JP2006013711A - スピーカアレイ装置及びスピーカアレイ装置の音声ビーム設定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 スピーカアレイ装置の設置場所の自由度が高く、音声ビームの設定をユーザが容易に行うことのできるスピーカアレイ装置及びスピーカアレイ装置の音声ビーム設定方法を提供する。
【解決手段】 スピーカアレイ装置１は、音声ビームの角度を調整できる帯域に制限された音声信号による音声ビームを、スピーカアレイ１０の前面において０度から１８０度までスイープさせて、無指向性のマイクロフォン２でこの音声ビームの直接音や反射音を集音する。そして、集音した音声データを分析して閾値以上のピークを検出して各ピークの対称性を確認し、対称性がある場合には各ピークを検出した角度をサラウンド音声の各チャンネル用の音声ビームを出力する角度に設定する。これにより、スピーカアレイ装置を設置する部屋の形状や設置位置に応じて、音声ビームの出射角度を最適な位置に設定することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、複数の音声ビームを出力してサラウンド音声を再生するスピーカアレイ装置に関し、特に設置場所の自由度が高く音声ビームの設定を容易に行うことができるスピーカアレイ装置に関する。

従来、マトリックス状に配置された複数のスピーカから成るスピーカアレイを用いて複数の音声ビームを形成することにより、音声信号伝搬の指向性を制御する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この技術を用いることで、従来のサラウンドシステムのように複数のスピーカをユーザ（聴取者）の周囲に設置しなくても良くなり、１枚のパネル状のスピーカアレイから複数の音声ビームを出力させてサラウンド音声を再生することができる。

図１２は、特許文献１に記載のスピーカ装置を設置した部屋の上面透視図であり、スピーカアレイを備えたスピーカ装置で５．１ｃｈサラウンドシステムを構成した例を示している。ここで、以下の説明では、５．１ｃｈサラウンドシステムにおいて、フロントの左チャンネルをＬ（Left）ｃｈ、フロントの右チャンネルをＲ（Right ）ｃｈ、センタチャンネルをＣ（Center）ｃｈ、リアの左チャンネルをＳＬ（Surround Left）ｃｈ、リアの右チャンネルをＳＲ（Surround Right）ｃｈ、サブウーハをＬＦＥ（Low Frequency Effects）ｃｈと称する。

図１２に示すスピーカ装置２１３は、１つのパネルに所定の配列で配置された数百個のスピーカユニットを備えており、各スピーカユニットからサラウンド音声を出力するタイミングをチャンネル毎に調整してビーム状に放射し、音声ビームが空間の任意の点で焦点を結ぶように遅延制御する。そして、各チャンネルの音声を天井や壁に反射させることで、壁方向に音源を作り出し、マルチチャンネルの音場を再生する。図１２に示すように、部屋の壁２２０の中央部付近であって、ユーザＵの前方に設置された映像装置２２２の下部に配置したスピーカ装置２１３は、センタスピーカ（Ｃ）及び低音補強用のサブウーハ（ＬＦＥ）と同様の音声を直接ユーザに対して出力する。また、スピーカ装置２１３は、ユーザＵの左右の壁２２１，２２２に音声ビームを反射させて、仮想Ｒｃｈスピーカ２１４と仮想Ｌｃｈスピーカ２１５を作り出す。さらに、スピーカ装置２１３は、ユーザの左右の壁２２１，２２２及びユーザＵの後方の壁２２３に音声ビームを反射させて、ユーザＵの後方の左右に仮想ＳＲｃｈスピーカ２１６と仮想ＳＬｃｈスピーカ２１７を作り出す。このように、スピーカアレイによるサラウンドシステムでは、各チャンネルの音声信号を遅延制御してビーム化し、このビーム化した音声を壁に反射させて複数の音源を作ることにより、ユーザＵの周囲に複数のスピーカを設置したかのようなサラウンド感を得ることができる。
特表２００３−５１０９２４号公報

従来のスピーカアレイ装置を設置する際には、ユーザのリスニング位置の情報や、設置環境の形状情報として部屋の幅・奥行き・高さをスピーカアレイ装置に与えることで、音声ビームの角度を自動計算させて音声ビームを設定していた。また、スピーカアレイ装置に上記のような設定機能が設けられていない場合には、専門家がリスニング位置においてスピーカアレイ装置の再生音を聞きながら、音声ビームの角度を手動で変更しながら調整を行っていた。

しかし、前者の方法の場合、スピーカアレイ装置を設置する部屋の形状及び設置場所が制限されるという問題があった。つまり、スピーカアレイ装置を設置する部屋が図１２に示したような直方体や立方体といった理想的な形状であり、かつ計算可能条件に合致する位置・方向にスピーカアレイ装置を設置しないと音声ビームの正しい角度が求められなかった。そのため、特殊な形状の部屋や大型の家具が設置されている部屋では、スピーカアレイ装置の音声ビームの設定を自動で行うことができず、手動でビーム角度の調整を行わなければならないことがあった。

また、後者の方法の場合、音声ビームの調整は、設定者の主観に依存する部分が多いため、視聴環境に個人差が発生しやすく、また設定操作に知識と慣れが必要である。そのため、音声ビームの調整は、前記のように通常はビーム角度の調整を専門に行う専門家が実行しており、ユーザがビーム角度の調整を行うのは困難であるという問題があった。

そこで、本発明は、スピーカアレイ装置の設置場所の自由度が高く、音声ビームの設定をユーザが容易に行うことのできるスピーカアレイ装置及びスピーカアレイ装置の音声ビーム設定方法を提供することを目的とする。

この発明は、上記の課題を解決するための手段として、以下の構成を備えている。

（１）マトリックス状またはライン状に配置された複数のスピーカを有するスピーカアレイと、
外部から入力された音声信号を前記スピーカアレイの全部または一部のスピーカに対して分配し、これらのスピーカから出力する音声の出力タイミングを制御して前記スピーカアレイから音声ビームを出力させる信号処理手段と、
前記信号処理手段にテスト音声信号を出力するとともに、この信号処理手段を制御して前記テスト音声信号により形成した音声ビームを旋回させるテスト音声出力手段と、
聴取位置に設置され、前記スピーカアレイが出力した音声ビームの直接音及び反射音を含むテスト音声を集音するマイクロフォンと、
前記マイクロフォンが集音した前記テスト音声の信号レベルと、そのときの前記音声ビームの旋回角度と、を対応づけて記憶する記憶手段と、
前記記憶手段が記憶したテスト音声の信号レベルに基づいて複数のピークを選択し、選択した複数のピークの旋回角度をマルチチャンネルサラウンド音声の各チャンネルの音声ビームを出力する角度であるビーム出力角度として設定するビーム設定手段と、
を備えたことを特徴とする。

従来のスピーカアレイ装置でサラウンド音声を再生させるためには、この装置の設置後に専門家が音声を再生しながら各チャンネルの音声ビームを出力する方向を調整する必要があり、コストアップの要因となっていた。この構成においては、スピーカアレイ装置を室内に設置する際に、ユーザの聴取位置にマイクロフォンを設置して、スピーカアレイからテスト音声の音声ビームを自動的に旋回（スイープ）させながら出力して、このときにマイクロフォンで音声ビームを集音する。そして、スピーカアレイから直接マイクロフォンに向けて出力されたテスト音声や、部屋の壁からマイクロフォンに向けて反射したテスト音声から、信号レベルのピークを検出する。したがって、聴取位置において最適なサラウンド音声を再生させるためには、アレイスピーカから出力した音声ビームを部屋の壁のどの位置に反射させるとマルチチャンネル音声信号を最適に再生できるかを短時間で容易に検出することが可能となる。また、ピークを検出した旋回角度をマルチチャンネル音声信号の各チャンネルの音声ビームを出力する角度として設定することで、スピーカアレイ装置を設置する部屋の形状や家具の配置などにかかわらず、スピーカアレイ装置を設置後にマルチチャンネルサラウンド音声の再生設定をユーザでも簡単に行うことができる。

（２）前記ビーム設定手段は、前記テスト音声信号の信号レベルが最大となるピークの旋回角度を、マルチチャンネルサラウンド音声のセンタチャンネルのビーム出力角度として設定することを特徴とする。

通常、スピーカアレイ装置を設置する部屋の形状にかかわらずスピーカアレイから聴取位置に向けて出力された直接音を、マルチチャンネルサラウンド音声のセンタチャンネルの音声ビームに設定する。この直接音は壁に反射した音声ビームよりも信号レベルが大きく、スピーカアレイ装置から出力する音としては直接音の信号レベルが最も大きいものとなる。したがって、記憶手段が記憶したテスト音声信号の信号レベルから最大のピークを選択すれば良いので、センタチャンネルの出力角に設定すべきピークを容易に検出することができる。また、センタチャンネルの音声ビームの出力角度を決定することで、ユーザに対する左右の判定が行え、この出力角度に基づいて他のチャンネルの出力角度を容易に設定することができる。

（３）前記ビーム設定手段は、前記記憶手段が記憶するテスト音声信号の信号レベルから選択したピーク数がマルチチャンネルサラウンド音声のチャンネル数よりも少ない場合、
選択したピークの旋回角度をマルチチャンネルサラウンド音声のいずれかのチャンネルのビーム出力角度として設定するとともに、ビーム出力角度を設定したチャンネル以外のチャンネルの音声を、聴取位置へ直接伝搬するように出力する直接音に設定することを特徴とする。

この構成においては、テスト音声信号の信号レベルから選択したピーク数がマルチチャンネルサラウンド音声のチャンネル数よりも少ない場合、マルチチャンネルサラウンド音声のすべてのチャンネルを音声ビームとして出力するように設定することができない。そこで、ビーム出力角度を設定したチャンネル以外のチャンネルの音声として、壁反射を利用せずに聴取位置へ直接伝搬する直接音を出力するように設定する。例えば、５．１チャンネルサラウンド音声の場合、ピークを３つ検出した場合には、最大のピークをセンタチャンネルのビーム出力角度に、残りのピークをサラウンドチャンネルのビーム出力角度に設定して、フロントチャンネルを直接音を出力するように設定する。このようにすることで、スピーカアレイ装置の設置位置や室内形状や家具の配置などによって各チャンネルを音声ビームとして出力できない場合であっても、状況に応じてマルチチャンネルサラウンド音声の再生設定を適切に行うことができる。

（４）前記ビーム設定手段が設定した前記マルチチャンネルサラウンド音声のセンタチャンネルのビーム出力角度が、前記アレイスピーカ正面に垂直な方向から一定角度以上ずれている場合に、聴取位置の変更を促す旨か、または音声再生方法の変更を促す旨を報知する報知手段を備えたことを特徴とする。

マルチチャンネルサラウンド音声のセンタチャンネルのビーム出力角度が、アレイスピーカ正面に垂直な方向から一定角度以上ずれている場合には、各ピークを音声ビームの出力角に設定して、サラウンド音声を再生すると、サラウンド音声はバランスが崩れたものとなる。この構成においては、報知手段でユーザに対して聴取位置の変更を促す旨か、または音声再生方法の変更を促す旨を前記報知手段が報知するので、上記のような場合にはサラウンド音声をバランス良く再生できるよう設定変更することができる。

（５）前記ビーム設定手段は、各チャンネルに設定した出力角度が、前記センタチャンネルのビーム出力角度を挟んで非対称的な場合には、一方の側の信号定位を複数方向の音声ビームを使用してファントムとして形成して、対称な音場を形成することを特徴とする。

センタチャンネルを挟んで両側のピーク数が同じであっても、各ピークの検出角度が対称的でない場合には、そのままサラウンド音声を再生すると、バランスが悪い状態になる。そのため、この構成においては、各チャンネルの音声バランスが悪い場合には、一方の側の信号を複数方向の音声ビームで出力して、異なる方向から到来する複数の同じ音声信号により、その異なる方向の中間における信号のパワーに応じて内分された方向に定位される仮想的なファントム音源を形成することができる。したがって、上記のように異なる方向から複数の音声信号が到来しても、聴取者はこれらの信号を別に認識することなく、このファントムから到来する１つの音声信号として認識するので、他方の側の信号と対称的な位置にファントムを形成するように調整することで、バランス良くサラウンド音声を再生することができる。

（６）装置本体の設置位置情報の入力を受け付ける入力手段を備え、
前記ビーム設定手段は、前記装置本体の設置位置情報に基づいて、前記記憶手段が記憶したテスト音声信号の信号レベルから複数のピークを選択することを特徴とする。

スピーカアレイ装置からテスト音声信号の音声ビームを旋回させると、通常は、スピーカアレイ装置の室内の設置位置に応じて異なる特性のテスト音声信号が得られる。しかし、スピーカアレイ装置の室内の設置位置が異なるにもかかわらず、ほぼ同じ特性のテスト音声信号が得られることがある。このような場合には、マルチチャンネルサラウンド音声の各チャンネルのビーム出力角度を適正に設定できなくなる。この構成おいては、入力手段で受け付けた装置本体の設置位置情報に基づいて複数のピークを選択するので、上記のような問題が発生することがなく、スピーカアレイ装置の設置位置に応じた音声ビームの最適な出力角度を設定できる。

（７）前記テスト音声出力手段は、テスト音声の信号レベルを、前記音声ビームの旋回範囲内の中央が最大となるエンベロープで変調することを特徴とする。

この構成おいては、音声ビームの旋回範囲内のほぼ中央が最大となるエンベロープで変調するので、音声ビームの旋回範囲内のほぼ中央をスピーカアレイ装置の聴取位置とした場合に、センタチャンネルの出力角に設定すべきピークを容易に検出することができる。また、センタチャンネルの音声ビームの出力角度を決定することで、ユーザに対する左右の判定が行え、この出力角度に基づいて他のチャンネルの出力角度を容易に設定することができる。

（８）前記テスト音声出力手段は、前記スピーカアレイでビームを形成可能な帯域に制限した無相関性のテスト音声信号を前記信号処理手段に出力することを特徴とする。

この構成おいては、スピーカアレイ装置は、スピーカアレイでビームを形成可能な帯域に制限した、ノイズのように周期性がない無相関性の音声を出力する。したがって、所望の範囲内に音声ビームを旋回させることができ、また、反射前の音声ビームと、壁などで反射後の音声ビームが重なった場合でも、干渉が発生することなく確実にテスト音声を集音することができる。

（９）マトリックス状またはライン状に配置された複数のスピーカを有するスピーカアレイの全部または一部のスピーカから出力するテスト音声の出力タイミングを制御して、前記スピーカアレイからテスト音声ビームを出力させて、このテスト音声ビームを旋回させる工程と、
前記スピーカアレイが出力したテスト音声ビームの直接音及び反射音をマイクロフォンで集音して、この集音した音声データをテスト音声ビームの旋回角度と関連づけて記憶手段に記憶させる工程と、
前記記憶手段が記憶した音声データの信号レベルに基づいて複数のピークを選択し、選択した複数のピークの旋回角度をマルチチャンネルサラウンド音声の各チャンネルの音声ビームを出力する角度に設定する工程と、
を含むことを特徴とする。

この構成においては、（１）と同様の効果を得ることができる。

本発明のスピーカアレイ装置は、室内に設置する際に、ユーザの聴取位置にマイクロフォンを設置して、スピーカアレイからテスト音声を出力して音声ビームを自動的に旋回（スイープ）させて、このときにマイクロフォンで音声ビームを集音することで、スピーカアレイから直接マイクロフォンに向けて出力された音声や、部屋の壁からマイクロフォンに向けて反射した音声を、信号レベルのピークとして検出することができる。これにより、聴取位置において最適なサラウンド音声を再生させるためには、アレイスピーカから出力した音声ビームを部屋の壁のどの位置に反射させるとマルチチャンネル音声信号を最適に再生できるかを短時間で容易に検出することが可能となる。また、ピークを検出した旋回角度をマルチチャンネル音声信号の各チャンネルの音声ビームを出力する角度として設定することで、スピーカアレイ装置を設置する部屋の形状や家具の配置などにかかわらず、スピーカアレイ装置を設置後にマルチチャンネルサラウンド音声の再生設定をユーザでも簡単に行うことができる。

図１は、本発明の実施形態に係るスピーカアレイ装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、スピーカアレイの配置図であり、（Ａ）はマトリックス状にスピーカを配置した場合、（Ｂ）はライン状にスピーカを３列配置した場合、（Ｃ）はライン状にスピーカを３列配置し、２列目のスピーカをずらした配置にした場合である。以下の説明では、スピーカアレイ装置の一例として、５．１ｃｈサラウンドシステム用のものについて説明する。また、以下の説明では、５．１ｃｈサラウンドシステムにおいて、フロントの左チャンネルをＬ（Left）ｃｈ、フロントの右チャンネルをＲ（Right）ｃｈ、センタチャンネルをＣ（Center）ｃｈ、リアの左チャンネルをＳＬ（Surround Left）ｃｈ、リアの右チャンネルをＳＲ（Surround Right）ｃｈ、サブウーハをＬＦＥ（Low Frequency Effects）ｃｈと称する。なお、５．１ｃｈサラウンドシステムにおいて、ＬＦＥｃｈの音声信号は指向性がほとんどなく、スピーカアレイ装置から直接ユーザに対して出力するので、以下の説明ではＬＦＥｃｈの音声信号の処理については説明を省略する。

スピーカアレイ装置１は、マイクロフォン２、Ａ／Ｄコンバータ３、システム制御部４、操作部６、表示部７、ファントム形成部８、ビーム形成部９、及びスピーカアレイ１０を備えている。また、スピーカアレイ装置１は、５．１ｃｈサラウンド音声信号の外部入力端子として、Ｌｃｈ端子、Ｒｃｈ端子、ＳＬｃｈ端子、ＳＲｃｈ端子、Ｃｃｈ端子を備えている。さらに、ファントム形成部８は、Ｌｃｈ用アンプ２１ａ，２１ｂ、Ｒｃｈ用アンプ２２ａ，２２ｂ、ＳＬｃｈ用アンプ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ、ＳＲｃｈ用アンプ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ、Ｌｃｈ用加算器２５、Ｒｃｈ用加算器２６、及びＣｃｈ用加算器２７を備えている。加えて、ビーム形成部９は、ファントム形成部８から出力された５つの音声信号をそれぞれ遅延処理する遅延部３１、遅延部３１から出力された５つの音声信号を増幅するパワーアンプ３２−１〜３２−５、及び各パワーアンプ３２−１〜３２−５から出力された信号を加算する加算器３３を備えている。また、ビーム形成部９はｎ個のブロックから成り、スピーカアレイ１０はｎ個のスピーカ３０から成り、各ビーム形成部９の出力にはスピーカ３０がそれぞれ接続されている。

なお、スピーカアレイ装置１のマイクロフォン２を除いた部分を本体１ｈと称する。

マイクロフォン２は、無指向性のマイクロフォンであり、Ａ／Ｄコンバータ３に接続されている。

Ａ／Ｄコンバータ３は、マイクロフォン２が集音したアナログ音声信号をディジタル音声信号に変換（サンプリング）して、システム制御部４へ出力する。

システム制御部４は、ユーザＩ／Ｆ処理部１１、ビーム制御処理部１２、測定データ分析処理部１３、及び音源位置補正処理部１４を備えている。

ユーザＩ／Ｆ処理部１１は、操作部６で受け付けた操作に応じて、制御信号をスピーカアレイ装置１の各部へ出力する。また、ユーザＩ／Ｆ処理部１１は、装置の状況に応じてユーザに報知すべき内容を表示部７へ表示させる。

ビーム制御処理部１２は、スピーカアレイ装置１の設置時などに各チャンネルの音声ビームを出力する角度を設定する音声ビーム設定モードの実行時に、ビーム形成部９ヘテスト音声信号を出力して、スピーカアレイ１０から出力させるテスト音声の音声ビームをスイープ（旋回）させる。

測定データ分析処理部１３は、音声ビーム設定モード実行時に、スピーカアレイ１０から出力されてマイクロフォン２で集音したテスト音声信号を記憶させる。また、測定データ分析処理部１３は、音声信号の収集が完了すると、記憶部５に記憶させた音声信号を読み出して音声信号のピークを検出し、各ピークに基づいてＣｃｈ、Ｌｃｈ、Ｒｃｈ、ＳＬｃｈ、ＳＲｃｈの各チャンネルの音声を出力する角度を設定し、その結果をビーム制御処理部１２へ出力する。

ビーム制御処理部１２は、測定データ分析処理部１３から出力された分析結果に基づいて各チャンネルの角度設定を行うための角度設定信号をビーム形成部９へ出力する。また、測定データ分析処理部１３は、マイクロフォン２で集音したスイープ信号を分析した結果、各チャンネルの角度バランスが悪い場合には、音源位置補正処理部１４へ信号を出力する。

音源位置補正処理部１４は、測定データ分析処理部１３から受け取った信号に基づいて、ファントム形成部８へ音源位置補正信号を出力する。

なお、システム制御部４は、測定精度を上げるように設定された場合には、スイープを複数回実行させて、音声信号の積算・平均化処理などを実行するようにスピーカアレイ装置１の各部を制御する。

記憶部５は、Ａ／Ｄコンバータ３からシステム制御部４を介して出力されたディジタル音声信号を記憶する。

操作部６は、スピーカアレイ装置１の設置時などに、ユーザからの各種の設定入力を受け付けてシステム制御部４へ入力に応じた信号を出力する。

表示部７は、システム制御部４から出力された制御信号に基づいてユーザに伝達する内容を表示する。

ファントム形成部８は、ファントム（虚像）の形成が必要な場合に、システム制御部４が出力した音源位置補正信号に基づいて特定チャンネルの音声信号をファントム化する処理を行い、作成したファントム形成信号をビーム形成部９へ出力する。

ここで、ファントムとは、異なる方向から到来する複数の（同じ）音声信号により、その異なる方向の中間の方向（信号のパワーに応じて内分された方向）に定位される仮想的な音源であり、上記のように異なる方向から複数の音声信号が到来しても、聴取者はこれらの信号を別に認識することなく、このファントムから到来する１つの音声信号として認識する。ファントム形成部８は、システム制御部４が出力した音源位置補正信号に基づいて特定チャンネルの音声信号をファントム化する処理を行い、作成したファントム形成信号をビーム形成部９へ出力して、ユーザの聴取位置へ異なる方向から複数の音声ビームが到来するようにすることで、ファントム音源から音声が出力しているように設定する。

ビーム形成部９は、システム制御部４から出力された各チャンネルの角度設定信号に基づいて各チャンネルの音声ビームを形成して、スピーカアレイ１０へ音声信号を出力する。また、ビーム形成部９は、システム制御部４からスイープ信号が出力された場合には、スピーカアレイ１０から出力する音声ビームをスイープさせるように音声信号を処理して、スピーカアレイ１０へ音声信号を出力する。

スピーカアレイ１０は、ビーム形成部９から出力された音声信号に基づいて、各チャンネルの音声ビームを出力する。

ここで、図２に示すようにスピーカアレイ１０は、複数（ｎ個）のスピーカ３０が１つのパネルにマトリックス状やライン状など所定の配列で配置したものであり、各スピーカからサラウンド音声を出力するタイミングをチャンネル毎に調整してビーム状に放射し、音声ビームが壁面など任意の位置で焦点を結ぶように遅延制御する。そして、各チャンネルの音声をスピーカアレイ装置１が設置された部屋の壁に反射させることで、任意の点に音源を作り出し、マルチチャンネルの音場を形成して、サラウンド音声を再生する。

次に、スピーカアレイ装置１の動作について説明する。図３は、スピーカアレイ装置を設置する部屋の上面図であり、スピーカアレイ装置が音声ビームをスイープする動作、及びマイクロフォンが音声ビームを集音する動作を説明するための図である。ここで、図３には、本発明を容易に理解できるように、スピーカアレイ装置１を設置する部屋４０が理想的な形状である直方体であり、スピーカアレイ装置１の本体１ｈを部屋４０の前壁４１の中央付近における壁際に設置した場合について説明する。

スピーカアレイ装置１を部屋４０に設置する場合には、図３（Ａ）に示すようにスピーカアレイ装置１の本体１ｈを、ユーザの所望の位置である前壁４１の中央部における壁際に、スピーカアレイ１０の前面が前壁４１と平行となり、後壁４３に対向させて室内に向けて音声を出力するように設置する。また、スピーカアレイ装置１のＡ／Ｄコンバータ３に接続されたマイクロフォン２を、ユーザのリスニングポジション（聴取位置）に設置する。このとき、マイクロフォン２の高さは、ユーザの耳の位置に合わせると良い。図３（Ａ）には、聴取位置を部屋４０の中心よりも後壁４３に近い位置とした場合を示している。

スピーカアレイ装置１は、スピーカアレイ装置１の本体１ｈ及びマイクロフォン２の設置が完了して、音声ビーム設定モードが設定されると、スピーカアレイ１０を部屋４０の上方から見てスピーカアレイ１０の前面と平行な一方の方向（以下、０度方向と称する。）から、スピーカアレイ１０の前面と平行な他方の方向（以下、１８０度方向と称する。）までの間において、音声ビームをスイープ（旋回）させる。なお、スピーカアレイ装置１を設置する部屋の形状やスピーカアレイ装置１の設置位置によっては、音声ビームのスイープ角θを０゜≦θ≦１８０°以外の値に設定することも可能である。

このように、音声ビームをスイープさせると、スピーカアレイ１０から出力した音声ビームのスイープ角θに応じて、部屋４０の左壁４２・後壁４３・右壁４４に音声ビームが反射する。このとき、マイクロフォン２で音声ビームの直接音や各壁で反射した間接音を集音して、音声ビームを出力する最適な角度を求める。

例えば、図３（Ｂ）に示すように、スイープ角θ＝θ１の場合、音声ビーム３４ａは左壁４２及び右壁４４で反射してからマイクロフォン２に到達するので、Ｌチャンネルの音声ビームを出力する角度としては不適である。また、スイープ角θ＝θ２の場合、音声ビーム３４ｂは左壁４２で反射してからマイクロフォン２に到達するので、音声ビームを出力する角度としては適当な角度であり、Ｌｃｈの音声ビームの出力角度に設定することができる。さらに、スイープ角θ＝θ３の場合、音声ビーム３４ｃは左壁４２及び後壁４３で反射してからマイクロフォン２に到達するので、ＳＬｃｈの音声ビームを出力する角度としては適当であり、ＳＬｃｈの音声ビームの出力角度に設定することができる。加えて、スイープ角θ＝θ４の場合、音声ビーム３４ｄは直接マイクロフォン２に到達するので、音声ビームを出力する角度としては適当であり、Ｃｃｈの音声ビームの出力角度に設定することができる。

音声ビーム設定モードのときにスピーカアレイ１０から出力させる音声ビームは、相関性がなく、スピーカアレイ装置１の形状とスピーカアレイ１０の各スピーカの配置によって決まるビーム角度をコントロール可能な帯域に制限された音声信号を出力するようにシステム制御部４に設定されている。テスト音声信号としては、例えば、４ｋＨｚを中心とする周期性のない音波やノイズのように周期性のない音波などが好適である。これにより、所望の範囲内に音声ビームを旋回させることができ、また、反射前の音声ビームと、壁などで反射後の音声ビームが重なった場合でも、干渉が発生することなく確実にテスト音声を集音することができる。

また、スピーカアレイ装置１は、その設置位置や高さに応じて、スピーカアレイ１０の前面から出力する音声ビームの仰角（俯角）を任意の角度に設定することができる。加えて、スピーカアレイ装置１は、音声ビームを０度〜１８０度までスイープする毎に仰角（俯角）を変更して、部屋全体に音声ビームを出力するように設定しても良い。これにより、例えば、天井及び後壁に音声ビームを反射させることで最適位置に仮想スピーカを形成できる場合に、最適な音場を形成することができる。

図４は、スイープ信号の角度とゲインの関係、及び角度と焦点距離の関係を示すグラフである。スピーカアレイ１０からスイープさせながら出力するテスト音声の音声ビーム（以下、スイープ信号とも称する。）のゲインは、ユーザの推奨聴取位置（スピーカアレイ１０の正面に垂直な方向）において最も高くなるように、テスト音声の信号レベルを、前記音声ビームの旋回範囲内の中央が最大となるエンベロープで変調するように設定すると良い。すなわち、図４（Ａ）に示すように、スイープ信号のゲインレベルが９０°をピークとする放物線状に変化するように設定すると良い。これにより、スピーカアレイ１０の正面に聴取位置を設定した場合には、Ｃｃｈの音声ビームの出力角度を９０°に設定することになり、Ｃｃｈの音声ビームの出力角度を容易に設定することができる。また、ビーム経路が長くなるサラウンドチャンネルの検出感度（ＳＮ比）を上げることができる。さらに、各チャンネルの音声ビームの最適な角度設定も容易に行うことができる。

また、スイープ信号の焦点距離は、各スイープ角度においてユーザの聴取位置でビーム径が最も細くなるように焦点距離を設定すると良い。すなわち、図４（Ｂ）に示すように、ビーム径が最も細くなる焦点距離が９０°をピークとする放物線状に変化するように設定すると良い。これにより、マイク位置におけるビームの角度感度を改善することができる。

次に、スピーカアレイ装置１を設置した際における音声ビームの出力角度の具体的な設定動作について説明する。図５は、スピーカアレイ装置の設置時の動作を説明するための図であり、（Ａ）は直方体型の部屋における前壁中央の壁際に設置したときの音声ビームの測定動作を示す上面図、（Ｂ）は測定データを示すグラフ、（Ｃ）はスピーカアレイ装置を設置後における直方体型の部屋の上面図である。

図５に示すように、理想的な形状の部屋である直方体型の部屋５０においてスピーカアレイ装置１の本体１ｈを前壁５１の中央部の壁際に設置した場合、ユーザＵがマイクロフォン２をサラウンド音声の聴取位置に設置して、音声ビーム設定モードを設定すると、音声ビームのスイープが開始される。すなわち、スピーカアレイ装置１は、スピーカアレイ１０の前面の０度方向から１８０度方向までの間において、音声ビームをスイープさせながら、マイクロフォン２で集音して、音声データを記憶部５に格納する。音声ビームのスイープが終了すると、システム制御部４は記憶部５からデータを読み出して分析を行う。その結果、図５（Ｂ）に示すような結果が得られた。ここで、図５（Ｂ）には、ノイズを除去したデータを示しているが、実際にはノイズなどにより測定データの波形は歪んだり細かく波形が変化したりする。また、図５（Ｂ）に示すグラフの横軸をビーム角度、縦幅をマイクロフォン２で集音した音声データのゲインに設定している。音声データから複数のピークを容易に検出するために、壁に反射した回数が２回までの音声ビームのみを検出できるレベルに閾値を設定する。さらに、これ以降に説明する角度−ゲインのグラフはすべて図５（Ｂ）と同様に表示する。

システム制御部４は、妥当な範囲にあり一定幅以上である最もゲインレベルの高いピーク５７のスイープ角θａ３をＣｃｈの音声ビームを出力する角度に設定する。Ｃｃｈに設定する音声は、音声ビームの直接音を測定しているため、最も高いレベルとなる。また、図１（Ａ）に基づいて説明したように、９０゜をピークとする放物線状にゲインを変化させることで、Ｃｃｈの音声が最も高いレベルとなる。

続いて、システム制御部４は、Ｃｃｈに設定したピークを挟んで両側（時間的に前後、角度的に左右）の領域に、ゲインの閾値を超えたピークが幾つ存在するか、Ｃｃｈに設定したピーク５７に近すぎるピークや仮想スピーカの設置角度として常識的に有り得ない角度であるピークを除外して、選定・検出する。システム制御部４は、このピーク数がＣｃｈに設定したピーク５７を挟んで同数の場合は、Ｃｃｈに設定したピーク５７に近い方からサラウンドチャンネル、フロントチャンネルという順に割り当てて、その角度を割り出す。すなわち、システム制御部４は、スイープ角θａ１をＬｃｈの出力角に、スイープ角θａ２をＳＬｃｈの出力角に、スイープ角θａ３を前記のようにＣｃｈの出力角に、スイープ角θａ４をＳＲｃｈの出力角に、スイープ角θａ５をＲｃｈの出力角に、それぞれ設定する。

スピーカアレイ装置１は、外部からオーディオ音声などが入力されると、図５（Ｃ）に示すように、ユーザＵに対して、Ｃｃｈの音声を直接音として出力し、Ｌｃｈの音声を左壁５２で１回反射する反射音として出力し、ＳＬｃｈの音声を左壁５２及び後壁５３で２回反射する反射音として出力し、ＳＲｃｈの音声を右壁５４及び後壁５３で２回反射する反射音として出力し、Ｒｃｈの音声を右壁５４で１回反射する反射音として出力する。したがって、ユーザＵは、聴取位置において理想的なサラウンド音声を楽しむことができる。

図６は、スピーカアレイ装置の設置動作を説明するための図であり、（Ａ）は直方体型の部屋のコーナに設置したときの音声ビームの測定動作を示す上面図、（Ｂ）はノイズを除去した測定データを示すグラフ、（Ｃ）はスピーカアレイ装置を設置後における直方体型の部屋の上面図である。

図６には、直方体型の部屋６０の前壁６１と左壁６２との端部であるコーナにスピーカアレイ装置１をスピーカアレイ１０の前面を室内に向けて斜めに設置した場合を示している。この場合も、同様に音声ビーム設定モードを実行して、音声データを収集する。

スピーカアレイ装置１を図６（Ａ）に示すように配置して、音声ビーム設定モードを実行して音声データを収集すると、図６（Ｂ）に示すように、閾値よりもゲインレベルの高いピーク６５〜６９が得られた。この場合、閾値よりもゲインレベルの高いピークが５つであるため、スピーカアレイ装置１は図５（Ｂ）と同様に、音声ビームを出力する角度を設定してしまう。

しかしながら、図６（Ａ）に示すように、Ｌｃｈに設定すべきピーク６５は左壁６２と後壁６３に２回反射した音声ビームであり、Ｒｃｈに設定すべきピーク６９は右壁６４と後壁６３に２回反射した音声ビームであり、フロントチャンネルの音声がサラウンド音声が聞こえるべき方向から聞こえるため、音声ビームを出力する角度として適切ではない。

本発明のスピーカアレイ装置１は、このような不具合を防ぐために、音声ビーム設定モードを実行する前に、スピーカアレイ装置１の設置位置を入力するアシスト情報機能を備えている。スピーカアレイ装置１は、部屋のコーナまたは壁沿いのいずれかの位置に設置されたことを受け付ける。スピーカアレイ装置１は、アシスト情報機能を備えることにより、音声ビームのピーク検出角度と、スピーカアレイ装置１の設置位置情報に基づいて、音声ビームを出力する角度を設定することができる。

例えば、図６に示した例では、ユーザはスピーカアレイ装置１を部屋６０のコーナに設置しているので、音声ビーム設定モードを実行する前に、操作部６を操作して「コーナ設置」を選択する。

これにより、スピーカアレイ装置１のシステム制御部４は、図６（Ｂ）に示すように、センタピークを挟んで対称に２つずつピークを検出しても、センタピークに近い２つのピークをサラウンドチャンネルに設定し、フロントチャンネルを直接音としてステレオ再生するように設定する。

システム制御部４は、妥当な範囲にある最もゲインレベルの高いピーク６７のスイープ角θｂ３をＣｃｈの音声ビームを出力する角度に設定する。また、システム制御部４は、Ｃｃｈに設定したピークを挟んで両側の領域に、ゲインの閾値を超えたピークが幾つ存在するか、Ｃｃｈに設定したピーク６７に近すぎるピークや仮想スピーカの設置角度として常識的に有り得ない角度であるピークを除外して、選定・検出する。すなわち、スイープ角θ＝θｂ２及びθｂ４のときのピーク６６，６８を選出する。この場合には、ピーク数がＣｃｈに設定したピーク６６を挟んで同数であるが２つだけであるため、２つのピーク値をサラウンドチャンネルに割り当て、フロントチャンネルは直接音をステレオ再生するように割り当てる。

したがって、スピーカアレイ装置１は、外部からオーディオ音声などが入力されると、図６（Ｃ）に示すように、ユーザＵに対して、Ｃｃｈ・Ｌｃｈ・Ｒｃｈの音声を直接音として出力し、ＳＬｃｈの音声を後壁６３で１回反射する反射音として出力し、ＳＲｃｈの音声を右壁６４で１回反射する反射音として出力する。したがって、ユーザＵは、聴取位置において理想的なサラウンド音声を楽しむことができる。

なお、スピーカアレイ１０からＣｃｈ・Ｌｃｈ・Ｒｃｈの音声を直接音として出力する際には、例えば、スピーカアレイ１０の中央部からＣｃｈの音声を出力し、スピーカアレイ１０の中心よりも向かって左側からＬｃｈの音声を出力し、スピーカアレイ１０の中心よりも向かって右側からＲｃｈの音声を出力するように設定すると良い。また、Ｌｃｈ・Ｒｃｈを出力する領域をビーム化しないように低域・中域・高城に分割して、各領域から音声を出力するように設定すると良い。

図７は、スピーカアレイ装置の設置動作を説明するための図であり、（Ａ）は直方体型の部屋における前壁中央の壁際に設置して、聴取位置を図５とは別の位置にしたときの音声ビームの測定動作を示す上面図、（Ｂ）は測定データを示すグラフである。

図７には、図５に示した直方体型の部屋５０においてスピーカアレイ装置１の本体１ｈを前壁５１の中央部の壁際に設置して、ユーザの聴取位置を部屋の中心と左壁５２との中間に設定した場合を示している。ユーザＵがマイクロフォン２をサラウンド音声の聴取位置に設置して、音声ビーム設定モードを設定して測定を行い、収集したデータを記憶部５に格納する。システム制御部４は、記憶部５から収集した音声データを読み出して分析を行い、妥当な範囲にある最もゲインレベルの高いピーク７１のスイープ角θ＝θｃ２をＣｃｈの音声ビームを出力する角度に設定する。続いて、システム制御部４は、Ｃｃｈに設定したピーク７１を挟んで両側の領域にゲインの閾値を超えたピークが幾つ存在するか、Ｃｃｈに設定したピークに近すぎるピークや仮想スピーカの設置角度として常識的に有り得ない角度であるピークを除外して、選定・検出する。その結果、スイープ角θ＝θｃ１，θｃ３，θｃ４，θｃ５のときの計４点のピーク７０，７２，７３，７４を選定する。このとき、聴取位置がスピーカアレイ１０の正面から著しくずれているので、Ｃｃｈに設定したピーク７１を挟んで残りのピークが同数にならない。そのため、各ピークを音声ビームの出力角に割り当てると、この聴取位置では、バランスの崩れたサラウンド音声となってしまう。そこで、スピーカアレイ装置１は、予め設定された一定角度以上聴取位置の角度がずれている場合には、聴取位置を変更するか、または音声ビームのコンフィギュレーションの変更をユーザに促す内容を表示部７に表示させる。例えば、スピーカアレイ装置１は、聴取位置の変更を促す内容として、聴取位置をスピーカアレイ１０の正面に対向する位置に移動して音声ビーム設定モードを再度実行する指示を表示部７に表示させる。または、スピーカアレイ装置１は、コンフィギュレーションの変更を促す内容として、全チャンネルをステレオ再生する設定モード、またはＬｃｈ・Ｒｃｈをステレオ音声として再生し、ＳＬｃｈ・ＳＲｃｈをサラウンド音声として再生する設定モードを選択する指示を表示部７に表示させる。ユーザは、この指示に従って視聴位置を変更し、再度音声ビーム設定モードを実行する。またはコンフィギュレーションを変更することで、スピーカアレイ装置１にサラウンド音声を適正に再生するように設定することができる。

次に、スピーカアレイ装置１を理想的ではない部屋に設置した場合の音声ビームの出力角度の具体的な設定動作について説明する。図８は、スピーカアレイ装置の設置動作を説明するための図であり、（Ａ）は部屋の前壁中央の壁際に設置して音声ビームの測定動作を示す上面図、（Ｂ）は測定データを示すグラフである。

図８には、直方体型の部屋の右壁８１側に後壁７８に沿って廊下７５Ｒが設けられた部屋７５を示している。また、スピーカアレイ装置１の本体１ｈを前壁７６の中央部の壁際に設置して、廊下７５Ｒを除いた部屋７５の中心にユーザの聴取位置を設定している。ユーザＵがマイクロフォン２をサラウンド音声の聴取位置に設置して、音声ビーム設定モードを設定すると、スピーカアレイ装置１は音声ビームのスイープを開始して音声データを収集する。その結果、図８（Ｂ）に示すように、ゲインが閾値よりも大きなピークは、スイープ角θｄ１のときのピーク８２，スイープ角θｄ２のときのピーク８３，スイープ角θｄ３のときのピーク８４，スイープ角θｄ４のときのピーク８６の計４点であった。システム制御部４は、妥当な範囲にある最もゲインレベルの高いピーク値のスイープ角θ＝θｄ３をＣｃｈの音声ビームを出力する角度に設定する。続いて、システム制御部４は、Ｃｃｈに設定したピーク８４を挟んで両側の領域に、ゲインの閾値を超えたピークが幾つ存在するか、Ｃｃｈに設定したピークに近すぎるピークや仮想スピーカの設置角度として常識的に有り得ない角度であるピークを除外して、選定・検出する。その結果、スイープ角θ＝θｄ１，θｄ２，θｃ４のときの計３点のピーク８２，８３，８６を選定する。スピーカアレイ装置１は、Ｃｃｈに設定したピーク８４を挟んで残りのピークが同数にならないため、各ピークを音声ビームの出力角に割り当てると、この聴取位置では、バランスの崩れたサラウンド音声となってしまう。そのため、スピーカアレイ装置１は、聴取位置を変更するか、または音声ビームのコンフィギュレーションの変更をユーザに促す内容を表示部７に表示させる。

例えば、スピーカアレイ装置１は、コンフィギュレーションの変更を促す内容として、全チャンネルをステレオ再生する設定モード、またはＬｃｈ・Ｒｃｈをステレオ音声として再生し、ＳＬｃｈ・ＳＲｃｈをサラウンド音声として再生する設定モードを選択する指示を表示部７に表示させる。

ユーザは、この指示に従って、コンフィギュレーションを変更して、Ｌｃｈ・Ｒｃｈをステレオ音声として再生し、ＳＬｃｈ・ＳＲｃｈをサラウンド音声として再生する設定モードを選択した場合には、Ｃｃｈに設定したピーク８４を挟んでほぼ対照的な位置となるスイープ角θ＝θｄ１，θｄ４をＳＬｃｈ，ＳＲｃｈに割り当て、フロントチャンネルの音声であるＬｃｈ，Ｒｃｈをステレオ再生するように設定する。

また、スピーカアレイ装置１は、自動判定モードに設定しておくことで、Ｃｃｈに設定したピークを挟んで残りのピークが同数にならない場合には、自動的にコンフィギュレーションを変更して、上記のようにＣｃｈに設定したピーク８４を挟んでほぼ対照的な位置となるスイープ角θ＝θｄ１，θｄ４をＳＬｃｈ，ＳＲｃｈに割り当て、フロントチャンネルの音声であるＬｃｈ，Ｒｃｈをステレオ再生するように設定する。

スピーカアレイ装置１は、外部からオーディオ音声などが入力されると、図８（Ｃ）に示すように、ユーザＵに対して、Ｃｃｈ・Ｌｃｈ・Ｒｃｈの音声を直接音として出力し、ＳＬｃｈの音声を左壁７７で１回反射する反射音として出力し、ＳＲｃｈの音声を右壁８１で１回反射する反射音として出力する。したがって、ユーザＵは理想的ではない形状の部屋７５においても、サラウンド音声を適正に再生することができる。

図９は、スピーカアレイ装置が音声ビーム設定モード時に収集したデータ例を示すグラフである。スピーカアレイ装置１を設置する部屋が理想的な形状でない場合や、理想的な形状の部屋であっても家具の配置状態によって閾値よりも大きなピークが必要なチャンネル数よりも多い場合や少ない場合がある。例えば、スピーカアレイ装置１をある部屋に設置する際に、音声ビーム設定モードを実行して音声ビームをスイープした結果、図９（Ａ）に示すようなデータを得た。この場合、スピーカアレイ装置１のシステム制御部４は、前記のように妥当な範囲にある最もゲインレベルの高いピーク値を選定する。図９（Ａ）に示したデータにおいては、ピーク９６のゲインレベルは最も高いが、波形がパルス状で幅が一定値以下であり音声ビームとしては有り得ない形状の波形であるため、ノイズとして除外する。そして、システム制御部４は、ピーク９６を除いて最もゲインレベルが高いピーク９４をＣｃｈの音声ビームを出力する角度に設定する。続いて、システム制御部４は、Ｃｃｈに設定したピークを挟んで両側の領域に、ゲインの閾値を超えたピークが幾つ存在するかを選定・検出する。このとき、Ｃｃｈに設定したピーク９４に近すぎるピーク９３，９５は、ビームがユーザと被り、定位がスピーカ方向となる可能性があるため除外する。また、ピーク９１は、ユーザがスピーカ直近に位置している場合に相当し、通常の使用では有り得ない。また、推奨しない設定角度であるため除外する。その結果、システム制御部４は、ピーク９２をＳＬｃｈ，ピーク９７をＳＲｃｈの音声ビームを出力する角度に設定する。

また、音声ビーム設定モードを実行した結果、図９（Ｂ）に示すようなデータを取得した場合、スピーカアレイ装置１のシステム制御部４は、妥当な範囲にある最もゲインレベルの高いピークであるピーク１０３をＣｃｈの音声ビームを出力する角度に設定する。続いて、システム制御部４は、Ｃｃｈに設定したピークを挟んで両側の領域に、ゲインの閾値を超えたピークが幾つ存在するかを選定・検出する。図９（Ｂ）に示したデータの場合には、Ｃｃｈに設定したピーク１０３を挟んでピークが２個と３個とになるため、対称性を検討する。このとき、ピーク１０３との角度の差は、ピーク１０１とピーク１０６がほぼ等しく、また、ピーク１０２とピーク１０４がほぼ等しいので、ピーク１０５を除外して、ピーク１０１をＬｃｈ、ピーク１０２をＳＬｃｈ、ピーク１０４をＳＲｃｈ、ピーク１０６をＲｃｈの音声ビームの出力角に設定する。

さらに、音声ビーム設定モードを実行した結果、図９（Ｃ）に示すようなデータを取得した場合、スピーカアレイ装置１のシステム制御部４は、妥当な範囲にある最もゲインレベルの高いピークであるピーク１１４をＣｃｈの出力角に設定する。続いて、システム制御部４は、Ｃｃｈに設定したピークを挟んで両側の領域に、ゲインの閥値を超えたピークが幾つ存在するかを選定・検出する。図９（Ｃ）に示したデータの場合には、Ｃｃｈに設定したピーク１１４を挟んでピークが同数であるが各３個であるため、妥当な範囲にあるピークを選出する。システム制御部４は、Ｃｃｈに設定したピーク１１４の両隣のピーク１１３，１１５は、妥当な角度であり、ピーク１１４を挟んでほぼ対照な角度であるため、ピーク１１３をＳＬｃｈに、ピーク１１５をＳＲｃｈの出力角に設定する。また、システム制御部４は、ピークが複数存在する場合には、リアサラウンド音声に割り当てたピークから妥当な範囲でできるだけ角度の離れているピークをフロントチャンネルに割り当てるように設定されているので、ピーク１１２，１１６を採用せずにピーク１１１をＬｃｈの出力角に、ピーク１１７をＲｃｈの出力角に設定する。

加えて、音声ビーム設定モードを実行した結果、図９（Ｄ）に示すようなデータを取得した場合、スピーカアレイ装置１のシステム制御部４は、妥当な範囲にある最もゲインレベルの高いピークであるピーク１２３をＣｃｈの出力角に設定する。続いて、システム制御部４は、Ｃｃｈに設定したピークを挟んで両側の領域に、ゲインの閾値を超えたピークが幾つ存在するかを選定・検出する。図９（Ｄ）に示したデータの場合には、Ｃｃｈに設定したピーク１２３を挟んでピークが１個と２個とになるため、対称性を検討する。このとき、ピーク１２３との角度の差は、ピーク１２１とピーク１２４がほぼ等しいので、ピーク１２２を除外して、ピーク１２１をＳＬｃｈの出力角に、ピーク１２４をＲｃｈの出力角に設定する。また、Ｌｃｈ，Ｒｃｈは、ステレオ音声として再生するように設定する。

また、音声ビーム設定モードを実行した結果、図９（Ｅ）に示すようなデータを取得した場合、スピーカアレイ装置１のシステム制御部４は、妥当な範囲にある最もゲインレベルの高いピークであるピーク１２６をＣｃｈの出力角に設定する。続いて、システム制御部４は、Ｃｃｈに設定したピークを挟んで両側の領域に、ゲインの閾値を超えたピークが幾つ存在するかを選定・検出する。図９（Ｅ）に示したデータの場合には、Ｃｃｈに設定したピーク１２３を挟んでピークが１個と０個とになり、対称性がない。そのため、システム制御部４は、直接音により、Ｌｃｈ，Ｒｃｈをステレオ音声として再生するように設定するか、または、直接音によりＣｃｈをモノラル音声として再生するように設定する。

次に、スピーカアレイ装置１が音声ビーム設定モードでの測定結果に基づいてファントムを形成する場合について説明する。図１０は、スピーカアレイ装置の設置動作を説明するための図であり、（Ａ）は直方体型の部屋の前壁左寄りの壁際に設置したときの音声ビームの測定動作を示す上面図、（Ｂ）は測定データを示すグラフ、（Ｃ）はスピーカアレイ装置を設置後の直方体型の部屋の上面図である。

図１０に示すように、理想的な形状の部屋である直方体型の部屋１３０においてスピーカアレイ装置１の本体１ｈを前壁１３１の中央部よりも左寄りの壁際に設置した場合、ユーザがマイクロフォン２をサラウンド音声の聴取位置に設置して、音声ビーム設定モードを設定して音声データを収集する。システム制御部４は、妥当な範囲にある最もゲインレベルの高いピーク１３７のスイープ角度をＣｃｈの出力角に設定する。

続いて、システム制御部４は、Ｃｃｈに設定したピークを挟んで両側の領域に、ゲインの閾値を超えたピークが幾つ存在するかを選定・検出する。図１０（Ｂ）に示したデータの場合には、Ｃｃｈに設定したピーク１３７を挟んでピークが２個ずつ存在するので、妥当な範囲にあるピークを選出する。システム制御部４は、Ｃｃｈに設定したピーク１３７以外のピーク１３５，１３６，１３８，１３９がそれぞれ妥当な角度であるか否かと、各ピークの対称性について判定する。

システム制御部４は、各ピークの対称性の判断に以下の式を用いる。すなわち、
Δfront＝angle(frontL)−｛180°−angle(frontR)｝………（式１）
Δsurround＝angle(surroundL)−｛180°−angle(surroundR)｝………（式２）
を用いて演算を行い、Δfront及びΔsurroundが予め設定した閾値以上であるか否かを判定する。

システム制御部４は、図１０（Ｂ）に示したデータの場合、Δfront及びΔsurround が予め設定した閾値よりも大きな値であったため、ファントム音源を形成するための処理を行う。スピーカアレイ装置１のシステム制御部４には、ファントム音源は、聴取者に届く音声ビームとＣｃｈに設定する音声ビームとの成す角度が小さい方の音声ビームと対照的な位置に形成するように設定されている。

例えば、図１０（Ａ）に示した音声ビームの場合、Ｌｃｈに相当するピーク１３５とＣｃｈに設定するピーク１３７との成す角θ１１と、Ｒｃｈに相当するピ−ク１３９とＣｃｈに割り当てるピーク１３７との成す角θ１２と、の小さい方の角度に合わせてファントム音源を形成する。すなわち、システム制御部４は、図１０（Ｂ）に示すデータに基づいてＣｃｈに設定したピーク１３７とピーク１３５との成す角ｃと、ピーク１３７とピーク１３９との成す角ｄと、を比較して、角度の小さいθｃを選択する。

また、ＳＬｃｈに相当するピーク１３６とＣｃｈに割り当てるピーク１３７との成す角θ１３と、ＳＲｃｈに相当するピーク１３８とＣｃｈに割り当てるピーク１３７との成す角θ１４と、の小さい方の角度に合わせてファントム音源を形成する。すなわち、システム制御部４は、図１０（Ｂ）に示すデータに基づいてＣｃｈに設定したピーク１３７と隣接するピーク１３６との成す角ａと、ピーク１３７とピーク１３８との成す角θｂと、を比較して、角度の大きいθｂを選択する。

システム制御部４は、フロント音声・サラウンド音声とも音声ビームによって形成する場合、フロント音声については、Ｌｃｈ用のファントム音源はＣｃｈとＬｃｈを用いて形成し、Ｒｃｈ用のファントム音源はＣｃｈとＲｃｈを用いて形成するようにファントム形成部８へ音源位置補正信号を出力する。また、サラウンド音声については、ＳＬｃｈ用のファントム音源はＬｃｈとＳＬｃｈを用いて形成し、ＳＲｃｈ用のファントム音源はＲｃｈとＳＲｃｈを用いて形成するようにファントム形成部８へ音源位置補正信号を出力する。

一方、システム制御部４は、サラウンド音声のみ音声ビームによって形成する場合、サラウンド音声については、ＳＬｃｈ用のファントム音源はＣｃｈとＳＬｃｈを用いて形成し、ＳＲｃｈ用のファントム音源はＣｃｈとＳＲｃｈを用いて形成するようにファントム形成部８へ音源位置補正信号を出力する。

したがって、システム制御部４は、図１０（Ｂ）に示したデータの場合には、図１０（Ｃ）に示すように、Ｌｃｈ及びＳＲｃｈはサラウンド音声として音声ビーム１３５，１３８によって形成し、ＳＬｃｈ及びＲｃｈはファントム１４０，１４１を形成する。これにより、ユーザの聴取位置が部屋１３０の中央ではなく左右非対称な場合でも、ユーザは適正に再生されたサラウンド音声を楽しむことができる。

スピーカアレイ装置１は、以上のような設定を自動調整により行った後に、テストトーンによる設定確認をユーザＵに対して促す。そして、問題がなければ、従来技術である各チャンネルレベル調整、周波数特性調整、タイムアラインメント調整など自動調整シーケンスを行うことで、さらに最適なサラウンド音声をユーザＵに提供することができる。

次に、スピーカアレイ装置１が音声ビーム設定モードを実行する際の動作についてフローチャートに基づいて説明する。図１１は、スピーカアレイ装置が音声ビーム設定モードを実行する際の動作を説明するためのフローチャートである。

ユーザＵは、スピーカアレイ装置１の本体１ｈを部屋の所望の位置に設置するとともに、マイクロフォン２を聴取位置に設置する。そして、本体１ｈの操作部６を操作して、室内におけるスピーカアレイ装置１の設置位置（コーナまたは壁沿い）を入力後に、音声ビーム設定モードを開始させる。

スピーカアレイ装置１のシステム制御部４は、操作部６が操作されて、スピーカアレイ装置１の設置位置の入力後に、音声ビーム設定モードの開始入力が行われたことを検出すると（ｓ１）、システム制御部４は、スイープ信号を形成して、ビーム形成部９へ出力して、ビーム形成部９で形成したビーム信号をスピーカアレイ１０へ出力して、スイープ信号を０度方向から１８０度方向までの間においてスイープさせる。そして、部屋の壁に反射した音声またはスピーカアレイ１０から出力された直接音をマイクロフォン２で集音して、集音した音声データをＡ／Ｄコンバータ３でディジタル音声信号に変換して、記憶部５に蓄積させる（ｓ２）。

システム制御部４は、スイープ動作が終了すると、信号を出力して、システム制御部４に音声信号の分析を開始させる。すなわち、システム制御部４は、記憶部５から音声データを読み出して分析を行い、妥当な範囲にある最もゲインレベルの高いピーク値のスイープ角度をＣｃｈに設定する（ｓ３）。そして、システム制御部４は、Ｃｃｈに設定するスイープ角度が許容範囲内（一定角度以下）であるか否かを判定する（ｓ４）。システム制御部４は、Ｃｃｈに設定するスイープ角度が許容範囲内でない場合には、マイクロフォン２を設置した聴取位置を変更するか、またはスピーカアレイ装置１の設置位置を変更するようにユーザに促す内容を表示部７に表示させる（ｓ５）。そして、システム制御部４は、ユーザが指示に従って位置変更を行い、操作部６の操作を再度行ったことを検出するまで待機する（ｓ１）。

一方、ステップｓ４において、システム制御部４は、Ｃｃｈに設定したピークを挟んで両側（時間的に前後、角度的に左右）の領域に、ゲインの閾値を超えたピーク（サイドピーク）が幾つ存在するかを確認し、Ｃｃｈに設定したピークに近すぎるピークや仮想スピーカの設置角度として常識的に有り得ない角度であるピークを除外して、選定・検出する。また、この時、Ｃｃｈに対するサイドピークの対称性について検討が行われる（ｓ６）。

システム制御部４は、Ｃｃｈに設定したピークの両側にサイドピークを選定・検出できない場合には（ｓ７）、聴取位置に対してスピーカアレイ１０から直接音をステレオモードまたはモノラルモードで再生するように設定する（ｓ１０）。そして、システム制御部４は、スピーカアレイ装置１から出力される音声の設定を確認するためにユーザチェックを行うように促す内容を表示部７に表示させる（ｓ１６）。

一方、ステップｓ７において、システム制御部４は、Ｃｃｈに設定したピークの両側のサイドピークを複数個選定・検出できた場合には、スピーカアレイ装置１の設置位置を確認し、設置位置が壁沿いの場合には（ｓ８）、Ｃｃｈに設定したピークの両側のサイドピーク数を確認し（ｓ９）、Ｃｃｈを挟んで両側に２つずつピークがある場合には、フロント音声、サラウンド音声とも音声ビームとして出力するように、各ピークに各チャンネルを割り当てる（ｓ１１）。続いて、システム制御部４は、サラウンド音声に割り当てた各ビーム音声のチャンネル間の角度差を、前記の式１，式２を用いて算出する（ｓ１３）。

また、ステップｓ８において、スピーカアレイ装置１の設置位置が室内のコーナの場合（ｓ８）、及びステップｓ９において、Ｃｃｈを挟んで両側に１つずつピークがある場合には、サラウンド音声を音声ビームで再生するように各ピークをサラウンド音声に割り当てて、フロント音声をステレオ再生するように設定する(ｓ１２)。そして、ステップｓ１３の処理を行う。

システム制御部４は、ステップｓ１３の処理が完了すると、サラウンド音声に割り当てた各ビーム音声のチャンネル間の角度差が閾値よりも大きいか否かを判定する（ｓ１４）。システム制御部４は、角度差が閾値よりも大きい場合には、角度補正を行ってファントム音源を形成する処理を行う（ｓ１５）。システム制御部４は、ステップｓ１５が終了するかまたはステップｓ１４において角度差が閾値以下の場合には、サラウンド音声の設定を確認するためにユーザチェックを行うように促す内容を表示部７に表示させて、操作部６から入力があるまで待機する（ｓ１７）。

システム制御部４は、操作部６で受け付けた結果がＯＫであった場合には、その設定を保持して、処理を終了する。一方、ステップｓ１７においてシステム制御部４は、操作部６で受け付けた結果がＮＧであった場合には、ステップｓ５の処理を実行する。

以上のように、本発明では、スピーカアレイ装置において従来困難であった音声ビームの設定が容易かつ素早く行うことができる。また、従来技術である自動レベル、音質、距離補正技術との親和性が良く、本発明により一連の音声ビーム設定を自動測定によって行うことができる。

本発明の実施形態に係るスピーカアレイ装置の概略構成を示すブロック図である。 スピーカアレイの配置図である。 スピーカアレイ装置を設置する部屋の上面図であり、スピーカアレイ装置が音声ビームをスイープする動作、及びマイクロフォンが音声ビームを集音する動作を説明するための図である。 スイープ信号の角度とゲインの関係、及び角度と焦点距離の関係を示すグラフである。 スピーカアレイ装置の設置時の動作を説明するための図である。 スピーカアレイ装置の設置動作を説明するための図５とは異なる図である。 スピーカアレイ装置の設置動作を説明するため図５，６とは異なる図である。 スピーカアレイ装置の設置動作を説明するための図５〜７とは異なる図である。 スピーカアレイ装置が音声ビーム設定モード時に収集したデータ例を示すグラフである。 スピーカアレイ装置の設置動作を説明するための図である。 スピーカアレイ装置が音声ビーム設定モードを実行する際の動作を説明するためのフローチャートである。 特許文献１に記載のスピーカ装置を設置した部屋の上面透視図である。

符号の説明

１−スピーカアレイ装置 ２−マイクロフォン ３−コンバータ
４−システム制御部 ５−記憶部 ６−操作部 ７−表示部
８−ファントム形成部 ９−ビーム形成部 １０−スピーカアレイ

Claims (9)

1. マトリックス状またはライン状に配置された複数のスピーカを有するスピーカアレイと、
   外部から入力された音声信号を前記スピーカアレイの全部または一部のスピーカに対して分配し、これらのスピーカから出力する音声の出力タイミングを制御して前記スピーカアレイから音声ビームを出力させる信号処理手段と、
   前記信号処理手段にテスト音声信号を出力するとともに、この信号処理手段を制御して前記テスト音声信号により形成した音声ビームを旋回させるテスト音声出力手段と、
   聴取位置に設置され、前記スピーカアレイが出力した音声ビームの直接音及び反射音を含むテスト音声を集音するマイクロフォンと、
   前記マイクロフォンが集音した前記テスト音声の信号レベルと、そのときの前記音声ビームの旋回角度と、を対応づけて記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段が記憶したテスト音声の信号レベルに基づいて複数のピークを選択し、選択した複数のピークの旋回角度をマルチチャンネルサラウンド音声の各チャンネルの音声ビームを出力する角度であるビーム出力角度として設定するビーム設定手段と、
   を備えたスピーカアレイ装置。
2. 前記ビーム設定手段は、前記テスト音声信号の信号レベルが最大となるピークの旋回角度を、マルチチャンネルサラウンド音声のセンタチャンネルのビーム出力角度として設定する請求項１に記載のスピーカアレイ装置。
3. 前記ビーム設定手段は、前記記憶手段が記憶するテスト音声信号の信号レベルから選択したピーク数がマルチチャンネルサラウンド音声のチャンネル数よりも少ない場合、
   選択したピークの旋回角度をマルチチャンネルサラウンド音声のいずれかのチャンネルのビーム出力角度として設定するとともに、ビーム出力角度を設定したチャンネル以外のチャンネルの音声を、聴取位置へ直接伝搬するように出力する直接音に設定する請求項１または２に記載のスピーカアレイ装置。
4. 前記ビーム設定手段が設定した前記マルチチャンネルサラウンド音声のセンタチャンネルのビーム出力角度が、前記アレイスピーカ正面に垂直な方向から一定角度以上ずれている場合に、聴取位置の変更を促す旨か、または音声再生方法の変更を促す旨を報知する報知手段を備えた請求項２または３に記載のスピーカアレイ装置。
5. 前記ビーム設定手段は、各チャンネルに設定した出力角度が、前記センタチャンネルのビーム出力角度を挟んで非対称的な場合には、一方の側の信号定位を複数方向の音声ビームを使用してファントムとして形成して、対称な音場を形成する請求項２乃至４のいずれかに記載のスピーカアレイ装置。
6. 装置本体の設置位置情報の入力を受け付ける入力手段を備え、
   前記ビーム設定手段は、前記装置本体の設置位置情報に基づいて、前記記憶手段が記憶したテスト音声信号の信号レベルから複数のピークを選択する請求項１乃至５のいずれかに記載のスピーカアレイ装置。
7. 前記テスト音声出力手段は、テスト音声の信号レベルを、前記音声ビームの旋回範囲内の中央が最大となるエンベロープで変調する請求項１乃至６のいずれかに記載のスピーカアレイ装置。
8. 前記テスト音声出力手段は、前記スピーカアレイでビームを形成可能な帯域に制限した無相関性のテスト音声信号を前記信号処理手段に出力する請求項１乃至７のいずれかに記載のスピーカアレイ装置。
9. マトリックス状またはライン状に配置された複数のスピーカを有するスピーカアレイの全部または一部のスピーカから出力するテスト音声の出力タイミングを制御して、前記スピーカアレイからテスト音声ビームを出力させて、このテスト音声ビームを旋回させる工程と、
   前記スピーカアレイが出力したテスト音声ビームの直接音及び反射音をマイクロフォンで集音して、この集音した音声データをテスト音声ビームの旋回角度と関連づけて記憶手段に記憶させる工程と、
   前記記憶手段が記憶した音声データの信号レベルに基づいて複数のピークを選択し、選択した複数のピークの旋回角度をマルチチャンネルサラウンド音声の各チャンネルの音声ビームを出力する角度に設定する工程と、
   を含むスピーカアレイ装置の音声ビーム設定方法。

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