JP4096960B2 - 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10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. 10 is a top perspective view of a listening room in which the speaker array device disclosed in
図10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。
A
図10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. 10, 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や、自動計算の前提条件と部屋環境が大きく異なる場合には、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. In addition, when such a setting function is not provided in the speaker array device, or when the preconditions for automatic calculation and the room environment are greatly different, an expert listens to the reproduction sound of the speaker array device at the listening position, Adjustments were made while manually changing the sound directivity of each channel.
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10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放射角度を漸次変更する掃引を行う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、前記掃引時に前記試験音声ビームの焦点距離を前記スピーカアレイから前記マイクロフォンまでのマイク距離と同じ値に設定する焦点距離設定手段と、前記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放射角度との関係を測定データとして記憶する記憶手段と、前記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放射角度をチャンネル毎に求める角度検出手段と、前記角度検出手段が求めた放射角度から前記マルチチャンネルの音声の指向性をチャンネル毎に決定して、この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指向性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構成例は、さらに、前記試験音声ビームの掃引を行う前に前記マイク距離を測定するマイク距離測定手段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構成例は、さらに、前記測定信号の周波数帯域を前記スピーカアレイによって指向性の制御が可能な最高周波数に設定する測定信号設定手段と、前記試験音声ビームの掃引を行う前に前記マイク距離が所定の制限距離より長いかどうかを判定し、前記マイク距離が制限距離以下の場合には、ユーザに前記マイクロフォンの位置を直すように促すマイク距離判定手段とを有するものである。
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. A test sound beam corresponding to the sound sound, and a sound beam sweeping means for sweeping to gradually change the radiation angle of the test sound beam; and a test sound beam installed at a listening position in a room where the speaker array is installed. A microphone that collects the direct sound and reflected sound of the sound and the focal length of the test sound beam during the sweep The focal length setting means for setting the same value as the microphone distance from the speaker array to the microphone, and the relationship between the signal level of the sound collected by the microphone during the sweep and the radiation angle of the test sound beam as measurement data The storage means for storing, the signal peak of the measurement data stored in the storage means, and the radiation angle of the test sound beam when this signal peak is obtained, the radiation angle for outputting the multi-channel sound for each channel. And determining the directivity of the multi-channel sound for each channel from the radiation angle obtained by the angle detection unit, and setting the delay time corresponding to the directivity to the directivity control unit. And directivity setting means for setting each time.
In addition, one configuration example of the speaker array device of the present invention further includes microphone distance measuring means for measuring the microphone distance before sweeping the test sound beam.
Further, one configuration example of the speaker array apparatus of the present invention further includes measurement signal setting means for setting a frequency band of the measurement signal to a maximum frequency at which directivity can be controlled by the speaker array, and the test sound beam. Determining whether or not the microphone distance is longer than a predetermined limit distance before performing the sweep, and if the microphone distance is equal to or less than the limit distance, microphone distance determination means for prompting the user to correct the position of the microphone; It is what you have.
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、試験音声ビームの焦点距離をスピーカアレイからマイクロフォンまでのマイク距離と同じ値に設定することにより、試験音声ビームの直接音と反射音の分離度を高めることができるので、反射音のS/N比を改善することができ、サラウンドチャンネルやフロントチャンネルに対応する反射音のピーク検出を容易にし、また反射音のピークを検出可能な角度範囲を広げることができる。その結果、本発明では、各チャンネルの音声を出力する最適な放射角度を容易かつ正確に求めることができる。 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. Further, in the present invention, by setting the focal length of the test sound beam to the same value as the microphone distance from the speaker array to the microphone, the degree of separation between the direct sound and the reflected sound of the test sound beam can be increased. The S / N ratio of the sound can be improved, the peak detection of the reflected sound corresponding to the surround channel and the front channel can be facilitated, and the angle range in which the peak of the reflected sound can be detected can be widened. As a result, according to the present invention, it is possible to easily and accurately obtain the optimum radiation angle for outputting the sound of each channel.
また、本発明では、試験音声ビームの掃引を行う前にマイク距離を測定することにより、ユーザがマイク距離を入力する必要がなくなる。 Further, in the present invention, the microphone distance is measured before the test audio beam is swept, thereby eliminating the need for the user to input the microphone distance.
また、本発明では、測定信号の周波数帯域をスピーカアレイによって指向性の制御が可能な最高周波数に設定し、マイク距離が所定の制限距離より長いかどうかを判定し、マイク距離が制限距離以下の場合には、ユーザにマイクロフォンの位置を直すように促すことにより、反射音の角度分解能の悪化を回避することができる。 In the present invention, the frequency band of the measurement signal is set to the highest frequency at which directivity can be controlled by the speaker array, it is determined whether the microphone distance is longer than a predetermined limit distance, and the microphone distance is equal to or less than the limit distance. In this case, it is possible to avoid deterioration of the angular resolution of the reflected sound by prompting the user to correct the position of the microphone.
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は記憶手段を構成し、ビーム角度検出部5は角度検出手段を構成し、制御部6は焦点距離設定手段と指向性設定手段と測定信号設定手段とマイク距離判定手段とを構成し、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は音声ビーム掃引手段を構成し、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はマイク距離測定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 /
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、スピーカアレイ10からマイクロフォン2(聴取位置)までのマイク距離を測定する(ステップS1)。マイク距離を測定するには、制御部6から測定信号生成部7を制御して、マイク距離測定用のパルス信号やノイズを出力させ、このパルス信号やノイズに応じた音声をスピーカアレイ10から出力させる。このとき、ビーム制御部8ではパルス信号やノイズに遅延時間を付加する必要はない。スピーカアレイ10から出力された音声は、マイクロフォン2で集音され、A/Dコンバータ3を通じてディジタル信号としてレベル測定部4に記録される。
When the control unit 6 is instructed to execute the sound beam setting mode by the user, the control unit 6 measures the microphone distance from the
制御部6は、測定信号生成部7からビーム制御部8へパルス信号やノイズが出力されてから、レベル測定部4でパルス信号やノイズが得られるまでの経過時間を測定して、この経過時間に基づきマイク距離を算出する(ステップS2)。続いて、制御部6は、ステップS2で求めたマイク距離が予め定められた制限距離より長いかどうか判定する(ステップS3)。このような判定を行う理由については後述する。なお、本実施の形態では、マイク距離を測定しているが、ユーザが入力するようにしてもよい。
The control unit 6 measures the elapsed time from when the pulse signal or noise is output from the measurement
制御部6は、ステップS3においてマイク距離が制限距離より長いと判定した場合、試験音声ビームの掃引を行うが、この掃引を行う前に、試験音声ビームの焦点距離を設定する(ステップS4)。ここで、試験音声ビームの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。
When it is determined in step S3 that the microphone distance is longer than the limit distance, the control unit 6 sweeps the test audio beam, and sets the focal length of the test audio beam before performing this sweep (step S4). Here, the sweep of the test sound beam will be described. FIG. 6 is a top perspective view of 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の放射角度を漸次変更する掃引を行う。この掃引は、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放射角度θと共に測定データとして記憶する。
As described above, when the test audio beam is swept, the test audio beam is applied to 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、試験音声ビームの掃引とこの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放射角度を求めることができる。
ステップS4の処理は、ステップS2で求めたマイク距離を試験音声ビームの焦点距離として設定する処理である。制御部6は、図6(a)で説明した試験音声ビームの掃引を測定信号生成部7とビーム制御部8に実施させるが(ステップS5)、ステップS4の設定により、スピーカアレイ10から焦点までの焦点距離は常に一定のマイク距離で固定されることになる。焦点距離をマイク距離と同じにする理由については後述する。
Thus, the optimum radiation angle for outputting the sound of each channel can be obtained by sweeping the test sound beam and analyzing the measurement data obtained by the sweep.
The process of step S4 is a process of setting the microphone distance obtained in step S2 as the focal distance of the test audio beam. The control unit 6 causes the measurement
なお、試験音声ビームの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によって指向性の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。
The measurement signal used for sweeping the test audio beam is preferably an audio signal that has no correlation and is limited to a frequency band in which directivity can be controlled by the
試験音声ビームの掃引終了後、制御部6は、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S6)。図7は、放射角度検出処理を説明するための図であり、図7(a)は試験音声ビームの掃引動作を示す上面透視図、図7(b)は試験音声ビームの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 sweep of the test audio beam is completed, the control unit 6 causes the beam
図7(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S6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7(a)の試験音声ビーム47の角度)をCchの音声を出力する放射角度とする。角度θa3をCchの音声の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. 7B, the threshold value Tha is set in advance to a level at which only a sound beam reflected up to two times can be detected. In step S6, the beam
続いて、ビーム角度検出部5は、図7(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7(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は求めた放射角度を制御部6に通知する。
Subsequently, the beam
放射角度検出処理の終了後、制御部6は、ビーム制御部8の指向性設定を行う(ステップS7)。まず、制御部6は、Cchの音声ビームの放射角度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 the end of the radiation angle detection process, the control unit 6 performs directivity setting for the beam control unit 8 (step S7). First, the control unit 6 sets a focus in the direction of the radiation angle θa3 of the Cch sound beam, 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の音声ビームの放射角度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の音声ビームの放射角度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の音声ビームの放射角度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の音声ビームの放射角度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S7の指向性設定が終了する。
Similarly, the control unit 6 sets a focus in the direction of the radiation angle θa1 of the Lch sound beam, and the delay unit 80-L causes the Lch sound radiated 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8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。 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.
また、本実施の形態では、試験音声ビームの焦点距離をマイク距離と同じ値にすることにより、以下のような効果が得られる。図9は、本実施の形態の効果を説明するための図であり、図9(a)は試験音声ビームの焦点距離の違いがレベル測定に与える影響を説明するための上面透視図、図9(b)は試験音声ビームの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)において、Da1は試験音声ビームの焦点距離がマイク距離より長い場合の測定データ、Da2は焦点距離がマイク距離と等しい場合の測定データである。 In the present embodiment, the following effects can be obtained by setting the focal length of the test audio beam to the same value as the microphone distance. FIG. 9 is a diagram for explaining the effect of the present embodiment. FIG. 9A is a top perspective view for explaining the influence of the difference in the focal length of the test sound beam on the level measurement. (B) is a figure which shows the measurement data memorize | stored in the level measurement part 4 by the sweep operation | movement of a test audio beam. In FIG. 9B, Da1 is measurement data when the focal length of the test sound beam is longer than the microphone distance, and Da2 is measurement data when the focal length is equal to the microphone distance.
図9(a)に示す試験音声ビーム31と32は、いずれも放射角度θ5で出力されるが、焦点距離が異なる。スピーカアレイ10から試験音声ビーム31の焦点F1までの距離はマイク距離より長く、スピーカアレイ10から試験音声ビーム32の焦点F2までの距離はマイク距離と同じである。図9(a)における角度θ4はスピーカアレイ10からマイクロフォン2を見たときの角度である。
Both test audio beams 31 and 32 shown in FIG. 9A are output at the radiation angle θ5, but the focal lengths are different. The distance from the
焦点距離とマイク距離が等しい場合、放射角度がθ4の近傍にあるときに、試験音声ビームの直接音がマイクロフォン2に届く。
一方、放射角度θ5で出力される試験音声ビーム32がマイクロフォン2から逸れているのに対して、同じ角度で出力される試験音声ビーム31の一部がマイクロフォン2に掛かっていることから分かるように、焦点距離がマイク距離より長い場合、試験音声ビームの直接音がマイクロフォン2に届く放射角度範囲は、焦点距離とマイク距離が等しい場合に比べて広くなる。
When the focal length and the microphone distance are equal, the direct sound of the test sound beam reaches the
On the other hand, the
前述の放射角度検出処理において、各チャンネルの音声を出力する放射角度を容易かつ正確に求めるためには、試験音声ビームの放射角度がθ4のときのみ試験音声ビームの直接音がマイクロフォン2に届き、その他の放射角度では試験音声ビームの反射音がマイクロフォン2に届くことが好ましい。しかし、試験音声ビームの直接音がマイクロフォン2に届く放射角度範囲が広がることは、試験音声ビームの直接音が広い角度範囲にわたって測定データに影響を与えることを意味する。
In the above-described radiation angle detection process, in order to easily and accurately determine the radiation angle for outputting the sound of each channel, the direct sound of the test sound beam reaches the
このような直接音の影響のために、測定データは、図9(b)のDa1のようにピークP1の裾幅が広い波形となる。前述のように、ビーム角度検出部5は測定データのピークを検出して、各チャンネルの音声を出力する放射角度を検出するが、測定データDa1のような波形では、試験音声ビームの反射音のS/N比が直接音のためにθ4近傍の角度範囲で著しく悪化しているので、Cchに対応する直接音のピークP1を検出することはできても、このピークP1の両側にある、サラウンドチャンネルやフロントチャンネルに対応する反射音のピークを検出できない可能性がある。特に、反射音のピークが直接音のピークP1に接近しているほど、反射音のピークの検出はより困難になる。
Due to the influence of such direct sound, the measurement data has a waveform with a wide skirt width of the peak P1 as indicated by Da1 in FIG. 9B. As described above, the
これに対して、本実施の形態では、試験音声ビームの焦点距離をマイク距離と同じにすることにより、試験音声ビームの直接音がマイクロフォン2に届く放射角度範囲を狭めることができ、直接音が測定データに与える影響を抑えることができる。これにより、レベル測定部4に記憶される測定データは、図9(b)のDa2のようにピークP2が先鋭化し、裾幅が狭い波形となるので、θ4近傍の角度範囲における反射音のS/N比を改善することができる。結果として、本実施の形態では、サラウンドチャンネルやフロントチャンネルに対応する反射音のピークを検出し易くなり、また反射音のピークを検出可能な角度範囲を広げることができる。
On the other hand, in this embodiment, by setting the focal length of the test sound beam to be the same as the microphone distance, the radiation angle range in which the direct sound of the test sound beam reaches the
なお、試験音声ビームの焦点距離を短くすると、マイクロフォン2の位置でビームの広がりが大きくなるので、反射音の角度分解能の悪化が懸念されるが、測定に使用する信号帯域をスピーカアレイ装置1によって単一ビームとして指向性の制御が可能な最高周波数近辺に設定し、試験音声ビームの焦点距離が反射音の経路距離に対して著しく短くならないようにマイクロフォン2の位置(聴取位置)を制限すれば、焦点距離を短くすることによる影響を抑えることができる。
Note that if the focal length of the test sound beam is shortened, the spread of the beam at the position of the
ステップS3の判定は、試験音声ビームの焦点距離が反射音の経路距離に対して著しく短くならないようにするための処理である。制御部6は、ステップS2で求めたマイク距離が所定の制限距離以下の場合(ステップS3においてNO)、表示部12にエラー表示画面を表示させ、マイク距離を長くするようにユーザに促す(ステップS8)。制御部6は、ユーザがマイクロフォン2の位置を直した後に、ステップS1に戻ってマイク距離を再度測定する。
The determination in step S3 is a process for preventing the focal length of the test sound beam from becoming significantly shorter than the path length of the reflected sound. When the microphone distance obtained in step S2 is equal to or less than the predetermined limit distance (NO in step S3), the control unit 6 displays an error display screen on the
また、本実施の形態では、試験音声ビームの焦点距離を短くすることにより、マイクロフォン2に向かう反射音の広がりが大きくなるので、リスニングルーム内に局在する家具等の障害物が測定精度に与える影響を緩和することができ、実際の聴感に近い放射角度を検出することができる。
Further, in this embodiment, since the spread of the reflected sound toward 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 (3)
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放射角度を漸次変更する掃引を行う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、
前記掃引時に前記試験音声ビームの焦点距離を前記スピーカアレイから前記マイクロフォンまでのマイク距離と同じ値に設定する焦点距離設定手段と、
前記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放射角度との関係を測定データとして記憶する記憶手段と、
前記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放射角度をチャンネル毎に求める角度検出手段と、
前記角度検出手段が求めた放射角度から前記マルチチャンネルの音声の指向性をチャンネル毎に決定して、この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指向性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
A sound beam sweeping means for radiating a test sound beam corresponding to the measurement signal from the speaker array and performing a sweep for gradually changing the 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;
A focal length setting means for setting a focal length of the test sound beam to the same value as a microphone distance from the speaker array to the microphone at the time of the sweep;
Storage means for storing, as measurement data, the relationship between the signal level of the sound collected by the microphone during the sweep and the radiation angle of the test sound beam;
Angle detection means for obtaining, for each channel, a radiation angle at which the multi-channel sound should be output from a signal peak of measurement data stored in the storage means and a radiation angle of a test sound beam when the signal peak is obtained; ,
Directivity setting for determining the directivity of the multi-channel sound for each channel from the radiation angle obtained by the angle detection means, and setting the delay time corresponding to this directivity for each channel in the directivity control means And a speaker array device.
さらに、前記試験音声ビームの掃引を行う前に前記マイク距離を測定するマイク距離測定手段を有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
Further, the speaker array apparatus further comprises microphone distance measuring means for measuring the microphone distance before the test sound beam is swept.
さらに、前記測定信号の周波数帯域を前記スピーカアレイによって指向性の制御が可能な最高周波数に設定する測定信号設定手段と、
前記試験音声ビームの掃引を行う前に前記マイク距離が所定の制限距離より長いかどうかを判定し、前記マイク距離が制限距離以下の場合には、ユーザに前記マイクロフォンの位置を直すように促すマイク距離判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。
The speaker array device according to claim 1, wherein
Further, a measurement signal setting means for setting the frequency band of the measurement signal to the highest frequency at which directivity can be controlled by the speaker array;
A microphone that determines whether or not the microphone distance is longer than a predetermined limit distance before sweeping the test sound beam, and if the microphone distance is equal to or less than the limit distance, a microphone that prompts the user to correct the position of the microphone A speaker array device comprising: a distance determination unit.
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