JP4819823B2 - 音響システム駆動装置、駆動方法および音響システム - Google Patents

Description

本発明は音響再生システムに関するもので、特に比較的広い空間に音を供給するためのものである。

比較的広い空間、例えば会議場、ホールや野外のコンサートステージなどの空間では、従来スピーカのチャンネル数に限りがあり、臨場感のある音響再生に問題がある。また仮に、モノチャンネルに左右のチャンネルを加えたとしても、音量の問題が常に発生する。従って、後部席、すなわちステージから最も離れた場所においても、ステージに近い席と同様な音響が求められる。例えば、仮にスピーカが聴衆席の前、または横のみに配置されている場合、一番後ろの人が音を聞き取れるようにすると、スピーカ近傍の人にとってその音は非常に大きな音量になると言う根本的な問題がある。言い換えれば、上記のような音場におけるスピーカは点音源とみなされ、この場合には常に音が大きすぎると感じる人がいる一方で、音が小さすぎると感じる人がいる。通常、音が大きすぎると感じる人は点音源型のスピーカ近傍にいる人々であり、また音が小さすぎると感じる人はスピーカからかなり離れた場所に居る人々である。

これらの問題を多少なりとも緩和するため、スピーカを高い位置、すなわちスピーカ近傍にいる人々の頭上に配置し、スピーカの音が聴衆の頭上に広がるようにして、スピーカ近傍の人々がスピーカからの音を直接的に聞かないようにすると共に、一方では後方の人々に十分な音量が行き渡るようにすることができる。

他の方法としては、前列の人々、すなわちスピーカに近い人々に過度な負担を与えないため音量を下げる方法もあるが、この場合部屋の後ろの人々にとって音量が小さくなりすぎると言う問題を常に孕む。

方向的感覚にはより多くの問題がある。例えば、単一のモノラルスピーカを会議場に配置した場合、方向的感覚を得ることは難しい。この場合、方向的感覚が得られるのは、スピーカの位置が方向と一致する場合においてのみである。これはスピーカチャンネルが唯一のみであるということに本質的な原因がある。一方、２系統のステレオチャンネルがある場合、左右のチャンネルを変えることにより音場を動かすことができる。この方法は音源が一つしかない場合には有効である。しかしながら音源が複数ある場合、２チャンネルのステレオで非常に大雑把な再現はできるものの、音源の位置を完全に見つけ出すことは不可能である。ステレオの場合、方向的感覚を得ることができるのは、最適位置（スイートスポット）においてのみである。音源の数が増えるにつれ、この方向性の感覚はますますぼやけたものになる。

別の場合、ステレオまたはモノラルに配音した中型から大型のスピーカを聴衆の上に配置することもあるが、これらは音源の方向性感覚を再生できるものではない。

音源、すなわち話者や演者はステージ上に居るにもかかわらず、音は横または中央に配置したスピーカから聞こえてくる。方向性に関する自然な感覚は無きに等しい。後方の聴衆が音を聞き取れ、かつ前方の聴衆にとって音が耐え難いほど大きくなければ、従来はすでに満足な状況としている。

別の場合、音源の近くに配置した「支援型スピーカ」を使用する場合もある。これは、自然な音の配置を再現しようと言う試みである。このような支援型スピーカには通常遅延が無いのに対して、ステレオサウンドにはスピーカを介して遅延が生じ、支援型スピーカの音は最初に認知されるため、第一波面の法則により音源位置の再生が可能となる。しかしながら支援型スピーカの場合も、点音源であることに変わりは無く、この点において問題を生じる。すなわち、この方法では実際の音源位置との差異を生じることが起こり得ると共に、やはり前列の聴衆には音が大きくなりすぎる一方、後列の聴衆には音が小さくなりすぎるという問題を起こす可能性がある。

また一方で支援型スピーカは、例えば話者などの音源が支援型スピーカの直近に居る場合においてのみ真の方向性を再現できるものである。これは、支援型スピーカが講演台内部に設置され、話者が常に講演台のところに立っている場合には機能するが、講演台の脇に立って聴衆に向かって話をするような場合、音場の再現は不可能になる。

支援型スピーカと実際の音源の位置の違いは、聴衆から見た方向性感覚の角度のズレを生じる結果となり、特に支援型スピーカではなくステレオ再生に慣れている聴衆を困惑させることになる。特に第一波面の法則を現場で適用し支援型スピーカを使用する場合、実際の音源、すなわち話者等が支援型スピーカから離れた場合には、支援型スピーカの使用を解除したほうが良いことが分かる。言い方を換えれば、支援型スピーカは動かすことが出来ないため、聴衆を困惑させないためには、話者等があまりにも支援型スピーカから離れた際には、支援型スピーカの使用を完全に解除する必要がある。

すでに述べたように、支援型スピーカには通常、従来型のスピーカが使用されており、そのため音響特性的には通常のスピーカと同様に点音源であり、その結果、音響システム近くにおいては不快感を与えるほどの大音量となってしまう。

本発明の目的は、快適で正確な音場再現のコンセプトを提供することである。

この目的は、請求項１に記載の音響システム駆動装置、請求項９に記載の音響システムの駆動方法、請求項１０に記載の音響システムおよび請求項１６に記載のコンピュータプログラムによって達成することができる。

本発明の特徴は、波面合成用スピーカ配列をこれまでの典型的な音響システムに統合し、聴衆スペースにおける音量の違い、方向性感覚の認識の相違または喪失といった問題を解消する点にある。

本発明のスピーカ信号により音響システムを駆動するための装置は、波面合成スピーカ配列と一つまたは複数の供給スピーカを具備すると共に、少なくとも一つの音源からの音声信号を受信するための音声入力、音源の位置情報を受信するための位置入力、波面合成スピーカ配列のスピーカ信号を計算する波面合成ユニットを備え、かつスピーカ信号を前記一つまたは複数の供給スピーカに供給する手段を備えた音響システムである。

波面合成スピーカ配列と通常用いる供給スピーカを組み合わせることにより、正確でかつ動的な音源に対しても音源位置の特定が可能となり、かつリスナーから遠く離れた配列スピーカがあり、音空間に音エネルギーを到達させることができるため、同時に、スピーカを点音源ではなく配列された線音源とし、点音源に比べ柔らかく駆動することにより、音量の問題も解決することができる。

しかしながら一方で、主な音供給は既存の従来型スピーカによって行われる。波面合成配列は、快適で、特に方向性に優れた音場を前列に供給することができるので、波面合成スピーカ配列からの音エネルギーにより、前面スピーカ、すなわち前列の聴衆に近いスピーカの音量を低く設定することができる。

本発明は、波面合成スピーカ配列を追加的に配置、駆動することにより生成される波面合成音により、従来の音響システムに比べ改善された音響システムを提供するものである。

また本発明は、音源の位置の聴取感覚を援助改善する点でも利点を有するものである。さらに本発明の概念により、音エネルギーの分散と聴覚における方向性感覚が改善され、特に会議場システムに応用した場合、話者の話が聞き取りやすくなる等の効果がある。会議場システム以外でも、イベント会場や特に大きな音響システムにおいて、本発明は効果的に適用することができる。

加えて、本発明は既存の大空間用音供給システムの設備を使用できる点においても利点がある。すなわち、既存のオーディオミキシング装置や、一方では通常すでに存在するスピーカに、波面合成配列、および／または供給スピーカおよび／または波面合成配列を制御する装置を加えることで前記の効果を得ることができる。

好適な実施形態において本発明の駆動装置は、波面合成配列の無い場合と比べて、通常のスピーカ信号に対して減衰させるように機能する。好適な実施形態においては、さらに第一波面の法則を活用するため、供給スピーカの音声信号を１から１００ミリ秒の範囲で遅延させ、さらに音場の方向性感覚を改善している。

前記駆動装置は、通常このタイプの装置にあるように、ミキシング装置の出力信号に対して透過性である。

指向性波面合成配列を前面に配置することで、快適な音量でかつリアルな音場方向性を持った音響を、コンパクトな装置で再現することができ、また、自然な音に比べ音量がしばしば不十分または過度になりがちな最前列の聴衆に対し、適宜音量調節を行うことができる。このことは、ある種の会議場および／またはＶＩＰ用と呼ばれるコンサートホール席、すなわち劇場等の経済的支援をする人々等が最前列に座るような場合に特に重要であり、従来技術では特に問題の多い最前列における聴取に対し、本発明の波面合成前面配列を用いることは特に効果的である。

本発明の概念によれば、スピーカや配線のコストをかけなければならないが、波面合成配列は四側面に設置する必要が無いため、完全な波面合成装置に比べ、装置を安価に設置できることは特筆される点である。音源は通常前にあり、前に設置した配列のみによって、実質的な音像の位置を再現することができる。本発明の開放的な波面合成におけるスイートスポット（最適位置）は、音源が前方だけにある場合、完全波面合成の場合と同等の広さを持っている。他の方向に音源がある場合のみ、スイートスポットの広さは制約を受ける。

この平面波面合成前面スピーカ配列による音響再生では、後方席の聴衆に対する音像場再生品質が低下する場合がある。しかしながら、これはさほど問題にならない。なぜならば、後方からステージを見た場合、目で見てもステージは遠く写り、この距離のため音源の位置はより近くに集積して見えるからである。一直線に並んだ前面配列による波面合成再生の場合、前記配列から遠のくに従い音像再生が不明確になる。しかしながらこれは自然の感覚に適合したもので、本発明の不利な点になるとは言えない。後方列には、少なくとも後方列に十分な音量をもたらす大型、大出力のスピーカを用いて聴衆の要求に応える。

もし、完全な波面合成配列をこのような場合、特に大きなステージの場合に用いると、非常に大きな費用がかかり、一方で、特に音源が前方にある場合、音響効果にさほどの改善が見られない。本発明の概念では、通常のスピーカを波面合成スピーカ配列と一緒に用いるため、波面合成配列で完全に取り囲まれたのと同質の効果を、はるかに安いコストで聴衆に提供することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。

図１はスピーカ信号により音響システムを駆動する装置を示すもので、前記音響システムは波面合成スピーカ配列１０と、前記波面合成スピーカ配列１０とは別に配列した一つ以上の供給スピーカ１２を含む。図１に示す実施例では、Ｌは左側供給スピーカ、Ｒは右側供給スピーカ、Ｍはモノラルまたは中央スピーカを示す。実施形態によって、モノラルスピーカＭのみ、または左側スピーカＬ、右側スピーカＲのみを使用する場合がある。

供給スピーカ１２のある構成を図２に示す。ここでは１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの４つの供給スピーカのみが使用されており、左側供給スピーカ１２ｃ，１２ｄはステレオ信号の左チャンネル、また右側供給スピーカ１２ａ，１２ｂはステレオ信号の右チャンネルで駆動されている。例えば図２に示した実施形態では、モノラルまたは中央スピーカは使用しない。

しかしながら、原理的には１２ａ‐１２ｄで示したいずれのスピーカもモノラルチャンネルＭから供給することができる。この場合、音響を供する空間１３には４つのスピーカ全てからモノラル信号が供給されることになる。

図２に示した好適実施形態の音響システムにおいて、波面合成スピーカ配列１０はステージ１１の前に配設されており、このステージ上には実際の音源、すなわち話者、舞台俳優、音楽家などがいる。図２ではこれら実際の音源を一般に１５として現している。この実施形態における波面合成スピーカ配列１０は平面開放型配列を形成している。これは波面合成スピーカ配列から、図２に示す空間１３の上方から見た四側面全てには音が供給されず、一側面のみに供給されることを示している。この一面側は、好適には音が供給される空間に対して、仮想的または実際の音源が存在する方向とすることが望ましい。例えば劇場の場合、舞台俳優はステージ上に居るものであり、一般に観客側やその後ろには居ないものとみなされる。このため、これらの音源を空間的に解像するためには、ステージ１１、または実際の音源が存在する側の反対側、つまり音が供給される空間１３の側に、波面合成スピーカ配列を設置すれば十分である。しかしながら波面合成スピーカ配列１０を、例えば図２に示すように実際の音源と音が供給される空間１３の間、または図２中破線で示す位置１７のように、実際の音源の後ろに配置しても構わない。

ただし実際の音源の後ろに配置する場合には、俳優、小道具等によるシャドーイングの影響を考慮する必要がある。さらに、ステージで形成される大音量がフィードバックされて問題を起こすことも考えられる。このため、ステージ前にスピーカを配置することが望ましい。

図２に示すようなステージ１１上の実際の音源は、後に詳述する波面合成ユニットによりマッピングされる。そして図２に示すスピーカ配列後方の波面合成スピーカ配列１０により、音が供給される空間１３にいる聴衆にとって、あたかもステージ上の実際の位置から音が聞こえてくるような仮想的な音像が形成されるように、波面合成スピーカ配列が設計される。

図２に示す構成はある意味において通常の波面合成装置と同等であるが、通常の波面合成装置は少なくとも音が供給される空間１３全体の外周に沿って波面合成スピーカを配置する必要があるのに対し、本発明の波面合成スピーカ配列１０は一側面のみ、場合によっては天井および／または床面のみに設置することで同等の効果が得られる点、注記に値する。

開放型の波面合成スピーカ配列１０と、さらに残る通常のスピーカ配列を供給スピーカ１２ａ‐１２ｄで置き換えた配置を行うことにより、波面合成スピーカ配列１０の後ろまたは前に設置された音源１５は、空間１３から聞いた際あたかもその空間の周りに連続的なスピーカ配列があるかのような、音響再生を行うことができる。その理由は、音源１５の再生の相当部分が、例えば音が供給される空間の前に設置された波面合成スピーカ配列１０によって為されるためである。一方供給スピーカ１２ａ‐１２ｄは、音が供給される空間１３に対して十分な音量を提供するものであるが、連続的な波面合成スピーカ配列にくらべコストが安い利点がある。

この点は、本発明の概念に沿って既存の音響システムを改良する際に非常に重要である。なぜなら、供給スピーカには既存のスピーカが転用できるため追加的なコストが発生しない。その入力信号は、図１中の１４で示す典型的な既存ミキシング装置の後で、図１に示す駆動装置により後処理される。以下、図１を参照しながらその詳細を説明する。

図１の駆動装置には、マクロフォン配列１９または他の音源からの出力信号がアナログ・デジタル変換器２０を通じて入力される音声入力１６が具備されている。図１に示す音声入力１６は、実質的にはマイクロフォンであるが、アナログマイクロフォン信号を受信する。一方、音声入力１６がマイクロフォン１９およびアナログ・デジタル変換器２０ではなく、例えばすでに録音されたものからの出力信号による場合、音声入力はマイクロフォン配列１９ではなく、一般的に、少なくとも一つの音源から受信する音声信号となり、その例示的形態は、任意の形式、すなわち圧縮化コード化形式や今日ＣＤで使用される一連のサンプル値などとすることができる。

少なくとも一つの音源からの音声信号と、この音源の位置に関する情報を入力する位置入力２４からの位置信号が波面合成ユニット２２に入力される。

代わりに、前記位置信号を直接波面合成ユニットに入力せず、制御装置に入力しても良い。この場合、音源はユーザ面または位置決め入力上に配置される。

図１に示す実施形態において合成を行わない場合、録音され位置が特定された音源の現在位置情報は波面合成ユニット２２の音声信号に直接加えられる。この際、位置情報は音声信号の付随情報として送信されても良い。この場合、音声入力信号と位置入力は一致する。

話者が動く会議場や、演者が動く劇場などで応用する場合、前記話者／演者はマイクロフォン配列１９のマクロフォンの一つを持ち運ぶと共に、その現在位置を特定するためのＧＰＳ送信機を持ち運ぶ。ほかに、赤外線または無線周波数を用いた三角法、または位置を特定するための他の公知の方法を用いることもできる。

マイクロフォン配列１９の位置が音響空間内で固定されている場合、位置入力２４は少なくとも全てのマイクロフォンの固定位置情報を波面合成ユニット２２に供給し、音像再生を行う。

波面合成ユニット２２は位置入力２４から入力される位置情報、音声信号入力１６からの音声信号、およびに波面合成スピーカ配列の位置に基づき、波面合成スピーカ配列へのスピーカ信号を計算し、波面合成スピーカ配列によって再生される前記少なくとも一つの音源位置を、聴衆が特定できるようにする。

従来型ミキシング装置１４（アナログ式、デジタル式、またはデジタル式ワークステーション）によって形成されたダウンミックスチャンネル、例えば、左チャンネルＬ、右チャンネルＲ、および中央チャンネルＭまたはモノラルチャンネルＭもまた、本発明の駆動装置、すなわち一つ以上のスピーカに供給する手段に、少なくとも一つの音源からの信号に基づく音声信号に基づいて入力される。図１に示す一つの実施形態において、この手段はアナログ／デジタル変換機２０、遅延装置２４ａ、振幅操作装置２４ｂを含む。遅延装置２４ａは遅延パラメータに基づき、また振幅操作装置２４ｂは振幅および／または減衰パラメータに基づき、制御装置２６によって制御されることが好ましい。設置の方法により、全ての供給スピーカのチャンネルには同じ、または異なる値に基づいて、遅延および／または増幅が行われる。制御装置２６はユーザインターフェース２８、代表的にはグラフィカルユーザインターフェースによって操作可能であることが好ましい。

設置の方法により、駆動装置は出力側においてデジタル／アナログ変換機３０を備え、波面合成スピーカ配列１０に対しアナログ信号を供給する。一方、デジタル／アナログ変換機３０は図１において１２と示した供給スピーカＬ，Ｒ，Ｍに対し、追加的な増幅器３２を介し、配置に応じて増幅した信号を供給する。

図１に示した好ましい実施形態において、波面合成ユニット２２には拡張用波面合成チャンネル２３が具備されている。設置の方法により、波面合成スピーカ配列のあるスピーカに特殊な出力信号を送ることができる。一方、波面合成スピーカ配列の隣り合ういくつかのスピーカを同一のスピーカ信号で駆動することも可能である。前に説明したように、波面合成スピーカ配列の位置、およびスピーカ配列内の個々のスピーカの位置は分かっており、波面合成ユニットにおける音源位置の計算にこれらの位置情報を使用する。

図１の実施形態において、波面合成ユニット２２は拡張可能な状態で配置されている。すなわち、波面合成ユニット２２に繋がれた波面合成スピーカ配列１０のスピーカの数に応じて、それぞれに対応する数のチャンネルを出力するようになっている。例えば、波面合成ユニット２２に２つの配列が接続されており、一つの配列が１０種類の波面合成スピーカ信号を要求し、さらにもう一つの配列が１０種類の波面合成スピーカチャンネルを要求する場合、波面合成ユニット２２はこれに応じた数の信号を供給する。この場合、単に信号の数が倍になるだけではなく、波面合成アルゴリズムに基づく修正計算を行い、全てのスピーカ信号が他のスピーカ群の数および位置および／または異なる位置に他のスピーカが存在するか否かなどに対応する。

拡張は、例えば波面合成スピーカ配列用ファイバーケーブルが図１の駆動装置に接続されているか否かをセンサで検出することによって行うことができる。代表的には、第一配列、第二配列、・・・のように出力を呼び分け、駆動装置が例えばマップを参照するなどの方法で自動的に追加配列の位置および数を受信する。

かわりに、波面合成ユニット２２のチャンネル／配列の数をグラフィカルインターフェース２８および制御装置２６を通じて指示してもよい。

本発明において、拡張性は特に有用である。なぜならば、本発明においては聴衆の空間を囲みこむスピーカ帯は存在せず、一つの開放型波面合成配列を使用するためである。本発明では、聴衆空間のステージ側のみに直線的な配列が存在し、その後にさらに直線的な配列を追加する場合、付加のスピーカは、例えば、好ましくはマップに従い、より多くの波面合成スピーカ信号を計算することができる。

本発明のある実施形態において、制御装置２６は遅延装置２４ａを駆動するようになっており、スピーカ信号を遅延させて、波面合成配列１０から発生する波面が、供給スピーカから発生する波面より２〜１０ミリ秒早く聴き手に届くようにすることができる。このように第一音波面の法則を活用し、聴き手はまず波面合成配列１０からの比較的柔らかい波面を聴感し、次いで供給スピーカからの通常はより大きな音を聴感する。これにより聴き手は、実際の音が供給スピーカから来るにもかかわらず、波面合成スピーカ配列によって形成された音像位置を感じることになる。

前方の聴衆が居る空間において、波面合成スピーカ配列１０は、減衰の大きな点音源ではなく、心地よい音量分布を有する面音源として作用する。このため少なくとも前面のスピーカは、制御装置２６によって振幅操作装置２４ｂを操作するなどにより増幅ないしは音量を抑え、すべての対応するチャンネル、および／またはいくつかのチャンネル、および／またはある特定のスピーカに対する信号を、同程度または異なる程度に減衰することができる。

以下に、本発明の理解のため、波面合成技術の詳細を説明する。

この新しい技術を用いることにより、音響再生においてより自然な音に囲まれた空間を提供することができる。本技術の基本である、いわゆる波面合成（ＷＦＳ）はデルフト工科大学で研究が進められ、１９８０年代後半に初めて発表された。（Ａ．Ｊ．Ｂｅｒｋｈｏｕｔ；Ｄ．ｄｅＶｒｉｅｓ，Ｐ．Ｖｏｇｅｌ: Ａｃｏｕｓｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｂｙ Ｗａｖｅ−ｆｉｅｌｄ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ． ＪＡＳＡ ９３， １９９３）

しかしながら本技術に要する膨大なコンピュータ容量とデータ転送速度のため、波面合成は今日までほとんど実用化されてこなかった。今日マイクロプロセッサー技術とオーディオコーディング技術の発展に伴い、波面合成は一部特定の用途に使われようとしている。プロフェッショナル向けの製品への適用は来年に期待されている。そして、一般消費者向けの波面合成製品も数年以内に実用化されるものと考えられている。

波面合成の基本概念は、ホイヘンスの波動理論の原理に基づいている。
すなわち、波面上の各点は新たな波面の波源であり、これら波面は球状および／または円状に進展する。

これを音響学に適用すると、入力される如何なる波面も、隣り合わせに配列した多数のスピーカ（いわゆるスピーカ配列）によって再現することができる。音源が一つで、一組の直線的なスピーカ配列により再生を行う最も単純な場合、各スピーカへの音響信号は、それぞれのスピーカからの音が正しく重畳されるように遅延と振幅操作がなされる。音源が複数の場合、各音源に対し各スピーカの寄与を計算し、結果として得られた信号を足し合わせる。音源が反響する壁のある空間に存在する場合、反響もまたスピーカ配列によって追加的に付与される。このように計算の複雑さは音源の数、録音空間の反響の度合、およびスピーカの数に依存する。

本技術の利点は、特に大きな音響再生空間において自然な音像感覚を提供できる点にある。従来の技術と異なり、音源の方向性、距離感覚が忠実に再現される。限定的には、仮想的な音源を聴き手とスピーカ配列の間の空間に形成することも可能である。

音響の質が知られている環境下で波面合成は効果を発揮するが、音響の質が変わるおよび／または音響の質が実際のそれと異なる環境下では異常が起こる場合がある。

環境における音響の質はインパルス応答によって表現することができる。

以下、この点について例を挙げながら詳述する。仮に、望ましくない反響を与える壁に対してスピーカから音が発生する場合を考える。この単純化された例の場合、波面合成を用いた空間補正はまず前記壁の反響を評価し、前記壁から反射された音が再度スピーカに戻ったときの反射音信号の振幅を判断する。前記壁からの反射音が望ましくないものと判断すると、波面合成は反射音と反対の位相と対応する振幅を有する音波を元の音声信号に重畳し前記壁からの反射音を打ち消すようにする。この際、まず周辺からのインパルス応答を計算し、周辺からのインパルス応答に基づいて壁の質ならびに位置を特定し、壁が鏡面音源、すなわち入射音をそのまま反射するか否かを決定する。

最初に周辺のインパルス応答を測定してスピーカの音声信号に重畳する補正信号を計算し、前記壁からの反射を相殺し、聴き手からは前記壁からの反射が聞こえないようにする。

しかしながら、過大または過小な補正を起こさないためには、前記壁からのインパルス応答を正確に決定し、最適な補正を行う必要がある。

このため、波面合成においては大きな再生空間における仮想的な音源をマッピングする。同時に、本技術は、音響技術者などが複雑な音源を確立する際にも新たな可能性がある。１９８０年代の後半にデルフト工科大学で開発された波面合成（ＷＦＳまたは音場合成）技術は、音声再生におけるホログラフィック的アプローチを示す。この技術はキルヒホッフ-ヘルムホルツ積分方程式を基本にしている。これによれば、閉塞空間におけるあらゆる音場は、この空間の表面に配置した単極および双極の音源（スピーカ配列）によって形成することができる。本技術の詳細は、以下の参考文献に記載されている。 Ｍ．Ｍ． Ｂｏｏｎｅ， Ｅ．Ｎ．Ｇ． Ｖｅｒｈｅｉｊｅｎ， Ｐ．Ｆ． Ｖ.Ｔｏｌ，“Ｓｐａｔｉａｌ Ｓｏｕｎｄ−Ｆｉｅｌｄ Ｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｂｙ Ｗａｖｅ−Ｆｉｅｌｄ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ”， Ｄｅｌｆｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｅｉｓｍｉｃｓ ａｎｄ Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊ． Ａｕｄｉｏ Ｅｎｇ． Ｓｏｃ．，Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．１２， Ｄｅｃｅｍｂｅｒ１９９５ ａｎｄ Ｄｉｅｍｅｒ ｄｅ Ｖｒｉｅｓ, “Ｓｏｕｎｄ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｂｙ Ｗａｖｅｆｉｅｌｄ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ：Ａｄａｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ Ｏｐｅｒａｔｏｒ ｔｏ ｔｈｅ Ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒ Ｄｉｒｅｃｔｉｖｉｔｙ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ”， Ｄｅｌｆｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｓｅｉｓｍｉｃｓ ａｎｄ Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ, Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｊ． Ａｕｄｉｏ Ｅｎｇ. Ｓｏｃ．，Ｖｏｌ．４４， Ｎｏ．１２，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ １９９６．

波面合成においては、スピーカ配列の個々のスピーカに送る合成信号は、仮想的な位置から発生する仮想的な音源からの音声信号に基づいて計算され、個々のスピーカから出力される音波を重畳して得られる音波が、実際の位置から発生する実際の音源からの音声であるとした場合における仮想的な位置から発生する仮想的な音源からの音声に対応するように、合成信号が振幅および移送に関して設計される。

典型的には、いくつかの異なる仮想的な位置に仮想的な音源が配置されている。合成信号の計算は、個々の異なる仮想的な位置に配置された個々の仮想的な音源に対して行われ、一箇所の仮想的な音源からは複数のスピーカに対する合成信号が発生する。スピーカの観点から考えると、一つのスピーカは異なる仮想的な音源に帰還するいくつかの合成信号を受信する。これらの音源を線形重畳原理に従い重畳し、実際にスピーカから発生する音の再生信号を形成する。

波面合成の能力は、スピーカ配列が大きいほど、すなわち個々のスピーカの数が多いほどより良く発揮される。しかしながらスピーカの数を増やすほど、チャンネル数が増加し、波面合成ユニットに要求される計算能力は高まる。このことは、原理的には各仮想的音源から各スピーカへの専用チャンネルが必要となること、各仮想的音源から各スピーカに合成信号が発せられること、および／または各スピーカは仮想的音源の数に等しい合成信号を受信することを意味している。

さらに、オーディオ再生の質はスピーカの数が多いほど向上する点が特筆される。すなわちオーディオ再生の質は、スピーカ配列中のスピーカの数が多いほど向上し、よりリアルな再生ができる。

上述の場合、アナログ・デジタル変換されて完全にスピーカに与えられる信号は、例えば波面合成ユニットから個々のスピーカへ２線ワイヤーで送られる。この方法には、全てのスピーカが実質的に同期され、同期のために他の手段を必要としない利点がある。一方この場合、波面合成セントラルユニットは唯一つの空間に対してのみ、および／または一定の数のスピーカに対してのみ再生を行うことになる。このことは、各再生空間に対し相当量の計算能力を有する波面合成セントラルユニットを作製する必要があることを意味する。なぜならば、特にスピーカの数が多い場合および／または仮想音源が多数ある場合、音響再生に係わる計算は少なくとも部分的に並行しリアルタイムで行われなければならないからである。

本発明の本質的な観点を再度以下に整理する。図１の波面合成を用いた前方配列１０は、音源が録音された際の方向と距離を正確に再現し、正確な位置に音像を再現する。これらの仮想的音源は、当該システムにより最短の待ち時間で形成される。待ち時間の発生する本質的な部分は波面合成ユニット２２、そしておそらくＡ／Ｄ変換器２０、および／またはＤ／Ａ変換器３０である。主音は従来型のモノラル／ステレオ／多重チャンネル信号を再生し、前方配列に比べ数ミリ秒、具体的には２−１００ミリ秒、好ましくは３−８ミリ秒の遅延が施される。

供給スピーカ１２からの主音は聴覚に十分な音量を確保する。これに対し、前方配列は方向性感覚を明確にすることを目的に低めの音量で駆動される。前方配列の位置が最適化された場合、後方列には十分な音量が供給されるとともにリアルな音像空間が提供される。

図１に示した駆動装置はオーディオクロスバー、遅延ユニット、波面合成に基づく同時再生装置、制御モジュール、ターミナルおよび操作装置を含むパーソナルコンピュータまたはデジタル信号処理機における小型オーディオシステムとして実現することが可能である。

例えば、話者、演技者などのような自然な音源からの音声信号は、加算装置および／またはミキシング装置１４および波面合成再生ユニットに利用できる。

加算装置では、例えばステレオ、モノラル、５．１等の従来型サウンドシステムの音声信号が形成され（１４）、遅延器２４ａにより対応する遅延が加えられる。さらに、これに続く振幅調整器２４ｂにおいて、主音と指向性配列の音量調整が行われる。

一方、波面合成再生ユニット２２で形成される個々の音源は、前述のように仮想的音源であり、ステージ上の実際の音源の位置、動きに対応し配置される。波面合成再生ユニット２２は波面合成前方配列に必要な音声信号を計算し、音源のリアルなマッピングを可能にする。

中央制御装置２６と操作装置２８では、実施に対応して仮想的音源が配置され、図１の実施形態の場合には、たとえばインジケータの形で、ユーザインターフェース２８を位置入力２４の代わりに使用することができる。さらにステージ２４ａの遅延、前方配列の音量、主音、遅延ライン、その他オーディオ受信機はユーザインターフェースユニット２８および／または制御装置２６によって調整される。一旦行った設定を保存し、再度設定をする必要がなく、後の使用、または別の用途への適用ができるようにすることが望ましい。

波面合成前方配列を従来型ステージ環境に配置する場合、波面合成前方配列を聴衆の頭の高さ、またはその上方、かつステージの前に配置することが望ましい。さらに、配列端部の影響を防ぐため、波面合成前方配列１０を聴衆空間の幅より大きくすることが望ましい。

本発明によれば、仮想的な音源が波面合成により形成されるリアルな音場の方向感覚を提供することができる。また、方向性の分解能において、方位誤差の発生が生じない。さらに、実際の演者が立っている位置に仮想的音源を形成することができる。また、クロスフェードすることなく演者の動きを再現することができる。これに対し、静的な音源は安定した位置に再現することができる。従来型のシステムにおいても、既に存在するハードウェアを最後に駆使することで十分な音量を確保することは可能である。さらなる波面合成前方配列を一体化し、本発明の駆動装置を用いることにより、さらに鮮明な音像の位置を再現するシステムを提供することができる。

公知の波面合成配列に比べ、従来と同様の音声供給が行われるため、本発明は聴衆空間を囲い込む配列を必要としない。本発明においては音のエネルギーが分散されるため、特に聴衆の前列に対し、適度の音量を供給することができる。波面合成スピーカ配列のいくつかのスピーカは常に動作するため、特に劇場／会場の評価を決する聴衆の最前列の人々に対し、自然な音場感覚を形成することができ、座席にいる人を満足させることができる。

前方配列の最適でない配置が原因となる聴衆によるシャドーイングを低減するため、波面合成配列を聴衆の頭上よりやや高いところに設置することが望ましい。さらに高い位置に配置することも潜在的には可能であるが、配置位置が高すぎると上下方向に対する音像位置が不正確になる恐れがある。音響心理学の法則によれば、上下方向位置の不正確さは、水平位置の不正確さに比べさほど問題にならないことが知られている。したがって、ステージ上の左右方向の位置が適合している限り、やや高めの位置からの音は聴衆にとって問題とならない。

供給スピーカと波面合成スピーカ配列の好ましくない干渉を防ぐため、両者のシステムを同期するか、前述したように、波面合成スピーカ配列からの音が供給スピーカからの音より幾分早く聴衆に届くように設定する。

会議場は本発明の好適な実施場所である。本発明の装置により、発言者の位置を明確に特定することができる。複数の話者は仮想的／実際的音源として位置が特定でき、理解を深めるため、特に異なる国の人々が互いに話し合うために有効な手段となる。特に複数の人々が同時に話をする場合、個々の話者の位置が空間的に分離されるため、全ての聴衆が空間的に話者を認識することができる。

通訳装置においても、本発明は視覚的のみならず聴覚的に話者の位置を特定する。

また本発明の装置は、通常はスピーカをステージ上に配置できない劇場への適用にも特に適している。連続的なスピーカ帯をステージの際に配置すれば、特に効果的でかつ人目に着くこともない。特に、演技者が動くような劇場の場合、本発明の機能、すなわち音源の移動に伴って音像が動く機能はきわめて有益である。

また、コンサート会場において、本発明は仮想的な音源により個々の楽器を区別することが出来、なおかつ全体的に自然な音量の音を提供することができるため、特にポピュラー音楽コンサートなどにおいて有益である。

環境に応じ、本発明の方法はハードウェアまたはソフトウェアとして実施することができる。例えば、デジタル記憶媒体、特にディスクやＣＤなど制御信号を有する媒体から電気的に信号を読み取り、コンピュータを使用して本発明の方法を実行することができる。本発明の方法を実行する方法は、コンピュータで実行する機械読取り可能な媒体にプログラムコードを書き込んだコンピュータプログラム製品としても提供することができる。すなわち本発明の方法を一般のコンピュータを用いて実行することができる。言い換えれば、本発明は本発明の方法をコンピュータ上で実行するためのコンピュータプログラムとして実現されるものである。

スピーカからの信号で音響システムを駆動するための装置の好ましい実施形態を示す。 音を供給するステージ前空間のための音響システムの好ましい実施形態を示す。

Claims (14)

1. スピーカ信号により音響システムを駆動する音響システム駆動装置であって、前記音響システムが、波面合成スピーカ配列（１０）と、前記波面合成スピーカ配列（１０）から離れて配置された一つまたは複数の供給スピーカ（１２）とを含み、
   音源位置における少なくとも一つの音源からの少なくとも一つの音声信号を受け入れる音声入力（１６）と、
   前記音源位置の情報を受け入れる位置入力（２４）と、
   前記音声信号の位置入力（２４）、前記音声信号および前記波面合成スピーカ配列（１０）のスピーカの位置に基づいて、前記波面合成スピーカ配列（１０）のスピーカへの信号を計算し、波面合成スピーカ配列により形成される音場が前記供給スピーカ（１２）により供給される空間（１３）内の聴取者に前記音源の位置を示す波面合成ユニット（２２）と、
   前記音声信号に基づき、前記一つ以上の供給スピーカ（１２）にスピーカ信号を供給するための手段（２０，２４ａ，２４ｂ，３０）とを具備し、前記供給手段は、前記一つまたは複数の音源からの少なくとも一つの音声信号のミキシング（１４）によって引き出されるモノラル信号、ステレオ信号または多重チャンネル信号を供するように構成され、
   波面合成スピーカ配列の音波面が、一つまたは複数の供給スピーカの音波面より早く聴取者に到着するように、前記波面合成スピーカ配列および一つまたは複数の供給スピーカを駆動し、
   第一音波面の法則により、空間（１３）に位置する聴取者が、前記波面合成スピーカ配列（１０）のスピーカによって放射された第１レベルを有する音波面を聴感し、次に前記一つまたは複数の供給スピーカによって放射された前記第１レベルより大きい第２レベルを有する音波面を聴感するように、前記波面合成スピーカ配列および前記一つまたは複数の供給スピーカを駆動し、
   前記聴取者は、実音が前記供給スピーカにより供給されているにもかかわらず、前記波面合成スピーカ配列により形成された音場によって表された音源位置に音源があるという印象をもつことを特徴とする、音響システム駆動装置。
2. 前記供給手段が、前記波面合成ユニット（２２）の遅延に対応して、前記波面合成スピーカ配列（１０）による波面よりも、供給スピーカ（１２）からの波面が、聴き手に遅れて届くように、前記一つまたは複数の供給スピーカ（１２）に対し遅延したスピーカ信号を供給するための遅延装置（２４ａ）をさらに備えたことを特徴とする、請求項１に記載の音響システム駆動装置。
3. 前記遅延手段（２４ａ）が、前記一つまたは複数の供給スピーカへの信号を、前記波面合成ユニット（２２）の遅延に比べ、１から１００ミリ秒遅らせるように構成された、請求項２に記載の音響システム駆動装置。
4. 前記一つまたは複数の供給スピーカ（１２）への信号、または前記波面合成スピーカ配列への信号を制御し、少なくとも空間（１３）の特定の位置における前記波面合成スピーカ配列（１０）からの音量が、前記一つまたは複数の供給スピーカからの音量よりも小さくなるように設定された音量制御装置（２４）をさらに含むことを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の音響システム駆動装置。
5. 前記波面合成ユニット（２２）が前記一つまたは複数の供給スピーカ（１２）への信号よりも多くの数のスピーカ信号を計算するように構成されたことを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の音響システム駆動装置。
6. 前記波面合成スピーカ配列（１０）へのスピーカ信号の数が、前記供給スピーカ（１２）への信号の数の少なくとも３倍であることを特徴とする、請求項５に記載の音響システム駆動装置。
7. スピーカ信号により音響システムを駆動する方法において、前記音響システムが波面合成スピーカ配列（１０）と波面合成スピーカ配列（１０）から離れて配置された一つまたは複数の供給スピーカ（１２）とを含み、
   音源位置における少なくとも一つの音源からの少なくとも一つの音声信号を受け入れる工程（１６）と、
   音源位置の情報を受け入れる工程（２４）と、
   前記音声信号の位置入力（２４）、前記音声信号および前記波面合成スピーカ配列（１０）のスピーカの位置に基づいて、前記波面合成スピーカ配列（１０）のスピーカへの信号を計算し、波面合成スピーカ配列により形成された音場が前記供給スピーカ（１２）により供給される空間（１３）内の聴取者に前記音源の位置を示す工程（２２）と、
   前記音声信号に基づき、一つまたは複数の供給スピーカ（１２）にスピーカ信号を供給する工程（１４，２０，２４ａ，２４ｂ，３０，３２）とを含み、供給手段は、前記一つまたは複数の音源からの少なくとも一つの音声信号のミキシング（１４）によって引き出されるモノラル信号、ステレオ信号または多重チャンネル信号を供するように構成され、
   波面合成スピーカ配列の音波面が、一つまたは複数の供給スピーカの音波面より早く聴取者に到着するように、前記波面合成スピーカ配列および一つまたは複数の供給スピーカを駆動し、
   第一音波面の法則により、空間（１３）に位置する聴取者が、前記波面合成スピーカ配列（１０）のスピーカによって放射された第１レベルを有する音波面を聴感し、次に前記一つまたは複数の供給スピーカによって放射された前記第１レベルより大きい第２レベルを有する音波面を聴感するように、前記波面合成スピーカ配列および前記一つまたは複数の供給スピーカを駆動し、
   前記聴取者は、実音が前記供給スピーカにより供給されているにもかかわらず、前記波面合成スピーカ配列により形成された音場によって表された音源位置に音源があるという印象をもつようにすることを特徴とする、音響システム駆動方法。
8. 波面合成スピーカ配列（１０）と、
   一つまたは複数の供給スピーカ（１２）と、
   請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の駆動装置とを具備することを特徴とする、音響システム。
9. 前端部および左右端部を有した空間（１３）内に配置され、
   少なくとも２つの供給スピーカ（１２ａ，１２ｂ）を有し、その一つは左側端部、もう一つは右側端部に配置されており、
   前記波面合成スピーカ配列（１０）が前端部に配置されたことを特徴とする、請求項８に記載の音響システム。
10. 前記前端部が音源（１５）の領域と接していることを特徴とする、請求項９に記載の音響システム。
11. 前記領域がステージ（１１）または講堂の話し手領域であることを特徴とする、請求項１０に記載の音響システム。
12. 前記波面合成スピーカ配列（１０）は、複数のスピーカが所定の距離を保ちつつ平面状に配置された平面配列であることを特徴とする、請求項８ないし請求項１１のいずれかに記載の音響システム。
13. 空間（１３）内の聴衆の頭の高さ、またはこれ以上の高さで、ステージの端部に前記波面合成スピーカ配列を配置したことを特徴とする、請求項１０または請求項１１に記載の音響システム。
14. コンピュータ上で、請求項７に記載の方法を実行するためのプログラムコードを具備する、コンピュータプログラム。

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