(57)【要約】【課題】  演算量の著しい増加を招くことなく広い周波数範囲の音の制御が可能な境界音場制御を実現する。【解決手段】  ３次元音場制御装置１００において、信号変換部１０４は、音の周波数に応じて境界面を切り替えることにより制御点の間隔を制御する。具体的には、信号変換部１０４は、所定のカットオフ周波数以下の帯域については、制御点の間隔が長い境界面ＢＬｒ（＝ＢＬｏ）に対応した低域の境界音場制御を行い、上記カットオフ周波数以上の帯域については、制御点の間隔が短い境界面ＢＨｒ（＝ＢＨｏ）に対応した高域の境界音場制御を行う。従って、全体として制御点の数を増加させることなく、広い周波数帯域に亙って境界音場制御を実現することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生音場内の閉領域の境界を示す境界面上の複数の制御点に所望の音を発生させる境界音場制御を実行する音場制御手段を有し、
前記音場制御手段は、前記音の周波数に応じて前記境界面を切り替えることにより前記制御点の間隔を制御することを特徴とする３次元音場制御装置。
【請求項２】
前記音場制御手段は、前記閉領域の外側に配置された複数のスピーカと前記複数の制御点との間の音響特性を示す制御フィルタを境界面毎に備えることを特徴とする請求項１に記載の３次元音場制御装置。
【請求項３】
前記境界音場制御は、互いに異なる境界面に対応し、一部が重複して隣接する２つの周波数帯域に各々対応した第１および第２の境界音場制御を含み、前記第１および第２の音場制御の各出力信号を前記２つの周波数帯域が重複した周波数領域においてクロスフェードすることを特徴とする請求項１または２に記載の３次元音場制御装置。
【請求項４】
前記境界面が球面であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１の請求項に記載の３次元音場制御装置。
【請求項５】
再生音場内の閉領域の境界を示す境界面上の複数の制御点に所望の音を発生させる境界音場制御を実行する過程であって、前記音の周波数に応じて前記境界面を切り替えることにより前記制御点の間隔を制御する音場制御過程を具備することを特徴とする３次元音場制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、３次元空間内の閉領域に音場を生成する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元空間内に所望の音場を生成するための技術として境界音場制御がある。この境界音場制御では、次のような手順により原音場の閉領域内の音場と同じ音場を原音場とは別の再生音場の閉領域内に生成する。
（１）原音場において、閉領域を取り囲む境界面上の複数の制御点において発生する音を録音する。
（２）再生音場において、原音場の閉領域と同じ閉領域を想定し、その閉領域の外側から閉領域に向けて放音を行う複数のスピーカを配置する。
（３）再生音場において、複数のスピーカから閉領域の境界面上の複数の制御点までの伝達関数を求め、その逆関数を求める。
（４）再生音場の閉領域の境界面上の複数の制御点において、原音場の閉領域の複数の制御点において発生した音と同じ音を発生させることができる複数の音信号を上記逆関数を用いて算出し、複数のスピーカに供給する。
この境界音場制御に関する技術文献として、例えば特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１００１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した境界音場制御では、制御可能な音の周波数が制御点間隔ｄに依存する。具体的には、境界音場制御では、制御点間隔ｄを制御対象となる音の最短波長の１／４以下にすることが望ましい。音速が３４０．５ｍ／ｓ（温度１５℃での音速）である場合、周波数が１００Ｈｚである音の波長は３．４ｍとなる。従って、１００Ｈｚの音の境界音場制御を適切に行うためには、制御点間隔ｄを８５ｃｍ以下にする必要がある。同様に、１ｋＨｚの音の境界音場制御を適切に行うために、制御点間隔ｄを８．５ｃｍ以下にする必要がある。従って、広い周波数範囲の音の境界音場制御を行うためには、その周波数範囲の上限周波数により定まる短い制御点間隔で１つの境界面に多数の制御点を配置する必要があり、境界音場制御のための演算量が著しく増加する問題があった。
【０００５】
この発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、演算量の著しい増加を招くことなく広い周波数範囲の音の制御が可能な境界音場制御を実現する技術的手段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】
【０００６】
この発明は、再生音場内の閉領域の境界を示す境界面上の複数の制御点に所望の音を発生させる境界音場制御を実行する音場制御手段を有し、前記音場制御手段は、前記音の周波数に応じて前記境界面を切り替えることにより前記制御点の間隔を制御することを特徴とする３次元音場制御装置を提供する。
【０００７】
この発明によれば、音場制御手段は、音の周波数に応じて境界面を切り替えることにより制御点の間隔を制御するので、１つの境界面に多数の制御点を配置する必要がなくなり、広い周波数範囲に亙る境界音場制御を行うことができる。従って、この発明によれば、演算量の著しい増加を招くことなく広い周波数範囲の音の境界音場制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の第１実施形態である３次元音場制御装置を用いた３次元音場制御システムの構成を示す図である。
【図２】同３次元音場制御装置の信号変換部の動作を示すフローチャートである。
【図３】この発明の第２実施形態である３次元音場制御装置の信号変換部の一部の構成を示すブロック図である。
【図４】同信号変換部の処理内容を示す図である。
【図５】この発明の第３実施形態である３次元音場制御装置の制御フィルタ記憶部に記憶する制御フィルタを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照し、この発明の実施形態について説明する。
【００１０】
＜第１実施形態＞
図１はこの発明の第１実施形態である３次元音場制御装置１００を用いた３次元音場制御システムの構成を示す図である。本実施形態による３次元音場制御装置１００は、原音場１に発生する音場と同じ音場を再生音場２内に発生するための制御を実行する装置である。
【００１１】
図１に示すように、原音場１には、ある閉領域を取り囲む球面状の低域用境界面ＢＬｏと、この低域用境界面ＢＬｏの内部に包含された球面状の高域用境界面ＢＨｏが設けられている。ここで、低域用境界面ＢＬｏは、所定のカットオフ周波数以下の低域での音場制御のために設けられた境界面であり、高域用境界面ＢＨｏは、同カットオフ周波数以上の高域での音場制御のために設けられた境界面である。これらの低域用境界面ＢＬｏおよび高域用境界面ＢＨｏは、実体のない仮想的な境界面である。
【００１２】
低域用境界面ＢＬｏには、ほぼ均一な密度で仮想的なＭ（Ｍは２以上の整数）個の制御点ＰＬｍ（ｍ＝０〜Ｍ−１）が設けられており、これらの制御点にマイクロホンが配置されている。高域用境界面ＢＨｏにも、ほぼ均一な密度で仮想的なＭ個の制御点ＰＨｍ（ｍ＝０〜Ｍ−１）が設けられており、これらの制御点にマイクロホンが配置されている。ここで、高域用境界面ＢＨｏの表面積は低域用境界面ＢＬｏの表面積よりも小さく、各境界面に配置される制御点の数は同数である。従って、高域用境界面ＢＨｏにおける制御点間隔は、低域用境界面ＢＬｏにおける制御点間隔よりも短い。
【００１３】
原音場１には、録音装置１１が設けられている。この録音装置１１は、低域用境界面ＢＬｏ上の制御点ＰＬｍ（ｍ＝０〜Ｍ−１）の各マイクロホンから出力されるＭチャネルの音信号と、高域用境界面ＢＨｏ上の制御点ＰＨｍ（ｍ＝０〜Ｍ−１）の各マイクロホンから出力されるＭチャネルの音信号をデジタル形式に変換して記憶する。
【００１４】
再生音場２には、原音場１の低域用境界面ＢＬｏと同様な形状および大きさの低域用境界面ＢＬｒと、原音場１の高域用境界面ＢＨｏと同様な形状および大きさの高域用境界面ＢＨｒが設けられる。ここで、低域用境界面ＢＬｒに対する高域用境界面ＢＨｒの相対位置は、低域用境界面ＢＬｏに対する高域用境界面ＢＨｏの相対位置と同じである。聴取者の頭部は、高域用境界面ＢＨｒにより取り囲まれた閉領域内に位置している。
【００１５】
低域用境界面ＢＬｒには、ほぼ均一な密度で仮想的なＭ個の制御点ＱＬｍ（ｍ＝０〜Ｍ−１）が設けられている。また、高域用境界面ＢＨｒにも、ほぼ均一な密度で仮想的なＭ個の制御点ＱＨｍ（ｍ＝０〜Ｍ−１）が設けられている。ここで、低域用境界面ＢＬｒにおける制御点ＱＬｍ（ｍ＝０〜Ｍ−１）の各相対位置は、低域用境界面ＢＬｏにおける制御点ＰＬｍ（ｍ＝０〜Ｍ−１）の各相対位置と同じである。また、高域用境界面ＢＨｒにおける制御点ＱＨｍ（ｍ＝０〜Ｍ−１）の各相対位置は、高域用境界面ＢＨｏにおける制御点ＰＨｍ（ｍ＝０〜Ｍ−１）の各相対位置と同じである。
【００１６】
再生音場２において、低域用境界面ＢＬｒの外側には、低域用境界面ＢＬｒ内の閉領域および高域用境界面ＢＨｒ内の閉領域に向けて放音を行うＮ個（Ｎは２以上の整数）のスピーカＳＰｎ（ｎ＝０〜Ｎ−１）が配置されている。また、これらのスピーカＳＰｎ（ｎ＝０〜Ｎ−１）にはアンプＡｎ（ｎ＝０〜Ｎ−１）が接続されている。Ｄ／Ａ変換部２１には、３次元音場制御装置１００からＮチャネルのデジタル音信号が入力される。Ｄ／Ａ変換部２１は、このＮチャネルのデジタル音信号をＮチャネルのアナログ音信号に変換してアンプＡｎ（ｎ＝０〜Ｎ−１）に供給する。アンプＡｎ（ｎ＝０〜Ｎ−１）は、各々に供給されるアナログ音信号に基づき、スピーカＳＰｎ（ｎ＝０〜Ｎ−１）を各々駆動する。
【００１７】
３次元音場制御装置１００は、再生音場２に配置されたスピーカＳＰｎ（ｎ＝０〜Ｎ−１）を利用して、低域の境界音場制御と高域の境界音場制御を実行する装置である。ここで、低域の境界音場制御では、原音場１において発生する低域用境界面ＢＬｏ内の音場の低域成分と同じ音場を再生音場２の低域用境界面ＢＬｒ内に発生する。また、高域の境界音場制御では、原音場１において発生する高域用境界面ＢＨｏ内の音場の高域成分と同じ音場を再生音場２の高域用境界面ＢＨｒ内に発生する。
【００１８】
図１に示すように、３次元音場制御装置１００は、操作表示部１０１と、音信号取得部１０２と、制御フィルタ記憶部１０３と、信号変換部１０４とを有する。
【００１９】
操作表示部１０１は、キーボード、マウス等の操作子と、液晶ディスプレイ等の表示部により構成されている。音信号取得部１０２は、録音装置１１から２系統のＭチャネルのデジタル音信号を読み取る装置である。
【００２０】
制御フィルタ記憶部１０３には、角周波数ｋの関数である低域用制御フィルタ行列ＧＬ（ｋ）＝ＧＬｍ，ｎ（ｋ）（ｍ＝０〜Ｍ−１、ｎ＝０〜Ｎ−１）と高域用制御フィルタ行列ＧＨ（ｋ）＝ＧＨｍ，ｎ（ｋ）（ｍ＝０〜Ｍ−１、ｎ＝０〜Ｎ−１）が記憶されている。
【００２１】
ここで、低域用制御フィルタ行列ＧＬ（ｋ）の要素である低域用制御フィルタＧＬｍ，ｎ（ｋ）は、スピーカＳＰｎから低域用境界面ＢＬｒ上の制御点ＱＬｍまでのインパルス応答（時間領域の信号）にフーリエ変換を施すことにより得られた伝達関数ＨＬｍ，ｎ（ｋ）の逆関数である。また、高域用制御フィルタ行列ＧＨ（ｋ）の要素である高域用制御フィルタＧＨｍ，ｎ（ｋ）は、スピーカＳＰｎから高域用境界面ＢＨｒ上の制御点ＱＨｍまでのインパルス応答（時間領域の信号）にフーリエ変換を施すことにより得られた伝達関数ＨＨｍ，ｎ（ｋ）の逆関数である。
【００２２】
信号変換部１０４は、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor；デジタル信号処理装置）により構成されている。この信号変換部１０４は、再生音場２内の境界面上の複数の制御点に所望の音を発生させる境界音場制御を実行する音場制御手段であって、音の周波数に応じて境界面を切り替えることにより制御点の間隔を制御する音場制御手段として機能する。
【００２３】
具体的には、信号変換部１０４は、低域の境界音場制御と高域の境界音場制御を実行する。ここで、低域の境界音場制御では、スピーカＳＰｎ（ｎ＝０〜Ｎ−１）に供給する音信号であって、原音場１の低域用境界面ＢＬｏ上の制御点ＰＬｍ（ｍ＝０〜Ｍ−１）において発生する音の上記カットオフ周波数以下の低域成分と同じ音を再生音場２の低域用境界面ＢＬｒ上の制御点ＱＬｍ（ｍ＝０〜Ｍ−１）において発生させる音信号を生成する。また、高域の境界音場制御では、スピーカＳＰｎ（ｎ＝０〜Ｎ−１）に供給する音信号であって、原音場１の高域用境界面ＢＨｏ上の制御点ＰＨｍ（ｍ＝０〜Ｍ−１）において発生する音の上記カットオフ周波数以上の高域成分と同じ音を再生音場２の高域用境界面ＢＨｒ上の制御点ＱＨｍ（ｍ＝０〜Ｍ−１）において発生させる音信号を生成する。
【００２４】
図１において、信号変換部１０４を示すボックスの中には、ＨＰＦ（High Pass Filter；高域通過フィルタ）４１ＨおよびＬＰＦ（Low Pass Filter ；低域通過フィルタ）４１Ｌと、ＦＴ（Fourier Transform；フーリエ変換）部４２Ｈおよび４２Ｌと、行列乗算部４３Ｈおよび４３Ｌと、ＩＦＴ（Inverse Fourier Transform；フーリエ逆変換）部４４Ｈおよび４４Ｌと、加算部４５が示されている。これらはＤＳＰである信号変換部１０４がマイクロプログラムを実行することにより実現される機能である。
【００２５】
信号変換部１０４において、ＬＰＦ４１Ｌ、ＦＴ部４２Ｌ、行列乗算部４３ＬおよびＩＦＴ部４４Ｌは、低域の境界音場制御を実現するための手段である。また、ＨＰＦ４１Ｈ、ＦＴ部４２Ｈ、行列乗算部４３ＨおよびＩＦＴ部４４Ｈは、高域の境界音場制御を実現するための手段である。そして、加算部４５は、低域の境界音場制御により得られる音信号と高域の境界音場制御により得られる音信号を加算して再生音場２のスピーカＳＰｎ（ｎ＝０〜Ｎ−１）を駆動する音信号を発生する手段である。なお、これらの手段の詳細については説明の重複を避けるため、本実施形態の動作説明において明らかにする。
【００２６】
図２は本実施形態における信号変換部１０４の動作を示すフローチャートである。以下、この図２を参照し、本実施形態の動作を説明する。
【００２７】
信号変換部１０４は、操作表示部１０１を介して所定の指示が与えられると、図２に示す低域境界音場制御処理Ｓ１０Ｌおよび高域境界音場制御処理Ｓ１０Ｈの並列実行を開始する。この並列実行に関しては各種の態様が考えられる。ある好ましい態様において、信号変換部１０４は、少なくとも２つの演算処理手段を有しており、そのうちの２つの演算処理手段を利用して低域境界音場制御処理Ｓ１０Ｌおよび高域境界音場制御処理Ｓ１０Ｈを並列実行する。他の好ましい態様において、信号変換部１０４は、共通の演算処理手段を時分割制御により利用して低域境界音場制御処理Ｓ１０Ｌおよび高域境界音場制御処理Ｓ１０Ｈを交互に実行する。
【００２８】
低域境界音場制御処理Ｓ１０Ｌの処理内容は次の通りである。まず、ステップＳ１１Ｌにおいて、ＬＰＦ４１Ｌは、低域用境界面ＢＬｏ上の制御点ＰＬｍ（ｍ＝０〜Ｍ−１）において収音されたＭチャネルのデジタル音信号を音信号取得部１０２を介して取得する。次にステップＳ１２Ｌにおいて、ＬＰＦ４１Ｌは、音信号取得部１０２により取得されたＭチャネルのデジタル音信号に対して上記カットオフ周波数以上の帯域の成分を除去する低域通過処理を施して出力する。次にステップＳ１３Ｌにおいて、ＦＴ部４２Ｌは、ＬＰＦ４１Ｌから出力されるＭチャネルのデジタル音信号の各々を所定時間長のフレームに区切り、フレーム単位でフーリエ変換を行い、Ｍチャネルのフーリエ変換係数列ＸＬｍ（ｋ）（ｍ＝０〜Ｍ−１）を出力する。
【００２９】
次にステップＳ１４Ｌにおいて、行列乗算部４３Ｌは、制御フィルタ記憶部１０３に記憶された低域用制御フィルタ行列ＧＬ（ｋ）とＦＴ部４２Ｌから出力されたフーリエ変換係数列ＸＬｍ（ｋ）（ｍ＝０〜Ｍ−１）を用いて、次式に示す行列乗算処理を実行し、Ｎチャネルのフーリエ変換係数列ＹＬｎ（ｋ）（ｎ＝０〜Ｎ−１）を出力する。
【数１】
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【００３０】
ここで、低域用制御フィルタＧＬｍ，ｎ（ｋ）は、スピーカＳＰｎから制御点ＱＬｍまでの伝達関数の逆関数である。従って、この低域用制御フィルタＧＬｍ，ｎ（ｋ）をフーリエ変換係数列ＸＬｍ（ｋ）に乗算することにより得られるフーリエ変換係数列ＹＬｎ（ｋ）は、制御点ＱＬｍにおいてフーリエ変換係数列ＸＬｍ（ｋ）に相当する音を発生させることができるスピーカＳＰｎ用の音信号を示すものとなる。
【００３１】
次にステップＳ１５Ｌにおいて、ＩＦＴ部４４Ｌは、Ｎチャネルのフーリエ変換係数列ＹＬｎ（ｋ）（ｎ＝０〜Ｎ−１）の各々について逆フーリエ変換を行い、各々１フレーム分のＮチャネルの低域デジタル音信号を出力する。
以上が低域境界音場制御処理Ｓ１０Ｌの処理内容である。
【００３２】
高域境界音場制御処理Ｓ１０Ｈの処理内容は次の通りである。まず、ステップＳ１１Ｈにおいて、ＨＰＦ４１Ｈは、高域用境界面ＢＨｏ上の制御点ＰＨｍ（ｍ＝０〜Ｍ−１）において収音されたＭチャネルのデジタル音信号を音信号取得部１０２を介して取得する。次にステップＳ１２Ｈにおいて、ＨＰＦ４１Ｈは、音信号取得部１０２により取得されたＭチャネルのデジタル音信号に対して上記カットオフ周波数以下の帯域の成分を除去する高域通過処理を施して出力する。次にステップＳ１３Ｈにおいて、ＦＴ部４２Ｈは、ＨＰＦ４１Ｈから出力されるＭチャネルのデジタル音信号の各々を所定時間長のフレームに区切り、フレーム単位でフーリエ変換を行い、Ｍチャネルのフーリエ変換係数列ＸＨｍ（ｋ）（ｍ＝０〜Ｍ−１）を出力する。
【００３３】
次にステップＳ１４Ｈにおいて、行列乗算部４３Ｈは、制御フィルタ記憶部１０３に記憶された高域用制御フィルタ行列ＧＨ（ｋ）とＦＴ部４２Ｈから出力されるフーリエ変換係数列ＸＨｍ（ｋ）（ｍ＝０〜Ｍ−１）を用いて、次式に示す行列乗算処理を実行し、Ｎチャネルのフーリエ変換係数列ＹＨｎ（ｋ）（ｎ＝０〜Ｎ−１）を出力する。
【数２】
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【００３４】
ここで、高域用制御フィルタＧＨｍ，ｎ（ｋ）は、スピーカＳＰｎから制御点ＱＨｍまでの伝達関数の逆関数である。従って、この高域用制御フィルタＧＨｍ，ｎ（ｋ）をフーリエ変換係数列ＸＨｍ（ｋ）に乗算することにより得られるフーリエ変換係数列ＹＨｎ（ｋ）は、制御点ＱＨｍにおいてフーリエ変換係数列ＸＨｍ（ｋ）に相当する音を発生させることができるスピーカＳＰｎ用の音信号を示すものとなる。
【００３５】
次にステップＳ１５Ｈにおいて、ＩＦＴ部４４Ｈは、Ｎチャネルのフーリエ変換係数列ＹＨｎ（ｋ）（ｎ＝０〜Ｎ−１）の各々について逆フーリエ変換を行い、各々１フレーム分のＮチャネルの高域デジタル音信号を出力する。
以上が高域境界音場制御処理Ｓ１０Ｈの処理内容である。
【００３６】
１フレーム分の低域境界音場制御処理Ｓ１０Ｌおよび高域境界音場制御処理Ｓ１０Ｈが終了すると、信号変換部１０４の処理はステップＳ２０へ進む。このステップＳ２０において、加算部４５は、ＩＦＴ部４４Ｌから得られるＮチャネルの低域デジタル音信号と、ＩＦＴ部４４Ｈから得られるＮチャネルの高域デジタル音信号とを同じチャネル同士で加算し、Ｎチャネルのデジタル音信号をＤ／Ａ変換部２１に供給する。
【００３７】
このステップＳ２０の処理が終了すると、信号変換部１０４は、録音装置１１に格納された全ての音信号について低域境界音場制御処理Ｓ１０Ｌおよび高域境界音場制御処理Ｓ１０Ｈが終了したか否かを判断する（ステップＳ３０）。この判断結果が「ＮＯ」である場合、信号変換部１０４は、低域境界音場制御処理Ｓ１０Ｌおよび高域境界音場制御処理Ｓ１０Ｈを再度実行する。また、ステップＳ３０の判断結果が「ＹＥＳ」である場合、信号変換部１０４の処理は終了となる。
【００３８】
次に本実施形態の効果を説明する。境界音場制御では、境界面が１つしかない。この１つの境界面を用いて、高域および低域での境界音場制御を行うとすると、境界面に多数の制御点を設け、高域では全ての制御点を用いた境界音場制御を行い、低域では例えば制御点を１つおきに使用し、制御点間が長い状態で境界音場制御を行うこととなる。この場合、高域と低域とでは、境界音場制御に使用する制御点の数が異なるため、制御フィルタ行列のサイズが異なる。そのため、高域と低域とで、異なる演算を行うことになり、境界音場制御が複雑化する問題がある。また、境界面が１つしかないと、聴取者が再生音場内を移動して、境界面から外れた場合にその聴取者のための境界音場制御を行うことができなくなる問題がある。
【００３９】
これに対し、本実施形態による３次元音場制御装置１００において、信号変換部１０４は、音の周波数に応じて境界面を切り替えることにより制御点の間隔を制御する。具体的には、信号変換部１０４は、上記カットオフ周波数以下の帯域については、制御点の間隔が長い境界面ＢＬｒ（＝ＢＬｏ）に対応した低域の境界音場制御を行い、上記カットオフ周波数以上の帯域については、制御点の間隔が短い境界面ＢＨｒ（＝ＢＨｏ）に対応した高域の境界音場制御を行う。従って、本実施形態によれば、全体として制御点の数を増加させることなく、広い周波数帯域に亙って境界音場制御を実現することができる。また、本実施形態では、境界面ＢＬｒ（＝ＢＬｏ）に配置する制御点の数と、境界面ＢＨｒ（＝ＢＨｏ）に配置する制御点の数が同数である。このため、低域用制御フィルタ行列ＧＬ（ｋ）と、高域用制御フィルタ行列ＧＨ（ｋ）のサイズが同じになる。従って、本実施形態では低域と高域とで同じ計算により境界音場制御を行うことができる。そして、本実施形態では、図２の低域境界音場制御処理Ｓ１０Ｌと高域境界音場制御処理Ｓ１０Ｈを同期させて並列実行することが可能であり、無駄な待ち時間を発生させることなく、加算処理（ステップＳ２０）を実行することができる。従って、本実施形態によれば、低域での境界音場制御と高域での境界音場制御を効率的に実行することができる。また、本実施形態によれば、聴取者が再生音場内を移動して、高域用境界面から外れても、低域用境界面内に居れば、聴取者のために低域での境界音場制御を行うことができる。
【００４０】
＜第２実施形態＞
図３はこの発明の第２実施形態による３次元音場制御装置の信号変換部１０４Ａの構成の一部を示すブロック図である。この信号変換部１０４Ａは、上記第１実施形態の信号変換部１０４に対し、乗算部４６Ｌおよび４６Ｈからなるクロスフェード部４６を追加した構成となっている。
【００４１】
上記第１実施形態において、境界音場制御を適切に行うためには、ＬＰＦ４１Ｌの通過帯域の上限を示すカットオフ周波数と、ＨＰＦ４１Ｈの通過帯域の下限を示すカットオフ周波数とが厳密に一致していることが望まれる。しかしながら、両カットオフ周波数を厳密に一致させることは難しい。そして、例えばＬＰＦ４１Ｌの通過帯域の上限を示すカットオフ周波数ｆｃ１がＨＰＦ４１Ｈの通過帯域の下限を示すカットオフ周波数ｆｃ２よりも低いと、再生音場２において周波数ｆｃ１から周波数ｆｃ２までの帯域の音が再生されない不具合が生じる。そこで、この発明の第２実施形態では、次のようにしてこの不具合を解消している。
【００４２】
まず、本実施形態では、図４（ａ）に示すように、ＬＰＦ４１Ｌの通過帯域の上限を示すカットオフ周波数ｆｃ１をＨＰＦ４１Ｈの通過帯域の下限を示すカットオフ周波数ｆｃ２よりも高くし、低域境界音場制御処理Ｓ１０Ｌの通過帯域の上限側の一部と高域境界音場制御処理Ｓ１０Ｈの通過帯域の下限側の一部を重複させる。
【００４３】
また、本実施形態では、低域境界音場制御処理Ｓ１０Ｌの通過帯域と高域境界音場制御処理Ｓ１０Ｈの通過帯域とが重複する周波数領域において、低域境界音場制御処理Ｓ１０Ｌの出力信号（周波数領域の信号）と高域境界音場制御処理Ｓ１０Ｈの出力信号（周波数領域の信号）のクロスフェードを行う。具体的には、本実施形態では、行列乗算部４３Ｌから出力されるフーリエ変換係数列ＹＬｎ（ｋ）（ｎ＝０〜Ｎ−１）に対し、乗算部４６Ｌにより図４（ｂ）に示す係数α（ｋ）を乗算し、ＩＦＴ部４４Ｌに供給する。また、本実施形態では、行列乗算部４３Ｈから出力されるフーリエ変換係数列ＹＨｎ（ｋ）（ｎ＝０〜Ｎ−１）に対し、乗算部４６Ｈにより図４（ｂ）に示す係数β（ｋ）を乗算し、ＩＦＴ部４４Ｈに供給する。
【００４４】
さらに具体的には次の通りである。１つのフーリエ変換係数列ＹＬｎ（ｋ）が例えば次のようにＬ個（Ｌは２以上の整数）のフーリエ変換係数からなるものとする。
【数３】
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乗算部４６Ｌは、このフーリエ変換係数列の各フーリエ変換係数に各々の角周波数ｋに対応付けられた係数α（ｋ０）、α（ｋ１）、…、α（ｋＬ−１）を乗算することにより次のフーリエ変換係数列ＹＬ’ｎ（ｋ）を算出してＩＦＴ部４４Ｌに供給するのである。
【数４】
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フーリエ変換係数列ＹＨｎ（ｋ）（ｎ＝０〜Ｎ−１）についても同様である。
【００４５】
ここで、カットオフ周波数ｆｃ２以下の帯域では、α（ｋ）＝１、β（ｋ）＝０である。従って、この帯域では、フーリエ変換係数列ＹＬｎ（ｋ）（ｎ＝０〜Ｎ−１）のみがそのままＩＦＴ部４４Ｌに供給される。
【００４６】
一方、カットオフ周波数ｆｃ１以上の帯域では、α（ｋ）＝０、β（ｋ）＝１である。従って、この帯域では、フーリエ変換係数列ＹＨｎ（ｋ）（ｎ＝０〜Ｎ−１）のみがそのままＩＦＴ部４４Ｈに供給される。
【００４７】
そして、カットオフ周波数ｆｃ２以上であり、かつ、カットオフ周波数ｆｃ１以下の帯域では、周波数が高くなるに従い、α（ｋ）が１から０に向かって徐々に減少し、β（ｋ）が０から１に向かって徐々に増加する。従って、この帯域では、角周波数ｋが増加するに従い、係数乗算後のフーリエ変換係数列α（ｋ）ＹＬｎ（ｋ）が徐々に減少し、係数乗算後のフーリエ変換係数列β（ｋ）ＹＨｎ（ｋ）が徐々に増加するクロスフェードが行われる。
【００４８】
従って、本実施形態によれば、再生音場２において周波数ｆｃ１から周波数ｆｃ２までの帯域の音が再生されなくなる不具合を解消することができる。また、本実施形態では、行列乗算部４３Ｌおよび４３Ｈが乗算に使用する制御フィルタ行列のサイズが同じであるので、乗算部４６Ｌによる係数α（ｋ）の乗算処理と乗算部４６Ｈによる係数β（ｋ）の乗算処理とを同期させて実行することができる。従って、乗算部４６Ｌおよび４６Ｈを用いたクロスフェード処理の制御が容易であり、境界音場制御を効率的に実行することができるという利点がある。
【００４９】
＜第３実施形態＞
図５はこの発明の第３実施形態である３次元音場制御装置の制御フィルタ記憶部１０３に記憶する制御フィルタを説明する図である。上記第２実施形態では、上記第１実施形態の信号変換部１０４に対してクロスフェード部４６を追加した。これに対し、本実施形態では、このようなクロスフェード部４６を追加せず、その代わりに、制御フィルタ記憶部１０３に格納する制御フィルタ行列に予め加工を施すことにより上記第２実施形態と同様な効果を得る。
【００５０】
図５に示すように、本実施形態では、低域用制御フィルタ行列ＧＬ（ｋ）の要素である低域用制御フィルタＧＬｍ，ｎ（ｋ）に対して上記第２実施形態と同様な係数α（ｋ）を乗算し、その乗算結果である低域用制御フィルタＧＬ’ｍ，ｎ（ｋ）を低域用制御フィルタＧＬｍ，ｎ（ｋ）の代わりに制御フィルタ記憶部１０３に格納する。また、本実施形態では、高域用制御フィルタ行列ＧＨ（ｋ）の要素である高域用制御フィルタＧＨｍ，ｎ（ｋ）に対して上記第２実施形態と同様な係数β（ｋ）を乗算し、その乗算結果である高域用制御フィルタＧＨ’ｍ，ｎ（ｋ）を高域用制御フィルタＧＨｍ，ｎ（ｋ）の代わりに制御フィルタ記憶部１０３に格納する。
【００５１】
具体的には、次の通りである。１つの低域用制御フィルタＧＬｍ，ｎ（ｋ）が例えば次のようなフィルタ係数列であるとする。
【数５】
2019029825.tif 000007
このフィルタ係数列の各フィルタ係数に係数α（ｋ０）、α（ｋ１）、…、α（ｋＬ−１）を乗算し、次のような低域用制御フィルタＧＬ’ｍ，ｎ（ｋ）を算出して制御フィルタ記憶部１０３に格納するのである。
【数６】
2019029825.tif 000008
高域用制御フィルタＧＨｍ，ｎ（ｋ）についても同様である。
【００５２】
制御フィルタ記憶部１０３の記憶内容を除けば、本実施形態の動作は上記第１実施形態と同様である。
【００５３】
本実施形態においても上記第２実施形態と同様な効果が得られる。また、本実施形態によれば、上記第２実施形態のクロスフェード部４６が不要なので、上記第２実施形態よりも少ない演算量で上記第２実施形態と同様な効果が得られる。
【００５４】
＜他の実施形態＞
以上、この発明の第１〜第３実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば次の通りである。
【００５５】
（１）上記各実施形態では、原音場の境界面ＢＬｏの制御点ＰＬｍ（ｍ＝０〜Ｍ−１）と境界面ＢＨｏの制御点ＰＨｍ（ｍ＝０〜Ｍ−１）にマイクロホンを配置し、これらのマイクロホンにより各制御点における音信号を取得した。しかし、このようにする代わりに、原音場の各制御点への音の伝搬状況についての音響シミュレーションを実行し、この音響シミュレーションにより各制御点での音を示す音信号を取得してもよい。
【００５６】
（２）上記各実施形態は、次のような態様でも実施され得る。
【００５７】
（２−１）再生音場を利用するユーザが、所望の原音場を指定する原音場指定情報と、同原音場において演奏する曲に関する曲指定情報と、再生音場の構成に関する再生音場構成情報（例えば再生音場を囲む壁の形状、大きさ、レイアウトに関する情報）と、再生音場におけるスピーカＳＰｎ（ｎ＝０〜Ｎ−１）の配置位置に関するスピーカ配置情報とをネットワーク上のサーバに送信する。
【００５８】
（２−２）サーバでは、スピーカ配置情報に基づいて、スピーカＳＰｎ（ｎ＝０〜Ｎ−１）の内側に収まる適当な大きさの低域用の境界面と高域用の境界面を設定する。また、低域用の境界面と高域用の境界面とに同数の制御点を配置する。そして、サーバでは、ユーザから受信した再生音場構成情報とスピーカ配置情報とに基づいて、各スピーカから各制御点へのインパルス応答を求め、このインパルス応答から低域用制御フィルタ行列と高域用制御フィルタ行列を求める。また、サーバでは、ユーザから受信した原音場指定情報が示す原音場において、再生音場と同様な低域用の境界面の各制御点と高域用の境界面の各制御点を設け、曲指定情報が示す曲を演奏した場合に、各制御点に発生する音を示す音信号をシミュレーションにより求める。そして、サーバは、このようにして得られた低域用制御フィルタ行列と、高域用制御フィルタ行列と、低域用の境界面の各制御点に対応した音信号と、高域用の境界面の各制御点に対応した音信号とを再生音場を利用するユーザに送信する。
【００５９】
（２−３）ユーザは、サーバから受信した各情報を例えば上記第１実施形態の３次元音場制御装置に与え、低域および高域での境界音場制御を実行させる。
【００６０】
この態様によれば、ユーザは、低域用制御フィルタ行列と高域用制御フィルタ行列とを演算するための手段を有していない場合でも、上記第１実施形態における低域および高域での境界音場制御を３次元音場制御装置に実行させることができる。
【００６１】
（３）上記第１〜第３実施形態では、境界面を２つ使用し、音の周波数帯域を２つに分けて境界音場制御を行ったが、境界面を３つ以上使用し、音の周波数帯域を３つ以上に分けて境界音場制御を行ってもよい。
【００６２】
（４）上記第１〜第３実施形態では、複数の境界面を球面としたが、複数の境界面は、必ずしも球面である必要はなく、複数の境界面間に包含関係があるのであれば、球面以外の閉曲面であってもよい。
【００６３】
（５）上記第１〜第３実施形態では、境界音場制御により得られる音信号を再生音場のスピーカＳＰｎ（ｎ＝０〜Ｎ−１）にリアルタイムに供給したが、境界音場制御により得られる音信号を記憶手段に蓄積し、その後、記憶手段から音信号を読み出してスピーカＳＰｎ（ｎ＝０〜Ｎ−１）に供給してもよい。
【００６４】
（６）上記第１〜第３実施形態では、原音場の制御点において得られた音信号を用いて再生音場における境界音場制御を行ったが、この発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。この発明は、再生音場の境界面の制御点において任意の所望の音を発生させる境界音場制御を行う３次元音場制御装置に適用可能である。
【００６５】
（７）上記第１〜第３実施形態では、再生音場のスピーカＳＰｎ（ｎ＝０〜Ｎ−１）として実体のあるスピーカを使用したが、スピーカＳＰｎ（ｎ＝０〜Ｎ−１）の一部を仮想スピーカにより実現してもよい。あるいはスピーカＳＰｎ（ｎ＝０〜Ｎ−１）の全部をヘッドホン再生により仮想スピーカとして実現してもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１……原音場、２……再生音場、１１……録音装置、ＢＬｏ，ＢＬｒ……低域用境界面、ＢＨｏ，ＢＨｒ……高域用境界面、ＰＬｍ（ｍ＝０〜Ｍ−１），ＰＨｍ（ｍ＝０〜Ｍ−１），ＱＬｍ（ｍ＝０〜Ｍ−１），ＱＨｍ（ｍ＝０〜Ｍ−１）……制御点、ＳＰｎ（ｎ＝０〜Ｎ−１）……スピーカ、Ａｎ（ｎ＝０〜Ｎ−１）……アンプ、２１……Ｄ／Ａ変換部、１００……３次元音場制御装置、１０１……操作表示部、１０２……音信号取得部、１０３……制御フィルタ記憶部、１０４……信号変換部、４１Ｌ……ＬＰＦ、４１Ｈ……ＨＰＦ、４２Ｌ，４２Ｈ……ＦＴ部、４３Ｌ，４３Ｈ……行列乗算部、４４Ｌ，４４Ｈ……ＩＦＴ部、４５……加算部、４６……クロスフェード部、４６Ｌ，４６Ｈ……乗算部。
【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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