(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピーカアレイを形成する複数のスピーカユニットの各々から出力される音波の合成波面が向う領域であるターゲットエリアを設定する設定手段と、
前記ターゲットエリアまたは前記ターゲットエリアの所定の評価面への透視射影像を評価対象エリアとし、前記複数のスピーカユニットの各々について、前記評価対象エリア内にて当該スピーカユニットから出力される音波が他のスピーカユニットから出力される音波よりも先に到達する領域の占める割合が各々予め定められた範囲内に収まるように各スピーカユニットへ与える遅延オーディオ信号の遅延量を算出する遅延量算出手段と、
を有することを特徴とする遅延量算出装置。
【請求項２】
前記遅延量算出手段は、前記割合が前記予め定められた範囲から大きく乖離しているスピーカユニットほど遅延の調整量を大きくする
ことを特徴とする請求項１に記載の遅延量算出装置。
【請求項３】
前記遅延量算出手段は、前記複数のスピーカユニットの各々についての前記予め定められた範囲からの前記割合のばらつきが小さいほど、前記割合が前記予め定められた範囲から乖離しているスピーカユニットに与える遅延オーディオ信号の遅延の調整量を小さくする
ことを特徴とする請求項１に記載の遅延量算出装置。
【請求項４】
前記遅延量算出手段は、前記評価対象エリアをメッシュに切って得られる各格子点、または、前記ターゲットエリアの所定の評価面への透視射影像をメッシュに切って得られる各格子点を前記ターゲットエリアに投影して得られる投影点、の何れかを評価点とし、それら評価点の各々について前記複数のスピーカユニットの何れから出力される音波が最も早く到達するかを特定することで、前記複数のスピーカユニットの各々について前記評価対象エリア内にて当該スピーカユニットから出力される音波が他のスピーカユニットから出力される音波よりも先に到達する領域の占める割合を求める
ことを特徴とする請求項１に記載の遅延量算出装置。
【請求項５】
前記ターゲットエリアの重心を通り、かつ、前記アレイ面の中心を中心とする球面を前記評価面とする
ことを特徴とする請求項４に記載の遅延量算出装置。
【請求項６】
前記合成波面の表す音により前記評価対象エリア内に形成させる音圧分布に応じて評価点を分布させる
ことを特徴とする請求項４に記載の遅延量算出装置。
【請求項７】
前記遅延量算出手段は、
前記複数のスピーカユニットの他に１または複数の仮想スピーカユニットを想定した場合の前記複数のスピーカユニットの各々および前記１または複数の仮想スピーカユニットの各々についての前記割合が各々予め定められた範囲内に収まるように前記複数のスピーカユニットの各々へ与える遅延オーディオ信号の遅延量を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の遅延量算出装置。
【請求項８】
コンピュータ装置を、
スピーカアレイを形成する複数のスピーカユニットの各々から出力される音波の合成波面が向う領域であるターゲットエリアを設定する設定手段と、
前記ターゲットエリアまたは前記ターゲットエリアの所定の評価面への透視射影像を評価対象エリアとし、前記複数のスピーカユニットの各々について、前記評価対象エリア内にて当該スピーカユニットから出力される音波が他のスピーカユニットから出力される音波よりも先に到達する領域の占める割合が各々予め定められた範囲内に収まるように各スピーカユニットへ与える遅延オーディオ信号の遅延量を算出する遅延量算出手段と、
して機能させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のスピーカユニットからなるスピーカアレイの指向性制御を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のスピーカアレイシステムの一例としては、遅延アレイ方式のものが挙げられる（例えば、特許文献１）。遅延アレイ方式のスピーカアレイシステムでは、スピーカアレイを形成する複数のスピーカユニットの各々に与えるオーディオ信号の遅延時間差を適宜調整することで、スピーカアレイから出力される音波の指向性制御が実現される。ここで、スピーカアレイから出力される音波の指向性制御とは、各スピーカユニットから出力される音波の合成波面の進行方向やその合成波面の広がり具合の制御のことである。特許文献１に開示された技術では、以下のようにして、上記指向性制御が実現される。まず、水平方向の制御のための第１の遅延処理を入力オーディオ信号ＩＮ１０に施し、スピーカユニット列ＳＰ（ｉ、１）（ｉ＝１〜ｍ）、ＳＰ（ｉ、２）（ｉ＝１〜ｍ）、…ＳＰ（ｉ，ｎ）（ｉ＝１〜ｍ）の各々に対応付けられたｎ個の第１遅延オーディオ信号を生成する。次に、垂直方向の制御のための第２の遅延処理をｎ個の第１遅延オーディオ信号の各々に施し、これにより得られるｎ×ｍ個の第２遅延オーディオ信号をスピーカユニットＳＰ（ｉ，ｊ）（ｉ＝１〜ｍ，ｊ＝１〜ｎ）に供給する。
【０００３】
合成波面の進行方向を指定する手法の一例としては、垂直方向および水平方向のステアリング角度により指定する態様が挙げられる。すなわち、スピーカアレイのアレイ面の法線方向をｚ軸、鉛直方向（垂直方向）をｙ軸、ｚ軸およびｙ軸の両者に直交する方向（すなわち、水平方向）をｘ軸とした場合に、合成波面の進行方向をｚ軸からｘ軸へ向う回転方向の角度（水平方向のステアリング角度）とｚ軸からｙ軸へ向う回転方向の角度（垂直方向のステアリング角度）で表す態様である。この態様によれば、合成波面の進行方向を「水平方向については左へα度ステアリングさせ、垂直方向については下へβ度ステアリングさせた方向」と表すことができ、直感的に判り易いといった特徴がある。
【０００４】
例えば、図７（Ａ）に示すように４つのスピーカユニットＳＰ（ｉ，ｊ）（ｉ＝１〜２、ｊ＝１〜２）を水平方向および垂直方向に２行２列に配列してなるスピーカアレイについて、図７（Ｂ）に示すように、水平方向のステアリング角度αと垂直方向のステアリング角度βが指定された場合、これら２つのステアリング角度で表される進行方向へ進む合成波面を形成するには、各スピーカユニットＳＰ（ｉ，ｊ）に与えるオーディオ信号の遅延時間差が以下のようになるよう制御すれば良い。
【０００５】
水平方向で互いに隣り合うスピーカユニット（例えば、スピーカユニットＳＰ（１，１）とスピーカユニットＳＰ（１，２））については、各々から出力される音波の経路差に応じた遅延時間差を有するオーディオ信号を与えるようにすれば良い。例えば、スピーカユニットＳＰ（１，１）に与えるオーディオ信号を基準にすると、スピーカユニットＳＰ（１，２）に与えるオーディオ信号にはスピーカユニットＳＰ（１，１）との経路差（Ｄｘｓｉｎα：図７（Ｂ）参照）に応じた遅延を付与すれば良い。また、垂直方向で互いに隣り合うスピーカユニット（例えば、スピーカユニットＳＰ（１，１）とスピーカユニットＳＰ（２，１））についても同様に、スピーカユニットＳＰ（２，１）に与えるオーディオ信号には、スピーカユニットＳＰ（１，１）との経路差（Ｄｙｓｉｎβ：図７（Ｂ）参照）に応じた遅延を付与すれば良い。そして、スピーカユニットＳＰ（２，２）に関しては、スピーカユニットＳＰ（１，２）との経路差がＤｙｓｉｎβであり、スピーカユニットＳＰ（１，２）とスピーカユニットＳＰ（１，１）の経路差はＤｘｓｉｎαであるから、これら経路差の和（Ｄｘｓｉｎα＋Ｄｙｓｉｎβ）に応じた遅延を付与したオーディオ信号を与えれば良い。
【特許文献１】特開２００６−２１１２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、合成波面の進行方向を水平方向および垂直方向のステアリング角度で指定し、図７（Ｂ）に示す経路差に応じた遅延を付与して指向性制御を行う態様では、スピーカアレイを構成する複数のスピーカユニットの一部がそれらステアリング角度で指定された方向へ進む合成波面の形成に有効に寄与しないといった問題が生じる場合がある。例えば、図７（Ａ）に示すスピーカアレイにおいて、Ｄｘ＝Ｄｙ＝Ｄであり、α＝β＝４５°である場合には、スピーカユニットＳＰ（２，２）についての遅延がスピーカユニットＳＰ（１，２）やスピーカユニットＳＰ（２，１）についての遅延に比較して大きくなりすぎ（図７（Ｃ）参照）、このことが上記問題を生じさせるのである。
本発明は上記の問題点に鑑みて為されたものであり、スピーカアレイを構成する全てのスピーカユニットを、ユーザにより指定された領域に向って進む合成波面の形成に寄与させることを可能にする技術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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、スピーカアレイを形成する複数のスピーカユニットの各々から出力される音波の合成波面が向う領域であるターゲットエリアを設定する設定手段と、前記ターゲットエリアまたは前記ターゲットエリアの所定の評価面への透視射影像を評価対象エリアとし、前記複数のスピーカユニットに各々ついて、前記評価対象エリア内にて当該スピーカユニットから出力される音波が他のスピーカユニットから出力される音波よりも先に到達する領域の占める割合が各々予め定められた範囲内に収まるように各スピーカユニットへ与える遅延オーディオ信号の遅延量を算出する遅延量算出手段とを有することを特徴とする遅延量算出装置、およびコンピュータ装置を上記各手段として機能させることを特徴とするプログラムを提供する。このような遅延量算出装置およびプログラムによれば、スピーカアレイを形成する複数のスピーカユニットの各々の担当割合が予め定められた割合となるように、ターゲットエリアに向けて進む合成波面の形成に寄与させることが可能になる。
【０００８】
具体的には、前記遅延量算出装置の遅延量算出手段は、（Ａ）前記評価対象エリアをメッシュに切って得られる各格子点、または（Ｂ）前記ターゲットエリアの所定の評価面への透視射影像をメッシュに切って得られる各格子点を前記ターゲットエリアに投影して得られる投影点、の何れかを評価点とし、それら評価点の各々について前記複数のスピーカユニットの何れから出力される音波が最も早く到達するかを特定することで、前記複数のスピーカユニットの各々について前記評価対象エリア内にて当該スピーカユニットから出力される音波が他のスピーカユニットから出力される音波よりも先に到達する領域の占める割合を求めることを特徴とする。なお、上記評価面としては、ターゲットエリアの重心を通り、かつ、前記アレイ面の中心を中心とする球面を用いることが考えられる。また、前記合成波面の表す音により前記評価対象エリア内に形成させる音圧分布に応じて評価点を分布させるようにしても良い。例えば、音圧分布を高くしたい部分ほど評価点の密度が高くなるようにすれば良い。
【０００９】
また別の好ましい態様においては、前記遅延量算出手段は、前記複数のスピーカユニットの他に１または複数の仮想スピーカユニットを想定した場合の前記複数のスピーカユニットの各々および前記１または複数の仮想スピーカユニットの各々についての前記割合が各々予め定められた範囲内に収まるように前記複数のスピーカユニットの各々へ与える遅延オーディオ信号の遅延量を算出することを特徴とする。
【００１０】
また別の好ましい態様においては、前記遅延量算出装置の遅延量算出手段は、前記割合が前記予め定められた範囲から大きく乖離しているスピーカユニットほど遅延の調整量を大きくすることを特徴とする。このような態様によれば、各スピーカユニットが担当する割合を予め定められた範囲内の値に速やかに収束させることが可能になる。
【００１１】
さらに別の好ましい態様においては、前記遅延量算出装置の前記複数のスピーカユニットの各々についての前記予め定められた範囲からの前記割合のばらつきが小さいほど、前記割合が前記予め定められた範囲から乖離しているスピーカユニットに与える遅延オーディオ信号の遅延の調整量を小さくすることを特徴とする。このような態様によれば、各スピーカユニットが担当する割合を予め定められた範囲内の値に速やかに収束させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
（Ａ：構成）
図１は、本発明の一実施形態であるスピーカアレイシステム２０００の構成例を示す図である。このスピーカアレイシステム２０００は、所謂遅延アレイ方式のスピーカアレイシステムである。図１に示すように、スピーカアレイシステム２０００は、スピーカアレイ２１００、遅延手段２２００、増幅手段２３００、ユーザインタフェイス（以下、「ＵＩ」）提供手段２４００および制御手段２５００を有している。
【００１３】
スピーカアレイ２１００は、スピーカユニット２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ：Ｎは２以上の自然数）を、各々のスピーカ軸が互いに平行になるように（すなわち、平面状のバッフル面を形成するよう）に並べて構成されている。図１に示すスピーカアレイシステム２０００では、各スピーカユニット２１１０−ｉから出力される音波の同時刻における波面の包絡面により一定の進行方向へ伝播する合成波面が形成される。スピーカユニット２１１０−ｉとしては、例えばコーン型スピーカなどの広い指向性を有するスピーカを用いれば良い。スピーカアレイ２１００の構成態様としては、同一の音響特性を有するスピーカユニットのみで構成する態様や、音響特性の異なる（例えば、出力音域が異なる）複数種のスピーカユニットを組み合わせて構成する態様が考えられる。同一の音響特性を有するスピーカユニットのみで構成する態様であれば、図２（Ａ）に示すように、各スピーカユニットをマトリクス状に配列してスピーカアレイ２１００を構成すれば良い。一方、音響特性の異なる複数種のスピーカユニットを組み合わせて構成する態様であれば、例えば図２（Ｂ）に示すように、高音域をサポートする小型のスピーカユニットをマトリクス状に配列した周囲に低音域をサポートする大型のスピーカユニットを配列してスピーカアレイ２１００を構成すれば良い。なお、図２（Ｂ）に示すように、サポートする音域の異なる複数種のスピーカユニットを組み合わせてスピーカアレイ２１００を構成する態様においては、各スピーカユニットの再生帯域の少なくとも一部が互いに重なり合っていることが好ましい。
【００１４】
遅延手段２２００は、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）である。遅延手段２２００は、音源１０００から与えられる入力オーディオ信号ＩＮ１０に遅延処理を施して遅延オーディオ信号Ｘ１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を生成する。ここで、音源１０００から与えられる入力オーディオ信号ＩＮ１０がアナログ信号である場合には、Ａ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換して遅延手段２２００に与えれば良い。本実施形態では、上記遅延処理として所謂１タップディレイ処理が実行される。この１タップディレイ処理は、複数のシフトレジスタを用いて実施される態様であっても良く、また、ＲＡＭ（Random Access Memory）を用いて実施される態様であっても良い。例えば、ＲＡＭを用いた態様であれば、入力オーディオ信号ＩＮ１０を上記ＲＡＭへ書き込み、その書き込みを行った時から、スピーカユニット２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の各々に対応する遅延に応じた時間が経過した時にＲＡＭから入力オーディオ信号ＩＮ１０を読み出し、遅延オーディオ信号Ｘ１０−ｉとして増幅手段２３００に与える処理を遅延手段２２００に実行させるようにすれば良い。このように本実施形態では、遅延オーディオ信号Ｘ１０−ｉの各々を１タップディレイ処理により生成するため、ＦＩＲ（Finite Impulse
Response）型の処理で上記遅延オーディオ信号を生成する場合に比較して小規模なＤＳＰで遅延手段２２００を構成することができる。
【００１５】
増幅手段２３００は、図１に示すように、スピーカユニット２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の各々に対応する乗算器２３１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を含んでいる。乗算器２３１０−ｉには、遅延オーディオ信号Ｘ１０−ｉが遅延手段２２００から与えられる。乗算器２３１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の各々は、遅延手段２２００から与えられた遅延オーディオ信号Ｘ１０−ｉに所定の係数（制御手段２５００から与えられる係数）を乗算して出力することにより、その遅延オーディオ信号Ｘ１０−ｉの信号レベルをスピーカ駆動に適したレベルまで増幅する。増幅手段２３００から出力される遅延オーディオ信号Ｘ１０−ｉの各々は、Ｄ／Ａ変換器（図１では図示略）によってアナログオーディオ信号に変換され、対応するスピーカユニット２１１０−ｉに与えられる。また、サイドローブを押えるためのシェーディング処理を施す場合には、乗算器２３１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の各々を用いて矩形窓やハニング窓を用いた窓関数処理を各遅延オーディオ信号Ｘ１０−ｉに施すようにすれば良い。
【００１６】
ＵＩ提供手段２４００は、例えば液晶ディスプレイなどの表示装置とマウスなどの入力装置とを含んでいる。このＵＩ提供手段２４００は、遅延量演算にて使用する各種情報をユーザに入力させるためのものである。ここで、遅延量演算に使用する情報としては、アレイ情報とエリア情報とが挙げられる。アレイ情報の一例としては、スピーカアレイ２１００が設置される空間内に３次元座標（アレイ面の法線方向をｚ軸、垂直方向をｙ軸、水平方向をｘ軸とする３次元座標：図３参照）を想定した場合に、スピーカアレイ２１００のアレイ面の中心が位置する座標や、スピーカアレイ２１００を構成するスピーカユニット２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の各々の配置位置を示す座標などが挙げられる。ＵＩ提供手段２４００を介して入力されるアレイ情報は、図１に示すように、アレイ情報２５２０ｂとして不揮発性メモリ２５２０に格納される。
【００１７】
一方、エリア情報とは、スピーカユニット２１１０−ｉの各々から出力される音波の合成波面が向う領域であるターゲットエリアを示す情報（例えば、ターゲットエリアの重心の座標や、形状、大きさ等を表す情報）である。ターゲットエリアをユーザに設定させる態様としては種々のものが考えられる。例えば、図３に示す仮想３次元座標空間を上記表示装置に表示させ、マウスなどの入力装置を用いてその仮想３次元空間内にターゲットエリアを描画させることで、ターゲットエリアをユーザに設定させる態様が考えられる。また、ターゲットエリアの重心の座標や、形状、大きさ等を表す数値を入力させることでターゲットエリアをユーザに設定させる態様であっても良い。図３では、矩形状のターゲットエリアを設定する場合について例示されているが、一定の形状を有する閉領域であれば、その形状はどのようなものであっても良い。このようにＵＩ提供手段２４００は、ターゲットエリアをユーザに設定させる設定手段として機能する。図１に示すように、ＵＩ提供手段２４００はユーザにより設定されたターゲットエリアを表すエリア情報ＡＩ１０を制御手段２５００に与える。本実施形態では、エリア情報ＡＩ０１の表すターゲットエリアに基づいて遅延オーディオ信号Ｘ１０−ｉの遅延量の評価（算出）が行われるため、上記ターゲットエリアのことを「評価対象エリア」とも呼ぶ。
【００１８】
制御手段２５００は、エリア情報ＡＩ１０の表す評価対象エリアに基づいて各遅延オーディオ信号Ｘ１０−ｉの遅延量を算出する遅延量算出処理を実行し、その算出結果である遅延量を遅延手段２２００に与える処理を実行する。制御手段２５００は、図１に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２５１０と、例えばＦｌａｓｈＲＯＭなどの不揮発性メモリ２５２０と、ＲＡＭなどの揮発性メモリ２５３０とを含んでいる。不揮発性メモリ２５２０にはアレイ情報２５２０ｂが格納される他、スピーカアレイシステム２０００の特徴を顕著に示す遅延量算出処理をＣＰＵ２５１０に実行させる制御プログラム２５２０ａが予め格納されている。一方、揮発性メモリ２５３０は、制御プログラム２５２０ａを実行する際のワークエリアとしてＣＰＵ２５１０によって利用される。
以上がスピーカアレイシステム１の構成である。
【００１９】
（Ｂ：動作）
次いで制御手段２５００のＣＰＵ２５１０が制御プログラム２５２０ａにしたがって実行する遅延量算出処理について説明する。
図４は、遅延量算出処理の流れを示すフローチャートである。
図４に示すように、ＣＰＵ２５１０は、まず、スピーカユニット２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の各々に与える遅延オーディオ信号Ｘ１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の遅延量を表す遅延量データＤ１０（ｉ）（ｉ＝１〜Ｎ）の初期値を揮発性メモリ２５３０に書き込む（ステップＳ１００）。このステップＳ１００にて揮発性メモリ２５３０に書き込む遅延量データＤ１０（ｉ）（ｉ＝１〜Ｎ）の初期値としては種々のものを用いることが考えられる。例えば、各スピーカユニット２１１０−ｉから出力される音波により概ね評価対象エリアへ向けて伝播する合成波面を特許文献１に開示された手法により形成する際の遅延量を表す値や、評価対象エリアの中心に焦点を形成するような遅延量を表す値、スピーカアレイ２１００の中心から評価対象エリアの中心へ向う方向の無限遠に焦点を形成するような遅延量を表す値を上記初期値として用いることが考えられる。また、上記初期値として一定の固定値を用いても勿論良い。本実施形態に係る遅延量算出処理では、上記のように適宜初期設定された遅延量データＤ１０（ｉ）（ｉ＝１〜Ｎ）が以下のステップＳ１１０からＳ１５０の処理によって最適化され、遅延手段２２００に設定される。
【００２０】
ステップＳ１１０では、ＣＰＵ２５１０は、揮発性メモリ２５３０に格納されている遅延量データＤ１０（ｉ）（ｉ＝１〜Ｎ）を遅延手段２２００に設定した場合の最早到達スピーカユニット分布を算出する。ここで、最早到達スピーカユニット分布とは、評価対象エリア内における各スピーカユニット２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の担当領域の分布のことであり、担当領域とは、そのスピーカユニット２１１０−ｉから出力される音波が他のスピーカユニットから出力される音波よりも先に到達する評価対象エリア内の領域のことである。この最早到達スピーカユニット分布は以下のようにして算出される。
【００２１】
ＣＰＵ２５１０は、まず、評価対象エリアをｘ軸方向およびｚ軸方向に等間隔なメッシュを切り、図３に示すように、各格子点を評価点とする。次いで、これら評価点の各々に関して、スピーカユニット２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）のうちの何れから出力される音波が最も早く到達するのかを特定する。以下、ある評価点に対して、最も早く出力音波が到達するスピーカユニットのことを「最早到達スピーカユニット」と呼ぶ。例えば、評価対象エリア上の評価点Ｑについての最早到達スピーカユニットの特定は、スピーカユニット２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の各々について以下の数１に示す値Ｔｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を演算し、それらＮ個のＴｉのうち最小となるもののインデックスｉを特定することで実現される。なお、数１において、Ｄ１０（ｉ）はスピーカユニット２１１０−ｉに与える遅延オーディオ信号Ｘ１０−ｉの遅延量を表す遅延量データである。また、数１の｜Ｑ−ＳＰ（ｉ）｜は、評価点Ｑとスピーカユニット２１１０−ｉとの間の距離であり、評価点Ｑの座標とアレイ情報２５２０ｂの表すスピーカユニット２１１０−ｉの座標とから算出される。そして、数１のｃは音速である。つまり、数１の右辺第１項は、スピーカアレイシステム２０００に音源１０００からオーディオ信号ＩＮ１０が入力されてからそのオーディオ信号に応じた音がスピーカユニット２１１０−ｉから出力されるまでの所要時間を表し、同右辺第２項は、スピーカユニット２１１０−ｉから出力される音波が評価点Ｑへ到達するまでの所要時間を表す。
【数１】
0005195018.tif 000002
【００２２】
評価対象エリア上の全ての評価点についての最早到達スピーカユニットの特定が完了すると、ＣＰＵ２５１０は、スピーカユニット２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の各々について、そのスピーカユニット２１１０−ｉが最早到達スピーカユニットとなっている評価点の数を集計する。前述したように、本実施形態では、評価点は評価対象エリア上にｘ軸方向およびｚ軸方向に等間隔に設けられているので、スピーカユニット２１１０−ｉが最早到達スピーカユニットとなっている評価点の数を評価対象エリア内の評価点の総数で除算して得られる値は、そのスピーカユニット２１１０−ｉについての評価対象エリア全体に占める担当領域の面積の割合にほぼ一致することになる。このようにして、スピーカユニット２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の各々についての評価対象エリア全体に占める担当領域の割合が算出されるのである。
【００２３】
次いで、ＣＰＵ２５１０は、ステップＳ１１０にて算出した担当領域の割合が所定の範囲内に収まっていないスピーカユニットがあるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。ここで、上記所定の範囲の定め方は種々考えられるが、本実施形態では、評価対象エリア全体の面積（あるいは、その評価対象エリア内の評価点の総数）をスピーカユニット２１１０−ｉの個数で除算して得られる値を中心とした±数パーセントの範囲が用いられている。これは、評価対象エリアをスピーカユニット２１１０−ｉの各々に均等に担当させるためである。なお、上記±数パーセントの範囲については、合成波面の進行方向や広がり具合について要求される精度と遅延量演算に要する時間の長さに応じて適宜定めるようにすれば良い。そして、ＣＰＵ２５１０は、ステップＳ１２０の判定結果が“Ｎｏ”である場合（すなわち、全てのスピーカユニットについてその担当領域の割合が予め定められた範囲内に収まっている場合）には、後述するステップＳ１６０の処理を実行して本遅延量算出処理を終了する。逆に、ステップＳ１２０の判定結果が“Ｙｅｓ”である場合には、ＣＰＵ２５１０は、該当スピーカユニットについての担当領域の割合が上記所定の範囲を超えて大きすぎるのか否かを判定する（ステップＳ１３０）。
【００２４】
ＣＰＵ２５１０は、ステップＳ１３０の判定結果が“Ｙｅｓ”である場合（すなわち、該当スピーカユニットについての担当領域の割合が大きすぎる場合）には、揮発性メモリ２５３０に格納されている遅延量データＤ１０（ｉ）を所定の調整量ΔＤ分だけ増加させ（ステップＳ１４０）、逆に、ステップＳ１３０の判定結果が“Ｎｏ”である場合には、同遅延量データＤ１０（ｉ）をΔＤ分だけ減少させる（ステップＳ１５０）。ここで、評価対象エリア全体に占める担当領域の割合が大きすぎる場合には遅延量データＤ１０（ｉ）を増加させ、その逆の場合には、遅延量データＤ１０（ｉ）を減少させる理由は以下の通りである。
【００２５】
前述したように、スピーカシステム２０００へオーディオ信号ＩＮ１０が入力された時点を基準として各スピーカユニット２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）から出力される音波が評価点Ｑへ到達するまでに要する所要時間Ｔｉは前掲数１で表される。ここで、その評価点Ｑについての最早到達スピーカユニットがｋ番目のスピーカユニット（すなわち、スピーカユニット２１１０−ｋ）であり、かつ、そのスピーカユニット２１１０−ｋについて評価対象エリア全体に占める担当領域の割合が多すぎる場合には、そのスピーカユニット２１１０−ｋに与えるべき遅延オーディオ信号Ｘ１０−ｋの遅延量データＤ１０−ｋをΔＤ分だけ増加させる処理（ステップＳＡ１４０）が実行される。その結果、スピーカユニット２１１０−ｋについての上記所要時間ＴｋはΔＤ分だけ増加する。
【００２６】
上記のようにして遅延量データＤ１０−ｋが更新され、スピーカユニット２１１０−ｋから出力される音波が評価点Ｑまでに到達する所要時間に変化が生じると、かかる更新後においても、スピーカユニット２１１０−ｋが評価点Ｑについての最早到達スピーカユニットであるとは限らない。例えば、スピーカユニット２１１０−ｋの次に数１に示す所要時間の値が小さかったスピーカユニットがｊ（ｊ≠ｋ）番目のスピーカユニット（すなわち、スピーカユニット２１１０−ｊ）であり、その所要時間ＴｊがＴｋ＜Ｔｊ＜Ｔｋ＋ΔＤの関係を満たす場合には、スピーカユニット２１１０−ｋに代わってスピーカユニット２１１０−ｊが評価点Ｑについての最早到達スピーカユニットとなる。このように、遅延量データＤ１０（ｉ）を増加させると、その遅延量データＤ１０（ｉ）により遅延量が表される遅延オーディオ信号Ｘ１０−ｉが入力されるスピーカユニット２１１０−ｉの担当する評価点の数（すなわち、評価対象エリア全体に占める担当領域の割合）は減少し予め定められた範囲内の値に近づくのである。逆に、遅延量データＤ１０（ｉ）を減少させれば評価対象エリア全体に占める担当領域の割合が増加することは以上の説明から明らかである。以上が、評価対象エリア全体に占める担当領域の割合が大きすぎる場合には遅延量データＤ１０（ｉ）を増加させ、その逆の場合には、遅延量データＤ１０（ｉ）を減少させる理由である。
【００２７】
遅延量データＤ１０（ｉ）の調整量ΔＤについては、常に固定の値を用いても良いし、上記予め定められた範囲に対する超過分（または不足分）に応じた値（例えば、上記予め定められた範囲の中心からの乖離が大きくなるほど大きくなる値）であっても良い。例えば、上記超過分（あるいは不足分）の大きさが｜Ｒ｜で表される場合には、以下の数２に示す要領でΔＤを演算すれば良い。なお、数２において、αは所定の比例定数である。
【数２】
0005195018.tif 000003
【００２８】
ステップＳＡ１４０またはステップＳ１５０の処理を行った後、ＣＰＵ２５１０は、ステップＳ１１０の処理を再度実行する。したがって、ステップＳ１２０の判定結果が“Ｎｏ”になるまで（すなわち、全てのスピーカユニット２１１０−ｉについて、評価対象エリア全体に占める担当領域の割合が所定の範囲内に収まるまで）、上記ステップＳ１４０またはステップＳ１５０の処理が繰り返し実行される。
【００２９】
そして、ステップＳ１２０の判定結果が“Ｎｏ”になると、ＣＰＵ２５１０は、揮発性メモリ２５３０に格納されている遅延量データＤ１０（ｉ）（ｉ＝１〜Ｎ）の各々をそれらのうちの最小のものを減算した値に更新し、遅延手段２２００に設定する処理を実行し（ステップＳ１６０）、本遅延量算出処理を終了する。ここで、揮発性メモリ２５３０に格納されている遅延量データＤ１０（ｉ）（ｉ＝１〜Ｎ）の各々からそれらのうちの最小のものを減算し、その減算後の値を各スピーカユニット２１１０−ｉに与える遅延オーディオ信号Ｘ１０−ｉの遅延量として遅延手段２２００に設定するのは、全体の遅延量を減少させるとともに、遅延量が負の値になることを避けるためである。
【００３０】
上記のようにして各スピーカユニット２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）に対応する遅延量の設定が完了すると、以降、音源１０００から与える入力オーディオ信号ＩＮ１０に上記遅延量に応じた遅延を付与して遅延オーディオ信号Ｘ１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を生成し出力する処理が遅延手段２２００によって実行され、これら遅延オーディオ信号Ｘ１０−ｉに応じた音が各スピーカユニット２１１０−ｉから出力される。このようにして各スピーカユニット２１１０−ｉから出力される音波によって、所定の波面（一般には非球面状の波面）を有し評価対象エリアに向けて伝播する合成波面が形成される。
【００３１】
例えば、図５に示すように３６個のスピーカユニット（スピーカユニット２１１０−１〜２１１０−３６）を配列してなるスピーカアレイ２１００に関して従来の遅延アレイ方式の制御では、以下のようにして各スピーカユニットへ与える遅延オーディオ信号の遅延量の算出が行われていた。すなわち、図６（Ａ）に示すように、破線で示すターゲットエリアに対してそのターゲットエリアを被覆するようにアレイ面を投影し、その投影像にて各スピーカユニット２１１０−ｍ（ｍ＝１〜３６）から出力される音波の目標到達点ＳＰ１〜ＳＰ３６を定め、スピーカユニット２１１０−ｍとその目標到達点ＳＰｍとを結んだ経路の経路差に応じて各スピーカユニット２１１０−ｍ（ｍ＝１〜３６）に与える遅延オーディオ信号の遅延量が算出されていた。図６（Ａ）では、このようにして遅延量を定めた場合の各スピーカユニット２１１０−ｍ（ｍ＝１〜３６）についての担当領域が符号Ｒｍ（ｍ＝１〜３６）で示されている。この図６（Ａ）を参照すれば明らかように、スピーカユニット２１１０−９や２１１０−１２については遅延量が大きすぎて担当領域が存在していない。つまり、スピーカユニット２１１０−９や２１１０−１２は、上記ターゲットエリアに対する波面の形成に寄与していないのである。これに対して図６（Ｂ）は本実施形態にかかる手法により算出された遅延量を有する遅延オーディオ信号を上記各スピーカユニットに与えた場合の各スピーカユニット２１１０−ｍの担当領域の分布を示す図である。図６（Ｂ）と図６（Ａ）とを対比すれば明らかように、本実施形態によれば、全てのスピーカユニットが評価対象エリアに向って進行する合成波面の形成に寄与する。本実施形態では、評価対象エリアはターゲットエリアそのものであるため、全てのスピーカユニットがターゲットエリアに向って進行する合成波面の形成に寄与するのである。
【００３２】
以上に説明したように、本実施形態によれば、各スピーカユニット２１１０−ｉから出力される音波によって形成される合成波面の指向性をターゲットエリアの位置や形状を介して直感的に調整することが可能であり、各スピーカユニット２１１０−ｉから出力される音波がどの方向に伝播すべきかを遅延量計算に先立って予め計算する必要はない。また、従来は、各スピーカユニット２１１０−ｉから出力される音波が所定の方向に伝播するように各スピーカユニットに与える遅延オーディオ信号の遅延量を調整しても、実際には意図した方向に伝播する合成波面の形成に寄与しないスピーカユニットがあるなどの問題が生じたが、本実施形態によれば、前述したようにスピーカユニット２１１０−ｉに与える遅延オーディオ信号Ｘ１０−ｉの遅延量データＤ１０（ｉ）を各スピーカユニット２１１０−ｉの担当領域が均等になるように定めることによって、スピーカアレイ２１００を構成する全てのスピーカユニット２１１０−ｉをユーザが意図した方向に伝播する合成波面の形成に寄与させることが可能なる。また、本実施形態によれば、スピーカアレイ２１００を構成する各スピーカユニット２１１０−ｉがターゲットエリアに向う合成波面の形成に寄与するため、複数のスピーカユニット２１１０−ｉの各々から出力される音波が各評価点へ到達する際の遅延時間差が小さくなり、その評価点における波面を強めることもできる。さらに、本実施形態に係るスピーカアレイシステム１の遅延手段２２００で実行される遅延処理は１タップディレイ処理であるため、遅延手段２２００を小規模なＤＳＰで構成することが可能であり、スピーカシステム１の構成が簡素になるといった特徴もある。
【００３３】
（Ｃ：変形）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、かかる実施形態に以下に述べる変形を加えても勿論良い。
（１）上述した実施形態では、複数のスピーカユニットを平面状のバッフル面を形成するように配列して構成した２次元スピーカアレイに本発明を適用したが、複数のスピーカユニットを曲面状のバッフル面を形成するように配列して構成したスピーカアレイに本発明を適用しても勿論良い。
【００３４】
（２）上述した実施形態では、スピーカアレイ２１００を構成する各スピーカユニット２１１０−ｉの担当領域が均等になるようにしたが、スピーカユニット毎に担当領域の広さを異ならせても勿論良い。具体的には、スピーカユニットの種類やスピーカアレイ上での配置位置に応じて担当領域の広さを異ならせても良く、また、配置間隔が広いスピーカユニットほど担当領域を広くするなどスピーカユニットの配置条件に応じて担当領域の広さを異ならせても良い。このようなことは、スピーカユニット毎にその担当領域が評価対象エリア全体に占める割合をユーザに指定させ、各スピーカユニットについてステップＳ１１０にて算出される担当領域の割合がその指定割合を中心とした範囲内に収まっているか否かをステップＳ１３０にて判定するようにすれば良い。また、上記範囲の幅についてもユーザに指定させるようにしても良い。上記範囲の幅を狭く指定すれば、各スピーカユニットについてその担当領域が評価対象エリア全体に占める割合を上記指定割合に近い値に収束させることが可能である一方、その収束までに要する演算時間（すなわち、ステップＳ１３０の判定結果が“Ｎｏ”になるまでに要する時間）は長くなる。逆に、上記範囲の幅を広く指定すれば、上記演算時間を短くすることができる反面、各スピーカユニットについてその担当領域が評価対象エリア全体に占める割合の指定割合からのばらつきが大きくなる。
【００３５】
（３）上述した実施形態では、遅延量データＤ１０（ｉ）を調整する際の調整量ΔＤとして固定の値を用いる場合と、スピーカユニット２１１０−ｉについての担当領域が評価対象エリア全体に占める割合の超過分（または不足分）Ｒに応じて定まる値（数２参照）を用いる場合について説明した。しかし、この手法以外で遅延量データＤ１０（ｉ）の算出を行っても良い。例えば、前掲図４に示すステップＳ１１０からＳ１４０（あるいはＳ１５０）の処理を繰り返し実行する過程で複数のスピーカユニットの各々についての予め定められた範囲からの上記担当領域の割合のばらつきが小さくなるほど（例えば、担当領域の割合が上記予め定められた範囲に収まっていないスピーカユニットの数が少なくなるほど）、遅延量を調整する際の調整量ΔＤを小さくすれば良い。例えば、上記調整量ΔＤとして数２にしたがって演算される値を用いる場合には、前掲図４に示すステップＳ１１０からＳ１４０（あるいはＳ１５０）の処理を実行する毎に比例定数αの値を小さくすれば良い。このようにすることで、適応フィルタの収束を速めることができることと同様に、各スピーカユニット２１１０−ｉについての担当領域の割合が予め定められた範囲に収まるようになるまでに要する処理時間を短縮することが可能になる。
【００３６】
（４）上述した実施形態では、スピーカアレイ２１００を形成する複数のスピーカユニット２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の各々について評価対象エリア全体に占める担当領域の割合を計算し、各スピーカユニット２１１０−ｉに与える遅延オーディオ信号Ｘ１０−ｉの遅延量を求めた。しかし、実際にはスピーカアレイに存在しないダミーのスピーカユニット（以下、仮想スピーカユニット）を想定し、その仮想スピーカユニットにも担当領域を割り当てて各スピーカユニットに与える遅延オーディオ信号の遅延量を計算しても良い。また、この場合、最小の遅延量をゼロにする処理（図４のステップＳ１６０の処理）では、現実に存在するスピーカユニットに与える遅延オーディオ信号の遅延量のみを処理対象にすれば良い。このような仮想スピーカユニットを用いて遅延量の計算を行うことで各スピーカユニットの担当領域の割り当てをより整然としたものにすることができる。
【００３７】
（５）上述した実施形態では、ターゲットエリアそのものを評価対象エリアとし、その評価対象エリアを等間隔のメッシュに切って得られる各格子点を評価点とした。しかし、ターゲットエリアの所定の面（以下、評価面）への透視射影像を評価対象エリアとし、その評価対象エリアをメッシュに切って評価点を設け、それら評価点を用いて前掲図４に示す処理を実行して各スピーカユニット２１１０−ｉに与える遅延オーディオ信号Ｘ１０−ｉの遅延量データＤ１０（ｉ）を算出しても良い。このような評価面の一例としては、ターゲットエリアの重心を通り、かつ、スピーカアレイ２１００のバッフル面の中心を中心とする球面や、ターゲットエリアを含む平面をｘ、ｙまたはｚ軸の１乃至は３つの軸方向に少し傾けた平面を用いることが考えられる。
【００３８】
例えば、ターゲットエリアの重心を通り、かつ、スピーカアレイ２１００のバッフル面の中心を中心とする球面を評価面として用い、ターゲットエリアのその評価面への透視射影像を評価対象エリアとし、その評価対象エリアを等間隔なメッシュに切って評価点を設定する場合、この評価対象エリア上の評価点とスピーカアレイ２１００との間の距離はスピーカアレイ２１００とターゲットエリアとの相対的な位置関係には依存せず略一定になる。このため、スピーカユニット２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の各々の担当領域が等分になるようにすれば、それら担当領域に応じた立体角は一定になり、評価点までの距離により波面に偏りが生じることが回避される。これに対して、上記実施形態にて説明したように、ターゲットエリアそのものを評価対象エリアとし、その評価対象エリアを等間隔なメッシュに切って評価点を設定する態様（換言すれば、ターゲットエリアを含む平面を評価面とする態様）や、１乃至３軸方向に傾斜した評価面を用い、その評価面へのターゲットエリアの透視射影像を評価対象エリアとしその評価対象エリアを等間隔なメッシュに切って評価点を設定する態様では、スピーカアレイ２１００から評価点へ至る距離はスピーカアレイ２１００と評価対象エリアとの相対的な位置関係（すなわち、スピーカアレイ２１００から見た評価点の方向）に依存する。方向によって評価点までの距離が異なる評価面上にて担当領域が等分になるようにすることは、距離が遠い評価点ほど小さい立体角の波面を割り当てていることに他ならず、距離が遠い評価点ほど波面が集中する。このように距離が遠い評価点ほど波面が集中するので、距離減衰による音圧差を低減することが期待される。また、ターゲットエリアを含む平面をｘ、ｙまたはｚ軸の１乃至は３つの軸方向に少し傾けた平面を評価面として用いる態様においては、ターゲットエリアに垂直で、かつスピーカアレイ２１００のバッフル面の中心とターゲットエリアの中心を含む平面（以下、補助面）を想定した場合に、この補助面に垂直な直線であって、ターゲットエリアの中心を通る直線を回転軸として回転させた平面（回転量はユーザに指定させるようにすれば良い）を評価面として用いると特に効果的である。
【００３９】
また、評価点は必ずしも評価対象エリア上に設けられている必要はなく、ターゲットエリアの評価面への透視射影像を等間隔なメッシュに切って得られる各格子点を上記ターゲットエリアに投影して得られる各投影点を評価点としても勿論良い。ただし、評価点を設定する際には、評価対象エリア上に評価点を設定するか否かを問わず、スピーカアレイを形成する各スピーカユニットの指向特性を考慮し、指向特性が良好な範囲（例えば、スピーカアレイの前方など）に評価点を設定することが望ましいことは勿論である。
【００４０】
（６）上述した実施形態では遅延量を演算するための評価点を均一に設けた。これにより、評価点の数の割合を面積の割合と等価に考えることができるのであるが、評価対象エリア上の場所毎に評価点の分布の密度を異ならせても勿論良い。各スピーカユニット２１１０−ｉが担当する評価点の数の割合が等しくなるように遅延量を調整する場合であっても、評価対象エリア上での評価点の分布が一様ではない場合、評価点の密度が高いところほどその評価点１つ当たりの担当領域の面積は小さくなり波面が集中する。このように波面が集中する領域ではそれら波面により形成される合成波面による音圧は高くなる。このことを利用して、例えば、評価対象エリア内の特定の領域で音圧を高くしたい場合には、その領域内の評価点の密度が高くなるように各評価点を分布させれば良い。このように評価対象エリア上の評価点の分布を場所に応じて異ならせることによって、音圧等を場所に応じて微調整することが可能になる。
【００４１】
（７）上述した実施形態では、スピーカアレイシステム２０００に含まれるＵＩ提供手段２４００と制御手段２５００に、ターゲットエリアを設定する設定手段の役割を担わせ、また、制御手段２５００に、各スピーカユニット２１１０−ｉに与える遅延オーディオ信号Ｘ１０−ｉの遅延量を上記評価対象エリアに基づいて算出する遅延量算出手段の役割を担わせた。しかし、上記設定手段と遅延量算出手段とを組み合わせて、遅延アレイ方式のスピーカアレイの遅延量制御を行う遅延量算出装置を構成しても勿論良い。また、コンピュータ装置を上記設定手段および遅延量算出手段として機能させるプログラム（上記実施形態では、制御プログラム２５２０ａ）を、例えばＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk-Read Only Memory）などのコンピュータ装置読み取り可能な記録媒体に書き込んで配布しても良く、また、インターネットなどの電気通信回線経由のダウンロードにより配布しても良い。このようにして配布されるプログラムを一般的なコンピュータ装置に記憶させ、そのコンピュータ装置のＣＰＵを上記制御プログラムにしたがって作動させることで、一般的なコンピュータ装置を上記遅延量算出装置として用いることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明の一実施形態であるスピーカアレイシステム２０００の構成を示す図である。
【図２】同スピーカアレイシステム２０００が有するスピーカアレイ２１００のアレイ面の一例を示す図である。
【図３】同スピーカアレイシステム２０００が有するＵＩ提供手段２４００によるターゲットエリアおよび評価対象エリアの設定例を説明するための図である。
【図４】同スピーカアレイシステム２０００の制御手段２５００のＣＰＵ２５１０が実行する遅延量算出処理の一例を示す図である。
【図５】スピーカアレイ同実施形態の効果を説明するための図である。
【図６】同実施形態の効果を説明するための図である。
【図７】従来の遅延アレイ方式のスピーカアレイシステムにおける指向性制御の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０００…音源、２０００…スピーカアレイシステム、２１００…スピーカアレイ、２１１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）…スピーカユニット、２２００…遅延手段、２３００…増幅手段、２３１０−ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）…乗算器、２４００…ＵＩ提供手段、２５００…制御手段、２５１０…ＣＰＵ、２５２０…不揮発性メモリ、２５２０ａ…制御プログラム、２５２０ｂ…アレイ情報、２５３０…揮発性メモリ。
【図１】
0005195018.tif 000004
【図２】
0005195018.tif 000005
【図３】
0005195018.tif 000006
【図４】
0005195018.tif 000007
【図５】
0005195018.tif 000008
【図６】
0005195018.tif 000009
【図７】
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