installed has an ideal shape such as a rectangular parallelepiped or a cube as shown in FIG. Could not be requested. Therefore, in a listening room with a specially shaped listening room or large furniture, the sound directivity setting of the speaker array device cannot be set automatically, and manual adjustment may be necessary. It was.
また、各チャンネルの音声の指向性を手動で設定する場合、音声ビームの調整は、設定者の感覚に依存する部分が多いため、視聴環境に個人差が発生しやすく、また設定操作に知識と慣れが必要である。そのため、音声ビームの調整は、前記のように専門家が実行しており、ユーザ自身が調整を行うことが難しいという問題があった。 In addition, when setting the directivity of the sound of each channel manually, the sound beam adjustment often depends on the sense of the setter, so individual differences are likely to occur in the viewing environment, and the setting operation requires knowledge and knowledge. Familiarity is necessary. Therefore, the adjustment of the sound beam is performed by an expert as described above, and there is a problem that it is difficult for the user himself to adjust.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、スピーカアレイ装置の設置場所の自由度が高く、音声の指向性設定をユーザが容易に行うことのできるスピーカアレイ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a speaker array device that has a high degree of freedom in the installation location of the speaker array device and that allows the user to easily set the sound directivity. Objective.
本発明のスピーカアレイ装置は、マトリクス状又はライン状に配置した複数のスピーカユニットからなるスピーカアレイと、通常の聴取時に、外部から入力されたマルチチャンネルの音声信号の各々に遅延時間を付加して、これらマルチチャンネルの音声信号に応じた音声がそれぞれ別々の指向性で放射されるように前記スピーカアレイを駆動する指向性制御手段と、この指向性制御手段の設定時に、前記スピーカアレイから測定信号に応じた試験音声ビームを放射させると共に、この試験音声ビームの水平放射角度を漸次変更する水平掃引を行う第1の音声ビーム掃引手段と、前記スピーカアレイが設置された部屋の聴取位置に設置され、前記試験音声ビームの直接音及び反射音を集音するマイクロフォンと、前記水平掃引時に前記マイクロフォンが集音した音声の信号レベルと前記試験音声ビームの水平放射角度との関係を測定データとして記憶する第1の記憶手段と、前記第1の記憶手段に記憶された測定データの信号ピークとこの信号ピークが得られたときの試験音声ビームの水平放射角度から、前記マルチチャンネルの音声を出力すべき水平放射角度をチャンネル毎に求める第1の角度検出手段と、この第1の角度検出手段が求めた水平放射角度から前記マルチチャンネルの音声の水平指向性をチャンネル毎に決定する第1の設定手段と、前記スピーカアレイから測定信号に応じた試験音声ビームを前記決定された水平指向性でチャンネル毎に順次放射させると共に、この試験音声ビームの垂直放射角度を漸次変更する垂直掃引をチャンネル毎に順次行う第2の音声ビーム掃引手段と、前記垂直掃引時に前記マイクロフォンが集音した音声の信号レベルと前記試験音声ビームの垂直放射角度との関係を測定データとしてチャンネル毎に記憶する第2の記憶手段と、前記第2の記憶手段に記憶された測定データの信号ピークとこの信号ピークが得られたときの試験音声ビームの垂直放射角度から、前記マルチチャンネルの音声を出力すべき垂直放射角度をチャンネル毎に求める第2の角度検出手段と、この第2の角度検出手段が求めた垂直放射角度から前記マルチチャンネルの音声の垂直指向性をチャンネル毎に決定して、この垂直指向性及び前記水平指向性に対応する前記遅延時間を前記指向性制御手段にチャンネル毎に設定する第2の設定手段とを有するものである。
また、本発明のスピーカアレイ装置の1構成例において、前記第1の音声ビーム掃引手段は、前記水平掃引時に前記スピーカアレイの複数のスピーカユニットのうち一部を消音して、前記スピーカアレイがラインアレイとなるように設定するものである。
The speaker array device of the present invention adds a delay time to each of a multi-channel audio signal input from the outside and a speaker array composed of a plurality of speaker units arranged in a matrix or a line. , Directivity control means for driving the speaker array so that sounds corresponding to the multi-channel sound signals are radiated with different directivities, and measurement signals from the speaker array when setting the directivity control means. And a first sound beam sweeping means for performing a horizontal sweep for gradually changing the horizontal radiation angle of the test sound beam, and a test sound beam corresponding to the test sound beam, and a listening position of the room where the speaker array is installed. A microphone for collecting the direct sound and the reflected sound of the test sound beam, and the microphone during the horizontal sweep First storage means for storing the relationship between the signal level of the sound collected by the phone and the horizontal radiation angle of the test sound beam as measurement data; and the signal peak of the measurement data stored in the first storage means; First angle detecting means for obtaining a horizontal radiation angle for outputting the multi-channel sound for each channel from a horizontal radiation angle of the test sound beam when the signal peak is obtained, and the first angle detecting means. The first setting means for determining the horizontal directivity of the multi-channel sound for each channel from the horizontal radiation angle obtained by the method, and the test sound beam according to the measurement signal from the speaker array with the determined horizontal directivity A second sound beam is radiated sequentially for each channel and a vertical sweep is performed for each channel in order to gradually change the vertical radiation angle of the test sound beam. Sweeping means; second storage means for storing the relationship between the signal level of the sound collected by the microphone during the vertical sweep and the vertical radiation angle of the test sound beam for each channel; and the second storage means A second radiation angle for each channel to obtain a vertical radiation angle at which the multi-channel sound should be output from a signal peak of the measurement data stored in the storage means and a vertical radiation angle of the test sound beam when the signal peak is obtained; The delay corresponding to the vertical directivity and the horizontal directivity is determined for each channel from the angle detection means and the vertical radiation angle obtained by the second angle detection means for each channel. And second setting means for setting time for each channel in the directivity control means.
Further, in one configuration example of the speaker array device of the present invention, the first sound beam sweeping unit silences a part of the plurality of speaker units of the speaker array during the horizontal sweep, and the speaker array is a line. It is set to be an array.
本発明によれば、スピーカアレイ装置を室内に設置する際に、ユーザの聴取位置にマイクロフォンを設置して、スピーカアレイから測定信号に応じた試験音声ビームを放射させると共に、この試験音声ビームの放射角度を漸次変更する掃引を行い、このときにマイクロフォンで音声を集音することで、スピーカアレイから直接マイクロフォンに向けて出力された音声や、部屋の壁からマイクロフォンに向けて反射した音声を、信号レベルのピークとして検出することができる。これにより、各音声をアレイスピーカからどのような放射角度で出力すると、マルチチャンネル音声を最適に再生できるかを短時間で容易に検出することが可能となる。その結果、本発明では、スピーカアレイ装置を設置する部屋の形状や家具の配置などにかかわらず、スピーカアレイ装置の指向性制御手段の設定をユーザでも簡単かつ適切に行うことができる。また、本発明では、試験音声ビームの水平掃引によりマルチチャンネルの音声の水平指向性をチャンネル毎に決定した後に、この決定した水平指向性で試験音声ビームを放射して垂直掃引することをチャンネル毎に順次行って、音声の垂直指向性をチャンネル毎に決定するようにしたので、ユーザの聴取位置とスピーカアレイの高さ方向の位置ずれが大きい場合でも、各チャンネルの音声の水平指向性及び垂直指向性を最適化することができ、ユーザに最適な音場を提供することができる。 According to the present invention, when the speaker array apparatus is installed indoors, a microphone is installed at the listening position of the user, and a test sound beam corresponding to the measurement signal is emitted from the speaker array, and the test sound beam is emitted. By sweeping the angle gradually and collecting the sound with the microphone at this time, the sound output directly from the speaker array to the microphone or the sound reflected from the room wall toward the microphone It can be detected as a level peak. As a result, it is possible to easily detect in a short time whether a multi-channel sound can be optimally reproduced when each sound is output from the array speaker at what radiation angle. As a result, according to the present invention, regardless of the shape of the room in which the speaker array device is installed or the arrangement of furniture, the user can easily and appropriately set the directivity control means of the speaker array device. In the present invention, the horizontal directivity of multi-channel sound is determined for each channel by horizontal sweep of the test sound beam, and then the test sound beam is radiated and vertically swept with the determined horizontal directivity for each channel. Since the vertical directivity of the sound is determined for each channel, the horizontal directivity and the vertical of the sound of each channel are obtained even when the user's listening position and the position of the speaker array in the height direction are large. The directivity can be optimized, and an optimal sound field can be provided to the user.
また、本発明では、水平掃引時にスピーカアレイがラインアレイとなるように設定することにより、ユーザの聴取位置とスピーカアレイの高さ方向の位置ずれが大きい場合でも、音声の水平放射角度を正しく求めることができる。 Further, in the present invention, by setting the speaker array to be a line array at the time of horizontal sweep, the horizontal radiation angle of the sound is correctly obtained even when the user's listening position and the speaker array are displaced in the height direction. be able to.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の実施の形態に係るスピーカアレイ装置の構成を示すブロック図、図2はスピーカアレイのバッフル板上のスピーカユニットの配置例を示す正面図である。
本実施の形態のスピーカアレイ装置1は、マイクロフォン2と、A/Dコンバータ3と、レベル測定部4と、ビーム角度検出部5と、制御部6と、測定信号生成部7と、ビーム制御部8と、増幅器9と、スピーカアレイ10と、操作部11と、表示部12とを備えている。レベル測定部4は第1、第2の記憶手段を構成し、ビーム角度検出部5は第1、第2の角度検出手段を構成し、制御部6は第1、第2の設定手段を構成し、ビーム制御部8は指向性制御手段を構成し、さらに制御部6と測定信号生成部7とビーム制御部8は第1、第2の音声ビーム掃引手段を構成している。なお、図1に示すスピーカアレイ装置1のマイクロフォン2を除いた部分を本体1hと称する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a speaker array apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a front view showing an arrangement example of speaker units on a baffle plate of the speaker array.
The
マイクロフォン2は、無指向性のマイクロフォンであり、A/Dコンバータ3に接続されている。
A/Dコンバータ3は、各チャンネルの音声の放射角度と経路距離を求めてビーム制御部8の設定を行う音声ビーム設定モード時に、マイクロフォン2が集音したアナログ音声信号をディジタル音声信号に変換して、レベル測定部4へ出力する。
The
The A / D converter 3 converts the analog audio signal collected by the
レベル測定部4は、音声ビーム設定モード時にマイクロフォン2で集音された測定データを記憶する。
ビーム角度検出部5は、音声ビーム設定モード時の集音が終了した後に、レベル測定部4に記憶された測定データを読み出して測定データのピークを検出し、Cch、Lch、Rch、SLch、SRchの各チャンネルの音声を出力する放射角度を検出し、この検出結果を制御部6へ通知する。
The level measurement unit 4 stores measurement data collected by the
The beam
測定信号生成部7は、音声ビーム設定モード時に、測定信号をビーム制御部8に出力する。
ビーム制御部8は、音声ビーム設定モード時には、測定信号生成部7からの測定信号に応じた試験音声ビームをその放射角度を変更しつつスピーカアレイ10から出力させ、設定終了後の通常の聴取時には、設定に応じた指向性を各チャンネルの音声に持たせてスピーカアレイ10から出力させる。
The
In the sound beam setting mode, the
スピーカアレイ10は、前面のバッフル板100上に複数のスピーカユニット101をマトリクス状またはライン状に配置したものである。図2の例では、スピーカユニット101をマトリクス状に配置した例を示している。
The
ここで、スピーカアレイ装置1による指向性制御の原理を図3を使って説明する。多数のスピーカユニット101−1〜101−nをライン状に配置し、焦点Pからの距離がLである円弧をZとし、焦点Pと各スピーカユニット101−1〜101−nとを結ぶ直線を延長して、これら延長した直線が円弧Zと交わる交点上に図3の破線で示すような仮想のスピーカユニット102−1〜102−nを配置することを考える。これら仮想のスピーカユニット102−1〜102−nから焦点Pまでの距離は全てLであるから、各スピーカユニット102−1〜102−nから放射される音声は焦点Pに同時に到達する。
Here, the principle of directivity control by the
実際のスピーカユニット101−i(i=1,2,・・・・n)から放射する音声を焦点Pに同時に到達させるためには、スピーカユニット101−iとこれに対応する仮想のスピーカユニット102−iとの間の距離に応じた遅延(時間差)をスピーカユニット101−iから出力する音声に付加すればよい。つまり、焦点Pから見ると、円弧Z上に仮想のスピーカユニット102−1〜102−nが配置されているかのように制御される。これにより、焦点Pでは、各スピーカユニット101−1〜101−nの出力の位相が揃い音圧の山ができる。その結果、あたかも焦点Pに向かって音声ビームを放出するような指向性を持った音圧分布が得られる。また、スピーカをライン状でなく、マトリクス状に配置することで、3次元的な指向性を持った音声ビームを出力できる。
In order to simultaneously allow the sound radiated from the actual speaker unit 101-i (i = 1, 2,... N) to reach the focal point P, the speaker unit 101-i and the corresponding
図4は、音声信号に対するビーム制御部8の処理を模式的に表す図である。遅延部80−Lは、入力されたLch音声信号に対してそれぞれ遅延時間を付加したスピーカユニット数分(n個)のLch音声信号を生成し、遅延部80−Rは、入力されたRch音声信号に対してそれぞれ遅延時間を付加したn個のRch音声信号を生成し、遅延部80−Cは、入力されたCch音声信号に対してそれぞれ遅延時間を付加したn個のCch音声信号を生成し、遅延部80−SLは、入力されたSLch音声信号に対してそれぞれ遅延時間を付加したn個のSLch音声信号を生成し、遅延部80−SRは、入力されたSRch音声信号に対してそれぞれ遅延時間を付加したn個のSRch音声信号を生成する。遅延部80−L,80−R,80−C,80−SL,80−SRが付加する遅延時間は、制御部6によりそれぞれ別々に設定される。
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating the processing of the
そして、加算器81−1は、遅延部80−L,80−R,80−C,80−SL,80−SRから出力されたスピーカユニット101−1用のLch,Rch,Cch,SLch,SRchの各音声信号を加算して音声信号AO−1を生成し、加算器81−2は、スピーカユニット101−2用のLch,Rch,Cch,SLch,SRchの各音声信号を加算して音声信号AO−2を生成し、加算器81−nは、スピーカユニット101−n用のLch,Rch,Cch,SLch,SRchの各音声信号を加算して音声信号AO−nを生成する。
増幅器9−1〜9−nは、それぞれビーム制御部8から出力された音声信号AO−1〜AO−nを増幅してスピーカユニット101−1〜101−nを駆動する。
Then, the adder 81-1 includes Lch, Rch, Cch, SLch, SRch for the speaker unit 101-1 output from the delay units 80-L, 80-R, 80-C, 80-SL, 80-SR. Are added to generate the audio signal AO-1, and the adder 81-2 adds the Lch, Rch, Cch, SLch, and SRch audio signals for the speaker unit 101-2 to generate the audio signal. AO-2 is generated, and the adder 81-n adds the audio signals of Lch, Rch, Cch, SLch, SRch for the speaker unit 101-n to generate an audio signal AO-n.
The amplifiers 9-1 to 9-n amplify the audio signals AO-1 to AO-n output from the
操作部11は、例えばスピーカアレイ装置1の設置時にユーザからの各種の設定入力を受け付け、入力された情報を制御部6へ渡す。
表示部12は、制御部6から出力された制御信号に基づいてユーザに伝達する内容を表示する。
For example, the
The
制御部6は、スピーカアレイ装置全体を制御し、音声ビーム設定モード時には、測定信号生成部7とビーム制御部8に試験音声ビームの掃引を行わせると同時に、このときの測定データをレベル測定部4に記録させ、測定データに基づいてビーム制御部8の設定を行う。
The control unit 6 controls the entire speaker array apparatus. In the sound beam setting mode, the control unit 6 causes the measurement
次に、本実施の形態のスピーカアレイ装置1の動作について説明する。図5は、スピーカアレイ装置1の音声ビーム設定モード時の動作を示すフローチャートである。まず、ユーザUは、スピーカアレイ10をリスニングルームの所望の位置に設置すると共に、マイクロフォン2を聴取位置に設置する。
Next, the operation of the
制御部6は、ユーザから音声ビーム設定モードの実行を指示されると、試験音声ビームの水平掃引を行うが、この水平掃引を行う前に、スピーカアレイ10がラインアレイとなるように設定する(図5ステップS1)。ここで、試験音声ビームの水平掃引について説明する。図6は、スピーカアレイ装置1を設置したリスニングルーム20の上面透視図であり、本実施の形態の試験音声ビームの水平掃引動作を説明するための図である。図6(a)に示すようにスピーカアレイ10を、リスニングルーム20の前壁21の中央部における壁際に、スピーカアレイ10のバッフル板が前壁21と平行となり、後壁23と対向するように設置する。また、マイクロフォン2をユーザの聴取位置に設置する。このとき、マイクロフォン2の高さは、ユーザの耳の位置に合わせると良い。なお、本実施の形態では、図6の紙面に平行な方向を水平方向、紙面に垂直な方向を垂直方向とする。
When the control unit 6 is instructed to execute the audio beam setting mode by the user, the control unit 6 performs horizontal sweep of the test audio beam. Before the horizontal sweep, the control unit 6 sets the
スピーカアレイ装置1の制御部6は、測定信号生成部7からビーム制御部8に測定信号を出力させ、この測定信号に応じた試験音声ビーム30をスピーカアレイ10から出力させる。このとき、制御部6の指示により、ビーム制御部8は、図6(a)に示すようにスピーカアレイ10のバッフル板と平行な一方の方向(以下、0度方向と称する)からバッフル板と平行な他方の方向(以下、180度方向と称する)まで試験音声ビーム30の水平放射角度を漸次変更する水平掃引を行う。この水平掃引は、測定信号が入力されるビーム制御部8の遅延部の遅延時間を制御部6から設定して、試験音声ビーム30の焦点の水平方向の位置を漸次変更することで実現できる。なお、ここでは1チャンネルの測定信号のみがビーム制御部8に入力されるので、遅延部80−L,80−R,80−C,80−SL,80−SRのうちいずれか1つに測定信号を入力すればよい。
The controller 6 of the
このように、試験音声ビームの水平掃引を行うと、スピーカアレイ10から出力された試験音声ビームの水平放射角度θに応じて、リスニングルーム20の左壁22、後壁23、右壁24に試験音声ビームが反射する。このとき、マイクロフォン2で試験音声ビームの直接音や各壁で反射した間接音を集音する。A/Dコンバータ3は、マイクロフォン2が集音したアナログ音声信号をディジタル音声信号に変換し、レベル測定部4は、このディジタル音声信号を測定データとして記憶する。
As described above, when the test sound beam is horizontally swept, the test is performed on the
例えば、図6(b)に示すように、放射角度θ=θ1の場合、試験音声ビーム30aは左壁22及び右壁24で反射してからマイクロフォン2に到達するので、θ1はLchの音声ビームを出力する角度としては不適である。また、放射角度θ=θ2の場合、試験音声ビーム30bは左壁22で反射してからマイクロフォン2に到達するので、θ2はLchの音声ビームを出力する角度としては適当な角度である。また、放射角度θ=θ3の場合、試験音声ビーム30cは左壁22及び後壁23で反射してからマイクロフォン2に到達するので、θ3はSLchの音声ビームを出力する角度としては適当な角度である。さらに、放射角度θ=θ4の場合、試験音声ビーム30dは直接マイクロフォン2に到達するので、θ4はCchの音声ビームを出力する角度としては適当な角度である。
For example, as shown in FIG. 6B, when the radiation angle θ = θ1, the
このように、試験音声ビームの水平掃引とこの水平掃引によって得られた測定データの分析により各チャンネルの音声を出力する最適な水平放射角度を求めることができるが、水平掃引動作には以下のような問題点がある。図7は、この水平掃引動作の問題点を説明するための図であり、図7(a)は図6(a)のリスニングルーム20を右側方から見た側面透視図、図7(b)は試験音声ビームの水平掃引動作によりレベル測定部4に記憶された測定データを示す図である。図7(b)では、横軸を試験音声ビームの水平放射角度、縦幅をマイクロフォン2で集音した音声データのゲインとしている。
Thus, the optimal horizontal radiation angle for outputting the sound of each channel can be obtained by the horizontal sweep of the test sound beam and the analysis of the measurement data obtained by this horizontal sweep. The horizontal sweep operation is as follows. There are some problems. FIG. 7 is a diagram for explaining the problem of the horizontal sweep operation. FIG. 7A is a side perspective view of the
複数のスピーカユニットをマトリクス状に配置したスピーカアレイを使用する場合、試験音声ビームは水平方向だけでなく、垂直方向についても鋭い指向性を持つため、マイクロフォン2の設置位置によっては測定データの信号ピークを検出することが困難な場合がある。例えば図7(a)に示すように、試験音声ビーム30の中心軸31からマイクロフォン2が大きく上方にずれていると、試験音声ビーム30がマイクロフォン2に届きにくくなるため、試験音声ビーム30を水平方向に掃引したとしても、測定データには明確なピークが現れない(図7(b))。本実施の形態では、後述のように測定データの信号ピークに基づいて音声の放射角度を決定するため、明確なピークが存在しない測定データでは放射角度を正しく決定することができない。
When using a speaker array in which a plurality of speaker units are arranged in a matrix, the test sound beam has a sharp directivity not only in the horizontal direction but also in the vertical direction. May be difficult to detect. For example, as shown in FIG. 7A, if the
そこで、本実施の形態では、水平掃引動作を行う場合、図2に示したスピーカアレイ10が実質的に横長のラインアレイになるように、例えば2行のスピーカユニット101(図2の領域A)のみを使用する。スピーカアレイ10をラインアレイとするには、制御部6から増幅器9−1〜9−nに対して窓関数係数を設定すればよい。このときの窓関数係数は、図2の領域Aのスピーカユニット101に供給される測定信号のゲインが高く、領域A以外のスピーカユニット101に供給される測定信号のゲインが0となるような係数である。こうして、領域A以外のスピーカユニット101を消音することで、スピーカアレイ10をラインアレイとなるように設定する(ステップS1)。
Therefore, in the present embodiment, when performing the horizontal sweep operation, for example, two rows of speaker units 101 (area A in FIG. 2) are arranged so that the
そして、制御部6は、図6(a)で説明した試験音声ビームの水平掃引を測定信号生成部7とビーム制御部8に実施させる(ステップS2)。スピーカアレイ10をラインアレイとしたことにより、図8に示すように、スピーカアレイ10から出力される試験音声ビーム30の垂直方向の指向性が緩和されるため、マイクロフォン2とスピーカアレイ10の高さ方向の位置ずれが大きい場合でも、試験音声ビーム30を水平掃引すれば、その直接音又は反射音がマイクロフォン2に到達するので、後述のように音声の水平放射角度を正しく求めることができる。
Then, the control unit 6 causes the measurement
試験音声ビームの水平掃引終了後、制御部6は、水平放射角度の検出処理をビーム角度検出部5に実施させる(ステップS3)。図9は、水平放射角度検出処理を説明するための図であり、図9(a)は試験音声ビームの水平掃引動作を示す上面透視図、図9(b)は試験音声ビームの水平掃引動作によりレベル測定部4に記憶された測定データを示す図である。図9(b)では、横軸を試験音声ビームの水平放射角度、縦幅をマイクロフォン2で集音した音声データのゲインとしている。
After the horizontal sweep of the test audio beam is completed, the control unit 6 causes the beam
図9(b)に示す測定データから複数のピークを容易に検出するために、壁に反射した回数が2回までの音声ビームのみを検出可能なレベルに、閾値Thaが予め設定されている。ステップS3において、ビーム角度検出部5は、レベル測定部4の測定データを分析し、閾値Tha以上で、かつ最もレベルの高いピークPa3が得られたときの放射角度θa3(図9(a)の試験音声ビーム47の角度)をCchの音声を出力する水平放射角度とする。角度θa3をCchの音声の水平放射角度とする理由は、Cchの音声をユーザの聴取位置に直接放射するからである。なお、ビーム角度検出部5は、レベルが最大であっても、パルス幅が所定値以下のピークについてはノイズと見なして除外する。
In order to easily detect a plurality of peaks from the measurement data shown in FIG. 9B, the threshold value Tha is set in advance to a level at which only the sound beam reflected up to the wall can be detected up to two times. In step S3, the beam
続いて、ビーム角度検出部5は、図9(b)の横軸上でピークPa3の両側に存在する、閾値Tha以上のピークをPa3に近い方から順にサラウンドチャンネル、フロントチャンネルというように割り当てて、その水平放射角度を割り出す。すなわち、ビーム角度検出部5は、ピークPa1が得られたときの角度θa1(図9(a)の試験音声ビーム45の角度)をLchの音声ビームを出力する水平放射角度とし、ピークPa2が得られたときの角度θa2(試験音声ビーム46の角度)をSLchの音声ビームを出力する水平放射角度とし、ピークPa4が得られたときの角度θa4(試験音声ビーム48の角度)をSRchの音声ビームを出力する水平放射角度とし、ピークPa5が得られたときの角度θa5(試験音声ビーム49の角度)をRchの音声ビームを出力する水平放射角度とする。こうして、各チャンネルの音声を出力する最適な水平放射角度を求めることができ、ビーム角度検出部5は求めた水平放射角度を制御部6に通知する。
Subsequently, the beam
水平放射角度検出処理の終了後、制御部6は、ビーム制御部8の水平指向性設定を行う(ステップS4)。まず、制御部6は、Cchの音声の水平放射角度θa3の方向に焦点を設定して、この焦点に各スピーカユニット101から放射されるCchの音声が同時に到達するよう遅延部80−Cの遅延時間をスピーカユニット毎に計算して、計算した遅延時間を遅延部80−Cに設定する。スピーカユニット毎の遅延時間は、各スピーカユニット101−1〜101−nの空間座標と焦点の空間座標を基に一義的に計算できる。
After completion of the horizontal radiation angle detection process, the control unit 6 performs horizontal directivity setting of the beam control unit 8 (step S4). First, the control unit 6 sets a focal point in the direction of the horizontal radiation angle θa3 of the Cch sound, and the delay of the delay unit 80-C so that the Cch sound radiated from each
同様に、制御部6は、Lchの水平放射角度θa1の方向に焦点を設定して、この焦点に各スピーカユニット101から放射されるLchの音声が同時に到達するよう遅延部80−Lの遅延時間を計算して、遅延時間を遅延部80−Lに設定する。また、制御部6は、Rchの水平放射角度θa5の方向に焦点を設定して、この焦点に各スピーカユニット101から放射されるRchの音声が同時に到達するよう遅延部80−Rの遅延時間を計算して、遅延時間を遅延部80−Rに設定する。また、制御部6は、SLchの水平放射角度θa2の方向に焦点を設定して、この焦点に各スピーカユニット101から放射されるSLchの音声が同時に到達するよう遅延部80−SLの遅延時間を計算して、遅延時間を遅延部80−SLに設定する。さらに、制御部6は、SRchの水平放射角度θa4の方向に焦点を設定して、この焦点に各スピーカユニット101から放射されるSRchの音声が同時に到達するよう遅延部80−SRの遅延時間を計算して、遅延時間を遅延部80−SRに設定する。これで、ステップS4の水平指向性設定が終了する。
Similarly, the control unit 6 sets a focus in the direction of the horizontal emission angle θa1 of the Lch, and the delay time of the delay unit 80-L so that the Lch sound radiated from each
次に、制御部6は、ステップS1のラインアレイ設定を解除し、スピーカアレイ10を、全てのスピーカユニット101を使用するパネルアレイに戻す(ステップS5)。ラインアレイの設定を解除するには、ステップS1で増幅器9−1〜9−nに設定した窓関数係数を消去させて、スピーカユニット101の消音を解除すればよい。
Next, the control unit 6 cancels the line array setting in step S1, and returns the
続いて、制御部6は、試験音声ビームの垂直掃引をチャンネル毎に測定信号生成部7とビーム制御部8に実施させる(ステップS6)。図10は、本実施の形態の試験音声ビームの垂直掃引動作を説明するための図であり、図10(a)は、試験音声ビームの垂直掃引動作を示す側面透視図、図10(b)は試験音声ビームの垂直掃引動作によりレベル測定部4に記憶された測定データを示す図である。図10(b)では、横軸を試験音声ビームの垂直放射角度、縦幅をマイクロフォン2で集音した音声データのゲインとしている。
Subsequently, the control unit 6 causes the measurement
制御部6は、測定信号生成部7からビーム制御部8に測定信号を出力させ、この測定信号に応じた試験音声ビーム50をスピーカアレイ10から出力させる。このとき、制御部6の指示により、ビーム制御部8は、図10(a)に示すように所定の角度範囲内で試験音声ビーム50の垂直放射角度を漸次変更する垂直掃引を行う。この垂直掃引は、測定信号が入力されるビーム制御部8の遅延部の遅延時間を制御部6から設定することにより、試験音声ビーム50の焦点の水平方向の位置をステップS4で設定した値に固定したまま、焦点の垂直方向の位置を漸次変更することで実現できる。
The control unit 6 causes the measurement
例えばLch用の垂直掃引を行う場合、制御部6は、測定信号生成部7からビーム制御部8の遅延部80−Lに測定信号を入力させ、焦点の垂直方向の空間座標を漸次変更する。そして、制御部6は、各スピーカユニット101から放射される試験音声がこの焦点に同時に到達するように遅延部80−Lの遅延時間をスピーカユニット毎に計算して、計算した遅延時間を遅延部80−Lに設定する。このような遅延時間の設定を焦点の垂直方向の空間座標を変更する度に行うことにより、Lch用の試験音声ビーム50は一定の水平指向性のまま、垂直放射角度が漸次変更される。
For example, when performing a vertical sweep for Lch, the control unit 6 inputs a measurement signal from the measurement
Lch用の垂直掃引終了後、制御部6は、Rch,Cch,SLch,SRchの各チャンネルについて同様の垂直掃引をチャンネル毎に行う。
レベル測定部4は、各チャンネルの垂直掃引に際してマイクロフォン2で集音され、A/Dコンバータ3でA/D変換されたディジタル音声信号を測定データとしてチャンネル毎に記憶する。
After completing the Lch vertical sweep, the control unit 6 performs the same vertical sweep for each channel of Rch, Cch, SLch, and SRch for each channel.
The level measuring unit 4 stores a digital audio signal collected by the
試験音声ビームの垂直掃引終了後、制御部6は、チャンネル毎の垂直放射角度の検出処理をビーム角度検出部5に実施させる(ステップS7)。例えばLchの垂直放射角度を検出する場合、ビーム角度検出部5は、レベル測定部4に記憶されたLchの測定データを分析し、図10(b)のように信号レベルが最大のピークPbが得られたときの放射角度θbをLchの音声を出力する垂直放射角度とする。Lchの検出処理の終了後、ビーム角度検出部5は、Rch,Cch,SLch,SRchの各チャンネルについて同様の検出処理をチャンネル毎に行う。そして、ビーム角度検出部5は、求めた垂直放射角度を制御部6に通知する。
After the vertical sweep of the test sound beam is completed, the control unit 6 causes the beam
垂直放射角度検出処理の終了後、制御部6は、ビーム制御部8の垂直指向性設定を行う(ステップS8)。まず、制御部6は、水平方向がLchの音声の水平放射角度θa1で定まり、かつ垂直方向がLchの音声の垂直放射角度で定まる方向に焦点を設定して、この焦点に各スピーカユニット101から放射されるLchの音声が同時に到達するよう遅延部80−Lの遅延時間をスピーカユニット毎に計算して、計算した遅延時間を遅延部80−Lに設定する。 After completion of the vertical radiation angle detection processing, the control unit 6 performs vertical directivity setting of the beam control unit 8 (step S8). First, the control unit 6 sets a focal point in a direction determined by the horizontal radiation angle θa1 of the Lch sound in the horizontal direction and the vertical radiation angle of the Lch sound in the vertical direction. The delay time of the delay unit 80-L is calculated for each speaker unit so that the radiated Lch sound reaches simultaneously, and the calculated delay time is set in the delay unit 80-L.
同様に、制御部6は、水平方向がRchの水平放射角度θa5で定まり、かつ垂直方向がRchの垂直放射角度で定まる方向に焦点を設定して、この焦点に各スピーカユニット101から放射されるRchの音声が同時に到達するよう遅延部80−Rの遅延時間を計算して、遅延時間を遅延部80−Rに設定する。また、制御部6は、水平方向がCchの水平放射角度θa3で定まり、かつ垂直方向がCchの垂直放射角度で定まる方向に焦点を設定して、この焦点に各スピーカユニット101から放射されるCchの音声が同時に到達するよう遅延部80−Cの遅延時間を計算して、遅延時間を遅延部80−Cに設定する。また、制御部6は、水平方向がSLchの水平放射角度θa2で定まり、垂直方向がSLchの垂直放射角度で定まる方向に焦点を設定して、この焦点に各スピーカユニット101から放射されるSLchの音声が同時に到達するよう遅延部80−SLの遅延時間を計算して、遅延時間を遅延部80−SLに設定する。さらに、制御部6は、水平方向がSRchの水平放射角度θa4で定まり、かつ垂直方向がSRchの垂直放射角度で定まる方向に焦点を設定して、この焦点に各スピーカユニット101から放射されるSRchの音声が同時に到達するよう遅延部80−SRの遅延時間を計算して、遅延時間を遅延部80−SRに設定する。これで、ステップS8の垂直指向性設定が終了する。
Similarly, the control unit 6 sets a focal point in a direction in which the horizontal direction is determined by the horizontal radiation angle θa5 of the Rch and the vertical direction is determined by the vertical radiation angle of the Rch, and is emitted from each
以上の設定により、通常の聴取時において、Lch,Rch,Cch,SLch,SRchの各音声信号がスピーカアレイ装置1に入力されると、図11に示すように、Cchの音声はユーザUの聴取位置に直接到達し、Lchの音声はリスニングルーム20の左壁22で反射した後に聴取位置に到達し、Rchの音声は右壁24で反射した後に聴取位置に到達し、SLchの音声は左壁22で反射し、更に後壁23で反射した後に聴取位置に到達し、SRchの音声は右壁24で反射し、更に後壁23で反射した後に聴取位置に到達する。こうして、ユーザUは、聴取位置において5.1チャンネルのサラウンド音場を楽しむことができる。
With the above settings, when the Lch, Rch, Cch, SLch, and SRch audio signals are input to the
以上のように、本実施の形態では、従来のスピーカアレイ装置において困難であった指向性の設定を容易かつ素早く行うことができる。また、試験音声ビームを掃引して、その測定結果から各音声の放射角度を決定するようにしたので、スピーカアレイ装置を設置するリスニングルームの形状や家具の配置などにかかわらず、ユーザでも簡単かつ適切に設定を行うことができる。また、本実施の形態では、試験音声ビームの水平掃引によりマルチチャンネルの音声の水平指向性をチャンネル毎に決定した後に、この決定した水平指向性で試験音声ビームを放射して垂直掃引することをチャンネル毎に順次行って、音声の垂直指向性をチャンネル毎に決定するようにしたので、ユーザの聴取位置とスピーカアレイの高さ方向の位置ずれが大きい場合でも、各チャンネルの音声の水平指向性及び垂直指向性を最適化することができる。聴取位置とスピーカアレイの高さ方向の位置ずれが大きい場合、音声の垂直指向性を考慮せずにビーム制御部8の設定を行うと、高音域で音質が大きく低下する可能性がある。本実施の形態では、各チャンネルの音声の垂直指向性を最適化することにより、このような高音域の音質低下を回避することができるので、ユーザに最適な音場を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to easily and quickly set the directivity that has been difficult in the conventional speaker array apparatus. In addition, since the test sound beam is swept and the radiation angle of each sound is determined from the measurement result, it is easy for the user regardless of the shape of the listening room where the speaker array device is installed or the arrangement of furniture. Appropriate settings can be made. In the present embodiment, the horizontal directivity of multi-channel sound is determined for each channel by horizontal sweep of the test sound beam, and then the test sound beam is radiated and vertically swept with the determined horizontal directivity. Since the vertical directivity of the sound is determined for each channel sequentially for each channel, the horizontal directivity of the sound of each channel is maintained even when the user's listening position and the speaker array are displaced in the height direction. And the vertical directivity can be optimized. If the positional deviation in the height direction between the listening position and the speaker array is large, if the
なお、試験音声ビームの水平掃引、垂直掃引のときに用いる測定信号は、相関性がなく、かつスピーカアレイ装置1によって指向性制御が可能な周波数帯域に制限された音声信号であることが好ましい。この周波数帯域は、スピーカユニットの間隔と配置で決まる。
The measurement signal used for the horizontal sweep and the vertical sweep of the test sound beam is preferably a sound signal that has no correlation and is limited to a frequency band in which directivity control is possible by the
本発明は、スピーカアレイ装置に適用することができる。 The present invention can be applied to a speaker array device.
1…スピーカアレイ装置、2…マイクロフォン、3…A/Dコンバータ、4…レベル測定部、5…ビーム角度検出部、6…制御部、7…測定信号生成部、8…ビーム制御部、9…増幅器、10…スピーカアレイ、11…操作部、12…表示部。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
通常の聴取時に、外部から入力されたマルチチャンネルの音声信号の各々に遅延時間を付加して、これらマルチチャンネルの音声信号に応じた音声がそれぞれ別々の指向性で放射されるように前記スピーカアレイを駆動する指向性制御手段と、
この指向性制御手段の設定時に、前記スピーカアレイから測定信号に応じた試験音声ビームを放射させると共に、この試験音声ビームの水平放射角度を漸次変更する水平掃引を行う第1の音声ビーム掃引手段と、
前記スピーカアレイが設置された部屋の聴取位置に設置され、前記試験音声ビームの直接音及び反射音を集音するマイクロフォンと、
前記水平掃引時に前記マイクロフォンが集音した音声の信号レベルと前記試験音声ビームの水平放射角度との関係を測定データとして記憶する第1の記憶手段と、
前記第1の記憶手段に記憶された測定データの信号ピークとこの信号ピークが得られたときの試験音声ビームの水平放射角度から、前記マルチチャンネルの音声を出力すべき水平放射角度をチャンネル毎に求める第1の角度検出手段と、
この第1の角度検出手段が求めた水平放射角度から前記マルチチャンネルの音声の水平指向性をチャンネル毎に決定する第1の設定手段と、
前記スピーカアレイから測定信号に応じた試験音声ビームを前記決定された水平指向性でチャンネル毎に順次放射させると共に、この試験音声ビームの垂直放射角度を漸次変更する垂直掃引をチャンネル毎に順次行う第2の音声ビーム掃引手段と、
前記垂直掃引時に前記マイクロフォンが集音した音声の信号レベルと前記試験音声ビームの垂直放射角度との関係を測定データとしてチャンネル毎に記憶する第2の記憶手段と、
前記第2の記憶手段に記憶された測定データの信号ピークとこの信号ピークが得られたときの試験音声ビームの垂直放射角度から、前記マルチチャンネルの音声を出力すべき垂直放射角度をチャンネル毎に求める第2の角度検出手段と、
この第2の角度検出手段が求めた垂直放射角度から前記マルチチャンネルの音声の垂直指向性をチャンネル毎に決定して、この垂直指向性及び前記水平指向性に対応する前記遅延時間を前記指向性制御手段にチャンネル毎に設定する第2の設定手段とを有することを特徴とするスピーカアレイ装置。 A speaker array comprising a plurality of speaker units arranged in a matrix or a line;
During normal listening, a delay time is added to each of multi-channel audio signals input from the outside, and the speaker array is radiated with different directivities according to the multi-channel audio signals. Directivity control means for driving
First sound beam sweeping means for radiating a test sound beam corresponding to the measurement signal from the speaker array and performing a horizontal sweep for gradually changing the horizontal radiation angle of the test sound beam when setting the directivity control means; ,
A microphone that is installed at a listening position of a room in which the speaker array is installed and collects a direct sound and a reflected sound of the test sound beam;
First storage means for storing, as measurement data, a relationship between a signal level of sound collected by the microphone during the horizontal sweep and a horizontal radiation angle of the test sound beam;
Based on the signal peak of the measurement data stored in the first storage means and the horizontal radiation angle of the test sound beam when the signal peak is obtained, the horizontal radiation angle at which the multi-channel sound should be output is determined for each channel. First angle detection means to be obtained;
First setting means for determining the horizontal directivity of the multi-channel sound for each channel from the horizontal radiation angle obtained by the first angle detection means;
A test sound beam corresponding to a measurement signal is sequentially emitted from the speaker array for each channel with the determined horizontal directivity, and a vertical sweep for gradually changing the vertical radiation angle of the test sound beam is sequentially performed for each channel. Two sound beam sweeping means;
Second storage means for storing the relationship between the signal level of the sound collected by the microphone during the vertical sweep and the vertical radiation angle of the test sound beam for each channel as measurement data;
Based on the signal peak of the measurement data stored in the second storage means and the vertical radiation angle of the test sound beam when the signal peak is obtained, the vertical radiation angle at which the multi-channel sound should be output is determined for each channel. Second angle detection means to be obtained;
The vertical directivity of the multi-channel audio is determined for each channel from the vertical radiation angle obtained by the second angle detection means, and the delay time corresponding to the vertical directivity and the horizontal directivity is determined as the directivity. A speaker array apparatus comprising: a second setting unit that sets the control unit for each channel.
前記第1の音声ビーム掃引手段は、前記水平掃引時に前記スピーカアレイの複数のスピーカユニットのうち一部を消音して、前記スピーカアレイがラインアレイとなるように設定することを特徴とするスピーカアレイ装置。
The speaker array device according to claim 1, wherein
The first sound beam sweeping unit is configured to mute a part of the plurality of speaker units of the speaker array during the horizontal sweep and set the speaker array to be a line array. apparatus.
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