WO2002098171A1 - Vehicle-mounted stereophonic sound field reproducer/silencer - Google Patents

Description

明 細 車載用立体音場再生 ·消音装置 技俯分野

この発明は車室内の受聴者の頭部に近い位置にスピーカを配置し、 受 聴者の外耳近傍の音場を制御することによって、 受聴者に臨場感豊かな 立体音場を知覚させることができるとともに、 受聴者毎に消音を行うこ とができる車載用立体音場再生 ·消音装置に関するものである。 背景技術

従来は第 1図に示すように、 車室内に配置されたスピーカ Sにより音 を発生させていたため、 車室内は単一音場であった。 このため、 運転者 が音楽再生を行っている場合、 同乗者はその音楽を聴きたくなくても聞 くことになる。 また、 車室内で静かに過ごしたいと思っても、 これを実 現できないのが現状であつた。

この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、 a . 各受聴者毎に希望する立体音場を外耳近傍に精度良く選択再現する ことができる

b . 各受聴者毎に外耳近傍を消音することができる

という車載用立体音場再生 ·消音装置を提供することを目的とする。 発明の開示

この発明に係る車載用立体音場再生装置は、 受聴者が着座すべき座席 毎に該受聴者の左右の外耳を含む領域に立体音場再生空間を形成するよ うに配置した少なく とも 2つ以上のスピーカと、 音源からの出力信号を 立体音場信号に変換して、 前記のスピーカのそれそれに供給する立体信 号処理手段とを備えたものである。

このことにより、 座席毎に受聴者の左右の外耳を含む領域に臨場感豊 かな立体音場を再生することができる。

この発明に係る車載用立体音場再生装置は、 受聴者が着座することに よって閉じる着座スィ ツチ、 および受聴者が音源選択のために閉じる操 作スィ ッチの両者の閉じによって、 音源からの出力信号を立体信号処理 手段に供給するように構成したものである。

このことにより、 座席毎に音源を再生することができる。

この発明に係る車載用立体音場再生装置は、 立体信号処理手段の入力 側に、 複数の異なる音源から希望の音源を選択する音源選択手段を備え たものである。

このことにより、 受聴者は座席毎に希望する音源を選択して再生する ことができる。

この発明に係る車載用立体音場再生装置のスピーカは、 へッ ドレス ト に設けたものである。

このことにより、 受聴者の外耳とスピーカの位置を近づけることがで き、 理想的な立体音場を実現できる。

この発明に係る車載用立体音場再生装置のスピーカは、 着座した受聴 者の頭部を取り囲むように天井面に該受聴者の左右外耳に対応して設け たものである。

このことにより、 受聴者の外耳とスピーカの位置を近づけることがで き、 理想的な立体音場を実現できるとともに、 スピーカの配置に自由度 が得られる。

この発明に係る車載用立体音場消音装置は、 受聴者が着座すべき座席 毎に該受聴者の左右の外耳を含む領域に立体音場再生空間を形成するよ うに配置した少なく とも 2つ以上のスピーカと、 音源からの出力信号を 立体音場信号に変換して、 前記のスピーカのそれそれに供給する立体信 号処理手段と、 前記立体音場再生空間の音量を検出する音量検出手段と 、 この音量検出手段からの検出音量に基づいて前記立体音場信号.を打ち 消す消音信号を前記立体信号処理手段に供給する逆位相信号発生手段と を備えたものである。

このことにより、 座席毎に他に影響を与えることなく消音することが できる。 図面の簡単な説明

第 1図は従来の音場再生装置を搭載した車の概要図である。

第 2図は立体音場を再生するスピーカの配置状態を示す概要図である 第 3図は音源からの出力信号を立体音場信号としてスピーカに再生信 号を供給する再生回路のプロック図である。

第 4図は受聴者が着座すべき座席毎に該受聴者の左右の外耳を含む領 域に立体音場再生空間を形成するスピーカをへッ ドレス トに取り付けた 状態を示すプロック図である。

第 5図はそのへッ ドレス ト部分の拡大図である。

第 6図はその正面図である。

第 7図は座席毎に形成された立体音場再生空間を示す平面図である。 第 8図は受聴者が着座すべき座席毎に該受聴者の左右の外耳を含む領 域に立体音場再生空間を形成するスピーカを、 受聴者の頭部を取り囲む ように天井に該受聴者の左右外耳に対応して設けた状態を示す平面図で める。

第 9図はその正面図である。 第 10図は左右のスピーカの間に仕切り板を配置した斜視図である。 第 1 1図はこの発明の立体音場消音装置の構成を示すプロヅク図であ る。 発明を実施するための最良の形態

以下、 この発明をより詳細に説明するために、 この発明を実 ¾するた めの最良の形態について、 添付の図面に従って説明する。

実施の形態 1.

第 2図は立体音場再生 ·消音装置におけるスピーカの配置構成を示す 概略図であり、 受聴者 1の両耳 2 L, 2 Rの近傍に 3つずつスピーカ 3 L 1 , 3 L 2 , 3 L 3、 3 1 , 3 R 2 , 3 R 3を配置し、 外耳付近の 音場 0を制御する。

第 3図は上記各スピーカ 3 L 1 , 3 L 2 , 3 L 3 3 R 1 , 3 R 2 , 3 R 3に再生信号を供給する再生回路を示すもので、 1 6は各種の音源 、 1 5は音源 1 6の出力を切り換える音源選択手段、 1 7は立体信号処 理手段、 1 8は 6つのスピー力に再生信号を出力する 6 c h (チャネル ) 増幅器である。

音源 1 6は 2 c hの C D、 5. l c hの DVD、 AM, FM音源、 ゲ

—ム用の立体効果のある音源、 カーナビゲーシヨンの音声案内等の音源 である。

立体信号処理手段 1 7は図示しないディジタル入力部、 アナログ入力 部， A/D変換部、 ディジタル信号処理部、 DZA変換部等から成り、 音源選択手段 1 5からの出力信号を立体音場信号に変換するための信号 処理を行うものである。

図示例は左右外耳に 3つずつスピーカ 3 L 1 , 3 L 2 , 3 L 3、 3 R 1， 3 R 2 , 3 R 3を配置した場合を示したが、 このような配置が望ま しい理由について説明する。 この場合、 制御点 （目的とする音波の状態 を再現する空間の点） は外耳付近の 3点である。

第一の理由

制御点に原音場と同じ音圧を作り出すことが可能である。 これを実現 するためにはスピーカ 3 L 1， 3 L 2 , 3 L 3、 3 R 1， 3 R 2， 3 R 3から制御点までの伝達関数 （時間成分で表現したイ ンパルス応答） が 必要である。

この伝達関数は時間長が短いほど、 信号処理を行うハードウエアの規 模が少なくてすむため、 時間長をできる限り短くできるようなスピーカ の配置を選択すべきである。 一般的な部屋や車室内ではスピーカと制御 点の距離を短くすればするほど、 伝達関数の時間長が短くなるといえる ο

この理由はスピー力と制御点が離れれば離れるほど、 スピーカから直 接制御点に到来する直接音に比べて、 部屋や車室内のあらゆる方向から の制御点に到達する反射音の割合が増えるからである。 逆にスピーカと 制御点の距離が近い場合、 スピー力から制御点に直接届く直接音の比率 が室内の反射音に比べて大きくなる。 伝達関数の振幅はほとんどが直接 音で占められることになり、 反射音の振幅成分は直接音に比べて極めて 小さい。 したがって、 伝達関数の時間長は直接音の収束する時間と見な すことができる。

第二の理由

左右に配置されたスビーカの間に受聴者の頭部が入りこむため、 スピ —力を外耳の傍に近づけることができ、 両耳間のクロス トークの割合を 減らすことができる。 つまり、 右スピーカを右耳に近づければ近づける ほど、 右スピー力から直接右耳に入る音と反対側の左耳にもれる音との 比率が大きくなり、 結果としてクロス トークが減少する。 この左右のクロス トーク分が少なければ、 外耳近傍の音場 0を制御す る際に左右の音場の信号処理をそれそれ独立に行うことが可能になる。 この最大の利点は演算規模が 1 / 2にまで軽減されることである。 この 立体音場再生装置で行われる信号処理はスピー力の数と制御点の数の積 に比例する。

いま、 スピーカの数が左右に Nずつ、 制御点も左右に Nずつある場合 を考える。 クロス トーク分が少なく左右の信号処理が独立に行える場合 、 演算量は片耳あたり N X N、 左右で 2 X ( N X N ) である。 一方クロ ス トーク分が大きい場合は左右をまとめて処理する必要があるため、 2 N x 2 N、 すなわち 4 x ( N X N ) となる。 クロス トークが無い場合は 演算量が 1 / 2になる。 .

また、 この発明の車載用立体音場再生装置は、 左右のスピーカは 3つ である必要はない。 スピーカの数に対応して制御点が増えるため、 理論 的にはスビーカの数が多いほど正確に原音場を模擬することができる。 しかし、 信号処理量はスピーカの個数の二乗に比例するため、 一般的な オーディォ装置のチャンネル数や演算処理能力を考えるとあまり個数の 多いものは実用的ではない。

一方で模擬の精度といった観点から考察すると、 左右一つずつ配置す る方法は従来のへッ ドホン方式と何らの差異がなくなるため、 少なく と も片耳あたり 2つからということになる。 しかし、 片耳 2つ用いる手法 では 2つ制御点を結んだ線上でしか、 音場の再現が行えないため、 精度 としては不充分である。

次に 3つ用いた場合は、 3つの制御点を結ぶ 3角形の領域内で音場の 再現が行える。 この場合、 制御点で音圧が再現されることにより領域内 での音波の進行方向まで再現することが可能である。 立体 ( 3次元) 音 場を知覚するためには音波の進行方向が再現されることがきわめて重要 である。 このような音波の伝播方向まで考えると、 精度の良い音場再現 が得られ、 かつ実用上大規模にならないというスピー力の個数は左右 3 つ合計 6つということになる。

第 4図は上記の原理に基づく この発明の車載用立体音場再生装置を車 室内の各座席のへッ ドレス ト 2 0に配設した概要図であり、 第 4図にお いて、 1 1は座席 1 2の下に配設した着座スィ ッチ、 1 3は座席毎に設 けられ、 受聴者自身が 0 NZO F F操作する操作スィ ッチ、 1 4は着座 スイ ッチ 1 1 と操作スィ ヅチ 1 3の論理積を得る AND回路、 1 5は A M放送、 FM放送、 C D， MD， D VD等の音源 1 6を選択する音源選 択手段、 1 7は音源 1 6に応じた信号処理がなされ、 スピーカの本数分 のアナログ信号 （第 4図では 6チャンネルの例） を出力する立体信号処 理手段、 1 8は立体信号処理手段 1 7の出力を増幅する 6 c h増幅器で める。

第 5図は背もたれ 1 9の上面に配置させたへ ヅ ドレス ト 2 0にスピ一 力 3 L 1 ， 3 L 2， 3 L 3、 3 R 1 , 3 R 2 , 3 R 3を配置した側面図 、 第 6図はその正面図である。 第 5図、 第 6図において、 音源 1 6より 出力した信号は、 音源選択手段 1 5によって選択され、 立体信号処理手 段 1 Ίによって音源 1 6に応じた立体信号に信号処理がなされ、 スピー 力の本数分のアナログ信号を出力する （第 4図では 6チャンネルの例） ο

立体信号処理手段 1 7より出力された信号は、 6 c h増幅器 1 8によ つて聴取に必要なレベルまで増幅され、 へ ヅ ドレス ト 2 0に組み込まれ た 6つのスピーカ 3 L 1 , 3 L 2 , 3 L 3、 3 R 1 ， 3 R 2 , 3 R 3の それそれに入力される。 スピーカ 3 L 1 ， 3 L 2 , 3 L 3、 3 R 1 , 3 R 2 ， 3 3は受聴者 1の頭部を挟んでそれぞれ左右に分けて配置され 、 スピーカ 3 L 1 ， 3 L 2 , 3 L 3は受聴者 1の左耳付近の音場を、 ス ピー力 3 R 1， 3 R 2， 3 R 3は右耳付近の音場を作り出す。 次に動作について説明する。

受聴者 1が座席に着座すると、 着座スィツチ 1 1が 0 Nし、 この状態 で受聴者 1が音源選択のために操作スィ ツチ 1 3を ONすると、 AND 回路 14は論理積が成立して音源選択手段 1 5を起動させる。 そして、 音源選択手段 1 5で選択された音源 1 6は、 立体信号処理手段 1 7でス ビーカの本数分のアナログ信号に変換され、 その大きさが 6 c h増幅器 1 8で調節された後、 それそれのスピーカに供給される。 この結果、 各 スピーカから発せられた音によって、 受聴者 1の外耳近傍には立体音場 の再生空間 2 1が形成される。

この立体音場の再生空間 2 1は第 7図に示すように、 各座席に着座し た受聴者 1の頭部の回りにのみ形成されるので、 他の座席の受聴者 1の 立体音場再生装置に対しては影響しない。 従って、 各座席に着座した各 受聴者はそれぞれ AM放送、 FM放送、 CD再生音、 DVD再生音等の 希望する再生音を他の再生音に影響されること無く受聴することができ る。

以上のように、 実施の形態 1によれば、 座席毎に受聴者の希望する音 源を選択し、 臨場感豊かな立体音場を再生することができる。 また、 立 体音場再生空間 2 1を形成するスピーカ 3 L 1， 3 L 2 , 3 L 3、 3 R 1， 3 R 2 , 3 R 3をへヅ ドレス ト 2 0に設けたことにより、 受聴者 1 の外耳とスピーカ 3 L 1 , 3 L 2 , 3 L 3、 3 R 1， 3 R 2 , 3 R 3の 位置を近づけることができ、 理想的な立体音場を実現できる。 実施の形態 2.

実施の形態 1では、 ヘッ ドレス ト 2 0にスピーカ 3 L 1， 3 L 2， 3 L 3、 3 R 1， 3 2 , 3 R 3を取り付けたものであるが、 実施の形態 2では車の天井面 2 2に受聴者 1の頭部を取り囲むようにしてスピーカ 3 L 1 , 3 L 2 , 3 L 3、 3 R 1， 3 R 2， 3 R 3を配置したもので、 第 8図は平面図、 第 9図はその正面図である。

以上のように、 この実施の形態 2によれば、 車の天井面 2 2に受聴者 1の頭部を取り囲むようにしてスピーカ 3 L 1， 3 L 2 , 3 L 3、 3 R 1 , 3 R 2 , 3 R 3を配置したので、 スピーカと受聴者の頭部の距離が 近く、 またヘッ ドレス ト 20に比べてスピー力を設置する位置に自由度 が得られる。 実施の形態 3.

実施の形態 2では車の天井面 1 1にスピーカ 3 L 1 , 3 L 2₃ 3 L 3 、 3 R 1， 3 R 2， 3 R 3を配置したが、 左右のスピーカ 3 L 1， 3 L 2， 3 L 3、 3 R 1 , 3 R 2， 3 R 3のクロス ト一クレベルが高くなる おそれがある。 これを解消するために、 実施の形態 3では、 第 1 0図の 斜視図に示すように、 受聴者 1の頭部を挟むように、 左右に配置された スピーカ 3 L 1， 3 L 2 , 3 L 3、 3 R 1， 3 R 2 , 3 R 3の間に仕切 り板 3 0を設けた構成である。

以上のように、 実施の形態 3によれば、 仕切り板 30により左右のス ピー力間におけるクロス トークの低減を実現することが可能である。 実施の形態 4.

第 1 1図はこの発明の車載用立体音場消音装置の構成を示すプロック 図であり、 2 6は受聴者 1の左右の外耳を含む領域の音量を検出するよ うに設けたマイクロホン等の音量検出部、 2 7はスイ ッチ、 2 8は逆位 相信号発生部 （ANC : アクティブ · ノイズ ' キャンセラ） であり、 他 の構成は前記第 4図に示す第 1の実施の形態 1と同様であるから、 同一 部分には同一符号を付して重複説明を省略する。

次に動作について説明する。

車室内で静かに過ごしたい受聴者 1は、 スイ ッチ 2 7を閉じると、 音 量検出部 2 6で検出した頭部近傍の立体音場再生空間 2 1 (第 7図参照 ) の音量に基づく検出信号が逆位相信号発生部 2 8に入力され、 逆位相 信号に変換されて出力される。 この逆位相信号は立体信号処理手段 1 7 において、 音量検出部 2 6で検出された車両ノイズ （ロードノイズ、 ェ ンジン音等） を打ち消し、 受聴者付近の車両ノイズ音圧をゼロまたはき わめて小さくする。 その結果、 他の受聴者 1に悪影響を与えることなく 、 全ての座席において選択的に消音動作を行うことができる。

以上のように、 実施の形態 4によれば、 座席毎に受聴者の希望によ り 他の座席に悪影響を与えることなく消音することができる。 産業上の利用可能性

以上のように、 この発明に係る車載用立体音場再生 ·消音装置は、 座 席毎に臨場感豊かな立体音場を再生するとともに、 座席毎に他に影響を 与えることなく消音するのに適している。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 受聴者が着座すべき座席毎に該受聴者の左右の外耳を含む領域に立 体音場再生空間を形成するように配置した少なく とも 2つ以上のスピー 力と、 音源からの出力信号を立体音場信号に変換して、 前記のスピーカ のそれぞれに供給する立体信号処理手段とを備えた立体音場再生装置。

2 . 受聴者が着座することによって閉じる着座スィ ッチ、 および受聴者 が音源選択のために閉じる操作スイ ッチの両者の閉じによって、 音源か らの出力信号を立体信号処理手段に供給するように構成したことを特徴 とする請求の範囲第 1項記載の立体音場再生装置。

3 . 立体信号処理手段の入力側に、 複数の異なる音源から希望の音源を 選択する音源選択手段を備えたことを特徴とする請求の範囲第 1項記載 の立体音場再生装置。

4 . スピーカはヘッ ドレス トに設けたことを特徴とする請求の範囲第 1 項記載の立体音場再生装置。

5 . スピー力は着座した受聴者の頭部を取り囲むように天井面に該受聴 者の左右外耳に対応して設けたことを特徴とする請求の範囲第 1項記載 の立体音場再生装置。

6 . 受聴者が着座すべき座席毎に該受聴者の左右の外耳を含む領域に立 体音場再生空間を形成するように配置した少なく とも 2つ以上のスピ一 力と、 音源からの出力信号を立体音場信号に変換して、 前記のスピーカ のそれそれに供給する立体信号処理手段と、 前記立体音場再生空間の音 量を検出する音量検出手段と、 この音量検出手段からの検出音量に基づ いて車両ノィズを打ち消す消音信号を前記立体信号処理手段に供給する 逆位相信号発生手段とを備えた立体音場消音装置。