(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
或る音場に配置され、第１所定数のマイクホンを有するマイクロホンアレイ、
前記マイクロホンアレイによって検出された音場データを収録し、当該音場データを複数の再現システムに伝送するサーバ、および
前記サーバからの音場データを第２所定数のラウドスピーカを有するスピーカアレイによって再生する前記再現システムを備える、音場共有システムであって、
前記スピーカアレイのうちの１個のラウドスピーカを最初の基準ラウドスピーカとして選択する初期スピーカ選択手段、
前記スピーカアレイのうち、選択された基準ラウドスピーカと当該基準ラウドスピーカ以外のすべての評価対象ラウドスピーカのそれぞれとの間のグラムシュミット直交化評価値を算出する第１評価値算出手段、
前記第１評価値算出手段によって算出されたグラムシュミット直交化評価値が最も高い前記評価対象ラウドスピーカを前記基準ラウドスピーカとして選択する基準スピーカ選択手段、
前記基準スピーカ選択手段による選択の結果、前記基準ラウドスピーカの数が前記第２所定数よりも少ない第３所定数になるまで、前記第１評価値算出手段および前記基準スピーカ選択手段を繰り返し実行させる第１実行手段、
前記マイクロホンアレイのうちの１個のマイクロホンを最初の基準マイクロホンとして選択する初期マイク選択手段、
前記マイクロホンアレイのうち、選択された基準マイクロホンと当該基準マイクロホン以外のすべての評価対象マイクロホンのそれぞれとの間のグラムシュミット直交化評価値を算出する第２評価値算出手段、
前記第２評価値算出手段によって算出されたグラムシュミット直交化評価値が最も高い前記評価対象マイクロホンを前記基準マイクロホンとして選択する基準マイク選択手段、および
前記基準マイク選択手段による選択の結果、前記基準マイクロホンの数が前記第１所定数よりも少ない第４所定数になるまで、前記第２評価値算出手段および前記基準マイク選択手段を繰り返し実行させる第２実行手段を備え、
前記サーバは、前記第４所定数の前記基準マイクロホンによって検出された音場データを前記複数の再現システムに伝送し、
前記複数の再現システムの各々は、前記第３所定数の基準ラウドスピーカを用いて、前記サーバから伝送された前記音場データを再生する、音場共有システム。
【請求項２】
前記初期スピーカ選択手段によって選択される前記最初の基準ラウドスピーカを順次変化させる初期スピーカ変化手段、
前記初期スピーカ変化手段によって前記最初の基準ラウドスピーカを順次変化させたとき、それぞれの場合について、選択された前記第３所定数の前記基準ラウドスピーカの複数の組を記憶する第１組記憶手段、および
前記第１組記憶手段によって記憶された複数の組のうち、前記第１評価値算出手段によって算出されたグラムシュミット直交化評価値が所定の条件を満たす一組の前記第３所定数の前記基準ラウドスピーカを選択する第１組選択手段をさらに備え、
前記複数の再現システムの各々は、前記第１組選択手段によって選択された一組の前記第３所定数の前記基準ラウドスピーカを用いて、前記サーバから伝送された前記音場データを再生する、請求項１記載の音場共有システム。
【請求項３】
前記初期マイク選択手段によって選択される前記最初の基準マイクロホンを順次変化させる初期マイク変化手段、
前記初期マイク変化手段によって前記最初の基準マイクロホンを順次変化させたとき、それぞれの場合について、選択された前記第４所定数の前記基準マイクロホンの複数の組を記憶する第２組記憶手段、および
前記第２組記憶手段によって記憶された複数の組のうち、前記グラムシュミット直交化評価値が所定の条件を満たす一組の前記第４所定数の前記基準マイクロホンを選択する第２組選択手段をさらに備え、
前記サーバは、第２組選択手段によって選択された一組の前記第４所定数の前記マイクロホンによって検出された音場データを前記複数の再現システムに伝送する、請求項２記載の音場共有システム。
【請求項４】
前記第４所定数は、前記第３所定数に応じて決定される、請求項１ないし３のいずれかに記載の音場共有システム。
【請求項５】
前記第３所定数および前記第４所定数は、少なくとも前記サーバおよび前記再現システムの処理能力に応じて決定される、請求項１ないし４のいずれかに記載の音場共有システム。
【請求項６】
前記第２所定数は６２であり、前記第３所定数は２４を超えない値である、請求項１ないし５のいずれかに記載の音場共有システム。
【請求項７】
前記第１所定数は７０であり、前記第４所定数は８を超えない値である、請求項６記載の音場共有システム。
【請求項８】
或る音場に配置され、第１所定数のマイクホンを有するマイクロホンアレイ、
前記マイクロホンアレイによって検出された音場データを収録し、当該音場データを複数の再現システムに伝送するサーバ、および
前記サーバからの音場データを第２所定数のラウドスピーカを有するスピーカアレイによって再生する前記再現システムを備える、音場共有システムの前記マイクロホンアレイおよび前記スピーカアレイの個数および配置を最適化する最適化方法であって、
（ａ）前記スピーカアレイのうちの１個のラウドスピーカを最初の基準ラウドスピーカとして選択し、
（ｂ）前記スピーカアレイのうち、選択された基準ラウドスピーカと当該基準ラウドスピーカ以外のすべての評価対象ラウドスピーカのそれぞれとの間のグラムシュミット直交化評価値を算出し、
（ｃ）前記ステップ（ｂ）によって算出されたグラムシュミット直交化評価値が最も高い前記評価対象ラウドスピーカを前記基準ラウドスピーカとして選択し、
（ｄ）前記ステップ（ｃ）による選択の結果、前記基準ラウドスピーカの数が前記第２所定数よりも少ない第３所定数になるまで、前記ステップ（ｂ）および前記ステップ（ｃ）を繰り返し実行させ、
（ｅ）前記マイクロホンアレイのうちの１個のマイクロホンを最初の基準マイクロホンとして選択し、
（ｆ）前記マイクロホンアレイのうち、選択された基準マイクロホンと当該基準マイクロホン以外のすべての評価対象マイクロホンのそれぞれとの間のグラムシュミット直交化評価値を算出し、
（ｇ）前記ステップ（ｆ）によって算出されたグラムシュミット直交化評価値が最も高い前記評価対象マイクロホンを前記基準マイクロホンとして選択し、そして
（ｈ）前記ステップ（ｇ）による選択の結果、前記基準マイクロホンの数が前記第１所定数よりも少ない第４所定数になるまで、前記ステップ（ｆ）および前記ステップ（ｇ）を繰り返し実行させる、最適化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は音場共有システムおよび最適化方法に関し、特にたとえば、原音場を物理的に忠実に記録・再現する音場制御再生システムを用いた、音場共有システムおよび最適化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来の音場共有システムの一例が非特許文献１に開示されている。この非特許文献１に開示される３次元音場通信システムでは、７０ｃｈ（チャネル）のマイクロホンアレイで収録した音響データを６２ｃｈのラウドスピーカで再現する音場制御（Ｂｏｕｎｄａｒｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＢｏＳＣ）再生システムを用いて、遠隔地に存在する利用者が音響空間を共有しながら会話を行うことが可能である。具体的には、予め収録し逆フィルタが畳み込まれた６２ｃｈの音場データがサーバに記憶される。このサーバには、インターネットおよびＬＡＮのようなネットワークを介して、２台のクライアントマシン（ＰＣ）が異なる場所に配置される。各クライアントマシンには、３次元の音場再現システムが接続されている。サーバは、利用者が選択した再現音場を双方の音場再現システムに同時に伝送する。各音場再現システムの利用者の音声に対応する音声データは、ネットワークを介して、それぞれ他方のクライアントマシンに伝送される。各クライアントマシンでは、他方の利用者の音声に対応する音声データ（１ｃｈ）が、実時間で畳み込まれた後に、音場データ（６２ｃｈ）に重ね合わせて出力される。したがって、異なる場所に存在する利用者は、サーバから出力される音場データを共有するとともに、会話することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】「１．数値解析技術と可視化・可聴化  １．７三次元音場通信システム」  榎本成悟  音響技術  No.148/Dec.2009 pp37-42
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、非特許文献１の３次元音場通信システムでは、７０ｃｈのマイクロホンアレイで収録した音場データを、６２ｃｈのスピーカアレイ（音場再現システム）で再現するため、その音場データのデータ量が膨大である。また、チャネル数が多いため、畳み込みの処理も負荷が大きい。このため、予め収録するとともに、予め畳み込み処理を行った音場データを各クライアントマシンに伝送するようにしてある。したがって、リアルタイムに収録した音場データを共有することは困難であった。
【０００５】
それゆえに、この発明の主たる目的は、新規な、音場共有システムおよび最適化方法を提供することである。
【０００６】
また、この発明の他の目的は、リアルタイムに収録された音場データを異なる場所に存在する利用者によって共有することができる、音場共有システムおよび最適化方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成を採用した。なお、括弧内の参照符号および補足説明等は、本発明の理解を助けるために後述する実施の形態との対応関係を示したものであって、本発明を何ら限定するものではない。
【０００８】
第１の発明は、音場共有システムは、或る音場に配置され、第１所定数のマイクホンを有するマイクロホンアレイ（１４）、マイクロホンアレイによって検出された音場データを収録し、当該音場データを複数の再現システムに伝送するサーバ（１２）、およびサーバからの音場データを第２所定数のラウドスピーカを有するスピーカアレイによって再生する再現システム（２２、２６）を備える。この音場共有システムは、初期スピーカ選択手段、第１評価値算出手段、基準スピーカ選択手段、第１実行手段、初期マイク選択手段、第２評価値算出手段、基準マイク選択手段および第２実行手段を備える。たとえば、これらの手段は、コンピュータ（１２、１８、２０など）によって実現される。
【０００９】
初期スピーカ選択手段は、スピーカアレイのうちの１個のラウドスピーカを最初の基準ラウドスピーカとして選択する。第１評価値算出手段は、スピーカアレイのうち、選択された基準ラウドスピーカと当該基準ラウドスピーカ以外のすべての評価対象ラウドスピーカのそれぞれとの間のグラムシュミット直交化評価値を算出する。基準スピーカ選択手段は、第１評価値算出手段によって算出されたグラムシュミット直交化評価値が最も高い評価対象ラウドスピーカを基準ラウドスピーカとして選択する。第１実行手段は、基準スピーカ選択手段による選択の結果、基準ラウドスピーカの数が第２所定数よりも少ない第３所定数になるまで、第１評価値算出手段および基準スピーカ選択手段を繰り返し実行させる。
【００１０】
初期マイク選択手段は、マイクロホンアレイのうちの１個のマイクロホンを最初の基準マイクロホンとして選択する。第２評価値算出手段は、マイクロホンアレイのうち、選択された基準マイクロホンと当該基準マイクロホン以外のすべての評価対象マイクロホンのそれぞれとの間のグラムシュミット直交化評価値を算出する。基準マイク選択手段は、第２評価値算出手段によって算出されたグラムシュミット直交化評価値が最も高い評価対象マイクロホンを基準マイクロホンとして選択する。第２実行手段は、基準マイク選択手段による選択の結果、基準マイクロホンの数が第１所定数よりも少ない第４所定数になるまで、第２評価値算出手段および基準マイク選択手段を繰り返し実行させる。そして、サーバは、第４所定数の基準マイクロホンによって検出された音場データを複数の再現システムに伝送する。したがって、複数の再現システムの各々は、第３所定数の基準ラウドスピーカを用いて、サーバから伝送された音場データを再生する。
【００１１】
第１の発明によれば、第２所定数のラウドスピーカを第３所定数に低減するとともに、第１所定数のマイクロホンを第４所定数に低減するので、畳み込み処理の負荷およびデータ量を低減することができる。したがって、リアルタイムに、畳み込み処理およびデータの伝送を行うことができ、音場を共有することができる。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明に従属し、音場共有システムは、初期スピーカ変化手段、第１組記憶手段および第１組選択手段をさらに備える。これらの手段もまた、コンピュータ（１２、１８、２０など）によって実現される。初期スピーカ変化手段は、初期スピーカ選択手段によって選択される最初の基準ラウドスピーカを順次変化させる。したがって、最初に選択される基準ラウドスピーカ毎に、第１実行手段によって、第１評価値算出手段および基準スピーカ選択手段を繰り返し実行することにより、第３所定数の基準ラウドスピーカの組が複数（ラウドスピーカの総数）得られる。第１組記憶手段は、初期スピーカ変化手段によって最初の基準ラウドスピーカを順次変化させたとき、それぞれの場合について、選択された第３所定数の基準ラウドスピーカの複数の組を記憶する。たとえば、複数の組は、コンピュータのメモリ（ハードディスクやＲＡＭ）などに記憶される。第１組選択手段は、第１組記憶手段によって記憶された複数の組のうち、第１評価値算出手段によって算出されたグラムシュミット直交化評価値が所定の条件を満たす一組の第３所定数の基準ラウドスピーカを選択する。具体的には、グラムシュミット直交化法による評価指標の平均値が最大である組が選択される。ただし、評価指標の平均値が最大である組についての評価指標の最小値が極端に低い場合には、線形独立性の低い周波数が存在するため、評価指標の平均値が最大であっても、選択するのは適切ではない。正しく音場を再現できないと考えられるからである。かかる場合には、次に評価指標の平均値が大きい組が選択される。ただし、次に評価指標の平均値が大きい組についての評価指標の最小値が極端に低い場合には、その次に評価指標の平均値が大きい組が選択される。それ以降も同様である。このようにして、最適と考えられる組の第３所定数の基準ラウドスピーカが選択される。したがって、複数の再現システムの各々は、第１組選択手段によって選択された一組の第３所定数の基準ラウドスピーカを用いて、サーバから伝送された音場データを再生する。
【００１３】
第２の発明によれば、最適と考えられるラウドスピーカを選択することができるので、正しく音場を再現することができる。
【００１４】
第３の発明は、第２の発明に従属し、音場共有システムは、初期マイク変化手段、第２組記憶手段および第２組選択手段をさらに備える。これらの手段もまた、コンピュータ（１２、１８、２０など）によって実現される。初期マイク変化手段は、初期マイク選択手段によって選択される最初の基準マイクロホンを順次変化させる。第２組記憶手段は、初期マイク変化手段によって最初の基準マイクロホンを順次変化させたとき、それぞれの場合について、選択された第４所定数の基準マイクロホンの複数の組を記憶する。そして、第２組選択手段は、第２組記憶手段によって記憶された複数の組のうち、グラムシュミット直交化評価値が所定の条件を満たす一組の第４所定数の基準マイクロホンを選択する。したがって、ラウドスピーカの場合と同様に、最適と考えられる組の第４所定数のマイクロホンが選択される。そして、サーバは、第２組選択手段によって選択された一組の第４所定数のマイクロホンによって検出された音場データを複数の再現システムに伝送する。
【００１５】
第３の発明によれば、最適と考えられるマイクロホンが選択されるため、第２の発明と同様に、音場を正しく再現することができる。
【００１６】
第４の発明は、第１ないし第３の発明に従属し、第４所定数は、第３所定数に応じて決定される。具体的には、逆システムの行列の全要素数は決定されており、したがって、ラウドスピーカを第４所定数に決定すると、全要素数を第４所定数で割った値に第３所定数が決定される。
【００１７】
第４の発明によれば、第４所定数に応じて第３所定数を決定するので、第３所定数を簡単に決定することができる。
【００１８】
第５の発明は、第１ないし第４の発明に従属し、第３所定数および第４所定数は、少なくともサーバおよび再現システムの処理能力に応じて決定される。つまり、逆システムの行列の全要素数は、サーバおよび再現システムの処理能力によって決定されるのである。
【００１９】
第５の発明によれば、第３所定数および第４所定数は、サーバおよび再現システムの処理能力に応じて決定されるため、確実に、音場データの畳み込み処理、伝送および再現を、リアルタイムに実行させることができる。
【００２０】
第６の発明は、第１ないし第５の発明に従属し、第２所定数は６２であり、第３所定数は２４を超えない値である。つまり、ラウドスピーカは、最大で２４個選択される。
【００２１】
第６の発明によれば、６２個のラウドスピーカを２４個に低減できるため、畳み込み処理およびデータ量を低減することができる。
【００２２】
第７の発明は、第６の発明に従属し、第１所定数は７０であり、第３所定数は８を超えない値である。
【００２３】
第７の発明によれば、たとえば、逆行列の要素数は１９２に設定され、ラウドスピーカを２４個にした場合には、マイクロホンを最大で８個選択することができる。
【００２４】
第８の発明は、或る音場に配置され、第１所定数のマイクホンを有するマイクロホンアレイ、マイクロホンアレイによって検出された音場データを収録し、当該音場データを複数の再現システムに伝送するサーバ、およびサーバからの音場データを第２所定数のラウドスピーカを有するスピーカアレイによって再生する再現システムを備える、音場共有システムのマイクロホンアレイおよびスピーカアレイの個数および配置を最適化する最適化方法であって、（ａ）スピーカアレイのうちの１個のラウドスピーカを最初の基準ラウドスピーカとして選択し、（ｂ）スピーカアレイのうち、選択された基準ラウドスピーカと当該基準ラウドスピーカ以外のすべての評価対象ラウドスピーカのそれぞれとの間のグラムシュミット直交化評価値を算出し、（ｃ）ステップ（ｂ）によって算出されたグラムシュミット直交化評価値が最も高い評価対象ラウドスピーカを基準ラウドスピーカとして選択し、（ｄ）ステップ（ｃ）による選択の結果、基準ラウドスピーカの数が第２所定数よりも少ない第３所定数になるまで、ステップ（ｂ）およびステップ（ｃ）を繰り返し実行させ、（ｅ）マイクロホンアレイのうちの１個のマイクロホンを最初の基準マイクロホンとして選択し、（ｆ）マイクロホンアレイのうち、選択された基準マイクロホンと当該基準マイクロホン以外のすべての評価対象マイクロホンのそれぞれとの間のグラムシュミット直交化評価値を算出し、（ｇ）ステップ（ｆ）によって算出されたグラムシュミット直交化評価値が最も高い評価対象マイクロホンを基準マイクロホンとして選択し、そして（ｈ）ステップ（ｇ）による選択の結果、基準マイクロホンの数が第１所定数よりも少ない第４所定数になるまで、ステップ（ｆ）およびステップ（ｇ）を繰り返し実行させる、最適化方法である。
【００２５】
第８の発明によれば、ラウドスピーカの数およびマイクロホンの数を低減することにより、リアルタイムに畳み込み処理およびデータを伝送できる、音場共有システムを提供することができる。
【発明の効果】
【００２６】
この発明によれば、第２所定数のラウドスピーカを第３所定数に低減するとともに、第１所定数のマイクロホンを第４所定数に低減するので、畳み込み処理の負荷およびデータ量を低減することができる。したがって、リアルタイムに、畳み込み処理およびデータの伝送を行うことができ、音場を共有することができる。
【００２７】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１はこの発明の音場共有システムの一例を示す図解図である。
【図２】図２は図１に示すマイクロホンアレイの例を示す図解図である。
【図３】図３は図１に示すスピーカアレイシステムの例を示す図解図である。
【図４】図４は音場再現の原理を説明するための図解図である。
【図５】図５はグラムシュミットの直交化法を説明するための図解図である。
【図６】図６は各ラウドスピーカを最初に選択した場合に、６２個のマイクロホンに対して２４個のラウドスピーカを選択したときの評価指標の平均値および最小値の変化を示すグラフである。
【図７】図７は６０番のラウドスピーカを最初に選択した場合における選択処理に従う評価指数の平均値および最小値の変化を示すグラフである。
【図８】図８は各マイクロホンを最初に選択した場合に、２４個のラウドスピーカに対して８個のマイクロホンを選択したときの評価指数の平均値および最小値の変化を示すグラフである。
【図９】図９は最初に６５番のマイクロホンを選択し、選択処理の回数を増加させた場合における評価指標の値の変化を示すグラフである。
【図１０】図１０は６０番のラウドスピーカを最初に選択した場合において、選択された２４個のスピーカ位置の分布を示す図解図である。
【図１１】図１１は６５番のマイクロホンを最初に選択した場合において、選択された８個のマイクロホンの位置の分布を示す図解図である。
【図１２】図１２は実験条件のテーブルを示す図解図である。
【図１３】図１３は提示された音源定位について被験者が認識した角度の差についてのＲＭＳ値および提示された音源定位について被験者が認識した角度の正解率を示すグラフである。
【図１４】図１４は差のＲＭＳ値についてのテューキーの多重比較試験の結果を示すテーブルおよび正解率についてのテューキーの多重比較試験の結果を示すテーブルである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１を参照して、この実施例の音場共有システム１０はサーバ１２を含み、サーバ１２には、マイクロホンアレイ１４が接続される。サーバ１２は、汎用のサーバであり、インターネットまたはＬＡＮ或いはその両方のようなネットワーク１６を介して、コンピュータ１８およびコンピュータ２０に接続される。コンピュータ１８、２０は、汎用のＰＣまたはワークステーションである。コンピュータ１８には、スピーカアレイシステム２２およびマイク２４が接続され、同様に、コンピュータ２０には、スピーカアレイシステム２６およびマイク２８が接続される。
【００３０】
この図１に示す音場共有システム１０は、２つの音場制御（ＢｏＳＣ）再生システム１０ａおよび１０ｂを含む。図１の点線枠で囲むように、ＢｏＳＣ再生システム１０ａは、サーバ１２、マイクロホンアレイ１４、ネットワーク１６、コンピュータ１８、スピーカアレイシステム２２およびマイク２４によって構成される。また、図１の一点鎖線枠で囲むように、ＢｏＳＣ再生システム１０ｂは、サーバ１２、マイクロホンアレイ１４、ネットワーク１６、コンピュータ２０、スピーカアレイシステム２６およびマイク２８によって構成される。
【００３１】
図２に示すように、マイクロホンアレイ１４は、球形に近い形状の骨格１４ａおよびこの骨格１４ａを支持するスタンド１４ｂを含む。骨格１４ａは、Ｃ８０  フラーレン（Ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ）の構造を基に、底部の１０個の頂点を切り取った７０個の頂点を有している。図示は省略するが、骨格１４ａの表面（外面）であり、７０個の頂点の各々には１個の無指向性のマイクロホンが取り付けられる。たとえば、マイクロホンとしては、ＤＰＡ  ４０６０−ＢＭを用いることができる。スタンド１４ｂは、支持軸１４０および三脚１４２によって構成され、支持軸１４０は、骨格１４ａの切り取った底部を通ってこの骨格１４ａの天井をその内側から支持している。
【００３２】
なお、骨格１４ａは、前面側と重なる部分以外は、背面側であっても正面から見えるが、分かり易く示すために、図２では、背面側に相当する部分を点線で示してある。
【００３３】
また、図３に示すように、スピーカアレイシステム２２、２６は、楕円形のドーム部２２０およびこれを支える４本の柱部２２２を含む。この楕円形のドーム部２２０は、たとえば木製の４層の架台２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄによって構成される。ただし、図３では、ドーム部２２０の内部をその斜め下方から見た図であり、架台２２０ｄおよび柱部２２２についてはその一部を示してある。図示は省略するが、ドーム部２２０および柱部２２２の内部は空洞にされ、架台（２２０ａ−２２０ｄ）自体が密室型エンクロージャの役割を果たす。
【００３４】
また、スピーカアレイシステム２２、２６の各々には、７０個のラウドスピーカ２３０が設置される。具体的には、架台２２０ａには６個のフルレンジユニット（Ｆｏｓｔｅｘ  ＦＥ８３Ｅ）すなわちラウドスピーカ２３０が設置され、架台２２０ｂには１６個のラウドスピーカ２３０が設置され、架台２２０ｃには２４個のラウドスピーカ２３０が設置され、そして、架台２２０ｄには１６個のラウドスピーカ２３０が設置される。さらに、４本の柱部２２２の各々には、低域を補うため、２個のサブウーファーユニット（Ｆｏｓｔｅｘ  ＦＷ１０８Ｎ）すなわちラウドスピーカ２３０が設置される。
【００３５】
このようなスピーカアレイシステム２２、２６は、それぞれ、音場再現ルーム（図示せず）内に設置される。音場再現ルームは、１．５帖の防音室であり、ＹＡＭＡＨＡウッディボックス（遮音性能Ｄｒ−３０）が用いられる。また、音場再現ルーム内には、リフト付きの椅子（図示せず）が設けられる。これは、スピーカアレイシステム２２、２６のドーム部２２０内であり、ラウドスピーカ２３０の数が最大となる架台２２０ｃの高さに、椅子に座ったユーザの耳の位置（高さ）を設定するためである。
【００３６】
なお、マイクロホンアレイ１４、およびコンピュータ（１８、２０）とスピーカアレイシステム（２６、２８）とを含む音場再現ルーム（音場再現システム）については、「１．数値解析技術と可視化・可聴化  １．７三次元音場通信システム」  榎本成悟  音響技術  No.148/Dec.2009 pp37-42に開示されているため、さらなる詳細な説明は省略することにする。
【００３７】
たとえば、図１に示した音場共有システム１０では、マイクロホンアレイ１４は、オーケストラの演奏会場などの音場に配置される。サーバ１２は、マイクロホンアレイ１４からアンプ（図示せず）を介して入力される音声信号（音場信号）をディジタルの音声データ（音場データ）に変換し、この音場データに対して逆システムの畳み込み処理を実行する。サーバ１２は、畳み込み処理を実行した音場データを、ネットワーク１６を介して、コンピュータ１８および２０に送信する。
【００３８】
コンピュータ１８、２０は、それぞれ、サーバ１２からの音場データをアナログの音場信号に変換し、スピーカアレイシステム２２、２６に出力する。したがって、スピーカアレイシステム２２、２６では、上述の音場が再現される。このため、スピーカアレイシステム２２、２６を使用する各ユーザ（図示せず）は、遠隔地に存在している場合であっても、スピーカアレイシステム２２、２６を介して、たとえば演奏会場で収録した生のオーケストラを楽しむことができる。
【００３９】
また、各ユーザは、マイク２４、２８を通して音声を入力することができる。マイク２４で検出された音声信号はコンピュータ１８でディジタルの音声データに変換され、ネットワーク１６を介してコンピュータ２０に送信される。コンピュータ２０は、受信した音声データと音声フィルタを畳み込み演算し、音場データに重ね合わせて、スピーカアレイシステム２６に出力する。したがって、音場が再現されるとともに、他のユーザの音声が再現される。同様に、マイク２８で検出された音声信号はコンピュータ２０でディジタルの音声データに変換され、ネットワーク１６を介してコンピュータ１８に送信される。コンピュータ１８は、受信した音声データと音声フィルタを畳み込み演算し、音場データに重ね合わせて、スピーカアレイシステム２４に出力する。
【００４０】
したがって、スピーカアレイシステム２２のユーザと、スピーカアレイシステム２６のユーザとは、音場を共有するとともに、会話することが可能である。
【００４１】
なお、詳細な説明は省略するが、たとえば、マイク２４、２８はヘッドセットマイクを用いることができる。
【００４２】
ここで、境界音場制御（ＢｏＳＣ）の原理およびＢｏＳＣを用いた音場再現システムについて簡単に説明する。境界音場制御では、キルヒホッフ・ヘルムホルツ積分方程式（ＫＨＩＥ）に基づき、図４の左側に示す原音場内の領域Ｖ内の音場が、図４の右側に示す際現音場内の領域Ｖ´において再現される。ただし、領域Ｖを囲む境界Ｓ上の収録点ｒと、領域Ｖ’を囲む境界Ｓ’上の制御点ｒ’との相対的な位置は等しいものとする。つまり、数１が成立すると仮定する。ただし、点ｓおよび点ｓ’は各領域内部の任意の点である。
【００４３】
[数１]
｜ｒ−ｓ｜＝｜ｒ’−ｓ’｜，ｓ∈Ｖ，ｓ’∈Ｖ’
このとき、内部に音源を含まない領域内の音圧ｐ（ｓ），ｐ（ｓ’）はＫＨＩＥより、数２および数３のそれぞれで示される。
【００４４】
【数２】
0005550019.tif 000002
【００４５】
【数３】
0005550019.tif 000003
【００４６】
ただし、ωは角周波数であり、ρ０は媒質の密度であり、ｐ（ｒ），ｖｎ（ｒ）はそれぞれ境界上の点ｒにおける音圧と法線ｎの方向の粒子速度であり、Ｇ（ｒ｜ｓ）は自由空間グリーン関数である。
【００４７】
ここで、数１より、数４に示す関係が成立する。さらに、数４に従って、数５が成立する。
【００４８】
【数４】
0005550019.tif 000004
【００４９】
【数５】
0005550019.tif 000005
【００５０】
この数５から、原音原で収音された境界面Ｓ上の音圧と粒子速度が再現音場において等しくなるように、２次音源から信号を出力すれば、領域Ｖ内の音場が領域Ｖ’において再現されることが分かる。
【００５１】
ただし、２次音源の出力は、すべての２次音源からすべての制御点までの伝達特性を打ち消す逆フィルタと収録点で観測された信号を畳み込むことにより決定される。したがって、図４に示すような、ＢｏＳＣ音場再現システムを実現するためには、安定であり、かつ頑健な逆フィルタ（ｐｉｎｖ（Ｈ））を設計することが重要になる。
【００５２】
なお、逆フィルタの設計方法は、文献（S.Enomoto et al., "Three-dimensional sound field reproduction and recording systems based on boundary surface control principle", Proc. of 14th ICAD, Presentation o 16, 2008 Jun.）に詳細に開示されているため、ここでは、簡単に説明することにする。
【００５３】
図４に示すような、２次音源数Ｍ、制御点数Ｎの多チャネル−多点制御逆システム（以下、単に「逆システム」という）を周波数領域で設計する方法について簡単に説明する。ただし、逆システムとは、Ｍ×Ｎ個の逆フィルタ群の総称である。
【００５４】
２次音源ｉから制御点ｊまでの伝達関数をＨｊｉ（ω）とし、入力信号をＸｊ（ω）とし、そして、観測信号をＰｊ（ω）とすると、これらの関係は、数６で表すことができる。ただし、ｉは２次音源番号（１、２、…、Ｍ）であり、ｊは制御点番号（１、２、…、Ｎ）であり、そして、Ｗ（ω）は逆システムである。
【００５５】
［数６］
0005550019.tif 000006
【００５６】
このとき、Ｐ（ω）＝Ｘ（ω）とするためには、数７を満たす必要がある。ただし、＋は疑似逆行列を意味する。これによって、［Ｗ（ω）］は、［Ｈ（ω）］の逆システムとして定義される。
【００５７】
［数７］
[W(ω)] = [H(ω)]+
ここで、正則化法が逆問題を解決する合理的な方法であることは良く知られている。これは既に音再生システムに適用されている（TOKUNO et al., "Inverse Filter of Sound Reproduction Systems Using Regularization" EIEIC TRANS. FUNDAMENTALS, Vol.E80-A, NO.5 MAY 1997など）。正則化法を用いることにより、ランク（［Ｈ（ω）］）＝Ｎについての算出された逆行列［Ｗ＾（ω）］（表記の都合上、“＾”をＷの横に示してあるが、実際には数８に示すように、Ｗの上に記載される。以下、同じ。）は数８で与えられる。ただし、数８において、＃は共役転置を意味し、β（ω）は正則化パラメータであり、ＩＭはＭ×Ｍの単位行列である。以下、同様である。
【００５８】
［数８］
0005550019.tif 000007
【００５９】
一方、数７の右辺に示される、ランク（［Ｈ（ω）］）＝Ｍについての逆行列［Ｈ（ω）］＋は、数９として導かれる。
【００６０】
［数９］
0005550019.tif 000008
【００６１】
数８および数９は、それぞれ、最小二乗解および最小ノルム解（ノルム最小型一般逆行列）として解釈される。ただし、ランク（［Ｈ（ω）］）＝Ｎ＝Ｍであり、［Ｈ（ω）］は特異行列（非正則行列）では無く、そして［Ｗ（ω）］＝［Ｈ（ω）］−１で与えられる。また、−１は逆行列を意味する。最後に、時間領域逆フィルタ係数は、［Ｗ＾（ω）］の逆離散フーリエ変換から得られる。
【００６２】
なお、ＢｏＳＣ再生システムにおいては、ラウドスピーカ２３０およびマイクロホンの配置は、空間サンプリングに影響を及ぼす。
【００６３】
数８および数９においては、適切な正則化パラメータβ（ω）が選択されることにより、逆システムの不安定性を緩和する（取り除く）ことができる。この実施例では、正則化パラメータβ（ω）は、発見的に、各オブターブの周波数帯域で定義される。さらに、逆フィルタは、予め防音室でそれぞれのラウドスピーカ２３０とマイクロホンとの組の間で測定されたインパルス応答を使用することによって、計算された。測定されたインパルス応答を使用したため、環境の変化によって引き起こされた変動には追従しなかった。ただし、変動する実際の環境においては、ＭＩＭＯ(Multiple-Input Multiple-Output)の適応型の逆フィルタをＢｏＳＣ再生システムに適用することができる。
【００６４】
ここで、図１−図３に示したマイクロホンアレイ１４およびスピーカアレイシステム２２、２６をそのまま使用する場合には、サーバ１２における処理負荷がかなり大きい。具体的には、マイクロホンアレイ１４が７０ｃｈであり、スピーカアレイシステム２２が６２ｃｈであるため、サーバ１２は、マイクロホン７０ｃｈの音声信号（音場データ）と、逆システムとの畳み込み処理を６２×７０回行う必要があり、また、各回の畳み込み処理は、逆システム（逆フィルタ）のタップ数（この実施例では、４０９６）分実行する必要がある。
【００６５】
また、伝送する音場データの量（データ量）が膨大であるため、各クライアント（コンピュータ１８、２０）において、約４５Ｍｂｐｓの帯域を必要とする。
【００６６】
さらに、コンピュータ１８、２０によって、ユーザの音声に対応する音声データと音声フィルタを畳み込み演算する場合にも、７０ｃｈをフルに使用する場合には、処理負荷が比較的大きくなってしまう。
【００６７】
したがって、サーバ１２からコンピュータ１８、２０に音場データをリアルタイムに送信するのは困難であり、当然のことながら、スピーカアレイシステム２２、２６を使用するユーザがリアルタイムにオーケストラ等を楽しむことも困難である。つまり、リアルタイムに音場を共有することができない。
【００６８】
これを回避するため、たとえば、マイクロホンアレイ１４のマイクロホンの数やスピーカアレイシステム２２、２６のラウドスピーカ２３０の数を減らすことにより、畳み込み処理の処理負荷および伝送するデータ量を低減することが考えられる。しかし、マイクロホンおよびラウドスピーカ２３０の数を単に減らせば良いということでは無く、再現される音場の臨場感を損なわない必要がある。
【００６９】
そこで、この実施例では、臨場感を損なうことなく、マイクロホンおよびラウドスピーカ２３０を低減するとともに、マイクロホンおよびラウドスピーカ２３０の妥当な個数を決定することにする。
【００７０】
この実施例では、まず、グラムシュミットの直交化法を用いて、７０ｃｈのマイクロホンアレイ１４を用いた場合に、スピーカアレイシステム２２で使用するラウドスピーカ２３０が抽出（選出）される。そして、選出されたラウドスピーカ２３０を用いる場合に、グラムシュミットの直交化法を用いて、マイクロホンアレイ１４で使用するマイクロホンが抽出（選出）される。
【００７１】
詳細な説明は省略するが、使用するラウドスピーカ２３０およびマイクロホンの抽出（選出）は、サーバ１２、コンピュータ１８、２０または図示しない別のコンピュータを用いて実行することができる。
【００７２】
ここでは、単一の周波数について、グラムシュミットの直交化法を使用することでラウドスピーカ２３０を選択する場合の基本的なアルゴリズムを説明する。Ｎ×Ｍに含まれるＮ次元の縦ベクトルからの線形独立性が低ければ、行列式は悪い状態であると言われる。［Ｈ（ω）］において線形独立性の劣化は、ＢｏＳＣ再生システムの不安定性を引き起こす。ここで、数６に示した［Ｈ（ω）］は、数１０のように書くことができる。
【００７３】
［数１０］
P(ω) = [H(ω)]Y(ω)
= {h1(ω),…,hM(ω)}Y(ω)
ただし、Ｙ（ω）＝［Ｗ（ω）］Ｘ（ω）およびｈｉ（ω）は、［Ｈ（ω）］に含まれるＮ次元の縦ベクトルである。この縦ベクトルｈ（ω）は、周波数ωにおける、或るラウドスピーカ２３０と各々のマイクロホンとの間の伝達関数である。それゆえに、グラムシュミットの直交化法を用いたラウドスピーカ２３０の選択は、［Ｈ（ω）］から高い線形独立を有する縦ベクトルｈ（ω）の組を選択することを意味する。以下、グラムシュミットの直交化法のアルゴリズムについて簡単に説明することにする。
【００７４】
ラウドスピーカ２３０を選択するｎ番目のステップにおいては、既にｎ−１個のラウドスピーカ２３０が選択されている。［Ｈ］に含まれる縦ベクトルの集合は、τ＝｛ｈ１，…，ｈＭ｝で示される。Ｓｎ−１は、ｎ−１番目のステップまでに選択されたベクトルの部分集合を示し、τｎ−１は、ｎ−１番目のステップまでに未使用のベクトルの部分集合を示す。ｖｎ−１＝｛ｖ１，…，ｖｎ−１｝は、部分集合Ｓｎ−１によって張られる平面の正規直交基底を示す。
【００７５】
たとえば、最初のステップでは、すべてのラウドスピーカ２３０のうちの１つのラウドスピーカ２３０が基準ラウドスピーカ２３０として選択され、基準ラウドスピーカ２３０以外のすべてのラウドスピーカ２３０が評価対象のラウドスピーカ２３０（評価対象ラウドスピーカ２３０）として選択される。後述するように、グラムシュミットの直交化法により、基準ラウドスピーカ２３０との関係において、複数の評価対象ラウドスピーカ２３０から１の評価対象ラウドスピーカ２３０が選択される。次のステップでは、同じくグラムシュミットの直交化法により、最初に選択された基準ラウドスピーカ２３０および先のステップで選択された評価対象ラウドスピーカ２３０との関係において、残りの複数の評価対象ラウドスピーカ２３０から１の評価対象ラウドスピーカ２３０が選択される。つまり、このステップでは、先のステップで選択された評価対象ラウドスピーカ２３０は、基準ラウドスピーカ２３０と言える。これが繰り返されるのである。
ただし、低域を補う８個のラウドスピーカ２３０は、基準ラウドスピーカ２３０や評価対象ラウドスピーカ２３０の対象外である。
【００７６】
図５は、部分集合Ｓｎ−１によって張られた平面の一例である。ｎ番目のステップでは、部分集合Ｓｎ−１によって張られた平面に対するｈｎ＾（数１１に示すように、実際には“＾”はｈの上に表記される。以下、同じ。）の垂直成分が最大となるように、ｈｎ＾が選択される。部分集合τｎ−１に含まれる任意のベクトルｈｉの垂直成分ｒｉは数１１で表される。
【００７７】
［数１１］
ri = zi - p
ただし、ｐは部分集合Ｓｎ−１によって張られた平面上の投影（射影）を示す。ｎ番目のラウドスピーカ２３０は、たとえば数１２で示される、垂直成分ｒｉのノルムが最大となるように決定される。
【００７８】
［数１２］
0005550019.tif 000009
【００７９】
ただし、評価指標の値であるＪ（ｈｉ）は数１３で定義される。
【００８０】
［数１３］
J(hi) = ||ri||
ｈｉ＾の垂直成分がｒｎ＾（実際には“＾”の記号はｒの上に表記される。以下、同じ。）として示される場合には、ｎ番目の正規直交ベクトルｖｎは数１４に従って決定される。
【００８１】
［数１４］
0005550019.tif 000010
【００８２】
ｎ番目のステップで最大化された評価指標の値Ｊｎ＾（実際には“＾”の記号はＪの上に表記される。以下、同じ。）は数１５で示される。
【００８３】
［数１５］
0005550019.tif 000011
【００８４】
このような数１１−数１５に従う処理は、評価指標の値Ｊｎ＾が予め設定された閾値Ｊｔｈｒ＾よりも小さくなるまで繰り返される。ただし、周波数帯域［ωｌ，ωｈ］について、２つの評価指標の値が数１６に従って求められる。
【００８５】
［数１６］
0005550019.tif 000012
【００８６】
ただし、ｈｉ￣＝｛ｈｉ（ωｌ），…，ｈｉ（ωｈ）｝であり（実際には、数１６に示すように、“￣”はｈの上に表記される。）、Ｋは離散周波数ωｋの数であり、ａｋは離散周波数ωｋに対する任意の重み係数を示す。垂直成分ｒｉ（ωｋ）と正規直交ベクトルｖｉ（ωｋ）は、単一の周波数の場合と同様に、離散周波数毎に分離して求められる。最適化処理では、評価指標の値Ｊａｖｇは最大化される。一方、評価指標の値Ｊｍｉｎは最適化処理の終了判定に用いられる。つまり、Ｊｍｉｎ＾＜Ｊｔｈｒ＾となったときにラウドスピーカ２３０の選択を終了する。
【００８７】
ただし、最適化処理については、文献（Asano, Suzuki, and Swanson " Optimization of control source configuration in active control systems using Gram-Schmidt orthogonalization", Speech and Audio Processing, IEEE Transactions on, Mar. 1999）に開示されている。
【００８８】
この文献においては、評価指標の値が閾値以上（Ｊｍｉｎ＾≧Ｊｔｈｒ＾）である場合には、ラウドスピーカ２３０の選択は継続される。しかし、適切な閾値を決定する方法は確認されていない。したがって、この実施例では、音場共有システム１０において、リアルタイムに音場を共有することができるラウドスピーカ２３０の最大数とマイクロホンの最大数とを検証した。そして、グラムシュミットの直交化法を使用することで、最大数までのラウドスピーカ２３０の番号（配置位置）を決定した。
【００８９】
ここで、上述したように、グラムシュミットの直交化法では、スピーカ位置は、それ以前に選択されたスピーカ位置に基づいて決定されるため、その選択結果は、１番目に選択されるスピーカ位置に強い影響を及ぼされる。
【００９０】
たとえば、使用するラウドスピーカ２３０の個数を、半数程度（３２個）、３分の１程度（２４個）、４分の１程度（１６個）に削減する場合について検討した。図６は、２４個のラウドスピーカ２３０が選択された（２４ステップの選択処理を実行した）場合の評価指標の値Ｊａｖｇ，Ｊｍｉｎの変化である。図６において、横軸は最初に選択されたラウドスピーカ２３０（基準ラウドスピーカ２３０）のスピーカ位置（図１０参照）を示し、縦軸は評価値（ｄＢ）を示す。ただし、２本の実線のうち、細い実線が評価指標の値Ｊａｖｇを示し、細い実線が評価指標の値Ｊｍｉｎの変化を示す。
【００９１】
詳細な説明は省略するが、たとえば、最初に選択される基準ラウドスピーカ２３０は「１」番（図１０参照）から順次変化（２、３、…、６２）され、それぞれの場合について、選択された２４個のスピーカ位置（ラウドスピーカ２３０の番号）の組が選択されるとともに、各組について評価指標の値Ｊａｖｇ，Ｊｍｉｎが算出される。ただし、選択された２４個のスピーカ位置（ラウドスピーカ２３０の番号）の組と、各組について算出された評価指標の値Ｊａｖｇ，Ｊｍｉｎは、上述したコンピュータのメモリ（図示は省略するが、ハードディスクやＲＡＭ）に記憶される。そして、後述するように、複数の組のうち、評価指標の値Ｊａｖｇ，Ｊｍｉｎが所定の条件を満たす一組が選択される。したがって、選択された一組の２４個のラウドスピーカ２３０を用いて音場が再現されるのである。
【００９２】
また、自由空間グリーン関数は、各ラウドスピーカ２３０とマイクロホンとの間の伝達関数を得るのに使用された。後述する刺激のための上限周波数は、ここでは制限されなかった。しかし、ラウドスピーカ２３０の構成（設定）は、２０Hzから１kHzまでの範囲を、２０Hz毎の周波数で決定された。図示は省略するが、上限周波数が制限されない場合には、上側の層（架台２２０ａ、架台２２０ｂ）に配置されたラウドスピーカ２３０が、多く選択された。ラウドスピーカ２３０が全く無い方向から来る波面を統合するのは立体音の再生系においては困難である。したがって、ラウドスピーカ２３０は、マイクロホンアレイに囲まれるあらゆる可能な方向に位置されるべきである。
【００９３】
上述したように、図６には、ラウドスピーカ２３０について、２４ステップ（回）の選択処理を実行した場合の評価指標の値Ｊａｖｇ，Ｊｍｉｎを折れ線で示したグラフである。この図６からも分かるように、スピーカ位置が「６０」（図１０参照）であるラウドスピーカ２３０を最初に選択し、全部で２４個のラウドスピーカ２３０を選択した場合の評価指標の値Ｊａｖｇ，Ｊｍｉｎが最大である。
【００９４】
この実施例では、複数の組（この実施例では、６２個の組）のうち、評価指標の値Ｊａｖｇ，Ｊｍｉｎが所定の条件を満たす一組の２４個のラウドスピーカ２３０が選択される。具体的には、評価指標の値Ｊａｖｇが最大である組が選択される。ただし、評価指標の値Ｊａｖｇが最大である組についての評価指標の値Ｊｍｉｎが極端に低い場合には、線形独立性の低い周波数が存在するため、評価指標の値Ｊａｖｇが最大であっても、選択するのは適切ではない。正しく音場を再現できないと考えられるからである。かかる場合には、次に評価指標の値Ｊａｖｇが大きい組が選択される。ただし、次に評価指標の値Ｊａｖｇが大きい組についての評価指標の値Ｊｍｉｎが極端に低い場合には、その次に評価指標の値Ｊａｖｇが大きい組が選択される。それ以降も同様である。たとえば、評価指標の値Ｊｍｉｎが極端に低いかどうかについては、予め設定された閾値によってコンピュータは判断する。この閾値は、音場共有システム１０の開発者ないし使用者が設定する値である。ただし、後述の図７に示すように、選択するラウドスピーカ２３０の個数が増えるに従って、評価指標の値Ｊａｖｇ，Ｊｍｉｎは次第に低下するため、選択するラウドスピーカ２３０の個数に応じて、閾値も可変的に設定する必要がある。
【００９５】
また、図７は、スピーカ位置が「６０」であるラウドスピーカ２３０を最初に選択し、その後、選択処理を繰り返した場合の評価指標の値Ｊａｖｇ，Ｊｍｉｎの変化を示すグラフである。図７から分かるように、評価指標の値Ｊａｖｇ，Ｊｍｉｎは次第に低下している。
【００９６】
簡単のため、図示は省略するが、上述したように、ラウドスピーカ２３０の個数を１６個や３２個に低減した場合についても、図６に示すような評価指標の値Ｊａｖｇ，Ｊｍｉｎの変化を示した。ただし、後述するように、音源定位テストの結果に基づいて、ラウドスピーカ２３０の最大数を２４個に決定した。
【００９７】
予備試験の結果では、サーバ１２およびコンピュータ１８、２０の性能およびネットワーク１６を含む通信速度の制約から、［Ｗ（ω）］における要素の数がＭ×Ｎ＝１９２以内で、ラウドスピーカ２３０の数（Ｍ）およびマイクロホンの数（Ｎ）が決定されるべきであることが示された。ただし、この実施例では、サーバ１２およびコンピュータ１８、２０のＣＰＵ（図示せず）はＸｅｏｎ（登録商標）  ＱｕａｄＣｏｒｅ×２であり、メモリ（図示せず）は４ＧＢである。また、サーバ１２には、オペレーティングシステムとして、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）  ＸＰ  ６４ｂｉｔが採用された。また、サーバ１２とコンピュータ１８、２０とを結ぶネットワーク１６としては、超高速・高機能研究開発テストベッドネットワーク（ＪＧＮ２ｐｌｕｓ：１Ｇｂｐｓ）およびＬＡＮ（１００Ｍｂｐｓ）が用いられた。
【００９８】
なお、図示は省略するが、予備実験においては、サーバ１２とコンピュータ１８とは、上述のＬＡＮを用いて接続され、サーバ１２とコンピュータ２０とは、上述のＪＧＮ２ｐｌｕｓおよびＬＡＮを用いて接続される。
【００９９】
したがって、上述したように、ラウドスピーカ２３０の数（Ｍ）を「２４」に決定したため、選択されるマイクロホンの数（Ｎ）は最大で「８」である。図８は、マイクロホンについて、８ステップの選択処理を実行した場合の評価指標の値Ｊａｖｇ，Ｊｍｉｎの変化が示される。この図８からも分かるように、マイクロホン位置が「６５」であるマイクロホン（基準のマイクロホン）を最初に選択した場合に、全部で８個のマイクロホンを選択したときの評価指標の値Ｊａｖｇ，Ｊｍｉｎが最大である。
【０１００】
また、図９は、マイクロホン位置が「６５」であるマイクロホンを最初に選択し、その後、選択処理を繰り返した場合の評価値Ｊｎ，Ｊｍｉｎの変化が示される。図９に示すように、評価指標の値Ｊｎ，Ｊｍｉｎは選択処理を繰り返すと次第に小さくなり、繰り返し回数が「２５」である場合に、つまりマイクロホンが２５個選択された場合に、評価指標の値Ｊｎ，Ｊｍｉｎが著しく低下する。したがって、マイクロホンの最大数は、２４個以内に決定するのが望ましいと考えられる。上述したように、ここでは、８個のマイクロホンを選択するため、この要件は満たしていると言える。
【０１０１】
図１０には、上述したように、スピーカ位置が「６０」のラウドスピーカ２３０が最初に選択し、全部で２４個のラウドスピーカ２３０を選択した場合の２４個のラウドスピーカ２３０のスピーカ位置の分布が示される。ただし、図１０では省略するが、スピーカ位置が中央に向かうに従って高さ方向（Ｚ方向）の値は大きくなる。したがって、架台２２０ａに設けられたラウドスピーカ２３０のスピーカ位置は、「１」−「６」である。また、架台２２０ｂに設けられたラウドスピーカ２３０のスピーカ位置は、「７」−「２２」である。さらに、架台２２０ｃに設けられたラウドスピーカ２３０のスピーカ位置は、「２３」−「４６」である。そして、架台２２０ｄに設けられたラウドスピーカ２３０のスピーカ位置は、「４７」−「６２」である。
【０１０２】
なお、低域を補うために、４本の柱部２２２に設けられた８個のラウドスピーカ２３０は選択の対象では無いため、図１０には示されていない。
【０１０３】
図１０においては、最初に選択されたラウドスピーカ２３０のスピーカ位置を示す丸印（「６０」が記載された丸印）に網掛模様が付される。また、これに続いて、グラムシュミットの直交化法に基づく繰り返しの結果として選ばれたラウドスピーカ２３０のスピーカ位置を示す丸印（ここでは、「１」−「６」、「７」、「９」、「１１」、「１３」、「１５」、「１７」、「１９」、「２１」、「２３」、「３１」、「３５」、「４８」、「５１」、「５４」、「５６」、「５８」、「６２」が記載された丸印）に斜線模様が付されている。さらに、模様が付されていない丸印は、選択されなかったラウドスピーカ２３０のスピーカ位置を示す。この図１０からは、各方向と高さに分布されたラウドスピーカ２３０が規則的に観測される。図１０のように平面的に見た場合には、上下および左右のそれぞれにおいて、選択されたラウドスピーカ２３０が略対称に分布していることが分かる。
【０１０４】
また、ラウドスピーカ２３０とマイクロホンとの構成を入れ替えることによって、上述したグラムシュミットの直交化法を適用することにより、マイクロホンを選択した。ただし、グラムシュミットの直交化法を用いた選択方法については既に説明したため、重複した説明は省略することにする。
【０１０５】
図１１は、図１０に示した２４個のラウドスピーカ２３０の配列に対する８個のマイクロホンの配列を示す。図示は省略するが、マイクロホンの位置は、ラウドスピーカ２３０のスピーカ位置と同様に、番号が割り当てられている。図１１では少し分かり難いが、ＸＹ平面を真上方向から平面的に見た場合には、選択されたマイクロホンはすべての方向に均等に分布している。
【０１０６】
このように、グラムシュミットの直交化法を使用することによって、マイクロホンおよびラウドスピーカ２３０の数を低減するようにしたが、この低減による影響を評価するために、水平面の音源定位テストが行われた。
【０１０７】
音源定位テストにおいては、ＢｏＳＣ再生システムを使用することで再生された刺激は、ピンクノイズとインパルス応答の畳み込みから発生させた。ただし、インパルス応答は、自由空間グリーン関数からシミュレートされた。シミュレーションにおいては、音源の位置は、マイクロホンアレイ１４の中心から１メートル離れたところに配置されているものと仮定した。また、ＢｏＳＣ再生システムにおける音場再生（立体音響再生）のための逆フィルタは、あらかじめ４８ｋＨｚのサンプリング周波数で測定されたインパルス応答を使用することによって計算され、逆フィルタの長さは４０９６ポイントであった。刺激の音圧レベルは、各実験条件と方向との間のレベル差を排除するように、マイクロホンアレイ１４の中心においてＬA,Fmax＝５５ｄＢに調整された。
【０１０８】
ラウドスピーカ２３０の数とマイクロホンの数に関する実験条件は図１２に示す表にまとめた。すべてのラウドスピーカ２３０とすべてのマイクロホンは、条件５において使用された。条件４においては、すべてのマイクロホンに対して、ラウドスピーカ２３０の数が２４まで低減された。条件１、２および３は、上述したように、ラウドスピーカの数を２４、３２および１６にしており、逆行列［Ｗ（ω）］の要素数（１９２）を一致させるように、マイクロホンの数がそれぞれ８、６、１２に決定された。
【０１０９】
また、この音源定位テストにおいては、２０歳代から５０歳代までの１３人の被験者（５人の男性と８人の女性）は、再生された刺激を聞いた後に、知覚した角度を回答した。刺激は、水平面において、０度−３３０度の間を、３０度刻みで提示された。それらは、２秒継続され、各角度について２回繰り返された。ただし、提示順序は、ラテン方格法を用いることにより、決定された。ただし、被験者は刺激を聞いている間、頭と体を動かすことは許容された。
【０１１０】
音源定位テストの結果は、図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）に示される。図１３（Ａ）は、各条件における、再生した音の角度と知覚された角度の差についてのＲＭＳ値（二乗平均値）の被験者間の平均を示す。ただし、図１３（Ａ）では、エラーバーは９５％の信頼区間（ＣＩ）を示す。図１３（Ａ）から分かるように、条件５の場合に、最も低いＲＭＳ値が得られ、そして、結果として、音源定位の最も高い精度は実現されました。条件４では、上述したように、２４個のラウドスピーカ２３０と７０個のマイクロホンとが使用され、ＲＭＳ値は、条件５の場合よりも約５度大きかった。条件１のＲＭＳ値は、条件５の場合よりも約１５度大きかった。また、条件２と条件３のＲＭＳ値はほとんど同じであるが、それらの値は、条件５の場合よりも約２５度大きかった。
【０１１１】
また、図１３（Ｂ）には、各条件における、被験者の正解率およびエラーバーが９５％の信頼区間（ＣＩ）を示す。図１３（Ｂ）から分かるように、条件５においては、図１３（Ａ）に示した結果と同様に、最も高い正解率が得られた。また、条件５の正解率は、条件４の場合よりも約５％高く、条件１の場合よりも約１０％高い。
【０１１２】
詳細な説明は省略するが、ハートレイ検定では、すべての条件について同様の変化を有することが確認されたため、他のシステム（条件）とは著しく異なるシステム（条件）を見つけるために、テューキーの多重比較法が適用される。この統計的検査法の結果は、図１４（Ａ）および（Ｂ）に示す表で示される。ただし、図１４（Ａ）および（Ｂ）に示す表では、“＊”が各条件の間における１％の顕著な差を示し、“＊＊”が各条件の間における５％の顕著な差を示している。テューキーの多重比較法では、条件５と条件４との間および条件５と条件１との間には、著しい違いが無いことが確認された。したがって、ＢｏＳＣ再生システムを構成するラウドスピーカ２３０とマイクロホンの数がグラムシュミットの直交化法を使用することで低減することができると言える。対照的に、条件５と条件２との間および条件５と条件３との間には、著しい違いが有ることが確認された。したがって、条件２や条件３を用いた場合には、ＢｏＳＣ再生システムによる再生は、臨場感を損なうと言える。
【０１１３】
以上のように、この実施例では、グラムシュミットの直交化法を用いて、ラウドスピーカ２３０とマイクロホンの数を低減する方法が示された。グラムシュミットの直交化法を使用して、高い線形独立性を有する縦ベクトルのグループが各ラウドスピーカ２３０とマイクロホンの間の伝達関数マトリクスから選択するようにした。選択されたベクトルは、ＢｏＳＣ再生システム１０ａ、１０ｂでのラウドスピーカ２３０とマイクロホンの構成に対応している。したがって、他の評価基準を使用することで選択されたラウドスピーカ２３０とマイクロホンとによって構成されたシステムと比べて、そのようなシステムは音響の環境の変化に打ち勝つことができると考えられる。
【０１１４】
また、選択手順において、２０Ｈｚから１ｋＨｚまでの周波数帯域の制限は、シミュレーションにおいて、ラウドスピーカ２３０が規則的に分散している構成を満たした。また、同様に、グラムシュミットの直交化法を用いて、マイクロホンを選択した結果、すべての水平な方向に規則的に分配され、低減された数のマイクロホンが得られた。このように、マイクロホンは、ラウドスピーカ２３０と同じ方法で選択されたが、ラウドスピーカ２３０の数は、グラムシュミットの直交化法により既に低減されていた。
【０１１５】
また、ラウドスピーカ２３０とマイクロホンの数を低減したことによる劣化を評価するために、水平面の音源定位テストが行われた。主観評価の結果によれば、６２個のラウドスピーカ２３０からなるＢｏＳＣ再生システムと２４個のラウドスピーカ２３０から成るＢｏＳＣ再生システムとの間には、統計的に著し違いは存在しなかった。さらに、２４個のラウドスピーカ２３０に対して、８個のマイクロホンを用いたシステムと、７０個のマイクロホンを用いたシステムとの間にも、統計的な著しい違いは存在しなかった。
【０１１６】
したがって、２４個のラウドスピーカ２３０の構成を適用しても良いと考えられる。また、この実施例では、サーバ１２、コンピュータ１８、２０の性能およびネットワーク１６の制約から、逆行列［Ｗ（ω）］の要素数（１９２）が決定され、したがって、２４個のラウドスピーカ２３０に対して８個のマイクロホンの構成を適用することに決定された。
【０１１７】
詳細な説明は省略するが、選択されたマイクロホンで検出された音場信号がマイクロホンアレイ１４からサーバ１２に与えられる。このとき、選択されていないマイクロホンは不能化される。つまり、サーバ１２は、選択されていないマイクロホンからの音場信号を検出しない。一方、コンピュータ１８および２０は、選択されたラウドスピーカ２３０のみに、音場データや音声データを出力する。
【０１１８】
この実施例によれば、グラムシュミットの直交評価法に従って、２次音源であるラウドスピーカの数を低減するとともに、１次音源の音を収録するためのマイクロホンの数も低減するため、畳み込みの処理負荷を低減することができるとともに、伝送するデータ量を低減することができる。したがって、音場で収録した音に対応する音場データを、リアルタイムに伝送し、クライアント側で再生することができる。つまり、音場に存在する人間と、スピーカシステムを使用するユーザとによって、リアルタイムに音場を共有することができる。
【０１１９】
なお、この実施例では、２台のクライアントコンピュータを示したが、３台以上のクライアントコンピュータがネットワークに接続されてもよい。かかる場合には、各クライアントコンピュータは、他の２台以上のクライアントコンピュータからの音声データを個別に畳み込み、音場データに重畳する。
【符号の説明】
【０１２０】
１０  …音場共有システム
１２  …サーバ
１４  …マイクロホンアレイ
１８，２０  …コンピュータ
２２，２６  …スピーカアレイシステム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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