(57)【要約】【課題】遅延アレイ方式でスピーカアレイにて、全てのスピーカユニットを合成波面の形成に寄与させることを可能にする。【解決手段】音波の放射目標範囲であるターゲットエリアに、各スピーカユニットから出力される音波の目標到達点である受音点を設定し、複数のスピーカユニットの各々を遅延時間の演算対象とし、以下の要領でその遅延時間を求める。すなわち、遅延時間の演算対象であるスピーカユニットに対応する受音点と他のスピーカユニットとの間の距離と、当該受音点と当該スピーカユニットとの間の距離との差の平均値を求めるとともに、他のスピーカユニットから当該他のスピーカユニットに対応する受音点までの距離と当該スピーカユニットから当該他のスピーカユニットに対応する受音点までの距離との差の平均値を求め、両平均値の平均を時間換算して当該スピーカユニットについての前記遅延時間とする。【選択図】図１
2010114493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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から出力される音波の放射目標範囲であるターゲットエリアに、各スピーカユニットから出力される音波の目標到達点である受音点を設定する設定手段と、
入力オーディオ信号を受け取ってから前記複数のスピーカユニットに与えるまでの遅延時間を前記複数のスピーカユニットの各々について算出する手段であって、前記複数のスピーカユニットの各々ついて、当該スピーカユニットに対応する受音点と他のスピーカユニットとの間の距離と、当該受音点と当該スピーカユニットとの間の距離との差の平均値を求めるとともに、他のスピーカユニットから当該他のスピーカユニットに対応する受音点までの距離と当該スピーカユニットから当該他のスピーカユニットに対応する受音点までの距離との差の平均値を求め、両平均値の平均を時間換算して当該スピーカユニットについての前記遅延時間を算出する遅延時間算出手段と
を有することを特徴とする遅延時間算出装置。
【請求項２】
前記遅延時間算出手段は、前記各平均値として相加平均を算出することを特徴とする請求項１に記載の遅延時間算出装置。
【請求項３】
コンピュータ装置を、
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から出力される音波の放射目標範囲であるターゲットエリアに、各スピーカユニットから出力される音波の目標到達点である受音点を設定する設定手段と、
入力オーディオ信号を受け取ってから前記複数のスピーカユニットに与えるまでの遅延時間を前記複数のスピーカユニットの各々について算出する手段であって、前記複数のスピーカユニットの各々ついて、当該スピーカユニットに対応する受音点と他のスピーカユニットとの間の距離と、当該受音点と当該スピーカユニットとの間の距離との差の平均値を求めるとともに、他のスピーカユニットから当該他のスピーカユニットに対応する受音点までの距離と当該スピーカユニットから当該他のスピーカユニットに対応する受音点までの距離との差の平均値を求め、両平均値の平均を時間換算して当該スピーカユニットについての前記遅延時間を算出する遅延時間算出手段
として機能させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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の指向性制御を行う技術に関し、特に、入力オーディオ信号を各スピーカユニットへ与える際の遅延時間差を調整することで指向性制御を実現する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、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り、遅延時間とは、音源から出力されるオーディオ信号をスピーカアレイシステムが受け取ってからそのオーディオ信号を各スピーカユニットに与えるまでの時間差のことである。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ＩＮ１０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。
【０００３】
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。
【０００４】
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を以下のように制御すれば良い。
【０００５】
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、遅延時間差が各々から出力される音波の経路差に応じたものになるようにすれば良い。例えば、スピーカユニットＳＰ（１，１）を基準にすると（すなわち、スピーカユニットＳＰ（１，１）についての遅延時間を０とすると）、スピーカユニットＳＰ（１，２）についての遅延時間は、スピーカユニットＳＰ（１，１）との経路差（Ｄｘｓｉｎα：図８（Ｂ）参照）に応じた値（すなわち、経路差を音速で除算して得られる値）とすれば良い。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）についての遅延時間は、スピーカユニットＳＰ（１，１）との経路差（Ｄｙｓｉｎβ：図８（Ｂ）参照）に応じた値とすれば良い。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Ｄｙｓｉｎβ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Ｄｘｓｉｎαであるから、これら経路差の和（Ｄｘｓｉｎα＋Ｄｙｓｉｎβ）に応じた遅延時間とすれば良い。
【特許文献１】特開２００６−２１１２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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）に示す経路差に応じた遅延を付与して指向性制御を行う態様では、スピーカアレイの隅に位置するスピーカユニットほど遅延時間が大きくなりすぎ、そのスピーカユニットから出力される音波が合成波面の形成に有効に寄与しなくなるといった問題が生じ得る。例えば、図８（Ａ）に示すスピーカアレイにおいて、Ｄｘ＝Ｄｙ＝Ｄ、α＝β＝４５°、音速をＣとした場合、スピーカユニットＳＰ（１，１）を基準とした場合の各スピーカユニットＳＰ（ｉ，ｊ）の遅延時間は図８（Ｃ）に示すように算出される。この図８（Ｃ）を参照すれば明らかように、スピーカユニットＳＰ（２，２）についての遅延時間がスピーカユニットＳＰ（１，２）やスピーカユニットＳＰ（２，１）についての遅延時間に比較して大きくなりすぎる。
本発明は上記の問題点に鑑みて為されたものであり、遅延アレイ方式でスピーカアレイの指向性制御を行う際に、一部のスピーカユニットについての遅延時間が大きくなりすぎることを回避し、全てのスピーカユニットを合成波面の形成に寄与させることを可能にする技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、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から出力される音波の放射目標範囲であるターゲットエリアに、各スピーカユニットから出力される音波の目標到達点である受音点を設定する設定手段と、入力オーディオ信号を受け取ってから前記複数のスピーカユニットに与えるまでの遅延時間を前記複数のスピーカユニットの各々について算出する手段であって、前記複数のスピーカユニットの各々ついて、当該スピーカユニットに対応する受音点と他のスピーカユニットとの間の距離と、当該受音点と当該スピーカユニットとの間の距離との差の平均値を求めるとともに、他のスピーカユニットから当該他のスピーカユニットに対応する受音点までの距離と当該スピーカユニットから当該他のスピーカユニットに対応する受音点までの距離との差の平均値を求め、両平均値の平均を時間換算して当該スピーカユニットについての前記遅延時間を算出する遅延時間算出手段とを有することを特徴とする遅延時間算出装置、およびコンピュータ装置を上記各手段として機能させることを特徴とするプログラム、を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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、本発明に係る遅延時間算出装置を含むスピーカアレイシステム２０００の構成例を示す図である。図１に示すように、スピーカアレイシステム２０００は、スピーカアレイ２１００、遅延手段２２００、増幅手段２３００、ユーザインタフェイス（以下、「ＵＩ」）提供手段２４００および制御手段２５００を有している。
【０００９】
スピーカアレイ２１００は、スピーカユニット２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ：Ｎは２以上の自然数）を、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。図１に示すスピーカアレイシステム２０００では、各スピーカユニット２１１０−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方向へ伝播する合成波面が形成される。そして、スピーカアレイシステム２０００では、音源１０００から与えられる入力オーディオ信号ＩＮ１０をスピーカユニット２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の各々に与える際の遅延時間を調整することで指向性制御が実現される。つまり、図１に示すスピーカアレイシステム２０００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。
【００１０】
スピーカユニット２１１０−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２１００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。例えば、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２１００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２１００を構成すれば良い。ただし、図２（Ｂ）に示すように、サポートする音域の異なる複数種のスピーカユニットを組み合わせてスピーカアレイ２１００を構成する態様においては、各スピーカユニットの再生帯域の少なくとも一部が互いに重なり合っていることが好ましい。
【００１１】
遅延手段２２００は、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）である。遅延手段２２００は、音源１０００から与えられる入力オーディオ信号ＩＮ１０に対して遅延処理を施し、各スピーカユニット２１１０−ｉの各々に与える遅延オーディオ信号Ｘ１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を生成する。ここで、音源１０００から与えられる入力オーディオ信号ＩＮ１０がアナログ信号である場合には、Ａ／Ｄ変換器（図示省略）によってデジタル信号に変換した後、遅延手段２２００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ＩＮ１０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２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の各々に対応する遅延時間が経過した時にＲＡＭから入力オーディオ信号ＩＮ１０を読み出し、遅延オーディオ信号Ｘ１０−ｉとして増幅手段２３００に与える処理を遅延手段２２００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、１タップディレイ処理で遅延処理を実現するため、ＦＩＲ（Finite Impulse
Response）型の処理で遅延処理を実現する場合に比較して小規模なＤＳＰで遅延手段２２００を構成することができる。
【００１２】
増幅手段２３００は、図１に示すように、スピーカユニット２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の各々に対応する乗算器２３１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を含んでいる。乗算器２３１０−ｉには、遅延オーディオ信号Ｘ１０−ｉが遅延手段２２００から与えられる。乗算器２３１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の各々は、遅延手段２２００から与えられた遅延オーディオ信号Ｘ１０−ｉに所定の係数（制御手段２５００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Ｘ１０−ｉの信号レベルをスピーカ駆動に適したレベルに増幅する。増幅手段２３００から出力される遅延オーディオ信号Ｘ１０−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、スピーカユニット２１１０−ｉに与えられる。なお、サイドローブを押えるためのシェーディング処理を施す場合には、矩形窓やハニング窓を用いた窓関数処理を乗算器２３１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）により遅延オーディオ信号Ｘ１０−ｉに施すようにすれば良い。
【００１３】
ＵＩ提供手段２４００は、例えば液晶ディスプレイなどの表示装置とマウスなどの入力装置とを含んでいる。このＵＩ提供手段２４００は、遅延手段２２００により付与する遅延時間の算出に使用する各種情報をユーザに入力させるためのものである。ここで、遅延時間演算に使用する情報としては、アレイ情報とエリア情報とが挙げられる。アレイ情報とは、スピーカアレイ２１００を構成する各スピーカユニット２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の空間的な位置を表す情報である。このアレイ情報としては、種々の態様のものが考えられる。例えば、スピーカアレイ２１００が配置される空間に３次元座標を想定し、その３次元座標における各スピーカユニット２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の位置座標を上記アレイ情報として用いることが考えられる。このような態様では、スピーカアレイ２１００を形成する全てのスピーカユニット２１１０−ｉについての位置座標をユーザに入力させる必要がある。また、アレイ面の中心から見た各スピーカユニット２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の相対位置を示す相対位置情報と、上記３次元空間におけるアレイ面の中心の位置座標およびそのアレイ面の法線ベクトルの各成分とを上記アレイ情報として用いることも考えられる。このように、相対位置情報と上記３次元空間におけるアレイ面の中心の位置座標およびそのアレイ面の法線ベクトルの各成分とをアレイ情報として用いる態様においては、相対位置情報については、工場出荷時点で予め不揮発性メモリ２５２０に書き込んでおき、アレイ面の中心の位置座標およびそのアレイ面の法線ベクトルの各成分のみをＵＩ提供手段２４００によりユーザに入力させるようにすれば良い。
【００１４】
一方、エリア情報とは、上記３次元座標において、スピーカアレイ２１００から出力される音波の放射目標範囲であるターゲットエリアの位置、形状および大きさを示す情報である。図１に示すように、ＵＩ提供手段２４００はユーザにより設定されるターゲットエリアを示すエリア情報ＡＩ１０を制御手段２５００に与える。
【００１５】
制御手段２５００は、アレイ情報とエリア情報ＡＩ１０とに基づいて各スピーカユニット２１１０−ｉについての遅延時間を算出し、それら遅延時間を遅延手段２２００に与えて指向性制御を実現する指向性制御処理を実行する。制御手段２５００は、図１に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２５１０と、例えばＦｌａｓｈＲＯＭなどの不揮発性メモリ２５２０と、ＲＡＭなどの揮発性メモリ２５３０とを含んでいる。不揮発性メモリ２５２０には前述したアレイ情報が格納される他、上記指向性制御処理をＣＰＵ２５１０に実行させる制御プログラム２５２０ａが予め格納されている。一方、揮発性メモリ２５３０は、制御プログラム２５２０ａを実行する際のワークエリアとしてＣＰＵ２５１０によって利用される。
以上がスピーカアレイシステム２０００の構成である。
【００１６】
（Ｂ：動作）
次いで制御手段２５００のＣＰＵ２５１０が制御プログラム２５２０ａにしたがって実行する指向性制御処理について説明する。
図３は、指向性制御処理の流れを示すフローチャートである。
図３に示すように、本実施形態における指向性制御処理は、受音点設定処理（図３：ステップＳＡ０１０）、ステップＳＡ０１０にて設定した受音点を利用して各スピーカユニット２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）についての遅延時間を算出する遅延時間算出処理（図３：ステップＳＡ０２０）、およびステップＳＡ０２０で算出される遅延時間を遅延手段２２００に設定する遅延時間設定処理（図３：ステップＳＡ０３０）の３つの処理を含んでいる。これら３つの処理のうち、ステップＳＡ０３０の遅延時間設定処理については、遅延手段２２００がシフトレジスタであるのか、それとも、ＲＡＭを利用したものであるのかに応じて具体的な処理の内容を定めれば良く、また、従来におけるものとは特段の相違はない。よって、以下では、本実施形態の特徴を顕著に示すステップＳＡ０１０およびステップＳＡ０２０の処理について詳細に説明する。
【００１７】
（Ｂ−１：受音点設定処理）
図３のステップＳＡ０１０の受音点設定処理は、スピーカユニット２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の各々から出力される音波のターゲットエリアにおける目標到達点である受音点をスピーカユニット２１１０−ｉ毎に設定する処理である。以下、スピーカアレイ２１００が図２（Ａ）に示すようなマトリクス状のアレイ面を有し、かつ、エリア情報ＡＩ１０により表わされるターゲットエリアが、そのアレイ面の水平方向の辺と平行な辺を有する矩形である場合（図４（Ａ）参照）を例にとって、このステップＳＡ０１０の処理内容を説明する。
【００１８】
このステップＳＡ０１０では、まず、ターゲットエリアに対するアレイ面の投影像を求める処理が行われる。この処理は、アレイ面の中心を座標原点とし、アレイ面の法線方向をｘ軸、鉛直方向をｚ軸、水平方向をｙ軸とした場合（図４（Ｂ）参照）におけるスピーカユニット２１１０−ｉの位置座標が（ａｘｉ、ａｙｉ、ａｚｉ）と表される場合に、以下の数１に示すベクトルＰｕｉに、数２に示す行列Ｔで表されるアフィン変換を施す（すなわち、ＴＰｕｉを演算する）ことにより実現される。なお、数２において、Ｏａｘ、ＯａｙおよびＯａｚは、図４（Ｂ）に示すように鉛直方向をｘ´軸、スピーカアレイ２１００のアレイ面の法線方向をｚ´軸、これら２つの軸に直交する方向をｙ´軸とした座標空間におけるターゲットエリアの中心の座標である。また、数２において、（νＺｘ、νＺｙ、νＺｚ）は図４（Ｂ）のｚ軸方向の単位ベクトルの上記座標空間（ｘ´ｙ´ｚ´空間）での成分である。同様に、（νＹｘ、νＹｙ、νＹｚ）は図４（Ｂ）のｙ軸方向の単位ベクトルの同座標空間における成分であり、（νＸｘ、νＸｙ、νＸｚ）は図４（Ｂ）のｘ軸方向の単位ベクトルの同座標空間における成分である。
【数１】
2010114493.tif 000003
【数２】
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【００１９】
次いで、ステップＳＡ０１０の受音点設定処理では、図４（Ｃ）に示すように、上記アフィン変換により得られたアレイ面の投影像をターゲットエリアを過不足なく被覆するようにｚ´軸方向およびｙ´軸方向に一定の伸縮率で伸縮する編集処理が実行され、この編集処理後の各投影点を上記受音点とするのである。本動作例では、ターゲットエリアを過不足なく被覆するようにするため、スピーカアレイ２１００のアレイ面にて最も外側に位置するスピーカユニット２１１０−ｉについての投影点がターゲットエリアの外周上に位置するようにアレイ面の投影像を伸長する処理が施される。以下、スピーカユニット２１１０−ｉの位置座標にアフィン変換を施し、さらに上記編集処理を施して得られる受音点を「受音点ＲＰ−ｉ」と表記する。
【００２０】
（Ｂ−２：遅延時間算出処理）
図３のステップＳＡ０１０に後続して実行される遅延時間算出処理（ステップＳＡ０２０）は、各スピーカユニット２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）と各受音点ＲＰ−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の距離からスピーカユニット２１１０−ｉについての遅延時間を算出する処理である。ここで、全てのスピーカユニットを合成波面の形成に寄与させるためには、スピーカユニット２１１０−ｉから出力される音波がスピーカユニット２１１０−ｊ（ｊ≠ｉ）から出力される音波よりも先に受音点ＲＰ−ｉに到達するように各スピーカユニット２１１０−ｉについての遅延時間を定めることが好ましい。以下では、スピーカユニット２１１０−ｉから出力される音波が他のスピーカユニット２１１０−ｊ（ｊ≠ｉ）から出力される音波よりも先に受音点ＲＰ−ｉに到達するための条件のことを最早到達条件と呼ぶ。
【００２１】
この最早到達条件は、以下の式（１）で表される。この式（１）において、ｒｉｉは、スピーカユニット２１１０−ｉと受音点ＲＰ−ｉの間の距離、ｒｊｉは、スピーカユニット２１１０−ｊ（ｊ≠ｉ）と受音点ＲＰ−ｉの間の距離、Δｔｉは、スピーカユニット２１１０−ｉについての遅延時間、Δｔｊは、スピーカユニット２１１０−ｊ（ｊ≠ｉ）についての遅延時間、そして、ｃは音速である
ｒｉｉ＋ｃΔｔｉ≦ｒｊｉ＋ｃΔｔｊ・・・（１）
【００２２】
したがって、スピーカアレイ２１００がＮ個のスピーカユニットで構成されている場合、上記最早到達条件は、Ｎ×（Ｎ−１）個の連立不等式で表されることになる。例えば、スピーカアレイ２１００が４個のスピーカユニットで構成されている場合、最早到達条件を満たす遅延時間Δｔｉ（ｉ＝１〜４）は、以下の式（２−１）から（２−１２）までの１２本の不等式からなる連立不等式の解として求められる。
ｒ１１＋ｃΔｔ１≦ｒ２１＋ｃΔｔ２・・・（２−１）
ｒ１１＋ｃΔｔ１≦ｒ３１＋ｃΔｔ３・・・（２−２）
ｒ１１＋ｃΔｔ１≦ｒ４１＋ｃΔｔ４・・・（２−３）
ｒ２２＋ｃΔｔ２≦ｒ１２＋ｃΔｔ１・・・（２−４）
ｒ２２＋ｃΔｔ２≦ｒ３２＋ｃΔｔ３・・・（２−５）
ｒ２２＋ｃΔｔ２≦ｒ４２＋ｃΔｔ４・・・（２−６）
ｒ３３＋ｃΔｔ３≦ｒ１３＋ｃΔｔ１・・・（２−７）
ｒ３３＋ｃΔｔ３≦ｒ２３＋ｃΔｔ２・・・（２−８）
ｒ３３＋ｃΔｔ３≦ｒ４３＋ｃΔｔ４・・・（２−９）
ｒ４４＋ｃΔｔ４≦ｒ１４＋ｃΔｔ１・・・（２−１０）
ｒ４４＋ｃΔｔ４≦ｒ２４＋ｃΔｔ２・・・（２−１１）
ｒ４４＋ｃΔｔ４≦ｒ３４＋ｃΔｔ３・・・（２−１２）
【００２３】
しかし、一般に、連立不等式の解を数値演算で求めるには多量の反復計算を伴う収束演算が必要であり、そもそも、解が常に存在するとは限らない。そこで、本実施形態では、最早到達条件を表す連立不等式を厳密に解くことに替えて、以下の数３にしたがって算出されるｄｉを時間換算（すなわち、音速ｃで除算）して得られる値を、スピーカユニット２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）についての遅延時間とすることに特徴がある。なお、数３において、ｑｊｉ＝（ａｊｉ＋ｂｊｉ）／２であり、ａｊｉ＝ｒｊｊ−ｒｉｊ、ｂｊｉ＝ｒｊｉ−ｒｉｉである（ただし、ｊ≠ｉ）。したがって、数３に示すｄｉを実際に算出する際には、数４に示す演算を行えば良い。また、スピーカユニット２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の何れかについての遅延時間が負になることを避けるため、数３にしたがって算出されるｄｉ（ｉ＝１〜Ｎ）のうちの最小のものがｄｍｉｎである場合、（ｄｉ−ｄｍｉｎ）を音速ｃで除算して得られる値をスピーカユニット２１１０−ｉについての遅延時間としても良い。
【数３】
2010114493.tif 000005
【数４】
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【００２４】
さて、数４のａjiは、スピーカユニット２１１０−ｊから受音点ＲＰ−ｊまでの距離ｒｊｊとスピーカユニット２１１０−ｉから受音点ＲＰ−ｊまでの距離ｒiｊとの差であり、ｂｊｉは、スピーカユニット２１１０−ｊから受音点ＲＰ−ｉまでの距離ｒｊｉとスピーカユニット２１１０−ｉから受音点ＲＰ−ｉまでの距離ｒｉｉとの差である。つまり、数４にしたがって算出されるｄｉを時間換算してスピーカユニット２１１０−ｉについての遅延時間とするということは、距離ｒｊｊと距離ｒiｊとの差の添字ｊ（ｊ＝１〜Ｎ：ただし、ｊ≠ｉ）についての相加平均と、距離ｒｊｉと距離ｒｉｉとの差の添字ｊ（ｊ＝１〜Ｎ：ただし、ｊ≠ｉ）についての相加平均とを求め、さらに、両平均値の相加平均を時間換算して得られる値をスピーカユニット２１１０−ｉについての遅延時間とする、ということに他ならない。数４の右辺の値は、各スピーカユニット２１１０−ｉに対する受音点ＲＰ−ｉが設定されれば、所謂収束演算を行うことなく求めることができるため、最早到達条件を表す連立不等式を数値的に解く場合に比較して少ない演算量でその値を求めることができる。
以下、Ｎ＝３、すなわち、３つのスピーカユニット２１１０−ｉでスピーカアレイ２１１０が構成されている場合を例にとって、数４にしたがって算出されるｄｉを時間換算して得られる値をスピーカユニット２１１０−ｉについての遅延時間とすることの妥当性について説明する。
【００２５】
スピーカアレイ２１００がスピーカユニット２１１０−ｉ（ｉ＝１〜３）で構成されている場合、前述した最早到達条件は、以下の６本の不等式からなる連立不等式で表される。
ｒ１１＋ｃΔｔ１≦ｒ２１＋ｃΔｔ２・・・（３−１）
ｒ１１＋ｃΔｔ１≦ｒ３１＋ｃΔｔ３・・・（３−２）
ｒ２２＋ｃΔｔ２≦ｒ１２＋ｃΔｔ１・・・（３−３）
ｒ２２＋ｃΔｔ２≦ｒ３２＋ｃΔｔ３・・・（３−４）
ｒ３３＋ｃΔｔ３≦ｒ１３＋ｃΔｔ１・・・（３−５）
ｒ３３＋ｃΔｔ３≦ｒ２３＋ｃΔｔ２・・・（３−６）
【００２６】
上記式（３−１）および式（３−３）をｃΔｔ２−ｃΔｔ１について解き、Δｔｊ−Δｔｉ＝Δｔｉｊとおくと、以下の式（４−１）に示す不等式が得られる。同様に、式（３−２）および式（３−５）からは以下の式（４−２）に示す不等式が得られ、式（３−４）および式（３−６）からは、以下の式（４−３）および式（４−４）に示す不等式が得られる。
ｒ１１−ｒ２１≦ｃΔｔ１２≦ｒ１２−ｒ２２・・・（４−１）
ｒ１１−ｒ３１≦ｃΔｔ１３≦ｒ１３−ｒ３３・・・（４−２）
ｒ２２−ｒ３２≦ｃΔｔ２３≦ｒ２３−ｒ３３・・・（４−３）
ｒ３３−ｒ２３≦ｃΔｔ３２≦ｒ３２−ｒ２２・・・（４−４）
【００２７】
式（４−１）から（４−４）における値ｔｉｊは、スピーカユニット２１１０−ｉを遅延演算の基準とした場合（すなわち、Δｔｉ＝０とした場合）における、スピーカユニット２１１０−ｊ（ｊ≠ｉ）についての遅延時間Δｔｊに等しい。この値Δｔｉｊ、前述したａｉｊおよびｂｉｊを用いて、以下の式（５）のように表すことができる。
ａｉｊ≦ｃΔｔｉｊ≦ｂｉｊ・・・（５）
【００２８】
例えば、スピーカユニット２１１０−１を遅延演算の基準（すなわち、Δｔ１＝０）として、Δｔ２およびΔｔ３の各々が満たすべき範囲をｃΔｔ２を横軸、ｃΔｔ３を縦軸とする直交座標に図示すると、図５（Ａ）または図５（Ｂ）のように図示される。図５（Ａ）にてハッチングで示した範囲は、式（４−１）および式（４−２）の表す範囲、すなわち、スピーカ２１１０−１を遅延演算の基準（Δｔ１＝０）とした場合にｃΔｔ２およびｃΔｔ３の各々が満たすべき範囲であり、図５（Ｂ）にてハッチングで示した範囲は式（４−３）または式（４−４）の表す範囲、すなわち、スピーカユニット２１１０−１を遅延演算の基準とするか否かに拘らず、ｃΔｔ２およびｃΔｔ３が満たすべき範囲である。図５（Ｃ）に示すように、図５（Ａ）に示す範囲と図５（Ｂ）に示す範囲とが互いに重なり合わない場合には、式（４−１）から（４−４）で表される連立不等式の解はΔｔ１＝０という条件の下では存在しない。逆に、図５（Ｄ）に示すように、両範囲が重なり合う場合には、その範囲内のΔｔ２およびΔｔ３の組み合わせであればどのような組み合わせであっても、上記連立不等式の解となる。なお、図５（Ｄ）では図面が見難くなることを避けるため各領域のハッチングを省略した。
【００２９】
さて、図５（Ｃ）および図５（Ｄ）において、点αは式（４−１）および（４−２）により表される領域（例えば、図５（Ａ）にてハッチングで示す領域）の重心であり、点βは式（４−３）および（４−４）により表される領域（例えば、図５（Ｂ）にてハッチングで示す領域）を規定する４つの座標点（（ａ３２，０）、（０，ｂ２３）、（０，ａ２３）および（ｂ３２，０））を頂点とする台形の重心である。したがって、点αの座標は（（ａ１２＋ｂ１２）／２、（ａ１３＋ｂ１３）／２）、すなわち、（ｑ１２、ｑ１３）である。同様に、点βの座標は（（ａ３２＋ｂ３２）／２、（ａ２３＋ｂ２３）／２）、すなわち、（ｑ３２、ｑ２３）である。そして、図５（Ｃ）および図５（Ｄ）における点γは、点αと点βを結ぶ線分の中点、すなわち、重心である。したがって、点γの座標は（（ｑ１２＋ｑ３２）／２、（ｑ１３＋ｑ２３）／２）、すなわち、（ｄ２、ｄ３）である。図５（Ｄ）を参照すれば明らかように、式（４−１）から式（４−４）が解を有する場合、すなわち、図５（Ａ）にてハッチングで示す範囲と図５（Ｂ）にてハッチングで示す範囲とが互いに重なり合う場合には、点γは、ほぼ確実にその重複部分に含まれる。つまり、式（４−１）から（４−４）が解を有する場合には、数３にしがって算出されるｄ２やｄ３は、ほぼ確実にその解の一つであると言える。また、式（４−１）から式（４−４）がそもそも解を有さない場合であっても、図５（Ｃ）に示すように、点γは、図５（Ａ）にてハッチングで示した範囲と図５（Ｂ）にてハッチングで示した範囲の中間に位置する。このため、数３にしがって算出されるΔｔ２＝ｄ２やΔｔ３＝ｄ３は、式（４−１）から（４−４）の連立不等式の解ではないものの、式（４−１）および（４−２）の表す条件と、式（４−３）または（４−４）の表す条件の何れか一方に偏りすぎず、ほぼ妥当な値であると推定される。
【００３０】
以上が数３（或いは数４）にしたがって算出されるｄｉをスピーカユニット２１１０−ｉについての遅延時間とすることの妥当性である。なお、上記式（５）は、スピーカユニット２１１０−ｉ（ｉ≠ｊ）を遅延演算の基準とした場合における、スピーカユニット２１１０−ｊについての遅延時間が満たすべき範囲を示す。つまり、上記ｑｉｊは、スピーカユニット２１１０−ｉを遅延演算の基準とした場合における、スピーカユニット２１１０−ｊについての遅延時間が満たすべき範囲の真ん中の値を示すのである。このことを踏まえて、前述した数３の意味を考察すると、数３にて算出される値ｄｉは、スピーカユニット２１１０−ｊ（ｊ＝１〜Ｎ:ただし、ｊ≠ｉ）の各々を遅延演算の基準とした場合におけるスピーカユニット２１１０−ｉについての遅延時間が満たすべき範囲の中央の値の相加平均に相当することが判る。数３にしたがって演算される値ｄｉは、数式上、このような意味も持つのである。
【００３１】
以上に説明したように、数３にしたがって演算される遅延時間ｄｉは、最早到達条件を表す連立不等式が解を有する場合は勿論、解を有さない場合にも略妥当な値と考えられる。したがって、数３にしたがって演算されるｄｉを用いることにより、スピーカアレイの隅に位置するスピーカユニットについての遅延時間が大きくなりすぎることはなく、そのスピーカユニットから出力される音波が合成波面の形成に全く寄与しないといった事態の発生を回避することができる。また、本実施形態によれば、最早到達条件を表す連立不等式を数値演算により解く場合に比較して演算量が少なくて済む。つまり、本実施形態によれば、スピーカアレイを構成する各スピーカユニットに与える音信号の適切な遅延時間を多量の数値演算を行うことなく求めることが可能になる。
【００３２】
（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スピーカアレイを構成しても勿論良い。
【００３３】
（２）上述した実施形態では、矩形状のターゲットエリアを設定したが、ターゲットエリアの形状は任意の形状であっても良い。要は、アフィン変換による投影処理の後、そのターゲットエリアを過不足なく覆うようにアレイ面の投影像を変形・伸縮するようにすれば良い。また、上述した実施形態では、スピーカアレイ２１００のアレイ面にて最も外側に位置するスピーカユニット２１１０−ｉについての投影点がターゲットエリアの外周上に位置するように投影像に対する編集を施したが、図６（Ａ）に示すように、これらスピーカユニット２１１０−ｉについての投影点がターゲットエリアからはみ出さない範囲で上記編集処理を施すようにしても良い。また、上記編集処理では、ターゲットエリアを過不足なく覆うように一定の伸縮率で上記投影像を伸縮させたが、伸縮率が一定である必要はない。例えば、図６（Ｂ）に示すようにターゲットエリアの真ん中ほど伸長率を小さくし、端にゆくほど伸長率を大きくする態様であっても良く、また、図６（Ｃ）に示すように、スピーカアレイ２１００に近いほど伸長率が小さく、スピーカアレイ２１００から遠ざかるほど伸長率が大きくなくる態様（或いは、その逆の態様）であっても良い。
【００３４】
また、上述した実施形態では、ＵＩ提供手段２４００により設定されたターゲットエリアに重ね合わせてスピーカアレイ２１００のアレイ面を投影し、さらに、そのターゲットエリアを過不足なく覆うようにそのアレイ面の投影像に変形や伸縮を施し、その編集後における各スピーカユニット２１１０−ｉに対応する投影点を受音点として用いた。しかし、ＵＩ提供手段２４００によりターゲットエリアを設定するとともに、スピーカアレイ２１００を形成するスピーカユニット数分の受音点を設定し、このようにして設定した各受音点と各スピーカユニット２１１０−ｉとを一対一に対応付けても良い。ただし、このような態様においては、各スピーカユニット２１１０−ｉからそのスピーカユニット２１１０−ｉに対応する受音点に至る直線距離の総和が最小になるように各スピーカユニット２１１０−ｉと受音点とを対応付ける必要がある。
【００３５】
例えば、図２（Ａ）に示すように各スピーカユニット２１１０−ｉがマトリクス状に配列されており、かつ、ターゲットエリアが矩形状である場合には、そのアレイ面の４隅に位置するスピーカユニット２１１０−ｉを上記ターゲットエリアの４隅に位置する受音点に対応付けるのであるが、この場合、図６（Ｅ）示すように対応付けるのではなく、図６（Ｄ）のように対応付ける必要がある。図６（Ｅ）示すように対応付けてしまうと、最早到達条件を満たすように各スピーカユニット２１１０−ｉに与える遅延オーディオ信号の遅延時間を定めることとの間に齟齬が生じるからである。なお、上記実施形態にて説明した態様においても、スピーカユニット２１１０−ｉからからそのスピーカユニット２１１０−ｉに対応する受音点に至る直線距離の総和が最小になるという条件を満していることは明らかである。
【００３６】
（３）上述した実施形態では、スピーカユニット２１１０−ｊから受音点ＲＰ−ｊまでの距離ｒｊｊとスピーカユニット２１１０−ｉから受音点ＲＰ−ｊまでの距離ｒiｊとの差ａｊｉの添え字ｊについての相加平均と、スピーカユニット２１１０−ｊから受音点ＲＰ−ｉまでの距離ｒｊｉとスピーカユニット２１１０−ｉから受音点ＲＰ−ｉまでの距離ｒｊｉとの差ｂｊｉの添え字ｊについての相加平均を算出し、両平均値の平均を時間換算して得られる値をスピーカユニット２１１０−ｉについての遅延時間とした。しかし、ａｊｉおよびｂｊｉについて、添え字ｊについての相加平均に換えて相乗平均或いは重み付け平均を計算し、それら平均値をさらに平均（相加平均、相乗平均、あるいは重み付け平均）して得られる値を時間換算してスピーカユニット２１１０−ｉについての遅延時間を求めても良い。
【００３７】
（４）上述した実施形態では、スピーカアレイ２１００を構成するスピーカユニット２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の各々に与える遅延オーディオ信号の遅延時間を、数４に示す演算で求まる値を時間換算して算出した。上記数４に示す演算では、例えばｉ番目のスピーカユニット２１１０−ｉについての遅延時間を算出する際には、残りのＮ−１個のスピーカユニットの各々を他のスピーカユニット２１１０−ｊとして、受音点ＲＰ−ｉとスピーカユニット２１１０−ｊとの間の距離ｒｊｉと、受音点ＲＰ−ｉとスピーカユニット２１１０−ｉとの間の距離ｒｉｉとの差（ｒｊｉ−ｒｉｉ：すなわち、ｂｊｉ）の相加平均値を求めるとともに、スピーカユニット２１１０−ｊから受音点ＲＰ−ｊまでの距離ｒｊｊとスピーカユニット２１１０−ｉから受音点ＲＰ−ｊまでの距離ｒｉｊとの差（ｒｊｊ−ｒｉｊ：すなわち、ａｊｉ）の相加平均値を求め、両平均値の平均を時間換算してスピーカユニット２１１０−ｉについての遅延時間を求めた。
【００３８】
しかし、スピーカユニット２１１０−ｉについての遅延時間を算出する場合、そのスピーカユニット２１１０−ｉを除くＮ−１個のスピーカユニットの全てを上記他のスピーカユニット２１１０−ｊとする必要はない。例えば、これらＮ−１個のスピーカユニットのうちから選択したＫ（Ｋ＜Ｎ−１）個のスピーカユニットの各々を上記他のスピーカユニット２１１０−ｊとし、上記数４に換えて以下の数５に示す演算で算出される値ｄｉを時間換算してスピーカユニット２１１０−ｉについての遅延時間を算出しても良い。ここで、上記Ｋ個のスピーカユニットの選択態様としては、擬似乱数を利用してランダムに選択する態様や、上記他のスピーカユニットとして選択するもののアレイ面内での配置位置が均等になるように選択する態様、４隅のスピーカユニットが必ず含まれるように選択する態様などが考えられる。なお、上記Ｋをどの程度の値にするかについては、適宜実験を行って定めるようにすれば良く、また、スピーカユニット毎に上記Ｋの値を異ならせて数５に示す演算を行っても良い。このような態様によれば、スピーカアレイが非常に多数のスピーカユニットで構成されている場合であっても、各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として略妥当であると推測される値を短時間に算出することが可能になる。
【数５】
2010114493.tif 000007
【００３９】
（５）上述した実施形態では、スピーカユニット２１１０−ｉに与える遅延オーディオ信号の遅延時間を、最早到達条件を表す連立不等式を解くことに換えて、数４に示す演算を行い、その演算結果を時間換算して求めた。一般に、スピーカユニット２１１０−ｉに与える遅延オーディオ信の遅延時間は、スピーカアレイ２０００におけるスピーカユニット２１１０−ｉの配置位置に応じて滑らかに変化することが望ましい（換言すれば、互いに隣接するスピーカユニット同士で遅延時間が急激に変化することは好ましくない）。しかし、数４に示す演算の演算結果を時間換算して求まる値については、スピーカユニット２１１０−ｉの配置位置に応じて滑らかに変化することが保証されるとは限らない。そこで、数４に示す演算で求まる遅延時間に対してスムージングを施しても良い。
【００４０】
このようなスムージングの実現方法の一例としては、重み付け平均を利用する方法が挙げられる。具体的には、あるスピーカユニット２１１０−ｉについての遅延時間を算出する場合、このスピーカユニット２１１０−ｉとその周囲のＭ−１個のスピーカユニットの各々について数４の演算により求まる値ｄｉｊ（ｄｉｉは、スピーカユニット２１１０−ｉについて数４に示す演算で求まる値ｄｉであり、ｄｉｊ（ｊ≠ｉ）は、スピーカユニット２１１０−ｊについて数４に示す演算で求まる値ｄｊ）の各々に、スピーカアレイ２１００のアレイ面におけるスピーカユニット２１１０−ｉとスピーカユニット２１１０−ｊの距離Ｌｉｊに応じた重みｗｉｊを付与した重み付け平均値（以下の数６に示す演算で求まる値）を算出し、この演算結果を時間換算してスピーカユニット２１１０−ｉについての遅延時間とするのである。なお、数６において、ｗｉｊ（ｊ≠ｉ）は、スピーカユニット２１１０−ｊとスピーカユニット２１１０−ｉとの距離Ｌｉｊの逆数（すなわち、ｗｉｊ＝１／Ｌｉｊ）であり、ｗｉｉは、他のＭ−１個のｗｉｊ（ｊ≠ｉ）の何れよりも大きな値である。
【数６】
2010114493.tif 000008
【００４１】
図７に示すようにスピーカアレイ２１００が１６個のスピーカユニットで構成されており、上記Ｍの値が９である場合、スピーカユニット２１１０−１０に与える遅延オーディオ信号の遅延時間は、図７のスピーカユニット２１１０−５からスピーカユニット２１１０−７、スピーカユニット２１１０−９およびスピーカユニット２１１０−１１、スピーカユニット２１１０−１３からスピーカユニット２１１０−１４の各々をスピーカユニット２１１０−ｊとして数６に示す演算を行い、その演算結果を時間換算して求めれば良い。また、本変形例では、各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のスムージングを数６に示す重み付け平均で実現したが、スピーカアレイにて各スピーカが均等に配列されている場合には、画像処理にて一般に行われているように、２次元ＦＩＲフィルタによるＬＰＦを利用して上記スムージングを行っても良い。
【００４２】
（６）上述した実施形態では、スピーカアレイシステム２０００に含まれるＵＩ提供手段２４００と制御手段２５００に、ターゲットエリアを設定する設定手段の役割を担わせ、また、制御手段２５００に、各スピーカユニット２１１０−ｉに与える遅延オーディオ信号Ｘ１０−ｉの遅延時間を算出する遅延時間算出手段の役割を担わせた。しかし、上記設定手段と遅延時間算出手段とを組み合わせて、遅延アレイ方式のスピーカアレイの遅延時間制御を行う遅延時間算出装置を構成しても勿論良い。また、コンピュータ装置を上記設定手段および遅延時間算出手段として機能させるプログラム（上記実施形態では、制御プログラム２５２０ａ）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プログラム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のＣＰＵを上記制御プログラムにしたがって作動させることで、一般的なコンピュータ装置を上記遅延時間算出装置として用いることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明の一実施形態であるスピーカアレイシステム２０００の構成を示す図である。
【図２】同スピーカアレイシステム２０００が有するスピーカアレイ２１００におけるスピーカユニット２１１０−ｉの配置例を示す図である。
【図３】同スピーカアレイシステム２０００の制御手段２５００のＣＰＵ２５１０が実行する指向性制御処理の一例を示す図である。
【図４】各スピーカユニット２１１０−ｉに対応する受音点ＲＰ−ｉの設定手法を説明するための図である。
【図５】数３にしたがって演算される値をスピーカユニット２１１０−ｉについての遅延時間とすることの妥当性を説明するための図である。
【図６】変形例（２）に係る受音点設定手法を説明するための図である。
【図７】変形例（５）に係るスムージングを説明するための図である。
【図８】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の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０００…音源、２０００…スピーカアレイシステム、２１００…スピーカアレイ、２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）…スピーカユニット、２２００…遅延手段、２３００…増幅手段、２３１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）…乗算器、２４００…ＵＩ提供手段、２５００…制御手段、２５１０…ＣＰＵ、２５２０…不揮発性メモリ、２５２０ａ…制御プログラム、２５３０…揮発性メモリ。
【図１】
2010114493.tif 000009
【図２】
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【図３】
2010114493.tif 000011
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2010114493.tif 000016