(57)【要約】【課題】直接音のみによるシミュレーションよりも高精度に音圧レベルを算出できるようにし、更には入力作業に要する手間を軽減しつつ、音圧レベルを算出するまでの演算時間を短くして音響シミュレーションを効率的に行うことができるようにする。【解決手段】音響シミュレーション装置２は、スピーカ装置１８が設置される室内の総表面積と、その室内における平均吸音率との入力を受け付ける入力受付部３１と、スピーカ装置１８から受音点に向かって直接伝播する直接音の音圧レベルを算出する第１の音圧レベル算出部３３と、入力受付部３１によって受け付けられた総表面積と平均吸音率とに基づいて、スピーカ装置１８から室内に拡散する拡散音の音圧レベルを算出する第２の音圧レベル算出部３４と、直接音の音圧レベルと拡散音の音圧レベルとに基づいて受音点での音圧レベルを算出する第３の音圧レベル算出部３５とを備える構成である。【選択図】図４
2010181824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内に設けられる音源から音が発せられる場合の前記室内における所定の受音点での音圧レベルを演算によって算出する音響シミュレーション装置であって、
前記室内の総表面積と、前記室内における平均吸音率との入力を受け付ける入力受付手段と、
前記音源から前記受音点に向かって直接伝播する直接音の音圧レベルを算出する第１の音圧レベル算出手段と、
前記入力受付手段によって受け付けられた前記総表面積と前記平均吸音率とに基づいて、前記音源から前記室内に拡散する拡散音の音圧レベルを算出する第２の音圧レベル算出手段と、
前記第１の音圧レベル算出手段で算出される直接音の音圧レベルと、前記第２の音圧レベル算出手段で算出される拡散音の音圧レベルとに基づいて前記受音点での音圧レベルを算出する第３の音圧レベル算出手段と、
を備えることを特徴とする音響シミュレーション装置。
【請求項２】
前記平均吸音率に関する複数種類のデータを予め記憶しておく記憶手段をさらに備え、
前記入力受付手段は、前記記憶手段に記憶された前記複数種類のデータの中から一のデータの選択を受け付けることを特徴とする請求項１記載の音響シミュレーション装置。
【請求項３】
前記第３の音圧レベル算出手段で算出される前記受音点での音圧レベルに基づいて、前記音源を制御するための制御パラメータを決定し、前記受音点での音圧レベルが所定レベルとなるように制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２記載の音響シミュレーション装置。
【請求項４】
前記音源は、音の指向性を制御可能なアレイスピーカであり、
前記第１および第２の音圧レベル算出手段は、前記アレイスピーカの指向性を制御するための複数の制御パターンに基づいて音圧レベルを算出し、
前記第３の音圧レベル算出手段は、前記複数の制御パターンのそれぞれについて前記受音点での音圧レベルを算出し、
前記制御手段は、前記複数の制御パターンのそれぞれを適用して算出された前記受音点での音圧レベルが略同一レベルとなるように制御することを特徴とする請求項３記載の音響シミュレーション装置。
【請求項５】
情報処理装置によって実行され、前記情報処理装置に、室内に設けられる音源から音が発せられる場合の前記室内における所定の受音点での音圧レベルを演算する処理を行わせる音響シミュレーションプログラムであって、
前記情報処理装置に、
前記室内の総表面積と、前記室内における平均吸音率との入力を受け付ける入力受付ステップと、
前記音源から前記受音点に向かって直接伝播する直接音の音圧レベルを算出する第１の音圧レベル算出ステップと、
前記入力受付ステップにおいて受け付けられた前記総表面積と前記平均吸音率とに基づいて、前記音源から前記室内に拡散する拡散音の音圧レベルを算出する第２の音圧レベル算出ステップと、
前記第１の音圧レベル算出ステップで算出される直接音の音圧レベルと、前記第２の音圧レベル算出ステップで算出される拡散音の音圧レベルとを加算することにより前記受音点での音圧レベルを算出する第３の音圧レベル算出ステップと、
を実行させることを特徴とする音響シミュレーションプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、室内に設けられる音源から発せられる音が、所定の受音点においてどのような音圧レベルとなるかを演算によって算出する音響シミュレーション装置および音響シミュレーションプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ホールなどの室内にスピーカなどの音源を設置する場合、特定の受音点での音圧レベルや周波数特性などを解析するため、コンピュータを用いた音響シミュレーションが行われている（例えば特許文献１）。このような音響シミュレーションにおける演算手法のひとつとして、音源から受音点に向かって直接伝播する直接音のみを考慮して音圧レベルを算出するものがある。しかし、音源が室内に設置される場合、実際には壁面などで１回以上反射する反射音も受音点に到達するため、直接音のみによるシミュレーションでは、実際の音圧レベルよりも小さなレベルとなって算出される傾向があり、正確な音圧レベルを求めることができない。
【０００３】
一方、音響シミュレーションにおける他の演算手法として、直接音だけでなく、壁面などで１回以上反射する反射音も考慮した演算を行う幾何音響シミュレーションがある。幾何音響シミュレーションでは、音源が設置される室内の三次元形状データと、各壁面などの周波数ごとの吸音率とを予め入力することにより、室内の各壁面や天井、床面などで少なくとも１回反射して受音点に到達する全ての反射音を算出してシミュレーションを行うので、より正確な音圧レベルを求めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−８３７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、幾何音響シミュレーションの場合、室内の三次元形状データを入力する際、各壁面の位置や形状などを正確に入力していく必要があるため、この入力作業に多大な工数がかかる。加えて、各壁面や天井、床面などの周波数ごとの吸音率も同時に入力していく必要があるため、シミュレーションを開始するまでの入力作業に長期間を要することもある。例えばこのような入力作業に数日〜数週間程度を要することもあり、幾何音響シミュレーションを行う場合の大きな問題点となっている。
【０００６】
また幾何音響シミュレーションにおける演算処理では、上記のようにして入力された三次元形状データと各壁面における吸音率とに基づいて一つ一つの反射音を算出していき、最終的には受音点に到達する全ての反射音が算出されることになるが、この場合の演算量が膨大であるため、直接音と全ての反射音とを考慮した受音点での音圧レベルを得るまでに多大な時間を要するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点を解決することを目的としてなされたものであり、直接音のみによるシミュレーションよりも高精度に音圧レベルを算出できるようにし、更には入力作業に要する手間を軽減しつつ、音圧レベルを算出するまでの演算処理を効率的に行うことができるようにした音響シミュレーション装置および音響シミュレーションプログラムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる発明は、室内に設けられる音源から音が発せられる場合の前記室内における所定の受音点での音圧レベルを演算によって算出する音響シミュレーション装置であって、前記室内の総表面積と、前記室内における平均吸音率との入力を受け付ける入力受付手段と、前記音源から前記受音点に向かって直接伝播する直接音の音圧レベルを算出する第１の音圧レベル算出手段と、前記入力受付手段によって受け付けられた前記総表面積と前記平均吸音率とに基づいて、前記音源から前記室内に拡散する拡散音の音圧レベルを算出する第２の音圧レベル算出手段と、前記第１の音圧レベル算出手段で算出される直接音の音圧レベルと、前記第２の音圧レベル算出手段で算出される拡散音の音圧レベルとに基づいて前記受音点での音圧レベルを算出する第３の音圧レベル算出手段とを備えることを特徴としている。
【０００９】
かかる発明によれば、直接音だけでなく、拡散音を考慮して受音点における音圧レベルが算出されるため、直接音のみによるシミュレーションよりも高精度に音圧レベルを算出できるようになる。また拡散音を算出するための情報として、室内の総表面積と前記室内における平均吸音率とを入力する構成であるので、従来の幾何音響シミュレーションの場合のように複雑な三次元形状データや壁面ごとの吸音率などは入力する必要がなく、入力作業に要する手間を軽減することができる。さらに演算処理に要する時間も短縮されるので、効率的にシミュレーションを行うことができるようになる。
【００１０】
また請求項２にかかる発明は、請求項１記載の音響シミュレーション装置において、前記平均吸音率に関する複数種類のデータを予め記憶しておく記憶手段をさらに備え、前記入力受付手段は、前記記憶手段に記憶された前記複数種類のデータの中から一のデータの選択を受け付けることを特徴としている。
【００１１】
かかる発明によれば、拡散音を算出するための平均吸音率を入力する際、記憶手段に記憶された複数種類のデータの中から一のデータを選択すれば良いので、入力作業をより一層効率的に行うことができる。
【００１２】
また請求項３にかかる発明は、請求項１又は２記載の音響シミュレーション装置において、前記第３の音圧レベル算出手段で算出される前記受音点での音圧レベルに基づいて、前記音源を制御するための制御パラメータを決定し、前記受音点での音圧レベルが所定レベルとなるように制御する制御手段をさらに備えることを特徴としている。
【００１３】
かかる発明によれば、シミュレーション結果に基づく制御を迅速に、かつ高精度に行うことができるようになる。尚、この場合の制御には、音圧レベルのオーバオール値を制御する場合の他、周波数ごとの音圧レベル（周波数特性）を制御する場合も含まれる。
【００１４】
また請求項４にかかる発明は、請求項３記載の音響シミュレーション装置において、前記音源は、音の指向性を制御可能なアレイスピーカであり、前記第１および第２の音圧レベル算出手段は、前記アレイスピーカの指向性を制御するための複数の制御パターンに基づいて音圧レベルを算出し、前記第３の音圧レベル算出手段は、前記複数の制御パターンのそれぞれについて前記受音点での音圧レベルを算出し、前記制御手段は、前記複数の制御パターンのそれぞれを適用して算出された前記受音点での音圧レベルが略同一レベルとなるように制御することを特徴としている。
【００１５】
かかる発明によれば、アレイスピーカの指向性を制御した場合でも音圧レベルの変化を抑制することができるようになる。
【００１６】
また請求項５にかかる発明は、情報処理装置によって実行され、前記情報処理装置に、室内に設けられる音源から音が発せられる場合の前記室内における所定の受音点での音圧レベルを演算する処理を行わせる音響シミュレーションプログラムであって、前記情報処理装置に、前記室内の総表面積と、前記室内における平均吸音率との入力を受け付ける入力受付ステップと、前記音源から前記受音点に向かって直接伝播する直接音の音圧レベルを算出する第１の音圧レベル算出ステップと、前記入力受付ステップにおいて受け付けられた前記総表面積と前記平均吸音率とに基づいて、前記音源から前記室内に拡散する拡散音の音圧レベルを算出する第２の音圧レベル算出ステップと、前記第１の音圧レベル算出ステップで算出される直接音の音圧レベルと、前記第２の音圧レベル算出ステップで算出される拡散音の音圧レベルとを加算することにより前記受音点での音圧レベルを算出する第３の音圧レベル算出ステップとを実行させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、直接音のみをシミュレーションする場合よりも、受音点での音圧レベルを高精度に算出できるようになり、しかもシミュレーションを行うための条件を入力する入力作業は従来の幾何音響シミュレーションの場合よりも軽減されるようになる。また演算時間も短縮されるので、効率的に音響シミュレーションを行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】音響システムの一構成例を示すブロック図である。
【図２】スピーカ装置の一構成例を示す斜視図である。
【図３】音源であるスピーカ装置を室内に設置した状態の一例を示す図である。
【図４】情報処理装置が音響シミュレーション装置として機能する場合のＣＰＵにおける機能構成を示すブロック図である。
【図５】代表的な複数種類の平均吸音率データの一例を示す図である。
【図６】音響シミュレーション装置において室内の総表面積と平均吸音率との入力受付を行う際に表示部に表示される表示画面の一例を示す図である。
【図７】スピーカ装置におけるあるスピーカユニットと受音点との関係を示す図である。
【図８】拡散音の音圧レベルを算出するためにスピーカ装置を中心に設置した仮想的な球体を示す図である。
【図９】音圧レベル算出部によって算出される受音点での音圧レベル（音響特性）の一例を示す図である。
【図１０】音響シミュレーション装置において実行される処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１１】スピーカ装置の制御パターンを変化させてシミュレーションを行った場合に算出される各パターンでの音圧レベルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい一実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本実施形態における音響システム１の一構成例を示すブロック図である。この音響システム１は、音声信号を処理する信号処理部１０と、信号処理部１０によって処理された音声信号に基づく音を発生させるための音源となるスピーカ装置１８と、スピーカ装置１８から発せられる音の音響特性を演算によって算出する音響シミュレーション装置２とを備える構成である。
【００２０】
図２は、本実施形態におけるスピーカ装置１８の一構成例を示す斜視図である。本実施形態においてスピーカ装置１８は、筐体１８ａに対して複数のスピーカユニット１８１，１８２，…，１８ｎが組み込まれたアレイスピーカとなっている。このアレイスピーカは、各スピーカユニットに供給する音声信号を個別に制御することで、スピーカ装置１８から放出される音の指向性を制御することが可能である。尚、図例では複数のスピーカユニット１８１，１８２，…，１８ｎは、縦方向および横方向に配置された二次元配列となっている場合を示しているが、これに限られるものではなく、一次元配列であっても構わない。また、アレイスピーカとしてスピーカ装置１８に配置するスピーカユニットの数は任意であり、図例のものに限定されるものではない。そして本実施形態では、スピーカ装置１８は例えば図３に示すようにホールなどの室内８に設置された状態で使用される。
【００２１】
図１に戻り、信号処理部１０は、信号入力部１１、レベル調整部１２、イコライザ１３、アレイ制御用フィルタ１４１，１４２，…，１４ｎ、および、信号出力部１５１，１５２，…，１５ｎを備えている。信号入力部１１は、音声信号を入力するインタフェースであり、信号入力部１１に入力した音声信号は、レベル調整部１２に出力される。レベル調整部１２は、音声信号の全体的な音圧レベルを調整するためのものである。このレベル調整部１２は、音響シミュレーション装置２によって制御される。つまり、レベル調整部１２において音圧レベルを調整するためのパラメータは音響シミュレーション装置２によって設定されるようになっている。そしてレベル調整部１２でレベル調整が行われた音声信号は、イコライザ１３に出力される。イコライザ１３は、スピーカ装置１８に対して供給する音声信号の周波数特性を調整するためのものである。このイコライザ１３もまた音響シミュレーション装置２によって制御される。つまりイコライザ１３において調整される周波数帯域ごとのパラメータは音響シミュレーション装置２によって設定されるようになっている。尚、イコライザ１３は、ＰＥＱ（パラメトリックイコライザ）などのＩＩＲ型フィルタによる構成であっても良いし、またＦＩＲ型フィルタによる構成であっても良い。そしてイコライザ１３から出力される音声信号は、複数のアレイ制御用フィルタ１４１，１４２，…，１４ｎに入力する。
【００２２】
アレイ制御用フィルタ１４１，１４２，…，１４ｎは、スピーカ装置１８に設けられた複数のスピーカユニット１８１，１８２，…，１８ｎに対応して個別に設けられており、それぞれのスピーカユニット１８１，１８２，…，１８ｎに供給する音声信号に対して個別にディレイやゲインを付与することでスピーカ装置１８から放出される音の指向性を制御するフィルタである。各アレイ制御用フィルタ１４１，１４２，…，１４ｎにおいて音声信号に付与するディレイやゲインは、音響シミュレーション装置２によって設定される。尚、アレイ制御用フィルタ１４１，１４２，…，１４ｎは、ＦＩＲ型フィルタフィルタであっても良い。
【００２３】
信号出力部１５１，１５２，…，１５ｎもまた、複数のスピーカユニット１８1，１８２，…，１８ｎに対応して個別に設けられており、各アレイ制御用フィルタ１４１，１４２，…，１４ｎから出力される音声信号をアンプで増幅させた後、それぞれに対応するスピーカユニット１８1，１８２，…，１８ｎに出力する。
【００２４】
一方、音響シミュレーション装置２は、一般的なコンピュータ（ＰＣ）である情報処理装置２０によって構成される。この情報処理装置２０は、各種演算処理を行うＣＰＵ２１と、キーボードやマウスなどを含む操作部２２と、ＣＲＴやＬＣＤなどで構成される表示部２３と、各種データやプログラムなどを記憶しておくハードディスク装置２４と、ＣＰＵ２１が演算処理を行う際に一時的なデータなどを格納するためのメモリ２５とを備えている。ハードディスク装置２４には、情報処理装置２０を音響シミュレーション装置２として機能させるための音響シミュレーションプログラム２５が予めインストールされている。またハードディスク装置２４には、音響シミュレーションプログラム２５のインストールに伴って、複数種類の平均吸音率データ２６が予め記憶されている。そしてＣＰＵ２１が音響シミュレーションプログラム２５を読み出して実行することにより、情報処理装置２０は音響シミュレーション装置２として機能する。
【００２５】
音響シミュレーション装置２は、図３に示すように、室内８に設けられたスピーカ装置１８から発せられる音が、ユーザによって指定される室内８のある受音点９においてどのような音圧レベルとなるかをシミュレーション演算することによって算出する。特に本実施形態におけるシミュレーションでは、スピーカ装置１８から受音点９に対して直接伝播する直接音と、スピーカ装置１８から室内空間に拡散する拡散音とを算出し、これら直接音と拡散音とを考慮して受音点９での音圧レベルを算出する。そして音響シミュレーション装置２は、その算出した音圧レベルに基づいてレベル調整部１２やイコライザ１３に設定するための制御パラメータを決定することにより、受音点における音響特性がユーザの所望する特性となるように制御する。
【００２６】
また音響シミュレーション装置２は、ユーザによって指定されるスピーカ装置１８の制御パターンに基づいてアレイ制御用フィルタ１４１，１４２，…，１４ｎのそれぞれにディレイやゲイン付与を設定し、アレイスピーカの指向性を制御する。このとき、音響シミュレーション装置２は、スピーカ装置１８の制御パターンが変更される前後において音圧レベルが大きく変化しないように、シミュレーション結果に基づいて音圧レベルを調整することもできる。
【００２７】
図４は、情報処理装置２０が音響シミュレーション装置２として機能する場合のＣＰＵ２１における機能構成を示すブロック図である。入力受付部３１は、操作部２２を介してユーザからの入力操作を受け付けるための処理部であり、シミュレーションを行うための各種条件や、受音点における所望の音圧レベルなどの入力を受け付ける。
【００２８】
シミュレーションを行うための条件としては、例えば図３に示すような音響環境の場合、スピーカ装置１８の構成や特性、スピーカ装置１８と受音点９との位置関係などが入力される。また本実施形態では室内８における拡散音を算出するための条件として、室内８の総表面積と、室内８における平均吸音率とが入力される。ここで室内８の平均吸音率は、周波数ごとに異なる吸音率となるのが一般的である。そのため、室内８の平均吸音率は、周波数ごとに入力される。ところが、室内８における周波数ごとの平均吸音率を、ユーザが常に手動操作で入力しなければならないこととすると、シミュレーションの条件を入力するためのユーザの負担が大きくなる。そのため本実施形態では、予め代表的な複数種類の平均吸音率データ２６をハードディスク装置２４に格納しており、ユーザが室内８の平均吸音率を設定する際、それら複数種類の平均吸音率データ２６の中から一の平均吸音率データを選択することにより、周波数ごとの平均吸音率を自動設定することができるようになっている。
【００２９】
図５は、ハードディスク装置２４に記憶される複数種類の平均吸音率データ２６の一例を示す図である。図５に示すように、平均吸音率データ２６には、スタジオ、教会、バンケットルーム、コンサートホールなどの代表的な音響空間における平均的な周波数ごとの平均吸音率が予め格納されている。また平均吸音率データ２６には、ユーザが予め入力した周波数ごとの平均吸音率データがユーザメモリ１，２，３として格納されている。そのため、ユーザは、音響シミュレーション装置２におけるシミュレーションの条件として平均吸音率を入力する際、これら複数種類の平均吸音率データ２６の中から、スピーカ装置１８が設置された室内８の音響空間に最も近いデータを選択すれば良い。
【００３０】
図６は、音響シミュレーション装置２において室内８の総表面積と平均吸音率との入力受付を行う際、入力受付部３１によって表示部２３に表示される表示画面の一例を示す図である。図６に示すように、表示部２３には、室内８の総表面積を入力するための面積入力欄２３ａと、平均吸音率を入力するための平均吸音率入力欄２３ｂとが表示される。面積入力欄２３ａには、例えばユーザが手計算などで算出した室内８の総表面積をテンキーなどで入力する。また平均吸音率入力欄２３ｂの右側にはプルダウンボタン２３ｃが表示されており、ユーザはマウスなどを操作することでプルダウンボタン２３ｃをクリックすると、平均吸音率入力欄２３ｂの下側に複数種類の平均吸音率データ２６がプルダウンメニュー２３ｄとして表示される。したがって、ユーザはこのプルダウンメニュー２３ｄの中から室内８の空間に最も適した平均吸音率データを選択することで、平均吸音率を指定することができる。尚、図例では、室内８の総表面積として「２３００」が入力され、平均吸音率として「教会（ライブ）」が選択された場合を示している。
【００３１】
また入力受付部３１は、上記の他にも、シミュレーションを行うための条件として、例えばレベル調整部１２やイコライザ１３に設定する制御パラメータや、スピーカ装置１８の指向性を制御するための制御パターンなどの各種情報の入力も受け付ける。
【００３２】
そしてシミュレーションを行うために必要な全ての情報が入力されると、ＣＰＵ２１はその入力された情報に基づいてシミュレーションのための演算処理を開始する。このときＣＰＵ２１は、図４に示すように音圧レベル算出部３２として機能する。この音圧レベル算出部３２は、第１の音圧レベル算出部３３、第２の音圧レベル算出部３４および第３の音圧レベル算出部３５として更に機能する。第１の音圧レベル算出部３３は、音源であるスピーカ装置１８からユーザによって指定された受音点９に向かって直接伝播する直接音の音圧レベルを算出するための処理部である。また第２の音圧レベル算出部３４は、室内８の総表面積と平均吸音率とに基づいて、スピーカ装置１８から室内８に拡散する拡散音の音圧レベルを算出するための処理部である。そして第３の音圧レベル算出部３５は、第１の音圧レベル算出部３３で算出される直接音の音圧レベルと、第２の音圧レベル算出部３４で算出される拡散音の音圧レベルとに基づいて受音点９における音圧レベルを算出する処理部である。本実施形態では、これら第１〜第３の音圧レベル算出部３３〜３５のそれぞれにおいて順次演算処理が行われることにより、直接音と拡散音との双方を含む受音点９での音圧レベルが算出される。以下、さらに詳しく説明する。
【００３３】
まず、第１の音圧レベル算出部３３における演算処理について説明する。第１の音圧レベル算出部３３は、スピーカ装置１８に含まれる複数のスピーカユニット１８１，１８２，…，１８ｎの一つ一つについて受音点９に伝播する直接音の音圧レベルを算出した後、各スピーカユニットからの音圧レベルを加算することで、スピーカ装置１８からの直接音による音圧レベルを算出する。
【００３４】
図７は、ｉ番目（但し、ｉは１≦ｉ≦ｎを満たす任意の数）のスピーカユニットと、受音点９の関係を示す図である。図７に示すように、ｉ番目のスピーカユニットの正面方向であるＺ軸を基準とし、受音点９に対する方位角をθiとし、仰角をφiとすると共に、受音点９までの距離（ｍ）をｒiとした場合、ｉ番目のスピーカユニットから受音点９までの伝達関数は次の数１の式で表される。
【００３５】
【数１】
2010181824.tif 000003
【００３６】
ここで、ｆは周波数（Ｈｚ）であり、λは波長（ｍ）である。またＤi(f,θi,φi)は、ｉ番目のスピーカユニットの指向係数であり、周波数ごとに異なる係数となる。この指向係数は、スピーカユニット固有の係数であり、方位角θi及び仰角φiの方向に向かうエネルギーが基準となるＺ軸方向のエネルギーの何倍になるかを示している。このような指向係数は、スピーカ装置１８の構成や特性に基づいて決定される。さらに、ｍ(f)は、空気吸収による音の減衰係数（１／ｍ）であり、周波数ごとに異なる係数となる。
【００３７】
また図７に示すように、ｉ番目のスピーカユニットの正面側に１ｍ離れたＺ軸上の点での音圧Ｐ1iを算出する。この音圧Ｐ1iは、スピーカ装置１８の構成や特性、並びに、信号処理部１０における各部（レベル調整部１２、イコライザ１３、アレイ制御用フィルタ１４ｉおよび信号出力部１５ｉ）の設定状態を反映させた公知の演算を行うことにより算出することができる。そして１ｍ点での音圧Ｐ1iを算出すると、数１の式の伝達関数により、ｉ番目のスピーカユニットから受音点９に伝播する直接音の音圧Ｐi(f)は、次の数２の式で表される。
【００３８】
【数２】
2010181824.tif 000004
【００３９】
上記数２の式に基づく演算を行うことにより、ｉ番目のスピーカユニットから受音点９に直接伝播する直接音の音圧Ｐi(f)を算出することができる。そしてスピーカ装置１８の全体から発せられる直接音による受音点９での音圧Ｐdは、上記数２の式に基づいて算出される音圧Ｐi(f)をスピーカユニットごとに算出し、それらを加算することによって求められるため、次の数３の式で表される。尚、数３の式において、Ｎは、スピーカ装置１８におけるスピーカユニットの数（ｎ）である。
【００４０】
【数３】
2010181824.tif 000005
【００４１】
第１の音圧レベル算出部３２は、上記演算を行うことにより、スピーカ装置１８からの直接音による音圧Ｐdを算出する。尚、音圧Ｐdは、周波数ｆの関数であるため、上記数３の式に周波数ｆを代入して演算を行うことにより、第１の音圧レベル算出部３２は、受音点９における直接音の音圧Ｐdを周波数ごとに算出する。
【００４２】
次に、第２の音圧レベル算出部３４における演算処理について説明する。第２の音圧レベル算出部３４は、スピーカ装置１８から発せられる拡散音による音圧レベルを算出するため、スピーカ装置１８を中心に設置した仮想的な球体を想定した演算を行う。図８は、この仮想的な球体を示す図である。第２の音圧レベル算出部３４は、図８に示すように、仮想的な球体の表面を均等間隔に設定された複数の経線及び緯線によって細分化し、経線と緯線とが交叉する格子点（グリッド）に対して順番に番号を付与する。そして格子点の数がＭ個である場合、ｊ番目（但し、ｊは１≦ｊ≦Ｍを満たす任意の数）のグリッドに着目し、そのグリッドｊがスピーカ装置１８から十分に遠いと仮定し、次の数４の式に基づく演算を行うことにより、グリッドｊにおける音圧を計算する。
【００４３】
【数４】
2010181824.tif 000006
【００４４】
ここでＰ1iは、上述したようにｉ番目のスピーカユニットの正面側に１ｍ離れたＺ軸上の点での音圧Ｐ1iである。そのため音圧Ｐ1iには、信号処理部１０における各部（レベル調整部１２、イコライザ１３、アレイ制御用フィルタ１４ｉおよび信号出力部１５ｉ）の設定状態が反映されている。またグリッドｊのスピーカ装置１８に対する方位角がθjであり、仰角がφjである。またＤi(f,θi,φi)は、上述したようにｉ番目のスピーカユニットの指向係数である。したがって、数４の式に基づく演算を行うことにより、アレイスピーカとして設けられたＮ個のスピーカユニットから発せられる音のグリッドｊでの音圧が求められる。
【００４５】
そして数４の式で求められるグリッドｊでの音圧を、仮想的な球体の全体について積分することにより、スピーカ装置１８から全方向に向かう音響出力Ｗが求められる。すなわち、音響出力Ｗは、次の数５の式で表される。
【００４６】
【数５】
2010181824.tif 000007
【００４７】
ここでρは空気密度（ｋｇ／ｍ3）であり、ｃは音速（ｍ／ｓ）である。またＰ0は、基準音圧＝２×１０-5（Ｐａ）であり、ｒ∞は十分遠い距離（ｍ）を示している。さらにＳjは、グリッドｊにおける細分化された面積である。尚、数５の式は周波数ｆの関数となっており、数５の式に基づく演算を周波数ごとに行うことで、周波数ごとの音響出力Ｗを算出することができる。
【００４８】
そして数５の式によって求められるスピーカ装置１８の音響出力Ｗが、室内８に対して出力されている場合、ユーザによって入力された室内８の平均吸音率をα、室内８の総表面積をＳａとすると、室内８に存在する拡散音のエネルギ密度Ｅsは、次の数６の式によって求められる。
【００４９】
【数６】
2010181824.tif 000008
【００５０】
さらに数６の式によって求められる拡散音のエネルギ密度Ｅsに基づいて次の数７の式による演算を行うことにより、室内８における拡散音の音圧を算出することができる。
【００５１】
【数７】
2010181824.tif 000009
【００５２】
したがって、第２の音圧レベル算出部３４は、上記演算を行うことにより、スピーカ装置１８から全方向に出力され、室内８に拡散した状態で存在する拡散音の音圧を算出する。尚、数７の式におけるＰsもまた、周波数ｆの関数であるため、上記数７の式に周波数ｆを代入して演算を行うことにより、第２の音圧レベル算出部３４は、室内８における拡散音の音圧を周波数ごとに算出する。
【００５３】
次に、第３の音圧レベル算出部３５における演算処理について説明する。第３の音圧レベル算出部３５は、受音点９における直接音の音圧と、拡散音の音圧とに基づいて、直接音と拡散音とを含む受音点９での音圧レベルＬを算出する。具体的には、次の数８の式に基づく演算を行うことによって音圧レベルＬを算出する。
【００５４】
【数８】
2010181824.tif 000010
【００５５】
ここで直接音のみによる音圧Ｐdは第１の音圧レベル算出部３３によって算出されており、また拡散音による音圧Ｐsは第２の音圧レベル算出部３４によって算出されている。また基準音圧Ｐ0は予め定義された既知の値である。したがって、上記数８の式にそれぞれの値を代入して演算を行うことにより、第３の音圧レベル算出部３５は、受音点９における直接音と拡散音の双方を考慮した音圧レベルＬを算出することができる。尚、数８の式におけるＬもまた、周波数ｆの関数であるため、上記数８の式に周波数ｆを代入して演算を行うことにより、第３の音圧レベル算出部３５は、受音点９における直接音と拡散音との双方を考慮した音圧レベルＬを周波数ごとに算出することができる。したがって、受音点９における周波数特性を算出することができると共に、それら周波数ごとの音圧レベルＬに基づいてオーバオール値（ＯＡ値）を算出することもできる。
【００５６】
図９は、音圧レベル算出部３２において上述した演算が行われることによって算出される受音点９での音圧レベル（周波数特性）の一例を示す図である。図例において、音圧レベル特性Ｔ１は上述した演算によって直接音と拡散音との双方をシミュレーションすることによって算出される特性を示している。また音圧レベル特性Ｔ２は比較例であり、直接音のみをシミュレーションすることによって算出される特定を示している。受音点９での音圧レベルを実際に測定すると、直接音のみをシミュレーションした音圧レベル特性Ｔ２よりも測定値の方が大きなレベルとなり、特に周波数の低い低音域になる程そのレベル差は大きくなる。一方、本実施形態のシミュレーションによって算出される音圧レベル特性Ｔ１は、直接音のみをシミュレーションした音圧レベル特性Ｔ２よりも実際の測定値により近い特性となっており、低周波域で音圧レベル特性Ｔ２よりも大きな音圧レベルが算出されている。したがって、本実施形態におけるシミュレーションは、直接音のみをシミュレーションする場合と比較すれば、受音点９での音圧レベルＬを高精度に算出することができる。
【００５７】
またシミュレーションの演算時間に関し、従来の幾何音響シミュレーションと比較すると、本実施形態のシミュレーションに要する演算時間は短くなる。つまり、従来の幾何音響シミュレーションでは、詳細な三次元形状データと各壁面での吸音率とに基づいて一つ一つの反射音を算出していくことが必要であり、受音点に到達する全ての反射音を算出するまでの演算量は膨大なものとなるが、本実施形態では室内８に対してほぼ均一に拡散する拡散音を算出するようにしているので、壁面での反射角度などを計算しながら受音点に到達する一つ一つの反射音を算出する必要がなく、演算量が少なくなるので効率的な演算が可能である。
【００５８】
さらに本実施形態のシミュレーションでは、反射音ではなく、拡散音を算出するようにしているので、ユーザは室内８の総表面積と、室内８の平均吸音率とを入力すれば良い。つまり、従来の幾何音響シミュレーションのように室内の詳細な三次元形状データを入力する必要がなくなるので、ユーザの入力作業を軽減することが可能である。
【００５９】
上記のようにして受音点９での直接音と拡散音との双方を考慮した音圧レベルＬを算出すると、ＣＰＵ２１では図４に示す音圧レベル解析部３６が機能する。音圧レベル解析部３６は、音圧レベル算出部３２において算出された受音点９での音圧レベルＬを表示部２３に表示すると共に、操作部２２を介して入力されるユーザが所望する音圧レベルとの比較を行うなど、算出した音圧レベルＬの解析を行う。
【００６０】
そして算出した音圧レベルＬがユーザの所望する音圧レベルと差がある場合には、制御部３７が機能し、信号処理部１０を制御する。制御部３７は、音圧レベルＬとユーザが所望する音圧レベルとの差に基づいてレベル調整部１２やイコライザ１３を調整するための制御パラメータを決定し、その制御パラメータをレベル調整部１２やイコライザ１３に設定することで受音点９での音圧レベルＬがユーザの所望する音圧レベルとなるように制御する。尚、制御部３７が決定する制御パラメータを音圧レベル算出部３２に再度入力することにより、音圧レベル算出部３２がその決定された制御パラメータに基づいて再度シミュレーション演算を行うようにしても良い。
【００６１】
図１０は、ＣＰＵ２１において上述した各機能を実現するための処理手順の一例を示すフローチャートである。この処理は、ＣＰＵ２１が音響シミュレーションプログラム２５を読み出して実行することによって開始される。処理が開始すると、音響シミュレーション装置２は、まずシミュレーションを行うための条件の入力を受け付ける（ステップＳ１１）。ここでは上述した演算を行うために必要となる各種の情報が入力される。このとき、表示部２３には図６に示した画面が表示され、拡散音を算出するために必要となる室内８の総表面積と、室内８の平均吸音率との入力を受け付ける。またこのとき、ユーザが所望する音圧レベルの入力を受け付けるようにしても良い。
【００６２】
シミュレーションを行うための条件の入力が終了すると、音響シミュレーション装置２は、直接音による音圧レベルの算出演算を行う（ステップＳ１２）。ここではＣＰＵ２１において上述した第１の音圧レベル算出部３３が機能し、受音点９における直接音の音圧レベルＰdが算出される。次に音響シミュレーション装置２は、拡散音による音圧レベルの算出演算を行う（ステップＳ１３）。ここではＣＰＵ２１において上述した第２の音圧レベル算出部３４が機能し、室内８における拡散音の音圧レベルＰsが算出される。その後、音響シミュレーション装置２は、直接音と拡散音との双方を合算した受音点９における音圧レベルＬの算出演算を行う（ステップＳ１４）。ここではＣＰＵ２１において上述した第３の音圧レベル算出部３４が機能し、室内８における受音点９での直接音と拡散音の双方による音圧レベルＬが算出される。
【００６３】
そして音響シミュレーション装置２は、他にシミュレーションを行うための条件があるかどうかを判断する（ステップＳ１５）。例えば、上述したステップＳ１２〜Ｓ１４において特定の周波数での音圧レベルＬが算出されるとした場合、他の周波数での音圧レベルＬも算出する必要があればＹＥＳとなる。またスピーカ装置１８の指向性を制御する制御パターンを変化させてシミュレーションを行う場合もＹＥＳとなる。そしてシミュレーションを行うための条件を変更して上述したステップＳ１２〜Ｓ１４の算出処理を繰り返し実行する。一方、他にシミュレーションを行うための条件がない場合にはステップＳ１５においてＮＯとなる。
【００６４】
そして音響シミュレーション装置２は、ステップＳ１４で算出した受音点での音圧レベルＬの解析を行う（ステップＳ１６）。このとき、周波数ごとに算出される音圧レベルＬに基づいて解析を行っても良いし、また周波数ごとに算出される音圧レベルＬのオーバオール値（ＯＡ値）に基づいて解析を行っても良い。いずれに基づいて解析を行うかは、ユーザが設定する解析条件による。例えばアレイスピーカであるスピーカ装置１８の制御パターンを変化させることによる音圧レベルＬの変化を抑制したい場合には、オーバオール値による解析を行うことが好ましい。また受音点９での周波数特性をユーザが所望する特性となるように調整したい場合には、周波数ごとに算出される音圧レベルＬに基づいて周波数特性の解析を行うことが好ましい。
【００６５】
図１１は、スピーカ装置１８の制御パターンをパターン１〜５に変化させてシミュレーションを行った場合に算出されるそれぞれの音圧レベルＬ１〜Ｌ５のオーバオール値を示す図である。スピーカ装置１８の制御パターンを変化させると、受音点９での音圧レベルＬ１〜Ｌ５は、図１１に示すように異なる値となる。そのため、制御パターンの変化に伴う音圧レベルＬの変化を抑制したい場合、音響シミュレーション装置２は、例えば図１１に示す複数の音圧レベルＬ１〜Ｌ５の最大値と最小値との間に所定レベル以上の差があるか否かを判定する。
【００６６】
また周波数ごとの音圧レベルＬをユーザが所望する音圧レベルに設定したい場合、音響シミュレーション装置２は、図９に示した音圧レベル特性Ｔ１がユーザの所望する周波数特性と差があるか否かを判定する。
【００６７】
そして音響シミュレーション装置２は、音圧レベルＬの解析結果に基づき、信号処理部１０を制御する必要があるか否かを判断し（ステップＳ１７）、制御する必要がない場合には処理を終了する。また制御する必要がある場合には、次のステップに進み、レベル調整部１２とイコライザ１３との少なくとも一方を制御するための制御パラメータを決定する（ステップＳ１８）。例えば、図１１に示したような制御パターンの変化に伴う音圧レベルＬ１〜Ｌ５の変化を抑制したい場合、音響シミュレーション装置２は、複数の制御パターンのそれぞれを適用した場合の複数の音圧レベルＬ１〜Ｌ５が略同一レベルとなるようにレベル調整部１２に対する制御パラメータを決定する。このとき、複数の音圧レベルＬ１〜Ｌ５の平均レベルＡＬで略同一となるように各制御パターン適用時の制御パラメータを決定しても良いし、またユーザが入力する所望の音圧レベルをターゲットレベルＴＬとし、そのターゲットレベルＴＬで略同一となるように各制御パターン適用時の制御パラメータを決定しても良い。また例えば、周波数ごとの音圧レベルＬをユーザが所望する周波数特性に設定したい場合、音響シミュレーション装置２は、ユーザの所望する周波数特性と差に基づいて周波数ごとに音圧レベルを調整するためのイコライザ１３に対する制御パラメータを決定する。尚、レベル調整部１２とイコライザ１３の双方を制御するための制御パラメータを決定しても良い。
【００６８】
そして制御パラメータを決定すると、音響シミュレーション装置２は、その決定した制御パラメータをレベル調整部１２及び／又はイコライザ１３に対して設定することで音圧レベルの制御を行う（ステップＳ１９）。以上で、この処理は終了するが、制御パラメータを設定した状態で再度シミュレーションを行う場合には、上述した処理を繰り返し実行するような処理手順としても良い。
【００６９】
以上のように本実施形態の音響シミュレーション装置２は、室内８においてスピーカ装置１８から受音点９に向かって直接伝播する直接音と、スピーカ装置１８から室内８に拡散する拡散音との双方に基づいて受音点９での音圧レベルを算出するように構成されており、従来の直接音のみによるシミュレーションよりも高精度に受音点９の音圧レベルを算出することができる。また本実施形態の音響シミュレーション装置２は、拡散音を算出するために、室内８の総表面積と室内８における平均吸音率との２つの情報をユーザによる入力情報としている。そのため、この音響シミュレーション装置２を利用して音圧レベルのシミュレーションを行う場合、ユーザは室内８の複雑な三次元形状データを入力する必要がなく、また壁面ごとに吸音率を入力する必要もない。それ故、シミュレーションを行うための条件の入力作業を速やかに完了することができ、ユーザにかかる負担を低減することができる。
【００７０】
また本実施形態では、代表的な複数種類の平均吸音率データ２６を予め記憶しているので、室内８の平均吸音率を入力する際には、その複数種類の平均吸音率データ２６の中から室内８の音響空間に最も適したデータを選択することで平均吸音率を設定することが可能である。そのため、スピーカ装置１８が設置された室内８における周波数ごとの平均吸音率をユーザが手計算などで算出する必要はなく、この点において入力作業を効率化できる構成となっている。ただし、必ずしも代表的な複数種類の平均吸音率データ２６の中から選択しなければならないものではなく、シミュレーションの精度をより一層向上させるためには、スピーカ装置１８が設置された室内８の壁面の材質などに基づいてその室内８での周波数ごとの平均吸音率を算出し、それを入力するようにしても良い。
【００７１】
また本実施形態の音響シミュレーション装置２は、従来の幾何音響シミュレーションと比較すると、シミュレーションに要する演算時間が短くなるので、条件を変更して繰り返しシミュレーションを行う場合であっても効率的にその結果を参照することができるようになる。
【００７２】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述した内容に限定されるものではない。
【００７３】
例えば、上述した実施形態では、スピーカ装置１８がアレイスピーカである場合について説明したが、本発明は必ずしもアレイスピーカであることに限定されるものではない。例えばスピーカユニットが１個の場合には、シミュレーションを行う際、上記各数式においてＮ＝１として演算を行うことにより、受音点９での音圧レベルＬを算出することができる。またスピーカユニットが複数ある場合であっても、指向性を制御可能なアレイスピーカではなく、２ＷＡＹスピーカや３ＷＡＹスピーカなどのように帯域が分かれているスピーカ装置の場合には、上記各数式においてＮ＝１とした演算式でシミュレーションを行うことができる。
【符号の説明】
【００７４】
１  音響システム
２  音響シミュレーション装置
８  室内
９  受音点
１０  信号処理部
１８  スピーカ（音源）
２０  情報処理装置
２４  ハードディスク装置（記憶手段）
２５  音響シミュレーションプログラム
２６  平均吸音率データ
３１  入力受付部（入力受付手段）
３３  第１の音圧レベル算出部（第１の音圧レベル算出手段）
３４  第２の音圧レベル算出部（第２の音圧レベル算出手段）
３５  第３の音圧レベル算出部（第３の音圧レベル算出手段）
３７  制御部（制御手段）
【図１】
2010181824.tif 000011
【図２】
2010181824.tif 000012
【図３】
2010181824.tif 000013
【図４】
2010181824.tif 000014
【図５】
2010181824.tif 000015
【図６】
2010181824.tif 000016
【図７】
2010181824.tif 000017
【図８】
2010181824.tif 000018
【図９】
2010181824.tif 000019
【図１０】
2010181824.tif 000020
【図１１】
2010181824.tif 000021