JP6959134B2 - エリア再生方法、エリア再生プログラム及びエリア再生システム - Google Patents

Description

本開示は、複数のスピーカを並べて配置したスピーカアレイから所定のエリアに再生音を出力するエリア再生方法、エリア再生プログラム及びエリア再生システムに関するものである。

従来から、複数のスピーカを使用して特定の位置だけに音を呈示したり、同一空間において別々の位置に異なった音を干渉することなく呈示したりするエリア再生技術が知られている。この技術を用いることで、各ユーザに対して異なるコンテンツ又は音量の再生音を呈示することができるようになる。例えば、特許文献１及び特許文献２には、空間フィルタリングに基づくエリア再生技術が開示されている。

従来の空間フィルタリングに基づくエリア再生技術では、まず、再生条件として、スピーカアレイに平行な任意の制御ラインを設定し、当該制御ラインに、再生音を強め合う再生ラインと前記音波が弱め合う非再生ラインとを設定する。次に、設定した再生条件でエリア再生を実現するための制御フィルタを導出する。最終的には、再生音の信号に当該導出した制御フィルタを畳み込んだ信号を各スピーカに出力させることで、設定した再生条件でエリア再生を実現する。なお、制御フィルタと再生条件とは、空間的なフーリエ変換によって関係付けられる。このため、再生条件から一意に制御フィルタを導出することができる。

特開２０１５−２３１０８７号公報 特開２００７−１３５１９９号公報

しかしながら、上記従来の技術では、スピーカアレイの近傍に設けられた制御ラインより後方のエリア再生性能が劣化するおそれがあり、更なる改善が必要とされていた。

本開示は、上記の問題を解決するためになされたもので、スピーカアレイの近傍に設けられた制御ラインより後方のエリア再生性能の劣化を改善することができるエリア再生方法、エリア再生プログラム及びエリア再生システムを提供することを目的とするものである。

本開示の一態様に係るエリア再生方法は、複数のスピーカを並べて配置したスピーカアレイから所定のエリアに再生音を出力するエリア再生方法であって、前記スピーカアレイから放射された音波が強め合う再生ラインと前記音波が弱め合う非再生ラインとを含む制御ライン上で実現する前記再生音の各周波数の音圧分布を周波数領域から空間周波数領域に変換し、前記スピーカアレイと前記制御ラインとの位置関係に基づいて、前記空間周波数領域の音圧分布のうち、前記再生音の調整に使用する空間周波数を決定し、決定した前記空間周波数を用いて前記複数のスピーカのそれぞれに出力させる前記再生音の音圧を調整する。

本開示によれば、スピーカアレイの近傍に設けられた制御ラインより後方のエリア再生性能の劣化を改善することができる。

本開示の実施の形態におけるエリア再生システムの構成を示す図である。 本開示の実施の形態におけるフィルタ生成部の内部の構成を示す図である。 本実施の形態において再生音の調整に使用する空間周波数を決定する処理について説明するための模式図である。 本実施の形態において、周波数領域における制御ライン上の音圧分布の一例を示す図である。 本実施の形態において、空間周波数領域における制御ライン上の音圧分布の一例を示す図である。 従来技術のエリア再生方法で再生したｘ−ｙ軸平面における音圧分布を示す図である。 本実施の形態のエリア再生方法で再生したｘ−ｙ軸平面における音圧分布を示す図である。 本実施の形態における再生音の調整動作の一例を示すフローチャートである。 本実施の形態の第１の変形例において再生音の調整に使用する空間周波数を決定する処理について説明するための模式図である。 本実施の形態の第１の変形例において、周波数領域における制御ライン上の音圧分布の一例を示す図である。 本実施の形態の第１の変形例において、空間周波数領域における制御ライン上の音圧分布の一例を示す図である。 本実施の形態の第１の変形例のエリア再生方法で再生したｘ−ｙ軸平面における音圧分布を示す図である。 本実施の形態の第２の変形例において再生音の調整に使用する空間周波数を決定する処理について説明するための模式図である。 本実施の形態の第２の変形例において、周波数領域における制御ライン上の音圧分布の一例を示す図である。 本実施の形態の第２の変形例において、空間周波数領域における制御ライン上の音圧分布の一例を示す図である。 本実施の形態の第２の変形例のエリア再生方法で再生したｘ−ｙ軸平面における音圧分布を示す図である。 本実施の形態の第３の変形例において再生音の調整に使用する空間周波数を決定する処理について説明するための模式図である。 本実施の形態の第３の変形例において、周波数領域における制御ライン上の音圧分布の一例を示す図である。 本実施の形態の第３の変形例において、空間周波数領域における制御ライン上の音圧分布の一例を示す図である。 本実施の形態の第３の変形例のエリア再生方法で再生したｘ−ｙ軸平面における音圧分布を示す図である。 本実施の形態の第４の変形例において再生音の調整に使用する窓関数の一例を示す図である。 本実施の形態の第４の変形例において、周波数領域における制御ライン上の音圧分布の一例を示す図である。 本実施の形態の第４の変形例において、空間周波数領域における制御ライン上の音圧分布の一例を示す図である。 従来技術のエリア再生方法で再生したｘ−ｙ軸平面における音圧分布を示す図である。 本実施の形態の第４の変形例のエリア再生方法で再生したｘ−ｙ軸平面における音圧分布を示す図である。 本実施の形態の第５の変形例において複数の再生ラインを含む制御ラインについて説明するための模式図である。

（本開示の基礎となった知見）
近年、空間フィルタリングに基づくエリア再生制御が提案されている。この制御では、再生音を届けたい再生エリアだけでなく、再生音を届けたくない非再生エリアについても再生音を制御することができるため、従来の指向性制御と比較して高いエリア再生性能を実現することができる。

上記のように、従来の空間フィルタリングに基づくエリア再生技術では、まず、再生条件として、スピーカアレイに平行な任意の制御ラインを設定し、当該制御ラインに、再生音を強め合う再生ラインと音波が弱め合う非再生ラインとを設定する。次に、設定した再生条件でエリア再生を実現するための制御フィルタを導出する。最終的には、再生音の信号に当該導出した制御フィルタを畳み込んだ信号を各スピーカに出力させることで、設定した再生条件でエリア再生を実現する。なお、制御フィルタと再生条件とは、空間的なフーリエ変換によって関係付けられる。このため、再生条件から一意に制御フィルタを導出することができる。

このように、空間フィルタリングに基づくエリア再生制御では、再生条件として、制御ライン上に自由に非再生ラインを設定できるため、非再生エリアにおける再生音の制御が可能となる。また、複数の異なる再生音を制御ライン上で個別に再生する場合は、再生音毎に、再生音の再生場所を再生ラインとする再生条件を設定し、各再生条件でエリア再生を実現する制御フィルタを導出する。そして、各再生音の信号に、当該各再生音に対応する制御フィルタをそれぞれ畳み込んだ後、これらを足し合わせて各スピーカに出力させる。これにより、複数の異なる再生音を制御ライン上で個別に再生することができる。

上述のようなエリア再生技術を実際に使用する場合、スピーカアレイから放射された再生音を再生ライン上のみに出力することが求められる。しかしながら、スピーカアレイ近傍のエリア再生性能を改善するため、制御ラインをスピーカアレイに近づけると、制御ライン近傍のエリア再生性能は改善されるが、制御ラインより後方のエリア再生性能が劣化するという課題が生じるおそれがある。

以上の課題を解決するために、本開示の一態様に係るエリア再生方法は、複数のスピーカを並べて配置したスピーカアレイから所定のエリアに再生音を出力するエリア再生方法であって、前記スピーカアレイから放射された音波が強め合う再生ラインと前記音波が弱め合う非再生ラインとを含む制御ライン上で実現する前記再生音の各周波数の音圧分布を周波数領域から空間周波数領域に変換し、前記スピーカアレイと前記制御ラインとの位置関係に基づいて、前記空間周波数領域の音圧分布のうち、前記再生音の調整に使用する空間周波数を決定し、決定した前記空間周波数を用いて前記複数のスピーカのそれぞれに出力させる前記再生音の音圧を調整する。

この構成によれば、スピーカアレイから放射された音波が強め合う再生ラインと音波が弱め合う非再生ラインとを含む制御ライン上で実現する再生音の各周波数の音圧分布が周波数領域から空間周波数領域に変換される。スピーカアレイと制御ラインとの位置関係に基づいて、空間周波数領域の音圧分布のうち、再生音の調整に使用する空間周波数が決定される。決定された空間周波数を用いて複数のスピーカのそれぞれに出力させる再生音の音圧が調整される。

したがって、スピーカアレイと制御ラインとの位置関係に基づいて、空間周波数領域の音圧分布のうち、再生音の調整に使用する空間周波数が決定され、決定された空間周波数を用いて複数のスピーカのそれぞれに出力させる再生音の音圧が調整されるので、空間周波数が制限されることによって非再生エリアの音圧が低下し、スピーカアレイの近傍に設けられた制御ラインより後方のエリア再生性能の劣化を改善することができる。

また、上記のエリア再生方法において、前記空間周波数の決定は、前記空間周波数が表す平面波と前記スピーカアレイに沿ったアレイラインに垂直な線とがなす第１角度と、前記アレイライン上の１つの点と前記制御ライン上の１つの点とを結ぶ直線と前記アレイラインとで表される第２角度とに基づいて、前記再生音の調整に使用する空間周波数を決定してもよい。

この構成によれば、空間周波数の決定において、空間周波数が表す平面波とスピーカアレイに沿ったアレイラインに垂直な線とがなす第１角度と、アレイライン上の１つの点と制御ライン上の１つの点とを結ぶ直線とアレイラインとで表される第２角度とに基づいて、再生音の調整に使用する空間周波数が決定される。

したがって、空間周波数が表す平面波とスピーカアレイに沿ったアレイラインに垂直な線とがなす第１角度と、アレイライン上の１つの点と制御ライン上の１つの点とを結ぶ直線とアレイラインとで表される第２角度とに基づいて、再生音の調整に使用する空間周波数を容易に決定することができる。

また、上記のエリア再生方法において、前記空間周波数は、下記の式（１）で表され、
ｋｘ＝２πｎ／（ＮΔｘ）・・・（１）
上記の式（１）において、ｋｘは、前記空間周波数であり、Ｎは、前記複数のスピーカの個数であり、ｎは、整数であり、−Ｎ／２≦ｎ≦Ｎ／２−１を満たし、Δｘは、前記複数のスピーカのうちの互いに隣接するスピーカの間隔であり、前記第１角度は、下記の式（２）で表され、
θ＝１８０／πａｓｉｎ（ｋｘ／（ω／ｃ））・・・（２）
上記の式（２）において、θは、前記第１角度であり、ωは、角周波数であり、ｃは、音速であってもよい。

この構成によれば、空間周波数ｋｘは、上記の式（１）で表され、第１角度θは、上記の式（２）で表されるので、当該第１角度θを用いて、再生音の調整に使用する空間周波数を容易に決定することができる。

また、上記のエリア再生方法において、前記第２角度は、前記アレイラインの中心と前記再生ラインの一方の端部とを結んだ直線と、前記アレイラインとがなす第３角度を含み、前記空間周波数の決定は、前記第１角度が前記第３角度よりも小さい場合は、前記第１角度に対応する前記空間周波数を、前記再生音の調整に使用する空間周波数に決定し、前記再生音の音圧の調整は、決定した前記空間周波数の音圧Ｐｋｘ（θ）の値をゼロとしてもよい。

この構成によれば、空間周波数の決定において、第１角度θが、アレイラインの中心と再生ラインの一方の端部とを結んだ直線と、アレイラインとがなす第３角度よりも小さい場合は、第１角度θに対応する空間周波数ｋｘが、再生音の調整に使用する空間周波数に決定される。そして、再生音の音圧の調整において、決定された空間周波数ｋｘの音圧Ｐｋｘ（θ）の値がゼロとされる。

したがって、第１角度θが、アレイラインの中心と再生ラインの一方の端部とを結んだ直線と、アレイラインとがなす第３角度よりも小さい場合は、第１角度θに対応する空間周波数ｋｘの音圧Ｐｋｘ（θ）の値がゼロになるので、空間周波数領域の音圧分布ではサイドローブがなくなり、制御ラインより後方のエリア再生性能の劣化を改善することができるとともに、聴感上の再生音の聞こえやすさを向上させることができる。

また、上記のエリア再生方法において、前記第２角度は、前記アレイラインの中心と前記制御ラインの一方の端部とを結んだ直線と、前記アレイラインとがなす第４角度を含み、前記空間周波数の決定は、前記第１角度が前記第４角度よりも小さい場合は、前記第１角度に対応する前記空間周波数を、前記再生音の調整に使用する空間周波数に決定し、前記再生音の音圧の調整は、決定した前記空間周波数の音圧Ｐｋｘ（θ）の値をゼロとしてもよい。

この構成によれば、空間周波数の決定において、第１角度θが、アレイラインの中心と制御ラインの一方の端部とを結んだ直線と、アレイラインとがなす第４角度よりも小さい場合は、第１角度θに対応する空間周波数ｋｘが、再生音の調整に使用する空間周波数に決定される。そして、再生音の音圧の調整において、決定された空間周波数ｋｘの音圧Ｐｋｘ（θ）の値がゼロとされる。

したがって、第１角度θが、アレイラインの中心と制御ラインの一方の端部とを結んだ直線と、アレイラインとがなす第４角度よりも小さい場合は、第１角度θに対応する空間周波数ｋｘの音圧Ｐｋｘ（θ）の値がゼロになるので、空間周波数領域の音圧分布ではサイドローブがなくなり、制御ラインより後方のエリア再生性能の劣化を改善することができるとともに、聴感上の再生音の聞こえやすさを向上させることができる。

また、上記のエリア再生方法において、前記第２角度は、前記アレイラインの一方の端部と前記再生ラインの他方の端部とを結んだ直線と、前記アレイラインとがなす第５角度を含み、前記空間周波数の決定は、前記第１角度が前記第５角度よりも小さい場合は、前記第１角度に対応する前記空間周波数を、前記再生音の調整に使用する空間周波数に決定し、前記再生音の音圧の調整は、決定した前記空間周波数の音圧Ｐｋｘ（θ）の値をゼロとしてもよい。

この構成によれば、空間周波数の決定において、第１角度θが、アレイラインの一方の端部と再生ラインの他方の端部とを結んだ直線と、アレイラインとがなす第５角度よりも小さい場合は、第１角度θに対応する空間周波数ｋｘが、再生音の調整に使用する空間周波数に決定される。そして、再生音の音圧の調整において、決定された空間周波数ｋｘの音圧Ｐｋｘ（θ）の値がゼロとされる。

したがって、第１角度θが、アレイラインの一方の端部と再生ラインの他方の端部とを結んだ直線と、アレイラインとがなす第５角度よりも小さい場合は、第１角度θに対応する空間周波数ｋｘの音圧Ｐｋｘ（θ）の値がゼロになるので、空間周波数領域の音圧分布ではサイドローブがなくなり、制御ラインより後方のエリア再生性能の劣化を改善することができるとともに、聴感上の再生音の聞こえやすさを向上させることができる。

また、上記のエリア再生方法において、前記第２角度は、前記アレイラインの一方の端部と前記制御ラインの他方の端部とを結んだ直線と、前記アレイラインとがなす第６角度を含み、前記空間周波数の決定は、前記第１角度が前記第６角度よりも小さい場合は、前記第１角度に対応する前記空間周波数を、前記再生音の調整に使用する空間周波数に決定し、前記再生音の音圧の調整は、決定した前記空間周波数の音圧Ｐｋｘ（θ）の値をゼロとしてもよい。

この構成によれば、空間周波数の決定において、第１角度θが、アレイラインの一方の端部と制御ラインの他方の端部とを結んだ直線と、アレイラインとがなす第６角度よりも小さい場合は、第１角度θに対応する空間周波数ｋｘが、再生音の調整に使用する空間周波数に決定される。そして、再生音の音圧の調整において、決定された空間周波数ｋｘの音圧Ｐｋｘ（θ）の値がゼロとされる。

したがって、第１角度θが、アレイラインの一方の端部と制御ラインの他方の端部とを結んだ直線と、アレイラインとがなす第６角度よりも小さい場合は、第１角度θに対応する空間周波数ｋｘの音圧Ｐｋｘ（θ）の値がゼロになるので、空間周波数領域の音圧分布ではサイドローブがなくなり、制御ラインより後方のエリア再生性能の劣化を改善することができるとともに、聴感上の再生音の聞こえやすさを向上させることができる。

また、上記のエリア再生方法において、前記再生音の音圧の調整は、所定の窓関数を前記空間周波数領域の音圧分布に乗算してもよい。

この構成によれば、再生音の音圧の調整において、所定の窓関数が空間周波数領域の音圧分布に乗算されるので、空間周波数領域の音圧分布ではサイドローブがなくなり、制御ラインより後方のエリア再生性能の劣化を改善することができるとともに、聴感上の再生音の聞こえやすさを向上させることができる。

また、上記のエリア再生方法において、前記窓関数は、矩形窓であってもよい。この構成によれば、窓関数として矩形窓を用いることができる。

また、上記のエリア再生方法において、前記制御ラインは、複数の再生ラインを含み、前記複数の再生ラインのそれぞれに互いに異なる再生音を出力してもよい。

この構成によれば、制御ラインは、複数の再生ラインを含む。複数の再生ラインのそれぞれに互いに異なる再生音が出力される。

したがって、複数の再生ラインのそれぞれに互いに異なる再生音が出力されるので、複数の再生ラインのうちの一の再生ラインにおいて、複数の再生音のうちの一の再生音のみを、他の再生ラインへ出力される他の再生音に干渉されることなく、聞くことができる。

また、上記のエリア再生方法において、前記空間周波数領域の非物理領域はゼロであってもよい。

この構成によれば、空間周波数領域の非物理領域はゼロであるので、空間周波数領域の非物理領域を考慮せずに、再生音の音圧を調整することができる。

本開示の他の態様に係るエリア再生プログラムは、複数のスピーカを並べて配置したスピーカアレイから所定のエリアに再生音を出力させるエリア再生プログラムであって、前記スピーカアレイから放射された音波が強め合う再生ラインと前記音波が弱め合う非再生ラインとを含む制御ライン上で実現する前記再生音の各周波数の音圧分布を周波数領域から空間周波数領域に変換する処理と、前記スピーカアレイと前記制御ラインとの位置関係に基づいて、前記空間周波数領域の音圧分布のうち、前記再生音の調整に使用する空間周波数を決定する処理と、決定した前記空間周波数を用いて前記複数のスピーカのそれぞれに出力させる前記再生音の音圧を調整する処理とをコンピュータに実行させる。

この構成によれば、スピーカアレイから放射された音波が強め合う再生ラインと音波が弱め合う非再生ラインとを含む制御ライン上で実現する再生音の各周波数の音圧分布が周波数領域から空間周波数領域に変換される。スピーカアレイと制御ラインとの位置関係に基づいて、空間周波数領域の音圧分布のうち、再生音の調整に使用する空間周波数が決定される。決定された空間周波数を用いて複数のスピーカのそれぞれに出力させる再生音の音圧が調整される。

したがって、スピーカアレイと制御ラインとの位置関係に基づいて、空間周波数領域の音圧分布のうち、再生音の調整に使用する空間周波数が決定され、決定された空間周波数を用いて複数のスピーカのそれぞれに出力させる再生音の音圧が調整されるので、空間周波数が制限されることによって非再生エリアの音圧が低下し、スピーカアレイの近傍に設けられた制御ラインより後方のエリア再生性能の劣化を改善することができる。

本開示の他の態様に係るエリア再生システムは、複数のスピーカを並べて配置したスピーカアレイを含む再生部と、前記スピーカアレイから放射された音波が強め合う再生ラインと前記音波が弱め合う非再生ラインとを含む制御ラインに基づいて、前記複数のスピーカに出力させる再生音の音圧を調整し、前記再生部から出力させる処理部とを備え、前記処理部は、前記制御ライン上で実現する前記再生音の各周波数の音圧分布を周波数領域から空間周波数領域に変換し、前記スピーカアレイと前記制御ラインとの位置関係に基づいて、前記空間周波数領域の音圧分布のうち、前記再生音の調整に使用する空間周波数を決定し、前記決定した空間周波数を用いて前記複数のスピーカのそれぞれに出力させる再生音の音圧を調整する。

この構成によれば、スピーカアレイから放射された音波が強め合う再生ラインと音波が弱め合う非再生ラインとを含む制御ライン上で実現する再生音の各周波数の音圧分布が周波数領域から空間周波数領域に変換される。スピーカアレイと制御ラインとの位置関係に基づいて、空間周波数領域の音圧分布のうち、再生音の調整に使用する空間周波数が決定される。決定された空間周波数を用いて複数のスピーカのそれぞれに出力させる再生音の音圧が調整される。

したがって、スピーカアレイと制御ラインとの位置関係に基づいて、空間周波数領域の音圧分布のうち、再生音の調整に使用する空間周波数が決定され、決定された空間周波数を用いて複数のスピーカのそれぞれに出力させる再生音の音圧が調整されるので、空間周波数が制限されることによって非再生エリアの音圧が低下し、スピーカアレイの近傍に設けられた制御ラインより後方のエリア再生性能の劣化を改善することができる。

（実施の形態）
以下添付図面を参照しながら、本開示の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態は、本開示を具体化した一例であって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

まず、本開示の実施の形態におけるエリア再生システムの全体構成について説明する。

図１は、本開示の実施の形態におけるエリア再生システムの構成を示す図である。図１に示すエリア再生システム１は、入力部１０、データ部２０、処理部３０及び再生部４０を備える。

入力部１０は、後述するスピーカ４０３に再生させる再生音の音源データ２０１、後述する再生条件、及び再生音量等の各種指定操作を行うためのタッチパネル１０１を備えた端末装置である。なお、入力部１０は、タッチパネル１０１に限らず、物理的なスイッチ、キーボード、マウス及び表示装置を備えた端末装置であってもよい。

また、入力部１０は、エリア再生システム１のユーザが使用するスマートフォン、タブレット型コンピュータ又はパーソナルコンピュータ等の端末装置であってもよいし、エリア再生システム１によるエリア再生の対象とする室内に設けられた、複数のユーザで共用するパーソナルコンピュータ等の端末装置であってもよい。

データ部２０は、半導体メモリ又はＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置である。データ部２０は、音源データ２０１を記憶している。音源データ２０１は、例えば、インターネット等のネットワークを経由してデータ部２０に格納される。なお、データ部２０は、後述する処理部３０と同一の装置内に設けられてもよいし、処理部３０とは異なる装置に設けられてもよい。

処理部３０は、マイクロプロセッサ、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＨＤＤ等を備えた情報処理装置である。処理部３０は、フィルタ生成部３０１、畳み込み部３０２及びオーディオＩＦ（インタフェース）３０３を備える。

フィルタ生成部３０１は、ユーザが入力部１０を用いて指定した再生条件でエリア再生を実現するための制御フィルタを生成する。

畳み込み部３０２は、ユーザが入力部１０を用いて指定した音源データ２０１をアナログ信号に変換した再生音信号（以下、音源データ２０１に対応する再生音信号）に、フィルタ生成部３０１が生成した制御フィルタを畳み込んだ駆動信号を生成する。

オーディオＩＦ３０３は、畳み込み部３０２によって生成された駆動信号を再生部４０へ出力する。

再生部４０は、オーディオＩＦ３０３から入力された駆動信号をアナログ信号に変換するＤＡコンバータ４０１、ＤＡコンバータ４０１により変換されたアナログ信号（以下、再生音信号）を増幅するアンプ４０２、及びアンプ４０２により増幅された再生音信号が示す再生音を出力するスピーカ４０３を備えた音声出力装置である。

なお、再生部４０は、複数のスピーカ４０３を備える。複数のスピーカ４０３が所定の間隔で直線状に並べて配置されることにより、スピーカアレイが構成される。後述するように、各スピーカ４０３の配置間隔、及びスピーカアレイの全長等によって、エリア再生の性能は変化する。なお、スピーカ４０３の種類又は規模は、限定されない。本実施の形態において、複数のスピーカ４０３は直線状に配置されるが、本開示は特にこれに限定されず、複数のスピーカ４０３は円弧状に配置されてもよい。

次に、フィルタ生成部３０１について詳述する。図２は、本開示の実施の形態におけるフィルタ生成部の内部の構成を示す図である。図２に示すように、フィルタ生成部３０１は、空間周波数領域変換部３１１、空間周波数処理部３１２、駆動信号変換部３１３及び制御フィルタ変換部３１４を備える。

空間周波数領域変換部３１１は、スピーカアレイから放射された音波が強め合う再生ラインと音波が弱め合う非再生ラインとを含む制御ライン上で実現する再生音の各周波数の音圧分布を周波数領域から空間周波数領域に変換する。

なお、空間周波数領域の非物理領域はゼロである。非物理領域とは、２次元周波数平面において、｜ｆ２｜＞ρ｜ｆ１｜の領域である。ただし、ρ＝Ｄ／ｃＴであり、Ｔはサンプリング間隔であり、Ｄはスピーカ間隔であり、ｃは音速であり、ｆ１は規格化時間周波数であり、ｆ２は規格化空間周波数である。

空間周波数処理部３１２は、スピーカアレイと制御ラインとの位置関係に基づいて、空間周波数領域の音圧分布のうち、再生音の調整に使用する空間周波数を決定する。空間周波数処理部３１２は、決定した空間周波数を用いて複数のスピーカ４０３のそれぞれに出力させる再生音の音圧を調整する。

駆動信号変換部３１３は、空間周波数領域の音圧分布を駆動信号に変換する。

制御フィルタ変換部３１４は、空間周波数領域の駆動信号（制御フィルタ）を周波数領域の駆動信号（制御フィルタ）に変換し、変換した周波数領域の駆動信号（制御フィルタ）を出力する。

次に、フィルタ生成部３０１による制御フィルタの生成方法について説明する。以下では、スピーカアレイを構成する複数のスピーカ４０３は、ｘ軸上に並べて配置されているものとする。ｘ軸及びｘ軸に直交するｙ軸により表される平面において、スピーカアレイの位置Ａ（ｘ_０，０）におけるスピーカ４０３から出力された角周波数ωの再生音のうち、制御点Ｂ（ｘ，ｙ_ｒｅｆ）に到達する角周波数ωの再生音の音圧Ｐ（ｘ，ｙ_ｒｅｆ，ω）は、以下の式（３）によって与えられる。

音圧Ｐ（ｘ，ｙ_ｒｅｆ，ω）は、周波数領域における値である。式（３）において、Ｄ（ｘ_０，０，ω）は、各スピーカの駆動信号を示し、Ｇ（ｘ−ｘ_０，ｙ_ｒｅｆ，ω）は、各スピーカ４０３から制御点Ｂ（ｘ，ｙ_ｒｅｆ）までの伝達関数を示す。なお、伝達関数Ｇ（ｘ−ｘ_０，ｙ_ｒｅｆ，ω）は、３次元自由空間におけるグリーン関数である。また、再生音の周波数をｆとすると、再生音の角周波数ωは、２πｆで表される（ω＝２πｆ）。

空間周波数領域変換部３１１は、上記の式（３）をフーリエ変換することにより、制御ライン上で実現する再生音の各周波数の音圧分布を周波数領域から空間周波数領域に変換する。式（３）をｘ軸方向にフーリエ変換すると畳み込み定理より、以下の式（４）が得られる。

ここで、式（４）の「Ｐ」、「Ｄ」及び「Ｇ」に付された「〜」は、空間周波数領域における値であることを示す。ｋｘは、ｘ軸方向の空間周波数である。

空間周波数処理部３１２は、空間周波数が表す平面波とスピーカアレイに沿ったアレイラインに垂直な線とがなす角度（第１角度）と、アレイライン上の１つの点と制御ライン上の１つの点とを結ぶ直線とアレイラインとで表される角度（第２角度）とに基づいて、再生音の調整に使用する空間周波数を決定する。

図３は、本実施の形態において再生音の調整に使用する空間周波数を決定する処理について説明するための模式図である。エリア再生を実現するためには、図３に示すように、スピーカアレイＳＡと実質的に平行であって、スピーカアレイＳＡに沿ったアレイラインＡＬから距離ｙ_ｒｅｆ離間した位置に設定された制御ラインＣＬ上に、スピーカアレイＳＡから放射された音波が強め合う再生ラインＢＬと音波が弱め合う非再生ラインＤＬとを定めればよい。

空間周波数ｋｘは、下記の式（５）で表される。

ｋｘ＝２πｎ／（ＮΔｘ）・・・（５）
ただし、Ｎは、複数のスピーカ４０３の個数である。ｎは、整数であり、−Ｎ／２≦ｎ≦Ｎ／２−１を満たす。Δｘは、複数のスピーカ４０３のうちの互いに隣接するスピーカ４０３の間隔である。

空間周波数ｋｘが表す平面波とアレイラインＡＬに垂直な線とがなす角度θは、下記の式（６）で表される。

θ＝１８０／πａｓｉｎ（ｋｘ／（ω／ｃ））・・・（６）
ただし、ωは、角周波数であり、ｃは、音速である。

空間周波数処理部３１２は、角度θが、アレイラインＡＬの中心と再生ラインＢＬの一方の端部とを結んだ直線と、アレイラインＡＬとがなす角度α１（第３角度）よりも小さい場合は、角度θに対応する空間周波数ｋｘを、再生音の調整に使用する空間周波数に決定する。そして、空間周波数処理部３１２は、決定した空間周波数ｋｘの音圧Ｐｋｘ（θ）の値をゼロとする。

なお、本実施の形態では、制御ラインＣＬは直線状であるが、本開示は特にこれに限定されず、制御ラインＣＬは円弧状であってもよい。

図４は、本実施の形態において、周波数領域における制御ライン上の音圧分布の一例を示す図であり、図５は、本実施の形態において、空間周波数領域における制御ライン上の音圧分布の一例を示す図である。図４及び図５において、破線は、従来技術によるエリア再生方法を示し、実線は、本実施の形態によるエリア再生方法を示す。

図４に示すように、従来技術では、周波数領域において、制御ラインＣＬ上の非再生ラインＤＬの音圧を抑制している。図４に示す音圧分布を周波数領域から空間周波数領域に変換した場合、図５に示すように、従来技術では、空間周波数領域において、制御ラインＣＬ上の非再生ラインＤＬの音圧が残っている。一方、本実施の形態では、空間周波数領域において、制御ラインＣＬ上の非再生ラインＤＬの音圧がゼロとなっている。

続いて、駆動信号変換部３１３は、上記の式（４）を用いて、空間周波数領域の音圧分布を空間周波数領域の駆動信号に変換する。空間周波数領域の駆動信号は、下記の式（７）で表される。

スピーカ４０３に出力させる再生音信号をＳ（ω）、制御フィルタをＦ（ｘ_０，０，ω）とすると、点Ａにおけるスピーカの駆動信号Ｄ（ｘ_０，０，ω）は、以下の式（８）によって表される。

制御フィルタＦ（ｘ_０，０，ω）は、再生音に依存しないため、以降、Ｓ（ω）＝１とする。したがって、式（８）をｘ軸方向にフーリエ変換した結果と式（４）とから、以下の式（９）が得られる。

エリア再生を実現する制御フィルタＦ（ｘ，０，ω）は、空間周波数領域における制御フィルタを逆フーリエ変換することで、式（１０）のように解析的に導出することができる。

ここで、右辺のＦ^−１［ ］は逆フーリエ変換を示し、［ ］内に記載の式は空間周波数領域における制御フィルタを示している。

ただし、式（１０）は、スピーカアレイＳＡが備えるスピーカ４０３がｘ軸上に無限に並べて配置されているものとして得られる式である。実際には、スピーカアレイＳＡが備えるスピーカ４０３の数は有限であるので、制御フィルタＦ（ｘ，０，ω）は離散化して導出する必要がある。

具体的には、図３に示すように、スピーカアレイＳＡが備えるスピーカ４０３の個数をＮとし、各スピーカ４０３の配置間隔をΔｘとし、スピーカアレイＳＡ（アレイラインＡＬ）のｘ軸方向の長さをＬとする。この場合、離散化した制御フィルタＦ（ｘ，０，ω）は、式（１０）の右辺の［ ］内の式によって表される空間周波数領域における制御フィルタを離散逆フーリエ変換することによって、以下の式（１１）のように解析的に導出することができる。

制御フィルタ変換部３１４は、各スピーカ４０３の配置間隔Δｘと、スピーカアレイＳＡが備えるスピーカ４０３の個数Ｎと、スピーカアレイＳＡから制御ラインＣＬまでのｙ軸方向の距離ｙ_ｒｅｆとを式（１１）に代入することによって、制御フィルタＦ（ｘ，０，ω）を生成する。このように、制御フィルタ変換部３１４は、空間周波数領域の駆動信号を逆フーリエ変換することで、周波数領域の制御フィルタに変換する。制御フィルタ変換部３１４は、周波数領域の制御フィルタを畳み込み部３０２へ出力する。

図６は、従来技術のエリア再生方法で再生したｘ−ｙ軸平面における音圧分布を示す図であり、図７は、本実施の形態のエリア再生方法で再生したｘ−ｙ軸平面における音圧分布を示す図である。なお、図６及び図７において、幅３５ｍｍのスピーカ４０３をｘ軸上に６４個（Ｎ＝６４）並べて配置することでスピーカアレイＳＡが構成されているとする。また、各スピーカ４０３の配置間隔Δｘは、３５ｍｍであるとする。また、スピーカアレイＳＡに沿ったアレイラインＡＬのｘ軸方向の中心に直交するラインをｙ軸とし、スピーカアレイＳＡと制御ラインＣＬまでの距離ｙ_ｒｅｆは１ｍであるとする。また、制御ラインＣＬにおける再生ラインＢＬの幅ｌｂは２ｍであり、再生ラインＢＬのｘ軸方向の中心は、ｙ軸上（ｘ＝０）であるとする。

図６の従来技術では、スピーカアレイＳＡから放射された再生音は、制御ラインＣＬ上の再生ラインＢＬのみで聴取され、適切なエリア再生が行われているが、制御ラインＣＬより後方のエリア再生性能が劣化している。一方、図７の本実施の形態では、スピーカアレイＳＡから放射された再生音は、制御ラインＣＬ上だけでなく、制御ラインＣＬの後方でも非再生エリアの音圧が低下しており、制御ラインＣＬより後方のエリア再生性能の劣化を改善することができる。また、空間周波数領域の音圧分布では、サイドローブがなくなっているので、聴感上の再生音の聞こえやすさを向上させることができる。

続いて、本実施の形態における、スピーカ４０３に出力させる再生音の調整動作について説明する。

図８は、本実施の形態における再生音の調整動作の一例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１において、処理部３０のフィルタ生成部３０１は、入力部１０から再生条件を取得する。ユーザがタッチパネル１０１を用いて再生条件を指定すると、入力部１０は、当該指定された再生条件を処理部３０へ送信する。フィルタ生成部３０１は、入力部１０によって送信された再生条件を受信する。

ユーザによって指定される再生条件は、制御フィルタＦ（ｘ，０，ω）の生成に必要な条件を含む。再生条件は、例えば、各スピーカ４０３の配置間隔Δｘ、スピーカアレイＳＡが備えるスピーカ４０３の個数Ｎ、スピーカアレイＳＡから制御ラインＣＬまでのｙ軸方向の距離ｙ_ｒｅｆ、再生ラインＢＬの幅ｌｂ及び再生ラインＢＬ上での再生音の音量を含む。再生条件は、制御ラインＣＬの幅を含んでもよい。なお、再生条件には、上記の条件の一部又は全ての条件が含まれていなくてもよい。

次に、ステップＳ２において、処理部３０のフィルタ生成部３０１は、データ部２０から音源データを取得する。ユーザがタッチパネル１０１を用いて再生音の音源データ２０１の名称（以下、音源名）を指定すると、入力部１０は当該指定された音源名をデータ部２０へ送信する。データ部２０は、入力部１０から音源名を受信すると、当該音源名に対応する音源データ２０１を処理部３０へ送信する。フィルタ生成部３０１は、データ部２０によって送信された音源データを受信する。

次に、ステップＳ３において、フィルタ生成部３０１の空間周波数領域変換部３１１は、上記の式（３）をフーリエ変換することにより、制御ラインＣＬ上で実現する再生音の各周波数の音圧分布を周波数領域から空間周波数領域に変換する。

次に、ステップＳ４において、空間周波数処理部３１２は、スピーカアレイＳＡと制御ラインＣＬとの位置関係に基づいて、空間周波数領域の音圧分布のうち、再生音の調整に使用する空間周波数を決定する。本実施の形態では、空間周波数処理部３１２は、角度θが、アレイラインＡＬの中心と再生ラインの一方の端部とを結んだ直線と、アレイラインＡＬとがなす角度α１よりも小さい場合は、角度θに対応する空間周波数ｋｘを、再生音の調整に使用する空間周波数に決定する。

次に、ステップＳ５において、空間周波数処理部３１２は、決定した空間周波数を用いて複数のスピーカ４０３のそれぞれに出力させる再生音の音圧を調整する。空間周波数処理部３１２は、決定した空間周波数ｋｘの音圧Ｐｋｘ（θ）の値をゼロとする。

次に、ステップＳ６において、駆動信号変換部３１３は、空間周波数領域の音圧分布を空間周波数領域の駆動信号に変換する。

次に、ステップＳ７において、制御フィルタ変換部３１４は、空間周波数領域の駆動信号を離散逆フーリエ変換することによって、空間周波数領域の駆動信号を周波数領域の制御フィルタに変換する。制御フィルタ変換部３１４は、各スピーカ４０３の配置間隔Δｘと、スピーカアレイＳＡが備えるスピーカ４０３の個数Ｎと、スピーカアレイＳＡから制御ラインＣＬまでのｙ軸方向の距離ｙ_ｒｅｆとを上記の式（１１）に代入することによって、制御フィルタＦ（ｘ，０，ω）を生成する。

なお、ステップＳ１で取得された再生条件に再生ラインＢＬ上での再生音の音量が含まれている場合、制御フィルタ変換部３１４は、生成した制御フィルタＦ（ｘ，０，ω）に対し、所定の最大音量に対する再生条件が示す再生音の音量の比率ｒ（＝再生音の音量／最大音量）を乗算した結果ｒ・Ｆ（ｘ，０，ω）を、制御フィルタＦ（ｘ，０，ω）として生成してもよい。

また、上述のように、ステップＳ１で取得された上記の再生条件の一部又は全ての条件が含まれていない場合がある。例えば、各スピーカ４０３の配置間隔Δｘ及びスピーカアレイＳＡが備えるスピーカ４０３の個数Ｎが再生条件に含まれていない場合、制御フィルタ変換部３１４は、予め記憶されている、各スピーカ４０３の配置間隔Δｘ及びスピーカアレイＳＡが備えるスピーカ４０３の個数ＮをＲＯＭ等から取得してもよい。

また、スピーカアレイＳＡから制御ラインＣＬまでのｙ軸方向の距離ｙ_ｒｅｆが再生条件に含まれていない場合、制御フィルタ変換部３１４は、エリア再生システム１に含まれる又は外部に備えられた不図示の所定のセンサから、人物の位置に関する情報を取得してもよい。そして、制御フィルタ変換部３１４は、当該取得した人物の位置に関する情報に基づいて、制御ラインＣＬを設定するための距離ｙ_ｒｅｆの条件を設定してもよい。

具体的には、上記所定のセンサは、例えばカメラ又は熱画像を取得するセンサ等を含む。上記所定のセンサは、再生部４０と同一の装置内に組み込まれてもよいし、エリア再生システム１の外部に備えられてもよい。上記所定のセンサは、出力信号を処理部３０へ送信できればよい。

例えば、上記所定のセンサとして、スピーカアレイＳＡと同じｘ軸上にｙ軸方向を撮像する不図示のカメラが設けられているとする。この場合、制御フィルタ変換部３１４は、当該カメラが出力した撮像画像を取得し、公知の画像認識技術等を用いて、当該撮像画像内に人物が含まれているか否かを認識する。そして、制御フィルタ変換部３１４は、当該撮像画像内に人物が含まれていることを認識した場合、当該認識した人物を示す画像の大きさと撮像画像の大きさとの比率等に基づき、ｘ軸から当該人物の位置までのｙ軸方向の距離を算出する。

また、上記所定のセンサとして、ｘ軸から当該人物の位置までのｙ軸方向の距離を測定し、当該測定した距離を示す信号を処理部３０へ出力可能なセンサ（例えば、深度センサ）が設けられているとする。この場合、制御フィルタ変換部３１４は、当該センサの出力信号が示す、ｘ軸から当該人物の位置までのｙ軸方向の距離を取得する。

そして、制御フィルタ変換部３１４は、ｘ軸から上記人物の位置までのｙ軸方向の距離を、スピーカアレイＳＡから制御ラインＣＬまでのｙ軸方向の距離ｙ_ｒｅｆとして設定する。

また、再生ラインＢＬの幅ｌｂが再生条件に含まれていなかった場合、制御フィルタ変換部３１４は、予め記憶されている、例えば人物の横幅程度に予め定められた固定値（例えば、１ｍ）をＲＯＭ等から取得してもよい。

このように、制御フィルタ変換部３１４は、ユーザに制御ラインＣＬの設定に必要な再生条件の指定の手間をかけさせることなく、所定のセンサから取得した人物の位置に関する情報に基づいて再生条件を自動的に設定することができる。これにより、制御フィルタ変換部３１４は、制御ラインＣＬを自動的に設定することができる。

次に、ステップＳ８において、畳み込み部３０２は、取得した音源データ２０１に対応する再生音信号Ｓ（２πｆ）に、フィルタ生成部３０１によって生成された制御フィルタＦ（ｘ，０，２πｆ）を畳み込んだ駆動信号Ｄ（ｘ，０，２πｆ）（Ｄ（ｘ，０，２πｆ）＝Ｓ（２πｆ）Ｆ（ｘ，０，２πｆ））を生成する。畳み込み部３０２は、生成した駆動信号Ｄ（ｘ，０，２πｆ）を再生部４０へ送信する。

次に、ステップＳ９において、再生部４０は、受信した駆動信号Ｄ（ｘ，０，２πｆ）で各スピーカ４０３を駆動することにより、各スピーカ４０３に再生音を出力させる。

続いて、本実施の形態の第１の変形例について説明する。上記の実施の形態では、空間周波数処理部３１２は、空間周波数が表す平面波とアレイラインＡＬに垂直な線とがなす角度θが、アレイラインＡＬの中心と再生ラインの一方の端部とを結んだ直線と、アレイラインＡＬとがなす角度α１よりも小さい場合は、角度θに対応する空間周波数ｋｘを、再生音の調整に使用する空間周波数に決定している。これに対し、本実施の形態の第１の変形例では、空間周波数処理部３１２は、角度θが、アレイラインＡＬの中心と制御ラインの一方の端部とを結んだ直線と、アレイラインＡＬとがなす角度（第４角度）よりも小さい場合は、角度θに対応する空間周波数ｋｘを、再生音の調整に使用する空間周波数に決定する。

図９は、本実施の形態の第１の変形例において再生音の調整に使用する空間周波数を決定する処理について説明するための模式図である。

本実施の形態の第１の変形例において、空間周波数ｋｘは、上記の式（５）で表され、空間周波数ｋｘが表す平面波とアレイラインＡＬに垂直な線とがなす角度θは、上記の式（６）で表される。

空間周波数処理部３１２は、角度θが、アレイラインＡＬの中心と制御ラインＣＬの一方の端部とを結んだ直線と、アレイラインＡＬとがなす角度α２よりも小さい場合は、角度θに対応する空間周波数ｋｘを、再生音の調整に使用する空間周波数に決定する。そして、空間周波数処理部３１２は、決定した空間周波数ｋｘの音圧Ｐｋｘ（θ）の値をゼロとする。

図１０は、本実施の形態の第１の変形例において、周波数領域における制御ライン上の音圧分布の一例を示す図であり、図１１は、本実施の形態の第１の変形例において、空間周波数領域における制御ライン上の音圧分布の一例を示す図である。図１０及び図１１において、破線は、従来技術によるエリア再生方法を示し、実線は、本実施の形態によるエリア再生方法を示す。

図１０に示すように、従来技術では、周波数領域において、制御ラインＣＬ上の非再生ラインＤＬの音圧を抑制している。図１０に示す音圧分布を周波数領域から空間周波数領域に変換した場合、図１１に示すように、従来技術では、空間周波数領域において、制御ラインＣＬ上の非再生ラインＤＬの全ての音圧が残っている。一方、本実施の形態の第１の変形例では、空間周波数領域において、制御ラインＣＬ上の非再生ラインＤＬの一部の音圧がゼロとなっている。

図１２は、本実施の形態の第１の変形例のエリア再生方法で再生したｘ−ｙ軸平面における音圧分布を示す図である。なお、図１２において、幅３５ｍｍのスピーカ４０３をｘ軸上に６４個（Ｎ＝６４）並べて配置することでスピーカアレイＳＡが構成されているとする。また、各スピーカ４０３の配置間隔Δｘは、３５ｍｍであるとする。また、スピーカアレイＳＡのｘ軸方向の中心に直交するラインをｙ軸とし、スピーカアレイＳＡと制御ラインＣＬまでの距離ｙ_ｒｅｆは１ｍであるとする。また、制御ラインＣＬにおける再生ラインＢＬの幅ｌｂは２ｍであり、再生ラインＢＬのｘ軸方向の中心は、ｙ軸上（ｘ＝０）であるとする。

図６の従来技術では、スピーカアレイＳＡから放射された再生音は、制御ラインＣＬ上の再生ラインＢＬのみで聴取され、適切なエリア再生が行われているが、制御ラインＣＬより後方のエリア再生性能が劣化している。一方、図１２の本実施の形態の第１の変形例では、スピーカアレイＳＡから放射された再生音は、制御ラインＣＬ上だけでなく、制御ラインＣＬの後方でも非再生エリアの音圧が低下しており、制御ラインＣＬより後方のエリア再生性能の劣化を改善することができる。また、空間周波数領域の音圧分布では、サイドローブがなくなっているので、聴感上の再生音の聞こえやすさを向上させることができる。

続いて、本実施の形態の第２の変形例について説明する。本実施の形態の第２の変形例では、空間周波数処理部３１２は、角度θが、アレイラインＡＬの一方の端部と再生ラインの他方の端部とを結んだ直線と、アレイラインＡＬとがなす角度（第５角度）よりも小さい場合は、角度θに対応する空間周波数ｋｘを、再生音の調整に使用する空間周波数に決定する。

図１３は、本実施の形態の第２の変形例において再生音の調整に使用する空間周波数を決定する処理について説明するための模式図である。

本実施の形態の第２の変形例において、空間周波数ｋｘは、上記の式（５）で表され、空間周波数ｋｘが表す平面波とアレイラインＡＬに垂直な線とがなす角度θは、上記の式（６）で表される。

空間周波数処理部３１２は、角度θが、アレイラインＡＬの一方の端部と再生ラインＢＬの他方の端部とを結んだ直線と、アレイラインＡＬとがなす角度α３よりも小さい場合は、角度θに対応する空間周波数ｋｘを、再生音の調整に使用する空間周波数に決定する。そして、空間周波数処理部３１２は、決定した空間周波数ｋｘの音圧Ｐｋｘ（θ）の値をゼロとする。

図１４は、本実施の形態の第２の変形例において、周波数領域における制御ライン上の音圧分布の一例を示す図であり、図１５は、本実施の形態の第２の変形例において、空間周波数領域における制御ライン上の音圧分布の一例を示す図である。図１４及び図１５において、破線は、従来技術によるエリア再生方法を示し、実線は、本実施の形態によるエリア再生方法を示す。

図１４に示すように、従来技術では、周波数領域において、制御ラインＣＬ上の非再生ラインＤＬの音圧を抑制している。図１４に示す音圧分布を周波数領域から空間周波数領域に変換した場合、図１５に示すように、従来技術では、空間周波数領域において、制御ラインＣＬ上の非再生ラインＤＬの全ての音圧が残っている。一方、本実施の形態の第２の変形例では、空間周波数領域において、制御ラインＣＬ上の非再生ラインＤＬの一部の音圧がゼロとなっている。

図１６は、本実施の形態の第２の変形例のエリア再生方法で再生したｘ−ｙ軸平面における音圧分布を示す図である。なお、図１６において、幅３５ｍｍのスピーカ４０３をｘ軸上に６４個（Ｎ＝６４）並べて配置することでスピーカアレイＳＡが構成されているとする。また、各スピーカ４０３の配置間隔Δｘは、３５ｍｍであるとする。また、スピーカアレイＳＡのｘ軸方向の中心に直交するラインをｙ軸とし、スピーカアレイＳＡと制御ラインＣＬまでの距離ｙ_ｒｅｆは１ｍであるとする。また、制御ラインＣＬにおける再生ラインＢＬの幅ｌｂは２ｍであり、再生ラインＢＬのｘ軸方向の中心は、ｙ軸上（ｘ＝０）であるとする。

図６の従来技術では、スピーカアレイＳＡから放射された再生音は、制御ラインＣＬ上の再生ラインＢＬのみで聴取され、適切なエリア再生が行われているが、制御ラインＣＬより後方のエリア再生性能が劣化している。一方、図１６の本実施の形態の第２の変形例では、スピーカアレイＳＡから放射された再生音は、制御ラインＣＬ上だけでなく、制御ラインＣＬの後方でも非再生エリアの音圧が低下しており、制御ラインＣＬより後方のエリア再生性能の劣化を改善することができる。また、空間周波数領域の音圧分布では、サイドローブがなくなっているので、聴感上の再生音の聞こえやすさを向上させることができる。

続いて、本実施の形態の第３の変形例について説明する。本実施の形態の第３の変形例では、空間周波数処理部３１２は、角度θが、アレイラインＡＬの一方の端部と制御ラインの他方の端部とを結んだ直線と、アレイラインＡＬとがなす角度（第６角度）よりも小さい場合は、角度θに対応する空間周波数ｋｘを、再生音の調整に使用する空間周波数に決定する。

図１７は、本実施の形態の第３の変形例において再生音の調整に使用する空間周波数を決定する処理について説明するための模式図である。

本実施の形態の第３の変形例において、空間周波数ｋｘは、上記の式（５）で表され、空間周波数ｋｘが表す平面波とアレイラインＡＬに垂直な線とがなす角度θは、上記の式（６）で表される。

空間周波数処理部３１２は、角度θが、アレイラインＡＬの一方の端部と制御ラインＣＬの他方の端部とを結んだ直線と、アレイラインＡＬとがなす角度α４よりも小さい場合は、角度θに対応する空間周波数ｋｘを、再生音の調整に使用する空間周波数に決定する。そして、空間周波数処理部３１２は、決定した空間周波数ｋｘの音圧Ｐｋｘ（θ）の値をゼロとする。

図１８は、本実施の形態の第３の変形例において、周波数領域における制御ライン上の音圧分布の一例を示す図であり、図１９は、本実施の形態の第３の変形例において、空間周波数領域における制御ライン上の音圧分布の一例を示す図である。図１８及び図１９において、破線は、従来技術によるエリア再生方法を示し、実線は、本実施の形態によるエリア再生方法を示す。

図１８に示すように、従来技術では、周波数領域において、制御ラインＣＬ上の非再生ラインＤＬの音圧を抑制している。図１８に示す音圧分布を周波数領域から空間周波数領域に変換した場合、図１９に示すように、従来技術では、空間周波数領域において、制御ラインＣＬ上の非再生ラインＤＬの全ての音圧が残っている。一方、本実施の形態の第３の変形例では、空間周波数領域において、制御ラインＣＬ上の非再生ラインＤＬの一部の音圧がゼロとなっている。

図２０は、本実施の形態の第３の変形例のエリア再生方法で再生したｘ−ｙ軸平面における音圧分布を示す図である。なお、図２０において、幅３５ｍｍのスピーカ４０３をｘ軸上に６４個（Ｎ＝６４）並べて配置することでスピーカアレイＳＡが構成されているとする。また、各スピーカ４０３の配置間隔Δｘは、３５ｍｍであるとする。また、スピーカアレイＳＡのｘ軸方向の中心に直交するラインをｙ軸とし、スピーカアレイＳＡと制御ラインＣＬまでの距離ｙ_ｒｅｆは１ｍであるとする。また、制御ラインＣＬにおける再生ラインＢＬの幅ｌｂは２ｍであり、再生ラインＢＬのｘ軸方向の中心は、ｙ軸上（ｘ＝０）であるとする。

図６の従来技術では、スピーカアレイＳＡから放射された再生音は、制御ラインＣＬ上の再生ラインＢＬのみで聴取され、適切なエリア再生が行われているが、制御ラインＣＬより後方のエリア再生性能が劣化している。一方、図２０の本実施の形態の第３の変形例では、スピーカアレイＳＡから放射された再生音は、制御ラインＣＬ上だけでなく、制御ラインＣＬの後方でも非再生エリアの音圧が低下しており、制御ラインＣＬより後方のエリア再生性能の劣化を改善することができる。また、空間周波数領域の音圧分布では、サイドローブがなくなっているので、聴感上の再生音の聞こえやすさを向上させることができる。

続いて、本実施の形態の第４の変形例について説明する。本実施の形態の第４の変形例では、空間周波数処理部３１２は、空間周波数の所定の閾値の幅を有する所定の窓関数を空間周波数領域の音圧分布に乗算する。ここで、窓関数は、例えば、矩形窓又はハニング窓であってもよい。

図２１は、本実施の形態の第４の変形例において再生音の調整に使用する窓関数の一例を示す図である。図２１に示す窓関数は、ハニング窓である。

本実施の形態の第４の変形例において、空間周波数ｋｘは、上記の式（５）で表される。

空間周波数処理部３１２は、空間周波数の所定の閾値の幅のハニング窓を空間周波数領域の音圧分布に乗算する。

図２２は、本実施の形態の第４の変形例において、周波数領域における制御ライン上の音圧分布の一例を示す図であり、図２３は、本実施の形態の第４の変形例において、空間周波数領域における制御ライン上の音圧分布の一例を示す図である。図２２及び図２３において、破線は、従来技術によるエリア再生方法を示し、実線は、本実施の形態によるエリア再生方法を示す。

図２２に示すように、従来技術では、周波数領域において、制御ラインＣＬ上の非再生ラインＤＬの音圧を抑制している。図２２に示す音圧分布を周波数領域から空間周波数領域に変換した場合、図２３に示すように、従来技術では、空間周波数領域において、制御ラインＣＬ上の非再生ラインＤＬの全ての音圧が残っている。一方、本実施の形態の第４の変形例では、空間周波数領域において、制御ラインＣＬ上の非再生ラインＤＬの音圧がゼロとなっている。

図２４は、従来技術のエリア再生方法で再生したｘ−ｙ軸平面における音圧分布を示す図であり、図２５は、本実施の形態の第４の変形例のエリア再生方法で再生したｘ−ｙ軸平面における音圧分布を示す図である。なお、図２４及び図２５において、幅３５ｍｍのスピーカ４０３をｘ軸上に６４個（Ｎ＝６４）並べて配置することでスピーカアレイＳＡが構成されているとする。また、各スピーカ４０３の配置間隔Δｘは、３５ｍｍであるとする。また、スピーカアレイＳＡのｘ軸方向の中心に直交するラインをｙ軸とし、スピーカアレイＳＡと制御ラインＣＬまでの距離ｙ_ｒｅｆは１ｍであるとする。また、制御ラインＣＬにおける再生ラインＢＬの幅ｌｂは２ｍであり、再生ラインＢＬのｘ軸方向の中心は、ｙ軸上（ｘ＝０）であるとする。また、空間周波数処理部３１２は、図２１に示すハニング窓を空間周波数領域の音圧分布に乗算している。

図２４の従来技術では、スピーカアレイＳＡから放射された再生音は、制御ラインＣＬ上の再生ラインＢＬのみで聴取され、適切なエリア再生が行われているが、制御ラインＣＬより後方のエリア再生性能が劣化している。一方、図２５の本実施の形態の第４の変形例では、スピーカアレイＳＡから放射された再生音は、制御ラインＣＬ上だけでなく、制御ラインＣＬの後方でも非再生エリアの音圧が低下しており、制御ラインＣＬより後方のエリア再生性能の劣化を改善することができる。また、空間周波数領域の音圧分布では、サイドローブがなくなっているので、聴感上の再生音の聞こえやすさを向上させることができる。

なお、本実施の形態では、制御ラインＣＬは、１つの再生ラインＢＬを含んでいるが、本開示は特にこれに限定されず、制御ラインＣＬは、複数の再生ラインＢＬを含んでもよい。すなわち、スピーカアレイＳＡが存在する空間内に複数の人物が存在する場合、エリア再生システムは、複数の人物のそれぞれに対して異なる再生音を出力することが可能である。

図２６は、本実施の形態の第５の変形例において複数の再生ラインを含む制御ラインについて説明するための模式図である。図２６に示す制御ラインＣＬは、第１の再生ラインＢＬ１と、第２の再生ラインＢＬ２とを含む。

タッチパネル１０１は、ユーザによる再生条件の入力を受け付ける。このとき、再生条件は、例えば、各スピーカ４０３の配置間隔Δｘ、スピーカアレイＳＡが備えるスピーカ４０３の個数Ｎ、スピーカアレイＳＡから制御ラインＣＬまでのｙ軸方向の距離ｙ_ｒｅｆ、第１の再生ラインＢＬ１の幅ｌｂ１、第１の再生ラインＢＬ１上での再生音の音量、第２の再生ラインＢＬ２の幅ｌｂ２及び第２の再生ラインＢＬ２上での再生音の音量を含む。処理部３０は、データ部２０から、第１の再生ラインＢＬ１上で再生する第１の音源データと、第２の再生ラインＢＬ２上で再生する第２の音源データとを取得する。

Ｍ個の音源ｓ_ｉ（ω）をＭ箇所の別々の再生ラインで再生するためには、各再生ライン位置での制御フィルタＦ_ｉと、対応する音源ｓ_ｉとの組み合わせｓ_ｉ（ω）Ｆ_ｉ（ｘ_０，ω）の重ね合わせにより、駆動信号Ｄ（ｘ_０，ω）が算出される。つまり、フィルタ生成部３０１は、音源ｓ_ｉと、各スピーカ４０３の制御フィルタＦ_ｉによって各スピーカ４０３を駆動するための駆動信号Ｄ_ｉを生成し、各スピーカを駆動する。再生部４０は、複数の再生ラインのそれぞれに互いに異なる再生音を出力する。

以上、本開示の実施の形態について説明したが、各処理が実施される主体又は装置は、上記の実施の形態に記載したものに限定されない。各処理は、エリア再生システム１が備える特定の装置（以下、ローカルの装置）内に組み込まれたプロセッサ等によって処理されてもよい。また、ローカルの装置と異なる場所に備えられたクラウドサーバなどによって処理されてもよい。また、ローカルの装置とクラウドサーバとの間で情報の連携を行うことで、本開示にて説明した各処理を分担して実施するようにしてもよい。以下、本開示の実施態様を説明する。

（１）上記の各装置は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクユニット、ディスプレイユニット、キーボード及びマウスなどから構成されるコンピュータシステムである。ＲＡＭ又はハードディスクユニットには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、各装置は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。

（２）上記の各装置を構成する構成要素の一部又は全部は、１個のシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：大規模集積回路）から構成されていてもよい。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩである。具体的には、システムＬＳＩは、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ及びＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。ＲＡＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。

（３）上記の各装置を構成する構成要素の一部又は全部は、各装置に脱着可能なＩＣカード又は単体のモジュールで構成されていてもよい。ＩＣカード又はモジュールは、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ及びＲＡＭなどから構成されるコンピュータシステムである。ＩＣカード又はモジュールは、上記の超多機能ＬＳＩを含むとしてもよい。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、ＩＣカード又はモジュールは、その機能を達成する。

（４）本開示は、上記に示したエリア再生システム１における処理方法であるとしてもよい。また、当該処理方法をコンピュータにより実現するコンピュータプログラムであるとしてもよいし、コンピュータプログラムからなるデジタル信号であるとしてもよい。

（５）また、本開示は、コンピュータプログラム又はコンピュータプログラムからなるデジタル信号をコンピュータで読み取り可能な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ）又は半導体メモリなどに記録したものとしてもよい。また、これらの記録媒体に記録されているデジタル信号であるとしてもよい。

また、本開示は、コンピュータプログラム又はコンピュータプログラムからなるデジタル信号を、電気通信回線、無線又は有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク又はデータ放送等を経由して伝送するものとしてもよい。

また、本開示は、マイクロプロセッサとメモリとを備えたコンピュータシステムであって、メモリは、上記コンピュータプログラムを記憶しており、マイクロプロセッサは、コンピュータプログラムにしたがって動作するとしてもよい。

また、プログラム又はデジタル信号を記録媒体に記録して移送することにより、又はプログラム又はデジタル信号を、ネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしてもよい。

（６）上記実施の形態及びその変形例をそれぞれ組み合わせてもよい。

本開示に係るエリア再生方法、エリア再生プログラム及びエリア再生システムは、スピーカアレイの近傍に設けられた制御ラインより後方のエリア再生性能の劣化を改善することができ、複数のスピーカを並べて配置したスピーカアレイから所定のエリアに再生音を出力するエリア再生方法、エリア再生プログラム及びエリア再生システムとして有用である。

１ エリア再生システム
１０ 入力部
２０ データ部
３０ 処理部
４０ 再生部
１０１ タッチパネル
２０１ 音源データ
３０１ フィルタ生成部
３０２ 畳み込み部
３０３ オーディオＩＦ
３１１ 空間周波数領域変換部
３１２ 空間周波数処理部
３１３ 駆動信号変換部
３１４ 制御フィルタ変換部
４０１ ＤＡコンバータ
４０２ アンプ
４０３ スピーカ

Claims (13)

1. 複数のスピーカを並べて配置したスピーカアレイから所定のエリアに再生音を出力するエリア再生方法であって、
   前記スピーカアレイから放射された音波が強め合う再生ラインと前記音波が弱め合う非再生ラインとを含む制御ライン上で実現する前記再生音の各周波数の音圧分布を周波数領域から空間周波数領域に変換し、
   前記スピーカアレイと前記制御ラインとの位置関係に基づいて、前記空間周波数領域の音圧分布のうち、前記再生音の調整に使用する空間周波数を決定し、
   決定した前記空間周波数を用いて前記複数のスピーカのそれぞれに出力させる前記再生音の音圧を調整する、
   エリア再生方法。
2. 前記空間周波数の決定は、前記空間周波数が表す平面波と前記スピーカアレイに沿ったアレイラインに垂直な線とがなす第１角度と、前記アレイライン上の１つの点と前記制御ライン上の１つの点とを結ぶ直線と前記アレイラインとで表される第２角度とに基づいて、前記再生音の調整に使用する空間周波数を決定する、
   請求項１記載のエリア再生方法。
3. 前記空間周波数は、下記の式（１）で表され、
   ｋｘ＝２πｎ／（ＮΔｘ）・・・（１）
   上記の式（１）において、ｋｘは、前記空間周波数であり、Ｎは、前記複数のスピーカの個数であり、ｎは、整数であり、−Ｎ／２≦ｎ≦Ｎ／２−１を満たし、Δｘは、前記複数のスピーカのうちの互いに隣接するスピーカの間隔であり、
   前記第１角度は、下記の式（２）で表され、
   θ＝１８０／πａｓｉｎ（ｋｘ／（ω／ｃ））・・・（２）
   上記の式（２）において、θは、前記第１角度であり、ωは、角周波数であり、ｃは、音速である、
   請求項２記載のエリア再生方法。
4. 前記第２角度は、前記アレイラインの中心と前記再生ラインの一方の端部とを結んだ直線と、前記アレイラインとがなす第３角度を含み、
   前記空間周波数の決定は、前記第１角度が前記第３角度よりも小さい場合は、前記第１角度に対応する前記空間周波数を、前記再生音の調整に使用する空間周波数に決定し、
   前記再生音の音圧の調整は、決定した前記空間周波数の音圧Ｐｋｘ（θ）の値をゼロとする、
   請求項３記載のエリア再生方法。
5. 前記第２角度は、前記アレイラインの中心と前記制御ラインの一方の端部とを結んだ直線と、前記アレイラインとがなす第４角度を含み、
   前記空間周波数の決定は、前記第１角度が前記第４角度よりも小さい場合は、前記第１角度に対応する前記空間周波数を、前記再生音の調整に使用する空間周波数に決定し、
   前記再生音の音圧の調整は、決定した前記空間周波数の音圧Ｐｋｘ（θ）の値をゼロとする、
   請求項３記載のエリア再生方法。
6. 前記第２角度は、前記アレイラインの一方の端部と前記再生ラインの他方の端部とを結んだ直線と、前記アレイラインとがなす第５角度を含み、
   前記空間周波数の決定は、前記第１角度が前記第５角度よりも小さい場合は、前記第１角度に対応する前記空間周波数を、前記再生音の調整に使用する空間周波数に決定し、
   前記再生音の音圧の調整は、決定した前記空間周波数の音圧Ｐｋｘ（θ）の値をゼロとする、
   請求項３記載のエリア再生方法。
7. 前記第２角度は、前記アレイラインの一方の端部と前記制御ラインの他方の端部とを結んだ直線と、前記アレイラインとがなす第６角度を含み、
   前記空間周波数の決定は、前記第１角度が前記第６角度よりも小さい場合は、前記第１角度に対応する前記空間周波数を、前記再生音の調整に使用する空間周波数に決定し、
   前記再生音の音圧の調整は、決定した前記空間周波数の音圧Ｐｋｘ（θ）の値をゼロとする、
   請求項３記載のエリア再生方法。
8. 前記再生音の音圧の調整は、所定の窓関数を前記空間周波数領域の音圧分布に乗算する、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載のエリア再生方法。
9. 前記窓関数は、矩形窓である、
   請求項８記載のエリア再生方法。
10. 前記制御ラインは、複数の再生ラインを含み、
    前記複数の再生ラインのそれぞれに互いに異なる再生音を出力する、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載のエリア再生方法。
11. 前記空間周波数領域の非物理領域はゼロである、
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載のエリア再生方法。
12. 複数のスピーカを並べて配置したスピーカアレイから所定のエリアに再生音を出力させるエリア再生プログラムであって、
    前記スピーカアレイから放射された音波が強め合う再生ラインと前記音波が弱め合う非再生ラインとを含む制御ライン上で実現する前記再生音の各周波数の音圧分布を周波数領域から空間周波数領域に変換する処理と、
    前記スピーカアレイと前記制御ラインとの位置関係に基づいて、前記空間周波数領域の音圧分布のうち、前記再生音の調整に使用する空間周波数を決定する処理と、
    決定した前記空間周波数を用いて前記複数のスピーカのそれぞれから出力される前記再生音の音圧を調整する処理とをコンピュータに実行させる、
    エリア再生プログラム。
13. 複数のスピーカを並べて配置したスピーカアレイを含む再生部と、
    前記スピーカアレイから放射された音波が強め合う再生ラインと前記音波が弱め合う非再生ラインとを含む制御ラインに基づいて、前記複数のスピーカのそれぞれに出力させる再生音の音圧を調整し、前記再生部から出力させる処理部とを備え、
    前記処理部は、
    前記制御ライン上で実現する前記再生音の各周波数の音圧分布を周波数領域から空間周波数領域に変換し、
    前記スピーカアレイと前記制御ラインとの位置関係に基づいて、前記空間周波数領域の音圧分布のうち、前記再生音の調整に使用する空間周波数を決定し、
    前記決定した空間周波数を用いて前記複数のスピーカのそれぞれに出力させる前記再生音の音圧を調整する、
    エリア再生システム。

Images