JPWO2017169886A1 - 音響管および音響再生装置 - Google Patents

Abstract

本技術は、より低コストでエバネッセント波を生成することができるようにする音響管および音響再生装置に関する。
音響管は、自身の外形寸法よりも長い音響経路を有し、複数の開口部またはスリット状の開口部を有する。音響管内を音波が進むと、複数の開口部、またはスリット状の開口部の複数の位置から音波が出力され、それらの音波が合成されてエバネッセント波となる。本技術は音響管や、音響管を有する音響再生装置等に適用することができる。

Description

本技術は音響管および音響再生装置に関し、特に、より低コストでエバネッセント波を生成することができるようにした音響管および音響再生装置に関する。

公共施設などの多数の人が共有するような場においては、ある特定の人に対してのみ情報を伝える技術は非常に有用であるといえる。

例えば、電車のホームで下り電車を待っている人と、上り電車を待っている人とに対しては、駅員はそれぞれ異なる情報を伝えたい場合が多いはずである。また、銀行では多くの人が利用するが、受付などでのやりとりは個人情報にかかわることが多く、できるだけ遠くに聞こえないほうが望ましい。

そこで、ある特定の領域にいる人だけが再生された音声を聞き取ることができるようにするスポット再生と呼ばれる技術が開発され、実際に応用されている。

例えば、駅のホームなどでは平面型のスピーカや、超音波に変調をかけて可聴帯域の音を発生させるパラメトリックスピーカなどが利用されている。これらのスピーカは、指向性の強さを利用し、ある方向だけに音を伝搬させることができるため、特定の方向にいる聴取者のみに音を届けることができる。しかしながら、この方法では、その特定の方向に対しては減衰が少なく、遠くまで音が届いてしまう。

これに対して、スポット再生技術において、スピーカからの距離方向に対してスポット再生を実現する方法が存在する。これは球面波に比べて減衰の非常に速いエバネッセント波という波面を生成する方法である。

エバネッセント波は、何らかの要因で通常の伝搬波の波長より短い波長になってしまうような条件で生じる波である。このようなエバネッセント波を発生させる方法として、スピーカアレイと信号処理の組み合わせによる方法が提案されている（例えば、特許文献１乃至特許文献３参照）。

具体的には、例えば直線スピーカアレイを用いて1kHz（波長34cm）の音に対してエバネッセント波を発生させたい場合には、直線スピーカアレイを構成する全てのスピーカユニットの間で段階的に位相差をつけて、その位相が一回転（2π）する間隔が34cm未満となるようにすればよい。

特開２０１３−２３６２１６号公報 特開２０１３−２６７１５号公報 特開２０１２−４４５７２号公報

ところが、スピーカアレイによる波面合成でエバネッセント波を生成する場合、スピーカや増幅器、DA（Digital to Analog）コンバータがアレイのチャネル分だけ必要となり、また信号処理演算の負荷も膨大になるため、コストの面から実用化が困難であるといえる。

そのため、より少ないスピーカ数と演算負荷で、すなわち低コストでエバネッセント波を生成する技術が必要とされている。

本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より低コストでエバネッセント波を生成することができるようにするものである。

本技術の第１の側面の音響管は、自身の外形寸法よりも長い音響経路を有し、複数の開口部またはスリット状の開口部を有する。

前記複数の前記開口部が所定の方向に並べられて設けられているようにすることができる。

互いに隣接する前記開口部間の距離が所定の距離となるように前記複数の前記開口部が設けられているようにすることができる。

前記音響経路を、所定方向への音波の速度が、その前記音波が前記音響経路を進む速度未満となる形状とすることができる。

前記音響管には、前記複数の前記開口部のそれぞれから音波を出力させるか、または前記スリット状の前記開口部の複数の位置から音波を出力させて、エバネッセント波を生成させることができる。

前記音響管を、円筒管を螺旋状に巻くことにより得られたものとすることができる。

前記音響管を、波形に変形された円筒管を円環状にすることにより得られたものとすることができる。

前記音響管を、内部に仕切りを設けることにより得られたものとすることができる。

本技術の第１の側面においては、音響管に自身の外形寸法よりも長い音響経路が設けられ、複数の開口部またはスリット状の開口部が設けられる。

本技術の第２の側面の音響再生装置は、自身の外形寸法よりも長い音響経路を有し、複数の開口部またはスリット状の開口部を有する音響管と、前記音響管内に音波を出力するスピーカとを備える。

前記音響経路を、前記音波の所定方向への速度が、その前記音波が前記音響経路を進む速度未満となる形状とすることができる。

前記音響管には、前記複数の前記開口部のそれぞれから前記音波を出力させるか、または前記スリット状の前記開口部の複数の位置から前記音波を出力させて、エバネッセント波を生成させることができる。

音響再生装置には、前記音響管内に音波を出力するスピーカを複数設けることができる。

音響再生装置には、前記スピーカに供給される音響信号に対して音響補正を行う音響補正部をさらに設けることができる。

音響再生装置には、前記音響管および前記スピーカを複数設けることができる。

音響再生装置には、音響信号に対する帯域分割を行って、複数の前記スピーカのそれぞれに出力される複数の音響信号のそれぞれを生成する帯域分割部をさらに設けることができる。

複数の前記音響管には、所定方向の第１の距離と、前記音響経路を進む前記音波が、前記所定方向に前記第１の距離だけ進む間に、前記音響経路を進んだ第２の距離との比が互いに異なる前記音響管が含まれているようにすることができる。

本技術の第２の側面においては、スピーカにより、自身の外形寸法よりも長い音響経路を有し、複数の開口部またはスリット状の開口部を有する音響管内に音波が出力される。

本技術の第１の側面および第２の側面によれば、より低コストでエバネッセント波を生成することができる。

なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載された何れかの効果であってもよい。

エンドファイヤーアレイについて説明する図である。 本技術を適用した音響管の構成例を示す図である。 本技術を適用した音響再生装置の構成例を示す図である。 音響管の他の構成例を示す図である。 音響管の他の構成例を示す図である。 音響管の他の構成例を示す図である。 音響管の他の構成例を示す図である。 音響管の他の構成例を示す図である。 音響管内の仕切りについて説明する図である。 音響管の他の構成例を示す図である。 音響管の他の構成例を示す図である。 音響再生装置の他の構成例を示す図である。 音響再生装置の他の構成例を示す図である。 音響再生装置の他の構成例を示す図である。 音響再生装置の他の構成例を示す図である。 音響再生装置の他の構成例を示す図である。 音響再生装置の他の構成例を示す図である。 音響再生装置の他の構成例を示す図である。 音響再生装置の他の構成例を示す図である。 音響再生装置の他の構成例を示す図である。

以下、図面を参照して、本技術を適用した実施の形態について説明する。

〈第１の実施の形態〉
〈本技術について〉
本技術は、エバネッセント波の減衰率を考慮して音響管の形状を決定することで、単一のスピーカを用いてスポット再生を実現できるようにするものである。なお、本技術は、スポット再生に限らず、他の様々な用途に対して適用可能である。

（波動方程式による平面波とエバネッセント波の導出）
音の伝搬は波動方程式により説明されるが、これを用いてエバネッセント波についての説明を行う。まず自由空間の波動方程式は次式（１）により表される。

なお、式（１）において、ｔは時間を示しており、ｘ_ｖは２次元空間の座標、すなわち２次元空間上の位置を示している。特に、ここでは位置ｘ_ｖはｘ座標とｙ座標により表されるものとする。また、p(x_v,t)は時刻ｔにおける位置ｘ_ｖの音圧を示しており、ｃは音速を示している。さらに、式（１）において∇^２は、次式（２）に示すように２次の偏微分を表している。

また、音圧p(x_v,t)を位置ｘ_ｖに関する関数X(x_v)と、時刻ｔに関する関数T(t)とに変数分離すると、音圧p(x_v,t)は次式（３）により表すことができる。

ここで、角周波数をωとし、虚数をｉとして関数T(t)のフーリエ変換をT_F(ω)とすると、T_F(ω)は次式（４）に示すようになる。

また、T_F(ω)のフーリエ逆変換をT(t)とすると、T(t)は次式（５）に示すようになる。

さらに、フーリエ逆変換T(t)の２次偏導関数は以下の式（６）により表されるので、その２次偏導関数のフーリエ変換は、以下の式（７）に示すようになる。

いま、音圧p(x_v,t)のフーリエ変換をP(x_v,ω)とすると、式（３）からP(x_v,ω)は以下の式（８）に示すようになるので、上述した式（１）の波動方程式の一般解として、以下の式（９）に示す解が導かれる。

なお、式（９）においてA(ω)は角周波数ωを変数とする任意の関数であり、ｉは虚数を示している。また、式（９）において、ｘ_ｖおよびｋ_ｖは、それぞれ２次元空間上、つまりｘｙ座標系における位置を示すベクトル、および波数のベクトルを示しており、これらのｘ_ｖおよびｋ_ｖは、それぞれ以下の式（１０）および式（１１）により表される。

なお、式（１０）および式（１１）において、ｖ_ｉおよびｖ_ｊは、それぞれｘｙ座標系におけるｘ方向の単位ベクトルおよびｙ方向の単位ベクトルを表している。また、式（１０）においてｘおよびｙは、ｘｙ座標系におけるｘ座標およびｙ座標を示しており、式（１１）においてｋ_ｘおよびｋ_ｙは、それぞれｘ方向の波数およびｙ方向の波数を示している。

以下では位置ベクトルｘ_ｖを単に位置ｘ_ｖとも称し、波数ベクトルｋ_ｖを単に波数ｋ_ｖとも称することとする。特に、波数ｋ_ｖは音の波長をλとすると２π／λで表される空間周波数である。

また、位置ｘ_ｖと波数ｋ_ｖとの内積は以下の式（１２）に示す通りであり、波数ｋ_ｖの絶対値、および波数ｋ_ｖの絶対値の二乗値は、それぞれ以下の式（１３）および式（１４）に示す通りである。

ここで、波数ｋ_ｖの絶対値がｘ方向の波数ｋ_ｘの絶対値以上であるとき、つまり次式（１５）が成立するときには、式（１４）からｙ方向の波数ｋ_ｙは以下の式（１６）に示すようになる。したがって、この場合、式（９）で得られた音圧P(x_v,ω)により表される音波は平面波となる。

これに対して、波数ｋ_ｖの絶対値がｘ方向の波数ｋ_ｘの絶対値未満であるとき、つまり次式（１７）が成立するときには、ｙ方向の波数ｋ_ｙは以下の式（１８）に示すようになる。

なお、式（１８）においてｉは虚数を示している。このように式（１７）の条件が成立する場合には、ｙ方向の波数ｋ_ｙは虚数となってしまう。

この式（１８）に示される波数ｋ_ｙを式（９）の音圧P(x_v,ω)に代入すると、次式（１９）のようになる。

式（１９）により示される音圧P(x_v,ω)をｘ方向に見ると波数がｋ_ｘである波面が現れ、また、この音圧P(x_v,ω)をｙ方向に見ると、音圧が指数関数的に減衰するような音場が得られることが分かる。このような音波がエバネッセント波である。

なお、ｙ＞０において音圧P(x_v,ω)は、波数ｋ_ｙが以下の式（２０）となる場合のみ物理的な意味をなすため、式（１９）を求める計算においては、式（２０）に示される波数ｋ_ｙが代入されて計算が行われている。

（エンドファイヤーアレイについて）
ところで、例えば図１に示すような細長い円筒管１１について考えてみる。図１では、円筒管１１の左端にはスピーカ１２が設置されており、円筒管１１の上部には複数の開口が設けられている。

なお、図１において図中、横方向をｘ方向とし、ｘ方向に垂直な方向をｙ方向とする。これらのｘ方向およびｙ方向は、式（１０）に示した位置ベクトルｘ_ｖのｘ方向およびｙ方向に対応する。図１に示す例では、円筒管１１の上面には、複数の開口がｘ方向に並べられている。

例えばスピーカ１２から角周波数ωの音が発せられると、円筒管１１内において、音速ｃでｘ方向に音波が伝搬する。

このとき、円筒管１１内のｘ方向の波数ｋ_ｘは、次式（２１）に示すようになる。

スピーカ１２から発せられた音が円筒管１１に設けられた開口に到達すると、円筒管１１内を伝搬されてきた音が開口を通って円筒管１１外にも出力される。円筒管１１外に出力された音のｘ方向の波数ｋ_ｘは、次式（２２）に示されるように、式（２１）に示した場合、つまり円筒管１１内における波数ｋ_ｘと同じままとなる。

したがって、この場合には式（１５）が成立するので、円筒管１１の外側には平面波が現れることになる。また、このときのｙ方向の波数ｋ_ｙは以下の式（２３）に示すように０となり、円筒管１１外に現れる平面波の方向はｘ方向と等しいことが分かる。

このような開口のアレイはエンドファイヤーアレイと呼ばれており、実際にガンマイクなどに応用されている。

（本技術について）
これに対して、本技術では音を伝搬させる音響管を、その音響管の外側から見た音の見かけ上の音速ｃ’を実際の音速ｃよりも遅くなるようにすることで、音響管からエバネッセント波が出力されるようにした。より詳細には、音響管外でエバネッセント波が発生するようにした。

ここで、音速ｃ’は、音が入力される音響管の入力端から、音響管の終端へと向かう方向における、音響管内を進む音の速度である。すなわち、音速ｃ’は、大局的に見たときに音が進む方向への速度である。また、ここでは音響管の入力端から、音響管の終端へと向かう方向をｘ方向とし、ｘ方向と垂直な方向をｙ方向とする。これらのｘ方向およびｙ方向は、式（１０）に示した位置ベクトルｘ_ｖのｘ方向およびｙ方向に対応する。

音速ｃ’を制御してｙ方向に減衰するエバネッセント波を生成するためには、ｘ方向の波数ｋ_ｘについて、以下の式（２４）に示す条件が必要十分条件となる。すなわち、式（２４）が成立する必要がある。

式（２４）が成立するためには、音響管内を進む音の経路、つまり音響管の音響経路を変形させて、音響管外から見たときの見かけ上の音速ｃ’を遅くすればよい。

具体的には、例えば図２に示すように、円筒形であった管を螺旋形に変形させることで、音が直線的に進まないようにする。

図２は、本技術を適用した音響管の一実施の形態の構成例を示す図である。この例では、音響管４１は内部が中空とされている円筒管を螺旋状に巻いた形状となっている。したがって、音響管４１の外形寸法が、その音響管４１の音響経路よりも短くなっている。

具体的には、音響管４１の図中、左端が音の入力端となり、音響管４１の図中、右端が音の到達する終端となるが、これらの入力端から終端までの図中、横方向の距離を音響管４１の外形寸法とする。また、音響管４１の入力端から音波を入力したときに、その音波が音響管４１内部において入力端から終端へと到達するまでに辿る経路を音響経路とすると、音響管４１の外形寸法は音響経路の長さ未満となる。換言すれば、音響管４１は、自身の外形寸法よりも長い音響経路を有している。

ここで、音響管４１の入力端から終端へと向かう方向、つまり図中、横方向がｘ方向であり、ｘ方向と垂直な方向がｙ方向である。

また、この例では、音響管４１を構成する管の図中、手前側には音を出力（放出）する複数の開口部である開口４２−１乃至開口４２−６がｘ方向に並べられて設けられている。なお、以下、開口４２−１乃至開口４２−６を特に区別する必要のない場合、単に開口４２とも称することとする。

開口４２は音響管４１の内部、すなわち音響経路と、音響管４１の外部とを接続する貫通孔である。したがって、これらの開口４２は、音響経路上に設けられ、音響経路を進む音波が開口４２を通過するタイミングで外部へと音波を放出する開口部として機能する。

なお、音響管４１に設けられる開口４２の形状や位置、開口４２の数、開口４２間の間隔には、特に制限はない。すなわち、開口４２は円形に限らずスリット形状など、どのような形状であってもよく、音響管４１に設けられる開口４２の位置も任意の位置とすることができる。また、開口４２の数もいくつであってもよく、互いに隣接する開口４２間の距離も任意の距離とすることができる。例えば図２では、各開口４２がｘ方向に等間隔に並んでいるが、各開口４２が不等間隔に並べられてもよい。

但し、開口４２同士の間隔が広すぎると、エバネッセント波により高い周波数の音を再生することができなくなってしまうので、適度に密な間隔で開口４２が設けられるようにすることが好ましい。

さらに、ここでは音響管４１に複数の開口４２が設けられているが、例えば音響管４１の入力端から終端へと音響管４１を構成する管に沿ってスリットが設けられるようにしてもよい。すなわち、音響管４１を構成する管における終端以外の複数の部分から音が放出されるようにすればよい。

また、音響管４１の図中、左端、すなわち入力端には、スピーカ４３が配置されている。したがって、スピーカ４３が音を出力すると、その音は音響管４１内、つまり音響管４１の音響経路をたどって音響管４１の終端へと到達する。

このとき、スピーカ４３から発せられた音が、音響管４１の音響経路上に位置する各開口４２に到達したタイミングで、それらの開口４２から外部へと音が放出されることになる。

つまり、スピーカ４３から発せられた音は、音響管４１内、つまり音響管４１の音響経路を進んでいき、まず開口４２−１に到達する。すると、開口４２−１から外部に向けて音が放出されるとともに、スピーカ４３から発せられた音はさらに音響管４１内を進んでいく。

そして、スピーカ４３から発せられた音が終端に到達するまでの間、その音が音響経路上にある開口４２に到達するたびに、その開口４２から音が放出される。このようにして、スピーカ４３から音が出力されると、開口４２−１から開口４２−６まで順番に、各開口４２から音が放出され、音響管４１外では、それらの開口４２から放出された音、つまり音波が合成されることになる。

音響管４１のように円筒形であった管を直線とは異なる形に変形し、入力端から音波が最短距離で終端に到達しないようにすることで、つまり音響管４１の音響経路を直線とは異なる形状の経路として、音響管４１内を進む音波が終端までｘ方向に直進しないようにすることで、ｘ方向の音速ｃ’が音速ｃ未満となるようにすることができる。

このとき、音響管４１内を進む音波の音速はｃであり、音響管４１内での音波の進行方向への波数ｋ_ｃは、次式（２５）に示すように音の角周波数ωを音速ｃで除算することで得られる。

ここで、音響管４１内を終端まで進む音波の経路、つまり音響管４１の音響経路が、音波がｘ方向に進む距離、つまり音響管４１の入力端から終端までのｘ方向の距離（直線距離）のｍ倍（但し、ｍ＞１）の長さであるとする。換言すれば、音響管４１の音響経路の長さが、音響管４１の外形寸法のｍ倍であるとする。

以下では、このような実際の音響経路の長さと、入力端から終端までのｘ方向の距離との比であるｍを音響経路の圧縮率ｍとも称することとする。

この圧縮率ｍは、音響管４１内の音波がｘ方向に進んだ距離を第１の距離とし、その音波がｘ方向に第１の距離だけ進む間に、音響管４１の音響経路を音波が進んだ距離を第２の距離とすると、第１の距離と第２の距離との比であるということができる。

音響管４１の音響経路の圧縮率がｍ倍である場合、音響管４１内の音波の波数ｋ_ｃと、音響管４１外の音波のｘ方向の波数ｋ_ｘの関係は、次式（２６）に示すようになる。

式（２６）では、波数ｋ_ｘの絶対値が波数ｋ_ｃの絶対値よりも大きくなっているので、つまり上述した式（２４）に示した条件が成立するので、各開口４２から放出された音波を合成したものはエバネッセント波となっていることが分かる。つまり、音響管４１によりエバネッセント波が生成されることが分かる。

このとき、音響管４１外の音波のｙ方向の波数ｋ_ｙは以下の式（２７）に示すようになる。

見方を変えて説明すると、音響管４１内の音響経路を伝搬する音の波面を、音響管４１外から眺めると、その音のｘ方向への見かけ上の速度である音速ｃ’は、以下の式（２８）に示すようになり、音速ｃ未満となることが分かる。

したがって、波数ｋ_ｘについて次式（２９）が成立し、音響管４１から放出された音波が合成されてエバネッセント波となることが分かる。

ｘ方向は、大局的に見たときの音響管４１内の音波の進行方向となっている。式（２８）および式（２９）を参照して説明したように、音響管４１内の音波のｘ方向への速度ｃ’が、その音波が音響管４１内の音響経路を進む音速ｃ未満となれば、音響管４１外へと出力された音波が合成されてエバネッセント波が生成される。したがって、音響管４１の音響経路の形状は式（２８）に示す条件を満足する形状とされれば、どのような形状であってもよい。換言すれば、音響管４１は外形寸法よりも長い音響経路を有していれば、どのようなものであってもよい。

〈音響再生装置の構成例〉
次に、以上において説明した、本技術を適用した音響管を利用した音響再生装置について説明する。そのような音響再生装置は、例えば図３に示すように構成される。なお、図３において、図２における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。

図３に示す音響再生装置６１は、螺旋型の音響管４１を有し、エバネッセント波生成装置として機能する。音響再生装置６１は、DA（Digital Analog）変換部７１、増幅器７２、スピーカ４３、および音響管４１を有している。

この音響再生装置６１では、音を出力するスピーカ４３に、図２に示した音響管４１の入力端が接続されている。また、音響再生装置６１では、これから再生しようとする音の音響信号がDA変換部７１へと供給される。

DA変換部７１は、外部から供給された音響信号をデジタル信号からアナログ信号へと変換し、増幅器７２に供給する。増幅器７２は、DA変換部７１から供給されたアナログの音響信号を増幅させてスピーカ４３に供給する。

スピーカ４３は、増幅器７２から供給された音響信号に基づいて音を再生する。すなわち、スピーカ４３は、音響信号に基づく音波を音響管４１内に向けて出力する。

このようにしてスピーカ４３から出力された音波は、スピーカ４３に取り付けられた音響管４１の入力端から音響管４１内に入力され、その音響管４１の音響経路を通って終端まで伝搬される。このとき、音響管４１内を進む音波が開口４２に到達すると、その開口４２から球面波である音波が放出され、各開口４２から放出された音波が合成されてエバネッセント波とされる。

このエバネッセント波により音響信号に基づく音が再生されるため、音響管４１の近くにいる人はその音を聴取することができる。これに対して、音響管４１から離れた位置にいる人には、音響再生装置６１により再生された音は殆ど聞こえることはない。

このように音響管４１を有する音響再生装置６１により音を再生することで、スポット再生を実現することができる。しかも音響再生装置６１では、音響経路がｍ倍に圧縮されるように物理的に変形された音響管４１を用いるだけでよいので、簡単かつ低コストでエバネッセント波を生成することができる。すなわち、スピーカや増幅器、DA変換部を複数設けなくてもエバネッセント波を発生させることができる。

音響管４１では、円筒の管を螺旋状に変形させることで、音波のｘ方向の経路が変形前のｍ倍となるようになされており、音波の経路が延びる率は圧縮率ｍにより表される。

なお、音響管４１の終端は、開放された状態、つまり開放端となっていてもよいし、封止された状態、つまり閉塞端とされるようにしてもよい。特に音響管４１の終端が封止される場合には、終端での音の反射を防止するため、吸音材により終端を封止するようにするとよい。

また、図３に示す例では、音響管４１の入力端にスピーカ４３が接続されているが、音響管４１の入力端にスピーカ４３を設けずに、既に存在する発音する対象を音響管４１の入力端に取り付けるなどしてもよい。換言すれば、音響管４１の入力端から入力される音は、スピーカ４３から出力されたものに限らず、他のどのような音源から発せられたものであってもよい。

〈第１の実施の形態の変形例１〉
〈音響管の構成例〉
また、本技術を適用した音響管は、図２に示した例に限らず、外形寸法が音響経路の長さ未満であり、２以上の複数の箇所から外部に音波が放出されるような開口部分を有するものであれば、どのようなものであってもよい。以下では、図４乃至図１１を参照して、そのような音響管の他の構成例について説明する。なお、図４乃至図１１において、図３における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。

図４に示す例では、音響管１０１は、内部が中空となっている円筒状の管を波型に変形させて得られたものであり、音響管１０１の図中、手前側には図中、横方向に直線状に並ぶ円形状の開口１０２−１乃至開口１０２−７が形成されている。

また、音響管１０１の図中、左端が入力端とされており、この入力端にはスピーカ４３が接続されている。また、音響管１０１の図中、右側の端が終端とされており、この例では終端は開放されている。

音響管１０１の入力端から終端までの図中、横方向の長さ、つまり音響管１０１の外形寸法は、音響管１０１が有する音響経路の長さ未満となっているので、エバネッセント波の生成が可能である。

音響管１０１ではスピーカ４３から音波が出力されると、その音波が音響管１０１の終端に到達するまでの間に開口１０２−１乃至開口１０２−７のそれぞれから順番に音波が放出され、それらの音波を合成して得られる波がエバネッセント波となる。

〈第１の実施の形態の変形例２〉
〈音響管の構成例〉
また、図５に示す例では、音響管１２１は、内部が中空となっている円筒状の管を山型に変形させて得られたものであり、音響管１２１の図中、手前側には図中、横方向に直線状に並ぶ円形状の開口１２２−１乃至開口１２２−７が形成されている。

また、音響管１２１の図中、左端が入力端とされており、この入力端にはスピーカ４３が接続されている。また、音響管１２１の図中、右側の端が終端とされており、この例では終端は閉じられた状態、すなわち封止された状態となっている。

この音響管１２１においても入力端から終端までの図中、横方向の長さ、つまり音響管１２１の外形寸法は、音響管１２１が有する音響経路の長さ未満となっている。したがって、スピーカ４３から音波が出力されると、その音波が音響管１２１の終端に到達するまでの間に開口１２２−１乃至開口１２２−７のそれぞれから順番に音波が放出され、それらの音波が合成されてエバネッセント波となる。

〈第１の実施の形態の変形例３〉
〈音響管の構成例〉
図６に示す例では、音響管１５１の外見は円筒形状の管となっているが、その内部に仕切りが設けられており、音響経路は直線状とはなっていない。なお、図６では、音響管１５１の断面が示されている。

この例では、音響管１５１の内壁に対して垂直な仕切りが、音響管１５１内部に形成されている。また、音響管１５１の図中、左下の端が入力端とされており、この入力端にはスピーカ４３が接続されている。これに対して、音響管１５１の図中、右上側の端が終端とされており、この例では終端は閉じられた状態となっている。さらに、音響管１５１には、図中、横方向に直線状に並ぶ円形状の開口１５２−１乃至開口１５２−１６が形成されている。

このように音響管１５１の内部には仕切りが形成されているので、この仕切りによって音響管１５１の音響経路は長くなる。音響管１５１では、スピーカ４３から出力された音波は、音響管１５１内部の仕切りを回り込みながら音響管１５１の終端へと進んでいく。換言すれば、音響管１５１内部の音響経路は直線状ではないので、入力端から入力された音波は直進しない。

音響管１５１においても、入力端から終端までの図中、横方向の長さ、つまり音響管１５１の外形寸法は、音響管１５１が有する音響経路の長さ未満となっている。したがって、スピーカ４３から音波が出力されると、その音波が音響管１５１の終端に到達するまでの間に開口１５２−１乃至開口１５２−１６のそれぞれから順番に音波が放出され、それらの音波が合成されてエバネッセント波となる。

〈第１の実施の形態の変形例４〉
〈音響管の構成例〉
図７に示す例では、図６の例と同様に音響管１８１の外見は円筒形状となっているが、その内部に仕切りが設けられている。なお、図７では音響管１８１の断面が示されている。

この例では、音響管１８１の内壁に対して斜め方向に突出した仕切りが形成されている。また、音響管１８１の図中、左上の端が入力端とされており、この入力端にはスピーカ４３が接続されている。これに対して、音響管１８１の図中、右下側の端が終端とされており、この例では終端は閉じられた状態となっている。さらに、音響管１８１には、図中、横方向に直線状に並ぶ円形状の開口１８２−１乃至開口１８２−１３が形成されている。

このように音響管１８１の内部には仕切りが形成されているので、この仕切りによって音響管１８１の音響経路は長くなる。すなわち、音響管１８１では、スピーカ４３から出力された音波は、音響管１８１内部の仕切りを回り込みながら音響管１８１の終端へと進んでいく。

音響管１８１においても、入力端から終端までの図中、横方向の長さ、つまり音響管１８１の外形寸法は、音響管１８１が有する音響経路の長さ未満となっている。したがって、スピーカ４３から音波が出力されると、その音波が音響管１８１の終端に到達するまでの間に開口１８２−１乃至開口１８２−１３のそれぞれから順番に音波が放出され、それらの音波が合成されてエバネッセント波となる。

〈第１の実施の形態の変形例５〉
〈音響管の構成例〉
図８に示す例では、音響管２１１の外見は円筒状となっているが、その内部に仕切りが設けられている。

音響管２１１の図中、左側の端が入力端とされており、この入力端にはスピーカ４３が接続されている。これに対して、音響管２１１の図中、右側の端が終端とされており、この例では終端が開放された状態となっている。さらに、音響管２１１には、図中、横方向に直線状に並ぶ円形状の開口２１２−１乃至開口２１２−６が形成されている。

また、音響管２１１の内部に設けられた仕切りは、音響管２１１の断面である円を２つの空間に分けるような仕切りとなっており、その断面位置を図中、横方向に移動させると、仕切りが回転するようにみえる。

すなわち、例えば音響管２１１における矢印Ａ１１乃至矢印Ａ１５のそれぞれにより示される位置の断面は、図９に示すようになる。なお、図９において図８における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。

例えば図９の矢印Ｑ１１により示される音響管２１１の断面は、図８における矢印Ａ１１により示される位置の断面を示している。この断面では、音響管２１１の円形状の図９中、右半分の部分が仕切り２１３により仕切られており、図９中、左半分の部分を音波が通過する。

また、図９の矢印Ｑ１２により示される音響管２１１の断面は、図８における矢印Ａ１２により示される位置の断面を示しており、音響管２１１の円形状の図９中、上半分の部分が仕切り２１３により仕切られており、残りの下半分の部分を音波が通過する。

さらに、図９の矢印Ｑ１３により示される音響管２１１の断面は、図８における矢印Ａ１３により示される位置の断面を示しており、音響管２１１の円形状の図９中、左半分の部分が仕切り２１３により仕切られており、残りの右半分の部分を音波が通過する。

図９の矢印Ｑ１４により示される音響管２１１の断面は、図８における矢印Ａ１４により示される位置の断面を示しており、音響管２１１の円形状の図９中、下半分の部分が仕切り２１３により仕切られており、残りの上半分の部分を音波が通過する。

さらに、図８における矢印Ａ１５により示される位置の断面は、図９の矢印Ｑ１１により示される断面となる。このように音響管２１１の断面位置を終端方向に移動させていくと、仕切り２１３により仕切られる領域が反時計回りの方向に回転していく。なお、仕切りの片一方の空間のみ音波が通過する例を説明したが、同時にもう一方の空間を全く同じ音波または別の音波が通過できるようにしてもよい。

音響管２１１内部にこのような仕切り２１３を設けることで、音響管２１１の音響経路は長くなる。すなわち、音響管２１１では、スピーカ４３から出力された音波は、音響管２１１内部の仕切りを回り込みながら音響管２１１の終端へと進んでいく。

音響管２１１においても、入力端から終端までの図中、横方向の長さ、つまり音響管２１１の外形寸法は、音響管２１１が有する音響経路の長さ未満となっている。したがって、スピーカ４３から音波が出力されると、その音波が音響管２１１の終端に到達するまでの間に開口２１２−１乃至開口２１２−６のそれぞれから順番に音波が放出され、それらの音波が合成されてエバネッセント波となる。この変形例の特徴は、仕切り２１３のねじれ具合を調節することで、音響管２１１の外形寸法を保ったまま圧縮率ｍを１から、より大きい値まで比較的容易に調整できる点である。

〈第１の実施の形態の変形例６〉
〈音響管の構成例〉
また、例えば図１０に示すように、図８に示した音響管２１１に設けられる開口がスリット形状となるようにされてもよい。なお、図１０において図８における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。

図１０に示す例では、音響管２１１の内部には、図９に示した仕切り２１３が形成されている。また、この例では音響管２１１の図１０中、手前側の上部に長方形状のスリット２２１が開口部として設けられているとともに、音響管２１１の終端は封止された状態となっている。

この例では、スリット２２１は、音響管２１１の入力端と出力端とを両端とする、図中、横方向に長い長方形状、すなわちスリット形状の開口となっている。

音響管２１１には１つのスリット２２１しか設けられていないが、スピーカ４３から出力された音波が、音響管２１１の終端に到達するまでの間には、スリット２２１の複数の各位置から、それらの位置を音波が通過するタイミングで、外部に向けて音波が放出される。そして、スリット２２１の各位置から放出された音波が合成されてエバネッセント波となる。

なお、図１０では、音響管２１１には１つのスリット２２１が設けられているが、音響管２１１の他の位置にもスリットが設けられるようにしてもよい。

また、図４乃至図１０を参照して説明した例以外でも、音響管の音響経路を直線の経路とは異なる形状の経路とすることにより、音響経路を外形寸法よりも長くすることができるものであればよく、図４乃至図１０を参照して説明した例や他の例を組み合わせてもよい。

また、上述した圧縮率ｍは、音響管の入力端から終端までの間で一定でなくてもよい。すなわち、音響管におけるｘ方向の距離と、その距離だけｘ方向に音波が進む間に通った実際の音響経路の距離との比は、音響管の入力端から終端までの間で一定でない、つまり位置によって異なっていてもよい。さらに、音響管の終端は開放端としてもよいし、閉塞端としてもよく、終端位置に吸音材を設けることで終端位置での音の反射を防止するようにしてもよい。

〈第１の実施の形態の変形例７〉
〈音響管の構成例〉
また、大局的に見た音響管の形状が直線状である必要はなく、例えば図１１に示すように、大局的に見た音響管２５１の形状が円形状、より詳細には円環状となっていてもよい。

この例では、音響管２５１は、図４に示した波型の音響管１０１と同形状の管、つまり波形に変形された円筒管を円環状にして、その入力端と終端とを接続したものとなっている。

また、円環状の音響管２５１の内部は中空となっており、音響管２５１の図１１中、手前側には、円環状に並べられた円形状の開口２５２−１乃至開口２５２−３６が形成されている。また、音響管２５１の任意の位置にスピーカ４３が接続されており、このスピーカ４３が接続されている部分が円環状の音響管２５１の入力端および終端となっている。特に、この例では入力端と終端は同じ位置となっている。換言すれば、入力端と終端が接続されている。

このような音響管２５１においても、音響管２５１を大局的に見たときの円形状の音響管２５１の直径、すなわち音響管２５１の外形寸法は、音響管２５１が有する音響経路の長さ未満となっているので、エバネッセント波の生成が可能である。また、音響管２５１では、音響管２５１を大局的に見たときの円形状の音響管２５１の円周の長さも、音響管２５１の音響経路の長さ未満となっている。

スピーカ４３から音波を出力すると、その音波は波型の音響経路を辿って音響管２５１内を一周し、スピーカ４３の位置に戻ってくる。このとき、各開口２５２−１乃至開口２５２−３６からは音波が放出され、それらの放出された音波を合成するとエバネッセント波となる。

なお、図１１では、音響管２５１に対して１つのスピーカ４３が接続される例について説明したが、音響管２５１の互いに異なる複数の位置のそれぞれにスピーカを接続するようにしてもよい。そのような場合、複数の各スピーカから同じ音声（音波）が出力されるようにしてもよいし、互いに異なる音声（音波）が出力されるようにしてもよい。

また、ここでは各開口が図１１中、手前側に向けられて形成されているが、円環状の音響管２５１の内側または外側、つまり円環の内側または外側に向けられて開口が設けられるようにしてもよい。

さらに、波形の管を円環状にしたものを音響管２５１とする例について説明したが、山形などその他の形状の管を円環状として音響管とするようにしてもよい。さらに、音響管２５１が円環形状とされる例について説明したが、音響管の形状は円環形状にさらにひねりを加えた形状や円弧形状など、どのような形状とされてもよい。

〈第１の実施の形態の変形例８〉
〈音響再生装置の構成例〉
また、図３に示した例では、音響再生装置６１には１つの音響管４１が設けられている場合について説明したが、例えば図１２に示すように音響再生装置に複数の音響管が設けられるようにしてもよい。

図１２に示す例では、音響再生装置２８１には、６個の同形状の音響管２８２−１乃至音響管２８２−６が設けられており、それらの音響管２８２−１乃至音響管２８２−６のそれぞれの入力端にはスピーカ２８３−１乃至スピーカ２８３−６が接続されている。

なお、以下、音響管２８２−１乃至音響管２８２−６を特に区別する必要のない場合、単に音響管２８２とも称し、スピーカ２８３−１乃至スピーカ２８３−６を特に区別する必要のない場合、単にスピーカ２８３とも称する。また、図１２に示す例では、スピーカ２８３に接続された増幅器やDA変換部など、音響再生装置２８１の他の構成要素の図示が省略されている。

音響再生装置２８１に設けられた各音響管２８２は、図４に示した音響管１０１と同様の音響管となっている。すなわち、音響管２８２の図中、左側の端が入力端とされており、その入力端にはスピーカ２８３が接続されている。また、各音響管２８２の図中、右側の端が終端とされており、この例では終端は開放端とされている。

さらに波形の各音響管２８２には、図中、横方向に並ぶ円形状の開口が複数設けられており、音声再生時には、それらの開口から音響管２８２外部に放出された音波が合成されてエバネッセント波とされる。

なお、音響再生装置２８１では、複数の音響管２８２に同時に同じ音波が出力されるようにしてもよいし、互いに異なる音波が同時に出力されるようにしてもよい。

また、例えば音声の言語などに応じて、音響管２８２に音波が出力されてもよい。具体的には、例えば音声として日本語が選択された場合には、日本語音声に対応する音波が音響管２８２−１に出力され、英語が選択された場合には、英語音声に対応する音波が音響管２８２−２に出力されるなどとすればよい。

〈第１の実施の形態の変形例９〉
〈音響再生装置の構成例〉
さらに音響再生装置に複数の音響管が設けられる場合、それらの音響管の形状や長さ、太さ、開口の数、開口の形状等が異なるようにされてもよい。

そのような場合、音響再生装置は、例えば図１３に示すように構成される。図１３に示す音響再生装置３１１は、３つの音響管３１２−１乃至音響管３１２−３と、それらの音響管３１２−１乃至音響管３１２−３のそれぞれの入力端に接続されたスピーカ３１３−１乃至スピーカ３１３−３とを有している。

音響再生装置３１１では、音響管３１２−１乃至音響管３１２−３は、波形の管から構成されているが、音響管３１２−１と、音響管３１２−２および音響管３１２−３とでは、音響管を構成する管の太さおよび長さが異なっている。また、音響管３１２−２と音響管３１２−３とは同じ形状とされている。

この例では、音響管３１２−１乃至音響管３１２−３の図中、左側の端が入力端とされており、音響管３１２−１乃至音響管３１２−３の図中、右側の端が終端とされている。また、各音響管の終端は開放端となっている。

さらに、音響管３１２−１乃至音響管３１２−３には、図中、横方向に並ぶ円形状の開口が設けられており、音響管３１２−１と、音響管３１２−２および音響管３１２−３とでは、開口の大きさと、設けられた開口の数とが異なっている。

なお、図１３に示す例では、スピーカに接続された増幅器やDA変換部など、音響再生装置３１１の他の構成要素の図示が省略されている。

〈第１の実施の形態の変形例１０〉
〈音響再生装置の構成例〉
また、例えば図１４に示すように、音響再生装置３４１に、複数の円環状の音響管３４２−１乃至音響管３４２−６が設けられるようにしてもよい。なお、図１４では、スピーカや増幅器、DA変換部など、音響再生装置３４１の他の構成要素の図示は省略されている。

音響再生装置３４１に設けられた音響管３４２−１乃至音響管３４２−６は、例えば図１１に示した音響管２５１と同様の音響管となっており、それらの音響管３４２−１乃至音響管３４２−６が図１４中、縦方向に並べられて配置されている。なお、以下、音響管３４２−１乃至音響管３４２−６を特に区別する必要のない場合、単に音響管３４２とも称することとする。

この例では、各音響管３４２が等間隔に並んでおり、それらの音響管３４２の直径も同じとなっている。なお、このような音響再生装置３４１は、例えば円柱に広告などを表示させ、その広告の音声を音響再生装置３４１により再生する場合などに有効である。

この場合、例えば広告が表示される円柱を囲むように、その円柱に沿って音響管３４２が配置され、円柱の外側に向けて音響管３４２からエバネッセント波である広告の音声が出力されるようにすればよい。このとき、各音響管３４２において、それらの音響管３４２の外側に向けて開口が形成されるようにすることができる。また、例えば円柱の領域ごとに異なる広告が表示されるときには、適宜、音響管３４２に複数のスピーカを接続し、音響管３４２の領域ごとに異なる音声が出力されるようにすればよい。

〈第１の実施の形態の変形例１１〉
〈音響再生装置の構成例〉
さらに音響再生装置に複数の円環状の音響管が設けられる場合においても、それらの音響管の大きさや太さ、形状、開口の数、開口の形状、開口間の間隔等が異なるようにされてもよい。

そのような場合、音響再生装置は、例えば図１５に示すように構成される。

図１５に示す音響再生装置３７１は、複数の円環状の音響管３７２−１乃至音響管３７２−７を有している。なお、図１５では、スピーカや増幅器、DA変換部など、音響再生装置３７１の他の構成要素の図示は省略されている。

音響再生装置３７１に設けられた音響管３７２−１乃至音響管３７２−７は、例えば図１１に示した音響管２５１と同様の音響管となっているが、それらの音響管３７２−１乃至音響管３７２−７は、大局的な直径、つまり外形寸法のみが異なっている。

なお、以下、音響管３７２−１乃至音響管３７２−７を特に区別する必要のない場合、単に音響管３７２とも称することとする。

この例では、各音響管３７２が等間隔に図中、縦方向に並んでおり、それらの音響管３７２の直径が異なっている。このような音響再生装置３７１は、例えば円筒形ではない形状の柱に広告などを表示させ、その広告の音声を音響再生装置３７１により再生する場合などに有効である。

〈第２の実施の形態〉
〈音響再生装置の構成例〉
また、図３に示した音響再生装置６１では、各開口４２から音波が放射されるが、開口４２から音波が放射されるたびに音響管４１内を進む音波が減衰してしまう。

そうすると、音響管４１の終端に近い位置の開口４２から出力される音波ほど音圧が低くなるので、開口４２からの音波を合成して得られるエバネッセント波の音圧、つまり再現される音場が、厳密には音響管４１の中心から見てｘ方向に対称ではなくなってしまう。すなわち、音場が左右対称ではなくなってしまう。

そこで、例えば図１６に示すように音響管４１の両方の端にスピーカを配置し、左右対称の音場を再現できるようにしてもよい。なお、図１６において図３における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。

図１６に示す音響再生装置６１の構成は、図３に示した音響再生装置６１に対して、さらにスピーカ４０１を設けた構成とされている。

すなわち、図１６に示す音響再生装置６１では、音響管４１の一方の端にはスピーカ４３が接続され、音響管４１の他方の端にはスピーカ４０１が接続されている。

そして、それらのスピーカ４３およびスピーカ４０１には、増幅器７２から同じ音響信号が供給され、スピーカ４３およびスピーカ４０１は、増幅器７２から供給された音響信号に基づいて、同時に同じ音波を出力する。

これにより、音響管４１の中心から見て、ｘ方向に左右対称の音場を再現することができる。なお、このときの音響管４１外の音波のｘ方向の波数ｋ_ｘは、以下の式（３０）に示すようになり、音響管４１外の音波の位置ｘ_ｖにおける音圧P(x_v,ω)は以下の式（３１）に示すようになる。

この式（３１）から、音響管４１外ではｘ方向には定在波ができることが分かる。

〈第３の実施の形態〉
〈音響再生装置の構成例〉
また、図３に示した音響再生装置６１では、式（２７）を参照して説明したようにｙ方向の波数ｋ_ｙは次式（３２）に示すようになる。そのため、ｙ方向の音圧変化は、以下の式（３３）に示すようになる。

なお、式（３３）においてP(y,ω)は、音響管外部のｙ方向の各位置における音圧を示している。この式（３３）から分かるように、ｙ方向の音圧P(y,ω)は、角周波数ωが大きくなるほど急激に減衰してしまう。

そこで、スピーカに供給する音響信号に対して事前に音響補正として周波数特性補正を行うことで、音圧P(y,ω)の角周波数ωに対する依存性を低く抑えることができるようにしてもよい。

例えば、ｙ方向の位置がｙ＝１の地点において周波数特性が平坦になるような補正を実現するための角周波数ωごとの補正係数Ｇ（ω）は、次式（３４）に示す方程式により表される。

なお、式（３４）においてａは定数である。このような式（３４）により示される方程式を解くと次式（３５）に示す解が得られる。

このようにして得られた補正係数Ｇ（ω）を用いて、音響信号の各角周波数ωの成分を補正すれば、ｙ＝１の位置においてフラットな、すなわち平坦な周波数特性のエバネッセント波を得ることができる。換言すれば、ｙ＝１の位置において各角周波数ωの成分の音圧が等しくなるようにすることができる。

このような周波数特性の補正を行う場合、音響再生装置は、例えば図１７に示すように構成される。なお、図１７において図３における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。

図１７に示す音響再生装置４３１は、音響補正部４３２、DA変換部７１、増幅器７２、スピーカ４３、および音響管４１を有している。

音響再生装置４３１の構成は、図３に示した音響再生装置６１の構成に、さらに音響補正部４３２を設けた構成となっている。

この例では、デジタルの音響信号が音響補正部４３２に供給され、音響補正部４３２は、供給された音響信号に対して、音響補正を行い、その結果得られた音響信号をDA変換部７１に供給する。

より具体的には、例えば音響補正として、予め保持している補正係数Ｇ（ω）を用いた周波数特性の補正が行われる。音響補正部４３２における周波数特性の補正時には、音響信号の各角周波数ωの成分に補正係数Ｇ（ω）が乗算されて補正が行われる。

DA変換部７１は、音響補正部４３２から供給された音響信号をデジタル信号からアナログ信号へと変換し、増幅器７２に供給する。増幅器７２は、DA変換部７１から供給されたアナログの音響信号を増幅させてスピーカ４３に供給する。そしてスピーカ４３は、増幅器７２から供給された音響信号に基づいて音声を再生する。すなわち、スピーカ４３は、音響信号に基づく音波を音響管４１内に出力する。

これにより、音響管４１からは音波が出力され、それらの音波が合成されてｙ＝１の位置において周波数特性が平坦なエバネッセント波が生成される。

なお、ここでは音響信号の周波数特性の補正がデジタル領域で行われる例について説明したが、増幅器７２の前段または後段など、アナログ領域において周波数特性の補正が行われるようにしてもよい。

また、ここではｙ＝１の位置で周波数特性が平坦となるような周波数特性補正を行う例について説明したが、他のどのような周波数特性の補正を行うようにしてもよい。

〈第４の実施の形態〉
〈音響再生装置の構成例〉
また、第３の実施の形態では、角周波数ωが大きくなるほどｙ方向の音圧P(y,ω)が急激に減衰してしまうことを抑制する方法として、音響特性補正、すなわち周波数特性の補正を行う例について説明した。しかし、その他、音響信号の帯域分割を行うことで、角周波数ωごとの音圧の減衰の差を低減させるようにしてもよい。

なお、音響信号の帯域分割を行う際の分割数は任意の数とすることができるが、ここでは分割数が２である場合を例として説明を行う。

音響信号を２つの帯域に分割する場合、音響再生装置は、例えば図１８に示すように構成される。なお、図１８において図３における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。

図１８に示す音響再生装置４６１は、帯域分割部４７１、DA変換部７１、増幅器７２、スピーカ４３、音響管４１、DA変換部４７２、増幅器４７３、スピーカ４７４、および音響管４７５を有している。

ここで、DA変換部４７２、増幅器４７３、スピーカ４７４、および音響管４７５のそれぞれは、DA変換部７１、増幅器７２、スピーカ４３、および音響管４１のそれぞれに対応するものである。

また、音響管４７５は、開口４８１−１乃至開口４８１−６を有しており、開口４８１−１乃至開口４８１−６のｘ方向における位置は、音響管４１の開口４２−１乃至開口４２−６のそれぞれと同じ位置となっている。さらに音響管４１と音響管４７５のｘ方向の長さも同じ長さとなっている。

なお、以下、開口４８１−１乃至開口４８１−６を特に区別する必要のない場合、単に開口４８１とも称することとする。

音響管４７５は、基本的には音響管４１と同じ形状となっているが、大局的にみた音響管４７５のｙ方向の幅、つまり図１８中、縦方向の幅が異なる。換言すれば、音響管４１と音響管４７５は、音響経路の圧縮率ｍが異なっている。

以下では、音響管４１における圧縮率ｍを、圧縮率ｍ＝ｍ_１と記すこととし、音響管４７５における圧縮率ｍを、圧縮率ｍ＝ｍ_２と記すこととする。

帯域分割部４７１は、供給された音響信号に対して、例えば帯域分割フィルタなどを用いたフィルタ処理等により帯域分割を行い、音響信号を２つの帯域の信号に分割する。すなわち、互いに異なる２つの角周波数帯域の音響信号が生成される。

帯域分割部４７１は、帯域分割により得られた一方の帯域の音響信号をDA変換部７１に供給するとともに、他方の帯域の音響信号をDA変換部４７２に供給する。

以下では、DA変換部７１側へと供給される音響信号の帯域、つまり音響管４１により再生される再生帯域の角周波数ωを角周波数ω＝ω_１とも記すこととし、音響管４７５により再生される再生帯域の角周波数ωを角周波数ω＝ω_２とも記すこととする。

帯域分割部４７１からDA変換部７１へと供給された音響信号は、DA変換部７１でアナログ信号へと変換された後、増幅器７２で増幅されてスピーカ４３に供給され、スピーカ４３により音響信号に基づく音波が音響管４１内へと出力される。

また、DA変換部４７２は、帯域分割部４７１から供給された音響信号をデジタル信号からアナログ信号へと変換し、増幅器４７３に供給する。増幅器４７３は、DA変換部４７２から供給された音響信号を増幅させてスピーカ４７４に供給する。そしてスピーカ４７４は、増幅器４７３から供給された音響信号に基づいて音声を再生する。すなわち、スピーカ４７４は、音響信号に基づく音波を音響管４７５内に出力する。

音響再生装置４６１では、音響信号の再生時には音響管４１により角周波数ω＝ω_１の帯域のエバネッセント波が生成されるとともに、音響管４７５により角周波数ω＝ω_２の帯域のエバネッセント波が生成される。

このように音響再生装置４６１において、互いに異なる圧縮率ｍの音響管を用いて、互いに異なる角周波数ωの帯域の音響信号を再生することで、角周波数ωによるｙ方向の音圧P(y,ω)の減衰の差を低減させることができる。

具体的には、再生帯域の分割数や帯域の範囲は任意であるが、ここでは例えば音響管４１の再生帯域の角周波数ω＝ω_１をω_０／２０＜ω_１≦ω_０とし、音響管４７５の再生帯域の角周波数ω＝ω_２をω_０＜ω_２≦２０ω_０とする。

このとき、全ての角周波数ω_１について、音響管４１外におけるｙ方向の位置の角周波数ω＝ω_１の音圧と、音響管４７５外におけるｙ方向の位置の角周波数ω＝２０ω_１の音圧とが等しくなるような音響管４１の圧縮率ｍ_１および音響管４７５の圧縮率ｍ_２の関係を考えることとする。

まず、音響管４１外におけるｙ方向の位置の音圧P₁(y,ω)、および音響管４７５外におけるｙ方向の位置の音圧P₂(y,ω)は、それぞれ以下の式（３６）および式（３７）に示すようになる。

ここで、式（３６）および式（３７）から、音圧P₁(y,ω₁)＝P₂(y,20ω₁)となるような圧縮率ｍ_１と圧縮率ｍ_２の関係を求めると、次式（３８）のようになる。

したがって、例えば図１８に示した音響再生装置４６１では、式（３８）に示す圧縮率の関係となる音響管４１と音響管４７５が用いられている。この場合、音響再生装置４６１により音響信号に基づくエバネッセント波を生成すると、ｙ方向の任意の位置において、角周波数ω_１の成分の音圧と、その角周波数に対応する角周波数２０ω_１の成分の音圧とが等しくなる。これにより、角周波数ωごとのｙ方向の音圧の減衰の差をより低く抑えることができる。

なお、音響信号の帯域分割を行う場合、各再生帯域に見合ったピーカを使用することとなる。その際、スピーカの径が再生帯域ごとに異なる場合には、スピーカに接続される音響管を構成する管の径も異なるものを用意することで、音響インピーダンス不整合を防ぎ、より効果よくエネルギを音響管内に伝えることができる。

例えば音響再生装置４６１において、スピーカ４７４の径よりもスピーカ４３の径が大きい場合には、音響管４１の管の径もスピーカ４３の径に応じた大きさとすれば、音響インピーダンスの不整合の発生を防止することができる。この場合、音響管４１を構成する管の径は、音響管４７５を構成する管の径よりも大きいものとされることになる。

また、ここでは音響再生装置に２つの音響管を設け、それらの２つの音響管で、互いに角周波数帯域が異なる音を再生する例について説明したが、３以上の音響管を設け、それらの音響管で互いに角周波数帯域が異なる音を再生してもよい。さらに、音響再生装置に複数の音響管を設ける場合、それらの音響管のうちのいくつかで同じ角周波数帯域の音が再生されるようにしてもよい。すなわち、音響再生装置に、音響管とスピーカの組が複数設けられる場合には、複数の音響管のなかには、互いに圧縮率ｍが異なる音響管や、圧縮率ｍが同じ音響管が含まれるようにしてもよい。

〈第４の実施の形態の変形例１〉
〈音響再生装置の構成例〉
また、図１８に示した音響再生装置４６１では、デジタル領域で音響信号の帯域分割を行う場合について説明したが、音響信号の帯域分割をアナログ領域で行うようにしてもよい。そのような場合、音響再生装置は、例えば図１９に示す構成とされる。なお、図１９において図１８における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。

図１９に示す音響再生装置５１１は、DA変換部７１、増幅器７２、帯域分割部５２１、スピーカ４３、音響管４１、スピーカ４７４、および音響管４７５を有している。

この例では、DA変換部７１に供給された音響信号が、DA変換部７１によりアナログ信号に変換されて増幅器７２に供給され、さらに音響信号が増幅器７２により増幅されて帯域分割部５２１に供給される。

帯域分割部５２１は、例えばＲＣ回路やＬＣＲ回路から構成され、増幅器７２から供給された音響信号を２つの帯域の信号に分割する。帯域分割部５２１は、帯域分割により得られた一方の帯域の音響信号をスピーカ４３に供給するとともに、他方の帯域の音響信号をスピーカ４７４に供給する。

このようにアナログ領域で音響信号の帯域分割を行う場合には、DA変換部や増幅器を複数設ける必要がなくなる。また、ここでは増幅器７２の後段において帯域分割を行う例について説明したが、増幅器７２の前段で帯域分割を行うようにしてもよい。そのような場合、帯域分割部５２１がDA変換部７１から供給されたアナログの音響信号に対して帯域分割を行うことになるが、帯域分割部５２１およびスピーカ４３の間と、帯域分割部５２１およびスピーカ４７４の間とに、それぞれ増幅器を設ける必要がある。すなわち、合計で２つの増幅器が必要となる。

〈第５の実施の形態〉
〈音響再生装置の構成例〉
また、以上においては音響信号に対して周波数特性の補正を行う例と、音響信号の帯域分割を行う例とについて説明したが、それらの周波数特性の補正と帯域分割とを組み合わせて行うようにしてもよい。このように周波数特性の補正と帯域分割とを組み合わせることは、角周波数ωごとのｙ方向への音圧の減衰の差を低減させることに有効である。

周波数特性の補正と帯域分割とを組み合わせて行う場合、音響再生装置は、例えば図２０に示すように構成される。なお、図２０において、図１８における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。

図２０に示す音響再生装置５５１は、帯域分割部４７１、音響補正部５６１、DA変換部７１、増幅器７２、スピーカ４３、音響管４１、音響補正部５６２、DA変換部４７２、増幅器４７３、スピーカ４７４、および音響管４７５を有している。

音響再生装置５５１の構成は、図１８に示した音響再生装置４６１に対して、さらに音響補正部５６１および音響補正部５６２を設けた構成となっている。

すなわち、帯域分割部４７１とDA変換部７１との間に音響補正部５６１が設けられており、帯域分割部４７１とDA変換部４７２との間に音響補正部５６２が設けられている。

音響補正部５６１は、帯域分割部４７１から供給された、帯域分割後の音響信号に対して予め保持している補正係数を用いて周波数特性の補正を行い、その結果得られた音響信号をDA変換部７１に供給する。同様に、音響補正部５６２は、帯域分割部４７１から供給された、帯域分割後の音響信号に対して予め保持している補正係数を用いて周波数特性の補正を行い、その結果得られた音響信号をDA変換部４７２に供給する。これらの音響補正部５６１および音響補正部５６２は、図１７に示した音響補正部４３２に対応する。

なお、以下では、音響補正部５６１が保持している角周波数ωごとの補正係数をＧ_１（ω）とも記し、音響補正部５６２が保持している角周波数ωごとの補正係数をＧ_２（ω）とも記すこととする。

また、以下では音響補正部５６１へと供給される音響信号の帯域、つまり音響管４１により再生される再生帯域の角周波数ωを角周波数ω＝ω_１とも記すこととし、音響管４７５により再生される再生帯域の角周波数ωを角周波数ω＝ω_２とも記すこととする。ここで、ω_０／２０＜ω_１≦ω_０であり、ω_０＜ω_２≦２０ω_０である。

さらに、音響管４１における圧縮率ｍを、圧縮率ｍ＝ｍ_１と記すこととし、音響管４７５における圧縮率ｍを、圧縮率ｍ＝ｍ_２と記すこととする。

ところで、図１７を参照して説明した音響再生装置４３１では、補正係数Ｇ（ω）の例として、ｙ＝１のときに周波数特性が平坦となるように補正係数Ｇ（ω）を求めるようにした。この場合、音響管外部のｙ方向の音圧P(y,ω)は、次式（３９）に示すようになる。

この式（３９）から分かるように、ｙ＜１の領域においては角周波数ωが大きいほど音圧P(y,ω)が大きく、ｙ＞１の領域においては角周波数ωが大きいほど音圧P(y,ω)が小さくなる。すなわち、ｙ＝１以外の領域では、平坦な周波数特性を得ることができない。

また、図１８を参照して説明した、帯域分割を行う音響再生装置４６１では、音圧P₁(y,ω₁)＝P₂(y,20ω₁)となるような圧縮率ｍ_１と圧縮率ｍ_２の関係を求めた。

しかし、この場合、例えばｙ＝１における音圧P₁(y,ω₀/20)と音圧P₁(y,ω₀)との比を求めると、次式（４０）に示すようになり、依然として角周波数ωが大きくなるほどｙ方向の音圧が急激に減衰してしまう。

そこで、音響再生装置５５１では、周波数特性の補正と帯域分割を行い、その際に例えば以下のような条件を設定して音場を制御することで、より平坦な周波数特性を得るとともに角周波数ωごとの音圧の減衰の差を軽減できるようにした。

すなわち、例えばｙ＝１の地点において周波数特性が平坦となり、かつ音圧P₁(y,ω₁)＝P₂(y,20ω₁)となるような補正係数Ｇ_１（ω）、補正係数Ｇ_２（ω）、圧縮率ｍ_１、および圧縮率ｍ_２を求め、これらの補正係数と圧縮率が音響再生装置５５１で用いられるようにした。

まず、音響管外のｙ方向の音圧P(y,ω)を以下の式（４１）のように定義する。

但し、式（４１）におけるP₁(y,ω)およびP₂(y,ω)は、それぞれ以下の式（４２）および式（４３）の通りである。

ここで、ｙ＝１のときの音圧P(y,ω)が角周波数ωによらず一定となるような補正係数Ｇ_１（ω）および補正係数Ｇ_２（ω）を求めると、音圧P₁(y,ω)、つまり補正係数Ｇ_１（ω）については、以下の式（４４）に示すようになる。

補正係数Ｇ_１（ω）と同様に音圧P₂(y,ω)、つまり補正係数Ｇ_２（ω）については、以下の式（４５）に示すようになる。

次に、式（４４）と式（４５）を用いて以下の式（４６）に示すように方程式を解くことで、ｙ方向の位置によらず音圧P₁(y,ω₁)＝P₂(y,20ω₁)となるような圧縮率ｍ_１および圧縮率ｍ_２が求められる。

音響再生装置５５１では、音響管４１と音響管４７５は、音響管４１の圧縮率ｍ_１と音響管４７５の圧縮率ｍ_２が式（４６）に示す関係を有するようなものとされている。

また、音響再生装置５５１では、音響補正部５６１は式（４４）に示す補正係数Ｇ_１（ω）を用いて音響信号の周波数特性の補正を行い、音響補正部５６２は式（４５）に示す補正係数Ｇ_２（ω）を用いて音響信号の周波数特性の補正を行う。

このようにすることで音響再生装置５５１では、音響管外のｙ＝１の地点で周波数特性が平坦となり、かつ全ての角周波数ω_１（但し、ω_０／２０＜ω_１≦ω_０）について、音圧P₁(y,ω₁)＝P₂(y,20ω₁)が成立する。すなわち、より平坦な周波数特性で、かつ角周波数ωごとのｙ方向への音圧の減衰の差が少ないエバネッセント波を生成することができる。

なお、周波数特性の補正と帯域分割とを組み合わせて行う場合、例えば図１９に示した音響再生装置５１１において、DA変換部７１の前段に図１７に示した音響補正部４３２を設けるようにしてもよい。

この場合、音響補正部４３２は、例えば次式（４７）に示すように、角周波数ωの帯域ごとに異なる補正係数Ｇ（ω）を用いて、外部から供給された音響信号に対する周波数特性の補正を行い、その結果得られた音響信号をDA変換部７１に供給する。

この例では、音響信号は、音響補正部４３２において全帯域での音響補正、つまり周波数特性の補正が行われ、その後、音響信号は帯域分割部５２１によって、アナログ領域で帯域分割されることになる。また、この場合、音響再生装置５１１では、音響管４１と音響管４７５は、音響管４１の圧縮率ｍ_１と音響管４７５の圧縮率ｍ_２が式（４６）に示す関係を有するようなものとされる。

さらに、例えば図１８に示した音響再生装置４６１において、帯域分割部４７１の前段に図１７に示した音響補正部４３２を設けるようにしてもよい。

この場合、音響補正部４３２は、例えば式（４７）に示した補正係数Ｇ（ω）を用いて、外部から供給された音響信号に対する周波数特性の補正を全帯域で行い、その結果得られた音響信号を帯域分割部４７１に供給する。

この例では、音響信号は帯域分割部４７１によって、デジタル領域で帯域分割されることになる。また、この場合、音響再生装置４６１では、音響管４１と音響管４７５は、音響管４１の圧縮率ｍ_１と音響管４７５の圧縮率ｍ_２が式（４６）に示す関係を有するようなものとされる。

なお、以上の第３の実施の形態乃至第５の実施の形態で説明した補正係数や圧縮率は、あくまで一例であって他の条件設定により定められる値とされるようにしてもよい。以上において説明した各実施の形態や変形例を適宜、組み合わせることも勿論可能である。

また、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

例えば、本技術は、１つの機能をネットワークを介して複数の装置で分担、共同して処理するクラウドコンピューティングの構成をとることができる。

本明細書中に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、他の効果があってもよい。

さらに、本技術は、以下の構成とすることも可能である。

（１）
自身の外形寸法よりも長い音響経路を有し、
複数の開口部またはスリット状の開口部を有する
音響管。
（２）
前記複数の前記開口部が所定の方向に並べられて設けられている
（１）に記載の音響管。
（３）
互いに隣接する前記開口部間の距離が所定の距離となるように前記複数の前記開口部が設けられている
（１）または（２）に記載の音響管。
（４）
前記音響経路は、所定方向への音波の速度が、その前記音波が前記音響経路を進む速度未満となる形状となっている
（１）乃至（３）の何れか一項に記載の音響管。
（５）
前記音響管は、前記複数の前記開口部のそれぞれから音波を出力するか、または前記スリット状の前記開口部の複数の位置から音波を出力して、エバネッセント波を生成する
（１）乃至（４）の何れか一項に記載の音響管。
（６）
前記音響管は円筒管を螺旋状に巻くことにより得られたものである
（１）乃至（５）の何れか一項に記載の音響管。
（７）
前記音響管は波形に変形された円筒管を円環状にすることにより得られたものである
（１）乃至（５）の何れか一項に記載の音響管。
（８）
前記音響管は内部に仕切りを設けることにより得られたものである
（１）乃至（５）の何れか一項に記載の音響管。
（９）
自身の外形寸法よりも長い音響経路を有し、複数の開口部またはスリット状の開口部を有する音響管と、
前記音響管内に音波を出力するスピーカと
を備える音響再生装置。
（１０）
前記音響経路は、前記音波の所定方向への速度が、その前記音波が前記音響経路を進む速度未満となる形状となっている
（９）に記載の音響再生装置。
（１１）
前記音響管は、前記複数の前記開口部のそれぞれから前記音波を出力するか、または前記スリット状の前記開口部の複数の位置から前記音波を出力して、エバネッセント波を生成する
（９）または（１０）に記載の音響再生装置。
（１２）
前記音響管内に音波を出力するスピーカを複数有する
（９）乃至（１１）の何れか一項に記載の音響再生装置。
（１３）
前記スピーカに供給される音響信号に対して音響補正を行う音響補正部をさらに備える
（９）乃至（１２）の何れか一項に記載の音響再生装置。
（１４）
前記音響管および前記スピーカを複数有する
（９）乃至（１３）の何れか一項に記載の音響再生装置。
（１５）
音響信号に対する帯域分割を行って、複数の前記スピーカのそれぞれに出力される複数の音響信号のそれぞれを生成する帯域分割部をさらに備える
（１４）に記載の音響再生装置。
（１６）
複数の前記音響管には、所定方向の第１の距離と、前記音響経路を進む前記音波が、前記所定方向に前記第１の距離だけ進む間に、前記音響経路を進んだ第２の距離との比が互いに異なる前記音響管が含まれている
（１４）または（１５）に記載の音響再生装置。

４１ 音響管， ４２−１乃至４２−６，４２ 開口， ４３ スピーカ， ６１ 音響再生装置， ７１ DA変換部， ７２ 増幅器， ４３２ 音響補正部， ４７１ 帯域分割部

Claims (16)

1. 自身の外形寸法よりも長い音響経路を有し、
   複数の開口部またはスリット状の開口部を有する
   音響管。
2. 前記複数の前記開口部が所定の方向に並べられて設けられている
   請求項１に記載の音響管。
3. 互いに隣接する前記開口部間の距離が所定の距離となるように前記複数の前記開口部が設けられている
   請求項１に記載の音響管。
4. 前記音響経路は、所定方向への音波の速度が、その前記音波が前記音響経路を進む速度未満となる形状となっている
   請求項１に記載の音響管。
5. 前記音響管は、前記複数の前記開口部のそれぞれから音波を出力するか、または前記スリット状の前記開口部の複数の位置から音波を出力して、エバネッセント波を生成する
   請求項１に記載の音響管。
6. 前記音響管は円筒管を螺旋状に巻くことにより得られたものである
   請求項１に記載の音響管。
7. 前記音響管は波形に変形された円筒管を円環状にすることにより得られたものである
   請求項１に記載の音響管。
8. 前記音響管は内部に仕切りを設けることにより得られたものである
   請求項１に記載の音響管。
9. 自身の外形寸法よりも長い音響経路を有し、複数の開口部またはスリット状の開口部を有する音響管と、
   前記音響管内に音波を出力するスピーカと
   を備える音響再生装置。
10. 前記音響経路は、前記音波の所定方向への速度が、その前記音波が前記音響経路を進む速度未満となる形状となっている
    請求項９に記載の音響再生装置。
11. 前記音響管は、前記複数の前記開口部のそれぞれから前記音波を出力するか、または前記スリット状の前記開口部の複数の位置から前記音波を出力して、エバネッセント波を生成する
    請求項９に記載の音響再生装置。
12. 前記音響管内に音波を出力するスピーカを複数有する
    請求項９に記載の音響再生装置。
13. 前記スピーカに供給される音響信号に対して音響補正を行う音響補正部をさらに備える
    請求項９に記載の音響再生装置。
14. 前記音響管および前記スピーカを複数有する
    請求項９に記載の音響再生装置。
15. 音響信号に対する帯域分割を行って、複数の前記スピーカのそれぞれに出力される複数の音響信号のそれぞれを生成する帯域分割部をさらに備える
    請求項１４に記載の音響再生装置。
16. 複数の前記音響管には、所定方向の第１の距離と、前記音響経路を進む前記音波が、前記所定方向に前記第１の距離だけ進む間に、前記音響経路を進んだ第２の距離との比が互いに異なる前記音響管が含まれている
    請求項１４に記載の音響再生装置。

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