JP5043701B2 - 音声再生装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、反射音の音響特性を分析することにより、複数のスピーカの出力特性を制御する音声再生装置及びその制御方法に関するものである。

従来、低音再生用スピーカから出力される音は比較的指向性がないことを利用し、低音再生用のスピーカを側面に配置し、高音再生用のスピーカを正面に配置したスピーカ装置が知られている。このような配置とすることにより、良好な低音再生を実現し、かつ横幅を抑えたテレビジョン受像機用スピーカ装置が実現できる（特許文献１参照）。

また、測定音場に再生された測定信号を複数の指向軸を有する指向性マイクで収音し、方向毎に分析する音場測定装置が知られている。これにより、部屋の反射音成分を分析して、音場の空間性に関する拡がり感や残響感、音像の定位感などが評価できる（特許文献２参照）。
特開平０６−１０５２５７号公報 特開２００７−２２５４８２号公報

しかしながら、特許文献１のテレビジョン用受像機スピーカにおいては、スピーカユニットがテレビジョン用受像機の背面には配置されていないので、壁からの反射音を利用した音響システムとはならない。

特許文献２の音場測定装置においては、マイクに複数の指向軸をもたせるためマイクの構成が複雑となる。また、マイクを聴取位置に配置して測定する必要があるため配線が長くなるとともに、装置全体が大型化して、取り扱いが煩雑になるという課題がある。マイクをリモコンなどの聴取位置にあるものに搭載することも可能であるが、この場合にはリモコン内にマイク増幅器やＡＤ変換機が配置されるとともに、測定した多量のデータを送信する必要があり、リモコンの回路規模が大幅に増大する。また、リモコンがテーブルなどの平面に置かれると、マイクの特性に影響を与えるため、正確な測定が困難であるという課題がある。

本発明は、背面にスピーカを配置して壁からの反射音を利用した音響システムであって、コンパクトな構成で反射音の音響特性を分析可能とした音声再生装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の音声再生装置は、
平面型表示装置の前面側に配置され、第１の音声信号を可聴域の音声に変換して出力する第１のスピーカと、前記平面型表示装置の背面側に配置され、第２の音声信号を可聴域の音声に変換して出力する第２のスピーカとを有する音声再生装置であって、
前記平面型表示装置の背面側に配置され、前記第２のスピーカから出力される音声の壁面からの反射音を受け、電気信号に変換するマイクと、
前記第２のスピーカに供給される前記第２の音声信号と、前記マイクにより変換された電気信号とに基づいて、前記第２のスピーカから出力される音声の壁面からの反射音の反射時間を分析する分析部と、
前記反射時間に基づいて、前記第１のスピーカに供給される前記第１の音声信号及び前記第２のスピーカに供給される前記第２の音声信号のいずれかの音声信号の位相を補正する位相補正部と、を有することを特徴とする。

本発明の音声再生装置を搭載した平面型テレビジョン受像機が壁の前に設置された場合、壁面との距離や、壁面の音響反射特性が変化しても、反射音の影響による干渉や特性変動の少ない良好な音声再生が可能となる。

以下、図面を参照して、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の音声再生装置のブロック図である。

入力部１６に入力された入力音声信号は、高域濾波部１２と低域濾波部１３にそれぞれ入力される。

制御部９の制御に基づいて、入力音声信号の、高域濾波部１２は高域を、
低域濾波部１３は低域をそれぞれフィルタリングして出力する。

位相補正部１１は、制御部９の制御に基づいて、高域濾波部１２の出力の位相を補正する。位相補正部１１は低域濾波部１３の出力の位相を補正する構成としても良し、両方の出力の位相を補正してもよい。

第１の音量調整部７は、制御部９の制御に基づいて、位相補正部１１の出力振幅を調整する。

第２の音量調整部８は、制御部９の制御に基づいて、低域濾波部１３の出力振幅を調整する。

第１の増幅部４は、第１の音量調整部７の出力を、メインスピーカ１（第１のスピーカに相当）が駆動できる出力レベルに増幅する。

第２の増幅部５は、第２の音量調整部８の出力を、サブスピーカ２（第２のスピーカに相当）が駆動できる出力レベルに増幅する。

第３の増幅部６は、マイク３の出力を、分析部１０が分析できる出力レベルに増幅する。

メインスピーカ１は、第１の増幅部４の出力である高域音声信号（第１の音声信号に相当）を可聴音に変換する。

サブスピーカ２は、第２の増幅部５の出力である低域音声信号（第２の音声信号に相当）を可聴音に変換する。

マイク３は、サブスピーカ２が出力する音声、およびその反射音を入力して、電気信号に変換する。

分析部１０は、第３の増幅部６の出力と、第２の増幅部５の出力を比較し、サブスピーカの位置からサブスピーカの出力音声を反射する物体までの距離や音響反射特性を分析する。

制御部９は、分析部１０の分析結果に応じて、メインスピーカ１及びサブスピーカ２が出力する音声の周波数特性、位相特性、振幅特性を調節する。

以下、図２に示す本発明の音声再生装置の処理フロー図を用いて、音声再生装置の動作について詳細に説明する。

電源投入により処理が開始されると、第２の音量調整部８の出力調整値が特定の値に設定される（Ｓ１）。その結果、入力信号のうち低域濾波された信号が第２の増幅部５により増幅され、サブスピーカ２から出力される。

サブスピーカ２から出力された低域音声は、周囲に反射して反射音となる。マイク３により電気信号に変換された反射音は、分析部１０により第２の増幅部５が出力する低域濾波信号と比較されて反射時間が算出される（Ｓ２）。

制御部は、反射時間に基いて、聴取者に直接到達するメインスピーカ１の出力信号と、反射音となって到達するサブスピーカ２の出力信号が、位相差によって干渉しないよう、位相補正部１１の特性を設定する（Ｓ３）。

さらに分析部１０は、マイク３の出力信号と、第２の増幅部５が出力する低域濾波信号とを比較して、反射音の音圧レベルと振幅周波数特性を分析する（Ｓ４）。

制御部９は、音圧レベルと振幅周波数特性に応じて、反射音の音圧レベルが高いもしくは低域成分が多い場合には、低音過多となることを防ぐために、第２の音量調整部８の設定音量を小さくする（Ｓ５）。さらに、反射音に特定周波数成分が多い場合には、その周波数が過多となることを防ぐために、高域濾波部１２と低域濾波部１３のカットオフ周波数を調整する（Ｓ６）。以上の処理により、メインスピーカ１とサブスピーカ２の出力特性が適正に調整される。

図３は、本発明の音声再生装置を、テレビジョン受像機に適用した場合の構成図である。サブスピーカ２が出力する信号の反射音を、効率良く電気信号に変換するために、マイク３をサブスピーカ２の近傍に配置している。

図２のフローチャートを再度参照して、テレビジョン受像機の動作を説明する。平面型テレビジョン受像機が背面に壁がある状態で設置され、メインスピーカ１は、平面型テレビジョン受像機の前面側に、サブスピーカ２は背面側に配置される。

信号出力処理（Ｓ１）により、サブスピーカ２から出力された音声は、テレビジョン受信機後部の背面にある壁面を反射し反射音となり、マイク３へ入力する。反射音は、反射時間分析処理（Ｓ２）により、壁面との距離によって変化する反射音到達経路２５の長さが算出される。制御部９には反射音到達経路２５の長さに応じて、直接到達経路２６と反射到達経路２７の経路長の差を算出するための経路長差テーブルが記憶されている。

経路長差テーブルを用いて、聴取者へ直接到達するメインスピーカ１の出力音声と、反射して到達するサブスピーカ２の出力音声が、経路長の差に起因する位相差による干渉を起こさないよう、出力音声の位相が調整される（Ｓ３）。

具体的には、図４（Ａ）に示したように、直接到達経路２６と反射到達経路２７とで、音声が打ち消されるように干渉する場合には、図４（Ｂ）に示すように、互いに同位相となるようメインスピーカ１の出力音声の位相が補正される。

次に反射周波数特性分析処理（Ｓ４）により、壁面の音響反射率、反射周波数特性、およびサブスピーカ２と壁面の距離と空間波長の関係により変化する反射音の音圧レベルと周波数特性が分析される。

図５は、反射周波数特性分析処理（Ｓ４）の分析結果に応じて、音量調整制御処理（Ｓ５）および濾波特性制御処理（Ｓ６）によって設定される音声の再生特性例である。

図５（ａ）のように、音声の反射レベルがほとんど周波数に依存しない場合は、サブスピーカとメインスピーカの信号レベルを等しくし、クロスオーバーレベルは中間値に設定される。

図５（ｂ）のように、反射音の低域成分が多い場合、又は音圧レベルが高い場合には、低音過多とならないように、第２の音量調整部８は、低域音声信号の信号レベルが小さくなるように入力信号を変調する。図５（ｃ）のように、反射音に特定周波数成分が多い場合には、その周波数の音声が過多とならないように、制御部９は、高域濾波部１２と低域濾波部１３のカットオフ周波数を調整する。その結果、高域音声信号及び低域音声信号の周波数特性のクロスオーバーレベルが低レベル側に変調される。

以上はステレオ構成のうち、右側のチャンネルのみの処理である。左側のチャンネルについては、第２のメインスピーカ１７、第２のサブスピーカ２２、第２のマイク２８により、右側のチャンネルとは独立して同様の処理がなされる。左右のチャンネルについて独立して処理されるため、図６に示すように、テレビジョン受像機を壁面とが並行ではない状態で配置した場合であっても、本発明は容易に適用可能である。

また、左右のチャンネルにおける反射音マイク到達経路２５の長さの違いから、壁面との角度を算出することにより、より高精度な補正をすることも可能である。

以下、本発明に係る第２の実施形態について説明する。

図７は、本発明の第２の実施形態に係る音声再生装置のブロック図である。

測定に使用する基準信号を出力する基準信号発生部１４と、制御部９の制御に基づいて、低域濾波部１３と基準信号発生部１４のいずれかの出力を選択して低域音声信号を出力する選択部１５を有することを特徴とする。選択部１５に係わる動作以外の動作については、実施例１と同様である。

電源投入により、制御部９は、基準信号発生部１４の出力を選択するよう選択部１５を制御する。その後、基準信号を用いて、図２のフローチャートに従った補正処理が、実施例１と同様に行われる。補正処理が終了した後、制御部９は、基準信号から低域濾波部１３の出力信号に切り換えるように選択部１５を制御する。

基準信号は、時間的に一定振幅の信号レベルで、信号レベルの周波数依存性のない信号や信号レベルが周波数に比例する信号を用いることができる。

本実施例では、信号レベルの安定した基準信号を用いて補正処理が行われるので、さらに精度の高い補正が可能となる。

以下、本発明に係る第３の実施形態について説明する。

図８は、本発明の第３の実施形態に係る音声再生装置のブロック図である。

図９は、第３の実施形態における音声再生装置をテレビジョン受像機に適用した場合の構成図である。

ステレオ信号の左右チャンネルに対応して、第１の入力部１６と第２の入力部２２を有する、２．１チャンネルの構成である。サブスピーカ２は両チャンネル入力の低域を再生するサブウーハとし、第１のメインスピーカ１は右チャンネル入力の高域を、第２のメインスピーカ１７は左チャンネル入力の高域を再生する。

選択部１５により基準信号出力が選択されると、第２の実施例同様に、信号出力処理（Ｓ１）、反射時間分析処理（Ｓ２）されて、反射音マイク到達経路２５の長さが認識されたのち、制御部９により、直接到達経路２６と反射到達経路２７が算出される。この算出結果に応じて位相制御処理（Ｓ３）されたのち、反射周波数特性分析処理（Ｓ４）、音量調整制御処理（Ｓ５）、濾波特性制御処理（Ｓ６）される。

第１の入力部１６および第２の入力部２２から入力された音声信号は、低域濾波部１３によりモノラルの低域信号に変換される。低域濾波信号出力処理（Ｓ７）により、左右の低域信号がサブスピーカ２から出力される。音の方向感覚は低域であるほど鈍感であるため、モノラルによる再生でも聴感上のステレオの分離には影響が少なく再生される。

また、サブスピーカ２およびマイク３をそれぞれひとつづつで構成できるとともに、一連の処理を一度行うことにより反射音の影響による干渉や特性変動の少ないステレオ音声再生が可能となる。

以下、本発明に係る第４の実施形態について説明する。

図１０は、本発明の第４の実施形態に係る音声再生装置のブロック図である。

図１１は、第４の実施形態における音声再生装置をテレビジョン受像機に適用した場合の構成図である。

第１のサブスピーカ２とは異なる位置に第２のサブスピーカ２２が配置されている。制御部９の制御に基づいて、第１のサブスピーカ２と第２のサブスピーカ２２のいずれかを選択して第２の増幅部５の出力を供給する第２の選択部２３を有することを特徴とする。

第１の選択部１５により基準信号出力が選択されると、第２の実施例同様に、図２で示したフローチャートに従って動作する。反射時間分析処理（Ｓ２）の結果、反射時間が一定時間以内であるか、反射周波数特性分析処理（Ｓ４）の結果、反射レベルが一定の範囲以外であることを検出すると、制御部９はテレビジョン受像機が壁掛け状態で使用されていると判断する。このとき、第２の選択部２３は、第２のサブスピーカ２２を選択する。さらに、位相補正部１１の特性、第２の音量調整部８の音量、高域濾波部１２と低域濾波部１３のカットオフ周波数が、第２のサブスピーカ２２の特性に適した設定に切り換えられる。

このとき、音の方向感覚は低域であるほど鈍感であるため、モノラルによる再生でも聴感上のステレオの分離には影響が少なく再生される。

以上の処理により、テレビジョン受像機が壁掛け状態で使用された場合であっても、第２のサブスピーカ２２の出力により適切に音声信号補正される。壁面とサブスピーカ２の間にある程度の間隔がある状態で使用された場合には、その距離や、壁面の音響反射特性が変化しても、反射音の影響による干渉や特性変動の少ない音声再生が可能となる。

以下、本発明に係る第５の実施形態について説明する。

図１２は、本発明の第５の実施形態に係る音声再生装置のブロック図である。

図１３は、第５の実施形態における音声再生装置をテレビジョン受像機に適用した場合の構成図である。

実施例４と同様に、
第１のサブスピーカ２とは異なる位置に、第２のサブスピーカ２２が配置されている。選択部２３に変えて、第２の増幅部５の出力バランスを調整するバランス調整部２４を有することを特徴とする。

実施例４と同様、図２のフローチャートに従って、補正処理が行われる。

反射時間分析処理（Ｓ２）の結果、反射時間が長いほど又は、反射周波数特性分析処理（Ｓ４）の結果、反射レベルが低いほど、制御部９は壁面の反射を利用した再生が困難であるか、又は壁面がないと判断する。このとき、第２のサブスピーカ２２の再生レベルを上げる。音の方向感覚は低域であるほど鈍感であるため、モノラルによる再生でも聴感上のステレオの分離には影響が少なく再生される。

また、第２のサブスピーカ２２の再生レベルに応じて、位相補正部１１の特性、第２の音量調整部８の設定音量、高域濾波部１２と低域濾波部１３のカットオフ周波数を調整してもよい。

以上の処理により、テレビジョン受像機が、サブスピーカ２による壁面の反射を利用した再生が困難な状態で使用された場合であっても、第２のサブスピーカ２２の出力により補正される。サブスピーカ２の背後にある程度の反射特性の壁面がある状態で使用された場合にはその距離や、壁面の音響反射特性が変化しても、反射音の影響による干渉や特性変動の少ない音声再生が可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る音声再生装置のブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る音声再生装置の処理フロー図である。 本発明の第１の実施形態に係る音声再生装置を搭載したテレビジョン受像機の模式図である。 本発明の出力音声の位相を説明するための説明図である。 本発明の一実施形態に係る音声再生装置の再生特性例を説明するための説明図である。 本発明の一実施形態に係る音声再生装置を搭載したテレビジョン受像機を壁面と並行ではない状態で配置した場合の模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る音声再生装置のブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る音声再生装置のブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る音声再生装置を搭載したテレビジョン受像機の模式図である。 本発明の第４の実施形態に係る音声再生装置のブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係る音声再生装置を搭載したテレビジョン受像機の模式図である。 本発明の第５の実施形態に係る音声再生装置のブロック図である。 本発明の第５の実施形態に係る音声再生装置を搭載したテレビジョン受像機の模式図である。

符号の説明

１ メインスピーカ
２ サブスピーカ
３ マイク
４ 第１の増幅部
５ 第２の増幅部
６ 第３の増幅部
７ 第１の音量調整部
８ 第２の音量調整部
９ 制御部
１０ 分析部
１１ 位相補正部
１２ 高域濾波部
１３ 低域濾波部
１４ 基準信号発生部
１５ 選択部
１６ 入力部
１７ 第２のメインスピーカ
１８ 第４の増幅部
１９ 第３の音量調整部
２０ 第２の高域濾波部
２１ 第２の入力部
２２ 第２のサブスピーカ
２３ 第２の選択部
２４ バランス調整部
２５ 反射音マイク到達経路
２６ 直接到達経路
２７ 反射到達経路
２８ 第２のマイク
Ｓ１ 信号出力処理
Ｓ２ 反射時間分析処理
Ｓ３ 位相制御処理
Ｓ４ 反射周波数特性分析処理
Ｓ５ 音量調整制御処理
Ｓ６ 濾波特性制御処理
Ｓ７ 低域濾波信号出力処理

Claims (7)

1. 平面型表示装置の前面側に配置され、第１の音声信号を可聴域の音声に変換して出力する第１のスピーカと、前記平面型表示装置の背面側に配置され、第２の音声信号を可聴域の音声に変換して出力する第２のスピーカとを有する音声再生装置であって、
   前記平面型表示装置の背面側に配置され、前記第２のスピーカから出力される音声の壁面からの反射音を受け、電気信号に変換するマイクと、
   前記第２のスピーカに供給される前記第２の音声信号と、前記マイクにより変換された電気信号とに基づいて、前記第２のスピーカから出力される音声の壁面からの反射音の反射時間を分析する分析部と、
   前記反射時間に基づいて、前記第１のスピーカに供給される前記第１の音声信号及び前記第２のスピーカに供給される前記第２の音声信号のいずれかの音声信号の位相を補正する位相補正部と、を有することを特徴とする音声再生装置。
2. 前記位相補正部は、前記第１のスピーカから出力される音声と、前記第２のスピーカから出力される音声の壁面からの反射音とが同位相となるように、前記第１のスピーカに供給される前記第１の音声信号及び前記第２のスピーカに供給される前記第２の音声信号のいずれかの音声信号の位相を補正することを特徴とする請求項１に記載の音声再生装置。
3. 入力音声にハイパスフィルタ処理を施して前記第１の音声信号を出力するハイパスフィルタ処理部と、
   入力音声にローパスフィルタ処理を施して前記第２の音声信号を出力するローパスフィルタ処理部と、をさらに有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の音声再生装置。
4. 前記第１の音声信号の信号レベルを変調する第１の音量調整部と、
   前記第２の音声信号の信号レベルを変調する第２の音量調整部と、をさらに有し、
   前記分析部は、さらに前記反射音の周波数特性を分析し、
   前記第１の音量調整部及び前記第２の音量調整部のいずれかは、前記反射音の周波数特性に基いて、前記信号レベルの変調を行うことを特徴とする請求項３に記載の音声再生装置。
5. 前記反射音の周波数特性に基いて、前記ハイパスフィルタ処理部および前記ローパスフィルタ処理部のカットオフ周波数を調整して、前記第１の音声信号及び前記第２の音声信号の周波数特性のクロスオーバーレベルを制御する制御部をさらに有することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の音声再生装置。
6. 一定振幅の基準信号を発生する基準信号発生部と、
   前記ローパスフィルタ処理部から出力される前記第２の音声信号に替わって、基準信号発生部からの前記基準信号を前記第２の音声信号として選択して出力するための選択部とをさらに有することを特徴とする請求項３に記載の音声再生装置。
7. 平面型表示装置の前面側に配置され、第１の音声信号を可聴域の音声に変換して出力する第１のスピーカと、前記平面型表示装置の背面側に配置され、第２の音声信号を可聴域の音声に変換して出力する第２のスピーカとを有する音声再生装置の制御方法であって、
   前記平面型表示装置の背面側に配置されたマイクにより、前記第２のスピーカから出力される音声の壁面からの反射音を電気信号に変換する変換ステップと、
   前記第２のスピーカに供給される前記第２の音声信号と、前記変換ステップで変換された電気信号とに基づいて、前記第２のスピーカから出力される音声の壁面からの反射音の反射時間を分析する分析ステップと、
   前記反射時間に基づいて、前記第１のスピーカに供給される前記第１の音声信号及び前記第２のスピーカに供給される前記第２の音声信号のいずれかの音声信号の位相を補正する補正ステップとを有することを特徴とする音声再生装置の制御方法。

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