JP4114583B2 - 特性補正システム - Google Patents

Description

本発明は、例えばアレースピーカ等の指向性スピーカ装置から放射した音声を壁面または反射板で反射させて仮想的なスピーカをつくり出すサラウンドシステムに係り、特に壁面または反射板の音響特性を補正する特性補正システムに関するものである。

最近、オーディオソースには例えばＤＶＤのように５．１チャンネル等のマルチチャンネル音声信号が記録されているものがあり、このようなオーディオソースを再生するデジタルサラウンドシステムが一般家庭でも普及しつつある。図１１はデジタルサラウンドシステムにおけるスピーカ配置の１例を示す平面図であり、Ｚｏｎｅはサラウンド再生を行うリスニングルーム、Ｕは視聴位置、ＳＰ−Ｌ，ＳＰ−Ｒはメイン信号Ｌ（左），Ｒ（右）を再生するメインスピーカ、ＳＰ−Ｃはセンター信号Ｃ（中央）を再生するセンタースピーカ、ＳＰ−ＳＬ，ＳＰ−ＳＲはリア信号ＳＬ（後左），ＳＲ（後右）を再生するリアスピーカ、ＳＰ−ＳＷはサブウーハ信号ＬＦＥ（低周波）を再生するサブウーハ、ＭＯＮはテレビジョン受像機等の映像装置である。

図１１のデジタルサラウンドシステムによれば、効果的な音場をつくることができる。しかしながら、デジタルサラウンドシステムでは、複数のスピーカをリスニングルームＺｏｎｅ内に分散配置するので、サラウンド用のリアスピーカＳＰ−ＳＬ，ＳＰ−ＳＲを視聴位置Ｕの後方に配置するためにスピーカ配線が長くなり、またリアスピーカＳＰ−ＳＬ，ＳＰ−ＳＲの配置がリスニングルームＺｏｎｅの形状や家具などによる制約を受けるという欠点がある。

このような欠点を緩和する手段として、リアスピーカを指向性の鋭い指向性スピーカによって構成して、この指向性スピーカを視聴位置の前方に配置し、視聴位置の後方には音響反射板を配置して、指向性スピーカから放射したサラウンドチャンネルの音声を音響反射板で反射させることにより、視聴位置の後方にリアスピーカを配置したのと同じ効果を得るサラウンドシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。図１２は特許文献１のサラウンドシステムにおけるスピーカ配置を示す平面図であり、Ｂ−Ｌ，Ｂ−Ｒは音響反射板である。

また、図１３に示すように、視聴位置後方の壁面を音響反射板として使用する方法も考えられる。例えば、特許文献２に記載された立体音響再生方法では、アレースピーカを使って空間に仮想音源をつくり出すことを提案しているが、このような技術を使用すれば、視聴位置の後方に仮想スピーカをつくり出すことが可能である。
特開平０６−１７８３７９号公報 特開平０３−１５９５００号公報

以上のように、視聴位置の後方に音響反射板を配置したり、リスニングルームの壁面を音響反射板として使用したりすることで視聴位置の後方に仮想スピーカをつくり出すことは可能である。しかしながら、このような方法では、仮想スピーカの特性が壁面または音響反射板の音響特性の影響を受けるため、特性の良好な仮想スピーカを実現できない場合があるという問題点があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、指向性スピーカ装置から放射した音声を壁面または反射板で反射させて仮想的なスピーカをつくり出すサラウンドシステムにおいて、壁面または反射板の音響特性を補正し、仮想スピーカの特性を向上させることができる特性補正システムを提供することを目的とする。

本発明は、指向性の鋭い指向性スピーカ装置から放射した音声を壁面または反射板で反射させて仮想的なスピーカをつくり出すサラウンドシステムにおいて、前記壁面または反射板の音響特性を補正する特性補正システムであって、前記壁面または反射板で反射した音声が視聴位置で所望の特性となるように、前記指向性スピーカ装置に入力する音声信号の周波数−ゲイン特性、周波数−位相特性またはゲインのうち少なくとも１つを補正する特性補正手段と、前記壁面または反射板で反射した音声の特性を測定する測定手段と、この測定の結果に基づき、前記壁面または反射板で反射した音声が視聴位置で所望の特性となるように、前記特性補正手段の周波数−ゲイン特性、周波数−位相特性またはゲインのうち少なくとも１つを設定する制御手段とを備えるものである。アレースピーカやパラメトリックスピーカのような強い指向性を実現できる指向性スピーカ装置をある位置に置き、その音波出力を壁面または反射板に放射し、反射させることで、反射した位置にあたかもスピーカがあるような定位感を得ることが可能である。この場合、問題となるのは壁面または反射板の音響特性であるので、これを補正すればよい。本発明は、壁や反射板を加工・修正するのではなく、指向性スピーカ装置から出力する音声信号を補正することで、視聴位置に到達する音声を理想的な特性（例えば平坦な特性）あるいは視聴者の望む特性にする。

また、本発明の特性補正システムの１構成例において、前記特性補正手段は、前記指向性スピーカ装置に入力する入力音声信号の周波数−ゲイン特性を補正する周波数特性補正フィルタと、前記入力音声信号の周波数−位相特性を補正する位相特性補正フィルタと、前記入力音声信号のゲインを調整するゲイン調整回路とを備え、前記制御手段は、前記特性補正手段の周波数−ゲイン特性を設定する場合は、前記測定手段によって測定された音声の周波数−ゲイン特性に基づき、この音声の周波数−ゲイン特性が視聴位置で所望の特性となるように前記周波数特性補正フィルタのフィルタ係数を計算して前記周波数特性補正フィルタに設定し、前記特性補正手段の周波数−位相特性を設定する場合は、前記測定手段によって測定された音声の周波数−位相特性に基づき、この音声の周波数−位相特性が視聴位置で所望の特性となるように前記位相特性補正フィルタのフィルタ係数を計算して前記位相特性補正フィルタに設定し、前記特性補正手段のゲインを設定する場合は、前記測定手段によって測定された音声の絶対音圧減衰特性に基づき、この音声のレベルが視聴位置で所望の特性となるように前記ゲイン調整回路のゲイン係数を計算して前記ゲイン調整回路に設定するものである。
また、本発明の特性補正システムの１構成例において、前記制御手段は、前記特性補正手段の補正パターンを予め複数記憶し、前記周波数特性補正フィルタのフィルタ係数、前記位相特性補正フィルタのフィルタ係数及び前記ゲイン調整回路のゲイン係数を計算する代わりに、前記複数の補正パターンの中から前記測定手段の測定結果に基づいて適切な補正パターンを選択するものである。
また、本発明の特性補正システムの１構成例において、前記制御手段は、前記測定手段の測定結果に基づいて、前記壁面または反射板で反射した音声が最良の特性になるように前記指向性スピーカ装置の指向性を制御するものである。
また、本発明の特性補正システムの１構成例は、さらに、視聴者への通知用の通知装置を備え、前記制御手段は、前記特性補正手段による補正が不可能と判断した場合に、前記通知装置を通じて視聴者に所定の音響特性が得られないことを通知するものである。
また、本発明の特性補正システムの１構成例は、さらに、前記サラウンドシステムのメインスピーカ装置に供給されるメインチャンネルの音声信号を遅延させる遅延補正装置を備え、前記測定手段は、前記メインスピーカ装置から視聴位置へ直接届く音声と前記指向性スピーカ装置から壁面または音響反射板を経由して視聴位置へ届く音声の到達時間の差を測定し、前記制御手段は、この測定手段の測定結果に基づき、前記メインスピーカ装置から視聴位置へ直接届く音声と前記指向性スピーカ装置から壁面または音響反射板を経由して視聴位置へ届く音声の到達時間が一致するように前記遅延補正装置の遅延時間を設定するものである。

本発明によれば、壁面または反射板で反射した音声が視聴位置で所望の特性となるように、指向性スピーカ装置に入力する音声信号の周波数−ゲイン特性、周波数−位相特性またはゲインのうち少なくとも１つを補正する特性補正手段を設けるようにしたので、壁面または反射板で反射する音の特性を改善することができ、特性の良好な仮想スピーカを実現することができる。

また、壁面または反射板で反射した音声の特性を測定する測定手段と、この測定の結果に基づき、壁面または反射板で反射した音声が視聴位置で所望の特性となるように、特性補正手段の周波数−ゲイン特性、周波数−位相特性またはゲインのうち少なくとも１つを設定する制御手段とを設けることにより、壁毎（部屋毎）の音響特性の違いに対応することができる。また、壁面または反射板で反射した音声の特性を測定することにより、所定の音響特性が得られるかどうかを判断することができ、特性補正手段による補正を行ったとしても、所定の音響特性が得られない場合には視聴者に通知することもできる。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態となる特性補正システムの構成を示すブロック図である。なお、この特性補正システムは、サラウンドシステムに係るものであるが、図１では、サラウンドチャンネル（リア信号ＳＬまたはＳＲ）の構成についてのみ記載し、メインチャンネル（メイン信号ＬまたはＲ）の構成については記載を省略している。

本実施の形態の特性補正システムは、ＤＶＤ／ＣＤプレーヤやＡＶアンプなどの音響信号発生装置１と、リスニングルームの壁面または音響反射板４で反射した音声が視聴位置Ｕで所望の特性となるように、音響信号発生装置１から入力された音声信号の周波数−ゲイン（振幅）特性、周波数−位相（群遅延）特性またはゲインのうち少なくとも１つを補正する特性補正装置２と、壁面または音響反射板４に音声を放射する指向性スピーカ装置３とから構成される。

音響信号発生装置１から出力されたサラウンドチャンネルの音声信号Ｓ０（リア信号ＳＬまたはＳＲ）は、特性補正装置２によって補正されて音声Ｓ０’となり、指向性スピーカ装置３から音声Ｓ１として壁面または音響反射板４に放射され、壁面または音響反射板４で反射して音声Ｓ２として視聴位置Ｕに届く。これにより、壁面または音響反射板４にあたかもスピーカがあるような定位感を得ることが可能である。特性補正装置２は、音声信号Ｓ０に任意の周波数−ゲイン特性、周波数−位相特性およびゲインを付加して音声信号Ｓ０’として出力する。

図２は、特性補正装置２の構成を示すブロック図である。特性補正装置２は、音響信号発生装置１の出力信号Ｓ０をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２１と、壁面または音響反射板４で反射した音声Ｓ２の周波数−ゲイン特性が視聴位置Ｕで所望の特性となるようにＡ／Ｄ変換器２１の出力信号を補正する周波数特性補正フィルタ２２と、音声Ｓ２の周波数−位相特性が視聴位置Ｕで所望の特性となるように周波数特性補正フィルタ２２の出力信号を補正する位相特性補正フィルタ２３と、音声Ｓ２が視聴位置Ｕで所望のレベルとなるように位相特性補正フィルタ２３の出力信号のゲインを調整するゲイン調整回路２４と、ゲイン調整回路２４の出力信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器２５とを有する。

周波数特性補正フィルタ２２と位相特性補正フィルタ２３とゲイン調整回路２４とは、いずれも特性の変更が簡単に行えるディジタル回路で構成するのが望ましい。周波数特性補正フィルタ２２と位相特性補正フィルタ２３にディジタルフィルタを使用すれば、フィルタ係数を自由に変更できるため、あらゆる周波数−ゲイン特性や周波数−位相特性を実現することができる。また、ゲイン調整回路２４にディジタル掛け算器を使用すれば、掛け算の係数の変更によりゲインを自由に調整することができる。さらに、周波数特性補正フィルタ２２と位相特性補正フィルタ２３とゲイン調整回路２４にディジタル回路を使用すれば、外部からの制御も非常に容易である。

次に、壁面または音響反射板４の周波数−ゲイン特性を補正する動作について図３を用いて説明する。ここでは、モデルが複雑になるのを防ぐため、指向性スピーカ装置３および室内空間の音声信号の伝達特性は理想的なものであるとする。
最初に、特性補正を行わない場合、つまり特性補正装置２が存在しない場合の動作を説明する。音響信号発生装置１が音声信号Ｓ０を出力すると、指向性スピーカ装置３は壁面または音響反射板４に音声Ｓ１を放射する。音声信号Ｓ０が図３（ｂ）のように平坦な周波数−ゲイン特性を有し、指向性スピーカ装置３および空間の伝達特性が理想的である場合、図３（ｃ）のように音声Ｓ１も平坦な周波数−ゲイン特性で壁面または音響反射板４に到達する。この音声Ｓ１には壁面または音響反射板４の周波数−ゲイン特性が反映されるため、視聴位置Ｕに届く音声Ｓ２は図３（ｄ）の周波数−ゲイン特性となる。

次に、本実施の形態のように特性補正装置２を設けた場合の動作を説明する。特性補正装置２は、音響信号発生装置１から出力された音声信号Ｓ０（図３（ｅ））に壁面または音響反射板４の周波数−ゲイン特性と逆の特性を付加する。つまり、特性補正装置２の周波数特性補正フィルタ２２は、壁面または音響反射板４で減衰する周波数のゲインを上げる等の補正を行う。

このような補正により、指向性スピーカ装置３から壁面または音響反射板４に放射される音声Ｓ１は、図３（ｆ）の周波数−ゲイン特性となる。音声Ｓ１が壁面または音響反射板４で反射するとき、図３（ｄ）で示した壁面または音響反射板４の周波数−ゲイン特性が付加されるので、視聴位置Ｕに届く音声Ｓ２の周波数−ゲイン特性は図３（ｄ）のように平坦な特性となる。このように、指向性スピーカ装置３から壁面または音響反射板４に放射する音声Ｓ１の特性をあらかじめ特性補正装置２で補正しておくことにより、視聴位置Ｕで理想的な周波数−ゲイン特性を得ることができる。

以上の説明は周波数−ゲイン特性の補正についてであるが、周波数−位相特性の補正も同様であり、壁面または音響反射板４の反射で特定の周波数の位相が遅れる場合には、特性補正装置２の位相特性補正フィルタ２３によって、あらかじめその周波数の位相を進ませておけばよい。
また、絶対音圧減衰特性の補正は、壁面または音響反射板４で反射した音声Ｓ２のレベル（音圧）が視聴位置Ｕで最適値となるように特性補正装置２のゲイン調整回路２４によってゲインを調整しておけばよい。

リスニングルームの壁面を仮想的なスピーカとする場合の難点は、実際のスピーカでは保証される音の特性（周波数−ゲイン特性、周波数−位相特性、ゲイン）が一定基準に達しないことと、音の特性が壁の材質などにより部屋毎に異なることである。音響反射板を仮想スピーカとする場合も、一定基準以上の特性を得ようとすると、価格の高いものとなってしまう可能性がある。

本実施の形態では、指向性スピーカ装置３から放射する音声信号に、壁面または音響反射板４の音響特性を補正する特性をあらかじめ付加しておくことにより、壁面または音響反射板４で反射する音の特性を改善することができ、仮想スピーカを実用的なものとすることができる。

特性補正装置２による補正は前述のように主にディジタルフィルタによって実現できるが、ディジタルフィルタで補正と同時に、例えばパラメトリックイコライザのように、積極的に系の周波数／位相特性を変更する特性を実現することも可能である。特性補正装置２の特性に積極的な室内音場の特性変更を加味することで、よりユーザーの好みに合った音場を創り出すことができる。

なお、本実施の形態では、壁面または音響反射板４の周波数−ゲイン特性、周波数−位相特性および絶対音圧減衰特性を同時に補正しているが、これに限るものではなく、これらの特性のうち少なくとも１つを補正するようにしてもよい。また、図２では、特性補正装置２にＡ／Ｄ変換器２１を配しているが、音響信号発生装置１の出力がディジタル信号であればＡ／Ｄ変換器２１は不要である。

［第２の実施の形態］
本実施の形態では、第１の実施の形態の指向性スピーカ装置３としてアレースピーカを用いた例を示す。図４は、アレースピーカを用いた指向性スピーカ装置３の構成を示すブロック図である。本実施の形態の指向性スピーカ装置３は、特性補正装置２から出力された音声信号Ｓ０’に対して実現したい指向性（音響ビームの焦点の位置）に対応する遅延時間を付加する遅延回路３１と、遅延回路３１の出力信号のゲインを所望のレベルに調整するゲイン調整回路３２（３２−１〜３２−ｎ）と、ゲイン調整回路３２の出力信号を増幅するアンプ３３（３３−１〜３３−ｎ）と、アンプ３３によって駆動されるスピーカ３４（３４−１〜３４−ｎ）とを有する。

指向性スピーカ装置３は、各スピーカ３４から放射する音声が所望の壁面または音響反射板４に向かうように指向性を制御する。ここで、指向性スピーカ装置３における指向性の制御について図５を参照して説明する。壁面または音響反射板４の位置Ｐからの距離がＤである円弧をＺとし、位置Ｐと指向性スピーカ装置３の各スピーカ３４（３４−１〜３４−ｎ）とを結ぶ直線を延長して、これら延長した直線が円弧Ｚと交わる交点上に図５の破線で示すような仮想のスピーカ３５（３５−１〜３５−ｎ）を配置することを考える。これら仮想のスピーカ３５から位置Ｐまでの距離は全てＤであるから、各スピーカ３５から放射される音声は位置Ｐに同時に到達する。

指向性スピーカ装置３の各スピーカ３４−ｉ（ｉ＝１，２，・・・・ｎ）から放射する音声を位置Ｐに同時に到達させるためには、スピーカ３４−ｉとこれに対応する仮想のスピーカ３５−ｉとの間の距離ＬＡｉに応じた遅延時間ＬＡｉ／Ｖをスピーカ３４−ｉから出力される音声に付加すればよい。このようなアレースピーカの動作原理に基づき、指向性スピーカ装置３の遅延回路３１は、入力された音声信号Ｓ０’に対して各スピーカ３４−ｉに対応する遅延時間ＬＡｉ／Ｖをそれぞれ付加したｎ個の音声信号を出力する。

ゲイン調整回路３２は、遅延回路３１の出力信号のゲインを調整し、アンプ３３−ｉは、ゲイン調整回路３２−ｉから出力された音声信号を増幅してスピーカ３４−ｉを駆動する。こうして、音声信号に付与する遅延時間をスピーカ３４毎に調整することにより、指向性スピーカ装置３から放射する音声の指向性を制御し、各スピーカ３４から放射した音声信号の位相を空間上の１点（焦点）で揃えることができる。

このように、アレースピーカは空間の任意の１点を焦点として、この焦点位置にあたかもスピーカがあるような定位感をつくれるので、壁面または音響反射板４に仮想スピーカを配置できるだけでなく、壁面または音響反射板４で反射した後に焦点をつくることにより、壁面または音響反射板４と視聴位置Ｕとの間の空間に仮想スピーカを配置することも可能である。

また、アレースピーカが複数の異なる指向性を持たせた信号を同時に出力可能であることから、図６に示すように多数の仮想スピーカを実現することができ、また図７に示すようにメインチャンネルの音声信号とサラウンドチャンネルの音声信号を同時に出力することも可能である。図６の例では、スピーカＳＰ−ＳＬ，ＳＰ−ＳＲがそれぞれ指向性スピーカ装置３に相当し、このスピーカＳＰ−ＳＬ，ＳＰ−ＳＲから複数の異なる指向性を持たせたサラウンドチャンネルの音声を同時に出力している。また、図７の例では、スピーカＳＰ−Ｌ，ＳＰ−Ｒがそれぞれ指向性スピーカ装置３に相当し、このスピーカＳＰ−Ｌ，ＳＰ−Ｒからメインチャンネルの音声信号とサラウンドチャンネルの音声信号を同時に出力している。
なお、アレースピーカの遅延回路３１にディジタル回路を使用する場合には、特性補正装置２のＤ／Ａ変換器２５は不要である。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図８は本発明の第３の実施の形態となる特性補正システムの構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の特性補正システムは、音響信号発生装置１と、特性補正装置２と、指向性スピーカ装置３と、視聴位置に配置されたマイク５と、マイク５によって集音された音の特性を分析する特性分析装置６と、特性分析装置６の結果に基づき、壁面または音響反射板４で反射した音声Ｓ２が視聴位置で所望の特性となるように、特性補正装置２の周波数−ゲイン特性、周波数−位相特性またはゲインのうち少なくとも１つを設定する補正特性制御装置７と、メインチャンネルの音声信号（メイン信号ＬまたはＲ）を出力するメインスピーカ装置８とを有する。マイク５と特性分析装置６とは測定手段を構成し、補正特性制御装置７は制御手段を構成している。

本実施の形態では、音響信号発生装置１から特性分析に適したインパルス信号、特定周波数毎の帯域ノイズ、スイープ信号などの測定用音声信号Ｓ０を出力する。視聴位置に配置されたマイク５は、指向性スピーカ装置３から放射され壁面または音響反射板４で放射した音声Ｓ２を集音し、特性分析装置６は、音声Ｓ２の特性を分析して、系の伝達特性、すなわち壁面または音響反射板４の音響特性を得る。補正特性制御装置７は、壁面または音響反射板４の音響特性を補正するために、音声信号Ｓ０に付加すべき特性を算出して、特性補正装置２を制御する。

次に、壁面または音響反射板４で反射した音声Ｓ２の周波数−ゲイン特性および周波数−位相特性を測定し、この測定結果に基づいて特性補正装置２の周波数−ゲイン特性および周波数−位相特性を制御する動作について説明する。音響信号発生装置１は、測定用の音声信号Ｓ０として任意の周波数帯の帯域ノイズを出力する。このとき、特性補正装置２はスルー（Ｓ０＝Ｓ０’）とし、メインスピーカ装置８はオフ（無音）とする。音響信号発生装置１から出力された帯域ノイズは音声Ｓ１として指向性スピーカ装置３から壁面または音響反射板４に放射され、壁面または音響反射板４を経由して音声Ｓ２として視聴位置のマイク５に到達する。

特性分析装置６は、マイク５が集音した音声Ｓ２のレベル（音圧）を測定する。このような測定を音響信号発生装置１から出力する帯域ノイズの周波数を変えながら繰り返し行うことにより、音声Ｓ２の周波数−ゲイン特性を得ることができる。特性分析装置６は、測定した周波数−ゲイン特性を補正特性制御装置７に送る。

補正特性制御装置７は、特性分析装置６によって測定された音声Ｓ２の周波数−ゲイン特性に基づき、この音声Ｓ２の周波数−ゲイン特性が視聴位置で所望の特性となるように特性補正装置２の周波数特性補正フィルタ特性を計算し、このフィルタ特性を実現するフィルタ係数を計算して、算出したフィルタ係数を特性補正装置２の周波数特性補正フィルタ２２に設定する。

また、測定用の音声信号Ｓ０として周波数が連続的に変化するスイープ信号やインパルス信号を音響信号発生装置１から出力し、マイク５によって集音した音声Ｓ２を特性分析装置６でディジタル信号処理することにより、音声Ｓ２の周波数−ゲイン特性を効率的かつ高精度に測定することができ、かつ音声Ｓ２の周波数−位相特性も測定することができる。

補正特性制御装置７は、特性分析装置６によって測定された音声Ｓ２の周波数−位相特性に基づき、この音声Ｓ２の周波数−位相特性が視聴位置で所望の特性となるように特性補正装置２の位相特性補正フィルタ特性を計算し、このフィルタ特性を実現するフィルタ係数を計算して、算出したフィルタ係数を特性補正装置２の位相特性補正フィルタ２３に設定する。

次に、壁面または音響反射板４で反射した音声Ｓ２の絶対音圧減衰特性を測定し、この測定結果に基づいて特性補正装置２のゲインを制御する動作について説明する。音響信号発生装置１は、レベル一定の測定用音声信号Ｓ０を出力する。このとき、特性補正装置２はスルーとし、メインスピーカ装置８はオフ（無音）とする。音響信号発生装置１から出力された測定用音声信号は音声Ｓ１として指向性スピーカ装置３から壁面または音響反射板４に放射され、壁面または音響反射板４を経由して音声Ｓ２として視聴位置のマイク５に到達する。特性分析装置６は、マイク５が集音した音声Ｓ２のレベルを測定する。

続いて、指向性スピーカ装置３をオフ（無音）とし、前記レベル一定の測定用音声信号Ｓ０をメインスピーカ装置８に出力する。メインスピーカ装置８は、入力された測定用音声信号を音声Ｓ３として視聴位置のマイク５に放射する。特性分析装置６は、マイク５が集音した音声Ｓ３のレベルを測定する。補正特性制御装置７は、音声Ｓ３のレベルを基準として、音声Ｓ２のレベルが最適値となるように特性補正装置２のゲインを計算し、このゲインを実現するゲイン係数を計算して、算出したゲイン係数を特性補正装置２のゲイン調整回路２４に設定する。

特性補正装置２の設定後は、音響信号発生装置１からメインスピーカ装置８にメインチャンネルの音声信号が入力され、特性補正装置２にサラウンドチャンネルの音声信号が入力される。
リスニングルームの壁面を仮想スピーカとする場合、音の特性が壁の材質などにより部屋毎に異なる。本実施の形態によれば、壁面または音響反射板４で反射する音の特性をあらかじめ測定しておくことにより、壁毎（部屋毎）の音響特性の違いに対応することができる。

なお、以上の測定では、スピーカからマイク５に直接届く音声や仮想スピーカとして機能する壁面または音響反射板４からマイク５に届く音声、あるいはその他の壁面からマイク５に届く音声が重畳されてしまうため、必要な音声のみを抽出することは高度なディジタル信号処理技術を駆使しても難しい。このような環境下で測定を簡単にするひとつの方法としては、マイク５に指向性マイクを使用し、測定したい音声のみを集音するという方法が考えられる。

また、本実施の形態によれば、測定結果に基づいて特性補正装置２の特性を設定することができるが、音響信号発生装置１から出力する測定用音声信号を特性設定後の特性補正装置２に通して、音声Ｓ２の周波数−ゲイン特性、周波数−位相特性および絶対音圧減衰特性を再測定し、この再測定の結果に基づいて特性補正装置２の特性を再度設定するようにしてもよい。これにより、補正の精度を向上させることができる。

また、本実施の形態では、メインスピーカ装置８からマイク５に直接放射する音声Ｓ３を絶対音圧減衰特性の測定時の基準信号としているが、指向性スピーカ装置３の指向性を変更して、指向性スピーカ装置３からマイク５に直接放射する音声を基準信号とするようにしてもよい。前述のとおり、第１の実施の形態で説明したアレースピーカによれば指向性を容易に変更することが可能である。

図６で説明したように１台の指向性スピーカ装置３（図６のＳＰ−ＳＬまたはＳＰ−ＳＲ）で複数の仮想スピーカを実現する場合、仮想スピーカ毎に特性補正装置２を設けて音声信号を補正する必要がある。ただし、同一の壁面上に複数の仮想スピーカを配置する場合には、この壁面上の１点で前述の測定を行い、測定結果から求めた特性補正装置２の周波数−ゲイン特性、周波数−位相特性およびゲインを全ての特性補正装置２に設定してもよい。これにより、測定調整過程を簡略化することができる。

［第４の実施の形態］
第３の実施の形態では、壁面または音響反射板で反射した音の特性を測定して、この測定結果に基づいて補正特性制御装置７が特性補正装置２の周波数−ゲイン特性、周波数−位相特性およびゲインを計算していたが、特性補正装置２の周波数−ゲイン特性と周波数−位相特性とゲインの組み合わせからなる補正パターンを補正特性制御装置７にあらかじめ複数種類設定しておき、測定結果に基づいて補正特性制御装置７が適切な補正パターンを選択するようにしてもよい。これにより、補正特性制御装置７の計算処理を省くことができる。

また、視聴位置で視聴した結果に基づいて視聴者が特性補正装置２の補正パターンを選択するようにしてもよい。この場合には、実質的に測定過程を省くことができ、マイクや特性分析装置が不要となる。

［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。図９は本発明の第５の実施の形態となる特性補正システムの構成を示すブロック図であり、図８と同一の構成には同一の符号を付してある。第３の実施の形態で説明した測定を行うことにより壁面または音響反射板４の音響特性を知ることができるが、このような機能によれば、例えば減衰率が非常に大きい吸音壁であったり、周波数−ゲイン特性に大きな山谷があったりする場合など、特性補正装置２で補正したとしても一定の音響特性に達しない壁面または音響反射板４を検出することができる。本実施の形態は、このように特性補正装置２で補正が不可能な場合に、指向性スピーカ装置３の指向性を自動的に変更して、音響特性の良好な壁面または音響反射板４に仮想スピーカを配置するものである。

以下、本実施の形態の動作を図９を使って説明する。壁面または音響反射板４で反射した音声Ｓ２の周波数−ゲイン特性、周波数−位相特性および絶対音圧減衰特性を測定する構成とその動作は、第３の実施の形態と同じである。

補正特性制御装置７ａは、第３の実施の形態で説明した補正特性制御装置７の機能に加えて、指向性スピーカ装置３の指向性を制御する機能を備えており、測定終了後に指向性スピーカ装置３の遅延回路３１に指向性制御係数を送る。指向性スピーカ３の遅延回路３１は、各スピーカ３４に供給する音声信号に付加する遅延時間を指向性制御係数に応じて変更することにより、音響ビームの焦点位置を変更する。

こうして、指向性スピーカ装置３の指向性を変更しながら、壁面または音響反射板４で反射する音声Ｓ２の測定を繰り返す。図９に示した例では、指向性スピーカ装置３から放射する音声をＳ１−１，Ｓ１−２，Ｓ１−３といったように少しずつ変更して、この指向性の変更に応じた音声Ｓ２−１，Ｓ２−２，Ｓ２−３の特性をそれぞれ測定する。補正特性制御装置７ａは、測定した音声Ｓ２−１，Ｓ２−２，Ｓ２−３の特性と、この特性を測定したときの指向性制御係数とを関連付けて記憶する。

そして、補正特性制御装置７ａは、記憶した音声Ｓ２の特性の中から最良の特性を選択する。この最良の特性が得られた指向性制御係数、すなわち壁面または音響反射板４の位置（焦点位置）を仮想スピーカの位置とすればよい。
以上のように、本実施の形態によれば、指向性スピーカ装置３の指向性を自動的に変更しながら測定することにより、音響特性が悪い壁面または音響反射板４に仮想スピーカを配置することを避けて、音響特性が良好な壁面または音響反射板４に仮想スピーカを配置することができる。

なお、指向性スピーカ装置３の指向性を変更しながら、壁面または音響反射板４で反射する音声Ｓ２の測定を繰り返した結果、特性補正装置２による補正が不可能と判断した場合、補正特性制御装置７ａから通知装置９を通じて視聴者に所定の音響特性が得られないことを通知するようにしてもよい。視聴者への通知は、例えば所定のランプを点灯させたり、画面に所定の音響特性が得られない旨を表示させたりすればよい。このような通知を受けた視聴者は、特性が良好な音響反射板を用意することで、仮想スピーカの特性を改善することができる。

また、本実施の形態では、指向性スピーカ装置３の指向性を自動的に変更しているが、この指向性制御を手動制御とし、特性補正装置２による補正が不可能と判断した場合に、補正特性制御装置７ａから通知装置９を通じて視聴者に所定の音響特性が得られないことを通知するようにしてもよい。この場合、視聴者は、指向性スピーカ装置３の指向性を変更して、壁面の他の領域を仮想スピーカとしたり、あるいは特性が良好な音響反射板を用意したりすることになる。

［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。図１０は本発明の第６の実施の形態となる特性補正システムの構成を示すブロック図であり、図８と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の特性補正システムは、音響信号発生装置１と、特性補正装置２と、指向性スピーカ装置３と、マイク５と、メインスピーカ装置８から視聴位置へ直接届く音声Ｓ３と指向性スピーカ装置３から壁面または音響反射板４を経由して視聴位置へ届く音声Ｓ２の到達時間の差を測定する特性分析装置６ｂと、特性分析装置６ｂの結果に基づき、音声Ｓ２とＳ３の到達時間が一致するように後述する遅延補正装置の遅延時間を設定する補正特性制御装置７ｂと、メインスピーカ装置８と、メインチャンネルの音声信号を遅延させる遅延補正装置１０とを有する。

メインスピーカ装置８から視聴位置へ直接届く音声と指向性スピーカ装置３から壁面または音響反射板４を経由して視聴位置へ届く音声とでは、伝搬距離が異なるため、視聴位置への到達時間が異なる。本実施の形態はこのようなメインチャンネルの音声信号とサラウンドチャンネルの音声信号の到達時間の差を補正するため、メインチャンネルの音声信号の遅延時間を制御する。

遅延時間を測定する方法としては、壁面または音響反射板４で反射した音声Ｓ２の絶対遅延時間を測定する方法と、相対遅延時間を測定する方法とがある。まず、絶対遅延時間を測定する方法について説明する。音響信号発生装置１は、特性分析装置６ｂから出力されるトリガに応じて測定用音声信号Ｓ０を特性補正装置２に出力する。この測定用音声信号は特性補正装置２を通って指向性スピーカ装置３から音声Ｓ１として壁面または音響反射板４に放射され、壁面または音響反射板４を経由して音声Ｓ２として視聴位置のマイク５に到達する。特性分析装置６ｂは、トリガを発してから音声Ｓ２がマイク５で検出されるまでの到達時間を測定する。

続いて、音響信号発生装置１は、特性分析装置６ｂから出力されるトリガに応じて測定用音声信号Ｓ０を遅延補正装置１０に出力する。このとき遅延補正装置１０の遅延時間は最小値に設定しておく。この測定用音声信号は遅延補正装置１０を通ってメインスピーカ装置８から音声Ｓ３としてマイク５に放射される。特性分析装置６ｂは、トリガを発してから音声Ｓ３がマイク５で検出されるまでの到達時間を測定する。そして、特性分析装置６ｂは、音声Ｓ２の到達時間と音声Ｓ３の到達時間との差を絶対遅延時間とする。なお、音響信号発生装置１から特性補正装置２と遅延補正装置１０にインパルス信号を同時に与え、マイク５に到達した２つのインパルス信号の時間差を求めることで、絶対遅延時間を測定することも可能である。

次に、相対遅延時間を測定する方法について説明する。音響信号発生装置１は、特性分析装置６ｂから出力されるトリガに応じて測定用音声信号Ｓ０を特性補正装置２と遅延補正装置１０に同時に出力する。特性分析装置６ｂは、マイク５で集音した音声の相関をとって相対遅延時間を算出する。このときの測定用音声信号Ｓ０としては、インパルス信号やランダムノイズがある。

次に、補正特性制御装置７ｂは、特性分析装置６ｂで測定された絶対遅延時間または相対遅延時間に基づき、メインスピーカ装置８から視聴位置への到達時間と指向性スピーカ装置３から壁面または音響反射板４を経由した視聴位置への到達時間とが一致するように、遅延補正装置１０の遅延量を設定する。遅延補正装置１０は、簡易に細かく遅延時間が調整できるようにディジタルメモリで構成することが好ましい。遅延補正装置１０の設定後は、音響信号発生装置１から遅延補正装置１０にメインチャンネルの音声信号が入力され、特性補正装置２にサラウンドチャンネルの音声信号が入力される。

こうして、本実施の形態では、メインチャンネルの音声信号を遅延補正装置１０で遅らせることにより、メインスピーカ装置８から視聴位置に直接届く音声の到達時間と指向性スピーカ装置３から壁面または音響反射板４を経由して視聴位置に届く音声の到達時間とを一致させることができる。
メインスピーカ装置８にアレースピーカを用いる場合は、このアレースピーカ内の遅延回路に遅延補正装置１０の機能を兼用させることができる。

なお、第１〜第６の実施の形態で用いた特性分析装置６，６ｂおよび補正特性制御装置７，７ａ，７ｂの少なくとも１部の構成はコンピュータによって実現することができる。

本発明は、指向性スピーカから放射した音声を壁面または反射板で反射させて仮想的なスピーカをつくり出すサラウンドシステムに適用することができる。

本発明の第１の実施の形態となる特性補正システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態における特性補正装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態の特性補正装置による周波数−ゲイン特性の補正を説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態における指向性スピーカ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態における指向性スピーカ装置の指向性制御について説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態においてアレースピーカにより多数の仮想スピーカを実現する例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態においてアレースピーカによりメインチャンネルとサラウンドチャンネルの音声信号を同時に出力する例を示す図である。 本発明の第３の実施の形態となる特性補正システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施の形態となる特性補正システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第６の実施の形態となる特性補正システムの構成を示すブロック図である。 デジタルサラウンドシステムにおけるスピーカ配置の１例を示す平面図である。 リアスピーカを視聴位置の前方に配置したサラウンドシステムにおけるスピーカ配置を示す平面図である。 視聴位置後方の壁面を音響反射板として使用するサラウンドシステムにおけるスピーカ配置を示す平面図である。

符号の説明

１…音響信号発生装置、２…特性補正装置、３…指向性スピーカ装置、４…壁面または音響反射板、５…マイク、６、６ｂ…特性分析装置、７、７ａ、７ｂ…補正特性制御装置、８…メインスピーカ装置、９…通知装置、１０…遅延補正装置、２１…Ａ／Ｄ変換器、２２…周波数特性補正フィルタ、２３…位相特性補正フィルタ、２４…ゲイン調整回路、２５…Ｄ／Ａ変換器。

Claims (6)

1. 指向性の鋭い指向性スピーカ装置から放射した音声を壁面または反射板で反射させて仮想的なスピーカをつくり出すサラウンドシステムにおいて、前記壁面または反射板の音響特性を補正する特性補正システムであって、
   前記壁面または反射板で反射した音声が視聴位置で所望の特性となるように、前記指向性スピーカ装置に入力する音声信号の周波数−ゲイン特性、周波数−位相特性またはゲインのうち少なくとも１つを補正する特性補正手段と、
   前記壁面または反射板で反射した音声の特性を測定する測定手段と、
   この測定の結果に基づき、前記壁面または反射板で反射した音声が視聴位置で所望の特性となるように、前記特性補正手段の周波数−ゲイン特性、周波数−位相特性またはゲインのうち少なくとも１つを設定する制御手段とを備えることを特徴とする特性補正システム。
2. 請求項１記載の特性補正システムにおいて、
   前記特性補正手段は、前記指向性スピーカ装置に入力する入力音声信号の周波数−ゲイン特性を補正する周波数特性補正フィルタと、前記入力音声信号の周波数−位相特性を補正する位相特性補正フィルタと、前記入力音声信号のゲインを調整するゲイン調整回路とを備え、
   前記制御手段は、前記特性補正手段の周波数−ゲイン特性を設定する場合は、前記測定手段によって測定された音声の周波数−ゲイン特性に基づき、この音声の周波数−ゲイン特性が視聴位置で所望の特性となるように前記周波数特性補正フィルタのフィルタ係数を計算して前記周波数特性補正フィルタに設定し、前記特性補正手段の周波数−位相特性を設定する場合は、前記測定手段によって測定された音声の周波数−位相特性に基づき、この音声の周波数−位相特性が視聴位置で所望の特性となるように前記位相特性補正フィルタのフィルタ係数を計算して前記位相特性補正フィルタに設定し、前記特性補正手段のゲインを設定する場合は、前記測定手段によって測定された音声の絶対音圧減衰特性に基づき、この音声のレベルが視聴位置で所望の特性となるように前記ゲイン調整回路のゲイン係数を計算して前記ゲイン調整回路に設定することを特徴とする特性補正システム。
3. 請求項２記載の特性補正システムにおいて、
   前記制御手段は、前記特性補正手段の補正パターンを予め複数記憶し、前記周波数特性補正フィルタのフィルタ係数、前記位相特性補正フィルタのフィルタ係数及び前記ゲイン調整回路のゲイン係数を計算する代わりに、前記複数の補正パターンの中から前記測定手段の測定結果に基づいて適切な補正パターンを選択することを特徴とする特性補正システム。
4. 請求項１記載の特性補正システムにおいて、
   前記制御手段は、前記測定手段の測定結果に基づいて、前記壁面または反射板で反射した音声が最良の特性になるように前記指向性スピーカ装置の指向性を制御することを特徴とする特性補正システム。
5. 請求項１記載の特性補正システムにおいて、
   さらに、視聴者への通知用の通知装置を備え、
   前記制御手段は、前記特性補正手段による補正が不可能と判断した場合に、前記通知装置を通じて視聴者に所定の音響特性が得られないことを通知することを特徴とする特性補正システム。
6. 請求項１記載の特性補正システムにおいて、
   さらに、前記サラウンドシステムのメインスピーカ装置に供給されるメインチャンネルの音声信号を遅延させる遅延補正装置を備え、
   前記測定手段は、前記メインスピーカ装置から視聴位置へ直接届く音声と前記指向性スピーカ装置から壁面または音響反射板を経由して視聴位置へ届く音声の到達時間の差を測定し、
   前記制御手段は、この測定手段の測定結果に基づき、前記メインスピーカ装置から視聴位置へ直接届く音声と前記指向性スピーカ装置から壁面または音響反射板を経由して視聴位置へ届く音声の到達時間が一致するように前記遅延補正装置の遅延時間を設定することを特徴とする特性補正システム。

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