CN109417668A - 声场形成装置和方法、以及程序 - Google Patents

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Abstract

本技术涉及一种配置为提高波前在收听者位置处的再现性的声场形成装置和方法以及程序。所述声场形成装置具有：位置获取单元，所述位置获取单元配置为获取指示收听者的位置或待形成的声源的位置的位置信息；控制点指定单元，所述控制点指定单元配置为基于所述位置信息根据离所述收听者或所述声源的扬声器阵列的距离指定控制点；以及，滤波单元，所述滤波单元配置为通过将对应于所指定的控制点的滤波系数与声源信号一起卷积来生成由所述扬声器阵列用于形成预定声场的扬声器驱动信号。本技术可以适用于所述声场形成装置。

Description

声场形成装置和方法、以及程序
技术领域
本技术涉及一种声场形成装置和方法以及程序，更具体地，涉及一种配置为提高波前在收听者位置处的再现性的声场形成装置和方法以及程序。
背景技术
例如，在空间中存在两个或两个以上收听者并且希望收听者中的每个收听者收听期望声音的情况下，使用指向性控制技术使每个收听者收听与其他收听者的声音不同的声音。
对于执行这种指向性控制的方法，已知的有使用参量扬声器的方法。但是，使用参量扬声器的方法需要通过所呈现的声音的方向数量来准备参量扬声器的数量，并且同时禁止形成诸如点声源和平面波的特定声场。此外，通常与普通扬声器相比，从参量扬声器输出的声音的音质不好，从而限制了待再现的内容类型。
相比之下，使用波前合成技术允许形成点声源和平面波，从而为特定收听者提供期望的声场。
例如，在使用扬声器阵列形成声场的情况下，存在包括控制点组的控制线，该控制线称为与构成扬声器阵列的扬声器的排列方向平行的参考线。然后，已知所形成的声场可以仅在这些控制点上与理想声场匹配(例如，参照NPL 1)。
[引文列表]
[非专利文献]
[NPL 1]
Jens Ahrens,Sascha Spors,“Sound Field Reproduction Using Planar andLinear Arrays of Loudspeakers,”IEEE TRANSACTIONS ON AUDIO,SPEECH,AND LANGUAGEPROCESSING,2010。
发明内容
[技术问题]
由于使用扬声器阵列的声场形成技术在从扬声器阵列角度看在远离参考线侧上的区域(即参考线后面的区域)中形成期望声场，因此收听者必须位于控制点后面。进一步地，离控制点越远，声音波前的再现性越低。也就是说，随着位置离控制点越来越远，所形成的声场与目标的理想声场之间的误差越来越大。
因此，在需要通过扬声器阵列形成声场以使两个或两个以上收听者收听不同的声音并且收听者在离扬声器阵列不同距离的位置的情况下，难以在相应收听者的位置处形成与理想声场的误差小的声场。
更具体地，在有两个或两个以上收听者的情况下，例如，每个收听者必须位于控制点后面。进一步地，即使为一个收听者设置了固定控制点，该固定控制点对于其他收听者而言也不总是最佳控制点，从而降低了波前在远离控制点的收听者的位置处的再现性。
因此，本技术提出了上述和其它问题，并且通过提高波前在各个收听者位置处的再现性来解决了所提出的为题。
[问题的解决方案]
根据本技术的一种声场形成装置具有：位置获取单元，该位置获取单元配置为获取指示收听者的位置或待形成的声源的位置的位置信息；控制点指定单元，该控制点指定单元配置为基于位置信息根据离收听者或声源的扬声器阵列的距离指定控制点；以及，滤波单元，该滤波单元配置为通过将对应于所指定的控制点的滤波系数与声源信号一起卷积来生成由扬声器阵列用于形成预定声场的扬声器驱动信号。
控制点指定单元可以根据离收听者的扬声器阵列的距离来为多个收听者中的各个收听者指定控制点。
控制点指定单元可以根据离多个收听者中离扬声器阵列最近的收听者的扬声器阵列的距离来指定控制点。
控制点指定单元可以通过在基于位置信息为多个收听者中的各个收听者指定控制点和根据离多个收听者中离扬声器阵列最近的收听者的扬声器阵列的距离指定控制点之间切换来指定控制点。
在多个收听者之间的距离等于或小于预定阈值的情况下，控制点指定单元可以根据离多个收听者中离扬声器阵列最近的收听者的扬声器阵列的距离来指定控制点。
扬声器阵列设置为围绕收听者。
声场形成装置还可以具有扬声器阵列。
声场形成装置还可以具有滤波系数记录单元，该滤波系数记录单元配置为记录与多个控制点相对应的各个滤波系数。
在构成与所指定的控制点对应的扬声器阵列的扬声器的滤波系数中，滤波单元可以只使用根据收听者的位置或声源的位置的扬声器的滤波系数来生成扬声器驱动信号。
根据本技术的一个方面的一种声场形成方法或程序包括以下步骤：获取指示收听者的位置或待形成的声源的位置的位置信息；基于位置信息根据离收听者或声源的扬声器阵列的距离指定控制点；以及，通过将对应于所指定的控制点的滤波系数与声源信号一起卷积来生成由扬声器阵列用于形成预定声场的扬声器驱动信号。
在本技术的一个方面，获取指示收听者的位置或待形成的声源的位置的位置信息，基于位置信息根据离收听者或声源的扬声器阵列的距离指定控制点，并且通过将对应于所指定的控制点的滤波系数与声源信号一起卷积来生成由扬声器阵列用于形成预定声场的扬声器驱动信号。
[本发明的有益效果]
根据本技术的一个方面，可以提高波前在收听者位置处的再现性。
应当注意，这里描述的效果不是限制性的，因此本公开中描述的任何其它效果都是有效的。
附图说明
[图1]图1是描述本技术的概述的示意图。
[图2]图2是描述声场形成装置的配置示例的示意图。
[图3]图3是描述坐标系的示意图。
[图4]图4是描述一种指定控制点的方法的示意图。
[图5]图5是描述另一种指定控制点的方法的示意图。
[图6]图6是指示生成形成处理的流程图。
[图7]图7是描述本技术的一种应用的示意图。
[图8]图8是描述本技术的另一种应用的示意图。
[图9]图9是图示计算机的配置示例的示意图。
具体实施方式
下面参照附图对应用本技术的实施例进行说明。
<第一实施例>
<本技术>
本技术配置为通过使用扬声器阵列根据所生成的声源的位置来指定(或设置)从扬声器阵列和控制点角度看收听者在深度方向上的位置以执行波前合成，从而提高声音的波前在各个收听者位置处的再现性。
如图1所示，例如，假设由两个或两个以上扬声器以线性方式提供的扬声器阵列SPA11形成了声场。
该示例还假设在扬声器阵列SPA11前面有两个收听者LN11和LN12，以使两个收听者LN11和LN12中的各个收听者收听不同的声音。在图中，向下方向，即与构成扬声器阵列SPA11的扬声器的排列方向垂直的方向，也称为深度方向。
此时，如果参考线位于由箭头Q11指示的位置处以实现待被各个收听者收听的声音，则可以将与理想声场匹配的声场呈现给收听者LN11。然而，由于收听者LN12位于在深度方向上远离参考线的位置处，因此待呈现给收听者LN12的声场与理想声场的误差较大。
另一方面，如果参考线位于由箭头Q12指示的位置处以实现待被各个收听者收听的声音，则可以将与理想声场匹配的声场呈现给收听者LN12；但是，收听者LN11将相对于参考线位于扬声器阵列SPA11的一侧。因此，没有合适的声场可以呈现给收听者LN11。
因此，本技术配置为通过根据各个收听者在深度方向上的位置和待生成的声源的位置指定在深度方向上的位置互不相同的两个或两个以上控制点(即两个或两个以上参考线)来提高所形成的声场的波前在各个收听者的位置处的再现性。
在图1所示的示例中，例如，对于待被收听者LN11收听的声音，将由箭头Q11指示的深度方向上的位置指定为控制点的位置，即参考线的位置，从而生成扬声器驱动信号。进一步地，对于待被收听者LN12收听的声音，将由箭头Q12指示的深度方向上的位置指定为控制点的位置，从而生成扬声器驱动信号。然后，将这两个扬声器驱动信号相加在一起以提供最终的扬声器驱动信号。
如上所述，为各个收听者指定两个或两个以上参考线，例如，允许在各个收听者的位置处形成具有较小误差的生成，最终提高波前的再现性。
<声场形成装置的配置示例>
下面更详细地描述了应用本技术的声场形成装置的一个实施例的配置示例。
图2是图示作为一个实施例实践的应用本技术的声场形成装置的配置示例的示意图。
图2所示的声场形成装置11具有收听者位置获取单元21、声源位置获取单元22、控制点指定单元23、滤波系数记录单元24、滤波单元25和扬声器阵列26。
收听者位置获取单元21获取指示在作为形成声场的空间的收听区中的收听者的位置的收听者位置信息，并且将获取的收听者位置信息提供给声源位置获取单元22和控制点指定单元23。
声源位置获取单元22根据需要使用从收听者位置获取单元21提供的收听者位置信息以获取指示通过形成声场而产生的点声源的位置的声源位置信息，并且将获取的声源位置信息提供给控制点指定单元23。
基于从收听者位置获取单元21提供的收听者位置信息和从声源位置获取单元22提供的声源位置信息中的至少一种，控制点指定单元23生成在形成声场时用于指定控制点的位置的控制点信息，并且将生成的控制点信息提供给滤波系数记录单元24。
例如，在控制点指定单元23中，指定在深度方向上离扬声器阵列26的距离互不相同的两个或两个以上控制点，从而生成指示这些控制点的位置的控制点信息。
滤波系数记录单元24针对在深度方向上的参考线的各个位置，即针对在控制点的深度方向上的各个位置，记录用于通过波前合成形成声场的音频滤波器的滤波系数。
滤波系数记录单元24从预先记录的滤波系数中选择与从控制点指定单元23提供的控制点信息指示的控制点位置对应的滤波系数，并且将所选择的滤波系数提供给滤波单元25。因此，在通过控制点信息指定在深度方向上的位置互不相同的两个或两个以上控制点的情况下，为这些控制点中的各个控制点选择滤波系数。
向滤波单元25提供待再现的声音的声源信息。滤波单元25将外部提供的声源信息与从滤波系数记录单元24提供的滤波系数进行卷积以获得用于形成预定声场的扬声器驱动信号，并且将获得的扬声器驱动信号提供给扬声器阵列26。
更详细地，滤波单元25为由控制点信息指定的各个控制点，即所提供的各个滤波系数，生成扬声器驱动信息，并且将这些扬声器驱动信号相加在一起，从而生成最终的扬声器驱动信号。
应当注意，例如，在使收听区中存在的各个收听者收听不同内容的声音的情况下，针对每条内容，将用于再现内容声音的声音源信号提供给滤波单元25。进一步地，例如，在使两个或两个以上收听者以不同的收听相同内容的声音的情况下，将用于再现该条内容的声源信号提供给滤波单元25。
例如，扬声器阵列26包括具有以线性方式设置的两个或两个以上扬声器的线性扬声器阵列、具有以平面方式设置的两个或两个以上扬声器的平面扬声器阵列、具有以圆形方式设置的两个或两个以上扬声器的环形扬声器阵列或者具有以球形方式设置的两个或两个以上扬声器的球形扬声器阵列。
扬声器阵列26通过基于从滤波单元25提供的扬声器驱动信号再现声音来形成声场。
下面将参照图3描述将要说明的坐标系。应当注意，参照图3，与之前参照图2描述的部件相似的部件用相同的附图标记表示，并且将省略其描述。
换言之，在下面的描述中，扬声器阵列26的中心位置是三维正交坐标系的原点O。
三维正交坐标系的三个轴是彼此成直角地通过原点O的x轴、y轴和z轴。应当注意，x轴的方向，即x方向，是构成扬声器阵列26的扬声器的排列方向。y轴方向，即y方向，是垂直于x方向并且平行于从扬声器阵列26输出声波的方向的方向。垂直于x方向和y方向的方向为z轴方向，即z方向。特别地，从扬声器阵列26输出声波的方向是y方向的正方向。
在下文中，通过使用x坐标、y坐标和z坐标，空间中的位置(即指示空间中的位置的向量)也称为(x,y,z)。此外，由坐标(x,y,z)表示的位置也称为位置v。
进一步地，扬声器阵列26可以是线性扬声器阵列、平面扬声器阵列、环形扬声器阵列、球形扬声器阵列等中的任意一种。但是，在下文中，假设扬声器阵列26是线性扬声器阵列。
在这种情况下，由于构成为扬声器阵列26指定的一条参考线的两个或两个以上控制点在y方向上的位置是相同的，因此该参考线变成在y方向上具有恒定距离(即在深度方向上离扬声器阵列26的距离)的直线。换言之，参考线变成平行于x方向的直线。
<收听者位置获取单元>
下面更详细地描述了图2所示的声场形成装置11的各个单元。首先，描述了收听者位置获取单元21。
例如，收听者位置获取单元21获取在y方向上从扬声器阵列26到收听者的距离ylsn作为收听者位置信息。
例如，收听者位置获取单元21也可以获取从外部设备提供的或由用户输入的距离ylsn等作为收听者位置信息。
进一步地，例如，收听者位置获取单元21也可以通过检测收听者的数量及其位置计算各个收听者的距离ylsn，从而获取距离ylsn作为收听者位置信息。
在这种情况下，例如，收听者位置获取单元21包括用于拍摄作为对象的收听者的图像的摄像机、设置在收听者所处空间的地板部分上的压敏传感器、以及用于通过超声波检测到收听者的距离的距离传感器。在这种情况下，收听者位置获取单元21通过使用诸如摄像机、压敏传感器或距离传感器识别收听者，以基于获得的识别结果计算距离ylsn。
更具体地，收听者位置获取单元21通过例如使用字典的对象识别从摄像机拍摄的图像中检测收听者，并且基于例如检测结果计算在各个收听者的空间中在y方向上从扬声器阵列26到收听者的距离以作为距离ylsn。
应当注意，在y方向上两个或两个以上收听者之间的距离比预定恒定距离更近的情况下，可以将这些收听者处理成一个组。在这种情况下，例如，当该组被视为一个收听者时，在y方向上离扬声器阵列26最近的收听者的距离ylsn或者属于该组的典型收听者的距离ylsn作为收听者位置信息。
进一步地，收听者位置信息不仅可以包括各个收听者在y方向的位置，而且还包括各个收听者在x方向和z方向上的位置。
(声源位置获取单元)
例如，在通过使用SDM(频谱分割方法)点声源的情况下，声源位置获取单元22获取点声源的位置作为声源位置信息，如稍后将描述的。
例如，可以根据通过从收听者位置获取单元21提供的收听者位置信息得到的与收听者的相对位置关系确定声源位置，或者可以确定从外部输入的点声源的绝对位置。
更具体地，在预先确定了从收听者看到的点声源的生成位置的情况下，例如，根据由收听者位置信息指示的收听者的位置确定点声源的位置，并且指示已确定位置的信息提供了声源位置信息。
应当注意，由于在形成声场时产生的点声源的y方向的位置不能设置为比收听者的位置离扬声器阵列26更远的位置，因此如果点声源在y方向上的位置比收听者离扬声器26更远，那么不使用点声源的这个位置。进一步地，在这种情况下，点声源的y方向的位置可以在收听者的位置内进行校正，即校正到扬声器阵列26侧的位置而不是收听者的位置。
(控制点指定单元)
控制点指定单元23基于收听者位置信息和声源位置信息中的至少一种指定在形成声场时的控制点位置。换言之，生成根据收听者或声源在y方向上离扬声器阵列26的距离确定的指示控制点位置的控制点信息。
更具体地，例如，从扬声器阵列26到各个收听者的深度方向的距离(即y方向上的距离)是到控制点的距离，如图4所示。应当注意，参照图4，与先前参照图2描述的部件相似的部件用相同的附图标记表示，并且将省略其描述。
在图4所示的示例中，一个收听者LN21位于在y方向上相对于扬声器26的距离为ylsn1的位置处，即在y方向上的位置为y＝ylsn1的距离处。此外，一个收听者LN22位于在y方向上相对于扬声器26的距离为ylsn2的位置处，即在y方向上的位置为y＝ylsn2的距离处。
例如，控制点指定单元23将收听者LN21所存在的位置y＝ylsn1设置为第一控制点的位置y＝yref1，即参考线RL11的位置。进一步地，控制点指定单元23将收听者LN22所存在的位置y＝ylsn2设置为第二控制点的位置y＝yref2，即参考线RL12的位置。
然后，控制点指定单元23生成指示控制点位置的信息(即指示距离yref1和距离yref2的信息)作为控制点信息。
在这种情况下，指示由收听者位置信息指示的收听者LN21的位置的距离ylsn＝ylsn1变成指示参考线RL11上没有发生变化的控制点位置的距离yref1。同样，指示由收听者位置信息指示的收听者LN22的位置的距离ylsn＝ylsn2变成指示参考线RL12上没有发生变化的各个控制点的位置的距离yref2。
在如上所述检测到两个或两个以上收听者的情况下，如果各个收听者的y方向的位置是控制点在y方向上的位置，那么在形成声场时可以提高波前在所有收听者的位置处的再现性。换言之，在各个收听者的位置处，可以形成与理想波前的误差较小的良好波前。换言之，如上所述，这是因为随着位置离控制点(即参考线)越近，形成的波前的再现性越高。
在下文中，将各个收听者的位置作为控制点位置的控制点指定方法也被特别称为逐个收听者控制点指定方法。
进一步地，例如，使一个收听者LN21位于在y方向上相对于扬声器阵列26的距离为ylsn1的位置处而一个收听者LN22位于在y方向上相对于扬声器阵列26的距离为ylsn2的位置处，如图5所示。应当注意，参照图5，与先前参照图4描述的部件相似的部件用相同的附图标记表示，并且将省略其描述。
在这种情况下，在两个收听者LN21和LN22中，控制点指定单元23将具有在y方向上离扬声器阵列26最近的距离的收听者的位置指定为控制点位置，即参考线的位置。
换言之，在从扬声器阵列26到收听者LN21的距离ylsn1和从扬声器阵列26到收听者LN22的距离ylsn2中，最短的距离(即具有最小值的距离)提供在y方向上指示控制点位置的距离。
在该示例中，在距离ylsn1和距离ylsn2中，最小距离ylsn1指定为控制点位置y＝yref，即参考线RL21的位置。该参考线RL21上的各个控制点是用于再现待被收听者LN21收听的声音的声场的控制点以及用于再现待被收听者LN22收听的声音的声场的控制点。
控制点指定单元23生成指示上述确定的控制点位置y＝yref的信息作为控制点信息。
在这种情况下，在由收听位置信息指示的用于指示收听者LN21的位置的距离ylsn＝ylsn1和用于指示收听者LN22的位置的距离ylsn＝ylsn2中，将最小距离ylsn1指定为指示参考线RL21上没有发生变化的控制点位置的距离yref。
在如上所述的检测到两个或两个以上收听者的情况下，在这些收听者中，如果在y方向上离扬声器阵列26最近的收听者的位置是在y方向上的控制点位置，那么在形成声场时至少在离扬声器阵列26最近的收听者的位置处可以形成具有良好再现性的波前。
进一步地，随着位置在y方向上离控制点越近，波前的再现性降低；但是，如果其他收听者在控制点附近，那么在这些收听者的位置处也可以形成具有足够再现性的波前。此外，由于将离扬声器阵列26最近的收听者的位置指定为控制点位置，因此可以避免由于在扬声器阵列26的y方向上远离收听者的控制点的指定而没有向收听者呈现声场。
在下文中，将具有在y方向上离扬声器阵列26最近的距离的收听者的位置作为控制点的控制点指定方法也特别地称为最小值控制点指定方法。
上述的逐个收听者控制点指定方法与最小值控制点指定方法之间的比较表明，在存在两个或两个以上收听者并且在x方向上这些收听者之间的距离(即在与构成扬声器阵列26的扬声器的排列方向平行的方向上的距离)较近的情况下，采用最小值控制点指定方法更有效。
例如，在通过逐个收听者控制点指定方法为两个或多个收听者中的各个收听者指定控制点以使各个收听者收听不同声音的情况下，收听者之间的控制点位置差异需要针对各个控制点生成扬声器驱动信号。换言之，用于再现具有指定为控制点的特定位置的预定声音的波前与用于再现具有和指定为控制点的位置不同的位置的另一种声音的波前一起产生。然后，由于这些控制点在y方向上的位置的差异，在一个控制点上的位置处，在波前上产生与形成为控制点的位置不同的位置的误差。
因此，例如，如果两个或两个以上收听者在x方向上的位置彼此靠近，那么待被特定收听者收听的再现声音会泄露给另一个收听者。换言之，收听者听到为该收听者再现的声音和为另一个收听者再现的声音。
另一方面，在两个或两个以上收听者在x方向上的位置彼此靠近的情况下，采用最小值控制点指定方法为这些收听者指定一个控制点，以生成用于再现待被具有指定为控制点的相同位置的各个收听者收听的声音的扬声器驱动信号，从而可以抑制在收听者位置处的声音的混合。
因此，控制点指定单元23还可以基于收听者位置信息选择通过逐个收听者控制点指定方法指定控制点或者通过最小值控制点指定方法指定控制点，即在控制点方法之间切换，从而指定控制点。
在这种情况下，收听者位置信息至少包括各个收听者的x方向位置和y方向位置。然后，例如，如果从收听者位置信息中获得的两个或两个以上收听者之间的x方向距离等于或小于预定阈值，那么只需要通过最小值控制点指定方法来指定控制点。此时，如果收听者之间的x方向距离大于预定阈值，那么只通过逐个收听者控制点指定方法来指定控制点。
应当注意，例如，如果收听者之间的x方向距离隔开到一定程度，那么可以只使用在构成扬声器阵列26的扬声器中的在收听者正前方的扬声器来形成待呈现给该收听者的声场。
更具体地，在图5所示的示例中，例如，只针对构成例如如图5所示的扬声器阵列26的所有扬声器中的左半部分的扬声器生成待被收听者LN21收听的声音的扬声器驱动信号，因此只有左半部分的扬声器用于输出声音。
只使用在收听者LN21前方的扬声器阵列26的左半部分的扬声器，即只使用在收听者LN21附近的扬声器，抑制了将待被收听者LN21收听的声音泄露给另一个收听者LN22。
在这种情况下，只使用扬声器阵列26的左半部分的各个扬声器的滤波系数来生成用于再现待被收听者LN21收听的声音的扬声器驱动信号。如稍后将要描述的，为每个控制点准备构成扬声器阵列26的各个扬声器的滤波系数，以作为与滤波系数记录单元24中的一个控制点对应的滤波系数。
因此，在该示例中，在与为收听者21指定的控制点对应的扬声器阵列26的扬声器的滤波系数中，滤波单元25只使用扬声器阵列26的左半部分的各个扬声器的滤波系数来生成扬声器驱动信号。
相反，对于收听者N22，生成构成例如如图5所示的扬声器阵列26的所有扬声器的右半部分的扬声器的扬声器驱动信号，并且只使用左半部分的扬声器输出声音。
如上所述，将根据收听者的位置和声源的位置指定控制点与根据收听者的位置选择用于输出声音的方法相结合，实现了具有更少声音泄露的良好声场的形成。
应当注意，在为待再现的声音选择扬声器时，可以使用收听者的位置(即收听者位置信息)和声源位置(即声源位置信息)；或者，可以只使用声源位置信息。换言之，只要根据收听者的位置和声源的位置中的至少一种选择扬声器就足够了，并且只使用在与所指定的控制点对应的滤波系数中的所选择的扬声器的滤波系数，从而生成扬声器驱动信号。
例如，在基于收听者的位置和声源的位置选择扬声器的情况下，只需要从构成扬声器阵列26的扬声器中选择位于收听者和声源附近的扬声器。
进一步地，在通过选择逐个收听者控制点指定方法和最小值控制点指定方法中的一种方法来指定控制点的情况下，例如，可以基于收听者的数量和在y方向上收听者之间的距离或待生成的声源的位置来进行选择。换言之，基于收听者位置信息和声源位置信息中的至少一种，可以根据收听者的位置和声源的位置来切换控制点指定方法。
例如，在存在许多收听者的情况下，针对两个或两个以上收听者生成扬声器驱动信号并将这些扬声器驱动信号相加以提供最终的扬声器驱动信号可以使各个扬声器的输出声压达到可再现声压的极限。
在这种情况下，通过为两个或两个以上收听者指定一个控制点而不是为两个或两个以上收听者中的各个收听者指定控制点，可以轻松地执行用于将扬声器的输出声压控制在可再现声压范围内的声压调节的处理。因此，在存在许多收听者的情况下，即在由收听者位置信息指示的收听者的数量等于或大于预定阈值的情况下，可以使用最小值控制点指定方法来执行控制点指定。
此外，由于波前的再现性随着位置越靠近参考线而增加，例如，如果收听者之间的y方向的距离等于或小于阈值，那么可以通过最小值控制点指定方法来指定控制点；如果收听者之间的y方向的距离大于阈值，那么可以通过逐个收听者控制点指定方法来指定控制点。
进一步地，作为控制点控制方法的示例，上面已经描述了逐个收听者控制点指定方法和最小值控制点指定方法；但是，也可以通过其它方法来指定控制点。更进一步地，已经描述了只基于收听者位置信息来指定控制点的示例；但是，也可以只基于声源位置信息或者使用收听者位置信息和声源位置信息来指定控制点。
例如，在只基于声源位置信息来指定控制点的情况下，可以将由声源位置信息指示的点声源的y方向的位置用作控制点的y方向的位置。
进一步地，在使用收听者位置信息和声源位置信息来指定控制点的情况下，例如，可以将在由声源位置信息指示的点声源在y方向上的位置和游收听者位置信息指示的收听者在y方向上的位置中的任一位置指定为控制点在y方向上的位置。
当如上所述指定了控制点并且生成了指示所指定的控制点的位置的控制点信息时，将控制点信息从控制点指定单元23提供给滤波系数记录单元24。
(滤波系数记录单元)
滤波系数记录单元24基于控制点信息从预先准备的声音滤波器的滤波系数中确定用于生成扬声器驱动信号的滤波系数。
例如，通过SDM方法如下获得声音滤波器的滤波系数。应当注意，例如，SDM方法的细节如“Sascha Spors and Jens Ahrens,“Reproduction of Focused Sources by theSpectral Division Method,”4th International Symposium on Communications,Control and Signal Processing(ISCCSP),2010.”等中所描述的。
例如，三维自由空间中的声场P(v,ntf)如下面的式(1)所示。
[数学式1]
应当注意，在上式(1)中，ntf表示时间频率索引，并且v是表示空间中的位置的向量，即v＝(x,y,z)。进一步地，在式(1)中，v0是表示x轴上的预定位置的向量，即v0＝(x0,0,0)。在下文中，由向量v表示的位置也称为位置v，并且由向量v0表示的位置也称为位置v0。
进一步地，在式(1)中，D(v0,ntf)表示次声源的驱动信号，并且G(v,v0,ntf)是位置v和位置之间v0的传递函数。该次声源驱动信号D(v0,ntf)对应扬声器阵列26的扬声器的扬声器驱动信号。
在通过上述式(1)进行计算时，在空间区域中形成驱动信号D(v0,ntf)和传递函数D(v0,ntf)的卷积，其中在x轴方向上对式(1)中描述的声场P(v,ntf)进行空间傅里叶变换得到下式(2)。
[数学式2]
PF(nsf，y，z，ntf)＝DF(nsf，ntf)GF(nsf，y，z，ntf)…(2)
应当注意，在上式(2)中，nsf表示空间频率索引。
如上所述，当对声场P(v,ntf)进行空间傅里叶变换时，空间频率区域中的声场PF(nsf,y,z,ntf)用空间频率区域中的驱动信号DF(nsf,ntf)和传输函数GF(nsf,y,z,ntf)表示，如式(2)所示。因此，次声源的驱动信号的空间频率表达式如下式(3)所示。
[数学式3]
进一步地，在使用直线上的次声源的情况下，实际上仅在与该直线平行的控制点上形成的声场可以与理想声场匹配。因此，如果该控制点在y方向上的位置是y＝yref并且假设z＝0以便考虑水平面上的声场形成，那么式(3)变为如下式(4)所示。
[数学式4]
由上式(4)表示的次声源的驱动信号DF(nsf,ntf)是用于在位置为y＝yref的控制点处形成理想声场的驱动信号。
进一步地，对于期望声场PF(nsf,yref,0,ntf)，可以使用点声源模型Pps(nsf,yref,0,ntf)，例如，如下式(5)所示。
[数学式5]
应当注意，在上式(5)中，S(ntf)表示待再现的声音的声源信号，j表示虚数单元，并且kx表示在x轴方向上的波数。进一步地，xps和yps分别表示指示点声源的位置的x坐标和y坐标，ω表示角频率，并且c表示声速。更进一步地，H0 (2)表示第二类汉克尔函数，并且K0表示贝塞尔函数。应当注意，由于滤波系数不依赖于声源，因此在这里S(ntf)＝1。
而且，传输函数GF(nsf,y,z,ntf)可以表示为如下式(6)。
[数学式6]
通过上述的式(4)、式(5)和式(6)，获得了扬声器阵列26的扬声器驱动信号的空间频谱DF(nsf,ntf)。
接下来，利用DFT(离散傅里叶变换)对空间频谱DF(nsf,ntf)进行控制频率合成，得到时间频谱D(l,ntf)。也就是说，对下式(7)进行求解以计算时间频谱D(l,ntf)。
[数学式7]
应当注意，在式(7)中，l标识构成扬声器阵列26的扬声器并表示指示该扬声器在x方向上的位置的扬声器索引，并且Mds表示DFT的样品的数量。
进一步地，利用IDFT(离散傅里叶反变换)对时间频谱D(l,ntf)进行时间频率合成，获得作为扬声器阵列26的各个扬声器的扬声器驱动信号d(l,nd)作为时间信号。更具体地，对下式(8)进行求解以计算扬声器驱动信号d(l,nd)。
[数学式8]
应当注意，在上式(8)中，nd表示时间索引，并且Mdt表示IDFT的样品的数量。这里，针对由扬声器阵列26的扬声器索引l标识的各个扬声器计算扬声器驱动信号d(l,nd)。
上述获得的扬声器驱动信号d(l,nd)表示不依赖于声源的滤波系数本身。因此，用时间索索引n替代该扬声器驱动信号d(l,nd)的时间索引提供了针对声源位置(xps,yps)和控制点位置y＝yref获得的声音滤波器的滤波系数h(l,n)。
这里，对于一个控制点，针对由扬声器阵列26的扬声器索引l标识的各个扬声器获得滤波系数h(l,n)。也就是说，根据滤波系数h(l,n)为构成扬声器阵列26的各个扬声器配置声音滤波器。
例如，假设在形成声场的y方向上的收听区的范围是从位置y＝ymin(其中0<ymin)到位置y＝ymax的范围。在这种情况下，对于点声源的位置(xps,yps)，声音滤波器的滤波系数h(l,n)和在收听区中的两个或两个以上位置中的各个位置一起预先保存在滤波系数记录单元24中。也就是说，对于点声源的位置(xps,yps)，针对两个或两个以上不同控制点的各个位置y＝yref(ymin≤yref≤ymax)的滤波系数h(l,n)预先记录到滤波系数记录单元24中。
滤波系数记录单元24选择与由从控制点指定单元23提供的控制点信息指示的控制点的位置相对应的滤波系数h(l,n)，并且将所选择的系数提供给滤波单元25。也就是说，将针对由控制点信息指示的控制点的位置获得的滤波系数h(l,n)输出到滤波单元25。应当注意，在声源的位置(xps,yps)不固定的情况下，必须基于由声源位置获取单元22获得的声源位置信息指示的声源位置和由控制点信息指示的控制点的位置来选择滤波系数h(l,n)。
(滤波单元)
将待再现的声音的声源信号x(n)提供给滤波单元25。这里，声源信号x(n)中的n表示时间索引。
滤波单元25对所提供的声源信号x(n)和从滤波系数记录单元24提供的滤波系数h(l,n)进行卷积以获得扬声器驱动信号d(l,n)。换言之，在滤波单元25中，针对构成扬声器阵列26的各个扬声器对下式(9)进行求解以计算由扬声器索引l标识的各个扬声器的扬声器驱动信号d(l,n)。
[数学式9]
应当注意，在上式(9)中，N表示声音滤波器的滤波器长度。
进一步地，在控制点指定单元23中指定了在y方向的位置不同的两个或两个以上控制点的情况下，从滤波系数记录单元24向在y方向上的位置不同的各个控制点提供滤波系数h(l,n)。在这种情况下，滤波单元25获得在y方向上的位置不同的各个控制点的扬声器驱动信号d(l,n)，并且针对各个扬声器将为各个控制点获得的扬声器驱动信号d(l,n)相加，从而提供最终的扬声器驱动信号。
滤波单元25将上述获得的最终扬声器驱动信号提供给扬声器阵列26。
<声场形成处理的描述>
下面描述了上述声场形成装置11的操作。也就是说，下面参照图6所示的流程图描述了待由声场形成装置11执行的声场形成处理。
在步骤S11中，收听者位置获取单元21获取收听者位置信息，并且将获取的收听者位置信息提供给声源位置获取单元22和控制点指定单元23。
在步骤S11中，例如，获取从外部设备提供的或者由用户输出的在y方向上从扬声器阵列26到收听者的距离ylsn以作为收听者位置信息。进一步地，例如，也可以通过对作为收听者位置获取单元21的摄像机拍摄的图像进行对象识别或者利用作为收听者位置获取单元21的压力传感器对收听者进行检测来获取距离ylsn。
在步骤S12中，声源位置获取单元22获取声源位置信息，并且将获取的声源位置信息提供给控制点指定单元23。
例如，在步骤S12中，基于从收听者位置获取单元21向声源位置信息获取党员22提供的收听者位置信息来获得声源位置，或者使用从外部输入的声源信息来生成指示声源的信息，从而提供声源位置信息。
在步骤S13中，控制点指定单元23基于从收听者位置获取单元21提供的收听者位置信息和从声源位置获取单元22提供的声源位置信息指定一个或多个控制点，并且将指示所指定的一个或多个控制点的位置的控制点信息提供给滤波系数记录单元24。
例如，控制点指定单元23使用上述的逐个收听者控制点指定方法或最小值控制点指定方法来指定控制点。换言之，确定在y方向上的位置互不相同的一个或多个控制点。进一步地，例如，控制点指定单元23也可以基于收听者位置信息选择逐个收听者控制点指定方法或最小值控制点指定方法中的一种方法，从而通过所选择的控制点指定方法来指定控制点。
在步骤S14中，滤波系数记录单元24基于从控制点指定单元23提供的控制点信息选择滤波系数，并且将所选择的滤波系数提供滤波单元25。
例如，在步骤S14中，选择与由控制点信息指示的控制点的位置相对应的滤波系数。此时，在指定了在y方向上的位置互不相同的两个或两个以上控制点的情况下，为这些控制点中的各个控制点选择滤波系数。
在步骤S15中，滤波单元25将从滤波系数记录单元24提供的滤波系数和从外部提供的声源信号进行卷积，从而生成扬声器驱动信号。更具体地，对上式(9)进行求解以生成针对各个控制点的各个扬声器的扬声器去顶信号；并且，对于各个扬声器，将针对控制点的扬声器驱动信号进行相加，从而提供最终的扬声器驱动信号。
滤波单元25将获得的扬声器驱动信号提供给扬声器阵列26的各个扬声器。
在步骤S16中，扬声器阵列16基于从滤波单元25提供的扬声器驱动信号输出声音以形成期望的生成，在此结束了声场形成处理。
如上所述，声场形成装置11获取收听者位置信息和声源位置信息，以便基于获取的收听者位置信息和声源位置信息指定控制点。因此，例如，通过为各个收听者指定控制点或者为两个或两个以上收听者指定一个控制点，可以提高波前在收听者位置处的再现性。
<本技术的应用示例1>
<使用线性麦克风阵列的示例>
下面描述了上述的本技术的一个具体应用示例。
例如，本技术也可适用于收听区是由四个扬声器阵列(如图7所示的扬声器阵列51-1至扬声器阵列51-4)围成的区域的情况。
在该示例中，扬声器阵列51-1至扬声器阵列51-4都是线性扬声器阵列，在收听区中有收听者LN31和收听者LN32。也就是说，这四个扬声器阵列(如图7所示的扬声器阵列51-1至扬声器阵列51-4)设置为围绕位于收听区中的收听者LN31和收听者LN32。
应当注意，在无需特别区分扬声器阵列51-1至扬声器阵列51-4的情况下，这些扬声器阵列通常简称为扬声器阵列51。一个扬声器阵列51对应图2所示的声场形成装置11中的扬声器阵列26。
在这种情况下，例如，对于扬声器阵列51，声场形成装置具有多个部件(收听者位置获取单元21至滤波单元25)的配置。
例如，在使用四个扬声器阵列51输出声音以通过波前合成形成声场的情况下，关于各个扬声器阵列51，通过逐个收听者控制点指定方法为各个收听者指定控制点，将各个收听者定位到由各个扬声器阵列51的参考线围成的区域中，如箭头Q31所示。
换言之，例如，收听者LN31被包括为扬声器阵列51-1指定的控制点的参考线RL41、包括为扬声器阵列51-2指定的控制点的参考线RL42、包括为扬声器阵列51-3指定的控制点的参考线RL43和包括为扬声器阵列51-4指定的控制点的参考线RL44包围。
从而，因为收听者LN31位于由参考线RL41至参考线R44围成的区域中，即位于这些参考线的附近，所以在收听者LN31的位置处形成具有高再现性的声音的波前。
同样，例如，收听者LN32被包括为扬声器阵列51-1指定的控制点的参考线RL51、包括为扬声器阵列51-2指定的控制点的参考线RL52、包括为扬声器阵列51-3指定的控制点的参考线RL53和包括为扬声器阵列51-4指定的控制点的参考线RL54包围。
进一步地，如果通过上述最小值控制点指定方法针对各个扬声器阵列51为两个或两个以上收听者指定了一个控制点，那么所有的收听者都位于由各个扬声器阵列51的参考线围成的区域中，如箭头Q32所示。
换言之，例如，收听者LN31和收听者LN32被包括为扬声器阵列51-1指定的控制点的参考线RL61、包括为扬声器阵列51-2指定的控制点的参考线RL62、包括为扬声器阵列51-3指定的控制点的参考线RL63和包括为扬声器阵列51-4指定的控制点的参考线RL64包围。
在这种情况下，因为收听者LN31和收听者LN32都位于由参考线RL61至参考线RL64围成的区域中，所以在这些收听者的位置处形成具有高再现性的声音的波前。
进一步地，在通过SDM方法生成焦点声源的情况下，例如，在从扬声器阵列51角度看在远离参考线或控制点的位置处不能产生声场。更进一步地，从扬声器阵列51角度看远离收听者的位置不能指定为控制点的位置。因此，需要指定声源位置和控制点位置，从而满足对声源和控制点的条件。
因此，例如，在形成声场时在由箭头A11指示的位置处产生声源的情况下，通过扬声器阵列51-1和扬声器阵列51-4产生声源，而不使用扬声器阵列51-2和扬声器阵列51-3产生该声源。
<本技术的应用示例2>
<使用环形麦克风阵列的示例>
参照图7，已经描述了使用线性麦克风阵列的示例；但是，如上所述，麦克风阵列可以是环形麦克风阵列或球形麦克风阵列。
例如，同样在使用环形麦克风的情况下，也可以通过逐个收听者控制点指定方法或最小值控制点指定方法来指定控制点，如图8所示。应当注意，参照图8，与先前参照图7描述的部件相似的部件用相同的附图标记表示，并且将省略其描述。
在该示例中，扬声器阵列61是具有排列成圆形或环形的扬声器的环形扬声器阵列。该扬声器阵列61对应如图2所示的声场形成装置11中的扬声器阵列26。此外，由扬声器阵列61围成的圆形区域是收听区，在该收听区中有两个收听者(收听者LN31和收听者LN32)。
例如，在使用扬声器阵列61输出声音以形成声场的情况下，通过上述的逐个收听者控制点指定方法为各个收听者指定控制点，将各个收听者定位到由参考线围成的区域中，如箭头Q41所示。
也就是说，例如，收听者LN31位于包括为该收听者LN31指定的控制点的圆形参考线RL71内。同样，例如，收听者LN32位于包括为该收听者LN32指定的控制点的圆形参考线RL72内。
相反，通过上述的最小值控制点指定方法为两个或两个以上收听者指定一个控制点，将所有收听者定位到包括所指定的控制点的圆形参考线RL81内部，如箭头Q42所示。
在这种情况下，如果通过SDM方法产生焦点声源，例如，那么在扬声器阵列61与参考线之间的位置处只需要产生焦点声源。
<计算机的配置示例>
同时，上述的处理操作的顺序可以由软件和硬件执行。对于由软件执行处理操作的顺序，将构成该软件的程序安装在计算机中。应当注意，计算机包括组装在专用硬件中的计算机或者例如能够通过安装各种程序执行各种功能的通用个人计算机。
图9是图示用于通过上述程序执行处理操作的顺序的计算机的硬件配置示例的框图。
在该计算机中，CPU(中央处理单元)501、ROM(只读存储器)502和RAM(随机存取存储器)503通过总线504互相连接。
总线504还连接至输入/输出接口505。输入/输出接口505连接至输入单元506、输出单元507、记录单元508、通信单元509和驱动器510。
输入单元506包括键盘、鼠标、麦克风、图像传感器等。输出单元507包括显示器、扬声器阵列等。记录单元508包括硬盘驱动器、非易失性存储器等。通信单元509包括网络接口等。驱动器510包括可移除记录介质511，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等。
在如上配置的计算机中，例如，CPU 501经由输入/输出单元505和总线504将记录单元508中记录的程序加载到RAM 503中，并且执行所加载的程序以执行上述的处理操作的顺序。
例如，可以将待由计算机(CPU 501)执行的程序记录到作为封装介质的可移除记录介质511等中。此外，可以经由有线或无线传输介质(诸如局域网、互联网和数字卫星广播)来提供程序。
在计算机中，通过将可移除记录介质511加载到驱动器510上，可以经由输入/输出接口505将程序安装在记录单元508中。进一步地，可以经由有线或无线传输介质由通信单元509接收程序，以便安装在记录单元508中。此外，可以将程序预先安装在ROM 502或记录单元508中。
应当注意，待由计算机执行的程序可以是按照顺着本文描述的顺序的时序执行的程序或者是根据要求按需执行的程序。
应当注意，本技术的实施例并不限于上述的实施例，因此在不脱离本技术的精神的情况下可以对实施例做出变化和改变。
例如，本技术可以采用云计算机的配置，其中一个功能由两个或两个以上设备通过网络来分开并联合处理。
上述流程图中描述的各个步骤可以在一个设备上执行或者以分开的方式在两个或两个以上设备上执行。
进一步地，在一个步骤中包括了两个或两个以上处理操作的情况下，包括在该一个步骤中的两个或两个以上处理操作可以由一个设备执行或者以分开的方式在两个或两个以上设备上执行。
应当注意，本文中描述的效果仅是说明性的，因此并不限于此，即可以提供其它效果。
进一步地，本技术还可以采用以下配置。
(1)一种声场形成装置，包括：
位置获取单元，该位置获取单元配置为获取指示收听者的位置或待形成的声源的位置的位置信息；
控制点指定单元，该控制点指定单元配置为基于位置信息根据离收听者或声源的扬声器阵列的距离指定控制点；以及
滤波单元，该滤波单元配置为通过将对应于所指定的控制点的滤波系数与声源信号一起卷积来生成由扬声器阵列用于形成预定声场的扬声器驱动信号。
(2)如上述(1)的声场形成装置，其中
控制点指定单元根据离收听者的扬声器阵列的距离来为多个收听者中的各个收听者指定控制点。
(3)如上述(1)的声场形成装置，其中
控制点指定单元根据离多个收听者中离扬声器阵列最近的收听者的扬声器阵列的距离来指定控制点。
(4)如上述(2)的声场形成装置，其中
控制点指定单元通过在基于位置信息为多个收听者中的各个收听者指定控制点和根据离多个收听者中离扬声器阵列最近的收听者的扬声器阵列的距离指定控制点之间切换来指定控制点。
(5)如上述(4)的声场形成装置，其中
在多个收听者之间的距离等于或小于预定阈值的情况下，控制点指定单元根据离多个收听者中离扬声器阵列最近的收听者的扬声器阵列的距离来指定控制点。
(6)如上述(1)至(5)中任一项的声场形成装置，其中
扬声器阵列设置为围绕收听者。
(7)如上述(1)至(6)中任一项的声场形成装置，还包括
扬声器阵列。
(8)如上述(1)至(7)中任一项的声场形成装置，还包括
滤波系数记录单元，该滤波系数记录单元配置为记录与多个控制点相对应的各个滤波系数。
(9)如上述(1)至(8)中任一项的声场形成装置，其中
在构成与所指定的控制点对应的扬声器阵列的扬声器的滤波系数中，滤波单元只使用根据声源的位置或收听者的位置的扬声器的滤波系数来生成扬声器驱动信号。
(10)一种声场形成方法，包括以下步骤：
获取指示收听者的位置或待形成的声源的位置的位置信息；
基于位置信息根据离收听者或声源的扬声器阵列的距离指定控制点；以及
通过将对应于所指定的控制点的滤波系数与声源信号一起卷积来生成由扬声器阵列用于形成预定声场的扬声器驱动信号。
(11)一种用于使计算机执行处理的程序，该处理包括以下步骤：
获取指示收听者的位置或待形成的声源的位置的位置信息；
基于位置信息根据离收听者或声源的扬声器阵列的距离指定控制点；以及
通过将对应于所指定的控制点的滤波系数与声源信号一起卷积来生成由扬声器阵列用于形成预定声场的扬声器驱动信号。
[附图标记列表]
11 声场形成装置
21 收听者位置获取单元
22 声源位置获取单元
23 控制点指定单元
24 滤波系数记录单元
25 滤波单元
26 扬声器阵列。

Claims (11)

1.一种声场形成装置，包括：
位置获取单元，所述位置获取单元配置为获取指示收听者的位置或待形成的声源的位置的位置信息；
控制点指定单元，所述控制点指定单元配置为基于所述位置信息根据离所述收听者或所述声源的扬声器阵列的距离指定控制点；以及
滤波单元，所述滤波单元配置为通过将对应于所指定的控制点的滤波系数与声源信号一起卷积来生成由所述扬声器阵列用于形成预定声场的扬声器驱动信号。
2.根据权利要求1所述的声场形成装置，其中，
所述控制点指定单元根据离所述收听者的所述扬声器阵列的距离来为多个所述收听者中的各个收听者指定所述控制点。
3.根据权利要求1所述的声场形成装置，其中，
所述控制点指定单元根据离多个所述收听者中离所述扬声器阵列最近的所述收听者的所述扬声器阵列的距离来指定所述控制点。
4.根据权利要求2所述的声场形成装置，其中，
所述控制点指定单元通过在基于所述位置信息为所述多个收听者中的各个收听者指定所述控制点和根据离所述多个收听者中离所述扬声器阵列最近的所述收听者的所述扬声器阵列的距离指定所述控制点之间切换来指定所述控制点。
5.根据权利要求4所述的声场形成装置，其中，
在所述多个收听者之间的距离等于或小于预定阈值的情况下，所述控制点指定单元根据离所述多个收听者中离所述扬声器阵列最近的所述收听者的所述扬声器阵列的距离来指定所述控制点。
6.根据权利要求1所述的声场形成装置，其中，
所述扬声器阵列设置为围绕所述收听者。
7.根据权利要求1所述的声场形成装置，还包括：
所述扬声器阵列。
8.根据权利要求1所述的声场形成装置，还包括：
滤波系数记录单元，所述滤波系数记录单元配置为记录与多个所述控制点相对应的各个所述滤波系数。
9.根据权利要求1所述的声场形成装置，其中，
在与所指定的控制点对应的、构成所述扬声器阵列的扬声器的所述滤波系数中，所述滤波单元只使用根据所述收听者的位置或所述声源的位置的扬声器的所述滤波系数来生成所述扬声器驱动信号。
10.一种声场形成方法，包括以下步骤：
获取指示收听者的位置或待形成的声源的位置的位置信息；
基于所述位置信息根据离所述收听者或所述声源的扬声器阵列的距离指定控制点；以及
通过将对应于所指定的控制点的滤波系数与声源信号一起卷积来生成由所述扬声器阵列用于形成预定声场的扬声器驱动信号。
11.一种用于使计算机执行处理的程序，该处理包括以下步骤：
获取指示收听者的位置或待形成的声源的位置的位置信息；
基于所述位置信息根据离所述收听者或所述声源的扬声器阵列的距离指定控制点；以及
通过将对应于所指定的控制点的滤波系数与声源信号一起卷积来生成由所述扬声器阵列用于形成预定声场的扬声器驱动信号。
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