WO2006095694A1 - サラウンドシステム - Google Patents

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WO2006095694A1
WO2006095694A1 PCT/JP2006/304292 JP2006304292W WO2006095694A1 WO 2006095694 A1 WO2006095694 A1 WO 2006095694A1 JP 2006304292 W JP2006304292 W JP 2006304292W WO 2006095694 A1 WO2006095694 A1 WO 2006095694A1
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acoustic beam
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surround
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Susumu Takumai
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Yamaha Corp
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    • H04R3/00—Circuits for transducers
    • H04R3/12—Circuits for transducers for distributing signals to two or more loudspeakers
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    • H04S7/00—Indicating arrangements; Control arrangements, e.g. balance control
    • H04S7/30—Control circuits for electronic adaptation of the sound field
    • H04S7/301—Automatic calibration of stereophonic sound system, e.g. with test microphone
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    • H04R2203/12—Beamforming aspects for stereophonic sound reproduction with loudspeaker arrays
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    • H04R2205/00—Details of stereophonic arrangements covered by H04R5/00 but not provided for in any of its subgroups
    • 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 a surround system that forms a sound field that surrounds a listener with a speaker array.
  • the surround system can provide a listener with a sound that is rich in a sense of reality by emitting sound from a plurality of speakers arranged in front of and behind the listener.
  • the surround system is not suitable for small rooms because speakers must be placed before and after the listener, and the output signal of each channel of the audio amplifier is placed in front of the listener.
  • a signal line for supplying both the speaker and the speaker disposed behind the listener has to be routed in the room, and the signal line becomes an obstacle.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose that an acoustic beam output from the speaker array is reflected by a wall of an acoustic space by placing a sharp directivity array in front of the listener. The technology to be used in place of the rear speaker is disclosed.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 6-205496
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-179711
  • a speaker array supplies a delayed audio signal obtained from a common audio signal to a plurality of speaker units arranged in an array, and adjusts the phase of each delayed audio signal so as to have an arbitrary directivity. It generates an acoustic beam with Since the conventional surround system is a manual adjustment that relies on the listener's hearing, the general user must control the output direction of the sound beam so that the sound beam of each channel is accurately transmitted to the listening position. Especially for the surround channel, the acoustic beam is reflected on the wall and transmitted to the listening position. There is a problem that it is more difficult to determine the output direction.
  • the present invention has been made in view of the circumstances described above, and is a surround system capable of optimizing the output direction of the acoustic beam of each channel in the speaker array without requiring the user to perform complicated operations.
  • the purpose is to provide.
  • a surround system has a plurality of speaker units, outputs a multi-channel acoustic beam so as to be transmitted to a listening position directly or reflected on a wall, and a multi-channel audio.
  • Signal processing means for generating a signal for driving the plurality of speaker units so that an acoustic beam corresponding to the signal is output from the speaker array in each predetermined output direction;
  • Sound collecting means for detecting the sound pressure at the listening position in front of the speaker array, control means for performing control to rotate the output direction of the acoustic beam output from the speaker array, and rotating the output direction of the acoustic beam.
  • output direction determining means for calculating the output direction of the sound beam of the strong channel that cannot be determined based on the output direction of the sound beam of the determined channel.
  • the plurality of channels include a center channel, a front channel, and a surround channel
  • the output direction determining means is detected by the sound collecting means when the output direction of the acoustic beam is rotated.
  • the center channel and the front channel acoustic beam output direction are determined based on the change in sound pressure, and the center channel acoustic beam output direction cannot be determined.
  • the direction that bisects the angle formed by the output direction of the acoustic beam of the channel and the output direction of the acoustic beam of the front channel is determined as the output direction of the acoustic beam of the surround channel.
  • the plurality of channels are a center channel, a right front channel, and a left front.
  • a channel, a right surround channel, and a left surround channel, and the output direction determination means is based on a change in sound pressure detected by the sound collection means when the output direction of the acoustic beam is rotated.
  • the acoustic beam of the center channel determines the output direction of the acoustic beam of the center channel, the right front channel and the left front channel, and determining the output direction of the acoustic beam of the right surround channel and the left surround channel; and When the output direction of the acoustic beam of the center channel is inclined to the right or left with respect to the front direction of the speaker array, the acoustic beam of the center channel among the right surround channel and the left surround channel
  • the output direction of the acoustic beam of the surround channel on the side where the output direction of The output of the center channel is determined by dividing the angle formed by the output direction of the acoustic beam of the front channel on the side where the output direction of the acoustic beam of the center channel is inclined and the output direction of the acoustic beam of the center channel.
  • the output direction determining means tilts the output direction of the acoustic beam of the center channel, tilts the output direction of the acoustic beam of the surround channel on the other side, and tilts the output direction of the acoustic beam of the center channel.
  • the direction of the acoustic beam output from the center channel is tilted when it is determined to bisect the angle formed by the direction of the acoustic beam output from the front channel and the output direction of the center channel acoustic beam.
  • the output direction of the acoustic beam of the determined center channel is inclined.
  • the output direction of the center channel acoustic beam is inclined and The output direction of the sound bi chromatography beam of Yaneru, determined to output the same direction of the front channel on the side where the output direction of the sound beam is inclined in the center channel.
  • the plurality of channels include a center channel, a right front channel, a left front channel, a right surround channel, and a left surround channel, and the output direction determination is performed.
  • determining means based on a change in sound pressure detected by the sound pickup means when the output direction of the acoustic beam is rotated, the output direction of the acoustic beam of the center channel, the right front channel, and the left. The output direction of one acoustic beam of the front channels and the output direction of the acoustic beams of the other front channel, the right surround channel and the left surround channel cannot be determined.
  • the output direction of the acoustic beam of the other front channel is determined to be a direction symmetrical to the output direction of the acoustic beam of the one front channel with the front direction of the speaker array as the axis of symmetry, and the right surround channel and The output direction of each acoustic beam of the left surround channel Determining a direction in which the output Direction of the sound beam output direction of the front channel on the same side as the front direction of the speaker array to bisect the angle.
  • the plurality of channels include a center channel, a right front channel, a left front channel, a right surround channel, and a left surround channel
  • the output direction determining means rotates the output direction of the acoustic beam.
  • Output directions of acoustic beams of the center channel, the right front channel, and the left front channel are determined based on a change in sound pressure detected by the sound pickup means at the time, and the right surround channel and the left surround are determined.
  • the output direction of the acoustic beam of the channel cannot be determined and the output direction of the center channel is directed in the forward direction of the speaker array, the acoustic beam impulse is forwarded in the forward direction of the speaker array.
  • the sound beam output from the speaker array and detected by the sound collecting means The size of the space surrounding the speaker array and the listening position by a wall and the relative position of the listening position in the space based on the response to the impulse of the sound and the output directions of the acoustic beams of the right front channel and the left front channel And the output directions of the acoustic beams of the right surround channel and the left surround channel are calculated based on the result.
  • the sound beam output direction of at least some channels in the speaker array is determined based on the change in sound pressure detected by the sound pickup means when the sound beam output direction is rotated. Is done.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a surround system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining processing contents of a parameter setting control unit in the system.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining processing contents of a parameter setting control unit in the system.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the surround system according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a waveform diagram showing an impulse response measured in the same embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining processing contents of a parameter setting control unit in the same embodiment. Explanation of symbols
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a surround system according to the first embodiment of the present invention.
  • This surround system has a speaker array 1 in which n (n is multiple) omnidirectional speaker units are arranged in a line or array, speaker center channel C, front left channel FL, front right channel FR.
  • five signal processing units 2-k (k 1 to 5) for processing the audio signals of the surround left channel SL and the surround right channel SR, and an adder group 3.
  • DSP Digital Signal Processor
  • an acoustic beam corresponding to a certain channel is output from the speaker array 1 and directly reaches the listening position.
  • An acoustic beam corresponding to another channel is reflected once or multiple times on the wall defining the viewing space and reaches the listening position.
  • the filtering process 21 is a means for compensating for the loss of the acoustic beam transmission path of the channel.
  • the time alignment process 22 is a means for compensating for the difference between the channels in the transmission time of the acoustic beam.
  • a plurality of delayed audio signals for driving a plurality of speaker units in the speaker array 1 are generated from the audio signal that has passed through the filter process 21 and the time alignment process 22.
  • the delay time between each delayed audio signal and the original audio signal is determined in advance for the speaker array for that channel. It is determined based on the output direction of the acoustic beam at 1. Means for determining the output direction of the acoustic beam will be described later.
  • the present embodiment is characterized in that, in addition to the apparatus described above, an output direction including a microphone 7 serving as sound collection means, a measurement acoustic beam generation control unit 4, a beam direction control unit 5, and a parameter setting control unit 6
  • the decision unit 10 is provided in the surround system.
  • the microphone 7 is sound collection means used by being arranged at the viewing position of the viewing space where the speaker array 1 is arranged.
  • the measurement acoustic beam generation control unit 4 is a circuit that generates an audio signal for outputting the measurement acoustic beam from the speaker array 1 under the control of the parameter setting control unit 6.
  • the parameter setting control section 6 When the acoustic beam is output, the switch SW 1 provided in the input unit of the signal processing unit 2-1 is turned on, and the audio signal output from the measurement acoustic beam generation control unit 4 is thereby transmitted to the signal processing unit 2. — Give to 1.
  • the beam direction control unit 5 is a device that performs control for generating a delayed audio signal that outputs an acoustic beam in a predetermined direction for each channel from the speaker array 1 in accordance with a command from the parameter setting control unit 6. Further, the beam direction control unit 5 determines the output direction of the acoustic beam for measurement in the speaker array 1 according to the command from the parameter setting control unit 6 when performing the process of determining the output direction of the acoustic beam for each channel.
  • the signal processing unit 2-1 has a function of controlling the delay time when the delayed audio signal is generated so that the signal processor 2-1 rotates at the angular velocity of the signal.
  • the parameter setting control unit 6 receives the audio signal that is the source of the measurement acoustic beam when the command for ordering execution of the optimization process of the acoustic beam output direction is given, and the measurement acoustic beam generation control unit 4 Control for supplying to the signal processing unit 2-1 is sent to the beam direction control unit 5 to generate an acoustic beam rotating at a constant angular velocity. Then, the parameter setting control unit 6 grasps the change in the rotation angle in the output direction of the measurement acoustic beam output from the speaker array 1, and determines the change in the rotation angle and the viewing position detected by the microphone 7.
  • the output direction of at least some of the acoustic beams to be output from the speaker array 1 is determined corresponding to the five-channel audio signal.
  • the audio signal of each channel is output from the speaker array 1 as an acoustic beam having directivity in the output direction predetermined by the output direction determination unit 10 for each channel.
  • the sound beam output direction of each channel is determined in the room where the speaker array 1 is placed.
  • the shape and size vary depending on the relationship between the room and the position of the speaker array 1 in the room and the listening position. Various examples will be described below with reference to FIGS. 2 (a) to (d) and FIGS. 3 (a) to (d).
  • a command for performing optimization of the acoustic beam output direction by operating the operation unit is a parameter setting of the surround system.
  • a measurement sound beam that is supplied to the control unit 6 and rotates at a constant angular velocity is output from the speaker array 1.
  • the output signal of the microphone 7 placed at the listening position P is supplied to the parameter setting control unit 6.
  • the parameter setting control unit 6 obtains a characteristic curve indicating the relationship between the rotation angle ⁇ of the acoustic beam and the sound pressure at the viewing position detected by the microphone 7 as shown in FIG.
  • the horizontal axis is in the horizontal plane!
  • the angle ⁇ between the reference axis and the output direction of the acoustic beam is Yes
  • the vertical axis is the sound pressure detected by the microphone 7.
  • the reference axis is directed to the left of the speaker array 1 when viewed from the listening position, the angle ⁇ in the same direction is 0 °, the angle ⁇ in the forward direction of the speaker array 1 is 90 °, and the speaker array The right angle ⁇ of 1 is 180 °.
  • the parameter setting control unit 6 obtains a sound pressure peak exceeding a threshold value in the acquired characteristic curve.
  • the center channel C, the front left channel L, the front right channel R, the surround left channel SL, and the surround right channel are determined based on the obtained sound pressure peak size and the sound beam angle ⁇ where the peak occurs.
  • the acoustic beam output at this angle ⁇ c is considered to have reached the listening position P in front of the speaker array 1 directly. Therefore, the parameter setting control unit 7 sets the direction of the angle ⁇ c as the output direction of the acoustic beam of the center channel C.
  • the sound pressure is slightly lower in the output direction of the angles ⁇ 1 ( ⁇ 1 ⁇ ⁇ ) and ⁇ ⁇ : ( ⁇ ⁇ :> ⁇ ⁇ ) on both sides of this maximum peak.
  • the peak at the angle ⁇ 1 ( ⁇ r) is the sound wave output from the speaker array 1 in the direction of the angle ⁇ 1 ( ⁇ r). This is considered to be caused when the sound beam is reflected on the left (right) wall of speaker array 1 and reaches listening position P. Therefore, the parameter setting control unit 7 sets the directions of the angles ⁇ 1 and ⁇ r as the output directions of the acoustic beams of the front channels L and R, respectively.
  • the parameter setting control unit 6 determines the output direction of the surround channel acoustic beam as follows.
  • the output directions of the surround channels SL and SR in this example are not obtained by routing the acoustic beam by a geometric method.
  • An appropriate sound field can be obtained by diffusing the acoustic beam in multiple directions by spreading the directivity of the acoustic beam of each channel to some extent.
  • the characteristic curve shown in FIG. 3B is acquired by the parameter setting control unit 6. Similar to the first example, this characteristic curve has peaks with a volume exceeding the threshold value at three locations, and each direction of the angles ⁇ ⁇ and ⁇ ⁇ : where these peaks occur is center channel C. The output direction of the acoustic beams of the front channels L and R is determined.
  • the angle ⁇ c is not within the allowable range centered on 90 °.
  • Such a situation can occur when the direction in which the listening position P is located is largely inclined, for example, to the right side from the front direction of the speaker array 1, as illustrated in FIG.
  • the sound beam of the surround channel L output from the speaker array 1 is determined. Does not proceed to the left wall of the listening position P, but reaches the wall behind the listening position P and is likely to be reflected there. In this case, it is not expected to obtain an appropriate sound field effect by the surround channel SL.
  • the output directions of the acoustic beams of the surround channels SL and SR are determined as follows. First, for the surround channel on the side where the output direction of the center channel C is inclined among the two left and right surround channels, the angle formed by the output direction of the front channel on the same side as the surround channel and the output direction of the center channel. The direction that bisects is the output direction. In the example shown in FIGS. 2 (b) and 3 (b), the output direction of the center channel C is inclined to the right with respect to the front direction of the speaker array 1.
  • the surround channel SR is selected, and the output direction of the surround channel SR bisects the angle formed by the front channel output direction on the same side as the surround channel SR and the output direction of the center channel C.
  • the output direction of the center channel C is tilted!
  • the front channel on the same side as the surround channel is connected.
  • the angle between the output direction and the front direction of speaker array 1 The bisecting direction is the output direction.
  • the surround channel SL is selected in this processing, and the output direction of this surround channel SL is the output direction of the front channel L on the same side as the surround channel SL.
  • the front direction of the speaker array 1 are halved.
  • the output direction of the center channel out of the two left and right surround channels is tilted.
  • the sound of the surround channel is The probability that the beam can reach the oblique rear force listening position P can be increased.
  • the listening position P force S was taken in the direction inclined to the right side from the front direction of the speaker array 1, but the listening position P is the listening position P is the front direction force of the speaker array 1. Even in the direction inclined to the direction, it is possible to determine the output direction of the surround channels SL and SR by the same method.
  • the characteristic curve shown in FIG. 3 (c) is acquired by the parameter setting control unit 6, and each direction of the angles ⁇ c, ⁇ 1, and ⁇ r at which the volume peaks exceeding the threshold occurs. Are determined as the output directions of the acoustic beams of the center channel C and the front channels L and R.
  • the angle ⁇ c exceeds 90 °, and the output direction of the center channel C is greatly inclined to the right as in the second example, but the degree of this inclination is the same as in the second example. Bigger than the ones.
  • the angle ⁇ between the output direction of the surround channel SR and the output direction of the center channel C is a threshold that is set to a predetermined angle. Smaller. Thus, if the output direction of the surround channel SR is too close to the output direction of the center channel C, the acoustic beam interference of both channels is likely to occur at the listening position P.
  • the output directions of the surround channels SL and SR are determined as follows. That is, for the surround channel (surround channel SR in this example) on the side where the output direction of center channel C is inclined among the two left and right channel surround channels SL and SR, the output direction of the surround channel is the same. Set the same direction as the output direction of the front channel on the same side (front channel FR in this example), and output the remaining surround channels in the same way as in the second example above. The direction of force is determined. By doing so, the interference of the acoustic beam of the center channel and the surround channel at the listening position P can be mitigated.
  • the characteristic curve shown in FIG. 3D is acquired by the parameter setting control unit 6.
  • This characteristic curve has only two peaks whose volume exceeds the threshold.
  • the parameter setting control unit 6 sets the direction of the angle ⁇ c near 90 ° where a large volume peak occurs on the characteristic curve as the output direction of the center channel C, and another peak of the volume.
  • the direction of the angle ⁇ 1 smaller than the angle ⁇ c where the angle occurs is the output direction of the front channel L. If only two volume peaks are obtained in this way, the output direction of one front channel cannot be determined, and the output direction of all the surround channels can be determined using any of the above methods. Can not be determined.
  • the space surrounding the speaker array 1 and the listening position P is not square or rectangular. The acoustic beam traveling to the left or right side of the speaker array 1 is reflected once. Then, it may occur when the viewing position P cannot be reached.
  • the present embodiment handles as follows. First, of the two front left and right front channels, the front channel whose front direction was not determined (front channel R in this example) was directed to the front of the speaker array 1 as shown in Fig. 2 (d). With the axis as the axis of symmetry, the output direction is the direction that is symmetrical to the output direction of the front channel (front channel L in this example) whose output direction has been determined. For each of the left and right surround channels, as shown in Fig. 2 (d), the direction that bisects the angle formed by the front channel output direction on the same side and the front direction of the speaker array 1 is output. To turn. In this way, the probability that the acoustic beam of each channel reaches the listening position P can be increased to some extent.
  • the surround system according to the second embodiment of the present invention shows the operation of the surround system according to the second embodiment of the present invention.
  • the surround system according to this embodiment as in the first embodiment, at least a part of the plurality of channels is based on the change in the sound pressure at the listening position P when the output direction of the acoustic beam in the speaker array 1 is rotated. Determine the output direction of the acoustic beam of the other channel. At this time, output the center channel C, front channels L and R. The direction is determined, and the determined output direction of the center channel C may coincide with the forward direction of the speaker array 1 with a certain degree of accuracy.
  • the surround system according to the present embodiment has a function for calculating the optimum output direction of the surround channels SL and SR more accurately in the case of such a specific situation. This is added to the setting control unit 6.
  • the time Tu corresponds to the elapsed time from when the impulse of the acoustic beam is output from the speaker array 1 to the listening position P, as shown in FIG.
  • the time Tr corresponds to the elapsed time from when the impulse of the acoustic beam is output from the speaker array 1 until it is reflected by the wall behind the listening position P and reaches the listening position.
  • the impulse exceeding the second threshold is the surface where the output surface of a plurality of speaker units in the speaker array 1 belongs to the wall behind the listening position P (hereinafter referred to as the beam output surface). ) Is detected by the microphone 7.
  • the parameter setting control unit 6 determines that the rear wall of the listening position P is parallel to the beam output surface of the speaker array 1 and the rear wall. Therefore, the output direction of the surround channel acoustic beam is determined by the method described in the first embodiment.
  • the meter setting control unit 6 surrounds based on the elapsed times and the output directions of the left and right front channels L and R that have already been determined. Obtain the output direction of channels SL and SR.
  • Figures 6 (a) and 6 (b) show the calculation principle of the output direction of the surround channels SL and SR.
  • V and rectangle ABCD indicate the room where speaker array 1 and listening position P are placed. Each side of the rectangle represents a room wall.
  • the speaker array 1 has its center located at the origin O near the wall corresponding to the side DA (hereinafter referred to as wall DA to prevent complexity; the same applies to other walls).
  • the beam output surface is arranged so that it is parallel to the wall BC.
  • the parameter setting control unit 6 calculates the angle in the output direction of the surround channels SL and SR as follows.
  • the parameter setting control unit 6 calculates the distance Dusr from the origin O force, which is the center of the speaker array 1, to the listening position P by the following equation (1) using the elapsed time Tu and the known sound velocity Vs. To do.
  • the parameter setting control unit 6 uses the following equation (2) based on the distance Dusr obtained from the equation (1) and the elapsed time Tr to generate the origin O force shown in FIG. Calculate the distance Dlen.
  • the parameter setting control unit 6 uses the following formulas (3), (4), and (5) using the distance Dusr and the angles ⁇ ⁇ and ⁇ ⁇ : in the output direction of the left and right front channel acoustic beams. Calculate the distance D1 between the listening position ⁇ and the left wall ⁇ , the distance Dr between the listening position ⁇ and the right wall CD, and the width Dw of the room.
  • the parameter setting control unit 6 determines the angles ⁇ si and ⁇ sr in the output direction of the left and right surround channels SL and SR as follows.
  • the acoustic beam output from the speaker array 1 must be reflected by the walls AB and BC to reach the listening position P. Therefore, on the straight line along the wall AB, the vertex B force on the wall AB, the point Q and the vertex A returned by DusrZ2 to the vertex A side
  • the point S advanced by DusrZ2 on the opposite side of is virtualized.
  • the output direction of the sound beam of the surround channel SL is determined in the direction with the point Q. In this way, the sound beam of the surround channel SL output from the origin O is reflected by the Q point on the wall AB and then reflected at the intersection U with the parallelogram OQSP on the wall BC to be heard. Reach position P.
  • the angle ⁇ si of the point Q viewed from the origin O is calculated as follows.
  • the angle ⁇ sr in the output direction can be calculated by the same method.
  • This angle ⁇ sr is given by the following equation.
  • the parameter setting control unit 6 in the present embodiment has the center channel C, the front channels L and R, and the support in the directions of the angles ⁇ c, ⁇ 1, ⁇ r, ⁇ si, and ⁇ sr obtained as described above.
  • the parameters for the directivity control processing 22 in the signal processing units 2-1 to 2-5 are set so that the acoustic beams of the round channels SL and SR are output.
  • the output directions of the surround channels SL and SR for causing the acoustic beam to reach the listening position P along the ideal path are accurately determined by the geometric method. Is calculated. For this reason, a more appropriate surround effect can be obtained.
  • the parameter setting control unit 6 compensates for the difference between the channels in the required time from the origin O to the listening position P based on the path length of the acoustic beam of each channel.
  • the amount of time alignment is obtained and set as a parameter for time alignment processing 22 in the signal processing units 2-1 to 2-5. By doing so, the setting of the amount of time alignment is automated, making the surround system more usable and easier.
  • the powers explaining the embodiments of the present invention Besides these, various embodiments can be considered in the present invention.
  • the range of the angle ⁇ c that determines the output direction of the surround channel may be set by the user by operating the operator.
  • the range of the angle ⁇ c at which the second embodiment is executed may be set by operating the operation unit.
  • the present invention is based on a Japanese patent application filed on March 10, 2005 (Japanese Patent Application 2005-067908), the contents of which are incorporated herein by reference.

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Abstract

　煩雑な操作をユーザに要求することなく、スピーカアレイにおける各チャネルの音響ビームの出力方向を最適化することができるサラウンドシステムを提供する。パラメータ設定制御部６は、スピーカアレイ１から音響ビームを出力させ、この音響ビームの出力方向を回転させる制御を行う一方、音響ビームの出力方向を回転させたときのマイクロホン７によって検出される音圧の変化に基づいて、スピーカアレイ１における複数チャネルのうち少なくとも一部のチャネルの音響ビームの出力方向を決定し、残りのチャネルの音響ビームの出力方向を、音圧の変化に基づいて決定された他のチャネルの出力方向に基づいて演算する。

Description

明 細 書
サラウンドシステム
技術分野
[0001] 本発明は、スピーカアレイによりリスナを取り囲むような音場を形成するサラウンドシ ステムに関する。
背景技術
[0002] サラウンドシステムは、リスナの前方および後方に配置された複数のスピーカから放 音することにより臨場感に富んだサウンドをリスナに提供することができる。し力しなが ら、サラウンドシステムは、リスナの前後にスピーカを配置しなければならないため、狭 い部屋には不向きであり、また、オーディオアンプの各チャネルの出力信号をリスナ 前方に配置されるスピーカとリスナ後方に配置されるスピーカの両方に供給するため の信号線を部屋内に引き回さなければならず、信号線が邪魔になるという問題がある 。この問題を解決するための技術として、特許文献 1および 2は、指向性の鋭いスピ 一力アレイをリスナ前方に配置し、このスピーカアレイから出力される音響ビームを音 響空間の壁により反射させてリスナに到達させ、リアスピーカの代わりに使用する技 術を開示している。
特許文献 1：特開平 6— 205496号公報
特許文献 2：特開 2004 - 179711号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] ところで、スピーカアレイは、アレイ状に配列された複数のスピーカユニットに共通の オーディオ信号から得られた遅延オーディオ信号を供給し、各遅延オーディオ信号 の位相を調整することにより任意の指向性を持った音響ビームを生成するものである 。従来のサラウンドシステムは、リスナの聴覚に頼った手動調整であったため、一般の ユーザにとっては各チャネルの音響ビームが正確に聴取位置に伝達されるように音 響ビームの出力方向を制御するのが困難であり、特にサラウンドチャネルについては 音響ビームを壁に反射させて聴取位置に伝達させるため、そのスピーカアレイ力 の 出力方向を定めるのはさらに困難であるという問題があった。
[0004] この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、煩雑な操作をユーザ に要求することなぐスピーカアレイにおける各チャネルの音響ビームの出力方向を 最適化することができるサラウンドシステムを提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0005] この発明に係るサラウンドシステムは、複数のスピーカユニットを有し、直接にまたは 壁に反射させて聴取位置に伝達させるように複数チャネルの音響ビームを出力する スピーカアレイと、複数チャネルのオーディオ信号に対応した音響ビームが予め決定 された各出力方向に前記スピーカアレイから出力されるように前記複数チャネルのォ 一ディォ信号力 前記複数のスピーカユニットを駆動する信号を発生する信号処理 手段と、前記スピーカアレイの前方の聴取位置における音圧を検出する収音手段と 、前記スピーカアレイから出力される音響ビームの出力方向を回転させる制御を行う 制御手段と、前記音響ビームの出力方向を回転させたときの前記収音手段によって 検出される音圧の変化に基づいて、前記スピーカアレイにおける前記複数チャネル のうち少なくとも一部のチャネルの音響ビームの出力方向を決定し、前記検出された 音圧の変化に基づいて音響ビームの出力方向を決定することができな力つたチヤネ ルがある場合には、前記決定されたチャネルの音響ビームの出力方向に基づいて前 記決定することができな力つたチャネルの音響ビームの出力方向を演算する出力方 向決定手段とを具備する。
好適には、前記複数のチャネルは、センタチャネル、フロントチャネル及びサラゥン ドチャネルを有し、前記出力方向決定手段は、前記音響ビームの出力方向を回転さ せたときの前記収音手段によって検出される音圧の変化に基づいて、前記センタチ ャネルおよび前記フロントチャネルの音響ビームの出力方向を決定し、かつ前記サラ ゥンドチャネルの音響ビームの出力方向を決定することができな力つた場合に、前記 センタチャネルの音響ビームの出力方向と前記フロントチャネルの音響ビームの出力 方向とがなす角を二分する方向を前記サラウンドチャネルの音響ビームの出力方向 と決定する。
好適には、前記複数のチャネルは、センタチャネル、右フロントチャネル、左フロント チャネル、右サラウンドチャネル及び左サラウンドチャネルを有し、前記出力方向決 定手段は、前記音響ビームの出力方向を回転させたときの前記収音手段によって検 出される音圧の変化に基づいて、前記センタチャネル、前記右フロントチャネルおよ び前記左フロントチャネルの音響ビームの出力方向を決定し、前記右サラウンドチヤ ネル及び前記左サラウンドチャネルの音響ビームの出力方向を決定することができ ず、かつ、前記センタチャネルの音響ビームの出力方向が前記スピーカアレイの前 方方向に対して右側または左側に傾 、て 、る場合に、前記右サラウンドチャネル及 び前記左サラウンドチャネルのうち前記センタチャネルの音響ビームの出力方向が 傾いている側のサラウンドチャネルの音響ビームの出力方向を、前記センタチャネル の音響ビームの出力方向が傾いている側のフロントチャネルの音響ビームの出力方 向と前記センタチャネルの音響ビームの出力方向とがなす角を二分する方向と決定 し、前記センタチャネルの出力方向が傾いている側とは反対側のサラウンドチャネル の音響ビームの出力方向を、前記センタチャネルの出力方向が傾いている側とは反 対側のフロントチャネルの出力方向と前記スピーカアレイの前方方向とがなす角を二 分する方向とする。
好適には、前記出力方向決定手段は、前記センタチャネルの音響ビームの出力方 向が傾 ヽて 、る側のサラウンドチャネルの音響ビームの出力方向が、前記センタチヤ ネルの音響ビームの出力方向が傾いている側のフロントチャネルの音響ビームの出 力方向とセンタチャネルの音響ビームの出力方向とがなす角を二分する方向と決定 されたときに、前記センタチャネルの音響ビームの出力方向が傾いている側のフロン トチャネルの音響ビームの出力方向と前記センタチャネルの音響ビームの出力方向 とがなす角度が閾値より小さい場合は、前記決定されたセンタチャネルの音響ビーム の出力方向が傾いている側のサラウンドチャネルの音響ビームの代替として、前記セ ンタチャネルの音響ビームの出力方向が傾 、て 、る側のサラウンドチャネルの音響ビ ームの出力方向を、前記センタチャネルの音響ビームの出力方向が傾いている側の フロントチャネルの出力方向と同一方向に決定する。
好適には、前記複数のチャネルは、センタチャネル、右フロントチャネル、左フロント チャネル、右サラウンドチャネル及び左サラウンドチャネルを有し、前記出力方向決 定手段は、前記音響ビームの出力方向を回転させたときの前記収音手段によって検 出される音圧の変化に基づいて、前記センタチャネルの音響ビームの出力方向と、 前記右フロントチャネルおよび前記左フロントチャネルのうち一方の音響ビームの出 力方向とを決定し、かつ他方のフロントチャネル、前記右サラウンドチャネル及び左 サラウンドチャネルの音響ビームの出力方向を決定することができな力つた場合に、 前記他方のフロントチャネルの音響ビームの出力方向を、前記スピーカアレイの前方 方向を対称軸として、前記一方のフロントチャネルの音響ビームの出力方向と左右対 称となる方向に決定し、前記右サラウンドチャネル及び左サラウンドチャネルの各々 の音響ビームの出力方向を、それぞれのサラウンドチャネルの音響ビームの出力方 向と同じ側のフロントチャネルの出力方向と前記スピーカアレイの前方方向とがなす 角を二分する方向に決定する。
好適には、前記複数のチャネルは、センタチャネル、右フロントチャネル、左フロント チャネル、右サラウンドチャネル及び左サラウンドチャネルを有し、前記出力方向決 定手段は、前記音響ビームの出力方向を回転させたときの前記収音手段によって検 出される音圧の変化に基づいて、前記センタチャネル、前記右フロントチャネル及び 前記左フロントチャネルの音響ビームの出力方向を決定し、前記右サラウンドチヤネ ル及び左サラウンドチャネルの音響ビームの出力方向を決定することができず、かつ 、前記センタチャネルの出力方向が前記スピーカアレイの前方方向を向いている場 合に、前記スピーカアレイの前方方向に音響ビームのインパルスを前記スピーカァレ ィから出力し、前記収音手段により検出される当該音響ビームのインパルスに対する 応答と前記右フロントチャネル及び前記左フロントチャネルの音響ビームの出力方向 とに基づいて、前記スピーカアレイおよび聴取位置を壁により囲む空間のサイズとそ の空間内における前記聴取位置の相対位置を求め、その結果に基づいて、前記右 サラウンドチャネル及び左サラウンドチャネルの音響ビームの出力方向を演算する。 力かるサラウンドシステムによれば、音響ビームの出力方向を回転させたときの収音 手段によって検出される音圧の変化に基づいて、スピーカアレイにおける少なくとも 一部のチャネルの音響ビームの出力方向が決定される。そして、音響ビームの音圧 の変化に基づいて出力方向を決定することができな力つたチャネルがある場合、その チャネルの出力方向は、既に決定された他のチャネルの出力方向力 演算される。 従って、ユーザに煩雑な操作を求めることなぐスピーカアレイにおける各チャネルの 音響ビームの出力方向を最適化し、快適なサラウンド再生環境をユーザに提供する ことができる。
図面の簡単な説明
[0006] [図 1]この発明の第 1実施形態であるサラウンドシステムの構成を示すブロック図であ る。
[図 2]同システムにおけるパラメータ設定制御部の処理内容を説明する図である。
[図 3]同システムにおけるパラメータ設定制御部の処理内容を説明する図である。
[図 4]この発明の第 2実施形態であるサラウンドシステムの動作を説明する図である。
[図 5]同実施形態において測定されるインパルス応答を示す波形図である。
[図 6]同実施形態におけるパラメータ設定制御部の処理内容を説明する図である。 符号の説明
[0007] 1…スピーカアレイ
2— 1〜2— 5· ··信号処理部
4· ··測定用音響ビーム発生制御部
5…ビーム方向制御部
6· ··パラメータ測定制御部
7· ··マイクロホン
発明を実施するための最良の形態
[0008] 以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
<第 1実施形態 >
図 1は、この発明の第 1実施形態であるサラウンドシステムの構成を示すブロック図 である。このサラウンドシステムは、 n個（nは複数)の無指向性のスピーカユニットを線 状またはアレイ状に配列してなるスピーカアレイ 1と、スピーカセンタチャネル C、フロ ント左チャネル FL,フロント右チャネル FR、サラウンド左チャネル SLおよびサラウンド 右チャネル SRの各オーディオ信号を処理する 5個の信号処理部 2— k(k= 1〜5)と 、加算器群 3とを有している。 [0009] ここで、信号処理部 2— k (k = 1〜5)は、例えば DSP (Digital Signal Processor)で あり、この DSPは信号処理部 2— k (k= l〜5)に対応した処理として、フィルタ処理 2 1と、タイムァライメント処理 22と、指向性制御処理 23とを実行する。
[0010] 本実施形態において、あるチャネルに対応した音響ビームは、スピーカアレイ 1から 出力されて聴取位置に直接到達する。また、別のチャネルに対応した音響ビームは 視聴空間を画する壁に 1回または複数回反射されて聴取位置に到達する。このよう に、音響ビームがスピーカアレイ 1から出力されて力 聴取位置に到達するまでの経 路の損失の周波数特性および音響ビームの伝達時間は一般に各チャネル間で異な る。フィルタ処理 21は、当該チャネルの音響ビームの伝達経路の損失を補償するた めの手段である。また、タイムァライメント処理 22は、音響ビームの伝達時間の各チヤ ネル間の差を補償するための手段である。
[0011] 指向性制御処理 23では、フィルタ処理 21およびタイムァライメント処理 22を経たォ 一ディォ信号からスピーカアレイ 1における複数のスピーカユニットを駆動するための 複数の遅延オーディオ信号を生成する。ここで、あるチャネルに対応した信号処理部 2— kの指向性制御処理 23において、各遅延オーディオ信号と元のオーディオ信号 との間の遅延時間は、そのチャネルのために予め決定されたスピーカアレイ 1におけ る音響ビームの出力方向に基づいて決定される。なお、この音響ビームの出力方向 を決定するための手段については後述する。加算器群 3は、信号処理部 2— k (k= l 〜5)の各指向性制御部 23から出力される遅延オーディオ信号を同一スピーカュ- ットに対応したもの同士加算し、各スピーカユニットの駆動信号として出力する装置で ある。
[0012] 本実施形態の特徴は、以上説明した装置に加えて、収音手段たるマイクロホン 7と 、測定用音響ビーム発生制御部 4、ビーム方向制御部 5およびパラメータ設定制御 部 6からなる出力方向決定部 10をサラウンドシステムに設けた点にある。
[0013] ここで、マイクロホン 7は、スピーカアレイ 1の配置される視聴空間の視聴位置に配 置して用いられる収音手段である。測定用音響ビーム発生制御部 4は、パラメータ設 定制御部 6による制御の下、測定用音響ビームをスピーカアレイ 1から出力させるた めのオーディオ信号を発生する回路である。パラメータ設定制御部 6は、この測定用 音響ビームの出力を行う場合、信号処理部 2— 1の入力部に設けられたスィッチ SW 1を ONとし、これにより、測定用音響ビーム発生制御部 4から出力されるオーディオ 信号を信号処理部 2— 1に与える。ビーム方向制御部 5は、パラメータ設定制御部 6 力 の指令に従い、チャネル毎に予め決められた方向の音響ビームをスピーカアレイ 1から出力させる遅延オーディオ信号を生成するための制御を行う装置である。また 、ビーム方向制御部 5は、音響ビームの出力方向をチャネル毎に決定する処理を行 う際に、パラメータ設定制御部 6からの指令に従い、スピーカアレイ 1における測定用 音響ビームの出力方向が一定の角速度で回転するように信号処理部 2— 1において 遅延オーディオ信号を生成する際の遅延時間を制御する機能を有している。
[0014] パラメータ設定制御部 6は、音響ビームの出力方向の最適化処理の実行を命ずる コマンドが与えられたとき、測定用音響ビームの元となるオーディオ信号を測定用音 響ビーム発生制御部 4から信号処理部 2—1に供給するための制御を行うとともに、 一定角速度で回転する音響ビームを発生させる指令をビーム方向制御部 5に送る。 そして、パラメータ設定制御部 6は、その後、スピーカアレイ 1から出力される測定用 音響ビームの出力方向の回転角度の変化を把握し、その回転角度の変化とマイクロ ホン 7によって検知される視聴位置における音圧の変化との関係に基づいて、 5チヤ ネルのオーディオ信号に対応してスピーカアレイ 1から出力すべき音響ビームの少な くとも一部のチャネルの出力方向を決定する。また、パラメータ設定制御部 6は、これ により出力方向の決定されないチャネルがある場合には、そのチャネルの音響ビーム の出力方向を、マイクロホン 7によって検出される音圧の変化に基づいて決定された チャネルの音響ビームの出力方向に基づいて決定する。そして、パラメータ設定制 御部 6は、チャネル毎に、決定された出力方向の音響ビームがスピーカアレイ 1から 出力されるよう信号処理部 2—k (k= 1〜5)の各指向性制御部 23から出力される複 数の遅延オーディオ信号の遅延量の設定を行う。
[0015] 以下、本実施形態の動作を説明する。本実施形態において、各チャネルのオーデ ィォ信号は、チャネル毎に出力方向決定部 10により予め決定された出力方向に指 向性を有する音響ビームとなってスピーカアレイ 1から出力される。ここで、各チヤネ ルの音響ビームの出力方向の決定の態様は、スピーカアレイ 1が配置される部屋の 形状およびサイズ、その部屋と部屋内におけるスピーカアレイ 1の位置と聴取位置と の関係により異なったものとなる。以下、図 2 (a)〜（d)および図 3 (a)〜（d)を参照し、 各種の例を説明する。
[0016] 第 1の例では、図 2 (a)に示すような環境において、操作部（図示略)の操作により 音響ビームの出力方向の最適化処理の実行を命ずるコマンドがサラウンドシステム のパラメータ設定制御部 6に与えられ、これにより一定の角速度で回転する測定用音 響ビームがスピーカアレイ 1から出力される。その間、聴取位置 Pに置かれたマイクロ ホン 7の出力信号がパラメータ設定制御部 6に供給される。この結果、図 3 (a)に示す ような音響ビームの回転角度 φとマイクロホン 7により検出された視聴位置での音圧と の関係を示す特性曲線がパラメータ設定制御部 6により取得される。
この図 3 (a)および後で参照する図 3 (b)〜（d)にお 、て、横軸は水平面内にお!、て 基準軸と音響ビームの出力方向との間の角度 φであり、縦軸はマイクロホン 7により 検出された音圧である。本実施形態にぉ 、て基準軸は聴取位置から見てスピーカァ レイ 1の左方向を向いており、同方向の角度 φが 0° 、スピーカアレイ 1の前方方向の 角度 φは 90° 、スピーカアレイ 1の右方向の角度 φは 180° となっている。
[0017] パラメータ設定制御部 6は、取得された特性曲線において、閾値を越える音圧のピ ークを求める。そして、この求めた音圧のピークの大きさと、そのピークが発生する音 響ビームの角度 φに基づき、センタチャネル C、フロント左チャネル L、フロント右チヤ ネル R、サラウンド左チャネル SLおよびサラウンド右チャネル SRの少なくとも一部の チャネルの音響ビームの出力方向を決定する。図 3 (a)に示す例では、特性曲線上、 閾値を越える音圧のピークが 3個あり、それらのうち最も大きなピークが 90° 付近の 角度 φ cにおいて得られている。この角度 φ cで出力された音響ビームは、スピーカ アレイ 1の前方にある聴取位置 Pに直接到達したと考えられる。そこで、パラメータ設 定制御部 7は、この角度 φ cの方向をセンタチャネル Cの音響ビームの出力方向とす る。
[0018] 特性曲線上、この最大のピークの両側の角度 φ 1 ( φ 1< φ ο)および φ ι: ( φ ι:> φ ο) の出力方向には、それよりもやや音圧の低い 2個のピークがある。ここで、角度 φ 1 ( φ r)におけるピークは、スピーカアレイ 1から角度 φ 1 ( φ r)の方向に出力された音響ビ ームがスピーカレイ 1の左側 (右側）の壁に反射されて聴取位置 Pに到達したときに生 じたものであると考えられる。そこで、パラメータ設定制御部 7は、角度 φ 1および φ r の各方向をフロントチャネル Lおよび Rの音響ビームの各出力方向とする。
[0019] さて、サラウンドチャネル SL (SR)については、スピーカアレイ 1から出力された音響 ビームが聴取位置の左側 (右側）の壁および後方の壁に反射されて聴取位置 Pに到 達するような経路を迪るように、各チャネルの音響ビームの出力方向を定めるのが理 想的である。しかし、そのような出力方向に出力された音響ビームは、 2度に亙る反射 を経て聴取位置 Pに到達するため、聴取位置 Pにお 、て検出される音響ビームの音 圧は低くなる。従って、ある角度 φにおいて、スピーカアレイ 1から出力された音響ビ ームが 2度に亙る反射を経て聴取位置 Pに到達したとしても、特性曲線上、その角度 φにおいて音圧のピークは生じ難ぐたとえ生じたとしても極めてレベルが低く発見 するのが困難である。このため、サラウンドチャネルについては、角度 φの変化に対 する音圧の変化に基づいて音響ビームの出力方向を決定することができない可能性 がある。そのような場合、パラメータ設定制御部 6は、次のようにしてサラウンドチヤネ ルの音響ビームの出力方向を決定する。
[0020] すなわち、サラウンドチャネル SLについては、既に決定されたセンタチャネルじの 出力方向の角度 Φ cとフロントチャネル Lの出力方向の角度 φ 1との平均値である角 度 φ ( φ ο+ φ 1)Ζ2を算出し、この角度 φ siの方向をサラウンドチャネル SLの音 響ビームの出力方向とする。この場合、図 2 (a)および図 3 (a)に示すように、サラゥン ドチャネル SLおよびフロントチャネル Lの各出力方向間の角度 0 1とサラウンドチヤネ ル SLおよびセンタチャネル Cの各出力方向間の角度 Θ 2は等しくなり、サラウンドチ ャネル SLの出力方向はセンタチャネル Cの出力方向とフロントチャネル の出力方 向とがなす角を二分する方向となる。サラウンドチャネル SRにつ 、ても同様であり、 センタチャネル Cの出力方向の角度 φ cとフロントチャネル Rの出力方向の角度 φ rと の平均値である角度 φ sr= ( φ c+ φ r)Z2を算出し、この角度 φ srの方向をサラウ ンドチャネル SRの音響ビームの出力方向とするのである。
[0021] 以上のように、この例におけるサラウンドチャネル SLおよび SRの出力方向は、幾何 学的方法により音響ビームの経路を定めることにより得られるものではないが、これら のチャネルの音響ビームの指向性にある程度の広がりを持たせ、多方向に音響ビー ムを拡散させることにより、適切な音場を得ることができる。
[0022] 第 2の例では、図 3 (b)に示す特性曲線がパラメータ設定制御部 6により取得される 。この特性曲線は、第 1の例のものと同様、 3箇所において閾値を越える音量のピー クを生じており、これらのピークが生じている角度 φ ΐおよび φ ι:の各方向がセン タチャネル C、フロントチャネル Lおよび Rの音響ビームの出力方向として決定されて いる。
[0023] ところが、第 2の例では、角度 φ cが 90° を中心とした許容範囲内に収まっていな い。このような状況は、図 2 (b)に例示するように、聴取位置 Pのある方角がスピーカァ レイ 1の前方方向から例えば右側に大きく傾いている場合に生じうる。このような場合 、第 1の例と同じ方法によりサラウンドチャネル SLおよび SRの両方の出力方向を決 定するのは適切でない。何故ならば、例えば図 2 (b)に示す場合において、第 1の例 と同じ方法によりサラウンドチャネル Lの音響ビームの出力方向を決定すると、スピー 力アレイ 1から出力されたサラウンドチャネル Lの音響ビームは聴取位置 Pの左側の 壁には進まず、聴取位置 Pの後方の壁に到達し、そこで反射される可能性が高い。こ れではサラウンドチャネル SLにより適切な音場効果を得ることは期待できない。
[0024] そこで、本実施形態では、第 2の例に該当する場合には、次のようにサラウンドチヤ ネル SL、 SRの音響ビームの出力方向を決定する。まず、左右 2チャネルのサラゥン ドチャネルのうちセンタチャネル Cの出力方向が傾いている側のサラウンドチャネルに ついては、当該サラウンドチャネルと同じ側のフロントチャネルの出力方向とセンタチ ャネルの出力方向とがなす角を二分する方向を出力方向とする。図 2 (b)および図 3 ( b)に示す例では、センタチャネル Cの出力方向はスピーカアレイ 1の前方方向を基 準として右側に傾いている。従って、この処理では、サラウンドチャネル SRが選択さ れ、このサラウンドチャネル SRの出力方向は、サラウンドチャネル SRと同じ側のフロ ントチャル尺の出力方向とセンタチャネル Cの出力方向とがなす角を二分する方向と される。次に、左右 2チャネルのサラウンドチャネルのうちセンタチャネル Cの出力方 向が傾!ヽて 、る側と反対側のサラウンドチャネルにつ 、ては、当該サラウンドチヤネ ルと同じ側のフロントチャネルの出力方向とスピーカアレイ 1の前方方向とがなす角を 二分する方向を出力方向とする。図 2 (b)および図 3 (b)に示す例の場合、この処理 では、サラウンドチャネル SLが選択され、このサラウンドチャネル SLの出力方向は、 サラウンドチャネル SLと同じ側のフロントチャル Lの出力方向とスピーカアレイ 1の前 方方向とがなす角を二分する方向とされる。
[0025] 以上の処理により、左右 2チャネルのサラウンドチャネルのうちセンタチャネルじの 出力方向が傾 ヽて 、な 、側のサラウンドチャネル (この例の場合、サラウンドチャネル SL)について、そのサラウンドチャネルの音響ビームを斜め後方力 聴取位置 Pに到 達させることができる蓋然性を高めることができる。なお、第 2の例では、聴取位置 P 力 Sスピーカアレイ 1の前方方向から右側に傾いた方角にある場合を取り上げたが、聴 取位置 Pが聴取位置 Pがスピーカアレイ 1の前方方向力 左側に傾いた方角にある 場合も、同様の方法によりサラウンドチャネル SL、 SRの出力方向を決定することが可 能である。
[0026] 第 3の例では、図 3 (c)に示す特性曲線がパラメータ設定制御部 6により取得され、 閾値を越える音量のピークが生じている角度 φ c、 φ 1および φ rの各方向がセンタチ ャネル C、フロントチャネル Lおよび Rの音響ビームの出力方向として決定されている 。この第 3の例でも、角度 φ cは 90° を越えており、第 2の例と同様、センタチャネル C の出力方向は右側に大きく傾いているが、この傾きの程度は、第 2の例のものよりも 大きい。このため、第 2の例と同じ方法によりサラウンドチャネル SRの出力方向を決 定すると、そのサラウンドチャネル SRの出力方向とセンタチャネル Cの出力方向とが なす角度 Θが予めある角度に設定された閾値より小さくなる。このようにサラウンドチ ャネル SRの出力方向がセンタチャネル Cの出力方向と接近し過ぎていると、聴取位 置 Pにおいて両チャネルの音響ビームの干渉が生じ易くなる。
[0027] そこで、本実施形態では、第 3の例に該当する場合には、次のようにしてサラウンド チャネル SL、 SRの出力方向を決定する。すなわち、左右 2チャネルのサラウンドチヤ ネル SL、 SRのうちセンタチャネル Cの出力方向が傾いている側のサラウンドチヤネ ル（この例ではサラウンドチャネル SR)については、そのサラウンドチャネルの出力方 向をそれと同じ側のフロントチャネル（この例ではフロントチャネル FR)の出力方向と 同一方向とし、残りのサラウンドチャネルについては上記第 2の例と同じ方法により出 力方向を決定するのである。このようにすることにより聴取位置 Pにおけるセンタチヤ ネルとサラウンドチャネルの音響ビームの干渉を緩和することができる。
[0028] 第 4の例では、図 3 (d)に示す特性曲線がパラメータ設定制御部 6により取得される 。この特性曲線は、閾値を越える音量のピークを 2つしか有していない。この場合、パ ラメータ設定制御部 6は、特性曲線上、大きな音量のピークが生じている 90° 付近の 角度 φ cの方向をセンタチャネル Cの出力方向とするとともに、もう 1つの音量のピー クが生じている角度 φ cより小さな角度 φ 1の方向をフロントチャネル Lの出力方向とす る。このように音量のピークが 2つしか得られないと、 1つのフロントチャネルの出力方 向を決定することができず、上記各例のいずれの方法を用いても全てのサラウンドチ ャネルの出力方向を決定することができない。このような状況は、図 2 (d)に示すよう に、スピーカアレイ 1および聴取位置 Pを囲む空間が正方形または長方形ではなぐ スピーカアレイ 1の左右いずれかの側に進む音響ビームが 1回の反射では視聴位置 Pに到達し得ないような場合に生じうる。
[0029] このような第 4の例に該当する場合、本実施形態では、次のように取り扱う。まず、左 右 2チャネルのフロントチャネルのうち出力方向の決定されなかったフロントチャネル（ この例ではフロントチャネル R)については、図 2 (d)に示すように、スピーカアレイ 1の 前方方向を向いた軸を対称軸として、出力方向の決定されたフロントチャネル (この 例ではフロントチャネル L)の出力方向と左右対称となる方向を出力方向とする。そし て、左右 2チャネルのサラウンドチャネルの各々については、図 2 (d)に示すように、 同じ側のフロントチャネルの出力方向とスピーカアレイ 1の前方方向とがなす角を二 分する方向を出力方向するのである。このようにすることで、各チャネルの音響ビーム が聴取位置 Pに到達する蓋然性をある程度高めることができる。
[0030] <第 2実施形態 >
図 4〜図 6は、この発明の第 2実施形態であるサラウンドシステムの動作を示してい る。本実施形態に係るサラウンドシステムでは、上記第 1実施形態と同様、スピーカァ レイ 1における音響ビームの出力方向を回転させたときの聴取位置 Pにおける音圧の 変化に基づいて複数チャネルのうち少なくとも一部のチャネルの音響ビームの出力 方向を決定する。この際に、センタチャネル C、フロントチャネル Lおよび Rの出力方 向が決定され、かつ、決定されたセンタチャネル Cの出力方向がスピーカアレイ 1の 前方方向とある程度の精度で一致しているような場合がある。本実施形態に係るサラ ゥンドシステムには、このような特定の状況に該当する場合に、より正確にサラウンド チャネル SL、 SRの最適な出力方向を演算する機能を上記第 1実施形態におけるパ ラメータ設定制御部 6に追加したものである。
[0031] 本実施形態において、パラメータ設定制御部 6は、上記の特定の状況にあることが 判明したとき、ビーム方向制御部 5および測定用音響ビーム発生制御部 4を制御して 、ある時刻 t = 0において、スピーカアレイ 1からその前方方向（ φ c = 90° の方向）に 音響ビームのインパルスを出力させる。そして、パラメータ設定制御部 6は、音響ビー ムのインパルスを出力後、 1度目の閾値を越えるインパルスがマイクロホン 7により検 出されるまでの経過時間 Tuと、インパルスの出力時点から 2度目の閾値を越えるイン パルスがマイクロホン 7により検出されるまでの経過時間 Trとを求める。ここで、時間 T uは、図 5に示すように、音響ビームのインパルスがスピーカアレイ 1から出力されて聴 取位置 Pに到達するまでの経過時間に相当する。また、時間 Trは、図 5に示すように 、音響ビームのインパルスがスピーカアレイ 1から出力され、その後、聴取位置 Pの後 方の壁に反射されて聴取位置に到達するまでの経過時間に相当する。なお、インパ ルスの出力タイミング以後、 2度目の閾値を越えるインパルスは、聴取位置 Pの後方 にある壁がスピーカアレイ 1における複数のスピーカユニットの出力面が共通に属す る面（以下、ビーム出力面という）と平行である場合にマイクロホン 7により検出される。 マイクロホン 7によりこの閾値を越える 2度目のインノ《ルスが検出されない場合、パラメ ータ設定制御部 6は、聴取位置 Pの後方の壁がスピーカアレイ 1のビーム出力面と、 後方の壁とが平行ではないと判断し、上記第 1実施形態において述べた方法により サラウンドチャネルの音響ビームの出力方向を決定する。
[0032] 上記経過時間 Tuおよび Trが得られた場合、ノ メータ設定制御部 6は、これらの 経過時間と既に決定されている左右 2チャネルのフロントチャネル L、 Rの出力方向に 基づいて、サラウンドチャネル SL、 SRの出力方向を求める。図 6 (a)および (b)は、こ のサラウンドチャネル SL、 SRの出力方向の算出原理を示すものである。この図にお V、て、長方形 ABCDはスピーカアレイ 1および聴取位置 Pが配置される部屋を示して おり、長方形の各辺は部屋の壁を示している。スピーカアレイ 1は、辺 DAに相当する 壁 (以下、煩雑さを防ぐため、壁 DAという表記を用いる。他の壁も同様である。）の近 傍の原点 Oにその中心を位置させ、そのビーム出力面が壁 BCと平行になるような向 きで配置されている。スピーカアレイ 1の前方方向（原点 Oから見て φ = 90° の方向 )には聴取位置 Pがある。そして、この例では、上記第 1実施形態において説明した 処理により、センタチャネル C、フロントチャネル Lおよび Rの出力方向の角度 () c ( = 90° )、 φ 1および φ rが得られている。この場合、パラメータ設定制御部 6は、サラウ ンドチャネル SLおよび SRの出力方向の角度を次のようにして算出する。
[0033] まず、パラメータ設定制御部 6は、経過時間 Tuと既知の音速 Vsとを用いて、次式（ 1)によりスピーカアレイ 1の中心である原点 O力も聴取位置 Pまでの距離 Dusrを算出 する。
Dusr=Tu-Vs …… (1)
次にパラメータ設定制御部 6は、式（1)により求めた距離 Dusrと、経過時間 Trとに 基づき、次式（2)により、図 6に示す原点 O力も聴取位置 Pの後方の壁 BCまでの距 離 Dlenを算出する。
Dlen=Dusr+ ( (Tr-Vs-Du) /2) …… (2)
次にパラメータ設定制御部 6は、距離 Dusrと、左右のフロントチャネルの音響ビー ムの出力方向の角度 φ ΐおよび φ ι:を用いて、次式（3)、 （4)および（5)により、聴取 位置 Ρとその左側の壁 ΑΒとの距離 D1、聴取位置 Ρとその右側の壁 CDとの距離 Drお よび部屋の横幅 Dwを算出する。
Dl= Dusr -tan (90° - 1) /2 …… (3)
Dr=Dusr-tan ( (i) r— 90° )Z2 ……（4)
Dw=Dl+Dr …… (5)
[0034] そして、パラメータ設定制御部 6は、左右 2チャネルのサラウンドチャネル SL、 SRの 出力方向の角度 φ siおよび φ srを次のようにして求める。まず、サラウンドチャネル S Lについては、スピーカアレイ 1から出力された音響ビームが壁 ABおよび BCに反射 されて聴取位置 Pに到達するようにしなければならない。そこで、壁 ABに沿った直線 上にお 、て、壁 ABにお 、て頂点 B力 頂点 A側に DusrZ2だけ戻った点 Qと頂点 A の反対側に DusrZ2だけ進んだ点 Sを仮想する。そして、サラウンドチャネル SLの音 響ビームを出力方向を点 Qのある方向に定める。このようにすると、原点 Oから出力さ れたサラウンドチャネル SLの音響ビームは、壁 ABにおける Q点にぉ 、て反射された 後、壁 BCにおける平行四辺形 OQSPとの交点 Uにおいて反射され、聴取位置 Pに 到達する。
[0035] 原点 Oから見た点 Qの角度 φ siは、次のようにして算出する。
φ si
=tan_1 (AQ/Dl)
=tan_1 ( (Dlen— (Dusr/2) ) /Dl)
= tan—1 ( (2 · Dlen-Dusr) / (2-D1) ) …… (6)
[0036] サラウンドチャネル SRについても、同様な方法により出力方向の角度 φ srの算出 が可能である。この角度 φ srは、次式により与えられる。
φ sr
= 180° -tan_1 ( (2-Dlen-Dusr) / (2- (Dw— Dl) ) )…… (7)
[0037] 本実施形態におけるパラメータ設定制御部 6は、以上のようにして求めた角度 φ c、 φ 1、 φ r、 φ siおよび φ srの方向にセンタチャネル C、フロントチャネル Lおよび R、サ ラウンドチャネル SLおよび SRの各音響ビームが出力されるように、信号処理部 2— 1 〜2— 5における指向性制御処理 22のためのパラメータ設定を行うのである。
[0038] 本実施形態によれば、以上のように、音響ビームを理想的な経路を迪つて聴取位 置 Pに到達させるためのサラウンドチャネル SLおよび SRの出力方向が幾何学的手 法により正確に演算される。このため、より適切なサラウンド効果が得られる。また、本 実施形態では、部屋のサイズを求めるので、その結果を用いて各チャネルの音響ビ ームの経路長を求めることが可能である。そこで、好ましい態様においてパラメータ設 定制御部 6は、各チャネルの音響ビームの経路長に基づき、音響ビームが原点 Oか ら聴取位置 Pに至るまでの所要時間のチャネル間の差を補償するためのタイムァライ メント量を求め、これを信号処理部 2—1〜2— 5におけるタイムァライメント処理 22の ためのパラメータとして設定する。このようにすることで、タイムァライメント量の設定が 自動化され、サラウンドシステムがより使 、やす 、ものになる。 [0039] <他の実施形態 >
以上、この発明の実施形態を説明した力 これら以外にも、本発明には各種の実施 形態が考えられる。例えば上記第 1実施形態において、第 1の例のようにサラウンド チャネルの出力方向を定める角度 φ cの範囲をユーザが操作子の操作などにより設 定し得るように構成してもよい。同様に上記第 2実施形態が実行される角度 φ cの範 囲を操作部の操作により設定するように構成してもよ 、。
[0040] 本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明してきたが、本発明の精神、 範囲または意図の範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができるこ とは当業者にとって明らかである。
本発明は、 2005年 3月 10日出願の日本特許出願 (特願 2005-067908)に基づくもの であり、その内容はここに参照として取り込まれる。

Claims

請求の範囲
[1] サラウンドシステムは、複数のスピーカユニットを有し、直接にまたは壁に反射させて 聴取位置に伝達させるように複数チャネルの音響ビームを出力するスピーカアレイと 、複数チャネルのオーディオ信号に対応した音響ビームが予め決定された各出力方 向に前記スピーカアレイから出力されるように前記複数チャネルのオーディオ信号か ら前記複数のスピーカユニットを駆動する信号を発生する信号処理手段と、前記スピ 一力アレイの前方の聴取位置における音圧を検出する収音手段と、前記スピーカァ レイから出力される音響ビームの出力方向を回転させる制御を行う制御手段と、前記 音響ビームの出力方向を回転させたときの前記収音手段によって検出される音圧の 変化に基づいて、前記ス一力アレイにおける前記複数チャネルのうち少なくとも一部 のチャネルの音響ビームの出力方向を決定し、前記検出された音圧の変化に基づ いて音響ビームの出力方向を決定することができな力つたチャネルがある場合には、 前記決定されたチャネルの音響ビームの出力方向に基づ 、て前記決定することがで きな力つたチャネルの音響ビームの出力方向を演算する出力方向決定手段とを具備 する。
[2] 請求項 1に記載のサラウンドシステムであって、前記複数のチャネルは、センタチヤネ ル、フロントチャネル及びサラウンドチャネルを有し、前記出力方向決定手段は、前 記音響ビームの出力方向を回転させたときの前記収音手段によって検出される音圧 の変化に基づ 、て、前記センタチャネルおよび前記フロントチャネルの音響ビームの 出力方向を決定し、かつ前記サラウンドチャネルの音響ビームの出力方向を決定す ることができな力つた場合に、前記センタチャネルの音響ビームの出力方向と前記フ ロントチャネルの音響ビームの出力方向とがなす角を二分する方向を前記サラウンド チャネルの音響ビームの出力方向と決定する。
[3] 請求項 1に記載のサラウンドシステムであって、前記複数のチャネルは、センタチヤネ ル、右フロントチャネル、左フロントチャネル、右サラウンドチャネル及び左サラウンド チャネルを有し、前記出力方向決定手段は、前記音響ビームの出力方向を回転させ たときの前記収音手段によって検出される音圧の変化に基づいて、前記センタチヤ ネル、前記右フロントチャネルおよび前記左フロントチャネルの音響ビームの出力方 向を決定し、前記右サラウンドチャネル及び前記左サラウンドチャネルの音響ビーム の出力方向を決定することができず、かつ、前記センタチャネルの音響ビームの出力 方向が前記ス一力アレイの前方方向に対して右側または左側に傾いている場合に、 前記右サラウンドチャネル及び前記左サラウンドチャネルのうち前記センタチャネル の音響ビームの出力方向が傾いている側のサラウンドチャネルの音響ビームの出力 方向を、前記センタチャネルの音響ビームの出力方向が傾いている側のフロントチヤ ネルの音響ビームの出力方向と前記センタチャネルの音響ビームの出力方向とがな す角を二分する方向と決定し、前記センタヤネルの出力方向が傾いている側とは反 対側のサラウンドチャネルの音響ビームの出力方向を、前記センタチャネルの出力 方向が傾いている側とは反対側のフロントチャネルの出力方向と前記スピーカアレイ の前方方向とがなす角を二分する方向とする。
[4] 請求項 3に記載のサラウンドシステムであって、前記出力方向決定手段は、前記セン タチャネルの音響ビームの出力方向が傾 、て 、る側のサラウンドチャネルの音響ビ ームの出力方向が、前記センタチャネルの音響ビームの出力方向が傾いている側の フロントチャネルの音響ビームの出力方向とセンタチャネルの音響ビームの出力方向 とがなす角を二分する方向と決定されたときに、前記センタチャネルの音響ビームの 出力方向が傾いている側のフロントチャネルの音響ビームの出力方向と前記センタ チャネルの音響ビームの出力方向とがなす角度が閾値より小さい場合は、前記決定 されたセンタチャネルの音響ビームの出力方向が傾 ヽて 、る側のサラウンドチャネル の音響ビームの代替として、前記センタチャネルの音響ビームの出力方向が傾いて いる側のサラウンドチャネルの音響ビームの出力方向を、前記センタチャネルの音響 ビームの出力方向が傾いている側のフロントチャネルの出力方向と同一方向に決定 する。
[5] 請求項 1に記載のサラウンドシステムであって、前記複数のチャネルは、センタチヤネ ル、右フロントチャネル、左フロントチャネル、右サラウンドチャネル及び左サラウンド チャネルを有し、前記出力方向決定手段は、前記音響ビームの出力方向を回転させ たときの前記収音手段によって検出される音圧の変化に基づいて、前記センタチヤ ネルの音響ビームの出力方向と、前記右フロントチャネルおよび前記左フロントチヤ ネルのうち一方の音響ビームの出力方向とを決定し、かつ他方のフロントチャネル、 前記右サラウンドチャネル及び左サラウンドチャネルの音響ビームの出力方向を決定 することができな力つた場合に、前記他方のフロントチャネルの音響ビームの出力方 向を、前記スピーカアレイの前方方向を対称軸として、前記一方のフロントチャネル の音響ビームの出力方向と左右対称となる方向に決定し、前記右サラウンドチャネル 及び左サラウンドチャネルの各々の音響ビームの出力方向を、それぞれのサラウンド チャネルの音響ビームの出力方向と同じ側のフロントチャネルの出力方向と前記スピ 一力アレイの前方方向とがなす角を二分する方向に決定する。
請求項 1に記載のサラウンドシステムであって、前記複数のチャネルは、センタチヤネ ル、右フロントチャネル、左フロントチャネル、右サラウンドチャネル及び左サラウンド チャネルを有し、前記出力方向決定手段は、前記音響ビームの出力方向を回転させ たときの前記収音手段によって検出される音圧の変化に基づいて、前記センタチヤ ネル、前記右フロントチャネル及び前記左フロントチャネルの音響ビームの出力方向 を決定し、前記右サラウンドチャネル及び左サラウンドチャネルの音響ビームの出力 方向を決定することができず、かつ、前記センタチャネルの出力方向が前記スピーカ アレイの前方方向を向 、て 、る場合に、前記スピーカアレイの前方方向に音響ビー ムのインパルスを前記スピーカアレイから出力し、前記収音手段により検出される当 該音響ビームのインパルスに対する応答と前記右フロントチャネル及び前記左フロン トチャネルの音響ビームの出力方向とに基づ 、て、前記スピーカアレイおよび聴取位 置を壁により囲む空間のサイズとその空間内における前記聴取位置の相対位置を求 め、その結果に基づいて、前記右サラウンドチャネル及び左サラウンドチャネルの音 響ビームの出力方向を演算する。
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