WO2014125581A1 - 音声再生装置、音声再生方法及び音声再生プログラム - Google Patents

音声再生装置、音声再生方法及び音声再生プログラム Download PDF

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pair
audio signal
phase
speaker
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PCT/JP2013/053408
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晃広 井関
快友 今西
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パイオニア株式会社
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    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
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    • H04R2499/10—General applications
    • H04R2499/13—Acoustic transducers and sound field adaptation in vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a technique for adjusting the level of sound heard by a listener in an acoustic space.
  • Patent Document 1 proposes a method of adjusting the sound pressure level according to the acoustic space and listening position by correcting the level of reproduced sound for each frequency band using an equalizer.
  • Patent Document 2 proposes a method of forming a high sound pressure region in a specific place by arranging a speaker array including a plurality of speakers and controlling the phase and volume of an audio signal output from each speaker. ing.
  • the sound of the rear speaker is smaller than the sound of the front speaker and tends to be difficult to hear. This is probably because the sound output from the rear speaker is blocked by the seat or reflected by the window.
  • Patent Document 2 a method of increasing the sound pressure near the driver's seat using a speaker array as in Patent Document 2 is also conceivable.
  • the method of Patent Document 2 requires a large-scale system to perform control using a plurality of speakers, and is not suitable for application to a vehicle.
  • An object of the present invention is to provide an audio reproduction device capable of increasing the reproduction sound level at a specific listening position without causing adverse effects on the surroundings and without requiring a large-scale system. To do.
  • the invention according to claim 1 is an audio reproduction device, which is a pair of speakers arranged before and after a plurality of listening positions having two evaluation points in an acoustic space, and an input unit that receives an audio signal.
  • a phase control unit that controls the phase of the audio signal and supplies the phase to the pair of speakers, wherein the phase control unit is a sum of reproduced sound levels at two evaluation points at each of the plurality of listening positions.
  • the control band and the phase difference are determined to be larger than when the audio signal is reproduced by only one speaker of the pair of speakers, and the audio signal supplied to the pair of speakers is controlled.
  • the invention according to claim 7 is an audio reproducing method executed by an audio reproducing apparatus including a pair of speakers arranged in front and rear with respect to a plurality of listening positions having two evaluation points in an acoustic space, An input step for receiving an audio signal; and a phase control step for controlling the phase of the audio signal and supplying the phase to the pair of speakers.
  • the phase control step includes two steps at each of the plurality of listening positions. A control band and a phase difference are determined so that the sum of the reproduced sound levels at the evaluation point is larger than when the audio signal is reproduced by only one speaker of the pair of speakers, and is supplied to the pair of speakers. And controlling an audio signal to be transmitted.
  • the invention according to claim 8 is an audio reproduction program that is executed by an audio reproduction apparatus including a pair of speakers arranged at the front and rear with respect to a plurality of listening positions having two evaluation points in an acoustic space,
  • the audio reproduction device functions as input means for receiving an audio signal, phase control means for controlling the phase of the audio signal and supplying the audio signal to the pair of speakers, and the phase control means is provided at each of the plurality of listening positions.
  • the control band and the phase difference are determined such that the sum of the reproduced sound levels at the two evaluation points is larger than when the audio signal is reproduced only by one of the pair of speakers. It is characterized by controlling an audio signal supplied to a speaker.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a first embodiment of an audio reproducing apparatus according to the present invention.
  • An example of a control band and phase difference calculation method will be described.
  • the amplitude level of a synthesized wave obtained by synthesizing two sine waves with different phase differences is shown.
  • the structure of the phase control part in 1st Example is shown.
  • the process sequence in 1st Example is shown.
  • voice reproduction apparatus based on this invention is shown. It is a figure which shows the characteristic of the binaural level sum in 2nd Example. It is a figure which shows the characteristic of the binaural level sum in 2nd Example.
  • the process sequence in 2nd Example is shown.
  • the effect of the level increase by a prior art is shown.
  • the effect of the level increase by 2nd Example is shown. It is a figure for considering the positional relationship of a speaker and a listening position. The relationship between the axis
  • an audio reproduction device includes a pair of speakers arranged at the front and rear of a plurality of listening positions having two evaluation points in an acoustic space, an input unit that receives an audio signal, A phase control unit that controls the phase of an audio signal and supplies the phase signal to the pair of speakers, and the phase control unit includes a sum of reproduced sound levels at two evaluation points at each of the plurality of listening positions.
  • a control band and a phase difference are determined so as to be larger than when the audio signal is reproduced by only one speaker of the pair of speakers, and the audio signal supplied to the pair of speakers is controlled.
  • the above-described audio reproduction device is applied to an acoustic space such as a passenger compartment, for example, and controls the level of reproduced sound at two evaluation points at two listening positions set on a seat in the passenger compartment.
  • the audio reproduction device controls the phase of an audio signal input from the outside and supplies it to a pair of speakers.
  • the phase control the sum of the reproduced sound levels at the two evaluation points at each of the plurality of listening positions is more than when the audio signal is reproduced by only one speaker of the pair of speakers.
  • the control band and the phase difference are determined so as to increase. Therefore, the reproduction of the audio signal can be controlled so that the reproduced sound can be heard clearly at a plurality of listening positions in the acoustic space.
  • the phase control unit calculates a control band and a phase difference based on a distance between the pair of speakers and the listening position. In another preferred example, the phase control unit determines a control band and a phase difference based on measurement data obtained by collecting sound reproduced from the speaker at the listening position.
  • one speaker of the pair of speakers is opposite to the other speaker of the pair of speakers with respect to a line segment connecting the plurality of listening positions. Is arranged. As a result, it is possible to synchronize the reproduced sound output from the two speakers and effectively increase the level.
  • the two evaluation points correspond to the positions of two ears of a listener located at the listening position.
  • the acoustic space is a vehicle compartment
  • the pair of speakers are a front speaker and a rear speaker arranged on the right or left side of the vehicle compartment
  • the plurality of listening positions are The two evaluation points correspond to the positions of the left and right ears of the listener located in the driver seat and the passenger seat.
  • an audio reproduction method executed by an audio reproduction apparatus including a pair of speakers arranged at the front and rear with respect to a plurality of listening positions having two evaluation points in an acoustic space,
  • An input step for receiving an audio signal; and a phase control step for controlling the phase of the audio signal and supplying the phase to the pair of speakers.
  • the phase control step includes two steps at each of the plurality of listening positions. A control band and a phase difference are determined so that the sum of the reproduced sound levels at the evaluation point is larger than when the audio signal is reproduced by only one speaker of the pair of speakers, and is supplied to the pair of speakers. To control the audio signal.
  • an audio reproduction program executed by an audio reproduction device including a pair of speakers arranged in front and rear with respect to a plurality of listening positions having two evaluation points in an acoustic space
  • the audio reproduction device functions as an input unit that receives an audio signal, a phase control unit that controls the phase of the audio signal and supplies the audio signal to the one speaker, and the phase control unit is provided for each of the plurality of listening positions.
  • the control band and the phase difference are determined such that the sum of the reproduced sound levels at the two evaluation points is larger than when the audio signal is reproduced only by one of the pair of speakers.
  • the audio signal supplied to the speaker is controlled.
  • the present embodiment aims to increase the sound pressure level in a specific place in an acoustic space such as a passenger compartment, for example, a driver seat and a passenger seat. Therefore, in this embodiment, a special environment in the vehicle is used.
  • FIG. 1 is a plan view schematically showing an in-vehicle environment according to the present embodiment.
  • a listener L1 sits in the passenger seat corresponding to one listening position
  • a listener L2 (driver) corresponds to the driver seat corresponding to the other listening position.
  • a front speaker SP1 and a rear speaker SP2 are provided on the right side of the driver's seat.
  • a front speaker and a rear speaker are similarly provided on the left side of the vehicle, but illustration thereof is omitted here.
  • the fact that two speakers SP1 and SP2 are arranged in front and back so as to sandwich the driver's seat and the passenger seat is used.
  • the sound pressure levels of the left and right ears of the listeners L1 and L2 are simultaneously controlled so that the listener L1 in the passenger seat and the listener L2 in the driver's seat can easily hear the reproduced sound.
  • the subscripts are omitted and simply referred to as “listener L”.
  • the volume of sound that humans feel is determined based on the sum of the sound intensity of both ears. That is, humans feel the same loudness when listening to sound with a sound pressure of 6 dB in both ears and listening to sound with a sound pressure of 12 dB with only one ear. This is also pointed out in the following literature.
  • the listener L when the listener L is located on the center line CL equidistant from the pair of speakers SP1 and SP2, and the left and right ears of the listener L are on the center line CL, the listener L can listen to the sound output from the speakers SP1 and SP2 in synchronization. That is, the sum of the sound pressure levels in the left and right ears of the listener L (hereinafter also referred to as “the binaural level sum”) is maximized.
  • the speakers SP1 and SP2 can be arranged in the positional relationship as shown in FIG. 2 with respect to the driver seat and the passenger seat, the voice signal is output from the two speakers SP1 and SP2 as they are and the passenger seat is in the passenger seat.
  • the binaural level sum of the listener L1 is maximized, and at the same time, the binaural level sum of the listener L2 in the driver's seat is also maximized. In this case, it is not necessary to perform any processing or adjustment on the audio signal supplied to the speakers SP1 and SP2.
  • the binaural level sum in the driver seat and the binaural level sum in the passenger seat are both increased by giving an appropriate phase difference to the audio signals supplied to the two speakers SP1 and SP2.
  • FIG. 3 schematically shows a method for giving a phase difference to the audio signals supplied to the two speakers SP1 and SP2.
  • FIG. 3A shows a configuration for supplying an audio signal to the two speakers SP1 and SP2.
  • the dummy head 3 is disposed at the listening position, and the front speaker SP1 and the rear speaker SP2 are disposed before and after the right side thereof.
  • the audio signal from the sound source 2 is input as it is to the front speaker SP1, and after being delayed by a fixed delay amount “Z” in the entire band by the delay unit 6, is input to the rear speaker SP2.
  • the sound pressure distribution of the reproduced sound output from the speakers becomes horizontal stripes due to interference.
  • the black region including the position of the dummy head 3 has a high sound pressure level
  • the white region has a low sound pressure level
  • the sound pressure distribution forms horizontal stripes. Therefore, by changing the delay amount Z, the binaural level can be changed synchronously, and the binaural level sum can be controlled.
  • FIG. 3B shows an example of the sound pressure distribution in the vicinity of the dummy head 3 when the delay amount Z is changed.
  • the numerical values displayed as contour lines in the figure indicate the sound pressure level value.
  • FIG. 4 shows a schematic configuration of the first embodiment of the audio reproducing apparatus.
  • the first embodiment assumes an anechoic room as the acoustic space.
  • a pair of speakers that is, a front speaker SP1 and a rear speaker SP2 are arranged in front and rear with respect to the listening positions of the listeners L1 and L2.
  • the front speaker SP1 is farther from the listeners L1 and L2 than the rear speaker SP2.
  • the audio signal output from the sound source 2 is supplied as it is to the front speaker SP1, and is also supplied to the rear speaker SP2 with a phase difference ⁇ (f) given by the phase control unit 4.
  • the phase control unit 4 gives a phase difference ⁇ (f) for each frequency to the audio signal output from the sound source.
  • phase difference ⁇ (f) The method for determining the phase difference ⁇ (f) will be described.
  • the phase difference ⁇ (f) is determined so that both the binaural level sum of the listener L1 and the binaural level sum of the listener L2 are both large. Note that the positions of the left and right ears of the listeners L1 and L2 correspond to two evaluation points, respectively.
  • the phase difference ⁇ (f) can be determined based on the positions of both ears of the listeners L1 and L2 and the distance between the front and rear speakers SP1 and SP2.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a method of determining the phase difference ⁇ (f).
  • the point at the center of the head is calculated as the evaluation point.
  • Delay amount Z (d1-d2) / c [m / s] (1) Note that “c” is the speed of sound (about 340 [m / s]).
  • the distance difference between the listener and the two speakers is corrected.
  • the binaural level sum is the maximum. Therefore, based on the delay amount based on the distance difference between the listener and the two speakers and the frequency of the audio signal to be reproduced, the phase difference ⁇ () to be given to the audio signals output from the two speakers in each frequency band. f) is calculated.
  • the distance from the speaker SP1 to the listener L1 is “dF1”
  • the distance from the speaker SP1 to the listener L2 is “dF2”
  • the distance from the speaker SP2 to the listener L1 is “dR1”.
  • the distance from the speaker SP2 to the listener L2 is “dR2”.
  • the phase difference ⁇ is such that the sum of the binaural levels of the audio signals output from the two speakers is larger at both listening positions than when the audio signal is output from each one speaker.
  • F is given.
  • this fixed band that is, a frequency band that can increase the binaural level sum at both listening positions is referred to as a “control band”. Theoretically, the smaller the distance between the two listening positions, the wider the control band.
  • FIG. 6 shows the amplitude level of a synthesized wave obtained by synthesizing two sine waves with different phase differences.
  • phase difference 0
  • the amplitude of the synthesized wave is twice the amplitude of the original sine wave, as shown in graph 41.
  • the amplitude of the two sine waves and the amplitude of the combined wave are equal as shown in the graph 42.
  • phase difference 180 ° the amplitude of the synthesized wave becomes smaller than the amplitude of the original sine wave as shown in graph 43.
  • the amplitude of the composite wave of the two sine waves is at least greater than the amplitude of the original sine wave.
  • the phase difference exceeds 120 ° the amplitude of the combined wave of the two sine waves becomes smaller than the amplitude of the original sine wave. Therefore, in order to increase the binaural level sum at the two listening positions, it is necessary that the phase difference given to the audio signals output from the two speakers is within 120 ° for the audio signals in each band.
  • the range of the phase difference of 120 ° is wide for the low frequency, but the range of the phase difference of 120 ° is narrowed as the frequency is increased.
  • the control band in the present embodiment is from the lower limit of the audible band to the certain upper limit band Fmax.
  • Upper limit band Fmax Frequency F satisfying F ⁇ D / c ⁇ 1/3 (7)
  • “1/3” indicates 120 ° / 360 ° (phase difference).
  • the distance dF1 from the speaker SP1 to the listener L1 1.46 [m]
  • the distance dF2 from the speaker SP1 to the listener L2, and 1.03 [m] and the distance from the speaker SP2 to the listener L1.
  • the upper limit band Fmax according to the equation (7) is 1420 Hz.
  • the range of the phase difference that can increase the binaural level sum at the two listening positions is defined as “ ⁇ A ” where the phase difference that maximizes the binaural level sum at the position of the listener L1 is as follows.
  • ⁇ A ⁇ 120 ° + D ⁇ F / c ⁇ 360 ° ⁇ ⁇ A + 120 ° (8)
  • the portion “D ⁇ F / c ⁇ 360 °” corresponds to a limit for increasing the binaural level sum even in the listener L2. That is, only for the listener L1, with ⁇ 120 ° phase difference theta A, it is possible to increase the binaural level sum than when outputting an audio signal from one speaker.
  • the range of the phase difference that can increase the binaural level sum for the listener L2 is also narrowed by “D ⁇ F / c ⁇ 360 °”.
  • FIG. 7 shows the characteristics when the phase difference ⁇ (f) calculated as described above is given.
  • FIG. 7A shows the frequency characteristic of the binaural level sum at the position of the listener L1 (passenger seat), and
  • FIG. 7B shows the frequency characteristic of the binaural level sum at the position of the listener L2 (driver's seat). Show.
  • the horizontal axis indicates the frequency, and the vertical axis indicates the binaural level sum. This characteristic is obtained with a vehicle having the dimensions exemplified above.
  • the binaural level sum when the phase difference is given as described above in this embodiment up to the vicinity of the upper limit band Fmax (1420 Hz) is the front speaker.
  • the sum is higher than the binaural level sum when the audio signal is reproduced only by SP1 or the rear speaker SP2.
  • the binaural level sum when the phase difference is given as described above in this embodiment is only the front speaker SP1 or It is larger than the binaural level sum when the audio signal is reproduced only by the rear speaker SP2. Therefore, the binaural level sum is large at the two listening positions within the control band up to the upper limit band Fmax.
  • FIG. 8 shows the calculation result of the phase difference.
  • FIG. 8A shows the change in the binaural level sum at the position of the listener L1 (passenger seat), and
  • FIG. 8B shows the change of the binaural level sum at the position of the listener L2 (driver's seat).
  • the horizontal axis indicates the phase difference ⁇ (f), and the vertical axis indicates the frequency.
  • the binaural level sum passes through a high value region of about 4.7 dB.
  • the binaural level sum passes through a region having a high value of about 4.3 dB. That is, by giving the phase difference ⁇ (f) calculated as described above to the audio signals reproduced by the two speakers, the binaural level sum is increased for both the listeners L1 and L2. can do.
  • FIG. 9 shows a configuration for giving a phase difference ⁇ (f) to a reproduction signal from two speakers.
  • the audio signal output from the sound source 2 is supplied to the speaker SP1 as it is, and is also supplied to the speaker SP2 via the phase control unit 4.
  • the phase control unit 4 includes a plurality of bandpass filters 4a, a phase adjuster 4b, and an adder 4c.
  • the band-pass filter 4a is provided for each divided band of the audio signal, and divides the input audio signal into a plurality of frequency bands.
  • the band pass filter 4a supplies the audio signal of each band to the phase adjuster 4b.
  • the phase adjuster 4b gives the phase difference ⁇ (f) calculated as described above to the audio signal and outputs it to the adder 4c.
  • the adder 4c adds the output signals from the phase adjusters 4b of the respective bands and supplies them to the speaker SP2.
  • FIG. 10 shows a processing procedure according to the first embodiment. This process is executed by a computing device such as a computer.
  • the user measures the position of the vehicle speaker and each seat, and inputs the speaker position and listening position to the computing device.
  • the computing device receives those numerical values (step S11). Specifically, the distances dF1, dF2, dR1, and dR2 shown in FIG. 5 are input to the calculation device.
  • the calculation device calculates the control band and the phase difference ⁇ (f) based on the above-described formula.
  • phase difference ⁇ (f) thus determined is given to the phase control unit 4 shown in FIG. Specifically, a coefficient corresponding to the phase difference ⁇ (f) is set for the phase adjuster 4b of each band of the phase control unit 4. Thus, an appropriate phase difference ⁇ (f) is given to the audio signal reproduced by the speaker SP2 in the configuration of FIG.
  • FIG. 11 shows a schematic configuration of the second embodiment of the audio reproducing apparatus.
  • the second embodiment assumes a passenger compartment as an acoustic space.
  • a front speaker SP1 and a rear speaker SP2 are arranged on the right side of the driver's seat.
  • the audio signal from the sound source 2 is supplied to the front speaker SP1 and, after the phase is corrected by the phase controller 4, is supplied to the rear speaker SP2.
  • the phase control unit 4 gives a different phase difference (phase correction value) ⁇ (f) for each band of the audio signal.
  • the phase difference ⁇ (f) is calculated based on the transfer function between the two speakers and the positions of the two listeners. Specifically, based on the positional relationship between the two speakers SP1 and SP2 and both ears (evaluation points) of the listeners L1 and L2, the transfer function between each speaker and both ears of the listeners L1 and L2 is expressed as follows. A binaural level sum distribution with respect to phase and frequency is generated by simulation and the like based on the transfer function.
  • FIG. 12A shows the change in the binaural level sum at the position of the listener L1 (passenger seat), and FIG. 12B shows the change of the binaural level sum at the position of the listener L2 (driver's seat).
  • the phase difference indicated by the broken line connecting the regions with the highest binaural level sum indicates the phase difference ⁇ (f) given to the audio signals input to the two speakers in each band.
  • FIG. 13 shows characteristics when the phase difference ⁇ (f) obtained as described above is given.
  • 13A shows the frequency characteristics of the binaural level sum at the position of the listener L1 (passenger seat), and
  • FIG. 13B shows the frequency characteristics of the binaural level sum at the position of the listener L2 (driver's seat). Show.
  • the horizontal axis indicates the frequency, and the vertical axis indicates the binaural level sum.
  • the binaural level sum when the above phase difference is given up to around 400 Hz corresponding to the upper limit band Fmax is only the front speaker SP1 or the rear speaker. It is equal to or larger than the binaural level sum when the audio signal is reproduced only with SP2.
  • the binaural level sum according to this embodiment is close to the binaural level sum when the audio signal is reproduced only by the rear speaker SP2, and around 198 Hz, the binaural level sum according to this embodiment is the front speaker SP1. It is close to the binaural level sum when the audio signal is reproduced with This is considered to be peculiar to the structure of the interior of the vehicle used in this embodiment.
  • the binaural level sum when the phase difference is given as described above in this embodiment is only the front speaker SP1 or It is larger than the binaural level sum when the audio signal is reproduced only by the rear speaker SP2. Therefore, also in the present embodiment, the binaural level sum is large at the two listening positions in the control band up to the upper limit band Fmax.
  • the configuration for giving the phase difference ⁇ (f) to the audio signals supplied to the two speakers is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
  • FIG. 14 shows a processing procedure according to the second embodiment. This process is executed by a computing device such as a computer.
  • the user outputs test signals from two speakers and collects them with microphones arranged at the positions of the listeners L1 and L2, thereby measuring the characteristics between the speakers and the listening position, and the measurement. Enter the value into the calculator.
  • the computing device receives those numerical values (step S21).
  • the calculation device generates a binaural level sum distribution as illustrated in FIGS. 12A and 12B based on the input measurement value, and based on the distribution, the control band and the phase difference are generated.
  • ⁇ (f) is determined.
  • the calculation device determines the phase difference in the binaural level sum distribution so that the binaural level sum is as close to the maximum value as possible at any position of the listeners L1 and L2 for each frequency band.
  • the calculation apparatus sets, as an upper limit band, a frequency at which the binaural level sum does not become larger than the binaural level sum when sound is output from only one speaker at any of the positions of the listeners L1 and L2.
  • a control band whose upper limit is the band is determined.
  • phase difference ⁇ (f) thus determined is given to the phase control unit 4 shown in FIG. 9, and a coefficient corresponding to the phase difference ⁇ (f) is given to the phase adjuster 4 b of each band of the phase control unit 4. Is set.
  • an appropriate phase difference ⁇ (f) is given to the audio signal reproduced by the speaker SP2 in the configuration of FIG.
  • FIG. 15 and 16 show the effects of the conventional method and the second embodiment.
  • FIG. 15 shows the binaural sum of the driver's seat, front passenger seat, and rear seat according to the conventional method
  • FIG. 16 shows the sum of the binaural levels of the driver's seat, front passenger seat, and rear seat according to the second embodiment.
  • the prior art method refers to a method of increasing the binaural level sum at the driver's seat by increasing the reproduced sound of the rear speaker in a certain band by using an equalizer.
  • the binaural level sum in the driver seat and the passenger seat increases as shown in FIGS. 15 (A) and 15 (B).
  • the binaural level sum is further increased in the rear seat as compared with the driver seat, and there is a problem in that the reproduced sound in the rear seat becomes too large.
  • the binaural level sums in the driver seat and the passenger seat are obtained as shown in FIGS. 16 (A) and 16 (B) by phase correction that gives the phase difference ⁇ (f).
  • FIG. 16 (C) since the binaural level sum does not change much in the rear seat, there is no problem that the reproduced sound in the rear seat becomes too loud.
  • the reproduced sound level of the driver's seat can be increased without affecting the reproduced sound level in other seats.
  • two speakers are arranged so that the driver's seat and the passenger seat are sandwiched between the front and rear.
  • the two listening positions are located between the two speakers in the longitudinal direction of the vehicle.
  • the distance differences D1 and D2 between each listening position and the two speakers are small.
  • this distance difference corresponds to the correction amount of the audio signal supplied to the two speakers, that is, the phase difference ⁇ (f)
  • the smaller the distance difference D1, D2 the smaller the correction amount. This makes it easier to synchronize the reproduced sound at the two listening positions. Therefore, assuming an environment such as the inside of a vehicle, even if there are two listening positions, the binaural level sum can be increased at both of the two listening positions.
  • the pair of speakers arranged in the front-rear direction with respect to the two listening positions is a premise for increasing the binaural level sum at both of the two listening positions.
  • the influence on the rear seat can be reduced by arranging two speakers in the front-rear direction with respect to the two listening positions.
  • sound is reproduced from the two speakers SP1 and SP2, but the influence on the person in the rear seat is small. That is, the person in the rear seat does not feel that the reproduced sound is noisy.
  • the first reason is that there is a certain distance between the front speaker SP1 and the rear seat, and there is an obstacle such as a seat between the rear seat, so basically the reproduced sound from the front speaker SP1 is not generated. It is difficult to reach the back seat.
  • the second reason is that since the rear seat is located outside the two speakers, the reproduced sound from the two speakers is difficult to synchronize as described above. This will be described with reference to FIG.
  • FIG. 18 shows the positional relationship between the two speakers and the listener L.
  • the axis at which the reproduced sounds from the two speakers are synchronized is the center line CL of the two speakers.
  • the listener L is located inside the two speakers, both ears of the listener L are on the center line CL or close to the center line CL. The sum is likely to change.
  • the above embodiment uses the front speaker and the rear speaker provided on the right side of the passenger compartment to increase the binaural level sum in the driver's seat, that is, the right front seat.
  • the front and rear speakers provided on the left side of the passenger compartment may be used to increase the binaural level sum in the passenger seat, that is, the left front seat.

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Abstract

　音声再生装置は、車室などの音響空間に適用され、車室内の座席に設定される２つの評価点における再生音のレベルを制御する。具体的には、音声再生装置は、外部より入力された音声信号の位相を制御して、一対のスピーカに供給する。音声再生装置は、前記複数の聴取位置の各々において、２つの評価点における再生音レベルの和が、前記一対のスピーカのうちの一方のスピーカのみで前記音声信号を再生した場合よりも大きくなるように制御帯域及び位相差を決定し、位相制御を行う。

Description

音声再生装置、音声再生方法及び音声再生プログラム
　本発明は、音響空間において聴取者が聴く音のレベルを調整する技術に関する。
　車室などの音響空間において、再生音の音圧レベルを調整する手法が提案されている。例えば、特許文献１は、イコライザにより再生音のレベルを周波数帯域毎に補正することにより、音響空間や聴取位置に応じた音圧レベルの調整を行う手法を提案している。また、特許文献２は、複数のスピーカを含むスピーカアレイを配置し、各スピーカから出力される音声信号の位相及び音量を制御することにより、特定の場所に高音圧領域を形成する方法を提案している。
特許第４７５７０３４号公報 特開２０１１－１５１５５９号公報
　一般的に、運転席や助手席にいる聴取者にとっては、フロントスピーカの音に比べてリアスピーカの音が小さく、聴きづらくなる傾向がある。これは、リアスピーカから出力される音が座席により遮られたり、窓により反射したりすることが原因と考えられる。
　運転席や助手席においてリアスピーカの再生音を聴きやすくするためには、特許文献１のようにイコライザを利用し、ある帯域の再生音レベルを大きくする方法がある。しかし、この方法ではリアスピーカの音量が大きくなるため、後部座席にいる者にとっては音量が大きすぎてしまうという不具合がある。
　一方、特許文献２のようにスピーカアレイを用いて運転席付近の音圧を高くする方法も考えられる。しかし、特許文献２の方法は、複数のスピーカを利用して制御を行うため大規模なシステムを必要とし、車両に適用するには不向きである。
　本発明が解決しようとする課題としては、上記のものが例として挙げられる。本発明は、周囲に悪影響を生じることなく、また、大規模なシステムを必要とすることなく、特定の聴取位置における再生音レベルを高くすることが可能な音声再生装置を提供することを目的とする。
　請求項１に記載の発明は、音声再生装置であって、音響空間内の２つの評価点を有する複数の聴取位置に対して前後に配置された一対のスピーカと、音声信号を受け取る入力部と、前記音声信号の位相を制御し、前記一対のスピーカに供給する位相制御部と、を備え、前記位相制御部は、前記複数の聴取位置の各々において、２つの評価点における再生音レベルの和が、前記一対のスピーカのうちの一方のスピーカのみで前記音声信号を再生した場合よりも大きくなるように制御帯域及び位相差を決定し、前記一対のスピーカに供給する音声信号を制御することを特徴とする。
　請求項７に記載の発明は、音響空間内の２つの評価点を有する複数の聴取位置に対して前後に配置された一対のスピーカを備える音声再生装置により実行される音声再生方法であって、音声信号を受け取る入力工程と、前記音声信号の位相を制御し、前記一対のスピーカに供給する位相制御工程と、を有し、前記位相制御工程は、前記複数の聴取位置の各々において、２つの評価点における再生音レベルの和が、前記一対のスピーカのうちの一方のスピーカのみで前記音声信号を再生した場合よりも大きくなるように制御帯域及び位相差を決定し、前記一対のスピーカに供給する音声信号を制御することを特徴とする。
　請求項８に記載の発明は、音響空間内の２つの評価点を有する複数の聴取位置に対して前後に配置された一対のスピーカを備える音声再生装置により実行される音声再生プログラムであって、音声信号を受け取る入力手段、前記音声信号の位相を制御し、前記一対のスピーカに供給する位相制御手段、として前記音声再生装置を機能させ、前記位相制御手段は、前記複数の聴取位置の各々において、２つの評価点における再生音レベルの和が、前記一対のスピーカのうちの一方のスピーカのみで前記音声信号を再生した場合よりも大きくなるように制御帯域及び位相差を決定し、前記一対のスピーカに供給する音声信号を制御することを特徴とする。
車室の環境を模式的に示す平面図である。 聴取位置と一対のスピーカの配置例を示す。 ２つのスピーカへの信号に位相差を与える手法を模式的に示す。 本発明に係る音声再生装置の第１実施例の概略構成を示す。 制御帯域及び位相差の計算方法の例を示す。 ２つの正弦波を異なる位相差で合成した合成波の振幅レベルを示す。 第１実施例における両耳レベル和の特性を示す図である。 第１実施例における両耳レベル和の特性を示す図である。 第１実施例における位相制御部の構成を示す。 第１実施例における処理手順を示す。 本発明に係る音声再生装置の第２実施例の概略構成を示す。 第２実施例における両耳レベル和の特性を示す図である。 第２実施例における両耳レベル和の特性を示す図である。 第２実施例における処理手順を示す。 従来技術によるレベル増加の効果を示す。 第２実施例によるレベル増加の効果を示す。 スピーカと聴取位置の位置関係を考察するための図である。 ２つのスピーカの再生音が同期する軸と聴取位置との関係を示す。
　本発明の好適な実施形態では、音声再生装置は、音響空間内の２つの評価点を有する複数の聴取位置に対して前後に配置された一対のスピーカと、音声信号を受け取る入力部と、前記音声信号の位相を制御し、前記一対のスピーカに供給する位相制御部と、を備え、前記位相制御部は、前記複数の聴取位置の各々において、２つの評価点における再生音レベルの和が、前記一対のスピーカのうちの一方のスピーカのみで前記音声信号を再生した場合よりも大きくなるように制御帯域及び位相差を決定し、前記一対のスピーカに供給する音声信号を制御する。
　上記の音声再生装置は、例えば車室などの音響空間に適用され、車室内の座席などに設定される２つの聴取位置において、２つの評価点における再生音のレベルを制御する。具体的には、音声再生装置は、外部より入力された音声信号の位相を制御して、一対のスピーカに供給する。ここで、位相の制御は、前記複数の聴取位置の各々において、２つの評価点における再生音レベルの和が、前記一対のスピーカのうちの一方のスピーカのみで前記音声信号を再生した場合よりも大きくなるように制御帯域と位相差とを決定して行われる。よって、音響空間内の複数の聴取位置において、再生音が明確に聴こえるように音声信号の再生を制御することができる。
　上記の音声再生装置の好適な例では、前記位相制御部は、前記一対のスピーカと前記聴取位置との距離に基づいて、制御帯域及び位相差を算出する。また、他の好適な例では、前記位相制御部は、前記スピーカから再生した音を前記聴取位置で集音して得られた測定データに基づいて、制御帯域及び位相差を決定する。
　上記の音声再生装置の他の一態様では、前記一対のスピーカのうちの一方のスピーカは、前記複数の聴取位置を結ぶ線分に対して、前記一対のスピーカのうちの他方のスピーカと反対側に配置されている。これにより、２つのスピーカから出力される再生音を同期させ、効果的にレベルを増大させることが可能となる。
　好適な例では、前記２つの評価点は、前記聴取位置に位置する聴取者の２つの耳の位置に相当する。また、他の好適な例では、前記音響空間は車両の車室であり、前記一対のスピーカは車室の右側又は左側に配置されたフロントスピーカ及びリアスピーカであり、前記複数の聴取位置は前記車室内の運転席及び助手席に相当し、前記２つの評価点は前記運転席及び助手席に位置する聴取者の左右の耳の位置に相当する。
　本発明の他の好適な実施形態では、音響空間内の２つの評価点を有する複数の聴取位置に対して前後に配置された一対のスピーカを備える音声再生装置により実行される音声再生方法は、音声信号を受け取る入力工程と、前記音声信号の位相を制御し、前記一対のスピーカに供給する位相制御工程と、を有し、前記位相制御工程は、前記複数の聴取位置の各々において、２つの評価点における再生音レベルの和が、前記一対のスピーカのうちの一方のスピーカのみで前記音声信号を再生した場合よりも大きくなるように制御帯域及び位相差を決定し、前記一対のスピーカに供給する音声信号を制御する。
　本発明の他の好適な実施形態では、音響空間内の２つの評価点を有する複数の聴取位置に対して前後に配置された一対のスピーカを備える音声再生装置により実行される音声再生プログラムは、音声信号を受け取る入力手段、前記音声信号の位相を制御し、前記一のスピーカに供給する位相制御手段、として前記音声再生装置を機能させ、前記位相制御手段は、前記複数の聴取位置の各々について、２つの評価点における再生音レベルの和が、前記一対のスピーカのうちの一方のスピーカのみで前記音声信号を再生した場合よりも大きくなるように制御帯域及び位相差を決定し、前記一対のスピーカに供給する音声信号を制御する。
　[基本原理]
　まず、実施例の基本的な原理について説明する。本実施例は、車室などの音響空間内の特定の場所、例えば運転席及び助手席における音圧レベルを大きくすることを目的とする。そのために、本実施例では車内の特殊な環境を利用する。
　図１は、本実施例による車内環境を模式的に示す平面図である。図１において、車内には４つの座席があり、１つの聴取位置に相当する助手席には聴取者Ｌ１が座っており、もう１つの聴取位置に相当する運転席には聴取者Ｌ２（運転者）が座っている。ここで、運転席の右側には、フロントスピーカＳＰ１とリアスピーカＳＰ２が設けられている。なお、実際の車両では、車両の左側にも同様にフロントスピーカとリアスピーカが設けられるが、ここではその図示は省略する。
　図１に示すように、本実施例では、車内の特殊な環境として、運転席及び助手席を挟むように２つのスピーカＳＰ１、ＳＰ２が前後に配置されていることを利用する。そして、本実施例では、助手席にいる聴取者Ｌ１及び運転席にいる聴取者Ｌ２が再生音を聴きやすくするために、聴取者Ｌ１、Ｌ２の左右の耳の音圧レベルを同時に制御する。なお、以下の説明において、２人の聴取者Ｌ１、Ｌ２を区別しない時には、添字を省略して単に「聴取者Ｌ」と表記する。
　一般的に、人間が感じる音の大きさは、両耳の音の強さを加算した値をもとに決まる。即ち、人間は両耳でそれぞれ６ｄＢの音圧で音を聴いた場合と、片耳のみで１２ｄＢの音圧で音を聴いた場合とで同じ音の大きさを感じる。これは、下記の文献においても指摘されている。
　参考文献：『境久雄、中島剛、「日本音響学会編　聴覚と音響心理」、コロナ社、ｐｐ．１７３～１７４、「両耳で聴いたときの音の大きさは、両耳に加えられている音の音圧レベルを６ｄＢ大きくして、それを片耳で聴いたときの音の大きさに等しい。」』
　よって、本実施例では、聴取者Ｌ１、Ｌ２について、左右の耳の位置をそれぞれ評価点とし、各聴取者について２つの評価点における音圧レベルの和が大きくなるように、スピーカＳＰ１、ＳＰ２に入力される信号を制御する。これにより、聴取者Ｌ１、Ｌ２は再生音を大きいと感じる。
　ここで、まず、聴取者Ｌと一対のスピーカＳＰ１、ＳＰ２との位置関係について検討する。図２に示すように、一対のスピーカＳＰ１、ＳＰ２から等距離にある中心線ＣＬ上に聴取者Ｌが位置し、かつ、聴取者Ｌの左右の耳が中心線ＣＬ上にある場合、聴取者ＬはスピーカＳＰ１、ＳＰ２から出力される音を同期して聴くことができる。即ち、聴取者Ｌの左右の耳における音圧レベルの和（以下、「両耳レベル和」とも呼ぶ。）は最大となる。
　よって、運転席及び助手席に対してスピーカＳＰ１、ＳＰ２を図２に示すような位置関係で配置することができれば、音声信号を２つのスピーカＳＰ１、ＳＰ２からそのまま出力するだけで、助手席にいる聴取者Ｌ１の両耳レベル和は最大となり、同時に運転席にいる聴取者Ｌ２の両耳レベル和も最大となる。この場合、スピーカＳＰ１、ＳＰ２に供給される音声信号に対して何らの処理、調整を行う必要もない。
　しかしながら、実際の車室では、運転席及び助手席に対して２つのスピーカＳＰ１、ＳＰ２を図２のような位置関係に配置できるとは限らない。そこで、本実施例では、２つのスピーカＳＰ１、ＳＰ２に供給する音声信号に適当な位相差を与えることにより、運転席における両耳レベル和と助手席における両耳レベル和をともに大きくする。
　図３は、２つのスピーカＳＰ１、ＳＰ２へ供給される音声信号に位相差を与える手法を模式的に示す。図３（Ａ）は、２つのスピーカＳＰ１、ＳＰ２へ音声信号を供給する構成を示している。無響室において、聴取位置にダミーヘッド３を配置し、その右側の前後にフロントスピーカＳＰ１、リアスピーカＳＰ２を配置する。音源２からの音声信号は、そのままフロントスピーカＳＰ１に入力されるとともに、遅延器６により全帯域において固定の遅延量「Ｚ」で遅延された後、リアスピーカＳＰ２に入力される。
　図３（Ａ）に示すように、一対のスピーカが縦方向に配置されている場合、スピーカから出力される再生音の音圧分布は干渉により横縞となる。具体的に、図３（Ａ）において、ダミーヘッド３の位置を含む黒色の領域は音圧レベルが大きく、白色の領域は音圧レベルが小さく、音圧分布は横縞を形成している。よって、遅延量Ｚを変化させることにより、両耳のレベルを同期して変化させ、両耳レベル和を制御することができる。
　遅延量Ｚを変化させた場合の、ダミーヘッド３近傍の音圧分布の例を図３（Ｂ）に示している。図中に等高線表示された数値は音圧レベル値を示す。図３（Ｂ）の例では、遅延量Ｚ＝２．０[ｍｓ]のときに、ダミーヘッド３の両耳付近の音圧レベルが４．２４７[ｄＢ]で最大となっている。よって、この例では、遅延量Ｚ＝２．０[ｍｓ]が最適となっている。
　このように、聴取者の位置に対して前後に一対のスピーカを配置し、それらのスピーカに供給される音声信号に適切な位相差を与えることにより、聴取者の両耳レベル和を大きくすることができる。
　[第１実施例]
　図４は、音声再生装置の第１実施例の概略構成を示す。第１実施例は、音響空間として無響室を想定する。
　図４に示すように、聴取者Ｌ１、Ｌ２の聴取位置に対して、前後に一対のスピーカ、即ち、フロントスピーカＳＰ１とリアスピーカＳＰ２が配置される。なお、この例では、聴取者Ｌ１、Ｌ２からは、リアスピーカＳＰ２よりもフロントスピーカＳＰ１の方が遠い。
　音源２から出力される音声信号は、そのままフロントスピーカＳＰ１に供給されるとともに、位相制御部４により位相差θ（f）を与えられてリアスピーカＳＰ２へ供給される。位相制御部４は、音源から出力される音声信号に対して、周波数毎に位相差θ（f）を与える。
　位相差θ（f）の決定方法について説明する。位相差θ（f）は、聴取者Ｌ１の両耳レベル和と、聴取者Ｌ２の両耳レベル和とがいずれもが大きくなるように決定される。なお、聴取者Ｌ１、Ｌ２の左右の耳の位置は、それぞれ２つの評価点に相当する。
　位相差θ（f）は、聴取者Ｌ１、Ｌ２の両耳の位置と、前後のスピーカＳＰ１、ＳＰ２との距離に基づいて決定することができる。図５は、この位相差θ（f）の決定方法を説明する図である。なお、ここでは、簡単化のために、頭部中心の点を評価点とみなして算出する。
　基本的に、左右の耳の中央点、即ち２つの評価点の中央点からフロントスピーカＳＰ１までの距離を「ｄ１」とし、中央点ＭからリアスピーカＳＰ２までの距離を「ｄ２」とすると、遅延量Ｚは以下の式で与えられる。
　　遅延量Ｚ　＝　（ｄ１－ｄ２）／ｃ　[ｍ／ｓ]　　　　　　　　　（１）
なお、「ｃ」は音速（約３４０[ｍ／ｓ]）である。
　フロントスピーカＳＰ１により再生される音声信号とリアスピーカＳＰ２により再生される音声信号に対して各周波数でこの遅延量Ｚを与えることにより、聴取者と２つのスピーカとの距離差が補正され、聴取者の両耳レベル和が最大となる。よって、聴取者と２つのスピーカとの距離差に基づく遅延量と、再生される音声信号の周波数とに基づいて、各周波数帯域において２つのスピーカから出力される音声信号に与えるべき位相差θ（ｆ）が算出される。
　具体的に、図５において、スピーカＳＰ１から聴取者Ｌ１までの距離を「ｄＦ１」、スピーカＳＰ１から聴取者Ｌ２までの距離を「ｄＦ２」、スピーカＳＰ２から聴取者Ｌ１までの距離を「ｄＲ１」、スピーカＳＰ２から聴取者Ｌ２までの距離を「ｄＲ２」とする。　聴取者Ｌ１について、スピーカＳＰ１、ＳＰ２との距離差は、
　　　Ｄ１＝ｄＦ１－ｄＲ１　　　（２）
であり、遅延量Ｚ１は、
　　　Ｚ１＝Ｄ１／ｃ　　　（３）
となる。よって、音声信号の各周波数帯域について、その周波数と、この遅延量Ｚ１とに基づいて必要な位相差θ（ｆ）が得られる。
　同様に、聴取者Ｌ２について、スピーカＳＰ１、ＳＰ２との距離の差は、
　　　Ｄ２＝ｄＦ２－ｄＲ２　　　（４）
であり、遅延量Ｚ２は、
　　　Ｚ２＝Ｄ２／ｃ　　　（５）
となる。よって、音声信号の各周波数帯域について、その周波数と、この遅延量Ｚ２とに基づいて必要な位相差θ（ｆ）が得られる。
　次に、第１実施例による制御帯域と位相差の範囲について説明する。本実施例では、２つのスピーカから出力される音声信号の両耳レベル和が、各１つのスピーカから音声信号を出力した場合と比較して、２つの聴取位置においてともに大きくなるように位相差θ（ｆ）を与える。ここで、２つの聴取位置の間には距離があるので、音声信号の全帯域（人間の可聴帯域）で両耳レベル和をともに大きくすることは難しい。即ち、ある一定の帯域においてのみ２つの聴取位置における両耳レベル和とともに大きくすることができる。以下、この一定の帯域、即ち、２つの聴取位置においてともに両耳レベル和を大きくすることができる周波数帯域を「制御帯域」と呼ぶ。理論上、２つの聴取位置間の距離が小さいほど、制御帯域を広くすることができる。
　いま、２つの信号に位相差を与えて合成した場合のレベルについて考える。図６は、２つの正弦波を異なる位相差で合成した合成波の振幅レベルを示す。２つの正弦波を同相（位相差＝０）で合成すると、グラフ４１に示すように、合成波の振幅は元の正弦波の振幅の２倍になる。２つの正弦波を位相差１２０°で合成すると、グラフ４２に示すように、２つの正弦波の振幅と合成波の振幅は等しくなる。一方、２つの正弦波を逆相（位相差１８０°）で合成すると、グラフ４３に示すように合成波の振幅はもとの正弦波の振幅よりも小さくなってしまう。
　グラフ４０に示すように、位相差が０～１２０°の場合、２つの正弦波の合成波の振幅は少なくとも元の正弦波の振幅以上となる。一方、位相差が１２０°を超えると、２つの正弦波の合成波の振幅は元の正弦波の振幅よりも小さくなる。よって、２つの聴取位置においてともに両耳レベル和を大きくするためには、各帯域の音声信号について、２つのスピーカから出力される音声信号に与える位相差が１２０°以内となることが必要である。ここで、スピーカから出力される音声信号の周波数を考えた場合、低い周波数については位相差１２０°の範囲は広いが、周波数が高くなるほど位相差１２０°の範囲は狭くなる。よって、高い周波数ほど、２つのスピーカから出力される音声信号の位相差を１２０°以内に収めることが難しくなる。言い換えると、２つの聴取位置における両耳レベル和をともに大きくすることができる制御帯域は高い周波数側で制限をうける。よって、本実施例における制御帯域は、可聴帯域の下限から、一定の上限帯域Ｆｍａｘまでとなる。
　具体的には、前述の式（２）、（４）より、聴取者Ｌ１と聴取者Ｌ２との距離差の差Ｄは、
　　　Ｄ＝｜Ｄ１－Ｄ２｜　　　　（６）
となるので、上限帯域Ｆｍａｘは以下の式により決まる。
　　　上限帯域Ｆｍａｘ：　Ｆ・Ｄ／ｃ＜１／３を満たす周波数Ｆ　　　（７）
ここで、「１／３」は、１２０°／３６０°（位相差）を示す。
　ある車両の例として、スピーカＳＰ１から聴取者Ｌ１までの距離ｄＦ１＝１．４６［ｍ］、スピーカＳＰ１から聴取者Ｌ２までの距離ｄＦ２＝１．０３［ｍ］、スピーカＳＰ２から聴取者Ｌ１までの距離ｄＲ１＝１．３０［ｍ］、スピーカＳＰ２から聴取者Ｌ２までの距離ｄＲ２＝０．７９［ｍ］である場合、式（７）によりの上限帯域Ｆｍａｘは１４２０Ｈｚとなる。
　次に、２つの聴取位置で両耳レベル和をともに大きくすることができる位相差の範囲は、聴取者Ｌ１の位置で両耳レベル和が最大となる位相差を「θＡ」とすると、
　θＡ－１２０°＋Ｄ・Ｆ／ｃ×３６０°＜θ＜θＡ＋１２０°　　　（８）
となる。ここで、「Ｄ・Ｆ／ｃ×３６０°」の部分は、聴取者Ｌ２においても両耳レベル和を大きくするための制限分に相当する。即ち、聴取者Ｌ１のみについては、位相差θＡの±１２０°で、一方のスピーカから音声信号を出力した場合よりも両耳レベル和を大きくすることができる。この範囲内でさらに聴取者Ｌ２についても両耳レベル和を大きくすることができる位相差の範囲は「Ｄ・Ｆ／ｃ×３６０°」の分だけ狭くなる。
　図７は、上記のように算出した位相差θ（ｆ）を与えた場合の特性を示す。図７（Ａ）は聴取者Ｌ１の位置（助手席）における両耳レベル和の周波数特性を示し、図７（Ｂ）は聴取者Ｌ２の位置（運転席）における両耳レベル和の周波数特性を示す。横軸は周波数を示し、縦軸は両耳レベル和を示す。なお、この特性は、先に例示した寸法の車両で得たものである。
　図７（Ａ）に示すように、聴取者Ｌ１の位置では、上限帯域Ｆｍａｘ（１４２０Ｈｚ）付近までは、本実施例で上記のように位相差を与えた場合の両耳レベル和が、フロントスピーカＳＰ１のみ又はリアスピーカＳＰ２のみで音声信号を再生した場合の両耳レベル和よりも大きくなっている。一方、図７（Ｂ）に示すように、聴取者Ｌ２の位置では、全ての帯域において、本実施例で上記のように位相差を与えた場合の両耳レベル和が、フロントスピーカＳＰ１のみ又はリアスピーカＳＰ２のみで音声信号を再生した場合の両耳レベル和よりも大きくなっている。よって、上限帯域Ｆｍａｘまでの制御帯域内では２つの聴取位置においてともに両耳レベル和が大きくなっている。
　図８は、位相差の算出結果を示す。図８（Ａ）は聴取者Ｌ１の位置（助手席）における両耳レベル和の変化を示し、図８（Ｂ）は聴取者Ｌ２の位置（運転席）における両耳レベル和の変化を示す。横軸は位相差θ（ｆ）を示し、縦軸は周波数を示す。
　図８（Ａ）において、破線で示す位相差θ（ｆ）を与えたとき、両耳レベル和は４．７ｄＢ程度の高い値の領域を通過している。図８（Ｂ）においても、破線で示す位相差θ（ｆ）を与えたとき、両耳レベル和は４．３ｄＢ程度の高い値の領域を通過している。即ち、２つのスピーカにより再生される音声信号に対して、上述のようにして算出した位相差θ（ｆ）を与えることにより、聴取者Ｌ１、Ｌ２のいずれに対しても両耳レベル和を大きくすることができる。
　図９は、２つのスピーカによる再生信号に位相差θ（ｆ）を与えるための構成を示す。音源２から出力される音声信号は、そのままスピーカＳＰ１に供給されるとともに、位相制御部４を介してスピーカＳＰ２へ供給される。位相制御部４は、複数のバンドパスフィルタ４ａと、位相調整器４ｂと、加算器４ｃとを有する。バンドパスフィルタ４ａは、音声信号の分割帯域毎に設けられており、入力された音声信号を複数の周波数帯域に分割する。バンドパスフィルタ４ａは、各帯域の音声信号を位相調整器４ｂへ供給する。位相調整器４ｂは、上述のように算出された位相差θ（ｆ）を音声信号に与え、加算器４ｃに出力する。加算器４ｃは、各帯域の位相調整器４ｂからの出力信号を加算し、スピーカＳＰ２へ供給する。
　図１０は、第１実施例による処理の手順を示す。なお、この処理は、コンピュータなどの計算装置により実行される。
　まず、ユーザが車両のスピーカ及び各座席の位置を測定し、スピーカ位置と聴取位置とを計算装置へ入力する。計算装置は、それらの数値を受け取る（ステップＳ１１）。具体的には、図５に示す距離ｄＦ１、ｄＦ２、ｄＲ１、ｄＲ２などが計算装置へ入力される。次に、計算装置は、上述した式に基づいて制御帯域、位相差θ（ｆ）を算出する。
　こうして決定された位相差θ（ｆ）は、図９に示す位相制御部４に与えられる。具体的には、位相制御部４の各帯域の位相調整器４ｂに対して、位相差θ（ｆ）に対応する係数が設定される。これにより、図９の構成においてスピーカＳＰ２により再生される音声信号には、適切な位相差θ（ｆ）が与えられる。
　[第２実施例]
　次に、第２実施例について説明する。図１１は、音声再生装置の第２実施例の概略構成を示す。第２実施例は、音響空間として車室を想定する。図１１に示すように、運転席の右側にフロントスピーカＳＰ１とリアスピーカＳＰ２が配置される。音源２からの音声信号は、フロントスピーカＳＰ１に供給されるともに、位相制御部４により位相が補正された後、リアスピーカＳＰ２に供給される。
　第２実施例においても、位相制御部４は、音声信号の帯域毎に異なる位相差（位相補正値）θ（ｆ）を与える。第２実施例においては、位相差θ（ｆ）は、２つのスピーカと２つの聴取者の位置との間の伝達関数に基づいて算出される。具体的には、２つのスピーカＳＰ１、ＳＰ２と聴取者Ｌ１、Ｌ２の両耳（評価点）との位置関係に基づいて、各スピーカと聴取者Ｌ１、Ｌ２の両耳との間の伝達関数を求め、その伝達関数に基づいてシミュレーションなどにより位相及び周波数に対する両耳レベル和の分布を生成する。
　生成した分布図の例を図１２に示す。図１２（Ａ）は、聴取者Ｌ１の位置（助手席）における両耳レベル和の変化を示し、図１２（Ｂ）は聴取者Ｌ２の位置（運転席）における両耳レベル和の変化を示す。これらの分布上で、両耳レベル和が最も高い領域を結んだ破線が示す位相差が、各帯域において２つのスピーカに入力する音声信号に与える位相差θ（ｆ）を示すものとなる。
　図１３は、上記のようにして求めた位相差θ（ｆ）を与えた場合の特性を示す。図１３（Ａ）は聴取者Ｌ１の位置（助手席）における両耳レベル和の周波数特性を示し、図１３（Ｂ）は聴取者Ｌ２の位置（運転席）における両耳レベル和の周波数特性を示す。横軸は周波数を示し、縦軸は両耳レベル和を示す。
　図１３（Ａ）に示すように、聴取者Ｌ１の位置では、上限帯域Ｆｍａｘに相当する４００Ｈｚ付近までは、上記の位相差を与えた場合の両耳レベル和が、フロントスピーカＳＰ１のみ又はリアスピーカＳＰ２のみで音声信号を再生した場合の両耳レベル和と等しいかそれより大きくなっている。なお、１５７Ｈｚ辺りでは、本実施例による両耳レベル和がリアスピーカＳＰ２のみで音声信号を再生した場合の両耳レベル和と近く、１９８Ｈｚ辺りでは、本実施例による両耳レベル和がフロントスピーカＳＰ１のみで音声信号を再生した場合の両耳レベル和と近い。これは、本実施例において使用した車両の車室内の構造に固有のものと考えられる。
　一方、図１３（Ｂ）に示すように、聴取者Ｌ２の位置では、全ての帯域において、本実施例で上記のように位相差を与えた場合の両耳レベル和が、フロントスピーカＳＰ１のみ又はリアスピーカＳＰ２のみで音声信号を再生した場合の両耳レベル和よりも大きくなっている。よって、本実施例においても、上限帯域Ｆｍａｘまでの制御帯域において、２つの聴取位置においてともに両耳レベル和が大きくなっている。
　第２実施例において、２つのスピーカに供給される音声信号に位相差θ（ｆ）を与えるための構成は、図９に示す第１実施例のものと同じである。
　図１４は、第２実施例による処理の手順を示す。なお、この処理は、コンピュータなどの計算装置により実行される。
　まず、ユーザが２つのスピーカからテスト信号を出力し、これを聴取者Ｌ１、Ｌ２の位置に配置したマイクで集音するなどして、スピーカと聴取位置との間の特性を測定し、その測定値を計算装置へ入力する。計算装置は、それらの数値を受け取る（ステップＳ２１）。
　次に、計算装置は、入力された測定値に基づいて、図１２（Ａ）、（Ｂ）に例示するような両耳レベル和の分布を生成し、その分布に基づいて制御帯域及び位相差θ（ｆ）を決定する。具体的には、計算装置は、両耳レベル和の分布において、周波数帯域毎に、両耳レベル和が聴取者Ｌ１、Ｌ２のいずれの位置においてもなるべく最大値に近くなるように位相差を決定する。また、計算装置は、聴取者Ｌ１、Ｌ２の位置のいずれかにおいて、両耳レベル和が、一方のスピーカのみから音声を出力した場合の両耳レベル和よりも大きくならない周波数を上限帯域とし、上限帯域を上限とする制御帯域を決定する。
　こうして決定された位相差θ（ｆ）は、図９に示す位相制御部４に与えられ、位相制御部４の各帯域の位相調整器４ｂに対して位相差θ（ｆ）に対応する係数が設定される。これにより、図９の構成においてスピーカＳＰ２により再生される音声信号には、適切な位相差θ（ｆ）が与えられる。
　図１５、図１６は、従来の方法と第２実施例の効果を示す。図１５は従来の方法による運転席、助手席、後部座席の両耳レベル和を示し、図１６は第２実施例による運転席、助手席、後部座席の両耳レベル和を示す。なお、従来技術の方法とは、イコライザにより、ある帯域においてリアスピーカの再生音を大きくして運転席における両耳レベル和を増大させる方法を指す。
　従来技術の方法によりリアスピーカの再生音を大きくする補正を行うと、図１５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、運転席、助手席における両耳レベル和は増加する。しかし、図１５（Ｃ）に示すように、後部座席では運転席に比べてさらに両耳レベル和が大きくなってしまい、後部座席の再生音が大きくなりすぎるという不具合が生じる。
　これに対し、第２実施例の方法によれば、位相差θ（ｆ）を与える位相補正により、図１６（Ａ）、（Ｂ）に示すように運転席、助手席における両耳レベル和は増加する。しかし、図１６（Ｃ）に示すように後部座席では両耳レベル和はあまり変化しないので、後部座席の再生音が大きくなりすぎるという不具合は生じない。このように、第２実施例では、他の座席における再生音レベルに影響を与えることなく、運転席の再生音レベルを増加させることができる。
　［スピーカと聴取位置との関係］
　次に、実施例における２つのスピーカ位置と聴取位置との関係について説明する。
　図１７（Ａ）に示すように、本発明の実施例では、運転席及び助手席を前後に挟むように２つのスピーカが配置されている。言い換えると、２つの聴取位置は、車両の前後方向において２つのスピーカの間に位置する。このため、各聴取位置と２つのスピーカとの距離差Ｄ１、Ｄ２は小さい。先に説明したように、この距離差は２つのスピーカに供給する音声信号の補正量、即ち位相差θ（ｆ）に対応するものであるから、距離差Ｄ１、Ｄ２が小さいほど、小さい補正量で２つの聴取位置における再生音を同期させやすくなる。よって、車内のような環境を想定した場合、聴取位置が２つであっても、その２つの聴取位置の両方において両耳レベル和を大きくすることが可能となる。
　これに対し、図１７（Ｂ）に示すように、２つの聴取位置が前後方向において２つのスピーカの外側にある場合、各聴取位置と２つのスピーカとの距離差Ｄ１、Ｄ２が大きくなるため、２つの聴取位置における再生音を同期させることが難しくなる。即ち、音声信号の補正量、即ち位相差θ（ｆ）を大きくしなければならず、２つの聴取位置の両方において両耳レベル和を大きくすることが難しい。このように、本実施例では、２つの聴取位置に対して前後方向に一対のスピーカが配置されていることが、２つの聴取位置の両方で両耳レベル和を大きくするための前提となる。
　また、２つの聴取位置に対して２つのスピーカを前後方向に配置することにより、後部座席への影響を小さくすることができるという利点もある。実施例の方法では、２つのスピーカＳＰ１、ＳＰ２から音を再生するが、後部座席にいる者に与える影響は少ない。即ち、後部座席にいる者が再生音をうるさいと感じることはない。これは２つの理由による。第１の理由は、フロントスピーカＳＰ１と後部座席との間にはある程度の距離があり、また後部座席との間にシートなどの障害物があるため、基本的にフロントスピーカＳＰ１からの再生音が後部座席に届きにくいことが挙げられる。第２の理由は、後部座席が２つのスピーカの外側に位置するため、先にも述べたように２つのスピーカからの再生音が同期しにくいからである。これについて図１８を参照して説明する。
　図１８は、２つのスピーカと聴取者Ｌとの位置関係を示す。図１８（Ａ）に示すように、２つのスピーカＳＰ１、ＳＰ２から音を再生する場合、２つのスピーカからの再生音が同期する軸は、２つのスピーカの中心線ＣＬとなる。聴取者Ｌが２つのスピーカの内側に位置する場合、聴取者Ｌの両耳がこの中心線ＣＬ上又は中心線ＣＬに近い位置にあるため、両耳に至る再生音が同期し、両耳レベル和が変化しやすくなる。
　一方、図１８（Ｂ）に示すように、聴取者Ｌが２つのスピーカＳＰ１、ＳＰ２の外側に位置する場合、聴取者Ｌは２つのスピーカからの再生音が同期する中心線ＣＬ上に位置していても、聴取者の両耳を結ぶ方向は中心線ＣＬからずれるため、両耳レベル和は変化しにくい。このため、本発明の実施例では、フロントスピーカＳＰ１とリアスピーカＳＰ２から音を再生しても、後部座席における音圧が過大となり、後部座席にいる者が再生音をうるさいと感じることはない。
　［変形例］
　なお、上記の実施例は、車室の右側に設けられたフロントスピーカ及びリアスピーカを用いて、運転席、即ち右側の前方座席における両耳レベル和を大きくしているが、同様の手法により、車室の左側に設けられたフロントスピーカ及びリアスピーカを用いて、助手席、即ち左側の前方座席における両耳レベル和を大きくしても構わない。
　２　音源
　３　ダミーヘッド
　４　位相制御部
　ＳＰ１　フロントスピーカ
　ＳＰ２　リアスピーカ
　Ｌ１、Ｌ２　聴取位置

Claims (8)

  1. 　音響空間内の２つの評価点を有する複数の聴取位置に対して前後に配置された一対のスピーカと、
    　音声信号を受け取る入力部と、
    　前記音声信号の位相を制御し、前記一対のスピーカに供給する位相制御部と、を備え、
    　前記位相制御部は、前記複数の聴取位置の各々について、２つの評価点における再生音レベルの和が、前記一対のスピーカのうちの一方のスピーカのみで前記音声信号を再生した場合よりも大きくなるように制御帯域及び位相差を決定し、前記一対のスピーカに供給する音声信号を制御することを特徴とする音声再生装置。
  2. 　前記位相制御部は、前記一対のスピーカと前記聴取位置との距離に基づいて、制御帯域及び位相差を算出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. 　前記位相制御部は、前記スピーカから再生した音を前記聴取位置で集音して得られた測定データに基づいて、制御帯域及び位相差を決定することを特徴とする請求項１に記載の音声再生装置。
  4. 　前記一対のスピーカのうちの一方のスピーカは、前記複数の聴取位置を結ぶ線分に対して、前記一対のスピーカのうちの他方のスピーカと反対側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の音声再生装置。
  5. 　前記２つの評価点は、前記聴取位置に位置する聴取者の２つの耳の位置に相当することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の音声再生装置。
  6. 　前記音響空間は車両の車室であり、前記一対のスピーカは車室の右側又は左側に配置されたフロントスピーカ及びリアスピーカであり、前記複数の聴取位置は前記車室内の運転席及び助手席に相当し、前記２つの評価点は前記運転席及び助手席に位置する聴取者の左右の耳の位置に相当することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の音声再生装置。
  7. 　音響空間内の２つの評価点を有する複数の聴取位置に対して前後に配置された一対のスピーカを備える音声再生装置により実行される音声再生方法であって、
    　音声信号を受け取る入力工程と、
    　前記音声信号の位相を制御し、前記一対のスピーカに供給する位相制御工程と、を有し、
    　前記位相制御工程は、前記複数の聴取位置の各々について、２つの評価点における再生音レベルの和が、前記一対のスピーカのうちの一方のスピーカのみで前記音声信号を再生した場合よりも大きくなるように制御帯域及び位相差を決定し、前記一対のスピーカに供給する音声信号を制御することを特徴とする音声再生方法。
  8. 　音響空間内の２つの評価点を有する複数の聴取位置に対して前後に配置された一対のスピーカを備える音声再生装置により実行される音声再生プログラムであって、
    　音声信号を受け取る入力手段、
    　前記音声信号の位相を制御し、前記一対のスピーカに供給する位相制御手段、として前記音声再生装置を機能させ、
    　前記位相制御手段は、前記複数の聴取位置の各々について、２つの評価点における再生音レベルの和が、前記一対のスピーカのうちの一方のスピーカのみで前記音声信号を再生した場合よりも大きくなるように制御帯域及び位相差を決定し、前記一対のスピーカに供給する音声信号を制御することを特徴とする音声再生プログラム。
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