音響システム
【課題】出力対象が複数の場合でも、簡易な構成で指向性音を出力対象に向けて出力する。
【解決手段】音響システム１は、マトリクス状に並設された複数の超音波トランスデューサ３１を含む超音波スピーカ３と、１又は複数の対象者を認識するためのカメラ４と、カメラ４による認識結果に基づいて指向性音Ｓの方向を制御するスピーカ制御部５４と、を備えている。スピーカ制御部５４は、カメラ４で認識された１又は複数の対象者の角度に応じて、複数の超音波トランスデューサ３１に入力される音声信号Ｋのそれぞれにディレイタイムを付加する。これにより、音響システム１では、超音波スピーカ３自体を物理的に駆動すること無く、また、超音波スピーカ３を複数備えること無く、１又は複数の対象者を追尾するよう当該対象者のそれぞれに音源データＤ１，Ｄ２による指向性音Ｓをピンポイントで出力することが可能となる。
【解決手段】音響システム１は、マトリクス状に並設された複数の超音波トランスデューサ３１を含む超音波スピーカ３と、１又は複数の対象者を認識するためのカメラ４と、カメラ４による認識結果に基づいて指向性音Ｓの方向を制御するスピーカ制御部５４と、を備えている。スピーカ制御部５４は、カメラ４で認識された１又は複数の対象者の角度に応じて、複数の超音波トランスデューサ３１に入力される音声信号Ｋのそれぞれにディレイタイムを付加する。これにより、音響システム１では、超音波スピーカ３自体を物理的に駆動すること無く、また、超音波スピーカ３を複数備えること無く、１又は複数の対象者を追尾するよう当該対象者のそれぞれに音源データＤ１，Ｄ２による指向性音Ｓをピンポイントで出力することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばデジタルサイネージ等に用いられる音響システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の音響システムとしては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この音響システムでは、広告表示面の前方をカメラにより撮影し、その撮影画像の人物を対象者（出力対象）として検出する。そして、対象者の検出結果に基づいて超指向性スピーカ（超音波スピーカ）を支持するスピーカ台座を可動させることで、指向性を有する指向性音を超指向性スピーカから対象者に向けて出力することが図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−３９０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上記の音響システムにおいては、前述のように、出力対象に向けて指向性音を出力すべく超音波スピーカ自体を物理的に駆動することから、かかる駆動のための構造が必要となる。よって、音響システムの構成が複雑・煩雑になる虞があり、ひいては、音響システムの小型化及び省電力化が困難となってしまう。また、このように超音波スピーカを物理的に駆動する場合、複数の出力対象に指向性音を出力しようとすると、例えば超音波スピーカを複数備える必要があり、この点においても、音響システムの構成が複雑・煩雑になる虞がある。
【０００５】
そこで、本発明は、出力対象が複数の場合でも、簡易な構成で指向性音を出力対象に向けて出力することが可能な音響システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る音響システムは、マトリクス状に並設された複数の超音波トランスデューサを含んで構成され、指向性を有する指向性音を出力する超音波スピーカと、指向性音を出力する１又は複数の出力対象を認識するための出力対象認識手段と、出力対象認識手段による認識結果に基づいて、超音波スピーカから出力される指向性音の方向を少なくとも制御するスピーカ制御手段と、を備え、スピーカ制御手段は、出力対象認識手段で認識された１又は複数の出力対象の位置に関する情報に応じて、複数の超音波トランスデューサに入力される音声信号のそれぞれにディレイタイムを付加することにより、１又は複数の出力対象を追尾するよう当該出力対象に向けて、１又は複数の音源情報に基づく前記指向性音を出力させること、を特徴とする。
【０００７】
この本発明の音響システムでは、出力対象認識手段により１又は複数の出力対象が認識され、そして、認識された１又は複数の出力対象の位置に応じて、複数の超音波トランスデューサに入力される各音声信号にディレイタイム（位相シフト量）が付加される。これにより、１又は複数の出力対象を追尾するよう当該出力対象に向けて、１又は複数の音源情報に基づく指向性音がピンポイントで出力されることとなる。従って、本発明では、複数の出力対象に対する場合であっても、指向性音の出力を簡易な構成で実現することが可能となる。
【０００８】
また、スピーカ制御手段は、音声信号にディレイタイムを付加する前に音声信号に高速１ｂｉｔ信号処理を施す信号処理部を含んで構成されていることが好ましい。この場合、例えばｍｕｌｔｉ−ｂｉｔ信号等の音声信号にディレイタイムを付加する場合に比べ、ディレイタイムの高い時間分解能（つまり、指向性音の出力方向制御における高い角度分解能）を、簡易な構成で容易に実現することができる。
【０００９】
また、１又は複数の音源情報を少なくとも格納する格納手段と、音声信号の内容を制御する音声制御手段と、を備え、音声制御手段は、出力対象認識手段による認識結果に基づいて１又は複数の出力対象の種別を判定し、判定した種別に応じて格納手段における１又は複数の音源情報から一の音源情報を選択し、選択した一の音源情報により音声信号を設定することが好ましい。この場合、出力対象の種別によって音声信号を変えることが可能となる。
【００１０】
また、１又は複数の出力対象の位置に関する情報は、１又は複数の出力対象の基準方向からの角度である場合がある。また、出力対象は、人である場合がある。
【００１１】
また、映像又は画像を表示させる表示手段と、表示手段の動作を制御する表示制御手段と、を備え、表示制御手段は、表示手段で表示させる映像又は画像を、超音波スピーカから出力される指向性音と同期するように表示させることが好ましい。これにより、例えば出力対象が人等の場合において、映像又は画像や指向性音に対しての出力対象の注目度合（関心度合）を高めることができる。
【００１２】
また、出力対象は、複数存在する場合がある。この場合、スピーカ制御手段は、複数の出力対象のうち出力対象認識手段からの距離が近い一部の出力対象の位置に関する情報に応じて、複数の超音波トランスデューサに入力される音声信号のそれぞれにディレイタイムを付加することが好ましい。これにより、好適に選定された複数の出力対象に向けて指向性音を出力できると共に、スピーカ制御手段による制御の煩雑さを抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、出力対象が複数の場合でも、簡易な構成で指向性音を出力対象に向けて出力することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る音響システムを示す正面図である。
【図２】図１の音響システムを示す概略構成図である。
【図３】図１の音響システムの動作を示すフローチャートである。
【図４】指向性音の方向と位相シフト量との関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、「上」「下」「左」「右」の語は、図面に示す状態に基づいており、便宜的なものである。
【００１６】
図１は本発明の一実施形態に係る音響システムを示す正面図、図２は図１の音響システムを示す概略構成図である。本実施形態の音響システムは、音声を映像と共に出力する広告媒体としてのデジタルサイネージ等に用いられるものである。この音響システムは、特定方向に対し強く音波（音）を伝播させる性質である指向性を有する指向性音を、１又は複数の対象者（出力対象）に向けて出力する。
【００１７】
図１，２に示すように、音響システム１は、ディスプレイ２、超音波スピーカ３、カメラ４、及びコントローラ５を備えている。ディスプレイ２は、その前面の画面２ａに映像（動画）を表示させる表示手段である。ディスプレイ２としては、特に限定されるものではなく、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等の種々の装置を用いることができる。
【００１８】
超音波スピーカ３は、超音波を用いて鋭い指向性を有する指向性音Ｓを出力するものであり、ディスプレイ２の下方に配置されている。この超音波スピーカ３は、複数の超音波トランスデューサ３１と、複数のアンプ３２と、を有している。超音波トランスデューサ３１は、超音波を発する素子であり、ここでは、発した超音波を空気によって復調させて可聴音を再生させる。超音波トランスデューサ３１としては、例えば圧電セラミック素子等が用いられている。なお、可聴音の周波数域は、通常、約２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚとされている。
【００１９】
これら複数の超音波トランスデューサ３１は、前方視において、前方に向けて超音波を発する姿勢でマトリクス状に並設（換言すると、縦方向及び横方向に並ぶよう配設）されている。すなわち、超音波スピーカ３にあっては、複数の超音波トランスデューサ３１が平面状に並設されたパラメトリックアレイを構成し、超指向性を有するビーム状の可聴音としての指向性音Ｓを、１又は複数の対象者に向けて出力する。
【００２０】
アンプ３２は、複数の超音波トランスデューサ３１に入力される音声信号を増幅するものであり、超音波トランスデューサ３１の数と同じ数だけ（換言すると、複数の超音波トランスデューサ３１毎に）設けられている。ここでは、後述するように音声信号に高速１ｂｉｔ信号処理が施されていることから、アンプ３２は、汎用ロジックＩＣ（Integrated Circuit）を用いたクラスＤアンプとされている。
【００２１】
カメラ４は、対象者を認識するための装置であり、ディスプレイ２の上方において左右方向の中央部に配置されている（図１参照）。このカメラ４は、機能的な構成要素として、撮像部４１と、角度算出部４２と、を有している。撮像部４１は、カメラ４の前方側を撮像し、撮像画像から対象者を検出するためのものである。この撮像部４１における対象者検出手法としては、顔認識アルゴリズムに基づくパターンマッチング手法等を採用してもよいし、その他の一般的な手法を採用してもよい。角度算出部４２は、撮像部４１で対象者を検出した場合、カメラ４方向（つまり、カメラ４のレンズの光軸に沿った方向：基準方向）からの対象者の角度（以下、単に「対象者の角度」ともいう）を位置に関する情報として算出し、この算出した角度を認識結果としてコントローラ５へ入力する。
【００２２】
コントローラ５は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等から構成されており、機能的な構成要素として、格納部（格納手段）５１と、音声制御部（音声制御手段）５２と、表示制御部（表示制御手段）５３と、スピーカ制御部（スピーカ制御手段）５４と、を有している。
【００２３】
格納部５１は、可聴音の音源データ（音源情報）Ｄと、音声信号Ｋを生成するために音源データＤにかけ合わされる超音波領域（例えば、４０ｋＨｚ）の搬送波Ｈと、を格納するものである。ここでの格納部５１は、対象者の種別毎に関連づけられた第１及び第２音源データＤ１，Ｄ２と、第１及び第２音源データＤ１，Ｄ２それぞれにかけ合わされる搬送波Ｈ１，Ｈ２と、を格納する。なお、本実施形態では、第１音源データＤ１は子供向け音源データとされ、第２音源データＤ２は大人向け音源データとされている。
【００２４】
音声制御部５２は、カメラ４により認識された対象者の種別に基づいて音声信号Ｋの内容を制御する。具体的には、音声制御部５２は、カメラ４で認識された対象者の角度に応じて格納部５１に格納された音源データＤから一の音源データＤを選択し、選択した音源データＤに搬送波Ｈをかけ合わせて音声信号Ｋを生成・設定し、当該音声信号Ｋをスピーカ制御部５４へ入力する。
【００２５】
表示制御部５３は、ディスプレイ２の動作を制御する。具体的には、表示制御部５３は、スピーカ制御部５４に入力される音声信号Ｋに基づいて、超音波スピーカ３から出力される指向性音Ｓと同期（シンクロ）するように映像データＤ３をディスプレイ２の画面２ａ上に表示させる。
【００２６】
スピーカ制御部５４は、カメラ４による対象者の認識結果に基づいて、超音波スピーカ３から出力される指向性音Ｓの方向を制御する。このスピーカ制御部５４は、ΔΣ変調部（信号処理部）５４ａ、複数の位相シフト量加算部５４ｂ、及び複数の合成部５４ｃを含んで構成されている。ΔΣ変調部５４ａは、入力された音声信号をΔΣ変調することにより当該音声信号Ｋに高速１ｂｉｔ信号処理を施す。このΔΣ変調部５４ａは、処理後の音声信号Ｋを複数の位相シフト量加算部５４ｂへ分岐させて入力する。
【００２７】
複数の位相シフト量加算部５４ｂは、カメラ４で認識された対象者の角度に応じて、複数の超音波トランスデューサ３１それぞれに互いに異なる位相シフト量（位相のズレ）を加算する。すなわち、位相シフト量加算部５４ｂは、超音波スピーカ３から対象者に向けて指向性音Ｓを出力させるべく、複数の超音波トランスデューサ３１に入力される高速１ｂｉｔ信号処理後の音声信号Ｋそれぞれについて、対象者の角度に応じて互いに異なる長さを有するディレイタイムを算出する。そして、算出した各ディレイタイムを当該音声信号それぞれに付加する。
【００２８】
これら複数の位相シフト量加算部５４ｂは、複数の超音波トランスデューサ３１毎に設けられていると共に、モジュール５５としてモジュール化されている。モジュール５５は、格納部５１に格納される音源データＤの数だけ複数設けられている。ここでは、モジュール５５は、２つのモジュール５５ａ，５５ｂを有している。
【００２９】
複数の合成部５４ｃは、複数の超音波トランスデューサ３１毎に設けられている。この合成部５４ｃは、モジュール５５ａの複数の位相シフト量加算部５４ｂによりディレイタイムが付加された音声信号Ｋと、モジュール５５ｂの複数の位相シフト量加算部５４ｂによりディレイタイムが付加された音声信号Ｋと、を合成して合成音声信号Ｋ３を生成し、この合成音声信号Ｋ３をアンプ３２へ入力する。
【００３０】
次に、上述した音響システム１を用いて対象者に指向性音Ｓを出力する場合について、図３に示すフローチャートを参照しつつ詳細に説明する。なお、ここでの説明では、複数の対象者のそれぞれに指向性音Ｓを同時出力する場合を例示する。
【００３１】
まず、カメラ４により前方側を撮像して撮像画像を取得し、この撮像画像中にて対象者が検出されるか否か（対象者が存在するか否か）を判定する（Ｓ１，Ｓ２）。続いて、互いに異なる位置に存在する複数の対象者が検出された場合、カメラ４方向から当該複数の対象者への各角度を算出し、算出した角度情報を音声制御部５２及びスピーカ制御部５４へ出力する。
【００３２】
このとき、２人の対象者が検出された場合、第１対象者の角度を第１角度（θ１、φ１）として算出すると共に、第２対象者の角度を第２角度（θ２、φ２）として算出する。一方、３人以上の対象者が検出された場合、カメラ４から距離の近い２人を第１及び第２対象者として選定し、これら第１及び第２対象者の角度を第１角度（θ１、φ１）及び第２角度（θ２、φ２）として算出する（Ｓ３〜Ｓ６）。
【００３３】
続いて、音声制御部５２により、第１及び第２対象者の第１角度（θ１、φ１）及び第２角度（θ２、φ２）に基づいて、格納部５１に格納された音源データＤから音声信号Ｋを設定しスピーカ制御部５４へ入力する。具体的には、まず、第１角度（θ１、φ１）及び第２角度（θ２、φ２）が、予め設定された設定角度より小さいか否かの判定を行う（Ｓ７）。
【００３４】
上記Ｓ７において第１角度（θ１、φ１）が設定角度よりも小さい場合、第１対象者は子供であると判定し、子供用の音源データＤ１を選択し、当該音源データＤ１に搬送波Ｈ１を搬送波として周波数変調又は振幅変調をかけた第１音声信号Ｋ１を生成し、スピーカ制御部５４に入力する（Ｓ８）。一方、上記Ｓ７において第１角度（θ１、φ１）が設定角度以上の場合、第１対象者は大人であると判定し、大人用の第２音源データＤ２を選択し、当該第２音源データＤ２に搬送波Ｈ２を搬送波として周波数変調又は振幅変調をかけた第１音声信号Ｋ１を生成し、スピーカ制御部５４に入力する（Ｓ９）。
【００３５】
これに加え、上記Ｓ７において、第２角度（θ２、φ２）が設定角度よりも小さい場合、前述と同様に、第１音源データＤ１及び搬送波Ｈ１から第２音声信号Ｋ２を生成してスピーカ制御部５４に入力する一方、第２角度（θ２、φ２）が設定角度以上の場合、第２音源データＤ２及び搬送波Ｈ２から第２音声信号Ｋ２を生成してスピーカ制御部５４に入力する。
【００３６】
続いて、ΔΣ変調部５４ａにより、入力された音声信号ＫをΔΣ変調して音声信号Ｋに高速１ｂｉｔ信号処理を施す（Ｓ１０）。そして、高速１ｂｉｔ信号処理後の第１音声信号Ｋ１をモジュール５５ａの各位相シフト量加算部５４ｂへ分岐させて入力すると共に、高速１ｂｉｔ信号処理後の第２音声信号Ｋ２をモジュール５５ｂの各位相シフト量加算部５４ｂへ分岐させて入力する。
【００３７】
続いて、モジュール５５ａにおける各位相シフト量加算部５４ｂのそれぞれにより、カメラ４から入力された第１角度（θ１，φ１）及び第２角度（θ２，φ２）に応じてディレイタイムを算出し、当該ディレイタイムを第１音声信号Ｋ１に付加する。これと共に、モジュール５５ｂにおける各位相シフト量加算部５４ｂのそれぞれにより、カメラ４から入力された第１角度（θ１，φ１）及び第２角度（θ２，φ２）に応じてディレイタイムを算出し、当該ディレイタイムを第２音声信号Ｋ２に付加する（Ｓ１１）。
【００３８】
このディレイタイムは、複数の超音波トランスデューサ３１に異なる位相シフト量τを与えるものであって、複数の超音波トランスデューサ３１毎に互いに異なるよう算出される。位相シフト量τは、例えば下式（１）により求めることができる（図４参照）。例えば、複数の超音波トランスデューサ３１間の距離が１０ｍｍ、音速が３４３ｍ／ｓのときにおいて、１．４度の精度で指向性音Ｓの出力方向制御を行うためには、１／１．４ＭＨｚ＝７０９ｎｓの分解能でディレイタイムが付加される。
τ＝１／ｃ・cos（φ−atan（ｙ／ｘ））・cosθ・√（ｘ２＋ｙ２）…（１）
但し、ｃ：音速（定数）
ｘ：基準となる超音波トランスデューサから、ディレイタイムを加える当該超音波トランスデューサへのｘ方向の距離
ｙ：基準となる超音波トランスデューサから、ディレイタイムを加える当該超音波トランスデューサへのｙ方向の距離
【００３９】
続いて、合成部５４ｃにより、複数の超音波トランスデューサ３１それぞれについて、ディレイタイムが付加された第１及び第２音声信号Ｋ１、Ｋ２を合成して合成音声信号Ｋ３を生成し、この合成音声信号Ｋ３をアンプ３２を介して入力する（Ｓ１２）。そして、上記Ｓ１〜Ｓ１３の処理をループするよう繰り返し実行する。
【００４０】
その結果、第１対象者を追尾するように当該第１対象者に向けて、第１対象者が子供の場合には第１音源に係る指向性音Ｓが、又は第１対象者が大人の場合には第２音源に係る指向性音Ｓが出力される。加えて、第２対象者を追尾するように当該第２対象者に向けて、第２対象者が子供の場合には第１音源に係る指向性音Ｓが、又は第２対象者が大人の場合には第２音源に係る指向性音Ｓが出力される（Ｓ１３）。
【００４１】
他方、上記Ｓ１０〜Ｓ１３に合わせて、表示制御部５３により、スピーカ制御部５４に入力される音声信号Ｋに基づいて、超音波スピーカ３から出力される指向性音Ｓと同期するように映像データＤ３をディスプレイ２の画面２ａ上に表示させる。その結果、画面２ａ上に指向性音Ｓとシンクロしたかたちで映像が映される。
【００４２】
以上、本実施形態においては、カメラ４により認識された第１及び第２出力対象の角度（θ１、φ１），（θ２、φ２）に応じて、複数の超音波トランスデューサ３１に入力される各音声信号Ｋ１，Ｋ２にディレイタイムが付加され、第１音源データＤ１及び第２音源データＤ２の少なくとも一方に基づく指向性音Ｓの方向が可変される。つまり、多数の超音波トランスデューサ３１の位相を少しずつずらすことにより、指向性音Ｓの出力方向が所望にコントロールされる。
【００４３】
従って、本実施形態では、超音波スピーカ３自体を物理的に駆動すること無く、また、超音波スピーカ３を複数備えること無く、第１及び第２対象者を追尾するよう当該第１及び第２対象者のそれぞれに指向性音Ｓをピンポイントで出力することができる。よって、複数の対象者に対する場合であっても、簡易な構成で指向性音Ｓを精度よく出力することが可能となる。
【００４４】
ところで、例えばマルチビット信号等の音声信号にディレイタイムを付加する場合、指向性音Ｓの出力方向制御における角度分解能が低くなってしまう場合があり、かかる出力方向制御の精度が悪くなることがある。さらにこの場合、超音波トランスデューサ３１の数だけＤＡコンバータ等を用意する必要があり、構成が大規模・高価になることが懸念される。
【００４５】
これに対し、本実施形態では、上述したように、音声信号Ｋにディレイタイムを付加する前に、ΔΣ変調部５４ａによって音声信号Ｋに高速１ｂｉｔ信号処理を施すことから、次の作用効果が奏される。すなわち、高いサンプリング周波数（１．４ＭＨｚ以上）を使用することができ、ディレイタイムの時間分解能（つまり、指向性音Ｓの出力方向制御の角度分解能）を容易に高めることができる。また、１ｂｉｔ信号自体が音声信号のスペクトルを有するため、上記のように、非常に安価な汎用ロジックＩＣをアンプ３２として使用できると共に、音声信号Ｋをそのまま超音波トランスデューサ３１に入力して該超音波トランスデューサ３１を駆動することができる。よって、指向性音Ｓの出力に係る構成の低コスト化、小型化及び省電力化が可能となる。従って、ディレイタイムの高い時間分解能を、簡易な構成で容易に実現することが可能となる。
【００４６】
なお、本実施形態のように、超音波スピーカ３を用いる場合、超音波は指向性が鋭くて聞こえる幅が狭いことから、高い精度で指向性音Ｓの出力方向を角度指定する必要がある。この点において、本実施形態の高速１ｂｉｔ信号処理を施した音声信号Ｋは、特に有効なものとなる。
【００４７】
また、本実施形態では、上述したように、カメラ４により認識された第１及び第２対象者の角度（θ１、φ１），（θ２、φ２）から、第１及び第２対象者が大人であるか子供であるかを判定している、つまり、第１及び第２対象者の種別を判定している。そして、この判定結果に基づいて第１及び第２音源データＤ１，Ｄ２を選択して音声信号Ｋ１，Ｋ２を設定すると共に、第１及び第２対象者の角度（θ１、φ１），（θ２、φ２）に応じて第１及び第２音声信号Ｋ１，Ｋ２にディレイタイムを付加し、当該第１及び第２音声信号Ｋ１，Ｋ２を合成した合成音声信号Ｋ３を複数の超音波トランスデューサ３１のそれぞれに入力している。これにより、第１及び第２対象者の種別によって、音声信号Ｋ１，Ｋ２の基となる音源データＤを第１及び第２音源データＤ１，Ｄ２の間で変えることができ、第１対象者の種別に応じた指向性音Ｓを第１対象者に向けて出力すると共に、第２対象者の種別に応じた指向性音Ｓを第２対象者に向けて出力することができる。
【００４８】
また、本実施形態では、上述したように、表示制御部５３により、ディスプレイ２上に指向性音Ｓと同期するよう映像を表示させている。よって、映像や指向性音に対しての対象者の注目度合（関心度合）を高めることができる。なお、本実施形態では、映像データＤ３に代えて若しくは加えて画像（静止画）データが備えられ、映像に代えて若しくは加えて画像をディスプレイ２上に表示させる場合もある。
【００４９】
また、本実施形態では、上述したように、対象者が３人以上検出された場合、カメラ４からの距離が近い２人の対象者の角度（θ１、φ１），（θ２、φ２）に応じて音声信号Ｋにディレイタイムを付加している。これにより、複数の対象者から好適に選定された一部の対象者に向けて指向性音Ｓを出力することができると共に、コントローラ５における制御の煩雑さを抑制することが可能となる。
【００５０】
なお、本実施形態では、音響システム１をデジタルサイネージに適用しているが、これの他に、例えばマルチプレイヤーゲーム機、車載音響システム、ヘッドフォン等にも適用することができる。マルチプレイヤーゲーム機に適用した場合、複数のプレイヤーが動いている場合でも、当該プレイヤーに向けて異なった指向性音Ｓを出力することができる。また、車載音響システムに適用した場合、ドライバと乗員とに向けて異なった指向性音Ｓを出力することができる。また、ヘッドフォンに適用することで、使用者は耳に取り付けるパッドやイヤフォンを装着せずに音を聴き取ることが可能となり、煩わしさを解消して自由に体を動かすことができる。
【００５１】
ちなみに、指向性音Ｓを出力する出力対象は、本実施形態のように対象者（人）に限定されるものではなく、対象物（物）であってもよいし、人以外の動物や植物であってもよいし、これらの部位（箇所）であってもよい。
【００５２】
また、本実施形態のスピーカ制御部５４は、超音波スピーカ３からの指向性音Ｓの出力を好適に行うため、並設された複数の超音波トランスデューサ３１のうち対象者に近い一方側領域に並設された複数の超音波トランスデューサ３１に入力される音声信号Ｋにのみ当該対象者の角度に応じたディレイタイムを付加し、一方側領域における複数の超音波トランスデューサ３１のみから指向性音Ｓを出力させてもよい。例えば、超音波スピーカ３の左側で第１対象者が検出され、右側で第２対象者が検出された場合、複数の超音波トランスデューサ３１のうち左側領域に並ぶ複数の超音波トランスデューサ３１から指向性音Ｓを第１対象者に向けて出力すると共に、右側領域に並ぶ複数の超音波トランスデューサ３１から指向性音Ｓを第２対象者に向けて出力してもよい。
【００５３】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【００５４】
例えば、上記実施形態では、指向性音Ｓとして可聴音を出力しているが、指向性音Ｓは特に周波数制限されるものではなく、様々な周波数の音（音声）としてもよい。また、上記実施形態では、音声信号Ｋを高速１ｂｉｔ信号処理によって１ｂｉｔ信号へ変調しているが、かかる変調を行わず、音声信号Ｋをマルチビット信号のままとする場合もある。
【００５５】
また、上記実施形態では、出力対象を２つ（２人）として２方向に指向性音Ｓを出力しているが、理論上、出力対象を３つ以上として３方向以上の方向に指向性音Ｓを出力することもできる。さらには、出力対象を１つとして１方向のみに指向性音Ｓを出力することもできる。
【００５６】
また、上記実施形態では、音声信号Ｋを設定する際、音源データＤ及び搬送波Ｈをリアルタイム処理で生成しているが、音源データＤ及び搬送波Ｈを予め処理したものをメモリ等に保存していてもよい。また、出力対象認識手段としてカメラ４を用いているが、これに限定されず、例えばＰＩＲ（Passive Infrared Ray）等の人体検知センサを用いてもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、格納部５１に音源データＤ１，Ｄ２を格納し、これらの少なくとも一方に基づく指向性音Ｓを出力しているが、これに限定されるものではない。格納部５１に１つの音源データを格納して当該１つの音源データに基づく指向性音Ｓを出力してもよいし、格納部５１に３つ以上の音源データを格納して当該３つ以上の音源データの少なくとも１つに基づく指向性音Ｓを出力してもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１…音響システム、２…ディスプレイ（表示手段）、３…超音波スピーカ、４…カメラ（出力対象認識手段）、３１…超音波トランスデューサ、５１…格納部（格納手段）、５２…音声制御部（音声制御手段）、５３…表示制御部（表示制御手段）、５４…スピーカ制御部（スピーカ制御手段）、５４ａ…ΔΣ変調部（信号処理部）、Ｄ…音源データ（音源情報）、Ｄ１…第１音源データ（音源情報）、Ｄ２…第２音源データ（音源情報）、Ｋ…音声信号、Ｋ１…第１音声信号（音声信号）、Ｋ２…第２音声信号（音声信号）、Ｓ…指向性音。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばデジタルサイネージ等に用いられる音響システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の音響システムとしては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この音響システムでは、広告表示面の前方をカメラにより撮影し、その撮影画像の人物を対象者（出力対象）として検出する。そして、対象者の検出結果に基づいて超指向性スピーカ（超音波スピーカ）を支持するスピーカ台座を可動させることで、指向性を有する指向性音を超指向性スピーカから対象者に向けて出力することが図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−３９０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上記の音響システムにおいては、前述のように、出力対象に向けて指向性音を出力すべく超音波スピーカ自体を物理的に駆動することから、かかる駆動のための構造が必要となる。よって、音響システムの構成が複雑・煩雑になる虞があり、ひいては、音響システムの小型化及び省電力化が困難となってしまう。また、このように超音波スピーカを物理的に駆動する場合、複数の出力対象に指向性音を出力しようとすると、例えば超音波スピーカを複数備える必要があり、この点においても、音響システムの構成が複雑・煩雑になる虞がある。
【０００５】
そこで、本発明は、出力対象が複数の場合でも、簡易な構成で指向性音を出力対象に向けて出力することが可能な音響システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る音響システムは、マトリクス状に並設された複数の超音波トランスデューサを含んで構成され、指向性を有する指向性音を出力する超音波スピーカと、指向性音を出力する１又は複数の出力対象を認識するための出力対象認識手段と、出力対象認識手段による認識結果に基づいて、超音波スピーカから出力される指向性音の方向を少なくとも制御するスピーカ制御手段と、を備え、スピーカ制御手段は、出力対象認識手段で認識された１又は複数の出力対象の位置に関する情報に応じて、複数の超音波トランスデューサに入力される音声信号のそれぞれにディレイタイムを付加することにより、１又は複数の出力対象を追尾するよう当該出力対象に向けて、１又は複数の音源情報に基づく前記指向性音を出力させること、を特徴とする。
【０００７】
この本発明の音響システムでは、出力対象認識手段により１又は複数の出力対象が認識され、そして、認識された１又は複数の出力対象の位置に応じて、複数の超音波トランスデューサに入力される各音声信号にディレイタイム（位相シフト量）が付加される。これにより、１又は複数の出力対象を追尾するよう当該出力対象に向けて、１又は複数の音源情報に基づく指向性音がピンポイントで出力されることとなる。従って、本発明では、複数の出力対象に対する場合であっても、指向性音の出力を簡易な構成で実現することが可能となる。
【０００８】
また、スピーカ制御手段は、音声信号にディレイタイムを付加する前に音声信号に高速１ｂｉｔ信号処理を施す信号処理部を含んで構成されていることが好ましい。この場合、例えばｍｕｌｔｉ−ｂｉｔ信号等の音声信号にディレイタイムを付加する場合に比べ、ディレイタイムの高い時間分解能（つまり、指向性音の出力方向制御における高い角度分解能）を、簡易な構成で容易に実現することができる。
【０００９】
また、１又は複数の音源情報を少なくとも格納する格納手段と、音声信号の内容を制御する音声制御手段と、を備え、音声制御手段は、出力対象認識手段による認識結果に基づいて１又は複数の出力対象の種別を判定し、判定した種別に応じて格納手段における１又は複数の音源情報から一の音源情報を選択し、選択した一の音源情報により音声信号を設定することが好ましい。この場合、出力対象の種別によって音声信号を変えることが可能となる。
【００１０】
また、１又は複数の出力対象の位置に関する情報は、１又は複数の出力対象の基準方向からの角度である場合がある。また、出力対象は、人である場合がある。
【００１１】
また、映像又は画像を表示させる表示手段と、表示手段の動作を制御する表示制御手段と、を備え、表示制御手段は、表示手段で表示させる映像又は画像を、超音波スピーカから出力される指向性音と同期するように表示させることが好ましい。これにより、例えば出力対象が人等の場合において、映像又は画像や指向性音に対しての出力対象の注目度合（関心度合）を高めることができる。
【００１２】
また、出力対象は、複数存在する場合がある。この場合、スピーカ制御手段は、複数の出力対象のうち出力対象認識手段からの距離が近い一部の出力対象の位置に関する情報に応じて、複数の超音波トランスデューサに入力される音声信号のそれぞれにディレイタイムを付加することが好ましい。これにより、好適に選定された複数の出力対象に向けて指向性音を出力できると共に、スピーカ制御手段による制御の煩雑さを抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、出力対象が複数の場合でも、簡易な構成で指向性音を出力対象に向けて出力することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る音響システムを示す正面図である。
【図２】図１の音響システムを示す概略構成図である。
【図３】図１の音響システムの動作を示すフローチャートである。
【図４】指向性音の方向と位相シフト量との関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、「上」「下」「左」「右」の語は、図面に示す状態に基づいており、便宜的なものである。
【００１６】
図１は本発明の一実施形態に係る音響システムを示す正面図、図２は図１の音響システムを示す概略構成図である。本実施形態の音響システムは、音声を映像と共に出力する広告媒体としてのデジタルサイネージ等に用いられるものである。この音響システムは、特定方向に対し強く音波（音）を伝播させる性質である指向性を有する指向性音を、１又は複数の対象者（出力対象）に向けて出力する。
【００１７】
図１，２に示すように、音響システム１は、ディスプレイ２、超音波スピーカ３、カメラ４、及びコントローラ５を備えている。ディスプレイ２は、その前面の画面２ａに映像（動画）を表示させる表示手段である。ディスプレイ２としては、特に限定されるものではなく、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等の種々の装置を用いることができる。
【００１８】
超音波スピーカ３は、超音波を用いて鋭い指向性を有する指向性音Ｓを出力するものであり、ディスプレイ２の下方に配置されている。この超音波スピーカ３は、複数の超音波トランスデューサ３１と、複数のアンプ３２と、を有している。超音波トランスデューサ３１は、超音波を発する素子であり、ここでは、発した超音波を空気によって復調させて可聴音を再生させる。超音波トランスデューサ３１としては、例えば圧電セラミック素子等が用いられている。なお、可聴音の周波数域は、通常、約２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚとされている。
【００１９】
これら複数の超音波トランスデューサ３１は、前方視において、前方に向けて超音波を発する姿勢でマトリクス状に並設（換言すると、縦方向及び横方向に並ぶよう配設）されている。すなわち、超音波スピーカ３にあっては、複数の超音波トランスデューサ３１が平面状に並設されたパラメトリックアレイを構成し、超指向性を有するビーム状の可聴音としての指向性音Ｓを、１又は複数の対象者に向けて出力する。
【００２０】
アンプ３２は、複数の超音波トランスデューサ３１に入力される音声信号を増幅するものであり、超音波トランスデューサ３１の数と同じ数だけ（換言すると、複数の超音波トランスデューサ３１毎に）設けられている。ここでは、後述するように音声信号に高速１ｂｉｔ信号処理が施されていることから、アンプ３２は、汎用ロジックＩＣ（Integrated Circuit）を用いたクラスＤアンプとされている。
【００２１】
カメラ４は、対象者を認識するための装置であり、ディスプレイ２の上方において左右方向の中央部に配置されている（図１参照）。このカメラ４は、機能的な構成要素として、撮像部４１と、角度算出部４２と、を有している。撮像部４１は、カメラ４の前方側を撮像し、撮像画像から対象者を検出するためのものである。この撮像部４１における対象者検出手法としては、顔認識アルゴリズムに基づくパターンマッチング手法等を採用してもよいし、その他の一般的な手法を採用してもよい。角度算出部４２は、撮像部４１で対象者を検出した場合、カメラ４方向（つまり、カメラ４のレンズの光軸に沿った方向：基準方向）からの対象者の角度（以下、単に「対象者の角度」ともいう）を位置に関する情報として算出し、この算出した角度を認識結果としてコントローラ５へ入力する。
【００２２】
コントローラ５は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等から構成されており、機能的な構成要素として、格納部（格納手段）５１と、音声制御部（音声制御手段）５２と、表示制御部（表示制御手段）５３と、スピーカ制御部（スピーカ制御手段）５４と、を有している。
【００２３】
格納部５１は、可聴音の音源データ（音源情報）Ｄと、音声信号Ｋを生成するために音源データＤにかけ合わされる超音波領域（例えば、４０ｋＨｚ）の搬送波Ｈと、を格納するものである。ここでの格納部５１は、対象者の種別毎に関連づけられた第１及び第２音源データＤ１，Ｄ２と、第１及び第２音源データＤ１，Ｄ２それぞれにかけ合わされる搬送波Ｈ１，Ｈ２と、を格納する。なお、本実施形態では、第１音源データＤ１は子供向け音源データとされ、第２音源データＤ２は大人向け音源データとされている。
【００２４】
音声制御部５２は、カメラ４により認識された対象者の種別に基づいて音声信号Ｋの内容を制御する。具体的には、音声制御部５２は、カメラ４で認識された対象者の角度に応じて格納部５１に格納された音源データＤから一の音源データＤを選択し、選択した音源データＤに搬送波Ｈをかけ合わせて音声信号Ｋを生成・設定し、当該音声信号Ｋをスピーカ制御部５４へ入力する。
【００２５】
表示制御部５３は、ディスプレイ２の動作を制御する。具体的には、表示制御部５３は、スピーカ制御部５４に入力される音声信号Ｋに基づいて、超音波スピーカ３から出力される指向性音Ｓと同期（シンクロ）するように映像データＤ３をディスプレイ２の画面２ａ上に表示させる。
【００２６】
スピーカ制御部５４は、カメラ４による対象者の認識結果に基づいて、超音波スピーカ３から出力される指向性音Ｓの方向を制御する。このスピーカ制御部５４は、ΔΣ変調部（信号処理部）５４ａ、複数の位相シフト量加算部５４ｂ、及び複数の合成部５４ｃを含んで構成されている。ΔΣ変調部５４ａは、入力された音声信号をΔΣ変調することにより当該音声信号Ｋに高速１ｂｉｔ信号処理を施す。このΔΣ変調部５４ａは、処理後の音声信号Ｋを複数の位相シフト量加算部５４ｂへ分岐させて入力する。
【００２７】
複数の位相シフト量加算部５４ｂは、カメラ４で認識された対象者の角度に応じて、複数の超音波トランスデューサ３１それぞれに互いに異なる位相シフト量（位相のズレ）を加算する。すなわち、位相シフト量加算部５４ｂは、超音波スピーカ３から対象者に向けて指向性音Ｓを出力させるべく、複数の超音波トランスデューサ３１に入力される高速１ｂｉｔ信号処理後の音声信号Ｋそれぞれについて、対象者の角度に応じて互いに異なる長さを有するディレイタイムを算出する。そして、算出した各ディレイタイムを当該音声信号それぞれに付加する。
【００２８】
これら複数の位相シフト量加算部５４ｂは、複数の超音波トランスデューサ３１毎に設けられていると共に、モジュール５５としてモジュール化されている。モジュール５５は、格納部５１に格納される音源データＤの数だけ複数設けられている。ここでは、モジュール５５は、２つのモジュール５５ａ，５５ｂを有している。
【００２９】
複数の合成部５４ｃは、複数の超音波トランスデューサ３１毎に設けられている。この合成部５４ｃは、モジュール５５ａの複数の位相シフト量加算部５４ｂによりディレイタイムが付加された音声信号Ｋと、モジュール５５ｂの複数の位相シフト量加算部５４ｂによりディレイタイムが付加された音声信号Ｋと、を合成して合成音声信号Ｋ３を生成し、この合成音声信号Ｋ３をアンプ３２へ入力する。
【００３０】
次に、上述した音響システム１を用いて対象者に指向性音Ｓを出力する場合について、図３に示すフローチャートを参照しつつ詳細に説明する。なお、ここでの説明では、複数の対象者のそれぞれに指向性音Ｓを同時出力する場合を例示する。
【００３１】
まず、カメラ４により前方側を撮像して撮像画像を取得し、この撮像画像中にて対象者が検出されるか否か（対象者が存在するか否か）を判定する（Ｓ１，Ｓ２）。続いて、互いに異なる位置に存在する複数の対象者が検出された場合、カメラ４方向から当該複数の対象者への各角度を算出し、算出した角度情報を音声制御部５２及びスピーカ制御部５４へ出力する。
【００３２】
このとき、２人の対象者が検出された場合、第１対象者の角度を第１角度（θ１、φ１）として算出すると共に、第２対象者の角度を第２角度（θ２、φ２）として算出する。一方、３人以上の対象者が検出された場合、カメラ４から距離の近い２人を第１及び第２対象者として選定し、これら第１及び第２対象者の角度を第１角度（θ１、φ１）及び第２角度（θ２、φ２）として算出する（Ｓ３〜Ｓ６）。
【００３３】
続いて、音声制御部５２により、第１及び第２対象者の第１角度（θ１、φ１）及び第２角度（θ２、φ２）に基づいて、格納部５１に格納された音源データＤから音声信号Ｋを設定しスピーカ制御部５４へ入力する。具体的には、まず、第１角度（θ１、φ１）及び第２角度（θ２、φ２）が、予め設定された設定角度より小さいか否かの判定を行う（Ｓ７）。
【００３４】
上記Ｓ７において第１角度（θ１、φ１）が設定角度よりも小さい場合、第１対象者は子供であると判定し、子供用の音源データＤ１を選択し、当該音源データＤ１に搬送波Ｈ１を搬送波として周波数変調又は振幅変調をかけた第１音声信号Ｋ１を生成し、スピーカ制御部５４に入力する（Ｓ８）。一方、上記Ｓ７において第１角度（θ１、φ１）が設定角度以上の場合、第１対象者は大人であると判定し、大人用の第２音源データＤ２を選択し、当該第２音源データＤ２に搬送波Ｈ２を搬送波として周波数変調又は振幅変調をかけた第１音声信号Ｋ１を生成し、スピーカ制御部５４に入力する（Ｓ９）。
【００３５】
これに加え、上記Ｓ７において、第２角度（θ２、φ２）が設定角度よりも小さい場合、前述と同様に、第１音源データＤ１及び搬送波Ｈ１から第２音声信号Ｋ２を生成してスピーカ制御部５４に入力する一方、第２角度（θ２、φ２）が設定角度以上の場合、第２音源データＤ２及び搬送波Ｈ２から第２音声信号Ｋ２を生成してスピーカ制御部５４に入力する。
【００３６】
続いて、ΔΣ変調部５４ａにより、入力された音声信号ＫをΔΣ変調して音声信号Ｋに高速１ｂｉｔ信号処理を施す（Ｓ１０）。そして、高速１ｂｉｔ信号処理後の第１音声信号Ｋ１をモジュール５５ａの各位相シフト量加算部５４ｂへ分岐させて入力すると共に、高速１ｂｉｔ信号処理後の第２音声信号Ｋ２をモジュール５５ｂの各位相シフト量加算部５４ｂへ分岐させて入力する。
【００３７】
続いて、モジュール５５ａにおける各位相シフト量加算部５４ｂのそれぞれにより、カメラ４から入力された第１角度（θ１，φ１）及び第２角度（θ２，φ２）に応じてディレイタイムを算出し、当該ディレイタイムを第１音声信号Ｋ１に付加する。これと共に、モジュール５５ｂにおける各位相シフト量加算部５４ｂのそれぞれにより、カメラ４から入力された第１角度（θ１，φ１）及び第２角度（θ２，φ２）に応じてディレイタイムを算出し、当該ディレイタイムを第２音声信号Ｋ２に付加する（Ｓ１１）。
【００３８】
このディレイタイムは、複数の超音波トランスデューサ３１に異なる位相シフト量τを与えるものであって、複数の超音波トランスデューサ３１毎に互いに異なるよう算出される。位相シフト量τは、例えば下式（１）により求めることができる（図４参照）。例えば、複数の超音波トランスデューサ３１間の距離が１０ｍｍ、音速が３４３ｍ／ｓのときにおいて、１．４度の精度で指向性音Ｓの出力方向制御を行うためには、１／１．４ＭＨｚ＝７０９ｎｓの分解能でディレイタイムが付加される。
τ＝１／ｃ・cos（φ−atan（ｙ／ｘ））・cosθ・√（ｘ２＋ｙ２）…（１）
但し、ｃ：音速（定数）
ｘ：基準となる超音波トランスデューサから、ディレイタイムを加える当該超音波トランスデューサへのｘ方向の距離
ｙ：基準となる超音波トランスデューサから、ディレイタイムを加える当該超音波トランスデューサへのｙ方向の距離
【００３９】
続いて、合成部５４ｃにより、複数の超音波トランスデューサ３１それぞれについて、ディレイタイムが付加された第１及び第２音声信号Ｋ１、Ｋ２を合成して合成音声信号Ｋ３を生成し、この合成音声信号Ｋ３をアンプ３２を介して入力する（Ｓ１２）。そして、上記Ｓ１〜Ｓ１３の処理をループするよう繰り返し実行する。
【００４０】
その結果、第１対象者を追尾するように当該第１対象者に向けて、第１対象者が子供の場合には第１音源に係る指向性音Ｓが、又は第１対象者が大人の場合には第２音源に係る指向性音Ｓが出力される。加えて、第２対象者を追尾するように当該第２対象者に向けて、第２対象者が子供の場合には第１音源に係る指向性音Ｓが、又は第２対象者が大人の場合には第２音源に係る指向性音Ｓが出力される（Ｓ１３）。
【００４１】
他方、上記Ｓ１０〜Ｓ１３に合わせて、表示制御部５３により、スピーカ制御部５４に入力される音声信号Ｋに基づいて、超音波スピーカ３から出力される指向性音Ｓと同期するように映像データＤ３をディスプレイ２の画面２ａ上に表示させる。その結果、画面２ａ上に指向性音Ｓとシンクロしたかたちで映像が映される。
【００４２】
以上、本実施形態においては、カメラ４により認識された第１及び第２出力対象の角度（θ１、φ１），（θ２、φ２）に応じて、複数の超音波トランスデューサ３１に入力される各音声信号Ｋ１，Ｋ２にディレイタイムが付加され、第１音源データＤ１及び第２音源データＤ２の少なくとも一方に基づく指向性音Ｓの方向が可変される。つまり、多数の超音波トランスデューサ３１の位相を少しずつずらすことにより、指向性音Ｓの出力方向が所望にコントロールされる。
【００４３】
従って、本実施形態では、超音波スピーカ３自体を物理的に駆動すること無く、また、超音波スピーカ３を複数備えること無く、第１及び第２対象者を追尾するよう当該第１及び第２対象者のそれぞれに指向性音Ｓをピンポイントで出力することができる。よって、複数の対象者に対する場合であっても、簡易な構成で指向性音Ｓを精度よく出力することが可能となる。
【００４４】
ところで、例えばマルチビット信号等の音声信号にディレイタイムを付加する場合、指向性音Ｓの出力方向制御における角度分解能が低くなってしまう場合があり、かかる出力方向制御の精度が悪くなることがある。さらにこの場合、超音波トランスデューサ３１の数だけＤＡコンバータ等を用意する必要があり、構成が大規模・高価になることが懸念される。
【００４５】
これに対し、本実施形態では、上述したように、音声信号Ｋにディレイタイムを付加する前に、ΔΣ変調部５４ａによって音声信号Ｋに高速１ｂｉｔ信号処理を施すことから、次の作用効果が奏される。すなわち、高いサンプリング周波数（１．４ＭＨｚ以上）を使用することができ、ディレイタイムの時間分解能（つまり、指向性音Ｓの出力方向制御の角度分解能）を容易に高めることができる。また、１ｂｉｔ信号自体が音声信号のスペクトルを有するため、上記のように、非常に安価な汎用ロジックＩＣをアンプ３２として使用できると共に、音声信号Ｋをそのまま超音波トランスデューサ３１に入力して該超音波トランスデューサ３１を駆動することができる。よって、指向性音Ｓの出力に係る構成の低コスト化、小型化及び省電力化が可能となる。従って、ディレイタイムの高い時間分解能を、簡易な構成で容易に実現することが可能となる。
【００４６】
なお、本実施形態のように、超音波スピーカ３を用いる場合、超音波は指向性が鋭くて聞こえる幅が狭いことから、高い精度で指向性音Ｓの出力方向を角度指定する必要がある。この点において、本実施形態の高速１ｂｉｔ信号処理を施した音声信号Ｋは、特に有効なものとなる。
【００４７】
また、本実施形態では、上述したように、カメラ４により認識された第１及び第２対象者の角度（θ１、φ１），（θ２、φ２）から、第１及び第２対象者が大人であるか子供であるかを判定している、つまり、第１及び第２対象者の種別を判定している。そして、この判定結果に基づいて第１及び第２音源データＤ１，Ｄ２を選択して音声信号Ｋ１，Ｋ２を設定すると共に、第１及び第２対象者の角度（θ１、φ１），（θ２、φ２）に応じて第１及び第２音声信号Ｋ１，Ｋ２にディレイタイムを付加し、当該第１及び第２音声信号Ｋ１，Ｋ２を合成した合成音声信号Ｋ３を複数の超音波トランスデューサ３１のそれぞれに入力している。これにより、第１及び第２対象者の種別によって、音声信号Ｋ１，Ｋ２の基となる音源データＤを第１及び第２音源データＤ１，Ｄ２の間で変えることができ、第１対象者の種別に応じた指向性音Ｓを第１対象者に向けて出力すると共に、第２対象者の種別に応じた指向性音Ｓを第２対象者に向けて出力することができる。
【００４８】
また、本実施形態では、上述したように、表示制御部５３により、ディスプレイ２上に指向性音Ｓと同期するよう映像を表示させている。よって、映像や指向性音に対しての対象者の注目度合（関心度合）を高めることができる。なお、本実施形態では、映像データＤ３に代えて若しくは加えて画像（静止画）データが備えられ、映像に代えて若しくは加えて画像をディスプレイ２上に表示させる場合もある。
【００４９】
また、本実施形態では、上述したように、対象者が３人以上検出された場合、カメラ４からの距離が近い２人の対象者の角度（θ１、φ１），（θ２、φ２）に応じて音声信号Ｋにディレイタイムを付加している。これにより、複数の対象者から好適に選定された一部の対象者に向けて指向性音Ｓを出力することができると共に、コントローラ５における制御の煩雑さを抑制することが可能となる。
【００５０】
なお、本実施形態では、音響システム１をデジタルサイネージに適用しているが、これの他に、例えばマルチプレイヤーゲーム機、車載音響システム、ヘッドフォン等にも適用することができる。マルチプレイヤーゲーム機に適用した場合、複数のプレイヤーが動いている場合でも、当該プレイヤーに向けて異なった指向性音Ｓを出力することができる。また、車載音響システムに適用した場合、ドライバと乗員とに向けて異なった指向性音Ｓを出力することができる。また、ヘッドフォンに適用することで、使用者は耳に取り付けるパッドやイヤフォンを装着せずに音を聴き取ることが可能となり、煩わしさを解消して自由に体を動かすことができる。
【００５１】
ちなみに、指向性音Ｓを出力する出力対象は、本実施形態のように対象者（人）に限定されるものではなく、対象物（物）であってもよいし、人以外の動物や植物であってもよいし、これらの部位（箇所）であってもよい。
【００５２】
また、本実施形態のスピーカ制御部５４は、超音波スピーカ３からの指向性音Ｓの出力を好適に行うため、並設された複数の超音波トランスデューサ３１のうち対象者に近い一方側領域に並設された複数の超音波トランスデューサ３１に入力される音声信号Ｋにのみ当該対象者の角度に応じたディレイタイムを付加し、一方側領域における複数の超音波トランスデューサ３１のみから指向性音Ｓを出力させてもよい。例えば、超音波スピーカ３の左側で第１対象者が検出され、右側で第２対象者が検出された場合、複数の超音波トランスデューサ３１のうち左側領域に並ぶ複数の超音波トランスデューサ３１から指向性音Ｓを第１対象者に向けて出力すると共に、右側領域に並ぶ複数の超音波トランスデューサ３１から指向性音Ｓを第２対象者に向けて出力してもよい。
【００５３】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【００５４】
例えば、上記実施形態では、指向性音Ｓとして可聴音を出力しているが、指向性音Ｓは特に周波数制限されるものではなく、様々な周波数の音（音声）としてもよい。また、上記実施形態では、音声信号Ｋを高速１ｂｉｔ信号処理によって１ｂｉｔ信号へ変調しているが、かかる変調を行わず、音声信号Ｋをマルチビット信号のままとする場合もある。
【００５５】
また、上記実施形態では、出力対象を２つ（２人）として２方向に指向性音Ｓを出力しているが、理論上、出力対象を３つ以上として３方向以上の方向に指向性音Ｓを出力することもできる。さらには、出力対象を１つとして１方向のみに指向性音Ｓを出力することもできる。
【００５６】
また、上記実施形態では、音声信号Ｋを設定する際、音源データＤ及び搬送波Ｈをリアルタイム処理で生成しているが、音源データＤ及び搬送波Ｈを予め処理したものをメモリ等に保存していてもよい。また、出力対象認識手段としてカメラ４を用いているが、これに限定されず、例えばＰＩＲ（Passive Infrared Ray）等の人体検知センサを用いてもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、格納部５１に音源データＤ１，Ｄ２を格納し、これらの少なくとも一方に基づく指向性音Ｓを出力しているが、これに限定されるものではない。格納部５１に１つの音源データを格納して当該１つの音源データに基づく指向性音Ｓを出力してもよいし、格納部５１に３つ以上の音源データを格納して当該３つ以上の音源データの少なくとも１つに基づく指向性音Ｓを出力してもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１…音響システム、２…ディスプレイ（表示手段）、３…超音波スピーカ、４…カメラ（出力対象認識手段）、３１…超音波トランスデューサ、５１…格納部（格納手段）、５２…音声制御部（音声制御手段）、５３…表示制御部（表示制御手段）、５４…スピーカ制御部（スピーカ制御手段）、５４ａ…ΔΣ変調部（信号処理部）、Ｄ…音源データ（音源情報）、Ｄ１…第１音源データ（音源情報）、Ｄ２…第２音源データ（音源情報）、Ｋ…音声信号、Ｋ１…第１音声信号（音声信号）、Ｋ２…第２音声信号（音声信号）、Ｓ…指向性音。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス状に並設された複数の超音波トランスデューサを含んで構成され、指向性を有する指向性音を出力する超音波スピーカと、
前記指向性音を出力する１又は複数の出力対象を認識するための出力対象認識手段と、
前記出力対象認識手段による認識結果に基づいて、前記超音波スピーカから出力される前記指向性音の方向を少なくとも制御するスピーカ制御手段と、を備え、
前記スピーカ制御手段は、
前記出力対象認識手段で認識された１又は複数の前記出力対象の位置に関する情報に応じて、複数の前記超音波トランスデューサに入力される音声信号のそれぞれにディレイタイムを付加することにより、１又は複数の前記出力対象を追尾するよう当該出力対象に向けて、１又は複数の音源情報に基づく前記指向性音を出力させること、を特徴とする音響システム。
【請求項２】
前記スピーカ制御手段は、前記音声信号に前記ディレイタイムを付加する前に前記音声信号に高速１ｂｉｔ信号処理を施す信号処理部を含んで構成されていること、を特徴とする請求項１記載の音響システム。
【請求項３】
１又は複数の前記音源情報を少なくとも格納する格納手段と、
前記音声信号の内容を制御する音声制御手段と、を備え、
前記音声制御手段は、
前記出力対象認識手段による認識結果に基づいて１又は複数の出力対象の種別を判定し、判定した前記種別に応じて前記格納手段における１又は複数の前記音源情報から一の音源情報を選択し、選択した一の前記音源情報により前記音声信号を設定すること、を特徴とする請求項１又は２記載の音響システム。
【請求項４】
前記出力対象は、人であること、を特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載の音響システム。
【請求項５】
１又は複数の前記出力対象の位置に関する情報は、１又は複数の前記出力対象の基準方向からの角度であること、を特徴とする請求項１〜４の何れか一項記載の音響システム。
【請求項６】
映像又は画像を表示させる表示手段と、
前記表示手段の動作を制御する表示制御手段と、を備え、
前記表示制御手段は、
前記表示手段で表示させる前記映像又は画像を、前記超音波スピーカから出力される前記指向性音と同期するように表示させること、を特徴とする請求項１〜５の何れか一項記載の音響システム。
【請求項７】
前記出力対象は、複数存在すること、を特徴とする請求項１〜６の何れか一項記載の音響システム。
【請求項８】
前記スピーカ制御手段は、
複数の前記出力対象のうち前記出力対象認識手段からの距離が近い一部の出力対象の位置に関する情報に応じて、複数の前記超音波トランスデューサに入力される前記音声信号のそれぞれにディレイタイムを付加すること、を特徴とする請求項７記載の音響システム。
【請求項１】
マトリクス状に並設された複数の超音波トランスデューサを含んで構成され、指向性を有する指向性音を出力する超音波スピーカと、
前記指向性音を出力する１又は複数の出力対象を認識するための出力対象認識手段と、
前記出力対象認識手段による認識結果に基づいて、前記超音波スピーカから出力される前記指向性音の方向を少なくとも制御するスピーカ制御手段と、を備え、
前記スピーカ制御手段は、
前記出力対象認識手段で認識された１又は複数の前記出力対象の位置に関する情報に応じて、複数の前記超音波トランスデューサに入力される音声信号のそれぞれにディレイタイムを付加することにより、１又は複数の前記出力対象を追尾するよう当該出力対象に向けて、１又は複数の音源情報に基づく前記指向性音を出力させること、を特徴とする音響システム。
【請求項２】
前記スピーカ制御手段は、前記音声信号に前記ディレイタイムを付加する前に前記音声信号に高速１ｂｉｔ信号処理を施す信号処理部を含んで構成されていること、を特徴とする請求項１記載の音響システム。
【請求項３】
１又は複数の前記音源情報を少なくとも格納する格納手段と、
前記音声信号の内容を制御する音声制御手段と、を備え、
前記音声制御手段は、
前記出力対象認識手段による認識結果に基づいて１又は複数の出力対象の種別を判定し、判定した前記種別に応じて前記格納手段における１又は複数の前記音源情報から一の音源情報を選択し、選択した一の前記音源情報により前記音声信号を設定すること、を特徴とする請求項１又は２記載の音響システム。
【請求項４】
前記出力対象は、人であること、を特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載の音響システム。
【請求項５】
１又は複数の前記出力対象の位置に関する情報は、１又は複数の前記出力対象の基準方向からの角度であること、を特徴とする請求項１〜４の何れか一項記載の音響システム。
【請求項６】
映像又は画像を表示させる表示手段と、
前記表示手段の動作を制御する表示制御手段と、を備え、
前記表示制御手段は、
前記表示手段で表示させる前記映像又は画像を、前記超音波スピーカから出力される前記指向性音と同期するように表示させること、を特徴とする請求項１〜５の何れか一項記載の音響システム。
【請求項７】
前記出力対象は、複数存在すること、を特徴とする請求項１〜６の何れか一項記載の音響システム。
【請求項８】
前記スピーカ制御手段は、
複数の前記出力対象のうち前記出力対象認識手段からの距離が近い一部の出力対象の位置に関する情報に応じて、複数の前記超音波トランスデューサに入力される前記音声信号のそれぞれにディレイタイムを付加すること、を特徴とする請求項７記載の音響システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１７５１６２（Ｐ２０１２−１７５１６２Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３２１４７（Ｐ２０１１−３２１４７）
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（８９９００００６８）学校法人早稲田大学 (602)
【出願人】（５９９１２６８００）株式会社エムティーアイ (17)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（８９９００００６８）学校法人早稲田大学 (602)
【出願人】（５９９１２６８００）株式会社エムティーアイ (17)
【Ｆターム（参考）】
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