JP2009200575A - スピーカアレイシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ステアリング角度により指定された進行方向と実際の進行方向とのずれが小さい合成波面を簡素な構成のスピーカアレイで形成することを可能にする。
【解決手段】スピーカアレイを構成する複数のスピーカユニットの各々から出力される音波の合成波面の進行方向が水平方向および垂直方向のステアリング角度で指定された場合に、その進行方向を表すベクトルの各成分を水平方向および垂直方向のステアリング角度から求める。そして、複数のスピーカユニットから任意に選択される２個のスピーカユニットに与えられる２個の遅延オーディオ信号が、上記ベクトルと当該２個のスピーカユニット間の変位ベクトルとの内積に相当する遅延時間差を持つように制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数のスピーカユニットからなるスピーカアレイに関する。

この種のスピーカアレイシステムの一例としては、遅延アレイ方式のものが挙げられる（例えば、特許文献１）。遅延アレイ方式のスピーカアレイシステムでは、スピーカアレイを形成する複数のスピーカユニットの各々に与えるオーディオ信号の遅延時間差を適宜調整することで、スピーカアレイから出力される音波の指向性制御が実現される。ここで、スピーカアレイから出力される音波の指向性制御とは、各スピーカユニットから出力される音波の合成波面の進行方向やその合成波面の広がり具合の制御のことである。特許文献１に開示された技術では、以下のようにして、上記指向性制御が実現される。まず、水平方向の制御のための第１の遅延処理を入力オーディオ信号ＩＮに施し、スピーカユニット列ＳＰ（ｉ、１）（ｉ＝１〜ｍ）、ＳＰ（ｉ、２）（ｉ＝１〜ｍ）、…ＳＰ（ｉ，ｎ）（ｉ＝１〜ｍ）の各々に対応付けられたｎ個の第１遅延オーディオ信号を生成する。次に、垂直方向の制御のための第２の遅延処理をｎ個の第１遅延オーディオ信号の各々に施し、これにより得られるｎ×ｍ個の第２遅延オーディオ信号をスピーカユニットＳＰ（ｉ，ｊ）（ｉ＝１〜ｍ，ｊ＝１〜ｎ）に供給する。

合成波面の進行方向を指定する手法の一例としては、垂直方向および水平方向のステアリング角度により指定する態様が挙げられる。すなわち、スピーカアレイのアレイ面の法線方向をｚ軸、鉛直方向（垂直方向）をｙ軸、ｚ軸およびｙ軸の両者に直交する方向（すなわち、水平方向）をｘ軸とした場合に、合成波面の進行方向をｚ軸からｘ軸へ向う回転方向の角度（水平方向のステアリング角度）とｚ軸からｙ軸へ向う回転方向の角度（垂直方向のステアリング角度）で表す態様である。この態様によれば、合成波面の進行方向を「水平方向については左へα度ステアリングさせ、垂直方向については下へβ度ステアリングさせた方向」と表すことができ、直感的に判り易いといった特徴がある。

例えば、図８（Ａ）に示すように４つのスピーカユニットＳＰ（ｉ，ｊ）（ｉ＝１〜２、ｊ＝１〜２）を水平方向および垂直方向に２行２列に配列してなるスピーカアレイについて、図８（Ｂ）に示すように、水平方向のステアリング角度αと垂直方向のステアリング角度βが指定された場合、これら２つのステアリング角度で表される進行方向へ進む合成波面を形成するには、各スピーカユニットＳＰ（ｉ，ｊ）に与えるオーディオ信号の遅延時間差が以下のようになるよう制御すれば良い。

水平方向で互いに隣り合うスピーカユニット（例えば、スピーカユニットＳＰ（１，１）とスピーカユニットＳＰ（１，２））については、各々から出力される音波の経路差に応じた遅延時間差を有するオーディオ信号を与えるようにすれば良い。例えば、スピーカユニットＳＰ（１，１）に与えるオーディオ信号を基準にすると、スピーカユニットＳＰ（１，２）に与えるオーディオ信号には、図８（Ｂ）に示すように、スピーカユニットＳＰ（１，１）との経路差（Ｄ_ｘｓｉｎα）に応じた遅延を付与すれば良い。また、垂直方向で互いに隣り合うスピーカユニット（例えば、スピーカユニットＳＰ（１，１）とスピーカユニットＳＰ（２，１））についても同様に、スピーカユニットＳＰ（２，１）に与えるオーディオ信号には、スピーカユニットＳＰ（１，１）との経路差（Ｄ_ｙｓｉｎβ）に応じた遅延を付与すれば良い。そして、スピーカユニットＳＰ（２，２）に関しては、スピーカユニットＳＰ（１，２）との経路差がＤ_ｙｓｉｎβであり、スピーカユニットＳＰ（１，２）とスピーカユニットＳＰ（１，１）の経路差はＤ_ｘｓｉｎαであるから、これら経路差の和（Ｄ_ｘｓｉｎα＋Ｄ_ｙｓｉｎβ）に応じた遅延を付与したオーディオ信号を与えれば良い。
特開２００６−２１１２３０号公報

しかし、合成波面の進行方向を水平方向および垂直方向のステアリング角度で指定し、図８（Ｂ）に示すように遅延を付与して指向性制御を行う態様では、ステアリング角度が大きくなるにつれて、合成波面の実際の進行方向とユーザの意図した進行方向とにずれが生じる場合がある。例えば、図８（Ａ）に示すスピーカアレイにおいて、Ｄ_ｘ＝Ｄ_ｙ＝Ｄであり、α＝β＝４５°である場合には、スピーカユニットＳＰ（２，２）についての遅延がスピーカユニットＳＰ（１，２）やスピーカユニットＳＰ（２，１）についての遅延に比較して大きくなりすぎ（図８（Ｃ）参照）、このことが上記進行方向のずれを引き起こすのである。
本発明は上記の問題点に鑑みて為されたものであり、ステアリング角度により指定された進行方向と実際の進行方向とのずれが小さい合成波面を簡素な構成のスピーカアレイで形成することを可能にする技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、複数のスピーカユニットからなるスピーカアレイと、入力オーディオ信号を遅延させることにより、前記複数のスピーカユニットに各々与える複数の遅延オーディオ信号を生成する遅延手段と、前記スピーカアレイのアレイ面と直交する第１の軸と、前記第１の軸と直交するとともに互いに直交する第２および第３の軸を想定し、前記複数のスピーカユニットの各々から放射すべき音波の合成波面の進行方向の前記第１の軸から前記第２の軸へ向う回転方向のステアリング角度と前記第１の軸から前記第３の軸へ向う回転方向の第２のステアリング角度とを指定する指定手段と、前記複数のスピーカユニットから任意に選択される２個のスピーカユニットに与えられる２個の遅延オーディオ信号が、前記複数のスピーカユニットの各々から放射すべき音波の合成波面の進行方向のベクトルと当該２個のスピーカユニット間の変位ベクトルとの内積に相当する遅延時間差を持つように制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記進行方向のベクトルの前記第１、第２および第３の軸方向の各成分を前記第１および第２のステアリング角度から求め、これら各成分と前記変位ベクトルの前記第１、第２および第３の軸方向の成分の各々とから前記内積を算出することを特徴とするスピーカアレイシステム、を提供する。

本発明に係るスピーカアレイシステムでは、ユーザにより指定された第１および第２のステアリング角度から上記合成波面の進行方向のベクトルの第１、第２および第３の軸方向の成分を求める処理が実行され、任意の２個のスピーカユニットの各々に与える遅延オーディオ信号が、上記進行方向のベクトルの両スピーカユニット間の変位ベクトルとの内積に相当する遅延時間差を持つように各遅延オーディオ信号の遅延量を制御する処理が実行される。

より好ましい態様においては、前記スピーカアレイシステムの指定手段は、前記第１および第２のステアリング角度に加えて、前記合成波面の広がり角を指定させ、前記制御手段は、前記内積に相当する遅延時間差に加えて前記広がり角に応じた遅延時間差を持つように、前記各遅延オーディオ信号の遅延量を制御することを特徴とする。このような態様によれば、ユーザにより指定された進行方向からのずれが少なく、かつ、ユーザにより指定された広がり角で広がりつつ伝播する合成波面をスピーカアレイに出力させることが可能になる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
（Ａ：構成）
図１は、本発明の一実施形態であるスピーカアレイシステム２００の構成例を示す図である。このスピーカアレイシステム２００は、所謂遅延アレイ方式のスピーカアレイシステムである。図１に示すように、スピーカアレイシステム２００は、スピーカアレイ２１０、遅延手段２２０、増幅手段２３０、ユーザインタフェイス（以下、「ＵＩ」）提供手段２４０および制御手段２５０を有している。

スピーカアレイ２１０は、スピーカユニット２１１−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ：Ｎは２以上の自然数）の各々のスピーカ軸が互いに平行になるように（すなわち、平面状のバッフル面を形成するように）並べて構成されている。これらスピーカユニット２１１−ｉから出力される音波の同時刻における波面の包絡面により一定の進行方向へ伝播する合成波面が形成されるのである。スピーカユニット２１１−ｉとしては、例えばコーン型スピーカなどの広い指向性を有するスピーカを用いれば良い。スピーカアレイ２１０の構成態様としては、同一の音響特性を有するスピーカユニットのみで構成する態様や、音響特性の異なる（例えば、出力音域が異なる）複数種のスピーカユニットを組み合わせて構成する態様が考えられる。同一の音響特性を有するスピーカユニットのみで構成する態様であれば、図２（Ａ）に示すように、各スピーカユニットをマトリクス状に配列してスピーカアレイ２１０を構成すれば良い。一方、音響特性の異なる複数種のスピーカユニットを組み合わせて構成する態様であれば、図２（Ｂ）に示すように、高音域をサポートする小型のスピーカユニットをマトリクス状に配列した周囲に低音域をサポートする大型のスピーカユニットを配列してスピーカアレイ２１０を構成すれば良い。

遅延手段２２０は、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）である。遅延手段２２０は、音源１００から与えられる入力オーディオ信号ＩＮ０１に遅延処理を施して遅延オーディオ信号Ｘ０１−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を生成する。ここで、音源１００から与えられる入力オーディオ信号ＩＮ０１がアナログ信号である場合には、Ａ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換して遅延手段２２０に与えれば良い。本実施形態では、上記遅延処理として所謂１タップディレイ処理が実行される。この１タップディレイ処理は、複数のシフトレジスタを用いて実施される態様であっても良く、また、ＲＡＭ（Random Access Memory）を用いて実施される態様であっても良い。例えば、ＲＡＭを用いた態様であれば、入力オーディオ信号ＩＮ０１を上記ＲＡＭへ書き込み、その書き込みを行った時から、スピーカユニット２１１−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の各々に対応する遅延に応じた時間が経過した時にＲＡＭから入力オーディオ信号ＩＮ０１を読み出し、遅延オーディオ信号Ｘ０１−ｉとして増幅手段２３０に与える処理を遅延手段２２０に実行させるようにすれば良い。このように本実施形態では、遅延オーディオ信号Ｘ０１−ｉの各々を１タップディレイ処理により生成するため、ＦＩＲ（Finite Impulse
Response）型の処理で上記遅延オーディオ信号を生成する場合に比較して小規模なＤＳＰで遅延手段２２０を構成することができる。

増幅手段２３０は、図１に示すように、スピーカユニット２１１−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の各々に対応する乗算器２３１−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を含んでいる。乗算器２３１−ｉには、遅延オーディオ信号Ｘ０１−ｉが遅延手段２２０から与えられる。乗算器２３１−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の各々は、遅延手段２２０から与えられた遅延オーディオ信号Ｘ０１−ｉに所定の係数（制御手段２５０から与えられる係数）を乗算して出力することにより、その遅延オーディオ信号Ｘ０１−ｉの信号レベルをスピーカ駆動に適したレベルまで増幅する。増幅手段２３０から出力される遅延オーディオ信号Ｘ０１−ｉの各々は、Ｄ／Ａ変換器（図１では図示略）によってアナログオーディオ信号に変換され、対応するスピーカユニット２１１−ｉに与えられる。

ＵＩ提供手段２４０は、ユーザに所望の指向性（すなわち、合成波面の進行方向や波面の広がり具合）を指定させ、その指定内容を表す指定内容データＡＩ０１を制御手段２５０に与える。ユーザに所望の指向性を指定させる態様としては種々のものが考えられる。例えば、所定の座標系（スピーカアレイ２１０の中心を座標原点とし、スピーカアレイ２１０のアレイ面の法線方向をｚ軸、垂直方向をｙ軸、水平方向をｘ軸とした座標系）を想定し、音響サービスの提供対象である領域（以下、ターゲットエリア）の中心点の座標で合成波面の進行方向を指定させ、そのターゲットエリアの形状や大きさで波面の広がり具合を指定させる態様が考えられる。この態様でユーザに指向性を指定させるＵＩ提供手段２４０としては、スピーカアレイ２１０とターゲットエリアの位置関係およびターゲットエリアの形状をマウスなどのポインティングデバイスの操作により描画させるＧＵＩ（Graphical User Interface）が考えられる。また、ユーザに所望の指向性を指定させる別の態様としては、水平方向および垂直方向のステアリング角度で合成波面の進行方向を指定させ、水平方向および垂直方向の広がり角で合成波面の広がり具合を指定させる態様が考えられる。この態様により所望の指向性をユーザに指定させるＵＩ提供手段２４０としては、上記２種類のステアリング角度と上記２種類の広がり角の各々を表す数値をキー入力させるキーボードが考えられる。

制御手段２５０は、指定内容データＡＩ０１の表す指向性を実現するために各遅延オーディオ信号Ｘ０１−ｉに付与する遅延をその指定内容データＡＩ０１に基づいて算出し遅延手段２２０に与える処理を実行する。制御手段２５０は、図１に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２５１と、例えばＦｌａｓｈＲＯＭなどの不揮発性メモリ２５２と、ＲＡＭなどの揮発性メモリ２５３とを含んでいる。不揮発性メモリ２５２には、本実施形態に係るスピーカアレイシステム２００に特徴的な指向性制御処理をＣＰＵ２５１に実行させる制御プログラム２５２ａとアレイ情報２５２ｂとが予め格納されている。ここで、アレイ情報２５２ｂとは、スピーカアレイ２１０を構成するスピーカユニット２１１−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の各々のスピーカアレイ２１０における配置位置を示す情報（例えば、スピーカアレイ２１０のスピーカ面の中心を原点とし、アレイ面の法線方向をｚ軸、垂直方向をｙ軸、水平方向をｘ軸とする座標空間における各スピーカユニット２１１−ｉの座標位置を示す情報）である。一方、揮発性メモリ２５３は、制御プログラム２５２ａを実行する際のワークエリアとしてＣＰＵ２５１によって利用される。制御プログラム２５２ａにしたがってＣＰＵ２５１が実行する指向性制御処理は、図３に示すように、遅延演算用データ算出処理ＳＡ０１および遅延設定処理ＳＡ０２の２つの処理に大別される。
以下、これら２つの処理について詳細に説明する。

（Ｂ：指向性制御処理）
遅延演算用データ算出処理ＳＡ０１は、ＵＩ提供手段２４０から与えられる指定内容データＡＩ０１から遅延演算用データを算出する処理である。ここで、遅延演算用データとは、スピーカアレイ２１０に含まれる任意の２つのスピーカユニット２１１−ｉに与える各遅延オーディオ信号Ｘ０１−ｉの遅延時間差を演算するためデータである。本実施形態では、遅延演算用データとして、合成波面の進行方向の単位ベクトルである進行方向ベクトルｖ_ｐと、水平方向および垂直方向の広がり角ＢＷ_ｈおよびＢＷ_ｖを表すデータが算出される。ここで、進行方向ベクトルｖ_ｐを算出する理由は以下の通りである。

例えば、図４に示すように、ｘｚ平面上にてｘ軸上に位置するスピーカユニットＳＰ０およびスピーカユニットＳＰ１の各々から出力される音波により、ある進行方向に伝播する合成波面を形成する場合を想定する。この場合、合成波面の進行方向を示す単位ベクトルをｖ_ｐ（すなわち、ｖ_ｐのノルムは１）、スピーカユニットＳＰ０から見たスピーカユニットＳＰ１の配置位置を示すベクトル（以下、変位ベクトル）をｖ_ｅとすると、図４に示すように、スピーカユニットＳＰ１から出力される音波とスピーカユニットＳＰ０から出力される音波の経路差ｄは以下の数１で表され、以下の数２に示すように、ベクトルｖ_ｐとベクトルｖ_ｅの内積（スカラー積）に等しくなる。

上記のように経路差ｄが進行方向ベクトルｖ_ｐとスピーカユニット間の変位ベクトルｖ_ｅの内積で表されることは３次元空間においても同様である。例えば、進行方向ベクトルｖ_ｐと変位ベクトルｖ_ｅが以下の数３で表される場合、その変位ベクトルｖ_ｅにより互いの位置関係が表される２つのスピーカユニットに与えるべき各遅延オーディオ信号の遅延時間差は、以下の数４に応じたものになる。

本実施形態の場合、スピーカアレイ２１０を構成するＮ個のスピーカユニット２１１−ｉのうちの任意の２つについての変位ベクトルｖ_ｅはアレイ情報２５２ｂを参照して求めることができる。したがって、進行方向ベクトルｖｐが求まれば、その進行方向ベクトルｖｐの表す方向へ進む合成波面を形成させる際に、Ｎ個のスピーカユニット２１１−ｉのうちの任意の２つに与えるべき遅延オーディオ信号Ｘ０１−ｉの遅延時間差を上記数４にしたがって算出することができる。これが進行方向ベクトルｖ_ｐを算出する理由である。以下、進行方向ベクトルｖ_ｐと広がり角ＢＷ_ｈおよびＢＷ_ｖの算出手法について説明する。

（Ｂ−１：進行方向ベクトルの算出方法）
まず、進行方向ベクトルｖ_ｐの算出方法について説明する。
前述したように、合成波面の進行方向をユーザに指定させる態様としては、ターゲットエリアの中心点の座標で指定させる態様と、水平方向および垂直方向のステアリング角度で指定させる態様とがある。ターゲットエリアの中心点の座標で合成波面の進行方向を指定させる態様であれば、例えば、その中心点の座標が（Ｘ，Ｙ，Ｚ）であるならば、進行方向ベクトルｖ_ｐは以下の数５の演算により算出することができる。

一方、水平方向および垂直方向のステアリング角度で合成波面の進行方向を指定させる態様の場合、例えば、水平方向のステアリング角度としてγ_ｈが指定され、垂直方向のステアリング角度としてγ_ｖが指定された場合は、まず、以下の数６にしたがって算出される２種類の角度φ_ｈおよびφ_ｖを求め、これらφ_ｈおよびφ_ｖを用いて以下の数７に示すように進行方向ベクトルｖ_ｐを求めれば良い。

以下、上記数６および数７にしたがって進行方向ベクトルｖ_ｐを求めることの妥当性について説明する。

合成波面の進行方向を指定させる態様としては、上記２つの態様が考えられるが、これら何れの態様であっても実際の合成波面の進行方向は一致していなければならない。そこで、ターゲットエリアの中心座標で合成波面の進行方向が指定され、数３に示す進行方向ベクトルｖ_ｐが得られる場合に、水平方向および垂直方向のステアリング角度を指定する態様で同一の結果が得られるようにするには、これらステアリング角度としてどのような値を指定すれば良いのかについて考察する。水平方向および垂直方向のステアリング角度を各々φ_ｈ、φ_ｖとすると、水平方向および垂直方向の経路差は各々Ｄ_ｘｓｉｎφ_ｈ、Ｄ_ｙｓｉｎφ_ｖとなる（前掲図８（Ｂ）にてα＝φ_ｈ、β＝φ_ｖとすれば良い）。これらの和が数４で求まる経路差ｄと一致するように（すなわち、数８を満たすように）φ_ｈ、φ_ｖを定めれば良い。ただし、数８においてＤ_ｘ＝Ｄ_ｈ、Ｄ_ｙ＝Ｄ_ｖ。

上述の数８が常に成り立つためには、ｘ＝ｓｉｎφ_ｈ、ｙ＝ｓｉｎφ_ｖでなければならない。ここで、進行方向ベクトルｖ_ｐは単位ベクトル（すなわち、ｘ^２＋ｙ^２＋ｚ^２＝１）であるから、進行方向ベクトルｖ_ｐは前掲数７を満たすものでなければならない。

一方、進行方向ベクトルｖ_ｐが数３で表される場合、従来は、図５に示すように、進行方向ベクトルｖ_ｐをｘｚ平面に射影して得られる射影ベクトルｖ_ｘｚとｚ軸の為す角度γ_ｈが水平方向のステアリング角度として用いられ、進行方向ベクトルｖ_ｐをｙｚ平面に射影して得られる射影ベクトルｖ_ｙｚとｚ軸の為す角度γ_ｖが垂直方向のステアリング角度として用いられていた。図５を参照すれば明らかなように、進行方向ベクトルｖ_ｐのｘ、ｙ、ｚ成分と上記２種類の角度γ_ｈおよびγ_ｖとの間には、以下の数９に示す関係がある。

前述したように、数３に示す進行方向ベクトルｖ_ｐは、φ_ｈおよびφ_ｖを用いて数７のように表せるのであるから、γ_ｈおよびγ_ｖは、φ_ｈおよびφ_ｖを用いて、以下の数１０のように表すことができる。

この数１０をφ_ｈおよびφ_ｖについて解くと、前述の数６が得られる。

数６を参照すれば明らかように、γ_ｈ≠φ_ｈであり、γ_ｖ≠φ_ｖである。従来の遅延アレイ方式のスピーカアレイシステムでは、数３のように成分表現される進行方向ベクトルｖ_ｐをｘｚ平面に射影して得られる射影ベクトルとｚ軸の為す角度γ_ｈを水平方向のステアリング角度と同一視し、同進行方向ベクトルｖ_ｐをｙｚ平面に射影して得られる射影ベクトルとｚ軸の為す角度γ_ｖを垂直方向のステアリング角度と同一視して遅延演算が行われていた。数６において、γ_ｈおよびγ_ｖが共に充分に小さい場合には、ｔａｎγ_ｈ≒ｓｉｎγ_ｈ、ｔａｎγv≒ｓｉｎγ_ｖと近似することができ、また、ｔａｎ^２γ_ｈおよびｔａｎ^２γ_ｖは、１に比較して充分に小さく無視することができる。このような近似を行えば、確かに数６はφ_ｈ≒γ_ｈ、φ_ｖ≒γ_ｖを意味する。しかし、γ_ｈまたはγ_ｖの少なくとも一方が上記近似を行えない程度に大きく、上記近似が妥当ではない場合には、φ_ｈ≠γ_ｈ、φ_ｖ≠γ_ｖとなる。これが従来の遅延式スピーカアレイにてステアリング角度が大きくなるにつれて、水平方向および垂直方向のステアリング角度で指定された進行方向と実際の合成波面の進行方向とのずれが大きくなる原因である。本実施形態では、ユーザにより指定された水平方向のステアリング角度γ_ｈおよび垂直方向のステアリング角度γ_ｖから数６および数７にしたがって進行方向ベクトルｖ_ｐを求め、この進行方向ベクトルｖ_ｐと変位ベクトルｖ_ｅとの内積に応じた遅延時間差を各遅延オーディオ信号Ｘ０１−ｉに与えるようにしたため、水平方向および垂直方向のステアリング角度で指定された進行方向と実際の合成波面の進行方向とが大きくずれることはない。

（Ｂ−２：広がり角の算出方法）
次いで、水平方向の広がり角ＢＷ_ｈおよび垂直方向の広がり角ＢＷ_ｖの算出方法について説明する。水平方向の広がり角ＢＷ_ｈおよび垂直方向の広がり角ＢＷ_ｖの算出方法についても、ユーザによる指向性の指定態様に応じて種々の方法が考えられる。例えば、ターゲットエリアの位置、形状および大きさでＧＵＩを介して指向性を指定させる態様の場合には、図６（Ａ）に示すように、スピーカアレイ２１０のアレイ面の投影像（以下、カバーエリア）をそのターゲットエリアを被覆するように拡大または縮小して設定し、図６（Ｂ）や図６（Ｃ）に示すように、スピーカアレイ２１０からカバーエリアを見た水平方向および垂直方向の開き角を幾何学的に求め、これら開き角を水平方向の広がり度ＢＷ_ｈおよび垂直方向の広がり角ＢＷ_ｖとすれば良い。一方、水平方向の広がり角ＢＷ_ｈおよび垂直方向の広がり角ＢＷ_ｖをキー入力などにより数値で直接指定する態様の場合には、特段の演算を行わず、指定内容データＡＩ０１の表す水平方向の広がり角ＢＷ_ｈおよび垂直方向の広がり角ＢＷ_ｖをそのまま用いるようにすれば良い。

（Ｂ―３：遅延設定処理）
遅延設定処理ＳＡ０２は、スピーカアレイ２１０に含まれる任意の２つのスピーカユニットに与える遅延オーディオ信号の遅延時間差を進行方向ベクトルｖ_ｐ、広がり角ＢＷ_ｈおよびＢＷ_ｖから算出し、各遅延オーディオ信号Ｘ０１−ｉの遅延量Ｄ０１−ｉを遅延手段２２０に与える処理である。この遅延設定処理ＳＡ０２では、スピーカアレイ２１０に含まれるＮ個のスピーカユニット２１１−ｉのうちから、遅延量演算の基準となるスピーカユニットを１つ選択し、他のＮ−１個のスピーカユニットの各々についての遅延量Ｄ０１−ｉを以下のように算出する。すなわち、この遅延設定処理ＳＡ０２では、遅延量演算の対象となる各スピーカユニットについて上記基準となるスピーカユニットから見た変位ベクトルｖ_ｅをアレイ情報２５２ｂを参照して求め、その変位ベクトルｖ_ｅと進行方向ベクトルｖ_ｐとの内積を求めることによって、その進行方向へ伝播する合成波面を形成するための遅延量が算出され、このようにして算出される遅延量に広がり角ＢＷ_ｈおよびＢＷ_ｖに応じた遅延量を加算して各スピーカユニット２１１−ｉに対応する遅延量Ｄ０１−ｉが算出される。なお、水平方向および垂直方向の広がり角に応じた遅延量算出の具体的な手法としては従来の遅延アレイ方式スピーカアレイシステムにおける手法を用いれば良い。また、広がり角ＢＷによる遅延の与え方は、図７（Ａ）に示す態様であっても良く、また、図７（Ｂ）に示す態様であっても良い。

以上説明したように、本実施形態に係るスピーカアレイ１によれば、水平方向および垂直方向のステアリング角度で進行方向が指定された場合であっても、その進行方向と実際の進行方向とのずれが小さい合成波面を各スピーカユニット２１１−ｉから出力される音波によって形成することが可能になる。また、本実施形態に係るスピーカアレイシステム１の遅延手段２２０で実行される遅延処理は１タップディレイ処理であるため、遅延手段２２０を小規模なＤＳＰで構成することが可能であり、スピーカシステム１の構成が簡素になるといった特徴もある。

（Ｃ：変形）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、かかる実施形態に以下に述べる変形を加えても勿論良い。
（１）上述した実施形態では、複数のスピーカユニットを平面状のバッフル面を形成するように配列して構成した２次元スピーカアレイに本発明を適用したが、複数のスピーカユニットを曲面状のバッフル面を形成するように配列して構成したスピーカアレイに本発明を適用しても勿論良い。

（２）上述した実施形態では、各スピーカユニット２１１−ｉから出力される音波の合成波面の進行方向の制御に加えて、その合成波面広がり具合の制御を行ったが、進行方向の制御のみを行っても勿論良い。進行方向の制御のみ行う態様にあっては、ＵＩ提供手段２４０を介して入力される指定内容データＡＩ０１から進行方向ベクトルｖ_ｐを求め、任意の２つのスピーカユニット２１１−ｉについての変位ベクトルｖ_ｅをアレイ情報２５２ｂから求めて、その進行方向ベクトルｖ_ｐと変位ベクトルｖ_ｅの内積を数１（或いは数３および数４）にしたがって演算することで、それら２つのスピーカユニット２１１−ｉに与える遅延オーディオ信号Ｘ０１−ｉ間の遅延時間差を算出すれば良い。

（３）上述した実施形態では、本発明に係るスピーカアレイシステムに特徴的な指向性制御処理を制御手段２５０のＣＰＵ２５１に実行させる制御プログラム２５２ａが同制御手段２５０の不揮発性メモリ２５２に予め格納されていた。しかし、この制御プログラム２５２ａを、例えばＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk-Read Only Memory）などのコンピュータ装置読み取り可能な記録媒体に書き込んで配布しても良く、また、インターネットなどの電気通信回線経由のダウンロードにより配布しても良い。このようにして配布される制御プログラム２５２ａを一般的なコンピュータ装置に記憶させ、そのコンピュータ装置を制御手段２５０として機能させることができる。

この発明の一実施形態であるスピーカアレイシステム２００の構成を示す図である。 同スピーカアレイシステム２００が有するスピーカアレイ２１０のアレイ面の一例を示す図である。 同スピーカアレイシステム２００の制御手段２５０のＣＰＵ２５１が実行する処理の一例を示す図である。 一般的な遅延時間差の算出方法を説明するための図である。 進行方向ベクトルｖ_ｐとステアリング角度との関係を示す図である。 水平または垂直方向の広がり角の算出方法の一例を説明するための図である。 水平または垂直方向の広がり角による遅延付与の一例を説明するための図である。 従来の遅延アレイ方式のスピーカアレイシステムにおける指向性制御を説明するための図である。

符号の説明

１００…音源、２００…スピーカアレイシステム、２１０…スピーカアレイ、２１１−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）…スピーカユニット、２２０…遅延手段、２３０…増幅手段、２３１−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）…乗算器、２４０…ＵＩ提供手段、２５０…制御手段、２５１…ＣＰＵ、２５２…不揮発性メモリ、２５２ａ…制御プログラム、２５２ｂ…アレイ情報、２５３…揮発性メモリ。

Claims (2)

1. 複数のスピーカユニットからなるスピーカアレイと、
   入力オーディオ信号を遅延させることにより、前記複数のスピーカユニットに各々与える複数の遅延オーディオ信号を生成する遅延手段と、
   前記スピーカアレイのアレイ面と直交する第１の軸と、前記第１の軸と直交するとともに互いに直交する第２および第３の軸を想定し、前記複数のスピーカユニットの各々から放射すべき音波の合成波面の進行方向の前記第１の軸から前記第２の軸へ向う回転方向のステアリング角度と前記第１の軸から前記第３の軸へ向う回転方向の第２のステアリング角度とを指定する指定手段と、
   前記複数のスピーカユニットから任意に選択される２個のスピーカユニットに与えられる２個の遅延オーディオ信号が、前記複数のスピーカユニットの各々から放射すべき音波の合成波面の進行方向のベクトルと当該２個のスピーカユニット間の変位ベクトルとの内積に相当する遅延時間差を持つように制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記進行方向のベクトルの前記第１、第２および第３の軸方向の各成分を前記第１および第２のステアリング角度から求め、これら各成分と前記変位ベクトルの前記第１、第２および第３の軸方向の成分の各々とから前記内積を算出する
   ことを特徴とするスピーカアレイシステム。
2. 前記指定手段は、前記第１および第２のステアリング角度に加えて、前記合成波面の広がり角を指定させ、
   前記制御手段は、前記内積に相当する遅延時間差に加えて前記広がり角に応じた遅延時間差を持つように、前記各遅延オーディオ信号の遅延量を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載のスピーカアレイシステム。
   
   
   

Images