(57)【要約】【課題】  再生エリア内において低周波数の音を充分な音圧で再生すると共に、制御することができる上限周波数を上げる音場制御方法および装置を提供する。【解決手段】  入力音信号Ｘ（ｔ）を再生する一次音源部３１と、入力音信号Ｘ（ｔ）の遅延と周波数特性を変化させた信号を再生する二次音源部３２とにより音場を制御する音場制御装置において、二次音源部３２に供給する入力音信号Ｘ（ｔ）をＮ個（Ｎ≧２）の周波数帯域に分割する周波数分割部１０を具備し、再生エリアの境界に設置した複数個の音圧・音圧傾度センサ４３より成る音圧・音圧傾度センサ部４０を具備し、音圧・音圧傾度センサ部４０の検出出力信号を用いて周波数分割部１０から供給される入力音信号Ｘ（ｔ）に遅延と周波数特性の変化を付与した信号を生成して音響再生部３０の二次音源部３２に出力する信号処理部２０を具備する音場制御方法および装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力音信号を再生する一次音源部と、入力音信号を遅延と周波数特性を変化させた信号を再生する二次音源部とにより音場を制御する音場制御方法において、
二次音源部に供給する入力音信号をＮ個（Ｎ≧２）の周波数帯域に分割し、分割した周波数帯域の信号毎に遅延と周波数特性を変化させた信号を生成し、この生成された信号毎に二次音源部を用いて拡声再生することを特徴とする音場制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載される音場制御方法において、
再生エリアの境界に予め設置された音圧・音圧傾度センサによる検出出力信号に基づいて、二次音源部に供給される信号の遅延と周波数特性を制御することを特徴とする音場制御方法。
【請求項３】
請求項１に記載される音場制御方法において、
分割された任意の周波数帯域毎に、二次音源部を構成するスピーカの数および距離間隔を異にすることを特徴とする音場制御方法。
【請求項４】
請求項１に記載される音場制御方法において、
二次音源部を構成するスピーカの幾つかは複数の周波数帯域に共通して使用することを特徴とする音場制御方法。
【請求項５】
入力音信号を再生する一次音源部と、入力音信号の遅延と周波数特性を変化させた信号を再生する二次音源部とにより音場を制御する音場制御装置において、
二次音源部を構成するスピーカに供給する入力音信号をＮ個（Ｎ≧２）の周波数帯域に分割する周波数分割部を具備し、
再生エリアの境界に設置した複数個の音圧・音圧傾度センサより成る音圧・音圧傾度センサ部を具備し、
音圧・音圧傾度センサの検出出力信号を用いて周波数分割部から供給される入力音信号に遅延と周波数特性の変化を付与した信号を生成して二次音源部に出力する信号処理部を具備することを特徴とする音場制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載される音場制御装置において、
信号処理部は分割された各周波数帯域に対応するフィルタ部より成り、
最も高い周波数帯域のフィルタ部の出力はスピーカ間隔を最も密にして全スピーカに接続し、
この最も高い周波数帯域の次に周波数の高い周波数帯域以降の周波数帯域に対応するフィルタ部の出力は、順次にスピーカ間隔を粗くして選択した複数個のスピーカに接続することを特徴とする音場制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、音場制御方法およびこの方法を実施する装置に関し、屋内その他の空間の音場特性を変化させて任意のエリア内のみに可聴音を生成するエリア限定拡声、エリア限定拡声制御の用に供する音場制御方法およびこの方法を実施する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
拡声装置を用いて音を放射する場合、音再生に用いるスピーカの指向特性の影響はあるものの、音はスピーカからは概ね全ての方向に放射されてこれを聴取することができる。従って、或る特定のエリアだけに限定して音を再生しその外側に音を漏洩させない方法、即ち、エリア限定再生の構築を目指した場合、スピーカその他の拡声装置、或いは再生方法を工夫する必要がある。その一つの仕方として、Kirchhoff-Helmholtzの積分方程式の性質を利用した音場制御法（非特許文献１  参照）を応用する方法が考えられる。
このKirchhoff-Helmholtzの積分方程式の性質を利用した音場制御法は、或る任意の閉空間の境界面における音圧と音圧傾度を制御することで、別の場所にある同じ形状の閉空間内に原音場を忠実に再現することができるという方法である。
【０００３】
この制御法は、ホーンを用いたり、反射板の焦点にスピーカユニットを設置するという幾何学的な方法、.或いは複数のスピーカをアレイ状に配置することで指向性を形成するという狭い指向特性を有するスピーカを用いて或るエリア内だけに音場を再生する場合と比較して、小規模なシステムで閉空間内に原音場を実現すると共に、再生エリアの制御が他の方法と比較して容易であるという利点を有する。ただし、この制御法には、広い周波数帯域に亘って音場を制御するには、音圧および音圧傾度を観測するセンサを多数点に設置する必要があり、その数に比例して二次音源の数も増大するので、実際のシステムとして動作させた場合に制御することができる周波数帯域の上限は限られる欠点がある。
【０００４】
この限られた上限周波数帯域内においてより高い周波数まで制御を行う場合は、二次音源および制御点の間隔を狭くすることが有効である。ただし、特に、二次音源の間隔を狭くすることにより、上限周波数を超えない範囲において比較的高い周波数に対して制御することができるに到るが、比較的低い周波数の音は、一次音源の近傍で消音されて、再生エリアが極端に小さくなる。結果として、所望の再生エリア内において充分な音圧を持って再生することができない。
【非特許文献１】伊勢、音声学会誌Vol.53.No.9,pp.706-713,1977．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した通り、Kirchhoff-Helmholtzの積分方程式の性質を利用したエリア再生法は、制御することができる上限周波数を上げようとすると、低周波数の音を再生することができなくなる。この発明は、再生エリア内において低周波数の音を充分な音圧で再生すると共に、制御することができる上限周波数を上げることができる音場制御方法およびこの方法を実施する装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１：入力音信号Ｘ（ｔ）を再生する一次音源部３１と、入力音信号Ｘ（ｔ）を遅延と周波数特性を変化させた信号を再生する二次音源部３２とにより音場を制御する音場制御方法において、二次音源部３２に供給する入力音信号Ｘ（ｔ）をＮ個（Ｎ≧２）の周波数帯域に分割し、分割した周波数帯域の信号毎に遅延と周波数特性を変化させた信号を生成し、この生成された信号毎に二次音源部３２を用いて拡声再生する音場制御方法を構成した。
そして、請求項２：請求項１に記載される音場制御方法において、再生エリアの境界に予め設置された音圧・音圧傾度センサ４３による検出出力信号に基づいて、二次音源部３２に供給される信号の遅延と周波数特性を制御する音場制御方法を構成した。
【０００７】
また、請求項３：請求項１に記載される音場制御方法において、分割された任意の周波数帯域毎に、二次音源部３２を構成するスピーカ３２n の数および距離間隔を異にする音場制御方法を構成した。
更に、請求項４：請求項１に記載される音場制御方法において、二次音源部３２を構成するスピーカ３２n の幾つかは複数の周波数帯域に共通して使用する音場制御方法を構成した。
ここで、請求項５：入力音信号Ｘ（ｔ）を再生する一次音源部３１と、入力音信号Ｘ（ｔ）の遅延と周波数特性を変化させた信号を再生する二次音源部３２とにより音場を制御する音場制御装置において、二次音源部３２を構成するスピーカ３２n に供給する入力音信号Ｘ（ｔ）をＮ個（Ｎ≧２）の周波数帯域に分割する周波数分割部１０を具備し、再生エリアの境界に設置した複数個の音圧・音圧傾度センサ４３より成る音圧・音圧傾度センサ部４０を具備し、音圧・音圧傾度センサ４３の検出出力信号を用いて周波数分割部１０から供給される入力音信号Ｘ（ｔ）に遅延と周波数特性の変化を付与した信号を生成して二次音源部３２に出力する信号処理部２０を具備する音場制御装置を構成した。
【０００８】
そして、請求項６：請求項５に記載される音場制御装置において、信号処理部２０は分割された各周波数帯域に対応するフィルタ部２１より成り、最も高い周波数帯域のフィルタ部２１1 の出力はスピーカ間隔を最も密にして全スピーカ３２1 〜３２n に接続し、この最も高い周波数帯域の次に周波数の高い周波数帯域以降の周波数帯域に対応するフィルタ部２１2 〜２１n の出力は、順次にスピーカ間隔を粗くして選択した複数個のスピーカに接続する音場制御装置を構成した。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、入力音信号を周波数帯域毎に分割し、異なる数と距離間隔に選択設置された二次音源部を用いることで、それぞれの周波数帯域毎に処理した上で再生することにより、より高い周波数までエリア限定再生をすると共に、低い周波数帯域も再生エリア内において充分な音圧を持って入力音信号を再生することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
発明を実施するための最良の形態を図１の実施例を参照して説明する。
図１はこの発明による音場制御装置を示す。図１において、１０は周波数分割部であり、入力音信号Ｘ（ｔ）を複数の周波数帯域の信号に分割する部位である。２０は信号処理部であり、周波数分割部１０で帯域分割された各周波数帯域毎に信号を処理する部位である。３０は音響再生部であり、入力音信号Ｘ（ｔ）を再生すると共に信号処理部２０において処理され信号を再生する部位である。４０は音圧・音圧傾度センサ部であり、音響再生部３０により再生された音の音圧と音圧傾度を観測する部位である。音圧・音圧傾度センサ部４０は、一般的に、音響−電気変換器であるマイクロホンより成る音圧・音圧傾度センサ４３を再生エリアの境界上に配列設置して構成される。ここで、丸により示される音圧・音圧傾度センサ４３自体は、一対のマイクロホンを近接して配置することで構成される。ここで、音圧・音圧傾度センサ４３の一対のマイクロホンの内の何れか一方を音圧センサとして使用すると共に、近接する一対のマイクロホンを音圧傾度センサとして使用して両者の間の音圧の差を音圧傾度としている。
【００１１】
音響再生部３０は、一次音源部３１と、二次音源部３２より成り、これら音源部は具体的にはスピーカにより構成する。二次音源部３２は、各スピーカが、周波数分割部１０で分割された周波数帯域の内の最も高い周波数帯域の音信号の制御に適したスピーカ間隔に配置、設定されている。ここで、この間隔のスピーカ配置を基本スピーカ配置と呼ぶ。
最も高い周波数帯域のフィルタ部２１1 の出力は、図示される通り、基本スピーカ配置の内のスピーカ間隔を最も密にして３２1 〜３２n の全部のスピーカに接続している。この最も高い周波数帯域の次に周波数の高い周波数帯域を処理するフィルタ部２１2 の出力は、基本スピーカ配置の内のスピーカ間隔を粗くして選択した複数個のスピーカに接続する。例えば、図示される通りに、基本スピーカ配置から一つ置きに隣り合うスピーカ３２1 、３２3 、３２5 ・・・、を選択することで、スピーカ間隔を１／２の粗にすることができる。この通りにして、処理すべき周波数帯域がより低い周波数帯域になるにつれて、スピーカ間隔がより粗となる複数個置きにスピーカを選択し、それぞれの周波数帯域毎のフィルタ部２１の出力を接続する。この実施例は、再生エリア上に音圧・音圧傾度センサを多数設置する余地のない場合に適用して好適な例であり、その代わりにスピーカを密に多数配列する。
【００１２】
図２を参照するに、これは簡単のために周波数帯域を２分割した場合について、７個のスピーカ３２1 〜３２7 より成る二次音源３２を用いて音場制御する場合を示す。ここにおいては、分割された周波数帯域の内の高い方の高周波数帯域の信号を制御するに、二次音源３２を構成する７個のスピーカ３２1 〜３２7 全てを用いている。そして、低い方の低周波数帯域の信号を制御するに、二次音源３２を構成する７個のスピーカ３２1 〜３２7 の内の白抜きで示される隣り合う一つ置きの４個のスピーカ３２1 、３２3 、３２5 、３２7 を用いている。ここで、音圧・音圧傾度センサ部４０に関して、一次音源３１を二次音源３２よりも遠方に配置することで、二次音源３２に用いる信号処理部２０のフィルタの因果性を満たすことができる。或いは、一次音源３１に遅延を持たせて信号を出力することに依っても、フィルタの因果性を満たすことができる。ここで、因果性を満たすとは、時刻０でパルスが入力される以前にフィルタに応答が存在しないことを意味する。
【００１３】
信号処理部２０を構成する各フィルタ部２１1 〜２１n には、音圧・音圧傾度センサ４３により検出出力された音圧と音圧傾度信号が入力される。具体的には、周波数分割部１０から供給される入力音信号Ｘ（ｔ）は、各フィルタ部２１1 〜２１n の持つフィルタ係数Ｗi（ｔ）と畳み込み演算処理を施され、その結果であるｙi（ｔ）が音響再生部３０に出力される。ただし、ｉは分割された周波数帯域の番号を示す。ここで、フィルタ係数Ｗi（ｔ）は、再生すべきエリアの境界に設置された音圧・音圧傾度センサ４３により観測された音圧を０とすると共に音圧傾度を０とする設定とされる。ここで、音圧・音圧傾度センサ４３設置点近傍における音圧が０、音圧傾度が０ということは、この近傍は無音であることを意味している。この設定方法の一例としては、音響再生部３０から出力された音を再生エリアの境界上に設置した音圧・音圧傾度センサ４３により観測し、その観測値を用いて次の出力に用いるフィルタ係数Ｗi（ｔ＋１）を求める方法がある。このフィルタ係数Ｗi（ｔ＋１）の更新には、一例として、MEFX-LMSアルゴリズム(Elliot et al."Amultiple error LMS algorithm and its application to active control of sound and vibration,"IEEE Trans.Acoust.Speech Signal Proc.,Vol.ASSP-35(10),pp.1423-1434,1987)を用いることができる。或いは、音響再生部３０の各二次音源部３２と、音圧・音圧傾度センサ部４０の各音圧・音圧傾度センサ間の音響伝達関数を予め求めて、この伝達関数から、一例として多点放射型音圧制御装置（特開昭６１−２１２９９６）により各音圧・音圧傾度センサ４３において音圧が０となる様にフィルタ係数Ｗi（ｔ）を求めておく方法もある。
【００１４】
各周波数帯域毎のフィルタ部２１のフィルタ係数Ｗi（ｔ）は、それぞれについて用いる二次音源部３２の数が異なるところから、周波数帯域毎に独立に求める。
分割され周波数帯域毎にＷi（ｔ）と畳み込まれた信号は、予め決められた二次音源部３２から出力されることで、音圧・音圧傾度センサ４３が配列される位置を境界とした特定の再生エリア内において、広い周波数帯域に亘って充分な音圧を持って再生される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例を説明するブロック図。
【図２】図１の実施例の一例を説明する図。
【符号の説明】
【００１６】
１０  周波数分割部                 ２０  信号処理部
２１1 〜２１n   フィルタ部          ３０  音響再生部
３１  一次音源部                   ３２  二次音源部
３２1 〜３２n   スピーカ             ４０  音圧・音圧傾度センサ部
４３  音圧・音圧傾度センサ
【図１】
2005142634.tif 000003
【図２】
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