聴取者だけに音を伝える 音場制御技術

スピーカ
制御前
0
1
2
2
3
4
5
スピーカに対
水平方向の距 し
離（ｍ）
⒞ 残響ビーム型
サラウンドスピーカ
6 −2
1
面
正 ）
カ ｍ
ー 離（
スピ の距
から
−1
0
−10
−20
3 個の音波が同位相で干渉し，
振幅 3 倍に局所増音
2 次音源どうしが逆位相で
干渉消滅し，主音源だけ残る
2011 年のアナログ放送の完全停波及び地上デジタ
A
普及し，家庭でも映画館さながらの臨場感ある高画質
映像と，重低音の音響を楽しむユーザーが増えていま
聴取エリア
2 次音源
B
東芝は，家庭のリビング空間に広がるスピーカ再生
音場を対象に，聴取者だけに音を伝え，その周囲には伝
えにくくする音場制御技術の開発を進めています。特
に，低音域で制御効果の高い方式として，二つの 2 次
音源を用いる技術を開発し，その効果を検証しました。
上・BS デ ジ タ ル 放 送 の 普 及 な ど に
よって，高画質・高音質を家庭で楽し
める環境が一般化しています。それに
伴い，迫力のあるシーンは，より大音
68
⒜ 従来方式（時間遅延）
2 次音源どうし干渉せず，残った音波と
主音源が干渉し減音する
⒝ 開発方式（音響エネルギー最小化）
図 2．音響エネルギー最小化方式による空間遮音制御 ̶ 従来方式では音波
どうしの干渉減音はありませんが，開発方式では逆位相に近い関係にある二
つの 2 次音源を用いることで，減音エリアで低音域の空間遮音量が大きいこ
とが特長です。
こうした背景から東芝は，視聴者だ
けに音を伝えて，その周囲には伝えに
くくする音場制御技術の開発を進めて
います。
従来の音場制御技術
アレー状スピーカを使った時間遅延制
ますが，生活時間帯の変化や住宅事情
御 に よ る サ ウンドスポット
（図 1 ⒜）
とも相まって，特に周りが静かな深夜
や，超音波を利用した超指向性スピー
3
4
5
スピーカに対
水平方向の距 し
離（ｍ）
6 −2
1
面
正 ）
カ ｍ
ー 離（
スピ の距
から
−1
0
⒝ 開発方式（音響エネルギー最小化）
：制御オフ ：制御オン
2.0
3.0
減音エリア
（4.0 m 地点）
4.0
5.0
6.0
7.0
−5.0 −4.0 −3.0 −2.0 −1.0
0
200
400
600
70
60
50
40
30
20
10
0
0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
スピーカに対し水平方向の距離
（m）
図 5．音の流れ分布
（250 Hz の場合）̶ 聴取エリア後方で，音の流れ
の向きが左右に変化し，正面方向には流れにくくなっています。
800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800 2,000
制御周波数帯域
0
200
400
600
800 1,000 1,200 1,400 1,600 1,800 2,000
周波数（Hz）
スピーカ
55
0.5
1.0
1.5
50
聴取エリア
45
2.0
40
2.5
35
3.0
30
3.5
減音エリア
25
4.0
20
−0.6 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 0.6
55
50
1.0
聴取エリア
1.5
40
2.5
35
3.0
30
3.5
減音エリア
4.0
25
20
0.2 0.4 0.6
スピーカに対し水平方向の距離（m）
⒜ 制御オフ時
図 4．パワースペクトル ̶ 2 kHzまでの広い周波数帯域において，1.5 m 地点
では制御前後で音圧が変化せず，4.0 m 地点では減音効果が得られています。
45
2.0
−0.6 −0.4−0.2 0
スピーカに対し水平方向の距離（m）
⒝ 減音エリア
（スピーカ正面方向 4.0 m）
スピーカ
0.5
⒝ 制御オン時
図 6．音圧分布
（250 Hz の場合） ̶ スピーカ正面から 2 m 以上離れた広
い範囲で，10 dB 以上の低減が検証できました。
とが特徴ですが，これも低音域の局所
ネルギーの和を最小化する方式です。
積の異なるスピーカを複数組み合わせ
とがわかります。これにより，図 6 に
増音には不向きです。
従来の増音方式に比べて，低音域でも
空間遮音制御技術を適用したスピーカ
示す音圧分布も，スピーカ正面から
聴取エリアと減音エリアの音圧差であ
システムを構築しました。
2 m 以上離れた広い範囲で 10 dB 以
低音域はもともと壁の遮音効果が期
待できないため音漏れの原因にもなりや
すく，低音域における空間遮音性能の向
上は大きな課題となっています。
局所空間に音を再生する技術には，
量で楽しみたいという要求が増えてい
2
周波数（Hz）
B
音源どうしの位相はずれるが逆位相には
ならず，干渉減音しない
1
⒜ 聴取エリア
（スピーカ正面方向 1.5 m）
非聴取エリア
なりうる危険性をはらんでいます。
0
40
30
20
10
0
減音エリア
ことは，これらの音響が聴取者以外の周囲では騒音とも
近年，薄型大画面テレビ（TV）や地
聴取エリア
70
60
50
逆位相に近い
状態で放射
す。しかし，音響システムが一般生活にまで普及する
一般家庭の最近の音場環境
A
主音源
音圧レベル
（dB）
ル放送への移行を背景に，近年，薄型テレビが急速に
2
図 3．低音域 200 Hz での従来方式と開発方式の比較計算結果 ̶ 従来方式では
全体に増音していますが，開発方式ではスピーカ正面で音圧を維持し，側面で約
10 dB 近く減音しています。
音圧レベル
（dB）
図 1．局所空間に音を再生する技術 ̶ 局所空間に音を再生する技術はいく
つかありますが，いずれも低音域の局所増音には不向きです。
聴取エリア
（1.5 m 地点）
0
⒜ 従来方式（時間遅延）
二つの 2 次音源を用いて
低音域での制御効果を向上
1.0
10
音圧レベル（dB）
−10
−20
20
音圧レベル（dB）
0
30
スピーカ正面からの距離（m）
⒝ 超指向性スピーカ
10
0
スピーカ正面からの距離（m）
⒜ 時間遅延制御による
サウンドスポット
20
制御後 制御前
40
スピーカ正面からの距離（m）
超音波
30
音圧レベル
（dB）
聴取者だけに音を伝える
音場制御技術
音圧レベル（dB）
制御後
40
低音域で優れた空間遮音制御
当社は，低音域での空間遮音性能を
る空間遮音量が大きいことが特長です。
各スピーカから聴取・減音エリア内
従来方式と開発方式を比較した計算
に設定した制御代表点までの空間伝達
結果を図 3 に示します。前者では全体
特性を基に“同一空間で音圧維持と減
,
に増音していますが，後者ではスピー
音を両立する制御フィルタ”を導出し，
カ 正 面 で 音 圧 を 維 持 し， 側 面 で 約
リアルタイムで処理します。
10 dB 近く減音しています。
向上させるため，逆位相に近い関係に
上の低減が検証できました。
今後の展望
反響の少ない空間なら現状のままで
も十分適用可能ですが，実際の生活空
一例として，聴取と減音各エリア内
間では多重反射や暗騒音といった様々
の 制 御 代 表 点 を，ス ピ ー カ 正 面 方 向
な外乱が存在するため，制御効果の劣
1.5 m と 4.0 m の位置に設定した場合
化が予測されます。それに伴い，この外
時は近隣や隣室への音漏れに配慮し，
カ（図 1 ⒝）などがあり，博物館などの
ある二つの 2 次音源を用いることで聴
空間遮音制御のスピーカシステム
日常やむをえず音量を控えています。
音声展示支援として公共の場で実用化
取と減音のエリアを生成する，音響エ
音の向きを変える指向性スピーカ
の制御効果を図 4 に示します。2 kHzま
乱による影響をどこまで補正できるか
また，日中でも，同じリビング内で
されています。しかし，これらは低音
ネルギーの最小化による空間遮音制御
や，遠方まで音を伝えやすくする平面
での広い周波数帯域において，1.5 m地
が大きな課題となります。また，制御
TV に夢中になっている家族に対し
域の音にあまり効果がありません。
技術を開発しました（図 2）。聴取エリ
スピーカは既に実用化されています。
点では制御前後で音圧が変化せず，4.0 m
エリアの拡大も期待されています。実
環境への適用を目指して，効果のいっ
て，聞きたくない番組の音量を小さ
一方，音質重視の民生用システムで
アでは，2 次音源どうしの音響エネル
しかし，スピーカ正面から 2 m 程度の
地点では減音効果が得られています。
くするよう求めることも多々ありま
は，残響ビーム型サラウンドスピーカ
ギーの和を最小化することで主音源の
近距離だけに音を伝えやすくするス
特に，低音域（250 Hz）に着目する
す。つまり，音響はその周辺に対し
（図 1 ⒞）があります。時間遅延制御で
音響エネルギーだけを残し，減音エリ
ピーカはありません。そこで，点や面
と，図 5 のように聴取エリア後方で
て新しい騒音になりうる危険性をは
生成した鋭いビームを側面や背面に反
アでは，わずかに残った 2 次音源どう
など音源形状の違いで音の伝わり方が
は，音の流れの向きが左右に変化し，
らんでいます。
射させてサラウンド音場を再生するこ
しの音響エネルギーと主音源の音響エ
変化する距離減衰率に着目し，放射面
正面方向には流れにくくなっているこ
東芝レビュー Vol.64 No.4（2009）
聴取者だけに音を伝える音場制御技術
そうの向上に取り組んでいきます。
蛭間 貴博
研究開発センター
機械・システムラボラトリー
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