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WO2006001272A1 - 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

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 Download PDF

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WO2006001272A1
WO2006001272A1 PCT/JP2005/011345 JP2005011345W WO2006001272A1 WO 2006001272 A1 WO2006001272 A1 WO 2006001272A1 JP 2005011345 W JP2005011345 W JP 2005011345W WO 2006001272 A1 WO2006001272 A1 WO 2006001272A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sound
angle
speaker array
output
channel
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2005/011345
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English (en)
French (fr)
Inventor
Susumu Takumai
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yamaha Corp
Original Assignee
Yamaha Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yamaha Corp filed Critical Yamaha Corp
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Priority to US10/597,407 priority patent/US7889878B2/en
Priority to EP05753349.9A priority patent/EP1760920B1/en
Publication of WO2006001272A1 publication Critical patent/WO2006001272A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
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    • H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
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    • H04R1/403—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers loud-speakers
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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 speaker array device and a sound beam setting method for the speaker array device.
  • the present invention relates to a speaker array apparatus that outputs surround sound by outputting a plurality of sound beams, and particularly relates to a speaker array apparatus that has a high degree of freedom in installation location and can easily set sound beams.
  • FIG. 12 is a top perspective view of a room in which the speaker device described in Patent Document 1 is installed, and shows an example in which a 5.
  • lch surround system is configured with a speaker device provided with a speaker array.
  • the front left channel is L (Left) ch
  • the front right channel is R (Right) ch
  • the center channel is C (Center) ch
  • the right channel is called SR (Surround Right) ch
  • the subwoofer is called LFE (Low Frequency Effects) ch.
  • the speaker device 213 shown in FIG. 12 includes several hundred speaker units arranged in a predetermined arrangement on one panel, and adjusts the timing for outputting surround sound from each speaker unit for each channel. Then, the beam is radiated in the form of a beam, and the delay is controlled so that the sound beam is focused at an arbitrary point in space. Then, by reflecting the sound of each channel to the ceiling or wall, a sound source is created in the direction of the wall and a multi-channel sound field is reproduced. As shown in FIG. 12, the speaker device 213 located near the center of the wall 220 of the room and below the video device 222 installed in front of the user U is composed of a center speaker (C) and a bass-supplement.
  • C center speaker
  • the spin force device 213 reflects the sound beam on the left and right walls 221 and 222 of the user U, thereby creating a virtual Rch speaker 214 and a virtual Lch ⁇ power 215.
  • the speaker device 213 reflects the sound beam on the left and right walls 221 and 222 of the user and the wall 223 behind the user U, thereby creating a virtual SRch speaker 216 and a virtual SLch speaker 217 on the left and right behind the user U. .
  • the sound signal of each channel is delayed and beamed, and the beamed sound is reflected on the wall to create a plurality of sound sources, thereby creating a plurality of sound sources around the user U. You can get a surround sound as if speakers were installed.
  • Patent Document 1 Special Table 2003-510924
  • the angle of the sound beam is obtained by giving the speaker array device the width, depth, and height of the room as information on the listening position of the user and shape information of the installation environment.
  • the sound beam was set by calculating automatically. If the speaker array device does not have the setting function as described above, an expert can adjust the sound beam angle manually while listening to the playback sound of the speaker array device at the listening position. And went.
  • the former method has a problem in that the shape and location of the room in which the speaker array device is installed are limited.
  • the room where the speaker array device is installed has an ideal shape such as a rectangular parallelepiped or a cube as shown in Fig. 12, and the speaker array device must not be installed in a position / direction that matches the computable conditions.
  • the correctness and angle of the beam were not required. Therefore, in a room with a special shape or large furniture, the sound beam setting of the speaker array device cannot be set automatically, and the beam angle must be adjusted manually. there were.
  • the adjustment of the sound beam often depends on the subjectivity of the setter, so that individual differences occur in the viewing environment, and it is necessary to immediately gain knowledge and familiarity with the setting operation. . Therefore, as described above, the adjustment of the sound beam is usually performed by an expert who specializes in adjusting the beam angle, and there is a problem that it is difficult for the user to adjust the beam angle. . [0008] Therefore, the present invention provides a speaker array device and a sound beam setting method for the speaker array device in which a user can easily set an audio beam with a high degree of freedom in the installation location of the speaker array device. With the goal.
  • the present invention has the following configuration as means for solving the above-described problems.
  • a speaker array having a plurality of speakers and outputting an audio beam based on a test audio signal
  • a microphone installed at a listening position and collecting test sound including direct sound and reflected sound of the sound beam output from the speaker array;
  • a storage unit for storing a signal level of the test sound collected by the microphone and a turning angle of the sound beam when a sound beam corresponding to the test sound is output;
  • a selection unit that selects a plurality of peaks of the signal level based on the signal level of the test sound stored in the storage unit;
  • a beam setting unit that sets a turning angle of the selected plurality of peaks as a beam output angle that is an angle at which an audio beam of each channel of multi-channel surround sound is output;
  • the plurality of speakers of the speaker array are arranged in a matrix or a line.
  • the speaker array device distributes the audio signal to which an external force is input to all or some of the speakers in the speaker array, and controls the output timing of the audio output from these speakers to control the speaker array force. It has a signal processing unit that outputs sound beams.
  • the user in order to reproduce the optimum surround sound at the listening position, it is easy to quickly determine in which position the sound beam output from the array speaker is reflected on the wall of the room so that the multi-channel sound signal can be optimally reproduced. It becomes possible to detect. Also, by setting the turning angle at which the peak is detected as the angle to output the sound beam of each channel of the multi-channel audio signal, regardless of the shape of the room where the speaker array device is installed or the arrangement of furniture, etc. After the speaker array device is installed, the user can easily make multi-channel surround sound playback settings.
  • the beam setting unit sets the turning angle of the peak at which the signal level of the test sound is maximum as the beam output angle of the center channel of the multichannel surround sound.
  • the direct sound output from the speaker array toward the listening position regardless of the shape of the room in which the speaker array device is installed is set as the sound beam of the center channel of multi-channel surround sound.
  • This direct sound has the highest signal level of the direct sound as the sound output from the speaker array device whose signal level is higher than the sound beam reflected on the wall. Therefore, it is only necessary to select the peak with the maximum signal level of the test audio signal stored in the storage unit, so that the peak to be set as the output angle of the center channel can be easily detected. Also, by determining the output angle of the sound beam of the center channel, it is possible to make a left / right determination for the user, and the output angle of other channels can be easily set based on this output angle.
  • the beam setting unit determines the turning angle of the selected peak. At least one of the multi-channel surround sound It is set as the beam output angle of the channel, and the sound of channels other than the channel for which the beam output angle is set is set to a direct sound that is output so as to be directly propagated to the listening position.
  • the direct sound that propagates directly to the listening position without using the wall reflection is set as the sound of the channel other than the channel for which the beam output angle is set.
  • the maximum peak is set to the beam output angle of the center channel and the remaining peaks are set to the beam output angle of the surround channel.
  • the beam output angle of the center channel of the multi-channel surround sound set by the beam setting unit is shifted by a predetermined angle or more from a direction perpendicular to the front of the speaker array.
  • the beam output angular force of the center channel of multi-channel surround sound If the angle is more than a certain angle away from the direction perpendicular to the front of the force array, set each peak as the output angle of the sound beam.
  • the notification unit notifies at least the notification unit to prompt the user to change the listening position or to prompt the user to change the sound reproduction method. Settings can be changed so that playback is balanced.
  • the beam setting unit performs signal localization on one side in a plurality of directions. It is formed as a phantom using a beam to form a symmetric sound field.
  • the signal on one side is output as a sound beam in a plurality of directions, and a plurality of the same sound signals coming from different directions are used to output the signals in the different directions.
  • the speaker array device further includes an input unit that receives input of installation position information of the main body of the speaker array device,
  • the beam setting unit selects a plurality of peaks of the signal level force of the test sound stored in the storage unit based on the installation position information of the main body.
  • test sound signal When the sound beam of the speaker array device test sound signal is swiveled, a test sound signal having different characteristics is usually obtained depending on the installation position of the speaker array device in the room. However, test audio signals with almost the same characteristics may be obtained even though the speaker array device is installed in different locations. In such a case, the beam output angle of each channel of multichannel surround sound cannot be set appropriately. In this configuration, since a plurality of peaks are selected based on the installation position information of the device main body received by the input unit, the speaker array device that does not cause the above-mentioned problem occurs. The optimum output angle of the sound beam can be set according to the installation position.
  • the test sound turning unit modulates the signal level of the test sound with an envelope having a maximum center in the turning range of the sound beam.
  • modulation is performed with an envelope that has the maximum at the center in the turning range of the sound beam, so that the sound beam turning range is set to the listening position of the speaker array device.
  • the peak to be set at the output angle of the center channel can be easily detected. Also, by determining the output angle of the center channel sound beam Therefore, it is possible to make a left / right determination with respect to the user, and the output angle of other channels can be easily set based on this output angle.
  • the speaker array outputs an audio beam based on a non-correlated test audio signal limited to a band in which the beam can be formed.
  • the speaker array apparatus outputs uncorrelated speech having no periodicity such as noise, which is limited to a band in which a beam can be formed by the speaker array. Therefore, the sound beam can be swung within a desired range, and even if the sound beam before reflection and the sound beam after reflection on the wall overlap, it is ensured without interference. Test voice can be stuttered.
  • the sound beam setting method of the speaker array device is as follows:
  • Speaker array power having a plurality of speakers, outputting a sound beam based on a test sound signal
  • test sound including the direct sound and the reflected sound of the sound beam output from the speaker array at the listening position
  • a turning angle of a plurality of peaks selected in the selection step as a beam output angle that is an angle at which a sound beam of each channel of multi-channel surround sound is output;
  • the turning angle of the peak at which the signal level of the test sound is maximum is set as the beam output angle of the center channel of the multichannel surround sound.
  • the signal level of the stored test voice is selected. If the number of selected peaks is less than the number of channels of multi-channel surround sound, the turning angle of the selected peak is set as the beam output angle of at least one channel of multi-channel surround sound and the beam output angle is set. Set the direct sound to be output so that the sound of channels other than the channel is propagated directly to the listening position.
  • the sound beam setting method may further include a beam output angular force of a center channel of the multichannel surround sound set in the beam setting step and a deviation of a predetermined angle or more from a direction perpendicular to the front of the speaker array. If there is, at least a step of notifying that the change of the listening position is urged or that the change of the sound reproduction method is urged is provided.
  • the signal localization on one side is set to a multi-directional audio beam. Use it to form a phantom to create a symmetrical sound field.
  • the audio beam setting method further includes a step of receiving input of installation position information of the main body of the speaker array device,
  • the signal level force of the test voice stored in the storage unit is selected.
  • the signal level of the test sound is modulated with an envelope having a maximum at the center in the turning range of the sound beam.
  • an audio beam based on a non-correlated test audio signal limited to a band where the beam can be formed is output.
  • the speaker array device of the present invention When the speaker array device of the present invention is installed indoors, a microphone / phone is installed at the listening position of the user, a test sound is output from the speaker array, and the sound beam is automatically turned (sweep). At this time, the sound beam ⁇ is emitted from the microphone, so that the sound output directly from the force array to the microphone and the sound reflected from the room wall force toward the microphone are It can be detected as a peak.
  • the sound beam output from the array spin force is reflected to any position on the wall of the room, and the power to optimally reproduce the multi-channel sound signal is reduced for a short time. Can be easily detected.
  • the speaker array can be used regardless of the shape of the room in which the speaker array device is installed or the arrangement of furniture. Multi-channel surround sound playback settings can be easily set by the user after the device is installed.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a speaker array device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a layout diagram of a speaker array.
  • FIG. 3 is a top view of a room in which a speaker array device is installed, and is a diagram for explaining an operation in which the speaker array device sweeps an audio beam and an operation in which a microphone collects an audio beam.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the angle of the sweep signal and the gain, and the relationship between the angle and the focal length.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining an operation when the speaker array device is installed.
  • FIG. 6 is a diagram different from FIG. 5 for explaining the installation operation of the speaker array device.
  • FIG. 7 is a diagram different from FIGS. 5 and 6 for explaining the installation operation of the speaker array device.
  • FIG. 8 is a diagram different from FIGS. 5 to 7 for explaining the installation operation of the speaker array device.
  • FIG. 9A is a graph showing an example of data collected by the speaker array device in the sound beam setting mode.
  • FIG. 9B is a graph showing an example of data collected by the speaker array device in the sound beam setting mode.
  • FIG. 9C is a graph showing an example of data collected by the speaker array device in the sound beam setting mode.
  • FIG. 9D is a graph showing an example of data collected by the speaker array device in the sound beam setting mode.
  • FIG. 9E is a graph showing an example of data collected by the speaker array device in the sound beam setting mode.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the installation operation of the speaker array device.
  • FIG. 11 is a flowchart for explaining an operation when the speaker array device executes a sound beam setting mode.
  • FIG. 12 is a top perspective view of a room in which the speaker device described in Patent Document 1 is installed.
  • 1 is a speaker array device
  • 2 is a microphone
  • 3 is a converter
  • 4 is a system control unit
  • 5 is a storage unit
  • 6 is an operation unit
  • 7 is a display unit
  • 8 is a phantom formation unit
  • 9 is a beam forming unit
  • 10 is a speaker array.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a speaker array apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 shows the layout of the speaker array.
  • (A) shows the speaker arrangement in a matrix
  • (B) shows three rows of speakers arranged in a line
  • (C) shows the speaker power in a line. This is a case where the three rows are arranged and the speakers in the second row are shifted from the speakers in the first and third rows.
  • a 5. lch surround system is described as an example of a speaker array device. In the following explanation, in the 5.
  • the front left channel is L (Left) ch
  • the front right channel is R (Right) ch
  • the center channel is C (Center) ch
  • the rear right channel is called SR (Surround Right) ch
  • the subwoofer is called LFE (Low Frequency Effects) ch.
  • the LFEch audio signal is output to the user directly with little directivity, so in the following explanation, the explanation of the LFEch audio signal processing is omitted. .
  • the speaker array device 1 includes a microphone 2, an AZD converter 3, a system control unit 4, a storage unit 5, an operation unit 6, a display unit 7, a phantom forming unit 8, a beam forming unit 9, and a speaker array 10. Yes.
  • the speaker array device 1 includes an Lch terminal, an Rch terminal, an SLch terminal, an SRch terminal, and a Cch terminal as external input terminals for 5.lch surround sound signals.
  • the phantom forming section 8 includes Lch amplifiers 21a and 21b, Rch amplifiers 22a and 22b, SLch amplifiers 23a, 23b and 23c, SRch amplifiers 24a, 24b and 24c, and Lch calorimeters.
  • the beam forming unit 9 includes a delay unit 31 that delays the five audio signals output from the phantom forming unit 8 and a power amplifier 32-1 to that amplifies the five audio signals output from the delay unit 31. 3 2-5 and an adder 33 that adds the signals output from the power amplifiers 32-1 to 32-5.
  • the beam forming unit 9 also has n blocking forces, the speaker array 10 includes n speakers 30, and the speaker 30 is connected to the output of each beam forming unit 9.
  • the portion of the speaker array device 1 excluding the microphone 2 is referred to as a main body lh.
  • the microphone 2 is an omnidirectional microphone and is connected to the AZD converter 3.
  • the A / D converter 3 converts (samples) the analog audio signal collected by the microphone 2 into a digital audio signal and outputs the digital audio signal to the system control unit 4.
  • the system control unit 4 includes a user IZF processing unit 11, a beam control processing unit 12, a measurement data analysis processing unit 13, and a sound source position correction processing unit 14.
  • the user IZF processing unit 11 outputs a control signal to each unit of the speaker array device 1 in accordance with the operation received by the operation unit 6. Further, the user IZF processing unit 11 causes the display unit 7 to display contents to be notified to the user according to the status of the apparatus.
  • the beam control processing unit 12 outputs a test audio signal to the beam forming unit 9 when executing an audio beam setting mode for setting an angle for outputting an audio beam of each channel when the speaker array device 1 is installed. Then, the sound beam of the test sound output from the speaker array 10 is swept (turned).
  • the measurement data analysis processing unit 13 causes the storage unit 5 to store the test audio signal output from the speaker array 10 and collected by the microphone 2 when the audio beam setting mode is executed. When the collection of the audio signal is completed, the measurement data analysis processing unit 13 reads the audio signal stored in the storage unit 5 and detects the peak of the audio signal. Based on each peak! /, Cch, Lch , Rch, SLch, and SRch channel output angles are set, and the result is output to the beam control processor 12.
  • the beam control processing unit 12 is based on the analysis result output from the measurement data analysis processing unit 13. Then, an angle setting signal for setting the angle of each channel is output to the beam forming unit 9.
  • the measurement data analysis processing unit 13 outputs a signal to the sound source position correction processing unit 14 when the sweep signal collected by the microphone 2 is analyzed and the angle balance of each channel is poor.
  • the sound source position correction processing unit 14 outputs a sound source position correction signal to the phantom forming unit 8 based on the signal received from the measurement data analysis processing unit 13.
  • the speaker array device 1 is configured to execute sweeping a plurality of times and to perform integration / averaging processing of the audio signal. Control each part.
  • the storage unit 5 stores the digital audio signal output from the AZD converter 3 via the system control unit 4.
  • the operation unit 6 receives various setting inputs from the user and outputs signals corresponding to the inputs to the system control unit 4.
  • the display unit 7 displays the content to be transmitted to the user based on the control signal output from the system control unit 4.
  • the phantom forming unit 8 performs processing to phantomize the audio signal of a specific channel based on the sound source position correction signal output from the system control unit 4! ⁇ Output the created phantom forming signal to the beam forming unit 9.
  • the phantom is a virtual image that is localized in a middle direction (direction divided in accordance with signal power) by a plurality of (same) audio signals coming from different directions. Even if multiple audio signals arrive from different directions as described above, the listener recognizes these signals as a single audio signal that arrives with this phantom power.
  • the phantom forming unit 8 Based on the sound source position correction signal output from the system control unit 4, the phantom forming unit 8 performs processing to phantomize the audio signal of the specific channel, and outputs the created phantom forming signal to the beam forming unit 9. Therefore, the phantom sound source sound is set to be output by allowing multiple sound beams to arrive at the user's listening position.
  • the beam forming unit 9 is an angle setting signal for each channel output from the system control unit 4. Based on the above, an audio beam for each channel is formed and an audio signal is output to the speaker array 10. Further, when the sweep signal is output from the system control unit 4, the beam forming unit 9 processes the audio signal so as to sweep the audio beam output from the speaker array 10, and transmits the audio signal to the speaker array 10. Is output.
  • the speaker array 10 outputs the sound beam of each channel based on the sound signal output from the beam forming unit 9.
  • the speaker array 10 includes a plurality (n) of speakers 30 arranged in a predetermined arrangement such as a matrix or a line on one panel.
  • the surround sound output timing is adjusted for each channel and emitted in the form of a beam.
  • Delay control is performed so that the sound beam is focused at an arbitrary position such as a wall surface.
  • the sound of each channel is reflected on the wall of the room where the speaker array device 1 is installed, thereby creating a sound source at an arbitrary point, creating a multi-channel sound field, and reproducing the surround sound.
  • FIG. 3 is a top view of a room in which the speaker array device is installed, and is a diagram for explaining the operation of the speaker array device sweeping the sound beam and the operation of the microphone collecting the sound beam.
  • the room 40 in which the speaker array apparatus 1 is installed is a rectangular parallelepiped having an ideal shape, and the main body lh of the speaker array apparatus 1 is The case where it is installed near the wall near the center of the front wall 41 will be described.
  • the main body lh of the speaker array device 1 is placed at the center of the front wall 41, which is the user's desired position.
  • the speaker array 10 is installed so that the front of the speaker array 10 is parallel to the front wall 41 and outputs sound toward the room facing the rear wall 43.
  • the microphone 2 connected to the AZD comparator 3 of the speaker array device 1 is installed at the user's listening position (listening position). At this time, the height of the microphone 2 is preferably adjusted to the position of the user's ear.
  • Fig. 3 (A) shows the case where the listening position is closer to the rear wall 43 than the center of the room 40.
  • the speaker array device 1 includes the main body lh and the microphone 2 of the speaker array device 1.
  • the speaker array 10 is viewed from above the room 40 from one direction parallel to the front surface of the speaker array 10 (hereinafter referred to as 0 degree direction).
  • the sound beam is swept (turned) up to the other direction parallel to the front surface of the speaker array 10 (hereinafter referred to as a 180-degree direction).
  • the sweep angle 0 of the sound beam can be set to a value other than 0 ° ⁇ 0 ⁇ 180 °.
  • the microphone 2 collects the direct sound of the sound beam and the indirect sound reflected by each wall, and obtains the optimum angle for outputting the sound beam.
  • the sound beam output from the speaker array 10 in the sound beam setting mode can control the beam angle determined by the shape of the speaker array device 1 having no correlation and the arrangement of the speakers of the speaker array 10.
  • the system controller 4 is set to output an audio signal limited in bandwidth.
  • the test audio signal for example, a sound wave having no periodicity centering on 4 kHz and a sound wave having no periodicity like sound wave or noise is preferable.
  • the sound beam can be swung within a desired range, and interference does not occur even when the sound beam before reflection overlaps the sound beam after reflection on a wall or the like. It is possible to collect test voices reliably and reliably.
  • the speaker array device 1 can set the elevation angle (the depression angle) of the sound beam that also outputs the front force of the speaker array 10 to an arbitrary angle according to the installation position and height.
  • the speaker array device 1 may be set to output the sound beam to the entire room by changing the elevation angle (the depression angle) every time the sound beam is swept from 0 to 180 degrees.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the angle of the sweep signal and the gain, and the relationship between the angle and the focal length.
  • the gain of the sound beam (hereinafter also referred to as the sweep signal) of the test sound output while sweeping from the speaker array 10 is maximized at the user's recommended listening position (the direction perpendicular to the front of the speaker array 10).
  • the signal level of the test sound may be set so as to be modulated with an envelope having the maximum center in the turning range of the sound beam.
  • the gain level of the sweep signal may be set to change in a parabolic shape having a peak at 90 °.
  • the output angle of the Cch sound beam is set to 90 °, and the output angle of the Cch sound beam can be easily set. it can.
  • the detection sensitivity (S / N ratio) of the surround channel with a long beam path can be increased. Furthermore, it is possible to easily set the optimum angle of the sound beam of each channel.
  • the focal length of the sweep signal may be set so that the beam diameter becomes the smallest at the listening position of the user at each sweep angle.
  • the focal length at which the beam diameter becomes the smallest should be set to change in a parabolic shape with a peak at 90 °. As a result, the angular sensitivity of the beam at the microphone position can be improved.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the operation when the speaker array device is installed.
  • A is a top view showing the sound beam measurement operation when installed near the center of the front wall in a rectangular parallelepiped room.
  • B is a graph showing measured data
  • C is a graph. It is a top view of a rectangular parallelepiped room after installing a peak force array device.
  • FIG. 5 (B) shows the data from which noise has been removed, but in reality the waveform of the measurement data is distorted or the waveform of the stamina changes due to noise.
  • the horizontal axis of the graph shown in FIG. 5B is set to the beam angle, and the vertical width is set to the gain of the audio data collected by the microphone 2. Audio data power In order to easily detect multiple peaks, a threshold is set at a level that can detect only the audio beam up to two reflections on the wall.
  • the angle gain graphs described below are all displayed in the same way as in Fig. 5 (B).
  • the system control unit 4 sets the sweep angle ⁇ a3 of the peak 57 having the highest gain level within a reasonable range and a certain width or more to an angle at which the Cch sound beam is output.
  • the sound set to Cch is the highest level because the direct sound of the sound beam is measured. Also, as explained based on Fig. 1 (A), the Cch voice is at the highest level by changing the gain to a parabola with a peak at 90 °.
  • the system control unit 4 has a force that causes a number of peaks exceeding the gain threshold to exist on both sides (front and back in time, left and right in terms of angle) across the peak set for Cch. Select and detect by excluding peaks that are too close to peak 57 set for Cch and peaks that are not common sense as virtual speaker installation angles. When the number of peaks is equal to the number of peaks 57 set for Cch, the system control unit 4 assigns the direction closer to the peak 57 set for Cch in the order of the surround channel and the front channel, and calculates the angle.
  • the system control unit 4 sets the sweep angle ⁇ al to the Lch output angle, the sweep angle ⁇ a2 to the SLch output angle, and the sweep angle ⁇ a3 to the Cch output angle as described above.
  • the speaker array device 1 When an audio sound or the like is input from the outside, the speaker array device 1 outputs a Cch sound as a direct sound to the user U as shown in FIG.
  • the left wall 52 is output as a reflected sound that is reflected once
  • the SLch sound is output as a reflected sound that is reflected twice at the left wall 52 and the rear wall 53
  • the SRch sound is output twice at the right wall 54 and the rear wall 53.
  • the Rch sound is output as a reflected sound that is reflected
  • the Rch sound is output as a reflected sound that is reflected once by the right wall 54. Therefore, user U can enjoy the ideal surround sound at the listening position.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the installation operation of the speaker array device.
  • A is a top view showing the sound beam measurement operation when installed in a corner of a rectangular parallelepiped room
  • (B) Is a graph showing measurement data from which noise has been removed
  • (C) is a top view of a rectangular parallelepiped room after the speaker array device is installed.
  • Fig. 6 shows a case where the speaker array device 1 is installed obliquely with the front surface of the speaker array 10 facing the room at the corners of the front wall 61 and the left wall 62 of the rectangular parallelepiped room 60. It shows. In this case as well, the sound beam setting mode is executed in the same manner to collect sound data.
  • the speaker array device 1 When the speaker array device 1 is arranged as shown in FIG. 6 (A) and the voice beam setting mode is executed to collect voice data, as shown in FIG. 6 (B), the gain is larger than the threshold value. High level peaks 65-69 were obtained. In this case, since there are five peaks whose gain level is higher than the threshold value, the speaker array apparatus 1 sets the angle at which the sound beam is output, as in FIG. 5 (B).
  • the peak 65 to be set to Lch is an audio beam reflected twice on the left wall 62 and the rear wall 63, and the peak to be set on Rch. 69 is an audio beam reflected twice on the right wall 64 and the rear wall 63, and the sound of the front channel is heard from the direction in which the surround sound should be heard.
  • the speaker array apparatus 1 inputs an installation position of the speaker array apparatus 1 before executing the sound beam setting mode. It has the ability.
  • the speaker array device 1 accepts that it is installed at either a corner of the room or along the wall.
  • the speaker array device 1 can set the angle at which the sound beam is output based on the peak detection angle of the sound beam and the installation position information of the speaker array device 1.
  • the system control unit 4 of the speaker array apparatus 1 detects two peaks symmetrically across the center peak as shown in FIG. 6 (B). Set the peak to the surround channel and set the front channel to play in stereo as a direct sound.
  • the speaker array device 1 outputs the sound of Cch'Lch'Rch as a direct sound to the user U as shown in FIG. 6 (C).
  • the sound of SLch is output as a reflected sound that is reflected once by the rear wall 63
  • the sound of SRch is output as a reflected sound that is reflected once by the right wall 64. Therefore, user U can enjoy the ideal surround sound at the listening position.
  • the Cch sound is output from the center of the speaker array 10 and is directed toward the center of the speaker array 10.
  • the left-side force also outputs Lch sound, and it is farther from the center of the speaker array 10. It is better to set to output Rch sound from the right side. Also, it is recommended to divide the region where Lch'Rch is output into low, middle, and high castles so that they are not beamed, and to output sound from each region.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the installation operation of the speaker array device.
  • (A) is installed near the center wall of the front wall in a rectangular parallelepiped room, and the listening position is different from FIG.
  • FIG. 5B is a top view showing the measurement operation of the sound beam when the position is set, and
  • (B) is a graph showing the measurement data.
  • FIG. 7 shows that the main body lh of the speaker array device 1 is installed near the center wall of the front wall 51 in the rectangular parallelepiped room 50 shown in FIG. The case where it is set in the middle of the wall 52 is shown.
  • User U installs microphone 2 at the surround sound listening position, sets the sound beam setting mode, performs measurement, and stores the collected data in storage unit 5.
  • the speaker array device 1 displays a content that prompts the user to change the listening position or to change the configuration of the sound beam when the angle of the listening position deviates by a predetermined angle or more. Displayed in 7.
  • the speaker array device 1 causes the display unit 7 to display an instruction to move the listening position to a position facing the front of the speaker array 10 and execute the sound beam setting mode again as a content to prompt the change of the listening position. .
  • the speaker array device 1 may be set to play back all channels in stereo, or Lch'Rch will be played as stereo audio, and SLch 'SRch will be used as surround audio to prompt the user to change the configuration.
  • the display unit 7 is then instructed to select a setting mode for playback. The user changes the viewing position according to this instruction, and executes the sound beam setting mode again.
  • by changing the configuration it is possible to set the speaker array device 1 to properly reproduce the surround sound.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the installation operation of the speaker array device.
  • A is a top view showing the measurement operation of the sound beam installed near the center wall of the front wall of the room
  • (B) Is a graph showing measured data.
  • FIG. 8 shows a room 75 in which a corridor 75R is provided along the rear wall 78 on the right wall 81 side of the rectangular parallelepiped room.
  • the main body lh of the speaker array device 1 is installed at the center wall of the front wall 76, and the listening position of the user is set at the center of the room 75 excluding the corridor 75R.
  • the speaker array device 1 starts sweeping the sound beam and collects sound data. As a result, as shown in Fig.
  • the peak whose gain is larger than the threshold is the peak 82 at the sweep angle ⁇ dl, the peak 83 at the sweep angle ⁇ d2, and the peak at the sweep angle ⁇ d3.
  • the speaker array device 1 is configured to prompt the change of the configuration as follows:
  • the display unit 7 is instructed to select a setting mode for stereo playback of all channels or a setting mode for playback of Lch'Rch as stereo sound and playback of SLch'SRch as surround sound.
  • the user changes the configuration according to this instruction, plays Lch'Rch as stereo sound, and selects the setting mode to play SLch ⁇ SRch as surround sound.
  • Sweep angle 0 0 dl, ⁇ d4, which is a nearly contrasted position across peak 84, is assigned to SLch and SRch, and the Lch and Rch, which are front channel audio, are set to be played in stereo.
  • the speaker array device 1 is set to the automatic determination mode, so that if the remaining peaks do not become the same number across the peak set for Cch, the configuration array is automatically changed.
  • the speaker array device 1 When audio sound or the like is input from the outside, the speaker array device 1 outputs the sound of Cch'Lch'Rch as a direct sound to the user U, as shown in FIG.
  • the SLch sound is output as a reflected sound that is reflected once by the left wall 77
  • the SRch sound is output as a reflected sound that is reflected once by the right wall 81. Therefore, the user U can properly reproduce the surround sound even in the non-ideal shape of the room 75.
  • FIG. 9 is a graph showing an example of data collected by the speaker array device in the sound beam setting mode. If the room in which the speaker array device 1 is installed is not ideal, or even if it is an ideal room, the number of channels that have a peak larger than the threshold value may be higher or lower than the number of channels required depending on the arrangement of furniture. There is a case. For example, when the speaker array device 1 was installed in a room, the sound beam setting mode was executed and the sound beam was swept. As a result, data as shown in FIG. 9 (A) was obtained. In this case, the system control unit 4 of the speaker array device 1 selects the peak value with the highest gain level that is within the appropriate range as described above. In the data shown in Fig.
  • the gain level at peak 96 is the highest, but the waveform is pulse-shaped and the width is less than a certain value, which is not a good sound beam. Exclude as noise.
  • the system controller 4 has a peak of 96 Except for, peak 94 with the highest gain level is set to the angle at which the Cch sound beam is output. Subsequently, the system control unit 4 selects and detects how many peaks exceeding the gain threshold exist in both sides of the peak set for Cch. At this time, the peaks 93 and 95 that are too close to the peak 94 set for Cch are excluded because the beam may be covered with the user and localization may be in the direction of the force.
  • Peak 91 corresponds to the case where the user is located in the immediate vicinity of the speaker and is not possible in normal use. Also, it is excluded because it is a recommended angle. As a result, the system control unit 4 sets the peak 92 to the angle for outputting the SLch sound and the peak 97 to the SRch sound beam output angle.
  • the system control unit 4 of the speaker array apparatus 1 has the most gain level within a reasonable range.
  • Set peak 103 which is a high peak, to the angle at which the Cch sound beam is output.
  • the system control unit 4 selects and detects how many peaks exceeding the gain threshold exist in both sides of the peak set for Cch. In the case of the data shown in Fig. 9 (B), there are two and three peaks across the peak 103 set for Cch.
  • the difference in angle with peak 103 is that peak 101 and peak 106 are almost equal, and peak 102 and peak 104 are almost equal, so peak 101 is excluded and peak 101 is set to Lch.
  • the system control unit 4 of the speaker array apparatus 1 has the highest gain level within a reasonable range.
  • Peak 114 which is the peak, is set as the output angle of Cch.
  • the system control unit 4 selects and detects how many peaks that exceed the power gain value exist on both sides of the peak set for Cch. In the case of the data shown in Fig. 9 (C), since the number of peaks is the same, but 3 each, with the peak 114 set for Cch, a peak in a reasonable range is selected.
  • the system controller 4 determines that the peaks 113 and 115 on both sides of the peak 114 set for Cch are reasonable angles, and are almost contrasting angles across the peak 114, so that peak 113 is set to SLch and peak 115 is set to SRch. Set the output angle to.
  • the system control unit 4 determines the peak assigned to the rear surround sound when there are multiple peaks. Taka Peaks that are as far apart as possible within a reasonable range are set to be assigned to the front channel, so without using peaks 112 and 116, peak 111 is the Lch output angle and peak 117 is Rch. Set the output angle to.
  • the difference in angle with peak 123 is that peak 121 and peak 124 are approximately equal, so peak 121 is excluded and peak 121 is set as the SLch output angle and peak 124 is set as the Rch output angle. . Lch and Rch are set to be played as stereo sound.
  • the system control unit 4 of the speaker array apparatus 1 has the most gain level within the reasonable range.
  • Set peak 126 which is a high peak, as the output angle of Cch.
  • the system control unit 4 selects and detects how many peaks exceeding the gain threshold exist in both sides of the peak set for Cch.
  • the peak is 1 and 0 across the peak 123 set for Cch, and there is no symmetry. Therefore, the system control unit 4 is set to play Lch and Rch as stereo sound by direct sound, or set to play Cch as monaural sound by direct sound.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the installation operation of the speaker array device.
  • FIG. 10A is a top view showing the measurement operation of the sound beam when installed on the left side of the front wall of the rectangular parallelepiped room.
  • B) is a graph showing measurement data
  • C) is a top view of a rectangular parallelepiped room after the installation of the speaker array device.
  • the main body lh of the spin force array device 1 when the main body lh of the spin force array device 1 is installed near the left side of the center portion of the front wall 131 in a rectangular parallelepiped room 130 which is an ideally shaped room, The user installs microphone 2 at the surround sound listening position, sets the sound beam setting mode, and collects sound data.
  • the system control unit 4 sets the sweep angle of peak 137 with the highest gain level within the reasonable range as the output angle of Cch.
  • the system control unit 4 selects and detects how many peaks exceeding the gain threshold exist in both sides of the peak set for Cch. In the case of the data shown in Fig. 10 (B), there are two peaks with the peak 137 set for Cch in between, so a peak in the appropriate range is selected. The system control unit 4 determines whether or not the peaks 135, 136, 138, and 139 other than the peak 136 set to Cch are at appropriate angles, and the symmetry of each peak.
  • the system control unit 4 uses the following formula to determine the symmetry of each peak. That is,
  • ⁇ surround angle (surroundL)- ⁇ 180 °-angle (surroundR) ⁇ , calculated using Equation 2) to determine whether ⁇ front and ⁇ surround are greater than or equal to a preset threshold.
  • the system control unit 4 has a value larger than ⁇ front and ⁇ surround threshold values, and performs processing for forming a phantom sound source.
  • the system controller 4 of the speaker array device 1 is set so that the phantom sound source is formed at a position that is in contrast to the voice beam with the smaller angle formed by the voice beam that reaches the listener and the voice beam that is set to Cch. Being sung.
  • the angle ⁇ 11 formed by the peak 135 corresponding to Lch and the peak 137 set for Cch, and the peaks 139 and Cch corresponding to Rch A phantom sound source is formed in accordance with the smaller angle between the angle ⁇ 12 and the peak 137 to be assigned. That is, the system control unit 4 compares the angle c formed by peak 137 and peak 135 set in Cch with the angle d formed by peak 137 and peak 139 based on the data shown in FIG. 10 (B). And select ⁇ c with a small angle.
  • the system control unit 4 forms the phantom sound source for Lch using Cch and Lch, and the phantom sound source for Rch is Cch.
  • the sound source position correction signal is output to the phantom forming unit 8 so that it is formed using Rch.
  • the phantom sound source for SLch is formed by using Lch and SLch
  • the phantom sound source for SRch is formed by using Rch and SRch. Is output.
  • the system control unit 4 forms the phantom sound source for SLch using Cch and SLch for surround sound, and the phantom sound source for SRch is Cch and SRch.
  • the sound source position correction signal is output to the phantom forming unit 8 so as to be formed using.
  • the system control unit 4 forms the Lch and SRch by the sound beams 135 and 138 as surround sound as shown in FIG. 10 (C).
  • SLch and Rch form phantoms 140 and 141.
  • the speaker array device 1 prompts the user U to confirm the setting by using the test tone after performing the above-described setting by automatic adjustment. If there is no problem, an optimum surround sound can be provided to user U by performing automatic adjustment sequences such as channel level adjustment, frequency characteristic adjustment, and time alignment adjustment.
  • FIG. N is a flowchart for explaining the operation when the speaker array apparatus executes the sound beam setting mode.
  • the user U installs the main body lh of the speaker array device 1 at a desired position in the room and installs the microphone 2 at the listening position. Then, operate the operation unit 6 of the main body lh, After inputting the installation position (along the corner or wall) of the speaker array device 1 in the room, the sound beam setting mode is started.
  • the system control unit 4 of the speaker array device 1 detects that the start input of the sound beam setting mode has been performed after the operation unit 6 is operated and the installation position of the speaker array device 1 is input (si ), The system control unit 4 forms a sweep signal, outputs it to the beam forming unit 9, outputs the beam signal formed by the beam forming unit 9 to the speaker array 10, and outputs the sweep signal from the 0 degree direction. Sweep up to 180 degrees. Then, the voice reflected on the wall of the room or the direct sound output from the speaker array 10 is collected by the microphone 2, and the collected voice data is converted into a digital voice signal by the AZD converter 3, and stored. Store in part 5 (s2).
  • the system control unit 4 When the sweep operation is completed, the system control unit 4 outputs a signal and causes the system control unit 4 to start analyzing the audio signal. That is, the system control unit 4 reads out the audio data from the storage unit 5 and analyzes it, and sets the sweep angle of the peak value with the highest gain level in the appropriate range to Cch (s3). Then, the system control unit 4 determines whether or not the sweep angle set for Cch is within the allowable range (below a certain angle) (s4). When the sweep angle set for Cch is not within the allowable range, the system control unit 4 allows the user to change the listening position where the microphone 2 is installed or the installation position of the speaker array device 1. The display prompts the display unit 7 (s5). Then, the system control unit 4 changes the position in accordance with the instruction and waits until it is detected that the operation unit 6 has been operated again (sl).
  • step s4 the system control unit 4 exceeds the gain threshold in both sides (front and back in time, left and right in angle) across the peak set for Cch.
  • the peak that is too close to the peak set for Cch or the peak that is not a common sense as the installation angle of the virtual speaker force is selected. To detect. At this time, the symmetry of the side peak with respect to Cch is examined (s6).
  • the system control unit 4 When the system control unit 4 cannot select and detect side peaks on both sides of the peak set for Cch (s7), the speaker array 10 forces the stereo sound directly to the listening position. Set to play back in mono or monaural mode (s 10). Then, the system control unit 4 causes the display unit 7 to display a content prompting the user to perform user check in order to confirm the setting of the sound output from the speaker array device 1 (sl6).
  • step s7 the system control unit 4 selects and detects a plurality of side peaks on both sides of the peak set in Cch. If the installation position is along the wall (s8), check the number of side peaks on both sides of the peak set for Cch (s9), and if there are two peaks on both sides across Cch, Each channel is assigned to each peak (sl l) so that both front sound and surround sound are output as sound beams. Subsequently, the system control unit 4 calculates the angle difference between the channels of each beam sound assigned to the surround sound using the above-described Equations 1 and 2 (sl 3).
  • step s8 if the speaker array device 1 is installed at the corner of the room (s8) and if there is one peak on each side across Cch in step s9, surround sound Assign each peak to surround sound so that the sound is played back with the sound beam, and set the front sound to play in stereo (si 2). Then, the process of step si 3 is performed.
  • step sl3 the processing of step sl3 is completed, it is determined whether the angular difference between the channels of each beam voice assigned to the surround sound is larger than the threshold value (S 14).
  • the system control unit 4 performs a process of forming a phantom sound source by performing angle correction (si 5).
  • step sl5 ends or the angle difference is equal to or smaller than the threshold value in step sl4, the system control unit 4 causes the display unit 7 to display a content prompting a user check to confirm the surround sound setting. And waits for input from the operation unit 6 (si 7).
  • step sl7 if the result accepted by the operation unit 6 is NG, the system control unit 4 executes the process of step s5.
  • a microphone / phone When the speaker array device of the present invention is installed indoors, a microphone / phone is installed at the listening position of the user, a test sound is output from the speaker array, and the sound beam is automatically swung (swept). At this time, the sound beam is emitted from the microphone, and the sound output directly from the force array to the microphone and the sound reflected from the wall force of the room toward the microphone are detected as peak signal levels. can do.
  • the sound beam output from the array spin force is reflected to any position on the wall of the room to reduce the ability to optimally reproduce the multi-channel sound signal. It can be easily detected in time.
  • the speaker array can be used regardless of the shape of the room in which the speaker array device is installed or the arrangement of furniture. After the device is installed, the user can easily set the multi-channel surround sound playback settings.

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Abstract

　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。　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。

Description

明 細 書
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 技術分野
[0001] 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。
背景技術
[0002] 従来、マトリックス状に配置された複数のスピーカ力 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。 ) 0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力も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。
[0003] 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. lch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. lch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。
[0004] 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 一力装置 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^ピー力 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 ゥンド感を得ることができる。
特許文献 1：特表 2003— 510924号公報
[0005] 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 、た。
[0006] 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 、と音声ビームの正し 、角 度が求められな力つた。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。
[0007] 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ぐ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 ヽ う問題があった。 [0008] 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ぐ音声ビームの 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。
発明の開示
[0009] 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 、る。
[0010] (1) スピーカアレイ装置は、
複数のスピーカを有し、テスト音声信号に基づく音声ビームを出力するスピーカァ レイと、
前記音声ビームを旋回するテスト音声旋回部と、
聴取位置に設置され、前記スピーカアレイから出力され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で集音された前記テスト音声の信号レベルと、該テスト音声に対 応する音声ビームが出力されたときの前記音声ビームの旋回角度と、を記憶する記 憶部と、
前記記憶部に記憶されたテスト音声の信号レベルに基づいて該信号レベルの複数 のピークを選択する選択部と、
前記選択され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 ム設定部と、
を備える。
前記スピーカアレイの複数のスピーカは、マトリックス状またはライン状に配置されて いる。
また、スピーカアレイ装置は、外部力も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力 音声ビームを出力させる信号処理部 を備えている。
[0011] 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、 スピーカアレイ力も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^^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、部屋の壁力 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。
[0012] (2)ビーム設定部は、前記テスト音声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。
[0013] 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 ヤ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 レベルが大きぐ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、記憶部が記憶したテスト音声信号の信号レベル 力 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。
[0014] (3)前記ビーム設定部は、前記記憶部に記憶されたテスト音声の信号レベルから 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少なくとも 1つの チャンネルのビーム出力角度として設定するとともに、前記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。
[0015] この構成においては、テスト音声信号の信号レベル力 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 、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。
[0016] (4)スピーカアレイ装置は、前記ビーム設定部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、前記スピーカアレイの正面に 対して垂直な方向から所定角度以上ずれている場合に、少なくとも前記聴取位置の 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部を備える。
[0017] 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力 スピー 力アレイの正面に対して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 ノ《ランスが崩れたものとなる。この構成においては、少なくとも報知部でユーザに対し 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部 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。
[0018] (5)前記ビーム設定部は、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。 [0019] 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ぐこのファントム力 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、ノ ンス良くサラウンド音声を再生することができる。
[0020] (6)スピーカアレイ装置は、さらに、当該スピーカアレイ装置の本体の設置位置情 報の入力を受け付ける入力部を備え、
前記ビーム設定部は、前記本体の設置位置情報に基づいて、前記記憶部が記憶 したテスト音声の信号レベル力 複数のピークを選択する。
[0021] スピーカアレイ装置力 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 一力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!/、ては、入力部で受け付けた装置本体の設置位置情報に基づ 、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ぐ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。
[0022] (7)前記テスト音声旋回部は、前記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。
[0023] 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ェンベロー 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。
[0024] (8)スピーカアレイは、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 信号に基づく音声ビームを出力する。
[0025] この構成お!/、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。したがつ 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 にテスト音声魏音することができる。
[0026] (9) スピーカアレイ装置の音声ビーム設定方法は、
複数のスピーカを有するスピーカアレイ力 テスト音声信号に基づく音声ビームを 出力する工程と、
前記音声ビームを旋回する工程と、
聴取位置にぉ 、て、前記スピーカアレイから出力され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工程と、
前記集音工程で集音された前記テスト音声の信号レベルと、該テスト音声に対応す る音声ビームが出力されたときの前記音声ビームの旋回角度と、を対応づけて記憶 する工程と、
前記記憶部されたテスト音声の信号レベルに基づ 、て、該信号レベルの複数のピ ークを選択する工程と、
前記選択工程で選択され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 設定する工程と、
を備える。
( 10) 前記ビーム設定工程では、前記テスト音声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。
( 11) 前記ビーム設定工程では、前記記憶されたテスト音声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少なくとも 1つのチヤ ンネルのビーム出力角度として設定するとともに、前記ビーム出力角度を設定したチ ヤ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。
(12) 音声ビーム設定方法は、さらに、前記ビーム設定工程で設定された前記マ 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力 前記スピー 力アレイの正面に対して垂直な方向から所定角度以上ずれている場合に、少なくとも 前記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 工程を備える。
(13) 前記ビーム設定工程では、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。
(14) 音声ビーム設定方法は、さらに、当該スピーカアレイ装置の本体の設置位 置情報の入力を受け付ける工程を備え、
前記ビーム設定工程では、前記本体の設置位置情報に基づいて、前記記憶部が 記憶したテスト音声の信号レベル力 複数のピークを選択する。
(15) 前記テスト音声旋回工程では、前記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。
(16) 前記音声ビーム出力工程では、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に基づく音声ビームを出力する。
[0027] これら構成においては、（1)〜（8)と同様の効果を得ることができる。
[0028] 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 口フォンを設置して、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^^音することで、スピ 一力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、部屋の壁力もマイクロ 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 一力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力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。
図面の簡単な説明
[図 1]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]スピーカアレイの配置図である。
[図 3]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。
[図 4]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。
[図 5]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。
[図 6]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。
[図 7]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。
[図 8]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。
[図 9A]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。
[図 9B]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。
[図 9C]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。
[図 9D]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。 [図 9E]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。
[図 10]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。
[図 11]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。
[図 12]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。 な お、図中の符号、 1はスピーカアレイ装置、 2はマイクロフォン、 3はコンバータ、 4はシ ステム制御部、 5は記憶部、 6は操作部、 7は表示部、 8はファントム形成部、 9はビー ム形成部、 10はスピーカアレイである。
発明を実施するための最良の形態
[0030] 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 力を 3列配置し、 2列目のスピーカを 1列目及び 3列目のスピーカに対してずらした配 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. lch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. lchサラゥン 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 Fre quency Effects) chと称する。なお、 5. lch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ぐスピーカアレイ装置力 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。
[0031] スピーカアレイ装置 1は、マイクロフォン 2、 AZDコンバータ 3、システム制御部 4、 記憶部 5、操作部 6、表示部 7、ファントム形成部 8、ビーム形成部 9、及びスピーカァ レイ 10を備えている。また、スピーカアレイ装置 1は、 5. lch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, 2 2b、 SLch用アンプ 23a, 23b, 23c、 SRch用アンプ 24a, 24b, 24c、 Lch用カロ算器 25、 Rch用加算器 26、及び Cch用加算器 27を備えている。力！]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— 1〜3 2— 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 3 3を備えている。また、ビーム形成部 9は n個のブロック力も成り、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。
[0032] 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 lhと称する。
[0033] マイクロフォン 2は、無指向性のマイクロフォンであり、 AZDコンバータ 3に接続され ている。
[0034] 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。
[0035] システム制御部 4は、ユーザ IZF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 、る。
[0036] ユーザ IZF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 力アレイ装置 1の各部へ出力する。また、ユーザ IZF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。
[0037] 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へ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。
[0038] 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 力 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部 5に記憶させる。 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!/、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。
[0039] 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。
[0040] 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。
[0041] 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ァ レイ装置 1の各部を制御する。
[0042] 記憶部 5は、 AZD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。
[0043] 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。
[0044] 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。
[0045] 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！ヽ、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。
[0046] 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ぐこのファントム力 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 、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 、、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 力 複数の音声ビームが到来するようにすることで、ファントム音源力 音声が出力し ているように設定する。
[0047] 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!/、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。
[0048] 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、各チヤ ンネルの音声ビームを出力する。
[0049] 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 ヤ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。
[0050] 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 lh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。
[0051] 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 力アレイ装置 1の本体 lh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 AZDコンパ一 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
[0052] スピーカアレイ装置 1は、スピーカアレイ装置 1の本体 lh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 0を 0°≤ 0≤180° 以外の値に設定することも可能である。
[0053] 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。
[0054] 例えば、図 3 (B)に示すように、スイープ角 θ = θ 1の場合、音声ビーム 34aは左壁 42及び右壁 44で反射して力 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 = Θ 2の場合、音声 ビーム 34bは左壁 42で反射して力 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 = Θ 3の場合、音声ビーム 34cは左壁 42及び後 壁 43で反射して力もマイクロフォン 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 = Θ 4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。
[0055] 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 関性がなぐ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 つ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 、音波やノイズのように周期性のな 、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。
[0056] 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 前面力も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。 カロえて、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 一力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。
[0057] 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 (スピーカァ 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 9 0° 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。
[0058] また、スイープ信号の焦点距離は、各スイープ角度にお!、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。
[0059] 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 ピー力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。
[0060] 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 力アレイ装置 1の本体 lh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 クロフオン 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 一力アレイ 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 ィープさせながら、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力べ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。 音声データ力 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。
[0061] 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 Θ a3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 、レベルとなる。
[0062] 続、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力、 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 ク数カ 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 近い方力も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 Θ alを Lchの出力角に、スィ ープ角 Θ a2を SLchの出力角に、スイープ角 Θ a3を前記のように Cchの出力角に、 スイープ角 Θ a4を SRchの出力角に、スイープ角 Θ a5を Rchの出力角に、それぞれ 設定する。
[0063] 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。
[0064] 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 ィ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。
[0065] 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
[0066] 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。
[0067] し力しながら、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 6 3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。
[0068] 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。
[0069] 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。
[0070] 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。
[0071] 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のスィー プ角 Θ b3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 = Θ b2及び Θ b4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 ォ再生するように割り当てる。
[0072] したがって、スピーカアレイ装置 1は、外部力 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 V、て理想的なサラウンド音声を楽しむことができる。
[0073] 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力も Lchの音声を出力し、スピーカアレイ 10の中心よりも向 力つて右側から 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。
[0074] 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。
[0075] 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 lh 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 、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のスィ ープ角 θ = Θ c2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力、 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 = Θ cl, Θ c3, Θ c4, Θ c5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の正面力も著しくずれ 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 フィギユレーシヨ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 ィギユレーシヨ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。
[0076] 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。
[0077] 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 lh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 Θ dlのときのピーク 82,スイープ角 Θ d2のときのピーク 83,ス ィープ角 Θ d3のときのピーク 84,スイープ角 Θ d4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ィー プ角 0 = 0 d3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 = Θ dl, Θ d2, Θ c4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、ノ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ュ 一ザに促す内容を表示部 7に表示させる。
[0078] 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。
[0079] 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ィー プ角 0 = 0 dl, Θ d4を SLch, SRchに割り当て、フロントチャンネルの音声である L ch, Rchをステレオ再生するように設定する。
[0080] 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ユレ ーシヨンを変更して、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 0 = 0 dl, Θ d4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。
[0081] 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。
[0082] 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 、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ィ 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 、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 、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 力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。
[0083] 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 ぼ等しぐまた、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。
[0084] 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 タカ 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。
[0085] 力！]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、 Cc h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。
[0086] 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
[0087] 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 ピー力アレイ装置を設置後の直方体型の部屋の上面図である。
[0088] 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 一力アレイ装置 1の本体 lh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。
[0089] 続、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 13 7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 ークの対称性にっ 、て判定する。
[0090] 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、
Δ front = angle(frontL) - { 180° angle(frontR)} (式 1)
Δ surround = angle(surroundL)― { 180° ― angle(surroundR) } 、式 2) を用いて演算を行 、、 Δ front及び Δ surroundが予め設定した閾値以上であるか否か を判
定する。
[0091] システム制御部 4は、図 10 (B)に示したデータの場合、 Δ front及び Δ surround 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 ヽる。
[0092] 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 Θ 11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 Θ 12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 Θ cを選択する。
[0093] 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 Θ 13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 Θ 14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 1 36との成す角 aと、ピーク 137とピーク 138との成す角 Θ bと、を比較して、角度の大き い 0 bを選択する。
[0094] 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 V、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。
[0095] 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。
[0096] 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。
[0097] 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、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。
[0098] 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 n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。
[0099] ユーザ Uは、スピーカアレイ装置 1の本体 lh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 lh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。
[0100] 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（si)、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 ィープ信号を 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 AZD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)。
[0101] 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)である力否かを判定する（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 クロフオン 2を設置した聴取位置を変更する力、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の操作を再度行つ たことを検出するまで待機する (sl)。
[0102] 一方、ステップ s4にお!/、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 ピー力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)。
[0103] 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力も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（s 10)。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エツ クを行うように促す内容を表示部 7に表示させる（sl6)。
[0104] 一方、ステップ s7にお!/、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（sl l)。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（sl 3)。
[0105] 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 (si 2)。そして、ステップ si 3 の処理を行う。
[0106] システム制御部 4は、ステップ sl3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（si 5)。システム制御部 4は、ステップ sl5が終了するか またはステップ sl4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（si 7)。
[0107] システム制御部 4は、操作部 6で受け付けた結果力 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 sl7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。
[0108] 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、自動レベル、音質、距離補正 技術との親和性が良ぐ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。
特定の好適な実施形態に関して本発明を図示及び説明してきたが、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。
本出願は、 2004年 6月 23日出願の日本特許出願 No.2004-185364に基づくものであ り、その内容はここに参照として取りこまれる。
産業上の利用可能性
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 口フォンを設置して、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^^音することで、スピ 一力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、部屋の壁力もマイクロ 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 一力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力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。

Claims

請求の範囲
[1] スピーカアレイ装置は、
複数のスピーカを有し、テスト音声信号に基づく音声ビームを出力するスピーカァ レイと、
前記音声ビームを旋回するテスト音声旋回部と、
聴取位置に設置され、前記スピーカアレイから出力され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で集音された前記テスト音声の信号レベルと、該テスト音声に対 応する音声ビームが出力されたときの前記音声ビームの旋回角度と、を記憶する記 憶部と、
前記記憶部に記憶されたテスト音声の信号レベルに基づいて該信号レベルの複数 のピークを選択する選択部と、
前記選択され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 ム設定部と、
を備える。
[2] 請求項 1に記載のスピーカアレイ装置であって、前記ビーム設定部は、前記テスト音 声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。
[3] 請求項 1に記載のスピーカアレイ装置であって、前記ビーム設定部は、前記記憶部 に記憶されたテスト音声の信号レベルカゝら選択したピーク数がマルチチャンネルサラ ゥンド音声のチャンネル数よりも少な 、場合、選択したピークの旋回角度をマルチチ ヤンネルサラウンド音声の少なくとも 1つ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、前記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。
[4] 請求項 2に記載のスピーカアレイ装置は、さらに、前記ビーム設定部が設定した前記 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力 前記スピ 一力アレイの正面に対して垂直な方向から所定角度以上ずれている場合に、少なく とも前記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 する報知部を備える。
[5] 請求項 2に記載のスピーカアレイ装置であって、前記ビーム設定部は、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。
[6] 請求項 1に記載のスピーカアレイ装置は、さらに、当該スピーカアレイ装置の本体の 設置位置情報の入力を受け付ける入力部を備え、
前記ビーム設定部は、前記本体の設置位置情報に基づいて、前記記憶部が記憶 したテスト音声の信号レベル力 複数のピークを選択する。
[7] 請求項 1に記載のスピーカアレイ装置であって、前記テスト音声旋回部は、前記テス 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ェンベロ ープで変調する。
[8] 請求項 1に記載のスピーカアレイ装置であって、前記スピーカアレイは、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に基づく音声ビームを出力する
[9] スピーカアレイ装置の音声ビーム設定方法は、
複数のスピーカを有するスピーカアレイ力 テスト音声信号に基づく音声ビームを 出力する工程と、
前記音声ビームを旋回する工程と、
聴取位置にぉ 、て、前記スピーカアレイから出力され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工程と、
前記集音工程で集音された前記テスト音声の信号レベルと、該テスト音声に対応す る音声ビームが出力されたときの前記音声ビームの旋回角度と、を対応づけて記憶 する工程と、
前記記憶部されたテスト音声の信号レベルに基づ 、て、該信号レベルの複数のピ ークを選択する工程と、
前記選択工程で選択され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 設定する工程と、
を備える。
[10] 請求項 9に記載の音声ビーム設定方法であって、前記ビーム設定工程では、前記テ スト音声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ゥン 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。
[11] 請求項 9に記載の音声ビーム設定方法であって、前記ビーム設定工程では、前記記 憶されたテスト音声の信号レベル力 選択したピーク数がマルチチャンネルサラゥン ド音声のチャンネル数よりも少な 、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少なくとも 1つ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、前記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。
[12] 請求項 10に記載の音声ビーム設定方法は、さらに、前記ビーム設定工程で設定さ れ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、 前記スピーカアレイの正面に対して垂直な方向から所定角度以上ずれている場合に 、少なくとも前記聴取位置の変更を促す旨力 または音声再生方法の変更を促す旨 を報知する工程を備える。
[13] 請求項 10に記載のスピーカアレイ装置であって、前記ビーム設定工程では、各チヤ ンネルに設定した出力角度力 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。
[14] 請求項 9に記載の音声ビーム設定方法は、さらに、当該スピーカアレイ装置の本体の 設置位置情報の入力を受け付ける工程を備え、
前記ビーム設定工程では、前記本体の設置位置情報に基づいて、前記記憶部が 記憶したテスト音声の信号レベル力 複数のピークを選択する。
[15] 請求項 9に記載の音声ビーム設定方法であって、前記テスト音声旋回工程では、前 記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ェ ンべロープで変調する。 請求項 9に記載の音声ビーム設定方法であって、前記音声ビーム出力工程では、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に基づく音声ビームを 出力する。
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