JP2006114990A - 音響装置 - Google Patents

Abstract

【課題】集音される音の周波数帯域が動的に変化しても継続して最適な指向性で集音することができる音響装置を提供する。
【解決手段】スピーカアレイ１は、それぞれにスイッチＳＷにより入力音声信号処理部２または出力音声信号処理部３に接続する複数のスピーカＳＭが配列形成されてなる。そして、これらスピーカＳＭは垂直方向に隣り合うスピーカＳＭ同士で水平方向の中心位置が異なるちどり状に配列されている。低周波数帯域の音を集音する場合は、スピーカアレイ１の水平方向の両端間に亘り、所定ピッチで配置される複数のスピーカＳＭをマイクロフォンとして機能させ、広周波数帯域の音を集音する場合は、垂直方向に隣り合う２行のスピーカＳＭの全てをマイクロフォンとして機能させる。
【選択図】 図４

Description

この発明は、スピーカ機能とマイクロフォン機能とを切り替えて動作させることができる放集音素子を複数配列形成してなる音響装置に関するものである。

従来、ハンズフリーの電話装置等では、スピーカ機能とマイクロフォン機能とを切り替えて動作させることができる放集音素子（音声信号変換器）を複数配列形成してなる音響装置が使用されている。

このような音響装置として、特許文献１には、複数個のマイクと、マイクからの音声信号により話者（音声発生源）を特定する音声識別部とを備えて、音声識別結果に基づき各マイクから入力される音声信号の指向性を制御し、話者方向への指向性を改善するハンズフリー装置が開示されている。

また、特許文献２には、薄膜の振動板を用いた静電型のトランスデューサを複数個配列形成し、トランスデューサ毎に音波の受信と音波の送信とを制御するトランスデューサアレイが開示されている。
特開２００１−３５９１８５公報 特開平１０−２３４１００号公報

しかしながら、特許文献１に記載のハンズフリー装置は、マイクの配列パターン（マイクアレイ）は固定されており、このマイクアレイによる指向性の周波数特性はハード構成により決定されてしまう。したがって、所定の固定条件下で用いる場合には、最適な指向性を得ることができるが、人の声だけを伝搬したり音楽を伝搬する等の複数の周波数状態が動的に変化する条件下では、最適な指向性を得ることができない。

また、特許文献２に記載のトランスデューサアレイは、マイクアレイを動的に変化させることができるが、ある特定周波数、例えば人の声を受信するためにマイクアレイを可変させて、所定の指向性を得るものである。このため、前述のように、複数の周波数状態、すなわち、比較的低周波数帯域の音（音波）のみを伝搬（集音および放音）する場合と、高周波数を含む広帯域の音（音波）を集音および放音する場合とが動的に変化する状態では、最適な指向性を継続的に得ることができない。

したがって、この発明の目的は、集音する音の周波数帯域が動的に変化しても継続して最適な指向性で音を集音および放音することができる音響装置を提供することにある。

この発明の音響装置は、切り替えによりマイクロフォンまたはスピーカとして機能する放集音素子を複数配列した放集音素子アレイと、マイクロフォンとして機能させる放集音素子、および、スピーカとして機能させる放集音素子を放集音素子毎に独立して切り替える切替手段と、マイクロフォンとして機能させる放集音素子とスピーカとして機能させる放集音素子との放集音素子アレイ上の配列パターンを入出力する音声信号の周波数帯域に応じて複数パターン記憶したパターン記憶手段と、周波数帯域に応じた配列パターンを選択する選択手段と、選択された配列パターンをパターン記憶手段から読み出して切替手段に設定する制御手段と、を備えたことを特徴としている。

この構成では、音響装置が集音した音声信号の周波数帯域に基づいて放集音素子アレイ上のマイクロフォンとして機能する放集音素子（集音素子）とスピーカとして機能する放集音素子（放音素子）との配列パターンが切り替えられる。この際、マイクロフォンとスピーカとの配列パターンはパターン記憶手段に予め記憶されており、選択手段により選択された配列パターンに応じて制御手段がパターン記憶手段に記憶された複数の配列パターンから選択された配列パターンを読み出し切替手段を制御することで、放集音素子の機能が所定配列パターンに切り替えられる。

また、この発明の音響装置は、マイクロフォンとして機能する放集音素子から集音した音声信号を、放集音素子毎に設定されたディレイ時間で遅延処理して合成することで指向性を制御する入力音声信号処理手段を備え、パターン記憶手段へ配列パターンに放集音素子毎のディレイ時間パターンを含んで記憶し、制御手段で、選択された配列パターンに応じたディレイ時間パターンを入力音声信号処理手段に設定することを特徴としている。

また、この発明の音響装置は、マイクロフォンとして機能する放集音素子から集音した音声信号を、少なくとも放集音素子毎に設定された信号レベルで振幅処理して合成することで指向性を制御する入力音声信号処理手段を備え、パターン記憶手段へ配列パターンに放集音素子毎の信号レベルパターンを含んで記憶し、制御手段で、選択された配列パターンに応じた信号レベルパターンを入力音声信号処理手段に設定することを特徴としている。

これら構成では、前述のマイクロフォンの配列パターンを設定する際に、各マイクロフォンで集音された音声信号毎に、配列パターンの一要素として記憶されたディレイ時間や信号レベルで音声信号が遅延処理あるいは振幅処理される。このように各マイクロフォンで集音された音声信号毎の遅延処理あるいは振幅処理により、集音する音声信号の指向性が設定される。

また、この発明の音響装置は、スピーカとして機能する放集音素子から放音する音声信号を、放集音素子毎に設定されたディレイ時間で遅延処理して合成することで指向性を制御する出力音声信号処理手段を備え、パターン記憶手段に配列パターンに放集音素子毎のディレイ時間パターンを含んで記憶し、制御手段で、選択された配列パターンに応じたディレイ時間パターンを出力音声信号処理手段に設定することを特徴としている。

また、この発明の音響装置は、スピーカとして機能する放集音素子から放音する音声信号を、放集音素子毎に設定された信号レベルで振幅処理して合成することで指向性を制御する出力音声信号処理手段を備え、パターン記憶手段へ配列パターンに放集音素子毎の信号レベルパターンを含んで記憶し、制御手段で、選択された配列パターンに応じた信号レベルパターンを出力音声信号処理手段に設定することを特徴としている。

これら構成では、前述のスピーカの配列パターンを設定する際に、各スピーカから放音する音声信号毎に、配列パターンの一要素として記憶されたディレイ時間や信号レベルで音声信号が遅延処理あるいは振幅処理される。このように各スピーカから放音する音声信号毎の遅延処理あるいは振幅処理により、放音する音声信号の指向性が設定される。

また、この発明の音響装置は、配列パターンの選択操作を受け付ける操作入力手段を備え、選択手段で、操作入力手段から入力される選択結果に応じて配列パターンを選択することを特徴としている。

この構成では、操作入力手段で必要とする音声信号の周波数帯域に応じた配列パターンを選択する操作入力が話者により行われると、選択手段によりこの操作入力結果に基づく配列パターンが選択される。そして、選択された配列パターンがパターン記憶手段から読み出され、制御手段により切替手段が設定されて所望の配列パターンが実現される。

また、この発明の音響装置は、放集音素子で集音した音声信号の周波数帯域を検出する周波数帯域検出手段を備え、選択手段で、周波数帯域検出手段から入力される検出結果に応じて配列パターンを選択することを特徴としている。

この構成では、マイクロフォンとして機能する放集音素子（集音素子）で集音された音声信号の周波数帯域が周波数帯域検出手段で検出され、この検出された周波数帯域に応じた配列パターンが選択手段により選択される。そして、選択された配列パターンがパターン記憶手段から読み出され、制御手段により切替手段が設定されて所望の配列パターンが実現される。

この発明によれば、集音された音声信号の周波数帯域（音域）に基づいてマイクロフォンとして機能する放集音素子の配列パターンを可変させることで、低周波数帯域のみからなる音と、広周波数帯域で構成される音とが動的に変化しても、それぞれの音域に最適なマイクロフォンの配列パターンを実現することができる。これにより、動的に音域が変化する場合、例えば、話者がこの音響装置を用いて通話（音声信号の相互伝搬）を行う際に単に会話をしたり音楽を聴かせようとしたりする場合にも、それぞれの音域に応じて最適な指向性を有する音響装置を実現することができる。

本発明の実施形態に係る音響装置について図１〜図４を参照して説明する。
図１は本実施形態に係る音響装置のスピーカアレイの構成を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図およびこのスピーカアレイに向かって立つ話者を示す図である。

図１に示すように、スピーカアレイ１は、水平方向に間隔を空けることなくそれぞれ配列された、ｎ個のスピーカＳＭ１１〜ＳＭ１ｎ（以下、「スピーカ配列行ＳＭ１」と称す。）と、ｎ＋１個のスピーカＳＭ２１〜ＳＭ２ｎ＋１（以下、「スピーカ配列行ＳＭ２」と称す。）と、ｎ個のスピーカＳＭ３１〜ＳＭ３ｎ（以下、「スピーカ配列行ＳＭ３」と称す。）と、ｎ＋１個のスピーカＳＭ４１〜ＳＭ４ｎ＋１（以下、「スピーカ配列行ＳＭ４」と称す。）とからなる。そして、話者２００から見て、スピーカアレイ１の各スピーカは、水平方向に向かって左から順に右方向に、スピーカ配列行ＳＭ１ではスピーカＳＭ１１，ＳＭ１２，・・・，ＳＭ１ｎの順に、スピーカ配列行ＳＭ２ではスピーカＳＭ２１，ＳＭ２２，・・・，ＳＭ２ｎ＋１の順に、スピーカ配列行ＳＭ３ではスピーカＳＭ３１，ＳＭ３２，・・・，ＳＭ３ｎの順に、スピーカ配列行ＳＭ４ではスピーカＳＭ４１，ＳＭ４２，・・・，ＳＭ４ｎ＋１の順に、配置されている。

また、これら、スピーカ配列行ＳＭ１、スピーカ配列行ＳＭ２、スピーカ配列行ＳＭ３、スピーカ配列行ＳＭ４は、この順（記載した順）に垂直方向上側から下方向に間隔をあけることなく配列されている。さらに、スピーカ配列行ＳＭ１およびスピーカ配列行ＳＭ３と、スピーカ配列行ＳＭ２およびスピーカ配列行ＳＭ４とでは、各行を構成するスピーカの中心位置が水平方向にズレている。図１に示す例では、このズレ量は、後述する基本となるスピーカの水平方向の長さの１／２である。すなわち、スピーカアレイ１全体としては各スピーカがちどり状に配列されている。

ここで、スピーカＳＭ２１，ＳＭ２ｎ＋１，ＳＭ４，ＳＭ４ｎ＋１を除く全てのスピーカは、正面視した形状が略正方形状の静電型平面板スピーカにより形成されており、これを基本スピーカ形状とする。一方、スピーカＳＭ２１，ＳＭ２ｎ＋１，ＳＭ４，ＳＭ４ｎ＋１は、正面視した形状が前記略正方形の半分の略長方形状、すなわち基本スピーカ形状のハーフサイズに形成されている。そして、スピーカＳＭ１１，ＳＭ２１，ＳＭ３１，ＳＭ４１の話者２００から向かって左端面が水平方向に対して一致し、スピーカＳＭ１ｎ，ＳＭ２ｎ＋１，ＳＭ３ｎ，ＳＭ４ｎ＋１の話者２００から向かって右端面が水平方向に対して一致しており、スピーカアレイ１全体の外形形状は長方形である。そして、この長方形状のスピーカアレイ１が壁１００に設置されている。ここで、各スピーカＳＭが本発明の「放集音素子」に相当し、スピーカアレイ１が本発明の「放集音素子アレイ」に相当する。

なお、前記静電型平面板スピーカとしては、例えば、振動板の面積が５０ｃｍ^２〜８０ｃｍ^２程度のものが一般的であるが、所望とする音圧、音質、音域等の条件により振動板の面積は適宜設定される。

また、前述の説明では、正面視した形状が略正方形状や略長方形状のスピーカＳＭを用いた例を説明したが、スピーカＳＭの形状はこれに限るものではない。さらに、スピーカアレイの形状も前述のような長方形状に限らず、部分的に幅等が異なる形状であってもよい。

また、前述の説明では、垂直方向に隣り合うスピーカＳＭの間隔をスピーカＳＭの水平方向の長さの１／２としたが、これに限るものではなく、例えば１／３，１／４等にしてもよい。

このようなスピーカアレイ１は、図２に示す音響装置に内蔵されている。
図２は本実施形態の音響装置の概略構成を示すブロック図である。
図２に示すように、音響装置は、前述の構成からなるスピーカアレイ１と、該スピーカアレイ１の各スピーカＳＭにそれぞれ接続されたスイッチＳＷと、各スイッチＳＷにそれぞれ接続するスピーカアンプＳＡおよびマイクアンプＭＡと、マイクロフォンとして機能するスピーカＳＭで音波から変換された音声信号を入力して遅延処理（ディレイ処理）や振幅処理（ゲイン処理）等の信号処理を行う入力音声信号処理部２と、図示されない他の音響装置から入力された音声信号に遅延処理（ディレイ処理）や振幅処理（ゲイン処理）等の所定信号処理を行いスピーカとして機能するスピーカＳＭに入力させる出力音声信号処理部３と、各スイッチＳＷの動作制御を行う切替制御部４と、を備える。また、音響装置は、入力音声信号処理部２、出力音声信号処理部３、および切替制御部４の動作を制御するコントローラ５と、話者等の外部からの操作を受け付けるリモコン等の操作入力部６とを備える。

スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１ｎ，ＳＷ２１〜ＳＷ２ｎ＋１，ＳＷ３１〜ＳＷ３ｎ，ＳＷ４１〜ＳＷ４ｎ＋１は、スピーカアレイ１を構成するスピーカＳＭ１１〜ＳＭ１ｎ，ＳＭ２１〜ＳＭ２ｎ＋１，ＳＭ３１〜ＳＭ３ｎ，ＳＭ４１〜ＳＭ４ｎ＋１に対応してそれぞれ一個ずつ接続している。また、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１ｎ，ＳＷ２１〜ＳＷ２ｎ＋１，ＳＷ３１〜ＳＷ３ｎ，ＳＷ４１〜ＳＷ４ｎ＋１は、スピーカアンプＳＡ１１〜ＳＡ１ｎ，ＳＡ２１〜ＳＡ２ｎ＋１，ＳＡ３１〜ＳＡ３ｎ，ＳＡ４１〜ＳＡ４ｎ＋１と、マイクアンプＭＡ１１〜ＭＡ１ｎ，ＭＡ２１〜ＭＡ２ｎ＋１，ＭＡ３１〜ＭＡ３ｎ，ＭＡ４１〜ＭＡ４ｎ＋１とにそれぞれ接続している。そして、スイッチＳＷは切替制御部４からの切替信号に応じてスピーカＳＭをスピーカアンプＳＡかマイクアンプＭＡのいずれかに接続する。ここで、スイッチＳＷと切替制御部４とが本発明の「切替手段」に相当する。

スピーカアンプＳＡは、出力音声信号処理部３から入力される音声信号を増幅してスイッチＳＷを介しスピーカとして機能するスピーカＳＭに出力する。また、マイクアンプＭＡは、ローノイズアンプ等により構成され、マイクロフォンとして機能するスピーカＳＭからスイッチＳＷを介して入力された音声信号を増幅して入力音声信号処理部２に出力する。

入力音声信号処理部２は、マイクアンプＭＡで増幅された音声信号を入力して、マイクアンプＭＡ毎に異なる遅延処理や振幅処理を行い、外部装置（例えば、他の音響装置等）に出力する。これにより、スピーカアレイ１で集音した音に対して所定の指向性を与える。例えば、スピーカアレイ１のマイク機能部全体で集音した音を無指向性にしたり、スピーカアレイ１のマイク機能部全体で集音した音に対して特定方向に強い指向性を与える。なお、入力音声信号処理部２は、このような遅延処理や振幅処理等の信号処理を、コントローラ５から入力される入力指向性制御信号に基づいて行う。すなわち、入力音声信号処理部２は、コントローラ５から入力される入力指向性制御信号に従い、各マイクアンプＭＡから入力される音声信号毎の遅延処理や振幅処理を行う。

これにより、後述するコントローラ５および切り替え制御部４により所定の周波数帯域の音声信号を集音するように配列されたマイクロフォンとして機能する複数のスピーカＳＭで特定の指向性を形成することができる。例えば、話者の声を主に集音する場合は低周波数帯域の集音特性を向上するパターンで配列されたマイクロフォンからの音声信号に所定の遅延処理を行うことで、話者方向への指向性を高めることができる。また、話者側から音楽を主に集音する場合は高周波数帯域を含む広い周波数帯域の集音特性が向上するパターンで配列されたマイクロフォンからの音声信号に所定の遅延処理を行うことで、話者側の音源への指向性を高めることができる。この際、遅延処理のみでは最適な指向性が得られなければ、各音声信号の振幅処理を合わせて行うことで最適な指向性を実現することができる。

また、低周波数帯域のみを取り込む（集音する）場合は、マイクロフォンとして機能するスピーカＳＭが少なくなり、入力音声信号処理部の処理能力に余裕ができ、独立に制御できるチャンネル数を増やすことができる。

さらに、高周波数帯域のみを取り込む（集音する）場合、スピーカアレイ（マイクアレイ）全体の幅は低周波数帯域を含む場合よりも狭くてもよいので、スピーカアレイを独立制御可能な複数の領域に分割して利用することができる。

出力音声信号処理部３は、外部装置（例えば、他の音響装置等）から入力された音（音波）として外部に出力すべき音声信号に対して、スピーカアンプＳＡ（ひいてはスピーカＳＭ）毎にそれぞれ遅延処理や振幅処理を行う。これにより、スピーカアレイ１から放音する音に対して所定の指向性を与える。例えば、スピーカアレイ１のスピーカ機能部全体から放音する音を無指向性にしたり、スピーカアレイ１のスピーカ機能部全体から放音する音に対して特定方向に強い指向性を与える。なお、出力音声信号処理部３は、このような遅延処理や振幅処理等の信号処理を、コントローラ５から入力される出力指向性制御信号に基づいて行う。すなわち、出力音声信号処理部３は、コントローラ５から入力される出力指向性制御信号に従い、各スピーカアンプＳＡに出力する音声信号毎の遅延処理および振幅処理を行う。

これにより、後述するコントローラ５および切り替え制御部４により所定の周波数帯域の音声信号を放音するように配列されたスピーカとして機能する複数のスピーカＳＭで特定の指向性を形成することができる。例えば、話者へ声を放音する場合は低周波数帯域の放音特性を向上するパターンで配列されたスピーカへの音声信号に所定の遅延処理を行うことで、話者方向への指向性を高めることができる。また、話者へ音楽を主に放音する場合は高周波数帯域を含む広い周波数帯域の放音特性が向上するパターンで配列されたスピーカへの音声信号に所定の遅延処理を行うことで、話者側への指向性を高めることができる。この際にも、前述の集音された音声信号の場合と同様に、遅延処理のみでは最適な指向性が得られなければ、各音声信号の振幅処理を合わせて行うことで最適な指向性を実現することができる。

切替制御部４は、コントローラ５から入力される切替制御信号に基づき、スイッチＳＷのそれぞれに対して、スピーカＳＭをスピーカアンプＳＡに接続させる、すなわちスピーカとして機能させるか、スピーカＳＭをマイクアンプＭＡに接続させる、すなわちマイクロフォンとして機能させるかを切り替える切替信号を出力する。

コントローラ５は、音響装置を使用するモードとこれに応じた設定パラメータとからなる図３に示すようなデータベースが記憶された記憶装置５０を備える。

また、コントローラ５は、操作入力部６により選択されたモードに基づき、記憶装置５０に記憶されたデータベースを参照して選択されたモードを検出し、このモードに対応する設定パラメータを読み出す。このコントローラ５が本発明の「選択手段」および「制御手段」に相当する。

図３は記憶装置５０に記憶されているデータベースの概念図である。
データベースは、音響装置の使用モードと、この使用モードに対応したパラメータとからなる。音響装置の使用モードとしては、人の声が音の中心となる「会話」モード、楽器等の演奏の音が中心となる「演奏」モード等がある。また、パラメータとしては、スピーカとして機能させるスピーカＳＭおよびマイクロフォンとして機能させるスピーカＳＭの配列パターンと、スピーカとして機能させるスピーカＳＭ毎のディレイやゲインと、マイクロフォンとして機能させるスピーカＳＭ毎のディレイやゲイン等がある。そして、これらのパラメータがモード毎に関連付けされて記憶されている。

例えば、「会話」モードの場合には、低い周波数帯域の音声信号を特定方向に対して集音、放音するパラメータ、すなわち、特定方向への指向性が強く、低周波数帯域の音声信号のみを放音、集音するパラメータが設定される。また、「演奏」モードの場合には、高周波数帯域を含む広い周波数帯域の音声信号を集音、放音するパラメータが設定される。

そして、コントローラ５は、この設定パラメータに応じて、入力音声信号処理部２、出力音声信号処理部３、および切替制御部４のそれぞれに入力指向性制御信号、出力指向性制御信号、および切替制御信号を出力する。すなわち、入力音声信号処理部２にはマイクロフォンとして機能するスピーカＳＭ毎のディレイやゲイン、出力音声信号処理部３にはスピーカとして機能するスピーカＳＭ毎のディレイやゲイン、切替制御部４にはマイクロフォンとして機能するスピーカＳＭとスピーカとして機能するスピーカＳＭとの配列パターンを出力する。

このような構成の音響装置を用いることで、具体的には次に示す動作を行うことができる。

（１）会話モードが選択された場合
操作入力部６により会話モードが選択されると、この選択結果がコントローラ５に伝送される。コントローラ５は、この選択結果、すなわち会話モードが選択されると、このモードに応じた低い周波数帯域の音のみを集音するパラメータを読み出す。

図４（ａ）は低周波数帯域の音のみを集音する場合のマイクロフォン（スピーカ）の配列パターンを示す図である。
低周波数帯域の音のみを集音する場合には、図４（ａ）に示すように、スピーカアレイ１の所定行（図における上から２行目）の長手方向である水平方向の両端のスピーカＳＭ２１，ＳＭ２ｎ＋１をマイクロフォンとして機能させ、この行における両端のスピーカＳＭ２１，ＳＭ２ｎ＋１から所定ピッチ（図４（ａ）では２つのスピーカＳＭおき）の位置に存在するスピーカＳＭ（例えば、スピーカＳＭ２４やスピーカＳＭ２ｎ−２）もマイクロフォンとして機能させる。そして、他のスピーカＳＭをスピーカとして機能させる。

コントローラ５は、このようなマイクロフォンとスピーカとの構成となる切替制御信号を切替制御部４に出力する。

切替制御部４は入力された切替制御信号に応じて、スイッチＳＷ２１，ＳＷ２４，・・・，ＳＷ２ｎ−２，ＳＷ２ｎ＋１に、スピーカＳＭ２１，ＳＭ２４，・・・，ＳＭ２ｎ−２，ＳＭ２ｎ＋１がそれぞれマイクアンプＭＡ２１，ＭＡ２４，・・・，ＭＡ２ｎ−２，ＭＡ２ｎ＋１に接続する切替信号を出力する。これにより、スピーカＳＭ２１，ＳＭ２４，・・・，ＳＭ２ｎ−２，ＳＭ２ｎ＋１は、それぞれマイクアンプＭＡ２１，ＭＡ２４，・・・，ＭＡ２ｎ−２，ＭＡ２ｎ＋１を介して入力音声信号処理部２に接続し、マイクロフォンとして機能する。

一方、切替制御部４はこれらスイッチＳＷ２１，ＳＷ２４，・・・，ＳＷ２ｎ−２，ＳＷ２ｎ＋１以外のスイッチＳＷに対しては、スピーカＳＭがスピーカアンプＳＡに接続する切替信号を出力する。これにより、スピーカＳＭ２１，ＳＭ２４，・・・，ＳＭ２ｎ−２，ＳＭ２ｎ＋１を除くスピーカＳＭは、それぞれに対応するスピーカアンプＳＡを介して出力音声信号処理部３に接続し、スピーカとして機能する。

このような構成とすることで、配列されたマイクロフォンにより構成される配列長さが長くなり、低周波数帯域の集音特性が優れる。また、他のすべてのスピーカＳＭがスピーカとして機能するので、所定の音圧を稼ぐことが容易になる。さらに、前述のように入力音声信号処理部２、出力音声信号処理部３で各マイクロフォンおよびスピーカの音声信号毎の遅延処理や振幅処理を行うことで話者方向への指向性を高めることができる。

これにより、特定方向からの人の声等の低周波数帯域の音のみをマイクロフォンで低損失、高効率に集音し、特定方向に所定音量をスピーカから放音する音響装置を構成することができる。

（２）演奏モードが選択された場合
操作入力部６により演奏モードが選択されると、この選択結果がコントローラ５に伝送される。コントローラ５は、この選択結果、すなわち演奏モードが選択されると、このモードに応じた広周波数帯域の音を集音するパラメータを読み出す。

図４（ｂ）は広周波数帯域の音を集音する場合のマイクロフォン（スピーカ）の配列パターンを示す図である。
広周波数帯域の音を集音する場合には、図４（ｂ）に示すように、スピーカアレイ１の垂直方向に隣り合う所定の２行（図における上から２行目と３行目）のスピーカＳＭ２１〜ＳＭ２ｎ＋１とスピーカＳＭ３１〜ＳＭ３ｎとをマイクロフォンとして機能させる。そして、他の行のスピーカＳＭ１１〜ＳＭ１ｎとスピーカＳＭ４１〜ＳＭ４ｎ＋１とをスピーカとして機能させる。

コントローラ５は、このようなマイクロフォンとスピーカとの構成となる切替制御信号を切替制御部４に出力する。

切替制御部４は入力された切替制御信号に応じて、スイッチＳＷ２１〜ＳＷ２ｎ＋１とスイッチＳＷ３１〜ＳＷ３ｎとに、スピーカＳＭ２１〜ＳＭ２ｎ＋１とスピーカＳＭ３１〜ＳＭ３ｎとがそれぞれマイクアンプＭＡ２１〜ＭＡ２ｎ＋１とマイクアンプＭＡ３１〜ＭＡ３ｎとに接続する切替制御信号を出力する。これにより、スピーカＳＭ２１〜ＳＭ２ｎ＋１，ＳＭ３１〜ＳＭ３ｎは、それぞれマイクアンプＭＡ２１〜ＭＡ２ｎ＋１，ＭＡ３１〜ＭＡ３ｎ＋１を介して入力音声信号処理部２に接続し、マイクロフォンとして機能する。

一方、切替制御部４はスイッチＳＷ１１〜ＳＷ１ｎ，ＳＷ４１〜ＳＷ４ｎ＋１に、スピーカＳＭ１１〜ＳＭ１ｎ，ＳＭ４１〜ＳＭ４ｎ＋１がスピーカアンプＳＡ１１〜ＳＡ１ｎ，ＳＡ４１〜ＳＡ４ｎ＋１に接続する切替制御信号を出力する。これにより、スピーカＳＭ１１〜ＳＭ１ｎ，ＳＭ４１〜ＳＭ４ｎ＋１は、それぞれに対応するスピーカアンプＳＡ１１〜ＳＡ１ｎ，ＳＡ４１〜ＳＡ４ｎ＋１を介して出力音声信号処理部３に接続し、スピーカとして機能する。

このような構成とすることで、配列されているマイクロフォンの間隔が短くなり、高周波数帯域の音の集音特性が改善されて広周波数帯域の集音特性が優れる。さらに、前述のように入力音声信号処理部２、出力音声信号処理部３で各マイクロフォンおよびスピーカの音声信号毎の遅延処理や振幅処理を行うことで特定方向への指向性を高めることができる。

これにより、特定方向からの楽器の音等の広周波数帯域の音をマイクロフォンで低損失に集音し、特定方向に所定音量をスピーカから放音する音響装置を構成することができる。

なお、これら２つのモードの他に図３に示したような２者通話モードや他のモードも設定することが可能であり、それぞれの設定に応じて、前述のようにスピーカＳＭによるスピーカとマイクロフォンとの配列パターンを容易に構成することができ、それぞれに応じた集音特性および放音特性を得ることができる。

例えば、「２者通話」モードでは、本実施形態のスピーカアレイの前に横方向に所定間隔で離れた２人の話者がいる場合に、スピーカアレイを機能的に水平方向に２分割する。そして、２分割したスピーカアレイのそれぞれで、前述の「会話」モードを構成するマイクロフォンの配列を形成し、マイクロフォンで集音した音声信号の遅延処理や振幅処理を行う。これにより、２人の話者の双方で独立に強い指向性を形成することができ、互いの発する音が互いの通話を干渉することを抑制することができる。

以上のような構成とすることで、使用するモード、すなわち、必要とする音域（周波数帯域）に応じて最適なマイクロフォンとスピーカとの配列パターンが構成され、さらに必要な指向性が形成されるので、優れた集音特性および放音特性を有する音響装置を実現することができる。

また、前述のモードの切替は操作入力部の操作により動的に切り替えることができるので、前述のモードが動的に切り替わっても、それに応じ、操作入力部を用いてモードを切り替えることで、状況に応じて最適なマイクロフォンとスピーカとの配列パターンおよび指向性を構成することができる。これにより、動的に音域が変化する環境でも常時最適な集音特性および放音特性を有する音響装置を実現することができる。

さらに、スピーカとマイクロフォンとの配列パターンを予め設定して記憶しておくことで、操作入力部により入力されたモードに従い、容易に且つ即座に必要とする配列パターンおよび指向性を実現することができる。

なお、前述の説明では、操作入力部によりモードを操作入力することにより、各モードすなわちスピーカとマイクロフォンとの配列パターンを決定していたが、入力される音の周波数スペクトルを解析する周波数検出部を備えることで、操作入力部を操作する等の話者の操作を介することなく、最適な集音特性および放音特性を実現することができる。

この場合、まず、スピーカとマイクロフォンとの配列パターンは広周波数帯域の音に対応するパターンとして集音する。そして、周波数検出部で集音された音の周波数スペクトルを解析し、広周波数帯域の音であることが検出されれば、そのままの配列パターンを維持する。一方、周波数スペクトルから低周波数帯域の音のみであることが検出されれば、低周波数帯域に対する最適な集音特性および放音特性を有する配列パターンに変更する。さらに、集音した音声信号間の遅延関係を検出することで、音声信号の伝来方向が検出できる。これを用いて所定の指向性を形成することもできる。

本発明の実施形態に係る音響装置のスピーカアレイの構成を示す図 本発明の実施形態の音響装置の概略構成を示すブロック図 記憶装置５０に記憶されているデータベースの概念図 低周波数帯域の音のみを集音する場合のスピーカ（マイクロフォン）の配列パターンを示す図、および、広周波数帯域の音を集音する場合のスピーカ（マイクロフォン）の配列パターンを示す図

符号の説明

１−スピーカアレイ
２−入力音声信号処理部
３−出力音声信号処理部
４−切替制御部
５−コントローラ
５０−記憶装置
６−操作入力部
１００−壁
２００−話者
ＳＭ−スピーカ
ＳＷ−スイッチ
ＳＡ−スピーカアンプ
ＭＡ−マイクアンプ

Claims (7)

1. 切り替えによりマイクロフォンまたはスピーカとして機能する放集音素子を複数配列した放集音素子アレイと、
   マイクロフォンとして機能させる放集音素子、および、スピーカとして機能させる放集音素子を、放集音素子毎に独立して切り替える切替手段と、
   マイクロフォンとして機能させる放集音素子とスピーカとして機能させる放集音素子との前記放集音素子アレイ上の配列パターンを入出力する音声信号の周波数帯域に応じて複数パターン記憶したパターン記憶手段と、
   前記周波数帯域に応じた配列パターンを選択する選択手段と、
   選択された配列パターンをパターン記憶手段から読み出して前記切替手段に設定する制御手段と、を備えた音響装置。
2. マイクロフォンとして機能する放集音素子から集音した音声信号を、少なくとも放集音素子毎に設定されたディレイ時間で遅延処理して合成することで指向性を制御する入力音声信号処理手段を備え、
   前記パターン記憶手段は、前記配列パターンに放集音素子毎のディレイ時間パターンを含んで記憶し、
   前記制御手段は、選択された配列パターンに応じたディレイ時間パターンを前記入力音声信号処理手段に設定する請求項１に記載の音響装置。
3. マイクロフォンとして機能する放集音素子から集音した音声信号を、少なくとも放集音素子毎に設定された信号レベルで振幅処理して合成することで指向性を制御する入力音声信号処理手段を備え、
   前記パターン記憶手段は、前記配列パターンに放集音素子毎の信号レベルパターンを含んで記憶し、
   前記制御手段は、選択された配列パターンに応じた信号レベルパターンを前記入力音声信号処理手段に設定する請求項１または請求項２に記載の音響装置。
4. スピーカとして機能する放集音素子から放音する音声信号を、放集音素子毎に設定されたディレイ時間で遅延処理して合成することで指向性を制御する出力音声信号処理手段を備え、
   前記パターン記憶手段は、前記配列パターンに放集音素子毎のディレイ時間パターンを含んで記憶し、
   前記制御手段は、選択された配列パターンに応じたディレイ時間パターンを前記出力音声信号処理手段に設定する請求項１〜請求項３のいずれかに記載の音響装置。
5. スピーカとして機能する放集音素子から放音する音声信号を、放集音素子毎に設定された信号レベルで振幅処理して合成することで指向性を制御する出力音声信号処理手段を備え、
   前記パターン記憶手段は、前記配列パターンに放集音素子毎の信号レベルパターンを含んで記憶し、
   前記制御手段は、選択された配列パターンに応じた信号レベルパターンを前記出力音声信号処理手段に設定する請求項１〜請求項４のいずれかに記載の音響装置。
6. 前記配列パターンの選択操作を受け付ける操作入力手段を備え、
   前記選択手段は、前記操作入力手段から入力される選択結果に応じて配列パターンを選択する請求項１〜５のいずれかに記載の音響装置。
7. 前記放集音素子で集音した音声信号の周波数帯域を検出する周波数帯域検出手段を備え、
   前記選択手段は、前記周波数帯域検出手段から入力される検出結果に応じて配列パターンを選択する請求項１〜６のいずれかに記載の音響装置。

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