(57)【要約】【課題】受聴エリアの設定精度を高めた特定エリア音響再生装置とフィルタ係数生成装置を提供する。【解決手段】この発明のフィルタ係数生成装置は、伝達関数の複素行列をＧ，フィルタ係数の複素行列をＨ、減衰制御点の複素振幅を要素とする複素行列をＷとしたときに、ＧＨ＝Ｗの線形方程式を複素行列Ｈについて解くことでフィルタ係数を算出するフィルタ係数生成装置であって、スピーカの総数Ｎと上記減衰制御点の総数Ｍとが、Ｍ＝Ｎの場合はＨ＝Ｇ−１Ｗ、Ｍ＞Ｎの場合はＨ＝（Ｇ†Ｇ）−１Ｇ†Ｗ、Ｍ＜Ｎの場合はＨ＝Ｇ†（ＧＧ†）−１Ｗとして求める（Ｇ†はＧの複素共役転置行列）。また、この発明の特定エリア音響再生装置は、複数のスピーカと各スピーカに供給する供給信号を生成する信号供給部とを備え、信号供給部は、上記したフィルタ係数生成装置で生成されたフィルタ係数を用いる。【選択図】図２
2013090038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピーカの位置とその総数Ｎと、減衰制御点の位置とその総数Ｍと、上記減衰制御点における複素振幅の値を指定する距離減衰制御量Ｗｍと、を入力とし、
フィルタ係数Ｈｎ（ω）を要素とする上記Ｎ行×１列の複素行列Ｈ、スピーカｎから上記減衰制御点ｍまでの伝達関数Ｇｍｎ（ω）を要素とする上記Ｍ行×上記Ｎ列の複素行列Ｇ、その複素行列Ｇの複素共役転置行列をＧ†、距離減衰制御量Ｗｍを要素とする上記Ｍ行×１列の複素行列をＷとしたときに、
次の線形方程式を上記複素行列Ｈについて解くことでフィルタ係数を算出するフィルタ係数生成装置であって、
【数２５】
2013090038.tif 000030
上記スピーカの総数Ｎと上記減衰制御点の総数Ｍの大小関係によって、上記複素行列Ｈを次式、
【数２６】
2013090038.tif 000031
で求めることを特徴とするフィルタ係数生成装置。
【請求項２】
請求項１に記載したフィルタ係数生成装置において、
上記距離減衰制御量Ｗｍが、上記Ｎ個のスピーカを配置した座標系の原点から上記減衰制御点までの距離ｒについてのべき乗関数、ｖは任意の定数、
【数２７】
2013090038.tif 000032
又は、次式の双曲線正接関数、ａは減衰の傾き、ｂは変曲点の位置を決定するパラメータ、
【数２８】
2013090038.tif 000033
となるように指定されることを特徴とするフィルタ係数生成装置。
【請求項３】
請求項１に記載したフィルタ係数生成装置において、
上記距離減衰制御量Ｗｍが、上記Ｎ個のスピーカを配置した座標系の原点から上記減衰制御点までの距離ｒの２乗に反比例した減衰特性よりも急峻な減衰特性を有するエバネッセント波として与えられることを特徴とするフィルタ係数生成装置。
【請求項４】
複数のスピーカa1,…,aN（ただし、Nは２以上の正数。各スピーカをanとする。）が直線上に離散的に配置されるスピーカアレーと、入力されたディジタル音響信号に上記各スピーカに対応するディジタルフィルタ係数を時間領域で畳み込み上記各スピーカに供給する供給信号を生成する信号供給部と、を備えた特定エリア音響再生装置であって、
上記直線と直交する軸上に複数の減衰制御点が設けられ、その減衰制御点の複素振幅の値を指定する距離減衰制御量Ｗｍは、請求項１乃至３の何れかに記載したフィルタ係数生成装置で生成された値であることを特徴とする特定エリア音響再生装置。
【請求項５】
各スピーカを直線で結ぶと平面が形成されるように配置された３個以上のスピーカと、入力されたディジタル音響信号に上記各スピーカに対応するディジタルフィルタ係数を時間領域で畳み込み上記各スピーカに供給する供給信号を生成する信号供給部と、を備えた特定エリア音響再生装置であって、
上記各スピーカを配置した座標系の原点を通る直線上に複数の減衰制御点が配置され、その減衰制御点の複素振幅の値を指定する距離減衰制御量Ｗｍは、請求項１乃至３の何れかに記載したフィルタ係数生成装置で生成された値であることを特徴とする特定エリア音響再生装置。
【請求項６】
複数のスピーカa1,…,aN（ただし、Nは４以上の正数。各スピーカをanとする。）が、３次元のユークリッド空間の原点を通る直線上に配置され、入力されたディジタル音響信号に上記各スピーカに対応するディジタルフィルタ係数を時間領域で畳み込み上記各スピーカに供給する供給信号を生成する信号供給部と、を備えた特定エリア音響再生装置であって、
上記原点と、当該各スピーカとを結ぶ直線上に複数の減衰制御点が配置され、その減衰制御点の複素振幅の値を指定する距離減衰制御量Ｗｍは、請求項１乃至３の何れかに記載したフィルタ係数生成装置で生成された値であることを特徴とする特定エリア音響再生装置。
【請求項７】
スピーカの位置とその総数Ｎと、減衰制御点の位置とその総数Ｍと、上記減衰制御点における複素振幅の値を指定する距離減衰制御量Ｗｍと、を入力とし、
フィルタ係数Ｈｎ（ω）を要素とする上記Ｎ行×１列の複素行列Ｈ、スピーカｎから上記減衰制御点ｍまでの伝達関数Ｇｍｎ（ω）を要素とする上記Ｍ行×上記Ｎ列の複素行列Ｇ、その複素行列Ｇの複素共役転置行列をＧ†、距離減衰制御量Ｗｍを要素とする上記Ｍ行×１列の複素行列をＷとしたときに、
次の線形方程式を上記複素行列Ｈについて解くことでフィルタ係数を算出するフィルタ係数生成方法であって、
【数２９】
2013090038.tif 000034
上記スピーカの総数Ｎと上記減衰制御点の総数Ｍの大小関係によって、上記複素行列Ｈを次式、
【数３０】
2013090038.tif 000035
で求めることを特徴とするフィルタ係数生成方法。
【請求項８】
複数のスピーカa1,…,aN（ただし、Nは２以上の正数。各スピーカをanとする。）が直線上に離散的に配置されるスピーカアレーと、入力されたディジタル音響信号に上記各スピーカに対応するディジタルフィルタ係数を時間領域で畳み込み上記各スピーカに供給する供給信号を生成する信号供給過程と、を備えた特定エリア音響再生方法であって、
上記直線と直交する軸上に複数の減衰制御点が設けられ、その減衰制御点の複素振幅の値を指定する距離減衰制御量Ｗｍは、請求項１乃至３の何れかに記載したフィルタ係数生成装置で生成された値であることを特徴とする特定エリア音響再生方法。
【請求項９】
各スピーカを直線で結ぶと平面が形成されるように配置された３個以上のスピーカと、入力されたディジタル音響信号に上記各スピーカに対応するディジタルフィルタ係数を時間領域で畳み込み上記各スピーカに供給する供給信号を生成する信号供給過程と、を備えた特定エリア音響再生方法であって、
上記各スピーカを配置した座標系の原点を通る直線上に複数の減衰制御点が配置され、その減衰制御点の複素振幅の値を指定する距離減衰制御量Ｗｍは、請求項１乃至３の何れかに記載したフィルタ係数生成装置で生成された値であることを特徴とする特定エリア音響再生方法。
【請求項１０】
複数のスピーカa1,…,aN（ただし、Nは４以上の正数。各スピーカをanとする。）が、３次元のユークリッド空間の原点を通る直線上に配置され、入力されたディジタル音響信号に上記各スピーカに対応するディジタルフィルタ係数を時間領域で畳み込み上記各スピーカに供給する供給信号を生成する信号供給過程と、を備えた特定エリア音響再生方法であって、
上記原点と、当該各スピーカとを結ぶ直線上に複数の減衰制御点が配置され、その減衰制御点の複素振幅の値を指定する距離減衰制御量Ｗｍは、請求項１乃至３の何れかに記載したフィルタ係数生成装置で生成された値であることを特徴とする特定エリア音響再生方法。
【請求項１１】
請求項１乃至３又は請求項４乃至６の何れかに記載したフィルタ係数生成装置又は特定エリア音響再生装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、特定の場所に居る人々にのみ音を伝えることが可能な特定エリア音響再生装置とフィルタ係数生成装置と、それらの方法とプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
スピーカを用いて音響信号を再生する場合、そのスピーカの指向特性の影響はあるものの、スピーカに対してほぼ全方向から再生音を聴取することが可能である。そのため、ある特定の領域（エリア）のみに音を再生するような特定エリア音響再生方式の構築を目指した場合、スピーカなどの拡声装置や再生方式に工夫が必要である。
【０００３】
特定の場所に居る人々にのみ音を伝えることが可能となれば、拡声による通信を行う際に、再生音が聴取者以外の人々にとって騒音とならない。また、通信内容が周囲に漏れないのでプライバシーの保護も可能になる。
【０００４】
特定のエリアに音を閉じ込めるように工夫した再生方法としては、非特許文献１に開示された多点制御法が知られている。多点制御法とは、空間上に配置された複数の制御点において所望の音圧特性が得られるように、複数のスピーカとディジタルフィルタを用いて放射音の制御を行う手法である。あるスピーカｎからある制御点ｍまでの伝達関数をＧｍｎ（ω）とすると、各スピーカの放射音を決めるフィルタ係数Ｈｎ（ω）は式（１）を満たすように求められる。
【０００５】
【数１】
2013090038.tif 000003
式（１）の右辺のベクトルは、各制御点における所望の音圧特性に対応する複素振幅の値を指定する。
【０００６】
この考えに基づく特定エリア音響再生装置９００の機能構成例を図１３に示す。特定エリア音響再生装置９００は、スピーカアレー９１と９２と、それぞれのスピーカに接続されるディジタルフィルタ９３，９４とで構成される。再生制御点ａは、スピーカアレー９１と９２とがスピーカの放音側を対向して配置される中心（原点）に配置される。抑圧制御点ｃは、再生制御点ａを中心として半径Ｒの半円の円周上に間隔を空けて複数箇所に配置される。減衰制御点ｂは、再生制御点ａで直交するｙ軸上のＲと−Ｒの位置からそれぞれ外側に複数個配置され、ｘ軸のＲの位置から原点から遠ざかる方向に複数個配置される。
【０００７】
そして、各制御点の複素振幅値を指定する制御量を式（２）に示すように与える。
【数２】
2013090038.tif 000004
【０００８】
ここで、Ｌ−ｓｂ＊は原点から減衰制御点ｂ＊までの距離を表し、ｓは任意の定数とする。半径Ｒの内側の再生エリアの外側に減衰制御点ｂ＊を配置することで、再生エリア外の音圧の減衰特性を急峻に減衰させることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】伊藤弘章、古屋賢一、羽田陽一、“エリア再生のための多点制御法による音波の減衰制御”電子情報通信学会２０１１年総合大会講演論文集、p.174, 2011.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、従来の方法では、制御点として観測音圧が入力信号と一致する再生制御点と、観測音声が零となる抑圧制御点と、距離減衰特性を制御する減衰制御点の３つを設けているため無理のある制御になっており、制御誤差が発生する課題があった。また、スピーカを一直線状に並べるため、指向特性が同心円状に拡がってしまい、方向設定精度が悪いといった課題もあった。
【００１１】
この発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、制御点に減衰制御点のみを用いて無理のない制御を行うことで受聴エリアの設定精度を向上させた特定エリア音響再生装置とフィルタ係数生成装置と、それらの方法とプログラム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】
【００１２】
この発明のフィルタ係数生成装置は、スピーカの位置とその総数Ｎと、減衰制御点の位置とその総数Ｍと、減衰制御点における複素振幅の値を指定する距離減衰制御量Ｗｍと、を入力とし、フィルタ係数Ｈｎ（ω）を要素とするＮ行×１列の複素行列Ｈ、スピーカｎから減衰制御点ｍまでの伝達関数Ｇｍｎ（ω）を要素とするＭ行×Ｎ列の複素行列Ｇ、その複素行列Ｇの複素共役転置行列をＧ†、距離減衰制御量Ｗｍを要素とするＭ行×１列の複素行列をＷとしたときに、次の線形方程式を複素行列Ｈについて解くことでフィルタ係数を算出するフィルタ係数生成装置であって、
【数３】
2013090038.tif 000005
スピーカの総数Ｎと減衰制御点の総数Ｍの大小関係によって、複素行列Ｈを次式、
【数４】
2013090038.tif 000006
で求める。
【００１３】
また、この発明の特定エリア音響再生装置は、複数のスピーカa1,…,aN（ただし、Nは２以上の正数。各スピーカをanとする。）が直線上に離散的に配置されるスピーカアレーと、入力されたディジタル音響信号に各スピーカに対応するディジタルフィルタ係数を時間領域で畳み込み各スピーカに供給する供給信号を生成する信号供給部と、を備えた特定エリア音響再生装置であって、上記直線と直交する軸上に複数の減衰制御点が設けられ、その減衰制御点の距離減衰制御量Ｗｍは、上記したフィルタ係数生成装置で生成された値である。
【発明の効果】
【００１４】
この発明のフィルタ係数生成装置によれば、減衰制御点の距離減衰量Ｗｍのみを用いて音響再生エリアを設定するので、従来のものよりも音響再生エリアの設定精度を高めるフィルタ係数を生成することができる。また、この発明の特定エリア音響再生装置は、その精度の高いフィルタ係数を用いて音響信号を再生するので、受聴エリアの設定精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明のフィルタ係数生成装置１００の機能構成例を示す図。
【図２】フィルタ係数生成装置１００の動作フローを示す図。
【図３】べき乗関数による距離減衰制御量Ｗｍの例を示す図。
【図４】双曲線正接関数のパラメータａを可変した時の距離減衰制御量Ｗｍの例を示す図。
【図５】双曲線正接関数のパラメータｂを可変した時の距離減衰制御量Ｗｍの例を示す図。
【図６】この発明の特定エリア音響再生装置２００の機能構成例を示す図。
【図７】この発明の特定エリア音響再生装置３００のスピーカアレーの配置例を示す図。
【図８】３個のスピーカで構成した特定エリア音響再生装置３００′のスピーカ配置の例を示す図。
【図９】この発明の特定エリア音響再生装置４００のスピーカアレーの配置例を示す図。
【図１０】べき乗関数を制御量として用いた場合のシミュレーション結果を示す図。
【図１１】双曲線正接関数を制御量として用いた場合のシミュレーション結果を示す図。
【図１２】エバネッセント波で制御量を指定した場合のシミュレーション結果を示す図。
【図１３】非特許文献１に開示された特定エリア音響再生装置９００の機能構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。複数の図面中同一のものには
同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。
【実施例１】
【００１７】
〔フィルタ係数生成装置〕
図１に、この発明のフィルタ係数生成装置１００の機能構成例を示す。フィルタ係数生成装置１００は、後述する特定エリア音響再生装置が具備するディジタルフィルタのフィルタ係数を生成するものであり、スピーカの位置とその総数Ｎと、減衰制御点の位置とその総数Ｍと、各減衰制御点における複素振幅の値を指定する距離減衰制御量Ｗｍとを入力として、スピーカの総数Ｎと減衰制御点の総数Ｍに対応したフィルタ係数を自動的に生成する点で新しい。
【００１８】
フィルタ係数生成装置１００は、伝達関数算出部１０と、フィルタ係数算出部２０と、で構成される。伝達関数算出部１０は、スピーカの位置Ｘｎ＝[ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ]と、減衰制御点の位置Ｘｍ＝[ｘｍ，ｙｍ，ｚｍ]を入力として、スピーカから各減衰制御点までの伝達関数Ｇｍｎ（ω）を次式によって求める。
【数５】
2013090038.tif 000007
ここで、‖Ｘｍ−Ｘｎ‖はスピーカｎから減衰制御点ｍまでのユークリッド距離を表す。ｃは音速である。ωは角周波数であり周波数ｆとの関係はω＝２πｆとして表される。
【００１９】
フィルタ係数算出部２０は、その伝達関数Ｇｍｎ（ω）と、特定エリア音響再生装置のスピーカの総数Ｎと、減衰制御点の総数Ｍと、減衰制御点における複素振幅の値を指定する距離減衰制御量Ｗｍと、を入力とする。
【００２０】
そして、フィルタ係数Ｈｎ（ω）を要素とするＮ行×１列の複素行列Ｈ、スピーカｎから減衰制御点ｍまでの伝達関数Ｇｍｎ（ω）を要素とするＭ行×Ｎ列の複素行列Ｇ、距離減衰制御量Ｗｍを要素とするＭ行×１列の複素行列をＷとしたときに、式（４）の線形方程式を複素行列Ｈについて解くことでフィルタ係数Ｈｎ（ω）を算出する。
【数６】
2013090038.tif 000008
【００２１】
そこで更に、スピーカの総数Ｎと減衰制御点の総数Ｍの大小関係によって、複素行列Ｈを次式で求める。
【数７】
2013090038.tif 000009
【００２２】
図２を参照して、フィルタ係数算出装置１００の動作を更に詳しく説明する。
【００２３】
伝達関数算出部１０は、スピーカの位置Ｘｎ＝[ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ]と、減衰制御点の位置Ｘｍ＝[ｘｍ，ｙｍ，ｚｍ]を入力として、各スピーカｎと減衰制御点ｍの位置情報から、スピーカと制御点間の距離‖Ｘｍ−Ｘｎ‖を算出する（ステップＳ１１）。そして、スピーカから各減衰制御点までの伝達関数Ｇｍｎ（ω）を式（３）によって求める（ステップＳ１２）。
【００２４】
フィルタ係数算出部２０は、スピーカの総数Ｎと減衰制御点の総数Ｍとの数が等しい時（ステップＳ２１のYES）、フィルタ係数Ｈｎ（ω）を、Ｈｎ（ω）＝Ｇ−１Ｗ（式（５-１））として算出する（ステップＳ２２）。
【００２５】
減衰制御点の総数Ｍが、スピーカの総数Ｎよりも多い場合（ステップＳ２３のYES）、フィルタ係数Ｈｎ（ω）は、最小二乗法による近似解として求められる。上記した式（４）の右辺と左辺の誤差の２乗をε（式（６））とし、
【数８】
2013090038.tif 000010
この誤差εの２乗が最小となるようなＨを求める。
【００２６】
【数９】
2013090038.tif 000011
式（７）は∂ε/∂Ｈ＝０とすることで解くことができる（式（５-２）ステップＳ２４）。
【数１０】
2013090038.tif 000012
【００２７】
減衰制御点の総数Ｍが、スピーカの総数Ｎよりも少ない場合（ステップＳ２３のNO）、フィルタ係数Ｈｎ（ω）は、自身のノムル‖Ｈ‖が最小となるような解として求められる。上記した式（４）の解がＨ＝Ｇ−Ｗと表されるとき、Ｇ−はＧの一般逆行列として定義される。ノムル‖Ｈ‖が最小となるとき、Ｇは以下の式を満たす。
【数１１】
2013090038.tif 000013
【００２８】
以上より、
【数１２】
2013090038.tif 000014
【００２９】
したがって、
【数１３】
2013090038.tif 000015
【００３０】
以上の処理は、全てのフィルタ係数Ｈｎ（ω）の算出が終了するまで（ステップＳ２６のYES）繰り返される。
【００３１】
次に、距離減衰制御量Ｗｍの指定方法の具体例を示す。距離減衰制御量Ｗｍの指定方法としては、決定論的に指定する方法と、物理的性質に則って指定する方法の２種類が考えられる。
【００３２】
〔決定論的指定方法〕
決定論的指定方法では、距離減衰制御量Ｗｍを、スピーカと減衰制御点間の距離ｒについてのべき乗関数や双曲線正接関数となるように指定する。減衰特性をべき乗関数とする場合、任意の定数ｖを用いて式（１０）に示すように距離減衰制御量Ｗｍを指定する。
【数１４】
2013090038.tif 000016
【００３３】
図３に、パラメータｖを変化させた場合の距離減衰制御量Ｗｍの変化を示す。横軸は距離ｒ[m]、縦軸は距離減衰制御量Ｗｍである。パラメータｖを大きくすると、距離減衰制御量Ｗｍの減衰量をより急峻にすることが可能である。パラメータｖの値は、２〜数十程度の値とすることが可能で、例えばｖ＝１０程度の値を用いる。
【００３４】
また、減衰特性を双曲線正接関数とする場合、任意の定数ａ，ｂを用いて式（１１）に示すように距離減衰制御量Ｗｍを指定する。
【数１５】
2013090038.tif 000017
【００３５】
図４に、パラメータａを変化させた場合の距離減衰制御量Ｗｍの変化を示す。パラメータａを大きくすると、距離減衰制御量Ｗｍの減衰量の傾きが急になる。図５にパラメータｂを変化させた場合の距離減衰制御量Ｗｍの変化を示す。パラメータｂを大きくして行くと、減衰を開始する位置を音源から遠い位置に変化させることができる。
【００３６】
〔物理的性質指定方法〕
物理的性質指定方法では、距離減衰制御量Ｗｍをある物理的性質に則った値に指定する。物理的性質としては、例えば、距離減衰制御量Ｗｍを、スピーカと減衰制御点間の距離ｒの２乗に反比例した減衰特性よりも急峻な減衰特性を有するエバネッセント波で指定する方法が考えられる。
【００３７】
エバネッセント波は、波の進行方向と垂直な方向に振幅が指数関数的に減衰し、境界面から波長より短い距離にしか存在しない波として周知である。例えば参考文献「E.G.ウィリアムズ著、“フーリエ音響学  音の放射と近距離場音響ホログラフィの基礎”、シュプリンガー・フェアラーク東京、2005」。
【００３８】
特定エリア音響再生装置のスピーカの配置を１次元のスピーカアレーとした場合、減衰制御点の位置Ｘｍ＝〔ｘｍ，ｙｍ〕と、入力信号の波数ｋ、任意の定数ｋｘを用いて次式に示すように減衰制御量を指定する。定数ｋｘは１〜数十程度の値であり、例えばｋｘ＝７を用いる。スピーカの配置については、後述する特定エリア音響再生装置の説明の中で詳細に説明する。
【００３９】
【数１６】
2013090038.tif 000018
式（１２）の右辺がエバネッセント波を表している。
【００４０】
特定エリア音響再生装置のスピーカの配置を２次元のスピーカアレーとした場合、スピーカ位置Ｘｎ＝〔ｘｎ，ｙｎ〕と、減衰制御点の位置Ｘｍ＝〔ｘｍ，ｙｍ〕と、任意の定数ｖを用いて次式に示すように減衰制御量を指定する。
【数１７】
2013090038.tif 000019
【００４１】
ただし、以下に示される極座標系を用いている。
【数１８】
2013090038.tif 000020
【００４２】
また、ｒ０はスピーカ位置を用いて次のように決定される。
【数１９】
2013090038.tif 000021
【００４３】
特定エリア音響再生装置のスピーカの配置を３次元とした場合、スピーカ位置Ｘｎ＝〔ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ〕と、減衰制御点の位置Ｘｍ＝〔ｘｍ，ｙｍ，ｚｍ〕と、任意の定数ｕ，ｖを用いて次式に示すように減衰制御量を指定する。
【数２０】
2013090038.tif 000022
ここで、Ｐｖｕ（・）はルジャンドル陪関数を表し、ｕはモード、ｖは次数を表す。
【００４４】
座標には、以下に示される極座標系を用いている。
【数２１】
2013090038.tif 000023
【００４５】
また、ｒ０はスピーカ位置を用いて次のように決定される。
【数２２】
2013090038.tif 000024
【００４６】
〔特定エリア音響再生装置〕
図６に、特定エリア音響再生装置２００の機能構成例を示す。特定エリア音響再生装置２００は、スピーカアレー３０と、信号供給部４０とを備える。スピーカアレー３０は、複数のスピーカ３０１，…，３０Ｎ（ただし、Ｎは２以上の正数、任意のスピーカの参照符号を３０ｎと表記する。）が一直線上に離散的に配置され、スピーカ３０１の外側の端と、スピーカ３０Ｎの外側の端を結ぶ線分の中心点の原点αを通る直線上、この例ではスピーカアレー３０の外側のｘ軸上に減衰制御点が設けられる。スピーカ３０ｎの数は最低２個〜１００個を用い、スピーカ間の間隔は等間隔で無くても良い。スピーカ３０ｎの放音面の向きは限定しない。
【００４７】
信号供給部４０は、各スピーカ３０ｎに、それぞれに接続されるＡ/Ｄ変換器４１ｎとディジタルフィルタ４２ｎとＤ/Ａ変換器４３ｎとＡＭＰ４４ｎの直列構成が、スピーカ３０ｎの個数分並列に用意されて構成される。そして、複数のＡ/Ｄ変換器４１ｎに一つの音響信号が入力される。ディジタルフィルタ４２ｎのそれぞれには、上記したフィルタ係数生成装置１００で算出されたディジタルフィルタ係数Ｈｎ（ω）が設定される。各ディジタルフィルタ４２ｎは、入力されるディジタル音響信号にフィルタ係数Ｈｎ（ω）を畳み込むことで、各スピーカ３０ｎを駆動するためのディジタル駆動信号Ｄｎ（ω）を生成し、この駆動信号を対応するＤ/Ａ変換器４３ｎに出力する。なお、駆動信号Ｄｎ（ω）は次式で表せる。
【数２３】
2013090038.tif 000025
【００４８】
減衰制御点上の観測音圧の複素振幅を指定する距離減衰制御量Ｗｍは、スピーカアレー３０から遠ざかる方向へ制御量を変化させることで、再生される音圧の距離減衰量を制御する。ある減衰制御点ｍの位置をＸｍ＝〔ｘｍ，ｙｍ〕と表すとすると、その減衰制御点における距離減衰制御量Ｗｍを上記した式（１０）に示すように指定する。
【００４９】
ここで、ｒ（式（１０））は、各スピーカ３０ｎの位置を定義する座標系の原点αからの例えばｘ軸上の距離としても良い。原点αは、スピーカアレー３０の中心としても良い。例えば、原点αは図６において、スピーカ３０１の外側の端と、スピーカ３０Ｎの外側の端を結ぶ線分の中心点とする。また、原点αを、スピーカ３０１の中心と、スピーカ３０Ｎの中心とを結ぶ線分の中心点としても良い。
【００５０】
距離減衰制御量Ｗｍは、上記した決定論的指定方法又は物理的性質指定方法で説明した方法で指定する。なお、減衰制御点は、ｙ軸上の任意の点と、ｘ＞０側の任意の点とを結ぶ複数の直線上に複数個配置するようにしても良い。スピーカの総数Ｎと減衰制御点の総数Ｍの大小関係に応じて、フィルタ係数生成装置１００は、上記したようにディジタルフィルタ係数Ｈｎ（ω）を生成する。
【００５１】
なお、ディジタルフィルタ係数Ｈｎ（ω）は、Ｑ個の角周波数領域ω（ｑ）毎に生成される。周波数の帯域分割数をＱとし、ｑ＝０，１，…，Ｑ−１とした場合、角周波数帯域は次式で表せる。
【数２４】
2013090038.tif 000026
ここでｆｓは、Ａ/Ｄ変換器４１ｎのサンプリング周波数である。
【００５２】
フィルタ係数生成装置１００は、角周波数帯域ω（ｑ）におけるフィルタ係数Ｈｎ（ω（ｑ））を算出し、それを逆フーリエ変換したものを各ディジタルフィルタ４２ｎにおけるフィルタ係数として設定する。なお、周波数の帯域分割数Ｑの値を大きくとればフィルタとしての精度は高くなるが計算コストが大きくなる。分割数Ｑは任意に設定することができ、例えば数百程度の値とする。また、２のべき乗数に設定すると演算が高速化できる。なお、Ａ/Ｄ変換器４１ｎは、入力される音響信号がディジタル信号であれば無くても良い。また、角周波数帯域は角周波数でなくても良い。
【実施例２】
【００５３】
図７に、スピーカアレーを２次元配置した特定エリア音響再生装置３００のスピーカの配置例を示す。スピーカ数Ｎは最低３個〜１００個程度を用い、制御点数Ｍは２個〜数十個程度を目安とする。特定エリア音響再生装置３００は、第１スピーカアレー５１と、第２スピーカアレー５２と、第３スピーカアレー５３と、第４スピーカアレー５４の４個のスピーカアレーを備える。なお、スピーカの放音方向は限定しない。図４は、４個のスピーカアレー５１，５２，５３，５４の配置を平面的に見た図である。なお、信号供給部は省略している。
【００５４】
原点αを中心に、ｘ軸上の正負等距離にｘ軸と直交する方向に第１と第２のスピーカアレー５１，５２が配置され、第１と第２のスピーカアレー５１，５２と重ならない原点αから等距離のｙ軸上の位置に、第３と第４のスピーカアレー５３，５４がｙ軸と直交する向きで配置され、少なくともｘ軸とｙ軸上の４方向に減衰制御点が設けられる。
【００５５】
各減衰制御点の距離減衰制御量Ｗｍは、上記した決定論的指定方法又は物理的性質指定方法で説明した値に指定される。なお、減衰制御点を、図７に破線で示すように原点αを通る複数の直線上に複数個配置するようにしても良い。
【００５６】
なお、４個のスピーカアレーを用いてスピーカの２次元配置を説明したが、３個以上のスピーカを２次元配置するだけの構成でも良い。図８に、３個のスピーカ８１，８２，８３で特定エリア音響再生装置３００′を構成した例を示す。このように、各スピーカを直線で結ぶと、例えば三角形（平面）が形成されるように配置して特定エリア音響再生装置を構成しても良い。減衰制御点は同様に設定する。
【実施例３】
【００５７】
図９に、スピーカを３次元配置した特定エリア音響再生装置４００のスピーカの配置例を示す。スピーカ数Ｎは最低４個〜１００個程度を用いる。特定エリア音響再生装置４００は、複数のスピーカが３次元のユークリッド空間に配置されて構成される。なお、スピーカの放音方向は限定しない。図９に示す例では、３次元のユークリッド空間の原点αの位置に、中心を位置するようにした一辺が所定の長さの立方体の各頂点の位置に、スピーカが８個（６０ａ〜６０ｈ）配置されている。
【００５８】
各スピーカは４個以上を用いて同一平面上に並ばないように３次元的に離散配置される。各スピーカは球面状に配置しても良い。または、半球状や球の一部分の形状に配置しても良い。
【００５９】
減衰制御点の数は、２個〜数十個程度を目安とする。減衰制御点の数が多いほど減衰制御の精度は向上する。各減衰制御点の距離減衰制御量Ｗは、上記した決定論的指定方法又は物理的性質指定方法で説明した値に指定される。
〔シミュレーション結果〕
この発明の特定エリア音響再生装置の性能を確認する目的で、コンピュータシュミレーションを行った。実験条件を表に示す。表１はべき乗関数を制御量として用いた場合のシミュレーション条件、表２は双曲線正接関数を制御量として用いた場合のシミュレーション条件、表３はエバネッセント波で制御量を指定した場合のシミュレーション条件、である。
【００６０】
【表１】
2013090038.tif 000027
【００６１】
【表２】
2013090038.tif 000028
【００６２】
【表３】
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【００６３】
図１０に、べき乗関数を制御量として用いた場合の距離・減衰特性のシミュレーション結果を示す。横軸は、原点からの距離ｒ[m]、縦軸は音圧の減衰量[dB]である。破線は、距離の２乗に反比例して減衰する点音源の音圧減衰量を示す。一点鎖線は指定した距離減衰量Ｗｍの値を示す。実線がシミュレーション結果を示し、パラメータｖ＝３〜９の何れも点音源の音圧減衰量よりも大きな減衰量を示している。一般的なオフィス環境では、−２５ｄＢよりも減衰量が大きくなると音として聞こえなくなる。よって、パラメータｖ＝６に設定した特定エリア音響再生装置は、スピーカから約１.２ｍを超えるエリアには音を漏らさない。パラメータｖ＝９ではスピーカから約８０ｃｍの範囲が音響再生領域となる。
【００６４】
図１１に、双曲線正接関数を制御量として用いた場合の距離・減衰特性のシミュレーション結果を示す。こちらも、点音源の音圧減衰量よりも大きな減衰量が得られている。図１２に、エバネッセント波で減衰量を指定した場合の距離・減衰特性のシミュレーション結果を示す。図中の二点鎖線は解析解を示す。この発明の減衰量（実線）は、解析解と同じ傾向の減衰特性を示した。その減衰量は、べき乗関数や双曲線正接関数の場合よりも大きな値になることが確認できた。
【００６５】
このように、この発明の特定エリア音響再生装置によれば音響信号の再生領域を特定エリア内に限定することが可能である。
なお、フィルタ係数生成装置１００及び特定エリア音響再生装置２００，３００，４００は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ等で構成されるコンピュータに所定のプログラムが読み込まれて、ＣＰＵがそのプログラムを実行することで実現されるように構成してもよい。
【００６６】
その場合、その処理内容を記述したプログラムは、コンピュータで読み取り可能な任意の記録媒体に記録しておくことができる。コンピュータで読み取り可能な記録媒体としては、例えば、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリがある。より具体的には、例えば、磁気記録装置として、ハードディスク装置、フレキシブルディスク、磁気テープ等を、光ディスクとして、DVD（Digital Versatile Disc）、DVD-RAM（Random Access Memory）、CD-ROM（Compact Disc Read Only Memory）、CD-R（Recordable）/RW（ReWritable）等を、光磁気記録媒体として、MO（Magneto Optical disc）等を、半導体メモリとしてEEP-ROM（Electronically Erasable and Programmable-Read Only Memory）等を用いることができる。
【００６７】
また、このプログラムの流通は、例えば、そのプログラムを記録したDVD、CD-ROM等の可搬型記録媒体を販売、譲渡、貸与等することによって行う。さらに、このプログラムをサーバコンピュータの記録装置に格納しておき、ネットワークを介して、サーバコンピュータから他のコンピュータにそのプログラムを転送することにより、このプログラムを流通させる構成としてもよい。
【００６８】
また、各手段は、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させることにより構成することにしてもよいし、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェアとして実現することとしてもよい。
【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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