JP4701944B2 - 音場制御機器 - Google Patents

Description

本発明は、拡声システムに使用される音場制御機器に関する。

話者と聴衆が同じ室内に存在しており、その会場の広さがある程度以上であって肉声だけでは話者の発声内容が十分に聞き取れない場合には、拡声が必要となる。
図５は、従来の拡声システムの一構成例を示す図である。この図に示した例では、ホール又は会議室７０の内部にマイクロフォン７１と複数のスピーカ８０₀〜８０_nが設けられており、マイクロフォン７１で収音された音声が該複数のスピーカ８０₀〜８０_nから拡声されるようになされている。このとき、各スピーカ８０₀〜８０_nからマイクロフォン７１にループ特性Ｈ₀〜Ｈ_nの音響帰還が存在する。
マイクロフォン７１で収音された音声信号は、ヘッドアンプ７２で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器７３でディジタル信号に変換され、ディジタル信号処理装置（ＤＳＰ：Digital Signal Processor）７４に入力される。ＤＳＰ７４はイコライザ、入力信号に与える遅延時間の制御及びレベル制御等の機能を実行するものであり、入力信号は、イコライザ７５を通過した後、前記複数のスピーカ８０₀〜８０_nにそれぞれ対応する（ｎ＋１）個の出力系統に分配されて、各出力系統ごとに設けられたイコライザ７６₀〜７６_n、遅延時間及びレベル制御部７７₀〜７７_nでそれぞれに応じた信号処理をされた後、Ｄ／Ａ変換器７８₀〜７８_n及びパワーアンプ７９₀〜７９_nを介してスピーカ８０₀〜８０_nにそれぞれ出力される。
前記イコライザ７５及びイコライザ７６₀〜７６_nは前記ループ特性を補償するためのものであり、前記イコライザ７５は前記ループ特性（音響帰還特性）の全ての出力系統に共通な部分を制御し、各出力系統に設けられているイコライザ７６₀〜７６_nはそれぞれのスピーカ８０₀〜８０_nからマイクロフォン７１へのループ特性のうち個々の系統に関する部分を制御する。なお、イコライザ７６₀〜７６_nは設けられていない場合もある。
前記遅延時間及びレベル制御部７７₀〜７７_nは、前記各スピーカ８０₀〜８０_nからの拡声信号に与える遅延時間とレベルの制御を行うものであり、話者からの直接音とスピーカ８０₀〜８０_nからの拡声音が同じタイミングで受聴者に到達するように、各スピーカ８０₀〜８０_nからの拡声信号にマイクロフォン７１の位置（音源位置）からの距離に応じた遅延時間を与えるとともに、前述した音響帰還によりハウリングが発生しないように各スピーカ８０₀〜８０_nからの拡声信号のレベルを制御するものである。

また、特許文献１には、複数のマイクと複数のスピーカを有する拡声システムにおいて、各マイクと各スピーカ間の伝達関数を測定する手段を設け、該測定する手段により測定した伝達関数を用いてシステム設計に必要なハウリングマージンや周波数特性などの情報をマイクとスピーカの組み合わせごとに算出し、算出した情報をオペレータに提供するために出力したり、これらの情報を用いて自動的にミキシング設定や増幅率を変更することにより、人為的にあるいは自動的にシステム構成を最適化してハウリングの発生を抑えることができるようにした音場制御システムが提案されている。
特開平９−２４７７８７号公報

上述した従来の拡声システムにおいては、収音用マイクロフォンの位置は固定されており、該所定の位置に設置されたマイクロフォンからの入力に対して、遅延時間やループ特性の調整を施し、１系統又は複数系統のスピーカから拡声するようにされていた。
この場合、マイクロフォンが所定の位置（講演位置）にあるときは大きな問題はないが、話者がワイヤレスマイクロフォンなどを使用して移動し、話者位置が大きく変更された場合には、マイクロフォンへのループ特性Ｈ₀〜Ｈ_nが大きく変化して、ハウリングに対しても不安定となり、音質にも大きな影響があった。
また、最適なイコライジング特性や音量の調整は、専門の音響家（サウンド・オペレータ）が実施していたが、複数のイコライザーを瞬時に調整することが困難であった。
さらに、各出力系統にループ特性調整用のＥＱ（イコライザ）を設けても、ある特定音源位置のみのパラメータ調整となり、音源位置が移動した場合、ループ特性が変化し、ハウリングに対して不安定になるという問題がある。

そこで本発明は、話者が移動しても、ハウリングに対して安定であり、拡声音の明りょう度と音質の改善ができることにより、高品質の拡声が可能な音場制御機器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の音場制御装置は、話者の発話を収音するマイクロフォンと、該マイクロフォンで収音された音声信号を拡声する１又は複数のスピーカとを有する拡声システムに使用される音場制御機器であって、前記話者の位置又は前記話者の発話を収音するマイクロフォンの位置である音源位置を検出する音源位置検出手段と、前記マイクロフォンで収音された音声信号が入力され、前記１又は複数のスピーカに対応する１又は複数の出力系統ごとに遅延手段、イコライザ及び音量調整用アッテネータが設けられた信号処理手段であって、前記収音された音声信号に対して、前記音源位置検出手段により検出された音源位置に応じて、対応する前記スピーカからの拡声音が話者からの直接音から所定時間以内に受聴者に到達するように前記音源位置と対応する前記スピーカとの距離に応じた遅延時間を付与するとともに、対応する前記スピーカと前記マイクロフォンとの間の音響帰還特性の周波数特性が平坦化するように前記収音された音声信号のイコライジング特性及び出力レベルを制御して出力する信号処理手段とを有するものである。
また、マイクロフォンを前記１又は複数のスピーカとの距離が異なる複数の位置にセットしたときの前記１又は複数のスピーカと前記マイクロフォンとの間の音響帰還量に基づいて決定された、音源位置ごとの前記１又は複数の出力系統の信号に付与するイコライジング特性及び出力レベルを設定する前記イコライザ及び音量調整用アッテネータの制御パラメータ、及び、音源位置と前記１又は複数のスピーカとの距離に基づいて決定された音源位置ごとの前記１又は複数の出力系統の信号に付与する遅延時間を設定する前記遅延手段の制御パラメータを記憶する記憶手段を有し、前記音源位置検出手段は、前記記憶手段を参照することにより、検出した音源位置に対応する、前記遅延手段、前記イコライザ及び前記音量調整用アッテネータの制御パラメータを前記信号処理手段に供給するようになされているものである。
さらに、前記信号処理手段から出力される前記１又は複数の出力系統の信号に対して、対応する前記スピーカから前記マイクロフォンへの音響帰還の周波数特性を平坦化させるように、対応する前記スピーカから出力され前記マイクロフォンに入力される音声信号のうち、対応する前記スピーカから最初に出力された音以外の対応する前記スピーカから出力され前記マイクロフォンに繰り返し入力される信号に対し、同じタイミングで同じ振幅の負の係数の反射音を畳み込むＦＩＲフィルタを有するものである。
さらにまた、前記マイクロフォンで収音されて前記１又は複数のスピーカから拡声された音が、話者からの直接音が前記マイクロフォンに入力されたタイミングから所定時間以内に前記マイクロフォンに入力されないときに、前記信号処理手段から出力される前記１又は複数の出力系統の信号に対して、前記話者からの直接音が前記マイクロフォンに入力されたタイミングから前記所定時間以内の反射音を畳み込むＦＩＲフィルタを有するものである。
さらにまた、音源位置ごとに前記ＦＩＲフィルタのタップに畳み込む反射音に関する情報を記憶する第２の記憶手段を有し、前記音源位置検出手段は、前記第２の記憶手段を参照することにより、前記ＦＩＲフィルタを用いて、検出した音源位置に対応する反射音を前記１又は複数の出力系統の信号に畳み込むようになされているものである。

本発明の音場制御機器によれば、話者位置（収音マイクロフォンの位置）を検出し、話者位置の変化に応じて、最適な遅延時間と音量及びループ特性（各スピーカと収音マイクロフォン間の伝達特性）となるように、拡声スピーカへ出力する信号の遅延時間、レベル及びイコライジング特性をリアルタイムに制御することができ、ハウリングの発生を防止するとともに、受聴者に高い明りょう度と必要な音圧レベルの確保による高品質な拡声音を提供することができる。
また、位相特性を損なわないＦＩＲタップにより所定時間内の反射音を畳み込むことにより、明りょうな拡声をすることができる。
さらに、専門の音響家（サウンド・オペレータ）がいなくても複数のイコライザー等の各種音場制御機器の調整を瞬時に行うことが可能となり、最適な拡声音を聴取者へ提供することができる。

図１は、本発明の音場制御機器の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
この図において、１０は本発明の音場制御機器が適用された拡声システムが設置されたホール又は会議室、１１は話者から発せられる音声を収音するマイクロフォンである。本発明の拡声システムにおいては、話者の発話を拡声するスピーカの数は１又は複数のいずれであってもよいが、この実施の形態においては、図示するように、会議室１０の前方（図中左側）と天井に複数のスピーカ２１₀〜２１_nが設けられており、前記マイクロフォン１１で収音された話者の発話が該複数のスピーカ２１₀〜２１_nから拡声されるようになされているものとする。また、会議室１０の天井には複数の音源位置検出用センサー２２₁〜２２_mが設けられており、前記話者の位置（音源位置）を検出することができるようになされている。
なお、この音源位置検出センサー２２₁〜２２_mは、話者の位置又は話者の発話を収音するマイクロフォンの位置を検出するものであればよく、赤外線や超音波などを利用する人感センサやＧＰＳ（Global Positioning System）を利用するものであっても良いし、会議室等の天井に分散配置された複数のマイクロフォンなどであってもよい。
音源位置検出センサー２２₁〜２２_mが天井に分散配置された複数のマイクロフォンである場合には、入力レベルが所定レベル以上のマイクロフォンのうち入力レベルが最も大きいマイクロフォン２２_iが話者の発話を収音するマイクロフォン１１として選択される。

前記話者の発話を収音するマイクロフォン１１で収音された音声信号は、ヘッドアンプ１２及びＡ／Ｄ変換器１３を介してイコライザ１５に入力され、該イコライザ１５の出力は、前記複数のスピーカ２１₀〜２１_nに対応する複数の出力系統に分岐した各系統ごとに設けられた遅延手段１６₀〜１６_n、イコライザ１７₀〜１７_n及び音量調整用アッテネータ（ＡＴＴ）１８₀〜１８_nに順次入力される。ここで、前記イコライザ１５、遅延手段１６₀〜１６_n、イコライザ１７₀〜１７_n及びＡＴＴ１８₀〜１８_nは、それぞれ、個別の回路により実現してもよいが、ここでは、ディジタル信号処理装置（ＤＳＰ）１４により実現されている。
そして、前記遅延手段１６₀〜１６_nにより前記マイクロフォン１１の位置（音源位置）とそれぞれのスピーカとの距離に応じた遅延時間を付与し、前記イコライザ１５及びイコライザ１７₀〜１７_nと前記ＡＴＴ１８₀〜１８_nにより前記各スピーカ２１₀〜２１₁と前記マイクロフォン１１との間のループ特性を制御する。ここで、前記イコライザ１７₀〜１７_nによりそれぞれのイコライジング（ＧＥＱ又はＰＥＱ）特性を個別に制御し、前記イコライザ１５により全てのループに共通するイコライジング（ＧＥＱ又はＰＥＱ）特性を制御する。
前記イコライザ１５、前記遅延手段１６₀〜１６_n、前記イコライザ１７₀〜１７_n及び前記ＡＴＴ１８₀〜１８_nにおける制御量は、音源位置検出部２３から音源位置に応じて供給される制御パラメータにより制御されるようになされている。

前記音源位置検出部２３は、前記音源位置検出センサー２２₁〜２２_mの出力に基づいて、常時（例えば、所定の周期で）、音源位置（話者の位置又は収音マイクロフォンの位置）を検出しており、新たな音源位置又は音源位置の移動を検出したときに、前記イコライザ１５、各出力系統の遅延手段１６₀〜１６_n、イコライザ１７₀〜１７_n及びＡＴＴ１８₀〜１８_nに対して、該検出した音源位置に対応する新たな制御パラメータを供給する。
音源位置検出部２３に接続された記憶手段２４には、あらかじめ各音源位置ごとに、各出力系統の信号（各スピーカへ出力する信号）に設定する遅延時間、出力レベル及びイコライジング特性を記憶したテーブルが記憶されており、前記音源位置検出部２３は、前記音源位置検出センサー２２₁〜２２_mからの出力に基づいて新たな音源位置又は音源位置の移動を検出したときに、該テーブルを参照して、その音源位置に対応する各出力系統の信号に対する前記イコライザ１５、遅延手段１６₀〜１６_n、イコライザ１７₀〜１７_n及びＡＴＴ１８₀〜１８_nに対する新たな制御パラメータを供給する。
なお、前記テーブルは、全ての音源位置についてそれぞれ制御パラメータを記憶する必要はなく、所定の範囲内（ゾーン）にある音源位置について共通の制御パラメータを記憶するようにしてもよい。
また、音源位置が変化し、前記イコライザ１５、遅延手段１６₀〜１６_n、イコライザ１７₀〜１７_n、ＡＴＴ１８₀〜１８_nに供給する制御パラメータを変更するときには、音の途切れやクリック音などのノイズが発生しないように制御パラメータを徐々に変化させるようにすることが望ましい。
このようにして、検出された音源位置に対応する遅延時間、出力レベル及びイコライジング特性が付与された各出力系統の信号は、ＤＳＰ１４から出力され、それぞれ、対応するＤ／Ａ変換器１９₀〜１９_nを介してパワーアンプ２０₀〜２０_nで増幅され、各スピーカ２１₀〜２１_nから出力される。

このように、話者の位置が図１に示す位置Ａから位置Ｂ、位置Ｂから位置Ｃへと移動したときに、その位置の変化に応じて、前記遅延手段１６₀〜１６_nにより遅延時間を制御することにより、話者からの直接音とスピーカ２１₀〜２１_nからの拡声音が受聴者に到達するタイミングを一致させることができ、また、前記イコライザ１５と１７₀〜１７_n及び前記ＡＴＴ１８₀〜１８_nによるループ特性の制御により、ハウリングの発生を防止することができる。
より詳細には、以下のようにして拡声する信号の遅延時間、レベル、イコライジング特性を設定する。すなわち、遅延時間は、話者からの直接音の到達タイミングとほぼ同じとなるように、後述する所定時間（４０msec）以内に受聴者に到達するように設定する。これにより、話者の音声の明りょう度を上げることができる。この遅延時間の値は、話者と受聴者との距離に比例して大きくなる。また、話者の音像も含めて制御を行うものではないので、前記所定時間を越えて受聴者に到達するように遅延時間を設定することはない。
次にレベルについては、これも話者の音声の明りょう度を上げることが目的なので、話者の直近で充分なレベルが確保されている場所についての拡声は不要であるが、話者からの距離が大きくなるにつれて低下する直接音を補うように拡声音のレベルを設定する。また、話者の音像も含めて制御を行うものではないので、話者の音像が保存されるように拡声のレベルが制限されるものではない。
イコライジング特性については、後に詳述するが、拡声ゲインを上げるとともに、各スピーカとマイクロフォン間のループ特性（音響帰還特性）の周波数特性が平坦化するように設定する。
なお、図１には示していないが、各出力系統にスイッチを設け、例えば、話者の近傍のスピーカについては拡声音を出力しないようにするなど、該スイッチを検出された音源位置に応じてオンオフ制御することにより、音源位置に応じて拡声音を出力するスピーカを選択するようにしてもよい。

なお、図１においては、収音マイクロフォン１１は１個の場合を示していたが、複数のマイクロフォンを収音マイクロフォンとして選択し、複数系統の入力信号を拡声するようにしてもよい。この場合には、複数の収音マイクロフォンを選択することができる入力選択手段を設け、選択された各マイクロフォンからの入力信号を処理する前記ヘッドアンプ１２、Ａ／Ｄ変換器１３及びＤＳＰ１４を各入力信号ごとに設け、それらの出力信号を加算した後、前記Ｄ／Ａ変換器１９₀〜１９_nでディジタル信号に変換して前記パワーアンプ２０₀〜２０_nから前記スピーカ２１₀〜２１_nに出力するようにすればよい。

次に、前記記憶手段２４に記憶されるテーブルの作成について、図２を参照して説明する。
各音源位置ごとに各出力系統への拡声信号に設定する遅延時間、出力レベル及びイコライジング特性を設定するための制御パラメータを記憶したテーブルを作成するために、各音源位置ごとに前記複数のスピーカとの間のループ特性を測定しておき、該測定結果に基づいて、各音源位置ごとの前記複数のスピーカに対応する出力系統におけるループ特性を決定するための制御パラメータを決定する。
図２の（ａ）は前記ループ特性の測定について説明するための図である。
この図において、３１は信号発生器、３２はＤＳＰ、３３はパワーアンプ、３４はスピーカ、３５はマイクロフォン、３６はヘッドアンプである。マイクロフォン３５をスピーカ３４からの距離が異なる複数の位置（Ａ，Ｂ，Ｃ）にセットして、前記信号発生器３１からの基準信号をスピーカ３４から出力させ、収音マイクロフォン３５への音響帰還量を計測する。

図２の（ｂ）〜（ｄ）は、前記マイクロフォン３５を、スピーカ３４との距離が異なる位置Ａ、Ｂ、及びＣにセットしたときのループ特性の一般的な例を示す図であり、横軸が周波数、縦軸はレベルを示している。
ここで、ハウリングの発生を防止するために拡声音を再生するスピーカの数がＮの場合、そのループゲインを、拡声音を再生するスピーカが１つのときに−６ｄＢとなるように設定したとすると、
ループゲイン＝−１０logＮ−６
となる値に設定する必要がある。
そのために、前記ＡＴＴ１８による減衰量には、上記ループゲインの値を加味した値を設定する。

図２の（ｂ）はスピーカ３４との距離が近い位置Ａにマイクロフォン３５をセットしたときのループ特性の例を示している。この図に示すように、スピーカ３４と音源位置との距離が近いときは、マイクロフォン３４からの入力信号のレベルが大きく、また、高音域のループ特性にピークが発生するために高音域でハウリングが発生する恐れがある。したがって、上述のように前記ＡＴＴ１８による減衰量を大きく設定するとともに、イコライザ１７により高音域のゲインを低下させるようにする。従って、高音域のループ特性のピークを抑えることにより、その分だけ拡声ゲインを上げることができるようになる。すなわち、拡声音のレベルを上げることができ、音声の明りょう度を向上することができる。また、ループ特性の周波数特性を平坦化することで、カラーレーションを低減し、拡声音の音質を改善することができる。
図２の（ｃ）はスピーカ３４との距離が中程度である位置Ｂにマイクロフォン３５が位置しているときのループ特性の例を示している。この距離においては、レベルは中程度であり、中音域のループ特性にピークが発生するために中音域でハウリングが発生する恐れがある。そこで、前記ＡＴＴ１８による減衰量を中程度とするとともに、前記イコライザ１７により中音域のレベルを低下させるようにする。従って、中音域のループ特性のピークを抑えることにより、その分だけ拡声ゲインを上げることができるようになる。すなわち、拡声音のレベルを上げることができ、音声の明りょう度を向上することができる。また、ループ特性の周波数特性を平坦化することで、カラーレーションを低減し、拡声音の音質を改善することができる。
図２の（ｄ）はスピーカ３４との距離が遠い位置Ｃにマイクロフォン３５が位置しているときのループ特性である。この距離においては、レベルは低く、また、低音域のループ特性にピークが発生するために低音域でハウリングが発生する恐れがある。そこで、前記ＡＴＴ１８による減衰量は最小とし、前記イコライザ１７により低音域のゲインを低下させるようにする。従って、低音域のループ特性のピークを抑えることにより、その分だけ拡声ゲインを上げることができるようになる。すなわち、拡声音のレベルを上げることができ、音声の明りょう度を上げることができる。また、ループ特性の周波数特性を平坦化することで、カラーレーションを低減し、拡声音の音質を改善することができる。

上述のように、各測定結果に基づいて、各音源位置ごとにその音源位置のときに各出力系統のイコライザ１７₀〜１７_n及びＡＴＴ１８₀〜１８_nに供給すべき制御パラメータを決定する。また、各音源位置と各スピーカ２１₀〜２１_nとの距離からそれぞれの音源位置に応じて各出力系統の信号に与える遅延時間も決定する。また、すべての出力系統に共通するループ特性の補償を行う場合には、前記イコライザ１５に供給する制御パラメータを決定する。そして、このようにして決定した各音源位置とそれに対応する遅延時間、出力レベル及びイコライジング特性の制御パラメータを、例えばテーブル形式として前記記憶手段２４に記憶しておく。
前述のように、前記音源位置検出部２３で新たな音源位置又はその移動が検出されたときに、該テーブルを参照して、イコライザ１５、各出力系統に設けられた遅延手段１６₀〜１６_n、イコライザ１７₀〜１７_n及びＡＴＴ１８₀〜１８_nに対応する新たな制御パラメータを読み出して供給する。
このようにして、前記音源位置検出部２３により検出される音源位置の変化に応じて、各スピーカ２１₀〜２１_nの系統ごとのループ特性を最適なものとすることができ、ハウリングを防止して、高品質の拡声を行うことができる。

次に、より高品質の拡声を行うことができる本発明の音場制御装置の他の実施の形態について説明する。
図３は、本発明の音場制御機器の他の実施の形態の一構成例を示すブロック図である。この図において、前記図１と同一の構成要素には同一の番号を付して説明を省略する。
図３において、２５₀〜２５_nは、前記図１における遅延手段１６₀〜１６_n、イコライザ１７₀〜１７_n、ＡＴＴ１８₀〜１８_n及び前述したスイッチを一まとめに記載したもの（遅延、イコライザ、アッテネータ及びスイッチ部）である。本実施の形態の音場制御機器は、前記図１に示した実施の形態に加え、各スピーカ２１₀〜２１_nの出力系統に、前記音源位置検出部２３により制御されるＦＩＲ（finite impulse response）フィルタ２６₀〜２６_nが設けられている。このＦＩＲフィルタ２６₀〜２６_nを用いて反射音を畳み込むことにより、より高品質の拡声を行うことができる。

ＦＩＲフィルタを用いた反射音の畳み込みについて、図４を参照して説明する。
図４の（ａ）は、この実施の形態の音場制御機器が適用された会議室１０の一例を天井からみた平面図を示している。ここでは、部屋１０の一方（前方）に拡声スピーカとしてＲチャンネルのスピーカ４１とＬチャンネルのスピーカ４２が設けられており、前記拡声スピーカ４１及び４２が設けられている側と反対側（後方）の天井に複数の拡声スピーカ４３，４４，４５及び４６が分散して配置されている場合を例にとって説明する。
図４の（ｂ）は、話者の位置（音源位置）が拡声スピーカ４１及び４２に近い位置Ａであるときのマイクロフォン１１への入力信号の時間構造の一例を示し、（ｃ）は音源位置が拡声スピーカ４１及び４２から遠い位置Ｂであるときのマイクロフォン１１への入力信号の時間構造の一例を示す図である。

図４の（ｂ）において、０[ms]のタイミングで話者が発話したとする。５０は話者により発話されマイクロフォン１１に入力される直接音、５１−１〜５１−３はマイクロフォン１１に入力された直接音が前述したＤＳＰ１４等で信号処理を施された後、Ｒチャンネルの拡声スピーカ４１から出力されてマイクロフォン１１へと入力される音である。ここで、５１−１はマイクロフォン１１に入力された直接音５０がＲチャンネルのスピーカ４１から最初に出力されてマイクロフォン１１に帰還した音であり、５１−２は５１−１の音がマイクロフォン１１に収音されスピーカ４１から出力されてマイクロフォン１１へ帰還した音、５１−３は同様に５１−２の音が同経路をループした音である。また、５２−１〜５２−３は、同様にＬチャンネルの拡声スピーカ４２に関してループして出力されマイクロフォン１１へと入力される音である。
このように、信号と該信号から所定時間だけ遅延した信号が繰り返し入力されることにより、周知のように櫛形フィルタが形成され、周波数特性上のピーク／ディップが周期的に現れるために、拡声音にカラーレーションが発生することになる。
また、一般に、第一次到達音から所定時間（４０msec）以内に到達する反射音は、明りょう度に対して有用であり、また、所定時間（９５msec）以上遅れて到達する反射音は有害であることが知られている。（The Bose Professional Sound Group著、永田穂訳「サウンドシステムデザイン」オーム社、1991, 11、P.32-33）

そこで、本実施の形態においては、拡声スピーカ４１及び４２から出力され前記マイクロフォン１１に入力される音のうち、最初に出力される音である５１−１と５２−１は、明りょう度に寄与する音であるのでそのまま出力させ、ループして出力され櫛形フィルタを形成する５１−２、５１−３、５２−２、５２−３・・・の各成分については、前記ＦＩＲフィルタ２６₀〜２６_nにより、同じタイミングで同じ振幅の負の係数の音５３、５４、５５、５６・・・を畳み込む。５１−１と５２−１の成分を出力することで、拡声音の明りょう度を確保することができる。また、５３、５４、５５、５６・・・を畳み込むことで、周波数特性を平坦化させ、櫛形フィルタの形成によるカラーレーションを緩和して、音質を改善することができる。
具体的には、前記拡声スピーカ４１及び拡声スピーカ４２から出力する信号に対して、それらの出力系統に設けられたＦＩＲフィルタ２６_i及び２６_jを用いて、前記マイクロフォン１１からの入力信号のうち５１−２、５２−２、５１−３、５２−３、・・・について、それらと同じタイミングで負の係数の音５３、５４、５５、５６・・・を畳み込む。
これにより、各スピーカ４１〜４６から出力される拡声音は、拡声音の明りょう度に寄与する成分（５１−１及び５２−１）は出力されて高い明りょう度が確保されるとともに、カラーレーションが抑制されて高品質の拡声音とすることができる。

図４の（ｃ）は、音源位置（マイクロフォン１１の位置）が拡声スピーカ４１及び４２から遠い位置Ｂにあるときのマイクロフォン１１への入力信号の時間構造である。この図に示すように、音源位置が拡声スピーカ４１及び４２から遠い場合には、０[ms]のタイミングで話者から発話されマイクロフォン１１に入力する直接音５０から大きく遅れて、拡声スピーカ４１及び４２から出力された音５１及び５２が前記マイクロフォン１１に到達することとなる。したがって、直接音５０の近傍（４０msec以内）に明りょう度に貢献する反射音が存在していない。
そこで、この場合には、前記スピーカ４３〜４６から出力する音に対して、対応する前記ＦＩＲフィルタ２６_k〜２６_lを用いて、前記直接音５０のタイミングから所定時間以内（例えば、４０msec以内）に、反射音５７、５８、５９及び６０を畳み込む。すなわち、マイクロフォン１１への入力信号に対し、所定の遅延時間、イコライジング特性及びレベル制御を施すことにより前記スピーカ４３〜４６から出力される拡声音に、明りょう度に寄与する反射音が含まれるようにすることができる。また、このとき、畳み込む反射音５９及び６０を反射音５７及び５８の影響が強く出過ぎないようにタイミング、振幅を若干変えて負の係数の音とすることで、周波数特性を平坦化して櫛形フィルタの形成によるカラーレーションを緩和する。なお、ここでは、畳み込む反射音の数は４個としたがこれに限られることはない。
これにより、直接音比率を向上させて明りょう度を高くすることができるとともに、カラーレーションが抑制された高品質の拡声音とすることができる。

前記図４の（ｂ）及び（ｃ）に示したＦＩＲフィルタ２６₀〜２６_nによる畳み込みを行うために、前述と同様に、各音源位置ごとに、各出力系統のＦＩＲフィルタ２６₀〜２６_nのタップに畳み込む反射音に関する情報を決定して、該情報（反射音の畳み込み特性に関する情報）を前述したテーブルに記憶しておく。そして、前記音源位置検出部２３により新たな音源位置又はその移動が検出されたときに、該テーブルを参照して、該検出された音源位置に対応する反射音を畳み込むことにより、受聴者が聴きやすく、話者も話しやすい拡声を行うことができる。

本発明の音場制御機器の一実施の形態の構成を示すブロック図である。 テーブルの作成について説明するための図であり、（ａ）はループ特性の測定について説明するための図、（ｂ）はマイクロフォンとスピーカとの距離が近いときのループ特性の例を示す図、（ｃ）はマイクロフォンとスピーカとの距離が中程度のときのループ特性の例を示す図、（ｄ）はマイクロフォンとスピーカとの距離が遠いときのループ特性の例を示す図である。 本発明の音場制御機器の他の実施の形態の構成を示すブロック図である。 反射音の畳み込みについて説明するための図であり、（ａ）は会議室１０の平面図、（ｂ）は音源位置が拡声スピーカに近いときのマイクロフォン１１への入力信号の時間構造の一例を示す図、（ｃ）は音源位置が拡声スピーカから遠いときのマイクロフォン１１への入力信号の時間構造の一例を示す図である。 従来の拡声システムの一構成例を示す図である。

符号の説明

１０：会議室、１１：マイクロフォン、１２：ヘッドアンプ、１３：Ａ／Ｄ変換器、１４：ディジタル信号処理装置（ＤＳＰ）、１５：イコライザ、１６₀〜１６_n：遅延手段、１７₀〜１７_n：イコライザ、１８₀〜１８_n：アッテネータ、１９₀〜１９_n：Ｄ／Ａ変換器、２０₀〜２０_n：パワーアンプ、２１₀〜２１_n：スピーカ、２２₁〜２２_m：音源位置検出センサ、２３：音源位置検出部、２４：記憶手段、２５₀〜２５_n：遅延、イコライザ、アッテネータ及びスイッチ部、２６₀〜２６_n：ＦＩＲフィルタ

Claims (5)

1. 話者の発話を収音するマイクロフォンと、該マイクロフォンで収音された音声信号を拡声する１又は複数のスピーカとを有する拡声システムに使用される音場制御機器であって、
   前記話者の位置又は前記話者の発話を収音するマイクロフォンの位置である音源位置を検出する音源位置検出手段と、
   前記マイクロフォンで収音された音声信号が入力され、前記１又は複数のスピーカに対応する１又は複数の出力系統ごとに遅延手段、イコライザ及び音量調整用アッテネータが設けられた信号処理手段であって、前記収音された音声信号に対して、前記音源位置検出手段により検出された音源位置に応じて、対応する前記スピーカからの拡声音が話者からの直接音から所定時間以内に受聴者に到達するように前記音源位置と対応する前記スピーカとの距離に応じた遅延時間を付与するとともに、対応する前記スピーカと前記マイクロフォンとの間の音響帰還特性の周波数特性が平坦化するように前記収音された音声信号のイコライジング特性及び出力レベルを制御して出力する信号処理手段と
   を有することを特徴とする音場制御機器。
2. マイクロフォンを前記１又は複数のスピーカとの距離が異なる複数の位置にセットしたときの前記１又は複数のスピーカと前記マイクロフォンとの間の音響帰還量に基づいて決定された、音源位置ごとの前記１又は複数の出力系統の信号に付与するイコライジング特性及び出力レベルを設定する前記イコライザ及び音量調整用アッテネータの制御パラメータ、及び、音源位置と前記１又は複数のスピーカとの距離に基づいて決定された音源位置ごとの前記１又は複数の出力系統の信号に付与する遅延時間を設定する前記遅延手段の制御パラメータを記憶する記憶手段を有し、
   前記音源位置検出手段は、前記記憶手段を参照することにより、検出した音源位置に対応する、前記遅延手段、前記イコライザ及び前記音量調整用アッテネータの制御パラメータを前記信号処理手段に供給するようになされていることを特徴とする請求項１記載の音場制御機器。
3. 前記信号処理手段から出力される前記１又は複数の出力系統の信号に対して、対応する前記スピーカから前記マイクロフォンへの音響帰還の周波数特性を平坦化させるように、対応する前記スピーカから出力され前記マイクロフォンに入力される音声信号のうち、対応する前記スピーカから最初に出力された音以外の対応する前記スピーカから出力され前記マイクロフォンに繰り返し入力される信号に対し、同じタイミングで同じ振幅の負の係数の反射音を畳み込むＦＩＲフィルタを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の音場制御機器。
4. 前記マイクロフォンで収音されて前記１又は複数のスピーカから拡声された音が、話者からの直接音が前記マイクロフォンに入力されたタイミングから所定時間以内に前記マイクロフォンに入力されないときに、前記信号処理手段から出力される前記１又は複数の出力系統の信号に対して、前記話者からの直接音が前記マイクロフォンに入力されたタイミングから前記所定時間以内の反射音を畳み込むＦＩＲフィルタを有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の音場制御機器。
5. 音源位置ごとに前記ＦＩＲフィルタのタップに畳み込む反射音に関する情報を記憶する第２の記憶手段を有し、
   前記音源位置検出手段は、前記第２の記憶手段を参照することにより、前記ＦＩＲフィルタを用いて、検出した音源位置に対応する反射音を前記１又は複数の出力系統の信号に畳み込むようになされていることを特徴とする請求項３又は４に記載の音場制御機器。

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