(57)【要約】【課題】  フィルタ係数の数を減らしつつ仮想音源をスムーズに移動させる。【解決手段】  複数のスピーカＳＰ1〜ＳＰmを配列してスピーカアレイ１０を構成する。スピーカＳＰ1〜ＳＰmに、所定の伝達関数を畳み込んだオーディオ信号をそれぞれ供給してスピーカＳＰ1〜ＳＰmから出力される音響の波面合成を行う。この波面合成によりスピーカアレイ１０を含むエリアＡBCに仮想音源ＶSSを形成する。このとき、仮想音源ＶSSが、スピーカアレイ１０の近傍では密となり、遠方では粗となる不等間隔のメッシュの交点に位置するようにオーディオ信号を制御する。【選択図】  図２
2006246310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスピーカを配列してスピーカアレイを構成し、
上記複数のスピーカに供給されるオーディオ信号のそれぞれに所定の伝達関数を畳み込んで上記複数のスピーカから出力される音響の波面合成を行い、
この波面合成により上記スピーカアレイを含むエリアに仮想音源を形成するとともに、
この仮想音源が、上記スピーカアレイの近傍では密となり、遠方では粗となる不等間隔のメッシュの交点に位置するように上記伝達関数を制御する
ようにしたオーディオ信号の再生方法。
【請求項２】
請求項１に記載の再生方法において、
上記交点が、上記複数のスピーカの配列方向と平行な格子と、直交する方向の格子とにより表現される直交座標上の点である
ようにしたオーディオ信号の再生方法。
【請求項３】
請求項１に記載の再生方法において、
上記交点が、上記複数のスピーカの配列方向の中心で、その配列方向と直交する直線上に位置するとともに、上記スピーカアレイの前方に位置する点を原点とし、この原点に対して距離および角度により定義される極座標上の点である
ようにしたオーディオ信号の再生方法。
【請求項４】
複数のスピーカが配列されてスピーカアレイが構成されるとき、上記複数のスピーカに供給されるオーディオ信号のそれぞれに、所定の伝達関数を畳み込むデジタルフィルタと、
このデジタルフィルタに、上記伝達関数を与える所定のフィルタ係数をロードする制御回路と
を有し、
この制御回路は、
上記複数のスピーカから出力される音響が波面合成されて上記スピーカアレイを含む所定のエリアに仮想音源が形成されるとともに、
その仮想音源が、上記スピーカアレイの近傍では密となり、遠方では粗となる不等間隔のメッシュの交点に位置するように、上記デジタルフィルタに上記フィルタ係数をロードする
ようにしたオーディオ信号の再生装置。
【請求項５】
請求項４に記載の再生装置において、
上記交点が、上記複数のスピーカの配列方向と平行な格子と、直交する方向の格子とにより表現される直交座標上の点である
ようにしたオーディオ信号の再生装置。
【請求項６】
請求項４に記載の再生装置において、
上記交点が、上記複数のスピーカの配列方向の中心で、その配列方向と直交する直線上に位置するとともに、上記スピーカアレイの前方に位置する点を原点とする距離および角度により定義される極座標上の点である
ようにしたオーディオ信号の再生装置。
【請求項７】
請求項４、請求項５あるいは請求項６に記載の再生装置において、
上記デジタルフィルタのうち、上記複数のスピーカのうちの配列方向の中心を通るとともに、その配列方向と直交する直線に対して右側のスピーカに対応するデジタルフィルタと、左側のスピーカに対応するデジタルフィルタとに、等しいフィルタ係数を逆順にロードする
ようにしたオーディオ信号の再生装置。
【請求項８】
請求項４、請求項５、請求項６あるいは請求項７に記載の再生装置において、
上記制御回路は係数メモリを有し、
この係数メモリに上記フィルタ係数があらかじめ用意されている
ようにしたオーディオ信号の再生装置。
【請求項９】
請求項４に記載の再生装置において、
上記複数のスピーカは、３次元的に配列されて上記スピーカアレイを構成する
ようにしたオーディオ信号の再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、オーディオ信号の再生方法および再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般のステレオ再生装置においては、左右のスピーカを結ぶ線上に仮想音源が形成され、この仮想音源から音響が出力されるているかのように知覚される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
これに対して、波面合成の技術を利用した再生装置においては、仮想音源を自由な位置に配置することができる。以下、この波面合成について順を追って説明する。
【０００４】
〔１〕  音場の再現について
今、図６に示すように、任意の形状の空間を包み込んだ閉曲面Ｓを想定するとともに、この閉曲面Ｓの内部には音源が含まれていないものとする。そして、この閉曲面Ｓの内部空間および外部空間について、
ｐ(ｒi) ：内部空間の任意の点ｒiにおける音圧
ｐ(ｒj) ：閉曲面Ｓ上の任意の点ｒjにおける音圧
ｄｓ    ：点ｒjを含む微小面積
ｎ      ：点ｒjにおける微小面積ｄｓに対する法線
ｕn(ｒj)：点ｒjにおける法線ｎ方向の粒子速度
ω      ：オーディオ信号の角周波数
ρ      ：空気の密度
ｖ      ：音速（＝340m/s）
ｋ      ：ω／ｖ
とすると、キルヒホッフの積分公式は図７における(1)式で示される。
【０００５】
これは、閉曲面Ｓ上の点ｒjの音圧ｐ(ｒj)と、その点ｒjにおける法線ｎの方向の粒子速度ｕn(ｒj)とを適切に制御することができれば、閉曲面Ｓの内部空間の音場を再現できることを意味している。
【０００６】
そこで、例えば図８Ａに示すように、左側に音源ＳＳが配置され、右側に半径Ｒの球状の空間を覆う閉曲面ＳR（破線図示）が配置されているとする。すると、音源ＳＳにより閉曲面ＳRの内部空間に生じる音場は、上記のように閉曲面ＳR上の音圧および粒子速度ｕn(ｒj)を制御すれば、音源ＳＳがなくても再現が可能である。
【０００７】
そして、このとき、音源ＳＳの位置に仮想音源ＶSSを生じることになる。つまり、閉曲面ＳR上の音圧および粒子速度を適切に制御すれば、閉曲面ＳRの内部にいるリスナは、音源ＳＳの位置に仮想音源ＶSSが存在するかのように音響を知覚する。
【０００８】
次に、閉曲面ＳRの半径Ｒを無限大にすると、図８Ａに実線で示すように、閉曲面ＳRは平面ＳSRとなる。そして、この場合も、音源ＳＳにより閉曲面ＳRの内部空間、すなわち、平面ＳSRの右側に生じる音場は、平面ＳSR上の音圧および粒子速度を制御することにより、音源ＳＳがなくても再現が可能である。また、このときも、音源ＳＳの位置に仮想音源ＶSSを生じる。
【０００９】
つまり、平面ＳSR上のすべての点における音圧および粒子速度を適切に制御すれば、平面ＳSRよりも左側に仮想音源ＶSSを配置し、右側に音場を配置することができ、その音場を受聴領域とすることができる。
【００１０】
実際には、図８Ｂにも示すように、平面ＳSRを有限の広さとし、この平面ＳSR上における有限の点ＣP1〜ＣPxの音圧および粒子速度を制御すればよい。なお、以下においては、平面ＳSR上の、音圧および粒子速度の制御される点ＣP1〜ＣPxを「制御点」と呼ぶものとする。
【００１１】
〔２〕  制御点ＣP1〜ＣPxにおける音圧および粒子速度の制御について
制御点ＣP1〜ＣPxにおける音圧および粒子速度を制御するには、図９にも示すように、
(A) 平面ＳSRの音源側に、複数ｍ個のスピーカＳＰ1〜ＳＰmを、平面ＳSRと例えば平行に配置する。なお、このスピーカＳＰ1〜ＳＰmはスピーカアレイ１０を構成するものである。 
(B) スピーカＳＰ1〜ＳＰmに供給されるオーディオ信号を制御して制御点ＣP1〜ＣPxにおける音圧および粒子速度を制御する。 
とすればよい。
【００１２】
このようにすれば、スピーカＳＰ1〜ＳＰmから出力される音波が波面合成され、あたかも仮想音源ＶSSから音波が出力されているかのように作用するとともに、所望の音場を形成することができる。なお、スピーカＳＰ1〜ＳＰmから出力される音波が波面合成される位置は、平面ＳSRとなるので、以下においては、平面ＳSRを「波面合成面」と呼ぶものとする。
【００１３】
〔３〕  波面合成の様子
図１０は、波面合成の様子の一例をコンピュータシミュレーションにより示すものである。スピーカＳＰ1〜ＳＰmに供給されるオーディオ信号の処理内容・処理方法については後述するが、この例においては、各値を以下のように設定した場合である。  
スピーカの数ｍ：16個
スピーカの間隔：10cm
スピーカの口径：８cmφ
制御点の位置  ：スピーカからリスナ側に10cmの位置
制御点の数    ：1.3cm間隔で１列に116点
仮想音源の位置：受聴領域の前方１ｍ（図１０Ａの場合）
受聴領域の前方３ｍ（図１０Ｂの場合）
受聴領域の広さ：2.9ｍ（前後方向）×４ｍ（左右方向）
なお、
ｗ  ：スピーカの間隔〔ｍ〕
ｖ  ：音速（＝340m/s）
ｆhi：再生上限周波数〔Hz〕
とすれば、
ｆhi＝ｖ／（２ｗ）                                    ・・・ (2)
となる。したがって、スピーカＳＰ1〜ＳＰm（ｍ＝16）の間隔ｗは狭くすることが好ましく、そのためにはスピーカＳＰ1〜ＳＰmの口径を小さくする必要がある。
【００１４】
また、スピーカＳＰ1〜ＳＰmに供給されるオーディオ信号をデジタル処理している場合には、そのサンプリングによる影響を除くため、制御点ＣP1〜ＣPxの間隔は、そのサンプリング周波数に対応する波長の1/4〜1/5以下にすることが好ましい。上記の数値例においては、サンプリング周波数を８ｋHzとしたので、制御点ＣP1〜ＣPxの間隔を上記のように1.3cmとしている。
【００１５】
そして、図１０によれば、スピーカＳＰ1〜ＳＰmから出力された音波は、仮想音源ＶSSから出力された音波であるかのように波面合成され、受聴領域にきれいな波紋が描かれている。つまり、波面合成が適切に行われ、目的とする仮想音源ＶSSおよび音場が形成されていることがわかる。
【００１６】
また、見方を変えると、図１０Ａの場合には、波紋の曲率が小さいので、仮想音源ＶSSの位置が波面合成面ＳSRに比較的近いことになる。しかし、図１０Ｂの場合には、波紋の曲率が図１０Ａの場合よりも大きくなっているので、仮想音源ＶSSの位置が図１０Ａの場合よりも波面合成面ＳSRから遠ざかっていることになる。したがって、このことからも仮想音源ＶSSの位置を制御できることがわかる。
【００１７】
図１１において、エリアＡBCは、理論上、仮想音源ＶSSを配置あるいは移動できる範囲を示す。この配置可能エリアＡBCは、各辺が外側にやや膨らんだ逆三角形に近くなるが、図および以下の説明においては、簡単のため、逆三角形としている。
【００１８】
そして、この配置可能エリアＡBCは、その頂点ＰAが、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの配列の中央において、その配列方向と直交する線上に位置するとともに、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの前方（リスナ側）に位置する。また、頂点ＰAからスピーカＳＰ1を通る直線の延長上に頂点ＰBが位置し、頂点ＰAからスピーカＳＰmを通る直線の延長上に頂点ＰCが位置する。さらに、頂点ＰBと頂点ＰCとを結ぶ辺は、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの配列方向に平行となる。
【００１９】
そして、この配置可能エリアＡBCの中であれば、仮想音源ＶSSを任意の位置に配置することができ、あるいは軌跡ＣSSとして示すように、仮想音源ＶSSの位置を自由に移動させることができる。
【００２０】
〔４〕  波面合成のアルゴリズム
図１２に示すように、
ｕ(ω)：仮想音源ＶSSの出力信号、つまり、原オーディオ信号
Ｈ(ω)：適切な波面合成を実現するために信号ｕ(ω)に畳み込む伝達関数
Ｃ(ω)：スピーカＳＰ1〜ＳＰmから制御点ＣP1〜ＣPmまでの伝達関数
ｑ(ω)：波面合成により実際に制御点ＣP1〜ＣPxに再現される信号
とすると、原オーディオ信号ｕ(ω)に、伝達関数Ｃ(ω)、Ｈ(ω)を畳み込んだ信号が、再現オーディオ信号ｑ(ω)であるから、
ｑ(ω)＝Ｃ(ω)・Ｈ(ω)・ｕ(ω)
となる。この場合、スピーカＳＰ1〜ＳＰmから制御点ＣP1〜ＣPxまでの伝達特性を求めておくことにより、伝達関数Ｃ(ω)を規定できる。
【００２１】
そして、伝達関数Ｈ(ω)を制御すれば、このときの再現オーディオ信号ｑ(ω)により適切な波面合成が実現され、例えば図１１に軌跡ＣSSとして示すように、仮想音源ＶSSの位置あるいは移動を任意に制御することができる。
【００２２】
〔５〕  信号の変換
上記の〔４〕にしたがって原オーディオ信号ｕ(ω)を再現オーディオ信号ｑ(ω)に変換して仮想音源ＶSSの位置を制御する場合、その再生装置は例えば図１３に示すように構成することができる。すなわち、デジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmがＦＩＲフィルタにより構成されるとともに、制御回路２０の係数メモリ２１にデジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmのフィルタ係数（タップ係数）が用意される。そして、このフィルタ係数が係数メモリ２１から読み出されてデジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmにロードされ、デジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmに必要とする伝達関数Ｈ(ω)、Ｃ(ω)が設定される。
【００２３】
そして、原オーディオ信号（デジタル信号）ｕ(ω)が、入力端子ＴinからデジタルローパスフィルタＤＦ0に供給され、波面合成の原理上、不要な高域成分、すなわち、(2)式で示される周波数ｆhi以上の周波数成分が除去される。
【００２４】
このフィルタ出力が、デジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmに供給されて伝達関数Ｈ(ω)および伝達関数Ｃ(ω)が畳み込まれ、デジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmから再現オーディオ信号ｑ(ω)〜ｑ(ω)が取り出される。そして、この信号ｑ(ω)〜ｑ(ω)が、Ｄ／Ａコンバータ回路ＤＡ1〜ＤＡmによりＤ／Ａ変換されてから出力アンプＰＡ1〜ＰＡmを通じてスピーカＳＰ1〜ＳＰmに供給される。
【００２５】
したがって、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの出力により仮想音源ＶSSが形成されるとともに、そのとき、デジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmの伝達関数Ｃ(ω)、Ｈ(ω)を所定の値にすることにより仮想音源ＶSSの位置を変更することができる。
【００２６】
〔６〕  仮想音源ＶSSの配置あるいは移動位置
配置可能エリアＡBCに仮想音源ＶSSを配置する場合、あるいは配置可能エリアＡBCの中を仮想音源ＶSSを移動させる場合、例えば図１４に示すような方法が考えられている。
【００２７】
すなわち、図１４に破線で示すように、仮想音源ＶSSの配置可能エリアＡBCを、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの配列方向に平行な格子と、直交する格子とにより、メッシュ状に区切る。そして、仮想音源ＶSSが、そのメッシュの交点に位置するときのフィルタ係数をあらかじめ演算し、係数メモリ２１に格納しておく。そして、仮想音源ＶSSを移動させるときには、移動位置にもっとも近い交点のフィルタ係数を係数メモリ２１から読み出してデジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmにロードする。
【００２８】
このようにすれば、仮想音源ＶSSを交点ごとに配置し、あるいは移動させることができる。そして、このとき、複数の仮想音源ＶSSに対して各交点におけるフィルタ係数を兼用することができる。
【００２９】
なお、先行技術文献として例えば以下のものがある。
【特許文献１】特表２００２−５０５０５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
ところで、上述のような仮想音源ＶSSの配置や移動を実現する場合、デジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmのそれぞれには、通常、1024タップ程度のタップ数が必要とされる。したがって、例えば図１４にも示すように、配置可能エリアＡBCを左右方向および前後方向に100ポイント×100ポイントの格子で区切ると、交点の数は5000ポイント（＝100×100／２）となる。
【００３１】
この結果、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの数が16個（ｍ＝16）であるとすれば、フィルタ係数（タップ係数）のために、
1024タップ×16個×5000ポイント＝81920000タップ分
の係数メモリ２１が必要となる。
【００３２】
そして、フィルタ係数のそれぞれが32ビット（４バイト）のfloat型であるとすると、
81920000タップ分×４バイト＝327680000バイト
＝312.5Ｍバイト
の係数メモリ２１が必要になる。
【００３３】
つまり、係数メモリ２１としてかなりの容量が必要とされる。そして、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの数ｍおよびメッシュの交点の数に比例して係数メモリ２１の容量が増加してしまう。また、仮想音源ＶSSの移動につれてデジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmに次のフィルタ係数をロードする必要があるので、メッシュの交点の間隔が狭い場合には、フィルタ係数のロードの頻度が高くなり、制御回路２０の負担が大きくなってしまう。
【００３４】
さらに、仮想音源ＶSSの位置を変更するときに、デジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmには多量のフィルタ係数の読み込み処理が発生するので、制御回路２１とデジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmとの間のフィルタ係数のデータラインに、かなりの転送能力が要求される。
【００３５】
しかし、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの数ｍを減らしたり、メッシュの交点の間隔を広くしたりすると、仮想音源ＶSSを適切に形成できなくなったり、仮想音源ＶSSの配置や移動が不自然になったりしてしまう。
【００３６】
また、実際には、デジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmは、１つのＤＳＰあるいはＣＰＵにより実現するのが普通である。そして、その場合には、
(A) デジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmのうちのあるデジタルフィルタについて、その第ａ番目のタップのタップ係数を取り込む。  
(B) 積和演算を実行する。  
(C) その結果を、第ａ番目のタップの出力とする。  
(D) (A)〜(C)の処理をタップごとに順に行う。したがって、(A)〜(C)の処理をタップの数だけ繰り返すことになる。  
(E) (D)の処理を、デジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmのそれぞれごとに行う。したがって、(D)の処理を16回（＝ｍ回）実行することになる。  
のような処理を実行するものである。
【００３７】
したがって、デジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmのそれぞれのタップ数が1024タップであるとすれば、ＤＳＰあるいはＣＰＵは、原オーディオ信号ｕ(ω)の１サンプルにつき、(A)〜(C)の処理を
1024タップ×16個＝16384回
にわたって実行することになる。
【００３８】
そして、１つの仮想音源ＶSSにつきｍ個のデジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmが必要であるから、複数Ｎ個の仮想音源ＶSSを同時に移動させる場合には、Ｎ組のデジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmを必要とする。
【００３９】
したがって、デジタルフィルタの総タップ数は、
1024タップ×16個×Ｎ個＝Ｎ×16384タップ
となる。つまり、これだけのタップ数について(A)〜(C)の処理をリアルタイムで実行する必要がある。なお、この処理は、原オーディオ信号ｕ(ω)の１サンプル期間、例えば１／44.1ｋHzの期間に実行する必要がある。
【００４０】
しかし、そのような処理には、ＤＳＰあるいはＣＰＵに数ＧFLOPS〜数十ＧFLOPSの演算能力を要求することになる。このため、現在の技術レベルでは、仮想音源ＶSSの位置をリアルタイムで制御をする場合、仮想音源ＶSSの数は数個から十数個が限界となってしまう。
【００４１】
近年、パーソナルコンピュータの高速化や高速ＤＳＰの台頭などにより、上述のような波面合成が実現可能になったとは言え、まだまだ演算能力やメモリの転送能力は膨大なものが要求されている状況に変わりはなく、より低コストなシステムでの実現手段が強く望まれている。
【００４２】
この発明は、以上のような課題ないし問題点を解決しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００４３】
この発明においては、
複数のスピーカを配列してスピーカアレイを構成し、
上記複数のスピーカに供給されるオーディオ信号のそれぞれに所定の伝達関数を畳み込んで上記複数のスピーカから出力される音響の波面合成を行い、
この波面合成により上記スピーカアレイを含むエリアに仮想音源を形成するとともに、
この仮想音源が、上記スピーカアレイの近傍では密となり、遠方では粗となる不等間隔のメッシュの交点に位置するように上記伝達関数を制御する
ようにしたオーディオ信号の再生方法
とするものである。
【発明の効果】
【００４４】
この発明によれば、フィルタ係数の数を減らすことができ、その結果、フィルタ係数を格納する係数メモリの容量を削減することができる。また、デジタルフィルタへのフィルタ係数のロードが容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
〔１１〕  人の聴覚特性について
図１４により説明したように、配置可能エリアＡBCをメッシュにより区切り、そのメッシュの交点に仮想音源ＶSSを配置する場合、メッシュが粗ければ粗いほど仮想音源ＶSSの定位するポイントが粗くなり、細かければ細かいほど定位するポイントが細かくなる。しかしながら、音像の定位に対する人の弁別の分解能には限界が存在するので、メッシュをあまりに細かくしても違いがわからなくなる。
【００４６】
一方、定位を弁別する分解能は、リスナの近傍では比較的高いが、リスナから離れれば離れるほど、低くなるという聴覚特性も存在する。例えば、リスナの近傍では音源の位置が10cm変更されても違いがわかるが、音源がリスナから離れると、10cmの違いを知覚することはできなくなる。
【００４７】
この発明は、そのような聴感特性を利用し、フィルタ係数の数を抑えつつ仮想音源ＶSSをスムーズに移動させることができるようにしたものである。以下、順を追って説明する。
【００４８】
〔１２〕  再生装置の例
図１は、この発明による再生装置の一例を示す。この例においては、Ｎ個の仮想音源ＶSSの位置をそれぞれ独立に設定できるようにした場合である。すなわち、第１〜第Ｎの原オーディオ信号（デジタル信号）ｕ(ω)〜ｕ(ω)が、入力端子Ｔin1〜ＴinNからデジタルローパスフィルタＤＦ01〜ＤＦ0Nに供給されて不要な高域成分が除去され、このフィルタ出力がデジタルフィルタ（ＤＦ11〜ＤＦm1）〜（ＤＦ1N〜ＤＦmN）に供給される。
【００４９】
このデジタルフィルタ（ＤＦ11〜ＤＦ1N）〜（ＤＦm1〜ＤＦmN）は、図１３におけるデジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmに対応するものであり、ＦＩＲフィルタにより構成されるとともに、制御回路２０により所定のフィルタ係数がロードされ、デジタルフィルタＤＦ11〜ＤＦmNに必要とする伝達関数Ｈ(ω)、Ｃ(ω)が設定される。
【００５０】
この場合、デジタルフィルタ（ＤＦ11〜ＤＦm1）〜（ＤＦ1N〜ＤＦmN）のフィルタ係数およびそのロード方法については、次の〔１３〕以降により詳述するが、フィルタ係数は制御回路２０の係数メモリ２１に用意されている。そして、リスナが外部の入力手段を操作して仮想音源ＶSS〜ＶSSの位置を指定すると、あるいはゲームなどのプログラムが演算処理により指定すると、係数メモリ２１から対応するフィルタ係数が読み出されてデジタルフィルタＤＦ11〜ＤＦmNにロードされる。
【００５１】
したがって、デジタルフィルタ（ＤＦ11〜ＤＦm1）〜（ＤＦ1N〜ＤＦmN）からは第１〜第Ｎの原オーディオ信号ｕ(ω)〜ｕ(ω)の再現オーディオ信号ｑ(ω)〜ｑ(ω)が取り出される。そして、この信号ｑ(ω)〜ｑ(ω)が、加算回路ＡＣ1〜ＡＣmを通じてＤ／Ａコンバータ回路ＤＡ1〜ＤＡmに供給されてアナログオーディオ信号にＤ／Ａ変換され、その出力信号が出力アンプＰＡ1〜ＰＡmを通じてスピーカＳＰ1〜ＳＰmに供給される。なお、スピーカＳＰ1〜ＳＰmは、図１１により説明したように配置されてスピーカアレイ１０を構成しているものである。
【００５２】
したがって、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの出力により、配置可能エリアＡBCが図１１により説明したようにほぼ逆三角形に形成されるとともに、この配置可能エリアＡBCに、第１〜第Ｎの原オーディオ信号ｕ(ω)〜ｕ(ω)に対応する第１〜第Ｎの仮想音源ＶSS〜ＶSSが配置される。そして、このとき、デジタルフィルタ（ＤＦ11〜ＤＦm1）〜（ＤＦ1N〜ＤＦmN）の伝達関数Ｃ(ω)、Ｈ(ω)を所定の値にすることにより、配置範囲エリアＡBCにおいて第１〜第Ｎの仮想音源ＶSS〜ＶSSの位置を変更することができる。
【００５３】
〔１３〕  この発明における仮想音源の配置位置
この発明においては、配置可能エリアＡBCをメッシュ状に区切るとともに、〔１１〕に基づいて、例えば図２に示すように、リスナの近くの位置ではメッシュの間隔を狭く定義し、リスナから離れた位置ほどメッシュの間隔を広く定義する。そして、このメッシュの交点を仮想音源ＶSSの配置位置とする。
【００５４】
〔１３−１〕  配置位置の設定方法（その１）
図２に示す例においては、配置可能エリアＡBCを区切るメッシュのうち、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの配列方向に平行な方向の格子ＧXは、リスナから遠ざかるほど間隔を広く設定する。また、格子ＧXと交差する格子ＧYは、頂点ＰAから放射状に、かつ、格子ＧYのうち、中心の格子（スピーカＳＰ1〜ＳＰmの配列中心で、その配列方向と直交する格子）ＧY0から離れる格子ほど間隔を広く設定する。
【００５５】
例えば、格子ＧXは対数的に等間隔に設定し、格子ＧYは、同一の格子ＧX上において、対数的に等間隔に設定する。そして、仮想音源ＶSSを配置する（移動させる）とき、格子ＧXと格子ＧYとの交点のどれかに配置するものとする。
【００５６】
このようにすれば、配置可能エリアＡBCにおける格子ＧXと格子ＧYとの交点の間隔は、リスナから離れるほど広くなる。そして、仮想音源ＶSSの配置位置をメッシュの交点ごとに移動させた場合、リスナの近くでは、人の定位の弁別能力が高くても、交点の間隔が狭いので、仮想音源ＶSSの移動が連続的でスムーズになる。一方、遠方においては、交点の間隔が広くなるが、人の定位の弁別能力が低いので、仮想音源ＶSSの移動が不連続的になることがなく、あるいは違和感を感じることがない。つまり、仮想音源ＶSSをスムーズに移動させることができる。
【００５７】
そして、その場合、波面合成の原理上、仮想音源ＶSSの配置可能エリアＡBCは、図１１および図２にも示すように逆三角形となっているので、リスナの近くでは仮想音源ＶSSを配置することができるゾーンは狭く、したがって、交点の間隔を狭くしても、交点の数は少ない。一方、リスナから遠ざかるほど、仮想音源ＶSSを配置することのできるゾーンは広くなるが、遠方では交点の間隔を広くしているので、やはり交点の数は少ない。
【００５８】
したがって、全体として交点の数、すなわち、仮想音源ＶSSの配置位置の数を減らすことができるので、フィルタ係数の数を減らすことができ、この結果、フィルタ係数を格納する係数メモリ２１の容量を減らすことができる。また、これにより係数メモリ２１とデジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmとの間のデータラインに、高い転送能力を要求されることがなくなる。
【００５９】
〔１３−２〕  配置位置の設定方法（その２）
図３に示す例においては、仮想音源ＶSSの配置位置となる交点の密度を、粗および密の２段階とする場合である。すなわち、この例においては、格子ＧXおよびＧYをスピーカＳＰ1〜ＳＰmの配列方向と平行な方向および直交方向に設定する。そして、リスナの近くのゾーンでは、格子ＧX、ＧYの交点の間隔を狭く定義し、リスナから離れたゾーンでは、格子ＧX、ＧYの交点の間隔を広く定義する。
【００６０】
したがって、この場合も、仮想音源ＶSSの配置位置をメッシュの交点ごとに移動させた場合、仮想音源ＶSSの移動が連続的でスムーズになり、違和感を感じることがない。また、交点の数を減らすことができるので、フィルタ係数のためのメモリの容量を減らすことができるとともに、フィルタ係数をデジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmにロードするとき、高い転送能力を要求されることがなくなる。
【００６１】
〔１３−３〕  配置位置の設定方法（その３）
図２に示す例においては、交点の密度を連続的ないし多段階に異ならせた場合であり、図３に示す例においては、交点の密度を粗および密の２段階に異ならせた場合であるが、その中間とすることもできる。すなわち、配置可能エリアＡBCを、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの配列方向と直交する方向に、不自然さを感じない程度の数のゾーン、例えば３ゾーンあるいは４ゾーンに区切り、各ゾーンにおける交点の間隔を、リスナから離れたゾーンほど広く定義する。
【００６２】
このようにする場合も、〔１３−１〕および〔１３−２〕と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
〔１３−４〕  配置位置の設定方法（その４）
図２などからも明らかなように、仮想音源ＶSSの配置位置は、格子ＧYのうちの中心の格子ＧY0について線対称に設定する場合が一般的であり、これを非対称としても意味がない。
【００６４】
そこで、図４に示す例においては、設定可能エリアＡBCの頂点ＰAをＸＹ座標（直交座標）の原点に設定し、中心の格子ＧY0をＹ軸に設定するとともに、頂点ＰAを通り、格子ＧXに平行な直線をＸ軸に設定する。そして、配置可能エリアＡBCの右半分のエリア（第１象限）における交点Ｑ1と、左半分のエリア（第３象限）における交点Ｑ3とが、格子ＧY0（Ｙ軸）に関して線対称な位置にあるとする。
【００６５】
すると、デジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmにあるフィルタ係数をロードしたとき、スピーカＳＰ1〜ＳＰmにより交点Ｑ1に仮想音源ＶSSが定位するとすれば、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの配列方向を左右逆にしたとき、その仮想音源ＶSSは交点Ｑ3に定位することになる。そして、実際には、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの配列方向を逆にしなくても、デジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmにロードされるフィルタ係数を、デジタルフィルタＤＦm〜ＤＦ1に逆順にロードすれば、交点Ｑ1に定位するはずの仮想音源ＶSSが交点Ｑ3に定位することになる。
【００６６】
したがって、仮想音源ＶSSを左半分のエリアに配置するときと、右半分に配置するときとで、フィルタ係数を逆順にロードすれば、フィルタ係数の総数を１／２にすることができ、その結果、フィルタ係数用の係数メモリ２１の容量を１／２に減らすことができる。そして、そのとき、仮想音源ＶSSの配置可能な位置の数が減ることがない。
【００６７】
例えば、係数メモリ２１のもとの容量が１Ｇバイトであれば、500Ｍバイトの削減ができる。また、フィルタ係数のロードを逆順にするだけなので、そのアルゴリズムも簡単である。さらに、この方法を３次元空間へ拡張する場合には、上下の対称性も利用できるので、メモリの容量を１／４に削減することができる。
【００６８】
〔１３−５〕  配置位置の設定方法（その５）
例えば図２に示すように、配置可能エリアＡBCにおける交点の間隔を連続的ないし多段階に異ならせた場合、デジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmのフィルタ係数を係数メモリ２１から読み出すとき、以下に述べるように、読み出し処理がめんどうになる。
【００６９】
すなわち、仮想音源ＶSSの位置は、リスナが外部の入力手段を操作して指定するにせよ、ゲームなどのプログラムが演算処理により指定するにせよ、ＸＹ座標系で表現されるのが普通である。したがって、仮想音源ＶSSの定位位置となる交点がＸＹ座標上で規則正しく並んでいる場合には、フィルタ係数を係数メモリ２１に規則正しく格納しておけば、指定された仮想音源ＶSSの位置を単純に係数メモリ２１のアドレスに換算し、そのアドレスからフィルタ係数を読み出すことができる。
【００７０】
しかし、例えば図２に示すように、ＸＹ座標における交点の配置に規則性がない場合には、交点の一つ一つに規則的にＩＤ番号を割り当てて、そのＩＤ番号に一対一に対応するＸＹ座標を記したマップテーブルを別に用意することになる。しかし、この方法の場合には、ＩＤ番号を見ただけでは、仮想音源ＶSSの位置とリスナの位置との相対的な位置関係を直感的に把握しにくい。さらに、ＸＹ座標のそれぞれに対応するＩＤ番号をマップテーブルから検索する必要もあり、演算コストが大きくなってしまう。
【００７１】
そこで、図５に示す例においては、仮想音源ＶSSの配置位置を、ＸＹ座標系と同じ平面上に配置される極座標系により定義するようにした場合である。すなわち、図５においては、配置可能エリアＡBCの頂点ＰAを原点として極座標を設定する。このとき、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの配列の中央において、その配列方向と直交する直線をＸＹ座標のＹ軸に対応させ、スピーカＳＰ1〜ＳＰmの配列方向と平行で、頂点ＰAを通る直線をＸ軸に対応させる。また、極座標においては、原点ＰAを中心にして距離Ｒをとり、Ｙ軸から時計方向に角度θをとるものとする。
【００７２】
そして、原点ＰAを中心に同心円状に複数の円ＧRを設定し、原点ＰAを中心に放射状に複数の直線ＧAを設定する。ここで、円ＧRの半径は外側ほど大きくし、例えば、対数的に等間隔にする。また、直線ＧAは角間隔Δθは等しくするが、２つの音源に対する人の聴覚の分解能（見開き角）は２°程度なので、Δθ＝２°とされる。そして、仮想音源ＶSSを定位あるいは移動させるとき、円ＧRと直線ＧAとの交点のうち、配置可能エリアＡBCに含まれる交点うちののどれかに配置するものとする。
【００７３】
このようにすれば、〔１３−１〕の場合と同様、配置可能エリアＡBCにおける円ＧRと直線ＧAとの交点の間隔は、リスナの近くでは狭く、リスナから離れるほど広くなる。したがって、この場合も、仮想音源ＶSSの位置を交点ごとに移動させた場合、仮想音源ＶSSの移動が連続的でスムーズになり、違和感を感じることがない。
【００７４】
特に、Δθ＝２°程度としておけば、仮想音源ＶSSを近くで移動させるときも、遠くで移動させるときも、聴覚上、移動に粗さの目立つことがなく、過不足のない移動を実現できる。また、交点の数を減らすことができるので、フィルタ係数のためのメモリの容量を減らすことができるとともに、フィルタ係数をデジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmにロードするとき、高い転送能力を要求されることがなくなる。
【００７５】
さらに、交点を極座標形式で表しているので、交点が不等間隔であっても、数学的に規則的に取り扱うことができ、この結果、フィルタ係数を係数メモリ２１に規則正しく格納することができ、係数メモリ２１からのフィルタ係数の読み出しが容易になる。
【００７６】
また、交点の位置は、極座標系における２つのパラメータＲ、θに表されるが、ＸＹ座標系との間で、
Ｘ＝Ｒ・sinθ
Ｙ＝Ｒ・cosθ
の関係があるので、容易に相互に変換することができる。
【００７７】
さらに、パラメータＲを増減させるだけで、仮想音源ＶSSがリスナに近づいたり離れたりする移動を実現でき、制御までもが容易になる。また、リスナを中心に仮想音源ＶSSが左右に円弧状に回転するような動きを表現する場合も、パラメータθを増減させるだけでよい。このように座標を数学的に取り扱うことにより、仮想音源ＶSSの移動の制御までもが容易になる。
【００７８】
また、〔１３−４〕において説明したような左右の対称性も成立する。つまり、配置可能エリアＡBCの右半分のエリア（第１象限）に位置する角度θの交点と、左半分のエリア（第３象限）に位置する角度−θの交点とは、Ｙ軸に対して線対称となる。したがって、左半分のエリアに仮想音源ＶSSを配置する場合には、右半分のエリアに配置する場合にデジタルフィルタＤＦ1〜ＤＦmにロードするフィルタ係数を、デジタルフィルタＤＦm〜ＤＦ1に逆順にロードすればよい。
【００７９】
〔１４〕  まとめ
上述の再生装置によれば、リスナの聴感を損なわずに仮想音源ＶSSの配置位置を減らすことができるので、フィルタ係数を格納する係数メモリ２１の容量を減らすことができるとともに、実装上のメモリ空間を少なくすることができ、コストを削減することができる。
【００８０】
また、仮想音源ＶSSを移動させる場合、リスナの聴感を損なわずに移動可能な点（交点）の数を大幅に削減できるので、フィルタ係数の読み込み頻度が少なくなり、負荷を低減することができる。さらに、実装上、フィルタ係数を転送するデータバスのバンド幅も少なくすることができる。また、仮想音源ＶSSの位置を極座標形式で定義することにより、仮想音源ＶSSの移動を容易に制御することができる。
【００８１】
〔１５〕  その他
上述においては、複数ｍ個のスピーカＳＰ1〜ＳＰmを１列に水平に配置して仮想音源ＶSSの配置可能エリアＡBCを２次元的に形成した場合であるが、垂直面内に複数行×複数列にわたってマトリックス状にスピーカを配置し、仮想音源ＶSSの配置可能エリアＡBCを３次元的に形成する場合にも、この発明を適用することができる。その場合、スピーカＳＰ1〜ＳＰmを、十字状あるいは逆Ｔ字状に配置することもできるとともに、聴覚の方向に関する感度や識別能力は、水平方向には高いが垂直方向には低いので、垂直方向のスピーカの数を減らすこともできる。
【００８２】
さらに、上述においては、スピーカＳＰ1〜ＳＰmと、波面合成面ＳSRとは平行であるとしたが、平行である必要はなく、さらに、スピーカＳＰ1〜ＳＰmは直線状あるいは平面状に配置しなくてもよい。また、ＡＶシステムなどと一体化する場合には、スピーカＳＰ1〜ＳＰmをディスプレイ（スクリーン）の上下左右に枠状に配置したり、ディスプレイの上あるいは下と左右とに冂字状あるいは凵字状に配置したりすることもできる。
【００８３】
また、この発明は、後方のスピーカや側方のスピーカ、さらには、上下方向に音波を出力するスピーカシステムにも適用することができる。あるいは、この発明は、一般の２チャンネルステレオや5.1チャンネルオーディオと組み合わせることもできる。
【００８４】
〔略語の一覧〕
ＡＶ  ：Audio and Visual
ＣＰＵ：Central Processing Unit
Ｄ／Ａ：Digital to Analog
ＤＳＰ：Digital Signal Processor
ＩＤ  ：IDentification
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】この発明の一形態を示す系統図である。
【図２】この発明を説明するための音響空間を示す図である。
【図３】この発明を説明するための音響空間を示す図である。
【図４】この発明を説明するための音響空間を示す図である。
【図５】この発明を説明するための音響空間を示す図である。
【図６】この発明を説明するための音響空間を示す図である。
【図７】この発明を説明するための数式を示す図である。
【図８】この発明を説明するための音響空間を示す図である。
【図９】この発明を適用できる音響空間の一例を示す図である。
【図１０】この発明を適用できる波面合成の様子を示す図である。
【図１１】仮想音源の設定可能エリアを説明するための平面図である。
【図１２】この発明を説明するための音響空間を示す図である。
【図１３】この発明に使用できる回路の一形態を示す系統図である。
【図１４】この発明を説明するための音響空間を示す図である。
【符号の説明】
【００８６】
１０…スピーカアレイ、２０…制御回路、２１…係数メモリ、ＡＦ1〜ＡＦm…加算回路、ＤＡ1〜だm…Ｄ／Ａコンバータ回路、ＤＦ01〜ＤＦ0N…ローパスフィルタ、ＤＦ11〜ＤＦmN…デジタルフィルタ、ＳＰ1〜ＳＰm…スピーカ
【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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