(57)【要約】【課題】所定の奥行位置に音像を生成するように、聴取者の位置に応じた駆動信号を算出する音響信号処理装置を提供する。【解決手段】音響信号処理装置２は、虚音像位置を設定する虚音像位置設定手段２１と、聴取位置の情報を取得する聴取位置取得手段２２と、虚音像位置と直線スピーカアレイＳＰＡ１、ＳＰＡ２の配置位置と聴取位置とを用いて、直線スピーカアレイ毎の仮想音源位置を算出する仮想音源位置算出手段２４と、直線スピーカアレイ毎に、仮想音源位置とスピーカユニット配置位置と聴取位置とを用いて、ＷＦＳ理論に基づいて駆動信号を算出する駆動信号算出手段２５とを備える。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスピーカユニットを直線状に配列した直線スピーカアレイが、一平面内に複数配置されたスピーカアレイ装置を駆動する駆動信号を、ＷＦＳ（Wavefield Synthesis）理論に基づいて算出する音響信号処理装置であって、
前記スピーカアレイ装置によって再生される音響を聴取する際に認識される虚音像位置を設定する虚音像位置設定手段と、
前記スピーカアレイ装置によって再生される音響を聴取する位置である聴取位置の情報を取得する聴取位置取得手段と、
前記虚音像位置と、前記直線スピーカアレイの配置位置と、前記聴取位置とを用いて、前記直線スピーカアレイ毎についての仮想音源位置を算出する仮想音源位置算出手段と、
前記直線スピーカアレイ毎に、当該直線スピーカアレイについての前記仮想音源位置と、当該直線スピーカアレイの配置位置と、前記聴取位置とを用いて、ＷＦＳ理論に基づいて駆動信号を算出する駆動信号算出手段と、を備え、
前記仮想音源位置算出手段は、
前記一平面の法線方向である奥行方向をｚ軸とし、前記直線スピーカアレイにおいて前記複数のスピーカユニットが配列された方向をｘ軸とし、前記一平面内においてｘ軸と直交する方向をｙ軸とした場合に、
ｙ軸方向の位置が、前記聴取位置から前記複数のスピーカユニットが配列された直線に下ろした垂線上又は当該垂線の延長線上であって、ｚ軸方向について前記虚音像と同じ位置におけるｙ軸方向の位置であり、ｘ軸及びｚ軸方向の位置が前記虚音像と同じである位置を、当該直線スピーカアレイについての仮想音源位置として算出することを特徴とする音響信号処理装置。
【請求項２】
前記駆動対象であるスピーカアレイ装置が、２本の直線スピーカアレイが上下方向に離間して平行に配置されたもの、又は４本の直線スピーカアレイの内の２本の直線スピーカアレイが上下方向に離間して平行に配置されるとともに、他の２本の直線スピーカアレイが左右方向に離間して平行に配置されたものであることを特徴とする請求項１に記載の音響信号処理装置。
【請求項３】
前記駆動信号算出手段が、前記スピーカアレイ装置に対する駆動信号を、前記直線スピーカアレイ毎に、式（Ａ）を用いて算出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の音響信号処理装置。
【数１】
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但し、式（Ａ）における各パラメータは、駆動信号を算出する対象の一の直線スピーカアレイについてのパラメータであって、
ｎは当該直線スピーカアレイを構成するスピーカユニットの番号、
ωは角周波数、
Ｑｎ（ω）はｎ番目のスピーカユニットの角周波数ωについての駆動信号、
Ｓ（ω）は仮想音源の角周波数ωについての再生信号、
Ｇ０（φ，θ，ω）は、方位角φ、仰角θ及び角周波数ωにおける仮想音源の指向特性、
Ｇｎ（φ，θ，ω）は、方位角φ、仰角θ及び角周波数ωにおけるｎ番目のスピーカユニットの指向特性、
ｊは虚数単位、
ｃは音速、
ｚ０は仮想音源の奥行方向の位置座標、
ｚＬは聴取位置の奥行方向の位置座標、
ｒ０は仮想音源の位置ベクトル、
ｒｎはｎ番目のスピーカユニットの位置ベクトル、
φｎは仮想音源位置から直線スピーカアレイが配列する直線へ下ろした垂線と、仮想音源位置とｎ番目のスピーカユニットの位置とを結ぶ直線とがなす角度、
Δxはスピーカユニットの配置間隔、
をそれぞれ示し、
指数部の±は、前記虚音像位置が前記聴取位置から見て前記直線スピーカアレイより奥側のときは−（マイナス）とし、手前側のときは＋（プラス）とする。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の音響信号処理装置と、
前記音響信号処理装置が算出する駆動信号により駆動されるスピーカアレイ装置と、
を備えたことを特徴とする音響再生装置。
【請求項５】
コンピュータを、請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の音響信号処理装置として機能させるための音響信号処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のスピーカを直線状に配列したスピーカアレイを駆動する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数のスピーカユニットを平面状や直線状に配置したスピーカアレイ装置は、スピーカアレイの手前側や奥側に設定した仮想音源からの波面を再現することができ、３次元的な音の方向感と距離感を聴取者に与えることができる。しかし、複数の直線スピーカアレイを組み合わせて聴取者に音像を与える際、聴取者の位置によっては、音像が所望の位置に定位しないことが起こりうる。
以下、従来技術の説明とともに、その問題点について説明する。
【０００３】
スピーカアレイを用いて原音場の物理特性を再現し、所望の音像定位を与える技術として、波面合成法（Wave Field Synthesis：ＷＦＳ）による信号処理がある（例えば、非特許文献１参照）。ＷＦＳは原音場の物理特性を、閉曲面で囲んだ領域において再現する理論である。図１（ａ）に示すように、原音場の境界面Ｓ上の複数の位置で、１次音源ＳＦからの到来音Ｓｎ（ω）を観測する。そして、図１（ｂ）に示すように、そこから計算される駆動信号Ｑｎ（ω）を境界面Ｓ上で再生することで、例えば、境界面Ｓに囲まれた閉領域内部で物理的に等価な波面を再現する。これによって、当該閉領域の内部である再現音場内の聴取者Ｌは、原音場において聴取者Ｌが認識する１次音源ＳＦの位置に音源があるかのごとく認識することができる。ここで、各信号の添字のｎは、対応する観測位置の番号を示す。
なお、「ω」は角周波数を示し、到来音Ｓｎ（ω）及び駆動信号Ｑｎ（ω）は角周波数ωの関数として表わされる。以下、「ω」の記載は省略することがある。
【０００４】
ここで、１次音源ＳＦからの到来音は、実際に境界面Ｓ上に配置した複数のマイクロホンＭＣｎ（図１（ａ）において「○」で図示。ｎは前記した観測位置に対応するマイクロホンの番号である。）によって収録されることも、設定した１次音源ＳＦの位置と複数のスピーカユニットＳＰｎ（図１（ｂ）において「△」で図示。ｎは前記した観測位置に対応するスピーカの番号である。）の配列であるスピーカアレイの位置関係から計算機上で求められることもある。
【０００５】
後者で設定される１次音源は、仮想音源とも呼ばれる。スピーカアレイを構成する各スピーカユニットＳＰｎに対する駆動信号Ｑｎは，仮想音源ＳＶの再生信号Ｓ（ω）に、仮想音源ＳＶの位置からスピーカユニットＳＰｎまでの経路長に依存した時間遅延と振幅減衰とを付与することで計算される。
【０００６】
一般にＷＦＳは閉曲面ではなく、有限平面状や直線状に複数のスピーカユニットＳＰｎを配置したスピーカアレイで実装されることが多い。例えば、図２に示すように、Ｎ個のスピーカユニットＳＰｎ（ｎ＝１〜Ｎ）を、配置間隔Δｘで等間隔に、ｘ軸上に直線状に配列した直線スピーカアレイＳＰＡの場合、空間上の位置ｒｎに配置されたスピーカユニットＳＰｎに対する駆動信号Ｑｎ（ω）は、式（１）として与えることができる。
【０００７】
【数１】
2014220614.tif 000003
ここで、駆動信号Ｑｎ（ω）は周波数領域で表記したものである。また、図２において、水平方向をｘ軸とし、垂直方向をｙ軸とし、直線スピーカアレイＳＰＡから聴取者Ｌに向かう奥行方向をｚ軸とする。このとき、仮想音源ＳＶの位置ｒ０を（ｘ０，０，ｚ０）とし、聴取者Ｌの位置ｒＬを（ｘ０，０，ｚＬ）とすると、聴取者Ｌと直線スピーカアレイＳＰＡとの距離が｜ｚＬ｜、聴取者Ｌと仮想音源ＳＶとの距離が｜ｚＬ−ｚ０｜である。
【０００８】
また、式（１）において、ｊは虚数単位であり、ｃは空気中の音速を表し、φｎは位置ｒ０から直線スピーカアレイが配列する直線（すなわち、ｘ軸）へ下ろした垂線とベクトル（ｒｎ−ｒ０）とのなす角度（すなわち、位置ｒ０から見たスピーカユニットＳＰｎの配置方向を示す角度）を表す。また、Ｓ（ω）は周波数空間で記述された仮想音源ＳＶの再生信号を、Ｇ０（φ，θ，ω）は仮想音源ＳＶの指向特性を、Ｇｎ（φ，θ，ω）はスピーカユニットＳＰｎの指向特性を表す。
なお、指向特性Ｇ０，Ｇｎは、ｚｙ平面（垂直面）となす角度である方位角φ、ｘｚ平面（水平面）となす角度である仰角θ、及び角周波数ωの関数として表わされる。また、仰角θが負値の場合は俯角を示すが、特に断らない限り本明細書では俯角の場合も含めて仰角θと称する。
【０００９】
これにより、式（１）で算出される駆動信号Ｑｎを直線スピーカアレイＳＰＡを用いて再生すると、仮想音源ＳＶの位置と直線スピーカアレイＳＰＡが配列する直線とがなす平面上にいる聴取者Ｌに対して、原音場と同じ波面を与えることができ、直線スピーカアレイＳＰＡの奥行方向も含めた音像定位の制御を行うことができる。
【００１０】
しかし、映像と音響とを同時に提示するメディアにおいては、映像を表示するディスプレイ又はスクリーンが聴取者Ｌの正面に位置し、一般に直線スピーカアレイＳＰＡはディスプレイ等の外側の周辺部に配置される。このため、図３（ｂ）に示すように、聴取者Ｌの位置は設定した仮想音源ＳＶ０の位置と直線スピーカアレイＳＰＡが配列する直線とがなす平面上（図３において、ｘｚ平面上）ではなくなる。直線スピーカアレイＳＰＡは、図３（ａ）に示すように、聴取者Ｌの左右方向（ｘ軸方向）には仮想音源ＳＶ０から放射されたものと等価な波面を再現することができる。しかし、直線スピーカアレイＳＰＡは、図３（ｂ）に示すように、スピーカユニットＳＰが配列する直線について回転対称な波面を再現するため、上下方向（ｙ軸方向）については、あくまで聴取位置から見た直線スピーカアレイＳＰＡの方向に仮想音源ＳＶＬが認識される。 
【００１１】
この制約を解消するため、図４のように高さを変えた２本の直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２を平行に配置して、３次元的な音場再現を試みた事例が存在する（例えば、非特許文献２参照）。この手法は上層と下層とに配置された直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２のそれぞれに仮想音源ＳＶ１，ＳＶ２を設定して再現音場を作り、これら２つの仮想音源ＳＶ１，ＳＶ２を用いたパンニングにより虚音像ＳＩを生じさせ、直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２を配置できないディスプレイＤＳＰが配置された方向からの到来音として聴取者に知覚させるものである。
【００１２】
なお、本明細書では、直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２の駆動信号Ｑｎを計算するための原音場の音源を「仮想音源」（ＳＶ１，ＳＶ２）と呼び、仮想音源ＳＶ１，ＳＶ２のパンニングによって聴取者Ｌに与えられる音像を「虚音像」（ＳＩ）と呼んで区別することとする。
【００１３】
仮想音源ＳＶ１，ＳＶ２のパンニングで虚音像ＳＩを作る場合も、聴取者Ｌの位置によって認識される仮想音源ＳＶ１，ＳＶ２の位置が変わることは問題となる。図５に示すように、位置ｒＡにいる聴取者Ｌに対して仮想音源ＳＶＡを設定し、駆動信号Ｑｎにより音場を再生しても、聴取者Ｌが位置ｒＢ（位置ｒＡに対して下方）や位置ｒＣ（位置ｒＢに対して左方）などに動いた場合に、認識される仮想音源ＳＶＢ，ＳＶＣの位置は仮想音源ＳＶＡの位置とは異なることが知られている（非特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】A. J. Berkhout, D de Vries, and P. Pogal, Journal of Acoustical Society of America, 93 (1993), p.2764.
【非特許文献２】J-H Yoo, K. Choi, J. Seo, K. Kang, H. Okubo, Inter-Noise 2012 proceedings, (2012).
【非特許文献３】M. N. Montag, Thesis report University of Miami, (2011).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
図６に示すように、従来の平行に配置された直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２による仮想音源ＳＶＡ１，ＳＶＡ２でパンニングを行って３次元空間上に虚音像を作り出す場合、聴取者Ｌの位置によって虚音像の奥行方向（ｚ軸方向）の位置が変わってしまう。例えば、聴取者Ｌが位置ｒAにおいて聴取したときに、聴取者Ｌから見て直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２の後方の位置ｒaに虚音像ＳＩＡを作るよう仮想音源ＳＶＡ１，ＳＶＡ２の位置を設定しても、聴取者Ｌが位置ｒＢに移動すると、上下の直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２に対する仰角と俯角とが変化する。このため、位置ｒＢで認識される仮想音源ＳＶＡ１’，ＳＶＡ２’の位置は、仮想音源ＳＶＡ１，ＳＶＡ２の位置からそれぞれ対応する直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２が配列する直線回りに回転移動した位置に変化するため、パンニングによって生じる虚音像ＳＩＢの位置も位置ｒaから位置ｒbに変化してしまう。
【００１６】
本発明は、かかる問題に鑑みて創案されたものであり、スピーカアレイ装置に対する駆動信号を算出する際に、聴取者の位置に応じて振幅係数と時間遅延量とが調整されることにより、所定の奥行方向の位置に音像を生成する駆動信号を算出する音響信号処理装置及びそのプログラム、並びに前記した音響信号処理装置及びスピーカアレイ装置を備えた音響再生装置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】
【００１７】
前記した課題を解決するために、請求項１に記載の音響信号処理装置は、複数のスピーカユニットを直線状に配列した直線スピーカアレイが、一平面内に複数配置されたスピーカアレイ装置を駆動する駆動信号を、ＷＦＳ（Wavefield Synthesis）理論に基づいて算出する音響信号処理装置であって、虚音像位置設定手段と、聴取位置取得手段と、仮想音源位置算出手段と、駆動信号算出手段と、を備えることとした。
【００１８】
かかる構成によれば、音響信号処理装置は、虚音像位置設定手段によって、前記スピーカアレイ装置によって再生される音響を聴取する際に認識される虚音像位置を設定する。また、音響信号処理装置は、聴取位置取得手段によって、前記スピーカアレイ装置によって再生される音響を聴取する位置である聴取位置の情報を取得する。
また、音響信号処理装置は、仮想音源位置算出手段によって、前記虚音像位置と、前記直線スピーカアレイの配置位置と、前記聴取位置とを用いて、前記直線スピーカアレイ毎についての仮想音源位置を算出する。このとき、前記仮想音源位置算出手段は、前記一平面の法線方向である奥行方向をｚ軸とし、前記直線スピーカアレイにおいて前記複数のスピーカユニットが配列された方向をｘ軸とし、前記一平面内においてｘ軸と直交する方向をｙ軸とした場合に、ｙ軸方向の位置が、前記聴取位置から前記複数のスピーカユニットが配列された直線に下ろした垂線上又は当該垂線の延長線上であって、ｚ軸方向について前記虚音像と同じ位置におけるｙ軸方向の位置であり、ｘ軸及びｚ軸方向の位置が前記虚音像と同じである位置を、当該直線スピーカアレイについての仮想音源位置として算出する。そして、音響信号処理装置は、駆動信号算出手段によって、前記直線スピーカアレイ毎に、当該直線スピーカアレイについての前記仮想音源位置と、当該直線スピーカアレイの配置位置と、前記聴取位置とを用いて、ＷＦＳ理論に基づいて駆動信号を算出する。
これによって、音響信号処理装置は、前記虚音像位置設定手段によって設定した位置に虚音像を生じさせる駆動信号を、聴取位置に応じて算出する。
【００１９】
また、請求項２に記載の音響信号処理装置は、請求項１に記載の音響信号処理装置において、前記駆動対象であるスピーカアレイ装置が、２本の直線スピーカアレイが上下方向に離間して平行に配置されたもの、又は４本の直線スピーカアレイの内の２本の直線スピーカアレイが上下方向に離間して平行に配置されるとともに、他の２本の直線スピーカアレイが左右方向に離間して平行に配置されたものとした。
【００２０】
かかる構成によれば、音響信号処理装置は、仮想音源位置算出手段によって、スピーカアレイ装置を構成する２本又は４本の直線スピーカアレイのそれぞれに仮想音源位置を算出し、当該仮想音源位置に仮想音源が認識されるように、駆動信号算出手段によって各スピーカユニットに対する駆動信号を算出する。
これによって、音響信号処理装置は、離間して平行に配置された直線スピーカアレイによる仮想音源のパンニングにより、虚音像位置設定手段によって設定した位置に虚音像を生じさせる駆動信号を算出することができる。
【００２１】
請求項３に記載の音響信号処理装置は、請求項１又は請求項２に記載の音響信号処理装置において、前記駆動信号算出手段が、前記スピーカアレイ装置に対する駆動信号を、前記直線スピーカアレイ毎に、式（Ａ）を用いて算出することとした。
【数２】
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但し、式（Ａ）における各パラメータは、駆動信号を算出する対象の一の直線スピーカアレイについてのパラメータであって、ｎは当該直線スピーカアレイを構成するスピーカユニットの番号、ωは角周波数、Ｑｎ（ω）はｎ番目のスピーカユニットの角周波数ωについての駆動信号、Ｓ（ω）は仮想音源の角周波数ωについての再生信号、Ｇ０（φ，θ，ω）は、方位角φ、仰角θ及び角周波数ωにおける仮想音源の指向特性、Ｇｎ（φ，θ，ω）は、方位角φ、仰角θ及び角周波数ωにおけるｎ番目のスピーカユニットの指向特性、ｊは虚数単位、ｃは音速、ｚ０は仮想音源の奥行方向の位置座標、ｚＬは聴取位置の奥行方向の位置座標、ｒ０は仮想音源の位置ベクトル、ｒｎはｎ番目のスピーカユニットの位置ベクトル、φｎは仮想音源位置から直線スピーカアレイが配列する直線へ下ろした垂線と、仮想音源位置とｎ番目のスピーカユニットの位置とを結ぶ直線とがなす角度、Δxはスピーカユニットの配置間隔、をそれぞれ示し、指数部の±は、前記虚音像位置が前記聴取位置から見て前記直線スピーカアレイより奥側のときは−（マイナス）とし、手前側のときは＋（プラス）とする。
【００２２】
かかる構成によれば、音響信号処理装置は、式（Ａ）により、各スピーカユニットに対して、聴取位置に応じた時間遅延と振幅減衰とが調整された駆動信号を算出する。
これによって、音響信号処理装置は、虚音像位置設定手段によって設定した位置に虚音像を生じさせる駆動信号を算出することができる。
【００２３】
請求項４に記載の音響再生装置は、請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の音響信号処理装置と、スピーカアレイ装置と、を備える構成とした。
かかる構成によれば、音響再生装置は、前記音響信号処理装置が算出する駆動信号により前記スピーカアレイ装置を駆動する。
これによって、音響再生装置は、聴取位置に応じた駆動信号により音場を再現し、虚音像位置設定手段によって設定した位置に虚音像を生じさせる。
【００２４】
また、請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の音響信号処理装置は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶手段（例えば、メモリ、ハードディスク）等のハードウェア資源を備えるコンピュータを、前記した各手段として協調動作させるための、音響信号処理プログラムによって実現することもできる。このプログラムは、通信回線を介して配布してもよく、光ディスクや磁気ディスク、フラッシュメモリ等の記録媒体に書き込んで配布してもよい。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１、請求項４又は請求項５に記載の発明によれば、聴取位置に応じて調整された各直線スピーカアレイについての駆動信号を算出するため、聴取位置に関らず、複数の直線スピーカアレイによる仮想音源のパンニングにより生じる虚音像の位置を一定に保つことができる。
請求項２に記載の発明によれば、駆動信号を算出する対象が平行に配置された直線スピーカアレイであるため、矩形のディスプレイの辺に沿って配置できるスピーカアレイ装置用の駆動信号を算出することができる。
請求項３に記載の発明によれば、聴取位置に応じて適切に調整された、虚音像位置を一定に保つことができる駆動信号を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ＷＦＳの概念を説明するための図であり、（ａ）は原音場、（ｂ）は再現音場の様子を示す。
【図２】従来の直線スピーカアレイの構成を示す模式的平面図である。
【図３】従来の直線スピーカアレイにより再現される波面の様子を説明する模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】従来の平行な２本の直線スピーカアレイによるパンニングを説明するための模式的斜視図である。
【図５】従来の直線スピーカアレイにおいて、聴取者の移動による仮想音源位置の変化の様子説明するための模式的斜視図である。
【図６】従来の平行な２本の直線スピーカアレイにより生じる虚音像の位置が、聴取者の移動により変化する様子を説明するための模式的斜視図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る音響再生装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る音響再生装置において、聴取者から見て虚音像を直線スピーカアレイより奥側に設定した場合の、各要素の位置関係を説明するための模式的斜視図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係る音響再生装置において、聴取者から見て虚音像を直線スピーカアレイより手前側に設定した場合の、各要素の位置関係を説明するための模式的斜視図である。
【図１０】本発明の第１実施形態に係る音響再生装置の動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る音響再生装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について、適宜に図面を参照して詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
［音響再生装置の構成］
まず、図７を参照して、第１実施形態に係る音響再生装置の構成について説明する。
図７に示すように、本実施形態に係る音響再生装置１００は、複数のスピーカユニットＳＰを配列して構成されたスピーカアレイ装置１と、当該スピーカアレイ装置１を駆動する駆動信号｛Ｑｎ（ω）｝を算出する音響信号処理装置２とを備えて構成されている。
【００２８】
スピーカアレイ装置１は、複数のスピーカユニットＳＰを直線状に配列した２本の直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２によって構成され、２本の直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２は、上下方向（ｙ軸方向）に離間して平行に配置されている。これらの直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２は、例えば、矩形状のディスプレイＤＳＰの上辺及び下辺に沿って配置することができる。
【００２９】
音響信号処理装置２は、仮想音源の再生信号としての音響信号Ｓ（ω）及びその指向特性Ｇ０（φ，θ，ω）を外部から入力し、所定の位置に当該音響信号Ｓ（ω）の虚音像が生じるようにスピーカアレイ装置１を駆動する駆動信号｛Ｑｎ（ω）｝をＷＦＳ理論に基づいて算出する装置である。
【００３０】
［音響信号処理装置の構成］
次に、第１実施形態に係る音響信号処理装置２の詳細な構成について、図７から図９を参照して説明する。
図７に示すように、本実施形態に係る音響信号処理装置２は、虚音像位置設定手段２１と、聴取位置取得手段２２と、スピーカアレイ情報記憶手段２３と、仮想音源位置算出手段２４と、駆動信号算出手段２５と、を備えて構成されている。
【００３１】
また、本実施形態に係る音響信号処理装置２は、音響信号Ｓ（ω）及びその指向特性Ｇ０（φ，θ，ω）を入力し、図８に示すように、所定の位置に当該音響信号Ｓ（ω）の虚音像ＳＩＡが認識されるように、平行に配置された２本の直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２からなるスピーカアレイ装置１を駆動する駆動信号｛Ｑｎ（ω）｝を算出する装置である。
ここで、｛Ｑｎ（ω）｝は、すべてのスピーカユニットＳＰに対する駆動信号の集合（Ｑ１（ω），Ｑ２（ω），・・・，ＱＮ（ω））を示す。
【００３２】
説明を簡単にするために、図８に示すように、２本の直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２はｘｙ平面（平面ｚ＝０）上の平行な直線ｙ＝ｙＵ及び直線ｙ＝ｙＶ上にそれぞれ複数のスピーカユニットＳＰが配列されているものとする。
また、聴取者Ｌの位置ｒＬにおける座標を（ｘＬ，ｙＬ，ｚＬ）とすると、
ｙＵ＞ｙＬ＞ｙＶ
とする。なお、聴取者Ｌの位置ｒＬは、図８における聴取者Ｌの位置ｒＡや位置ｒＢを代表して示したものである。
【００３３】
虚音像位置設定手段２１は、２本の直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２からなるスピーカアレイ装置１によって聴取者Ｌに音響信号Ｓ（ω）の虚音像ＳＩＡを認識させる位置ｒａを設定する手段である。
位置ｒａは、例えば、スピーカアレイ装置を基準とする座標で示され、不図示の通信手段やキーボードなどの入力手段を介して入力される。
虚音像位置設定手段２１は、入力した虚音像ＳＩＡの位置ｒａの情報を、仮想音源位置算出手段２４に出力し、仮想音源位置算出手段２４によって仮想音源位置を算出する際に用いられる虚音像位置として設定される。
【００３４】
聴取位置取得手段２２は、聴取者Ｌの位置ｒＬの情報を取得する手段である。聴取位置取得手段２２は、取得した聴取者Ｌの位置ｒＬの情報を、仮想音源位置算出手段２４に出力する。
なお、聴取位置取得手段２２は、聴取者Ｌの位置ｒＬを自動認識するものであってもよく、前記した不図示の入力手段等を介して、聴取者Ｌの座標を入力するものであってもよく、特に限定されるものではない。
自動認識する手法としては、例えば、ヘッドトラッキング装置等でリアルタイムに取得する手法を用いることができる。
【００３５】
スピーカアレイ情報記憶手段２３は、スピーカアレイ装置１を構成する２本の直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２についての情報であるスピーカアレイ情報を記憶する手段である。スピーカアレイ情報としては、各スピーカユニットＳＰの配置位置を特定するための配置位置情報及び各スピーカユニットＳＰの指向特性Ｇｎ（φ，θ，ω）が含まれる。スピーカアレイ情報は、仮想音源位置算出手段２４及び駆動信号算出手段２５によって参照される。
【００３６】
配置位置情報としては、各直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２についての、スピーカユニットＳＰが配列する直線の位置ｙＵ，ｙＶ、配置間隔Δｘ、スピーカユニットＳＰの個数Ｎ、及び直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２のそれぞれの何れかの端部に配置されるスピーカユニットＳＰ（ＳＰ１又はＳＰＮ）の位置とすることができる。
また、配置位置情報は、前記した情報を特定できるものであれば他の形態でもよく、例えば、個々のスピーカユニットＳＰの配置座標の集合であってもよい。
【００３７】
なお、スピーカアレイ情報は、音響信号処理装置２によって駆動信号Ｑｎを算出する前に、前記した不図示の入力手段や通信手段などを介して、予め記憶されているものとする。また、スピーカアレイ情報は、駆動対象であるスピーカアレイ装置に応じて適宜に変更されるものとする。
【００３８】
仮想音源位置算出手段２４は、虚音像位置設定手段２１から虚音像ＳＩＡの位置ｒａの情報を、聴取位置取得手段２２から聴取者Ｌの位置ｒＬの情報を、スピーカアレイ情報記憶手段２３からスピーカアレイ情報を、それぞれ入力し、各直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２についての仮想音源ＳＶ１，ＳＶ２の位置ｒ０１，ｒ０２を算出するものである。
仮想音源位置算出手段２４は、算出した仮想音源ＳＶ１，ＳＶ２の位置ｒ０１，ｒ０２についての情報を駆動信号算出手段２５に出力する。
ここで、位置ｒ０１，ｒ０２は、聴取者Ｌの位置ｒＬに応じて変化する値である。図８に示した例では、位置ｒ０１，ｒ０２として、位置ｒＡに対応して、仮想音源ＳＶＡ１，ＳＶＡ２の位置ｒＡ０１，ｒＡ０２が算出され、位置ｒＢに対応して、仮想音源ＳＶＢ１，ＳＶＢ２の位置ｒＢ０１，ｒＢ０２が算出される。
仮想音源ＳＶ１，ＳＶ２の位置ｒ０１，ｒ０２の算出方法については後記する。
【００３９】
駆動信号算出手段２５は、外部から音響信号Ｓ（ω）及び仮想音源ＳＶ１，ＳＶ２の指向特性Ｇ０（φ，θ，ω）を、仮想音源位置算出手段２４から仮想音源ＳＶ１，ＳＶ２の位置ｒ０１，ｒ０２についての情報を入力し、各直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２を構成するスピーカユニットＳＰ（ＳＰ１〜ＳＰＮ）に対する駆動信号｛Ｑｎ（ω）｝を算出するものである。
駆動信号算出手段２５は、算出した駆動信号｛Ｑｎ（ω）｝を、不図示の増幅器などのスピーカユニット駆動手段を介して、直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２の各スピーカユニットＳＰに出力する。
なお、駆動信号｛Ｑｎ（ω）｝の算出方法については後記する。
【００４０】
また、本発明に係る音響信号処理装置２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶手段（例えば、メモリ、ハードディスク）、各種信号の入出力手段等のハードウェア資源を備えるコンピュータを、前記した各手段として協調動作させるための、音響信号処理プログラムによって実現することもできる。このプログラムは、通信回線を介して配布してもよく、光ディスクや磁気ディスク、フラッシュメモリ等の記録媒体に書き込んで配布してもよい。
【００４１】
＜仮想音源位置及び駆動信号の算出方法＞
［虚音像の位置を直線スピーカアレイよりも奥側に設定した場合］
（仮想音源位置の算出方法）
次に、図８を参照（適宜図７参照）して、仮想音源位置算出手段２４による仮想音源位置の算出方法について説明する。
まず、聴取者Ｌが、聴取のための基準位置である位置ｒＡにおいて聴取した場合について説明する。図８に示すように、仮想音源位置算出手段２４は、聴取者Ｌが位置ｒＡで聴取した場合に虚音像ＳＩＡを位置ｒａに認識するように、仮想音源ＳＶＡ１，ＳＶＡ２の位置を算出する。
ここで、図８は、聴取者Ｌから見て、虚音像ＳＩＡの位置ｒａを直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２よりも奥側（ｚ軸座標がマイナス側）に設定した場合を示している。
【００４２】
位置ｒＡから見た直線スピーカアレイＳＰＡ１の仰角をθＡ１とする。ここで、仰角θＡ１とは、直線スピーカアレイＳＰＡ１を構成するスピーカユニットＳＰが配列するｘｙ平面内の直線ｙ＝ｙＵに対して位置ｒＡから下ろした垂線と、位置ｒＡからｘｙ平面に下ろした垂線とがなす角度のことである。
また、位置ｒＡから見た直線スピーカアレイＳＰＡ２の俯角をθＡ２とする。ここで、俯角θＡ２とは、直線スピーカアレイＳＰＡ２を構成するスピーカユニットＳＰが配列するｘｙ平面内の直線ｙ＝ｙＶに対して位置ｒＡから下ろした垂線と、位置ｒＡからｘｙ平面に下ろした垂線とがなす角度のことである。
また、虚音像位置設定手段２１によって設定された虚音像ＳＩＡの位置ｒａの座標を（ｘａ，ｙａ，ｚａ）とし、位置ｒＡの座標を（０，０，ｚＡ）とする。
【００４３】
このとき、位置ｒＡに対して位置ｒａに虚音像ＳＩＡが生じるよう、上下の直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２のそれぞれについて、式（２）及び式（３）により、仮想音源位置ｒＡ０１，ｒＡ０２を算出する。
【数３】
2014220614.tif 000005
これによって、上下の直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２による仮想音源ＳＶＡ１，ＳＶＡ２のパンニングにより、直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２からの所望の奥行距離｜ｚａ｜に虚音像ＳＩＡを生じさせることができる。
【００４４】
次に、位置ｒＡにおいて聴取した場合に位置ｒａに虚音像ＳＩＡが生じるように再現された音場において、聴取者Ｌが、聴取位置を位置ｒＢに移動した場合について説明する。図８に示すように、位置ｒＢで聴取した場合、上層の直線スピーカアレイＳＰＡ１を構成するスピーカユニットＳＰが配列するｘｙ平面内の直線ｙ＝ｙＵに対して位置ｒＢから下ろした垂線の延長線上であって、直線スピーカアレイＳＰＡ１から仮想音源ＳＶＡ１の位置ｒＡ０１までと等距離の位置が仮想音源ＳＶＡ１’の位置となる。下層の直線スピーカアレイＳＰＡ２についても同様に、直線スピーカアレイＳＰＡ２を構成するスピーカユニットＳＰが配列するｘｙ平面内の直線ｙ＝ｙＶに対して位置ｒＢから下ろした垂線の延長線上であって、直線スピーカアレイＳＰＡ２から仮想音源ＳＶＡ２の位置ｒＡ０２までと等距離の位置が仮想音源ＳＶＡ２’の位置となる。そして、パンニングにより、位置ｒａよりも奥行方向に聴取者Ｌから離れた位置に虚音像ＳＩＢが生じることとなる。
【００４５】
そこで、本実施形態では、聴取者Ｌが位置ｒＢに移動した場合には、直線スピーカアレイＳＰＡ１を構成するスピーカユニットＳＰが配列するｘｙ平面内の直線ｙ＝ｙＵに対して位置ｒＢから下ろした垂線の延長線上であって、奥行方向の座標（ｚ軸座標）を、設定された虚音像ＳＩＡの座標ｚａとした位置を仮想音源ＳＶＢ１の位置ｒＢ０１として算出する。
また、下層の直線スピーカアレイＳＰＡ２についても同様に、直線スピーカアレイＳＰＡ２を構成するスピーカユニットＳＰが配列するｘｙ平面内の直線ｙ＝ｙＶに対して位置ｒＢから下ろした垂線の延長線上であって、奥行方向の座標（ｚ軸座標）を、設定された虚音像ＳＩＡの座標ｚａとした位置を仮想音源ＳＶＢ２の位置ｒＢ０２として算出する。
【００４６】
位置ｒＢから見た上層の直線スピーカアレイＳＰＡ１の仰角をθＢ１とし、位置ｒＢから見た下層の直線スピーカアレイＳＰＡ２の俯角をθＢ２とすると、仮想音源ＳＶＢ１，ＳＶＢ２の位置ｒＢ０１，ｒＢ０２は、式（４）及び式（５）により算出することができる。
【数４】
2014220614.tif 000006
すなわち、それぞれ式（２）、式（３）と同じ手順で算出することができる。
そして、位置ｒＢ０１の仮想音源ＳＶＢ１と、位置ｒＢ０２の仮想音源ＳＶＢ２とのパンニングにより、設定した虚音像ＳＩＡの位置ｒａに虚音像を生じさせることができる。
【００４７】
なお、式（２）〜式（５）によって算出される位置ｒＡ０１，ｒＡ０２等は、言い換えれば、直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２が配置される平面の法線方向である奥行方向をｚ軸とし、直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２を構成する複数のスピーカユニットが配列された方向をｘ軸とし、直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２が配置される平面内において当該ｘ軸と直交する方向をｙ軸とした場合に、ｙ軸方向の位置が、聴取位置ｒＡから直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２の複数のスピーカユニットが配列された直線に下ろした垂線上又は当該垂線の延長線上であって、ｚ軸方向について虚音像ＳＩＡと同じ位置におけるｙ軸方向の位置であり、ｘ軸方向及びｚ軸方向の位置が虚音像ＳＩＡと同じである位置のことである。
【００４８】
また、これらの式は、聴取位置ｒＡ，ｒＢ及び虚音像位置ｒａがｚ軸上以外に設定された場合でも適用することができる。
更に、直線スピーカアレイの配列方向は水平方向に限定されるものではなく、垂直方向や斜め方向に配列されたものであっても、前記したように、駆動対象とする直線スピーカアレイを構成するスピーカユニットの配列方向をｘ軸とすることにより、同じ手順により当該直線スピーカアレイに対する仮想音源位置を算出することができる。
【００４９】
（駆動信号の算出方法）
次に、駆動信号算出手段２５による駆動信号の算出方法について説明する。
駆動信号算出手段２５は、前記した仮想音源位置算出手段２４により、聴取者Ｌの位置ｒＬ（位置ｒＡ，ｒＢ等）に応じて算出される各直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２の仮想音源の位置ｒＡ０１，ｒＡ０２等を用いて、各直線スピーカアレイを構成するスピーカユニットＳＰ毎に、駆動信号Ｑｎを算出する。
【００５０】
例えば、位置ｒＡにおいて、上層の直線スピーカアレイＳＰＡ１のスピーカユニットＳＰｎ（ｎ＝１〜Ｎ）に対する駆動信号Ｑｎを算出する際には、当該直線スピーカアレイＳＰＡ１の仮想音源ＳＶＡ１の位置ｒＡ０１及びそのｚ座標ｚＡ０１を、前記した式（１）のｒ０及びｚ０に代入して駆動信号Ｑｎを算出する。すなわち、式（６）を用いて、駆動信号Ｑｎを算出する。
【数５】
2014220614.tif 000007
スピーカユニットＳＰｎ毎に、既知の配置位置ｒｎ、位置ｒＡ０１からｘｙ平面内の直線（ｙ＝ｙＵ）へ下ろした垂線とベクトル（ｒｎ−ｒ０）とのなす角度φｎ（すなわち、位置ｒＡ０１から見た当該スピーカユニットＳＰｎの配置方向を示す角度）、及び指向特性Ｇｎ（φ，θ，ω）を代入することにより、駆動信号Ｑｎを算出することができる。
【００５１】
下層の直線スピーカアレイＳＰＡ２については、式（６）における位置ｒＡ０１及びそのｚ座標ｚ０に代えて、仮想音源ＳＶＡ２の位置ｒＡ０２及びそのｚ座標ｚＡ０２を用いて同様に駆動信号Ｑｎを算出することができる。また、聴取者Ｌが位置ｒＢの場合も同様に、式（１）において、距離ｚＬとしてｚＢを用いるとともに、位置ｒ０及びそのｚ座標ｚ０として仮想音源ＳＶＢ１，ＳＶＢ２の位置ｒＢ０１，ｒＢ０２及びそのｚ座標ｚＢ０１，ｚＢ０２を用いて、上下層の直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２について、それぞれを構成するスピーカユニットＳＰｎの駆動信号Ｑｎを算出することができる。
なお，駆動信号Ｑｎの計算は、式（１）を用いる他に、式（１）の一部を近似により省略した式に、仮想音源の位置ｒ０を代入して行うようにすることも可能である。
【００５２】
以上の手順により算出した駆動信号Ｑｎを用いて直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２を構成する各スピーカユニットＳＰｎを駆動することにより、聴取者Ｌが聴取位置を移動した場合でも、当該聴取者Ｌが認識する虚音像の位置を一定に保つことが可能となる。
【００５３】
なお、図８では、ｚＡ＜ｚＢ（すなわち、基準位置ｒＡからｚ軸のプラス方向に移動）の場合について示したが、逆にｚＡ＞ｚＢ（同じく、ｚ軸のマイナス方向に移動）の場合であっても、同様の手順で駆動信号Ｑｎの算出が可能である。また、聴取位置の移動は奥行方向に限定されず、水平方向（ｘ軸方向）の移動及び垂直方向（ｙ軸方向）の移動、すなわち、座標ｘＡと異なる座標ｘＢに、また座標ｙＡと異なる座標ｙＢに変化した場合でも、前記した手順により駆動信号Ｑｎを算出することができる。
これは、次に説明する図９に示した例についても同様である。
【００５４】
［虚音像の位置を直線スピーカアレイよりも手前側に設定した場合］
次に、図９を参照（適宜図７及び図８参照）して、虚音像ＳＩＡの位置ｒａを直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２よりも手前側に設定した場合の、仮想音源ＳＶＡ１等の位置ｒＡ０１等及び駆動信号Ｑｎの算出方法について説明する。
なお、図９に示した例は、図８に示した例に対して、虚音像ＳＩＡの設定位置ｒａを、聴取者Ｌから見て直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２よりも手前側（ｚ軸座標がプラス側）としたものである。図８に示した例と対応する位置、角度等については同じ符号を付して、説明は省略する。
【００５５】
（仮想音源位置の算出方法）
虚音像ＳＩＡの位置ｒａが、直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２よりも手前側に設定された場合は、仮想音源ＳＶＡ１，ＳＶＡ２の位置ｒＡ０１，ｒＡ０２を、式（７）及び式（８）を用いて算出することができる。
【数６】
2014220614.tif 000008
式（７）及び式（８）によって算出される位置ｒＡ０１，ｒＡ０２は、直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２を構成するそれぞれのスピーカユニットＳＰが配列するｘｙ平面内の直線ｙ＝ｙＵ及び直線ｙ＝ｙＶに対して位置ｒＡから下ろした垂線上であって、奥行方向の座標（ｚ軸座標）を、設定された虚音像ＳＩＡの座標ｚａとした位置のことである。
【００５６】
次に、位置ｒＡにおいて聴取した場合に虚音像が位置ｒａに生じるように再現された音場において、聴取者Ｌが、聴取位置を位置ｒＢに移動した場合について説明する。図９に示すように、位置ｒＢで聴取した場合、上層の直線スピーカアレイＳＰＡ１が配列するｘｙ平面内の直線ｙ＝ｙＵに対して位置ｒＢから下ろした垂線上であって、直線スピーカアレイＳＰＡ１から仮想音源ＳＶＡ１の位置ｒＡ０１までと等距離の位置が仮想音源ＳＶＡ１’の位置となる。下層の直線スピーカアレイＳＰＡ２についても同様に、直線スピーカアレイＳＰＡ２が配列するｘｙ平面内の直線ｙ＝ｙＶに対して位置ｒＢから下ろした垂線上であって、直線スピーカアレイＳＰＡ２から仮想音源ＳＶＡ２の位置ｒＡ０２までと等距離の位置が仮想音源ＳＶＡ２’の位置となる。そして、パンニングにより、位置ｒａよりも奥行方向に聴取者Ｌに近づいた位置に虚音像ＳＩＢが生じることとなる。
【００５７】
そこで、虚音像ＳＩＡの位置ｒａを、直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２よりも手前側に設定された場合においては、聴取者Ｌが位置ｒＢに移動した場合には、直線スピーカアレイＳＰＡ１が配列するｘｙ平面内の直線ｙ＝ｙＵに対して位置ｒＢから下ろした垂線上であって、奥行方向の座標（ｚ軸座標）を、設定された虚音像ＳＩＡの座標ｚａとした位置を仮想音源ＳＶＢ１の位置ｒＢ０１として算出する。
また、下層の直線スピーカアレイＳＰＡ２についても同様に、直線スピーカアレイＳＰＡ２が配列するｘｙ平面内の直線ｙ＝ｙＶに対して位置ｒＢから下ろした垂線上であって、奥行方向の座標（ｚ軸座標）を、設定された虚音像ＳＩＡの座標ｚａとした位置を仮想音源ＳＶＢ２の位置ｒＢ０２として算出する。
【００５８】
すなわち、位置ｒＢ０１，ｒＢ０２は、式（９）及び式（１０）により算出することができる。
【数７】
2014220614.tif 000009
すなわち、式（７）、式（８）と同じ手順で算出することができる。
そして、位置ｒＢ０１の仮想音源ＳＶＢ１と、位置ｒＢ０２の仮想音源ＳＶＢ２とのパンニングにより、設定した虚音像ＳＩＡの位置ｒａに虚音像を生じさせることができる。
【００５９】
なお、式（７）〜式（１０）によって算出される位置ｒＡ０１，ｒＡ０２等は、前記した式（２）〜式（５）と同様に、直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２が配置される平面の法線方向である奥行方向をｚ軸とし、直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２を構成する複数のスピーカユニットが配列された方向をｘ軸とし、直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２が配置される平面内において当該ｘ軸と直交する方向をｙ軸とした場合に、ｙ軸方向の位置が、聴取位置ｒＡから直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２の複数のスピーカユニットが配列された直線に下ろした垂線上又は当該垂線の延長線上であって、ｚ軸方向について虚音像ＳＩＡと同じ位置におけるｙ軸方向の位置であり、ｘ軸方向及びｚ軸方向の位置が虚音像ＳＩＡと同じである位置のことである。
また、これらの式も、聴取位置ｒＡ，ｒＢ及び虚音像位置ｒａがｚ軸上以外に設定された場合でも適用することができる。
【００６０】
（駆動信号の算出方法）
次に、駆動信号算出手段２５による駆動信号の算出方法について説明する。
駆動信号算出手段２５は、前記した仮想音源位置算出手段２４により、聴取者Ｌの位置ｒＬ（位置ｒＡ，ｒＢ等）に応じて算出される各直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２の仮想音源の位置ｒＡ０１，ｒＡ０２等を用いて、各直線スピーカアレイを構成するスピーカユニットＳＰｎ毎に、駆動信号Ｑｎを算出する。
【００６１】
虚音像ＳＩＡの位置ｒａが、直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２よりも手前側に設定された場合は、波面の進行方向を考慮して、式（１）において時間遅延を示す指数部の符号を「＋」に変えた式（１１）を用いて駆動信号Ｑｎを算出することができる。
【数８】
2014220614.tif 000010
ここで、聴取者Ｌが位置ｒＡの場合は、ｚＬとしてｚＡを代入するとともに、位置ｒ０及びそのｚ座標ｚ０として式（７）又は式（８）を用いて算出される位置ｒＡ０１、ｒＡ０２及びそのｚ座標ｚＡ０１、ｚＡ０２を代入する。また、聴取者Ｌが位置ｒＢの場合は、ｚＬとしてｚＢを代入するとともに、位置ｒ０及びそのｚ座標ｚ０として、式（９）又は式（１０）を用いて算出される位置ｒＢ０１、ｒＢ０２及びそのｚ座標ｚＢ０１、ｚＢ０２を代入する。
以上の手順により、駆動信号Ｑｎを算出することができる。
【００６２】
なお、式（１）及び式（１１）を１つにまとめると、式（Ａ）のように表わすことができる。
【数９】
2014220614.tif 000011
但し、指数部の±は、前記虚音像位置が前記聴取位置から見て前記直線スピーカアレイより奥側のときは−（マイナス）とし、手前側のときは＋（プラス）とする。
【００６３】
［音響再生装置の動作］
次に、図１０を参照（適宜図７〜図９参照）して、本実施形態に係る音響再生装置１００の動作について説明する。
本実施形態に係る音響再生装置１００は、図１０に示すように、まず、音響信号処理装置２の虚音像位置設定手段２１により、再現音場に生じさせる虚音像ＳＩＡの位置ｒａを設定する（ステップＳ１）。
なお、スピーカアレイ装置１の各直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２を構成するスピーカユニットＳＰｎが配置された位置ｒｎや指向特性Ｇｎ等の情報であるスピーカアレイ情報は、予め音響信号処理装置２のスピーカアレイ情報記憶手段２３に記憶されているものとする。
【００６４】
次に、音響再生装置１００は、音響信号処理装置２の聴取位置取得手段２２によって、聴取者Ｌによる聴取位置ｒＬの情報を取得する（ステップＳ２）。
なお、聴取位置取得手段２２は、音響再生中は、常時又は適宜な時間間隔で聴取者Ｌの位置ｒＬを取得し、仮想音源位置算出手段２４に出力するようにしてもよい。
【００６５】
次に、音響再生装置１００は、音響信号処理装置２の仮想音源位置算出手段２４によって、虚音像位置設定手段２１によって設定された虚音像ＳＩの位置ｒａ、聴取位置取得手段２２によって取得された聴取者Ｌの位置ｒＬ（ｒＡ、ｒＢ等）、及びスピーカアレイ情報記憶手段２３に予め記憶されているスピーカアレイ情報を用いて、式（２）〜式（５）又は式（７）〜式（１０）により、上下層の直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２による仮想音源ＳＶ１（ＳＶＡ１、ＳＶＢ１等），ＳＶ２（ＳＶＡ１、ＳＶＢ１等）の位置ｒ０１（ｒＡ０１、ｒＢ０１等）及び位置ｒ０２（ｒＡ０２、ｒＢ０２等）を算出する（ステップＳ３）。
【００６６】
次に、音響再生装置１００は、音響信号処理装置２の駆動信号算出手段２５によって、
聴取位置取得手段２２によって取得された聴取者Ｌの位置ｒＬ、スピーカアレイ情報記憶手段２３に予め記憶されているスピーカアレイ情報、及び外部から入力される音響信号Ｓ（ω）及び指向特性Ｇ０（φ，θ，ω）を用いて、式（Ａ）により、上下層の直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２を構成する各スピーカユニットＳＰｎに対する駆動信号｛Ｑｎ｝を算出する（ステップＳ４）。
なお、音響再生装置１００は、駆動信号算出手段２５によって、音響信号Ｓ（ω）及び指向特性Ｇ０（φ，θ，ω）の入力に合わせてリアルタイムに駆動信号｛Ｑｎ｝を算出するようにしてもよいし、音響信号Ｓ（ω）及び指向特性Ｇ０（φ，θ，ω）を不図示の記憶手段に記憶してから、まとめて駆動信号｛Ｑｎ｝を算出するようにしてもよい。
【００６７】
音響再生装置１００は、ステップＳ４で算出した駆動信号｛Ｑｎ｝を、不図示の駆動手段を介して、それぞれ対応するスピーカユニットＳＰｎに出力することで、音響を再生する（ステップＳ５）。
なお、音響再生装置１００は、音響再生中に、聴取位置取得手段２２によって取得した聴取者Ｌの位置ｒＬに変更があった場合は、仮想音源位置算出手段２４によって、変更後の聴取位置ｒＬに基づいて仮想音源位置ｒ０１，ｒ０２を算出するとともに、駆動信号算出手段２５によって、当該変更後の聴取位置ｒＬに基づいて算出した仮想音源位置ｒ０１，ｒ０２を用いて駆動信号｛Ｑｎ｝を算出するものとする。
【００６８】
＜第２実施形態＞
次に、図１１を参照して、本発明の第２実施形態に係る音響再生装置１００Ａについて説明する。
図１１に示すように、第２実施形態に係る音響再生装置１００Ａは、図７に示した第１実施形態に係る音響再生装置１００におけるスピーカアレイ装置１に代えて、スピーカアレイ装置１Ａを備えるものである。
【００６９】
第２実施形態におけるスピーカアレイ装置１Ａは、水平方向に延伸する直線上に複数のスピーカユニットＳＰを配列した２本の直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２を上下方向に離間して平行に配置するとともに、垂直方向に延伸する直線上に複数のスピーカユニットＳＰを配列した２本の直線スピーカアレイＳＰＡ３，ＳＰＡ４を上下方向に離間して平行に配置して構成される。また、これらの４本の直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２，ＳＰＡ３，ＳＰＡ４は、同一平面内に配置されている。これらの４本の直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２，ＳＰＡ３，ＳＰＡ４は、例えば、矩形状のディスプレイＤＳＰの四辺である上辺、下辺、右辺及び左辺に沿って配置し、窓枠型に構成することもできる。
【００７０】
第２実施形態における音響再生装置１００Ａは、第１実施形態における音響再生装置１００と同様に、駆動信号算出手段２５によって、聴取者Ｌの位置ｒＬに応じて、４本の直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２，ＳＰＡ３，ＳＰＡ４によって形成される仮想音源のパンニングによって、設定した位置ｒａに虚音像が認識されるように、これらの直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２，ＳＰＡ３，ＳＰＡ４を構成する各スピーカユニットＳＰｎに対する駆動信号Ｑｎを算出する。
【００７１】
第２実施形態において、水平方向に延伸する直線上に複数のスピーカユニットＳＰを配列した直線スピーカアレイＳＰＡ１，ＳＰＡ２については、第１実施形態と同じ手順で仮想音源位置の算出及び駆動信号の算出を行うことができる。また、垂直な直線上にスピーカユニットＳＰを配列した直線スピーカアレイＳＰＡ３，ＳＰＡ４については、ｘ座標とｙ座標とを入れ替えることで、第１実施形態と同じ手順で仮想音源位置の算出及び駆動信号の算出を行うことができる。このため、仮想音源位置及び駆動信号の算出方法の詳細な説明は省略する。
また、第２実施形態に係る音響再生装置１００Ａは、駆動対象である直線スピーカアレイが４本であること以外は、第１実施形態に係る音響再生装置１００と同様であるから、第２実施形態における音響信号処理装置２についての詳細な説明は省略する。
【００７２】
なお、以上説明した実施形態では、駆動対象であるスピーカアレイ装置として、２本又は４本の直線スピーカアレイを組み合わせた例について説明したが、これに限定されるものではなく、任意数の直線スピーカアレイを組み合わせて構成されるシステムにも本発明の手法を適用することが可能である。
また、４本の直線スピーカアレイを矩形の四辺に沿って配置する場合に、直線スピーカアレイの長さと当該矩形の四辺の長さとを略同じとすることに限定されず、適宜な長さにすることができる。
更にまた、例えば、スーパーハイビジョン用の２２．２チャンネル音響信号を窓枠型に構成したスピーカアレイ装置で再生する場合にも適用可能であり、家庭環境における３次元音響の再生を容易とすることができる。
【００７３】
以上、本発明の実施形態に係る音響信号処理装置及び音響再生装置について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００７４】
１，１Ａ  スピーカアレイ装置
２      音響信号処理装置
２１    虚音像位置設定手段
２２    聴取位置取得手段
２３    スピーカアレイ情報記憶手段
２４    仮想音源位置算出手段
２５    駆動信号算出手段
１００，１００Ａ  音響再生装置
ＳＰＡ１，ＳＰＡ２，ＳＰＡ３，ＳＰＡ４  直線スピーカアレイ
ＳＰ，ＳＰｎ  スピーカユニット
【図１】
2014220614.tif 000013
【図２】
2014220614.tif 000014
【図４】
2014220614.tif 000015
【図５】
2014220614.tif 000016
【図６】
2014220614.tif 000017
【図７】
2014220614.tif 000018
【図８】
2014220614.tif 000019
【図９】
2014220614.tif 000020
【図１０】
2014220614.tif 000021
【図１１】
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【図３】
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