JP6373807B2 - 音場再生装置および音場再生方法 - Google Patents

Description

本発明は、音場再生技術に関する。

音場再生とは、複数のスピーカを駆動することで音場を再生する技術である（例えば、非特許文献１等参照）。従来、映像を投影しつつ、音像を視聴者の前面に定位させる場合、映像が投影されるスクリーンとして音響透過型スクリーンを用い、スクリーンの背後にスピーカを設置するという構成をとっていた。

金澤勝，菊池東次，東田吉蔵，"超高精細音響透過スクリーン開発とモアレ評価"，映像情報メディア学会技術報告 38.6 (2014): 17-20.

しかし、従来構成は音響透過型スクリーンを用いて映像を表示する場合にしか適用できないという問題点がある。例えば、液晶ディスプレイ、ハーフミラー、裸眼３Ｄ用の特殊光学スクリーンを用いて映像を表示する場合、表示面の背後にスピーカを設置しても、表示面が障害物となり、音像を視聴者の前面に定位させることができない。このことは映像とともに音像を定位させる場合だけではなく、その他の視覚的な像とともに音像を定位させる場合にも共通する。

本発明の課題は、視覚的な像の表示方式にかかわらず、音像を視覚的な像とともに視聴者の前面に定位させることである。

音響情報に由来する第１音波を放射する超音波スピーカと、当該音響情報に由来し、第１音波よりも指向性が低い第２音波を放射する補助スピーカとを、視覚的な像を表示する表示面側に配列する。第１音波を超音波スピーカから表示面に放射し、当該表示面で第１音波を拡散反射させて音像を生成し、第２音波を補助スピーカから放射して音像を生成する。

本発明では、表示面側に配列された超音波スピーカおよび補助スピーカによって音像を生成するため、視覚的な像の表示方式にかかわらず、音像を視覚的な像とともに視聴者の前面に定位させることができる。

図１Ａは実施形態の音場再生装置を例示した平面図であり、図１Ｂは実施形態の音場再生装置を例示した正面図である。 図２は実施形態の制御装置の機能構成を例示したブロック図である。 図３Ａは実施形態の音場再生装置を例示した平面図であり、図３Ｂは実施形態の音場再生装置を例示した正面図である。

以下、本発明の実施形態を説明する。
〔概要〕
実施形態の概要を示す。各実施形態では、超音波スピーカと補助スピーカとを、映像（視覚的な像）を表示する「表示面」側に配列する。超音波スピーカは「音響情報」に由来する「第１音波」を放射し、補助スピーカはこれと同じ「音響情報」に由来し、「第１音波」よりも指向性が低い「第２音波」を放射する。超音波スピーカおよび補助スピーカの駆動信号に対応する音源は同一である。超音波スピーカは、超指向性を持つ音響再生デバイスであり、パラメトリックスピーカと呼ばれることもある。超音波スピーカは、人間には聞えない高周波帯域の超音波を可聴音により変調し、超音波の持つ高い直進性をキャリア波として積極的に活用した超指向性スピーカである。超音波を可聴音により変調し、空気中にて復調されることで可聴音を空間に再現できる。このように超音波スピーカは、原音の波形に超音波の変調をかけた「第１音波」を放射する。補助スピーカは、超音波スピーカよりも指向性が低いスピーカである。補助スピーカは、例えば原音の波形である「第２音波」を放射する。補助スピーカの例は、動電型スピーカ、静電型（コンデンサ）スピーカ、圧電型（セラミック）スピーカ、イオン型スピーカなどである。超音波スピーカは「第１音波」を「表示面」に放射し、「表示面」で「第１音波」を拡散反射させて音像を生成する。補助スピーカは「第２音波」を放射して音像を生成する。「表示面」の具体例は、液晶ディスプレイの表示面、ハーフミラーの反射面、裸眼３Ｄ用の特殊光学スクリーンの投影面、映像を投影するその他のスクリーンや壁面などである。「超音波スピーカ」および「補助スピーカ」は、視聴者による「表示面」の映像の鑑賞を妨げない位置に配置されることが好ましい。

この構成では「表示面」側に配列された超音波スピーカおよび補助スピーカによって音像を生成する。超音波スピーカから放射された「第１音波」は指向性が高いため、「表示面」上の任意の位置に明瞭に音像を定位させ、仮想的な音源を生成できる。また「第１音波」を「表示面」で拡散反射させることで指向性が弱まるため、広範囲な受聴領域で音像を受聴させることができる。また超音波スピーカの特性上、「第１音波」は高域（例えば、約７００Ｈｚ以上）で良好なＳＮ比を確保できるが、低域（例えば、約７００Ｈｚ未満）では良好なＳＮ比を確保できず、音質が低下する。そこで超音波スピーカでＳＮ比が低くなる周波数帯域成分を含む駆動信号で補助スピーカを駆動し、「第２音波」の低域で良好なＳＮ比を確保することで音色を改善する。すなわち、「表示面」上の位置に音像を定位させることができる超音波スピーカと、その弱点を補う補助スピーカとを用いることで、「表示面」上の任意の位置に広帯域の音像を定位させる。

超音波スピーカおよび補助スピーカの組み合わせによって生成される音像の位置は、主に「第１音波」の「表示面」での反射位置および反射方向、ならびに「第２音波」の放射位置によって定まる。これを考慮し、超音波スピーカおよび補助スピーカは「表示面」に略垂直な同一の「仮想平面」に沿って配列され、「第１音波」は「仮想平面」に沿って放射されることが望ましい。このように配置することで、「表示面」の任意の位置に、広い受聴領域で受聴可能な明瞭な音像を定位させることができる。この効果が得られる限り、「略垂直」は「垂直」であってもよいし、厳密な「垂直」でなくてもよい。また「第１音波」の放射方向は例えば「仮想平面」と略平行である。この効果が得られる限り、「略平行」は「平行」であってもよいし、厳密な「平行」でなくてもよい。「仮想平面」は、例えば「表示面」の上下方向に沿った平面であり、例えば「表示面」の上下方向の直線を含む平面である。なお「αに沿うβ」とは、α上に配置されるβだけではなく、αに近似して配置されるβをも含む概念である。

超音波スピーカおよび補助スピーカの対からなるスピーカセットが複数組並べられてもよい。スピーカセットのそれぞれは、「表示面」に略垂直な互いに異なる仮想的な「仮想平面」に沿って配置される。「表示面」に表示される被写体の位置に応じ、複数組のスピーカセットのうち、「第１音波」および「第２音波」を放射するスピーカセットを動的に切り替える。これにより、表示面に表示される被写体に応じた位置に音像を定位させることができる。例えば、被写体に最も近い位置に音像を定位させるスピーカセットが選択される。より具体的には、例えば被写体に最も近い「仮想平面」に沿って配置されたスピーカセットが選択される。

「第２音波」は直接に音像を生成するのに対し、「第１音波」は「表示面」で拡散反射して音像を生成する。「第２音波」が放射されてから視聴者に到達するまでの距離は、「第１音波」が放射されてからこの視聴者に到達するまでの距離よりも短い。そのため、「第２音波」は「第１音波」よりも遅延していることが望ましい。

さらに先行音効果（第一波面の法則）を利用することで定位感を改善し、音像の位置をより明瞭に定位させてもよい。先行音効果とは、先行音と後続音が異なる方向からある時間間隔で視聴者に入射した場合、この視聴者が先行音の入射方向にのみ音像を知覚するという現象のことである。先行音効果が成立する範囲内であれば、音像の方向を先行音方向に保ちながら後続音により受聴音圧を増強できる。この場合には、超音波スピーカおよび補助スピーカを「表示面」と表示面側の「受聴領域」との間に配置する。そして「第２音波」の「第１音波」に対する遅延量が、超音波スピーカから「第１音波」が放射されてから「表示面」で拡散反射され、「受聴領域」の所定位置に到達するまでの時間と、補助スピーカから「第２音波」が放射されてから所定位置に到達するまでの時間との差分よりも大きくなるようにする。これにより「第１音波」に由来する音波が「第２音波」に由来する音波よりも先に「受聴領域」の所定位置に到着し、先行音効果によってより明瞭に音像を知覚させることができる。前述の「仮想平面」が前述「表示面」の上下方向に沿った平面であり、「第１音波」の「表示面」での拡散位置と「第２音波」の放射位置とが当該「仮想平面」に沿ったものであっても、先行音効果が得られる。すなわち、視聴者からみて「第１音波」の「表示面」での反射位置が「第２音波」の放射位置の上方に位置するか、その逆に「第１音波」の「表示面」での反射位置が「第２音波」の放射位置の下方に位置する場合であっても、先行音効果によって音像を明瞭に知覚させることができる。

「第２音波」の高域成分を「第２音波」の低域成分に比べて抑圧してもよい。例えば、ローパスフィルタ（超音波スピーカから高ＳＮ比で出力される帯域を抑えるようなローパスフィルタ）でフィルタリングした駆動信号を補助スピーカに入力してもよい。「第１音波」の高域成分は良好なＳＮ比を保つことができるが、低域成分は良好なＳＮ比を保つことができない。一方、「第２音波」は高域成分でも低域成分でも良好なＳＮ比を保つことができる。「第２音波」の高域成分を抑圧することで、受聴される音の高域成分と低域成分とのバランスを適切に保つことができる。また「第１音波」の低域成分を「第１音波」の高域成分に比べて抑圧してもよい。すなわち、ハイパスフィルタ（超音波スピーカでのＳＮ比が低い帯域を抑えるようなハイパスフィルタ）でフィルタリングした駆動信号を超音波スピーカに入力してもよい。ただし、「第１音波」の低域成分はＳＮ比が低く、それほど目立たないため、「第１音波」の低域成分を抑圧しなくてもよい。

〔第１実施形態〕
図面を参照して第１実施形態を説明する。
＜構成＞
図１Ａおよび図１Ｂに例示するように、本形態の音場再生装置１は、制御装置１１およびｎ個のスピーカセット１２−１〜１２−ｎを有する。各スピーカセット１２−ｉは、超音波スピーカ１２１−ｉおよび補助スピーカ１２２−ｉの対からなる。ただし、ｉ＝１，・・・，ｎであり、ｎは１以上の整数である。

超音波スピーカ１２１−ｉおよび補助スピーカ１２２−ｉは、投影装置１４から投影された映像を表示する表示部１３の表示面１３１側に配置される。表示部１３の例はスクリーンや壁などである。本形態では、超音波スピーカ１２１−ｉおよび補助スピーカ１２２−ｉが、それぞれ表示面１３１に略垂直な仮想平面Ｐ_ｉに沿って配列されている。ｎ≧２の場合、超音波スピーカ１２１−ｉおよび補助スピーカ１２２−ｉの対からなるスピーカセット１２−ｉが複数組（ｎ組）並べられ、スピーカセット１２−ｉのそれぞれは、表示面１３１に略垂直な互いに異なる仮想平面Ｐ_ｉに沿って配置される。各スピーカセット１２−ｉは、表示面１３１と受聴領域１７との間に配置される。受聴領域１７は、表示面１３１側の領域であり、視聴者が各スピーカセット１２−ｉで生成された音を受聴する領域である。

各超音波スピーカ１２１−ｉは補助スピーカ１２２−ｉと受聴領域１７との間に配置され、各補助スピーカ１２２−ｉは表示面１３１と超音波スピーカ１２１−ｉとの間に配置される。各超音波スピーカ１２１−ｉは表示面１３１側に向けられ、仮想平面Ｐ_ｉに沿って、表示面１３１の照射位置Ｔ_ｉに音波（第１音波）を放射する向きに設置される。各補助スピーカ１２２−ｉは照射位置Ｔ_ｉよりも下方に配置され、受聴領域１７側に向けて設置される。照射位置Ｔ_ｉの高さはｉ＝１，・・・，ｎで略均一であることが望ましい。照射位置Ｔ_ｉに対する補助スピーカ１２２−ｉの相対位置も、ｉ＝１，・・・，ｎで略均一であることが望ましい。しかし、これらは本発明を限定しない。

超音波スピーカ１２１−ｉ、補助スピーカ１２２−ｉ、および投影装置１４は、それぞれ制御装置１１に接続されている。図２に例示するように、本形態の制御装置１１は、記憶部１１１、超音波スピーカ再生部１１２、補助スピーカ再生部１１３、切り替え部１１４、および映像再生部１１５を有する。制御装置は、例えば、ＣＰＵ（central processing unit）等のプロセッサ（ハードウェア・プロセッサ）およびＲＡＭ（random-access memory）・ＲＯＭ（read-only memory）等のメモリ等を備える汎用または専用のコンピュータが所定のプログラムを実行することで構成される装置である。このコンピュータは１個のプロセッサやメモリを備えていてもよいし、複数個のプロセッサやメモリを備えていてもよい。このプログラムはコンピュータにインストールされてもよいし、予めＲＯＭ等に記録されていてもよい。また、ＣＰＵのようにプログラムが読み込まれることで機能構成を実現する電子回路（circuitry）ではなく、プログラムを用いることなく処理機能を実現する電子回路を用いて一部またはすべての処理部が構成されてもよい。また、１個の装置を構成する電子回路が複数のＣＰＵを含んでいてもよい。

記憶部１１１には、時系列の音響情報ａ（ｔ）、映像情報ｖ（ｔ）、および被写体情報ｓ（ｔ）からなるコンテンツ情報（ａ（ｔ），ｖ（ｔ），ｓ（ｔ））が格納される。ただし、ｔは時刻に対応する時間情報である。被写体情報ｓ（ｔ）は、被写体の位置を表す情報である。被写体情報ｓ（ｔ）の例は座標情報であってもよいし、被写体の位置に最も近いスピーカセット１２−ｉを特定する情報であってもよい。

＜動作＞
次に本形態の動作を説明する。映像再生部１１５は、記憶部１１１から映像情報ｖ（ｔ）を逐次読み込み、映像情報ｖ（ｔ）が表す映像を表示するための駆動信号ｄｖ（ｔ）を出力する。駆動信号ｄｖ（ｔ）は投影装置１４に入力され、投影装置１４は駆動信号ｄｖ（ｔ）に従って映像を表示部１３の表示面１３１に投影する。

超音波スピーカ再生部１１２は、記憶部１１１から音響情報ａ（ｔ）を逐次読み込み、音響情報ａ（ｔ）が表す音を表す音波（第１音波）を超音波スピーカ１２１−ｉから放射するための駆動信号ｄａ_１（ｔ）を生成して出力する。補助スピーカ再生部１１３は、記憶部１１１から音響情報ａ（ｔ）を逐次読み込み、音響情報ａ（ｔ）が表す音を表す音波（第２音波）を補助スピーカ１２２−ｉから放射するための駆動信号ｄａ_２（ｔ）を生成して出力する。

切り替え部１１４は、記憶部１１１から被写体情報ｓ（ｔ）を読み込み、被写体の位置に最も近いスピーカセット１２−ｊ（ただし、ｊ＝１，・・・，ｎ）を特定し、音波（第１音波および第２音波）を放射するスピーカセットを動的にスピーカセット１２−ｊに切り替える。すなわち、切り替え部１１４は、表示面１３１に表示される被写体の位置に応じ、複数組のスピーカセット１２−ｉ（ただし、ｉ＝１，・・・，ｎ）のうち、音波を放射するスピーカセット１２−ｊを動的に切り替える。切り替え部１１４は、駆動信号ｄａ_１（ｔ）および駆動信号ｄａ_２（ｔ）を入力とし、被写体情報ｓ（ｔ）に基づいて切り替えたスピーカセット１２−ｊの超音波スピーカ１２１−ｊに駆動信号ｄａ_１（ｔ）を出力し、補助スピーカ１２２−ｊに駆動信号ｄａ_２（ｔ）を出力する。

駆動信号ｄａ_１（ｔ）が入力された超音波スピーカ１２１−ｊは、駆動信号ｄａ_１（ｔ）に基づく音波（音響情報ａ（ｔ）に由来する第１音波）を、表示面１３１の照射位置Ｔ_ｊに放射する。この音波は仮想平面Ｐ_ｊに沿って放射され、表示面１３１で拡散反射する。これによって照射位置Ｔ_ｊおよびその周囲に仮想的な音像１５−ｊが生成される。駆動信号ｄａ_２（ｔ）が入力された補助スピーカ１２２−ｊは、駆動信号ｄａ_２（ｔ）に基づく音波（音響情報ａ（ｔ）に由来し、第１音波よりも指向性が低い第２音波）を放射して音像を生成する。受聴領域１７に位置する視聴者は、照射位置Ｔ_ｊでの拡散反射に基づく仮想的な音像１５−ｊおよび補助スピーカ１２２−ｊから放射された音波に基づく音像により、これらの音像の間に位置する音像を知覚する。当該音像を生成するスピーカセット１２−ｊは表示面１３１に表示される被写体の位置に応じたものであるため、視聴者は被写体に応じた位置（被写体の近く）の音像を知覚する。被写体が左右に移動する場合は、それに応じて被写体情報ｓ（ｔ）も変化し、それに応じてスピーカセット１２−ｊを動的に切り替えることで音像の位置を制御する。

このように超音波スピーカ１２１−ｊを用いることで音像の定位感を確保できる。超音波スピーカ１２１−ｊは高帯域（例えば、約７００Ｈｚ以上）で良好なＳＮ比を確保できるが、それよりも低い周波数帯域では十分なＳＮ比を確保できない。これに対し、補助スピーカ１２２−ｊは超音波スピーカ１２１−ｊが十分なＳＮ比を確保できない帯域でも十分のＳＮ比を確保できる。これらの超音波スピーカ１２１−ｊおよび補助スピーカ１２２−ｊを組み合わせることで、定位感が高く、音質の良い音像を生成できる。

〔第２実施形態〕
第２実施形態は第１実施形態の変形例である。本形態では、補助スピーカ１２２−ｊから放射される音波よりも早く、超音波スピーカ１２１−ｊから音波を放射する。いいかえると、補助スピーカ１２２−ｊから放射される音波を超音波スピーカ１２１−ｊから放射される音波よりも遅延させる。以下では、これまで説明した実施形態との相違点を中心に説明し、これまで説明した実施形態と共通する事項については同じ参照番号を用いて説明を簡略化する。

＜構成＞
図１Ａおよび図１Ｂに例示するように、第２実施形態の音場再生装置２は、制御装置２１およびｎ個のスピーカセット１２−１〜１２−ｎを有する。図２に例示するように、音制御装置２１は、制御装置１１の構成にシフト部２１５を加えたものである。すなわち制御装置２１は、記憶部１１１、超音波スピーカ再生部１１２、補助スピーカ再生部１１３、切り替え部１１４、映像再生部１１５、およびシフト部２１５を有する。

＜動作＞
次に本形態の動作を説明する。第１実施形態との相違点は、記憶部１１１から読み込まれた音響情報ａ（ｔ）が超音波スピーカ再生部１１２に入力されることに代え、音響情報ａ（ｔ）がシフト部２１５に入力される点である。シフト部２１５は音響情報ａ（ｔ）の時刻を前倒しした音響情報ａ（ｔ＋τ）を生成し、音響情報ａ（ｔ＋τ）を超音波スピーカ再生部１１２に送る。τはシフト量（第２音波の第１音波に対する遅延量）を表す正値である。例えば、超音波スピーカ１２１−ｉから音波が放射されてから表示面１３１で拡散反射されるまでの時間またはその近傍をシフト量とする。これにより、超音波スピーカ１２１−ｉから放射された音波に基づく音像と表示面１３１に表示される映像との時間ずれを補正できる。あるいは、超音波スピーカ１２１−ｉから音波が放射されてから表示面１３１で拡散反射され、受聴領域１７の所定位置に到達するまでの時間と、補助スピーカ１２２−ｉから音波が放射されてから当該所定位置に到達するまでの時間との「差分Ｄ」またはその近傍をシフト量とする。これにより、音波スピーカ１２１−ｉから放射された音波に基づく音像と補助スピーカ１２２−ｉに基づく音像との時間ずれを補正できる。補助スピーカ１２２−ｉが表示面１３１の近傍に配置される場合には、これらの音像と表示面１３１に表示される映像との時間ずれもほとんど問題にならない。さらには、シフト量を差分Ｄよりも大きくすると前述した先行音効果を得ることができる。超音波スピーカ再生部１１２は、音響情報ａ（ｔ＋τ）が表す音を表す音波（第１音波）を超音波スピーカ１２１−ｉから放射するための駆動信号ｄａ_１（ｔ＋τ）を生成して出力する。補助スピーカ再生部１１３は、記憶部１１１から音響情報ａ（ｔ）を逐次読み込み、駆動信号ｄａ_２（ｔ）を生成して出力する。

切り替え部１１４は、駆動信号ｄａ_１（ｔ＋τ）および駆動信号ｄａ_２（ｔ）を入力とし、被写体情報ｓ（ｔ）に基づいて切り替えたスピーカセット１２−ｊの超音波スピーカ１２１−ｊに駆動信号ｄａ_１（ｔ＋τ）を出力し、補助スピーカ１２２−ｊに駆動信号ｄａ_２（ｔ）を出力する。それ以降の動作はｄａ_１（ｔ）がｄａ_１（ｔ＋τ）に置換される以外、第１実施形態で説明した通りである。

〔第３実施形態〕
第３実施形態は第１実施形態の変形例である。第２実施形態と同様、補助スピーカ１２２−ｊから放射される音波を超音波スピーカ１２１−ｊから放射される音波よりも遅延させる。ただし、本形態では、補助スピーカ１２２−ｊから放射される音波を表示面１３１に表示される映像よりも遅延させる。

＜構成＞
図１Ａおよび図１Ｂに例示するように、第３実施形態の音場再生装置３は、制御装置３１およびｎ個のスピーカセット１２−１〜１２−ｎを有する。図２に例示するように、制御装置３１は、制御装置１１の構成に遅延部３１５を加えたものである。すなわち制御装置３１は、記憶部１１１、超音波スピーカ再生部１１２、補助スピーカ再生部１１３、切り替え部１１４、映像再生部１１５、および遅延部３１５を有する。

＜動作＞
次に本形態の動作を説明する。第１実施形態との相違点は、記憶部１１１から読み込まれた音響情報ａ（ｔ）が補助スピーカ再生部１１３に入力されることに代え、音響情報ａ（ｔ）が遅延部３１５に入力される点である。遅延部３１５は音響情報ａ（ｔ）を遅延させる音響情報ａ（ｔ−δ）を生成し、音響情報ａ（ｔ−δ）を補助スピーカ再生部１１３に送る。δは遅延量（第２音波の第１音波に対する遅延量）を表す正値である。本形態では、第２実施形態で説明した差分Ｄよりも大きな値を遅延量とする。たとえば、１ｍｓ以上の時間を遅延量とする。これにより、前述した先行音効果を得ることができる。補助スピーカ再生部１１３は、音響情報ａ（ｔ−δ）が表す音を表す音波を補助スピーカ１２２−ｉから放射するための駆動信号ｄａ_２（ｔ−δ）を生成して出力する。超音波スピーカ再生部１１２は、記憶部１１１から音響情報ａ（ｔ）を逐次読み込み、駆動信号ｄａ_１（ｔ）を生成して出力する。

切り替え部１１４は、駆動信号ｄａ_１（ｔ）および駆動信号ｄａ_２（ｔ−δ）を入力とし、被写体情報ｓ（ｔ）に基づいて切り替えたスピーカセット１２−ｊの超音波スピーカ１２１−ｊに駆動信号ｄａ_１（ｔ）を出力し、補助スピーカ１２２−ｊに駆動信号ｄａ_２（ｔ−δ）を出力する。それ以降の動作はｄａ_２（ｔ）がｄａ_２（ｔ−δ）に置換される以外、第１実施形態で説明した通りである。

〔第３実施形態の変形例〕
第２実施形態と第３実施形態を組み合わせてもよい。すなわち、制御装置３１がさらにシフト部２１５を有し、シフト部２１５が記憶部１１１から読み込まれた音響情報ａ（ｔ）の時刻を前倒しした音響情報ａ（ｔ＋τ）を生成し、音響情報ａ（ｔ＋τ）を超音波スピーカ再生部１１２に送ってもよい。この場合、例えば、超音波スピーカ１２１−ｉから音波が放射されてから表示面１３１で拡散反射されるまでの時間またはその近傍をシフト量とする。超音波スピーカ再生部１１２は、音響情報ａ（ｔ＋τ）を入力として駆動信号ｄａ_１（ｔ＋τ）を生成して出力する。補助スピーカ再生部１１３は、音響情報ａ（ｔ−δ）を入力として駆動信号ｄａ_２（ｔ−δ）を生成して出力する。

切り替え部１１４は、駆動信号ｄａ_１（ｔ＋τ）および駆動信号ｄａ_２（ｔ−δ）を入力とし、被写体情報ｓ（ｔ）に基づいて切り替えたスピーカセット１２−ｊの超音波スピーカ１２１−ｊに駆動信号ｄａ_１（ｔ＋τ）を出力し、補助スピーカ１２２−ｊに駆動信号ｄａ_２（ｔ−δ）を出力する。それ以降の動作は、ｄａ_１（ｔ）がｄａ_１（ｔ＋τ）に置換され、ｄａ_２（ｔ）がｄａ_２（ｔ−δ）に置換される以外、第１実施形態で説明した通りである。

〔第４実施形態〕
第４実施形態は第１実施形態の変形例であり、補助スピーカ１２２−ｊから放射される音波の高域成分をその低域成分に比べて抑圧する。

＜構成＞
図１Ａおよび図１Ｂに例示するように、第４実施形態の音場再生装置４は、制御装置４１およびｎ個のスピーカセット１２−１〜１２−ｎを有する。図２に例示するように、制御装置４１は、制御装置１１の構成にローパスフィルタ（ＬＰＦ）部４１６を加えたものである。すなわち制御装置４１は、記憶部１１１、超音波スピーカ再生部１１２、補助スピーカ再生部１１３、切り替え部１１４、映像再生部１１５、およびＬＰＦ部４１６を有する。

＜動作＞
次に本形態の動作を説明する。第１実施形態との相違点は、記憶部１１１から読み込まれた音響情報ａ（ｔ）が補助スピーカ再生部１１３に入力されることに代え、音響情報ａ（ｔ）がＬＰＦ部４１６に入力される点である。ＬＰＦ部４１６は、ローパスフィルタ処理により、音響情報ａ（ｔ）の高域成分（例えば、約７００Ｈｚ以上）を抑圧した音響情報ａ_Ｌ（ｔ）を得て出力する。補助スピーカ再生部１１３は、音響情報ａ_Ｌ（ｔ）が表す音を表す音波を補助スピーカ１２２−ｉから放射するための駆動信号ｄａ_２（ｔ）を生成して出力する。超音波スピーカ再生部１１２は、記憶部１１１から音響情報ａ（ｔ）を逐次読み込み、駆動信号ｄａ_１（ｔ）を生成して出力する。それ以降の動作は、第１実施形態で説明した通りである。

〔第４実施形態の変形例〕
第２実施形態、第３実施形態、または第３実施形態の変形例と、第４実施形態とを組み合わせてもよい。すなわち第２実施形態において、制御装置２１がさらにＬＰＦ部４１６を備え、補助スピーカ再生部１１３に音響情報ａ（ｔ）が入力されることに代えて、ＬＰＦ部４１６で音響情報ａ（ｔ）にローパスフィルタ処理を行って得られた音響情報ａ_Ｌ（ｔ）が補助スピーカ再生部１１３に入力されてもよい。第３実施形態または第３実施形態の変形例において、制御装置３１がさらにＬＰＦ部４１６を備え、補助スピーカ再生部１１３に音響情報ａ（ｔ−δ）が入力されることに代えて、ＬＰＦ部４１６で音響情報ａ（ｔ−δ）にローパスフィルタ処理を行って得られた音響情報ａ_Ｌ（ｔ−δ）が補助スピーカ再生部１１３に入力されてもよい。音響情報ａ_Ｌ（ｔ−δ）が入力された補助スピーカ再生部１１３は、駆動信号ｄａ_２（ｔ−δ）を生成して出力する。その他は前述した通りである。

〔第５実施形態〕
第５実施形態は第１実施形態の変形例であり、超音波スピーカ１２１−ｊから放射される音波の低域成分をその高域成分に比べて抑圧する。

＜構成＞
図１Ａおよび図１Ｂに例示するように、第５実施形態の音場再生装置５は、制御装置５１およびｎ個のスピーカセット１２−１〜１２−ｎを有する。図２に例示するように、制御装置５１は、制御装置１１の構成にハイパスフィルタ（ＨＰＦ）部５１６を加えたものである。すなわち制御装置５１は、記憶部１１１、超音波スピーカ再生部１１２、補助スピーカ再生部１１３、切り替え部１１４、映像再生部１１５、およびＨＰＦ部５１６を有する。

＜動作＞
次に本形態の動作を説明する。第１実施形態との相違点は、記憶部１１１から読み込まれた音響情報ａ（ｔ）が超音波スピーカ再生部１１２に入力されることに代え、音響情報ａ（ｔ）がＨＰＦ部５１６に入力される点である。ＨＰＦ部５１６は、ハイパスフィルタ処理により、音響情報ａ（ｔ）の低域成分（例えば、約７００Ｈｚ未満）を抑圧した音響情報ａ_Ｈ（ｔ）を得て出力する。超音波スピーカ再生部１１２は、音響情報ａ_Ｈ（ｔ）が表す音を表す音波を超音波スピーカ１２１−ｉから放射するための駆動信号ｄａ_１（ｔ）を生成して出力する。補助スピーカ再生部１１３は、記憶部１１１から音響情報ａ（ｔ）を逐次読み込み、駆動信号ｄａ_２（ｔ）を生成して出力する。それ以降の動作は、第１実施形態で説明した通りである。

〔第５実施形態の変形例〕
第２実施形態、第３実施形態、第３実施形態の変形例、第４実施形態、または第４実施形態の変形例と、第５実施形態とを組み合わせてもよい。すなわち第２実施形態、第３実施形態の変形例、または第４実施形態の変形例において、制御装置２１，３１，４１がさらにＨＰＦ部５１６を備え、超音波スピーカ再生部１１２に音響情報ａ（ｔ＋τ）が入力されることに代えて、ＨＰＦ部５１６で音響情報ａ（ｔ＋τ）にハイパスフィルタ処理を行って得られた音響情報ａ_Ｈ（ｔ＋τ）が超音波スピーカ再生部１１２に入力されてもよい。超音波スピーカ再生部１１２は、音響情報ａ_Ｈ（ｔ＋τ）が表す音を表す音波を超音波スピーカ１２１−ｉから放射するための駆動信号ｄａ_１（ｔ＋τ）を生成して出力する。第３実施形態または第４実施形態において、制御装置３１，４１がさらにＨＰＦ部５１６を備え、音響情報ａ（ｔ）が超音波スピーカ再生部１１２に入力されることに代え、音響情報ａ（ｔ）がＨＰＦ部５１６に入力され、ＨＰＦ部５１６がハイパスフィルタ処理により、音響情報ａ（ｔ）の低域成分を抑圧した音響情報ａ_Ｈ（ｔ）を得て出力してもよい。

〔第６実施形態〕
本形態は、これまでの各実施形態の変形例であり、表示面としてハーフミラーの反射面を用いる。これまで説明した何れの音場再生装置１〜５を用いてもよい。

＜構成＞
図３Ａおよび図３Ｂに例示するように、本形態では表示部１３がハーフミラー６３に置換され、投影装置１４がディスプレイ６４に置換される。ディスプレイ６４で表示された映像はハーフミラー６３の反射面６３１（表示面）で反射し、受聴領域１７で鑑賞可能とされる。また、ハーフミラー６３の背面６３２側には演者６６が存在し、演者６６の像はハーフミラー６３を透過して受聴領域１７で鑑賞可能となる。

超音波スピーカ１２１−ｉおよび補助スピーカ１２２−ｉは、ハーフミラー６３の反射面６３１側に配置される。本形態では、超音波スピーカ１２１−ｉおよび補助スピーカ１２２−ｉが、それぞれ反射面６３１に略垂直な仮想平面Ｐ_ｉに沿って配列されている。ｎ≧２の場合、超音波スピーカ１２１−ｉおよび補助スピーカ１２２−ｉの対からなるスピーカセット１２−ｉが複数組（ｎ組）並べられ、スピーカセット１２−ｉのそれぞれは、反射面６３１に略垂直な互いに異なる仮想平面Ｐ_ｉに沿って配置される。各スピーカセット１２−ｉは、表示面１３１と受聴領域１７との間に配置される。

各超音波スピーカ１２１−ｉは反射面６３１側に向けられ、仮想平面Ｐ_ｉに沿って、反射面６３１の照射位置Ｔ_ｉに音波（第１音波）を放射する向きに設置される。各補助スピーカ１２２−ｉは照射位置Ｔ_ｉよりも下方に配置され、受聴領域１７側に向けて設置される。照射位置Ｔ_ｉの高さはｉ＝１，・・・，ｎで略均一であることが望ましい。照射位置Ｔ_ｉに対する補助スピーカ１２２−ｉの相対位置も、ｉ＝１，・・・，ｎで略均一であることが望ましい。しかし、これらは本発明を限定しない。

＜動作＞
前述の実施形態で説明した通りである。すなわち、超音波スピーカ１２１−ｊは、反射面６３１の照射位置Ｔ_ｉに音波を放射し、反射面６３１で当該音波を拡散反射させて音像音像６５−ｊを生成する。補助スピーカ１２２−ｊは第２音波を放射して音像を生成する。これにより、受聴領域１７に位置する視聴者は、反射面６３１の照射位置Ｔ_ｊでの拡散反射に基づく仮想的な音像６５−ｊおよび補助スピーカ１２２−ｊから放射された音波に基づく音像により、これらの音像の間に位置する音像を知覚する。また、ハーフミラー６３を用いているため、演者６６と被写体とを仮想的に共演させることもできる。なお、ハーフミラー６３を用いた構成では、反射面６３１の奥行きと視聴者が知覚する音像の奥行きとが一致しない。そのため、視聴者の受聴位置によっては、被写体の位置と知覚される音像の位置に若干のずれが生じる。しかしながら、反射面６３１と知覚される音像の距離が反射面６３１と視聴者との距離に対して十分小さい場合、これらの違いは聴感的に許容できる。

〔その他の変形例〕
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。例えば、ｎ＝１の場合、すなわちスピーカセットが単数である場合、制御装置１１〜５１から切り替え部１１４を省略できる。この場合には、超音波スピーカ再生部１１２から出力された駆動信号ｄａ_１（ｔ）がそのまま超音波スピーカ１２１−１に供給され、補助スピーカ再生部１１３から出力された駆動信号ｄａ_２（ｔ）がそのまま補助スピーカ１２２−１に供給される。また、ｎ＝１の場合にはコンテンツ情報から被写体情報ｓ（ｔ）を省略可能である。またｎ≧２の場合において、音像を生成するスピーカセット１２−ｊの選択を手動で行ってもよい。

超音波スピーカ１２１−ｉと補助スピーカ１２２−ｉとが上述と異なる位置関係で配列されてもよい。例えば、超音波スピーカ１２１−ｉが表示面側に配置され、補助スピーカ１２２−ｉが受聴領域１７側に配置されてもよい。例えば、各補助スピーカ１２２−ｉが照射位置Ｔ_ｉよりも上方に配置されてもよい。

また被写体に最も近いスピーカセット１２−ｊが音波を放射するのではなく、被写体から最も遠いスピーカセット１２−ｊが音波を放射したり、被写体から所定の距離だけ離れた位置に最も近いスピーカセット１２−ｊが音波を放射したりしてもよい。

ローパスフィルタ処理に代えて低域を増幅する処理が行われてもよいし、ハイパスフィルタ処理に代えて高域を増幅する処理が行われてもよい。また、映像を表示する「表示面」に代えて、絵画、ポスター、看板などのその他の視覚的な像を表示する「表示面」が用いられてもよい。

上述の各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。

上述の制御装置をコンピュータによって実現する場合、各処理内容はプログラムによって記述される。このプログラムをコンピュータで実行することにより、これらの処理内容がコンピュータ上で実現される。こ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の例は、非一時的な（non-transitory）記録媒体である。このような記録媒体の例は、磁気記録装置、光ディスク、光磁気記録媒体、半導体メモリ等である。

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憶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。

このようなプログラムを実行するコンピュータは、例えば、まず、可搬型記録媒体に記録されたプログラムもしくはサーバコンピュータから転送されたプログラムを、一旦、自己の記憶装置に格納する。処理の実行時、このコンピュータは、自己の記録装置に格納されたプログラムを読み取り、読み取ったプログラムに従った処理を実行する。このプログラムの別の実行形態として、コンピュータが可搬型記録媒体から直接プログラムを読み取り、そのプログラムに従った処理を実行することとしてもよく、さらに、このコンピュータにサーバコンピュータからプログラムが転送されるたびに、逐次、受け取ったプログラムに従った処理を実行することとしてもよい。サーバコンピュータから、このコンピュータへのプログラムの転送は行わず、その実行指示と結果取得のみによって処理機能を実現する、いわゆるＡＳＰ（Application Service Provider）型のサービスによって、上述の処理を実行する構成としてもよい。

上記実施形態では、コンピュータ上で所定のプログラムを実行させて本装置の処理機能が実現されたが、これらの処理機能の少なくとも一部がハードウェアで実現されてもよい。

１〜５ 音場再生装置
１２−１〜ｎ スピーカセット
１２１−１〜ｎ 超音波スピーカ
１２２−１〜ｎ 補助スピーカ
１１〜５１ 制御装置

Claims (9)

1. 音響情報に由来する第１音波を、視覚的な像を表示する表示面に放射し、前記表示面で前記第１音波を拡散反射させて音像を生成する超音波スピーカと、
   前記音響情報に由来し、前記第１音波よりも指向性が低い第２音波を放射して音像を生成する補助スピーカと、を有し、
   前記超音波スピーカおよび前記補助スピーカが前記表示面側に配列されており、
   前記超音波スピーカおよび前記補助スピーカが、前記表示面に略垂直な同一の仮想平面に沿って配列されており、
   前記第１音波は前記仮想平面に沿って放射される、音場再生装置。
2. 音響情報に由来する第１音波を、視覚的な像を表示する表示面に放射し、前記表示面で前記第１音波を拡散反射させて音像を生成する超音波スピーカと、
   前記音響情報に由来し、前記第１音波よりも指向性が低い第２音波を放射して音像を生成する補助スピーカと、を有し、
   前記超音波スピーカおよび前記補助スピーカが前記表示面側に配列されており、
   前記超音波スピーカおよび前記補助スピーカの対からなるスピーカセットが複数組並べられており、
   前記スピーカセットのそれぞれは、前記表示面に略垂直な互いに異なる仮想平面に沿って配置されており、
   前記表示面に表示される被写体の位置に応じ、複数組の前記スピーカセットのうち、前記第１音波および前記第２音波を放射するスピーカセットを動的に切り替える、音場再生装置。
3. 請求項１または２の音場再生装置であって、
   前記第２音波は前記第１音波よりも遅延している、音場再生装置。
4. 音響情報に由来する第１音波を、視覚的な像を表示する表示面に放射し、前記表示面で前記第１音波を拡散反射させて音像を生成する超音波スピーカと、
   前記音響情報に由来し、前記第１音波よりも指向性が低い第２音波を放射して音像を生成する補助スピーカと、を有し、
   前記超音波スピーカおよび前記補助スピーカが前記表示面側に配列されており、
   前記第２音波は前記第１音波よりも遅延しており、
   前記超音波スピーカおよび前記補助スピーカは、前記表示面と前記表示面側の受聴領域との間に配置され、
   前記第２音波の前記第１音波に対する遅延量は、前記超音波スピーカから前記第１音波が放射されてから前記表示面で拡散反射され、前記受聴領域の所定位置に到達するまでの時間と、前記補助スピーカから前記第２音波が放射されてから前記所定位置に到達するまでの時間との差分よりも大きい、音場再生装置。
5. 請求項１から４の何れかの音場再生装置であって、
   前記第２音波の高域成分が前記第２音波の低域成分に比べて抑圧されている、音場再生装置。
6. 請求項１から５の音場再生装置であって、
   前記表示面はハーフミラーの反射面である、音場再生装置。
7. 音響情報に由来する第１音波を放射する超音波スピーカと、前記音響情報に由来し、前記第１音波よりも指向性が低い第２音波を放射する補助スピーカとが、視覚的な像を表示する表示面側に配列されており、
   前記第１音波を前記超音波スピーカから前記表示面に放射し、前記表示面で前記第１音波を拡散反射させて音像を生成し、
   前記第２音波を前記補助スピーカから放射して音像を生成し、
   前記超音波スピーカおよび前記補助スピーカが、前記表示面に略垂直な同一の仮想平面に沿って配列されており、
   前記第１音波は前記仮想平面に沿って放射される、音場再生方法。
8. 音響情報に由来する第１音波を放射する超音波スピーカと、前記音響情報に由来し、前記第１音波よりも指向性が低い第２音波を放射する補助スピーカとが、視覚的な像を表示する表示面側に配列されており、
   前記第１音波を前記超音波スピーカから前記表示面に放射し、前記表示面で前記第１音波を拡散反射させて音像を生成し、
   前記第２音波を前記補助スピーカから放射して音像を生成し、
   前記超音波スピーカおよび前記補助スピーカの対からなるスピーカセットが複数組並べられており、
   前記スピーカセットのそれぞれは、前記表示面に略垂直な互いに異なる仮想平面に沿って配置されており、
   前記表示面に表示される被写体の位置に応じ、複数組の前記スピーカセットのうち、前記第１音波および前記第２音波を放射するスピーカセットを動的に切り替える、音場再生方法。
9. 音響情報に由来する第１音波を放射する超音波スピーカと、前記音響情報に由来し、前記第１音波よりも指向性が低い第２音波を放射する補助スピーカとが、視覚的な像を表示する表示面側に配列されており、
   前記第１音波を前記超音波スピーカから前記表示面に放射し、前記表示面で前記第１音波を拡散反射させて音像を生成し、
   前記第２音波を前記補助スピーカから放射して音像を生成し、
   前記第２音波は前記第１音波よりも遅延しており、
   前記超音波スピーカおよび前記補助スピーカは、前記表示面と前記表示面側の受聴領域との間に配置され、
   前記第２音波の前記第１音波に対する遅延量は、前記超音波スピーカから前記第１音波が放射されてから前記表示面で拡散反射され、前記受聴領域の所定位置に到達するまでの時間と、前記補助スピーカから前記第２音波が放射されてから前記所定位置に到達するまでの時間との差分よりも大きい、音場再生方法。

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