WO2006129760A1 - アレースピーカ装置 - Google Patents

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Yusuke Konagai
Kenichiro Takeshita
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Yamaha Corporation
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    • H04R2205/022—Plurality of transducers corresponding to a plurality of sound channels in each earpiece of headphones or in a single enclosure

Definitions

  • the present invention relates to an array speaker apparatus that generates a virtual sound source at a predetermined position in a three-dimensional space by reflecting sound radiated from a plurality of speaker units by a wall surface or a reflecting plate.
  • Patent Document 1 discloses an example of a technique for imparting desired directivity to an audio signal.
  • Patent Document 1 International Publication Number WO01Z23104
  • a plurality of speakers 101-1 to 101-n arranged in one dimension and an arbitrary focal point P in space are defined.
  • an arc Z which is the distance force ⁇ from the focal point P
  • the line segment connecting the focal point P and the plurality of speakers 101-1 to 101-n is extended to intersect with the arc Z at the virtual point.
  • the force 102—1 to 102—n (indicated by a dashed circle). Since all the virtual speakers 102-1 to 102-n are arranged at a position where the focal point P force is also the distance L, the sound radiated from the virtual speakers 102-1 to 10 02-n reaches the focal point P at the same time.
  • the array speaker apparatus has a feature that a plurality of channels of sound beams can be output simultaneously by giving different directivities to a plurality of sound signals and radiating them with superposition.
  • a 5-channel audio surround system can be formed with a single array speaker device.
  • symbol Zone indicates a listening room for audio surround reproduction
  • symbol U is a listening position
  • symbol SP-L is a virtual left channel main speaker formed on the left wall surface
  • symbol SP-R is formed on the right wall surface.
  • symbol SP-SL is the virtual left channel rear speaker formed on the rear wall
  • symbol SP-SR is the virtual right channel rear force formed on the rear wall.
  • a center signal is radiated toward the center position listening position U of the array speaker device, and directivity is imparted to the left channel main signal (L) and the right channel main signal (R). Radiate toward the left and right wall surfaces, respectively, and direct the left channel rear signal (SL) and right channel rear signal (SR) to radiate toward the wall behind the listening position U.
  • This audio surround system can localize the virtual speech force at a predetermined position using a single array speaker device, and thus can provide various advantages.
  • the first advantage is that it is not necessary to physically arrange a plurality of speakers and perform wiring between them only by arranging a single array speaker device.
  • the second advantage is that by using the sound reflection on the wall, the listener can experience a broad sound by extending the distance from the speaker to the listener.
  • the third advantage is that the localization of each virtual speaker is indeterminate, and the sound field that is different from the actual sound field physically located as seen from the listener can be experienced. You can experience a natural and integrated sound field.
  • the audio surround system using the array speaker device has the following problems.
  • the sound beam is thickened, that is, it is possible to slightly weaken the directivity. Increasing the sound beam weakens the concentration of sound energy. This makes it difficult for the person to recognize sound localization. That is, the listening range and the sound image localization are in a trade-off relationship.
  • the sound beam with directivity along the straight line SB is reflected twice on the side wall and rear wall to reach the listening position U.
  • the propagation distance of the beam constitutes an important factor.
  • the distance to the listening position U is long and the energy of the sound is greatly attenuated, and in order to achieve the desired sound image localization, it is necessary to concentrate the sound with high energy, and thus secure a wide listening range. It is difficult.
  • An object of the present invention is to provide an array speaker device that can realize desired sound image localization in a wide listening range.
  • a first feature of the present invention is an array speaker device in which sound output from a plurality of speaker units has directivity and is reflected by a predetermined wall surface or a reflecting plate to form a virtual speaker.
  • the sound beam generated in response to the input sound signal in the space There are directivity control means for independently driving a plurality of speaker units so as to radiate toward a predetermined focus, and setting means for setting the focus position.
  • the setting means constantly vibrates the focus position. This is what I did.
  • a second feature of the present invention is that, in the above-described array speaker device, the setting means sets the shape and directivity strength of the sound beam radiated from the plurality of speaker units. This is to realize an effect that constantly vibrates.
  • the setting means may change the position of the focal point at a time interval according to lZf fluctuation.
  • the shape of the sound beam and the intensity of directivity may be changed at time intervals according to lZf fluctuation.
  • the directivity control means adds a delay time corresponding to the focal position to the multi-channel audio signal, and the multi-channel audio signal. Therefore, the plurality of speaker units are driven, and the setting means sets the focal position for each of the multi-channel audio signals, and always sets the focal position for a specific audio signal of the multi-channel audio signals. Vibrate when. Alternatively, the setting means sets the shape and directivity strength of the sound beam generated for each of the multi-channel sound signals, and the sound beam shape and the specific sound signal among the multi-channel sound signals. The intensity of directivity is changed so that the sound beam is constantly vibrated.
  • a wide listening range and sound image localization can be realized by constantly vibrating the focal position, and a listener at a fixed listening position has a virtual speaker range.
  • the auditory effect can be obtained, and a more natural sound field can be obtained.
  • the same effect can be achieved by constantly oscillating the shape of the sound beam and the intensity of directivity (or the thickness of the sound beam).
  • the fluctuation of the sound field can be made natural by changing the focal position or the thickness of the sound beam at time intervals according to lZf fluctuation.
  • an audio surround system can be realized with an array speaker device alone.
  • a specific audio signal among multi-channel audio signals for example, sound energy
  • the focus position and the thickness of the audio beam for the rear surround channel audio signal which is an important factor for concentration, it is possible to achieve a sound image localization and wide listening range for the rear surround channel. it can.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an array speaker device according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a change in the locus of a sound beam emitted from the array speaker device shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a change in the locus of a sound beam emitted from the array speaker device shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing an array speaker device constituted by a plurality of speaker units arranged two-dimensionally on a kaffle plate.
  • FIG. 4 is a block diagram showing processing for a multi-channel audio signal.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the array speaker device.
  • FIG. 6 is a diagram showing a sound distribution in a sound surround system realized by a single array speaker device.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining problems in a sound surround system realized by a single array speaker device.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an array speaker device SParray according to an embodiment of the present invention.
  • the array speaker device SParray has a digital signal processor (DSP) 1 that gives a delay time corresponding to the directivity to be realized for the input audio signal, and an amplifier 2 that amplifies the output audio signal of DSP1 (ie, 2-1 ⁇ 2 ⁇ n), speaker unit 3 driven by amplifier 2 (ie, 3-1-) 3 ⁇ n), CPU4 for setting the delay time of DSP1, program executed by CPU4 and preset focus
  • DSP 1 constitutes directivity control means
  • CPU 4 memory 5 and timer 6 constitute setting means.
  • the plurality of speaker units 3-l to 3-n are arranged one-dimensionally or two-dimensionally on a baffle plate (not shown).
  • the audio signal AIN is input to the audio input terminal IN of the DSP 1 and becomes the audio signals AO-1 to ⁇ -n for the speaker units 2-1 to 2-n to which a delay time is added.
  • the force by which sound is radiated The delay time is adjusted so that the sound is radiated toward a predetermined focal point set in space.
  • the DSP 1 has an address generator 10 and an audio memory 11.
  • the audio memory 11 functions as a shift register that gives a predetermined delay time to the input audio signal AIN, and appropriately selects the tap position of the output to the multiple amplifiers 2-1 to 2-n. Thus, a predetermined delay time is given to the output audio signals AO-1 to AO-n of the amplifiers 2-1 to 2-n.
  • the tap position is selected according to the address supplied from the address generator 10 to the address terminal Adrs.
  • the CPU 4 calculates a delay time attached to the output signals 80-1 to 80-11 to the plurality of amplifiers 2-1 to 2-11. That is, the CPU 4 calculates the tap (ie, delay time) address of the DSP 1 so that the sound radiated from the plurality of speaker units 3-1 to 3 -n simultaneously reaches a predetermined focal point in the space.
  • the address is generated in the address generator 10 and Therefore, a desired delay is added.
  • the tap of the DSP 1 can be uniquely determined based on the spatial coordinates of the speaker units 3-1 to 3 n and the spatial coordinates of the focal point.
  • the spatial coordinates of the force units 3-1 to 3-n are physically determined, while the spatial coordinates of the focal point are set based on preset values stored in the memory 5 and values entered by the user.
  • the amplifiers 2-1 to 2-n amplify the audio signals AO-1 to ⁇ -n output from the DSP 1 and drive the speaker units 3-l to 3-n. As a result, sound is emitted toward the focal point in space.
  • the CPU 4 is set so as to constantly vibrate within a narrow range of the focal position.
  • CPU4 calculates multiple sets of taps based on multiple focal positions, and sequentially selects one set from the multiple sets and sets it to DSP1. This is repeated, but the tap is changed at regular intervals in synchronization with the time counted by timer 6.
  • the sound beam SB radiated from the array speaker device SParray passes through different focal points depending on time and reaches different listening positions. That is, as shown in FIG. 2, the trajectory of the sound beam SB changes with time, and the optimum listening position also changes. At some time, the optimal listening position is indicated by U1, and at another time the optimal listening position is indicated by U2.
  • the present embodiment can produce an effect such that a plurality of sound beams are output even with a strong force, and can listen to a sound beam propagating along an optimal trajectory at a plurality of listening positions. A wide V and listening range can be achieved without degrading the sound image localization.
  • the movement of the focal point as described above changes the radiation angle in the horizontal direction of the sound beam (ie, the horizontal direction in FIG. 2), and the radiation in the vertical direction (ie, the direction perpendicular to FIG. 2). Change the angle And by changing the focal length.
  • Figure 2 shows the case where the horizontal radiation angle of the sound beam is changed. Changing the horizontal radiation angle of the sound beam is effective for expanding the listening range in a plane. In addition, the change in the radiation angle in the vertical direction of the sound beam does not contribute to the expansion of the listening range, but can provide an effect that does not limit the localization position of the virtual speaker in terms of auditory psychology.
  • the focal length from the array speaker device SParray to the focal point is a parameter that determines the shape of the sound beam, that is, the strength of directivity.
  • the strength of directivity is a parameter related to the sound image localization and the listening range, which are in a trade-off relationship, and the listening range can be expanded by constantly moving the focal point to vary the focal length.
  • the width AL of the array pea force device As shown in FIG. 3, a plurality of speaker units 3-1 to 3-n are two-dimensionally arranged on the baffle plate 9.
  • the directivity increases as the width AL of the array speaker device increases.
  • the width AL of the array speaker device can be apparently changed by introducing a window function or digital filtering. The same effect can be obtained as this change.
  • the width AL of the array speaker device can be apparently changed by changing the gain of the audio signal supplied to the speaker unit located at the periphery of the array speaker device by the DSP 1 under the control of the CPU 4.
  • the focal position may be changed at a time interval in seconds, which is a release time in general audio processing. At this time, the focal position can be changed more naturally if the focal position is changed at a time interval according to lZf fluctuations at a constant time interval.
  • FIG. 1 and FIG. 2 show the power of one-channel audio signal processing for the sake of simplicity.
  • multi-channel audio signals are processed by DSP 1.
  • Fig. 4 is a block diagram schematically showing DSP 1 processing for multi-channel audio signals.
  • a plurality of shift registers (SZR) (same as the audio memory in Fig. 1) are provided for multi-channel audio signals, and the left-channel shift register 110-L is directed to a predetermined focal point. Generates n left channel main signals (L) with a delay time so that the sound beam is emitted.
  • the right channel shift register 110—R generates n right channel main signals (R).
  • the center channel shift register 110—C generates n center channel signals (C)
  • the left channel rear shift register 11 0—SL generates n left channel rear signals (SL)
  • Right channel rear shift register 110—SR generates n right channel rear signals (SR).
  • the focal positions corresponding to the above signals L, R, C, SL, SR are set separately by the CPU 4.
  • n adders 111-1 to 111-n are provided. That is, the Karo arithmetic unit 111-1 includes signals L, R, C for the speaker unit 3-1 output from the shift registers 110-L, 110-R, 110-C, 110-SL, and 110-SR. , SL and SR are calculated and supplied to amplifier 2-1. Similarly, the adder 111-2 calculates the signals L, R, C, SL, SR for the speaker unit 3-2 and supplies them to the amplifier 2-2. The calculator 111 n calculates the signals L, R, C, SL, and SR for the speaker unit 3-n and supplies them to the amplifier 2-n. In this way, a 5-channel audio surround system as shown in FIG. 6 can be realized.
  • the CPU 4 constantly vibrates the focal positions corresponding to the signals L, R, C, SL, and SR in a narrow range.
  • localization of multi-channel virtual speakers is not limited in terms of auditory psychology! The following effects can be achieved. That is, a high-quality sound field that is more natural and integrated can be formed without making the listener feel the interval between the plurality of virtual speakers.
  • the present invention can be applied to a multi-channel audio surround system using an array speaker device.

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Abstract

　複数のスピーカユニットから出力される音声に対して指向性を持たせて所定の壁面又は反射板で反射させて仮想スピーカを形成するアレースピーカ装置において、デジタルシグナルプロセッサーにより入力音声信号に応じて生成される音声ビームが空間内の所定の焦点位置に向けて放射されるように複数のスピーカユニットを夫々独立して駆動する。また、ＣＰＵにより焦点位置を設定するとともに、当該焦点位置を必要に応じて常時振動させる。これにより、広い聴取範囲と音像定位を実現する。

Description

明 細 書
アレースピーカ装置
技術分野
[0001] 本発明は、複数のスピーカユニットから放射した音声を壁面又は反射板で反射させ て 3次元空間内の所定の位置に仮想音源を生成するアレースピーカ装置に関する。 本願は、 2005年 6月 2日出願の日本国特許出願、特願 2005— 162482号に基づ き優先権を主張し、その内容をここに援用する。
背景技術
[0002] 従来より、複数のスピーカユニットを 1次元的若しくは 2次元的に配列したアレースピ 一力装置が開発されており、これは音声信号に所望の指向性を付与して 3次元空間 内に仮想音源を定位させるものである。例えば、特許文献 1において音声信号に所 望の指向性を付与する技術の一例が開示されている。
特許文献 1：国際公開番号 WO01Z23104
[0003] アレースピーカ装置の動作原理について図 5を参照して説明する。 1次元的に配列 した複数のスピーカ 101— 1〜 101— nおよび空間の任意の焦点 Pを定義する。ここ で、焦点 Pからの距離力^である円弧 Zを想定し、当該焦点 Pと複数のスピーカ 101— 1〜101—nとを結ぶ線分を夫々延長して円弧 Zと交わる交点において、仮想スピー 力 102— 1〜102— n (破線円で示す。）を定義する。全ての仮想スピーカ 102— 1〜 102— nは焦点 P力も距離 Lの位置に配置されているため、仮想スピーカ 102— 1〜1 02- nから放射される音声は焦点 Pに同時に到達する。
[0004] 実際に配列したスピーカ 101— i(i= l、 2、 · ··、 n)力も放射される音声が焦点 Pにお いて同時に到達するためには、スピーカ 101— iに対応する仮想スピーカ 102— iとの 間の距離に応じた遅延時間 (又は時間差)をスピーカ 101— iの放射音声に付与する 必要がある。即ち、焦点 Pから見て、円弧 Z上に仮想スピーカ 102— 1〜102— nが配 置されるように音声制御が実行される。これにより、焦点 Pにおいて全てのスピーカ 10 1—1〜： LOl—ηの音声出力が同位相となり、音圧分布にピークが形成される。その 結果、複数のスピーカを備えたアレースピーカ装置力も焦点 Pに向力つて音声ビーム が放射されるような所定の指向性を有する音圧分布を得ることができる。
[0005] アレースピーカ装置においてスピーカを 2次元的に配列すれば、 3次元的な指向性 を有する音声ビームを出力することができる。また、アレースピーカ装置は、複数の音 声信号に対して異なる指向性を付与して重畳して放射することにより複数チャンネル の音声ビームを同時に出力することができるという特徴を有する。
[0006] 従って、図 6に示すように単一のアレースピーカ装置で 5チャンネルの音声サラゥン ドシステムを形成することができる。図 6において、符号 Zoneは音声サラウンド再生を 行うリスニングルームを示し、符号 Uは聴取位置、符号 SP— Lは左側壁面に形成さ れる仮想左チャンネルメインスピーカ、符号 SP— Rは右側壁面に形成される仮想右 チャンネルメインスピーカ、符号 SP— SLは後方の壁面に形成される仮想左チャンネ ルリアスピーカ、符号 SP— SRは後方の壁面に形成される仮想右チャンネルリアスピ 一力を示す。
[0007] 図 6において、アレースピーカ装置の中央位置力 聴取位置 Uに向けてセンター信 号を放射し、左チャンネルメイン信号 (L)及び右チャンネルメイン信号 (R)に指向性 を付与して、夫々左側及び右側の壁面に向けて放射し、また、左チャンネルリア信号 (SL)及び右チャンネルリア信号 (SR)に指向性を付与して聴取位置 Uよりも後方の 壁面に向けて放射することにより、音声サラウンドシステムを実現している。この音声 サラウンドシステムは、一台のアレースピーカ装置を使用して所定位置に仮想スピー 力を定位することができ、以つて、種々の利点を供することができる。第 1の利点は、 単一のアレースピーカ装置を配置するのみで物理的に複数のスピーカを配置したり その間の配線を行ったりする必要が無くなることである。第 2の利点は、壁面における 音声反射を利用することで、スピーカから聴取者方での経路距離を長くすることで、 聴取者は広がりを持ったサウンドを体感できる。第 3の利点は、各仮想スピーカの定 位は不確定であり、聴取者から見て物理的に配置された実在のスピーカによる音場 とは異なる音場を体感することができ、以つて、自然で一体感のある音場を体感でき る。
[0008] しかし、アレースピーカ装置を使用した音声サラウンドシステムには以下の問題点 がある。 第 1に、音声ビームは直線状の軌跡をとるため、壁面での反射において同じ入射角 と出射角で反射され、狙った方向に音声ビームが放射されるよう制御することは容易 である。しかし、広範囲の空間内の所定位置に音声ビームを放射することは極めて困 難である。例えば、図 7に示すように、直線 SBで示される指向性の中心に音声ビーム のエネルギーが集中するため、聴取位置 Uにお 、て聴取者は仮想スピーカの定位を 認知することができるものの、聴取位置が UXに移動すると、音のエネルギーは小さく なるため、聴取者は仮想スピーカの定位を認知することができな 、。
[0009] 第 2に、単一のアレースピーカ装置を使用した音声サラウンドシステムでは、低域か ら高域の広い周波数範囲において所望の指向性を実現することは現実的に困難で あった。前記直線 SBの中心においてフラットな周波数特性を実現した場合、当該中 心から離れると周波数特性が大きく変わってしまう。
[0010] 聴取範囲を広くするため、音声ビームを太くする、即ち、指向性を若干弱めることも 可能である力 音声ビームを太くすることは音のエネルギーの集中を弱めることなの で、却って、聴取者による音像定位（sound localization)の認知を困難とすることにな る。即ち、聴取範囲と音像定位とは二律背反の関係にある。図 7に示す音声リアサラ ゥンドシステムでは、直線 SBに沿った指向性が付与された音声ビームが側壁及び後 壁にぉ 、て合計 2回反射されて聴取位置 Uに到達するため、その間の音声ビームの 伝播距離が重要な要因を構成する。聴取位置 Uまでの距離が長 ヽと音のエネルギ 一が大きく減衰し、所望の音像定位を実現するためには、音が高エネルギーで集中 する必要があり、このため、広い聴取範囲を確保することは困難である。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0011] 本発明の目的は、広い聴取範囲における所望の音像定位を実現することができる アレースピーカ装置を提供することである。
課題を解決するための手段
[0012] 本発明の第 1の特徴は、複数のスピーカユニットから出力される音声に対して指向 性を持たせて所定の壁面或いは反射板で反射させて仮想スピーカを形成するァレ 一スピーカ装置において、入力音声信号に応じて生成される音声ビームが空間内の 所定の焦点に向かって放射されるように複数のスピーカユニットを夫々独立して駆動 する指向性制御手段と、焦点の位置を設定する設定手段を有し、設定手段は焦点 の位置を常時振動するようにしたことである。
[0013] 本発明の第 2の特徴は、上記のアレースピーカ装置において、設定手段は複数の スピーカユニットから放射される音声ビームの形状及び指向性の強さを設定し、以っ て、音声ビームが常時振動するような効果を実現するようにしたことである。
[0014] 上記の設定手段は、 lZfゆらぎに準じた時間間隔で前記焦点の位置を変更したり
、或いは、 lZfゆらぎに準じた時間間隔で前記音声ビームの形状及び指向性の強さ を変更するようにしてもよ 、。
[0015] また、入力音声信号としてマルチチャンネル音声信号を入力する場合、指向性制 御手段は、マルチチャンネル音声信号に対して夫々焦点位置に対応する遅延時間 を付与して、当該マルチチャンネル音声信号を加算し、以つて、複数のスピーカュ- ットを駆動し、設定手段は、マルチチャンネル音声信号の夫々について焦点位置を 設定し、マルチチャンネル音声信号の内の特定の音声信号について焦点位置を常 時振動させるようにする。或いは、設定手段は、マルチチャンネル音声信号の夫々に っ ヽて生成される音声ビームの形状及び指向性の強さを設定し、マルチチャンネル 音声信号の内の特定の音声信号について音声ビームの形状及び指向性の強さを変 更し、以つて、音声ビームを常時振動させるようにする。
発明の効果
[0016] 本発明に係るアレースピーカ装置では、焦点位置を常時振動させることにより、広 い聴取範囲と音像定位を実現することができ、また、固定の聴取位置における聴取 者は仮想スピーカの範囲が拡大されたように聴覚上の効果を得ることができ、以つて 、より自然な音場を得ることができる。或いは、音声ビームの形状及び指向性の強さ（ 又は、音声ビームの太さ）を常時振動させることにより、同様の効果を奏することがで きる。この場合、 lZfゆらぎに準じた時間間隔で焦点位置又は音声ビームの太さを 変動させることで音場変動を自然なものにできる。マルチチャンネル音声信号を処理 する場合、アレースピーカ装置単体で音声サラウンドシステムを実現することができる 。また、マルチチャンネル音声信号のうち特定の音声信号、例えば、音のエネルギー 集中が重要なファクターであるリアサラウンドチャンネルの音声信号、について焦点 位置や音声ビームの太さを振動させることにより、当該リアサラウンドチャンネルにつ V、て音像定位と広 、聴取範囲を実現することができる。
図面の簡単な説明
[0017] [図 1]本発明の好適な実施例に係るアレースピーカ装置の構成を示すブロック図であ る。
[図 2]図 1に示すアレースピーカ装置より放射される音声ビームの軌跡の変化を説明 するための図である。
[図 3]ノ ッフル板上に 2次元的に配置された複数のスピーカユニットにより構成したァ レースピーカ装置を模式的に示す図である。
[図 4]マルチチャンネルの音声信号に対する処理を示すブロック図である。
[図 5]アレースピーカ装置の動作を説明するための図である。
[図 6]単一のアレースピーカ装置により実現した音声サラウンドシステムにおける音声 分布を示す図である。
[図 7]単一のアレースピーカ装置により実現した音声サラウンドシステムにおける問題 点を説明するための図である。
符号の説明
[0018] 1 デジ久 'サ（DSP)
2 アンプ
3 スピーカユニット
4 CPU
5 メモリ
6 タイマー
9 バッフル板
10 アドレスジェネレータ
11 オーディオメモリ
110 シフトレジスタ
111 加算器 発明を実施するための最良の形態
[0019] 本発明の好適な実施例について添付図面を参照して詳細に説明する。
図 1は、本発明の実施例に係るアレースピーカ装置 SParrayの構成を示すブロック 図である。アレースピーカ装置 SParrayは、入力音声信号に対して実現したい指向 性に相当する遅延時間を付与するデジタルシグナルプロセッサ（DSP) 1と、 DSP1 の出力音声信号を増幅するアンプ 2 (即ち、 2— 1〜2— n)と、アンプ 2により駆動され るスピーカユニット 3 (即ち、 3— 1〜）3— n)と、 DSP1の遅延時間を設定する CPU4 と、 CPU4が実行するプログラム及び予め設定された焦点位置を記憶するメモリ 5と、 CPU4に時間情報を出力するタイマー 6とを有する。 DSP1は指向性制御手段を構 成し、 CPU4、メモリ 5、及びタイマ 6は設定手段を構成する。
[0020] 複数のスピーカユニット 3— l〜3—nはバッフル板（図示せず）上に 1次元的或いは 2次元的に配置される。
音声信号 AINは、 DSP1の音声入力端子 INに入力され、遅延時間が付与された スピーカユニット 2— 1〜2— n用の音声信号 AO— 1〜ΑΟ— nとなる。ここで、 DSP1 により所定の遅延時間が付与された音声信号 AO— iが各アンプ 2— i (i= l、 2、 · ··、 n)に供給され、以つて、スピーカユニット 3— iから音声が放射されるのである力 当該 遅延時間は音声が空間内に設定された所定の焦点に向力つて放射されるように調 整されている。
[0021] 図 1において、 DSP1はアドレスジェネレータ 10とオーディオメモリ 11を有する。ォ 一ディオメモリ 11は、入力音声信号 AINに対して所定の遅延時間を付与するシフト レジスタとして機能するものであり、複数のアンプ 2— 1〜2— nへの出力のタップ位置 を適当に選択することにより、当該アンプ 2— l〜2—nの出力音声信号 AO— 1〜A O— nに対して所定の遅延時間を付与する。当該タップ位置はアドレスジェネレータ 1 0からアドレス端子 Adrsに供給されるアドレスに応じて選択される。
[0022] CPU4は、複数のァンプ2—1〜2—11への出カ信号八0— 1〜八0—11に付カ卩する 遅延時間を計算する。即ち、 CPU4は、複数のスピーカユニット 3— l〜3—nから放 射される音声が空間内の所定の焦点に同時に到達するように DSP1のタップ (即ち、 遅延時間）アドレスを計算し、当該アドレスをアドレスジェネレータ 10に発生させ、以 つて、所望の遅延を付加する。 DSP1のタップについては、スピーカユニット 3— 1〜3 nの空間座標と焦点の空間座標に基づいて一義的に決定することができる。スピ 一力ユニット 3— 1〜3— nの空間座標は物理的に決定されており、一方、焦点の空間 座標はメモリ 5に記憶されたプリセット値並びにユーザにより入力された値に基づいて 設定される。
[0023] アンプ 2— 1〜2— nは、 DSP1から出力された音声信号 AO— 1〜ΑΟ— nを増幅し てスピーカユニット 3— l〜3—nを駆動する。これにより、音声が空間内の焦点に向け て放射される。
[0024] 上記のアレースピーカ装置において、 CPU4は焦点位置が狭い範囲内で常時振 動するよう設定する。 CPU4は複数の焦点位置に基づいて複数セットのタップを計算 し、その複数セットから 1セットを順次選択して DSP1に設定する。これを繰り返して実 行するのだが、タップの変更は、タイマー 6によりカウントされる時間に同期して一定 時間間隔で行われる。
[0025] 焦点位置を振動させると、アレースピーカ装置 SParrayから放射される音声ビーム SBは時間によって異なる焦点を通過し、異なる聴取位置に到達する。即ち、図 2に 示すように音声ビーム SBの軌跡は時間とともに変化し、以つて、最適聴取位置も変 化する。或る時間には最適聴取位置は U1で示される位置となり、別の時間には最適 聴取位置は U2で示される位置となる。これにより、本実施例はあた力も複数の音声 ビームが出力されるような効果を奏することができ、複数の聴取位置で最適な軌跡で 伝播する音声ビームを聴取することができ、以つて、音像定位を劣化させることなく広 V、聴取範囲を実現することができる。
[0026] 聴取者が 1箇所に固定している場合、リスニングルーム Zoneの壁面に形成される 仮想スピーカ SPが短時間で移動するように感じられ、その結果、仮想スピーカ SPの 形成範囲が拡大されたような聴覚上の効果を奏することができる。換言すれば、仮想 スピーカ SPの位置が不自然に一箇所に定位するのではなぐ全体的に自然な音場 を形成することができる。
[0027] 上記のような焦点の移動は、音声ビームの水平方向（即ち、図 2の左右方向）にお ける放射角度の変更、垂直方向（即ち、図 2に対して垂直な方向）の放射角度の変更 、及び焦点距離の変更により実現することができる。図 2は、音声ビームの水平方向 の放射角度が変更された場合を示している。聴取範囲を平面的に拡大する場合に は、音声ビームの水平方向の放射角度の変更が有効である。また、音声ビームの垂 直方向の放射角度の変更は、聴取範囲の拡大に寄与しないが、聴覚心理上、仮想 スピーカの定位位置を限定しないような効果を奏することができる。
[0028] アレースピーカ装置 SParrayから焦点までの焦点距離は、音声ビームの形状、即 ち、指向性の強さを決めるパラメータである。焦点距離が短いと指向性は弱くなり、焦 点距離が長くなると指向性が強くなる。指向性の強さは、二律背反の関係にある音像 定位と聴取範囲に関わるパラメータとなっているので、焦点を常時移動させて焦点距 離を変動させることにより、聴取範囲を拡大することができる。
[0029] 音声ビーム形状、即ち指向性の強さを決める他の要因として、図 3に示すアレース ピー力装置の幅 ALがある。図 3に示すように、複数のスピーカユニット 3— 1〜3— n がバッフル板 9上に 2次元的に配置されている。ここで、アレースピーカ装置の幅 AL が大きくなる程、指向性が強くなる。尚、実際のアレースピーカ装置の幅 ALを変更す る必要は無ぐ例えば、窓関数やデジタルフィルタリングの導入により見かけ上アレー スピーカ装置の幅 ALを変更することができ、その場合、上記の焦点距離の変更と同 様の効果を得ることができる。また、 CPU4の制御により DSP1がアレースピーカ装置 の周辺部に位置するスピーカユニットに対して供給される音声信号のゲインを変更す ることによりアレースピーカ装置の幅 ALを見かけ上変更することもできる。
[0030] 焦点位置の移動につ!、ては、聴取者に違和感を与えな 、ように選定された時定数 で実行することが望ましい。即ち、聴取者に違和感を与えないようにするためには、 一般的な音声処理におけるリリースタイムである秒単位の時間間隔で焦点位置の変 更を行えばよい。このとき、一定の時間間隔ではなぐ lZfゆらぎに準じた時間間隔 で焦点位置を変更すれば、より自然に焦点位置を変更することができる。
[0031] 図 1及び図 2は、記載を簡略化するため、 1チャンネルの音声信号処理を示してい る力 実際の音声サラウンドシステムでは、マルチチャンネルの音声信号が DSP1に て処理されている。図 4は、マルチチャンネルの音声信号に対する DSP1の処理を模 式的に示したブロック図である。 [0032] マルチチャンネルの音声信号に対して複数のシフトレジスタ（SZR) (図 1のオーデ ィォメモリと同じ。）が設けられており、左チャンネル用シフトレジスタ 110— Lは所定の 焦点に向力つて音声ビームが放射されるように遅延時間を付与した n個の左チャンネ ルメイン信号 (L)を生成し、同様に、右チャンネル用シフトレジスタ 110— Rは n個の 右チャンネルメイン信号 (R)を生成し、センターチャンネル用シフトレジスタ 110— C は n個のセンターチャンネル信号（C)を生成し、左チャンネルリア用シフトレジスタ 11 0— SLは n個の左チャンネルリア信号（SL)を生成し、右チャンネルリア用シフトレジ スタ 110— SRは n個の右チャンネルリア信号（SR)を生成する。上記の信号 L、 R、 C 、 SL、 SRに対応する焦点位置は CPU4により別個に設定される。
[0033] 各信号を加算するために n個の加算器 111— 1〜111— nが設けられている。即ち 、カロ算器 111— 1は、シフトレジスタ 110— L、 110— R、 110— C、 110— SL、及び 1 10— SRから出力されたスピーカユニット 3—1用の信号 L、 R、 C、 SL、 SRを力卩算し てアンプ 2—1に供給する。同様に、加算器 111—2は、スピーカユニット 3— 2用の信 号 L、 R、 C、 SL、 SRをカ卩算してアンプ 2— 2に供給し、力！]算器 111 nは、スピーカ ユニット 3— n用の信号 L、 R、 C、 SL、 SRをカ卩算してアンプ 2— nに供給する。このよう にして、図 6に示したような 5チャンネルの音声サラウンドシステムを実現することがで きる。
[0034] 図 1及び図 2で示した 1チャンネルの音声信号処理と同様に、 CPU4は上記の信号 L、 R、 C、 SL、 SRに対応する焦点位置を狭い範囲で常時振動させる。これにより、 マルチチャンネルの仮想スピーカの定位が聴覚心理上、限定されな！、ような効果を 奏することができる。即ち、聴取者に複数の仮想スピーカの間隔を感じさせること無く 、より自然で一体的に繋がったような高品質の音場を形成することができる。
[0035] 上記の効果は、音のエネルギーの集中が重要なファクターであるリア'サラウンドチ ヤンネル (即ち、リア信号 SL、 SR)について有効に作用するものであるため、リア信号 につ 、てのみ焦点位置を常時振動せしめるようにしてもよ!、。
産業上の利用可能性
[0036] 本発明は、アレースピーカ装置を用いたマルチチャンネルの音声サラウンドシステ ムに適用することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 複数のスピーカユニットから出力される音声に対して指向性を持たせて所定の壁面 或いは反射板で反射させて仮想スピーカを形成するアレースピーカ装置にお！ヽて、 入力音声信号に応じて生成される音声ビームが空間内の所定の焦点に向力つて 放射されるように前記複数のスピーカユニットを夫々独立して駆動する指向性制御手 段と、
前記焦点の位置を設定する設定手段を有し、
前記設定手段は前記焦点の位置を常時振動するようにしたアレースピーカ装置。
[2] 複数のスピーカユニットから出力される音声に対して指向性を持たせて所定の壁面 或いは反射板で反射させて仮想スピーカを形成するアレースピーカ装置にお！ヽて、 入力音声信号に応じて生成される音声ビームが空間内の所定の焦点に向力つて 放射されるように前記複数のスピーカユニットを夫々独立して駆動する指向性制御手 段と、
前記複数のスピーカユニットから放射される音声ビームの形状及び指向性の強さを 設定する設定手段を有し、
前記設定手段は音声ビームが常時振動するような効果を実現するようにしたアレー スピーカ装置。
[3] 前記設定手段は、 lZfゆらぎに準じた時間間隔で前記焦点の位置を変更するよう にした請求項 1記載のアレースピーカ装置。
[4] 前記設定手段は、 lZfゆらぎに準じた時間間隔で前記音声ビームの形状及び指 向性の強さを変更するようにした請求項 2記載のアレースピーカ装置。
[5] 前記入力音声信号としてマルチチャンネル音声信号が入力され、
前記指向性制御手段は、前記マルチチャンネル音声信号に対して夫々焦点位置 に対応する遅延時間を付与して、前記マルチチャンネル音声信号を加算し、以つて
、前記複数のスピーカユニットを駆動し、
前記設定手段は、前記マルチチャンネル音声信号の夫々について前記焦点位置 を設定し、前記マルチチャンネル音声信号の内の特定の音声信号にっ 、て前記焦 点位置を常時振動させるようにした請求項 1又は 3記載のアレースピーカ装置。 前記入力音声信号としてマルチチャンネル音声信号が入力され、
前記指向性制御手段は、前記マルチチャンネル音声信号に対して夫々焦点位置 に対応する遅延時間を付与して、前記マルチチャンネル音声信号を加算し、以つて
、前記複数のスピーカユニットを駆動し、
前記設定手段は、前記マルチチャンネル音声信号の夫々について生成される音 声ビームの形状及び指向性の強さを設定し、前記マルチチャンネル音声信号の内の 特定の音声信号について前記音声ビームの形状及び指向性の強さを変更し、以っ て、前記音声ビームを常時振動させるようにした請求項 2又は 4記載のァレースピー 力装置。
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