JP2013016984A - フィルタ係数決定装置、局所再生装置、フィルタ係数決定方法、及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数のスピーカを用いてエバネッセント波を再生する局所再生装置のフィルタ係数を決定する。スピーカは円筒面上に配置されるものとし、エバネッセント波の再生方向の波数情報を算出し、スピーカの配置情報と波数情報とを用いてフィルタ係数を算出する。
【選択図】図6
Description
以下、本実施形態において利用するエバネッセント波の理論について説明する。
音波はある法則に従って伝搬し、その音波の伝搬の秩序を表す方程式は波動方程式と呼ばれ、式(1)で表される。
軸方向zに沿った波長λz(λz=2π/kz)が音源の波長λ(λ=2π/k、但しkは波源の波数)より短い場合、放射方向にエバネッセント波が発生する(図4参照、なお、図中、96は受聴領域を示す)。このときkz>kである。また波源の波数kとkr、kzの間には、
k2 r=k2-k2 z (7)
という関係が成り立つ。kz>kの条件下では、
ここではkz≦kとし、軸方向におけるエバネッセント波発生条件を満たさない場合を考える。
図6、7、8に局所再生装置100の構成を示す。図6は局所再生装置100の外観図であり、図7は局所再生装置100を横から見た概念図であり、図8は局所再生装置100を上から見た概念図である。局所再生装置100は、M×L個のスピーカ110lm(但し、m=1,…,M、lはローマ字のエルでありl=1,…,Lとする。Mは周方向のスピーカ総数であり、Lは軸方向のスピーカ総数である。)と、M×L個のA/D変換器160lmと、M×L個のフィルタ乗算部120lmと、M×L個のD/A変換器150lmと、M×L個のアンプ140lmと、フィルタ係数算出部170と、波数算出部180とを含む(図7参照)。なお、フィルタ乗算部120lmは、ディジタルフィルタによって構成される。
フィルタ乗算部120lmでは、フィルタ係数算出部170から出力されるフィルタ係数H(a,φm,zl,k)とAD変換器160lmにより変換されたディジタル入力信号S(k)とを入力として、スピーカ110lmを駆動するための信号である駆動信号D(a,φm,zl,k)を生成し、出力する。
フィルタ係数算出部170では、スピーカ110lmの配置情報(a,φm,zl)とエバネッセント波を再生するための波数(以下「波数情報」ともいう)kzまたはnの一方を入力とし、フィルタ乗算部120lmに与えるフィルタ係数H(a,φm,zl,k)を算出し、フィルタ乗算部120lmへ出力する。
波数算出部180はエバネッセント波の再生方向(軸方向または周方向)と波数決定パターン(波数決定パターンの種類については後述する)を入力として、エバネッセント波の再生方向の波数kz、nを算出し、フィルタ係数算出部170へ出力する。以下では各入力条件における波数算出方法を説明する。
ここではエバネッセント波の再生方向が軸方向と入力された場合の波数算出方法を示す。軸方向にエバネッセント波を発生させるため、周方向の波数nはn=0と決定される。なお、これは周方向のスピーカが同相で駆動することを表すため、装置構成における周方向のスピーカ個数Mは1個でもよい。M=1の場合は円筒面状スピーカアレーではなく、軸方向の直線状スピーカアレーとして実現される。
入力信号が含む波数kの最大値をkmaxとすると、kz=α1kmaxとして指定する。但し、α1は1より大きい任意の定数である。このようにして決定したkzは音源の波数kに依存しない。言い換えると、式(C’)に示す最大値kmax=k(Q−1)以外の波数k(0),k(1),…,k(Q−2)に依存しない。ここでのαの値は1〜数十程度が目安であり、値を変化させると減衰しない周波数の位置が変わる傾向があるため、入力信号の周波数特性の応じた減衰特性の制御が可能である。
なお、式(C’)及び式(18)より、
kmax=2πfmax/c
fmax=f(Q−1)
である。
β1を1より大きい任意の定数として、kz(k)=β1kとして指定する。ここでのβ1の値は1〜数十程度が目安である。なお、式(C’)よりkは各周波数帯域f(q)に応じて変化する値なので、kzも各周波数帯域f(q)及びkに応じて変化する値となる。
エバネッセント波の式(12)において、P(r,φ,z)のr方向の指数減衰項がe-kar(但し、添え字kaはkaを表す)となるとすると、
ここではエバネッセント波の再生方向が周方向と入力された場合の波数算出方法を示す。
入力信号が含む波数kの最大値をkmaxとすると、n=α2kmaxaとして指定する。但し、α2は1より大きい任意の定数である。このようにして決定したnは音源の波数kに依存しない(言い換えると最大値kmax以外の波数kに依存しない)。ここでのα2の値は1〜数十程度が目安であり、値を変化させると減衰しない周波数の位置が変わる傾向があるため、入力信号の周波数特性の応じた減衰特性の制御が可能である。なお、kmaxについては、(1)(i)で説明した値と同様である。
β2を1より大きい任意の定数として、n(k)=β2kaとして指定する。ここでのβ2の値は1〜数十程度が目安である。kについては(1)(ii)で説明した値と同様である。
このような構成とすることで、円筒面スピーカアレーを用いてエバネッセント波を再生し、その受聴領域を従来とは異なる円筒状とし、減衰効果範囲を拡大できる、さらに指数減衰だけでなくべき乗関数に従うような減衰特性を有するエバネッセント波を再生することができる。
第一実施形態では、局所再生装置100内部にフィルタ係数算出部170と波数算出部180を含む構成としたが、フィルタ係数算出部170と波数算出部180を含むフィルタ係数決定装置190を別装置として設けてもよい。フィルタ係数決定装置190は、局所再生装置100の内部に組込まれてもよいし、別装置として外部に設けてもよい。フィルタ係数決定装置190は、発生方向と波数決定パターンとスピーカの位置情報を用いて、フィルタ係数を決定し、局所再生装置100内のフィルタ乗算部120lmに出力する構成とする。各処理内容は第一実施形態において説明した通りである。
上述した局所再生装置またはフィルタ係数決定装置は、コンピュータにより機能させることもできる。この場合はコンピュータに、目的とする装置(各種実施例で図に示した機能構成をもつ装置)として機能させるためのプログラム、またはその処理手順(各実施例で示したもの)の各過程をコンピュータに実行させるためのプログラムを、CD−ROM、磁気ディスク、半導体記憶装置などの記録媒体から、あるいは通信回線を介してそのコンピュータ内にダウンロードし、そのプログラムを実行させればよい。
Claims (10)
- 複数のスピーカを用いてエバネッセント波を再生する局所再生装置の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、
前記スピーカは円筒面上に配置されるものとし、
前記エバネッセント波の再生方向の波数情報を算出する波数算出部と、
前記スピーカの配置情報と前記波数情報とを用いて前記フィルタ係数を算出するフィルタ係数算出部と、を含む、
フィルタ係数決定装置。 - 請求項1記載のフィルタ係数決定装置であって、
前記エバネッセント波の再生方向を円筒面の軸方向とし、
kmaxを入力信号が含む波数の最大値とし、α1を1より大きい所定の値とし、前記波数算出部は、波数情報kz=α1kmaxを算出し、
前記フィルタ係数算出部は円筒面の軸方向に配置された複数のスピーカの配置情報と前記波数情報kzとを用いて前記フィルタ係数を算出する、
フィルタ係数決定装置。 - 請求項1記載のフィルタ係数決定装置であって、
前記エバネッセント波の再生方向を円筒面の軸方向とし、
kを入力信号の波数とし、β1を1より大きい所定の値とし、前記波数算出部は、波数情報kz(k)=β1kを算出し、
前記フィルタ係数算出部は円筒面の軸方向に配置された複数のスピーカの配置情報と前記波数情報kz(k)とを用いて前記フィルタ係数を算出する、
フィルタ係数決定装置。 - 請求項1記載のフィルタ係数決定装置であって、
前記エバネッセント波の再生方向を円筒面の軸方向とし、
kaを1より大きい所定の値とし、kを入力信号の波数とし、前記波数算出部は、波数情報kz(k)=±√(ka 2+k2)を算出し、
前記フィルタ係数算出部は円筒面の軸方向に配置された複数のスピーカの配置情報と前記波数情報kz(k)とを用いて前記フィルタ係数を算出する、
フィルタ係数決定装置。 - 請求項1記載のフィルタ係数決定装置であって、
前記エバネッセント波の再生方向を円筒面の周方向とし、
α2を1より大きい所定の値とし、kmaxを入力信号が含む波数の最大値とし、aを前記円筒面の成す円の半径とし、前記波数算出部は、波数情報n=α2kmaxaを算出し、
前記フィルタ係数算出部は円筒面の周方向に配置された複数のスピーカの配置情報と前記波数情報nとを用いて前記フィルタ係数を算出する、
フィルタ係数決定装置。 - 請求項1記載のフィルタ係数決定装置であって、
前記エバネッセント波の再生方向を円筒面の周方向とし、
β2を1より大きい所定の値とし、kを入力信号の波数とし、aを前記円筒面の成す円の半径とし、前記波数算出部は、波数情報n(k)=β2kaを算出し、
前記フィルタ係数算出部は円筒面の周方向に配置された複数のスピーカの配置情報と前記波数情報n(k)とを用いて前記フィルタ係数を算出する、
フィルタ係数決定装置。 - 請求項1から請求項7の何れかに記載のフィルタ係数決定装置で決定されたフィルタ係数を複数のスピーカに設定し該スピーカを用いてエバネッセント波を再生する局所再生装置であって、
前記フィルタ係数と前記入力信号とを乗じて前記スピーカを駆動するための駆動信号を生成するフィルタ乗算部と、をさらに含む、
局所再生装置。 - 複数のスピーカを用いてエバネッセント波を再生する局所再生方法の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、
前記スピーカは円筒面上に配置されるものとし、
前記エバネッセント波の再生方向の波数情報を算出する波数算出ステップと、
前記スピーカの配置情報と前記波数情報とを用いて前記フィルタ係数を算出するフィルタ係数算出ステップと、を含む、
フィルタ係数決定方法。 - コンピュータを請求項1から請求項7の何れかに記載のフィルタ係数決定装置または請求項8に記載の局所再生装置として機能させるためのプログラム。
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