JPWO2018066384A1 - 信号処理装置および方法、並びにプログラム - Google Patents

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Abstract

本技術は、遠方と近傍とで異なる音を再生することができるようにする信号処理装置および方法、並びにプログラムに関する。信号処理装置は、第1の音源信号に対して遠方音再生フィルタ係数を用いたフィルタ処理を行うことで、遠方受聴領域で音を再生するための遠方音再生信号を生成する遠方フィルタ部と、第2の音源信号に対して近傍音再生フィルタ係数を用いたフィルタ処理を行うことで、遠方受聴領域とは異なる近傍受聴領域で音を再生するための近傍音再生信号を生成する近傍フィルタ部とを備える。本技術は遠近別音場形成装置に適用することができる。

Description

本技術は信号処理装置および方法、並びにプログラムに関し、特に、遠方と近傍とで異なる音を再生することができるようにした信号処理装置および方法、並びにプログラムに関する。
従来、スピーカを用いて局所的に音場を形成する技術が知られている。
例えば、そのような技術としてパラメトリックスピーカを用いた超指向性制御による局所音場形成技術が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。
また、例えばスピーカアレイを用いてエバネッセント波を生成することで、スピーカアレイ近傍においてのみ音の聴取が可能な音場を形成する技術も提案されている(例えば、特許文献1参照)。
ところで、空港や駅などの公共の場においては、映像ディスプレイを用いて運航情報やサイネージが提示されている。映像に加えて音声を用いることで、より効果的にコンテンツを提示することが可能になるが、一方でその情報を必要としていない不特定多数の人にまで音声が届いてしまうことになる。
そこで、例えば遠方の人には最低限の案内だけを提示し、近傍の人には詳細な情報を提示することができるようにするなど、遠方と近傍とで異なる音を再生することができると便利である。例えば銀行のキャッシュディスペンサでは、キャッシュディスペンサ近傍で操作している人だけに聞かせたい音声と、「忘れ物があります」などの遠方の人に聞かせたい音声がある。
鎌倉他,"パラメトリックスピーカの実用化,"日本音響学会誌, vol.62, p.791-797, 2006.
特開2012−44572号公報
しかしながら、上述した技術では、遠方の領域と近傍の領域とで異なる音を再生することは困難であった。
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、遠方と近傍とで異なる音を再生することができるようにするものである。
本技術の一側面の信号処理装置は、第1の音源信号に対して遠方音再生フィルタ係数を用いたフィルタ処理を行うことで、遠方受聴領域で音を再生するための遠方音再生信号を生成する遠方フィルタ部と、第2の音源信号に対して近傍音再生フィルタ係数を用いたフィルタ処理を行うことで、前記遠方受聴領域とは異なる近傍受聴領域で音を再生するための近傍音再生信号を生成する近傍フィルタ部とを備える。
前記近傍音再生信号を、エバネッセント波を生成するための信号とすることができる。
信号処理装置には、前記遠方受聴領域と前記近傍受聴領域との境界位置に応じて前記エバネッセント波の減衰率を決定する近傍音場処理部をさらに設け、前記近傍フィルタ部には、複数の前記近傍音再生フィルタ係数のうちの決定された前記減衰率に対応する前記近傍音再生フィルタ係数を用いてフィルタ処理を行わせることができる。
信号処理装置には、前記遠方受聴領域と前記近傍受聴領域との境界位置に応じて制御点の位置を決定する近傍音場処理部をさらに設け、前記近傍フィルタ部には、複数の前記近傍音再生フィルタ係数のうちの決定された前記制御点の位置に対応する前記近傍音再生フィルタ係数を用いてフィルタ処理を行わせることができる。
信号処理装置には、前記遠方受聴領域と前記近傍受聴領域との境界位置に応じて制御点の位置を決定する遠方音場処理部をさらに設け、前記遠方フィルタ部には、複数の前記遠方音再生フィルタ係数のうちの決定された前記制御点の位置に対応する前記遠方音再生フィルタ係数を用いてフィルタ処理を行わせることができる。
前記遠方音再生信号を、伝搬波を生成するための信号とすることができる。
信号処理装置には、前記遠方受聴領域と前記近傍受聴領域との境界位置に応じてゲインを決定する遠方音場処理部と、決定した前記ゲインに基づいて前記第1の音源信号または前記遠方音再生信号のゲイン調整を行う遠方ゲイン調整部とをさらに設けることができる。
信号処理装置には、前記遠方受聴領域と前記近傍受聴領域との境界位置に応じてゲインを決定する近傍音場処理部と、決定した前記ゲインに基づいて前記第2の音源信号または前記近傍音再生信号のゲイン調整を行う近傍ゲイン調整部とをさらに設けることができる。
前記第1の音源信号と前記第2の音源信号とを、互いに異なるコンテンツの音を再生するための信号とすることができる。
信号処理装置には、前記遠方音再生信号と前記近傍音再生信号を合成して得られる信号に基づいて音を再生するスピーカアレイをさらに設けることができる。
信号処理装置には、前記遠方音再生信号に基づいて音を再生する第1のスピーカアレイと、前記近傍音再生信号に基づいて音を再生する第2のスピーカアレイとをさらに設けることができる。
前記遠方音再生信号に基づく音が、前記近傍音再生信号に基づく音とは異なるタイミングで再生されるようにすることができる。
前記遠方音再生信号に基づく音を、前記近傍音再生信号に基づく音のマスキング用の音とすることができる。
信号処理装置には、空間上の受聴者の位置に基づいて前記遠方受聴領域と前記近傍受聴領域との境界位置を決定する音場境界制御部をさらに設けることができる。
本技術の一側面の信号処理方法またはプログラムは、第1の音源信号に対して遠方音再生フィルタ係数を用いたフィルタ処理を行うことで、遠方受聴領域で音を再生するための遠方音再生信号を生成し、第2の音源信号に対して近傍音再生フィルタ係数を用いたフィルタ処理を行うことで、前記遠方受聴領域とは異なる近傍受聴領域で音を再生するための近傍音再生信号を生成するステップを含む。
本技術の一側面においては、第1の音源信号に対して遠方音再生フィルタ係数を用いたフィルタ処理を行うことで、遠方受聴領域で音を再生するための遠方音再生信号が生成され、第2の音源信号に対して近傍音再生フィルタ係数を用いたフィルタ処理を行うことで、前記遠方受聴領域とは異なる近傍受聴領域で音を再生するための近傍音再生信号が生成される。
本技術の一側面によれば、遠方と近傍とで異なる音を再生することができる。
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。
本技術について説明する図である。 本技術について説明する図である。 遠近別音場形成装置の構成例を示す図である。 座標系について説明する図である。 音場境界位置の制御について説明する図である。 音場境界位置の制御について説明する図である。 音場境界位置の制御について説明する図である。 遠近別音場形成処理を説明するフローチャートである。 遠近別音場形成装置の構成例を示す図である。 遠近別音場形成処理を説明するフローチャートである。 コンピュータ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、スピーカアレイを用いて、遠方と近傍とで異なる音を再生することができるようにするものである。
本技術では、例えば複数のスピーカを直線状に並べて得られる1つのスピーカアレイにより2つの音場が同時に形成される。
この場合、スピーカアレイにより、スピーカアレイ近傍の領域でのみ音の聴取が可能な音場(以下、近傍音再生音場とも称する)と、スピーカアレイから離れた遠方でも音の聴取が可能な音場(以下、遠方音再生音場とも称する)とが同時に形成される。
ここで、近傍音再生音場は、例えばエバネッセント波を生成するための近傍音再生信号に基づいて音を再生することにより形成される。なお、エバネッセント波とは、スピーカアレイに対して垂直な方向に指数関数的に音圧が距離減衰する性質を有する波である。
このようなエバネッセント波による近傍音再生音場は、スピーカアレイ近傍においてのみ聴取に十分な音圧が保たれ、遠方では急峻に音圧が減衰する音場となっている。
これに対して、遠方音再生音場は、平面波や球面波などの遠方まで伝搬する伝搬波を生成するための遠方音再生信号に基づいて音を再生することにより形成される。なお、以下では遠方音再生音場は、平面波により形成されるものとして説明を続ける。
このような伝搬波による遠方音再生音場は、スピーカアレイから離れた遠方においても聴取に十分な音圧が保たれる音場となっている。
そのため、このような近傍音再生音場と遠方音再生音場とを同時に形成し、かつスピーカアレイ近傍においては、近傍音再生音場の音が遠方音再生音場の音よりも十分大きく再生されるようにすることで、スピーカアレイの近傍と遠方とで互いに異なる音を再生することができる。
このような場合、再生された音の波面は例えば図1に示すようになる。なお、図1において、縦方向および横方向は空間上の方向を示しており、矢印Q11により示される部分における濃淡は、再生された音の波面の振幅を示している。
この例では矢印A11に示す位置に1つの直線スピーカアレイが配置されており、その直線スピーカアレイによって、近傍音再生信号に基づく音(以下、近傍音とも称する)と、遠方音再生信号に基づく音(以下、遠方音とも称する)とが同時に再生されている。すなわち、近傍音再生音場と遠方音再生音場とが同時に形成されている。
ここでは、近傍音はエバネッセント波であり、遠方音は平面波であるので、それらの波は空間スペクトル、すなわち時空間スペクトログラムにおいては異なる領域の波となるので互いに干渉せず、受聴者は近傍音と遠方音とを聞き分けることができる。
また、この場合、空間上の各位置における音圧は矢印Q12に示すようになり、直線スピーカアレイ近傍が近傍音の受聴領域LE11となり、直線スピーカアレイから離れた位置にある領域が遠方音の受聴領域LE12となる。なお、矢印Q12に示す部分において各位置における濃淡は、それらの位置における音圧を示している。
この例では、近傍の受聴領域LE11と、遠方の受聴領域LE12という互いに異なる領域で、それぞれ異なる音が再生される。
直線スピーカアレイを構成する複数のスピーカが並ぶ方向と垂直な方向をy方向とすると、近傍音の音圧と遠方音の音圧は、それぞれy方向に対して例えば図2に示すように減衰する。なお、図2において縦軸は音圧を示しており、横軸はy方向の位置を示している。
図2では、直線L11はy方向の各位置における近傍音の音圧を示しており、直線L11により示される音圧は、直線スピーカアレイからのy方向の距離をyとすると1/eyとなる。これに対して、曲線L12はy方向の各位置における遠方音の音圧を示しており、曲線L12により示される音圧は、直線スピーカアレイからのy方向の距離をyとすると1/yとなる。
したがって、空間上において遠方音よりも近傍音の音圧が大きい領域R11が、図1に示した受聴領域LE11となり、近傍音よりも遠方音の音圧が大きい領域R12が図1に示した受聴領域LE12となる。
例えば領域R11では、近傍音だけでなく遠方音も受聴者に聞こえるが、近傍音と遠方音の音圧差を十分に大きくすることができるため、受聴者には遠方音が十分に小さく聞こえるようにすることが可能である。また、領域R12では、近傍音の減衰が大きく、受聴者には遠方音のみが聞こえるようになっている。
このように、y方向での減衰のしかたが互いに異なるエバネッセント波と平面波を利用することで、主に近傍音が受聴者に聞こえる領域R11と、遠方音が受聴者に聞こえる領域R12とを形成することが可能となる。
以下では、領域R11と領域R12の境界位置、すなわち近傍音と遠方音の音圧が同じレベル(大きさ)となるy方向の位置を、音場境界位置とも称することとする。
〈遠近別音場形成装置の構成例〉
それでは、以下、本技術を適用したより具体的な実施の形態について説明する。
図3は、本技術を適用した遠近別音場形成装置の一実施の形態の構成例を示す図である。
図3に示す遠近別音場形成装置11は、遠方と近傍とで異なる音を再生する信号処理装置である。遠近別音場形成装置11は、遠方音場処理部21、ゲイン調整部22、フィルタ部23、近傍音場処理部24、ゲイン調整部25、フィルタ部26、加算部27、およびスピーカアレイ28を有している。
遠近別音場形成装置11では、遠方音場処理部21および近傍音場処理部24に対して、近傍音再生音場と遠方音再生音場との境界位置、すなわち近傍音の受聴領域と遠方音の受聴領域との境界位置である音場境界位置を制御するための制御情報が供給される。
例えば制御情報は、空間上の受聴者の位置を示す受聴者位置情報や、音場境界の位置を示す境界位置情報などとされる。なお、境界位置情報は、手動で入力されたものであってもよいし、予め定められたものであってもよい。
遠方音場処理部21は、供給された制御情報に基づいて音場境界位置を決定する。遠方音場処理部21は、音場境界制御部41、遠方音再生フィルタ係数記録部42、およびフィルタ係数選択部43を有している。
音場境界制御部41は、供給された制御情報に基づいて音場境界位置を決定するとともに、その決定結果に基づいて遠方音のゲイン調整のためのゲイン値を決定してゲイン調整部22に供給する。以下、遠方音のゲイン調整のためのゲイン値を、特に遠方音ゲイン値とも称する。
また、音場境界制御部41は、音場境界位置の決定結果に基づいて、遠方音再生フィルタ係数記録部42に記録されている複数の遠方音再生フィルタ係数のなかから適切な遠方音再生フィルタ係数を選択するための遠方音再生フィルタ係数選択情報を生成し、フィルタ係数選択部43に供給する。
遠方音再生フィルタ係数記録部42は、所定の音場境界位置よりもスピーカアレイ28から遠い側に遠方音再生音場を形成するための音響フィルタ係数である遠方音再生フィルタ係数を予め複数記録しており、記録している遠方音再生フィルタ係数をフィルタ係数選択部43に供給する。
フィルタ係数選択部43は、音場境界制御部41から供給された遠方音再生フィルタ係数選択情報に基づいて、遠方音再生フィルタ係数記録部42に記録されている複数の遠方音再生フィルタ係数のなかから1つの遠方音再生フィルタ係数を選択し、フィルタ部23に供給する。
ゲイン調整部22は、音場境界制御部41から供給された遠方音ゲイン値に基づいて、供給された音源信号に対するゲイン調整を行い、得られた音源信号をフィルタ部23に供給する。ゲイン調整部22に供給される音源信号は、遠方音を再生するための時間領域の音響信号である。
フィルタ部23は、ゲイン調整部22から供給された音源信号に対して、フィルタ係数選択部43から供給された遠方音再生フィルタ係数を用いたフィルタ処理を行うことで遠方音再生信号を生成し、加算部27に供給する。フィルタ部23では、フィルタ処理として、音源信号と遠方音再生フィルタ係数とを畳み込む畳み込み処理が行われる。
近傍音場処理部24は、供給された制御情報に基づいて音場境界位置を決定する。近傍音場処理部24は、音場境界制御部51、近傍音再生フィルタ係数記録部52、およびフィルタ係数選択部53を有している。
音場境界制御部51は、供給された制御情報に基づいて音場境界位置を決定するとともに、その決定結果に基づいて近傍音のゲイン調整のためのゲイン値を決定してゲイン調整部25に供給する。以下、近傍音のゲイン調整のためのゲイン値を、特に近傍音ゲイン値とも称する。
また、音場境界制御部51は、音場境界位置の決定結果に基づいて、近傍音再生フィルタ係数記録部52に記録されている複数の近傍音再生フィルタ係数のなかから適切な近傍音再生フィルタ係数を選択するための近傍音再生フィルタ係数選択情報を生成し、フィルタ係数選択部53に供給する。
近傍音再生フィルタ係数記録部52は、所定の音場境界位置よりもスピーカアレイ28に近い側に近傍音再生音場を形成するための音響フィルタ係数である近傍音再生フィルタ係数を予め複数記録しており、記録している近傍音再生フィルタ係数をフィルタ係数選択部53に供給する。
フィルタ係数選択部53は、音場境界制御部51から供給された近傍音再生フィルタ係数選択情報に基づいて、近傍音再生フィルタ係数記録部52に記録されている複数の近傍音再生フィルタ係数のなかから1つの近傍音再生フィルタ係数を選択し、フィルタ部26に供給する。
ゲイン調整部25は、音場境界制御部51から供給された近傍音ゲイン値に基づいて、供給された音源信号に対するゲイン調整を行い、得られた音源信号をフィルタ部26に供給する。ゲイン調整部25に供給される音源信号は、近傍音を再生するための時間領域の音響信号である。
なお、ここではゲイン調整部22に供給される音源信号と、ゲイン調整部25に供給される音源信号とは、互いに異なるコンテンツの音を再生するための信号である例について説明するが、それらの音源信号が同一のものであってもよい。
フィルタ部26は、ゲイン調整部25から供給された音源信号に対して、フィルタ係数選択部53から供給された近傍音再生フィルタ係数を用いたフィルタ処理を行うことで近傍音再生信号を生成し、加算部27に供給する。フィルタ部26では、フィルタ処理として、音源信号と近傍音再生フィルタ係数とを畳み込む畳み込み処理が行われる。
加算部27は、フィルタ部23から供給された遠方音再生信号と、フィルタ部26から供給された近傍音再生信号とを加算して、近傍音と遠方音を同時に再生するためのスピーカ駆動信号を生成し、スピーカアレイ28に供給する。換言すれば、加算部27では遠方音再生信号と近傍音再生信号とが合成されてスピーカ駆動信号が生成される。
スピーカアレイ28は、例えば直線スピーカアレイ、平面スピーカアレイ、環状スピーカアレイ、球状スピーカアレイなど、複数のスピーカを並べて得られたスピーカアレイであり、加算部27から供給されたスピーカ駆動信号に基づいて近傍音と遠方音を再生する。
〈遠近別音場形成装置の各部について〉
ここで、以下においてする説明で用いる座標系について、図4を参照して説明する。
すなわち、以下においてする説明では、スピーカアレイ28の中心位置が3次元直交座標系の原点Oとされる。
また、3次元直交座標系の3つの軸は原点Oを通り、互いに直交するx軸、y軸、およびz軸とされる。ここで、x軸の方向、つまりx方向はスピーカアレイ28を構成するスピーカが並ぶ方向とされる。また、y軸の方向、つまりy方向はx方向と垂直な方向であり、かつスピーカアレイ28から音波が出力される方向と平行な方向され、これらのx方向およびy方向と垂直な方向がz軸の方向、つまりz方向とされる。特に、スピーカアレイ28から音波が出力される方向がy方向の正の方向とされる。
以下では、空間上の位置、つまり空間上の位置を示すベクトルをx座標、y座標、およびz座標を用いて(x,y,z)とも記すこととする。また、以下では、スピーカアレイ28は直線スピーカアレイであるものとして説明を続ける。
次に、図3に示した遠近別音場形成装置11の各部について、より詳細に説明する。
(音場境界制御部)
まず、音場境界制御部41および音場境界制御部51について説明する。
音場境界制御部41および音場境界制御部51では、同じ処理が行われて音場境界位置が決定される。
すなわち、例えば制御情報として受聴者位置情報が供給されたとする。空間上の受聴者の位置を示す受聴者位置情報は、カメラにより撮影された画像に対する画像認識や、センサを利用した受聴者の検出、ユーザ等による位置情報の入力などから得ることができる。
このような場合、例えば制御情報としての受聴者位置情報により示される受聴者の位置が遠方音または近傍音の受聴領域に含まれるように、音場境界位置が決定される。
より具体的には、例えば空間上に複数の受聴者がいるが、スピーカアレイ28近傍に受聴者が少ない場合には、スピーカアレイ28近傍にいる受聴者が含まれる程度の領域が近傍音の受聴領域となるように音場境界位置が決定される。
これに対して、例えばスピーカアレイ28近傍にいる受聴者が増えて、これまでの近傍音の受聴領域内に全受聴者が収まらなくなったときには、音場境界位置をスピーカアレイ28からy方向により遠い位置に移動させて近傍音の受聴領域が広くなるようにされる。
このように近傍音や遠方音の再生中、つまりコンテンツの再生中に動的に音場境界位置が変化するようにしてもよい。
また、例えば制御情報として境界位置情報が供給された場合には、その境界位置情報により示される位置が音場境界位置とされる。
音場境界位置が決定されると、その決定結果に応じて遠方音ゲイン値、近傍音ゲイン値、遠方音再生フィルタ係数選択情報、および近傍音再生フィルタ係数選択情報が得られる。
例えば実際に音場を形成する際の音場境界位置は、遠方音ゲイン値や近傍音ゲイン値、遠方音再生音場を形成する際の制御点の位置、近傍音再生音場を形成する際のエバネッセント波の減衰率などによって定まる。
逆にいえば、決定された任意の位置に対して遠方音ゲイン値や近傍音ゲイン値、遠方音再生音場の制御点の位置、エバネッセント波の減衰率などを適切に定めることで、その決定された位置が音場境界位置となるように、遠方音再生音場と近傍音再生音場を形成することができる。つまり、遠方音ゲイン値や近傍音ゲイン値、遠方音再生音場の制御点の位置、エバネッセント波の減衰率などを調整することで、任意の位置を音場境界位置とすることができる。
具体的には、例えば遠方音と近傍音として、それぞれコンテンツAの音とコンテンツBの音を再生する場合、それらのコンテンツの音の音源信号のゲインを調整することで、音場境界位置を変化させることができる。すなわち、音場境界位置の制御を行うことができる。
例えば図5に示すようにスピーカアレイ28の位置をy=0の位置としたとき、y方向に対してコンテンツB、つまり近傍音の音圧が直線L21に示すように変化し、コンテンツA、つまり遠方音の音圧が曲線L22に示すように変化することが分かっているとする。なお、図5において縦軸は音圧を示しており、横軸はy方向の位置を示している。
このようにコンテンツAの音圧が曲線L22に示すように変化(減衰)し、コンテンツBの音圧が直線L21に示すように変化(減衰)するときには、曲線L22と直線L21の交点位置、すなわち矢印W11に示す位置が音場境界位置となる。
このような状態から、コンテンツAのゲインを大きくすると、すなわち遠方音ゲイン値を大きくすると、例えばコンテンツA、つまり遠方音の音圧はy方向に対して曲線L23に示すように変化するようになる。
この例では、コンテンツAのゲイン調整によって、y方向の各位置におけるコンテンツAの音圧が大きくなっており、その結果、音場境界位置がスピーカアレイ28により近い位置に移動している。すなわち、コンテンツAの音圧の増加に応じて音場境界位置がスピーカアレイ28に近づいている。この場合、曲線L23と直線L21の交点位置、すなわち矢印W21に示す位置が音場境界位置となる。
同様に、コンテンツBのゲイン調整を行うことでも音場境界位置が変化する。この場合、コンテンツBのゲインを大きくすると、すなわち近傍音ゲイン値を大きくすると、音場境界位置はスピーカアレイ28から遠ざかることになる。
このようなことから、決定された音場境界位置に対して、適切に遠方音ゲイン値や近傍音ゲイン値を定めることで、近傍音再生音場と遠方音再生音場を同時に形成したときの音場境界位置が、決定された音場境界位置となるようにすることができる。
音場境界制御部41および音場境界制御部51では、予め用意された遠方音再生フィルタ係数や近傍音再生フィルタ係数を用いた場合に、遠方音や近傍音の音圧がy方向の各位置でどの程度となるかが予め分かっている。すなわち、直線L21や曲線L22が既知となっている。
そのため、音場境界制御部41および音場境界制御部51は、決定された音場境界位置に対して、その音場境界位置が実際の音場形成時に音場境界位置となるような遠方音ゲイン値や近傍音ゲイン値を求めることができる。
なお、遠方音ゲイン値と近傍音ゲイン値のうちの何れか一方のみによりゲイン調整が行われるようにしてもよいし、それらの両方を組み合わせてゲイン調整が行われるようにしてもよい。例えば実質的に遠方音ゲイン値のみによりゲイン調整が行われるときには、近傍音ゲイン値は1とされる。
音場境界位置の制御を遠方音ゲイン値や近傍音ゲイン値のみで行う場合には、遠方音再生フィルタ係数や近傍音再生フィルタ係数はそれぞれ1つ(1種類)だけ用意すればよい。
また、例えば遠方音再生音場を形成するための遠方音再生フィルタ係数の制御点の位置を変化させることでも音場境界位置は変化する。
例えばスピーカアレイを用いた音場形成では、スピーカアレイを構成するスピーカが並ぶ方向、つまりここではx方向と平行なリファレンスラインと呼ばれる制御点群からなる制御線が存在する。そして、その制御点上でのみ形成音場を理想的な音場と一致させることが可能である。
遠方音再生フィルタ係数記録部42には、複数の制御点ごと、つまり制御点のy方向の位置ごとの遠方音再生フィルタ係数が予め記録されており、それらのうちの所定の1つの制御点位置の遠方音再生フィルタ係数が選択されてフィルタ部23へと供給される。
遠方音と近傍音として、それぞれコンテンツAの音とコンテンツBの音を再生する場合、コンテンツAの音を再生するための遠方音再生信号の生成に用いる遠方音再生フィルタ係数の制御点の位置が変化すると、例えば図6に示すように音場境界位置が変化する。なお、図6において縦軸は音圧を示しており、横軸はy方向の位置を示している。
図6の例では、スピーカアレイ28の位置がy=0の位置とされており、直線L31はy方向の各位置におけるコンテンツB、つまり近傍音の音圧を示している。また、曲線L32は、y方向の各位置におけるコンテンツA、つまり遠方音の音圧を示している。すなわち、直線L31および曲線L32は、コンテンツBとコンテンツAのy方向に対する音圧の減衰の様子を示している。
なお、上述したように遠方音再生フィルタ係数や近傍音再生フィルタ係数を用いた場合に、遠方音や近傍音の音圧がy方向の各位置でどの程度となるかは既知である。
このようにコンテンツAの音圧が曲線L32に示すように変化し、コンテンツBの音圧が直線L31に示すように変化するときには、曲線L32と直線L31の交点位置、すなわち矢印W21に示す位置が音場境界位置となる。
例えば、ここでは曲線L32に示す音圧が得られる遠方音再生フィルタ係数の制御点の位置がy=y1であるとする。
これに対して、制御点の位置がy1である遠方音再生フィルタ係数に代えて、制御点の位置がy1よりも、よりスピーカアレイ28から遠い側のy=y2である遠方音再生フィルタ係数を用いてコンテンツAの音を再生するための遠方音再生信号を生成したとする。
この場合、コンテンツAの音圧はy方向に対して曲線L33に示すように変化し、音場境界位置は矢印W22に示す位置となる。
このように、y方向において制御点の位置をスピーカアレイ28からより遠い位置とすると、音場境界位置はスピーカアレイ28に近づくことが分かる。逆に、y方向において制御点の位置をスピーカアレイ28に近づけると、音場境界位置はスピーカアレイ28から遠ざかる。
このようなことから、決定された音場境界位置に対して、適切に遠方音再生音場の制御点、つまり遠方音再生フィルタ係数の制御点を定めることで、近傍音再生音場と遠方音再生音場を同時に形成したときの音場境界位置が、決定された音場境界位置となるようにすることができる。
音場境界制御部41や音場境界制御部51では、予め用意された遠方音再生フィルタ係数や近傍音再生フィルタ係数を用いた場合に、遠方音や近傍音の音圧がy方向の各位置でどの程度となるかが予め分かっている。
そのため、音場境界制御部41や音場境界制御部51は、決定された音場境界位置に対して、その音場境界位置が実際の音場形成時に音場境界位置となるような遠方音再生フィルタ係数の制御点の位置を求めることができる。
さらに、例えば近傍音再生音場を形成するための近傍音再生フィルタ係数の音圧減衰率、すなわちエバネッセント波の減衰率を変化させることでも音場境界位置は変化する。
近傍音再生フィルタ係数記録部52には、y方向の音圧減衰率を示す定数αと制御点との組み合わせごとの近傍音再生フィルタ係数が予め記録されており、それらのうちの1つの近傍音再生フィルタ係数が選択されてフィルタ部26へと供給される。
例えば遠方音と近傍音として、それぞれコンテンツAの音とコンテンツBの音を再生する場合、コンテンツBの音を再生するための近傍音再生信号の生成に用いる近傍音再生フィルタ係数の定数α、すなわち音圧減衰率が変化すると、例えば図7に示すように音場境界位置が変化する。なお、図7において縦軸は音圧を示しており、横軸はy方向の位置を示している。
図7の例では、スピーカアレイ28の位置がy=0の位置とされており、直線L41はy方向の各位置におけるコンテンツB、つまり近傍音の音圧を示している。また、曲線L42は、y方向の各位置におけるコンテンツA、つまり遠方音の音圧を示している。すなわち、直線L41および曲線L42は、コンテンツBとコンテンツAのy方向に対する音圧の減衰の様子を示している。
このようにコンテンツAの音圧が曲線L42に示すように変化し、コンテンツBの音圧が直線L41に示すように変化するときには、曲線L42と直線L41の交点位置、すなわち矢印W31に示す位置が音場境界位置となる。
例えば、ここでは直線L41に示す音圧が得られる近傍音再生フィルタ係数の定数αの値がα1であるとする。
これに対して、定数α=α1である近傍音再生フィルタ係数に代えて、定数α=α1のときよりも音圧減衰率がより大きい、定数α=α2である近傍音再生フィルタ係数を用いてコンテンツBの音を再生するための近傍音再生信号を生成したとする。
この場合、コンテンツBの音圧はy方向に対して直線L43に示すように変化し、音場境界位置は矢印W32に示す位置となる。
このように、より音圧減衰率の大きい近傍音再生フィルタ係数を用いると、音場境界位置はスピーカアレイ28に近づくことが分かる。逆に、より音圧減衰率の小さい近傍音再生フィルタ係数を用いると、音場境界位置はスピーカアレイ28から遠ざかる。
このようなことから、決定された音場境界位置に対して、適切に近傍音再生フィルタ係数の音圧減衰率、すなわち定数αを定めることで、近傍音再生音場と遠方音再生音場を同時に形成したときの音場境界位置が、決定された音場境界位置となるようにすることができる。
音場境界制御部51や音場境界制御部41では、予め用意された遠方音再生フィルタ係数や近傍音再生フィルタ係数を用いた場合に、遠方音や近傍音の音圧がy方向の各位置でどの程度となるかが予め分かっている。
そのため、音場境界制御部51や音場境界制御部41は、決定された音場境界位置に対して、その音場境界位置が実際の音場形成時に音場境界位置となるような近傍音再生フィルタ係数の定数αを求めることができる。
なお、近傍音再生フィルタ係数は、音圧減衰率を示す定数αと制御点の組み合わせごとに用意されているが、近傍音再生フィルタ係数の制御点を変化させることでも音場境界位置は変化する。したがって、近傍音再生フィルタ係数についても音場境界位置に応じて適切な制御点が決定されるようにしてもよい。
以上のように、遠方音ゲイン値や近傍音ゲイン値、遠方音再生フィルタ係数の制御点、近傍音再生フィルタ係数の制御点や定数αによって音場境界位置は変化する。
そこで、音場境界制御部41および音場境界制御部51は、決定された音場境界位置に対して遠方音ゲイン値、近傍音ゲイン値、遠方音再生フィルタ係数の制御点、および近傍音再生フィルタ係数の制御点と定数αの適切な組み合わせを決定する。
この場合、遠方音ゲイン値、近傍音ゲイン値、遠方音再生フィルタ係数の制御点、近傍音再生フィルタ係数の制御点、および近傍音再生フィルタ係数の定数αのうちのいくつかが動的に決定され、それ以外のものは予め定められているようにしてもよい。
特に、遠方音ゲイン値等の各パラメータの決定にあたっては、例えばy方向の所定位置において所望の音圧を確保したいなどを考慮すべき場合がある。また、音場形成では遠方音や近傍音の受聴領域は、制御点よりもスピーカアレイ28から遠い側である必要がある。
そのため、例えば音場境界位置に応じて遠方音再生フィルタ係数の制御点のみを変化させても、所望の音圧を確保したり適切な位置に受聴領域を形成したりすることができない可能性もある。しかし、遠方音再生フィルタ係数の制御点だけでなく、遠方音ゲイン値や近傍音ゲイン値も組み合わせて変化させるなど、複数のパラメータを動的に決定するようにすれば、所望の音圧を確保したり、適切な位置に受聴領域を形成したりすることができるようになる。
このようにして、音場境界位置に対して各パラメータの値が決定されると、例えば音場境界制御部41は、決定した遠方音再生フィルタ係数の制御点の位置を示す情報を、遠方音再生フィルタ係数選択情報としてフィルタ係数選択部43に供給する。また、例えば音場境界制御部51は、決定した近傍音再生フィルタ係数の制御点の位置と定数αを示す情報を、近傍音再生フィルタ係数選択情報としてフィルタ係数選択部53に供給する。
(遠方音再生フィルタ係数記録部)
遠方音再生フィルタ係数記録部42は、複数の制御点の位置ごとに遠方音再生フィルタ係数を記録している。
例えば遠方音再生フィルタ係数は、SDM(Spectral Division Method)法により予め求められたものとされる。
なお、SDM法については、例えば「Jens Ahrens and Sascha Spors, “Sound Field Reproduction Using Planar and Linear Arrays of Loudspeakers”, in IEEE TRANSACTIONS ON AUDIO, SPEECH, AND LANGUAGE PROCESSING, VOL. 18, NO. 8, NOVEMBER 2010.」などに詳細に記載されている。
例えば、3次元自由空間における音場P(v,ntf)は次式(1)に示すように表される。
Figure 2018066384
なお、式(1)においてntfは時間周波数インデックスを示しており、vは空間上の位置を示すベクトルでありv=(x,y,z)である。また、式(1)においてv0はx軸上の所定の位置を示すベクトルでありv0=(x0,0,0)である。なお、以下、ベクトルvにより示される位置を位置vとも称し、ベクトルv0により示される位置を位置v0とも称することとする。
さらに、式(1)においてD(v0,ntf)は二次音源の駆動信号を示しており、G(v,v0,ntf)は、位置vと位置v0との間の伝達関数である。この二次音源の駆動信号D(v0,ntf)は、遠方音再生信号に対応する。
このような式(1)の計算では、空間領域においては駆動信号D(v0,ntf)と伝達関数G(v,v0,ntf)の畳み込みのかたちとなっており、式(1)に示す音場P(v,ntf)をx軸方向に空間フーリエ変換すると、次式(2)に示すようになる。
Figure 2018066384
なお、式(2)において、nsfは空間周波数インデックスを示している。
このように音場P(v,ntf)を空間フーリエ変換すると、式(2)に示すように空間周波数領域の音場PF(nsf,y,z,ntf)は、空間周波数領域の駆動信号DF(nsf,ntf)と伝達関数GF(nsf,y,z,ntf)との積により表される。したがって、二次音源の駆動信号の空間周波数表現は、次式(3)に示すようになる。
Figure 2018066384
また、直線上の二次音源を用いる場合、その直線と平行な制御点上、つまりリファレンスライン上でのみ実際に形成される音場を理想的な音場と一致さることができる。そこで、その制御点のy方向の位置をy=yrefとし、また水平面上での音場形成を考えるためz=0とすると、式(3)は次式(4)に示すようになる。
Figure 2018066384
この式(4)により示される二次音源の駆動信号DF(nsf,ntf)は、y=yrefの位置を制御点として、その制御点で理想的な音場を形成するための駆動信号である。
また、例えば所望する音場PF(nsf,yref,0,ntf)として、次式(5)に示すように点音源モデルPps(nsf,yref,0,ntf)を用いることができる。
Figure 2018066384
なお、式(5)において、S(ntf)は再生しようとする音の音源信号を示しており、jは虚数単位を示しており、kxはx軸方向の波数を示している。また、xpsおよびypsはそれぞれ点音源の位置を示すx座標およびy座標を示しており、ωは角周波数を示しており、cは音速を示している。さらに、H0 (2)は第二種ハンケル関数を示しており、K0はベッセル関数を示している。なお、遠方音再生フィルタ係数は音源に依存しないため、ここではS(ntf)=1とされる。
また、伝達関数GF(nsf,yref,0,ntf)は、次式(6)に示すように表すことができる。
Figure 2018066384
以上の式(4)、式(5)、および式(6)が用いられて、駆動信号DF(nsf,ntf)、すなわち遠方音再生信号の空間周波数スペクトルDF(nsf,ntf)が求められる。
次に、空間周波数スペクトルDF(nsf,ntf)を、DFT(Discrete Fourier Transform)を用いて空間周波数合成することで、時間周波数スペクトルD(l,ntf)が求められる。すなわち、次式(7)を計算することで、時間周波数スペクトルD(l,ntf)が算出される。
Figure 2018066384
なお、式(7)において、lはスピーカアレイ28を構成するスピーカを識別し、そのスピーカのx方向の位置を示すスピーカインデックスを示しており、MdsはDFTのサンプル数を示している。
さらに、時間周波数スペクトルD(l,ntf)に対して、IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)を用いて時間周波数合成が行われ、時間信号であるスピーカアレイ28の各スピーカのスピーカ駆動信号d(l,nd)が求められる。具体的には、次式(8)の計算を行うことで、スピーカ駆動信号d(l,nd)が算出される。これらの各スピーカのスピーカ駆動信号d(l,nd)が遠方音再生信号である。
Figure 2018066384
なお、式(8)において、ndは時間インデックスを示しており、MdtはIDFTのサンプル数を示している。
このようにして求められたスピーカ駆動信号d(l,nd)は、音源に依存しないフィルタ係数そのものを表している。そこで、このスピーカ駆動信号d(l,nd)の時間インデックスndを、時間インデックスmに置き換えたものが、点音源の位置(xps,yps)および制御点の位置y=yrefについて求められた遠方音再生フィルタ係数hf(l,m)とされる。
ここでは、1つの制御点について、スピーカアレイ28のスピーカインデックスlにより識別されるスピーカごとに遠方音再生フィルタ係数hf(l,m)が求められる。
遠方音再生フィルタ係数記録部42には、複数の各制御点の遠方音再生フィルタ係数hf(l,m)が予め記録されている。
したがって、フィルタ係数選択部43は、複数の制御点ごとの遠方音再生フィルタ係数hf(l,m)のうち、音場境界制御部41から供給された遠方音再生フィルタ係数選択情報により示される制御点と同じ制御点の遠方音再生フィルタ係数hf(l,m)を遠方音再生フィルタ係数記録部42から読み出してフィルタ部23に供給する。
なお、遠方音再生フィルタ係数を求める際に面状の二次音源を用いる場合には制御点群は面状となるが、そのような場合においても直線上の二次音源を用いる場合と同様にして遠方音再生フィルタ係数を求めることができる。
(近傍音再生フィルタ係数記録部)
近傍音再生フィルタ係数記録部52は、複数の制御点の位置と、複数の定数αとの組み合わせごとに近傍音再生フィルタ係数を記録している。これらの近傍音再生フィルタ係数は、y方向に減衰するエバネッセント波をスピーカアレイ28により生成するための音響フィルタのフィルタ係数である。
このような近傍音再生フィルタ係数は、例えば以下のようにして求められる。
例えば3次元自由空間において、任意の位置vにおける時刻tの音場p(v,t)は、次式(9)に示す波動方程式を満たす。
Figure 2018066384
なお、式(9)においてcは音速を示しており、∇2は次式(10)に示す通りである。
Figure 2018066384
また、時間フーリエ逆変換T(t)を次式(11)に示すものとすると、時間フーリエ変換F(・)は以下の式(12)に示すようになる。
Figure 2018066384
Figure 2018066384
なお、式(11)および式(12)において、jは虚数単位を示しており、ωは角周波数を示している。
ここで、上述した式(9)に対して、次式(13)に示すように変数分離を行って空間の微分と時間の微分を分けて、さらに式(12)を用いると、以下の式(14)に示すヘルムホルツ方程式が得られる。
Figure 2018066384
Figure 2018066384
なお、式(14)においてP(v,ω)は、位置vにおける角周波数ωの音場を示している。また、角周波数がωpwであり、x方向、y方向、およびz方向のそれぞれの波数がkpw,x、kpw,y、およびkpw,zであるときの、角周波数ωpw、波数kpw,x、波数kpw,y、および波数kpw,zにより表される方向に伝搬する平面波を表す、式(14)に示すヘルムホルツ方程式の一般解は、次式(15)に示すものとなる。
Figure 2018066384
なお、式(15)においてδ(ω−ωpw)はデルタ関数を示している。
ここで、波数領域では、次式(16)に示す関係が成立する。
Figure 2018066384
式(16)をy方向の波数kpw,yについて解くと、次式(17)に示すようになる。
Figure 2018066384
この式(17)の上段、つまり上側に示される波数kpw,yの波は通常の伝搬波を表しており、式(17)の下段、つまり下側に示される波数kpw,yの波はエバネッセント波を表している。
そこで、式(17)の下段に示されるエバネッセント波の波数kpw,yを式(15)に示した音場P(v,ω)に代入すると、次式(18)に示すようになる。
Figure 2018066384
但し、波数kpw,yを式(15)に代入するにあたり、波数kpw,yの符号が正の項は物理的に意味をもたない解となるため、符号が負である項が代入されている。
また、式(18)における(kpw,x 2+kpw,z 2−(ω/c)21/2は、エバネッセント波の減衰の大きさを定める項である。
したがって、例えば角周波数ωに依存せず、一定の減衰の大きさとしたい場合には、減衰の大きさを表す定数αを用いて、次式(19)を満たすように波数kpw,xおよび波数kpw,zを設定すればよい。このとき、式(18)から分かるように定数αが大きいほど、y方向へのエバネッセント波の減衰率が大きくなる。このような式(19)に示される定数αが上述したy方向の音圧減衰率を示す定数である。
Figure 2018066384
ここで、式(18)で表されるエバネッセント波を生成する近傍音再生信号を得るための近傍音再生フィルタ係数を求めることを考える。
式(18)をxについて空間フーリエ変換すると、次式(20)に示すように表される。
Figure 2018066384
また、伝達関数の空間周波数スペクトルG'(kx,y,z,ω)は、次式(21)に示すように表される。
Figure 2018066384
なお、式(21)においてH0 (2)は第二種ハンケル関数を示しており、K0はベッセル関数を示している。
さらに、式(20)と式(21)を用いてSDM法より、近傍音再生信号の空間周波数スペクトルD'(kx,ω)は次式(22)に示すようになる。
Figure 2018066384
式(22)において、yrefはy方向における基準となる制御点の位置を示している。
このようにして得られた式(22)を、波数kxについて逆空間フーリエ変換することで、次式(23)に示す近傍音再生信号の時間周波数スペクトルD(x,ω)が得られる。
Figure 2018066384
さらに、このようにして得られた時間周波数スペクトルD(x,ω)を逆時間フーリエ変換すると、次式(24)に示すように近傍音再生信号の時間波形d(x,t)、すなわち時間信号であるスピーカ駆動信号d(x,t)が求まる。
Figure 2018066384
このとき、スピーカアレイ28を構成するスピーカを識別し、そのスピーカのx方向の位置を示すインデックスをlとすると、以下の式(25)に示すように、式(24)からインデックスlのスピーカの近傍音再生フィルタ係数hn(l,m)が求まる。
Figure 2018066384
なお、式(25)において、mは時間インデックスを示している。この近傍音再生フィルタ係数hn(l,m)は、式(24)に示したスピーカ駆動信号d(x,t)におけるxをインデックスlに置き換えるとともに、tを時間インデックスmに置き換えることにより得られる。
近傍音再生フィルタ係数記録部52には、複数の制御点の位置yrefと複数の定数αとの組み合わせごとの近傍音再生フィルタ係数hn(l,m)が予め記録されている。
したがって、フィルタ係数選択部53は、それらの近傍音再生フィルタ係数hn(l,m)のうち、音場境界制御部51から供給された近傍音再生フィルタ係数選択情報により示される制御点および定数αと同じ制御点および定数αの近傍音再生フィルタ係数hn(l,m)を近傍音再生フィルタ係数記録部52から読み出してフィルタ部26に供給する。
また、以上においては、波数領域でエバネッセント波を求め、近傍音再生フィルタ係数hn(l,m)を算出する方法について説明したが、これ以外の方法でエバネッセント波を生成する近傍音再生フィルタ係数hn(l,m)を求めるようにしてもよい。
(フィルタ部)
例えば、ゲイン調整部22からフィルタ部23に供給される音源信号と、ゲイン調整部25からフィルタ部26に供給される音源信号とを特に区別せずに音源信号x(n)と記すとする。なお、音源信号x(n)におけるnは時間インデックスを示している。
また、遠方音再生フィルタ係数hf(l,m)と近傍音再生フィルタ係数hn(l,m)とを区別する必要のない場合、フィルタ係数h(l,m)とも称することとする。
フィルタ部23およびフィルタ部26では、供給された音源信号x(n)と、フィルタ係数h(l,m)とを畳み込んでスピーカ駆動信号s(l,n)を求める処理が行われる。すなわち、フィルタ部23およびフィルタ部26では、スピーカアレイ28を構成するスピーカごとに次式(26)の計算が行われて、スピーカインデックスlにより識別される各スピーカのスピーカ駆動信号s(l,n)が算出される。
Figure 2018066384
なお、式(26)において、Nはフィルタ長を示している。
このような式(26)の計算によりフィルタ部23で求められた各スピーカのスピーカ駆動信号s(l,n)が遠方音再生信号である。また、式(26)の計算によりフィルタ部26で求められた各スピーカのスピーカ駆動信号s(l,n)が近傍音再生信号である。
〈遠近別音場形成処理の説明〉
続いて、遠近別音場形成装置11の動作について説明する。すなわち、以下、図8のフローチャートを参照して、遠近別音場形成装置11により行われる遠近別音場形成処理について説明する。
ステップS11において、音場境界制御部41および音場境界制御部51は、供給された制御情報に基づいて音場境界位置を決定する。
例えば音場境界制御部41および音場境界制御部51は、制御情報として供給された受聴者位置情報により示される受聴者の位置に基づいて、近傍音の受聴領域と遠方音の受聴領域とを定め、それらの受聴領域の間の位置を音場境界位置とする。また、例えば音場境界制御部41および音場境界制御部51は、制御情報として供給された境界位置情報により示される位置をそのまま音場境界位置とする。
ステップS12において、音場境界制御部41および音場境界制御部51は、ステップS11の処理で決定した音場境界位置に基づいて、遠方音ゲイン値等の各パラメータを決定する。
すなわち、音場境界制御部41および音場境界制御部51は、例えば図5乃至図7を参照して説明したように、音場境界位置に応じて、パラメータとして遠方音ゲイン値、近傍音ゲイン値、遠方音再生フィルタ係数の制御点の位置、近傍音再生フィルタ係数の制御点の位置、および近傍音再生フィルタ係数の定数αの各値を決定する。
なお、それらのパラメータのうちのいくつかは予め定められた値とされ、残りのパラメータの値が音場境界位置に基づいて決定されてもよい。また、音場境界位置を決定してから、その音場境界位置に応じて各パラメータの値を決定するのではなく、音場境界位置と各パラメータの値が互いに調整されながら同時に決定されるようにしてもよい。すなわち、ステップS11とステップS12の処理が同時に行われてもよい。
各パラメータが決定されると、音場境界制御部41は決定されたパラメータとしての遠方音ゲイン値をゲイン調整部22に供給するとともに、決定されたパラメータとしての遠方音再生フィルタ係数の制御点の位置を示す情報を、遠方音再生フィルタ係数選択情報としてフィルタ係数選択部43に供給する。
また、音場境界制御部51は決定されたパラメータとしての近傍音ゲイン値をゲイン調整部25に供給するとともに、決定されたパラメータとしての近傍音再生フィルタ係数の制御点の位置と定数αを示す情報を、近傍音再生フィルタ係数選択情報としてフィルタ係数選択部53に供給する。
ステップS13において、フィルタ係数選択部43およびフィルタ係数選択部53は、フィルタ係数を選択する。
具体的には、フィルタ係数選択部43は、複数の制御点ごとの遠方音再生フィルタ係数のなかから、音場境界制御部41から供給された遠方音再生フィルタ係数選択情報により示される制御点の遠方音再生フィルタ係数を選択する。つまり、遠方音再生フィルタ係数選択情報により示される制御点の位置に対応する遠方音再生フィルタ係数が選択される。
そして、フィルタ係数選択部43は、選択した遠方音再生フィルタ係数を遠方音再生フィルタ係数記録部42から読み出してフィルタ部23に供給する。
同様に、フィルタ係数選択部53は、複数の制御点および定数αの組み合わせごとの近傍音再生フィルタ係数のなかから、音場境界制御部51から供給された近傍音再生フィルタ係数選択情報により示される制御点の位置および定数αの近傍音再生フィルタ係数を選択する。すなわち、近傍音再生フィルタ係数選択情報により示される制御点の位置および定数αに対応する近傍音再生フィルタ係数が選択される。
そして、フィルタ係数選択部53は、選択した近傍音再生フィルタ係数を近傍音再生フィルタ係数記録部52から読み出してフィルタ部26に供給する。
ステップS14において、ゲイン調整部22およびゲイン調整部25は、供給された音源信号のゲイン調整を行う。
すなわち、ゲイン調整部22は、供給された音源信号に対して、音場境界制御部41から供給された遠方音ゲイン値を乗算することでゲイン調整を行い、その結果得られた音源信号をフィルタ部23に供給する。
また、ゲイン調整部25は、供給された音源信号に対して、音場境界制御部51から供給された近傍音ゲイン値を乗算することでゲイン調整を行い、その結果得られた音源信号をフィルタ部26に供給する。
ステップS15において、フィルタ部23およびフィルタ部26は音源信号に対するフィルタ処理を行う。
すなわち、例えばフィルタ部23は上述した式(26)の計算を行うことで、ゲイン調整部22から供給された音源信号と、フィルタ係数選択部43から供給された遠方音再生フィルタ係数とを畳み込んで遠方音再生信号を生成し、加算部27に供給する。
また、例えばフィルタ部26は上述した式(26)の計算を行うことで、ゲイン調整部25から供給された音源信号と、フィルタ係数選択部53から供給された近傍音再生フィルタ係数とを畳み込んで近傍音再生信号を生成し、加算部27に供給する。
なお、ここではゲイン調整が行われた音源信号が用いられて遠方音再生信号や近傍音再生信号が生成される例について説明した。しかし、ゲイン調整が行われていない音源信号が用いられて遠方音再生信号や近傍音再生信号が生成され、それらの遠方音再生信号や近傍音再生信号に対してゲイン調整が行われるようにしてもよい。
そのような場合、例えばゲイン調整部22により遠方音ゲイン値に基づいて遠方音再生信号に対するゲイン調整が行われ、ゲイン調整部25により近傍音ゲイン値に基づいて近傍音再生信号に対するゲイン調整が行われる。
ステップS16において、加算部27は、フィルタ部23から供給された遠方音再生信号と、フィルタ部26から供給された近傍音再生信号とを加算してスピーカ駆動信号を生成し、スピーカアレイ28に供給する。
ステップS17において、スピーカアレイ28は、加算部27から供給されたスピーカ駆動信号に基づいて遠方音と近傍音を同時に再生し、遠近別音場形成処理は終了する。
このようにして遠方音と近傍音が同時に再生されると、空間上の互いに異なる領域に遠方音再生音場と近傍音再生音場とが形成される。すなわち、互いに異なる位置に遠方音の受聴領域と、近傍音の受聴領域とが形成される。
以上のようにして遠近別音場形成装置11は、音場境界位置に応じて遠方音ゲイン値等の各パラメータを決定し、決定されたパラメータに応じてゲイン調整やフィルタ処理を行って遠方音と近傍音を再生するスピーカ駆動信号を生成する。このようにすることで、遠方と近傍とで異なる音を再生することができる。
〈第2の実施の形態〉
〈遠近別音場形成装置の構成例〉
なお、以上においては遠方音再生信号と近傍音再生信号とを加算してスピーカ駆動信号を生成し、1つのスピーカアレイ28で遠方音と近傍音を再生する例について説明したが、遠方音と近傍音をそれぞれ異なるスピーカアレイにより再生するようにしてもよい。
そのような場合、遠近別音場形成装置は、例えば図9に示すように構成される。なお、図9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9に示す遠近別音場形成装置81は、遠方音場処理部21、ゲイン調整部22、フィルタ部23、近傍音場処理部24、ゲイン調整部25、フィルタ部26、スピーカアレイ28、およびスピーカアレイ91を有している。
また遠方音場処理部21には音場境界制御部41、遠方音再生フィルタ係数記録部42、およびフィルタ係数選択部43が設けられており、近傍音場処理部24には音場境界制御部51、近傍音再生フィルタ係数記録部52、およびフィルタ係数選択部53が設けられている。
この遠近別音場形成装置81の構成は、加算部27が設けられておらず、新たにスピーカアレイ91が設けられている点で図3の遠近別音場形成装置11の構成と異なり、その他の点では遠近別音場形成装置11と同じ構成となっている。
遠近別音場形成装置81では、フィルタ部23で得られた遠方音再生信号がスピーカアレイ28に供給されて、スピーカアレイ28では遠方音再生信号に基づいて遠方音が再生される。また、フィルタ部26で得られた近傍音再生信号はスピーカアレイ91に供給される。
スピーカアレイ91は、例えば直線スピーカアレイ、平面スピーカアレイ、環状スピーカアレイ、球状スピーカアレイなど、複数のスピーカを並べて得られたスピーカアレイであり、フィルタ部26から供給された近傍音再生信号に基づいて近傍音を再生する。
ここで、スピーカアレイ28とスピーカアレイ91とは、y方向の同じ位置に配置されるようにしてもよいし、y方向の異なる位置に配置されるようにしてもよい。
例えばスピーカアレイ28とスピーカアレイ91のそれぞれのy方向の配置位置が異なる場合には、近傍音再生音場がエバネッセント波に限らず、平面波や球面波などの伝搬波によって形成されるようにすることもできる。
これは、例えば遠方音の音圧のy方向への減衰のしかたと、近傍音の音圧のy方向への減衰のしかたが同様であっても、それらの遠方音と近傍音を再生するスピーカアレイのy方向の位置が異なれば、それらの音の音圧の減衰曲線、すなわち例えば図6に示した曲線L32に対応する曲線は交点を有するからである。
そのため、近傍音再生フィルタ係数を、例えば遠方音再生フィルタ係数における場合と同様にして生成した、平面波や球面波などにより近傍音再生音場を形成するためのフィルタ係数とすることも可能である。
〈遠近別音場形成処理の説明〉
次に、図9に示した遠近別音場形成装置81の動作について説明する。すなわち、以下、図10のフローチャートを参照して、遠近別音場形成装置81により行われる遠近別音場形成処理について説明する。
なお、ステップS41乃至ステップS45の処理は、図8のステップS11乃至ステップS15の処理と同様であるので、その説明は省略する。但し、ステップS45では、フィルタ部23は得られた遠方音再生信号をスピーカアレイ28に供給し、フィルタ部26は得られた近傍音再生信号をスピーカアレイ91に供給する。
ステップS46において、スピーカアレイ28は、フィルタ部23から供給された遠方音再生信号に基づいて遠方音を再生する。
また、ステップS47において、スピーカアレイ91は、フィルタ部26から供給された近傍音再生信号に基づいて近傍音を再生する。
なお、より詳細には、ステップS46およびステップS47は同時に行われる。これにより、空間上の互いに異なる領域に遠方音再生音場と近傍音再生音場とが形成される。すなわち、互いに異なる位置に遠方音の受聴領域と、近傍音の受聴領域とが形成される。
遠方音と近傍音が再生されると、遠近別音場形成処理は終了する。
以上のようにして遠近別音場形成装置81は、音場境界位置に応じて遠方音ゲイン値等の各パラメータを決定し、決定されたパラメータに応じてゲイン調整やフィルタ処理を行って遠方音再生信号と近傍音再生信号を生成する。このようにすることで、遠方と近傍とで異なる音を再生することができる。
なお、以上においては遠方音と近傍音を同時に再生すると説明したが、遠方音と近傍音が異なるタイミングで再生されるようにしてもよい。
そのような場合、例えば近傍音の再生が行われていないタイミングで遠方音の再生が行われる。また、近傍音の音量が小さいときに遠方音が再生されてもよい。すなわち、例えばフィルタ部23に、近傍音を再生するための音源信号も供給されるようにし、フィルタ部23は、近傍音を再生するための音源信号の振幅がほぼ0であるときなど、近傍音の音量が小さいとき、つまり近傍音が再生されないタイミングを検出する。そしてフィルタ部23は、近傍音が再生されないタイミングで遠方音再生信号をスピーカアレイ28に供給し、遠方音を再生させる。
このようにすることで、近傍音が再生されていないとき、つまり近傍音の音がしないときに遠方音を再生し、近傍音の音圧と遠方音の音圧との差が小さい位置においても、遠方音と近傍音が混ざり合って受聴者に聞こえてしまうことを防止することができる。
また、2つのスピーカアレイ28とスピーカアレイ91を用いて互いに異なる音を再生する場合、それらのスピーカアレイ28とスピーカアレイ91をz方向に並べて、つまり異なる高さの位置に配置して、互いに異なるコンテンツの音を再生してもよい。
そのような場合、例えばz方向においてより高い位置に配置されたスピーカアレイ28では背の高い大人向けのコンテンツを再生し、z方向においてより低い位置に配置されたスピーカアレイ91では背の低い子供向けのコンテンツを再生することもできる。この例では、スピーカアレイの近傍においても高さごとに互いに異なるコンテンツを再生することができる。
さらに、例えばスピーカアレイ28とスピーカアレイ91とをz方向の異なる高さに配置する場合、第1の実施の形態で説明したように1つのスピーカアレイで、受聴領域が互いに異なる2つの音を再生するようにしてもよい。
そのような場合、スピーカアレイ28により遠方音と近傍音を再生し、またスピーカアレイ91でも遠方音と近傍音を再生して、z方向とy方向とで互いに受聴領域の位置が異なる4つの音場を形成することができる。その際、スピーカアレイ28により再生される遠方音と近傍音の音場境界位置と、スピーカアレイ91により再生される遠方音と近傍音の音場境界位置とがy方向の異なる位置となるようにすることも可能である。すなわち、それぞれ独立して音場境界位置を制御することができる。
このように2つのスピーカアレイのそれぞれで遠方音と近傍音を再生すれば、互いに異なる4つのコンテンツを、それらの音が混ざり合うことなく再生することができる。
また、遠方と近傍で異なる音場を形成する場合、映像も組み合わせて提示するようにしてもよい。例えばスピーカアレイ28の上方に表示装置とともに偏光板などを設置することで、表示装置によって遠方音の受聴領域内の受聴者と、近傍音の受聴領域内の受聴者とにそれぞれ異なる映像(画像)を提示することができる。
したがって、例えば遠方音の受聴領域内の受聴者に対しては、その受聴領域内から見える映像と遠方音とからなるコンテンツを提示し、近傍音の受聴領域内の受聴者に対しては、その受聴領域内から見える映像と近傍音とからなるコンテンツを提示することができる。すなわち、遠方音の受聴領域内の受聴者と、近傍音の受聴領域内の受聴者とに対して、それぞれ映像と音声からなる異なるコンテンツを提示することができる。
その他、例えばスピーカアレイ近傍でのみ聞こえるような音を再生したい場合には、遠方音を近傍音のマスキングに用いるようにしてもよい。つまり、遠方音を近傍音のマスキング用の音声として用いることができる。
そのような場合、例えば遠方音は、近傍音と同じ周波数帯域のBGMなどとされ、それらの遠方音と近傍音が遠近別音場形成装置11や遠近別音場形成装置81により同時に再生される。このようにすれば、近傍音の受聴領域外では殆ど近傍音が聞こえなくなるようにすることができる。すなわち、受聴領域外への近傍音の漏れ出しを低減させることができる。
このように遠方音を近傍音のマスキング用の音声として用いる場合には、少なくとも近傍音の全周波数帯域を含む周波数帯域の音を遠方音として用いると、マスキング効果を向上させることができる。
〈コンピュータの構成例〉
ところで、上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行することもできるし、ソフトウェアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行する場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のコンピュータなどが含まれる。
図11は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウェアの構成例を示すブロック図である。
コンピュータにおいて、CPU(Central Processing Unit)501,ROM(Read Only Memory)502,RAM(Random Access Memory)503は、バス504により相互に接続されている。
バス504には、さらに、入出力インターフェース505が接続されている。入出力インターフェース505には、入力部506、出力部507、記録部508、通信部509、及びドライブ510が接続されている。
入力部506は、キーボード、マウス、マイクロホン、撮像素子などよりなる。出力部507は、ディスプレイ、スピーカアレイなどよりなる。記録部508は、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる。通信部509は、ネットワークインターフェースなどよりなる。ドライブ510は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリなどのリムーバブル記録媒体511を駆動する。
以上のように構成されるコンピュータでは、CPU501が、例えば、記録部508に記録されているプログラムを、入出力インターフェース505及びバス504を介して、RAM503にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。
コンピュータ(CPU501)が実行するプログラムは、例えば、パッケージメディア等としてのリムーバブル記録媒体511に記録して提供することができる。また、プログラムは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供することができる。
コンピュータでは、プログラムは、リムーバブル記録媒体511をドライブ510に装着することにより、入出力インターフェース505を介して、記録部508にインストールすることができる。また、プログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部509で受信し、記録部508にインストールすることができる。その他、プログラムは、ROM502や記録部508に、あらかじめインストールしておくことができる。
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。
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。
また、上述のフローチャートで説明した各ステップは、1つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
さらに、1つのステップに複数の処理が含まれる場合には、その1つのステップに含まれる複数の処理は、1つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。
また、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)
第1の音源信号に対して遠方音再生フィルタ係数を用いたフィルタ処理を行うことで、遠方受聴領域で音を再生するための遠方音再生信号を生成する遠方フィルタ部と、
第2の音源信号に対して近傍音再生フィルタ係数を用いたフィルタ処理を行うことで、前記遠方受聴領域とは異なる近傍受聴領域で音を再生するための近傍音再生信号を生成する近傍フィルタ部と
を備える信号処理装置。
(2)
前記近傍音再生信号は、エバネッセント波を生成するための信号である
(1)に記載の信号処理装置。
(3)
前記遠方受聴領域と前記近傍受聴領域との境界位置に応じて前記エバネッセント波の減衰率を決定する近傍音場処理部をさらに備え、
前記近傍フィルタ部は、複数の前記近傍音再生フィルタ係数のうちの決定された前記減衰率に対応する前記近傍音再生フィルタ係数を用いてフィルタ処理を行う
(2)に記載の信号処理装置。
(4)
前記遠方受聴領域と前記近傍受聴領域との境界位置に応じて制御点の位置を決定する近傍音場処理部をさらに備え、
前記近傍フィルタ部は、複数の前記近傍音再生フィルタ係数のうちの決定された前記制御点の位置に対応する前記近傍音再生フィルタ係数を用いてフィルタ処理を行う
(1)または(2)に記載の信号処理装置。
(5)
前記遠方受聴領域と前記近傍受聴領域との境界位置に応じて制御点の位置を決定する遠方音場処理部をさらに備え、
前記遠方フィルタ部は、複数の前記遠方音再生フィルタ係数のうちの決定された前記制御点の位置に対応する前記遠方音再生フィルタ係数を用いてフィルタ処理を行う
(1)乃至(4)の何れか一項に記載の信号処理装置。
(6)
前記遠方音再生信号は、伝搬波を生成するための信号である
(1)乃至(5)の何れか一項に記載の信号処理装置。
(7)
前記遠方受聴領域と前記近傍受聴領域との境界位置に応じてゲインを決定する遠方音場処理部と、
決定した前記ゲインに基づいて前記第1の音源信号または前記遠方音再生信号のゲイン調整を行う遠方ゲイン調整部と
をさらに備える(1)乃至(6)の何れか一項に記載の信号処理装置。
(8)
前記遠方受聴領域と前記近傍受聴領域との境界位置に応じてゲインを決定する近傍音場処理部と、
決定した前記ゲインに基づいて前記第2の音源信号または前記近傍音再生信号のゲイン調整を行う近傍ゲイン調整部と
をさらに備える(1)乃至(7)の何れか一項に記載の信号処理装置。
(9)
前記第1の音源信号と前記第2の音源信号とは、互いに異なるコンテンツの音を再生するための信号である
(1)乃至(8)の何れか一項に記載の信号処理装置。
(10)
前記遠方音再生信号と前記近傍音再生信号を合成して得られる信号に基づいて音を再生するスピーカアレイをさらに備える
(1)乃至(9)の何れか一項に記載の信号処理装置。
(11)
前記遠方音再生信号に基づいて音を再生する第1のスピーカアレイと、
前記近傍音再生信号に基づいて音を再生する第2のスピーカアレイと
をさらに備える(1)乃至(9)の何れか一項に記載の信号処理装置。
(12)
前記遠方音再生信号に基づく音は、前記近傍音再生信号に基づく音とは異なるタイミングで再生される
(1)乃至(11)の何れか一項に記載の信号処理装置。
(13)
前記遠方音再生信号に基づく音は、前記近傍音再生信号に基づく音のマスキング用の音である
(1)乃至(11)の何れか一項に記載の信号処理装置。
(14)
空間上の受聴者の位置に基づいて前記遠方受聴領域と前記近傍受聴領域との境界位置を決定する音場境界制御部をさらに備える
(1)乃至(13)の何れか一項に記載の信号処理装置。
(15)
第1の音源信号に対して遠方音再生フィルタ係数を用いたフィルタ処理を行うことで、遠方受聴領域で音を再生するための遠方音再生信号を生成し、
第2の音源信号に対して近傍音再生フィルタ係数を用いたフィルタ処理を行うことで、前記遠方受聴領域とは異なる近傍受聴領域で音を再生するための近傍音再生信号を生成する
ステップを含む信号処理方法。
(16)
第1の音源信号に対して遠方音再生フィルタ係数を用いたフィルタ処理を行うことで、遠方受聴領域で音を再生するための遠方音再生信号を生成し、
第2の音源信号に対して近傍音再生フィルタ係数を用いたフィルタ処理を行うことで、前記遠方受聴領域とは異なる近傍受聴領域で音を再生するための近傍音再生信号を生成する
ステップを含む処理をコンピュータに実行させるプログラム。
11 遠近別音場形成装置, 21 遠方音場処理部, 22 ゲイン調整部, 23 フィルタ部, 24 近傍音場処理部, 25 ゲイン調整部, 26 フィルタ部, 28 スピーカアレイ, 41 音場境界制御部, 42 遠方音再生フィルタ係数記録部, 43 フィルタ係数選択部, 51 音場境界制御部, 52 近傍音再生フィルタ係数記録部, 53 フィルタ係数選択部, 91 スピーカアレイ

Claims (16)

  1. 第1の音源信号に対して遠方音再生フィルタ係数を用いたフィルタ処理を行うことで、遠方受聴領域で音を再生するための遠方音再生信号を生成する遠方フィルタ部と、
    第2の音源信号に対して近傍音再生フィルタ係数を用いたフィルタ処理を行うことで、前記遠方受聴領域とは異なる近傍受聴領域で音を再生するための近傍音再生信号を生成する近傍フィルタ部と
    を備える信号処理装置。
  2. 前記近傍音再生信号は、エバネッセント波を生成するための信号である
    請求項1に記載の信号処理装置。
  3. 前記遠方受聴領域と前記近傍受聴領域との境界位置に応じて前記エバネッセント波の減衰率を決定する近傍音場処理部をさらに備え、
    前記近傍フィルタ部は、複数の前記近傍音再生フィルタ係数のうちの決定された前記減衰率に対応する前記近傍音再生フィルタ係数を用いてフィルタ処理を行う
    請求項2に記載の信号処理装置。
  4. 前記遠方受聴領域と前記近傍受聴領域との境界位置に応じて制御点の位置を決定する近傍音場処理部をさらに備え、
    前記近傍フィルタ部は、複数の前記近傍音再生フィルタ係数のうちの決定された前記制御点の位置に対応する前記近傍音再生フィルタ係数を用いてフィルタ処理を行う
    請求項1に記載の信号処理装置。
  5. 前記遠方受聴領域と前記近傍受聴領域との境界位置に応じて制御点の位置を決定する遠方音場処理部をさらに備え、
    前記遠方フィルタ部は、複数の前記遠方音再生フィルタ係数のうちの決定された前記制御点の位置に対応する前記遠方音再生フィルタ係数を用いてフィルタ処理を行う
    請求項1に記載の信号処理装置。
  6. 前記遠方音再生信号は、伝搬波を生成するための信号である
    請求項1に記載の信号処理装置。
  7. 前記遠方受聴領域と前記近傍受聴領域との境界位置に応じてゲインを決定する遠方音場処理部と、
    決定した前記ゲインに基づいて前記第1の音源信号または前記遠方音再生信号のゲイン調整を行う遠方ゲイン調整部と
    をさらに備える請求項1に記載の信号処理装置。
  8. 前記遠方受聴領域と前記近傍受聴領域との境界位置に応じてゲインを決定する近傍音場処理部と、
    決定した前記ゲインに基づいて前記第2の音源信号または前記近傍音再生信号のゲイン調整を行う近傍ゲイン調整部と
    をさらに備える請求項1に記載の信号処理装置。
  9. 前記第1の音源信号と前記第2の音源信号とは、互いに異なるコンテンツの音を再生するための信号である
    請求項1に記載の信号処理装置。
  10. 前記遠方音再生信号と前記近傍音再生信号を合成して得られる信号に基づいて音を再生するスピーカアレイをさらに備える
    請求項1に記載の信号処理装置。
  11. 前記遠方音再生信号に基づいて音を再生する第1のスピーカアレイと、
    前記近傍音再生信号に基づいて音を再生する第2のスピーカアレイと
    をさらに備える請求項1に記載の信号処理装置。
  12. 前記遠方音再生信号に基づく音は、前記近傍音再生信号に基づく音とは異なるタイミングで再生される
    請求項1に記載の信号処理装置。
  13. 前記遠方音再生信号に基づく音は、前記近傍音再生信号に基づく音のマスキング用の音である
    請求項1に記載の信号処理装置。
  14. 空間上の受聴者の位置に基づいて前記遠方受聴領域と前記近傍受聴領域との境界位置を決定する音場境界制御部をさらに備える
    請求項1に記載の信号処理装置。
  15. 第1の音源信号に対して遠方音再生フィルタ係数を用いたフィルタ処理を行うことで、遠方受聴領域で音を再生するための遠方音再生信号を生成し、
    第2の音源信号に対して近傍音再生フィルタ係数を用いたフィルタ処理を行うことで、前記遠方受聴領域とは異なる近傍受聴領域で音を再生するための近傍音再生信号を生成する
    ステップを含む信号処理方法。
  16. 第1の音源信号に対して遠方音再生フィルタ係数を用いたフィルタ処理を行うことで、遠方受聴領域で音を再生するための遠方音再生信号を生成し、
    第2の音源信号に対して近傍音再生フィルタ係数を用いたフィルタ処理を行うことで、前記遠方受聴領域とは異なる近傍受聴領域で音を再生するための近傍音再生信号を生成する
    ステップを含む処理をコンピュータに実行させるプログラム。
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