(57)【要約】【課題】スピーカアレイにより音場を形成する場合に、望ましくない位置や方向への音圧を低減する。【解決手段】オーディオ信号がそれぞれ供給される複数のデジタルフィルタＤＦ０〜ＤＦｎと、スピーカアレイ１０とを設ける。デジタルフィルタＤＦ０〜ＤＦｎの出力をスピーカアレイ１０のスピーカＳＰ０〜ＳＰｎのそれぞれに供給して音場を形成する。デジタルフィルタＤＦ０〜ＤＦｎにそれぞれ所定の遅延時間を設定することにより、音場に、周囲よりも音圧の大きいポイントおよび周囲よりも音圧の小さいポイントを形成する。デジタルフィルタＤＦ０〜ＤＦｎの周波数応答にローパスフィルタ特性を与える。【選択図】        図７
2004172661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオ信号を複数のデジタルフィルタにそれぞれ供給し、
上記複数のデジタルフィルタの出力を、スピーカアレイを構成する複数のスピーカのそれぞれに供給して音場を形成し、
上記複数のデジタルフィルタにそれぞれ所定の遅延時間を設定することにより、上記音場に、周囲よりも音圧の大きい第１のポイントおよび周囲よりも音圧の小さい第２のポイントを形成するとともに、
上記複数のデジタルフィルタの振幅特性を調整することにより、上記第２のポイントにおける上記オーディオ信号の周波数応答にローパスフィルタ特性を与える
ようにしたオーディオ信号の処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載のオーディオ信号の処理方法において、
上記スピーカアレイから出力させる音波を壁面で反射させてから上記第１のポイントあるいは上記第２のポイントの少なくとも一方のポイントに到達させる
ようにしたオーディオ信号の処理方法。
【請求項３】
請求項１あるいは請求項２に記載のオーディオ信号の処理方法において、
上記音場に上記第１のポイントおよび上記第２のポイントを形成するとき、上記複数のデジタルフィルタのフィルタ係数を演算により求めて上記複数のデジタルフィルタのそれぞれに設定する
ようにしたオーディオ信号の処理方法。
【請求項４】
請求項１あるいは請求項２に記載のオーディオ信号の処理方法において、
上記音場に上記第１のポイントおよび上記第２のポイントを形成するとき、上記複数のデジタルフィルタのフィルタ係数をデータベースから取り出して上記複数のデジタルフィルタのそれぞれに設定する
ようにしたオーディオ信号の処理方法。
【請求項５】
オーディオ信号がそれぞれ供給される複数のデジタルフィルタと、
複数のスピーカが配列されて構成されるスピーカアレイと
を有し、
上記複数のデジタルフィルタの出力を上記複数のスピーカのそれぞれに供給して音場を形成し、
上記複数のデジタルフィルタにそれぞれ所定の遅延時間を設定することにより、上記音場に、周囲よりも音圧の大きい第１のポイントおよび周囲よりも音圧の小さい第２のポイントを形成するとともに、
上記複数のデジタルフィルタの振幅特性を調整することにより、上記第２のポイントにおける上記オーディオ信号の周波数応答にローパスフィルタ特性を与える
ようにしたオーディオ信号の処理装置。
【請求項６】
請求項５に記載のオーディオ信号の処理装置において、
上記スピーカアレイから出力させる音波を壁面で反射させてから上記第１のポイントあるいは上記第２のポイントの少なくとも一方のポイントに到達させる
ようにしたオーディオ信号の処理装置。
【請求項７】
請求項５あるいは請求項６に記載のオーディオ信号の処理装置において、
上記音場に上記第１のポイントおよび上記第２のポイントを形成するとき、上記複数のデジタルフィルタのフィルタ係数を演算により求めて上記複数のデジタルフィルタのそれぞれに設定する
ようにしたオーディオ信号の処理装置。
【請求項８】
請求項５あるいは請求項６に記載のオーディオ信号の処理装置において、
上記音場に上記第１のポイントおよび上記第２のポイントを形成するとき、上記複数のデジタルフィルタのフィルタ係数をデータベースから取り出して上記複数のデジタルフィルタのそれぞれに設定する
ようにしたオーディオ信号の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ホームシアターなどに適用して好適なオーディオ信号の処理方法および処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホームシアターやＡＶシステムなどに適用して好適なスピーカシステムとして、スピーカアレイがある（例えば、特許文献１参照）。図１４は、そのスピーカアレイ１０の一例を示すもので、このスピーカアレイ１０は、多数のスピーカ（スピーカユニット）ＳＰ０〜ＳＰｎが配列されて構成される。この場合、一例として、ｎ＝２５５、スピーカの口径は数ｃｍであり、したがって、実際には、スピーカＳＰ０〜ＳＰｎは平面上に２次元状に配列されることになるが、以下の説明においては、簡単のため、水平方向の直線上に配列されているものとする。
【０００３】
そして、オーディオ信号が、ソースＳＣから遅延回路ＤＬ０〜ＤＬｎに供給されて所定の時間τ０〜τｎだけ遅延され、その遅延されたオーディオ信号がパワーアンプＰＡ０〜ＰＡｎを通じてスピーカＳＰ０〜ＳＰｎにそれぞれ供給される。なお、遅延回路ＤＬ０〜ＤＬｎの遅延時間τ０〜τｎについては、後述する。
【０００４】
すると、どの場所においても、スピーカＳＰ０〜ＳＰｎから出力される音波が合成され、その合成結果の音圧が得られることになる。そこで、図１４に示すように、スピーカＳＰ０〜ＳＰｎにより形成される音場において、所定のポイントＰｔｇ、Ｐｎｃを、
Ｐｔｇ：周囲よりも音圧を上げたい場所。音圧増強点。
Ｐｎｃ：周囲よりも音圧を下げたい場所。音圧低減点。
とすると、任意の場所を音圧増強点Ｐｔｇとする方法は、図１５あるいは図１６に示す方法に大別できる。
【０００５】
すなわち、図１５に示す方法の場合には、
Ｌ０〜Ｌｎ：各スピーカＳＰ０〜ＳＰｎから音圧増強点Ｐｔｇまでの距離
ｓ      ：音速
とすると、遅延回路ＤＬ０〜ＤＬｎの遅延時間τ０〜τｎを、
τ０＝（Ｌｎ−Ｌ０）／ｓ
τ１＝（Ｌｎ−Ｌ１）／ｓ
τ２＝（Ｌｎ−Ｌ２）／ｓ
・・・・
τｎ＝（Ｌｎ−Ｌｎ）／ｓ＝０
に設定する。
【０００６】
すると、ソースＳＣから出力されるオーディオ信号がスピーカＳＰ０〜ＳＰｎにより音波に変換されて出力されるとき、それらの音波は上式で示される時間τ０〜τｎだけ遅れて出力されることになる。したがって、それらの音波が音圧増強点Ｐｔｇに到達するとき、すべて同時に到達することになり、音圧増強点Ｐｔｇの音圧は周囲よりも大きくなる。
【０００７】
つまり、図１５のシステム場合は、スピーカＳＰ０〜ＳＰｎから音圧増強点Ｐｔｇまでの行路差により各音波に時間差を生じるが、この時間差を遅延回路ＤＬ０〜ＤＬｎにより補償して音圧増強点Ｐｔｇに音の焦点を結ばせるものである。なお、以下、このタイプのシステムを「焦点型」と呼び、音圧増強点Ｐｔｇを「焦点」とも呼ぶものとする。
【０００８】
また、図１６に示す方法の場合には、スピーカＳＰ０〜ＳＰｎから出力される進行波（音波）の位相波面が同じになるように、遅延回路ＤＬ０〜ＤＬｎの遅延時間τ０〜τｎを設定することにより、音波に指向性を与えるとともに、その指向方向を音圧増強点Ｐｔｇの方向とするものである。このシステムは、焦点型のシステムにおいて、距離Ｌ０〜Ｌｎを無限大にした場合とも考えられる。なお、以下、このタイプのシステムを「指向性型」と呼び、音波の位相波面が揃う音波の方向を「指向方向」と呼ぶものとする。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−２３３５９１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のようにスピーカアレイ１０においては、遅延時間τ０〜τｎにより焦点あるいは指向性を得て音圧増強点Ｐｔｇを実現することがメインであり、このとき、スピーカＳＰ０〜ＳＰｎに供給されるオーディオ信号の振幅は音圧に変化を与えるだけである。
【００１１】
このため、音圧低減点Ｐｎｃにおける音圧を低減する方法として、スピーカアレイ１０の指向性を利用することが考えられる。例えば、音圧増強点Ｐｔｇの方向に主極（メインローブ）を形成するとともに、副極（サイドローブ）を十分低減させることや、音圧低減点Ｐｎｃの方向がヌル感度となる指向特性とすることなどが考えられる。
【００１２】
しかし、そのようにするには、スピーカＳＰ０〜ＳＰｎの個数ｎをきわめて多くしてスピーカアレイ全体の大きさを音波の波長に比べて十分に大きくする必要がある。しかし、この方法は、実用上、実現がきわめて困難である。あるいは焦点や指向性を合わせた音圧増強点Ｐｔｇにまで、その音圧の変化の影響がおよぶことがある。
【００１３】
さらに、ホームシアターやＡＶシステムなどにおいては、マルチチャンネルステレオを考慮する必要もある。すなわち、ＤＶＤプレーヤなどの普及にしたがって、マルチチャンネルステレオのソースが増えつつあるが、このため、ユーザはそのチャンネル数のスピーカを設置する必要がある。しかし、そのためには、かなりのスペースを必要としてしまう。
【００１４】
この発明は、以上のような問題点を解決しようとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明においては、例えば、
オーディオ信号を複数のデジタルフィルタにそれぞれ供給し、
上記複数のデジタルフィルタの各出力を、スピーカアレイを構成する複数のスピーカのそれぞれに供給して音場を形成し、
上記複数のデジタルフィルタにそれぞれ所定の遅延時間を設定することにより、上記音場に、周囲よりも音圧の大きい第１のポイントおよび周囲よりも音圧の小さい第２のポイントを形成するとともに、
上記複数のデジタルフィルタの振幅特性を調整することにより、上記第２のポイントにおける上記オーディオ信号の周波数応答にローパスフィルタ特性を与えるようにしたオーディオ信号の処理方法
とするものである。
したがって、デジタルフィルタの遅延時間の設定により周囲よりも音圧の大きいポイントが設定され、デジタルフィルタの振幅特性により周囲よりも音圧の小さいポイントが設定される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
▲１▼  この発明のアウトライン
この発明においては、スピーカアレイの各スピーカの出力が空間で合成されてそれぞれのポインタでの応答となるので、これを擬似的にデジタルフィルタとして解釈する。そして、「なるべく音圧を聞かせたくない場所Ｐｎｃ」における応答信号を予測し、各スピーカに与える遅延を変えずに振幅を変更し、デジタルフィルタを作成する要領で周波数特性を制御する。
【００１７】
この周波数特性の制御により、なるべく音圧を聞かせたくない場所Ｐｎｃにおける音圧を下げるとともに、その低下させることのできる帯域を拡大する。また、このとき、なるべく自然に音圧を減少させる。
【００１８】
▲２▼  スピーカアレイ１０の解析
ここでは、説明を簡単にするため、複数ｎ個のスピーカＳＰ０〜ＳＰｎが水平方向に一列に配列されてスピーカアレイ１０が構成され、そのスピーカアレイ１０が図１５に示す焦点型システムに構成されているものとする。
【００１９】
ここで、この焦点型システムの遅延回路ＤＬ０〜ＤＬｎのそれぞれをＦＩＲデジタルフィルタにより実現することを考える。また、図１に示すように、そのＦＩＲデジタルフィルタＤＬ０〜ＤＬｎのフィルタ係数が、それぞれＣＦ０〜ＣＦｎで示されるとする。
【００２０】
そして、ＦＩＲデジタルフィルタＤＬ０〜ＤＬｎにインパルスを入力し、ポイントＰｔｇ、Ｐｎｃで、スピーカアレイ１０の出力音を測定することを考える。なお、この測定は、デジタルフィルタＤＬ０〜ＤＬｎを含む再生システムの持つサンプリング周波数あるいはそれ以上のサンプリング周波数で行うものとする。
【００２１】
すると、ポイントＰｔｇ、Ｐｎｃにおいて測定される応答信号は、すべてのスピーカＳＰ０〜ＳＰｎから出力される音が空間伝播して音響的に加算された和信号となる。そして、このとき、説明を容易にするため、スピーカＳＰ０〜ＳＰｎから出力される信号は、デジタルフィルタＤＬ０〜ＤＬｎによって遅延の与えられたインパルス信号であるとする。なお、以下においては、この空間伝播を経て加算された応答信号を「空間合成インパルス応答」と呼ぶものとする。
【００２２】
そして、ポイントＰｔｇは、ここに焦点を作る目的でデジタルフィルタＤＬ０〜ＤＬｎの遅延成分を設定しているので、ポイントＰｔｇで測定される空間合成インパルス応答Ｉｔｇは、図１に示すように、１つの大きなインパルスとなる。また、空間合成インパルス応答Ｉｔｇの周波数応答（振幅部）Ｆｔｇは、時間波形がインパルス状なので、図１にも示すように、全周波数帯域で平坦となる。したがって、ポイントＰｔｇは、音圧増強点となる。
【００２３】
なお、実際には、各スピーカＳＰ０〜ＳＰｎの周波数特性、空間伝播時の周波数変化、行路途中の壁の反射特性、サンプリング周波数によって規定される時間軸のずれなどにより、空間合成インパルス応答Ｉｔｇは正確なインパルスとはならないが、ここでは簡単のため、理想的なモデルで記している。
【００２４】
一方、ポイントＰｎｃで測定される空間合成インパルス応答Ｉｎｃは、それぞれ時間軸情報を持つインパルスの合成と考えられ、図１に示すように、ある程度の幅を持ってインパルスが分散している信号であることがわかる。なお、図１においては、ポイントＰｎｃでのインパルス応答Ｉｎｃが等間隔で並ぶパルス列となっているが、一般にはそのパルス列の間隔はランダムなものとなる。
【００２５】
そして、このとき、ポイントＰｎｃの位置に関係する情報を、フィルタ係数ＣＦ０〜ＣＦｎに盛り込んでいないとともに、もとのフィルタ係数ＣＦ０〜ＣＦｎはすベて正方向のインパルスに基づいているので、空間合成インパルス応答Ｉｎｃの周波数応答Ｆｎｃもすべて正方向のインパルスの合成となる。
【００２６】
この結果、ＦＩＲデジタルフィルタの設計原理からも明らかなように、周波数応答Ｆｎｃは、図１にも示すように、低域では平坦で、高い周波数ほど減衰する傾向の特性、すなわち、ローパスフィルタに近い特性をもつことになる。また、このとき、音圧増強点Ｐｔｇにおける空間合成インパルス応答Ｉｔｇは１つの大きなインパルスとなっているが、ポイントＰｎｃにおける空間合成インパルス応答Ｉｎｃは、インパルスが分散しているので、ポイントＰｎｃにおける周波数応答Ｆｎｃのレベルは、ポイントＰｔｇにおける周波数応答Ｆｔｇのレベルよりも小さくなる。したがって、ポイントＰｎｃは音圧低減点となる。
【００２７】
そして、このとき、空間合成インパルス応答Ｉｎｃを、１つの空間的なＦＩＲデジタルフィルタであると考えると、このＦＩＲデジタルフィルタＩｎｃは、もともとフィルタ係数ＣＦ０〜ＣＦｎにおける時間要因を含めたインパルスの振幅値の和により構成されているので、フィルタ係数ＣＦ０〜ＣＦｎの内容（振幅、位相など）を変更すれば、周波数応答Ｆｎｃが変化する。つまり、フィルタ係数ＣＦ０〜ＣＦｎを変更することにより、音圧低減点Ｐｎｃにおける音圧の周波数応答Ｆｎｃを変化させることができる。
【００２８】
以上のことから、遅延回路ＤＬ０〜ＤＬｎをＦＩＲデジタルフィルタにより構成するとともに、それらのフィルタ係数ＣＦ０〜ＣＦｎを選定すれば、音圧増強点Ｐｔｇおよび音圧低減点Ｐｎｃを音場の必要とする場所に設定することができる。
【００２９】
▲３▼  閉じた空間でのスピーカアレイ
図１４〜図１６の場合には、音場が開放空間であるが、一般には、図２に示すように、音場は壁ＷＬなどにより音響的に閉じた空間ないし部屋ＲＭとなる。そして、この部屋ＲＭにおいては、スピーカアレイ１０の焦点位置Ｐｔｇあるいは指向方向を選択することにより、スピーカアレイ１０から出力された音Ａｔｇが、リスナＬＳＮＲの周囲の壁面ＷＬで反射してからリスナＬＳＮＲに焦点を結ぶようにすることができる。
【００３０】
すると、この場合には、スピーカアレイ１０がリスナＬＳＮＲの前方にあるにもかかわらず、後方から音が聞こえることになる。ただし、この場合には、後方からの音Ａｔｇは目的とする音なので、なるべく大きく聞こえるように設定し、前方からの音Ａｎｃは、意図していない「漏れ音」なので、なるべく小さくなるように、設定する必要がある。
【００３１】
このためには、図３に示すように、音Ａｔｇの反射回数から部屋全体の虚像を考える。すると、この虚像は、図１５あるいは図１６の開放空間と等価と考えることができるので、リスナＬＳＮＲの虚像の位置に、音圧増強点Ｐｔｇに対応する虚像の位置Ｐｔｇ’を設定し、ここにスピーカアレイ１０の焦点あるいは指向方向を設定する。また、実際のリスナＬＳＮＲの位置に、音圧低減点Ｐｎｃを設定する。
【００３２】
以上の構成とすることにより、スピーカをリスナＬＳＮＲの後方や側方に配置しなくても、マルチチャンネルステレオにおける後方や側方に仮想のスピーカを配置することができ、サラウンドのステレオ再生が可能となる。
【００３３】
なお、このように焦点型により仮想スピーカを実現する場合、焦点Ｐｔｇの位置は、目的、用途あるいはソースの内容などにより、リスナＬＳＮＲの位置ではなく、壁面ＷＬに設定したり、それ以外の個所に設定することもできる。また、「どこから聞こえるか」という定位感は、厳密には音圧差だけでは評価できないが、ここでは音圧を上げることが重要と考える。
【００３４】
▲４▼  ポイントＰｎｃにおける音圧の低減方法
図２および図３に示す部屋（閉空間）ＲＭにおいて、リスナＬＳＮＲの位置が決まれば、音圧増強点Ｐｔｇの位置が決まり、その結果、フィルタ係数ＣＦ０〜ＣＦｎにより設定される遅延時間が決まる。また、リスナＬＳＮＲの位置が決まれば、音圧低減点Ｐｎｃの位置も決まり、図４Ａにも示すように、その音圧低減点Ｐｎｃにおける空間合成インパルス応答Ｉｎｃのパルスの立つ位置が決まる（図４Ａは、図１の空間合成インパルス応答Ｉｎｃと同じ）。また、デジタルフィルタＤＬ０〜ＤＬｎにおけるパルスの振幅値Ａ０〜Ａｎを変えることにより、制御可能なサンプル幅（パルスの数）が、図４Ａにおけるサンプル幅ＣＮとなる。
【００３５】
したがって、振幅Ａ０〜Ａｎを変更することにより、図４Ａに示す（サンプル幅ＣＮにおける）パルスを、例えば図４Ｂのようなレベル分布のパルス（空間合成インパルス応答）Ｉｎｃ’に変更することができ、図４Ｃに示すように、その周波数応答を周波数応答Ｆｎｃから周波数応答Ｆｎｃ’に変えることができる。
【００３６】
つまり、図４Ｃおいて斜線を付けた部分の帯域分だけ音圧低減点Ｐｎｃにおける音圧が低下することになる。したがって、図２の場合には、目的とする後方音Ａｔｇに対し、前方からの漏れ音Ａｔｎが少なくなり、後方からの音が良く聞こえることになる。
【００３７】
このとき重要なことは、振幅Ａ０〜Ａｎを変更して空間合成インパルス応答Ｉｎｃ’のようなパルス列にしても、音圧増強点Ｐｔｇの空間合成インパルス応答Ｉｔｇおよび周波数応答Ｆｔｇは振幅値のみしか変化しないことであり、均一な周波数特性を保持できることである。そこで、この発明は、振幅Ａ０〜Ａｎを変更して音圧低減点Ｐｎｃに周波数応答Ｆｎｃ’を得る。
【００３８】
▲５▼  空間合成インパルス応答Ｉｎｃ’の求め方
ここでは、空間合成インパルス応答Ｉｎｃから必要な空間合成インパルス応答Ｉｎｃ’を求める方法について説明する。
【００３９】
一般に、ＦＩＲデジタルフィルタによりローパスフィルタを構成する場合、Ｈａｍｍｉｎｇ、Ｈａｎｎｉｎｇ、Ｋａｉｓｅｒ、Ｂｌａｃｋｍａｎなどの窓関数を用いた設計法が有名であり、これらの方法で設計したフィルタの周波数応答は比較的急峻なカットオフ特性の得られることが知られている。ただし、この場合、振幅Ａ０〜Ａｎにより制御できるパルス幅はＣＮサンプルと決まっているので、この範囲で、窓関数を用いて設計をする。そして、窓関数の形状およびＣＮサンプルの数が決まれば、周波数応答Ｆｎｃ’のカットオフ周波数が決まることになる。
【００４０】
窓関数およびＣＮサンプルから、振幅Ａ０〜Ａｎの具体的な値を求める方法であるが、例えば図５に示すように、あらかじめ空間合成インパルス応答Ｉｎｃのうち「ＣＮ幅内のサンプルに影響を与えた係数」を特定しておくことにより、振幅Ａ０〜Ａｎを特定して逆算することができる。この場合、空間合成インパルス応答Ｉｎｃ内の１つのパルスに対して複数の係数が影響を与えることもあり、また、対応する係数の数（＝スピーカＳＰ０〜ＳＰｎの数）が少なければ、図５に例示するように、該当する係数がない場合もある。
【００４１】
なお、窓関数の窓の幅はＣＮサンプルの分布幅にほぼ等しくすることが好ましい。また、空間合成インパルス応答Ｉｎｃ内の１つのパルスに対して、複数の係数が影響を与える場合には、これを分配すればよい。この分配方法は、ここでは規定しないが、空間合成インパルス応答Ｉｔｇに対して影響が少なく、空間合成インパルス応答Ｉｎｃ’に対して影響が大きい振幅を優先的に調整の対象とすることが好ましい。
【００４２】
さらに、図６に示すように、音圧低減点Ｐｎｃとして複数のポイントＰｎｃ１〜Ｐｎｃｍを設定し、これを満たすような振幅Ａ０〜Ａｎを連立方程式により求めることもできる。この連立方程式が満たされない場合、あるいは図５のように空間合成インパルス応答Ｉｎｃの特定パルスに対して影響を与える振幅Ａ０〜Ａｎが該当しない場合には、目標とする窓関数のカーブに近くなるように、最小二乗法などにより振幅Ａ０〜Ａｎを求めることができる。
【００４３】
また、例えばフィルタ係数ＣＦ０〜ＣＦ２は、ポイントＰｎｃ１に対応させ、フィルタ係数ＣＦ３〜ＣＦ５は、ポイントＰｎｃ２に対応させ、フィルタ係数ＣＦ６〜ＣＦ８は、ポイントＰｎｃ３に対応させ、・・・などとしたり、フィルタ係数ＣＦ０〜ＣＦｎと、ポイントＰｎｃ１〜Ｐｎｃｍとの関係を入れ子にしたりすることもできる。
【００４４】
さらに、サンプリング周波数、スピーカのユニット数、および空間配置を工夫することにより、空間合成インパルス応答Ｉｎｃの各パルスに対して、影響を与える係数が確率的になるべく存在するような設計にすることが可能である。また、測定時の離散化のときと同様、空間合成インパルス応答ＩｎｃはスピーカＳＰ０〜ＳＰｎから放射された音が連続系列である空間を介しているので、厳密にはパルスごとに影響を与えた係数は１つに特定されることはないが、ここでは便宜上、計算時の目安になりやすいよう、そのように扱っている。このようにしても、実用上問題のないことが実験で確かめられている。
【００４５】
▲６▼  実施例
▲６▼−１  第１の実施例
図７はこの発明による処理システムの一例を示し、図７においては、１チャンネル分のオーディオ信号ラインを示す。すなわち、ソースＳＣからデジタルオーディオ信号が取り出され、このオーディオ信号が可変ハイパスフィルタ１１を通じてＦＩＲデジタルフィルタＤＦ０〜ＤＦｎに供給され、そのフィルタ出力がパワーアンプＰＡ０〜ＰＡｎを通じてスピーカＳＰ０〜ＳＰｎに供給される。
【００４６】
この場合、制御可能な空間合成インパルス応答Ｉｎｃのサンプル幅ＣＮから周波数応答Ｆｎｃ’のカットオフ周波数を推測できるので、可変ハイパスフィルタ１１のカットオフ周波数が、その周波数応答Ｆｎｃ’のカットオフ周波数に連動して制御される。この制御により、周波数応答Ｆｔｇが周波数応答Ｆｎｃ’に対して優位である帯域のみ、オーディオ信号を通過させることができる。例えば図２の場合、周波数応答Ｆｎｃ’の低域部分が、周波数応答Ｆｔｇの低域部分と変わらないレベルのとき、ソースの有効帯域を制御し、その低域部分を使わないことにより、後ろから聞こえるときに効果のある帯域だけを出力することができる。
【００４７】
また、デジタルフィルタＤＦ０〜ＤＦｎは、上述の遅延回路ＤＬ０〜ＤＬｎを構成するものである。さらに、パワーアンプＰＡ０〜ＰＡｎにおいて、これに供給されたデジタルオーディオ信号は、Ｄ／Ａ変換されてからパワー増幅され、あるいはＤ級増幅され、スピーカＳＰ０〜ＳＰｎに供給される。
【００４８】
そして、この場合、制御回路１２において例えば図８に示すルーチン１００が実行され、ハイパスフィルタ１１およびデジタルフィルタＤＦ０〜ＤＦｎの特性が上述にしたがって設定される。すなわち、制御回路１２にポイントＰｔｇ、Ｐｎｃを入力すると、制御回路１２の処理がルーチン１００のステップ１０１からスタートし、次にステップ１０２において、デジタルフィルタＤＦ０〜ＤＦｎにおける遅延時間τ０〜τｎが計算され、続いてステップ１０３において、音圧低減点Ｐｎｃにおける空間合成インパルス応答Ｉｎｃがシミュレートされ、制御の可能なサンプル数ＣＮが予測される。
【００４９】
そして、ステップ１０４において、窓関数をベースとして作成可能なローパスフィルタのカットオフ周波数が算出され、次にステップ１０５において、空間合成インパルス応答Ｉｎｃのパルス列の各サンプルに対応する振幅Ａ０〜Ａｎのうち、どの振幅が有効であるかをリストアップして振幅Ａ０〜Ａｎを求める。そして、ステップ１０６において、以上の結果にしたがって、可変ハイパスフィルタ１１のカットオフ周波数およびデジタルフィルタＤＦ０〜ＤＦｎの遅延時間τ０〜τｎが設定され、その後、ステップ１０７によりルーチン１００を終了する。
【００５０】
以上により音圧増強点Ｐｔｇおよび音圧低減点Ｐｎｃを得ることができる。
【００５１】
▲６▼−２  第２の実施例
図９に示すシステムにおいては、複数のポイントＰｔｇ、Ｐｎｃについて、可変ハイパスフィルタ１１のカットオフ周波数およびデジタルフィルタＤＦ０〜ＤＦｎの遅延時間τ０〜τｎのデータが算出され、このデータが、制御回路１２の記憶装置１３にデータベースとして蓄えられている場合である。
【００５２】
そして、この再生システムの使用時に、ポイントＰｔｇ、Ｐｎｃのデータを記憶装置１２に入力すると、記憶装置１３から対応するデータが取り出され、可変ハイパスフィルタ１１のカットオフ周波数およびデジタルフィルタＤＦ０〜ＤＦｎの遅延時間τ０〜τｎが設定される。
【００５３】
▲６▼−３  第３の実施例
図１０に示すシステムにおいては、ソースＳＣからのデジタルオーディオ信号が、可変ハイパスフィルタ１１およびデジタルフィルタＤＦ０〜ＤＦｎにより例えば▲６▼−１（第１の実施例）において説明したように処理され、その処理結果の信号がデジタル加算回路１４およびパワーアンプＰＡ０〜ＰＡｎを通じてにスピーカＳＰ０〜ＳＰｎに供給される。
【００５４】
さらに、ソースＳＣから出力されるデジタルオーディオ信号と、可変ハイパスフィルタ１１のフィルタ出力とが、デジタル減算回路１５に供給されて中低域成分（図４Ｃにおける平坦部分の成分）のデジタルオーディオ信号が取り出される。そして、この中低域成分のデジタルオーディオ信号が、処理回路１６を通じてデジタル加算回路１４に供給される。
【００５５】
したがって、音圧低減点Ｐｎｃにおける漏れ音を処理回路１６の処理に対応して制御することができる。
【００５６】
▲６▼−４  第４の実施例
図１１は、ＦＩＲデジタルフィルタＤＦ０〜ＤＦｎの処理内容を等価的に示すもので、ソースＳＣからにデジタルオーディオ信号が、固定のデジタルハイパスフィルタ１７を通じて本来のＦＩＲデジタルフィルタＤＦ０〜ＤＦｎに供給され、そのフィルタ出力が、デジタル加算回路１４に供給される。さらに、ソースＳＣからにデジタルオーディオ信号が、デジタルローパスフィルタ１８を通じて処理回路１６に供給される。
【００５７】
したがって、処理回路１６の処理をデジタルフィルタにより実現できるときには、その処理をデジタルフィルタＤＦ０〜ＤＦｎにより実行できる。
【００５８】
▲６▼−５  第５の実施例
図１２および図１３は、１つのスピーカアレイ１０により、リスナＬＳＮＲの左前方、右前方、左後方、右後方に、仮想のスピーカＳＰＬＦ、ＳＰＲＦ、ＳＰＬＢ、ＳＰＲＢを実現して４チャンネルのサラウンドステレオ音場を形成する場合である。
【００５９】
このため、図１２に示すように、部屋ＲＭにおいて、リスナＬＳＮＲの正面前方にスピーカアレイ１０が配置される。また、図１３に示すように、左前方チャンネルについては、ソースＳＣから左前方のデジタルオーディオ信号ＤＬＦが取り出され、この信号ＤＬＦが、可変ハイパスフィルタ１２ＬＦを通じてＦＩＲデジタルフィルタＤＦＬＦ０〜ＤＦＬＦｎに供給され、そのフィルタ出力が、デジタル加算回路ＡＤ０〜ＡＤｎおよびパワーアンプＰＡ０〜ＰＡｎを通じてスピーカＳＰ０〜ＳＰｎに供給される。
【００６０】
また、右前方チャンネルについては、ソースＳＣから右前方のデジタルオーディオ信号ＤＲＦが取り出され、この信号ＤＲＦが、可変ハイパスフィルタ１２ＲＦを通じてＦＩＲデジタルフィルタＤＦＲＦ０〜ＤＦＲＦｎに供給され、そのフィルタ出力が、デジタル加算回路ＡＤ０〜ＡＤｎおよびパワーアンプＰＡ０〜ＰＡｎを通じてスピーカＳＰ０〜ＳＰｎに供給される。
【００６１】
さらに、左後方チャンネルおよび右後方チャンネルについても、左前方チャンネルおよび右前方チャンネルと同様に構成されるもので、参照符号における記号ＬＦ、ＲＦを記号ＬＢ、ＲＢに変えて説明は省略する。
【００６２】
そして、各チャンネルについて、図７および図８により説明したように、それぞれの値が設定され、左前方チャンネルおよび右前方チャンネルについては、例えば図１４により説明したシステムにより仮想スピーカＳＰＬＦ、ＳＰＲＦが実現され、左後方チャンネルおよび右後方チャンネルについては、例えば図２により説明したシステムにより仮想スピーカＳＰＬＢ、ＳＰＲＢが実現される。したがって、これら仮想スピーカＳＰＬＦ〜ＳＰＲＢにより、４チャンネルサラウンドステレオ音場が形成される。
【００６３】
そして、上述のシステムによれば、１つのスピーカアレイ１０によってサラウンドのマルチチャンネルステレオを実現することができ、スピーカを設置するために多くのスペースを必要とすることがない。また、チャンネル数を増やす場合も、デジタルフィルタを追加するだけでよく、スピーカの増設の必要がない。
【００６４】
▲７▼  その他
上述においては、空間合成インパルス応答Ｉｎｃ’の設計指針として窓関数を使用し、比較的急峻なローパスフィルタ特性を形成したが、窓関数以外の関数により係数の振幅を調整して希望する特性を得てもよい。
【００６５】
また、上述においては、フィルタ係数の振幅をすべて正方向のパルス列とすることにより、空間合成インパルス応答もすべて正の値の振幅のパルス列としたが、音圧増強点Ｐｔｇに焦点を向けるための遅延特性を保持しながら、各フィルタ係数中のパルス振幅を正方向あるいは負方向に設定することにより、音圧低減点Ｐｎｃの特性を規定してもよい。
【００６６】
さらに、上述においては、遅延を付加する要素としてインパルスを基本としているが、これは説明を容易にするためであり、この基本遅延要素を特定の周波数応答を持つ複数のサンプルのタップとし、同様の作用を得ることもできる。例えば、擬似的なオーバーサンプリングの効果が得られる擬似パルス系列を基本とすることができる。この場合には、振幅方向の負の成分も係数の中に持つことになるが、目的とする効果および実行手段としては、同様のものであるといえる。
【００６７】
また、上述においては、デジタルオーディオ信号に対する遅延をデジタルフィルタの係数で表現したが、遅延部とデジタルフィルタ部とに分けてシステムを構成する場合も、同様とすることができる。さらに、振幅Ａ０〜Ａｎの組み合わせを１組あるいは複数組用意しておき、これを対象とする音圧増強点Ｐｔｇおよび音圧低減点Ｐｎｃの少なくとも一方に設定することができる。また、スピーカアレイ１０が、例えば図３に示す仮想の後方スピーカを実現する場合のように、用途が固定されていて一般的な反射位置や聴取位置などが想定できる場合、フィルタ係数はあらかじめ想定される音圧増強点Ｐｔｇおよび音圧低減点Ｐｎｃに対応する固定的なフィルタ係数ＣＦ０〜ＣＦｎとすることもできる。
【００６８】
さらに、上述においては、空間合成インパルス応答Ｉｎｃ’に対応するフィルタ係数の振幅Ａ０〜Ａｎを決定するとき、空気による減衰の影響を考えていないが、途中空気減衰や、反射物による位相変化などのパラメータを盛り込んで、シミュレーション計算することもできる。また、何らかの測定手段により、それぞれのパラメータを測定して、より適切な振幅Ａ０〜Ａｎを決定し、より正確なシミュレーションを行うこともできる。
【００６９】
また、上述においては、スピーカアレイ１０は、スピーカＳＰ０〜ＳＰｎが水平直線上に配列されている場合であるが、平面上に配列されていてもよく、あるいは奥行きを持って配列されていてもよく、さらに、必ずしも整然と配列されている必要もない。また、上述においては、焦点型システムを中心にして説明したが、指向性型システムの場合も、同様なプロセスを実行することができる。
【００７０】
〔この明細書で使用している略語の一覧〕
ＡＶ  ：Ａｕｄｉｏ  ａｎｄ  Ｖｉｓｕａｌ
Ｄ／Ａ：Ｄｉｇｉｔａｌ  ｔｏ  Ａｎａｌｏｇ
ＦＩＲ：Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ
【００７１】
【発明の効果】
この発明によれば、スピーカアレイにより音響再生を行う場合、目的とする場所の音圧を増強するとともに、特定の場所の音圧を低減することができるが、この場合、音圧を低減させたい位置や方向に対するインパルス応答に空間的な窓関数をかけて合成するようにしたので、音波の到来方向感（定位感）が知覚されやすい中高音域の応答を特に低減することができる。そして、このとき、必要なスピーカアレイの規模を大きくする必要がなく、実用生が高い。
【００７２】
また、マルチチャンネルステレオを構成する場合にも、１つのスピーカアレイによってサラウンドのマルチチャンネルステレオを実現することができ、スピーカを設置するために多くのスペースを必要とすることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を説明するための図である。
【図２】この発明を説明するための図である。
【図３】この発明を説明するための図である。
【図４】この発明を説明するための図である。
【図５】この発明を説明するための図である。
【図６】この発明を説明するための図である。
【図７】この発明の一形態を示す系統図である。
【図８】この発明を説明するための図である。
【図９】この発明の他の形態を示す系統図である。
【図１０】この発明の他の形態を示す系統図である。
【図１１】この発明の他の形態を示す系統図である。
【図１２】この発明を説明するための図である。
【図１３】この発明の他の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図である。
【図１５】この発明を説明するための図である。
【図１６】この発明を説明するための図である。
【符号の説明】
１０…スピーカアレイ、ＤＦ０〜ＤＦｎ…デジタルフィルタ、ＤＬ０〜ＤＬｎ…遅延回路、ＬＳＮＲ…リスナ、ＰＡ０〜ＰＡｎ…パワーアンプ、Ｐｎｃ…音圧低減点、Ｐｔｇ…音圧増強点、ＲＭ…部屋（閉空間）、ＳＣ…ソース、ＳＰ０〜ＳＰｎ…スピーカ（スピーカユニット）、ＷＬ…壁
【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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【図１５】
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【図１６】
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