JP2012175679A

JP2012175679A - 局所再生装置とフィルタ係数決定装置とそれらの方法と、プログラム

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Publication number: JP2012175679A
Application number: JP2011038903A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Ito; 弘章伊藤; Kenichi Furuya; 賢一古家; Yoichi Haneda; 陽一羽田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2012-09-10
Anticipated expiration: 2031-02-24
Also published as: JP5458041B2

Abstract

【課題】大部屋でも使用可能な音漏れの少ない局所再生装置を提供する。
【解決手段】この発明の局所再生装置は、再生制御点である中心点(原点)に対して対称に配置される２組のスピーカーアレーと、各スピーカーに対応するデジィタルフィルタを備え、上記各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数は、各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数に該スピーカーから再生制御点までの距離によって定まる近似伝達関数を時間領域で畳み込んだ値A₁,…,A_Nの合計値Σ^N _i=1A_iが非零となり、かつ各減衰制御点b_nについて、各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数に該スピーカーから減衰制御点までの距離によって定まる近似伝達関数を周波数領域で乗算した値B_p,1,…,B_p,Nの合計値Σ^N _i=1B_p,iが、該減衰制御点が再生制御点から遠いほど上記非零値Σ^N _i=1A_iより小さい値となる。
【選択図】図２

Description

この発明は、例えば遠隔通信会議等において、特定の場所にいる人々にのみ音響信号を再生する局所再生装置とフィルタ係数決定装置とそれらの方法と、プログラムに関する。

通信網を用いて遠隔地同士を接続した通信会議が頻繁に行われるようになった。このような通信会議は、その内容を会議参加者以外に聞かれないようするため、音響的に閉ざされた会議室で行われるのが一般的である。しかし、例えば、机が並べられた大部屋の一角においても通信会議が利用できるようになれば、通信会議の利便性が向上する。

そのためには、ある特定の領域にのみ音響信号が再生できる技術が必要である。音響信号の再生領域を限定する一つとして指向性スピーカーを用いる方法がある。指向性スピーカーとしては、ホーンスピーカー、パラメトリックスピーカー、ディジタルフィルタ型スピーカーアレー等が知られている。この他には多点制御法を用いる手法が知られている（非特許文献１）。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、複数のスピーカー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。

図７に、非特許文献１に開示された多点制御法を用いた局所再生装置９００の機能構成例を示す。局所再生装置９００は、スピーカーアレー２０と３０、信号供給部４０と５０、を備える。スピーカーアレー２０と３０は同じものである。４個のスピーカー２０ａ〜２０ｂが、放音方向を同じにして一直線上に配置されている。そして、スピーカーアレー２０と３０は、対向して配置され、その間に受聴者７０が位置する。

信号供給部４０と５０は、入力端子６０に入力されるアナログ音響信号を入力とするＡ/Ｄ変換器４１、Ａ/Ｄ変換器４１の出力をフィルタリングするディジタルフィルタ４２、ディジタルフィルタ４２のディジタル出力をアナログ信号に変換するＤ/Ａ変換器４３、Ｄ/Ａ変換器４３の出力信号を増幅するアンプ４４とを備える。信号供給部４０は、Ａ/Ｄ変換器４１〜アンプ４４の構成を一系列として、各スピーカーに対応した数を備える。この例では、スピーカーが４個（ａ〜ｄ）なので、それぞれに対応した４系列を備える。信号供給部５０も信号供給部４０と同じ構成である。

このように、各スピーカーアレー４０，５０を構成するスピーカーは、互いに独立なディジタルフィルタ４２ａ〜４２ｄと５２ａ〜５２ｄを介したアナログ音響信号で駆動される。ディジタルフィルタ４２ａ〜４２ｄと５２ａ〜５２ｄの各フィルタ係数は、音響信号を、再生したい領域に設定する再生制御点α（図８）と音響信号の音圧を下げたい領域に設定する抑圧制御点βの各制御点と、各スピーカー２０a〜２０ｄ，３０ａ〜３０ｄとの間の伝達関数によって設定される。

その伝達関数には、式（１）に示す自由空間における理想的な近似伝達関数Ｇ_m,n(ω）を用いる。

ここでr_m,nは各スピーカー２０，３０から制御点までの距離であり、ｃは音速である。１/４πr_m,nは、音波が球面状に伝達する距離減衰項である。

〔制御点の配置例〕
図８に、スピーカーアレー２０,３０と制御点の配置例を示す。スピーカーアレー２０,３０は、同一軸（ｙ軸）上に向かい合わせに２Ｒ_１の距離を離して配置される。再生制御点αは、放音方向を対向させた２つのスピーカーアレー２０,３０の中間点を原点とし、その原点上に配置される。抑圧制御点βは、原点から半径Ｒ_２の同心円の円周上に複数個（ｍ＝２，…，ｍ＝Ｍ）配置される。
抑圧制御点βは、スピーカーアレー２０，３０の指向特性が、軸（ｙ）に対して軸対称であると仮定してｘ軸方向の半円部分のみに設定するものとする。このように反射波の影響を考慮しない。

〔フィルタ係数設定方法〕
制御点を図８に示すように設定した例におけるフィルタ係数の設定方法を説明する。原点から最も遠い位置にあるスピーカーユニット２０のスピーカー２０ｄをｎ＝1として順番に付番し、もう一方のスピーカーアレー３０の最も原点から遠いスピーカー３０ｄをＮとする。つまり、スピーカーアレー２０の原点に最も近いスピーカー２０ａがＮ/２であり、スピーカーアレー３０の原点に最も近いスピーカー３０ａがＮ/２＋１である。

そして、再生制御点αをｍ＝１、スピーカーアレー２０側のｙ軸上の抑圧制御点ｍをｍ＝２とし、以降、順番に時計回りにｍ＝Ｍまで抑圧制御点を設定する。このとき各スピーカーｎから各制御点ｍまでの近似伝達関数をＧ_m,n(ω）、フィルタ係数をＨ_n(ω）とすると、式（２）に示す方程式が得られる。フィルタ係数をＨ_n(ω）を一般化逆行列を用いて最小自乗解として求める。

ここで、式（２）の一番上の行の要素は再生制御点ｍ＝１に対応する要素であり、上から２〜Ｍ番目の要素は各抑圧制御点ｍ＝２〜Ｍに対応する要素である。すなわち、式（２）は、各スピーカーｎからそれぞれ出力される各音響信号Ｈ_m（ω）を、各近似伝達関数Ｇ_m,nで畳み込んで各制御点でそれぞれ混合した場合に、その畳み込み混合信号が、再生制御点ｍ＝１で否零となり、抑圧制御点ｍ＝２〜Ｍで零となることを示している。

このような関係を満たすフィルタ係数を各周波数毎に求め、その周波数領域のフィルタ係数を逆フーリエ変換した値を、ディジタルフィルタ４２ｄ〜５２ｄに設定すれば再生領域γのみに音が再生される局所再生装置を実現することができる。

伊藤弘章、古屋賢一、羽田陽一、"線状スピーカアレーを用いたエリア再生について"音響学会講演論文集、pp.845-846, Mar. 2010.

しかし、従来の方法では、再生領域γの領域外における音漏れがある程度発生してしまう課題がある。その結果、再生領域γを関係者以外がいる場所から離して設定する必要があった。

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、オープンオフィスの環境でも利用可能な局所再生装置とフィルタ係数決定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。

この発明の局所再生装置は、複数のスピーカーa₁,…,a_N/2（ただし、Nは４以上の正数。各スピーカーをa_nとする。）が一直線上に配置される第１のスピーカーアレーと、上記直線上にあり、第１のスピーカーアレーと同一の個数のスピーカーa_N/2+1,…,a_Nで構成され、スピーカーa_nとスピーカーa_n＋N−1とが上記直線上にある所定の中心点に対して対称になるように配置された第２のスピーカーアレーと、入力されたディジタル音響信号に上記各スピーカー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、上記各スピーカーに供給する供給信号を生成する信号供給部とを備える。そして、上記中心点を再生制御点とし、上記中心点を通る直線上の複数の点を減衰制御点b₁,…,b_Ｐ（ただし、ｐは２以上の正数。各減衰制御点をb_ｐとする。）としたときに、各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数は、各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数に該スピーカーから再生制御点までの距離によって定まる近似伝達関数を時間領域で畳み込んだ値A₁,…,A_Nの合計値Σ^N _i=1A_iが非零となり、かつ各減衰制御点b_nについて、各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数に該スピーカーから減衰制御点までの距離によって定まる近似伝達関数を周波数領域で乗算した値B_p,1,…,B_p,Nの合計値Σ^N _i=1B_p,iが、該減衰制御点が再生制御点から遠いほど上記非零値Σ^N _i=1A_iより小さい値となる。

また、この発明のフィルタ係数決定装置は、フィルタ係数算出部が、上記中心点を再生制御点とし、上記中心点を通る直線上の複数の点を減衰制御点b₁,…,b_Ｐ（ただし、ｐは２以上の正数。各減衰制御点をb_ｐとする。）としたときに、各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数として、各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数に該スピーカーから再生制御点までの距離によって定まる近似伝達関数を周波数領域で乗算した値A₁,…,A_Nの合計値Σ^N _i=1A_iが非零となり、かつ各減衰制御点b_nについて、各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数に該スピーカーから減衰制御点までの距離によって定まる近似伝達関数を周波数領域で乗算した値B_p,1,…,B_p,Nの合計値Σ^N _i=1B_p,iが、該減衰制御点が再生制御点から遠いほど上記非零値Σ^N _i=1A_iより小さい値となるフィルタ係数を算出する。

この発明の局所再生装置によれば、音響信号の再生領域が、向かい合わせに配置される２つのスピーカーアレーの間に設定され、減衰制御点の畳み込み混合信号の振幅が再生制御点から遠ざかるに従い減少するように制御されるので、再生領域外への音漏れを減少させることができる。よって、オープンオフィスの環境でも利用可能な局所再生装置を提供することができる。また、この発明のフィルタ係数決定装置は、この発明の局所再生装置で用いるディジタルフィルタのフィルタ係数を自動的に算出することができる。

この発明の局所再生装置に必要な事前処理のフローチャートを示す図。この発明の局所再生装置１００のスピーカーアレーと制御点の配置例を示す図。減衰項f(ｄ)の一例を示す図。局所再生装置１００で得られる音圧の減衰特性の一例を概念的に示す図。確認実験のコンピュータシミュレーション結果を示す図。無響音室内での実験結果を示す図。非特許文献１に開示された局所再生装置９００の構成を示す図。局所再生装置９００の制御点の配置例を示す図。フィルタ係数決定装置２００と局所再生装置１００のスピーカーアレーと制御点の配置例を示す図。

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。

〔スピーカーの配置〕
図２に、この発明の局所再生装置１００におけるスピーカーアレーと制御点の配置例を示す。なお、局所再生装置１００の機能構成例は、複数のスピーカーa₁,…,a_N/2（ただし、Nは４以上の正数。各スピーカーをa_nとする。）が一直線上に配置されるスピーカーアレー２０と、上記直線上にあり、上記スピーカーアレー２０と同一の個数のスピーカーa_N/2+1,…,a_Nで構成され、スピーカーa_nとスピーカーa_n＋N−1とが上記直線上にある所定の中心点（図２の原点）に対して対称になるように配置されたスピーカーアレー３０と、スピーカーアレー２０と３０を構成するスピーカーa_nに、それぞれ対応する互いに独立なディジタルフィルタを含み、そのディジタルフィルタを用いて生成した各供給信号を各スピーカーa_nに供給する信号供給部４０と５０を備える。

スピーカーa_nとスピーカー_n＋N−1とが上記直線上にある所定の中心点に対して対称になるよう配置されていれば、スピーカーアレー２０,３０の各スピーカー同士の間隔は一定である必要はない。

また、スピーカーは指向性スピーカーであってもよいし、無指向性スピーカーであってもよい。指向性スピーカーを用いる場合には、スピーカーアレー２０とスピーカーアレー３０の各スピーカーの指向性の向きが中心点の方向を向くように配置する。無指向性スピーカーを用いる場合、各スピーカーの向きは任意である。また、各スピーカーの報音方向をスピーカー配置平面と垂直な方向に向け、スピーカー配置平面上で無指向性スピーカーとして用いてもよい。その場合には、各スピーカーから再生された音の反射音がスピーカー配置平面に届かないようにする必要がある。

ディジタルフィルタは、各スピーカーa_nから出力される各音響信号を、各スピーカーa_nから各制御点までが自由空間であると近似して、各スピーカーa_nから各制御点までの各距離によってそれぞれ定まる関数である各近似伝達関数を畳み込んで各制御点で混合した場合に、その畳み込み混合信号が、２つのスピーカーアレー２０と３０が対向する間に位置する再生領域における再生制御点で否零となり、その再生制御点を通る直線上に複数配置される減衰制御点の振幅が再生制御点から遠ざかるに従い減少し、再生領域を除く音響遮断領域の抑圧制御点で零となるフィルタ係数が設定されたディジタルフィルタである。

図１に、この発明の局所再生装置１００で再生領域γを設定するために必要な事前処理のフローチャートを示す。制御点の配置の決定（ステップＳ１）と、その配置における各ディジタルフィルタのフィルタ係数の設定（ステップＳ２）が必要である。以下では、その各制御点の配置とフィルタ係数の設定について述べる。

〔各制御点の配置〕
図２を用いて、局所再生装置１００のスピーカーa_nと各制御点の配置例を説明する。スピーカーアレー２０と３０は、同一軸上に向かい合わせに、その対向する中心点（原点）からそれぞれＲ_１の距離離れて配置される。再生制御点は、その中心点（原点）上に配置される。

抑圧制御点ｃ_１,…,c_Ｑ（ただし、Ｑは２以上の正数。各抑圧制御点をc_qとする。）は、原点から半径Ｒ_２の同心円上にＱ個配置される。Ｑ個の抑圧制御点を図２の第１象限と第４象限に同数個を配置することで、Ｑ個の抑圧制御点のそれぞれとｙ軸対称な位置にも抑圧制御点を設けた場合と同様の制御が可能となる。この場合、原点からのｘ軸を中心として＋θ_１から＋θ_２までの所定の角度範囲内（ただし、０°≦θ_１≦９０°,０°≦θ_２≦９０°, θ_１≧θ_２とする。）にＱ/２個、−θ_１から−θ_２までの角度範囲内にＱ/２個ずつ、ｘ軸を挟んで同数個となるように配置する。この抑圧制御点が配置される原点からの距離Ｒ_２において再生境界が形成される。なお、抑圧制御点は、減衰制御点との関係で配置しなくて良い場合もある。

減衰制御点は、原点を通る直線上に、原点からＲ_３離れた位置からＰ個、所定の間隔を空けて配置される。その所定の間隔は等距離でなくても良い。抑圧制御点に与える制御量と減衰制御点に与える制御量の間で不連続となることを避けるため、減衰制御点は抑圧制御点と重ならないように配置することが望ましい。Ｐは２個以上の整数であり、その数値が大きいほど減衰のさせ方についての精度が高められる。但し、その数が多いと計算コストが大きくなる。なお、減衰制御点を複数の方向に配置する場合、原点を通り正の傾きを持つ直線上の０°〜９０°の範囲に２箇所以上、原点を通り負の傾きを持つ直線上の−９０°〜０°の範囲に２箇所以上、計４箇所以上が指定されていれば抑圧制御点を配置しなくても良い。同様に、原点を通り正の傾きを持つ直線上の１８０°〜２７０°の範囲に２箇所以上、原点を通り負の傾きを持つ直線上の９０°〜１８０°の範囲に２箇所以上、計４箇所以上が指定されていれば抑圧制御点を配置しなくても良い。

抑圧制御点を配置する場合は、減衰制御点を最初に配置する原点からの距離Ｒ_３を、抑圧制御点によってできる境界外（Ｒ_３≧Ｒ_２）とするのが望ましい。減衰制御点を再生境界内（Ｒ_３＜Ｒ_２）から配置しても良いが、再生境界に沿った制御量において抑圧制御点に与える制御量と減衰制御点に与える制御量の間で不連続となるため、再生音圧において誤差を生じる可能性がある。その場合には、抑圧制御点での値と減衰制御点での値が連続値に近づくように、抑圧制御点に与える制御量と減衰制御点に与える制御量とを調整する必要がある。

抑圧制御点を配置しない場合は、減衰制御点を最初に配置する中心点（原点）からの距離Ｒ_３は任意に決定できる。

〔フィルタ係数設定方法〕
フィルタ係数の設定方法は、図１のステップＳ２に対応するものである。この実施例では、減衰制御点の距離減衰量Ｋ_１（ｄ）の制御量を式（３）に示されるように定める。

ここでｆ（ｄ）は減衰関数、ｄ，Ｒ_３は再生制御点からの距離、ｃは音速である。

減衰関数ｆ（ｄ）の例としては、例えば式（４）に示すような関数が考えられる。

ｓは任意の整数であり、図３に式（４）の減衰関数を示す。ｓ＝１の場合が一般的な球面音波の距離減衰項に対応し、ｓの値を大きくすることでより急峻な距離減衰項を指定することが可能である。

再生制御点での畳み込み混合信号が否零、かつ抑圧制御点の畳み込み混合信号が零、かつ減衰制御点の畳み込み混合信号が上記式（３）の値となるようにその制御量を設定することで、フィルタ係数は、次式の方程式を満たす解を一般化逆行列を用いた最小自乗解として求めることで得られる。

ここでＧ_m,n(ω)は、各スピーカーa_nから各制御点ｍまでの伝達関数であり、上記した式（１）で示されるものである。式（１）中のｒ_m,nは、各スピーカーa_nから各制御点である再生制御点、抑圧制御点、減衰制御点、までの距離を表す。Ｑは抑圧制御点の数、Ｐは減衰制御点の数である。すなわち、ｍ＝０は再生制御点、ｍ＝１，…，Ｑは抑圧制御点、ｍ＝Ｑ＋１，…，Ｑ＋Ｐは減衰制御点を表す。

入力されたディジタル音響信号に対し、式（５）で求めたフィルタ係数を時間領域で畳み込み、各スピーカーa_nのそれぞれに供給する供給信号を生成する。

このように制御することで急峻な音圧の距離減衰効果を実現することが出来る。つまり、図４に概念的に示す音圧の減衰特性のように、再生領域外における音圧の減衰特性を任意に制御することが可能であり、音圧の減衰量を急激に増やすことも可能である。よって、再生領域外における音漏れを小さくすることができ、オープンオフィスの環境でも利用可能な局所再生装置を提供することが出来る。

なお、抑圧制御点を配置した例で説明したが、上記したように抑圧制御点の配置は任意であり、抑圧制御点を配置しなくとも同様の考え方でこの発明の局所再生装置を実現することが可能である。

以上のように、この発明の局所再生装置１００は、複数のスピーカーa₁,…,a_N/2（ただし、Nは４以上の正数。各スピーカーをa_nとする。）が一直線上に配置される第１のスピーカーアレーと、上記直線上にあり、上記第１のスピーカーアレーと同一の個数のスピーカーa_N/2+1,…,a_Nで構成され、スピーカーa_nとスピーカーa_n＋N−1とが上記直線上にある所定の中心点に対して対称になるよう配置された第２のスピーカーアレーと、入力されたディジタル音響信号に上記各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数を乗算し、上記各スピーカーに供給する供給信号を生成する信号供給部と、を有する構成となる。この発明の局所再生装置１００では、上記中心点を再生制御点とし、上記中心点を通る直線上の複数の点を減衰制御点b₁,…,b_Ｐ（ただし、ｐは２以上の正数。各減衰制御点をb_ｐとする。）としたときに、上記各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数は、各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数に該スピーカーから上記再生制御点までの距離によって定まる近似伝達関数を周波数領域で乗算した値A₁,…,A_Nの合計値Σ^N _i=1A_iが非零となり、かつ上記各減衰制御点b_nについて、各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数に該スピーカーから上記減衰制御点までの距離によって定まる近似伝達関数を周波数領域で乗算した値B_p,1,…,B_p,Nの合計値Σ^N _i=1B_p,iが、該減衰制御点が上記再生制御点から遠いほど上記非零値Σ^N _i=1A_iより小さい値となるものである。

〔フィルタ係数決定装置〕
図９に、この発明のフィルタ係数決定装置２００の構成を示す。フィルタ係数決定装置２００は、局所再生装置１００の信号供給部４０と５０に含まれるディジタルフィルタに設定するフィルタ係数を算出するものである。

フィルタ係数決定装置２００は、近似伝達関数算出部２１０とフィルタ係数算出部２２０とにより構成される。フィルタ係数決定装置２００には、局所再生装置１００のスピーカーの配置情報、上記の〔各制御点の配置〕で決定された制御点の情報、各スピーカーから各制御点までの距離が入力される。

〔近似伝達関数算出部〕
近似伝達関数算出部２１０は、局所再生装置１００に含まれる各スピーカーと上記の〔各制御点の配置〕で決定された制御点との全ての組み合わせについて、入力されたスピーカーから制御点までの距離から、各スピーカーから各制御点までの近似伝達関数を求めてフィルタ係数算出部２２０に対して出力する。

なお、フィルタ係数決定装置２００に各スピーカーから各制御点までの距離に替えて各スピーカーから各制御点までの近似伝達関数を入力する構成とすることも可能である。この場合は、近似伝達関数算出部２１０はフィルタ係数決定装置２００には含めない。

〔フィルタ係数算出部〕
フィルタ係数算出部２２０は、入力された局所再生装置１００のスピーカーの配置の情報、上記の〔各制御点の配置〕で決定された制御点の情報、各スピーカーから各制御点までの近似伝達関数に基づき、上記の〔フィルタ係数設定方法〕に記載された条件を満たすように、局所再生装置１００の信号供給部４０と５０に含まれるディジタルフィルタに設定するフィルタ係数を算出して出力する。

要するに、フィルタ係数決定装置２００は、複数のスピーカーa₁,…,a_N/2（ただし、Nは４以上の正数。各スピーカーをa_nとする。）が一直線上に配置される第１のスピーカーアレーと、上記直線上にあり、上記第１のスピーカーアレーと同一の個数のスピーカーa_N/2+1,…,a_Nで構成され、スピーカーa_nとスピーカーa_n＋N−1とが上記直線上にある所定の中心点に対して対称になるよう配置された第２のスピーカーアレーと、入力されたディジタル音響信号に上記各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数を乗算し、上記各スピーカーに供給する供給信号を生成する信号供給部と、を備える局所再生装置１００で用いるディジタルフィルタ係数を決定するフィルタ係数決定装置であって、上記中心点が再生制御点であり、上記中心点を通る直線上の複数の点が減衰制御点b₁,…,b_Ｐ（ただし、ｐは２以上の正数。各減衰制御点をb_ｐとする。）であるときに、上記各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数を、各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数に該スピーカーから上記再生制御点までの距離によって定まる近似伝達関数を周波数領域で乗算した値A₁,…,A_Nの合計値Σ^N _i=1A_iが非零となり、かつ上記各減衰制御点b_nについて、各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数に該スピーカーから上記減衰制御点までの距離によって定まる近似伝達関数を周波数領域で乗算した値B_p,1,…,B_p,Nの合計値Σ^N _i=1B_p,iが、該減衰制御点が上記再生制御点から遠いほど上記非零値Σ^N _i=1A_iより小さい値となるように求めるフィルタ係数算出部を有する構成となる。

〔確認実験〕
この発明の局所再生装置１００の局所再生性能を確認する目的で、コンピュータシュミ
レーションと、無響音室内での実験を行った。図５にシミュレーション結果、図６に実験
結果を示す。図５と６の横軸はｘ＝0.5（ｍ）の位置からの距離、縦軸は音圧の減衰量（ｄＢ）である。

表１に実験条件を示す。

減衰制御点パラメータ（Ｒ_３,θ_３）の（１ｍ,０°）は、ｘ軸上の原点から正方向に１（ｍ）離れた位置に最初の減衰制御点が配置されることを意味している。（１ｍ,９０°）は、ｙ軸上の原点から正方向に１（ｍ）、（１ｍ,−９０°）はｙ軸上の原点から負方向に１（ｍ）を意味している。

図５と６に、破線で示す特性が従来技術の減衰制御点を設定しない図８に示す条件で測
定した特性である。実線が表１に示す実験条件で減衰制御点を配置した条件での特性であ
る。コンピュータシミュレーションと実験結果の両方共に、この発明の局所再生装置の音
圧の減衰特性が急峻になっていることが確認できた。

このように、この発明の局所再生装置１００によれば音響信号の再生領域を局所内に限
定することが可能である。
なお、局所再生装置１００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。

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。

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。

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。

Claims

複数のスピーカーa₁,…,a_N/2（ただし、Nは４以上の正数。各スピーカーをa_nとする。）が一直線上に配置される第１のスピーカーアレーと、上記直線上にあり、上記第１のスピーカーアレーと同一の個数のスピーカーa_N/2+1,…,a_Nで構成され、スピーカーa_nとスピーカーa_n＋N−1とが上記直線上にある所定の中心点に対して対称になるように配置された第２のスピーカーアレーの、入力されたディジタル音響信号に上記各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数を乗算し、上記各スピーカーに供給する供給信号を生成する信号供給部と、を備える局所再生装置で用いるディジタルフィルタ係数を決定するフィルタ係数決定装置であって、
上記中心点を再生制御点とし、上記中心点を通る直線上の複数の点を減衰制御点b₁,…,b_Ｐ（ただし、ｐは２以上の正数。各減衰制御点をb_ｐとする。）としたときに、
上記各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数として、各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数に該スピーカーから上記再生制御点までの距離によって定まる近似伝達関数を周波数領域で乗算した値A₁,…,A_Nの合計値Σ^N _i=1A_iが非零となり、かつ上記各減衰制御点b_nについて、各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数に該スピーカーから上記減衰制御点までの距離によって定まる近似伝達関数を周波数領域で乗算した値B_p,1,…,B_p,Nの合計値Σ^N _i=1B_p,iが、該減衰制御点が上記再生制御点から遠いほど上記非零値Σ^N _i=1A_iより小さい値となるフィルタ係数を算出することを特徴とするフィルタ係数決定装置。
複数のスピーカーa₁,…,a_N/2（ただし、Nは４以上の正数。各スピーカーをa_nとする。）が一直線上に配置される第１のスピーカーアレーと、上記直線上にあり、上記第１のスピーカーアレーと同一の個数のスピーカーa_N/2+1,…,a_Nで構成され、スピーカーa_nとスピーカーa_n＋N−1とが上記直線上にある所定の中心点に対して対称になるように配置された第２のスピーカーアレーと、入力されたディジタル音響信号に上記各スピーカー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、上記各スピーカーに供給する供給信号を生成する信号供給部と、を備え、
上記中心点を再生制御点とし、上記中心点を通る直線上の複数の点を減衰制御点b₁,…,b_Ｐ（ただし、ｐは２以上の正数。各減衰制御点をb_ｐとする。）としたときに、
上記各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数は、各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数に該スピーカーから上記再生制御点までの距離によって定まる近似伝達関数を時間領域で畳み込んだ値A₁,…,A_Nの合計値Σ^N _i=1A_iが非零となり、かつ上記各減衰制御点b_nについて、各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数に該スピーカーから上記減衰制御点までの距離によって定まる近似伝達関数を周波数領域で乗算した値B_p,1,…,B_p,Nの合計値Σ^N _i=1B_p,iが、該減衰制御点が上記再生制御点から遠いほど上記非零値Σ^N _i=1A_iより小さい値となることを特徴とする局所再生装置。
請求項１又は２に記載したフィルタ係数決定装置又は局所再生装置は、上記各スピーカーの指向性の向きが上記中心点の方向であることを特徴とするフィルタ係数決定装置又は局所再生装置。
請求項１乃至３の何れかに記載したフィルタ係数決定装置又は局所再生装置は、更に、上記中心点を中心とする所定の半径の円周上の複数の点を抑圧制御点ｃ₁,…,c_Ｑ（ただし、Ｑは２以上の正数。各抑圧制御点をc_qとする。）とし、
上記各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数は、更に、上記各抑圧制御点c_qについて、各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数に該スピーカーから上記抑圧制御点までの距離によって定まる近似伝達関数を周波数領域で乗算した値ｃ_ｑ,1,…,c_q,Nの合計値Σ^N _i=1C_q,iが零となるものであることを特徴とするフィルタ係数決定装置又は局所再生装置。
請求項１乃至４の何れかに記載したフィルタ係数決定装置又は局所再生装置は、
上記各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数に該スピーカーから上記減衰制御点までの距離によって定まる近似伝達関数を周波数領域で乗算した値が、次式に示される距離減衰量Ｋ₁（ｄ）となるように定めたことを特徴とするフィルタ係数決定装置又は局所再生装置。

ここでｆ（ｄ）は減衰関数、ｄ，Ｒ₃は上記再生制御点からの距離、ｃは音速である。
複数のスピーカーa₁,…,a_N/2（ただし、Nは４以上の正数。各スピーカーをa_nとする。）が一直線上に配置される第１のスピーカーアレーと、上記直線上にあり、上記第１のスピーカーアレーと同一の個数のスピーカーa_N/2+1,…,a_Nで構成され、スピーカーa_nとスピーカーa_n＋N−1とが上記直線上にある所定の中心点に対して対称になるように配置された第２のスピーカーアレーの、入力されたディジタル音響信号に上記各スピーカー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、上記各スピーカーに供給する供給信号を生成する信号供給部と、を備える局所再生装置で用いるディジタルフィルタ係数を決定するフィルタ係数決定方法であって、
上記中心点を再生制御点とし、上記中心点を通る直線上の複数の点を減衰制御点b₁,…,b_Ｐ（ただし、ｐは２以上の正数。各減衰制御点をb_ｐとする。）としたときに、
上記各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数として、各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数に該スピーカーから上記再生制御点までの距離によって定まる近似伝達関数を周波数領域で乗算した値A₁,…,A_Nの合計値Σ^N _i=1A_iが非零となり、かつ上記各減衰制御点b_nについて、各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数に該スピーカーから上記減衰制御点までの距離によって定まる近似伝達関数を周波数領域で乗算した値B_p,1,…,B_p,Nの合計値Σ^N _i=1B_p,iが、該減衰制御点が上記再生制御点から遠いほど上記非零値Σ^N _i=1A_iより小さい値となるフィルタ係数を算出することを特徴とするフィルタ係数決定方法。
複数のスピーカーa₁,…,a_N/2（ただし、Nは４以上の正数。各スピーカーをa_nとする。）が一直線上に配置される第１のスピーカーアレーと、上記直線上にあり、上記第１のスピーカーアレーと同一の個数のスピーカーb₁,b₂,…（各スピーカーをb_nとする。ただしnは２以上の正数）で構成され、スピーカーa_nとスピーカーb_nとが上記直線上にある所定の中心点に対して対称になるように配置された第２のスピーカーアレーの、2n個の上記各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数を入力されたディジタル音響信号に時間領域で畳み込み、上記各スピーカーに供給する供給信号を生成する信号供給ステップを有し、
上記中心点を再生制御点とし、上記中心点を通る直線上の複数の点を減衰制御点としたときに、
上記ディジタルフィルタ係数は、上記全てのスピーカーにおいて、各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数に、該スピーカーから上記再生制御点までの距離によって定まる近似伝達関数を周波数領域で乗算した値A₁,A₂,…（各スピーカーに対応する値をA_nとする。）を求め、上記A_nの合計値が非零となり、かつ上記全てのスピーカーにおいて、各スピーカーに対応するディジタルフィルタ係数に、該スピーカーから上記減衰制御点までの距離によって定まる各近似伝達関数を周波数領域で乗算した値B_1,1,B_1,2,…,B_p,n-1、B_p,n（各スピーカーに対応する値をB_p,nとする。ただしpは減衰制御点の個数であり、２以上の正数。）を求め、上記B_p,nの合計値が、上記再生制御点から遠いほど上記非零値よりも小さいことを特徴とする局所再生方法。
請求項１乃至５の何れかに記載したフィルタ係数決定装置又は局所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。