JP2009218655A - 音響信号変換装置、その方法及びそのプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、音響信号のチャンネル数を任意に変換できると共に、変換した音響信号を再生する際、良好なリスニング環境を提供できる音響信号変換装置を提供する。
【解決手段】音響信号変換装置１は、フーリエ変換手段１０と、原音場での音響物理量を成分とする原音場ベクトルを生成する原音場ベクトル生成手段２０と、原音響物理量信号を再生音響物理量信号に変換する音響信号変換手段３０と、再生音場での音響物理量を成分とする再生音場ベクトルを生成する再生音場ベクトル生成手段４０と、所定の受音領域において、原音場ベクトルと再生音場ベクトルとの二乗誤差が最小となる変換行列を設定する変換行列設定手段５０と、フーリエ逆変換手段６０と、記憶手段７０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、あるチャンネル数に対応する音響信号を、そのチャンネル数と異なるチャンネル数に対応する音響信号に変換する音響信号換装置、その方法及びそのプログラムに関する。

従来から、５．１チャンネルサラウンドシステム用の音響信号を、２チャンネルステレオシステム用の音響信号に変換するダウンミックス法は、ＩＴＵ−Ｒ（国際電気通信連合 無線通信部門）によって規格化されている（例えば、非特許文献１参照）。
また、この規格とは別に、ダウンミックスを行う発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたダウンミックス装置は、ダウンミックス前の音響信号から、３次元的な定位を正確に再現したダウンミックス後の音響信号を生成するものである。

また、音響信号を３次元的にパンニングする発明も開示されている（例えば、特許文献２，３参照）。特許文献２に記載された３次元的パンニング装置は、スピーカの配置にかかわらず音響信号を３次元的にパンニングするものである。また、特許文献３に記載された３次元的パンニング装置は、音源の３次元的なパンニングを、複数のスピーカが放射する音響信号によって形成される音響のパンニングとして再生するものである。
特開２００７−５３６２４号公報 特開２００７−１９４９００号公報 特開２００７−３２９７４６号公報 ＲＥＣＯＭＭＥＮＤＡＴＩＯＮ ＩＴＵ−Ｒ ＢＳ．７７５−２「ＭＵＬＴＩＣＨＡＮＮＥＬ ＳＴＥＲＥＯＰＨＯＮＩＣ ＳＯＵＮＤ ＳＹＳＴＥＭ ＷＩＴＨ ＡＮＤ ＷＩＴＨＯＵＴ ＡＣＣＯＭＰＡＮＹＩＮＧ ＰＩＣＴＵＲＥ」

しかし、音響信号のチャンネル数を任意に変換すること、例えば、５．１チャンネルサラウンドシステム用の音響信号を、スーパーハイビジョン用の２２．２チャンネル音響システム用の音響信号又はＷＦＳ（Ｗａｖｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）等の波面合成音響システム用の音響信号に変換することは一般的でない。そこで、音響コンテンツの流通を促進するため、音響信号を送信又は収録するチャンネル数や音響信号を再生するチャンネル数を制限されることなく、音響信号のチャンネル数を任意に変換したいという要望がなされている。

また、特許文献１〜３に記載の発明は、１点を示す受音点（通常、利用者の頭部付近）において、良好なリスニング環境となるように音響信号を変換している。このため、特許文献１〜３に記載の発明では、利用者が体を少し動かすだけで頭部が受音点から外れてしまうので、利用者の動きや、複数の利用者が同じ空間で同じ音楽を聴きたいときに対応できず、良好なリスニング環境を提供できていない問題がある。

本発明は、音響信号のチャンネル数を任意に変換できると共に、変換した音響信号を再生する際、良好なリスニング環境を提供できる音響信号変換装置、その方法及びそのプログラムを提供することを目的とする。

前記した課題を解決するため、請求項１に係る音響信号変換装置は、１以上のチャンネル数に対応する原音響信号を、原音響信号のチャンネル数と異なるチャンネル数に対応する再生音響信号に変換する音響信号変換装置であって、フーリエ変換手段と、原音場ベクトル生成手段と、音響信号変換手段と、再生音場ベクトル生成手段と、変換行列設定手段と、フーリエ逆変換手段と、を備える構成とした。

かかる構成において、音響信号変換装置は、フーリエ変換手段によって、入力された原音響信号を、原音響信号を再生する原音場での音響物理量を示す原音響物理量信号にフーリエ変換する。このように、原音響信号をフーリエ変換することで、音響信号変換装置は、原音場での音響物理量を扱うことができる。ここで、音響物理量は、音圧又は粒子速度の少なくとも一方を含む。また、音響信号変換装置は、原音場ベクトル生成手段によって、フーリエ変換手段がフーリエ変換した原音響物理量信号に基づいて、原音場での音響物理量を成分とする原音場ベクトルを生成する。

また、音響信号変換装置は、音響信号変換手段によって、フーリエ変換手段がフーリエ変換した原音響物理量信号を、所定の変換行列に基づいて、再生音響信号を再生する再生音場での音響物理量を示す再生音響物理量信号に変換する。このように、原音響物理量信号を変換することで、音響信号変換装置は、再生音場での音響物理量を扱うことができる。ここでは、音響信号変換装置は、再生音響物理量信号を得るために、初期値としての変換行列を用いる。

また、音響信号変換装置は、再生音場ベクトル生成手段によって、音響信号変換手段が変換した再生音響物理量信号に基づいて、再生音場での音響物理量を成分とする再生音場ベクトルを生成する。また、音響信号変換装置は、変換行列設定手段によって、所定の受音領域において、原音場ベクトルと再生音場ベクトルとの二乗誤差が最小となる変換行列を設定する。ここで、受音領域は、利用者の数、利用者の頭部位置その他リスニング環境に応じて、その形状や大きさを任意に設定、例えば、縦０．４ｍ×横０．４ｍの正方形である平面又は縦０．４ｍ×横０．４ｍ×高さ０．４の立方体である空間として設定する。

また、音響信号変換装置は、音響信号変換手段によって、変換行列設定手段が設定した変換行列に基づいて、原音響物理量信号を再生音響物理量信号に再変換する。このように、原音響物理量信号を再変換することで、音響信号変換装置は、原音場での音響物理量と再生音場での音響物理量との二乗誤差を最小にすることができる。また、音響信号変換装置は、フーリエ逆変換手段によって、音響信号変換手段が変換した再生音響物理量信号を、再生音響信号にフーリエ逆変換する。これによって、音響信号変換装置は、原音響信号と略同じ又は可能な限り近似した再生音響信号を得ることができる。さらに、音響信号変換装置は、１点を示す受音点よりも広い受音領域に対応するため、利用者の動きや、複数の利用者が同じ空間で同じ音楽を聴きたいときにも対応できる。

請求項２に係る音響信号変換装置は、原音響信号のチャンネルに対応する原スピーカの位置と、再生音響信号のチャンネルに対応する再生スピーカの位置とを記憶する記憶手段、をさらに備え、変換行列設定手段が、再生スピーカが２２．２チャンネル音響システムのように３次元に配置されている場合、記憶手段が記憶する原スピーカの位置と再生スピーカの位置とに基づいて、再生音場で隣接する３個以上の再生スピーカに囲まれる分割領域を求め、受音領域までの仮想線が分割領域を通過する原スピーカについて、原スピーカに対応する原音響信号のチャンネルを、３個以上の再生スピーカに対応する再生音響信号のチャンネルに割り当てる変換行列を設定することを特徴とする。
一方、再生スピーカが５．１チャンネルサラウンドシステムのように２次元に配置されている場合、変換行列設定手段は、２個以上の再生スピーカに囲まれる分割領域を用いても良い。

かかる構成において、音響信号変換装置は、原音場でのあるチャンネルの音が聞こえる方向と、再生音場でそのチャンネルの音が聞こえる方向とが全く異なってしまう事態を防ぐことができる。

請求項３に係る音響信号変換装置は、フーリエ変換手段が、原音響信号を、原音場での音響物理量として、スカラー量である原音場での音圧と３次元ベクトル量である原音場での粒子速度とを含む原音響物理量信号にフーリエ変換し、原音場ベクトル生成手段が、原音場での音圧と原音場での粒子速度とを成分とする４次元ベクトルである原音場ベクトルを生成し、音響信号変換手段が、原音響物理量信号を、再生音場での音響物理量として、スカラー量である再生音場での音圧と３次元ベクトル量である再生音場での粒子速度とを含む再生音響物理量信号に変換し、再生音場ベクトル生成手段が、再生音場での音圧と再生音場での粒子速度とを成分とする４次元ベクトルである再生音場ベクトルを生成することを特徴とする。

かかる構成において、音響信号変換装置は、原音場ベクトル及び再生音場ベクトルとして、音圧と粒子速度とを成分とする４次元ベクトルを扱うことができる。これによって、音響信号変換装置は、スカラー量である音圧を、３次元ベクトルに変換する必要がない。

また、前記した課題を解決するため、請求項４に係る音響信号変換方法は、１以上のチャンネル数に対応する原音響信号を、原音響信号のチャンネル数と異なるチャンネル数に対応する再生音響信号に変換する音響信号変換方法であって、フーリエ変換ステップと、原音場ベクトル生成ステップと、音響信号変換ステップと、再生音場ベクトル生成ステップと、変換行列設定ステップと、音響信号再変換ステップと、フーリエ逆変換ステップと、を備える構成とした。

また、前記した課題を解決するため、請求項５に係る音響信号変換プログラムは、１以上のチャンネル数に対応する原音響信号を、当該原音響信号のチャンネル数と異なるチャンネル数に対応する再生音響信号に変換するために、コンピュータを、フーリエ変換手段、原音場ベクトル生成手段、音響信号変換手段、再生音場ベクトル生成手段、変換行列設定手段、フーリエ逆変換手段、として機能させる構成とした。

本発明に係る音響信号変換装置、その方法及びそのプログラムによれば、以下のような優れた効果を奏する。
請求項１，４，５に係る発明によれば、原音響信号と略同じ又は可能な限り近似した再生音響信号を得ることができ、利用者の動きや、複数の利用者が同じ空間で同じ音楽を聴きたいときにも対応できるため、音響信号のチャンネル数を任意に変換できると共に、変換した再生音響信号を再生する際、良好なリスニング環境を提供することができる。
請求項２に係る発明によれば、原音場であるチャンネルの音が聞こえる方向と、再生音場でそのチャンネルの音が聞こえる方向とが全く異なってしまう事態を防げるため、リスニング環境をより良好にすることができる。
請求項３に係る発明によれば、スカラー量をそのまま扱うことができるため、音圧を３次元ベクトルに変換して扱う必要がない。

以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する手段及び同一の部材には同一の符号を付し、説明を省略した。

［音響信号変換装置の概略］
まず、本発明に係る音響信号変換装置の概略について、簡単に説明する。
音圧は、音波が到達した際、空気圧の微小な変化量であり、スカラー量として与えられる。音の響きがさほど大きくない空間では、ある音源から所定の距離だけ離れた受音点の音圧のフーリエ変換は、式（１）で表される。

粒子速度は、音波が到達した際、流体（空気）が微小に振動する速度であり、３次元のベクトル量として与えられる。また、音波と同じ条件において、粒子速度のフーリエ変換は、式（２）で表される。

従って、音圧と粒子速度との両者を制御して音響信号の変換を行う場合、音圧と、粒子速度のｘ，ｙ，ｚ軸方向（３次元方向）の各成分を要素とする４次元である音場ベクトルを生成し、音場ベクトルの二乗誤差が最小となるように変換すれば良い。つまり、本発明に係る音響信号変換装置は、音場ベクトルの二乗誤差が最小となる変換行列を求めるものである。なお、スピーカが複数の場合、受音点において、各スピーカの音場ベクトルを足し合わせることで、全スピーカで音を再生するときの音場ベクトルを得ることができる。

［音響信号変換装置の構成］
次に、図１を参照して、音響信号変換装置の構成について、詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る音響信号変換装置のブロック図である。音響信号変換装置１は、後記する各機能を実現するために、フーリエ変換手段１０と、原音場ベクトル生成手段２０と、音響信号変換手段３０と、再生音場ベクトル生成手段４０と、変換行列設定手段５０と、フーリエ逆変換手段６０と、記憶手段７０と、を備える。

図１では、原音響信号をｓ（ｔ）、原音響物理量信号をｓ（ω）、原音場ベクトルをΦ及び変換行列をＷで示した。また、再生音響信号をｑ（ｔ）、再生音響物理量信号をｑ（ω）及び再生音場ベクトルをΦ^〜で示した。ここで、原音響信号ｓ（ｔ）は、原音響信号のチャンネル数、例えば、５．１チャンネルサラウンドシステムに対応するものであれば、６チャンネル入力される（不図示）。また、再生音響信号ｑ（ｔ）は、再生音響信号のチャンネル数、例えば、２２．２チャンネル音響システムに対応するものであれば、２４チャンネル出力される（不図示）。

フーリエ変換手段１０は、入力された原音響信号を、原音響信号を再生する原音場での音響物理量を示す原音響物理量信号にフーリエ変換するものである。また、フーリエ変換手段１０は、原音響信号を、原音場での音響物理量として、スカラー量である原音場での音圧と３次元ベクトル量である原音場での粒子速度とを含む原音響物理量信号にフーリエ変換する。

ここで、フーリエ変換手段１０は、原音響信号を、式（３）を用いて、原音場での音圧にフーリエ変換する。

また、フーリエ変換手段１０は、原音響信号を、式（４）を用いて、原音場での粒子速度にフーリエ変換する。

原音場ベクトル生成手段２０は、フーリエ変換手段１０がフーリエ変換した原音響物理量信号に基づいて、原音場での音響物理量を成分とする原音場ベクトルを生成するものである。また、原音場ベクトル生成手段２０は、原音場での音圧と原音場での粒子速度とを成分とする４次元ベクトルである原音場ベクトルを生成する。

ここで、原音場ベクトル生成手段２０は、式（５）で表される原音場ベクトルを生成する。

音響信号変換手段３０は、所定の変換行列に基づいて、フーリエ変換手段１０がフーリエ変換した原音響物理量信号を、再生音響信号を再生する再生音場での音響物理量を示す再生音響物理量信号に変換するものである。また、音響信号変換手段３０は、原音響物理量信号を、再生音場での音響物理量として、スカラー量である再生音場での音圧と３次元ベクトル量である再生音場での粒子速度とを含む再生音響物理量信号に変換する。

このとき、原音響物理量信号を再生音響物理量信号に変換するために、変換行列が必要となる。しかし、音響信号変換装置１を初めて使用する場合や音響信号変換装置１を新たな音響システムに対応させる場合等、変換行列が設定されていない場合が考えられる。このため、初期値としての変換行列を記憶手段７０に記憶させておき、音響信号変換手段３０は、初期値としての変換行列を用いて、原音響物理量信号を再生音響物理量信号に変換する。そして、後記する変換行列設定手段５０が、二乗誤差が最小となる変換行列を設定し、音響信号変換手段３０は、この変換行列に基づいて、原音響物理量信号を再生音響物理量信号に再変換する。

ここで、音響信号変換手段３０は、原音響物理量信号を、式（６）を用いて、再生音場での音圧に変換する。

また、音響信号変換手段３０は、原音響物理量信号を、式（７）を用いて、再生音場での粒子速度に変換する。

以上より、音響信号変換手段３０は、原音響物理量信号を、式（８）を用いて、再生音響物理量信号に変換する。

再生音場ベクトル生成手段４０は、音響信号変換手段３０が変換した再生音響物理量信号に基づいて、再生音場での音響物理量を成分とする再生音場ベクトルを生成するものである。また、再生音場ベクトル生成手段４０は、再生音場での音圧と再生音場での粒子速度とを成分とする４次元ベクトルである再生音場ベクトルを生成する。ここで、再生音場ベクトル生成手段４０は、式（９）で表される再生音場ベクトルを生成する。このとき、式（１０）で表される定義を用いる。

ここで、音響物理量として、スカラー量である音圧のみを扱う場合、例えば、特許文献１〜３のように、スカラー量である音圧を３次元ベクトルに変換する必要がある。
一方、音響信号変換装置１は、音圧に加えて粒子速度を利用することにより、スカラー量である音圧をそのまま扱うことができ、このような変換を不要としている。

変換行列設定手段５０は、所定の受音領域において、原音場ベクトルと再生音場ベクトルとの二乗誤差が最小となる変換行列を設定するものである。また、変換行列設定手段５０は、領域分割して変換行列を設定することができるが、この具体例は、後記する。

ここで、変換行列設定手段５０は、式（１１）で表される二乗誤差が最小となる変換行列を求める。

ここで、式（１１）が原音響信号に依存するため、二乗誤差を算出する誤差関数を式（１２）で定義する。そして、式（１２）より、誤差関数が最小となる変換行列は、式（１３）で表される。

さらに、受音領域に対する誤差関数として、式（１４）を定義する。つまり、式（１４）では、ある１点（受音点）を受音領域内で移動させながら誤差関数を求めていることになる。以上より、変換行列設定手段５０は、式（１５）を用いて、誤差関数が最小となる変換行列を設定する。そして、前記したように、音響信号変換手段３０が、この変換行列に基づいて、原音響物理量信号を再生音響物理量信号に再変換する。

フーリエ逆変換手段６０は、音響信号変換手段３０が変換した再生音響物理量信号を、再生音響信号にフーリエ逆変換するものである。ここでは、フーリエ逆変換手段６０は、式（３）及び式（４）に対してのフーリエ逆変換を行う。

記憶手段７０は、原音響信号のチャンネルに対応する原スピーカの位置と、再生音響信号のチャンネルに対応する再生スピーカの位置とを記憶するスピーカ座標記憶手段７１を備える。また、記憶手段７０は、原音響信号のチャンネルに対応する原スピーカの数と、再生音響信号のチャンネルに対応する再生スピーカの数とを記憶するスピーカ数記憶手段７２と、受音領域の形状、大きさ及び音場内での受音領域の位置を記憶する受音領域記憶手段７３とを備えても良い。

ここで、原スピーカの位置及び再生スピーカの位置は、任意の方法で特定することができる。例えば、これらの位置は、空間内のある点を基準とした相対的な３次元座標としても良い。また、屋外のコンサート会場に適用する場合には、スピーカの位置をＧＰＳ測位し、その座標としても良い。

音響信号変換装置１は、原スピーカの位置、再生スピーカの位置、原スピーカの数、再生スピーカ、受音領域その他必要な情報を入力するためのキーボード、マウス等の入力手段を備えても良い（不図示）。また、音響信号変換装置１は、原スピーカの位置等の情報を表示するためのディスプレイ等の表示手段を備えても良い。

なお、フーリエ変換手段１０、原音場ベクトル生成手段２０、音響信号変換手段３０、再生音場ベクトル生成手段４０、変換行列設定手段５０及びフーリエ逆変換手段６０は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）で構成することができる。また、記憶手段７０は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）で構成することができる。

［領域分割の具体例］
以下、領域分割の具体例について、詳細に説明する（適宜図１参照）。図２は、本発明における領域分割を説明するために、スピーカが配置された平面を上面視した説明図である。図２では、原スピーカを白丸で示し、再生スピーカを黒丸で示した。また、図２では、原スピーカを符号ξ（１）〜ξ（４）で示し、再生スピーカを符号ζ（１）〜ζ（７）で示し、受音領域を符号Ｌで示し、分割領域を符号Ｒで示し、受音領域Ｌと原スピーカを結ぶ仮想線を一点鎖線で示した。また、分割領域Ｒは、ハッチングで示した。なお、図２において、受音領域Ｌは、利用者の頭部を含む範囲で設定している。

ここでは、音響信号変換装置１が１０チャンネル（１０個のスピーカ）に対応する原音響信号を領域分割し、７チャンネル（７個のスピーカ）に対応する再生音響信号に変換する例を示すが、説明のため、図２には、原スピーカのうち、４個のみを示した。

ここでは、変換行列設定手段５０は、記憶手段７０が記憶する再生スピーカの位置に基づいて、再生音場で隣接する再生スピーカに囲まれる分割領域Ｒを求める。ここでは、図２に示すように、分割領域Ｒは、再生スピーカζ（１）〜ζ（３）で囲まれる三角形状の範囲となる（再生音響信号ｑ_１（ω）〜ｑ_３（ω）に対応）。

また、変換行列設定手段５０は、記憶手段７０が記憶する原スピーカの位置に基づいて、受音領域Ｌまでの仮想線が分割領域Ｒを通過する原スピーカを判別する。ここでは、図２に示すように、４個の原生スピーカξ（１）〜ξ（４）の仮想線が分割領域Ｒを通過する（原生音響信号ｓ_１（ω）〜ｓ_４（ω）に対応）。

そして、変換行列設定手段５０は、受音領域Ｌまでの仮想線が分割領域Ｒを通過する原スピーカについて、原スピーカに対応する原音響信号のチャンネルを、３個以上の再生スピーカに対応する再生音響信号のチャンネルに割り当てる変換行列を設定する。ここでは、変換行列設定手段５０は、４個の原生スピーカξ（１）〜ξ（４）に対応する原音響信号のチャンネルを、３個の再生スピーカζ（１）〜ζ（３）に対応する再生音響信号のチャンネルに割り当てる変換行列を設定する。

このような領域分割は、式（１６）で表される。式（１６）において、変換行列の１行目が、原生音響信号ｓ_１（ω）と再生音響信号ｑ_１（ω）〜ｑ_３（ω）との対応を示す要素ｗ_１１，ｗ_２１，ｗ_３１以外を０となる。また、原生音響信号ｓ_２（ω）〜ｓ_４（ω）に対応する変換行列の２行目〜４行目についても、変換行列の１行目と同様である。そして、０以外の要素について、変換行列設定手段５０は、二乗誤差を最小とする値を求め、変換行列を設定する。

以上のように、最適化問題を領域分割して局所的に扱うことで、原音場でのあるチャンネルの音が聞こえる方向と、再生音場でそのチャンネルの音が聞こえる方向とが全く異なる事態を防ぐことができる。

ここでは、３個の再生スピーカζ（１）〜ζ（３）で囲まれる分割領域Ｒについて説明したが、変換行列設定手段５０は、他の再生スピーカで囲まれた分割領域に対して、前記した領域分割を行っても良い。さらに、変換行列設定手段５０は、２個の再生スピーカに囲まれる分割領域又は４個以上の再生スピーカで囲まれる分割領域に対して、前記した領域分割を行っても良い。なお、２個の再生スピーカに囲まれる分割領域は、線状の領域となる。

［音響信号変換装置の動作］
以下、音響信号変換装置の動作について、説明する（適宜図１参照）。図３は、図１の音響信号変換装置の動作を示すフローチャートである。

音響信号変換装置１は、フーリエ変換手段１０によって、入力された原音響信号を、原音響信号を再生する原音場での音響物理量を示す原音響物理量信号にフーリエ変換する（ステップＳ１）。また、音響信号変換装置１は、原音場ベクトル生成手段２０によって、フーリエ変換手段１０がフーリエ変換した原音響物理量信号に基づいて、原音場での音響物理量を成分とする原音場ベクトルを生成する（ステップＳ２）。

ステップＳ２に続き、音響信号変換装置１は、音響信号変換手段３０によって、所定の変換行列に基づいて、フーリエ変換手段１０がフーリエ変換した原音響物理量信号を、再生音響信号を再生する再生音場での音響物理量を示す再生音響物理量信号に変換する（ステップＳ３）。ステップＳ３では、音響信号変換装置１は、音響信号変換手段３０によって、初期値としての変換行列を用いて、原音響物理量信号を再生音響物理量信号に変換する。

ステップＳ３に続き、音響信号変換装置１は、再生音場ベクトル生成手段４０によって、音響信号変換手段３０が変換した再生音響物理量信号に基づいて、再生音場での音響物理量を成分とする再生音場ベクトルを生成する（ステップＳ４）。また、音響信号変換装置１は、変換行列設定手段５０によって、所定の受音領域において、原音場ベクトルと再生音場ベクトルとの二乗誤差が最小となる変換行列を設定する（ステップＳ５）。ステップＳ５において、音響信号変換装置１は、変換行列設定手段５０によって、前記した領域分割を行っても良い。

そして、ステップＳ５で設定した変換行列に基づいて、音響信号変換装置１は、音響信号変換手段３０によって、原音響物理量信号を再生音響物理量信号に再変換する（ステップＳ６）。また、音響信号変換装置１は、フーリエ逆変換手段６０によって、音響信号変換手段３０が再変換した再生音響物理量信号を、再生音響信号にフーリエ逆変換する（ステップＳ７）。

［音響信号の変換結果］
以下、音響信号変換装置による音響信号の変換結果について、従来技術と対比して説明する。図４は、２２．２チャンネルの中間層における原音響信号の１０チャンネル（スピーカと受音領域中心点又は受音点の距離が３ｍ）を、５．１チャンネルサラウンドにおける再生音響信号の５チャンネル（スピーカと受音領域中心点又は受音点の距離が２ｍ）に変換した場合の二乗誤差の上限を示すグラフ図であり、（ａ）は、従来技術における受音点で二乗誤差を最小とした場合のグラフであり、（ｂ）は、本発明における受音領域で二乗誤差を最小とした最適化した場合のグラフである。また、図４では、縦軸は正規化した二乗誤差を示し、横軸がｘ−ｙ平面内での位置を示す。

ここで、図４は、実験により得られた二乗誤差（式（１２）参照）を正規化し、各受音点毎に示したものである。また、図４（ａ）では、ｘ−ｙ平面の原点を受音点に設定し、図４（ｂ）では、ｘ−ｙ平面の原点を中心とする縦０．４ｍ×横０．４ｍの受音領域を設定した。

図４（ａ）では、平面の原点（受音点）の二乗誤差が小さいが、受音点の周囲の二乗誤差が大きくなっている。つまり、１点を示す受音点で二乗誤差を最小とした場合では、受音点の周囲が、良好なリスニング環境になっていないと考えられる。一方、図４（ｂ）では、平面の原点及びその周囲でも二乗誤差が小さい。つまり、本発明のように受音領域で二乗誤差を最小とした場合では、平面の原点及びその周囲を含め、良好なリスニング環境となっていると考えられる。

なお、各実施形態では、本発明に係る音響信号変換装置を独立した装置として説明したが、本発明では、一般的なコンピュータを、前記した各手段として機能させるプログラムによって動作させることもできる。このプログラムは、通信回線を介して配布しても良く、ＣＤ−ＲＯＭやフラッシュメモリ等の記録媒体に書き込んで配布しても良い。

なお、各実施形態では、音響物理量として、音圧と粒子速度とを制御する例を説明したが、本発明に係る音響信号変換装置は、音響物理量として、音圧又は粒子速度の何れか一方を制御しても良く、音圧と粒子速度との積である瞬時音響インテンシティや、瞬時音響インテンシティの時間平均である音響インテンシティ等の音響物理量を制御しても良い。

本発明の実施形態に係る音響信号変換装置のブロック図である。 本発明における領域分割を説明するために、スピーカが配置された平面を上面視した説明図である。 図１の音響信号変換装置の動作を示すフローチャートである。 ２２．２チャンネルの中間層における原音響信号の１０チャンネルを、５．１チャンネルサラウンドにおける再生音響信号の５チャンネルに変換した場合の二乗誤差の上限を示すグラフ図であり、（ａ）は、従来技術における受音点で二乗誤差を最小とした場合のグラフであり、（ｂ）は、本発明における受音領域で二乗誤差を最小とした最適化した場合のグラフである。

符号の説明

１ 音響信号変換装置
１０ フーリエ変換手段
２０ 原音場ベクトル生成手段
３０ 音響信号変換手段
４０ 再生音場ベクトル生成手段
５０ 変換行列設定手段
６０ フーリエ逆変換手段
７０ 記憶手段

Claims (5)

1. １以上のチャンネル数に対応する原音響信号を、当該原音響信号のチャンネル数と異なるチャンネル数に対応する再生音響信号に変換する音響信号変換装置であって、
   入力された前記原音響信号を、当該原音響信号を再生する原音場での音響物理量を示す原音響物理量信号にフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
   前記フーリエ変換手段がフーリエ変換した原音響物理量信号に基づいて、前記原音場での音響物理量を成分とする原音場ベクトルを生成する原音場ベクトル生成手段と、
   前記フーリエ変換手段がフーリエ変換した原音響物理量信号を、所定の変換行列に基づいて、前記再生音響信号を再生する再生音場での音響物理量を示す再生音響物理量信号に変換する音響信号変換手段と、
   前記音響信号変換手段が変換した再生音響物理量信号に基づいて、前記再生音場での音響物理量を成分とする再生音場ベクトルを生成する再生音場ベクトル生成手段と、
   所定の受音領域において、前記原音場ベクトルと前記再生音場ベクトルとの二乗誤差が最小となる前記変換行列を設定する変換行列設定手段と、
   前記音響信号変換手段が変換した再生音響物理量信号を、前記再生音響信号にフーリエ逆変換するフーリエ逆変換手段と、を備え、
   前記音響信号変換手段は、前記変換行列設定手段が設定した変換行列に基づいて、前記原音響物理量信号を前記再生音響物理量信号に再変換することを特徴とする音響信号変換装置。
2. 前記原音響信号のチャンネルに対応する原スピーカの位置と、前記再生音響信号のチャンネルに対応する再生スピーカの位置とを記憶する記憶手段、をさらに備え、
   前記変換行列設定手段は、
   前記記憶手段が記憶する原スピーカの位置と再生スピーカの位置とに基づいて、前記再生音場で隣接する２個以上の前記再生スピーカに囲まれる分割領域を求め、前記受音領域までの仮想線が当該分割領域を通過する前記原スピーカについて、当該原スピーカに対応する前記原音響信号のチャンネルを、前記２個以上の再生スピーカに対応する前記再生音響信号のチャンネルに割り当てる前記変換行列を設定することを特徴とする請求項１に記載の音響信号変換装置。
3. 前記フーリエ変換手段は、前記原音響信号を、前記原音場での音響物理量として、スカラー量である前記原音場での音圧と３次元ベクトル量である前記原音場での粒子速度とを含む前記原音響物理量信号にフーリエ変換し、
   前記原音場ベクトル生成手段は、前記原音場での音圧と前記原音場での粒子速度とを成分とする４次元ベクトルである前記原音場ベクトルを生成し、
   前記音響信号変換手段は、前記原音響物理量信号を、前記再生音場での音響物理量として、スカラー量である前記再生音場での音圧と３次元ベクトル量である前記再生音場での粒子速度とを含む前記再生音響物理量信号に変換し、
   前記再生音場ベクトル生成手段は、前記再生音場での音圧と前記再生音場での粒子速度とを成分とする４次元ベクトルである前記再生音場ベクトルを生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の音響信号変換装置。
4. １以上のチャンネル数に対応する原音響信号を、当該原音響信号のチャンネル数と異なるチャンネル数に対応する再生音響信号に変換する音響信号変換方法であって、
   入力された前記原音響信号を、当該原音響信号を再生する原音場での音響物理量を示す原音響物理量信号にフーリエ変換するフーリエ変換ステップと、
   前記フーリエ変換ステップでフーリエ変換した原音響物理量信号に基づいて、前記原音場での音響物理量を成分とする原音場ベクトルを生成する原音場ベクトル生成ステップと、
   前記フーリエ変換ステップでフーリエ変換した原音響物理量信号を、所定の変換行列に基づいて、前記再生音響信号を再生する再生音場での音響物理量を示す再生音響物理量信号に変換する音響信号変換ステップと、
   前記音響信号変換ステップで変換した再生音響物理量信号に基づいて、前記再生音場での音響物理量を成分とする再生音場ベクトルを生成する再生音場ベクトル生成ステップと、
   所定の受音領域において、前記原音場ベクトルと前記再生音場ベクトルとの二乗誤差が最小となる前記変換行列を設定する変換行列設定ステップと、
   前記変換行列設定ステップで設定した変換行列に基づいて、前記原音響物理量信号を前記再生音響物理量信号に再変換する音響信号再変換ステップと、
   前記音響信号変換ステップで再変換した再生音響物理量信号を、前記再生音響信号にフーリエ逆変換するフーリエ逆変換ステップと、
   を備えることを特徴とする音響信号変換方法。
5. １以上のチャンネル数に対応する原音響信号を、当該原音響信号のチャンネル数と異なるチャンネル数に対応する再生音響信号に変換するために、コンピュータを、
   入力された前記原音響信号を、当該原音響信号を再生する原音場での音響物理量を示す原音響物理量信号にフーリエ変換するフーリエ変換手段、
   前記フーリエ変換手段がフーリエ変換した原音響物理量信号に基づいて、前記原音場での音響物理量を成分とする原音場ベクトルを生成する原音場ベクトル生成手段、
   前記フーリエ変換手段がフーリエ変換した原音響物理量信号を、所定の変換行列に基づいて、前記再生音響信号を再生する再生音場での音響物理量を示す再生音響物理量信号に変換する音響信号変換手段、
   前記音響信号変換手段が変換した再生音響物理量信号に基づいて、前記再生音場での音響物理量を成分とする再生音場ベクトルを生成する再生音場ベクトル生成手段、
   所定の受音領域において、前記原音場ベクトルと前記再生音場ベクトルとの二乗誤差が最小となる前記変換行列を設定する変換行列設定手段、
   前記音響信号変換手段が変換した再生音響物理量信号を、前記再生音響信号にフーリエ逆変換するフーリエ逆変換手段、として機能させ、
   前記音響信号変換手段は、前記変換行列設定手段が設定した変換行列に基づいて、前記原音響物理量信号を前記再生音響物理量信号に再変換することを特徴とする音響信号変換プログラム。