(57)【要約】【課題】複数のスピーカユニットを含むスピーカアレイにおいて、周波数特性の劣化を低減する。【解決手段】本発明に係る音響信号再生装置は、複数のスピーカユニットを有するスピーカアレイを備え、少なくとも一部の前記スピーカユニットが、ロジスティック関数に基づいて空間的に不均一に配置されている。【選択図】図２
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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有するスピーカアレイを備え、
少なくとも一部の前記スピーカユニットが、ロジスティック関数に基づいて空間的に不均一に配置されている、ことを特徴とする音響信号再生装置。
【請求項２】
前記スピーカユニットの全てが、空間的に不均一に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の音響信号再生装置。
【請求項３】
前記ロジスティック関数の係数は、３．５６９９以上に設定される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の音響信号再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、音響信号再生装置に関し、特に、複数のスピーカユニットを有するスピーカアレイを備える音響信号再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数のスピーカユニット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（ＷＦＳ:Wave Field Synthesis）の理論に基づいたスピーカアレイが利用されている（例えば、非特許文献１参照）。ＷＦＳの理論に基づいたスピーカアレイとしては、主として等間隔で直線状にスピーカユニットを配置したものが用いられている。この場合、十分な音像定位を与えられるのは、直線スピーカアレイと聴取点とがなす平面上の音像についてだけである。また、スピーカユニット間で生じる干渉により、再現された音場の周波数特性が劣化することも知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【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.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図８は、スピーカアレイにおける音波の経路の一例を示す図である。本来、ＷＦＳの理論が適用されるのは、仮想音源とスピーカアレイとの距離が音波の波長よりも十分に大きく、再現すべき音像の波面が平面波とみなせる場合である。しかし音像定位を明瞭にするためには、仮想音像をスピーカアレイに近づけることが有効である。この場合、再現すべき音像の波面は球面波となり、仮想音源から各スピーカユニットを介して聴取位置に至る各経路の音波の干渉が発生する。図９は、入力音響信号及びスピーカアレイから出力される音の周波数特性の一例を示す図である。図９（ａ）に示す入力音響信号に対してスピーカアレイの各経路の音波の干渉が発生すると、図９（ｂ）に示す周波数特性のように高周波数帯域においてディップが生じ、本来の音像が与えるべき周波数特性が損なわれる可能性がある。
【０００５】
図１０、１１により、スピーカアレイにより周波数特性にディップが生じる原因を詳述する。図１０は、スピーカアレイにおける２つのスピーカユニットに関する音波の経路差の一例を示す図である。例えば、仮想音源から聴取位置に対して、スピーカアレイの２つのスピーカユニットＳ１、Ｓ２を経由する音の経路長をそれぞれＬ１、Ｌ２とする。ここで、Ｌ１とＬ２との経路差をΔＬは、式（１）により表される。
【０００６】
【数１】
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【０００７】
ここで、経路差ΔＬがある周波数の半波長および半波長の奇数倍となる場合、当該周波数の音波は聴取位置において逆位相となり打ち消しあうことになる。そのため、空気中の音速をｃとすると、経路差ΔＬにより打ち消しあう周波数ｆｎ（ｎは０以上の整数）は、式（２）により表すことができる。
【０００８】
【数２】
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【０００９】
図１１は、経路差により生じる周波数特性のディップの一例を示す図である。図示の通り、式（２）に示す周波数においてディップが生じることになる。ここで、スピーカアレイは、多数のスピーカユニットを含むため、スピーカユニットの組み合わせごとに経路差が生じ、上述のディップも多く生じるため、信号処理による補正には複雑さを伴い、困難である。特に、従来のように、スピーカユニットを等間隔に配置したスピーカアレイでは、各スピーカユニット間の経路差に規則性が生じ易く、相互干渉により個々のディップが強め合うことによって周波数特性が悪くなり、音質劣化を招くという課題があった。
【００１０】
したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、複数のスピーカユニットを含むスピーカアレイにおいて、相互干渉による周波数特性の劣化を低減可能な音響再生装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した諸課題を解決すべく、本発明に係る音響信号再生装置は、複数のスピーカユニットを有するスピーカアレイを備え、少なくとも一部の前記スピーカユニットが、ロジスティック関数に基づいて空間的に不均一に配置されている、ことを特徴とする。
【００１２】
また、前記スピーカユニットの全てが、空間的に不均一に配置されている、ことが望ましい。
【００１３】
また、前記ロジスティック関数の係数は、３．５６９９以上に設定される、ことが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る音響再生装置によれば、複数のスピーカユニットを含むスピーカアレイにおいて、相互干渉による周波数特性の劣化を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る音響信号再生装置の機能ブロックを示す図である。
【図２】スピーカアレイにおけるスピーカユニットの配置の一例を示す図である。
【図３】等間隔配置のスピーカアレイの周波数特性の一例を示す図である。
【図４】係数が２．５のロジスティック関数により配置されたスピーカアレイの周波数特性の一例を示す図である。
【図５】係数が３．７のロジスティック関数により配置されたスピーカアレイの周波数特性の一例を示す図である。
【図６】係数が３．９のロジスティック関数により配置されたスピーカアレイの周波数特性の一例を示す図である。
【図７】係数が４．０のロジスティック関数により配置されたスピーカアレイの周波数特性の一例を示す図である。
【図８】スピーカアレイにおける音波の経路の一例を示す図である。
【図９】入力音響信号とスピーカアレイ出力の周波数特性の一例を示す図である。
【図１０】スピーカアレイにおける音波の経路差の一例を示す図である。
【図１１】周波数特性のディップの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る音響信号再生装置１の機能ブロックを示す図である。音響信号再生装置１は、デコーダ１０と、増幅器２０と、スピーカアレイ３０と、を備える。
【００１８】
デコーダ１０は、入力された音響信号をデコードし、デコードした音響信号を駆動信号として増幅器２０に出力する。ここで、音響信号は、ホームシアターやデジタル放送で用いられる５．１チャネル音響や、スーパーハイビジョン音響である２２．２チャネル音響など、種々のマルチ音響方式の音響信号を用いることができる。
【００１９】
増幅器２０は、デコーダ１０からの駆動信号を増幅し、スピーカアレイ３０の各スピーカユニットに出力する。なお、図１では１つの増幅器２０を図示しているが、各スピーカユニットに対してそれぞれ独立した増幅器２０を備える構成とすることも可能である。
【００２０】
スピーカアレイ３０は複数のスピーカユニットを有するものであり、各スピーカユニットにより、増幅器２０より入力される駆動信号をそれぞれ音に変換して放射する。スピーカアレイ３０は直線形状に限られず、円弧状、複数段のアレイを並べた平面的な形状、液晶ディスプレイなどの表示部の外周に沿った窓枠形状としたりするなど、任意の形状とすることが可能である。
【００２１】
スピーカアレイ３０のスピーカユニットは空間的に不均一に配置されている。ここで、空間的に不均一に配置されているとは、従来の等間隔に配置されたスピーカユニットと比較して、スピーカユニットが不規則に配置されていることを意味する。また、空間的に不均一に配置とは、直線状に配置されたスピーカユニット間の間隔を不均一にすることに限られず、平面的に縦方向及び横方向の配置を不均一にしたり、さらに奥行き方向の配置を不均一にしたりするなど、スピーカユニットの３次元各方向の配置を不均一とする構成を含むものである。またスピーカユニットごとに異なる方向へずらすことも可能である。スピーカユニットを空間的に不均一に配置することにより、各スピーカユニットを経由する音の経路差に規則性が生じにくくなり、所定の周波数特性のディップが強めあうことによる音の再生品質の劣化を防止することができる。
【００２２】
スピーカアレイ３０のスピーカユニットのうち、少なくとも一部のスピーカユニットを不均一に配置したり、全てのスピーカユニットを不均一に配置したりすることができる。例えば、少なくとも一部のスピーカユニットを不均一に配置することにより、規則的に配置されたスピーカユニットにより音像定位の安定性を確保するとともに、不均一に配置されたスピーカユニットにより所定の周波数特性のディップが強めあうことを防ぐことができる。また、全てのスピーカユニットを不均一に配置することにより、周波数特性のディップが分散するため、周波数特性を改善することが可能となる。
【００２３】
各スピーカユニットは、任意の乱数に基づいて空間的に不均一に配置することができる。このように乱数に基づくランダムな配置を用いることにより、複雑な計算をすることなく、各スピーカユニットを不均一に配置することが可能となる。ここで、本実施形態に係るスピーカアレイ３０のスピーカユニットは、カオス理論で基本的な関数であるロジスティック関数を用いて決定される。ロジスティック関数は、ａを係数として、式（３）により表される。
【００２４】
【数３】
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【００２５】
係数aの値を調整すると、ａ＝０．９ではＸｎの数列は単調減少を示し、ａ＝１．５では増加したのち頭打ちになる。ａ＝２．５とすると減衰振動がおこり、以降その振動周期の変化が見られ、aの値によりその周期は変化し、ａ＝３．５６９９以上になるとカオスと呼ばれる現象となり複雑に変動するようになる。適当な係数a用いた数列Ｘｎであらわされる比を用いてスピーカユニットを不均一な間隔で並べることで、特にエイリアシング周波数以上の高帯域で発生するピークディップの度合いを抑制し、音質を改善できる可能性があると考えられる。なお、エイリアシング周波数とは、スピーカユニットを等間隔に配置した際の１つの間隔の２倍の波長をもつ周波数を示すものである。
【００２６】
図２は、スピーカアレイ３０におけるスピーカユニットの配置の一例を示す図である。本実施形態におけるスピーカアレイ３０は、２ｍの範囲に３２個のスピーカユニットを有している。
【００２７】
図３は、２ｍの範囲で各スピーカユニットを等間隔に配置した場合の周波数特性を示す図である。図示の通り、エイリアシング周波数以上の帯域でスピーカユニットの相互干渉が起こり、周波数特性の周期的な起伏（ピークディップ）により音の再生品質が悪化している。
【００２８】
本実施形態におけるスピーカアレイ３０は、下記の式（４）に基づきスピーカユニット間の間隔を変化させる。ここで、ｒｎはｎ番目のスピーカユニットの横方向の位置（例えば−１ｍから１ｍ）、ｍはスピーカユニットの数（３２個）、Ｌはスピーカアレイ３０のスピーカユニットを配置する領域の長さ（例えば２ｍ）である。
【００２９】
【数４】
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【００３０】
図４は、ａ＝２．５の場合の周波数特性を示す図である。等間隔配置の周波数特性と比較すると、エイリアシング周波数から約８ｋＨｚまでのピークディップが抑制され、実用音域での周波数特性が改善されていることがわかる。
【００３１】
図５は、ａ＝３．７の場合の周波数特性を示す図である。この場合、エイリアシング周波数から１０ｋＨｚを超える高周波数領域までピークディップが抑制されている。係数ａは３．５６９９以上であり、ロジスティック関数はカオスと呼ばれる現象となり複雑に変動するため、スピーカユニットの間隔が不均一となり、相互干渉によるディップの悪化が解消されるためである。
【００３２】
図６は、ａ＝３．９の場合の周波数特性を示す図である。図５と同様に、エイリアシング周波数から１０ｋＨｚを超える高周波数領域までピークディップが抑制されている。係数ａは３．５６９９以上であり、ロジスティック関数はカオスと呼ばれる現象となり複雑に変動するため、スピーカユニットの間隔が不均一となり、相互干渉によるディップの悪化が解消されるためである。
【００３３】
図７は、ａ＝４．０の場合の周波数特性を示す図である。この場合、エイリアシング周波数以上のピークディップが抑制されていることがわかる。係数ａは３．５６９９以上であり、スピーカユニットの間隔がロジスティック関数で規定される複雑さを持って配列されることで相互干渉の周期性が無くなり、ディップの悪化が抑制されるためである。
【００３４】
このように、本実施形態によれば、音響信号再生装置１は、複数のスピーカユニットを有するスピーカアレイ３０を備え、少なくとも一部の前記スピーカユニットが、ロジスティック関数に基づいて空間的に不均一に配置されている。これにより、規則的に配置されたスピーカユニットにより音像定位の安定性を確保するとともに、不均一に配置されたスピーカユニットにより所定の周波数特性のディップが強めあうことを防ぐことができる。また、不均一配置に関して複雑な計算処理が必要となることはない。さらに、ロジスティック関数の係数ａを調整することにより、不均一の度合いを設定することが可能となる。
【００３５】
また、スピーカユニットの全てが、空間的に不均一に配置されてもよい。これにより、周波数特性のディップが分散することにより、特に高周波数領域における周波数特性を改善することが可能となる。
【００３６】
また、ロジスティック関数の係数ａは、３．５６９９以上に設定されることが好ましい。これにより、ロジスティック関数の挙動がカオスと呼ばれる現象となり複雑に変動するため、より周波数特性のディップを分散させ、特に高周波数領域における周波数特性を改善することが可能となる。
【００３７】
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各機能部などに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の機能部やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係る音響再生装置によれば、複数のスピーカユニットを含むスピーカアレイにおいて、相互干渉による周波数特性の劣化を低減することができるという有用性がある。
【符号の説明】
【００３９】
１  音響信号再生装置
１０  デコーダ
２０  増幅器
３０  スピーカアレイ
【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】
2015008434.tif 000015
【図１０】
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【図１１】
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