JP6388551B2 - 複数領域音場再現システムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、車室内空間等に含まれる聴取位置における音場を制御する複数領域音場再現システムおよび方法に関する。

近年、「超臨場感システム」が注目を浴びている。超臨場感システムとは、あたかもその場にいるような感覚をもたらすために「その場」の五感情報をできる限り物理的に忠実に取得し、伝送し、再生するシステムのことである。超臨場感システムは、映画や放送などのエンターテイメントだけでなく、医療、教育、芸術とさまざまな分野に応用できる可能性があり、その実現に期待されている。

臨場感の高い音響システムを実現するために、さまざまな音響システムが研究されており、その中に音場再生技術がある。音場再生技術とは、所望の音場を音の波動性を考慮して物理的に再現するもので、既存の音響システムに対してより高い臨場感が得られ、その発展が期待されている。音場再生技術の主要な技術として、波面合成法、境界音場制御、高次アンビソニックスが挙げられる。

波面合成法（ＷＦＳ）は、ホイヘンスの原理に基づいて平面上の音圧を再現することで、特定の方向から到来する音を提示する手法である。波面合成法は、他の音場再生技術と比較して、簡単に利用することができ、また、スピーカアレイで囲まれた領域内のすべての音場を再現することができる。しかし、波面合成法では、境界面を分割して制御するため、表現可能な音の方向が制限されてしまう。そのうえ、波面合成法で用いる音場を収音するためにはマイクロホンアレイが必要で、そのアレイの設置が簡単ではないという問題がある。

境界音場制御（ＢｏＳＣ）は、キルヒホッフ・ヘルムホルツ積分方程式と逆システム理論を適用した手法である。ある再現したい音場の領域の境界面上の音圧と音圧勾配を測定し、逆システムを用いて、他の空間にその音圧と音圧勾配を再現することで音場を再現することができる。境界音場制御は、波面合成法のように広い範囲の音場を再現することはできないが、より高精度に音場を再現することができる。しかし、逆システム理論を適応させているため、境界音場制御の収音システムと再生システムは一対一の関係にある。それゆえに、境界音場制御の収音再生システムで利用できる音場情報が、別の境界音場制御の収音再生システムに利用することが難しいという点がある。また、同様の理由から、既存のステレオ音源、５．１ｃｈサラウンド音源などに活用することができない。

高次アンビソニックス（ＨＯＡ）は、境界面の音場を球面調和関数を用いて表現し、キルヒホッフ・ヘルムホルツ積分方程式に基づき音場を再現する手法である（例えば、特許文献１参照。）。高次アンビソニックスでは、収音した音場情報を球面調和係数で表現するため、収音データはあらゆる再生システムに適応することができる。そのため、この収音データをステレオ再生や５．１ｃｈサラウンドなどの既存の再生システムに応用することが可能である。また、既存の音源データをアンビソニックスの再生システムに応用することも可能である。高次アンビソニックスはその適用できる範囲の広さから、今後、実用的な高臨場感システムとしての発展が予想される。

特開２０１４−１６１１２２号公報

ところで、従来の高次アンビソニックスは、音場を高い精度で再現できる領域（制御領域）を一つしか生成することができないという問題があった。例えば、車室内空間を考えた場合に、音楽等を聴取する利用者としては、運転者だけでなく、他の搭乗者も考慮する必要があるため、各利用者に対応する複数の制御領域が必要になるが、従来の高次アンビソニックスでは、一人の利用者にしか臨場感のある音場を提供できないことになる。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、複数の制御領域において音場を高い精度で再現することができる複数領域音場再現システムおよび方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の複数領域音場再現システムは、複数の制御領域の位置を設定する制御領域位置設定手段と、複数のスピーカと複数の制御領域との間の音場の伝達関数を球面調和展開で表現し、制御領域位置設定手段によって設定された複数の制御領域の位置を用いて伝達関数を設定する伝達関数設定手段と、伝達関数設定手段によって設定された伝達関数を用いて、複数の制御領域を再現するために必要な複数のスピーカの重みであって、複数のスピーカに入力するオーディオ信号に重み付けを行う重みを決定するスピーカ重み決定手段とを備えている。

また、本発明の複数領域音場再現方法は、複数の制御領域の位置を制御領域位置設定手段によって設定する制御領域位置設定ステップと、複数のスピーカと複数の制御領域との間の音場の伝達関数を球面調和展開で表現し、制御領域位置設定手段によって設定された複数の制御領域の位置を用いて伝達関数を伝達関数設定手段によって設定する伝達関数設定ステップと、伝達関数設定手段によって設定された伝達関数を用いて、複数の制御領域を再現するために必要な複数のスピーカの重みであって、複数のスピーカに入力するオーディオ信号に重み付けを行う重みをスピーカ重み決定手段によって決定するスピーカ重み決定ステップとを有している。

音場を球面調和関数を用いて表現する高次アンビソニックスの手法を複数の制御領域に対して同時に適用して、各スピーカの重みを決定することにより、複数の制御領域において音場を高い精度で再現することが可能となる。

また、利用者によって操作される操作手段をさらに備え、制御領域位置設定手段は、操作手段を用いた利用者の指示に基づいて複数の制御領域の位置を設定することが望ましい。これにより、利用者が指定した複数の位置における音場を高い精度で実現することができる。

また、本発明の複数領域音場再現システムは、複数のスピーカと複数の制御領域との間の音場の伝達関数を測定する伝達関数測定手段と、伝達関数測定手段によって測定された伝達関数を用いて、複数の制御領域を再現するために必要な複数のスピーカの重みであって、複数のスピーカに入力するオーディオ信号に重み付けを行う重みを決定するスピーカ重み決定手段とを備えている。

また、本発明の複数領域音場再現方法は、複数のスピーカと複数の制御領域との間の音場の伝達関数を伝達関数測定手段によって測定する伝達関数測定ステップと、伝達関数測定手段によって測定された伝達関数を用いて、複数の制御領域を再現するために必要な複数のスピーカの重みであって、複数のスピーカに入力するオーディオ信号に重み付けを行う重みをスピーカ重み決定手段によって決定するスピーカ重み決定ステップとを有している。

音場を球面調和関数を用いて表現する高次アンビソニックスの手法を複数の制御領域に対して同時に適用して各スピーカの重みを決定する際に、伝達関数を実測することにより、音響空間内で生じる反射等の影響を加味した伝達関数を得ることができ、複数の制御領域において音場をさらに高い精度で再現することが可能となる。

また、上述した伝達関数測定手段は、適応フィルタのタップ係数をＬＭＳアルゴリズムを用いて設定することにより、伝達関数の同定を行うことが望ましい。具体的には、上述した伝達関数測定手段は、測定信号を発生する測定信号源と、測定信号が入力される適応フィルタと、適応フィルタの出力信号を複数の制御領域が含まれる音響空間に出力する複数のスピーカと、複数の制御領域に設置されており、複数のスピーカから出力される音を収音するマイクロホンと、マイクロホンの出力信号と適応フィルタの出力信号の差を計算して誤差信号を出力する演算部と、測定信号と誤差信号とが入力されており、ＬＭＳアルゴリズムを用いることにより、適応フィルタのタップ係数を設定するＬＭＳアルゴリズム処理部とを備え、適応フィルタの特性を伝達関数として同定を行うことが望ましい。これにより、正確に伝達関数を測定することが可能となる。

また、上述したスピーカ重み決定手段は、高次アンビソニックスの変換関数行列をＢ、スピーカの重み行列をＰ、伝達関数により各要素が設定される再変換関数行列をＣとしたときに、これらの各行列間の関係に基づいて複数のスピーカの重みを決定することが望ましい。具体的には、上述した変換関数行列Ｂ、スピーカの重み行列Ｐ、再変換関数行列Ｃの間には、ＣＰ＝Ｂの関係式が成立し、スピーカ重み決定手段は、関係式に基づいて複数のスピーカの重みを決定することが望ましい。これにより、既知の値を有する変換関数行列Ｂおよび再変換関数行列Ｃを用いて複数のスピーカの重みを容易に決定することが可能となる。

また、上述した複数の制御領域は、車室内空間内に設置された複数の座席に着座した複数の利用者の頭部位置に対応しており、複数のスピーカのそれぞれに対応しており、スピーカ重み決定手段によって決定された重みに対応する利得がそれぞれに設定された複数の利得調整手段をさらに備え、複数の利得調整手段によって設定されたオーディオ音を複数のスピーカから車室内空間に向けて出力することが望ましい。これにより、車室内の各座席毎に別々に音場を制御することが可能となる。

また、上述した複数の制御領域は、屋内の室内空間に設置された複数の座席に着座した複数の利用者の頭部位置に対応しており、複数のスピーカのそれぞれに対応しており、スピーカ重み決定手段によって決定された重みに対応する利得がそれぞれに設定された複数の利得調整手段をさらに備え、複数の利得調整手段によって設定されたオーディオ音を複数のスピーカから室内空間に向けて出力することが望ましい。これにより、室内に配置された各座席毎に別々に音場を制御することが可能となる。

原点から見た平面波の音場に着目した場合の伝達関数Ｃの球面調和表現を示す説明図である。 各スピーカから原点以外に設定された制御領域までの伝達関数の説明図である。 各スピーカから原点以外に設定された制御領域までの伝達関数の説明図である。 再現した音場の制御領域の直径を示す図である。 一実施形態の複数領域音場再現装置の構成を示す図である。 図５に示した複数領域音場再現装置を用いてスピーカの重みＰを決定する動作手順を示す流れ図である。 決定したスピーカの重みを用いて複数の音場領域を具体的に再現する音場制御装置の構成を示す図である。 本実施形態で再現される複数の制御領域を実際の車室内空間に適用する場合の説明図である。 本実施形態で再現される複数の制御領域を映画館の実際の室内空間に適用する場合の説明図である。 他の実施形態の複数領域音場再現装置の構成を示す図である。 図１０に示した伝達関数測定部の詳細構成を示す図である。 図１０および図１１に示した複数領域音場再現装置を用いてスピーカの重みＰを決定する動作手順を示す流れ図である。 Ｃ特性（伝達特性）同定を行う説明図である。

以下、本発明を適用した一実施形態の複数領域音場再現システムについて、図面を参照しながら説明する。

（１）球面調和関数
原点から見た平面波の音場は、

となる。ここで、

は、着目位置を示す位置ベクトル、

は、平面波の波数ベクトル、Ｊｎ（ｋｒ）は第１種球ベッセル関数、

は球面調和関数である。また、

は、

となる。また、

から見た平面波の音場は、

となる。したがって、

となる。ここで、

は、

となる。

次に、

にあるスピーカの音場は、

となる。ここで、

は、

となる。

から見た

にあるスピーカの音場は、

となる。ここで、

は、以下のようになる。

図１は、原点から見た平面波の音場に着目した場合の伝達関数Ｃの球面調和表現を示す説明図である。図１では、原点の周囲の円周上にＭ個のスピーカＬ₁〜Ｌ_Mが配置されており、原点における高次アンビソニックス（ＨＯＡ）の変換関数である

が上述した（２）式で表される。また、各スピーカから原点までの伝達関数である

が上述した（９）式で表される。

（２）複数領域音場再現の基本的な考え方
任意の平面波の音場領域ｓ₁，ｓ₂，・・・，ｓ_Nを、複数のスピーカＬ₁，Ｌ₂，・・・，Ｌ_Mを使って再現する。平面波の波数ベクトル

を

とすると、平面波を再現するためには、以下のような、すべての領域（α）と球面調和関数（ｎ，ｍ）に対するスピーカの重みＰ_aを求める必要がある。

よって、

は通常の高次アンビソニックス（ＨＯＡ）の変換関数である。ここで、球面調和関数のｏｒｄｅｒ（ｎ）とｄｅｇｒｅｅ（ｍ）が与えられているものとすると、各再現領域の変換関数は以下のようになる。

上式をまとめると、

したがって、複数領域再現式は以下のようになる。

スピーカの重みをＰ、高次アンビソニックス（ＨＯＡ）変換行列をＢ、再変換行列をＣとし、行列で表現すると、

のようになる。ここで、各行列は以下のようになる。

したがって、音場を再現するためのスピーカの重みは以下のようになる。

この重みをスピーカで出力することにより、音場を再現することができる。

このような手法では、スピーカから制御領域への音場の伝達関数を球面調和展開で表現し、各制御領域の伝達関数を求め、その伝達関数から、各音場を再現するようなスピーカの重みを求めることで、複数の制御領域の音場を再現している。

図２および図３は、各スピーカから原点以外に設定された制御領域までの伝達関数の説明図である。このようにして、原点以外に設定された複数の制御領域のそれぞれまでの伝達関数を求めることにより、（２４）式で表される逆変換行列Ｃの各要素の値を決定することができる。これにより、（２５）式の右辺の各要素が既知となって、各スピーカの重みを決定することが可能となる。

図４は、再現した音場の制御領域の直径を示す図である。図４に示した例では、横軸で示されたＸ方向に沿って到来した平面波が生成され、その中にエラーが少ない箇所が４箇所存在することがわかる。具体的には、以下の位置に直径ｄの制御領域が再現されている。

ｘ＝−０．５ｍ、ｙ＝０．５ｍ ：ｄ＝２４ｃｍ
ｘ＝−０．５ｍ、ｙ＝−０．５ｍ ：ｄ＝２２ｃｍ
ｘ＝０．５ｍ、ｙ＝０．５ｍ ：ｄ＝２６ｃｍ
ｘ＝０．５ｍ、ｙ＝−０．５ｍ ：ｄ＝３２ｃｍ
（３）複数領域音場再現の具体的な構成
図５は、一実施形態の複数領域音場再現装置の構成を示す図である。図５に示す複数領域音場再現装置１００は、上述した（２５）式に基づいてスピーカの重みＰを決定する処理を行っており、制御領域位置設定部１１０、操作部１１２、伝達関数設定部１２０、ＨＯＡ関数設定部１３０、スピーカ重み決定部１４０を備えている。上述した制御領域位置設定部１１０が制御領域位置設定手段に、伝達関数設定部１２０が伝達関数設定手段に、スピーカ重み決定部１４０がスピーカ重み決定手段に、操作部１１２が操作手段にそれぞれ対応する。

制御領域位置設定部１１０は、複数の制御領域の位置を設定する。操作部１１２は、利用者によって操作されるテンキーや各種つまみ、あるいはタッチパネル等を用いて構成されており、利用者によって入力される位置データ等の入力を受け付ける。上述した制御領域位置設定部１１０は、この操作部１１２を用いた利用者の指示（位置データ）に基づいて複数の制御領域の位置を設定する。

伝達関数設定部１２０は、複数のスピーカと複数の制御領域との間の音場の伝達関数を球面調和展開で表現し、制御領域位置設定部１１０によって設定された複数の制御領域の位置を用いて、上述した（１１）〜（１３）式で示された伝達関数を設定（算出）する。

ＨＯＡ関数設定部１３０は、高次アンビソニックス変換関数を設定する。具体的には、上述した（２３）式で示された高次アンビソニックス変換関数行列の各要素の値を保持する。

スピーカ重み決定部１４０は、伝達関数設定部１２０によって設定された伝達関数を用いて、平面波による複数の制御領域を再現するために必要な複数のスピーカの重みであって、複数のスピーカに入力するオーディオ信号に重み付けを行う重みを決定する。

具体的には、高次アンビソニックスの変換関数行列をＢ、スピーカの重み行列をＰ、伝達関数により各要素が設定される再変換関数行列をＣとしたときに、上述した（２１）式で示された関係式が成立する。スピーカ重み決定部１４０は、この（２１）式に基づいて、実際には上述した（２５）式を用いて、複数のスピーカの重み行列Ｐを決定する。

図６は、図５に示した複数領域音場再現装置１００を用いてスピーカの重みＰを決定する動作手順を示す流れ図である。

まず、制御領域位置設定部１１０は、複数の制御領域の位置を設定する（ステップ１００）。

次に、伝達関数設定部１２０は、制御領域位置設定部１１０によって設定された複数の制御領域の位置を用いて伝達関数を設定する（ステップ１０２）。

次に、スピーカ重み決定部１４０は、伝達関数設定部１２０によって設定された伝達関数を用いて、複数の制御領域を再現するために必要な複数のスピーカの重みであって、複数のスピーカに入力するオーディオ信号に重み付けを行う重みを決定する（ステップ１０４）。

図７は、決定したスピーカの重みを用いて複数の音場領域を具体的に再現する音場制御装置の構成を示す図である。図７に示す音場制御装置５００は、オーディオ装置６００の出力側に接続されており、Ｍ個の増幅器５１０−１、５１０−２、・・・、５１０−Ｍと、パラメータ設定部５２０と、Ｍ個のスピーカ５３０−１、５３０−２、・・・、５３０−Ｍとを備えている。上述したＭ個の増幅器５１０−１等が利得調整手段に対応する。

増幅器５１０−１等のそれぞれは、利得が変更可能であって、オーディオ装置６００から入力されるオーディオ信号を所定の利得で増幅（あるいは減衰）して出力する。出力されたオーディオ信号は、１対１に対応するスピーカ５３０−１等に入力される。

パラメータ設定部５２０は、図５に示した複数領域音場再現装置１００内のスピーカ重み決定部１４０によって決定されたスピーカの重みを、増幅器５１０−１等の利得として設定する。具体的には、上述した（２５）式を用いて決定したスピーカの重み行列Ｐの各要素であるＰ₁，Ｐ₂，・・・，Ｐ_Mのそれぞれを増幅器５１０−１、５１０−２、・・・、５１０−Ｍのそれぞれの利得として設定する。

図８は、本実施形態で再現される複数の制御領域を実際の車室内空間に適用する場合の説明図である。例えば、図８に示す車室内空間Ｓ１に設置された複数の座席Ｄ（例えば６席）に６人の利用者が着座する場合を考えると、各利用者の頭部位置に対応するように６つの制御領域Ｃ１〜Ｃ６を再現する必要がある。このような場合には、座席を囲むように車室内空間を形成する壁面に沿ってＭ個のスピーカ５３０−１等（図７）を設置すればよい。これにより、車室内の各座席毎に別々に音場を制御することが可能となる。

図９は、本実施形態で再現される複数の制御領域を映画館の実際の室内空間に適用する場合の説明図である。例えば、図９に示す映画館の室内空間Ｓ２に設置された複数の座席（例えば数十から数百席）Ｄに多数の利用者が着座する場合を考えると、各利用者の頭部位置に対応するように多数の制御領域を再現する必要がある。このような場合には、座席を囲むように室内空間の周期の壁面に沿ってＭ個のスピーカ５３０−１等（図７）を設置すればよい。これにより、映画館の室内に配置された各座席毎に別々に音場を制御することが可能となる。

このように、本実施形態の複数領域音場再現システムでは、音場を球面調和関数を用いて表現する高次アンビソニックスの手法を複数の制御領域に対して同時に適用して、各スピーカの重みを決定することにより、複数の制御領域において音場を高い精度で再現することが可能となる。また、利用者が操作部１１２を操作して複数の制御領域の位置を指定しているため、利用者が指定した複数の位置における音場を高い精度で実現することができる。

また、上述した（２５）式を用いることにより、既知の値を有する変換関数行列Ｂおよび再変換関数行列Ｃを用いて複数のスピーカの重みを容易に決定することが可能となる。

図１０は、他の実施形態の複数領域音場再現装置の構成を示す図である。図１０に示す複数領域音場再現装置２００は、上述した（２５）式に基づいてスピーカの重みＰを決定する処理を行っており、伝達関数測定部２２０、ＨＯＡ関数設定部１３０、スピーカ重み決定部１４０を備えている。上述した伝達関数測定部２２０が伝達関数測定手段に対応する。ＨＯＡ関数設定部１３０とスピーカ重み決定部１４０は、図５に示したものと基本的に同じであり、以下では伝達関数測定部２２０について詳細に説明する。

伝達関数測定部２２０は、複数のスピーカと複数の制御領域との間の音場の伝達関数を測定する。この伝達関数測定部２２０、適応フィルタのタップ係数をＬＭＳアルゴリズムを用いて設定することにより、伝達関数の同定を行う。

図１１は、図１０に示した伝達関数測定部２２０の詳細構成を示す図である。図１１に示すように、伝達関数測定部２２０は、測定信号源２２１、スイッチ２２２、Ｃ特性同定部２２４、Ｎ個のマイクロホン２２５−１、２２５−２、・・・、Ｍ個のスピーカ５３０−１、５３０−２、・・・を備える。

測定信号源２２１は、伝達関数測定のための測定信号（例えば、白色ノイズ信号）を発生する。スイッチ２２２は、測定信号源２２１から出力される測定信号をＭ個のスピーカ５３０−１等のいずれかに選択的に入力する。Ｃ特性同定部２２５は、Ｍ個のスピーカ５３０−１等のそれぞれとＮ個のマイクロホン２２５−１等のそれぞれとの間の音響空間の伝達関数を同定する。伝達関数を同定する具体的な構成および動作については後述する。

ところで、この実施形態におけるＭ個のスピーカ５３０−１等とＮ個のマイクロホン２２５−１等の配置は、実際に音響空間を用いて行われる。例えば、図８に示した例では、車室内空間に設置された６つの座席に６人の利用者が着座する場合の各利用者の頭部位置に６個のマイクロホン２２５−１等が設置され、これらの座席を囲むように車室内空間を形成する壁面に沿ってＭ個のスピーカ５１０−１等が設置される。

図１２は、図１０および図１１に示した複数領域音場再現装置２００を用いてスピーカの重みＰを決定する動作手順を示す流れ図である。

まず、制御部（図示せず、Ｃ特性同定部２２４が同じ動作を行うようにしてもよい）は、１つの制御領域に対応する１つのマイクロホン２２５−１等を選択するとともに（ステップ２００）、１つのスピーカ５３０−１等を選択する（ステップ２０２）。

次に、測定信号源２２１から測定信号を出力する（ステップ２０４）。この測定信号は、ステップ２０２で選択されたスピーカ５３０−１等から出力される。

次に、Ｃ特性同定部２２４は、ステップ２００で選択されたマイクロホン２２５−１等によってこの測定信号を収音し（ステップ２０６）、選択されたスピーカとマイクロホン間のＣ特性（伝達関数）を同定する（ステップ２０８）。

次に、制御部は、選択していない他のスピーカがあるか否かを判定する（ステップ２１０）。ある場合には肯定判断が行われ、ステップ２０２に戻って他のスピーカについて同様の同定動作が繰り返される。また、すべてのスピーカについての同定動作が終了するとステップ２１０の判定において否定判断が行われる。

次に、制御部は、選択していない他の制御領域（他のマイクロホン）があるか否かを判定する（ステップ２１２）。ある場合には肯定判断が行われ、ステップ２００に戻って他の制御領域について同様の同定動作が繰り返される。また、すべての制御領域についての同定動作が終了するとステップ２１２の判定において否定判断が行われる。

次に、スピーカ重み決定部１４０は、すべてのスピーカとマイクロホンの組み合わせについて測定した伝達関数を用いて、複数の制御領域を再現するために必要なＭ個のスピーカの重みであって、これらＭ個のスピーカに入力するオーディオ信号に重み付けを行う重みを決定する（ステップ２１４）。

次に、Ｃ特性（伝達特性）を同定する具体的な構成と動作について説明する。図１３は、Ｃ特性（伝達特性）同定を行う説明図である。図１３に示す説明図では、例えばスピーカ５３０−１とマイクロホン２２５−１との間のＣ特性を同定する場合が示されている。

図１３に示すように、Ｃ特性同定部２２４は、適応フィルタ２２４Ａ、演算部２２４Ｂ、ＬＭＳアルゴリズム処理部２２４Ｃを備えており、適応フィルタ２２４Ａの特性を伝達関数として同定を行う。

適応フィルタ２２４Ａは、測定信号源２２１から出力される測定信号が入力されるＦＩＲ型のフィルタである。演算部２２４Ｂは、マイクロホン５３０−１等の出力信号と適応フィルタ２２４Ａの出力信号の差分を計算して誤差信号εを出力する。

ＬＭＳアルゴリズム処理部２２４Ｃは、測定信号と誤差信号とが入力されており、適応アルゴリズムとしてＬＭＳアルゴリズムを用いることにより適応フィルタ２２４Ａのタップ係数Ｗ（ｎ）を設定する。

このように、他の実施形態の複数領域音場再現装置２００では、音場を球面調和関数を用いて表現する高次アンビソニックスの手法を複数の制御領域に対して同時に適用して各スピーカの重みを決定する際に、伝達関数を実測することにより、音響空間内で生じる反射等の影響を加味した伝達関数を得ることができ、複数の制御領域において音場をさらに高い精度で再現することが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、複数の制御領域が含まれる具体例として車室内空間や映画館の室内を説明したが、本発明を適用する音響空間はこれら以外、例えば、ホームシアター用の室内などであってもよい。

また、上述した実施形態では、平面波によって複数の制御領域を再現する場合について説明したが、平面波以外の所定の波面を用いて複数の制御領域を再現する場合についても本発明を適用することができる。

上述したように、本発明によれば、音場を球面調和関数を用いて表現する高次アンビソニックスの手法を複数の制御領域に対して同時に適用して、各スピーカの重みを決定することにより、複数の制御領域において音場を高い精度で再現することが可能となる。

１００、２００ 複数領域音場再現装置
１１０ 制御領域位置設定部
１１２ 操作部
１２０ 伝達関数設定部
１３０ ＨＯＡ関数設定部
１４０ スピーカ重み決定部
２２０ 伝達関数測定部
２２１ 測定信号源
２２２ スイッチ
２２４ Ｃ特性同定部
２２５−１、２２５−２、・・・ マイクロホン
５００ 音場制御装置
５１０−１、５１０−２、・・・ フィルタ
５３０−１、５３０−２、・・・ スピーカ
６００ オーディオ装置

Claims (11)

1. 複数の制御領域の位置を設定する制御領域位置設定手段と、
   複数のスピーカと前記複数の制御領域との間の音場の伝達関数を球面調和展開で表現し、前記制御領域位置設定手段によって設定された前記複数の制御領域の位置を用いて前記伝達関数を設定する伝達関数設定手段と、
   前記伝達関数設定手段によって設定された伝達関数を用いて、前記複数の制御領域を再現するために必要な前記複数のスピーカの重みであって、前記複数のスピーカに入力するオーディオ信号に重み付けを行う前記重みを決定するスピーカ重み決定手段と、
   を備えることを特徴とする複数領域音場再現システム。
2. 請求項１において、
   利用者によって操作される操作手段をさらに備え、
   前記制御領域位置設定手段は、前記操作手段を用いた利用者の指示に基づいて前記複数の制御領域の位置を設定することを特徴とする複数領域音場再現システム。
3. 複数のスピーカと複数の制御領域との間の音場の伝達関数を測定する伝達関数測定手段と、
   前記伝達関数測定手段によって測定された伝達関数を用いて、前記複数の制御領域を再現するために必要な前記複数のスピーカの重みであって、前記複数のスピーカに入力するオーディオ信号に重み付けを行う前記重みを決定するスピーカ重み決定手段と、
   を備え、前記スピーカ重み決定手段は、高次アンビソニックスの変換関数行列をＢ、前記スピーカの重み行列をＰ、前記伝達関数により各要素が設定される再変換関数行列をＣとしたときに、これらの各行列間の関係に基づいて前記複数のスピーカの重みを決定することを特徴とする複数領域音場再現システム。
4. 請求項３において、
   前記伝達関数測定手段は、適応フィルタのタップ係数をＬＭＳアルゴリズムを用いて設定することにより、前記伝達関数の同定を行うことを特徴とする複数領域音場再現システム。
5. 請求項３または４において、
   前記伝達関数測定手段は、
   測定信号を発生する測定信号源と、
   前記測定信号が入力される適応フィルタと、
   前記適応フィルタの出力信号を前記複数の制御領域が含まれる音響空間に出力する前記複数のスピーカと、
   前記複数の制御領域に設置されており、前記複数のスピーカから出力される音を収音するマイクロホンと、
   前記マイクロホンの出力信号と前記適応フィルタの出力信号の差を計算して誤差信号を出力する演算部と、
   前記測定信号と前記誤差信号とが入力されており、ＬＭＳアルゴリズムを用いることにより、前記適応フィルタのタップ係数を設定するＬＭＳアルゴリズム処理部と、
   を備え、前記適応フィルタの特性を前記伝達関数として同定を行うことを特徴とする複数領域音場再現システム。
6. 請求項１または２において、
   前記スピーカ重み決定手段は、高次アンビソニックスの変換関数行列をＢ、前記スピーカの重み行列をＰ、前記伝達関数により各要素が設定される再変換関数行列をＣとしたときに、これらの各行列間の関係に基づいて前記複数のスピーカの重みを決定することを特徴とする複数領域音場再現システム。
7. 請求項６において、
   前記変換関数行列Ｂ、前記スピーカの重み行列Ｐ、前記再変換関数行列Ｃの間には、ＣＰ＝Ｂの関係式が成立し、
   前記スピーカ重み決定手段は、前記関係式に基づいて前記複数のスピーカの重みを決定することを特徴とする複数領域音場再現システム。
8. 請求項１〜７のいずれか一項において、
   前記複数の制御領域は、車室内空間内に設置された複数の座席に着座した複数の利用者の頭部位置に対応しており、
   前記複数のスピーカのそれぞれに対応しており、前記スピーカ重み決定手段によって決定された前記重みに対応する利得がそれぞれに設定された複数の利得調整手段をさらに備え、
   前記複数の利得調整手段によって設定されたオーディオ音を前記複数のスピーカから前記車室内空間に向けて出力することを特徴とする複数領域音場再現システム。
9. 請求項１〜７のいずれか一項において、
   前記複数の制御領域は、屋内の室内空間に設置された複数の座席に着座した複数の利用者の頭部位置に対応しており、
   前記複数のスピーカのそれぞれに対応しており、前記スピーカ重み決定手段によって決定された前記重みに対応する利得がそれぞれに設定された複数の利得調整手段をさらに備え、
   前記複数の利得調整手段によって設定されたオーディオ音を前記複数のスピーカから前記室内空間に向けて出力することを特徴とする複数領域音場再現システム。
10. 複数の制御領域の位置を制御領域位置設定手段によって設定する制御領域位置設定ステップと、
    複数のスピーカと前記複数の制御領域との間の音場の伝達関数を球面調和展開で表現し、前記制御領域位置設定手段によって設定された前記複数の制御領域の位置を用いて前記伝達関数を伝達関数設定手段によって設定する伝達関数設定ステップと、
    前記伝達関数設定手段によって設定された伝達関数を用いて、前記複数の制御領域を再現するために必要な前記複数のスピーカの重みであって、前記複数のスピーカに入力するオーディオ信号に重み付けを行う前記重みをスピーカ重み決定手段によって決定するスピーカ重み決定ステップと、
    を有することを特徴とする複数領域音場再現方法。
11. 複数のスピーカと複数の制御領域との間の音場の伝達関数を伝達関数測定手段によって測定する伝達関数測定ステップと、
    前記伝達関数測定手段によって測定された伝達関数を用いて、前記複数の制御領域を再現するために必要な前記複数のスピーカの重みであって、前記複数のスピーカに入力するオーディオ信号に重み付けを行う前記重みをスピーカ重み決定手段によって決定するスピーカ重み決定ステップと、
    を有し、前記スピーカ重み決定手段は、高次アンビソニックスの変換関数行列をＢ、前記スピーカの重み行列をＰ、前記伝達関数により各要素が設定される再変換関数行列をＣとしたときに、これらの各行列間の関係に基づいて前記複数のスピーカの重みを決定することを特徴とする複数領域音場再現方法。

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