JP5073724B2 - 聴取空間基盤の指向性音源制御方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、聴取空間基盤の指向性音源制御方法及び装置に関し、より詳細には、各音源の音響放射効率を最大化すると共に、聴取空間と非聴取空間との間の音響エネルギー差異を最大化し、聴取空間のみで音響を聞くことができるようにする方法及び装置に関する。

音響出力の時に通常のスピーカを利用する場合、音響の自然放射特性上、不特定多数に聴覚的妨害を与えるようになる。このような理由により、他人に及ぼす聴覚的妨害を最小化し、且つ個人のプライバシーを保護するための個人音響システムとして、ヘッドホーンとイヤホンが一般的に使用されているが、感覚的閉鎖性が解決されるべき問題として提起されている。したがって、他人に及ぼす聴覚的妨害を最小化することができると共に、感覚的閉鎖性の問題を解決することができる個人音響システムが要求されている。

このような要求に応じて、ラインスピーカーアレイの遅延時間を調節し、音響出力方向を制御する方法が開示されているが、このような方法は、聴取者の多様な位置変化を考慮していないので、方向性制御に限界があるという問題がある。

前述のような問題を解決するためのものとして、１つの音響空間内に聴取者が設定した空間別に音圧レベルを異にして、静かな空間やうるさい空間を同時に発生させることができる音響制御方法が開示されている。

この音響制御方法は、使用者が位置する空間に音響エネルギーを集中させ、他の空間に比べて相対的に高いエネルギー密度を有する明るい音響空間を形成し、その他の領域では、相対的に低い位置エネルギーを有する静かな空間或いは暗い音響空間を形成する方法である。

しかしながら、この音響制御方法は、各音源の大きさが制限されている場合、所定領域の音響エネルギーを最大限に音響学的に明るくしながら、その以外の空間は最大限に暗くする方法であって、厳密に言えば、各音源の音響放射効率を最大化する方法ではない。

また、聴取者の聴取位置が２つの地点（例えば、ソファーと机）の間で繰り返して変化する場合、明るい空間と残りの空間との明るさ比を最大にするために、音響エネルギーを繰り返して計算しなければならないので、計算量が増加するという問題がある。

大韓民国特許第１０−０５１９０５２号明細書 米国特許第５，８０２，１９０号明細書 米国特許第５，９５３，４３２号明細書

Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｃｏｕｓｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ（２００２），Ｖｏｌ．１１１，Ｎｏ．４，ｐｐ．１６９５−１７００"Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ ａｃｏｕｓｔｉｃａｌｌｙ ｂｒｉｇｈｔｚｏｎｅ ｗｉｔｈ ａｎ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｄ ｒｅｇｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｓｏｕｒｃｅｓ"

したがって、本発明は、前述のような問題点を解決するためになされたもので、その目的は、各音源の音響放射効率を最大化すると共に、聴取空間と非聴取空間との間の音響エネルギー差異を最大化し、聴取空間のみで音響を聞くことができるようにすることにある。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る聴取空間基盤の指向性音源制御方法は、（ａ）聴取者の聴取位置によって聴取空間及び非聴取空間を設定した後、音響出力のために使用する音源の個数と位置を選択する段階と、（ｂ）前記選択された音源に入力される音響信号の全体音響エネルギーと前記聴取空間及び非聴取空間の音響エネルギーを計算する段階と、（ｃ）前記計算された音響エネルギー値を利用して前記聴取空間と前記非聴取空間の音響エネルギー差異が最大となるようにすると共に、前記選択された音源に入力される音響信号の全体音響エネルギーが最小となるようにする最適な音源ベクトルを計算する段階と、（ｄ）前記最適な音源ベクトルによって前記選択された音源の音圧と位相を制御する段階と、を含むことを特徴とする。

前記最適な音源ベクトルによって前記選択された音源の音圧と位相を制御すれば、前記聴取空間のみで音響出力が行われ、特に前記聴取空間を聴取者の左右の耳領域に設定した後、前記最適な音源ベクトルによって前記選択された音源の音圧と位相を制御すれば、 聴取者の左右の耳領域だけで音響出力が行われるようになる。また、本発明の他の態様に係る聴取空間基盤の指向性音源制御装置は、聴取者の聴取位置によって聴取空間及び非聴取空間を設定し、音響出力のために使用する音源の個数と位置を選択する聴取／非聴取空間設定部と、前記選択された音源に入力される音響信号の全体音響エネルギーと前記聴取空間及び非聴取空間の音響エネルギーを計算する音響エネルギー計算部と、前記計算された音響エネルギー値を利用して前記聴取空間と前記非聴取空間の音響エネルギー差異が最大になるようにすると共に、前記選択された音源に入力される音響信号の全体音響エネルギーが最小になるようにする最適な音源ベクトルを計算する音源ベクトル計算部と、前記最適な音源ベクトルによって前記選択された音源の音圧と位相を制御する音圧及び位相制御部と、を含むことを特徴とする。

以上のように本発明によれば、他人に聴覚的妨害を与えずに、聴取者に現場感のある音響を提供することができ、最小の制御だけでも最大の音響効果を得ることができる。

本発明の基本概念を説明するための図面である。 本発明において聴取空間及び非聴取空間の音響エネルギーを計算する方法を説明するための図面である。 本発明において聴取空間及び非聴取空間の音響エネルギーを計算する方法を説明するための図面である。 最適な音源ベクトルを利用して周波数領域及び時間領域で各音源の音圧と位相を制御する方法を説明するための図面である。 最適な音源ベクトルを利用して周波数領域及び時間領域で各音源の音圧と位相を制御する方法を説明するための図面である。 本発明の指向性音源制御方法によって１次元直線アレイタイプの音源、１次元曲線アレイタイプの音源、２次元アレイタイプの音源、３次元アレイタイプの音源をそれぞれ制御することを示す図面である。 本発明の指向性音源制御方法によって１次元直線アレイタイプの音源、１次元曲線アレイタイプの音源、２次元アレイタイプの音源、３次元アレイタイプの音源をそれぞれ制御することを示す図面である。 本発明の指向性音源制御方法によって１次元直線アレイタイプの音源、１次元曲線アレイタイプの音源、２次元アレイタイプの音源、３次元アレイタイプの音源をそれぞれ制御することを示す図面である。 本発明の指向性音源制御方法によって１次元直線アレイタイプの音源、１次元曲線アレイタイプの音源、２次元アレイタイプの音源、３次元アレイタイプの音源をそれぞれ制御することを示す図面である。 ３次元アレイタイプの音源を利用して個人音響システムを具現した一例を示す図面である。 本発明による指向性音源制御装置を概略的に示す図面である。

以下、本発明による聴取空間基盤の指向性音源制御方法及び装置について、添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の基本概念を説明するための図面である。

図１に示すように、音響空間上に多数の音源が存在する状態で、聴取を希望する聴取空間（Ｌ）および聴取を希望しない非聴取空間（Ｎ）を設定した後、音響出力のために使用すべき音源の個数と位置を選択する。

次に、選択された音源の音響放射効率が最大となるように、そして聴取空間（Ｌ）と非聴取空間（Ｎ）の音響エネルギーの差異が最大となるように、各音源に入力される音響信号の音圧と位相を適切に制御することにより、聴取空間（Ｌ）のみで音響が聞こえ、非聴取空間（Ｎ）では音響が聞こえなくなる。

すなわち、本発明は、各音源の音響放射効率を最大化すると共に、聴取空間（Ｌ）と非聴取空間（Ｎ）の音響エネルギーの差異を最大化し、聴取者が聴取空間（Ｌ）のみで音響を聞くことができるようにしたことに特徴がある。これについてさらに詳しく説明すれば、次の通りである。

まず、聴取空間（Ｌ）と非聴取空間（Ｎ）の音響エネルギーを計算する方法について説明する。

図２ａ及び図２ｂは、本発明において聴取空間（Ｌ）及び非聴取空間（Ｎ）の音響エネルギーを計算する方法を説明するための図面である。

したがって、各音源と聴取空間（Ｌ）との間の伝達関数（Ｈ）、及び各音源と非聴取空間（Ｎ）との間の伝達関数（Ｇ）は、次の数式１のように示すことができる。

一方、体積Ｖを有する所定の音響空間の音響エネルギー（Ｅ）は、次の数式５のように示すことができる。

図３及び図４は、最適な音源ベクトルを利用して、周波数領域及び時間領域において各音源の音圧と位相を制御する方法を説明するための図面である。

図３を参照すれば、まず、周波数変換器を介して周波数領域に変換された広帯域音源信号は、周波数帯域分離器にそれぞれ入力され、複数の周波数帯域に分けられる。次に、各周波数帯域の音源信号は、周波数領域の音圧及び位相制御機をそれぞれ経由して、最適な音源ベクトルによって音圧と位相が調節される。その後、音圧と位相が調節された各音源信号は、時間領域変換器を介して時間領域に変換された後、１つの信号としてまとめられ、トランスデユーサを介して出力される。

図４を参照すれば、狭帯域通過フィルタを介して複数の周波数帯域に分けられた広帯域音源信号は、時間領域の音圧及び位相制御機を経由して、内部の遅延素子と音量調節機を介して音圧と位相が調節される。この時、遅延素子と音量調節機を介して調節される音圧と位相は、最適な音源ベクトルによって決定される。次に、音圧と位相が調節された各音源信号は、１つの信号としてまとめられ、トランスデユーサを介して出力される。

図５乃至図８は、本発明の指向性音源制御方法によって１次元直線アレイタイプの音源、１次元曲線アレイタイプの音源、２次元アレイタイプの音源、３次元アレイタイプの音源をそれぞれ制御することを示す図面であり、図９は、３次元アレイタイプの音源を利用して個人音響システムを具現した一例を示している。

図１０は、本発明による指向性音源制御装置１００を概略的に示す図面である。

図１０を参照すれば、本発明による指向性音源制御装置１００は、聴取／非聴取空間設定部１１０と、音響エネルギー計算部１３０と、音源ベクトル計算部１５０と、音圧及び位相制御部１７０とを含む。

まず、聴取者の聴取位置が決定されると、聴取／非聴取空間設定部１１０は、聴取者の聴取位置に基づいて聴取空間（Ｌ）と非聴取空間（Ｎ）を設定する。この時、音響出力のために使用する音源の個数と位置も選択する。

次に、音響エネルギー計算部１３０は、聴取空間（Ｌ）と非聴取空間（Ｎ）の音響エネルギーをそれぞれ計算し、選択された音源の全体音響エネルギーを計算して出力する。

以上、添付の図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲内において、各種の変形例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

Claims (8)

1. （ａ）聴取者の聴取位置によって聴取空間及び非聴取空間を設定した後、音響出力のために使用する音源の個数と位置を選択する段階と、
   （ｂ）前記選択された音源に入力される音響信号の全体音響エネルギーと前記聴取空間及び非聴取空間の音響エネルギーを計算する段階と、
   （ｃ）前記計算された音響エネルギー値を利用して前記聴取空間と前記非聴取空間の音響エネルギーの差異が最大となるようにすると共に、前記選択された音源に入力される音響信号の全体音響エネルギーが最小となるようにする最適な音源ベクトルを計算する段階と、
   （ｄ）前記最適な音源ベクトルによって前記選択された音源の音圧と位相を制御する段階と、
   を含み、
   前記（ｂ）段階において、
   

   

   ことを特徴とする聴取空間基盤の指向性音源制御方法。
2. 前記（ｂ）段階において、
   前記選択された音源に入力される音響信号の全体音響エネルギーは、
   

   

   ことを特徴とする請求項１に記載の聴取空間基盤の指向性音源制御方法。
3. 前記（ｃ）段階において、
   

   

   ことを特徴とする請求項２に記載の聴取空間基盤の指向性音源制御方法。
4. 前記目標関数が最大値を有するようにする最適な音源ベクトルによって前記選択された音源の音圧と位相を制御すれば、前記聴取空間のみで音響出力が行われることを特徴とする請求項３に記載の聴取空間基盤の指向性音源制御方法。
5. 前記音源は、１次元直線／曲線アレイタイプの音源、２次元アレイタイプの音源、３次元アレイタイプの音源のうちいずれか１つであることを特徴とする請求項１に記載の聴取空間基盤の指向性音源制御方法。
6. 前記聴取空間を聴取者の左右の耳領域に設定した後、前記最適な音源ベクトルによって前記選択された音源の音圧と位相を調節することにより、聴取者の左右の耳領域のみで音響出力が行われることを特徴とする請求項１に記載の聴取空間基盤の指向性音源制御方法。
7. 聴取者の聴取位置によって聴取空間及び非聴取空間を設定し、音響出力のために使用する音源の個数と位置を選択する聴取／非聴取空間設定部と、
   前記選択された音源に入力される音響信号の全体音響エネルギーと前記聴取空間及び非聴取空間の音響エネルギーを計算する音響エネルギー計算部と、
   前記計算された音響エネルギー値を利用して前記聴取空間と前記非聴取空間の音響エネルギーの差異が最大になるようにすると共に、前記選択された音源に入力される音響信号の全体音響エネルギーが最小になるようにする最適な音源ベクトルを計算する音源ベクトル計算部と、
   前記最適な音源ベクトルによって前記選択された音源の音圧と位相を制御する音圧及び位相制御部と、
   を含み、
   前記音響エネルギー計算部は、
   

   

   ことを特徴とする聴取空間基盤の指向性音源制御装置。
8. 前記音源ベクトル計算部は、
   

   

   ことを特徴とする請求項７に記載の聴取空間基盤の指向性音源制御装置。

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