WO2022180685A1 - 音響システム - Google Patents

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speaker
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勝宏 福井
和則 小林
記良 鎌土
遼太郎 佐藤
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日本電信電話株式会社
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    • H04R2499/10—General applications
    • H04R2499/13—Acoustic transducers and sound field adaptation in vehicles

Definitions

  • the present invention relates to sound reproduction technology that can be used in audio systems installed in seats of aircraft, automobiles, and the like.
  • Non-Patent Document 1 users used earphones and headphones to watch movies and listen to music on airplanes (see Non-Patent Document 1). This is because the use of a speaker causes the reproduced sound to reach the surroundings of the user, causing annoyance to other users.
  • wearing earphones and headphones is a hassle for users.
  • some users do not like wearing them because their hairstyles are messed up.
  • Some users do not like the pressure on the ears caused by wearing them.
  • wearing earphones or headphones for a long time may cause the user to feel tired.
  • an object of the present invention is to provide an acoustic system for users who use seats in airplanes, automobiles, etc., which reproduces sounds inaudible to surrounding users without using earphones or headphones.
  • One aspect of the present invention is to generate a first processed acoustic signal from an acoustic signal of a predetermined sound source (hereinafter referred to as a first acoustic signal) by performing predetermined signal processing, a directionality control device including at least one directionality control unit that generates a second processed sound signal from the sound signal of (hereinafter referred to as a second sound signal), and emits sound based on the first processed sound signal
  • a speaker system including at least one speaker unit pair including a speaker unit (hereinafter referred to as a positive speaker unit) and a speaker unit (hereinafter referred to as a negative speaker unit) that emits sound based on the second processed acoustic signal and , wherein the signal processing performed by the directivity control unit is performed by dividing the sound emitted from the positive speaker unit of the speaker unit pair and the sound emitted from the negative speaker unit of the speaker unit pair.
  • This is a process for making the sound to be heard in an area near the speaker unit pair
  • N is an integer equal to or greater than 1, and a 2n-1 acoustic signal that is an acoustic signal of a predetermined sound source and a 2n-th acoustic signal that is an acoustic signal having an opposite phase to the 2n-1 acoustic signal.
  • An n-th speaker unit pair (n 1, ..., N)
  • the sound emitted from the second speaker unit and the sound emitted from the negative speaker unit of the nth speaker unit pair can be heard in the audible area near the nth speaker unit pair and shall be audible. This is a process that prevents listening in an area that should not be heard.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining directivity of sound emitted from a speaker
  • FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining directivity of sound emitted from a speaker unit
  • FIG. 4 is a diagram for explaining sounds emitted from a pair of speaker units
  • FIG. 4 is a diagram for explaining directivity of sound emitted from a pair of speaker units; It is a figure which shows the state of experiment (positional relationship of a speaker and a microphone). It is a figure which shows the state of experiment (positional relationship of a speaker unit and a microphone).
  • FIG. 4 is a diagram showing an experiment (positional relationship between speaker unit pairs and microphones); It is a figure which shows the mode of experiment (another measurement position).
  • FIG. 1 shows an example of a sound system installed in an aircraft seat;
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of an audio system 100;
  • FIG. FIG. 4 is a diagram showing how sound is emitted from a pair of speaker units;
  • 2 is a block diagram showing an example of the configuration of an acoustic system 200;
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of an acoustic system 202;
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of the configuration of a speaker unit pair 122 to which a member 1224 is attached; 1 is a diagram showing an example of a sound system installed in a car seat; FIG. 1 is a diagram showing an example of a sound system installed in a car seat; FIG.
  • a speaker usually consists of a speaker unit and a speaker box.
  • a speaker unit is a component that includes a diaphragm that converts an acoustic signal, which is an electrical signal, into air vibrations (that is, generates sound waves).
  • the speaker box is a component that accommodates the speaker unit.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the directivity of sound emitted from a speaker. As shown in FIG. 1, positive sound waves will be radiated from the speaker in all directions, while negative sound waves will not leave the speaker box. As a result, the sound emitted from the speaker can be heard over a wide range.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the directivity of sound emitted from a speaker unit.
  • the directivity of sound emitted from a speaker unit which is a bare speaker
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the directivity of sound emitted from a speaker unit.
  • the sound emitted from the speaker unit has bidirectional characteristics.
  • the present invention utilizes this bidirectionality.
  • two speaker units are arranged to form a speaker unit pair.
  • the diaphragms of the two speaker units vibrate and emit sounds based on these two acoustic signals.
  • sounds in all directions are eliminated except for the vicinity of the pair of speaker units. That is, the sound is muted only at positions sufficiently distant from the speaker unit pair, and the sound is not muted near the speaker unit pair.
  • the reason why the sound is not canceled in the vicinity of the speaker unit pair is that the phases of the sound wave radiated from the front of the speaker unit and the sound wave coming around from the back of the speaker unit do not match in the vicinity of the speaker unit pair.
  • 9, 10, 11, and 12 are diagrams showing experimental results, showing the relationship between frequency and attenuation under conditions 1, 2, 3, and 4, respectively.
  • Each figure shows four curves, one curve pointed by an arrow is the sound picked up by a microphone located 5 cm or 2 cm from the front, and the other three curves are the front, The sound was picked up by a microphone located 100 cm from the back and sides.
  • the curve at the position of 5 cm or 2 cm from the front is located near the speaker or the like, so the gain is very large. Therefore, in order to make it easier to see, the curve at the position 5 cm from the front is plotted at -25 dB from the three curves at the position 100 cm.
  • a system that reproduces an acoustic signal obtained based on an object to be reproduced is called an audio system.
  • the acoustic system includes a speaker system for emitting an acoustic signal as sound (hereinafter, this sound is referred to as sound based on the acoustic signal).
  • the speaker system is a device that converts an acoustic signal, which is an analog signal, into sound.
  • the object to be reproduced is, for example, data recorded on a CD, DVD, or record, data received via the Internet, or a signal received by radio broadcasting or television broadcasting. data or signals from which
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of an acoustic system installed in an aircraft seat.
  • the sound system in FIG. 13 is installed on a seat so as to sandwich the head of a seated user, and two pairs of speaker units are arranged near the left and right ears.
  • Such a sound system can be installed in vehicles other than aircraft such as automobiles and trains, in reclining chairs, etc., and can also be installed in a wearable form such as being carried on the shoulder.
  • a driver unit pair in which two driver units are arranged, may be installed in each of the left and right units of the headphone or earphone, which corresponds to the speaker unit pair.
  • Headphones are generally divided into two types: open type and closed type. Applying the above technology to the open type, which is particularly concerned about sound leakage, reduces sound leakage. There is expected.
  • FIG. 14 is a block diagram showing the configuration of the audio system 100.
  • the acoustic system 100 includes a playback device 110 and a speaker system 120.
  • the speaker system 120 is a speaker system.
  • the playback device 110 includes N (where N is an integer equal to or greater than 1) playback units 112 (that is, the first playback unit 112, . . . , the Nth playback unit 112).
  • the speaker system 120 also includes N speaker unit pairs 122 (that is, the first speaker unit pair 122, . . . , the Nth speaker unit pair 122).
  • Speaker unit pair 122 includes two speaker units (ie, positive speaker unit 1221 and negative speaker unit 1221).
  • the negative speaker unit 1221 receives an acoustic signal that is opposite in phase to the acoustic signal that is input to the positive speaker unit 1221 .
  • the speaker system 120 is installed near the head of the user who uses the seat.
  • the nth user direction is the front direction of the positive speaker unit 1221 and the negative speaker unit 1221 of the nth speaker unit pair 122 .
  • the direction opposite to the n-th user direction is the back direction of the positive speaker unit 1221 and the negative speaker unit 1221 of the n-th speaker unit pair 122 .
  • the sound can be heard only near the seat where the speaker system 120 is installed, as described in ⁇ Technical Background>.
  • the sound emitted from the negative speaker unit 1221 of the n-th speaker unit pair 122 toward the n-th user and the sound emitted from the negative speaker unit 1221 of the n-th speaker unit pair 122 in the direction opposite to the n-th user direction The generated sounds are in opposite phase relation to each other.
  • FIG. 15 is a diagram showing how sounds are emitted from a pair of speaker units.
  • SPU in the figure represents a speaker unit.
  • the sound emitted from each speaker unit cancels each other in the middle area of the two speaker units, so the sound emitted from the speaker unit pair cannot be heard. and the user cannot hear the sound.
  • the speaker unit pair installed near the left ear the user cannot hear the sound because the area where the sound emitted from the speaker unit pair can be heard is shifted from the position of the ear.
  • the directivity of the sound emitted from the speaker unit pair is controlled.
  • an acoustic system that performs directivity control processing will be described.
  • FIG. 16 is a block diagram showing the configuration of the audio system 200.
  • the acoustic system 200 includes a playback device 110, a directivity control device 210, and a speaker system 120.
  • the directivity control device 210 includes N directivity control units 212 (that is, the first directivity control unit 212, . . . , the Nth directivity control unit 212).
  • Sound system 200 differs from sound system 100 in that a directivity control device 210 is included.
  • the directivity control device 210 receives the 1st acoustic signal, the 2nd acoustic signal, . , a second processed acoustic signal obtained by signal processing the second acoustic signal, . . . , a 2Nth processed acoustic signal obtained by performing signal processing on the 2Nth acoustic signal.
  • the n-th directivity control unit 212 receives the 2n ⁇ 1 acoustic signal and the 2n-th acoustic signal, and executes predetermined signal processing to obtain the Generating the 2n-1 processed audio signal from the 2n-1 audio signal, generating the 2n processed audio signal from the 2n audio signal, and outputting the 2n-1 processed audio signal and the 2n processed audio signal do.
  • the predetermined signal processing is, for example, filtering using an FIR (Finite Impulse Response) filter.
  • FIR Finite Impulse Response
  • Microphones placed in areas where they should not be used should be designed so that the value of the filter coefficient approaches zero. A specific description will be given below. Areas that should be audible and areas that should not be audible should be designed according to the case. For example, consider the case of installing in a seat of an automobile (hereinafter referred to as seat S). The position where the ears come when the user using the seat S moves his/her head or changes the direction of the face should be included in the audible area, and the seats close to the seat S (e.g. The position where the ears come when the user using the seat) moves their head or turns their face should be included in the area that should not be audible.
  • seat S The position where the ears come when the user using the seat S moves his/her head or changes the direction of the face should be included in the audible area, and the seats close to the seat S (e.g. The position where the ears come when the user using the seat) moves their head or turns their face should be included in the area that should not be audible.
  • microphones installed in a rectangular parallelepiped area that includes a seat close to the seat S but does not include the seat S have filter coefficient values close to zero.
  • the filter coefficient values of the microphones placed in the middle area should approach 1.
  • the area that should be the audible area is the nth speaker, where the sound emitted from the positive speaker unit of the nth speaker unit pair cancels out the sound emitted from the negative speaker unit of the nth speaker unit pair. It contains points equidistant from the positive speaker unit of the unit pair and the negative speaker unit of the nth speaker unit pair.
  • the speaker system 120 receives the 1st processed acoustic signal, the 2nd processed acoustic signal, .
  • a sound based on the 2 processed acoustic signal, . . . , a sound based on the 2N processed acoustic signal is emitted.
  • the n-th speaker unit pair 122 receives the 2n-1 processed acoustic signal and the 2n-th processed acoustic signal as inputs, and outputs the 2n-1 processed acoustic signal is emitted from the positive speaker unit 1221 , and the sound based on the 2n-th processed acoustic signal is emitted from the negative speaker unit 1221 .
  • FIG. 17 is a block diagram showing the configuration of the audio system 202.
  • the sound system 202 includes a playback device 110, a directivity control device 210, and a speaker system 120, like the sound system 200.
  • sound system 202 differs from sound system 200 in that member 1224 is attached to speaker unit pair 122 .
  • a member 1224 is attached to the n-th speaker unit pair 122 for absorbing sound emitted from the positive speaker unit 1221 and the negative speaker unit 1221 of the n-th speaker unit pair 122 in the opposite direction to the n-th user direction. (See FIG. 18).
  • the member 1224 may be any member that can prevent high frequency sound from radiating in the back. Instead of installing the member 1224 only on the back surface of the speaker unit pair 122, the member 1224 may be installed so as to surround the speaker unit pair 122 other than the front surface.
  • Example of a sound system installed in a car seat 19 and 20 are diagrams showing an example of the sound system installed in the seat of an automobile, respectively.
  • a pair of speaker units are installed in the headrest of a car seat.
  • a speaker unit pair is installed on an arm attached to a seat of an automobile.
  • the arm may be movable.
  • Examples other than automobile seats, specifically seats for game machines such as pachinko and slot machines, will be described.
  • a user takes a seat in front of a game machine and enjoys playing games on the game machine. Therefore, for the seat for the game table, an arm as described in the example of the automobile may be installed so that the speaker unit pair is positioned near the ears of the user seated on the seat.
  • the arm since the seat for the game machine may not have a backrest, the arm may be installed on the game machine instead of installing the arm on the seat.
  • the arm may be movable so that the user himself/herself adjusts the speaker unit pair so that it is near the ear.

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Abstract

イヤホンやヘッドホンを用いることなく周囲のユーザに聴きとれない音を再生する、航空機や自動車などの座席を利用するユーザのための音響システムを提供する。所定の信号処理を実行することにより、第1音響信号から第1処理済音響信号を生成し、第1音響信号と逆位相の第2音響信号から第2処理済音響信号を生成する指向性制御部を少なくとも１つ含む指向性制御装置と、第1処理済音響信号に基づく音を放音する正のスピーカユニットと第2処理済音響信号に基づく音を放音する負のスピーカユニットとを含むスピーカユニットペアを少なくとも１つ含むスピーカシステムとを含む音響システムであって、指向性制御部が実行する信号処理は、正のスピーカユニットから放音される音と負のスピーカユニットから放音される音を、スピーカユニットペアの近傍の可聴とすべき領域では聴くことができ、可聴とすべきでない領域では聴くことができないようにする処理である。

Description

音響システム
　本発明は、航空機や自動車などの座席に設置されるオーディオシステムで利用することができる、音の再生技術に関する。
　従来、ユーザは、航空機内で映画や音楽を視聴するために、イヤホンやヘッドホンを利用していた（非特許文献１参照）。これは、スピーカを用いると、ユーザの周辺にまで再生音が届き、他のユーザの迷惑になるためである。
機内エンターテインメント／JALファーストクラス, ［online］，［令和３年２月１日検索］，インターネット <URL: https://www.jal.co.jp/jp/ja/inter/service/first/entertainment/index.html>
　しかし、イヤホンやヘッドホンの装着は、ユーザにとってわずらわしさがある。また、髪型が乱れることなどを理由に、装着を好まないユーザもいる。装着による耳への圧迫を嫌うユーザもいる。さらには、イヤホンやヘッドホンの長時間の装着は、ユーザに聴き疲れを感じさせることもある。
　イヤホンやヘッドホンの装着を不要とするため、波面合成技術を用いて仮想の音場を合成することも考えられるが、この場合、大規模なスピーカアレイを準備する必要があり、現実的ではない。
　そこで本発明では、イヤホンやヘッドホンを用いることなく周囲のユーザに聴きとれない音を再生する、航空機や自動車などの座席を利用するユーザのための音響システムを提供することを目的とする。
　本発明の一態様は、所定の信号処理を実行することにより、所定の音源の音響信号（以下、第1音響信号という）から第1処理済音響信号を生成し、第1音響信号と逆位相の音響信号（以下、第2音響信号という）から第2処理済音響信号を生成する指向性制御部を少なくとも１つ含む指向性制御装置と、第1処理済音響信号に基づく音を放音するスピーカユニット（以下、正のスピーカユニットという）と、第2処理済音響信号に基づく音を放音するスピーカユニット（以下、負のスピーカユニットという）とを含むスピーカユニットペアを少なくとも１つ含むスピーカシステムと、を含む音響システムであって、前記指向性制御部が実行する信号処理は、前記スピーカユニットペアの正のスピーカユニットから放音される音と前記スピーカユニットペアの負のスピーカユニットから放音される音を、前記スピーカユニットペアの近傍の可聴とすべき領域では聴くことができ、可聴とすべきでない領域では聴くことができないようにする処理である。
　本発明の一態様は、Nを1以上の整数とし、所定の音源の音響信号である第2n-1音響信号と、第2n-1音響信号と逆位相の音響信号である第2n音響信号とを出力する第n再生部(n=1, …, N)を含む再生装置と、所定の信号処理を実行することにより、第2n-1音響信号から第2n-1処理済音響信号を生成し、第2n音響信号から第2n処理済音響信号を生成する第n指向性制御部(n=1, …, N)を含む指向性制御装置と、第2n-1処理済音響信号に基づく音を放音するスピーカユニット（以下、正のスピーカユニットという）と、第2n処理済音響信号に基づく音を放音するスピーカユニット（以下、負のスピーカユニットという）とを含む第nスピーカユニットペア(n=1, …, N)を含むスピーカシステムと、を含む音響システムであって、第n指向性制御部(n=1, …, N)が実行する信号処理は、第nスピーカユニットペアの正のスピーカユニットから放音される音と第nスピーカユニットペアの負のスピーカユニットから放音される音を、第nスピーカユニットペアの近傍の可聴とすべき領域では聴くことができ、可聴とすべきでない領域では聴くことができないようにする処理である。
　本発明によれば、ごく限られた狭い範囲でのみ聴きとることができる音を再生することが可能となる。
スピーカから放音される音の指向性を説明するための図である。 スピーカユニットから放音される音の指向性を説明するための図である。 スピーカユニットペアから放音される音を説明するための図である。 スピーカユニットペアから放音される音の指向性を説明するための図である。 実験の様子（スピーカとマイクの位置関係）を示す図である。 実験の様子（スピーカユニットとマイクの位置関係）を示す図である。 実験の様子（スピーカユニットペアとマイクの位置関係）を示す図である。 実験の様子（その他の測定位置）を示す図である。 実験結果（条件１）を示す図である。 実験結果（条件２）を示す図である。 実験結果（条件３）を示す図である。 実験結果（条件４）を示す図である。 航空機の座席に設置された音響システムの一例を示す図である。 音響システム１００の構成の一例を示すブロック図である。 スピーカユニットペアから放音される音の様子を示す図である。 音響システム２００の構成の一例を示すブロック図である。 音響システム２０２の構成の一例を示すブロック図である。 部材１２２４を取り付けたスピーカユニットペア１２２の構成の一例を示す図である。 自動車の座席に設置された音響システムの一例を示す図である。 自動車の座席に設置された音響システムの一例を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。
＜技術的背景＞
　まず、スピーカから放音される音の指向性について説明する。次に、本願発明のスピーカユニットペアから放音される音の指向性について説明する。最後に、本願発明のスピーカユニットペアの効果を確認する実験の結果について説明する。
《１：スピーカから放音される音の指向性》
　通常、スピーカは、スピーカユニットとスピーカボックスで構成される。スピーカユニットとは、電気信号である音響信号を空気の振動に変換する（つまり、音波を生成する）振動板を含む構成部である。また、スピーカボックスとは、スピーカユニットを収納する構成部である。
　音響信号がスピーカに入力されると、スピーカユニットの振動板が振動し、振動板が振動する両方向に音波が放射される。ここで、スピーカボックスの外側（つまり、スピーカユニットの正面方向）に放射される音波を正の音波、スピーカボックスの内側（つまり、スピーカユニットの背面方向）に放射される音波を負の音波という。負の音波は、正の音波の位相と逆の位相の音波である。図１は、スピーカから放音される音の指向性を説明するための図である。図１に示すように、正の音波はスピーカから全方位に放射されることになる一方、負の音波はスピーカボックスの外に出ることはない。その結果、スピーカから放音される音は広い範囲で聴こえることになる。
《２：スピーカユニットペアから放音される音の指向性》
　ここでは、まず、裸のスピーカであるスピーカユニットから放音される音の指向性について説明する。図２は、スピーカユニットから放音される音の指向性を説明するための図である。スピーカユニットのみの場合、スピーカの場合と異なり、スピーカボックスの中に隠れているスピーカユニットの背面から負の音波が放射される。そのため、図２に示すように、スピーカユニットから放音される音は、双指向性という特性を有する。
　本願発明では、この双指向性を利用する。以下、具体的に説明する。まず、図３にあるように、スピーカユニットを２つ並べ、スピーカユニットペアを作る。このスピーカユニットペアに正負が逆の関係にある音響信号をそれぞれ入力すると、２つのスピーカユニットの振動板がそれぞれ振動し、これら２つの音響信号に基づく音を放音する。すると、図４に示すように、スピーカユニットペアの近傍を除き、全方位の音が消去される。つまり、音が消去されるのは、スピーカユニットペアから十分に離れた位置のみであり、スピーカユニットペアの近傍では音は消去されない。スピーカユニットペアの近傍で音が消去されないのは、スピーカユニットペアの近傍ではスピーカユニットの正面から放射される音波と背面から回り込んでくる音波の位相がそろわないためである。
　つまり、スピーカユニットペアを構成する一つのスピーカユニットに所定の音響信号を、もう一つのスピーカユニットに当該所定の音響信号と逆位相の音響信号を入力すると、スピーカユニットペアの近傍でのみ音が聴こえるという性質を利用すると、スピーカユニットペアの近傍にいるユーザにのみ音が聴こえ、それ以外のユーザには音が聴こえないという状況を作り出すことが可能となる。
《３：実験結果》
　ここでは、スピーカ、スピーカユニット、スピーカユニットペアの周波数特性を測定する実験の結果について説明する。実験では、スピーカ、スピーカユニット、スピーカユニットペアとして、直径が4.5cmの振動板を有するスピーカ（図５参照）、当該スピーカからスピーカボックスを外しスピーカユニットのみとしたもの（図６参照）、当該スピーカユニットを２つ並べたもの（図７参照）を用いた。また、スピーカ、スピーカユニット、スピーカユニットペアの近傍の周波数特性を測定するために、以下の４つの条件でマイクを設置した。
（条件１）スピーカの正面から5cmの位置
（条件２）スピーカユニットの正面から5cmの位置
（条件３）スピーカユニットの正面から2cmの位置
（条件４）スピーカユニットペアの正面から2cmの位置
　また、いずれの条件についても、比較のために、スピーカ、スピーカユニット、スピーカユニットペアの正面、背面、側面からそれぞれ100cmの位置にもマイクを設置した（図８参照）。
　以下、実験結果について説明する。図９、図１０、図１１、図１２は、実験結果を示す図であり、それぞれ条件１、条件２、条件３、条件４での周波数と減衰の関係を示す図である。いずれの図も４つの曲線が示されており、そのうち、矢印で指した１つの曲線が正面から5cmまたは2cmの位置にあるマイクで収音したものであり、それ以外の３つの曲線が正面、背面、側面から100cmの位置にあるマイクで収音したものとなっている。なお、正面から5cmまたは2cmの位置の曲線は、スピーカ等の近傍に位置するため、ゲインが非常に大きいものとなる。そこで、見やすくするため、正面から5cmの位置の曲線については、100cmの位置の３つの曲線より-25dBしてプロットしている。同様に、正面から2cmの位置の曲線については、-32dBしてプロットしている。図９と図１０を比べてみると、スピーカを用いた場合、４つの曲線の間でほとんど差がない一方、スピーカユニットを用いた場合、正面から5cmの位置の曲線とそれ以外の３つの曲線の間では差があることがわかる。この差は低域であるほど著しい。また、図１１と図１２を比べてみると、スピーカユニットペアの方が、スピーカユニットより、正面から2cmの位置の曲線とそれ以外の３つの曲線の間での差が大きいこともわかる。
　以上、実験により、本願発明のスピーカユニットペアから放音される音はスピーカユニットペアの近傍でのみ聴こえることが確認された。
＜第１実施形態＞
　再生対象物に基づいて得られる音響信号を再生するシステムを音響システムという。音響システムは、音響信号を音（以下、この音のことを音響信号に基づく音という）として放音するためにスピーカシステムを含む。ここで、スピーカシステムは、アナログ信号である音響信号を音に変換する装置である。また、再生対象物とは、例えば、ＣＤ、ＤＶＤ、レコードに記録されたデータや、インターネットにより受信されたデータや、ラジオ放送、テレビ放送により受信された信号のように、所定の処理により音響信号を得ることができるデータや信号のことである。
　ここでは、スピーカシステムの近傍にいるユーザにのみ再生対象物から得られる音響信号に基づく音が聴きとれるように再生する音響システムについて説明する。つまり、音響システムの再生音は、スピーカシステムの近傍にいるユーザ以外のユーザには聴きとれない。このような音響システムを、例えば、航空機の座席を利用するユーザのための音響システムとして利用すると、当該座席を利用するユーザのみ再生音を聴きとることができるシステムを提供することができる。図１３は、航空機の座席に設置された音響システムの一例を示す図である。図１３の音響システムは、着席したユーザの頭部を挟むように座席に設置されており、２つのスピーカユニットペアが左右の耳の近傍にくるように配置されている。なお、このような音響システムは、自動車、電車などの航空機の以外の乗り物や、リクライニングチェアなどにも設置することができるし、肩に乗せるなどウェアラブルな形態でも設置することができる。また、ヘッドホンやイヤホンの左右の各ユニットに、上記スピーカユニットペアに相当する、ドライバユニットを２つ並べたドライバユニットペアを設置することとしてもよい。ヘッドホンは、一般に開放型（オープンエア型）と密閉型（クローズド型）の２つに大別されるが、特に音漏れの心配がある開放型について上記技術を適用すると、音漏れが低減することが期待される。
　以下、図１４を参照して音響システム１００を説明する。図１４は、音響システム１００の構成を示すブロック図である。図１４に示すように音響システム１００は、再生装置１１０と、スピーカシステム１２０を含む。再生装置１１０は、N個（ただし、Nは1以上の整数）の再生部１１２（つまり、第1再生部１１２、…、第N再生部１１２）を含む。また、スピーカシステム１２０は、N個のスピーカユニットペア１２２（つまり、第1スピーカユニットペア１２２、…、第Nスピーカユニットペア１２２）を含む。スピーカユニットペア１２２は、２つのスピーカユニット（つまり、正のスピーカユニット１２２１、負のスピーカユニット１２２１）を含む。負のスピーカユニット１２２１には、正のスピーカユニット１２２１に入力される音響信号と逆位相の音響信号が入力される。スピーカシステム１２０は、座席を利用するユーザの頭部に近い箇所に設置される。
　なお、第nスピーカユニットペア１２２がユーザと対向する方向を第nユーザ方向(n=1, …, N)とし、第nスピーカユニットペア１２２(n=1, …, N)の正のスピーカユニット１２２１と負のスピーカユニット１２２１は、当該正のスピーカユニット１２２１から第nユーザ方向と逆方向に放音される音と当該負のスピーカユニット１２２１から第nユーザ方向と逆方向に放音される音が回り込みにより第nユーザ方向に伝わるように配置されるようにする。ここで、第nユーザ方向とは、第nスピーカユニットペア１２２の正のスピーカユニット１２２１、負のスピーカユニット１２２１の正面方向のことである。また、第nユーザ方向と逆方向とは、第nスピーカユニットペア１２２の正のスピーカユニット１２２１、負のスピーカユニット１２２１の背面方向のことである。
　また、第nスピーカユニットペア１２２(n=1, …, N)の正のスピーカユニット１２２１と負のスピーカユニット１２２１は、当該正のスピーカユニット１２２１から放音される音と当該負のスピーカユニット１２２１から放音される音が他の座席を利用するユーザには聴きとれないように互いに消去される位置関係で配置されるようにする。
　以下、図１４に従い音響システム１００の動作について説明する。
　再生装置１１０は、再生対象物に基づいて得られる音響信号である第1音響信号、第3音響信号、…、第2N-1音響信号を入力とし、第1音響信号、第2音響信号、…、第2N音響信号を出力する。より具体的には、第n再生部１１２(n=1, …, N)は、第2n-1音響信号を入力とし、第2n-1音響信号から第2n-1音響信号と逆位相の音響信号である第2n音響信号を生成し、第2n-1音響信号と第2n音響信号を出力する。第2n-1音響信号、第2n音響信号は、それぞれ第nスピーカユニットペア１２２の正のスピーカユニット１２２１、負のスピーカユニット１２２１に入力される。
　スピーカシステム１２０は、再生装置１１０が出力した第1音響信号、第2音響信号、…、第2N音響信号を入力とし、第1音響信号に基づく音、第2音響信号に基づく音、…、第2N音響信号に基づく音を放音する。より具体的には、第nスピーカユニットペア１２２(n=1, …, N)は、第2n-1音響信号と第2n音響信号を入力とし、第2n-1音響信号に基づく音を正のスピーカユニット１２２１から放音し、第2n音響信号に基づく音を負のスピーカユニット１２２１から放音する。第2n-1音響信号と第2n音響信号は、互いに逆位相の関係にあるため、＜技術的背景＞で説明したように、スピーカシステム１２０が設置された座席の近傍でのみ音が聴こえる。例えば、N=2の場合において、第1音響信号、第3音響信号をそれぞれある音源の右チャネルの音響信号、左チャネルの音響信号とすると、スピーカシステム１２０が設置された座席の近傍でのみステレオの音が聴くことができる。
　なお、第nスピーカユニットペア１２２の正のスピーカユニット１２２１から第nユーザ方向に放音された音と第nスピーカユニットペア１２２の正のスピーカユニット１２２１から第nユーザ方向と逆方向に放音された音は、互いに逆位相の関係となる。同様に、第nスピーカユニットペア１２２の負のスピーカユニット１２２１から第nユーザ方向に放音された音と第nスピーカユニットペア１２２の負のスピーカユニット１２２１から第nユーザ方向と逆方向に放音された音は、互いに逆位相の関係となる。
　本発明の実施形態によれば、スピーカシステムの近傍というごく限られた狭い範囲でのみ聴きとることができる音を再生することが可能となる。
＜第２実施形態＞
　図１５は、スピーカユニットペアから放音される音の様子を示す図である。図中のSPUは、スピーカユニットを表す。右耳の近くに設置されたスピーカユニットペアの場合、各スピーカユニットからの音が２つのスピーカユニットの中間領域では互いに打ち消しあうことにより、スピーカユニットペアから放音される音を聴くことができない領域が生じ、ユーザに音が聴こえない。一方、左耳の近くに設置されたスピーカユニットペアの場合、スピーカユニットペアから放音される音を聴くことができる領域が耳の位置からずれてしまうことにより、ユーザに音が聴こえない。このような問題を解決するために、スピーカユニットペアから放音される音の指向性を制御する。ここでは、指向性制御処理を行う音響システムについて説明する。
　以下、図１６を参照して音響システム２００を説明する。図１６は、音響システム２００の構成を示すブロック図である。図１６に示すように音響システム２００は、再生装置１１０と、指向性制御装置２１０と、スピーカシステム１２０を含む。指向性制御装置２１０は、N個の指向性制御部２１２（つまり、第1指向性制御部２１２、…、第N指向性制御部２１２）を含む。音響システム２００は、指向性制御装置２１０を含む点において、音響システム１００と異なる。
　以下、図１６に従い指向性制御装置２１０、スピーカシステム１２０の動作について説明する。
　指向性制御装置２１０は、再生装置１１０が出力した第1音響信号、第2音響信号、…、第2N音響信号を入力とし、第1音響信号を信号処理した信号である第1処理済音響信号、第2音響信号を信号処理した信号である第2処理済音響信号、…、第2N音響信号を信号処理した信号である第2N処理済音響信号を出力する。より具体的には、第n指向性制御部２１２(n=1, …, N)は、第2n-1音響信号と第2n音響信号を入力とし、所定の信号処理を実行することにより、第2n-1音響信号から第2n-1処理済音響信号を生成し、第2n音響信号から第2n処理済音響信号を生成し、第2n-1処理済音響信号、第2n処理済音響信号を出力する。ここで、所定の信号処理とは、例えば、FIR(Finite Impulse Response)フィルタを用いたフィルタリングである。ここで用いるFIRフィルタは、可聴とすべき領域、可聴とすべきでない領域にそれぞれマイクロホンを設置し、可聴とすべき領域に設置したマイクロホンではフィルタ係数の値が1に近づくように、可聴とすべきでない領域に設置したマイクロホンではフィルタ係数の値が0に近づくように設計する。以下、具体的に説明する。可聴とすべき領域、可聴とすべきでない領域はケースに応じて設計する必要がある。例えば、自動車の座席（以下、座席Ｓとする）に設置するケースを考える。座席Ｓを利用するユーザが頭を動かしたり、顔の向きを変えたりする際に耳がくる位置は、可聴とすべき領域に含まれるようにし、座席Ｓに近接する座席（例えば、隣や前後の座席）を利用するユーザが頭を動かしたり、顔の向きを変えたりする際に耳がくる位置は、可聴とすべきでない領域に含まれるようにする。したがって、例えば、座席Ｓに近接する座席を含むが、座席Ｓを含まないような直方体状の領域に設置したマイクロホンではフィルタ係数の値が0に近づくようにする。なお、上述したように２つのスピーカユニットの中間領域では音が打ち消しあうことにより、頭を動かしたり、顔の向きを変えたりする際に耳がくる位置であっても音が聴こえなくなる場合があることを考慮し、当該中間領域に設置したマイクロホンではフィルタ係数の値が1に近づくようにする。
　その結果、第n指向性制御部(n=1, …, N)は、第nスピーカユニットペアの正のスピーカユニットから放音される音と第nスピーカユニットペアの負のスピーカユニットから放音される音を、第nスピーカユニットペアの近傍の可聴とすべき領域では聴くことができ、可聴とすべきでない領域では聴くことができないようにする信号処理を実行することになる。なお、可聴領域とすべき領域は、第nスピーカユニットペアの正のスピーカユニットから放音される音と第nスピーカユニットペアの負のスピーカユニットから放音される音が打ち消しあう、第nスピーカユニットペアの正のスピーカユニットと第nスピーカユニットペアの負のスピーカユニットから等距離にある点を含むものとなる。
　スピーカシステム１２０は、指向性制御装置２１０が出力した第1処理済音響信号、第2処理済音響信号、…、第2N処理済音響信号を入力とし、第1処理済音響信号に基づく音、第2処理済音響信号に基づく音、…、第2N処理済音響信号に基づく音を放音する。より具体的には、第nスピーカユニットペア１２２(n=1, …, N)は、第2n-1処理済音響信号、第2n処理済音響信号を入力とし、第2n-1処理済音響信号に基づく音を正のスピーカユニット１２２１から放音し、第2n処理済音響信号に基づく音を負のスピーカユニット１２２１から放音する。
（変形例）
　ここでは、吸音特性がある部材を用いることにより、高域の音が漏れにくい音響システムについて説明する。
　以下、図１７を参照して音響システム２０２を説明する。図１７は、音響システム２０２の構成を示すブロック図である。図１７に示すように音響システム２０２は、音響システム２００と同様、再生装置１１０と、指向性制御装置２１０と、スピーカシステム１２０を含む。しかし、音響システム２０２は、スピーカユニットペア１２２に部材１２２４が取り付けられている点において、音響システム２００と異なる。
　以下、図１７に従い第nスピーカユニットペア１２２(n=1, …, N)の構造について説明する。
　第nスピーカユニットペア１２２には、第nスピーカユニットペア１２２の正のスピーカユニット１２２１と負のスピーカユニット１２２１から第nユーザ方向と逆方向に放音された音を吸収するための部材１２２４が取り付けられている（図１８参照）。部材１２２４は、高域の音が背面で放射されることを防ぐことができる部材であればどのようなものでもよい。なお、部材１２２４をスピーカユニットペア１２２の背面のみに設置する代わりに、部材１２２４をスピーカユニットペア１２２の正面以外を取り囲むように設置してもよい。
（自動車の座席に設置された音響システムの例）
　図１９、図２０は、それぞれ自動車の座席に設置された音響システムの一例を示す図である。図１９の例は、スピーカユニットペアを自動車の座席のヘッドレストに設置したものである。具体的には、N=2とし、第1スピーカユニットペアと第2スピーカユニットペアが、自動車の座席のヘッドレストに設置される。一方、図２０の例は、スピーカユニットペアを自動車の座席の取り付けられるアームに設置したものである。具体的には、N=2とし、自動車の座席を利用するユーザの頭を挟むように、当該座席に取り付けられる２本のアームにそれぞれ設置される。なお、アームは可動式となっていてもよい。
（その他の例）
　自動車の座席以外の例、具体的には、パチンコやスロットのような遊技台用の座席について、説明する。通常、ユーザは遊技台の前の座席を利用し、当該遊技台での遊技に興じる。したがって、遊技台用の座席についても、自動車の例で説明したようなアームを設置し、当該座席に着席したユーザの耳がくる位置付近にスピーカユニットペアがくるようにしてもよい。なお、遊技台用の座席は背もたれがないことがあるため、座席にアームを設置する代わりに、遊技台にアームを設置するようにしてもよい。また、アームを可動式とし、耳付近にスピーカユニットペアがくるように、ユーザ自身に調整させるようにしてもよい。
　本発明の実施形態によれば、スピーカシステムの近傍というごく限られた狭い範囲でのみ聴きとることができる音を再生することが可能となる。
＜補記＞
　上述の本発明の実施形態の記載は、例証と記載の目的で提示されたものである。網羅的であるという意思はなく、開示された厳密な形式に発明を限定する意思もない。変形やバリエーションは上述の教示から可能である。実施形態は、本発明の原理の最も良い例証を提供するために、そして、この分野の当業者が、熟考された実際の使用に適するように本発明を色々な実施形態で、また、色々な変形を付加して利用できるようにするために、選ばれて表現されたものである。すべてのそのような変形やバリエーションは、公正に合法的に公平に与えられる幅にしたがって解釈された添付の請求項によって定められた本発明のスコープ内である。

Claims (6)

  1. 　所定の信号処理を実行することにより、所定の音源の音響信号（以下、第1音響信号という）から第1処理済音響信号を生成し、第1音響信号と逆位相の音響信号（以下、第2音響信号という）から第2処理済音響信号を生成する指向性制御部を少なくとも１つ含む指向性制御装置と、
    　第1処理済音響信号に基づく音を放音するスピーカユニット（以下、正のスピーカユニットという）と、第2処理済音響信号に基づく音を放音するスピーカユニット（以下、負のスピーカユニットという）とを含むスピーカユニットペアを少なくとも１つ含むスピーカシステムと、
    　を含む音響システムであって、
    　前記指向性制御部が実行する信号処理は、前記スピーカユニットペアの正のスピーカユニットから放音される音と前記スピーカユニットペアの負のスピーカユニットから放音される音を、前記スピーカユニットペアの近傍の可聴とすべき領域では聴くことができ、可聴とすべきでない領域では聴くことができないようにする処理である
    　音響システム。
  2. 　請求項１に記載の音響システムであって、
    　前記可聴領域とすべき領域は、前記スピーカユニットペアの正のスピーカユニットから放音される音と前記スピーカユニットペアの負のスピーカユニットから放音される音が打ち消しあう、前記スピーカユニットペアの正のスピーカユニットと前記スピーカユニットペアの負のスピーカユニットから等距離にある点を含む
    　ことを特徴とする音響システム。
  3. 　Nを1以上の整数とし、
    　所定の音源の音響信号である第2n-1音響信号と、第2n-1音響信号と逆位相の音響信号である第2n音響信号とを出力する第n再生部(n=1, …, N)を含む再生装置と、
    　所定の信号処理を実行することにより、第2n-1音響信号から第2n-1処理済音響信号を生成し、第2n音響信号から第2n処理済音響信号を生成する第n指向性制御部(n=1, …, N)を含む指向性制御装置と、
    　第2n-1処理済音響信号に基づく音を放音するスピーカユニット（以下、正のスピーカユニットという）と、第2n処理済音響信号に基づく音を放音するスピーカユニット（以下、負のスピーカユニットという）とを含む第nスピーカユニットペア(n=1, …, N)を含むスピーカシステムと、
    　を含む音響システムであって、
    　第n指向性制御部(n=1, …, N)が実行する信号処理は、第nスピーカユニットペアの正のスピーカユニットから放音される音と第nスピーカユニットペアの負のスピーカユニットから放音される音を、第nスピーカユニットペアの近傍の可聴とすべき領域では聴くことができ、可聴とすべきでない領域では聴くことができないようにする処理である
    　音響システム。
  4. 　請求項３に記載の音響システムであって、
    　前記可聴領域とすべき領域は、第nスピーカユニットペアの正のスピーカユニットから放音される音と第nスピーカユニットペアの負のスピーカユニットから放音される音が打ち消しあう、第nスピーカユニットペアの正のスピーカユニットと第nスピーカユニットペアの負のスピーカユニットから等距離にある点を含む
    　ことを特徴とする音響システム。
  5. 　請求項３に記載の音響システムであって、
    　N=2であり、
    　第1スピーカユニットペアと第2スピーカユニットペアは、自動車の座席のヘッドレストに設置される
    　ことを特徴とする音響システム。
  6. 　請求項３に記載の音響システムであって、
    　N=2であり、
    　第1スピーカユニットペアと第2スピーカユニットペアは、自動車の座席を利用するユーザの頭を挟むように、当該座席に取り付けられる２本のアームにそれぞれ設置される
    　ことを特徴とする音響システム。
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