(57)【要約】【課題】よりばらつきの少ない音圧分布の音声を得る。【解決手段】複数の各制御点に配置された音響センサは、測定用音響信号に基づいて音源装置から出力された音声を収音し、測定信号を出力する。伝達関数計算器は、測定信号と測定用音響信号とに基づいて音源装置から音響センサまでの伝達関数を算出する。情報入力部は、聴取エリアおよび非聴取エリアに制御点を設定する。フィルタ係数計算部は、伝達関数と、各制御点の設定結果とに基づいて、聴取エリアの音圧の誤差が許容誤差の範囲内に収まるという条件下で、非聴取エリアにおける音圧の最大値を最小化する入力フィルタ係数を求めるという線型計画問題を解くことで、入力フィルタ係数を算出する。本技術は音響システムに適用することができる。【選択図】図１
2016092562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
聴取エリア内にいくつかの制御点を設定するとともに、非聴取エリア内にいくつかの制御点を設定するエリア設定部と、
前記聴取エリア内の各前記制御点の目的音圧を設定する目的音圧設定部と、
前記目的音圧の許容誤差を設定する許容誤差設定部と、
全前記制御点の合計個数未満の所定個数の各音源について、前記音源と各前記制御点のそれぞれとの間の伝達関数に基づいて、前記聴取エリア内の前記制御点の音圧の前記目的音圧に対する誤差が前記許容誤差の範囲内に収まるという条件下で、前記非聴取エリア内の前記制御点の音圧を最小化する、前記音源に対応するフィルタのフィルタ係数を算出するフィルタ係数計算部と
を備える音声処理装置。
【請求項２】
前記フィルタ係数計算部は、前記フィルタのゲインが所定の上限値を超えないという制約条件をさらに加えて前記フィルタ係数を算出する
請求項１に記載の音声処理装置。
【請求項３】
前記エリア設定部は、前記聴取エリアおよび前記非聴取エリアとは異なるその他のエリアにいくつかの制御点を設定し、
前記フィルタ係数計算部は、前記その他のエリア内の前記制御点の音圧が、所定の最大音圧を超えないという制約条件をさらに加えて前記フィルタ係数を算出する
請求項１に記載の音声処理装置。
【請求項４】
前記最大音圧は、前記聴取エリア内の前記制御点の前記目的音圧の最小値に基づいて定められる
請求項３に記載の音声処理装置。
【請求項５】
前記フィルタ係数計算部は、線型計画問題を解くことにより、前記フィルタ係数を算出する
請求項１に記載の音声処理装置。
【請求項６】
聴取エリア内にいくつかの制御点を設定するとともに、非聴取エリア内にいくつかの制御点を設定し、
前記聴取エリア内の各前記制御点の目的音圧を設定し、
前記目的音圧の許容誤差を設定し、
全前記制御点の合計個数未満の所定個数の各音源について、前記音源と各前記制御点のそれぞれとの間の伝達関数に基づいて、前記聴取エリア内の前記制御点の音圧の前記目的音圧に対する誤差が前記許容誤差の範囲内に収まるという条件下で、前記非聴取エリア内の前記制御点の音圧を最小化する、前記音源に対応するフィルタのフィルタ係数を算出する
ステップを含む音声処理方法。
【請求項７】
聴取エリア内にいくつかの制御点を設定するとともに、非聴取エリア内にいくつかの制御点を設定し、
前記聴取エリア内の各前記制御点の目的音圧を設定し、
前記目的音圧の許容誤差を設定し、
全前記制御点の合計個数未満の所定個数の各音源について、前記音源と各前記制御点のそれぞれとの間の伝達関数に基づいて、前記聴取エリア内の前記制御点の音圧の前記目的音圧に対する誤差が前記許容誤差の範囲内に収まるという条件下で、前記非聴取エリア内の前記制御点の音圧を最小化する、前記音源に対応するフィルタのフィルタ係数を算出する
ステップを含む処理をコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は音声処理装置および方法、並びにプログラムに関し、特に、よりばらつきの少ない音圧分布の音声を得ることができるようにした音声処理装置および方法、並びにプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、音響信号を空間中に出力するために一般的なスピーカのような音源を用いる場合、その音源の指向特性による影響はあるものの概ね周囲にいる全ての人が音源から出力された音声を聴取することが可能である。
【０００３】
そのため、音声を聴取できる空間または方向（以下、聴取エリアとも称する）と、音声を聴取できない空間または方向（以下、非聴取エリアとも称する）を設定し、聴取エリア内にいる者に限定して音声を聞かせるということはできず、そのような目的を達成するためには再生装置に対する何らかの工夫が必要となる。
【０００４】
特定の位置に限定して音声を再生することが可能となれば、聴取者以外の人に対してその音声が騒音となることを防げる他、１つの空間内で複数の聴取者がそれぞれ別個の音響信号を聴取することが可能となる。このような要求に対する実現手段として、所望の方向に音波を放射する指向性スピーカシステムを用いることが考えられる。
【０００５】
ここで指向性スピーカシステムには、主に幾何的な形状によって指向性を作り出すホーンスピーカや、振幅変調された強い超音波ビームの自己復調によって狭指向性を実現するパラメトリックスピーカ、複数のスピーカを設置することで全体としての指向性を形成するスピーカアレイなどがある。
【０００６】
これらの指向性スピーカシステムのうち、ホーンスピーカでは低周波で指向性を得るためには幾何学的な構造が大きくならざるを得ず、用途が限られてしまう。
【０００７】
また、超音波を用いるパラメトリックスピーカは狭い範囲の指向性を容易に得ることができるが、低周波域において音圧が不足するなどの理由で音質面において不十分である。さらに、パラメトリックスピーカでは、放射する超音波に対して自己復調される音波の比率が低いため、十分な音圧を確保するためには非常に強い超音波の曝露を許容しなければならない。
【０００８】
これに対して、スピーカアレイを用いる方法では、ホーンスピーカに比べて小規模でありながら指向性を得ることができ、また可聴帯域の音を用いるため超音波暴露なども生じない。さらに、スピーカアレイによる方法では、各スピーカへと入力される入力信号間の相対的な振幅位相特性をフィルタにより変化させることで、スピーカアレイの配置を変えずに指向性を変更することが可能である。
【０００９】
しかしながら、スピーカアレイを用いる方法では、どのように振幅位相特性を変化させれば所望の指向特性を得られるかは自明ではなく、またスピーカの配置の仕方が指向性に与える影響も大きい。そのため、様々なフィルタ係数の算出方法やスピーカの配置方法が提案されている。
【００１０】
例えば、聴取エリアと非聴取エリアにおける平均音響エネルギ密度と、それらの平均音響エネルギ密度の差を計算し、音源から出力される全体音響エネルギに対する音響エネルギー密度の差の比が最大になるように音源から放射される信号を計算する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法によれば、スピーカアレイにより音声を再生したときに、聴取エリアにいる聴取者のみが音声を聞き取ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第５０７３７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上述した技術では、聴取エリアや非聴取エリアの平均音響エネルギ密度を用いて計算を行っているため、聴取エリアや非聴取エリアにおける音圧分布に空間的なばらつきが生じてしまう。
【００１３】
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、よりばらつきの少ない音圧分布の音声を得ることができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本技術の一側面の音声処理装置は、聴取エリア内にいくつかの制御点を設定するとともに、非聴取エリア内にいくつかの制御点を設定するエリア設定部と、前記聴取エリア内の各前記制御点の目的音圧を設定する目的音圧設定部と、前記目的音圧の許容誤差を設定する許容誤差設定部と、全前記制御点の合計個数未満の所定個数の各音源について、前記音源と各前記制御点のそれぞれとの間の伝達関数に基づいて、前記聴取エリア内の前記制御点の音圧の前記目的音圧に対する誤差が前記許容誤差の範囲内に収まるという条件下で、前記非聴取エリア内の前記制御点の音圧を最小化する、前記音源に対応するフィルタのフィルタ係数を算出するフィルタ係数計算部とを備える。
【００１５】
前記フィルタ係数計算部には、前記フィルタのゲインが所定の上限値を超えないという制約条件をさらに加えて前記フィルタ係数を算出させることができる。
【００１６】
前記エリア設定部には、前記聴取エリアおよび前記非聴取エリアとは異なるその他のエリアにいくつかの制御点を設定させ、前記フィルタ係数計算部には、前記その他のエリア内の前記制御点の音圧が、所定の最大音圧を超えないという制約条件をさらに加えて前記フィルタ係数を算出させることができる。
【００１７】
前記最大音圧を、前記聴取エリア内の前記制御点の前記目的音圧の最小値に基づいて定めるようにすることができる。
【００１８】
前記フィルタ係数計算部には、線型計画問題を解くことにより、前記フィルタ係数を算出させることができる。
【００１９】
本技術の一側面の音声処理方法またはプログラムは、聴取エリア内にいくつかの制御点を設定するとともに、非聴取エリア内にいくつかの制御点を設定し、前記聴取エリア内の各前記制御点の目的音圧を設定し、前記目的音圧の許容誤差を設定し、全前記制御点の合計個数未満の所定個数の各音源について、前記音源と各前記制御点のそれぞれとの間の伝達関数に基づいて、前記聴取エリア内の前記制御点の音圧の前記目的音圧に対する誤差が前記許容誤差の範囲内に収まるという条件下で、前記非聴取エリア内の前記制御点の音圧を最小化する、前記音源に対応するフィルタのフィルタ係数を算出するステップを含む。
【００２０】
本技術の一側面においては、聴取エリア内にいくつかの制御点が設定されるとともに、非聴取エリア内にいくつかの制御点が設定され、前記聴取エリア内の各前記制御点の目的音圧が設定され、前記目的音圧の許容誤差が設定され、全前記制御点の合計個数未満の所定個数の各音源について、前記音源と各前記制御点のそれぞれとの間の伝達関数に基づいて、前記聴取エリア内の前記制御点の音圧の前記目的音圧に対する誤差が前記許容誤差の範囲内に収まるという条件下で、前記非聴取エリア内の前記制御点の音圧を最小化する、前記音源に対応するフィルタのフィルタ係数が算出される。
【発明の効果】
【００２１】
本技術の一側面によれば、よりばらつきの少ない音圧分布の音声を得ることができる。
【００２２】
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載された何れかの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】音響システムの構成例を示す図である。
【図２】フィルタ係数算出処理を説明するフローチャートである。
【図３】音声再生処理を説明するフローチャートである。
【図４】音響システムの構成例を示す図である。
【図５】音声再生処理を説明するフローチャートである。
【図６】ユースケースについて説明する図である。
【図７】ユースケースについて説明する図である。
【図８】コンピュータの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本技術を適用した実施の形態について説明する。
【００２５】
〈第１の実施の形態〉
〈本技術の概要〉
本技術は、複数のスピーカ間での相対的な振幅位相特性を変化させることにより空間の音場特性を変化させ、予め設定した所望の聴取エリア内部のみで音響信号を聴取できるようにするものである。
【００２６】
まず、本技術の概要について説明する。
【００２７】
（本技術の基本的な原理について）
例えば、音響信号に含まれるある周波数成分ωについて考える。音響信号に基づく音声の再生空間上に、聴取者に音声を聴取できるようにする聴取エリアと、音声を聴取できないようにする非聴取エリアとを設け、聴取エリアをVtargetと表し、非聴取エリアをVcancelと表すとする。また、再生空間上に音源としてN個のスピーカが存在するとする。
【００２８】
ここで、N個のスピーカのなかのn番目（但し0≦n≦N-1）のスピーカから、聴取エリアVtargetまたは非聴取エリアVcancel内にある所定の位置rまでの伝達関数をHn(r)とする。また、n番目のスピーカに供給される音響信号に対して施されるフィルタ処理に用いる入力フィルタ係数をWnとする。すなわち、入力された音響信号が、入力フィルタ係数Wnが用いられてフィルタ処理された後、スピーカで再生されるものとする。
【００２９】
ここで、入力フィルタ係数Wnは、どのようなものであってもよいが、ここでは各周波数成分ごとの係数、つまり各周波数成分に対して乗算される係数を要素とする行列であるものとする。また、以下、入力フィルタ係数Wnからなるフィルタを入力フィルタとも称することとする。
【００３０】
さらに、聴取エリアVtargetにおける所望の音圧特性、すなわち目的音圧レベルをd(r)とし、音圧特性d(r)からの許容誤差をσとする。ここで、音圧特性d(r)は複素音圧である。
【００３１】
このとき、N個のスピーカからなるスピーカアレイの所定位置rにおける指向特性D(r)、つまり実際に得られるであろう音圧は、次式（１）に示されるようになる。
【００３２】
【数１】
2016092562.tif 000003
【００３３】
すなわち、指向特性D(r)は、N個の各スピーカの伝達関数Hn(r)と入力フィルタ係数Wnとの積の総和により表すことができる。
【００３４】
そこで、入力フィルタ係数Wnを変数とする次式（２）に示す最大値最小化問題を考える。
【００３５】
【数２】
2016092562.tif 000004
【００３６】
式（２）に示される最大値最小化問題は、聴取エリアVtargetにおける音圧ΣHn(r)Wn（但し位置rは聴取エリアVtarget内）と所望の音圧特性d(r)との間の誤差が許容誤差σ以内、つまり許容誤差の範囲内であるという条件下で、非聴取エリアVcancelにおける音圧ΣHn(r)Wn（但し位置rは非聴取エリアVcancel内）を最小化する入力フィルタ係数Wnを求めるものである。より詳細には、非聴取エリアVcancelにおいて音圧が最大となる位置rにおける音圧を最小化する入力フィルタ係数Wnが求められる。
【００３７】
なお、音圧特性d(r)と許容誤差σは位置rごとに定められるようにしてもよいし、いくつかの位置rで同じものが用いられてもよい。
【００３８】
この最大値最小化問題を解き、入力フィルタ係数Wnを求めれば、入力フィルタ係数Wnを用いたフィルタ処理によってスピーカアレイを構成する各スピーカから出力される音声の相互間の周波数特性および振幅位相特性を制御することができる。
【００３９】
これにより、聴取エリアVtargetで聴取される音声の音圧に比べて、非聴取エリアVcancelで聴取される音声の音圧を減少させ、聴取エリアVtargetのみで音声を聞き取ることができるようにすることができる。
【００４０】
しかも式（２）に示す最大値最小化問題では、比較的人間の聴覚上問題となりにくい聴取エリアVtargetにおける音質のばらつきが許容誤差σの分だけ許容されるようにしている。そのため、聴覚上、比較的問題となりやすい非聴取エリアVcancelにおける音圧をその許容範囲の中で最大限に抑えることが可能となり、聴取エリアや非聴取エリアにおける空間的な音圧のばらつきを抑えるとともに、より高い分離性能を得ることが可能となる。
【００４１】
また、この最大値最小化問題では、聴取エリアVtargetにおける音圧の許容誤差σを調整することにより、聴取エリアVtargetにおける音質と非聴取エリアVcancelにおける音圧の間のトレードオフを容易に調整することができる。
【００４２】
ところで、式（２）に示した最大値最小化問題は、このままでは複素数の絶対値演算のような非線型な要素が含まれるため、数学的な取り扱いが難しい。そこで、この最大値最小化問題を線型計画問題へと変形すれば、容易に入力フィルタ係数Wnを求めることができるようになる。
【００４３】
線型計画問題への変形を行うにあたり、まず、非聴取エリアVcancel内の音声の音圧の最大値δを次式（３）により表すこととする。
【００４４】
【数３】
2016092562.tif 000005
【００４５】
そして、式（３）に示す最大値δを用いて、上述した式（２）を以下の式（４）に示すように書き換える。
【００４６】
【数４】
2016092562.tif 000006
【００４７】
ここで、式（４）における｜ΣHn(r)Wn｜≦δは、非聴取エリアVcancel内の各位置rにおける音圧が最大値δを超えないという制約を表している。
【００４８】
次に、実回転定理より、任意の複素数Zについて次式（５）が成立することから、この式（５）を用いて、式（４）における複素数の絶対値に関する条件を実数の条件に変換することができる。これにより、式（４）は以下の式（６）へと変形される。
【００４９】
【数５】
2016092562.tif 000007
【００５０】
【数６】
2016092562.tif 000008
【００５１】
なお、式（５）および式（６）においてθは複素数の位相、すなわち回転角度を示している。また、jは虚数単位を示しており、Re{}は複素数の実部を示している。
【００５２】
また、複素数の虚部をIm{}で表すこととし、位置rを変数とする関数An(r)を次式（７）で表すとする。なお、式（７）においてmは自然数である。
【００５３】
【数７】
2016092562.tif 000009
【００５４】
さらに、位置rに応じた関数a(r)を次式（８）に示すものとし、式（７）に示した関数An(r)を要素としてもつ大きさ2N+1の行ベクトルA(r,θ)を式（９）に示すものとする。
【００５５】
【数８】
2016092562.tif 000010
【００５６】
【数９】
2016092562.tif 000011
【００５７】
また、各入力フィルタ係数Wnの実部と虚部、および最大値δを要素としてもつ大きさ2N+1の列ベクトルxを式（１０）に示すものとし、大きさ2N+1の行ベクトルcを式（１１）に示すものとし、位置rと回転角度θを変数とする関数b(r,θ)を式（１２）に示すものとする。なお、式（１１）では、行ベクトルcの最後の要素以外の他の要素の値は0となっている。
【００５８】
【数１０】
2016092562.tif 000012
【００５９】
【数１１】
2016092562.tif 000013
【００６０】
【数１２】
2016092562.tif 000014
【００６１】
このとき、行ベクトルc、列ベクトルx、行ベクトルA(r,θ)、および関数b(r,θ)を用いて、式（６）を次式（１３）に示す線型半無限計画問題として表すことができる。
【００６２】
【数１３】
2016092562.tif 000015
【００６３】
これにより、式（２）に示した最大値最小化問題が、式（１３）に示す線型半無限計画問題へと変形されたことになる。
【００６４】
式（１３）に示す線型半無限計画問題では、位置rおよび回転角度θが連続値であるため制約条件の数が無限個存在するが、位置rおよび回転角度θについて離散化を行うことで、式（１３）に示す線型半無限計画問題を通常の線型計画問題として扱うことができる。これにより、その線型計画問題を主双対内点法などの線型計画法により計算することで、最適な入力フィルタ係数Wnを算出することが可能となる。
【００６５】
ここで、回転角度θの離散化は、実回転定理の近似精度にのみ関わる。これに対して、位置rの離散化では、聴取エリアVtargetと非聴取エリアVcancelの両空間を、音圧を制御する位置rである制御点で離散化し、空間中の音場の音圧分布を制御点に配置したマイクロフォン等のセンサの値によって代表させることになる。そのため、位置rの離散化は、得られる解の性質に大きな影響を持つ。具体的には、マイクロフォン等のセンサの数が、スピーカ等の音源の数以下である場合、聴取エリアVtargetにおける許容誤差σ＝0という条件下でも、非聴取エリアVcancel内の制御点での最大音圧を0とする解xが存在し得る。
【００６６】
しかしながら、そのようにして得られる解xは、定在波の節のようにセンサのある位置においてピンポイントに音圧を0とする解となり得るため、センサのある位置以外の非聴取エリアVcancelにおける音圧は必ずしも最小化されない。したがって、センサの数は少なくとも音源数より1つ以上多い数だけ配置することが求められる。
【００６７】
（入力フィルタの安定化について）
また、式（１３）から得られる線型計画問題に対して、さらに他の制約条件を追加することで、得られる入力フィルタの性質を調整することが可能である。例えば、線型計画問題の制約条件として、次式（１４）に示す制約条件を追加することで、入力フィルタのゲインについて上限を設定することができる。
【００６８】
【数１４】
2016092562.tif 000016
【００６９】
なお、式（１４）においてgmaxはスカラ値であり、入力フィルタ係数Wnの上限値を示している。したがって、式（１４）により示される制約条件は、入力フィルタ係数Wnの各要素の大きさ（絶対値）が上限値gmaxを超えないという条件となる。
【００７０】
式（１４）により示される制約条件は複素数の絶対値を含んでいるが、以上において説明した最大値最小化問題を線型計画問題へと変形する場合と同様の変形を施すことにより、この制約条件を容易に線型計画問題に組み込むことが可能である。
【００７１】
このように入力フィルタのゲイン（入力フィルタ係数Wn）に対して上限値gmaxを設定することにより、入力とする音響信号に基づいて音声を再生する際に、スピーカやアンプリファイアなどの音源装置に不具合が生じ得るような非常に高いゲインとなる周波数帯を持つ入力フィルタが得られてしまうことを回避することができる。
【００７２】
すなわち、スピーカ等の音源の種類によっては、特定の周波数帯に高い振幅の成分を持つ信号を入力すると音が割れてしまうなどの不具合を有することがある。そこで、式（１４）に示したフィルタゲインの上限値に関する制約条件を加えることで、そのような不具合の発生を抑えつつも聴取エリアにおける音質を確保し、非聴取エリアにおける音圧を最小化することができる。
【００７３】
また、入力フィルタ係数Wnに対して上限値gmaxを設定すると、入力フィルタ係数Wnの各要素の大きさが上限値gmax以下となるので、入力フィルタの周波数軸方向の過度なゲインのばらつきを抑えることができる。その結果、インパルス応答が短く実装が容易な入力フィルタを得ることができる。換言すれば、上限値gmaxを設定することで、入力フィルタとして、時間領域でみたときにタップ数が短く、エリアシング等の生じない安定なフィルタを得ることができる。
【００７４】
このような入力フィルタのゲインのばらつきを抑える効果は、上述した線型計画問題を解くことで得られる非聴取エリアにおける音声の音圧とのトレードオフになっている。すなわち、上限値gmaxの値をより小さくすると、よりゲインのばらつきを抑えることができ、逆に上限値gmaxの値をより大きくすると、非聴取エリアにおける音圧の最大値をより小さくし、聴取エリアと非聴取エリアとの音圧差、つまり分離性能を向上させることができる。
【００７５】
したがって、入力フィルタ係数Wnの上限値gmaxの値を調整することで、算出される入力フィルタの安定性と、得られる聴取エリアおよび非聴取エリアの分離性能との間のトレードオフを容易に調整することができるようになる。
【００７６】
（非限定エリアの設定と拘束条件について）
また、上述した聴取エリアVtargetにも非聴取エリアVcancelにも含まれない空間または方向を、その他のエリア（以下、非限定エリアとも称する）とし、非限定エリアについて別の制約条件を設定するようにしてもよい。
【００７７】
ここで、非限定エリアは、例えば聴取エリアVtargetではないものの積極的に音圧を低減させる必要性の低い空間または方向とされる。
【００７８】
例として、複数の聴取エリアでそれぞれ別個の音響信号（音声）を聴取できるようにすることを考える。
【００７９】
このように複数の聴取エリアで、互いに異なる音声を聴取できるようにする方法としては、次のような実現方法が考えられる。すなわち、まず各音声の音響信号について再生空間上に１つの聴取エリアを設定し、聴取エリア以外の空間を非聴取エリアとして音響信号ごとに入力フィルタを算出する。そして、各音響信号に対して入力フィルタを用いたフィルタ処理を施し、その結果得られた音響信号を足し合わせて音源であるスピーカ等に供給して音声を再生させればよい。
【００８０】
ここで、１つの音響信号に注目すると、再生空間のうち、注目する音響信号とは異なる他の音響信号に対して聴取エリアとされた空間は、その注目する音響信号の入力フィルタの算出時には、真の非聴取エリアとされる。しかし、再生空間において、どの音響信号の聴取エリアでもない空間は非限定エリアとすることができる。
【００８１】
この場合、非限定エリアにおける音の漏れをある程度許容することにより、変数の自由度が真の非聴取エリアにおける音圧の抑圧に回され、各音響信号の分離性能の向上を期待することができる。
【００８２】
非限定エリアをVotherwiseとすると、例えば非限定エリアVotherwiseにおける制約条件として、次式（１５）に示すものが考えられる。
【００８３】
【数１５】
2016092562.tif 000017
【００８４】
なお、式（１５）におけるdminは、次式（１６）により示されるように聴取エリアVtargetにおける音声の目的音圧、つまり音圧特性d(r)の最小値を示している。
【数１６】
2016092562.tif 000018
【００８５】
したがって、式（１５）に示される制約条件は、非限定エリアVotherwise内の各位置r、つまり各制御点における音圧が、許容誤差σを考慮した聴取エリアVtarget内の目的音圧の最小値以下となる（超えない）という条件となる。
【００８６】
換言すれば、式（１５）に示される制約条件は、非限定エリアVotherwise内の各制御点の音圧が、非限定エリアVotherwiseに対して定めた所定の最大音圧を超えないという制約条件となる。この例では、式（１５）の右辺であるdmin-σが最大音圧を示している。
【００８７】
なお、最大音圧は、その他、αdmin（但し、α＜1）など、聴取エリアVtargetにおける目的音圧の最小値に基づいて定められるもの、つまり聴取エリアVtargetにおける音圧の最小値を超えないものであれば、どのようなものであってもよい。また、非限定エリアVotherwiseに対して定める最大音圧は、制御点ごとに異なる値としてもよい。そのような場合、例えば複数の非限定エリアVotherwiseごとに段階的に最大音圧を設定すること等が可能となる。
【００８８】
このような式（１５）に示される制約条件も、最大値最小化問題を線型計画問題へと変形する場合と同様の変形を施すことにより、容易に式（１３）から得られる線型計画問題の制約条件として組み込むことが可能である。
【００８９】
式（１５）に示される制約条件は、単に非限定エリアを設定するだけで、非限定エリアに特に拘束条件を設けない場合、聴取エリア以外のエリアに強い音圧を発生させることが生じ得るため、そのようなことを防止するための条件である。
【００９０】
以上のように再生空間に非限定エリアを設定し、上述した線型計画問題に非限定エリアにおける制約条件をさらに加えることで、意図せぬ大音圧のエリアの発生を防止し、最適な入力フィルタを得ることができるようになる。
【００９１】
〈音響システムの構成例〉
次に、以上において説明した本技術の具体的な実施の形態について説明する。
【００９２】
図１は、本技術を適用した音響システムの一実施の形態の構成例を示す図である。
【００９３】
図１に示す音響システム１１は、フィルタ計算部２１および音声再生部２２を有しており、この音響システム１１は、音声を再生する前に、事前測定により予め伝達関数および入力フィルタを求めておくフィードフォワード型のシステムとなっている。
【００９４】
すなわち、フィルタ計算部２１は、入力された各種の情報および伝達関数に基づいて入力フィルタを算出し、音声再生部２２に供給する。
【００９５】
音声再生部２２は例えば再生空間に配置され、フィルタ計算部２１から供給された入力フィルタを用いて、供給された入力音響信号にフィルタ処理を施し、その結果得られた出力音響信号に基づいて音声を出力する。
【００９６】
この例では、再生空間はエリアR1乃至エリアR3の3つのエリアに分けられている。そして、エリアR1およびエリアR3が、音声を再生すべきでない空間または方向である非聴取エリアとされており、エリアR2が、音声を再生すべき空間または方向である聴取エリアとされている。
【００９７】
フィルタ計算部２１は、スイッチ３１−１乃至スイッチ３１−Ｎ、D/A（Digital/Analog）変換器３２−１乃至D/A変換器３２−Ｎ、音源装置３３−１乃至音源装置３３−Ｎ、音響センサ３４−１乃至音響センサ３４−Ｋ、伝達関数計算器３５、情報入力部３６、およびフィルタ係数計算部３７を有している。
【００９８】
スイッチ３１−１乃至スイッチ３１−Ｎのそれぞれは、それらの出力端がD/A変換器３２−１乃至D/A変換器３２−Ｎに接続されており、フィルタ計算部２１の制御に応じてオンまたはオフする。スイッチ３１−１乃至スイッチ３１−Ｎは、オン状態である場合、供給された測定用音響信号をD/A変換器３２−１乃至D/A変換器３２−Ｎに供給する。
【００９９】
D/A変換器３２−１乃至D/A変換器３２−Ｎは、スイッチ３１−１乃至スイッチ３１−Ｎを介して供給された測定用音響信号に対してD/A変換を行い、音源装置３３−１乃至音源装置３３−Ｎに供給する。
【０１００】
音源装置３３−１乃至音源装置３３−Ｎは、例えば空間中に音声（音響信号）を放射するスピーカなどからなり、D/A変換器３２−１乃至D/A変換器３２−Ｎから供給された測定用音響信号に基づいて、伝達関数測定用の音声を再生する。
【０１０１】
なお、以下、スイッチ３１−１乃至スイッチ３１−Ｎを特に区別する必要のない場合、単にスイッチ３１とも称し、D/A変換器３２−１乃至D/A変換器３２−Ｎを特に区別する必要のない場合、単にD/A変換器３２とも称する。さらに、以下、音源装置３３−１乃至音源装置３３−Ｎを特に区別する必要のない場合、単に音源装置３３とも称する。ここで、音源装置３３の個数Nは、2以上とされる。
【０１０２】
音響センサ３４−１乃至音響センサ３４−Ｋは、例えばマイクロフォンなどからなり、音源装置３３から出力された音声を収音し、その結果得られた測定信号を伝達関数計算器３５に供給する。なお、以下、音響センサ３４−１乃至音響センサ３４−Ｋを特に区別する必要のない場合、単に音響センサ３４とも称することとする。
【０１０３】
また、フィルタ計算部２１が配置された空間では、例えば非聴取エリアであるエリアR1やエリアR3に対応するエリアに、音声の音圧を制御する点（位置）であるL個の制御点が設定される。同様に、フィルタ計算部２１が配置された空間における、聴取エリアであるエリアR2に対応するエリアにM個の制御点が設定される。ここでL＋M＝Kとされる。なお、以下では、再生空間上の聴取エリアや非聴取エリアに対応する、フィルタ計算部２１が配置された空間上のエリアを、単に聴取エリアや非聴取エリアとも称することとする。
【０１０４】
さらに、各制御点に音響センサ３４が配置される。このとき、全制御点の合計個数、つまり全音響センサ３４の合計個数Kは、全音源装置３３の合計個数N以上の数となるようにされる。これは、上述したように、制御点以外の非聴取エリアにおける音圧が確実に最小化されるようにするためである。なお、より詳細にはどのエリアのどの位置に制御点を設定するか、換言すれば各音響センサ３４の配置位置が聴取エリアとされるか、または非聴取エリアとされるかは、情報入力部３６により決定される。
【０１０５】
伝達関数計算器３５は、音響センサ３４−１乃至音響センサ３４−Ｋから供給された測定信号と、供給された測定用音響信号とに基づいて、各音源装置３３から音響センサ３４までの間の伝達特性を示す伝達関数Hn(r)を算出し、フィルタ係数計算部３７に供給する。伝達関数計算器３５では、各音源装置３３について、音響センサ３４ごとに伝達関数が求められる。つまり、合計でN×K個の伝達関数が得られる。
【０１０６】
情報入力部３６は、管理者の操作入力等に応じて入力フィルタの算出に必要な各種の設定を行い、その設定結果をフィルタ係数計算部３７に供給する。情報入力部３６はエリア設定部４１、目的音圧設定部４２、および許容誤差設定部４３を有している。
【０１０７】
エリア設定部４１は、例えば管理者の操作入力等に応じて、空間上にK個の制御点を設定する。具体的には、聴取エリア、非聴取エリア、非限定エリア等の各種別のエリアにいくつかの制御点が設定され、それらの設定された制御点の位置rと、制御点を含むエリアの種別を示す情報とが制御点の設定結果などとされる。
【０１０８】
目的音圧設定部４２は、例えば管理者の操作入力等に応じて、K個の制御点のうちの聴取エリア内に設定された制御点、すなわち上述したM個の制御点について、それらの制御点における目的音圧を設定する。ここで、聴取エリア内の制御点の目的音圧は、上述した音圧特性d(r)である。
【０１０９】
許容誤差設定部４３は、例えば管理者の操作入力等に応じて、聴取エリアの各制御点について、それらの制御点における目的音圧の許容誤差σを設定する。
【０１１０】
情報入力部３６は、エリア設定部４１乃至許容誤差設定部４３による設定の結果、すなわち、各制御点の位置、各制御点があるエリアの種別、目的音圧、および許容誤差をフィルタ係数計算部３７に供給する。
【０１１１】
フィルタ係数計算部３７は、伝達関数計算器３５から供給された伝達関数Hn(r)と、情報入力部３６から供給された各種の設定結果とに基づいて入力フィルタを算出し、音声再生部２２に供給する。
【０１１２】
また、再生空間に配置された音声再生部２２は、振幅位相制御フィルタ処理部６１−１乃至振幅位相制御フィルタ処理部６１−Ｎ、D/A変換器６２−１乃至D/A変換器６２−Ｎ、および音源装置６３−１乃至音源装置６３−Ｎを有している。
【０１１３】
振幅位相制御フィルタ処理部６１−１乃至振幅位相制御フィルタ処理部６１−Ｎには、再生しようとする音声の入力音響信号が供給される。
【０１１４】
振幅位相制御フィルタ処理部６１−１乃至振幅位相制御フィルタ処理部６１−Ｎは、供給された入力音響信号に対して、フィルタ係数計算部３７から供給された入力フィルタを用いたフィルタ処理を施し、その結果得られた出力音響信号をD/A変換器６２−１乃至D/A変換器６２−Ｎに供給する。振幅位相制御フィルタ処理部６１−１乃至振幅位相制御フィルタ処理部６１−Ｎにおけるフィルタ処理により、N個の入力音響信号間の相対的な振幅や位相が制御される。
【０１１５】
D/A変換器６２−１乃至D/A変換器６２−Ｎは、振幅位相制御フィルタ処理部６１−１乃至振幅位相制御フィルタ処理部６１−Ｎから供給された出力音響信号に対してD/A変換を行い、音源装置６３−１乃至音源装置６３−Ｎに供給する。
【０１１６】
音源装置６３−１乃至音源装置６３−Ｎは、例えば空間中に音声を放射するスピーカなどからなり、D/A変換器６２−１乃至D/A変換器６２−Ｎから供給された出力音響信号に基づいて音声を再生する。ここで、音源装置６３−１乃至音源装置６３−Ｎのそれぞれは、音源装置３３−１乃至音源装置３３−Ｎのそれぞれに対応する。
【０１１７】
なお、以下、振幅位相制御フィルタ処理部６１−１乃至振幅位相制御フィルタ処理部６１−Ｎを特に区別する必要のない場合、単に振幅位相制御フィルタ処理部６１とも称し、D/A変換器６２−１乃至D/A変換器６２−Ｎを特に区別する必要のない場合、単にD/A変換器６２とも称する。また、以下、音源装置６３−１乃至音源装置６３−Ｎを特に区別する必要のない場合、単に音源装置６３とも称する。
【０１１８】
図１に示す音響システム１１では、伝達関数を得るための音響センサ３４を再生空間に配置する必要がないため、ユーザは再生空間の所望の位置で音声を聴取したり、所望の位置に移動したりして、より自由な聴取を行うことができる。
【０１１９】
〈フィルタ係数算出処理の説明〉
次に、図１に示した音響システム１１の動作について説明する。
【０１２０】
例えば音響システム１１のフィルタ計算部２１は、再生空間において音声再生部２２が音声を再生するにあたり、事前にフィルタ係数算出処理を行って入力フィルタを算出し、音声再生部２２に供給する。
【０１２１】
以下、図２のフローチャートを参照して、音響システム１１によるフィルタ係数算出処理について説明する。
【０１２２】
ステップＳ１１において、エリア設定部４１は、空間上に配置されるK個の制御点についてエリア設定を行う。すなわち、エリア設定部４１は、必要に応じて再生空間上に聴取エリアや非聴取エリアといった各種別のエリアを設定するとともに、それらの各エリアに対応する、フィルタ計算部２１が配置された空間上のエリアに制御点を設定する。
【０１２３】
この例では、非聴取エリアであるエリアR1やエリアR3に対応するエリアに、いくつかの制御点が設定され、聴取エリアであるエリアR2に対応するエリアに、いくつかの制御点が設定される。
【０１２４】
ステップＳ１２において、目的音圧設定部４２は、聴取エリア内にある各制御点について、それらの制御点における音圧特性d(r)を目的音圧として設定する。
【０１２５】
ステップＳ１３において、許容誤差設定部４３は、聴取エリアの各制御点について、それらの制御点における目的音圧の許容誤差σを設定する。なお、各制御点における許容誤差σは同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。
【０１２６】
以上の処理が行われると、情報入力部３６は各制御点の位置r、各制御点があるエリアの種別、目的音圧としての音圧特性d(r)、および許容誤差σをフィルタ係数計算部３７に供給する。
【０１２７】
ステップＳ１４において、フィルタ計算部２１は、N個の音源装置３３のうちのまだ処理対象としていない音源装置３３を1つ選択する。例えば音源装置３３−１から音源装置３３−Ｎまで順番に1つずつ処理対象とする音源装置３３が選択されていく。
【０１２８】
フィルタ計算部２１は処理対象とする1つの音源装置３３を選択すると、その音源装置３３にのみ測定用音響信号が供給されるようにスイッチ３１の開閉を制御する。
【０１２９】
すなわち、フィルタ計算部２１は、処理対象の音源装置３３に接続されているスイッチ３１をオンさせ、他の処理対象ではない音源装置３３に接続されているスイッチ３１をオフさせる。
【０１３０】
ステップＳ１５において、音源装置３３は伝達関数測定用の音声を出力する。
【０１３１】
すなわち、D/A変換器３２は、スイッチ３１を介して供給された測定用音響信号をD/A変換し、音源装置３３に供給する。これにより、測定用音響信号がデジタル信号からアナログ信号に変換される。また、音源装置３３は、D/A変換器３２から供給された測定用音響信号に基づいて、伝達関数測定用の音声を出力する。
【０１３２】
ここでは、フィルタ計算部２１によるスイッチ３１の開閉制御により、処理対象の音源装置３３にのみ測定用音響信号が供給されるので、処理対象の音源装置３３から伝達関数測定用の音声が出力され、他の音源装置３３からは音声は出力されない。
【０１３３】
ステップＳ１６において、K個の各音響センサ３４は、処理対象の音源装置３３から出力された音声を収音し、その結果得られた測定信号を伝達関数計算器３５に供給する。
【０１３４】
ステップＳ１７において、伝達関数計算器３５は、音響センサ３４から供給された測定信号と、供給された測定用音響信号とに基づいて、処理対象の音源装置３３からK個の各音響センサ３４のそれぞれまでの間の伝達特性を示す伝達関数Hn(r)を算出し、フィルタ係数計算部３７に供給する。これにより、K個の音響センサ３４ごとに、処理対象の音源装置３３との間の伝達関数が得られる。
【０１３５】
ステップＳ１８において、フィルタ計算部２１は、全ての音源装置３３について処理を行ったか否かを判定する。例えば、全ての音源装置３３が処理対象とされ、各音源装置３３についての伝達関数Hn(r)が得られた場合、全ての音源装置３３について処理を行ったと判定される。
【０１３６】
ステップＳ１８において、まだ全ての音源装置３３について処理を行っていないと判定された場合、処理はステップＳ１４に戻り、上述した処理が繰り返し行われる。すなわち、次に処理対象とする音源装置３３が選択され、伝達関数Hn(r)が算出される。
【０１３７】
これに対して、ステップＳ１８において全ての音源装置３３について処理を行ったと判定されると、処理はステップＳ１９に進む。
【０１３８】
ステップＳ１９において、フィルタ係数計算部３７は、伝達関数計算器３５から供給された伝達関数Hn(r)と、情報入力部３６から供給された各制御点の位置r、各制御点があるエリアの種別、目的音圧としての音圧特性d(r)、および許容誤差σとに基づいて入力フィルタの入力フィルタ係数を算出し、振幅位相制御フィルタ処理部６１に供給する。
【０１３９】
具体的には、フィルタ係数計算部３７は、上述した式（１３）に示した線型半無限計画問題について位置rおよび回転角度θを離散化することで得られる線型計画問題を解くことにより、N個の音源装置３３ごとの入力フィルタ係数Wnを算出する。
【０１４０】
すなわち、フィルタ係数計算部３７は、聴取エリアにおける音圧の目的音圧に対する誤差が許容誤差σの範囲内に収まるという条件下で、非聴取エリアにおける音圧の最大値を最小化する入力フィルタ係数Wnを求める線型計画問題を解くことで、入力フィルタ係数Wnを算出する。
【０１４１】
このとき、フィルタ係数計算部３７は、例えば式（１４）に示した上限値gmaxについての制約条件を線型計画問題に追加して、線型計画問題を解くようにしてもよい。また、フィルタ係数計算部３７は、非限定エリアが設定される場合には、式（１５）に示した非限定エリアについての制約条件を線型計画問題に追加して、線型計画問題を解くようにしてもよい。
【０１４２】
入力フィルタ係数Wnが得られると、フィルタ係数計算部３７は、各音源装置３３について求められた入力フィルタ係数Wnを、それらの音源装置３３に対応する音源装置６３に接続されている振幅位相制御フィルタ処理部６１に供給する。
【０１４３】
すなわち、n番目の音源装置３３−ｎについて求められた入力フィルタ係数Wnが、音源装置３３−ｎに対応するn番目の音源装置６３−ｎに接続されている振幅位相制御フィルタ処理部６１−ｎに供給される。
【０１４４】
入力フィルタ係数Wnが振幅位相制御フィルタ処理部６１に供給されると、フィルタ係数算出処理は終了する。
【０１４５】
以上のようにして音響システム１１は、エリアの種別や目的音圧などの各制御点に関する情報を設定するとともに伝達関数を測定により求める。そして、音響システム１１は、各制御点に関する設定および伝達関数に基づいて、聴取エリアの音圧の誤差が許容誤差σの範囲内に収まるという条件下で、非聴取エリアにおける音圧の最大値を最小化する入力フィルタ係数を求めるという線型計画問題を解くことで、入力フィルタ係数を算出する。
【０１４６】
これにより、聴取エリアの音圧を許容誤差により定まる範囲内に収めつつ非聴取エリアの音圧を最大限に抑えられる入力フィルタ係数を得ることができ、この入力フィルタ係数によって、より空間的なばらつきの少ない音圧分布の音声を得ることができるようになる。
【０１４７】
〈音声再生処理の説明〉
続いて、音響システム１１が、フィルタ係数算出処理により得られた入力フィルタを用いて音声の再生を行う音声再生処理について説明する。
【０１４８】
ステップＳ４１において、振幅位相制御フィルタ処理部６１は、供給された入力音響信号に対して、フィルタ係数計算部３７から供給された入力フィルタを用いたフィルタ処理を施し、その結果得られた出力音響信号をD/A変換器６２に供給する。
【０１４９】
具体的には、振幅位相制御フィルタ処理部６１は、供給された入力音響信号に対して時間周波数変換を行うことで、時間領域の信号（時間信号）である入力音響信号を、周波数領域の信号である周波数スペクトルに変換する。
【０１５０】
そして、振幅位相制御フィルタ処理部６１は、得られた周波数スペクトルの各周波数成分に、フィルタ係数計算部３７から供給された入力フィルタの入力フィルタ係数Wnを構成する各周波数成分の要素（係数）を乗算することで、入力音響信号の相対的な振幅や位相を調整する。すなわち、入力音響信号に対して、周波数領域で入力フィルタを用いたフィルタ処理が施される。
【０１５１】
さらに、振幅位相制御フィルタ処理部６１は、フィルタ処理された周波数スペクトルに対して、周波数時間変換、つまり時間周波数変換の逆変換を行うことで、フィルタ処理された時間領域の信号である出力音響信号を得る。
【０１５２】
ステップＳ４２において、D/A変換器６２は、振幅位相制御フィルタ処理部６１から供給された出力音響信号をD/A変換し、音源装置６３に供給する。これにより、出力音響信号がデジタル信号からアナログ信号へと変換される。
【０１５３】
ステップＳ４３において、音源装置６３は、D/A変換器６２から供給された出力音響信号に基づいて音声を再生し、音声再生処理は終了する。
【０１５４】
各音源装置６３で音声が再生されると、再生空間内のエリアR1およびエリアR3、つまり非聴取エリアにいるユーザは再生された音声を聴取することができず、再生空間内のエリアR2、つまり聴取エリアにいるユーザは再生された音声を聴取することができる。
【０１５５】
以上のようにして、音響システム１１は、事前に算出された入力フィルタを用いて入力音響信号にフィルタ処理を施し、その結果得られた出力音響信号に基づいて、音声を再生する。このように、入力フィルタを用いて入力音響信号にフィルタ処理を施すことで、より空間的なばらつきの少ない音圧分布の音声を得ることができるとともに、より高い分離性能を得ることができる。
【０１５６】
〈第２の実施の形態〉
〈音響システムの構成例〉
ところで、上述したように複数の入力音響信号に対して、それぞれ聴取エリアを設定することも可能である。そのような場合、音響システム１１は、例えば図４に示すように構成される。なお、図４において図１における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は省略する。
【０１５７】
図４に示す音響システム１１は、フィルタ計算部２１と音声再生部２２とから構成される。また、音声再生部２２には、互いに異なる音声を再生するための2つの入力音響信号が供給され、音声再生部２２は、それらの2つの入力音響信号の再生を同時に行う。
【０１５８】
ここで、これらの入力音響信号を区別するために、一方の入力音響信号を入力IP1の入力音響信号SG1とも称し、他方の入力音響信号を入力IP2の入力音響信号SG2とも称することとする。
【０１５９】
また、この例では、再生空間がエリアR11乃至エリアR15の5つのエリアに分けられている。そして、エリアR12が入力IP1の聴取エリアとされ、エリアR14が入力IP2の聴取エリアとされ、他のエリアR11、エリアR13、およびエリアR15は非聴取エリアとされている。
【０１６０】
したがって、この例では、入力IP1の入力音響信号SG1についての入力フィルタ係数を算出するときには、エリアR12が聴取エリアとされ、他のエリアR11、およびエリアR13乃至エリアR15は非聴取エリアとされる。
【０１６１】
また、入力IP2の入力音響信号SG2についての入力フィルタ係数を算出するときには、エリアR14が聴取エリアとされ、他のエリアR11乃至エリアR13、およびエリアR15が非聴取エリアとされる。
【０１６２】
なお、ここでは各エリアが聴取エリアまたは非聴取エリアとされる例について説明するが、例えば入力IP1についても入力IP2についても非聴取エリアとなっているエリアR11、エリアR13、およびエリアR15のうちのいくつかが非限定エリアとされてもよい。
【０１６３】
また、例えば入力IP1の入力フィルタ係数を算出するときには、エリアR12およびエリアR13を聴取エリアとし、入力IP2の入力フィルタ係数を算出するときには、エリアR13およびエリアR14を聴取エリアとしてもよい。そのようにすると、エリアR12では入力IP1の音声のみが聴取でき、エリアR14では入力IP2の音声のみが聴取でき、エリアR13では入力IP1と入力IP2の両方の音声が聴取できるようになる。
【０１６４】
このような図４の例では、フィルタ計算部２１は、スイッチ３１−１乃至スイッチ３１−Ｎ、D/A変換器３２−１乃至D/A変換器３２−Ｎ、音源装置３３−１乃至音源装置３３−Ｎ、音響センサ３４−１乃至音響センサ３４−Ｋ、伝達関数計算器３５、情報入力部３６、情報入力部１０１、フィルタ係数計算部３７、およびフィルタ係数計算部１０２を有している。
【０１６５】
図４に示すフィルタ計算部２１の構成は、新たに情報入力部１０１およびフィルタ係数計算部１０２が設けられている点で図１に示したフィルタ計算部２１の構成と異なり、その他の点では図１のフィルタ計算部２１と同じ構成となっている。
【０１６６】
図４のフィルタ計算部２１では、情報入力部３６が、入力IP1の入力音響信号SG1についての各種の設定を行い、その設定結果をフィルタ係数計算部３７に供給する。また、フィルタ係数計算部３７が、伝達関数計算器３５から供給された伝達関数Hn(r)と、情報入力部３６から供給された各種の設定結果とに基づいて、入力IP1についての入力フィルタを算出し、音声再生部２２に供給する。
【０１６７】
これに対して、情報入力部１０１は、例えば管理者の操作入力等に応じて、入力IP2の入力音響信号SG2についての各種の設定を行い、その設定結果をフィルタ係数計算部１０２に供給する。また、情報入力部１０１は、エリア設定部４１乃至許容誤差設定部４３のそれぞれに対応するエリア設定部１１１、目的音圧設定部１１２、および許容誤差設定部１１３を有している。
【０１６８】
さらに、フィルタ係数計算部１０２は、伝達関数計算器３５から供給された伝達関数Hn(r)と、情報入力部１０１から供給された各種の設定結果とに基づいて、入力IP2についての入力フィルタを算出し、音声再生部２２に供給する。
【０１６９】
また、図４に示す音声再生部２２は、振幅位相制御フィルタ処理部６１−１乃至振幅位相制御フィルタ処理部６１−Ｎ、振幅位相制御フィルタ処理部１３１−１乃至振幅位相制御フィルタ処理部１３１−Ｎ、加算部１３２−１乃至加算部１３２−Ｎ、D/A変換器６２−１乃至D/A変換器６２−Ｎ、および音源装置６３−１乃至音源装置６３−Ｎを有している。
【０１７０】
図４に示す音声再生部２２の構成は、新たに振幅位相制御フィルタ処理部１３１−１乃至振幅位相制御フィルタ処理部１３１−Ｎ、および加算部１３２−１乃至加算部１３２−Ｎが設けられている点で図１の音声再生部２２と異なり、その他の点では図１の音声再生部２２と同じ構成となっている。
【０１７１】
図４の音声再生部２２では、振幅位相制御フィルタ処理部６１−１乃至振幅位相制御フィルタ処理部６１−Ｎは、供給された入力IP1の入力音響信号SG1に対して、フィルタ係数計算部３７から供給された入力フィルタを用いたフィルタ処理を施し、その結果得られた出力音響信号を加算部１３２−１乃至加算部１３２−Ｎに供給する。
【０１７２】
これに対して、振幅位相制御フィルタ処理部１３１−１乃至振幅位相制御フィルタ処理部１３１−Ｎは、供給された入力IP2の入力音響信号SG2に対して、フィルタ係数計算部１０２から供給された入力フィルタを用いたフィルタ処理を施し、その結果得られた出力音響信号を加算部１３２−１乃至加算部１３２−Ｎに供給する。
【０１７３】
加算部１３２−１乃至加算部１３２−Ｎは、それぞれ振幅位相制御フィルタ処理部６１−１乃至振幅位相制御フィルタ処理部６１−Ｎから供給された出力音響信号と、振幅位相制御フィルタ処理部１３１−１乃至振幅位相制御フィルタ処理部１３１−Ｎから供給された出力音響信号とを加算して、D/A変換器６２−１乃至D/A変換器６２−Ｎに供給する。
【０１７４】
なお、以下、振幅位相制御フィルタ処理部１３１−１乃至振幅位相制御フィルタ処理部１３１−Ｎを特に区別する必要のない場合、単に振幅位相制御フィルタ処理部１３１とも称することとする。また、以下、加算部１３２−１乃至加算部１３２−Ｎを特に区別する必要のない場合、単に加算部１３２とも称することとする。
【０１７５】
〈音声再生処理の説明〉
続いて、図４に示した音響システム１１の動作について説明する。
【０１７６】
まず、音響システム１１は、入力IP1と入力IP2の音声を再生する前に、事前にそれらの入力IP1についての入力フィルタと、入力IP2についての入力フィルタとを計算して求めておく。このとき、音響システム１１は、入力IP1と入力IP2について、それぞれ図２を参照して説明したフィルタ係数算出処理を行う。
【０１７７】
ここで、入力IP1についての入力フィルタを求めるフィルタ係数算出処理では、第１の実施の形態における場合と同様に、情報入力部３６によりステップＳ１１乃至ステップＳ１３の処理が行われ、ステップＳ１９の処理はフィルタ係数計算部３７により行われる。この場合、情報入力部３６のエリア設定部４１は、エリアR12を聴取エリアとし、エリアR11、およびエリアR13乃至エリアR15を非聴取エリアとして制御点の設定を行う。
【０１７８】
これに対して、入力IP2についての入力フィルタを求めるフィルタ係数算出処理では、情報入力部１０１のエリア設定部１１１、目的音圧設定部１１２、および許容誤差設定部１１３により、ステップＳ１１、ステップＳ１２、およびステップＳ１３の処理が行われる。このとき、ステップＳ１１では、エリア設定部１１１は、エリアR14を聴取エリアとし、エリアR11乃至エリアR13、およびエリアR15を非聴取エリアとして制御点の設定を行う。
【０１７９】
また、入力IP2についてのフィルタ係数算出処理が行われる前に、入力IP1についてのフィルタ係数算出処理が行われた場合には、既に伝達関数Hn(r)が得られているので、入力IP2についてのフィルタ係数算出処理では、ステップＳ１４乃至ステップＳ１８の処理は行われなくてもよい。
【０１８０】
さらに、入力IP2についてのフィルタ係数算出処理では、フィルタ係数計算部１０２によりステップＳ１９の処理が行われ、入力IP2についての入力フィルタ係数Wnが算出され、振幅位相制御フィルタ処理部１３１に供給される。
【０１８１】
このようにして入力IP1についての入力フィルタと、入力IP2についての入力フィルタが得られると、その後、任意のタイミングで音響システム１１は、入力IP1の音声と入力IP2の音声を再生する音声再生処理を行う。
【０１８２】
以下、図５のフローチャートを参照して、図４に示す音響システム１１により行われる音声再生処理について説明する。
【０１８３】
ステップＳ７１において、音声再生部２２は、入力ごとに入力音響信号に対してフィルタ処理を施す。
【０１８４】
すなわち、振幅位相制御フィルタ処理部６１は、供給された入力IP1の入力音響信号SG1に対して、フィルタ係数計算部３７から供給された入力フィルタを用いたフィルタ処理を施し、その結果得られた出力音響信号を加算部１３２に供給する。なお、振幅位相制御フィルタ処理部６１により行われるフィルタ処理は、図３のステップＳ４１において行われるフィルタ処理と同様であるので、その説明は省略する。
【０１８５】
同様に、振幅位相制御フィルタ処理部１３１は、供給された入力IP2の入力音響信号SG2に対して、フィルタ係数計算部１０２から供給された入力フィルタを用いたフィルタ処理を施し、その結果得られた出力音響信号を加算部１３２に供給する。なお、振幅位相制御フィルタ処理部１３１により行われるフィルタ処理は、振幅位相制御フィルタ処理部６１により行われるフィルタ処理と同様であるので、その説明は省略する。
【０１８６】
ステップＳ７２において、加算部１３２は、振幅位相制御フィルタ処理部６１から供給された入力IP1の出力音響信号と、振幅位相制御フィルタ処理部１３１から供給された入力IP2の出力音響信号とを加算して、D/A変換器６２に供給する。
【０１８７】
入力IP1の出力音響信号と入力IP2の出力音響信号が加算されると、その後、ステップＳ７３およびステップＳ７４の処理が行われて音声再生処理は終了するが、これらの処理は図３のステップＳ４２およびステップＳ４３の処理と同様であるので、その説明は省略する。
【０１８８】
このようにして出力音響信号に基づく音声が再生されると、再生空間内のエリアR12では入力IP1の音声を聴取することができ、エリアR14では入力IP2の音声を聴取することができるようになる。また、エリアR11、エリアR13、およびエリアR15では、音声を聴取することができない。
【０１８９】
以上のようにして、音響システム１１は、入力ごとに事前に算出された入力フィルタを用いて入力音響信号にフィルタ処理を施し、その結果得られた各入力の出力音響信号を加算して音声を再生する。このように、入力ごとに入力フィルタを用いて入力音響信号にフィルタ処理を施すことで、より空間的なばらつきの少ない音圧分布の音声を得ることができるとともに、より高い分離性能を得ることができる。
【０１９０】
〈ユースケース１〉
また、図４に示した音響システム１１のユースケースとして、様々なケースが考えられる。具体的には、例えば図６に示すように、画像提示装置１８１でコンテンツの映像を再生しつつ、スピーカアレイ１８２でコンテンツの音声を再生する場合に音響システム１１を適用することができる。
【０１９１】
図６では、音響システム１１は図示されていないが、スピーカアレイ１８２を構成する各スピーカが音源装置６３に対応し、D/A変換器６２からの出力音響信号がスピーカアレイ１８２に供給される。
【０１９２】
例えば、テレビジョン放送における音声多重放送や映画など、言語1の主音声と言語2の副音声が含まれる場合がある。通常は、それらの2つの音声を同時に再生すると主音声と副音声が混ざり合って聞こえてしまうため、言語1を解する人と言語2を解する人が同じ部屋でコンテンツを試聴することは困難であった。
【０１９３】
これに対して、図４に示した音響システム１１を利用すれば、再生空間に主音声のみの聴取エリアと、副音声のみの聴取エリアとを設けることができる。したがって、言語1を解する人のいる場所を主音声の聴取エリアかつ副音声の非聴取エリアとし、言語2を解する人のいる場所を副音声の聴取エリアかつ主音声の非聴取エリアとすれば、互いに相手の言語の音声に邪魔されることなくコンテンツを楽しむことができる。
【０１９４】
この例では、再生空間がエリアR21乃至エリアR25の5つのエリアに分けられている。いま、言語1を解するユーザがエリアR22におり、言語2を解するユーザがエリアR24にいるとする。そのような場合、エリアR22を主音声の聴取エリアかつ副音声の非聴取エリアとし、エリアR24を副音声の聴取エリアかつ主音声の非聴取エリアとして、音響システム１１において、それぞれ主音声の入力フィルタと副音声の入力フィルタを算出すればよい。この場合、エリアR21、エリアR23、およびエリアR25は、非聴取エリアや非限定エリアとすればよい。
【０１９５】
〈ユースケース２〉
また、図４に示した音響システム１１のユースケースとして、例えば図７に示すケースも考えられる。
【０１９６】
例えば、博物館や展示会などにおいて各映像や画像に対応した複数の音声を同一の部屋で同時に再生するような場合、所定の場所で再生した音声が別の場所で再生する音声の邪魔となってしまうことが生じ得る。
【０１９７】
そのような場合、図４に示した音響システム１１を利用すれば、それらの複数の音声を互いの音声が他の音声に邪魔されるようなことなく、再生することが可能となる。
【０１９８】
図７では、画像提示装置２１１でコンテンツC1の映像が再生されるとともに、画像提示装置２１２でコンテンツC2の映像が再生され、さらにスピーカアレイ２１３でコンテンツC1の音声およびコンテンツC2の音声が再生される。
【０１９９】
また、図７では音響システム１１は図示されていないが、スピーカアレイ２１３を構成する各スピーカが音源装置６３に対応し、D/A変換器６２からの出力音響信号がスピーカアレイ２１３に供給される。
【０２００】
この例では、再生空間がエリアR31乃至エリアR35の5つのエリアに分けられている。そして、エリアR32をコンテンツC1の音声の聴取エリア、かつコンテンツC2の音声の非聴取エリアとし、エリアR34をコンテンツC2の音声の聴取エリア、かつコンテンツC1の音声の非聴取エリアとして、コンテンツC1とコンテンツC2の入力フィルタを算出すればよい。この場合、エリアR31、エリアR33、およびエリアR35は、非聴取エリアや非限定エリアとすればよい。
【０２０１】
このようにすることで、コンテンツC1の映像が再生される画像提示装置２１１の正面、つまりエリアR32にいるユーザは、コンテンツC1の音声のみを聴取することができる。同様に、コンテンツC2の映像が再生される画像提示装置２１２の正面、つまりエリアR34にいるユーザは、コンテンツC2の音声のみを聴取することができる。
【０２０２】
ところで、上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行することもできるし、ソフトウェアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行する場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどが含まれる。
【０２０３】
図８は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウェアの構成例を示すブロック図である。
【０２０４】
コンピュータにおいて、CPU（Central Processing Unit）５０１，ROM（Read Only Memory）５０２，RAM（Random Access Memory）５０３は、バス５０４により相互に接続されている。
【０２０５】
バス５０４には、さらに、入出力インターフェース５０５が接続されている。入出力インターフェース５０５には、入力部５０６、出力部５０７、記録部５０８、通信部５０９、及びドライブ５１０が接続されている。
【０２０６】
入力部５０６は、キーボード、マウス、マイクロフォン、撮像素子などよりなる。出力部５０７は、ディスプレイ、スピーカなどよりなる。記録部５０８は、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる。通信部５０９は、ネットワークインターフェースなどよりなる。ドライブ５１０は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリなどのリムーバブルメディア５１１を駆動する。
【０２０７】
以上のように構成されるコンピュータでは、CPU５０１が、例えば、記録部５０８に記録されているプログラムを、入出力インターフェース５０５及びバス５０４を介して、RAM５０３にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。
【０２０８】
コンピュータ（CPU５０１）が実行するプログラムは、例えば、パッケージメディア等としてのリムーバブルメディア５１１に記録して提供することができる。また、プログラムは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供することができる。
【０２０９】
コンピュータでは、プログラムは、リムーバブルメディア５１１をドライブ５１０に装着することにより、入出力インターフェース５０５を介して、記録部５０８にインストールすることができる。また、プログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部５０９で受信し、記録部５０８にインストールすることができる。その他、プログラムは、ROM５０２や記録部５０８に、あらかじめインストールしておくことができる。
【０２１０】
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。
【０２１１】
また、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【０２１２】
例えば、本技術は、１つの機能をネットワークを介して複数の装置で分担、共同して処理するクラウドコンピューティングの構成をとることができる。
【０２１３】
また、上述のフローチャートで説明した各ステップは、１つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
【０２１４】
さらに、１つのステップに複数の処理が含まれる場合には、その１つのステップに含まれる複数の処理は、１つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
【０２１５】
さらに、本技術は、以下の構成とすることも可能である。
【０２１６】
［１］
聴取エリア内にいくつかの制御点を設定するとともに、非聴取エリア内にいくつかの制御点を設定するエリア設定部と、
前記聴取エリア内の各前記制御点の目的音圧を設定する目的音圧設定部と、
前記目的音圧の許容誤差を設定する許容誤差設定部と、
全前記制御点の合計個数未満の所定個数の各音源について、前記音源と各前記制御点のそれぞれとの間の伝達関数に基づいて、前記聴取エリア内の前記制御点の音圧の前記目的音圧に対する誤差が前記許容誤差の範囲内に収まるという条件下で、前記非聴取エリア内の前記制御点の音圧を最小化する、前記音源に対応するフィルタのフィルタ係数を算出するフィルタ係数計算部と
を備える音声処理装置。
［２］
前記フィルタ係数計算部は、前記フィルタのゲインが所定の上限値を超えないという制約条件をさらに加えて前記フィルタ係数を算出する
［１］に記載の音声処理装置。
［３］
前記エリア設定部は、前記聴取エリアおよび前記非聴取エリアとは異なるその他のエリアにいくつかの制御点を設定し、
前記フィルタ係数計算部は、前記その他のエリア内の前記制御点の音圧が、所定の最大音圧を超えないという制約条件をさらに加えて前記フィルタ係数を算出する
［１］または［２］に記載の音声処理装置。
［４］
前記最大音圧は、前記聴取エリア内の前記制御点の前記目的音圧の最小値に基づいて定められる
［３］に記載の音声処理装置。
［５］
前記フィルタ係数計算部は、線型計画問題を解くことにより、前記フィルタ係数を算出する
［１］乃至［４］の何れか一項に記載の音声処理装置。
［６］
聴取エリア内にいくつかの制御点を設定するとともに、非聴取エリア内にいくつかの制御点を設定し、
前記聴取エリア内の各前記制御点の目的音圧を設定し、
前記目的音圧の許容誤差を設定し、
全前記制御点の合計個数未満の所定個数の各音源について、前記音源と各前記制御点のそれぞれとの間の伝達関数に基づいて、前記聴取エリア内の前記制御点の音圧の前記目的音圧に対する誤差が前記許容誤差の範囲内に収まるという条件下で、前記非聴取エリア内の前記制御点の音圧を最小化する、前記音源に対応するフィルタのフィルタ係数を算出する
ステップを含む音声処理方法。
［７］
聴取エリア内にいくつかの制御点を設定するとともに、非聴取エリア内にいくつかの制御点を設定し、
前記聴取エリア内の各前記制御点の目的音圧を設定し、
前記目的音圧の許容誤差を設定し、
全前記制御点の合計個数未満の所定個数の各音源について、前記音源と各前記制御点のそれぞれとの間の伝達関数に基づいて、前記聴取エリア内の前記制御点の音圧の前記目的音圧に対する誤差が前記許容誤差の範囲内に収まるという条件下で、前記非聴取エリア内の前記制御点の音圧を最小化する、前記音源に対応するフィルタのフィルタ係数を算出する
ステップを含む処理をコンピュータに実行させるプログラム。
【符号の説明】
【０２１７】
１１  音響システム，  ２１  フィルタ計算部，  ２２  音声再生部，  ３３−１乃至３３−Ｎ，３３  音源装置，  ３４−１乃至３４−Ｎ，３４  音響センサ，  ３５  伝達関数計算器，  ３６  情報入力部，  ３７  フィルタ係数計算部，  ４１  エリア設定部，  ４２  目的音圧設定部，  ４３  許容誤差設定部，  ６１−１乃至６１−Ｎ，６１  振幅位相制御フィルタ処理部，  ６３−１乃至６３−Ｎ，６３  音源装置，  １０１  情報入力部，  １０２  フィルタ係数計算部，  １１１  エリア設定部，  １１２  目的音圧設定部，  １１３  許容誤差設定部，  １３１−１乃至１３１−Ｎ，１３１  振幅位相制御フィルタ処理部，  １３２−１乃至１３２−Ｎ，１３２  加算部
【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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