JP4241745B2

JP4241745B2 - 音響制御装置、音響制御方法、および音響制御プログラム

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Publication number: JP4241745B2
Application number: JP2006028700A
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Inventors: 英樹阪梨
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Publication date: 2009-03-18
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Description

この発明は、音声信号の音響特性を制御する音響制御装置、音響制御方法、および音響制御プログラムに関する。

従来、音響ホールや、会議場等の集会施設における音響効果を増強して音場支援を行う音場制御装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。このような装置では、ホールの形状等を考慮して、スピーカの音を受ける座席等が存在する面（以下、単に「スピーカの受音面」または「受音面」という。）においてカラレーションやハウリングが発生しないような音響特性となるように、イコライザ等のパラメータが決定される。

イコライザのパラメータは、一般的に周波数特性上のピークを無くすように設定される。図２０に周波数特性とイコライザ特性の関係を示す。図２０に示すグラフの横軸は周波数を表し、縦軸はレベルを表す。同図（Ａ）は、スピーカの受音面で受音した音波の周波数特性を示したものである。この周波数特性によれば、周波数ｆ０において最大ゲインとなるピークが存在する。一般に、イコライジングを行う場合、このピークのゲインが所定の値（目標レベル）以下となるようにパラメトリックイコライザ（以下、ＰＥＱという。）の特性を決定する。したがって同図（Ｂ）に示すように、周波数ｆ０にＰＥＱバンドの中心周波数を設定し、ゲイン、Ｑ値（共振の鋭さを表す量、いわゆるQuality Factor）を決定する。その後、依然として目標レベル以上のピークが存在する場合は、各ピーク毎にパラメータの異なる複数のＰＥＱバンドを設定する。
特開平１０−６９２８０号公報

しかし、上記のようなイコライザ特性の決定手法は、特定のピークを目標レベル以下となるようにＰＥＱの特性を設定するため、周波数特性全体を所望の特性に近づけようとした場合、多くのＰＥＱバンドが必要であった。

また、特定のピークのゲインが目標レベル以下となるようにＰＥＱの特性を設定するため、そのピーク以外の帯域についての調整が考慮されておらず、周波数特性全体として予想外の特性（例えば目標レベル以下にならない、目標レベルよりも大きく減衰する等）となる可能性が有った。

そこで、本発明は、このような問題に鑑み、少ないバンド数でありながら高精度に所望の周波数特性にイコライジングを行うことができる音響制御装置、音響制御方法、および音響制御プログラムを提供することを目的とする。

この発明の音響制御装置は、音声信号の周波数特性を調整するイコライザと、所定周波数帯域における前記音声信号の周波数特性と所望の周波数特性のゲイン差の面積値を特性差として算出する差分算出手段と、前記特性差が最も小さくなるように、または前記特性差が所定の閾値以下となるように前記イコライザのパラメータを設定する設定手段と、を備え、前記イコライザは、中心周波数、ゲイン、Ｑ値を設定可能なパラメトリックイコライザで構成され、前記設定手段は、前記イコライザの中心周波数を、前記特性差のうち最もゲイン差が大きい周波数であるピーク位置に設定し、前記イコライザのゲインを、前記ピーク位置のゲイン差に設定し、前記特性差のうち「ピーク位置のゲイン差／√２」となる周波数のうち最もピーク位置に近い周波数である基準周波数ｆ１、および前記ピーク位置の周波数ｆ０に関して、式ｆ１／ｆ０＝ｆ０／ｆ２を満足するｆ２を算出し、前記イコライザのＱ値を、「前記ピーク位置の周波数ｆ０／前記周波数ｆ１と周波数ｆ２の差の絶対値（ｆ０／｜ｆ１−ｆ２｜）」に仮設定し、仮設定した前記イコライザのＱ値を所定量小さくしていき、前記特性差が大きくなる直前のＱ値を前記イコライザのパラメータとして設定することを特徴とする。
また、この発明は、さらに、前記設定手段は、前記特性差が大きくなった場合に、直前のＱ値から前記所定量よりも小さい量でＱ値を小さくしていく処理を複数回繰り返すことを特徴とする。

この発明によれば、音声信号の周波数特性と所望の周波数特性との差分（ゲイン差の面積値）を算出する。この差分が最も小さくなるように、または差分が所定の閾値以下となるようにイコライザのパラメータを設定する。所定周波数帯域における所望の周波数特性との差分が最小となるようにパラメータを設定するため、周波数特性全体（所定周波数帯域）を考慮した調整がなされる。また、１つ（または少数）のバンドで所定のＱ値の音声信号をイコライジングするため、バンド数を少なくすることができる。

この発明によれば、イコライザは中心周波数、ゲイン、Ｑ値を設定可能なパラメトリックイコライザである。中心周波数は上記所定周波数帯域における最大ゲインとなるピーク位置に設定される。このピーク位置の音声信号ゲインと所望ゲインの差がゼロとなるようにイコライザのゲインを設定する。

この発明によれば、ゲイン差の値が、ピーク位置のゲイン差（ピーク位置の音声信号ゲインと所望ゲインの差）に対し１／√２倍となる周波数を検出する。これらの周波数のうち、最もピーク位置に近い周波数を基準周波数とする。基準周波数とピーク位置の周波数差を算出し、イコライザのＱ値を、「ピーク位置の周波数／周波数差の２倍」に仮設定する。この仮設定した帯域幅を変更し、所定周波数帯域における差分が最も小さくなるように、または所定の閾値以下となるようにする。

この発明の音響制御方法は、中心周波数、ゲイン、Ｑ値を設定可能なイコライザのパラメータを算出する音響制御方法であって、所定周波数帯域における前記音声信号の周波数特性と所望の周波数特性のゲイン差の面積値を特性差として算出し、前記イコライザの中心周波数を、前記特性差のうち最もゲイン差が大きい周波数であるピーク位置に設定し、前記イコライザのゲインを、前記ピーク位置のゲイン差に設定し、前記特性差のうち「ピーク位置のゲイン差／√２」となる周波数のうち最もピーク位置に近い周波数である基準周波数ｆ１、および前記ピーク位置の周波数ｆ０に関して、式ｆ１／ｆ０＝ｆ０／ｆ２を満足するｆ２を算出し、前記イコライザのＱ値を、「前記ピーク位置の周波数ｆ０／前記周波数ｆ１と周波数ｆ２の差の絶対値（ｆ０／｜ｆ１−ｆ２｜）」に仮設定し、仮設定したＱ値を所定量小さくしていき、前記特性差が大きくなる直前のＱ値を前記イコライザのパラメータとして設定することを特徴とする。
また、この発明は、さらに、前記特性差が大きくなった場合に、直前のＱ値から前記所定量よりも小さい量でＱ値を小さくしていく処理を複数回繰り返すことを特徴とする。

この発明のプログラムは、情報処理装置に、中心周波数、ゲイン、Ｑ値を設定可能なイコライザのパラメータを算出させるプログラムであって、所定周波数帯域における前記音声信号の周波数特性と所望の周波数特性のゲイン差の面積値を特性差として算出する手順、前記イコライザの中心周波数を、前記特性差のうち最もゲイン差が大きい周波数であるピーク位置に設定する手順、前記イコライザのゲインを、前記ピーク位置のゲイン差に設定する手順、前記特性差のうち「ピーク位置のゲイン差／√２」となる周波数のうち最もピーク位置に近い周波数である基準周波数ｆ１、および前記ピーク位置の周波数ｆ０に関して、式ｆ１／ｆ０＝ｆ０／ｆ２を満足するｆ２を算出する手順、前記イコライザのＱ値を、「前記ピーク位置の周波数ｆ０／前記周波数ｆ１と周波数ｆ２の差の絶対値（ｆ０／｜ｆ１−ｆ２｜）」に仮設定する手順、仮設定したＱ値を所定量小さくしていき、前記特性差が大きくなる直前のＱ値を前記イコライザのパラメータとして設定する設定手順、を実行させることを特徴とする。
また、この発明は、さらに、前記設定手順において、前記特性差が大きくなった場合に、直前のＱ値から前記所定量よりも小さい量でＱ値を小さくしていく処理を複数回繰り返すことを特徴とする。

本発明によれば、所定周波数帯域における所望の周波数特性との差分が最小となるようにパラメータを設定するため、少ないバンド数でありながら周波数特性全体（所定周波数帯域全体）を考慮した高精度なイコライジングを行うことができる。

図１を用いて、本発明の実施形態である音響制御装置について説明する。音響制御装置は、音声信号に対しディレイ、イコライジング等の信号処理を付与するものであり、この音声信号の特性（周波数特性等）を表示器（ディスプレイなど）に表示するものである。図１は、この実施形態の音響制御装置の構成を示すブロック図である。音響制御装置１は、表示器１０１、操作部１０２、ＣＰＵ１０３、ハードディスク（ＨＤＤ）１０４、メモリ１０５、および音声出力部１０６を備えている。
ＣＰＵ１０３には、表示器１０１、操作部１０２、ＨＤＤ１０４、メモリ１０５、および音声出力部１０６がそれぞれ接続されている。
表示器１０１は、汎用の液晶ディスプレイ等で構成され、ユーザが音響制御装置１を操作するための画面や、ユーザが入力した各種の音響パラメータに対する結果（音声信号の特性変化等）を表示する。

操作部１０２は、ユーザが音響制御装置１を操作するためのユーザインタフェースである。
ＣＰＵ１０３は、ＨＤＤ１０４に格納したプログラムを実行するものであり、操作部１０２の指示を受けて、音響制御装置１の他のハードウェア資源と協働してこのプログラムを実行する。
ＨＤＤ１０４は、汎用の記憶装置であり、ＣＰＵ１０３が音響制御装置１を制御するためのプログラム等を格納している。
メモリ１０５は、ＨＤＤ１０４に格納したデータを読み出したデータを一時的に記憶して、ＣＰＵ１０３とデータを交換する。
音声出力部１０６は、ＨＤＤ１０４に格納されている音源データから音声信号を生成する。また、音声出力部１０６は、ＤＳＰ、Ｄ／Ａコンバータを内蔵しており、上記音声信号をイコライジング、ディレイ付与等する信号処理機能１０６１を有する。信号処理がなされた音声信号は、音響制御装置１に接続する図示しないスピーカやヘッドホン等に出力される。

具体的には、この実施形態において、音声出力部１０６の信号処理機能１０６１は、音声信号の周波数特性を変更するＰＥＱの機能を実現する。信号処理機能１０６１は、複数のＰＥＱバンドを有している。それぞれのＰＥＱバンドのパラメータ（中心周波数、ゲイン、Ｑ値）はＣＰＵ１０３により設定される。

本実施形態の音響制御装置１は、ユーザが操作部１０２を用いて所望の周波数特性（以下、所望特性と言う）を入力すると、音声出力部１０６が出力する音声信号の周波数特性がこの所望特性に近づくようにＰＥＱパラメータが自動設定されるものである。

なお、音声出力部１０６は、必ずしもハードウェアとして備えている必要はなく、ソフトウェアによって実現してもよい。なお、音響制御装置１にさらに音声信号の入力インタフェースを設け、外部から入力される音声信号を信号処理機能１０６１が処理する構成としてもよい。

次に、図２を用いて、音響制御装置１のＰＥＱパラメータ設定動作を説明する。図２は、音響制御装置１のＰＥＱパラメータ設定動作を示すのフローチャートである。ユーザが所望特性を入力し、ＰＥＱパラメータの自動設定を指示することがこの動作のトリガとなる。

まず、ＣＰＵ１０３は、音声出力部１０６の信号処理機能１０６１に現在入力されている音声信号の周波数特性を取得する（ｓ１１）。信号処理機能１０６１は、入力された信号をＦＦＴし、ＣＰＵ１０３に入力する。ＣＰＵ１０３は、取得した現在の音声信号の周波数特性から、ＰＥＱパラメータを算出する（ｓ１２）。この算出手法については図３〜図６を用いて後に詳しく述べる。

ＰＥＱパラメータを算出した後、ＣＰＵ１０３は、信号処理機能１０６１に、算出したＰＥＱバンドのパラメータをセットする（ｓ１３）。その結果、音声信号の周波数特性全体について、目標条件になっているか、すなわちユーザが入力した所望特性となっているか否かを判断する（ｓ１４）。目標条件になっていなければ、ＰＥＱバンドを変更して（ｓ１５）、上記の処理ｓ１１〜ｓ１３を繰り返し、異なる複数のバンドについてパラメータを算出する。目標条件になっていれば動作を終える（ｓ１６）。

次に、ＰＥＱパラメータ算出処理（ｓ１２）について詳細に説明する。図３は、ＰＥＱパラメータ算出処理を詳細に示したフローチャートである。まず、ＣＰＵ１０３は、現在の周波数特性と、ユーザが入力した所望特性との差分を算出する（ｓ５１）。この差分は、信号処理機能１０６１で処理したＦＦＴの各データ（各周波数のゲイン値）毎に算出される。すなわち、各周波数毎のゲイン値の差分値として算出される。なお、ユーザが入力する所望特性は、例えば複数の周波数（６３Ｈｚ、１２５Ｈｚ、２５０Ｈｚ、５００Ｈｚ、１ｋＨｚ、２ｋＨｚ、４ｋＨｚ、８ｋＨｚなど）のゲイン値を指定したものであるが、この各周波数のゲイン値をスムージング化してＦＦＴの各データに対応させるものである。なお、所望の周波数特性の入力態様は、これに限定するものではなく、例えば予め用意した（ＨＤＤ１０４に格納された）周波数特性のテンプレートを選択するようにしてもよい。

その後、ＣＰＵ１０３は、算出した差分からＰＥＱパラメータの中心周波数、およびゲインを決定する（ｓ５２）。また、ＣＰＵ１０３は、算出した差分からＰＥＱパラメータの最大Ｑ値（初期のＱ値）を決定する（ｓ５３）。これらのＰＥＱパラメータの初期値の決定手法について、図４を用いて説明する。図４に示すグラフの横軸は周波数を示し、縦軸はレベルを示す。同図（Ａ）は、上記算出した差分の周波数特性（以下、差分特性と言う）であり、同図（Ｂ）はＰＥＱの周波数特性である。ＣＰＵ１０３は、算出した差分のうち、最もゲイン値が大きい周波数ｆ０、すなわちピーク位置に中心周波数を設定する。さらに、この周波数ｆ０における差分のゲイン値がゼロとなるようにＰＥＱのゲインＧを設定する。

次に、同図（Ａ）に示すように、ＣＰＵ１０３は、上記ゲインＧの１／√２倍のゲイン値となる周波数のうち、ピーク位置に最も近い周波数ｆ１を検出する。さらに、周波数ｆ０に対して周波数ｆ１と周波数軸上で対称となる周波数ｆ２を検出する（すなわち、式ｆ１／ｆ０＝ｆ０／ｆ２を満足するｆ２を算出する）。ＣＰＵ１０３は、これらｆ０，ｆ１，ｆ２を用いて以下の数式により初期のＱ値を決定する。

図３のフローにおいて、中心周波数、ゲイン、初期のＱ値を決定すると、ＣＰＵ１０３は、このＰＥＱパラメータを適用した場合の音声信号の周波数特性を算出し、適用後の周波数特性について所望特性との差分を算出する（ｓ５４）。その後、適用後の差分が適用前の差分と比較してゼロに近づいているか、すなわち音声信号の周波数特性が所望特性に近づいているかを判断する（ｓ５５）。所望特性に近づいていればＱ値を所定量小さくし（ｓ５６）、ｓ５４から処理を繰り返す。

所望特性に近づいているか否かの判断手法について図５を用いて説明する。図５は、ＣＰＵ１０３が算出した差分特性を示す図である。同図に示すグラフの横軸は周波数を示し、縦軸はレベルを示す。同図（Ａ）は、ＰＥＱパラメータ適用前（またはｓ５６→ｓ５４の繰り返し１つ前）の差分特性であり、同図（Ｂ）は、ＰＥＱパラメータ適用後（またはｓ５６→ｓ５４の繰り返し後）の差分特性である。ＣＰＵ１０３は、適用前の差分特性について、面積値Ｓ（Ｑ１）を算出する。面積値Ｓ（Ｑ１）は、ＦＦＴの各データについて、ゲインゼロとの差（絶対値）を算出し、これらを加算すればよい。また、同図（Ｂ）に示すように、適用後の差分特性について、面積値Ｓ（Ｑ２）を算出する。この面積値Ｓ（Ｑ１）と面積値Ｓ（Ｑ２）を比較し、Ｓ（Ｑ１）＞Ｓ（Ｑ２）であれば差分がゼロに近づいている、すなわち音声信号の周波数特性が所望特性に近づいていると判断する。逆にＳ（Ｑ１）＜Ｓ（Ｑ２）であれば所望特性から遠ざかっていると判断する。

図３のｓ５５において、所望特性から遠ざかっていると判断した場合、繰り返し直前のＱ値が最も所望特性に近いパラメータであるとして、これを採用する（ｓ５７）。なお、以下のようにしてＱ値を決定するようにしてもよい。図６は、Ｑ値の決定手法の他の例について説明する図である。同図に示すグラフの横軸はＱ値を表し、縦軸は面積値Ｓ（Ｑｉ）（ｉは整数）を表す。

ＣＰＵ１０３は、まず、初期値Ｑ０から順にＱ値を所定量変化させて、それぞれのＱ値について面積値を算出する。ここで、同図に示すように、Ｓ（Ｑ１）はＳ（Ｑ０）より小さく、Ｓ（Ｑ２）より大きい。また、Ｓ（Ｑ２）は、Ｓ（Ｑ１）より小さく、かつＳ（Ｑ３）より小さい。すなわち、Ｑ値をＱ２からＱ３に変更した時に、面積値が大きくなるため、音声信号の周波数特性が所望特性から遠ざかると判断できる。そこで、ＣＰＵ１０３は、最も所望特性に近いＱ２の前後Ｑ１，Ｑ３の間で、Ｑ１から順にＱ値を上記所定量よりも小さい量で変化させて、それぞれのＱ値について面積値を算出する。ここで、同図に示すように、面積値Ｓ（Ｑ４）、Ｓ（Ｑ５）、Ｓ（Ｑ６）を順に算出すると、Ｑ値をＱ５からＱ６に変更した時に、面積値が大きくなる。したがって、Ｑ５が最も所望特性に近いＱ値であると判断できる。さらに、Ｑ５の前後Ｑ４，Ｑ６の間で、Ｑ４から順にＱ値をさらに小さい量で変化させて面積値の算出を繰り返す。以上のような処理を複数回繰り返す。

このように、最初はＱ値の変化量を大きくしておき、順に変化量を小さくすることで、短い計算時間でありながら音声信号を所望特性に精度良く近づけるＱ値を算出することができる。

以上のようにしてＰＥＱパラメータを決定することで、少ないバンド数でありながら周波数特性全体（所定周波数帯域全体）を考慮した高精度なイコライジングを行うことができる。図７に本実施形態の音響制御装置を用いた場合の音声信号の特性変化と、従来の手法を用いた場合の音声信号の特性変化を示す。図７に示すグラフの横軸は周波数を表し、縦軸はレベルを表す。

図７（Ａ）は、本実施形態の音響制御装置を用いた場合の音声信号の周波数特性（および所望特性）であり、同図（Ｂ）は、そのときのＰＥＱの周波数特性である。同図（Ｃ）は、従来の手法を用いた場合の音声信号の周波数特性（および所望特性）であり、同図（Ｄ）は、そのときのＰＥＱの周波数特性である。同図においては、所望特性として、周波数が高くなるにつれレベルが低下する特性を示しているが、無論これは一例であり、所望特性はこれに限定するものではない。

従来のＰＥＱパラメータ決定手法においては、音声信号の各ピークが目標レベル以下となるように複数バンドのＰＥＱの特性を設定する。Ｑ値は、例えば既に目標レベル以下となっている周波数のうちピーク位置に最も近い周波数と、ピーク位置の周波数との差から決定される。音声信号レベルの高いピークから順にＰＥＱバンドを充てて、バンド数の許される限りイコライジングする。したがって、周波数特性全体を所望の特性に近づけようとした場合、図７（Ｄ）に示すように、装置の限界バンド数（この例では８バンド）が必要であった。また、ピークにのみ着目する手法であるため、図７（Ｃ）のように、目標レベル以下にならない、目標レベルよりも大きく減衰する、といったことが多かった。

一方で、本実施形態の音響制御装置においては、音声信号の周波数特性と、所望特性との差分（面積値）を算出し、所定周波数帯域においてこの差分が小さくなるようにＰＥＱパラメータを設定するので、図７（Ｂ）に示すように、バンド数が少なく、かつ各バンドにおけるゲイン値も小さくて済む。また、周波数特性全体（所定周波数帯域全体）を考慮しているため、同図（Ａ）に示すように、目標レベル以下にならない、目標レベルよりも大きく減衰する、といったことを防止できる。

なお、上記のＰＥＱパラメータ決定手法を、以下に記載するような音響設計支援装置に用いることも可能である。

図８を用いて、本発明の別の実施形態である音響設計支援装置の内部構成について説明する。図８は、この実施形態の音響設計支援装置の内部構成、および集会施設基本形状データのデータ構造を表す図である。なお、この実施形態の音響設計支援装置は、図１に示した音響制御装置とハードウェア構成は共通であり、各構成部については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。音響設計支援装置２は、ホールや会議場等の集会施設において、スピーカなどの音響設備の選択や設定を支援するものであり、音声を出力した場合の音場をシミュレーションして、その結果を表示器１０１に表示するものである。

この例において、表示器１０１は、各種の設定条件の入力において設定条件の入力を補助するための画面（図１０〜図１２参照。）を示す。
操作部１０２は、各種の設定条件の入力、音場のシミュレーションの指示入力、スピーカ配置の最適化の指示入力、およびシミュレーション結果の表示形式の選択を受付ける。
ＨＤＤ１０４は、プログラム１０と、スピーカの周囲のインパルス応答などをＦＦＴ化したＳＰデータ１０７と、このスピーカに適するイコライザのデータであるイコライザデータ１０８と、スピーカ選択テーブル１０９（図１３参照。）と、集会施設基本形状データ１１０を格納している（詳細は後述する）。
音声出力部１０６は、音響設計支援装置２のシミュレーションの結果として、受音面の所定の位置での音場を、ヘッドホンやスピーカ等を通して音声で確認する場合に用いる。

ここで、図８のＳＰデータ１０７Ａ、１０７Ｂについて説明する。図８のＳＰデータ１０７Ａ、およびＳＰデータ１０７Ｂは、予め複素関数を用いてＦＦＴ化してＨＤＤ１０４に格納している。計算時には、計算に必要な、所定の点に対応する方向のＳＰデータ１０７Ｂのみを取り出して、メモリ１０５に置く。これにより、受音点での応答を算出する際には、伝達時間の遅延については周波数領域で各周波数について、遅延時間に対応する位相遅れとして計算できる。また、ゲイン、イコライザに関しても周波数領域の演算のみで計算するから、シミュレーションデータ計算にかかる時間を短縮できる。複数のスピーカの応答の合成に関しても同様に、周波数領域で計算できる。したがって、音響パラメータは、前記計算による周波数応答から算出でき、時間応答の長さを考慮する必要がないため、ＦＦＴ変換する時間領域のデータの長さを考慮する必要がないこととなる。一方、従来では、逆ＦＦＴ変換して、スピーカユニット間の時間領域を揃えていたので、ディレイを加味した場合には、時間軸上でのデータ数が大きくなり、その増加分についても、時間がかかるＦＦＴ変換をさらに行なう必要があるという無駄が生じていた。
なお、図９のＳＴ３においてヘッドホンでの音場確認の際にはディレイの大きさによってＦＦＴの長さを変える必要がある。

次に、補正フィルタ１０７Ｃ、１０７Ｄについて説明する。図８に示したように、メモリ１０５内の、対応する方向のＳＰデータ１０７Ｂには、この補正フィルタ１０７Ｃ、１０７Ｄのデータをシミュレーション途中に生成し、格納するためのデータが含まれる。即ち、インパルス応答のデータの他に、音源と受音点間の距離に起因する、位相遅れのフィルタデータをフーリエ変換した位相補正フィルタ１０７Ｃと、距離減衰補正のためのフィルタをフーリエ変換した距離減衰補正フィルタ１０７Ｄを作成する。これらのデータはシミュレーション途中に、図１６で示すような格子点を設定すると自動的に作成される。

次に、イコライザデータ１０８について、簡潔に説明する。イコライザデータ１０８は、上述した音響制御装置１において示したＰＥＱの周波数特性であり、シミュレーションの過程でメモリ１０５内に作成される。イコライザデータ１０８は、スピーカユニット毎に自動的に作成される。

次に、スピーカ選択テーブル１０９について簡潔に説明する。スピーカ選択テーブル１０９は、図１０、図１１に示すような条件設定をした場合に、具体的なスピーカの候補を選択するのに用いられる。その判断をするためのデータとして格納されている。

次に、集会施設基本形状データ１１０のデータ構造について、図１４（Ｂ）を参照して説明する。図１４（Ｂ）に示すように、集会施設基本形状データ１１０のデータは、集会施設名称と、その形状の座標データと、画像ビットマップの組み合わせからなり、ＨＤＤ１０４（またはメモリ１０５）は、これらの組み合わせを複数個記憶している（画像ビットマップの例については、図１０の形状選択１１Ｄを参照）。なお、座標データには、集会施設の空間の形状を設定する項目も含まれている。

なお、本実施形態の装置では、断りなき限り、以後において「スピーカ」は、説明の容易のため、アレイスピーカを示すものとする。ただし、本発明を実施するためには、必ずしもアレイスピーカに限るものではない。

次に、図９を用いて、本実施形態の音響設計支援装置２の全体のフローの概略を予め簡単に説明する。図９は、本実施形態の装置の動作の全体のフロー図を示している。このフローは、大きく分けて、ＳＴ１〜ＳＴ３の段階を有している。
ＳＴ１では、シミュレーションの条件を設定する条件設定を行なう。
ＳＴ２では、この条件設定に基づきシミュレーション結果を表示するための特性を表したデータであるパラメータデータを計算する。この計算においては、上述した全方向別ＳＰデータ１０７Ａ、イコライザデータ１０８、位相補正フィルタ１０７Ｃ、および距離減衰補正フィルタ１０７Ｄを用いる。
なお、前述のとおり、イコライザデータ１０８（メモリ１０５内）は、スピーカユニット毎にシミュレーションの過程で、ユーザが設定する、またはＣＰＵ１０３で自動計算する。
また、位相補正フィルタ１０７Ｃ、および距離減衰補正フィルタ１０７Ｄは、シミュレーションの過程で、図１６に示すような格子点設定時に作成される。
なお、上述したように、全方向別ＳＰデータ１０７Ａ、イコライザデータ１０８、位相補正フィルタ１０７Ｃ、距離減衰補正フィルタ１０７Ｄのデータは、すべてＦＦＴ変換された周波数領域のデータとして格納されている。特に位相補正フィルタ１０７Ｃ、距離減衰補正フィルタ１０７Ｄを周波数領域で格納しているため、ＣＰＵ１０３は、スピーカが複数であっても、位相をそろえるため逆ＦＦＴ変換して時間軸上で加算する必要がなく、すべて周波数領域で計算するので、高速で音響パラメータを算出できる。
ＳＴ３では、この音響支援装置のシミュレーション結果を、表示器１０１に出力する。
条件設定ＳＴ１では、このシミュレーションに必要な、さまざまな条件（ＳＴ１１からＳＴ１４までの条件）を設定する。以下、これらの条件設定について説明する。
ＳＴ１１では、スピーカが置かれる空間、例えば集会施設等の形状の情報（以下、単に「空間の形状」という。）を設定する。具体的には、空間の概略形状を選択すると共に、形状の詳細を数値入力する（図１０、図１１を参照）。
ＳＴ１２ではスピーカの選択を行い、それを空間のどこに配置するかを設定する。
ＳＴ１３では、その設置されたそれぞれのスピーカの設置条件を設定する。例えばアレイスピーカのユニット間の角度などである。
ＳＴ１４ではこのユニット間の干渉の条件を考慮するか否か、受音面の格子点（図１６参照）をどれだけ細かく取るかなどのシミュレーションの条件を設定する。

図９のＳＴ１に示す条件をすべて設定すれば、ＳＴ２、ＳＴ３により、シミュレーション結果が表示器１０１に表示される。音響の設計者は、図９に示すＳＴ１〜ＳＴ３のような手続きを繰り返して、最適化することになるが、このような作業は、相当手間がかかる。そこで、本実施形態の音響設計支援装置２では、ＳＴ１５において、ＳＴ１で設定した空間の形状の情報を受けて、スピーカの角度およびスピーカの設定の自動最適化や支援を行っている。

この自動最適化に関するＳＴ１５の処理は、ＳＴ１６とＳＴ１７の段階を有している。ＳＴ１６では、使用できるスピーカの選択肢の候補を表示器１０１に示すと共に、操作部１０２によりスピーカが選択された場合には、ＳＴ１で設定した空間に配置された様子を表示器１０１に示す。
ＳＴ１７では、設置されたアレイスピーカの角度（水平方向、垂直方向）およびユニット間の角度の最適な角度の組み合わせパターンを自動的に算出する。ここで、アレイスピーカの角度とは、スピーカ全体の指向軸の代表値となるもので、基準とする任意のユニットの指向軸の水平方向、垂直方向の角度のことであり、ユニット間の角度とは、隣接するユニット間の開き角度のことである。

次に、ＳＴ１の条件設定の各段階であるＳＴ１１〜ＳＴ１７について、図１０以降の図を示して、具体的に説明する。なお、以下の図面の符号は、理解の容易のため、図９で示したステップ番号と略対応している。

まず、図９の空間形状設定ＳＴ１１について、図１０、図１１を用いて説明する。図１０は、スピーカが配置される空間の概略形状を設定するためのＧＵＩ（graphical userinterface）の一例を示す図である。音響設計支援装置２は、この図１０に示すような空間形状設定画面１１Ａを表示器１０１に示して、スピーカが設置される空間の形状の概略を設定できるようにする。図１０に示すように、形状選択１１Ｃでは、空間の概略形状の種類を選択でき、扇型または箱型の形状のいずれかを選択できるようにする。ここで、例えば、ユーザが、操作部１０２の図示しないマウス等で「扇形」にチェックマークを入れて選択した場合には、形状選択１１Ｄの画面表示には、扇形をした音響施設等の形状例が複数表示される。ユーザは、前述のマウス等で、形状選択１１Ｄの中から一つの形状を選択することができる。

ユーザが、図１０の形状選択１１Ｄに示すような扇形のうちから１つを選択した場合には、空間形状設定画面１１Ａは、図１１に示す空間形状設定画面１１Ｂに切り替わり、６つの空間形状の一つが空間形状表示１１Ｅの欄に空間の形状１１Ｆが線図で示される。図１１は、スピーカが配置される空間の概略形状を設定するための形状パラメータを入力するＧＵＩの一例を示す図である。この画面は、ＣＰＵ１０３がＨＤＤ１０４に格納されている集会施設基本形状データ１１０を読み出すことで表示器１０１に表示される。

図１１に示す空間形状設定画面１１Ｂでは、形状設定入力１１Ｇにおいて、スピーカが設置される空間の形状を、数値で入力することができるようになっており、壇上の幅や音響施設の高さや奥行き、各階の高さやスロープの傾きなどのパラメータを数値入力により設定することができる。このような設定を行い、形状のパラメータの数値を修正した場合は、線図で示された空間の形状１１Ｆがこの数値の変更に合わせて変化する。ユーザは、このような空間形状設定画面により、スピーカが置かれる空間の形状を設定できる。この形状設定入力１１Ｇにおいては、ＣＰＵ１０３がＨＤＤ１０４に格納されている集会施設基本形状データ１１０を読み出すことで、必要なデータが記載される。例えば、扇形なら、その扇形の角度が必要であり、１階のみならず、２階、３階があるならその形状データを記載する欄が必要であるため、ＣＰＵ１０３が集会施設基本形状データ１１０からこれらを読み出して記載する。

決定ボタン１１Ｈを押した場合には、図１２に示すスピーカの選択＆配置設定画面１２に切り替わる。図１２は、図１のＳＴ１２、ＳＴ１６に対応しており、このようなスピーカの選択＆配置設定を行なうためのＧＵＩの一例を表す図である。スピーカの選択＆配置設定画面１２では、用途選択表示１２Ａと、空間形状表示１１Ｅと、形状データ１２Ｂと、スピーカの設置位置１２Ｃと、最適スピーカの候補１６と、が表示される。

空間形状表示１１Ｅの欄には、図１０、図１１で設定した空間の形状に基づいて、略実際の空間の形状の比率で形状が表示される。
用途選択表示１２Ａでは、音響施設等の使用目的を選択できるようにし、「音楽」、「スピーチ用途」にチェックマークを入れて、そのいずれか、またはその両方を選択できるようにする。ここで、「音楽」を選択した場合には、例えば、音圧レベルの周波数特性等の音質に関する音響性能を重視した音響設計であり、「スピーチ用途」を選択した場合には、例えば、音声の明瞭度に関する音響性能を重視した設計であるため、音響設計の目的の違いによりそれぞれ最適な設計内容とすることができる。
スピーカの設置位置１２Ｃでは、スピーカを設置する概略の設置位置を選択できるようにする。例えば、図１２のスピーカの設置位置１２Ｃのように舞台の中央側の「センタ」、舞台の下手側の「レフト」、舞台の上手側の「ライト」を選択できるようにする。
用途選択表示１２Ａ、スピーカの設置位置１２Ｃの設定項目それぞれを、音響の設計者（ユーザ）が前述のマウス等でチェックマークを入れて選択した場合、最適スピーカの候補１６が表示される。この最適スピーカ候補の選択は、図９のＳＴ１６に対応しており、音響設計支援装置２により自動的に行なわれる。
ＣＰＵ１０３は、図８に示したスピーカ選択テーブル１０９から、最適なスピーカ候補を選択する。スピーカ選択テーブル１０９のデータ構造は、図１３のようなデータテーブルとなっている。図１３は、スピーカ選択テーブル１０９のデータ構造を表す図である。スピーカ選択テーブル１０９は、図１０、図１１で設定した空間の形状の情報に基づいて適切なスピーカを選択するのに適したデータ構造となっており、スピーカタイプ名称１０９Ａ、面積規模１０９Ｂ、用途１０９Ｃ、設置場所１０９Ｄ、縦横比率１０９Ｅを備えている。例えば、形状データ１２Ｂに示す面積（受音面の面積）が４５０ｍ２であり、スピーカの設置位置１２Ｃで「センタ」にチェックされていた場合、スピーカ選択テーブル１０９で選択できるのは、図１２の最適なスピーカの候補１６に示すように、スピーカＤ、スピーカＪとなる。

次に、同じく図１２を用いて、アレイスピーカが配置された状態を表すＧＵＩについて説明する。図１２の最適なスピーカの候補１６の中から、スピーカを選択した場合には、空間形状表示１１Ｅには、選択したアレイスピーカ１６Ａが空間の形状１１Ｆの縮尺で示される。これにより、空間にどのようにアレイスピーカ１６Ａが配置されるかを視覚的に確認できる。このアレイスピーカ１６Ａの表示も、図９のＳＴ１６の段階に相当し、この表示により、図９のＳＴ１６の段階は終了し、ＳＴ１２に戻る。

また、アレイスピーカ１６Ａの表示がされた場合には、空間形状表示１１Ｅには、表示されたアレイスピーカ１６Ａの守備範囲を選択できるようにする。例えば、図１２に示す守備範囲の設定１６Ｅは、空間の一階部分の受音面の半分を選択した場合を示している。その他、空間全体、１階部分全体、２、３階部分全体のいずれかをユーザが選択入力できるようになっている。この選択入力は、図２のＳＴ１２に相当しており、その後、図９のＳＴ１７において、音響設計支援装置２のＣＰＵ１０３は、アレイスピーカの角度およびユニット間の角度の条件設定を行なう。

次に、図１４〜図１８を用いて、ＳＴ１７について詳細に説明する。図１４はアレイスピーカの角度およびユニット間の角度の条件設定を自動的に計算する方法の概念図である。従来では、アレイスピーカのユニットの設置角度を最適設計するのは、図９に示すようなシミュレーション（ＳＴ１〜ＳＴ３）を繰り返す必要があり、ユーザの試行錯誤に頼らざるを得ないところが多かったが、本実施形態の音響設計支援装置２ではこのような設定条件を自動的に計算するようにする。

図９のＳＴ１７の計算は、図１４に示すように（Ａ）〜（Ｅ）までの５段階に分かれている。まず、この計算の目的は、図１２の最適なスピーカの候補１６の中から選択したアレイスピーカ１６Ａについて、アレイスピーカの角度、およびスピーカ選択テーブル１０９のユニット間の角度１０９Ｆの角度について、それぞれの最適値を求めることであり、その最適値は、一言で述べると「受音面エリア内の音圧レベルの均質化、最適化」を達成するためのものである。そして、この最適値の指標として最終的に考慮するのは、受音面全体の音圧レベルに偏りがないことであり、具体的には、図１４の（Ｄ）に示すように、受音面全域に設定した格子点の音圧レベルの標準偏差が最小であることである。

音響設計支援装置２では、まず、図１４の（Ｂ）、（Ｃ）の段階に示すように、スピーカが向いている方向であるスピーカの軸線１７Ｅ、１７Ｆ、１７Ｇ（以下、単に「軸線」という。）と受音面との交点である軸点１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ（以下、単に「軸点」という。）における音圧レベルの周波数特性の最適化を行なう。以下、さらに詳細に図１４の（Ａ）〜（Ｅ）の段階について説明する。

図１４（Ａ）に示すように、ユニット間の角度の設定は、図１３に示したスピーカ選択テーブル１０９のユニット間の角度１０９Ｆから所定の角度を設定する。この角度は、アレイスピーカそれぞれに固有のものであり、実際の設置時には、アレイスピーカ１６Ａの治具でユニット間の角度を設定するものである。このユニット間角度をθｉｎｔとする。また、設置されるアレイスピーカの角度は、水平方向、垂直方向について設定する必要があり、この角度の組を（θ、φ）とする。ここで、水平方向の角度θは、−１８０度＜θ≦１８０度であり、垂直方向の角度φは、−９０度≦φ≦９０度である。アレイスピーカを構成する各スピーカユニットの設置角度は、これらの角度（θｉｎｔ、θ、φ）で決定される。本実施形態において、アレイスピーカユニットは３つ使用するから、θｉｎｔは、ユニット１６Ｂ、ユニット１６Ｃ間の相対角度θｉｎｔ１と、ユニット１６Ｃ、ユニット１６Ｄ間の相対角度θｉｎｔ２とを設定する必要がある。

また、図１４（Ａ）に示すユニットの角度の設定は、図１４（Ｅ）に示すように、角度を変えながら、前述した標準偏差が最小となるアレイスピーカの角度（θ、φ）と、ユニット間の角度θｉｎｔ（ｉ＝１〜２）を探索する。ユニット間の角度θｉｎｔ（ｉ＝１〜２）については、スピーカ選択テーブル１０９によりピッチが決められる。探索時は、計算時間短縮のために、はじめは、この角度のピッチを大きくとって変化させる。
ここで、設定角度（θｉｎｔ、θ、φ）のパターン数について例を挙げて説明する。図１４（Ａ）に示すように、スピーカの候補１６からスピーカタイプ名称１０９ＡとしてスピーカＤを選択した場合には、アレイスピーカの角度を−１８０度＜θ≦１８０度、−９０度≦φ≦９０度の範囲で、３０度毎に変化させる。更に各アレイスピーカユニットについてユニット間角度を３０度から６０度の範囲で、２．５度毎に変動させることができる。即ち、θとして１８０度、φとして９０度を、またθｉｎｔとして６０度を選択して、図１４（Ａ）のように（θｉｎｔ、θ、φ）の設定１７Ａを行なう。この場合、θは、−１８０度から１８０度の範囲で３０度ごとなので１２通り、φは、−９０度から９０度の範囲で３０度毎なので７通りある。また、θｉｎｔは図１３に示すように、スピーカタイプＤは、前記の当初の設定可能範囲幅が３０度（３０度から６０度）で、刻み幅は２．５度刻みなので１３通り（（６０−３０）／２．５＋１＝１３）となる。かつ、θｉｎｔは、θｉｎｔ１とθｉｎｔ２について２回掛け合わせることになる。したがって、合計は１２×７×（１３×１３）＝１０９２通りとなる。なお、通常各スピーカは、対称に組み合わせるので、θｉｎｔ１＝θｉｎｔ２として計算することができ、上記合計は１２×７×１３＝１０９２通りとなる。

次に、図１４（Ｂ）に示すように、軸点の位置の計算を行なう。前述のように、スピーカが向いている方向であるスピーカの軸線１７Ｅ、１７Ｆ、１７Ｇと、受音面との交点である軸点１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ（以下、単に「軸点」という。）の位置を、前述の（θｉ、φｉ）と図１１で設定した空間の形状１１Ｆとから算出する。

次に、図１４（Ｃ）に示すように、図１４（Ｂ）で求めた軸点での音圧レベルの周波数特性を最適化する。この図１４（Ｃ）の具体的な説明は図１５の説明で詳述するが、ここでは、簡潔にその概略を説明する。図１４（Ｃ）における最適化は、前述のとおり、図１４（Ｄ）の指標の計算を効率よくするためのものであり、一言で述べると、この処理は、「軸点１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ相互間の音圧レベル及びその周波数特性を均質化するイコライザ特性を求める」ものである。一般にアレイスピーカ１６Ａの各ユニット１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄは、ブロードな指向特性を有しているため、例えば、軸点１７Ｂにはユニット１６Ｄからの音声も到達し、またユニット１６Ｂの音声は軸点１７Ｄにも到達するので、軸点１７Ｂの音量が小さいような場合、単にユニット１６Ｂの音圧レベルを上げる操作のみを行なうと他の軸点１７Ｃ、１７Ｄの音量も上がってしまい、かえってバランスが崩れる場合がある。そこで、本実施形態の装置では、各ユニット１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄのいろいろなイコライザを組み合わせたパターンを用意する。そして、それぞれのパターンに従い、前述した図８のＳＰデータ１０７（スピーカから見た全角度のインパルス応答をＦＦＴ化したデータ）を用いて、図１４（Ａ）で設定した角度で設置したアレイスピーカ１６Ａのユニット１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄから伝達され、軸点１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄで受ける音声の周波数特性を算出し、最適パターンを選択する。以下、フローの各段階の概略を説明する。

まず、図１４（Ｃ）のＳ１７１において、予め基準周波数帯域ｆｉ（ｆｉは離散値（ｉ＝１〜Ｎ））を設定する。基準周波数帯域ｆｉは、例えば、６３Ｈｚ、１２５Ｈｚ、２５０Ｈｚ、５００Ｈｚ、１ｋＨｚ、２ｋＨｚ、８ｋＨｚのいずれかに設定することができる。
図１４（Ｃ）のＳ１７２において、基準周波数帯域のゲインを調整するイコライザパターン（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３）ｆｉＨｚをユニット１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄそれぞれについて設定する。
図１４（Ｃ）のＳ１７３において、このパターンについて、前述の軸点１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄにおける音圧レベルの周波数特性を計算して、各基準周波数帯域での軸点１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄのばらつきが小さくなるパターンを選出する。具体的には、軸点１７Ｂ、１７Ｃ、１７Ｄ間の分散を各基準周波数帯域ごとに計算し、さらに、この値の絶対値の平方根をとり、各基準周波数帯域ごとの標準偏差を計算する。なお、この標準偏差は、特定の周波数のゲインのばらつき度合いを示すものであり、この値が小さいほうがばらつき具合が小さいことになる。したがって、標準偏差が小さいパターンほど、適切なパターンとなる。

そして、各周波数ごとに独立に最適なパターン（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３）ｆｉＨｚを選択する。
これらの段階により、Ｓ１７４で、ユニット１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄの最適なイコライザパターンを決定する。この最適なイコライザパターンが、図２、図３を用いて説明したＰＥＱパラメータ決定の際に目標となる所望特性である。

次に、Ｓ１７５で、所望特性に最も近いＰＥＱパラメータを、図２、図３に示した処理によって決定する。

なお、この図１４（Ｃ）に示す段階においては、図示していないが、ＳＰデータ１０７に基づいて、音圧レベルの最適化も行なう。
また、図１４（Ｃ）のようにして算出したイコライザのパラメータは、ＦＦＴ化して図８のＨＤＤ１０４にイコライザデータ１０８として保存する。このようにすれば、図９に示したシミュレーションパラメータ計算ＳＴ２で、周波数領域の畳み込み演算のみで、このシミュレーションパラメータを計算でき、迅速に計算結果を出力できる。音響設計支援装置においては、何度も条件を変更して、繰り返しシミュレーションを行なって最適設計を行なうが多く、このような装置に対し、イコライザのパラメータをＦＦＴ化することが効果的である。

ここで、図１５を用いて、図１４（Ｃ）に示した段階をさらに具体的に説明する。図１５は、図１４（Ｃ）に示す軸点での周波数特性の最適化を表すフロー図と、その最適化に用いるイコライザの設定例を表す図である。
Ｓ１７１において、３つのユニット１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄの周波数ゲインの指標として基準周波数帯域ｆｉを８帯域(６３〜８ｋＨｚ)に順次設定する。基準周波数帯域は、例えば、６３Ｈｚ、１２５Ｈｚ、２５０Ｈｚ、５００Ｈｚ、１ｋＨｚ、２ｋＨｚ、８ｋＨｚのいずれかに設定する。
Ｓ１７２において、図１４（Ｃ）で説明したゲイン設定のパターン（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３）ｆｉＨｚは、Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３を１ｄＢ刻みで０ｄＢ〜−１０ｄＢとする。したがって基本周波数１つ（例えば６３Ｈｚ）につき、１１３通りのパターンを設定するから、全体として８×１１３通りのパターンを設定する。また、パターンそれぞれについて、ユニットごとにイコライザのデータをまとめて、ＦＦＴ変換したデータとしてイコライザデータ１０８として保存する。
Ｓ１７３において、各パターンで軸点でのゲイン計算を行い、その中から最適パターンの選択を行なう。この段階は、さらにＳ１７３１〜Ｓ１７３３に分けることができる。
Ｓ１７３１において、軸点でのゲイン計算は、図１４（Ｂ）で示したように、アレイスピーカ１６Ａから伝達され、軸点１７Ｂ，１７Ｃ、１７Ｄそれぞれで受ける音声の周波数特性を図８のＳＰデータ内の１０７Ａ〜Ｄに基づいて算出し、基準周波数帯域ｆｉごとにその周波数ゲインのデータを蓄積する。
この計算は、スピーカユニットごとに
フーリエ変換済み時間遅れの位相補正フィルタ１０７Ｃと、およびフーリエ変換済み距離減衰補正フィルタ１０７Ｄのデータと、
ＦＦＴ変換したイコライザデータ１０８と、
対応する方向のＳＰデータ１０７Ｂと、をすべて畳み込んで周波数領域で計算する。
なお、このデータ数は、ユニット数３つとなるから、本実施形態の装置では、集積するデータ数は合計すると、３つ×８帯域＝２４個である。
Ｓ１７３２において、基準周波数帯域ｆｉごとに、この３点の周波数ゲインのデータについて標準偏差を求める。
Ｓ１７３３において、Ｓ１７２で設定したパターン１１３通りすべてについて、Ｓ１７３１〜Ｓ１７３２の段階を繰り返し計算して、Ｓ１７３２の標準偏差の標準偏差が最小となるものを求める。
以上、図１５のＳ１７３１〜Ｓ１７３３の段階により、基準周波数帯域ごとに、軸点１７Ｂ，１７Ｃ、１７Ｄ間の音圧レベルの標準偏差が最小となるイコライザゲインを求めることができる。これらを上述の８つの基準周波数帯域すべて繰り返して、Ｓ１７４において、イコライザゲインのパターンを決定できる。このパターンは、前述の図１４（Ｃ）の説明のとおり、ユニットごとにまとめ直して、ＨＤＤ１０４に保存する。最後に、Ｓ１７５において、所望特性に最も近いＰＥＱパラメータを、図２、図３に示した処理によって決定する。そして、図１５のフローは終了する。

図１４（Ｄ）においては、受音面エリア内の音圧レベルの標準偏差を、図１４（Ｃ）でもとめたユニット１６Ｂ、１６Ｃ、１６ＤのＰＥＱパラメータに基づいて算出し、受音面エリア内の音圧レベル及びその周波数特性を算出する。そのため、Ｓ１７６〜Ｓ１７８の段階を行なう。以下、各段階について説明する。

Ｓ１７６において、エリア内全域を、図１６に示すように、格子点に分ける。そして、例えば、同図に示すような格子点１７Ｊを複数設定する。これらの格子点１７Ｊは、この受音面エリア内全体の位置の代表として利用する。格子点１７Ｊを設定すると、ＣＰＵ１０３は、時間遅れの位相補正フィルタ１０７Ｃ、および距離減衰補正フィルタ１０７Ｄと、を計算してＨＤＤ１０４に格納する。

Ｓ１７７において、これらの格子点１７Ｊそれぞれでの音圧レベルを図８のＳＰデータ１０７等（１０７Ｂ〜Ｄ）のスピーカユニットの畳み込み演算により計算する。
即ち、スピーカユニットごとに
フーリエ変換済み時間遅れの位相補正フィルタ１０７Ｃ、およびフーリエ変換済み距離減衰補正フィルタ１０７Ｄのデータと、
ＦＦＴ変換したイコライザデータ１０８と、
対応する方向のＳＰデータ１０７Ｂと、をすべて畳み込んで周波数領域で計算する。
Ｓ１７８において、Ｓ１７７で求めた格子点１７Ｊそれぞれの位置での音圧レベルのデータについて、標準偏差σを算出する。この標準偏差値が小さいほうが、受音面全域の各点のばらつき具合が小さいことになり、より好ましい。

図１４（Ｅ）において、アレイスピーカ１６Ａ（図１２参照。）のユニット１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄの水平角度、垂直角度（θｉ、φｉ）を設定しなおして、（Ａ）〜（Ｄ）を繰り返し行なう。これにより、図１４（Ｄ）の手順のようにして求めた標準偏差が最小となる角度設定のパターンを選出する。その場合において、角度の探索は、計算時間を短縮するため、はじめは、設置するアレイスピーカの角度ピッチを大きく設定し、その後、この角度ピッチを小さく設定して行なう。

以上、図１４を用いて説明したとおり、アレイスピーカ１６Ａの最適なアレイスピーカの角度およびユニット間の角度の算出は、図１４（Ａ）のように角度パターンを設定し、図１４（Ｄ）のように受音面エリア内の音圧レベルの標準偏差（即ち、音圧のばらつき具合を表す指標）を計算して、その最小値を探索するものであるが、計算効率を良くするため、その前提として、図１４（Ｃ）に示すように、まず、軸点１７Ｂ、１７Ｃ，１７Ｄの周波数特性を最適化するイコライザ特性（ＰＥＱパラメータ）を求めている。

次に、図１４(Ａ)、(Ｅ)で示したアレイスピーカの角度およびユニット間の角度を設定して探索し、最適な角度を決定する方法について、図１７を用いて具体的に説明する。図１７は、このような角度の最適化を行なうための具体なフローの一例を表す図である。
まず、Ｓ２１において、図１４（Ａ）で設定した角度を、水平方向、垂直方向とも３０度ごとに設定したアレイスピーカの角度パターン（θ、φ）を設定する。また、それぞれのアレイスピーカの角度についてユニット間の角度θｉｎｔを設定する。このときユニット間の角度の選出では、前述のように、アレイスピーカ１６Ａには図１３のようなそれぞれ予め設定できる固有の角度の範囲とピッチがあり、その範囲から選択してパターンを用意する。ここで、θは、−１８０度＜θ≦１８０度、φは、−９０度≦φ≦９０度の範囲で、３０度毎に設定する。
そして、Ｓ２２において、格子点（例えば図１６の１７Ｊ）間の音圧レベルの標準偏差が小さいもののベスト５となる角度パターン（θ、φ）を選出する。その選出に当たっては、ユニット間角度θｉｎｔを複数設定して、その中から最適なθｉｎｔを選出する必要があり、Ｓ２７のサブルーチンをパターンごとに実行する。

ここで、Ｓ２７のサブルーチンについて説明する。Ｓ２７は、ユニット間の角度決定フローである。Ｓ２２において選出したアレイスピーカの角度パターン（θ、φ）について、さらに、Ｓ２７１では、ユニット間角度θｉｎｔを複数設定する。この角度は、図１４（Ａ）で説明したとおりである。
Ｓ２７２において、Ｓ２２、Ｓ２７１で設定した角度（θｉｎｔ、θ、φ）について、それぞれ、Ｓ２８のエリア内標準偏差計算フローを実行する。ここでは、（θ、φ）は固定であり、θｉｎｔのみ変動させて、それぞれ、Ｓ２８の段階を実行する。
このＳ２８の各段階Ｓ２８１〜Ｓ２８３はそれぞれ図１４(Ｂ)〜（Ｄ）の段階に相当している。そこで、前述した説明を代用してここでは説明を省略する。
Ｓ２７３において、Ｓ２７２で計算した中から標準偏差が最小値となるユニット間角度θｉｎｔを選択する。その後、Ｓ２７のサブルーチンは一旦終了するが、（θ、φ）の組を変えて、更にＳ２７のフローは繰り返し行なわれることになる。
Ｓ２３では、Ｓ２２で選出した５つの角度パターン（θ、φ）のそれぞれの前後１５度の組み合わせを設定する。例えば、選出したベスト５の角度パターンのうちの１つのパターンの最適値が（θ、φ）について（３０度、４５度）であったとすると、θについて１５度、３０度、４５度についてパターンを新たに設定すると共に、φについて３０度、４５度、６０度についてパターンを新たに設定する（３２通り）。同様に、前記選出したベスト５について、それぞれの（θ、φ）のパターンを考えると、（５×３２）通りあり、このように設定した各（θ、φ）それぞれに対して前述で説明したＳ２７のサブルーチンで、ユニット間の角度θｉｎｔを設定してθｉｎｔの最適化を行なう。
Ｓ２４において、新たに設定したパターンについて、Ｓ２２と同様に、パターン探索を行い、候補を５つ選択する。
Ｓ２５では、Ｓ２３〜Ｓ２４と同様であるが、角度を１５度ピッチでなく、５度として、設定する。例えば、選出したベスト５の角度パターンのうちの１パターンの最適値が、θについて４５度であったとすると、４０度、４５度、５０度についてパターンを新たに設定する。
Ｓ２６では、Ｓ２５で設定した角度について、Ｓ２２、Ｓ２４と同様、それぞれＳ２７のサブルーチンを用いて、（θｉｎｔ、θ、φ）を決定する。このＳ２６では、Ｓ２２、２４と異なり、ベスト５でなく最適値を１つ選択して、θｉｎｔ、θ、φ）を最終的に決定する。

以上のとおり、角度の範囲をはじめは粗く、次第に狭めて探索することにより、探索時間を節約できる。また、このような探索により、計算コストの次数の面から、計算上不可能となることを防ぐことができる。

次に、図１８を用いて、図１０、図１１で説明したＧＵＩによる空間の形状入力の動作に関するフローを示して説明する。図１８は、この空間の形状入力のフローの一例を表す図である。このフローは図９の段階の空間形状設定ＳＴ１１に対応している。
図１８のＳ１１１において、図１０で示した形状選択１１Ｃにより、扇型であるか箱型であるかの選択がなされたか否か判断する。扇型であればＳ１１１の判断はＹとなり、Ｓ１１２において、図１０に示すような形状選択１１Ｄにおいて、扇型の形状例を複数表示する。
扇型でなければＳ１１１の判断はＮとなり、Ｓ１１３に進み、図１０に示すような形状選択１１Ｄと同様、箱型の形状例を複数表示する。
次に、Ｓ１１４において、Ｓ１１２の扇型の形状選択１１Ｄ、またはＳ１１３の箱型の形状選択の中から形状の選択がなされたか否か判断する。選択がない場合にはＮとなり待機する。選択がない場合には、表示器１０１の画面を切り替えて、次のＳ１１５に進む。
Ｓ１１５において、空間の形状を特定するための数値の入力がなされたか否か判断する。この数値がすべて入力されなければＮとなり、入力されるまで待機する。
Ｓ１１６において、空間の形状を特定するための数値の入力（Ｓ１１５）からその空間の平面的な面積規模と形状の平面的な縦と横の比率を計算する。
Ｓ１１７において、図１０の決定ボタンが押されたか否か判断する。当該決定ボタンが押された場合には、フローは終了するが、押されない限り、Ｓ１１５に戻って、数値入力した数値の変更を受け付ける。
以上、図１８のようなフローの段階により、ＣＡＤデータを入力することなく、本実施形態の音響設計支援装置のみで、容易に空間の形状を設定できる。また、上述のＳ１１１において、音響施設の典型的な形状は、おのずと決まっているから、音響設計支援装置２では、ＣＡＤデータを入力するまでもなく、空間の形状を特定できる。

次に、図１９を用いて、図１２の説明で示したような最適なスピーカの候補１６を選出するフローについて説明する。図１９は、このようなフローの一例を示している。
Ｓ１６１、Ｓ１６２では、図１２で示したような用途選択表示１２Ａ、スピーカの設置位置１２Ｃが選択されたかどうか判断し、選択されない場合はＳ１６１、Ｓ１６２の判断はＮとなり待機する。Ｓ１６１、Ｓ１６２のいずれもが選択された場合は、Ｓ１６３へ進む。
Ｓ１６３では、図８のＨＤＤ１０４またはメモリ１０５から、図１３で示したようなスピーカ選択テーブル１０９を参照する。そのとき、Ｓ１６１、Ｓ１６２で入力したデータと、図１３のような用途１０９Ｃ、設置場所１０９Ｄと比較して条件を満たすか判断する。また、図１８のＳ１１６で計算した面積規模、縦横比率と図１３のような面積規模１０９Ｂと縦横比率１０９Ｅのデータとを比較して条件を満たすか判断する。
Ｓ１６４において、スピーカ選択テーブル１０９の条件を満たすものを選択し、図１２に示すように、最適なスピーカの候補１６を表示器１０１に表示出力する。
以上、図１９の説明のとおり、図１８で説明したような空間の形状について設定したデータと、スピーカ選択テーブル１０９とを比較参照して、最適なスピーカの候補を選択できる。

このようにして、図１０〜図１９で設定した条件設定および自動最適化／支援によって、従来、試行錯誤により最適化していた条件設定をほぼ自動化することができる。そして、その最適化の結果に基づいて、図９のシミュレーションパラメータ計算ＳＴ２を行い、結果の出力ＳＴ３により、最適化の結果を音圧分布表示や、ヘッドホンによる音場確認が可能となる。

なお、図８〜図１９で説明した数値、ユニット数、図１０の扇形または四角の形状、図１１〜１２のＧＵＩ等は、説明容易のために例示した実施形態の一例であって、これらに限定されるものではない。また、これらの図で示したフローは実施形態の一例である。特に、条件設定、パターン設定は、説明の容易のため、繰り返すフローの一部となっていることとしたが、一度設定すると、繰り返しルーチンの中では何度も設定する必要はない。

音響制御装置の構成を示すブロック図音響制御装置１のＰＥＱパラメータ設定動作のフローチャートＰＥＱパラメータ算出処理を詳細に示したフローチャートＰＥＱパラメータの初期値の決定手法の概略図差分特性を示す図Ｑの決定手法の他の例を説明する図本実施形態の音響制御装置を用いた場合の音声信号の特性変化と、従来の手法を用いた場合の音声信号の特性変化を示す図音響設計支援装置の内部構成および、集会施設基本形状データのデータ構造を表す図音響設計支援装置の動作の全体のフロー図の概略スピーカが配置される空間の概略形状を設定するためのＧＵＩの一例を表す図スピーカが配置される空間の概略形状を設定するための形状パラメータを入力するＧＵＩの一例を表す図スピーカの選択＆配置の表示を行なうためのＧＵＩの一例を表す図スピーカ選択テーブルのデータ構造を表す図アレイスピーカのユニット間の角度条件設定を自動的に計算する方法の概念図図１４（Ｃ）に示す軸点での周波数特性の最適化を表すフロー図と、その最適化に用いるイコライザの設定例を表す図受音面エリア内を格子点で区切った一例を示す図図１４（Ｅ）に示す角度の最適化を行なうための具体的なフローの一例を示す図図１０、図１１で説明したＧＵＩによる空間の形状入力のフローの一例を示す図図１２で説明した最適なスピーカの候補を選出するフローの一例を示す図従来のＰＥＱパラメータ決定手法における音声信号の周波数特性とイコライザの周波数特性を示す図

符号の説明

１−音響制御装置
１０１−表示器
１０２−操作部
１０３−ＣＰＵ
１０４−ＨＤＤ
１０５−メモリ
１０６−音声出力装置

Claims

音声信号の周波数特性を調整するイコライザと、
所定周波数帯域における前記音声信号の周波数特性と所望の周波数特性のゲイン差の面積値を特性差として算出する差分算出手段と、
前記特性差が最も小さくなるように、または前記特性差が所定の閾値以下となるように前記イコライザのパラメータを設定する設定手段と、
を備え、
前記イコライザは、中心周波数、ゲイン、Ｑ値を設定可能なパラメトリックイコライザで構成され、
前記設定手段は、前記イコライザの中心周波数を、前記特性差のうち最もゲイン差が大きい周波数であるピーク位置に設定し、
前記イコライザのゲインを、前記ピーク位置のゲイン差に設定し、
前記特性差のうち「ピーク位置のゲイン差／√２」となる周波数のうち最もピーク位置に近い周波数である基準周波数ｆ１、および前記ピーク位置の周波数ｆ０に関して、式ｆ１／ｆ０＝ｆ０／ｆ２を満足するｆ２を算出し、
前記イコライザのＱ値を、「前記ピーク位置の周波数ｆ０／前記周波数ｆ１と周波数ｆ２の差の絶対値（ｆ０／｜ｆ１−ｆ２｜）」に仮設定し、
仮設定した前記イコライザのＱ値を所定量小さくしていき、前記特性差が大きくなる直前のＱ値を前記イコライザのパラメータとして設定する音響制御装置。
前記設定手段は、前記特性差が大きくなった場合に、直前のＱ値から前記所定量よりも小さい量でＱ値を小さくしていく処理を複数回繰り返す請求項１に記載の音響制御装置。
中心周波数、ゲイン、Ｑ値を設定可能なイコライザのパラメータを算出する音響制御方法であって、
所定周波数帯域における前記音声信号の周波数特性と所望の周波数特性のゲイン差の面積値を特性差として算出し、
前記イコライザの中心周波数を、前記特性差のうち最もゲイン差が大きい周波数であるピーク位置に設定し、
前記イコライザのゲインを、前記ピーク位置のゲイン差に設定し、
前記特性差のうち「ピーク位置のゲイン差／√２」となる周波数のうち最もピーク位置に近い周波数である基準周波数ｆ１、および前記ピーク位置の周波数ｆ０に関して、式ｆ１／ｆ０＝ｆ０／ｆ２を満足するｆ２を算出し、
前記イコライザのＱ値を、「前記ピーク位置の周波数ｆ０／前記周波数ｆ１と周波数ｆ２の差の絶対値（ｆ０／｜ｆ１−ｆ２｜）」に仮設定し、
仮設定したＱ値を所定量小さくしていき、前記特性差が大きくなる直前のＱ値を前記イコライザのパラメータとして設定する音響制御方法。
前記特性差が大きくなった場合に、直前のＱ値から前記所定量よりも小さい量でＱ値を小さくしていく処理を複数回繰り返す請求項３に記載の音響制御方法。
情報処理装置に、中心周波数、ゲイン、Ｑ値を設定可能なイコライザのパラメータを算出させる音響制御プログラムであって、
所定周波数帯域における前記音声信号の周波数特性と所望の周波数特性のゲイン差の面積値を特性差として算出する手順、
前記イコライザの中心周波数を、前記特性差のうち最もゲイン差が大きい周波数であるピーク位置に設定する手順、
前記イコライザのゲインを、前記ピーク位置のゲイン差に設定する手順、
前記特性差のうち「ピーク位置のゲイン差／√２」となる周波数のうち最もピーク位置に近い周波数である基準周波数ｆ１、および前記ピーク位置の周波数ｆ０に関して、式ｆ１／ｆ０＝ｆ０／ｆ２を満足するｆ２を算出する手順、
前記イコライザのＱ値を、「前記ピーク位置の周波数ｆ０／前記周波数ｆ１と周波数ｆ２の差の絶対値（ｆ０／｜ｆ１−ｆ２｜）」に仮設定する手順、
仮設定したＱ値を所定量小さくしていき、前記特性差が大きくなる直前のＱ値を前記イコライザのパラメータとして設定する設定手順、
を実行させる音響制御プログラム。
前記設定手順において、前記特性差が大きくなった場合に、直前のＱ値から前記所定量よりも小さい量でＱ値を小さくしていく処理を複数回繰り返す請求項５に記載の音響制御プログラム。