JP5852325B2

JP5852325B2 - 音像定位改善装置

Info

Publication number: JP5852325B2
Application number: JP2011105432A
Authority: JP
Inventors: 岳大杉本; 一穂小野; 洋幸大久保; 公男濱崎
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2011-05-10
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2031-05-10
Also published as: JP2012238967A

Description

この発明は、音像定位改善装置に関し、特に、画面周囲の各辺に配置したスピーカを用いた音再生時の音像定位を制御する音像定位改善装置に関する。

液晶ディスプレイやＰＤＰの大型化技術の進展に伴い、家庭で使用するテレビの大画面化が進んでいる。音響面では、スーパーハイビジョン用２２．２マルチチャンネル音響などの次世代音響システムの研究開発も進んでおり（例えば、非特許文献１参照）、視聴者が画面内の対象者、対象物から音が出ていると知覚できるように、適切な音像定位の実現が期待される。音像定位に関しては、複数の音源から同一の音（音波）が耳に到達するとき、最初に到達した音の方向に音像が定位するという先行音効果が知られている。

安藤、「高臨場感音響技術とその理論」、IEICE Fundamentals Review、Vol.3、No.4、pp.33-46、2010年4月.

従来の大画面ディスプレイでは、スピーカを画面の四辺の縁に配置せざるをえないため、スピーカから画面中央までの距離が長くなる。このことにより、聴取位置が画面の中心線から左右にずれると、先行音効果によって音像定位も当該方向に偏ってしまい、画面内の対象者、対象物から音が出ているように知覚できないという問題があった。
したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、聴取位置が画面の中央からずれた場合でも、音像定位を画面内部に知覚させることが可能な音像定位改善装置を提供することにある。

上述した諸課題を解決すべく、本発明に係る音像定位改善装置は、画面周囲の各辺に配置したスピーカを用いた音再生時の音像定位を制御する音像定位改善装置であって、前記各辺のスピーカから放射する音の補正時間を計算する補正時間計算手段と、前記各辺のスピーカに供給する音声信号を、各音声信号に対する前記補正時間に応じて遅延させて、前記各辺のスピーカから放射する音の時間差を補正する時間差補正器と、を備え、前記補正時間計算手段は、前記画面の横辺に配置されたスピーカからの音が、前記画面の縦辺に配置されたスピーカからの音より早く視聴者に到達するように前記補正時間を計算することを特徴とし、前記各辺のスピーカは複数のスピーカを含むスピーカアレーであって、前記画面内の音源の位置に応じた音声信号を再生可能であり、前記補正時間計算手段は、前記画面の横辺に配置されたスピーカアレーのうち、前記音源に最も近いスピーカからの前記音源の音が、前記画面の縦辺に配置されたスピーカアレーのうち、前記音源に最も近いスピーカからの前記音源の音より早く視聴者に到達するように前記補正時間を計算し、前記辺毎に、前記スピーカアレーに含まれる前記複数のスピーカに対して同一の補正時間を設定することを特徴とするものである。

本発明による音像定位改善装置によれば、聴取位置が画面の中央からずれた場合でも、音像定位を画面内部に知覚させることが可能となる。

第１の実施形態に係る音像定位改善装置の概略構成を示す図である。第１の実施形態に係る音像定位改善装置と視聴者との位置関係を示す図である。第２の実施形態に係る音像定位改善装置の概略構成を示す図である。第２の実施形態に係る音像定位改善装置と視聴者との位置関係を示す図である。

以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態は、画面の各辺に配置したスピーカを用いて、各スピーカを頂点とする四角形の交点に音像を定位させる方式に対応した音像定位改善装置の形態を示すものである。

図１は、第１の実施形態に係る音像定位改善装置の概略構成を示す図である。音像定位改善装置１は、信号分配器１０と、聴取位置検出器１１と、補正時間計算手段１２と、上辺時間差補正器１４、下辺時間差補正器１５、左辺時間差補正器１６、及び右辺時間差補正器１７を含む時間差補正器１３と、マルチチャンネル増幅器１８と、上辺スピーカ１９と、下辺スピーカ２０と、左辺スピーカ２１と、右辺スピーカ２２とを含む。なお、音像定位改善装置１は、図示しない画面をさらに備えるものであって、上辺スピーカ１９は画面の横辺である上辺に、下辺スピーカ２０は画面の横辺である下辺に、左辺スピーカ２１は画面の縦辺である左辺に、右辺スピーカ２２は画面の縦辺である右辺に配置されるものである。

信号分配器１０は、入力された音声信号を上辺信号、下辺信号、左辺信号、及び右辺信号に分配し、上辺信号を上辺時間差補正器１４、下辺信号を下辺時間差補正器１５、左辺信号を左辺時間差補正器１６、右辺信号を右辺時間差補正器１７にそれぞれ出力する。

聴取位置検出器１１は、視聴者の聴取位置を検出し、検出した聴取位置を補正時間計算手段１２に出力する。聴取位置検出器１１は、例えばリモコン装置から構成され、視聴者がリモコン操作をした際の赤外線通信等に基づき視聴者の聴取位置を検出することができる。また、聴取位置検出器１１は、視聴者自身がリモコン操作により直接聴取位置を入力する構成としても良い。また、聴取位置検出器１１は、例えばカメラ等から構成され、視聴者を撮影し、画像処理等により聴取位置を検出することができる。なお、聴取位置検出器１１は、視聴者が複数存在する場合には、画面中央から最も離れた位置で聴取する視聴者の位置を測定することが好ましい。これは、画面中央から最も離れた位置で聴取する視聴者に対しても、適切な音像定位を提供するためである。

補正時間計算手段１２は、視聴者の聴取位置に応じて、各辺のスピーカ１９〜２２が再生する音声信号に対する補正時間を計算する。上述の通り、複数の音源（スピーカ）から同一の音（音波）が耳に到達するとき、最初に到達した音の方向に音像が定位する（先行音効果）。ここで、複数の音源からの音の遅延範囲が３０ｍｓ以内の場合、当該複数の音源からの音は同一の音として融合して知覚される。一方、複数の音源からの音の遅延範囲が３０ｍｓを超える場合、当該複数の音源からの音は分離して知覚される。このため、補正時間計算手段１２は、複数の音源である上辺スピーカ１９、下辺スピーカ２０、左辺スピーカ２１、及び右辺スピーカ２２からの音が、３０ｍｓの遅延範囲で視聴者に到達するように、各辺の音声信号に対する補正時間を計算する。なお、補正時間計算手段１２による具体的な補正時間の計算については後述するものとする。補正時間計算手段１２は、計算した補正時間を時間差補正器１３に出力する。

時間差補正器１３は、信号分配器１０より入力された各辺の音声信号を、補正時間計算手段１２から入力された各辺の音声信号に対する補正時間だけ遅延させるという時間差補正を行い、マルチチャンネル増幅器１８に出力する。具体的には、上辺時間差補正器１４は、上辺信号の時間差補正を行い、マルチチャンネル増幅器１８に出力する。下辺時間差補正器１５は、下辺信号の時間差補正を行い、マルチチャンネル増幅器１８に出力する。左辺時間差補正器１６は、左辺信号の時間差補正を行い、マルチチャンネル増幅器１８に出力する。右辺時間差補正器１７は、右辺信号の時間差補正を行い、マルチチャンネル増幅器１８に出力する。

マルチチャンネル増幅器１８は、時間差補正器１３からの各信号を増幅して各スピーカ１９〜２２に出力する。具体的には、マルチチャンネル増幅器１８は、上辺時間差補正器１４からの上辺信号を増幅して上辺スピーカ１９に出力し、下辺時間差補正器１５からの下辺信号を増幅して下辺スピーカ２０に出力し、左辺時間差補正器１６からの左辺信号を増幅して左辺スピーカ２１に出力し、右辺時間差補正器１７からの右辺信号を増幅して右辺スピーカ２２に出力する。

各スピーカ１９〜２２は、マルチチャンネル増幅器１８より入力される信号をそれぞれ音に変換して放射する。具体的には、上辺スピーカ１９は上辺信号を再生し、下辺スピーカ２０は下辺信号を再生し、左辺スピーカ２１は左辺信号を再生し、及び右辺スピーカ２２は右辺信号を再生する。

図２は、音像定位改善装置１と視聴者との位置関係を示す図である。音像定位改善装置１の各スピーカ１９〜２２はそれぞれ各辺の中央に配置されている。即ち、上辺スピーカ１９は座標（０，ｂ，０）、下辺スピーカ２０は座標（０，−ｂ，０）、左辺スピーカ２１は座標（−ａ，０，０）、及び右辺スピーカ２２は座標（ａ，０，０）に配置されている。音源が画面中央の座標（０，０，０）に位置するとして、各スピーカ１９〜２２から同時に同じ信号を放射してファンタム音像（虚音像）を作る場合を考えると、例えば、座標（０，０，Ｌ）においては、良好な音像定位（画面中央）が得られる。

一方、視聴者は、図示の通り座標（ａ，０，Ｌ）で視聴している。この場合、視聴者の聴取位置に最も早く到着するのは座標（ａ，０，０）の右辺スピーカ２２からの音（音波）であり、続いて座標（０，±ｂ，０）の上辺スピーカ１９及び下辺スピーカ２０、最後に座標（−ａ，０，０）の左辺スピーカ２１からの音が到着する。このため、上述の先行音効果により、座標（ａ，０，Ｌ）に位置する視聴者は、本来の音源である画面中央とは異なる座標（ａ，０，０）に音像を定位することになる。

補正時間計算手段１２は、先行音効果を考慮して、画面の横辺に配置された上辺スピーカ１９及び下辺スピーカ２０からの音を先行させるか、画面の縦辺に配置された右辺スピーカ２２（及び左辺スピーカ２１）からの音に遅延を与えるか、もしくはその両方を用いて、画面の横辺に配置された上辺スピーカ１９及び下辺スピーカ２０からの音が、画面の縦辺に配置された右辺スピーカ２２（及び左辺スピーカ２１）からの音より先行するように、補正時間を計算する。好適には、補正時間計算手段１２は、各スピーカ１９〜２２からの音の遅延範囲が３０ｍｓ以内となるように、補正時間を計算する。

補正時間計算手段１２は、まず、上辺スピーカ１９（又は下辺スピーカ２０）からの音が視聴者に到達する時間と、右辺スピーカ２２からの音が視聴者に到達する時間との時間差Δｔ[ｍｓ]を計算する。上辺スピーカ１９（又は下辺スピーカ２０）と視聴者との距離はｓｑｒｔ（ａ^２＋ｂ^２＋Ｌ^２）であり、右辺スピーカ２２と視聴者との距離はＬであるため、時間差Δｔは、数１により表される。ここで、cは音速を示す定数（340m/s）である。

すなわち、右辺スピーカ２２からの音にΔｔの遅延を与えた場合、上辺スピーカ１９及び下辺スピーカ２０からの音と、右辺スピーカ２２からの音とが同時に視聴者に到達することになる。ここで、３０ｍｓの遅延範囲に到達する音は同一の音と知覚されるため、補正時間計算手段１２は、数２に示す範囲内で、右辺スピーカ２２に対する補正時間Ｔ_{Ｄｅｌａｙ}[ｍｓ]を計算することができる。

補正時間計算手段１２は、基本的に、左辺スピーカ２１にも、右辺スピーカ２２と同じ補正時間Ｔ_{Ｄｅｌａｙ}を入れることになるが、常に同一である必要はない。また、例えば、補正時間Ｔ_{Ｄｅｌａｙ}を左辺スピーカ２１及び右辺スピーカ２２に加えた場合、視聴者に最も早く到着するのは上辺スピーカ１９及び下辺スピーカ２０からの音であり、左辺スピーカ２１からの音は最後に到着することになる。このため、補正時間計算手段１２は、上辺スピーカ１９及び下辺スピーカ２０からの音が視聴者に到達する時間と、左辺スピーカ２１からの音が視聴者に到着する時間との時間差が、３０ｍｓの遅延範囲内となるように補正時間Ｔ_{Ｄｅｌａｙ}を計算することが好ましい。また、Ｔ_{Ｄｅｌａｙ}は、数２に示す遅延範囲であれば自由に選ぶことができるが、実際の聴取印象を元に、必要最小限にとどめ置くのが実用上適当である。

このように、本実施形態によれば、補正時間計算手段１２は、画面の横辺に配置された上辺スピーカ１９及び下辺スピーカ２０からの音が、画面の縦辺に配置された左辺スピーカ２１及び右辺スピーカ２２からの音より早く視聴者に到達するように補正時間を計算する。また、時間差補正器１３（１４〜１７）は、計算された補正時間に応じて各辺のスピーカから放射する音の時間差を補正する。このため、先行音効果により、視聴者の聴取位置が画面の中央からずれた場合でも、音像定位を画面内部に知覚させることが可能となる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、画面の各辺にスピーカアレーを配置した場合の実施形態である。波面合成法（非特許文献１参照）などにより、各辺のスピーカアレーを用いて画面上の音源位置に合わせた音像定位を行う場合も、画面内にスピーカを配置することができないため、視聴者の聴取位置によっては、前述の先行音効果による音像定位の偏り・移動が知覚されてしまう。

図３は、第２の実施形態に係る音像定位改善装置の概略構成を示す図である。第２の実施形態に係る音像定位改善装置１は、第１の実施形態に係る音像定位改善装置１の各スピーカ１９〜２２を、複数のスピーカを含むスピーカアレー２３〜２６で置き換えたものである。即ち、音像定位改善装置１は、各辺の音源として、上辺スピーカアレー２３と、下辺スピーカアレー２４と、左辺スピーカアレー２５と、右辺スピーカアレー２６とを備えている。各スピーカアレー２３〜２６は、波面合成法などにより、画面内の音源の位置に応じた音声信号を再生可能である。なお、第１の実施形態と同じ符号を付した構成については、第１の実施形態と基本的に同様の機能を有するものとして詳細な説明を省略するが、当業者に明らかであるとおり、通常のスピーカ用の音声信号とスピーカアレー用の音声信号との違いに応じて、適宜スピーカアレー用の音声信号に対応した処理を行うものである点に留意されたい。

図４は、音像定位改善装置１と視聴者との位置関係を示す図である。音像定位改善装置１の各スピーカアレー２３〜２６はそれぞれ各辺に沿って配置されている。音源が画面中央の座標（０，０，０）に位置するとして、各スピーカアレー２３〜２６から波面合成法による信号を放射する場合を考えると、座標（０，０，Ｌ）においては、良好な音像定位（画面中央）が得られる。

一方、視聴者は、図示の通り座標（ａ，０，Ｌ）で視聴している。この場合、視聴者の聴取位置に最も早く到着するのは右辺スピーカアレー２６のうち、音源に最も近い座標（ａ，０，０）に位置するスピーカ２６Ｃからの音であり、続いて上辺スピーカアレー２３及び下辺スピーカアレー２４のうち、それぞれ音源に最も近い座標（０，±ｂ，０）に位置するスピーカ２３Ｃ及び２４Ｃからの音が到着する。このため、上述の通り、先行音効果により、座標（ａ，０，ｌ）に位置する視聴者は本来の音源である画面中央とは異なる座標（ａ，０，０）に音像を定位することになる。

以降の説明において、上辺スピーカアレー２３のうち、音源に最も近いスピーカを上辺近接スピーカ２３Ｃ、下辺スピーカアレー２４のうち、音源に最も近いスピーカを下辺近接スピーカ２４Ｃ、左辺スピーカアレー２５のうち、音源に最も近いスピーカを左辺近接スピーカ２５Ｃ、右辺スピーカアレー２６のうち、音源に最も近いスピーカを右辺近接スピーカ２６Ｃと称するものとする。

補正時間計算手段１２は、先行音効果を考慮して、画面の横辺に配置された上辺近接スピーカ２３Ｃ及び下辺近接スピーカ２４Ｃからの音を先行させるか、画面の縦辺に配置された右辺近接スピーカ２６Ｃ（及び左辺近接スピーカ２５Ｃ）からの音に遅延を与えるか、もしくはその両方を用いて、画面の横辺に配置された上辺近接スピーカ２３Ｃ及び下辺近接スピーカ２４Ｃからの音が、画面の縦辺に配置された右辺近接スピーカ２６（及び左辺近接スピーカ２５Ｃ）からの音より先行するように、補正時間を計算する。好適には、補正時間計算手段１２は、各スピーカアレー２３〜２６の各スピーカからの音の遅延範囲が３０ｍｓ以内となるように、補正時間を計算する。

補正時間計算手段１２は、座標（０，０，０）に位置する音源からの音が、上辺近接スピーカ２３Ｃ（又は下辺近接スピーカ２４Ｃ）を通じて視聴者に到達する時間と、右辺近接スピーカアレー２６Ｃを通じて視聴者に到達する時間との時間差Δｔ[ｍｓ]を計算する。音源と上辺近接スピーカ２３Ｃ（又は下辺近接スピーカ２４Ｃ）との距離はｂ、上辺近接スピーカ２３Ｃ（又は下辺近接スピーカ２４Ｃ）と視聴者との距離はｓｑｒｔ（ａ^２＋ｂ^２＋Ｌ^２）、音源と右辺近接スピーカ２６Ｃとの距離はａ、右辺近接スピーカ２６Ｃと視聴者との距離はＬであるため、時間差Δｔは、数３により表される。ここで、cは音速を示す定数（340m/s）である。

すなわち、右辺近接スピーカ２６ＣにΔｔの遅延を与えた場合、上辺近接スピーカ２３Ｃ（又は下辺近接スピーカ２４Ｃ）からの音と、右辺近接スピーカ２６Ｃからの音とが同時に視聴者に到達することになる。ここで、３０ｍｓの遅延範囲に到達する音は同一の音と知覚されるため、補正時間計算手段１２は、実施形態１と同様に、上記した数２に示す範囲内で、補正時間Ｔ_{Ｄｅｌａｙ}を計算することができる。

ここで、補正時間計算手段１２は、同じ辺のスピーカアレーの各スピーカには、それぞれ同一の補正時間を設定する。例えば、補正時間計算手段１２は、右辺スピーカアレー２６の各スピーカに対しても、右辺近接スピーカ２６Ｃと同じ補正時間Ｔ_{Ｄｅｌａｙ}を設定する。これにより、先行音効果により正しい音像定位を実現させ、かつ、波面合成法による臨場感ある音再生が実現される。また、補正時間計算手段１２は、基本的に、左辺スピーカアレー２５にも、右辺スピーカアレー２６と同じ補正時間Ｔ_{Ｄｅｌａｙ}を入れることになるが、常に同一である必要はない。

このように、本実施形態によれば、補正時間計算手段１２は、画面の横辺に配置された上辺スピーカアレー２３及び下辺スピーカアレー２４のうち、音源に最も近い上辺近接スピーカ２３Ｃ及び下辺近接スピーカ２４Ｃからの音が、画面の縦辺に配置された左辺スピーカアレー２５及び右辺スピーカアレー２６のうち、音源に最も近い左辺近接スピーカ２５Ｃ及び右辺近接スピーカ２６Ｃからの音より早く視聴者に到達するように補正時間を計算し、かつ、辺毎に、スピーカアレー２３〜２６に含まれる複数のスピーカに対して同一の補正時間を設定する。このため、先行音効果により、視聴者の聴取位置が画面の中央からずれた場合でも、音像定位を画面内部に知覚させつつ、さらに、波面合成法によるより臨場感の高い音再生が可能となる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各部材、各手段などに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

例えば、上記実施形態では、音源を画面中央として説明を行ったが、音源が画面中央ではない場合でも、当業者にとって、数１〜数３に準じた計算により、各スピーカに付与する遅延を計算できることは明らかである。なお、実施形態２の場合、音源位置の変化に合わせ、各辺のスピーカアレーのうち、音源に最も近い近接スピーカの位置も変化することに留意されたい。また、上記実施形態では、上下方向への聴取位置の移動は考慮されていないが、聴取位置が上下のずれを含む場合にも、数１〜数３に準じた計算により、各スピーカに付与する遅延を計算できることは明らかである。

また、上記実施形態では、画面が長方形であるものとして説明を行ったが、台形などその他の多角形であっても同様に成立することは言うまでもない。また、スピーカを各辺全てに設定する場合に限られず、上下又は左右各辺のどちらか一方しか設置・使用しない場合にも適応可能であることは言うまでもない。

本発明は、特に、次世代音響システムのうち、スーパーハイビジョン用２２．２マルチチャンネル音響などの、画面内に複数の音声チャンネルを配置することを想定した再生方式に対して、良好な音像定位を提供可能であるという利点がある。

本発明によれば、聴取位置が画面の中央からずれた場合でも、音像定位を画面内部に知覚させることができるという有用性がある。

１音像定位改善装置
１０信号分配器
１１聴取位置検出器
１２補正時間計算手段
１３時間差補正器
１４上辺時間差補正器
１５下辺時間差補正器
１６左辺時間差補正器
１７右辺時間差補正器
１８マルチチャンネル増幅器
１９上辺スピーカ
２０下辺スピーカ
２１左辺スピーカ
２２右辺スピーカ
２３上辺スピーカアレー
２３Ｃ上辺近接スピーカ
２４下辺スピーカアレー
２４Ｃ下辺近接スピーカ
２５左辺スピーカアレー
２５Ｃ左辺近接スピーカ
２６右辺スピーカアレー
２６Ｃ右辺近接スピーカ
ＤＩＳ画面

Claims

画面周囲の各辺に配置したスピーカを用いた音再生時の音像定位を制御する音像定位改善装置であって、
前記各辺のスピーカから放射する音の補正時間を計算する補正時間計算手段と、
前記各辺のスピーカに供給する音声信号を、各音声信号に対する前記補正時間に応じて遅延させて、前記各辺のスピーカから放射する音の時間差を補正する時間差補正器と、を備え、
前記補正時間計算手段は、前記画面の横辺に配置されたスピーカからの音が、前記画面の縦辺に配置されたスピーカからの音より早く視聴者に到達するように前記補正時間を計算することを特徴とし、
前記各辺のスピーカは複数のスピーカを含むスピーカアレーであって、前記画面内の音源の位置に応じた音声信号を再生可能であり、
前記補正時間計算手段は、前記画面の横辺に配置されたスピーカアレーのうち、前記音源に最も近いスピーカからの前記音源の音が、前記画面の縦辺に配置されたスピーカアレーのうち、前記音源に最も近いスピーカからの前記音源の音より早く視聴者に到達するように前記補正時間を計算し、
前記辺毎に、前記スピーカアレーに含まれる前記複数のスピーカに対して同一の補正時間を設定することを特徴とする音像定位改善装置。