(57)【要約】【課題】波面合成により仮想音源を生成する際に音響品質を落とさずに処理負荷を低減する。【解決手段】スピーカアレイに含まれる直線上に配置された複数のスピーカから放射される音波の波面を重ね合わせることで、前記スピーカアレイの位置とは異なる任意の位置に設置された仮想音源より放射される球面波と同等の波面を合成するように音声信号を処理して音響再生を行う際に、前記スピーカアレイに含まれる一部のスピーカに供給する音声信号に関して波面を合成するのに必要な伝達関数を畳み込み演算する演算処理部と、前記演算処理部により処理された音声信号を供給される前記スピーカに隣接するスピーカに供給する音声信号に関して、前記演算処理部により処理された音声信号に、波面を合成するために必要な、遅延時間を与える遅延部と音量を調節するための音量調節部と、を有する。【選択図】図１
2015188179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線上に配置された複数のスピーカからなるスピーカアレイと、
前記スピーカアレイに含まれる複数の前記スピーカから放射される音波の波面を重ね合わせることで、前記スピーカアレイの位置とは異なる任意の位置に設置された仮想音源より放射される球面波と同等の波面を合成するように音声信号を処理する処理部と、
を備えて音響再生を行う音響再生装置であって、
前記処理部は、
前記スピーカアレイに含まれる一部のスピーカに供給する音声信号に関して、波面を合成するのに必要な伝達関数を畳み込み演算する演算処理部と、
前記演算処理部により処理された音声信号を供給される前記スピーカに隣接するスピーカに供給する音声信号に関して、前記演算処理部により処理された音声信号に、波面を合成するために必要な、遅延時間を与える遅延部と音量を調節するための音量調節部と、
を有することを特徴とする音響再生装置。
【請求項２】
前記演算処理部は、所定の伝達関数に基づいて演算処理を行うディジタルフィルタであることを特徴とする請求項１に記載の音響再生装置。
【請求項３】
前記スピーカユニットと前記処理部とが着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか一項に記載の音響再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波面合成を用いて仮想音源を任意に配置可能な音響再生装置に関し、特に、演算処理を簡易に行いつつも臨場感ある音場生成が可能な音響再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
立体的な音響再生を行なう方法のひとつに、波面合成技術がある。これは、複数のスピーカを並べることでスピーカアレイを構成し、各スピーカに、演算処理された音声信号を入力することで、任意の位置に設定した仮想音源から放射される音の波面と同等の波面を再現するものである。
【０００３】
波面を再現できる領域の広さは、スピーカアレイの寸法（スピーカ配列方向長）によって規定される。
一方、波面を再現できる周波数の高域限界はスピーカ間隔によって規定され、スピーカ間隔を小さくする程に高域再現性が高まる。
【０００４】
よって、各スピーカを密に配置するとともに、大きなスピーカアレイを構成することで、より広い周波数帯域で、より広い空間において波面を再現できる。
なお、波面合成技術を用いた音響再生装置は、以下の文献のように、これまでいくつか発表されてきた。しかし、いずれも研究室レベルのものであって、商品として市場に登場したものはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２４６３１０号公報
【特許文献２】特開２０１２−６０３０１号公報
【非特許文献１】『空間伝達関数を用いた波面合成における単一音源定位の検討』長岡技術科学大学、電子情報通信学会技術研究報告、43-48頁、2007-11-30
【非特許文献２】『波面合成法を用いたディスプレイ前方での音像深度制御』 奈良先端科学技術大学院大学、電子情報通信学会技術研究報告、17-22頁、2011-03-11
【非特許文献３】『第一種Rayleigh 積分と窓枠型スピーカアレイによる音場再生』ＮＨＫ放送技術研究所テレビ方式研究部、電子情報通信学会技術研究報告、93-98頁、2011-08-02
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した波面合成を実現するためには、スピーカアレイを構成する各スピーカそれぞれに、適切に演算処理された音声信号を入力する必要がある。実装上は、この演算処理にはＤＳＰにより構成されるディジタルフィルタを用いる。
【０００７】
ここで、波面合成により仮想音源を生成する際の、演算処理の演算量について検討する。
例えば、波面合成のための演算処理を２５６タップのＦＩＲフィルタを用いて行なう場合に、１６本のスピーカを用いてスピーカアレイを構成すると、任意に設定したひとつの仮想音源について、２５６タップのＦＩＲフィルタを１６個用いてリアルタイムで演算処理を実行する必要がある。
【０００８】
ここで、設定する仮想音源が増加すれば、演算量はさらに増加することになる。例えば、マルチチャンネルの音響再生で、５つの仮想音源を設定した場合、上述した具体例では、５×１６＝８０個のＦＩＲフィルタを用いてリアルタイムで演算する必要がある。
【０００９】
このように、仮想音源のために波面合成を実現するには、演算処理に高い性能が要求される。すなわち、波面合成により仮想音源を実現するために、高性能で高価なＤＳＰを使用する必要がある。このことが、実際の商品化を妨げる要因のひとつであると考えられる。
【００１０】
一方、スピーカアレイに含まれるスピーカを間引けば、同時に演算処理部を減らすことが可能になって、高性能で高価なＤＳＰを使用しなくても済むと考えられる。しかし、スピーカを間引くと、上述したように周波数の高域限界を低下させることになり、音響再生の品質を劣化させることにつながる。従って、スピーカを間引くことによって演算を減らすことは現実的ではない。
【００１１】
本発明は上記の問題点を解消するために成されたもので、波面合成により仮想音源を生成する際に音響再生の品質を落とすことなく処理の負荷を低減可能な音響再生装置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】
【００１２】
（１）上述した問題を解決するため、本発明に係る音響再生装置は、直線上に配置された複数のスピーカからなるスピーカアレイと、前記スピーカアレイに含まれる複数の前記スピーカから放射される音波の波面を重ね合わせることで、前記スピーカアレイの位置とは異なる任意の位置に設置された仮想音源より放射される球面波と同等の波面を合成するように音声信号を処理する処理部と、を備えて音響再生を行う音響再生装置であって、前記処理部は、前記スピーカアレイに含まれる一部のスピーカに供給する音声信号に関して、波面を合成するのに必要な伝達関数を畳み込み演算する演算処理部と、前記演算処理部により処理された音声信号を供給される前記スピーカに隣接するスピーカに供給する音声信号に関して、前記演算処理部により処理された音声信号に、波面を合成するために必要な、遅延時間を与える遅延部と音量を調節するための音量調節部と、を有することを特徴とする。
【００１３】
（２）上記（１）において、前記演算処理部は、ディジタルフィルタにより、所定の伝達関数に基づいて演算処理を行う、ことを特徴とする。なお、前記演算処理部では、前記仮想音源の位置に基づいて前記伝達関数が決定される、ことを特徴とする。
【００１４】
（３）上記（１）または（２）のいずれかにおいて、前記スピーカユニットと前記処理部とが着脱可能に構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
（１）本発明に係る音響再生装置では、スピーカアレイに含まれる各スピーカの全てについて演算処理部を配置せず、演算処理部と、遅延部及び音量調節部とを交互に配置して、波面合成により仮想音源を生成することが可能になるため、波面合成により仮想音源を生成する際に音響再生の品質を落とすことなく処理の負荷を低減することが可能になる。
【００１６】
（２）以上の（１）において、波面合成により仮想音源を生成する際に音響再生の品質を落とすことなく、演算処理部として所定の伝達関数に基づいて演算処理を行うディジタルフィルタの負荷を低減することが可能になる。
【００１７】
（３）以上の（１）または（２）のいずれかにおいて、スピーカユニットと処理部とが着脱可能に構成されており、処理部に対して任意のスピーカユニットを接続することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態の音響再生装置の原理的構成を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態の音響再生装置による波面合成領域を説明する説明図である。
【図３】本発明の実施形態の音響再生装置に対応する従来の音響再生装置の構成を示す構成図である。
【図４】波面合成の原理を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態の音響再生装置の構成を決定する際の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態の音響再生装置の主要部の原理的構成を示す構成図である。
【図７】本発明の第１実施形態のシミュレーション条件を説明する説明図である。
【図８】本発明の第１実施形態のシミュレーション結果を説明する説明図である。
【図９】本発明の第２実施形態の音響再生装置の構成を示す構成図である。
【図１０】本発明の第２実施形態のシミュレーション条件を説明する説明図である。
【図１１】本発明の第２実施形態のシミュレーション結果を説明する説明図である。
【図１２】本発明の第３実施形態のシミュレーション結果を説明する説明図である。
【図１３】本発明の第３実施形態のシミュレーション結果を説明する説明図である。
【図１４】本発明の第４実施形態の音響再生装置の構成を示す構成図である。
【図１５】本発明の第４実施形態の音響再生装置の構成を示す構成図である。
【図１６】本発明の実施形態の音響再生装置の原理的構成の他の例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態）を詳細に説明する。
〔波面合成の原理〕
まず、本発明の実施形態の前提となる波面合成の原理を図３と図４を用いて説明する。
【００２０】
ここでは、スピーカアレイ２００に含まれる直線上に配置された複数のスピーカＳＰ−１〜ＳＰ−１６から放射される同位相の音波の波面を重ね合わせることで、スピーカアレイ２００の位置とは異なる任意の位置に設置された仮想音源３００より放射される球面波と同等の波面を合成するように、音響再生装置１００により演算処理を実行して音響再生を行う。
【００２１】
ここで、音響再生装置１００では、スピーカアレイ２００に含まれる各スピーカＳＰ−１〜ＳＰ−１６に供給する音声信号に関して、それぞれ、演算処理部１１０−１〜１１０−１６により、所定の伝達関数による演算処理を実行する。
【００２２】
これら演算処理部１１０−１〜１１０−１６では、所定の伝達関数を用いた演算処理により、音波の波面を合成するのに必要な遅延時間と音量とを少なくとも調節している。図４では、音響再生空間４００内において、仮想音源３００から放射されているように、音波の波面が合成されている。
【００２３】
なお、以上の演算処理部１１０−１〜１１０−１６は、所定の伝達関数に基づいて演算処理を行うディジタルフィルタである。そして、このディジタルフィルタとしては、ＦＩＲ（有限インパルス応答）フィルタを用いることが好適である。
【００２４】
この場合、音響再生装置１００では、仮想音源に最も近いスピーカＳＰ−８〜ＳＰ−９では他より早く大きな音量の音が再生されるような演算処理を行う。また、他のスピーカでは、仮想音源３００との距離が大きくなるに従って、徐々に遅く小さな音量の音が再生されるような演算処理を行う。このような演算処理により、仮想音源３００からの音であるように音波が合成される。
【００２５】
なお、仮想音源３００の位置が図４以外の状態であっても、その仮想音源３００の位置に応じて、演算処理部１１０−１〜１１０−１６では、適切な伝達関数に基づいて遅延時間や音量を調節することが可能である。
【００２６】
また、波面の合成を再現できる音響再生空間４００の領域の広さは、スピーカアレイ２００の寸法（スピーカ配列方向長）によって規定される。一方、波面を再現できる周波数の高域限界はスピーカ間隔によって規定され、スピーカ間隔を小さくする程に高域再現性が高まる。よって、各スピーカを密に配置するとともに、大きなスピーカアレイを構成することで、より広い周波数帯域で、より広い空間において波面を再現できる。
【００２７】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態の構成を図１に従って説明する。
ここで、音響再生装置１００は、スピーカアレイ２００に含まれる直線上に配置された複数のスピーカＳＰ−１〜ＳＰ−１６から放射される同位相の音波の波面を重ね合わせることで、スピーカアレイ２００の位置とは異なる任意の位置に設置された仮想音源３００より放射される球面波と同等の波面を音響再生空間４００内（図２参照）で合成するように、演算処理を実行する。
【００２８】
なお、ここでは、スピーカアレイ２００には１６のスピーカが直線上に配置されたものを具体例にしている。
同様に、音響再生装置１００では、スピーカアレイ２００に含まれる各スピーカＳＰ−１〜ＳＰ−１６に供給する音声信号に関して、それぞれ対応する演算処理結果を出力する構成を具体例としている。
【００２９】
なお、音響再生装置１００内ではディジタル処理による演算処理や遅延処理や音量調節処理を実行しており、これらの処理結果をＤ−Ａ変換器１４０−１〜１４０−１６でアナログオーディオ信号に変換し、更に、アンプ１５０−１〜１５０−１６で低周波電力増幅してから各スピーカＳＰ−１〜ＳＰ−１６に供給するようにしている。以下の説明では、既知の処理であるＤ−Ａ変換と低周波電力増幅の部分は省略し、本実施形態の特徴部分である演算処理や遅延処理や音量調節処理について詳細に説明する。
【００３０】
ここで、スピーカＳＰ−２に対しては、演算処理部１１０−２が波面合成のために所定の伝達関数に基づいた演算処理を実行した音声信号が供給される。また、スピーカＳＰ−２に隣接するスピーカＳＰ−１に対しては、演算処理部１１０−２の演算処理と、遅延部１２０−１の遅延時間付与と、音量調節部１３０−１の音量調節とにより、処理された音声信号が供給される。
【００３１】
そして、スピーカＳＰ−４に対しては、演算処理部１１０−４が波面合成のために所定の伝達関数に基づいた演算処理を実行した音声信号が供給される。また、スピーカＳＰ−４に隣接するスピーカＳＰ−３に対しては、演算処理部１１０−４の演算処理と、遅延部１２０−３の遅延時間付与と、音量調節部１３０−３の音量調節とにより、処理された音声信号が供給される。
【００３２】
そして、スピーカＳＰ−６に対しては、演算処理部１１０−６が波面合成のために所定の伝達関数に基づいた演算処理を実行した音声信号が供給される。また、スピーカＳＰ−６に隣接するスピーカＳＰ−５に対しては、演算処理部１１０−６の演算処理と、遅延部１２０−５の遅延時間付与と、音量調節部１３０−５の音量調節とにより、処理された音声信号が供給される。
【００３３】
そして、スピーカＳＰ−８に対しては、演算処理部１１０−８が波面合成のために所定の伝達関数に基づいた演算処理を実行した音声信号が供給される。また、スピーカＳＰ−８に隣接するスピーカＳＰ−７に対しては、演算処理部１１０−８の演算処理と、遅延部１２０−７の遅延時間付与と、音量調節部１３０−７の音量調節とにより、処理された音声信号が供給される。
【００３４】
そして、スピーカＳＰ−９に対しては、演算処理部１１０−９が波面合成のために所定の伝達関数に基づいた演算処理を実行した音声信号が供給される。また、スピーカＳＰ−９に隣接するスピーカＳＰ−１０に対しては、演算処理部１１０−９の演算処理と、遅延部１２０−１０の遅延時間付与と、音量調節部１３０−１０の音量調節とにより、処理された音声信号が供給される。
【００３５】
そして、スピーカＳＰ−１１に対しては、演算処理部１１０−１１が波面合成のために所定の伝達関数に基づいた演算処理を実行した音声信号が供給される。また、スピーカＳＰ−１１に隣接するスピーカＳＰ−１２に対しては、演算処理部１１０−１１の演算処理と、遅延部１２０−１２の遅延時間付与と、音量調節部１３０−１２の音量調節とにより、処理された音声信号が供給される。
【００３６】
そして、スピーカＳＰ−１３に対しては、演算処理部１１０−１３が波面合成のために所定の伝達関数に基づいた演算処理を実行した音声信号が供給される。また、スピーカＳＰ−１３に隣接するスピーカＳＰ−１４に対しては、演算処理部１１０−１３の演算処理と、遅延部１２０−１４の遅延時間付与と、音量調節部１３０−１４の音量調節とにより、処理された音声信号が供給される。
【００３７】
そして、スピーカＳＰ−１５に対しては、演算処理部１１０−１５が波面合成のために所定の伝達関数に基づいた演算処理を実行した音声信号が供給される。また、スピーカＳＰ−１５に隣接するスピーカＳＰ−１６に対しては、演算処理部１１０−１５の演算処理と、遅延部１２０−１６の遅延時間付与と、音量調節部１３０−１６の音量調節とにより、処理された音声信号が供給される。
【００３８】
ここで、第１実施形態の構成である図１と従来構成である図３とを比較すると、第１実施形態の図１の構成では従来構成よりも演算処理部の個数が半減した状態になっていることが解る。そして、演算処理部が設けられていない箇所では、隣接して接続される演算処理部の処理結果を受けて、遅延部により遅延を与え、音量調節部により音量を調節する構成になっている。なお、演算処理部１１０−８と演算処理部１１０−９とは、仮想音源３００に最も近いために演算処理部同士が隣接した構成であるが、これに限定されるものではない。
【００３９】
ここで、第１実施形態の音響再生装置１００の各部の構成や設定について、図５のフローチャート、図６の部分説明図を参照して説明する。
まず、スピーカアレイ２００によって音波の波面を合成する領域である音響再生空間４００の寸法、仮想音源３００の位置、スピーカアレイ２００の構成を決定する（図５中のステップＳ１０１）。これらの構成の具体例としては、図７に一例を示す。なお、スピーカアレイ２００としては、一例として、ＳＰ−１〜ＳＰ−１６の１６のスピーカを内蔵しているとする。
【００４０】
以上のような構成において、スピーカアレイ２００に内蔵される各スピーカに対応して、図３のように全ての演算処理部１１０−１〜１１０−１６が存在すると仮定した場合における、各演算処理部１１０−１〜１１０−１６の伝達関数の係数を算出する（図５中のステップＳ１０２）。
【００４１】
ここで、スピーカアレイ２００に含まれる全てのスピーカに演算処理部を割り当てるのではなく、スピーカアレイ２００に含まれる一部のスピーカに演算処理部を割り当てるように、演算処理部を間引く配置を決定する（図５中のステップＳ１０３）。たとえば、スピーカアレイ２００に含まれる１６スピーカのうちの半分の８スピーカに演算処理部を割り当てるように配置を決定する。この場合、演算処理部をスピーカの半分の個数にする場合には、図１に示したように、演算処理部有り、演算処理部無し、が交互になるように配置することが望ましい。
【００４２】
図１の具体例では、スピーカＳＰ−２，ＳＰ−４，ＳＰ−６，ＳＰ−８，ＳＰ−９，ＳＰ−１１，ＳＰ−１３，ＳＰ−１５には、対応する演算処理部１１０−２，１１０−４，１１０−６，１１０−８，１１０−９，１１０−１１，１１０−１３，１１０−１５が接続されている。
【００４３】
また、図１の具体例では、スピーカＳＰ−１，ＳＰ−３，ＳＰ−５，ＳＰ−７，ＳＰ−１０，ＳＰ−１２，ＳＰ−１４，ＳＰ−１６には、対応する演算処理部は間引かれている。しかし、隣接して接続される演算処理部１１０−２，１１０−４，１１０−６，１１０−８，１１０−９，１１０−１１，１１０−１３，１１０−１５を経由して、遅延部１２０−１〜音量調節部１３０−１，遅延部１２０−３〜音量調節部１３０−３，遅延部１２０−５〜音量調節部１３０−５，遅延部１２０−７〜音量調節部１３０−７，遅延部１２０−１０〜音量調節部１３０−１０，遅延部１２０−１２〜音量調節部１３０−１２，遅延部１２０−１４〜音量調節部１３０−１４，遅延部１２０−１６〜音量調節部１３０−１６が、スピーカＳＰ−１，ＳＰ−３，ＳＰ−５，ＳＰ−７，ＳＰ−１０，ＳＰ−１２，ＳＰ−１４，ＳＰ−１６に接続されている。
【００４４】
また、以上のように演算処理部が間引かれた位置において、ステップＳ１０２で算出した演算処理により本来得るべき特性と、隣接して接続される演算処理部で得られる特性との差分を算出する（図５中のステップＳ１０４）。
【００４５】
更に、演算処理部が間引かれた位置において本来の特性と隣接して接続される演算処理部の特性と差分を解消するように、演算処理部を間引いた位置における遅延部や音量調節部の特性を算出する（図５中のステップＳ１０５）。
【００４６】
例えば、図６（ａ）のスピーカＳＰ−１において演算処理部１１０−１が存在するとして算出した演算処理により得るべき特性と、図６（ｂ）のスピーカＳＰ−１において演算処理部１１０−１が存在しない場合に隣接して接続される演算処理部１１０−２の特性と、の差分を算出し、該差分を遅延素子１２０−１の遅延時間付与と音量調節部１３０−１の音量調節とに割り振るようにする。
【００４７】
なお、演算処理部１１０−２ではスピーカＳＰ−２で波面合成するために音声信号に対して各種の演算処理を行っているが、大きなパラメータとしては遅延時間付与と音量調節であるので、スピーカＳＰ−１で波面合成するため遅延部１２０−１と音量調節部１３０−１とで対処することが可能である。
【００４８】
すなわち、演算処理部を間引いて配置しつつも、図６（ａ）の１１０−１’（演算処理部１１０−１）の特性と、図６（ｂ）の１１０−１”（演算処理部１１０−２、遅延部１２０−１、音量調節部１３０−１）の特性とを近づけるようにしている。同様にして、演算処理部を間引いて配置しつつも、図６（ａ）の１１０−３’（演算処理部１１０−３）の特性と、図６（ｂ）の１１０−３”（演算処理部１１０−４、遅延部１２０−３、音量調節部１３０−３）の特性とを近づけるようにしている。なお、図６において示されない他の部位についても同様である。
【００４９】
以上のようにして、スピーカアレイ２００の構成、仮想音源３００の位置、音響再生空間４００の寸法が決定され、音響再生装置１００の内部の構成や特性が算出された状態において、演算処理部の間引き配置や、隣接する演算処理部に接続された遅延部や音量調節部について算出された特性を満たすように、音響再生装置１００の各部を構成する（図５中のステップＳ１０６）。
【００５０】
ここで第１実施形態に基づいた音響再生装置１００を実際に動作させた場合の特性をシミュレーションにより再現し測定した様子を説明する。図７はシミュレーション条件を示す具体例である。
【００５１】
ここで、スピーカアレイ２００は、スピーカ配列方向長が８２．５ｃｍ、各スピーカ間隔は５．５ｃｍ、スピーカを１６本配置し、音響再生空間４００の長辺端部中央付近に配置する。
【００５２】
仮想音源３００は、スピーカアレイ２００の中央付近で５０ｃｍ後方に配置する。
音響再生空間４００は長辺４００ｃｍ、短辺３００ｃｍの長方形空間とする。なお、図７に示されない音響再生空間４００の上下方向（紙面垂直方向）は十分に大きく、天井や床での音波の反射は問題にならないとする。
【００５３】
なお、遅延部１２０−７と遅延部１２０−１０では、４８ｋＨｚでサンプリングした場合に、遅延時間として１サンプル分の遅延時間を設定する。音量調節部１３０−７と音量調節部１３０−１０では、音量調節ゲインを１．０と設定する。遅延部１２０−５と遅延部１２０−１２では、４８ｋＨｚでサンプリングした場合に、遅延時間として２サンプル分の遅延時間を設定する。音量調節部１３０−５と音量調節部１３０−１２では、音量調節ゲインを０．９５と設定する。遅延部１２０−３と遅延部１２０−１４では、４８ｋＨｚでサンプリングした場合に、遅延時間として３サンプル分の遅延時間を設定する。音量調節部１３０−３と音量調節部１３０−１４では、音量調節ゲインを０．８５と設定する。遅延部１２０−１と遅延部１２０−１６では、４８ｋＨｚでサンプリングした場合に、遅延時間として４サンプル分の遅延時間を設定する。音量調節部１３０−１と音量調節部１３０−１６では、音量調節ゲインを０．７５と設定する。
【００５４】
なお、音量調節部における音量調節ゲインは、演算出力部の出力と同じレベルになるよう調節する場合を１．０としている。
図８において、粗密波である音波について、粗の部分と密の部分を濃く表示し、粗密の中間状態を薄く表示している。すなわち、同じ濃度で環状になっている領域は、合成されて位相が揃った波面であることを示している。
【００５５】
このような音響再生空間４００において、図３に示した従来構成によると、１ｋＨｚでは図８（ａ）のような波面合成結果が得られ、２ｋＨｚでは図８（ｂ）のような波面合成結果が得られ、３ｋＨｚでは図８（ｃ）のような波面合成結果が得られた。
【００５６】
また、音響再生空間４００において、図１に示した第１実施形態の構成によると、１ｋＨｚでは図８（ｄ）のような波面合成結果が得られ、２ｋＨｚでは図８（ｅ）のような波面合成結果が得られ、３ｋＨｚでは図８（ｆ）のような波面合成結果が得られた。
【００５７】
この図８を検討すると、一部のスピーカに演算処理部を接続し、他のスピーカには隣接する演算処理部経由で遅延部と音量調節部とを接続した第１実施形態の音響再生装置１００による波面合成は、全てのスピーカに演算処理部を接続した従来構成と比較して、何ら遜色のない状態で音響再生できることが確認できる。
【００５８】
すなわち、以上の実施形態の音響再生装置１００では、スピーカアレイに含まれる各スピーカの全てについて演算処理部を配置せず、演算処理部と遅延部及び音量調節部とを交互に配置して、波面合成により仮想音源を生成することが可能になるため、波面合成により仮想音源を生成する際に音響再生の品質を落とすことなく処理の負荷を低減することが可能になる。また、波面合成により仮想音源を生成する際に音響再生の品質を落とすことなく、演算処理部として所定の伝達関数に基づいて演算処理を行うディジタルフィルタの負荷を低減することが可能になる。
【００５９】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態の構成を図９に従って説明する。
ここで、音響再生装置１００は、スピーカアレイ２００に含まれる直線上に配置された複数のスピーカＳＰ−１〜ＳＰ−１６から放射される同位相の音波の波面を重ね合わせることで、スピーカアレイ２００の位置とは異なる任意の位置に設置された仮想音源３００より放射される球面波と同等の波面を音響再生空間４００内（図１０参照）で合成するように、演算処理を実行する。
【００６０】
ここで、仮想音源３００の配置は、スピーカアレイ２００の後方であるが、スピーカアレイ２００の長手方向にシフトした位置である。図１０に示すシミュレーション条件では、スピーカアレイ２００の後方１００ｃｍかつ、スピーカアレイ２００の中心から１００ｃｍシフトした位置である。
【００６１】
このため、音響再生空間４００内における波面合成領域は、図１０に示すように、仮想音源３００とは反対側にシフトした状態になっている。
また、この仮想音源３００のシフトした位置に合わせ、図９に示すように、ｘを１，３，５，…，１５の奇数として、スピーカＳＰ−ｘに対応して演算処理部１１０−ｘを配置する。また、ｙを２，４，６，…，１６の偶数、ｚをｙより１小さい奇数として、スピーカＳＰ−ｙに対応して、演算処理部１１０−ｚ経由で遅延部１２０−ｙと音量調節部１３０−ｙを配置している。
【００６２】
なお、この第２実施形態でも音響再生装置１００内ではディジタル処理による演算処理や遅延処理や音量調節処理を実行しており、これらの処理結果をＤ−Ａ変換器１４０−１〜１４０−１６でアナログオーディオ信号に変換し、更に、アンプ１５０−１〜１５０−１６で低周波電力増幅してから各スピーカＳＰ−１〜ＳＰ−１６に供給するようにしている。以下の説明では、既知の処理であるＤ−Ａ変換と低周波電力増幅の部分は省略し、本実施形態の特徴部分である演算処理や遅延処理や音量調節処理について詳細に説明する。
【００６３】
ここで、第２実施形態の構成である図９と従来構成である図３とを比較すると、第２実施形態の図９の構成では従来構成よりも演算処理部の個数が半減した状態になっていることが解る。そして、演算処理部が設けられていない箇所では、隣接して接続される演算処理部の処理結果を受けて、遅延部により遅延を与え、音量調節部により音量を調節する構成になっている。
【００６４】
ここで、第２実施形態の音響再生装置１００の各部の構成や設定については、第１実施形態について図５のフローチャートや図６の部分説明図を参照して説明ものと同様であるため、重複した説明を省略する。
【００６５】
ここで第２実施形態に基づいた音響再生装置１００を実際に動作させた場合の特性をシミュレーションにより再現し測定した様子を説明する。
なお、遅延部１２０−２では、４８ｋＨｚでサンプリングした場合に、遅延時間として４サンプル分の遅延時間を設定する。音量調節部１３０−２では、音量調節ゲインを０．９６と設定する。遅延部１２０−４では、４８ｋＨｚでサンプリングした場合に、遅延時間として４サンプル分の遅延時間を設定する。音量調節部１３０−４では、音量調節ゲインを０．９６と設定する。遅延部１２０−６では、４８ｋＨｚでサンプリングした場合に、遅延時間として５サンプル分の遅延時間を設定する。音量調節部１３０−６では、音量調節ゲインを０．９６と設定する。遅延部１２０−８では、４８ｋＨｚでサンプリングした場合に、遅延時間として５サンプル分の遅延時間を設定する。音量調節部１３０−８では、音量調節ゲインを０．９６と設定する。遅延部１２０−１０では、４８ｋＨｚでサンプリングした場合に、遅延時間として６サンプル分の遅延時間を設定する。音量調節部１３０−１０では、音量調節ゲインを０．９６と設定する。遅延部１２０−１２では、４８ｋＨｚでサンプリングした場合に、遅延時間として６サンプル分の遅延時間を設定する。音量調節部１３０−１２では、音量調節ゲインを０．９６と設定する。遅延部１２０−１４では、４８ｋＨｚでサンプリングした場合に、遅延時間として６サンプル分の遅延時間を設定する。音量調節部１３０−１４では、音量調節ゲインを０．９６と設定する。遅延部１２０−１６では、４８ｋＨｚでサンプリングした場合に、遅延時間として６サンプル分の遅延時間を設定する。音量調節部１３０−１６では、音量調節ゲインを０．９６と設定する。
【００６６】
図１１において、粗密波である音波について、粗の部分と密の部分を濃く表示し、粗密の中間状態を薄く表示している。すなわち、同じ濃度で環状になっている領域は、合成されて位相が揃った波面であることを示している。
【００６７】
このような音響再生空間４００において、図３に示した従来構成によると、１ｋＨｚでは図１１（ａ）のような波面合成結果が得られ、２ｋＨｚでは図１１（ｂ）のような波面合成結果が得られ、３ｋＨｚでは図１１（ｃ）のような波面合成結果が得られた。
【００６８】
また、音響再生空間４００において、図９に示した第２実施形態の構成によると、１ｋＨｚでは図１１（ｄ）のような波面合成結果が得られ、２ｋＨｚでは図１１（ｅ）のような波面合成結果が得られ、３ｋＨｚでは図１１（ｆ）のような波面合成結果が得られた。
【００６９】
この図１１を検討すると、一部のスピーカに演算処理部を接続し、他のスピーカには隣接する演算処理部経由で遅延部と音量調節部とを接続した第２実施形態の音響再生装置１００による波面合成は、全てのスピーカに演算処理部を接続した従来構成と比較して、何ら遜色のない状態で音響再生できることが確認できる。
【００７０】
すなわち、以上の実施形態の音響再生装置１００では、スピーカアレイに含まれる各スピーカの全てについて演算処理部を配置せず、演算処理部と遅延部及び音量調節部とを交互に配置して、波面合成により仮想音源を生成することが可能になるため、波面合成により仮想音源を生成する際に音響再生の品質を落とすことなく処理の負荷を低減することが可能になる。また、波面合成により仮想音源を生成する際に音響再生の品質を落とすことなく、演算処理部として所定の伝達関数に基づいて演算処理を行うディジタルフィルタの負荷を低減することが可能になる。
【００７１】
〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態の構成を図１２と図１３とに従って説明する。この第３実施形態は、第１実施形態や第２実施形態の音響再生装置１００の改良例である。
【００７２】
なお、この第３実施形態でも音響再生装置１００内ではディジタル処理による演算処理や遅延処理を実行しており、これらの処理結果をＤ−Ａ変換器１４０−１〜１４０−１６でアナログオーディオ信号に変換し、更に、アンプ１５０−１〜１５０−１６で低周波電力増幅してから各スピーカＳＰ−１〜ＳＰ−１６に供給するようにしている。以下の説明では、既知の処理であるＤ−Ａ変換と低周波電力増幅の部分は省略し、本実施形態の特徴部分である演算処理や遅延処理について詳細に説明する。
【００７３】
図１や図９の音響再生装置１００では、スピーカに対応した演算処理部が設けられていない箇所では、隣接して接続される演算処理部の処理結果を受けて、遅延部により遅延を与え、音量調節部により音量を調節する構成になっている。
【００７４】
ここで、仮想音源３００から放射される音として波面を合成するには、最低限、音波の位相が合致していれば良い。
そこで、第１実施形態の改良例として、図１２に示すように、演算処理部が間引かれた箇所（ＳＰ−１，ＳＰ−３，ＳＰ−５，ＳＰ−７，ＳＰ−１０，ＳＰ−１２，ＳＰ−１４，ＳＰ−１６に対応する箇所）において、図１の音量調節部１３０−１，１３０−３，１３０−５，１３０−７，１３０−１０，１３０−１２，１３０−１４，１３０−１６を省略する。すなわち、スピーカに対応した演算処理部が設けられていない箇所では、隣接して接続される演算処理部１１０−２，１１０−４，１１０−６，１１０−８，１１０−９，１１０−１１，１１０−１３，１１０−１５の処理結果を受けて、遅延部１２０−１，１２０−３，１２０−５，１２０−７，１２０−１０，１２０−１２，１２０−１４，１２０−１６により遅延を与えてスピーカに出力する構成とする。なお、遅延部の遅延時間の設定は第１実施形態と同じである。
【００７５】
同様に、第２実施形態の改良例として、図１３に示すように、演算処理部が間引かれた箇所（ＳＰ−２，ＳＰ−４，ＳＰ−６，ＳＰ−８，ＳＰ−１０，ＳＰ−１２，ＳＰ−１４，ＳＰ−１６に対応する箇所）において、図９の音量調節部１３０−２，１３０−４，１３０−６，１３０−８，１３０−１０，１３０−１２，１３０−１４，１３０−１６を省略する。すなわち、スピーカに対応した演算処理部が設けられていない箇所では、隣接して接続される演算処理部１１０−１，１１０−３，１１０−５，１１０−７，１１０−９，１１０−１１，１１０−１３，１１０−１５の処理結果を受けて、遅延部１２０−２，１２０−４，１２０−６，１２０−８，１２０−１０，１２０−１２，１２０−１４，１２０−１６により遅延を与えてスピーカに出力する構成とする。なお、遅延部の遅延時間の設定は第１実施形態と同じである。
【００７６】
以上の音響再生装置１００では、スピーカアレイ２００に含まれる各スピーカの全てについて演算処理部を配置せず、演算処理部と遅延部とを交互に配置して、波面合成により仮想音源を生成することが可能になるため、波面合成により仮想音源を生成する際に音響再生の品質を落とすことなく処理の負荷を低減することが可能になる。また、波面合成により仮想音源を生成する際に音響再生の品質を落とすことなく、演算処理部として所定の伝達関数に基づいて演算処理を行うディジタルフィルタの負荷を低減することが可能になる。
【００７７】
〔第４実施形態〕
以下、本発明の第４実施形態の構成を図１４と図１５とに従って説明する。この第４実施形態は、以上の各実施形態の音響再生装置１００の改良例である。
【００７８】
なお、この第４実施形態でも音響再生装置１００内ではディジタル処理による演算処理や遅延処理や音量調節処理を実行しており、これらの処理結果をＤ−Ａ変換器１４０−１等でアナログオーディオ信号に変換し、更に、アンプ１５０−１等で低周波電力増幅してから各スピーカＳＰ−１等に供給するようにしている。以下の説明では、既知の処理であるＤ−Ａ変換と低周波電力増幅の部分は省略し、本実施形態の特徴部分である演算処理や遅延処理や音量調節処理について詳細に説明する。
【００７９】
図１の音響再生装置１００では、スピーカに対応した演算処理部が設けられていない箇所では、隣接して接続される演算処理部の処理結果を受けて、遅延部により遅延を与え、音量調節部により音量を調節する構成になっている。
【００８０】
この第４実施形態では、図１４のように、スピーカＳＰ−３に対応する演算処理部１１０−３を経由して、スピーカＳＰ−２に対応する遅延部１２０−２と音量調節部１３０−２、スピーカＳＰ−１に対応する遅延部１２０−１と音量調節部１３０−１、を接続している。すなわち、演算処理部をスピーカの個数の１／３に減らすことができる。
【００８１】
なお、図１４の更なる変形例として、図１５のように、スピーカＳＰ−３に対応する演算処理部１１０−３を経由して、スピーカＳＰ−２に対応する遅延部１２０−２と音量調節部１３０−２を設ける。そして、更に、演算処理部１１０−３〜遅延部１２０−２〜音量調節部１３０−２を介して、スピーカＳＰ−１に対応する遅延部１２０−１と音量調節部１３０−１を接続している。この場合には、遅延部１２０−１と音量調節部１３０−１との調節量を小さくできる利点がある。
【００８２】
また、図１４と図１５とにおいて、第３実施形態同様に、音量調節部を省略することも可能である。
なお、図１４と図１５では演算処理部を１／３に削減しているが、これに限定されるものではない。
【００８３】
そして、以上の音響再生装置１００では、スピーカアレイ２００に含まれる各スピーカの全てについて演算処理部を配置せず、演算処理部を減らした状態で波面合成により仮想音源を生成することが可能になるため、波面合成により仮想音源を生成する際に音響再生の品質を落とすことなく処理の負荷を低減することが可能になる。また、波面合成により仮想音源を生成する際に音響再生の品質を落とすことなく、演算処理部として所定の伝達関数に基づいて演算処理を行うディジタルフィルタの負荷を低減することが可能になる。
【００８４】
〔第５実施形態〕
以下、本発明の第５実施形態の構成を図１６に従って説明する。この第５実施形態は、以上の各実施形態の音響再生装置１００の改良例である。
【００８５】
ここでは、図１に説明した第１実施形態の構成と同等なものを示し、重複した説明を省略する。なお、演算処理部１１０−２〜１１０−１５を演算処理部群１１０としており、遅延部１２０−１〜１２０−１６を遅延部群１２０としており、音量調節部１３０−１〜１３０−１６を音量調節部群１２０としている。
【００８６】
そして、以上の実施形態での演算処理部群１１０での演算処理、遅延部群１２０での遅延処理、音量調節部群１３０での音量調節処理について、制御部１０１からの制御によって詳細な設定や設定変更を可能に構成する。この場合、制御部１０１は、記憶部１０５に格納されているパラメータや外部から与えられる制御データ（図１６中のCONTROL DATA）などに従って、演算処理部群１１０での演算処理、遅延部群１２０での遅延処理、音量調節部群１２０での音量調節処理の設定や設定変更を行う。これにより、仮想音源の位置を自由に設定することが可能であって、波面合成により仮想音源を生成する際に音響再生の品質を落とすことなく処理の負荷を低減することが可能になる。
【００８７】
なお、この第５実施形態では、上述した第１実施形態の構成に対して制御部１０１を設ける構成を示したが、これに限定されず、第２〜第４実施形態のそれぞれについても制御部１０１を設けることが可能である。
【００８８】
また、制御部１０１に対しては外部からの制御データの入力に限られず、音響再生装置１００に操作表示部を設け、この操作表示部から利用者が設定を行うことも可能である。
また、制御部１０１は、アンプ１５０−１〜１５０−１６における全体の音量調節を行うことも可能である。
【００８９】
〔その他の実施形態〕
以上の説明における音響再生装置１００とスピーカアレイ２００とは一体型として構成されていても良い。また、以上の説明における音響再生装置１００とスピーカアレイ２００とは、着脱可能に構成されていても良い。着脱可能とした場合には、処理部に対して任意のスピーカユニットを接続することが可能になる。
【符号の説明】
【００９０】
１００  音響再生装置
２００  スピーカアレイ
３００  仮想音源
４００  音響再生空間
【図１】
2015188179.tif 000003
【図２】
2015188179.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2015188179.tif 000008
【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
2015188179.tif 000012
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2015188179.tif 000015
【図１６】
2015188179.tif 000016
【図８】
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【図１１】
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