(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピーカを配置する空間の形状の情報に基づいて、選択可能なスピーカの候補を選出するスピーカ選択支援手段と、
前記選出したスピーカの候補のうちユーザが選択したスピーカについて、
前記選択されたスピーカの設置方向の組合せである設置方向パターンごとに、 前記空間の受音面に予め設定した複数の点における音圧レベルのばらつき具合を求める音圧レベルばらつき具合算出手段と、
前記音圧レベルばらつき具合算出手段で求めた前記複数の点における音圧レベルのばらつき具合が最小となる設置方向パターンを選出することにより設置方向の最適値を算出するスピーカ設置角度最適化手段と、
前記空間の形状の情報と、前記スピーカ設置角度最適化手段により最適化したスピーカの設置方向に基づいて、前記スピーカの受音面のそれぞれの位置について、音響パラメータを算出する音響パラメータ算出手段を備えた音響設計支援装置。
【請求項２】
スピーカを配置する空間の形状の情報に基づいて、選択可能なスピーカの候補を選出するスピーカ選択支援ステップと、
前記選出したスピーカの候補のうちユーザが選択したスピーカについて、前記選択されたスピーカの設置方向の組合せである設置方向パターンごとに、前記空間の受音面に予め設定した複数の点における音圧レベルのばらつき具合を求める音圧レベルばらつき具合算出ステップと、
前記音圧レベルばらつき具合算出ステップで求めた前記複数の点における音圧レベルのばらつき具合が最小となる設置方向パターンを選出することにより設置方向の最適値を算出するスピーカ設置角度最適化ステップと、
前記空間の形状の情報と、前記スピーカ設置角度最適化ステップにより最適化したスピーカの設置方向に基づいて、前記スピーカの受音面のそれぞれの位置について、音響パラメータを算出する音響パラメータ算出ステップと、
をコンピュータに実行させる音響設計支援プログラム。
【請求項３】
前記音響パラメータ算出手段は、
音響設計に使用する各種スピーカについて、その方向ごとのインパルス応答の実測値データがそれぞれ予めフーリエ変換されたスピーカの特性データと、
前記スピーカの周波数領域の特性を調整するためのイコライザ用フィルタをフーリエ変換したデータと、
音源と受音点間の距離に起因する、時間遅れの位相補正および距離減衰補正をするためのフィルタをフーリエ変換した特性データと、
前記位相補正および距離減衰補正をするためのフィルタをフーリエ変換した特性データと、前記イコライザ用フィルタをフーリエ変換したデータと、前記スピーカの特性データと、を畳み込み演算したデータと、を基に、
周波数領域の演算により算出した受音点の応答から、前記音響パラメータを算出する請求項１に記載の音響設計支援装置。
【請求項４】
前記音響パラメータ算出ステップは、
音響設計に使用する各種スピーカについて、その方向ごとのインパルス応答の実測値データがそれぞれ予めフーリエ変換されたスピーカの特性データと、
前記スピーカの周波数領域の特性を調整するためのイコライザ用フィルタをフーリエ変換したデータと、
音源と受音点間の距離に起因する、時間遅れの位相補正および距離減衰補正をするためのフィルタをフーリエ変換した特性データと、
前記位相補正および距離減衰補正をするためのフィルタをフーリエ変換した特性データと、前記イコライザ用フィルタをフーリエ変換したデータと、前記スピーカの特性データと、を畳み込み演算したデータと、を基に、
周波数領域の演算により算出した受音点の応答から、前記音響パラメータを算出する請求項２に記載の音響設計支援プログラム。
【請求項５】
前記音響パラメータ算出手段は、少なくとも、前記音響パラメータとして、スピーカ受音面の音圧レベル特性、同音圧レベルの分布特性、スピーカ受音面のインパルス応答を算出するものであって、
さらに表示器に前記音響パラメータを出力するデータ表示手段を備えた請求項１、３のいずれかに記載の音響設計支援装置。
【請求項６】
前記音響パラメータ算出ステップは、少なくとも、前記音響パラメータとして、スピーカ受音面の音圧レベル特性、同音圧レベルの分布特性、スピーカ受音面のインパルス応答を算出するものであって、
さらに表示器に前記音響パラメータを出力するデータ表示ステップをコンピュータに実行させる請求項２、４のいずれかに記載の音響設計プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
音響設備の音響設計を支援する装置およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、音響ホールや、会議場等の集会施設における音響設備の設計に関しては、種々の設計支援装置やプログラムが提案されている（特許文献１〜４参照。）。このような装置やプログラムでは、音響設備を現場に搬入する前に、選択した音響システムの特性に基づいて、予め音響ホール等に設置するスピーカの音を受ける座席等が存在する面（以下、単に「スピーカの受音面」または「受音面」という。）における音響特性を表示器に表示して、音響システムの選択や、さらには現場の音響調整に反映できることが望ましい。
【０００３】
そこで、特許文献１では、スピーカの周囲の位置のインパルス応答を予めデータ化しておいて、そのデータを基に、受音面の音像定位パラメータを自動算出する装置が開示されている。この文献では、インパルス応答をＦＦＴ化したテンプレートを用意している。
【０００４】
また、特許文献２では、ＧＵＩにより機器選択、設計作業を自動化する音響システム設計支援装置が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３では所望の音像定位パラメータを得るための音像定位パラメータの自動算出装置に関する記載がある。
【０００６】
さらに、特許文献４では、現場において音響信号をスピーカから出力して、音響信号と、マイクにより収音された収音信号の差分特性データを利用して、短時間に自動的に音響周波数特性を調整する音響調整装置が開示されている。
【０００７】
また、スピーカ等の音響設備の手配の段階において、３次元的でなく平面的なラインアレイに限って、音楽ホール等の断面形状を入力することで、受音面の受音エリアに対する、必要スピーカ個数、向き、レベルバランス、ＥＱ、ディレイを算出する設計支援プログラムが実用化されている。
【特許文献１】特開２００２−３６６１６２号公報
【特許文献２】特開２００３−１６１３８号公報
【特許文献３】特開平０９−１４９５００号公報
【特許文献４】特開２００５−４９６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来、スピーカの選択・配置支援を行なうものがあっても、具体的なスピーカの商品名の候補を示す装置やプログラムは開示されていない。したがって、条件を満たす候補をカタログで調べてスピーカを手配する必要があった。
【０００９】
また、選択したスピーカを設置した場合に、どのような周波数特性になるのかをシミュレーションしたものがあっても、どのような方向に設置すべきかを具体的に示した文献は開示されていない。したがって、設計者は、このようなシミュレーションを自ら試行錯誤して繰り返すことにより、最適な方向を求めざるを得ず、その角度条件の設定に苦労することが多々あった。
【００１０】
また、受音点での各種音響パラメータを算出する過程で、すべてのデータを周波数領域で作成したものはない。したがって、時間軸をそろえる等のため各種音響パラメータを算出する過程でＦＦＴまたは逆ＦＦＴ演算を複数回行なう必要があり、計算時間がかかっていた。このため、いろいろなスピーカ配置の組み合わせを考慮した高度な試行錯誤を要する設計には不向きであった。
特許文献１では、確かにインパルス応答をＦＦＴ化したテンプレートを用意し、周波数領域で計算を行なってはいる。しかしながら、時間遅れや、距離が離れていることの減衰特性を考慮すると、複数のスピーカの応答を加算する際には、時間軸を合わせるため、一度、逆ＦＦＴ変換して時間領域で足し算を行ない、さらにフーリエ変換して計算を行なっている。また、時間遅延が大きい場合、逆ＦＦＴ変換して時間領域のデータにすると、その分のデータ数が伸びる結果になり、その大きくなったデータをＦＦＴ変換することで、特に計算時間がかかるＦＦＴ変換において、より一層計算時間が延びる問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、このような問題に鑑み、音響設計支援装置およびプログラムの条件設定を自動化すると共に、シミュレーションを高速化して、設計段階の作業を効率化、短縮化し、かつ現場における調整を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。
【００１３】
（１）本発明は、
スピーカを配置する空間の形状の情報に基づいて、選択可能なスピーカの候補を選出するスピーカ選択支援手段と、
前記選出したスピーカの候補のうちユーザが選択したスピーカについて、
前記選択されたスピーカの設置方向の組合せである設置方向パターンごとに、 前記空間の受音面に予め設定した複数の点における音圧レベルのばらつき具合を求める音圧レベルばらつき具合算出手段と、
前記音圧レベルばらつき具合算出手段で求めた前記複数の点における音圧レベルのばらつき具合が最小となる設置方向パターンを選出することにより設置方向の最適値を算出するスピーカ設置角度最適化手段と、
前記空間の形状の情報と、前記スピーカ設置角度最適化手段により最適化したスピーカの設置方向に基づいて、前記スピーカの受音面のそれぞれの位置について、音響パラメータを算出する音響パラメータ算出手段を備えた音響設計支援装置であることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、スピーカ選択支援手段は、空間の形状の情報を入力すれば、スピーカの候補を自動的に選出すると共に、スピーカ設置角度最適化手段は、スピーカの設置角度を自動的に最適化するから、音響設計者が条件設定およびシミュレーションを試行錯誤で繰り返し行なう作業を大幅に低減できる。したがって、音響設計支援装置において、設計段階の作業を効率化、短縮化し、かつ現場における調整を短縮することができる。
【００１５】
なお、音圧レベルの計算は、本発明の音響パラメータを算出においては、音声の特定周波数ごとのデータを２乗したものを、この特定周波数ごとに足し算または重みつき足し算した値で代用できる。また、音圧レベルのばらつき度合いは、当該足し算した値の分散、または標準偏差を指標とすることができる。以下の構成も同様である。
【００１６】
（２）本発明は、
スピーカを配置する空間の形状の情報に基づいて、選択可能なスピーカの候補を選出するスピーカ選択支援ステップと、
前記選出したスピーカの候補のうちユーザが選択したスピーカについて、前記選択されたスピーカの設置方向の組合せである設置方向パターンごとに、前記空間の受音面に予め設定した複数の点における音圧レベルのばらつき具合を求める音圧レベルばらつき具合算出ステップと、
前記音圧レベルばらつき具合算出ステップで求めた前記複数の点における音圧レベルのばらつき具合が最小となる設置方向パターンを選出することにより設置方向の最適値を算出するスピーカ設置角度最適化ステップと、
前記空間の形状の情報と、前記スピーカ設置角度最適化ステップにより最適化したスピーカの設置方向に基づいて、前記スピーカの受音面のそれぞれの位置について、音響パラメータを算出する音響パラメータ算出ステップと、
をコンピュータに実行させる音響設計支援プログラムであることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、スピーカ選択支援ステップは、空間の形状の情報を入力すれば、スピーカの候補を自動的に選出すると共に、スピーカ設置角度最適化ステップは、スピーカの設置角度を自動的に最適化するから、音響設計者が条件設定およびシミュレーションを試行錯誤で繰り返し行なう作業を大幅に低減できる。したがって、音響設計支援プログラムにおいて、設計段階の作業を効率化、短縮化し、かつ現場における調整を短縮することができる。
【００１８】
（３）本発明は、
前記音響パラメータ算出手段は、
音響設計に使用する各種スピーカについて、その方向ごとのインパルス応答の実測値データがそれぞれ予めフーリエ変換されたスピーカの特性データと、
前記スピーカの周波数領域の特性を調整するためのイコライザ用フィルタをフーリエ変換したデータと、
音源と受音点間の距離に起因する、時間遅れの位相補正および距離減衰補正をするためのフィルタをフーリエ変換した特性データと、
前記位相補正および距離減衰補正をするためのフィルタをフーリエ変換した特性データと、前記イコライザ用フィルタをフーリエ変換したデータと、前記スピーカの特性データと、を畳み込み演算したデータと、を基に、
周波数領域の演算により算出した受音点の応答から、前記音響パラメータを算出することを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、音響パラメータ算出手段は、音響設計に使用する各種スピーカについて、その方向ごとのインパルス応答の実測値データがそれぞれ予めフーリエ変換されたスピーカの特性データと、前記スピーカの周波数領域の特性を調整するためのイコライザ用フィルタをフーリエ変換したデータと、音源と受音点間の距離に起因する、時間遅れの位相補正および距離減衰補正をするためのフィルタをフーリエ変換した特性データと、前記位相補正および距離減衰補正をするためのフィルタをフーリエ変換した特性データと、前記イコライザ用フィルタをフーリエ変換したデータと、前記スピーカの特性データと、を畳み込み演算したデータと、を基に、周波数領域のみで音響パラメータを算出する。特に、時間遅れの位相補正および距離減衰補正をするためのフィルタをフーリエ変換した特性データを用いているので、スピーカが複数であっても、位相をそろえるため逆ＦＦＴ変換して時間軸上で加算する必要がなく、すべて周波数領域で計算するので、高速で音響パラメータを算出できる。
【００２０】
（４）本発明は、
前記音響パラメータ算出ステップは、
音響設計に使用する各種スピーカについて、その方向ごとのインパルス応答の実測値データがそれぞれ予めフーリエ変換されたスピーカの特性データと、
前記スピーカの周波数領域の特性を調整するためのイコライザ用フィルタをフーリエ変換したデータと、
音源と受音点間の距離に起因する、時間遅れの位相補正および距離減衰補正をするためのフィルタをフーリエ変換した特性データと、
前記位相補正および距離減衰補正をするためのフィルタをフーリエ変換した特性データと、前記イコライザ用フィルタをフーリエ変換したデータと、前記スピーカの特性データと、を畳み込み演算したデータと、を基に、
周波数領域の演算により算出した受音点の応答から、前記音響パラメータを算出することを特徴とする。
【００２１】
本発明のプログラムを実行すれば、（３）と同様の効果を奏する。
【００２２】
（５）本発明は、
前記音響パラメータ算出手段は、少なくとも、前記音響パラメータとして、スピーカ受音面の音圧レベル特性、同音圧レベルの分布特性、スピーカ受音面のインパルス応答を算出するものであって、
さらに表示器に前記音響パラメータを出力するデータ表示手段を備えたことを特徴とする。
【００２３】
このように構成すれば、音響パラメータ算出手段は、周波数特性、音圧分布を算出でき、データ表示手段で表示することができるから、音響パラメータを視覚的に把握できる。
【００２４】
（６）本発明は、
前記音響パラメータ算出ステップは、少なくとも、前記音響パラメータとして、スピーカ受音面の音圧レベル特性、同音圧レベルの分布特性、スピーカ受音面のインパルス応答を算出するものであって、
さらに表示器に前記音響パラメータを出力するデータ表示ステップをコンピュータに実行させることを特徴とする。
【００２５】
このように構成すれば、音響パラメータ算出ステップは、周波数特性、音圧分布を算出でき、データ表示ステップで表示することができるから、音響パラメータを視覚的に把握できる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、音響設計支援装置およびプログラムの条件設定を自動化すると共に、シミュレーションを高速化して、設計段階の作業を効率化、短縮化し、かつ現場における調整を短縮することできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１を用いて、本実施形態の音響設計支援装置の内部構成について説明する。図１は、本実施形態の音響設計支援装置の内部構成、および集会施設基本形状データのデータ構造を表す図である。音響設計支援装置１は、ホールや会議場等の集会施設において、スピーカなどの音響設備の選択や設定を支援するものであり、音声を出力した場合の音場をシミュレーションして、その表示出力などを行なうものである。図１（Ａ）に示すように、音響設計支援装置１は、汎用のコンピュータなど、および、これにインストールまたは固定メモリに記憶したプログラムで構成され、以下の要素を備えている。即ち、操作部１０２と、ＣＰＵ１０３と、外部記憶装置１０４と、メモリ１０５と音声出力装置１０６とを備えており、本実施形態の音響設計支援装置の外部の表示器１０１に、シミュレーション結果を出力する。以下それぞれの構成について説明する。
【００２８】
図１の表示器１０１は、汎用の液晶ディスプレーで構成され、各種の設定条件の入力において設定条件の入力を補助するための画面(後述図３〜図５参照。)を示したり、シミュレーションの結果を示したりする。なお、前述のとおり、この表示器１０１は、本実施形態を実施するには必須ではあるが、本実施形態の装置１の外部となる。
図１の操作部１０２は、各種の設定条件の入力、音場のシミュレーションの指示入力、スピーカ配置の最適化の指示入力、およびシミュレーション結果の表示形式の選択を受付ける。
図１のＣＰＵ１０３は、後述の外部記憶装置１０４に格納したプログラム１０を実行するものであり、操作部１０２の指示を受けて、音響設計支援装置１の他のハードウェア資源と協働してこのプログラムを実行する。
図１の外部記憶装置１０４は、例えばハードディスクなどで構成され、プログラム１０と、スピーカの周囲のインパルス応答などをＦＦＴ化したＳＰデータ１０７と、このスピーカに適するイコライザのデータであるイコライザデータ１０８と、スピーカ選択テーブル１０９（後述図６参照。）と、集会施設基本形状データ１１０を格納している（詳細は後述する。）。
また、図１のメモリ１０５は、外部記憶装置１０４に格納したデータを読み出したデータを一時的に記憶して、ＣＰＵ１０３とデータを交換する。
図１の音声出力装置１０６は、音響設計支援装置１のシミュレーションの結果として、受音面の所定の位置での音場を、図示しないヘッドホンやスピーカ等を通して音声で確認する場合に用いる。音声出力装置１０６は、図示しないＤＳＰと、Ｄ／Ａ変換器とを備えており、外部記憶装置１０４に格納されている図示しない音源のデータに、前述のＳＰデータ１０７を周波数領域で畳み込んで、Ｄ／Ａ変換器を通して、このヘッドホンから出力を行なう。
【００２９】
ここで、図１のＳＰデータ１０７Ａ、１０７Ｂについて説明する。図１のＳＰデータ１０７は、予め複素関数を用いてＦＦＴ化して外部記憶装置１０４に格納している。計算時には、計算に必要な、所定の点に対応する方向のＳＰデータ１０７Ｂのみを取り出して、メモリ１０５に置く。これにより、受音点での応答を算出する際には、伝達時間の遅延については周波数領域で各周波数について、遅延時間に対応する位相遅れとして計算できる。また、ゲイン、イコライザに関しても周波数領域の演算のみで計算するから、後述する図２のシミュレーションデータ計算ＳＴ２にかかる時間を短縮できる。複数のスピーカの応答の合成に関しても同様に、周波数領域で計算できる。したがって、音響パラメータは、前記計算による周波数応答から算出でき、時間応答の長さを考慮する必要がないため、ＦＦＴ変換する時間領域のデータの長さを考慮する必要がないこととなる。一方、従来では、逆ＦＦＴ変換して、スピーカユニット間の時間領域を揃えていたので、ディレイを加味した場合には、時間軸上でのデータ数が大きくなり、その増加分についても、時間がかかるＦＦＴ変換をさらに行なう必要があるという無駄が生じていた。
なお、後述図２のＳＴ３においてヘッドホンでの音場確認の際にはディレイの大きさによってＦＦＴの長さを変える必要がある。
【００３０】
次に、補正フィルタ１０７Ｃ、１０７Ｄについて説明する。図１に示すように、メモリ１０５内の、対応する方向のＳＰデータ１０７Ｂには、この符号１０７Ｃ、１０７Ｄのデータをシミュレーション途中に生成し、格納するデータが含まれる。即ち、インパルス応答のデータの他に、音源と受音点間の距離に起因する、位相遅れのフィルタデータと、距離減衰補正のためのフィルタをそれぞれフーリエ変換した、フーリエ変換済み時間遅れの位相補正フィルタ１０７Ｃと、フーリエ変換済み距離減衰補正フィルタ１０７Ｄを作成する。これらのデータはシミュレーション途中に、後述図９で示すような格子点を設定すると自動的に、フーリエ変換して、これらのデータ１０７Ｃ、１０７Ｄを作成する。
【００３１】
次に、イコライザデータ１０８について、簡潔に説明する（詳細は図７、図８で説明する。）。イコライザデータ１０８は、前記スピーカの周波数領域の特性を調整するためのイコライザ用フィルタをフーリエ変換したものであり、後述の図２のシミュレーションや最適化（ＳＴ１５参照。）の過程でメモリ１０５内にデータが作成される。具体的には、図３以降で示すようなＧＵＩ（設定方法自体は不図示。）によるパラメトリックイコライザ等の各周波数ごとのゲイン調整レベルが、スピーカユニットごとにユーザの設定により条件設定できる（図２のＳＴ１３に相当。）。また、後述の図２のＳＴ１７において、詳しくは後述の図７（Ｃ）、図８で示すような最適化により、スピーカユニットごとに自動的にイコライザのパラメータが設定できる。この設定したイコライザは、図２のＳＴ１３の条件設定の過程で、一旦インパルス応答のデータに変換して、その後このデータはＦＦＴ変換され、周波数領域のデータとして格納される。
【００３２】
次に、スピーカ選択テーブル１０９について簡潔に説明する（後述図６の説明で詳述する）。スピーカ選択テーブル１０９は、後述図３、図４で条件設定した場合に、自動的に具体的なスピーカの候補を選択するのに用いる。その判断をするためのデータを格納している。
【００３３】
次に、集会施設基本形状データ１１０のデータ構造について、図１（Ｂ）を参照して説明する。図１（Ｂ）に示すように、集会施設基本形状データ１１０のデータは、集会施設名称と、その形状の座標データと、画像ビットマップの組み合わせを複数個、外部記憶装置１０４または、メモリ１０５に記憶している（画像ビットマップの例については、図３の形状選択１１Ｄを参照。）。なお、この座標データには、集会施設の空間の形状を設定する後述図４の設定項目も含まれている。
【００３４】
なお、本実施形態の装置では、断りなき限り、以後において「スピーカ」は、説明の容易のため、アレイスピーカを示すものとする。ただし、本発明は、必ずしもアレイスピーカに限らない。
【００３５】
次に、図２を用いて、本実施形態の音響設計支援装置１の全体のフローの概略を予め簡単に説明する。図２は、本実施形態の装置の動作の全体のフロー図を示している。このフローは、大きく分けて、ＳＴ１〜ＳＴ３の段階を有している。
ＳＴ１では、シミュレーションの条件を設定する条件設定を行なう。
ＳＴ２では、この条件設定に基づきシミュレーション結果を表示するための特性を表したデータであるパラメータデータを計算する。この計算においては、以下のデータを用いる。
即ち、前述のとおり、音響設計に使用する各種スピーカについて、その方向ごとのインパルス応答の実測値データがそれぞれ予めフーリエ変換されたスピーカの特性データである全方向別ＳＰデータ１０７Ａを予め格納している。
そして、前述のとおり、スピーカの周波数領域の特性を調整するためのイコライザ用フィルタをフーリエ変換したイコライザデータ１０８（メモリ１０５内）がユニットごとに
シミュレーションの過程で、ユーザが設定、または自動計算される。
また、フーリエ変換済み時間遅れの位相補正フィルタ１０７Ｃ、
およびフーリエ変換済み距離減衰補正フィルタ１０７Ｄと、
がシミュレーションの過程で、図９に示すような格子点設定時に作成される。
これらから分かるように、１０７Ａ、１０７Ｂ、１０７Ｃ、１０７Ｄのデータは、すべてＦＦＴ変換された周波数領域のデータとして持っている。特に位相補正フィルタ１０７Ｃ、距離減衰補正フィルタ１０７Ｄを周波数領域で持っているので、スピーカが複数であっても、位相をそろえるため逆ＦＦＴ変換して時間軸上で加算する必要がなく、すべて周波数領域で計算するので、高速で音響パラメータを算出できる。
ＳＴ３では、この音響支援装置のシミュレーション結果を、図１の表示器１０１に出力する。
条件設定ＳＴ１では、このシミュレーションに必要な、さまざまな条件を設定する。ＳＴ１１からＳＴ１４までの条件を設定する。以下、説明する。
ＳＴ１１では、スピーカが置かれる空間、例えば集会施設等の形状の情報（以下、単に「空間の形状」という。）を設定する。具体的には、空間の概略形状を選択すると共に、形状の詳細を数値入力する（後述の図３、図４の説明で詳述する。）。
ＳＴ１２ではスピーカの選択を行い、それを空間のどこに配置するかを設定する。
ＳＴ１３では、その設置されたそれぞれのスピーカの設置条件を設定する。例えばアレイスピーカのユニット間の角度などである。
ＳＴ１４ではこのユニット間の干渉の条件を考慮するのか否か、受音面の格子点（後述、図９参照。）をどれだけ細かく取るかなどのシミュレーションの条件を設定する。
【００３６】
図２のＳＴ１に示す条件をすべて設定すれば、ＳＴ２、ＳＴ３により、シミュレーション結果が表示器１０１に表示される。しかしながら、通常、このようなシミュレーションを行なう目的は、図２に示すＳＴ１の条件を最適化して、スピーカの設定設置条件の最適設計をすることにあるのであって、シミュレーション結果を表示器１０１に表示することが目的でない。したがって、音響の設計者は、図２に示すＳＴ１〜ＳＴ３のような手続きを繰り返して、最適化することになるが、このような作業は、相当手間がかかる。そこで、本実施形態の音響設計支援装置１では、ＳＴ１５において、ＳＴ１で設定した空間の形状の情報を受けて、スピーカの角度およびスピーカの設定の自動最適化や支援を行っている。
【００３７】
この自動最適化に関する図２のＳＴ１５は、ＳＴ１６とＳＴ１７の段階を有している。ＳＴ１６では、スピーカの使用できるスピーカの選択肢の候補を表示器１０１に示すと共に、操作部１０２によりスピーカが選択された場合には、ＳＴ１で設定した空間に配置された様子を表示器１０１に示す。
ＳＴ１７では、設置されたアレイスピーカの角度（水平方向、垂直方向）およびユニット間の角度の最適な角度の組み合わせパターンを自動的に算出する。ここで、アレイスピーカの角度とは、スピーカ全体の指向軸の代表値となるもので、基準とする任意のユニットの指向軸の水平方向、垂直方向の角度のことであり、ユニット間の角度とは、隣接するユニット間の開き角度のことである。
【００３８】
以下、図２のＳＴ１の条件設定の各段階であるＳＴ１１〜ＳＴ１７について、図３以降の図を示して、具体的に説明する。なお、以下の図面の符号は、理解の容易のため、図２で示したステップ番号と略対応している。
【００３９】
まず、図２の空間形状設定ＳＴ１１について、図３、図４を用いて説明する。図３は、スピーカが配置される空間の概略形状を設定するためのＧＵＩ（graphical user interface）の一例を示す図である。この図３に示すように、空間形状設定画面１１Ａを図１の表示器１０１に示して、スピーカが設置される空間の形状の概略を設定できるようにする。図３に示すように、形状選択１１Ｃでは、空間の概略形状の種類を選択でき、扇型または箱型の形状のいずれかを選択できるようにする。ここで、例えば、形状選択１１Ｃとして、操作部１０２の図示しないマウス等で「扇形」にチェックマークを入れて選択した場合には、形状選択１１Ｄの画面表示には、扇形をした音響施設等の形状例が、図３に示すように、複数表示すようにする。また、前述のマウス等で、形状選択１１Ｄの中から一つの形状を選択することができるようにする。
【００４０】
図３の形状選択１１Ｄに示すような扇形のうちから１つを選択した場合には、空間形状設定画面１１Ａは、図４に示す空間形状設定画面１１Ｂに切り替わり、前述の６つの空間形状の一つが空間形状表示１１Ｅの欄に空間の形状１１Ｆが線図で示される。図４は、スピーカが配置される空間の概略形状を設定するための形状パラメータを入力するＧＵＩの一例を示す図である。この形状選択１１Ｄは、図１の外部記憶装置１０４で格納した集会施設基本形状データ１１０から読み出して表示器１０１に出力する。
【００４１】
図４に示す空間形状設定画面１１Ｂでは、形状設定入力１１Ｇにおいて、スピーカが設置される空間の形状を、数値で入力することができるようになっており、壇上の幅や音響施設の高さや奥行き、各階の高さやスロープの傾きなどのパラメータを数値入力により設定することができる。このような設定を行なった場合に、形状のパラメータの数値を修正したときは、線図で示された空間の形状１１Ｆがこの数値の変更に合わせて変化するようにする。そして、このような空間形状設定画面により、スピーカが置かれる形状を設定できる。この形状設定入力１１Ｇでは、図１の外部記憶装置１０４で格納した集会施設基本形状データ１１０から読み出して必要なデータを記載する。例えば、扇形なら、その扇形の角度が必要であり、１階のみならず、２階、３階があるならその形状データを記載する欄が必要かを集会施設基本形状データ１１０から読み出して記載する。
【００４２】
図４の決定ボタン１１Ｈを押した場合には、図５に示すスピーカの選択＆配置設定画面１２に切り替わる。図５は、図２のＳＴ１２、ＳＴ１６に対応しており、このようなスピーカの選択＆配置設定を行なうためのＧＵＩの一例を表す図である。スピーカの選択＆配置設定画面１２では、用途選択表示１２Ａと、空間形状表示１１Ｅと、形状データ１２Ｂと、スピーカの設置位置１２Ｃとが表示される。
【００４３】
図５に示すような空間形状表示１１Ｅの欄には、図３、図４で設定した空間の形状に基づいて、略実際の空間の形状の比率で形状を示すようにする。
図５に示すような用途選択表示１２Ａでは、音響施設等の使用目的を選択できるようにし、「音楽」、「スピーチ」にチェックマークを入れて、そのいずれか、またはその両方を選択できるようにする。ここで、「音楽」を選択した場合には、例えば、音圧レベルの周波数特性等の音質に関する音響性能を重視した音響設計であり、「スピーチ」を選択した場合には、例えば、音声の明瞭度に関する音響性能を重視した設計であるため、音響設計の目的の違いによりそれぞれ最適な設計内容とすることができる。
図５に示すようなスピーカの設置位置１２Ｃでは、スピーカを設置する概略の設置位置を選択できるようにする。例えば、図５のスピーカの設置位置１２Ｃのように舞台の中央側の「センタ」、舞台の下手側の「レフト」、舞台の上手側の「ライト」を選択できるようにする。
図５に示すような用途選択表示１２Ａ、スピーカの設置位置１２Ｃの設定項目それぞれを、音響の設計者が前述のマウス等でチェックマークを入れて選択した場合には、本実施形態の装置では、最適なスピーカの候補を具体的に提示するようになっている。この候補の選択は、図２のＳＴ１６に対応しており、音響設計支援装置１により自動的に行なわれる。
このスピーカの最適なスピーカの候補の選択は、図１のスピーカ選択テーブル１０９から、最適な候補を選択するようにする。この図１のスピーカ選択テーブル１０９のデータ構造は、図６のようなデータテーブルとなっている。図６は、スピーカ選択テーブル１０９のデータ構造を表す図である。スピーカ選択テーブル１０９は、図３、図４で設定した空間の形状の情報に基づいて適切なスピーカを選択するのに適したデータ構造となっており、スピーカタイプ名称１０９Ａ、面積規模１０９Ｂ、用途１０９Ｃ、設置場所１０９Ｄ、縦横比率１０９Ｅを備えている。例えば、形状データ１２Ｂに示す面積（受音面の面積）は４５０ｍ２であり、スピーカの設置位置１２Ｃで「センタ」にチェックしているから、図スピーカ選択テーブル１０９で選択できるのは、図５の最適なスピーカの候補１６に示すように、スピーカＤ、スピーカＪとなる。
【００４４】
このように、本実施形態の装置では、いろいろな設計条件の変化に対応して自動的に最適なスピーカの候補１６を示すことができる。従来は、スピーカの選択及び手配は、カタログを参照等する必要があり、手間のかかる作業であったが、本実施形態の装置によれば、設計者は、このような候補の中からスピーカを選択するだけでよく、音響設計を効率的に行なうことができる。特に、繰り返し条件を設定し直す場合には効果的である。
【００４５】
次に、同じく図５を用いて、アレイスピーカが配置された状態を表すＧＵＩについて説明する。図５の最適なスピーカの候補１の中から、スピーカを選択した場合には、図５の空間形状表示１１Ｅには、選択したアレイスピーカ１６Ａが空間の形状１１Ｆの縮尺で示される。これにより、空間にどのようにアレイスピーカ１６Ａが配置されるかを視覚的に確認できる。このアレイスピーカ１６Ａの表示も、図２のＳＴ１６の段階に相当し、この表示により、図２のＳＴ１６の段階は終了し、ＳＴ１２に戻る。
【００４６】
また、図５に示すアレイスピーカ１６Ａの表示がされた場合には、空間形状表示１１Ｅには、表示されたアレイスピーカ１６Ａの守備範囲を選択できるようにする。例えば、図５の守備範囲の設定１６Ｅは、空間の一階部分の受音面の半分を設定した場合を表示している。その他、空間全体、１階部分全体、２、３階部分全体のいずれかをマウス等によるＧＵＩにより操作部１０２から選択入力できるようにする。この選択入力は、図２のＳＴ１２に相当しており、その後、図２のＳＴ１７のステップにおいて、音響設計支援装置１のＣＰＵ１０３は、アレイスピーカの角度およびユニット間の角度の条件設定を行なう。
【００４７】
次に、図７〜図１０を用いて、図２で示したＳＴ１７について説明する。図７はアレイスピーカの角度およびユニット間の角度の条件設定を自動的に計算する方法の概念図である。従来では、アレイスピーカのユニットの設置角度を最適設計するのは、図２に示すようなシミュレーションを繰り返す必要があり、設計者の試行錯誤に頼らざるを得ないところが多かったが、本実施形態の装置ではこのような設定条件を自動的に計算するようにする。
【００４８】
図２のＳＴ１７の計算は、図７に示すように（Ａ）〜（Ｅ）までの５段階に分かれている。まず、この計算の目的は、図５の最適なスピーカの候補１６の中から選択したアレイスピーカ１６Ａについて、アレイスピーカの角度、およびスピーカ選択テーブル１０９のユニット間の角度１０９Ｆの角度について、それぞれの最適値を求めることであり、その最適値は、一言で述べると「受音面エリア内の音圧レベルの均質化、最適化」を達成するためのものである。そして、この最適値の指標として最終的に考慮するのは、受音面全体の音圧レベルに偏りがないことであり、具体的には、図７の（Ｄ）に示すように、受音面全域に設定した格子点の音圧レベルの標準偏差が最小であることである。
【００４９】
しかしながら、図７（Ｄ）に示すような標準偏差を試行錯誤でいきなり算出するのは、受音面は広いだけでなく、受音面に届く音声が必ずしもユニット１つではないことから、計算効率の面で容易でない。そこで、本実施形態の装置では、まず、図７の（Ｂ）、（Ｃ）の段階に示すように、スピーカが向いている方向であるスピーカの軸線１７Ｅ、１７Ｆ、１７Ｇ（以下、単に「軸線」という。）と受音面との交点である軸点１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ（以下、単に「軸点」という。）における音圧レベルの周波数特性の最適化を行なう。以下、さらに詳細に図７の（Ａ）〜（Ｅ）の段階について説明する。
【００５０】
図７（Ａ）に示すように、ユニット間の角度の設定は、図６に示すスピーカ選択テーブル１０９のユニット間の角度１０９Ｆから所定の角度を設定する。この角度は、アレイスピーカそれぞれに固有のものであり、実際の設置時には、アレイスピーカ１６Ａのジグでユニット間の角度を設定するものである。このユニット間角度をθｉｎｔとする。また、設置されるアレイスピーカの角度は、水平方向、垂直方向について設定する必要があり、この角度の組を（θ、φ）とする。ここで、水平方向の角度θは、−１８０度＜θ≦１８０度であり、垂直方向の角度φは、−９０度≦φ≦９０度である。アレイスピーカを構成する各スピーカユニットの設置角度は、これらの角度（θｉｎｔ、θ、φ）で決定される。具体的に述べると、本実施形態の装置では、アレイスピーカユニットは３つ使用するから、θｉｎｔは、ユニット１６Ｂ、ユニット１６Ｃ間の相対角度θｉｎｔ１と、ユニット１６Ｃ、ユニット１６Ｄ間の相対角度θｉｎｔ２とを設定する必要がある。
【００５１】
また、この図７（Ａ）に示すユニットの角度の設定は、後述する図７（Ｅ）に示すように、角度を変えながら、前述した指標が最小となるアレイスピーカの角度（θ、φ）と、ユニット間の角度θｉｎｔ（ｉ＝１〜２）を探索する。ユニット間の角度θｉｎｔ（ｉ＝１〜２）については、スピーカ選択テーブル１０９の中で、ピッチが決められる。後述の図１０に示すように、設置するアレイスピーカの角度の設定１７Ｈについては、計算時間短縮のために、はじめは、この角度のピッチを大きくとって変化させる。
ここで、設定角度（θｉｎｔ、θ、φ）のパターン数について例を挙げて説明する。たとえば、この刻み幅は、３０度と設定することができる。図７（Ａ）に示すように、図６に示す最適なスピーカの候補１６からスピーカタイプ名称１０９ＡとしてスピーカＤを選択した場合には、アレイスピーカの角度を−１８０度＜θ≦１８０度、−９０度≦φ≦９０度の範囲で、３０度毎に変化させる。更に各アレイスピーカユニットについてユニット間角度を３０度から６０度の範囲で、２．５度毎に変動させることができる。即ち、θとして１８０度、φとして９０度を、またθｉｎｔとして６０度を選択して、図７（Ａ）のように（θｉｎｔ、θ、φ）の設定１７Ａを行なう。この場合、θは、−１８０度から１８０度の範囲で３０度ごとなので１２通り、φは、−９０度から９０度の範囲で３０度毎なので７通りある。また、θｉｎｔは図６に示すように、スピーカタイプＤは、前記の当初の設定可能範囲幅が３０度（３０度から６０度）で、刻み幅は２．５度刻みなので１３通り（（６０−３０）／２．５＋１＝１３）となる。かつ、θｉｎｔは、θｉｎｔ１とθｉｎｔ２について２回掛け合わせることになる。したがって、合計は１２×７×（１３×１３）＝１０９２通りとなる。なお、通常各スピーカは、対称に組み合わせるので、θｉｎｔ１＝θｉｎｔ２として計算することができ、上記合計は１２×７×１３＝１０９２通りとなる。
【００５２】
次に、図７（Ｂ）に示すように、軸点の位置の計算を行なう。前述のように、スピーカが向いている方向であるスピーカの軸線１７Ｅ、１７Ｆ、１７Ｇと、受音面との交点である軸点１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ（以下、単に「軸点」という。）の位置を、前述の（θｉ、φｉ）と図４のようにして設定した空間の形状１１Ｆとから算出する。
【００５３】
次に、図７（Ｃ）に示すように、図７（Ｂ）で求めた軸点での音圧レベルの周波数特性を最適化する。この図７（Ｃ）の具体的な説明は図８の説明で詳述するが、ここでは、簡潔にその概略を説明する。図７（Ｃ）における最適化は、前述のとおり、図７（Ｄ）の指標の計算を効率よくするためのものであり、一言で述べると、この処理は、「軸点１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ相互間の音圧レベル及びその周波数特性を均質化するイコライザ特性を求める」ものである。一般にアレイスピーカ１６Ａの各ユニット１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄは、ブロードな指向特性を有しているため、例えば、軸点１７Ｂにはユニット１６Ｄからの音声も到達し、またユニット１６Ｂの音声は軸点１７Dにも到達するので、軸点１７Ｂの音量が小さいような場合、単にユニット１６Ｂの音圧レベルを上げる操作のみを行なうと他の軸点１７Ｃ、１７Ｄの音量も上がってしまい、かえってバランスが崩れる場合がある。そこで、本実施形態の装置では、各ユニット１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄのいろいろなイコライザを組み合わせたパターンを用意する。そして、それぞれのパターンに従い、前述した図１のＳＰデータ１０７（スピーカから見た全角度のインパルス応答をＦＦＴ化したデータ）を用いて、図７（Ａ）で設定した角度で設置したアレイスピーカ１６Ａのユニット１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄから伝達され、軸点１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄで受ける音声の周波数特性を算出し、最適パターンを選択する。以下、フローの各段階の概略を説明する。
【００５４】
まず、図７（Ｃ）のＳ１７１において、予め基準周波数帯域ｆｉ（ｆｉは離散値（ｉ＝１〜Ｎ））を設定する。基準周波数帯域ｆｉは、例えば、パラメトリックイコライザのチャンネルに合わせて６３Ｈｚ、１２５Ｈｚ、２５０Ｈｚ、５００Ｈｚ、１ｋＨｚ、２ｋＨｚ、８ｋＨｚのいずれかに設定することができる。
図７（Ｃ）のＳ１７２において、基準周波数帯域のゲインを調整するイコライザのパターン（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３）ｆｉＨｚをユニット１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄそれぞれについて設定する。
図７（Ｃ）のＳ１７３において、このパターンについて、前述の軸点１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄにおける音圧レベルの周波数特性を計算して、各基準周波数帯域での軸点１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄのばらつきが小さくなるパターンを選出する。具体的には、軸点１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ間の分散を各基準周波数帯域ごとに計算し、さらに、この値の絶対値の平方根をとり、各基準周波数帯域ごとの標準偏差を計算する。なお、この標準偏差は、特定の周波数のゲインのばらつき度合いを示すものであり、この値が小さいほうがばらつき具合が小さいことになる。したがって、標準偏差が小さいパターンほど、適切なパターンとなる。
【００５５】
そして、各周波数ごとに独立に最適なパターン（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３）ｆｉＨｚを選択する。
これらの段階により、Ｓ１７４で、ユニット１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄのイコライザを決定する。
【００５６】
この決定したイコライザのパラメータは、上述の通り、パラメータを決定する段階では周波数ごとにパターンを選択したが、決定したイコライザのパラメータは、これをパラメトリックイコライザに設定するために、周波数ごとでなく、ユニット１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄごとに、データを外部記憶装置１０４等に保存する。
【００５７】
なお、この図７（Ｃ）に示す段階においては、図示していないが、ＳＰデータ１０７に基づいて、音圧レベルの最適化も行なう。
また、図７（Ｃ）のようにして算出したイコライザのパラメータは、ＦＦＴ化して図１の外部記憶装置１０４にイコライザデータ１０８として保存する。このようにすれば、図２に示したシミュレーションパラメータ計算Ｓ２で、周波数領域の畳み込み演算のみで、このシミュレーションパラメータを計算でき、迅速に計算結果を出力できる。前述のとおり、音響設計支援装置においては、何度も条件を変更して、繰り返しシミュレーションを行なって最適設計を行なうが多く、このような装置に対し、イコライザのパラメータをＦＦＴ化することが効果的である。
【００５８】
図７（Ｄ）においては、受音面エリア内の音圧レベルの標準偏差を、図７（Ｃ）でもとめたユニット１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄのイコライザパラメータに基づいて算出し、受音面エリア内の音圧レベル及びその周波数特性を算出する。そのため、Ｓ１７５〜Ｓ１７７の段階を行なう。以下、各段階について説明する。
【００５９】
図７（Ｄ）のＳ１７５において、受音面エリア内を、例えば、図９に示すような格子点１7Ｊを設定する。そして、この格子点１7Ｊは、この受音面エリア内全体の位置の代表として利用する。この格子点１7Ｊを設定すると、フーリエ変換済み時間遅れの位相補正フィルタ１０７Ｃ、およびフーリエ変換済み距離減衰補正フィルタ１０７Ｄと、を計算して外部記憶装置１０４に格納する。
【００６０】
図７（Ｄ）のＳ１７６において、この格子点１7Ｊそれぞれでの音圧レベルを図１のＳＰデータ１０７等（１０７Ｂ〜Ｄ）のスピーカユニットの畳み込み演算により計算する。
即ち、スピーカユニットごとに
（フーリエ変換済み時間遅れの位相補正フィルタ１０７Ｃと、およびフーリエ変換済み距離減衰補正フィルタ１０７Ｄのデータと、
ＦＦＴ変換したイコライザデータ１０８と、
対応する方向のＳＰデータ１０７Ｂ）これらすべて畳み込んで周波数領域で計算する。
ここで、前述のとおり、対応する方向のＳＰデータ１０７Ｂは、スピーカから見た角度別のインパルス応答のデータを予めＦＦＴ化して、周波数特性のパラメータとして格納したものである全方向のＳＰデータ１０７Ａから読み込んだものであり、符号１０７Ｃ、１０７Ｄ、１０８は、シミュレーション過程で、手動または自動的に設定したものである。
したがって、ユニット１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄから伝達され、格子点１７Ｊそれぞれの位置で受ける音声の音圧レベル、周波数特性を算出できる。この音圧レベルの算出は、本実施形態の装置では、基準周波数を定め、前述の周波数特性から算出される、この基準周波数におけるゲインの２乗を当該基準周波数ごとにすべて足し算する値を用いることで代用する。この基準周波数のゲインは、図７（Ｃ）でもとめたユニット１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄのイコライザパラメータと、上記補正したＳＰデータ１０７をユニット１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄごとに周波数領域で畳み込み演算し、これらのユニット１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄの出力を重ね合わせることにより行なう。そして、格子点１７Ｊそれぞれの位置での周波数特性を、基準周波数ごとのデータを２乗して、足し算、または重み付きで足し算したデータを、前述のとおり音圧レベルを表す値として蓄積する。この基準周波数帯域は、前述した図７(Ｃ)の基準周波数帯域と必ずしも同じにする必要はないが、例えば、６３Ｈｚ、１２５Ｈｚ、２５０Ｈｚ、５００Ｈｚ、１ｋＨｚ、２ｋＨｚ、８ｋＨｚのいずれかに設定することができる。
【００６１】
図７（Ｄ）のＳ１７７において、Ｓ１７６で求めた格子点１７Ｊそれぞれの位置での音圧レベルのデータについて、分散σ２を求める。この分散σ２の平方根を計算して、受音面全体の標準偏差σを算出する。なお、この標準偏差は、受音面の格子点１７Ｊの音圧レベルのばらつき度合いを示すものであり、この値が小さいほうが、受音面全域の各点のばらつき具合が小さいことになり、より好ましい値となる。
【００６２】
図７（Ｅ）において、アレイスピーカ１６Ａ（図５参照。）のユニット１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄの水平角度、垂直角度（θｉ、φｉ）を設定しなおして、（Ａ）〜（Ｄ）を繰り返し行なう。これにより、図７（Ｄ）の手順のようにして求めた標準偏差が最小となる角度設定のパターンを選出する。その場合において、角度の探索は、計算時間を短縮するため、前述のとおり、はじめは、設置するアレイスピーカの角度ピッチを大きく設定し、その後、この角度ピッチを小さく設定して行なう。その具体的なフローは、後述の図１０で説明する。
【００６３】
以上、図７を用いて説明したとおり、アレイスピーカ１６Ａの最適なアレイスピーカの角度およびユニット間の角度の算出は、図７（Ａ）のように角度パターンを設定し、図７（Ｄ）のように受音面エリア内の音圧レベルの標準偏差（即ち、音圧のばらつき具合を表す指標）を計算して、その最小値を探索するものであるが、計算効率を良くするため、その前提として、図７（Ｃ）に示すように、まず、軸点１７Ｂ、１７Ｃ，１７Ｄの周波数特性を最適化するイコライザ特性を求めている。
【００６４】
次に、図７（Ｃ）に示した段階を、図８を用いてさらに具体的に説明する。図８は、図７（Ｃ）に示す軸点での周波数特性の最適化を表すフロー図と、その最適化に用いるイコライザの設定例を表す図である。
図８（Ａ）のＳ１７１において、３つのユニット１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄの周波数ゲインの指標として基準周波数帯域ｆｉを８帯域(６３〜８ｋＨｚ)に順次設定する。基準周波数帯域は、パラメトリックイコライザの各チャンネルの中心周波数であり、例えば、図８（Ｂ）に示すように、６３Ｈｚ、１２５Ｈｚ、２５０Ｈｚ、５００Ｈｚ、１ｋＨｚ、２ｋＨｚ、８ｋＨｚのいずれかに設定する。
図８（Ａ）のＳ１７２において、図７（Ｃ）で説明したゲイン設定のパターン（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３）ｆＨｚは、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３を１ｄＢ刻みで０ｄＢ〜−１０ｄＢとする。したがって基本周波数１つ（例えば６３Ｈｚ）につき、１１３通りのパターンを設定するから、全体として８×１１３通りのパターンを設定する。また、パターンそれぞれについて、ユニットごとにイコライザのデータをまとめて、ＦＦＴ変換したデータとしてイコライザデータ１０８として保存する。
図８（Ａ）のＳ１７３において、各パターンで軸点でのゲイン計算を行い、その中から最適パターンの選択を行なう。この段階は、さらにＳ１７３１〜Ｓ１７３３に分けることができる。
図８（Ａ）のＳ１７３１において、軸点でのゲイン計算は、図７（Ｂ）で示したように、アレイスピーカ１６Ａから伝達され、軸点１７Ｂ，１７Ｃ、１７Ｄそれぞれで受ける音声の周波数特性を図１のＳＰデータ内の１０７Ａ〜Ｄに基づいて算出し、基準周波数帯域ｆｉごとにその周波数ゲインのデータを蓄積する。
この計算は、スピーカユニットごとに
（フーリエ変換済み時間遅れの位相補正フィルタ１０７Ｃと、およびフーリエ変換済み距離減衰補正フィルタ１０７Ｄのデータと、
ＦＦＴ変換したイコライザデータ１０８と、
対応する方向のＳＰデータ１０７Ｂ）これらすべて畳み込んで周波数領域で計算する。
なお、このデータ数は、ユニット数３つとなるから、本実施形態の装置では、集積するデータ数は合計すると、３つ×８帯域＝２４個である。
Ｓ１７３２において、基準周波数帯域ｆｉごとに、この３点の周波数ゲインのデータについて標準偏差を求める。
Ｓ１７３３において、Ｓ１７２で設定したパターン１１３通りすべてについて、Ｓ１７３１〜Ｓ１７３２の段階を繰り返し計算して、Ｓ１７３２の標準偏差の標準偏差が最小となるものを求める。
以上、図８（Ａ）のＳ１７３１〜Ｓ１７３３の段階により、基準周波数帯域ごとに、軸点１７Ｂ，１７Ｃ、１７Ｄ間の音圧レベルの標準偏差が最小となるイコライザゲイン（図８（Ｂ）に示す点に相当。）を求めることができる。これらを上述の８つの基準周波数帯域すべて繰り返して、図８（Ａ）のＳ１７４において、イコライザゲインのパターンを決定できる。このパターンは、前述の図７（Ｃ）の説明のとおり、ユニットごとにまとめ直して、外部記憶装置１０４に保存する。そして図８（Ａ）のフローは終了する。
【００６５】
次に、図７(Ａ)、(Ｅ)で示したアレイスピーカの角度およびユニット間の角度を設定して探索し、最適な角度を決定する方法について、図１０を用いて具体的に説明する。図１０は、このような角度の最適化を行なうための具体なフローの一例を表す図である。
図１０のＳ２１において、図７（Ａ）で設定した角度を、水平方向、垂直方向とも３０度ごとに設定したアレイスピーカの角度パターン（θ、φ）を設定し、次にそれぞれのアレイスピーカの角度についてユニット間の角度θｉｎｔを設定する（図７（Ａ）の説明参照。）。このときユニット間の角度の選出では、前述のように、アレイスピーカ１６Ａには図６のようなそれぞれ予め設定できる固有の角度の範囲とピッチがあり、その範囲から選択してパターンを用意する。ここで、θは、−１８０度＜θ≦１８０度、φは、−９０度≦φ≦９０度の範囲で、３０度毎に設定する。
そして、Ｓ２２において、格子点（例えば図９の１７Ｊ参照。）間の音圧レベル（図７（Ｄ）で説明した、基準周波数ごとのゲインの２乗和で代用する。以下同じ。）の標準偏差が小さいもののベスト５となる角度パターン（θ、φ）を選出する。その選出に当たっては、ユニット間角度θｉｎｔを複数設定して、その中から最適なθｉｎｔを選出する必要があり、Ｓ２７のサブルーチンをパターンごとに実行する。
【００６６】
ここで、図１０のＳ２７のサブルーチンについて説明する。Ｓ２７は、ユニット間の角度決定フローである。Ｓ２２において選出したアレイスピーカの角度パターン（θ、φ）について、さらに、Ｓ２７１では、ユニット間角度θｉｎｔを複数設定する。この角度は、図７（Ａ）で説明したとおりである。
Ｓ２７２において、Ｓ２２、Ｓ２７１で設定した角度（θｉｎｔ、θ、φ）について、
それぞれ、Ｓ２８のエリア内標準偏差計算フローを実行する。ここでは、（θ、φ）は固定であり、θｉｎｔのみ変動させて、それぞれ、Ｓ２８の段階を実行する。
このＳ２８の各段階Ｓ２８１〜Ｓ２８３はそれぞれ図７(Ｂ)〜（Ｄ）の段階に相当している。そこで、前述した説明を代用してここでは説明を省略する。
Ｓ２７３において、Ｓ２７２で計算した中から標準偏差が最小値となるユニット間角度θｉｎｔを選択する。その後、Ｓ２７のサブルーチンは一旦終了するが、（θ、φ）の組を変えて、更にＳ２７のフローは繰り返し行なわれることになる。
そして、Ｓ２３では、（θ、φ）の組を変えて、Ｓ２７のサブルーチンで計算した最小値のうち、最も小さいベスト５を選出する。
【００６７】
図１０のＳ２３では、Ｓ２２で選出した５つの角度パターン（θ、φ）のそれぞれの前後１５度の組み合わせを設定する。例えば、選出したベスト５の角度パターンのうちの１つのパターンの最適値が（θ、φ）について（３０度、４５度）であったとすると、θについて１５度、３０度、４５度についてパターンを新たに設定すると共に、φについて３０度、４５度、６０度についてパターンを新たに設定する（３２通り）。同様に、前記選出したベスト５について、それぞれの（θ、φ）のパターンを考えると、（５×３２）通りあり、このように設定した各（θ、φ）それぞれに対して前述で説明したＳ２７のサブルーチンで、ユニット間の角度θｉｎｔを設定してθｉｎｔの最適化を行なう。
そして、図１０のＳ２４において、新たに設定したパターンについて、Ｓ２２と同様に、パターン探索を行い、候補を５つ選択する。
図１０のＳ２５では、Ｓ２３〜Ｓ２４と同様であるが、角度を１５度ピッチでなく、５度として、設定する。例えば、選出したベスト５の角度パターンのうちの１パターンの最適値が、θについて４５度であったとすると、４０度、４５度、５０度についてパターンを新たに設定する。
図１０のＳ２６では、Ｓ２５で設定した角度について、Ｓ２２、Ｓ２４と同様、それぞれＳ２７のサブルーチンを用いて、（θｉｎｔ、θ、φ）を決定する。このＳ２６では、Ｓ２２、２４と異なり、ベスト５でなく最適値を１つ選択して、θｉｎｔ、θ、φ）を最終的に決定する。
【００６８】
以上で説明した図１０の説明のとおり、角度の範囲をはじめは粗く、次第に狭めて探索することにより、探索時間を節約できる。また、このような探索により、計算コストの次数の面から、計算上不可能となることを防ぐことができる。
【００６９】
次に、図１１を用いて、図３、図４で説明したＧＵＩによる空間の形状入力の動作に関するフローを示して説明する。図１１は、この空間の形状入力のフローの一例を表す図である。このフローは図２の段階の空間形状設定Ｓ１１に対応している。
図１１のＳ１１１において、図３で示した形状選択１１Ｃにより、扇型であるか箱型であるかの選択がなされたか否か判断する。扇型であればＳ１１１の判断はＹとなり、図１１のＳ１１２において、図３に示すような形状選択１１Ｄにおいて、扇型の形状例を複数表示する。
扇型でなければＳ１１１の判断はＮとなり、Ｓ１１３に進み、図３に示すような形状選択１１Ｄと同様、箱型の形状例を複数表示する。
図１１のＳ１１４において、Ｓ１１２の扇型の形状選択１１Ｄ、またはＳ１１３の箱型の形状選択の中から形状の選択がなされたか否か判断する。選択がない場合にはＮとなり待機する。選択がない場合には、表示器１０１の画面を切り替えて、次のＳ１１５に進む。
図１１のＳ１１５において、空間の形状を特定するための数値の入力がなされたか否か判断する。この数値がすべて入力されなければＮとなり、入力されるまで待機する。
図１１のＳ１１６において、空間の形状を特定するための数値の入力（Ｓ１１５）からその空間の平面的な面積規模と形状の平面的な縦と横の比率を計算する。
図１１のＳ１１７において、図３の決定ボタンが押されたか否か判断する。当該決定ボタンが押された場合には、フローは終了するが、押されない限り、Ｓ１１５に戻って、数値入力した数値の変更を受け付ける。
以上、図１１のようなフローの段階により、ＣＡＤデータを入力することなく、本実施形態の音響設計支援装置のみで、容易に空間の形状を設定できる。また、上述のＳ１１１において、音響施設の典型的な形状は、おのずと決まっているから、本実施形態の装置では、ＣＡＤデータを入力するまでもなく、空間の形状を特定できる。
【００７０】
次に、図１２を用いて、図５の説明で示したような最適なスピーカの候補１６を選出するフローについて説明する。図１２は、このようなフローの一例を示している。
Ｓ１６１、Ｓ１６２では、図５で示したような用途選択表示１２Ａ、スピーカの設置位置１２Ｃが選択されたかどうか判断し、選択されない場合はＳ１６１、Ｓ１６２の判断はＮとなり待機する。Ｓ１６１、Ｓ１６２のいずれもが選択された場合は、Ｓ１６３へ進む。
図１２のＳ１６３では、図１の外部記憶装置１０４またはメモリ１０５から、図６で示したようなスピーカ選択テーブル１０９を参照する。そのとき、Ｓ１６１、Ｓ１６２で入力したデータと、図６のような用途１０９Ｃ、設置場所１０９Ｄと比較して条件を満たすか判断する。また、図１１のフローの段階のＳ１１６で計算した面積規模、縦横比率と図６のような面積規模１０９Ｂと縦横比率１０９Ｅのデータとを比較して条件を満たすか判断する。
Ｓ１６４において、スピーカ選択テーブル１０９の条件を満たすものを選択し、図５に示すように、最適なスピーカの候補１６を表示器１０１に表示出力する。
以上、図１２の説明のとおり、図１１で説明したような空間の形状について設定したデータと、スピーカ選択テーブル１０９とを比較参照して、最適なスピーカの候補を選択できる。
【００７１】
このようにして、図３〜図１２で設定した条件設定および自動最適化／支援によって、従来、試行錯誤により最適化していた条件設定をほぼ自動化することができる。そして、その最適化の結果に基づいて、図２のシミュレーションパラメータ計算ＳＴ２を行い、結果の出力ＳＴ３により、最適化の結果を音圧分布表示や、ヘッドホンによる音場確認が可能となる。
なお、ヘッドホンにより音場確認をするには、任意の受音点におけるインパルス応答の時間波形の算出を、以下の手順で行なえばよい。即ち、まず、個々のスピーカに対する任意の受音点の周波数応答をＳＴ２で示した処理に基づいて算出する。次に、これらの個々のスピーカに対する任意の受音点の周波数応答を逆ＦＦＴ変換することで時間応答波形に変換する。更にこれらの時間応答波形に対して、個々のスピーカの任意の受音点に対応する遅延時間をそれぞれ付与した上で、個々のスピーカの時間応答波形を加算する。この加算処理により、前記の任意の受音点におけるインパルス応答の時間波形を算出することができる。最後に、任意の受音点におけるインパルス応答の時間波形に、いわゆるドライソース（部屋の残響を含まない発音源からの直接音のみを記録した音源）を畳み込むことにより、ヘッドホン等による可聴化が可能となる。
【００７２】
なお、図１〜図１２で説明した数値、ユニット数、図３の扇形または四角の形状、図４〜６のＧＵＩ等は、説明容易のために例示した実施形態の一例であって、本願発明の語句を拘束するものではない。また、これらの図で示したフローは実施形態の一例である。特に、条件設定、パターン設定は、説明の容易のため、繰り返すフローの一部となっていることとしたが、一度設定すると、繰り返しルーチンの中では何度も設定する必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本実施形態の音響設計支援装置の内部構成および、集会施設基本形状データのデータ構造を表す図を示す。
【図２】本実施形態の音響設計支援装置の動作の全体のフロー図の概略を示す。
【図３】スピーカが配置される空間の概略形状を設定するためのＧＵＩの一例を表す図を示す。
【図４】スピーカが配置される空間の概略形状を設定するための形状パラメータを入力するＧＵＩの一例を表す図を示す。
【図５】スピーカの選択＆配置の表示を行なうためのＧＵＩの一例を表す図を示す。
【図６】スピーカ選択テーブルのデータ構造を表す図を示す。
【図７】アレイスピーカのユニット間の角度条件設定を自動的に計算する方法の概念図を示す。
【図８】図７（Ｃ）に示す軸点での周波数特性の最適化を表すフロー図と、その最適化に用いるイコライザの設定例を表す図を示す。
【図９】受音面エリア内を格子点で区切った一例を示す。
【図１０】図７（Ｅ）に示す角度の最適化を行なうための具体的なフローの一例を示す。
【図１１】図３、図４で説明したＧＵＩによる空間の形状入力のフローの一例を示す。
【図１２】図５で説明した最適なスピーカの候補を選出するフローの一例を示す。
【符号の説明】
【００７４】
１−音響設計支援装置
１０−プログラム
１０１−表示器
１０２−操作部
１０３−ＣＰＵ
１０４−外部記憶装置
１０５−メモリ
１０６−音声出力装置
１０７Ａ−全方向のＳＰデータ
１０７Ｂ−対応する方向のＳＰデータ
１０７Ｃ−フーリエ変換済み時間遅れの位相補正フィルタ
１０７Ｄ−フーリエ変換済み距離減衰補正フィルタ
１０８−イコライザデータ
１０９−スピーカ選択テーブル
１０９Ａ−スピーカタイプ名称
１０９Ｂ−面積規模
１０９Ｃ−用途
１０９Ｄ−設置場所
１０９Ｅ−縦横比率
１０９Ｆ−ユニット間の角度
１１０−集会施設基本形状データ
１１Ａ−空間形状設定画面
１１Ｂ−空間形状設定画面
１１Ｃ−形状選択
１１Ｄ−形状選択
１１Ｅ−空間形状表示
１１Ｆ−空間の形状
１１Ｇ−形状設定入力
１１Ｈ−決定ボタン
１２−スピーカの選択＆配置設定画面
１２Ａ−用途選択表示
１２Ｂ−形状データ
１２Ｃ−スピーカの設置位置
１６−最適なスピーカの候補
１６Ａ−アレイスピーカ
１６Ｂ−ユニット
１６Ｃ−ユニット
１６Ｄ−ユニット
１６Ｅ−守備範囲の設定
１７Ａ−θｉ、φｉの設定
１７Ｂ−軸点
１７Ｃ−軸点
１７Ｄ−軸点
１７Ｅ−軸線
１７Ｆ−軸線
１７Ｇ−軸線
１７Ｈ−アレイスピーカの角度の設定
１７Ｊ−格子点
【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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