KR20190059905A - 신호 처리 장치 및 방법, 및 프로그램 - Google Patents

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요시아키 오이카와
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소니 주식회사
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Abstract

본 기술은, 원방과 근방에서 서로 다른 음을 재생할 수 있도록 하는 신호 처리 장치 및 방법, 및 프로그램에 관한 것이다. 신호 처리 장치는, 제1 음원 신호에 대해서 원방 음 재생 필터 계수를 사용한 필터 처리를 행함으로써, 원방 가청 영역에서 음을 재생하기 위한 원방 음 재생 신호를 생성하는 원방 필터부와, 제2 음원 신호에 대해서 근방 음 재생 필터 계수를 사용한 필터 처리를 행함으로써, 원방 가청 영역과는 상이한 근방 가청 영역에서 음을 재생하기 위한 근방 음 재생 신호를 생성하는 근방 필터부를 구비한다. 본 기술은 원근별 음장 형성 장치에 적용할 수 있다.

Description

신호 처리 장치 및 방법, 및 프로그램
본 기술은 신호 처리 장치 및 방법, 및 프로그램에 관한 것으로, 특히, 원방과 근방에서 서로 다른 음을 재생할 수 있도록 한 신호 처리 장치 및 방법, 및 프로그램에 관한 것이다.
종래, 스피커를 사용하여 국소적으로 음장(音場))을 형성하는 기술이 알려져 있다.
예를 들어, 그와 같은 기술로서 파라메트릭 스피커를 사용한 초지향성 제어에 의한 국소 음장 형성 기술이 제안되어 있다(예를 들어, 비특허문헌 1 참조).
또한, 예를 들어 스피커 어레이를 사용하여 에바네센트 파를 생성함으로써, 스피커 어레이 근방에 있어서만 음의 청취가 가능한 음장을 형성하는 기술도 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
그런데, 공항이나 역 등의 공공장소에서는, 영상 디스플레이를 사용하여 운항 정보나 사이니지가 제시되고 있다. 영상에 더하여 음성을 사용함으로써, 보다 효과적으로 콘텐츠를 제시하는 것이 가능해지지만, 한편으로 그 정보를 필요로 하지 않는 불특정 다수의 사람에게까지 음성이 도달해버리게 된다.
그래서, 예를 들어 원방의 사람에게는 최저한의 안내만을 제시하고, 근방의 사람에게는 상세한 정보를 제시할 수 있도록 하는 등, 원방과 근방에서 서로 다른 음을 재생할 수 있으면 편리하다. 예를 들어 은행의 현금인출기에서는, 현금 인출기 근방에서 조작하고 있는 사람에게만 들려주고 싶은 음성과, 「잊으신 물건이 있습니다」등의 원방의 사람에게 들려주고 싶은 음성이 있다.
일본 특허공개 제2012-44572호 공보
가마쿠라 외, "파라메트릭 스피커의 실용화" , 일본 음향학회지, vol. 62, p.791-797, 2006.
그러나, 상술한 기술에서는, 원방의 영역과 근방의 영역에서 서로 다른 음을 재생하는 것은 곤란하였다.
본 기술은, 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 원방과 근방에서 서로 다른 음을 재생할 수 있도록 하는 것이다.
본 기술의 일 측면의 신호 처리 장치는, 제1 음원 신호에 대해서 원방 음 재생 필터 계수를 사용한 필터 처리를 행함으로써, 원방 가청 영역에서 음을 재생하기 위한 원방 음 재생 신호를 생성하는 원방 필터부와, 제2 음원 신호에 대해서 근방 음 재생 필터 계수를 사용한 필터 처리를 행함으로써, 상기 원방 가청 영역과는 상이한 근방 가청 영역에서 음을 재생하기 위한 근방 음 재생 신호를 생성하는 근방 필터부를 구비한다.
상기 근방 음 재생 신호를, 에바네센트 파를 생성하기 위한 신호로 할 수 있다.
신호 처리 장치에는, 상기 원방 가청 영역과 상기 근방 가청 영역의 경계 위치에 따라서 상기 에바네센트 파의 감쇠율을 결정하는 근방 음장 처리부를 더 마련하고, 상기 근방 필터부에는, 복수의 상기 근방 음 재생 필터 계수 중 결정된 상기 감쇠율에 대응하는 상기 근방 음 재생 필터 계수를 사용하여 필터 처리를 행하게 할 수 있다.
신호 처리 장치에는, 상기 원방 가청 영역과 상기 근방 가청 영역의 경계 위치에 따라서 제어점의 위치를 결정하는 근방 음장 처리부를 더 마련하고, 상기 근방 필터부에는, 복수의 상기 근방 음 재생 필터 계수 중 결정된 상기 제어점의 위치에 대응하는 상기 근방 음 재생 필터 계수를 사용하여 필터 처리를 행하게 할 수 있다.
신호 처리 장치에는, 상기 원방 가청 영역과 상기 근방 가청 영역의 경계 위치에 따라서 제어점의 위치를 결정하는 원방 음장 처리부를 더 마련하고, 상기 원방 필터부에는, 복수의 상기 원방 음 재생 필터 계수 중 결정된 상기 제어점의 위치에 대응하는 상기 원방 음 재생 필터 계수를 사용하여 필터 처리를 행하게 할 수 있다.
상기 원방 음 재생 신호를, 전반파를 생성하기 위한 신호로 할 수 있다.
신호 처리 장치에는, 상기 원방 가청 영역과 상기 근방 가청 영역의 경계 위치에 따라서 게인을 결정하는 원방 음장 처리부와, 결정된 상기 게인에 기초하여 상기 제1 음원 신호 또는 상기 원방 음 재생 신호의 게인 조정을 행하는 원방 게인 조정부를 더 마련할 수 있다.
신호 처리 장치에는, 상기 원방 가청 영역과 상기 근방 가청 영역의 경계 위치에 따라서 게인을 결정하는 근방 음장 처리부와, 결정된 상기 게인에 기초하여 상기 제2 음원 신호 또는 상기 근방 음 재생 신호의 게인 조정을 행하는 근방 게인 조정부를 더 마련할 수 있다.
상기 제1 음원 신호와 상기 제2 음원 신호를, 서로 다른 콘텐츠의 음을 재생하기 위한 신호로 할 수 있다.
신호 처리 장치에는, 상기 원방 음 재생 신호와 상기 근방 음 재생 신호를 합성하여 얻어지는 신호에 기초하여 음을 재생하는 스피커 어레이를 더 마련할 수 있다.
신호 처리 장치에는, 상기 원방 음 재생 신호에 기초하여 음을 재생하는 제1 스피커 어레이와, 상기 근방 음 재생 신호에 기초하여 음을 재생하는 제2 스피커 어레이를 더 마련할 수 있다.
상기 원방 음 재생 신호에 기초하는 음이, 상기 근방 음 재생 신호에 기초하는 음과는 상이한 타이밍에 재생되도록 할 수 있다.
상기 원방 음 재생 신호에 기초하는 음을, 상기 근방 음 재생 신호에 기초하는 음의 마스킹용 음으로 할 수 있다.
신호 처리 장치에는, 공간상의 가청자의 위치에 기초하여 상기 원방 가청 영역과 상기 근방 가청 영역의 경계 위치를 결정하는 음장 경계 제어부를 더 마련할 수 있다.
본 기술의 일 측면의 신호 처리 방법 또는 프로그램은, 제1 음원 신호에 대해서 원방 음 재생 필터 계수를 사용한 필터 처리를 행함으로써, 원방 가청 영역에서 음을 재생하기 위한 원방 음 재생 신호를 생성하고, 제2 음원 신호에 대해서 근방 음 재생 필터 계수를 사용한 필터 처리를 행함으로써, 상기 원방 가청 영역과는 상이한 근방 가청 영역에서 음을 재생하기 위한 근방 음 재생 신호를 생성하는 스텝을 포함한다.
본 기술의 일 측면에 있어서는, 제1 음원 신호에 대해서 원방 음 재생 필터 계수를 사용한 필터 처리를 행함으로써, 원방 가청 영역에서 음을 재생하기 위한 원방 음 재생 신호가 생성되고, 제2 음원 신호에 대해서 근방 음 재생 필터 계수를 사용한 필터 처리를 행함으로써, 상기 원방 가청 영역과는 상이한 근방 가청 영역에서 음을 재생하기 위한 근방 음 재생 신호가 생성된다.
본 기술의 일 측면에 의하면, 원방과 근방에서 서로 다른 음을 재생할 수 있다.
또한, 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것이 아니라, 본 개시 중에 기재된 어느 효과여도 된다.
도 1은, 본 기술에 대하여 설명하는 도면이다.
도 2는, 본 기술에 대하여 설명하는 도면이다.
도 3은, 원근별 음장 형성 장치의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 4는, 좌표계에 대하여 설명하는 도면이다.
도 5는, 음장 경계 위치의 제어에 대하여 설명하는 도면이다.
도 6은, 음장 경계 위치의 제어에 대하여 설명하는 도면이다.
도 7은, 음장 경계 위치의 제어에 대하여 설명하는 도면이다.
도 8은, 원근별 음장 형성 처리를 설명하는 흐름도이다.
도 9는, 원근별 음장 형성 장치의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 10은, 원근별 음장 형성 처리를 설명하는 흐름도이다.
도 11은, 컴퓨터의 구성예를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 기술을 적용한 실시 형태에 대하여 설명한다.
<제1 실시 형태>
<본 기술에 대하여>
본 기술은, 스피커 어레이를 사용하여, 원방과 근방에서 서로 다른 음을 재생할 수 있도록 하는 것이다.
본 기술에서는, 예를 들어 복수의 스피커를 직선 형상으로 배열하여 얻어지는 1개의 스피커 어레이에 의해 2개의 음장이 동시에 형성된다.
이 경우, 스피커 어레이에 의해, 스피커 어레이 근방의 영역에서만 음의 청취가 가능한 음장(이하, '근방 음 재생 음장'이라고도 칭함)과, 스피커 어레이로부터 멀어진 원방에서도 음의 청취가 가능한 음장(이하, '원방 음 재생 음장'이라고도 칭함)이 동시에 형성된다.
여기서, 근방 음 재생 음장은, 예를 들어 에바네센트 파를 생성하기 위한 근방 음 재생 신호에 기초하여 음을 재생함으로써 형성된다. 또한, 에바네센트 파란, 스피커 어레이에 대해서 수직인 방향으로 지수 함수적으로 음압이 거리 감쇠하는 성질을 갖는 파이다.
이와 같은 에바네센트 파에 의한 근방 음 재생 음장은, 스피커 어레이 근방에 있어서만 청취에 충분한 음압이 유지되고, 원방에서는 급준하게 음압이 감쇠하는 음장으로 되어 있다.
이에 반하여, 원방 음 재생 음장은, 평면파나 구면파 등의 원방까지 전반되는 전반파를 생성하기 위한 원방 음 재생 신호에 기초하여 음을 재생함으로써 형성된다. 또한, 이하에서는 원방 음 재생 음장은, 평면파에 의해 형성되는 것으로서 설명을 계속한다.
이와 같은 전반파에 의한 원방 음 재생 음장은, 스피커 어레이로부터 멀어진 원방에 있어서도 청취에 충분한 음압이 유지되는 음장으로 되어 있다.
그 때문에, 이러한 근방 음 재생 음장과 원방 음 재생 음장을 동시에 형성하며, 또한 스피커 어레이 근방에 있어서는, 근방 음 재생 음장의 음이 원방 음 재생 음장의 음보다도 충분히 크게 재생되도록 함으로써, 스피커 어레이의 근방과 원방에서 서로 다른 음을 재생할 수 있다.
이와 같은 경우, 재생된 음의 파면은 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이 된다. 또한, 도 1에 있어서, 세로 방향 및 가로 방향은 공간상의 방향을 나타내고 있으며, 화살표 Q11에 의해 나타나는 부분에 있어서의 농담은, 재생된 음의 파면의 진폭을 나타내고 있다.
이 예에서는 화살표 A11로 나타낸 위치에 1개의 직선 스피커 어레이가 배치되어 있으며, 그 직선 스피커 어레이에 의해, 근방 음 재생 신호에 기초하는 음(이하, '근방 음'이라고도 칭함)과, 원방 음 재생 신호에 기초하는 음(이하, '원방 음'이라고도 칭함)이 동시에 재생되고 있다. 즉, 근방 음 재생 음장과 원방 음 재생 음장이 동시에 형성되어 있다.
여기에서는, 근방 음은 에바네센트 파이며, 원방 음은 평면파이므로, 그들 파는 공간 스펙트럼, 즉 시공간 스펙트로그램에 있어서는 서로 다른 영역의 파로 되므로 서로 간섭하지 않고, 가청자는 근방 음과 원방 음을 분간할 수 있다.
또한, 이 경우, 공간상의 각 위치에 있어서의 음압은 화살표 Q12에 도시한 바와 같이 되어, 직선 스피커 어레이 근방이 근방 음의 가청 영역 LE11로 되고, 직선 스피커 어레이로부터 멀어진 위치에 있는 영역이 원방 음의 가청 영역 LE12로 된다. 또한, 화살표 Q12로 나타낸 부분에 있어서 각 위치에 있어서의 농담은, 그들 위치에 있어서의 음압을 나타내고 있다.
이 예에서는, 근방의 가청 영역 LE11과, 원방의 가청 영역 LE12라는 서로 다른 영역에서, 각각 서로 다른 음이 재생된다.
직선 스피커 어레이를 구성하는 복수의 스피커가 배열되는 방향과 수직인 방향을 y방향으로 하면, 근방 음의 음압과 원방 음의 음압은, 각각 y방향에 대해서 예를 들어 도 2에 도시한 바와 같이 감쇠한다. 또한, 도 2에 있어서 종축은 음압을 나타내고 있으며, 횡축은 y방향의 위치를 나타내고 있다.
도 2에서는, 직선 L11은 y방향의 각 위치에 있어서의 근방 음의 음압을 나타내고 있으며, 직선 L11에 의해 나타나는 음압은, 직선 스피커 어레이로부터의 y방향의 거리를 y로 하면 1/ey로 된다. 이에 반하여, 곡선 L12는 y방향의 각 위치에 있어서의 원방 음의 음압을 나타내고 있으며, 곡선 L12에 의해 나타나는 음압은, 직선 스피커 어레이로부터의 y방향의 거리를 y로 하면 1/y로 된다.
따라서, 공간상에 있어서 원방 음보다도 근방 음의 음압이 큰 영역 R11이, 도 1에 도시한 가청 영역 LE11로 되고, 근방 음보다도 원방 음의 음압이 큰 영역 R12가 도 1에 도시한 가청 영역 LE12로 된다.
예를 들어 영역 R11에서는, 근방 음뿐만 아니라 원방 음도 가청자에게 들리지만, 근방 음과 원방 음의 음압 차를 충분히 크게 할 수 있기 때문에, 가청자에게는 원방 음이 충분히 작게 들리도록 하는 것이 가능하다. 또한, 영역 R12에서는, 근방 음의 감쇠가 커서, 가청자에게는 원방 음만이 들리도록 되어 있다.
이와 같이, y방향에서의 감쇠의 방법이 서로 다른 에바네센트 파와 평면파를 이용함으로써, 주로 근방 음이 가청자에게 들리는 영역 R11과, 원방 음이 가청자에게 들리는 영역 R12를 형성하는 것이 가능해진다.
이하에서는, 영역 R11과 영역 R12의 경계 위치, 즉 근방 음과 원방 음의 음압이 동일한 레벨(크기)로 되는 y방향의 위치를, 음장 경계 위치라고도 칭하기로 한다.
<원근별 음장 형성 장치의 구성예>
이하, 본 기술을 적용한 보다 구체적인 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 3은, 본 기술을 적용한 원근별 음장 형성 장치의 일 실시 형태의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 3에 도시한 원근별 음장 형성 장치(11)는, 원방과 근방에서 서로 다른 음을 재생하는 신호 처리 장치이다. 원근별 음장 형성 장치(11)는, 원방 음장 처리부(21), 게인 조정부(22), 필터부(23), 근방 음장 처리부(24), 게인 조정부(25), 필터부(26), 가산부(27), 및 스피커 어레이(28)를 갖고 있다.
원근별 음장 형성 장치(11)에서는, 원방 음장 처리부(21) 및 근방 음장 처리부(24)에 대해서, 근방 음 재생 음장과 원방 음 재생 음장의 경계 위치, 즉 근방 음의 가청 영역과 원방 음의 가청 영역의 경계 위치인 음장 경계 위치를 제어하기 위한 제어 정보가 공급된다.
예를 들어 제어 정보는, 공간상의 가청자의 위치를 나타내는 가청자 위치 정보나, 음장 경계의 위치를 나타내는 경계 위치 정보 등으로 된다. 또한, 경계 위치 정보는, 수동으로 입력된 것이어도 되고, 미리 정해진 것이어도 된다.
원방 음장 처리부(21)는, 공급된 제어 정보에 기초하여 음장 경계 위치를 결정한다. 원방 음장 처리부(21)는 음장 경계 제어부(41), 원방 음 재생 필터 계수 기록부(42), 및 필터 계수 선택부(43)를 갖고 있다.
음장 경계 제어부(41)는, 공급된 제어 정보에 기초하여 음장 경계 위치를 결정함과 함께, 그 결정 결과에 기초하여 원방 음의 게인 조정을 위한 게인값을 결정하여 게인 조정부(22)에 공급한다. 이하, 원방 음의 게인 조정을 위한 게인값을, 특히 원방 음 게인값이라고도 칭한다.
또한, 음장 경계 제어부(41)는, 음장 경계 위치의 결정 결과에 기초하여, 원방 음 재생 필터 계수 기록부(42)에 기록되어 있는 복수의 원방 음 재생 필터 계수 중에서 적절한 원방 음 재생 필터 계수를 선택하기 위한 원방 음 재생 필터 계수 선택 정보를 생성하고, 필터 계수 선택부(43)에 공급한다.
원방 음 재생 필터 계수 기록부(42)는, 소정의 음장 경계 위치보다도 스피커 어레이(28)로부터 먼 측에 원방 음 재생 음장을 형성하기 위한 음향 필터 계수인 원방 음 재생 필터 계수를 미리 복수 기록하고 있으며, 기록되어 있는 원방 음 재생 필터 계수를 필터 계수 선택부(43)에 공급한다.
필터 계수 선택부(43)는, 음장 경계 제어부(41)로부터 공급된 원방 음 재생 필터 계수 선택 정보에 기초하여, 원방 음 재생 필터 계수 기록부(42)에 기록되어 있는 복수의 원방 음 재생 필터 계수 중에서 1개의 원방 음 재생 필터 계수를 선택하고, 필터부(23)에 공급한다.
게인 조정부(22)는, 음장 경계 제어부(41)로부터 공급된 원방 음 게인값에 기초하여, 공급된 음원 신호에 대한 게인 조정을 행하고, 얻어진 음원 신호를 필터부(23)에 공급한다. 게인 조정부(22)에 공급되는 음원 신호는, 원방 음을 재생하기 위한 시간 영역의 음향 신호이다.
필터부(23)는, 게인 조정부(22)로부터 공급된 음원 신호에 대해서, 필터 계수 선택부(43)로부터 공급된 원방 음 재생 필터 계수를 사용한 필터 처리를 행함으로써 원방 음 재생 신호를 생성하고, 가산부(27)에 공급한다. 필터부(23)에서는, 필터 처리로서, 음원 신호와 원방 음 재생 필터 계수를 컨벌루팅하는 컨벌루션 처리가 행해진다.
근방 음장 처리부(24)는, 공급된 제어 정보에 기초하여 음장 경계 위치를 결정한다. 근방 음장 처리부(24)는, 음장 경계 제어부(51), 근방 음 재생 필터 계수 기록부(52), 및 필터 계수 선택부(53)를 갖고 있다.
음장 경계 제어부(51)는, 공급된 제어 정보에 기초하여 음장 경계 위치를 결정함과 함께, 그 결정 결과에 기초하여 근방 음의 게인 조정을 위한 게인값을 결정해서 게인 조정부(25)에 공급한다. 이하, 근방 음의 게인 조정을 위한 게인값을, 특히 근방 음 게인값이라고도 칭한다.
또한, 음장 경계 제어부(51)는, 음장 경계 위치의 결정 결과에 기초하여, 근방 음 재생 필터 계수 기록부(52)에 기록되어 있는 복수의 근방 음 재생 필터 계수 중에서 적절한 근방 음 재생 필터 계수를 선택하기 위한 근방 음 재생 필터 계수 선택 정보를 생성하고, 필터 계수 선택부(53)에 공급한다.
근방 음 재생 필터 계수 기록부(52)는, 소정의 음장 경계 위치보다도 스피커 어레이(28)에 가까운 측에 근방 음 재생 음장을 형성하기 위한 음향 필터 계수인 근방 음 재생 필터 계수를 미리 복수 기록하고 있으며, 기록되어 있는 근방 음 재생 필터 계수를 필터 계수 선택부(53)에 공급한다.
필터 계수 선택부(53)는, 음장 경계 제어부(51)로부터 공급된 근방 음 재생 필터 계수 선택 정보에 기초하여, 근방 음 재생 필터 계수 기록부(52)에 기록되어 있는 복수의 근방 음 재생 필터 계수 중에서 1개의 근방 음 재생 필터 계수를 선택하고, 필터부(26)에 공급한다.
게인 조정부(25)는, 음장 경계 제어부(51)로부터 공급된 근방 음 게인값에 기초하여, 공급된 음원 신호에 대한 게인 조정을 행하고, 얻어진 음원 신호를 필터부(26)에 공급한다. 게인 조정부(25)에 공급되는 음원 신호는, 근방 음을 재생하기 위한 시간 영역의 음향 신호이다.
또한, 여기에서는 게인 조정부(22)에 공급되는 음원 신호와, 게인 조정부(25)에 공급되는 음원 신호는, 서로 다른 콘텐츠의 음을 재생하기 위한 신호인 예에 대하여 설명하지만, 그들 음원 신호가 동일한 것이어도 된다.
필터부(26)는, 게인 조정부(25)로부터 공급된 음원 신호에 대해서, 필터 계수 선택부(53)로부터 공급된 근방 음 재생 필터 계수를 사용한 필터 처리를 행함으로써 근방 음 재생 신호를 생성하고, 가산부(27)에 공급한다. 필터부(26)에서는, 필터 처리로서, 음원 신호와 근방 음 재생 필터 계수를 컨벌루팅하는 컨벌루션 처리가 행해진다.
가산부(27)는, 필터부(23)로부터 공급된 원방 음 재생 신호와, 필터부(26)로부터 공급된 근방 음 재생 신호를 가산하여, 근방 음과 원방 음을 동시에 재생하기 위한 스피커 구동 신호를 생성하고, 스피커 어레이(28)에 공급한다. 바꾸어 말하면, 가산부(27)에서는 원방 음 재생 신호와 근방 음 재생 신호가 합성되어 스피커 구동 신호가 생성된다.
스피커 어레이(28)는, 예를 들어 직선 스피커 어레이, 평면 스피커 어레이, 환 형상 스피커 어레이, 구 형상 스피커 어레이 등, 복수의 스피커를 배열하여 얻어진 스피커 어레이이며, 가산부(27)로부터 공급된 스피커 구동 신호에 기초하여 근방 음과 원방 음을 재생한다.
<원근별 음장 형성 장치의 각 부에 대하여>
여기서, 이하에 있어서의 설명에서 사용하는 좌표계에 대하여, 도 4를 참조하여 설명한다.
즉, 이하에서 하는 설명에서는, 스피커 어레이(28)의 중심 위치가 3차원 직교 좌표계의 원점 O로 된다.
또한, 3차원 직교 좌표계의 3개의 축은 원점 O를 통과하고, 서로 직교하는 x축, y축, 및 z축으로 된다. 여기서, x축의 방향, 즉 x방향은 스피커 어레이(28)를 구성하는 스피커가 배열되는 방향으로 된다. 또한, y축의 방향, 즉 y방향은 x방향과 수직인 방향이며, 또한 스피커 어레이(28)로부터 음파가 출력되는 방향과 평행한 방향으로 되고, 이들 x방향 및 y방향과 수직인 방향이 z축의 방향, 즉 z방향으로 된다. 특히, 스피커 어레이(28)로부터 음파가 출력되는 방향이 y방향의 정의 방향으로 된다.
이하에서는, 공간상의 위치, 즉 공간상의 위치를 나타내는 벡터를 x좌표, y좌표, 및 z좌표를 사용하여 (x, y, z)라고도 기재하기로 한다. 또한, 이하에서는, 스피커 어레이(28)는 직선 스피커 어레이인 것으로 하여 설명을 계속한다.
다음으로, 도 3에 도시한 원근별 음장 형성 장치(11)의 각 부에 대하여, 보다 상세히 설명한다.
(음장 경계 제어부)
우선, 음장 경계 제어부(41) 및 음장 경계 제어부(51)에 대하여 설명한다.
음장 경계 제어부(41) 및 음장 경계 제어부(51)에서는, 동일한 처리가 행해져서 음장 경계 위치가 결정된다.
즉, 예를 들어 제어 정보로서 가청자 위치 정보가 공급되었다고 하자. 공간상의 가청자의 위치를 나타내는 가청자 위치 정보는, 카메라에 의해 촬영된 화상에 대한 화상 인식이나, 센서를 이용한 가청자의 검출, 유저 등에 의한 위치 정보의 입력 등으로부터 얻을 수 있다.
이와 같은 경우, 예를 들어 제어 정보로서의 가청자 위치 정보에 의해 나타나는 가청자의 위치가 원방 음 또는 근방 음의 가청 영역에 포함되도록, 음장 경계 위치가 결정된다.
보다 구체적으로는, 예를 들어 공간상에 복수의 가청자가 있지만, 스피커 어레이(28) 근방에 가청자가 적은 경우에는, 스피커 어레이(28) 근방에 있는 가청자가 포함되는 정도의 영역이 근방 음의 가청 영역으로 되도록 음장 경계 위치가 결정된다.
이에 반하여, 예를 들어 스피커 어레이(28) 근방에 있는 가청자가 늘어나, 지금까지의 근방 음의 가청 영역 내에 전체 가청자가 들어가지 않게 되었을 때에는, 음장 경계 위치를 스피커 어레이(28)로부터 y방향에 의해 먼 위치로 이동시켜 근방 음의 가청 영역이 넓어지도록 된다.
이와 같이 근방 음이나 원방 음의 재생 중, 즉 콘텐츠의 재생 중에 동적으로 음장 경계 위치가 변화하도록 해도 된다.
또한, 예를 들어 제어 정보로서 경계 위치 정보가 공급된 경우에는, 그 경계 위치 정보에 의해 나타나는 위치가 음장 경계 위치로 된다.
음장 경계 위치가 결정되면, 그 결정 결과에 따라서 원방 음 게인값, 근방 음 게인값, 원방 음 재생 필터 계수 선택 정보, 및 근방 음 재생 필터 계수 선택 정보가 얻어진다.
예를 들어 실제로 음장을 형성할 때의 음장 경계 위치는, 원방 음 게인값이나 근방 음 게인값, 원방 음 재생 음장을 형성할 때의 제어점의 위치, 근방 음 재생 음장을 형성할 때의 에바네센트 파의 감쇠율 등에 의해 정해진다.
반대로 말하면, 결정된 임의의 위치에 대해서 원방 음 게인값이나 근방 음 게인값, 원방 음 재생 음장의 제어점의 위치, 에바네센트 파의 감쇠율 등을 적절하게 정함으로써, 그 결정된 위치가 음장 경계 위치로 되도록, 원방 음 재생 음장과 근방 음 재생 음장을 형성할 수 있다. 즉, 원방 음 게인값이나 근방 음 게인값, 원방 음 재생 음장의 제어점의 위치, 에바네센트 파의 감쇠율 등을 조정함으로써, 임의의 위치를 음장 경계 위치로 할 수 있다.
구체적으로는, 예를 들어 원방 음과 근방 음으로서, 각각 콘텐츠 A의 음과 콘텐츠 B의 음을 재생하는 경우, 그들 콘텐츠 음의 음원 신호의 게인을 조정함으로써, 음장 경계 위치를 변화시킬 수 있다. 즉, 음장 경계 위치의 제어를 행할 수 있다.
예를 들어 도 5에 도시한 바와 같이 스피커 어레이(28)의 위치를 y=0의 위치로 했을 때, y방향에 대해서 콘텐츠 B, 즉 근방 음의 음압이 직선 L21로 나타낸 바와 같이 변화하고, 콘텐츠 A, 즉 원방 음의 음압이 곡선 L22로 나타낸 바와 같이 변화됨을 알 수 있다고 하자. 또한, 도 5에 있어서 종축은 음압을 나타내고 있으며, 횡축은 y방향의 위치를 나타내고 있다.
이와 같이 콘텐츠 A의 음압이 곡선 L22로 나타낸 바와 같이 변화(감쇠)되고, 콘텐츠 B의 음압이 직선 L21로 나타낸 바와 같이 변화(감쇠)될 때에는, 곡선 L22와 직선 L21의 교점 위치, 즉 화살표 W11로 나타낸 위치가 음장 경계 위치로 된다.
이와 같은 상태로부터, 콘텐츠 A의 게인을 크게 하면, 즉 원방 음 게인값을 크게 하면, 예를 들어 콘텐츠 A, 즉 원방 음의 음압은 y방향에 대해서 곡선 L23로 나타낸 바와 같이 변화하게 된다.
이 예에서는, 콘텐츠 A의 게인 조정에 의해, y방향의 각 위치에 있어서의 콘텐츠 A의 음압이 커지고 있으며, 그 결과, 음장 경계 위치가 스피커 어레이(28)에 의해 가까운 위치로 이동하고 있다. 즉, 콘텐츠 A의 음압의 증가에 따라서 음장 경계 위치가 스피커 어레이(28)에 근접하고 있다. 이 경우, 곡선 L23과 직선 L21의 교점 위치, 즉 화살표 W21로 나타낸 위치가 음장 경계 위치로 된다.
마찬가지로, 콘텐츠 B의 게인 조정을 행함으로써도 음장 경계 위치가 변화한다. 이 경우, 콘텐츠 B의 게인을 크게 하면, 즉 근방 음 게인값을 크게 하면, 음장 경계 위치는 스피커 어레이(28)로부터 멀어지게 된다.
이러한 점에서, 결정된 음장 경계 위치에 대해서, 적절하게 원방 음 게인값이나 근방 음 게인값을 정함으로써, 근방 음 재생 음장과 원방 음 재생 음장을 동시에 형성했을 때의 음장 경계 위치가, 결정된 음장 경계 위치로 되도록 할 수 있다.
음장 경계 제어부(41) 및 음장 경계 제어부(51)에서는, 미리 준비된 원방 음 재생 필터 계수나 근방 음 재생 필터 계수를 사용한 경우에, 원방 음이나 근방 음의 음압이 y방향의 각 위치에서 어느 정도로 될지를 미리 알 수 있다. 즉, 직선 L21이나 곡선 L22가 기지로 되어 있다.
그 때문에, 음장 경계 제어부(41) 및 음장 경계 제어부(51)는, 결정된 음장 경계 위치에 대해서, 그 음장 경계 위치가 실제의 음장 형성 시에 음장 경계 위치로 되는 원방 음 게인값이나 근방 음 게인값을 구할 수 있다.
또한, 원방 음 게인값과 근방 음 게인값 중 어느 한쪽에만 의해 게인 조정이 행해지도록 해도 되며, 그들 양쪽을 조합하여 게인 조정이 행해지도록 해도 된다. 예를 들어 실질적으로 원방 음 게인값에만 의해 게인 조정이 행해질 때에는, 근방 음 게인값은 1로 된다.
음장 경계 위치의 제어를 원방 음 게인값이나 근방 음 게인값만으로 행하는 경우에는, 원방 음 재생 필터 계수나 근방 음 재생 필터 계수는 각각 1개(1종류)만 준비하면 된다.
또한, 예를 들어 원방 음 재생 음장을 형성하기 위한 원방 음 재생 필터 계수의 제어점의 위치를 변화시킴으로써도 음장 경계 위치는 변화한다.
예를 들어 스피커 어레이를 사용한 음장 형성에서는, 스피커 어레이를 구성하는 스피커가 배열되는 방향, 즉 여기에서는 x방향과 평행한 레퍼런스 라인이라 불리는 제어점군으로 이루어지는 제어선이 존재한다. 그리고, 그 제어점상에서만 형성 음장을 이상적인 음장과 일치시키는 것이 가능하다.
원방 음 재생 필터 계수 기록부(42)에는, 복수의 제어점마다, 즉 제어점의 y방향의 위치마다 원방 음 재생 필터 계수가 미리 기록되어 있으며, 그들 중의 소정의 1개의 제어점 위치의 원방 음 재생 필터 계수가 선택되어 필터부(23)로 공급된다.
원방 음과 근방 음으로서, 각각 콘텐츠 A의 음과 콘텐츠 B의 음을 재생하는 경우, 콘텐츠 A의 음을 재생하기 위한 원방 음 재생 신호의 생성에 사용하는 원방 음 재생 필터 계수의 제어점의 위치가 변화하면, 예를 들어 도 6에 도시한 바와 같이 음장 경계 위치가 변화한다. 또한, 도 6에 있어서 종축은 음압을 나타내고 있으며, 횡축은 y방향의 위치를 나타내고 있다.
도 6의 예에서는, 스피커 어레이(28)의 위치가 y=0의 위치로 되어 있으며, 직선 L31은 y방향의 각 위치에 있어서의 콘텐츠 B, 즉 근방 음의 음압을 나타내고 있다. 또한, 곡선 L32는, y방향의 각 위치에 있어서의 콘텐츠 A, 즉 원방 음의 음압을 나타내고 있다. 즉, 직선 L31 및 곡선 L32는, 콘텐츠 B와 콘텐츠 A의 y방향에 대한 음압의 감쇠 모습을 나타내고 있다.
또한, 상술한 바와 같이 원방 음 재생 필터 계수나 근방 음 재생 필터 계수를 사용한 경우에, 원방 음이나 근방 음의 음압이 y방향의 각 위치에서 어느 정도로 될지는 기지이다.
이와 같이 콘텐츠 A의 음압이 곡선 L32로 나타낸 바와 같이 변화하고, 콘텐츠 B의 음압이 직선 L31로 나타낸 바와 같이 변화할 때에는, 곡선 L32와 직선 L31의 교점 위치, 즉 화살표 W21로 나타낸 위치가 음장 경계 위치로 된다.
예를 들어, 여기에서는 곡선 L32로 나타낸 음압이 얻어지는 원방 음 재생 필터 계수의 제어점의 위치가 y=y1인 것으로 한다.
이에 반하여, 제어점의 위치가 y1인 원방 음 재생 필터 계수 대신에, 제어점의 위치가 y1보다도, 보다 스피커 어레이(28)로부터 먼 측의 y=y2인 원방 음 재생 필터 계수를 사용하여 콘텐츠 A의 음을 재생하기 위한 원방 음 재생 신호를 생성한 것으로 한다.
이 경우, 콘텐츠 A의 음압은 y방향에 대해서 곡선 L33으로 나타낸 바와 같이 변화하고, 음장 경계 위치는 화살표 W22로 나타낸 위치로 된다.
이와 같이, y방향에 있어서 제어점의 위치를 스피커 어레이(28)로부터 보다 먼 위치로 하면, 음장 경계 위치는 스피커 어레이(28)에 근접됨을 알 수 있다. 반대로, y방향에 있어서 제어점의 위치를 스피커 어레이(28)에 근접하면, 음장 경계 위치는 스피커 어레이(28)로부터 멀어진다.
이러한 점에서, 결정된 음장 경계 위치에 대해서, 적절하게 원방 음 재생 음장의 제어점, 즉 원방 음 재생 필터 계수의 제어점을 정함으로써, 근방 음 재생 음장과 원방 음 재생 음장을 동시에 형성했을 때의 음장 경계 위치가, 결정된 음장 경계 위치로 되도록 할 수 있다.
음장 경계 제어부(41)나 음장 경계 제어부(51)에서는, 미리 준비된 원방 음 재생 필터 계수나 근방 음 재생 필터 계수를 사용한 경우에, 원방 음이나 근방 음의 음압이 y방향의 각 위치에서 어느 정도로 될지를 미리 알 수 있다.
그 때문에, 음장 경계 제어부(41)나 음장 경계 제어부(51)는, 결정된 음장 경계 위치에 대해서, 그 음장 경계 위치가 실제의 음장 형성 시에 음장 경계 위치로 되는 원방 음 재생 필터 계수의 제어점의 위치를 구할 수 있다.
또한, 예를 들어 근방 음 재생 음장을 형성하기 위한 근방 음 재생 필터 계수의 음압 감쇠율, 즉 에바네센트 파의 감쇠율을 변화시킴으로써도 음장 경계 위치는 변화한다.
근방 음 재생 필터 계수 기록부(52)에는, y방향의 음압 감쇠율을 나타내는 상수 α와 제어점의 조합마다의 근방 음 재생 필터 계수가 미리 기록되어 있으며, 그들 중에 1개의 근방 음 재생 필터 계수가 선택되어 필터부(26)에 공급된다.
예를 들어 원방 음과 근방 음으로서, 각각 콘텐츠 A의 음과 콘텐츠 B의 음을 재생하는 경우, 콘텐츠 B의 음을 재생하기 위한 근방 음 재생 신호의 생성에 사용하는 근방 음 재생 필터 계수의 상수 α, 즉 음압 감쇠율이 변화하면, 예를 들어 도 7에 도시한 바와 같이 음장 경계 위치가 변화한다. 또한, 도 7에 있어서 종축은 음압을 나타내고 있으며, 횡축은 y방향의 위치를 나타내고 있다.
도 7의 예에서는, 스피커 어레이(28)의 위치가 y=0인 위치로 되어 있으며, 직선 L41은 y방향의 각 위치에 있어서의 콘텐츠 B, 즉 근방 음의 음압을 나타내고 있다. 또한, 곡선 L42는, y방향의 각 위치에 있어서의 콘텐츠 A, 즉 원방 음의 음압을 나타내고 있다. 즉, 직선 L41 및 곡선 L42는, 콘텐츠 B와 콘텐츠 A의 y방향에 대한 음압의 감쇠 모습을 나타내고 있다.
이와 같이 콘텐츠 A의 음압이 곡선 L42로 나타낸 바와 같이 변화하고, 콘텐츠 B의 음압이 직선 L41로 나타낸 바와 같이 변화할 때에는, 곡선 L42와 직선 L41의 교점 위치, 즉 화살표 W31로 나타낸 위치가 음장 경계 위치로 된다.
예를 들어, 여기에서는 직선 L41로 나타낸 음압이 얻어지는 근방 음 재생 필터 계수의 상수 α의 값이 α1인 것으로 한다.
이에 반하여, 상수 α=α1인 근방 음 재생 필터 계수 대신에, 상수 α=α1일 때보다도 음압 감쇠율이 보다 큰, 상수 α=α2인 근방 음 재생 필터 계수를 사용하여 콘텐츠 B의 음을 재생하기 위한 근방 음 재생 신호를 생성하였다고 하자.
이 경우, 콘텐츠 B의 음압은 y방향에 대해서 직선 L43으로 나타낸 도시한 바와 같이 변화하고, 음장 경계 위치는 화살표 W32로 나타낸 위치로 된다.
이와 같이, 보다 음압 감쇠율이 큰 근방 음 재생 필터 계수를 사용하면, 음장 경계 위치는 스피커 어레이(28)에 근접함을 알 수 있다. 반대로, 보다 음압 감쇠율이 작은 근방 음 재생 필터 계수를 사용하면, 음장 경계 위치는 스피커 어레이(28)로부터 멀어진다.
이러한 점에서, 결정된 음장 경계 위치에 대해서, 적절하게 근방 음 재생 필터 계수의 음압 감쇠율, 즉 상수 α를 정함으로써, 근방 음 재생 음장과 원방 음 재생 음장을 동시에 형성했을 때의 음장 경계 위치가, 결정된 음장 경계 위치로 되도록 할 수 있다.
음장 경계 제어부(51)나 음장 경계 제어부(41)에서는, 미리 준비된 원방 음 재생 필터 계수나 근방 음 재생 필터 계수를 사용한 경우에, 원방 음이나 근방 음의 음압이 y방향의 각 위치에서 어느 정도로 될지를 미리 알 수 있다.
그 때문에, 음장 경계 제어부(51)나 음장 경계 제어부(41)는, 결정된 음장 경계 위치에 대해서, 그 음장 경계 위치가 실제의 음장 형성 시에 음장 경계 위치가 되는 근방 음 재생 필터 계수의 상수 α를 구할 수 있다.
또한, 근방 음 재생 필터 계수는, 음압 감쇠율을 나타내는 상수 α와 제어점의 조합마다 준비되어 있지만, 근방 음 재생 필터 계수의 제어점을 변화시킴으로써도 음장 경계 위치는 변화한다. 따라서, 근방 음 재생 필터 계수에 대해서도 음장 경계 위치에 따라서 적절한 제어점이 결정되도록 해도 된다.
이상과 같이, 원방 음 게인값이나 근방 음 게인값, 원방 음 재생 필터 계수의 제어점, 근방 음 재생 필터 계수의 제어점이나 상수 α에 의해 음장 경계 위치는 변화한다.
그래서, 음장 경계 제어부(41) 및 음장 경계 제어부(51)는, 결정된 음장 경계 위치에 대해서 원방 음 게인값, 근방 음 게인값, 원방 음 재생 필터 계수의 제어점 및 근방 음 재생 필터 계수의 제어점과 상수 α의 적절한 조합을 결정한다.
이 경우, 원방 음 게인값, 근방 음 게인값, 원방 음 재생 필터 계수의 제어점, 근방 음 재생 필터 계수의 제어점, 및 근방 음 재생 필터 계수의 상수 α 중 몇 가지가 동적으로 결정되고, 그 이외의 것은 미리 정해져 있도록 해도 된다.
특히, 원방 음 게인값 등의 각 파라미터의 결정에 있어서는, 예를 들어 y방향의 소정 위치에 있어서 원하는 음압을 확보하고 싶은 등을 고려해야 할 경우가 있다. 또한, 음장 형성에서는 원방 음이나 근방 음의 가청 영역은, 제어점보다도 스피커 어레이(28)로부터 먼 측일 필요가 있다.
그 때문에, 예를 들어 음장 경계 위치에 따라서 원방 음 재생 필터 계수의 제어점만을 변화시켜도, 원하는 음압을 확보하거나 적절한 위치에 가청 영역을 형성할 수 없을 가능성도 있다. 그러나, 원방 음 재생 필터 계수의 제어점뿐만 아니라, 원방 음 게인값이나 근방 음 게인값도 조합하여 변화시키는 등, 복수의 파라미터를 동적으로 결정하도록 하면, 원하는 음압을 확보하거나, 적절한 위치에 가청 영역을 형성할 수 있도록 된다.
이와 같이 하여, 음장 경계 위치에 대해서 각 파라미터의 값이 결정되면, 예를 들어 음장 경계 제어부(41)는, 결정된 원방 음 재생 필터 계수의 제어점의 위치를 나타내는 정보를, 원방 음 재생 필터 계수 선택 정보로 해서 필터 계수 선택부(43)에 공급한다. 또한, 예를 들어 음장 경계 제어부(51)는, 결정된 근방 음 재생 필터 계수의 제어점의 위치와 상수 α를 나타내는 정보를, 근방 음 재생 필터 계수 선택 정보로서 필터 계수 선택부(53)에 공급한다.
(원방 음 재생 필터 계수 기록부)
원방 음 재생 필터 계수 기록부(42)는, 복수의 제어점의 위치마다 원방 음 재생 필터 계수를 기록하고 있다.
예를 들어 원방 음 재생 필터 계수는, SDM(Spectral Division Method)법에 의해 미리 구해진 것으로 된다.
또한, SDM법에 대해서는, 예를 들어 「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.」등에 상세히 기재되어 있다.
예를 들어, 3차원 자유 공간에 있어서의 음장 P(v, ntf)는 다음 식 (1)에 나타내는 바와 같이 표시된다.
Figure pct00001
또한, 식 (1)에 있어서 ntf는 시간 주파수 인덱스를 나타내고 있으며, v는 공간상의 위치를 나타내는 벡터이고 v=(x, y, z)이다. 또한, 식 (1)에 있어서 v0은 x축상의 소정의 위치를 나타내는 벡터이고 v0=(x0, 0, 0)이다. 또한, 이하, 벡터 v에 의해 나타나는 위치를 위치 v라고도 칭하고, 벡터 v0에 의해 나타나는 위치를 위치 v0이라고도 칭하기로 한다.
또한, 식 (1)에 있어서 D(v0, ntf)는 2차 음원의 구동 신호를 나타내고 있으며, G(v, v0, ntf)는, 위치 v와 위치 v0 사이의 전달 함수이다. 이 2차 음원의 구동 신호 D(v0, ntf)는, 원방 음 재생 신호에 대응한다.
이와 같은 식 (1)의 계산에서는, 공간 영역에 있어서는 구동 신호 D(v0, ntf)와 전달 함수 G(v, v0, ntf)의 컨벌루션의 형태로 되어 있으며, 식 (1)에 나타낸 음장P(v, ntf)를 x축 방향으로 공간 푸리에 변환하면, 다음 식 (2)로 나타내게 된다.
Figure pct00002
또한, 식 (2)에 있어서, nsf는 공간 주파수 인덱스를 나타내고 있다.
이와 같이 음장 P(v, ntf)를 공간 푸리에 변환하면, 식 (2)에 도시한 바와 같이 공간 주파수 영역의 음장 PF(nsf, y, z, ntf)는, 공간 주파수 영역의 구동 신호 DF(nsf, ntf)와 전달 함수 GF(nsf, y, z, ntf)의 곱에 의해 표시된다. 따라서, 2차 음원의 구동 신호의 공간 주파수 표현은, 다음 식 (3)으로 나타내게 된다.
Figure pct00003
또한, 직선 형상의 2차 음원을 사용하는 경우, 그 직선과 평행한 제어점상, 즉 레퍼런스 라인상에서만 실제로 형성되는 음장을 이상적인 음장과 일치시킬 수 있다. 그래서, 그 제어점의 y방향의 위치를 y=yref로 하고, 또한 수평면상에서의 음장 형성을 고려하여 z=0으로 하면, 식 (3)은 다음 식 (4)로 나타내게 된다.
Figure pct00004
이 식 (4)에 의해 나타나는 2차 음원의 구동 신호 DF(nsf, ntf)는, y=yref의 위치를 제어점으로 하여, 그 제어점에서 이상적인 음장을 형성하기 위한 구동 신호이다.
또한, 예를 들어 원하는 음장 PF(nsf, yref, 0, ntf)로서, 다음 식 (5)에 나타내는 바와 같이 점음원 모델 Pps(nsf, yref, 0, ntf)를 사용할 수 있다.
Figure pct00005
또한, 식 (5)에 있어서, S(ntf)는 재생하려고 하는 음의 음원 신호를 나타내고 있고, j는 허수 단위를 나타내고 있으며, kx는 x축 방향의 파수를 나타내고 있다. 또한, xps 및 yps는 각각 점음원의 위치를 나타내는 x좌표 및 y좌표를 나타내고 있고, ω은 각 주파수를 나타내고 있으며, c는 음속을 나타내고 있다. 또한, H0 (2)는 제2종 한켈 함수를 나타내고 있으며, K0은 베셀 함수를 나타내고 있다. 또한, 원방 음 재생 필터 계수는 음원에 의존하지 않기 때문에, 여기에서는 S(ntf)=1로 된다.
또한, 전달 함수 GF(nsf, yref, 0, ntf)는, 다음 식 (6)에 나타내는 바와 같이 표시할 수 있다.
Figure pct00006
이상의 식 (4), 식 (5), 및 식 (6)이 사용되어, 구동 신호 DF(nsf, ntf), 즉 원방 음 재생 신호의 공간 주파수 스펙트럼 DF(nsf, ntf)가 구해진다.
다음으로, 공간 주파수 스펙트럼 DF(nsf, ntf)를, DFT(Discrete Fourier Transform)을 사용하여 공간 주파수 합성함으로써, 시간 주파수 스펙트럼 D(l, ntf)가 구해진다. 즉, 다음 식 (7)을 계산함으로써, 시간 주파수 스펙트럼 D(l, ntf)가 산출된다.
Figure pct00007
또한, 식 (7)에 있어서, l은 스피커 어레이(28)를 구성하는 스피커를 식별하고, 그 스피커의 x방향의 위치를 나타내는 스피커 인덱스를 나타내고 있으며, Mds는 DFT의 샘플수를 나타내고 있다.
또한, 시간 주파수 스펙트럼 D(l, ntf)에 대해서, IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform)를 사용하여 시간 주파수 합성이 행해지고, 시간 신호인 스피커 어레이(28)의 각 스피커의 스피커 구동 신호 d(l, nd)가 구해진다. 구체적으로는, 다음 식 (8)의 계산을 행함으로써, 스피커 구동 신호 d(l, nd)가 산출된다. 이들 각 스피커의 스피커 구동 신호 d(l, nd)가 원방 음 재생 신호이다.
Figure pct00008
또한, 식 (8)에 있어서, nd는 시간 인덱스를 나타내고 있으며, Mdt는 IDFT의 샘플수를 나타내고 있다.
이와 같이 하여 구해진 스피커 구동 신호 d(l, nd)는, 음원에 의존하지 않는 필터 계수 바로 그 자체를 나타내고 있다. 그래서, 이 스피커 구동 신호 d(l, nd)의 시간 인덱스 nd를, 시간 인덱스 m으로 치환한 것이, 점음원의 위치(xps, yps) 및 제어점의 위치 y=yref에 대해서 구해진 원방 음 재생 필터 계수 hf(l, m)으로 된다.
여기에서는, 1개의 제어점에 대하여, 스피커 어레이(28)의 스피커 인덱스 l에 의해 식별되는 스피커마다 원방 음 재생 필터 계수 hf(l, m)이 구해진다.
원방 음 재생 필터 계수 기록부(42)에는, 복수의 각 제어점의 원방 음 재생 필터 계수 hf(l, m)이 미리 기록되어 있다.
따라서, 필터 계수 선택부(43)는, 복수의 제어점마다의 원방 음 재생 필터 계수 hf(l, m) 중, 음장 경계 제어부(41)로부터 공급된 원방 음 재생 필터 계수 선택 정보에 의해 나타나는 제어점과 동일한 제어점의 원방 음 재생 필터 계수 hf(l, m)을 원방 음 재생 필터 계수 기록부(42)로부터 판독하여 필터부(23)에 공급한다.
또한, 원방 음 재생 필터 계수를 구할 때 면 형상의 2차 음원을 사용하는 경우에는 제어점군은 면 형상으로 되지만, 그러한 경우에 있어서도 직선상의 2차 음원을 사용하는 경우와 마찬가지로 하여 원방 음 재생 필터 계수를 구할 수 있다.
(근방 음 재생 필터 계수 기록부)
근방 음 재생 필터 계수 기록부(52)는, 복수의 제어점의 위치와, 복수의 상수 α의 조합마다 근방 음 재생 필터 계수를 기록하고 있다. 이들 근방 음 재생 필터 계수는, y방향으로 감쇠하는 에바네센트 파를 스피커 어레이(28)에 의해 생성하기 위한 음향 필터의 필터 계수이다.
이와 같은 근방 음 재생 필터 계수는, 예를 들어 이하와 같이 하여 구해진다.
예를 들어 3차원 자유 공간에 있어서, 임의의 위치 v에 있어서의 시각 t의 음장 p(v, t)는, 다음 식 (9)에 나타내는 파동 방정식을 충족시킨다.
Figure pct00009
또한, 식 (9)에 있어서 c는 음속을 나타내고 있으며, ▽2는 다음 식 (10)에 나타내는 바와 같다.
Figure pct00010
또한, 시간 푸리에 역변환 T(t)를 다음 식 (11)에 나타내는 것으로 하면, 시간 푸리에 변환 F(·)는 이하의 식 (12)로 나타내게 된다.
Figure pct00011
Figure pct00012
또한, 식 (11) 및 식 (12)에 있어서, j는 허수 단위를 나타내고 있으며, ω는 각 주파수를 나타내고 있다.
여기서, 상술한 식 (9)에 대해서, 다음 식 (13)에 나타내는 바와 같이 변수 분리를 행하여 공간의 미분과 시간의 미분을 나누어, 또한 식 (12)를 이용하면, 이하의 식 (14)에 나타내는 헬름홀츠 방정식이 얻어진다.
Figure pct00013
Figure pct00014
또한, 식 (14)에 있어서 P(v, ω)는, 위치 v에 있어서의 각 주파수 ω의 음장을 나타내고 있다. 또한, 각 주파수가 ωpw이며, x방향, y방향, 및 z방향의 각각의 파수가 kpw,x, kpw,y, 및 kpw,z일 때의, 각 주파수 ωpw, 파수 kpw,x, 파수 kpw,y, 및 파수 kpw,z에 의해 표시되는 방향으로 전반하는 평면파를 나타내는, 식 (14)에 나타내는 헬름홀츠 방정식의 일반 해는, 다음 식 (15)에 나타내는 것으로 된다.
Figure pct00015
또한, 식 (15)에 있어서 δ(ω-ωpw)는 델타 함수를 나타내고 있다.
여기서, 파수 영역에서는, 다음 식 (16)에 나타내는 관계가 성립된다.
Figure pct00016
식 (16)을 y방향의 파수 kpw,y에 대하여 풀면, 다음 식 (17)로 나타내게 된다.
Figure pct00017
이 식 (17)의 상단, 즉 상측에 나타나는 파수 kpw,y의 파는 통상의 전반파를 나타내고 있으며, 식 (17)의 하단, 즉 하측에 나타나는 파수 kpw,y의 파는 에바네센트 파를 나타내고 있다.
그래서, 식 (17)의 하단에 나타나는 에바네센트 파의 파수 kpw,y를 식 (15)에 나타낸 음장 P(v, ω)에 대입하면, 다음 식 (18)로 나타내게 된다.
Figure pct00018
단, 파수 kpw,y를 식 (15)에 대입하는 데 있어서, 파수 kpw,y의 부호가 정인 항은 물리적으로 의미를 갖지 않는 해로 되기 때문에, 부호가 부인 항이 대입되어 있다.
또한, 식 (18)에 있어서의 (kpw,x 2+kpw,z 2-(ω/c)2)1/2는, 에바네센트 파의 감쇠의 크기를 정하는 항이다.
따라서, 예를 들어 각 주파수 ω에 의존하지 않고, 일정한 감쇠의 크기로 하고 싶을 경우에는, 감쇠의 크기를 나타내는 상수 α를 사용하여, 다음 식 (19)를 충족하도록 파수 kpw,x 및 파수 kpw,z를 설정하면 된다. 이때, 식 (18)로부터 알 수 있는 바와 같이 상수 α가 클수록, y방향으로의 에바네센트 파의 감쇠율이 커진다. 이러한 식 (19)에 나타나는 상수 α가 상술한 y방향의 음압 감쇠율을 나타내는 상수이다.
Figure pct00019
여기서, 식 (18)로 표시되는 에바네센트 파를 생성하는 근방 음 재생 신호를 얻기 위한 근방 음 재생 필터 계수를 구하는 것을 생각한다.
식 (18)을 x에 대하여 공간 푸리에 변환하면, 다음 식 (20)에 나타내는 바와 같이 표시된다.
Figure pct00020
또한, 전달 함수의 공간 주파수 스펙트럼 G'(kx, y, z, ω)는, 다음 식 (21)에 나타내는 바와 같이 표시된다.
Figure pct00021
또한, 식 (21)에 있어서 H0 (2)는 제2종 한켈 함수를 나타내고 있으며, K0은 베셀 함수를 나타내고 있다.
또한, 식 (20)과 식 (21)을 이용하여 SDM법으로부터, 근방 음 재생 신호의 공간 주파수 스펙트럼 D'(kx, ω)는 다음 식 (22)로 나타내게 된다.
Figure pct00022
식 (22)에 있어서, yref는 y방향에 있어서의 기준이 되는 제어점의 위치를 나타내고 있다.
이와 같이 하여 얻어진 식 (22)를, 파수 kx에 대하여 역 공간 푸리에 변환 함으로써, 다음 식 (23)에 나타내는 근방 음 재생 신호의 시간 주파수 스펙트럼 D(x, ω)가 얻어진다.
Figure pct00023
또한, 이와 같이 하여 얻어진 시간 주파수 스펙트럼 D(x, ω)를 역시간 푸리에 변환하면, 다음 식 (24)에 나타내는 바와 같이 근방 음 재생 신호의 시간 파형 d(x, t), 즉 시간 신호인 스피커 구동 신호 d(x, t)가 구해진다.
Figure pct00024
이때, 스피커 어레이(28)를 구성하는 스피커를 식별하고, 그 스피커의 x방향의 위치를 나타내는 인덱스를 l로 하면, 이하의 식 (25)에 나타내는 바와 같이, 식 (24)로부터 인덱스 l의 스피커의 근방 음 재생 필터 계수 hn(l, m)이 구해진다.
Figure pct00025
또한, 식 (25)에 있어서, m은 시간 인덱스를 나타내고 있다. 이 근방 음 재생 필터 계수 hn(l, m)은, 식 (24)에 나타낸 스피커 구동 신호 d(x, t)에 있어서의 x를 인덱스 l로 치환함과 함께, t를 시간 인덱스 m으로 치환함으로써 얻어진다.
근방 음 재생 필터 계수 기록부(52)에는, 복수의 제어점의 위치 yref와 복수의 상수 α의 조합마다의 근방 음 재생 필터 계수 hn(l, m)이 미리 기록되어 있다.
따라서, 필터 계수 선택부(53)는, 그들 근방 음 재생 필터 계수 hn(l, m) 중 음장 경계 제어부(51)로부터 공급된 근방 음 재생 필터 계수 선택 정보에 의해 나타나는 제어점 및 상수 α와 동일한 제어점 및 상수 α의 근방 음 재생 필터 계수 hn(l, m)을 근방 음 재생 필터 계수 기록부(52)로부터 판독하여 필터부(26)에 공급한다.
또한, 이상에 있어서는, 파수 영역에서 에바네센트 파를 구하고, 근방 음 재생 필터 계수 hn(l, m)을 산출하는 방법에 대하여 설명하였지만, 이외의 방법으로 에바네센트 파를 생성하는 근방 음 재생 필터 계수 hn(l, m)을 구하도록 해도 된다.
(필터부)
예를 들어, 게인 조정부(22)로부터 필터부(23)에 공급되는 음원 신호와, 게인 조정부(25)로부터 필터부(26)에 공급되는 음원 신호를 특별히 구별하지 않고 음원 신호 x(n)이라 기재하기로 한다. 또한, 음원 신호 x(n)에 있어서의 n은 시간 인덱스를 나타내고 있다.
또한, 원방 음 재생 필터 계수 hf(l, m)와 근방 음 재생 필터 계수 hn(l, m)을 구별할 필요가 없는 경우, 필터 계수 h(l, m)이라고도 칭하기로 한다.
필터부(23) 및 필터부(26)에서는, 공급된 음원 신호 x(n)과, 필터 계수 h(l, m)을 컨벌루팅하여 스피커 구동 신호 s(l, n)을 구하는 처리가 행해진다. 즉, 필터부(23) 및 필터부(26)에서는, 스피커 어레이(28)를 구성하는 스피커마다 다음 식 (26)의 계산이 행해져서, 스피커 인덱스 l에 의해 식별되는 각 스피커의 스피커 구동 신호 s(l, n)이 산출된다.
Figure pct00026
또한, 식 (26)에 있어서, N은 필터 길이를 나타내고 있다.
이와 같은 식 (26)의 계산에 의해 필터부(23)에서 구해진 각 스피커의 스피커 구동 신호 s(l, n)이 원방 음 재생 신호이다. 또한, 식 (26)의 계산에 의해 필터부(26)에서 구해진 각 스피커의 스피커 구동 신호 s(l, n)이 근방 음 재생 신호이다.
<원근별 음장 형성 처리의 설명>
계속해서, 원근별 음장 형성 장치(11)의 동작에 대하여 설명한다. 즉, 이하, 도 8의 흐름도를 참조하여, 원근별 음장 형성 장치(11)에 의해 행해지는 원근별 음장 형성 처리에 대하여 설명한다.
스텝 S11에 있어서, 음장 경계 제어부(41) 및 음장 경계 제어부(51)는, 공급된 제어 정보에 기초하여 음장 경계 위치를 결정한다.
예를 들어 음장 경계 제어부(41) 및 음장 경계 제어부(51)는, 제어 정보로서 공급된 가청자 위치 정보에 의해 나타나는 가청자의 위치에 기초하여, 근방 음의 가청 영역과 원방 음의 가청 영역을 정하고, 그들 가청 영역 사이의 위치를 음장 경계 위치로 한다. 또한, 예를 들어 음장 경계 제어부(41) 및 음장 경계 제어부(51)는, 제어 정보로서 공급된 경계 위치 정보에 의해 나타나는 위치를 그대로 음장 경계 위치로 한다.
스텝 S12에 있어서, 음장 경계 제어부(41) 및 음장 경계 제어부(51)는, 스텝 S11의 처리에서 결정된 음장 경계 위치에 기초하여, 원방 음 게인값 등의 각 파라미터를 결정한다.
즉, 음장 경계 제어부(41) 및 음장 경계 제어부(51)는, 예를 들어 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이, 음장 경계 위치에 따라서, 파라미터로서 원방 음 게인값, 근방 음 게인값, 원방 음 재생 필터 계수의 제어점의 위치, 근방 음 재생 필터 계수의 제어점의 위치, 및 근방 음 재생 필터 계수의 상수 α의 각 값을 결정한다.
또한, 그들 파라미터 중 몇 가지는 미리 정해진 값으로 되고, 나머지 파라미터 값이 음장 경계 위치에 기초하여 결정되어도 된다. 또한, 음장 경계 위치를 결정하고 나서, 그 음장 경계 위치에 따라서 각 파라미터의 값을 결정하는 것이 아니라, 음장 경계 위치와 각 파라미터의 값이 서로 조정되면서 동시에 결정되도록 해도 된다. 즉, 스텝 S11과 스텝 S12의 처리가 동시에 행해져도 된다.
각 파라미터가 결정되면, 음장 경계 제어부(41)는 결정된 파라미터로서의 원방 음 게인값을 게인 조정부(22)에 공급함과 함께, 결정된 파라미터로서의 원방 음 재생 필터 계수의 제어점의 위치를 나타내는 정보를, 원방 음 재생 필터 계수 선택 정보로서 필터 계수 선택부(43)에 공급한다.
또한, 음장 경계 제어부(51)는 결정된 파라미터로서의 근방 음 게인값을 게인 조정부(25)에 공급함과 함께, 결정된 파라미터로서의 근방 음 재생 필터 계수의 제어점의 위치와 상수 α를 나타내는 정보를, 근방 음 재생 필터 계수 선택 정보로서 필터 계수 선택부(53)에 공급한다.
스텝 S13에 있어서, 필터 계수 선택부(43) 및 필터 계수 선택부(53)는, 필터 계수를 선택한다.
구체적으로는, 필터 계수 선택부(43)는, 복수의 제어점마다의 원방 음 재생 필터 계수 중에서, 음장 경계 제어부(41)로부터 공급된 원방 음 재생 필터 계수 선택 정보에 의해 나타나는 제어점의 원방 음 재생 필터 계수를 선택한다. 즉, 원방 음 재생 필터 계수 선택 정보에 의해 나타나는 제어점의 위치에 대응하는 원방 음 재생 필터 계수가 선택된다.
그리고, 필터 계수 선택부(43)는, 선택한 원방 음 재생 필터 계수를 원방 음 재생 필터 계수 기록부(42)로부터 판독하여 필터부(23)에 공급한다.
마찬가지로, 필터 계수 선택부(53)는, 복수의 제어점 및 상수 α의 조합마다의 근방 음 재생 필터 계수 중에서, 음장 경계 제어부(51)로부터 공급된 근방 음 재생 필터 계수 선택 정보에 의해 나타나는 제어점의 위치 및 상수 α의 근방 음 재생 필터 계수를 선택한다. 즉, 근방 음 재생 필터 계수 선택 정보에 의해 나타나는 제어점의 위치 및 상수 α에 대응하는 근방 음 재생 필터 계수가 선택된다.
그리고, 필터 계수 선택부(53)는, 선택한 근방 음 재생 필터 계수를 근방 음 재생 필터 계수 기록부(52)로부터 판독하여 필터부(26)에 공급한다.
스텝 S14에 있어서, 게인 조정부(22) 및 게인 조정부(25)는, 공급된 음원 신호의 게인 조정을 행한다.
즉, 게인 조정부(22)는, 공급된 음원 신호에 대해서, 음장 경계 제어부(41)로부터 공급된 원방 음 게인값을 승산함으로써 게인 조정을 행하고, 그 결과 얻어진 음원 신호를 필터부(23)에 공급한다.
또한, 게인 조정부(25)는, 공급된 음원 신호에 대해서, 음장 경계 제어부(51)로부터 공급된 근방 음 게인값을 승산함으로써 게인 조정을 행하고, 그 결과 얻어진 음원 신호를 필터부(26)에 공급한다.
스텝 S15에 있어서, 필터부(23) 및 필터부(26)는 음원 신호에 대한 필터 처리를 행한다.
즉, 예를 들어 필터부(23)는 상술한 식 (26)의 계산을 행함으로써, 게인 조정부(22)로부터 공급된 음원 신호와, 필터 계수 선택부(43)로부터 공급된 원방 음 재생 필터 계수를 컨벌루팅하여 원방 음 재생 신호를 생성하고, 가산부(27)에 공급한다.
또한, 예를 들어 필터부(26)는 상술한 식 (26)의 계산을 행함으로써, 게인 조정부(25)로부터 공급된 음원 신호와, 필터 계수 선택부(53)로부터 공급된 근방 음 재생 필터 계수를 컨벌루팅하여 근방 음 재생 신호를 생성하고, 가산부(27)에 공급한다.
또한, 여기에서는 게인 조정이 행해진 음원 신호가 사용되어 원방 음 재생 신호나 근방 음 재생 신호가 생성되는 예에 대하여 설명하였다. 그러나, 게인 조정이 행해지지 않는 음원 신호가 사용되어 원방 음 재생 신호나 근방 음 재생 신호가 생성되고, 그들의 원방 음 재생 신호나 근방 음 재생 신호에 대해서 게인 조정이 행해지도록 해도 된다.
그러한 경우, 예를 들어 게인 조정부(22)에 의해 원방 음 게인값에 기초하여 원방 음 재생 신호에 대한 게인 조정이 행해지고, 게인 조정부(25)에 의해 근방 음 게인값에 기초하여 근방 음 재생 신호에 대한 게인 조정이 행해진다.
스텝 S16에 있어서, 가산부(27)는, 필터부(23)로부터 공급된 원방 음 재생 신호와, 필터부(26)로부터 공급된 근방 음 재생 신호를 가산하여 스피커 구동 신호를 생성하고, 스피커 어레이(28)에 공급한다.
스텝 S17에 있어서, 스피커 어레이(28)는, 가산부(27)로부터 공급된 스피커 구동 신호에 기초하여 원방 음과 근방 음을 동시에 재생하고, 원근별 음장 형성 처리는 종료된다.
이와 같이 하여 원방 음과 근방 음이 동시에 재생되면, 공간상의 서로 다른 영역에 원방 음 재생 음장과 근방 음 재생 음장이 형성된다. 즉, 서로 다른 위치에 원방 음의 가청 영역과, 근방 음의 가청 영역이 형성된다.
이상과 같이 하여 원근별 음장 형성 장치(11)는, 음장 경계 위치에 따라서 원방 음 게인값 등의 각 파라미터를 결정하고, 결정된 파라미터에 따라서 게인 조정이나 필터 처리를 행하여 원방 음과 근방 음을 재생하는 스피커 구동 신호를 생성한다. 이와 같이 함으로써, 원방과 근방에서 서로 다른 음을 재생할 수 있다.
<제2 실시 형태>
<원근별 음장 형성 장치의 구성예>
또한, 이상에 있어서는 원방 음 재생 신호와 근방 음 재생 신호를 가산하여 스피커 구동 신호를 생성하고, 1개의 스피커 어레이(28)로 원방 음과 근방 음을 재생하는 예에 대하여 설명하였지만, 원방 음과 근방 음을 각각 상이한 스피커 어레이에 의해 재생하도록 해도 된다.
그와 같은 경우, 원근별 음장 형성 장치는, 예를 들어 도 9에 도시한 바와 같이 구성된다. 또한, 도 9에 있어서 도 3에 있어서의 경우와 대응하는 부분에는 동일한 부호를 부여하고 있으며, 그 설명은 적절히 생략한다.
도 9에 도시한 원근별 음장 형성 장치(81)는 원방 음장 처리부(21), 게인 조정부(22), 필터부(23), 근방 음장 처리부(24), 게인 조정부(25), 필터부(26), 스피커 어레이(28), 및 스피커 어레이(91)를 갖고 있다.
또한 원방 음장 처리부(21)에는 음장 경계 제어부(41), 원방 음 재생 필터 계수 기록부(42), 및 필터 계수 선택부(43)가 설치되어 있으며, 근방 음장 처리부(24)에는 음장 경계 제어부(51), 근방 음 재생 필터 계수 기록부(52), 및 필터 계수 선택부(53)가 설치되어 있다.
이 원근별 음장 형성 장치(81)의 구성은, 가산부(27)가 설치되어 있지 않고, 새롭게 스피커 어레이(91)가 설치되어 있는 점에서 도 3의 원근별 음장 형성 장치(11)의 구성과 다르며, 그 밖의 점에서는 원근별 음장 형성 장치(11)와 동일한 구성으로 되어 있다.
원근별 음장 형성 장치(81)에서는, 필터부(23)에서 얻어진 원방 음 재생 신호가 스피커 어레이(28)에 공급되어, 스피커 어레이(28)에서는 원방 음 재생 신호에 기초하여 원방 음이 재생된다. 또한, 필터부(26)에서 얻어진 근방 음 재생 신호는 스피커 어레이(91)에 공급된다.
스피커 어레이(91)는, 예를 들어 직선 스피커 어레이, 평면 스피커 어레이, 환상 스피커 어레이, 구상 스피커 어레이 등, 복수의 스피커를 배열하여 얻어진 스피커 어레이이며, 필터부(26)로부터 공급된 근방 음 재생 신호에 기초하여 근방 음을 재생한다.
여기서, 스피커 어레이(28)와 스피커 어레이(91)는, y방향의 동일 위치에 배치되도록 해도 되고, y방향의 다른 위치에 배치되도록 해도 된다.
예를 들어 스피커 어레이(28)와 스피커 어레이(91)의 각각의 y방향의 배치 위치가 상이한 경우에는, 근방 음 재생 음장이 에바네센트 파로 한정되지 않고, 평면파나 구면파 등의 전반파에 의해 형성되도록 할 수도 있다.
이것은, 예를 들어 원방 음의 음압 y방향으로의 감쇠의 방법과, 근방 음의 음압 y방향으로의 감쇠의 방법이 마찬가지여도, 그들 원방 음과 근방 음을 재생하는 스피커 어레이의 y방향의 위치가 상이하면, 그들 음의 음압 감쇠 곡선, 즉 예를 들어 도 6에 도시한 곡선 L32에 대응하는 곡선은 교점을 갖기 때문이다.
그 때문에, 근방 음 재생 필터 계수를, 예를 들어 원방 음 재생 필터 계수에 있어서의 경우와 마찬가지로 하여 생성한, 평면파나 구면파 등에 의해 근방 음 재생 음장을 형성하기 위한 필터 계수로 하는 것도 가능하다.
<원근별 음장 형성 처리의 설명>
다음으로, 도 9에 도시한 원근별 음장 형성 장치(81)의 동작에 대하여 설명한다. 즉, 이하, 도 10의 흐름도를 참조하여, 원근별 음장 형성 장치(81)에 의해 행해지는 원근별 음장 형성 처리에 대하여 설명한다.
또한, 스텝 S41 내지 스텝 S45의 처리는, 도 8의 스텝 S11 내지 스텝 S15의 처리와 마찬가지이므로, 그 설명은 생략한다. 단, 스텝 S45에서는, 필터부(23)는 얻어진 원방 음 재생 신호를 스피커 어레이(28)에 공급하고, 필터부(26)는 얻어진 근방 음 재생 신호를 스피커 어레이(91)에 공급한다.
스텝 S46에 있어서, 스피커 어레이(28)는, 필터부(23)로부터 공급된 원방 음 재생 신호에 기초하여 원방 음을 재생한다.
또한, 스텝 S47에 있어서, 스피커 어레이(91)는, 필터부(26)로부터 공급된 근방 음 재생 신호에 기초하여 근방 음을 재생한다.
또한, 보다 상세하게는, 스텝 S46 및 스텝 S47은 동시에 행해진다. 이에 의해, 공간상의 서로 다른 영역에 원방 음 재생 음장과 근방 음 재생 음장이 형성된다. 즉, 서로 다른 위치에 원방 음의 가청 영역과, 근방 음의 가청 영역이 형성된다.
원방 음과 근방 음이 재생되면, 원근별 음장 형성 처리는 종료된다.
이상과 같이 하여 원근별 음장 형성 장치(81)는, 음장 경계 위치에 따라서 원방 음 게인값 등의 각 파라미터를 결정하고, 결정된 파라미터에 따라서 게인 조정이나 필터 처리를 행하여 원방 음 재생 신호와 근방 음 재생 신호를 생성한다. 이와 같이 함으로써, 원방과 근방에서 서로 다른 음을 재생할 수 있다.
또한, 이상에 있어서는 원방 음과 근방 음을 동시에 재생한다고 설명하였지만, 원방 음과 근방 음이 상이한 타이밍에 재생되도록 해도 된다.
그와 같은 경우, 예를 들어 근방 음의 재생이 행해지지 않는 타이밍에 원방 음의 재생이 행해진다. 또한, 근방 음의 음량이 작을 때 원방 음이 재생되어도 된다. 즉, 예를 들어 필터부(23)에, 근방 음을 재생하기 위한 음원 신호도 공급되도록 하고, 필터부(23)는, 근방 음을 재생하기 위한 음원 신호의 진폭이 거의 0일 때 등, 근방 음의 음량이 작을 때, 즉 근방 음이 재생되지 않는 타이밍을 검출한다. 그리고 필터부(23)는, 근방 음이 재생되지 않는 타이밍에 원방 음 재생 신호를 스피커 어레이(28)에 공급하고, 원방 음을 재생시킨다.
이와 같이 함으로써, 근방 음이 재생되지 않을 때, 즉 근방 음의 음이 나오지 않을 때 원방 음을 재생하고, 근방 음의 음압과 원방 음의 음압의 차가 작은 위치에 있어서도, 원방 음과 근방 음이 혼합되어 가청자에게 들리게 되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 2개의 스피커 어레이(28)와 스피커 어레이(91)를 사용하여 서로 다른 음을 재생하는 경우, 그들의 스피커 어레이(28)와 스피커 어레이(91)를 z방향으로 배열하고, 즉 서로 다른 높이의 위치에 배치하여, 서로 다른 콘텐츠의 음을 재생해도 된다.
그러한 경우, 예를 들어 z방향에 있어서 보다 높은 위치에 배치된 스피커 어레이(28)에서는 키가 큰 어른용 콘텐츠를 재생하고, z방향에 있어서 보다 낮은 위치에 배치된 스피커 어레이(91)에서는 키가 작은 어린이용 콘텐츠를 재생할 수도 있다. 이 예에서는, 스피커 어레이의 근방에 있어서도 높이마다 서로 다른 콘텐츠를 재생할 수 있다.
또한, 예를 들어 스피커 어레이(28)와 스피커 어레이(91)를 z방향의 서로 다른 높이에 배치하는 경우, 제1 실시 형태에서 설명한 바와 같이 1개의 스피커 어레이로, 가청 영역이 서로 다른 2개의 음을 재생하도록 해도 된다.
그러한 경우, 스피커 어레이(28)에 의해 원방 음과 근방 음을 재생하고, 또한 스피커 어레이(91)로도 원방 음과 근방 음을 재생하여, z방향과 y방향에서 서로 가청 영역의 위치가 서로 다른 4개의 음장을 형성할 수 있다. 그 때, 스피커 어레이(28)에 의해 재생되는 원방 음과 근방 음의 음장 경계 위치와, 스피커 어레이(91)에 의해 재생되는 원방 음과 근방 음의 음장 경계 위치가 y방향의 서로 다른 위치로 되도록 하는 것도 가능하다. 즉, 각각 독립적으로 음장 경계 위치를 제어할 수 있다.
이와 같이 2개의 스피커 어레이의 각각으로 원방 음과 근방 음을 재생하면, 서로 다른 4개의 콘텐츠를, 그들 음이 혼합되지 않고 재생할 수 있다.
또한, 원방과 근방에서 서로 다른 음장을 형성하는 경우, 영상도 조합하여 제시하도록 해도 된다. 예를 들어 스피커 어레이(28)의 상방에 표시 장치와 함께 편광판 등을 설치함으로써, 표시 장치에 의해 원방 음의 가청 영역 내의 가청자와, 근방 음의 가청 영역 내의 가청자에게 각각 서로 다른 영상(화상)을 제시할 수 있다.
따라서, 예를 들어 원방 음의 가청 영역 내의 가청자에 대해서는, 그 가청 영역 내에서 보이는 영상과 원방 음으로 이루어지는 콘텐츠를 제시하고, 근방 음의 가청 영역 내의 가청자에 대해서는, 그 가청 영역 내로부터 보이는 영상과 근방 음으로 이루어지는 콘텐츠를 제시할 수 있다. 즉, 원방 음의 가청 영역 내의 가청자와, 근방 음의 가청 영역 내의 가청자에 대해서, 각각 영상과 음성으로 이루어지는 서로 다른 콘텐츠를 제시할 수 있다.
그 밖에, 예를 들어 스피커 어레이 근방에서만 들리는 음을 재생하고 싶은 경우에는, 원방 음을 근방 음의 마스킹에 사용하도록 해도 된다. 즉, 원방 음을 근방 음의 마스킹용 음성으로서 사용할 수 있다.
그와 같은 경우, 예를 들어 원방 음은, 근방 음과 동일한 주파수 대역의 BGM 등으로 되고, 그들 원방 음과 근방 음이 원근별 음장 형성 장치(11)나 원근별 음장 형성 장치(81)에 의해 동시에 재생된다. 이와 같이 하면, 근방 음의 가청 영역 외에서는 거의 근방 음이 들리지 않게 되도록 할 수 있다. 즉, 가청 영역 외로의 근방 음의 유출을 저감시킬 수 있다.
이와 같이 원방 음을 근방 음의 마스킹용 음성으로서 사용하는 경우에는, 적어도 근방 음의 전체 주파수 대역을 포함하는 주파수 대역의 음을 원방 음으로서 사용하면, 마스킹 효과를 향상시킬 수 있다.
<컴퓨터의 구성예>
그런데, 상술한 일련의 처리는, 하드웨어에 의해 실행할 수도 있고, 소프트웨어에 의해 실행할 수도 있다. 일련의 처리를 소프트웨어에 의해 실행하는 경우에는, 그 소프트웨어를 구성하는 프로그램이, 컴퓨터에 인스톨된다. 여기서, 컴퓨터에는, 전용의 하드웨어에 내장되어 있는 컴퓨터나, 각종 프로그램을 인스톨함으로써, 각종 기능을 실행하는 것이 가능한, 예를 들어 범용의 컴퓨터 등이 포함된다.
도 11은, 상술한 일련의 처리를 프로그램에 의해 실행하는 컴퓨터의 하드웨어의 구성예를 나타내는 블록도이다.
컴퓨터에 있어서, CPU(Central Processing Unit)(501), ROM(Read Only Memory)(502), RAM(Random Access Memory)(503)은, 버스(504)에 의해 서로 접속되어 있다.
버스(504)에는, 입출력 인터페이스(505)가 추가로 접속되어 있다. 입출력 인터페이스(505)에는, 입력부(506), 출력부(507), 기록부(508), 통신부(509), 및 드라이브(510)가 접속되어 있다.
입력부(506)는, 키보드, 마우스, 마이크로폰, 촬상 소자 등으로 이루어진다. 출력부(507)는, 디스플레이, 스피커 어레이 등으로 이루어진다. 기록부(508)는, 하드디스크나 불휘발성 메모리 등으로 이루어진다. 통신부(509)는, 네트워크 인터페이스 등으로 이루어진다. 드라이브(510)는, 자기디스크, 광디스크, 광자기디스크, 또는 반도체 메모리 등의 리무버블 기록 매체(511)를 구동한다.
이상과 같이 구성되는 컴퓨터에서는, CPU(501)가, 예를 들어 기록부(508)에 기록되어 있는 프로그램을, 입출력 인터페이스(505) 및 버스(504)를 통하여, RAM(503)에 로드해서 실행함으로써, 상술한 일련의 처리가 행해진다.
컴퓨터(CPU(501))가 실행하는 프로그램은, 예를 들어 패키지 미디어 등으로서의 리무버블 기록 매체(511)에 기록하여 제공할 수 있다. 또한, 프로그램은, 로컬 에어리어 네트워크, 인터넷, 디지털 위성 방송 등의, 유선 또는 무선의 전송 매체를 통해 제공할 수 있다.
컴퓨터에서는, 프로그램은, 리무버블 기록 매체(511)를 드라이브(510)에 장착함으로써, 입출력 인터페이스(505)를 통해 기록부(508)에 인스톨할 수 있다. 또한, 프로그램은, 유선 또는 무선의 전송 매체를 통해 통신부(509)로 수신하고, 기록부(508)에 인스톨할 수 있다. 기타, 프로그램은, ROM(502)이나 기록부(508)에, 미리 인스톨해 둘 수 있다.
또한, 컴퓨터가 실행하는 프로그램은, 본 명세서에서 설명하는 순서를 따라서 시계열로 처리가 행해지는 프로그램이어도 되고, 병렬로, 혹은 호출이 행해졌을 때 등의 필요한 타이밍에 처리가 행해지는 프로그램이어도 된다.
또한, 본 기술의 실시 형태는, 상술한 실시 형태로 한정되는 것이 아니라, 본 기술의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
예를 들어, 본 기술은, 하나의 기능을 네트워크를 통해 복수의 장치에서 분담, 공동하여 처리하는 클라우드 컴퓨팅의 구성을 취할 수 있다.
또한, 상술한 흐름도에서 설명한 각 스텝은, 하나의 장치로 실행하는 외에, 복수의 장치에서 분담하여 실행할 수 있다.
또한, 하나의 스텝에 복수의 처리가 포함되는 경우에는, 그 하나의 스텝에 포함되는 복수의 처리는, 하나의 장치로 실행하는 외에, 복수의 장치에서 분담하여 실행할 수 있다.
또한, 본 명세서 중에 기재된 효과는 어디까지나 예시로서 한정되는 것은 아니며, 다른 효과가 있어도 된다.
또한, 본 기술은, 이하의 구성으로 하는 것도 가능하다.
(1)
제1 음원 신호에 대해서 원방 음 재생 필터 계수를 사용한 필터 처리를 행함으로써, 원방 가청 영역에서 음을 재생하기 위한 원방 음 재생 신호를 생성하는 원방 필터부와,
제2 음원 신호에 대해서 근방 음 재생 필터 계수를 사용한 필터 처리를 행함으로써, 상기 원방 가청 영역과는 상이한 근방 가청 영역에서 음을 재생하기 위한 근방 음 재생 신호를 생성하는 근방 필터부를 구비하는, 신호 처리 장치.
(2)
상기 근방 음 재생 신호는, 에바네센트 파를 생성하기 위한 신호인, 상기 (1)에 기재된 신호 처리 장치.
(3)
상기 원방 가청 영역과 상기 근방 가청 영역의 경계 위치에 따라서 상기 에바네센트 파의 감쇠율을 결정하는 근방 음장 처리부를 더 구비하고,
상기 근방 필터부는, 복수의 상기 근방 음 재생 필터 계수 중 결정된 상기 감쇠율에 대응하는 상기 근방 음 재생 필터 계수를 사용하여 필터 처리를 행하는, 상기 (2)에 기재된 신호 처리 장치.
(4)
상기 원방 가청 영역과 상기 근방 가청 영역의 경계 위치에 따라서 제어점의 위치를 결정하는 근방 음장 처리부를 더 구비하고,
상기 근방 필터부는, 복수의 상기 근방 음 재생 필터 계수 중 결정된 상기 제어점의 위치에 대응하는 상기 근방 음 재생 필터 계수를 사용하여 필터 처리를 행하는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 신호 처리 장치.
(5)
상기 원방 가청 영역과 상기 근방 가청 영역의 경계 위치에 따라서 제어점의 위치를 결정하는 원방 음장 처리부를 더 구비하고,
상기 원방 필터부는, 복수의 상기 원방 음 재생 필터 계수 중 결정된 상기 제어점의 위치에 대응하는 상기 원방 음 재생 필터 계수를 사용하여 필터 처리를 행하는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 신호 처리 장치.
(6)
상기 원방 음 재생 신호는, 전반파를 생성하기 위한 신호인, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 신호 처리 장치.
(7)
상기 원방 가청 영역과 상기 근방 가청 영역의 경계 위치에 따라서 게인을 결정하는 원방 음장 처리부와,
결정된 상기 게인에 기초하여 상기 제1 음원 신호 또는 상기 원방 음 재생 신호의 게인 조정을 행하는 원방 게인 조정부
를 더 구비하는, 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 한 항에 기재된 신호 처리 장치.
(8)
상기 원방 가청 영역과 상기 근방 가청 영역의 경계 위치에 따라서 게인을 결정하는 근방 음장 처리부와,
결정된 상기 게인에 기초하여 상기 제2 음원 신호 또는 상기 근방 음 재생 신호의 게인 조정을 행하는 근방 게인 조정부를 더 구비하는, 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 한 항에 기재된 신호 처리 장치.
(9)
상기 제1 음원 신호와 상기 제2 음원 신호는, 서로 다른 콘텐츠의 음을 재생하기 위한 신호인, 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 신호 처리 장치.
(10)
상기 원방 음 재생 신호와 상기 근방 음 재생 신호를 합성하여 얻어지는 신호에 기초하여 음을 재생하는 스피커 어레이를 더 구비하는, 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 한 항에 기재된 신호 처리 장치.
(11)
상기 원방 음 재생 신호에 기초하여 음을 재생하는 제1 스피커 어레이와,
상기 근방 음 재생 신호에 기초하여 음을 재생하는 제2 스피커 어레이를 더 구비하는, 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 한 항에 기재된 신호 처리 장치.
(12)
상기 원방 음 재생 신호에 기초하는 음은, 상기 근방 음 재생 신호에 기초하는 음과는 상이한 타이밍에 재생되는, 상기 (1) 내지 (11) 중 어느 한 항에 기재된 신호 처리 장치.
(13)
상기 원방 음 재생 신호에 기초하는 음은, 상기 근방 음 재생 신호에 기초하는 음의 마스킹용의 음인, 상기 (1) 내지 (11) 중 어느 한 항에 기재된 신호 처리 장치.
(14)
공간상의 가청자의 위치에 기초하여 상기 원방 가청 영역과 상기 근방 가청 영역의 경계 위치를 결정하는 음장 경계 제어부를 더 구비하는, 상기 (1) 내지 (13) 중 어느 한 항에 기재된 신호 처리 장치.
(15)
제1 음원 신호에 대해서 원방 음 재생 필터 계수를 사용한 필터 처리를 행함으로써, 원방 가청 영역에서 음을 재생하기 위한 원방 음 재생 신호를 생성하고,
제2 음원 신호에 대해서 근방 음 재생 필터 계수를 사용한 필터 처리를 행함으로써, 상기 원방 가청 영역과는 상이한 근방 가청 영역에서 음을 재생하기 위한 근방 음 재생 신호를 생성하는, 스텝을 포함하는 신호 처리 방법.
(16)
제1 음원 신호에 대해서 원방 음 재생 필터 계수를 사용한 필터 처리를 행함으로써, 원방 가청 영역에서 음을 재생하기 위한 원방 음 재생 신호를 생성하고,
제2 음원 신호에 대해서 근방 음 재생 필터 계수를 사용한 필터 처리를 행함으로써, 상기 원방 가청 영역과는 상이한 근방 가청 영역에서 음을 재생하기 위한 근방 음 재생 신호를 생성하는, 스텝을 포함하는 처리를 컴퓨터에 실행시키는 프로그램.
11: 원근별 음장 형성 장치
21: 원방 음장 처리부
22: 게인 조정부
23: 필터부
24: 근방 음장 처리부
25: 게인 조정부
26: 필터부
28: 스피커 어레이
41: 음장 경계 제어부
42: 원방 음 재생 필터 계수 기록부
43: 필터 계수 선택부
51: 음장 경계 제어부
52: 근방 음 재생 필터 계수 기록부
53: 필터 계수 선택부
91: 스피커 어레이

Claims (16)

  1. 제1 음원 신호에 대해서 원방 음 재생 필터 계수를 사용한 필터 처리를 행함으로써, 원방 가청 영역에서 음을 재생하기 위한 원방 음 재생 신호를 생성하는 원방 필터부와,
    제2 음원 신호에 대해서 근방 음 재생 필터 계수를 사용한 필터 처리를 행함으로써, 상기 원방 가청 영역과는 상이한 근방 가청 영역에서 음을 재생하기 위한 근방 음 재생 신호를 생성하는 근방 필터부를 구비하는, 신호 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 근방 음 재생 신호는, 에바네센트 파를 생성하기 위한 신호인, 신호 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 원방 가청 영역과 상기 근방 가청 영역의 경계 위치에 따라서 상기 에바네센트 파의 감쇠율을 결정하는 근방 음장 처리부를 더 구비하고,
    상기 근방 필터부는, 복수의 상기 근방 음 재생 필터 계수 중 결정된 상기 감쇠율에 대응하는 상기 근방 음 재생 필터 계수를 사용하여 필터 처리를 행하는, 신호 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 원방 가청 영역과 상기 근방 가청 영역의 경계 위치에 따라서 제어점의 위치를 결정하는 근방 음장 처리부를 더 구비하고,
    상기 근방 필터부는, 복수의 상기 근방 음 재생 필터 계수 중 결정된 상기 제어점의 위치에 대응하는 상기 근방 음 재생 필터 계수를 사용하여 필터 처리를 행하는, 신호 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 원방 가청 영역과 상기 근방 가청 영역의 경계 위치에 따라서 제어점의 위치를 결정하는 원방 음장 처리부를 더 구비하고,
    상기 원방 필터부는, 복수의 상기 원방 음 재생 필터 계수 중 결정된 상기 제어점의 위치에 대응하는 상기 원방 음 재생 필터 계수를 사용하여 필터 처리를 행하는, 신호 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 원방 음 재생 신호는, 전반파를 생성하기 위한 신호인, 신호 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 원방 가청 영역과 상기 근방 가청 영역의 경계 위치에 따라서 게인을 결정하는 원방 음장 처리부와,
    결정된 상기 게인에 기초하여 상기 제1 음원 신호 또는 상기 원방 음 재생 신호의 게인 조정을 행하는 원방 게인 조정부
    를 더 구비하는, 신호 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 원방 가청 영역과 상기 근방 가청 영역의 경계 위치에 따라서 게인을 결정하는 근방 음장 처리부와,
    결정된 상기 게인에 기초하여 상기 제2 음원 신호 또는 상기 근방 음 재생 신호의 게인 조정을 행하는 근방 게인 조정부
    를 더 구비하는, 신호 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 음원 신호와 상기 제2 음원 신호는, 서로 다른 콘텐츠의 음을 재생하기 위한 신호인, 신호 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 원방 음 재생 신호와 상기 근방 음 재생 신호를 합성하여 얻어지는 신호에 기초하여 음을 재생하는 스피커 어레이를 더 구비하는, 신호 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 원방 음 재생 신호에 기초하여 음을 재생하는 제1 스피커 어레이와,
    상기 근방 음 재생 신호에 기초하여 음을 재생하는 제2 스피커 어레이
    를 더 구비하는, 신호 처리 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 원방 음 재생 신호에 기초하는 음은, 상기 근방 음 재생 신호에 기초하는 음과는 상이한 타이밍에 재생되는, 신호 처리 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 원방 음 재생 신호에 기초하는 음은, 상기 근방 음 재생 신호에 기초하는 음의 마스킹용의 음인, 신호 처리 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    공간상의 가청자의 위치에 기초하여 상기 원방 가청 영역과 상기 근방 가청 영역의 경계 위치를 결정하는 음장 경계 제어부를 더 구비하는, 신호 처리 장치.
  15. 제1 음원 신호에 대해서 원방 음 재생 필터 계수를 사용한 필터 처리를 행함으로써, 원방 가청 영역에서 음을 재생하기 위한 원방 음 재생 신호를 생성하고,
    제2 음원 신호에 대해서 근방 음 재생 필터 계수를 사용한 필터 처리를 행함으로써, 상기 원방 가청 영역과는 상이한 근방 가청 영역에서 음을 재생하기 위한 근방 음 재생 신호를 생성하는 스텝을 포함하는, 신호 처리 방법.
  16. 제1 음원 신호에 대해서 원방 음 재생 필터 계수를 사용한 필터 처리를 행함으로써, 원방 가청 영역에서 음을 재생하기 위한 원방 음 재생 신호를 생성하고,
    제2 음원 신호에 대해서 근방 음 재생 필터 계수를 사용한 필터 처리를 행함으로써, 상기 원방 가청 영역과는 상이한 근방 가청 영역에서 음을 재생하기 위한 근방 음 재생 신호를 생성하는 스텝을 포함하는 처리를 컴퓨터에 실행시키는, 프로그램.
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