JP2012235426A - 音響再生装置および音響再生プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】画面上にスピーカを設置することなく、画面上の任意の位置に映像と同期した音像を定位させることができる音響再生装置および音響再生プログラムを提供する。
【解決手段】音響再生装置１は、映像と同期した音像の位置を示す仮想音像位置を予め記憶する仮想音像位置記憶手段２０と、複数のスピーカ１０から出力される複数の音響信号の振幅をそれぞれ算出する振幅算出手段３０と、音響信号の振幅を、振幅算出手段３０によって算出された振幅に調整する振幅調整手段４０と、複数のスピーカ１０から出力される複数の音響信号の遅延量をそれぞれ算出する遅延量算出手段５０と、音響信号を、遅延量算出手段５０によって算出された遅延量だけ遅延させる遅延量調整手段６０と、を備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、画面上の任意の位置に映像と同期した音像を定位させる音響再生装置および音響再生プログラムに関する。

従来から高い臨場感を提示する音響再生装置として、サラウンド音響再生装置が知られている。このサラウンド音響再生装置は、複数のスピーカを用いて多チャンネルを実現することで、臨場感のある音響を再生することができる（例えば特許文献１参照）。

近年、家庭用のホームシアターやデジタル放送等の分野では、５．１ｃｈ再生方式が普及しており、映画の分野では、１０．２ｃｈ音響再生方式が普及している。また、現在では、将来のスーパーハイビジョンに対応した音響再生方式として、２２．２ｃｈの音響再生方式も提案されており、再生チャンネル数は年々増加の傾向にある。

ここで、映像を大画面で再生する場合、前方の音は画面上に定位させる必要がある。例えば、映画館等でよく見られる、前面から映像を投影する前面投射型のプロジェクション方式では、スクリーンの背面にスピーカを設置し、音響透過型のスクリーンによって音を透過させて画面上の音を再生している。

特開２００８−３５２５２号公報

しかしながら、前面投射型のプロジェクション方式はある程度の投影距離が必要となるため、家庭において広い設置範囲を確保する必要があるとともに、映像を再生する際に部屋を暗くする必要があった。そのため、前面投射型のプロジェクション方式は、家庭で一般に映像を鑑賞するには不向きであるという問題があった。

また、家庭では、例えばスクリーンの裏から映像を投影する背面投射型のディスプレイや、スクリーンの画面自身が発光して映像を出力する自発光の直視型ディスプレイを用いることが適しているが、これらのタイプのディスプレイでは、画面上にスピーカを設置することができないため、画面上に音像を定位させることができなかった。

また、画面の上下または左右に設置される２本のスピーカ（スピーカアレイ）を用いて、従来のステレオ音像制御手法によって音像を形成することはできるが、大画面になると２つのスピーカの間隔が広がって明瞭な音像を形成させることが難しくなるという問題があった。また、画面の下に一列のスピーカアレイを設置し、５．１ｃｈ再生を実現する機器も市販されているが、大画面になると、特に上下方向に画面と音像との開きが大きくなり、定位位置を一致させることが困難であるという問題があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであって、画面上にスピーカを設置することなく、画面上の任意の位置に映像と同期した音像を定位させることができる音響再生装置および音響再生プログラムを提供することを課題とする。

前記課題を解決するために請求項１に係る音響再生装置は、映像を表示する画面の周囲を取り囲むように配列された複数のスピーカから構成されたスピーカアレイを用いて、前記画面上の任意の位置に前記映像と同期した音像を定位させる音響再生装置であって、仮想音像位置記憶手段と、振幅算出手段と、振幅調整手段と、遅延量算出手段と、遅延量調整手段と、を備える構成とした。

このような構成によれば、音響再生装置は、仮想音像位置記憶手段によって、映像と同期した音像の位置を示す仮想音像位置を予め記憶させる。また、振幅算出手段によって、スピーカの位置から仮想音像位置までの距離の逆数に、スピーカの位置から仮想音像位置までのベクトルとスピーカの指向軸方向に延びるベクトルとがなす角度の余弦を乗算することで、複数のスピーカのそれぞれに入力される音響信号の振幅を算出する。また、振幅調整手段によって、音響信号の振幅を、振幅算出手段によって算出された振幅に調整する。また、遅延量算出手段によって、スピーカの位置から仮想音像位置までの指向軸方向の距離に応じて、複数のスピーカのそれぞれに入力される音響信号の遅延量を算出する。また、遅延量調整手段によって、音響信号を、遅延量算出手段によって算出された遅延量だけ遅延させる。そして、音響再生装置は、振幅調整手段によって振幅が調整された音響信号を遅延量調整手段によって遅延させるか、あるいは、遅延調整手段によって遅延された音響信号の振幅を振幅調整手段によって調整する。

これにより、音響再生装置は、画面に表示される映像と同期した音像の位置である仮想音像位置を予め取得し、当該仮想音像位置を基準としてスピーカアレイに入力される音響信号の振幅および遅延量を調整することで、スピーカアレイから出力される音によって形成される音像の位置を、映像に同期した位置に移動させることができる。

また、請求項２に係る音響再生装置は、請求項１に係る音響再生装置において、人物検知手段と、再生範囲決定手段と、振幅補正手段と、遅延量補正手段と、を備える構成とした。

このような構成によれば、音響再生装置は、人物検知手段によって、映像を視聴している人物の数および位置を検知する。また、再生範囲決定手段によって、人物検知手段によって検知された人物の数および位置から、スピーカアレイの再生範囲を決定する。また、振幅補正手段によって、スピーカの位置から再生範囲に含まれる人物の位置までの距離が予め定めた所定値よりも大きい場合は振幅を増幅させ、スピーカの位置から再生範囲に含まれる人物の位置までの距離が所定値よりも小さい場合は振幅を減衰させることで、振幅算出手段によって算出された音響信号の振幅を補正する。また、遅延量補正手段によって、再生範囲が予め定めた所定値よりも大きい場合はスピーカアレイにおける外側に配置されたスピーカに入力される音響信号の遅延量を増加させ、再生範囲が所定値よりも小さい場合はスピーカアレイにおける内側に配置されたスピーカに入力される音響信号の遅延量を増加させることで、遅延量算出手段によって算出された音響信号の遅延量を補正する。そして、音響再生装置は、振幅調整手段が、音響信号の振幅を、振幅補正手段によって補正された振幅に調整し、遅延量調整手段が、音響信号を、遅延量補正手段によって補正された遅延量だけ遅延させる。

これにより、音響再生装置は、映像を視聴する人物（視聴者）の数および位置を検知し、これらを基準としてスピーカアレイに入力される音響信号の振幅および遅延量を補正することで、スピーカアレイから出力される音によって形成される音像の位置を、視聴者がいる位置に移動させることができる。

また、請求項３に係る音響再生装置は、請求項１または請求項２に係る音響再生装置において、指向軸調整手段を備える構成とした。

このような構成によれば、音響再生装置は、指向軸調整手段によって、複数のスピーカの指向軸を調整する。

これにより、音響再生装置は、複数のスピーカの指向軸を調整することで、当該スピーカから出力される音の高域の周波数成分を補正することができる。

前記課題を解決するために請求項４に係る音響再生プログラムは、映像を表示する画面の周囲を取り囲むように配列された複数のスピーカから構成されたスピーカアレイを用いて、画面上の任意の位置に映像と同期した音像を定位させるために、コンピュータを、振幅算出手段、振幅調整手段、遅延量算出手段、遅延量調整手段、として機能させる構成とした。

このような構成によれば、音響再生プログラムは、振幅算出手段によって、スピーカの位置から映像と同期した音像の位置を示す仮想音像位置までの距離の逆数に、スピーカの位置から仮想音像位置までのベクトルとスピーカの指向軸方向に延びるベクトルとがなす角度の余弦を乗算することで、複数のスピーカのそれぞれに入力される音響信号の振幅を算出する。また、振幅調整手段によって、音響信号の振幅を、振幅算出手段によって算出された振幅に調整する。また、遅延量算出手段によって、スピーカの位置から仮想音像位置までの指向軸方向の距離に応じて、複数のスピーカのそれぞれに入力される音響信号の遅延量を算出する。また、遅延量調整手段によって、音響信号を、遅延量算出手段によって算出された遅延量だけ遅延させる。そして、音響再生プログラムは、振幅調整手段によって振幅が調整された音響信号を遅延量調整手段によって遅延させるか、あるいは、遅延調整手段によって遅延された音響信号の振幅を振幅調整手段によって調整する。

これにより、音響再生プログラムは、画面に表示される映像と同期した音像の位置である仮想音像位置を予め取得し、当該仮想音像位置を基準としてスピーカアレイに入力される音響信号の振幅および遅延量を調整することで、スピーカアレイから出力される音によって形成される音像の位置を、映像に同期した位置に移動させることができる。

また、請求項５に係る音響再生プログラムは、請求項４に係る音響再生プログラムにおいて、コンピュータを、人物検知手段、再生範囲決定手段、振幅補正手段、遅延量補正手段、として機能させる構成とした。

このような構成によれば、音響再生プログラムは、人物検知手段によって、映像を視聴している人物の数および位置を検知する。また、再生範囲決定手段によって、人物検知手段によって検知された人物の数および位置から、スピーカアレイの再生範囲を決定する。また、振幅補正手段によって、スピーカの位置から再生範囲に含まれる人物の位置までの距離が予め定めた所定値よりも大きい場合は振幅を増幅させ、スピーカの位置から再生範囲に含まれる人物の位置までの距離が所定値よりも小さい場合は振幅を減衰させることで、振幅算出手段によって算出された音響信号の振幅を補正する。また、遅延量補正手段によって、再生範囲が予め定めた所定値よりも大きい場合はスピーカアレイにおける外側に配置されたスピーカに入力される音響信号の遅延量を増加させ、再生範囲が所定値よりも小さい場合はスピーカアレイにおける内側に配置されたスピーカに入力される音響信号の遅延量を増加させることで、遅延量算出手段によって算出された音響信号の遅延量を補正する。そして、音響再生プログラムは、振幅調整手段が、音響信号の振幅を、振幅補正手段によって補正された振幅に調整し、遅延量調整手段が、音響信号を、遅延量補正手段によって補正された遅延量だけ遅延させる。

これにより、音響再生プログラムは、映像を視聴する人物（視聴者）の数および位置を検知し、これらを基準としてスピーカアレイに入力される音響信号の振幅および遅延量を補正することで、スピーカアレイから出力される音によって形成される音像の位置を、視聴者がいる位置に移動させることができる。

請求項１および請求項４に係る発明によれば、映像を表示する画面の周囲を取り囲むようにスピーカアレイを配列し、音響信号の振幅および遅延量を調整することで、画面上の水平方向および垂直方向への音像移動が可能となるとともに、予め取得した仮想音像位置に従って、前記した音響信号の振幅および遅延量を調整することで、画面上の任意の位置に映像と同期した音像を定位させることができる。

請求項２および請求項５に係る発明によれば、映像を視聴する人物（視聴者）の数および位置に従って、音響信号の振幅および遅延量をさらに補正することで、視聴者がいる範囲内に最適な音場を形成することができる。

請求項３に係る発明によれば、スピーカから出力される音の高域の周波数成分を補正することで、音質を向上させることができる。

本発明に係る音響再生装置の概要を示す概略図である。 本発明に係る音響再生装置におけるスピーカアレイの配置を説明するための平面図である。 本発明に係る音響再生装置におけるスピーカアレイの配置を説明するための斜視図である。 スーパーハイビジョン用の２２．２チャンネル音響再生におけるチャンネルの位置を示す概略図である。 スーパーハイビジョン用の２２．２チャンネル音響再生においてスピーカアレイを用いてチャンネルを形成した状態を示す概略図である。 一本のスピーカアレイ（ラインスピーカアレイ）の駆動を３分割して、３つのチャンネルの音を定位させた状態の音圧分布のシミュレーション結果を示す図であって、（ａ）は、音響信号の周波数を５００Ｈｚとした場合のシミュレーション結果を示す図、（ｂ）音響信号の周波数を１０００Ｈｚとした場合のシミュレーション結果を示す図、（ｃ）音響信号の周波数を２０００Ｈｚとした場合のシミュレーション結果を示す図、である。 本発明の第１実施形態に係る音響再生装置の全体構成を示すブロック図である。 指向軸調整手段を説明するための概略図であって、（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る音響再生装置に指向軸調整手段を設けた状態を示す概略図、（ｂ）は、指向軸調整手段によってスピーカの指向軸を変化させた場合の周波数成分を示す概略図、である。 本発明の第１実施形態に係る音響再生装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る音響再生装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る音響再生装置を用いた再生範囲の制御の様子を示す概略図である。 本発明の第２実施形態に係る音響再生装置の動作を示すフローチャートである。 本発明のその他の実施形態に係る音響再生装置の処理の流れを示す概略図である。

本発明の実施形態に係る音響再生装置および音響再生プログラムについて、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同一の構成については同一の名称及び符号を付し、詳細説明を省略する。

［第１実施形態］
以下、第１実施形態に係る音響再生装置１について、図１〜図８を参照しながら詳細に説明する。音響再生装置１は、図１に示すように、スピーカアレイ１０を用いて任意の位置に仮想音像を形成するものである。ここで、仮想音像とは、スピーカアレイ１０が設置される画面Ｄ（図２参照）で再生される映像と同期した音像のことを意味する。また、映像と同期した音像とは、たとえば画面Ｄで映像が再生される場合において、画面Ｄ中央に映る人物からは、当該画面Ｄ中央からセリフが聞こえ、画面Ｄ右端に映る人物からは、当該画面Ｄ右端からセリフが聞こえるような音像のことを意味している。

スピーカアレイ１０は、図２に示すように、複数のスピーカで構成され、映像を表示する画面Ｄの周囲を取り囲むように配列される。この線状のスピーカアレイ（ラインスピーカアレイ）１０は、当該スピーカアレイ１０の中心から指向軸上に鋭い指向性の（狭いエリアの）再生領域を持つ。実施形態に係る音響再生装置１は、図３に示すように、画面Ｄの上下および左右にスピーカアレイ１０をそれぞれ配置し、後記するように当該スピーカアレイ１０に入力される音響信号を制御することで仮想音像を定位する。なお、スピーカアレイ１０を構成するスピーカの数、大きさ、配列間隔は特に限定されない。

以下、音響再生装置１の具体的構成を説明する前に、当該音響再生装置１が主に用いられる音響再生方式の例として、スーパーハイビジョン用の２２．２チャンネル音響再生について、簡単に説明する。

スーパーハイビジョン用の２２．２チャンネル音響再生では、図４に示すように、画面Ｄの付近に、上部の３チャンネル（ＴｐＦＬ，ＴｐＦＣ，ＴｐＦＲ）と、中央の高さの５チャンネル（ＦＬ，ＦＬｃ，ＦＣ，ＦＲｃ，ＦＲ）と、下部の３チャンネル（ＢｔＦＬ，ＢｔＦＣ，ＢｔＦＲ）と、が規定されている。

画面Ｄの上下に配置される横方向のスピーカアレイ１０は、図５に示すように、例えば３分割させて駆動させることで、３チャンネル分の音声を再生することができる。さらに、上下２本のスピーカアレイ１０で同様の駆動方式で再生すると、図５に示すように、画面Ｄの中央付近にＦＬｃ，ＦＣ，ＦＲｃの３チャンネルの音像を形成することができる。加えて、画面Ｄの左右に配置される縦方向のスピーカアレイ１０による音像と組み合わせることで、図５に示すように、ＦＬ，ＦＬｃ，ＦＣ，ＦＲｃ，ＦＲの５チャンネルの音声駆動も可能となり、画面Ｄ中央の高さの左右方向において、極めて広い範囲の音像定位が可能となる。

また、画面Ｄの上部に配置されるスピーカアレイ１０のみを上部の音像再生用に用い、さらに３分割することで、図５に示すように、上部の音像（ＴｐＦＬ，ＴｐＦＣ，ＴｐＦＲ）を再生することができる。また、画面Ｄの下部に配置されるスピーカアレイ１０のみを下部の音像再生用に用い、さらに３分割することで、図５に示すように、下部の音像（ＢｔＦＬ，ＢｔＦＣ，ＢｔＦＲ）を再生することができる。これにより、上下方向の音像定位も可能となるため、第１実施形態に係る音響再生装置１のように画面Ｄの周囲にスピーカアレイ１０を配置することは、スーパーハイビジョン用の２２．２チャンネル音響再生における、上部の３チャンネル（ＴｐＦＬ，ＴｐＦＣ，ＴｐＦＲ）、中央の高さの５チャンネル（ＦＬ，ＦＬｃ，ＦＣ，ＦＲｃ，ＦＲ）、下部の３チャンネル（ＢｔＦＬ，ＢｔＦＣ，ＢｔＦＲ）、の音像を再現するために有効な手段となることがわかる。

ここで、図６は、一本のスピーカアレイ（ラインスピーカアレイ）１０の駆動を３分割して、３つのチャンネルの音を定位させた状態の音圧分布をシミュレーションで示したものである。図６において、（ａ）は音響信号の周波数を５００Ｈｚとした場合、（ｂ）は音響信号の周波数を５００Ｈｚとした場合、（ｃ）は音響信号の周波数を２０００Ｈｚとした場合、である。また、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）における縦軸は、スピーカアレイ１０の長さ方向の距離（図１におけるｘ軸に相当）を示しており、横軸は、スピーカアレイ１０から受聴点に向かった方向の距離（図１におけるｚ軸に相当）を示している。図６によれば、３つのチャンネルの音圧が個別に分布している様子がわかるため、これにより、例えばＴｐＦＬ，ＴｐＦＣ，ＴｐＦＲ、あるは、ＢｔＦＬ，ＢｔＦＣ，ＢｔＦＲといった３つのチャンネルの音を定位可能であることが分かる。

なお、後記するように、個々のスピーカアレイ１０に入力される音響信号の振幅と遅延量を制御することで、画面Ｄ上における再生チャンネルの場所を調整し、音が聞こえる範囲である再生範囲（視聴エリア）を制御することもできる。例えば、ＦＬｃとＦＲｃを受け持つスピーカアレイ１０の内側（中央側）のスピーカの音響信号を遅延させることで、ＦＬｃ，ＦＣ，ＦＲｃの再生範囲を狭めることができる。逆に、ＦＬｃとＦＲｃを受け持つスピーカアレイ１０の外側（周辺側）のスピーカの音響信号を遅延させることで、ＦＬｃ，ＦＣ，ＦＲｃの再生範囲を拡げることもできる。

以下、音響再生装置１の具体的構成について説明する。音響再生装置１は、図７に示すように、前記したスピーカアレイ１０と、仮想音像位置記憶手段２０と、振幅算出手段３０と、振幅調整手段４０と、遅延量算出手段５０と、遅延量調整手段６０と、加算手段７０と、増幅手段８０と、を備えている。

仮想音像位置記憶手段２０は、仮想音像位置を予め記憶するものである。仮想音像位置とは、前記したように、画面Ｄで再生される映像と同期した、画面Ｄと視聴者との間の音像の位置（座標）のことを意味している（図３参照）。仮想音像位置は、予め実験的に求められて仮想音像位置記憶手段２０に記憶され、図７に示すように、振幅算出手段３０と、遅延量算出手段５０と、にそれぞれ出力可能に構成されている。なお、仮想音像位置記憶手段２０は、具体的には、データを記憶することができるメモリ、ハードディスク等で具現される。

振幅算出手段３０は、音響信号の振幅を算出するものである。振幅算出手段３０は、図７に示すように、仮想音像位置記憶手段２０から入力される仮想音像位置を基準として振幅を算出する。振幅算出手段３０は、具体的には下記式（１）に示すように、スピーカアレイ１０を構成するスピーカの位置から仮想音像位置までの距離の逆数に、当該スピーカの位置から仮想音像位置までのベクトルＶ_１とスピーカの指向軸方向に延びるベクトルＶ_２とがなす角度θの余弦を乗算することで、振幅Ｇを算出する（図１参照）。

ここで、Ｇはスピーカに入力される音響信号の振幅、Ａは予め実験的に求められた所定の係数、（ｘ_ｒ，ｙ_ｒ，ｚ_ｒ）はスピーカの位置（座標）、（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ，ｚ_ｉ）は仮想音像位置（座標）、θはスピーカの位置から仮想音像位置までのベクトルＶ_１とスピーカの指向軸方向に延びるベクトルＶ_２とがなす角度（図１参照）、である。なお、ｃｏｓθを乗算することは、音響信号を画面Ｄの法線方向の成分に換算することを意味している。

振幅算出手段３０には、図７に示すように、仮想音像位置記憶手段２０から仮想音像位置が入力される。そして、振幅算出手段３０は、前記した手法によって音響信号の振幅を算出し、図７に示すように、当該振幅を振幅調整手段４０に出力する。なお、振幅算出手段３０は、スピーカアレイ１０を構成するスピーカのそれぞれについて、当該スピーカに入力される音響信号の振幅を算出する。

振幅調整手段４０は、音響信号の振幅を調整するものである。振幅調整手段４０は、図７に示すように、入力された音響信号の振幅を、振幅算出手段３０によって算出された振幅に調整する。すなわち、振幅調整手段４０は、振幅算出手段３０によって算出された振幅（以下、適宜振幅算出値という）が、入力された音響信号の振幅（以下、適宜振幅入力値という）よりも大きい場合は、当該振幅算出値に一致するように振幅入力値を増幅させる。また、振幅調整手段４０は、振幅算出手段３０によって算出された振幅算出値が、振幅入力値よりも大きい場合は、当該振幅算出値に一致するように振幅入力値を減衰させる。

振幅調整手段４０には、図７に示すように、音響信号が入力されるとともに、振幅算出手段３０から音響信号の振幅が入力される。そして、振幅調整手段４０は、前記した手法によって音響信号の振幅を調整し、図７に示すように、当該調整後の音響信号を遅延量調整手段６０に出力する。

遅延量算出手段５０は、音響信号の遅延量を算出するものである。遅延量算出手段５０は、図７に示すように、仮想音像位置記憶手段２０から入力される仮想音像位置を基準として遅延量を算出する。遅延量算出手段５０は、具体的には下記式（２）に示すように、スピーカアレイ１０を構成するスピーカの位置から仮想音像位置までの距離に応じて、遅延量Ｄを算出する（図１参照）。

ここで、Ｄはスピーカに入力される音響信号の遅延量、Ｋは予め実験的に求められた所定の係数、である。

遅延量算出手段５０には、図７に示すように、仮想音像位置記憶手段２０から仮想音像位置が入力される。そして、遅延量算出手段５０は、前記した手法によって音響信号の遅延量を算出し、図７に示すように、当該遅延量を遅延量調整手段６０に出力する。なお、遅延量算出手段５０は、スピーカアレイ１０を構成するスピーカのそれぞれについて、当該スピーカに入力される音響信号の遅延量を算出する。

遅延量調整手段６０は、音響信号の遅延量を調整するものである。遅延量調整手段６０は、図７に示すように、入力された音響信号を、遅延量算出手段５０によって算出された遅延量だけ遅延させる。

遅延量調整手段６０には、図７に示すように、振幅調整手段４０から振幅調整後の音響信号が入力されるとともに、遅延量算出手段５０から音響信号の遅延量が入力される。そして、遅延量調整手段６０は、前記した手法によって振幅調整後の音響信号を遅延させ、図７に示すように、当該遅延後の音響信号を加算手段７０に出力する。

第１実施形態に係る音響再生装置１は、このように、スピーカに入力される音響信号の振幅および遅延量を調整することで、スピーカアレイ１０の軸上で自由に音像を定位させることができる。なお、音響再生装置１は、図２に示すように、画面Ｄの周囲にスピーカアレイ１０を配置し、画面Ｄの上下および左右に配置される４本のスピーカアレイ１０を組み合わせ、前記した式（１）および式（２）を用いて当該スピーカアレイ１０を構成するスピーカ全てを駆動してもよいが、前記した図５に示すように、スピーカアレイ１０をブロックごとに駆動することで画面Ｄ上に任意に指向軸を形成して音像を定位させることも可能である。

加算手段７０は、チャンネルごとに振幅および遅延量が調整された複数の音響信号を加算するものである。加算手段７０は、例えば図５に示すように、音響再生装置１が合計４６個のスピーカで構成されたスピーカアレイ１０を備え、かつ、当該４６個のスピーカに対して１１チャンネル分の音響信号が入力される場合、図７に示すように、チャンネルごとに振幅および遅延量が調整された４６個の音響信号を、全チャンネル分加算する。

加算手段７０には、図７に示すように、チャンネルごとの遅延量調整手段６０から振幅および遅延量が調整された複数の音響信号がそれぞれ入力される。そして、加算手段７０は、前記した手法によって複数の音響信号を全チャンネル分加算し、図７に示すように、当該加算後の複数の音響信号を増幅手段８０に出力する。

増幅手段８０は、複数の音響信号を増幅するものである。増幅手段８０は、一般的なアンプで構成され、加算手段７０から入力された複数の音響信号のレベルを所定のレベルまで増幅し、増幅後の複数の音響信号をスピーカアレイ１０に出力する。

以上のような構成を備える音響再生装置１は、映像を表示する画面Ｄの周囲を取り囲むようにスピーカアレイ１０を配列し、音響信号の振幅および遅延量を調整することで、スピーカアレイ１０から出力される音によって形成される音像の位置を画面Ｄ上の水平方向および垂直方向に移動させることができる。また、音響再生装置１は、画面Ｄに表示される映像と同期した音像の位置である仮想音像位置を予め取得し、当該仮想音像位置を基準としてスピーカアレイ１０に入力される音響信号の振幅および遅延量を調整することで、を、映像と同期した位置に音像を定位させることができる。

なお、音響再生装置１のスピーカアレイ１０は、遠方まで明瞭に音を伝達する手段として、例えばホール、講堂等の拡声設備に多く用いられているが、一般に、当該スピーカアレイ１０を構成する個々のスピーカの設置間隔に依存した周波数特性を有している。従って、スピーカアレイ１０は、人の声等の狭い周波数帯域に対して有効に機能させることは容易であるが、広い周波数にわたって音を伝達させることが困難である場合がある。

そのため、第１実施形態に係る音響再生装置１は、図８（ａ）に示すように、複数のスピーカの指向軸を調整する指向軸調整手段１３０を備えることが好ましい。例えば、音響再生装置１は、図８（ａ）に示すように、スピーカアレイ１０を構成するスピーカの指向軸が主軸方向Ａを向いている場合において、指向軸調整手段１３０によって、スピーカの指向軸が主軸方向Ｂを向くように調整を行うことで、図８（ｂ）に示すように、スピーカから出力される音の高域の周波数成分を補正することができ、音質を向上させることができる。

［音響再生装置１の動作］
以下、音響再生装置１の動作について、図９を参照（適宜図７も参照）しながら簡単に説明する。まず、音響再生装置１は、振幅算出手段３０によって、予め取得した仮想音像位置に従って、前記した式（１）を用いて音響信号の振幅を算出する（ステップＳ１）。次に、音響再生装置１は、振幅調整手段４０によって、入力された音響信号の振幅を、先に算出された振幅に調整する（ステップＳ２）。次に、音響再生装置１は、遅延量算出手段５０によって、予め取得した仮想音像位置に従って、前記した式（２）を用いて音響信号の遅延量を算出する（ステップＳ３）。次に、音響再生装置１は、遅延量調整手段６０によって、振幅調整後の音響信号を、先に算出された遅延量だけ遅延させる（ステップＳ４）。

次に、音響再生装置１は、加算手段７０によって、チャンネルごとに振幅および遅延量が調整された複数の音響信号を、全チャンネル分加算する（ステップＳ５）。次に、音響再生装置１は、増幅手段８０によって、加算後の音響信号を増幅する（ステップＳ６）。そして、音響再生装置１は、スピーカアレイ１０によって、増幅後の音響信号を出力し（ステップＳ７）、処理を終了する。

［第２実施形態］
以下、第２実施形態に係る音響再生装置１Ａについて、図１１および図１２を参照（適宜図７も参照）しながら簡単に説明する。音響再生装置１Ａは、図１１に示すように、人物検知手段９０と、再生範囲決定手段１００と、振幅補正手段１１０と、遅延量補正手段１２０と、を更に備える以外は、第１実施形態に係る音響再生装置１と同様の構成を備えている。従って、以下の説明では、音響再生装置１との相違点を中心に説明を行い、当該音響再生装置１と重複する構成については詳細説明を省略する。

人物検知手段９０は、映像を視聴している人物を検知するものである。人物検知手段９０は、具体的には人感センサ等であり、画面Ｄで再生される映像を視聴している人物（視聴者Ｕ）の数および位置を検出し、図１０に示すように、当該視聴者Ｕの数および位置を再生範囲決定手段１００に出力する。

再生範囲決定手段１００は、スピーカアレイ１０の再生範囲を決定するものである。再生範囲決定手段１００は、具体的には人物検知手段９０によって検知された人物（視聴者）の数および位置に従って、画面Ｄと視聴者Ｕとの間における所定面積の再生範囲を決定（算出）する。

再生範囲決定手段１００には、図１０に示すように、人物検知手段９０から視聴者Ｕの数および位置が入力される。そして、再生範囲決定手段１００は、前記した手法によって再生範囲を決定し、図１０に示すように、当該再生範囲と再生範囲に含まれる視聴者Ｕの位置とを振幅補正手段１１０および遅延量補正手段１２０にそれぞれ出力する。

振幅補正手段１１０は、振幅算出手段３０によって算出された音響信号の振幅を補正するものである。振幅補正手段１１０は、具体的にはスピーカアレイ１０を構成する個々のスピーカの位置から前記した再生範囲決定手段１００によって決定された再生範囲に含まれる人物の位置までの距離が、予め定めた所定値よりも大きい場合は、振幅算出手段３０によって算出された音響信号の振幅を増幅させる。また、振幅補正手段１１０は、スピーカアレイ１０を構成する個々のスピーカの位置から前記した再生範囲決定手段１００によって決定された再生範囲に含まれる人物の位置までの距離が、予め定めた所定値よりも小さい場合は、振幅算出手段３０によって算出された音響信号の振幅を減衰させる。

振幅補正手段１１０には、図１０に示すように、振幅算出手段３０から音響信号の振幅が、再生範囲決定手段１００から再生範囲と当該再生範囲に含まれる視聴者Ｕの位置と、が入力される。そして、振幅補正手段１１０は、前記した手法によって音響信号の振幅を補正し、図１０に示すように、補正後の振幅を振幅調整手段４０に出力する。これにより、振幅調整手段４０は、入力された音響信号の振幅を、補正後の振幅に調整する。

遅延量補正手段１２０は、遅延量算出手段５０によって算出された音響信号の遅延量を補正するものである。遅延量補正手段１２０は、具体的には再生範囲決定手段１００によって決定された再生範囲が予め定めた所定値よりも大きい場合はスピーカアレイ１０を構成する複数のスピーカのうち、外側に配置されたスピーカに入力される音響信号の遅延量を増加させる。これにより、スピーカアレイ１０から出力される音の範囲を拡げることができる。また、遅延量補正手段１２０は、再生範囲決定手段１００によって決定された再生範囲が予め定めた所定値よりも小さい場合はスピーカアレイ１０を構成する複数のスピーカのうち、内側（中央側）に配置されたスピーカに入力される音響信号の遅延量を増加させる。これにより、スピーカアレイ１０から出力される音の範囲を狭めることができる。

遅延量補正手段１２０には、図１０に示すように、遅延量算出手段５０から音響信号の遅延量が、再生範囲決定手段１００から再生範囲と当該再生範囲に含まれる視聴者Ｕの位置と、が入力される。そして、遅延量補正手段１２０は、前記した手法によって音響信号の遅延量を補正し、図１０に示すように、補正後の遅延量を遅延量調整手段６０に出力する。これにより、遅延量調整手段６０は、振幅調整後の音響信号を、当該補正後の遅延量だけ遅延させる。

以上のような構成を備える音響再生装置１Ａは、映像を表示する画面Ｄの周囲を取り囲むようにスピーカアレイ１０を配列し、音響信号の振幅および遅延量を調整することで、スピーカアレイ１０から出力される音によって形成される音像の位置を画面Ｄ上の水平方向および垂直方向に移動させることができる。また、音響再生装置１Ａは、視聴者Ｕの数および位置を検知し、これらを基準としてスピーカアレイ１０に入力される音響信号の振幅および遅延量をさらに補正することで、スピーカアレイ１０から出力される音によって形成される音像の位置を、視聴者Ｕがいる位置に移動させることができ、当該視聴者Ｕがいる範囲内に最適な音場を形成することができる。

また、音響再生装置１Ａは、例えば図１１に示すように、映像を視聴する視聴者Ｕが一人（例えば視聴者Ｕ２のみ）等少ない場合には、狭い範囲に音を再生し、視聴者Ｕが三人（例えば視聴者Ｕ１〜Ａ３）など多い場合には、広い範囲に音を再生することができる。また、音響再生装置１Ａは、ユーザＵが画面Ｄ中央から外れた偏った位置で視聴する場合に、その場所に合った音像を定位させたり、例えば深夜の視聴時に周りの音を出さずに自分だけに必要な音圧で視聴するために、視聴位置近傍にのみ大きな音圧の場を作ることができる。従って、音響再生装置１Ａは、大画面のディスプレイの前で、迫力のある音を再生することが家庭（リビング）内に音を響き渡らせることとなって話がしづらい、あるいは、ディスプレイを視聴していない他の家族には邪魔である、といった不都合を解消することができる。

［音響再生装置１Ａの動作］
以下、音響再生装置１Ａの動作について、図１２を参照（適宜図１０も参照）しながら簡単に説明する。まず、音響再生装置１Ａは、人物検知手段９０によって、視聴者Ｕの数および位置を検知する（ステップＳ８）。次に、音響再生装置１Ａは、再生範囲決定手段１００によって、視聴者Ｕの数および位置から、スピーカアレイ１０の再生範囲を決定する（ステップＳ９）。次に、音響再生装置１Ａは、振幅算出手段３０によって、予め取得した仮想音像位置に従って、前記した式（１）を用いて音響信号の振幅を算出する（ステップＳ１０）。次に、音響再生装置１Ａは、振幅補正手段１１０によって、再生範囲決定手段１００によって決定された再生範囲に応じて、先に算出された振幅を補正する（ステップＳ１１）。次に、音響再生装置１Ａは、振幅調整手段４０によって、入力された音響信号を、補正後の振幅に調整する（ステップＳ１２）。次に、音響再生装置１Ａは、遅延量算出手段５０によって、予め取得した仮想音像位置に従って、前記した式（２）を用いて音響信号の遅延量を算出する（ステップＳ１３）。次に、音響再生装置１Ａは、遅延量補正手段１２０によって、再生範囲決定手段１００によって決定された再生範囲に応じて、先に算出された遅延量を補正する（ステップＳ１４）。次に、音響再生装置１Ａは、遅延量調整手段６０によって、振幅調整後の音響信号を、補正後の遅延量だけ遅延させる（ステップＳ１５）。

次に、音響再生装置１Ａは、加算手段７０によって、チャンネルごとに振幅および遅延量が調整された複数の音響信号を、全チャンネル分加算する（ステップＳ１６）。次に、音響再生装置１Ａは、増幅手段８０によって、加算後の音響信号を増幅する（ステップＳ１７）。そして、音響再生装置１Ａは、スピーカアレイ１０によって、増幅後の音響信号を出力し（ステップＳ１８）、処理を終了する。

［音響再生プログラム］
ここで、前記した音響再生装置１，１Ａは、一般的なコンピュータを、前記した各手段および各部として機能させるプログラムにより動作させることで実現することができる。このプログラムは、通信回線を介して配布することも可能であるし、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に書き込んで配布することも可能である。

以上、本発明に係る音響再生装置および音響再生プログラムについて、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。

例えば、音響再生装置１，１Ａにおけるスピーカアレイ１０を構成するスピーカは、図２に示すように、それぞれ一列に配列されているが、例えばジグザグに配列しても構わない。

また、音響再生装置１，１Ａにおける仮想音像位置記憶手段２０は、図７および図１０に示すように、当該音響再生装置１，１Ａの内部に設けられているが、外部に設けても構わない。

また、音響再生装置１，１Ａでは、図７および図１０に示すように、振幅調整手段４０によって音響信号の振幅を調整した後に、遅延量調整手段６０によって音響信号の遅延量を調整したが、遅延量調整手段６０によって音響信号の遅延量を調整した後に、振幅調整手段４０によって音響信号の振幅を調整しても構わない。

また、音響再生装置１Ａでは、人物検知手段９０の検知結果に従って再生範囲決定手段１００が再生範囲を決定し、当該再生範囲に応じて、振幅補正手段１１０および遅延量補正手段１２０によって振幅および遅延量を補正する構成としたが、例えば図１３に示すように、仮想音像位置記憶手段２０に、予め視聴者Ｕの視聴位置および人数等の視聴者情報を記憶させ、これらに基づいて遅延量および振幅を算出および補正した上で、スピーカアレイ１０のアレイ制御を行う構成としても構わない。なお、図１３に示すアレイ制御とは、具体的には前記した振幅調整手段４０におよび遅延量調整手段６０による音響信号の振幅および遅延量の調整を意味している。また、図１３に示すチャンネル音響信号とは、チャンネル全ての音響信号の束のことを意味し、チャンネル情報とは、チャンネル音響信号におけるチャンネルの数のことを意味している。

１，１Ａ 音響再生装置
１０ スピーカアレイ
２０ 仮想音像位置記憶手段
３０ 振幅算出手段
４０ 振幅調整手段
５０ 遅延量算出手段
６０ 遅延量調整手段
７０ 加算手段
８０ 増幅手段
９０ 人物検知手段
１００ 再生範囲決定手段
１１１ 振幅補正手段
１２０ 遅延量補正手段
１３０ 指向軸調整手段
Ｄ 画面
Ｕ，Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３ 視聴者

Claims (5)

1. 映像を表示する画面の周囲を取り囲むように配列された複数のスピーカから構成されたスピーカアレイを用いて、前記画面上の任意の位置に前記映像と同期した音像を定位させる音響再生装置であって、
   前記映像と同期した音像の位置を示す仮想音像位置を予め記憶する仮想音像位置記憶手段と、
   前記スピーカの位置から前記仮想音像位置までの距離の逆数に、前記スピーカの位置から前記仮想音像位置までのベクトルと前記スピーカの指向軸方向に延びるベクトルとがなす角度の余弦を乗算することで、前記複数のスピーカのそれぞれに入力される音響信号の振幅を算出する振幅算出手段と、
   前記音響信号の振幅を、前記振幅算出手段によって算出された振幅に調整する振幅調整手段と、
   前記スピーカの位置から前記仮想音像位置までの指向軸方向の距離に応じて、前記複数のスピーカのそれぞれに入力される音響信号の遅延量を算出する遅延量算出手段と、
   前記音響信号を、前記遅延量算出手段によって算出された遅延量だけ遅延させる遅延量調整手段と、を備え、
   前記振幅調整手段によって振幅が調整された音響信号を前記遅延量調整手段によって遅延させるか、あるいは、前記遅延調整手段によって遅延された音響信号の振幅を前記振幅調整手段によって調整することを特徴とする音響再生装置。
2. 前記映像を視聴している人物の数および位置を検知する人物検知手段と、
   前記人物検知手段によって検知された人物の数および位置から、前記スピーカアレイの再生範囲を決定する再生範囲決定手段と、
   前記スピーカの位置から前記再生範囲に含まれる人物の位置までの距離が予め定めた所定値よりも大きい場合は振幅を増幅させ、前記スピーカの位置から前記再生範囲に含まれる人物の位置までの距離が前記所定値よりも小さい場合は振幅を減衰させることで、前記振幅算出手段によって算出された音響信号の振幅を補正する振幅補正手段と、
   前記再生範囲が予め定めた所定値よりも大きい場合は前記スピーカアレイにおける外側に配置されたスピーカに入力される音響信号の遅延量を増加させ、前記再生範囲が前記所定値よりも小さい場合は前記スピーカアレイにおける内側に配置されたスピーカに入力される音響信号の遅延量を増加させることで、前記遅延量算出手段によって算出された音響信号の遅延量を補正する遅延量補正手段と、を備え、
   前記振幅調整手段は、前記音響信号の振幅を、前記振幅補正手段によって補正された振幅に調整し、
   前記遅延量調整手段は、前記音響信号を、前記遅延量補正手段によって補正された遅延量だけ遅延させることを特徴とする請求項１に記載の音響再生装置。
3. 前記複数のスピーカの指向軸を調整する指向軸調整手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の音響再生装置。
4. 映像を表示する画面の周囲を取り囲むように配列された複数のスピーカから構成されたスピーカアレイを用いて、前記画面上の任意の位置に前記映像と同期した音像を定位させるために、コンピュータを、
   前記スピーカの位置から前記映像と同期した音像の位置を示す仮想音像位置までの距離の逆数に、前記スピーカの位置から前記仮想音像位置までのベクトルと前記スピーカの指向軸方向に延びるベクトルとがなす角度の余弦を乗算することで、前記複数のスピーカのそれぞれに入力される音響信号の振幅を算出する振幅算出手段、
   前記音響信号の振幅を、前記振幅算出手段によって算出された振幅に調整する振幅調整手段、
   前記スピーカの位置から前記仮想音像位置までの指向軸方向の距離に応じて、前記複数のスピーカのそれぞれに入力される音響信号の遅延量を算出する遅延量算出手段、
   前記音響信号を、前記遅延量算出手段によって算出された遅延量だけ遅延させる遅延量調整手段、として機能させ、
   前記振幅調整手段によって振幅が調整された音響信号を前記遅延量調整手段によって遅延させるか、あるいは、前記遅延調整手段によって遅延された音響信号の振幅を前記振幅調整手段によって調整することを特徴とする音響再生プログラム。
5. 前記コンピュータを、
   前記映像を視聴している人物の数および位置を検知する人物検知手段、
   前記人物検知手段によって検知された人物の数および位置から、前記スピーカアレイの再生範囲を決定する再生範囲決定手段、
   前記スピーカの位置から前記再生範囲に含まれる人物の位置までの距離が予め定めた所定値よりも大きい場合は振幅を増幅させ、前記スピーカの位置から前記再生範囲に含まれる人物の位置までの距離が前記所定値よりも小さい場合は振幅を減衰させることで、前記振幅算出手段によって算出された音響信号の振幅を補正する振幅補正手段、
   前記再生範囲が予め定めた所定値よりも大きい場合は前記スピーカアレイにおける外側に配置されたスピーカに入力される音響信号の遅延量を増加させ、前記再生範囲が前記所定値よりも小さい場合は前記スピーカアレイにおける内側に配置されたスピーカに入力される音響信号の遅延量を増加させることで、前記遅延量算出手段によって算出された音響信号の遅延量を補正する遅延量補正手段、として機能させ、
   前記振幅調整手段は、前記音響信号の振幅を、前記振幅補正手段によって補正された振幅に調整し、
   前記遅延量調整手段は、前記音響信号を、前記遅延量補正手段によって補正された遅延量だけ遅延させることを特徴とする請求項４に記載の音響再生プログラム。