(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集音空間における空間オーディオ信号を、再生空間の聴取位置近傍の一定領域内において所定の複数のスピーカを介して再現するための空間オーディオ信号再生装置であって、
該集音空間における任意の基準位置近傍の一定領域内における音波であって、反射音を含む音波の空間形状を表わす基準位置空間オーディオ信号を算出する基準位置空間オーディオ信号算出手段と、
該再生空間における反射を推定するための該再生空間の立体形状の情報とスピーカ音同士の干渉状況を推定するためのスピーカ位置の情報を取得する再生空間情報取得手段と、
該再生空間における聴取位置に関する聴取位置情報を取得する聴取位置情報取得手段と、
該再生空間情報取得手段によって取得した該再生空間の立体形状の情報及び該スピーカ位置の情報、並びに該聴取位置情報取得手段によって取得した該聴取位置情報に基づいて、該複数のスピーカへの入力信号を入力とし該再生空間の聴取位置近傍の一定領域内における音波の空間形状を表わす再生空間オーディオ信号を出力とする伝達関数を生成する伝達関数生成手段と、
該基準位置空間オーディオ信号と該伝達関数とに基づいて、該再生空間オーディオ信号と該基準位置空間オーディオ信号との差が小さくなるように該複数のスピーカへの入力信号を生成するスピーカ入力信号生成手段と、を備える空間オーディオ信号再生装置。
【請求項２】
該聴取位置情報取得手段において、該聴取位置情報が刻々と取得され、
該伝達関数生成手段において、刻々と取得される該聴取位置情報に基づいて、該伝達関数が刻々と生成され、
該スピーカ入力信号生成手段において、刻々と生成される該伝達関数に基づいて、該複数のスピーカへの入力信号が生成される、請求項１に記載の空間オーディオ信号再生装置。
【請求項３】
該基準位置を取り囲む複数の位置で音響信号を取得する音響信号取得手段をさらに備え、
該基準位置空間オーディオ信号算出手段は、該音響信号取得手段で取得された音響信号に基づいて該基準位置空間オーディオ信号を算出する、請求項１又は２に記載の空間オーディオ信号再生装置。
【請求項４】
該聴取位置情報取得手段において、撮像装置を用いて、該再生空間における聴取位置に関する聴取位置情報が取得される、請求項１乃至３のうちいずれか一の項に記載の空間オーディオ信号再生装置。
【請求項５】
再生空間情報取得手段は、該複数のスピーカにマクロホンを設け、各スピーカから試験信号を出力し、該試験信号を出力したスピーカとは異なるスピーカのマイクロホンで該試験信号を受音してインパルスレスポンスを算出し、算出したインパルスレスポンスに基づいて該再生空間の立体形状の情報及び該スピーカ位置の情報を取得する、請求項１乃至４のうちいずれか一の項に記載の空間オーディオ信号再生装置。
【請求項６】
課金操作が終了すると決済完了信号を送信する課金手段と、
該決済完了信号に基づいて課金が行われたか否かを判断する課金確認手段と、をさらに備え、
該課金確認手段は、課金が行われていないと判断した場合、該スピーカ入力信号生成手段の動作を停止させ、
該再生空間情報は、該再生空間情報取得手段から該伝達関数生成手段へインターネットを介して送られ、
該複数のスピーカへの入力信号は、該スピーカ入力信号生成手段から該複数のスピーカへインターネットを介して送られ、
該決済完了信号は、該課金手段から該課金確認手段へインターネットを介して送られる、請求項１乃至５のうちいずれか一の項に記載の空間オーディオ信号再生装置。
【請求項７】
該再生空間情報は、該再生空間情報取得手段から該伝達関数生成手段へインターネットを介して送られ、
該複数のスピーカへの入力信号は、該スピーカ入力信号生成手段から該複数のスピーカへインターネットを介して送られる、請求項１乃至５のうちいずれか一の項に記載の空間オーディオ信号再生装置。
【請求項８】
集音空間における空間オーディオ信号を、再生空間の聴取位置近傍の一定領域内において所定の複数のスピーカを介して再現するための空間オーディオ信号再生方法であって、
該集音空間における任意の基準位置近傍の一定領域内における音波であって、反射音を含む音波の空間形状を表わす基準位置空間オーディオ信号を算出する基準位置空間オーディオ信号算出工程と、
該再生空間における反射を推定するための該再生空間の立体形状の情報とスピーカ音同士の干渉状況を推定するためのスピーカ位置の情報とを取得する再生空間情報取得工程と、
該再生空間における聴取位置に関する聴取位置情報を取得する聴取位置情報取得工程と、
該再生空間情報取得手段によって取得した該再生空間の立体形状の情報及び該スピーカ位置の情報、並びに該聴取位置情報取得手段によって取得した該聴取位置情報に基づいて、該複数のスピーカへの入力信号を入力とし該再生空間の聴取位置近傍の一定領域内における音波の空間形状を表わす再生空間オーディオ信号を出力とする伝達関数を生成する伝達関数生成工程と、
該基準位置空間オーディオ信号と該伝達関数とに基づいて、該再生空間オーディオ信号と該基準位置空間オーディオ信号との差が小さくなるように該複数のスピーカへの入力信号を生成するスピーカ入力信号生成工程と、を備える空間オーディオ信号再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピーカ音同士の干渉や反射音を考慮して、音波形の空間形状を近似的に再生するためのスピーカ信号を生成する空間オーディオ信号再生装置及び空間オーディオ信号再生方法に関する。なお、「空間オーディオ信号」とは、一定空間内の空間形状を反映して、実際の演奏音により近い再生を行うために処理を施した信号を言う。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数のスピーカを用いた再生装置や再生方法が提案されている。一般に、より多くのチャンネル数を用いることで、より良好な臨場感が得られるとされており、これまでもモノラルから2チャンネルステレオへ、ステレオから5.1チャンネルステレオへ、そして7.1チャンネルサラウンド、7.2チャンネルサラウンドへとオーディオフォーマットのチャンネル数が増える傾向にある（例えば、特許文献１参照）。また最近ではさらに豊かな臨場感を得るために22.2チャンネルサラウンド方式や20チャンネルサラウンド方式などが提案されている。
【特許文献１】特開２００５―２３６４０４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、チャンネル数を増やしたとしても、従来の再生方法では、再生音と実際の演奏音とには依然として大きな差が残ったままとなる。例えば、聴取位置が比較的近い場合、ピアノやギターの実際の演奏音と再生音とを聞き比べると、いずれの音が実際の演奏音であるかの判断は容易に行うことができる。これは、主に２つの要因によって生じる。【０００４】
第１の要因は、複数のスピーカ音の干渉である。例えば、図１１（ａ）に示すように、１つのトランペット51から放射される演奏音53は球面状に広がり、空間上のどの点でもほぼ同じ波形を観測することができる。一方、トランペット51の音を録音してステレオ方式のように２つのスピーカ52を用いて再生すると、図１１（ｂ）に示すように、２つのスピーカから互いに近い波形の音54が放射される。そうすると、聴取位置においては両スピーカの音が干渉し、トランペットの演奏音の波形が変形してしまうのである。【０００５】
第２の要因は、室内における音の反射である。通常、音は壁面や天井、床面によって50%〜90%の反射率で反射する。このため、直方体形状の室内で1つのスピーカから音を再生した場合、6面からの反射音も同時に聞くことになる。通常、聴取者は、この反射音により演奏空間の広さを感じ、ひいては臨場感を得ることができる。ところが、上記室内における再生音には、さらに再生空間における反射音が付加される。その結果、聴取者は不自然な臨場感をおぼえるのである。【０００６】
そこで本願発明は、従来の再生装置に比べ、聴取者が自然な臨場感を得ることができるようなスピーカ音を発生させる空間オーディオ信号再生装置及び空間オーディオ信号再生方法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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本願発明に係る空間オーディオ信号再生装置は、集音空間における空間オーディオ信号を、再生空間の所定位置近傍の一定領域内において再現するための空間オーディオ信号再生装置であって、該集音空間における任意の基準位置近傍の一定領域内における音波の空間形状を表わす基準位置空間オーディオ信号を算出する基準位置空間オーディオ信号算出手段と、該再生空間に関する再生空間情報であって、該再生空間における反射に関する情報と再生空間に設置されたスピーカ位置の情報とを少なくとも含む再生空間情報を取得する再生空間情報取得手段と、該再生空間情報に基づいて、該スピーカへの入力信号を入力とし該再生空間の所定位置近傍の一定領域内における音波の空間形状を表わす再生空間オーディオ信号を出力とする伝達関数を生成する伝達関数生成手段と、該基準位置空間オーディオ信号と該伝達関数とに基づいて、該再生空間オーディオ信号と該基準位置空間オーディオ信号との差が小さくなるように該スピーカへの入力信号を生成するスピーカ入力信号生成手段と、を備える（請求項１）。かかる構成によれば、再生空間における反射に関する情報とスピーカ位置の情報に基づいてスピーカへの入力信号を生成することができる。【０００８】
また、上記空間オーディオ信号再生装置において、該再生空間における聴取位置に関する聴取位置情報を取得する聴取位置情報取得手段をさらに備え、該再生空間の該所定位置を該聴取位置としてもよい（請求項２）。かかる構成によれば、聴取位置に対応して、スピーカへの入力信号を生成することができる。【０００９】
また、上記空間オーディオ信号再生装置において、該聴取位置情報取得手段において、該聴取位置情報が刻々と取得され、該伝達関数生成手段において、刻々と取得される該聴取位置情報に基づいて、該伝達関数が刻々と生成され、該スピーカ入力信号生成手段において、刻々と生成される該伝達関数に基づいて、スピーカへの入力信号が生成されるようにしてもよい（請求項３）。かかる構成によれば、聴取位置が変化した場合であっても、その変化に対応してスピーカへの入力信号が生成される。【００１０】
また、上記空間オーディオ信号再生装置において、該基準位置を取り囲む複数の位置で音響信号を取得する音響信号取得手段をさらに備え、該基準位置空間オーディオ信号算出手段は、該音響信号取得手段で取得された音響信号に基づいて該基準位置空間オーディオ信号を算出するようにしてもよい（請求項４）。かかる構成によれば、基準位置空間オーディオ信号を正確に取得することができる。【００１１】
また、上記空間オーディオ信号再生装置において、該聴取位置情報取得手段において、撮像装置を用いて、該再生空間における聴取位置に関する聴取位置情報が取得されるようにしてもよい（請求項５）。かかる構成によれば、聴取位置を三次元的に把握することができる。【００１２】
また、上記空間オーディオ信号再生装置において、再生空間情報取得手段において、音響的室内反射測定装置を用いて、該再生空間における反射に関する情報が取得されるようにしてもよい（請求項６）。かかる構成によれば、ビデオカメラがなくとも再生空間における反射に関する情報を取得することができる。【００１３】
また、上記空間オーディオ信号再生装置において、課金操作が終了すると決済完了信号を送信する課金手段と、該決済完了信号に基づいて課金が行われたか否かを判断する課金確認手段と、をさらに備え、該課金確認手段は、課金が行われていないと判断した場合、該スピーカ入力信号生成手段の動作を停止させ、該再生空間情報は、該再生空間情報取得手段から該伝達関数生成手段へインターネットを介して送られ、該スピーカへの入力信号は、該スピーカ入力信号生成手段から該スピーカへインターネットを介して送られ、該決済完了信号は、該課金手段から該課金確認手段へインターネットを介して送られるようにしてもよい（請求項７）。【００１４】
かかる構成によれば、スピーカ入力信号生成手段等と再生空間とが遠離している場合であっても、課金操作が行われることにより、インターネットを介してスピーカへの入力信号をスピーカへ送ることができる。【００１５】
さらに、上記課題を解決するため、本願発明に係る空間オーディオ信号再生方法は、集音空間における空間オーディオ信号を、再生空間の所定位置近傍の一定領域内において再現するための空間オーディオ信号再生方法であって、該集音空間における任意の基準位置近傍の一定領域内における音波の空間形状を表わす基準位置空間オーディオ信号を算出する基準位置空間オーディオ信号算出工程と、該再生空間に関する再生空間情報であって、該再生空間における反射に関する情報と再生空間に設置されたスピーカ位置の情報とを少なくとも含む再生空間情報を取得する再生空間情報取得工程と、該再生空間情報に基づいて、該スピーカへの入力信号を入力とし該再生空間の所定位置近傍の一定領域内における音波の空間形状を表わす再生空間オーディオ信号を出力とする伝達関数を生成する伝達関数生成工程と、該基準位置空間オーディオ信号と該伝達関数とに基づいて、該再生空間オーディオ信号と該基準位置空間オーディオ信号との差が小さくなるように該スピーカへの入力信号を生成するスピーカ入力信号生成工程と、を備える（請求項８）。
【発明の効果】
【００１６】
本願発明にかかる空間オーディオ信号再生装置によれば、スピーカ音同士の干渉や反射音を考慮したスピーカ信号を生成することができる。よって、従来の再生方法に比べ、聴取者が自然な臨場感を得ることができるようなスピーカ音を発生させる空間オーディオ信号再生装置及び空間オーディオ信号再生方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態にかかる空間オーディオ信号再生装置の構成図である。
【図２】本実施形態にかかる音響信号取得用のマイクロホンアレイを上方から見た図である。
【図３】本実施形態にかかる再生空間の模式図である。
【図４】本実施形態にかかる基準位置空間オーディオ信号を保存しない場合と保存する場合とを対比した概念図である。
【図５】他の実施形態にかかる音響信号取得用のマイクロホンの平面図である。
【図６】他の実施形態にかかる音響的室内反射装置の原理を説明した図である。
【図７】他の実施形態にかかる音響的室内反射装置の原理を説明した図である。
【図８】本実施形態にかかるスピーカの例を表わした図である。
【図９】図８のスピーカの音波の伝播状態を示した図である。
【図１０】他の実施形態にかかる空間オーディオ信号再生装置の構成図である。
【図１１】従来技術にかかるスピーカ音同士の干渉状態を表わした図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本願発明にかかる空間オーディオ信号再生装置を実施するための最良の実施形態について、図を参照しつつ以下に説明する。【００１９】
図１は、空間オーディオ信号再生装置1の構成図である。図１に示すように、空間オーディオ信号再生装置1は、音響信号取得手段2、基準位置空間オーディオ信号算出手段3、再生空間情報取得手段4、聴取位置情報取得手段5、伝達関数生成手段6、及びスピーカ信号生成手段7を有している。各手段について、以下に詳細に説明する。【００２０】
音響信号取得手段2は、集音空間において音響信号9を取得する手段である。ここで「音響信号」とは、楽器の演奏音や人の声等によって空間に発生する信号をいう。本実施形態においては、演奏空間（集音空間）20における演奏音（音響信号）9を取得する。具体的には、演奏音（音響信号）9の取得手段としてマイクロホンアレイ21を使用する。図２は、演奏空間（集音空間）20におけるマイクロホンアレイ21を上方から見た図である。図２に示すように、マイクロホンアレイ21は８本のマイクロホン22から成り、各マイクロホン22が直径L1＝30cmの円周上に水平に配置されている。ただし、マイクロホンアレイ21の直径L1は30cmに限られず、後述の基準位置空間オーディオ信号算出手段3で精度良く基準位置空間オーディオ信号（演奏波形）10を算出できればどのような寸法であっても良い。各マイクロホン22が取得した演奏音9は、圧力データとして保存又は利用される。この演奏音9の取得の際、演奏空間20の壁や天井での反射音も取得される。この演奏空間20における反射音を厳密に再現できれば、聴取者は自然な臨場感を得ることができる。なお、マイクロホンアレイ21が複数のマイクロホン22を含んでいる理由は、１本のマイクロホン22を使用するよりも、音波の空間的な形状、例えば音波を構成するさまざまな波面の進行方向などを精度よく算出できるためである。【００２１】
基準位置空間オーディオ信号算出手段3は、演奏空間20の任意の点を基準位置20aとし、この基準位置20a近傍の一定領域内における演奏波形（基準位置空間オーディオ信号、集音空間オーディオ信号）10を算出する手段である。本実施形態では、上記のマイクロホンアレイ21内部の領域における、音波の空間形状を算出する。演奏空間20におけるマイクロホンアレイ21内の基準位置20a近傍の演奏波形10は、マイクロホンアレイ21により取得した演奏音9の圧力データから、キルヒホッフの積分公式によって算出する。キルヒホッフの積分公式を用いれば、閉曲面の各点における圧力と流速が決定することにより、閉局面内のすべての点における圧力（空間波形）を求めることができる。本実施形態においては、閉曲面の各点における圧力と流速の全ては決定していないが、気圧と流速は水平方向でのみ変化し、全ての音の音源はある程度遠方にあると仮定すれば、円周上の８点の圧力のみから近似的に計算をすることができる。そして、内部の領域の音波の空間形状を十分な精度で算出することができる。ここで、キルヒホッフの積分公式を数式１に示す。ｒは位置ベクトル、p(r)は位置ｒにおける気圧、ｒsは平曲面S上の点を表わす位置ベクトル、iは虚数単位、Rはｒｓからｒまでの距離である。ここでrはある一点ではなく、積分する閉局面内の任意の1点をあらわし、本発明の場合はマイクロホンアレイ21で囲われた内部の領域を表す。したがって数式1はマイクロホンアレイ21で囲われた内部の領域のすべての点における気圧、すなわち音波の空間形状が周囲の圧力と速度から算出できることを表している。そして、ここで求められた一定領域内で基準となる演奏波形に近づけることが、スピーカ信号を生成する際の目標となる。【００２２】
【数１】
0005543106.tif 000002
【００２３】
再生空間情報取得手段4は、音波形が再生される部屋（再生空間）23に関する情報（再生空間情報）11を取得する手段である。本実施形態では、部屋の立体形状及びスピーカの位置の情報11を取得する。図３は、本実施形態にかかる再生空間を模式的に表わした図である。図３に示すように、部屋（再生空間）23の立体形状及びスピーカ24の位置の認識は、２台のビデオカメラ25を用い、部屋（再生空間）23の形状等を立体的に認識するシステムにより行われる。この認識システムは既知のシステムであり、例えばサイバース社のステレオラベリングカメラ（登録商標）がある。部屋（再生空間）23の立体形状を認識できれば、スピーカ音の反射方向を推定することができる。また、スピーカ24の位置が認識できれば、スピーカ音同士の干渉状況を推定することができる。【００２４】
聴取位置情報取得手段5は、聴取位置の情報12を取得する手段である。本実施形態では、上述の再生空間認識手段4で用いた２台のビデオカメラ25によって、聴取者の頭の位置（聴取位置）30（図３参照）を刻々と認識する。上記同様、複数のビデオカメラ25を用いれば、聴取者の頭の位置30が立体的に認識することができる。また、ビデオカメラ25に代えて、光センサーを用いて聴取者の頭の位置30を検知しても良い。聴取位置30を認識することにより、聴取位置30におけるスピーカ音や反射音の干渉状況を推定することができる。【００２５】
伝達関数生成手段6は、スピーカ入力信号14を入力とし、聴取位置30における再生波形（再生空間オーディオ信号）を出力とするような伝達関数13を生成する手段である。この再生波形は、複数のスピーカ音や反射音が重複した状態の音である。スピーカ入力信号をｘ、聴取位置30における再生音をｙ、伝達関数をＨとすると、これらの関係は数式２のようになる。本実施形態では再生空間(部屋)23における音の伝播をシミュレーションすることにより伝達関数13を生成する。音の伝播をシミュレーションする方法には様々な方法があるが、たとえばスピーカからの音を完全な点音源(1点から球面状に放射される音)と仮定すると簡単な計算で求めることができる。また、より実際に近い特性を求めるにはより高度なシミュレーションを行うこともできる、既存のより高度なシミュレーションソフトとして、例えばボーズ社のモデラー（登録商標）がある。このシミュレーションの方法に再生空間情報取得手段4よって得られた再生空間の形状寸法及びスピーカの位置（再生空間情報11）と、聴取位置情報取得手段5によって得られた聴取位置（聴取位置情報12）とが自動入力され、伝達関数13が生成される。なお、聴取位置（聴取位置情報12）は刻々変化するため、これに対応して伝達関数13も刻々と生成される。【００２６】
【数２】
0005543106.tif 000003
【００２７】
なお、スピーカが1つで、再生空間上のある1点の波形のみを上記簡単なシミュレーションで求める場合には伝達関数は数式３で表される。Hの時限のうち行の数は、再生空間23上の何個の点への伝達関数をHに含めるかによって決まり、列の数はスピーカの数によって決まる。Hの行数を任意に増やすことにより、再生空間23中の任意の各点における再生波形の伝達関数13を表すことができる。【００２８】
【数３】
0005543106.tif 000004
【００２９】
スピーカ入力信号生成手段7は、聴取位置30における再生波形（再生空間オーディオ信号）が基準位置20aにおける演奏波形（基準位置空間オーディオ信号）10に最も近くなるようなスピーカ入力信号14を生成する手段である。聴取位置30における再生波形と基準位置20aにおける演奏波形との差をＥとすると、聴取位置30における再生波形がｙ、基準位置20aにおける演奏波形がｕであれば、これらは数式４のように表わすことができる。Ｅ２が０に近づけば、聴取位置30における再生波形と基準位置20aにおける演奏波形とが近づくことになる。【００３０】
【数４】
0005543106.tif 000005
【００３１】
この数式4に上記の数式２を代入すると、数式５になる。この数式５からE2が最小になるスピーカ入力信号ｘを求める。【００３２】
【数５】
0005543106.tif 000006
【００３３】
本実施形態では、スピーカ入力信号xは最小二乗法を用いて求める。なお、既に述べたように、伝達関数13は伝達関数生成手段6により得ることができ、基準位置20aを含む空間における演奏波形10は基準位置空間オーディオ信号算出手段3により得ることができる。具体的には、スピーカが2つで、再生空間中の3点において再生波形の誤差を評価するのであれば、Ｈが３×２次元となり、Ｈは数式６のように表すことができる。また、ｕが３次元の場合には、ｕは数式７のように表わすことができる。そうすると、最小二乗法によりスピーカ入力信号ｘを展開すると数式８のようになる。数式７に各値を代入するとスピーカ入力信号ｘが求まる。このスピーカ入力信号をスピーカに入力すると、スピーカが配置されている再生空間の条件下で、聴取位置30において基準位置20aにおける演奏音に最も近い音が発生する。なお、スピーカが8本で、再生空間中の参照する点が10個の場合には、同様の計算をHを10行8列として実行すればよい。【００３４】
【数６】
0005543106.tif 000007
【００３５】
【数７】
0005543106.tif 000008
【００３６】
【数８】
0005543106.tif 000009
【００３７】
また、演奏空間（集音空間）20の基準位置20a近傍の演奏波形（基準位置空間オーディオ信号）10は、保存手段15で一端保存してもよいし、そのままスピーカ入力信号生成手段７へ送るようにしてもよい。図４は、演奏波形（基準位置空間オーディオ信号）10を保存しない場合と保存する場合とを対比した概念図である。図４（ａ）に示すように、集音空間20における演奏波形（基準位置空間オーディオ信号）10を、保存せずに再生空間23（スピーカ入力信号生成手段７）に送るようにすれば、集音空間20から離れた再生空間23においてリアルタイムで演奏を楽しむことができる。一方、図４（ｂ）に示すように、集音空間20における演奏波形（基準位置空間オーディオ信号）10を保存手段15で保存すれば、演奏後であっても再生空間23において演奏波形（基準位置空間オーディオ信号）10を再現することができる。なお、演奏波形（基準位置空間オーディオ信号）10を保存手段15で保存するのではなく、演奏音（音響信号）9を保存手段15で保存するようにしてもよい。この場合、再生空間23における再生時に演奏波形（基準位置空間オーディオ信号）10を算出する必要がある。【００３８】
以上、本願発明の一実施形態たる空間オーディオ信号再生装置1について説明した。本実施例では、音波の空間的な形状（演奏波形）を取得し、再生空間の状況を考慮しながら、聴取位置30において演奏波形に限りなく近くなるような再生波形を生成することができる。よって、本実施形態にかかる空間オーディオ信号再生装置によれば、従来の再生方法に比べ、聴取者は自然な臨場感を得ることができる。【００３９】
以上では、聴取位置情報取得手段５によって取得した聴取位置（聴取位置情報12）と、再生空間情報取得手段４によって取得した再生空間の形状寸法及びスピーカの位置（再生空間情報11）とに基づいて、スピーカへの入力信号を入力とし聴取位置における再生空間オーディオ信号を出力とする伝達関数を算出する場合について説明したが、必ずしも聴取位置を取得し、これに基づいて伝達関数を算出する必要はない。例えば、聴衆位置の代りに再生空間の中心位置（所定位置）を用いて伝達関数を算出しても良い。つまり、スピーカへの入力信号を入力とし再生空間の中心位置（所定位置）における再生空間オーディオ信号を出力とする伝達関数を算出するようにしてもよい。かかる構成によれば、より単純な構成でスピーカへの入力信号を生成することができる。【００４０】
また、以上では、伝達関数をシミュレーションによって求めたが、これに代えてマイクロホンによる計測によって求めてもよい。図５は、マイクロホン26の配置を示した図であり、（ａ）は平面図であって、（ｂ）は側面図である。図５に示すように、直径L2＝60cm程度の円周上に8点マイクロホン26を配置して、各マイクロホン26が圧力データを取得する。この圧力データを用いて、聴取者の頭の位置30における再生音を算出する。算出方法は、前述した数式１に示すキルヒホッフの積分公式を利用する。なお、聴取者の頭の位置30はマイクロホンの円周内になければならない。さもなければ、聴取位置30における再生音を正確に算出することができなくなるからである。また、この測定に用いるスピーカ信号は計算の入力データとして使用できるため、数式２に代入して逆算すれば、伝達関数Ｈを算出することができる。【００４１】
また、以上では、再生空間情報取得手段として、部屋の立体形状及びスピーカ位置の認識を２台のビデオカメラと認識システムを用いて行う場合について説明したが、音響的室内反射測定装置を用いても良い。音響的室内反射測定装置とは、再生に利用する複数のスピーカにそれぞれマイクロホン付加し、これらを利用し室内形状と反射特性を測定、推測する装置である。聴取位置とスピーカ間の伝達特性はスピーカから聴取位置に直接到達する音、すなわち直接音に相当する伝達特性と、室内の各壁からの反射波、すなわち間接音に相当する伝達特性の2成分からなる。直接音は、部屋の形状によらず、スピーカと聴取位置の位置関係のみから推定することができる。また間接音は、室内の形状、反射率、室内における聴取位置とスピーカ位置により算出できる。したがって部屋のおおよその形状と各壁面、床面、天井の反射特性をデータとして取得すれば、必要な伝達特性を算出することができる。そこで、音響的室内反射測定装置では室内が通常直方体に近いことを利用し、固定されたスピーカと数個のマイクロホンによって、各壁面位置および反射特性を推定する。【００４２】
具体的にはいくつかの方法が考えられるが、以下では最も単純な方法を説明する。ここでは8個のスピーカを用い、8個のスピーカそれぞれマイクロホンが備わっているものとする。そして各スピーカから試験信号を出力し、別のスピーカに内臓されたマイクロホンで受音し、インパルスレスポンスを算出する。図６は、直方体の室内における第１スピーカ28から第２スピーカ29へのインパルスレスポンスの伝播の様子を模式的に示した図である。図６に示すように、第１スピーカ28から第２スピーカ29へのインパルスレスポンスは、その経路によって異なる遅延時間を持ったインパルス形状のピーク(以下ピーク成分と呼ぶ)が多数含まれる。ここで、第ｎスピーカから第ｍスピーカへのピーク成分の中で、最も遅延時間の短いものをt(n,m,0)とし、以下遅延時間の短い方から遅延時間をt(n,m,1)、・・・、t(n,m,8)とする。図７は、第１スピーカ28から第２スピーカ29へのインパルスレスポンスの各ピーク成分を示したものであって、横軸が遅延時間で縦軸がピーク成分の大きさを表わしている。図７中、最も短い遅延時間t（1,2,0）は各スピーカ間で直接伝播した音の遅延時間であると考えられる。そしてそれ以外のピーク成分は、遅延時間の最も短いピーク成分が壁に反射したものと考えられる。そうすると、8個のスピーカを用いると、8×7 =56通りのt(n,m,0)が求まり、このうち半分は同じスピーカ対の逆方向の伝播であり同じ遅延時間である。独立な28通りの遅延時間から、それぞれのスピーカ対の距離を逆算することができる。これにより高い確率で高い精度でスピーカの相対的な配置を算出することができる。また、その他の最短でない遅延時間からは、スピーカと壁、天井、床との位置関係を推測するのに用いることができる。たとえばt(1,2,0)が6.6msで、t(1,2,1)が10msであれば、第１スピーカ28から第２スピーカまでの直線距離が音の速度×0.0066=約2mで、最も近い壁からの反射波の経路がt(1,2,1)×音の速度=0.01×音の速度=約3mであることになる。そして、直接音以外の反射波に起因する遅延時間は8×56/2 = 224通り得られると期待できるので、これらをすべて用いれば、天井、壁、床とスピーカの位置関係を推定できる。このうち多くの遅延時間はノイズ等によりはっきりしないことが考えられるが、大部分の遅延時間が得られれば目的は十分達成される。【００４３】
なお、本実施形態にかかる空間オーディオ信号再生装置1によって再生する場合、スピーカ音に対して反射音が小さくなるようにスピーカを配置するのが望ましい。反射音を完全に消去できない場合もあるからである。例えば、スピーカは聴取位置の近傍に配置するのが望ましい。音が壁に反射して聴取位置に届くまでの経路が直接音の4倍になると、反射音は直接音の1/16の音圧にまで減衰される。【００４４】
また、図８はスピーカの一実施形態を示した図である。図８に示すように、スピーカ33を天井31から支柱部分32で懸垂し、円柱状のスピーカ33が周囲に多数のドライバ34を装着するようにしてもよい。図９は図８のスピーカ33の多数のドライバ34にそれぞれ極性、振幅、遅延時間を調整し、それらが異なる信号を入力した状態の音波35の伝播状態を示した図である。図９に示すように、各ドライバ34に極性、振幅、遅延を目的に合わせて調整した信号を入力すると、一定方向（Ａ、Ｂの方向）を音波35が放射されない領域となるように調整することができる。音が放射されない方向を壁側に配置すれば、反射音を低減することができる。ただし、この場合は、伝達関数を算出の際にスピーカの上記特性を考慮する必要がある。【００４５】
また、以上で説明した空間オーディオ信号再生装置1をサービス提供者が設置した付加価値サーバー41と、インターネット45によって相互接続されたサービス利用者が使用する再生クライアント装置42とに各構成を分けるようにしても良い。図１０は、付加価値サーバー41と再生クライアント装置42との関係を示した図である。図１０に示す構成は、既に説明した図１の構成と重複する点が多いため、ここでは簡単に各手段について説明する。図１０に示すように、付加価値サーバー41は、音響信号取得手段2と、基準位置空間オーディオ信号算出手段3と、伝達関数生成手段6と、スピーカ入力信号生成手段7と、課金確認手段14とを備えている。一方、再生クライアント装置42は、再生空間情報取得手段4と、聴取点位置情報取得手段5と、スピーカ8と、課金手段43とを備えている。【００４６】
付加価値サーバー41側の音響信号取得手段2は、演奏空間（集音空間）20における音響信号（演奏音）9を取得し、これに基づいて基準位置空間オーディオ信号算出手段3は、基準位置空間オーディオ信号（基準位置20a近傍の演奏波形）10を算出する。一方、再生クライアント装置42側の再生空間情報取得手段4及び聴取点位置情報取得手段5によりそれぞれ取得した再生空間情報11と聴取点位置情報12がインターネット45を介して付加価値サーバー41側の伝達関数生成手段6に送られる。伝達関数生成手段6は、再生空間情報11と聴取点位置情報12に基づいて伝達関数13を算出する。付加価値サーバー41側のスピーカ入力信号生成手段7は、基準位置空間オーディオ信号10と伝達関数13とに基づいてスピーカ入力信号14を生成し、インターネット45を介して再生クライアント装置42側のスピーカ8に送られる。ここまでの動作は、インターネットを介して信号をやりとりする以外は、上記の実施例で説明したものと同じである。ただし、再生クライアント装置42側の課金手段43で課金操作を行った後は、インターネット45を介して決済完了信号46が送られる。この決済完了信号46が付加価値サーバー41側の課金確認手段44で確認されなければ、スピーカ入力信号14は作動しない。決済完了信号46が課金確認手段44によって確認された場合は、課金確認手段44がスピーカ入力信号生成手段7に許可信号47を送り、この許可信号47をスピーカ入力信号生成手段7が受け取った時点でスピーカ入力信号14が再生クライアント装置42側に送られる。課金手段43は、再生曲目、再生回数、再生時間に応じて代金の徴収とその確認を実行し、課金が正しく行われた場合にのみ付加価値サーバー41の機能を動作するよう制御する。このような課金手段43は有料放送等で実現しており容易に実現できることは明らかである。また課金が正常に行われた否かの確認信号も、通常のPKI(公開鍵基盤)によって安全に伝送でき、真正な課金信号が与えられた場合にのみ付加価値サーバー41を動作させるよう制御できることも、明らかである。【００４７】
従来の録音再生方式では、出力をそのまま録音することで不正なコピーを作ることが常に可能であるという欠点があった。例えば、スピーカからの再生音をそのまま録音すればコピーを作成することができた。ところが、上記のように、本実施形態にかかる空間オーディオ信号再生装置をインターネットを介して運用すれば、「特定の再生環境」かつ「特定の試聴位置」においてのみ高品質で再生されるという特徴があるため、単純に録音し、再生をしても、同等のサービス品質を得ることができない。よって、不正なコピーを防止することができる。【００４８】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明によれば、聴取位置においてスピーカ音同士の干渉や反射音を考慮してスピーカ信号を生成することができる。よって、オーディオの技術分野にとって、特に空間オーディオ信号の再生技術分野において有益である。
【図１】
0005543106.tif 000010
【図２】
0005543106.tif 000011
【図３】
0005543106.tif 000012
【図４】
0005543106.tif 000013
【図５】
0005543106.tif 000014
【図６】
0005543106.tif 000015
【図７】
0005543106.tif 000016
【図８】
0005543106.tif 000017
【図９】
0005543106.tif 000018
【図１０】
0005543106.tif 000019
【図１１】
0005543106.tif 000020